JP3762342B2 - 分布帰還型半導体レーザの製造方法 - Google Patents
分布帰還型半導体レーザの製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3762342B2 JP3762342B2 JP2002215769A JP2002215769A JP3762342B2 JP 3762342 B2 JP3762342 B2 JP 3762342B2 JP 2002215769 A JP2002215769 A JP 2002215769A JP 2002215769 A JP2002215769 A JP 2002215769A JP 3762342 B2 JP3762342 B2 JP 3762342B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diffraction grating
- layer
- forming
- region
- layers
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信や光計測に用いる光を出力する半導体レーザに係わり、特に、単一波長の光を出力する分布帰還型半導体レーザの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信や光計測に用いる光を出力する半導体レーザにおいては、例えば、図１２（ａ）に示すように、半導体基板１上に活性層２及びクラッド層３が積層されており、半導体基板１の下面とクラッド層３の上面との間に電圧を印加すると、活性層２の端面から光４が出力される。しかし、この光４は、詳細に検証すると、図１２（ｂ）に示すように、それぞれ波長λが微妙に異なる複数の光の集合とみなせる。
【０００３】
そこで、単一波長λ0の光４を出力させるために、図１２（ｃ）に示すように、活性層２の隣接位置に光４の出射方向に回折格子５を形成した分布帰還型（Distributed Feedback ：ＤＦＢ）半導体レーザが提唱されている。このように回折格子５が組込まれた分布帰還型半導体レーザにおいては、光導波路の等価屈折率をｎ、格子間隔をｄとすると、この活性層２で発生した多数の波長λを有する光のうち、波長λが、λ＝２ｎｄの条件を満たす単一波長λ0（＝２ｎｄ）の光４が出力される筈である。
【０００４】
しかし、分布帰還型半導体レーザは、図１２（ｃ）に示すように内部に形成される回折格子５が光の出射方向に沿って一様な位相連続型の場合には、原理的に単一波長λ0のみで発振する「単一モード発振」は実現せず、図１２（ｄ）に示すように、λ＝２ｎｄの条件を満たす波長λ0は出力されずに、この波長λ0の左右に別の波長λ+1、λ-1の光が出力される。
【０００５】
このような不都合を解消するためには、λ／４シフト構造と呼ばれる光の位相をλ／４だけ移相させる位相シフト構造を回折格子５の途中に形成することで「単一モード発振」を実現している。
【０００６】
しかし、途中に位相シフト構造を有する回折格子５は、単純で量産性に優れたレーザ干渉露光法による一括露光作業工程では製造できず、一般的には電子ビーム描画装置を用いて長時間かけて描画する製造方法を採用しているのが実状である。これに対し、レーザ干渉露光法で製造した回折格子でもλ／４シフト構造と同等な効果を得るための技術が特許第１７８１１８６号（特公平４―６７３５６号公報）に提案されている。
【０００７】
すなわち、この提案された分布帰還型半導体レーザにおいては、図１３に示すように、活性層２の上側に、第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂと、第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂを結合する平坦な結合導波路７とを同一面に一体構造で形成している。そして、第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂの各回折格子は、レーザ干渉露光法を用いて仮想的な単一の回折格子の一部を構成するようにそれぞれの位相を整合させて形成している。
【０００８】
なお、この例においては、第１の回折格子導波路６ａの回折格子の格子間隔ｄと第２の回折格子導波路６ｂの回折格子の格子間隔ｄとは等しく設定されているが、第１の回折格子導波路６ａの回折格子の溝深さは第２の回折格子導波路６ａの回折格子の溝深さより大きく設定している。このように、回折格子の溝深に差を設定することにより、第１の回折格子導波路６ａを伝搬する光の反射特性を高め、両端面から出力される光４に方向選択性を持たせている。
【０００９】
そして、結合導波路７は、この結合導波路７が第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂと同一格子間隔ｄを有した回折格子で構成されていた場合に対して、伝送する光の位相をπの整数倍からずらす伝送特性を有する。
【００１０】
なお、この提案では、「第１の回折格子導波路６ａから第２の回折格子導波路６ｂへ伝送する光の位相をπの整数倍からずらす」としているが、製造された分布帰還型半導体レーザにおいて、単一波長の光が発生する確率が高い構造としては、「第１の回折格子導波路６ａから第２の回折格子導波路６ｂへ伝送する光の位相がπの半奇数倍（π／２、３π／２、５π／２、…）になる」構造であることは明らかである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１３に示した構造の分布帰還型半導体レーザにおいても、まだ解消すべき次のような課題があった。
【００１２】
すなわち、「第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂと、第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂを結合する平坦な結合導波路７とを同一面に一体構造で形成」しようとすると、製造工程において、活性層２の上方に形成した第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂを形成するための単一の材料で形成された単一層を、上面からエッチングすることによって、第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂと平坦な結合導波路７とを形成する必要がある。
【００１３】
図１４に示すように、第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂの各格子高さや溝深さを考慮した平均厚みｈ0a、ｈ0b及び平坦な結合導波路７の厚みｈ1は、エッチングの時間や、エッチング液の濃度や、エッチング液の温度等のエッチング条件に大きく影響され、この分布帰還型半導体レーザの製造工程において、この第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂの平均厚みｈ0a、ｈ0bや結合導波路７の厚みｈ1を高い精度で制御することは非常に困難である。
【００１４】
一般に、結合導波路７において、この結合導波路７を伝送する光の位相がそこに回折格子がある場合と比較してずれるのは、回折格子の有無という導波路の構造の違いによって、光の伝搬定数がわずかに異なるためである。光の伝搬定数は伝送する光が感じる等価屈折率ｎによって決まる。図１４を用いて説明すると、結合導波路７の厚みｈ1と、第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂの平均厚みｈ0［＝（ｈ0a ＋ｈ0b）／２］との差（ｈ0―ｈ1）に依存する。
【００１５】
すなわち、この結合導波路７を伝送する光の位相のずれ量を正確にπの半奇数倍（π／２、３π／２、５π／２、…）に近づけるためには、上述した差（ｈ0―ｈ1）を正確に制御する必要がある。
【００１６】
しかし、前述したように、結合導波路７の平均厚みｈ1と、第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂの平均厚みｈ0a、ｈ0bとは、この分布帰還型半導体レーザの製造工程におけるエッチング精度に依存する。その結果、結合導波路７を伝送する光の位相のずれ量を高い精度で制御できず、製造された分布帰還型半導体レーザにおいて、単一波長の光が発生する確率が低下し、製造時の歩留まりが低下する問題がある。
【００１７】
また、特許第１７８１１８６号には、図１３及びその説明として、「一方の回折格子導波路６ａ（コラゲーシヨン３’）の深さを大きくして、レーザ光の反射特性を高め、出力に方向選択性をもたせたものである」との記載があるが、その製造方法については全く明らかにしていない。それどころか、この特許第１７８１１８６号における特許請求の範囲に記載されているように「第１および第２の回折格子導波路と、該第１および第２の回折格子導波路を結合する平坦な結合導波路とを同一面に一体構造で形成し、上記第１および第２の回折格子導波路の各回折格子は、レーザ干渉露光法を用いて仮想的な単一の回折格子の一部を構成するようにそれぞれの位相を制御させて形成し」たのでは、回折格子導波路（コラゲーション）の深さが一様な構造しか形成できず、図１３に示されている構造を実現することは実際には不可能であった。
【００１８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、第１、第２の回折格子層を接続する結合層をこの第１、第２の回折格子層と異なる材料物質で形成することにより、第１、第２の回折格子層及び結合層の形状精度及び寸法精度を高く維持でき、単一波長の光が発生する確率を向上でき、さらに簡単に光の高出力化を図ることができ、また製造時の歩留まりを大幅に向上できる分布帰還型半導体レーザの製造方法を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体基板上にこの半導体基板より屈折率の大きい材質からなる回折格子層を形成するための層を形成する工程と、一様周期の回折格子を形成するとともに光の出射方向に互いに離間し且つ互いの結合係数が異なるような第１、第２の回折格子層が形成されるように、回折格子層を形成するための層に所定の間隙を挟んでエッチング阻害物質を形成する工程と、エッチング阻害物質をエッチングマスクとし、露出された部分を選択エッチングにより除去することにより、第 1 、第 2 の回折格子層および第 1 、第 2 の回折格子層間の平坦領域を形成する工程と、この形成された互いに離間した第１、第２の回折格子層の間及び第１、第２の回折格子層の上方に半導体基板と同一材料物質からなる緩衝層を形成する工程と、緩衝層の上方に活性層を形成する工程と、活性層の上方にクラッド層を形成する工程とを含む分布帰還型半導体レーザの製造方法である。
さらに、エッチング阻害物質の形成工程は、回折格子層を形成するための層の上にレジストを塗布する工程と、該レジストに所望の一様周期で回折格子状の露光を電子ビーム描画または干渉露光法によって行う工程と、第２の回折格子層となる領域の光の導波方向と直交する方向の領域でかつ該領域から第２の回折格子層となる領域を除く領域と、平坦領域または平坦領域を含む該平坦領域の光の導波方向と直交する方向の領域とを全面露光する工程と、レジストを現像によって部分的に除去する工程とを含む。
また、別の発明においては、上記エッチング阻害物質の形成工程は、回折格子層を形成するための層の上にレジストを塗布する工程と、該レジストに、第１の回折格子層となる領域と第２の回折格子層となる領域の光の導波方向に直交する方向への格子パターンの広がりを異ならせて回折格子状の露光を電子ビーム描画または干渉露光法によって行う工程と、平坦領域または平坦領域を含む該平坦領域の光の導波方向と直交する方向の領域とを全面露光する工程と、レジストを現像によって部分的に除去する工程とを含む。
【００２０】
このように構成された分布帰還型半導体レーザの製造方法においては、回折格子層を形成するための層をエッチングにより、互いに離間した第１、第２の回折格子層の間の領域が形成されるが、この場合、第１、第２の回折格子層の間の結合層が充填されるべき領域は、回折格子層を形成するための層を全厚みに亘ってエッチングすればよいので、高い形状精度及び高い寸法精度を維持できる。
したがって、この製造方法で製造された分布帰還型半導体レーザにおける第１の回折格子層から結合層を経て第２の回折格子層へ伝搬する光の位相のずれ量をπの半奇数倍（π／２、３π／２、５π／２、…）の近傍にすることが可能である。
【００２１】
この製造方法で製造された分布帰還型半導体レーザにおいては、第１、第２の回折格子層に挟まれた結合層は、この第１、第２の回折格子層と異なる材料物資で形成されている。このように、第１、第２の回折格子層の間の結合層をこの第１、第２の回折格子層と異なる材料物資で形成可能であることは、この結合層を埋込むための第１、第２の回折格子層の間の領域を形成する場合に、第１、第２の回折格子層を形成するための層をエッチング手法で形成しても、この領域を選択エッチングで除去するのみでよい。したがって、この領域の形状及び寸法の精度を向上できるので、第１、第２の回折格子層の間の結合層の形状及び寸法の精度が向上する。
【００２２】
その結果、第１、第２の回折格子層の間の結合層を伝送される光の位相のずれ量をπの半奇数倍（π／２、３π／２、５π／２、…）の近傍に制御できる。
【００２３】
また、第１の回折格子層の回折格子における結合係数κ1と、第２の回折格子層の回折格子における結合係数κ2とが互いに異なる値に設定されている。
【００２４】
回折格子における結合係数κとは、回折格子を伝搬する光の前進波と後進波との結合の度合いを示す指標であり、結合係数κが高いことは光が回折格子上を進む間に前進波から後進波へ変換される度合いが強いことを示し、結合係数κが低いことは光が回折格子上を進む間に前進波から後進波へ変換される度合いが弱いことを示す。
【００２５】
例えば、導波路中の回折格子における格子の体積と隙間を含む格子以外の部分が占める体積との比が大きいほど結合係数κが低くなる傾向を示し、回折格子における格子の屈折率と隙間を含む格子以外の部分の屈折率との差が小さいほど結合係数κが低くなる傾向を示す。
【００２６】
第１の回折格子層の回折格子における結合係数κ1と第２の回折格子層の回折格子における結合係数κ2とが異なることは、第１の回折格子層における光の反射率と、第２の回折格子層における光の反射率とが異なることを示す。その結果、第１の回折格子層側の端面から出力される光の量と、第２の回折格子層側の端面から出力される光の量とを異ならせることが可能である。
【００２７】
よって、故意に、分布帰還型半導体レーザの一方の端面から出力される光の強度を他方の端面から出力される光の強度に比較して上昇できる。一般に、分布帰還型半導体レーザにおいては、一方の端面から出力される光のみを利用しているので、この分布帰還型半導体レーザから出力される光の強度を上昇できる。
【００２８】
さらに、回折格子の結合係数が小さい回折格子層側の光出射端面に反射防止膜が形成されているので、出射端面での光の反射が抑制され、出力される光の強度をより一層上昇できる。
【００２９】
また別の発明は、半導体基板上に、活性層と、半導体基板と同一材料からなる緩衝層と、この緩衝層より屈折率の大きい材質からなる回折格子層を形成するための層を形成する工程と、一様周期の回折格子を形成するとともに光の出射方向に互いに離間し且つ互いの結合係数が異なるような第１、第２の回折格子層が形成されるように、回折格子層を形成するための層に所定の間隙を挟んでエッチング阻害物質を形成する工程と、エッチング阻害物質をエッチングマスクとし、露出された部分を選択エッチングにより除去することにより、第 1 、第 2 の回折格子層および前記第 1 、第 2 の回折格子層間の平坦領域を形成する工程と、この形成された互いに離間した第１、第２の回折格子層の間及び第１、第２の回折格子層の上方に緩衝層と同一材料物質からなるクラッド層を形成する工程とを含む分布帰還型半導体レーザの製造方法である。
そして、エッチング阻害物質の形成工程は、回折格子層を形成するための層の上にレジストを塗布する工程と、該レジストに所望の一様周期で回折格子状の露光を電子ビーム描画または干渉露光法によって行う工程と、第２の回折格子層となる領域の光の導波方向と直交する方向の領域でかつ該領域から第２の回折格子層となる領域を除く領域と、平坦領域または平坦領域を含む該平坦領域の光の導波方向と直交する方向の領域とを全面露光する工程と、レジストを現像によって部分的に除去する工程とを含む。
また、別の発明においては、上記エッチング阻害物質の形成工程は、回折格子層を形成するための層の上にレジストを塗布する工程と、該レジストに、第１の回折格子層となる領域と第２の回折格子層となる領域の光の導波方向に直交する方向への格子パターンの広がりを異ならせて回折格子状の露光を電子ビーム描画または干渉露光法によって行う工程と、平坦領域または平坦領域を含む該平坦領域の光の導波方向と直交する方向の領域とを全面露光する工程と、レジストを現像によって部分的に除去する工程とを含む。
【００３１】
先の発明の分布帰還型半導体レーザの製造方法においては、活性層の下方に第１、第２の回折格子層を配設したのに対して、この発明が適用される分布帰還型半導体レーザの製造方法においては、活性層の上方に第１、第２の回折格子層を配設している。その他の構成は、先の発明の分布帰還型半導体レーザの製造方法に類似している。
【００３２】
したがって、先の発明の分布帰還型半導体レーザの製造方法とほぼ同じ作用効果を奏することが可能である。
【００５２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態を図面を用いて説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係わる分布帰還型半導体レーザの製造方法で製造された分布帰還型半導体レーザを光の伝搬方向に沿って切断した断面図である。図２は図１の分布帰還型半導体レーザをＡ―Ａ’線で切断した場合の断面図である。
【００５３】
ｎ型InPからなる半導体基板１１の上面に、ｎ型InGaAsPからなる第１の回折格子層１２ａと、結合層１３と、ｎ型InGaAsPからなる第２の回折格子層１２ｂとが形成されている。第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂは、それぞれ、複数の格子１４と格子相互間に存在する複数の隙間１５とを有する第１、第２の回折格子１６ａ、１６ｂで構成されており、第１、第２の回折格子１６ａ、１６ｂに含まれる全部の格子１４と全部の隙間１５とで、仮想的に同一格子間隔（ピッチ）ｄで位相が連続する一つの回折格子１６を構成する。また、第１、第２の回折格子１６ａ、１６ｂを構成する各格子１４の屈折率は半導体基板１１の屈折率より高く設定されている。
【００５４】
さらに、第１、第２の回折格子１６ａ、１６ｂの格子間隔ｄは互いに等しく設定されているが、第１の回折格子１６ａにおける各格子１４の高さは、第２の回折格子１６ａにおける各格子１４の高さより低く設定されている。
【００５５】
そして、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの間の領域を充填する結合層１３は半導体基板１１と同一材質で形成されている。
【００５６】
第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂ及び結合層１３の上面には、半導体基板１１と同一材料物質からなる緩衝層１７が形成されている。なお、結合層１３と緩衝層１７とは一体形成されている。この緩衝層１７の上面に、それぞれ適当な組成のInGaAsPからなる、下側ＳＣＨ層、ＭＱＷ層、上側ＳＣＨ層を含む活性層１８が形成されている。この活性層１８の上面には、ｐ型InPからなるクラッド層１９が形成されている。
【００５７】
クラッド層１９の上面にｐ電極２０が取付けられ、半導体基板１１の下面にはｎ電極２１が取付けられている。さらに、単一モードの光２３が出射される活性層１８と第１の回折格子層１２ａ側との端面には、反射防止膜２２が形成されている。
【００５８】
図２の断面図に示すように、半導体基板１１の上部、第１、第２の回折格子１６ａ、１６ｂ、結合層１３、緩衝層１７、活性層１８、クラッド層１９の一部はメサ型に形成されている。そして、メサの両側には、下側から、ｐ型InPからなるｐ型埋込層２４、ｎ型InPからなるｎ型埋込層２５が形成されている。
【００５９】
このように構成された第１実施形態の分布帰還型半導体レーザにおいて、ｐ電極２０とｎ電極２１との間に電圧を印加すると、活性層１８は多波長を有する光を放出するが、この波長を有する光のうち、回折格子１６の格子間隔ｄと第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの等価屈折率ｎ0とで定まる単一波長λ0を有した光２３が選択されてレーザ発振される。
【００６０】
この場合、結合層１３の存在によって、光２３の位相がπの半奇数倍（π／２、３π／２、５π／２、…）だけずれるので、単一波長λ0を有した光２３ａ、２３ｂが両端面から出力される。
【００６１】
より具体的に説明すると、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの間に存在する結合層１３は、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂとは異なる半導体基板１１と同一材料物質で形成されている。
【００６２】
したがって、この領域の形状及び寸法の精度を向上できるので、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの間の結合層１３の形状及び寸法の精度が上昇する。結合層１３の形状及び寸法の精度が向上すると、前述した各回折格子１６ａ、１６ｂ寸法と結合層１３の寸法との関係が常に一定値を維持するので、光２３が感じる等価屈折率が素子毎に変動することが防止されるので、光２３の位相がπの半奇数倍（π／２、３π／２、５π／２、…）だけずれ、単一波長λ0を有した光２３ａ、２３ｂが出力される。
【００６３】
すなわち、分布帰還型半導体レーザから出力される光２３ａ、２３ｂの波長精度が大幅に向上するとともに、単一モード率を向上でき、分布帰還型半導体レーザの製造上の歩留まりを向上できる。
【００６４】
さらに、この第１実施形態の分布帰還型半導体レーザにおいては、第１の回折格子層１２ａの回折格子１６ａの一つの格子間隔ｄ内における格子１４の体積と隙間１５を含む格子１４以外の部分が占める体積との割合を示す体積比ｖ1と、第２の回折格子層１２ｂの回折格子１６ｂにおける体積比ｖ2とが互いに異なる値に設定されている。
【００６５】
第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの各回折格子１６ａ、１６ｂの格子１４どうしと、隙間１５どうしとが互いに同一材料で形成されているので、屈折率や光の強度分布の寄与を考えないと、この各体積比ｖ1、ｖ2が第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの各結合係数κ1、κ2に対応する。
【００６６】
したがって、結果として、第１の回折格子層１２ａの回折格子１６ａにおける結合係数κ1と、第２の回折格子層１２ｂの回折格子１６ｂにおける結合係数κ2とが互いに異なる値に設定されている。
【００６７】
具体的には、前述したように、結合層１３を挟んで互いに離間して配設された第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂとは、同一格子間隔（ピッチ）ｄで位相が連続する回折格子１６の一部を構成するが、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂでそれぞれ形成される回折格子１６ａ、１６ｂの形状が互いに異なる。各回折格子１６ａ、１６ｂは、それぞれ一つの格子間隔ｄにおいては、１個の格子１４と１個の隙間１５（又は溝）とで構成されるが、この一つの格子間隔ｄ内における格子１４の体積と隙間１５を含む格子１４以外の部分が占める体積との割合を前述したように体積比ｖとする。この体積比ｖは、光２３の進行方向と一致する方向の格子１４の幅、格子１４の高さ、及び光２３の進行方向と直交する方向の格子１４の幅等によって定まる。
【００６８】
図１の実施形態においては、第１の回折格子層１２ａの回折格子１６ａにおける格子１４の光２３の進行方向と一致する方向の高さを、第２の回折格子層１２ｂの回折格子１６ｂにおける格子１４の光２３の進行方向と一致する方向の高さより小さな値に設定することによって、第１の回折格子層１２ａの回折格子１６ａの体積比ｖ1と、第２の回折格子層１２ｂの回折格子１６ｂの体積比ｖ2とを異ならせている（ｖ1＜ｖ2）。よって、第１の回折格子層１２ａの結合係数κ1 と第２の回折格子層１２ｂの結合係数κ2とが異なる（κ1＜κ2）。
【００６９】
その結果、第１の回折格子層１２ａの回折格子１６ａにおける光の反射率と、第２の回折格子層１２ｂの回折格子１６ｂにおける光の反射率とが異なり、図３に示すように、分布帰還型半導体レーザ内で往復する光２３の強度分布特性２６を左右非対称とできる。その結果、第１の回折格子層１２ａ側の端面から出力される光２３ａの強度Ｐ0aと、第２の回折格子層１２ｂ側の端面から出力される光２３ｂの強度Ｐ0bと異ならせることが可能である。
【００７０】
よって、故意に、分布帰還型半導体レーザの一方の端面から出力される光の強度を他方の端面から出力される光の強度に比較して上昇できる。この図１の実施形態においては、第１の回折格子層１２ａ側の端面から出力される光２３ａの強度Ｐ0aを、第２の回折格子層１２ｂ側の端面から出力される光２３ｂの強度Ｐ0bより高く設定される。
【００７１】
なお、図１の実施形態においては、第１の回折格子層１２ｂ側の端面に反射防止膜２２を形成しているので、第１の回折格子層１２ａ側の端面から出力される光２３ａの強度Ｐ0aをより高くしている。この場合、第２の回折格子層１２ｂ側の端面はへき開面のままである。
【００７２】
したがって、分布帰還型半導体レーザとして、高出力でかつ狭線幅な光特性を得ることができ、図４に示すように、印加電流に対する光の出力特性２７における直線応答性を、従来の分布帰還型半導体レーザにおける出力特性２７ａに比較して改善できる。
【００７３】
（第２実施形態）
図５（ａ）（ｂ）（ｃ）、図６（ｄ）（ｅ）（ｆ）、図７（ｇ）（ｈ）は、本発明の参考となる分布帰還型半導体レーザの製造方法を示す製造工程図である。具体的には、図１に示す、第１の回折格子層１２ａの回折格子１６ａの体積比ｖ1（結合係数κ1）と、第２の回折格子層１２ｂの回折格子１６ｂの体積比ｖ2（結合係数κ2）とを異ならせた（ｖ1＜ｖ2）、分布帰還型半導体レーザの製造方法を示す。なお、各工程は、上面図と、図１と同一方向の断面図と、図２と同一方向の正面図で示す。
【００７４】
先ず、図５（ａ）に示すように、ｎ型InPからなる半導体基板１１上に、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂとして、組成波長１．０８μｍのn型InGaAsPを厚さ０．１μｍ成長してから、その上にエッチング阻害物質としての電子ビームレジスト（例えば日本ゼオン社製ZEP―５２０等）を０．２μｍ厚に塗布する。
【００７５】
加熱処理後に電子ビーム描画装置で回折格子パターン描画を行う。図５（ｂ）に、この実施形態における、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの回折格子１６ａ、１６ｂの格子間隔（ピッチ）ｄを２４０ｎｍとした描画パターン及び描画条件を示す。回折格子部分の描画条件は、チップ（分布帰還型半導体レーザ）加工後に光２３ａの出力側となる第１の回折格子層１２ａ（図では左側）ではドーズ量を多く（例えば０．４５ｎＣ／ｃｍ程度）、反対側の第２の回折格子層１２ｂではドーズ量を少なく（０．３ｎＣ／ｃｍ程度）設定して照射する。周辺部は電子ビームあるいは紫外線照射などにより露光してもよい。
【００７６】
そして、描画された回折格子パターンを現像する。図５（ｃ）に示すように、この実施形態においては、現像後のレジストパターンは回折格子１６ａ、１６ｂの格子１４相互間の隙間１５がドーズ量を多くした部分では１４０ｎｍ程度、少なくした部分では７０ｎｍ程度となる。図８に実験的に求めたドーズ量と格子１４相互間の隙間１５の大きさとの関係を示す。このように、ドーズ量を変更することによって、隙間１５の大きさを任意に設定可能である。
【００７７】
この状態で飽和臭素水と燐酸の水溶液を用いて２０秒程度エッチングを行う。すると、図６（ｄ）に示すような断面形状となる。この後の結晶成長工程における加熱によって格子１４の幅の違いは格子１４の高さの違いに転写される。
【００７８】
図６（ｅ）は、加熱が終了して、さらに、レジストを除去した時点における断面形状である。こうして光出射側の回折格子１６ａの体積比ｖ1が小さく、反対側の回折格子１６ｂの体積比ｖ2が大きい（ｖ1＜ｖ2）構造の分布帰還型半導体レーサが作製される。なお、中央の結合層１３に相当する部分はレジストが全く塗布さていないためエッチングレートが最も遅いが、ｎ型1nGaAsP層が除去され、ｎ型InPからなる半導体基板１１の上面が露出する。
【００７９】
この場合、硫酸、過酸化水素水、水を混合したエッチング液に浸潰すると、InGaAsPからなる回折格子層１２ａ、１２ｂの露出面がエッチングされるが、回折格子層１２ａ、１２ｂの下側に位置する半導体基板１１のInPはエッチングされないため、半導体基板１１の上面に到達した時点でエッチングは停止する。ここで重要な事は、隣接する格子１４相互間に、回折格子層１２ａ、１２ｂの上面から下面まで貫通する隙間１５が形成されていることである。
【００８０】
すなわち、たとえ、エッチング時間のばらつきや、エッチング液の濃度や温度に変動が生じたとしても、正確でかつ再現性の高い回折格子１６ａ、１６ｂを形成できる。
【００８１】
次に、図６（ｆ）に示すように、この形成された互いに離間した第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの間の結合層１３の領域、及び第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの上に半導体基板１１と同一材料物質であるInPからなる緩衝層１７を結晶成長法にて形成する。この状態において、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの間に、半導体基板１１と同一材料物質であるInPからなる結合層１３が形成される。
【００８２】
さらに、この緩衝層１７の上にフォトルミネッセンス（ＰＬ）波長１．４５μｍ〜１．６５μｍとなるInGaAsPを含む材質である活性層１８を結晶成長法で形成する。この活性層１８は、一般的に、多重量子井戸層構造が採用される。なお、必要であれば多重量子井戸構造の上下に光分離閉じ込め層を形成することが可能である。さらに、この活性層１８の上にｐ型InPからなるクラッド層１９を結晶成長法で形成する。
【００８３】
そして、図７（ｇ）に示すように、クラッド層１９の上面の中央部に光２３の伝搬方向に沿って、誘電体成長阻害膜を形成したのちに、エッチングにより、半導体基板１１の上部、第１、第２の回折格子得１６ａ、１６ｂ、結合層１３、緩衝層１７、活性層１８、クラッド層１９をメサ型に形成する。
【００８４】
次に、図７（ｈ）に示すように、メサの両側に、下側から、ｐ型InPからなるｐ型埋込層２４、ｎ型InPからなるｎ型埋込層２５を形成する。そして、誘電体成長阻害膜を除去して、ｎ型埋込層２５及びメサの上面に再度クラッド層１９を形成し、このクラッド層１９の上面に、ｐ型InGaAs又はｐ型InGaAsPのコンタクト層、及びｐ電極を形成する。さらに、半導体基板１１の下面にｎ電極２１を形成する。また、単一モードの光２３が出射される活性層１８、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの端面をへき開により形成して、最後に、第１の回折格子層１２ａ側の端面に反射防止膜２２を形成する。
【００８５】
次に、本発明の分布帰還型半導体レーザの製造方法における実施形態を説明する。
上述したドーズ量変調以外の体積比ｖの異なる回折格子１６ａ、１６ｂを形成する方法としては、エッチング時のエッチングレートがウエハ面露出面積に依存して変化すること利用することもできる。すなわち、ウエハ表面のうちレジストや誘電体膜などのエッチング阻害物質に覆われている面積が大きく、エッチングされる部分が小さい場合にはエッチングレートが速く、逆に、広い面積をエッチングする場合はエッチングレートが遅くなる現象が、上記の飽和臭素水と燐酸の水溶液などで知られている。
【００８６】
この特徴を利用すれば、図９（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すようなレジストパターンを作製することで体積比ｖの異なる回折格子を部分的に作製することが可能となる。
【００８７】
図９（ａ）に示すように、周辺部のレジストを除去してからエッチングするとエッチングレートは遅くなる。この場合は電子ビーム描画装置を用いなくとも干渉露光法で作製可能である。
【００８８】
図９（ｃ）に示すように、光の導波方向に直交する方向への格子パターンの広がりを変えて（例えば２０μｍと１００μｍ）エッチングレートを制御することも可能である。
【００８９】
さらに、例えば、結合層１３として第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂと同一材料（ｎ型InGaAsP）の一部を薄く残す場合は、図９（ｄ）に示すように、周囲のレジストを除去せずエッチングマスクとして残しておけば、露出面積の制御によってエッチングレートを制御することができ、回折格子部のエッチングがInP基板に達するまでの時間（３０秒程度）の間にエッチングされる厚さを制御することができる。
【００９０】
なお、図９（ｂ）は、図９（ａ）の手法と図９（ｄ）の手法との中間の手法を示す図である。
【００９１】
以上の説明はポジレジストを使用した場合について述べたが、ネガレジストを使用しても同様である。またいずれの場合も、ｎ型InGaAsPに直接レジストを塗布するのでなく、例えば３０ｎｍ厚程度のｎ型InP層を介在させ、エッチングを２段階に分けて選択性エッチャントを使用することも可能である。
【００９２】
この場合は、レジストをエッチングマスクとして飽和臭素水を含むエッチャントで５秒程度エッチングしてInPを部分的に除去し、露出したｎ型InGaAsPを、今度は、ｎ型InPをエッチングマスクとして硫酸と過酸化水素を含む水溶液によってエッチングする方法なども可能である。
【００９３】
この方法であれば、硫酸と過酸化水素を含む水溶液がInGaAsPのみを選択的にエッチングすることから、特に、次の第３実施形態で説明する図１０に示すように活性層１８の上側に回折格子１６ａ、１６ｂを形成する場合に、エッチングが緩衝層のInPとの界面で停止することから、誤って活性層１８までエッチングが到達するような事故を防ぐことが可能となる。
【００９４】
（第３実施形態）
図１０は本発明の分布帰還型半導体レーザの製造方法で製造された分布帰還型半導体レーザを光の伝搬方向に沿って切断した断面図である。図１１は図１０の分布帰還型半導体レーザをＡ―Ａ’線で切断した場合の断面図である。図１、図２に示す第１実施形態の分布帰還型半導体レーザと同一部分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明は省略する。
【００９５】
ｎ型InPからなる半導体基板１１の上面に、それぞれ適当な組成のInGaAsPからなる、下側ＳＣＨ層、ＭＱＷ層、上側ＳＣＨ層を含む活性層１８が形成されている。この活性層１８の上面には、クラッド層１９と同一材料物質からなる緩衝層１７が形成されている。この緩衝層１７の上面に、ｐ型InGaAsPからなる第１の回折格子層１２ａと、結合層１３と、ｐ型InGaAsPからなる第２の回折格子層１２ｂとが形成されている。
【００９６】
第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂは、それぞれ、複数の格子１４と格子相互間に存在する複数の隙間１５とを有する第１、第２の回折格子１６ａ、１６ｂで構成されており、第１、第２の回折格子１６ａ、１６ｂに含まれる全部の格子１４と全部の隙間１５とで、仮想的に同一格子間隔（ピッチ）ｄで位相が連続する一つの回折格子１６を構成する。また、第１、第２の回折格子１６ａ、１６ｂを構成する各格子１４の屈折率は半導体基板１１の屈折率より高く設定されている。
【００９７】
さらに、第１、第２の回折格子１６ａ、１６ｂの格子間隔ｄは互いに等しく設定されているが、第１の回折格子１６ａにおける各格子１４の高さは、第２の回折格子１６ａにおける各格子１４の高さより低く設定されている。
【００９８】
そして、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの間の領域を充填する結合層１３はクラッド層１９と同一材質で形成されている。第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂ及び結合層１３の上面には、ｐ型InPからなるクラッド層１９が形成されている。なお、結合層１３とクラッド層１９とは一体形成されている。
【００９９】
クラッド層１９の上面にｐ電極２０が取付けられ、半導体基板１１の下面にはｎ電極２１が取付けられている。さらに、単一モードの光２３が出射される活性層１８と第１の回折格子層１２ａ側の端面には、反射防止膜２２が形成されている。
【０１００】
図１１の断面図に示すように、半導体基板１１の上部、活性層１８、緩衝層１７、第１、第２の回折格子得１６ａ、１６ｂ、クラッド層１９の一部はメサ型に形成されている。そして、メサの両側には、下側から、ｐ型InPからなるｐ型埋込層２４、ｎ型InPからなるｎ型埋込層２５が形成されている。
【０１０１】
このように構成された第３実施形態の分布帰還型半導体レーザにおいて、ｐ電極２０とｎ電極２１との間に電圧を印加すると、活性層１８は多波長を有する光を放出するが、この波長を有する光のうち、回折格子１６の格子間隔ｄと第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの等価屈折率ｎ0とで定まる単一波長λ0を有した光２３が選択されてレーザ発振される。
【０１０２】
この場合、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの間に存在する結合層１３は、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂとは異なるクラッド層１９と同一材料物質で形成されている。したがって、この領域の形状及び寸法の精度を向上できる。さらに、回折格子１６ａ、１６ｂを格子１４と隙間１５とで構成しているので、回折格子１６ａ、１６ｂの形状及び寸法の精度を向上できる。
【０１０３】
よって、図１、図２の第１実施形態と同様に、分布帰還型半導体レーザから出力される光２３ａ、２３ｂの波長精度が大幅に向上するとともに、単一モード率を向上でき、分布帰還型半導体レーザの製造上の歩留まりを向上できる。
【０１０４】
さらに、第１の回折格子層１２ａの回折格子１６ａにおける結合係数κ1と、第２の回折格子層１２ｂの回折格子１６ｂにおける結合係数κ2とが互いに異なる値に設定されている（κ1＜κ2）。よって、図１、図２の第１実施形態と同様に、分布帰還型半導体レーザとして、高出力でかつ狭線幅な光特性を得ることができる。
【０１０５】
（第４実施形態）
次に、このように構成された図１０、図１１に示す分布帰還型半導体レーザの製造方法を説明する。
【０１０６】
先ず、ｎ型InPからなる半導体基板１１上に、InGaAaPからなる活性層１８、ｐ型InPからなる緩衝層１７を成長させ、その緩衝層１７に上に第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂとして、組成波長１．０８μｍのn型InGaAsPを厚さ０．１μｍ成長させる。その上にエッチング阻害物質としての電子ビームレジスト（例えば日本ゼオン社製ZEP―５２０等）を０．２μｍ厚に塗布する。
【０１０７】
以下、第２実施形態で既に説明した図５（ｂ）〜図６（ｅ）の各工程を順番に実施する。
そして、図６（ｆ）の工程で、形成された互いに離間した第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの間の結合層１３の領域、及び第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの上にｐ型InPからなるクラッド層１９を結晶成長法で形成する。
【０１０８】
その後、図７（ｇ）にて、メサ型に形成し、図７（ｈ）にて、ｐ型埋込層２４、ｎ型埋込層２５を形成し、上面に再度クラッド層１９を形成し、ｐ電極２０、ｎ電極２１を形成する。また、第１の回折格子層１２ａ側の端面に反射防止膜２２を形成する。
【０１０９】
したがって、上述した第２実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造方法と同様の効果を得ることができる。
【０１１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の分布帰還型半導体レーザの製造方法においては、第１、第２の回折格子層を接続する結合層をこの第１、第２の回折格子層と異なる材料物質で形成し、さらに、第１、第２の回折格子層の回折格子における各結合係数を互いに異なる値に設定している。
【０１１１】
したがって、第１、第２の回折格子層及び結合層の形状精度及び寸法精度を高く維持でき、単一波長の光が発生する確率を向上でき、さらに簡単に光の高出力化を図ることができ、また製造時の歩留まりを大幅に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係わる分布帰還型半導体レーザを光の伝搬方向に沿って切断した断面図
【図２】図１の分布帰還型半導体レーザをＡ―Ａ’線で切断した場合の断面図
【図３】同実施形態の分布帰還型半導体レーザにおける光の強度分布特性を示す図
【図４】同実施形態の分布帰還型半導体レーザにおける光の出力特性を示す図
【図５】同実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造方法を示す図
【図６】同じく同実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造方法を示す図
【図７】同じく同実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造方法を示す図
【図８】ドーズ量と隙間の間隔との関係を示す図
【図９】分布帰還型半導体レーザの各回折格子を示す図
【図１０】本発明の第３実施形態に係わる分布帰還型半導体レーザを光の伝搬方向に沿って切断した断面図
【図１１】図１０の分布帰還型半導体レーザをＡ―Ａ’線で切断した場合の断面図
【図１２】分布帰還型半導体レーザの動作原理を説明するための図
【図１３】従来の分布帰還型半導体レーザの概略構成を示す断面模式図
【図１４】同従来の分布帰還型半導体レーザの問題点を説明するための図
【符号の説明】
１１…半導体基板
１２ａ…第１の回折格子層
１２ｂ…第２の回折格子層
１３…結合層
１４…格子
１５…隙間
１６ａ、１６ｂ…回折格子
１７…緩衝層
１８…活性層
１９…クラッド層
２０…ｐ電極
２１…ｎ電極
２２…反射防止膜
２３、２３ａ、２３ｂ…光
２４…ｐ型埋込層
２５…ｎ型埋込層
２３、２３ａ、２３ｂ…光
２５…光の強度分布特性
２７、２７ａ…光の出力特性
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信や光計測に用いる光を出力する半導体レーザに係わり、特に、単一波長の光を出力する分布帰還型半導体レーザの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信や光計測に用いる光を出力する半導体レーザにおいては、例えば、図１２（ａ）に示すように、半導体基板１上に活性層２及びクラッド層３が積層されており、半導体基板１の下面とクラッド層３の上面との間に電圧を印加すると、活性層２の端面から光４が出力される。しかし、この光４は、詳細に検証すると、図１２（ｂ）に示すように、それぞれ波長λが微妙に異なる複数の光の集合とみなせる。
【０００３】
そこで、単一波長λ0の光４を出力させるために、図１２（ｃ）に示すように、活性層２の隣接位置に光４の出射方向に回折格子５を形成した分布帰還型（Distributed Feedback ：ＤＦＢ）半導体レーザが提唱されている。このように回折格子５が組込まれた分布帰還型半導体レーザにおいては、光導波路の等価屈折率をｎ、格子間隔をｄとすると、この活性層２で発生した多数の波長λを有する光のうち、波長λが、λ＝２ｎｄの条件を満たす単一波長λ0（＝２ｎｄ）の光４が出力される筈である。
【０００４】
しかし、分布帰還型半導体レーザは、図１２（ｃ）に示すように内部に形成される回折格子５が光の出射方向に沿って一様な位相連続型の場合には、原理的に単一波長λ0のみで発振する「単一モード発振」は実現せず、図１２（ｄ）に示すように、λ＝２ｎｄの条件を満たす波長λ0は出力されずに、この波長λ0の左右に別の波長λ+1、λ-1の光が出力される。
【０００５】
このような不都合を解消するためには、λ／４シフト構造と呼ばれる光の位相をλ／４だけ移相させる位相シフト構造を回折格子５の途中に形成することで「単一モード発振」を実現している。
【０００６】
しかし、途中に位相シフト構造を有する回折格子５は、単純で量産性に優れたレーザ干渉露光法による一括露光作業工程では製造できず、一般的には電子ビーム描画装置を用いて長時間かけて描画する製造方法を採用しているのが実状である。これに対し、レーザ干渉露光法で製造した回折格子でもλ／４シフト構造と同等な効果を得るための技術が特許第１７８１１８６号（特公平４―６７３５６号公報）に提案されている。
【０００７】
すなわち、この提案された分布帰還型半導体レーザにおいては、図１３に示すように、活性層２の上側に、第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂと、第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂを結合する平坦な結合導波路７とを同一面に一体構造で形成している。そして、第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂの各回折格子は、レーザ干渉露光法を用いて仮想的な単一の回折格子の一部を構成するようにそれぞれの位相を整合させて形成している。
【０００８】
なお、この例においては、第１の回折格子導波路６ａの回折格子の格子間隔ｄと第２の回折格子導波路６ｂの回折格子の格子間隔ｄとは等しく設定されているが、第１の回折格子導波路６ａの回折格子の溝深さは第２の回折格子導波路６ａの回折格子の溝深さより大きく設定している。このように、回折格子の溝深に差を設定することにより、第１の回折格子導波路６ａを伝搬する光の反射特性を高め、両端面から出力される光４に方向選択性を持たせている。
【０００９】
そして、結合導波路７は、この結合導波路７が第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂと同一格子間隔ｄを有した回折格子で構成されていた場合に対して、伝送する光の位相をπの整数倍からずらす伝送特性を有する。
【００１０】
なお、この提案では、「第１の回折格子導波路６ａから第２の回折格子導波路６ｂへ伝送する光の位相をπの整数倍からずらす」としているが、製造された分布帰還型半導体レーザにおいて、単一波長の光が発生する確率が高い構造としては、「第１の回折格子導波路６ａから第２の回折格子導波路６ｂへ伝送する光の位相がπの半奇数倍（π／２、３π／２、５π／２、…）になる」構造であることは明らかである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１３に示した構造の分布帰還型半導体レーザにおいても、まだ解消すべき次のような課題があった。
【００１２】
すなわち、「第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂと、第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂを結合する平坦な結合導波路７とを同一面に一体構造で形成」しようとすると、製造工程において、活性層２の上方に形成した第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂを形成するための単一の材料で形成された単一層を、上面からエッチングすることによって、第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂと平坦な結合導波路７とを形成する必要がある。
【００１３】
図１４に示すように、第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂの各格子高さや溝深さを考慮した平均厚みｈ0a、ｈ0b及び平坦な結合導波路７の厚みｈ1は、エッチングの時間や、エッチング液の濃度や、エッチング液の温度等のエッチング条件に大きく影響され、この分布帰還型半導体レーザの製造工程において、この第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂの平均厚みｈ0a、ｈ0bや結合導波路７の厚みｈ1を高い精度で制御することは非常に困難である。
【００１４】
一般に、結合導波路７において、この結合導波路７を伝送する光の位相がそこに回折格子がある場合と比較してずれるのは、回折格子の有無という導波路の構造の違いによって、光の伝搬定数がわずかに異なるためである。光の伝搬定数は伝送する光が感じる等価屈折率ｎによって決まる。図１４を用いて説明すると、結合導波路７の厚みｈ1と、第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂの平均厚みｈ0［＝（ｈ0a ＋ｈ0b）／２］との差（ｈ0―ｈ1）に依存する。
【００１５】
すなわち、この結合導波路７を伝送する光の位相のずれ量を正確にπの半奇数倍（π／２、３π／２、５π／２、…）に近づけるためには、上述した差（ｈ0―ｈ1）を正確に制御する必要がある。
【００１６】
しかし、前述したように、結合導波路７の平均厚みｈ1と、第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂの平均厚みｈ0a、ｈ0bとは、この分布帰還型半導体レーザの製造工程におけるエッチング精度に依存する。その結果、結合導波路７を伝送する光の位相のずれ量を高い精度で制御できず、製造された分布帰還型半導体レーザにおいて、単一波長の光が発生する確率が低下し、製造時の歩留まりが低下する問題がある。
【００１７】
また、特許第１７８１１８６号には、図１３及びその説明として、「一方の回折格子導波路６ａ（コラゲーシヨン３’）の深さを大きくして、レーザ光の反射特性を高め、出力に方向選択性をもたせたものである」との記載があるが、その製造方法については全く明らかにしていない。それどころか、この特許第１７８１１８６号における特許請求の範囲に記載されているように「第１および第２の回折格子導波路と、該第１および第２の回折格子導波路を結合する平坦な結合導波路とを同一面に一体構造で形成し、上記第１および第２の回折格子導波路の各回折格子は、レーザ干渉露光法を用いて仮想的な単一の回折格子の一部を構成するようにそれぞれの位相を制御させて形成し」たのでは、回折格子導波路（コラゲーション）の深さが一様な構造しか形成できず、図１３に示されている構造を実現することは実際には不可能であった。
【００１８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、第１、第２の回折格子層を接続する結合層をこの第１、第２の回折格子層と異なる材料物質で形成することにより、第１、第２の回折格子層及び結合層の形状精度及び寸法精度を高く維持でき、単一波長の光が発生する確率を向上でき、さらに簡単に光の高出力化を図ることができ、また製造時の歩留まりを大幅に向上できる分布帰還型半導体レーザの製造方法を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体基板上にこの半導体基板より屈折率の大きい材質からなる回折格子層を形成するための層を形成する工程と、一様周期の回折格子を形成するとともに光の出射方向に互いに離間し且つ互いの結合係数が異なるような第１、第２の回折格子層が形成されるように、回折格子層を形成するための層に所定の間隙を挟んでエッチング阻害物質を形成する工程と、エッチング阻害物質をエッチングマスクとし、露出された部分を選択エッチングにより除去することにより、第 1 、第 2 の回折格子層および第 1 、第 2 の回折格子層間の平坦領域を形成する工程と、この形成された互いに離間した第１、第２の回折格子層の間及び第１、第２の回折格子層の上方に半導体基板と同一材料物質からなる緩衝層を形成する工程と、緩衝層の上方に活性層を形成する工程と、活性層の上方にクラッド層を形成する工程とを含む分布帰還型半導体レーザの製造方法である。
さらに、エッチング阻害物質の形成工程は、回折格子層を形成するための層の上にレジストを塗布する工程と、該レジストに所望の一様周期で回折格子状の露光を電子ビーム描画または干渉露光法によって行う工程と、第２の回折格子層となる領域の光の導波方向と直交する方向の領域でかつ該領域から第２の回折格子層となる領域を除く領域と、平坦領域または平坦領域を含む該平坦領域の光の導波方向と直交する方向の領域とを全面露光する工程と、レジストを現像によって部分的に除去する工程とを含む。
また、別の発明においては、上記エッチング阻害物質の形成工程は、回折格子層を形成するための層の上にレジストを塗布する工程と、該レジストに、第１の回折格子層となる領域と第２の回折格子層となる領域の光の導波方向に直交する方向への格子パターンの広がりを異ならせて回折格子状の露光を電子ビーム描画または干渉露光法によって行う工程と、平坦領域または平坦領域を含む該平坦領域の光の導波方向と直交する方向の領域とを全面露光する工程と、レジストを現像によって部分的に除去する工程とを含む。
【００２０】
このように構成された分布帰還型半導体レーザの製造方法においては、回折格子層を形成するための層をエッチングにより、互いに離間した第１、第２の回折格子層の間の領域が形成されるが、この場合、第１、第２の回折格子層の間の結合層が充填されるべき領域は、回折格子層を形成するための層を全厚みに亘ってエッチングすればよいので、高い形状精度及び高い寸法精度を維持できる。
したがって、この製造方法で製造された分布帰還型半導体レーザにおける第１の回折格子層から結合層を経て第２の回折格子層へ伝搬する光の位相のずれ量をπの半奇数倍（π／２、３π／２、５π／２、…）の近傍にすることが可能である。
【００２１】
この製造方法で製造された分布帰還型半導体レーザにおいては、第１、第２の回折格子層に挟まれた結合層は、この第１、第２の回折格子層と異なる材料物資で形成されている。このように、第１、第２の回折格子層の間の結合層をこの第１、第２の回折格子層と異なる材料物資で形成可能であることは、この結合層を埋込むための第１、第２の回折格子層の間の領域を形成する場合に、第１、第２の回折格子層を形成するための層をエッチング手法で形成しても、この領域を選択エッチングで除去するのみでよい。したがって、この領域の形状及び寸法の精度を向上できるので、第１、第２の回折格子層の間の結合層の形状及び寸法の精度が向上する。
【００２２】
その結果、第１、第２の回折格子層の間の結合層を伝送される光の位相のずれ量をπの半奇数倍（π／２、３π／２、５π／２、…）の近傍に制御できる。
【００２３】
また、第１の回折格子層の回折格子における結合係数κ1と、第２の回折格子層の回折格子における結合係数κ2とが互いに異なる値に設定されている。
【００２４】
回折格子における結合係数κとは、回折格子を伝搬する光の前進波と後進波との結合の度合いを示す指標であり、結合係数κが高いことは光が回折格子上を進む間に前進波から後進波へ変換される度合いが強いことを示し、結合係数κが低いことは光が回折格子上を進む間に前進波から後進波へ変換される度合いが弱いことを示す。
【００２５】
例えば、導波路中の回折格子における格子の体積と隙間を含む格子以外の部分が占める体積との比が大きいほど結合係数κが低くなる傾向を示し、回折格子における格子の屈折率と隙間を含む格子以外の部分の屈折率との差が小さいほど結合係数κが低くなる傾向を示す。
【００２６】
第１の回折格子層の回折格子における結合係数κ1と第２の回折格子層の回折格子における結合係数κ2とが異なることは、第１の回折格子層における光の反射率と、第２の回折格子層における光の反射率とが異なることを示す。その結果、第１の回折格子層側の端面から出力される光の量と、第２の回折格子層側の端面から出力される光の量とを異ならせることが可能である。
【００２７】
よって、故意に、分布帰還型半導体レーザの一方の端面から出力される光の強度を他方の端面から出力される光の強度に比較して上昇できる。一般に、分布帰還型半導体レーザにおいては、一方の端面から出力される光のみを利用しているので、この分布帰還型半導体レーザから出力される光の強度を上昇できる。
【００２８】
さらに、回折格子の結合係数が小さい回折格子層側の光出射端面に反射防止膜が形成されているので、出射端面での光の反射が抑制され、出力される光の強度をより一層上昇できる。
【００２９】
また別の発明は、半導体基板上に、活性層と、半導体基板と同一材料からなる緩衝層と、この緩衝層より屈折率の大きい材質からなる回折格子層を形成するための層を形成する工程と、一様周期の回折格子を形成するとともに光の出射方向に互いに離間し且つ互いの結合係数が異なるような第１、第２の回折格子層が形成されるように、回折格子層を形成するための層に所定の間隙を挟んでエッチング阻害物質を形成する工程と、エッチング阻害物質をエッチングマスクとし、露出された部分を選択エッチングにより除去することにより、第 1 、第 2 の回折格子層および前記第 1 、第 2 の回折格子層間の平坦領域を形成する工程と、この形成された互いに離間した第１、第２の回折格子層の間及び第１、第２の回折格子層の上方に緩衝層と同一材料物質からなるクラッド層を形成する工程とを含む分布帰還型半導体レーザの製造方法である。
そして、エッチング阻害物質の形成工程は、回折格子層を形成するための層の上にレジストを塗布する工程と、該レジストに所望の一様周期で回折格子状の露光を電子ビーム描画または干渉露光法によって行う工程と、第２の回折格子層となる領域の光の導波方向と直交する方向の領域でかつ該領域から第２の回折格子層となる領域を除く領域と、平坦領域または平坦領域を含む該平坦領域の光の導波方向と直交する方向の領域とを全面露光する工程と、レジストを現像によって部分的に除去する工程とを含む。
また、別の発明においては、上記エッチング阻害物質の形成工程は、回折格子層を形成するための層の上にレジストを塗布する工程と、該レジストに、第１の回折格子層となる領域と第２の回折格子層となる領域の光の導波方向に直交する方向への格子パターンの広がりを異ならせて回折格子状の露光を電子ビーム描画または干渉露光法によって行う工程と、平坦領域または平坦領域を含む該平坦領域の光の導波方向と直交する方向の領域とを全面露光する工程と、レジストを現像によって部分的に除去する工程とを含む。
【００３１】
先の発明の分布帰還型半導体レーザの製造方法においては、活性層の下方に第１、第２の回折格子層を配設したのに対して、この発明が適用される分布帰還型半導体レーザの製造方法においては、活性層の上方に第１、第２の回折格子層を配設している。その他の構成は、先の発明の分布帰還型半導体レーザの製造方法に類似している。
【００３２】
したがって、先の発明の分布帰還型半導体レーザの製造方法とほぼ同じ作用効果を奏することが可能である。
【００５２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態を図面を用いて説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係わる分布帰還型半導体レーザの製造方法で製造された分布帰還型半導体レーザを光の伝搬方向に沿って切断した断面図である。図２は図１の分布帰還型半導体レーザをＡ―Ａ’線で切断した場合の断面図である。
【００５３】
ｎ型InPからなる半導体基板１１の上面に、ｎ型InGaAsPからなる第１の回折格子層１２ａと、結合層１３と、ｎ型InGaAsPからなる第２の回折格子層１２ｂとが形成されている。第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂは、それぞれ、複数の格子１４と格子相互間に存在する複数の隙間１５とを有する第１、第２の回折格子１６ａ、１６ｂで構成されており、第１、第２の回折格子１６ａ、１６ｂに含まれる全部の格子１４と全部の隙間１５とで、仮想的に同一格子間隔（ピッチ）ｄで位相が連続する一つの回折格子１６を構成する。また、第１、第２の回折格子１６ａ、１６ｂを構成する各格子１４の屈折率は半導体基板１１の屈折率より高く設定されている。
【００５４】
さらに、第１、第２の回折格子１６ａ、１６ｂの格子間隔ｄは互いに等しく設定されているが、第１の回折格子１６ａにおける各格子１４の高さは、第２の回折格子１６ａにおける各格子１４の高さより低く設定されている。
【００５５】
そして、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの間の領域を充填する結合層１３は半導体基板１１と同一材質で形成されている。
【００５６】
第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂ及び結合層１３の上面には、半導体基板１１と同一材料物質からなる緩衝層１７が形成されている。なお、結合層１３と緩衝層１７とは一体形成されている。この緩衝層１７の上面に、それぞれ適当な組成のInGaAsPからなる、下側ＳＣＨ層、ＭＱＷ層、上側ＳＣＨ層を含む活性層１８が形成されている。この活性層１８の上面には、ｐ型InPからなるクラッド層１９が形成されている。
【００５７】
クラッド層１９の上面にｐ電極２０が取付けられ、半導体基板１１の下面にはｎ電極２１が取付けられている。さらに、単一モードの光２３が出射される活性層１８と第１の回折格子層１２ａ側との端面には、反射防止膜２２が形成されている。
【００５８】
図２の断面図に示すように、半導体基板１１の上部、第１、第２の回折格子１６ａ、１６ｂ、結合層１３、緩衝層１７、活性層１８、クラッド層１９の一部はメサ型に形成されている。そして、メサの両側には、下側から、ｐ型InPからなるｐ型埋込層２４、ｎ型InPからなるｎ型埋込層２５が形成されている。
【００５９】
このように構成された第１実施形態の分布帰還型半導体レーザにおいて、ｐ電極２０とｎ電極２１との間に電圧を印加すると、活性層１８は多波長を有する光を放出するが、この波長を有する光のうち、回折格子１６の格子間隔ｄと第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの等価屈折率ｎ0とで定まる単一波長λ0を有した光２３が選択されてレーザ発振される。
【００６０】
この場合、結合層１３の存在によって、光２３の位相がπの半奇数倍（π／２、３π／２、５π／２、…）だけずれるので、単一波長λ0を有した光２３ａ、２３ｂが両端面から出力される。
【００６１】
より具体的に説明すると、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの間に存在する結合層１３は、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂとは異なる半導体基板１１と同一材料物質で形成されている。
【００６２】
したがって、この領域の形状及び寸法の精度を向上できるので、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの間の結合層１３の形状及び寸法の精度が上昇する。結合層１３の形状及び寸法の精度が向上すると、前述した各回折格子１６ａ、１６ｂ寸法と結合層１３の寸法との関係が常に一定値を維持するので、光２３が感じる等価屈折率が素子毎に変動することが防止されるので、光２３の位相がπの半奇数倍（π／２、３π／２、５π／２、…）だけずれ、単一波長λ0を有した光２３ａ、２３ｂが出力される。
【００６３】
すなわち、分布帰還型半導体レーザから出力される光２３ａ、２３ｂの波長精度が大幅に向上するとともに、単一モード率を向上でき、分布帰還型半導体レーザの製造上の歩留まりを向上できる。
【００６４】
さらに、この第１実施形態の分布帰還型半導体レーザにおいては、第１の回折格子層１２ａの回折格子１６ａの一つの格子間隔ｄ内における格子１４の体積と隙間１５を含む格子１４以外の部分が占める体積との割合を示す体積比ｖ1と、第２の回折格子層１２ｂの回折格子１６ｂにおける体積比ｖ2とが互いに異なる値に設定されている。
【００６５】
第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの各回折格子１６ａ、１６ｂの格子１４どうしと、隙間１５どうしとが互いに同一材料で形成されているので、屈折率や光の強度分布の寄与を考えないと、この各体積比ｖ1、ｖ2が第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの各結合係数κ1、κ2に対応する。
【００６６】
したがって、結果として、第１の回折格子層１２ａの回折格子１６ａにおける結合係数κ1と、第２の回折格子層１２ｂの回折格子１６ｂにおける結合係数κ2とが互いに異なる値に設定されている。
【００６７】
具体的には、前述したように、結合層１３を挟んで互いに離間して配設された第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂとは、同一格子間隔（ピッチ）ｄで位相が連続する回折格子１６の一部を構成するが、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂでそれぞれ形成される回折格子１６ａ、１６ｂの形状が互いに異なる。各回折格子１６ａ、１６ｂは、それぞれ一つの格子間隔ｄにおいては、１個の格子１４と１個の隙間１５（又は溝）とで構成されるが、この一つの格子間隔ｄ内における格子１４の体積と隙間１５を含む格子１４以外の部分が占める体積との割合を前述したように体積比ｖとする。この体積比ｖは、光２３の進行方向と一致する方向の格子１４の幅、格子１４の高さ、及び光２３の進行方向と直交する方向の格子１４の幅等によって定まる。
【００６８】
図１の実施形態においては、第１の回折格子層１２ａの回折格子１６ａにおける格子１４の光２３の進行方向と一致する方向の高さを、第２の回折格子層１２ｂの回折格子１６ｂにおける格子１４の光２３の進行方向と一致する方向の高さより小さな値に設定することによって、第１の回折格子層１２ａの回折格子１６ａの体積比ｖ1と、第２の回折格子層１２ｂの回折格子１６ｂの体積比ｖ2とを異ならせている（ｖ1＜ｖ2）。よって、第１の回折格子層１２ａの結合係数κ1 と第２の回折格子層１２ｂの結合係数κ2とが異なる（κ1＜κ2）。
【００６９】
その結果、第１の回折格子層１２ａの回折格子１６ａにおける光の反射率と、第２の回折格子層１２ｂの回折格子１６ｂにおける光の反射率とが異なり、図３に示すように、分布帰還型半導体レーザ内で往復する光２３の強度分布特性２６を左右非対称とできる。その結果、第１の回折格子層１２ａ側の端面から出力される光２３ａの強度Ｐ0aと、第２の回折格子層１２ｂ側の端面から出力される光２３ｂの強度Ｐ0bと異ならせることが可能である。
【００７０】
よって、故意に、分布帰還型半導体レーザの一方の端面から出力される光の強度を他方の端面から出力される光の強度に比較して上昇できる。この図１の実施形態においては、第１の回折格子層１２ａ側の端面から出力される光２３ａの強度Ｐ0aを、第２の回折格子層１２ｂ側の端面から出力される光２３ｂの強度Ｐ0bより高く設定される。
【００７１】
なお、図１の実施形態においては、第１の回折格子層１２ｂ側の端面に反射防止膜２２を形成しているので、第１の回折格子層１２ａ側の端面から出力される光２３ａの強度Ｐ0aをより高くしている。この場合、第２の回折格子層１２ｂ側の端面はへき開面のままである。
【００７２】
したがって、分布帰還型半導体レーザとして、高出力でかつ狭線幅な光特性を得ることができ、図４に示すように、印加電流に対する光の出力特性２７における直線応答性を、従来の分布帰還型半導体レーザにおける出力特性２７ａに比較して改善できる。
【００７３】
（第２実施形態）
図５（ａ）（ｂ）（ｃ）、図６（ｄ）（ｅ）（ｆ）、図７（ｇ）（ｈ）は、本発明の参考となる分布帰還型半導体レーザの製造方法を示す製造工程図である。具体的には、図１に示す、第１の回折格子層１２ａの回折格子１６ａの体積比ｖ1（結合係数κ1）と、第２の回折格子層１２ｂの回折格子１６ｂの体積比ｖ2（結合係数κ2）とを異ならせた（ｖ1＜ｖ2）、分布帰還型半導体レーザの製造方法を示す。なお、各工程は、上面図と、図１と同一方向の断面図と、図２と同一方向の正面図で示す。
【００７４】
先ず、図５（ａ）に示すように、ｎ型InPからなる半導体基板１１上に、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂとして、組成波長１．０８μｍのn型InGaAsPを厚さ０．１μｍ成長してから、その上にエッチング阻害物質としての電子ビームレジスト（例えば日本ゼオン社製ZEP―５２０等）を０．２μｍ厚に塗布する。
【００７５】
加熱処理後に電子ビーム描画装置で回折格子パターン描画を行う。図５（ｂ）に、この実施形態における、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの回折格子１６ａ、１６ｂの格子間隔（ピッチ）ｄを２４０ｎｍとした描画パターン及び描画条件を示す。回折格子部分の描画条件は、チップ（分布帰還型半導体レーザ）加工後に光２３ａの出力側となる第１の回折格子層１２ａ（図では左側）ではドーズ量を多く（例えば０．４５ｎＣ／ｃｍ程度）、反対側の第２の回折格子層１２ｂではドーズ量を少なく（０．３ｎＣ／ｃｍ程度）設定して照射する。周辺部は電子ビームあるいは紫外線照射などにより露光してもよい。
【００７６】
そして、描画された回折格子パターンを現像する。図５（ｃ）に示すように、この実施形態においては、現像後のレジストパターンは回折格子１６ａ、１６ｂの格子１４相互間の隙間１５がドーズ量を多くした部分では１４０ｎｍ程度、少なくした部分では７０ｎｍ程度となる。図８に実験的に求めたドーズ量と格子１４相互間の隙間１５の大きさとの関係を示す。このように、ドーズ量を変更することによって、隙間１５の大きさを任意に設定可能である。
【００７７】
この状態で飽和臭素水と燐酸の水溶液を用いて２０秒程度エッチングを行う。すると、図６（ｄ）に示すような断面形状となる。この後の結晶成長工程における加熱によって格子１４の幅の違いは格子１４の高さの違いに転写される。
【００７８】
図６（ｅ）は、加熱が終了して、さらに、レジストを除去した時点における断面形状である。こうして光出射側の回折格子１６ａの体積比ｖ1が小さく、反対側の回折格子１６ｂの体積比ｖ2が大きい（ｖ1＜ｖ2）構造の分布帰還型半導体レーサが作製される。なお、中央の結合層１３に相当する部分はレジストが全く塗布さていないためエッチングレートが最も遅いが、ｎ型1nGaAsP層が除去され、ｎ型InPからなる半導体基板１１の上面が露出する。
【００７９】
この場合、硫酸、過酸化水素水、水を混合したエッチング液に浸潰すると、InGaAsPからなる回折格子層１２ａ、１２ｂの露出面がエッチングされるが、回折格子層１２ａ、１２ｂの下側に位置する半導体基板１１のInPはエッチングされないため、半導体基板１１の上面に到達した時点でエッチングは停止する。ここで重要な事は、隣接する格子１４相互間に、回折格子層１２ａ、１２ｂの上面から下面まで貫通する隙間１５が形成されていることである。
【００８０】
すなわち、たとえ、エッチング時間のばらつきや、エッチング液の濃度や温度に変動が生じたとしても、正確でかつ再現性の高い回折格子１６ａ、１６ｂを形成できる。
【００８１】
次に、図６（ｆ）に示すように、この形成された互いに離間した第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの間の結合層１３の領域、及び第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの上に半導体基板１１と同一材料物質であるInPからなる緩衝層１７を結晶成長法にて形成する。この状態において、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの間に、半導体基板１１と同一材料物質であるInPからなる結合層１３が形成される。
【００８２】
さらに、この緩衝層１７の上にフォトルミネッセンス（ＰＬ）波長１．４５μｍ〜１．６５μｍとなるInGaAsPを含む材質である活性層１８を結晶成長法で形成する。この活性層１８は、一般的に、多重量子井戸層構造が採用される。なお、必要であれば多重量子井戸構造の上下に光分離閉じ込め層を形成することが可能である。さらに、この活性層１８の上にｐ型InPからなるクラッド層１９を結晶成長法で形成する。
【００８３】
そして、図７（ｇ）に示すように、クラッド層１９の上面の中央部に光２３の伝搬方向に沿って、誘電体成長阻害膜を形成したのちに、エッチングにより、半導体基板１１の上部、第１、第２の回折格子得１６ａ、１６ｂ、結合層１３、緩衝層１７、活性層１８、クラッド層１９をメサ型に形成する。
【００８４】
次に、図７（ｈ）に示すように、メサの両側に、下側から、ｐ型InPからなるｐ型埋込層２４、ｎ型InPからなるｎ型埋込層２５を形成する。そして、誘電体成長阻害膜を除去して、ｎ型埋込層２５及びメサの上面に再度クラッド層１９を形成し、このクラッド層１９の上面に、ｐ型InGaAs又はｐ型InGaAsPのコンタクト層、及びｐ電極を形成する。さらに、半導体基板１１の下面にｎ電極２１を形成する。また、単一モードの光２３が出射される活性層１８、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの端面をへき開により形成して、最後に、第１の回折格子層１２ａ側の端面に反射防止膜２２を形成する。
【００８５】
次に、本発明の分布帰還型半導体レーザの製造方法における実施形態を説明する。
上述したドーズ量変調以外の体積比ｖの異なる回折格子１６ａ、１６ｂを形成する方法としては、エッチング時のエッチングレートがウエハ面露出面積に依存して変化すること利用することもできる。すなわち、ウエハ表面のうちレジストや誘電体膜などのエッチング阻害物質に覆われている面積が大きく、エッチングされる部分が小さい場合にはエッチングレートが速く、逆に、広い面積をエッチングする場合はエッチングレートが遅くなる現象が、上記の飽和臭素水と燐酸の水溶液などで知られている。
【００８６】
この特徴を利用すれば、図９（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すようなレジストパターンを作製することで体積比ｖの異なる回折格子を部分的に作製することが可能となる。
【００８７】
図９（ａ）に示すように、周辺部のレジストを除去してからエッチングするとエッチングレートは遅くなる。この場合は電子ビーム描画装置を用いなくとも干渉露光法で作製可能である。
【００８８】
図９（ｃ）に示すように、光の導波方向に直交する方向への格子パターンの広がりを変えて（例えば２０μｍと１００μｍ）エッチングレートを制御することも可能である。
【００８９】
さらに、例えば、結合層１３として第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂと同一材料（ｎ型InGaAsP）の一部を薄く残す場合は、図９（ｄ）に示すように、周囲のレジストを除去せずエッチングマスクとして残しておけば、露出面積の制御によってエッチングレートを制御することができ、回折格子部のエッチングがInP基板に達するまでの時間（３０秒程度）の間にエッチングされる厚さを制御することができる。
【００９０】
なお、図９（ｂ）は、図９（ａ）の手法と図９（ｄ）の手法との中間の手法を示す図である。
【００９１】
以上の説明はポジレジストを使用した場合について述べたが、ネガレジストを使用しても同様である。またいずれの場合も、ｎ型InGaAsPに直接レジストを塗布するのでなく、例えば３０ｎｍ厚程度のｎ型InP層を介在させ、エッチングを２段階に分けて選択性エッチャントを使用することも可能である。
【００９２】
この場合は、レジストをエッチングマスクとして飽和臭素水を含むエッチャントで５秒程度エッチングしてInPを部分的に除去し、露出したｎ型InGaAsPを、今度は、ｎ型InPをエッチングマスクとして硫酸と過酸化水素を含む水溶液によってエッチングする方法なども可能である。
【００９３】
この方法であれば、硫酸と過酸化水素を含む水溶液がInGaAsPのみを選択的にエッチングすることから、特に、次の第３実施形態で説明する図１０に示すように活性層１８の上側に回折格子１６ａ、１６ｂを形成する場合に、エッチングが緩衝層のInPとの界面で停止することから、誤って活性層１８までエッチングが到達するような事故を防ぐことが可能となる。
【００９４】
（第３実施形態）
図１０は本発明の分布帰還型半導体レーザの製造方法で製造された分布帰還型半導体レーザを光の伝搬方向に沿って切断した断面図である。図１１は図１０の分布帰還型半導体レーザをＡ―Ａ’線で切断した場合の断面図である。図１、図２に示す第１実施形態の分布帰還型半導体レーザと同一部分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明は省略する。
【００９５】
ｎ型InPからなる半導体基板１１の上面に、それぞれ適当な組成のInGaAsPからなる、下側ＳＣＨ層、ＭＱＷ層、上側ＳＣＨ層を含む活性層１８が形成されている。この活性層１８の上面には、クラッド層１９と同一材料物質からなる緩衝層１７が形成されている。この緩衝層１７の上面に、ｐ型InGaAsPからなる第１の回折格子層１２ａと、結合層１３と、ｐ型InGaAsPからなる第２の回折格子層１２ｂとが形成されている。
【００９６】
第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂは、それぞれ、複数の格子１４と格子相互間に存在する複数の隙間１５とを有する第１、第２の回折格子１６ａ、１６ｂで構成されており、第１、第２の回折格子１６ａ、１６ｂに含まれる全部の格子１４と全部の隙間１５とで、仮想的に同一格子間隔（ピッチ）ｄで位相が連続する一つの回折格子１６を構成する。また、第１、第２の回折格子１６ａ、１６ｂを構成する各格子１４の屈折率は半導体基板１１の屈折率より高く設定されている。
【００９７】
さらに、第１、第２の回折格子１６ａ、１６ｂの格子間隔ｄは互いに等しく設定されているが、第１の回折格子１６ａにおける各格子１４の高さは、第２の回折格子１６ａにおける各格子１４の高さより低く設定されている。
【００９８】
そして、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの間の領域を充填する結合層１３はクラッド層１９と同一材質で形成されている。第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂ及び結合層１３の上面には、ｐ型InPからなるクラッド層１９が形成されている。なお、結合層１３とクラッド層１９とは一体形成されている。
【００９９】
クラッド層１９の上面にｐ電極２０が取付けられ、半導体基板１１の下面にはｎ電極２１が取付けられている。さらに、単一モードの光２３が出射される活性層１８と第１の回折格子層１２ａ側の端面には、反射防止膜２２が形成されている。
【０１００】
図１１の断面図に示すように、半導体基板１１の上部、活性層１８、緩衝層１７、第１、第２の回折格子得１６ａ、１６ｂ、クラッド層１９の一部はメサ型に形成されている。そして、メサの両側には、下側から、ｐ型InPからなるｐ型埋込層２４、ｎ型InPからなるｎ型埋込層２５が形成されている。
【０１０１】
このように構成された第３実施形態の分布帰還型半導体レーザにおいて、ｐ電極２０とｎ電極２１との間に電圧を印加すると、活性層１８は多波長を有する光を放出するが、この波長を有する光のうち、回折格子１６の格子間隔ｄと第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの等価屈折率ｎ0とで定まる単一波長λ0を有した光２３が選択されてレーザ発振される。
【０１０２】
この場合、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの間に存在する結合層１３は、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂとは異なるクラッド層１９と同一材料物質で形成されている。したがって、この領域の形状及び寸法の精度を向上できる。さらに、回折格子１６ａ、１６ｂを格子１４と隙間１５とで構成しているので、回折格子１６ａ、１６ｂの形状及び寸法の精度を向上できる。
【０１０３】
よって、図１、図２の第１実施形態と同様に、分布帰還型半導体レーザから出力される光２３ａ、２３ｂの波長精度が大幅に向上するとともに、単一モード率を向上でき、分布帰還型半導体レーザの製造上の歩留まりを向上できる。
【０１０４】
さらに、第１の回折格子層１２ａの回折格子１６ａにおける結合係数κ1と、第２の回折格子層１２ｂの回折格子１６ｂにおける結合係数κ2とが互いに異なる値に設定されている（κ1＜κ2）。よって、図１、図２の第１実施形態と同様に、分布帰還型半導体レーザとして、高出力でかつ狭線幅な光特性を得ることができる。
【０１０５】
（第４実施形態）
次に、このように構成された図１０、図１１に示す分布帰還型半導体レーザの製造方法を説明する。
【０１０６】
先ず、ｎ型InPからなる半導体基板１１上に、InGaAaPからなる活性層１８、ｐ型InPからなる緩衝層１７を成長させ、その緩衝層１７に上に第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂとして、組成波長１．０８μｍのn型InGaAsPを厚さ０．１μｍ成長させる。その上にエッチング阻害物質としての電子ビームレジスト（例えば日本ゼオン社製ZEP―５２０等）を０．２μｍ厚に塗布する。
【０１０７】
以下、第２実施形態で既に説明した図５（ｂ）〜図６（ｅ）の各工程を順番に実施する。
そして、図６（ｆ）の工程で、形成された互いに離間した第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの間の結合層１３の領域、及び第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの上にｐ型InPからなるクラッド層１９を結晶成長法で形成する。
【０１０８】
その後、図７（ｇ）にて、メサ型に形成し、図７（ｈ）にて、ｐ型埋込層２４、ｎ型埋込層２５を形成し、上面に再度クラッド層１９を形成し、ｐ電極２０、ｎ電極２１を形成する。また、第１の回折格子層１２ａ側の端面に反射防止膜２２を形成する。
【０１０９】
したがって、上述した第２実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造方法と同様の効果を得ることができる。
【０１１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の分布帰還型半導体レーザの製造方法においては、第１、第２の回折格子層を接続する結合層をこの第１、第２の回折格子層と異なる材料物質で形成し、さらに、第１、第２の回折格子層の回折格子における各結合係数を互いに異なる値に設定している。
【０１１１】
したがって、第１、第２の回折格子層及び結合層の形状精度及び寸法精度を高く維持でき、単一波長の光が発生する確率を向上でき、さらに簡単に光の高出力化を図ることができ、また製造時の歩留まりを大幅に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係わる分布帰還型半導体レーザを光の伝搬方向に沿って切断した断面図
【図２】図１の分布帰還型半導体レーザをＡ―Ａ’線で切断した場合の断面図
【図３】同実施形態の分布帰還型半導体レーザにおける光の強度分布特性を示す図
【図４】同実施形態の分布帰還型半導体レーザにおける光の出力特性を示す図
【図５】同実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造方法を示す図
【図６】同じく同実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造方法を示す図
【図７】同じく同実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造方法を示す図
【図８】ドーズ量と隙間の間隔との関係を示す図
【図９】分布帰還型半導体レーザの各回折格子を示す図
【図１０】本発明の第３実施形態に係わる分布帰還型半導体レーザを光の伝搬方向に沿って切断した断面図
【図１１】図１０の分布帰還型半導体レーザをＡ―Ａ’線で切断した場合の断面図
【図１２】分布帰還型半導体レーザの動作原理を説明するための図
【図１３】従来の分布帰還型半導体レーザの概略構成を示す断面模式図
【図１４】同従来の分布帰還型半導体レーザの問題点を説明するための図
【符号の説明】
１１…半導体基板
１２ａ…第１の回折格子層
１２ｂ…第２の回折格子層
１３…結合層
１４…格子
１５…隙間
１６ａ、１６ｂ…回折格子
１７…緩衝層
１８…活性層
１９…クラッド層
２０…ｐ電極
２１…ｎ電極
２２…反射防止膜
２３、２３ａ、２３ｂ…光
２４…ｐ型埋込層
２５…ｎ型埋込層
２３、２３ａ、２３ｂ…光
２５…光の強度分布特性
２７、２７ａ…光の出力特性
Claims (4)
- 半導体基板上にこの半導体基板より屈折率の大きい材質からなる回折格子層を形成するための層を形成する工程と、
一様周期の回折格子を形成するとともに光の出射方向に互いに離間し且つ互いの結合係数が異なるような第１、第２の回折格子層が形成されるように、前記回折格子層を形成するための層に所定の間隙を挟んでエッチング阻害物質を形成する工程と、
前記エッチング阻害物質をエッチングマスクとし、露出された部分を選択エッチングにより除去することにより、前記第1、第2の回折格子層および前記第1、第2の回折格子層間の平坦領域を形成する工程と、
この形成された互いに離間した第１、第２の回折格子層の間及び前記第１、第２の回折格子層の上方に前記半導体基板と同一材料物質からなる緩衝層を形成する工程と、
前記緩衝層の上方に活性層を形成する工程と、
前記活性層の上方にクラッド層を形成する工程と
を含む分布帰還型半導体レーザの製造方法であって、
前記エッチング阻害物質の形成工程は、
前記回折格子層を形成するための層の上にレジストを塗布する工程と、
該レジストに所望の一様周期で回折格子状の露光を電子ビーム描画または干渉露光法によって行う工程と、
前記第２の回折格子層となる領域の光の導波方向と直交する方向の領域でかつ該領域から前記第２の回折格子層となる領域を除く領域と、前記平坦領域または前記平坦領域を含む該平坦領域の光の導波方向と直交する方向の領域とを全面露光する工程と、
前記レジストを現像によって部分的に除去する工程とを含む
ことを特徴とする分布帰還型半導体レーザの製造方法。 - 半導体基板上にこの半導体基板より屈折率の大きい材質からなる回折格子層を形成するための層を形成する工程と、
一様周期の回折格子を形成するとともに光の出射方向に互いに離間し且つ互いの結合係数が異なるような第１、第２の回折格子層が形成されるように、前記回折格子層を形成するための層に所定の間隙を挟んでエッチング阻害物質を形成する工程と、
前記エッチング阻害物質をエッチングマスクとし、露出された部分を選択エッチングにより除去することにより、前記第1、第2の回折格子層および前記第1、第2の回折格子層間の平坦領域を形成する工程と、
この形成された互いに離間した第１、第２の回折格子層の間及び前記第１、第２の回折格子層の上方に前記半導体基板と同一材料物質からなる緩衝層を形成する工程と、
前記緩衝層の上方に活性層を形成する工程と、
前記活性層の上方にクラッド層を形成する工程と
を含む分布帰還型半導体レーザの製造方法であって、
前記エッチング阻害物質の形成工程は、
前記回折格子層を形成するための層の上にレジストを塗布する工程と、
該レジストに、前記第１の回折格子層となる領域と前記第２の回折格子層となる領域の光の導波方向に直交する方向への格子パターンの広がりを異ならせて回折格子状の露光を電子ビーム描画または干渉露光法によって行う工程と、
前記平坦領域または前記平坦領域を含む該平坦領域の光の導波方向と直交する方向の領域とを全面露光する工程と、
前記レジストを現像によって部分的に除去する工程とを含む
ことを特徴とする分布帰還型半導体レーザの製造方法。 - 半導体基板上に、活性層と、前記半導体基板と同一材料からなる緩衝層と、この緩衝層より屈折率の大きい材質からなる回折格子層を形成するための層を形成する工程と、
一様周期の回折格子を形成するとともに光の出射方向に互いに離間し且つ互いの結合係数が異なるような第１、第２の回折格子層が形成されるように、前記回折格子層を形成するための層に所定の間隙を挟んでエッチング阻害物質を形成する工程と、
前記エッチング阻害物質をエッチングマスクとし、露出された部分を選択エッチングにより除去することにより、前記第1、第2の回折格子層および前記第1、第2の回折格子層間の平坦領域を形成する工程と、
この形成された互いに離間した第１、第２の回折格子層の間及び前記第１、第２の回折格子層の上方に前記緩衝層と同一材料物質からなるクラッド層を形成する工程と
を含む分布帰還型半導体レーザの製造方法であって、
前記エッチング阻害物質の形成工程は、
前記回折格子層を形成するための層の上にレジストを塗布する工程と、
該レジストに所望の一様周期で回折格子状の露光を電子ビーム描画または干渉露光法によって行う工程と、
前記第２の回折格子層となる領域の光の導波方向と直交する方向の領域でかつ該領域から前記第２の回折格子層となる領域を除く領域と、前記平坦領域または前記平坦領域を含む該平坦領域の光の導波方向と直交する方向の領域とを全面露光する工程と、
前記レジストを現像によって部分的に除去する工程とを含む
ことを特徴とする分布帰還型半導体レーザの製造方法。 - 半導体基板上に、活性層と、前記半導体基板と同一材料からなる緩衝層と、この緩衝層より屈折率の大きい材質からなる回折格子層を形成するための層を形成する工程と、
一様周期の回折格子を形成するとともに光の出射方向に互いに離間し且つ互いの結合係数が異なるような第１、第２の回折格子層が形成されるように、前記回折格子層を形成するための層に所定の間隙を挟んでエッチング阻害物質を形成する工程と、
前記エッチング阻害物質をエッチングマスクとし、露出された部分を選択エッチングにより除去することにより、前記第1、第2の回折格子層および前記第1、第2の回折格子層間の平坦領域を形成する工程と、
この形成された互いに離間した第１、第２の回折格子層の間及び前記第１、第２の回折格子層の上方に前記緩衝層と同一材料物質からなるクラッド層を形成する工程と
を含む分布帰還型半導体レーザの製造方法であって、
前記エッチング阻害物質の形成工程は、
前記回折格子層を形成するための層の上にレジストを塗布する工程と、
該レジストに、前記第１の回折格子層となる領域と前記第２の回折格子層となる領域の光の導波方向に直交する方向への格子パターンの広がりを異ならせて回折格子状の露光を電子ビーム描画または干渉露光法によって行う工程と、
前記平坦領域または前記平坦領域を含む該平坦領域の光の導波方向と直交する方向の領域とを全面露光する工程と、
前記レジストを現像によって部分的に除去する工程とを含む
ことを特徴とする分布帰還型半導体レーザの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002215769A JP3762342B2 (ja) | 2002-07-24 | 2002-07-24 | 分布帰還型半導体レーザの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002215769A JP3762342B2 (ja) | 2002-07-24 | 2002-07-24 | 分布帰還型半導体レーザの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004063505A JP2004063505A (ja) | 2004-02-26 |
| JP3762342B2 true JP3762342B2 (ja) | 2006-04-05 |
Family
ID=31937718
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002215769A Expired - Fee Related JP3762342B2 (ja) | 2002-07-24 | 2002-07-24 | 分布帰還型半導体レーザの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3762342B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008205409A (ja) * | 2007-02-23 | 2008-09-04 | Anritsu Corp | 半導体レーザ，半導体レーザ・モジュールおよびラマン増幅器 |
| WO2010116460A1 (ja) | 2009-03-30 | 2010-10-14 | 富士通株式会社 | 光素子及びその製造方法 |
| JP6836360B2 (ja) * | 2016-09-06 | 2021-03-03 | デクセリアルズ株式会社 | 無機偏光板及びその製造方法 |
-
2002
- 2002-07-24 JP JP2002215769A patent/JP3762342B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2004063505A (ja) | 2004-02-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5436195A (en) | Method of fabricating an integrated semiconductor light modulator and laser | |
| JP2619057B2 (ja) | 半導体レーザの製造方法 | |
| WO2009116140A1 (ja) | 光半導体素子及びその製造方法 | |
| JPH08107254A (ja) | マルチ波長レーザダイオードアレイ | |
| JP2982422B2 (ja) | 半導体レーザおよびその製造方法 | |
| JP3191784B2 (ja) | 回折格子の製造方法及び半導体レーザの製造方法 | |
| JP4904874B2 (ja) | 波長可変レーザ | |
| US7065123B2 (en) | Distributed feedback semiconductor laser for outputting beam of single wavelength | |
| JP3762342B2 (ja) | 分布帰還型半導体レーザの製造方法 | |
| JP3971484B2 (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| JP3773880B2 (ja) | 分布帰還型半導体レーザ | |
| US6643315B2 (en) | Distributed feedback semiconductor laser device and multi-wavelength laser array | |
| JP2007194390A (ja) | 半導体発光装置の製造方法 | |
| JP2008205113A (ja) | 光半導体集積素子及びその製造方法 | |
| JP3720794B2 (ja) | 分布帰還型半導体レーザ | |
| JP3773869B2 (ja) | 分布帰還型半導体レーザの製造方法 | |
| JPH10242577A (ja) | 半導体レーザおよびその製造方法 | |
| JP3215180B2 (ja) | 半導体レーザアレイ | |
| KR100723833B1 (ko) | 분포귀환형 반도체 레이저 및 그 제조방법 | |
| JP2002057405A (ja) | 半導体レーザ装置及びその製造方法 | |
| US6528337B1 (en) | Process of producing semiconductor layer structure | |
| JP2009004630A (ja) | 半導体レーザ素子の製造方法 | |
| JP2947702B2 (ja) | 波長可変レーザ装置およびその作製方法 | |
| JP2004128372A (ja) | 分布帰還型半導体レーザ素子 | |
| JPH0642583B2 (ja) | 半導体レーザ装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050412 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050510 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050711 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051122 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051205 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060110 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060112 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090120 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100120 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110120 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110120 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120120 Year of fee payment: 6 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |