JP2002341166A - Optical waveguide element and semiconductor laser beam device - Google Patents
Optical waveguide element and semiconductor laser beam deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は光導波路素子に関
し、さらに詳しくは、半導体レーザ素子と直接結合して
用いられる光導波路素子に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical waveguide device, and more particularly, to an optical waveguide device used in direct connection with a semiconductor laser device.
【０００２】また本発明は、このような光導波路素子と
半導体レーザ素子とが直接結合されてなる半導体レーザ
装置に関するものである。The present invention also relates to a semiconductor laser device in which such an optical waveguide device and a semiconductor laser device are directly coupled.
【０００３】[0003]
【従来の技術】従来、Ｓｉまたは石英からなる基板上に
光導波路が形成されてなる光導波路素子が種々提供され
ている。このような光導波路素子に光を入射させる光源
としては、半導体レーザが用いられる場合も多く、その
場合は特開平１０−１６１１６５号や同１０−２５４０
０１号に示されるように、半導体レーザを光導波路素子
の端面に直接結合させることが広くなされている。2. Description of the Related Art Conventionally, various optical waveguide devices in which an optical waveguide is formed on a substrate made of Si or quartz have been provided. In many cases, a semiconductor laser is used as a light source for making light incident on such an optical waveguide element. In this case, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-161165 or 10-2540 is used.
As shown in No. 01, it is widely used to couple a semiconductor laser directly to an end face of an optical waveguide device.
【０００４】また、高出力のレーザビームを得るため
に、上述の光導波路として、マルチチャンネルとされた
入射端とシングルチャンネルとされた出射端とを有する
分岐光導波路を形成し、上記マルチチャンネルの入射端
のそれぞれに半導体レーザ素子を直接結合させ、それら
の半導体レーザ素子から発せられたレーザビームを分岐
光導波路で合波して出射端から取り出す構成の半導体レ
ーザ装置も種々提案されている。In order to obtain a high-power laser beam, a branch optical waveguide having a multi-channel input end and a single-channel output end is formed as the above-mentioned optical waveguide. Various semiconductor laser devices have been proposed in which a semiconductor laser device is directly coupled to each of the incident ends, and laser beams emitted from those semiconductor laser devices are combined by a branch optical waveguide and taken out from an emission end.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上記構成の半導体レー
ザ装置において、出射するレーザビームの出力を高める
ためには、各半導体レーザ素子が発するレーザビームを
低損失で分岐光導波路の各入射端に入力させることが必
要となる。In the semiconductor laser device having the above structure, in order to increase the output of the emitted laser beam, the laser beam emitted from each semiconductor laser element is input to each incident end of the branch optical waveguide with low loss. It is necessary to make it.
【０００６】特願２０００−２８４５６４には、光導波
路に直接接合された半導体レーザ素子から出射したレー
ザビームを低損失で光導波路に入力させるための一つの
構成が提案されている。ここで提案されている構成は、
基板上に光導波路が形成されてなり、この光導波路の端
面に半導体レーザ素子が直接結合される光導波路素子に
おいて、光導波路のコア層と前記基板との間に、このコ
ア層よりも低屈折率の下部第一クラッド層、および、こ
の下部第一クラッド層とコア層との間にあって該コア層
に接し、これら下部第一クラッド層とコア層との間の屈
折率を有する下部第二クラッド層が形成されるととも
に、前記光導波路のコア層に対して前記基板の反対側
に、このコア層よりも低屈折率の上部クラッド層が形成
され、この上部クラッド層に、リッジ状の部分からなる
屈折率導波機構が形成されて、基本横モード以外のモー
ドを遮断するようにしたものである。Japanese Patent Application No. 2000-284564 proposes one configuration for inputting a laser beam emitted from a semiconductor laser device directly joined to an optical waveguide to the optical waveguide with low loss. The configuration proposed here is:
In an optical waveguide device in which an optical waveguide is formed on a substrate and a semiconductor laser device is directly coupled to an end face of the optical waveguide, a lower refractive index than the core layer is provided between the core layer of the optical waveguide and the substrate. A lower first cladding layer having a refractive index between the lower first cladding layer and the core layer, the lower second cladding layer having a refractive index between the lower first cladding layer and the core layer. A layer is formed, and an upper clad layer having a lower refractive index than that of the core layer is formed on the opposite side of the substrate with respect to the core layer of the optical waveguide. In this case, a refractive index waveguide mechanism is formed to block modes other than the fundamental transverse mode.
【０００７】この特願２０００−２８４５６４に提案さ
れた光導波路素子は、所期の目的を達成できるものであ
るが、その半面、光導波路の積層方向のコアサイズを１
μｍ程度より大きくするのが困難であることから、半導
体レーザ素子と結合する上で高い位置合わせ精度が求め
られるという問題が認められる。特に半導体レーザ素子
は、発振中に生じる熱分布に起因して基板が反ることが
あり、それによって発光位置が変動すると、該半導体レ
ーザ素子から出射したレーザビームの光導波路素子への
入力効率が低下してしまう。The optical waveguide device proposed in Japanese Patent Application No. 2000-284564 can achieve the intended purpose. On the other hand, on the other hand, the core size in the stacking direction of the optical waveguide is 1 unit.
Since it is difficult to make the diameter larger than about μm, there is a problem that high alignment accuracy is required for coupling with the semiconductor laser element. Particularly, in a semiconductor laser device, the substrate may be warped due to a heat distribution generated during oscillation, and when the light emitting position fluctuates, the input efficiency of the laser beam emitted from the semiconductor laser device to the optical waveguide device is reduced. Will drop.
【０００８】本発明は上記の事情に鑑みて、マルチチャ
ンネルの入射端のそれぞれに直接結合された半導体レー
ザ素子から発せられたレーザビームを分岐光導波路で合
波して１つの出射端から出射させる構成の光導波路素子
において、各半導体レーザ素子から発せられたレーザビ
ームの光導波路への入力効率を十分に高めることを目的
とする。In view of the above circumstances, the present invention combines the laser beams emitted from the semiconductor laser elements directly coupled to the respective multi-channel incidence ends in the branch optical waveguide and emits the laser beams from one emission end. It is an object of the present invention to sufficiently increase the efficiency of inputting a laser beam emitted from each semiconductor laser element to the optical waveguide in the optical waveguide element having the configuration.
【０００９】また本発明は、上述のような光導波路素子
と複数の半導体レーザ素子とを用いて、高出力の合波レ
ーザビームを得ることができる半導体レーザ装置を提供
することを目的とする。Another object of the present invention is to provide a semiconductor laser device capable of obtaining a high-power multiplexed laser beam using the above-described optical waveguide device and a plurality of semiconductor laser devices.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明による光導波路素
子は、前述したように基板上に、マルチチャンネルとさ
れた入射端とシングルチャンネルとされた出射端とを有
する分岐光導波路が形成されてなり、前記マルチチャン
ネルの入射端のそれぞれに半導体レーザ素子が直接結合
される光導波路素子において、前記分岐光導波路が、Ｓ
ｉＣ基板上に該基板側からＧａＮ第二クラッド層、この
ＧａＮ第二クラッド層よりも低屈折率のＡｌz1Ｇａ1-z1
Ｎ第一クラッド層（0.2≦ｚ１≦１）、および、このＡ
ｌz1Ｇａ1-z1Ｎ第一クラッド層よりも高屈折率のＧａＮ
コア層が順次形成されてなるＡＲＲＯＷ（Antiresonant
Reflecting Optical Waveguides）−Ｂ構造、すなわち
非共鳴の反射光閉じ込め構造の光導波路であることを特
徴とする。In the optical waveguide device according to the present invention, as described above, a branched optical waveguide having a multi-channel input end and a single-channel output end is formed on a substrate. In the optical waveguide device in which a semiconductor laser device is directly coupled to each of the multi-channel incidence ends, the branch optical waveguide is
a GaN second cladding layer on the iC substrate from the substrate side; Al z1 Ga 1 -z 1 having a lower refractive index than the GaN second cladding layer;
N first cladding layer (0.2 ≦ z1 ≦ 1)
GaN with a higher refractive index than the l z1 Ga 1-z1 N first cladding layer
ARROW (Antiresonant) in which core layers are sequentially formed
Reflecting Optical Waveguides) -B, that is, an optical waveguide having a non-resonant reflected light confining structure.
【００１１】一方、本発明による半導体レーザ装置は、
上述した本発明による光導波路素子を用いた半導体レー
ザ装置であって、前記分岐光導波路のマルチチャンネル
の入射端のそれぞれに半導体レーザ素子が直接結合さ
れ、それらの半導体レーザ素子から発せられた光が前記
分岐光導波路で合波されて前記出射端から出射する構成
を有することを特徴とするものである。On the other hand, the semiconductor laser device according to the present invention
A semiconductor laser device using the above-described optical waveguide device according to the present invention, wherein a semiconductor laser device is directly coupled to each of the multi-channel incident ends of the branch optical waveguide, and light emitted from the semiconductor laser device is used. It is characterized in that it has a configuration in which it is multiplexed by the branch optical waveguide and emitted from the emission end.
【００１２】[0012]
【発明の効果】本発明による光導波路素子は、分岐光導
波路に、基板側から第二クラッド層、この第二クラッド
層よりも低屈折率の第一クラッド層、および、この第一
クラッド層よりも高屈折率のコア層が順次形成されてな
るＡＲＲＯＷ−Ｂ構造を適用したものである。このＡＲ
ＲＯＷ−Ｂ構造は、例えば文献T. Baba and Y. Kokubun
“Dispersion and Radiation Loss Characteristics of
Antiresonant Reflecting Optical Waveguides−Numer
ical Results and Analytical Expressions”IEEE Jour
nal of Quantum Electronics ,Vol. 28 No.7(1992) pp.
1689-1700 に示されているように、コア層の外側に形成
された該コア層よりも低屈折率の第一クラッド層が反射
部（reflector)として作用し、さらにその外側に設けら
れた該第一クラッド層よりも高屈折率の第二クラッド層
が光の漏れを抑制することにより、コア層に入力された
光を、該コア層と第一クラッド層との界面で反射させつ
つ導波させる。According to the optical waveguide device of the present invention, the branch optical waveguide is provided with a second cladding layer from the substrate side, a first cladding layer having a lower refractive index than the second cladding layer, and a first cladding layer. This also applies an ARROW-B structure in which core layers having a high refractive index are sequentially formed. This AR
The ROW-B structure is described, for example, in T. Baba and Y. Kokubun
“Dispersion and Radiation Loss Characteristics of
Antiresonant Reflecting Optical Waveguides-Numer
ical Results and Analytical Expressions ”IEEE Jour
nal of Quantum Electronics, Vol. 28 No. 7 (1992) pp.
As shown in 1689-1700, a first cladding layer having a lower refractive index than the core layer formed outside the core layer acts as a reflector and is further provided outside the core layer. The second cladding layer having a higher refractive index than the first cladding layer suppresses light leakage, so that light input to the core layer is guided while being reflected at the interface between the core layer and the first cladding layer. Let it.
【００１３】このＡＲＲＯＷ−Ｂ構造の光導波路にあっ
ては、コア層のサイズを比較的大きくしても光が導波可
能であり、例えば、前述した光導波路の積層方向のコア
サイズを最大で数μｍ程度まで大きくすることもでき
る。[0013] In the optical waveguide having the ARROW-B structure, light can be guided even if the size of the core layer is relatively large. For example, the core size in the stacking direction of the optical waveguide is set to the maximum. It can be as large as several μm.
【００１４】そこで、このＡＲＲＯＷ−Ｂ構造の分岐光
導波路を有する本発明の光導波路素子によれば、それに
結合させる半導体レーザ素子との位置合わせ精度を著し
く高く確保しなくても、また半導体レーザ素子の基板が
反ってその発光位置が変動する等しても、半導体レーザ
素子から出射したレーザビームが良好に分岐光導波路に
入射可能で、その入力効率は十分に高いものとなる。Therefore, according to the optical waveguide device of the present invention having the branched optical waveguide having the ARROW-B structure, the alignment accuracy with the semiconductor laser device to be coupled to the optical waveguide device is not required to be extremely high, and the semiconductor laser device can be obtained. Even if the light emitting position is changed due to the warpage of the substrate, the laser beam emitted from the semiconductor laser element can be satisfactorily incident on the branch optical waveguide, and the input efficiency becomes sufficiently high.
【００１５】その上、本発明による光導波路素子は、分
岐光導波路を構成する基板、第二クラッド層、第一クラ
ッド層、およびコア層をそれぞれ、ＳｉＣ、ＧａＮ、Ａ
ｌz1Ｇａ1-z1Ｎ、およびＧａＮから構成しているので、
素子端面をへき開によって形成することができる。そこ
で、この光導波路素子の作製過程において、例えば石英
系の基板を用いて素子を構成する場合には必須となる試
料の切断や高精度光学研磨が不要になり、それにより、
素子の製造コストを低く抑える効果も得られる。Further, in the optical waveguide device according to the present invention, the substrate, the second clad layer, the first clad layer, and the core layer constituting the branch optical waveguide are formed of SiC, GaN, and A, respectively.
Since it is composed of l z1 Ga 1-z1 N and GaN,
The element end surface can be formed by cleavage. Therefore, in the process of manufacturing the optical waveguide element, for example, when the element is configured using a quartz-based substrate, cutting of a sample and high-precision optical polishing, which are indispensable, become unnecessary.
The effect of suppressing the manufacturing cost of the element is also obtained.
【００１６】そして本発明の半導体レーザ装置は、複数
の半導体レーザ素子から出射したレーザビームを上述の
通りの光導波路素子によって合波する構成を有するの
で、各半導体レーザ素子から出射したレーザビームを極
めて有効に利用可能で、高出力の合波レーザビームを得
ることができる。The semiconductor laser device of the present invention has a configuration in which laser beams emitted from a plurality of semiconductor laser elements are multiplexed by the above-described optical waveguide elements. It is possible to obtain a multiplexed laser beam that can be used effectively and has high output.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施の形態に
よる光導波路素子10の平面形状を示すものであり、また
図２および図３はそれぞれ、この光導波路素子10の図１
中のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線に沿った立断面形状を示すもの
である。これらの図を参照して、本実施の形態の光導波
路素子10をその作製方法とともに説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a planar shape of an optical waveguide device 10 according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 respectively show the optical waveguide device 10 shown in FIG.
It shows a vertical cross-sectional shape along the AA line and the BB line in FIG. With reference to these drawings, an optical waveguide device 10 of the present embodiment will be described together with a method of manufacturing the same.
【００１８】本実施の形態では、層成長用原料としてト
リメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム
（ＴＭＡ）およびアンモニアを用いる。まずＭＯＣＶＤ
（有機金属気相成長法）により温度500℃で、（０００
１）面ＳｉＣ基板１上にＡｌＮバッファ層２を20μｍ程
度の膜厚に形成する。続いて温度を1050℃にして、Ｇａ
Ｎ第二クラッド層３を３μｍ厚に、Ａｌz1Ｇａ1-z1Ｎ第
一クラッド層４を0.4μｍ厚に、ＧａＮコア層５を６μ
ｍ厚に形成する。In this embodiment, trimethylgallium (TMG), trimethylaluminum (TMA) and ammonia are used as layer growth raw materials. First, MOCVD
(Organic metal vapor phase epitaxy) at a temperature of 500 ° C, (000
1) An AlN buffer layer 2 is formed on a surface SiC substrate 1 to a thickness of about 20 μm. Subsequently, the temperature was raised to 1050 ° C. and Ga
The N second cladding layer 3 has a thickness of 3 μm, the Al z1 Ga 1 -z1 N first cladding layer 4 has a thickness of 0.4 μm, and the GaN core layer 5 has a thickness of 6 μm.
m thickness.
【００１９】ここで、上記各層３、４および５の屈折率
は、それぞれの層の組成に応じて定まるものであるが、
前述のＡＲＲＯＷ−Ｂ構造を得るために、Ａｌz1Ｇａ
1-z1Ｎ第一クラッド層４の屈折率は、ＧａＮ第二クラッ
ド層３の屈折率およびＧａＮコア層５の屈折率より低く
設定する。例えば、後述する半導体レーザ素子40の発振
波長が980ｎｍである場合には、その波長に対して、Ｇ
ａＮ第二クラッド層３およびＧａＮコア層５の屈折率は
ＳｉＣ基板１の屈折率2.588より低い2.34、Ａｌz 1Ｇａ
1-z1Ｎ第一クラッド層４の屈折率はそれよりも低い2.25
等に設定される。なお、Ａｌz1Ｇａ1-z1Ｎを、ｚ１が0.
2≦ｚ１≦１の範囲にある組成とすることにより、その
屈折率をＳｉＣ基板１の屈折率より小さくすることがで
きる。Here, the refractive index of each of the layers 3, 4 and 5 is determined according to the composition of each layer.
To obtain the aforementioned ARROW-B structure, Al z1 Ga
The refractive index of the 1-z1N first cladding layer 4 is set lower than the refractive index of the GaN second cladding layer 3 and the refractive index of the GaN core layer 5. For example, when the oscillation wavelength of the semiconductor laser element 40 described below is 980 nm, G
The refractive index of the aN second cladding layer 3 and the GaN core layer 5 is 2.34, which is lower than the refractive index of 2.588 of the SiC substrate 1, and Al z 1 Ga.
The refractive index of the 1-z1N first cladding layer 4 is 2.25 lower than that.
And so on. Here , Al z1 Ga 1 -z 1 N and z 1 are 0.
By setting the composition in the range of 2 ≦ z1 ≦ 1, the refractive index can be made smaller than the refractive index of the SiC substrate 1.
【００２０】その上にレジストを塗布した後、このレジ
ストを、一端側で50μｍ幅のストライプが複数（ここで
は一例として３本）互いに50μｍ間隔で並び、他端側で
これらのストライプが１本に結合するパターンを残し
て、その他の領域を除去する。次いでこのレジストパタ
ーンをマスクとして、塩素系ガスを用いたドライエッチ
ング法により、ＧａＮコア層５、Ａｌz1Ｇａ1-z1Ｎ第一
クラッド層４、ＧａＮ第二クラッド層３およびＡｌＮバ
ッファ層２をＳｉＣ基板１が露出するまでエッチングす
る。After a resist is applied thereon, a plurality of stripes (here, three stripes as an example) having a width of 50 μm are arranged at an interval of 50 μm from each other at one end, and these stripes are integrated into one stripe at the other end. Other regions are removed, leaving the pattern to be combined. Then, using this resist pattern as a mask, the GaN core layer 5, Al z1 Ga 1 -z1 N first cladding layer 4, GaN second cladding layer 3, and AlN buffer layer 2 are formed by dry etching using a chlorine-based gas. Etching is performed until the substrate 1 is exposed.
【００２１】その後この試料をへき開し、へき開された
両端面に反射率0.1％程度のＡＲ（無反射）コート６，
７を蒸着法によって形成すると、本実施の形態の光導波
路素子10が完成する。Thereafter, the sample was cleaved, and an AR (non-reflection) coat 6 having a reflectance of about 0.1% was applied to the cleaved end faces.
When 7 is formed by a vapor deposition method, the optical waveguide device 10 of the present embodiment is completed.
【００２２】なお、上述のようにへき開によって素子端
面を形成するのであれば、例えば石英系の基板を用いて
素子を構成する場合には必須となる試料の切断や高精度
光学研磨が不要になり、それにより、光導波路素子10の
製造コストを低く抑えることができる。If the element end face is formed by cleavage as described above, cutting of a sample and high-precision optical polishing, which are indispensable when an element is formed using, for example, a quartz substrate, becomes unnecessary. Thus, the manufacturing cost of the optical waveguide device 10 can be reduced.
【００２３】図１〜３に示される通りこの光導波路素子
10は、ＳｉＣ基板１の上に、マルチチャンネルとされた
３つの入射端11ａと、シングルチャンネルとされた出射
端11ｂとを有する分岐光導波路11が形成されてなる。そ
してこの分岐光導波路11は、ＳｉＣ基板１側からＧａＮ
第二クラッド層３、このＧａＮ第二クラッド層３よりも
低屈折率のＡｌz1Ｇａ1-z1Ｎ第一クラッド層４、およ
び、このＡｌz1Ｇａ1-z1Ｎ第一クラッド層４よりも高屈
折率のＧａＮコア層５が順次形成されてなるＡＲＲＯＷ
−Ｂ構造の光導波路となっている。This optical waveguide device as shown in FIGS.
Reference numeral 10 denotes a structure in which a branch optical waveguide 11 having three multichannel input ends 11a and a single-channel output end 11b is formed on a SiC substrate 1. The branch optical waveguide 11 is made of GaN from the SiC substrate 1 side.
The second cladding layer 3, an Al z1 Ga 1 -z 1 N first cladding layer 4 having a lower refractive index than the GaN second cladding layer 3, and a higher refractive index than the Al z1 Ga 1 -z 1 N first cladding layer 4 ARROW in which a GaN core layer 5 having a refractive index is sequentially formed
The optical waveguide has a -B structure.
【００２４】この光導波路素子10は、上記マルチチャン
ネルの入射端11ａのそれぞれに半導体レーザ素子が直接
結合された形態で使用される。本例では、半導体レーザ
素子が複数並設されてなる半導体レーザアレイが用いら
れる。図４はここで用いられる、発振波長帯が0.7〜1.2
μｍにある半導体レーザアレイ20を示すものである。以
下、この図４を参照して本例の半導体レーザアレイ20を
作製方法と併せて説明する。The optical waveguide device 10 is used in a form in which a semiconductor laser device is directly coupled to each of the multi-channel incident ends 11a. In this example, a semiconductor laser array in which a plurality of semiconductor laser elements are arranged in parallel is used. FIG. 4 shows the case where the oscillation wavelength band used is 0.7 to 1.2.
1 shows a semiconductor laser array 20 in μm. Hereinafter, the semiconductor laser array 20 of the present example will be described together with the manufacturing method with reference to FIG.
【００２５】まずＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）に
より、ＧａＡｓ（００１）基板21上に、ｎ−Ａｌ0.64Ｇ
ａ0.36Ａｓ下部クラッド層22、ｎまたはｉ−Ｉｎ0.49Ｇ
ａ0. 51Ｐ下部光導波層23、ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸活性
層24、ｐまたはｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ上部光導波層2
5、ｐ−Ａｌ0.64Ｇａ0.36Ａｓ上部クラッド層26、およ
びｐ−ＧａＡｓコンタクト層27を形成する。レジストを
塗布後、引き続き＜１１０＞方向に50μｍ間隔で並ぶ幅
50μｍのストライプ領域を残して、その他の領域のレジ
ストを除去する。次いでこのレジストパターンをマスク
として、硫酸と過酸化水素水系のエッチング液でエッチ
ングを行なう。このとき自動的にＩｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ上
部光導波層25でエッチングが停止し、リッジ構造が形成
される。First, n-Al 0.64 G is deposited on a GaAs (001) substrate 21 by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition).
a 0.36 As lower cladding layer 22, n or i-In 0.49 G
a 0. 51 P lower optical waveguide layer 23, InGaAsP quantum well active layer 24, p or i-In 0.49 Ga 0.51 P upper optical waveguide layer 2
5, p-Al 0.64 Ga 0.36 As upper cladding layer 26 and p-GaAs contact layer 27 are formed. After applying the resist, continue to line up in the <110> direction at 50μm intervals
The resist in other areas is removed except for the stripe area of 50 μm. Next, using this resist pattern as a mask, etching is performed with an etchant based on sulfuric acid and hydrogen peroxide. At this time, the etching is automatically stopped at the In 0.49 Ga 0.51 P upper optical waveguide layer 25, and a ridge structure is formed.
【００２６】次に上記レジストを除去した後ＳｉＯ2膜2
8を積層し、さらにレジストを塗布し、リッジ上のレジ
ストを除去し、フッ酸系のエッチング液によりリッジ上
部のＳｉＯ2膜28を除去する。次いでレジストを除去し
た後、ｐ電極29を形成し、基板21の裏面を研磨してその
上にｎ電極30を形成する。そしてこの試料をへき開した
後、へき開された両端面にそれぞれ高反射コート35と低
反射コート36を形成すると、上記リッジ構造の１つ毎に
半導体レーザ素子40が形成されてなる半導体レーザアレ
イ20が完成する。なお上記高反射コート35および低反射
コート36は、後出の図５および図６に示してある。Next, after removing the resist, the SiO 2 film 2 is removed.
8 is laminated, a resist is applied, the resist on the ridge is removed, and the SiO 2 film 28 on the ridge is removed with a hydrofluoric acid-based etchant. Next, after removing the resist, a p-electrode 29 is formed, and the back surface of the substrate 21 is polished to form an n-electrode 30 thereon. After cleaving the sample, a high-reflection coat 35 and a low-reflection coat 36 are formed on the cleaved end faces, respectively, and the semiconductor laser array 20 in which a semiconductor laser element 40 is formed for each of the ridge structures is formed. Complete. The high reflection coat 35 and the low reflection coat 36 are shown in FIGS. 5 and 6 described later.
【００２７】以上のようにして形成された半導体レーザ
アレイ20は、図５および図６に示すようにして光導波路
素子10に直接接合される。すなわち、この半導体レーザ
アレイ20は、図示のようにｐ電極29側が半田34によって
Ｃｕ製のヒートシンク32にボンディングされ、一方光導
波路素子10は、Ｃｕ製のマウント42上に接着剤43によっ
て接合される。そして上記ヒートシンク32とマウント42
は、半導体レーザアレイ20の各半導体レーザ素子40と、
光導波路素子10の分岐光導波路11の各入射端11ａ（より
詳しくはコア層５の部分）とがそれぞれ同軸に整合して
向き合う状態にして、接着剤44によって接合される。The semiconductor laser array 20 formed as described above is directly joined to the optical waveguide device 10 as shown in FIGS. That is, the semiconductor laser array 20 has the p-electrode 29 side bonded to a Cu heat sink 32 by solder 34 as shown in the figure, while the optical waveguide element 10 is bonded to a Cu mount 42 by an adhesive 43. . And the heat sink 32 and mount 42
Is each semiconductor laser element 40 of the semiconductor laser array 20,
Each of the input ends 11a (more specifically, the portion of the core layer 5) of the branch optical waveguide 11 of the optical waveguide element 10 is coaxially aligned and opposed to each other, and is joined by the adhesive 44.
【００２８】なおこの際半導体レーザアレイ20は、低反
射コート36が形成された側の端面が、分岐光導波路11の
入射端11ａと向かい合う状態に配置される。またこの場
合の「直接結合」とは、半導体レーザ素子40と上記分岐
光導波路11の各入射端11ａとが物理的に接して結合する
状態は勿論のこと、それら両者が互いに微小間隙を置い
て配設されている状態も含むものとする。At this time, the semiconductor laser array 20 is arranged such that the end face on which the low reflection coat 36 is formed faces the incident end 11a of the branch optical waveguide 11. In this case, “direct coupling” refers to not only a state in which the semiconductor laser element 40 and each incident end 11a of the branch optical waveguide 11 are physically contacted and coupled, but also a state in which both are spaced apart from each other by a minute gap. It shall include the state where it is provided.
【００２９】上記の構成においては、３つの半導体レー
ザ素子40からそれぞれ射出されたレーザビームが入射端
11ａから分岐光導波路11内に入射し、そこを導波した後
に分岐部において合波される。そこで分岐光導波路11の
出射端11ｂからは、合波された高出力のレーザビームＬ
が出射する。In the above configuration, the laser beams respectively emitted from the three semiconductor laser elements 40 are incident on the incident end.
The light enters the branch optical waveguide 11 from 11a, is guided there, and is multiplexed at the branch portion. Therefore, the multiplexed high-power laser beam L is output from the emission end 11b of the branch optical waveguide 11.
Is emitted.
【００３０】なお、このＡＲＲＯＷ−Ｂ構造の分岐光導
波路11においては、ＧａＮコア層５の外側に形成された
該コア層５よりも低屈折率のＡｌz1Ｇａ1-z1Ｎ第一クラ
ッド層４が反射部（reflector)として作用し、さらにそ
の外側に設けられた該Ａｌz1Ｇａ1-z1Ｎ第一クラッド層
４よりも高屈折率のＧａＮ第二クラッド層３が光の漏れ
を抑制することにより、ＧａＮコア層５に入力された光
を、該ＧａＮコア層５とＡｌz1Ｇａ1-z1Ｎ第一クラッド
層４との界面で反射させつつ導波させる。またこのよう
に導波する光は、Ａｌz1Ｇａ1-z1Ｎ第一クラッド層４と
反対側では、ＧａＮコア層５と空気との界面で反射す
る。In the branched optical waveguide 11 having the ARROW-B structure, the Al z1 Ga 1 -z 1 N first cladding layer 4 having a lower refractive index than the core layer 5 formed outside the GaN core layer 5. Acts as a reflector, and the GaN second cladding layer 3 having a higher refractive index than the Al z1 Ga 1 -z1 N first cladding layer 4 provided outside thereof suppresses light leakage. Accordingly, the light input to the GaN core layer 5 is guided while being reflected at the interface between the GaN core layer 5 and the Al z1 Ga 1 -z 1 N first cladding layer 4. The light guided in this manner is reflected at the interface between the GaN core layer 5 and air on the side opposite to the Al z1 Ga 1 -z 1 N first cladding layer 4.
【００３１】このＡＲＲＯＷ−Ｂ構造の分岐光導波路11
にあっては、ＧａＮコア層５のサイズを比較的大きくし
ても光が導波可能であり、ここでは一例として、光導波
路積層方向（図２および図３の上下方向）のサイズを前
述の通り６μｍと大きくしてある。The branched optical waveguide 11 having the ARROW-B structure
In this case, light can be guided even if the size of the GaN core layer 5 is relatively large. Here, as an example, the size in the optical waveguide laminating direction (the vertical direction in FIGS. 2 and 3) is set as described above. It is as large as 6 μm.
【００３２】そこで、この光導波路素子10によれば、そ
れに結合させる半導体レーザ素子40との位置合わせ精度
を著しく高く確保しなくても、また半導体レーザアレイ
20のＧａＡｓ基板21が反ってその発光位置が変動する等
しても、各半導体レーザ素子40から出射したレーザビー
ムが良好に分岐光導波路11に入射可能で、その入力効率
は十分に高いものとなる。なお、光結合効率を高めるた
めに、分岐光導波路11の入射端11ａの幅は、半導体レー
ザ素子40の発振幅と同一であることが好ましい。Therefore, according to the optical waveguide device 10, even if the positioning accuracy with the semiconductor laser device 40 coupled to the optical waveguide device 10 is not required to be extremely high, the semiconductor laser array can be obtained.
Even if the light emission position of the GaAs substrate 21 fluctuates and the like, the laser beam emitted from each semiconductor laser element 40 can be properly incident on the branch optical waveguide 11, and its input efficiency is sufficiently high. Become. Note that the width of the incident end 11a of the branch optical waveguide 11 is preferably the same as the oscillation amplitude of the semiconductor laser device 40 in order to increase the optical coupling efficiency.
【００３３】図７には、上記ｚ１の値を0.3とした場合
の、ＧａＮコア層５における導波光の垂直方向（光導波
路積層方向）の光強度分布を示してある。なお同図の横
軸の距離は、ＧａＮコア層５の上面つまり空気との境界
を０（ゼロ）として規定している。この図７に示されて
いる通り導波光は、厚さ６μｍのＧａＮコア層５にほぼ
全量が閉じ込められている。FIG. 7 shows the light intensity distribution of the guided light in the GaN core layer 5 in the vertical direction (optical waveguide lamination direction) when the value of z1 is 0.3. In addition, the distance on the horizontal axis in the figure is defined as 0 (zero) on the upper surface of the GaN core layer 5, that is, the boundary with the air. As shown in FIG. 7, almost all of the guided light is confined in the GaN core layer 5 having a thickness of 6 μm.
【００３４】以上のように光導波路素子10と半導体レー
ザアレイ20とが結合されてなる光源装置は、高出力のレ
ーザビームＬを出射できるものであるから、特に、半導
体レーザ励起固体レーザの励起用光源や、第２高調波発
生装置の基本波光源や、さらには、ダブルクラッド型の
光ファイバ増幅器の励起用光源等として好適に用いられ
得るものとなる。As described above, the light source device in which the optical waveguide element 10 and the semiconductor laser array 20 are coupled can emit a high-power laser beam L. It can be suitably used as a light source, a fundamental wave light source of a second harmonic generator, or a pumping light source of a double clad type optical fiber amplifier.
【００３５】なお、光導波路素子に結合させる半導体レ
ーザ素子としては、上述したＧａＡｓ基板上に形成され
る発振波長帯0.7〜1.2μｍの素子に限らず、その他例え
ば、ＩｎＰ基板上に形成される発振波長帯が1.3〜1.7μ
ｍにある素子等を適用することも可能である。The semiconductor laser device to be coupled to the optical waveguide device is not limited to the device having an oscillation wavelength band of 0.7 to 1.2 μm formed on the GaAs substrate, but may be any other device such as an oscillator formed on an InP substrate. 1.3-1.7μ wavelength band
It is also possible to apply an element at m.
【図１】本発明の第１の実施の形態である光導波路素子
の平面図FIG. 1 is a plan view of an optical waveguide device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った部分の断面形状を示す
立断面図FIG. 2 is an elevational sectional view showing a sectional shape of a portion along the line AA in FIG. 1;
【図３】図２のＢ−Ｂ線に沿った部分の断面形状を示す
立断面図3 is an elevational sectional view showing a sectional shape of a portion along a line BB in FIG. 2;
【図４】上記光導波路素子と結合される半導体レーザア
レイを示す立断面図FIG. 4 is an elevational sectional view showing a semiconductor laser array coupled to the optical waveguide element;
【図５】本発明の第２の実施の形態である半導体レーザ
装置の概略平面図FIG. 5 is a schematic plan view of a semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention.
【図６】上記半導体レーザ装置の概略側面図FIG. 6 is a schematic side view of the semiconductor laser device.
【図７】上記半導体レーザ装置における光導波路素子内
の導波光強度分布を示すグラフFIG. 7 is a graph showing a guided light intensity distribution in an optical waveguide element in the semiconductor laser device.
１ ＳｉＣ基板 ２ ＡｌＮバッファ層 ３ ＧａＮ第二クラッド層 ４ Ａｌz1Ｇａ1-z1Ｎ第一クラッド層 ５ ＧａＮコア層 ６，７ ＡＲ（無反射）コート 10 光導波路素子 11 分岐光導波路 11ａ 分岐光導波路の入射端 11ｂ 分岐光導波路の出射端 20 半導体レーザアレイ 21 ＧａＡｓ（００１）基板 22 ｎ−Ａｌ0.64Ｇａ0.36Ａｓ下部クラッド層 23 ｎまたはｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ下部光導波層 24 ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸活性層 25 ｐまたはｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ上部光導波層 26 ｐ−Ａｌ0.64Ｇａ0.36Ａｓ上部クラッド層 27 ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 28 ＳｉＯ2膜 29 ｐ電極 30 ｎ電極 32 ヒートシンク 34 半田 35 高反射コート 36 低反射コート 40 半導体レーザ素子 42 マウント 43、44 接着剤REFERENCE SIGNS LIST 1 SiC substrate 2 AlN buffer layer 3 GaN second cladding layer 4 Al z1 Ga 1 -z 1 N first cladding layer 5 GaN core layer 6,7 AR (non-reflection) coat 10 optical waveguide element 11 branch optical waveguide 11a branch optical waveguide 11b Outgoing end of branched optical waveguide 20 Semiconductor laser array 21 GaAs (001) substrate 22 n-Al 0.64 Ga 0.36 As lower cladding layer 23 n or i-In 0.49 Ga 0.51 P lower optical waveguide layer 24 InGaAsP quantum well activity Layer 25 p or i-In 0.49 Ga 0.51 P Upper optical waveguide layer 26 p-Al 0.64 Ga 0.36 As upper cladding layer 27 p-GaAs contact layer 28 SiO 2 film 29 p electrode 30 n electrode 32 heat sink 34 solder 35 high reflection coating 36 Low reflection coating 40 Semiconductor laser element 42 Mount 43, 44 Adhesive
Claims (2)
射端とシングルチャンネルとされた出射端とを有する分
岐光導波路が形成されてなり、前記マルチチャンネルの
入射端のそれぞれに半導体レーザ素子が直接結合される
光導波路素子において、 前記分岐光導波路が、ＳｉＣ基板上に該基板側からＧａ
Ｎ第二クラッド層、このＧａＮ第二クラッド層よりも低
屈折率のＡｌz1Ｇａ1-z1Ｎ第一クラッド層（0.2≦ｚ１
≦１）および、このＡｌz1Ｇａ1-z1Ｎ第一クラッド層よ
りも高屈折率のＧａＮコア層が順次形成されてなるＡＲ
ＲＯＷ−Ｂ構造の光導波路であることを特徴とする光導
波路素子。1. A branch optical waveguide having a multi-channel input end and a single-channel output end is formed on a substrate, and a semiconductor laser device is directly connected to each of the multi-channel input ends. In the optical waveguide device to be coupled, the branch optical waveguide is formed on a SiC substrate from the substrate side.
N second cladding layer, Al z1 Ga 1 -z 1 N first cladding layer having a lower refractive index than this GaN second cladding layer (0.2 ≦ z1
≦ 1) and an AR formed by sequentially forming a GaN core layer having a higher refractive index than the Al z1 Ga 1-z1 N first cladding layer.
An optical waveguide device having an optical waveguide having a ROW-B structure.
た半導体レーザ装置であって、 前記分岐光導波路のマルチチャンネルの入射端のそれぞ
れに半導体レーザ素子が直接結合され、 それらの半導体レーザ素子から発せられた光が前記分岐
光導波路で合波されて前記出射端から出射する構成を有
することを特徴とする半導体レーザ装置。2. A semiconductor laser device using the optical waveguide device according to claim 1, wherein a semiconductor laser device is directly coupled to each of the multi-channel incident ends of the branch optical waveguide, and the semiconductor laser devices are provided. A semiconductor laser device having a configuration in which light emitted from the light source is combined by the branch optical waveguide and emitted from the emission end.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001146040A JP2002341166A (en) | 2001-05-16 | 2001-05-16 | Optical waveguide element and semiconductor laser beam device |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004297070A (en) * | 2003-03-26 | 2004-10-21 | Lucent Technol Inc | Group iii-nitride layers with patterned surfaces |
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| US7174072B2 (en) | 2004-06-01 | 2007-02-06 | Denso Corporation | Optical device having optical waveguide and method for manufacturing the same |
| JP2012156335A (en) * | 2011-01-26 | 2012-08-16 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductor laser |
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2001
- 2001-05-16 JP JP2001146040A patent/JP2002341166A/en not_active Withdrawn
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