WO2001022545A1 - Element lumineux et module d'element lumineux - Google Patents

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WO2001022545A1
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layer
light emitting
emitting device
substrate
conductivity type
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PCT/JP2000/003947
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Hideyoshi Horie
Satoru Nagao
Yoshitaka Yamamoto
Toshinari Fujimori
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Mitsubishi Chemical Corporation
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Definitions

  • the present invention relates to a light emitting device and a light emitting device module including the light emitting device.
  • INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be suitably used for a semiconductor laser such as an excitation light source for an optical fiber amplifier. It can also be applied to light emitting devices such as LEDs and super luminescent diodes. Background art
  • optical information processing technology and optical communication technology has been remarkable.
  • a large-capacity optical fiber transmission line and the flexibility of the transmission method must be used.
  • An amplifier for signal amplification is indispensable.
  • EDFAs optical fiber amplifiers
  • research on optical fiber amplifiers (EDFAs) doped with rare earth elements such as Er 3+ has been actively conducted in various fields. Development of an excellent semiconductor laser for an excitation light source, which is an indispensable component of the EDFA, is awaited.
  • excitation light source oscillation wavelengths there are three types that can be used for EDF A applications: 80 On m, 980 nm, and 1480 nm. It is known from the amplifier characteristics that pumping at 98 Onm is the most desirable, considering gain and noise characteristics.
  • Such a laser having an oscillation wavelength in the 980 nm band is realized mainly by using InGaAs as an active layer on a GaAs substrate, and contradicting demands for high output and long life. It is required to meet.
  • SHG light sources at wavelengths in the vicinity, for example, 890 to 1150 nm, and development of lasers with excellent characteristics in various other applications is awaited.
  • the wavelength of semiconductor lasers has been shortened for high-density recording. It is.
  • the recent development of blue lasers has been remarkable, and the reliability of GaN-based materials grown on substrates such as AlO x has been increasing, and further research is ongoing.
  • the characteristics required for a laser in the 980 nm band on a GaAs substrate include, in addition to the high output characteristics and high reliability described above, stability of optical output, linearity of current optical output,
  • the stability of the oscillation wavelength is also important.
  • the importance of the stability of the optical output is because if the degree of excitation of the Er 3 + doped in the quartz fiber fluctuates, this will fluctuate the gain of the optical amplifier itself.
  • Excellent linearity of the current light output characteristics is necessary to control the laser to maintain a constant output even when the external environment such as temperature changes. Since the absorption band of Er 3 + doped in the quartz fiber is narrow, the stability of the oscillation wavelength is also important.
  • the mode jump is shown to be 0.2 to 0.3 nm.
  • the gain differs between different oscillation wavelengths, which causes intensity noise. This is due to the fact that the higher-order mode is cut off by the waveguide design, which is independent of the stabilization of the transverse mode. As a result, the fluctuation in the current-optical output characteristics of the laser ( (Non-linearity).
  • the substrate is transparent to the wavelength at which it is emitting (for example, if the GaAs substrate is transparent to the light emitted from the InGaAs active layer).
  • the GaAs substrate is transparent to the light emitted from the InGaAs active layer.
  • large intensity noise with a wider wavelength interval is generated compared to the lasers reported in the past. This is due to the following reasons (Journal of quantum electronics, vol.33 No.10, ppl801-1809 0ctrber 5 1997) o
  • the substrate generally has a thickness of about 100 to 150 ⁇ m, but as a result, intensity modulation can be seen in the structure of the oscillation spectrum at a wavelength interval of about 2 to 3 nm. . In other words, there are longitudinal modes that are relatively easy to oscillate at intervals of 2 to 3 nm, and these will cause mode competition.
  • the gain of the laser differs as the wavelength increases, and mode competition is unlikely to occur between modes as far apart as about 1 Onm.
  • the gain difference is relatively large between the modes separated by 2 to 3 nm as described above, they are not so far apart that mode competition does not occur, which is extremely large compared to the mode hop between adjacent Fabry-Perot modes.
  • Large intensity noise is generated.
  • the competition between the oscillation wavelengths related to the waveguide mode originating from the substrate and the intensity modulation between the oscillation spectrums indicate that the substrate emits light.
  • Mode hopping between normal Fabry-Bello modes which occurs when absorbing wavelengths, also causes large intensity noise.
  • the present invention provides a method for competing for oscillation wavelengths related to waveguide modes originating from the substrate, which is observed when the substrate is transparent to the emission wavelength, and for the inter-oscillation spectrum.
  • the purpose of this study was to suppress the intensity modulation of the light-emitting device, achieve a light-emitting device with excellent light output linearity, and improve the coupling characteristics with the external resonator.
  • Another object of the present invention is to provide a light-emitting element module using the light-emitting element and operating stably in a wide temperature range and a wide output range. Disclosure of the invention
  • the present inventors have conducted intensive studies and as a result, have found that a substrate having a higher refractive index than the cladding layer of the light emitting element and transparent to the emission wavelength, and an active layer structure formed on the substrate, A light emitting element, wherein a layer for suppressing the modulation of oscillation intensity due to the waveguide mode derived from the substrate is formed between the substrate and the active layer structure, and / or the thickness of the substrate is According to the light emitting device of the present invention, which is not more than 75 zm, it has been found that the object of the present invention can be achieved.
  • a first conductivity type clad layer having the same conductivity type as that of the substrate is formed between the substrate and the active layer structure.
  • a low refractive index layer of the first conductivity type is formed between the mold cladding layers, and a real part of the refractive index n sub with respect to the emission wavelength of the substrate and the average refractive index with respect to the emission wavelength of the first conductivity type cladding layer.
  • the light-emitting element include n c i ad and an average refractive index n LI that satisfies (Equation 1) with respect to the emission wavelength of the first conductive type low refractive index layer.
  • the thickness T LIL 1 and the emission wavelength of the first conductivity type low refractive index layer satisfy Expression (2), and the thickness of the first conductivity type cladding layer is 2.0 to 3.0. preferable. (Expression: L) n sub > n c ! Ad !> N LIL1
  • the first aspect further includes: a second conductivity type clad layer formed on the active layer structure; a second conductivity type low refractive index layer formed on the second conductivity type clad layer; A contact layer formed on the two-conductivity-type low-refractive-index layer; and a refractive index n clad2 with respect to the emission wavelength of the second-conductivity-type clad / sword layer; refractive Oriritsu n c for the emission wavelength of the refractive index n LIL2, and the contact layer against.
  • nt satisfies (Equation 3).
  • the thickness T LIL2 and the emission wavelength of the second conductivity type low refractive index layer satisfy Expression (4), and the thickness of the second conductivity type cladding layer is 2.0 to 3.5 ⁇ m. It is preferred that
  • a light emitting device in which the thickness of the substrate is 7 or less can be given.
  • the thickness of the substrate is preferably not more than 50 m.
  • the present invention also provides a light emitting device module including the above light emitting device.
  • the light emitting element module according to the present invention, it is preferable that the light emitting element has an external resonator in a light emission direction and oscillates only at a single wavelength.
  • the external resonator is a grating fiber that selectively reflects a specific wavelength in a light emission direction of the light emitting element, and a reflectance of light to a laser side is 2 to 15% at an oscillation wavelength of the laser.
  • the reflection band is preferably 0.1 to 5. Onm with respect to the center wavelength.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor laser which is one embodiment of the light emitting device of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a semiconductor laser which is one mode of the light emitting device of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the wavelength of light incident on the reflection region and the reflectance.
  • Figure 4 is a graph showing the relation between the number and the reflectivity of the pair of A 1 0. 7 7 G a 0. 2 3 A s and G a A s which constitute the reflective region.
  • FIG. 5 is a graph showing a current light output characteristic of the semiconductor laser of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the current and the slope efficiency of the semiconductor laser of Example 1.
  • FIG. 7 is a graph showing the change in the peak wavelength p of the semiconductor laser of Example 1.
  • FIG. 8 is a graph showing a change in the center wavelength c of the semiconductor laser of the first embodiment.
  • FIG. 9 is a graph showing current light output characteristics of a semiconductor laser of a comparative example.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the current and the slope efficiency of the semiconductor laser of the comparative example.
  • FIG. 11 is a graph showing a change in the peak wavelength p of the semiconductor laser of the comparative example.
  • FIG. 12 is a graph showing a change in the center wavelength c of the semiconductor laser of the comparative example. Detailed description of the invention
  • the light-emitting device of the present invention is a light-emitting device having a higher refractive index than the cladding layer of the light-emitting device, and having at least a substrate transparent to an emission wavelength and an active layer structure formed on the substrate. is there.
  • the feature is that a layer for suppressing the modulation of the oscillation intensity due to the waveguide mode derived from the substrate is formed between the substrate and the active layer structure, and / or the thickness of the substrate is 75 / m or less. It is to be.
  • the formation of the layer for suppressing the modulation of the oscillation intensity and the control of the thickness of the substrate may be performed by selecting one of them, or may be performed by combining both. Particularly preferred are a case where the layer for suppressing the modulation of the oscillation intensity is formed alone and a case where both are combined.
  • FIGS. 1 and 2 schematically show the light emitting device of the present invention. This will be described with reference to the grooved semiconductor laser described above.
  • this semiconductor laser has a buffer layer (2), a first conductivity type low refractive index layer (3), a first conductivity type cladding layer (4), an active layer structure on a substrate (1).
  • a second conductive type first cladding layer (6) is formed in order, and a current blocking layer (6) having a stripe-shaped groove in the center is formed on the second conductive type first cladding layer (6).
  • 8) and a cap layer (9) are formed.
  • a second conductive type second cladding layer (7) is formed in the stripe-shaped groove and on the cap layer (9), and further thereon, a second conductive type low refractive index layer (10) and a contact are formed.
  • the layers (11) are formed in order. Electrodes (12, 13) are formed above the contact layer (11) and below the substrate (1). Furthermore, a coating layer (15, 16) is formed on the end face as shown in FIG.
  • the expression “B layer formed on the A layer” refers to the case where the B layer is formed so that the bottom surface of the B layer is in contact with the upper surface of the A layer, and the case where the B layer is formed on the upper surface of the A layer. This includes both the case where one or more layers are formed and the layer B is formed on the layer.
  • the above expression also includes a case where the upper surface of the layer A and the bottom surface of the layer B are partially in contact with each other, and in other portions, one or more layers exist between the layer A and the layer B. Specific aspects are apparent from the following description of each layer and specific examples of Examples.
  • the substrate (1) must have a higher refractive index than the later-described first conductivity type cladding layer (4) and be transparent to the emission wavelength.
  • the substrate is a single GaAs substrate.
  • a crystal substrate is used.
  • GaAs is desirable from the viewpoint of lattice matching with IIIV semiconductor lasers containing As, P, etc. as V group.
  • the description of the element ⁇ group> in the form of a numeral is in accordance with the conventional expression method.
  • Off-substrate has the effect of promoting crystal growth in step flow mode. Has been widely used. Off-substrates having a slope of about 0.5 to 2 degrees are widely used, but the slope may be about 10 degrees depending on the material system that constitutes the quantum well structure.
  • the substrate may be previously subjected to chemical etching, heat treatment, etc. in order to manufacture semiconductor lasers using crystal growth techniques such as MBE or MOCVD.
  • the thickness of the substrate is not particularly limited when a layer for suppressing the modulation of oscillation intensity due to the waveguide mode derived from the substrate is formed between the substrate and the active layer structure. Considering the mechanical strength, the thickness is generally about 100 to 150 / m. However, when it is necessary to further improve the light output linearity, for example, the thickness is preferably set to 75 ⁇ m or less, and more preferably 50 ⁇ m or less. For example, in a substrate with a thickness of about 50 / m, the interval between the oscillation wavelengths that are intensity-modulated by the waveguide mode derived from the substrate is extremely widened to 7 to 9 nm, and the gain of one of the two modes is considerably small. As a result, it is effective in suppressing the intensity modulation between the oscillation spectrums.
  • the thickness of the substrate is reduced to 75 ⁇ m or less, and preferably to 50 ⁇ m or less.
  • the method for preparing a light-emitting element using such a relatively thin substrate is not particularly limited.
  • a light emitting element may be manufactured by preparing a substrate of 75 m or less in advance and forming another layer on it, or forming another layer on a substrate having a thickness exceeding 5 m. After that, the thickness of the substrate may be reduced to 75 m or less to manufacture the light emitting device. It is preferable to select the latter method because a substrate having a thickness of 75 ⁇ m or less has low mechanical strength.
  • the buffer layer (2) is preferably provided to alleviate incompleteness of the substrate bulk crystal and facilitate the formation of an epitaxial thin film having the same crystallographic axis.
  • the buffer layer (2) is preferably composed of the same compound as the substrate (1). Since the substrate is Ga As, GaAs is usually used. However, the superlattice layer becomes the buffer layer It is also widely used and need not be formed of the same compound. On the other hand, when a dielectric substrate is used, a material different from the substrate may be appropriately selected depending on the desired emission wavelength and the structure of the entire device, instead of the same substance as the substrate.
  • One of the features of the light emitting device of the present invention is that a layer for suppressing the modulation of the oscillation intensity due to the waveguide mode derived from the substrate is formed between the substrate and the active layer structure.
  • the layer that suppresses the oscillation intensity modulation has the function of suppressing the leakage of light from the active layer structure to the substrate side and the modulation of the oscillation intensity due to the waveguide mode derived from the substrate. If so, the constituent material, shape, thickness, etc. are not particularly limited.
  • the first-conductivity-type low-refractive-index layer (3) shown in the embodiment of FIG. 1 can be cited as a preferred example of a layer that suppresses oscillation intensity modulation.
  • the average refractive index n LIL1 with respect to the emission wavelength of the first conductivity type low refractive index layer (3) is determined by the refractive index with respect to the emission wavelength of the substrate.
  • rate n sub the difference between the first with real number portion n Cladl of average refractive index for the emission wavelength of the conductive clad layer be appropriately selected so as to satisfy the above formula 1 is preferably c n sub and n Cladl below ( n sub — n cladl ) is preferably greater than 0.1, more preferably greater than 0.15 .
  • n Ciadl and n LIL1 are preferably greater than 0.1, more preferably greater than 0 ⁇ 12.
  • the refractive index in the present specification is a value calculated by the method described in Journal of Applied Physics, Vol. 58 (3), 1985, R1-R29.
  • a substrate having a higher refractive index than the first-conductivity-type clad layer causes the first-conductivity-type clad layer to move away from the first-conductivity-type clad layer. Exudation of the light of the first conductivity type is promoted, and a longitudinal mode derived from the substrate is induced.However, by including a layer that satisfies Equation 1 in the element, the substrate is effectively viewed from the first conductivity type cladding layer side. The refractive index on the substrate side can be reduced, and seepage of light to the substrate side can be eliminated.
  • the material and structure of the first conductivity type low refractive index layer are particularly there are no restrictions and various options are available.
  • the thickness of the first-conductivity-type low-refractive-index layer is particularly limited as long as it effectively lowers the refractive index of the substrate side as viewed from the first-conductivity-type clad layer side and eliminates light seepage to the substrate side.
  • TLI is preferably larger than person / 10, and more preferably larger than person / 7.
  • a reflection region having a function of reflecting light from the active layer structure toward the active layer structure can also be formed as a layer that suppresses modulation of oscillation intensity due to a waveguide mode derived from the substrate.
  • the light emitted from the active layer fluctuates depending on conditions such as temperature and output.
  • the reflection region referred to here is a reflection region that reflects light having an oscillation wavelength in a normal practical environment (such as operating temperature) of the light emitting device of the present invention.
  • the operating temperature of a 98 Onm band EDFA excitation light source used in a submarine cable repeater is about 5 to 40 ° C. When used in terrestrial networks, it has a temperature control function, and its main operating temperature is 25 ° C.
  • the term "reflection" as used herein means that light reflects at least 0.05% or more, preferably 1% or more, more preferably 5% or more, still more preferably 20% or more, and particularly preferably 30% or more. It means to do.
  • Such a reflection region reflects the light toward the active layer structure side, so that the oscillation wavelength It reduces the penetration of light into a substrate or the like, where waveguiding at that portion unnecessarily adversely affects the original oscillation spectrum such as intensity modulation.
  • the structure and material of the reflection region are not particularly limited as long as it has such a function.
  • the reflection region is usually formed in a layer shape (hereinafter, the reflection region formed in a layer shape is referred to as a “reflection mirror layer”).
  • the reflection mirror layer is desirably located between the substrate and a first conductivity type clad layer described later. Further, the reflection mirror layer can also serve as the cladding layer.
  • the reflection mirror layer is divided into a first reflection mirror layer and a second reflection mirror layer, and the first reflection mirror layer is provided between the substrate (1) and the first conductivity type cladding layer (4), for example.
  • One layer can be located between a second-conductivity-type second cladding layer (7) described later and a contact layer (11) described later.
  • the first reflection mirror layer suppresses light from the active layer structure side from entering the substrate (1), and the second reflection mirror layer (10) transmits light from the active layer structure side to the contact layer.
  • (11) Performs the function of restraining entry into (1).
  • first reflective mirror layer also serves as the first conductive type cladding layer
  • second reflective mirror layer also serves as the second conductive type first cladding layer and / or the second conductive type second cladding layer described later. is there.
  • the band of the light reflected by the reflection mirror layer can be appropriately designed according to the intended use of the light emitting device. For example, 0 & eight trioctahedral 1 0 on the substrate. The 77 Ga 0. 23 As with the order of this the GaAs, when stacked ten pairs 78. 6 nm / 68. 9 nm is opposite to the GaAs board The wavelength dependence of the reflectivity for incident light from the air is shown in Fig. 2.
  • the A 1 0 reflectance for light incident from air at 98 onm. 77 Ga Q. Becomes cages when indicated by the .smallcircle in Figure 3 shows as a function of the number of 23 As and GaAs pair. In addition, when the light enters from inside GaAs, it becomes as shown by the + mark in FIG. By appropriately obtaining these data, a semiconductor laser having a desired function can be manufactured.
  • the reflection mirror layer is designed to reflect not only the light of the oscillation wavelength but also the band near the oscillation wavelength. In this case, it is desirable to design the band so that the emission wavelength of the light emitting element does not always deviate from the reflection band at the operating temperature and output range of the device, and the reflectance is high at the oscillation wavelength of the light emitting element. It is desirable to design.
  • a first conductivity type low refractive index layer of a semiconductor laser described in Examples to be described later is formed in a first reflection region [for example, n having a carrier concentration of IX 10 18 cm ⁇ 3 . Mold Al. . 77 Ga. . 23 As (78.6 nm thickness) / GaAs (68.9 nm thickness) pairs replaced with 8 pairs], the low refractive index layer of the first conductivity type is replaced with the second reflection region [for example, carrier concentration 1 X 1 0 18 cm— 3 n-type I n Q. 5 Ga 0 . 5 P (thickness 74.
  • the first-conductivity-type cladding layer (4) is generally made of a material having a refractive index smaller than the average refractive index of the active layer structure (5), and is provided on a substrate (1) prepared to realize a desired oscillation wavelength. ),
  • the notch layer (2), the first conductivity type low refractive index layer (3), the active layer structure (5), and the like, the material is appropriately defined.
  • the first conductivity type cladding layer (4) is made of an AlGaAs-based material, an InGaAs-based material, or an AlGaInP-based material. Materials, InGaP-based materials and the like are used.
  • the thickness of the first conductivity type cladding layer (4) is preferably 0.5 to 5 // m, particularly when the first conductivity type low refractive index layer (3) is formed, and 2.0. ⁇ 3.5 jm Is more preferable.
  • a reflection region that reflects light in a specific band from the active layer side can be included in the entire cladding layer or a part thereof.
  • the reflection region returns light to the active layer side inside the cladding layer, and the first conductivity type low refractive index layer
  • the active layer structure (5) is appropriately selected from the viewpoints of wavelength selection, device characteristics, and the like, but its oscillation wavelength must be transparent to the substrate.
  • the active layer structure (5) is preferably a system containing In. Most preferred are systems containing InGaAs or systems containing InGaN.
  • This substrate is generally used, i.e. G a As the substrate in the case of I nGaAs is also the A 1 2 0 3 in the case of I The InGaN, because it is transparent to pair with it that of the oscillation wavelength It is.
  • the active layer various forms such as a bulk active layer and a quantum well active layer can be used. However, it is desirable that at least part of the active layer structure (5) contains an n-type impurity. As a result, stable operation can be realized, particularly when the external cavity is coupled to the laser to which the present invention is applied, and light output linearity is secured over a wide temperature range and a wide light output region. Because.
  • the active layer structure when an active layer structure including a quantum well is included, it is preferable that the active layer structure includes at least a layer functioning as a light guide or a barrier and an active layer, and a part of the active layer structure includes an n-type impurity. . Also, the number and order of the light guide layer, the noria layer, and the active layer can be arbitrarily combined so as to exhibit the functions of the respective layers, and include n-type impurities. The part can be arbitrarily selected.
  • the active layer structure (5) may be a normal bulk active layer consisting of a single layer, a single quantum well (SQW) structure, a double quantum well (DQW) structure, or a multiple quantum well structure.
  • a quantum well structure such as an (MQW) structure may be used.
  • a structure in which optical guide layers are provided on both sides of the quantum well (SCH structure), and a structure in which the refractive index is continuously changed by gradually changing the composition of the optical guide layer (GRIN-SCH structure) Etc. can also be adopted.
  • the active layer may have a strained quantum well structure for improving the characteristics of the laser.
  • the material and the like of the optical guide layer may be selected so as to have a strain opposite to that of the quantum well layer so that the strain is canceled in the entire active layer.
  • the optical guide layer is made of an active layer such as an AlGaAs material, an InGaAs material, an InGaP material, an A1GaInP material, an Al InGaAs material, an InGaAsP material, and a GaAsP material.
  • the optical guide layer can be a superlattice combining the above materials.
  • the second conductive type first clad layer (6) and the second conductive type second clad layer (7) are generally the same as the first conductive type clad layer (4) in average refraction of the active layer structure (5). It is composed of a material having a refractive index smaller than the refractive index, and the material is appropriately defined by the substrate (1), the buffer layer (2), the active layer structure (5), and the like.
  • GaAs GaAs is used for the substrate (1) and GaAs is also used for the buffer layer (2)
  • A1GaAs, InGaAs, InGaP, AlGalnP materials Materials, Al InGaAs-based materials, InGaAsP-based materials, GaAsP-based materials, etc. are used.
  • a reflection area that reflects light in a specific band from the active layer side is provided on all or a part of these layers in order to reduce light seepage into the contact layer described later. You can also.
  • the suppression of seepage of light into the contact layer is particularly caused by a thick contact layer exceeding 10 m, and the refractive index n c of the contact layer. nt is effective is larger than the average real part of the refractive index n c E ad 2 for the emission wavelength of the second conductivity type first cladding layer and a second conductivity type second cladding layer before mentioned.
  • the current block layer (8) Since the current block layer (8) is literally required to block the current and substantially prevent the current from flowing, its conductivity type is the same as that of the first conductivity type cladding layer (4) or an AND-type. It is preferable that For example, if the current block layer (8) is formed of AlGaAs, The refractive index is preferably smaller than that of the second cladding layer (7) of the second conductivity type made of y As (0 ⁇ y ⁇ 1). That is, the current block layer (8) If (0 ⁇ z ⁇ 1), the mixed crystal ratio is preferably z> y. Further, in relation to y and z, the present invention is preferably used mainly for semiconductor lasers, particularly those in which the waveguide by the laser structure itself is only in the fundamental mode.
  • the current blocking layer (8 ) and the effective refractive index difference in the lateral direction which is mainly defined by the refractive index difference of the second conductivity type second cladding layer (7) is desirably in the order of 10- 3. It is preferable to provide a cap layer (9) on the current block layer (8).
  • the refractive index of the second-conductivity-type second cladding layer (7) is usually equal to or lower than the refractive index of the active layer structure (5).
  • the second conductive type second cladding layer (7) usually has the same refractive index as the first conductive type cladding layer (4) and the second conductive type first cladding layer (6). When a part or all of these layers are formed as a single reflection mirror, it is desirable that the average refractive index of each layer be the same.
  • the thickness of the second-conductivity-type cladding layer (7) is preferably 5 to 5 / m, particularly when a second-conductivity-type low-refractive-index layer (10) described later is formed. More preferably, it is 0 to 3.5 m.
  • a single reflective mirror layer may be provided for the purpose of suppressing light seeping into the contact layer (11) described later.
  • this layer is disposed for the purpose of suppressing light seeping into the contact layer, and is a contact layer having a thickness as large as 10 m or more, and has a refractive index n c of the contact layer.
  • nt is the average refractive index for the emission wavelength of the second conductive type first cladding layer and the second conductive type second cladding layer. It is effective when it is larger than the real part of.
  • n clad2 is This corresponds to the refractive index of the second conductivity type clad layer in a single layer.
  • the second conductivity type low refractive index layer (10) has a refractive index nLIlj2 for the light emission wavelength of the second conductivity type low refractive index layer and a refractive index n c for the light emission wavelength of the contact layer for the purpose . It is preferable that nt and the real part n clad2 of the average refractive index with respect to the emission wavelength of the second conductivity type cladding layer are appropriately selected so as to satisfy the above-mentioned formula 3.
  • n c The difference between nt and n clad2 (n cont — n clad2 ) is preferably greater than 0.1, more preferably greater than 0.15 .
  • the material, thickness, structure and the like of the second conductivity type low refractive index layer can be appropriately selected similarly to the first conductivity type low refractive index layer.
  • T LIL2 it is desirable that the above equation 4 be satisfied with the oscillation wavelength as a person. It is preferably larger than T LIL ⁇ iA / 10, more preferably larger than person / 7.
  • the contact layer (11) is usually made of a GaAs material. This layer usually has a higher carrier concentration than the other layers in order to lower the contact resistivity with the electrode.
  • the thickness of the contact layer is appropriately selected, but the second conductivity type low refractive index layer works effectively when the contact layer is thick.
  • each layer constituting the light emitting element is appropriately selected within a range in which the function of each layer is effectively exhibited.
  • the buffer layer (2) usually has a thickness of 0.1 to 3 / m
  • the first conductivity type cladding layer (4) has a thickness of 0.5 to 5 m
  • the thickness of the layer structure (5) is 0.0005 to 0.02 ⁇ m per layer in the case of the quantum well structure
  • the thickness of the first conductivity type second cladding layer (6) is 0.05 to 0.05 ⁇ m.
  • the thickness of the second conductive type cladding layer (7) is 0.5 to 5 ⁇ m
  • the thickness of the current blocking layer (8) is 0.3 to 2 ⁇ m
  • the thickness of the cap layer (9) is 0.5 to 0.5 ⁇ m.
  • the thickness of the contact layer (11) is selected from the range of 1 to 25 mm.
  • the semiconductor laser shown in FIG. 1 is manufactured by further forming electrodes (12) and (13).
  • the p-type electrode (12) is formed by sequentially depositing, for example, Ti / Pt / Au on the surface of the contact layer (11) in the case of the p-type, and then performing an alloying process.
  • the substrate-side electrode (13) is formed on the surface of the substrate (1) .
  • AuGe / Ni / Au is sequentially deposited on the substrate surface and then formed by alloying. .
  • an end surface which is a light emission surface is formed on the manufactured semiconductor wafer.
  • light emission is not limited to edge emission, but is preferably used for edge emission type devices.
  • the end face becomes a mirror constituting a resonator.
  • the end face is formed by cleavage. Cleavage is a widely used method, and the end face formed by cleavage depends on the orientation of the substrate used. For example, when an element such as an edge-emitting laser is formed using a substrate having a plane which is crystallographically equivalent to nom inly ly (100), which is preferably used, (110) or crystallographic
  • the surface that is equivalent in nature is the surface that forms the resonator.
  • the end face may not be at 90 degrees to the resonator direction depending on the relationship between the inclined direction and the resonator direction. For example, if a substrate is used that is inclined at 2 degrees from the (100) substrate toward the (1-10) direction, the end face will also be inclined at 2 degrees.
  • coating layers (15) and (16) made of a dielectric or a combination of a dielectric and a semiconductor on the exposed semiconductor end face (FIG. 2).
  • the coating layer is formed mainly for the purpose of increasing the light extraction efficiency from the semiconductor laser and for protecting the end face.
  • a coating layer having a low reflectance (less than 10% reflectance) for the oscillation wavelength is applied to the front end face, and a high reflectance (for the oscillation wavelength) is applied.
  • a coating layer for example, 80% or more
  • the reflectance of the front end face is preferably 5%, more preferably 2.5% or less.
  • Various materials can be used for the coating layers (15) and (16).
  • A1Ox, TiOx, Siox, etc. are used as coating layers with low reflectivity, and A1Ox / Si multilayers, Tiox / Si, as coating layers with high reflectivity.
  • An Ox multilayer film or the like is used. By adjusting the thickness of each layer, a desired reflectance can be realized. However, in general, the film thickness of A 1 Ox, T iOXs S i Ox, etc.
  • the coating layer with low reflectivity is adjusted so that the real part of the refractive index at that wavelength is n, and it is near / 4n. It is common to do. Also, in the case of a high-reflection multilayer film, it is general to adjust each material constituting the film so as to be in the vicinity of / 4n.
  • the production method of the basic epitaxy structure of various lasers including the example of FIG. 1 can be referred to, for example, JP-A-8-130344.
  • This type of laser is used as a light source for an optical fiber amplifier used for optical communication and the like, and can be applied to various uses by appropriately selecting a layer structure, a material to be used, and the like.
  • the fiber grating can appropriately select the center wavelength, the reflection or transmission band, the reflectance of light to the laser side of the fiber grating, and the like according to the purpose.
  • the reflectance of light to the laser side of the fiber grating is 2 to 15%, preferably 5 to 10% at the oscillation wavelength of the light emitting element, and its reflection band. Is preferably from 0.1 to 5.Onm, more preferably from 0.5 to 1.5 nm, with respect to the center wavelength.
  • the group type semiconductor laser shown in FIGS. 1 and 2 was manufactured according to the following procedure.
  • type eight 1 0 of the second carrier concentration in a thickness 0.5 L ⁇ m as conductivity-type first cladding layer (6) 1 X 10 18 0111- 3 35 0 & 0. 65 eight three-layer (refractive index at 98 onm 3. 3346);.. n -type Al 0 the carrier concentration 5 x 10 17 cm- 3 in a thickness of 0.5 5 ⁇ M as a current proc layer (8) 39 Ga 0 61 as layer (refractive index at 980 nm 3. 30 69); carrier concentration 1 x 10 18 cm one 3 in a thickness of 10 nm as a cap layer (9) Were sequentially laminated.
  • Si was used as the n-type impurity
  • Be was used as the p-type impurity.
  • a mask of silicon nitride was provided on a portion other than the current injection region of the uppermost layer. At this time, the width of the stripe-shaped opening of the silicon nitride mask was 1.5 ⁇ m. Then, using a mixture of sulfuric acid (98% by weight), hydrogen peroxide (30% by weight aqueous solution) and water at a volume ratio of 1: 1: 5, the cap layer and the current block layer were etched at 25 ° C. The etching was performed for 27 seconds until the first conductive type first clad layer was reached. Next, the silicon nitride layer was removed by immersion in a mixture of HF (49%) and NH 4 F (40%) at a ratio of 1: 6 for 2 minutes and 30 seconds.
  • the carrier concentration is 1 ⁇ 10 18 as the second conductivity type second clad layer (7) by MOCVD.
  • Type eight 1 0 consecutive to the carrier concentration in the thickness 0. 15 m as a second-conductivity-type low-refractive layer (10) 1 X 10 18 0111- 3. 7 Ga 0. 3 As layer (refractive index 3 in 98 onm . 1387);
  • a contact layer for maintaining a contact between the electrode (11) is grown p-type GaAs layer having a carrier concentration 1 X 10 19 cm- 3 (refractive index at 980 nm 3. 5252) with a thickness 7 ⁇ M Was.
  • Zn was used as the p-type impurity.
  • the width W of the current injection region was 2.2 m.
  • the difference between the refractive index of the current block layer (8) and the second conductive type second cladding layer (7), and the width of W are designed so that the waveguide mode becomes only the fundamental mode.
  • the A1 mixed crystal ratio of the block layer and the like was determined.
  • the substrate is polished to a thickness of 100 ⁇ m, and AuGeN i / Au is used as the n-type electrode (13) on the substrate side, and T is used as the p-type electrode on the epitaxial layer side electrode (12).
  • the laser bar was once removed from the vacuum layer in order to further process the rear end face.
  • a coating layer (16) was formed, and a rear end face with a reflectance of 92% was formed.
  • Fig. 5 shows the results of detailed examination of the current-light output characteristics of the fabricated semiconductor laser in the range of 200mA to 300mA at 25 ° C.
  • Figure 6 shows the derivative of this (slope efficiency (W / A)). As shown in Fig. 5, it was confirmed that the light output increased linearly with the injection current. In this case, it was confirmed that the fluctuation of the slope efficiency was as small as ⁇ 0.05 (W / A).
  • the peak wavelength person p is the wavelength showing the maximum relative intensity
  • the center wavelength person c is the center of gravity of the entire oscillation wavelength. Both persons p and c showed a relatively linear redshift tendency, and it was confirmed that the maximum wavelength jump was 1 nm or less. In addition, no intensity modulation with respect to the oscillation wavelength at a wide wavelength interval derived from the substrate was observed.
  • a semiconductor laser module was fabricated in which a grating fiber with a reflectance of 6.5% at 981 nm and a reflection band of 1 nm was placed on the front end face of the laser.
  • the tracking error of the entire module was measured with the light output from the grating fiber as a parameter while changing the ambient temperature of the semiconductor laser module.
  • the c tracking error is constant with the built-in photodiode. This is the fluctuation of the optical output from the fiber when such control is performed, and is an index of the coupling characteristics with the external resonator.
  • the built-in photodiode controls the optical output to be 100mW, 140mW, and 180mW as the output of one end of the fiber, and the tracking error when the temperature is changed from 5 ° C to 40 ° C is good within ⁇ 0.3 dB. Was confirmed.
  • a semiconductor laser was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the second conductivity type low refractive index layer (10) was not provided, and the thickness of the contact layer (11) was 3.5 ⁇ m.
  • the current-optical output characteristics of the fabricated semiconductor laser were examined in detail in the range of 200 mA to 300 mA at 25 ° C. As a result, it was confirmed that the optical output increased linearly with the injection current. In addition, it was confirmed that the variation of slope efficiency in this case was as small as ⁇ 0.06 (W / A).
  • Example 1 the same semiconductor laser module as in Example 1 was manufactured, and tracking error was measured.
  • the optical output is controlled by the built-in photodiode so that it is 100mW, 140mW, and 180mW as the output of one end of the fiber, and the temperature is from 5 ° C to 40. It was confirmed that the tracking error when changing to C was as good as ⁇ 0.35 dB. (Example 3)
  • a semiconductor laser was fabricated in the same manner as described above.
  • Example 1 the same semiconductor laser module as in Example 1 was manufactured, and tracking error was measured.
  • the optical output is controlled by the built-in photodiode so that it is 100 mW, 140 mW, and 180 mW as one fiber output, and the tracking error when the temperature is changed from 5 ° C to 40 ° C is within ⁇ 0.32 dB. It was confirmed that there was. (Example 4)
  • Example 2 Same as Example 1 except that the thickness of the first conductivity type cladding layer and the thickness of the second conductivity type second cladding layer were 2.2 urn, and the thickness of the contact layer (11) was 3.5 ⁇ m. Thus, a semiconductor laser was manufactured.
  • the current-optical output characteristics of the fabricated semiconductor laser were examined in detail in the range of 200 mA to 300 mA in an environment of 25 degrees. As a result, it was confirmed that the optical output increased linearly with the injection current. In addition, it was confirmed that the variation of the slope efficiency in this case was very small, within ⁇ 0.04 (W / A).
  • Example 2 the same semiconductor laser module as in Example 1 was manufactured, and tracking error was measured.
  • the built-in photodiode controls the optical output to be 100 mW, 140 mW, and 180 mW as the output of one end of the fiber, and the tracking error when the temperature is changed from 5 degrees to 40 degrees is within ⁇ 0.27 dB. Very good was confirmed.
  • a semiconductor laser was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the substrate (1) was changed to 50 ⁇ m.
  • the current-optical output characteristics of the fabricated semiconductor laser were examined in detail in the range of 200 mA to 300 mA at 25 ° C. As a result, it was confirmed that the optical output increased linearly with the injection current. Also, it was confirmed that the variation of the slope efficiency in this case was as small as ⁇ 0.035 (W / A).
  • Example 2 Further, a semiconductor laser module similar to that of Example 1 was manufactured, and a tracking error was measured.
  • the built-in photodiode controls the optical output to be 100mW, 140mW, and 180mW as the output of one end of the fiber, and the tracking error when the temperature is changed from 5 ° C to 40 ° C is within ⁇ 0.28 dB. It was confirmed that it was good. (Example 6)
  • Example 1 Except that the first conductivity type low refractive index layer (3) and the second conductivity type low refractive index layer (10) were not formed, and that the substrate (1) was polished to a thickness of 70 m.
  • a semiconductor laser was manufactured in the same procedure as in Example 1.
  • the current-light output characteristics of the fabricated semiconductor laser were examined in the range of 250 mA to 300 mA in an environment of 25 ° C, and the variation of the derivative (slope efficiency (W / A)) was confirmed. It was confirmed that the optical output increased linearly with the injection current, and that the variation in slope efficiency in this case was as small as ⁇ 0.07 (W / A).
  • a semiconductor laser module was fabricated with a grating fiber with a reflectance of 6.5% at 981 nm and a reflection band of In on the laser front end face.
  • the tracking error of the entire module was measured using the light output from the grating fiber as a parameter while changing the ambient temperature of the semiconductor laser module.
  • the tracking error is the light output from the built-in photodiode. This is the fluctuation of the optical output when the control is performed to keep it constant, and is an index of the coupling characteristics with the external resonator.
  • a semiconductor laser was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the first conductivity type low refractive index layer (3) and the second conductivity type low refractive index layer (10) were not provided.
  • Fig. 9 shows the results of detailed examination of the current-light output characteristics of the fabricated semiconductor laser in the range of 200 ⁇ to 300mA at 25 ° C.
  • Figure 10 shows the derivative of this (slope efficiency (W / A)).
  • slope efficiency W / A
  • the tracking error was as large as 0.6 dB when the optical output was 100 mW, 140 mW, and 180 mW at one end of the fiber and the temperature was changed from 5 ° C to 40 ° C.
  • a semiconductor laser was manufactured in the same manner as in Example 6, except that the thickness of the substrate was set to 120 / m.
  • the current-light output characteristics of the fabricated semiconductor laser were examined in detail in the range of 250 mA to 300 mA at 25 ° C, and the derivative (slope efficiency (W / A)) of this was also determined. It was confirmed that there was a portion where the optical output was not linear with respect to the injected current, centered around 275 mA. The variation in slope efficiency was large throughout, exceeding 1.1 W / A at the maximum and less than 0.72 W / A at the minimum. In the same range, the changes in the peak wavelength P and the center wavelength c were examined. Both human p and Ac showed a step-like change, and intensity modulation at wide wavelength intervals derived from the substrate was observed. The maximum wavelength jump was about 2.8 nm.
  • a semiconductor laser module similar to that of Example 6 was manufactured, and the tracking error of the entire module was measured.
  • the light emitting device of the present invention suppresses competition of oscillation wavelengths related to a waveguide mode derived from the substrate and intensity modulation between oscillation spectra, which are observed when the substrate is transparent to the emission wavelength. It shows excellent light output linearity and coupling characteristics with an external resonator. Further, the light emitting element module of the present invention operates stably in a wide temperature range and a wide output range. others Therefore, the application range of the light emitting device and the light emitting device module of the present invention is extremely wide.

Description

明 細 書
発光素子および発光素子モジュール
技術分野
本発明は、 発光素子およびその発光素子を含む発光素子モジュールに関するも のである。 本発明は光ファィバー増幅器用励起光源等のような半導体レーザに好 適に利用することができる。 また、 LED、 スーパ一ルミネッセントダイオード 等の発光素子への適応も可能である。 背景技術
近年における光情報処理技術、 光通信技術の進展には目ざましいものがある。 例えば、 光ファイバ一ネッ トワークによる双方向通信を、 高速に、 しかも画像情 報の様な情報量の大きい伝送において実現するには大容量の光ファイバ一伝送路 とともに、 その伝送方式に対する柔軟性を持つ信号増幅用のアンプが不可欠であ る。 この代表例として、 E r3+等の希土類をドープした光ファイバ一増幅器 （E DFA) の研究が各方面で盛んに行なわれている。 そして、 EDFAのコンポ一 ネントとして不可欠な要素である、 優れた励起光源用の半導体レーザの開発が待 たれている。
EDF A応用に供することのできる励起光源の発振波長は、 原理的に 80 On m、 980 nm、 1480 nmの 3種類存在する。 このうち増幅器の特性から見 れば 98 Onmでの励起が、 利得やノイズ特性等を考慮すると最も望ましいこと が知られている。 このような 980 nm帯の発振波長を有するレーザは、 主に G aAs基板上に I nGaAsを活性層として用いることで実現されており、 高出 力でありながら長寿命であるという相反する要求を満たすことが求められている。 さらにこの近傍の波長、 例えば 890〜1150 nmにおいては SHG光源等の 要求もあり、 その他種々の応用面においても優れた特性を有するレーザの開発が 待たれている。
また、 情報処理分野では高密度記録を目的として半導体レ一ザの短波長化が進 んでいる。 特に最近の青色レーザの進展は目覚しく、 A l O x等の基板上に成長 された G a N系材料では、 その信頼性も上昇しており、 さらなる研究が続いてい る。
たとえば G a A s基板上の 9 8 0 n m帯のレーザに求められる特性としては、 前記のような高出力特性や高信頼性の他に、 光出力の安定性、 電流光出力の直線 性、 発振波長の安定性等も重要である。 光出力の安定性が重要視されるのは石英 ファイバ一中にド一プされた E r 3 +に対する励起の度合いが変動すると、 これが 光増幅器そのもののゲインの揺らぎになってしまうからであり、 電流光出力特性 の優れた直線性は、 温度等の外部環境が変化したときでも一定出力を保持するよ うな制御をレーザに施すために必要である。 また石英ファイバ一中にドープされ た E r 3 +の吸収帯が狭いため、 発振波長の安定性も重要である。
ところが、 半導体レーザではその縦モードの変動に起因した強度雑音、 すなわ ち光出力の揺らぎが観測されるのが一般的である。 この現象はモ一ドホッピング ノイズとして知られており、 過去に多くの報告がある。 基板が発振波長に対して 吸収を持つ例として、 例えば G a A s基板上の A 1 G a A sを活性層とする 7 8 O n m帯のレーザ （Journal of quantum electronics, vol.21 No.8,ppl264-1270 August, 1985) を挙げることができる。 ここに示されているようにレーザの環境温 度、 あるいは注入電流を変動させた際に、 複数の縦モードが競合していると比較 的近接しているモード間、 例えばレ一ザの共振器長で規定される隣接したファブ リペローモード間で発振波長の飛びがおこる。 上記文献の場合ではモードの飛び は 0 . 2〜0 . 3 nmであることが示されており、 半導体レーザにおいては異な る発振波長間ではゲインが違うため、 これが強度雑音の原因となる。 これは導波 路の設計によって、 高次モードがカッ トオフとなっており、 この結果横モードが 安定化していることとは独立であって、 レーザの電流光出力特性においては、 そ の揺らぎ （非直線性） として観測される。
またこのモードホッピングにはヒステリシスが観測されており、 一定の光出力 で駆動している場合であっても、 その温度履歴、 注入電流履歴によって発振波長 が異なってしまう問題も指摘されている。
このようなモードホッピングに加えて、 基板が発光している波長に対して透明 である場合 （例えば G a A s基板が I n G a A s活性層から放出される光に対し て透明な 9 8 O n m近傍のレーザの場合） には、 過去に報告されているレーザと 比較して波長間隔の広い、 大きな強度雑音が発生する。 これは以下のような理由 に よ る ( Journal of quantum electronics, vol.33 No.10,ppl801 - 1809 0ctrber51997) o
活性層から、 特にその下側にもれ出した光は基板に吸収されることなく基板中 に導波される。 これは基板が素子構造中に含まれるクラッド層よりも屈折率が大 きく、 さらに発光波長に対して透明であるからである。 このため、 基板由来の導 波モードが存在するようになる。 特にその高次モードは、 基板上に作り込んだレ 一ザ構造中を導波される通常のフアブリペローモードと結合するようになる。 基 板は一般に 1 0 0〜1 5 0〃m程度の厚みを有するが、 この結果、 発振スぺクト ルの構造中に 2〜3 n m程度の波長間隔で、 強度変調が見られるようになる。 す なわち、 この 2〜 3 n mの間隔で比較的発振しやすい縦モードが存在し、 これら がモード競合を起こすこととなる。
レーザのゲインは波長が離れているほど異なり、 1 O n m程度と極端に離れた モード間ではモ一ド競合は起こりにくい。 しかし上記の 2〜3 nm離れたモード 間では、 ゲインの違いは比較的大きいものの、 モード競合が起こらないほど離れ てもいないため、 隣接したフアブリペローモード間のモードホップに比較すると、 極端に大きな強度雑音が発生してしまう。 すなわち、 基板が発光している波長に 対して透明である場合に確認される基板由来の導波モードが関わる発振波長の競 合や発振スぺクトル間の強度変調は、 基板が発光している波長を吸収する場合に みられる通常のファブリベロ一モード間のモードホッピングょりも大きな強度雑 音の原因となる。
また、 例えば E D F A用の励起光源等ではその波長安定性も重要であるが、 こ のような基板由来の導波モードが関わる発振波長の競合や発振スぺクトル間の強 度変調を有するレーザにおいては、 外部共振器、 例えば波長安定化のために用い られるグレーティングファイバ一とレーザを結合させた際に、 その波長安定化効 果が小さい等の問題があった。
これらの従来技術の問題点を考慮して、 本発明は、 基板が発光波長に対して透 明である場合に確認される基板由来の導波モードが関わる発振波長の競合や発振 スぺクトル間の強度変調を抑制し、 結果として優れた光出力直線性をもつ発光素 子を実現し、 さらには外部共振器との結合特性を改善することを目的とした。 さ らに本発明は、 該発光素子用いた、 広い温度範囲と広い出力範囲で安定して動作 する発光素子モジュールを提供することも目的とした。 発明の開示
本発明者らは鋭意検討を進めた結果、 発光素子が有するクラッド層よりも高い 屈折率を持ち、 かつ、 発光波長に対して透明な基板と、 該基板上に形成された活 性層構造を有する発光素子であって、 前記基板由来の導波モードによる発振強度 の変調を抑制する層が前記基板と前記活性層構造の間に形成されていること、 お よび/または、 前記基板の厚みが 7 5 zm以下であることを特徴とする本発明の 発光素子によれば、 本発明の目的を達成しうることを見いだした。
本発明の発光素子の第 1の態様として、 前記基板と前記活性層構造の間に前記 基板と同じ導電型を示す第 1導電型クラッド層が形成されており、 前記基板と前 記第 1導電型クラッド層の間に第 1導電型低屈折率層が形成されており、 かつ、 前記基板の発光波長に対する屈折率 n s u b、前記第 1導電型クラッド層の発光波長 に対する平均屈折率の実数部分 n c i a dい および前記第 1導電型低屈折率層の発 光波長に対する平均屈折率 n L Iいが （式 1 ) を満足する発光素子を挙げることが できる。 前記第 1導電型低屈折率層の厚み T L I L 1と発光波長えは （式 2 ) を満足 することが好ましく、 前記第 1導電型クラッド層の厚みは 2 . 0〜3 . で あることが好ましい。 (式： L ) nsub > nc ! ad ! > nLIL1
(式 2) TLIL1 > 入/ 20
上記第 1の態様は、 さらに、 前記活性層構造上に形成された第 2導電型クラッ ド層、 該第 2導電型クラッド層上に形成された第 2導電型低屈折率層、 および該 第 2導電型低屈折率層上に形成されたコンタクト層を有し、 かつ、 前記第 2導電 型クラ、ソド層の発光波長に対する屈折率 nclad2、 前記第 2導電型低屈折率層の 発光波長に対する屈折率 nLIL2、 および前記コンタクト層の発光波長に対する屈 折率 nc。ntが （式 3) を満足することが好ましい。 また、 前記第 2導電型低屈折 率層の厚み TLIL2と発光波長えは （式 4) を満足することが好ましく、 前記第 2 導電型クラッド層の厚みは 2. 0〜3. 5〃mであることが好ましい。
(式 3) ncont ノ nc iad2 ノ nLI L2
(式 4) TLIL2 > 入/ 20
本発明の発光素子の第 2の態様として、 前記基板の厚みが 7 以下である 発光素子を挙げることができる。 基板の厚みは 50〃m以下であることが好まし い。
また本発明は、 上記の発光素子を有することを特徴とする発光素子モジュール も提供する。 本発明の発光素子モジュールは、 前記発光素子が光の出射方向に外 部共振器を有し、 単一波長のみで発振することが好ましい。 また、 前記外部共振 器が、 前記発光素子の光の出射方向に特定の波長を選択的に反射するグレーティ ングファイバーであり、 レーザ側への光の反射率がレーザの発振波長において 2 〜 15%であり、 かつ、 その反射帯域が中心波長に対して 0. 1〜5. Onmで あることが好ましい。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明の発光素子の一態様である半導体レーザの断面図である。 第 2図は、 本発明の発光素子の一態様である半導体レ一ザの斜視図である。 第 3図は、 反射領域への入射光の波長と反射率の関係図である。 第 4図は、反射領域を構成する A 1 0. 7 7 G a 0. 2 3 A sと G a A sの対の数と反 射率の関係図である。
第 5図は、 実施例 1の半導体レーザの電流光出力特性を示すグラフである。 第 6図は、 実施例 1の半導体レーザの電流とスロープ効率の関係を示すグラフ である。
第 7図は、 実施例 1の半導体レーザのピーク波長人 pの変化を示すグラフであ る
第 8図は、 実施例 1の半導体レーザの中心波長え cの変化を示すグラフである。 第 9図は、 比較例の半導体レーザの電流光出力特性を示すグラフである。
第 1 0図は、 比較例の半導体レーザの電流とスロープ効率の関係を示すグラフ である。
第 1 1図は、 比較例の半導体レーザのピーク波長人 pの変化を示すグラフであ る。
第 1 2図は、 比較例の半導体レーザの中心波長え cの変化を示すグラフである。 発明の詳細な説明
以下において、 本発明の発光素子および発光素子モジュールについて詳細に説 明する。
本発明の発光素子は、 該発光素子が有するクラッド層よりも高い屈折率を持ち、 かつ、 発光波長に対して透明な基板と該基板上に形成された活性層構造を少なく とも有する発光素子である。 その特徴は、 基板由来の導波モードによる発振強度 の変調を抑制する層が基板と活性層構造の間に形成されていること、 および/ま たは、 前記基板の厚みが 7 5 / m以下であることにある。 発振強度の変調を抑制 する層の形成と基板厚みの制御はいずれかを選択して行ってもよいし、 両方を組 み合わせて行ってもよい。 特に好ましいのは、 発振強度の変調を抑制する層の形 成を単独で行う場合と、 両方を組み合わせて行う場合である。
本発明の発光素子を具体的に説明するために、 第 1図および第 2図に概略を示 したグルーブ型の半導体レ一ザを参照しながら説明する。
この半導体レーザは、 第 1図に示すように、 基板（ 1)上にバッファ層 （2)、 第 1導電型低屈折率層 （3)、 第 1導電型クラッド層 （4)、 活性層構造（5)、 第 2導電型第 1クラッド層 （6) が順に形成されており、 さらに第 2導電型第 1 クラッド層 （6)上には、 中央にストライプ状の溝を有する電流ブロック層 （8) とキャップ層（ 9)が形成されている。そのストライプ状の溝中とキャップ層（9) 上には、 第 2導電型第 2クラッド層 （7) が形成され、 さらにその上には、 第 2 導電型低屈折率層 （10)、 コンタクト層 （11)が順に形成されている。 また、 コンタクト層 （11) の上と基板 （1) の下には電極 （12， 13) が形成され ている。 さらに、 端面には第 2図に示すようにコーティング層 （15, 16) が 形成されている。
なお、 本明細書において 「 A層の上に形成された B層」 という表現は、 A層の 上面に B層の底面が接するように B層が形成されている場合と、 A層の上面に 1 以上の層が形成されさらにその層の上に B層が形成されている場合の両方を含む ものである。 また、 A層の上面と B層の底面が部分的に接していて、 その他の部 分では A層と B層の間に 1以上の層が存在している場合も、 上記表現に含まれる。 具体的な態様については、 以下の各層の説明と実施例の具体例から明らかである。 基板 （ 1) は、 後述する第 1導電型クラッド層 （4) よりも屈折率が大きく、 かつ、 発光波長に対して透明でなければならない。 基板としては、 所望の発振波 長、 格子整合性、 意図的に活性層等に導入される歪、 ガイ ド層等に用いられる活 性層の歪み補償等の点から、 G a A sの単結晶基板を使用することが好ましい。 GaAsは、 V族として Asや P等を含む I I I一 V族半導体レーザに対する格 子整合性の観点から望ましい。 なお、 本明細書において元素の <族>の記述で口 —マ数字で記載されているものは旧来の表現方法にしたがつている。
基板はいわゆるジャスト基板だけではなく、 ェピタキシャル成長の際の結晶性 を向上させる観点から、 いわゆるオフ基板 (miss oriented substrate) の使用も 可能である。 オフ基板は、 ステップフローモードでの結晶成長を促進する効果を 有しており、 広く使用されている。 オフ基板は 0. 5〜2度程度の傾斜を持つも のが広く用いられるが、 量子井戸構造を構成する材料系によっては傾斜を 10度 前後にすることもある。
基板には、 MB Eあるいは MOCVD等の結晶成長技術を利用して半導体レー ザを製造するために、 あらかじめ化学エッチングや熱処理等を施しておいてもよ い。
基板の厚みは、 基板由来の導波モードによる発振強度の変調を抑制する層が基 板と活性層構造の間に形成されている場合は、 特に制限されない。 機械的強度等 を考慮すると、 厚みは一般に 100〜 1 50 /m程度である。 しかし、 光出力直 線性をさらに向上させる必要がある場合などは、 例えば厚みを 75〃m以下にす ることも好ましく、 さらに 50〃m以下にすることもより好ましい。 例えば厚み 50 /m程度の基板では、 基板由来の導波モードによって強度変調を受けた発振 波長の間隔が極端に広がって 7〜 9 nmとなり、 2つのモードのゲインはその片 方が相当に小さくなることから、 結果として発振スぺクトル間の強度変調の抑制 に効果がある。
一方、 基板由来の導波モ一ドによる発振強度の変調を抑制する層が基板と活性 層構造の間に形成されていない場合は、 基板の厚みを 75〃m以下、 好ましくは 50 Π1以下に制御する。 このような比較的薄い基板を用いた発光素子の調製方 法は特に制限されない。 あらかじめ 75 m以下の基板を作製しておき、 その上 に他の層を形成することによって発光素子を製造してもよいし、 Ί 5 mを超え る厚みを有する基板上にその他の層を形成してから、 基板の厚みを 75 m以下 まで削って発光素子を製造してもよい。 厚みが 75〃m以下の基板は機械的強度 が低いため、 後者の方法を選択することが好ましい。
バッファ層 （2) は、 基板バルク結晶の不完全性を緩和し、 結晶軸を同一にし たェピタキシャル薄膜の形成を容易にするために設けることが好ましい。 バッフ ァ層 （2) は、 基板 （ 1) と同一の化合物で構成するのが好ましく、 基板が Ga Asであるので通常は GaAsが使用される。 しかし、 超格子層をバッファ層に 使用することも広く行われており、同一の化合物で形成されなくてもよい。一方、 誘電体基板を用いた場合には必ずしも基板と同一の物質ではなく、 その所望の発 光波長、 デバイス全体の構造から、 適宜、 基板と異なった材料が選ばれる場合も ある。
本発明の発光素子の特徴の 1つは、 基板由来の導波モードによる発振強度の変 調を抑制する層が基板と活性層構造の間に形成されていることにある。 ここでい う発振強度の変調を抑制する層は、 活性層構造から基板側への光のもれ出しを抑 制し、 基板由来の導波モードによる発振強度の変調を抑制する機能を有するもの であれば、 構成材料、 形状、 厚みなどは特に制限されない。 第 1図の態様に示す 第 1導電型低屈折率層 （3) は、 発振強度の変調を抑制する層の好ましい例とし て挙げることができる。
活性層構造から基板側への光のもれ出しを抑制するために、 第 1導電型低屈折 率層 （3) の発光波長に対する平均屈折率 nLIL1は、 前記基板の発光波長に対す る屈折率 nsub、後述の第 1導電型クラッド層の発光波長に対する平均屈折率の実 数部分 ncladlとともに上記式 1を満たすように適宜選択されることが好ましい c nsubと ncladlとの差 （nsub— ncladl) は 0. 1より大きいことが好まし く、 0. 15より大きいことがより好ましい。 また、 nciadlと nLIL1との差（n ciad l一 nLIL1) は 0. 1より大きいことが好ましく、 0· 12より大きいこと がより好ましい。 なお、 本明細書における屈折率は Journal of Applied Physics, Vol.58(3), 1985, R1-R29に記載される方法により計算された値である。
第 1導電型低屈折率層のような発振強度の変調を抑制する層が存在しない場合 には、 後述の第 1導電型クラッド層よりも屈折率が高い基板によって、 第 1導電 型クラッド層からの光のしみ出しが助長され、 基板由来の縦モードを誘発する原 因となるが、 式 1を満たす層を素子に内在させることで、 実効的に第 1導電型ク ラッド層側からみた基板側の屈折率を低下させ、 基板側への光のしみ出しを解消 することができる。
式 1を満たすものならば第 1導電型低屈折率層を構成する材料、 構造等は特に 制限されず、 様々に選択が可能である。 例えば基板が GaAs ( 980 nmにお ける屈折率 nsub= 3. 5252 ) であり、 第 1導電型クラッド層が Al0.35G a0.65As ( 980 nmにおける屈折率 neladl= 3. 3346 ) である場合に は、 第 1導電型低屈折率層として A 10.7Ga0.3As (98 Onmにおける屈折 率 nLIL1 = 3. 1387) 等を用いることができる。 また第 1導電型低屈折率層 には超格子構造等を採用することも可能であり、 Al0.6Ga0.4As ( 1 Onm /n= 3. 1951 ) /A 1 o.4Ga0.6As (5nm/n= 3. 3069 )の対 からなる層を、 例えば 40対分積層し第 1導電型低屈折率層とすることもできる。 この場合にはその平均屈折率は nL I L 1= ( 10 X 3. 1951 + 5 x 3. 306 9) / ( 10 + 5) =3. 2324である。
第 1導電型低屈折率層の厚みは実効的に第 1導電型クラッド層側からみた基板 側の屈折率を低下させ、 基板側への光のしみ出しを解消する程度であれば特に制 限されないが、 この目的のために前記第 1導電型低屈折率層の厚み T L： L が発光 波長 λに対して上記式 2の関係を満たすことが望ましい。 TLIいは人 /10より も大きいことが好ましく、 人 /7よりも大きいことがより好ましい。
基板由来の導波モードによる発振強度の変調を抑制する層として、 活性層構造 からの光を活性層構造側に反射する機能を有する反射領域を形成することもでき る。 活性層から発する光は、 温度、 出力等の条件により変動するが、 ここでいう 反射領域は、 本発明の発光素子の通常の実用環境 （動作温度など） における発振 波長の光を反射する反射領域をいう。 例えば、 海底ケーブル用の中継器内で用い られる 98 Onm帯の EDFA用励起光源においては動作温度は 5〜40°C程度 である。 また、 地上系のネットワークに用いられるときには、 温度制御機能を有 するため 25°Cが主な動作温度となる。 なお、 本明細書でいう 「反射」 とは、 光 を少なくとも 0. 05%以上、 好ましくは 1%以上、 より好ましくは 5%以上、 さらにより好ましくは 20%以上、 特に好ましくは 30%以上反射することを意 味する。
このような反射領域は、 光を活性層構造側に反射することによって、 発振波長 に対して透明であり、 その部分での導波が不必要に本来の発振スぺクトラムに対 して強度変調等の悪影響を与える基板等への光の進入を低減する。 反射領域はこ のような機能を有するものであれば、 その構造や材料は特に制限されない。
通常は、 反射領域は、 通常は層状に形成される （以下、 層状に形成された反射 領域を 「反射ミラ一層」 という）。 その反射ミラー層は、 基板と後述する第 1導電 型クラッド層との間に位置することが望ましい。 また、 反射ミラー層はクラッド 層を兼ねることも可能である。
さらに、 反射ミラー層が第 1反射ミラ一層と第 2反射ミラー層に分かれ、 第 1 反射ミラー層は、 たとえば基板 （ 1) と第 1導電型クラッド層 （4) の間に、 第 2反射ミラ一層は後述の第 2導電型第 2クラッド層 （7) と後述のコンタクト層 ( 1 1) の間に、 位置させることも可能である。 この際、 第 1反射ミラー層は活 性層構造側からの光が基板 (1) へ進入するのを抑制し、 第 2反射ミラ一層 （ 1 0) は活性層構造側からの光がコンタクト層 （ 1 1) へ進入するのを抑制する機 能を果たす。
また、 第 1反射ミラ一層が第 1導電型クラッ ド層を、 第 2反射ミラ一層が後述 の第 2導電型第 1クラッド層および/または第 2導電型第 2クラッド層を兼ねる ことも可能である。
具体的な反射ミラー層としては、 反射率の大きな単一の層を挿入することも可 能であるが、 いくつかの屈折率の異なる層を積層して形成する分布帰還型をとる ことも可能である。 分布帰還型の場合には特に G a As基板を用いた場合には G a Asと A
Figure imgf000013_0001
を交互に積層したものが望ましく使用される。
反射ミラー層が反射する光の帯域は、 発光素子の使用目的に応じて適宜設計が 可能である。たとえば、 0&八3基板上に八10.77Ga0.23Asと GaAsをこ の順に、 78. 6 nm/68. 9 nmずつ 10対積層した場合には、 GaAs基 板と反対側の空気中からの入射光に対する反射率の波長依存性は第 2図に示すと おりになる。
また、 98 Onmにおける空気中から入射する光に対する反射率を上記 A 10. 77GaQ.23Asと GaAsの対の数の関数として示すと第 3図中の〇印で示すと おりになる。 また、 GaAs中から入射するとすると第 3図中の +印で示すとお りになる。 これらのデ一夕を適宜取得しておくことにより、 所望の機能を有する 半導体レ一ザを作製することが可能になる。
反射ミラー層は発振波長の光のみを反射するのではなく、 発振波長の近傍の帯 域を含めて反射するように設計するのが望ましい。 この場合、 その帯域は発光素 子の発振波長がデバイスの使用温度と出力範囲において、 常に反射帯域から外れ ないように設計することが望ましく、 またその反射率は発光素子の発振波長にお いて高く設計することとが望ましい。
反射領域を形成した発光素子の具体例として、 後述する実施例に記載される半 導体レーザの第 1導電型低屈折率層を第 1反射領域 [例えば、 キャリア濃度 I X 1018cm— 3の n型の Al。。 77Ga。。 23As (厚み 78. 6 nm) /GaAs (厚み 68. 9 nm) の対を 8対] に置き換えたもの、 第 1導電型低屈折率層を 第 2反射領域 [例えば、 キャリア濃度 1 X 1 018cm— 3の n型の I nQ。 5Ga0。 5P (厚み 74. 0 nm) /GaAs (厚み 68. 9 nm) を 5対；あるいは、 キ ャリア濃度 1 X 1018 cm— 3の p型の A 1。。 77G a。。 23A s (厚み 78. 6 n m) /GaAs (厚み 68. 9 nm) を 8対] に置き換えたものを挙げることが できる。
第 1導電型クラッド層 （4) は一般的には活性層構造 （5) の平均屈折率より 小さな屈折率を有する材料で構成され、 所望の発振波長を実現するために準備さ れる基板（ 1 )、 ノ ツファ層 （ 2 )、 第 1導電型低屈折率層 （ 3 )、 活性層構造 （ 5 ) 等により適宜材料が規定される。 例えば基板 （ 1) として GaAsが使用され、 バッファ層 （2) にも GaAsが使用されているときには、 第 1導電型クラッド 層 （4) として AlGaAs系材料、 I nGaAs系材料、 A lGa l nP系材 料、 I nGaP系材料等が用いられる。
第 1導電型クラッド層 （4) の厚みは、 特に第 1導電型低屈折率層 （3) が形 成されているときは 0. 5〜5 //mであることが好ましく、 2. 0〜3. 5 j m であることがより好ましい。
上述のように、 クラッド層全体またはその一部には、 活性層側からの特定の帯 域の光を反射する反射領域 （反射ミラー） を内在させることもできる。 この反射 領域はクラッド層内部で光を活性層側に戻すもので、 前記第 1導電型低屈折率層
(3) とあわせて基板への光のしみ出しを抑制する効果がある。 またクラッド層 の一部または全てを超格子構造とすることも可能である。
活性層構造（5)は、 波長選択、 デバイス特性等の観点から適宜選択されるが、 その発振波長は基板に対して透明でなければならない。
活性層そのものの材料選択の観点では基板 （1) として Ga Asが使用されて いる場合には活性層として I nG a As系材料、 AlGalnAs系材料、 In GaAs P系材料等が用いられる。 活性層構造 （5) は Inを含む系であること が好ましい。 最も好ましいのは I nGaAsを含む系または I nGaNを含む系 である。 これは、 一般に使用している基板、 すなわち I nGaAsの場合には G a As基板が、 また I nGaNの場合には A 1203が、 それそれの発振波長に対 して透明であるからである。
活性層の構造としては、 バルク活性層、 量子井戸活性層等様々な形態を用いる ことができる。 しかし、 活性層構造 （5) の少なくとも一部には n型の不純物が 含まれていることが望ましい。 これによつて、 特に外部共振器と本発明を適応し たレーザを結合させた際には安定した動作が実現でき、 広い温度範囲、 さらには 広い光出力領域で光出力直線性が確保されるからである。
特に量子井戸を含む活性層構造を有する場合には、 少なくとも光ガイ ドまたは バリアとして機能する層と活性層を有していて、 活性層構造の一部に n型の不純 物を含むことが望ましい。 また、 光ガイ ド層、 ノ リア層、 活性層の数と順序はそ れそれの層の機能を発揮しうるように任意に組み合わせることが可能であり、 ま た、 n型の不純物を含有させる部分についても任意に選択することが可能である。 具体的には、 活性層構造 （5) は、 単一の層からなる通常のバルク活性層でも よいし、 単一量子井戸 （SQW)構造、 二重量子井戸 （DQW)構造、 多重量子 (MQW)構造等の量子井戸構造でもよい。 また、 量子井戸の両側に光ガイ ド層 を設けた構造 （SCH構造)、 光ガイ ド層の組成を徐々に変化させることにより屈 折率を連続的に変化させた構造 （GRIN— SCH構造） 等を採用することもで ぎる。
また、 活性層はレーザの特性改善のために歪量子井戸構造をとつていてもよい。 さらに活性層全体としては歪が打ち消される様に、 光ガイ ド層の材料等を量子井 戸層の有する歪みと逆の歪みを持つ様に選択してもよい。 光ガイ ド層の材料とし ては AlGaAs系材料、 InGaAs系材料、 I n G a P系材料、 A 1 G a I nP系材料、 Al InGaAs系材料、 InGaAsP系材料、 GaAsP系材 料等活性層にあわせて選択することができる。 また、 光ガイ ド層は前記材料を組 み合わせた超格子とすることも可能である。 さらに、 量子井戸と光ガイ ド層の間 に意図的にバンドギャップの大きな材料を挿入して、 温度特性の改善を行うこと も可能である。
第 2導電型第 1クラッド層 （6) および第 2導電型第 2クラッド層 （7) は、 第 1導電型クラッド層 （4) と同様に一般的には活性層構造 （5) の平均屈折率 より小さな屈折率を有する材料で構成され、 基板 （1)、 バッファ層 （2)、 活 性層構造 （5)等により適宜材料が規定される。 例えば基板 （1) として GaA sが使用され、 バッファ層 （2) にも GaAsが使用されているときには、 A1 G a A s系材料、 InGaAs系材料、 I n G a P系材料、 AlGalnP系材 料、 Al InGaAs系材料、 InGaAsP系材料、 GaAsP系材料等が用 いられる。
これらの層の全体または一部には、 後述のコンタクト層への光の染み出しを低 減させる目的で、 活性層側からの特定の帯域の光を反射する反射領域 （反射ミラ ―) を設けることもできる。 コンタクト層への光のしみ出しの抑制は特に 10 mを越えるような厚いコンタクト層であって、 コンタクト層の屈折率 nc。ntが前 述の第 2導電型第 1クラッド層と第 2導電型第 2クラッド層の発光波長に対する 平均屈折率の実数部分 n cェ a d 2よりも大きい場合に効果的である。 電流プロック層 （8) は、 文字通り電流をブロックして実質的に流さないよう にすることが要求されるので、 その導電型は第 1導電型クラッ ド層 （4) と同一 かあるいはアンド一プとすることが好ましい。 また、 例えば AlGaAs系で電 流プロック層 （8) を形成する場合であれば、
Figure imgf000017_0001
yAs (0<y≤ 1) からなる第 2導電型第 2クラッド層 （7) より屈折率が小さいことが好ましい。 すなわち、 電流ブロック層 （8)
Figure imgf000017_0002
(0≤ z≤ 1) であれば、 混晶比としては z〉yになることが好ましい。 また、 yと zの関係において、 本 発明は、 主に半導体レーザ、 特にレーザ構造自体よる導波が基本モードのみであ るものに好適に利用されるが、 この観点では、 電流ブロック層 （8) と第 2導電 型第 2クラッド層 （7) の屈折率差によって主に規定される横方向の有効屈折率 差は 10— 3のオーダであることが望ましい。 電流ブロック層 （8) の上にはキヤ ップ層 (9) を設けることが好ましい。
第 2導電型第 2クラッド層 （7) の屈折率は、 通常、 活性層構造 （5) の屈折 率以下である。 また、 第 2導電型第 2クラッド層 （7) は通常第 1導電型クラッ ド層 （4) および第 2導電型第 1クラッド層 （6) と同一の屈折率とされる。 ま たこれらの層の一部または全部を反射ミラ一層とする際にはそれそれの層の平均 屈折率は同一になるようにするのが望ましい。
第 2導電型クラッド層（7)の厚みは、 特に後述する第 2導電型低屈折率層（1 0)が形成されているときは◦. 5〜5 /mであることが好ましく、 2. 0〜3. 5 mであることがより好ましい。
第 2導電型第 2クラッド層 （7) の上には、 後述のコンタクト層 （ 1 1) への 光の染み出しを抑制する目的で、 反射ミラ一層を設けることもできる。
第 2導電型第 2クラッド層 （7) と後述のコンタクト層 （ 1 1) の間には第 2 導電型低屈折率層 （ 10) を設けることが望ましい。 この層は前述のとおりコン タクト層への光のしみ出しの抑制を目的として配置され、 得に 10 mを越える ような厚いコンタクト層であって、 コンタクト層の屈折率 nc。ntが前述の第 2導 電型第 1クラッド層と第 2導電型第 2クラッド層の発光波長に対する平均屈折率 の実数部分より大きい場合に効果的である。
ここでは第 2導電型のクラッド層が第 1と第 2の 2つに分かれている態様につ いて説明しているが、 第 2導電型クラッド層が単一の層である場合では nclad2 は単一の層における第 2導電型クラッド層の屈折率に相当する。
第 2導電型低屈折率層 （10) は、 その目的のために第 2導電型低屈折率層の 発光波長に対する屈折率 nLIlj2、コンタクト層の発光波長に対する屈折率 nc。nt、 第 2導電型クラッド層の発光波長に対する平均屈折率の実数部分 nclad2が上記 式 3を満たすように適宜選択されることが好ましい。
nc。ntと nclad2との差 （ncont— nclad2)は 0. 1より大きいことが好ま しく、 0. 15より大きいことがより好ましい。 また、 nelad2と nLIL2との差 (nclad2— nLIL2) は 0. 1より大きいことが好ましく、 0· 12より大きい ことがより好ましい。
第 2導電型低屈折率層は第 1導電型低屈折率層と同様にその構成材料、 厚み、 構造等を適宜選択することが可能である。 特にその厚み TLIL2に関しては発振波 長を人として上記式 4を満たすことが望ましい。 TLIL^iA/l 0よりも大きい ことが好ましく、 人 /7よりも大きいことがより好ましい。
第 2導電型低屈折率層の上には、 電極 （12) との接触抵抗率を下げるため等 の目的で、 コンタクト層 （ 11 ) を設けるのが好ましい。 コンタクト層 （ 11 ) は、 通常、 GaAs材料にて構成される。 この層は、 通常電極との接触抵抗率を 低くするためにキヤリア濃度を他の層より高くする。 コンタクト層の厚みは適宜 選択されるが、 前記第 2導電型低屈折率層はコンタクト層が厚い場合に効果的に 作用する。
発光素子を構成する各層の厚さは、 それそれの層の機能を効果的に奏する範囲 内で適宜選択される。 第 1図に示す半導体レーザの場合、 通常、 バッファ層 （2) の厚さは 0. l〜3 /m、 第 1導電型クラヅド層 （4)の厚さは 0. 5〜5 m、 活性層構造 （5) の厚さは量子井戸構造の場合 1層当たり 0. 0005〜0. 0 2〃m、 第 2導電型第 1クラヅ ド層 （6) の厚さは 0. 05〜0. 3 /m、 第 2 導電型第 2クラッド層 （7) の厚さは 0. 5〜5〃m、 電流ブロック層 （8) の 厚さは 0. 3〜2〃m、 キャップ層 (9) の厚さは 0. 005〜0. 5〃m、 コ ン夕クト層 （11) の厚さは 1〜25〃mの範囲から選択される。
第 1図に示す半導体レーザは、 さらに電極 （12) および （13) を形成する ことにより作製される。 ェビタキシャル層側電極 （12) は、 p型の場合、 コン タクト層 （11) 表面に例えば T i/P t/Auを順次に蒸着した後、 合金化処 理することによって形成される。 一方、 基板側電極 (13) は基板 (1) の表面 に形成され、 n型電極の場合、 例えば AuGe/Ni/Auを基板表面に順に蒸 着した後、 合金化処理することによって形成される。
製造した半導体ウェハーには、 光の出射面である端面を形成する。 本発明では 光の出射は端面出射とは限らないが、 端面出射型のデバイスに好適に用いられる。 端面は半導体レーザの場合には共振器を構成する鏡となる。 好ましくは、 劈開に より端面を形成する。 劈開は広く用いられる方法であり、 劈開によって形成され る端面は使用する基板の方位によって異なる。 例えば、 好適に利用される nom inal ly (100) と結晶学的に等価な面をもつ基板を使用して端面発光型 レーザ等の素子を形成する際には、 （110)もしくはこれと結晶学的に等価な面 が共振器を形成する面となる。 一方、 オフ基板を使用するときには、 傾斜させた 方向と共振器方向の関係によっては端面が共振器方向と 90度にならない場合も ある。 例えば （100)基板から、 （ 1一 10)方向に向けて角度を 2度傾けた基 板を使用した場合には端面も 2度傾くことになる。
本発明では、 露出した半導体端面上に、 誘電体、 または誘電体および半導体の 組合せからなるコーティング層 (15)および （16) を形成するのが好ましい (第 2図)。 コーティング層は、 主に半導体レーザからの光の取り出し効率を上げ る目的と、 端面の保護するという 2つの目的のために形成する。 また、 後述の外 部共振器との結合を高めるために、 発振波長に対して低反射率 （反射率 10%以 下）のコーティング層を前端面に施し、発振波長に対して高反射率（例えば 80% 以上）のコ一ティング層を後端面に施す非対称コーティングを行うのが望ましい。 これはさらなる波長安定化のために使用される外部共振器から戻ってくる光を積 極的にレーザ内部に取り込み、 波長の安定化を促進する点で非常に重要である。 特にこの目的のためには前端面の反射率は 5 %、 より望ましくは 2. 5%以下で あることが好ましい。
コーティング層 （15) および （16) には、 さまざまな材料を用いることが できる。 例えば、 Al Ox、 T i Ox, S i Ox, S i N、 S iおよび ZnSか らなる群から選ばれる 1種または 2種以上の組合せを用いることが好ましい。 低 反射率のコ一ティング層としては A 1 Ox、 TiOx、 S i Ox等が、 また高反 射率のコ一ティング層としては A 1 Ox/S iの多層膜、 T i Ox/S i Oxの 多層膜等が用いられる。 それそれの膜厚を調節することによって、 所望の反射率 を実現することができる。 しかし、 一般に低反射率のコーティング層とする A 1 Ox、 T iOXs S i Ox等の膜厚は、 その波長人での屈折率の実数部分を nと してえ /4n近傍になるように調整するのが一般的である。 また、 高反射多層膜 の場合も、 膜を構成する各材料が人 /4n近傍になるように調整するのが一般的 である。
第 1図の例を始めとする様々なレ一ザの基本的ェピ夕キシャル構造の製法につ いては、 例えば特開平 8— 130344号公報を参考にすることができる。 この 種のレーザは光通信に用いられる光ファイバ一増幅器用の光源等に用いられ、 層 構成や使用材料等を適宜選択することによってさらに様々な用途へ応用すること もできる。
本発明の発光素子に対して波長安定化を図るためにレーザ外部に波長選択性の ある鏡を準備し、 外部共振器と本発明の発光素子を結合させることが望ましい。 特にファイバーグレーティングを用いて外部共振器を形成すること望ましい。 フ アイバーグレーティングは、その目的に応じて中心波長、反射あるいは透過帯域、 ファイバーグレーティングが有するレ一ザ側への光の反射率等を適宜選択可能で ある。 特にファイバ一グレーティングのレーザ側への光の反射率が発光素子の発 振波長において 2〜15%、 好ましくは 5〜10%であり、 かつ、 その反射帯域 が中心波長に対して 0. 1〜5. Onm、 好ましくは 0. 5〜1. 5nmである ことが望ましい。 実施例
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。 以下の実施例に示す 材料、 濃度、 厚さ、 操作手順等は、 本発明の精神から逸脱しない限り適宜変更す ることができる。 したがって、 本発明の範囲は以下の実施例に示す具体例に制限 されるものではない。
(実施例 1 )
第 1図および第 2図のグループ型の半導体レーザを以下の手順にしたがって製 造した。
キャリア濃度 1 X 1◦ 18 cm一3の n型 GaAs基板 (98 Onmにおける屈折 率 3. 5252、 厚さ 350 m) ( 1) の （ 100) 面上に、 MB E法にて、 ノ、' ッファ層 （2) として厚さ l〃mでキヤリア濃度 1 X 1018 cm一3の n型 G a A s層 （98 Onmにおける屈折率 3. 5252 )；第 1導電型低屈折率層として厚 さ 0.15 mでキャリア濃度 1 X 1018 cm— 3の n型 A 1 ？ G a。.3 As層（9 8 Onmにおける屈折率 3. 1387)；第 1導電型クラヅド層 （4) として厚さ 1. 5 /mでキャリア濃度 1 X 10180111-3の11型八10.350&0.65八3層（9 80 nmにおける屈折率 3. 3346) ;次いで、 厚さ 35 nmでキヤリァ濃度 1 X 1018 cm— 3の n型 GaAs光ガイ ド層上に、 厚さ 6 nmのアンド一プ I n0. 16Ga0.84As歪量子井戸層、 さらにその上に厚さ 35nmでキャリア濃度 1 x 10180111_3の11型0&八 3光ガィ ド層を有する歪単一量子井戸活性層構造 (5)；第 2導電型第 1クラッド層 （6) として厚さ 0. l〃mでキャリア濃度 1 X 10180111—3の 型八10.350&0.65八3層（98 Onmにおける屈折率 3. 3346) ;電流プロック層 （8) として厚さ 0. 5〃mでキヤリア濃度 5 x 10 17cm— 3の n型 Al0.39Ga0.61As層 （ 980 nmにおける屈折率 3. 30 69)；キャップ層 （9) として厚さ 10 nmでキヤリア濃度 1 x 1018 cm一3 の n型 G a As層を順次積層した。 ここで n型の不純物としては S iを用い、 p 型の不純物としては B eを用いた。
最上層の電流注入領域部分を除く部分に窒化シリコンのマスクを設けた。 この とき、 窒化シリコンマスクのストライプ状開口部の幅は 1. 5〃mとした。 つい で硫酸 （98重量％)、 過酸化水素 （30重量％水溶液） および水を体積比で 1 ： 1 ： 5で混合した混合液を用いて、 25°Cでキャップ層と電流ブロック層のエツ チングを 27秒かけて、 第 2導電型第 1クラッド層に到達するまで行った。 次い で HF (49%) と NH4F (40%) を 1 ： 6で混合した混合液に 2分 30秒浸 漬して窒化シリコン層を除去した。
その後、 MOCVD法にて第 2導電型第 2クラッド層 （7) として、 キヤリア 濃度 1 X 1018。111-3の 型八10.35Ga0.65As層 （98 Onmにおける屈 折率 3. 3346 ) を埋め込み部分 （電流注入領域部分） の厚さが 1. 5〃mに なるように成長させ、
連続して第 2導電型低屈折層 （10) として厚さ 0. 15 mでキャリア濃度 1 X 10180111-3の 型八10.7Ga0.3As層 （98 Onmにおける屈折率 3. 1387) ;
さらに、 電極との接触を保っためのコンタクト層 （ 11) として、 厚さ 7〃m でキャリア濃度 1 X 1019 cm— 3の p型 GaAs層 （980 nmにおける屈折率 3. 5252 ) を成長させた。 ここでの p型不純物としては Znを用いた。 電流 注入領域の幅 W (第 2導電型第 1クラッド層との界面における第 2導電型第 2ク ラッド層の幅） は 2. 2 mであった。
上記の電流プロック層（ 8 )と第 2導電型第 2クラッド層（ 7 )の屈折率の差、 および Wの幅は、導波モードが基本モードのみになるように設計し、クラヅド層、 電流プロック層等の A 1混晶比を決定した。
基板の厚みを 100〃mになるようにポリッシングし、 さらに、基板側電極 ( 1 3) である n型電極として AuGeN i/Auを、 またェビタキシャル層側電極 (12) である p型電極として T iZP t/Auを蒸着させ、 400°Cで合金化 を 5分間行って半導体ウェハ一を完成させた。
続いて、 大気中で、 共振器長 700 zmのレーザバーの状態に劈開して （11 0) 面を露出させた。 次いで、 A 1 Ox膜を発振波長 98 Onmにおいて前端面 の反射率が 2. 5%になるように真空中で 165 nm製膜し、 コーティング層（ 1 5) を形成した。
さらに後端面側の処理を行うために、 一度レーザバーを真空層から取り出した。 後端面側には、 厚さ 170 nmの A 1 Ox層/厚さ 60 nmのアモルファス S i 層/厚さ 170 nmの A 1 Ox層/厚さ 6 Onmのアモルファス S i層の 4層か らなるコーティング層 （16) を形成し、 反射率 92%の後端面を作製した。 作製した半導体レーザの電流光出力特性を 25 °Cの環境で 200mA〜300 mAの範囲で詳細に調べた結果を第 5図に示す。第 6図はこれを微分したもの（ス ロープ効率 （W/A))である。 第 5図に示されているように注入電流に対して光 出力が直線的に上昇していることが確認された。 またこの場合のスロープ効率の 変動は ±0. 05 (W/A)以内と小さいことが確認された。
また同様の範囲でピーク波長え pと中心波長え cの変化を調べた。 この結果を 第 7図と第 8図にそれそれ示す。 ここでピーク波長人 pとは最大の相対強度を示 す波長であり、 中心波長人 cとは発振波長全体の重心である。 人 p、 人 cとも比 較的直線的なレツドシフト傾向を示し、 最大の波長飛びが 1 nm以下であること が確認された。 また、 基板由来の広い波長間隔での発振波長に対する強度変調は 観測されなかった。
さらにレーザ前端面に 981 nmでの反射率が 6. 5 %、 反射帯域が lnmの グレーティングファイバ一を配置した半導体レーザモジュールを作製した。 半導 体レーザモジュールの環境温度を変化させながら、 グレーティングファイバ一か らの光出力をパラメ一夕としてモジュール全体のトラッキングェラーを測定した c トラッキングエラーとは内臓されているフォトダイオードで光出力を一定にする ような制御をした際のファイバーからの光出力の変動であり、 外部共振器との結 合特性の指標となるものである。 光出力をファイバ一端出力として 100mW、 140mW、 180mWとなる ように内蔵フォトダイォ一ドで制御し、 温度を 5 °Cから 40°Cまで変化させた際 のトラッキングエラーは ±0. 3 dB以内と良好であることが確認された。
(実施例 2)
第 2導電型低屈折率層 （10) を設けず、 またコンタク卜層 （11) の厚みを 3. 5〃mとした以外は実施例 1と同様にして半導体レーザを作製した。
作製した半導体レーザの電流光出力特性を 25 °Cの環境で 200mA〜300 mAの範囲で詳細に調べた結果、 注入電流に対して光出力が直線的に上昇してい ることが確認された。 またこの場合のスロープ効率の変動は ±0. 06 (W/A) 以内と小さいことが確認された。
また同様の範囲でビーク波長/ pと中心波長え cの変化を調べた。 人 ρ、 λ c とも比較的直線的なレッドシフト傾向を示し、 最大の波長飛びが 0. 7nm以下 であることが確認された。 また、 基板由来の広い波長間隔での発振波長に対する 強度変調は観測されなかった。
さらに実施例 1と同様の半導体レーザモジュールを作製し、 トラッキングエラ —を測定した。
光出力をファイバ一端出力として 100mW、 140mW、 180mWとなる ように内蔵フォトダイォードで制御し、 温度を 5 °Cから 40。Cまで変化させた際 のトラッキングエラーは ±0. 35 dB以内と良好であることが確認された。 (実施例 3)
第 2導電型低屈折率層 （10) を設けず、 また、 第 1導電型低屈折率層 （3) を Al0.6Ga0.4As (10nm/n = 3. 1951 ) /A 10.4 G a 0.6 A s (5nm/n= 3. 3069) の対からなる層を 50対層分積層してその平均屈 折率 nLIL1を 3. 2324とした以外は実施例 1と同様にして半導体レーザを作 製した。
作製した半導体レーザの電流光出力特性を 25 °Cの環境で 200mA〜300 m Aの範囲で詳細に調べた結果、 注入電流に対して光出力が直線的に上昇してい ることが確認された。 またこの場合のスロープ効率の変動は ±0. 05 (W/A) 以内と小さいことが確認された。
また同様の範囲でピーク波長入 Pと中心波長え cの変化を調べた。 λρ、 λ c とも比較的直線的なレッドシフ ト傾向を示し、 最大の波長飛びが 0. 6 nm以下 であることが確認された。 また、 基板由来の広い波長間隔でのモードホッピング が観測されなかった。
さらに実施例 1と同様の半導体レーザモジュールを作製し、 トラッキングエラ 一を測定した。
光出力をファイバ一端出力として 100mW、 140mW、 180mWとなる ように内蔵フォトダイオードで制御し、 温度を 5 °Cから 40°Cまで変化させた際 のトラッキングエラーは ±0. 32 dB以内と良好であることが確認された。 (実施例 4)
第 1導電型クラッド層の厚みと第 2導電型第 2クラッド層の厚みを 2. 2 urn とし、 コンタクト層 （ 1 1) の厚みを 3. 5〃mとした以外は実施例 1と同様に して半導体レーザを作製した。
作製した半導体レーザの電流光出力特性を 25度の環境で 200 mAから 30 0mAの範囲で詳細に調べた結果、 注入電流に対して光出力が直線的に上昇して いることが確認された。 また、 この場合のスロープ効率の変動は ± 0. 04 (W /A) 以内と非常に小さいことが確認された。
また、 同様の範囲でピーク波長人 pと中心波長/ cの変化を調べた。 λρ、 Λ cとも比較的直線的なレッドシフ ト傾向を示し、 最大の波長飛びが 0. 5nm以 下であることが確認された。 また、 基板由来の広い波長間隔での発振波長に対す る強度変調は観測されなかった。
さらに実施例 1と同様の半導体レーザモジュールを作製しトラッキングエラ一 を測定した。 光出力をファイバ一端出力として 100mW、 140mW、 180 mWとなるように内臓フォトダイォードで制御し、 温度を 5度から 40度まで変 化させた際のトラッキングエラ一は ± 0. 27 dB以内と非常に良好であること が確認された。
(実施例 5)
基板 （ 1) の厚みを 50〃mとした以外は実施例 1と同様にして半導体レーザ を作製した。
作製した半導体レーザの電流光出力特性を 25 °Cの環境で 200mA〜300 mAの範囲で詳細に調べた結果、 注入電流に対して光出力が直線的に上昇してい ることが確認された。 またこの場合のスロープ効率の変動は ± 0. 035 (W/ A) 以内と小さいことが確認された。
また同様の範囲でピーク波長え Pと中心波長人 cの変化を調べた。 人 ρ、 λ c とも比較的直線的なレッドシフト傾向を示し、 最大の波長飛びが 0. 4nm以下 であることが確認された。 また、 基板由来の広い波長間隔でのモードホッピング は観測されなかった。
さらに実施例 1と同様の半導体レ一ザモジユールを作製し、 トラツキングェラ —を測定した。
光出力をファイバ一端出力として 100mW、 140mW、 180mWとなる ように内蔵フォトダイォ一ドで制御し、 温度を 5 °Cから 40 °Cまで変化させた際 のトラッキングエラ一は ±0. 28 dB以内と良好であることが確認された。 (実施例 6)
第 1導電型低屈折率層 （3) と第 2導電型低屈折率層 （ 10) を形成しなかつ たことと、基板（ 1)の厚みを 70〃mになるようにポリッシングした点を除き、 実施例 1と同じ手順により半導体レーザを作製した。
作製した半導体レーザの電流光出力特性を 25 °Cの環境で 250mA〜300 mAの範囲で詳細に調べ、 これを微分したもの （スロープ効率 （W/A)) の変動 を確認した。 注入電流に対して光出力が直線的に上昇していることが確認され、 この場合のスロープ効率の変動は ±0. 07 (W/A) 以内と小さいことが確認 された。
また同様の範囲でピーク波長え pと中心波長人 cの変化を調べた。 ここでピ一 ク波長人 Pとは最大の相対強度を示す波長であり、 中心波長え Cとは発振波長全 体の重心である。 人 P、 人 Cとも比較的直線的なレッドシフト傾向を示し、 最大 の波長飛びが 0. 8 nm以下であることが確認された。 また、 基板由来の広い波 長間隔での発振波長の強度変調は観測されなかった。
さらにレーザ前端面に 981 nmでの反射率が 6. 5 %、 反射帯域が I n の グレーティングファイバーを配置した半導体レーザモジュールを作製した。 半導 体レーザモジュールの環境温度を変化させながら、 グレーティングファイバーか らの光出力をパラメ一夕としてモジュール全体のトラッキングェラ一を測定した トラッキングエラーとは内臓されているフォトダイォ一ドで光出力を一定にする ような制御をした際の光出力の変動であり、 外部共振器との結合特性の指標とな るものである。
光出力をファイバ一端出力として 100mW、 140mW、 180mWとし、 温度を 5 °Cから 35°Cまで変化させた際のトラッキングエラ一は ±0. 4dB以 内と良好であることが確認された。
(比較例 1 )
第 1導電型低屈折率層 （3) と第 2導電型低屈折率層 （ 10) を設けなかった 以外は実施例 1と同様にして半導体レーザを作製した。
作製した半導体レーザの電流光出力特性を 25 °Cの環境で 200πιΑ〜300 mAの範囲で詳細に調べた結果を第 9図に示す。 第 10図はこれを微分したもの (スロープ効率 （W/A)) である。 第 9図では、 特に 280 mA近傍に示されて いるように、 注入電流に対して光出力が直線的でない部分が存在することが確認 された。 またこの場合のスロープ効率の変動は全体にわたって大きく、 最大では 1. 15W/Aを越え、 最小では 0. 75W/Aよりも小さかった。
また同様の範囲でビーク波長え Pと中心波長 λ cの変化を調べた。 この結果を 第 1 1図と第 12図にそれそれ示す。 人 p、 Acともに、 階段状の変化を示し、 基板由来の広い波長間隔での発振波長に対する強度変調が観測された。 最大の波 長飛びは 2. 8 nm程度であることが確認された。 実施例 1と同様の半導体レーザモジュールを作製し、 モジュール全体のトラッ キングエラーを測定した。
光出力をファイバ一端出力として 100mW、 140mW、 180mWとし、 温度を 5 °Cから 40°Cまで変化させた際のトラッキングエラ一は士 0. 6 d Bと 大きいことが確認された。
(比較例 2)
基板の厚みを 120 /mとした以外は実施例 6と同様にして半導体レーザを作 製した。
作製した半導体レーザの電流光出力特性を 25 °Cの環境で 250mA〜300 mAの範囲で詳細に調べ、 これを微分したもの （スロープ効率 （W/A)) も求め た。 275 mA近傍を中心として、 注入電流に対して光出力が直線的でない部分 が存在することが確認された。 また、 スロープ効率の変動は全体にわたって大き く、 最大では 1. 1W/Aを越え、 最小では 0. 72W/Aよりも小さかった。 また同様の範囲でビーク波長人 Pと中心波長え cの変化を調べた。 人 p、 Ac ともに、 階段状の変化を示し、 基板由来の広い波長間隔での強度変調が観測され た。 最大の波長飛びは 2. 8 nm程度であった。
実施例 6と同様の半導体レーザモジュールを作製し、 モジュール全体のトラッ キングエラ一を測定した。
光出力をファイバ一端出力として 100mW、 140mW、 180mWとし、 温度を 5°Cから 40°Cまで変化させた際のトラッキングエラーは ±0. 65Bと 大きいことが確認された。 産業上の利用の可能性
本発明の発光素子は、 基板が発光波長に対して透明である場合に確認される基 板由来の導波モ一ドが関わる発振波長の競合や発振スぺクトル間の強度変調を抑 制し、 優れた光出力直線性と外部共振器との結合特性を示す。 また、 本発明の発 光素子モジュールは、 広い温度範囲と広い出力範囲で安定して動作する。 このた め、 本発明の発光素子と発光素子モジュールの応用範囲は極めて多岐にわたる。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 発光波長に対して透明な基板と該基板上に形成された活性層構造を有す る発光素子であって、
前記基板由来の導波モードによる発振強度の変調を抑制する層が前記基板と前 記活性層構造の間に形成されていること、 および/または、 前記基板の厚みが 7 5 zm以下であることを特徴とする発光素子。
2. 前記基板と前記活性層構造の間に前記基板と同じ導電型を示す第 1導電 型クラッド層が形成されており、
前記基板と前記第 1導電型クラッド層の間に第 1導電型低屈折率層が形成され ており、 かつ、
前記基板の発光波長に対する屈折率 nsub、前記第 1導電型クラッド層の発光波 長に対する平均屈折率の実数部分 n c a d i、 および前記第 1導電型低屈折率層の 発光波長に対する平均屈折率 nLIL1が以下の関係式を満足することを特徴とする 請求項 1に記載の発光素子。
(式 1) nsub > nclad J nL1L1
3. 前記第 1導電型低屈折率層の厚み T いと発光波長人が以下の関係式を 満足することを特徴とする請求項 2に記載の発光素子。
(式 2) TLIL1 > λ/20
4. 前記第 1導電型クラッド層の厚みが 2. 0〜3. 5 zmであることを特 徴とする請求項 2または 3に記載の発光素子。
5. 前記活性層構造上に形成された第 2導電型クラッド層、 該第 2導電型ク ラッド層上に形成された第 2導電型低屈折率層、 および該第 2導電型低屈折率層 上に形成されたコンタクト層を有し、 かつ、
前記第 2導電型クラッド層の発光波長に対する屈折率 n c i a d 2、 前記第 2導電 型低屈折率層の発光波長に対する屈折率 iUIL2、 および前記コンタクト層の発光 波長に対する屈折率 nc。ntが以下の関係式を満足することを特徴とする請求項 2 〜 4のいずれかに記載の発光素子。 (式 3) ncont > nclad2 > nLI L2
6. 前記第 2導電型低屈折率層の厚み T L： ^と発光波長 λが以下の関係式 を満足することを特徴とする請求項 5に記載の発光素子。
(式 4) TLIL2 > 入/ 20
7. 前記第 2導電型クラッド層の厚みが 2. 0〜3. 5〃mであることを 特徴とする請求項 5または 6に記載の発光素子。
8. 前記第 1導電型クラッド層または前記第 2導電型クラッ ド層の少なく とも一方が超格子構造を有することを特徴とする請求項 2〜 7のいずれかに記載 の発光素子。
9. 前記第 1導電型低屈折率層または前記第 2導導電型低屈折率層の少な くとも一方が超格子構造を有することを特徴とする請求項 2〜 8のいずれかに記 載の発光素子。
10. 前記基板の厚みが 75〃m以下であることを特徴とする請求項 1〜9 のいずれかに記載の発光素子。
1 1. 前記基板の厚みが 5 O^m以下であることを特徴とする請求項 10に 記載の発光素子。
12. 前記基板と前記活性層構造の間に、 前記活性層構造側からの光を反射 する反射領域を有することを特徴とする請求項 1に記載の発光素子。
13. 前記反射領域が分布帰還型であることを特徴とする請求項 12に記載 の発光素子。
14. 前記反射領域が前記発光素子の発振波長の光を反射することを特徴と する請求項 12または 13に記載の発光素子。
15. 前記反射領域が屈折率が異なる複数の半導体層を積層したものである ことを特徴とする請求項 12〜14のいずれかに記載の発光素子。
16. 前記複数の半導体層が Ga Asと A I Ga Asを含むことを特徴とす る請求項 15に記載の発光素子。
17.前記複数の半導体層が GaAsと I n0.5Ga0.5Pを含むことを特徴 とする請求項 1 5に記載の発光素子。
1 8 . 前記反射領域が、 基板と、 基板と同じ導電型を持ち活性層構造と基板 との間に形成された第 1導電型クラッド層との間に位置することを特徴とする請 求項 1 2〜1 7のいずれかに記載の発光素子。
1 9 . 前記活性層構造側からの光を反射する反射領域が、 基板とは反対側の 活性層構造の上にも形成されていることを特徴とする請求項 1 8に記載の発光素 子。
2 0 . 前記反射領域が、 基板とは異なる導電型を持つ第 2導電型クラッド層 とコンタクト層との間に位置することを特徴とする請求項 1 9に記載の発光素子 c
2 1 . 前記基板が誘電体であって、 その他の材料が半導体からなることを特 徴とする請求項 1〜2 0のいずれかに記載の発光素子。
2 2 . 前記発光素子を構成する材料が全て半導体からなることを特徴とする 請求項 1〜 2 0のいずれかに記載の発光素子。
2 3 . 端面発光型であることを特徴とする請求項 1〜2 2のいずれかに記載 の発光素子。
2 4 . 両端面に誘電体または半導体と誘電体との組み合わせからなるコ一テ イング層を有し、 発振波長に対する反射率が一方の端面では 1 0 %以下であり、 他方の端面では 8 0 %以上であることを特徴とする請求項 2 3に記載の発光素子 c
2 5 . レーザ素子であることを特徴とする請求項 1〜2 4のいずれかに記載 の発光素子。
2 6 . G a A s基板上に構成元素として I n、 G aおよび A sを含む歪量子 井戸活性層を有する半導体レーザであることを特徴とする請求項 2 5に記載の発 光素子。
2 7 . 前記活性層構造が、 活性層、 および光ガイ ドまたはバリアとして機能 する層を有しており、 かつ前記活性層構造の少なくとも一部が n型の不純物を含 むことを特徴とする請求項 1〜 2 6のいずれかに記載の発光素子。
2 8 . 請求項 1〜2 7のいずれかに記載の発光素子を有することを特徴とす る発光素子モジュール。
29. 前記発光素子が光の出射方向に外部共振器を有することを特徴とする 請求項 28に記載の発光素子モジュール。
30. 単一波長のみで発振することを特徴とする請求項 29に記載の発光素 子モシユーノレ。
31. 前記外部共振器が、 前記発光素子の光の出射方向に特定の波長を選択 的に反射するグレーティングファイバーであることを特徴とする請求項 29また は 30に記載の発光素子モジュール。
32. 前記グレーティングファイバーのレーザ側への光の反射率がレーザの 発振波長において 2~15%であり、かつ、その反射帯域が中心波長に対して 0. 1-5. 0 nmであることを特徴とする請求項 31に記載の発光素子モジュール。
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