JPS6328520B2 - - Google Patents
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- JPS6328520B2 JPS6328520B2 JP56209607A JP20960781A JPS6328520B2 JP S6328520 B2 JPS6328520 B2 JP S6328520B2 JP 56209607 A JP56209607 A JP 56209607A JP 20960781 A JP20960781 A JP 20960781A JP S6328520 B2 JPS6328520 B2 JP S6328520B2
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
- H01S5/125—Distributed Bragg reflector [DBR] lasers
-
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S5/1028—Coupling to elements in the cavity, e.g. coupling to waveguides adjacent the active region, e.g. forward coupled [DFC] structures
- H01S5/1032—Coupling to elements comprising an optical axis that is not aligned with the optical axis of the active region
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-
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- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
- H01S5/2275—Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体レーザに係り、特に集積レーザ
に不可欠な活性層と導波路層間において、高い結
合効率を与える構造を提供するものである。
に不可欠な活性層と導波路層間において、高い結
合効率を与える構造を提供するものである。
同一基板上に、半導体レーザなどの光素子を複
数個集積化させるためには、光活性素子に低損失
な導波路が結合した構造を成していることが必須
であり、これらの素子を高性能で動作させるため
には、活性層と導波路の結合が十分大きいことが
重要である。これまで、このような集積レーザを
目的とし、活性層と導波路層の高結合化を目指し
た構造の１つとして、図１に示したテーパ結合が
ある。図において、１は1nPの如き半導体基板、
２は導波路層、３は活性層、４はクラツド層、６
はキヤツプ層である。光は領域Ａにおいて発生せ
しめられて領域Ｃに結合されるが、上記領域Ａ，
Ｃ間の領域Ｂにおいて、活性層の層厚が一様に変
化するテーパ領域を有している。図２に図１の
―ａ断面及び光分布を示すが如く、領域Ａにお
ける光分布に散乱が生じないように、テーパ領域
において光分布を一様にかつ徐々に変化させて領
域Ｃにおける光分布に一致させて高結合を図ろう
というものであり、通常90％程度の高い結合効率
が得られるという利点を有している。しかし、上
記テーパ結合構造は、徐々に活性層３の厚みを変
化させる必要があり、多くは液相成長により作製
されるが、作製するためには装置に特別な工夫を
必要とし、かつ、作製されたテーパの形状の再現
性に問題があつた。すなわち、液相成長によるテ
ーパ領域の作製方法は図３に示すごとく導波路層
２の上に活性層３を成長する際に黒鉛ボート９中
のメルト７が遮へい板８の下から流出して成長す
ることを利用している。従つて、メルト７の温度
や粘度に応じて遮へい板８の設定高ｈを調整しな
ければならず、この作業が困難なためテーパ形状
の再現性に問題を残していた。さらに、図３から
わかるように、テーパ領域Ｂと領域Ａの成長のた
めの雰囲気が大きく異なるため、それぞれの組成
が異なつてしまうという欠点を有していた。
数個集積化させるためには、光活性素子に低損失
な導波路が結合した構造を成していることが必須
であり、これらの素子を高性能で動作させるため
には、活性層と導波路の結合が十分大きいことが
重要である。これまで、このような集積レーザを
目的とし、活性層と導波路層の高結合化を目指し
た構造の１つとして、図１に示したテーパ結合が
ある。図において、１は1nPの如き半導体基板、
２は導波路層、３は活性層、４はクラツド層、６
はキヤツプ層である。光は領域Ａにおいて発生せ
しめられて領域Ｃに結合されるが、上記領域Ａ，
Ｃ間の領域Ｂにおいて、活性層の層厚が一様に変
化するテーパ領域を有している。図２に図１の
―ａ断面及び光分布を示すが如く、領域Ａにお
ける光分布に散乱が生じないように、テーパ領域
において光分布を一様にかつ徐々に変化させて領
域Ｃにおける光分布に一致させて高結合を図ろう
というものであり、通常90％程度の高い結合効率
が得られるという利点を有している。しかし、上
記テーパ結合構造は、徐々に活性層３の厚みを変
化させる必要があり、多くは液相成長により作製
されるが、作製するためには装置に特別な工夫を
必要とし、かつ、作製されたテーパの形状の再現
性に問題があつた。すなわち、液相成長によるテ
ーパ領域の作製方法は図３に示すごとく導波路層
２の上に活性層３を成長する際に黒鉛ボート９中
のメルト７が遮へい板８の下から流出して成長す
ることを利用している。従つて、メルト７の温度
や粘度に応じて遮へい板８の設定高ｈを調整しな
ければならず、この作業が困難なためテーパ形状
の再現性に問題を残していた。さらに、図３から
わかるように、テーパ領域Ｂと領域Ａの成長のた
めの雰囲気が大きく異なるため、それぞれの組成
が異なつてしまうという欠点を有していた。
本発明は、上述した従来技術の欠点を改善する
もので、活性層厚を変化させるのではなく、活性
層幅を変化させることによりテーパ領域を形成
し、高い結合効率を得ることができかつ平面プロ
セスにより作製できる構造を有する半導体レーザ
を提供するものである。
もので、活性層厚を変化させるのではなく、活性
層幅を変化させることによりテーパ領域を形成
し、高い結合効率を得ることができかつ平面プロ
セスにより作製できる構造を有する半導体レーザ
を提供するものである。
以下、図面により本発明を詳細に説明する。
GaInAsP結晶を用いた本発明の実施例の斜視
図を図４ａに、その―ａ断面図を図４ｂに、
また、ストライプ部分を露出させたときの上面図
を図４ｃに各々示す。図において、１１はｎ型
InP基板、１２はｎ型GauIn1―uAsvP1―vから成
る導波路層、１３はアンドーブGaxIn1―xAsy
P1―yから成る活性層、１４はｐ型InPクラツド
層、１５はｐ型InP埋め込み層、１６はｐ型
GaInAsPから成るキヤツプ層であり、導波路層
１２と活性層１３とはｘ＞ｕ，ｙ＞ｖなる関係を
持つ。なお、図には他端は明示していないが、図
示したと同じ構成もしくは、へき開面であつても
よく、どのような素子を結合するかによつて決定
される。これらの半導体層は液相エピタキシヤル
法，気相エピタキシヤル法，分子線エピタキシヤ
ル法などにより形成することができる。１７及び
１８は各々ｐ側及びｎ側の電極である。ここに、
領域Ａは幅が一定なストライブ状活性層１３と導
波路層１２からなり、領域Ｃはストライプ状導波
路１２のみから成り、また、領域Ｂは本発明の特
徴である活性層１３の幅が連続的に変化するテー
パ領域である。領域Ａで発生した光は、該領域Ａ
の屈折率分布で決まる固有の光分布を有するが、
光がＺ方向に伝搬する際、領域Ｂにおいて活性層
幅が一様に減少するため、上記光分布はほとんど
散乱されることなく一様に変形し、領域Ｃと領域
Ｂの境界においては、上記変形した光分布は領域
Ｃに固有の光分布に一致して領域Ｃ内を伝搬す
る。すなわち、テーパ領域Ｂにおける光の散乱は
極めて小さいため、高い効率で光を領域Ａから領
域Ｃに結合させることができる。上記はＺ方向に
光が伝搬する例について述べたが、一Ｚ方向、す
なわち光が領域Ｃから領域Ａに伝搬する場合も同
様である。
図を図４ａに、その―ａ断面図を図４ｂに、
また、ストライプ部分を露出させたときの上面図
を図４ｃに各々示す。図において、１１はｎ型
InP基板、１２はｎ型GauIn1―uAsvP1―vから成
る導波路層、１３はアンドーブGaxIn1―xAsy
P1―yから成る活性層、１４はｐ型InPクラツド
層、１５はｐ型InP埋め込み層、１６はｐ型
GaInAsPから成るキヤツプ層であり、導波路層
１２と活性層１３とはｘ＞ｕ，ｙ＞ｖなる関係を
持つ。なお、図には他端は明示していないが、図
示したと同じ構成もしくは、へき開面であつても
よく、どのような素子を結合するかによつて決定
される。これらの半導体層は液相エピタキシヤル
法，気相エピタキシヤル法，分子線エピタキシヤ
ル法などにより形成することができる。１７及び
１８は各々ｐ側及びｎ側の電極である。ここに、
領域Ａは幅が一定なストライブ状活性層１３と導
波路層１２からなり、領域Ｃはストライプ状導波
路１２のみから成り、また、領域Ｂは本発明の特
徴である活性層１３の幅が連続的に変化するテー
パ領域である。領域Ａで発生した光は、該領域Ａ
の屈折率分布で決まる固有の光分布を有するが、
光がＺ方向に伝搬する際、領域Ｂにおいて活性層
幅が一様に減少するため、上記光分布はほとんど
散乱されることなく一様に変形し、領域Ｃと領域
Ｂの境界においては、上記変形した光分布は領域
Ｃに固有の光分布に一致して領域Ｃ内を伝搬す
る。すなわち、テーパ領域Ｂにおける光の散乱は
極めて小さいため、高い効率で光を領域Ａから領
域Ｃに結合させることができる。上記はＺ方向に
光が伝搬する例について述べたが、一Ｚ方向、す
なわち光が領域Ｃから領域Ａに伝搬する場合も同
様である。
図５に光が伝搬する様子を示す。図5bは光結
合部分の拡大図であり、―，―，―
，―，―は切断面を示し、図５ａに各
切断面に対応してその断面，，，，と
光分布とを示している。光閉込め効果は層の屈折
率と断面積とにより決まる。活性層１３の有する
屈折率は導波路層１２の屈折率より大きい。従つ
て、断面―の位置においては光は主として活
性層１３内に閉込められているが、活性層１３の
断面積が小さくなるのに従つて、光は導波路層１
２内に閉込められる量が多くなり、断面―の
位置においては領域Ｃ固有の光分布となつてい
る。
合部分の拡大図であり、―，―，―
，―，―は切断面を示し、図５ａに各
切断面に対応してその断面，，，，と
光分布とを示している。光閉込め効果は層の屈折
率と断面積とにより決まる。活性層１３の有する
屈折率は導波路層１２の屈折率より大きい。従つ
て、断面―の位置においては光は主として活
性層１３内に閉込められているが、活性層１３の
断面積が小さくなるのに従つて、光は導波路層１
２内に閉込められる量が多くなり、断面―の
位置においては領域Ｃ固有の光分布となつてい
る。
なお、図４においてテーパ領域Ｂの具体的な形
状寸法例として、導波路層１２が2μm程度テーパ
領域Ｂの長さは50μm程度であるとき、テーパ部
の先端は0.5μm以下において本発明の効果が顕著
である。
状寸法例として、導波路層１２が2μm程度テーパ
領域Ｂの長さは50μm程度であるとき、テーパ部
の先端は0.5μm以下において本発明の効果が顕著
である。
図４の実施例の作製行程の一例を図６に示す。
ウエハは２回の結晶成長により作製される。ま
ず、第１回目の成長により、InP基板１１上に導
波路層１２、活性層１３，InPクラツド層１４を
順次成長する〔図６ａ〕。次に、テーパ状を有す
るくさび形のストライプが残るようにクラツド層
１４と活性層１３をエツチングにより除去する
〔図６ｂ〕。さらに、上記くさび形ストライプに重
畳するように再度直線状ストライプマスクをほど
こし、、InP基板１までエツチングを行なう〔図
６ｃ〕。次に、第２回目の成長によりテーパ形状
を有するストライプをInPにより完全に埋め込む
〔図６ｄ〕。このように、活性層１３の幅をテーパ
状にすることは、図１に示したように活性層厚を
テーパ状にするのと比べて、結晶成長装置に特別
な工夫なしに平面プロセス行程で作製が可能であ
り、その形状も再現性よく作製することができ
る。
ウエハは２回の結晶成長により作製される。ま
ず、第１回目の成長により、InP基板１１上に導
波路層１２、活性層１３，InPクラツド層１４を
順次成長する〔図６ａ〕。次に、テーパ状を有す
るくさび形のストライプが残るようにクラツド層
１４と活性層１３をエツチングにより除去する
〔図６ｂ〕。さらに、上記くさび形ストライプに重
畳するように再度直線状ストライプマスクをほど
こし、、InP基板１までエツチングを行なう〔図
６ｃ〕。次に、第２回目の成長によりテーパ形状
を有するストライプをInPにより完全に埋め込む
〔図６ｄ〕。このように、活性層１３の幅をテーパ
状にすることは、図１に示したように活性層厚を
テーパ状にするのと比べて、結晶成長装置に特別
な工夫なしに平面プロセス行程で作製が可能であ
り、その形状も再現性よく作製することができ
る。
なお、共振器としては、、図７ａに示した領域
Ａに周期的な凹凸１９を設けたDFB（分布帰還）
型、もしくは、図７ｂに示した双対する領域Ｃに
周期的凹凸１９を設けたDBR（分布反射）型とす
ることにより実現することができる。
Ａに周期的な凹凸１９を設けたDFB（分布帰還）
型、もしくは、図７ｂに示した双対する領域Ｃに
周期的凹凸１９を設けたDBR（分布反射）型とす
ることにより実現することができる。
上記の実施例は、活性層１３と導波路層１２が
直接接合した構造を用いて示したが、活性層１３
と導波路層１２間にInPなどの低屈折率の層が介
在する構造などにも適用が可能である。また、
GaInAsP／InP結晶を用いた実施例について示し
たがAlGaAs系の混晶などについても適用可能で
ある。
直接接合した構造を用いて示したが、活性層１３
と導波路層１２間にInPなどの低屈折率の層が介
在する構造などにも適用が可能である。また、
GaInAsP／InP結晶を用いた実施例について示し
たがAlGaAs系の混晶などについても適用可能で
ある。
以上、詳細に説明したように、本発明によれば
簡単な平面プロセスにより、再現性よく高い結合
係数を有するテーパ結合構造が作製でき、従つ
て、低しきい値，高効率な集積レーザの実現が期
待できる。
簡単な平面プロセスにより、再現性よく高い結合
係数を有するテーパ結合構造が作製でき、従つ
て、低しきい値，高効率な集積レーザの実現が期
待できる。
図１は活性層厚が変化する従来のテーパ結合構
造例を示す斜視図、図２は図１の―ａ断面図
及び光分布の変化の様子を示した図、図３は図１
の従来例を形成する方法を説明するための断面
図、図４ａは本発明の実施例を示す斜視図、図４
ｂは図４ａの―ａ断面図、図４ｃは図４ａの
―ａ断面の上面図、図５ａ，ｂは本発明装置
における光の伝搬を示す断面図及び斜視図、図６
ａ，ｂ，ｃ，ｄは本発明の実施例の作製行程を示
す斜視図、図７は本発明をDFB及びDBR構造に
適用した実施例である。 １……InP基板、２……GauIn1―uAsvP1―v導
波路層、３……GaxIn1―xAsyP1―y活性層、４…
…InPクラツド層、５……InP埋め込み層、６…
…GaInAsPキヤツプ層、７，８……電極、９…
…周期的な凹凸、１１……ｎ型InP基板、１２…
…ｎ型GauIn1―uAsvP1―v導波路層、１３……
GaxIn1―xAsyP1―y活性層、１４……ｐ型InPク
ラツド層、１５……ｐ型InP埋め込み層、１６…
…ｐ型GaInAsPキヤツプ層、１７……ｐ側電極、
１８……ｎ側電極。
造例を示す斜視図、図２は図１の―ａ断面図
及び光分布の変化の様子を示した図、図３は図１
の従来例を形成する方法を説明するための断面
図、図４ａは本発明の実施例を示す斜視図、図４
ｂは図４ａの―ａ断面図、図４ｃは図４ａの
―ａ断面の上面図、図５ａ，ｂは本発明装置
における光の伝搬を示す断面図及び斜視図、図６
ａ，ｂ，ｃ，ｄは本発明の実施例の作製行程を示
す斜視図、図７は本発明をDFB及びDBR構造に
適用した実施例である。 １……InP基板、２……GauIn1―uAsvP1―v導
波路層、３……GaxIn1―xAsyP1―y活性層、４…
…InPクラツド層、５……InP埋め込み層、６…
…GaInAsPキヤツプ層、７，８……電極、９…
…周期的な凹凸、１１……ｎ型InP基板、１２…
…ｎ型GauIn1―uAsvP1―v導波路層、１３……
GaxIn1―xAsyP1―y活性層、１４……ｐ型InPク
ラツド層、１５……ｐ型InP埋め込み層、１６…
…ｐ型GaInAsPキヤツプ層、１７……ｐ側電極、
１８……ｎ側電極。
Claims (1)
- １ 半導体基板上に、第１の半導体層と、該第１
の半導体層より禁制帯幅が小にして導波路として
供される第２の半導体層と、前記第１，第２の半
導体層よりさらに禁制帯幅が小にして活性層とし
て供される第３の半導体層と、前記第１の半導体
層と同程度の禁制帯幅を有する第４の半導体層と
が順次積層され、かつ、一部活性層が除去されて
いることにより前記第１，第２，第３，第４の半
導体層から成る領域Ａと、前記第１，第２，第４
の半導体層から成る領域Ｃとの両方にわたつて光
を伝播させて発振せしめるか、もしくは、領域Ａ
のみにおいて発振せしめ、該発振光を前記領域Ｃ
に伝播させるように構成された半導体レーザにお
いて、前記領域Ａと領域Ｃとの中間に位置しかつ
前記第１，第２，第３及び第４の半導体層を有す
る領域Ｂのうち、層厚及び幅が一定な前記第２の
半導体層上の前記第３の半導体層が層厚一定でか
つ前記領域Ａから前記領域Ｃへ行くに従つて幅が
連続的に減少するように構成されたことを特徴と
する半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56209607A JPS58114476A (ja) | 1981-12-28 | 1981-12-28 | 半導体レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56209607A JPS58114476A (ja) | 1981-12-28 | 1981-12-28 | 半導体レ−ザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58114476A JPS58114476A (ja) | 1983-07-07 |
| JPS6328520B2 true JPS6328520B2 (ja) | 1988-06-08 |
Family
ID=16575603
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56209607A Granted JPS58114476A (ja) | 1981-12-28 | 1981-12-28 | 半導体レ−ザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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1981
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| JPS58114476A (ja) | 1983-07-07 |
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