JP2008004958A - Light emitting element and light emitting element module - Google Patents
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Abstract
Description
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。本発明は光ファイ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、スーパー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。 The present invention relates to a light emitting element and a light emitting element module including the light emitting element. The present invention can be suitably used for a semiconductor laser such as an excitation light source for an optical fiber amplifier. In addition, it can be applied to light emitting elements such as LEDs and superluminescent diodes.
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、光ファイバー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ー伝送路とともに、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、Ｅｒ3+等の希土類をドープした光ファイバー増幅器（ＥＤＦＡ）の研究が各方面で盛んに行なわれている。そして、ＥＤＦＡのコンポー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。 Recent progress in optical information processing technology and optical communication technology is remarkable. For example, in order to realize bi-directional communication over an optical fiber network at high speed and in transmission with a large amount of information such as image information, a large-capacity optical fiber transmission line and a signal amplification amplifier with flexibility for the transmission method Is essential. As a representative example, research on an optical fiber amplifier (EDFA) doped with rare earth such as Er 3+ has been actively conducted in various fields. The development of an excellent semiconductor laser for an excitation light source, which is an indispensable element as an EDFA component, is awaited.
ＥＤＦＡ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８００ｎｍ、９８０ｎｍ、１４８０ｎｍの３種類存在する。このうち増幅器の特性から見れば９８０ｎｍ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９８０ｎｍ帯の発振波長を有するレーザは、主にＧａＡｓ基板上にＩｎＧａＡｓ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８９０〜１１５０ｎｍ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ー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、ＡｌＯｘ等の基板上に成長されたＧａＮ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。 In principle, there are three types of oscillation wavelengths of excitation light sources that can be used for EDFA applications: 800 nm, 980 nm, and 1480 nm. From the viewpoint of amplifier characteristics, it is known that excitation at 980 nm is most desirable in consideration of 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 is required to satisfy the conflicting requirement of long life while having high output. It has been. Further, there is a demand for an SHG light source or the like at wavelengths in the vicinity of this, for example, 890 to 1150 nm, and development of a laser having excellent characteristics in various other applications is awaited. In the information processing field, semiconductor lasers have been shortened for the purpose of high-density recording. In particular, the recent progress of blue lasers is remarkable, and the reliability of GaN-based materials grown on substrates such as AlOx has increased, and further research continues.
たとえばＧａＡｓ基板上の９８０ｎｍ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ー中にドープされたＥｒ3+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。また石英ファイバー中にドープされたＥｒ3+の吸収帯が狭いため、発振波長の安定性も重要である。 For example, characteristics required for a 980 nm band laser on a GaAs substrate include optical output stability, current light output linearity, oscillation wavelength stability, etc. in addition to the high output characteristics and high reliability as described above. It is also important. The stability of the optical output is regarded as important because if the degree of excitation with respect to Er 3+ doped in the quartz fiber fluctuates, this will cause fluctuations in the gain of the optical amplifier itself. This excellent linearity is necessary for the laser to be controlled so as to maintain a constant output even when the external environment such as temperature changes. In addition, since the absorption band of Er 3+ doped in quartz fiber is narrow, the stability of the oscillation wavelength is also important.
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。この現象はモー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ＧａＡｓ基板上のＡｌＧａＡｓを活性層とする７８０ｎｍ帯のレーザ（Journal of quantum electronics, vol.21 No.8,pp1264-1270 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、例えばレー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０．２〜０．３ｎｍ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。 However, in general, intensity noise due to fluctuations in the longitudinal mode, that is, fluctuation in optical output, is observed in a semiconductor laser. This phenomenon is known as mode hopping noise, and there have been many reports in the past. As an example of the substrate having absorption with respect to the oscillation wavelength, for example, a 780 nm band laser using AlGaAs on a GaAs substrate as an active layer (Journal of quantum electronics, vol.21 No.8, pp1264-1270 August, 1985) is cited. be able to. As shown here, when the environmental temperature of the laser or the injection current is changed, if there are multiple longitudinal modes competing, the mode is relatively close, for example, specified by the laser cavity length The oscillation wavelength jumps between adjacent Fabry-Perot modes. In the case of the above-mentioned document, it is shown that the mode jump is 0.2 to 0.3 nm. In the semiconductor laser, the gain is different between different oscillation wavelengths, which causes intensity noise. This is independent of the stabilization of the transverse mode, and is observed as the fluctuation (nonlinearity) in the current-light output characteristics of the laser. In addition, hysteresis has been observed in this mode hopping, and it has been pointed out that the oscillation wavelength varies depending on its temperature history and injection current history even when it is driven at a constant light output.
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ＧａＡｓ基板がＩｎＧａＡｓ活性層から放出される光に対して透明な９８０ｎｍ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,pp1801-1809 Octrber,1997）。 In addition to such mode hopping, when the substrate is transparent to the wavelength of light emitted (for example, when the GaAs substrate is a laser near 980 nm transparent to the light emitted from the InGaAs active layer) As compared with lasers reported in the past, a large intensity noise having a wide wavelength interval is generated. This is due to the following reasons (Journal of quantum electronics, vol.33 No.10, pp1801-1809 Octrber, 1997).
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ーザ構造中を導波される通常のファブリペローモードと結合するようになる。基板は一般に１００〜１５０μｍ程度の厚みを有するが、この結果、発振スペクトルの構造中に２〜３ｎｍ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２〜３ｎｍ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。 Light that has leaked from the active layer, particularly to the lower side thereof, is guided into the substrate without being absorbed by the substrate. For this reason, a waveguide mode derived from the substrate comes to exist. In particular, the higher-order mode is coupled with a normal Fabry-Perot mode guided through a laser structure formed on the substrate. The substrate generally has a thickness of about 100 to 150 μm, and as a result, intensity modulation can be seen at a wavelength interval of about 2 to 3 nm in the structure of the oscillation spectrum. That is, there are longitudinal modes that are relatively easy to oscillate at intervals of 2 to 3 nm, and these cause mode competition.
レーザのゲインは波長が離れているほど異なり、１０ｎｍ程度と極端に離れたモード間ではモード競合は起こりにくい。しかし上記の２〜３ｎｍ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、隣接したファ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スペ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ペローモード間のモードホッピングよりも大きな強度雑音の原因となる。また、例えばＥＤＦＡ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スペ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ー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。 The gain of the laser differs as the wavelength increases, and mode competition does not easily occur between modes that are extremely distant from about 10 nm. However, although the difference in gain is relatively large between the above-described modes of 2 to 3 nm, it is not so far away that mode competition does not occur. Therefore, it is extremely large compared to the mode hop between adjacent Fabry-Perot modes. Noise will be generated. That is, the intensity modulation between the oscillation spectra involving the waveguide mode derived from the substrate, which is confirmed when the substrate is transparent with respect to the wavelength at which the substrate emits light, is seen when the wavelength at which the substrate emits light is absorbed. It causes greater intensity noise than mode hopping between normal Fabry-Perot modes. In addition, the wavelength stability is also important in, for example, an excitation light source for EDFA, but in a laser having intensity modulation between oscillation spectra involving a waveguide mode derived from such a substrate, an external resonator, for example, wavelength stability When the grating fiber and the laser used for the laser are combined, there is a problem that the wavelength stabilization effect is small.
本発明は上記の従来技術の問題点を解決することを課題とした。
具体的には、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解決すべき課題とした。さらに該発光素子用いた、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解決すべき課題とした。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art.
Specifically, the present invention suppresses the intensity modulation of the oscillation wavelength involving the waveguide mode derived from the substrate, which is confirmed when the substrate is transparent with respect to the emission wavelength, and as a result, has excellent light output linearity. The problem to be solved is to realize a light-emitting element having the same and to improve the coupling characteristics with an external resonator. In addition, another object of the present invention is to provide a light emitting element module using the light emitting element and stably operating in a wide temperature range and a wide output range.
本発明者は上記課題を解決するために鋭意検討を進めた結果、屈折率を特定条件下に制御した低屈折率層を形成することによって所期の効果を奏する優れた発光素子を製造しうることを見出した。すなわち、発光波長に対して透明な基板、該基板上に形成され該基板と同じ導電型を示す第１導電型クラッド層、および該第１導電型クラッド層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ｎclad1、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発光素子が所期の効果を奏する優れた発光素子であることを見出した。
本発明は、発光波長に対して透明な基板、該基板上に形成され該基板と同じ導電型を示す第１導電型クラッド層、および該第１導電型クラッド層上に形成された活性層構造を有する屈折率導波型の発光素子であって、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ｎclad1、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発光素子を提供する。
As a result of diligent studies to solve the above-mentioned problems, the present inventor can manufacture an excellent light-emitting element that exhibits the desired effect by forming a low refractive index layer whose refractive index is controlled under specific conditions. I found out. That is, it has a substrate transparent to the emission wavelength, a first conductivity type cladding layer formed on the substrate and showing the same conductivity type as the substrate, and an active layer structure formed on the first conductivity type cladding layer A light emitting device, wherein a first conductive type low refractive index layer is formed between the substrate and the first conductive type cladding layer, and the refractive index n sub with respect to the emission wavelength of the substrate, the first conductive type. A light emitting device characterized in that a real part n clad1 of an average refractive index with respect to an emission wavelength of a mold cladding layer and an average refractive index n LIL1 with respect to the emission wavelength of the first conductive type low refractive index layer satisfy the following relational expression: Has been found to be an excellent light-emitting element having the expected effect.
The present invention relates to a substrate transparent to the emission wavelength, a first conductivity type cladding layer formed on the substrate and showing the same conductivity type as the substrate, and an active layer structure formed on the first conductivity type cladding layer A refractive index guided light emitting device having a first conductivity type low refractive index layer formed between the substrate and the first conductivity type cladding layer, and being refracted with respect to an emission wavelength of the substrate. The refractive index n sub , the real part n clad1 of the average refractive index with respect to the emission wavelength of the first conductive type cladding layer, and the average refractive index n LIL1 with respect to the emission wavelength of the first conductive type low refractive index layer satisfy the following relational expression: A light-emitting element is provided.
本発明の発光素子の好ましい態様として、前記第１導電型低屈折率層の厚みＴLIL1と発光波長λが以下の関係式を満足する態様； As a preferred embodiment of the light emitting device of the present invention, an embodiment in which the thickness T LIL1 of the first conductive type low refractive index layer and the emission wavelength λ satisfy the following relational expression;
また本発明は、上記の発光素子、および該発光素子の光の出射方向に外部共振器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、外部共振器が、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が好ましい。 The present invention also provides a light emitting element module comprising the above light emitting element and an external resonator in the light emitting direction of the light emitting element. In the light emitting element module of the present invention, the external resonator is preferably a grating fiber that selectively reflects a specific wavelength in the light emitting direction of the light emitting element.
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ードが関わる発振波長に対する強度変調を抑制し、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。 The light emitting device of the present invention suppresses intensity modulation with respect to an oscillation wavelength involving a waveguide mode derived from a substrate, which is confirmed when the substrate is transparent with respect to the emission wavelength, and has excellent light output linearity and an external resonator. The binding characteristics of are shown. The light emitting element module of the present invention operates stably in a wide temperature range and a wide output range. For this reason, the range of application of the light-emitting element and the light-emitting element module of the present invention is extremely diverse.
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、発光波長に対して透明な基板、該基板上に形成され該基板と同じ導電型を示す第１導電型クラッド層、および該第１導電型クラッド層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、基板と第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いる点と、基板の発光波長に対する屈折率ｎsub、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ｎclad1、および第１導電型低屈折率層の発光波長に対する平均屈折率ｎLIL1が上記式１を満足する点にある。このような条件を満たすものであれば、本発明の発光素子の構造の詳細や製造方法は特に制限されない。
Hereinafter, the light emitting device and the light emitting device module of the present invention will be described in detail.
The light emitting device of the present invention is formed on a substrate transparent to the emission wavelength, a first conductivity type cladding layer formed on the substrate and having the same conductivity type as the substrate, and the first conductivity type cladding layer A light-emitting element having at least an active layer structure. The feature is that the first conductivity type low refractive index layer is formed between the substrate and the first conductivity type cladding layer, the refractive index n sub with respect to the emission wavelength of the substrate, and the emission wavelength of the first conductivity type cladding layer. The real part n clad1 of the average refractive index with respect to , and the average refractive index n LIL1 with respect to the emission wavelength of the first conductivity type low refractive index layer satisfy the above formula 1. As long as these conditions are satisfied, the details of the structure of the light emitting device and the manufacturing method thereof are not particularly limited.
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。 In this specification, the expression “B layer formed on the A layer” means that the B layer is formed so that the bottom surface of the B layer is in contact with the top surface of the A layer, and that one or more is formed on the top surface of the A layer. And the case where the B layer is formed on the layer. Further, the above expression also includes the case where the upper surface of the A layer and the bottom surface of the B layer are in partial contact and one or more layers exist between the A layer and the B layer in other portions. Specific embodiments are apparent from the following description of each layer and specific examples.
以下において、本発明の発光素子の好ましい構成例およびその製造法について具体的に説明する。
本発明の発光素子の一態様として半導体レーザを例に挙げて以下に説明する。その構成としては、例えば屈折率導波構造を有し、基板と異なる導電型を有する第２導電型クラッド層が二層に分かれ、第２導電型第２クラッド層と電流ブロック層とで電流注入領域を形成し、さらに電極との接触抵抗を下げるためのコンタクト層を有するレーザをあげることができる。この例を始めとする様々なレーザの基本的エピタ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ー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。
Hereinafter, a preferred configuration example of the light emitting device of the present invention and a manufacturing method thereof will be specifically described.
A semiconductor laser is taken as an example of one embodiment of the light emitting element of the present invention and will be described below. As its configuration, for example, a second conductivity type cladding layer having a refractive index waveguide structure and having a conductivity type different from that of the substrate is divided into two layers, and current injection is performed between the second conductivity type second cladding layer and the current blocking layer. A laser having a contact layer for forming a region and reducing contact resistance with an electrode can be given. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-130344 can be referred to for various basic laser manufacturing methods including this example. This type of laser is used as a light source for an optical fiber amplifier used for optical communication, and can be applied to various uses by appropriately selecting a layer configuration, a material used, and the like.
図１は、本発明の発光素子におけるエピタキシャル構造の一例としてグルーブ型の半導体レーザの構成を示した概略断面図である。
基板（１）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、ＧａＡｓ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ＩＩＩ−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＞の記述でロー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っている。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a groove type semiconductor laser as an example of an epitaxial structure in a light emitting device of the present invention.
As the substrate (1), a GaAs single crystal substrate is used from the viewpoint of desired oscillation wavelength, lattice matching, strain intentionally introduced into the active layer, strain compensation of the active layer used for the guide layer, etc. It is preferable to use it. GaAs is desirable from the viewpoint of lattice matching with III-V semiconductor lasers containing As, P, etc. as the V group. In this specification, elements described in <numerical group> in Roman numerals are in accordance with the conventional expression method.
基板はいわゆるジャスト基板だけではなく、エ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、ＭＢＥ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。
As the substrate, not only a so-called just substrate but also a so-called miss oriented substrate can be used from the viewpoint of improving crystallinity during epitaxial growth. Off-substrates have the effect of promoting crystal growth in step flow mode and are widely used. The off-substrate having an inclination of about 0.5 to 2 degrees is widely used, but the inclination may be about 10 degrees depending on the material system constituting the quantum well structure.
The substrate may be subjected to chemical etching or heat treatment in advance in order to manufacture a semiconductor laser using a crystal growth technique such as MBE or MOCVD.
本発明の発光素子に用いる基板は、発光波長に対して透明でなければならない。また一般にその厚みは機械的強度等も考えあわせると、１００〜１５０μｍ程度である。しかし場合によっては、これより薄い基板も素子の光出力直線性を向上させる観点で望ましい。７５μｍ以下の厚みはこの観点で好ましく、さらに５０μｍ以下のものがより望ましい。これは基板が薄い場合、例えば５０μｍ程度のものを考えると、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７〜９ｎｍとなる。このような極端に大きな間隔の場合には２つのモードのゲインはその片方が相当に小さくなり、結果として発振スペクトル間の強度変調の抑制に効果がある。 The substrate used for the light emitting device of the present invention must be transparent to the emission wavelength. In general, the thickness is about 100 to 150 μm considering the mechanical strength. However, in some cases, a thinner substrate is also desirable from the viewpoint of improving the light output linearity of the device. A thickness of 75 μm or less is preferable from this viewpoint, and a thickness of 50 μm or less is more desirable. In this case, when the substrate is thin, for example, about 50 μm, the interval between the oscillation wavelengths subjected to intensity modulation by the waveguide mode derived from the substrate is extremely widened to 7 to 9 nm. In the case of such an extremely large interval, one of the gains of the two modes becomes considerably small, and as a result, it is effective in suppressing the intensity modulation between the oscillation spectra.
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エ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ＧａＡｓ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。 The buffer layer (2) is preferably provided to alleviate imperfections in the substrate bulk crystal and facilitate the formation of an epitaxial thin film having the same crystal axis. The buffer layer (2) is preferably composed of the same compound as the substrate (1). Since the substrate is GaAs, GaAs is usually used. However, the use of a superlattice layer as a buffer layer is also widely performed and does not have to be formed of the same compound. On the other hand, when a dielectric substrate is used, the material is not necessarily the same as the substrate, and a material different from the substrate may be selected as appropriate from the desired emission wavelength and the structure of the entire device.
第１導電型低屈折率層（３）は基板と後述の第１導電型クラッド層（４）との間に配置され、後述の活性層から基板側への光のもれ出しを抑制する機能を有する。この目的のために第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ｎclad1とともに上記式１を満たすように適宜選択される。
ｎsubとｎclad1との差（ｎsub−ｎclad1）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、ｎclad1とｎLIL1との差（ｎclad1−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。
The first conductivity type low refractive index layer (3) is disposed between the substrate and a first conductivity type cladding layer (4) to be described later, and functions to suppress light leakage from the active layer to be described later to the substrate side. Have For this purpose, the average refractive index n LIL1 with respect to the emission wavelength of the first conductivity type low refractive index layer is 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 described later. And the real part n clad1 are appropriately selected so as to satisfy the above formula 1.
The difference between n sub and n clad1 (n sub −n clad1 ) is preferably greater than 0.1, and more preferably greater than 0.15. The difference between n clad1 and n LIL1 (n clad1 −n LIL1 ) is preferably larger than 0.1, and more preferably larger than 0.12. In addition, the refractive index in this specification is a value calculated by the method described in Journal of Applied Physics, Vol. 58 (3), 1985, R1-R29.
第１導電型低屈折率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（９８０ｎｍにおける屈折率ｎsub＝３．５２５２）であり、第１導電型クラッド層がＡｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ（９８０ｎｍにおける屈折率ｎclad1＝３．３３４６）である場合には、第１導電型低屈折率層としてＡｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ（９８０ｎｍ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（１０ｎｍ／ｎ＝３．１９５１）／Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ（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ｎLIL1＝（１０×３．１９５１＋５×３．３０６９）／（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ＴLIL1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。ＴLIL1はλ／１０よりも大きいことが好ましく、λ／７よりも大きいことがより好ましい。
In the case where the first conductivity type low refractive index layer is not present, the substrate having a higher refractive index than the first conductivity type cladding layer described later facilitates the exudation of light from the first conductivity type cladding layer. Although causing the longitudinal mode, the layer satisfying Equation 1 is included in the element to effectively reduce the refractive index on the substrate side as viewed from the first conductivity type cladding layer side, and the light to the substrate side can be reduced. Exudation can be eliminated.
As long as Formula 1 is satisfied, the material, structure, and the like constituting the first conductivity type low refractive index layer are not particularly limited, and various selections are possible. For example, when the substrate is GaAs (refractive index n sub = 3.5252 at 980 nm) and the first conductivity type cladding layer is Al 0.35 Ga 0.65 As (refractive index n clad1 = 3.3346 at 980 nm), Al 0.7 Ga 0.3 As (refractive index at 980 nm n LIL1 = 3.1387) or the like can be used as the one conductivity type low refractive index layer. In addition, a superlattice structure or the like can be adopted for the first conductivity type low refractive index layer, and Al 0.6 Ga 0.4 As (10 nm / n = 3.1951) / Al 0.4 Ga 0.6 As (5 nm / n = 3). .. 3069), for example, 40 pairs may be laminated to form a first conductivity type low refractive index layer. In this case, the average refractive index is n LIL1 = (10 × 3.1951 + 5 × 3.3669) / (10 + 5) = 3.2324.
The thickness of the first-conductivity-type low-refractive-index layer is not particularly limited as long as it effectively reduces the refractive index on the substrate side viewed from the first-conductivity-type clad layer side and eliminates light leakage to the substrate side. However, for this purpose, it is desirable that the thickness T LIL1 of the first conductivity type low refractive index layer satisfies the relationship of the above formula 2 with respect to the emission wavelength λ. T LIL1 is preferably larger than λ / 10, and more preferably larger than λ / 7.
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）、バッファ層（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、ＩｎＧａＡｓ系材料、ＡｌＧａＩｎＰ系材料、ＩｎＧａＰ系材料等が用いられる。
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。
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 a substrate (1 prepared for realizing a desired oscillation wavelength). ), The buffer layer (2), the first conductivity type low refractive index layer (3), the active layer structure (5), and the like. For example, when GaAs is used as the substrate (1) and GaAs is also used as the buffer layer (2), an AlGaAs-based material, an InGaAs-based material, an AlGaInP-based material, an InGaP-based material as the first conductivity type cladding layer (4). Materials etc. are used.
A reflection region (reflection mirror) that reflects light in a specific band from the active layer side can be included in the entire cladding layer or a part thereof. This reflection region returns light to the active layer side inside the clad layer, and has an effect of suppressing the seepage of light to the substrate together with the first conductive type low refractive index layer. Further, a part or all of the cladding layer can have a superlattice structure.
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ＧａＡｓが使用されている場合には活性層としてＩｎＧａＡｓ系材料、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料、ＩｎＧａＡｓＰ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ＩｎＧａＡｓを含む系またはＩｎＧａＮ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ＩｎＧａＡｓの場合にはＧａＡｓ基板が、またＩｎＧａＮの場合にはＡｌ2Ｏ3が、それぞ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。これによって、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。
The active layer structure (5) is appropriately selected from the viewpoints of wavelength selection, device characteristics, etc., but the oscillation wavelength must be transparent to the substrate.
From the viewpoint of selecting the material of the active layer itself, when GaAs is used as the substrate (1), an InGaAs-based material, an AlGaInAs-based material, an InGaAsP-based material, or the like is used as the active layer. The active layer structure (5) is preferably a system containing In. Most preferred is a system containing InGaAs or a system containing InGaN. This is because a generally used substrate, that is, a GaAs substrate in the case of InGaAs, and Al 2 O 3 in the case of InGaN are transparent to the respective oscillation wavelengths.
As the structure of 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 a part of the active layer structure (5) contains an n-type impurity. This is because stable operation can be realized particularly when an external resonator and a laser adapted to the present invention are coupled, and light output linearity is ensured in a wide temperature range and further in a wide light output region. .
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、バリア層、活性層の数と順序はそれぞ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。
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っていてもよい。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、ＩｎＧａＰ系材料、ＡｌＧａＩｎＰ系材料、ＡｌＩｎＧａＡｓ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。
In particular, when having an active layer structure including a quantum well, it is desirable to have at least a layer functioning as a light guide or a barrier and an active layer, and to include an n-type impurity in a part of the active layer structure. The number and order of the light guide layer, the barrier layer, and the active layer can be arbitrarily combined so that the functions of the respective layers can be exhibited, and the portion containing the n-type impurity can also be arbitrarily selected. It is possible to select.
The active layer may have a strained quantum well structure for improving laser characteristics. Further, the material of the light guide layer and the like may be selected so as to have a strain opposite to that of the quantum well layer so that the strain is canceled as the entire active layer. The material of the light guide layer can be selected according to the active layer such as AlGaAs-based material, InGaAs-based material, InGaP-based material, AlGaInP-based material, AlInGaAs-based material, InGaAsP-based material, and GaAsP-based material. The light guide layer may be a superlattice in which the above materials are combined. Furthermore, it is possible to improve the temperature characteristics by intentionally inserting a material having a large band gap between the quantum well and the light guide layer.
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、ＡｌＧａＡｓ系材料、ＩｎＧａＡｓ系材料、ＩｎＧａＰ系材料、ＡｌＧａＩｎＰ系材料、ＡｌＩｎＧａＡｓ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（反射ミラー）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１０μｍ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ｎcont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ｎclad2よりも大きい場合に効果的である。また後述の電流ブロック層が発振波長に対して透明である場合も効果的である。
The second conductivity type first clad layer (6) and the second conductivity type second clad layer (7) generally have the same average refraction of the active layer structure (5) as the first conductivity type clad layer (4). The material is appropriately defined by the substrate (1), the buffer layer (2), the active layer structure (5), and the like. For example, when GaAs is used as the substrate (1) and GaAs is also used in the buffer layer (2), an AlGaAs material, InGaAs material, InGaP material, AlGaInP material, AlInGaAs material, InGaAsP material, A GaAsP-based material or the like is used.
A reflection region (reflection mirror) that reflects light in a specific band from the active layer side may be provided on the whole or a part of these layers in order to reduce the leakage of light to the contact layer described later. it can. The suppression of the light leakage to the contact layer is particularly a thick contact layer exceeding 10 μm, and the refractive index n cont of the contact layer is the above-mentioned second conductivity type first cladding layer and the second conductivity type second cladding. This is effective when the average refractive index with respect to the emission wavelength of the layer is larger than the real part n clad2 . It is also effective when a current blocking layer described later is transparent to the oscillation wavelength.
電流ブロック層（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ープとすることが好ましい。また、例えばＡｌＧａＡｓ系で電流ブロック層（８）を形成する場合であれば、ＡｌyＧａ1-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）がＡｌzＧａ1-zＡｓ（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）の上にはキャップ層（９）を設けることが好ましい。 Since the current blocking layer (8) is literally required to block the current so that it does not substantially flow, its conductivity type should be the same as that of the first conductivity type cladding layer (4) or undoped. Is preferred. For example, when the current blocking layer (8) is formed of AlGaAs, the refractive index is higher than that of the second conductivity type second cladding layer (7) made of Al y Ga 1-y As (0 <y ≦ 1). Is preferably small. That is, if the current blocking layer (8) is Al z Ga 1-z As (0 ≦ z ≦ 1), the mixed crystal ratio is preferably z> y. In the relationship between y and z, the present invention is preferably used mainly for semiconductor lasers, particularly those in which the guiding of the laser structure itself is only the fundamental mode. From this viewpoint, the current blocking layer (8) Preferably, the effective refractive index difference in the lateral direction mainly defined by the difference in refractive index between the second conductive type second cladding layer (7) is on the order of 10 −3 . It is preferable to provide a cap layer (9) on the current blocking layer (8).
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ー層とする際にはそれぞ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導電型第２クラッド層（７）の上には、後述のコンタクト層（１１）への光の染み出しを抑制する目的で、反射ミラー層を設けることもできる。
The refractive index of the second conductivity type second cladding layer (7) is usually not more than the refractive index of the active layer structure (5). Further, the second conductivity type second cladding layer (7) usually has the same refractive index as the first conductivity type cladding layer (4) and the second conductivity type first cladding layer (6). In addition, when a part or all of these layers is used as a reflection mirror layer, it is desirable that the average refractive index of each layer be the same.
On the second conductivity type second clad layer (7), a reflection mirror layer can be provided for the purpose of suppressing the leakage of light to the contact layer (11) described later.
第２導電型第２クラッド層（７）と後述のコンタクト層（１１）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１０μｍ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ｎcont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。
It is desirable to provide a second conductivity type low refractive index layer (10) between the second conductivity type second cladding layer (7) and a contact layer (11) described later. As described above, this layer is disposed for the purpose of suppressing the light leakage to the contact layer, and is a thick contact layer that exceeds 10 μm, and the contact layer has a refractive index n cont of the second conductivity type. This is effective when it is larger than the real part of the average refractive index with respect to the emission wavelength of the first cladding layer and the second conductivity type second cladding layer.
Here, a mode in which the second conductivity type cladding layer is divided into the first and second layers is described. However, when the second conductivity type cladding layer is a single layer, n clad2 is a single layer. This corresponds to the refractive index of the second conductivity type cladding layer.
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ｎLIL2、コンタクト層の発光波長に対する屈折率ｎcont、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。
ｎcont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、ｎclad2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。
For the purpose, the second conductivity type low refractive index layer (10) has a refractive index n LIL2 with respect to the emission wavelength of the second conductivity type low refractive index layer, a refractive index n cont with respect to the emission wavelength of the contact layer, a second conductivity type. It is preferable that the real part n clad2 of the average refractive index with respect to the emission wavelength of the cladding layer is appropriately selected so as to satisfy the
The difference between n cont and n clad2 (n cont −n clad2 ) is preferably greater than 0.1, and more preferably greater than 0.15. The difference between n clad2 and n LIL2 (n clad2 −n LIL2 ) is preferably greater than 0.1, and more preferably greater than 0.12.
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λとして上記式４を満たすことが望ましい。ＴLIL2はλ／１０よりも大きいことが好ましく、λ／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ャ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。 Similar to the first conductivity type low refractive index layer, the constituent material, thickness, structure and the like of the second conductivity type low refractive index layer can be appropriately selected. In particular, with respect to the thickness T LIL2 , it is desirable to satisfy the above formula 4 with the oscillation wavelength λ. T LIL2 is preferably larger than λ / 10, and more preferably larger than λ / 7. A contact layer (11) is preferably provided on the second conductivity type low refractive index layer for the purpose of, for example, reducing the contact resistivity with the electrode (12). 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 reduce the contact resistivity with the electrode. Although the thickness of the contact layer is appropriately selected, the second conductivity type low refractive index layer works effectively when the contact layer is thick.
半導体レーザを構成する各層の厚さは、それぞ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。通常、バッファ層（２）の厚さは０．１〜３μｍ、第１導電型クラッド層（４）の厚さは０．５〜５μｍ、活性層構造（５）の厚さは量子井戸構造の場合１層当たり０．０００５〜０．０２μｍ、第２導電型第１クラッド層（６）の厚さは０．０５〜０．３μｍ、第２導電型第２クラッド層（７）の厚さは０．５〜５μｍ、電流ブロック層（８）の厚さは０．３〜２μｍ、キャップ層（９）の厚さは０．００５〜０．５μｍ、コンタクト層（１１）の厚さは１〜２５μｍの範囲から選択される。 The thickness of each layer constituting the semiconductor laser is appropriately selected within a range in which the function of each layer is effectively exhibited. Usually, the buffer layer (2) has a thickness of 0.1 to 3 μm, the first conductivity type cladding layer (4) has a thickness of 0.5 to 5 μm, and the active layer structure (5) has a quantum well structure. In this case, 0.0005 to 0.02 μm per layer, the thickness of the second conductivity type first cladding layer (6) is 0.05 to 0.3 μm, and the thickness of the second conductivity type second cladding layer (7) is The thickness of the current blocking layer (8) is 0.3-2 μm, the thickness of the cap layer (9) is 0.005-0.5 μm, and the thickness of the contact layer (11) is 1-5. It is selected from the range of 25 μm.
図１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。エピ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Ｔｉ／Ｐｔ／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。 The semiconductor laser shown in FIG. 1 is manufactured by further forming electrodes (12) and (13). In the case of p-type, the epitaxial layer side electrode (12) is formed by, for example, sequentially depositing Ti / Pt / Au on the surface of the contact layer (11) and then alloying it. On the other hand, the substrate-side electrode (13) is formed on the surface of the substrate (1). In the case of an n-type electrode, for example, AuGe / Ni / Au is sequentially deposited on the surface of the substrate and then formed by alloying.
製造した半導体ウエハーには、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ｎｏｍｉｎａｌｌｙ（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、（１−１０）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。 The manufactured semiconductor wafer is formed with an end face which is a light emission surface. In the present invention, the emission of light is not limited to the end face emission, but is preferably used for an end face emission type device. In the case of a semiconductor laser, the end face becomes a mirror constituting a resonator. Preferably, the end face is formed by cleavage. Cleavage is a widely used method, and the end face formed by cleavage differs depending 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 crystallographically equivalent surface to the nominally used (100), (110) or the crystallographically The equivalent surface is the surface that forms the resonator. On the other hand, when the off-substrate is used, the end face may not be 90 degrees with respect to the resonator direction depending on the relationship between the inclined direction and the resonator direction. For example, when a substrate having an angle of 2 degrees toward the (1-10) direction from the (100) substrate is used, the end face is also inclined by 2 degrees.
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（図２）。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）のコー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。 In the present invention, it is preferable to form 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 two purposes of increasing the light extraction efficiency from the semiconductor laser and protecting the end face. In addition, in order to enhance the coupling with an external resonator described later, a coating layer having a low reflectance with respect to the oscillation wavelength (reflectance of 10% or less) is applied to the front end face, and a high reflectance with respect to the oscillation wavelength (for example, 80%). % Or more) is preferably applied to the rear end face. This is very important in that the light returning from the external resonator used for further wavelength stabilization is actively taken into the laser to promote wavelength stabilization. Particularly for this purpose, the reflectance of the front end face is preferably 5%, more preferably 2.5% or less.
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、ＡｌＯｘ、ＴｉＯｘ、ＳｉＯｘ、ＳｉＮ、Ｓｉ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。低反射率のコーティング層としてはＡｌＯｘ、ＴｉＯｘ、ＳｉＯｘ等が、また高反射率のコーティング層としてはＡｌＯｘ／Ｓｉの多層膜、ＴｉＯｘ／ＳｉＯｘの多層膜等が用いられる。それぞ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ＡｌＯｘ、ＴｉＯｘ、ＳｉＯｘ等の膜厚は、その波長λでの屈折率の実数部分をｎとしてλ／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λ／４ｎ近傍になるように調整するのが一般的である。 Various materials can be used for the coating layers (15) and (16). For example, it is preferable to use one or a combination of two or more selected from the group consisting of AlOx, TiOx, SiOx, SiN, Si, and ZnS. As the low-reflectance coating layer, AlOx, TiOx, SiOx, or the like is used. As the high-reflectance coating layer, an AlOx / Si multilayer film, a TiOx / SiOx multilayer film, or the like is used. A desired reflectance can be realized by adjusting each film thickness. However, in general, the film thickness of AlOx, TiOx, SiOx, etc., which is a low-reflectance coating layer, is generally adjusted to be close to λ / 4n, where n is the real part of the refractive index at the wavelength λ. is there. Also in the case of a highly reflective multilayer film, it is general to adjust so that each material constituting the film is in the vicinity of λ / 4n.
本発明の半導体レーザ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レーザ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。ファ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ーザ側への光の反射率等を適宜選択可能である。特にファイバーグレーティング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％、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０．１〜５．０ｎｍ、好ましくは０．５〜１．５ｎｍであることが望ましい。 In order to stabilize the wavelength of the semiconductor laser of the present invention, it is desirable to prepare a mirror having wavelength selectivity outside the laser and to couple the external resonator with the laser of the present invention. In particular, it is desirable to form an external resonator using a fiber grating. For the fiber grating, the center wavelength, the reflection or transmission band, the reflectance of light to the laser side of the fiber grating, and the like can be appropriately selected according to the purpose. In particular, the reflectance of light toward the laser side of the fiber grating is 2 to 15%, preferably 5 to 10% at the laser oscillation wavelength, and the reflection band is 0.1 to 5.0 nm with respect to the center wavelength. The thickness is preferably 0.5 to 1.5 nm.
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。 The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. The materials, concentrations, thicknesses, operating procedures, and the like shown in the following examples can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is not limited to the specific examples shown in the following examples.
（実施例１）
図１および図２のグルーブ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１×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ基板（９８０ｎｍにおける屈折率３．５２５２、厚さ３５０μｍ）（１）の（１００）面上に、ＭＢＥ法にて、バッファ層（２）として厚さ１μｍでキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ層（９８０ｎｍにおける屈折率３．５２５２）；第１導電型低屈折率層として厚さ０．１５μｍでキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3のｎ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ層（９８０ｎｍにおける屈折率３．１３８７）；第１導電型クラッド層（４）として厚さ１．５μｍでキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3のｎ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ層（９８０ｎｍにおける屈折率３．３３４６）；次いで、厚さ３５ｎｍでキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ光ガイド層上に、厚さ６ｎｍのアンドープＩｎ0.16Ｇａ0.84Ａｓ歪量子井戸層、さらにその上に厚さ３５ｎｍでキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ光ガイ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０．１μｍでキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3のｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ層（９８０ｎｍにおける屈折率３．３３４６）；電流ブロック層（８）として厚さ０．５μｍでキャリア濃度５×１０17ｃｍ-3のｎ型Ａｌ0.39Ｇａ0.61Ａｓ層（９８０ｎｍにおける屈折率３．３０６９）；キャップ層（９）として厚さ１０ｎｍでキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ層を順次積層した。ここでｎ型の不純物としてはＳｉを用い、ｐ型の不純物としてはＢｅを用いた。
(Example 1)
The groove type semiconductor laser shown in FIGS. 1 and 2 was manufactured according to the following procedure.
An n-type GaAs substrate having a carrier concentration of 1 × 10 18 cm −3 (refractive index of 3.5252 at 980 nm, thickness of 350 μm) is formed on the (100) surface of (1) as a buffer layer (2) by MBE. N-type GaAs layer (refractive index 3.5252 at 980 nm) with a carrier concentration of 1 × 10 18 cm −3 at a thickness of 1 μm; carrier concentration of 1 × 10 18 cm − as a first conductivity type low refractive index layer with a thickness of 0.15 μm 3 n-type Al 0.7 Ga 0.3 As layer (refractive index 3.1387 at 980 nm); n-type Al 0.35 having a thickness of 1.5 μm and a carrier concentration of 1 × 10 18 cm −3 as the first conductivity type cladding layer (4) Ga 0.65 As layer (refractive index 3.3346 at 980 nm); then, the carrier concentration of 1 × 10 n-type 18 cm -3 GaAs optical guide layer with a thickness 35 nm, a thickness of 6nm undoped in 0.16 Ga 0.84 a Strained quantum well layer, further strained single quantum well active layer structure having an n-type GaAs optical guide layer at a carrier concentration of 1 × 10 18 cm -3 with a thickness of 35nm thereon (5); a second conductivity type first cladding P-type Al 0.35 Ga 0.65 As layer (refractive index 3.3346 at 980 nm) having a thickness of 0.1 μm and a carrier concentration of 1 × 10 18 cm −3 as the layer (6); An n-type Al 0.39 Ga 0.61 As layer (refractive index of 3.3069 at 980 nm) with a carrier concentration of 5 × 10 17 cm −3 at 5 μm; a cap layer (9) with a thickness of 10 nm and a carrier concentration of 1 × 10 18 cm −3 N-type GaAs layers were sequentially stacked. Here, Si was used as the n-type impurity, and Be was used as the p-type impurity.
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１．５μｍ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℃でキャップ層と電流ブロック層のエッチングを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。 A silicon nitride mask was provided in a portion other than the uppermost current injection region portion. At this time, the width of the stripe-shaped opening of the silicon nitride mask was 1.5 μm. Next, etching of the cap layer and the current blocking layer was performed at 25 ° C. using a mixed solution in which sulfuric acid (98 wt%), hydrogen peroxide (30 wt% aqueous solution) and water were mixed at a volume ratio of 1: 1: 5. It took 2 seconds to reach the second conductivity type first cladding layer. Next, the silicon nitride layer was removed by immersing in a mixed solution in which HF (49%) and NH 4 F (40%) were mixed at 1: 6 for 2 minutes and 30 seconds.
その後、ＭＯＣＶＤ法にて第２導電型第２クラッド層（７）として、キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3のｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ層（９８０ｎｍ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１．５μｍ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０．１５μｍでキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3のｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ層（９８０ｎｍにおける屈折率３．１３８７）；さらに、電極との接触を保つためのコンタクト層（１１）として、厚さ７μｍでキャリア濃度１×１０19ｃｍ-3のｐ型ＧａＡｓ層（９８０ｎｍ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２．２μｍであった。 Thereafter, a p-type Al 0.35 Ga 0.65 As layer (refractive index 3.3346 at 980 nm) with a carrier concentration of 1 × 10 18 cm −3 is embedded as a second conductivity type second cladding layer (7) by MOCVD. (Current injection region portion) is grown to a thickness of 1.5 μm and continuously formed as a second conductivity type low refractive layer (10) with a thickness of 0.15 μm and a carrier concentration of 1 × 10 18 cm −3 . Type Al 0.7 Ga 0.3 As layer (refractive index 3.1387 at 980 nm); as a contact layer (11) for maintaining contact with the electrode, p-type having a thickness of 7 μm and a carrier concentration of 1 × 10 19 cm −3 A GaAs layer (refractive index 3.5252 at 980 nm) was grown. Here, Zn was used as the p-type impurity. The width W of the current injection region (the width of the second conductivity type second cladding layer at the interface with the second conductivity type first cladding layer) was 2.2 μm.
上記の電流ブロック層（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、クラッド層、電流ブロック層等のＡｌ混晶比を決定した。
基板の厚みを１００μｍになるようにポリッシングし、さらに、基板側電極（１３）であるｎ型電極としてＡｕＧｅＮｉ／Ａｕを、またエピタキシャル層側電極（１２）であるｐ型電極としてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを蒸着させ、４００℃で合金化を５分間行って半導体ウエハーを完成させた。
The difference in refractive index between the current blocking layer (8) and the second conductivity type second cladding layer (7) and the width of W are designed so that the waveguide mode is only the fundamental mode. The Al mixed crystal ratio of the block layer and the like was determined.
Polishing is performed so that the thickness of the substrate becomes 100 μm, and AuGeNi / Au is used as the n-type electrode that is the substrate-side electrode (13), and Ti / Pt / Au is used as the p-type electrode that is the epitaxial layer-side electrode (12). Was deposited and alloyed at 400 ° C. for 5 minutes to complete a semiconductor wafer.
続いて、大気中で、共振器長７００μｍのレーザバーの状態に劈開して（１１０）面を露出させた。次いで、ＡｌＯｘ膜を発振波長９８０ｎｍにおいて前端面の反射率が２．５％になるように真空中で１６５ｎｍ製膜し、コーティング層（１５）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１７０ｎｍのＡｌＯｘ層／厚さ６０ｎｍのアモルファスＳｉ層／厚さ１７０ｎｍのＡｌＯｘ層／厚さ６０ｎｍのアモルファスＳｉ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。
Subsequently, the (110) plane was exposed by cleaving into a laser bar having a cavity length of 700 μm in the atmosphere. Next, an AlOx film was formed in a vacuum of 165 nm so that the reflectance of the front end face was 2.5% at an oscillation wavelength of 980 nm, thereby forming a coating layer (15).
Further, the laser bar was once taken out from the vacuum layer in order to perform the processing on the rear end face side. On the rear end face side, a coating layer (16) comprising four layers of an AlOx layer having a thickness of 170 nm / an amorphous Si layer having a thickness of 60 nm / an AlOx layer having a thickness of 170 nm / an amorphous Si layer having a thickness of 60 nm is formed and reflected. A rear end face with a rate of 92% was produced.
作製した半導体レーザの電流光出力特性を２５℃の環境で２００ｍＡ〜３００ｍＡの範囲で詳細に調べた結果を図３に示す。図４はこれを微分したもの（スロープ効率（Ｗ／Ａ））である。図３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λｐと中心波長λｃの変化を調べた。この結果を図５と図６にそれぞれ示す。ここでピーク波長λｐとは最大の相対強度を示す波長であり、中心波長λｃとは発振波長全体の重心である。λｐ、λｃ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１ｎｍ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。
FIG. 3 shows the results of detailed examination of the current-light output characteristics of the manufactured semiconductor laser in the range of 200 mA to 300 mA in an environment of 25 ° C. FIG. 4 shows a differentiation (slope efficiency (W / A)). As shown in FIG. 3, it was confirmed that the optical output increased linearly with respect to the injection current. In this case, it was confirmed that the fluctuation in slope efficiency was as small as ± 0.05 (W / A).
Further, changes in the peak wavelength λp and the center wavelength λc were examined in the same range. The results are shown in FIGS. 5 and 6, respectively. Here, the peak wavelength λp is a wavelength indicating the maximum relative intensity, and the center wavelength λc is the center of gravity of the entire oscillation wavelength. Both λp and λc showed a relatively linear red shift tendency, and it was confirmed that the maximum wavelength jump was 1 nm or less. Further, intensity modulation with respect to the oscillation wavelength at a wide wavelength interval derived from the substrate was not observed.
さらにレーザ前端面に９８１ｎｍでの反射率が６．５％、反射帯域が１ｎｍ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ータとしてモジュール全体のトラッキングエラーを測定した。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。
光出力をファイバー端出力として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℃から４０℃まで変化させた際のトラッキングエラーは±０．３ｄＢ以内と良好であることが確認された。
Further, a semiconductor laser module was fabricated in which a grating fiber having a reflectance of 98% at 981 nm and a reflection band of 1 nm was disposed on the front end face of the laser. While changing the ambient temperature of the semiconductor laser module, the tracking error of the entire module was measured using the optical output from the grating fiber as a parameter. The tracking error is a fluctuation in the light output from the fiber when the built-in photodiode is controlled to keep the light output constant, and serves as an index of the coupling characteristic with the external resonator.
The tracking error when the temperature is changed from 5 ° C to 40 ° C is good within ± 0.3dB when the built-in photodiode is controlled so that the optical output becomes 100mW, 140mW, 180mW as the fiber end output. confirmed.
（実施例２）
第２導電型低屈折率層（１０）を設けず、またコンタクト層（１１）の厚みを３．５μｍ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℃の環境で２００ｍＡ〜３００ｍＡ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。
また同様の範囲でピーク波長λｐと中心波長λｃの変化を調べた。λｐ、λｃ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。
(Example 2)
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 μm.
As a result of examining the current-light output characteristics of the manufactured semiconductor laser in detail in the range of 200 mA to 300 mA in an environment of 25 ° C., it was confirmed that the light output increased linearly with respect to the injected current. Moreover, it was confirmed that the fluctuation of the slope efficiency in this case is as small as ± 0.06 (W / A).
Further, changes in the peak wavelength λp and the center wavelength λc were examined in the same range. Both λp and λc showed a relatively linear red shift tendency, and it was confirmed that the maximum wavelength jump was 0.7 nm or less. Further, intensity modulation with respect to the oscillation wavelength at a wide wavelength interval derived from the substrate was not observed.
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、トラッキングエラーを測定した。
光出力をファイバー端出力として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℃から４０℃まで変化させた際のトラッキングエラーは±０．３５ｄＢ以内と良好であることが確認された。
Further, a semiconductor laser module similar to that in Example 1 was manufactured and a tracking error was measured.
The tracking error when the temperature is changed from 5 ° C to 40 ° C is good within ± 0.35dB when the built-in photodiode is controlled so that the optical output becomes 100mW, 140mW, 180mW as the fiber end output. confirmed.
（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）／Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ（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℃の環境で２００ｍＡ〜３００ｍＡ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λｐと中心波長λｃの変化を調べた。λｐ、λｃ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０．６ｎｍ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。
(Example 3)
The second conductivity type low refractive index layer (10) is not provided, and the first conductivity type low refractive index layer (3) is made of Al 0.6 Ga 0.4 As (10 nm / n = 3.1951) / Al 0.4 Ga 0.6 As ( A semiconductor laser was fabricated in the same manner as in Example 1 except that 50 pairs of 5 nm / n = 3.369) layers were stacked and the average refractive index n LIL1 was 3.2324.
As a result of examining the current-light output characteristics of the manufactured semiconductor laser in detail in the range of 200 mA to 300 mA in an environment of 25 ° C., it was confirmed that the light output increased linearly with respect to the injected current. In this case, it was confirmed that the fluctuation in slope efficiency was as small as ± 0.05 (W / A).
Further, changes in the peak wavelength λp and the center wavelength λc were examined in the same range. Both λp and λc showed a relatively linear red shift tendency, and it was confirmed that the maximum wavelength jump was 0.6 nm or less. In addition, mode hopping at a wide wavelength interval derived from the substrate was not observed.
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、トラッキングエラーを測定した。
光出力をファイバー端出力として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℃から４０℃まで変化させた際のトラッキングエラーは±０．３２ｄＢ以内と良好であることが確認された。
Further, a semiconductor laser module similar to that in Example 1 was manufactured and a tracking error was measured.
The built-in photodiode is controlled so that the optical output becomes 100 mW, 140 mW, and 180 mW as the fiber end output, and the tracking error when the temperature is changed from 5 ° C. to 40 ° C. is good within ± 0.32 dB. confirmed.
（実施例４）
基板（１）の厚みを５０μｍ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℃の環境で２００ｍＡ〜３００ｍＡ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λｐと中心波長λｃの変化を調べた。λｐ、λｃ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。
Example 4
A semiconductor laser was produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the substrate (1) was 50 μm.
As a result of examining the current-light output characteristics of the manufactured semiconductor laser in detail in the range of 200 mA to 300 mA in an environment of 25 ° C., it was confirmed that the light output increased linearly with respect to the injected current. Moreover, it was confirmed that the fluctuation of the slope efficiency in this case was as small as ± 0.035 (W / A).
Further, changes in the peak wavelength λp and the center wavelength λc were examined in the same range. Both λp and λc showed a relatively linear red shift tendency, and it was confirmed that the maximum wavelength jump was 0.4 nm or less. In addition, mode hopping over a wide wavelength interval derived from the substrate was not observed.
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、トラッキングエラーを測定した。
光出力をファイバー端出力として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℃から４０℃まで変化させた際のトラッキングエラーは±０．２８ｄＢ以内と良好であることが確認された。
Further, a semiconductor laser module similar to that in Example 1 was manufactured and a tracking error was measured.
The tracking error when the temperature is changed from 5 ° C to 40 ° C is good within ± 0.28 dB when the built-in photodiode is controlled so that the optical output becomes 100 mW, 140 mW, and 180 mW as the fiber end output. confirmed.
（比較例）
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℃の環境で２００ｍＡ〜３００ｍＡの範囲で詳細に調べた結果を図７に示す。図８はこれを微分したもの（スロープ効率（Ｗ／Ａ））である。図７では、特に２８０ｍＡ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。
また同様の範囲でピーク波長λｐと中心波長λｃの変化を調べた。この結果を図９と図１０にそれぞれ示す。λｐ、λｃ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２．８ｎｍ程度であることが確認された。
(Comparative example)
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. 7 shows the result of detailed examination of the current-light output characteristics of the manufactured semiconductor laser in the range of 200 mA to 300 mA in an environment of 25 ° C. FIG. 8 is a derivative of this (slope efficiency (W / A)). In FIG. 7, it was confirmed that there is a portion where the optical output is not linear with respect to the injection current, particularly as shown in the vicinity of 280 mA. In this case, the fluctuation of the slope efficiency was large over the whole, exceeding 1.15 W / A at the maximum and smaller than 0.75 W / A at the minimum.
Further, changes in the peak wavelength λp and the center wavelength λc were examined in the same range. The results are shown in FIGS. 9 and 10, respectively. Both λp and λc showed a step-like change, and intensity modulation with respect to the oscillation wavelength at a wide wavelength interval derived from the substrate was observed. It was confirmed that the maximum wavelength jump was about 2.8 nm.
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。
光出力をファイバー端出力として１００ｍＷ、１４０ｍＷ、１８０ｍＷとし、温度を５℃から４０℃まで変化させた際のトラッキングエラーは±０．６ｄＢと大きいことが確認された。
A semiconductor laser module similar to that of Example 1 was manufactured, and the tracking error of the entire module was measured.
It was confirmed that the tracking error when the optical output was changed to 100 mW, 140 mW, and 180 mW as the fiber end output and the temperature was changed from 5 ° C. to 40 ° C. was as large as ± 0.6 dB.
１： 基板
２： バッファ層
３： 第１導電型低屈折率層
４： 第１導電型クラッド層
５： 活性層構造
６： 第２導電型第１クラッド層
７： 第２導電型第２クラッド層
８： 電流ブロック層
９： キャップ層
１０： 第２導電型低屈折率層
１１： コンタクト層
１２： エピタキシャル層側電極
１３： 基板側電極
１５： コーティング層
１６： コーティング層
1: Substrate 2: Buffer layer 3: First conductivity type low refractive index layer 4: First conductivity type cladding layer 5: Active layer structure 6: Second conductivity type first cladding layer 7: Second conductivity type second cladding layer 8: Current blocking layer 9: Cap layer 10: Second conductivity type low refractive index layer 11: Contact layer 12: Epitaxial layer side electrode 13: Substrate side electrode 15: Coating layer 16: Coating layer
Claims (15)
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ｎclad1、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発光素子。
A first conductivity type low refractive index layer is formed between the substrate and the first conductivity type cladding layer; and
The refractive index n sub with respect to the emission wavelength of the substrate, the real part n clad1 of the average refractive index with respect to the emission wavelength of the first conductive type cladding layer, and the average refractive index n LIL1 with respect to the emission wavelength of the first conductive type low refractive index layer Satisfies the following relational expression.
前記第２導電型クラッ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ｎcontが以下の関係式を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子。
The refractive index n clad2 to the emission wavelength of the second conductivity type cladding layer, said second refractive index n LIL2 to the emission wavelength of the conductivity-type low-refractive index layer, and the refractive index n cont following relationship emission wavelength of the contact layer The light emitting device according to claim 1, wherein the light emitting device satisfies the formula.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A761 | Written withdrawal of application |
Effective date: 20080730 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 |