JP2007042837A

JP2007042837A - Non-embedding ridge semiconductor laser

Info

Publication number: JP2007042837A
Application number: JP2005224978A
Authority: JP
Inventors: Ryuhei Araki; 竜平荒木; Kentaro Tada; 健太郎多田
Original assignee: NEC Electronics Corp
Current assignee: NEC Electronics Corp
Priority date: 2005-08-03
Filing date: 2005-08-03
Publication date: 2007-02-15

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor laser which suppresses the waveguide of the light in the high order mode to be solved as a problem, namely which is a high-output semiconductor laser using the non-embedding ridge structure with little internal loss capable of forming a long resonator. <P>SOLUTION: A non-embedding ridge semiconductor laser comprises a substrate 14, an active layer 12 formed on the substrate 14, and semiconductor layers 18-20 which are formed on the active layer 12 and have grooves 131 and 132 in the inside. The active layer 12 is oscillated by an oscillation mode having a first polarization direction, formed on the substrate 14, and is provided with an absorption layer 16 for absorbing the light of a second polarization direction perpendicular to the first polarization direction among lights emitted in the active layer 12. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、非埋め込みリッジ型半導体レーザに関し、特に、出力光の偏光比の低下を抑制する構造に関する。 The present invention relates to a non-buried ridge type semiconductor laser, and more particularly to a structure that suppresses a decrease in the polarization ratio of output light.

近年の増大するデータ容量に対応して、大容量かつ可搬性のある記録可能な光ディスクへの要求が高まって久しい。特に、大容量を記録可能なＤＶＤ±Ｒ／ＲＷは広範囲に普及している。そのため、ＤＶＤ±Ｒ／ＲＷ等の光ディスクへの書き込み速度向上の要求は年々高まってきている。 In response to the increasing data capacity in recent years, the demand for a recordable optical disk having a large capacity and portability has been increasing for a long time. In particular, DVD ± R / RW capable of recording a large capacity is widely used. For this reason, the demand for improving the writing speed on optical disks such as DVD ± R / RW is increasing year by year.

光ディスクへの書き込みを行う場合、書き込み速度の１／２乗に比例する出力を持つ半導体レーザが必要となる。そのため、光ディスクへの書き込み速度向上を目指すには、高出力の半導体レーザが必要となる。そこで、光ディスクの書き込みに用いられる６５０ｎｍの波長帯域の赤色光を発光する半導体レーザの高出力化が求められている。 When writing to an optical disk, a semiconductor laser having an output proportional to the 1/2 power of the writing speed is required. Therefore, a high-power semiconductor laser is required to improve the writing speed to the optical disk. Therefore, there is a demand for a high-power semiconductor laser that emits red light having a wavelength band of 650 nm, which is used for optical disc writing.

赤色半導体レーザの高出力化には、リッジ内外での等価屈折率差による光の反射を利用した、実屈折率ガイド型の導波構造であるリッジ構造が用いられることが多い。特に、非埋め込みリッジ型構造を持つ半導体レーザにおいては、結晶成長が１回で済むこと、構造がシンプルであること、特性的には内部損失が少なく高効率化が可能なこと、及び長共振器化による熱抵抗の低減が容易なことといった利点を持つため、赤色高出力半導体レーザに用いられることが多い。 In order to increase the output power of a red semiconductor laser, a ridge structure, which is an actual refractive index guide type waveguide structure, utilizing light reflection due to an equivalent refractive index difference inside and outside the ridge is often used. In particular, in a semiconductor laser having a non-embedded ridge structure, crystal growth can be completed only once, the structure is simple, the characteristics are low internal loss and high efficiency can be achieved, and a long resonator. This is often used for red high-power semiconductor lasers because it has the advantage that the thermal resistance can be easily reduced by the fabrication.

しかしながら、リッジ構造を持つ半導体レーザは、高次モードが発生しやすい。活性層内の井戸層が無歪又は圧縮歪を有する半導体レーザの場合、この高次モードは導波路に対して垂直方向の偏波成分であるＥ_ｙ成分を含むため、偏光比｜Ｅ_ｘ／Ｅ_ｙ｜^２が低くなるという問題が生じる。偏光比は大きいほど好ましいため、実際の光ディスク装置に用いられる光ピックアップの系においては、戻り光による偏光比の低下を防ぐために偏光子が組み込まれていることが多い。 However, a semiconductor laser having a ridge structure tends to generate a higher-order mode. In the case of a semiconductor laser in which the well layer in the active layer is unstrained or compressive strained, this higher-order mode includes an E _y component that is a polarization component perpendicular to the waveguide, and therefore the polarization ratio | E _x / There arises a problem that E _y | ² becomes low. Since the polarization ratio is preferably as large as possible, in an optical pickup system used in an actual optical disc apparatus, a polarizer is often incorporated in order to prevent a decrease in the polarization ratio due to return light.

従来の技術における、光ディスクに用いられるリッジ構造を有する半導体レーザにおいて、ドライエッチングで形成した非埋め込みリッジ型構造を用いている（例えば、非特許文献１）。ドライエッチングで形成した非埋め込みリッジ型構造を用いることにより、少ない結晶成長回数で導波路損失の少ない構造を実現することが可能となり、２００ｍＷ以上の高出力が可能な６６０ｎｍ波長帯のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザを実現している。 In a conventional semiconductor laser having a ridge structure used for an optical disc, a non-embedded ridge structure formed by dry etching is used (for example, Non-Patent Document 1). By using a non-embedded ridge structure formed by dry etching, a structure with less waveguide loss can be realized with a small number of crystal growths, and an AlGaInP semiconductor laser having a wavelength of 660 nm capable of high output of 200 mW or more. Is realized.

従来の非埋め込みリッジ型構造を有する半導体レーザにおいては、ｎ−ＧａＡｓ基板上に、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、３層のＭＱＷ活性層、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層の順に積層されている。ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とｐ−ＧａＡｓコンタクト層内に凹部を設けることによって、リッジ部が形成されている。上記の凹部の底面とＭＱＷ活性層との厚みは、エッチングストッパ層で４００ｎｍ程度に制御されている。さらに、積層表面全体はＳｉＮｘなどの放熱性の高い絶縁膜で被覆されている。 In a conventional semiconductor laser having a non-buried ridge structure, an n-AlGaInP clad layer, three MQW active layers, a p-AlGaInP clad layer, and a p-GaAs contact layer are laminated on an n-GaAs substrate in this order. Yes. A ridge is formed by providing a recess in the p-AlGaInP cladding layer and the p-GaAs contact layer. The thickness of the bottom surface of the recess and the MQW active layer is controlled to about 400 nm by the etching stopper layer. Furthermore, the entire laminated surface is covered with an insulating film with high heat dissipation such as SiNx.

ｐ型電極は、リッジ部の上部に被覆された絶縁膜にコンタクト窓を開けることによって形成される。さらに、上記のリッジ構造を有する半導体レーザのｐ側をヒートシンクと融着されたジャンクションダウンでマウントされている。ジャンクションダウンでマウントするのは、放熱性を高めるためである。上記の非埋め込みリッジ型構造を持つ半導体レーザにおいては、ＭＱＷ活性層で発振した光はリッジ部の中と凹部との実屈折率差を感じて導波する。 The p-type electrode is formed by opening a contact window in an insulating film covering the upper portion of the ridge portion. Further, the p-side of the semiconductor laser having the ridge structure is mounted with a junction down fused to a heat sink. The reason for mounting the junction down is to improve heat dissipation. In the semiconductor laser having the above-described non-embedded ridge structure, the light oscillated in the MQW active layer is guided by feeling the difference in the actual refractive index between the ridge portion and the concave portion.

以上のように、非埋め込みリッジ型構造においては、リッジ部の周辺部に半導体層が少なくなっているため、光の吸収が少なく内部損失が小さくなる。そのため、スロープ効率が大きくなる。また、内部損失が少ないため、Ｉ−Ｌカーブの折れ曲がりであるキンクの原因となる、熱抵抗を低減するための長共振器化が可能となる。
・M. Miyashita, et al., "High power operation of Low-Operating-Current 660nm Laser Diodes for DVD-RAM/RW" in Proc. OECC/IOOC2001, Sidney, 2001, p543-544 As described above, in the non-buried ridge structure, the number of semiconductor layers in the peripheral portion of the ridge portion is small, so that light absorption is small and internal loss is small. Therefore, the slope efficiency is increased. In addition, since the internal loss is small, it is possible to make a long resonator to reduce the thermal resistance, which causes a kink that is a bending of the IL curve.
・ M. Miyashita, et al., "High power operation of Low-Operating-Current 660nm Laser Diodes for DVD-RAM / RW" in Proc. OECC / IOOC2001, Sidney, 2001, p543-544

しかしながら、非埋め込み型リッジ構造では、上記の利点を有しながらも、高次モードが許容されやすいという欠点を持っている。半導体レーザにおける光の導波において、活性層内の井戸層が無歪又は圧縮歪を有する半導体レーザの場合、基本モードの光はＥ_ｙ成分をほとんど持たないのに対して、高次モードの光はＥ_ｘ成分とＥ_ｙ成分を併せ持つことになる。そのため、高次モードの光の導波が許容されると、偏光比｜Ｅ_ｘ／Ｅ_ｙ｜^２が低くなる。 However, the non-embedded ridge structure has the disadvantage that higher-order modes are easily allowed while having the above-described advantages. In the waveguide of light in a semiconductor laser, in the case of a semiconductor laser in which the well layer in the active layer has no strain or compressive strain, the fundamental mode light has almost no E _y component, whereas the higher order mode light. Has both E _x and E _y components. Therefore, when the guided light of the higher order mode is allowed, the polarization ratio _^| E _{x /} E y _| ² is lowered.

発明者は、非埋め込み型リッジ構造を有する半導体レーザにおける、基本モードの光と高次モードの光の強度のシミュレーションを行った。このときに計算した非埋め込みリッジ型半導体光素子の、リッジ部分の拡大模式図を図１に示す。図１において、活性層１２上に積層された半導体層に溝１３が設けられることによって、リッジ１１が形成されている。上記のシミュレーションは、リッジ１１と溝１３の部分が左右対称であることから、リッジ１１と溝１３の半分（図１における一点鎖線内の領域）において計算を行っている。 The inventor performed a simulation of the intensity of fundamental mode light and higher-order mode light in a semiconductor laser having a non-embedded ridge structure. An enlarged schematic view of the ridge portion of the non-embedded ridge type semiconductor optical device calculated at this time is shown in FIG. In FIG. 1, a ridge 11 is formed by providing a groove 13 in a semiconductor layer stacked on an active layer 12. In the above simulation, since the portions of the ridge 11 and the groove 13 are symmetric, the calculation is performed on half of the ridge 11 and the groove 13 (a region within a chain line in FIG. 1).

図２においては、図１における一点鎖線内の領域において計算されたシミュレーションの結果を示す。このシミュレーションにおいては、基本モードとＴＭ偏波の水平横１次モードについて計算されている。図２（ａ）において、左の図が基本モードのＥ_ｘ成分、右の図が基本モードのＥ_ｙ成分、図２（ｂ）において、左の図が１次モードのＥ_ｘ成分、右の図が１次モードのＥ_ｙ成分である。 In FIG. 2, the result of the simulation calculated in the area | region within the dashed-dotted line in FIG. 1 is shown. In this simulation, calculations are made for the fundamental mode and the horizontal transverse primary mode of TM polarization. 2A, the left diagram shows the E _x component of the fundamental mode, the right diagram shows the E _y component of the fundamental mode, and in FIG. 2B, the left diagram shows the _Ex component of the primary mode, The figure shows the _Ey component in the primary mode.

基本モードである０次モードのＥ_ｙのピーク値は、Ｅ_ｘのピーク値の６．２８ｅ−３倍と、Ｅ_ｙ成分をほとんど持たない。そのため、０次モードにおいて、Ｅ_ｘ成分が支配的である。それに対して、高次モードであるＴＭ偏波の水平横１次モードにおいては、Ｅ_ｘのピーク値は、Ｅ_ｙのピーク値の１．１２ｅ−２倍と、Ｅ_ｘ成分をほとんど持たずＥ_ｙ成分が支配的である。 The peak value of E _y in the 0th-order mode, which is the basic mode, is 6.28e−3 times the peak value of E _x and has almost no E _y component. Therefore, the _Ex component is dominant in the 0th order mode. In contrast, in the TM polarization horizontal transverse first mode of a higher order mode, the peak value of _{E x} has no little and 1.12e-2 times the peak value of _{E y,} the _{E x} component E _{The y} component is dominant.

これらの結果は、実際のデバイスにおいて、レーザの端面のＮＦＰ（Near Field Pattern）の偏光依存性の実験で確認している。図３は、上記の半導体レーザにおけるＮＦＰのパターンを示している。図３において、偏光比の悪いレーザの端面ＮＦＰ（Near Field Pattern）を、偏光子を通して観察することによって、ＴＭ偏波の水平横１次モードに対応したパターンが見られる。以上のことから、高次モードの１次モードが、基本モードである０次モードへ結合することによって、偏光比が悪化することがわかる。 These results are confirmed by experiments on the polarization dependence of NFP (Near Field Pattern) on the end face of the laser in an actual device. FIG. 3 shows an NFP pattern in the semiconductor laser. In FIG. 3, by observing an end face NFP (Near Field Pattern) of a laser having a low polarization ratio through a polarizer, a pattern corresponding to the horizontal transverse primary mode of TM polarization can be seen. From the above, it is understood that the polarization ratio is deteriorated by coupling the first-order mode of the higher-order mode to the 0th-order mode that is the fundamental mode.

以上のように、非埋め込み型リッジ構造を有する半導体レーザにおいて、構造に起因する、発光する光の偏光比の低下がおこるという問題点が生じていた。 As described above, in the semiconductor laser having the non-buried ridge structure, there has been a problem that the polarization ratio of emitted light is lowered due to the structure.

本発明の一つの態様に係る非埋め込みリッジ型半導体レーザは、基板と、前記基板の上に形成された活性層と、前記活性層の上に形成され、その内部に溝を有する半導体層と、を有する非埋め込みリッジ型半導体レーザであって、前記活性層は第１の偏光方向を有する振動モードで発振し、前記基板の上に形成され、前記活性層で発光した光のうち、前記第１の偏光方向と垂直な第２の偏光方向の光を吸収する吸収層と、を備える、ものである。基本モードの光と垂直な偏光方向を持つ光を吸収する吸収層を有することによって、偏光比の低下を抑制した半導体レーザを作成することができる。 A non-buried ridge type semiconductor laser according to one aspect of the present invention includes a substrate, an active layer formed on the substrate, a semiconductor layer formed on the active layer and having a groove therein, The active layer oscillates in a vibration mode having a first polarization direction, and is formed on the substrate and out of the light emitted from the active layer. And an absorption layer that absorbs light in a second polarization direction perpendicular to the polarization direction. By having an absorption layer that absorbs light having a polarization direction perpendicular to fundamental mode light, a semiconductor laser in which a decrease in polarization ratio is suppressed can be manufactured.

本発明よれば、その構造に起因する偏光比の低下を抑止することができる、非埋め込み型リッジ導波構造をもつ半導体レーザを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor laser having a non-embedded ridge waveguide structure that can suppress a decrease in polarization ratio due to the structure.

実施の形態１．
図４に本実施の形態に係る非埋め込みリッジ型半導体レーザ１の構造図を示す。ｎ−ＧａＡｓ基板１４の上に、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層１５、量子井戸層１６、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ第２第２クラッド層１７、量子井戸活性層１２、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１８、ｐ−ＧａＩｎＰバッファ層１９、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２０の順に各層が積層されている。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 4 is a structural diagram of the non-buried ridge type semiconductor laser 1 according to the present embodiment. On the n-GaAs substrate 14, the n-AlGaInP first cladding layer 15, the quantum well layer 16, the n-AlGaInP second second cladding layer 17, the quantum well active layer 12, the p-AlGaInP cladding layer 18, and the p-GaInP. Each layer is laminated in the order of the buffer layer 19 and the p-GaAs contact layer 20.

ｐ−ＧａＩｎＰバッファ層１９は、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１８とｐ−ＧａＡｓコンタクト層２０との間のバンド構造におけるヘテロ障壁を緩和するために設けられている。ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２０は、電流を流すために設けられる電極との接触をよくするために設けられた層である。なお、各層の材料は一例であって、これら以外の材料を使用することも可能である。 The p-GaInP buffer layer 19 is provided in order to relax the hetero barrier in the band structure between the p-AlGaInP cladding layer 18 and the p-GaAs contact layer 20. The p-GaAs contact layer 20 is a layer provided in order to improve contact with an electrode provided for flowing a current. In addition, the material of each layer is an example, It is also possible to use materials other than these.

本実施の形態に係る半導体レーザ１においては、半導体レーザ１の表面からｎ−ＧａＡｓ基板１４の表面までチャネル溝２１１、２１２が形成されている。また、半導体レーザ１の表面からｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１８まで、リッジ１１１〜１１３が形成されるように、溝１３１、１３２が形成されている。 In the semiconductor laser 1 according to the present embodiment, channel grooves 211 and 212 are formed from the surface of the semiconductor laser 1 to the surface of the n-GaAs substrate 14. Grooves 131 and 132 are formed so that ridges 111 to 113 are formed from the surface of the semiconductor laser 1 to the p-AlGaInP cladding layer 18.

溝１３１、１３２は、量子井戸活性層１２の表面までは到達せず、溝１３１、１３２の底面から量子井戸活性層１２の表面までの間に他の半導体層（ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１８）が残されている。このように、活性層（本例では量子井戸活性層１２）の上に積層されている半導体層に溝が形成された構造を非埋め込み型リッジ構造という。 The grooves 131 and 132 do not reach the surface of the quantum well active layer 12, and another semiconductor layer (p-AlGaInP clad layer 18) is formed between the bottom surfaces of the grooves 131 and 132 and the surface of the quantum well active layer 12. It is left. A structure in which a groove is formed in the semiconductor layer stacked on the active layer (in this example, the quantum well active layer 12) is referred to as a non-buried ridge structure.

本実施の形態に係る半導体レーザ１においては、量子井戸活性層１２の近傍に吸収層１６を挿入している。吸収層１６は一つもしくは複数の井戸層と、各井戸層の両側に形成された複数の障壁層とから構成される量子井戸構造を有している。本実施の形態に係る半導体レーザ１においては、吸収層１６が量子井戸活性層１２において発振する光の高次モードの光を吸収している。活性層内の井戸層が無歪又は圧縮歪を有する半導体レーザでは、この高次モードの光は、基本モードの光の主たる偏光方向（Ｅ_ｘ方向）と垂直な偏光方向（Ｅ_ｙ方向）の光が主たる成分となっている。 In the semiconductor laser 1 according to the present embodiment, the absorption layer 16 is inserted in the vicinity of the quantum well active layer 12. The absorption layer 16 has a quantum well structure including one or a plurality of well layers and a plurality of barrier layers formed on both sides of each well layer. In the semiconductor laser 1 according to the present embodiment, the absorption layer 16 absorbs light in the higher order mode of light oscillated in the quantum well active layer 12. In a semiconductor laser in which the well layer in the active layer has no strain or compressive strain, this higher-order mode light has a polarization direction (E _y direction) perpendicular to the main polarization direction (E _x direction) of the fundamental mode light. Light is the main component.

また、本実施の形態に係る半導体レーザ１において、吸収層１６内の井戸層が引っ張り歪を有し、量子井戸活性層１２内の井戸層が無歪又は圧縮歪を有するか、量子井戸活性層１２内の井戸層が引っ張り歪を有し、吸収層１６内の井戸層が無歪又は圧縮歪を有する、とよい。この詳細な理由は以下に示す。なお、吸収層１６は、量子井戸活性層１２に対して、基板１４側にあってもよいし、溝１３１、１３２側にあってもよい。 In the semiconductor laser 1 according to the present embodiment, the well layer in the absorption layer 16 has tensile strain, and the well layer in the quantum well active layer 12 has no strain or compressive strain, or the quantum well active layer. It is preferable that the well layer in 12 has tensile strain, and the well layer in the absorption layer 16 has no strain or compressive strain. The detailed reason will be described below. The absorption layer 16 may be on the substrate 14 side or the grooves 131 and 132 side with respect to the quantum well active layer 12.

吸収層１６について具体的に説明する前に、まず、量子井戸構造を有する半導体層における井戸層のバンド構造についての一般的な説明を行う。井戸層が無歪又は圧縮歪を有するものである場合のバンド構造を図５（ａ）に、井戸層が引っ張り歪を有する層である場合のバンド構造を図５（ｂ）に示す。図中のｈｈは、ヘビーホールのバンド準位であり、ｌｈはライトホールのバンド準位である。 Before describing the absorption layer 16 in detail, first, a general description of the band structure of the well layer in the semiconductor layer having the quantum well structure will be given. FIG. 5A shows a band structure when the well layer has no strain or compressive strain, and FIG. 5B shows a band structure when the well layer is a layer having tensile strain. In the figure, hh is a heavy hole band level, and lh is a light hole band level.

井戸層が無歪又は圧縮歪を有する層である場合、ヘビーホールの準位が伝導帯に近いエネルギー準位を有するため、光を吸収したときの電子の遷移が、ヘビーホール−伝導帯間の遷移が支配的となる。ヘビーホール−伝導帯間遷移においては、Ｅ_ｘ方向に偏波した光が吸収される。 When the well layer is an unstrained or compressive strained layer, the heavy hole level has an energy level close to the conduction band, so that the transition of electrons when absorbing light is between the heavy hole and the conduction band. Transition becomes dominant. Heavy hole - in between the conduction band transitions, light polarized in the E _x direction is absorbed.

井戸層が引っ張り歪を有する層である場合、ライトホールの準位が伝導帯に近いエネルギー準位を有するため、ライトホール−伝導帯間の遷移が支配的となる。ライトホール−伝導帯間遷移においては、Ｅ_ｘ方向に偏波した光よりもＥ_ｙ方向に偏波した光が多く吸収される。 When the well layer is a layer having tensile strain, the transition between the light hole and the conduction band becomes dominant because the level of the light hole has an energy level close to the conduction band. In the transition between the light hole and the conduction band, more light polarized in the E _y direction is absorbed than light polarized in the E _x direction.

ここで、発明が解決しようとする課題の欄において記載したように、非埋め込み型リッジ構造において、吸収層１６内の井戸層が引っ張り歪を有し、量子井戸活性層１２内の井戸層が無歪または圧縮歪を有する場合は基本モードの光はＥ_ｙ成分をほとんど持たないのに対して、高次モードの光がＥ_ｘ成分とＥ_ｙ成分を併せ持つため、偏光比｜Ｅ_ｘ／Ｅ_ｙ｜^２が低くなる。量子井戸活性層１２内の井戸層が引っ張り歪を有し、吸収層１６内の井戸層が無歪又は圧縮歪を有する場合は基本モードの光はＥ_ｘ成分をほとんど持たないのに対して、高次モードの光がＥ_ｘ成分とＥ_ｙ成分を併せ持つため、偏光比｜Ｅ_ｙ／Ｅ_ｘ｜^２が低くなる。 Here, as described in the section of the problem to be solved by the invention, in the non-buried ridge structure, the well layer in the absorption layer 16 has tensile strain, and the well layer in the quantum well active layer 12 has no well layer. When there is distortion or compression distortion, the fundamental mode light has almost no E _y component, whereas the higher-order mode light has both an E _x component and an E _y component, so that the polarization ratio | E _x / E _y | ² becomes lower. When the well layer in the quantum well active layer 12 has tensile strain and the well layer in the absorption layer 16 has no strain or compressive strain, the fundamental mode light has almost no _Ex component, Since the light in the higher order mode has both the E _x component and the E _y component, the polarization ratio | E _y / E _x | ² is lowered.

本形態の半導体光素子１においては、吸収層１６内の井戸層が引っ張り歪を有し、量子井戸活性層１２内の井戸層が無歪又は圧縮歪を有する場合、Ｅ_ｙ成分の光を選択的に吸収し、偏光比｜Ｅ_ｘ／Ｅ_ｙ｜^２の向上をもたらす構造にしている。量子井戸活性層１２内の井戸層が引っ張り歪を有し、吸収層１６内の井戸層が無歪又は圧縮歪を有する場合は、Ｅ_ｘ成分の光を選択的に吸収し、偏光比｜Ｅ_ｙ／Ｅ_ｘ｜^２の向上をもたらす構造にしている。 In the semiconductor optical device 1 of this embodiment, when the well layer in the absorption layer 16 has tensile strain and the well layer in the quantum well active layer 12 has no strain or compressive strain, the light of the _Ey component is selected. And a structure that improves the polarization ratio | E _x / E _y | ² . Has a tensile strain is well layer of the quantum well active layer 12, the well layer in the absorbing layer 16 when having unstrained or compressive strained, selectively absorbs light of E _x component, the polarization ratio | E _The structure is such that _y / E _x | ² is improved.

さらに、吸収層１６内の井戸層のバンドギャップＥ_ｇ１と量子井戸活性層１２のバンドギャップＥ_ｇ２との関係が、Ｅ_ｇ２＋６０ｍｅＶ≧Ｅ_ｇ１であることが好ましい。図６に、レーザのフォトンエネルギーと、量子井戸活性層１２のバンドギャップエネルギーとの関係及び吸収スペクトルについての模式図を示す。 Furthermore, the relationship between the band gap E _g1 of the well layer in the absorption layer 16 and the band gap E _g2 of the quantum well active layer 12 is preferably E _g2 +60 meV ≧ E _g1 . FIG. 6 shows a schematic diagram of the relationship between the photon energy of the laser and the band gap energy of the quantum well active layer 12 and the absorption spectrum.

上記のようなＥ_ｇ１とＥ_ｇ２との関係をもつのが好ましいのは、半導体レーザのバンドフィリング効果によって、レーザのフォトンエネルギーが、量子井戸活性層１２のバンドギャップエネルギーから６０ｍｅＶ程度の高エネルギー側のシフトを引き起こすためである。 It is preferable that the relationship between E _g1 and E _g2 as described above is that the photon energy of the laser is about 60 meV from the band gap energy of the quantum well active layer 12 due to the band filling effect of the semiconductor laser. This is to cause a shift.

さらにまた、吸収層１６内の井戸層のバンドギャップＥ_ｇ１と量子井戸活性層１２のバンドギャップＥ_ｇ２との関係が、Ｅ_ｇ２−６０ｍｅＶ≦Ｅ_ｇ１であることが好ましい。これは、レーザのフォトンエネルギーが吸収層のバンドギャップエネルギーとの差が大きくなるに従い、吸収層１６がＥ_ｙ成分の光を選択的に吸収しなくなるためである。 Furthermore, the relationship between the band gap E _g1 of the well layer in the absorption layer 16 and the band gap E _g2 of the quantum well active layer 12 is preferably E _g2 −60 meV ≦ E _g1 . This is because, as the difference between the photon energy of the laser and the band gap energy of the absorption layer increases, the absorption layer 16 does not selectively absorb the light of the _Ey component.

また、量子井戸活性層１２の溝１３１、１３２側の表面から、溝１３１、１３２の底面までの厚さａが２００ｎｍ以下であることが好ましい。さらに、量子井戸層１６と量子井戸活性層１２の互いの対向面間の距離ｂは、２５０ｎｍ以下であることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the thickness a from the surface of the quantum well active layer 12 on the side of the grooves 131 and 132 to the bottom surface of the grooves 131 and 132 is 200 nm or less. Furthermore, the distance b between the opposing surfaces of the quantum well layer 16 and the quantum well active layer 12 is preferably 250 nm or less.

図７（ａ）に、量子井戸活性層１２の溝１３１、１３２側の表面から、溝１３１、１３２の底面までの厚さａと吸収層１６への光閉じ込め率との関係を示す。吸収層１６への光閉じ込め率とは、量子井戸活性層１２で発生する光のフィールドが吸収層１６にどれだけかかるかを表している。縦軸が光閉じ込め率であり、横軸は、量子井戸活性層１２の溝１３１、１３２側の表面から、溝１３１、１３２の底面までの厚さａである。また、図７（ｂ）に、量子井戸層１６と量子井戸活性層１２の互いの対向面間の距離ｂと光閉じ込め率との関係を示す。縦軸が光閉じ込め率であり、横軸は、量子井戸層１６と量子井戸活性層１２の互いの対向面間の距離ｂである。 FIG. 7A shows the relationship between the thickness a from the surface of the quantum well active layer 12 on the side of the grooves 131 and 132 to the bottom surface of the grooves 131 and 132 and the light confinement ratio in the absorption layer 16. The light confinement ratio in the absorption layer 16 represents how much the field of light generated in the quantum well active layer 12 is applied to the absorption layer 16. The vertical axis represents the optical confinement rate, and the horizontal axis represents the thickness a from the surface of the quantum well active layer 12 on the groove 131, 132 side to the bottom surface of the groove 131, 132. FIG. 7B shows the relationship between the distance b between the opposing surfaces of the quantum well layer 16 and the quantum well active layer 12 and the optical confinement ratio. The vertical axis represents the optical confinement rate, and the horizontal axis represents the distance b between the opposing surfaces of the quantum well layer 16 and the quantum well active layer 12.

十分な偏光比を得るためには、吸収層１６への光閉じ込め率が２％以上必要であることから、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、量子井戸活性層１２の溝１３１、１３２側の表面から、溝１３１、１３２の底面までの厚さａは、２００ｎｍ以下、量子井戸層１６と量子井戸活性層１２の互いの対向面間の距離ｂは２５０ｎｍ以下であるとよい。 In order to obtain a sufficient polarization ratio, the light confinement ratio in the absorption layer 16 is required to be 2% or more. Therefore, as shown in FIGS. 7A and 7B, the groove 131 of the quantum well active layer 12 is used. The thickness a from the surface on the 132 side to the bottom surfaces of the grooves 131 and 132 is preferably 200 nm or less, and the distance b between the opposing surfaces of the quantum well layer 16 and the quantum well active layer 12 is preferably 250 nm or less.

さらに、量子井戸活性層１２の溝１３１、１３２側の表面から、溝１３１、１３２の底面までの厚さａが小さくなることで、リッジ１１１〜１１３と溝１３１の屈折率差が大きくなるので、光は横方向に閉じ込められる。 Furthermore, since the thickness a from the surface on the groove 131, 132 side of the quantum well active layer 12 to the bottom surface of the grooves 131, 132 decreases, the difference in refractive index between the ridges 111-113 and the groove 131 increases. Light is confined laterally.

また、量子井戸活性層１２の溝１３１、１３２側の表面から、溝１３１、１３２の底面までの厚さａと、量子井戸層１６と量子井戸活性層１２の互いの対向面間の距離ｂを上記のような値にすることによる本実施の形態に係る半導体レーザ１の端面からの光の分布図を図８に示す。図８において、量子井戸活性層１２の溝１３１、１３２側の表面から、溝１３１、１３２の底面までの厚さａを薄くする前の光のフィールドを破線、量子井戸活性層１２の溝１３１、１３２側の表面から、溝１３１、１３２の底面までの厚さａを薄くした後の光のフィールドを実線で表す。 Further, the thickness a from the surface of the quantum well active layer 12 on the side of the grooves 131 and 132 to the bottom surface of the grooves 131 and 132 and the distance b between the opposing surfaces of the quantum well layer 16 and the quantum well active layer 12 are as follows. FIG. 8 shows a distribution diagram of light from the end face of the semiconductor laser 1 according to the present embodiment by setting the values as described above. In FIG. 8, the light field before thinning the thickness a from the surface of the quantum well active layer 12 on the side of the grooves 131 and 132 to the bottom surface of the grooves 131 and 132 is indicated by a broken line, and the grooves 131 of the quantum well active layer 12 The light field after the thickness a from the surface on the 132 side to the bottom surfaces of the grooves 131 and 132 is reduced is indicated by a solid line.

図８に示すように、光は横方向に閉じ込められるために、通常の半導体レーザが導波する光の分布図と比べて横方向に小さくなっている。また、リッジ１１１〜１１３の脇部の直下においては、半導体−絶縁膜間の屈折率境界が基板側に近づくことで縦方向の屈折率分布が異なってくるため、両端が下に下がるようになる。さらに、リッジ１１１〜１１３の直下の光の分布の変化は小さい。 As shown in FIG. 8, since light is confined in the lateral direction, it is smaller in the lateral direction than the distribution diagram of light guided by a normal semiconductor laser. In addition, immediately below the side portions of the ridges 111 to 113, the refractive index distribution in the vertical direction differs as the refractive index boundary between the semiconductor and the insulating film approaches the substrate side, so that both ends come down. . Further, the change in the light distribution directly below the ridges 111 to 113 is small.

図８に示すような光の分布になるため、高次モードの光が吸収層１６への重なりが増加し、高次モードの光がより吸収されやすい分布にシフトする。このとき、基本モードの光分布も変化するが、吸収層１６での吸収は弱いため、特性悪化への影響は小さい。これによって、吸収層１６が高次モードフィルタとして寄与する。 Since the light distribution is as shown in FIG. 8, the higher-order mode light is overlapped with the absorption layer 16, and the light is shifted to a distribution in which the higher-order mode light is more easily absorbed. At this time, the light distribution in the fundamental mode also changes. However, since the absorption in the absorption layer 16 is weak, the influence on the characteristic deterioration is small. Thereby, the absorption layer 16 contributes as a high-order mode filter.

さらに、吸収層１６は、ｎ型の半導体層側に形成されていることが好ましい。本形態に係る半導体レーザ１においては、量子井戸活性層１２に対してｎ−ＧａＡｓ基板１４側に形成されていることが好ましい。これは、吸収層１６のバンドギャップが第２クラッド層１７のバンドギャップより小さいため、ポテンシャル障壁が生じ、キャリアの移動を阻害する可能性があるからである。このため、ポテンシャル障壁の影響を受けにくい、移動度の高い電子をキャリアとするｎ型の半導体層側に吸収層１６を形成することが好ましい。 Furthermore, the absorption layer 16 is preferably formed on the n-type semiconductor layer side. The semiconductor laser 1 according to this embodiment is preferably formed on the n-GaAs substrate 14 side with respect to the quantum well active layer 12. This is because the band gap of the absorption layer 16 is smaller than the band gap of the second cladding layer 17, so that a potential barrier is generated, which may hinder carrier movement. For this reason, it is preferable to form the absorption layer 16 on the n-type semiconductor layer side using electrons with high mobility that are not easily influenced by the potential barrier.

本実施の形態に係る半導体光素子１に電流が注入されると、活性層におけるキャリアの再結合により発光する。光は、リッジ１１１〜１１３内外の実効屈折率差を感じて、半導体レーザの積層方向は活性層を、半導体レーザの積層方向と垂直で、光が導波する方向とは垂直方向はリッジの中心部付近を中心とした導波パターンを形成しながら導波する。 When a current is injected into the semiconductor optical device 1 according to the present embodiment, light is emitted by recombination of carriers in the active layer. The light senses the effective refractive index difference between the inside and outside of the ridges 111 to 113, and the stacking direction of the semiconductor laser is perpendicular to the stacking direction of the semiconductor laser and the direction perpendicular to the direction in which the light is guided is the center of the ridge. Waveguide is performed while forming a waveguide pattern centering around the portion.

このときに、本実施の形態に係る半導体レーザ１は、量子井戸活性層１２内の井戸層が無歪又は圧縮歪を有する場合、引っ張り歪を有する層を井戸層とする吸収層１６を有しているため、高次モードが多く有するＥ_ｙ成分を吸収することができる。量子井戸活性層１２内の井戸層が引っ張り歪を有し、吸収層１６内の井戸層が無歪又は圧縮歪を有する場合は逆となり、高次モードを多く有するＥ_ｘ成分の光が吸収され、偏光比を大きくすることが可能である。 At this time, when the well layer in the quantum well active layer 12 has no strain or compressive strain, the semiconductor laser 1 according to the present embodiment has the absorption layer 16 in which the layer having tensile strain is the well layer. Therefore, it is possible to absorb the E _y component that many higher-order modes have. The reverse occurs when the well layer in the quantum well active layer 12 has tensile strain and the well layer in the absorption layer 16 has no strain or compression strain, and the light of the _Ex component having many higher-order modes is absorbed. It is possible to increase the polarization ratio.

以上のように、高次モードの光を選択的に吸収する吸収層１６を作成することによって、基本モードと高次モードの利得差又は損失差を増加させ、偏光比が高い半導体レーザを作成することができる。 As described above, by creating the absorption layer 16 that selectively absorbs the light of the higher-order mode, the gain difference or loss difference between the fundamental mode and the higher-order mode is increased, and a semiconductor laser having a high polarization ratio is produced. be able to.

なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

非埋め込みリッジ型半導体レーザの、リッジ部分の拡大模式図Enlarged schematic diagram of the ridge portion of a non-buried ridge type semiconductor laser 図１における一点鎖線内の領域において計算されたシミュレーションの結果Simulation results calculated in the region within the chain line in FIG. ＴＭ偏波の水平横１次モードに対応したパターンPattern corresponding to horizontal and horizontal primary mode of TM polarization 本実施の形態に係る半導体レーザの構造図Structure diagram of semiconductor laser according to the present embodiment 井戸層が無歪又は圧縮歪を有するものと井戸層が引っ張り歪を有するもののバンド構造Band structure of well layer with no strain or compressive strain and well layer with tensile strain レーザのフォトンエネルギーと、量子井戸活性層１２のバンドギャップエネルギーとの関係及び吸収スペクトルについての模式図Schematic diagram of relationship between absorption spectrum and relationship between laser photon energy and band gap energy of quantum well active layer 12 （ａ）量子井戸活性層１２の溝１３１、１３２側の表面から、溝１３１、１３２の底面までの厚さａと光閉じ込め率との関係。（ｂ）量子井戸層１６と量子井戸活性層１２の互いの対向面間の距離ｂと光閉じ込め率との関係(A) Relationship between the thickness a from the surface on the groove 131, 132 side of the quantum well active layer 12 to the bottom surface of the groove 131, 132 and the optical confinement ratio. (B) Relationship between the distance b between the opposing surfaces of the quantum well layer 16 and the quantum well active layer 12 and the optical confinement ratio 量子井戸活性層１２の溝１３１、１３２側の表面から、溝１３１、１３２の底面までの厚さａと、量子井戸層１６と量子井戸活性層１２の互いの対向面間の距離ｂを上記のような値にすることによる本実施の形態に係る半導体レーザ１の端面からの光の分布図The thickness a from the surface on the groove 131, 132 side of the quantum well active layer 12 to the bottom surface of the grooves 131, 132, and the distance b between the opposing surfaces of the quantum well layer 16 and the quantum well active layer 12 are as described above. A distribution diagram of light from the end face of the semiconductor laser 1 according to the present embodiment by setting such values.

符号の説明Explanation of symbols

１１リッジ１２量子井戸活性層１３溝１４ｎ−ＧａＡｓ基板
１５ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層１６吸収層
１７ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層１８ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１９ｐ−ＧａＩｎＰバッファ層２０ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
１１１〜１１３リッジ１３１、１３２溝２１１、２１２チャネル溝
９１ｎ−ＧａＡｓ基板９２ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
９３３層のＭＱＷ活性層９４ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
９５ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
９０１ｎ−ＧａＡｓ基板９０２ｎ−ＧａＩｎＰバッファ層
９０３ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層９０４活性層
９０５ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層９０６ｐ−ＧａＩｎＰバッファ層
９０７ｎ−ＧａＡｓ層９０８ｐ−ＧａＡｓ層９０９ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層
９１０ｐ−ＧａＩｎＰ層９６１〜９６３リッジ
９６４、９６５リッジの脇の部分 11 Ridge 12 Quantum well active layer 13 Groove 14 n-GaAs substrate 15 n-AlGaInP first cladding layer 16 Absorbing layer 17 n-AlGaInP second cladding layer 18 p-AlGaInP cladding layer 19 p-GaInP buffer layer 20 p-GaAs contact Layers 111 to 113 Ridge 131, 132 Groove 211, 212 Channel groove 91 n-GaAs substrate 92 n-AlGaInP cladding layer 93 Three MQW active layers 94 p-AlGaInP cladding layer 95 p-GaAs contact layer 901 n-GaAs substrate 902 n-GaInP buffer layer 903 n-AlGaInP cladding layer 904 active layer 905 p-AlGaInP cladding layer 906 p-GaInP buffer layer 907 n-GaAs layer 908 p-GaAs layer 909 p-AlGa The side of the part of the nP layer 910 p-GaInP layer 961-963 ridge 964,965 ridge

Claims

基板と、
前記基板の上に形成された活性層と、
前記活性層の上に形成され、その内部に溝を有する半導体層と、を有する非埋め込みリッジ型半導体レーザであって、
前記活性層は第１の偏光方向を有する振動モードで発振し、
前記基板の上に形成され、前記活性層で発光した光のうち、前記第１の偏光方向と垂直な第２の偏光方向の光を吸収する吸収層と、
を備える、非埋め込みリッジ型半導体レーザ。 A substrate,
An active layer formed on the substrate;
A non-embedded ridge type semiconductor laser having a semiconductor layer formed on the active layer and having a groove therein,
The active layer oscillates in a vibration mode having a first polarization direction;
An absorption layer that is formed on the substrate and absorbs light in a second polarization direction perpendicular to the first polarization direction out of the light emitted from the active layer;
A non-embedded ridge type semiconductor laser comprising:

前記吸収層が引っ張り歪を有し、前記活性層内の井戸層が無歪又は圧縮歪を有する、請求項１に記載の非埋め込みリッジ型半導体レーザ。 2. The non-buried ridge type semiconductor laser according to claim 1, wherein the absorption layer has tensile strain, and the well layer in the active layer has no strain or compressive strain.

前記活性層内の井戸層が引っ張り歪を有し、前記吸収層が無歪又は圧縮歪を有する、請求項１に記載の非埋め込みリッジ型半導体レーザ。 The non-buried ridge type semiconductor laser according to claim 1, wherein the well layer in the active layer has a tensile strain, and the absorption layer has no strain or compressive strain.

前記吸収層内の井戸層のバンドギャップＥ_ｇ１と前記活性層のバンドギャップＥ_ｇ２との関係が、Ｅ_ｇ２＋６０ｍｅＶ≧Ｅ_ｇ１である、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の非埋め込みリッジ型半導体レーザ。 4. The relationship between the band gap E _g1 of the well layer in the absorption layer and the band gap E _g2 of the active layer is E _g2 +60 meV ≧ E _g1 . Non-buried ridge type semiconductor laser.

前記吸収層内の井戸層のバンドギャップＥ_ｇ１と前記活性層のバンドギャップＥ_ｇ２との関係が、Ｅ_ｇ２−６０ｍｅＶ≦Ｅ_ｇ１である、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の非埋め込みリッジ型半導体レーザ。 5. The relationship between the band gap E _g1 of the well layer in the absorption layer and the band gap E _g2 of the active layer is E _g2 −60 meV ≦ E _g1. Non-buried ridge type semiconductor laser.

前記溝の底面と前記活性層の溝側表面との距離が２００ｎｍ以下である、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の非埋め込みリッジ型半導体レーザ。 6. The non-buried ridge type semiconductor laser according to claim 1, wherein a distance between a bottom surface of the groove and a groove side surface of the active layer is 200 nm or less.

前記吸収層と前記活性層の互いの対向面間の距離が２５０ｎｍ以下である、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の非埋め込みリッジ型半導体レーザ。 The non-buried ridge type semiconductor laser according to any one of claims 1 to 6, wherein a distance between opposing surfaces of the absorption layer and the active layer is 250 nm or less.

前記量子井戸層がｎ型の半導体層側に挿入されている、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の非埋め込みリッジ型半導体レーザ。 The non-buried ridge type semiconductor laser according to claim 1, wherein the quantum well layer is inserted on the n-type semiconductor layer side.