JP3925706B2 - 半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
本発明は、分布反射型（Distributed Bragg Reflector）半導体レーザ等の透明導波路を有する半導体レーザに関し、特に遠視野像（Far Field Pattern）の劣化を抑えることが可能な半導体レーザ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
分布反射型の半導体レーザは回折格子を反射器として集積しており、当該回折格子に波長選択性があるため、レーザー光波長が選択され、安定した光出力が可能になるものである。
【０００３】
図９及び図１０は本願出願人の出願に係る「特願平０９−２７４１６６号（特開平１１−１１２０７２号公報）」等に記載された、レーザ光を発生させる機能をする活性領域と波長を変化させる機能をする可変波長領域とが分離された従来の半導体レーザの長手方向の断面図及び短手方向の断面図である。
【０００４】
図９及び図１０において１は半導体基板、２はｎ型のクラッド層、３は量子井戸等を用いた活性層、４はブロック層、５はガイド層、６はｐ型のクラッド層、７はｐ型のキャップ層、８はＳｉＯ２ 等の絶縁膜、９はｐ型の電極、１０はｎ型の電極である。
【０００５】
半導体基板１上にはクラッド層２、活性層３、ブロック層４及びガイド層５が順次形成され、当該ガイド層５には図９中”ＧＲ０１”に示すような回折格子が形成された後、クラッド層６、キャップ層７及び絶縁層８が順次形成される。
【０００６】
そして、キャップ層７及び絶縁層８上にはｐ型の電極９が形成され、半導体基板１の裏面にはｎ型の電極１０が形成される。
【０００７】
また、図９等に示す従来例の製造方法を図１１、図１２及び図１３を用いて説明する。図１１は製造過程を示す半導体レーザの長手方向の断面図、図１２は製造過程を示す半導体レーザの短手方向の断面図、図１３は製造過程を示す半導体レーザの平面図である。また、図１１〜図１３において１〜５及び１０は図９と同一符号を付してあり、１１はマスクである。
【０００８】
先ず、第１回のエピタキシャル成長の工程で半導体基板１上にクラッド層２、活性層３、ブロック層４及びガイド層５を順次形成すると共に、図１１中”ＧＲ１１”に示すような回折格子をガイド層５に形成する。
【０００９】
その後、活性導波路となる部分にマスク１１を形成した後全面にイオン注入を行う。そして、第２回のエピタキシャル成長の工程でクラッド層６及びキャップ層７を順次形成する。
【００１０】
この時、第２回のエピタキシャル成長の工程が同時にアニールの工程となり、活性層３内のイオン注入がなされなかった部分には活性導波路が、イオン注入がなされた部分には低損失の光導波路がそれぞれ形成される。
【００１１】
最後に、エッチングによりクラッド層６に溝を形成した後、キャップ層７等の上に絶縁膜８を形成し、キャップ層７及び絶縁膜８上に電極９を、半導体基板１の裏面に電極１０をそれぞれ形成する。
【００１２】
ここで、図９等に示す従来の半導体レーザの動作を説明する。図９中”ＡＲ０１”に示す活性領域には電流が注入されこれによりレーザ光が発生し、このレーザ光は図９中”ＰＡ０１”に示す位相調整領域を介して図９中”ＤＢ０１”に示すＤＢＲ領域に伝播する。
【００１３】
図９中”ＤＢ０１”に示すＤＢＲ領域にキャリアを注入してプラズマ効果により導波路の屈折率を低くさせたり、図９中”ＤＢ０１”に示すＤＢＲ領域の温度を制御して導波路の屈折率を制御することにより発振波長を可変にすることができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図９等に示す従来例では、図９中”ＤＢ０１”及び”ＰＡ０１”に示すＤＢＲ領域及び位相調整領域に形成された光導波路の屈折率の差によって生じる反射光や、光導波路内の微妙な凹凸で散乱される散乱光は半導体レーザの短手方向の両端に形成されている光導波路を透過、若しくは、反射等して半導体レーザの出力端まで到達してしまう。
【００１５】
このため、このような反射光や散乱光が本来のレーザ光との間で干渉が生じて遠視野像に縞が生じる。例えば、図１４は実際の半導体レーザにおける遠視野像の一例を示す特性曲線図であり、図１５はシミュレーションによる遠視野像の一例を示す特性曲線図である。
【００１６】
すなわち、図１４中”ＣＨ２１”及び図１５中”ＣＨ３１”に示すように遠視野像では反射光や散乱光の干渉による縞が発生、言い換えれば、遠視野像が劣化していることになる。
【００１７】
そして、このような遠視野像が劣化したレーザ光を用いて干渉計測等を行う場合には、ノイズが発生して測定が不正確になってしまうと言った問題点があった。
【００１８】
このため、従来ではレーザ光を一旦レンズで絞った後ピンホールを通して波面を形成する必要性があったが、この場合には測定装置の光学系等が複雑になってしまうと言った問題点があった。
従って本発明が解決しようとする課題は、遠視野像の劣化を抑えることが可能な半導体レーザ及びその製造方法を実現することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
レーザ光を発生させる機能をする活性領域と波長を変化させる機能をする可変波長領域とが分離された半導体レーザにおいて、
半導体基板と、この半導体基板上に形成される第１のクラッド層と、この第１のクラッド層上であって前記可変波長領域の長手方向の中心部に光導波路が形成され前記可変波長領域の短手方向の両側に活性導波路が形成される活性層と、この活性層上に形成され一部に回折格子を有するガイド層と、このガイド層上に形成される第２のクラッド層と、この第２のクラッド層上に形成されるキャップ層と、前記半導体基板の裏面及び前記キャップ層上に形成される２つの電極とを備えたことにより、遠視野像の劣化を抑えることが可能になる。
【００２０】
請求項２記載の発明は、
レーザ光を発生させる機能をする活性領域と波長を変化させる機能をする可変波長領域とが分離された半導体レーザにおいて、
半導体基板と、この半導体基板上に形成される第１のクラッド層と、この第１のクラッド層上であって前記可変波長領域に光導波路が形成される活性層と、この活性層上に形成され一部に回折格子を有するガイド層と、このガイド層上に形成される第２のクラッド層と、この第２のクラッド層上であって前記光導波路の短手方向の両側に形成される金属膜と、前記第２のクラッド層上に形成された前記金属膜以外の部分に形成されるキャップ層と、前記半導体基板の裏面及び前記キャップ層上に形成される２つの電極とを備えたことにより、遠視野像の劣化を抑えることが可能になる。
【００２３】
請求項３記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載の発明である半導体レーザにおいて、
短波長帯レーザに適用したことにより、遠視野像の劣化を抑えることが可能になる。
【００２４】
請求項４記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載の発明である半導体レーザにおいて、
長波長帯レーザに適用したことにより、遠視野像の劣化を抑えることが可能になる。
【００２６】
請求項５記載の発明は、
レーザ光を発生させる機能をする活性領域と波長を変化させる機能をする可変波長領域とが分離された半導体レーザの製造方法であって、
半導体基板上に第１のクラッド層、活性層及びガイド層を順次形成する工程と、前記活性領域及び前記可変波長領域の短手方向の両側にマスクを形成した後全面にイオン注入を行う工程と、第２のクラッド層及びキャップ層を順次形成すると共に前記活性層であって前記イオン注入が行われた部分に光導波路をその他の部分に活性導波路をそれぞれ形成する工程と、前記半導体基板の裏面及び前記キャップ層上に２つの電極を形成する工程とから成ることにより、遠視野像の劣化を抑えることが可能になる。
【００２７】
請求項６記載の発明は、
請求項５記載の発明である半導体レーザの製造方法において、
前記活性領域及び前記可変波長領域の短手方向の両側以外の領域に収束イオンビーム装置で選択的にイオン注入を行うことにより、遠視野像の劣化を抑えることが可能になる。
【００２８】
請求項７記載の発明は、
レーザ光を発生させる機能をする活性領域と波長を変化させる機能をする可変波長領域とが分離された半導体レーザの製造方法であって、
半導体基板上に第１のクラッド層、活性層及びガイド層を順次形成する工程と、前記可変波長領域の長手方向の部分にイオン注入を行う工程と、第２のクラッド層及びキャップ層を順次形成すると共に前記活性層であって前記イオン注入が行われた部分に光導波路をその他の部分に活性導波路をそれぞれ形成する工程と、前記光導波路の短手方向の両側に金属膜を形成する工程と、前記半導体基板の裏面及び前記キャップ層上に２つの電極を形成する工程とから成ることにより、遠視野像の劣化を抑えることが可能になる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１及び図２は本発明に係る半導体レーザの一例を示す長手方向の断面図及びＤＢＲ領域の短手方向の断面図である。
【００３０】
図１及び図２において１，２，４，５及び１０は図９等と同一符号を付してあり、１２は量子井戸等を用いた活性層、１３ａ及び１３ｂは吸収領域である。
【００３１】
半導体基板１上にはクラッド層２、活性層１２、ブロック層４及びガイド層５が順次形成され、当該ガイド層５には図１中”ＧＲ４１”に示すような回折格子が形成された後、クラッド層６、キャップ層７及び絶縁層８が順次形成される。
【００３２】
そして、キャップ層７及び絶縁層８上にはｐ型の電極９が形成され、半導体基板１の裏面にはｎ型の電極１０が形成される。また、活性層１２であって半導体レーザの短手方向の両端には前述の反射光や散乱光を吸収する吸収領域１３ａ及び１３ｂが形成される。
【００３３】
また、図１等に示す実施例の製造方法を図３、図４及び図５を用いて説明する。図３は製造過程を示す半導体レーザの長手方向の断面図、図４は製造過程を示す半導体レーザの活性領域の短手方向の断面図、図５は製造過程を示す半導体レーザの平面図である。また、図３〜図５において１，２，４，５，６，７，８，９及び１０は図９と同一符号を付してあり、１４はマスクである。
【００３４】
先ず、第１回のエピタキシャル成長の工程で半導体基板１上にクラッド層２、活性層１２、ブロック層４及びガイド層５を順次形成すると共に、図３中”ＧＲ５１”に示すような回折格子をガイド層５に形成する。
【００３５】
その後、透明導波路にする必要性がある図１中”ＤＢ４１”に示すＤＢＲ領域及び図１中”ＰＡ４１”に示す位相調整領域以外の部分にマスク１４を形成した後全面にイオン注入を行う。そして、第２回のエピタキシャル成長の工程でクラッド層６及びキャップ層７を順次形成する。
【００３６】
この時、第２回のエピタキシャル成長の工程が同時にアニールの工程となり、活性層３内のイオン注入がなされなかった部分には活性導波路が形成される。また、短手方向の両端に形成されたこのような活性導波路は低損失ではないので光の吸収が生じる吸収領域１３ａ及び１３ｂとして機能する。
【００３７】
一方、第２回のエピタキシャル成長の工程が同時にアニールの工程となり、イオン注入がなされた部分、言い換えれば、図１中”ＤＢ４１”に示すＤＢＲ領域及び図１中”ＰＡ４１”に示す位相調整領域のみに低損失の光導波路がそれぞれ形成される。
【００３８】
最後に、エッチングによりクラッド層６に溝を形成した後、導波路以外のキャップ層７等の上に絶縁膜８を形成し、キャップ層７及び絶縁膜８上に電極９を、半導体基板１の裏面に電極１０をそれぞれ形成する。
【００３９】
ここで、図１等に示す実施例の動作を説明する。但し、図９等に示す従来例と同様の部分の説明は省略する。図１中”ＡＲ４１”に示す活性領域には電流が注入されこれによりレーザ光が発生し、このレーザ光は図１中”ＰＡ４１”に示す位相調整領域を介して図１中”ＤＢ４１”に示すＤＢＲ領域に伝播する。
【００４０】
この時、図１中”ＤＢ４１”及び”ＰＡ４１”に示すＤＢＲ領域及び位相調整領域に形成された光導波路の屈折率の差によって生じる反射光や、光導波路内の微妙な凹凸で散乱される散乱光は半導体レーザの短手方向の両端に形成されている吸収領域１３ａ及び１３ｂにおいて減衰するので、従来例のように半導体レーザの出力端まで到達しなくなる。
【００４１】
すなわち、本来のレーザ光が反射光や散乱光と干渉することなく、従来例のような遠視野像に縞が生じることがなくなる。例えば、図６及び図７はシミュレーション及び実験による遠視野像の一例を示す特性曲線図である。
【００４２】
図６中”ＣＨ６１”及び図７中”ＣＨ７１”に示すように遠視野像では反射光や散乱光の干渉による縞が発生せず、縞のない良好な遠視野像を得ることができる。
【００４３】
この結果、活性層であって、ＤＢＲ領域や位相調整領域の半導体レーザの短手方向の両端、言い換えれば、光導波路の両端に吸収領域１３ａ及び１３ｂとして機能する活性導波路を設けることにより、遠視野像の劣化を抑えることが可能になる。
【００４４】
なお、図１等に示す実施例ではマスクを用いて選択的にイオン注入を行っているが、マスクを用いることなく収束イオンビーム装置（ＦＩＢ：Forcused Ion Beam）で選択的にイオン注入を行っても構わない。例えば、図１中”ＤＢ４１”及び”ＰＡ４１”に示すＤＢＲ領域及び位相調整領域にのみＦＩＢで選択的にイオン注入を行えば良い。
【００４５】
また、イオン注入をしないことにより吸収領域１３ａ及び１３ｂ等を形成するのではなく、金属膜等によって選択的に吸収領域を設けても構わない。
【００４６】
図８はこのような本発明に係る半導体レーザの他の一例を示す短手方向の断面図である。図８において１〜１０は図９等と同一符号を付してあり、１５ａ及び１５ｂは吸収領域を形成する前述の反射光や散乱光を吸収する特性を有する金属膜である。
【００４７】
この場合には、半導体レーザの長手方向に平行に形成された２つの金属膜１５ａ及び１５ｂによって前述の反射光や散乱光は減衰するので、遠視野像の劣化を抑えることが可能になる。
【００４８】
また、図１等や図８に示す実施例は”８５０ｎｍ”付近で発振する短波長帯レーザ、同様のリッジ構造を有する長波長帯レーザであるＩｎＰ系のレーザ及び半導体光素子集積回路（Photonic ＩＣ）に適用することができる。
【００４９】
また、図１等に示す実施例では半導体レーザの透明導波路の両端に吸収領域を形成しているが、半導体レーザの透明導波路の両側の任意の部分に吸収領域を設ければ良い。
【００５０】
また、図１等に示す実施例では活性領域、位相調整領域及びＤＢＲ領域の３つの領域を有する半導体レーザが例示されているが、特にこの構造の半導体レーザに限定されるものではない。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，２，３，４，５，６及び請求項７の発明によれば、半導体レーザの活性層であって短手方向の両端に吸収領域である活性導波路を設けることにより、遠視野像の劣化を抑えることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体レーザの一例を示す長手方向の断面図である。
【図２】本発明に係る半導体レーザの一例を示すＤＢＲ領域の短手方向の断面図である。
【図３】製造過程を示す半導体レーザの長手方向の断面図である。
【図４】製造過程を示す半導体レーザの活性領域の短手方向の断面図である。
【図５】製造過程を示す半導体レーザの平面図である。
【図６】シミュレーションによる遠視野像の一例を示す特性曲線図である。
【図７】実験による遠視野像の一例を示す特性曲線図である。
【図８】本発明に係る半導体レーザの他の一例を示す短手方向の断面図である。
【図９】従来の半導体レーザの長手方向の断面図である。
【図１０】従来の半導体レーザの短手方向の断面図である。
【図１１】製造過程を示す半導体レーザの長手方向の断面図である。
【図１２】製造過程を示す半導体レーザの短手方向の断面図である。
【図１３】製造過程を示す半導体レーザの平面図である。
【図１４】実際の半導体レーザにおける遠視野像の一例を示す特性曲線図である。
【図１５】シミュレーションによる遠視野像の一例を示す特性曲線図である。
【符号の説明】
１ 半導体基板
２，６ クラッド層
３，１２ 活性層
４ ブロック層
５ ガイド層
７ キャップ層
８ 絶縁膜
９，１０ 電極
１１，１４ マスク
１３ａ，１３ｂ 吸収領域
１５ａ，１５ｂ 金属膜
本発明は、分布反射型（Distributed Bragg Reflector）半導体レーザ等の透明導波路を有する半導体レーザに関し、特に遠視野像（Far Field Pattern）の劣化を抑えることが可能な半導体レーザ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
分布反射型の半導体レーザは回折格子を反射器として集積しており、当該回折格子に波長選択性があるため、レーザー光波長が選択され、安定した光出力が可能になるものである。
【０００３】
図９及び図１０は本願出願人の出願に係る「特願平０９−２７４１６６号（特開平１１−１１２０７２号公報）」等に記載された、レーザ光を発生させる機能をする活性領域と波長を変化させる機能をする可変波長領域とが分離された従来の半導体レーザの長手方向の断面図及び短手方向の断面図である。
【０００４】
図９及び図１０において１は半導体基板、２はｎ型のクラッド層、３は量子井戸等を用いた活性層、４はブロック層、５はガイド層、６はｐ型のクラッド層、７はｐ型のキャップ層、８はＳｉＯ２ 等の絶縁膜、９はｐ型の電極、１０はｎ型の電極である。
【０００５】
半導体基板１上にはクラッド層２、活性層３、ブロック層４及びガイド層５が順次形成され、当該ガイド層５には図９中”ＧＲ０１”に示すような回折格子が形成された後、クラッド層６、キャップ層７及び絶縁層８が順次形成される。
【０００６】
そして、キャップ層７及び絶縁層８上にはｐ型の電極９が形成され、半導体基板１の裏面にはｎ型の電極１０が形成される。
【０００７】
また、図９等に示す従来例の製造方法を図１１、図１２及び図１３を用いて説明する。図１１は製造過程を示す半導体レーザの長手方向の断面図、図１２は製造過程を示す半導体レーザの短手方向の断面図、図１３は製造過程を示す半導体レーザの平面図である。また、図１１〜図１３において１〜５及び１０は図９と同一符号を付してあり、１１はマスクである。
【０００８】
先ず、第１回のエピタキシャル成長の工程で半導体基板１上にクラッド層２、活性層３、ブロック層４及びガイド層５を順次形成すると共に、図１１中”ＧＲ１１”に示すような回折格子をガイド層５に形成する。
【０００９】
その後、活性導波路となる部分にマスク１１を形成した後全面にイオン注入を行う。そして、第２回のエピタキシャル成長の工程でクラッド層６及びキャップ層７を順次形成する。
【００１０】
この時、第２回のエピタキシャル成長の工程が同時にアニールの工程となり、活性層３内のイオン注入がなされなかった部分には活性導波路が、イオン注入がなされた部分には低損失の光導波路がそれぞれ形成される。
【００１１】
最後に、エッチングによりクラッド層６に溝を形成した後、キャップ層７等の上に絶縁膜８を形成し、キャップ層７及び絶縁膜８上に電極９を、半導体基板１の裏面に電極１０をそれぞれ形成する。
【００１２】
ここで、図９等に示す従来の半導体レーザの動作を説明する。図９中”ＡＲ０１”に示す活性領域には電流が注入されこれによりレーザ光が発生し、このレーザ光は図９中”ＰＡ０１”に示す位相調整領域を介して図９中”ＤＢ０１”に示すＤＢＲ領域に伝播する。
【００１３】
図９中”ＤＢ０１”に示すＤＢＲ領域にキャリアを注入してプラズマ効果により導波路の屈折率を低くさせたり、図９中”ＤＢ０１”に示すＤＢＲ領域の温度を制御して導波路の屈折率を制御することにより発振波長を可変にすることができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図９等に示す従来例では、図９中”ＤＢ０１”及び”ＰＡ０１”に示すＤＢＲ領域及び位相調整領域に形成された光導波路の屈折率の差によって生じる反射光や、光導波路内の微妙な凹凸で散乱される散乱光は半導体レーザの短手方向の両端に形成されている光導波路を透過、若しくは、反射等して半導体レーザの出力端まで到達してしまう。
【００１５】
このため、このような反射光や散乱光が本来のレーザ光との間で干渉が生じて遠視野像に縞が生じる。例えば、図１４は実際の半導体レーザにおける遠視野像の一例を示す特性曲線図であり、図１５はシミュレーションによる遠視野像の一例を示す特性曲線図である。
【００１６】
すなわち、図１４中”ＣＨ２１”及び図１５中”ＣＨ３１”に示すように遠視野像では反射光や散乱光の干渉による縞が発生、言い換えれば、遠視野像が劣化していることになる。
【００１７】
そして、このような遠視野像が劣化したレーザ光を用いて干渉計測等を行う場合には、ノイズが発生して測定が不正確になってしまうと言った問題点があった。
【００１８】
このため、従来ではレーザ光を一旦レンズで絞った後ピンホールを通して波面を形成する必要性があったが、この場合には測定装置の光学系等が複雑になってしまうと言った問題点があった。
従って本発明が解決しようとする課題は、遠視野像の劣化を抑えることが可能な半導体レーザ及びその製造方法を実現することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
レーザ光を発生させる機能をする活性領域と波長を変化させる機能をする可変波長領域とが分離された半導体レーザにおいて、
半導体基板と、この半導体基板上に形成される第１のクラッド層と、この第１のクラッド層上であって前記可変波長領域の長手方向の中心部に光導波路が形成され前記可変波長領域の短手方向の両側に活性導波路が形成される活性層と、この活性層上に形成され一部に回折格子を有するガイド層と、このガイド層上に形成される第２のクラッド層と、この第２のクラッド層上に形成されるキャップ層と、前記半導体基板の裏面及び前記キャップ層上に形成される２つの電極とを備えたことにより、遠視野像の劣化を抑えることが可能になる。
【００２０】
請求項２記載の発明は、
レーザ光を発生させる機能をする活性領域と波長を変化させる機能をする可変波長領域とが分離された半導体レーザにおいて、
半導体基板と、この半導体基板上に形成される第１のクラッド層と、この第１のクラッド層上であって前記可変波長領域に光導波路が形成される活性層と、この活性層上に形成され一部に回折格子を有するガイド層と、このガイド層上に形成される第２のクラッド層と、この第２のクラッド層上であって前記光導波路の短手方向の両側に形成される金属膜と、前記第２のクラッド層上に形成された前記金属膜以外の部分に形成されるキャップ層と、前記半導体基板の裏面及び前記キャップ層上に形成される２つの電極とを備えたことにより、遠視野像の劣化を抑えることが可能になる。
【００２３】
請求項３記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載の発明である半導体レーザにおいて、
短波長帯レーザに適用したことにより、遠視野像の劣化を抑えることが可能になる。
【００２４】
請求項４記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載の発明である半導体レーザにおいて、
長波長帯レーザに適用したことにより、遠視野像の劣化を抑えることが可能になる。
【００２６】
請求項５記載の発明は、
レーザ光を発生させる機能をする活性領域と波長を変化させる機能をする可変波長領域とが分離された半導体レーザの製造方法であって、
半導体基板上に第１のクラッド層、活性層及びガイド層を順次形成する工程と、前記活性領域及び前記可変波長領域の短手方向の両側にマスクを形成した後全面にイオン注入を行う工程と、第２のクラッド層及びキャップ層を順次形成すると共に前記活性層であって前記イオン注入が行われた部分に光導波路をその他の部分に活性導波路をそれぞれ形成する工程と、前記半導体基板の裏面及び前記キャップ層上に２つの電極を形成する工程とから成ることにより、遠視野像の劣化を抑えることが可能になる。
【００２７】
請求項６記載の発明は、
請求項５記載の発明である半導体レーザの製造方法において、
前記活性領域及び前記可変波長領域の短手方向の両側以外の領域に収束イオンビーム装置で選択的にイオン注入を行うことにより、遠視野像の劣化を抑えることが可能になる。
【００２８】
請求項７記載の発明は、
レーザ光を発生させる機能をする活性領域と波長を変化させる機能をする可変波長領域とが分離された半導体レーザの製造方法であって、
半導体基板上に第１のクラッド層、活性層及びガイド層を順次形成する工程と、前記可変波長領域の長手方向の部分にイオン注入を行う工程と、第２のクラッド層及びキャップ層を順次形成すると共に前記活性層であって前記イオン注入が行われた部分に光導波路をその他の部分に活性導波路をそれぞれ形成する工程と、前記光導波路の短手方向の両側に金属膜を形成する工程と、前記半導体基板の裏面及び前記キャップ層上に２つの電極を形成する工程とから成ることにより、遠視野像の劣化を抑えることが可能になる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１及び図２は本発明に係る半導体レーザの一例を示す長手方向の断面図及びＤＢＲ領域の短手方向の断面図である。
【００３０】
図１及び図２において１，２，４，５及び１０は図９等と同一符号を付してあり、１２は量子井戸等を用いた活性層、１３ａ及び１３ｂは吸収領域である。
【００３１】
半導体基板１上にはクラッド層２、活性層１２、ブロック層４及びガイド層５が順次形成され、当該ガイド層５には図１中”ＧＲ４１”に示すような回折格子が形成された後、クラッド層６、キャップ層７及び絶縁層８が順次形成される。
【００３２】
そして、キャップ層７及び絶縁層８上にはｐ型の電極９が形成され、半導体基板１の裏面にはｎ型の電極１０が形成される。また、活性層１２であって半導体レーザの短手方向の両端には前述の反射光や散乱光を吸収する吸収領域１３ａ及び１３ｂが形成される。
【００３３】
また、図１等に示す実施例の製造方法を図３、図４及び図５を用いて説明する。図３は製造過程を示す半導体レーザの長手方向の断面図、図４は製造過程を示す半導体レーザの活性領域の短手方向の断面図、図５は製造過程を示す半導体レーザの平面図である。また、図３〜図５において１，２，４，５，６，７，８，９及び１０は図９と同一符号を付してあり、１４はマスクである。
【００３４】
先ず、第１回のエピタキシャル成長の工程で半導体基板１上にクラッド層２、活性層１２、ブロック層４及びガイド層５を順次形成すると共に、図３中”ＧＲ５１”に示すような回折格子をガイド層５に形成する。
【００３５】
その後、透明導波路にする必要性がある図１中”ＤＢ４１”に示すＤＢＲ領域及び図１中”ＰＡ４１”に示す位相調整領域以外の部分にマスク１４を形成した後全面にイオン注入を行う。そして、第２回のエピタキシャル成長の工程でクラッド層６及びキャップ層７を順次形成する。
【００３６】
この時、第２回のエピタキシャル成長の工程が同時にアニールの工程となり、活性層３内のイオン注入がなされなかった部分には活性導波路が形成される。また、短手方向の両端に形成されたこのような活性導波路は低損失ではないので光の吸収が生じる吸収領域１３ａ及び１３ｂとして機能する。
【００３７】
一方、第２回のエピタキシャル成長の工程が同時にアニールの工程となり、イオン注入がなされた部分、言い換えれば、図１中”ＤＢ４１”に示すＤＢＲ領域及び図１中”ＰＡ４１”に示す位相調整領域のみに低損失の光導波路がそれぞれ形成される。
【００３８】
最後に、エッチングによりクラッド層６に溝を形成した後、導波路以外のキャップ層７等の上に絶縁膜８を形成し、キャップ層７及び絶縁膜８上に電極９を、半導体基板１の裏面に電極１０をそれぞれ形成する。
【００３９】
ここで、図１等に示す実施例の動作を説明する。但し、図９等に示す従来例と同様の部分の説明は省略する。図１中”ＡＲ４１”に示す活性領域には電流が注入されこれによりレーザ光が発生し、このレーザ光は図１中”ＰＡ４１”に示す位相調整領域を介して図１中”ＤＢ４１”に示すＤＢＲ領域に伝播する。
【００４０】
この時、図１中”ＤＢ４１”及び”ＰＡ４１”に示すＤＢＲ領域及び位相調整領域に形成された光導波路の屈折率の差によって生じる反射光や、光導波路内の微妙な凹凸で散乱される散乱光は半導体レーザの短手方向の両端に形成されている吸収領域１３ａ及び１３ｂにおいて減衰するので、従来例のように半導体レーザの出力端まで到達しなくなる。
【００４１】
すなわち、本来のレーザ光が反射光や散乱光と干渉することなく、従来例のような遠視野像に縞が生じることがなくなる。例えば、図６及び図７はシミュレーション及び実験による遠視野像の一例を示す特性曲線図である。
【００４２】
図６中”ＣＨ６１”及び図７中”ＣＨ７１”に示すように遠視野像では反射光や散乱光の干渉による縞が発生せず、縞のない良好な遠視野像を得ることができる。
【００４３】
この結果、活性層であって、ＤＢＲ領域や位相調整領域の半導体レーザの短手方向の両端、言い換えれば、光導波路の両端に吸収領域１３ａ及び１３ｂとして機能する活性導波路を設けることにより、遠視野像の劣化を抑えることが可能になる。
【００４４】
なお、図１等に示す実施例ではマスクを用いて選択的にイオン注入を行っているが、マスクを用いることなく収束イオンビーム装置（ＦＩＢ：Forcused Ion Beam）で選択的にイオン注入を行っても構わない。例えば、図１中”ＤＢ４１”及び”ＰＡ４１”に示すＤＢＲ領域及び位相調整領域にのみＦＩＢで選択的にイオン注入を行えば良い。
【００４５】
また、イオン注入をしないことにより吸収領域１３ａ及び１３ｂ等を形成するのではなく、金属膜等によって選択的に吸収領域を設けても構わない。
【００４６】
図８はこのような本発明に係る半導体レーザの他の一例を示す短手方向の断面図である。図８において１〜１０は図９等と同一符号を付してあり、１５ａ及び１５ｂは吸収領域を形成する前述の反射光や散乱光を吸収する特性を有する金属膜である。
【００４７】
この場合には、半導体レーザの長手方向に平行に形成された２つの金属膜１５ａ及び１５ｂによって前述の反射光や散乱光は減衰するので、遠視野像の劣化を抑えることが可能になる。
【００４８】
また、図１等や図８に示す実施例は”８５０ｎｍ”付近で発振する短波長帯レーザ、同様のリッジ構造を有する長波長帯レーザであるＩｎＰ系のレーザ及び半導体光素子集積回路（Photonic ＩＣ）に適用することができる。
【００４９】
また、図１等に示す実施例では半導体レーザの透明導波路の両端に吸収領域を形成しているが、半導体レーザの透明導波路の両側の任意の部分に吸収領域を設ければ良い。
【００５０】
また、図１等に示す実施例では活性領域、位相調整領域及びＤＢＲ領域の３つの領域を有する半導体レーザが例示されているが、特にこの構造の半導体レーザに限定されるものではない。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，２，３，４，５，６及び請求項７の発明によれば、半導体レーザの活性層であって短手方向の両端に吸収領域である活性導波路を設けることにより、遠視野像の劣化を抑えることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体レーザの一例を示す長手方向の断面図である。
【図２】本発明に係る半導体レーザの一例を示すＤＢＲ領域の短手方向の断面図である。
【図３】製造過程を示す半導体レーザの長手方向の断面図である。
【図４】製造過程を示す半導体レーザの活性領域の短手方向の断面図である。
【図５】製造過程を示す半導体レーザの平面図である。
【図６】シミュレーションによる遠視野像の一例を示す特性曲線図である。
【図７】実験による遠視野像の一例を示す特性曲線図である。
【図８】本発明に係る半導体レーザの他の一例を示す短手方向の断面図である。
【図９】従来の半導体レーザの長手方向の断面図である。
【図１０】従来の半導体レーザの短手方向の断面図である。
【図１１】製造過程を示す半導体レーザの長手方向の断面図である。
【図１２】製造過程を示す半導体レーザの短手方向の断面図である。
【図１３】製造過程を示す半導体レーザの平面図である。
【図１４】実際の半導体レーザにおける遠視野像の一例を示す特性曲線図である。
【図１５】シミュレーションによる遠視野像の一例を示す特性曲線図である。
【符号の説明】
１ 半導体基板
２，６ クラッド層
３，１２ 活性層
４ ブロック層
５ ガイド層
７ キャップ層
８ 絶縁膜
９，１０ 電極
１１，１４ マスク
１３ａ，１３ｂ 吸収領域
１５ａ，１５ｂ 金属膜
Claims (7)
- レーザ光を発生させる機能をする活性領域と波長を変化させる機能をする可変波長領域とが分離された半導体レーザにおいて、
半導体基板と、
この半導体基板上に形成される第１のクラッド層と、
この第１のクラッド層上であって前記可変波長領域の長手方向の中心部に光導波路が形成され前記可変波長領域の短手方向の両側に活性導波路が形成される活性層と、
この活性層上に形成され一部に回折格子を有するガイド層と、
このガイド層上に形成される第２のクラッド層と、
この第２のクラッド層上に形成されるキャップ層と、
前記半導体基板の裏面及び前記キャップ層上に形成される２つの電極と
を備えたことを特徴とする半導体レーザ。 - レーザ光を発生させる機能をする活性領域と波長を変化させる機能をする可変波長領域とが分離された半導体レーザにおいて、
半導体基板と、
この半導体基板上に形成される第１のクラッド層と、
この第１のクラッド層上であって前記可変波長領域に光導波路が形成される活性層と、
この活性層上に形成され一部に回折格子を有するガイド層と、
このガイド層上に形成される第２のクラッド層と、
この第２のクラッド層上であって前記光導波路の短手方向の両側に形成される金属膜と、
前記第２のクラッド層上に形成された前記金属膜以外の部分に形成されるキャップ層と、
前記半導体基板の裏面及び前記キャップ層上に形成される２つの電極と
を備えたことを特徴とする半導体レーザ。 - 短波長帯レーザに適用したことを特徴とする
請求項１若しくは請求項２記載の半導体レーザ。 - 長波長帯レーザに適用したことを特徴とする
請求項１若しくは請求項２記載の半導体レーザ。 - レーザ光を発生させる機能をする活性領域と波長を変化させる機能をする可変波長領域とが分離された半導体レーザの製造方法であって、
半導体基板上に第１のクラッド層、活性層及びガイド層を順次形成する工程と、
前記活性領域及び前記可変波長領域の短手方向の両側にマスクを形成した後全面にイオン注入を行う工程と、
第２のクラッド層及びキャップ層を順次形成すると共に前記活性層であって前記イオン注入が行われた部分に光導波路をその他の部分に活性導波路をそれぞれ形成する工程と、
前記半導体基板の裏面及び前記キャップ層上に２つの電極を形成する工程と
から成ることを特徴とする半導体レーザの製造方法。 - 前記活性領域及び前記可変波長領域の短手方向の両側以外の領域に収束イオンビーム装置で選択的にイオン注入を行うことを特徴とする
請求項５記載の半導体レーザの製造方法。 - レーザ光を発生させる機能をする活性領域と波長を変化させる機能をする可変波長領域とが分離された半導体レーザの製造方法であって、
半導体基板上に第１のクラッド層、活性層及びガイド層を順次形成する工程と、
前記可変波長領域の長手方向の部分にイオン注入を行う工程と、
第２のクラッド層及びキャップ層を順次形成すると共に前記活性層であって前記イオン注入が行われた部分に光導波路をその他の部分に活性導波路をそれぞれ形成する工程と、
前記光導波路の短手方向の両側に金属膜を形成する工程と、
前記半導体基板の裏面及び前記キャップ層上に２つの電極を形成する工程と
から成ることを特徴とする半導体レーザの製造方法。
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