JPS6325992A - 半導体光集積素子 - Google Patents

半導体光集積素子

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JPS6325992A
JPS6325992A JP61169129A JP16912986A JPS6325992A JP S6325992 A JPS6325992 A JP S6325992A JP 61169129 A JP61169129 A JP 61169129A JP 16912986 A JP16912986 A JP 16912986A JP S6325992 A JPS6325992 A JP S6325992A
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JP
Japan
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optical
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guide layer
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JP61169129A
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English (en)
Inventor
Shigeru Murata
茂 村田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Publication of JPS6325992A publication Critical patent/JPS6325992A/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
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
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  • 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】 (産業上の利用分野) 本発明は、半導体光集積素子に関する。
(従来の技術) 半導体レーザと光導波路とを同一基板上に集積化するこ
とは、種々の光集積素子を実現する上で非常に重要な技
術である。例えば雰布ブラッグ反射型(DBR)レーザ
や外部共振器をモノリシック集積化した分布帰還型(D
FB)レーザや、複数のDPI3レーザと合波器を集積
化した光集積素子などを作製する上で上述の技術は不可
欠である。これらの応用に当っては、低損失の光導波路
を実現することが特に重要である。それは、光導波路の
損失が上述の素子の特性を大きく左右するからである。
半導体レーザと光導波路とを集積化した例としては、次
のようなものがある。まず第3図<a)に示した例は、
DFBレーザと光導波路とを集積化したものである。こ
こでは、半導体基板10の上に光ガイド層11、活性層
13、クラッド層14を順次成長した後、半導体レーザ
部100以外の成長層を除去し、光導波路部200に選
択的に光ガイド層21、クラッド層24を成長している
。このため、選択成長にともない、半導体レーザ部10
0と光導波路部200の境界に図に示したようなもり上
りが生じている。これについては応用物理学会(村田他
、第32回応用物理学会関係連合講演会予稿集29a−
ZB−10>で報告されている。第3図(b)に示した
例は、DBRレーザの例で、レーザ活性部300とDB
R部400とが集積化されている。ここでは基板30の
上に活性層33、バッファー層32を成長した後、レー
ザ活性部30口以外の成長層を除去する。DBR部40
口に回折格子45と形成した後、全体に光ガイド層41
、クラッド層44を成長している。これについては、ジ
ャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジッ
クス誌(Y、Tohmori et、 al: Jpn
J、Appl、Phys、 24 (1985) L3
99)に詳しい。
(発明が解決しようとする問題点) 以上、述べた従来例には、次のような問題点があった。
まず第3図(a)に示した例では、光導波路部20口を
選択成長によって形成するため、光ガイド層21を低キ
ャリア密度にすることが可能で低損失の光導波路が実現
できる反面、上述したような境界部でのもり上りが生ず
るために、半導体レーザ部10口と光導波路部200の
光学的な結合損失が非常に大きいという欠点を有してい
た。これはこのような選択成長を行う場合には、ある程
度避けられない問題であった。次に、第3図(b)に示
したDBRレーザの例では、選択成長を用いないために
、結合損失は小さくすることが可能である反面、光ガイ
ド層41が、レーザ活性部300と共通であるため、光
ガイド層41にI X 1018cm−3という高密度
のドーピングを行っていた。このためDBP部での吸収
損失がl OC1m −’以上と大きく、レーザ出力を
大きくできないという欠点があった。
本発明の目的は、以上述べた問題点を改善し、半導体レ
ーザと低損失な光導波路とを高効率で結合させた半導体
光集積素子を提供することにある。
(問題を解決するための手段) 半導体レーザと光導波路とを同一基板上に集積化した光
集積素子において、前記半導体レーザ部と前記光導波路
部とがともに共通の低キャリア密度光ガイド層を有し、
かつ前期半導体レーザ部の活性層と前期光ガイド層との
間に、前期光ガイドと同一導電型で、前記光ガイド層よ
りキャリア密度が大きなバッファー層が導入されている
ことを特徴とする半導体光集積素子によって上述の問題
を解決できる。
(作用) 第1図は、本発明の基本的な構造の一例を示す図で、レ
ーザ共振器軸方向の断面を示している。
ここではInGaAsP系のDFBレーザと光導波路の
集積素子を例にとっている。
本発明の特徴は、半導体レーザ部100と光導波路部2
00とが共通の低キャリア密度光ガイド層11を有し、
かつ半導体レーザ部100の活性層13と光ガイド層1
1の間に、光ガイド層11と同じ導電型でキャリア密度
の大きなバッファー層12が導入されていることである
。具体的には、例えば、n形I n P基板10を用い
た場合には、光ガイド層11は【1−形InGaAsP
層 (キャリア密度5 X 1016cm −3以下〉
、バッファー層12はn形InP層(キャリア密度1×
1018CI11−3> 、活性層13はノンドープI
nGaAsP層、クラッド層14はP形1nP層(キャ
リア密度I X 1018am−3)を用いる。半導体
レーザ部100に回折格子を形成した基板10全体に上
述の4層を成長した後、半導体レーザ部100以外のク
ラッド層14と活性層13を除去し、再び全体をP形T
nPクラッド層24で平坦に埋め込む。これにより、光
導波路部200の吸収損失を小さくおさえることが可能
であり、かつ、半導体レーザ部100には比較的高キャ
リア密度のバッファーN12があるなめに、Pn接合が
活性層13内に形成され、良好なダイオード特性が得ら
れる。もし高キャリア密度のバッファー層13がない場
合は、光ガイド層11が低キャリア密度であるために、
成長中にクラッド層からの不純物拡散が生じ、Pn接合
が活性層13がらずれたり、また光ガイド層11への注
入キャリアのオーバーフローによる、レーザ特性の劣化
を生じやすくなる。バッファー層12の厚さは、任意で
あるが、あまり厚くなると半導体レーザ部100と光導
波路部200の結合損失が大きくなる。したがって、半
導体レーザの発振波長や、光ガイド層11の厚さなどに
もよるが、結合損失があまり大きくならないようにバッ
ファー層12の厚さを選ぶ必要がある。例えば、発振波
長1.5μmのI nGaAsP系レーザの場合は、バ
ッファー層12の厚さは0.1μm程度にすればよい。
また本発明の構造では、通訳成長を用いずに吸収損失の
小さな光ガイド層11を形成しているために、半導体レ
ーザ部100と光導波路部200の境界部でのもり上り
もなく、結合損失を小さくおさえることができる。ここ
で、本発明と第3図(b)に示した従来例との違いにつ
いてふれておく。基本的な違いはキャリア密度の違いで
あり、本発明の特徴もそこにある。これまで従来例のよ
うな半導体レーザ部300とDBR部(すなわち光導波
路部〉400が共通の光ガイド層41を有するような場
合には、光ガイド層41に比較的高密度のキャリアをド
ーピングしていた。それは半導体レーザ部のPn接合の
位置ずれなどによる特性劣化を考慮したためであると思
われる。しかし著者らの実験によれば、本発明のように
、高キャリア密度のバッファ層12を導入することによ
り、光ガイド層が低キャリア密度(5X 1016C1
1−3以下)でも十分なレーザ特性が得られる。したが
って従来例と比べて低損失な光導波路部20口を実現で
きる。
(実施例) 第2図は、本発明の一実施例を示す斜視図である。基本
的には第1図と同様の構造で、InGaAsP系のDF
IIレーザと光導波路とを同一基板上に集積化した半導
体光集積素子である。素子はDFI3レーザ部10部上
00波路部200とからなり、埋め込み構造として二重
チャンネルプレーナ埋め込み構造を用いた。以下製作手
順を簡単に述べる。まずn形1nP基板10の上の、D
FBレーザ部10口に周期240nmの回折格子を形成
する。次に1回目のLPE成長によって、ノンドープI
nGaAsP光ガイド層11(λg・1.3μm、厚さ
0.3μm、キャリア密度n形2 Xl016cn−3
) 、n形1nPバッファー層12(厚さ 0.1μm
、キャリア密度l X 1018cm−3)ノンドープ
活性層13(^g・1.53μm、厚さ 0.1μm 
)、P形TnPクラッド層14(厚さ02μm、キャリ
ア密度1×10110l8’)を順次成長する9次にD
FBレーザ部100を除いた、他の部分のクラッド層1
4と活性層13とを選択的に除去する。2回目のLPE
成長において全体にP形1nPクラッド層24を形成す
る。次に埋め込み構造とするために、メサエッチングを
行った後、3回目のLPE成長によって埋め込み成長を
行う。最後に、基板側と成長側のDFBレーザ部100
に電極15を形成する。こうして試作した素子の特性の
一例を次に示す。まずDFBレーザの特性としては、し
きい値20mA、外部微分量子効率18%/前面、発振
波長1.55μmであった。
これらの値は通常の単体の素子と同程度であり、Pn接
合の良さを示す電流−電圧特性も通常のものと同様な良
好な特性であった。次に光導波路の特性としては、光導
波路部200の損失が3cm−’、DFBレーザ部10
0と光導波路部200の結合損失が10%以下という値
が得られた。従来例では光導波路の損失が1Oci−’
以上であることと比較すると半分以下に低減されている
なお、上述の実施例では、DFBレーザと直線の光導波
路とを集積化した例を示したが、最初に述べたように、
本発明はDBRレーザや、複数のDFBレーザと合波器
とを集積化したような、種々の半導体レーザと光導波路
との光集積素子に適用できる。例えば本発明を用いた1
、5μm DBRレーザでは、しきい値15mA、外部
微分量子効率28%/前面という良好な特性の素子が得
られている。また本発明はバッファ層を設けた点がポイ
ントであって、どのようなストライブ構造を採るかは発
明の本質ではない。したがって、実施例のような埋め込
み構造以外の構造のレーザ、例えばり・ソジガイド型レ
ーザなとどのようなストライプ構造にも適用可能である
。さらに上述のような回折格子を利用した光集積素子に
限定されたものでもない。すなわち、半導体レーザ部や
先導波路部に回折格子が無い構造でも本質は同じである
。またInGaAsP系以外のA II GaAs系な
ど池の材料を用いた光集積素子にも有効であることは言
うまでもない、(発明の効果) 以上のように、本発明によれば、半導体レー・ザと低損
失な光導波路とを高効率で結合した半導体光集積素子が
実現できる。本発明をDFBレーザと光導波路の集積素
子に適用した例では、光導波路の損失として3cm−’
、結合損失として10%以下が得られた。これは低キャ
リア密度の光ガイド層を用いたためである。またレーザ
特性としては単体の素子と同程度の良好な特性が得られ
、高キャリア密度バッファー層の効果を確認できた。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の基本的な構造の一例を示す図、第2
図は一実施例を示す斜視図、第3図は従来例を示す図で
ある。図中、100は半導体レーザ部、200は光導波
路部、300はレーザ活性部、40口はDBR部、10
.30は基板、11,21.41は光ガイド層、12.
32はバッファー層、13.33は活性層、14.24
.44はクラッド層、15は電極である。 第1図 半導体レーザ部100   光導波路部200第2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  半導体レーザと光導波路とを同一基板上に集積化した
    光集積素子において、前記半導体レーザ部と前記光導波
    路部とがともに共通の低キャリア密度光ガイド層を有し
    、かつ前記半導体レーザ部の活性層と前期光ガイド層と
    の間に、前記光ガイド層と同一導電型で、前記光ガイド
    層よりキャリア密度の大きなバッファー層が導入されて
    いることを特徴とする半導体光集積素子。
JP61169129A 1986-07-17 1986-07-17 半導体光集積素子 Pending JPS6325992A (ja)

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JP61169129A JPS6325992A (ja) 1986-07-17 1986-07-17 半導体光集積素子

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JPS6325992A true JPS6325992A (ja) 1988-02-03

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011119312A (ja) * 2009-12-01 2011-06-16 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 半導体レーザ装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011119312A (ja) * 2009-12-01 2011-06-16 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 半導体レーザ装置

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