JPS5988885A - 集積化光発振器 - Google Patents

集積化光発振器

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JPS5988885A
JPS5988885A JP57197758A JP19775882A JPS5988885A JP S5988885 A JPS5988885 A JP S5988885A JP 57197758 A JP57197758 A JP 57197758A JP 19775882 A JP19775882 A JP 19775882A JP S5988885 A JPS5988885 A JP S5988885A
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JP57197758A
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JPS6329439B2 (ja
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Akira Mita
三田 陽
Noriaki Tsukada
塚田 紀昭
Kiyoshi Asakawa
浅川 潔
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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Publication of JPS6329439B2 publication Critical patent/JPS6329439B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0267Integrated focusing lens
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022Mountings; Housings
    • H01S5/0225Out-coupling of light
    • H01S5/02251Out-coupling of light using optical fibres

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は半導体レーザ素子と集光素子を化合物半導体
基板結晶上に一体化して形成した集積化光発振器に関す
る。
近年通信情報量の顕著な増大と半導体レーザ素子、光フ
ァイバ等の光通信用デバイスの性能、信頼性の向上と価
格の低減によって光を媒体とした通信方式が急速に普及
しつつある。現在の光通信方式の性能並びに価格を決定
する最大の要因は光源である半導体レーザ素子であシ、
低い閾値電流、高効率化に加えて他の半導体素子との整
合性が良く、集積化が容易であることなどが要求されて
いる。
このような観点から、これまで一般に使用されていたダ
ブルへテロ接合型半導体レーザ素子に代って屈折率勾配
を有する分離閉じ込め型半導体レーザ素子が提案され(
W−T 、 Tsang、’ AgradetL−it
uityc vnvegwide separate−
confinement 1aser wi、thve
ry low thresholdayui a rr
tbrrow Gav、5sian bearn I/
 )、ppl 。
Phys、Lett、、 Vol、 39. No、 
2. p134−136.15 J1bly−3− 1981) 、活性層の厚さを0.05pn、以下まで
薄くし、発振閾値電流を著しく低減させることを可能と
している。
一般に集積化半導体レーザを製造するためには縦方向の
制御には例えば分子線成長法によって可成り広い面積に
亘り可成りの厚さ1で精密な制御を容易に行って製作す
ることが可能で複雑なプロフィルを実現できる反面、そ
れ以後の工程、例えばストライプ、電極、共振器の構成
などを多数の素子にわたって高品質で且つ、再現性良く
製造するのは容易でなく、良品率を向上して集積化を達
成するだめの手段が求められていた。
半導体レーザ素子の次に問題となっている点は発振光を
光伝送路である光ファイバに導入するための光学系であ
り、現在ではセルフォックレンズ或は球レンズ等の光学
部品を半導体レーザ素子と共にセラミック基板などの上
に光学的アライメントをとシうるように調整を行いつつ
接着剤等で固定されていた。上述の如き方法によって一
体化された光発振器は製造に高度の技術と熟練を要し、
高価であるばかりでなく、温度変化などによって長時間
のうちに機械的変形が生じ、性能が劣化して光通信シス
テムの信頼性を低下させる原因となることが知られてい
る。
更に多数の半導体レーザ素子を並列に使用した半導体レ
ーザアレイを製造する場合、多数のセルフォックレンズ
を使用するのが容易でないなどの理由により性能の低い
円柱レンズを光学系として使用することを余儀なくされ
るなどの問題を有していた。
この発明の目的は発振閾値電流が低く、シかも光ファイ
バの光学的結合が極めて容易にできる集積化光発振器を
提供する。
このため、本発明による集積化光発振器は最小禁制帯幅
分有する極薄の活性層の上下に放物線状にそれぞれ活性
層と接触している面より外方に向って減少する屈折率分
布を持つ一対の光閉じ込め層、更にその上下に光閉じ込
め層より屈折率が低く且つ高い禁制帯幅を有する一対の
S− クラッド層から形成された層状体で構成され、光軸方向
に両端面を有する母体素子と、この母体素子を上面に一
体的に形成した結晶基板とから成り、該母体素子は一端
面は側面から見て発振光が集光する点に平面から見た発
振光が集光するような曲面の放射端面であり、上記両端
面間の途中が光軸に直交した細隙によって、その一端面
側が集光素子、他端面側がレーザ素子となるように分断
されていることを特徴とする。
以下図面によシ本発明の集積化光発振器の一例を説明す
ると、第1図はその側断面図であって、GaA3の如き
■−■族化合物半導体基板結晶/上に半導体レーザ素子
コと上記レーザ素子−のレーザ光発振端面//より細隙
グを隔てて集光素子3とが一体的に設けられている。
上記のレーザ素子コ及び集光素子3は最も低い禁制帯幅
を有し、0.05μm或はそれ以下の極めて薄い活性層
jの上下に活性層より屈折率が低くしかも活性層と接触
している面より外方に向って放物線状に減少する屈折率
分布を有する一6一 対の上部及び下部光閉じ込め層6,7、更にその上下に
光閉じ込め層より屈折率が低く、且つ高い禁制帯幅を有
する一対の上部及び下部クラッド層r 、 P、上部ク
ラッド層rの上面に周知の方法で蒸着されたストライブ
状電極部分lθを層状に堆積した層状体で構成された基
板結晶/上の母体素子を長さ方向(光軸方向)に直交し
たほぼ垂直な壁面を有する細隙≠で分断することにより
構成される。上述の基板結晶上の母体素子の形成は分子
線成長法或は化学気相成長法で行われ、母体素子の分断
並びに曲面の形成はドライエツチングによシ行われる。
上述のように、レーザ素子−と集光素子3は全く同じ層
状に堆積された層状体で構成されており、屈折率(?L
)及び禁制帯幅(Ea)  についても同じ分布形状を
有していることとなplその屈折率分布の一例を第5図
に示すと、17は基板結晶t、itは下部クラッド層り
、/りは下部光閉じ込め層7、コOは活性層j、、コl
は上部光閉じ込め層6、ココは上部クラッド層tの屈折
率をそれ−7− ぞれ示し、放物線状に変化する屈折率を有する光閉じ込
め層はGaz kl 1 z A11等の化合物半導体
のXを空間的に変化させることにより実現することがで
き、いずれの素子においてもこの光閉じ込め層は集光作
用をもつ。
レーザ素子コの細隙弘に面している端面//はレーザ光
の発振端面となり、集光素子3の細隙に面している端面
lコはレーザ素子より発振されたレーザ光/jの入射端
面となり、両端面//、/コは共に基板結晶lに対して
ほぼ垂直な壁面を構成している。一方、集光素子3の入
射端面/、2と反対側の端面/3はレーザ光の放射端面
となり、レーザ光/オは、第2図に示すように、平面よ
り見て成る拡りを持って集光素子3へ入射するから、上
記の放射端面/3は平面的に見て放射されたレーザ光/
6が特定の点滓′で集光(結像)するように曲面を構成
する。
上述の如き構成において、レーザ素子コのストライプ状
電極IOに電流を供給すると、発振端面l/より光軸方
向に沿ってレーザ光/jが出射し、集光素子3の入射端
面/、2の活性層tl中心として上下両光閉じ込め層6
,7を所定の厚さと幅を持って照射する。両端面ii 
、 7.2間の細隙μは光の発散による光損失を少くす
るため小さい方が有利であり、具体的には0.1〜1μ
mの範囲である。また入射端面/、2においては活性層
jに照射した光は活性層の吸収率が太きいため吸収され
、損失となるが、活性層の厚さl’1.0.05μm或
はそれ以下と極めて薄く、上下に位置する2μm或はそ
れ以上の厚さの光閉じ込め層6,7によって受光される
光景に較べると殆ど無視できるような値である。
上述の如く、集光素子3の入射端面/2によって、レー
ザ素子コよシの発振光/jの殆どが受光され、上下閉じ
込め層乙、7の有する屈折率分布に従って屈折、前進す
るが、集光素子の長さを屈折率分布の曲率から決定され
る適当な長さになるように設定することにより、放射端
面/3よシの発振光/6は側面から見て、第1図の如く
、点/グで集光されることになる。ところで放射端一タ
ー 面13は平面より見て第2図の如く、特定の値の曲面と
し、発振光/6が点/≠′で集光するように構成されて
いる。従って、点/4’と点/4”を端面/3より同じ
距離と設定することによシ発振光/6は三次元的に集光
され、一点に集中するので、この集光点に光伝送路用光
フアイバ端面(図示せず)を設定することによりレーザ
素子aよりの発振光は光ファイバへ有効に導入されるこ
とになる。
上述の集光点/II、/II’を一致させるための集光
素子の長さ、放射端面/3の曲率半径は素子を構成して
いる各層の屈折率分布、厚さ、レーザ光の波長、光ファ
イバの位置等が決まれば、周知の方法によって算出する
ことができる。
上記の説明において、本発明はGitks結晶基板にG
aAlAs  3元系混晶を使用した実施例を説明した
が、■nPを基板結晶としてInGaAsP 4元系混
晶を用いても同様の効果を得ることができる。なお集光
素子3の上部クラッド層上の電極10’は光の存在を電
気的に検出するモニター用電極として用い得る。
10一 本発明による光集積化発振器は上記の説明で明らかなよ
うに一つの母体素子を分断してレーザ素子と集光素子を
構成しており、レーザ素子は屈折率勾配を有する分離閉
じ込め型半導体レーザ装置を構成しているため、発振閾
値電流を低減させることができ、集光素子は上記レーザ
素子よシの発振光を殆ど光損失することなく直接に三次
元的に集光することができ光ファイバへの導入が容易に
行ない得る。このような光発振器はこれまでの半導体製
造技術により製造することができ、他の部品を設けたシ
接着加工を要しないため著しく小型化することができ、
且つ信頼度の高いものとなシ、更に多数のレーザ素子を
集積したレーザアレイを容易に形成することができ、こ
の場合、各レーザ素子を独立して駆動させたシ、各レー
ザ素子を相互間に光学的に結合して大出力化を図ること
もできる。
次に本発明を実施例によって具体的に説明する。
n型Gaks基板結晶上に下部クラッド層とし−7/− て厚さ1μmのn型Ga。、6 A Io、4 A 8
、下部屈折率勾配層として厚さ1μmのn型Ga1−o
Al工A8ヲ用い、Xを活性層に向って厚さ方向に0.
2よシ0.4へ変化させ、活性層として厚さ0.04μ
mのGaAs層、上部屈折率勾配層として厚さ1μmの
p型GcL1−エAtよAs  層を用い、Xを活性層
に向って厚さ方向に0.2より0.4へ変化させ、上部
クラッド層として厚さ1μmのp型Ga6.6 Alo
、4 As層を順次分子線気相成長法で形成し、上部ク
ラッド層上には幅3μmのストライプ状のアルミニウム
電極を蒸着した。この時屈折率勾配層の屈折率は活性層
に隣接する部分で5.45クラッド層と接する部分で6
.32となる。
上記の如くして層積状母体素子は光軸を直交するように
してドライエツチングにより005μmの細隙によって
分断し長さ200μmのレーザ素子と長さ4μmの集光
素子とし、集光素子の光の放射端面は平面から見て半径
が8μmの曲面とした。
上記のレーザ素子に50mAの電流を印加したところ出
力50mWのレーザ光が発振して集光素子に入射し、集
光素子の放射端面より 100μm離れた位置で放射さ
れた光は三次元的に集光され、その位置に設けられた直
径800μmの光ファイバ(コア直径50μ?7L)に
放射された光エネルギーのうち、15mWのレーザ光が
入射した。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による光集積化発振器の一実施例を示す
断面図、第2図は同上発振器の平面図、第3図は同上発
振器の厚さ方向の屈折率分布形状図である。 図中、lは結晶基板、コはレーザ素子、3は集光素子、
グは間隙、!は活性層、6,7は屈折率勾配層、?、り
はクラッド層、//はレーザ素子発振端面、/コは集光
素子入射端面、13は同上放射端面、/4’、/4”は
集光点を示す。 特許出願人 工業技術院長

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 最小禁制帯幅を有する極薄の活性層の上下に該活性層と
    接触している面より放物線状に外方に向って減少する屈
    折率分布を持つ一対の光閉じ込め層、更にその上下に光
    閉じ込め層より屈折率が低く且つ高い禁制帯幅を有する
    一対のクラッド層を層状に堆積した層状体で構成され、
    光軸方向に両端面を有する母体素子と、この母体素子を
    上面に一体的に形成した結晶基板とから成り、該母体素
    子の一端面は側面から見て発振光が集光する点に平面か
    ら見た発振光が集光するような曲面の放射端面であり、
    上記両端面間の途中が光軸に直交した細隙によって、そ
    の一端面側が集光素子、他端面側がレーザ素子となるよ
    うに分断されていることを特徴とする集積化光発振器。 一−
JP57197758A 1982-11-12 1982-11-12 集積化光発振器 Granted JPS5988885A (ja)

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JPS5988885A true JPS5988885A (ja) 1984-05-22
JPS6329439B2 JPS6329439B2 (ja) 1988-06-14

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63200591A (ja) * 1987-02-17 1988-08-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体レーザ装置の製造方法
US5084895A (en) * 1989-02-24 1992-01-28 Nippon Telegraph Telephone Corporation Semiconductor light emitting system

Cited By (2)

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JPS63200591A (ja) * 1987-02-17 1988-08-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体レーザ装置の製造方法
US5084895A (en) * 1989-02-24 1992-01-28 Nippon Telegraph Telephone Corporation Semiconductor light emitting system

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