JPH08330671A

JPH08330671A - 半導体光素子

Info

Publication number: JPH08330671A
Application number: JP13318095A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Aoki; 雅博青木; Tomonobu Tsuchiya; 朋信土屋; So Otoshi; 創大▲歳▼; Misuzu Sagawa; みすず佐川; Kiyohisa Hiramoto; 清久平本; Kazuhisa Uomi; 和久魚見
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-05-31
Filing date: 1995-05-31
Publication date: 1996-12-13

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】ファイバと高い効率で結合できる半導体光導波
素子の構造とこれを簡単に製作する方法を提供し、さら
にレーザ、光増幅器、光スイッチ、光検出器、またはこ
れらの内二つ以上をモノリシックに集積した光導波素子
にこの方法を適用する場合、これに適した素子構造とそ
の製法を提供する。【構成】レーザ活性導波路の横幅を適当に変化させるこ
とにより、半導体レーザ等の光導波素子を高出力化し、
また入／出射ビ−ム径を拡大して、ファイバとの結合効
率を高くする。さらにリッジ導波路をこの構造にして活
性層部１の出射端面における光強度を低減させる。【効果】半導体レーザ等の光導波素子の性能を低下させ
ることなく、高出力化、横モードの安定化、ファイバへ
の高効率結合、高出力状態における高信頼性（長寿命）
を容易に達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体光素子に係り、特
に光通信用モジュール、光通信システム、光ネットワ−
クに用いる好適な半導体光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体レ−ザの高出力化には、
（１）素子の低抵抗化による熱飽和の低減、（２）漏れ
電流の低減、（３）高出力時の横モ−ドの安定化、
（４）高出力時の高信頼性化が必須である。さらにモジ
ュ−ルの高出力化には、（５）レ−ザの出射ビ−ム角を
狭窄化しファイバへの光結合を高効率化することが重要
である。活性層幅の設定に関して上記（１）〜（５）を
考慮すると、（１）、（２）、（４）に関しては広い活
性層幅が望ましい。一方、（３）、（４）に関しては、
比較的狭い活性層幅が望ましい。つまり、活性層幅に対
し上記（１）〜（５）はトレ−ドオフの関係にある。こ
の観点から、活性層幅は単一横モ−ド動作を保つ最大の
活性層幅にしばしば設定されているが、（１）〜（５）
を同時達成するのは一般には困難である。また、動作光
の光子エネルギ−が大きい発振波長１μｍ程度以下の短
波長レ−ザでは光密度の大きい端面の活性層近傍での結
晶破壊がこの劣化の主要因である。これに対しては、活
性層位置での光密度の低減が極めて重要であるが、これ
までのところ効果的な解決手法は出現していないのが現
状である。

【０００３】なお、これらに関連するものに、例えば電
子情報通信学会秋季大会Ｃ−３１１、１９９４年９月
が、後者に関連するものに応用物理Ｖｏｌ．６４、Ｎ
ｏ．１、２−１２頁、１９９５年が挙げられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、極めて簡易
な作製法で実現可能な高出力で安定に単一横モ−ド動作
し、かつ温度特性、光ファイバとの結合に優れる半導体
光素子（例えば半導体レ−ザ）の素子構造及びその作製
方法を提供することを目的とする。さらなる目的は特に
発光波長１μｍ程度以下の半導体レ−ザの端面劣化の防
止に好適な素子構造及び製法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者らは、導波路を横幅変調するだけで半導体
レーザ等光導波素子の特性を劣化させることなく、高出
力化、横モ−ドの安定化、ファイバへの高効率結合、高
出力時の高信頼を非常に容易な手法で同時に達成可能な
レーザ構造およびその作製方法を考案した。レ−ザ活性
導波路の横幅は光軸方向でテ−パ状に滑らかに変調され
ており、光の出射端で導波路幅が横モ−ドが単一となる
カットオフ幅よりも狭く設定される。さらに、その他の
導波路の領域では横幅が横モ−ドが単一となるカットオ
フ幅よりも広く設定されている。また、リッジ導波路構
造の導入により上記特性がさらに向上される。

【０００６】

【作用】以下、導波路の横幅変調するだけで半導体レー
ザ等光導波素子の特性を劣化させることなく、高出力
化、横モ−ドの安定化、ファイバへの高効率結合、高出
力時の高信頼を非常に容易な手法で同時に達成可能なレ
ーザ構造およびその作製方法について説明する。

【０００７】図１(a)に示すように、活性層１の横幅が
光軸方向に変調されている埋め込み型半導体レーザを公
知の手法により作製する。ここで、全素子長は1200μｍ
で、導波路の横幅は300μｍの領域にわたり光軸方向で
テ−パ状に滑らかに変調されている。光の出射端で導波
路の横幅は0.6μｍであり横モ−ドが単一となるカット
オフ幅（約1.8μｍ）よりも十分狭く設定されている。
また、その他の900μｍの領域では横幅は2.4μｍであり
カットオフ幅よりも広く設定されている。横幅2.4μｍ
の導波路部には本来、基本導波モードの他に、高次モー
ドが存在しうる。しかし、基本導波モードのみを許容す
る先端横幅0.6μｍのテーパ導波路の導入により、この
集積型導波路には基本導波モードしか励起され得ない。
従って、導波路の大部分を幅広に設定できるため、素子
の低抵抗化、漏れ電流の低減により安定な単一横モード
動作を保ったまま高出力化が可能である。また図１(b)
の上面図に示すように横幅が狭窄化された導波路では光
の閉じ込め作用が弱くなるため、自動的にビームスポッ
トが拡大される。これによりビーム放射角は水平、垂直
方向で約10度となり、レーザ光をファイバへ入射する場
合の光結合効率を大きく改善することができる。

【０００８】図２(a)は同様にリッジ装荷型導波路を用
いて同様な半導体レーザを作製した例である。ここで、
全素子長は1200μｍで、導波路の横幅は300μｍの領域
にわたり光軸方向でテ−パ状に滑らかに変調されてい
る。光の出射端で導波路の横幅は1.0μｍであり横モ−
ドが単一となるカットオフ幅（約2.4μｍ）よりも十分
狭く設定されている。また、その他の900μｍの領域で
は横幅は3.0μｍでありカットオフ幅よりも広く設定さ
れている。この場合にも、埋め込み型レーザと同じ原理
で横幅を狭窄化したテーパ導波路の導入により高出力
化、ファイバへの高結合効率を達成できる。さらに、リ
ッジ装荷型導波路の場合には、基本導波モードに対して
も導波路のカットオフ幅が存在するため、カットオフ幅
近くまで導波路幅を狭窄していった場合、図２(b)の上
面図、同(c)の断面図に示すように光強度分布が活性層
から基板側に徐々にシフトする。従ってこの結果、バン
ドギャップの狭い活性層での光強度を大きく低減でき
る。この現象は、動作光の光子エネルギ−が大きく光密
度の大きい活性層端面近傍での過度の光吸収結による結
晶破壊が素子劣化の主要因である発振波長１μｍ程度以
下の短波長レ−ザの高信頼化に極めて有効である。

【０００９】以上のように、横幅を狭窄化したテーパ導
波路を導入するだけの極めて容易な手法で半導体レーザ
の高出力化、高信頼化を実現する手法について説明し
た。また、この原理は半導体レーザ以外にも半導体光増
幅器、光変調器等、導波路型光素子の高出力化に適用可
能であることは言うまでもない。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図３〜図１１を用い
て説明する。

【００１１】実施例１図３に示すように、ｎ型（１００）ＩｎＰ半導体基板１
１上に公知の手法によりｎ型ＩｎＰバッファ層１．０μ
ｍ１２、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ下側ガイド層（組成波長
１．１０μｍ）０．０５μｍ１３、６．０ｎｍ厚の１％
圧縮歪を有するＩｎＧａＡｓＰ（組成波長１．４５μ
ｍ）を井戸層、１２ｎｍ厚のＩｎＧａＡｓＰ（組成波長
１．２０μｍ）を障壁層とする４周期の多重量子井戸活
性層１４、ＩｎＧａＡｓＰ（組成波長１．１０μｍ）上
側光ガイド層０．０５μｍ１５、ｐ型ＩｎＰクラッド層
１．９μｍ１６、ｐ型ＩｎＧａＡｓキャップ層０．２μ
ｍ１７を順次形成する。多重量子井戸活性層１４の発光
波長は約１．４８μｍである。次に公知の手法によりキ
ャップ層１７をテーパストライプ構造に加工する。ここ
でストライプ方向は［０１１］とし、横幅狭窄テーパ部
の長さ３００μｍ、レ−ザ出射端面部でストライプ幅
３．４μｍ、その他の領域でのストライプ幅は５．４μ
ｍのとなるようにストライプテ−パ部を設ける。続い
て、図に示すような（１１１）Ａ面を側壁にもつ逆メサ
断面形状のリッジ導波路を形成する。この結果、活性層
幅となるリッジ底面の幅は３．０μｍ、テ−パ−部先端
で１．０μｍとなる。

【００１２】続いて公知の手法により基板全面に厚さ
０．２０μｍのシリコン酸化膜１８を形成した後、ポリ
イミド樹脂１９を基板全面に形成する。さらに、リッジ
上面にエッチバック法を用いてシリコン酸化膜窓を形成
する。最後に電極２０を形成の後、劈開工程によりテ−
パ−部３００μｍを含む共振器長１２００μｍの素子に
切り出す。後端面となる３．０μｍ幅のリッジ部端面に
は反射率９０％の高反射膜２１を、前端面となる１．０
μｍ幅のリッジ部端面には反射率３％の低反射膜２２を
公知の手法により形成した。

【００１３】作製した素子は室温、連続条件においてし
きい値２５〜３０ｍＡ、発振効率０．４５〜０．５０Ｗ
／Ａと良好な発振特性を示した。また、動作電流１．２
Aにおいて最高出力４００mWを得た。動作出力３００mW
でのビーム広がり角度は水平、垂直方向とも約１０度と
狭い。また、素子の長期信頼性を７０℃、２００mWの条
件下で評価したところ２０万時間以上の推定寿命を確認
した。本素子をモジュール化したところ、狭窄化された
ビームを反映してファイバへの平均結合損失１dBが得ら
れ、最高モジュール出力３２０mWを達成した。本素子を
エルビウム添加ファイバ増幅器の励起光源として用いる
ことにより、雑音強度の低い良好な光増幅特性を確認し
た。

【００１４】実施例２図４は図３の実施例とほぼ同様の手法で埋め込みヘテロ
構造の波長１．４８μｍ帯の高出力エルビウム添加ファ
イバ増幅器用励起光源を作製した一例である。横幅狭窄
テーパ部の長さ３００μｍ、レ−ザ出射端面部での活性
層幅０．４μｍ、その他の領域での活性層幅は２．４μ
ｍのとなるようにストライプテ−パ部を設ける。埋め込
み構造３１は公知の手法を用いて形成している。

【００１５】作製した素子は室温、連続条件においてし
きい値２０〜２５ｍＡ、発振効率０．４０〜０．４５Ｗ
／Ａと良好な発振特性を示した。また、動作電流１．２
Aにおいて最高出力３５０mWを得た。動作出力２５０mW
でのビーム広がり角度は水平、垂直方向とも約１０度と
狭い。また、素子の長期信頼性を７０℃、１７０mWの条
件下で評価したところ２０万時間以上の推定寿命を確認
した。本素子をモジュール化したところ、狭窄化された
ビームを反映してファイバへの平均結合損失１dBが得ら
れ、最高モジュール出力２８０mWを達成した。本素子を
エルビウム添加ファイバ増幅器の励起光源として用いる
ことにより、雑音強度の低い良好な光増幅特性を確認し
た。

【００１６】実施例３図５は実施例１とほぼ同様の手法で１．５５μｍで発振
する高出力で広温度範囲で動作可能な分布帰還型レ−ザ
を作製した例である。図に示すように、ｎ型（１００）
ＩｎＰ半導体基板４１上に公知の手法によりｎ型ＩｎＰ
バッファ層１．０μｍ４２、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ下側ガ
イド層（組成波長１．１０μｍ）０．０５μｍ４３、
６．０ｎｍ厚の１％圧縮歪を有するＩｎＧａＡｓＰ（組
成波長１．６７μｍ）を井戸層、１２ｎｍ厚のＩｎＧａ
ＡｓＰ（組成波長１．１５μｍ）を障壁層とする６周期
の多重量子井戸活性層４４、ＩｎＧａＡｓＰ（組成波長
１．１０μｍ）上側光ガイド層０．１μｍ４５を順次形
成する。多重量子井戸活性層４４の発光波長は約１．５
６μｍである。次に公知の手法によりλ／４位相シフト
構造を有する周期２４１nmの回折格子４６を上側光ガイ
ド層４５上に形成する。この際、回折格子は後にテーパ
導波路となる領域には形成しない。またλ／４位相シフ
トは回折格子が形成される領域の中央に設ける。続い
て、この基板上にｐ型ＩｎＰクラッド層１．９μｍ４
７、ｐ型ＩｎＧａＡｓキャップ層０．２μｍ４８を順次
形成する。

【００１７】次に実施例１と同じ手法を用いてテ−パ状
リッジ導波路を形成する。横幅狭窄テーパ部の長さは１
５０μｍ、活性層幅となるリッジ底面の幅は３．０μ
ｍ、テ−パ−部先端での活性層幅は１．０μｍに設定す
る。続いて、実施例１と同じ手法でポリイミド埋め込み
型リッジ導波路型レーザ構造に加工する。劈開工程によ
りテ−パ部１５０μｍを含む共振器長４５０μｍの素子
に切り出した後、両端面に反射率１％の低反射膜４９を
公知の手法により形成した。

【００１８】作製した素子は室温、連続条件においてし
きい値８〜１２ｍＡ、テーパ部端面からの発振効率０．
３５〜０．４０Ｗ／Ａ、後端面からの発振効率０．1〜
０．１５Ｗ／Ａと良好な発振特性を示した。λ／４位相
シフト構造の導入にも関わらず両端面の光出射量を非対
称化できたのは回折格子のないテーパ導波路部が光増幅
器として作用するためであり、本構造の大きな特長の一
つである。また、８５℃の高温条件においてもしきい値
は１８〜２４ｍＡ、発振効率は０．２５〜０．３０Ｗ／
Ａ程度と良好であった。また、３０mWの高出力時におい
ても安定な単一横モード、縦モード動作を示し、ー４０
〜８５℃の全温度範囲で副モード抑圧比４０dB以上を９
０％以上の作製歩留りで確認した。一方、リッジ幅１．
０μｍの前端面からのレーザ出射ビ−ムのスポット径は
６μｍと従来の構造に比べて３倍以上に拡大された。こ
のレーザとコア径１０μｍの単一モ−ドファイバとの結
合を光学レンズを用いずに行ったところ結合損失２ｄＢ
以下を水平、垂直方向の位置決め精度±３μｍで実現し
た。また、素子の長期信頼性を９０℃の高温条件下で評
価したところ１０万時間以上の推定寿命を確認した。

【００１９】実施例４図６は実施例３と同様の手法で波長１．３μｍ帯の出射
ビームを拡大したレーザを作製した一例である。素子構
造は活性層に発光波長１．３μｍの歪ＩｎＧａＡｓＰ多
重量子井戸構造６１、後端面に高反射膜６２が導入され
ている点以外は実施例３とほぼ同じである。

【００２０】作製した素子は室温、連続条件においてし
きい値８〜１２ｍＡ、発振効率０．５０〜０．５５Ｗ／
Ａと良好な発振特性を示した。８５℃の高温条件におい
てもしきい値は１６〜２４ｍＡ、発振効率は０．４０〜
０．４４Ｗ／Ａ程度と良好であった。また、リッジ幅
１．０μｍの前端面からのレーザ出射ビ−ムのスポット
径は６μｍと従来に比べて３倍以上に拡大された。この
レーザとコア径１０μｍの単一モ−ドファイバとの結合
を光学レンズを用いずに行ったところ結合損失２ｄＢ以
下を水平、垂直方向の位置決め精度±３μｍで実現し
た。また、素子の長期信頼性を９０℃の高温条件下で評
価したところ１０万時間以上の推定寿命を確認した。

【００２１】実施例５図７は図１の実施例とほぼ同様の手法で波長０．９８μ
ｍ帯の高出力エルビウム添加ファイバ増幅器用励起光源
を作製した一例である。図に示すように、ｎ型（１０
０）ＧａＡｓ半導体基板７１上に公知の手法によりｎ型
Ｉｎ０．５１Ｇａ０．４９Ｐバッファ層３．０μｍ７
２、６．０ｎｍ厚のＩｎ０．１７Ｇａ０．８３Ａｓを井
戸層、１０ｎｍ厚のＩｎＧａＡｓＰ（組成波長０．７０
μｍ）を障壁層とする単一量子井戸活性層７３、p型Ｉ
ｎ０．５１Ｇａ０．４９Ｐ第一クラッド層０．１μｍ７
４、ＧａＡｓエッチング停止層５ｎｍ７５、ｐ型Ｉｎ
０．５１Ｇａ０．４９Ｐ第二クラッド層１．７μｍ７
６、ｐ型ＧａＡｓキャップ層０．２μｍ７７を順次形成
する。単一量子井戸活性層７３の発光波長は約０．９８
μｍである。

【００２２】次に公知の手法によりキャップ層７７をテ
ーパストライプ構造に加工する。ここでストライプ方向
は［０１１］とし、横幅狭窄テーパ部の長さ２５０μ
ｍ、レ−ザ出射端面部でストライプ幅３．２μｍ、その
他の領域でのストライプ幅は５．４μｍのとなるように
ストライプテ−パ部を設ける。続いて、図に示すような
（１１１）Ａ面を側壁にもつ逆メサ断面形状のリッジ導
波路を形成する。この結果、活性層幅となるリッジ底面
の幅は３．０μｍ、テ−パ−部先端で０．８μｍとな
る。

【００２３】続いて公知の手法により基板全面に厚さ
０．２０μｍのシリコン酸化膜７８を形成した後、ポリ
イミド樹脂７９を基板全面に形成する。さらに、リッジ
上面にエッチバック法を用いてシリコン酸化膜窓を形成
する。最後に電極８０を形成の後、劈開工程によりテ−
パ−部２５０μｍを含む共振器長１０００μｍの素子に
切り出す。後端面となる３．０μｍ幅のリッジ部端面に
は反射率９０％の高反射膜８１を、前端面となる０．８
μｍ幅のリッジ部端面には反射率３％の低反射膜８２を
公知の手法により形成した。

【００２４】作製した素子は室温、連続条件においてし
きい値１５〜２０ｍＡ、発振効率０．７〜０．７５Ｗ／
Ａと良好な発振特性を示した。また、動作電流５００mA
において最高出力５００mWを得、所謂CODによる素子の
急速劣化は全く観測されなかった。動作出力３００mWで
のビーム広がり角度は水平約１５度、垂直２０度と両方
向とも狭い。出射端面での近視野像を観察したところ、
図に示す用に活性層位置から１μｍ離れたｎ型Ｉｎ０．
５１Ｇａ０．４９Ｐバッファ層７２に光強度の中心が位
置していることが解かった。この結果、活性層端面近傍
での過度の光吸収結による結晶破壊が素子劣化が防止で
きた。素子の長期信頼性を７０℃、２００mWの条件下で
評価したところ５０万時間以上の推定寿命を確認した。
本素子をモジュール化したところ、狭窄化されたビーム
を反映してファイバへの平均結合損失１．５dBが得ら
れ、最高モジュール出力３５０mWを達成した。本素子を
エルビウム添加ファイバ増幅器の励起光源として用いる
ことにより、雑音強度の低い良好な光増幅特性を確認し
た。

【００２５】尚、ビ−ム拡大による端面光密度の低減に
よる素子寿命改善効果は波長１μｍ程度以下の全ての高
出力半導体レーザに適用できることは言うまでもない。

【００２６】実施例６図８は図７の実施例とほぼ同様の手法でリッジ埋め込み
構造の波長０．９８μｍ帯の高出力エルビウム添加ファ
イバ増幅器用励起光源を作製した一例である。横幅狭窄
テーパ部の長さ２５０μｍ、レ−ザ出射端面部での活性
層幅０．６μｍ、その他の領域での活性層幅は３．０μ
ｍのとなるようにストライプテ−パ部を設ける。埋め込
み構造１０１は公知の手法を用いて形成している。

【００２７】作製した素子は室温、連続条件においてし
きい値１５〜２０ｍＡ、発振効率０．７〜０．７５Ｗ／
Ａと良好な発振特性を示した。また、動作電流４００mA
において最高出力４００mWを得、所謂CODによる素子の
急速劣化は全く観測されなかった。動作出力２５０mWで
のビーム広がり角度は水平約１８度、垂直２５度と両方
向とも狭い。出射端面での近視野像を観察したところ、
図に示す用に活性層位置から０．３μｍ離れたｎ型Ｉｎ
０．５１Ｇａ０．４９Ｐバッファ層７２に光強度の中心
が位置していることが解かった。この結果、活性層端面
近傍での過度の光吸収結による結晶破壊が素子劣化が防
止できた。素子の長期信頼性を７０℃、１５０mWの条件
下で評価したところ２０万時間以上の推定寿命を確認し
た。本素子をモジュール化したところ、狭窄化されたビ
ームを反映してファイバへの平均結合損失１．５dBが得
られ、最高モジュール出力２８０mWを達成した。本素子
をエルビウム添加ファイバ増幅器の励起光源として用い
ることにより、雑音強度の低い良好な光増幅特性を確認
した。

【００２８】実施例７図９は実施例１とほぼ同様の手法で波長１．５５μｍ帯
で動作する半導体レ−ザ光増幅器を作製した例である。

【００２９】図に示す様にｎ型（１００）ＩｎＰ半導体
基板１１１上に公知の手法によりｎ型ＩｎＰバッファ層
０．５μｍ１１２、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層
（組成波長１．１５μｍ）０．０５μｍ１１３、６．０
ｎｍ厚で０．４５％の引っ張り歪を持つＩｎＧａＡｓ
（組成波長１．６０μｍ）を井戸層、１０ｎｍ厚のＩｎ
ＧａＡｓＰ（組成波長１．１５μｍ）を障壁層とする６
周期の歪多重量子井戸活性層１１４、ＩｎＧａＡｓＰ
（組成波長１．１５μｍ）上側光ガイド層０．０５μｍ
１１５、ｐ型ＩｎＰクラッド層１．９μｍ１１６、ｐ型
ＩｎＧａＡｓキャップ層０．２μｍ１１７を順次形成す
る。

【００３０】次に公知のレーザ作製法を用いて図に示す
ようなテ−パ−形状のリッジストライプ導波路を素子の
両端面に有するレーザ構造に加工する。ここで素子中央
のリッジの底面の幅は３．０μｍであるがレーザ出射端
では１．０μｍにまでテ−パ−状に狭窄化されている。
リッジ幅が漸次変化するテ−パ−領域長は１５０μｍ、
全素子長は７００μｍである。素子の両端面には反射率
０．０５％の反射防止膜１１８を施した。

【００３１】作製した素子は室温、連続条件において、
印加電流１００ｍＡにおいてチップ利得２５ｄＢを得、
ＴＥ、ＴＭモ−ド間の利得差は０．５ｄＢ以下と良好で
ある。また、飽和出力は１０ｄＢｍであった。

【００３２】一方、リッジ幅１．０μｍの入／出射端面
でのビ−ムスポット径は約６μｍと従来型に比べて４倍
に拡大された。この光増幅器とコア径１０μｍの単一モ
−ドファイバとの結合を行ったところ片端面当たりの結
合損失２ｄＢ以下を水平、垂直方向の位置決め精度±３
μｍで実現した。

【００３３】実施例８図１０は実施例５と同様の手法で波長０．６８μｍ帯の
高出力レーザを作製した一例である。素子構造は活性層
に発光波長０．６８μｍの歪ＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｌ
Ｐ多重量子井戸構造１３２、後端面に高反射膜１３３が
導入されている点以外は実施例５とほぼ同じである。

【００３４】作製した素子は室温、連続条件においてし
きい値２５〜３０ｍＡ、発振効率０．９０〜０．９５Ｗ
／Ａと良好な発振特性を示した。８５℃の高温条件にお
いてもしきい値は５０〜６０ｍＡ、発振効率は０．７５
〜０．８０Ｗ／Ａ程度と良好であった。また、リッジ幅
１．０μｍの前端面からのレーザ出射ビ−ムのスポット
径は５μｍと従来に比べて３倍以上に拡大された。これ
により、素子の端面破壊が発生する、光出力レベルは１
００ｍＷ以上であった。これを反映して、素子の長期信
頼性を７０℃、５０ｍＷの条件下で評価したところ１０
万時間以上の推定寿命を確認した。

【００３５】実施例９図１１は実施例５と同様の手法で波長０．７８μｍ帯の
高出力レーザを作製した一例である。素子構造は活性層
に発光波長０．７８μｍのＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多重
量子井戸構造１４２、後端面に高反射膜１４３が導入さ
れている点以外は実施例５とほぼ同じである。

【００３６】作製した素子は室温、連続条件においてし
きい値２５〜３０ｍＡ、発振効率０．８０〜０．８５Ｗ
／Ａと良好な発振特性を示した。８５℃の高温条件にお
いてもしきい値は５０〜６０ｍＡ、発振効率は０．６５
〜０．６０Ｗ／Ａ程度と良好であった。また、リッジ幅
１．０μｍの前端面からのレーザ出射ビ−ムのスポット
径は５μｍと従来に比べて３倍以上に拡大された。これ
により、素子の端面破壊が発生する、光出力レベルは２
００ｍＷ以上であった。これを反映して、素子の長期信
頼性を７０℃、１５０ｍＷの条件下で評価したところ１
０万時間以上の推定寿命を確認した。

【００３７】

【発明の効果】本発明に係る半導体発光素子よれば、高
出力で光ファイバとの光結合が容易で且つ動作電流、動
作電圧の低く、且つ高速特性の優れた半導体レーザ、光
増幅器等の半導体光素子を極めて容易な手法で実現でき
る。本発明を用いれば、素子性能、歩留まりが飛躍的に
向上するだけでなく、この素子を適用した光通信システ
ムの低価格化、大容量化、長距離化を容易に実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の作用を説明するための図である。

【図２】本発明の作用を説明するための図である。

【図３】本発明の実施例を説明するための図である。

【図４】本発明の実施例を説明するための図である。

【図５】本発明の実施例を説明するための図である。

【図６】本発明の実施例を説明するための図である。

【図７】本発明の実施例を説明するための図である。

【図８】本発明の実施例を説明するための図である。

【図９】本発明の実施例を説明するための図である。

【図１０】本発明の実施例を説明するための図である。

【図１１】本発明の実施例を説明するための図である。

【符号の説明】

１…活性層、１１…ｎ型（１００）ＩｎＰ半導体基板、
１２…ｎ型ＩｎＰバッファ層１．０μｍ、１３…ｎ型Ｉ
ｎＧａＡｓＰ下側ガイド層、１４…歪ＩｎＧａＡｓＰ多
重量子井戸活性層、１５…ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド
層、１６…ｐ型ＩｎＰクラッド層、１７…ｐ型ＩｎＧａ
Ａｓキャップ層、１８…シリコン酸化膜、１９…ポリイ
ミド樹脂、２０…電極、２１…高反射膜、２２…低反射
膜、３１…埋め込み構造、４１…ｎ型（１００）ＩｎＰ
半導体基板、４２…ｎ型ＩｎＰバッファ層、４３…ｎ型
ＩｎＧａＡｓＰ下側ガイド層、４４…歪ＩｎＧａＡｓＰ
多重量子井戸活性層、４５…ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイ
ド層、４６…λ／４位相シフト回折格子、４７…ｐ型Ｉ
ｎＰクラッド層、４８…ｐ型ＩｎＧａＡｓキャップ層、
４９…低反射膜、６１…１．３μｍ歪ＩｎＧａＡｓＰ多
重量子井戸構造、６２…高反射膜、７１…ｎ型（１０
０）ＧａＡｓ半導体基板、７２…ｎ型Ｉｎ０．５１Ｇａ
０．４９Ｐバッファ層、７３…単一量子井戸活性層、７
４…p型Ｉｎ０．５１Ｇａ０．４９Ｐ第一クラッド層、
７５…ＧａＡｓエッチング停止層、７６…ｐ型Ｉｎ０．
５１Ｇａ０．４９Ｐ第二クラッド層、７７…ｐ型ＧａＡ
ｓキャップ層、８８…シリコン酸化膜、８９…ポリイミ
ド樹脂、９０…電極、１０１…埋め込み構造、１１１…
ｎ型（１００）ＩｎＰ半導体基板、１１２…ｎ型ＩｎＰ
バッファ層、１１３…ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド
層、１１４…引っ張り歪ＩｎＧａＡｓ多重量子井戸活性
層、１１５…ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層、１１６…
ｐ型ＩｎＰクラッド層、１１７…ｐ型ＩｎＧａＡｓキャ
ップ層、１３１…ｎ型（１００）ＧａＡｓ半導体基板、
１３２…歪ＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多重量子井戸構
造、１３３…高反射膜、１４１…ｎ型（１００）ＧａＡ
ｓ半導体基板、１４２…ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多重量
子井戸構造、１４３…高反射膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐川みすず東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者平本清久東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者魚見和久東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に第１のコア層とこれよりも
広バンドギャップで低屈折率な材料からなるクラッド層
を第１のコア層の両側に有する半導体光素子において、
導波路の横幅が光軸方向でテ−パ状に滑らかに変調され
ており、光の入射端または出射端もしくはその両部で導
波路の横幅が横モ−ドが単一となるカットオフ幅よりも
狭く設定され、且つその他の導波路の領域では横幅が横
モ−ドが単一となるカットオフ幅よりも広く設定されて
いることを特徴とする半導体光素子。
【請求項２】基板上に第１のコア層とこれよりも低屈折
率材料からなるクラッド層を第１のコア層の両側に有す
る半導体光素子において、導波路の横幅が光軸方向でテ
−パ状に滑らかに変調されていおり、光の入射端または
出射端もしくはその両部で導波路の横幅が０．２〜２μ
ｍであり、且つその他の導波路の領域では横幅が２〜１
０μｍであることを特徴とする半導体光素子。
【請求項３】上記導波路がリッジ装荷型であることを特
徴とする請求項１又は２記載の半導体光素子。
【請求項４】光の入力端、出力端での導波光の強度分布
のピ−ク位置が第１のコア層の位置になく、基板側にシ
フトしていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれ
かに記載の半導体光素子。
【請求項５】リッジ両側の側壁が（１１１）Ａ、または
（０１−１）結晶面であることを特徴とする請求項１乃
至４のいずれかに記載の半導体光素子。
【請求項６】上記光素子が半導体レ−ザであることを特
徴とする請求項１又は２記載の半導体光素子。
【請求項７】発振波長が１．２μｍ以下であることを特
徴とする請求項６記載の半導体素子。
【請求項８】出射ビームの広がり角が水平、垂直方向と
も２０度以下であることを特徴とする請求項６記載の半
導体光素子。
【請求項９】回折格子が少なくとも導波路中の一部分に
形成されていることを特徴とする請求項６記載の半導体
光素子。
【請求項１０】上記光素子が半導体レーザ増幅器である
ことを特徴とする請求項１又は２記載の半導体光素子。
【請求項１１】発振波長が１．２μｍ以下であることを
特徴とする請求項１０記載の半導体光素子。
【請求項１２】出射ビームの広がり角が水平、垂直方向
とも２０度以下であることを特徴とする請求項１０記載
の半導体光素子。
【請求項１３】回折格子が少なくとも導波路中の一部分
に形成されていることを特徴とする請求項１０記載の半
導体光素子。
【請求項１４】請求項１又は２に記載の半導体光素子を
用いた光通信用モジュール。
【請求項１５】請求項１４に記載の光通信用モジュール
を用いた光通信システム。