JPS63272089A - 半導体レ−ザアレイ - Google Patents

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） この発明は半導体レーザアレイ、特に高密度波長多重伝
送用の光源として用いて好適な半導体レーザアレイに関
する。

（従来の技術） 近年、将来の光フアイバ通信の一つとして、一本の光フ
ァイバで波長の異なる複数の信号光を同時に伝送する波
長多重伝送方式が注目されている。波長多重伝送用光源
として、例えば、ファブリ・ベロー（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅ
ｒｏｔ）共振器型の半導体レーザ素子（ＦＰレーザ素子
）を用いた波長多重伝送では、０．８１１Ｌｍ及び０．
８９ｐｍの波長の信号光や１．２１Ｌｍ及び１．３１Ｌ
ｍの波長の信号光を用いた波長多重伝送の研究が行なわ
れている。

ＦＰレーザ素子を光源とする場合、活性領域の組成を変
化させることによって発振波長を制御し、以ってそれぞ
れ発振波長の異なる複数のＦＰレーザ素子を形成してい
た。

これら発振波長の異なるＦＰレーザ素子は、モジュール
と称する装置に素子毎にそれぞれ装着されモジュールに
おいて光出力取出用の光ファイバとそれぞれ結合される
。さらに各モジュールは合波器とそれぞれ結合され、よ
ってモジュールの光出力取出用の各光ファイバは合波器
において一本の光ファイバに結合される。その結果、複
数の信号光を一本の光ファイバで伝送出来る。信号光は
、信号光の受光側で分波器によって各波長毎に分離され
る。

また波長多重伝送用光源として、分布帰還型半導体レー
ザアレイ（ｐｉｓｔｒｉｂｕｔａｄ　Ｆｅｅｄ　Ｂａｃ
ｋ　Ｌａ５ｅｒＡｒｒａｙ　：　Ｄ　Ｆ　Ｂレーザアレ
イ）も提案されている（文献Ｉ：「信学技報Ｊ　０ＱＥ
８４−７８（１９８４）ｐ２３〜３０）。

このＤＦＢレーザアレイは、アレイ状に形成された複数
のレーザ素子を具えるが、各レーザ素子の回折格子の周
期を変化させることによって、それぞれ発振波長の異な
る複数のレーザ素子を形成していた。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら従来の波長多重伝送用ＦＰレーザ素子は個
々に分離されたレーザ素子であるので、各レーザ素子か
ら出射された信号光を一本の光ファイバに入力するため
に、レーザ素子を素子毎にモジュールへ装着する作業、
さらにレーザ素子が装着された個々のモジュールを合波
器と結合する作業が必要であり、これら作業に手間が掛
るという問題点があった。また合波器における結合損失
が大きいため信号光の伝送損失が大きくなるという問題
点があった。

また従来の波長多重伝送用ＦＰレーザ素子では、活性領
域の組成を変化させることによって異なる発振波長のレ
ーザ素子を形成していたので、発振波長の制御を精度良
く行なうことが難しく、これがため製造歩留りが悪かっ
た０例えば信号光の波長の設計値を１．２７Ｌｍ及び１
．３　ｇｍとした場合に、設計値±０．０１ｐｍの範囲
内の発振波長が得られるようにレーザ素子を形成するこ
とが難しかった。

また信号光の波長を精度良く制御することが難しかった
ため、伝送する信号光の波長間隔を大きく設定しなけれ
ばならず、これがために波長の異なる信号光毎に伝送損
失が異なるという問題点があった。

また従来の波長多重伝送用ＤＦＢレーザアレイでは、発
振波長が異なる各レーザ素子毎に回折格子の周期を変化
させて回折格子を形成しなければならず、その結果、製
造プロセスが複雑化するという問題点があった。

この発明の目的は上述した従来の問題点を解決し、作成
が容易でありしかも光ファイバと効率良く結合出来る構
造の半導体レーザアレイを提供することにある。

（問題点を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この発明の半導体レーザア
レイは、アレイ状に形成された複数のレーザ素子を具え
る半導体レーザアレイにおいて、レーザ素子を同一の半
導体レーザウェハからそれぞれモノリシックに形成した
レーザ素子とし、これらレーザ素子は、端面反射率を変
化させることによってレーザ素子の発振波長を制御する
ための端面コート膜を１選択的に具えて成る。

（作用） このような構成の半導体レーザアレイによれば、レーザ
素子をアレイ化しているので、この発明の半導体レーザ
アレイを一本の光ファイバと直接に或はレンズを介して
効率良く結合することが出来る。また、レーザ素子をア
レイ化しているので、この発明の半導体レーザアレイを
モジュールへ装着する作業が容易である。

また、端面反射率を端面コート膜を設けることによって
変化させるので１発振波長を制御するための製造プロセ
スが簡略である。さらに、端面反射率を端面コート膜を
設けることによって変化させるので、発振波長の制御を
実用上充分な精度で精度良く行なえる。

（実施例） 以下１図面を参照してこの発明の実施例につき説明する
。尚１図面はこの発明が理解出来る程度に概略的に示し
であるにすぎず、従って各構成成分の形状、配設位置及
び寸法は図示例に限定されるものではない。

箸二］１１例 この第一実施例では、例えば二つのレーザ素子を７レイ
状に形成して多波長化を図った半導体レーザアレイにつ
き説明する。

第１図は第一実施例の構成を概略的に示す全体斜視図で
ある。同図に２おいて、１０は半導体レーザアレイ（以
下アレイと称する）、また１２はレーザ素子を示す、こ
のアレイ１０はアレイ状に形成された複数例えば二つの
レーザ素子１２を具え、これらレーザ素子１２を同一の
半導体レーザウェハからそれぞれモノリシックに形成し
たレーザ素子とする。

レーザ素子１２の構成は必ずしもこれに限定されるもの
ではないが、この実施例のレーザ素子１２は、ｐｙ！ｌ
！ＩｎＰ基板１４と、この基板１４上に順次に形成され
たｐ型ＩｎＰ電流狭窄層１Ｂ、ｎ型ＩｎＰ電流狭窄層１
８及びｐ型ＩｎＰ電流狭窄層２０と、電流狭窄層２０か
ら電流狭窄層１６まで形成されたＶ溝２２と、このＶ溝
２２内に順次に形成されたｐ型ＩｎＰ下側りラッド層２
４、ＧａＩｎＡｓＰ活性層２Ｂ及びｎ型ＩｎＰ上側クラ
ッド層２８と、上側クラッド層２８上に形成されたｎ側
電極３０と、ｎ側電極３０とは反対側の基板１４面上に
形成されたＰ側電極３２とを具える。

各レーザ素子１２はモノリシックにアレイ状に形成され
ているので、アレイｌＯ及び光ファイバの結合効率を向
丘するように、アレイ１０の左端部側の活性層２６及び
右端部側の活性層２８の間の離間距離りを短くすること
が出来る０例えば、アレイｌＯの左右端部側の活性層２
Ｂの間の離間距離りをＬ６１０ｇｍと設定すれば、アレ
イ１０をシングルモードファイバと高効率に結合するこ
とが出来る８また３４は溝を示し、この実施例では、素
子分離を１例えば二つのレーザ素子１２の間に溝３４を
形成することによって１行なう、溝３４は、例えばｎ側
電極３０から電流狭窄層ＩＢまでエツチングすることに
よって、形成すれば良い。

さらに３８は端面反射率を変化させることによってレー
ザ素子１２の発振波長を制御するための端面コート膜を
示し、レーザ素子１２はこの端面コート１９３Ｂを選択
的に具えて成る。レーザ素子１２の発振波長の制御は、
端面コート！１３Ｂをレーザ素子１２の出射端面及び又
は反射端面に被着し、或は出射端面及び反射端面のいず
れにも被着しないことによって、行なわれる。従ってこ
こに言うレーザ素子１２は端面コー）１１！３Ｂを具え
るレーザ素子及び端面コート膜３Ｂを具えないレーザ素
子のいずれも意味する。尚１図中、端面コート膜３６を
一点鎖線で示した。

アレイ１０を構成する複数のレーザ素子１２は、同一の
半導体ウェハから形成されるのでいずれのレーザ素子１
２にも端面コート膜１Ｂを設けない場合、各レーザ素子
１２の発振波長はほぼ同一波長と成る。しかしながら、
発振波長は、出力光の出射端面（この実施例ではアレイ
１０の前側の端面）の反射率が低くなるに従い短波長側
にシフトし、或は出射端面と対向する反射端面（この実
施例ではアレイ１０の後側の端面）の反射率が高くなる
に従い長波長側にシフトする。従って、レーザ素子１２
の端面反射率を種々に変化させることによって、レーザ
素子１２の発振波長を制御出来る。

これと共に、出射端面の反射率が低くなるに従い及び又
は反射端面の反射率が高くなるに従い、信号光（出力光
）の取り出し効率が増加するので５７レイ１０の高出力
化を図ることが出来る。

端面反射率を低くするためには、端面コート膜３Ｂとし
て例えば５ＬＯ２膜、ＡＪＬｚＯ３膜或はＳＥＮ膜など
の単層膜から成る反射防止膜を設ける。この単層膜の膜
厚ｄを、好ましくはｄ＝入／（４ｎ）とするのが良い（
但し入はレーザの波長、ｎは単層膜の（材質の）屈折率
）。

また端面反射率を高くするためには、端面コート膜３Ｂ
として例えば第一層及び第二層の膜から成る二層構造の
高反射膜を設ける。この場合、第一層の膜として例えば
５ｉＯ２１ｔ１．Ａ交２０３膜或は５ｉＮｆｉ、また第
二層の膜として例えば膜厚２００Å以上のＡｕ１１ｇを
用い、これら第一層の膜及び第二層の膜をレーザ素子１
２の端面側から順次に設ければ良い、第一層の膜厚ｄを
、好ましくはｄ＝λ／（４ｎ）とするのが良い（但しｎ
は第一層の膜の（材質の）屈折率）。

或は端面反射率を高くするために、端面コートｌ！Ｉ３
Ｂとして例えば低屈折率の膜及び高屈折率の膜から成る
多層構造の多層膜を設ける。この場合、低屈折率の膜と
して例えば５ｉＯｚｌｌｌ或はＡＪ１２０３膜、高屈折
率の膜として例えばＳｉ膜を用ぃ、これら低屈折率の膜
及び高屈折率の膜をレーザ素子１２の端面側から順次に
交互に設ければ良い、高屈折率の膜或は低屈折率の膜の
膜厚ｄを。

好ましくはｄ＝入／（４ｎ）とするのが良い（但しｎは
高屈折率の膜或は低屈折率の膜の（材質の）屈折率）。

端面コート膜３６の形成は、例えばスパッタ法。

真空蒸着或はプラズマＣＶＤ法によって行なう。

現在の端面コート膜形成技術では、レーザ素子１２の出
射面及び反射面に端面コート膜３Ｂを設けないときの発
振波長を入（ｎｍ）とすると１発振波長を概ね入−２０
（ｎｍ）から入＋２０（ｎｍ）までの範囲で変化させる
ことが出来る。

この実施例では、第１図にも示すように、左右のレーザ
素子１２のうち左側のレーザ素子１２の出射端面に端面
コート膜３Ｂとして反射防止膜を設け、及び右側のレー
ザ素子１２の反射端面に端面コート膜３Ｂとして高反射
膜を設ける。その結果、左側及び右側のレーザ素子１２
の発振波長の波長差を最大で例えば約４０ｎｍ程度に設
定することが出来る。

次に、この発明の理解を深めるため、この実施例の製造
工程につきごく概略的に説明する。尚、以下に説明する
製造工程は一例にすぎず従って製造工程をこれに限定す
るものではない。

第２図（Ａ）〜（Ｃ）は第一実施例の製造工程を段階的
に示す工程図である。　　　− 第２図（Ａ）において、３８は半導体レーザウニＩ＼を
示し、このウェハ３８は並列させて形成された複数のレ
ーザ素子１２を具えており（第１図参照）。

バー状の形状を有する。尚、図中、各レーザ素子１２の
活性層２６をハツチングを付して示した。

ウェハ３８の作成に当っては（第１図参照）、ｐ型Ｉｎ
Ｐ基板１４ｋに、ｐ型ＩｎＰ電流狭窄層１６、ｎ型Ｉｎ
Ｐ電流狭窄層１８及びｐ型ＩｎＰ電流狭窄Ｍ２０を順次
に積層形成し、然る後、電流狭窄層２０から電流狭窄層
１Ｂに至るＶ溝２２を形成する。然る後、■溝２２内に
ｐ型ＩｎＰ下側りラッド層２４、ＧａＩｎＡｓＰ活性層
２６及びｎ型ＩｎＰ上側りラッド層２８を積層形成し、
以ってＶ溝２２内に断面三日月状の活性層２６を形成す
る。然る後、上側クラッド層２８上にｎ側電極３０を形
成し、さらにｐ側電極３２をｎ側電極３０とは反対側の
基板１４面上に形成し、以って同一作成工程で形成され
た複数のレーザ素子１２を具えたウェハ３Ｂを得る。

次に、第２図（Ｂ）に示すように、端面コート膜３Ｂを
ウェハ３８の端面に例えばフォトリン及びリフトオフに
よって選択的に形成し、以ってレーザ素子１２の端面反
射率を変化させて発振波長が異なる複数のレーザ素子１
２を形成する。

次に第２図（Ｃ）に示すように、アレイ１０を構成する
レーザ素子１２間の分離を行なうため、溝３Ｂをウェハ
３８の所定位置に形成する。

次に第２図（Ｃ）において一点鎖線で示す分断線４０に
沿ってウェハ３８を分断し、以って第１図に示すように
個々に分離されたアレイ１０を得る。

上述したように、この発明の半導体レーザアレイによれ
ば、レーザ素子１２を７レイ化しているので、この発明
の半導体レーザアレイを合波器を用いずに一本の光ファ
イバと直接に或はレンズを介して効率良く結合すること
が出来る。

また、レーザ素子をアレイ化しているので、この発明の
半導体レーザアレイをモジュールへ装着する作業が容易
であり、従って従来の波長多重伝送用ＦＰレーザ素子よ
りもモジュールへの装着作業に手間が掛からない。

また、端面反射率を端面コート膜を設けることによって
変化させるので、発振波長を制御するための製造プロセ
スが簡略であり、従って発振波長の制御のための製造プ
ロセスを従来の波長多重伝送用ＤＦＢレーザアレイ及び
ＦＰレーザ素子よりも簡単化出来る。

また端面反射率を端面コート膜を設けることによって変
化させるので１発振波長の制御を実用上充分な精度で精
度良く行なえ、従って発振波長の制御を従来の波長多重
伝送用ＦＰレーザ素子よりも精度良く行なえる。

匪二叉１１ この第二実施例では、例えば三つのレーザ素子をアレイ
状に形成して多波長化を図った半導体レーザアレイにつ
き説明する。

第３図は第二実施例の構成を概略的に示す上面図である
。尚、第一実施例と対応する構成成分については同一の
符号を付して示し、その詳細な説明を省略する。

第３図に示すように、この実施例では、例えば三つのレ
ーザ素子１２を並列させてモノリシックに形成し、これ
ら三つのレーザ素子１２から半導体レーザアレイを形成
する。また素子分離のため、左側及び中央のレーザ素子
１２の活性層２８の間と、中央及び右側のレーザ素子１
２の活性層２Ｂの間とに溝３４を設ける。

さらに、この実施例では、左側及び中央のレーザ素子１
２の出射端面に端面コート膜３Ｂとして反射防止膜を設
け、これと共に中央及び右側のレーザ素子１２の反射面
に端面コート膜３Ｂとして高反射膜を設ける。この場合
、例えば約２０ｎｍ間隔で離れた三つの異なる発振波長
を得ることが出来る。

この発明は上述した実施例にのみ限定されるものではな
く、従って各構成成分の形成材料、形成方法、製造工程
、数値的条件その他の設計条件は上述した特定の設計条
件に限定されず各構成成分の設計条件を任意好適に設定
し又は変更することが出来る。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明の半導体
レーザアレイによれば、■発振波長の制御のための製造
プロセスが簡略である、■モジュールへの装着作業に手
間が掛からない、■光ファイバとの結合を高効率に行な
える、■高出力化を図れるという利点を有する半導体レ
ーザアレイを提供出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の半導体レーザアレイの第一実施例の
構成を概略的に示す全体斜視図、第２図（Ａ）〜（Ｃ）
は第一実施例の製造工程の一例の説明に供する製造工程
図、 第３図はこの発明の半導体レーザアレイの第二実施例の
構成を概略的に示す上面図である。 １０・・・半導体レーザアレイ １２・・・レーザ素子、　　３４・・・溝３６・・・端
面コート膜、３８・・・半導体レーザウェハ。 特許出願人　　　沖電気工業株式会社 １０・半導体レーザアレイ　　　２６：活性層１２：レ
ーザ素子　　　　　　　２８：上側クラッド層１４：基
板　　　　　　　　　　３０：ｎ側電極＋６．１８．２
０　：電流狭窄層　　　　３２：ｐ側電極２２：ｖ溝　
　　　　　　　　３４：溝２４：下側クラッド層　　　
　　３６：端面コート膜第−実施例の全体斜視図 第１図 ３Ｂ・・・半導体レーザウェア＼ ｔｏ　　　　　　ｔｏ　　　　　　ｔ。 第−実施例の製造工程図 第２図 ３６　　　　　　　　Ｊ４ 第二実施例の上面図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）アレイ状に形成された複数のレーザ素子を具える
   半導体レーザアレイにおいて、 前記レーザ素子を同一の半導体レーザウェハからそれぞ
   れモノリシックに形成したレーザ素子とし、 これらレーザ素子は、端面反射率を変化させることによ
   ってレーザ素子の発振波長を制御するための端面コート
   膜を選択的に具えて成ることを特徴とする半導体レーザ
   アレイ。