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JP2000031579A - Etch mirror type compound semiconductor laser integrated device - Google Patents

Etch mirror type compound semiconductor laser integrated device

Info

Publication number
JP2000031579A
JP2000031579A JP11177063A JP17706399A JP2000031579A JP 2000031579 A JP2000031579 A JP 2000031579A JP 11177063 A JP11177063 A JP 11177063A JP 17706399 A JP17706399 A JP 17706399A JP 2000031579 A JP2000031579 A JP 2000031579A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor laser
compound semiconductor
integrated device
type compound
mirror type
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11177063A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hisanori Kato
加藤尚範
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Chemical Corp filed Critical Mitsubishi Chemical Corp
Priority to JP11177063A priority Critical patent/JP2000031579A/en
Publication of JP2000031579A publication Critical patent/JP2000031579A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザーダイオード等他の素子とのモノリシ
ック集積化を容易にし、かつレーザーダイオード単体に
おいては高利得、高安定度の性能を有する新規な化合物
半導体レーザー集積素子を提供する。 【解決手段】 化合物半導体レーザー装置41と該装置
の発するレーザー光を検出する光検出素子43を一体に
形成したエッチトミラー型化合物半導体レーザー集積素
子において、該レーザー装置の共振器の端面の一方、あ
るいは両方をエッチングにより反射面45,47に形成
し、該反射面にAl又はWを付着させ該反射面の反射率
よりも高反射率にしたことを特徴とするものである。
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel compound semiconductor laser integrated device which facilitates monolithic integration with other devices such as a laser diode and has a high gain and a high stability in a laser diode alone. . SOLUTION: In an etched mirror type compound semiconductor laser integrated device in which a compound semiconductor laser device 41 and a light detecting element 43 for detecting laser light emitted from the device are integrally formed, one of end faces of a resonator of the laser device is provided. Alternatively, both are formed on the reflection surfaces 45 and 47 by etching, and Al or W is adhered to the reflection surfaces to make the reflectance higher than the reflectance of the reflection surfaces.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は高利得、高安定度で
かつ低雑音の性能を有する新規なエッチトミラー型化合
物半導体レーザー装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a novel etched mirror type compound semiconductor laser device having high gain, high stability and low noise performance.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、半導体レーザーの共振器を構成
する反射鏡(反射面)は、従来より基板結晶の劈開面を
用いたものが作製も容易で簡便のため広く利用されてい
る。
2. Description of the Related Art In general, a reflecting mirror (reflecting surface) constituting a resonator of a semiconductor laser, which uses a cleavage plane of a substrate crystal, has been widely used because it is easy to manufacture and simple.

【0003】図3は従来の半導体レーザー装置の構造を
示す図である。図中、11はn−InP(基板)、13
はn−InP、15はp−InP、17はn−InP、
19はp−InP、21はp−GaInAsP(活性領
域)、23はp−GaInAsP、25はp−InP、
27はp−GaInAsP、29はZn拡散領域、31
はSiO2 、33はIn、35はAu/Zn、37はA
u/Snである。
FIG. 3 is a view showing the structure of a conventional semiconductor laser device. In the figure, 11 is n-InP (substrate), 13
Is n-InP, 15 is p-InP, 17 is n-InP,
19 is p-InP, 21 is p-GaInAsP (active region), 23 is p-GaInAsP, 25 is p-InP,
27 is p-GaInAsP, 29 is Zn diffusion region, 31
Is SiO 2 , 33 is In, 35 is Au / Zn, 37 is A
u / Sn.

【0004】図において、n−InP13、p−GaI
nAsP21、及びp−InP25で二重ヘテロ構造を
構成し、n−InP17で横方向への電流制限を行うス
トライプ構造を形成している。なお、p−GaInAs
P23は結晶成長時のメルトバックにより活性領域21
が侵されないように形成されたAMB(Anti Me
lt Back)層で、またp−InP15は光ガイド
を構成している。電極は、+極側がIn層33とAu/
Zn層35で、−極側がAu/Sn層37で形成され、
また両端面は劈開面により反射ミラーとして機能し、フ
ァブリペロー型の共振器を構成している。
In the figure, n-InP13, p-GaI
The nAsP21 and the p-InP25 form a double hetero structure, and the n-InP17 forms a stripe structure for limiting current in the lateral direction. Note that p-GaInAs
P23 is formed in the active region 21 by melt back during crystal growth.
AMB (Anti Me
lt Back) layer, and p-InP 15 constitutes a light guide. As for the electrode, the positive electrode side has the In layer 33 and the Au /
The Zn layer 35 is formed with the Au / Sn layer 37 on the negative pole side,
Both end faces function as reflection mirrors by the cleavage planes, and constitute a Fabry-Perot resonator.

【0005】このような半導体レーザーにおいて上下の
電極間に電流を流すと、二重ヘテロ構造により注入キャ
リアが閉じ込められ、また横方向においてはストライプ
構造により電流が制限されて大きな電流密度及び内部量
子効率が得られる。また光ガイド層により自然発光が有
効に閉じ込められて小さなしきい値電流でレーザー発振
が行われる。
When a current flows between the upper and lower electrodes in such a semiconductor laser, injected carriers are confined by the double hetero structure, and the current is restricted by the stripe structure in the lateral direction, so that a large current density and internal quantum efficiency are obtained. Is obtained. In addition, natural light emission is effectively confined by the light guide layer, and laser oscillation is performed with a small threshold current.

【0006】図4は、例えば図3に示したような半導体
レーザーとフォトダイオードを同一基板上に集積した素
子を示す図で、図中41は化合物半導体レーザー装置、
43はフォトダイオード、45,47は劈開面またはエ
ッチトミラー面、49はエッチトミラー面である。
FIG. 4 is a view showing an element in which a semiconductor laser and a photodiode as shown in FIG. 3 are integrated on the same substrate, for example.
43 is a photodiode, 45 and 47 are cleavage planes or etched mirror surfaces, and 49 is an etched mirror surface.

【0007】図4の半導体レーザー装置においては化合
物半導体レーザー41とフォトダイオード43とを同一
基板上に一体化して形成し、化合物半導体レーザー装置
の一方の面あるいは両方の面をエッチングによりミラー
面として形成し、共振器を構成している。
In the semiconductor laser device of FIG. 4, a compound semiconductor laser 41 and a photodiode 43 are integrally formed on the same substrate, and one or both surfaces of the compound semiconductor laser device are formed as mirror surfaces by etching. Thus, a resonator is formed.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図4に
示したような方法では反射率は実効的に30〜40%で
あり、共振器のQ値は本質的に低く、さらに半導体レー
ザーと他の素子、例えば光出力検出用フォトダイオード
や変調用のトランジスターを同一基板上に作製するとい
ういわゆるモノリシック集積化は極めて難しかった。
However, in the method as shown in FIG. 4, the reflectivity is effectively 30 to 40%, the Q value of the resonator is essentially low, and the semiconductor laser and other components are not used. So-called monolithic integration, in which elements such as light output detection photodiodes and modulation transistors are formed on the same substrate, has been extremely difficult.

【0009】また、図4に示したような構成の半導体レ
ーザー装置において、各種エッチング(化学的エッチン
グおよび気相エッチング、またプラズマ援用気相エッチ
ング)による端面ミラー化が試みられている(第35回
応用物理学関係連合講演会、1988、講演予稿集28
p−ZP−12,28p−ZP−13,28p−ZP−
14)が、これらの方法によっても得られるミラーの反
射率は劈開面によるものと同程度であり、モノリシック
化は可能になるものの、低い反射率を有する反射ミラー
を有する共振器では本質的にQ値が低く、そのため戻り
光雑音のような不安定状態の発生は避けられなかった。
Further, in a semiconductor laser device having a structure as shown in FIG. 4, an end surface mirroring by various etchings (chemical etching and vapor phase etching, and plasma assisted vapor phase etching) has been attempted (35th edition). Applied Physics-related Lectures, 1988, Proceedings 28
p-ZP-12, 28p-ZP-13, 28p-ZP-
14) However, the reflectivity of the mirror obtained by these methods is almost the same as that obtained by the cleavage plane, and although it is possible to make the mirror monolithic, the Q of the resonator having the reflecting mirror having a low reflectivity is essentially Q. The value was low, and the occurrence of unstable states such as optical feedback noise was inevitable.

【0010】本発明は上記問題点を解決するためのもの
で、レーザーダイオード等他の素子とのモノリシック集
積化を容易にし、かつレーザーダイオード単体において
は高利得、高安定度の性能を有する新規な化合物半導体
レーザー装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to facilitate monolithic integration with other elements such as a laser diode, and to provide a laser diode with high gain and high stability. It is an object to provide a compound semiconductor laser device.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】図1は本発明による化合
物半導体レーザー装置とフォトダイオードを一体化形成
したものである。図中、図4と同一番号は同一内容を示
しており、51は本発明による高反射率エッチトミラー
面である。
FIG. 1 shows an embodiment in which a compound semiconductor laser device according to the present invention and a photodiode are integrally formed. 4, the same reference numerals as those in FIG. 4 indicate the same contents, and reference numeral 51 denotes a high-reflectance etched mirror surface according to the present invention.

【0012】本発明においては、エッチトミラー面をウ
ェット法もしくはドライ法(反応性イオンエッチング
等)によって形成した後、金属(Al,W等)の選択的
CVD(化学気相堆積法)により金属を付着せしめたエ
ッチトミラー面を形成する。また、エッチトミラー面5
1はレーザー装置の屈折率より小さな屈折率を有する2
種類以上の物質を膜厚と屈折率の積がレーザー装置の発
振波長の1/4となるようにして、交互にもしくは順次
積層させて構成する。エッチトミラー面をこのように形
成することにより後述するように反射率を飛躍的に向上
させることができ、共振器のQ値を向上させることがで
きる。そして、レーザー装置からの光をフォトダイオー
ドで検出してその検出出力によりレーザー装置への注入
電流を制御することにより、安定した発振出力を得るこ
とができる。なお、フォトダイオード側もレーザー装置
と同一プロセスにより作製するためフォトダイオードの
光入射面がエッチトミラー面として形成される。しかし
ながらフォトダイオード側は必ずしもエッチトミラー面
は必要ではないので、エッチトミラー面を形成しない場
合はフォトダイオード側をマスクする工程を付加するよ
うにすればよい。
In the present invention, after an etched mirror surface is formed by a wet method or a dry method (reactive ion etching or the like), a metal (Al, W, or the like) is selectively CVD (chemical vapor deposition). Is formed on the surface of the etched mirror. In addition, the etched mirror surface 5
1 has a refractive index smaller than that of the laser device 2
More than one kind of materials are stacked alternately or sequentially so that the product of the film thickness and the refractive index is な る of the oscillation wavelength of the laser device. By forming the etched mirror surface in this way, the reflectivity can be dramatically improved as described later, and the Q value of the resonator can be improved. Then, a stable oscillation output can be obtained by detecting light from the laser device with a photodiode and controlling the injection current into the laser device based on the detected output. Since the photodiode side is also manufactured by the same process as the laser device, the light incident surface of the photodiode is formed as an etched mirror surface. However, since the etched mirror surface is not necessarily required on the photodiode side, a step of masking the photodiode side may be added when the etched mirror surface is not formed.

【0013】なお、本発明はInP,GaAs等任意の
材料をベースにした半導体レーザー装置に適用すること
が可能である。
The present invention can be applied to a semiconductor laser device based on any material such as InP and GaAs.

【0014】次に、多層構造による反射率の算出につい
て説明する。
Next, the calculation of the reflectance by the multilayer structure will be described.

【0015】例えば、図2に示すようなN個の層からな
る多層膜を考え、各膜厚をDk (k=1,2,…,
N)、屈折率をnk (k=1,2,…,N)とし、波長
λ0 の光が垂直入射(φ=90°)した場合、各層に対
して次の光学マトリックスAk が対応する。
For example, consider a multilayer film composed of N layers as shown in FIG. 2, and each film thickness is represented by D k (k = 1, 2,...,
N), the refractive index is nk (k = 1, 2,..., N), and when the light of wavelength λ 0 is vertically incident (φ = 90 °), the following optical matrix A k corresponds to each layer. I do.

【0016】[0016]

【数1】 (Equation 1)

【0017】[0017]

【数2】 と表される。(Equation 2) It is expressed as

【0018】本発明は、化合物半導体レーザー装置のエ
ッチングにより形成したミラー面に金属薄膜もしくは多
層絶縁層を付着させ、付着せしめる金属の膜厚あるいは
2種類以上の物質の堆積構造の選択によりエッチドミラ
ー面の反射率を従来の30〜40%より上へ100%ま
での範囲で任意に可変でき、フォトダイオード素子とレ
ーザーダイオード素子とを一体に形成した場合に、反射
率を90%〜95%にしてもフォトダイオード側にも若
干の光出力が届き、光出力モニターとしての機能を発揮
できるのみならず、レーザーダイオード素子側は共振器
のQ値が上がり、高出力、高安定度を達成することがで
きる。
According to the present invention, a metal thin film or a multilayer insulating layer is deposited on a mirror surface formed by etching of a compound semiconductor laser device, and an etched mirror is selected by selecting a film thickness of a metal to be deposited or a deposition structure of two or more kinds of substances. The reflectivity of the surface can be arbitrarily varied within a range from 30 to 40% to 100%, and when the photodiode element and the laser diode element are integrally formed, the reflectivity is set to 90% to 95%. However, a small amount of light output reaches the photodiode side, and not only can it function as an optical output monitor, but also the laser diode element side can increase the Q value of the resonator and achieve high output and high stability. Can be.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。 (実施例1)エッチトミラーの作製条件は次の通りであ
る。 反応性イオンエッチング(RIE)を使用し、エ
ッチングガスとしてはCl2 /Arを用いた。放電パワ
ーは50W、反応圧力は1.0×10-2Torrであり、エ
ッチング時間80分で、ミラー面の垂直部分のエッチン
グ深さは約4μmであった。
Embodiments of the present invention will be described below. (Example 1) Conditions for manufacturing an etched mirror are as follows. Reactive ion etching (RIE) was used, and Cl 2 / Ar was used as an etching gas. The discharge power was 50 W, the reaction pressure was 1.0 × 10 −2 Torr, the etching time was 80 minutes, and the etching depth in the vertical portion of the mirror surface was about 4 μm.

【0020】金属の付着条件は化学気相堆積(CVD)
法を使用し、Al膜厚1000Åを形成し、反射率R=
95%が得られた。 (実施例2)エッチトミラーの作製条件は実施例1と同
じで、積層膜の形成条件は次の通りである。
Metal deposition conditions are chemical vapor deposition (CVD)
Method, an Al film thickness of 1000 ° is formed, and the reflectance R =
95% was obtained. (Embodiment 2) The fabrication conditions of the etched mirror are the same as those of Embodiment 1, and the formation conditions of the laminated film are as follows.

【0021】発振波長870nmで、多層膜にSiNx
/SiNxOyを用いた。
At an oscillation wavelength of 870 nm, the multilayer film is made of SiNx
/ SiNxOy.

【0022】SiNxは屈折率n=2.0(膜厚109
nm)、SiNxOyは屈折率n=1.7(膜厚128
nm)であり、これを一組として15層積層した場合、
SiNx has a refractive index n = 2.0 (film thickness 109).
nm), SiNxOy has a refractive index n = 1.7 (film thickness 128).
nm), and when 15 layers are laminated as a set,

【0023】[0023]

【数3】 であった。(Equation 3) Met.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、エッチン
グにより形成した端面ミラー面に金属薄膜もしくは多層
絶縁層を付着あるいは形成させることにより、反射率を
向上させることができるので、高反射率を有する共振器
を作製することが可能になり、また各種エッチングを使
用して作製することにより集積化を容易にし、高利得、
高安定度、低雑音の化合物半導体レーザー装置を実現す
ることが可能である。
As described above, according to the present invention, the reflectivity can be improved by attaching or forming a metal thin film or a multilayer insulating layer on the end face mirror surface formed by etching. It is possible to manufacture a resonator having
It is possible to realize a compound semiconductor laser device with high stability and low noise.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明によるエッチトミラー型化合物半導体
レーザー装置とフォトダイオードを一体化形成したもの
の斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view of an integrated structure of an etched mirror type compound semiconductor laser device and a photodiode according to the present invention.

【図2】 多層構造の反射率を説明するための図であ
る。
FIG. 2 is a diagram for explaining the reflectance of a multilayer structure.

【図3】 従来の半導体レーザーの構造の一例を示す図
である。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the structure of a conventional semiconductor laser.

【図4】 エッチトミラー構造を有する半導体レーザー
およびフォトダイオードの集積化素子の一例を示す図で
ある。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an integrated device of a semiconductor laser and a photodiode having an etched mirror structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

41…化合物半導体レーザー装置、43…フォトダイオ
ード、45,47…劈開面またはエッチトミラー面、4
9,…エッチトミラー面、51…高反射率エッチトミラ
ー面。
41: Compound semiconductor laser device, 43: Photodiode, 45, 47: Cleavage surface or etched mirror surface, 4
9, an etched mirror surface, 51 a high reflectance etched mirror surface.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 化合物半導体レーザー装置と該装置の発
するレーザー光を検出する光検出素子を一体に形成した
エッチトミラー型化合物半導体レーザー集積素子におい
て、該レーザー装置の共振器の端面の一方、あるいは両
方をエッチングにより反射面に形成し、該反射面にAl
又はWを付着させ該反射面の反射率よりも高反射率にし
たことを特徴とするエッチトミラー型化合物半導体レー
ザー集積素子。
1. An etched mirror type compound semiconductor laser integrated device in which a compound semiconductor laser device and a photodetector for detecting laser light emitted from the device are integrally formed, one of end faces of a resonator of the laser device, or Both are formed on the reflecting surface by etching, and Al
Alternatively, an etched mirror type compound semiconductor laser integrated device, wherein W is attached to make the reflectivity higher than the reflectivity of the reflection surface.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10998695B2 (en) 2018-01-18 2021-05-04 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor laser device, manufacturing method thereof, and light emitting device

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