JP2991716B2 - エッチトミラー型化合物半導体レーザー装置及び集積素子 - Google Patents
エッチトミラー型化合物半導体レーザー装置及び集積素子Info
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 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及
び集積素子に関するものである。
る新規なエッチトミラー型化合物半導体レーザー装置及
び集積素子に関するものである。
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。
（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。
第３図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A
u/Zn、37はAu/Snである。
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A
u/Zn、37はAu/Snである。
図において、ｎ−InP13、ｐ−GaInAsP21、及びｐ−In
P25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−GaInAsP23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 Melt
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A
u/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。
P25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−GaInAsP23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 Melt
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A
u/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。
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。
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。
第４図は、例えば第３図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。
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。
第４図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。
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。
しかしながら、第４図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。
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。
また、第４図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、または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28p−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。
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、または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28p−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。
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
置及び集積素子を提供することを目的とする。
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
置及び集積素子を提供することを目的とする。
第１図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、第
４図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。
ォトダイオードを一体化形成したものである。図中、第
４図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。
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、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
は順次積層させてエッチトミラー面51を構成する。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。
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、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
は順次積層させてエッチトミラー面51を構成する。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。
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。
半導体レーザー装置に適用することが可能である。
次に、多層構造による反射率の算出について説明す
る。
る。
例えば、第２図に示すような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λｏ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。
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λｏ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。
全層に対応する光学マトリックスＡは とおくと、wo＝no、wg＝ngとして、反射率▲Ｒ(M) ⊥▼
は と表される。
は と表される。
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。
より形成したミラー面に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。
以下、実施例を説明する。
（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。
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。
金属の付着条件は化学気相堆積（CVD）法を使用し、A
l膜厚1000Åを形成し、反射率Ｒ＝95％が得られた。
l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。
膜の形成条件は次の通りである。
発振波長870nmで、多層膜にSiNx/SiNxOyを用いた。
SiNxは屈折率ｎ＝2.0（膜厚109nm）、SiNxOyは屈折率
ｎ＝1.7（膜厚128nm）であり、これを一組として15層積
層した場合、反射率▲Ｒ(M) ⊥▼（20）は であった。
ｎ＝1.7（膜厚128nm）であり、これを一組として15層積
層した場合、反射率▲Ｒ(M) ⊥▼（20）は であった。
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。
した端面ミラー面に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。
第１図は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、第２図は多層構造の反射率を説明するための
図、第３図は従来の半導体レーザーの構造の一例を示す
図、第４図は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。 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、49,…
…エッチトミラー面、51……高反射率エッチトミラー
面。
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、第２図は多層構造の反射率を説明するための
図、第３図は従来の半導体レーザーの構造の一例を示す
図、第４図は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。 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、49,…
…エッチトミラー面、51……高反射率エッチトミラー
面。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18 - 3/19
Claims (2)
- 【請求項１】化合物半導体レーザー装置において、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、該反射面へレーザー装置
を構成する物質の屈折率より小さい屈折率を有する少な
くとも２種類以上の物質を交互もしくは順次積層して多
層絶縁層を形成し、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
ーザー装置。 - 【請求項２】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、該反射面へレー
ザー装置を構成する物質の屈折率より小さい屈折率を有
する少なくとも２種類以上の物質を交互もしくは順次積
層して多層絶縁層を形成し、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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63203526A JP2991716B2 (ja) | 1988-08-16 | 1988-08-16 | エッチトミラー型化合物半導体レーザー装置及び集積素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63203526A JP2991716B2 (ja) | 1988-08-16 | 1988-08-16 | エッチトミラー型化合物半導体レーザー装置及び集積素子 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11177063A Division JP2000031579A (ja) | 1999-06-23 | 1999-06-23 | エッチトミラ―型化合物半導体レ―ザ―集積素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0252479A JPH0252479A (ja) | 1990-02-22 |
| JP2991716B2 true JP2991716B2 (ja) | 1999-12-20 |
Family
ID=16475613
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63203526A Expired - Lifetime JP2991716B2 (ja) | 1988-08-16 | 1988-08-16 | エッチトミラー型化合物半導体レーザー装置及び集積素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2991716B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102010028818A1 (de) | 2010-05-10 | 2011-11-10 | Swiss Authentication Research And Development Ag | Kombination von Lumineszenzstoffen |
| JP2015222811A (ja) * | 2014-05-01 | 2015-12-10 | 住友電気工業株式会社 | 量子カスケード半導体レーザ、量子カスケード半導体レーザを作製する方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55115386A (en) * | 1979-02-26 | 1980-09-05 | Hitachi Ltd | Semiconductor laser unit |
| JPS5727213A (en) * | 1980-07-26 | 1982-02-13 | Mitsubishi Electric Corp | Dielectric multilayer film mirror |
| JPS59232477A (ja) * | 1983-06-16 | 1984-12-27 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 誘電体多層膜形成方法 |
| FR2562339B1 (fr) * | 1984-04-03 | 1986-06-20 | Bouadma Noureddine | Procede de realisation d'un miroir de laser a semi-conducteur, par usinage ionique |
| JPS614290A (ja) * | 1984-06-18 | 1986-01-10 | Nec Corp | 分布帰還型半導体レ−ザ |
| JPS6199395A (ja) * | 1984-10-22 | 1986-05-17 | Toshiba Corp | 半導体レ−ザの製造方法 |
-
1988
- 1988-08-16 JP JP63203526A patent/JP2991716B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0252479A (ja) | 1990-02-22 |
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