JP2655498B2 - 半導体レーザアレイの製造方法 - Google Patents

半導体レーザアレイの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザアレイの
製造方法に関し、特に隣合う素子同士の波長間隔を等間
隔に並べた、波長多重(WDM)光通信用半導体レーザ
アレイの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】WDM用光源として、隣合う素子同士で
発振波長が等間隔に並んだ半導体レーザアレイが求めら
れている。従来この様なレーザアレイを作製する方法と
しては、電子ビーム露光等により隣合う分布帰還型(D
FB)あるいは分布反射型(DBR)レーザの回折格子
ピッチを少しずつ変えて、隣同士で発振波長が僅かずつ
異なるレーザアレイを作製する方法があった。しかしな
がらこの方法では、活性層はどの素子も同じであるた
め、発振波長と利得ピーク波長の差のディチューニング
量が隣合う素子により異なり、高々20nm程度しか波
長を振れないという問題があった。
【0003】一方、選択成長を用いる方法も試みられて
いる。選択成長を用いれば、DFBレーザ等の光ガイド
層の組成や厚さをマスクパターンにより制御でき、回折
格子ピッチは一定でも等価屈折率を変調することによ
り、発振波長の分布を持たせることができる。例えば、
加藤らによるMOVPE選択成長を用いた4波DBRレ
ーザアレイ(1994年春季 第41回応用物理学関係
連合講演会,講演番号29p−K−15)では、成長阻
止マスクの幅を隣合う素子同士で0,15,30,50
μmと変化させ、光導波路層の厚さを変調することによ
り、5nm間隔で15nm発振波長をシフトさせた4チ
ャンネルのDBRレーザアレイを実現している。
【0004】また筒井らは、同じく選択成長を用いるこ
とにより、約2.5nm間隔で計10.1nmの波長可
変幅を得ている(1994年春季 第41回応用物理学
関係連合講演会,講演番号29p−K−14)。しかし
ながらこの場合は、光ガイド層と同時にMQW活性層も
成長させるため、活性層の組成と厚さも同時に変調され
てしまい、利得ピーク波長と発振波長とを独立に制御す
ることはできなかった。従ってこの場合も、個々の素子
のディチューニング量を広い波長範囲に渡り制御するこ
とは困難であった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、この様な従
来の波長多重光源用半導体レーザアレイの欠点を除去
し、個々のレーザのディチューニング量を制御すること
により、50nmを越える広い波長範囲に渡り発振波長
をカバーできる半導体レーザアレイを実現することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザア
レイの製造方法は、半導体基板上にアレイ状に形成する
分布帰還型または分布反射型半導体レーザにおいて、少
なくとも隣合う素子同士で回折格子のピッチが少しずつ
異なる様に回折格子を形成する工程と、その上に回折格
子を埋め込むように前記基板とは異なる第2の半導体か
らなる光ガイド層を成長する工程と、その上にさらに隣
合う素子同士でマスク幅の異なる選択成長用マスクを用
いて選択成長を行うことにより、レーザの活性層を形成
する工程とを合わせ持つことを特徴とする。
【0007】また、本発明の半導体レーザアレイの製造
方法は、半導体基板上にアレイ状に形成する分布帰還型
または分布反射型半導体レーザにおいて、少なくとも隣
合う素子同士でマスク幅の異なる選択成長用マスクを用
いて選択成長を行うことにより、レーザの活性層を形成
する工程と、さらにその上に前記基板と異なる第2の半
導体からなる光ガイド層を成長する工程と、さらにその
光ガイド層上に隣合う素子同士で回折格子のピッチが少
しずつ異なる様に回折格子を形成する工程とさらにその
上に回折格子を埋め込むように基板と同種類の半導体か
らなるクラッド層を成長する工程とを合わせ持つことを
特徴とする。半導体基板としては、n型またはP型のI
nP,GaAsを用いることができる。
【0008】
【作用】以下に本発明の原理について説明する。本発明
は、WDM用光源等に適用することを目的として、各々
の素子の発振波長が制御できてかつ、各々の素子のディ
チューニング量も独立に制御できるレーザアレイの製造
方法を提供することにある。
【0009】図3(a)に、従来の電子ビーム露光等を
用いて回折格子のピッチのみを変調させる方法で作製す
るWDMレーザアレイの、各々の素子の発振波長と利得
ピーク波長との関係を示す。この方法では、各素子の活
性層構造は同じであるので、利得ピーク波長はどの素子
も全く同じである。そこで、回折格子ピッチのみを変え
て各素子で波長を変化させる場合、図に示す様にディチ
ューニング量(発振波長と利得ピーク波長との差のこ
と)が素子ごとに異なってしまう。通常このディチュー
ニング量が±5nm程度以上になると、レーザはもはや
発振困難となるので、この方法により変化させることが
できるアレイレーザの波長範囲はせいぜい20nm程度
である。
【0010】一方、前に述べた選択成長を用いる方法で
も、波長を変化させることができる。選択成長では、使
用するマスクの幅を変化させることにより、成長層の組
成および膜厚を変調することが可能である。従って、隣
同士で異なるマスク幅の選択成長マスクを用いれば、光
ガイド層あるいは活性層の組成および膜厚を隣同士で変
えられるので、たとえ回折格子ピッチが同じでも発振波
長を変化させることができる。しかしながらこの方法で
は図3(b)に示す様に、発振波長と同時に利得ピーク
波長も変調されてしまうので、やはり発振波長とディチ
ューニング量を独立に制御することができなかった。
【0011】これに対して、これら二つの方法を組み合
わせる本発明の方法では、図3(c)に示す様に、レー
ザアレイの各々の素子の発振波長とディチューニング量
を独立に制御することが可能となる。即ち本発明の方法
では、電子ビーム露光等による回折格子ピッチの変調に
より発振波長を振り、さらに選択成長による活性層のバ
ンドギャップ制御により、各々の素子の利得ピーク波長
と発振波長との関係を全ての素子に対して一定にするこ
とができる。
【0012】
【実施例】次に図面を参照しながら本発明について説明
する。図1は、本発明の第1の実施例である分布帰還型
レーザアレイ(この場合は4チャンネル)の製造方法を
示す図である。まず最初に図1(a)に示す様に、n型
InP基板1上に、隣同士でピッチが202nmから2
03.2nmまで、0.4nm間隔で変化している回折
格子2を形成する。この様に隣同士でピッチの異なる回
折格子は、電子ビーム露光を用いれば容易に形成でき
る。次に図1(b)に示す様に、この回折格子2を形成
した基板全面を、バンドギャップ組成1.05μmのI
nGaAsP層3で埋め込む。この層は厚さ100nm
程度であり、分布帰還型レーザにおける光ガイド層とな
る。さらにこの層の上に図1(b)に示すように、活性
層ストライプを形成するための選択成長用マスク(通常
SiO2マスクを用いる)4を形成するが、この場合マ
スクの幅が隣合う活性層ストライプ間で、10μmから
40μmまで10μmごとに広くなる様なマスクを形成
する(このマスクの幅は成長装置および成長条件が違え
ば異なることもある)。この様なマスクを用いて選択成
長することにより、下側SCH層を順次成長して図1
(c)示すように、埋め込まれた回折格子の直上に、4
チャンネル分の活性層ストライプ5を形成する。この時
各チャンネルの活性層ストライプの間に、選択成長によ
り不必要な部分6も同時に形成されるので、この部分は
後にエッチングにより除去する。さらにこの後選択成長
用マスクを除去し、図1(d)に示す様に活性層ストラ
イプを電流ブロック層7を形成しながら埋め込む。この
後の電極形成工程等は、通常の半導体レーザのプロセス
と同様である。
【0013】このように本実施例では、回折格子のピッ
チを変調させかつ選択成長で利得のピーク波長も変えて
いるので、各チャンネルの素子で発振波長とディチュー
ニング量を独立に制御でき、発振波長を大きく振ること
ができる。
【0014】次に本発明の第2の実施例について説明す
る。図2は、本発明の第2の実施例である分布帰還型レ
ーザアレイ(この場合は4チャンネル)の製造方法を示
す図である。まず最初に図2(a)に示す様に、n型I
nP基板1に活性層ストライプを形成するための選択成
長用マスク(通常SiO2マスクを用いる)4を形成す
るが、この場合マスクの幅が隣合う活性層ストライプ間
で、10μmから40μmまで10μmごとに広くなる
様なマスクを形成する(このマスクの幅は成長装置およ
び成長条件が違えば異なることもある)。次に、この様
なマスクを用いて選択成長することにより、下側SCH
層,活性層(MQWでも可能)および光ガイド層を順次
成長して図2(b)示すように活性層ストライプ5を形
成する。続いて各素子の活性層ストライプ5上に、隣同
士でピッチが202nmから203.2nmまで、0.
4nm間隔で変化している回折格子2を形成する。この
様に隣同士でビッチの異なる回折格子は、電子ビーム露
光を用いれば容易に形成できる。次に、同時に選択成長
された活性層ストライプ以外の領域をエッチングにより
除去し、図2(d)に示す様に活性層ストライプを電流
ブロック層7を形成しながら埋め込む。そして最後にウ
エハ全面をp型InPクラッド層,p型InGaAsP
キャップ層で埋め込む。この後の電極形成工程等は、通
常の半導体レーザのプロセスと同様である。この実施例
においても、第1の実施例と同様の効果が得られた。
【0015】なお、上記実施例は、n型InP基板を用
いる場合について説明したが、p型でもよいし、またG
aAs基板を用いることもできる。また、本発明は分布
反射型半導体レーザアレイにも適用できる。
【0016】
【発明の効果】以上説明した様に本発明の方法では、電
子ビーム露光等にり回折格子のピッチ変調と選択成長に
よる利得ピーク波長制御の方法を組み合わせることによ
り、各々の素子でディチューニング量が等しくかつ発振
波長を大きく振ることが可能な半導体レーザアレイが実
現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(d)は本発明の第1の実施例の分布
帰還型レーザアレイの製造工程を示す図である。
【図2】(a)〜(d)は本発明の第2の実施例の分布
帰還型レーザアレイの製造工程を示す図である。
【図3】(a)〜(c)は本発明の原理を説明するため
の図である。
【符号の説明】
1 n−InP基板 2 回折格子 3 InGaAsP層 4 選択成長用マスク 5 活性層ストライプ 6 不要な部分 7 電流ブロック層

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上にアレイ状に形成する分布
    帰還型または分布反射型半導体レーザにおいて、少なく
    とも隣合う素子同士で回折格子のピッチが少しずつ異な
    る様に回折格子を形成する工程と、その上に回折格子を
    埋め込むように前記基板とは異なる第2の半導体からな
    る光ガイド層を成長する工程と、その上にさらに隣合う
    素子同士でマスク幅の異なる選択成長用マスクを用いて
    選択成長を行うことにより、レーザの活性層を形成する
    工程とを有することを特徴とする半導体レーザアレイの
    製造方法。
  2. 【請求項2】 半導体基板上にアレイ状に形成する分布
    帰還型または分布反射型半導体レーザにおいて、少なく
    とも隣合う素子同士でマスク幅の異なる選択成長用マス
    クを用いて選択成長を行うことにより、レーザの活性層
    を形成する工程と、さらにその上に前記基板と異なる第
    2の半導体からなる光ガイド層を成長する工程と、さら
    にその光ガイド層上に隣合う素子同士で回折格子のピッ
    チが少しずつ異なる様に回折格子を形成する工程と、さ
    らにその上に回折格子を埋め込むように基板と同種類の
    半導体からなるクラッド層を成長する工程とを有するこ
    とを特徴とする半導体レーザアレイの製造方法。
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