JPH09199785A - Semiconductor laser device - Google Patents
Semiconductor laser deviceInfo
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- JPH09199785A JPH09199785A JP547196A JP547196A JPH09199785A JP H09199785 A JPH09199785 A JP H09199785A JP 547196 A JP547196 A JP 547196A JP 547196 A JP547196 A JP 547196A JP H09199785 A JPH09199785 A JP H09199785A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザ装置に
関するものであり、特に、光通信用に用いるテーパ導波
路(スポットサイズ変換器)を集積した半導体レーザ装
置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser device, and more particularly to a semiconductor laser device in which a tapered waveguide (spot size converter) used for optical communication is integrated.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、マルチメディア情報を一般家庭ま
で提供しようとするFTTH(Fiber to th
e Home;光ファイバを一般家庭まで引き、画像等
の大容量情報を提供しようとする試み)が現実的なもの
となりつつある。2. Description of the Related Art In recent years, FTTH (Fiber to th) has been attempting to provide multimedia information to general households.
e Home; an attempt to provide a large amount of information such as an image by pulling an optical fiber to a general household) is becoming practical.
【0003】このシステムを実現するためには、半導体
レーザモジュールの低価格化が必要となるが、この様な
半導体レーザモジュールの製造コストの内に、半導体レ
ーザと、光ファイバ、或いは、レンズ等の光学要素との
位置合わせの占める割合が大きく、この位置合わせのコ
ストを低減するために、スポットサイズ変換器を集積化
した半導体レーザ装置の開発が活発化している。In order to realize this system, it is necessary to reduce the price of the semiconductor laser module. However, in the manufacturing cost of such a semiconductor laser module, a semiconductor laser, an optical fiber, a lens or the like is required. The position of the optical element is large, and in order to reduce the cost of the position adjustment, development of a semiconductor laser device integrated with a spot size converter has been activated.
【0004】ここで、図5を参照して従来提案されてい
るスポットサイズ変換器付き半導体レーザ装置を説明す
る。なお、図5(a)はスポットサイズ変換器付き半導
体レーザ装置の平面図であり、また、図5(b)は図5
(a)のA−A’を結ぶ一点鎖線に沿った断面図であ
る。A conventionally proposed semiconductor laser device with a spot size converter will be described with reference to FIG. 5A is a plan view of the semiconductor laser device with a spot size converter, and FIG. 5B is FIG.
It is sectional drawing which followed the dashed-dotted line which connects AA 'of (a).
【0005】図5(a)及び(b)参照 このスポットサイズ変換器付き半導体レーザ装置は、ク
ラッド層31上に、光導波層32、MQWコア33、光
導波層34、及び、リッジ層35を積層させたのち、リ
ッジ層35を選択的にエッチングして、利得領域37に
おいては一定幅で、且つ、スポットサイズ変換領域38
においてはテーパ状の幅広部からなるリッジを設け、全
面をエポキシ樹脂36で覆ったものである(必要なら
ば、1995年電子情報通信学会総合大会論文集,p.
358,C−358参照)。5 (a) and 5 (b), this semiconductor laser device with a spot size converter has an optical waveguide layer 32, an MQW core 33, an optical waveguide layer 34, and a ridge layer 35 on a cladding layer 31. After stacking, the ridge layer 35 is selectively etched to have a constant width in the gain region 37 and a spot size conversion region 38.
In this case, a ridge composed of a tapered wide portion is provided, and the entire surface is covered with an epoxy resin 36 (if necessary, the 1995 IEICE General Conference Proceedings, p.
358, C-358).
【0006】なお、この場合、利得領域37において
は、光導波層32乃至リッジ層35の層厚は一定である
が、スポットサイズ変換領域38においては、出射端面
に向かってテーパ状に薄くなっている。In this case, in the gain region 37, the layer thickness of the optical waveguide layer 32 to the ridge layer 35 is constant, but in the spot size conversion region 38, the thickness becomes tapered toward the emitting end face. There is.
【0007】この様に、出射端面においてMQWコア3
3、即ち、活性層の厚さを薄くし、且つ、リッジ幅を広
げることによりスポットサイズを拡大するものであり、
スポットサイズが拡大されて光ファイバのモード形状に
近づくことにより、半導体レーザと光ファイバの結合効
率が改善され、且つ、光軸の位置合わせ精度の緩和が期
待されるものである。In this way, the MQW core 3 is formed on the emission end face.
3. That is, the thickness of the active layer is reduced and the ridge width is increased to increase the spot size.
By increasing the spot size and approaching the mode shape of the optical fiber, it is expected that the coupling efficiency between the semiconductor laser and the optical fiber will be improved and the alignment accuracy of the optical axis will be relaxed.
【0008】また、図5のスポットサイズ変換器付き半
導体レーザ装置は、出射端面における導波モードのカッ
トオフを回避し、且つ、放射損失を低減するのにすぐれ
ているものである。The semiconductor laser device with a spot size converter shown in FIG. 5 is excellent in avoiding the cutoff of the guided mode at the emitting end face and reducing the radiation loss.
【0009】そして、この様なリッジ構造の利用は、A
lの自然酸化膜に起因して埋込層の成長が困難なAlG
aAs系、AlGaInP系、或いは、AlGaInA
s系等のAlを含むIII-V族化合物半導体系半導体レー
ザにとって不可避なものとならざるを得ない。The utilization of such a ridge structure is
AlG in which the buried layer is difficult to grow due to the natural oxide film of
aAs system, AlGaInP system, or AlGaInA
It is inevitable for a III-V compound semiconductor laser including Al such as s series.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】しかし、この様なリッ
ジ構造を利用した半導体レーザ装置においては、利得領
域37、即ち、レーザ領域におけるストライプ幅方向の
光閉じ込め率を高めるためには光導波層34、即ち、ス
ペーサ層の厚さを薄くする必要があるが、素子全面にわ
たってスペーサ層の厚さを均一にした場合には、出射端
面近傍でスポットサイズが拡がってモード形状が変形す
るという問題がある。However, in the semiconductor laser device using such a ridge structure, the optical waveguide layer 34 is used to increase the optical confinement ratio in the stripe width direction in the gain region 37, that is, the laser region. That is, it is necessary to reduce the thickness of the spacer layer, but when the thickness of the spacer layer is made uniform over the entire surface of the device, there is a problem that the spot size is expanded near the emission end face and the mode shape is deformed. .
【0011】この様な問題を解決するためには、出射端
面近傍におけるスペーサ層の厚さをテーパ状に厚く形成
すれば良いが、エッチングによって形成することは現実
には非常に困難であるため、SiO2 等の選択成長マス
クを利用した選択成長法を採用せざるを得なくなる。In order to solve such a problem, the spacer layer in the vicinity of the emission end face may be formed thickly in a taper shape, but it is actually very difficult to form it by etching. There is no choice but to adopt a selective growth method using a selective growth mask such as SiO 2 .
【0012】しかしながら、温度依存性を改善した1μ
m帯半導体レーザとして用いられているAlを含むIII-
V族化合物半導体の場合には選択成長が非常に困難であ
り、例えば、SiO2 等の誘電体マスク上に多結晶半導
体層が成長してしまうという問題がある。However, 1 μ with improved temperature dependence
III-containing Al used as m-band semiconductor laser
In the case of a group V compound semiconductor, selective growth is very difficult, and there is a problem that a polycrystalline semiconductor layer grows on a dielectric mask such as SiO 2 .
【0013】即ち、MOVPE法(有機金属気相成長
法)の場合には、Alソースとして供給される有機金属
の拡散長が他のIII 族ソースの拡散長よりも短く、大き
な層厚比が得られないためである。That is, in the case of MOVPE method (organic metal vapor phase epitaxy method), the diffusion length of the organic metal supplied as the Al source is shorter than the diffusion length of other group III sources, and a large layer thickness ratio can be obtained. Because it is not possible.
【0014】したがって、本発明は、選択成長が困難で
ある材料を用いた場合にも、出射端面近傍におけるモー
ド形状を改善したスポットサイズ変換器付き半導体レー
ザ装置を提供することを目的とする。Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor laser device with a spot size converter in which the mode shape in the vicinity of the emission end face is improved even when a material which is difficult to grow selectively is used.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理的構
成の説明図であり、この図1を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。 図1(a)参照 (1)本発明は、半導体基板1上に設けたAlを含む活
性層2上に、スポットサイズ変換領域4においてレーザ
領域5よりも厚く、且つ、出射端面に向かってテーパ状
に厚くなるスペーサ層3を設けると共に、このスペーサ
層3上にリッジ6を設けた半導体レーザ装置において、
少なくともスポットサイズ変換領域4におけるスペーサ
層3の一部がAlを含まない選択成長層からなることを
特徴とする。FIG. 1 is an explanatory view of the principle configuration of the present invention, and means for solving the problems in the present invention will be described with reference to FIG. See FIG. 1A. (1) In the present invention, on the active layer 2 containing Al provided on the semiconductor substrate 1, the spot size conversion region 4 is thicker than the laser region 5 and is tapered toward the emission end face. In the semiconductor laser device in which the spacer layer 3 which becomes thicker is provided and the ridge 6 is provided on the spacer layer 3,
At least a part of the spacer layer 3 in the spot size conversion region 4 is made of a selective growth layer containing no Al.
【0016】この様に、活性層2として選択成長が困難
なAlを含むAlGaInAs等を用いた場合にも、ス
ペーサ層3の少なくとも一部をAlを含まない選択成長
層で構成することにより、スポットサイズ変換領域4に
おけるスペーサ層3の厚さを出射端面に向かってテーパ
状に厚くすることができ、モード形状を改善することが
できる。As described above, even when AlGaInAs or the like containing Al, which is difficult to selectively grow, is used as the active layer 2, by forming at least a part of the spacer layer 3 with the selective growth layer containing no Al, the spot is formed. The thickness of the spacer layer 3 in the size conversion region 4 can be made thicker toward the emission end face, and the mode shape can be improved.
【0017】なお、本発明におけるスペーサ層3とは、
本質的にクラッド層の機能を有し、且つ、活性層2に対
して半導体基板1と反対側に設けた層を意味し、また、
半導体基板1と活性層2との間には、通常はAlを含む
広禁制帯幅のクラッド層が設けられる。The spacer layer 3 in the present invention means
The layer essentially has the function of a clad layer, and means a layer provided on the side opposite to the semiconductor substrate 1 with respect to the active layer 2, and
Between the semiconductor substrate 1 and the active layer 2, a wide forbidden band clad layer containing Al is usually provided.
【0018】(2)また、本発明は、上記(1)におい
て、リッジ6がクラッド層とコンタクト層によって形成
されると共に、リッジ6とスペーサ層3との間にエッチ
ングストップ層を設けたことを特徴とする。(2) Further, in the present invention, in the above (1), the ridge 6 is formed by the cladding layer and the contact layer, and the etching stop layer is provided between the ridge 6 and the spacer layer 3. Characterize.
【0019】この様に、横モードを規制するリッジ6を
クラッド層とコンタクト層によって構成し共に、且つ、
リッジ6とスペーサ層3との間にエッチングストップ層
を設けることによって、スペーサ層3の厚さに影響を与
えることなくリッジ6を形成することができる。In this way, the ridge 6 for controlling the transverse mode is constituted by the cladding layer and the contact layer, and
By providing the etching stop layer between the ridge 6 and the spacer layer 3, the ridge 6 can be formed without affecting the thickness of the spacer layer 3.
【0020】(3)また、本発明は、上記(1)または
(2)において、リッジ6の幅が、スポットサイズ変換
領域4において出射端面に向かってテーパ状に拡がって
いることを特徴とする。(3) Further, the present invention is characterized in that in the above (1) or (2), the width of the ridge 6 is tapered in the spot size conversion region 4 toward the emission end face. .
【0021】この様に、リッジ6の幅をスポットサイズ
変換領域4において出射端面に向かってテーパ状に拡げ
る、所謂フレア型にすることによって、活性層2と平行
な方向の放射角を小さなレーザ光を得ることができ、且
つ、導波モードのカットオフをなくすことができる。As described above, by making the width of the ridge 6 into a so-called flare type in which the width is tapered in the spot size conversion region 4 toward the emitting end face, a laser beam having a small emission angle in a direction parallel to the active layer 2 is formed. And the cutoff of the guided mode can be eliminated.
【0022】図1(b)参照 (4)また、本発明は、上記(1)または(2)におい
て、リッジ6の幅が、スポットサイズ変換領域4におい
て出射端面に向かってテーパ状に狭まっていることを特
徴とする。See FIG. 1B. (4) Further, in the present invention, in the above (1) or (2), the width of the ridge 6 is tapered in the spot size conversion region 4 toward the emission end face. It is characterized by being
【0023】この様に、リッジ6の幅をスポットサイズ
変換領域4において出射端面に向かってテーパ状に狭め
る、所謂くさび型にすることによって、活性層2と平行
な水平方向のモードを拡げて任意のビーム形状のレーザ
光を得ることができる。As described above, the width of the ridge 6 is narrowed in the spot size conversion region 4 toward the emission end face in a so-called wedge shape so that the horizontal mode parallel to the active layer 2 is expanded. It is possible to obtain a laser beam having a beam shape of
【0024】図1(c)参照 (5)また、本発明は、上記(1)または(2)におい
て、リッジ6の幅が、スポットサイズ変換領域4及びレ
ーザ領域5において均一であることを特徴とする。See FIG. 1C. (5) Further, in the present invention, in the above (1) or (2), the width of the ridge 6 is uniform in the spot size conversion region 4 and the laser region 5. And
【0025】この様に、リッジ6の幅をスポットサイズ
変換領域4及びレーザ領域5において均一にすることに
よって、安定した構造のリッジを形成することができ
る。As described above, by making the width of the ridge 6 uniform in the spot size conversion region 4 and the laser region 5, a ridge having a stable structure can be formed.
【0026】(6)また、本発明は、上記(1)乃至
(5)のいずれかにおいて、活性層2がAlGaInA
sで構成され、また、スペーサ層3の活性層2寄りの部
分がAlGaInAs或いはAlInAsのいずれかで
構成され、さらに、スペーサ層3のリッジ6寄りの部分
がInPによって構成されたことを特徴とする。(6) Further, according to the present invention, in any of the above (1) to (5), the active layer 2 is made of AlGaInA.
and a portion of the spacer layer 3 near the active layer 2 is made of either AlGaInAs or AlInAs, and a portion of the spacer layer 3 near the ridge 6 is made of InP. .
【0027】この様に、活性層2として選択成長が困難
なAlGaInAsを用い、且つ、キャリア閉じ込め率
を改善するためにクラッド層として禁制帯幅の大きなA
lGaInAs或いはAlInAsのいずれかを用いた
場合にも、このAlGaInAs或いはAlInAsを
スペーサ層3の活性層2寄りの部分に設け、スペーサ層
3のリッジ6寄りの部分をAlを含まないInPで構成
することにより、InPの選択成長層を利用して、スポ
ットサイズ変換領域4におけるスペーサ層3の厚さを出
射端面に向かってテーパ状に厚くすることができる。As described above, AlGaInAs, which is difficult to grow selectively, is used as the active layer 2, and A having a large forbidden band width is used as the clad layer to improve the carrier confinement ratio.
Even when using either 1GaInAs or AlInAs, the AlGaInAs or AlInAs should be provided in a portion of the spacer layer 3 close to the active layer 2, and the portion of the spacer layer 3 close to the ridge 6 should be made of InP not containing Al. Thereby, the thickness of the spacer layer 3 in the spot size conversion region 4 can be made thicker toward the emission end face by utilizing the InP selective growth layer.
【0028】[0028]
【発明の実施の形態】図2及び図3を参照して本発明の
第1の実施の形態の製造工程を説明する。 図2(a)参照 まず、n型InP基板11上に、厚さ10〜500n
m、例えば、200nmのn型AlInAsクラッド層
12、厚さ50〜200nm、例えば、100nmのA
lGaInAsSCH層(分離閉じ込め層)13、MQ
W活性層14、厚さ50〜200nm、例えば、100
nmのAlGaInAsSCH層15、厚さ10〜50
0nm、例えば、200nmのp型AlInAsクラッ
ド層16、及び、厚さ50〜500nm、例えば、20
0nmのp型InPクラッド層17をMOVPE法によ
って順次堆積させる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A manufacturing process of a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 (a). First, on the n-type InP substrate 11, a thickness of 10 to 500 n
m, eg 200 nm n-type AlInAs cladding layer 12, thickness 50-200 nm, eg 100 nm A
lGaInAsSCH layer (separation confinement layer) 13, MQ
W active layer 14, thickness 50-200 nm, eg 100
nm AlGaInAsSCH layer 15, thickness 10-50
0 nm, for example, 200 nm of p-type AlInAs cladding layer 16 and thickness 50-500 nm, for example, 20
The 0 nm p-type InP cladding layer 17 is sequentially deposited by the MOVPE method.
【0029】なお、この場合のMQW活性層14は、例
えば、厚さ100ÅのAl0.09Ga 0.59In0.32Asバ
リア層と厚さ80ÅのAl0.22Ga0.25In0.53Asウ
エル層を交互に5層重ねたものであり、全体の厚さは1
000Åとなる。The MQW active layer 14 in this case is an example.
For example, 100Å thick Al0.09Ga 0.59In0.32Asba
Rear layer and 80Å thick Al0.22Ga0.25In0.53Asu
5 layers of L layers are stacked alternately, and the total thickness is 1
It becomes 000Å.
【0030】また、この場合のp型クラッド層のエネル
ギーバンド障壁はp型AlInAsクラッド層16によ
って実効的に形成されるが、この上に厚さの分布を有す
る上部スペーサ層を形成する際に、p型AlInAsク
ラッド層16表面におけるAlの酸化を防止するため
に、Alを含まないp型InPクラッド層17を形成す
る必要があり、このp型AlInAsクラッド層16と
p型InPクラッド層17によって下部スペーサ層が構
成される。Further, the energy band barrier of the p-type clad layer in this case is effectively formed by the p-type AlInAs clad layer 16, and when the upper spacer layer having a thickness distribution is formed thereon, In order to prevent the oxidation of Al on the surface of the p-type AlInAs clad layer 16, it is necessary to form the p-type InP clad layer 17 that does not contain Al, and the p-type AlInAs clad layer 16 and the p-type InP clad layer 17 form a lower part. A spacer layer is constructed.
【0031】図2(b)参照 次いで、全面に厚さ300nmのSiO2 層を設けたの
ち、選択エッチングによりスポットサイズ変換器となる
領域の両側のみに、例えば、共振器方向に250μm
で、スポットサイズ変換器となる領域の幅が100μm
になるように矩形状のSiO2 マスク18を形成する。Next, as shown in FIG. 2B, a SiO 2 layer having a thickness of 300 nm is provided on the entire surface, and then selective etching is performed only on both sides of the region to be the spot size converter, for example, 250 μm in the cavity direction.
And the width of the area that becomes the spot size converter is 100 μm.
A rectangular SiO 2 mask 18 is formed so that
【0032】次いで、同じくMOVPE法を用いて、p
型InPクラッド層19、p型InGaAsエッチング
ストップ層20、p型InPクラッド層21、及び、p
+ 型InGaAsコンタクト層22を順次成長させる。Then, using the MOVPE method as well, p
Type InP clad layer 19, p type InGaAs etching stop layer 20, p type InP clad layer 21, and p
The + type InGaAs contact layer 22 is sequentially grown.
【0033】この場合、p型クラッド層19乃至p+ 型
InGaAsコンタクト層22にはAlが含まれていな
いので選択成長が可能となり、SiO2 マスク18の間
の領域においては、p型クラッド層19乃至p+ 型In
GaAsコンタクト層22の厚さが徐々に厚くテーパ状
に変化する。In this case, since the p-type cladding layer 19 to the p + -type InGaAs contact layer 22 do not contain Al, selective growth is possible, and in the region between the SiO 2 masks 18, the p-type cladding layer 19 is formed. To p + type In
The thickness of the GaAs contact layer 22 gradually increases and becomes tapered.
【0034】そして、p型クラッド層19の厚さはスポ
ットサイズ変換領域における最大厚さが500〜500
0nm、例えば、2500nmで、SiO2 マスク18
の存在しないレーザ領域における厚さは100〜100
0nm、例えば、500nmで一定となり、このp型I
nPクラッド層19が上部スペーサ層を構成する。The maximum thickness of the p-type cladding layer 19 in the spot size conversion region is 500 to 500.
SiO 2 mask 18 at 0 nm, for example 2500 nm
The thickness in the laser region where there is no
This p-type I becomes constant at 0 nm, for example, 500 nm.
The nP clad layer 19 constitutes an upper spacer layer.
【0035】また、p型InGaAsエッチングストッ
プ層20、p型InPクラッド層21、及び、p+ 型I
nGaAsコンタクト層22のレーザ領域における厚さ
は、夫々、例えば、50nm、100nm、及び、30
0nmであり、これらの各層もスポットサイズ変換領域
においてテーパ状に膜厚が変化している。Further, the p-type InGaAs etching stop layer 20, the p-type InP clad layer 21, and the p + -type I
The thickness of the nGaAs contact layer 22 in the laser region is, for example, 50 nm, 100 nm, and 30 nm, respectively.
The thickness is 0 nm, and the thickness of each of these layers also changes in a taper shape in the spot size conversion region.
【0036】図3(c)参照 次いで、全面にフォトレジストを塗布してパターニング
することによって、例えば、幅1.5μmのストライプ
状のフォトレジストパターン(図示せず)を形成し、こ
のフォトレジストパターンをマスクとして、p+ 型In
GaAsコンタクト層22及びp型InPクラッド層2
1をウェット・エッチングすることによって一定幅のリ
ッジ23を形成する。Next, referring to FIG. 3C, a photoresist is applied on the entire surface and patterned to form, for example, a stripe-shaped photoresist pattern (not shown) having a width of 1.5 μm. as a mask, p + -type In
GaAs contact layer 22 and p-type InP clad layer 2
1 is wet-etched to form a ridge 23 having a constant width.
【0037】この場合、p型InGaAsエッチングス
トップ層20を設けているので、リッジ23を形成する
ためのエッチング工程において、p型クラッド層19が
不所望にエッチングされることがない。In this case, since the p-type InGaAs etching stop layer 20 is provided, the p-type clad layer 19 is not undesirably etched in the etching process for forming the ridge 23.
【0038】図3(d)参照 次いで、フォトレジストパターン及びSiO2 マスク1
8を除去したのち、全面にTi/Pt/Au(Tiが下
側)等の導電層を堆積させ、パターニングすることによ
ってp側の電極24を形成し、また、図示しないものの
n型InP基板11側にも電極を形成したのち、適当に
劈開することによって、スポットサイズ変換器付き半導
体レーザ装置、即ち、リッジ構造テーパ導波路集積化フ
ァブリペロー半導体レーザ装置(FP−LD)が完成す
る。Next, referring to FIG. 3D, the photoresist pattern and the SiO 2 mask 1 are formed.
After removing 8, the p-side electrode 24 is formed by depositing a conductive layer such as Ti / Pt / Au (Ti is on the lower side) on the entire surface and patterning the n-type InP substrate 11 (not shown). A semiconductor laser device with a spot size converter, that is, a ridge structure taper waveguide integrated Fabry-Perot semiconductor laser device (FP-LD) is completed by forming an electrode on the side and then cleaving it appropriately.
【0039】この場合のレーザ領域の長さは300μ
m、スポットサイズ変換領域の長さは250μmであ
り、このリッジ構造テーパ導波路集積化ファブリペロー
半導体レーザ装置の近視野像を観察したところ、従来の
リッジ構造テーパ導波路集積化ファブリペロー半導体レ
ーザ装置よりもリッジ近傍でのモード形状の変形が少な
かった。The length of the laser region in this case is 300 μm.
m, and the length of the spot size conversion region is 250 μm. When a near-field image of this ridge structure taper waveguide integrated Fabry-Perot semiconductor laser device is observed, a conventional ridge structure taper waveguide integrated Fabry-Perot semiconductor laser device is observed. The deformation of the mode shape near the ridge was smaller than that of the ridge.
【0040】これは、レーザ領域においてはリッジ23
の位置がMQW活性層14に近いため光閉じ込め率が大
きくなり、一方、出射端面近傍ではリッジ23の位置が
MQW活性層14から遠くなって光閉じ込め率が小さく
なるためである。This is because the ridge 23 is formed in the laser region.
This is because the position of is close to the MQW active layer 14 and thus the optical confinement ratio becomes large, while the position of the ridge 23 becomes far from the MQW active layer 14 near the emission end face, and the optical confinement ratio becomes small.
【0041】また、遠視野像を観察したところ、水平方
向及び垂直方向とも半値全幅が約10°の狭い放射角の
レーザビームが得られていた。Observation of the far-field image revealed that a laser beam having a narrow emission angle with a full width at half maximum of about 10 ° was obtained in both the horizontal and vertical directions.
【0042】さらに、シングルモードファイバとの直接
結合における効率を測定したところ、約2.5dBの結
合効率が得られ、従来のリッジ構造テーパ導波路集積化
ファブリペロー半導体レーザ装置よりも約1dBの改善
が見られた。Furthermore, when the efficiency in direct coupling with a single mode fiber was measured, a coupling efficiency of about 2.5 dB was obtained, which is an improvement of about 1 dB over the conventional ridge structure taper waveguide integrated Fabry-Perot semiconductor laser device. It was observed.
【0043】この様に、第1の実施の形態においては光
ファイバとの結合効率が改善されるので、光ファイバと
の光軸合わせの精度をそれ程必要としなくなるので、光
軸合わせに要するコストを大幅に引き下げることがで
き、それによって安価な半導体レーザモジュールを提供
することができる。As described above, in the first embodiment, since the coupling efficiency with the optical fiber is improved, the accuracy of the optical axis alignment with the optical fiber is not required so much, and the cost required for the optical axis alignment is reduced. It can be drastically lowered, and thereby an inexpensive semiconductor laser module can be provided.
【0044】また、本発明においては上部スペーサ層を
Alを含まないp型InPクラッド層19によって形成
しているので、活性層及びSCH層としてAlを含むII
I-V族化合物半導体を用い、且つ、キャリアの閉じ込め
のために禁制帯幅のより大きなAlGaInAs等のA
lを含むIII-V族化合物半導体を用いた場合にも、選択
成長によってスペーサ層の厚さが徐々に変化する部分を
形成することができる。Further, in the present invention, since the upper spacer layer is formed of the p-type InP clad layer 19 containing no Al, the active layer and the SCH layer contain Al. II
A-group compound such as AlGaInAs having a larger forbidden band width is used for the confinement of carriers by using an IV compound semiconductor.
Even when a III-V group compound semiconductor containing 1 is used, a portion where the thickness of the spacer layer gradually changes can be formed by selective growth.
【0045】次に、図4を参照して、本発明の第2及び
第3の実施の形態を説明する。 図4(a)参照 図4(a)は、本発明の第2の実施の形態の斜視図であ
り、リッジ23の形状をスポットサイズ変換領域におい
て出射端面に向かってテーパ状に拡がる、所謂フレア型
にした点以外は、第1の実施の形態と全く同様である。Next, the second and third embodiments of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4A is a perspective view of the second embodiment of the present invention, which is a so-called flare in which the shape of the ridge 23 is tapered in the spot size conversion region toward the emission end face. Except for making a mold, it is exactly the same as the first embodiment.
【0046】この第2の実施の形態の場合には、フレア
型のリッジ23を形成する際に第1の実施の形態よりも
精度良くパターニングする必要があるが、導波モードの
カットオフをより低減することが可能になる。In the case of the second embodiment, when forming the flare type ridge 23, it is necessary to perform patterning with higher accuracy than in the first embodiment, but the cutoff of the waveguide mode is further improved. It becomes possible to reduce.
【0047】図4(b)参照 また、図4(b)は、本発明の第3の実施の形態の斜視
図であり、リッジ23の形状をスポットサイズ変換領域
において出射端面に向かってテーパ状に狭まる、所謂く
さび型にした点以外は、第1の実施の形態と全く同様で
ある。FIG. 4B is a perspective view of the third embodiment of the present invention, in which the shape of the ridge 23 is tapered toward the emission end face in the spot size conversion region. It is exactly the same as that of the first embodiment except that it is formed into a so-called wedge shape.
【0048】この第3の実施の形態の場合には、くさび
型のリッジ23によりMQW活性層14に平行な水平モ
ードを拡げて出射ビームの形状を拡大することができる
が、くさび型リッジ23の出射端面における幅を0.3
〜0.5μmにする必要があるため、第1の実施の形態
よりも高いパターニング精度が必要になる。また、導波
モードのカットオフも第1および第2の実施の形態に比
べて発生しやすくなる。In the case of the third embodiment, the wedge-shaped ridge 23 can expand the horizontal mode parallel to the MQW active layer 14 to expand the shape of the output beam. The width at the exit end is 0.3
Since it is necessary to set the thickness to 0.5 μm, a higher patterning accuracy is required than in the first embodiment. Further, the cutoff of the guided mode is more likely to occur than in the first and second embodiments.
【0049】なお、上記の実施の形態の説明において
は、活性層としてMQW活性層14を用い、且つ、SC
H層13,15を用いているが、ウエル層が単層のSQ
W活性層を用いても良く、或いは、SCH層を伴わない
通常のバルク活性層を用いても良い。In the description of the above embodiment, the MQW active layer 14 is used as the active layer, and SC
Although the H layers 13 and 15 are used, the well layer is a single layer SQ.
A W active layer may be used, or a normal bulk active layer without an SCH layer may be used.
【0050】また、上記の実施の形態においては、選択
成長マスクとしてSiO2 マスクを用いているが、Si
O2 マスクに限られるものではなく、Si3 N4 マスク
等の他の誘電体マスクを用いても良い。Further, in the above embodiment, the SiO 2 mask is used as the selective growth mask.
The dielectric mask is not limited to the O 2 mask, and other dielectric masks such as Si 3 N 4 mask may be used.
【0051】また、上記の実施の形態においては、基板
としてn型InP基板を用いているが、p型InP基板
を用いて全体の導電型を反転させても良く、さらに、基
板としてはGaAs基板を用いても良く、その際、、必
要に応じてグレーデッドバッファ層或いは階段状組成変
化バッファ層を設けて基板とクラッド層或いは活性層と
の間の格子整合を取るようにしても良い。In the above embodiment, the n-type InP substrate is used as the substrate, but the p-type InP substrate may be used to invert the entire conductivity type, and the substrate is a GaAs substrate. In that case, a graded buffer layer or a stepwise composition change buffer layer may be provided, if necessary, to obtain lattice matching between the substrate and the cladding layer or the active layer.
【0052】[0052]
【発明の効果】本発明によれば、活性層及びクラッド層
の一部が選択成長の困難であるAlを含むIII-V族化合
物半導体によって構成された半導体レーザ装置において
も、クラッド層を兼ねるスペーサ層の一部をAlを含ま
ないIII-V族化合物半導体によって構成することによっ
て、選択成長法によって出射端面近傍におけるモード形
状の変化が少なく、光ファイバとの結合効率の高いリッ
ジ構造テーパ導波路集積化ファブリペロー半導体レーザ
装置を形成することができ、それによって、半導体レー
ザモジュールを安価に提供することができる。According to the present invention, even in a semiconductor laser device in which a part of the active layer and the clad layer are made of a III-V group compound semiconductor containing Al, which is difficult to selectively grow, a spacer that also serves as a clad layer is provided. By forming a part of the layer with a III-V group compound semiconductor containing no Al, the ridge structure taper waveguide integration in which the mode shape change in the vicinity of the emitting end face is small by the selective growth method and the coupling efficiency with the optical fiber is high. Fabry-Perot semiconductor laser device can be formed, and thereby a semiconductor laser module can be provided at low cost.
【図1】本発明の原理的構成の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a principle configuration of the present invention.
【図2】本発明の第1の実施の形態の途中までの製造工
程の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a manufacturing process partway through the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第1の実施の形態の図2以降の製造工
程の説明図である。FIG. 3 is an explanatory view of a manufacturing process of the first embodiment of the present invention after FIG. 2;
【図4】本発明の第2及び第3の実施の形態の説明図で
ある。FIG. 4 is an explanatory diagram of second and third embodiments of the present invention.
【図5】従来のスポットサイズ変換器付き半導体レーザ
装置の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a conventional semiconductor laser device with a spot size converter.
1 半導体基板 2 活性層 3 スペーサ層 4 スポットサイズ変換領域 5 レーザ領域 6 リッジ 11 n型InP基板 12 n型AlInAsクラッド層 13 AlGaInAsSCH層 14 MQW活性層 15 AlGaInAsSCH層 16 p型AlInAsクラッド層 17 p型InPクラッド層 18 SiO2 マスク 19 p型InPクラッド層 20 p型InGaAsエッチングストップ層 21 p型InPクラッド層 22 p+ 型InGaAsコンタクト層 23 リッジ 24 電極 31 クラッド層 32 光導波層 33 MQWコア 34 光導波層 35 リッジ層 36 エポキシ樹脂 37 利得領域 38 スポットサイズ変換領域1 semiconductor substrate 2 active layer 3 spacer layer 4 spot size conversion region 5 laser region 6 ridge 11 n-type InP substrate 12 n-type AlInAs clad layer 13 AlGaInAsSCH layer 14 MQW active layer 15 AlGaInAsSCH layer 16 p-type AlInAsIn P-p layer 17 Clad layer 18 SiO 2 mask 19 p-type InP clad layer 20 p-type InGaAs etching stop layer 21 p-type InP clad layer 22 p + type InGaAs contact layer 23 ridge 24 electrode 31 clad layer 32 optical waveguide layer 33 MQW core 34 optical waveguide layer 35 Ridge Layer 36 Epoxy Resin 37 Gain Area 38 Spot Size Conversion Area
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江川 満 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 山本 剛之 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Mitsuru Egawa 1015 Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa, Fujitsu Limited (72) Inventor Takeyuki Yamamoto 1015 Kamedota, Nakahara-ku, Kawasaki, Kanagawa Prefecture, Fujitsu Limited
Claims (6)
上に、スポットサイズ変換領域においてレーザ領域より
も厚く、且つ、出射端面に向かってテーパ状に厚くなる
スペーサ層を設けると共に、前記スペーサ層上にリッジ
を設けた半導体レーザ装置において、少なくとも前記ス
ポットサイズ変換領域におけるスペーサ層の一部がAl
を含まない選択成長層からなることを特徴とする。1. A spacer layer, which is thicker than a laser region in a spot size conversion region and is tapered toward an emission end face, is provided on an active layer containing Al provided on a semiconductor substrate, and the spacer is provided. In a semiconductor laser device in which a ridge is provided on the layer, at least a part of the spacer layer in the spot size conversion region is Al.
It is characterized by comprising a selective growth layer not containing.
層によって形成されると共に、前記リッジと上記スペー
サ層との間にエッチングストップ層を設けたことを特徴
とする請求項1記載の半導体レーザ装置。2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the ridge is formed of a cladding layer and a contact layer, and an etching stop layer is provided between the ridge and the spacer layer.
変換領域において上記出射端面に向かってテーパ状に拡
がっていることを特徴とする請求項1または2に記載の
半導体レーザ装置。3. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the width of the ridge is tapered in the spot size conversion region toward the emission end face.
変換領域において上記出射端面に向かってテーパ状に狭
まっていることを特徴とする請求項1または2に記載の
半導体レーザ装置。4. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the width of the ridge is tapered toward the emitting end face in the spot size conversion region.
変換領域及びレーザ領域において均一であることを特徴
とする請求項1または2に記載の半導体レーザ装置。5. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the width of the ridge is uniform in the spot size conversion region and the laser region.
れ、また、上記スペーサ層の活性層寄りの部分がAlG
aInAs或いはAlInAsのいずれかで構成され、
さらに、前記スペーサ層の上記リッジ寄りの部分がIn
Pによって構成されたことを特徴とする請求項1乃至5
のいずれか1項に記載の半導体レーザ装置。6. The active layer is made of AlGaInAs, and the portion of the spacer layer close to the active layer is made of AlG.
composed of either aInAs or AlInAs,
Further, the portion of the spacer layer near the ridge is In
It is comprised by P, The 1 thru | or 5 characterized by the above-mentioned.
The semiconductor laser device according to any one of 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP547196A JPH09199785A (en) | 1996-01-17 | 1996-01-17 | Semiconductor laser device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP547196A JPH09199785A (en) | 1996-01-17 | 1996-01-17 | Semiconductor laser device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09199785A true JPH09199785A (en) | 1997-07-31 |
Family
ID=11612168
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP547196A Withdrawn JPH09199785A (en) | 1996-01-17 | 1996-01-17 | Semiconductor laser device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09199785A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100429912B1 (en) * | 2002-07-23 | 2004-05-03 | 한국전자통신연구원 | Ridge type semiconductor optical device integrated optical mode(spot) size converter |
JP2007095758A (en) * | 2005-09-27 | 2007-04-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Semiconductor laser |
KR100738530B1 (en) * | 2005-07-21 | 2007-07-11 | 삼성전자주식회사 | semiconductor laser with spot-size converter and method for fabricating the same |
CN108963754A (en) * | 2018-07-02 | 2018-12-07 | 福建中科光芯光电科技有限公司 | A kind of preparation method of optical communicating waveband low divergence DFB semiconductor laser |
CN114823937A (en) * | 2021-01-18 | 2022-07-29 | 中国科学技术大学 | Indium phosphide-based spot-size converter and design method thereof |
-
1996
- 1996-01-17 JP JP547196A patent/JPH09199785A/en not_active Withdrawn
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---|---|---|---|
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