JPH0983059A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JPH0983059A JPH0983059A JP23115495A JP23115495A JPH0983059A JP H0983059 A JPH0983059 A JP H0983059A JP 23115495 A JP23115495 A JP 23115495A JP 23115495 A JP23115495 A JP 23115495A JP H0983059 A JPH0983059 A JP H0983059A
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- laser
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 スポットサイズの大きな光導波路に対し直接
突き合わせにより低損失な光結合を可能とし、しかも低
コストで歩留まり良く製造し得る半導体レーザを提供す
ること。 【解決手段】 電流注入によって発光する等幅のストラ
イプ状の半導体活性層１と、該半導体活性層１を取り囲
むように構成されたクラッド層２とを有し、前記クラッ
ド層２の屈折率が半導体活性層１よりも小さい半導体レ
ーザにおいて、活性層１内への光の閉じ込め係数Γを0.
002〜0.05程度に設定することにより、レンズやスポッ
トサイズ変換用の光結合デバイスを設けることなく、出
射光のスポットサイズを、これと光結合する光導波路に
対して低損失で結合するように拡大する。
突き合わせにより低損失な光結合を可能とし、しかも低
コストで歩留まり良く製造し得る半導体レーザを提供す
ること。 【解決手段】 電流注入によって発光する等幅のストラ
イプ状の半導体活性層１と、該半導体活性層１を取り囲
むように構成されたクラッド層２とを有し、前記クラッ
ド層２の屈折率が半導体活性層１よりも小さい半導体レ
ーザにおいて、活性層１内への光の閉じ込め係数Γを0.
002〜0.05程度に設定することにより、レンズやスポッ
トサイズ変換用の光結合デバイスを設けることなく、出
射光のスポットサイズを、これと光結合する光導波路に
対して低損失で結合するように拡大する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、出射ビーム半径の
大きな半導体レーザに関するものである。
大きな半導体レーザに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の半導体レーザでは、活性層の幅が
レーザ発振時に横モードが単一となる、ほぼ上限の値
（例えば、１〜３μｍ程度）に設定され、また、基板の
垂直及び水平方向を考慮した総合的な活性層内への光閉
じ込め係数Γが低しきい値動作が可能となるよう、ある
程度強め（例えば、0.1〜0.2）に設定されていた。この
ため、出射ビーム半径は１μｍ程度と小さく、ビームは
出射端より急激に広がってしまっていた。
レーザ発振時に横モードが単一となる、ほぼ上限の値
（例えば、１〜３μｍ程度）に設定され、また、基板の
垂直及び水平方向を考慮した総合的な活性層内への光閉
じ込め係数Γが低しきい値動作が可能となるよう、ある
程度強め（例えば、0.1〜0.2）に設定されていた。この
ため、出射ビーム半径は１μｍ程度と小さく、ビームは
出射端より急激に広がってしまっていた。
【０００３】このような半導体レーザを、光ファイバの
ようなスポットサイズの大きな光導波路に直接突き合わ
せて光結合を行うと、結合損失が極めて大きくなる。例
えば、シングルモード光ファイバに直接突き合わせて光
結合を行うと、結合損失が約10ｄＢにもなるという問題
があった。
ようなスポットサイズの大きな光導波路に直接突き合わ
せて光結合を行うと、結合損失が極めて大きくなる。例
えば、シングルモード光ファイバに直接突き合わせて光
結合を行うと、結合損失が約10ｄＢにもなるという問題
があった。
【０００４】そこで、一般的には、半導体レーザと光フ
ァイバとの間に少なくとも１個のレンズもしくは光のス
ポットサイズを変換する光結合デバイスを挿入して結合
損失を低減していた。
ァイバとの間に少なくとも１個のレンズもしくは光のス
ポットサイズを変換する光結合デバイスを挿入して結合
損失を低減していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レンズ
を用いた場合、光ファイバの軸ずれに伴う結合損失の増
大も急峻であり、軸合わせを極めて高い精度で行わなけ
ればならないという問題があった。また、光のスポット
サイズを変換する光結合デバイスを半導体レーザととも
に集積化し、スポットサイズの大きな光ビームが得られ
る素子の開発も進められているが、これらの素子では集
積化に伴って製造工程が増加し、コストアップや歩留ま
りの低下を引き起こすという問題があった。
を用いた場合、光ファイバの軸ずれに伴う結合損失の増
大も急峻であり、軸合わせを極めて高い精度で行わなけ
ればならないという問題があった。また、光のスポット
サイズを変換する光結合デバイスを半導体レーザととも
に集積化し、スポットサイズの大きな光ビームが得られ
る素子の開発も進められているが、これらの素子では集
積化に伴って製造工程が増加し、コストアップや歩留ま
りの低下を引き起こすという問題があった。
【０００６】本発明の目的は、光ファイバのようなスポ
ットサイズの大きな光導波路に対し直接突き合わせによ
り低損失な光結合を可能とし、しかも低コストで歩留ま
り良く製造し得る半導体レーザを提供することにある。
ットサイズの大きな光導波路に対し直接突き合わせによ
り低損失な光結合を可能とし、しかも低コストで歩留ま
り良く製造し得る半導体レーザを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、図１に示すよ
うに、電流注入によって発光する等幅のストライプ状の
半導体活性層１と、該半導体活性層１を取り囲むように
構成されたクラッド層２とを有し、前記クラッド層２の
屈折率が半導体活性層１よりも小さい半導体レーザにお
いて、活性層１内への光の閉じ込め係数Γを0.002〜0.0
5程度に設定することにより、スポットサイズが、出射
光と光結合する光導波路に対して低損失で結合するよう
に拡大されていることを特徴とする。
うに、電流注入によって発光する等幅のストライプ状の
半導体活性層１と、該半導体活性層１を取り囲むように
構成されたクラッド層２とを有し、前記クラッド層２の
屈折率が半導体活性層１よりも小さい半導体レーザにお
いて、活性層１内への光の閉じ込め係数Γを0.002〜0.0
5程度に設定することにより、スポットサイズが、出射
光と光結合する光導波路に対して低損失で結合するよう
に拡大されていることを特徴とする。
【０００８】図２は計算により求めた分散シフトファイ
バに対する結合損失とレーザの光閉じ込め係数Γとの関
係を示すものである。従来の半導体レーザでは、一般に
Γが0.1以上であり、結合損失は５ｄＢ以上となるが、
本発明ではΓを0.002〜0.05程度に設定することによ
り、３ｄＢ以下の結合損失を実現できる。このようなΓ
を達成するためには、以下のような構成をとれば良い。
バに対する結合損失とレーザの光閉じ込め係数Γとの関
係を示すものである。従来の半導体レーザでは、一般に
Γが0.1以上であり、結合損失は５ｄＢ以上となるが、
本発明ではΓを0.002〜0.05程度に設定することによ
り、３ｄＢ以下の結合損失を実現できる。このようなΓ
を達成するためには、以下のような構成をとれば良い。
【０００９】構成（１） 活性層１に均一組成の半導体を用いる場合には、主に活
性層を狭幅または薄層化することにより、Γを0.002〜
0.05程度に設定できる。また、クラッド層２の屈折率を
活性層１のそれに近くなるように材料を選択することも
有効である。但し、屈折率が近くなる材料を選ぶと、一
般的にキャリアの閉じ込めも弱くなり、発振しきい値や
効率の低下が著しくなるので、それを小さく抑えるため
副次的に用いるものとする。
性層を狭幅または薄層化することにより、Γを0.002〜
0.05程度に設定できる。また、クラッド層２の屈折率を
活性層１のそれに近くなるように材料を選択することも
有効である。但し、屈折率が近くなる材料を選ぶと、一
般的にキャリアの閉じ込めも弱くなり、発振しきい値や
効率の低下が著しくなるので、それを小さく抑えるため
副次的に用いるものとする。
【００１０】構成（２） 活性層１に多重量子井戸層または多重量子井戸層及びそ
の両側にセパレートコンファインメントヘテロ構造を形
成するＳＣＨ層を用いる場合には、それらの層を狭幅ま
たは薄層化することにより、Γを0.002〜0.05程度に設
定できる。また、この場合、多重量子井戸の障壁層また
はＳＣＨ層に、ワイドギャップでかつ屈折率をクラッド
層のそれに近づけた材料を用いることにより、等価的な
活性層の屈折率を均一組成のそれより小さくでき、多重
量子井戸層またはその両側のＳＣＨ層の幅もしくは厚さ
が比較的大きくてもΓを0.002〜0.05程度に設定でき
る。
の両側にセパレートコンファインメントヘテロ構造を形
成するＳＣＨ層を用いる場合には、それらの層を狭幅ま
たは薄層化することにより、Γを0.002〜0.05程度に設
定できる。また、この場合、多重量子井戸の障壁層また
はＳＣＨ層に、ワイドギャップでかつ屈折率をクラッド
層のそれに近づけた材料を用いることにより、等価的な
活性層の屈折率を均一組成のそれより小さくでき、多重
量子井戸層またはその両側のＳＣＨ層の幅もしくは厚さ
が比較的大きくてもΓを0.002〜0.05程度に設定でき
る。
【００１１】このような構成（１）または（２）を用い
ることにより、光のスポットサイズがレーザキャビティ
内で一様に拡大され、光ファイバのようなスポットサイ
ズの大きな光導波路に対し直接突き合わせにより低損失
な光結合が可能になる。また、従来のようなレーザと光
結合デバイスを集積した素子に比べ、集積化のためのプ
ロセスが不要となり、それによる歩留まり向上も相乗し
て、素子の低コスト化に極めて有効である。さらにま
た、従来のレーザとテーパ導波路を有する光結合デバイ
スを集積した素子のように集積化に伴う電気的損失の発
生もなく、また、テーパ導波路の集積化による結合損の
発生及びテーパ部での光のモード変化に伴う放射光成分
の発生による光学的損失の増大もなく、効率が向上す
る。
ることにより、光のスポットサイズがレーザキャビティ
内で一様に拡大され、光ファイバのようなスポットサイ
ズの大きな光導波路に対し直接突き合わせにより低損失
な光結合が可能になる。また、従来のようなレーザと光
結合デバイスを集積した素子に比べ、集積化のためのプ
ロセスが不要となり、それによる歩留まり向上も相乗し
て、素子の低コスト化に極めて有効である。さらにま
た、従来のレーザとテーパ導波路を有する光結合デバイ
スを集積した素子のように集積化に伴う電気的損失の発
生もなく、また、テーパ導波路の集積化による結合損の
発生及びテーパ部での光のモード変化に伴う放射光成分
の発生による光学的損失の増大もなく、効率が向上す
る。
【００１２】
（第１の形態）図３は本発明の第１の実施の形態を示す
もので、図中、２１はｎ−ＩｎＰ基板、２２はｎ−Ｉｎ
Ｐクラッド層、２３はＩｎＧａＡｓＰ（λ＝1.3μｍ組
成）活性層、２４はｐ−ＩｎＰクラッド層、２５はｐ+
−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層、２６はｐ−ＩｎＰ埋め込
み層、２７はｎ−ＩｎＰ埋め込み層、２８及び２９はそ
れぞれｎ電極及びｐ電極である。
もので、図中、２１はｎ−ＩｎＰ基板、２２はｎ−Ｉｎ
Ｐクラッド層、２３はＩｎＧａＡｓＰ（λ＝1.3μｍ組
成）活性層、２４はｐ−ＩｎＰクラッド層、２５はｐ+
−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層、２６はｐ−ＩｎＰ埋め込
み層、２７はｎ−ＩｎＰ埋め込み層、２８及び２９はそ
れぞれｎ電極及びｐ電極である。
【００１３】活性層２３は幅1.0μｍ、厚さ0.04μｍで
ある。従来構造の活性層幅1.5μｍ、厚さ0.1μｍの素子
では光の閉じ込め係数Γが0.1以上あり、出射端のビー
ム半径は約１μｍであったが、図３のように活性層幅を
狭め、また、厚さを薄くすることにより、Γは0.006程
度に小さくなり、その結果、ビーム半径は約2.5μｍに
広がり、分散シフトファイバとの直接突き合わせにより
−2.0ｄＢの結合効率が得られた。
ある。従来構造の活性層幅1.5μｍ、厚さ0.1μｍの素子
では光の閉じ込め係数Γが0.1以上あり、出射端のビー
ム半径は約１μｍであったが、図３のように活性層幅を
狭め、また、厚さを薄くすることにより、Γは0.006程
度に小さくなり、その結果、ビーム半径は約2.5μｍに
広がり、分散シフトファイバとの直接突き合わせにより
−2.0ｄＢの結合効率が得られた。
【００１４】また、ファイバとレーザとの軸ずれに対す
る許容度である結合トレランスも１ｄＢの結合効率劣化
範囲として、突き合わせ面内のＸ，Ｙ方向に対し±２μ
ｍと大きな値が得られた。なお、従来構造のものでは約
−10ｄＢの結合効率しか得られず、レンズを用いたファ
イバとの結合トレランスも１ｄＢの結合効率劣化範囲と
して、突き合わせ面内のＸ，Ｙ方向に対し±0.4μｍし
か得られない。
る許容度である結合トレランスも１ｄＢの結合効率劣化
範囲として、突き合わせ面内のＸ，Ｙ方向に対し±２μ
ｍと大きな値が得られた。なお、従来構造のものでは約
−10ｄＢの結合効率しか得られず、レンズを用いたファ
イバとの結合トレランスも１ｄＢの結合効率劣化範囲と
して、突き合わせ面内のＸ，Ｙ方向に対し±0.4μｍし
か得られない。
【００１５】また、発振スペクトルは通常のファブリペ
ローレーザと同様であった。なお、発振しきい値は、従
来構造のキャビティ長500μｍのもので約９ｍＡであっ
たが、本形態のように光の閉じ込めを弱くしても発振し
きい値は17ｍＡ程度であった。また、レーザに受動型の
光結合デバイスを集積した素子に比べると、光結合デバ
イス部製作のためのプロセスが不要となり、それによる
歩留まり向上も相乗して、低コスト化を図れる。
ローレーザと同様であった。なお、発振しきい値は、従
来構造のキャビティ長500μｍのもので約９ｍＡであっ
たが、本形態のように光の閉じ込めを弱くしても発振し
きい値は17ｍＡ程度であった。また、レーザに受動型の
光結合デバイスを集積した素子に比べると、光結合デバ
イス部製作のためのプロセスが不要となり、それによる
歩留まり向上も相乗して、低コスト化を図れる。
【００１６】ここでは基板がｎ形ＩｎＰの場合を示して
いるが、ｐ形ＩｎＰでも良く、その場合、図３におい
て、２２はｐ−ＩｎＰクラッド層、２３はＩｎＧａＡｓ
Ｐ（λ＝1.3μｍ組成）活性層、２４はｎ−ＩｎＰクラ
ッド層、２５はｎ+−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層、２６
はｎ−ＩｎＰ埋め込み層、２７はｐ−ＩｎＰ埋め込み
層、２８及び２９はそれぞれｐ電極及びｎ電極となる。
いるが、ｐ形ＩｎＰでも良く、その場合、図３におい
て、２２はｐ−ＩｎＰクラッド層、２３はＩｎＧａＡｓ
Ｐ（λ＝1.3μｍ組成）活性層、２４はｎ−ＩｎＰクラ
ッド層、２５はｎ+−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層、２６
はｎ−ＩｎＰ埋め込み層、２７はｐ−ＩｎＰ埋め込み
層、２８及び２９はそれぞれｐ電極及びｎ電極となる。
【００１７】また、ここでは活性層がＩｎＧａＡｓＰ
（λ＝1.3μｍ組成）の場合について示しているが、Ｉ
ｎＧａＡｓＰ（λ＝1.55μｍ組成）等の他の組成でも良
い。また、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系以外のＩｎＧａＡ
ｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ系やＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系
等の材料系や、歪を内在するような材料系でも同様の効
果が得られる。また、本例はファブリペローレーザの例
であるが、本発明は分布帰還形（ＤＦＢ）レーザや分布
反射形（ＤＢＲ）レーザ等の他の種類のレーザにも適用
できることは言うまでもない。
（λ＝1.3μｍ組成）の場合について示しているが、Ｉ
ｎＧａＡｓＰ（λ＝1.55μｍ組成）等の他の組成でも良
い。また、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系以外のＩｎＧａＡ
ｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ系やＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系
等の材料系や、歪を内在するような材料系でも同様の効
果が得られる。また、本例はファブリペローレーザの例
であるが、本発明は分布帰還形（ＤＦＢ）レーザや分布
反射形（ＤＢＲ）レーザ等の他の種類のレーザにも適用
できることは言うまでもない。
【００１８】（第２の形態）図４は本発明の第２の実施
の形態を示すもので、図中、３１はｎ−ＩｎＰ基板、３
２はｎ−ＩｎＰクラッド層、３３はＩｎＧａＡｓＰ（λ
＝1.3μｍ組成）活性層、３４はｐ−ＩｎＰクラッド
層、３５はｐ+−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層、３６は半
絶縁性ＩｎＰ埋め込み層、３７及び３８はそれぞれｎ電
極及びｐ電極である。
の形態を示すもので、図中、３１はｎ−ＩｎＰ基板、３
２はｎ−ＩｎＰクラッド層、３３はＩｎＧａＡｓＰ（λ
＝1.3μｍ組成）活性層、３４はｐ−ＩｎＰクラッド
層、３５はｐ+−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層、３６は半
絶縁性ＩｎＰ埋め込み層、３７及び３８はそれぞれｎ電
極及びｐ電極である。
【００１９】活性層３３は幅1.0μｍ、厚さ0.04μｍで
ある。従来構造の活性層幅1.5μｍ、厚さ0.1μｍの素子
では光の閉じ込め係数Γが0.1以上あり、出射端のビー
ム半径は約１μｍであったが、図４のように活性層幅を
狭め、また、厚さを薄くすることにより、Γは0.006程
度に小さくなり、その結果、ビーム半径は約2.5μｍに
広がり、分散シフトファイバとの直接突き合わせにより
−2.0ｄＢの結合効率が得られた。
ある。従来構造の活性層幅1.5μｍ、厚さ0.1μｍの素子
では光の閉じ込め係数Γが0.1以上あり、出射端のビー
ム半径は約１μｍであったが、図４のように活性層幅を
狭め、また、厚さを薄くすることにより、Γは0.006程
度に小さくなり、その結果、ビーム半径は約2.5μｍに
広がり、分散シフトファイバとの直接突き合わせにより
−2.0ｄＢの結合効率が得られた。
【００２０】また、ファイバとレーザとの軸ずれに対す
る許容度である結合トレランスも１ｄＢの結合効率劣化
範囲として、突き合わせ面内のＸ，Ｙ方向に対し±２μ
ｍと大きな値が得られた。なお、従来構造のものでは約
−10ｄＢの結合効率しか得られず、レンズを用いたファ
イバとの結合トレランスも１ｄＢの結合効率劣化範囲と
して、突き合わせ面内のＸ，Ｙ方向に対し±0.4μｍし
か得られない。
る許容度である結合トレランスも１ｄＢの結合効率劣化
範囲として、突き合わせ面内のＸ，Ｙ方向に対し±２μ
ｍと大きな値が得られた。なお、従来構造のものでは約
−10ｄＢの結合効率しか得られず、レンズを用いたファ
イバとの結合トレランスも１ｄＢの結合効率劣化範囲と
して、突き合わせ面内のＸ，Ｙ方向に対し±0.4μｍし
か得られない。
【００２１】また、発振スペクトルは通常のファブリペ
ローレーザと同様であった。なお、発振しきい値は、従
来構造のキャビティ長500μｍのもので約８ｍＡであっ
たが、本形態のように光の閉じ込めを弱くしても発振し
きい値は15ｍＡ程度であった。また、レーザに受動型の
光結合デバイスを集積した素子に比べると、光結合デバ
イス部製作のためのプロセスが不要となり、それによる
歩留まり向上も相乗して、低コスト化を図れる。
ローレーザと同様であった。なお、発振しきい値は、従
来構造のキャビティ長500μｍのもので約８ｍＡであっ
たが、本形態のように光の閉じ込めを弱くしても発振し
きい値は15ｍＡ程度であった。また、レーザに受動型の
光結合デバイスを集積した素子に比べると、光結合デバ
イス部製作のためのプロセスが不要となり、それによる
歩留まり向上も相乗して、低コスト化を図れる。
【００２２】ここでは基板がｎ形ＩｎＰの場合を示して
いるが、ｐ形ＩｎＰでも良く、その場合、図４におい
て、３２はｐ−ＩｎＰクラッド層、３３はＩｎＧａＡｓ
Ｐ（λ＝1.3μｍ組成）活性層、３４はｎ−ＩｎＰクラ
ッド層、３５はｎ+−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層、３６
は半絶縁性ＩｎＰ埋め込み層、３７及び３８はそれぞれ
ｐ電極及びｎ電極となる。
いるが、ｐ形ＩｎＰでも良く、その場合、図４におい
て、３２はｐ−ＩｎＰクラッド層、３３はＩｎＧａＡｓ
Ｐ（λ＝1.3μｍ組成）活性層、３４はｎ−ＩｎＰクラ
ッド層、３５はｎ+−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層、３６
は半絶縁性ＩｎＰ埋め込み層、３７及び３８はそれぞれ
ｐ電極及びｎ電極となる。
【００２３】また、ここでは活性層がＩｎＧａＡｓＰ
（λ＝1.3μｍ組成）の場合について示しているが、Ｉ
ｎＧａＡｓＰ（λ＝1.55μｍ組成）等の他の組成でも良
い。また、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系以外のＩｎＧａＡ
ｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ系やＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系
等の材料系や、歪を内在するような材料系でも同様の効
果が得られる。また、本例はファブリペローレーザの例
であるが、本発明は分布帰還形（ＤＦＢ）レーザや分布
反射形（ＤＢＲ）レーザ等の他の種類のレーザにも適用
できることは言うまでもない。
（λ＝1.3μｍ組成）の場合について示しているが、Ｉ
ｎＧａＡｓＰ（λ＝1.55μｍ組成）等の他の組成でも良
い。また、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系以外のＩｎＧａＡ
ｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ系やＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系
等の材料系や、歪を内在するような材料系でも同様の効
果が得られる。また、本例はファブリペローレーザの例
であるが、本発明は分布帰還形（ＤＦＢ）レーザや分布
反射形（ＤＢＲ）レーザ等の他の種類のレーザにも適用
できることは言うまでもない。
【００２４】（第３の形態）図５は本発明の第３の実施
の形態を示すもので、図中、４１はｎ−ＩｎＰ基板、４
２はｎ−ＩｎＰクラッド層、４３は７層の６ｎｍのＩｎ
ＧａＡｓＰ井戸及び６層の10ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ（λ
＝1.1μｍ組成）障壁よりなる多重量子井戸活性層（λ
PL＝1.3μｍ）、４４ａ，４４ｂは10ｎｍのＩｎＧａＡ
ｓＰ（λ＝1.1μｍ組成）セパレートコンファインメン
トヘテロ（ＳＣＨ）層、４５はｐ−ＩｎＰクラッド層、
４６はｐ+−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層、４７はｐ−Ｉ
ｎＰ埋め込み層、４８はｎ−ＩｎＰ埋め込み層、４９及
び５０はそれぞれｎ電極及びｐ電極である。
の形態を示すもので、図中、４１はｎ−ＩｎＰ基板、４
２はｎ−ＩｎＰクラッド層、４３は７層の６ｎｍのＩｎ
ＧａＡｓＰ井戸及び６層の10ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ（λ
＝1.1μｍ組成）障壁よりなる多重量子井戸活性層（λ
PL＝1.3μｍ）、４４ａ，４４ｂは10ｎｍのＩｎＧａＡ
ｓＰ（λ＝1.1μｍ組成）セパレートコンファインメン
トヘテロ（ＳＣＨ）層、４５はｐ−ＩｎＰクラッド層、
４６はｐ+−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層、４７はｐ−Ｉ
ｎＰ埋め込み層、４８はｎ−ＩｎＰ埋め込み層、４９及
び５０はそれぞれｎ電極及びｐ電極である。
【００２５】多重量子井戸活性層４３及びＳＣＨ層４４
ａ，４４ｂは0.7μｍ幅である。また、その片端面には
高反射膜を形成してある。従来構造の活性層幅が一様に
1.5μｍでＳＣＨ層厚が100ｎｍの素子では光の閉じ込め
係数Γが0.15あり、出射端のビーム半径は約１μｍであ
ったが、活性層幅を狭め、ＳＣＨ層厚を薄くすることに
より、Γは0.03と小さくなり、その結果、ビーム半径は
約２μｍに広がり、分散シフトファイバの直接突き合わ
せにより−３ｄＢ以上の結合効率が得られた。
ａ，４４ｂは0.7μｍ幅である。また、その片端面には
高反射膜を形成してある。従来構造の活性層幅が一様に
1.5μｍでＳＣＨ層厚が100ｎｍの素子では光の閉じ込め
係数Γが0.15あり、出射端のビーム半径は約１μｍであ
ったが、活性層幅を狭め、ＳＣＨ層厚を薄くすることに
より、Γは0.03と小さくなり、その結果、ビーム半径は
約２μｍに広がり、分散シフトファイバの直接突き合わ
せにより−３ｄＢ以上の結合効率が得られた。
【００２６】また、ファイバとレーザとの軸ずれに対す
る許容度である結合トレランスも１ｄＢの結合効率劣化
範囲として、突き合わせ面内のＸ，Ｙ方向に対し±２μ
ｍと大きな値が得られた。なお、従来構造のものでは約
−10ｄＢの結合効率しか得られず、レンズを用いたファ
イバとの結合トレランスも１ｄＢの結合効率劣化範囲と
して、突き合わせ面内のＸ，Ｙ方向に対し±0.4μｍし
か得られない。
る許容度である結合トレランスも１ｄＢの結合効率劣化
範囲として、突き合わせ面内のＸ，Ｙ方向に対し±２μ
ｍと大きな値が得られた。なお、従来構造のものでは約
−10ｄＢの結合効率しか得られず、レンズを用いたファ
イバとの結合トレランスも１ｄＢの結合効率劣化範囲と
して、突き合わせ面内のＸ，Ｙ方向に対し±0.4μｍし
か得られない。
【００２７】また、発振しきい値は、従来構造のキャビ
ティ長500μｍ、片端面に高反射膜を形成したもので約
６ｍＡであったが、本形態のように光の閉じ込めを弱く
しても発振しきい値は９ｍＡ程度であった。また、素子
の効率も0.4Ｗ／Ａ以上が得られ、レーザに受動型の光
結合デバイスを集積した素子に比べると、集積化に伴う
電気的損失及び光学的損失の増大がないため、20％以上
効率の大きな素子が得られた。また、効率はキャビティ
長を短くすることで向上し、キャビティ長300μｍでは
効率0.5Ｗ／Ａ以上が得られた。
ティ長500μｍ、片端面に高反射膜を形成したもので約
６ｍＡであったが、本形態のように光の閉じ込めを弱く
しても発振しきい値は９ｍＡ程度であった。また、素子
の効率も0.4Ｗ／Ａ以上が得られ、レーザに受動型の光
結合デバイスを集積した素子に比べると、集積化に伴う
電気的損失及び光学的損失の増大がないため、20％以上
効率の大きな素子が得られた。また、効率はキャビティ
長を短くすることで向上し、キャビティ長300μｍでは
効率0.5Ｗ／Ａ以上が得られた。
【００２８】また、発振スペクトルは通常のファブリペ
ローレーザと同様であった。また、レーザに受動型の光
結合デバイスを集積した素子に比べると、集積化のため
のプロセスが不要となり、それによる歩留まり向上も相
乗して、低コスト化を図れる。
ローレーザと同様であった。また、レーザに受動型の光
結合デバイスを集積した素子に比べると、集積化のため
のプロセスが不要となり、それによる歩留まり向上も相
乗して、低コスト化を図れる。
【００２９】ここでは基板がｎ形ＩｎＰの場合を示して
いるが、ｐ形ＩｎＰでも良く、その場合、図５におい
て、４２はｐ−ＩｎＰクラッド層、４３は７層のＩｎＧ
ａＡｓＰ井戸及び６層のＩｎＧａＡｓＰ（λ＝1.1μｍ
組成）障壁よりなる多重量子井戸活性層（λPL＝1.3μ
ｍ）、４４ａ，４４ｂはＩｎＧａＡｓＰ（λ＝1.1μｍ
組成）セパレートコンファインメントヘテロ（ＳＣＨ）
層、４５はｎ−ＩｎＰクラッド層、４６はｎ+−ＩｎＧ
ａＡｓＰキャップ層、４７はｎ−ＩｎＰ埋め込み層、４
８はｐ−ＩｎＰ埋め込み層、４９及び５０はそれぞれｐ
電極及びｎ電極となる。
いるが、ｐ形ＩｎＰでも良く、その場合、図５におい
て、４２はｐ−ＩｎＰクラッド層、４３は７層のＩｎＧ
ａＡｓＰ井戸及び６層のＩｎＧａＡｓＰ（λ＝1.1μｍ
組成）障壁よりなる多重量子井戸活性層（λPL＝1.3μ
ｍ）、４４ａ，４４ｂはＩｎＧａＡｓＰ（λ＝1.1μｍ
組成）セパレートコンファインメントヘテロ（ＳＣＨ）
層、４５はｎ−ＩｎＰクラッド層、４６はｎ+−ＩｎＧ
ａＡｓＰキャップ層、４７はｎ−ＩｎＰ埋め込み層、４
８はｐ−ＩｎＰ埋め込み層、４９及び５０はそれぞれｐ
電極及びｎ電極となる。
【００３０】また、ここでは活性層がＩｎＧａＡｓＰ多
重量子井戸活性層（λPL＝1.3μｍ）で井戸数７層の場
合について示しているが、井戸数は８層程度以下であれ
ば良く、井戸数に合わせてＳＣＨ層厚とそれらの幅を調
整して光のスポットサイズが光結合する光導波路と低損
失で結合するように拡大すれば良い。例えば、井戸数４
層で活性層部分の幅を1.0μｍにした時、ＳＣＨ層厚を4
0ｎｍにすれば、Γは0.03程度に小さくなり、その結
果、光のスポットサイズが光ファイバと結合損失３ｄＢ
以下で結合するように拡大できる。また、井戸数７層、
ＳＣＨ層厚を70ｎｍにした時、活性層部分の幅を0.4μ
ｍにすれば、Γは0.03程度に小さくなり、その結果、光
のスポットサイズが光ファイバと結合損失３ｄＢ以下で
結合するように拡大できる。
重量子井戸活性層（λPL＝1.3μｍ）で井戸数７層の場
合について示しているが、井戸数は８層程度以下であれ
ば良く、井戸数に合わせてＳＣＨ層厚とそれらの幅を調
整して光のスポットサイズが光結合する光導波路と低損
失で結合するように拡大すれば良い。例えば、井戸数４
層で活性層部分の幅を1.0μｍにした時、ＳＣＨ層厚を4
0ｎｍにすれば、Γは0.03程度に小さくなり、その結
果、光のスポットサイズが光ファイバと結合損失３ｄＢ
以下で結合するように拡大できる。また、井戸数７層、
ＳＣＨ層厚を70ｎｍにした時、活性層部分の幅を0.4μ
ｍにすれば、Γは0.03程度に小さくなり、その結果、光
のスポットサイズが光ファイバと結合損失３ｄＢ以下で
結合するように拡大できる。
【００３１】また、ここでは活性層がＩｎＧａＡｓＰ多
重量子井戸活性層（λPL＝1.3μｍ）の場合について示
しているが、ＩｎＧａＡｓＰ（λPL＝1.55μｍ）等の他
の構成や、歪量子井戸構造、歪補償量子井戸構造等でも
良い。
重量子井戸活性層（λPL＝1.3μｍ）の場合について示
しているが、ＩｎＧａＡｓＰ（λPL＝1.55μｍ）等の他
の構成や、歪量子井戸構造、歪補償量子井戸構造等でも
良い。
【００３２】また、ここではＩｎＧａＡｓＰ障壁層及び
ＳＣＨ層の組成はλ＝1.1μｍを用いているが、λ＝1.0
5μｍにすることによりＳＣＨ層を含む多重量子井戸活
性層の等価的屈折率が小さくなり、結合損失2.5ｄＢ以
下で結合するようになる。ＳＣＨ層はＩｎＧａＡｓＰか
らＩｎＰへの傾斜組成層（ＧＲＩＮ−ＳＣＨ）であって
も良いことは言うまでもない。また、ＩｎＧａＡｓＰ／
ＩｎＰ系以外のＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ系や
ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系等の材料系や、歪を内在する
ような材料系でも同様の効果が得られる。
ＳＣＨ層の組成はλ＝1.1μｍを用いているが、λ＝1.0
5μｍにすることによりＳＣＨ層を含む多重量子井戸活
性層の等価的屈折率が小さくなり、結合損失2.5ｄＢ以
下で結合するようになる。ＳＣＨ層はＩｎＧａＡｓＰか
らＩｎＰへの傾斜組成層（ＧＲＩＮ−ＳＣＨ）であって
も良いことは言うまでもない。また、ＩｎＧａＡｓＰ／
ＩｎＰ系以外のＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ系や
ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系等の材料系や、歪を内在する
ような材料系でも同様の効果が得られる。
【００３３】また、本例はｐｎ埋め込み構造の例である
が、半絶縁性の埋め込み構造であっても良い。また、本
例はファブリペローレーザの例であるが、本発明は分布
帰還形（ＤＦＢ）レーザや分布反射形（ＤＢＲ）レーザ
等の他の種類のレーザにも適用できることは言うまでも
ない。
が、半絶縁性の埋め込み構造であっても良い。また、本
例はファブリペローレーザの例であるが、本発明は分布
帰還形（ＤＦＢ）レーザや分布反射形（ＤＢＲ）レーザ
等の他の種類のレーザにも適用できることは言うまでも
ない。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、活
性層の幅が一定である導波型の半導体レーザにおいて、
主に活性層を狭幅または薄層化して活性層内への光の閉
じ込め係数を0.002〜0.05程度に設定することにより、
光のスポットサイズがレーザキャビティ内で一様に拡大
され、これによって光ファイバのようなスポットサイズ
の大きな光導波路に対し直接突き合わせにより低損失な
光結合が可能になる。また、ＳＣＨ層を含む量子井戸レ
ーザでは、量子井戸部分に加えてＳＣＨ層も狭幅または
薄層化して活性層内への光の閉じ込め係数を0.002〜0.0
5程度に設定することにより、光のスポットサイズがレ
ーザキャビティ内で一様に拡大され、これによって光フ
ァイバのようなスポットサイズの大きな光導波路に対し
直接突き合わせにより低損失な光結合が可能になる。
性層の幅が一定である導波型の半導体レーザにおいて、
主に活性層を狭幅または薄層化して活性層内への光の閉
じ込め係数を0.002〜0.05程度に設定することにより、
光のスポットサイズがレーザキャビティ内で一様に拡大
され、これによって光ファイバのようなスポットサイズ
の大きな光導波路に対し直接突き合わせにより低損失な
光結合が可能になる。また、ＳＣＨ層を含む量子井戸レ
ーザでは、量子井戸部分に加えてＳＣＨ層も狭幅または
薄層化して活性層内への光の閉じ込め係数を0.002〜0.0
5程度に設定することにより、光のスポットサイズがレ
ーザキャビティ内で一様に拡大され、これによって光フ
ァイバのようなスポットサイズの大きな光導波路に対し
直接突き合わせにより低損失な光結合が可能になる。
【００３５】また、スポットサイズの拡大に伴い、ファ
イバとレーザとの軸ずれに対する許容度も従来のレーザ
とレンズを用いた組み合わせに比べて大きく改善され
る。また、従来のようなレーザと光結合デバイスを集積
した素子に比べ、集積化のためのプロセスが不要とな
り、それによる歩留まり向上も相乗して、素子の低コス
ト化に極めて有効である。さらにまた、従来のレーザと
光結合デバイスを集積した素子に比べると、集積化に伴
う電気的損失及び光学的損失の増大がないため、効率を
向上させることができる。
イバとレーザとの軸ずれに対する許容度も従来のレーザ
とレンズを用いた組み合わせに比べて大きく改善され
る。また、従来のようなレーザと光結合デバイスを集積
した素子に比べ、集積化のためのプロセスが不要とな
り、それによる歩留まり向上も相乗して、素子の低コス
ト化に極めて有効である。さらにまた、従来のレーザと
光結合デバイスを集積した素子に比べると、集積化に伴
う電気的損失及び光学的損失の増大がないため、効率を
向上させることができる。
【図１】本発明の半導体レーザの構造を示す斜視図
【図２】分散シフトファイバに対する結合損失と光閉じ
込め係数Γとの関係を示す図
込め係数Γとの関係を示す図
【図３】本発明の半導体レーザの第１の実施の形態を示
す断面図
す断面図
【図４】本発明の半導体レーザの第２の実施の形態を示
す断面図
す断面図
【図５】本発明の半導体レーザの第３の実施の形態を示
す断面図
す断面図
２１，３１，４１…ｎ−ＩｎＰ基板、２２，３２，４２
…ｎ−ＩｎＰクラッド層、２３，３３…ＩｎＧａＡｓＰ
（λ＝1.3μｍ組成）活性層、２４，３４，４５…ｐ−
ＩｎＰクラッド層、２５，３５，４６…ｐ+−ＩｎＧａ
ＡｓＰキャップ層、２６，４７…ｐ−ＩｎＰ埋め込み
層、２７，４８…ｎ−ＩｎＰ埋め込み層、２８，３７，
４９…ｎ電極、２９，３８，５０…ｐ電極、３６…半絶
縁性ＩｎＰ埋め込み層、４３…多重量子井戸活性層（λ
PL＝1.3μｍ）、４４ａ，４４ｂ…ＩｎＧａＡｓＰ（λ
＝1.1μｍ組成）セパレートコンファインメントヘテロ
（ＳＣＨ）層。
…ｎ−ＩｎＰクラッド層、２３，３３…ＩｎＧａＡｓＰ
（λ＝1.3μｍ組成）活性層、２４，３４，４５…ｐ−
ＩｎＰクラッド層、２５，３５，４６…ｐ+−ＩｎＧａ
ＡｓＰキャップ層、２６，４７…ｐ−ＩｎＰ埋め込み
層、２７，４８…ｎ−ＩｎＰ埋め込み層、２８，３７，
４９…ｎ電極、２９，３８，５０…ｐ電極、３６…半絶
縁性ＩｎＰ埋め込み層、４３…多重量子井戸活性層（λ
PL＝1.3μｍ）、４４ａ，４４ｂ…ＩｎＧａＡｓＰ（λ
＝1.1μｍ組成）セパレートコンファインメントヘテロ
（ＳＣＨ）層。
Claims (5)
- 【請求項１】 活性層の幅が一定である導波型の半導体
レーザにおいて、 前記活性層内への光の閉じ込め係数を0.002〜0.05程度
に設定することを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項２】 活性層として均一組成の活性層を用いた
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。 - 【請求項３】 活性層として多重量子井戸層を用いたこ
とを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。 - 【請求項４】 活性層として多重量子井戸層及びその両
側に形成されたセパレートコンファインメントヘテロ層
を用いたことを特徴とする請求項１記載の半導体レー
ザ。 - 【請求項５】 活性層を狭幅または薄層化することによ
り該活性層内への光の閉じ込め係数を0.002〜0.05程度
に設定するようになしたことを特徴とする請求項１乃至
４いずれか記載の半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23115495A JPH0983059A (ja) | 1995-09-08 | 1995-09-08 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23115495A JPH0983059A (ja) | 1995-09-08 | 1995-09-08 | 半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0983059A true JPH0983059A (ja) | 1997-03-28 |
Family
ID=16919151
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23115495A Pending JPH0983059A (ja) | 1995-09-08 | 1995-09-08 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0983059A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000076041A1 (en) * | 1999-06-09 | 2000-12-14 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Semiconductor laser |
| US6567447B1 (en) | 1999-02-03 | 2003-05-20 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Semiconductor laser device and semiconductor laser module using the same |
| US6614822B2 (en) | 2000-02-03 | 2003-09-02 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Semiconductor laser devices, and semiconductor laser modules and optical communication systems using the same |
| US6870871B2 (en) | 2000-02-03 | 2005-03-22 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Semiconductor laser devices, and semiconductor laser modules and optical communication systems using the same |
| US7006545B2 (en) | 2000-10-02 | 2006-02-28 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Semiconductor laser device and optical fiber amplifier using the same |
| WO2020137422A1 (ja) * | 2018-12-25 | 2020-07-02 | 三菱電機株式会社 | 光送信装置 |
-
1995
- 1995-09-08 JP JP23115495A patent/JPH0983059A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6567447B1 (en) | 1999-02-03 | 2003-05-20 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Semiconductor laser device and semiconductor laser module using the same |
| WO2000076041A1 (en) * | 1999-06-09 | 2000-12-14 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Semiconductor laser |
| US6810063B1 (en) | 1999-06-09 | 2004-10-26 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Semiconductor laser device |
| US6614822B2 (en) | 2000-02-03 | 2003-09-02 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Semiconductor laser devices, and semiconductor laser modules and optical communication systems using the same |
| US6870871B2 (en) | 2000-02-03 | 2005-03-22 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Semiconductor laser devices, and semiconductor laser modules and optical communication systems using the same |
| US7006545B2 (en) | 2000-10-02 | 2006-02-28 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Semiconductor laser device and optical fiber amplifier using the same |
| WO2020137422A1 (ja) * | 2018-12-25 | 2020-07-02 | 三菱電機株式会社 | 光送信装置 |
| JPWO2020137422A1 (ja) * | 2018-12-25 | 2021-02-18 | 三菱電機株式会社 | 光送信装置 |
| CN113196599A (zh) * | 2018-12-25 | 2021-07-30 | 三菱电机株式会社 | 光发送装置 |
| CN113196599B (zh) * | 2018-12-25 | 2023-08-29 | 三菱电机株式会社 | 光发送装置 |
| US12015247B2 (en) | 2018-12-25 | 2024-06-18 | Mitsubishi Electric Corporation | Optical transmission apparatus |
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