JPS61168982A

JPS61168982A - 半導体光増幅素子

Info

Publication number: JPS61168982A
Application number: JP905685A
Authority: JP
Inventors: Uichiro Kobayashi; 小林　宇一郎
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Tohbu Semiconductor Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Renesas Eastern Japan Semiconductor Inc
Priority date: 1985-01-23
Filing date: 1985-01-23
Publication date: 1986-07-30
Anticipated expiration: 2010-07-19
Also published as: JPH0766993B2

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】（技術分野〕本発明は半導体光増幅素子、たとえば、端面の共振器（
光導波路）端からレーザ光を発光する半導体レーザ素子
に光増幅作用を備えさせた半導体レーザ素子あるいはこ
のような半導体レーザ素子部を有する集積化光デバイス
（ＯＥＩＣ素子）等の半導体光増幅素子に関する。

〔背景技術〕

光通信用光源あるいはデジタルオーディオディスク、ビ
デオディスク、レーザビームプリンタ等の情報処理用光
源として、たとえば、工業調査会発行［電子材料Ｊ　１
９８３年１０月号、昭和５８年１０月１日発行、Ｐ３９
〜Ｐ４８に記載されているように、半導体レーザが開発
されている。これら、半導体レーザ（半導体レーザ素子
：レーザチップ）の多くは、前記文献で示されているよ
うに、光導波路を挟む一対の表裏面にそれぞれ電極が設
けられており、これら一対の電極（アノード電極、カソ
ード電極）間に所定の電圧が印加されると、光導波路端
面（ミラー面）からレーザ光が発光される構造となって
いる。

ところで、本発明者が行った不良解析によると、レーザ
発振が生じない不良品の中にも、印加電圧を閾電流値以
上に大きくすると急にレーザ発振するものがあることが
わかった。すなわち、第２図に示されるように、レーザ
チップ１の光導波路（共振器端面）２の電極３．４にお
いて、前記光導波路に対応する部分にピンホール等によ
る電極の欠落があると、その電極欠落箇所５に対応する
光導波路部分では、第３図に示されるように、電流６が
充分流れないことから、電極欠落箇所°５が対応する光
導波路２部分では励起が充分とはならず、第４図に示さ
れるように縦軸を光出力（Ｐｏ）。

横軸を注入電流（Ｉ）とするグラフで示されるごとく、
所定の閾値ａではレーザ光が発振されない。

したがって、実際の作業現場では、このようなレーザチ
ップは不良品として処理される。

しかし、このような電極欠落箇所５のあるレーザチップ
１であっても、閾電流値よりも比較的大きな電流（ｂ）
を流すと、突然出力の大きいレーザ光が発光することが
わかった。

そこで、前記電極欠落箇所５に独立した電極を設け、こ
の電極をトリガー電極として使用することにより、小さ
な信号電流でレーザ発振が行なえる半導体光増幅素子と
することができることに気が付き本発明をなした。

〔発明の目的〕

本発明の目的は小さな信号電流で高出力レーザ光の発振
制御が可能な半導体光増幅素子を提供することにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔発明の概要〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明は、光導波路の一方の面側に光導波路
の一部に常時電流を注入する駆動電極と、光導波路の他
部にレーザ発振時に電流を注入するトリガー電極と、が
設けられた構造となっていることから、トリガー電極に
小さな信号電極が印加されると、高出力のレーザ光を発
振するため、光増幅効果が生み出され、高性能な半導体
光増幅素子を提供することができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例による半導体光増幅素子の概
要を示す斜視図、第５図は第１図に示された半導体光増
幅素子のトリガー電極に信号が入らないレーザ発光のな
い状態における電流の流れ状態を示す断面的模式図、第
６図は同じく半導体光増幅素子のレーザ発光状態におけ
る電流の流れ状態を示す断面的模式図、また、第７図〜
第１２図は本発明の一実施例による半導体光増幅素子の
製造における各製造工程でのワークであるウェハを示す
図であって、第７図は本発明の半導体光増幅素子の製造
に用いられるウェハの断面図、第８図はメサエッチング
が施されたウェハの断面図、第９図は埋め込み成長処理
が施されたウェハの断面図、第１０図は光導波路上のク
ラッド層が途中深さまでエツチングされた状態を示す断
面図、第１１図は亜鉛拡散処理が施されたウェハの断面
図、第１２図は電極が形成された状態のウェハの断面図
、第１３図は半導体光増幅素子を示す斜視図である。

この実施例における半導体光増幅素子（チップとも称す
る。）は、第１３図に示されるような構造となっている
。また、このチップは、第７図〜第１２図に示す製造段
階を経て製造される。

この実施例では、光通信用に用いられる埋め込みへテロ
構造（ＢＨ；ｂｕｒｉｅｄ−ｈｅｔｅ−ｒｏ　　５ｔｒ
ｕｃｔｕｒｅ）の半導体レーザ素子（レーザチップ）に
本発明を適用した例について説明する。

第１３図に示されるようなチップの構造説明については
、第７図〜第１２図に示す製造状態を説明することによ
って説明することにする。

レーザチップの製造に際して、最初に第７図に示される
ような化合物半導体薄板（ウェハ）７が用意される。こ
のウェハ７はｎ形１ｎＰの基板８と、この基板８の（１
００）結晶面上に液相エピタキシャル法によって順次形
成されたｎ形！ｎＰのバッファ層９．ＩｎＧａＡｓＰの
活性層１０゜ｐ形ＩｎＰのクラフト層１１．ｐ形ＩｎＧ
ａＡｓＰのキャップ層１２からなる多層成長層１３と、
からなり、バッファ層９．活性層１０．クラッド層１１
とによってダブルへテロ接合構造を構成している。前記
基板８は２００μｍ前後の厚さとなり、活性層１０は０
．１５μｍの厚さ、他の各層はおよそ１〜２μｍ前後の
厚さとなっている。

つぎに、第８図にされるように、ウェハ７の主面（上面
）にＣＶＤ　（化学気相堆積）法で絶縁膜（Ｓｉｎｇ）
が形成されるとともに、ホトリソグラフィによりこの絶
縁膜は部分的に除去され、くｌ　ｌ　Ｑ　＞襞間方向と
平行に幅５〜６μｍの多数のストライプ状のマスク１４
が形成される。その後、このウェハ７のマスク１４から
露出する半導体層はプロメタノール等のエツチング液で
エツチングされる。エツチングはバッファ層９の途中あ
るいは基板８の表層部に達するように行われる。この実
施例ではエツチングはバッファ層９の途中まで達してい
る。前記マスク１４に被われた活性層１０から上方部分
は異方性エツチングの結果、その断面が逆三角形となる
逆メサ部となり結晶のく１１０＞方向に沿ってストライ
プ状に残留し、かつ、活性層１０から下方は放物線を描
くような順メサ部となっている。なお、各マスク間隔は
およそ４００μｍとなっている。

つぎに、ウェハ７の主面に部分的に延在するマスク１４
は除去される。その後、第９図に示すように、エツチン
グによって窪んだ部分にはｐ形ＩｎＰのブロッキング層
１５．ｎ形１ｎＰの埋め込み層１６．ｎ形Ｉ　ｎＧａＡ
ｓ　Ｐのキ’ｔｏフプ層１７が順次エピタキシャル法に
よって埋め込まれる。

つぎに、第１０図に示されるように、ホトリソグラフィ
によってウェハ７の主面にはＳｉｎ、等かるなる絶縁膜
１８が部分形成される。この絶縁膜１８は前記活性層１
０、すなわち、光導波路の上層のクラッド層１１の上部
をスリット状にエツチングするためのエツチングマスク
となる。そこで、この絶縁膜１８をマスクとして、キャ
ップ層１２とクラッド層１１の上部をエツチングし、ス
リット１９を形成する。これは、スリット１９の真下の
クラッド層１１部分を横切って電流が流れないようにす
るものである。すなわち、この半導体光増幅素子（チッ
プ）２０は、一対のスリット１９に挟まれたキャップ層
１２上には、第５図および第６図ならびに第１３図に示
されるように、後述するトリガー電極２１が設けられ、
スリット１９の外側には後述する駆動電極２２が設けら
れるが、駆動電極２２によって注入された電流がチップ
２０の真下の光導波路部分に流れ込まないようにするた
めにとられた構造であり、レーザ光の発光制御性を高め
るようになっている。

つぎに、第１１図に示されるように、ホトリソグラフィ
によってウェハ７の主面にはＳｉｎ、等かるなる絶縁膜
２３が全面に形成されるとともに、部分的に除去される
。この絶縁膜２３は前記スリット１９を埋める。また、
絶縁膜２３はストライプ状のメサ部の表面には設けられ
ていない。そこで、この絶縁膜２３をマスクとして亜鉛
（Ｚ　ｎ）がウェハ７の主面に打ち込まれ、クラッド層
１１の途中深さに達する亜鉛拡散領域２４（点々が施さ
れた領域）が形成される。この亜鉛拡散領域２４はコン
タクト電極のオーミンク層になる。

つぎに、ウェハ７は裏面がエツチングされ、ウェハ７の
全体の厚さが１００μｍ程度とされる。

その後、第１２図に示すように、ウェハ７の主面にはア
ノード電極２５が、裏面にはカソード電極２６がそれぞ
れ設けられる。アノード電極２５はＣｒ／Ａｕ、カソー
ド電極２６はＡｕＧｅＮｉ／Ｐ　ｄ　／　Ａ　ｕとなり
、いずれも蒸着およびアロイ処理によって形成されてい
る。前記アノード電極２５は第１３図に示されるように
、トリガー電極２１と駆動電極２２とからなり、相互に
電気的に独立して形成される。すなわち、トリガー電極
２１の電流注入部２７は光導波路の真上では光導波路の
中央部分に延在し、駆動電極２２の電流注入部２８はト
リガー電極２１を挟むように光導波路の両端側上部に延
在している。そして、トリガー電極２１および駆動電極
２２は光導波路を挟むようにチップ２０の両側にワイヤ
を接続するための面積が大きいボンディング領域２９．
３０を有するようになっている。

つぎに、このようなウェハ７は縦横に分断され、第１３
図に示されるように、縦横が数百μｍ、高さが１００μ
ｍ程度のチップ２０が製造される。

このような、半導体光増幅素子はその使用時、アノード
電極２５の駆動電極２２とカソード電極２６間に所望の
電圧（たとえば、第４図のグラフで示す閾電流値ａより
も大きく、ｂよりは小さい電流）を常時印可させておく
とともに、信号電流をアノード電極２５のトリガー電極
２１に導くようにする。この結果、トリガー電極２１に
信号が入らない状態では、第５図に示すように、カソー
ド電極２６（電極４）とアノード電極２５の駆動電極２
２間で電流が流れ、光導波路の中央部分では電流が流れ
ないことから、レーザ発振が生じない。しかし、アノー
ド電極２５のトリガー電極２１に信号電流が流れると、
第６図に示されるように光導波路はその全長において電
流が流れるようになり、光導波路の両端のミラー面から
レーザ光３１が発光する。このレーザ光３１はトリガー
電極２１および駆動電極２２に電流が流れることから、
電流値は第４図のグラフにおけるｂなる電流値となり、
高出力なものとなる。したがって、この半導体光増幅素
子は小さな信号電流で高出力レーザ光を発光することが
できる。

〔効果〕

（１）本発明の半導体光増幅素子は、光導波路の両端側
に駆動電極２２の電流注入部２８を配し、この電流注入
部２８の間の光導波路の上方にトリガー電極２１の電流
注入部２７を配した構造となっていて、使用時はカソー
ド電極２６とアノード電極２５の一部である駆動電極２
２にレーザ発光が生じない程度で電流を流しておき、信
号電流を前記トリガー電極２１に流すようになっている
ため、小さな信号電流でも高出力のレーザ光を発光する
ことができ、高い光増幅効果が得られるという効果が得
られる。

（２）本発明は、レーザ発光部を有する光モジュール、
光ＩＣ等に適用することによって、小電流で高精度なレ
ーザ発光制御ができるという効果が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない、たとえば、トリガー電極
の幅を選択することによって、信号の大小、使用目的の
変化に対しても充分対処でき、前記実施例同様な効果が
得られる。また、半導体レーザの素子構造の如何に拘わ
らず、本発明は適用でき、前記実施例同様な効果が得ら
れる。

〔利用分野〕

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である光通信用技術に適用
した場合について説明したが、それに限定されるもので
はなく、たとえば、ＧａＡＪＩＡｓ系による可視光半導
体レーザを用いた計測技術、医療技術などに適用できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による半導体光増幅素子の概
要を示す斜視図、第２図は電極欠落がある従来の半導体レーザ素子を示す
概略斜視図、第３図は同じく電極欠落がある状態での電流の流れを示
す半導体レーザ素子の断面的模式図、第４図は同じく電
極欠落のある半導体レーザ素子における高電流状態での
高出力レーザ発振状態を示すグラフ、第５図は第１図に示された半導体光増幅素子のトリガー
電極に信号が入らないレーザ発光のない状態における電
流の流れ状態を示す断面的模式図、第６図は同じく半導
体光増幅素子のレーザ発光状態における電流の流れ状態
を示す断面的模式図、第７図は本発明の半導体光増幅素
子の製造に用いられるウェハの断面図、第８図はメサエッチングが施されたウェハの断面図、第９図は埋め込み成長処理が施されたウェハの断面図、第１０図は光導波路上のクラッド層が途中深さまでエツ
チングされた状態を示す断面図、第１１図は亜鉛拡散処
理が施されたウェハの断面図、第１２図は電極が形成された状態のウェハの断面図、第１３図は半導体光増幅素子を示す斜視図である。１・・・レーザチップ、２・・・光導波路（共振器端面
）、３．４・・・電極、５・・・電極欠落箇所、６・・
・電流、７・・・化合物半導体薄板（ウェハ）、８・・
・基板、９・・・バッファ層、１０・・・活性層、１１
・・・クラッド層、１２・・・キャップ層、１３・・・
多層成長層、１４・・・マスク、１５・・・ブロッキン
グ層、１６・・・埋め込み層、１７・・・キャンプ層、
１８・・・絶縁膜、１９・・・スリット、２０・・・半
導体光増幅素子（チップ）、２１・・・トリガー電極、
２２・・・駆動電極、２３・・・絶縁膜、２４・・・亜
鉛拡散領域、２５・・・アノード電極、２６・・・カソ
ード電極、２７・・・電流注入部、２８・・・電流注入
部、２９．３０ボンデイング領域、３１・・・レーザ光
代理人　弁理士　小川勝馬　　・、Ｔ〕仝。；　　　、椛第１０図

Claims

【特許請求の範囲】１、光導波路と、この光導波路を挟んで配設された一対
の電極とを有する半導体レーザ構造の半導体光増幅素子
であって、前記電極の一方は電気的に相互に独立した複
数の電極からなっていることを特徴とする半導体光増幅
素子。２、前記光導波路の一面側に設けられる複数の電極は光
導波路の中央部分に対応して設けられたトリガー電極と
、前記光導波路の両端側上に延在する駆動電極と、から
なっていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の半導体光増幅素子。３、前記トリガー電極と駆動電極が設けられる光導波路
上の半導体層部分は光導波路の近傍部分までが電気的に
分断されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の半導体光増幅素子。