JP3455404B2 - Semiconductor optical device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor optical device and manufacturing method thereof

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JP3455404B2
JP3455404B2 JP31248297A JP31248297A JP3455404B2 JP 3455404 B2 JP3455404 B2 JP 3455404B2 JP 31248297 A JP31248297 A JP 31248297A JP 31248297 A JP31248297 A JP 31248297A JP 3455404 B2 JP3455404 B2 JP 3455404B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、縦単一モード動作
をする半導体レーザの構造と作製方法に関するものであ
り、より具体的には高性能な分布帰還型共振器レーザ、
または分布ブラッグ反射型共振器レーザの構造と、この
構造を簡便に作製する方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure and a manufacturing method of a semiconductor laser operating in a longitudinal single mode, and more specifically, a high performance distributed feedback resonator laser,
Further, the present invention relates to a structure of a distributed Bragg reflection type resonator laser and a method for easily manufacturing this structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】光伝送システムにおいては、伝送する光
信号の劣化を防ぎ高品質な光伝送を得るため、縦単一モ
ードで動作する半導体レーザが使用されている。従来、
この縦単一モードで動作する半導体レーザとしては、分
布帰還型共振器(DFB)レーザ、または分布ブラッグ
反射型共振器(DBR)レーザが知られている。これら
のDFB/DBRレーザの概略構造を図8に示す。DF
B/DBRレーザは、発振波長を縦単一モードとするた
めに、その光導波構造中に次式で決まる関係を有する屈
折率周期構造が形成されている。 Λ=λ/(2ne ) ・・・(1) 式(1)中のΛは周期構造の繰り返し寸法、λはレーザ
の波長、ne は光導波構造の平均屈折率である。この屈
折率周期構造が導波光に対して反射効果をもたらすこと
となる。通常、光通信に用いられる半導体レーザにおい
ては、λ=1.55μm、ne =3.2であるので、Λ
は概ね240nmとなる。
2. Description of the Related Art In an optical transmission system, a semiconductor laser operating in a vertical single mode is used in order to prevent deterioration of an optical signal to be transmitted and to obtain high quality optical transmission. Conventionally,
A distributed feedback resonator (DFB) laser or a distributed Bragg reflector resonator (DBR) laser is known as a semiconductor laser operating in the longitudinal single mode. The schematic structure of these DFB / DBR lasers is shown in FIG. DF
In the B / DBR laser, a refractive index periodic structure having a relationship determined by the following equation is formed in the optical waveguide structure in order to make the oscillation wavelength a longitudinal single mode. Λ = λ / (2ne) (1) In formula (1), Λ is the repeating size of the periodic structure, λ is the wavelength of the laser, and ne is the average refractive index of the optical waveguide structure. This refractive index periodic structure brings about a reflection effect on the guided light. Normally, in a semiconductor laser used for optical communication, λ = 1.55 μm and ne = 3.2, so
Is approximately 240 nm.

【0003】図8のレーザ構造を作製するにあたって
は、まず図8(a)に示すように、半導体基板31上に
活性層32を成長させ、続いて光導波を効率良く行うた
めのガイド層33を成長させる。さらに、上述した屈折
率の周期構造を得るために、図8(b)に示すように、
ガイド層33上に周期Λでなるエッチング用のマスクパ
タン34を形成する。そして、このマスクパタン34を
有する基板をエッチングすることにより、図8(c)の
ようにガイド層33を周期的な凹凸構造を有する形状に
加工する。なお、エッチング用のマスクパタン34の形
成には電子ビーム露光を使用し、ガイド層33のエッチ
ングには硫酸−過酸化水素水−水の混合液でもって、概
ね30nmの深さの溝をエッチングした。
In manufacturing the laser structure shown in FIG. 8, first, as shown in FIG. 8A, an active layer 32 is grown on a semiconductor substrate 31, and subsequently, a guide layer 33 for efficiently guiding light. Grow. Further, in order to obtain the above-mentioned periodic structure of refractive index, as shown in FIG.
An etching mask pattern 34 having a period Λ is formed on the guide layer 33. Then, by etching the substrate having the mask pattern 34, the guide layer 33 is processed into a shape having a periodic uneven structure as shown in FIG. Note that electron beam exposure was used to form the etching mask pattern 34, and a groove having a depth of about 30 nm was etched using a mixed solution of sulfuric acid-hydrogen peroxide solution-water to etch the guide layer 33. .

【0004】続いて、図8(d)に示すように、クラッ
ド層35を成長させてレーザ用の基板とする。この場
合、上記凹凸構造を形成する工程では、半導体基板を一
旦結晶成長反応炉から外部に取り出すため、基板への不
純物混入が発生し、その上に再成長させるクラッド層3
5の品質劣化を引き起こし、ひいてはレーザ特性の劣化
の原因にもなっていた。この基板を半導体レーザ素子に
するためには、基板の上下に電極36を形成した後、基
板を所定の劈開位置37,38で劈開していた。劈開位
置37,38はほぼ400μm離れており、この2点間
の距離でレーザの共振器が決められる。そして、ガイド
層33内に形成した凹凸構造の周期は240nmと極め
て微細であり、この凹凸構造と劈開位置37,38の相
互の位置関係を厳密に決めることは全く不可能であり、
個々の素子ごとにその相対位置は異なっていた。
Then, as shown in FIG. 8D, a cladding layer 35 is grown to form a laser substrate. In this case, in the step of forming the concavo-convex structure, since the semiconductor substrate is once taken out of the crystal growth reaction furnace, impurities are mixed into the substrate, and the clad layer 3 to be regrown on the substrate is produced.
5 caused deterioration of the quality, and eventually, deterioration of the laser characteristics. In order to use this substrate as a semiconductor laser device, electrodes 36 are formed on the upper and lower sides of the substrate, and then the substrate is cleaved at predetermined cleavage positions 37 and 38. The cleavage positions 37 and 38 are separated by approximately 400 μm, and the laser cavity is determined by the distance between these two points. The period of the concavo-convex structure formed in the guide layer 33 is 240 nm, which is extremely fine, and it is impossible to strictly determine the mutual positional relationship between the concavo-convex structure and the cleavage positions 37 and 38.
The relative position of each element was different.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】DFB/DBR半導体
レーザでは、レーザ共振器の内部に存在する光の定在波
と、ガイド層33に設けた屈折率の周期構造との位置関
係で発振閾値やスペクトル線幅といった重要なレーザ特
性が決定される。そして、レーザ共振器の内部に存在す
る光の定在波は、レーザ共振器の端面の位置による制約
を受ける。ところが、従来のように、レーザ共振器の端
面を劈開で形成する場合には、屈折率周期構造がnmサ
イズと微細構造であることから、屈折率周期構造と劈開
位置37,38の相互の位置関係を厳密に規定すること
は不可能であった。このため、この相互位置関係が素子
ごとに異なり、端面でレーザ光が反射されてレーザ共振
器に戻る際の、戻り光とレーザ共振器の内部で発生する
光の定在波との相互関係が素子ごとに異なることとな
る。その結果、半導体レーザ素子の特性にばらつきが生
じるという問題点があった。また、このような問題を避
けるためには、図8(e)に示すように、劈開面に無反
射膜39をコーティングする工程が不可欠であった。こ
れがために、素子の価格が極めて高価となるという問題
点があった。本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、レーザ共振器の端面と共振器内の屈折率周
期構造の相互の位置関係を厳密に規定することができ、
無反射膜のコーティング工程が不要な半導体光素子とそ
の作製方法を提供することを目的とする。
In the DFB / DBR semiconductor laser, the oscillation threshold value and the periodical structure of the refractive index provided in the guide layer 33 and the standing wave of light existing inside the laser resonator are related to each other. Important laser characteristics such as spectral linewidth are determined. The standing wave of light existing inside the laser resonator is restricted by the position of the end face of the laser resonator. However, when the end face of the laser resonator is formed by cleavage as in the prior art, since the refractive index periodic structure has a size of nm and a fine structure, the mutual positions of the refractive index periodic structure and the cleavage positions 37 and 38 are present. It was impossible to define the relationship exactly. For this reason, this mutual positional relationship differs for each element, and when the laser light is reflected by the end face and returns to the laser resonator, the mutual relationship between the return light and the standing wave of the light generated inside the laser resonator is It will be different for each element. As a result, there is a problem in that the characteristics of the semiconductor laser device vary. Further, in order to avoid such a problem, as shown in FIG. 8E, the step of coating the antireflection film 39 on the cleaved surface was indispensable. For this reason, there is a problem that the price of the element becomes extremely high. The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is possible to strictly define the mutual positional relationship between the end face of the laser resonator and the refractive index periodic structure in the resonator,
An object of the present invention is to provide a semiconductor optical device which does not require a coating process of a non-reflective film and a manufacturing method thereof.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、請求項1に記
載のように、活性層と、この活性層の上下に導電型が互
いに異なるクラッド層とを有する半導体基板に光導波路
を形成する半導体光素子の作製方法であって、上記基板
上において光導波路の光軸方向に沿った長さLの領域
に、光軸方向に垂直で光軸方向の幅がaのストライプ状
のエッチングマスクを光軸方向に沿って周期bで形成す
ると共に、エッチングマスク領域の端部の片側若しくは
両側に光軸方向の長さがcであるエッチングマスク窓領
域を形成する工程と、上記エッチングマスク領域及びエ
ッチングマスク窓領域を設けた半導体基板をエッチング
することにより、光軸方向の幅がb−aで周期がbであ
る溝、及び光軸方向の長さがcである窓領域を形成する
工程を少なくとも含むようにしたものである。このよう
に、半導体基板上にストライプ状のエッチングマスクと
エッチングマスク窓領域を形成し、この半導体基板にエ
ッチングを施すことにより、屈折率周期構造を与える溝
とレーザ発振における定在波を規定する共振器端面(導
波路端面)とを同時にエッチングで形成することができ
るため、レーザ共振器の端面と共振器内の屈折率周期構
造の相互の位置関係を厳密に規定することができる。ま
た、請求項2に記載のように、エッチングマスク窓領域
の長さcをエッチングマスクの周期bより10倍以上大
きな寸法として、マイクロローディング効果によるエッ
チングレートの相違を用いて上記溝と窓領域を異なる深
さにエッチングすることにより、光軸方向の幅がb−a
で周期がbである溝と光軸方向の長さがcである窓領域
を同一のエッチング工程で形成するようにしたものであ
る。
According to the present invention, as described in claim 1, an optical waveguide is formed on a semiconductor substrate having an active layer and cladding layers having different conductivity types above and below the active layer. A method of manufacturing a semiconductor optical device, comprising: forming a stripe-shaped etching mask perpendicular to the optical axis direction and having a width a in the optical axis direction on a region having a length L along the optical axis direction of the optical waveguide on the substrate. Forming an etching mask window region having a length c in the optical axis direction on one side or both sides of the end of the etching mask region along with the period b along the optical axis direction; At least a step of etching a semiconductor substrate provided with a mask window region to form a groove having a width b-a in the optical axis direction and a period b, and a window region having a length c in the optical axis direction. Including It is obtained by way. Thus, by forming a stripe-shaped etching mask and an etching mask window region on the semiconductor substrate and performing etching on this semiconductor substrate, the groove that gives the periodic structure of the refractive index and the resonance that defines the standing wave in laser oscillation are formed. Since the device end face (waveguide end face) can be simultaneously formed by etching, the mutual positional relationship between the end face of the laser resonator and the refractive index periodic structure in the resonator can be strictly defined. Further, as described in claim 2, the length c of the etching mask window region is set to be 10 times or more larger than the period b of the etching mask, and the groove and the window region are formed by using the difference in etching rate due to the microloading effect. By etching to different depths, the width in the optical axis direction is ba
The groove having a period of b and the window region having a length of c in the optical axis direction are formed in the same etching step.

【0007】また、請求項3に記載のように、上記長さ
Lのエッチングマスク領域の片側の端部に、光軸方向に
垂直で光軸方向の幅が2aのストライプ状のエッチング
マスクを配置するようにしたものである。このように、
エッチングマスク領域の片側の端部に幅が2aのエッチ
ングマスクを配置することにより、レーザ共振器端面に
おける光の位相が節になるように規定することができ
る。また、請求項4に記載のように、光導波路内に、光
軸方向の幅がaの凸部と幅がb−aの溝とが光軸方向に
沿って周期bで配設された屈折率の周期構造を有する半
導体光素子であって、上記光導波路の端面と屈折率周期
構造の相互の位置関係が一定の関係を有し、上記屈折率
周期構造は、両端部に幅aの凸部と幅2aの凸部とを有
し、上記光導波路の一方の端面の位置が幅aの凸部の最
外端の位置と一致し、光導波路の他方の端面の位置が幅
2aの凸部の最外端の位置と一致するものである。
Further, as described in claim 3, a striped etching mask which is perpendicular to the optical axis direction and has a width 2a in the optical axis direction is arranged at one end of the etching mask region having the length L. It is something that is done. in this way,
By arranging an etching mask having a width of 2a at one end of the etching mask region, it is possible to specify that the phase of light on the end face of the laser cavity becomes a node. Further, as described in claim 4, in the optical waveguide, a convex portion having a width a in the optical axis direction and a groove having a width ba are arranged in the optical waveguide at a cycle b. a semiconductor optical device having a periodic structure of rates, the positional relationship between the refractive index periodic structure with the end face of the optical waveguide have a certain relationship, the upper Symbol refractive index periodic structure, the width a at both ends The optical waveguide has a convex portion and a convex portion having a width 2a, and the position of one end face of the optical waveguide coincides with the position of the outermost end of the convex portion having the width a and the position of the other end face of the optical waveguide has a width 2a. It corresponds to the position of the outermost end of the convex portion.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】実施の形態の1.次に、本発明の
実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図
1は本発明の第1の実施の形態となる半導体レーザの概
略構成を示す斜視図である。本実施の形態の半導体レー
ザは、n型InP基板(第1のクラッド層)1、InG
aAsP(バンドギャップ波長=1.5μm)からなる
活性層2、及びp-型InPからなる第2のクラッド層
3より構成される半導体基板に形成される。クラッド層
3には、光軸方向(図1左右方向)の幅が120nm、
周期が240nmの溝4が形成されている。この溝4の
底は、活性層2の表面から400nm上のところに位置
する。5は溝4を形成するエッチング工程の際に同時に
形成される加工側壁であり、レーザ共振器の端面を構成
する。6はリッジ型導波路であり、高さは1.1μmで
ある。リッジ型導波路6の頂部と基板1の下部には、電
流注入用の電極7が設けられている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION 1. First Embodiment Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention. The semiconductor laser according to the present embodiment includes an n-type InP substrate (first clad layer) 1, InG.
It is formed on a semiconductor substrate composed of an active layer 2 made of aAsP (bandgap wavelength = 1.5 μm) and a second cladding layer 3 made of p -type InP. The clad layer 3 has a width of 120 nm in the optical axis direction (horizontal direction in FIG. 1),
Grooves 4 having a period of 240 nm are formed. The bottom of the groove 4 is located 400 nm above the surface of the active layer 2. Reference numeral 5 denotes a processed side wall which is formed at the same time as the etching process for forming the groove 4 and constitutes an end face of the laser resonator. Reference numeral 6 is a ridge-type waveguide having a height of 1.1 μm. An electrode 7 for current injection is provided on the top of the ridge type waveguide 6 and the lower part of the substrate 1.

【0009】次に、図2〜図4を用いて図1の半導体レ
ーザの作製方法を説明する。まず、図2(a)に示すよ
うに、n型InP基板1上に、InGaAsP(バンド
ギャップ波長=1.5μm)からなる活性層2、厚さ
1.2μmのp- 型InPからなるクラッド層3を有機
金属化学気相成長法により順次形成する。
Next, a method of manufacturing the semiconductor laser of FIG. 1 will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 2A, an active layer 2 made of InGaAsP (bandgap wavelength = 1.5 μm) and a cladding layer made of p -type InP having a thickness of 1.2 μm are formed on an n-type InP substrate 1. 3 are sequentially formed by a metal organic chemical vapor deposition method.

【0010】続いて、図2(b)に示すように、厚さ
0.2μmのSiO2 膜11を堆積する。そして、この
SiO2 膜11上の長さ(図2左右方向)Lが600μ
m、幅(紙面に垂直な方向)が500μmの領域に、光
軸方向(図2左右方向)の幅aが120nm、繰り返し
周期bが240nmのライン−スペースパタン12を電
子ビーム露光法により形成する。このとき、上記領域の
長さ方向の両側には、パタンが存在しない、長さcが3
0μmの窓領域13を形成した。
Subsequently, as shown in FIG. 2B, a SiO 2 film 11 having a thickness of 0.2 μm is deposited. The length L on the SiO 2 film 11 (left-right direction in FIG. 2) is 600 μm.
A line-space pattern 12 having a width a of 120 nm in the optical axis direction (horizontal direction in FIG. 2) and a repeating cycle b of 240 nm is formed by an electron beam exposure method in a region of m and a width (perpendicular to the paper surface) of 500 μm. . At this time, there is no pattern on both sides in the length direction of the region, and the length c is 3
A 0 μm window region 13 was formed.

【0011】次いで、図2(c)に示すように、ライン
−スペースパタン12をマスクとして、SiO2 膜11
に対しC26ガスによる反応性イオンエッチングを行
い、ライン−スペースパタン12をSiO2 膜11に転
写する。こうして、光導波路の光軸方向に垂直で光軸方
向の幅がa、周期がbの複数のエッチングマスク14が
半導体基板上に形成される。同時に、エッチングマスク
14が形成された領域の両側には、光軸方向の長さがc
のエッチングマスク窓領域15が形成される。
Then, as shown in FIG. 2C, the SiO 2 film 11 is formed by using the line-space pattern 12 as a mask.
Then, reactive ion etching with C 2 F 6 gas is performed to transfer the line-space pattern 12 to the SiO 2 film 11. In this way, a plurality of etching masks 14 each having a width a in the optical axis direction which is perpendicular to the optical axis direction of the optical waveguide and has a period b is formed on the semiconductor substrate. At the same time, the length in the optical axis direction is c on both sides of the region where the etching mask 14 is formed.
Etching mask window region 15 is formed.

【0012】このようにパタン化されたエッチングマス
ク14及びエッチングマスク窓領域15を用いて、半導
体基板に対し臭素−窒素混合ガスを用いた反応性ビーム
エッチングを行い、溝4を形成する。このとき、溝4の
領域は、パタン寸法の大きなエッチングマスク窓領域1
5に比べて微細なため、ビームエッチングの有する一つ
の特徴であるマイクロローディング効果が発現し、窓領
域15に比べてエッチング速度が低下する。このマイク
ロローディング効果は、パタンの寸法比が10倍程度で
顕著になる。
Using the thus patterned etching mask 14 and etching mask window region 15, the semiconductor substrate is subjected to reactive beam etching using a bromine-nitrogen mixed gas to form the groove 4. At this time, the region of the groove 4 is the etching mask window region 1 having a large pattern size.
Since it is finer than that of 5, the micro-loading effect, which is one of the features of beam etching, is exhibited, and the etching rate is lower than that of the window region 15. This microloading effect becomes remarkable when the pattern size ratio is about 10 times.

【0013】本実施例では、エッチング条件を臭素ガス
圧力0.04mTorr、窒素ガス圧力0.24mTo
rr、マイクロ波放電電力40W、ビーム加速電圧35
0Vとした。このとき、溝4の領域のエッチング速度
は、窓領域15のエッチング速度の約1/3であった。
このような特徴を用いることにより、溝4の底が活性層
2の表面から400nm上の位置になるようにエッチン
グしたとき(つまり、溝4の深さは800nm)、窓領
域15におけるエッチング深さは2.4μmとなる。
In this embodiment, the etching conditions are bromine gas pressure 0.04 mTorr and nitrogen gas pressure 0.24 mTor.
rr, microwave discharge power 40 W, beam acceleration voltage 35
It was set to 0V. At this time, the etching rate of the region of the groove 4 was about 1/3 of the etching rate of the window region 15.
By using such characteristics, when etching is performed so that the bottom of the groove 4 is 400 nm above the surface of the active layer 2 (that is, the depth of the groove 4 is 800 nm), the etching depth in the window region 15 is increased. Is 2.4 μm.

【0014】こうして、図2(d)に示すように、溝4
を形成するエッチング工程の際に、エッチングマスク窓
領域15がエッチング作用を受けることにより、加工側
壁5が形成され、この加工側壁5がレーザ共振器の端面
を形成する。なお、溝4の底が活性層2の表面から40
0nm上の位置になるようにしたのは、この溝4が活性
層2を導波する光に対して周期的屈折率変化を及ぼすの
に充分な深さであることによる。
Thus, as shown in FIG. 2D, the groove 4
During the etching process for forming the, the processed side wall 5 is formed by the etching action of the etching mask window region 15, and the processed side wall 5 forms the end face of the laser resonator. The bottom of the groove 4 is 40
The position above 0 nm is set because the groove 4 is deep enough to exert a periodic refractive index change on the light guided in the active layer 2.

【0015】次に、エッチングマスク14を除去した
後、図3(a)に示すように、溝4を形成した領域の上
に、溝4と垂直で幅(図3奥行き方向)が2μmのスト
ライプパタン16をフォトリソグラフィーを用いて形成
する。そして、このストライプパタン16をマスクとし
て、クラッド層3に対し深さ1.1μmのエッチングを
行う。こうして、光軸方向の幅が120nmで深さが8
00nm、周期が240nmである溝4を有する高さ
1.1μmのリッジ型導波路6が形成される。
Next, after the etching mask 14 is removed, as shown in FIG. 3 (a), a stripe having a width (depth direction in FIG. 3) of 2 μm perpendicular to the groove 4 is formed on the region where the groove 4 is formed. The pattern 16 is formed using photolithography. Then, using the stripe pattern 16 as a mask, the cladding layer 3 is etched to a depth of 1.1 μm. Thus, the width in the optical axis direction is 120 nm and the depth is 8
A ridge type waveguide 6 having a height of 1.1 μm and having a groove 4 having a period of 00 nm and a period of 240 nm is formed.

【0016】なお、窓領域15に相当する基板1上の部
分には、ストライプパタン16の形成時にパタン(不図
示)が形成され、これがマスクとなる。したがって、リ
ッジ型導波路6を形成するエッチング工程において、基
板1がエッチングされることはない。次に、ストライプ
パタン16を除去した後、図4に示すように、リッジ型
導波路6の上と基板1の下に金電極7を形成する。最後
に、上述の窓領域15に相当する部分で素子を半導体基
板から切り出すことにより、図1のレーザ素子が完成す
る。
A pattern (not shown) is formed on the portion of the substrate 1 corresponding to the window region 15 when the stripe pattern 16 is formed, and this pattern serves as a mask. Therefore, the substrate 1 is not etched in the etching process for forming the ridge type waveguide 6. Next, after removing the stripe pattern 16, gold electrodes 7 are formed on the ridge type waveguide 6 and below the substrate 1, as shown in FIG. Finally, the laser element of FIG. 1 is completed by cutting out the element from the semiconductor substrate at the portion corresponding to the window region 15 described above.

【0017】本実施の形態では、エッチングマスク14
を形成する領域の右端において、本来、マスクが存在し
ない位置をマスクとしている。つまり、図2、図5
(a)に示すように、最右端のエッチングマスク14a
の幅は、通常のエッチングマスク14の幅a=120n
mに対して2倍の2a=240nmとなっている。
In this embodiment, the etching mask 14 is used.
At the right end of the area for forming the mask, the position where no mask originally exists is used as the mask. That is, FIG. 2 and FIG.
As shown in (a), the rightmost etching mask 14a
Is the width a of the ordinary etching mask 14 = 120 n
2a = 240 nm, which is twice as large as m.

【0018】図5(c)に示すように、上記領域の右端
も、左端と同様に通常のマスク14となっている場合、
作製後のレーザ共振器内に存在し得る光の定在波20に
は、図5(d)、図5(e)に示すように2つの状態が
ある。したがって、レーザ発振中でもわずかの擾乱でこ
の2状態の間をレーザ発振光が移り変わることになり、
レーザ動作が不安定となる。
As shown in FIG. 5 (c), when the right end of the above region is also the normal mask 14 like the left end,
The standing wave 20 of light that can exist in the laser resonator after fabrication has two states, as shown in FIGS. 5D and 5E. Therefore, even during laser oscillation, the laser oscillation light changes between these two states with a slight disturbance,
The laser operation becomes unstable.

【0019】これに対し本実施の形態のような構造とす
れば、作製後のレーザ共振器内の光の定在波20が取り
得る状態は、図5(b)に示すように、共振器端面で定
在波の節になるというただひとつの状態に決定される。
これにより、非常に安定したレーザ動作が得られる。以
上のようにして作製した半導体レーザは、閾値10mA
で発振し、この半導体レーザで得られた発振スペクトル
は安定した縦単一モード動作を示した。
On the other hand, if the structure as in this embodiment is adopted, the standing wave 20 of the light in the laser resonator after fabrication can take a state as shown in FIG. 5B. The only condition is that it will become a node of a standing wave at the end face.
This provides a very stable laser operation. The semiconductor laser manufactured as described above has a threshold value of 10 mA.
, And the oscillation spectrum obtained with this semiconductor laser showed stable longitudinal single-mode operation.

【0020】実施の形態の2.図6は本発明の他の実施
の形態となる半導体レーザの概略構成を示す斜視図であ
る。図6の半導体レーザは、溝4の繰り返し周期構造を
リッジ型導波路6a内で右領域17、左領域18で示し
た2つの領域に分割し、相互の周期の位相を半周期だけ
ずらした、いわゆるλ/4構造を有するものであり、そ
の作製方法は、実施の形態の1と同様である。この半導
体レーザの発振特性は、20GHzを超える高速変調動
作に対してもモードホッピングを生じることなく、安定
な単一モード発振特性を示した。
2 of the embodiment. FIG. 6 is a perspective view showing a schematic configuration of a semiconductor laser according to another embodiment of the present invention. In the semiconductor laser shown in FIG. 6, the repeating periodic structure of the groove 4 is divided into two regions shown by a right region 17 and a left region 18 in the ridge type waveguide 6a, and the phases of the mutual periods are shifted by a half period. It has a so-called λ / 4 structure, and its manufacturing method is similar to that of the first embodiment. The oscillation characteristics of this semiconductor laser showed stable single-mode oscillation characteristics without causing mode hopping even in high-speed modulation operation exceeding 20 GHz.

【0021】実施の形態の3.図7は本発明の他の実施
の形態となる半導体レーザの概略構成を示す斜視図であ
る。図7の半導体レーザは、活性層2を光軸方向に沿っ
てストライプ状に形成し、このストライプの両側に半絶
縁性のFeドープInP結晶10を成長させた半導体基
板に対し、実施の形態の1と同様の作製方法を用いたも
のである。この半導体レーザでは、活性層2への電流閉
じこめが効率良く行われるため、発振閾値は4mAと低
い値であった。
3. of the embodiment. FIG. 7 is a perspective view showing a schematic configuration of a semiconductor laser according to another embodiment of the present invention. In the semiconductor laser of FIG. 7, an active layer 2 is formed in a stripe shape along the optical axis direction, and a semi-insulating Fe-doped InP crystal 10 is grown on both sides of the stripe, with respect to a semiconductor substrate. The same manufacturing method as in No. 1 is used. In this semiconductor laser, current trapping in the active layer 2 is efficiently performed, so that the oscillation threshold value is as low as 4 mA.

【0022】なお、以上の実施の形態では、InPを基
板とするレーザについて述べたが、これに限るものでは
なく、例えばGaAsを基板とするレーザについても本
発明が適用可能なことは言うまでもない。
In the above embodiment, the laser using InP as the substrate has been described, but the present invention is not limited to this, and it goes without saying that the present invention is also applicable to a laser using GaAs as the substrate.

【0023】[0023]

【発明の効果】本発明によれば、レーザ共振器の端面と
共振器内の屈折率周期構造の相互の位置関係を厳密に規
定することができるので、特性の揃った半導体レーザを
得ることができる。また、従来用いられていた、活性層
をエピタキシャル成長させた後、一旦成長を中断して活
性層に屈折率の周期構造を設け、再びクラッド層、コン
タクト層を成長させるという、いわゆる再成長工程が不
要となるので、素子作製の大幅な簡略化を図ることがで
きる。また、共振器端面に無反射コーティングを施す必
要がないので、極めて安価に高性能半導体レーザを得る
ことができる。
According to the present invention, since the mutual positional relationship between the end face of the laser cavity and the refractive index periodic structure in the cavity can be strictly defined, a semiconductor laser having uniform characteristics can be obtained. it can. In addition, there is no need for a so-called re-growth step that has been conventionally used, that is, after the active layer is epitaxially grown, the growth is temporarily stopped, the active layer is provided with the periodic structure of the refractive index, and the cladding layer and the contact layer are grown again. Therefore, it is possible to greatly simplify the device fabrication. Further, since it is not necessary to apply the antireflection coating to the end face of the resonator, a high performance semiconductor laser can be obtained at a very low cost.

【0024】また、請求項3に記載のように、エッチン
グマスク領域の片側の端部に幅が2aのエッチングマス
クを配置するか、あるいは請求項5に記載のように、光
導波路の他方の端面の位置を幅2aの凸部の最外端の位
置と一致させることにより、レーザ共振器内の光の定在
波の節が共振器端面に位置するように規定することがで
き、非常に安定したレーザ動作を得ることができる。
Further, as described in claim 3, an etching mask having a width of 2a is arranged at one end of the etching mask region, or the other end surface of the optical waveguide is defined as in claim 5. By aligning the position of with the position of the outermost end of the convex portion of the width 2a, it is possible to specify that the node of the standing wave of light in the laser resonator is located on the end face of the resonator, which is very stable. It is possible to obtain the desired laser operation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の第1の実施の形態となる半導体レー
ザの概略構成を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 図1の半導体レーザの作製方法を説明するた
めの工程断面図である。
2A to 2D are process cross-sectional views for explaining a method for manufacturing the semiconductor laser of FIG.

【図3】 図1の半導体レーザの作製方法を説明するた
めの工程斜視図である。
3A and 3B are process perspective views for explaining a method for manufacturing the semiconductor laser of FIG.

【図4】 図1の半導体レーザの作製方法を説明するた
めの工程斜視図である。
FIG. 4 is a process perspective view for explaining a method for manufacturing the semiconductor laser of FIG.

【図5】 レーザ共振器内部における光の定在波の状態
を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a state of a standing wave of light inside a laser resonator.

【図6】 本発明の他の実施の形態となる半導体レーザ
の概略構成を示す斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view showing a schematic configuration of a semiconductor laser according to another embodiment of the present invention.

【図7】 本発明の他の実施の形態となる半導体レーザ
の概略構成を示す斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view showing a schematic configuration of a semiconductor laser according to another embodiment of the present invention.

【図8】 従来の半導体レーザの作製方法を説明するた
めの工程断面図である。
8A to 8D are process cross-sectional views for explaining a conventional method for manufacturing a semiconductor laser.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…n型InP基板、2…活性層、3…クラッド層、4
…溝、5…加工側壁、6…リッジ型導波路、7…電極、
14…エッチングマスク、15…エッチングマスク窓領
域。
1 ... n-type InP substrate, 2 ... active layer, 3 ... cladding layer, 4
... grooves, 5 ... processed side wall, 6 ... ridge type waveguide, 7 ... electrode,
14 ... Etching mask, 15 ... Etching mask window region.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野口 悦男 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日 本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−216383(JP,A) 特開 平6−148413(JP,A) 特開 平7−122814(JP,A) 特開 平8−255948(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Etsuo Noguchi 3-19-2 Nishishinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Nihon Telegraph and Telephone Corporation (56) References Japanese Patent Laid-Open No. 61-216383 (JP, A) Kaihei 6-148413 (JP, A) JP-A-7-122814 (JP, A) JP-A-8-255948 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01S 5 / 00-5/50

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 活性層と、この活性層の上下に導電型が
互いに異なるクラッド層とを有する半導体基板に光導波
路を形成する半導体光素子の作製方法であって、 前記基板上において光導波路の光軸方向に沿った長さL
の領域に、光軸方向に垂直で光軸方向の幅がaのストラ
イプ状のエッチングマスクを光軸方向に沿って周期bで
形成すると共に、エッチングマスク領域の端部の片側若
しくは両側に光軸方向の長さがcであるエッチングマス
ク窓領域を形成する工程と、 前記エッチングマスク領域及びエッチングマスク窓領域
を設けた半導体基板をエッチングすることにより、光軸
方向の幅がb−aで周期がbである溝、及び光軸方向の
長さがcである窓領域を形成する工程を少なくとも含む
ことを特徴とする半導体光素子の作製方法。
1. A method of manufacturing a semiconductor optical device, comprising forming an optical waveguide on a semiconductor substrate having an active layer and cladding layers having different conductivity types above and below the active layer, wherein the optical waveguide is formed on the substrate. Length L along the optical axis
In the region of (1), a stripe-shaped etching mask perpendicular to the optical axis direction and having a width a in the optical axis direction is formed at a period b along the optical axis direction, and the optical axis is formed on one side or both sides of the end of the etching mask region. A step of forming an etching mask window region having a length c in the direction, and etching the semiconductor substrate provided with the etching mask region and the etching mask window region so that the width in the optical axis direction is ba and the cycle is A method for manufacturing a semiconductor optical device, comprising at least a step of forming a groove of b and a window region having a length of c in the optical axis direction.
【請求項2】 前記エッチングマスク窓領域の長さcを
エッチングマスクの周期bより10倍以上大きな寸法と
して、マイクロローディング効果によるエッチングレー
トの相違を用いて前記溝と窓領域を異なる深さにエッチ
ングすることにより、光軸方向の幅がb−aで周期がb
である溝と光軸方向の長さがcである窓領域を同一のエ
ッチング工程で形成することを特徴とする請求項1記載
の半導体光素子の作製方法。
2. The groove c and the window region are etched to different depths by making the length c of the etching mask window region 10 times or more larger than the period b of the etching mask and using the difference in etching rate due to the microloading effect. By doing so, the width in the optical axis direction is b-a and the cycle is b.
2. The method of manufacturing a semiconductor optical device according to claim 1, wherein the groove and the window region having a length c in the optical axis direction are formed in the same etching step.
【請求項3】 前記長さLのエッチングマスク領域の片
側の端部に、光軸方向に垂直で光軸方向の幅が2aのス
トライプ状のエッチングマスクを配置することを特徴と
する請求項1記載の半導体光素子の作製方法。
3. A stripe-shaped etching mask having a length 2a in the optical axis direction and having a width 2a in the optical axis direction is arranged at one end of the etching mask region having the length L. A method for manufacturing a semiconductor optical device as described above.
【請求項4】 光導波路内に、光軸方向の幅がaの凸部
と幅がb−aの溝とが光軸方向に沿って周期bで配設さ
れた屈折率の周期構造を有する半導体光素子であって、 前記光導波路の端面と屈折率周期構造の相互の位置関係
が一定の関係を有し、前記屈折率周期構造は、両端部に
幅aの凸部と幅2aの凸部とを有し、前記光導波路の一
方の端面の位置が幅aの凸部の最外端の位置と一致し、
光導波路の他方の端面の位置が幅2aの凸部の最外端の
位置と一致するものであることを特徴とする半導体光素
4. The optical waveguide has a periodic structure of a refractive index in which a convex portion having a width a in the optical axis direction and a groove having a width ba are arranged at a period b along the optical axis direction. a semiconductor optical device, the mutual positional relationship of the refractive index periodic structure with the end face of the optical waveguide have a constant relation, the refractive index periodic structure, at both ends
The optical waveguide has a convex portion with a width a and a convex portion with a width 2a.
The position of the end face on one side coincides with the position of the outermost end of the convex portion having the width a,
The position of the other end face of the optical waveguide is the outermost end of the convex portion of width 2a.
A semiconductor optical device characterized by being aligned with a position .
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