JPH1126874A

JPH1126874A - 光半導体素子

Info

Publication number: JPH1126874A
Application number: JP17340797A
Authority: JP
Inventors: Hirohiko Kobayashi; 宏彦小林; Takayuki Yamamoto; 剛之山本
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1997-06-30
Publication date: 1999-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】光半導体素子に関し、光半導体素子の直列抵
抗を増大させることなく、スポットサイズを対称にす
る。【解決手段】光を導波するための一層以上からなるコ
ア層２のサイズが光の出射端面に向かって連続的に減少
しているテーパ導波路部６がｎ型半導体基板１上に集積
化すると共に、テーパ導波路部６にのみ、且つ、少なく
ともテーパ導波路部６の先端部において、コア層２とｎ
型半導体基板１との間にｎ型半導体基板１より高屈折率
の屈折率制御層５を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光半導体素子に関す
るものであり、特に、光ファイバ通信に用いるスポット
サイズ変換器を集積化した半導体レーザ等の光半導体素
子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバ通信は１本の光ファイバで大
容量の情報を送ることができるため、これまでの幹線系
通信に広く用いられてきたが、近年、マルチメディア情
報を一般家庭まで提供するＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒｔｏ
ｔｈｅＨｏｍｅ：光ファイバを一般家庭まで引き、
画像等の大容量情報を提供しようとする試み）が提案さ
れ、現実的なものとなりつつある。

【０００３】このシステムに用いられる半導体レーザモ
ジュールは、一般加入者への販売を前提としているた
め、低価格化と量産化が必須であり、そのために、特
に、光モジュール内における光半導体素子と光ファイバ
との間の光結合が大きな問題になってきている。

【０００４】この様な問題を解決するために、導波路の
厚さもしくは幅を出射端面に向かってテーパ状に変化さ
せ、光ファイバとの直接結合を可能とするテーパ導波路
を集積化したスポットサイズ変換器付き半導体レーザの
開発が行われている。

【０００５】このスポットサイズ変換器付き半導体レー
ザでは、出射端であるテーパ導波路の先端部で光のスポ
ットサイズが拡大され、光ファイバのスポットサイズに
近づくため、高価なレンズ系を用いずに光ファイバとの
高い結合効率が得られる。

【０００６】また、位置合わせ精度が緩和されるので、
半導体レーザを発光させずに光ファイバとの位置合わせ
を行うパッシブアライメントにより素子を実装すること
ができモジュールの量産が可能になる。

【０００７】ここで、図７及び図８を参照して、従来の
スポットサイズ変換器付き半導体レーザの一例（例え
ば、特願平６−１６５１４５号公報参照）を説明する。図７参照図７は、従来のスポットサイズ変換器付き半導体レーザ
の斜視図であり、まず、ｎ型ＩｎＰ基板４１表面にスト
ライプ状開口部を有する選択成長マスク（図示せず）を
設け、ＳＣＨ層（光ガイド層）４２、量子井戸層４３、
ＳＣＨ層４４、ｐ型ＩｎＰクラッド層４５を連続的に成
長させる。

【０００８】この際、選択成長マスクに設けるストライ
プ状開口部の幅を、テーパ導波路部５４を形成する領域
においては出射端面に向かって幅が徐々に広くなるテー
パ状開口部とし、一方、利得領域５５を形成する領域に
おいては均一で幅細の開口部にすることによって、コア
層を構成するＳＣＨ層４２、ＭＱＷ構造（多重量子井戸
構造）の量子井戸層４３、及び、ＳＣＨ層４４の膜厚
を、テーパ導波路部５４においては出射端面に向かって
徐々にテーパ状に減少させ、且つ、利得領域５５におい
ては平坦な構造とする。

【０００９】次いで、選択成長マスクを除去したのち、
新たに設けたストライプ状のＳｉＯ ₂マスク（図示せ
ず）をマスクとしてドライ・エッチングを施すことによ
り、ｐ型ＩｎＰクラッド層４５乃至ｎ型ＩｎＰ基板４１
の一部をメサエッチングして、メサストライプ４６を形
成する。

【００１０】次いで、ＳｉＯ₂マスクを選択成長マスク
として用いて、メサストライプ４６の側部にｐ型ＩｎＰ
埋込層４７及びｎ型ＩｎＰ電流ブロック層４８を選択成
長させたのち、ＳｉＯ₂マスクを除去し、全面に、ｐ型
ＩｎＰクラッド層４９及びｐ ⁺型ＩｎＧａＡｓコンタク
ト層５０を成長させる。

【００１１】次いで、全面にレジスト（図示せず）を設
け、利得領域５５上にのみ残存するようにパターニング
したのち、露出したｐ⁺型ＩｎＧａＡｓコンタクト層５
０を選択的に除去する。

【００１２】次いで、全面にＳｉＯ₂膜５１を設け、メ
サストライプ４６に対応する部分に開口部を設けたの
ち、ｐ側電極５２を設け、ｎ型ＩｎＰ基板４１の裏面に
ｎ側電極５３を設けることによって、スポットサイズ変
換器付き半導体レーザの基本構造が完成する。

【００１３】図８（ａ）参照図８（ａ）は、図７に示したスポットサイズ変換器付き
半導体レーザの光軸に沿った断面図であり、利得領域５
５で光閉じ込め率が高く、テーパ導波路部５４の先端部
に向かって光閉じ込め率が徐々に減少するため、１０°
以下の狭い放射角を実現することができる。

【００１４】また、テーパ導波路部５４における量子井
戸層４３の厚さが利得領域５５における厚さより薄くな
るので、量子準位間のエネルギーが大きくなり、利得領
域５５における発振波長に対して透明になるので、テー
パ導波路部５４に電流を注入して利得をもたせる必要が
なくなり、１０ｍＡ以下の低い閾値電流Ｉ_thを同時に実
現することができる。

【００１５】図８（ｂ）参照図８（ｂ）は、図７に示したスポットサイズ変換器付き
半導体レーザのテーパ導波路部５４側の出射端面近傍に
おける光軸に垂直な断面図であり、図に示すように、レ
ーザ光のスポットサイズの形状、したがって、光強度分
布５６が垂直方向で非対称な分布となり、光ファイバの
円形のスポットサイズからはずれ、充分な光結合効率が
得られないという問題があり、これは、屈折率の低いｎ
型ＩｎＰ基板４１の影響であると指摘されている。

【００１６】即ち、一般の半導体においては、ｐ型或い
はｎ型に拘わらずフリーキャリア吸収の影響で、ドーピ
ングした不純物濃度により屈折率が低下するが、ｐ型半
導体の場合には、正孔の有効質量が電子に比べて大き
く、光吸収に伴う屈折率の減少はｎ型半導体より小さ
く、例えば、ＩｎＰの場合には、ｎ型ＩｎＰのドーピン
グによる屈折率の低下はｐ型ＩｎＰより大きく、特に、
ＩｎＰ基板４１は、１０¹⁸ｃｍ^-3程度に高濃度にドーピ
ングされているのでｐ型ＩｎＰクラッド層４５，４９よ
り屈折率が小さくなる。

【００１７】一方、テーパ導波路部５４の先端部におい
ては、スポットサイズが３μｍ程度にまで拡大され、光
電界はｎ型クラッド層を兼ねるｎ型ＩｎＰ基板４１まで
拡がるが、ｎ型ＩｎＰ基板４１の屈折率が低いために光
電界がｐ型ＩｎＰクラッド層４５，４９側に押し上げら
れると共に、光強度分布５６は垂直方向で非対称な分布
となる。

【００１８】この様な問題点を解決するために、本発明
者等は、ｎ型ＩｎＰ基板とＳＣＨ層との間にｎ型ＩｎＰ
バッファ層を介在させることを提案しているので（必要
ならば、特願平８−２７１９９６号参照）、この改良型
スポットサイズ変換器付き半導体レーザを図９及び図１
０を参照して説明する。

【００１９】図９参照図９は、スポットサイズ変換器付き半導体レーザの斜視
図であり、まず、電子濃度が２．０×１０¹⁸ ｃｍ^-3の
ｎ型ＩｎＰ基板６１上に、電子濃度が３．０×１０¹⁷ｃ
ｍ^-3で、厚さが２．５μｍのｎ型ＩｎＰバッファ層６２
を設けたのち、全面にストライプ状開口部を有する選択
成長マスク（図示せず）を設け、ＳＣＨ層６３、量子井
戸層６４、ＳＣＨ層６５、及び、ｐ型ＩｎＰクラッド層
６６を順次成長させる。

【００２０】次いで、全面にＳｉＯ₂膜（図示せず）を
堆積させ、幅１．５μｍのストライプ状のＳｉＯ₂マス
ク（図示せず）にパターニングしたのち、このＳｉＯ₂
マスクをマスクとしてメサエッチングを行い、ｎ型Ｉｎ
Ｐ基板６１に達するようにエッチングしてメサストライ
プ６７を形成する。

【００２１】次いで、このＳｉＯ₂マスクを選択成長マ
スクとして用いてＳＩ−ＰＢＨ型レーザと同様の工程
で、ＦｅドープＩｎＰ埋込層６８及びｎ型ＩｎＰ電流ブ
ロック層６９を順次成長させる。

【００２２】次いで、このＳｉＯ₂マスクを除去したの
ち、ｐ型ＩｎＰクラッド層７０、及び、ｐ⁺型ＩｎＧａ
Ａｓコンタクト層７１を順次成長させ、次いで、全面に
レジスト（図示せず）を設け、利得領域７６上にのみ残
存するようにパターニングしたのち、露出したｐ⁺型Ｉ
ｎＧａＡｓコンタクト層７１を選択的に除去する。

【００２３】次いで、全面にＳｉＯ₂膜７２を設け、メ
サストライプ６７に対応する部分に開口部を設けたの
ち、ｐ側電極７３を設けると共に、ｎ型ＩｎＰ基板６１
の裏面にｎ側電極７４を設けることによって、スポット
サイズ変換器付き半導体レーザの基本構造が完成する。

【００２４】図１０（ａ）及び（ｂ）参照図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、夫々、図９に示した
改良型スポットサイズ変換器付き半導体レーザの光軸に
沿った断面図、及び、出射端面近傍における光軸に垂直
な断面図であり、図から明らかなように、この改良型ス
ポットサイズ変換器付き半導体レーザにおいては、電子
濃度の低いｎ型ＩｎＰバッファ層６２を設けているの
で、ｎ型ＩｎＰバッファ層６２におけるフリーキャリア
による光吸収に起因する屈折率の低下は少なくなり、ｎ
型ＩｎＰ基板１１の影響は小さくなるので、テーパ導波
路部７５において光強度分布７７はより対称的に、且
つ、十分拡がることができ、それによって、光ファイバ
等の導波路との結合効率が大幅に改善される。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の改良型
スポットサイズ変換器付き半導体レーザの場合には、ｎ
型ＩｎＰ基板６１より低キャリア濃度のｎ型ＩｎＰバッ
ファ層６２が利得領域７６にも存在するため、ｎ型Ｉｎ
Ｐバッファ層６２を厚くし過ぎると、ｎ型ＩｎＰバッフ
ァ層６２に起因して抵抗が上昇し、活性層となる量子井
戸層６４への電流注入が妨げられ、レーザ素子の直列抵
抗が増大してレーザ特性が損なわれるという問題があ
る。

【００２６】したがって、本発明は、光半導体素子の直
列抵抗を増大させることなく、スポットサイズを対称に
することを目的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理的構
成の説明図であり、この図１を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明するが、図１（ａ）及
び図１（ｂ）は、夫々、本発明のスポットサイズ変換器
付き光半導体素子の光軸に沿った断面図、及び、出射端
面近傍における光軸に垂直な断面図である。

【００２８】図１（ａ）及び（ｂ）参照（１）本発明は、光を導波するための一層以上からなる
コア層２のサイズが光の出射端面に向かって連続的に減
少しているテーパ導波路部６がｎ型半導体基板１上に集
積化された光半導体素子において、テーパ導波路部６に
のみ、且つ、少なくともテーパ導波路部６の先端部にお
いて、コア層２とｎ型半導体基板１との間にｎ型半導体
基板１より高屈折率の屈折率制御層５を設けたことを特
徴とする。

【００２９】この様に、ｎ型半導体基板１より高屈折率
の屈折率制御層５をテーパ導波路部６にのみ設けている
ので、利得領域７における直列抵抗を増大させることな
く、出射端面における光強度分布９を対称にすることが
できるので、レーザ特性を損なうことなく、光ファイバ
との結合効率を高めることができる。

【００３０】（２）また、本発明は、上記（１）におい
て、屈折率制御層５が、ｎ型半導体基板１より低キャリ
ア濃度で、且つ、５×１０¹⁷ｃｍ^-3以下のキャリア濃度
のｎ型半導体層であることを特徴とする。

【００３１】この様な屈折率制御層５をｎ型半導体層で
構成する場合には、ｎ型半導体基板１より低キャリア濃
度にすれば良く、特に、ｎ型半導体基板１のキャリア濃
度（〜１０¹⁸ｃｍ^-3）を考慮すると、所期の効果を得る
ためには、５×１０¹⁷ｃｍ^-3以下のキャリア濃度にする
ことが望ましい。

【００３２】（３）また、本発明は、上記（１）におい
て、屈折率制御層５が、真性型或いは不純物補償型のい
ずれかの高抵抗半導体層であることを特徴とする。

【００３３】この様に、屈折率制御層５は真性型或いは
不純物補償型のいずれかの高抵抗半導体層、即ち、ｉ型
半導体層であっても良く、ｎ型半導体層やｐ型半導体層
を用いるより高屈折率にすることができる。

【００３４】（４）また、本発明は、上記（１）におい
て、屈折率制御層５が、ｐ型クラッド層３，４と同程度
のキャリア濃度のｐ型半導体層であることを特徴とす
る。

【００３５】この様な、屈折率制御層５をｐ型半導体層
で構成する場合には、このｐ型半導体層のキャリア濃度
（ｎ_h）をｐ型クラッド層３，４と同程度のキャリア濃
度にすることによって、屈折率分布を極めて対称にする
ことができ、したがって、光強度分布９をより対称にす
ることができる。なお、この場合のほぼ同程度とは、ｎ
_h±０．５ｎ_hの範囲を意味する。

【００３６】（５）また、本発明は、上記（２）乃至
（４）のいずれかにおいて、屈折率制御層５が、拡散層
或いはイオン注入層のいずれかであることを特徴とす
る。

【００３７】この様に、屈折率制御層５は拡散或いはイ
オン注入により形成すれば良く、Ｚｎ等のｐ型不純物を
ドープする程度により、ｎ型半導体層、ｉ型半導体層、
或いは、ｐ型半導体層にすることができ、また、プロト
ン、即ち、水素イオン、或いは、酸素イオンを用いた場
合には、ドーズ量によってｎ型半導体層或いはｉ型半導
体層にすることができる。

【００３８】（６）また、本発明は、上記（２）乃至
（４）のいずれかにおいて、屈折率制御層５が、選択成
長層であることを特徴とする。

【００３９】この様な屈折率制御層５は、ｎ型半導体基
板１に選択的に設けた溝内に、所定の屈折率の半導体層
を選択成長させることによって設けても良いものであ
る。

【００４０】（７）また、本発明は、上記（１）乃至
（６）のいずれかにおいて、屈折率制御層５の厚さが、
２μｍ以上であることを特徴とする。

【００４１】この様に、屈折率制御層５の厚さを２μｍ
以上にすることによって、低屈折率のｎ型半導体基板１
の影響を極力低減することができる。

【００４２】

【発明の実施の形態】ここで、本発明の第１の実施の形
態を図２乃至図５を参照して説明する。なお、図２
（ａ）は、ｎ型ＩｎＰ基板の斜視図であり、図２（ｂ）
は、光軸に沿った断面図であり、また、図３（ｃ）乃至
図４（ｆ）の右側の図は、利得領域における光軸に垂直
な断面図であり、左側の図はテーパ導波路部の出射端面
近傍における光軸に垂直な断面図である。

【００４３】図２（ａ）参照まず、ｎ型キャリア濃度が１．０〜３．０×１０¹⁸ｃｍ
^-3、例えば、２．０×１０¹⁸ ｃｍ^-3のｎ型ＩｎＰ基板
１１表面に、例えば、幅１００μｍのストライプ状の開
口部１３を有するＳｉＯ₂マスク１２を設け、Ｃｄ₃Ｚ
ｎ₂を拡散源として５００℃において６０分間Ｚｎを選
択的に拡散してｎ型キャリア濃度を相殺することによっ
て、深さ２μｍ以上、例えば、３μｍでキャリア濃度が
１×１０ ¹⁷ｃｍ^-3のｎ^-型拡散領域１４を形成する。

【００４４】図２（ｂ）参照次いで、ＳｉＯ₂マスク１２を除去したのち、新たにＳ
ｉＯ₂マスク（図示せず）を設け、ストライプ状開口部
を設けたのち、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）を
用いて、ＳＣＨ層１５、量子井戸層１６、ＳＣＨ層１
７、及び、ｐ型ＩｎＰクラッド層１８を連続的に成長さ
せる。

【００４５】この際、ＳｉＯ₂マスクに設けるストライ
プ状開口部の幅を、テーパ導波路部を形成する長さ２０
０μｍの領域においては出射端面に向かって幅が徐々に
広くなるテーパ状開口部とし、一方、長さ３００μｍの
レーザ部、即ち、利得領域を形成する領域においては均
一で幅細の開口部にすることによって、コア層を構成す
るＳＣＨ層１５、量子井戸層１６、及び、ＳＣＨ層１７
の膜厚は、テーパ導波路部においては出射端面に向かっ
て２００μｍかけて１／３の厚さにテーパ状に減少さ
せ、且つ、利得領域においては平坦な構造とする。

【００４６】なお、この第１の実施の形態においては、
レーザ部を形成する領域における厚さとして、ＳＣＨ層
１５，１７を厚さ５０〜１５０ｎｍ、例えば、８０ｎｍ
の１．１μｍ波長組成のＩｎＧａＡｓＰ層によって構成
し、また、量子井戸層１６を、厚さ１５ｎｍの１．１μ
ｍ波長組成のＩｎＧａＡｓＰ障壁層と、厚さ６ｎｍの
１．３５μｍ波長組成のＩｎＧａＡｓＰ井戸層を交互に
井戸層が７層になるように堆積させて形成し、さらに、
ｐ型ＩｎＰクラッド層１８の厚さを１００〜７００ｎ
ｍ、例えば、５００ｎｍ（０．５μｍ）とする。

【００４７】図３（ｃ）参照次いで、ＳｉＯ₂マスクを除去したのち、新たに、全面
に厚さ０．２〜０．５μｍ、例えば、０．３μｍのＳｉ
Ｏ₂膜（図示せず）を堆積させ、幅１．０〜３．０μ
ｍ、例えば、２．０μｍのストライプ状のＳｉＯ₂マス
ク１９にパターニングしたのち、このＳｉＯ₂マスク１
９をマスクとしてメタン系ガスを用いたドライ・エッチ
ングによって１．５μｍの深さまでメサエッチングを行
い、ｎ^-型拡散領域１４に達するメサストライプ２０を
形成する。

【００４８】図３（ｄ）参照次いで、ＳｉＯ₂マスク１９を選択成長マスクとして用
いてＳＩ−ＰＢＨ型レーザと同様の工程で、ＭＯＶＰＥ
法によってＦｅドープＩｎＰ電流ブロック層２１を選択
的に成長させてメサストライプ２０の側面を埋め込む。

【００４９】図４（ｅ）参照次いで、ＳｉＯ₂マスク１９をフッ酸系エッチャントに
よって除去したのち、ＭＯＶＰＥ法によって厚さ１００
０〜６０００ｎｍ、例えば、３０００ｎｍ（３μｍ）の
ｐ型ＩｎＰクラッド層２２、及び、２００〜２０００ｎ
ｍ、例えば、１０００ｎｍ（１μｍ）のｐ⁺型ＩｎＧａ
Ａｓコンタクト層２３を順次成長させる。

【００５０】次いで、レジスト（図示せず）を堆積さ
せ、テーパ導波路部側が開口部となるようにパターニン
グし、露出したｐ⁺型ＩｎＧａＡｓコンタクト層２３を
選択的に除去したのち、全面に厚さ０．２〜１．０μ
ｍ、例えば、０．５μｍのＳｉＯ ₂膜２４を堆積させ、
利得領域においてストライプ状メサに対応する開口部を
設け、次いで、ｐ側電極２５及びｎ側電極２６を設けた
のち、ウェハを劈開することによってスポットサイズ変
換器付き半導体レーザが完成する。

【００５１】図５（ａ）及び（ｂ）参照図５（ａ）及び図５（ｂ）は、夫々、本発明のスポット
サイズ変換器付き半導体レーザの光軸に沿った断面図、
及び、出射端面近傍における光軸に垂直な断面図であ
り、図から明らかなように、本発明においては、テーパ
導波路部２８側にのみ電子濃度の低いｎ^-型拡散領域１
４を設けているので、ｎ^-型拡散領域１４におけるフリ
ーキャリアによる光吸収に起因する屈折率の低下は少な
くなり、ｎ型ＩｎＰ基板１１の影響は小さくなるので、
テーパ導波路部２８において光強度分布２７はより対称
的に、且つ、十分拡がることができ、それによって、光
ファイバ等の導波路との結合効率が大幅に改善される。

【００５２】また、利得領域２９においては、電子濃度
の低い、即ち、高抵抗のｎ^-型拡散領域１４が存在しな
いため、レーザ素子の直列抵抗を増大することがないの
で、レーザ特性を損なうことがない。

【００５３】この素子の電圧−電流特性を測定したとこ
ろ、上述の従来の改良型スポットサイズ変換器付き半導
体レーザにおいては素子抵抗が８Ωであったが、本発明
の場合には４Ωと従来のスポットサイズ変換器付き半導
体レーザと変わらない抵抗値が得られることが確認され
た。

【００５４】また、シングルモードファイバとの直接結
合での効率は、−２．５ｄＢであり、従来の改良型スポ
ットサイズ変換器付き半導体レーザと同等の高い光結合
効率が得られることが確認され、パッシブアライメント
が可能になる。

【００５５】なお、この第１の実施の形態においては、
屈折率を制御するための領域をｐ型不純物の拡散により
形成しているが、ｐ型不純物をイオン注入することによ
って形成しても良いものであり、また、プロトン照射に
よりｎ型キャリア濃度を減少させて形成しても良く、さ
らには、ｎ型ＩｎＰ基板１１に幅１００μｍで深さ３μ
ｍのストライプ状の溝を設け、この溝内に低不純物濃度
のｎ^-型ＩｎＰ層を選択的に成長させて埋め込んでも良
いものである。

【００５６】次に、図６を参照して、本発明の第２及び
第３の実施の形態を説明する。図６（ａ）参照図６（ａ）は本発明の第２の実施の形態のスポットサイ
ズ変換器付き半導体レーザの光軸に沿った断面図であ
り、テーパ導波路部２８に設ける屈折率を制御する層と
してｎ^-型拡散領域１４の代わりにｉ型領域３０を用い
た以外には上記の第１の実施の形態と全く同様である。

【００５７】このｉ型領域３０は、Ｚｎ等のｐ型不純物
を拡散或いはイオン注入により導入して、ｎ型ＩｎＰ基
板１１のｎ型不純物を補償することによって形成しても
良いし、或いは、プロトン照射や酸素イオンの注入によ
り半絶縁化することによって形成しても良く、さらに
は、ｎ型ＩｎＰ基板１１に幅１００μｍで深さ３μｍの
ストライプ状の溝を設け、この溝内にアンドープのＩｎ
Ｐ層を選択的に成長させて埋め込んでも良いものであ
る。

【００５８】この場合には、ｉ型領域３０の屈折率をｎ
^-型拡散領域１４よりも高屈折率にすることができるの
で、光電界をｉ型領域３０側により拡げることができ、
光ファイバとの光結合率を高めることができる。

【００５９】図６（ｂ）参照図６（ｂ）は本発明の第３の実施の形態のスポットサイ
ズ変換器付き半導体レーザの光軸に沿った断面図であ
り、テーパ導波路部２８に設ける屈折率を制御する層と
してｎ^-型拡散領域１４の代わりにｐ型拡散領域３１を
用いた以外には上記の第１の実施の形態と全く同様であ
る。

【００６０】このｐ型拡散領域３１は、Ｚｎ等のｐ型不
純物を拡散或いはイオン注入により導入して、ｎ型Ｉｎ
Ｐ基板１１の導電型を反転することによって形成しても
良いし、或いは、ｎ型ＩｎＰ基板１１に幅１００μｍで
深さ３μｍのストライプ状の溝を設け、この溝内にｐ型
ＩｎＰ層を選択的に成長させて埋め込んでも良いもので
ある。

【００６１】この場合には、ｐ型拡散領域３１の不純物
濃度を、ｐ型ＩｎＰクラッド層１８，２２の不純物濃度
と同程度にすることによって、テーパ導波路部２８の上
下の屈折率分布をほぼ対称にすることができるので、ス
ポットサイズを垂直方向でほぼ対称にすることができ、
光ファイバとの光結合率をより高めることができる。な
お、ｐ型拡散領域３１の不純物濃度を、ｐ型ＩｎＰクラ
ッド層１８，２２の不純物濃度と同程度にすることは、
必ずしも必須ではない。

【００６２】以上、本発明の各実施の形態を説明してき
たが、屈折率制御層としてのｎ^-型拡散領域１４，ｉ型
領域３０、或いは、ｐ型拡散領域３１の長さは５０μｍ
に限られるものではなく、テーパ導波路部２８の長さに
応じて適宜決定すれば良いものであり、また、テーパ導
波路部２８の長さ全体に設ける必要はないものである。

【００６３】また、本発明のストライプ状構造はＳＩ−
ＰＢＨ構造に限られるものでなく、公知の各種の埋込型
のストライプ構造の適用が可能であり、例えば、、テー
パ導波路部２８のメサストライプ２０の上部を含めた周
囲をＦｅドープＩｎＰ層で埋め込んでも良いものであ
る。

【００６４】また、本発明の各実施の形態においては、
テーパ導波路部２８を厚さ方向にテーパを形成した垂直
型であるものの、コア層の幅を出射端面に向かって徐々
に細くする水平型のテーパ導波路部（必要ならば、Ｈ．
Ｆｕｋａｎｏ，ｅｔａｌ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．３１，Ｎｏ．７，１９９
５，ｐｐ．１４３９−１４４０参照参照）に適用しても
良いものであり、さらに、テーパ導波路付き半導体レー
ザに限らず、スポットサイズ変換器を有する光半導体素
子にも適用できるものである。

【００６５】また、上記の各実施の形態においては、量
子井戸層として厚さ１５ｎｍの１．１μｍ波長組成のＩ
ｎＧａＡｓＰ障壁層と、厚さ６ｎｍの１．３５μｍ波長
組成のＩｎＧａＡｓＰ井戸層を交互に井戸層が７層にな
るように堆積させて形成しているが、この様な構成に限
られるものでなく、必要とする波長、例えば、１．５μ
ｍ帯及び出力に応じて各層の組成、厚さ、及び、層数を
任意に選択すれば良い。

【００６６】また、上記の各実施の形態においては、Ｉ
ｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系光半導体素子として説明してい
るが、本発明はＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系に限られるも
のではなく、ＩｎＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓ／Ｇａ
Ａｓ／ＡｌＧａＡｓ系、或いは、ＩｎＧａＰ／ＡｌＩｎ
ＧａＰ系等にも適用できるものである。

【００６７】

【発明の効果】本発明によれば、光強度分布を対称的に
拡がるようにするための屈折率制御層を、スポットサイ
ズ変換器となるテーパ導波路部にのみ設けているので、
光デバイス特性を損なうことなく、光導波路との結合効
率を大幅に改善することができ、それによって、パッシ
ブアライメントが可能になるので、光モジュールを低コ
ストで大量生産することができ、光ファイバ通信の発展
に寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理的構成の説明図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態の途中までの製造工
程の説明図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態の図２以降の途中ま
での製造工程の説明図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態の図３以降の製造工
程の説明図である。

【図５】本発明の第１の実施の形態のスポットサイズ変
換器付き半導体レーザの断面図である。

【図６】本発明の第２及び第３の実施の形態のスポット
サイズ変換器付き半導体レーザの断面図である。

【図７】従来のスポットサイズ変換器付き半導体レーザ
の斜視図である。

【図８】従来のスポットサイズ変換器付き半導体レーザ
の断面図である。

【図９】従来の改良型スポットサイズ変換器付き半導体
レーザの斜視図である。

【図１０】従来の改良型スポットサイズ変換器付き半導
体レーザの断面図である。

【符号の説明】

１ｎ型半導体基板２コア層３ｐ型クラッド層４ｐ型クラッド層５屈折率制御層６テーパ導波路部７利得領域８メサストライプ９光強度分布１１ｎ型ＩｎＰ基板１２ＳｉＯ₂マスク１３開口部１４ｎ^-型拡散領域１５ＳＣＨ層１６量子井戸層１７ＳＣＨ層１８ｐ型ＩｎＰクラッド層１９ＳｉＯ₂マスク２０メサストライプ２１ＦｅドープＩｎＰ電流ブロック層２２ｐ型ＩｎＰクラッド層２３ｐ⁺型ＩｎＧａＡｓコンタクト層２４ＳｉＯ₂膜２５ｐ側電極２６ｎ側電極２７光強度分布２８テーパ導波路部２９利得領域３０ｉ型領域３１ｐ型拡散領域４１ｎ型ＩｎＰ基板４２ＳＣＨ層４３量子井戸層４４ＳＣＨ層４５ｐ型ＩｎＰクラッド層４６メサストライプ４７ｐ型ＩｎＰ埋込層４８ｎ型ＩｎＰ電流ブロック層４９ｐ型ＩｎＰクラッド層５０ｐ⁺型ＩｎＧａＡｓコンタクト層５１ＳｉＯ₂膜５２ｐ側電極５３ｎ側電極５４テーパ導波路部５５利得領域５６光強度分布６１ｎ型ＩｎＰ基板６２ｎ型ＩｎＰバッファ層６３ＳＣＨ層６４量子井戸層６５ＳＣＨ層６６ｐ型ＩｎＰクラッド層６７メサストライプ６８ＦｅドープＩｎＰ埋込層６９ｎ型ＩｎＰ電流ブロック層７０ｐ型ＩｎＰクラッド層７１ｐ⁺型ＩｎＧａＡｓコンタクト層７２ＳｉＯ₂膜７３ｐ側電極７４ｎ側電極７５テーパ導波路部７６利得領域７７光強度分布

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光を導波するための一層以上からなるコ
ア層のサイズが光の出射端面に向かって連続的に減少し
ているテーパ導波路部がｎ型半導体基板上に集積化され
た光半導体素子において、前記テーパ導波路部にのみ、
且つ、少なくとも前記テーパ導波路部の先端部におい
て、前記コア層と前記ｎ型半導体基板との間に前記ｎ型
半導体基板より高屈折率の屈折率制御層を設けたことを
特徴とする光半導体素子。
【請求項２】上記屈折率制御層が、上記ｎ型半導体基
板より低キャリア濃度で、且つ、５×１０¹⁷ｃｍ^-3以下
のキャリア濃度のｎ型半導体層であることを特徴とする
請求項１記載の光半導体素子。
【請求項３】上記屈折率制御層が、真性型或いは不純
物補償型のいずれかの高抵抗半導体層であることを特徴
とする請求項１記載の光半導体素子。
【請求項４】上記ｐ型クラッド層と同程度のキャリア
濃度のｐ型半導体層であることを特徴とする請求項１記
載の光半導体素子。
【請求項５】上記屈折率制御層が、拡散層或いはイオ
ン注入層のいずれかであることを特徴とする請求項２乃
至４のいずれか１項に記載の光半導体素子。
【請求項６】上記屈折率制御層が、選択成長層である
ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載
の光半導体素子。
【請求項７】上記屈折率制御層の厚さが、２μｍ以上
であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項
に記載の光半導体素子。