JP2013030630A - 半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＯＤを抑制しつつ回折格子のディスオーダーを防ぐことができる半導体レーザ及びその製造方法を得る。
【解決手段】半導体基板１上に、下クラッド層２、光ガイド層３，４、活性層５、及び上クラッド層６及びコンタクト層７が順に積層されている。光ガイド層３，４内に回折格子８が設けられている。レーザ共振端面の近傍かつ回折格子８の上方に窓構造９が設けられている。窓構造９は回折格子８には設けられていない。
【選択図】図１

Description

本発明は、窓構造と回折格子を備えた半導体レーザ及びその製造方法に関し、特にＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage）を抑制しつつ回折格子のディスオーダーを防ぐことができる半導体レーザ及びその製造方法に関する。

半導体レーザにおいて、高出力動作時には端面での光吸収が増加し、さらに前端面ではバンドギャップが小さくなる。このため、前端面でＣＯＤが発生する。そこで、ＣＯＤを抑制するために、前端面の近傍に窓構造が設けられる。窓構造は、イオン注入や不純物拡散により活性層をディスオーダーすることで形成される（例えば、特許文献１参照）。

特開昭６３−２５５９８６号公報

従来の分布反射型（DBR: Distributed Bragg Reflector）レーザでは、特定の波長の光に利得を持たせるために回折格子を活性層の上方に設けていた。従って、活性層の上に回折格子を形成した後に、窓構造を形成するためにイオン注入や不純物拡散を行うと、活性層だけでなく回折格子もディスオーダーされるという問題があった。

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、その目的はＣＯＤを抑制しつつ回折格子のディスオーダーを防ぐことができる半導体レーザ及びその製造方法を得るものである。

本発明に係る半導体レーザは、半導体基板と、前記半導体基板上に順に積層された第１の半導体層、活性層、第２の半導体層と、前記第１の半導体層内に設けられた回折格子と、レーザ共振端面の近傍かつ前記回折格子の上方に設けられた窓構造とを備え、前記窓構造は前記回折格子には設けられていない。

本発明により、ＣＯＤを抑制しつつ回折格子のディスオーダーを防ぐことができる。

本発明の実施の形態１に係る半導体レーザを示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 比較例に係る半導体レーザを示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態４に係る半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態５に係る半導体レーザを示す断面図である。 本発明の実施の形態５に係る半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態５に係る半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態５に係る半導体レーザの製造工程を示す断面図である。

本発明の実施の形態に係る半導体レーザ及びその製造方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザを示す断面図である。半導体基板１上に、下クラッド層２、光ガイド層３，４、活性層５、上クラッド層６、及びコンタクト層７が順に積層されている。光ガイド層３，４内に回折格子８が設けられている。

レーザ共振端面の近傍かつ回折格子８の上方に窓構造９が設けられている。窓構造９は回折格子８には設けられていない。窓構造９は、コンタクト層７、上クラッド層６、及び活性層５の一部をディスオーダーしたものである。コンタクト層７上に上電極１０が設けられ、半導体基板１の下面に下電極１１が設けられている。前端面に前端面コート膜１２が設けられ、後端面に後端面コート膜１３が設けられている。

続いて、上記の半導体レーザの製造方法を説明する。図２から図７は本発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造工程を示す断面図である。

まず、図２に示すように、半導体基板１上に下クラッド層２及び光ガイド層３を順に形成する。次に、図３に示すように、光ガイド層３内に回折格子８を形成する。

次に、図４に示すように、回折格子８を光ガイド層４で埋め込む。そして、回折格子８を含む光ガイド層３，４上に、活性層５、上クラッド層６及びコンタクト層７を順に形成する。

次に、図５に示すように、レーザ共振端面（前端面）の近傍に開口を有する注入マスク１４をコンタクト層７上に形成する。そして、レーザ共振端面の近傍かつ回折格子８の上方において、コンタクト層７の上面側からコンタクト層７、上クラッド層６、及び活性層５にＳｉイオンを注入することにより、コンタクト層７、上クラッド層６、及び活性層５の一部をディスオーダーして窓構造９を形成する。この際に、Ｓｉイオンが回折格子８に到達しないようにする。

次に、図６に示すように注入マスク１４を除去する。そして、図７に示すように、コンタクト層７上に上電極１０を形成し、半導体基板１の下面に下電極１１を形成する。その後、図１に示すように、前端面に前端面コート膜１２を形成し、後端面に後端面コート膜１３を形成する。以上の工程により本実施の形態に係る半導体レーザが製造される。

続いて本実施の形態の効果を比較例と比較して説明する。図８は、比較例に係る半導体レーザを示す断面図である。比較例では、活性層５の上に回折格子８が設けられている。従って、窓構造９を形成するためのイオン注入を行うと、活性層５だけでなく回折格子８もディスオーダーされる。

一方、本実施の形態では、活性層５の下に回折格子８が設けられているため、窓構造９を形成する際にＳｉイオンが回折格子８に到達しないようにすることができる。即ち、回折格子８に窓構造９が形成されないようにできる。よって、回折格子８のディスオーダーを防ぐことができる。また、前端面にバンドギャップを大きくした窓構造９を形成することで、前端面部での光吸収を抑制し、ＣＯＤを抑制することもできる。

なお、回折格子８上に活性層５を形成すると、埋め込みがうまくいかなくて活性層５が波打つ。しかし、窓構造９では活性層５をディスオーダーするので、活性層が波打っていても問題ない。また、Ｓｉイオンの拡散を抑制する拡散抑制層を回折格子８と活性層５との間に設ければ、回折格子８のディスオーダーを確実に防ぐことができる。

実施の形態２．
図９は本発明の実施の形態２に係る半導体レーザの製造工程を示す断面図である。実施の形態１では図５に示すようにイオン注入により窓構造９を形成したが、実施の形態２では図９に示すように不純物の拡散により窓構造９を形成する。

即ち、レーザ共振端面（前端面）の近傍にＺｎＯ膜１５をコンタクト層７上に形成する。そして、レーザ共振端面の近傍かつ回折格子８の上方において、ＺｎＯ膜１５からコンタクト層７、上クラッド層６、及び活性層５にＺｎを拡散させることにより、コンタクト層７、上クラッド層６、及び活性層５の一部をディスオーダーして窓構造９を形成する。この際に、Ｚｎが回折格子８に到達しないようにする。その後、ＺｎＯ膜１５を除去する。

このように不純物の拡散により窓構造９を形成した場合でも、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。即ち、ＣＯＤを抑制しつつ回折格子８のディスオーダーを防ぐことができる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る半導体レーザの製造方法を説明する。図１０から図１４は本発明の実施の形態３に係る半導体レーザの製造工程を示す断面図である。

まず、実施の形態１の図２から図４の工程を行う。即ち、図２に示すように、半導体基板１上に下クラッド層２及び光ガイド層３を順に形成する。次に、図３に示すように、光ガイド層３内に回折格子８を形成する。次に、図４に示すように、回折格子８を光ガイド層４で埋め込む。そして、回折格子８を含む光ガイド層３，４上に、活性層５、及び上クラッド層６を順に形成する。

次に、図１１に示すように、レーザ共振端面（前端面）の近傍に開口を有する注入マスク１４を上クラッド層６上に形成する。そして、レーザ共振端面の近傍かつ回折格子８の上方において、上クラッド層６の上面側から上クラッド層６、及び活性層５にＳｉイオンを注入することにより、上クラッド層６、及び活性層５の一部をディスオーダーして窓構造９を形成する。この際に、Ｓｉイオンが回折格子８に到達しないようにする。

次に、図１２に示すように注入マスク１４を除去する。そして、図１３に示すように、上クラッド層６上に上クラッド層１６及びコンタクト層７を形成する。その後、図１４に示すように、上電極１０、下電極１１、前端面コート膜１２、後端面コート膜１３を形成する。以上の工程により本実施の形態に係る半導体レーザが製造される。

本実施の形態では、上クラッド層６を形成した段階で結晶成長を止めて、上クラッド層１６及びコンタクト層７を形成する前に、窓構造９を形成する。そして、窓構造９を形成した後に、上クラッド層１６及びコンタクト層７を形成する。これにより、イオン注入する上クラッド層６の上面から活性層５までの距離が短くなるため、イオン注入の制御性が向上する。

実施の形態４．
図１５は本発明の実施の形態４に係る半導体レーザの製造工程を示す断面図である。実施の形態３では図１１に示すようにイオン注入により窓構造９を形成したが、実施の形態４では図１５に示すように不純物の拡散により窓構造９を形成する。

即ち、レーザ共振端面（前端面）の近傍にＺｎＯ膜１５を上クラッド層６上に形成する。そして、レーザ共振端面の近傍かつ回折格子８の上方において、ＺｎＯ膜１５から上クラッド層６及び活性層５にＺｎを拡散させることにより、上クラッド層６及び活性層５の一部をディスオーダーして窓構造９を形成する。この際に、Ｚｎが回折格子８に到達しないようにする。その後、ＺｎＯ膜１５を除去する。

このように不純物の拡散により窓構造９を形成した場合でも、実施の形態３と同様の効果を得ることができる。即ち、不純物拡散する上クラッド層６の上面から活性層５までの距離が短くなるため、不純物拡散の制御性が向上する。

実施の形態５．
図１６は、本発明の実施の形態５に係る半導体レーザを示す断面図である。実施の形態１では窓構造９はイオン注入によりディスオーダーした領域であるが、実施の形態５では窓構造１７は活性層５より大きいバンドギャップを持つ結晶である。その他の構成は実施の形態１と同様である。

続いて、上記の半導体レーザの製造方法を説明する。図１７から図１９は本発明の実施の形態５に係る半導体レーザの製造工程を示す断面図である。

まず、図１７に示すように、半導体基板１上に下クラッド層２及び光ガイド層３を順に形成する。そして、光ガイド層３内に回折格子８を形成し、回折格子８を光ガイド層４で埋め込む。

次に、図１８に示すように、レーザ共振端面（前端面）の近傍かつ回折格子８の上方において、活性層５より大きいバンドギャップを持つ結晶を光ガイド層３上に選択成長させて窓構造９を形成する。

次に、図１９に示すように、回折格子８を含む光ガイド層３上に、活性層５及び上クラッド層６及びコンタクト層７を順に形成する。その後、上電極１０、下電極１１、前端面コート膜１２、後端面コート膜１３を形成する。以上の工程により本実施の形態に係る半導体レーザが製造される。

このように活性層５より大きいバンドギャップを持つ結晶により窓構造１７を形成した場合でも実施の形態１と同様の効果を得ることができる。即ち、ＣＯＤを抑制しつつ回折格子８のディスオーダーを防ぐことができる。

なお、実施の形態１〜４では窓構造が前端面に設けられている場合について説明したが、これに限らず、窓構造９が前端面と後端面の両方の近傍に設けられた場合にも本発明を適用できる。また、実施の形態１〜４では回折格子８が部分的に設けられた分布反射型（DBR: Distributed Bragg Reflector）レーザについて説明したが、これに限らず、回折格子８がレーザ共振器長の全域に設けられた分布帰還型（DFB: Distributed Feedback）レーザにも本発明を適用できる。

１ 半導体基板
３，４ 光ガイド層（第１の半導体層）
５ 活性層
６ 上クラッド層（第２の半導体層）
８ 回折格子
９，１７ 窓構造
１６ 上クラッド層（第３の半導体層）

Claims (8)

1. 半導体基板と、
   前記半導体基板上に順に積層された第１の半導体層、活性層、第２の半導体層と、
   前記第１の半導体層内に設けられた回折格子と、
   レーザ共振端面の近傍かつ前記回折格子の上方に設けられた窓構造とを備え、
   前記窓構造は前記回折格子には設けられていないことを特徴とする半導体レーザ。
2. 前記窓構造は、前記第２の半導体層及び前記活性層の一部をディスオーダーしたものであることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ。
3. 前記窓構造は、前記活性層より大きいバンドギャップを持つ結晶であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ。
4. 前記窓構造は、前端面と後端面の両方の近傍に設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体レーザ。
5. 前記回折格子は、レーザ共振器長の全域に設けられていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の半導体レーザ。
6. 半導体基板上に第１の半導体層を形成する工程と、
   前記第１の半導体層内に回折格子を形成する工程と、
   前記回折格子を含む前記第１の半導体層上に、前記活性層及び前記第２の半導体層を順に形成する工程と、
   レーザ共振端面の近傍かつ前記回折格子の上方において、前記第２の半導体層の上面側から前記第２の半導体層及び前記活性層にイオンを注入するか又は不純物を拡散することにより、前記第２の半導体及び前記活性層の一部をディスオーダーして窓構造を形成する工程とを備え、
   前記窓構造を形成する際に、前記イオン又は前記不純物が前記回折格子に到達しないようにすることを特徴とする半導体レーザの製造方法。
7. 前記窓構造を形成した後に、前記第２の半導体層上に第３の半導体層を形成する工程を更に備えることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
8. 半導体基板上に第１の半導体層を形成する工程と、
   前記第１の半導体層内に回折格子を形成する工程と、
   前記回折格子を含む前記第１の半導体層上に、前記活性層及び前記第２の半導体層を順に形成する工程と、
   前記活性層及び前記第２の半導体層を形成する前に、レーザ共振端面の近傍かつ前記回折格子の上方において、前記活性層より大きいバンドギャップを持つ結晶を前記第１の半導体層上に選択成長させて窓構造を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体レーザの製造方法。

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