JPH10242561A - 半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents
半導体レーザおよびその製造方法Info
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- JPH10242561A JPH10242561A JP4036597A JP4036597A JPH10242561A JP H10242561 A JPH10242561 A JP H10242561A JP 4036597 A JP4036597 A JP 4036597A JP 4036597 A JP4036597 A JP 4036597A JP H10242561 A JPH10242561 A JP H10242561A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】リッジ導波路型半導体レーザで、高い光出力に
おける安定な単一横モード発振，高い光学的破壊レベ
ル，高信頼性，高効率な光ファイバへの光結合を同時に
実現する。 【解決手段】ｐ型ＧａＡｓ光導波路層５の幅を、共振器
内部では高いキンクレベルが得られるように狭く、前端
面では高い光学的破壊レベルが得られるように拡大し、
厚さが、共振器内部では十分な光閉じ込め係数が得られ
るように厚く、前端面では実行屈折率差が小さくなるよ
うに薄くする。この構造を実現するため、共振器内部か
ら前端面に向かいフレア型に開口部が拡大する選択成長
マスク９を用いて光導波路層及びリッジ部を選択成長す
る。
おける安定な単一横モード発振，高い光学的破壊レベ
ル，高信頼性，高効率な光ファイバへの光結合を同時に
実現する。 【解決手段】ｐ型ＧａＡｓ光導波路層５の幅を、共振器
内部では高いキンクレベルが得られるように狭く、前端
面では高い光学的破壊レベルが得られるように拡大し、
厚さが、共振器内部では十分な光閉じ込め係数が得られ
るように厚く、前端面では実行屈折率差が小さくなるよ
うに薄くする。この構造を実現するため、共振器内部か
ら前端面に向かいフレア型に開口部が拡大する選択成長
マスク９を用いて光導波路層及びリッジ部を選択成長す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はリッジ導波路型半導
体レーザに係わり、特に光通信システムにおける希土類
添加光ファイバ増幅器の励起光源に関する。
体レーザに係わり、特に光通信システムにおける希土類
添加光ファイバ増幅器の励起光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、希土類添加光ファイバ増幅器の励
起光源として盛んに研究されているＩｎＧａＡｓ歪量子
井戸活性層を有するリッジ導波路型０.９８μｍ 帯半導
体レーザを例に従来技術を説明する。従来、リッジ導波
路型半導体レーザを作製する方法として、リッジ部はウ
エットエッチングにより形成している。即ち、例えばＧ
ａＡｓ基板上にｎ-ＩｎＧａＰクラッド層，活性層，ｐ-
ＩｎＧａＰクラッド層，ｐ-ＩｎＧａＰクラッド層より
も屈折率が高い光導波路層，ｐ-ＩｎＧａＰクラッド層
などを順次結晶成長し、ストライプ状の絶縁膜を蒸着
し、これをマスクとして光導波路層の上部にあるｐ-Ｉ
ｎＧａＰ クラッド層をウエットエッチングすることに
よりリッジ部を形成し、さらにこれをマスクとして直下
の光導波路層をストライプ状にウエットエッチングした
後、リッジ部側面をｎ-ＩｎＧａＰ 電流ブロック層によ
り埋め込み成長している。光導波路層は周囲より屈折率
の高い層であるため、屈折率導波構造となり、活性層で
発生するレーザ光が閉じ込められる。このレーザの従来
構造の代表例として、エレクトロニクス レターズ，ボ
リューム ３１，ナンバー ３，１９９５年，第１９８頁
から第１９９頁（Electronics Letters, volume ３１,
Number ３，１９９５，ｐｐ.１９８〜１９９）が挙げら
れる。
起光源として盛んに研究されているＩｎＧａＡｓ歪量子
井戸活性層を有するリッジ導波路型０.９８μｍ 帯半導
体レーザを例に従来技術を説明する。従来、リッジ導波
路型半導体レーザを作製する方法として、リッジ部はウ
エットエッチングにより形成している。即ち、例えばＧ
ａＡｓ基板上にｎ-ＩｎＧａＰクラッド層，活性層，ｐ-
ＩｎＧａＰクラッド層，ｐ-ＩｎＧａＰクラッド層より
も屈折率が高い光導波路層，ｐ-ＩｎＧａＰクラッド層
などを順次結晶成長し、ストライプ状の絶縁膜を蒸着
し、これをマスクとして光導波路層の上部にあるｐ-Ｉ
ｎＧａＰ クラッド層をウエットエッチングすることに
よりリッジ部を形成し、さらにこれをマスクとして直下
の光導波路層をストライプ状にウエットエッチングした
後、リッジ部側面をｎ-ＩｎＧａＰ 電流ブロック層によ
り埋め込み成長している。光導波路層は周囲より屈折率
の高い層であるため、屈折率導波構造となり、活性層で
発生するレーザ光が閉じ込められる。このレーザの従来
構造の代表例として、エレクトロニクス レターズ，ボ
リューム ３１，ナンバー ３，１９９５年，第１９８頁
から第１９９頁（Electronics Letters, volume ３１,
Number ３，１９９５，ｐｐ.１９８〜１９９）が挙げら
れる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前記従来構造では、光
導波路層の厚さＤ，幅Ｗは、共振器全長に渡って一定で
ある。Ｄ，Ｗはキンク発生光出力と端面の光学的破壊
（素子自身から発生するレーザ光により素子端面が溶融
する現象），長期信頼性等の素子特性を決定する重要な
パラメータである。Ｄはストライプ部とその両側との実
行屈折率差を決定するパラメータであり、これが小さす
ぎると屈折率導波が不十分となり、非点収差が発生する
などの問題が生じ、一方大きすぎるとキンクが発生しや
すくなる等の問題が生ずるため、一定の範囲に制限され
る。
導波路層の厚さＤ，幅Ｗは、共振器全長に渡って一定で
ある。Ｄ，Ｗはキンク発生光出力と端面の光学的破壊
（素子自身から発生するレーザ光により素子端面が溶融
する現象），長期信頼性等の素子特性を決定する重要な
パラメータである。Ｄはストライプ部とその両側との実
行屈折率差を決定するパラメータであり、これが小さす
ぎると屈折率導波が不十分となり、非点収差が発生する
などの問題が生じ、一方大きすぎるとキンクが発生しや
すくなる等の問題が生ずるため、一定の範囲に制限され
る。
【０００４】Ｄが一定の場合、Ｗが小さいほど、前端面
の光密度が増大し、より低い光出力で光学的破壊が生じ
る、また長期信頼性が損なわれるという問題がある。逆
にＷが大きいほど、キンク発生光出力が減少する。なぜ
なら、キンクが発生する原因は、光強度が大きくなると
光強度のピーク部でキャリアが不足し、横方向のホール
バーニングが生じ、光強度分布とキャリア分布のピーク
が一致しなくなり、光強度分布が非対称となる、あるい
は高次モードが励起されるためであるが、Ｗが増大する
ほど、活性層内に於ける横方向のキャリアの拡散が、キ
ャリアの消費に追いつかなくなり、より低い光出力で前
述の横方向のホールバーニングが生じ易くなるためであ
る。
の光密度が増大し、より低い光出力で光学的破壊が生じ
る、また長期信頼性が損なわれるという問題がある。逆
にＷが大きいほど、キンク発生光出力が減少する。なぜ
なら、キンクが発生する原因は、光強度が大きくなると
光強度のピーク部でキャリアが不足し、横方向のホール
バーニングが生じ、光強度分布とキャリア分布のピーク
が一致しなくなり、光強度分布が非対称となる、あるい
は高次モードが励起されるためであるが、Ｗが増大する
ほど、活性層内に於ける横方向のキャリアの拡散が、キ
ャリアの消費に追いつかなくなり、より低い光出力で前
述の横方向のホールバーニングが生じ易くなるためであ
る。
【０００５】以上から、所望の光出力より十分大きいキ
ンク発生光出力を得るためにＷを小さくした場合、光学
的破壊レベルが減少し、長期信頼性が損なわれるという
問題があった。図５は従来構造の素子の、室温における
電流対光出力特性の一例である。光出力２００ｍＷ付近
で端面の光学的破壊が生じている。
ンク発生光出力を得るためにＷを小さくした場合、光学
的破壊レベルが減少し、長期信頼性が損なわれるという
問題があった。図５は従来構造の素子の、室温における
電流対光出力特性の一例である。光出力２００ｍＷ付近
で端面の光学的破壊が生じている。
【０００６】上記課題を解決する方法として、光導波路
層の幅を連続的に変化させ、共振器内部で狭く、前端面
で広くなるようなフレア型とすることが考案されてい
る。この場合、キンク光出力は共振器内部の狭い光導波
路層幅で、光学的破壊レベルは前端面の広い光導波路層
幅で決まるため、前述の従来構造に比べ、同一のキンク
発生光出力時に、より高い光学的破壊レベルが得られ
る。しかしこの場合、出射光の近視野像は横方向にのみ
拡大されるため、これに対応して遠視野像のアスペクト
比が大きくなり、光ファイバへの結合損が大きくなると
いう問題が生じる。
層の幅を連続的に変化させ、共振器内部で狭く、前端面
で広くなるようなフレア型とすることが考案されてい
る。この場合、キンク光出力は共振器内部の狭い光導波
路層幅で、光学的破壊レベルは前端面の広い光導波路層
幅で決まるため、前述の従来構造に比べ、同一のキンク
発生光出力時に、より高い光学的破壊レベルが得られ
る。しかしこの場合、出射光の近視野像は横方向にのみ
拡大されるため、これに対応して遠視野像のアスペクト
比が大きくなり、光ファイバへの結合損が大きくなると
いう問題が生じる。
【０００７】本発明の目的は、希土類添加光ファイバ増
幅器の励起光源として盛んに研究されているＩｎＧａＡ
ｓ歪量子井戸活性層を有するリッジ導波路型０.９８μ
ｍ 帯半導体レーザ等の、リッジ導波路型半導体レーザ
において、高いキンク発生光出力と高い光学的破壊レベ
ルを同時に得られ、且つ出射光の遠視野像のアスペクト
比を増大させることがないため光ファイバへの結合損が
増加しない素子構造とその製造方法を提供することにあ
る。
幅器の励起光源として盛んに研究されているＩｎＧａＡ
ｓ歪量子井戸活性層を有するリッジ導波路型０.９８μ
ｍ 帯半導体レーザ等の、リッジ導波路型半導体レーザ
において、高いキンク発生光出力と高い光学的破壊レベ
ルを同時に得られ、且つ出射光の遠視野像のアスペクト
比を増大させることがないため光ファイバへの結合損が
増加しない素子構造とその製造方法を提供することにあ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、リッジ導波路型半導体レーザにおいて、
光を基板に平行な方向に閉じ込める作用を有するストラ
イプ状の光導波路層の幅が、共振器内部では狭く、前端
面では広くなるようなフレア型であり、また厚さが、共
振器内部では厚く、前端面では薄くする構造を考案し
た。上記構造により、共振器内部では光導波路層の幅が
十分狭いために、所望のキンク発生光出力が得られ、ま
た十分な光閉じ込め係数が得られる。一方、前端面で
は、出射光の近視野像は、光導波路層の幅が広いため横
方向に拡大され、且つ、厚さが薄いため実行屈折率差が
小さくなり、縦方向にも拡大される。その結果、前端面
における光密度が減少し、光学的破壊レベルが増大す
る。同時に遠視野像のアスペクト比の増大を抑制、また
は逆に減少し得るために、光ファイバへの結合損を低減
することが可能である。
に、本発明は、リッジ導波路型半導体レーザにおいて、
光を基板に平行な方向に閉じ込める作用を有するストラ
イプ状の光導波路層の幅が、共振器内部では狭く、前端
面では広くなるようなフレア型であり、また厚さが、共
振器内部では厚く、前端面では薄くする構造を考案し
た。上記構造により、共振器内部では光導波路層の幅が
十分狭いために、所望のキンク発生光出力が得られ、ま
た十分な光閉じ込め係数が得られる。一方、前端面で
は、出射光の近視野像は、光導波路層の幅が広いため横
方向に拡大され、且つ、厚さが薄いため実行屈折率差が
小さくなり、縦方向にも拡大される。その結果、前端面
における光密度が減少し、光学的破壊レベルが増大す
る。同時に遠視野像のアスペクト比の増大を抑制、また
は逆に減少し得るために、光ファイバへの結合損を低減
することが可能である。
【０００９】さらに前記構造を実現するために、半導体
基板上に、活性層と上下のクラッド層からなるダブルヘ
テロ構造を結晶成長した後、ストライプ形状で、連続的
に幅が変化する開口部分を有する絶縁膜をマスクとし
て、開口部分にのみ、光導波路層，リッジ部を、順次結
晶成長することにより、開口部分の幅が広いほど、厚さ
が薄く、幅が広い光導波路層を形成し、光導波路層の幅
が両端面または片端面で最大、厚さが両端面または片端
面で最小となるように劈開する製造方法を考案した。
基板上に、活性層と上下のクラッド層からなるダブルヘ
テロ構造を結晶成長した後、ストライプ形状で、連続的
に幅が変化する開口部分を有する絶縁膜をマスクとし
て、開口部分にのみ、光導波路層，リッジ部を、順次結
晶成長することにより、開口部分の幅が広いほど、厚さ
が薄く、幅が広い光導波路層を形成し、光導波路層の幅
が両端面または片端面で最大、厚さが両端面または片端
面で最小となるように劈開する製造方法を考案した。
【００１０】
（実施例１）本発明の第１の実施例を図１を用いて説明
する。図１（Ａ）は本発明の第１の実施例の素子の上方
から見た平面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ′線
部の断面図、図１（Ｃ）は図１（Ａ）のＣ−Ｃ′線部の
断面図、図１（Ｄ）は図１（Ａ）のＤ−Ｄ′線部の断面
図である。
する。図１（Ａ）は本発明の第１の実施例の素子の上方
から見た平面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ′線
部の断面図、図１（Ｃ）は図１（Ａ）のＣ−Ｃ′線部の
断面図、図１（Ｄ）は図１（Ａ）のＤ−Ｄ′線部の断面
図である。
【００１１】先ず、素子の作製方法について述べる。
（１００）面を持つＳｉドープｎ型ＧａＡｓ基板１上に
ｎ型ＧａＡｓバッファ層，ｎ型ＩｎＧａＰクラッド層
２，２層のＩｎＧａＡｓ歪量子井戸層（膜厚７ｎｍ）と
３層のＧａＡｓ障壁層（膜厚８ｎｍ）が交互に積層して
なる歪量子井戸活性層３，ｐ型ＩｎＧａＰクラッド層４
を順次、有機金属気層成長法（ＭＯＣＶＤ法）により連
続成長させる。
（１００）面を持つＳｉドープｎ型ＧａＡｓ基板１上に
ｎ型ＧａＡｓバッファ層，ｎ型ＩｎＧａＰクラッド層
２，２層のＩｎＧａＡｓ歪量子井戸層（膜厚７ｎｍ）と
３層のＧａＡｓ障壁層（膜厚８ｎｍ）が交互に積層して
なる歪量子井戸活性層３，ｐ型ＩｎＧａＰクラッド層４
を順次、有機金属気層成長法（ＭＯＣＶＤ法）により連
続成長させる。
【００１２】次に、通常のＣＶＤ工程と通常のホトエッ
チング工程により、９００μｍ周期で開口部の幅が２μ
ｍから８μｍまで指数関数的に増大，減少を繰り返して
いるＳｉＯ2 またはＳｉＮx 等の絶縁物からなる選択成
長マスク９を形成し、その開口部にのみｐ型ＧａＡｓ光
導波路層５，ｐ型ＩｎＧａＰクラッド層６，ｐ型ＩｎＧ
ａＰコンタクト層を順次、有機金属気層成長法（ＭＯＣ
ＶＤ法）により連続成長させる。
チング工程により、９００μｍ周期で開口部の幅が２μ
ｍから８μｍまで指数関数的に増大，減少を繰り返して
いるＳｉＯ2 またはＳｉＮx 等の絶縁物からなる選択成
長マスク９を形成し、その開口部にのみｐ型ＧａＡｓ光
導波路層５，ｐ型ＩｎＧａＰクラッド層６，ｐ型ＩｎＧ
ａＰコンタクト層を順次、有機金属気層成長法（ＭＯＣ
ＶＤ法）により連続成長させる。
【００１３】この際、開口部における各層の成長速度
は、開口部の幅が広くなるほど減少し、両者はおよそ反
比例する傾向にある。そこでｐ型ＧａＡｓ光導波路層５
の厚さが、開口部の幅が２μｍの部分では２０ｎｍ，８
μｍの部分では５ｎｍとなるように成長条件を制御す
る。
は、開口部の幅が広くなるほど減少し、両者はおよそ反
比例する傾向にある。そこでｐ型ＧａＡｓ光導波路層５
の厚さが、開口部の幅が２μｍの部分では２０ｎｍ，８
μｍの部分では５ｎｍとなるように成長条件を制御す
る。
【００１４】次にｐ型電極７（Ｃｒ／Ａｕ，Ｔｉ／Ｐｔ
／Ａｕ等），ｎ型電極８（AuGeNi／Ｃｒ／Ａｕ等）を蒸
着形成する。次に９００μｍ間隔で劈開し、共振器長９
００μｍの半導体レーザ素子を得る。この際、ｐ型Ｇａ
Ａｓ光導波路層５の幅が、素子前端面では最大の８μ
ｍ、素子後端面では最小の２μｍとなるように劈開位置
を制御する。これにより、素子後端面から中央付近まで
はｐ型ＧａＡｓ光導波路層５の幅が２μｍ程度，厚さが
２０ｎｍ程度，一方素子前端面ではｐ型ＧａＡｓ光導波
路層５の幅が８μｍ，厚さが５ｎｍであるリッジ導波路
型半導体レーザが得られる。
／Ａｕ等），ｎ型電極８（AuGeNi／Ｃｒ／Ａｕ等）を蒸
着形成する。次に９００μｍ間隔で劈開し、共振器長９
００μｍの半導体レーザ素子を得る。この際、ｐ型Ｇａ
Ａｓ光導波路層５の幅が、素子前端面では最大の８μ
ｍ、素子後端面では最小の２μｍとなるように劈開位置
を制御する。これにより、素子後端面から中央付近まで
はｐ型ＧａＡｓ光導波路層５の幅が２μｍ程度，厚さが
２０ｎｍ程度，一方素子前端面ではｐ型ＧａＡｓ光導波
路層５の幅が８μｍ，厚さが５ｎｍであるリッジ導波路
型半導体レーザが得られる。
【００１５】次に、素子の前端面にλ／４（λ：発振波
長）の厚さのＳｉＯ2 低反射膜を、素子の後端面にλ／
４（λ：発振波長）の厚さのＳｉＯ2 とａ−Ｓｉの６層
膜からなる高反射膜を形成した。その後、ｎ型電極８が
ヒートシンクに接する向きにＡｕＳｎ半田により半田接
合した。
長）の厚さのＳｉＯ2 低反射膜を、素子の後端面にλ／
４（λ：発振波長）の厚さのＳｉＯ2 とａ−Ｓｉの６層
膜からなる高反射膜を形成した。その後、ｎ型電極８が
ヒートシンクに接する向きにＡｕＳｎ半田により半田接
合した。
【００１６】試作した素子は、閾値電流２５ｍＡで室温
連続発振し、発振波長は９８０ｎｍであった。キンク発
生光出力は、素子内部のｐ型ＧａＡｓ光導波路層５の幅
が２μｍ程度と狭いため、室温で３００ｍＷ以上あり、
この範囲で安定な単一横モード発振した。
連続発振し、発振波長は９８０ｎｍであった。キンク発
生光出力は、素子内部のｐ型ＧａＡｓ光導波路層５の幅
が２μｍ程度と狭いため、室温で３００ｍＷ以上あり、
この範囲で安定な単一横モード発振した。
【００１７】図２（Ａ）は第１の従来構造素子の上方か
ら見た平面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＢ−Ｂ′線部
の断面図であり、素子全長に渡ってｐ型ＧａＡｓ光導波
路層２１の幅が２μｍ（一定），厚さが２０ｎｍ（一
定）である。図５は第１の従来構造素子の電流対光出力
特性の一例(室温：２５℃)である。光出力２００ｍＷ付
近で端面の光学的破壊が生じるという問題があった。
ら見た平面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＢ−Ｂ′線部
の断面図であり、素子全長に渡ってｐ型ＧａＡｓ光導波
路層２１の幅が２μｍ（一定），厚さが２０ｎｍ（一
定）である。図５は第１の従来構造素子の電流対光出力
特性の一例(室温：２５℃)である。光出力２００ｍＷ付
近で端面の光学的破壊が生じるという問題があった。
【００１８】図３（Ａ）は第２の従来構造素子の上方か
ら見た平面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＢ−Ｂ′線部
の断面図、図３（Ｃ）は図３（Ａ）のＣ−Ｃ′線部の断
面図、図３（Ｄ）は図３（Ａ）のＤ−Ｄ′線部の断面図
である。ｐ型ＧａＡｓ光導波路層３１の幅が素子後端面
から中央付近までは２μｍ程度、素子前端面では８μｍ
まで拡大されているが、その厚さは２０ｎｍ（一定）で
ある。第２の従来構造素子では、出射光の近視野像が横
方向のみ拡大されるため、前端面での光密度が減少し、
光学的破壊レベルは３００ｍＷ程度に増大するが、出射
光の遠視野像の拡がり角が、縦方向２７度，横方向６度
程度であり、アスペクト比が４.５ と大きく、光ファイ
バへの結合損が増加するという問題があった。
ら見た平面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＢ−Ｂ′線部
の断面図、図３（Ｃ）は図３（Ａ）のＣ−Ｃ′線部の断
面図、図３（Ｄ）は図３（Ａ）のＤ−Ｄ′線部の断面図
である。ｐ型ＧａＡｓ光導波路層３１の幅が素子後端面
から中央付近までは２μｍ程度、素子前端面では８μｍ
まで拡大されているが、その厚さは２０ｎｍ（一定）で
ある。第２の従来構造素子では、出射光の近視野像が横
方向のみ拡大されるため、前端面での光密度が減少し、
光学的破壊レベルは３００ｍＷ程度に増大するが、出射
光の遠視野像の拡がり角が、縦方向２７度，横方向６度
程度であり、アスペクト比が４.５ と大きく、光ファイ
バへの結合損が増加するという問題があった。
【００１９】これらに対し、本実施例の素子では、前端
面での光閉じ込め係数が素子内部より小さく、且つ出射
光の近視野像が横方向のみならず縦方向にも拡大される
ため、前端面での光密度がより減少し、高い光学的破壊
レベルが得られる。
面での光閉じ込め係数が素子内部より小さく、且つ出射
光の近視野像が横方向のみならず縦方向にも拡大される
ため、前端面での光密度がより減少し、高い光学的破壊
レベルが得られる。
【００２０】図６は本発明の第１の実施例の素子の電流
対光出力特性の一例(室温：２５℃)である。５００ｍＷ
まで端面の光学的破壊が発生しなかった。さらに遠視野
像の拡がり角が、縦方向２２度，横方向６度程度と、両
方向とも減少し、アスペクト比が３〜４と減少し、光フ
ァイバへの結合損は、非球面レンズと屈折率分布レンズ
から構成した軸対称な光学系を用いた場合には２ｄＢ以
下、さらにシリンドリカルレンズを挿入しアスペクト比
を１／３に圧縮する光学系を用いた場合には１ｄＢ程度
まで低減できた。３０素子について環境温度５０℃，１
５０ｍＷ定光出力連続動作させたところ、突然劣化する
ことなく、５０万時間以上の平均推定寿命が得られた。
対光出力特性の一例(室温：２５℃)である。５００ｍＷ
まで端面の光学的破壊が発生しなかった。さらに遠視野
像の拡がり角が、縦方向２２度，横方向６度程度と、両
方向とも減少し、アスペクト比が３〜４と減少し、光フ
ァイバへの結合損は、非球面レンズと屈折率分布レンズ
から構成した軸対称な光学系を用いた場合には２ｄＢ以
下、さらにシリンドリカルレンズを挿入しアスペクト比
を１／３に圧縮する光学系を用いた場合には１ｄＢ程度
まで低減できた。３０素子について環境温度５０℃，１
５０ｍＷ定光出力連続動作させたところ、突然劣化する
ことなく、５０万時間以上の平均推定寿命が得られた。
【００２１】（実施例２）本発明の第２の実施例を図４
を用いて説明する。図４（Ａ）は本発明の第２の実施例
の素子の上方から見た平面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）
のＢ−Ｂ′線部の断面図、図４（Ｃ）は図４（Ａ）のＣ
−Ｃ′線部の断面図、図４（Ｄ）は図４（Ａ）のＤ−
Ｄ′線部の断面図である。
を用いて説明する。図４（Ａ）は本発明の第２の実施例
の素子の上方から見た平面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）
のＢ−Ｂ′線部の断面図、図４（Ｃ）は図４（Ａ）のＣ
−Ｃ′線部の断面図、図４（Ｄ）は図４（Ａ）のＤ−
Ｄ′線部の断面図である。
【００２２】先ず、素子の作製方法について述べる。
（１００）面を持つＳｉドープｎ型ＧａＡｓ基板１上に
ｎ型ＧａＡｓバッファ層，ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
４１，２層のＩｎＧａＡｓ歪量子井戸層（膜厚７ｎｍ）
と３層のＧａＡｓ障壁層（膜厚８ｎｍ）が交互に積層し
てなる歪量子井戸活性層４２，ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッ
ド層４３を順次、有機金属気層成長法（ＭＯＣＶＤ法）
により連続成長させる。
（１００）面を持つＳｉドープｎ型ＧａＡｓ基板１上に
ｎ型ＧａＡｓバッファ層，ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
４１，２層のＩｎＧａＡｓ歪量子井戸層（膜厚７ｎｍ）
と３層のＧａＡｓ障壁層（膜厚８ｎｍ）が交互に積層し
てなる歪量子井戸活性層４２，ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッ
ド層４３を順次、有機金属気層成長法（ＭＯＣＶＤ法）
により連続成長させる。
【００２３】次に、第１の実施例と同様の方法にて同一
のＳｉＯ2 またはＳｉＮx 等の絶縁物からなる選択成長
マスク９を形成し、その開口部にのみｐ型ＧａＡｓ光導
波路層４４，ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４５，ｐ型Ｇ
ａＡｓコンタクト層を順次、塩素ガス添加条件下で有機
金属気層成長法（ＭＯＣＶＤ法）により連続成長させ
る。第１の実施例と同様、開口部における各層の成長速
度は、開口部の幅が広くなるほど減少する。ｐ型ＧａＡ
ｓ光導波路層４４の厚さが、開口部の幅が２μｍの部分
では２０ｎｍ，８μｍの部分では５ｎｍとなるように成
長条件を制御する。
のＳｉＯ2 またはＳｉＮx 等の絶縁物からなる選択成長
マスク９を形成し、その開口部にのみｐ型ＧａＡｓ光導
波路層４４，ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４５，ｐ型Ｇ
ａＡｓコンタクト層を順次、塩素ガス添加条件下で有機
金属気層成長法（ＭＯＣＶＤ法）により連続成長させ
る。第１の実施例と同様、開口部における各層の成長速
度は、開口部の幅が広くなるほど減少する。ｐ型ＧａＡ
ｓ光導波路層４４の厚さが、開口部の幅が２μｍの部分
では２０ｎｍ，８μｍの部分では５ｎｍとなるように成
長条件を制御する。
【００２４】次にｐ型電極７（Ｃｒ／Ａｕ，Ｔｉ／Ｐｔ
／Ａｕ等），ｎ型電極８（AuGeNi／Ｃｒ／Ａｕ等）を蒸
着形成する。次に第１の実施例と同様の方法にて劈開
し、共振器長９００μｍの半導体レーザ素子を得る。こ
れにより、素子後端面から中央付近まではｐ型ＧａＡｓ
光導波路層４４の幅が２μｍ程度，厚さが２０ｎｍ程
度、一方素子前端面ではｐ型ＧａＡｓ光導波路層４４の
幅が８μｍ，厚さが５ｎｍであるリッジ導波路型半導体
レーザが得られる。
／Ａｕ等），ｎ型電極８（AuGeNi／Ｃｒ／Ａｕ等）を蒸
着形成する。次に第１の実施例と同様の方法にて劈開
し、共振器長９００μｍの半導体レーザ素子を得る。こ
れにより、素子後端面から中央付近まではｐ型ＧａＡｓ
光導波路層４４の幅が２μｍ程度，厚さが２０ｎｍ程
度、一方素子前端面ではｐ型ＧａＡｓ光導波路層４４の
幅が８μｍ，厚さが５ｎｍであるリッジ導波路型半導体
レーザが得られる。
【００２５】次に、素子の前端面にλ／４（λ：発振波
長）の厚さのＳｉＯ2 低反射膜を、素子の後端面にλ／
４（λ：発振波長）の厚さのＳｉＯ2 とａ−Ｓｉの６層
膜からなる高反射膜を形成した。その後、ｎ型電極８が
ヒートシンクに接する向きにＡｕＳｎ半田により半田接
合した。
長）の厚さのＳｉＯ2 低反射膜を、素子の後端面にλ／
４（λ：発振波長）の厚さのＳｉＯ2 とａ−Ｓｉの６層
膜からなる高反射膜を形成した。その後、ｎ型電極８が
ヒートシンクに接する向きにＡｕＳｎ半田により半田接
合した。
【００２６】試作した素子は、閾値電流２５ｍＡで室温
連続発振し、発振波長は９８０ｎｍであった。第１の実
施例と同様、キンク発生光出力は、素子内部のｐ型Ｇａ
Ａｓ光導波路層４４の幅が２μｍ程度と狭いため、室温
で３００ｍＷ以上あり、この範囲で安定な単一横モード
発振した。また前端面での光閉じ込め係数が素子内部よ
り小さく、且つ出射光の近視野像が横方向のみならず縦
方向にも拡大されるため、前端面での光密度がより減少
し、６００ｍＷ以上の光学的破壊レベルが得られた。さ
らに遠視野像の拡がり角が、縦方向，横方向とも減少す
るため、アスペクト比が３〜４と減少し、ファイバへの
結合損は、第１の実施例と同程度に低減できた。３０素
子について環境温度５０℃，１５０ｍＷ定光出力連続動
作させたところ、突然劣化することなく、５０万時間以
上の平均推定寿命が得られた。
連続発振し、発振波長は９８０ｎｍであった。第１の実
施例と同様、キンク発生光出力は、素子内部のｐ型Ｇａ
Ａｓ光導波路層４４の幅が２μｍ程度と狭いため、室温
で３００ｍＷ以上あり、この範囲で安定な単一横モード
発振した。また前端面での光閉じ込め係数が素子内部よ
り小さく、且つ出射光の近視野像が横方向のみならず縦
方向にも拡大されるため、前端面での光密度がより減少
し、６００ｍＷ以上の光学的破壊レベルが得られた。さ
らに遠視野像の拡がり角が、縦方向，横方向とも減少す
るため、アスペクト比が３〜４と減少し、ファイバへの
結合損は、第１の実施例と同程度に低減できた。３０素
子について環境温度５０℃，１５０ｍＷ定光出力連続動
作させたところ、突然劣化することなく、５０万時間以
上の平均推定寿命が得られた。
【００２７】
【発明の効果】本発明により、リッジ導波路型半導体レ
ーザにおいて、所望のキンク発生光出力を保ちながら、
使用条件より十分高い光学的破壊レベルが得られ、且つ
光ファイバとの光結合が容易となる。この結果、特に希
土類添加光ファイバ増幅器の励起光源として要求される
ファイバ光出力より、十分高い光学的破壊レベルを持
ち、十分高い光出力において安定な単一横モードで発振
するため、希土類添加光ファイバ増幅器の利得を一定に
制御する（ＡＧＣ）、または出力を一定に制御する（Ａ
ＰＣ）ことが可能である励起光源モジュールを実現し
た。これを使用した希土類添加光ファイバ増幅器によ
り、広帯域長距離伝送光通信ネットワークを実現するこ
とが可能となった。
ーザにおいて、所望のキンク発生光出力を保ちながら、
使用条件より十分高い光学的破壊レベルが得られ、且つ
光ファイバとの光結合が容易となる。この結果、特に希
土類添加光ファイバ増幅器の励起光源として要求される
ファイバ光出力より、十分高い光学的破壊レベルを持
ち、十分高い光出力において安定な単一横モードで発振
するため、希土類添加光ファイバ増幅器の利得を一定に
制御する（ＡＧＣ）、または出力を一定に制御する（Ａ
ＰＣ）ことが可能である励起光源モジュールを実現し
た。これを使用した希土類添加光ファイバ増幅器によ
り、広帯域長距離伝送光通信ネットワークを実現するこ
とが可能となった。
【図１】本発明の第１の実施例の素子の説明図。
【図２】第１の従来構造素子の説明図。
【図３】第２の従来構造素子の説明図。
【図４】本発明の第２の実施例の素子の説明図。
【図５】第１の従来構造素子の電流対光出力特性図。
【図６】本発明の第１の実施例の素子の電流対光出力特
性図。
性図。
１…ｎ型ＧａＡｓ基板、２…ｎ型ＩｎＧａＰクラッド
層、３…歪量子井戸活性層、４…ｐ型ＩｎＧａＰクラッ
ド層、５…ｐ型ＧａＡｓ光導波路層、６…ｐ型ＩｎＧａ
Ｐクラッド層、７…ｐ型電極、８…ｎ型電極、９…選択
成長マスク。
層、３…歪量子井戸活性層、４…ｐ型ＩｎＧａＰクラッ
ド層、５…ｐ型ＧａＡｓ光導波路層、６…ｐ型ＩｎＧａ
Ｐクラッド層、７…ｐ型電極、８…ｎ型電極、９…選択
成長マスク。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 紀川 健 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 藤崎 寿美子 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 青木 雅博 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (11)
- 【請求項１】半導体基板上に、光を発生する活性層と活
性層を上下から挟み光を基板に垂直な方向に閉じ込める
クラッド層からなるダブルヘテロ構造、活性層にキャリ
アを注入できる少なくとも一対の電極、発生した光から
レーザ光を得るための共振器構造を有し、前記ダブルヘ
テロ構造の上部に、周囲よりも屈折率が高く、光を基板
に平行な方向に閉じ込めるためのストライプ状の光導波
路層，導波路層の上部に、基板と反対の極性の電極から
注入されたキャリアを活性層に導くリッジ部を含む半導
体レーザにおいて、前記光導波路層の幅が光伝搬方向に
沿って連続的に変化しており、両端面または片端面で最
大であり、前記光導波路層の厚さが光伝搬方向に沿って
連続的に変化しており、両端面または片端面で最小であ
ることを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項２】請求項１において、前記リッジ部の側面
が、前記リッジ部と極性が異なる電流ブロック層により
埋め込まれている半導体レーザ。 - 【請求項３】請求項１または２において、前記半導体基
板の極性がｎ型である半導体レーザ。 - 【請求項４】請求項１，２または３において、前記半導
体基板がＧａＡｓである半導体レーザ。 - 【請求項５】請求項４において、前記活性層が、膜厚が
電子のドブロイ波長以下のInGaAs量子井戸層を少なくと
も１層含む半導体レーザ。 - 【請求項６】請求項５において、レーザ発振波長が０.
９μｍ以上，１.１μｍ以下である半導体レーザ。 - 【請求項７】請求項５または６において、前記クラッド
層，前記リッジ部が、ＧａＡｓに格子整合するＩｎＧａ
Ｐである半導体レーザ。 - 【請求項８】請求項５または６において、前記クラッド
層，前記リッジ部が、ＧａＡｓに格子整合するＡｌＧａ
Ａｓである半導体レーザ。 - 【請求項９】半導体基板上に、少なくとも、光を発生す
る活性層と活性層を上下から挟み光を基板に垂直な方向
に閉じ込めるクラッド層からなるダブルヘテロ構造を結
晶成長する工程、前記ダブルヘテロ構造上に、ストライ
プ形状で、連続的に幅が変化する開口部分を有する絶縁
膜を蒸着する工程、前記絶縁膜の開口部分にのみ、前記
開口部分の幅に応じて厚さが変化する、周囲よりも屈折
率が高く、光を基板に平行な方向に閉じ込めるためのス
トライプ状の光導波路層、及び基板と反対の極性の電極
から注入されたキャリアを活性層に導くリッジ部を順次
結晶成長する工程、活性層にキャリアを注入できる少な
くとも一対の電極を形成する工程、前記光導波路層の幅
が両端面または片端面で最大となるように劈開する工
程、をこの順に包含することを特徴とする半導体レーザ
の製造方法。 - 【請求項１０】請求項１乃至８の何れかに記載の半導体
レーザ，光ファイバ、及び前記半導体レーザからのレー
ザ光を前記光ファイバに入力する光学的手段を内蔵した
光モジュール。 - 【請求項１１】請求項１０に記載の前記光モジュールを
励起光源として用いた光ファイバ増幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4036597A JPH10242561A (ja) | 1997-02-25 | 1997-02-25 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4036597A JPH10242561A (ja) | 1997-02-25 | 1997-02-25 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10242561A true JPH10242561A (ja) | 1998-09-11 |
Family
ID=12578623
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4036597A Withdrawn JPH10242561A (ja) | 1997-02-25 | 1997-02-25 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10242561A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000312052A (ja) * | 1999-02-23 | 2000-11-07 | Mitsubishi Chemicals Corp | 半導体光デバイス装置 |
| JP2001358405A (ja) * | 2000-06-14 | 2001-12-26 | Nec Corp | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
| WO2009141933A1 (ja) * | 2008-05-19 | 2009-11-26 | パナソニック株式会社 | 窒化物半導体レーザ |
| JP4860628B2 (ja) * | 2005-09-30 | 2012-01-25 | アンリツ株式会社 | 半導体光素子および半導体光素子を搭載した外部共振レーザ |
| JP2015138894A (ja) * | 2014-01-23 | 2015-07-30 | 富士通株式会社 | 光半導体素子及びその製造方法 |
-
1997
- 1997-02-25 JP JP4036597A patent/JPH10242561A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000312052A (ja) * | 1999-02-23 | 2000-11-07 | Mitsubishi Chemicals Corp | 半導体光デバイス装置 |
| JP2001358405A (ja) * | 2000-06-14 | 2001-12-26 | Nec Corp | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
| JP4860628B2 (ja) * | 2005-09-30 | 2012-01-25 | アンリツ株式会社 | 半導体光素子および半導体光素子を搭載した外部共振レーザ |
| WO2009141933A1 (ja) * | 2008-05-19 | 2009-11-26 | パナソニック株式会社 | 窒化物半導体レーザ |
| JP2009283512A (ja) * | 2008-05-19 | 2009-12-03 | Panasonic Corp | 窒化物半導体レーザ |
| JP2015138894A (ja) * | 2014-01-23 | 2015-07-30 | 富士通株式会社 | 光半導体素子及びその製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040511 |