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JP2009231423A - Wavelength variable light source - Google Patents

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JP2009231423A
JP2009231423A JP2008073139A JP2008073139A JP2009231423A JP 2009231423 A JP2009231423 A JP 2009231423A JP 2008073139 A JP2008073139 A JP 2008073139A JP 2008073139 A JP2008073139 A JP 2008073139A JP 2009231423 A JP2009231423 A JP 2009231423A
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light
light source
wavelength
optical semiconductor
semiconductor element
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JP2008073139A
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Takeshi Osato
毅 大郷
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Fujifilm Corp
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Fujifilm Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a wavelength variable light source capable of securing high reliability even during a high output operation. <P>SOLUTION: In the wavelength variable light source provided with an optical semiconductor element 1 to be a gain medium, a wavelength selection means 3 and a ring resonator (constituted of an isolator 2, lenses 4 and 5 and an optical fiber 6, for instance) and configured so that light L inside the resonator may pass through the optical semiconductor element 1 only in one direction, a current non-injection area is provided at least on the end part of the element 1 on the side of an end face 1b where the light L is incident from the outside of the element out of both end faces 1a and 1b of the optical semiconductor element 1 where the light passes through. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は波長可変光源、特に詳細には、リングレーザ型の波長可変光源に関するものである。   The present invention relates to a tunable light source, and more particularly to a ring laser type tunable light source.

近年、計測や医療診断等の分野において、光半導体素子を用いた波長可変光源が注目されている。波長可変光源は、発振波長を変えることができるレーザで、Littman方式と称されるものや、Littrow方式と称されるものがよく知られている。また、それらの他に、例えば非特許文献1に記載が有るリングレーザ型のものも公知となっている。このリングレーザ型の波長可変光源は基本的に、利得媒体となる光半導体素子と、光の進行方向を一方向に決めるアイソレータを備えたリング共振器と、波長選択する波長フィルタと、リング共振器から光を外部に取り出す光カプラとから構成されたものである。   In recent years, a variable wavelength light source using an optical semiconductor element has attracted attention in fields such as measurement and medical diagnosis. The wavelength variable light source is a laser capable of changing the oscillation wavelength, and a laser called the Littman method and a laser called the Littrow method are well known. In addition to them, a ring laser type described in Non-Patent Document 1, for example, is also known. This ring laser type wavelength tunable light source basically includes an optical semiconductor element serving as a gain medium, a ring resonator including an isolator for determining the traveling direction of light in one direction, a wavelength filter for wavelength selection, and a ring resonator. And an optical coupler that extracts light from the outside.

上記リングレーザ型の波長可変光源において、通常、各部品は光ファイバにより接続されるため、この波長可変光源は作製が容易で安定性に優れていることが特徴となっている。また、Littman方式のものやLittrow方式のものは外部共振器内部に発光素子を備え、発振光が発光素子内部を往復するのに対して、リングレーザ型の波長可変光源では光の進行方向がアイソレータで一方向に決まるため、発振光は発光素子を一方向にのみ通過するという特徴がある。   In the ring laser type wavelength tunable light source, since each component is usually connected by an optical fiber, this wavelength tunable light source is characterized in that it is easy to manufacture and has excellent stability. The Littman type and Littrow type have a light emitting element inside the external resonator, and the oscillation light reciprocates inside the light emitting element, whereas in a ring laser type wavelength tunable light source, the light traveling direction is an isolator. Therefore, the oscillation light has a feature that it passes through the light emitting element only in one direction.

ここで図1を参照して、リングレーザの動作原理を説明する。まず、利得媒体となる光半導体素子である発光素子1の両端面から光が放出される。そして発光素子1の外部に配置されたアイソレータ2により、該素子1の片側端面から出射した光だけがリング共振器内を周回するようになる。そして発光素子1から出射した光は波長フィルタ3に入射し、特定の波長の光のみがそこを通過する。この波長選択された光は、途中に光カプラ7が介設された光ファイバ6を導波して、再び発光素子1へと戻される。発光素子1内に入射した光は誘導放出現象によって増幅される。これを繰り返し、リング共振器内部の損失とリング共振器から外部へ出て行く光の損失に利得がつり合うとレーザ発振が開始する。発振したレーザ光は、光カプラ7から共振器外に取り出される。そして、例えば波長フィルタ3にエタロンを用いた場合、それを矢印A方向に揺動させることによりその選択波長が変化するので、その揺動位置の設定次第で、取り出されるレーザ光の波長を制御可能となる。   Here, the operating principle of the ring laser will be described with reference to FIG. First, light is emitted from both end faces of the light-emitting element 1, which is an optical semiconductor element serving as a gain medium. Then, by the isolator 2 arranged outside the light emitting element 1, only the light emitted from one end face of the element 1 circulates in the ring resonator. The light emitted from the light emitting element 1 enters the wavelength filter 3, and only light having a specific wavelength passes therethrough. This wavelength-selected light is guided through the optical fiber 6 with the optical coupler 7 interposed in the middle, and returned to the light emitting element 1 again. Light incident on the light emitting element 1 is amplified by a stimulated emission phenomenon. This is repeated, and laser oscillation starts when the gain balances the loss inside the ring resonator and the loss of light exiting from the ring resonator. The oscillated laser beam is extracted from the optical coupler 7 to the outside of the resonator. For example, when an etalon is used for the wavelength filter 3, the selected wavelength changes by swinging it in the direction of arrow A, so that the wavelength of the extracted laser light can be controlled depending on the setting of the swing position. It becomes.

なお、ここで用いられる発光素子は、基本的には通常の半導体レーザから共振器を取り除いてレーザ発振を抑制した構造となっている。具体的には、端面における光反射を抑制するために、光反射防止膜を施したり、あるいは光導波路そのものを端面に対して斜めに形成することで、素子内部でのレーザ発振を抑制している。この種の波長可変光源の特性は発光素子の特性に大きく依存しており、利得スペクトルの幅が波長可変幅を決める他、発光素子の利得がその出力を決めている。
S. H. Yun, et al.“High-speed wavelength-swept semiconductor laser with a polygon-scanner-based wavelength filter” Optics Letters, Vol. 28, Issue 20, pp. 1981-1983(2003)
The light emitting device used here basically has a structure in which laser oscillation is suppressed by removing a resonator from a normal semiconductor laser. Specifically, in order to suppress light reflection at the end face, an anti-reflection film is applied, or the optical waveguide itself is formed obliquely with respect to the end face to suppress laser oscillation inside the element. . The characteristics of this type of wavelength tunable light source largely depend on the characteristics of the light emitting element, and the gain spectrum width determines the wavelength variable width, and the gain of the light emitting element determines its output.
SH Yun, et al. “High-speed wavelength-swept semiconductor laser with a polygon-scanner-based wavelength filter” Optics Letters, Vol. 28, Issue 20, pp. 1981-1983 (2003)

上述したリングレーザ型の波長可変光源にあっては、今後、その波長可変幅の拡大とともに、高出力化の要求が高まることが予想される。この要求に応えるためには、波長可変光源に搭載される発光素子の出力を向上させる必要がある。   In the above-described ring laser type wavelength tunable light source, it is expected that the demand for higher output will increase as the wavelength tunable width increases. In order to meet this requirement, it is necessary to improve the output of the light emitting element mounted on the wavelength tunable light source.

発光素子の高出力化のためには、活性層における光の閉じ込め率を上げることが有効な手法であるが、これにより光学損傷(COD)と呼ばれる特有の端面劣化が生じることがある。この現象はGaAsあるいはGaN基板上に半導体層を形成してなる発光素子において特に顕著であり、これが波長可変光源の高出力化、および高出力動作時の信頼性を阻害する大きな要因となっている。また、特に波長可変光源においては、発振波長が変わることにより発光素子内部の光閉じ込め率が変化し、この光閉じ込め率が高くなる波長領域で故障が発生しやすくなっている。   Increasing the light confinement rate in the active layer is an effective technique for increasing the output of the light emitting element, but this may cause a characteristic end face deterioration called optical damage (COD). This phenomenon is particularly noticeable in light-emitting devices in which a semiconductor layer is formed on a GaAs or GaN substrate, and this is a major factor that hinders the high output of wavelength tunable light sources and the reliability during high output operation. . In particular, in a wavelength tunable light source, the light confinement rate inside the light emitting element changes due to a change in the oscillation wavelength, and a failure is likely to occur in a wavelength region where the light confinement rate increases.

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、高出力動作時にも高い信頼性を確保できる波長可変光源を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a wavelength tunable light source that can ensure high reliability even during high output operation.

本発明による波長可変光源は、前述したように、利得媒体となる光半導体素子、波長選択手段およびリング共振器を備えてなり、共振器内部の光が前記光半導体素子を一方向のみに通過するように構成された波長可変光源において、
前記光半導体素子の光が通過する両端面のうち、少なくとも素子外部から光が入射する方の端面側において、該素子の端部に電流非注入領域が設けられていることを特徴とするものである。
As described above, the wavelength tunable light source according to the present invention includes an optical semiconductor element serving as a gain medium, a wavelength selection unit, and a ring resonator, and light inside the resonator passes through the optical semiconductor element only in one direction. In the wavelength tunable light source configured as follows,
A current non-injection region is provided at an end of the optical semiconductor element, at least on an end face side where light enters from the outside of the element, of both end faces through which the light passes. is there.

ここで、上記構成を得るに至った知見について説明する。リング共振器においてアイソレータによって方向付けされる光の進行方向に対して、順方向の光を出射する側の光半導体素子端面は、自発光による発熱だけが問題になるのに対して、逆方向の光を出射する側の(つまり、外部から光が入射する方の)素子端面は自発光による発熱に加えて、リングレーザを周回してきた光が外部より素子内部に入射されるため、この分だけ光密度が増大し、発熱量が大きくなる。以上のことから、外部から光が入射する方の光半導体素子端面は劣化しやすいことを、本発明者は鋭意努力の末に見出した。さらに詳しく説明すると、外部から光半導体素子端面に入射して来る光は、その端面から出射して行く光と非線形相互作用による光の局在化現象を起こすため、素子端面の劣化を招きやすくなっていると考えられる。   Here, the knowledge that has led to the above configuration will be described. The optical semiconductor element end face that emits light in the forward direction with respect to the traveling direction of light directed by the isolator in the ring resonator has only a problem of heat generation due to self-emission, whereas In addition to the heat generated by self-emission, the element end face on the light exit side (that is, the light incident from the outside), the light that has circulated around the ring laser is incident on the inside of the element from the outside. The light density increases and the amount of heat generation increases. From the above, the present inventor has found out that the end face of the optical semiconductor element on which light is incident from the outside is likely to deteriorate after intensive efforts. More specifically, the light incident on the end face of the optical semiconductor element from the outside causes localization of light due to nonlinear interaction with the light exiting from the end face, so that the end face of the element is likely to be deteriorated. It is thought that.

上に述べた知見に基づいて本発明では、リング共振器内を周回した光が再び入射する側の端面において、光半導体素子の端部に電流非注入領域を設けたものである。   Based on the knowledge described above, in the present invention, a current non-injection region is provided at the end of the optical semiconductor element on the end surface on the side where the light circulated in the ring resonator is incident again.

なお、それ自身が共振器を備えない利得媒体は半導体レーザと異なって、共振現象による出力増幅がないため、電流非注入領域を設けるとその領域での光吸収により光損失が増大する。そこで電流非注入構造は、光半導体素子の両端面のうち、外部から光が入射する方の端面側のみに設けることが望ましい。   Note that, unlike a semiconductor laser, a gain medium that does not itself have a resonator has no output amplification due to a resonance phenomenon. Therefore, if a current non-injection region is provided, light loss increases due to light absorption in that region. Therefore, it is desirable to provide the current non-injection structure only on the end face side where light enters from the outside of both end faces of the optical semiconductor element.

上述の電流非注入領域とは、高出力化にともなう光半導体素子端面での発熱を低減するために、端面近傍での電流注入を抑制する構造を指し、一般的に窓構造と称されているものの1つである。この電流非注入構造については、特開平3-187284号公報や特開平5-29706号公報などで、半導体レーザに対する適用が提案されている。しかし、このような電流非注入領域を外部共振器内の利得媒体に適用することは、従来全く提案されていなかった。   The above-mentioned current non-injection region refers to a structure that suppresses current injection in the vicinity of the end face in order to reduce heat generation at the end face of the optical semiconductor element due to higher output, and is generally called a window structure. One of things. This current non-injection structure is proposed for application to a semiconductor laser in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-187284, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-29706, and the like. However, it has not been proposed at all to apply such a current non-injection region to a gain medium in an external resonator.

より具体的な電流非注入構造としては、端面近傍の電極が除去されたものや、端面近傍の第二導電型コンタクト層が除去されたもの、第二導電型コンタクト層上を覆うように絶縁膜が形成されたものなどが有り、それらはいずれも本発明に好適に採用され得る。   More specific current non-injection structures include those in which the electrode in the vicinity of the end surface is removed, the electrode in which the second conductivity type contact layer in the vicinity of the end surface is removed, and the insulating film so as to cover the second conductivity type contact layer Are formed, and any of them can be suitably employed in the present invention.

ここで電流非注入領域は、素子端面から素子内部に向かって5μm以上50μm以下までの範囲であることが望ましい。その領域が5μmよりも小さい場合には、広がった電流が端面まで達する可能性があり、そうなると実質的に電流非注入領域とはならないで端面劣化を招くため好ましくない。また電流非注入領域が50μmよりも大きい場合には、この領域での光吸収による光損失が大きくなって光出力が低減するため、望ましくない。   Here, the current non-injection region is desirably in a range from 5 μm to 50 μm from the element end face toward the inside of the element. If the area is smaller than 5 μm, the spread current may reach the end face, which is not preferable because it does not substantially become a current non-injection area but causes deterioration of the end face. Further, when the current non-injection region is larger than 50 μm, the light loss due to light absorption in this region becomes large and the light output is reduced, which is not desirable.

また本発明は、GaAsまたはGaN基板上に半導体層が積層されてなる光半導体素子が用いられた波長可変光源に適用されることが特に好ましい。   Further, the present invention is particularly preferably applied to a wavelength tunable light source using an optical semiconductor element in which a semiconductor layer is laminated on a GaAs or GaN substrate.

本発明の波長可変光源においては、上述の通りの電流非注入領域が設けられているので、高出力動作させた場合においても、共振器内部の光が入射する光半導体素子の端面が光密度増大により破壊することが防止され、高い信頼性が得られるようになる。そこで、前述したように、特に光閉じ込め率が高くなる波長領域で故障が発生しやすいという問題にも十分対処できるようになる。こうして本発明によれば、高出力で、高安定な波長可変光源を実現可能となる。   In the wavelength tunable light source of the present invention, since the current non-injection region is provided as described above, the end face of the optical semiconductor element on which the light inside the resonator is incident is increased in light density even when operated at a high output. By this, destruction is prevented and high reliability can be obtained. Therefore, as described above, it is possible to sufficiently cope with the problem that a failure is likely to occur particularly in a wavelength region where the optical confinement rate is high. Thus, according to the present invention, it is possible to realize a wavelength tunable light source with high output and high stability.

なお、前述したように光学損傷(COD)は、GaAsあるいはGaN基板上に半導体層を形成してなる光半導体素子において特に顕著に発生するので、本発明は、そのような光半導体素子を用いた波長可変光源に適用されると特に効果的である。   As described above, optical damage (COD) occurs particularly prominently in an optical semiconductor device in which a semiconductor layer is formed on a GaAs or GaN substrate. Therefore, the present invention uses such an optical semiconductor device. It is particularly effective when applied to a wavelength tunable light source.

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施形態による波長可変光源を示すものである。図示の通りこの波長可変光源は、利得媒体となる光半導体素子である発光素子1と、後述のように構成されるリング共振器内の光Lの進行方向を一方向に規定するアイソレータ2と、リング共振器内を通過する光Lの波長を選択する波長フィルタ3と、発光素子1の一端面1aから出射した光Lを平行光化するレンズ4と、平行光とされた光Lを集光するレンズ5と、上記一端面1aから出射した光Lを発光素子1の他端面1bに戻すように光路が設定された光ファイバ6と、この光ファイバ6の途中に介設された光カプラ7とを有している。   FIG. 1 shows a wavelength tunable light source according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, this wavelength tunable light source includes a light emitting element 1 that is an optical semiconductor element serving as a gain medium, an isolator 2 that defines a traveling direction of light L in a ring resonator configured as described below, The wavelength filter 3 that selects the wavelength of the light L that passes through the ring resonator, the lens 4 that collimates the light L emitted from the one end face 1a of the light emitting element 1, and the light L that is converted into parallel light is condensed. An optical fiber 6 in which an optical path is set so as to return the light L emitted from the one end surface 1a to the other end surface 1b of the light emitting element 1, and an optical coupler 7 interposed in the middle of the optical fiber 6. And have.

また、発光素子1の他端面1b側にも上記と同様のレンズ4、5が配設され、アイソレータ2はそれらのレンズ4、5の間に配設されている。他方、波長フィルタ3は、発光素子1の一端面1a側のレンズ4、5の間に配設されている。本実施形態では、以上のレンズ4、5および光ファイバ6によりリング共振器が構成されている。また波長フィルタ3は、矢印A方向に手動あるいは自動で往復揺動可能とされており、その揺動位置が変えられると通過波長域が変化する。   In addition, lenses 4 and 5 similar to the above are disposed on the other end surface 1 b side of the light emitting element 1, and the isolator 2 is disposed between the lenses 4 and 5. On the other hand, the wavelength filter 3 is disposed between the lenses 4 and 5 on the one end face 1 a side of the light emitting element 1. In the present embodiment, a ring resonator is constituted by the lenses 4 and 5 and the optical fiber 6 described above. The wavelength filter 3 can be reciprocally swung manually or automatically in the direction of the arrow A, and the passing wavelength range changes when the swiveling position is changed.

以下、この波長可変光源の作用について説明する。発光素子1の一端面1a、他端面1bからはそれぞれ光Lが放出される。上記一端面1aから出射した光Lは、レンズ4、波長フィルタ3およびレンズ5を通過して光ファイバ6に入射し、そこを導波して他端面1bから再度発光素子1に入射する。一方、発光素子1の他端面1bから出射した光Lはアイソレータ2により遮断されるので、リング共振器内の光の進行方向は一方向のみに限られる。   Hereinafter, the operation of the wavelength tunable light source will be described. Light L is emitted from one end face 1a and the other end face 1b of the light emitting element 1, respectively. The light L emitted from the one end face 1a passes through the lens 4, the wavelength filter 3 and the lens 5, enters the optical fiber 6, is guided there, and enters the light emitting element 1 again from the other end face 1b. On the other hand, since the light L emitted from the other end face 1b of the light emitting element 1 is blocked by the isolator 2, the traveling direction of the light in the ring resonator is limited to only one direction.

波長フィルタ3においては、入射した光Lのうち特定の波長の光のみが通過する。こうして波長選択されてから発光素子1内に入射した光Lは、誘導放出現象によって増幅される。これを繰り返し、リング共振器内部の損失とリング共振器から外部へ出て行く光の損失に利得がつり合うとレーザ発振が開始する。発振したレーザ光Lは、光カプラ7から共振器外に取り出される。このとき、波長フィルタ3の揺動位置を変えることによりそこを通過する光Lの波長が変化するので、波長フィルタ3の揺動位置を変えることにより、取り出されるレーザ光Lの波長を所望の値に制御可能となる。なおここでは、波長フィルタ3にエタロンを適用した場合について記載したが、回折格子からなる波長フィルタを用いても構わない。   In the wavelength filter 3, only light of a specific wavelength among the incident light L passes. The light L incident on the light emitting element 1 after the wavelength is selected in this way is amplified by the stimulated emission phenomenon. This is repeated, and laser oscillation starts when the gain balances the loss inside the ring resonator and the loss of light exiting from the ring resonator. The oscillated laser beam L is extracted from the optical coupler 7 to the outside of the resonator. At this time, since the wavelength of the light L passing therethrough is changed by changing the oscillation position of the wavelength filter 3, the wavelength of the extracted laser light L is changed to a desired value by changing the oscillation position of the wavelength filter 3. Can be controlled. Although a case where an etalon is applied to the wavelength filter 3 is described here, a wavelength filter made of a diffraction grating may be used.

ここで本実施形態においては、発光素子1の端面1b側において、素子端部に前述の電流非注入領域が設けられている。以下、この発光素子1の層構成を、作製方法と併せて説明する。   Here, in the present embodiment, on the end face 1b side of the light emitting element 1, the above-described current non-injection region is provided at the end of the element. Hereinafter, the layer structure of the light-emitting element 1 will be described together with the manufacturing method.

まず図2Aに示すように、一例として有機金属気相成長法によりn-GaAs基板11の(1 0 0)面上にn-GaAsバッファ層12、n-In0.48Ga0.52P下部クラッド層13、nあるいはi-Inx1Ga1-x1As1-y1Py1光導波層14、圧縮歪Inx3Ga1-x3As1-y3Py3量子井戸活性層15、pまたはi-Inx1Ga1-x1As1-y1Py1上部光導波層16、p-In0.48Ga0.52P第1上部クラッド層17、GaAsエッチングストップ層18、n-In0.48Ga0.52P狭窄層19、GaAsキャップ層20を成長させる。 First, as shown in FIG. 2A, as an example, an n-GaAs buffer layer 12, an n-In 0.48 Ga 0.52 P lower clad layer 13 on the (1 0 0) plane of an n-GaAs substrate 11 by metal organic chemical vapor deposition, n or i-In x1 Ga 1-x1 As 1-y1 P y1 optical waveguide layer 14, compressive strain In x3 Ga 1-x3 As 1-y3 P y3 quantum well active layer 15, p or i-In x1 Ga 1- x1 As 1-y1 Py1 upper optical waveguide layer 16, p-In 0.48 Ga 0.52 P first upper cladding layer 17, GaAs etching stop layer 18, n-In 0.48 Ga 0.52 P constriction layer 19 and GaAs cap layer 20 grown Let

その後、フォトリソグラフィ法を用いて基板11に対して順メサ方向に3μmストライプの開口領域が形成されたレジストパターンを作成し、酒石酸混合溶液でGaAsキャップ層20をエッチングする。レジスト剥離後、開口が形成されたGaAsキャップ層20をマスクとして塩酸溶液でn-In0.48Ga0.52P狭窄層19をエッチングする。さらに酒石酸混合液で残りのGaAsキャップ層20、および狭窄層19のエッチングにより露出された部分のGaAsエッチングストップ層18を除去する。以上により図2Bに示す状態となる。 Thereafter, a resist pattern in which an opening region having a 3 μm stripe is formed in the forward mesa direction with respect to the substrate 11 by using a photolithography method, and the GaAs cap layer 20 is etched with a tartaric acid mixed solution. After the resist is peeled off, the n-In 0.48 Ga 0.52 P constriction layer 19 is etched with a hydrochloric acid solution using the GaAs cap layer 20 with the opening formed as a mask. Further, the remaining GaAs cap layer 20 and the portion of the GaAs etching stop layer 18 exposed by etching the constriction layer 19 are removed with a tartaric acid mixed solution. Thus, the state shown in FIG. 2B is obtained.

次に図2Cに示すように、再び有機金属気相成長法によりp-In0.48Ga0.52P第2上部クラッド層21、p-GaAsコンタクト層22を形成する。フォトリソグラフィ法を用いて、図中破線から奧側の部分が開口された(つまり端面から破線の位置までを覆う)レジストパターンを形成する。このレジストパターンの幅は例えば60μmとされ、それにより、発光素子のへき開面位置から30μmの距離に相当する位置と素子端面との間に、レジストが形成された状態となる。 Next, as shown in FIG. 2C, a p-In 0.48 Ga 0.52 P second upper cladding layer 21 and a p-GaAs contact layer 22 are formed again by metal organic vapor phase epitaxy. A photolithography method is used to form a resist pattern having an opening on the heel side from the broken line (that is, covering from the end surface to the position of the broken line). The width of the resist pattern is set to 60 μm, for example, so that a resist is formed between a position corresponding to a distance of 30 μm from the cleavage plane position of the light emitting element and the element end face.

次に、そのレジストパターン上に真空蒸着法によってTi/Pt/Au電極材を蒸着させ、レジスト上に蒸着した電極材をレジストごと剥離することにより、レジストパターンの開口部であった領域にp電極23を形成する。さらにこのp電極23をマスクとしてNH3:H2O2水溶液を用い、素子外周部のp-GaAsコンタクト層22をエッチング除去する。これにより図2Dに示す状態となる。 Next, a Ti / Pt / Au electrode material is deposited on the resist pattern by vacuum deposition, and the electrode material deposited on the resist is peeled off together with the resist, so that a p-electrode is formed in the region that was the opening of the resist pattern. Form 23. Further, an NH 3 : H 2 O 2 aqueous solution is used with the p electrode 23 as a mask, and the p-GaAs contact layer 22 on the outer periphery of the device is removed by etching. As a result, the state shown in FIG. 2D is obtained.

このコンタクト層22が除去された領域が電流非注入領域となる。その一方、コンタクト層22が残っていて、前記狭窄層19がエッチングされた領域のほぼ直上に当たる部分が電流注入領域となる。なおこの実施形態では、電流非注入領域を発光素子1の一方の端部のみに形成しているが、プロセス上の複雑さを緩和するため、発光素子1の両端部に電流非注入領域を形成しても構わない。   The region from which the contact layer 22 has been removed becomes a current non-injection region. On the other hand, the contact layer 22 remains, and the portion that is almost directly above the region where the constriction layer 19 is etched becomes the current injection region. In this embodiment, the current non-injection region is formed only at one end of the light-emitting element 1. However, in order to reduce the process complexity, the current non-injection region is formed at both ends of the light-emitting element 1. It doesn't matter.

その後、500℃でアロイを行った後、n-GaAs基板11を100μm厚まで研磨し、AuGe/Ni/Auからなるn電極24を研磨面に真空蒸着し、400℃で再びアロイする。その後、試料を両端面設定位置でへき開して形成したバーの両端面(通常の半導体レーザならば共振器面となる端面で、素子完成後の前記端面1a、1bとなる面)に無反射膜コートを施す。本例では、1つの試料において前述のn-In0.48Ga0.52P狭窄層19がエッチングされた部分(電流注入領域)を複数形成するので、上記バーは複数の発光部を含んでいるものとなる。そこで、次にこのバーを、発光部が1つずつ含まれるようにへき開して複数にチップ化すると、発光素子1が完成する。 Then, after alloying at 500 ° C., the n-GaAs substrate 11 is polished to a thickness of 100 μm, an n electrode 24 made of AuGe / Ni / Au is vacuum-deposited on the polished surface, and alloyed again at 400 ° C. After that, the sample is cleaved at the both end face setting positions, and the non-reflective film is formed on both end faces of the bar (the end faces that become the cavity faces in the case of a normal semiconductor laser, and the end faces 1a and 1b after the element is completed). Apply a coat. In this example, a plurality of portions (current injection regions) in which the above-described n-In 0.48 Ga 0.52 P constriction layer 19 is etched are formed in one sample, and thus the bar includes a plurality of light emitting portions. . Therefore, the bar is then cleaved so as to include one light-emitting portion, so that the light-emitting element 1 is completed.

以上のようにして発光素子1は、端面1bの近傍の領域に、p-GaAsコンタクト層22が除去されてなる電流非注入領域が設けられたものとなる。本実施形態の波長可変光源では、このような電流非注入領域を有する発光素子1を用いていることにより、端面1bの近傍部分の電流密度を低減させることができ、該端面1bでの発熱を低減できる。よって、この波長可変光源を高出力で用いても、光密度増大による端面破壊等の不具合を防止可能で、高い信頼性を確保できる。このような波長可変光源は、例えば通信、計測、医療等の分野で広く応用可能となる。   As described above, the light emitting element 1 is provided with a current non-injection region in which the p-GaAs contact layer 22 is removed in a region near the end face 1b. In the wavelength tunable light source of the present embodiment, by using the light emitting element 1 having such a current non-injection region, the current density in the vicinity of the end face 1b can be reduced, and the heat generation at the end face 1b can be reduced. Can be reduced. Therefore, even if this wavelength variable light source is used at a high output, it is possible to prevent problems such as end face destruction due to an increase in light density, and to ensure high reliability. Such a wavelength tunable light source can be widely applied in fields such as communication, measurement, and medicine.

なお、以上説明した実施形態は、光学損傷が発生しやすいGaAs基板11からなる発光素子1を適用したものであるが、本発明はその他、同様に光学損傷が発生しやすいGaN基板からなる光半導体素子を用いる場合に適用しても特に効果的である。さらに本発明は、上記2つの基板とは異なる基板からなる光半導体素子を用いる場合にも適用可能であり、その場合でも先に説明した効果を同様に得ることができる。   In the embodiment described above, the light-emitting element 1 made of the GaAs substrate 11 that easily causes optical damage is applied. However, the present invention is also an optical semiconductor made of a GaN substrate that is also likely to cause optical damage. Even when applied to the case of using an element, it is particularly effective. Furthermore, the present invention can also be applied to the case where an optical semiconductor element made of a substrate different from the above two substrates is used, and even in such a case, the effects described above can be obtained similarly.

また、光半導体素子に形成する電流非注入領域としては、上記実施形態のように電極23を除去した構造に限らず、その他、端面近傍の第二導電型コンタクト層が除去された構造、第二導電型コンタクト層上を覆うように絶縁膜が形成された構造等を適用することもできる。   Further, the current non-injection region formed in the optical semiconductor element is not limited to the structure in which the electrode 23 is removed as in the above embodiment, but in addition, the structure in which the second conductivity type contact layer in the vicinity of the end surface is removed, A structure in which an insulating film is formed so as to cover the conductive contact layer can also be applied.

本発明の一実施形態による波長可変光源を示す概略構成図1 is a schematic configuration diagram showing a wavelength tunable light source according to an embodiment of the present invention. 図1の波長可変光源に適用された発光素子を作製する工程を説明する図3A and 3B illustrate a process for manufacturing a light-emitting element applied to the wavelength tunable light source in FIG. 図1の波長可変光源に適用された発光素子を作製する工程を説明する図3A and 3B illustrate a process for manufacturing a light-emitting element applied to the wavelength tunable light source in FIG. 図1の波長可変光源に適用された発光素子を作製する工程を説明する図3A and 3B illustrate a process for manufacturing a light-emitting element applied to the wavelength tunable light source in FIG. 図1の波長可変光源に適用された発光素子を作製する工程を説明する図3A and 3B illustrate a process for manufacturing a light-emitting element applied to the wavelength tunable light source in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 発光素子
2 アイソレータ
3 波長フィルタ
4、5 レンズ
6 光ファイバ
11 n-GaAs基板
12 n-GaAsバッファ層
13 n-In0.48Ga0.52P下部クラッド層
14 nあるいはi-Inx1Ga1-x1As1-y1Py1光導波層
15 圧縮歪Inx3Ga1-x3As1-y3Py3量子井戸活性層
16 pまたはi-Inx1Ga1-x1As1-y1Py1上部光導波層
17 p-In0.48Ga0.52P第1上部クラッド層
18 GaAsエッチングストップ層
19 n-In0.48Ga0.52P狭窄層
20 GaAsキャップ層
21 p-In0.48Ga0.52P第2上部クラッド層
22 p-GaAsコンタクト層
23 p電極
24 n電極
1 Light emitting element
2 Isolator
3 wavelength filter
4, 5 lens
6 Optical fiber
11 n-GaAs substrate
12 n-GaAs buffer layer
13 n-In 0.48 Ga 0.52 P lower cladding layer
14 n or i-In x1 Ga 1-x1 As 1-y1 P y1 optical waveguide layer
15 Compressive strain In x3 Ga 1-x3 As 1-y3 P y3 quantum well active layer
16 p or i-In x1 Ga 1-x1 As 1-y1 P y1 Upper optical waveguide layer
17 p-In 0.48 Ga 0.52 P First upper cladding layer
18 GaAs etching stop layer
19 n-In 0.48 Ga 0.52 P constriction layer
20 GaAs cap layer
21 p-In 0.48 Ga 0.52 P Second upper cladding layer
22 p-GaAs contact layer
23 p electrode
24 n electrode

Claims (3)

利得媒体となる光半導体素子、波長選択手段およびリング共振器を備えてなり、共振器内部の光が前記光半導体素子を一方向のみに通過するように構成された波長可変光源において、
前記光半導体素子の光が通過する両端面のうち、少なくとも素子外部から光が入射する方の端面側において、該素子の端部に電流非注入領域が設けられていることを特徴とする波長可変光源。
In a wavelength tunable light source configured to include an optical semiconductor element serving as a gain medium, a wavelength selection unit, and a ring resonator, and configured so that light inside the resonator passes through the optical semiconductor element only in one direction,
Wavelength variable, characterized in that a current non-injection region is provided at an end of the optical semiconductor element, at least on an end face side where light enters from the outside of the element, of both end faces through which light passes. light source.
前記電流非注入領域が、前記素子外部から光が入射する方の端面側のみに設けられていることを特徴とする請求項1記載の波長可変光源。   2. The wavelength tunable light source according to claim 1, wherein the current non-injection region is provided only on an end face side where light enters from the outside of the element. 前記光半導体素子が、GaAsまたはGaN基板上に半導体層が積層されてなるものであることを特徴とする請求項1または2記載の波長可変光源。   3. The wavelength tunable light source according to claim 1, wherein the optical semiconductor element is formed by laminating a semiconductor layer on a GaAs or GaN substrate.
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