JP3347738B2 - 導波路の結合されたｄｆｂ式レーザーダイオードの製造法及びｄｆｂ式レーザーダイオード層構造 - Google Patents
導波路の結合されたｄｆｂ式レーザーダイオードの製造法及びｄｆｂ式レーザーダイオード層構造Info
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、導波路の結合されたMCRW型DFB式レーザー
ダイオードの製造法及びMCRW型DFB式レーザーダイオー
ド層構造に関する。
ダイオードの製造法及びMCRW型DFB式レーザーダイオー
ド層構造に関する。
光学的なデータ伝送は今日では広域交信において格別
の重要性を得るに至っているとは云え、加入者接続領域
における普及度は、コスト上の理由からなお微々たるも
のである。ネットワーク回線加入者に対して、その接続
を介して分配サービスと相互作用サービスへのアクセス
を与え、かつ相応の単向データ流及び双向データ流を与
えるために、この場合に使用される接続モジュールは一
次機能として、半導体レーザーの形態の送信器とフォト
ダイオードの形態の受信器を内蔵している。これに二次
機能として、送信用レーザーを監視するためのモニター
ダイオード及び異なった送信・受信波長の分離によって
漏話を阻止するための波長選出的なフィルタが加わる。
システム・アスペクトに基づいて予期される大個数需要
に奉仕するためには、前記モジュールは、見合ったコス
トで製造されねばならない。
の重要性を得るに至っているとは云え、加入者接続領域
における普及度は、コスト上の理由からなお微々たるも
のである。ネットワーク回線加入者に対して、その接続
を介して分配サービスと相互作用サービスへのアクセス
を与え、かつ相応の単向データ流及び双向データ流を与
えるために、この場合に使用される接続モジュールは一
次機能として、半導体レーザーの形態の送信器とフォト
ダイオードの形態の受信器を内蔵している。これに二次
機能として、送信用レーザーを監視するためのモニター
ダイオード及び異なった送信・受信波長の分離によって
漏話を阻止するための波長選出的なフィルタが加わる。
システム・アスペクトに基づいて予期される大個数需要
に奉仕するためには、前記モジュールは、見合ったコス
トで製造されねばならない。
前記４つの機能、つまりレーザーダイオード、モニタ
ーダイオード、受信器ダイオード及びフィルタを備えた
商業的な送受信モジュールは、目下の技術水準によれ
ば、マイクロ光学的製造方式で製造される（Siemens AG
宣伝パンフレット“BIDI Bidirektionale Module"No.B1
55−H6656−Ｘ−Ｘ−7400,1993参照）。その製造の場
合、単独部品数が多数であるため、組立段階及び調整段
階の労働賃金は比較的割高になる。このテクノロジーの
分野では、例えば前もって製造されたサブユニット、例
えばファイバーレンズ・ユニット、レーザー・モニター
ユニットの使用によって、殊に合理的な構成技術の開発
によって、分散的なモジュール構成要素の品質・歩留ま
り・耐用寿命を向上させる傍ら、更に価格を低下させる
可能性が多数提供されている。１例を挙げれば、均質な
レーザー活性層を備えたMCRW型レーザー（但しMCRWとは
“metal clad ridge waveguide"を意味する）から、歪
みのかけられた量子源構造（SL−MQW型構造）を有するM
CRW型レーザー（但しSL−MQWとは“strained layer mul
tiple qantum well"を意味する）への移行である。この
レーザーは、エピタクシャル成長プロセスが単純で漏れ
電流が僅少かつ耐用寿命が高いというMCRW型構造のもつ
公知の利点以外に、低い限界と高い最大動作温度を付加
的に供給するので、高温レーザーが得られる。1.3μｍ
についてのMCRW型レーザーの特性はB.Stegmueller,E.Ve
uhoff,J.Rieger＆H.Hedrich:“High−temperature（130
℃）CW operation of 1.53μm InGaAsP ridge−wavegui
de lasers using straine−d quaternary qantum well
s",Electronics Letter,Vol.29（1993）,No.19,p.1691
−1693に詳細に記載されている。
ーダイオード、受信器ダイオード及びフィルタを備えた
商業的な送受信モジュールは、目下の技術水準によれ
ば、マイクロ光学的製造方式で製造される（Siemens AG
宣伝パンフレット“BIDI Bidirektionale Module"No.B1
55−H6656−Ｘ−Ｘ−7400,1993参照）。その製造の場
合、単独部品数が多数であるため、組立段階及び調整段
階の労働賃金は比較的割高になる。このテクノロジーの
分野では、例えば前もって製造されたサブユニット、例
えばファイバーレンズ・ユニット、レーザー・モニター
ユニットの使用によって、殊に合理的な構成技術の開発
によって、分散的なモジュール構成要素の品質・歩留ま
り・耐用寿命を向上させる傍ら、更に価格を低下させる
可能性が多数提供されている。１例を挙げれば、均質な
レーザー活性層を備えたMCRW型レーザー（但しMCRWとは
“metal clad ridge waveguide"を意味する）から、歪
みのかけられた量子源構造（SL−MQW型構造）を有するM
CRW型レーザー（但しSL−MQWとは“strained layer mul
tiple qantum well"を意味する）への移行である。この
レーザーは、エピタクシャル成長プロセスが単純で漏れ
電流が僅少かつ耐用寿命が高いというMCRW型構造のもつ
公知の利点以外に、低い限界と高い最大動作温度を付加
的に供給するので、高温レーザーが得られる。1.3μｍ
についてのMCRW型レーザーの特性はB.Stegmueller,E.Ve
uhoff,J.Rieger＆H.Hedrich:“High−temperature（130
℃）CW operation of 1.53μm InGaAsP ridge−wavegui
de lasers using straine−d quaternary qantum well
s",Electronics Letter,Vol.29（1993）,No.19,p.1691
−1693に詳細に記載されている。
本出願前に出願されたドイツ連邦共和国特許出願P44
04 756.8号明細書（GR 94 P 1081 DE）では、半導体材
料、例えばInPから成る基板上における４機能の一枚岩
的（monolithic）な集積が提案されている。このために
は、珪素チップの製造に定評のあるプレーナーテクノロ
ジーが使用される。その場合InP上におけるフォトニッ
クな集積は、分散的なInP素子のために今日広く知られ
ている諸テクノロジーを使用する。このテクノロジーと
してはエピタクシャル成長技術、リトグラフィ技術、エ
ッチング技術などが挙げられる。マイクロ光学的な部品
間の調整工程に代えて、フォトリトグラフィックに規定
された素子構造が使用される。テクノロジーの標準化に
よって、同種の設備及びプロセス段階は互換可能にな
る。一枚岩的な集積によって減少されるモジュール内の
部品数は組立時間を低減し、かつ堅牢性を高める。DFB
式レーザーダイオード（但しDFBとは“distributed fee
dback"＝分配帰還を意味する）の製造法及び、該方法に
よって製造されたDFB式レーザーダイオード層構造は前
掲特許出願明細書において具体的に提案されている。
04 756.8号明細書（GR 94 P 1081 DE）では、半導体材
料、例えばInPから成る基板上における４機能の一枚岩
的（monolithic）な集積が提案されている。このために
は、珪素チップの製造に定評のあるプレーナーテクノロ
ジーが使用される。その場合InP上におけるフォトニッ
クな集積は、分散的なInP素子のために今日広く知られ
ている諸テクノロジーを使用する。このテクノロジーと
してはエピタクシャル成長技術、リトグラフィ技術、エ
ッチング技術などが挙げられる。マイクロ光学的な部品
間の調整工程に代えて、フォトリトグラフィックに規定
された素子構造が使用される。テクノロジーの標準化に
よって、同種の設備及びプロセス段階は互換可能にな
る。一枚岩的な集積によって減少されるモジュール内の
部品数は組立時間を低減し、かつ堅牢性を高める。DFB
式レーザーダイオード（但しDFBとは“distributed fee
dback"＝分配帰還を意味する）の製造法及び、該方法に
よって製造されたDFB式レーザーダイオード層構造は前
掲特許出願明細書において具体的に提案されている。
このような装置は、欧州特許出願公開第0454902号明
細書に基づいて、またElectronics Letter,Vol.28（199
2）,p.2361に基づいて公知である。
細書に基づいて、またElectronics Letter,Vol.28（199
2）,p.2361に基づいて公知である。
請求項１に記載した本発明の方法によって、一枚岩的
に集積されたMCRW型DFB式高温レーザーダイオードと該
レーザーダイオードに結合された導波路を有利に製造す
ることが可能であり、そればかりか、送信機能を有する
モジュール、要するに特に双向性モジュールの場合には
本発明の方法によって、このレーザータイプの動作性能
上及びコスト上の利点が、一枚岩的集積の利点と結合さ
れる。
に集積されたMCRW型DFB式高温レーザーダイオードと該
レーザーダイオードに結合された導波路を有利に製造す
ることが可能であり、そればかりか、送信機能を有する
モジュール、要するに特に双向性モジュールの場合には
本発明の方法によって、このレーザータイプの動作性能
上及びコスト上の利点が、一枚岩的集積の利点と結合さ
れる。
本発明の製造法の更なる利点は、４つのエピタクシャ
ル成長段階の内、第１と第２のエピタクシャル成長段階
及び第３と第４のエピタクシャル成長段階をそれぞれ直
接相前後して実施することができ、処理工程の中断が生
じるのは光学格子の製造時だけにすぎないことである。
例えばHF浴におけるエッチング処理工程のためにエピタ
クシャル処理装置から基板が取出されねばならないのは
極く短時間にすぎないので、エピタクシャル成長処理は
事実上、単一工程となる。更にまた、本願以前に出願さ
れた前掲特許出願明細書に記載された方法の場合にほぼ
類似して、三元素成分の受信器用フォトダイオードを導
波路の上に付加的に集積することができるという利点が
ある。所属の素子層は、前掲特許出願明細書の場合とほ
ぼ同様に、導波路を製造するためのエピタクシャル成長
段階において成長・構成され、かつそれに続くエピタク
シャル成長段階（この段階は選択的に実施可能である）
において、扁平な表面に達するまで成長される。その他
の処理段階は全て、受信器用フォトダイオードを備えて
いない態様の処理段階に等しい。
ル成長段階の内、第１と第２のエピタクシャル成長段階
及び第３と第４のエピタクシャル成長段階をそれぞれ直
接相前後して実施することができ、処理工程の中断が生
じるのは光学格子の製造時だけにすぎないことである。
例えばHF浴におけるエッチング処理工程のためにエピタ
クシャル処理装置から基板が取出されねばならないのは
極く短時間にすぎないので、エピタクシャル成長処理は
事実上、単一工程となる。更にまた、本願以前に出願さ
れた前掲特許出願明細書に記載された方法の場合にほぼ
類似して、三元素成分の受信器用フォトダイオードを導
波路の上に付加的に集積することができるという利点が
ある。所属の素子層は、前掲特許出願明細書の場合とほ
ぼ同様に、導波路を製造するためのエピタクシャル成長
段階において成長・構成され、かつそれに続くエピタク
シャル成長段階（この段階は選択的に実施可能である）
において、扁平な表面に達するまで成長される。その他
の処理段階は全て、受信器用フォトダイオードを備えて
いない態様の処理段階に等しい。
本発明の方法の好ましい有利な構成は、請求項２乃至
６に記載の手段から明らかである。
６に記載の手段から明らかである。
本発明の製造法によって条件づけられる新規なMCRW型
DFB式レーザーダイオード層構造は請求項７に記載され
ている。該MCRW型DFB式レーザダイオード層構造の好ま
しい有利な構成は、請求項８及び12に記載の手段から明
らかである。
DFB式レーザーダイオード層構造は請求項７に記載され
ている。該MCRW型DFB式レーザダイオード層構造の好ま
しい有利な構成は、請求項８及び12に記載の手段から明
らかである。
図１は図２のＩ−Ｉ断面線に沿った断面図に相当す
る、本発明によるDFB式レーザーダイオードと該レーザ
ーダイオードに結合された光学的な導波路の軸方向縦断
面図である。
る、本発明によるDFB式レーザーダイオードと該レーザ
ーダイオードに結合された光学的な導波路の軸方向縦断
面図である。
図２は図１のII−II断面線に沿って示したDFB式レー
ザーダイオードの横断面図である。
ザーダイオードの横断面図である。
図３は図１のIII−III断面線に沿って示した構成され
た導波路の横断面図である。
た導波路の横断面図である。
図４は量子源層とバリア層を一層明確にするために図
１において鎖線円Ａで囲んだ、本発明によるレーザーダ
イオードのレーザー活性層部分の拡大図である。
１において鎖線円Ａで囲んだ、本発明によるレーザーダ
イオードのレーザー活性層部分の拡大図である。
図５は本発明の方法によって製造されたDFB式レーザ
ーダイオードと該レーザーダイオードに結合された導波
路とから成る全ユニットの構成斜視図である。
ーダイオードと該レーザーダイオードに結合された導波
路とから成る全ユニットの構成斜視図である。
図６はレーザーダイオードと導波路が互いに結合され
ている結合部位を一層明確にするために図５において鎖
線円Ｂで囲んだ部分の拡大斜視図である。
ている結合部位を一層明確にするために図５において鎖
線円Ｂで囲んだ部分の拡大斜視図である。
図７はレーザーダイオードと該レーザーダイオードに
結合された導波路及びフォトダイオードとから成る第１
のチップ形状を著しく簡略化して示した概略図である。
結合された導波路及びフォトダイオードとから成る第１
のチップ形状を著しく簡略化して示した概略図である。
図８はレーザーダイオードと該レーザーダイオードに
結合された導波路及びホトダイオードとから成る第２の
チップ形状を著しく簡略化して示した概略図である。
結合された導波路及びホトダイオードとから成る第２の
チップ形状を著しく簡略化して示した概略図である。
次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。なお
図面は概略図であって寸法通りに正確に作図されたもの
ではない。
図面は概略図であって寸法通りに正確に作図されたもの
ではない。
先ず最初に本発明の方法を図１乃至図３に基づいて説
明する。
明する。
第１のエピタクシャル成長段階において、特定の導電
形の半導体材料、例えばｎ形ドーピングされた半導体材
料から成る基板30の表面31上には、 特定のｎ形導電形の少なくとも１つの半導体材料層10
から成る第１層スタック11が製出され、 この第１層スタック11上には、四元素成分材料の２層
又はそれ以上の圧縮歪みのかけられた量子源層11（図４
参照）と、前記量子源層11間に位置する四元素成分材料
の１層又はそれ以上のバリア層12とから成るレーザー活
性層12が製出され、かつ このレーザー活性層12上には、前記特定のｎ形導電形
とは逆のｐ形導電形の半導体材料の２層又はそれ以上の
層13,14,15から成る第２層スタック13が製出され、該第
２層スタックは、前記レーザー活性層12から離反した表
面16を有している。
形の半導体材料、例えばｎ形ドーピングされた半導体材
料から成る基板30の表面31上には、 特定のｎ形導電形の少なくとも１つの半導体材料層10
から成る第１層スタック11が製出され、 この第１層スタック11上には、四元素成分材料の２層
又はそれ以上の圧縮歪みのかけられた量子源層11（図４
参照）と、前記量子源層11間に位置する四元素成分材料
の１層又はそれ以上のバリア層12とから成るレーザー活
性層12が製出され、かつ このレーザー活性層12上には、前記特定のｎ形導電形
とは逆のｐ形導電形の半導体材料の２層又はそれ以上の
層13,14,15から成る第２層スタック13が製出され、該第
２層スタックは、前記レーザー活性層12から離反した表
面16を有している。
第２層スタック13の前記表面16内には、レリーフ状の
光学格子、例えば夫々三角形横断面を有する平行に延在
する複数の格子溝から成る光学格子14が製出される。な
お前記光学格子の格子溝の縦軸線は、図１で見れば図平
面に対して直交している。
光学格子、例えば夫々三角形横断面を有する平行に延在
する複数の格子溝から成る光学格子14が製出される。な
お前記光学格子の格子溝の縦軸線は、図１で見れば図平
面に対して直交している。
第２のエピタクシャル成長段階において、第２層スタ
ック13の表面16には、逆のｐ形導電形の単層又は複層の
半導体材料層17,18,19から成りかつ前記光学格子14をカ
バーする第３層スタック15が製出される。
ック13の表面16には、逆のｐ形導電形の単層又は複層の
半導体材料層17,18,19から成りかつ前記光学格子14をカ
バーする第３層スタック15が製出される。
第２層スタック13、レーザー活性層12及び第１層スタ
ック11は所定区域に基板30の表面31に至るまで除去され
るので、該表面31上には、第１層スタック11とレーザー
活性層12と第２層スタック13とから成る隆起域10が、基
板30の表面31に対して殊に有利には約90゜の角度αで起
立する端面101をもって残存し、該隆起域10の傍には、
該隆起域の端面101に境を接するところの、基板30の表
面31の表面域311が露出されている。
ック11は所定区域に基板30の表面31に至るまで除去され
るので、該表面31上には、第１層スタック11とレーザー
活性層12と第２層スタック13とから成る隆起域10が、基
板30の表面31に対して殊に有利には約90゜の角度αで起
立する端面101をもって残存し、該隆起域10の傍には、
該隆起域の端面101に境を接するところの、基板30の表
面31の表面域311が露出されている。
第３のエピタクシャル成長段階において、隆起域10に
ではなくて、基板30の表面31の露出した表面域311に、
導波路２を規定する第４層スタック21が製出され、該第
４層スタックは、第１及び第２の光学的ジャケット層2
1,23並びに前記の両光学的ジャケット層21,23間に位置
する導波層22から成り、しかも該導波層22は、基板30の
表面31に関してレーザー活性層12の高さｈのレベルに位
置し、かつ隆起域10の端面101に対向する端面221を有し
ている。
ではなくて、基板30の表面31の露出した表面域311に、
導波路２を規定する第４層スタック21が製出され、該第
４層スタックは、第１及び第２の光学的ジャケット層2
1,23並びに前記の両光学的ジャケット層21,23間に位置
する導波層22から成り、しかも該導波層22は、基板30の
表面31に関してレーザー活性層12の高さｈのレベルに位
置し、かつ隆起域10の端面101に対向する端面221を有し
ている。
第４のエピタクシャル成長段階において、隆起域10及
び第４層スタック21上には、逆導電形の少なくとも１層
のｐ形半導体材料層41と、殊に金属的な電気接点４を装
着するための接点層42とから成る第５層スタック41が製
出される。
び第４層スタック21上には、逆導電形の少なくとも１層
のｐ形半導体材料層41と、殊に金属的な電気接点４を装
着するための接点層42とから成る第５層スタック41が製
出される。
以上が、DFB式レーザーダイオード及び該レーザーダ
イオードに光学的に結合された光学的な導波路を製造す
るための本発明の方法の主要な処理段階である。
イオードに光学的に結合された光学的な導波路を製造す
るための本発明の方法の主要な処理段階である。
残存する隆起域10内には、光学格子14の近くにまで及
ぶ深さｔの２つの窪み61,62が製出されるのが有利であ
り、この両窪み61,62は、該窪み間で光学格子14の上方
に残存している隆起域10の層19,41,42から成っていて前
記隆起域10の端面101に対して実質的に垂直な縦軸線110
を有しているリブ100によって互いに仕切られており、
かつ前記端面101の近くまで延びている。前記リブ100の
幅ｂはレーザーダイオードの幅を規定し、つまり、レー
ザー活性層12内でレーザー光線を発生させかつ該レーザ
ー活性層12から隆起域10の端面101によって導波路２内
へ放射させる領域を規定する。
ぶ深さｔの２つの窪み61,62が製出されるのが有利であ
り、この両窪み61,62は、該窪み間で光学格子14の上方
に残存している隆起域10の層19,41,42から成っていて前
記隆起域10の端面101に対して実質的に垂直な縦軸線110
を有しているリブ100によって互いに仕切られており、
かつ前記端面101の近くまで延びている。前記リブ100の
幅ｂはレーザーダイオードの幅を規定し、つまり、レー
ザー活性層12内でレーザー光線を発生させかつ該レーザ
ー活性層12から隆起域10の端面101によって導波路２内
へ放射させる領域を規定する。
隆起域10の端面101に光学的に結合された導波路２は
膜層導波路である。光学的な方向性結合器及び（例えば
ストリップ形導波路が必要とするフィルタ、変調器、ス
イッチなどのような）その他の導波構造を製造するため
には、第４のエピタクシャル成長段階の後に、第４層ス
タック21において、導波路２の導波層22の上位に位置し
ている層23,41,42が除去され、かつ該導波層22の露出表
面231内に、複数のリッジ222から成る構造を製造するの
が有利であり、この場合各リッジ222は、ストリップ形
導波路としてのリッジ型導波路を規定する。或る区間に
わたって平行に延在する２つのリッジ222は、例えば光
学的な方向性結合器を規定することができる。
膜層導波路である。光学的な方向性結合器及び（例えば
ストリップ形導波路が必要とするフィルタ、変調器、ス
イッチなどのような）その他の導波構造を製造するため
には、第４のエピタクシャル成長段階の後に、第４層ス
タック21において、導波路２の導波層22の上位に位置し
ている層23,41,42が除去され、かつ該導波層22の露出表
面231内に、複数のリッジ222から成る構造を製造するの
が有利であり、この場合各リッジ222は、ストリップ形
導波路としてのリッジ型導波路を規定する。或る区間に
わたって平行に延在する２つのリッジ222は、例えば光
学的な方向性結合器を規定することができる。
選択的な第３のエピタクシャル成長段階では、隆起域
10の端面101は露出したままにしておく受動化層（図示
せず）によって前記隆起域10を被覆して、第３のエピタ
クシャル成長段階時には材料が成長しないように処置す
るのが一層有利である。前記受動化層は第３のエピタク
シャル成長段階後及び第４のエピタクシャル成長段階前
に除去される。
10の端面101は露出したままにしておく受動化層（図示
せず）によって前記隆起域10を被覆して、第３のエピタ
クシャル成長段階時には材料が成長しないように処置す
るのが一層有利である。前記受動化層は第３のエピタク
シャル成長段階後及び第４のエピタクシャル成長段階前
に除去される。
レーザー活性層12は、２層又はそれ以上（殊に有利に
は最高８層）の圧縮歪みのかけられた、量子源コンテナ
ーを規定する四元素成分材料の量子源層と、該量子源層
間に介在する四元素成分材料のバリア層とを有している
（B.Stegmueller,E.Veuhoff,J.Rieger＆H.Hedrich:“Hi
gh−temperature（130℃）CW operation of 1.53μm In
GaAsP ridge−waveguide lasers using strai−ned qua
ternary qantum wells",Electronics Letter,Vol.29（1
993）,No.19,p.1691−1693参照）。このレーザ活性層の
領域において高い光学的出力を得るために量子源層11及
びバリア層12は、前記量子源層11に対比して低いギャッ
プ波長を有する２層の四元素成分材料層100と101間に配
置されている。図４に示した例では、量子源層11及びバ
リア層12と、前記の低ギャップ波長の各四元素成分材料
層100,101との間に夫々、量子源層11に等しいギャップ
波長を有する四元素成分材料層103,104が配置されてい
る。
は最高８層）の圧縮歪みのかけられた、量子源コンテナ
ーを規定する四元素成分材料の量子源層と、該量子源層
間に介在する四元素成分材料のバリア層とを有している
（B.Stegmueller,E.Veuhoff,J.Rieger＆H.Hedrich:“Hi
gh−temperature（130℃）CW operation of 1.53μm In
GaAsP ridge−waveguide lasers using strai−ned qua
ternary qantum wells",Electronics Letter,Vol.29（1
993）,No.19,p.1691−1693参照）。このレーザ活性層の
領域において高い光学的出力を得るために量子源層11及
びバリア層12は、前記量子源層11に対比して低いギャッ
プ波長を有する２層の四元素成分材料層100と101間に配
置されている。図４に示した例では、量子源層11及びバ
リア層12と、前記の低ギャップ波長の各四元素成分材料
層100,101との間に夫々、量子源層11に等しいギャップ
波長を有する四元素成分材料層103,104が配置されてい
る。
リブ100を規定していてかつ幅・長さ共に完全に隆起
域10の内部に位置している窪み61,62は、第２のエピタ
クシャル成長段階において、光学格子14をカバーするエ
ッチング停止層18を備えた第３層スタック15を製出する
ことによって、高い精度で製作することができる。前記
エッチング停止層18は、該エッチング停止層18の上に位
置している層19に侵食作用を及ぼすエッチング剤による
侵害を全く又は比較的弱くしか受けない材料から成って
いなければならない。
域10の内部に位置している窪み61,62は、第２のエピタ
クシャル成長段階において、光学格子14をカバーするエ
ッチング停止層18を備えた第３層スタック15を製出する
ことによって、高い精度で製作することができる。前記
エッチング停止層18は、該エッチング停止層18の上に位
置している層19に侵食作用を及ぼすエッチング剤による
侵害を全く又は比較的弱くしか受けない材料から成って
いなければならない。
前記リブ100とその隣接域は絶縁誘導体６によってカ
バーされ、該絶縁誘導体ではリブ100の上に接点窓40が
開放される。該接点窓40内で電気接点４が接点層42の上
に装着され、かつ接点導体７と接続される。
バーされ、該絶縁誘導体ではリブ100の上に接点窓40が
開放される。該接点窓40内で電気接点４が接点層42の上
に装着され、かつ接点導体７と接続される。
接点層42及び／又はその下に位置している半導体材料
層41では、例えば適当なドーピング物質により其処のド
ーピングを高めることによって、導電能を高めるのが有
利である。
層41では、例えば適当なドーピング物質により其処のド
ーピングを高めることによって、導電能を高めるのが有
利である。
また基板30の緩衝層301の上に被着されたエッチング
停止層302によって規定された表面31を有する基板30を
使用するのが有利である。前記エッチング停止層302の
材料は、該エッチング停止層の上に位置している半導体
材料層10に浸食作用を及ぼすエッチング剤の侵害を全く
又は僅かしか受けないように選ばれねばならない。
停止層302によって規定された表面31を有する基板30を
使用するのが有利である。前記エッチング停止層302の
材料は、該エッチング停止層の上に位置している半導体
材料層10に浸食作用を及ぼすエッチング剤の侵害を全く
又は僅かしか受けないように選ばれねばならない。
表面31から離反した方の基板30の裏面32にはリア接点
８が設けられる。
８が設けられる。
以上説明した例では、特定の一方の導電形はｎ形ドー
ピングに相当し、また逆導電形はｐ形ドーピングに相当
する。また反対の導電形であってもよい。
ピングに相当し、また逆導電形はｐ形ドーピングに相当
する。また反対の導電形であってもよい。
MCRW型DFB式高温レーザーダイオード１と該レーザー
ダイオードに結合された導波路２を形成する実施例を具
体的に実現する場合、基板30はn+形ドーピングされたIn
Pから成り、緩衝層301はｎ形ドーピングされたInPから
成りかつ厚さ1.5μｍであり、エッチング停止層302は、
ｎ形ドーピングされた四元素成分の、ギャップ波長1.05
μｍ、厚さ僅かに0.05μｍのInGaAsPから成っている。
第１層スタック11はｎ形ドーピングされた個々のInP層
から成り厚さ0.4μｍである。
ダイオードに結合された導波路２を形成する実施例を具
体的に実現する場合、基板30はn+形ドーピングされたIn
Pから成り、緩衝層301はｎ形ドーピングされたInPから
成りかつ厚さ1.5μｍであり、エッチング停止層302は、
ｎ形ドーピングされた四元素成分の、ギャップ波長1.05
μｍ、厚さ僅かに0.05μｍのInGaAsPから成っている。
第１層スタック11はｎ形ドーピングされた個々のInP層
から成り厚さ0.4μｍである。
レーザー活性層12はギャップ波長1.1μｍを有する四
元素成分材料の例えば５層の量子源層11から成ってお
り、該量子源層は、ギャップ波長1.25μｍの四元素成分
材料製のバリア層12によって互いに仕切られている。層
103,104はギャップ波長1.1μｍを有する四元素成分材料
から成り、また層100と101はギャップ波長1.05μｍを有
する四元素成分材料から成っている。前記の層100と104
並びに層101と103は夫々所謂Separat Confine−ment−H
eterostructure層（SCH層）を形成している。レーザー
活性層12の厚さは総計約0.28μｍである。
元素成分材料の例えば５層の量子源層11から成ってお
り、該量子源層は、ギャップ波長1.25μｍの四元素成分
材料製のバリア層12によって互いに仕切られている。層
103,104はギャップ波長1.1μｍを有する四元素成分材料
から成り、また層100と101はギャップ波長1.05μｍを有
する四元素成分材料から成っている。前記の層100と104
並びに層101と103は夫々所謂Separat Confine−ment−H
eterostructure層（SCH層）を形成している。レーザー
活性層12の厚さは総計約0.28μｍである。
第２層スタック13は、レーザー活性層12上に直接被着
されたｐ形ドーピングされたInP層13と、該InP層13上に
被着されたｐ形ドーピングされたギャップ波長1.05μｍ
の四元素成分材料層14と、該四元素成分材料層14上に被
着されたｐ形ドーピングされたInP層又はInGaAs層15と
から成っている。前記３つの層13,14,15に代えて４つの
層を使用することも可能である。層15によってカバーさ
れた四元素成分材料層14は、この第２層スタック13内に
製出した光学格子14が、格子溝のエッチング深さには無
関係な結合定数を有している。
されたｐ形ドーピングされたInP層13と、該InP層13上に
被着されたｐ形ドーピングされたギャップ波長1.05μｍ
の四元素成分材料層14と、該四元素成分材料層14上に被
着されたｐ形ドーピングされたInP層又はInGaAs層15と
から成っている。前記３つの層13,14,15に代えて４つの
層を使用することも可能である。層15によってカバーさ
れた四元素成分材料層14は、この第２層スタック13内に
製出した光学格子14が、格子溝のエッチング深さには無
関係な結合定数を有している。
第２のエピタクシャル成長段階において製出された第
３層スタック15は、光学格子14上に直接被着されたｐ形
ドーピングされたInP層17と、該InP層17上に被着された
ギャップ波長1.05μｍを有するｐ形ドーピングされた四
元素成分材料のエッチング停止層18と、該エッチング停
止層18上に被着されたｐ形ドーピングされたInP層19と
から成っている。
３層スタック15は、光学格子14上に直接被着されたｐ形
ドーピングされたInP層17と、該InP層17上に被着された
ギャップ波長1.05μｍを有するｐ形ドーピングされた四
元素成分材料のエッチング停止層18と、該エッチング停
止層18上に被着されたｐ形ドーピングされたInP層19と
から成っている。
次いで乾式エッチングと湿式エッチングとの組合せに
よって、約20μｍの幅b1と端面101にまで達する約400μ
ｍの長さｌとを有する隆起域10が、エッチング停止層30
2に達するまでエッチング処理される。
よって、約20μｍの幅b1と端面101にまで達する約400μ
ｍの長さｌとを有する隆起域10が、エッチング停止層30
2に達するまでエッチング処理される。
導波路２の製造時に使用される受動化層はSiO2から成
っている。導波路２の両光学的ジャケット層22,23はInP
から成り、また導波層22は、1.05μｍのギャップ波長を
有する四元素成分材料から成っている。導波層22の厚さ
は例えば約0.64μｍであり、その露出表面231に形成さ
れたリッジ222は高さ0.2μｍ、幅1.3μｍを有してい
る。
っている。導波路２の両光学的ジャケット層22,23はInP
から成り、また導波層22は、1.05μｍのギャップ波長を
有する四元素成分材料から成っている。導波層22の厚さ
は例えば約0.64μｍであり、その露出表面231に形成さ
れたリッジ222は高さ0.2μｍ、幅1.3μｍを有してい
る。
第４の全面的なエピタクシャル成長時に製出された第
５層スタック41は、第３層スタック15及び第４層スタッ
ク21上に被着されたｐ形ドーピングされたInP層41と、
該InP層41上に被着されたｐ形ドーピングされたInGaAs
製の接点層42とから成っている。前記のInP層41と接点
層42におけるｐ形ドーピングを高めるためにZnを使用す
ることもできる。
５層スタック41は、第３層スタック15及び第４層スタッ
ク21上に被着されたｐ形ドーピングされたInP層41と、
該InP層41上に被着されたｐ形ドーピングされたInGaAs
製の接点層42とから成っている。前記のInP層41と接点
層42におけるｐ形ドーピングを高めるためにZnを使用す
ることもできる。
図５に示したユニットは、すでに図１乃至図４との関
連において詳説したような、本発明の方法によって製造
された集積式のMCRW型レーザーダイオード１並びに該レ
ーザーダイオードに結合された導波路２である。このユ
ニットは、レーザーダイオード１と同一構造を有するモ
ニターダイオード３を付加的に備えている。前記レーザ
ーダイオード１とモニターダイオード３は、残存する隆
起域10内に、該隆起域の端面101に対して実質的に平行
にかつ基板30の表面31に達する深さＴまで延びる隔離溝
63を製造することによって生じたものであり、該隔離溝
63は前記隆起域10を２つの互いに隔離した隆起域部分1
02,103に分割している。隆起域部分102はレーザーダイ
オード１を規定し、また隆起域部分103はモニターダイ
オード３を規定している。
連において詳説したような、本発明の方法によって製造
された集積式のMCRW型レーザーダイオード１並びに該レ
ーザーダイオードに結合された導波路２である。このユ
ニットは、レーザーダイオード１と同一構造を有するモ
ニターダイオード３を付加的に備えている。前記レーザ
ーダイオード１とモニターダイオード３は、残存する隆
起域10内に、該隆起域の端面101に対して実質的に平行
にかつ基板30の表面31に達する深さＴまで延びる隔離溝
63を製造することによって生じたものであり、該隔離溝
63は前記隆起域10を２つの互いに隔離した隆起域部分1
02,103に分割している。隆起域部分102はレーザーダイ
オード１を規定し、また隆起域部分103はモニターダイ
オード３を規定している。
両窪み61,62のエッチングによって、接点導体７によ
りカバーされた各リブ100の右傍及び左傍に生じる、レ
ーザーダイオード１及びモニターダイオード３のＩ字形
の形状並びに深い隔離溝63による前記レーザーダイオー
ド１及びモニターダイオード３の電気的な減結合は図面
から明確に看取することができる。
りカバーされた各リブ100の右傍及び左傍に生じる、レ
ーザーダイオード１及びモニターダイオード３のＩ字形
の形状並びに深い隔離溝63による前記レーザーダイオー
ド１及びモニターダイオード３の電気的な減結合は図面
から明確に看取することができる。
前記隔離溝63を製造するためエッチングは、同時にボ
ンディングパッドのための露出したブロック80の形成に
も用いられ、これにより、電気的に接続されたpn面およ
び漏れ電流が減少する。
ンディングパッドのための露出したブロック80の形成に
も用いられ、これにより、電気的に接続されたpn面およ
び漏れ電流が減少する。
図７に示した配置構成では、モニターダイオード３を
夫々結合した２つのレーザーダイオード１が、リッジ型
導波路２から成る光学的な方向性結合器に結合されてい
る。
夫々結合した２つのレーザーダイオード１が、リッジ型
導波路２から成る光学的な方向性結合器に結合されてい
る。
図８に示した配置構成では、２つのレーザーダイオー
ド１に一方の側では２つのリッジ型導波路２が、また他
方の側では複数のリッジ型導波路２から成る１つの方向
性結合器が結合されており、しかも該方向性結合器の１
つの分岐路が別個のモニターダイオード９に通じてい
る。
ド１に一方の側では２つのリッジ型導波路２が、また他
方の側では複数のリッジ型導波路２から成る１つの方向
性結合器が結合されており、しかも該方向性結合器の１
つの分岐路が別個のモニターダイオード９に通じてい
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−84892（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−283803（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−302901（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−307287（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−114765（ＪＰ，Ａ) Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅ ｒｓ，1992年，28［25］，ｐ．2361− 2362 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅ ｒｓ，1990年，26［２］，ｐ．142−143 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅ ｒｓ，1993年，29［19］，ｐ．1691− 1693 Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌ ｅｔｔｅｒｓ，1989年，54［２］，ｐ. 114−116 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 G02B 6/122 G02B 6/42
Claims (12)
- 【請求項１】MCRW型DFB式高温レーザーダイオード
（１）と該レーザーダイオード（１）に光学的に結合さ
れた光学的導波路（２）とから成るユニットを製造する
製造法において、 n+形ドーピングされたInPから成る基板（30）の表面上
に、第１のエピタクシャル成長段階において （ａ）ｎ形ドーピングされたInPから成る緩衝層（301）
を製出し、該緩衝層上に、 （ｂ）四元素成分材料から成る第１のエッチング停止層
（302）を製出し、該エッチング停止層上に、 （ｃ）少なくとも１層のｎ形ドーピングされたInP層（1
0）から成る第１層スタック（11）を製出し、 （ｄ）該第１層スタック（11）上に、２層又はそれ以上
の圧縮歪みのかけられた四元素成分材料の量子源層（1
1）と、該量子源層（11）間に介在する四元素成分材料
の単層又は複層のバリア層（12）とから成るレーザー活
性層（12）を製出し、かつ （ｅ）前記レーザー活性層（12）上に第２層スタック
（13）、つまりレーザー活性層（12）上に配置された少
なくとも１層のｐ形ドーピングされたInP層（13）と、
該InP層（13）上に配置されたｐ形ドーピングされた四
元素成分材料層（14）と、該四元素成分材料層（14）上
に配置されたｐ形ドーピングされたInP層（15）とから
成っていて前記レーザー活性層（12）から離反した方の
側に表面（16）を有する第２層スタック（13）を製出
し、しかも （ｆ）前記第２層スタック（13）の表面（16）内にレリ
ーフ状の光学格子（14）を製出し、 第２のエピタクシャル成長段階において、 （ｇ）前記第２層スタック（13）の、前記光学格子
（14）を含む表面（16）上に第３層スタック（15）、つ
まり光学格子（14）をカバーするｐ形ドーピングされた
InP層又は三元素成分材料層（17）と、該InP層（17）上
に配置されたｐ形ドーピングされた四元素成分材料のエ
ッチング停止層（18）と、該エッチング停止層（18）上
に配置されたｐ形ドーピングされたInP層（19）とから
成る第３層スタック（15）を製出し、しかも （ｈ）前記第２層スタック（13）、レーザー活性層
（12）及び第１層スタック（11）の所定区域を、前記第
１のエッチング停止層（302）に達するまで除去して、
該エッチング停止層（302）上に、前記の第１層スタッ
ク（11）とレーザー活性層（12）と第２層スタック
（13）とから成りかつ前記第１のエッチング停止層（30
2）に対して角度（α）を成して起立する端面（101）を
もった隆起域（10）を残存させ、かつ該隆起域（10）の
傍に、この隆起域の端面（101）に境を接する前記第１
のエッチング停止層（302）の表面区域（311）を露出せ
しめ、 第３のエピタクシャル成長段階において、 （ｉ）選択的に、但し前記隆起域（10）にではなくて、
前記第１のエッチング停止層（302）の露出表面域（3
11）に、導波路（２）を規定する第４層スタック
（21）、しかも第１及び第２のInP材料の光学的ジャケ
ット層（21,23）と、該光学的ジャケット層（21,23）間
に介在する四元素成分材料の導波層（22）とから成る第
４層スタック（21）を製出し、しかも前記導波層（22）
を、前記第１のエッチング停止層（302）を基準として
レーザー活性層（12）の高さ（ｈ）のレベルに位置さ
せ、かつ該導波層の端面（221）を前記隆起域（10）の
端面（101）に対向させるように形成し、かつ 第４のエピタクシャル成長段階において （ｊ）前記隆起域（10）及び第４層スタック（21）の上
に、ｐ形ドーピングされたInP材料の層（41）と、該層
（41）上に配置されていて電気接点（４）を装着するた
めのｐ形ドーピングされたInGaAs材料の接点層（42）と
から成る第５層スタック（41）を製出することを特徴と
する、DFB式高温レーザーダイオードと該レーザーダイ
オードに光学的に結合された光学的な導波路とから成る
ユニットを製造する製造法。 - 【請求項２】残存する隆起域（10）内に、第２のエッチ
ング停止層（18）の深さ（ｔ）にまで及ぶ２つの窪み
（61,62）、しかもこの両窪み（61,62）間で前記第２の
エッチング停止層（18）の上方に残存している前記隆起
域（10）の層（19,41,42）から成っていて該隆起域
（10）の端面（101）に対して実質的に垂直な縦軸線（1
10）を有するリブ（100）によって互いに隔離されてお
り、かつ前記端面（101）の近くにまで及ぶ２つの窪み
（61,62）を製出する、請求項１記載の製造法。 - 【請求項３】残存する隆起域（10）内に、該隆起域の端
面（101）に対して実質的に平行にかつ第１のエッチン
グ停止層（31）の深さ（Ｔ）にまで及んでいて、前記隆
起域（10）を２つの互いに分離した隆起域部分（102,1
03）に分割する隔離溝（63）を製出する、請求項１又は
２記載の製造法。 - 【請求項４】第４層スタック（21）において、導波層
（22）の上方に位置している層（23,41,42）を除去し、
かつ前記導波層（22）の露出表面（231）内に少なくと
も１つのリッジ（222）を製出する、請求項１から３ま
でのいずれか１項記載の製造法。 - 【請求項５】四元素成分材料から成っていて量子源層
（11）よりも低いギャップ波長を有する少なくとも２つ
の層（100,101）間に配置された量子源層（11）とバリ
ア層（12）とを有するレーザー活性層（12）を製出す
る、請求項１から４までのいずれか１項記載の製造法。 - 【請求項６】レーザー活性層（12）上に第２層スタック
（13）を製出し、しかも該第２層スタックを、ｐ形ドー
ピングされた四元素成分材料から成る層（14）と、該層
（14）上に位置するｐ形ドーピングされたInP材料又は
三元素成分材料から成る層（15）と、該層（15）上に位
置するｐ形ドーピングされたInP材料又は三元素成分材
料から成る別の層とによって構成し、前記レーザー活性
層（12）から離反した方の表面でもって前記第２層スタ
ック（13）の表面（16）を形成する、請求項１から５ま
でのいずれか１項記載の製造法。 - 【請求項７】MCRW型DFB式高温レーザーダイオード
（１）と該レーザーダイオード（１）に光学的に結合さ
れた光学的導波路（２）とから成るユニットにおいて、 n+形ドーピングされたInPから成る基板（30）の表面上
に、 （ａ）ｎ形ドーピングされたInP製の緩衝層（301）が配
置され、該緩衝層（301）上には、 （ｂ）ｎ形ドーピングされた四元素成分材料製の第１の
エッチング停止層（302）が配置され、該第１のエッチ
ング停止層（302）上には、 （ｃ）レーザーダイオード（１）のために設けられた隆
起した第１層系列と、導波路（２）のために設けられた
隆起した第２層系列が形成されており、前記第１と第２
の層系列が並列に配置されており、しかも前記第１層系
列が少なくとも、 （ｄ）ｎ形ドーピングされたInp製の層（10）と、 （ｅ）前記層（10）上に配置された２層又はそれ以上の
圧縮歪みのかけられた四元素成分材料製の量子源層（1
1）と、該量子源層（11）間に介在する四元素成分材料
製の単層又は複層のバリア層（12）とから成るレーザー
活性層（12）と、 （ｆ）該レーザー活性層（12）上に配置されたｐ形ドー
ピングされたInP製の層（13）と、 （ｇ）該InP製層（13）上に配置されたｐ形ドーピング
された四元素成分材料製の層（14）と、 （ｈ）該四元素成分材料製層（14）上に配置されており
かつ前記レーザー活性層（12）から離反した方の側に表
面（16）を有し該表面（16）内にレリーフ状の光学格子
（14）を形成したｐ形ドーピングされたInP製又は三元
素成分材料製の層（15）と、 （ｉ）前記光学格子（14）ををカバーするｐ形ドーピン
グされたInP製の層（17）と、 （ｊ）前記InP製層（17）の上に配置されたｐ形ドーピ
ングされた四元素成分材料製の第２のエッチング停止層
（18）と、 （ｋ）該第２のエッチング停止層（18）上に配置された
ｐ形ドーピングされたInP製の層（19）とから成ってお
り、かつ前記第２の層系列が、 （１）第１及び第２のInP製の光学的ジャケット層（21,
23）と、 （ｍ）前記両ジャケット層（21,23）間に介在している
四元素成分材料製の導波層（22）とから成っており、し
かも （ｎ）前記レーザー活性層（12）と前記導波層（22）が
第１のエッチング停止層（302）を基準として等しい高
さ（ｈ）のレベルに位置しかつ対向する端面（101,2
21）でもって互いに境を接しており、前記の両端面が第
１のエッチング停止層（302）に対して角度（α）を成
しており、 （ｏ）両方の隆起した層系列上には、ｐ形ドーピングさ
れたInP製の層（41）と、電気接点（４）を装着するた
めに該層（41）上に配置されたｐ形ドーピングされたIn
GaAs製の接点層（42）が形成されていることを特徴とす
る、MCRW型DFB式高温レーザーダイオードと該レーザー
ダイオードに光学的に結合された光学的な導波路とから
成るユニット。 - 【請求項８】第１の層系列の領域内に、第２のエッチン
グ停止層（18）の深さ（ｔ）にまで及ぶ２つの窪み（6
1,62）が形成されており、この両方の窪みが、第２のエ
ッチング停止層（18）の上方で両窪み（61,62）間に残
存している層（19,41,42）から成っていてかつレーザー
活性層（12）の端面（101）に対して実質的に垂直な軸
線（110）を有しているリブ（100）によって互いに隔離
されておりかつ前記端面（101）の近くまで及んでい
る、請求項７記載のユニット。 - 【請求項９】第１の層系列の領域内に、レーザー活性層
（12）の端面（101）に対して実質的に平行にかつ第１
のエッチング停止層の深さ（Ｔ）にまで及ぶ隔離溝（6
3）が形成されており、該隔離溝が、第１の層系列と、
その上に位置している残りの層（41,42）を、互いに隔
離された２つの部分（102,103）に分割している、請求
項７又は８記載のユニット。 - 【請求項１０】第４層スタック（21）において、導波層
（22）の上方に位置している層（23,41,42）が除去され
ており、かつ前記導波層（22）の露出表面（231）内に
少なくとも１つのリッジ（221）が形成されている、請
求項７から９までのいずれか１項記載のユニット。 - 【請求項１１】レーザー活性層（12）の量子源層（11）
及びバリア層（12）が、量子源層（11）よりも低いギャ
ップ波長を有する四元素成分材料製の少なくとも２つの
層（100,101）間に配置されている、請求項７から10ま
でのいずれか１項記載のユニット。 - 【請求項１２】第１層系列において、レーザー活性層
（12）よりも上位のｐ形ドーピングされた四元素成分材
料製の層（14）の上面に配置されたｐ形ドーピングされ
たInP製又は三元素成分材料製の層（15）の上面に、ｐ
形ドーピングされたInP製又は三元素成分材料製の別の
層が形成されており、該層が、レーザー活性層（12）か
ら離反した方の側に表面（16）を有し、該表面にレリー
フ状の光学格子（14）が形成されている、請求項７から
11までのいずれか１項記載のユニット。
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