JPH05129720A - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
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- G02B6/24—Coupling light guides
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- G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
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- H01S5/185—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only horizontal cavities, e.g. horizontal cavity surface-emitting lasers [HCSEL]
- H01S5/187—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only horizontal cavities, e.g. horizontal cavity surface-emitting lasers [HCSEL] using Bragg reflection
-
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- H01S5/2054—Methods of obtaining the confinement
- H01S5/2059—Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】適切な光利得導波路と屈曲部の屈曲損失の少な
い光導波路を有する半導体レーザ装置を提供すること。 【構成】半導体結晶により形成された光導波路、光導波
路に光を反射するための反射面により構成された光共振
器及び光導波路の少なくとも一部に設けられた、通電に
より光利得を発生する光利得領域（７）を有し、光利得
領域（７）は光導波路の直線部分（８）に構成され、光
導波路（３）の他の部分は、少なくとも一部が屈曲した
構造を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
い光導波路を有する半導体レーザ装置を提供すること。 【構成】半導体結晶により形成された光導波路、光導波
路に光を反射するための反射面により構成された光共振
器及び光導波路の少なくとも一部に設けられた、通電に
より光利得を発生する光利得領域（７）を有し、光利得
領域（７）は光導波路の直線部分（８）に構成され、光
導波路（３）の他の部分は、少なくとも一部が屈曲した
構造を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光記録技術、光通信等
の光源として用いられる半導体レーザ装置に関する。
の光源として用いられる半導体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の屈曲光導波路型半導体レーザ装置
は、バーチャイム等，アプライド フィジックス レタ
ース，５７（１０）９６６頁（１９９０年）（Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５７（１０）９６６）に記
載のように、半導体レーザを構成する光利得を有する光
導波路を屈曲させることにより、半導体レーザの共振器
を同一のへき開面上の反射面により構成するものであっ
た。このような半導体レーザ装置は通常の半導体レーザ
装置のように、へき開により素子サイズを制限されるこ
とがないため光集積デバイスに用いるのに有利であると
考えられる。
は、バーチャイム等，アプライド フィジックス レタ
ース，５７（１０）９６６頁（１９９０年）（Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５７（１０）９６６）に記
載のように、半導体レーザを構成する光利得を有する光
導波路を屈曲させることにより、半導体レーザの共振器
を同一のへき開面上の反射面により構成するものであっ
た。このような半導体レーザ装置は通常の半導体レーザ
装置のように、へき開により素子サイズを制限されるこ
とがないため光集積デバイスに用いるのに有利であると
考えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の半導体レー
ザ装置は、光導波路の屈曲した部分が光利得領域を兼ね
るため、光利得領域の光導波路の最適設計と屈曲損失を
最低にする条件を同時に満たすことが難しいという問題
があった。半導体レーザ装置から高出力の基本モードを
得るためには光導波路の幅が広く、光導波路内外の実効
屈折率の差は１×１０~3から５×１０~3程度が適当であ
るが、屈曲部分の導波路損失を抑えるためには１×１０
~2以上の実効屈折率差が必要とされる。また、素子作製
上も光利得領域の光導波路の方向の変化に伴い半導体結
晶のエッチング形状や結晶成長形状が変わるという問題
があった。
ザ装置は、光導波路の屈曲した部分が光利得領域を兼ね
るため、光利得領域の光導波路の最適設計と屈曲損失を
最低にする条件を同時に満たすことが難しいという問題
があった。半導体レーザ装置から高出力の基本モードを
得るためには光導波路の幅が広く、光導波路内外の実効
屈折率の差は１×１０~3から５×１０~3程度が適当であ
るが、屈曲部分の導波路損失を抑えるためには１×１０
~2以上の実効屈折率差が必要とされる。また、素子作製
上も光利得領域の光導波路の方向の変化に伴い半導体結
晶のエッチング形状や結晶成長形状が変わるという問題
があった。
【０００４】本発明の目的は、適切な光利得領域の光導
波路を有し、その他の部分の光導波路の屈曲損失が少な
い半導体レーザ装置を提供することにある。
波路を有し、その他の部分の光導波路の屈曲損失が少な
い半導体レーザ装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的は、（１）半導
体結晶により形成され、光を閉じ込めるための光導波
路、該光導波路に光を反射するための反射面により構成
された光共振器及び該光導波路の少なくとも一部に設け
られた、通電により光利得を発生する光利得領域を有す
る半導体レーザ素子が基板上に設けられた半導体レーザ
装置において、該光利得領域は、該光導波路の直線部分
に構成され、該光導波路の他の部分は、少なくとも一部
が屈曲した構造を有することを特徴とする半導体レーザ
装置、（２）上記１記載の半導体レーザ装置において、
上記反射面は、同一のへき開面上に形成されていること
を特徴とする半導体レーザ装置、（３）上記１又は２記
載の半導体レーザ装置において、上記半導体レーザ素子
は、同一の基板に複数個設けられ、半導体レーザ素子の
光利得領域を構成する光導波路の相互の距離は、それぞ
れの半導体レーザ素子の光出射位置の相互の距離より大
であることを特徴とする半導体レーザ装置、（４）上記
１から３のいずれか一に記載の半導体レーザ装置におい
て、上記光利得領域と異なる部分の光導波路の一部は分
岐し、該分岐した光導波路の先端よりレーザ光が外部に
取り出される構造を有することを特徴とする半導体レー
ザ装置、（５）上記１から３のいずれか一に記載の半導
体レーザ装置において、上記光利得領域と異なる部分の
光導波路の屈曲した構造の少なくとも一部の外周に、レ
ーザ光を外部に取り出すためのさらに他の光導波路を有
することを特徴とする半導体レーザ装置、（６）上記４
又は５記載の半導体レーザ装置において、レーザ光が基
板面と異なる角度に出射するために、上記光導波路の光
出射する先端部は基板に対して所望の角度を有すること
を特徴とする半導体レーザ装置、（７）上記１から６の
いずれか一に記載の半導体レーザ装置において、上記光
利得領域を構成する光導波路は、その外部の材料との実
効屈折率の差が１×１０~3から５×１０~3の範囲である
材料からなることを特徴とする半導体レーザ装置、
（８）上記１から７のいずれか一に記載の半導体レーザ
装置において、上記光利得領域と異なる部分の光導波路
は、その外部の材料との実効屈折率の差１×１０~2以上
の材料からなることを特徴とする半導体レーザ装置によ
って達成される。
体結晶により形成され、光を閉じ込めるための光導波
路、該光導波路に光を反射するための反射面により構成
された光共振器及び該光導波路の少なくとも一部に設け
られた、通電により光利得を発生する光利得領域を有す
る半導体レーザ素子が基板上に設けられた半導体レーザ
装置において、該光利得領域は、該光導波路の直線部分
に構成され、該光導波路の他の部分は、少なくとも一部
が屈曲した構造を有することを特徴とする半導体レーザ
装置、（２）上記１記載の半導体レーザ装置において、
上記反射面は、同一のへき開面上に形成されていること
を特徴とする半導体レーザ装置、（３）上記１又は２記
載の半導体レーザ装置において、上記半導体レーザ素子
は、同一の基板に複数個設けられ、半導体レーザ素子の
光利得領域を構成する光導波路の相互の距離は、それぞ
れの半導体レーザ素子の光出射位置の相互の距離より大
であることを特徴とする半導体レーザ装置、（４）上記
１から３のいずれか一に記載の半導体レーザ装置におい
て、上記光利得領域と異なる部分の光導波路の一部は分
岐し、該分岐した光導波路の先端よりレーザ光が外部に
取り出される構造を有することを特徴とする半導体レー
ザ装置、（５）上記１から３のいずれか一に記載の半導
体レーザ装置において、上記光利得領域と異なる部分の
光導波路の屈曲した構造の少なくとも一部の外周に、レ
ーザ光を外部に取り出すためのさらに他の光導波路を有
することを特徴とする半導体レーザ装置、（６）上記４
又は５記載の半導体レーザ装置において、レーザ光が基
板面と異なる角度に出射するために、上記光導波路の光
出射する先端部は基板に対して所望の角度を有すること
を特徴とする半導体レーザ装置、（７）上記１から６の
いずれか一に記載の半導体レーザ装置において、上記光
利得領域を構成する光導波路は、その外部の材料との実
効屈折率の差が１×１０~3から５×１０~3の範囲である
材料からなることを特徴とする半導体レーザ装置、
（８）上記１から７のいずれか一に記載の半導体レーザ
装置において、上記光利得領域と異なる部分の光導波路
は、その外部の材料との実効屈折率の差１×１０~2以上
の材料からなることを特徴とする半導体レーザ装置によ
って達成される。
【０００６】
【作用】半導体レーザの光出力及び発光効率を考えた場
合、半導体レーザ素子の光利得のある領域の光導波路の
構造としては、その幅ができるだけ広い方望ましい。こ
れは、幅が広くなるほど面積あたりの電流注入量が減っ
て、半導体結晶に大きな負担をかけずにより大きな光出
力を取り出せるためである。このような半導体レーザ素
子で、光導波路の幅を広くしても横高次モード化しない
ための光導波路の内外の実効屈折率の差には最適値があ
る。実効屈折率の差が５×１０~3以下であれば高次モー
ドの光導波路の外部に漏れだす光強度が大きいため、高
次モードが強い損失を感じ発振しなくなるが、これ以上
の実効屈折率差があると、高次モードでも光導波路の外
部に漏れだす光強度が小さくなり容易に発振してしま
う。
合、半導体レーザ素子の光利得のある領域の光導波路の
構造としては、その幅ができるだけ広い方望ましい。こ
れは、幅が広くなるほど面積あたりの電流注入量が減っ
て、半導体結晶に大きな負担をかけずにより大きな光出
力を取り出せるためである。このような半導体レーザ素
子で、光導波路の幅を広くしても横高次モード化しない
ための光導波路の内外の実効屈折率の差には最適値があ
る。実効屈折率の差が５×１０~3以下であれば高次モー
ドの光導波路の外部に漏れだす光強度が大きいため、高
次モードが強い損失を感じ発振しなくなるが、これ以上
の実効屈折率差があると、高次モードでも光導波路の外
部に漏れだす光強度が小さくなり容易に発振してしま
う。
【０００７】一方、半導体レーザの光導波路の一部を屈
曲させる場合、屈曲による損失をできるだけ小さく抑え
るためには光導波路内外の実効屈折率の差はできるだけ
大きくすることが望ましく、たとば曲率半径５０μｍの
光導波路の屈曲損失が８０％以下となるためには実効屈
折率差は１×１０~2以上であることが必要である。
曲させる場合、屈曲による損失をできるだけ小さく抑え
るためには光導波路内外の実効屈折率の差はできるだけ
大きくすることが望ましく、たとば曲率半径５０μｍの
光導波路の屈曲損失が８０％以下となるためには実効屈
折率差は１×１０~2以上であることが必要である。
【０００８】従来、このような屈曲部の低損失化と利得
のある領域の高出力動作時の高信頼、基本モード安定化
を同時に実現することは不可能であった。本発明では光
利得領域と屈曲領域を異なる導波構造として、比較的小
さい屈折率差を必要とする光利得領域は直線的に形成
し、大きな屈折率差を必要とする屈曲領域はレーザ光に
透明で大きな屈折率差を有する構造としたので利得領域
と屈曲領域に必要な特性を同時に満たすことができる。
のある領域の高出力動作時の高信頼、基本モード安定化
を同時に実現することは不可能であった。本発明では光
利得領域と屈曲領域を異なる導波構造として、比較的小
さい屈折率差を必要とする光利得領域は直線的に形成
し、大きな屈折率差を必要とする屈曲領域はレーザ光に
透明で大きな屈折率差を有する構造としたので利得領域
と屈曲領域に必要な特性を同時に満たすことができる。
【０００９】また、このような構造を応用することによ
り、利得領域は互いに熱的に干渉しないだけ距離をおい
て形成し、光出射位置は屈曲光導波路により近接して形
成したアレイ光源や、同一のへき開面に端面を有し、一
つのへき開のみで形成できる光集積用素子が狭い面積内
に容易に形成できる。
り、利得領域は互いに熱的に干渉しないだけ距離をおい
て形成し、光出射位置は屈曲光導波路により近接して形
成したアレイ光源や、同一のへき開面に端面を有し、一
つのへき開のみで形成できる光集積用素子が狭い面積内
に容易に形成できる。
【００１０】このような半導体レーザにおいては光導波
路分岐や並行した光導波路間のエネルギーの移動により
により、レーザ光を外部に取り出すことができる。これ
は、大きな屈折率差を有する光導波路ではこのような光
導波路分岐や光導波路間の光エネルギーのやり取りに際
しての損失が小さくなるためである。しかも、光導波路
間のエネルギーの受渡しを利用して光を取り出す場合、
受け側の光導波路を屈曲部の外周側に設けておけば、光
のエネルギーが内周から外周により移りやすいため、一
旦出射した光が再び共振器に戻ることを防止するアイソ
レータの働きをするため雑音防止の効果もある。
路分岐や並行した光導波路間のエネルギーの移動により
により、レーザ光を外部に取り出すことができる。これ
は、大きな屈折率差を有する光導波路ではこのような光
導波路分岐や光導波路間の光エネルギーのやり取りに際
しての損失が小さくなるためである。しかも、光導波路
間のエネルギーの受渡しを利用して光を取り出す場合、
受け側の光導波路を屈曲部の外周側に設けておけば、光
のエネルギーが内周から外周により移りやすいため、一
旦出射した光が再び共振器に戻ることを防止するアイソ
レータの働きをするため雑音防止の効果もある。
【００１１】
【実施例】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。まず、
ｎ−ＧａＡｓ（Ｓｉドープ、ｎ＝２×１０18ｃｍ~3）基
板１上に、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａ
ｓクラッド層（Ｓｅドープ、ｎ＝２×１０18ｃｍ~3、厚
さ１．５μｍ）２、ｎ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ光ガイド層
（Ｓｅドープ、ｎ＝２×１０18ｃｍ~3、厚さ０．１μ
ｍ）３、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ活性層（アンドープ、厚さ
６０ｎｍ）４、ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層（Ｚ
ｎドープ、ｐ＝１×１０18ｃｍ~3、厚さ０．５μｍ）
５、ｎ−ＧａＡｓブロック層（Ｓｅドープ、ｎ＝２×１
０18cm~3、厚さ０．８μｍ）６を順次形成した。次に、
通常のホトリソグラフ工程により、長さ約４００μｍ、
幅約２００μｍの長方形状のホトレジストマスクを形成
して光利得を発生する光利得領域７を保護し、光利得領
域７以外の領域では半導体層を化学エッチングにより活
性層４まで取り除いた。このエッチングは、ＡｌＧａＡ
ｓとＧａＡｓの選択性のないリン酸系のエッチング液
と、ＡｌＡｓの組成が０．４以上の結晶のみをエッチン
グするＨＦ系のエッチング液を併用することにより容易
に精度よく制御できる。
ｎ−ＧａＡｓ（Ｓｉドープ、ｎ＝２×１０18ｃｍ~3）基
板１上に、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａ
ｓクラッド層（Ｓｅドープ、ｎ＝２×１０18ｃｍ~3、厚
さ１．５μｍ）２、ｎ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ光ガイド層
（Ｓｅドープ、ｎ＝２×１０18ｃｍ~3、厚さ０．１μ
ｍ）３、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ活性層（アンドープ、厚さ
６０ｎｍ）４、ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層（Ｚ
ｎドープ、ｐ＝１×１０18ｃｍ~3、厚さ０．５μｍ）
５、ｎ−ＧａＡｓブロック層（Ｓｅドープ、ｎ＝２×１
０18cm~3、厚さ０．８μｍ）６を順次形成した。次に、
通常のホトリソグラフ工程により、長さ約４００μｍ、
幅約２００μｍの長方形状のホトレジストマスクを形成
して光利得を発生する光利得領域７を保護し、光利得領
域７以外の領域では半導体層を化学エッチングにより活
性層４まで取り除いた。このエッチングは、ＡｌＧａＡ
ｓとＧａＡｓの選択性のないリン酸系のエッチング液
と、ＡｌＡｓの組成が０．４以上の結晶のみをエッチン
グするＨＦ系のエッチング液を併用することにより容易
に精度よく制御できる。
【００１２】次に、再びホトリソグラフ工程を用いて光
利得領域７には幅５μｍのスリット状のパタン８が、そ
の他の領域では幅約２μｍのストライプ状のパタン９が
半円状に光利得領域７をつなぐように形成された図１
（ａ）のような形状のＳｉＯ2マスクを形成した。スト
ライプ状のパタン９とスリット状のパタン８は光利得領
域７の境界でつながるように形成されている。このＳｉ
Ｏ2マスクを用いてまずリン酸系のエッチング液により
約０．２μｍエッチングした後、アンモニア系エッチン
グ液によるＧａＡｓの選択エッチングを行うと、光利得
領域７では、ｎ−ＧａＡｓブロック層６にｐ−Ａｌ0.5
Ｇａ0.5Ａｓクラッド層５まで達する溝が形成され、光
利得領域７以外ではｎ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ光ガイド層
３を含む高さ０．２μｍのリッジが形成されるようにそ
の両脇に溝が設けられた。
利得領域７には幅５μｍのスリット状のパタン８が、そ
の他の領域では幅約２μｍのストライプ状のパタン９が
半円状に光利得領域７をつなぐように形成された図１
（ａ）のような形状のＳｉＯ2マスクを形成した。スト
ライプ状のパタン９とスリット状のパタン８は光利得領
域７の境界でつながるように形成されている。このＳｉ
Ｏ2マスクを用いてまずリン酸系のエッチング液により
約０．２μｍエッチングした後、アンモニア系エッチン
グ液によるＧａＡｓの選択エッチングを行うと、光利得
領域７では、ｎ−ＧａＡｓブロック層６にｐ−Ａｌ0.5
Ｇａ0.5Ａｓクラッド層５まで達する溝が形成され、光
利得領域７以外ではｎ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ光ガイド層
３を含む高さ０．２μｍのリッジが形成されるようにそ
の両脇に溝が設けられた。
【００１３】次に、ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層（Ｚｎド
ープ、ｐ＝２×１０18ｃｍ~3、０．３μｍ）１０、ｎ−
Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層（Ｚｎドープ、ｎ＝２×１０18ｃ
ｍ~3、１．２μｍ）１１及びｎ−ＧａＡｓ層（Ｚｎドー
プ、ｐ＝２×１０18ｃｍ~3、１μｍ）１２を再びＭＯＣ
ＶＤ法により結晶成長させた。次に、光利得領域７にお
いてｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層５まで到達する
Ｚｎ拡散を行った。以上のようにして形成した半導体結
晶の両面に電極を形成したのち、図１（ａ）の点線で示
す位置でへき開を行いレーザチップとした。
ープ、ｐ＝２×１０18ｃｍ~3、０．３μｍ）１０、ｎ−
Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層（Ｚｎドープ、ｎ＝２×１０18ｃ
ｍ~3、１．２μｍ）１１及びｎ−ＧａＡｓ層（Ｚｎドー
プ、ｐ＝２×１０18ｃｍ~3、１μｍ）１２を再びＭＯＣ
ＶＤ法により結晶成長させた。次に、光利得領域７にお
いてｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層５まで到達する
Ｚｎ拡散を行った。以上のようにして形成した半導体結
晶の両面に電極を形成したのち、図１（ａ）の点線で示
す位置でへき開を行いレーザチップとした。
【００１４】完成したレーザチップの構造は端部（図１
（ａ）のａａ′線に相当する位置）及び中央部（図１
（ａ）のｂｂ′線に相当する位置）でそれぞれ図１
（ｂ）及び（ｃ）のような断面構造を持つ。また、光利
得領域の光導波路内外の実効屈折率の差は１×１０~3か
ら５×１０~3程度であり、屈曲部分の光導波路内外の実
効屈折率の差は１×１０~2程度である。本構造の半導体
レーザはしきい値電流約２０ｍＡで室温連続発振し、光
出力３００ｍＷまで安定な横基本モード発振を保った。
（ａ）のａａ′線に相当する位置）及び中央部（図１
（ａ）のｂｂ′線に相当する位置）でそれぞれ図１
（ｂ）及び（ｃ）のような断面構造を持つ。また、光利
得領域の光導波路内外の実効屈折率の差は１×１０~3か
ら５×１０~3程度であり、屈曲部分の光導波路内外の実
効屈折率の差は１×１０~2程度である。本構造の半導体
レーザはしきい値電流約２０ｍＡで室温連続発振し、光
出力３００ｍＷまで安定な横基本モード発振を保った。
【００１５】実施例２ 発明の第２の実施例として、屈曲光導波路により複数の
半導体レーザ素子の光出射位置のみを近接させ、熱的ク
ロストークのないアレイレーザを形成した例を説明す
る。本構造の作製工程はまず、図２に示すように、ｎ−
ＧａＡｓ（Ｓｉドープ、ｎ＝２×１０18ｃｍ~3）基板１
上にＭＯＣＶＤ法により、ｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラ
ッド層２（Ｓｅドープ、ｎ＝２×１０18ｃｍ~3、厚さ
１．５μｍ）、ｎ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ光ガイド層（Ｓ
ｅドープ、ｎ＝２×１０18ｃｍ~3、厚さ０．１μｍ）
３、多重量子井戸活性層（アンドープ、ＧａＡｓウエル
層３層、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓバリア層２層）１３、ｐ−
Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層（Ｚｎドープ、ｐ＝１×
１０18ｃｍ~3、厚さ０．５μｍ）５、ｎ−ＧａＡｓブロ
ック層（Ｓｅドープ、ｎ＝２×１０18ｃｍ~3、厚さ０．
８μｍ）６を順次形成した。次に、通常のホトリソグラ
フ工程により長さ約４００μｍ、幅約２００μｍの長方
形状のＳｉＯ2マスクを形成して光利得領域７を保護
し、光利得領域７以外の領域では半導体層を化学エッチ
ングによりｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層５の途中
まで取り除いた。このエッチングは、ＡｌＧａＡｓとＧ
ａＡｓの選択性のないリン酸系のエッチング液により行
った。さらに光利得領域７にはＧａのイオン注入を深さ
約０．７μｍ行い多重量子井戸活性層１３を混晶化し
た。
半導体レーザ素子の光出射位置のみを近接させ、熱的ク
ロストークのないアレイレーザを形成した例を説明す
る。本構造の作製工程はまず、図２に示すように、ｎ−
ＧａＡｓ（Ｓｉドープ、ｎ＝２×１０18ｃｍ~3）基板１
上にＭＯＣＶＤ法により、ｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラ
ッド層２（Ｓｅドープ、ｎ＝２×１０18ｃｍ~3、厚さ
１．５μｍ）、ｎ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ光ガイド層（Ｓ
ｅドープ、ｎ＝２×１０18ｃｍ~3、厚さ０．１μｍ）
３、多重量子井戸活性層（アンドープ、ＧａＡｓウエル
層３層、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓバリア層２層）１３、ｐ−
Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層（Ｚｎドープ、ｐ＝１×
１０18ｃｍ~3、厚さ０．５μｍ）５、ｎ−ＧａＡｓブロ
ック層（Ｓｅドープ、ｎ＝２×１０18ｃｍ~3、厚さ０．
８μｍ）６を順次形成した。次に、通常のホトリソグラ
フ工程により長さ約４００μｍ、幅約２００μｍの長方
形状のＳｉＯ2マスクを形成して光利得領域７を保護
し、光利得領域７以外の領域では半導体層を化学エッチ
ングによりｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層５の途中
まで取り除いた。このエッチングは、ＡｌＧａＡｓとＧ
ａＡｓの選択性のないリン酸系のエッチング液により行
った。さらに光利得領域７にはＧａのイオン注入を深さ
約０．７μｍ行い多重量子井戸活性層１３を混晶化し
た。
【００１６】次に、再びホトリソグラフ工程を用いて光
利得領域７にはスリット状のパタン８が、その他の領域
では幅約２μｍのストライプ状のパタン９がＳ字状に形
成された図２（ａ）のような形状のＳｉＯ2マスクを形
成した。ストライプ状のパタン９とスリット状のパタン
８は光利得領域７の境界でつながるように形成されてい
る。このＳｉＯ2マスクを用いてまずリン酸系のエッチ
ング液により約０．７μｍエッチングした後、アンモニ
ア系エッチング液によるＧａＡｓの選択エッチングを行
うと、光利得領域７ではｎ−ＧａＡｓブロック層６にｐ
−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層５まで達する溝１０が
形成され、光利得領域７以外では光導波路となるｎ−Ａ
ｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ光ガイド層３を含む高さ０．７μｍの
リッジが形成されるようにその両脇に溝が設けられた。
利得領域７にはスリット状のパタン８が、その他の領域
では幅約２μｍのストライプ状のパタン９がＳ字状に形
成された図２（ａ）のような形状のＳｉＯ2マスクを形
成した。ストライプ状のパタン９とスリット状のパタン
８は光利得領域７の境界でつながるように形成されてい
る。このＳｉＯ2マスクを用いてまずリン酸系のエッチ
ング液により約０．７μｍエッチングした後、アンモニ
ア系エッチング液によるＧａＡｓの選択エッチングを行
うと、光利得領域７ではｎ−ＧａＡｓブロック層６にｐ
−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層５まで達する溝１０が
形成され、光利得領域７以外では光導波路となるｎ−Ａ
ｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ光ガイド層３を含む高さ０．７μｍの
リッジが形成されるようにその両脇に溝が設けられた。
【００１７】次に、ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層（Ｚｎド
ープ、ｐ＝２×１０18ｃｍ~3、０．３μｍ）１０、ｎ−
Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層（Ｚｎドープ、ｎ＝２×１０18ｃ
ｍ~3、１．２μｍ）１１及びｎ−ＧａＡｓ層（Ｚｎドー
プ、ｐ＝２×１０18ｃｍ~3、１μｍ）１２を再びＭＯＣ
ＶＤ法により結晶成長させた。次に、光利得領域７にお
いてｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層５まで到達する
Ｚｎ拡散を行った。完成したレーザチップの構造は端部
（図２（ａ）のａａ′線に相当する位置）及び中央部
（図２（ａ）のｂｂ′線に相当する位置）でそれぞれ図
２（ｂ）及び（ｃ）のようになっている。
ープ、ｐ＝２×１０18ｃｍ~3、０．３μｍ）１０、ｎ−
Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層（Ｚｎドープ、ｎ＝２×１０18ｃ
ｍ~3、１．２μｍ）１１及びｎ−ＧａＡｓ層（Ｚｎドー
プ、ｐ＝２×１０18ｃｍ~3、１μｍ）１２を再びＭＯＣ
ＶＤ法により結晶成長させた。次に、光利得領域７にお
いてｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層５まで到達する
Ｚｎ拡散を行った。完成したレーザチップの構造は端部
（図２（ａ）のａａ′線に相当する位置）及び中央部
（図２（ａ）のｂｂ′線に相当する位置）でそれぞれ図
２（ｂ）及び（ｃ）のようになっている。
【００１８】以上のようにして形成した半導体結晶の両
面に電極を形成したのち、図２の上端の位置でへき開が
行われレーザチップが得られた。２つの光利得領域間の
距離は２００μｍ以上となっており、熱的なクロストー
クはほとんどない。しかも、屈曲した透明光導波路によ
り光出射点は１０μｍの距離に形成されているため、両
レーザからの光を単一のレンズ系により容易に平面上に
集光でき、光記録装置等への応用が容易となる。
面に電極を形成したのち、図２の上端の位置でへき開が
行われレーザチップが得られた。２つの光利得領域間の
距離は２００μｍ以上となっており、熱的なクロストー
クはほとんどない。しかも、屈曲した透明光導波路によ
り光出射点は１０μｍの距離に形成されているため、両
レーザからの光を単一のレンズ系により容易に平面上に
集光でき、光記録装置等への応用が容易となる。
【００１９】実施例３ 本発明の第３の実施例として、１本の光導波路の端面か
ら光が出射するのではなく、光導波路を分岐することに
より光出力を取り出す図３のような構造の半導体レーザ
装置を作製した。作製工程は本発明の実施例１と同様で
あり、半円状のリッジ光導波路の一部を約２０度の角度
で分岐して光取り出し用導波路１４とした。へき開面
（図の右端）全体に反射率９９％の全反射コーティング
を行うことにより、光は取り出し用導波路１４のみから
出射するようになっている。光取り出し用導波路１４の
終端は図４に示すように化学エッチングにより結晶表面
に対し約７５度の角度を持つように加工されている。こ
れにより、出力光１５は基板面に対し約４５度以上の角
度で出射するので光集積デバイス等の光取り出し方法と
して有利である。
ら光が出射するのではなく、光導波路を分岐することに
より光出力を取り出す図３のような構造の半導体レーザ
装置を作製した。作製工程は本発明の実施例１と同様で
あり、半円状のリッジ光導波路の一部を約２０度の角度
で分岐して光取り出し用導波路１４とした。へき開面
（図の右端）全体に反射率９９％の全反射コーティング
を行うことにより、光は取り出し用導波路１４のみから
出射するようになっている。光取り出し用導波路１４の
終端は図４に示すように化学エッチングにより結晶表面
に対し約７５度の角度を持つように加工されている。こ
れにより、出力光１５は基板面に対し約４５度以上の角
度で出射するので光集積デバイス等の光取り出し方法と
して有利である。
【００２０】なお、光取り出し用導波路１４の終端を結
晶表面に対し約８０度〜５０度の角度を持つように加工
することによって、出力光の出射する角度を基板面に対
し約３０度〜８０度にすることができる。
晶表面に対し約８０度〜５０度の角度を持つように加工
することによって、出力光の出射する角度を基板面に対
し約３０度〜８０度にすることができる。
【００２１】実施例４ 本発明の第４の実施例として、屈曲したリッジ状光導波
路の外周側にいまひとつの光導波路を約２μｍ離して設
け、これを光取り出し用導波路１４として用いる図５に
示すような構造の半導体レーザ装置を作製した。作製工
程は本発明の実施例１と同様である。本構造において
は、レーザ発振を行う光導波路から光取り出し用導波路
１４への光の移動は容易に行われるが、この素子に戻り
光が戻ってきても光取り出し用導波路１４からレーザ発
振を行う光導波路への光の戻りはない。これは、光が内
周の光導波路から外周の光導波路へは移りやすいが外周
の光導波路から内周の光導波路へは移り難いためであ
る。これにより、戻り光雑音の発生しない半導体レーザ
が実現された。
路の外周側にいまひとつの光導波路を約２μｍ離して設
け、これを光取り出し用導波路１４として用いる図５に
示すような構造の半導体レーザ装置を作製した。作製工
程は本発明の実施例１と同様である。本構造において
は、レーザ発振を行う光導波路から光取り出し用導波路
１４への光の移動は容易に行われるが、この素子に戻り
光が戻ってきても光取り出し用導波路１４からレーザ発
振を行う光導波路への光の戻りはない。これは、光が内
周の光導波路から外周の光導波路へは移りやすいが外周
の光導波路から内周の光導波路へは移り難いためであ
る。これにより、戻り光雑音の発生しない半導体レーザ
が実現された。
【００２２】本実施例の場合も、実施例３と同様に、光
取り出し用導波路１４の終端を結晶表面に対し一定の角
度を持つように加工したものは、出力光が基板面に対し
一定の角度で出射した。
取り出し用導波路１４の終端を結晶表面に対し一定の角
度を持つように加工したものは、出力光が基板面に対し
一定の角度で出射した。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、共振器内部に屈曲した
光導波路を持ち、高出力で安定な動作を保つ半導体レー
ザが実現できる。この技術を用いることにより半導体レ
ーザの集積化に有利な同一のへき開面に反射面を有する
高出力の半導体レーザや熱的クロストークがなく、光出
射位置の近接した半導体レーザアレイ等が実現できる。
光導波路を持ち、高出力で安定な動作を保つ半導体レー
ザが実現できる。この技術を用いることにより半導体レ
ーザの集積化に有利な同一のへき開面に反射面を有する
高出力の半導体レーザや熱的クロストークがなく、光出
射位置の近接した半導体レーザアレイ等が実現できる。
【図１】本発明の実施例１の半導体レーザの光導波路の
平面図、同レーザの利得領域の断面構造図及び同レーザ
の屈曲領域の断面構造図である。
平面図、同レーザの利得領域の断面構造図及び同レーザ
の屈曲領域の断面構造図である。
【図２】本発明の実施例２の半導体レーザの光導波路の
平面図、同レーザの利得領域の断面構造図及び同レーザ
の屈曲領域の断面構造図である。
平面図、同レーザの利得領域の断面構造図及び同レーザ
の屈曲領域の断面構造図である。
【図３】本発明の実施例３の半導体レーザの分岐光導波
路の平面図である。
路の平面図である。
【図４】本発明の実施例３の半導体レーザの分岐光導波
路の部分断面図である。
路の部分断面図である。
【図５】本発明の実施例４の半導体レーザの光導波路の
平面図である。
平面図である。
１ ｎ−ＧａＡｓ基板 ２ クラッド層 ３ ガイド層 ４ 活性層 ５ クラッド層 ６ ｎ−ＧａＡｓブロック層 ７ 光利得領域 ８、９ パタン １０ ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層 １１ ｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層 １２ ｎ−ＧａＡｓ層 １３ 多重量子井戸活性層 １４ 光取り出し用導波路 １５ 出力光
Claims (8)
- 【請求項１】半導体結晶により形成され、光を閉じ込め
るための光導波路、該光導波路に光を反射するための反
射面により構成された光共振器及び該光導波路の少なく
とも一部に設けられた、通電により光利得を発生する光
利得領域を有する半導体レーザ素子が基板上に設けられ
た半導体レーザ装置において、該光利得領域は、該光導
波路の直線部分に構成され、該光導波路の他の部分は、
少なくとも一部が屈曲した構造を有することを特徴とす
る半導体レーザ装置。 - 【請求項２】請求項１記載の半導体レーザ装置におい
て、上記反射面は、同一のへき開面上に形成されている
ことを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項３】請求項１又は２記載の半導体レーザ装置に
おいて、上記半導体レーザ素子は、同一の基板に複数個
設けられ、半導体レーザ素子の光利得領域を構成する光
導波路の相互の距離は、それぞれの半導体レーザ素子の
光出射位置の相互の距離より大であることを特徴とする
半導体レーザ装置。 - 【請求項４】請求項１から３のいずれか一に記載の半導
体レーザ装置において、上記光利得領域と異なる部分の
光導波路の一部は分岐し、該分岐した光導波路の先端よ
りレーザ光が外部に取り出される構造を有することを特
徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項５】請求項１から３のいずれか一に記載の半導
体レーザ装置において、上記光利得領域と異なる部分の
光導波路の屈曲した構造の少なくとも一部の外周に、レ
ーザ光を外部に取り出すためのさらに他の光導波路を有
することを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項６】請求項４又は５記載の半導体レーザ装置に
おいて、レーザ光が基板面と異なる角度に出射するため
に、上記光導波路の光出射する先端部は基板に対して所
望の角度を有することを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項７】請求項１から６のいずれか一に記載の半導
体レーザ装置において、上記光利得領域を構成する光導
波路は、その外部の材料との実効屈折率の差が１×１０
~3から５×１０~3の範囲である材料からなることを特徴
とする半導体レーザ装置。 - 【請求項８】請求項１から７のいずれか一に記載の半導
体レーザ装置において、上記光利得領域と異なる部分の
光導波路は、その外部の材料との実効屈折率の差１×１
０~2以上の材料からなることを特徴とする半導体レーザ
装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3291627A JPH05129720A (ja) | 1991-11-07 | 1991-11-07 | 半導体レーザ装置 |
| US07/970,208 US5396511A (en) | 1991-11-07 | 1992-11-02 | Semiconductor laser apparatus with curved waveguide |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3291627A JPH05129720A (ja) | 1991-11-07 | 1991-11-07 | 半導体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05129720A true JPH05129720A (ja) | 1993-05-25 |
Family
ID=17771409
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3291627A Pending JPH05129720A (ja) | 1991-11-07 | 1991-11-07 | 半導体レーザ装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5396511A (ja) |
| JP (1) | JPH05129720A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20210126428A1 (en) * | 2019-10-29 | 2021-04-29 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Semiconductor optical device |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5825799A (en) * | 1995-05-25 | 1998-10-20 | Northwestern University | Microcavity semiconductor laser |
| JP3450155B2 (ja) | 1997-06-11 | 2003-09-22 | Ｎｅｃエレクトロニクス株式会社 | 電界効果トランジスタとその製造方法 |
| US6091755A (en) * | 1997-11-21 | 2000-07-18 | Sdl, Inc. | Optically amplifying semiconductor diodes with curved waveguides for external cavities |
| US6687278B1 (en) * | 1999-09-02 | 2004-02-03 | Agility Communications, Inc. | Method of generating an optical signal with a tunable laser source with integrated optical amplifier |
| US6654400B1 (en) * | 1999-09-02 | 2003-11-25 | Agility Communications, Inc. | Method of making a tunable laser source with integrated optical amplifier |
| WO2004004082A1 (en) * | 2002-06-28 | 2004-01-08 | California Institute Of Technology | Optical resonator and laser applications |
| US7027476B2 (en) * | 2002-08-09 | 2006-04-11 | California Institute Of Technology | Tunable semiconductor lasers |
| US8494025B2 (en) * | 2007-05-09 | 2013-07-23 | The Board Of Trustees Of The Univeristy Of Illinois | Curved coupled waveguide array and laser |
| US10732265B1 (en) | 2019-04-11 | 2020-08-04 | Analog Devices, Inc. | Optical illuminator module and related techniques |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3725809A (en) * | 1971-04-05 | 1973-04-03 | Bell Telephone Labor Inc | Dielectric ring lasers using waveguiding |
| JPS5839085A (ja) * | 1981-08-31 | 1983-03-07 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レ−ザ装置 |
| JPH0682863B2 (ja) * | 1987-12-02 | 1994-10-19 | 日本電信電話株式会社 | 発光ダイオード |
| US5052015A (en) * | 1990-09-13 | 1991-09-24 | At&T Bell Laboratories | Phase shifted distributed feedback laser |
-
1991
- 1991-11-07 JP JP3291627A patent/JPH05129720A/ja active Pending
-
1992
- 1992-11-02 US US07/970,208 patent/US5396511A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20210126428A1 (en) * | 2019-10-29 | 2021-04-29 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Semiconductor optical device |
| US11527866B2 (en) * | 2019-10-29 | 2022-12-13 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Semiconductor optical device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5396511A (en) | 1995-03-07 |
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