JP2005136085A - Method for manufacturing gain-coupled dfb semiconductor laser - Google Patents

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宣弘 嵯峨
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture a gain-coupled DFB semiconductor laser, using simple processes. <P>SOLUTION: An active layer having multiple quantum well structure is arranged on a substrate, and further, an upper cladding layer overlaying the active layer is arranged. A plurality of portions, in the upper surface of the upper cladding layer which portions are arranged along the optical axis of the active layer, are exposed to inductively coupled plasma, and gain of the active layer is periodically modulated along the optical axis of the active layer. Gain grating is formed into the active layer by this method, so that the gain joint type DFB layer is obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、利得結合型の分布帰還(Distributed Feedback:DFB)半導体レーザを製造する方法に関する。   The present invention relates to a method of manufacturing a gain-coupled distributed feedback (DFB) semiconductor laser.

利得結合型DFBレーザは、屈折率結合型DFBレーザよりも単一モード性に優れている。下記の非特許文献1には、様々な利得結合型DFB半導体レーザが開示されている。
Arthur J. Lowery他、「Performance Comparison of Gain-Coupled and Index-Coupled DFB Semiconductor Lasers(利得結合型DFB半導体レーザと屈折率結合型DFB半導体レーザとの性能比較)」、IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS、1994年9月、第30巻、第9号、2051〜2063頁
The gain-coupled DFB laser is superior in single-mode property than the refractive index-coupled DFB laser. Non-Patent Document 1 below discloses various gain-coupled DFB semiconductor lasers.
Arthur J. Lowery et al., “Performance Comparison of Gain-Coupled and Index-Coupled DFB Semiconductor Lasers”, IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, 1994 September, Vol. 30, No. 9, pp. 2051-2063

本発明は、利得結合型DFB半導体レーザを簡便な工程で製造することを課題とする。   An object of the present invention is to manufacture a gain coupled DFB semiconductor laser by a simple process.

本発明は、利得結合型DFB半導体レーザの製造方法に関する。この方法は、多重量子井戸構造を有する活性層を基板上に設ける工程と、活性層を覆う上部クラッド層を設ける工程と、上部クラッド層の上面のうち前記活性層の光軸に沿って配置された複数の部分を誘導結合プラズマに曝露して、活性層の利得を活性層の光軸に沿って周期的に変調する工程とを備えている。   The present invention relates to a method for manufacturing a gain-coupled DFB semiconductor laser. In this method, an active layer having a multiple quantum well structure is provided on a substrate, an upper clad layer covering the active layer is provided, and an upper surface of the upper clad layer is disposed along the optical axis of the active layer. Exposing the plurality of portions to inductively coupled plasma to periodically modulate the gain of the active layer along the optical axis of the active layer.

本発明者は、上部クラッド層を誘導結合プラズマに極短時間だけ曝露すると、上部クラッド層の下に位置する活性層の利得が増加し、上部クラッド層を誘導結合プラズマに、より長い時間曝露すると、活性層の利得が低下するという現象を発見した。したがって、上部クラッド層の上面のうち活性層の光軸に沿って周期的に配置された複数の部分を誘導結合プラズマに曝露すれば、活性層の利得を活性層の光軸に沿って周期的に変調することができる。このようにして活性層中に利得グレーティングを形成することにより、利得結合型DFBレーザを製造することができる。この方法では、凹凸のある面上に多重量子井戸構造を成長させるといった複雑な工程を必要とすることなく、簡便な工程で利得結合型DFBレーザが製造される。この方法は活性層を誘導結合プラズマに直接には曝露しないので、活性層を露出させる必要がない。そのため、活性層が酸化しやすい材料から構成されていても、利得結合型DFBレーザを良好に製造できる。   When the present inventors expose the upper cladding layer to the inductively coupled plasma for a very short time, the gain of the active layer located under the upper cladding layer increases, and when the upper cladding layer is exposed to the inductively coupled plasma for a longer time. The phenomenon that the gain of the active layer decreases was discovered. Therefore, if a plurality of portions periodically arranged along the optical axis of the active layer on the upper surface of the upper cladding layer are exposed to inductively coupled plasma, the gain of the active layer is periodically changed along the optical axis of the active layer. Can be modulated. By forming a gain grating in the active layer in this way, a gain coupled DFB laser can be manufactured. In this method, a gain coupled DFB laser is manufactured by a simple process without requiring a complicated process of growing a multiple quantum well structure on an uneven surface. This method does not require the active layer to be exposed because the active layer is not directly exposed to the inductively coupled plasma. Therefore, even if the active layer is made of a material that easily oxidizes, a gain-coupled DFB laser can be satisfactorily manufactured.

上部クラッド層の複数の部分を誘導結合プラズマに曝露する工程は、活性層の光軸に沿って周期的に配置された開口を有するマスクを上部クラッド層上に形成し、上部クラッド層をそのマスク越しに誘導結合プラズマに曝露してもよい。活性層のうちマスクによって覆われた部分は誘導結合プラズマによる影響を受けないので、その利得も変化しない。一方、活性層のうちマスクの開口の下に位置する部分の利得は、誘導結合プラズマによって増減される。この結果、マスクの開口の周期的な配置に応じて、活性層の利得が周期的に変調される。   The step of exposing the plurality of portions of the upper cladding layer to inductively coupled plasma includes forming a mask on the upper cladding layer having openings periodically arranged along the optical axis of the active layer, and forming the upper cladding layer on the mask. It may be exposed to inductively coupled plasma. Since the portion of the active layer covered by the mask is not affected by inductively coupled plasma, its gain does not change. On the other hand, the gain of the portion of the active layer located under the mask opening is increased or decreased by inductively coupled plasma. As a result, the gain of the active layer is periodically modulated in accordance with the periodic arrangement of the mask openings.

上部クラッド層の複数の部分を誘導結合プラズマに曝露する工程は、その複数の部分を第1の時間にわたって誘導結合プラズマに曝露し、活性層のうちその複数の部分に覆われた部分の利得を低減してもよい。この場合、活性層中に利得の低減した部分が周期的に配置され、それにより利得グレーティングが形成される。   Exposing the plurality of portions of the upper cladding layer to the inductively coupled plasma includes exposing the portions to the inductively coupled plasma for a first time to obtain a gain of the portion of the active layer covered by the plurality of portions. It may be reduced. In this case, the gain-reduced portion is periodically arranged in the active layer, thereby forming a gain grating.

活性層はInGaAsPまたはAlGaInAsから構成されていてもよく、上部クラッド層はInPから構成されていてもよい。   The active layer may be made of InGaAsP or AlGaInAs, and the upper cladding layer may be made of InP.

上部クラッド層の複数の部分を誘導結合プラズマに曝露する工程は、水素を含むガスから誘導結合プラズマを生成し、活性層の光軸に沿って周期的に変化する濃度で活性層に水素を添加してもよい。このガスは、CHとHの混合ガスまたはCH、HおよびClの混合ガスであってもよい。この場合、活性層の光軸に沿った周期的な水素濃度分布に応じて、活性層の利得が周期的に変調され、利得グレーティングが形成される。 The process of exposing multiple portions of the upper cladding layer to inductively coupled plasma generates inductively coupled plasma from a gas containing hydrogen and adds hydrogen to the active layer at a concentration that varies periodically along the optical axis of the active layer. May be. The gas may be a mixed gas of CH 4 mixed gas or CH 4 in H 2, H 2 and Cl 2. In this case, the gain of the active layer is periodically modulated according to the periodic hydrogen concentration distribution along the optical axis of the active layer, and a gain grating is formed.

この方法は、上部クラッド層を設ける工程の後、上部クラッド層の複数の部分を誘導結合プラズマに曝露する工程の前に、上部クラッドの上面全体を第1の時間より短い第2の時間にわたって誘導結合プラズマに曝露し、活性層全体の利得を増加する工程をさらに備えていてもよい。このような利得の増加により、活性層の光学特性が改善され、この方法によって製造される利得結合型DFBレーザの電流しきい値が低減される。   The method induces the entire top surface of the upper cladding for a second time shorter than the first time after the step of providing the upper cladding layer and before exposing the portions of the upper cladding layer to inductively coupled plasma. The method may further comprise the step of exposing to the coupled plasma and increasing the gain of the entire active layer. Such an increase in gain improves the optical properties of the active layer and reduces the current threshold of a gain coupled DFB laser manufactured by this method.

本発明の方法は、簡便な工程で利得結合型DFB半導体レーザを製造することができる。   The method of the present invention can manufacture a gain-coupled DFB semiconductor laser in a simple process.

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図1は、本実施形態の利得結合型DFB(Distributed Feedback)半導体レーザ1の構造を示す断面図である。利得結合型DFBレーザ1は、n型InP基板10上に順次に設けられたn型クラッド層12、多重量子井戸(Multiple Quantum Well:MQW)活性層14、p型クラッド層16およびp型コンタクト層18を有している。p型コンタクト層18の上面には、p型電極20が設けられている。基板10の下面には、n型電極22が設けられている。さらに、利得結合型DFBレーザ1は、MQW活性層14の主面(上面および下面)に垂直な端面(ファセット)24および26を有している。これらの端面24および26は、結晶へき開によって形成された鏡面であり、レーザ共振器を構成する。端面24および26に垂直な方向は縦方向と呼ばれ、それに垂直な方向は横方向と呼ばれる。MQW活性層14の光軸15は縦方向に平行である。p型電極20およびn型電極22を介してしきい値以上の電流がDFBレーザ1に注入されると、MQW活性層14で単一モードのレーザ光28が生成され、DFBレーザ1から放出される。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a gain-coupled DFB (Distributed Feedback) semiconductor laser 1 according to this embodiment. The gain-coupled DFB laser 1 includes an n-type cladding layer 12, a multiple quantum well (MQW) active layer 14, a p-type cladding layer 16, and a p-type contact layer that are sequentially provided on an n-type InP substrate 10. 18. A p-type electrode 20 is provided on the upper surface of the p-type contact layer 18. An n-type electrode 22 is provided on the lower surface of the substrate 10. Further, the gain-coupled DFB laser 1 has end faces (facets) 24 and 26 perpendicular to the main surface (upper surface and lower surface) of the MQW active layer 14. These end faces 24 and 26 are mirror surfaces formed by crystal cleavage and constitute a laser resonator. The direction perpendicular to the end faces 24 and 26 is called the longitudinal direction, and the direction perpendicular to it is called the transverse direction. The optical axis 15 of the MQW active layer 14 is parallel to the vertical direction. When a current exceeding the threshold value is injected into the DFB laser 1 through the p-type electrode 20 and the n-type electrode 22, a single mode laser beam 28 is generated in the MQW active layer 14 and emitted from the DFB laser 1. The

MQW活性層14は、多重量子井戸−分離閉じ込めヘテロ(MQW−SCH)構造を有している。MQW活性層14は、交互に積層された複数のウェルと複数のバリアからなる多重量子井戸を含んでいる。これらのウェルおよびバリアは、InGaAsPから構成されている。また、この多重量子井戸の上下には、分離閉じ込めヘテロ構造(Separate Confinement Hetero-structure:SCH)層が設けられている。言い換えると、MQW活性層14は、n型クラッド層12からp型クラッド層16へ向かって、下部SCH層、多重量子井戸、および上部SCH層が順次に積層された構造を有している。上部SCH層と下部SCH層は、ともにInGaAsPから構成されており、互いに同じバンドギャップおよび屈折率を有する。この屈折率は、多重量子井戸中のウェルおよびバリアの屈折率よりも低い。   The MQW active layer 14 has a multiple quantum well-separated confinement hetero (MQW-SCH) structure. The MQW active layer 14 includes a multiple quantum well composed of a plurality of wells and a plurality of barriers stacked alternately. These wells and barriers are made of InGaAsP. In addition, a separate confinement heterostructure (SCH) layer is provided above and below the multiple quantum well. In other words, the MQW active layer 14 has a structure in which a lower SCH layer, a multiple quantum well, and an upper SCH layer are sequentially stacked from the n-type cladding layer 12 toward the p-type cladding layer 16. The upper SCH layer and the lower SCH layer are both made of InGaAsP and have the same band gap and refractive index. This refractive index is lower than the refractive indices of the wells and barriers in the multiple quantum wells.

n型クラッド層12およびp型クラッド層16は、ともにInPから構成されており、MQW活性層14中の上部および下部SCH層よりも低い屈折率を有している。n型クラッド層12は基板10と一体であってもよい。言い換えると、基板10の上面に活性層14が直接設けられ、基板10のうちMQW活性層14と隣接する部分がn型クラッド層12として機能してもよい。p型コンタクト層18は、p型クラッド層16の上面に被着されている。p型コンタクト層18はp型クラッド層16よりも低い屈折率を有している。   The n-type cladding layer 12 and the p-type cladding layer 16 are both made of InP and have a lower refractive index than the upper and lower SCH layers in the MQW active layer 14. The n-type cladding layer 12 may be integrated with the substrate 10. In other words, the active layer 14 may be directly provided on the upper surface of the substrate 10, and a portion of the substrate 10 adjacent to the MQW active layer 14 may function as the n-type cladding layer 12. The p-type contact layer 18 is deposited on the upper surface of the p-type cladding layer 16. The p-type contact layer 18 has a lower refractive index than the p-type cladding layer 16.

図1に示されるように、MQW活性層14では、複数のフォトルミネッセンス劣化部14aと複数の正常部14bとがMQW活性層14の光軸15に沿って交互に配置されている。フォトルミネッセンス劣化部14aは、後述するICP処理によってフォトルミネッセンス強度が劣化させられた部分である。一方、正常部14bは、ICP処理を施されておらず、そのためフォトルミネッセンス強度が劣化していない。したがって、フォトルミネッセンス劣化部14aは正常部14bよりも低い利得を有している。   As shown in FIG. 1, in the MQW active layer 14, a plurality of photoluminescence degradation portions 14 a and a plurality of normal portions 14 b are alternately arranged along the optical axis 15 of the MQW active layer 14. The photoluminescence degradation part 14a is a part in which the photoluminescence intensity is degraded by an ICP process to be described later. On the other hand, the normal part 14b is not subjected to the ICP process, and therefore the photoluminescence intensity is not deteriorated. Therefore, the photoluminescence degradation part 14a has a lower gain than the normal part 14b.

フォトルミネッセンス劣化部14aおよび正常部14bは、ともにMQW活性層14の光軸15に沿って周期的に配置されている。したがって、MQW活性層14の利得は光軸15に沿って周期的に変調され、それによって利得グレーティングが形成されることになる。利得グレーティングを有する活性層14を備えたレーザ1は、利得結合型DFBレーザとして動作する。   Both the photoluminescence degradation part 14 a and the normal part 14 b are periodically arranged along the optical axis 15 of the MQW active layer 14. Therefore, the gain of the MQW active layer 14 is periodically modulated along the optical axis 15, thereby forming a gain grating. The laser 1 including the active layer 14 having a gain grating operates as a gain-coupled DFB laser.

以下では、フォトルミネッセンス劣化部14aの形成方法を説明する。フォトルミネッセンス劣化部14aは、誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma:ICP)を用いて形成することができる。本発明者は、CHとHの混合ガス(以下、「CH/Hガス」)またはCH、HおよびClの混合ガス(以下、「CH/H/Clガス」)から生成された誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma:ICP)にInP/InGaAsP−MQW/InP構造を極短時間曝露すると、エッチングは行われず、MQWのフォトルミネッセンス強度が増加することを見出した。また、本発明者は、曝露時間を長くすると、エッチングが開始されるとともにフォトルミネッセンス強度が急激に低下することも見出した。フォトルミネッセンス強度が急激に低下した部分にはHが拡散注入されていた。このHが非発光再結合中心として働いていると考えられる。さらに、本発明者は、SiNなどのエッチングマスクで保護された部分のフォトルミネッセンス強度は変化しないことも見出した。したがって、正常部14bをマスクで保護しつつMQW活性層14を適切な時間にわたってICPに曝露すれば、フォトルミネッセンス劣化部14aを形成することができる。 Below, the formation method of the photo-luminescence degradation part 14a is demonstrated. The photoluminescence degradation part 14a can be formed using inductively coupled plasma (Inductively Coupled Plasma: ICP). The inventor has developed a mixed gas of CH 4 and H 2 (hereinafter “CH 4 / H 2 gas”) or a mixed gas of CH 4 , H 2 and Cl 2 (hereinafter “CH 4 / H 2 / Cl 2 gas”). It was found that when the InP / InGaAsP-MQW / InP structure was exposed to an inductively coupled plasma (ICP) generated from “)” for a very short time, etching was not performed and the photoluminescence intensity of MQW increased. The present inventor has also found that when the exposure time is increased, etching is started and the photoluminescence intensity rapidly decreases. H was diffused and implanted in the portion where the photoluminescence intensity rapidly decreased. This H is considered to function as a non-radiative recombination center. Furthermore, the present inventor has also found that the photoluminescence intensity of a portion protected by an etching mask such as SiN does not change. Therefore, if the MQW active layer 14 is exposed to ICP for an appropriate time while protecting the normal portion 14b with a mask, the photoluminescence degradation portion 14a can be formed.

このように、InGaAsP−MQW活性層14の利得は、ICP処理によって増減することができる。このようなフォトルミネッセンス強度の変化は、同じCH/HまたはCH/H/Clガスを用いてもECRプラズマ処理では生じない。また、ICPパワーが大きいほどエッチング開始後のフォトルミネッセンス強度低下率が大きく、Hの注入効率が高い。ここで、ICPパワーとは、誘導結合プラズマ(ICP)の生成に使用される誘導コイルに供給される高周波電力を意味する。0.5μm以内のエッチング量でフォトルミネッセンス強度を1/10に低減するためには、ICPパワーは1000W以上が望ましい。フォトルミネッセンス強度を増加する場合も、ICPパワーは1000W以上が望ましい。ただし、ICPパワーが高いほど、処理時間は短くする必要がある。これはp型クラッド層16の過度のエッチングを防ぐためである。 Thus, the gain of the InGaAsP-MQW active layer 14 can be increased or decreased by ICP processing. Such a change in photoluminescence intensity does not occur in the ECR plasma treatment even when the same CH 4 / H 2 or CH 4 / H 2 / Cl 2 gas is used. Further, the higher the ICP power, the greater the rate of decrease in photoluminescence intensity after the start of etching, and the higher the H injection efficiency. Here, the ICP power means high-frequency power supplied to an induction coil used for generating inductively coupled plasma (ICP). In order to reduce the photoluminescence intensity to 1/10 with an etching amount within 0.5 μm, the ICP power is desirably 1000 W or more. Even when the photoluminescence intensity is increased, the ICP power is desirably 1000 W or more. However, the higher the ICP power, the shorter the processing time. This is to prevent excessive etching of the p-type cladding layer 16.

InGaAsP−MQW活性層14のフォトルミネッセンス強度の変化は、基本的にICPパワーと処理時間との関係に応じて決まる。ただし、処理されるべきサンプルの表面からMQW活性層14までに介在する層の厚みなど、サンプルの条件からも影響を受ける。   The change in the photoluminescence intensity of the InGaAsP-MQW active layer 14 is basically determined according to the relationship between the ICP power and the processing time. However, it is also affected by sample conditions such as the thickness of the layer interposed from the surface of the sample to be processed to the MQW active layer 14.

上述のように、誘導結合プラズマによってMQW活性層14に添加された水素は非発光再結合中心として働くと考えられる。したがって、光軸15に沿って周期的に変化する濃度でHをMQW活性層14に添加すれば、MQW活性層14に利得グレーティングが形成される。MQW活性層14へのHの添加濃度が5×1017atoms/ccのとき、MQW活性層14のフォトルミネッセンス強度は1/3に低減される。したがって、フォトルミネッセンス劣化部14aには、5×1017atoms/cc以上の濃度でHが添加されることが望ましい。逆に正常部14bでは、Hの濃度が5×1017atoms/cc未満であることが望ましい。 As described above, it is considered that hydrogen added to the MQW active layer 14 by inductively coupled plasma works as a non-radiative recombination center. Therefore, if H is added to the MQW active layer 14 at a concentration that periodically changes along the optical axis 15, a gain grating is formed in the MQW active layer 14. When the concentration of H added to the MQW active layer 14 is 5 × 10 17 atoms / cc, the photoluminescence intensity of the MQW active layer 14 is reduced to 1/3. Accordingly, it is desirable that H is added to the photoluminescence degradation portion 14a at a concentration of 5 × 10 17 atoms / cc or more. Conversely, in the normal part 14b, it is desirable that the concentration of H is less than 5 × 10 17 atoms / cc.

以下では、図2〜図12を参照しながら、上記実施形態の利得結合型DFBレーザ製造方法の一例を具体的に説明する。まず、図2に示されるように、n型InP基板30上に有機金属気相成長(Organo-Metallic Vapor Phase Epitaxial growth:OMVPE)によってMQW活性層34およびp型InPクラッド層36を順次に形成する。この例では、MQW活性層34に隣接するn型InP基板30の上部がn型クラッド層として機能する。MQW活性層34では、5層のInGaAsPウェルと6層のInGaAsPバリアが交互に積層されている。ウェルは1.31μmのバンドギャップ波長を有し、バリアは1.1μmのバンドギャップ波長を有している。MQW活性層の上下には、InGaAsPからなるSCH層が設けられる。クラッド層36は上部SCH層の上面に被着され、その厚さは2μmである。   Hereinafter, an example of the method for manufacturing the gain-coupled DFB laser according to the above embodiment will be specifically described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 2, an MQW active layer 34 and a p-type InP cladding layer 36 are sequentially formed on an n-type InP substrate 30 by metal organic vapor phase epitaxy (OMVPE). . In this example, the upper part of the n-type InP substrate 30 adjacent to the MQW active layer 34 functions as an n-type cladding layer. In the MQW active layer 34, five layers of InGaAsP wells and six layers of InGaAsP barriers are alternately stacked. The well has a bandgap wavelength of 1.31 μm and the barrier has a bandgap wavelength of 1.1 μm. Above and below the MQW active layer, SCH layers made of InGaAsP are provided. The clad layer 36 is deposited on the upper surface of the upper SCH layer, and its thickness is 2 μm.

図3に示されるように、クラッド層36の上面にはプラズマCVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition:PE−CVD)によって厚さ1000ÅのSiN膜31が形成される。次に、図4に示されるように、通常のフォトリソグラフィによってSiN膜31上にグレーティング(格子)状のレジストパターン39が形成される。レジストパターン39は、図4の紙面に垂直、すなわちMQW活性層34の光軸35に対して垂直に延びている。レジストパターン39のピッチは2100Åである。レジストパターン39をマスクとして使用し、CFを用いた並行平板型の反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching:RIE)をSiN膜31に施す。これにより、図5に示されるように、SiNのグレーティングパターン31aが形成される。 As shown in FIG. 3, a SiN film 31 having a thickness of 1000 mm is formed on the upper surface of the cladding layer 36 by plasma enhanced chemical vapor deposition (PE-CVD). Next, as shown in FIG. 4, a grating (lattice) -like resist pattern 39 is formed on the SiN film 31 by ordinary photolithography. The resist pattern 39 extends perpendicular to the paper surface of FIG. 4, that is, perpendicular to the optical axis 35 of the MQW active layer 34. The pitch of the resist pattern 39 is 2100 mm. Using the resist pattern 39 as a mask, parallel plate type reactive ion etching (RIE) using CF 4 is performed on the SiN film 31. As a result, a SiN grating pattern 31a is formed as shown in FIG.

SiNパターン31aは、MQW活性層34の光軸に沿って等間隔に配置された複数の開口31bを有している。これらの開口31bは互いに同じ平面形状を有している。p型クラッド層36の上面の複数の部分36aが開口31bから露出する。これらの部分36aは、開口31bと同様に、MQW活性層34の光軸に沿って等間隔に配置されている。   The SiN pattern 31 a has a plurality of openings 31 b arranged at equal intervals along the optical axis of the MQW active layer 34. These openings 31b have the same planar shape. A plurality of portions 36a on the upper surface of the p-type cladding layer 36 are exposed from the opening 31b. These portions 36a are arranged at equal intervals along the optical axis of the MQW active layer 34, similarly to the openings 31b.

次に、図6に示されるように、SiNパターン31aをマスクとして使用して、サンプル33にICP処理を施す。図13は、このICP処理を実施する誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング(ICP−RIE)装置50の構成を示す概略図である。サンプル33は、ICP−RIE装置50のチャンバ52内に搬入される。サンプル33は、チャンバ52内に設置された下部電極54上に載置される。下部電極54およびサンプル33の上方には、上部電極56が設置されている。上部電極56は接地されている。下部電極54には、高周波電源55から13.56MHzの高周波電圧が印加される。チャンバ52の側面には、誘導コイル58が巻かれている。誘導コイル58には、誘導結合プラズマ電源60から2MHzの高周波電力が供給され、それに応じてチャンバ52内に直流バイアス電界が生成される。   Next, as shown in FIG. 6, the sample 33 is subjected to ICP processing using the SiN pattern 31a as a mask. FIG. 13 is a schematic diagram showing the configuration of an inductively coupled plasma reactive ion etching (ICP-RIE) apparatus 50 that performs this ICP process. The sample 33 is carried into the chamber 52 of the ICP-RIE apparatus 50. The sample 33 is placed on the lower electrode 54 installed in the chamber 52. An upper electrode 56 is installed above the lower electrode 54 and the sample 33. The upper electrode 56 is grounded. A high frequency voltage of 13.56 MHz is applied to the lower electrode 54 from a high frequency power supply 55. An induction coil 58 is wound around the side surface of the chamber 52. High frequency power of 2 MHz is supplied to the induction coil 58 from the inductively coupled plasma power source 60, and a DC bias electric field is generated in the chamber 52 accordingly.

この例では、誘導結合プラズマの原料ガスとして、CH/H/Clガスを使用する。ガス流入口62からCH/H/Clガスがチャンバ52に導入されると、下部電極54および上部電極56間の高周波電界によって誘導結合プラズマ(ICP)64が生成される。ICP64中のイオン65は、誘導コイル58によって生成されたバイアス電界によって加速され、サンプル33に到達する。このようにして、p型クラッド層36の上面の露出部分36aがICP64に曝露される。 In this example, CH 4 / H 2 / Cl 2 gas is used as a source gas for inductively coupled plasma. When CH 4 / H 2 / Cl 2 gas is introduced into the chamber 52 from the gas inlet 62, an inductively coupled plasma (ICP) 64 is generated by a high-frequency electric field between the lower electrode 54 and the upper electrode 56. The ions 65 in the ICP 64 are accelerated by the bias electric field generated by the induction coil 58 and reach the sample 33. In this manner, the exposed portion 36a on the upper surface of the p-type cladding layer 36 is exposed to the ICP 64.

本例では、露出部分36aを30秒間にわたってICP64に曝露する。誘導結合プラズマ電源60の出力、すなわちICPパワーは2500W、高周波電源55の出力は50W、CH、HおよびClの流量はそれぞれ6、6および3sccm、チャンバ52内の圧力は0.5Paとする。その結果、MQW活性層34のうちSiNパターン31aによって覆われていない部分(すなわち、露出部分36aによって覆われた部分)34aのフォトルミネッセンス強度は、SiNパターン31aによって覆われた部分34bのフォトルミネッセンス強度の1/10に低下する。このようにして、MQW活性層34中にフォトルミネッセンス劣化部34aおよび正常部34bが周期的に形成され、MQW活性層34の利得が周期的に変調される。 In this example, the exposed portion 36a is exposed to the ICP 64 for 30 seconds. The output of the inductively coupled plasma power source 60, that is, the ICP power is 2500 W, the output of the high frequency power source 55 is 50 W, the flow rates of CH 4 , H 2 and Cl 2 are 6, 6 and 3 sccm, respectively, and the pressure in the chamber 52 is 0.5 Pa. To do. As a result, the photoluminescence intensity of the portion 34a of the MQW active layer 34 that is not covered by the SiN pattern 31a (that is, the portion covered by the exposed portion 36a) is the photoluminescence intensity of the portion 34b covered by the SiN pattern 31a. 1/10. In this way, the photoluminescence degradation portion 34a and the normal portion 34b are periodically formed in the MQW active layer 34, and the gain of the MQW active layer 34 is periodically modulated.

次に、図7に示されるようにSiNパターン31aを除去し、図8に示されるようにp型クラッド層36の上面にSiNストライプ48を形成する。続いて、SiNストライプ48をマスクとして使用し、反応性イオンエッチングまたはBr−メタノールを用いたウェットエッチングによってメサストライプ構造を形成する。その後、エッチングによって露出したメサストライプ構造の表面上に電流狭窄用の埋め込み層43および44を順次に形成する。埋め込み層43はp型InPから構成され、埋め込み層44はn型InPから構成されている。次に、p型クラッド層36および埋め込み層44を覆う厚さ0.1μmのp型InPクラッド層37を形成し、さらにクラッド層37の上に厚さ0.5μmのp型InGaAsコンタクト層38を形成する。   Next, the SiN pattern 31a is removed as shown in FIG. 7, and an SiN stripe 48 is formed on the upper surface of the p-type cladding layer 36 as shown in FIG. Subsequently, using the SiN stripe 48 as a mask, a mesa stripe structure is formed by reactive ion etching or wet etching using Br-methanol. Thereafter, current confinement buried layers 43 and 44 are sequentially formed on the surface of the mesa stripe structure exposed by etching. The buried layer 43 is made of p-type InP, and the buried layer 44 is made of n-type InP. Next, a p-type InP clad layer 37 having a thickness of 0.1 μm covering the p-type clad layer 36 and the buried layer 44 is formed, and a p-type InGaAs contact layer 38 having a thickness of 0.5 μm is formed on the clad layer 37. Form.

この後、図10に示されるようにメサストライプ構造の周囲に素子分離用のトレンチ45を形成し、図11に示されるようにコンタクト層38およびトレンチ45を覆う絶縁膜47を形成し、さらに絶縁膜47においてMQW活性層34の真上に位置する箇所にコンタクトホール49を形成する。図12に示されるように、コンタクトホール49を充填するようにp型電極40を形成するとともに、InP基板30の下面にn型電極42を形成する。このようにして利得結合型DFBレーザ1aが得られる。   Thereafter, as shown in FIG. 10, a trench 45 for element isolation is formed around the mesa stripe structure, and an insulating film 47 covering the contact layer 38 and the trench 45 is formed as shown in FIG. In the film 47, a contact hole 49 is formed at a position located directly above the MQW active layer. As shown in FIG. 12, the p-type electrode 40 is formed so as to fill the contact hole 49, and the n-type electrode 42 is formed on the lower surface of the InP substrate 30. In this way, the gain coupled DFB laser 1a is obtained.

本発明者は、上記の方法によって実際にDFBレーザ1aを製造し、その特性を測定した。その結果、発振しきい値として10mA、サイドモード抑圧比として50dBが得られた。   The inventor actually manufactured the DFB laser 1a by the above method and measured its characteristics. As a result, an oscillation threshold value of 10 mA and a side mode suppression ratio of 50 dB were obtained.

なお、図3に示されるSiN膜31の形成の前にp型クラッド層36の上面全体をICPに極めて短い時間だけ曝露すると、MQW活性層34のフォトルミネッセンス強度を底上げすることができる。この場合は、曝露時間を10秒間とし、ICP誘導結合プラズマ電源60の出力(すなわちICPパワー)を1250Wとし、その他は図6に示されるICP処理と同様の条件を採用する。このICP処理により、MQW活性層34全体のフォトルミネッセンス強度を2倍に高めることができる。その後、前述と同様にしてSiN成膜、パターニングおよびICP処理を行うと、正常部34bの光学特性を改善し、利得結合型DFBレーザ1aの電流しきい値を低減することができる。   If the entire upper surface of the p-type cladding layer 36 is exposed to the ICP for a very short time before the formation of the SiN film 31 shown in FIG. 3, the photoluminescence intensity of the MQW active layer 34 can be raised. In this case, the exposure time is 10 seconds, the output of the ICP inductively coupled plasma power supply 60 (ie, ICP power) is 1250 W, and the other conditions are the same as those of the ICP process shown in FIG. By this ICP treatment, the photoluminescence intensity of the entire MQW active layer 34 can be doubled. Thereafter, when SiN film formation, patterning, and ICP processing are performed in the same manner as described above, the optical characteristics of the normal portion 34b can be improved, and the current threshold value of the gain-coupled DFB laser 1a can be reduced.

以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。   The present invention has been described in detail based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiment. The present invention can be variously modified without departing from the gist thereof.

上記の例では、活性層がInGaAsPから構成されている。しかし、活性層は、他の半導体材料、例えばAlGaInAsから構成されていてもよい。InGaAsP−MQWと同様に、InP/AlGaInAs−MQW/InP構造をCH/HガスまたはCH/H/Clガスを用いた誘導結合プラズマに曝露すると、MQW層のフォトルミネッセンス強度を増減することができる。したがって、活性層がAlGaInAsから構成される場合でも、前述と同様の方法によって利得結合型DFB半導体レーザを製造できる。AlGaInAsは酸化しやすいが、上記の方法では活性層を大気にさらさないのでAlGaInAsの酸化を防止することができる。 In the above example, the active layer is made of InGaAsP. However, the active layer may be composed of other semiconductor materials, such as AlGaInAs. Similar to InGaAsP-MQW, exposure of the InP / AlGaInAs-MQW / InP structure to inductively coupled plasma using CH 4 / H 2 gas or CH 4 / H 2 / Cl 2 gas increases or decreases the photoluminescence intensity of the MQW layer. can do. Therefore, even when the active layer is made of AlGaInAs, a gain-coupled DFB semiconductor laser can be manufactured by the same method as described above. AlGaInAs is easily oxidized, but the active layer is not exposed to the atmosphere in the above method, so that oxidation of AlGaInAs can be prevented.

実施形態の利得結合型DFB半導体レーザの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the gain coupling type | mold DFB semiconductor laser of embodiment. 利得結合型DFB半導体レーザ製造方法の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the gain coupling type DFB semiconductor laser manufacturing method. 利得結合型DFB半導体レーザ製造方法の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the gain coupling type DFB semiconductor laser manufacturing method. 利得結合型DFB半導体レーザ製造方法の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the gain coupling type DFB semiconductor laser manufacturing method. 利得結合型DFB半導体レーザ製造方法の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the gain coupling type DFB semiconductor laser manufacturing method. 利得結合型DFB半導体レーザ製造方法の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the gain coupling type DFB semiconductor laser manufacturing method. 利得結合型DFB半導体レーザ製造方法の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the gain coupling type DFB semiconductor laser manufacturing method. 利得結合型DFB半導体レーザ製造方法の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of a gain coupling type DFB semiconductor laser manufacturing method. 利得結合型DFB半導体レーザ製造方法の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of a gain coupling type DFB semiconductor laser manufacturing method. 利得結合型DFB半導体レーザ製造方法の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the gain coupling type DFB semiconductor laser manufacturing method. 利得結合型DFB半導体レーザ製造方法の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the gain coupling type DFB semiconductor laser manufacturing method. 利得結合型DFB半導体レーザ製造方法の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the gain coupling type DFB semiconductor laser manufacturing method. 誘導結合プラズマエッチング装置を示す概略図である。It is the schematic which shows an inductively coupled plasma etching apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1および1a…利得結合型DFB半導体レーザ、10および20…基板、12…下部クラッド層としてのn型クラッド層、14および34…MQW活性層、14aおよび34a…フォトルミネッセンス劣化部、14bおよび34b…正常部、16および36…上部クラッド層としてのp型クラッド層、18および38…p型コンタクト層、20および40…p型電極、22および42…n型電極。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 and 1a ... Gain coupling | bonding type | mold DFB semiconductor laser, 10 and 20 ... board | substrate, 12 ... n-type clad layer as a lower clad layer, 14 and 34 ... MQW active layer, 14a and 34a ... Photoluminescence degradation part, 14b and 34b ... Normal part, 16 and 36... P-type cladding layer as upper cladding layer, 18 and 38... P-type contact layer, 20 and 40... P-type electrode, 22 and 42.

Claims (7)

多重量子井戸構造を有する活性層を基板上に設ける工程と、
前記活性層を覆う上部クラッド層を設ける工程と、
前記上部クラッド層の上面のうち前記活性層の光軸に沿って周期的に配置された複数の部分を誘導結合プラズマに曝露する工程と
を備える利得結合型DFB半導体レーザの製造方法。
Providing an active layer having a multiple quantum well structure on a substrate;
Providing an upper cladding layer covering the active layer;
Exposing a plurality of portions periodically arranged along the optical axis of the active layer, of the upper surface of the upper cladding layer, to an inductively coupled plasma.
前記複数の部分を誘導結合プラズマに曝露する工程は、前記活性層の光軸に沿って周期的に配置された開口を有するマスクを前記上部クラッド層上に形成し、前記上部クラッド層を前記マスク越しに誘導結合プラズマに曝露する、
請求項1に記載の方法。
The step of exposing the plurality of portions to inductively coupled plasma includes forming a mask on the upper clad layer having openings periodically arranged along the optical axis of the active layer, and forming the upper clad layer on the mask Exposure to inductively coupled plasma through
The method of claim 1.
前記複数の部分を誘導結合プラズマに曝露する工程は、前記複数の部分を第1の時間にわたって誘導結合プラズマに曝露し、前記活性層のうち前記複数の部分に覆われた部分の利得を低減する、
請求項1または2に記載の方法。
Exposing the plurality of portions to the inductively coupled plasma exposes the plurality of portions to the inductively coupled plasma for a first time and reduces a gain of a portion of the active layer covered by the plurality of portions. ,
The method according to claim 1 or 2.
前記活性層はInGaAsPまたはAlGaInAsから構成されており、
前記上部クラッド層はInPから構成されている、
請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
The active layer is made of InGaAsP or AlGaInAs,
The upper cladding layer is made of InP;
The method according to claim 1.
前記複数の部分を誘導結合プラズマに曝露する工程は、水素を含むガスから前記誘導結合プラズマを生成し、前記活性層の光軸に沿って周期的に変化する濃度で前記活性層に水素を添加する、
請求項1〜4のいずれか記載の方法。
The step of exposing the plurality of portions to the inductively coupled plasma generates the inductively coupled plasma from a gas containing hydrogen and adds hydrogen to the active layer at a concentration that periodically changes along the optical axis of the active layer. To
The method according to claim 1.
前記水素を含むガスは、CHとHの混合ガスまたはCH、HおよびClの混合ガスである、
請求項5に記載の方法。
Gas containing hydrogen is a mixed gas of CH 4 mixed gas or CH 4 in H 2, H 2 and Cl 2,
The method of claim 5.
前記上部クラッド層を設ける工程の後、前記複数の部分を誘導結合プラズマに曝露する工程の前に、前記上部クラッドの上面全体を前記第1時間より短い第2の時間にわたって誘導結合プラズマに曝露し、前記活性層全体の利得を増加する工程をさらに備える
請求項1〜6のいずれかに記載の方法。
After the step of providing the upper cladding layer, prior to the step of exposing the portions to the inductively coupled plasma, the entire upper surface of the upper cladding is exposed to the inductively coupled plasma for a second time shorter than the first time. The method according to claim 1, further comprising increasing the gain of the entire active layer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007324464A (en) * 2006-06-02 2007-12-13 Sumitomo Electric Ind Ltd Semiconductor light emitting element and its manufacturing method
JP2011258854A (en) * 2010-06-11 2011-12-22 Seiko Epson Corp Light-emitting device and projector

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