JP2001284712A - 分布帰還リッジ型半導体レーザ - Google Patents
分布帰還リッジ型半導体レーザInfo
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 屈折率結合及び利得結合を用いた分布帰還リ
ッジ型半導体レーザを提供する。 【解決手段】半導体活性層１０と、半導体活性層上に突
出して形成されかつ互いに積層されたクラッド層及びコ
ンタクト層からなるリッジと、リッジの両横側の側面か
ら半導体活性層上に延在する複数のグレーティング溝２
０からなりリッジの伸長方向において周期構造を有する
グレーティングと、を有する分布帰還リッジ型半導体レ
ーザにおいて、隣接するグレーティング溝に励起光を吸
収する吸収層４０を有する。
ッジ型半導体レーザを提供する。 【解決手段】半導体活性層１０と、半導体活性層上に突
出して形成されかつ互いに積層されたクラッド層及びコ
ンタクト層からなるリッジと、リッジの両横側の側面か
ら半導体活性層上に延在する複数のグレーティング溝２
０からなりリッジの伸長方向において周期構造を有する
グレーティングと、を有する分布帰還リッジ型半導体レ
ーザにおいて、隣接するグレーティング溝に励起光を吸
収する吸収層４０を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、分布帰還（Distri
buted Feedback:DFB）半導体レーザに関する。
buted Feedback:DFB）半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】分布ブラッグ反射型半導体レーザととも
にDFB半導体レーザは、周期構造すなわち回折格子（グ
レーティング）を励起された光の導波方向に沿って設け
て、前進波及び後進波の結合を利用し、光帰還による波
長選択性を持たせたレーザとして知られている。DFB半
導体レーザは、光ディスクから信号を読み出し／書き込
む光学式情報記録再生装置における光ピックアップ装置
の光源に用いられる他に、光ＣＡＴＶなどの光通信シス
テム、光計測分野などに応用されている。
にDFB半導体レーザは、周期構造すなわち回折格子（グ
レーティング）を励起された光の導波方向に沿って設け
て、前進波及び後進波の結合を利用し、光帰還による波
長選択性を持たせたレーザとして知られている。DFB半
導体レーザは、光ディスクから信号を読み出し／書き込
む光学式情報記録再生装置における光ピックアップ装置
の光源に用いられる他に、光ＣＡＴＶなどの光通信シス
テム、光計測分野などに応用されている。
【０００３】DFB半導体レーザの製造では、光結合を大
きくするために活性層近傍に周期構造を作り込む必要が
あるので、通常、例えば、有機金属化合物気相成長法(M
OCVD)により、活性層を含むレーザ構造を成長させ、エ
ッチングなどにより周期構造を作り、ふたたびレーザ構
造を再成長させる、という再成長工程が必要となる。再
成長工程の煩雑さを回避するために、再成長工程が必要
ないリッジ型半導体レーザの一例として、非対称クラッ
ディング導波路構造を有する利得結合ＤＦＢレーザが提
案されている（M.L. Osowski, J.S. Hughes, R.M. Lamm
ert, and J.J. Coleman "An Asymmetric Cladding Gain
-Coupled DFB Laser with Oxide Defined Metal Surfac
e Grating by MOCVD" IEEE Photonics Technology Lett
ers, Vol.9, No.11, November 1997 P1460-P1462)。こ
の利得結合ＤＦＢレーザは、図１に示すように、リッジ
のある上部クラッド層３上に、周期的に設けられたＳｉ
Ｏ2の複数の絶縁部６及びこれら全体を囲むＴｉ−Ｐｔ
−Ａｕの金属電極７で構成されるグレーティングを有
し、活性層２を挟む上部クラッド層３及び下部クラッド
層１の内、上部クラッド層３を薄くする（光強度分布が
導波路伸長方向の垂直方向に対して非対称する）ことに
特徴がある。このリッジ型利得結合ＤＦＢレーザでは、
グレーティング領域の上部クラッド層３が薄く、トップ
層の吸収が小さいＧａＡｓ系レーザであるため、クラッ
ド３層上部表面まで発振光がしみ出る。したがって、発
振光はクラッド３層上部表面のグレーティングの金属電
極７により変調を受け、単一軸モードでレーザ発振す
る。
きくするために活性層近傍に周期構造を作り込む必要が
あるので、通常、例えば、有機金属化合物気相成長法(M
OCVD)により、活性層を含むレーザ構造を成長させ、エ
ッチングなどにより周期構造を作り、ふたたびレーザ構
造を再成長させる、という再成長工程が必要となる。再
成長工程の煩雑さを回避するために、再成長工程が必要
ないリッジ型半導体レーザの一例として、非対称クラッ
ディング導波路構造を有する利得結合ＤＦＢレーザが提
案されている（M.L. Osowski, J.S. Hughes, R.M. Lamm
ert, and J.J. Coleman "An Asymmetric Cladding Gain
-Coupled DFB Laser with Oxide Defined Metal Surfac
e Grating by MOCVD" IEEE Photonics Technology Lett
ers, Vol.9, No.11, November 1997 P1460-P1462)。こ
の利得結合ＤＦＢレーザは、図１に示すように、リッジ
のある上部クラッド層３上に、周期的に設けられたＳｉ
Ｏ2の複数の絶縁部６及びこれら全体を囲むＴｉ−Ｐｔ
−Ａｕの金属電極７で構成されるグレーティングを有
し、活性層２を挟む上部クラッド層３及び下部クラッド
層１の内、上部クラッド層３を薄くする（光強度分布が
導波路伸長方向の垂直方向に対して非対称する）ことに
特徴がある。このリッジ型利得結合ＤＦＢレーザでは、
グレーティング領域の上部クラッド層３が薄く、トップ
層の吸収が小さいＧａＡｓ系レーザであるため、クラッ
ド３層上部表面まで発振光がしみ出る。したがって、発
振光はクラッド３層上部表面のグレーティングの金属電
極７により変調を受け、単一軸モードでレーザ発振す
る。
【０００４】この表面グレーティング利得結合ＤＦＢレ
ーザをＩｎＧａＡｓＰ系で作製しようとすると、トップ
層すなわちコンタクト層の吸収が大きすぎてスロープ効
率などにおいて満足な特性が得られない。
ーザをＩｎＧａＡｓＰ系で作製しようとすると、トップ
層すなわちコンタクト層の吸収が大きすぎてスロープ効
率などにおいて満足な特性が得られない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、上
記の問題に鑑み、グレーティングと導波光の結合は、屈
折率結合と利得結合の複合結合のＤＦＢ半導体レーザを
提供することを目的とする。
記の問題に鑑み、グレーティングと導波光の結合は、屈
折率結合と利得結合の複合結合のＤＦＢ半導体レーザを
提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ
は、半導体活性層と、前記半導体活性層上に突出して形
成されかつ互いに積層されたクラッド層及びコンタクト
層からなるリッジと、前記リッジの両側面から前記半導
体活性層上に延在する複数のグレーティング溝からなり
前記リッジの伸長方向において周期構造を有するグレー
ティングと、を有する分布帰還リッジ型半導体レーザで
あって、隣接する前記グレーティング溝に励起光を吸収
する吸収層を有することを特徴とする。
は、半導体活性層と、前記半導体活性層上に突出して形
成されかつ互いに積層されたクラッド層及びコンタクト
層からなるリッジと、前記リッジの両側面から前記半導
体活性層上に延在する複数のグレーティング溝からなり
前記リッジの伸長方向において周期構造を有するグレー
ティングと、を有する分布帰還リッジ型半導体レーザで
あって、隣接する前記グレーティング溝に励起光を吸収
する吸収層を有することを特徴とする。
【０００７】本発明の半導体レーザにおいては、前記吸
収層は、前記グレーティング溝に接する第１絶縁層と前
記絶縁層上に積層された金属層と前記金属層上に積層さ
れた第２絶縁層とからなることを特徴とする。本発明の
半導体レーザにおいては、前記吸収層は、絶縁材料に金
属を分散させた絶縁層からなることを特徴とする。
収層は、前記グレーティング溝に接する第１絶縁層と前
記絶縁層上に積層された金属層と前記金属層上に積層さ
れた第２絶縁層とからなることを特徴とする。本発明の
半導体レーザにおいては、前記吸収層は、絶縁材料に金
属を分散させた絶縁層からなることを特徴とする。
【０００８】本発明の半導体レーザにおいては、前記リ
ッジの側面と前記グレーティング溝の各々とを結合しか
つ前記リッジのクラッド層の上部から前記グレーティン
グ溝の上部まで伸長する傾斜面を有するブラケット状グ
レーティング部分を有することを特徴とする。本発明の
半導体レーザにおいては、前記活性層がＩｎ1-xＧａxＡ
ｓ1-yＰy（但し、０≦ｘ＜１，０≦ｙ≦１）を主成分と
するバルク層又は単一量子井戸若しくは多量子井戸層で
あり、前記クラッド層がＩｎＰであることを特徴とす
る。
ッジの側面と前記グレーティング溝の各々とを結合しか
つ前記リッジのクラッド層の上部から前記グレーティン
グ溝の上部まで伸長する傾斜面を有するブラケット状グ
レーティング部分を有することを特徴とする。本発明の
半導体レーザにおいては、前記活性層がＩｎ1-xＧａxＡ
ｓ1-yＰy（但し、０≦ｘ＜１，０≦ｙ≦１）を主成分と
するバルク層又は単一量子井戸若しくは多量子井戸層で
あり、前記クラッド層がＩｎＰであることを特徴とす
る。
【０００９】本発明の半導体レーザにおいては、前記コ
ンタクト層がＩｎＧａＡｓＰ若しくはＩｎＧａＡｓであ
ることを特徴とする。
ンタクト層がＩｎＧａＡｓＰ若しくはＩｎＧａＡｓであ
ることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下に、本発明による分布帰還リ
ッジ型半導体レーザについて実施の形態の一例を図面を
用いて説明する。図２は、横結合分布帰還リッジ型半導
体レーザの断面図を示す。かかる半導体レーザは、半導
体活性層１０と、半導体活性層１０上に突出して形成さ
れかつ互いに積層されたクラッド層１１及びコンタクト
層１３からなるリッジ１５と、を有している。また、半
導体レーザは、リッジ１５の両横側の側面のみから半導
体活性層上に延在するクラッド層の材料からなる複数の
グレーティング溝２０からなりリッジ１５の伸長方向に
おいて周期構造を有するグレーティングを備える。
ッジ型半導体レーザについて実施の形態の一例を図面を
用いて説明する。図２は、横結合分布帰還リッジ型半導
体レーザの断面図を示す。かかる半導体レーザは、半導
体活性層１０と、半導体活性層１０上に突出して形成さ
れかつ互いに積層されたクラッド層１１及びコンタクト
層１３からなるリッジ１５と、を有している。また、半
導体レーザは、リッジ１５の両横側の側面のみから半導
体活性層上に延在するクラッド層の材料からなる複数の
グレーティング溝２０からなりリッジ１５の伸長方向に
おいて周期構造を有するグレーティングを備える。
【００１１】さらに、半導体レーザは、図３に示すよう
に、グレーティングにおける隣接する各々のグレーティ
ング溝２０の間に励起光を吸収する吸収層４０を有す
る。吸収層４０は、グレーティング溝２０に接する第１
絶縁層４０ａと、その上に積層された金属層４０ｂと、
その上に積層された第２絶縁層４０ｃとからなる。ま
た、他の例では、図４に示すように、吸収層は、絶縁材
料に金属を分散させた絶縁層２１としてもよい。
に、グレーティングにおける隣接する各々のグレーティ
ング溝２０の間に励起光を吸収する吸収層４０を有す
る。吸収層４０は、グレーティング溝２０に接する第１
絶縁層４０ａと、その上に積層された金属層４０ｂと、
その上に積層された第２絶縁層４０ｃとからなる。ま
た、他の例では、図４に示すように、吸収層は、絶縁材
料に金属を分散させた絶縁層２１としてもよい。
【００１２】さらに、半導体レーザでは、リッジ１５の
側面とグレーティング溝２０の各々とを結合しかつリッ
ジ１５のクラッド層１１の上部からグレーティング溝２
０で画定されるランド部の上部まで伸長する傾斜面２０
ｂを有するブラケット状グレーティング部分２０ａを備
えている。このＤＦＢ半導体レーザ構造においては、グ
レーティングと導波光との結合は、主に、屈折率結合を
生じるように機能しているが、その一方で、周期的に設
けられた吸収層により変調されているため、光の吸収す
なわち損失が変調されることとなる。よって、その結
果、利得も変調されることになるため利得結合も併せて
機能する。したがって、本発明における横結合ＤＦＢ半
導体レーザでは、デバイスとしてのグレーティングと導
波光の結合は、屈折率結合と利得結合の複合結合とな
る。以下に、実施の形態のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系の
ＤＦＢリッジ型半導体レーザを製造する方法を説明す
る。
側面とグレーティング溝２０の各々とを結合しかつリッ
ジ１５のクラッド層１１の上部からグレーティング溝２
０で画定されるランド部の上部まで伸長する傾斜面２０
ｂを有するブラケット状グレーティング部分２０ａを備
えている。このＤＦＢ半導体レーザ構造においては、グ
レーティングと導波光との結合は、主に、屈折率結合を
生じるように機能しているが、その一方で、周期的に設
けられた吸収層により変調されているため、光の吸収す
なわち損失が変調されることとなる。よって、その結
果、利得も変調されることになるため利得結合も併せて
機能する。したがって、本発明における横結合ＤＦＢ半
導体レーザでは、デバイスとしてのグレーティングと導
波光の結合は、屈折率結合と利得結合の複合結合とな
る。以下に、実施の形態のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系の
ＤＦＢリッジ型半導体レーザを製造する方法を説明す
る。
【００１３】１．基板成膜 まず、図５に示すように、所定面方位面例えば（１０
０）のｎ−ＩｎＰ結晶基板９のウエハを用意し、化学エ
ッチングで表面を清浄し、MOCVDにより、それぞれＩｎ
1-xＧａxＡｓ1-yＰy（但し、０≦ｘ＜１，０≦ｙ≦１）
のガイド層、活性層及びガイド層を順に形成してＳＣＨ
(Separate Confinement Heterostracture)構造の活性層
領域１０を積層して半導体層構造を基板上に作製する。
すなわち、活性層がＩｎ1-xＧａxＡｓ1-yＰy（但し、０
≦ｘ＜１，０≦ｙ≦１）を主成分とするバルク層又は単
一量子井戸若しくは多量子井戸層である。
０）のｎ−ＩｎＰ結晶基板９のウエハを用意し、化学エ
ッチングで表面を清浄し、MOCVDにより、それぞれＩｎ
1-xＧａxＡｓ1-yＰy（但し、０≦ｘ＜１，０≦ｙ≦１）
のガイド層、活性層及びガイド層を順に形成してＳＣＨ
(Separate Confinement Heterostracture)構造の活性層
領域１０を積層して半導体層構造を基板上に作製する。
すなわち、活性層がＩｎ1-xＧａxＡｓ1-yＰy（但し、０
≦ｘ＜１，０≦ｙ≦１）を主成分とするバルク層又は単
一量子井戸若しくは多量子井戸層である。
【００１４】次に、この活性層１０上にリッジ材料例え
ばｐ−ＩｎＰでクラッド層１１ａを積層する。次に、こ
のクラッド層１１ａの次に、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ又はｐ
−ＩｎＧａＡｓのウエットエッチング用エッチング停止
層１２が設けられる。その後、ｐ−ＩｎＰのクラッド層
１１ｂを再度積層して、最後にｐ−ＩｎＧａＡｓ又はｐ
−ＩｎＧａＡｓＰのコンタクト層１３を形成する。この
ようにして、図５に示すように、レーザ構造を有するレ
ーザ基板を形成する。レーザ構造は、MOCVDの他に、液
相成長法、分子線成長法などののエピタキシャル成長方
法でも形成できる。
ばｐ−ＩｎＰでクラッド層１１ａを積層する。次に、こ
のクラッド層１１ａの次に、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ又はｐ
−ＩｎＧａＡｓのウエットエッチング用エッチング停止
層１２が設けられる。その後、ｐ−ＩｎＰのクラッド層
１１ｂを再度積層して、最後にｐ−ＩｎＧａＡｓ又はｐ
−ＩｎＧａＡｓＰのコンタクト層１３を形成する。この
ようにして、図５に示すように、レーザ構造を有するレ
ーザ基板を形成する。レーザ構造は、MOCVDの他に、液
相成長法、分子線成長法などののエピタキシャル成長方
法でも形成できる。
【００１５】２．リッジ形成 次に、図６に示すように、ＳｉＯ2膜を形成して、フォ
トレジストを用いたリソグラフィによって、パターニン
グし、ＳｉＯ2パターンを用いて半導体のリッジを形成
する。まず、リッジの長手方向を結晶方位、例えば、＜
０−１１＞に伸長するようにＳｉＯ2等からなる所定幅
のリッジマスク１４を、コンタクト層１３上に形成し
て、ドライエッチングを用いて、コンタクト層１３をエ
ッチングする。
トレジストを用いたリソグラフィによって、パターニン
グし、ＳｉＯ2パターンを用いて半導体のリッジを形成
する。まず、リッジの長手方向を結晶方位、例えば、＜
０−１１＞に伸長するようにＳｉＯ2等からなる所定幅
のリッジマスク１４を、コンタクト層１３上に形成し
て、ドライエッチングを用いて、コンタクト層１３をエ
ッチングする。
【００１６】次に、ウエットエッチングを用いて、リッ
ジ材料のクラッド層１１ｂをエッチングして、図６に示
すように、両側平坦部Ｆと、これから突出する平坦上面
部Ｔを有するリッジ１５とを形成する。ウエットエッチ
ングによりリッジ構造を形成し、結晶面（１１１）及び
エッチング条件で決定する０〜５５°程度の緩やかな傾
斜角を有するリッジ側面２０ｂを画定する。
ジ材料のクラッド層１１ｂをエッチングして、図６に示
すように、両側平坦部Ｆと、これから突出する平坦上面
部Ｔを有するリッジ１５とを形成する。ウエットエッチ
ングによりリッジ構造を形成し、結晶面（１１１）及び
エッチング条件で決定する０〜５５°程度の緩やかな傾
斜角を有するリッジ側面２０ｂを画定する。
【００１７】３．電子線（ＥＢ）描画によるグレーティ
ングマスクパターン形成 次に、図７に示すように、クラッド層の両側平坦部Ｆ及
びリッジ平坦上面部Ｔ上にわたって、グレーティング加
工用のＳｉＯ2等のエッチングマスク１６をスパッタリ
ングなどで成膜する。次に、両側平坦部並びにリッジの
平坦上面部及び傾斜側面にわたって、ＥＢ描画用レジス
トをスピンコーティング後、ベークしてレジスト層を形
成する。
ングマスクパターン形成 次に、図７に示すように、クラッド層の両側平坦部Ｆ及
びリッジ平坦上面部Ｔ上にわたって、グレーティング加
工用のＳｉＯ2等のエッチングマスク１６をスパッタリ
ングなどで成膜する。次に、両側平坦部並びにリッジの
平坦上面部及び傾斜側面にわたって、ＥＢ描画用レジス
トをスピンコーティング後、ベークしてレジスト層を形
成する。
【００１８】その後、図８に示すように、リッジ上面部
をも含め、所望のレーザ発振波長に合わせた周期で、ラ
インを所定結晶方位に沿ってＥＢ描画し、レジスト層１
７上に、リッジの伸長方向に交差し周期Λで変化する周
期構造を有するグレーティングマスクの潜像を形成す
る。この後、グレーティングマスクの潜像を現像して、
グレーティングマスクを形成する。
をも含め、所望のレーザ発振波長に合わせた周期で、ラ
インを所定結晶方位に沿ってＥＢ描画し、レジスト層１
７上に、リッジの伸長方向に交差し周期Λで変化する周
期構造を有するグレーティングマスクの潜像を形成す
る。この後、グレーティングマスクの潜像を現像して、
グレーティングマスクを形成する。
【００１９】４．グレーティング形成 次に、グレーティング形成工程として、グレーティング
マスクを介して、ＣＦ 4ガスを用いたドライエッチング
でＳｉＯ2の保護膜１６にグレーティングを形成する。
これにより、リッジの両横側の側面のみから延在するク
ラッド層の材料からなる複数のグレーティング溝２０か
らなるグレーティングを選択的に形成する。このよう
に、両側平坦部からグレーティングを形成するとともに
リッジの根本部分を画定する。
マスクを介して、ＣＦ 4ガスを用いたドライエッチング
でＳｉＯ2の保護膜１６にグレーティングを形成する。
これにより、リッジの両横側の側面のみから延在するク
ラッド層の材料からなる複数のグレーティング溝２０か
らなるグレーティングを選択的に形成する。このよう
に、両側平坦部からグレーティングを形成するとともに
リッジの根本部分を画定する。
【００２０】その後、塩酸系エッチャントでウエットエ
ッチングを行い保護膜１６を除去して、図９に示す構
造、すなわちリッジ１５の両横側の側面のみから半導体
活性層上に延在するクラッド層の材料からなる複数のグ
レーティング溝２０からなりリッジ１５の伸長方向にお
いて周期構造を有するグレーティングと、リッジ１５の
側面とグレーティング溝２０の各々とを結合しかつリッ
ジ１５のクラッド層１１の上部からグレーティング溝２
０を画定するランド部の上部まで伸長する傾斜面２０ｂ
を有するブラケット状グレーティング部分２０ａとを備
えた構造が得られる。
ッチングを行い保護膜１６を除去して、図９に示す構
造、すなわちリッジ１５の両横側の側面のみから半導体
活性層上に延在するクラッド層の材料からなる複数のグ
レーティング溝２０からなりリッジ１５の伸長方向にお
いて周期構造を有するグレーティングと、リッジ１５の
側面とグレーティング溝２０の各々とを結合しかつリッ
ジ１５のクラッド層１１の上部からグレーティング溝２
０を画定するランド部の上部まで伸長する傾斜面２０ｂ
を有するブラケット状グレーティング部分２０ａとを備
えた構造が得られる。
【００２１】このドライエッチングにおいて、リッジ平
坦上面部Ｔのリッジマスク１４及び保護膜１６の合計積
層と両側平坦部Ｆの保護膜１６とのリッジマスク１４に
相当する膜厚差があるために、リッジ平坦上面部のコン
タクト層１３がドライエッチングから免れ、それ以外の
露出しているリッジ側面２０ｂ及び両側平坦部Ｆのクラ
ッド層が食刻される。
坦上面部Ｔのリッジマスク１４及び保護膜１６の合計積
層と両側平坦部Ｆの保護膜１６とのリッジマスク１４に
相当する膜厚差があるために、リッジ平坦上面部のコン
タクト層１３がドライエッチングから免れ、それ以外の
露出しているリッジ側面２０ｂ及び両側平坦部Ｆのクラ
ッド層が食刻される。
【００２２】このように、ドライエッチングによりクラ
ッド層両側平坦部並びにリッジの側面にてグレーティン
グの溝を掘り込んで、さらにウェットエッチングするの
で、リッジ側面においては鉛直側面の結晶面（０１１）
が現れ、グレーティング部の凸部側面においては鉛直側
面の結晶面（０１−１）が現れ、リッジのほぼ垂直な側
面Ｖとグレーティング溝２０のランド部各々とを結合し
かつリッジ１５の平坦上面部からグレーティング溝２０
のランド部平坦上面部まで傾斜面を有するブラケット状
グレーティング部分２０ａが形成される。リッジ側面か
ら非常に深いグレーティングが形成でき、光結合係数を
大きく取れることになる。
ッド層両側平坦部並びにリッジの側面にてグレーティン
グの溝を掘り込んで、さらにウェットエッチングするの
で、リッジ側面においては鉛直側面の結晶面（０１１）
が現れ、グレーティング部の凸部側面においては鉛直側
面の結晶面（０１−１）が現れ、リッジのほぼ垂直な側
面Ｖとグレーティング溝２０のランド部各々とを結合し
かつリッジ１５の平坦上面部からグレーティング溝２０
のランド部平坦上面部まで傾斜面を有するブラケット状
グレーティング部分２０ａが形成される。リッジ側面か
ら非常に深いグレーティングが形成でき、光結合係数を
大きく取れることになる。
【００２３】５．絶縁膜埋め込み及び電極形成 次に、リッジ平坦上面部のコンタクト層１３上のみを保
護膜で被覆して、グレーティングにおける隣接する各々
のグレーティング溝２０に積層されるように、図１０に
示すように、グレーティング溝２０に接する第１絶縁層
４０ａをスパッタ法などにより形成する。
護膜で被覆して、グレーティングにおける隣接する各々
のグレーティング溝２０に積層されるように、図１０に
示すように、グレーティング溝２０に接する第１絶縁層
４０ａをスパッタ法などにより形成する。
【００２４】その後、図１１に示すように、第１絶縁層
４０ａの上に金属層４０ｂをスパッタ法などにより形成
する。金属層４０ｂの材料は励起する光に対応する吸収
係数を有する材料から選択される。その後、図１２に示
すように、リッジ１５及びグレーティング溝２０のある
全面に水ガラス（Spin On Glass）などの珪素化合物又
はポリイミドなどの樹脂を塗布し、これを硬化させて第
２絶縁層４０ｃを形成する。この電流ブロック用保護膜
である第２絶縁層４０ｃは、リッジ１５の平面上部では
グレーティングの上部よりも薄い膜厚で形成される。第
２絶縁層４０ｃは、レーザ光に対して吸収のない誘電体
や樹脂を用いる。
４０ａの上に金属層４０ｂをスパッタ法などにより形成
する。金属層４０ｂの材料は励起する光に対応する吸収
係数を有する材料から選択される。その後、図１２に示
すように、リッジ１５及びグレーティング溝２０のある
全面に水ガラス（Spin On Glass）などの珪素化合物又
はポリイミドなどの樹脂を塗布し、これを硬化させて第
２絶縁層４０ｃを形成する。この電流ブロック用保護膜
である第２絶縁層４０ｃは、リッジ１５の平面上部では
グレーティングの上部よりも薄い膜厚で形成される。第
２絶縁層４０ｃは、レーザ光に対して吸収のない誘電体
や樹脂を用いる。
【００２５】図１０〜図１２では吸収材料としては金属
／誘電体多層膜を用いているが、他の例では、金属を適
量ドープし分散した水ガラスすなわち上記の第２絶縁層
４０ｃだけからも構成できる。その後、図１３に示すよ
うに、リッジ上面部Ｔが露出するまで第２絶縁層４０ｃ
を除去する。リッジ１５の平面上部とグレーティング溝
２０のランド部上部との第２絶縁層４０ｃの膜厚差が生
じた状態で、ドライエッチングすることによって、リッ
ジ１５の平面上部Ｔだけを露出させることができる。こ
れはいわゆるセルフアライン法による電極窓形成であ
る。
／誘電体多層膜を用いているが、他の例では、金属を適
量ドープし分散した水ガラスすなわち上記の第２絶縁層
４０ｃだけからも構成できる。その後、図１３に示すよ
うに、リッジ上面部Ｔが露出するまで第２絶縁層４０ｃ
を除去する。リッジ１５の平面上部とグレーティング溝
２０のランド部上部との第２絶縁層４０ｃの膜厚差が生
じた状態で、ドライエッチングすることによって、リッ
ジ１５の平面上部Ｔだけを露出させることができる。こ
れはいわゆるセルフアライン法による電極窓形成であ
る。
【００２６】次に、図１４に示すように、露出したリッ
ジ上面部Ｔのコンタクト層上に電極３０を形成する。こ
の際、リッジ上面部Ｔにはグレーティングがなく平坦に
なっているので接触不良のない電極を形成することがで
きる。そして、ｎ−ＩｎＰの基板９の対向面にも対向電
極３１を形成する。電極には整流性を有しないオーミッ
ク接触の金属が選択される。一般にｎ側にはＴｉ／Ｐｔ
／Ａｕ、ｐ側にはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕが真空蒸着により形
成される。このように、n側、ｐ側両方に電極を形成し
て横結合分布帰還リッジ型半導体レーザが完成する。
ジ上面部Ｔのコンタクト層上に電極３０を形成する。こ
の際、リッジ上面部Ｔにはグレーティングがなく平坦に
なっているので接触不良のない電極を形成することがで
きる。そして、ｎ−ＩｎＰの基板９の対向面にも対向電
極３１を形成する。電極には整流性を有しないオーミッ
ク接触の金属が選択される。一般にｎ側にはＴｉ／Ｐｔ
／Ａｕ、ｐ側にはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕが真空蒸着により形
成される。このように、n側、ｐ側両方に電極を形成し
て横結合分布帰還リッジ型半導体レーザが完成する。
【００２７】
【発明の効果】このように、本発明によれば、横結合型
ＤＦＢレーザは、予め形成した半導体リッジ導波路の横
にグレーティングを設け、このグレーティングと、導波
光のエバネセント波を光学的に結合させ単一波長発振を
実現している。このときグレーティングと光の結合は屈
折率結合及び利得（損失）結合が達成できる。
ＤＦＢレーザは、予め形成した半導体リッジ導波路の横
にグレーティングを設け、このグレーティングと、導波
光のエバネセント波を光学的に結合させ単一波長発振を
実現している。このときグレーティングと光の結合は屈
折率結合及び利得（損失）結合が達成できる。
【００２８】屈折率結合のみのＤＦＢレーザに比べ、利
得（損失）結合のＤＦＢレーザは、その単一モード歩留
まりや雑音の原因となるファイバーからの戻り光に対し
て耐性が優れている。本発明では、吸収材料の吸収層に
よるグレーティングを適用することにより、損失性グレ
ーティングとなり、導波路に沿って、光学損失が変調さ
れ、損失結合型ＤＦＢレーザが実現される。本発明によ
れば、確実な横光結合が達成されたグレーティング構造
を形成でき、高歩留り、低コストな、横結合型の利得
（損失）結合ＤＦＢレーザが実現される。
得（損失）結合のＤＦＢレーザは、その単一モード歩留
まりや雑音の原因となるファイバーからの戻り光に対し
て耐性が優れている。本発明では、吸収材料の吸収層に
よるグレーティングを適用することにより、損失性グレ
ーティングとなり、導波路に沿って、光学損失が変調さ
れ、損失結合型ＤＦＢレーザが実現される。本発明によ
れば、確実な横光結合が達成されたグレーティング構造
を形成でき、高歩留り、低コストな、横結合型の利得
（損失）結合ＤＦＢレーザが実現される。
【図１】 ＤＦＢ半導体レーザの部分切欠斜視図。
【図２】 本発明による実施例のＤＦＢ半導体レーザの
部分切欠斜視図。
部分切欠斜視図。
【図３】 図２の線ＡＡにおける部分拡大断面図。
【図４】 本発明による実施例のＤＦＢ半導体レーザの
部分拡大断面図。
部分拡大断面図。
【図５】 本発明による実施例のＤＦＢ半導体レーザの
製造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図。
製造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図。
【図６】 本発明による実施例のＤＦＢ半導体レーザの
製造工程中におけるレーザ基板の概略部分拡大斜視図。
製造工程中におけるレーザ基板の概略部分拡大斜視図。
【図７】 本発明による実施例のＤＦＢ半導体レーザの
製造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図。
製造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図。
【図８】 本発明による実施例のＤＦＢ半導体レーザの
製造工程中におけるレーザ基板の概略部分拡大斜視図。
製造工程中におけるレーザ基板の概略部分拡大斜視図。
【図９】 本発明による実施例のＤＦＢ半導体レーザの
製造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図。
製造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図。
【図１０】 図９の線ＡＡにおける部分拡大断面図。
【図１１】 図９の線ＡＡにおける部分拡大断面図。
【図１２】 本発明による実施例のＤＦＢ半導体レーザ
の製造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図。
の製造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図。
【図１３】 本発明による実施例のＤＦＢ半導体レーザ
の製造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図。
の製造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図。
【図１４】 本発明による実施例のＤＦＢ半導体レーザ
の製造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図。
の製造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図。
９ 基板 １０ 活性層領域 １１ クラッド層 １２ ウエットエッチング停止層 １３ コンタクト層 １４ リッジマスク １５ リッジ １６ 保護膜 １７ レジスト層 ２０ グレーティング溝又はランド部 ２０ａ ブラケット状グレーティング部分 ２０ｂ リッジ側面 ３０ 電極 ３１ 対向電極 Ｆ 両側平坦部 Ｔ リッジ平坦上面部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武井 清 埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号 パ イオニア株式会社総合研究所内 (72)発明者 竹間 清文 埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号 パ イオニア株式会社総合研究所内 Ｆターム(参考） 5F073 AA13 AA51 AA53 AA64 CA12 CB10 CB22 DA22 DA24 EA29
Claims (6)
- 【請求項１】 半導体活性層と、前記半導体活性層上に
突出して形成されかつ互いに積層されたクラッド層及び
コンタクト層からなるリッジと、前記リッジの両側面か
ら前記半導体活性層上に延在する複数のグレーティング
溝からなり前記リッジの伸長方向において周期構造を有
するグレーティングと、を有する分布帰還リッジ型半導
体レーザであって、隣接する前記グレーティング溝に励
起光を吸収する吸収層を有することを特徴とする半導体
レーザ。 - 【請求項２】 前記吸収層は、前記グレーティング溝に
接する第１絶縁層と前記絶縁層上に積層された金属層と
前記金属層上に積層された第２絶縁層とからなることを
特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。 - 【請求項３】 前記吸収層は、絶縁材料に金属を分散さ
せた絶縁層からなることを特徴とする請求項１記載の半
導体レーザ。 - 【請求項４】 前記リッジの側面と前記グレーティング
溝の各々とを結合しかつ前記リッジのクラッド層の上部
から前記グレーティング溝の上部まで伸長する傾斜面を
有するブラケット状グレーティング部分を有することを
特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。 - 【請求項５】 前記活性層がＩｎ1-xＧａxＡｓ1-yＰ
y（但し、０≦ｘ＜１，０≦ｙ≦１）を主成分とするバ
ルク層又は単一量子井戸若しくは多量子井戸層であり、
前記クラッド層がＩｎＰであることを特徴とする請求項
１記載の半導体レーザ。 - 【請求項６】 前記コンタクト層がＩｎＧａＡｓＰ若し
くはＩｎＧａＡｓであることを特徴とする請求項５記載
の半導体レーザ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000091734A JP4008180B2 (ja) | 2000-03-29 | 2000-03-29 | 分布帰還リッジ型半導体レーザ |
| US09/819,370 US6714571B2 (en) | 2000-03-29 | 2001-03-28 | Ridge type semiconductor laser of distributed feedback |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000091734A JP4008180B2 (ja) | 2000-03-29 | 2000-03-29 | 分布帰還リッジ型半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001284712A true JP2001284712A (ja) | 2001-10-12 |
| JP4008180B2 JP4008180B2 (ja) | 2007-11-14 |
Family
ID=18607163
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000091734A Expired - Fee Related JP4008180B2 (ja) | 2000-03-29 | 2000-03-29 | 分布帰還リッジ型半導体レーザ |
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| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP4008180B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003073570A1 (en) * | 2002-02-27 | 2003-09-04 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Quantum nano-composite semiconductor laser and quantum nano-composite array |
| JP2004023010A (ja) * | 2002-06-20 | 2004-01-22 | Yokogawa Electric Corp | 半導体レーザ及びその製造方法 |
| KR100766084B1 (ko) | 2005-12-05 | 2007-10-12 | 한국전자통신연구원 | 양자점을 포함하는 반도체 레이저 구조물 |
| US7606284B2 (en) | 2005-12-05 | 2009-10-20 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Semiconductor laser structure including quantum dot |
| JP2012222029A (ja) * | 2011-04-05 | 2012-11-12 | Mitsubishi Electric Corp | リッジ型半導体レーザ素子 |
| JP2015228494A (ja) * | 2014-05-05 | 2015-12-17 | ナノプラス ナノシステムズ アンド テクノロジーズ ゲーエムベーハーｎａｎｏｐｌｕｓ Ｎａｎｏｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ＧｍｂＨ | 半導体レーザ、および帰還素子を含む半導体レーザの製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009055894A1 (en) * | 2007-10-31 | 2009-05-07 | Onechip Photonics Inc. | Enhanced efficiency laterally-coupled distributed feedback laser |
| US7796656B2 (en) * | 2007-11-05 | 2010-09-14 | Onechip Photonics Inc. | Enhanced efficiency laterally-coupled distributed feedback laser |
| CN111262130B (zh) * | 2020-03-10 | 2022-04-19 | 常州纵慧芯光半导体科技有限公司 | 一种激光器结构及其制备方法和应用 |
| CN113991422B (zh) * | 2021-09-15 | 2023-09-19 | 中山大学 | 一种基于介质侧壁光栅的确定性光栅耦合系数的dfb激光器制作方法 |
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| JPH10326932A (ja) * | 1997-05-23 | 1998-12-08 | Alps Electric Co Ltd | 分布帰還型半導体レーザ |
| JPH11274637A (ja) * | 1998-03-20 | 1999-10-08 | Pioneer Electron Corp | 横結合分布帰還リッジ型半導体レーザ及びその製造方法 |
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| GB8406432D0 (en) * | 1984-03-12 | 1984-04-18 | British Telecomm | Semiconductor devices |
| DE3437209A1 (de) * | 1984-10-10 | 1986-04-17 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verbesserung zu einem monomoden-diodenlaser |
| JPS62237427A (ja) * | 1986-04-08 | 1987-10-17 | Canon Inc | 光変調素子 |
| JP2961964B2 (ja) * | 1991-07-10 | 1999-10-12 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザ装置 |
| JPH1098235A (ja) * | 1996-08-01 | 1998-04-14 | Pioneer Electron Corp | 無再成長分布帰還リッジ型半導体レーザ及びその製造方法 |
-
2000
- 2000-03-29 JP JP2000091734A patent/JP4008180B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2001
- 2001-03-28 US US09/819,370 patent/US6714571B2/en not_active Expired - Fee Related
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| KR100766084B1 (ko) | 2005-12-05 | 2007-10-12 | 한국전자통신연구원 | 양자점을 포함하는 반도체 레이저 구조물 |
| US7606284B2 (en) | 2005-12-05 | 2009-10-20 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Semiconductor laser structure including quantum dot |
| JP2012222029A (ja) * | 2011-04-05 | 2012-11-12 | Mitsubishi Electric Corp | リッジ型半導体レーザ素子 |
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|---|---|
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| US20010036213A1 (en) | 2001-11-01 |
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