JP2001257421A - 半導体レーザ素子および製造方法 - Google Patents
半導体レーザ素子および製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 製造が容易で、発光効率の良い半導体レーザ
素子を提供する。 【解決手段】 Alを含む半導体結晶の上に結晶成長をさ
せていたが、Alを含まない材料を用いて半導体レーザ素
子を形成する。このことにより、Alの酸化物による結晶
欠陥を発生させることがなくなる。利得領域とＤＢＲ領
域でＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層のＩｎＧａＡｓの組成
を変えることによって、利得領域で発光した光が、ＤＢ
Ｒ領域のＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層での吸収損失を抑
制する。よって発光効率の良い半導体レーザ素子とな
る。また、活性層を持たない窓領域を形成することによ
って、通常の低反射膜を用いても容易に１％以下の反射
率を実現する。
素子を提供する。 【解決手段】 Alを含む半導体結晶の上に結晶成長をさ
せていたが、Alを含まない材料を用いて半導体レーザ素
子を形成する。このことにより、Alの酸化物による結晶
欠陥を発生させることがなくなる。利得領域とＤＢＲ領
域でＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層のＩｎＧａＡｓの組成
を変えることによって、利得領域で発光した光が、ＤＢ
Ｒ領域のＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層での吸収損失を抑
制する。よって発光効率の良い半導体レーザ素子とな
る。また、活性層を持たない窓領域を形成することによ
って、通常の低反射膜を用いても容易に１％以下の反射
率を実現する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体レーザ素
子および製造方法に関するものである。詳しくは、Ｇａ
Ａｓ基板を用いたレザー素子で特に単一縦モード発振す
るレーザに関するものである。
子および製造方法に関するものである。詳しくは、Ｇａ
Ａｓ基板を用いたレザー素子で特に単一縦モード発振す
るレーザに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の半導体レーザ素子として、図２の
素子構造を示す断面図を用いて説明する。この半導体レ
ーザ素子は、ｎ−ＧａＡｓ基板２０上に、ｎ−ＡｌＧａ
Ａｓクラッド層２１と、ＡｌＧａＡｓ光導波路層２２
と、ＩｎＧａＡｓ活性層２３と、ｐ−ＡｌＧａＡｓ光閉
じ込め層２４と、ｐ−ＡｌＧａＡｓ上側クラッド層２５
と、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２６とが形成されてい
る。利得領域１７とＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ
Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）領域１８を備えてい
る。ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２４のＤＢＲ領域１８
には回折格子８が形成されている。利得領域１７側の端
面に約５％の反射率のコーティング膜２８とＤＢＲ領域
１８側の端面には１％以下の反射膜（以下無反射膜２７
という）が形成されており、さらにＤＢＲ領域１８に
は、利得領域１７から電流が流れ込まないようにプロト
ン照射による電気的絶縁領域２９が形成されている。
素子構造を示す断面図を用いて説明する。この半導体レ
ーザ素子は、ｎ−ＧａＡｓ基板２０上に、ｎ−ＡｌＧａ
Ａｓクラッド層２１と、ＡｌＧａＡｓ光導波路層２２
と、ＩｎＧａＡｓ活性層２３と、ｐ−ＡｌＧａＡｓ光閉
じ込め層２４と、ｐ−ＡｌＧａＡｓ上側クラッド層２５
と、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２６とが形成されてい
る。利得領域１７とＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ
Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）領域１８を備えてい
る。ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２４のＤＢＲ領域１８
には回折格子８が形成されている。利得領域１７側の端
面に約５％の反射率のコーティング膜２８とＤＢＲ領域
１８側の端面には１％以下の反射膜（以下無反射膜２７
という）が形成されており、さらにＤＢＲ領域１８に
は、利得領域１７から電流が流れ込まないようにプロト
ン照射による電気的絶縁領域２９が形成されている。
【０００３】このように製作することによって、この半
導体レーザ素子は、利得領域１７で発光した光が回折格
子８のＢｒａｇｇ反射により利得領域１７に反射されレ
ーザ発振する。この場合発振波長は利得領域１７で発光
する波長範囲の内で、しかも回折格子８の周期でＢｒａ
ｇｇ反射条件を満たす波長のみが単一縦モード発振す
る。
導体レーザ素子は、利得領域１７で発光した光が回折格
子８のＢｒａｇｇ反射により利得領域１７に反射されレ
ーザ発振する。この場合発振波長は利得領域１７で発光
する波長範囲の内で、しかも回折格子８の周期でＢｒａ
ｇｇ反射条件を満たす波長のみが単一縦モード発振す
る。
【０００４】上記のような半導体レーザ素子は、例え
ば、Ｊ．Ｓ．Ｍａｊｏｒ Ｊｒ他“Sinflemode ＩｎＧ
ａＡｓ/GaAs distributed Bragg reflector laser diod
es operating at 1083nm"Electronics Letters ,Vol.2
9,No.24.PP2121-2122に記載されている。
ば、Ｊ．Ｓ．Ｍａｊｏｒ Ｊｒ他“Sinflemode ＩｎＧ
ａＡｓ/GaAs distributed Bragg reflector laser diod
es operating at 1083nm"Electronics Letters ,Vol.2
9,No.24.PP2121-2122に記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の方
法では、次に挙げるような問題点があった。図２を用い
て説明する。まず、形成時のｎ−ＧａＡｓ基板２０上へ
の結晶成長で、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２１、Ａｌ
ＧａＡｓ光導波層２２を順次形成する。この時、Ａｌを
含む半導体結晶を形成している。しかしこの場合、結晶
成長界面にＡｌの酸化物による結晶欠陥が多くできてし
まう。このような、結晶成長を行った半導体レーザ素子
は所望の性能を得られなかったり、信頼性の低いレーザ
素子になってしまう。
法では、次に挙げるような問題点があった。図２を用い
て説明する。まず、形成時のｎ−ＧａＡｓ基板２０上へ
の結晶成長で、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２１、Ａｌ
ＧａＡｓ光導波層２２を順次形成する。この時、Ａｌを
含む半導体結晶を形成している。しかしこの場合、結晶
成長界面にＡｌの酸化物による結晶欠陥が多くできてし
まう。このような、結晶成長を行った半導体レーザ素子
は所望の性能を得られなかったり、信頼性の低いレーザ
素子になってしまう。
【０００６】次に、利得領域１７とＤＢＲ領域１８は、
両方とも同一の組成のＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層６を
用いるために利得領域１７で発光した光は、ＤＢＲ領域
１８で吸収され損失が起こる。その結果、発光効率の低
下を引き起こし、効率の悪いレーザ素子になってしま
う。
両方とも同一の組成のＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層６を
用いるために利得領域１７で発光した光は、ＤＢＲ領域
１８で吸収され損失が起こる。その結果、発光効率の低
下を引き起こし、効率の悪いレーザ素子になってしま
う。
【０００７】次に、ＤＢＲ領域側１８の端面での反射膜
は、ファブリ・ペローモードを抑制するために、反射率
を1％以下に抑制した反射膜を使う必要がある。しか
し、通常のコーティング膜では、膜の厚さの制御と膜の
組成の制御が困難で安定して１％以下に反射率を抑制し
た反射膜にはならない。反射膜の反射率が安定していな
いと、半導体レーザ素子は安定した単一縦モード発振を
得ることができない。
は、ファブリ・ペローモードを抑制するために、反射率
を1％以下に抑制した反射膜を使う必要がある。しか
し、通常のコーティング膜では、膜の厚さの制御と膜の
組成の制御が困難で安定して１％以下に反射率を抑制し
た反射膜にはならない。反射膜の反射率が安定していな
いと、半導体レーザ素子は安定した単一縦モード発振を
得ることができない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】よってこの発明は上記に
記載したような解決するために、次のような手段を用い
る。Ａｌを含む半導体結晶の上に結晶成長をしていた
が、Ａｌを含まない半導体材料を用いて半導体レーザ素
子を形成する。このことにより、Ａｌの酸化物による結
晶欠陥ができることはない。よって、特性の劣化や信頼
性の低い半導体レーザ素子になることはない。
記載したような解決するために、次のような手段を用い
る。Ａｌを含む半導体結晶の上に結晶成長をしていた
が、Ａｌを含まない半導体材料を用いて半導体レーザ素
子を形成する。このことにより、Ａｌの酸化物による結
晶欠陥ができることはない。よって、特性の劣化や信頼
性の低い半導体レーザ素子になることはない。
【０００９】次に、利得領域とＤＢＲ領域のＩｎＧａＡ
ｓ量子井戸活性層は両方とも同一の組成のＩｎＧａＡｓ
を用いるために利得領域で発光した光は、ＤＢＲ領域で
吸収され損失が起こっていた。しかし、この発明では、
利得領域とＤＢＲ領域でＩｎＧａＡｓ量子井戸層のＩｎ
ＧａＡｓの組成を変えることによって、利得領域で発光
した光がＤＢＲ領域のＩｎＧａＡｓ量子井戸層で吸収さ
れることがない。よって、発光効率の低下が起こらない
ため、効率の良いレーザ素子になる。
ｓ量子井戸活性層は両方とも同一の組成のＩｎＧａＡｓ
を用いるために利得領域で発光した光は、ＤＢＲ領域で
吸収され損失が起こっていた。しかし、この発明では、
利得領域とＤＢＲ領域でＩｎＧａＡｓ量子井戸層のＩｎ
ＧａＡｓの組成を変えることによって、利得領域で発光
した光がＤＢＲ領域のＩｎＧａＡｓ量子井戸層で吸収さ
れることがない。よって、発光効率の低下が起こらない
ため、効率の良いレーザ素子になる。
【００１０】また、ＤＢＲ領域側の端面には、活性層を
持たない窓領域を形成することによって、１％以上の反
射率を持つ通常のコーティング膜を用いても容易に１％
以下の反射率を実現することができる。以上のことから
上記課題が解決される。
持たない窓領域を形成することによって、１％以上の反
射率を持つ通常のコーティング膜を用いても容易に１％
以下の反射率を実現することができる。以上のことから
上記課題が解決される。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いてこの発明の実
施形態について説明する。図１は、第１の実施形態の半
導体レーザ素子の構造を示す斜視図である。この半導体
レザー素子は、３００μｍ程度の厚さのｎ−ＧａＡｓ基
板１と、２μ程度の厚さのｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
２と、５０μｍ程度の厚さのＧａＡｓ光閉じ込め層３
と、ｐ電極１２と、ｎ電極１３とを備えている。利得領
域１７とＤＢＲ領域１８と窓領域１９と無反射膜１６と
低反射膜１５を備えている。図１に示される、Ａ−Ａ’
断面は、光導波路部分の断面になり、Ｂ−Ｂ’断面は利
得領域１７部分の断面になる。
施形態について説明する。図１は、第１の実施形態の半
導体レーザ素子の構造を示す斜視図である。この半導体
レザー素子は、３００μｍ程度の厚さのｎ−ＧａＡｓ基
板１と、２μ程度の厚さのｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
２と、５０μｍ程度の厚さのＧａＡｓ光閉じ込め層３
と、ｐ電極１２と、ｎ電極１３とを備えている。利得領
域１７とＤＢＲ領域１８と窓領域１９と無反射膜１６と
低反射膜１５を備えている。図１に示される、Ａ−Ａ’
断面は、光導波路部分の断面になり、Ｂ−Ｂ’断面は利
得領域１７部分の断面になる。
【００１２】図３は、この発明の半導体レーザ素子製造
工程を示す斜視図である。図４（ａ）は、この発明の半
導体レーザ素子製造工程を示す斜視図である。図４
（ｂ）は、図４(ａ)における上面図である。図５（ａ）
は、この発明の半導体レーザ素子製造工程を示す斜視図
である。図５（ｂ）は、製造工程におけるＡ−Ａ’断面
図である。図５（ｃ）は、製造工程におけるＢ−Ｂ’断
面図である。図６（ａ）は、この発明の半導体レーザ素
子製造工程を示す斜視図である。図６（ｂ）は、製造工
程におけるＡ−Ａ’断面図である。図６（ｃ）は、図６
（ａ）における上面図である。図７（ａ）は、この発明
の半導体レーザ素子製造工程を示す斜視図である。図７
（ｂ）は、製造工程におけるＡ−Ａ’断面図である。図
７（ｃ）は、製造工程におけるＢ−Ｂ’断面図である。
図８（ａ）は、この発明の半導体レーザ素子製造方法を
示す斜視図である。図７（ｂ）は、製造工程におけるＢ
−Ｂ’断面図である。図９（ａ）は、この発明の半導体
レーザ素子製造工程を示す斜視図である。図９（ｂ）
は、製造工程におけるＢ−Ｂ’断面図である。図１０
は、図１におけるＡ−Ａ’断面図である。
工程を示す斜視図である。図４（ａ）は、この発明の半
導体レーザ素子製造工程を示す斜視図である。図４
（ｂ）は、図４(ａ)における上面図である。図５（ａ）
は、この発明の半導体レーザ素子製造工程を示す斜視図
である。図５（ｂ）は、製造工程におけるＡ−Ａ’断面
図である。図５（ｃ）は、製造工程におけるＢ−Ｂ’断
面図である。図６（ａ）は、この発明の半導体レーザ素
子製造工程を示す斜視図である。図６（ｂ）は、製造工
程におけるＡ−Ａ’断面図である。図６（ｃ）は、図６
（ａ）における上面図である。図７（ａ）は、この発明
の半導体レーザ素子製造工程を示す斜視図である。図７
（ｂ）は、製造工程におけるＡ−Ａ’断面図である。図
７（ｃ）は、製造工程におけるＢ−Ｂ’断面図である。
図８（ａ）は、この発明の半導体レーザ素子製造方法を
示す斜視図である。図７（ｂ）は、製造工程におけるＢ
−Ｂ’断面図である。図９（ａ）は、この発明の半導体
レーザ素子製造工程を示す斜視図である。図９（ｂ）
は、製造工程におけるＢ−Ｂ’断面図である。図１０
は、図１におけるＡ−Ａ’断面図である。
【００１３】以下、図を用いて製造工程を説明する。図
３に示す様に、３００μｍ程度の厚さのｎ−ＧａＡｓ基
板１上に、ＭＯＣＶＤ(metal organic chemical vapor
deposition)を用いて、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２
を２μ程度の厚さに形成する。次に、ＧａＡｓ光閉じ込
め層３を５０μｍ程度の厚さに順次形成する。
３に示す様に、３００μｍ程度の厚さのｎ−ＧａＡｓ基
板１上に、ＭＯＣＶＤ(metal organic chemical vapor
deposition)を用いて、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２
を２μ程度の厚さに形成する。次に、ＧａＡｓ光閉じ込
め層３を５０μｍ程度の厚さに順次形成する。
【００１４】図４（ａ）に示す様に、ＧａＡｓ光閉じ込
め層３上にＳｉＮ等の誘電体薄膜を選択成長マスク４と
して２００ｎｍから３００ｎｍ程度の厚さで形成する。
詳しくは図４（ｂ）に示す様に、利得領域１７では、光
導波路となる部分にＷ１の間隔を持ち、一対のストライ
プ状の選択成長マスク４を形成する。利得領域１７での
選択成長マスク４は幅Ｗ２で長さＬ２である。また、窓
領域１９では、幅をＷ１より広く、窓領域１９の長さと
同じＬ１を持つ選択成長マスク４を半導体レーザ素子完
成時に光導波路になる部分へ形成する。
め層３上にＳｉＮ等の誘電体薄膜を選択成長マスク４と
して２００ｎｍから３００ｎｍ程度の厚さで形成する。
詳しくは図４（ｂ）に示す様に、利得領域１７では、光
導波路となる部分にＷ１の間隔を持ち、一対のストライ
プ状の選択成長マスク４を形成する。利得領域１７での
選択成長マスク４は幅Ｗ２で長さＬ２である。また、窓
領域１９では、幅をＷ１より広く、窓領域１９の長さと
同じＬ１を持つ選択成長マスク４を半導体レーザ素子完
成時に光導波路になる部分へ形成する。
【００１５】また、長さＬ２は利得領域１７の領域の長
さを決めるものであり、利得を得るのに必要十分な長さ
に設計する。一般的な半導体レーザ素子の利得領域１７
の長さは、３００μｍから５００μｍ程度である。高出
力を得るためには、７００μｍ以上の長さを用いる。
さを決めるものであり、利得を得るのに必要十分な長さ
に設計する。一般的な半導体レーザ素子の利得領域１７
の長さは、３００μｍから５００μｍ程度である。高出
力を得るためには、７００μｍ以上の長さを用いる。
【００１６】次に図５(ａ)、図５（ｂ）、図５（ｃ）に
示す様に、ＧａＡｓ光閉じ込め層３の露出している部分
に、下部ＧａＡｓ光閉じ込め層５を５０ｎｍから７０ｎ
ｍ程度、ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層６と上部ＧａＡｓ
光閉じ込め層７を１００ｎｍから１２０ｎｍ程度の厚で
順次結晶成長させる。このときＩｎＧａＡｓ量子井戸活
性層６のＩｎＧａＡｓの組成および厚さは所望の発振波
長を得ることができるように適宜決定する。
示す様に、ＧａＡｓ光閉じ込め層３の露出している部分
に、下部ＧａＡｓ光閉じ込め層５を５０ｎｍから７０ｎ
ｍ程度、ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層６と上部ＧａＡｓ
光閉じ込め層７を１００ｎｍから１２０ｎｍ程度の厚で
順次結晶成長させる。このときＩｎＧａＡｓ量子井戸活
性層６のＩｎＧａＡｓの組成および厚さは所望の発振波
長を得ることができるように適宜決定する。
【００１７】上記の結晶成長時に、結晶成長マスク4に
よって、ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層６の、ＩｎＧａＡ
ｓの組成を変えることができる。詳しくは、両側を選択
成長マスクで挟まれている部分の結晶成長は、選択成長
マスクがない部分よりも成長速度が速くなり、結晶膜の
厚さも厚くすることができる。つまりこのように厚く形
成した部分はバンドギャップ波長で長波長の部分にな
る。
よって、ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層６の、ＩｎＧａＡ
ｓの組成を変えることができる。詳しくは、両側を選択
成長マスクで挟まれている部分の結晶成長は、選択成長
マスクがない部分よりも成長速度が速くなり、結晶膜の
厚さも厚くすることができる。つまりこのように厚く形
成した部分はバンドギャップ波長で長波長の部分にな
る。
【００１８】たとえば、図４（ｂ）に示した、選択成長
マスク４のＷ１の幅を１０μｍから２０μｍ程度、選択
成長マスク４のＷ２の幅を２０μｍから５０μｍとする
と、ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層６の、ＩｎＧａＡｓの
組成が変わり、ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層６のバンド
ギャップ波長をＤＢＲ領域１８と利得領域１７で変える
ことができる。この場合ＤＢＲ領域１８より利得領域１
７の方が５０ｎｍ以上バンドギャップ波長を長くするこ
とができる。
マスク４のＷ１の幅を１０μｍから２０μｍ程度、選択
成長マスク４のＷ２の幅を２０μｍから５０μｍとする
と、ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層６の、ＩｎＧａＡｓの
組成が変わり、ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層６のバンド
ギャップ波長をＤＢＲ領域１８と利得領域１７で変える
ことができる。この場合ＤＢＲ領域１８より利得領域１
７の方が５０ｎｍ以上バンドギャップ波長を長くするこ
とができる。
【００１９】窓領域の長さＬ１は、反射率低減のために
は長い方が良いが、長くすると光の放射角が広がり、実
際に使用する場合ファイバとの結合が悪くなる。例えば
この実施形態では、窓領域の長さＬ１を１０μｍから２
０μｍにすることで、光の放射角を広げることなく反射
率を１％以下にすることが容易にできる。詳しくは、Ｉ
ｎの組成が２０％、厚さ７ｎｍの場合、選択成長マスク
のない部分では、バンドギャップ波長で約９８０ｎｍに
なる。利得領域１７でのバンドギャップ波長はこれより
も長波長になりバンドギャップ波長は、約１０３０ｎｍ
になる。
は長い方が良いが、長くすると光の放射角が広がり、実
際に使用する場合ファイバとの結合が悪くなる。例えば
この実施形態では、窓領域の長さＬ１を１０μｍから２
０μｍにすることで、光の放射角を広げることなく反射
率を１％以下にすることが容易にできる。詳しくは、Ｉ
ｎの組成が２０％、厚さ７ｎｍの場合、選択成長マスク
のない部分では、バンドギャップ波長で約９８０ｎｍに
なる。利得領域１７でのバンドギャップ波長はこれより
も長波長になりバンドギャップ波長は、約１０３０ｎｍ
になる。
【００２０】図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）に示
す様に、上部ＧａＡｓ光閉じ込め層７のＤＢＲ領域１８
に、回折格子８を形成する。形成方法は、例えばレジス
トを塗布した後に通常の干渉露光方法によりレジストを
パターニングし化学エッチングにより波形の回折格子８
を形成する。回折格子８の間隔は所望の発振波長が得ら
れるように適宜設定する。次に、選択成長マスク４を除
去する。
す様に、上部ＧａＡｓ光閉じ込め層７のＤＢＲ領域１８
に、回折格子８を形成する。形成方法は、例えばレジス
トを塗布した後に通常の干渉露光方法によりレジストを
パターニングし化学エッチングにより波形の回折格子８
を形成する。回折格子８の間隔は所望の発振波長が得ら
れるように適宜設定する。次に、選択成長マスク４を除
去する。
【００２１】図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）に示
す様に、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層９、ｐ−ＧａＡｓ
コンタクト層１０を順次成長させる。次に、横モード抑
制のための導波路を形成する。この実施形態では図８
(ａ)、図８（ｂ）に示す様に、メサ型のリッジ構造の導
波路を形成する。次に電極形成のためにＳｉＮ絶縁膜１
１を全面に形成し、リッジの頂上部にｐ−ＧａＡｓコン
タクト層１０を露出させるように、ＳｉＮ絶縁膜１１を
取り除く。
す様に、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層９、ｐ−ＧａＡｓ
コンタクト層１０を順次成長させる。次に、横モード抑
制のための導波路を形成する。この実施形態では図８
(ａ)、図８（ｂ）に示す様に、メサ型のリッジ構造の導
波路を形成する。次に電極形成のためにＳｉＮ絶縁膜１
１を全面に形成し、リッジの頂上部にｐ−ＧａＡｓコン
タクト層１０を露出させるように、ＳｉＮ絶縁膜１１を
取り除く。
【００２２】次に、図９(ａ)、図９（ｂ）に示す様にｐ
型電極１２を全面に形成する。次に、ｎ−ＧａＡｓ基盤
1を適切な厚さになるまで研磨する。次に、研磨したｎ
−ＧａＡｓ基盤の底部に、ｎ型電極１３を形成する。
型電極１２を全面に形成する。次に、ｎ−ＧａＡｓ基盤
1を適切な厚さになるまで研磨する。次に、研磨したｎ
−ＧａＡｓ基盤の底部に、ｎ型電極１３を形成する。
【００２３】次に、図１０に示す様に、利得領域１７部
分とＤＢＲ領域１８部分を電気的に絶縁するために、利
得領域１７とＤＢＲ領域１８の間の、ｐ型電極１２とｐ
−ＧａＡｓコンタクト層１０を、２０μｍから５０μｍ
の幅でエッチングにより取り除く。この取り除いた部分
を電極分離部分１４と呼ぶ。また、同時に窓領域１９へ
のリーク電流が流れるのを防ぐ為にＩｎＧａＡｓ量子井
戸活性層６のない窓領域１９部分のｐ型電極１２とｐ−
ＧａＡｓコンタクト層１０も取り除く。またこのときｐ
−ＧａＡｓコンタクト層１０を取り除く変わりに従来の
ようにプロトン照射方法を用いて電極分離をおこなうこ
とも可能である。また、ＤＢＲ領域１８のｐ−ＧａＡｓ
コンタクト層１０にプロトン照射方法を用いて電流が流
れないようにすることも可能である。
分とＤＢＲ領域１８部分を電気的に絶縁するために、利
得領域１７とＤＢＲ領域１８の間の、ｐ型電極１２とｐ
−ＧａＡｓコンタクト層１０を、２０μｍから５０μｍ
の幅でエッチングにより取り除く。この取り除いた部分
を電極分離部分１４と呼ぶ。また、同時に窓領域１９へ
のリーク電流が流れるのを防ぐ為にＩｎＧａＡｓ量子井
戸活性層６のない窓領域１９部分のｐ型電極１２とｐ−
ＧａＡｓコンタクト層１０も取り除く。またこのときｐ
−ＧａＡｓコンタクト層１０を取り除く変わりに従来の
ようにプロトン照射方法を用いて電極分離をおこなうこ
とも可能である。また、ＤＢＲ領域１８のｐ−ＧａＡｓ
コンタクト層１０にプロトン照射方法を用いて電流が流
れないようにすることも可能である。
【００２４】最後に、利得領域１７の端面に低反射膜１
５を形成し、窓領域１９の端面に無反射膜１６を形成す
る。
５を形成し、窓領域１９の端面に無反射膜１６を形成す
る。
【００２５】このような方法を用いて形成した半導体レ
ーザ素子では、利得領域１７に適正なバイアスを印加し
利得領域１７の活性層に電流を流すことによって、活性
層のＩｎＧａＡｓ組成に対応した波長の光が発生する。
利得領域１７部分で発光した光は低反射膜１５の部分と
回折格子８部分を共振器端面としてレーザ発振する。発
振した光の波長のうち、回折格子８の格子間隔によりＢ
ｒａｇｇ反射条件を満たす単一波長のみが発振するよう
になる。光の取り出しは、利得領域１９の低反射膜１５
の方向から取り出す。
ーザ素子では、利得領域１７に適正なバイアスを印加し
利得領域１７の活性層に電流を流すことによって、活性
層のＩｎＧａＡｓ組成に対応した波長の光が発生する。
利得領域１７部分で発光した光は低反射膜１５の部分と
回折格子８部分を共振器端面としてレーザ発振する。発
振した光の波長のうち、回折格子８の格子間隔によりＢ
ｒａｇｇ反射条件を満たす単一波長のみが発振するよう
になる。光の取り出しは、利得領域１９の低反射膜１５
の方向から取り出す。
【００２６】以上説明したように、第１の実施形態を用
いることにより、従来の半導体レーザの課題を克服する
ことができる。まず、利得領域１９部分の活性層を選択
成長で形成しているために、利得領域１９でのバンドギ
ャップ波長と回折格子８部分でのバンドギャップ波長を
約５０ｎｍ変化させることができる。これによって、回
折格子８部分での光の吸収による損失を防ぐことができ
る。つまり、回折格子８部分で有効にＢｒａｇｇ条件を
満たす波長のみが反射されことによって、効率よく発光
させることができる。
いることにより、従来の半導体レーザの課題を克服する
ことができる。まず、利得領域１９部分の活性層を選択
成長で形成しているために、利得領域１９でのバンドギ
ャップ波長と回折格子８部分でのバンドギャップ波長を
約５０ｎｍ変化させることができる。これによって、回
折格子８部分での光の吸収による損失を防ぐことができ
る。つまり、回折格子８部分で有効にＢｒａｇｇ条件を
満たす波長のみが反射されことによって、効率よく発光
させることができる。
【００２７】また、ＭＯＣＶＤ(metal organic chemica
l vapor deposition)成長においてＡｌの含まれていな
いＧａＡｓの上に成長を行う製造工程であるために、Ａ
ｌに起因する酸化物による成長界面に結晶欠陥が入り込
まない。このため、成長回数が複数になっても結晶欠陥
が少ない信頼性に優れた素子を提供することができる。
さらに、ＤＢＲ領域１８の端面付近の活性層を選択成長
により成長しないために、実際の端面から反射する光が
導波路に戻りにくいため通常の低反射膜を用いても容易
に１％以下の反射率を実現することができる。このた
め、端面からの反射によるファブリ・ペローモードを抑
制することができ、回折格子８の周期で決まる単一波長
で安定した発振を得ることができる。
l vapor deposition)成長においてＡｌの含まれていな
いＧａＡｓの上に成長を行う製造工程であるために、Ａ
ｌに起因する酸化物による成長界面に結晶欠陥が入り込
まない。このため、成長回数が複数になっても結晶欠陥
が少ない信頼性に優れた素子を提供することができる。
さらに、ＤＢＲ領域１８の端面付近の活性層を選択成長
により成長しないために、実際の端面から反射する光が
導波路に戻りにくいため通常の低反射膜を用いても容易
に１％以下の反射率を実現することができる。このた
め、端面からの反射によるファブリ・ペローモードを抑
制することができ、回折格子８の周期で決まる単一波長
で安定した発振を得ることができる。
【００２８】次に、この発明の第２の実施形態について
説明する。この発明の第１の実施形態では、利得領域１
７と窓領域１９に選択成長マスク４を形成し結晶を選択
成長させた。つまり利得領域１９とＤＢＲ領域１８それ
ぞれの、ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層６のＩｎＧａＡｓ
の組成を変えた。
説明する。この発明の第１の実施形態では、利得領域１
７と窓領域１９に選択成長マスク４を形成し結晶を選択
成長させた。つまり利得領域１９とＤＢＲ領域１８それ
ぞれの、ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層６のＩｎＧａＡｓ
の組成を変えた。
【００２９】しかし、図１１に示す様に窓領域１９のみ
に選択成長マスク４を形成し、図１２に示す様に、下部
ＧａＡｓ光閉じ込め層５とＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層
６と上部ＧａＡｓ光閉じ込め層７を順次選択成長させ、
レーザーを製造することも可能である。このようにレー
ザを製造した場合でも、利得領域１７に適切なバイアス
を印加することによって、ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層
６に電流が流れ発光する。しかし、利得領域１７の部分
に，選択成長マスク４利用しない、つまり選択成長で利
得領域１７を形成しないために、利得領域１７で発光し
た光はＤＢＲ領域１８で吸収され損失となる。これは特
性の劣化となるが、ＤＢＲ領域１８の長さを短くするこ
とによって、特性の劣化を防ぐことができる。つまり、
このように製造した場合でも、この発明の実施形態の特
徴である無反射膜の製造の容易さ、再成長における結晶
界面への結晶欠陥の発生を防ぐことは可能である。
に選択成長マスク４を形成し、図１２に示す様に、下部
ＧａＡｓ光閉じ込め層５とＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層
６と上部ＧａＡｓ光閉じ込め層７を順次選択成長させ、
レーザーを製造することも可能である。このようにレー
ザを製造した場合でも、利得領域１７に適切なバイアス
を印加することによって、ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層
６に電流が流れ発光する。しかし、利得領域１７の部分
に，選択成長マスク４利用しない、つまり選択成長で利
得領域１７を形成しないために、利得領域１７で発光し
た光はＤＢＲ領域１８で吸収され損失となる。これは特
性の劣化となるが、ＤＢＲ領域１８の長さを短くするこ
とによって、特性の劣化を防ぐことができる。つまり、
このように製造した場合でも、この発明の実施形態の特
徴である無反射膜の製造の容易さ、再成長における結晶
界面への結晶欠陥の発生を防ぐことは可能である。
【００３０】また、上記の実施形態では、利得領域１９
であるレーザ部分とＤＢＲ領域１８である回折格子部分
を併せ持つ素子構造について説明した。しかし図１３に
示す様にＤＢＲ領域１８に回折格子８を形成せずに、利
得領域１７に回折格子８を形成し、ＤＦＢ(Ｄｉｓｔｒ
ｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ)レーザの様に形成す
ることで、レーザと光変調器を集積した構造の変調器付
レーザ等のデバイスにも応用が可能である。
であるレーザ部分とＤＢＲ領域１８である回折格子部分
を併せ持つ素子構造について説明した。しかし図１３に
示す様にＤＢＲ領域１８に回折格子８を形成せずに、利
得領域１７に回折格子８を形成し、ＤＦＢ(Ｄｉｓｔｒ
ｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ)レーザの様に形成す
ることで、レーザと光変調器を集積した構造の変調器付
レーザ等のデバイスにも応用が可能である。
【００３１】例えば変調器付レーザの場合、利得領域１
７に逆バイアスを印加することで、上記のＤＢＲ領域に
あるＩｎＧａＡｓ量子井戸層６を吸収層として利用する
ことでレーザ光の吸収量を調節でき光の変調を行うこと
ができる。
７に逆バイアスを印加することで、上記のＤＢＲ領域に
あるＩｎＧａＡｓ量子井戸層６を吸収層として利用する
ことでレーザ光の吸収量を調節でき光の変調を行うこと
ができる。
【００３２】
【発明の効果】この発明の半導体レーザによればＡｌ酸
化物の結晶界面での欠損を発生させず、ＩｎＧａＡｓ量
子井戸層を１回の形成工程で、利得領域とＤＢＲ領域と
でＩｎＧａＡｓの組成を変えた層を積層させることがで
きる。そのため、結晶欠陥のない信頼性が高く、発光効
率の低下が起こらず効率の良いレーザ素子にすることが
できる。
化物の結晶界面での欠損を発生させず、ＩｎＧａＡｓ量
子井戸層を１回の形成工程で、利得領域とＤＢＲ領域と
でＩｎＧａＡｓの組成を変えた層を積層させることがで
きる。そのため、結晶欠陥のない信頼性が高く、発光効
率の低下が起こらず効率の良いレーザ素子にすることが
できる。
【００３３】また、通常のコーティング膜ではなく、制
御が簡単で安定して１％以下に反射率を抑制した反射膜
を使うことができるので。半導体レーザ素子は安定した
単一縦モード発振を得ることができる。
御が簡単で安定して１％以下に反射率を抑制した反射膜
を使うことができるので。半導体レーザ素子は安定した
単一縦モード発振を得ることができる。
【図１】第１の実施形態の素子を示す斜視図である。
【図２】従来の素子構造を示す断面図である。
【図３】この発明による光変調機能を有する半導体レー
ザの製作プロセス図である。
ザの製作プロセス図である。
【図４】この発明による光変調機能を有する半導体レー
ザの製作プロセス図である。
ザの製作プロセス図である。
【図５】この発明による光変調機能を有する半導体レー
ザの製作プロセス図である。
ザの製作プロセス図である。
【図６】この発明による光変調機能を有する半導体レー
ザの製作プロセス図である。
ザの製作プロセス図である。
【図７】この発明による光変調機能を有する半導体レー
ザの製作プロセス図である。
ザの製作プロセス図である。
【図８】この発明による光変調機能を有する半導体レー
ザの製作プロセス図である。
ザの製作プロセス図である。
【図９】この発明による光変調機能を有する半導体レー
ザの製作プロセス図である。
ザの製作プロセス図である。
【図１０】この発明による光変調機能を有する半導体レ
ーザの製作プロセス図である。
ーザの製作プロセス図である。
【図１１】この発明による光変調機能を有する半導体レ
ーザの製作プロセス図である。
ーザの製作プロセス図である。
【図１２】この発明による光変調機能を有する半導体レ
ーザの製作プロセス図である。
ーザの製作プロセス図である。
【図１３】この発明による光変調機能を有する半導体レ
ーザの製作プロセス図である。
ーザの製作プロセス図である。
１、ｎ−ＧａＡｓ基板 ２、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層 ３、ＧａＡｓ光閉じ込め層 ４、選択成長マスク ５、下部ＧａＡｓ光閉じ込め層 ６、ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層 ７、上部ＧａＡｓ光閉じ込め層 ８、回折格子 ９、ｐ-ＡｌＧａＡｓクラッド層 １０、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 １１、ＳｉＮ絶縁膜 １２、ｐ型電極 １３、ｎ型電極 １４、電極分離部分 １５、低反射膜 １６、無反射膜 １７、利得領域 １８、ＤＢＲ領域 １９、窓領域 ２０、ｎ−ＧａＡｓ基板 ２１、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層 ２２、ＡｌＧａＡｓ光導波路層 ２３、ＩｎＧａＡｓ活性層 ２４、ｐ−ＡｌＧａＡｓ光閉じ込め層 ２５、ｐ−ＡｌＧａＡｓ上側クラッド層 ２６、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 ２７、無反射膜 ２８、５％反射膜コーティング膜 ２９、プロトン照射による絶縁領域
Claims (3)
- 【請求項１】 同一のｎ−ＧａＡｓ基板上に互いに隣接
する利得領域とＤＢＲ領域と、該ＤＢＲ領域の光出射方
向の端面に窓領域を形成する半導体レーザ製造方法にお
いて、 前記ｎ−ＧａＡｓ基板上にｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
と、ＧａＡｓ光閉じ込め層とを順次積層する工程と、 前記ＧａＡｓ光閉じ込め層上に選択成長マスクを形成す
る工程と、 前記ＧａＡｓ光閉じ込め層上の前記選択成長マスク以外
の部分へ下部ＧａＡｓ光閉じ込め層と、ＩｎＧａＡｓ量
子井戸活性層、上部光閉じ込め層を順次積層する工程
と、 前記上部光閉じ込め層の前記ＤＢＲ領域に回折格子を形
成する工程と、 前記利得領域、前記ＤＢＲ領域および前記窓領域にｐ−
ＡｌＧａＡｓクラッド層と、更にｐ−ＧａＡｓコンタク
ト層を順次積層する工程と、 前記窓領域の端面に反射膜を形成する工程と、 を含むことを特徴とする半導体レーザの製造方法。 - 【請求項２】 同一のｎ−ＧａＡｓ基板上に互いに隣接
する利得領域とＤＢＲ領域と、該ＤＢＲ領域の光出射方
向の端面に窓領域を有した半導体レーザにおいて、 前記ｎ−ＧａＡｓ基板上にｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
とＧａＡｓ光閉じ込め層とを有し、 該ＧａＡｓ光閉じ込め層上に下部ＧａＡｓ光閉じ込め
層、ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層、上部光閉じ込め層を
有し、 前記上部光閉じ込め層の前記ＤＢＲ領域に回折格子を有
し、 該回折格子上前記利得領域、前記ＤＢＲ領域および前記
窓領域にｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層とｐ−ＧａＡｓコ
ンタクト層を有し、 前記窓領域の端面に反射膜を有していることを特徴とす
る半導体レーザ。 - 【請求項３】 請求項２に記載の半導体レーザにおい
て、 前記ＧａＡｓ光閉じ込め層上に前記利得領域および前記
ＤＢＲ領域とで異なる組成のＩｎＧａＡｓ量子井戸活性
層を有していることを特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000066920A JP2001257421A (ja) | 2000-03-10 | 2000-03-10 | 半導体レーザ素子および製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000066920A JP2001257421A (ja) | 2000-03-10 | 2000-03-10 | 半導体レーザ素子および製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001257421A true JP2001257421A (ja) | 2001-09-21 |
Family
ID=18586198
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000066920A Pending JP2001257421A (ja) | 2000-03-10 | 2000-03-10 | 半導体レーザ素子および製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001257421A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111064076A (zh) * | 2018-10-17 | 2020-04-24 | 住友电工光电子器件创新株式会社 | 光学半导体器件及其制造方法 |
| WO2022038756A1 (ja) * | 2020-08-20 | 2022-02-24 | 日本電信電話株式会社 | 半導体チップおよび光モジュール |
-
2000
- 2000-03-10 JP JP2000066920A patent/JP2001257421A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111064076A (zh) * | 2018-10-17 | 2020-04-24 | 住友电工光电子器件创新株式会社 | 光学半导体器件及其制造方法 |
| WO2022038756A1 (ja) * | 2020-08-20 | 2022-02-24 | 日本電信電話株式会社 | 半導体チップおよび光モジュール |
| JP7376837B2 (ja) | 2020-08-20 | 2023-11-09 | 日本電信電話株式会社 | 半導体チップおよび光モジュール |
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