CN112714986A - 半导体激光器、半导体激光器阵列以及半导体激光器的制造方法 - Google Patents

半导体激光器、半导体激光器阵列以及半导体激光器的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供集成有监视光输出的光电二极管部的半导体激光器。半导体激光器(100)具备：DFB部，其层叠有背面侧第一包覆层(3)、第一衍射光栅层(9)、由第一MQW结构构成并发出激光的发光层(1)、表面侧第一包覆层(6)、以及第一接触层(12)；DBR部，其层叠有电阻率比背面侧第一包覆层(3)高的背面侧第二包覆层(4)、将激光的一部分向DFB部反射的第二衍射光栅层(10)、对激光的剩余部分进行导波并且由有效带隙能量比第一MQW结构小的第二MQW结构构成的第一芯层(2a)、以及电阻率比表面侧第一包覆层(6)高的表面侧第二包覆层(7)；以及PD部，其层叠有背面侧第三包覆层(5)、对第一芯层(2a)所导波的激光的剩余部分进行吸收的由第二MQW结构构成的第二芯层(2b)、表面侧第三包覆层(8)以及第二接触层(14)。

Description

半导体激光器、半导体激光器阵列以及半导体激光器的制造 方法
技术领域
本发明涉及能够监视光输出的半导体激光器、半导体激光器阵列以及半导体激光器的制造方法。
背景技术
在光通信领域中，要求半导体激光器长时间保持恒定光输出。另一方面，公知有若半导体激光器因恒定电流的施加而长时间动作，则光输出劣化的情况。因此，在长时间动作时，需要检测光输出的劣化，调整施加到半导体激光器的电流量来补偿光输出的劣化量的构造。
在端面发光型半导体激光器的情况下，作为检测光输出的劣化的方法，存在测定从半导体激光器的与光输出侧相反的一侧的端面输出的光输出的方法。这里，将光输出侧的端面称为前端面，将与光输出侧相反的一侧的端面称为后端面。
由于在从前端面输出的光输出存在劣化时，从后端面输出的光输出也成比例地劣化，所以通过以将从后端面输出的光输出保持为恒定的方式调整电流量，从而对于从前端面输出的光输出也能够保持为恒定。该方法由于在检测光输出的劣化时利用从不作为信号使用的后端面输出的光输出，所以不牺牲从前端面输出的光输出，是一种高效的方法，因此通常在光通信领域的半导体激光器中使用。
作为从后端面输出的光输出的测定方法，大多在后端面侧设置光电二极管(Photodiode，以下称为PD)来作为监视器。从后端面射出的光束由于具有大的扩散角，因此PD采用大小在该扩散角以上的受光直径。
近年，伴随着光通信速度的高速化和产品封装的小型化，要求将光输出波长彼此不同的半导体激光器以阵列状集成为一个元件而形成的半导体激光器阵列。此时，若想要由各个PD来接收从半导体激光器阵列的后端面输出的多个光输出，则由于PD本身的大小而可能与相邻的PD接触，且半导体激光器间的距离受PD的大小限制，因此不能实现半导体激光器阵列的小型化。
针对上述问题，例如在专利文献1中公开有集成了PD的半导体激光器。在专利文献1中提出如下所述的半导体激光器，即，该半导体激光器通过与DFB激光器(DistributedFeedback Laser：分布式反馈激光器)亦即DFB部的后端面邻接地依次配置DBR激光器(Distributed Bragg Reflector Laser：分布式布拉格反射型激光器)亦即镜部、以及监视器PD部，从而由DBR部反射一部分从DFB部的后端面输出的激光，另外由监视器PD部接收经过了DBR部的光。
专利文献1：日本特开2017-85007号公报
然而，在专利文献1所记载的半导体激光器中，作为发光部的DFB部和作为监视器的PD部的MQW结构(multi quantum well：多层量子阱)相同。因此，在设计MQW结构的构成时，必须考虑DFB部的发光特性和PD部的受光特性这两者。必须牺牲DFB部的发光特性或PD部的受光特性，或者两者均牺牲一部分的光输出特性来设定MQW结构的构成。
另外，DBR部中的表面侧包覆层由于是与DFB部和PD部相同的p型InP层，因此在DFB部的p型InP层中流动的电流经由DBR部的p型InP层向PD部的p型InP层流动，而在向PD部的MQW结构流动时，没有电流屏障。即，施加于DFB部的MQW结构的电压阻碍施加于PD部的MQW结构的相反电压。同时，在PD部的p-InP层中流动的电流也经由DBR部的p型InP层向DFB部的p型InP层流动，而阻碍施加于DFB部的MQW结构的电压。因此，为了保持光输出恒定，需要将PD部和DFB部这两者建立关联进行控制。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于，提供一种集成有监视光输出的PD部，不带来半导体激光器的光输出特性的劣化，且施加于PD部的电压不因施加于DFB部的电压而变化，能够使DFB部和PD部独立地动作的半导体激光器。
本发明所涉及的半导体激光器具备：DFB部，其层叠有第一导电型的背面侧第一包覆层、第一导电型的第一衍射光栅层、由第一MQW结构构成并发出激光的发光层、第二导电型的表面侧第一包覆层、以及第二导电型的第一接触层；DBR部，其层叠有电阻率比背面侧第一包覆层高的背面侧第二包覆层、将激光的一部分向上述DFB部反射的第二衍射光栅层、对激光的剩余部分进行导波并且由有效带隙能量比第一MQW结构小的第二MQW结构构成的第一芯层、以及电阻率比表面侧第一包覆层高的表面侧第二包覆层；PD部，其层叠有第一导电型的背面侧第三包覆层、吸收激光的由第二MQW结构构成的第二芯层、第二导电型的表面侧第三包覆层、以及第二导电型的第二接触层。
本发明所涉及的半导体激光器阵列并列配置有至少两个上述半导体激光器。
另外，本发明所涉及的半导体激光器的制造方法具备如下工序：在由DFB部、与上述DFB部邻接的DBR部以及与上述DBR部邻接的PD部这样的各部构成的基板之上，通过结晶生长而依次形成背面侧包覆层的一部分和衍射光栅形成用包覆层的工序；分别通过蚀刻，而在与DFB部对应的上述衍射光栅形成用包覆层形成第一衍射光栅层，以及在与DBR部对应的衍射光栅形成用包覆层形成第二衍射光栅层的工序；在形成有衍射光栅的包覆层之上，通过结晶生长而形成背面侧包覆层的剩余部分的工序；向DFB部和PD部的背面侧包覆层注入载流子的工序；在背面侧包覆层之上通过结晶生长而形成由第一MQW结构构成的发光层的工序；在去除DBR部和PD部的发光层之后，通过结晶生长而形成由有效带隙能量比第一MQW结构小的第二MQW结构构成的芯层的工序；在发光层和芯层之上通过结晶生长而依次形成表面侧包覆层和接触层的工序；向DFB部和PD部的表面侧包覆层和上述接触层注入载流子的工序；通过磨削而去除基板的工序；在DFB部和PD部的接触层之上分别形成表面侧电极的工序；以及在背面侧包覆层的由于去除基板而露出的面之上形成背面侧电极的工序。
根据本发明所涉及的半导体激光器，由于DFB部的发光层和作为PD部动作的芯层是独立的MQW结构，所以能够设定发光层和芯层各自的最佳的MQW结构的构成，能够集成PD而不带来光输出的劣化。另外，由于在处于DFB部的表面和背面的电极与处于PD上下方的电极之间存在DBR部的电流电阻高的包覆层，所以施加于PD的电压不因施加于DFB部的电压而变化，因此能够使DFB部和PD独立地动作。
根据本发明所涉及的半导体激光器阵列，半导体激光器间的距离不受PD部的大小限制，能够实现半导体激光器阵列的小型化，且也不会产生伴随小型化所带来的光输出特性的降低。
另外，根据本发明所涉及的半导体激光器的制造方法，由于仅实施厚度分布均匀的叠层的形成、以及深度分布恒定的加工，所以该制造方法的再现性高，且能够成品率良好地制造半导体激光器。
附图说明
图1是表示实施方式1所涉及的半导体激光器的结构的剖视图。
图2是表示实施方式1所涉及的半导体激光器的脊型波导结构的DFB部的剖视图。
图3是表示实施方式1所涉及的半导体激光器的脊型波导结构的DBR部的剖视图。
图4是表示实施方式1所涉及的半导体激光器的脊型波导结构的PD部的剖视图。
图5是表示实施方式1所涉及的半导体激光器的制造方法的剖视图。
图6是表示实施方式1所涉及的半导体激光器的制造方法的剖视图。
图7是表示实施方式1所涉及的半导体激光器的制造方法的剖视图。
图8是表示实施方式1所涉及的半导体激光器的制造方法的剖视图。
图9是表示实施方式1所涉及的半导体激光器的制造方法的剖视图。
图10是表示实施方式1所涉及的半导体激光器的制造方法的剖视图。
图11是表示实施方式1所涉及的半导体激光器的制造方法的剖视图。
图12是表示实施方式1所涉及的半导体激光器的制造方法的剖视图。
图13是表示实施方式1所涉及的半导体激光器的制造方法的剖视图。
图14是表示实施方式1所涉及的半导体激光器的制造方法的剖视图。
图15是表示实施方式1所涉及的半导体激光器的制造方法的剖视图。
图16是表示实施方式1所涉及的半导体激光器的制造方法的剖视图。
图17是表示实施方式1的变形例所涉及的半导体激光器的结构的剖视图。
图18是表示实施方式1的变形例所涉及的半导体激光器的脊型波导结构的DFB部的剖视图。
图19是表示实施方式1的变形例所涉及的半导体激光器的脊型波导结构的DBR部的剖视图。
图20是表示实施方式1的变形例所涉及的半导体激光器的脊型波导结构的PD部的剖视图。
图21是表示实施方式1的变形例所涉及的半导体激光器的制造方法的剖视图。
图22是表示实施方式1的变形例所涉及的半导体激光器的制造方法的剖视图。
图23是表示实施方式1的变形例所涉及的半导体激光器的制造方法的剖视图。
图24是表示实施方式1的变形例所涉及的半导体激光器的制造方法的剖视图。
图25是表示实施方式1的变形例所涉及的半导体激光器的制造方法的剖视图。
图26是表示实施方式1的变形例所涉及的半导体激光器的制造方法的剖视图。
图27是表示实施方式1的变形例所涉及的半导体激光器的制造方法的剖视图。
图28是表示实施方式1的变形例所涉及的半导体激光器的制造方法的剖视图。
图29是表示实施方式1的变形例所涉及的半导体激光器的制造方法的剖视图。
图30是表示实施方式1的变形例所涉及的半导体激光器的制造方法的剖视图。
图31是表示实施方式1的变形例所涉及的半导体激光器的制造方法的剖视图。
图32是表示实施方式2所涉及的半导体激光器的结构的剖视图。
图33是表示实施方式2所涉及的半导体激光器的高台面型波导结构的DFB部的剖视图。
图34是表示实施方式2所涉及的半导体激光器的高台面型波导结构的DBR部的剖视图。
图35是表示实施方式2所涉及的半导体激光器的高台面型波导结构的PD部的剖视图。
图36是表示实施方式3所涉及的掩埋型的半导体激光器的结构的DFB部的剖视图。
图37是表示实施方式3所涉及的掩埋型的半导体激光器的结构的DBR部的剖视图。
图38是表示实施方式3所涉及的掩埋型的半导体激光器的结构的PD部的剖视图。
图39是实施方式4所涉及的半导体激光器阵列的立体图。
具体实施方式
参照附图对本发明的实施方式所涉及的半导体激光器以及该半导体激光器的制造方法进行说明。存在对相同的构成要素标注相同的附图标记，并省略重复部分的说明的情况。
实施方式1
对本发明的实施方式1所涉及的半导体激光器的结构进行说明。图1是本实施方式1所涉及的半导体激光器的导波方向的剖视图。
在图1中，半导体激光器100从射出激光的前端面侧，朝向与前端面相反的一侧的后端面侧，由DFB部101、DBR部102以及PD部103各部分构成。DBR部102配置于DFB部101与PD部103之间，一个面与DFB部101接触，另一个面与PD部103接触。DFB部101、DBR部102以及PD部103具有共同设置的背面侧电极17，在DFB部101和PD部103的表面侧具备各自的表面侧第一电极15和表面侧第二电极16。
DFB部101在背面侧电极17上按照背面侧第一包覆层3a、第一衍射光栅层9、背面侧第一包覆层3b、发光层(DFB部的活性层)1、表面侧第一包覆层6、第一接触层12以及表面侧第一电极15的顺序构成。通过施加电压，使电流从表面侧第一电极15流向背面侧电极17，由此在由第一MQW结构构成的发光层1产生激光，而成为由第一衍射光栅层9的衍射光栅的间距间隔来选择激光的波长的DFB激光器结构。背面侧第一包覆层3a、第一衍射光栅层9以及背面侧第一包覆层3b的各层成为第一导电型，表面侧第一包覆层6和第一接触层12的各层成为第二导电型。第一MQW结构为层叠多个阱层和势垒层而成的结构。
DBR部102其一个面与DFB部101接触，并具有反射一部分从DFB部101输出的激光的功能。对于DBR部102而言，在背面侧电极17上按照背面侧第二包覆层4a、第二衍射光栅层10、背面侧第二包覆层4b、由第二MQW结构构成的第一芯层2a、表面侧第二包覆层7以及第二接触层13的顺序构成，而成为如下DBR结构：将从DFB部101导波至DBR部102侧的激光，以在由第二衍射光栅层10的间距间隔选择的波长带下设定的比例向DFB部101侧反射。对第二MQW结构进行后述。
DBR部102的背面侧第二包覆层4a、背面侧第二包覆层4b、表面侧第二包覆层7以及第二接触层13由于使用电阻率高的结晶材料，因此能够使DFB部101与PD部103电绝缘。
具体而言，DBR部102的背面侧第二包覆层4a和背面侧第二包覆层4b相对于DFB部101的背面侧第一包覆层3a和背面侧第一包覆层3b，电阻率高。另外，DBR部102的表面侧第二包覆层7和第二接触层13相对于DFB部101的表面侧第一包覆层6和第一接触层12，电阻率高。这里，背面侧第二包覆层4a和背面侧第二包覆层4b的电阻率优选为背面侧第一包覆层3a和背面侧第一包覆层3b的10倍以上，另外，表面侧第二包覆层7的电阻率优选为表面侧第一包覆层6的10倍以上。
对于PD部103而言，在背面侧电极17上，按照背面侧第三包覆层5a、第四包覆层11、背面侧第三包覆层5b、第二芯层2b、表面侧第三包覆层8、第三接触层14以及表面侧第二电极16的顺序构成，而成为如下PD结构：通过从背面侧电极17向表面侧第二电极16施加电压，从而由第二芯层2b接收从DFB部101经过DBR部102过来的光输出并转换为电流，由此能够作为电流值进行测定。
为了吸收在DFB部101中产生的激光，第二芯层2b由有效带隙能量比上述的第一MQW结构小的第二MQW结构构成。作为使第二MQW结构的有效带隙能量比第一MQW结构小的一个例子，可列举将构成第一MQW结构的阱层的层厚设定得比构成第二MQW结构的阱层的层厚小。根据该结构，第一MQW结构成为射出能量相对高的激光的发光层1，另一方面第二MQW结构由于有效带隙能量比第一MQW结构小，因此以吸收该激光的方式发挥作用。因此，能够对发光层1和第二芯层2b分别设定最佳的MQW结构，因此能够集成PD而不带来光输出的劣化。
这里，DBR部102的第一芯层2a也设定为由第二MQW结构构成。第一芯层2a既能够由第一MQW结构构成，也能够由与DFB部101和PD部103的MQW结构不同的MQW结构构成。此外，在图中，第一芯层2a和第二芯层2b均标记为芯层2。
背面侧第三包覆层5a、第四包覆层11以及背面侧第三包覆层5b成为第一导电型，表面侧第三包覆层8和第三接触层14成为第二导电型。
DBR部102的背面侧第二包覆层4a和背面侧第二包覆层4b相对于背面侧第三包覆层5a和背面侧第三包覆层5b，电阻率高。DBR部102的表面侧第二包覆层7和第二接触层13相对于表面侧第三包覆层8和第三接触层14，电阻率高。这里，与上述相同，背面侧第二包覆层4a和背面侧第二包覆层4b的电阻率优选为背面侧第三包覆层5a和背面侧第三包覆层5b的10倍以上，表面侧第二包覆层7的电阻率优选为表面侧第三包覆层8的10倍以上。即，DBR部102的背面侧和表面侧的各包覆层，成为使DFB部101与PD部103电绝缘的所谓的高电阻层。
DBR部102的第二接触层13发挥用于形成厚度分布均匀的DFB部101和PD部103的第一接触层12和第三接触层14的功能，还具有作为表面侧第二包覆层7的保护层的效果。然而，由于并不影响激光的输出特性和PD部103处的电流量测定，因此不是必要的层。
以下，对分别构成DFB部101、DBR部102以及PD部103的各层与其他部的各层存在何种位置关系进行说明。
在背面侧电极17上，沿激光导波方向，DFB部101的背面侧第一包覆层3a、DBR部102的背面侧第二包覆层4a以及PD部103的背面侧第三包覆层5a邻接。
DFB部101的第一衍射光栅层9、DBR部102的第二衍射光栅层10以及PD部103的第四包覆层11邻接。
DFB部101的背面侧第一包覆层3b、DBR部102的背面侧第二包覆层4b以及PD部103的背面侧第三包覆层5b邻接。
DFB部101的发光层1、DBR部102的第一芯层2a以及PD部103的第二芯层2b邻接。
DFB部101的表面侧第一包覆层6、DBR部102的表面侧第二包覆层7以及PD部103的表面侧第三包覆层8邻接。
DFB部101的第一接触层12、DBR部102的第二接触层13以及PD部103的第三接触层14邻接。
针对DFB部101、DBR部102以及PD部103的相对于光导波方向垂直的方向上的截面结构，在图2中示出DFB部101的截面，在图3中示出DBR部102的截面，在图4中示出PD部103的截面。
如图2所示，在DFB部101中，发光层1上的表面侧第一包覆层6、第一接触层12以及表面侧第一电极15形成为脊型波导结构。
如图3所示，在DBR部102中，第一芯层2a上的表面侧第二包覆层7和第二接触层13形成为脊型波导结构。
如图4所示，在PD部103中，第二芯层2b上的表面侧第三包覆层8第三接触层14和表面侧第二电极16形成为脊型波导结构。
接下来，对实施方式1所涉及的半导体激光器的动作进行说明。由半导体激光器100的激光振荡区域即DFB部101发出的激光如以下这样被导波。
通过从DFB部101的表面侧第一电极15向背面侧电极17施加电压，从而由发光层1发出的激光被第一衍射光栅层9选择波长带，并从前端面射出。同时，激光从DFB部101的发光层1向DBR部102的第一芯层2a被导波。
被导波到DBR部102的激光按照由第二衍射光栅层10设定的波长带以及光输出的比例向DFB部101被反射，剩余的光输出向PD部103的第二芯层2b被导波。
对于被导波到PD部103的激光，通过从背面侧电极17向表面侧第二电极16施加相反电压，由此在PD部103的第二芯层2b接收激光并转换成电流，因此能够将光输出作为电流量进行测定。
施加于DFB部101的电压与施加于PD部103的电压为相反电压。由于DBR部102的背面侧第二包覆层4a、背面侧第二包覆层4b以及表面侧第二包覆层7由高电阻层构成，因此对DFB部101与PD部103之间进行了电绝缘，因此不产生电流从DFB部101向PD部103流动的不良情况。
接着，对实施方式1所涉及的半导体激光器的制造方法进行说明。图5至图16是分别表示本发明的实施方式1所涉及的半导体激光器的各制造工序的剖视图。
首先，在图5所示的基板18之上，如图6所示，通过结晶生长而依次形成背面侧包覆层20a和包覆层30。背面侧包覆层20a和包覆层30是由不同的结晶材料构成的高电阻层。
接下来，如图7所示，为了形成衍射光栅，将包覆层30的一部分通过蚀刻加工成衍射光栅图案，而分别形成与DFB部101对应的第一衍射光栅层9、和与DBR部102对应的第二衍射光栅层10。PD部103的包覆层30与元件结构中的第四包覆层11对应。
并且，如图8所示，通过结晶生长形成背面侧包覆层20b。背面侧包覆层20b是与背面侧包覆层20a相同的结晶材料，也是背面侧包覆层20a的剩余部分。
此后，如图9所示，向DFB部101和PD部103的背面侧包覆层20a、20b分别注入载流子，而分别形成DFB部101的第一导电型的背面侧第一包覆层3a和背面侧第一包覆层3b、以及PD部103的背面侧第三包覆层5a和背面侧第三包覆层5b。图9中的DBR部102的背面侧包覆层20a、20b与元件结构中的背面侧第二包覆层4a、背面侧第二包覆层4b分别对应。
DFB部101的背面侧第一包覆层3a和背面侧第一包覆层3b是相同的结晶材料。
PD部103的背面侧第三包覆层5a和背面侧第三包覆层5b是相同的结晶材料。
DBR部102的背面侧第二包覆层4a和背面侧第二包覆层4b是相同的结晶材料，且电阻率比注入了载流子的DFB部101和PD部103的各背面侧包覆层高。
接下来，如图10所示，通过结晶生长而层叠发光层1，进而，如图11所示，通过加工而去除PD部103和DBR部102的发光层1的部分，如图12所示，在去除了发光层1的区域，通过结晶生长而形成PD部103和DBR部102的芯层2。这里，作为发光层1的去除方法，例如使用干蚀刻。此外，芯层2在元件结构中成为DBR部102的第一芯层2a和PD部103的第二芯层2b。
接下来，如图13所示，在发光层1和芯层2之上通过结晶生长而依次形成表面侧包覆层40和接触层50。
接下来，如图14所示，向DFB部101和PD部103的表面侧包覆层40和接触层50分别注入载流子，分别形成第二导电型的DFB部101的表面侧第一包覆层6和第一接触层12、以及PD部103的表面侧第三包覆层8和第三接触层14。这里，除注入载流子的方法外，也可以使用通过蚀刻加工去除注入区域，并通过结晶生长而形成表面侧第一包覆层6和表面侧第三包覆层8的方法。
DBR部102的表面侧包覆层40和接触层50与元件结构中的表面侧第二包覆层7和第二接触层13对应。DBR部102的表面侧第二包覆层7和第二接触层13的电阻率，比注入了载流子的DFB部101和PD部103的表面侧包覆层8和接触层14高。
接下来，如相对于导波方向垂直的截面结构图亦即图2、图3、图4所示，对DFB部101的发光层1之上的表面侧第一包覆层6和第一接触层12、DBR部102的芯层2之上的表面侧第二包覆层7和第二接触层13、以及PD部103的芯层2之上的表面侧第三包覆层8和第三接触层14进行加工，以成为脊型波导结构。这里，作为加工的方法，例如可使用干蚀刻。
此外，也可以不完全去除DFB部101的发光层1之上的表面侧第一包覆层6、DBR部102的芯层2之上的表面侧第二包覆层7以及PD部103的芯层2之上的表面侧第三包覆层8，而保留一部分表面侧第三包覆层8。
此后，如图15所示，通过磨削而去除背面侧的整个基板18，如图16所示，分别在DFB部101的第一接触层12之上形成表面侧第一电极15、以及在PD部103的第三接触层14之上形成表面侧第二电极16，并且在露出的面上形成背面侧电极17。这里，作为电极形成的方法，例如可使用金属蒸镀方法。
在以上实施方式1所涉及的半导体激光器制造工序中，由于仅实施厚度分布均匀的叠层的形成、和深度分布恒定的蚀刻加工，所以该制造方法的再现性高，因此能够成品率良好地制造实施方式1所涉及的半导体激光器。
接下来，在图17中示出作为实施方式1的变形例的半导体激光器110。针对作为实施方式1的变形例的半导体激光器110的DFB部111、DBR部112以及PD部113的相对于导波方向垂直的截面结构，在图18中示出DFB部111的截面，在图19中示出DBR部112的截面，在图20中示出PD部113的截面。
如图17所示，在半导体激光器110中，在DFB部111的第一衍射光栅层9被表面侧第一包覆层6a和表面侧第一包覆层6a夹着，DBR部112的第二衍射光栅层10被表面侧第二包覆层7a和表面侧第二包覆层7b夹着的情况下，也能够通过以下各工序来进行制造。
首先，与实施方式1相同，在图5所示的基板18之上，如图21所示，通过结晶生长而形成背面侧包覆层20。接下来，如图22所示，向背面侧包覆层20的DFB部111和PD部113的各部分分别注入载流子，来形成DFB部111的背面侧第一包覆层3和PD部113的背面侧第三包覆层5。这里，除注入载流子的方法外，也可以采用通过蚀刻加工去除注入区域，并通过结晶生长而形成背面侧第一包覆层3和背面侧第三包覆层5的方法。
DBR部102的背面侧包覆层20与元件结构中的背面侧第二包覆层4对应。DBR部102的背面侧第二包覆层4的电阻率比DFB部101和PD部103的各背面侧包覆层高。
在上述工序后，如图23所示，通过结晶生长而形成发光层1，并且，如图24所示，通过蚀刻加工而去除PD部113和DBR部112的发光层1的部分，如图25所示，在去除了发光层1的区域通过结晶生长而形成DBR部102和PD部103的芯层2。这里，作为发光层1的去除方法，例如可使用干蚀刻。此外，在元件结构中，芯层2成为DBR部102的第一芯层2a和PD部103的第二芯层2b。
接下来，如图26所示，在发光层1、第一芯层2a和第二芯层2b之上依次形成表面侧包覆层40a和包覆层30。表面侧包覆层40a与包覆层30是结晶材料不同的高电阻层。
接下来，如图27所示，将包覆层30的一部分加工成衍射光栅图案，而分别形成DFB部101的第一衍射光栅层9和DBR部102的第二衍射光栅层10。PD部103的包覆层30与元件结构中的第四包覆层11对应。
接下来，如图28所示，通过结晶生长而依次形成表面侧包覆层40b和接触层50。
如图29所示，向DFB部111和PD部113的表面侧包覆层40a、表面侧包覆层40b以及接触层50分别注入载流子，而形成DFB部111的表面侧第一包覆层6a、6b和第一接触层12、以及PD部113的表面侧第三包覆层8a、8b和第三接触层14。
DBR部102的表面侧包覆层40a、表面侧包覆层40b以及接触层50，分别与元件结构中的表面侧第二包覆层7a、表面侧第二包覆层7b以及第二接触层13对应。
DFB部101的表面侧第一包覆层6a和表面侧第一包覆层6b是相同的结晶材料。
PD部103的表面侧第三包覆层8a和表面侧第三包覆层8b是相同的结晶材料。
DBR部102的表面侧第二包覆层7a和表面侧第二包覆层7b是相同的结晶材料。DBR部102的表面侧第二包覆层7a、表面侧第二包覆层7b以及第二接触层13的电阻率，比DFB部101和PD部103的各表面侧包覆层和各接触层高。
接下来，如相对于导波方向垂直的截面结构图亦即图18、图19、图20所示，对DFB部111的发光层1之上的表面侧第一包覆层6a、第一衍射光栅层9、表面侧第一包覆层6b以及第一接触层12、DBR部112的芯层2之上的表面侧第二包覆层7a、第二衍射光栅层10、表面侧第二包覆层7b以及第二接触层13、以及PD部113的芯层2之上的表面侧第三包覆层8a、第四包覆层11、表面侧第三包覆层8b以及第三接触层14进行加工，以成为脊型波导结构。这里，作为加工的方法，例如可使用干蚀刻。
此后，如图30所示，通过磨削而去除背面侧的基板18，如图31所示，在DFB部111的表面侧形成表面侧第一电极15，以及在PD部113的表面侧形成表面侧第二电极16，并且在整个背面侧形成背面侧电极17。这里，作为电极形成的方法，例如可使用金属蒸镀方法。
通过以上制造方法，作为实施方式1的变形例的半导体激光器110，即使是第一衍射光栅层9处于表面侧第一包覆层6a与表面侧第一包覆层6b之间，第二衍射光栅层10处于表面侧第二包覆层7a与表面侧第二包覆层7b之间的结构，也能够制造。
在本发明的实施方式1所涉及的半导体激光器100中，通过设为以上那样的结构，从而能够通过由PD部103检测的电流量的变化来测定从DFB部101射出的激光的输出变化，由于DFB部101的发光层1与PD部103的第二芯层2b独立地进行动作，因此能够分别设定最佳的层结构。因此，即使为了使在PD部103接收激光的第二芯层2b即便是激光的输出小也能够容易地检测的方式变更构成PD部103的第二芯层2b的第二MQW结构，也不会对DFB部101的发光层1带来影响。另外，相反，即使为了提升DFB部101的特性等而变更构成发光层1的第一MQW结构，也不会对PD部103的动作带来影响。
另外，由于DBR部102的表面侧第二包覆层7和背面侧第二包覆层4是具有比DFB部101和PD部103的各包覆层高的电阻率的包覆层，因此如在专利文献1中所指出的那样能够极为有效地防止DFB部101与PD部103间的电流路径。即，从DFB部101的表面侧第一电极15经由DBR部102向背面侧电极17的电流路径(按DFB部101的表面侧第一电极15、第一接触层12、表面侧第一包覆层6、DBR部102的表面侧第二包覆层7、PD部103的表面侧第三包覆层8、第一芯层2a、背面侧第三包覆层5b、第四包覆层11、背面侧第三包覆层5a以及背面侧电极17的顺序流动的电流路径)，能够被DBR部102的具有高电阻率的表面侧第二包覆层7阻断。
相同地，从背面侧电极17经由DBR部102朝向PD部103的表面侧第二电极16的电流路径(按背面侧电极17、DFB部101的背面侧第一包覆层3a、DBR部102的背面侧第二包覆层4a、PD部103的背面侧第三包覆层5a、第四包覆层11、背面侧第三包覆层5b、第一芯层2a、表面侧第三包覆层8、第三接触层14以及表面侧第二电极16的顺序流动的电流路径)，也能够通过DBR部102的背面侧第二包覆层4a的高电阻率来消除。因此，在PD部103中流动的电流不与DFB部101的电流合流，不对激光的输出带来影响，能够仅通过施加到DFB部101的电流值来调整光输出。
此外，在本发明的实施方式1中，如图17所示的实施方式1的变形例那样，即使是第一衍射光栅层9处于表面侧第一包覆层6a与表面侧第一包覆层6b之间，第二衍射光栅层10处于表面侧第二包覆层7a与表面侧第二包覆层7b之间的结构，也起到相同的效果。
实施方式2
在实施方式1所涉及的半导体激光器中，相对于导波方向垂直的截面结构为脊型波导结构。本发明所起到的效果即能够将发光层与芯层能够独立地分别设定为最佳的层结构的效果、和能够使DFB部与PD部独立地进行动作的效果，能够通过图1和图17所示的导波方向的截面结构来实现。因此，相对于导波方向垂直的截面结构并不限定于脊型波导结构。
在图32中示出实施方式2所涉及的半导体激光器200的导波方向的截面结构。在半导体激光器200中，导波方向的截面结构与图1相同，但相对于导波方向垂直的截面与图2至4所示的脊型波导结构为不同的结构。如后述那样，高台面界面(highmesa interface)60设置于背面侧第一包覆层3a的中途。
针对实施方式2所涉及的半导体激光器200的相对于导波方向垂直的方向的截面结构，在图33中示出DFB部201的截面，在图34中示出DBR部202的截面，在图35中示出PD部203的截面。
实施方式2所涉及的半导体激光器200的相对于导波方向垂直的截面结构，分别如图33、图34以及图35所示，成为从表面侧到背面侧第一包覆层3a的一部分(高台面界面60的部位)为止被加工的高台面型的波导结构。在图33至35中，标注与图1相同的附图标记的部分表示相同或对应的结构。
具体而言，在图33所示的DFB部201的相对于导波方向垂直的截面中，从表面朝向背面，表面侧第一电极15、第一接触层12、表面侧第一包覆层6、发光层1、背面侧第一包覆层3b、第一衍射光栅层9以及背面侧第一包覆层3a的一部分(高台面界面60的部位)为止的层被加工成高台面型波导结构。各层的导电型与实施方式1的情况相同。
在图34所示的DBR部202的相对于导波方向垂直的截面中，从表面朝向背面，第二接触层13、表面侧第二包覆层7、第一芯层2a、背面侧第二包覆层4b、第二衍射光栅层10以及背面侧第二包覆层4a的一部分(高台面界面60的部位)为止的层被加工成高台面型波导结构。
在图35所示的PD部203的相对于导波方向垂直的截面中，从表面朝向背面，表面侧第二电极16、第三接触层14、表面侧第三包覆层8、第二芯层2b、背面侧第三包覆层5b、第四包覆层11以及背面侧第三包覆层5a的一部分(高台面界面60的部位)为止的层被加工成高台面型波导结构。各层的导电型与实施方式1的情况相同。
对于实施方式2所涉及的半导体激光器200的制造方法，从实施方式1的图5至图14的顺序相同，但在对图15所示的背面侧的基板18进行磨削的工序之前，从表面侧朝向背面侧，通过干蚀刻对从第一接触层12、第二接触层13以及第三接触层14的位置开始到背面侧第一包覆层3a、背面侧第二包覆层4a以及背面侧第三包覆层5a的一部分(高台面界面60的部位)为止进行加工，以成为高台面型波导结构。此后，与实施方式1相同，通过磨削去除基板18，而形成DFB部201的表面侧第一电极15、DBR部202的表面侧第二电极16以及整个背面侧电极17。这里，作为电极形成的方法，例如可使用金属蒸镀方法。
通过实施方式2所涉及的半导体激光器，也能够通过由PD部203检测的电流量的变化来测定从DFB部201射出的激光的输出变化，由于DFB部201的发光层1与PD部203的芯层2独立地动作，因此能够分别设定最佳的层结构。另外，起到能防止DFB部201与PD部203间的电流路径的效果。并且，通过采用高台面型波导结构，能够更高效地将激光封入发光层1。
实施方式3
在实施方式3所涉及的掩埋型的半导体激光器300(未图示)中，导波方向的截面结构与图32相同。
针对实施方式3所涉及的掩埋型的半导体激光器300的相对于导波方向垂直的方向的截面结构，在图36中示出DFB部301的截面，在图37中示出DBR部302的截面，在图38中示出PD部303的截面。
实施方式3所涉及的掩埋型的半导体激光器300的相对于导波方向垂直的截面结构，分别如图36、图37、图38所示，是背面侧第一包覆层3a、背面侧第二包覆层4a以及背面侧第三包覆层5a的一部分为止被加工成高台面型波导结构，并且将该被加工的区域用电阻值高的电流阻挡层19掩埋的掩埋型。
在图36至38中，标注与图1相同的附图标记的部分表示相同或对应的结构。
在实施方式3所涉及的掩埋型的半导体激光器300的制造方法中，从表面朝向背面，到包覆层的一部分为止被加工成高台面型波导结构的工序与实施方式2相同。并且，此后，用电流阻挡层19掩埋被加工的区域，之后通过磨削去除基板18，从而形成表面侧第一电极15、表面侧第二电极16以及背面侧电极17。这里，作为电极形成的方法，例如可使用金属蒸镀方法。
除高台面型波导结构以外，实施方式1的图2至4和图18至20那样的脊型波导结构，也同样能够用电流阻挡层19掩埋被加工的区域，来制造掩埋型的半导体激光器。
利用实施方式3所涉及的掩埋型的半导体激光器300，也能够通过由PD部303检测的电流量的变化来测定从DFB部301射出的激光的输出变化，由于DFB部301的发光层1与PD部303的芯层2独立地动作，因此能够分别设定最佳的层结构。另外，起到能够防止DFB部301与PD部303间的电流路径的效果。并且，通过设置电流阻挡层19，从而能够均匀地加工层叠表面的厚度分布，因此具有表面电极的平坦化效果，能够成品率良好地制造半导体激光器。
实施方式4
实施方式1、实施方式2以及实施方式3所涉及的半导体激光器，能够由DFB部的第一衍射光栅层9选择发光波长，来设定在DBR部的第二衍射光栅层10反射的激光的波长带和比例。因此，如图39所示，使用多个实施方式1、实施方式2或实施方式3所涉及的半导体激光器并将其并列配置成阵列状，由此能够进行集成。在这样的半导体激光器阵列中，即使在每一个半导体激光器的DFB部的发光波长不相同的情况下，也能够通过形成与每一个发光波长对应的DBR部的第一衍射光栅层而分别设定反射的激光的波长带和比例。
利用实施方式4所涉及的半导体激光器阵列，也能够通过由PD部检测的电流量的变化测定从DFB部射出的激光的输出变化，由于DFB部的发光层1与PD部的芯层2独立地进行动作，因此能够分别设定最佳的层结构。另外，起到能够防止DFB部与PD部间的电流路径的效果。
并且，在实施方式4所涉及的半导体激光器阵列中，半导体激光器间的距离不受PD部的大小限制，能够实现半导体激光器阵列的小型化，且也不产生伴随小型化带来的光输出特性的降低。
此外，本发明在发明的范围内，能够组合各实施方式所涉及的半导体激光器，适当地对各实施方式所涉及的半导体激光器进行变形、省略。
附图标记说明
1...发光层；2...芯层；2a...第一芯层；2b...第二芯层；3、3a、3b...背面侧第一包覆层；4、4a、4b...背面侧第二包覆层；5、5a、5b...背面侧第三包覆层；6、6a、6b...表面侧第一包覆层；7、7a、7b...表面侧第二包覆层；8、8a、8b...表面侧第三包覆层；9...第一衍射光栅层；10...第二衍射光栅层；11...第四包覆层；12...第一接触层；13...第二接触层；14...第三接触层；15...表面侧第一电极；16...表面侧第二电极；17...背面侧电极；18...基板；19...电流阻挡层；20...背面侧包覆层；20a...背面侧包覆层；20b...背面侧包覆层；30...包覆层；40...表面侧包覆层；40a...表面侧包覆层；40b...表面侧包覆层；50...接触层；60...脊结构界面；100、110、200...半导体激光器；101、111、201...DFB部；102、112、202...DBR部；103、113、203...PD部。

Claims (14)

1.一种半导体激光器，其特征在于，具备：
DFB部，其层叠有第一导电型的背面侧第一包覆层、第一导电型的第一衍射光栅层、由第一MQW结构构成并发出激光的发光层、第二导电型的表面侧第一包覆层、以及第二导电型的第一接触层；
DBR部，其层叠有电阻率比所述背面侧第一包覆层高的背面侧第二包覆层、将所述激光的一部分向所述DFB部反射的第二衍射光栅层、对所述激光的剩余部分进行导波并且由有效带隙能量比所述第一MQW结构小的第二MQW结构构成的第一芯层、以及电阻率比所述表面侧第一包覆层高的表面侧第二包覆层；以及
PD部，其层叠有第一导电型的背面侧第三包覆层、对所述DBR部的所述第一芯层所导波的所述激光的剩余部分进行吸收的由所述第二MQW结构构成的第二芯层、第二导电型的表面侧第三包覆层、以及第二导电型的第二接触层。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，
具有在所述背面侧第一包覆层、所述背面侧第二包覆层以及所述背面侧第三包覆层上共同设置的背面侧电极。
3.根据权利要求1或2所述的半导体激光器，其特征在于，
在所述DFB部具备表面侧第一电极，在所述PD部具备表面侧第二电极。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的半导体激光器，其特征在于，
所述表面侧第二包覆层的电阻率是所述表面侧第一包覆层的电阻率的10倍以上。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的半导体激光器，其特征在于，
所述背面侧第二包覆层的电阻率是所述背面侧第一包覆层的电阻率的10倍以上。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的半导体激光器，其特征在于，
构成所述第一MQW结构的阱层的层厚小于构成所述第二MQW结构的阱层的层厚。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的半导体激光器，其特征在于，
设置有对所述激光进行导波的脊型波导结构。
8.根据权利要求1～6中任一项所述的半导体激光器，其特征在于，
设置有对所述激光进行导波的高台面型波导结构。
9.根据权利要求7或8所述的半导体激光器，其特征在于，
用电流阻挡层掩埋所述脊型波导结构或所述高台面型波导结构。
10.一种半导体激光器阵列，其特征在于，
并列配置有至少两个权利要求1～9中任一项所述的半导体激光器。
11.一种半导体激光器的制造方法，其特征在于，具备如下工序：
在要形成DFB部、与所述DFB部邻接的DBR部以及与所述DBR部邻接的PD部这样的各部的基板之上，通过结晶生长而依次形成背面侧包覆层的一部分和衍射光栅形成用包覆层的工序；
分别通过蚀刻，而在与所述DFB部对应的所述衍射光栅形成用包覆层形成第一衍射光栅层，以及在与所述DBR部对应的所述衍射光栅形成用包覆层形成第二衍射光栅层的工序；
在所述衍射光栅形成用包覆层之上，通过结晶生长而形成所述背面侧包覆层的剩余部分的工序；
向所述DFB部和所述PD部的所述背面侧包覆层注入载流子的工序；
在所述背面侧包覆层之上通过结晶生长而形成由第一MQW结构构成的发光层的工序；
在去除所述DBR部和所述PD部的所述发光层之后，通过结晶生长而形成由有效带隙能量比所述第一MQW结构小的第二MQW结构构成的芯层的工序；
在所述发光层和所述芯层之上通过结晶生长而依次形成表面侧包覆层和接触层的工序；
向所述DFB部和所述PD部的所述表面侧包覆层和所述接触层注入载流子的工序；
通过磨削而去除所述基板的工序；
在所述DFB部和所述PD部的所述接触层之上分别形成表面侧电极的工序；以及
在所述背面侧包覆层的由于去除所述基板而露出的面之上形成背面侧电极的工序。
12.根据权利要求11所述的半导体激光器的制造方法，其特征在于，
包含通过蚀刻而形成对激光进行导波的脊型波导结构的工序。
13.根据权利要求11所述的半导体激光器的制造方法，其特征在于，
包含通过蚀刻而形成对激光进行导波的高台面型波导结构的工序。
14.根据权利要求12或13所述的半导体激光器的制造方法，其特征在于，
包含用电流阻挡层掩埋所述脊型波导结构或所述高台面型波导结构的工序。
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