JPH07131123A - 半導体レーザ装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体レーザ装置及びその製造方法Info
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- JPH07131123A JPH07131123A JP29284293A JP29284293A JPH07131123A JP H07131123 A JPH07131123 A JP H07131123A JP 29284293 A JP29284293 A JP 29284293A JP 29284293 A JP29284293 A JP 29284293A JP H07131123 A JPH07131123 A JP H07131123A
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- semiconductor
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Abstract
(57)【要約】
〔目的〕 集積密度が高く、光学的特性も良好な光集積
回路形式の半導体レーザ装置を提供する。 〔構成〕 半導体基板(11)上に形成されたレーザ素子(1
0)と、この半導体レーザ素子(10)の光出射面(11c) に光
入射面を密着させた状態でかつこの半導体レーザ素子(1
0)の素材とは屈折率の異なる素材によって半導体基板(1
1)上に形成されたプリズム(12)などの光学要素を備え
る。
回路形式の半導体レーザ装置を提供する。 〔構成〕 半導体基板(11)上に形成されたレーザ素子(1
0)と、この半導体レーザ素子(10)の光出射面(11c) に光
入射面を密着させた状態でかつこの半導体レーザ素子(1
0)の素材とは屈折率の異なる素材によって半導体基板(1
1)上に形成されたプリズム(12)などの光学要素を備え
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、各種の光学装置の光源
やレーザジャイロなどとして利用される半導体レーザ装
置に関するものである。
やレーザジャイロなどとして利用される半導体レーザ装
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】各種の光学装置の光源などとして利用さ
れる半導体レーザ装置では、半導体レーザ素子に加えて
プリズムやレンズなどの光学要素を共通の半導体基板上
に形成した光集積回路の構成が採用される。従来、この
ような光集積回路では、半導体レーザ素子と光学要素と
を特開昭59ー66181 号公報などに記載されているように
空隙を介して対向させたり、特開昭63ー96982 号公報な
どに記載されているように光導波路を介して対向させて
いる。
れる半導体レーザ装置では、半導体レーザ素子に加えて
プリズムやレンズなどの光学要素を共通の半導体基板上
に形成した光集積回路の構成が採用される。従来、この
ような光集積回路では、半導体レーザ素子と光学要素と
を特開昭59ー66181 号公報などに記載されているように
空隙を介して対向させたり、特開昭63ー96982 号公報な
どに記載されているように光導波路を介して対向させて
いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の半導体レー
ザ装置では、半導体レーザ素子と光学要素とを空隙や光
導波路を介して対向させているため、空隙や光導波路の
長さのぶん装置の寸法が増加し集積密度が低下するとい
う問題がある。また、空隙を介在させるものでは屈折率
の小さな空気などの気体の層と屈折率の大きな光学要素
との境界面で光の反射損失が生じ、光導波路を介在させ
るものではこれと光学要素との境界面での反射損失に加
えて光導波路内での光の吸収などに伴う伝播損失が生ず
るという問題もある。さらに、光学要素と空気や光導波
路との境界面で生じた反射光が位相の異なる戻り光とな
って半導体レーザ素子内部に戻ることにより半導体レー
ザ素子の発振特性に悪影響を及ぼすおそれもある。
ザ装置では、半導体レーザ素子と光学要素とを空隙や光
導波路を介して対向させているため、空隙や光導波路の
長さのぶん装置の寸法が増加し集積密度が低下するとい
う問題がある。また、空隙を介在させるものでは屈折率
の小さな空気などの気体の層と屈折率の大きな光学要素
との境界面で光の反射損失が生じ、光導波路を介在させ
るものではこれと光学要素との境界面での反射損失に加
えて光導波路内での光の吸収などに伴う伝播損失が生ず
るという問題もある。さらに、光学要素と空気や光導波
路との境界面で生じた反射光が位相の異なる戻り光とな
って半導体レーザ素子内部に戻ることにより半導体レー
ザ素子の発振特性に悪影響を及ぼすおそれもある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記従来技術の各種の問
題点を解決する本発明の半導体レーザ装置は、半導体基
板上に形成された半導体レーザ素子と、この半導体レー
ザ素子の光出射面に光入射面を密着させた状態でかつこ
のレンズ素子とは異なる屈折率の素材でこの半導体基板
上に形成されたプリズムなどの光学要素とを備えてい
る。
題点を解決する本発明の半導体レーザ装置は、半導体基
板上に形成された半導体レーザ素子と、この半導体レー
ザ素子の光出射面に光入射面を密着させた状態でかつこ
のレンズ素子とは異なる屈折率の素材でこの半導体基板
上に形成されたプリズムなどの光学要素とを備えてい
る。
【０００５】
【作用】半導体レーザ素子とプリズムなどの光学要素と
では素材の屈折率が異なるため半導体レーザ素子の光出
射面で適宜な量の反射が生じ、半導体レーザ素子のレー
ザ発振動作が可能となる。半導体レーザ素子の光出射面
がプリズムなどの光学要素の光入射面と密着しており、
中間に空隙や光導波路などの介在物が全く存在しないた
め、そのぶん装置全体の寸法が減少し集積密度が向上す
る。また、介在物と光学要素との境界面でのレーザ光の
反射損失や介在物内でのレーザ光の伝播損失が生じない
ので、レーザ光の利用効率が向上する。さらに、介在物
と光学要素との境界面で位相のずれた戻り光が発生する
こともないので、半導体レーザ素子の良好な発振特性を
実現できる。
では素材の屈折率が異なるため半導体レーザ素子の光出
射面で適宜な量の反射が生じ、半導体レーザ素子のレー
ザ発振動作が可能となる。半導体レーザ素子の光出射面
がプリズムなどの光学要素の光入射面と密着しており、
中間に空隙や光導波路などの介在物が全く存在しないた
め、そのぶん装置全体の寸法が減少し集積密度が向上す
る。また、介在物と光学要素との境界面でのレーザ光の
反射損失や介在物内でのレーザ光の伝播損失が生じない
ので、レーザ光の利用効率が向上する。さらに、介在物
と光学要素との境界面で位相のずれた戻り光が発生する
こともないので、半導体レーザ素子の良好な発振特性を
実現できる。
【０００６】
【実施例】図１は、本発明の一実施例に係わる光集積回
路形式の半導体レーザ装置の構成を示す斜視図である。
この半導体レーザ装置は、ガリウム砒素を素材とする半
導体基板１１と、この半導体基板１１上に形成された周
知の半導体リングレーザ１０及び光学要素であるプリズ
ム１２とから構成されており、周知の半導体レーザジャ
イロの一部を形成する。半導体リングレーザ１０は、図
２の部分断面図に示すように、ｎ+ 型ガリウム砒素基板
１１上にｎ型ガリウム砒素層１２，１３、非ドープ・ア
ルミニウムガリウム砒素層１４，１５，１６、ｐ型アル
ミニウムガリウム砒素層１７、ｐ+ 型ガリウム砒素層１
８，１９がエピタキシャル成長法によって順次形成され
た積層構造を呈している。積層構造のほぼ中央部に位置
する非ドープ・アルミニウムガリウム砒素層１５は、レ
ーザ発光動作を行うレーザ活性層である。各層の不純物
濃度、厚み及び成分比率の一例が図示されている。最上
層のｐ+ 型ガリウム砒素層１９の表面には上部電極層１
０ａが形成され、基板１１の底面には下部電極層１０ｂ
が形成されている。
路形式の半導体レーザ装置の構成を示す斜視図である。
この半導体レーザ装置は、ガリウム砒素を素材とする半
導体基板１１と、この半導体基板１１上に形成された周
知の半導体リングレーザ１０及び光学要素であるプリズ
ム１２とから構成されており、周知の半導体レーザジャ
イロの一部を形成する。半導体リングレーザ１０は、図
２の部分断面図に示すように、ｎ+ 型ガリウム砒素基板
１１上にｎ型ガリウム砒素層１２，１３、非ドープ・ア
ルミニウムガリウム砒素層１４，１５，１６、ｐ型アル
ミニウムガリウム砒素層１７、ｐ+ 型ガリウム砒素層１
８，１９がエピタキシャル成長法によって順次形成され
た積層構造を呈している。積層構造のほぼ中央部に位置
する非ドープ・アルミニウムガリウム砒素層１５は、レ
ーザ発光動作を行うレーザ活性層である。各層の不純物
濃度、厚み及び成分比率の一例が図示されている。最上
層のｐ+ 型ガリウム砒素層１９の表面には上部電極層１
０ａが形成され、基板１１の底面には下部電極層１０ｂ
が形成されている。
【０００７】二酸化珪素（SiO2）を素材するプリズム１
２が、その光入射面を半導体リングレーザ１０の光出射
面に密着させた状態で基板１１上に形成されている。上
下の電極１０ａと１０ｂ間に電圧を印加すると、半導体
リングレーザ１０内の活性層１５内を時計周り方向と反
時計周り方向に伝播する２種類のレーザ光が発生し、そ
れぞれの相当部分がこの半導体リングレーザ１０の出射
面１０ｃで反射されて半導体リングレーザ１０内に戻
り、レーザ発振動作を持続させる。出射面１０ｃに達し
たレーザ光のうち残りの部分が異なる入射角でプリズム
１２内に入射し、プリズム１２から同一方向に出射され
る。半導体基板１１の外部、あるいは必要に応じて半導
体基板１１上には光電変換素子が設置され、プリズム１
２から出射された２種類のレーザ光が電気信号に変換さ
れる。この半導体レーザ装置に作用する角速度に応じて
逆周りの２種類のレーザ光には発振周波数の差が生じ、
これに基づくビート信号が光電変換素子から出力され
る。
２が、その光入射面を半導体リングレーザ１０の光出射
面に密着させた状態で基板１１上に形成されている。上
下の電極１０ａと１０ｂ間に電圧を印加すると、半導体
リングレーザ１０内の活性層１５内を時計周り方向と反
時計周り方向に伝播する２種類のレーザ光が発生し、そ
れぞれの相当部分がこの半導体リングレーザ１０の出射
面１０ｃで反射されて半導体リングレーザ１０内に戻
り、レーザ発振動作を持続させる。出射面１０ｃに達し
たレーザ光のうち残りの部分が異なる入射角でプリズム
１２内に入射し、プリズム１２から同一方向に出射され
る。半導体基板１１の外部、あるいは必要に応じて半導
体基板１１上には光電変換素子が設置され、プリズム１
２から出射された２種類のレーザ光が電気信号に変換さ
れる。この半導体レーザ装置に作用する角速度に応じて
逆周りの２種類のレーザ光には発振周波数の差が生じ、
これに基づくビート信号が光電変換素子から出力され
る。
【０００８】半導体リングレーザ１０の光出射面１０ｃ
がプリズム１２の光入射面の一部に密着しており、中間
に空隙や光導波路などの介在物が全く存在しないため、
集積密度が向上する。また、従来技術のように介在物と
プリズムとの境界面でのレーザ光の反射損失や、介在物
内でのレーザ光の吸収損失が生じないので、レーザ光の
利用効率が向上する。さらに、従来技術のように介在物
とプリズムとの境界面で位相の異なる戻り光が発生する
こともないので、半導体レーザ素子の良好な発振特性が
実現される。
がプリズム１２の光入射面の一部に密着しており、中間
に空隙や光導波路などの介在物が全く存在しないため、
集積密度が向上する。また、従来技術のように介在物と
プリズムとの境界面でのレーザ光の反射損失や、介在物
内でのレーザ光の吸収損失が生じないので、レーザ光の
利用効率が向上する。さらに、従来技術のように介在物
とプリズムとの境界面で位相の異なる戻り光が発生する
こともないので、半導体レーザ素子の良好な発振特性が
実現される。
【０００９】次に、図１の半導体レーザ装置の製造方法
を図３と図４を参照しながら説明する。図３と図４は、
図１のＢーＢ’断面図に相当している。まず、ｎ+ 型ガ
リウム砒素基板の全面に図２に示した積層構造を形成す
る。ただし、この積層構造の最上層は、図２中のｐ型ガ
リウム砒素層１９であり、上部電極１０ａは未だ形成さ
れていない。次に、図３（Ａ）に示すように、積層構造
の全表面に二酸化珪素のエッチングマスク３１を形成し
たのち、プリズム形成領域のエッチングマスクを除去
し、ガリウム砒素層とアルミニュウムガリウム砒素層か
ら成る積層構造に対する反応性イオンエッチングを行っ
て一部を除去することにより、半導体リングレーザの光
出射面１０ｃとこれを壁面の一部とする溝１２１とを形
成する。反応性イオンエッチングによって形成される半
導体リングレーザの光出射面１０ｃは、劈開面なみの鏡
面に近い極めて良好な平滑性と垂直性とを有している。
を図３と図４を参照しながら説明する。図３と図４は、
図１のＢーＢ’断面図に相当している。まず、ｎ+ 型ガ
リウム砒素基板の全面に図２に示した積層構造を形成す
る。ただし、この積層構造の最上層は、図２中のｐ型ガ
リウム砒素層１９であり、上部電極１０ａは未だ形成さ
れていない。次に、図３（Ａ）に示すように、積層構造
の全表面に二酸化珪素のエッチングマスク３１を形成し
たのち、プリズム形成領域のエッチングマスクを除去
し、ガリウム砒素層とアルミニュウムガリウム砒素層か
ら成る積層構造に対する反応性イオンエッチングを行っ
て一部を除去することにより、半導体リングレーザの光
出射面１０ｃとこれを壁面の一部とする溝１２１とを形
成する。反応性イオンエッチングによって形成される半
導体リングレーザの光出射面１０ｃは、劈開面なみの鏡
面に近い極めて良好な平滑性と垂直性とを有している。
【００１０】次に、図３（Ｂ）に示すように、溝１２１
の深さ程度の厚みを有する二酸化珪素層１２２を全面に
堆積させる。次に、図３（Ｃ）に示すように、溝１２１
の上方とその周辺部だけをエッチングマスク（Ｍ）で覆
ったのち、ＨＦ系のエッチング液を用いてウェットエッ
チングを行うことにより、溝１２１の内部とその周辺部
だけを残して二酸化珪素層１２２を除去する。続いて、
図３（Ｄ）に示すように、全面をレジスト層Ｒで覆った
のち、酸素の反応性イオンエッチングを行うことによ
り、二酸化珪素層１２２の突起部分を露出させたのち、
図３（Ｅ）に示すように、フッ素系（例えばＣＦ4 ）の
反応性イオンエッチングにより、二酸化珪素の突起部分
をエッチバックし、レジスト層を除去する。
の深さ程度の厚みを有する二酸化珪素層１２２を全面に
堆積させる。次に、図３（Ｃ）に示すように、溝１２１
の上方とその周辺部だけをエッチングマスク（Ｍ）で覆
ったのち、ＨＦ系のエッチング液を用いてウェットエッ
チングを行うことにより、溝１２１の内部とその周辺部
だけを残して二酸化珪素層１２２を除去する。続いて、
図３（Ｄ）に示すように、全面をレジスト層Ｒで覆った
のち、酸素の反応性イオンエッチングを行うことによ
り、二酸化珪素層１２２の突起部分を露出させたのち、
図３（Ｅ）に示すように、フッ素系（例えばＣＦ4 ）の
反応性イオンエッチングにより、二酸化珪素の突起部分
をエッチバックし、レジスト層を除去する。
【００１１】次に、図４（Ａ）に示すように、半導体リ
ングレーザの形成領域の最上層の上に、フォトリソグラ
フィー法を用いて上部電極１０ａを形成する。なお、こ
の上部電極１０ａの形成と相前後して基板１１の底面に
下部電極１０ｂを形成する。続いて、図４（Ｂ）に示す
ように、半導体リングレーザの形成領域の全面を二酸化
珪素層Ｓで覆ったのち、ガリウム砒素層に対する反応性
イオンエッチングを行うことにより、溝周辺部とリング
レーザ形成領域以外の積層構造を除去する。これによっ
てリングレーザが完成する。最後に、図４（Ｃ）に示す
ように、完成したリングレーザ側をレジストＲで覆った
のちガリウム砒素層に対するウェットエッチングを行っ
て溝周辺部の積層構造を完全に除去することにより、プ
リズム１２を形成する。プリズム１２の端面は、溝の形
成時に反応性イオンエッチングによって作成された鏡面
に近い平滑な垂直壁面から成っているので、光学特性の
優れた端面となる。
ングレーザの形成領域の最上層の上に、フォトリソグラ
フィー法を用いて上部電極１０ａを形成する。なお、こ
の上部電極１０ａの形成と相前後して基板１１の底面に
下部電極１０ｂを形成する。続いて、図４（Ｂ）に示す
ように、半導体リングレーザの形成領域の全面を二酸化
珪素層Ｓで覆ったのち、ガリウム砒素層に対する反応性
イオンエッチングを行うことにより、溝周辺部とリング
レーザ形成領域以外の積層構造を除去する。これによっ
てリングレーザが完成する。最後に、図４（Ｃ）に示す
ように、完成したリングレーザ側をレジストＲで覆った
のちガリウム砒素層に対するウェットエッチングを行っ
て溝周辺部の積層構造を完全に除去することにより、プ
リズム１２を形成する。プリズム１２の端面は、溝の形
成時に反応性イオンエッチングによって作成された鏡面
に近い平滑な垂直壁面から成っているので、光学特性の
優れた端面となる。
【００１２】以上、半導体レーザ素子としてリングレー
ザの場合を例示したが、他の適宜な形式の半導体レーザ
素子について本発明を適用できる。また、光学要素とし
てプリズムの場合を例示したが、平凸レンズ、平凹レン
ズ、円筒レンズなどの各種のレンズやその他の光学素子
についても本発明を適用できる。
ザの場合を例示したが、他の適宜な形式の半導体レーザ
素子について本発明を適用できる。また、光学要素とし
てプリズムの場合を例示したが、平凸レンズ、平凹レン
ズ、円筒レンズなどの各種のレンズやその他の光学素子
についても本発明を適用できる。
【００１３】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の半
導体レーザ装置は、共通の半導体基板上に形成された半
導体レーザ素子とプリズムなどの光学要素との間に空隙
や光導波路などの介在物が全く存在しない構成であるか
ら、装置の寸法が減少し集積密度が向上するという効果
が奏される。また、光導波路や空隙などの介在物とプリ
ズムなどの光学要素との境界面でのレーザ光の反射損失
や介在物内でのレーザ光の伝播損失が生じないので、レ
ーザ光の利用効率が向上する。さらに、介在物と光学要
素との境界面で戻り光が発生することもなくなり、半導
体レーザ素子の良好なレーザ発振特性が可能となる。
導体レーザ装置は、共通の半導体基板上に形成された半
導体レーザ素子とプリズムなどの光学要素との間に空隙
や光導波路などの介在物が全く存在しない構成であるか
ら、装置の寸法が減少し集積密度が向上するという効果
が奏される。また、光導波路や空隙などの介在物とプリ
ズムなどの光学要素との境界面でのレーザ光の反射損失
や介在物内でのレーザ光の伝播損失が生じないので、レ
ーザ光の利用効率が向上する。さらに、介在物と光学要
素との境界面で戻り光が発生することもなくなり、半導
体レーザ素子の良好なレーザ発振特性が可能となる。
【００１４】更に、本発明の製造方法によれば、半導体
レーザ活性層を含む積層構造の不要部分をエッチングに
よって除去することにより、半導体レーザ素子と光学要
素とを並行して作成してゆく構成であるから、工程数と
製造コストとが低減されると共に、半導体レーザ素子の
各端面と同様の平滑で垂直な端面を有する高い形状精度
の光学要素を形成できるという利点がある。
レーザ活性層を含む積層構造の不要部分をエッチングに
よって除去することにより、半導体レーザ素子と光学要
素とを並行して作成してゆく構成であるから、工程数と
製造コストとが低減されると共に、半導体レーザ素子の
各端面と同様の平滑で垂直な端面を有する高い形状精度
の光学要素を形成できるという利点がある。
【図１】本発明の一実施例の半導体レーザ装置の構成を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図２】図１中のＡーＡ’断面図である。
【図３】図１の半導体レーザ装置の製造工程の前半部分
を説明するための図１中のＢーＢ’断面図に相当する断
面図である。
を説明するための図１中のＢーＢ’断面図に相当する断
面図である。
【図４】図１の半導体レーザ装置の製造工程の後半部分
を説明するための図１中のＢーＢ’断面図に相当する断
面図である。
を説明するための図１中のＢーＢ’断面図に相当する断
面図である。
11 ガリウム砒素基板 10 半導体リングレーザ( 半導体レーザ素子) 10c 半導体リングレーザのレーザ光出射面 12 プリズム( 光学要素) 15 レーザ活性層
Claims (4)
- 【請求項１】半導体基板上に形成された半導体レーザ素
子と、 この半導体レーザ素子の光出射面に光入射面を密着させ
た状態でかつこの半導体レーザ素子の素材とは屈折率の
異なる素材によって前記半導体基板上に形成された光学
要素とを備えたことを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項２】半導体基板上に半導体レーザ活性層を含む
積層構造を形成する工程と、 この積層構造の一部をエッチングによって除去すること
により、半導体レーザ素子の出射面と、この半導体レー
ザ素子の光出射面を一つの壁面の一部又は全部としかつ
形成対象の光学要素の輪郭と同一の形状を有する溝とを
前記半導体基板上に形成する工程と、 前記溝の内部に前記積層構造を形成する半導体材料とは
異なる屈折率の透光性の物質を充填する工程と、 前記溝の外部に残留する前記積層構造のうち前記半導体
レーザ素子形成領域以外の部分をエッチングによって除
去することにより前記光学要素と前記半導体レーザ素子
とを形成する工程とを含むことを特徴とする半導体レー
ザ装置の製造方法。 - 【請求項３】 請求項２において、 前記溝内に透光性の物質を充填する工程は、 この溝を含む前記積層構造の表面に透光性物質を堆積す
る工程と、 この溝の外部に堆積された透光性物質をエッチングによ
って除去する工程とを含むことを特徴とする半導体レー
ザ装置の製造方法。 - 【請求項４】 請求項２又は３において、 前記溝と前記半導体レーザ素子とを形成する工程中のエ
ッチングは、反応性イオンエッチングであることを特徴
とする半導体レーザ装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29284293A JPH07131123A (ja) | 1993-10-28 | 1993-10-28 | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29284293A JPH07131123A (ja) | 1993-10-28 | 1993-10-28 | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07131123A true JPH07131123A (ja) | 1995-05-19 |
Family
ID=17787075
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29284293A Pending JPH07131123A (ja) | 1993-10-28 | 1993-10-28 | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07131123A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US6297883B1 (en) | 1998-10-19 | 2001-10-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Ring laser gas gyro with beat signal detection from current, voltage, or impedance of the ring laser |
| US6445454B1 (en) | 1998-10-19 | 2002-09-03 | Canon Kabushiki Kaisha | Gyro having modulated frequency driven laser |
| US6493089B2 (en) | 1998-10-19 | 2002-12-10 | Canon Kabushiki Kaisha | Gyro and method of operating the same with a modulated frequency signal |
| US6559949B1 (en) | 1999-01-22 | 2003-05-06 | Canon Kabushiki Kaisha | Gyro apparatus and gyroscope with multiple interfering laser beams affecting an electrical signal flowing therethrough |
| US6654126B1 (en) | 1999-12-01 | 2003-11-25 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical gyro with specific clock/calculation circuit |
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