JP2008218585A - 半導体レーザチップおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＣＯＤを抑制することができる半導体レーザチップおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】 半導体レーザチップ（１００）は、下部クラッド領域（１１ａ）と、下部クラッド領域上に形成されＧａＡｌＩｎＡｓからなる層を含む活性層（１２）と、活性層上に形成された上部クラッド領域（１１ｂ）と、活性層の少なくとも一方の端部と光結合され少なくとも上下方向において光閉じ込めがなされＩｎＧａＡｓＰからなる層を含みかつ活性層に比較してＡｌ含有濃度が小さいコアを有する光導波路（１３ａ，１３ｂ）とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、活性層を有する半導体レーザチップおよびその製造方法に関する。

近年の光通信の大容量化に伴い、１．３μｍ帯〜１．５μｍ帯の波長を有する１０Ｇｂｐｓあるいはそれ以上に高速な伝送が可能なレーザの開発が要求されている。特に、直接変調を実現可能でかつクーラを内蔵しない低コストな半導体レーザの重要性が増している。光通信用の半導体レーザの活性層には高信頼性の観点から、従来においては主にＩｎＧａＡｓＰ系材料が用いられてきた。しかしながら、１０Ｇｂｐｓあるいはそれ以上に高速な直接変調を実現するためには、より大きい緩和振動周波数を実現するＧａＡｌＩｎＡｓ系材料が注目されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−２２９２５４号公報

しかしながら、Ａｌを含む活性層を用いた半導体レーザにおいては、端面において光学損傷（ＣＯＤ：Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄａｍａｇｅ）が発生しやすい。それにより、半導体レーザの特性および信頼性に影響を与えるおそれがある。

本発明は、ＣＯＤを抑制することができる半導体レーザチップおよびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る半導体レーザチップは、下部クラッド領域と、下部クラッド領域上に形成されＧａＡｌＩｎＡｓからなる層を含む活性層と、活性層上に形成された上部クラッド領域と、活性層の少なくとも一方の端部と光結合され少なくとも上下方向において光閉じ込めがなされＩｎＧａＡｓＰからなりかつ活性層に比較してＡｌ含有濃度が小さいコアを有する光導波路とを備えることを特徴とするものである。本発明に係る半導体レーザチップにおいては、活性層と光導波路とから構成される導波路の端面部におけるＡｌの露出が低減される。それにより、ＣＯＤを抑制することができる。さらに、活性層と光導波路との光学的不連続が小さいため、共振器の状態が良好に保たれる。それにより、スペクトル特性、ビーム形状特性等の劣化を抑制することができる。また、ファイバとの結合効率が向上し、伝送エラーを抑制することができる。

さらに、光導波路のコアにおけるＡｌ含有濃度が活性層におけるＡｌ含有濃度の２０分の１以下である構成を採用することができる。この場合、活性層と光導波路とから構成される導波路の端面部におけるＡｌ露出が効果的に抑えられ、高いＣＯＤ抑制効果を得ることができる。

また、光導波路のコアにおけるＡｌ含有濃度は、実質的にゼロであってもよい。この場合、活性層と光導波路とから構成される導波路の端面部において実質的にＡｌの露出がさらに抑制される。それにより、ＣＯＤをより抑制することができる。なお、活性層はＭＱＷ構造を有し、活性層の発振波長は１．２８μｍ〜１．３２μｍであってもよい。また、光導波路のコアは、バルク構造を有していてもよい。

また、活性層および光導波路の導波路形状を活性層および光導波路における光の伝播方向において実質的に同じとすること、また、活性層の等価屈折率と光導波路の等価屈折率との差を０．０１以内とすることがさらに好ましい。これらの場合、活性層と光導波路との境界における反射および放射を抑制することができる。

また、光導波路のバンドギャップは、活性層のバンドギャップに比較して大きくすることが好ましい。この場合、光導波路での伝搬損失を小さくすることができ、高い効率の出射光を得ることができる。なお、活性層におけるバンドギャップ波長と光導波路におけるバンドギャップ波長との差は、７０ｎｍ以上であることがより効果的である。

なお、光導波路上には、電流遮断層がさらに備えられていてもよい。この場合、光導波路への電流供給が抑制される。それにより、光導波路における光吸収が抑制される。また、活性層に電流を供給するためのコンタクト層の端部は、活性層における光の伝播方向において、活性層と光導波路との境界よりも活性層側に位置していることがより好ましい。この場合、光導波路への電流供給が効果的に抑制される。

また、活性層における光の伝播方向におけるコンタクト層の端部と活性層および光導波路の境界との距離は、活性層とコンタクト層との距離の１倍以上とすることができる。また、活性層における光の伝播方向において、コンタクト層に電流を供給するための電極の端部から活性層と光導波路との境界までの距離を、活性層とコンタクト層との距離の２倍以上とすることが好ましい。この場合、光導波路への電流供給が抑制される。

本発明に係る半導体レーザチップの製造方法は、下部クラッド領域上に、互いに光結合された活性層および光導波路となる層と、上部クラッド領域とを順に形成する工程を含み、活性層は、ＧａＡｌＩｎＡｓからなる層を含み、光導波路となる層は、ＩｎＧａＡｓＰからなる層を含むことを特徴とするものである。本発明に係る半導体レーザチップの製造方法においては、活性層と光導波路とから構成される導波路の端面部におけるＡｌの露出が低減される。それにより、ＣＯＤを抑制することができる。さらに、活性層と光導波路との光学的不連続が小さいため、共振器の状態が良好に保たれる。それにより、スペクトル特性、ビーム形状特性等の劣化を抑制することができる。また、ファイバとの結合効率が向上し、伝送エラーを抑制することができる。

活性層および光導波路となる層をストライプマスクにより選択的にエッチングする工程をさらに含んでいてもよい。また、ストライプマスクは、活性層および光導波路となる層のうちエッチングレートの大きい層に対応する部分の幅が、他方の層に対応する部分の幅に比較して大きくてもよい。この場合、エッチング処理後における活性層の幅と光導波路の幅とをほぼ等しくすることができる。それにより、活性層と光導波路との境界における反射および放射を抑制することができる。

活性層および光導波路となる層の上側にリッジ部を形成する工程をさらに含んでいてもよい。また、活性層および光導波路となる層を形成する工程は、活性層および光導波路となる層のうちいずれか一方の層を形成し、一方の層の一部を選択的に除去した後に、他方の層を成長させることにより、活性層および光導波路となる層を互いに光結合させる工程を含んでいてもよい。

本発明によれば、ＣＯＤを抑制しつつ安定性の高い半導体レーザを得ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

（第１の実施の形態）
図１〜図３を参照しつつ、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザチップ１００について説明する。半導体レーザチップ１００は、埋め込み型の構造を有する。図１は、半導体レーザチップ１００の斜視図である。図１に示すように、半導体レーザチップ１００は、本体部１０の上面に電極２０が設けられ、本体部１０の下面に電極３０が設けられた構造を有する。電極２０および電極３０は、Ａｕ等の導電体から構成される。以下、本体部１０の詳細を説明する。

図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。図２に示すように、本体部１０は、ｎ型クラッド領域１１ａとｐ型クラッド領域１１ｂとに挟まれた領域内に活性層１２が設けられた構造を有する。クラッド領域１１ａ，１１ｂは、比較的小さい屈折率を有する半導体からなる。本実施の形態においては、クラッド領域１１ａ，１１ｂは、ＩｎＰから構成される。クラッド領域１１ａ，１１ｂは、活性層１２を伝播するレーザ光を閉じ込める機能を有する。

活性層１２は、クラッド領域１１ａ，１１ｂの屈折率よりも大きい屈折率を有している。本実施の形態においては、活性層１２は、ＧａＡｌＩｎＡｓからなる層を含む多重量子井戸（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）構造を有する。ＭＱＷ構造のウェルとバリアの組合せは特に限定されないが、例えば、ウェルおよびバリアのいずれもがＧａＡｌＩｎＡｓからなる構造（例えばＧａ_０．１Ａｌ_０．２Ｉｎ_０．７Ａｓ（ウェル）／Ｇａ_０．１Ａｌ_０．２Ｉｎ_０．７Ａｓ（バリア））、ウェルがＧａＡｌＩｎＡｓからなりバリアがＩｎＧａＡｓＰ（例えばＩｎ_０．８Ｇａ_０．２Ａｓ_０．５Ｐ_０．５（バリア））からなる構造、ウェルがＩｎＧａＡｓＰからなりバリアがＧａＡｌＩｎＡｓからなる構造等が採用される。また、活性層１２の幅は特に限定されないが、例えば活性層１２の幅として１．２μｍ程度を採用できる。さらに、活性層１２の光伝播方向における長さは、特に限定されないが、例えば１５０μｍ〜２００μｍ程度とすることができる。

活性層１２の光伝搬方向における一端にはＩｎＧａＡｓＰ層からなる光導波路１３ａが設けられ、活性層１２の光伝搬方向における他端にはＩｎＧａＡｓＰ層からなる光導波路１３ｂが設けられている。活性層１２および光導波路１３ａ，１３ｂは、互いに光結合している。光導波路１３ａ，１３ｂは、活性層１２に比較してＡｌ含有濃度が小さいコアを有する。この場合の活性層１２のＡｌ含有濃度とは、活性層１２の各層におけるＡｌ含有濃度ではなく、活性層１２の全体に占めるＡｌ含有濃度である。

この光導波路１３ａ，１３ｂは、活性層１２に比較して大きいバンドギャップ波長を有する。本実施の形態においては、活性層１２のバンドギャップ波長である１．２８μｍ〜１．３２μｍに対して、光導波路１３ａ，１３ｂのバンドギャップ波長は７０ｎｍ以上大きいことが好ましい。なお、光導波路１３ａ，１３ｂは、単一のバルク構造の他、組成の異なる複数のＩｎＧａＡｓＰからなる多層構造、さらにはそのＭＱＷ構造を有していてもよい。また、光導波路１３ａ，１３ｂの光伝播方向における長さは、特に限定されないが、例えば７５μｍ以下程度である。

また、光導波路１３ａの上面とクラッド領域１１ｂとの間にはｉ型クラッド層１４ａが設けられ、光導波路１３ｂの上面とクラッド領域１１ｂとの間にはｉ型クラッド層１４ｂが設けられている。ｉ型クラッド層１４ａ，１４ｂは、例えばｉ型のＩｎＰからなる。ｉ型クラッド層１４ａ，１４ｂは、電流遮断層として機能する。ｉ型クラッド層１４ａ，１４ｂの厚さは、特に限定されないが、例えば０．２μｍ〜０．５μｍ程度である。また、ｉ型クラッド層１４ａ，１４ｂの代わりに、基板と同一型の導電型を有するクラッド層が設けられていてもよい。

素子の前後出射端には、特性設計に応じた反射膜１５ａおよび反射膜１５ｂがそれぞれ設けられている。本実施の形態においてはファブリぺロ共振器が採用されており、例えば前端面の反射率を５０％、後端面の反射率を８０％とする。

活性層１２の上方のクラッド領域１１ｂの上面には、例えばＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層１６が選択的に設けられている。電極２０は、コンタクト層１６上に設けられている。また、クラッド領域１１ｂの上面において電極２０以外の領域には、絶縁層１７が設けられている。絶縁層１７は、例えば、ＳｉＯ_２等の絶縁体からなる。半導体レーザチップ１００の光伝播方向における長さは、特に限定されないが、例えば３００μｍ程度である。

続いて、半導体レーザチップ１００の動作について説明する。まず、電極２０およびコンタクト層１６を介して活性層１２に電流が供給される。それにより、活性層１２において光が発生する。発生した光は、活性層１２および光導波路１３ａ，１３ｂを伝播しつつ繰り返し反射および増幅されてレーザ発振する。

本実施の形態においては光導波路１３ａ，１３ｂのバンドギャップが活性層１２のバンドギャップに比較して大きいことから、光導波路１３ａ，１３ｂでの伝搬損失を小さくすることができ、高い効率の出射光を得ることができる。また、光導波路１３ａ，１３ｂのＡｌ含有濃度が活性層１２のＡｌ含有濃度に比較して小さいことから、活性層１２および光導波路１３ａ，１３ｂから構成される導波路の端面部におけるＡｌの露出が低減される。それにより、ＣＯＤ劣化をさらに抑制することができる。

また、本発明に従い、本実施の形態に係る光導波路１３ａ，１３ｂは、単に活性層１２に比較してＡｌ含有濃度が低いだけでなく、ＩｎＧａＡｓＰからなる組成を有する。ＩｎＧａＡｓＰは、ＧａＡｌＩｎＡｓからなる活性層１２と透過屈折率をほぼ等しくすることができ、かつ、活性層１２の導波路形状と光導波路１３ａ，１３ｂの導波路形状とを実質的に同じにすることで、活性層１２と光導波路１３ａ，１３ｂとの光学的な不連続を低減することができる。このため、本実施の形態によれば、スペクトル特性、ビーム形状特性等の劣化を抑制することができる。また、ファイバとの結合効率が向上し、伝送エラーを抑制することができる。

ＣＯＤ対策として、単にＡｌ含有濃度の低い材料を選択するという考慮であれば、例えば、活性層の端部にその両側が光閉じ込めされないＩｎＰからなる窓領域を形成することが考えられる。しかしながら、この場合には活性層の材料であるＧａＡｌＩｎＡｓよりも比較的大きな屈折率差を有するＩｎＰが端面部分に位置しておりかつ光導波路構造がないため、活性領域のレーザ光は窓領域に連続的に導波されなくなる。それにより、窓領域の入口部分において反射、放射等が生じる。この反射、放射等は、活性領域における導波光に乱れを発生させ、スペクトル特性、ビーム形状特性等が劣化するおそれがある。上記特性劣化は、ファイバとの結合効率の低下、伝送エラーを生じさせるおそれがある。

本実施の形態においては活性層１２の両端面に光導波路１３ａ，１３ｂが設けられていることから、活性層１２から光導波路１３ａ，１３ｂにレーザ光が連続的に導波される。それにより、活性層１２の端面における反射および放射を抑制することができる。その結果、スペクトル特性、ビーム形状特性等の劣化を抑制することができる。

なお、光導波路１３ａ，１３ｂのＡｌ含有濃度は、活性層１２のＡｌ含有濃度の２０分の１以下であることが好ましい。この場合、ＣＯＤ劣化をより抑制することができる。また、光導波路１３ａ，１３ｂのＡｌ含有濃度は、実質的にゼロであることがより好ましい。すなわち、光導波路１３ａ，１３ｂに意図的にＡｌを混入させないことがより好ましい。ＣＯＤ劣化をさらに抑制することができるからである。

また、活性層１２の導波路形状と光導波路１３ａ，１３ｂの導波路形状とは、光の伝播方向において実質的に同じであることが好ましい。活性層１２と光導波路１３ａ，１３ｂとの境界における反射および放射を抑制することができるからである。例えば、活性層１２を伝播する光の振幅と光導波路１３ａ，１３ｂを伝播する光の振幅との重なり積分の２乗が９９％以上であることが好ましい。この場合、活性層１２と光導波路１３ａとの境界および活性層１２と光導波路１３ｂとの境界における反射、放射等による伝播光への悪影響を十分に抑制することができる。

また、活性層１２の等価屈折率と光導波路１３ａ，１３ｂの等価屈折率とは、実質的に同じであることが好ましい。活性層１２と光導波路１３ａ，１３ｂとの境界における反射および放射を抑制することができるからである。例えば、活性層１２の等価屈折率と光導波路１３ａ，１３ｂの等価屈折率との差が０．０１以内であることが好ましい。

ここで、図３に、重なり積分の２乗値と等価屈折率差との関係を示す。図３の縦軸は、活性層１２の等価屈折率と光導波路１３ａ，１３ｂの等価屈折率との差を示す。図３の横軸は、重なり積分の２乗値を示す。図３に示すように、等価屈折率差を０．０１以内に設定すれば、重なり積分の２乗値を９９％以上とすることができる。

なお、本実施の形態においては光導波路１３ａ，１３ｂ上にｉ型クラッド層１４ａ，１４ｂあるいは基板と同導電型クラッド層が設けられていることから、光導波路１３ａ，１３ｂへの電流供給が抑制される。したがって、光導波路１３ａ，１３ｂへの電流供給に起因する光吸収を抑制することができる。なお、コンタクト層１６の光導波路１３ａ側の端は、光伝播方向において活性層１２と光導波路１３ａとの境界よりも活性層１２側に位置することが好ましい。また、コンタクト層１６の光導波路１３ｂ側の端は、光伝播方向において活性層１２と光導波路１３ｂとの境界よりも活性層１２側に位置することが好ましい。この場合、コンタクト層１６から光導波路１３ａ，１３ｂへの電流供給がより抑制される。

さらに、コンタクト層１６の光導波路１３ａ側の端から活性層１２と光導波路１３ａとの境界までの光伝播方向における距離Ｄ１は、コンタクト層１６と活性層１２との距離Ｄ２以上であることが好ましい。同様に、コンタクト層１６の光導波路１３ｂ側の端から活性層１２と光導波路１３ｂとの境界までの光伝播方向における距離Ｄ３は、コンタクト層１６と活性層１２との距離Ｄ２以上であることが好ましい。本実施の形態においては、距離Ｄ１，Ｄ２は、例えば５μｍ程度である。

また、電極２０の光導波路１３ａ側の端から活性層１２と光導波路１３ａとの境界までの光伝播方向における距離は、距離Ｄ２の２倍以上であることが好ましい。同様に、電極２０の光導波路１３ｂ側の端から活性層１２と光導波路１３ｂとの境界までの光伝播方向における距離は、距離Ｄ２の２倍以上であることが好ましい。この場合、電極２０から光導波路１３ａ，１３ｂへの電流供給が抑制される。

なお、本実施の形態に係る半導体レーザチップ１００の波長帯は、特に限定されないが、例えば、１．３μｍ帯〜１．５μｍ帯である。上記波長帯の中でも、１．２８μｍ〜１．３２μｍにおいて、特に本発明の効果が得られる。

（製造方法）
以下、半導体レーザチップ１００の製造方法について説明する。図４および図５は、半導体レーザチップ１００の製造フロー図である。図４は斜視図であり、図５（ａ）〜図５（ｃ）は活性層１２の長さ方向における断面図であり、図５（ｄ）〜図５（ｆ）は活性層１２の幅方向における断面図である。まず、図４（ａ）および図５（ａ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板（図示せず）上に設けられたｎ型ＩｎＰからなる下部クラッド領域１１１上に、ウェル／バリア（Ｇａ_０．１Ａｌ_０．２Ｉｎ_０．７Ａｓ）である１０層のＭＱＷの活性層１２およびｐ型ＩｎＰからなる上部クラッド領域１１２を形成する。これらの形成は、公知のＭＯＣＶＤ法により行なわれる。

次に、図４（ｂ）および図５（ｂ）に示すように、酸化シリコンからなるマスク１１５を用いて導波路となる領域の上部クラッド領域１１２および活性層１２の端部に対してエッチング処理を施す。それにより、下部クラッド領域１１１の端部上面が露出する。次いで、図４（ｃ）および図５（ｃ）に示すように、マスク１１５を用いて、露出された下部クラッド領域１１１上に光導波路１３ａとなるＩｎ_０．８Ｇａ_０．２Ａｓ_０．５Ｐ_０．５層、ＩｎＰからなるｉ型クラッド層１４ａおよび上部クラッド領域１１２を順にＭＯＣＶＤ法により再成長させる。なお、ｉ型クラッド層１４ａは、ｎ型であってもよい。また、本実施例においては、活性層１２を光導波路１３ａ，１３ｂよりも先に形成する場合を示したが、光導波路１３ａ，１３ｂを活性層１２よりも先に形成してもよい。

次に、マスク１１５を除去し、図４（ｄ）および図５（ｄ）に示すように、活性層１２、上部クラッド領域１１２、光導波路１３ａおよびｉ型クラッド層１４ａを選択的にエッチングし、ストライプ状のメサ１１３を形成する。次いで、図４（ｅ）および図５（ｅ）に示すように、上記メサ１１３の両側の領域に、ｐ型ＩｎＰからなる埋込層１１４ａおよびｎ型ＩｎＰからなる埋込層１１４ｂを形成する。次いで、埋込層１１４ａ、埋込層１１４ｂおよび上部クラッド領域１１２を埋め込むようにｐ型ＩｎＰからなる埋込層１１４ｃを再成長させる。

次に、図４（ｆ）および図５（ｆ）に示すように、活性層１２の上方の上部クラッド領域１１２上面にｐ型のＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層１６を形成し、コンタクト層１６および上部クラッド領域１１２の露出部分に絶縁層１７を形成する。その後、コンタクト層１６上の絶縁層１７を除去し、コンタクト層１６上にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる電極２０を形成する。光導波路１３ｂおよびｉ型クラッド層１４ｂについても、図３および図４の工程に従って形成することができる。以上の工程により、半導体レーザチップ１００が完成する。

なお、ストライプメサは、例えばドライエッチングおよびウェットエッチングの２段階エッチングにより形成されるが、このウェットエッチング時に光導波路１３ａ，１３ｂの組成と活性層１２の組成との差異に応じてエッチングレートに差が生じることがある。そこで、図４（ｄ）および図５（ｄ）に示すエッチング処理において、図６に示すようなマスク１１５を用いてもよい。図６（ａ）はエッチング処理を行う際のマスク形状を示す平面図である。

図６（ａ）に示すように、上部クラッド領域１１２上にマスク１１５を形成する。マスク１１５においては、光導波路１３ａ，１３ｂ上方における幅Ｗ１と活性層１２上方における幅Ｗ２とが異なっている。例えば、光導波路１３ａ，１３ｂのエッチングレートが活性層１２のエッチングレートに比較して大きい場合には、幅Ｗ１は幅Ｗ２に比較して大きく設定される。これに対して、光導波路１３ａ，１３ｂのエッチングレートが活性層１２のエッチングレートに比較して小さい場合には、幅Ｗ１は幅Ｗ２に比較して小さく設定される。

この場合、図６（ｂ）に示すように、エッチング処理後において光導波路１３ａ，１３ｂの幅を活性層１２の幅にほぼ等しくすることができる。それにより、光導波路１３ａ，１３ｂと活性層１２との境界における光の反射および放射を抑制することができる。

（第２の実施の形態）
続いて、本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザチップ１００ａについて説明する。半導体レーザチップ１００ａは、リッジ型の構造を有する。図７（ａ）および図７（ｂ）は、半導体レーザチップ１００ａの断面図である。

図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、半導体レーザチップ１００ａにおいては、下部クラッド領域１１１と上部クラッド領域１１２とによって活性層１２が挟まれている。また、上部クラッド領域１１２は、上面の中央部に凸部を有している。この凸部は、活性層１２の長さ方向に伸びるストライプ形状を有する。この凸部の上に、コンタクト層１６および電極２０が順に積層されている。また、絶縁層１７は、上部クラッド領域１１２の上面から電極２０の側面にかけて形成されている。

本実施の形態においても、活性層１２の両端に光導波路１３ａ，１３ｂを設けることによって、ＣＯＤ劣化を抑制することができる。なお、本実施の形態においては、活性層１２は、例えば２．５μｍ程度の幅を有していてもよい。なお、第１の実施の形態と同一の符号を付した部材は、第１の実施の形態と同様の材料から構成される。

（第３の実施の形態）
続いて、本発明の第３実施の形態に係る半導体レーザチップ１００ｂについて説明する。半導体レーザチップ１００ｂは、ＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）レーザである。図８は、半導体レーザチップ１００ｂの断面図である。図８は、図２の断面に対応する。図８に示すように、半導体レーザチップ１００ｂが図２の半導体レーザチップ１００と異なる点は、活性層１２の下面あるいは上面に回折格子１９が形成されている点である。本実施の形態においても、活性層１２の両端に光導波路１３ａ，１３ｂを設けることによって、ＣＯＤ劣化を抑制することができる。

なお、本発明を適用することができる半導体レーザチップは、上記各実施の形態に限られない。本発明は、Ａｌを含有する活性層を備えた他の半導体レーザチップにも適用することができる。

実施例においては、上記実施の形態にかかる半導体レーザチップの特性を調べた。

（実施例）
実施例においては、上記第１の実施の形態に係る半導体レーザチップ１００を作製した。クラッド領域１１ａ，１１ｂとしてＩｎＰを用いた。活性層１２には、ウェルがＡｌＩｎＧａＡｓでバリアがＡｌＩｎＧａＡｓからなるＭＱＷ構造を有するものを用いた。光導波路１３ａ，１３ｂとして、ＩｎＧａＡｓＰからなるバルクを用いた。ｉ型クラッド層１４ａ，１４ｂとして、ｉ型ＩｎＰを用いた。また、活性層１２を伝播する光の振幅と光導波路１３ａ，１３ｂを伝播する光の振幅との重なり積分の２乗を９９．５％以上に設定した。

（比較例）
比較例においては、上記第１の実施の形態に係る半導体レーザチップ１００において光導波路１３ａ，１３ｂおよびｉ型クラッド層１４ａ，１４ｂの代わりにＩｎＰ領域を設けた。すなわち、活性層１２の両端に窓構造を設けた。

（分析１）
実施例および比較例に係る半導体レーザチップの遠視野像ＦＦＰ（Ｆａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｐａｔｔｅｒｎ）における垂直方向角度と光強度との関係を測定した。図９（ａ）は、比較例に係る半導体レーザチップのＦＦＰにおける垂直方向角度と光強度との関係を示す図である。図９（ｂ）は、実施例に係る半導体レーザチップのＦＦＰにおける垂直方向角度と光強度との関係を示す図である。図９（ａ）および図９（ｂ）において、縦軸は光強度を示し、横軸は垂直方向角度を示す。

図９（ａ）に示すように、比較例に係る半導体レーザチップにおいては、光強度に複数のピークが発生した。それに比較して実施例に係る半導体レーザチップにおいては、垂直方向角度がゼロ度の位置において１つピークが形成され、光強度は滑らかなカーブを描いた。以上のことから、実施例に係る半導体レーザチップにおいては、光の不連続が抑制された。これは、活性層１２と光導波路１３ａ，１３ｂとの境界における反射および放射が抑制されたからであると考えられる。

（分析２）
次に、実施例および比較例に係る半導体レーザチップを３０ｍＷで０時間〜２０００時間使用した場合のＣＯＤ故障率を調べた。図１０は、使用時間とＣＯＤ故障率との関係を示す図である。図１０の縦軸はＣＯＤ故障率を示し、図１０の横軸は使用時間を示す。図１０に示すように、実施例および比較例に係る半導体レーザチップの両方において、１０００時間まではＣＯＤ故障率は０％であった。

使用時間が１０００時間を超えると、比較例に係る半導体レーザチップにおいては時間の経過とともにＣＯＤ故障率が増加した。それに比較して、実施例に係る半導体レーザチップにおいては１０００時間を超えてもＣＯＤ故障率は０％であった。以上のことから、実施例に係る半導体レーザチップにおいては、ＣＯＤ故障率を抑制することができた。

本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザチップの斜視図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 重なり積分の２乗値と等価屈折率差との関係を示す図である。 半導体レーザチップの製造フロー図である。 半導体レーザチップの製造フロー図である。 エッチング処理において用いるマスクを示す図である。 本発明の第２実施例に係る半導体レーザチップの断面図である。 本発明の第３実施例に係る半導体レーザチップの断面図である。 半導体レーザチップにおける垂直方向角度と光強度との関係を示す図である。 使用時間とＣＯＤ故障率との関係を示す図である。

符号の説明

１０ 本体部
１１ クラッド領域
１２ 活性層
１３ａ，１３ｂ 光導波路
１４ａ，１４ｂ ｉ型クラッド層
１６ コンタクト層
２０ 電極
３０ グランド電極
１００ 半導体レーザチップ

Claims (18)

1. 下部クラッド領域と、
   前記下部クラッド領域上に形成され、ＧａＡｌＩｎＡｓからなる層を含む活性層と、
   前記活性層上に形成された上部クラッド領域と、
   前記活性層の少なくとも一方の端部と光結合され、少なくとも上下方向において光閉じ込めがなされ、ＩｎＧａＡｓＰからなりかつ前記活性層に比較してＡｌ含有濃度が小さいコアを有する光導波路とを備えることを特徴とする半導体レーザチップ。
2. 前記光導波路のコアにおけるＡｌ含有濃度は、前記活性層におけるＡｌ含有濃度の２０分の１以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザチップ。
3. 前記光導波路のコアにおけるＡｌ含有濃度は、実質的にゼロであることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザチップ。
4. 前記活性層は、ＭＱＷ構造を有し、
   前記活性層の発振波長は、１．２８μｍ〜１．３２μｍであることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザチップ。
5. 前記光導波路のコアは、バルク構造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チップ。
6. 前記活性層および前記光導波路の導波路形状は、前記活性層および前記光導波路における光の伝播方向において実質的に同じであることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザチップ。
7. 前記活性層の等価屈折率と前記光導波路の等価屈折率との差は、０．０１以内であることを特徴とする請求項６記載の半導体レーザチップ。
8. 前記光導波路のバンドギャップは、前記活性層のバンドギャップに比較して大きいことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザチップ。
9. 前記活性層におけるバンドギャップ波長と前記光導波路におけるバンドギャップ波長との差は、７０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項８記載の半導体レーザチップ。
10. 前記光導波路上に配置された電流遮断層をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザチップ。
11. 前記活性層に電流を供給するためのコンタクト層をさらに備え、
    前記活性層における光の伝播方向において、前記コンタクト層の端部は、前記活性層と前記光導波路との境界よりも前記活性層側に位置することを特徴とする請求項１記載の半導体レーザチップ。
12. 前記活性層における光の伝播方向における前記コンタクト層の端部と前記活性層および前記光導波路の境界との距離は、前記活性層と前記コンタクト層との厚さ方向の距離と同等以上であることを特徴とする請求項１１記載の半導体レーザチップ。
13. 前記コンタクト層に電流を供給するための電源電極をさらに備え、
    前記活性層における光の伝播方向における前記電源電極の端部と前記活性層および前記光導波路の境界との距離は、前記活性層と前記コンタクト層との距離の２倍以上であることを特徴とする請求項１１記載の半導体レーザチップ。
14. 下部クラッド領域上に、互いに光結合された活性層および光導波路となる層と、上部クラッド領域とを順に形成する工程を含み、
    前記活性層は、ＧａＡｌＩｎＡｓからなる層を含み、
    前記光導波路となる層は、ＩｎＧａＡｓＰからなる層を含むことを特徴とする半導体レーザチップの製造方法。
15. 前記活性層および前記光導波路となる層をストライプマスクにより選択的にエッチングする工程をさらに含むことを特徴とする請求項１４記載の半導体レーザチップの製造方法。
16. 前記ストライプマスクは、前記活性層および前記光導波路となる層のうちエッチングレートの大きい層に対応する部分の幅が、他方の層に対応する部分の幅に比較して大きいことを特徴とする請求項１５記載の半導体レーザチップの製造方法。
17. 前記活性層および前記光導波路となる層の上側にリッジ部を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１４記載の半導体レーザチップの製造方法。
18. 前記活性層および前記光導波路となる層を形成する工程は、前記活性層および前記光導波路となる層のうちいずれか一方の層を形成し、前記一方の層の一部を選択的に除去した後に、他方の層を成長させることにより、前記活性層および前記光導波路となる層を互いに光結合させる工程を含むことを特徴とする請求項１４記載の半導体レーザチップの製造方法。

Images