JP2013016642A - レーザ素子とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ素子の端面を含む部分におけるＣＯＤを抑制できるレーザ素子とその製造方法を提供する。
【解決手段】基板１２と、該基板１２の上に形成された下部クラッド層１４と、該下部クラッド層１４の上に形成され、端部に無秩序化された無秩序部１６ｂを有する活性層１６と、該活性層の上に形成された上部クラッド層１８と、該活性層１６の上方の層に形成された回折格子１８ａと、を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、民生用機器などに用いられるレーザ素子とその製造方法に関する。

特許文献１には、波長選択性を得るために活性層の上方の層に回折格子を形成したレーザ素子が開示されている。

特開２００１−２５７４２１号公報

回折格子を有するレーザ素子の端面を含む部分では、バンドギャップの低下によりＣＯＤ（光学損傷）が起こることがある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、レーザ素子の端面を含む部分におけるＣＯＤを抑制できるレーザ素子とその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係るレーザ素子は、基板と、該基板の上に形成された下部クラッド層と、該下部クラッド層の上に形成され、端部に無秩序化された無秩序部を有する活性層と、該活性層の上に形成された上部クラッド層と、該活性層の上方の層に形成された回折格子と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係るレーザ素子の製造方法は、基板の上方に活性層を形成する工程と、該活性層の上方の層に回折格子を形成する工程と、該回折格子を形成した後に、該活性層の端部を無秩序化する工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係るレーザ素子の製造方法は、基板の上方に活性層を形成する工程と、該活性層の端部を無秩序化する工程と、該活性層の端部を無秩序化した後に、該活性層の上方の層に回折格子を形成する工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、活性層の端部を無秩序化するため、ＣＯＤを抑制できる。

本発明の実施の形態１に係るレーザ素子の断面図である。 基板上に活性層を形成したことを示す断面図である。 回折格子を形成したことを示す断面図である。 コンタクト層を形成したことを示す断面図である。 ＺｎＯ膜を形成したことを示す断面図である。 ＺｎＯ膜のＺｎを拡散させることを示す断面図である。 ＺｎＯ膜を除去したことを示す断面図である。 電極を形成したことを示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係るレーザ素子の変形例を示す断面図である。 光ガイド層に回折格子を形成したレーザ素子を示す断面図である。 光ガイド層に回折格子を形成しつつ、前端面を含む部分と後端面を含む部分の両方に無秩序部を形成したレーザ素子を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係るレーザ素子の断面図である。 マスク膜を形成したことを示す断面図である。 Ｓｉイオンの注入を示す断面図である。 上部クラッド層の上にＺｎＯ膜を形成したことを示す断面図である。 無秩序部を形成したことを示す断面図である。 ＺｎＯ膜を除去したことを示す断面図である。 回折格子を形成したことを示す断面図である。 コンタクト層を形成したことを示す断面図である。 電極形成及び端面コーティングを実施したレーザ素子の断面図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るレーザ素子の断面図である。本発明の実施の形態１に係るレーザ素子１０は、基板１２を備えている。基板１２はｎ型のＧａＡｓで形成されている。基板１２の上には下部クラッド層１４が形成されている。下部クラッド層１４は、ｎ型のＡｌＧａＡｓで形成されている。下部クラッド層１４の上には活性層１６が形成されている。活性層１６は、多重量子井戸構造で形成されている。活性層１６は、無秩序化されていない非無秩序部１６ａと、無秩序化された無秩序部１６ｂを有している。無秩序部１６ｂは、レーザ素子１０の前端面１７ａを含む部分に形成された窓構造である。

活性層１６の上には、上部クラッド層１８が形成されている。上部クラッド層１８は、ｐ型ＡｌＧａＡｓで形成されている。上部クラッド層１８の一部には回折格子１８ａが形成されている。

上部クラッド層１８の上には、コンタクト層２４が形成されている。コンタクト層２４は、ｐ型ＡｌＧａＡｓ又はＧａＡｓで形成されている。上述のように形成された共振器は、前端面１７ａと後端面１７ｂを有している。前端面１７ａに接する領域では、コンタクト層２４、上部クラッド層１８、及び活性層１６を貫き、下部クラッド層１４に至るようにＺｎ拡散領域４０が形成されている。Ｚｎ拡散領域４０はＺｎが拡散した領域である。Ｚｎ拡散領域４０における活性層１６は、Ｚｎにより無秩序化されて無秩序部１６ｂとなっている。

コンタクト層２４の上には電極３０が形成されている。また、基板１２の裏面には電極３２が形成されている。共振器の前端面１７ａには端面コーティング３４が施されている。共振器の後端面１７ｂには端面コーティング３６が施されている。端面コーティング３６は、反射率が９９％程度となるように形成されている。

続いて、レーザ素子１０の製造方法について説明する。まず、基板の上方に活性層１６を形成する。図２は、基板上に活性層を形成したことを示す断面図である。活性層１６は下部クラッド層１４と上部クラッド層１８に挟まれるように形成する。

次いで、活性層の上方の層である上部クラッド層１８の一部に回折格子を形成する。図３は、回折格子を形成したことを示す断面図である。回折格子１８ａは、共振器内の特定の波長の光に利得を持たせるように光を反射するものである。

次いで、上部クラッド層１８の上方にコンタクト層２４を形成する。図４は、コンタクト層を形成したことを示す断面図である。コンタクト層２４は、回折格子１８ａを埋め込むように形成する。埋め込まれた回折格子１８ａは前端面１７ａと接している。次いで、コンタクト層２４の上にＺｎＯ膜を形成する。図５は、ＺｎＯ膜を形成したことを示す断面図である。ＺｎＯ膜４２は、前端面１７ａと接するように形成する。

次いで、レーザ素子に熱処理を施してＺｎＯ膜４２内のＺｎを共振器に拡散させる。図６は、ＺｎＯ膜のＺｎを拡散させることを示す断面図である。Ｚｎは、図６の矢印方向に少なくとも活性層１６に至るまで拡散し、Ｚｎ拡散領域４０を形成する。Ｚｎの拡散により活性層１６の端部は無秩序化され、無秩序部１６ｂが形成される。無秩序部１６ｂは、活性層１６の端部であって、前端面１７ａと接する部分に形成される。無秩序部１６ｂは、非無秩序部１６ａよりもエネルギーバンドギャップが大きい。つまり、無秩序部１６ｂは窓構造となっている。

次いで、ＺｎＯ膜４２を除去する。図７は、ＺｎＯ膜を除去したことを示す断面図である。次いで、電極３０、及び３２を形成する。図８は、電極を形成したことを示す断面図である。コンタクト層２４の上に電極３０を形成する。また、基板１２の裏面に電極３２を形成する。

次いで、共振器の両端面にコーティングを施す。共振器の前端面１７ａに端面コーティング３４を形成する。また、共振器の後端面１７ｂに端面コーティング３６を形成する。こうして図１に示すレーザ素子１０が完成する。

本発明の実施の形態１に係るレーザ素子によれば、活性層１６のうち、前端面１７ａに接する部分は無秩序部１６ｂとなっている。よって、レーザ素子１０の前端面１７ａとその近傍（以後、前端面１７ａを含む部分という）におけるＣＯＤを抑制できる。特に、レーザ素子１０を高出力で使用する場合には、前端面１７ａを含む部分でＣＯＤが起こりやすいので、上述の構成が有効である。

本発明の実施の形態１に係るレーザ素子とその製造方法は、活性層の端面を含む部分に無秩序部を形成することが特徴である。本発明の実施の形態１に係るレーザ素子とその製造方法は、この特徴を失わない限りにおいて様々な変形をなしうる。

図９は、本発明の実施の形態１に係るレーザ素子の変形例を示す断面図である。このレーザ素子は、活性層の前端面を含む部分と後端面を含む部分の両方に無秩序部を形成したものである。活性層１６の後端面１７ｂを含む部分に無秩序部１６ｃが形成されている。よって、後端面１７ｂを含む部分におけるＣＯＤを抑制できる。このように、無秩序部は、活性層１６の端部（前端面を含む部分と後端面を含む部分の少なくとも一方のことをいう）に形成されればＣＯＤを抑制できる。

また、回折格子１８ａは、上部クラッド層１８以外の層（例えば、活性層１６の上方の層）に形成されていてもよい。例えば、レーザ素子に光ガイド層を形成し、光ガイド層に回折格子を形成してもよい。図１０は、光ガイド層に回折格子を形成したレーザ素子を示す断面図である。このレーザ素子は、活性層１６と上部クラッド層１８の間に第１光ガイド層１９ａ、及び第２光ガイド層１９ｂを備えている。そして、第２光ガイド層１９ｂに回折格子１９ｃが形成されている。この場合は、上部クラッド層１８に回折格子を形成する必要はない。なお、光ガイド層に回折格子を形成しつつ、前端面を含む部分と後端面を含む部分の両方に無秩序部を形成してもよい。図１１は、光ガイド層に回折格子を形成しつつ、前端面を含む部分と後端面を含む部分の両方に無秩序部を形成したレーザ素子を示す断面図である。

本発明の実施の形態１に係るレーザ素子１０は、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系材料で形成したが、例えばＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系材料又はＧａＡｓ／ＡｌＧａＩｎＰ系材料などの材料で形成してもよい。

本発明の実施の形態１に係るレーザ素子では、上部クラッド層１８の一部に回折格子１８ａが形成されたＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）型レーザ素子を採用した。しかしながら、本発明は、回折格子が共振器長全体に渡って形成されたＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）型レーザ素子にも適用できる。

上記の説明では本発明を分かりやすく説明するため、活性層構造等の詳細なエピ構造を記述しなかったが、活性層の構造は、量子井戸構造のＳＱＷ（シングルカンタムウエル）、ＭＱＷ（マルチカンタムウエル）構造でも良い。また、クラッド層とコンタクト層の間のバンドギャップ緩和のために、これらの間にバンド不連続緩和層を形成しても良い。

実施の形態２．
図１２は、本発明の実施の形態２に係るレーザ素子の断面図である。前述のレーザ素子１０との相違点を中心に説明する。前端面１７ａを含む部分には、コンタクト層２４、上部クラッド層１８、及び活性層１６を貫き下部クラッド層１４に至るように、Ｓｉ拡散領域５０が形成されている。Ｓｉ拡散領域５０は、Ｓｉが拡散した領域である。Ｓｉ拡散領域５０における活性層１６は、Ｓｉにより無秩序化されて無秩序部１６ｄとなっている。

続いて、本発明の実施の形態２に係るレーザ素子の製造方法について、本発明の実施の形態１に係るレーザ素子の製造方法との相違点のみ説明する。図１３は、マスク膜を形成したことを示す断面図である。マスク膜５２は、前端面１７ａを含む部分を開口するように形成する。

次いで、マスク膜５２をマスクとして共振器にＳｉイオンを注入する。図１４は、Ｓｉイオンの注入を示す断面図である。Ｓｉイオンが矢印の方向に注入されて、Ｓｉ拡散領域５０が形成される。Ｓｉ拡散領域５０内の活性層１６は無秩序部１６ｄとなる。このように、Ｓｉイオン注入によって、活性層１６の前端面を含む部分に無秩序部１６ｄを形成することができる。よって、前端面１７ａを含む部分におけるＣＯＤを抑制できる。なお本発明の実施の形態２に係るレーザ素子とその製造方法は少なくとも実施の形態１と同程度の変形は可能である。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係るレーザ素子の製造方法は、活性層に無秩序部を形成した後に回折格子を形成することを特徴とする。以後、前述のレーザ素子１０の製造方法との相違点を中心に説明する。

図１５は、上部クラッド層の上にＺｎＯ膜を形成したことを示す断面図である。ＺｎＯ膜６０は、上部クラッド層１８の端部を含む部分の上に形成する。

次いで、活性層１６の端部を無秩序化して無秩序部を形成する。図１６は、無秩序部を形成したことを示す断面図である。この工程では、未完成のレーザ素子を加熱してＺｎ拡散領域６２を形成する。Ｚｎ拡散領域６２内の活性層１６は無秩序部１６ｅとなる。次いで、ＺｎＯ膜６０を除去する。図１７は、ＺｎＯ膜を除去したことを示す断面図である。

次いで、活性層１６の上方の層である上部クラッド層１８の一部に回折格子を形成する。図１８は、回折格子を形成したことを示す断面図である。回折格子１８ａは、前端面１７ａを含む部分に形成する。次いで、上部クラッド層１８の上方にコンタクト層２４を形成する。図１９は、コンタクト層を形成したことを示す断面図である。コンタクト層２４は、回折格子１８ａを埋め込むように形成する。次いで、電極形成及び端面コーティングを実施する。図２０は、電極形成及び端面コーティングを実施したレーザ素子の断面図である。

本発明の実施の形態３に係るレーザ素子の製造方法によれば、無秩序部１６ｅの形成後に回折格子１８ａを形成するので、回折格子１８ａが無秩序部１６ｅ形成のための加熱の影響を受けない。よって、回折格子１８ａの形状を維持できる。

本発明の実施の形態３に係るレーザ素子の製造方法は、活性層の端部を無秩序化した後に、活性層の上方の層に回折格子を形成することを特徴とする。この特徴を失わない限りにおいて、様々な変形が可能である。例えば、実施の形態２で説明したＳｉイオン注入による無秩序部の形成を、回折格子の形成に先立って行ってもよい。なお、本発明の実施の形態３に係るレーザ素子の製造方法は少なくともここまでの実施の形態と同程度の変形は可能である。

１０ レーザ素子、 １２ 基板、 １４ 下部クラッド層、 １６ 活性層、 １６ａ 非無秩序部、 １６ｂ 無秩序部、 １８ 上部クラッド層、 １８ａ 回折格子、 ２４ 上部クラッド層、 ３０,３２ 電極、 ３４,３６ 端面コーティング、 ４０ Ｚｎ拡散領域、 ４２ ＺｎＯ膜

Claims (5)

1. 基板と、
   前記基板の上に形成された下部クラッド層と、
   前記下部クラッド層の上に形成され、端部に無秩序化された無秩序部を有する活性層と、
   前記活性層の上に形成された上部クラッド層と、
   前記活性層の上方の層に形成された回折格子と、
   を備えたことを特徴とするレーザ素子。
2. 前記無秩序部は、Ｚｎ拡散又はＳｉ拡散により無秩序化されたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ素子。
3. 前記無秩序部は、前記活性層の前端面を含む部分と、前記活性層の後端面を含む部分とに形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ素子。
4. 基板の上方に活性層を形成する工程と、
   前記活性層の上方の層に回折格子を形成する工程と、
   前記回折格子を形成した後に、前記活性層の端部を無秩序化する工程と、
   を備えたことを特徴とするレーザ素子の製造方法。
5. 基板の上方に活性層を形成する工程と、
   前記活性層の端部を無秩序化する工程と、
   前記活性層の端部を無秩序化した後に、前記活性層の上方の層に回折格子を形成する工程と、を備えたことを特徴とするレーザ素子の製造方法。

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