(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層が埋め込まれたメサ構造を備えた半導体光素子において、
前記活性層の幅が均一の直進部と、この直進部よりも光の出射側に位置し、前記活性層における光の閉じ込めが前記直進部よりも弱く、光の出射端における光のスポットサイズが前記直進部の光のスポットサイズよりも大きくなるスポットサイズコンバータ部とで構成され、
前記直進部は、前記メサ構造の幅が均一であり、または前記メサ構造の幅が前記スポットサイズコンバータ部に向けて漸次広くなる部分を含み、前記活性層の層面に平行な同一の平面において、前記直進部の前記メサ構造の幅の平均値が、前記スポットサイズコンバータ部の前記出射端における前記メサ構造の幅の値よりも小さい値であり、前記メサ構造の頂部に、前記直進部および前記スポットサイズコンバータ部の全長に亘って前記活性層に電流注入が行われるように前記メサ構造の幅で電極が形成されていることを特徴とする半導体光素子。
【請求項２】
前記スポットサイズコンバータ部における出射端の前記活性層の幅は、前記直進部における前記活性層の幅よりも狭いことを特徴とする請求項１に記載の半導体光素子。
【請求項３】
前記直進部における前記活性層の厚さは均一であり、前記スポットサイズコンバータ部における出射端の前記活性層の厚さは、前記直進部における前記活性層の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項１に記載の半導体光素子。
【請求項４】
前記直進部における前記活性層の屈折率は均一であり、前記スポットサイズコンバータ部における出射端の前記活性層の屈折率は、前記直進部における前記活性層の屈折率よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の半導体光素子。
【請求項５】
前記スポットサイズコンバータ部において、前記メサ構造の幅が前記出射端に向けて階段状に広くなっていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体光素子。
【請求項６】
前記スポットサイズコンバータ部において、前記メサ構造の幅が前記出射端に向けて漸次広くなる部分を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、半導体光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体層内に活性層が埋め込まれた埋め込み型半導体レーザにおいて、出射端側に向かって活性層幅が徐々に狭くなるテーパー導波路を設けることによって、レーザの直進部にスポットサイズコンバータ部を集積する構造が知られている（たとえば、特許文献１）。【０００３】
活性層内では半導体層の上下にある電極からそれぞれ注入された電子とホールが再結合し、発光および利得を得ることができる。活性層で生じた光はレーザの直進部およびスポットサイズコンバータ部を伝搬し、利得を得ながら増幅される。増幅した光は半導体レーザ前後のヘキカイ端面ミラーにより構成された共振器内を伝搬し、端面ミラーでの反射を繰り返す。伝搬損失およびミラー損失の和と活性層を伝搬しながら得た利得が等しくなった時、レーザ発振し、出射端面からレーザ光が出射する。この際、スポットサイズコンバータ部において、活性層幅が出射端面に向かって徐々に狭くなることにより活性層への光閉じ込めが徐々に弱まって、活性層を埋め込む半導体層への光の染み出しが大きくなり、出射端面でのスポットサイズを拡げることができる。出射端面近傍における近接視野像（ＮＦＰ：Near Field Pattern）のスポットサイズが大きいと、出射光の回折が小さくなるため、スポットサイズコンバータを集積しない場合よりも遠視野像（ＦＦＰ：Far Field Pattern）におけるビーム幅を狭めることができる。このようなビーム幅が狭い光はファイバのコアに対する位置合わせが容易になる、ファイバに対する光のケラレを抑制し、高い結合効率が得られるといった長所がある。【０００４】
特許文献２では活性層と光導波路のバットジョイント構造を含む埋め込み型半導体レーザにおいて、活性層を埋め込むメサ構造の幅よりも導波路部分を埋め込むメサ構造の幅を狭める構造が提案されている。この構造により、バットジョイント構造で生じた散乱光が導波路を埋め込むメサ内を伝搬することを抑制できるため、モード乱れが改善できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３６６３８号公報
【特許文献２】特開２０１３−１１５１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のスポットサイズコンバータを集積した埋め込み型半導体レーザは以上のように構成されており、出射端において十分にスポットサイズを広げるために、活性層を埋め込むメサ構造の幅を広くしている。しかし、活性層を埋め込むメサ構造の幅を拡げると、活性層に電流注入するためにメサ上に設けられた電極面積が増加するため、半導体レーザの寄生容量が増加する。寄生容量が大きい素子は高速電気信号に追従できず、出射光の光出力信号波形がなまってしまう。したがって、レーザと同じ活性層を用いてスポットサイズコンバータを形成し、レーザに集積する手法は、光強度変調が不要な高出力レーザ、あるいは1.5Gbps以下の比較的低速で変調されるレーザには広く使用されているものの、高速変調用途には不向きであるという問題点がある。【０００７】
また、高速変調用途のレーザ（たとえば電解吸収型変調器集積レーザ）にスポットサイズコンバータを集積する場合であっても、レーザ部を構成する活性層とは異なる半導体導波路を用いてスポットサイズコンバータ部を形成することが多い。この場合、スポットサイズコンバータ部への電流注入は不要であるため、メサ上に電極を設ける必要がない。したがって、寄生容量を気にせずにメサ幅を広げることができるので、高速変調と狭い出射ビーム幅を両立することができる。しかし、スポットサイズコンバータ部用に結晶成長回数が増える、レーザ部とスポットサイズコンバータ部の接合部分における形状あるいは屈折率の不整合によって導波モードの乱れが生じて出射ビーム形状が乱れるといった欠点がある。【０００８】
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、寄生容量が小さく高速変調が可能な、スポットサイズコンバータ部を備えた半導体光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願に開示される半導体光素子は、活性層が埋め込まれたメサ構造を備えた半導体光素子において、活性層の幅が均一の直進部と、この直進部よりも光の出射側に位置し、活性層における光の閉じ込めが直進部よりも弱く、光の出射端における光のスポットサイズが直進部の光のスポットサイズよりも大きくなるスポットサイズコンバータ部とで構成され、直進部は、メサ構造の幅が均一であり、またはメサ構造の幅がスポットサイズコンバータ部に向けて漸次広くなる部分を含み、活性層の層面に平行な同一の平面において、直進部のメサ構造の幅の平均値をが、スポットサイズコンバータ部の出射端におけるメサ構造の幅の値よりも小さい値であり、メサ構造の頂部に、直進部およびスポットサイズコンバータ部の全長に亘って活性層に電流注入が行われるように、メサ構造の幅で電極が形成されているものである。
【発明の効果】
【００１０】
本願に開示される半導体光素子によれば、寄生容量が小さく高速変調が可能な、スポットサイズコンバータを備えた半導体光素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１による半導体光素子の構成を示す、活性層を含む面における断面模式図である。
【図２】実施の形態１による半導体光素子の構成を示す、光軸に平行で活性層の面に垂直な断面模式図である。
【図３Ａ】実施の形態１による半導体光素子の直進部の構成を示す、光軸に垂直な断面模式図である。
【図３Ｂ】実施の形態１による半導体光素子のスポットサイズコンバータ部の構成を示す光軸に垂直な断面模式図である。
【図４】実施の形態１による半導体光素子の別の構成を示す、活性層を含む面における断面模式図である。
【図５】実施の形態１による半導体光素子のさらに別の構成を示す、活性層を含む面における断面模式図である。
【図６】実施の形態１による半導体光素子と比較例の半導体光素子のｘ方向のＦＦＰの特性を比較して示す図である。
【図７】実施の形態１による半導体光素子と比較例の半導体光素子のｙ方向のＦＦＰの特性を比較して示す図である。
【図８】実施の形態１による半導体光素子の内部光強度分布の一例を示す図である。
【図９】比較例による半導体光素子の内部光強度分布の一例を示す図である。
【図１０】実施の形態２による半導体光素子の構成を示す光軸に平行な側面断面模式図である。
【図１１】実施の形態２による半導体光素子の直進部の構成を示す光軸に垂直な断面模式図である。
【図１２】実施の形態２による半導体光素子のスポットサイズコンバータ部の構成を示す光軸に垂直な断面模式図である。
【図１３】実施の形態２による半導体光素子の製造工程の一部を示す上面図である。
【図１４】実施の形態３による半導体光素子の構成を示す、活性層を含む面における断面模式図である。
【図１５】実施の形態３による半導体光素子の直進部の構成を示す、光軸に垂直な断面模式図である。
【図１６】実施の形態３による半導体光素子のスポットサイズコンバータ部の構成を示す、光軸に垂直な断面模式図である。
【図１７】実施の形態４による半導体光素子の構成を示す、活性層を含む面における断面模式図である。
【図１８】実施の形態４による半導体光素子の別の構成を示す、活性層を含む面における断面模式図である。
【図１９】実施の形態４による半導体光素子の内部光強度分布の一例を示す図である。
【図２０】図２０Ａおよび図２０Ｂは、実施の形態４による半導体光素子のＦＦＰの一例を実施の形態１による半導体光素子と比較して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１.
図１は、実施の形態１における半導体光素子である半導体レーザの構成を示す、活性層を含む面における模式的なｘｚ断面図である。また、図２はｙｚ断面図である。ここでは半導体レーザの共振器の光軸に対して垂直に交わる水平方向をｘ、半導体層の積層方向をｙ、光の伝搬方向をｚとする。半導体レーザは後端面側の直進部Ａと光の出射側である前端面側のスポットサイズコンバータ部Ｂから構成される。直進部Ａとスポットサイズコンバータ部Ｂを合わせた半導体レーザの全長は１５０ｕｍから４００ｕｍの範囲とすることが多いが、この範囲に限定するものではない。図３Ａは直進部Ａのｘｙ断面すなわち光軸に垂直な模式的な断面図、図３Ｂはスポットサイズコンバータ部Ｂのｘｙ断面、すなわち光軸に垂直な模式的な断面図である。
【００１３】
実施の形態１の半導体光素子は例えば次のように作製できる。まず（００１）面を主面とするＳｉをドーピングしたキャリア濃度４ｘ１０１８／ｃｍ３のｎ型ＩｎＰ基板１の上に、キャリア濃度４ｘ１０１８／ｃｍ３、厚さ０．５ｕｍのｎ型ＩｎＰクラッド層２、厚さ０．２ｕｍのＡｌＧａＩｎＡｓ系もしくはＩｎＧａＡｓＰ系半導体材料からなる活性層３をＭＯＣＶＤあるいはＭＢＥのような半導体膜成長装置を用いて成長する。ここではｎ型ＩｎＰ基板の例を挙げたが、ｐ型ＩｎＰ基板あるいはＦｅドープＩｎＰ基板を用いてもよい。また、ＩｎＰ系に限らずＧａＡｓ系、ＧａＮ系などの半導体材料を用いてもよい。活性層は多重量子井戸構造を含んでいてもよい。
【００１４】
次に、ＳｉＯ２などの絶縁膜を用いてｚ方向に延びるストライプ状のマスクを形成した後、ｎ型ＩｎＰ基板１もしくはｎ型ＩｎＰクラッド層２に達する深さまでエッチングを行い、活性層３を含むリッジ構造３０を形成する。このとき、直進部Ａにおける活性層３を含むリッジ構造３０の幅、すなわち活性層幅ｗｒ１およびスポットサイズコンバータ部Ｂの活性層幅ｗｒ２にはｗｒ１>ｗｒ２の関係が存在する。直進部Ａにおける活性層幅ｗｒ１は均一であり、０．８〜１．６ｕｍ程度であることが多いが、シングルモード条件を満たすのであれば、この範囲に限定するものではない。スポットサイズコンバータ部Ｂの光の出射端での活性層幅ｗｒ２がｗｒ１＞ｗｒ２を満たすのであれば、出射端に向かって徐々に幅が狭まるテーパー構造を含んでいてもよい。
【００１５】
次に、リッジの外側をＺｎをドーピングしたキャリア濃度５ｘ１０１７／ｃｍ３のｐ型ＩｎＰ埋め込み層４、キャリア濃度１ｘ１０１９／ｃｍ３のｎ型ＩｎＰブロック層５の順に埋め込む。埋め込み層はＲｕあるいはＦｅをドーピングしたＩｎＰなどの半絶縁性材料を用いてもよく、またキャリア濃度あるいは極性が異なる層、それら複数の半導体積層膜を組み合わせたものでもよい。
【００１６】
次にｎ型ＩｎＰブロック層５およびリッジ構造３０の活性層３の上に、キャリア濃度１ｘ１０１９／ｃｍ３のｐ型クラッド層６を形成した後に、ｎ型ＩｎＰ基板１もしくはｎ型ＩｎＰクラッド層２に達するまでエッチングを行い、活性層３が内部に埋め込まれたメサ構造７を形成する。このとき、直進部Ａにおけるメサ構造の幅、すなわちメサ幅Ｗ１およびスポットサイズコンバータ部Ｂのメサ幅Ｗ２にはＷ１＜Ｗ２の関係が存在する。Ｗ１、Ｗ２は、図１に示すように、それぞれ直進部Ａ内とスポットサイズコンバータ部Ｂ内で均一幅であってもよく、また、図４に示すように、スポットサイズコンバータ部Ｂにおいて、あるいは図５に示すように直進部Ａにおいて、出射端に向かうにつれてメサ幅が漸次広がるテーパー構造を含んでもよい。メサ幅としては、直進部Ａにおけるメサ幅の平均値が、スポットサイズコンバータ部Ｂの出射端におけるメサ幅の値よりも小さい値であればよい。なお、メサ幅はｙ方向の位置によって異なるが、同一ｘｚ面において、例えば活性層３の層面に平行な同一の平面におけるメサ幅について上述の関係を満足しているものである。
【００１７】
また、ｎ型ＩｎＰ基板１の裏面にはｎ電極８、ｐ型クラッド層６の表面にはｐ電極９が設けられている。図２、図３Ａ、および図３Ｂに示すように、ｐ電極９は、直進部Ａおよびスポットサイズコンバータ部Ｂの全長に亘って、メサ構造７の頂部にメサ幅で形成されている。したがって、本願の半導体レーザは、直進部Ａだけではなく、スポットサイズコンバータ部Ｂの全長に亘って活性層３に電流注入が行われ、スポットサイズコンバータ部Ｂでも利得が得られ、レーザ出力の高出力化に寄与する。スポットサイズコンバータ部Ｂの活性層３に電流注入が行われなければ、活性層３では光が損失するが、本構成の場合は逆に利得を得ることができる。ｎ電極８およびｐ電極９はＡｕ、Ｐｔ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｎｉ、Ｔｉ等を含む金属単体、もしくはこれらの金属の組み合わせで構成されている。一般に、半導体レーザはｎ電極８とｐ電極９との間に半導体積層膜を挟み込むコンデンサ構造となっているため、寄生容量が存在している。
【００１８】
実施の形態１の半導体光素子は次のように作用する。まず、ｐ電極９とｎ電極８間に電流注入を行うと、ｐ型クラッド層６から供給されたホールは、ｎ型ＩｎＰブロック層５により狭窄され、効率よく活性層３に注入される。同様にｎ型ＩｎＰ基板１およびｎ型ＩｎＰクラッド層２からは電子が供給され、活性層３に注入される。活性層３内で注入された電子とホールが再結合すると、発光および利得を得ることができる。一般に活性層３の屈折率は周りの埋め込み層およびブロック層よりも高いため、再結合により生じた発光は活性層３内に閉じ込められる。直進部Ａの後端面ミラーおよびスポットサイズコンバータ部Ｂの光の出射側である前端面ミラーはファブリペロー共振器を構成しており、活性層３で生じた発光は利得を得ながら共振器内を伝搬し共振する。すなわち、直進部Ａおよびスポットサイズコンバータ部Ｂは共に共振器内に含まれており、上述のように、スポットサイズコンバータ部Ｂの活性層３にも電流注入が行われて利得を得る。光の伝搬損失とミラー損失の和が光利得と等しくなった時にレーザ発振し、端面からレーザ光が出射する。このとき、直進部Ａではリッジ幅ｗｒ１が広いために活性層３に光が強く閉じ込められる。一方で、スポットサイズコンバータ部Ｂではリッジ幅ｗｒ２が狭いために光の閉じ込めが弱く、活性層３の外側に染み出す光が多くなり、スポットサイズが大きくなる。このように、スポットサイズコンバータ部Ｂでは、光の出射端における光のスポットサイズが直進部Ａの光のスポットサイズよりも大きくなるようにスポットサイズを変換する。出射端においてＮＦＰのスポットサイズが大きいと光の回折が小さくなるため、出射光のＦＦＰビーム幅は狭くなる。
【００１９】
メサ幅と出射ビームのｘ方向およびｙ方向のＦＦＰ幅の関係についてビーム伝搬法（ＢＰＭ）によりシミュレーションを行った結果を図６および図７に示す。図６および図７は、スポットサイズコンバータ部のメサ幅Ｗ２を１８μｍに固定した実施の形態１による半導体レーザ、およびＷ２を直進部のメサ幅Ｗ１と同じとした比較例の半導体レーザについて、直進部のメサ幅Ｗ１を変えてシミュレーションした結果を示している。このとき、発振波長は１２７０ｎｍ、活性層３の屈折率は３．３５５、ＩｎＰ層の屈折率は３．２０７、リッジ幅ｗｒ１＝１．５ｕｍ、ｗｒ２＝０．６ｕｍと仮定した。実施の形態１の半導体レーザでは、直進部Ａとしてシミュレーションに用いる長さを１０ｕｍとし、スポットサイズコンバータ部Ｂの長さを９０ｕｍとして、直進部Ａと接するスポットサイズコンバータ部Ｂのリッジ構造３０は長さ２５ｕｍのテーパー構造を含んだ構成とした。
【００２０】
図６に示すｘ方向、すなわち水平方向のＦＦＰ半値全幅であるＦＦＰｘ、図７に示すｙ方向、すなわち垂直方向のＦＦＰ半値全幅であるＦＦＰｙともに、実施の形態１のＦＦＰ半値全幅はメサ幅Ｗ１によらずＦＦＰ幅が一定であるのに対し、比較例ではメサ幅Ｗ１を１４ｕｍより狭くするとＦＦＰ幅が変化し始める。特にＷ１≦６ｕｍの範囲ではメサ幅Ｗ１を狭めるほど水平方向のＦＦＰ半値全幅ＦＦＰｘが広がっており、スポットサイズコンバータ部Ｂが機能していない。
【００２１】
この原因を説明するために、図８に実施の形態１および図９に比較例における相対光強度分布のｘｚ平面図を示す。図８の実施の形態１ではＷ１＝６ｕｍ、Ｗ２＝１８ｕｍ、図９の比較例ではＷ１＝Ｗ２＝６ｕｍとした。また、図８および図９中にメサ構造７の境界７７を白線で図示している。図９の比較例では、スポットサイズコンバータ部Ｂにおいて、出射端に向かうにつれて光が水平方向に広がっていく一方で、メサ幅Ｗ２が狭いために、出射端近傍では光が十分に広がることができていない。したがって、図９の比較例においてメサ幅Ｗ１を６ｕｍより狭めると、水平方向ＦＦＰ半値全幅を狭めることができない。また、図９の比較例のｚ＝５０ｕｍ付近では、広がった光分布の裾がメサと空気の界面にかかって、モードの乱れが生じている。
【００２２】
図６に示すように、Ｗ１＝６〜１４ｕｍにおいて、比較例の水平方向ＦＦＰ幅ＦＦＰｘが実施の形態１よりも狭くなっているのは、このモード乱れが原因である。このようなモードの乱れは例えばウェハ面内で生じたメサ幅Ｗ２のばらつきによって出射ビーム幅のばらつきが大きくなったり、出射ビーム形状が乱れて光ファイバへの結合効率が落ちたりする原因となり、好ましくない。図８に示す実施の形態１の相対光強度分布においては、スポットサイズコンバータ部Ｂのメサ幅Ｗ２が十分に広いため、直進部Ａのメサ幅Ｗ１に関わらず、出射端におけるスポットサイズを広げることができ、その結果狭いＦＦＰ半値全幅が得られていることがわかる。また、スポットサイズコンバータ部Ｂのメサ幅Ｗ２がばらついても、広がった光分布の裾がメサと空気の界面にかからなければ出射ビーム幅のばらつき、および図９で見られたようなモード乱れは防ぐことができる。
【００２３】
次に寄生容量について考察する。半導体レーザはメサ構造７上のｐ電極９とｎ型ＩｎＰ基板１裏面のｎ電極８とで半導体層を挟んだコンデンサ構造となっている。コンデンサの容量Ｃは一般に（１）式であらわされる。ここでεは半導体層の誘電率、Ｓは電極の面積、ｄは電極間の距離である。
Ｃ＝εＳ／ｄ      （１）
【００２４】
メサ幅が均一の従来構造の半導体レーザでは、出射ビームのＦＦＰ半値全幅を狭めるためには、半導体レーザの全長にわたってメサ幅を広げる必要がある。その結果メサ上の電極面積Ｓが広がり、レーザの素子容量Ｃ、すなわち寄生容量は増加する。実施の形態１では狭いＦＦＰ半値全幅を得るために必要なスポットサイズコンバータ部のメサ幅Ｗ２を広いままにしておく一方で、ＦＦＰ半値全幅の制御には無関係な直進部Ａのメサ幅Ｗ１を狭めている。その結果、実施の形態１では従来構造よりもメサ上の電極面積Ｓを狭められるので、寄生容量を低減することができる。
【００２５】
以上のような効果から、実施の形態１では狭い幅のＦＦＰと寄生容量の低減を両立した半導体レーザを得ることができる。このようなレーザは光ファイバへの位置合わせを容易にし、かつ高速信号を用いた変調が可能になるという利点が得られる。
【００２６】
実施の形態２．
図１０に実施の形態２による半導体光素子としての半導体レーザの模式的なｙｚ断面、すなわち光軸に平行な側面断面模式図、図１１に直進部Ａのｘｙ断面模式図、図１２にスポットサイズコンバータ部Ｂのｘｙ断面模式図を示す。実施の形態２では、直進部Ａの活性層３の厚さｄ１とスポットサイズコンバータ部Ｂの活性層３の厚さｄ２を異なる厚さ、すなわちｄ１＞ｄ２とした。図１０に示すように、スポットサイズコンバータ部Ｂの活性層厚さｄ２は出射端に向かうにつれて膜厚が薄くなるテーパー構造を含んでいてもよい。活性層３の幅は直進部Ａとスポットサイズコンバータ部Ｂとで同一であってもよい。そのほかのメサ幅および層構成は実施の形態１と同様の構造となっている。
【００２７】
このような、光軸方向で活性層３の膜厚の異なる構造は、例えば次のように作製できる。ｎ型ＩｎＰ基板１上にｎ型ＩｎＰクラッド層を成長した後、図１３の平面図に示すように、スポットサイズコンバータ部Ｂにおける幅が、直進部Ａの幅ａよりも狭い１対のマスクをＳｉＯ２などの絶縁膜を用いて形成し、そのあと活性層３の選択成長を行う。これにより、一対のマスクで挟まれた領域に成長される活性層は、マスクの幅が広い個所では、一対のマスクの間に材料ガスが多く集まるので膜厚が厚くなり、逆にマスクの幅が狭い個所では膜厚が薄くなる。
【００２８】
実施の形態２による半導体光素子は次のように作用する。直進部Ａでは活性層３近傍に強く光が閉じ込められているが、スポットサイズコンバータ部Ｂでは活性層３の膜厚が直進部Ａよりも薄いために直進部Ａよりも光の閉じ込めが弱く、スポットサイズが広がっている。実施の形態１と同様に、スポットサイズコンバータ部Ｂのメサ幅Ｗ２は広いままで、直進部のメサ幅Ｗ１をＷ１＜Ｗ２の関係をみたすように狭めることにより寄生容量を低減できるとともに、出射端におけるスポットサイズを広げることができ、その結果、ＦＦＰの幅が狭い出射ビームを得ることができる。
【００２９】
実施の形態３．
図１４から図１６に実施の形態３による半導体光素子としての半導体レーザの構成を示す。図１４は活性層を含む面における模式的なｘｚ断面図、図１５は直進部Ａの模式的なｘｙ断面図、図１６はスポットサイズコンバータ部Ｂの模式的なｘｙ断面図を示す。実施の形態３では直進部Ａの活性層３ａの屈折率ｎ１とスポットサイズコンバータ部Ｂの活性層３ｂの屈折率ｎ２の間にはｎ１＞ｎ２の関係が存在する。そのほかのメサ幅および層構成は実施の形態１と同様の構造となっている。スポットサイズコンバータ部Ｂの屈折率ｎ２は出射端面に向かうにつれて徐々に屈折率が低下するグレーデッド構造になっていてもよい。
【００３０】
実施の形態３による半導体光素子は次のように作用する。直進部Ａでは活性層３ａの屈折率ｎ１が高いために、活性層３ａを中心にして強く光が閉じ込められている。一方、スポットサイズコンバータ部Ｂでは活性層３ｂの屈折率ｎ２がｎ１よりも低く、埋め込み層との屈折率差が直進部Ａよりも小さいために光の閉じ込めが弱い。このため、活性層３ａの外側にも光が染み出し、スポットサイズが広がっている。したがって、出射ビーム幅を狭めるためには、出射端でスポットサイズが広がるようにスポットサイズコンバータ部Ｂのメサ幅Ｗ２を広いままにしておかなければならない。一方で、直進部Ａは出射ビームのＦＦＰ半値全幅の制御には無関係であるため、Ｗ１＜Ｗ２の関係が成り立つようにメサ幅Ｗ１を狭めることにより、寄生容量を低減することができる。その結果、実施の形態１と同様に、従来構造よりもメサ上の電極面積Ｓを小さくできるので、寄生容量を低減することができるとともに、出射ビーム幅も狭めることができる。
【００３１】
実施の形態４．
図１７は実施の形態４による半導体光素子としての半導体レーザの構成を、活性層３を含むｘｚ面の断面で示す断面模式図である。実施の形態４ではスポットサイズコンバータ部Ｂのうち、直進部Ａに近い領域のメサ幅Ｗ３は出射端近傍のメサ幅Ｗ２よりも狭められている。さらに直進部Ａとスポットサイズコンバータ部Ｂとの境界から出射端側にＺ１離れた個所からメサ幅Ｗ２は広がっており、Ｗ１≦Ｗ３＜Ｗ２の関係を満たす。スポットサイズコンバータ部Ｂのメサ幅Ｗ２は、図１７に示すように出射端に向かって階段状に広がってもよく、あるいは図１８に示すように出射端に向かって徐々に広がるテーパー構造を含んでいてもよい。
【００３２】
実施の形態４による半導体光素子は次のように作用する。スポットサイズコンバータ部Ｂにおいて直進部Ａとの境界付近では、出射端と比較してまだ十分にスポットサイズが広がっていない。したがって、光強度分布の裾がメサの外側にかからない範囲であれば、直進部Ａとの境界付近のメサ幅Ｗ３を狭めることができる。例えば、Ｗ１＝Ｗ３＝６ｕｍ、Ｗ２＝１８ｕｍ、Ｚ１＝２０ｕｍ、としてＢＰＭを用いてシミュレーションを行った。その時のｘｚ平面における光強度分布図を図１９に示す。実施の形態１（Ｗ１＝６ｕｍ、Ｗ２＝１８ｕｍ）の図８と比較しても光強度分布にはほとんど差がみられない。また、図２０Ａにこの時の出射ビームの水平方向ＦＦＰビーム形状ＦＦＰｘを、図２０Ｂには垂直方向ＦＦＰビーム形状ＦＦＰｙを、実施の形態１の形状と合わせて示す。いずれも実施の形態１とほとんど差がなく、ＦＦＰ幅が狭い出射ビームが得られていることがわかる。
【００３３】
以上、直進部Ａとスポットサイズコンバータ部Ｂにおけるメサ構造の幅の関係は、いずれの実施の形態においても、活性層３の層面に平行な同一の平面において、直進部Ａのメサ構造７の幅の平均値が、スポットサイズコンバータ部Ｂの光の出射端におけるメサ構造７の幅の値よりも小さい値であることを特徴としている。この特徴により、寄生容量が小さく高速変調が可能な、スポットサイズコンバータを備えた半導体光素子を提供できる。
【００３４】
本願には、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【００３５】
１  ＩｎＰ基板、２  クラッド層、３、３ａ、３ｂ  活性層、４  埋め込み層、７  メサ構造、８  ｎ電極、９  ｐ電極、３０  リッジ構造、Ａ  直進部、Ｂ  スポットサイズコンバータ部
【図１】
0006925540.tif 000002
【図２】
0006925540.tif 000003
【図３Ａ】
0006925540.tif 000004
【図３Ｂ】
0006925540.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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