JPH11274640A - 光機能素子 - Google Patents
光機能素子Info
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- JPH11274640A JPH11274640A JP7747398A JP7747398A JPH11274640A JP H11274640 A JPH11274640 A JP H11274640A JP 7747398 A JP7747398 A JP 7747398A JP 7747398 A JP7747398 A JP 7747398A JP H11274640 A JPH11274640 A JP H11274640A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、面発光レーザのレーザ光と横方向
光導波路中の光との効率的な相互作用が得られる光機能
素子を提供することを目的とする。 【解決手段】 同一の半導体基板上に、ＤＢＲによりポ
スト構造５を形成し単一横モード直線偏光を基板垂直方
向に発する面発光レーザを形成し、メサ構造４の外側か
ら酸化して屈折率を下げ基板に水平に光を導波する導波
路３を形成し、前記面発光レーザと前記導波路の光軸が
交差するように光機能素子を形成する。
光導波路中の光との効率的な相互作用が得られる光機能
素子を提供することを目的とする。 【解決手段】 同一の半導体基板上に、ＤＢＲによりポ
スト構造５を形成し単一横モード直線偏光を基板垂直方
向に発する面発光レーザを形成し、メサ構造４の外側か
ら酸化して屈折率を下げ基板に水平に光を導波する導波
路３を形成し、前記面発光レーザと前記導波路の光軸が
交差するように光機能素子を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光機能素子、特に
面発光レーザ構造を有する光機能素子に関する。
面発光レーザ構造を有する光機能素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、面型の素子と端面型素子とを
組み合わせた素子が知られている。例えば、特開平６−
２９６２５号公報には、可飽和吸収層を有する面発光レ
ーザに対して外部注入光を結合させるための光導波路構
造を設けた双安定半導体レーザが記載されている。この
レーザでは、光導波路から注入した外部光により双安定
状態のＯＮとＯＦＦ間を切り替えることができる。
組み合わせた素子が知られている。例えば、特開平６−
２９６２５号公報には、可飽和吸収層を有する面発光レ
ーザに対して外部注入光を結合させるための光導波路構
造を設けた双安定半導体レーザが記載されている。この
レーザでは、光導波路から注入した外部光により双安定
状態のＯＮとＯＦＦ間を切り替えることができる。
【０００３】また、特開平７−２４９８２４号公報に
は、面発光型レーザと横方向共振器型半導体レーザを組
み合わせて、横方向共振器型半導体レーザから面発光型
レーザに対して光注入して、面発光レーザのレーザ発振
または光変調する方法が記載されている。
は、面発光型レーザと横方向共振器型半導体レーザを組
み合わせて、横方向共振器型半導体レーザから面発光型
レーザに対して光注入して、面発光レーザのレーザ発振
または光変調する方法が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの従来
のレーザ素子では、面型素子と横型素子の光軸交差部分
の体積が小さいために、面型素子と横型素子の光の干渉
が小さい問題があった。このため、所望の光−光注入効
果が十分に得られなかった。
のレーザ素子では、面型素子と横型素子の光軸交差部分
の体積が小さいために、面型素子と横型素子の光の干渉
が小さい問題があった。このため、所望の光−光注入効
果が十分に得られなかった。
【０００５】また、従来の構造では、面型素子と横型素
子との電気的な分離が不十分なために、一方の素子の電
気的変調が他方の素子に影響を及ぼす問題があった。
子との電気的な分離が不十分なために、一方の素子の電
気的変調が他方の素子に影響を及ぼす問題があった。
【０００６】さらに、双安定素子、光注入発振について
の提案はあるものの、その他の機能を有する光機能素子
への応用は全く知られていなかった。
の提案はあるものの、その他の機能を有する光機能素子
への応用は全く知られていなかった。
【０００７】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであり、面発光レーザのレーザ光と横方向光導波
路中の光との効率的な相互作用が得られる光機能素子を
提供することを目的とする。
たものであり、面発光レーザのレーザ光と横方向光導波
路中の光との効率的な相互作用が得られる光機能素子を
提供することを目的とする。
【０００８】また、本発明は、面発光レーザのレーザ光
と横方向共振器型半導体レーザのレーザ光との効率的な
相互作用が得られる光機能素子を提供することを目的と
する。
と横方向共振器型半導体レーザのレーザ光との効率的な
相互作用が得られる光機能素子を提供することを目的と
する。
【０００９】さらに本発明は、面発光レーザと、横方向
光導波路または横方向共振器型半導体レーザとの電気的
な分離を完全にすることにより、面型素子と横型素子と
の間で電気的変調の影響がない光機能素子を提供するこ
とを目的とする。
光導波路または横方向共振器型半導体レーザとの電気的
な分離を完全にすることにより、面型素子と横型素子と
の間で電気的変調の影響がない光機能素子を提供するこ
とを目的とする。
【００１０】さらに本発明は、面発光レーザと、横方向
光導波路または横方向共振器型半導体レーザとを組み合
わせた新規な光機能素子を提供することを目的とする。
光導波路または横方向共振器型半導体レーザとを組み合
わせた新規な光機能素子を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、同一の半導体
基板上に、単一横モード直線偏光を基板垂直方向に発す
る面発光レーザと、基板に水平に光を導波する導波路と
を有し、前記面発光レーザと前記導波路の光軸が交差し
ていることを特徴とする光機能素子に関する。この場
合、前記光機能素子は、その目的とする機能により、複
数の面発光レーザを有し、この複数の面発光レーザの光
軸が１個の導波路の光軸と交差するように構成すること
ができる。
基板上に、単一横モード直線偏光を基板垂直方向に発す
る面発光レーザと、基板に水平に光を導波する導波路と
を有し、前記面発光レーザと前記導波路の光軸が交差し
ていることを特徴とする光機能素子に関する。この場
合、前記光機能素子は、その目的とする機能により、複
数の面発光レーザを有し、この複数の面発光レーザの光
軸が１個の導波路の光軸と交差するように構成すること
ができる。
【００１２】また、同様に、複数の導波路を有し、この
複数の導波路の光軸と１個の面発光レーザの光軸が交差
するように構成することもできる。
複数の導波路の光軸と１個の面発光レーザの光軸が交差
するように構成することもできる。
【００１３】これらの光機能素子を構成するには、半導
体基板上に半導体周期的多層膜からなる上下１組の分布
反射型（ＤＢＲ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇ
Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）反射鏡と、この１組の共振器に挟
まれた活性層を含む中間層とを有し、上部反射鏡の一部
に、側壁が基板に対して垂直または垂直に近い角度であ
って平面形状が矩形であるポスト構造を有することで、
ポスト構造部に前記面発光レーザが構成され、分布反射
型反射鏡を構成する多層膜の１つの層の側面が酸化され
て屈折率が低められていることにより前記導波路が構成
することにより行うことができる。
体基板上に半導体周期的多層膜からなる上下１組の分布
反射型（ＤＢＲ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇ
Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）反射鏡と、この１組の共振器に挟
まれた活性層を含む中間層とを有し、上部反射鏡の一部
に、側壁が基板に対して垂直または垂直に近い角度であ
って平面形状が矩形であるポスト構造を有することで、
ポスト構造部に前記面発光レーザが構成され、分布反射
型反射鏡を構成する多層膜の１つの層の側面が酸化され
て屈折率が低められていることにより前記導波路が構成
することにより行うことができる。
【００１４】これらの場合において、前記導波路に共振
器構造を設けることにより、さらに同一基板上に端面出
射型レーザ同時に備えることができる。
器構造を設けることにより、さらに同一基板上に端面出
射型レーザ同時に備えることができる。
【００１５】このような構造を形成するには、例えば、
半導体基板上に、Ａｌ組成比の大きいＡｌＧａＡｓ層ま
たはＡｌＡｓ層と、これよりＡｌ組成比の小さなＡｌＧ
ａＡｓ層またはＧａＡｓ層とを交互に成膜積層し下側Ｄ
ＢＲミラーを形成する工程と、その上に、量子井戸活性
層を含む中間層を形成する工程と、さらにその上に、Ａ
ｌ組成比の大きいＡｌＧａＡｓ層またはＡｌＡｓ層と、
これよりＡｌ組成比の小さなＡｌＧａＡｓ層またはＧａ
Ａｓ層とを交互に成膜積層し上側ＤＢＲミラーを形成す
る工程と、光学露光によりレジストマスクを作製し、上
側ＤＢＲミラーを途中までエッチングしてポスト構造を
形成する工程と、さらにもう一度光学露光を用いてレジ
ストマスクを形成し、以上の積層構造をメサ形状に加工
する工程と、加熱水蒸気雰囲気中でメサの側面よりＤＢ
ＲのＡｌ組成比の大きいＡｌＧａＡｓ層またはＡｌＡｓ
層を酸化する工程とを有する製造方法により製造するこ
とができる。
半導体基板上に、Ａｌ組成比の大きいＡｌＧａＡｓ層ま
たはＡｌＡｓ層と、これよりＡｌ組成比の小さなＡｌＧ
ａＡｓ層またはＧａＡｓ層とを交互に成膜積層し下側Ｄ
ＢＲミラーを形成する工程と、その上に、量子井戸活性
層を含む中間層を形成する工程と、さらにその上に、Ａ
ｌ組成比の大きいＡｌＧａＡｓ層またはＡｌＡｓ層と、
これよりＡｌ組成比の小さなＡｌＧａＡｓ層またはＧａ
Ａｓ層とを交互に成膜積層し上側ＤＢＲミラーを形成す
る工程と、光学露光によりレジストマスクを作製し、上
側ＤＢＲミラーを途中までエッチングしてポスト構造を
形成する工程と、さらにもう一度光学露光を用いてレジ
ストマスクを形成し、以上の積層構造をメサ形状に加工
する工程と、加熱水蒸気雰囲気中でメサの側面よりＤＢ
ＲのＡｌ組成比の大きいＡｌＧａＡｓ層またはＡｌＡｓ
層を酸化する工程とを有する製造方法により製造するこ
とができる。
【００１６】本発明では、面発光レーザの光と横方向導
波路の光の効率のよい相互作用が達成できるので種々の
光機能素子として用いることができる。
波路の光の効率のよい相互作用が達成できるので種々の
光機能素子として用いることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下に本発明の光機能素子の構造
および製造方法を説明する。
および製造方法を説明する。
【００１８】［実施形態１］図１〜図４を参照して本実
施形態を説明する。図１の斜視図に示すようにこの実施
形態の光機能素子１は、ポスト構造５の下に面発光レー
ザと、面発光レーザと光軸が直交する横方向導波路３が
形成されている。図２は図１のＡにおける断面図、図３
は図１のＢにおける断面図、図４は図１のＣにおける断
面図である。この光機能素子構造の製造方法を以下に説
明する。成膜方法は、分子線エピタキシ法（ＭＢＥ）ま
たは有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ）を用いるこ
とができる。
施形態を説明する。図１の斜視図に示すようにこの実施
形態の光機能素子１は、ポスト構造５の下に面発光レー
ザと、面発光レーザと光軸が直交する横方向導波路３が
形成されている。図２は図１のＡにおける断面図、図３
は図１のＢにおける断面図、図４は図１のＣにおける断
面図である。この光機能素子構造の製造方法を以下に説
明する。成膜方法は、分子線エピタキシ法（ＭＢＥ）ま
たは有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ）を用いるこ
とができる。
【００１９】まずＧａＡｓ基板１０上に、Ａｌ組成比の
大きいＡｌ（Ｇａ）Ａｓ層１１とＧａＡｓ層１２とを交
互に成膜積層し下側ＤＢＲミラー６（分布ブラッグ反射
鏡）を、十分な反射が得られるだけの厚さに形成する。
その上に、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓ量子井戸活性層を含む中
間層８を形成する。さらにその上に、Ａｌ組成比の大き
いＡｌ（Ｇａ）Ａｓ層１１とＧａＡｓ層１２とを交互に
成膜積層して上側ＤＢＲミラー９を、十分な反射が得ら
れるだけの厚さに形成する。
大きいＡｌ（Ｇａ）Ａｓ層１１とＧａＡｓ層１２とを交
互に成膜積層し下側ＤＢＲミラー６（分布ブラッグ反射
鏡）を、十分な反射が得られるだけの厚さに形成する。
その上に、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓ量子井戸活性層を含む中
間層８を形成する。さらにその上に、Ａｌ組成比の大き
いＡｌ（Ｇａ）Ａｓ層１１とＧａＡｓ層１２とを交互に
成膜積層して上側ＤＢＲミラー９を、十分な反射が得ら
れるだけの厚さに形成する。
【００２０】この基板に光学露光によりレジストマスク
を作製し、塩素ガスを用いた反応性イオンビームエッチ
ング（ＲＩＢＥ）で上側ＤＢＲミラー９の途中までエッ
チングをし、ポスト構造５を形成する。このポスト構造
は、上から見た平面図での寸法が、６μｍ×４μｍの矩
形状である。
を作製し、塩素ガスを用いた反応性イオンビームエッチ
ング（ＲＩＢＥ）で上側ＤＢＲミラー９の途中までエッ
チングをし、ポスト構造５を形成する。このポスト構造
は、上から見た平面図での寸法が、６μｍ×４μｍの矩
形状である。
【００２１】さらにもう一度光学露光を用いてレジスト
マスクを形成し、ＲＩＢＥによりメサ４を形成する。そ
の後、４６０℃水蒸気雰囲気中でメサ４の側面よりＤＢ
ＲのＡｌ（Ｇａ）Ａｓ層１１を酸化すると図２に示すよ
うに、Ａｌ（Ｇａ）Ａｓ層１１の中で、メサ端ではＡｌ
（Ｇａ）Ａｓが酸化された酸化層１４が形成され、メサ
中心部では酸化されなかったＡｌ（Ｇａ）Ａｓ層１５が
メサ構造４の中心部に残る。
マスクを形成し、ＲＩＢＥによりメサ４を形成する。そ
の後、４６０℃水蒸気雰囲気中でメサ４の側面よりＤＢ
ＲのＡｌ（Ｇａ）Ａｓ層１１を酸化すると図２に示すよ
うに、Ａｌ（Ｇａ）Ａｓ層１１の中で、メサ端ではＡｌ
（Ｇａ）Ａｓが酸化された酸化層１４が形成され、メサ
中心部では酸化されなかったＡｌ（Ｇａ）Ａｓ層１５が
メサ構造４の中心部に残る。
【００２２】このように形成された構造を見ると、図２
（図１のＡでの断面）に示すようにポスト構造を含む断
面では、上下端に上側ＤＢＲ９と下側ＤＢＲ６からなる
共振器構造を有する面発光レーザが形成されている。
（図１のＡでの断面）に示すようにポスト構造を含む断
面では、上下端に上側ＤＢＲ９と下側ＤＢＲ６からなる
共振器構造を有する面発光レーザが形成されている。
【００２３】また、図３（図１のＢでの断面）に示すよ
うに、ポスト構造を含まない断面では、上側ＤＢＲの層
数が少なく反射率が十分な共振器が形成されていないの
で面発光レーザは形成されていない。
うに、ポスト構造を含まない断面では、上側ＤＢＲの層
数が少なく反射率が十分な共振器が形成されていないの
で面発光レーザは形成されていない。
【００２４】また、図２および図３のどちらの断面で
も、メサ構造４では、上側ＤＢＲ９と下側ＤＢＲ６の端
が酸化されており、Ａｌ（Ｇａ）Ａｓが酸化された酸化
層１４は屈折率が１．７で、酸化されなかったＡｌ（Ｇ
ａ）Ａｓ層１５の屈折率３．０、およびＧａＡｓの３．
６に対し低いため、メサ構造の中心部が相対的に屈折率
が高くなっている。即ち導波路構造となっており、メサ
ストライプ方向の光は中心部に閉じこめられる。
も、メサ構造４では、上側ＤＢＲ９と下側ＤＢＲ６の端
が酸化されており、Ａｌ（Ｇａ）Ａｓが酸化された酸化
層１４は屈折率が１．７で、酸化されなかったＡｌ（Ｇ
ａ）Ａｓ層１５の屈折率３．０、およびＧａＡｓの３．
６に対し低いため、メサ構造の中心部が相対的に屈折率
が高くなっている。即ち導波路構造となっており、メサ
ストライプ方向の光は中心部に閉じこめられる。
【００２５】図４は、図１のＣでの断面図である。この
図のように、ポスト構造５の下では、面発光レーザが形
成されていると同時に、紙面の左右に導波路構造が形成
されている。また、図４に示すように、ポスト構造５の
両側に、プロトンをイオン注入したイオン注入領域２１
を設けると、面発光レーザ部と導波路部は電気的に絶縁
されるので特に好ましい。
図のように、ポスト構造５の下では、面発光レーザが形
成されていると同時に、紙面の左右に導波路構造が形成
されている。また、図４に示すように、ポスト構造５の
両側に、プロトンをイオン注入したイオン注入領域２１
を設けると、面発光レーザ部と導波路部は電気的に絶縁
されるので特に好ましい。
【００２６】以上説明した構造では、ポスト構造の平面
形状が小さな矩形状であることにより、面発光レーザ内
では単一横モード発振でかつ直線偏光が得られる。即
ち、特開平８−１８１３９１号公報に説明されているよ
うに、ＤＢＲのポスト構造の平面形状（基板と平行な面
での断面）を小さくして、例えば６．５×６．５μｍ以
下のサイズの矩形にすると横モードも単一モードにな
る。さらに、本実施形態で説明したように一辺が他方の
辺より短い矩形にすると、偏光方向が矩形の長辺に沿っ
た方向になる。本実施形態の光機能素子を実際に適用す
るにあたっては、最良の結果が得られるように、偏光方
向を目的とする機能に合わせて適宜調整することが望ま
しい。
形状が小さな矩形状であることにより、面発光レーザ内
では単一横モード発振でかつ直線偏光が得られる。即
ち、特開平８−１８１３９１号公報に説明されているよ
うに、ＤＢＲのポスト構造の平面形状（基板と平行な面
での断面）を小さくして、例えば６．５×６．５μｍ以
下のサイズの矩形にすると横モードも単一モードにな
る。さらに、本実施形態で説明したように一辺が他方の
辺より短い矩形にすると、偏光方向が矩形の長辺に沿っ
た方向になる。本実施形態の光機能素子を実際に適用す
るにあたっては、最良の結果が得られるように、偏光方
向を目的とする機能に合わせて適宜調整することが望ま
しい。
【００２７】面発光レーザの光と、横方向の導波路を伝
搬する光との相互作用は、ポスト構造の直下の極小さい
体積の活性層で起こる。従って従来の方法では相互作用
が小さく、導波路からの十分な光−光注入効果を得るこ
とは困難であった。しかし、本発明では、この実施形態
のように面発光レーザでの発振が、単一横モードの直線
偏光であるため、導波路からの注入光が、多数のモード
に分散することがなく、効率の良い相互作用が得られ
る。
搬する光との相互作用は、ポスト構造の直下の極小さい
体積の活性層で起こる。従って従来の方法では相互作用
が小さく、導波路からの十分な光−光注入効果を得るこ
とは困難であった。しかし、本発明では、この実施形態
のように面発光レーザでの発振が、単一横モードの直線
偏光であるため、導波路からの注入光が、多数のモード
に分散することがなく、効率の良い相互作用が得られ
る。
【００２８】本実施形態の光機能素子を用いると、面発
光レーザへの光注入が基板に水平な導波路部分から行え
るので通常のファイバとの結合等の簡単な系で行える。
光レーザへの光注入が基板に水平な導波路部分から行え
るので通常のファイバとの結合等の簡単な系で行える。
【００２９】以上の説明で、上側および下側ＤＢＲをＡ
ｌ組成比の大きいＡｌ（Ｇａ）Ａｓ層とＧａＡｓ層との
交互積層構造としたが、ＡｌＡｓ層とＧａＡｓ層の交互
積層構造、あるいはＡｌ組成比の大きいＡｌ（Ｇａ）Ａ
ｓ層とそれよりもＡｌ組成比の小さいＡｌＧａＡｓ層と
の交互積層構造でもよい。いずれの場合もＡｌ組成比の
大きい層が酸化されやすい。
ｌ組成比の大きいＡｌ（Ｇａ）Ａｓ層とＧａＡｓ層との
交互積層構造としたが、ＡｌＡｓ層とＧａＡｓ層の交互
積層構造、あるいはＡｌ組成比の大きいＡｌ（Ｇａ）Ａ
ｓ層とそれよりもＡｌ組成比の小さいＡｌＧａＡｓ層と
の交互積層構造でもよい。いずれの場合もＡｌ組成比の
大きい層が酸化されやすい。
【００３０】尚、ポスト構造によって得られる面発光レ
ーザ部において、上記の説明では電極部分について説明
を省略したが、上側ＤＢＲおよび下側ＤＢＲの外側から
電流を注入することのできる電極構造を設けて、電流注
入によるレーザ発振または変調と、導波路からの光注入
による発振または変調とを組み合わせた形態、あるい
は、電極構造を形成せずに導波路からの光注入によって
のみ面発光レーザの発振または変調を行うようにした形
態のいずれの形態も可能である。
ーザ部において、上記の説明では電極部分について説明
を省略したが、上側ＤＢＲおよび下側ＤＢＲの外側から
電流を注入することのできる電極構造を設けて、電流注
入によるレーザ発振または変調と、導波路からの光注入
による発振または変調とを組み合わせた形態、あるい
は、電極構造を形成せずに導波路からの光注入によって
のみ面発光レーザの発振または変調を行うようにした形
態のいずれの形態も可能である。
【００３１】［実施形態２］実施形態１の構造におい
て、導波路部分の上側ＤＢＲおよび下側ＤＢＲの外側に
電極を設け両端を劈開すると、端面発光型の半導体レー
ザがさらに付け加えられた光機能素子を形成することが
できる。この構造では、面発光レーザと端面発光レーザ
との光軸が交差することになる。面発光レーザの構造、
端面発光レーザの導波構造は実施形態１と同様であるの
で、面発光レーザの光と端面発光レーザの光が効率よく
相互作用し、端面発光レーザによって面発光レーザを効
率よく発振または変調することができる。
て、導波路部分の上側ＤＢＲおよび下側ＤＢＲの外側に
電極を設け両端を劈開すると、端面発光型の半導体レー
ザがさらに付け加えられた光機能素子を形成することが
できる。この構造では、面発光レーザと端面発光レーザ
との光軸が交差することになる。面発光レーザの構造、
端面発光レーザの導波構造は実施形態１と同様であるの
で、面発光レーザの光と端面発光レーザの光が効率よく
相互作用し、端面発光レーザによって面発光レーザを効
率よく発振または変調することができる。
【００３２】また、この場合実施形態１で説明したよう
に、面発光レーザと端面発光レーザは電気的に分離され
ているので、一方の素子に与えられた電気的変調信号が
他方に影響を及ぼすことがない。
に、面発光レーザと端面発光レーザは電気的に分離され
ているので、一方の素子に与えられた電気的変調信号が
他方に影響を及ぼすことがない。
【００３３】［実施形態３］この実施形態の構造を図５
に示す。即ち、面発光レーザと横方向導波路を分離する
ために、溝１６を設ける。端を劈開することにより、劈
開面１７と溝の側面で形成される共振器で発振する端面
発光レーザが形成される。溝の形成は例えば通常のフォ
トレジストを用いたエッチングにより形成することがで
きる。溝を設けることにより面発光レーザと端面発光レ
ーザの電気的分離をさらに完全に行うことができる。溝
以外の部分は、実施形態１または２と同様に構成するこ
とができる。
に示す。即ち、面発光レーザと横方向導波路を分離する
ために、溝１６を設ける。端を劈開することにより、劈
開面１７と溝の側面で形成される共振器で発振する端面
発光レーザが形成される。溝の形成は例えば通常のフォ
トレジストを用いたエッチングにより形成することがで
きる。溝を設けることにより面発光レーザと端面発光レ
ーザの電気的分離をさらに完全に行うことができる。溝
以外の部分は、実施形態１または２と同様に構成するこ
とができる。
【００３４】また、溝の代わりにグレーティングによる
ブラッグ分散反射鏡（ＤＢＲ）を形成しても共振器構造
を形成することができる。
ブラッグ分散反射鏡（ＤＢＲ）を形成しても共振器構造
を形成することができる。
【００３５】［実施形態４］この実施形態では、実施形
態１で示した光機能素子と同様の構造を作製する。但
し、面発光レーザの発光の直線偏光が、図１のＣに平行
な方向（導波路方向）になるように、６×４μｍのポス
ト構造の長辺が図１のＣと平行になるように形成する。
面発光レーザの上下に電極を設けて電流注入によって発
振するようする。
態１で示した光機能素子と同様の構造を作製する。但
し、面発光レーザの発光の直線偏光が、図１のＣに平行
な方向（導波路方向）になるように、６×４μｍのポス
ト構造の長辺が図１のＣと平行になるように形成する。
面発光レーザの上下に電極を設けて電流注入によって発
振するようする。
【００３６】この面発光レーザ部を発光させているとき
に導波路部からＣ方向に面発光レーザの出射光より強い
光を注入する。導波路を伝播する注入光は偏光方向がＡ
に平行であり、面発光レーザ部の偏光とは垂直である。
面発光レーザの発振に寄与していたキャリアが注入光に
よる誘導放射により消費されてしまうため、Ａの方向に
平行な偏光が優勢となるため、矩形ポスト構造の面発光
レーザではポスト構造５での回折ロスが大きくなり面発
光レーザ部の発振が止まる。
に導波路部からＣ方向に面発光レーザの出射光より強い
光を注入する。導波路を伝播する注入光は偏光方向がＡ
に平行であり、面発光レーザ部の偏光とは垂直である。
面発光レーザの発振に寄与していたキャリアが注入光に
よる誘導放射により消費されてしまうため、Ａの方向に
平行な偏光が優勢となるため、矩形ポスト構造の面発光
レーザではポスト構造５での回折ロスが大きくなり面発
光レーザ部の発振が止まる。
【００３７】また、導波路部から光を注入するのを止め
ると、面発光レーザはもとのとおりのＣに平行な偏光を
出射する。
ると、面発光レーザはもとのとおりのＣに平行な偏光を
出射する。
【００３８】以上のようにこの実施形態では、面発光レ
ーザの出射光を導波路構造からの光で制御する光−光ス
イッチ、または光変調素子を実現することができる。実
施形態１で説明したように、本発明の光素子では、面発
光レーザの光と導波路構造からの横方向の光との相互作
用が大きく、効率の良く、スイッチングまたは変調を行
うことができる。
ーザの出射光を導波路構造からの光で制御する光−光ス
イッチ、または光変調素子を実現することができる。実
施形態１で説明したように、本発明の光素子では、面発
光レーザの光と導波路構造からの横方向の光との相互作
用が大きく、効率の良く、スイッチングまたは変調を行
うことができる。
【００３９】また、この実施形態において、実施形態２
で示したように、横方向導波路を端面発光型の半導体レ
ーザとしても良く、同様に実施形態３に示したような共
振器構造としても良い。
で示したように、横方向導波路を端面発光型の半導体レ
ーザとしても良く、同様に実施形態３に示したような共
振器構造としても良い。
【００４０】［実施形態５］図６に示すように、ポスト
構造５を２個設ける他は実施形態４と同様にして、光機
能素子を作製する。即ち、２個の面発光レーザが導波路
と結合されている。実施形態４で説明したように、あら
かじめ面発光レーザを発振させた状態のときに、横方向
導波路から光注入すると２つの面発光レーザの発振が止
まり、横方向導波路からの光注入を止めると２つの面発
光レーザの発振が再開する。
構造５を２個設ける他は実施形態４と同様にして、光機
能素子を作製する。即ち、２個の面発光レーザが導波路
と結合されている。実施形態４で説明したように、あら
かじめ面発光レーザを発振させた状態のときに、横方向
導波路から光注入すると２つの面発光レーザの発振が止
まり、横方向導波路からの光注入を止めると２つの面発
光レーザの発振が再開する。
【００４１】ここで、横方向導波路よりたとえばＨ、
Ｈ、Ｈ、Ｌとデジタル的に変調した光信号を与えると、
面発光レーザからそれが逆転したＬ、Ｌ、Ｌ、Ｈという
光信号を得ることができる。２個の面発光レーザのピッ
チＬが変調速度に対して十分短いとき、具体的には、１
Ｇｂｐｓ（１周期１ｎｓ）で変調する場合、１周期の１
／１００の１０ｐｓ以内で隣の面発光レーザが同じ信号
を出射すればファンアウトとして使用できる。これから
ピッチを概算すると（屈折率１の時の光の進行速度は約
０．２ｍ／ｎｓなので導波路中の屈折率を３とすれば
０．０７ｍ／ｎｓ）７００μｍ以下であればファンアウ
トとして使用できる。
Ｈ、Ｈ、Ｌとデジタル的に変調した光信号を与えると、
面発光レーザからそれが逆転したＬ、Ｌ、Ｌ、Ｈという
光信号を得ることができる。２個の面発光レーザのピッ
チＬが変調速度に対して十分短いとき、具体的には、１
Ｇｂｐｓ（１周期１ｎｓ）で変調する場合、１周期の１
／１００の１０ｐｓ以内で隣の面発光レーザが同じ信号
を出射すればファンアウトとして使用できる。これから
ピッチを概算すると（屈折率１の時の光の進行速度は約
０．２ｍ／ｎｓなので導波路中の屈折率を３とすれば
０．０７ｍ／ｎｓ）７００μｍ以下であればファンアウ
トとして使用できる。
【００４２】この実施形態では、同一横方向導波路上に
面発光レーザを２個設けた形態を示したが、これをＮ個
とすることで１：Ｎのファンアウト（多出力）の機能が
実現する。即ち、本実施形態によれば、容易に光信号の
分配器としての光機能素子を得ることができる。
面発光レーザを２個設けた形態を示したが、これをＮ個
とすることで１：Ｎのファンアウト（多出力）の機能が
実現する。即ち、本実施形態によれば、容易に光信号の
分配器としての光機能素子を得ることができる。
【００４３】［実施形態６］実施形態５において、同一
横方向導波路上に設ける複数の面発光レーザのピッチを
離し、適当に調整すれば任意の遅延を付加できる遅延素
子としての光機能素子を得ることができる。
横方向導波路上に設ける複数の面発光レーザのピッチを
離し、適当に調整すれば任意の遅延を付加できる遅延素
子としての光機能素子を得ることができる。
【００４４】［実施形態７］実施形態５において、Ｎ出
力をＮ個のパラレル出力とすると、光シリアル−パラレ
ル変換器としての光機能素子を実現することができる。
この場合、面発光レーザ間の遅延時間が、入力する信号
の変調速度に一致するように面発光レーザのピッチを設
定する。面発光レーザのピッチが７００μｍの素子に対
して１Ｇｂｐｓの変調を行うと、導波路からのシリアル
光をＮ個のパラレル出力に変換することができる。但
し、パラレル側の読みとりタイミングがシリアルＮクロ
ックに１回しかないので、タイミングには十分注意する
必要がある。
力をＮ個のパラレル出力とすると、光シリアル−パラレ
ル変換器としての光機能素子を実現することができる。
この場合、面発光レーザ間の遅延時間が、入力する信号
の変調速度に一致するように面発光レーザのピッチを設
定する。面発光レーザのピッチが７００μｍの素子に対
して１Ｇｂｐｓの変調を行うと、導波路からのシリアル
光をＮ個のパラレル出力に変換することができる。但
し、パラレル側の読みとりタイミングがシリアルＮクロ
ックに１回しかないので、タイミングには十分注意する
必要がある。
【００４５】［実施形態８］実施例１において、ポスト
構造を６×６μｍとした以外は同様にして光機能素子を
作製する。ポスト構造がこのように２辺が等しい場合
は、偏光双安定が現れる。すなわち、電流を上げていく
ときには、Ｃ方向の偏光が、下げていくときにはＡ方向
の偏光が安定となるような電流で駆動することができ
る。図７に示すように注入電流を上げていくと、３−６
ｍＡのところで偏光双安定が観察される（偏光双安定が
あらわれる電流は素子により若干ばらつきがある。）。
構造を６×６μｍとした以外は同様にして光機能素子を
作製する。ポスト構造がこのように２辺が等しい場合
は、偏光双安定が現れる。すなわち、電流を上げていく
ときには、Ｃ方向の偏光が、下げていくときにはＡ方向
の偏光が安定となるような電流で駆動することができ
る。図７に示すように注入電流を上げていくと、３−６
ｍＡのところで偏光双安定が観察される（偏光双安定が
あらわれる電流は素子により若干ばらつきがある。）。
【００４６】この性質を用いて光ゲートとしての光機能
素子を構成することができる。面発光レーザ出力側に、
Ｃ方向の偏光だけを通す偏光子を設置する。すなわち駆
動電流６ｍＡ以上では導波路からの信号を面発光レーザ
の出射光にそのままつたえるゲートｏｐｅｎの状態とな
る。一方駆動電流を３−６ｍＡの間、たとえば５ｍＡに
設定すると、導波路方向からの光注入により一度偏光が
Ａ方向になるとそのまま変化しないためゲートｃｌｏｓ
ｅの状態となる。
素子を構成することができる。面発光レーザ出力側に、
Ｃ方向の偏光だけを通す偏光子を設置する。すなわち駆
動電流６ｍＡ以上では導波路からの信号を面発光レーザ
の出射光にそのままつたえるゲートｏｐｅｎの状態とな
る。一方駆動電流を３−６ｍＡの間、たとえば５ｍＡに
設定すると、導波路方向からの光注入により一度偏光が
Ａ方向になるとそのまま変化しないためゲートｃｌｏｓ
ｅの状態となる。
【００４７】［実施形態９］実施形態８において、同一
の横方向導波路に面発光レーザをＮ個結合することによ
り１×Ｎゲートスイッチとしての光機能素子を実現する
ことができる。
の横方向導波路に面発光レーザをＮ個結合することによ
り１×Ｎゲートスイッチとしての光機能素子を実現する
ことができる。
【００４８】［実施形態１０］光注入による相互作用
は、注入される側の発振波長と入力側の波長との差、離
調に最適な値が存在する。そこで同一の横方向導波路に
複数の面発光レーザを結合し、それぞれの発振波長が例
えば５ｎｍずつずれるように構成する。発振波長の調整
は、中間層の膜厚を変更すること等で行うことができ
る。図８に示すように、このような発振波長の異なる面
発光レーザ多数を備えた素子に横方向導波路から多重波
長の光２０を入力すると、それぞれ最適離調の面発光レ
ーザのところで光−光相互作用が起きるため波長の分波
を行うことができる。
は、注入される側の発振波長と入力側の波長との差、離
調に最適な値が存在する。そこで同一の横方向導波路に
複数の面発光レーザを結合し、それぞれの発振波長が例
えば５ｎｍずつずれるように構成する。発振波長の調整
は、中間層の膜厚を変更すること等で行うことができ
る。図８に示すように、このような発振波長の異なる面
発光レーザ多数を備えた素子に横方向導波路から多重波
長の光２０を入力すると、それぞれ最適離調の面発光レ
ーザのところで光−光相互作用が起きるため波長の分波
を行うことができる。
【００４９】このように本実施形態では、波長分波器と
しての光機能素子を実現することができる。
しての光機能素子を実現することができる。
【００５０】［実施形態１１］一つの面発光レーザに、
複数の横方向導波路を結合させることもできる。図９
（平面図）は２つの導波路を一つの面発光レーザに結合
させた例である。紙面縦方向の導波路１８と紙面横方向
の導波路１９は、基板の同一平面に形成されており、導
波路１８からの注入光と導波路１９からの注入光の２つ
の光によって面発光レーザを変調することができるの
で、さらに高度な機能を果たす光機能素子が実現でき
る。
複数の横方向導波路を結合させることもできる。図９
（平面図）は２つの導波路を一つの面発光レーザに結合
させた例である。紙面縦方向の導波路１８と紙面横方向
の導波路１９は、基板の同一平面に形成されており、導
波路１８からの注入光と導波路１９からの注入光の２つ
の光によって面発光レーザを変調することができるの
で、さらに高度な機能を果たす光機能素子が実現でき
る。
【００５１】この実施形態の構造は、実施形態１におい
てメサ形状を十字形になるように形成すればよい。
てメサ形状を十字形になるように形成すればよい。
【００５２】この実施形態において、実施形態２で示し
たように横方向導波路を端面発光型の半導体レーザとし
ても良く、同様に実施形態３に示したような共振器構造
としても良い。
たように横方向導波路を端面発光型の半導体レーザとし
ても良く、同様に実施形態３に示したような共振器構造
としても良い。
【００５３】
【発明の効果】本発明によれば、面発光レーザのレーザ
光と横方向光導波路中の光との効率的な相互作用が得ら
れる光機能素子を提供することができる。
光と横方向光導波路中の光との効率的な相互作用が得ら
れる光機能素子を提供することができる。
【００５４】また、本発明によれば、面発光レーザと横
方向光導波路の電気的な分離を確実に行うことによっ
て、一方の素子の電気的変調が他方の素子に影響を与え
ることが無くノイズの少ない光機能素子を提供すること
ができる。
方向光導波路の電気的な分離を確実に行うことによっ
て、一方の素子の電気的変調が他方の素子に影響を与え
ることが無くノイズの少ない光機能素子を提供すること
ができる。
【００５５】また、本発明によれば、従来知られていな
かった種々の機能を有する光機能素子を提供することが
できる。
かった種々の機能を有する光機能素子を提供することが
できる。
【図１】本発明の光機能素子の１例を示す斜視図であ
る。
る。
【図２】図１の断面Ａを示す図である。
【図３】図１の断面Ｂを示す図である。
【図４】図１の断面Ｃを示す図である。
【図５】本発明の光機能素子の１例の断面図である。
【図６】本発明の光機能素子の１例の斜視図である。
【図７】本発明の光機能素子の１例において、偏光双安
定性を説明するための図である。
定性を説明するための図である。
【図８】本発明の光機能素子の１例において、多重波長
の入力光が分波される様子を説明するための図である。
の入力光が分波される様子を説明するための図である。
【図９】本発明の光機能素子の１例を示す平面図であ
る。
る。
１ 光機能素子 ３ 横方向導波路 ５ ポスト構造 ６ 下側ＤＢＲミラー ８ 中間層 ９ 上側ＤＢＲミラー １０ ＧａＡｓ基板 １１ Ａｌ組成比の大きいＡｌ（Ｇａ）Ａｓ層 １２ ＧａＡｓ層 １４ Ａｌ（Ｇａ）Ａｓが酸化された酸化層 １５ 酸化されなかったＡｌ（Ｇａ）Ａｓ層 １６ 溝 １７ 劈開面 １８ 紙面縦方向の導波路 １９ 紙面横方向の導波路 ２０ 多重波光 ２１ イオン注入領域
Claims (16)
- 【請求項１】 同一の半導体基板上に、単一横モード直
線偏光を基板垂直方向に発する面発光レーザと、基板に
水平に光を導波する導波路とを有し、前記面発光レーザ
と前記導波路の光軸が交差していることを特徴とする光
機能素子。 - 【請求項２】 前記光機能素子は、複数の面発光レーザ
を有し、この複数の面発光レーザの光軸が１個の導波路
の光軸と交差していることを特徴とする請求項１記載の
光機能素子。 - 【請求項３】 前記光機能素子は、複数の導波路を有
し、この複数の導波路の光軸と１個の面発光レーザの光
軸が交差していることを特徴とする請求項１記載の光機
能素子。 - 【請求項４】 前記光機能素子は、半導体基板上に半導
体周期的多層膜からなる上下１組の分布反射型（ＤＢ
Ｒ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇ Ｒｅｆｌｅｃ
ｔｏｒ）反射鏡と、この１組の共振器に挟まれた活性層
を含む中間層とを有し、 上部反射鏡の一部に、側壁が基板に対して垂直または垂
直に近い角度であって平面形状が矩形であるポスト構造
を有することで、ポスト構造部に前記面発光レーザが構
成され、 分布反射型反射鏡を構成する多層膜の１つの層の側面が
酸化されて屈折率が低められていることにより前記導波
路が構成されていることを特徴とする請求項１〜３のい
ずれかに記載の光機能素子。 - 【請求項５】 前記光機能素子はさらに同一基板上に端
面出射型レーザを有しており、前記導波路が端面出射型
レーザの共振器の一部となっていることを特徴とする請
求項１〜４のいずれかに記載の光機能素子。 - 【請求項６】 前記面発光レーザと前記導波路が電気的
に分離されていることを特徴とする請求項１〜５のいず
れかに記載の光機能素子。 - 【請求項７】 前記面発光レーザと前記導波路が、イオ
ン注入領域または溝によって電気的に分離されているこ
とを特徴とする請求項６記載の光機能素子。 - 【請求項８】 前記導波路が端面出射型レーザの共振器
の一部となっており、この端面出射型レーザが分布反射
型反射鏡を有している請求項５記載の光機能素子。 - 【請求項９】 前記面発光レーザの直線偏光方向が導波
路方向と平行であって、発振状態にある面発光レーザに
対して、前記導波路からの入射光により面発光レーザの
光をスイッチングまたは変調する変調素子として機能す
る請求項１記載の光機能素子。 - 【請求項１０】 前記複数の面発光レーザは、前記導波
路に沿って所定の距離だけ離されて設けられており、前
記導波路からの入射光信号により、この複数の面発光レ
ーザが互いに同一の信号を出射する分配器として機能す
る請求項２記載の光機能素子。 - 【請求項１１】 前記複数の面発光レーザは、前記導波
路に沿って所定の距離だけ離されて設けられており、前
記導波路からの入射光信号により、この複数の面発光レ
ーザが、導波路中の光の進行方向に離れるに従って遅延
した信号を出射する遅延素子として機能する請求項２記
載の光機能素子。 - 【請求項１２】 前記複数の面発光レーザは、前記導波
路からの入射光に基づくシリアル信号に対応する距離だ
け前記導波路に沿って離されて設けられており、前記シ
リアル信号を、この複数の面発光レーザからパラレル信
号として出射するシリアル−パラレル信号変換素子とし
て機能する請求項２記載の光機能素子。 - 【請求項１３】 前記面発光レーザにおける直線偏光
が、面発光レーザに注入する電流によって双安定性を示
し、面発光レーザの注入電流を変えることで導波路から
の入力信号にたいしてゲートをかけるゲートスイッチと
して機能する請求項１記載の光機能素子。 - 【請求項１４】 前記複数の面発光レーザの発振波長が
互いに異なるように設定し、導波路からの入射光を波長
によって分波する分波器として機能する請求項２記載の
光機能素子。 - 【請求項１５】 前記分布反射型反射鏡を構成する多層
膜の１つの層がＡｌ組成比の高いＡｌＧａＡｓまたはＡ
ｌＡｓであることを特徴とする請求項４記載の光機能素
子。 - 【請求項１６】 半導体基板上に、Ａｌ組成比の大きい
ＡｌＧａＡｓ層またはＡｌＡｓ層と、これよりＡｌ組成
比の小さなＡｌＧａＡｓ層またはＧａＡｓ層とを交互に
成膜積層し下側ＤＢＲミラーを形成する工程と、 その上に、量子井戸活性層を含む中間層を形成する工程
と、 さらにその上に、Ａｌ組成比の大きいＡｌＧａＡｓ層ま
たはＡｌＡｓ層と、これよりＡｌ組成比の小さなＡｌＧ
ａＡｓ層またはＧａＡｓ層とを交互に成膜積層し上側Ｄ
ＢＲミラーを形成する工程と、 光学露光によりレジストマスクを作製し、上側ＤＢＲミ
ラーを途中までエッチングしてポスト構造を形成する工
程と、 さらにもう一度光学露光を用いてレジストマスクを形成
し、以上の積層構造をメサ形状に加工する工程と、 加熱水蒸気雰囲気中でメサの側面よりＤＢＲのＡｌ組成
比の大きいＡｌＧａＡｓ層またはＡｌＡｓ層を酸化する
工程とを有する光機能素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07747398A JP3317891B2 (ja) | 1998-03-25 | 1998-03-25 | 光機能素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07747398A JP3317891B2 (ja) | 1998-03-25 | 1998-03-25 | 光機能素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11274640A true JPH11274640A (ja) | 1999-10-08 |
| JP3317891B2 JP3317891B2 (ja) | 2002-08-26 |
Family
ID=13634966
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07747398A Expired - Fee Related JP3317891B2 (ja) | 1998-03-25 | 1998-03-25 | 光機能素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3317891B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009259857A (ja) * | 2008-04-11 | 2009-11-05 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 面発光レーザ素子および面発光レーザ素子アレイ |
| DE102015112981A1 (de) | 2014-08-08 | 2016-02-11 | Tokyo Institute Of Technology | Monolithisch integrierter oberflächenemittierender Laser mit Modulator |
| US9350139B2 (en) | 2013-08-07 | 2016-05-24 | Tokyo Institute Of Technology | Vertical-cavity surface-emitting laser diode and optical transmission apparatus |
| CN107710529A (zh) * | 2015-09-16 | 2018-02-16 | 华为技术有限公司 | 半导体激光器及其加工方法 |
| JP2021064767A (ja) * | 2019-10-17 | 2021-04-22 | 国立大学法人東京工業大学 | 波長可変面発光レーザおよび光源装置 |
-
1998
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