JP4786024B2 - 分布帰還型レーザおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の利用分野】
この発明は、半導体レーザ、特に半導体基体の主表面に所定幅のリッジ導波路構造を有する分布帰還型半導体レーザとその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体基体の主表面にリッジ導波路構造を有する分布帰還型半導体レーザは、例えば１９９８年のアイ・イー・イー・イー、ホトニクス、テクノロジ、レター（IEEE Photonics technology letters）の第１０巻、第１２号の第１６８８から１６９０頁に紹介されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この種の半導体レーザは、発生した光をリッジ導波路の内部に集中させることができ、光通信などでの利用が期待されているが、回析格子がリッジ導波路構造の内部だけでなく、その外部にも形成されている。このため、発生する光と回析格子との結合定数κを大きくすることが困難で光出力を充分に大きくできず、またこの結合定数と波長の制御性が悪く、光出力の波長のばらつきも生じやすい。
【０００４】
この発明はかかる課題を解決し、光出力をより大きくでき、また波長も安定させることのできる改善された分布帰還型半導体レーザを提案するものである。
【０００５】
またこの発明は、光出力をより大きくでき、また波長も安定させることのできる改善された分布帰還型レーザの製造方法を提案するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明による分布帰還型レーザは、主表面に突出したリッジ導波路構造を有する半導体基体を備え、前記半導体基体は光を発生する複数の半導体層と、この発生した光に共振する回析格子層を有し、前記リッジ導波路構造は前記半導体基体の相対向する一端面から他端面に向かって所定幅を持って延長されており、
前記回析格子層が、前記半導体基体の一端面から他端面に向かって並べられた複数の格子片を有し、
この各格子片が前記リッジ導波路構造の所定幅よりも小さい幅を持って、前記リッジ導波路構造の突出した部分の内部に形成されていることを特徴とする。
【０００９】
またこの発明による分布帰還型レーザは、前記回析格子層が、前記半導体基体の一端面から他端面に向かって等ピッチで配置された複数の格子片を有する。
【００１０】
またこの発明による分布帰還型レーザは、前記回析格子層が、前記半導体基体の一端面と他端面のほぼ中間に共振波長の１／４シフト部分を持って形成されている。
【００１１】
またこの発明による分布帰還型レーザは、前記回析格子層が、前記半導体基体の一端面から他端面に向かって順次幅の変化する複数の格子片を持ったチャープト回析格子として構成されている。
【００１２】
またこの発明による分布帰還型レーザの製造方法は、半導体基板上に光を発生するための複数の半導体層を形成する第１工程、及び所定幅内に複数の格子片を並べた回析格子層を前記複数の半導体層の上に形成する第２工程を含み、その後で前記複数の格子片を内部に限定して残すリッジ導波路構造をエッチングにて形成することを特徴とする分布帰還型レーザの製造方法であって、
前記第２工程は、前記回析格子層を前記半導体基体の一端面から他端面に向かって並べられた複数の格子片を有する層として形成し、かつ、この各格子片を前記リッジ導波路構造の所定幅よりも小さい幅として前記リッジ導波路構造の突出した部分の内部に配置するように形成することを特徴とする。
【００１３】
またこの発明による分布帰還型レーザの製造方法は、前記第２工程において、前記回析格子層が、前記所定幅よりも大きな幅を持った複数の膜片を有するＳｉＯ２膜と、このＳｉＯ２膜を覆い前記各膜片を前記所定幅のスリットで開口するレジスト膜とをマスクにして形成される。
【００１４】
さらにこの発明による分布帰還型レーザの製造方法は、前記リッジ導波路構造を形成するエッチングにおいて、前記回析格子層が、それを覆う半導体層に対するエッチングストッパとして用いられる。
【００１５】
【実施の形態】
実施の形態１．
図１、図２はこの発明による分布帰還型（ＤＦＢ）半導体レーザの実施の形態１を示す。図１は実施の形態１を一部切り取って示す斜視図であり、図２はその断面図である。
【００１６】
実施の形態１の分布帰還型半導体レーザは、半導体基体１０を中心として構成されており、光出力軸（光軸）１１に沿って光を発射する。半導体基板１０は上主面１０ａ、下主面１０ｂ、及び対向する端面１０ｃ、１０ｄを有し、光軸１１は端面１０ｃ、１０ｄに垂直であり、光軸１１は端面１０ｃ、１０ｄの対向方向の半導体基体１０の中央部にある。
【００１７】
半導体基体１０の上主面１０ａの中央には、所定幅Ｄを有するリッジ導波路構造（リッジ構造）１２が端面１０ｃから端面１０ｄに向かって光軸１１と平行に延びており、その両側にはそれぞれ溝１３を隔てて側壁１４が形成されている。
溝１３および側壁１４も光軸１１と平行に延びている。
【００１８】
図１では、説明のために、半導体基体１０の上主面１０ａの手前右半分が切り欠いて示されており、この切り欠き部分は符号１５で示される。この切り欠き部分１５には、リッジ構造１２の破断面１２ａ、および一方の側壁１４の破断面１４ａが現れている。破断面１２ａは、光軸１１と平行で、リッジ構造１２の中心を破断した面であり、破断面１４ａは、光軸１１に直交し、側壁１４を分断するような破断面である。図２は、光軸１１と直交する平面における断面である。
【００１９】
半導体基体１０は、出発材料であるＮ型のＩｎＰ基板２１、その上に形成されたＮ型のＩｎＰクラッド層２２（厚さ１μｍ、キャリア濃度Ｎ＝１×１８ｃｍ−３）、その上に形成された複合発光層２３を有し、これらの層２２、２３は半導体基板２１の全面上に形成されている。複合発光層２３は５つの層を含み、これは下から、Ｎ型のＡｌＩｎＡｓクラッド層２４（厚さ０．１μｍ、キャリア濃度Ｎ＝１×１８ｃｍ−３）、Ｎ型のＡｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込め層２５（厚さ０．１μｍ、キャリア濃度Ｎ＝１×１８ｃｍ−３）、ＡｌＧａＩｎＰ量子井戸層２６、Ｐ型のＡｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込め層２７（厚さ０．１μｍ、キャリア濃度Ｐ＝１×１８ｃｍ−３）、およびＰ型のＡｌＩｎＡｓクラッド層２８（厚さ０．１μｍ、キャリア濃度Ｐ＝１×１８ｃｍ−３）である。
【００２０】
複合発光層２３の上には、リッジ構造１２及びその両側の側壁１４が形成されている。これらのリッジ構造１２、側壁１４は、ともに４つの層を含んでおり、リッジ構造１２と側壁１４におけるこれらの４つの層はそれぞれが同レベルの層をなすように形成されている。
【００２１】
リッジ構造１２の４つの層は、下から、Ｐ型のＩｎＰ層２９（厚さ０．１μｍ、キャリア濃度Ｐ＝１×１８ｃｍ−３）、Ｐ型のＩｎＧａＡｓＰ回析格子層３０（厚さ０．０６μｍ、キャリア濃度Ｐ＝１×１８ｃｍ−３）、Ｐ型のＩｎＰ層３２（厚さ１．５μｍ、キャリア濃度Ｐ＝１×１８ｃｍ−３）、およびＰ型のＩｎＧａＡｓコンタクト層３３（厚さ０．１μｍ、キャリア濃度Ｐ＝１×１９ｃｍ−３）である。側壁１４の４つの層は、下から、Ｐ型のＩｎＰ層２９、Ｐ型のＩｎＧａＡｓＰ層３０Ａ（厚さ０．０６μｍ、キャリア濃度Ｐ＝１×１８ｃｍ−３）、Ｐ型のＩｎＰ層３２、およびＰ型のＩｎＧａＡｓコンタクト層３３である。
【００２２】
回析格子層３０は、リッジ構造１２の幅Ｄの中のみに限定して形成され、リッジ構造１２の外部には形成されていない。リッジ構造１２の外部では、回析格子層３０は溝１３によって分断されており、溝１３の外側の側壁１４では、回析格子層３０と同レベルの層は、Ｐ型のＩｎＧａＡｓＰ層３０Ａとなっているが、この層３０Ａには複数の格子片３０ａは形成されておらず、この層３０Ａは回析格子層としては機能しない。
【００２３】
リッジ構造１２の内部における回析格子層３０の幅Ｄはリッジ構造１２の幅と同じく１．８μｍである。この回析格子層３０は、光軸１１の方向、すなわちリッジ構造１２の延長方向に、一定のピッチｄを置きながら、間欠的な複数の格子状となっており、分布帰還型の回析格子を形成している。言い換えれば、光軸１１の方向において、回析格子層３０は光軸１１の方向に一定のピッチｄで並んだ多数の格子片３０ａを有し、この各格子片３０ａの間にはその下層のＰ型のＩｎＰ層２９が突出している。回析格子層３０はその格子状構造に基づき、複合層２３で発生する光と共振し、共振した光出力をリッジ構造１２の延長方向へ導く。なお、格子片３０ａのピッチｄは例えば２０００Åとされる。
【００２４】
半導体基体１０に上主面１０ａは、ＳｉＯ２絶縁膜３５によって覆われている。具体的にはこのＳｉＯ２絶縁膜３５はリッジ構造１１の上面、側面を覆い、側壁１４の側面を覆い、溝１３では複合層２３の上面を覆っている。リッジ構造１２の上面において、ＳｉＯ２絶縁膜３５には選択的に孔が形成され、この孔を介してレーザのＰ型電極層３６（Ｔｉ／Ａｕ層）がコンタクト層３２にコンタクトしている。このＰ型電極層３６はコンタクト層３２とのコンタクト部分を除く他の部分ではＳｉＯ２絶縁膜３５を覆うように形成されている。半導体基体１０の下主面１０ｂにはレーザのＮ型電極層３７（Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ層）が形成されている。
【００２５】
回析格子層３０がリッジ構造１２の中のみに限定して形成されているので、複合層２３で発生した光はリッジ構造１２の中においてのみ回析格子層３０と結合し、その結合定数κは充分大きくなり、光出力をより大きくできる。また、リッジ構造１２の外側に回析格子層３０が延びておれば、共振する光の波長にばらつきが生じやすいが、リッジ構造１２の中だけに回析格子層３０が形成されているため、波長の安定化も図られる。
【００２６】
もし回析格子層３０がリッジ構造１２の外部の溝１３にまで延びているとすると、回析格子を左右する屈折率差が、リッジ構造１２の内部では回析格子層３０のＩｎＧａＡｓＰ層とその上のＩｎＰ層３１との屈折率差となるのに対し、その外部の溝１３の部分では、回析格子層３０のＩｎＧａＡｓＰ層とその上のＳｉＯ２絶縁膜３５との屈折率差となる。一方光は複合層２３で作られ、リッジ構造１２とその外部にも分布するので、光が感じる屈折率差はリッジ構造１２の内部と外部で異なったものとなり、その波長にばらつきが生じやすい。また光の強度分布がばらつくと、トータルの光が感じる屈折率差は非常にばらつき易くなる。
【００２７】
分布帰還（ＤＦＢ）型レーザの発振波長λ０は次式で与えられる。
λ０＝２Ｎｅｆｆ×ｄ
なお、ｄは回析格子層３０の格子片のピッチである。
分布帰還（ＤＦＢ）の結合定数κは、近似的に次式で与えられる。
κ＝π×（Ｎｅｆｆ１−Ｎｅｆｆ２）／２λ０
なお、Ｎｅｆｆはレーザの実効屈折率、Ｎｅｆｆ１はＩｎＧａＡｓＰ層が存在している場合の実効屈折率、Ｎｅｆｆ２はそれが存在しない場合の実効屈折率である。
したがって、回析格子層３０をリッジ構造１２の内部と外部に形成した場合、またはその外部のみに形成した場合には、光の強度にばらつきが生じると、発振波長λ０や結合定数κにばらつきが生じ易く、制御性が悪いが、この発明では回析格子層３０をリッジ構造１２の内部にのみ形成しているので、かかるばらつきが生じ難く、波長が安定し、制御性も改善できる。
【００２８】
実施の形態２．
図３から図１８は実施の形態２を示す。この実施の形態２はこの発明による分布帰還型半導体レーザの製造方法の具体例であり、図３から図１８は、図１、２に示した実施の形態１のレーザの製造方法を工程順に示す。
【００２９】
先ず図３の工程では、半導体基体１０は、出発材料である半導体基板２１の上全面に、例えばＭＯＣＶＤ法により、Ｎ型のＩｎＰクラッド層２２、複合層２３、Ｐ型のＩｎＰ層２９、Ｐ型のＩｎＧａＡｓＰ層３０、およびＰ型のＩｎＰ層３１が順次形成されたものである。複合層２３は５つの層２４から２８を含んでいる。この状態のウエハに、写真製版の位置合わせ用のマーカをエッチングにより形成して置く。
【００３０】
次の図４の工程では、Ｐ型のＩｎＰ層３１の上にＳｉＯ２膜４０を形成し、その上にレジスト膜４１を形成する。
【００３１】
次の図５の工程は右側の図（ａ）と左側の図（ｂ）で示される。図（ａ）は半導体基体１０の中央部の光軸１１に沿った断面であり、図（ｂ）は上面図である。この図５の工程では、レジスト膜４１がＥＢ露光後に現像され、パターニングされる。このレジスト４１膜は、幅Ｄ１（１０μｍ）、ピッチｄ（２０００Å）の多数のレジスト片４１ａを持つようにパターニングされる。これは回析格子層３０を形成するためのパターンであり、光軸１１に沿ってレジスト片４１ａと、レジストの取り去られた部分４１ｂとが並んでいる。ここで幅Ｄ１を１０μｍとしたのは、これ以下ではパターンむらが発生して、正確なパターニングができないからである。
【００３２】
次の図６も半導体基体１０の中央部の光軸１１に沿った断面図であるが、この工程ではパターニングされたレジスト膜４１をマスクにして、ＳｉＯ２膜４０をドライエッチングし、ＳｉＯ２膜４０をパターニングする。この結果、ＳｉＯ２膜４０にもレジスト膜４１と同じに、ＳｉＯ２膜の片４０ａとＳｉＯ２膜が除去された部分４０ｂとが交互に存在することになる。次の図７の工程では、レジスト膜４１が除去される。
【００３３】
次の図８の右側図（ａ）は光軸１１に直交する平面による断面を示し、その左側図（ｂ）は上面図である。この図８の工程では、ＳｉＯ２膜４０の上に改めてレジスト膜４２を形成し、これを図３の段階で形成して置いたマーカを基準にして、ステッパによる写真製版を行い、レジスト膜４２にスリット４２ａを形成する。このスリット４２ａは回析格子層３０を形成するための開口であり、幅Ｄ（１．８μｍ）を持って、ウエハ上面中央に形成され、ＳｉＯ２膜の片４０ａが点在する部分の上に重なっている。
【００３４】
次の図９の右側図（ａ）は半導体基体１０の中央部の光軸１１に沿った断面図であり、左側図（ｂ）は上面図である。この図９の工程では、レジスト膜４２とＳｉＯ２膜４０をマスクにしてＰ型のＩｎＰ層３１とＰ型のＩｎＧａＡｓＰ層３０がドライエッチングされ、レジスト膜４２とＳｉＯ２膜４０の両者が存在しない部分の層３１、３０が除去される。結果として、Ｐ型のＩｎＰ層３１とＰ型のＩｎＧａＡｓＰ層３０には、光軸１１に沿ってピッチｄで複数の格子片３１ａ、３０ａが形成される。この各格子片３１ａ、３０ａの幅はＤとなる。なお、図９では、ドライエッチングの後、レジスト膜４２、ＳｉＯ２膜４０を除去した状態が示されている。
【００３５】
図１０は図９に示す半導体基体１０の光軸１１に直交する平面における断面図である。この図１０において、格子片３１ａ、３０ａの部分がハッチングを付して強調して示されている。この部分の幅はＤである。
【００３６】
次の図１１は図１０と同じく半導体基体１０の光軸１１に直交する平面における断面図である。この図１１の工程では、図１０の層３１、３０を覆うようにその上全面にＰ型のＩｎＰ層３２が形成され、さらにその上にＰ型のＩｎＧａＡｓコンタクト層３３が埋め込み成長されている。この工程で層３２、３３を形成する前に、図３の工程で形成したマーカをＳｉＯ２膜でカバーしておく。このカバーにより、同一のマーカを最後の工程まで用いることができ、すべての写真製版工程でのマスクのずれを小さくできる。
【００３７】
次の図１２は図１１と同じく半導体基体１０の光軸１１に直交する平面における断面図である。この工程では、コンタクト層３３の上にＳｉＯ２膜４３が形成され、このＳｉＯ２膜４３が中央部片４３ａと側辺部片４３ｂを持つようにパターニングされている。中央部片４３ａはリッジ構造１２を形成するためのものであり、リッジ構造１２に合わせて、半導体基体１０の中央部に形成され、その幅はＤとされる。側辺部片４３ｂは側壁部１４を形成するためのものであり、中央部片４３ａと側辺部片４３ｂとの間隔は溝１３に対応する。
【００３８】
次の図１３は図１２と同じく半導体基体１０の光軸１１に直交する平面における断面図である。この工程では、ＳｉＯ２膜４３をマスクにしてドライエッチングが行われる。このドライエッチングではＰ型のＩｎＰ層３２の厚さの途中までエッチングが行われ、Ｐ型のＩｎＧａＡｓコンタクト層３３が分断される。
【００３９】
次の図１４も図１３と同じく半導体基体１０の光軸１１に直交する平面における断面図である。この工程では、図１３のドライエッチングに続きＳｉＯ２膜４３をマスクにしてウエットエッチングが行われ、Ｐ型のＩｎＰ層３２が完全にエッチングされて分離され、このウエットエッチングはＰ型のＩｎＧａＡｓＰ層３０が露出したところでストップされる。この結果、ウエットエッチング液として、例えば塩酸と燐酸との混合液（混合比１：２）を用いれば、ＩｎＰ層３２とＩｎＧａＡｓＰ層３０とのエッチングの選択比が大きく、すなわちＩｎＰ層３２に対するエッチングレートは大きいのに比べ、ＩｎＧａＡｓＰ層３０に対するエッチングレートは小さいので、エッチングをＩｎＧａＡｓＰ層３０が露出したところでストップできる。また、塩酸と燐酸との混合液は、下方向にのみエッチングが進み、横方向には殆どエッチングされないので、垂直な側面を持ったリッジ構造１２が形成できる。
【００４０】
次の図１５も半導体基体１０の光軸１１に直交する平面における断面図である。この工程では、ドライエッチングにより、ＳｉＯ２膜４３をマスクにしてさらにエッチングが行われ、Ｐ型のＩｎＧａＡｓＰ層３０をその厚さに亘ってエッチングして、Ｐ型のＩｎＰ層２９の厚さの途中までエッチングされる。層３０は、リッジ構造１２内の回析格子層３０と、側壁１４内の層３０Ａに分断される。なお、格子片３０ａ上の格子片３１ａおよび層３０Ａ上の層３１は、その上のＰ型のＩｎＰ層３２と同じ組成の層であり、層３２に含めて表示する。
【００４１】
次の図１６も半導体基体１０に光軸１１に直交する平面における断面図である。この工程では、図１５のドライエッチングに続き、ウエットエッチングが行われ、Ｐ型のＩｎＰ層２９をその厚さに亘ってエッチングし、このエッチングはＰ型のＡｌＩｎＡｓ層２８が露出したところでストップされる。この結果、半導体基体１０の中央にはリッジ構造１２が、またその両側には溝１３を隔てて側壁部１４が形成される。層２９、３０、３１、３２、３３は溝１３によって分断され、特に層３０はリッジ構造１２内の層として、またそれから分断された層３０Ａは側壁１４内の層として区別される。ウエットエッチング液として、例えば塩酸と燐酸の混合液（混合比１：２）を用いる。このエッチング液に対するＡｌＩｎＡｓ層２８のエッチングレートは、ＩｎＰ層２９に比べて小さいが、ＡｌＩｎＡｓ層２８も若干エッチングされる。したがって、エッチング時間はこのエッチングレートを見込んで設定される。
【００４２】
リッジ構造１２の幅は、ＳｉＯ２膜４３の中央部片４３ａの幅Ｄに依存し、これは回析格子層３０の幅Ｄと同じに設定される。したがって中央部片４３ａの中心線を格子層３０の中心線に合わせ、回析格子層３０の幅Ｄの上を丁度中央部片４３ａでカバーするようにすれば、リッジ構造１２の幅Ｄの中に、回析格子層３０の各格子片３０ａを納めることができ、言い換えれば回析格子３０をリッジ構造１２の幅Ｄの中に限定して、それと同じ幅Ｄで形成できる。
【００４３】
次の図１７、１８、１９も半導体基体１０の光軸１１と直交する平面における断面図である。図１７の工程ではＳｉＯ２膜４３が除去され、次の図１８の工程では、改めてＳｉＯ２膜３５が全面に形成された後、リッジ構造１２の上面で選択的に開口されている。次の図１９の工程では、このＳｉＯ２膜３５上にＰ型電極３６が形成され、上記開口を介してリッジ構造１２のコンタクト層３３に接合される。併せて半導体基体１０の下主面１０ｂのＮ型電極３７が形成される。
【００４４】
上記図８、９の工程において、幅Ｄよりも大きな幅Ｄ１の複数のＳｉＯ２膜４０の膜片４０ａと、幅Ｄ１の中心を幅Ｄのスリット４２ａで開口するレジスト４２をエッチングマスクとして用いることは重要である。これに基づき、格子片３０ａの幅Ｄ、ピッチｄを正確に制御性良く作成でき、回析格子層３０をリッジ構造１２内に限定して形成することができる。
また回析格子層３０を形成するのに使われるレジスト４２と、リッジ構造１２を形成するのに使用されるＳｉＯ２膜片４３ａとをパターンニングする際の位置合わせマーカは、図３の工程で形成した同じマーカを使うので、それらの位置合わせ精度も向上し、回析格子層３０を精度よくリッジ構造１２内に限定できる。
【００４５】
また上記図１１の工程において、層３０がエッチングストッパとして働くことも重要である。図１４に示すように、ウエットエッチングによりＰ型のＩｎＰ層３３を完全にエッチングし、このエッチングを層３０で止めることができる。ウエットエッチング液として、塩酸と燐酸の混合液（混合比１：２）を用いると、ＩｎＰ層３３に対するエッチングレートを高く、ＩｎＧａＡｓＰ層３０に対するエッチングレートを低くでき、ウエットエッチングを層３０で止めることができる。それにより、それに続く後工程で、層３０、２９をエッチングして層２８でそのエッチングを止める制御の制御性を向上できる。
【００４６】
実施の形態３．
図２０はこの発明による分布帰還型レーザの実施の形態３を示す断面図である。この実施の形態３は図１と同様の半導体基体１０を主体に構成され、図２０は図１９と同じく光軸１１に直交する平面における半導体基体１０の断面図である。この実施の形態３では、リッジ構造１２の幅Ｄに比べて、幅の狭い回析格子層３０１が形成されている。この層３０１の幅ＤａはＤａ＜Ｄであり、回析格子層３０１とリッジ構造１２の側面との間に、距離Ｄｂが存在している。この距離Ｄｂの領域には、格子片３０ａが形成されていないＰ型のＩｎＧａＡｓＰ層３０が存在している。その他の構成は実施の形態１と同じである。
【００４７】
実施の形態４．
図２１から図３６は実施の形態４を示す。この実施の形態４はこの発明による分布帰還型半導体レーザの製造方法の具体例であり、図２０に示した実施の形態３のレーザの製造方法を工程順に示す。
【００４８】
図２１から図２５の工程は、図３から図７の工程と同じである。
【００４９】
次の図２６の右側図（ａ）は光軸１１に直交する平面による断面を示し、その左側図（ｂ）は上面図である。この図２６の工程では、ＳｉＯ２膜４０の上に改めてレジスト膜４２を形成し、これを図２１の段階で形成して置いたマーカを基準にして、ステッパによる写真製版を行い、レジスト膜４２にスリット４２ｂを形成する。このスリット４２ｂは回析格子層３０１を形成するための開口であり、幅Ｄ（１．８μｍ）よりも狭い幅Ｄａ（１．６μｍ）を持って、ウエハ上面中央に形成され、ＳｉＯ２膜の片４０ａが点在する部分の上に重なっている。
【００５０】
次の図２７の右側図（ａ）は半導体基体１０の中央部の光軸１１に沿った断面図であり、左側図（ｂ）は上面図である。この図２７の工程では、レジスト膜４２とＳｉＯ２膜４０をマスクにしてＰ型のＩｎＰ層３１とＰ型のＩｎＧａＡｓＰ層３０がドライエッチングされ、レジスト膜４２とＳｉＯ２膜４０の両者が存在しない部分の層３１、３０が除去される。結果として、Ｐ型のＩｎＰ層３１とＰ型のＩｎＧａＡｓＰ層３０には、光軸１１に沿ってピッチｄで複数の格子片３１ａ、３０ａが形成される。この各格子片３１ａ、３０ａの幅はＤａとなる。なお、図２７では、ドライエッチングの後、レジスト膜４２、ＳｉＯ２膜４０を除去した状態が示されている。
【００５１】
図２８は半導体基体１０の光軸１１に直交する平面における断面図である。この図２８において、格子片３１ａ、３０ａの部分がハッチングを付して強調して示されている。この部分の幅はＤａである。
【００５２】
次の図２９は図２８と同じく半導体基体１０の光軸１１に直交する平面における断面図である。この図２９の工程では、図２８の層３１、３０を覆うようにその上全面にＰ型のＩｎＰ層３２が形成され、さらにその上にＰ型のＩｎＧａＡｓコンタクト層３３が埋め込み成長されている。この工程で層３２、３３を形成する前に、図２１の工程で形成したマーカをＳｉＯ２膜でカバーしておく。このカバーにより、同一のマーカを最後の工程まで用いることができ、すべての写真製版工程でのマスクのずれを小さくできる。
【００５３】
次の図３０は図２９と同じく半導体基体１０の光軸１１に直交する平面における断面図である。この工程では、コンタクト層３３の上にＳｉＯ２膜４３が形成され、このＳｉＯ２膜４３が中央部片４３ａと側辺部片４３ｂを持つようにパターニングされている。中央部片４３ａはリッジ構造１２を形成するためのものであり、リッジ構造１２に合わせて、半導体基体１０の中央部に形成され、その幅はＤとされる。側辺部片４３ｂは側壁部１４を形成するためのものであり、中央部片４３ａと側辺部片４３ｂとの間隔は溝１３に対応する。
【００５４】
次の図３１は図３０と同じく半導体基体１０の光軸１１に直交する平面における断面図である。この工程では、ＳｉＯ２膜４３をマスクにしてドライエッチングが行われる。このドライエッチングではＰ型のＩｎＰ層３２の厚さの途中までエッチングが行われ、Ｐ型のＩｎＧａＡｓコンタクト層３３が分断される。
【００５５】
次の図３２も図３１と同じく半導体基体１０の光軸１１に直交する平面における断面図である。この工程では、図３１のドライエッチングに続きＳｉＯ２膜４３をマスクにしてウエットエッチングが行われ、Ｐ型のＩｎＰ層３２が完全にエッチングされて分離され、このウエットエッチングはＰ型のＩｎＧａＡｓＰ層３０が露出したところでストップされる。この結果、ウエットエッチング液として、例えば塩酸と燐酸との混合液（混合比１：２）を用いれば、ＩｎＰ層３２とＩｎＧａＡｓＰ層３０とのエッチングの選択比が大きく、すなわちＩｎＰ層３２に対するエッチングレートは大きいのに比べ、ＩｎＧａＡｓＰ層３０に対するエッチングレートは小さいので、エッチングをＩｎＧａＡｓＰ層３０が露出したところでストップできる。また、塩酸と燐酸との混合液は、下方向にのみエッチングが進み、横方向には殆どエッチングされないので、垂直な側面を持ったリッジ構造１２が形成できる。
【００５６】
次の図３３も半導体基体１０の光軸１１に直交する平面における断面図である。この工程では、ドライエッチングにより、ＳｉＯ２膜４３をマスクにしてさらにエッチングが行われ、Ｐ型のＩｎＧａＡｓＰ層３０をその厚さに亘ってエッチングして、Ｐ型のＩｎＰ層２９の厚さの途中までエッチングされる。
【００５７】
次の図３４も半導体基体１０に光軸１１に直交する平面における断面図である。ここ工程では、図３３のドライエッチングに続き、ウエットエッチングが行われ、Ｐ型のＩｎＰ層２９をその厚さに亘ってエッチングし、このエッチングはＰ型のＡｌＩｎＡｓ層２８が露出したところでストップされる。この結果、半導体基体１０の中央にはリッジ構造１２が、またその両側には溝１３を隔てて側壁部１４が形成される。層２９、３０、３１、３２、３３は溝１３によって分断され、特に層３０はリッジ構造１２内の層として、またそれから分断された層３０Ａは側壁１４内の層として区別される。ウエットエッチング液として、例えば塩酸と燐酸の混合液（混合比１：２）を用いる。このエッチング液に対するＡｌＩｎＡｓ層２８のエッチングレートは、ＩｎＰ層２９に比べて小さいが、ＡｌＩｎＡｓ層２８も若干エッチングされる。したがって、エッチング時間はこのエッチングレートを見込んで設定される。
【００５８】
リッジ構造１２の幅は、ＳｉＯ２膜４３の中央部片４３ａの幅Ｄに依存し、これは回析格子層３０１の幅Ｄａ少し大きく設定される。したがって中央部片４３ａの中心線を格子層３０１の中心線に合わせ、回析格子層３０１の幅Ｄａの上を中央部片４３ａでカバーするようにすれば、リッジ構造１２の幅Ｄの中に、回析格子層３０１の各格子片３０ａを納めることができ、言い換えれば回析格子３０１をリッジ構造１２の幅Ｄの中に限定して、それよりも狭い幅Ｄａで形成できる。
【００５９】
次の図３５、３６も半導体基体１０の光軸１１と直交する平面における断面図である。図３５の工程ではＳｉＯ２膜４３が除去され、次の図３６の工程では、改めてＳｉＯ２膜３５が全面に形成された後、リッジ構造１２の上面で選択的に開口されている。完成した分布帰還型レーザは、図２０に示される。この完成状態では、このＳｉＯ２膜３５上にＰ型電極３６が形成され、上記開口を介してリッジ構造１２のコンタクト層３３に接合される。併せて半導体基体１０の下主面１０ｂのＮ型電極３７が形成される。
【００６０】
実施の形態３、実施の形態４において、回析格子層３０１の幅Ｄａはリッジ構造１２の幅１２よりも小さく、回析格子層３０１はリッジ構造１２内に形成される。実施の形態１、２のように、これらの幅が互いに等しくＤである場合、もしマスクの位置ずれにより、格子層３０の何れか一方の端がリッジ構造からはみだすと、リッジ構造１２の外部のはみだした格子層３０の部分で光軸１１の方向に格子片３０ａがある部分とそれがない部分が交互に存在することになる。この場合、図３２に示すウエットエッチング工程で、エッチングは格子片３０ａのある部分ではストップし、それのない部分ではエッチングがストップしない。
【００６１】
続いてＰ型のＩｎＧａＡｓＰ層３０をドライエッチングし、またＰ型のＩｎＰ層２９をウエットウッチングして、このウエットエッチングを層２８で止めるが、上記格子片３０ａのない部分では、層２８のエッチング時間が長くなり、層２８が少しエッチングされてしまう。これはレーザダイオード特性のばらつきを生じやすくする。実施の形態３、４では、格子層３０１の幅Ｄａをリッジ構造１２の幅Ｄより０．２μｍ小さくしているので、写真製版の位置合わせ精度である±０．１μｍ位置ずれが生じても、回析格子層３０１をリッジ構造１２の幅内に制御性よく形成できる。したがって、層３０、２９のエッチングと層２８でのエッチングストップの制御性がよくなり、レーザダイオード特性のばらつきが生じにくい。
【００６２】
実施の形態５．
図３７はこの発明による分布帰還型（ＤＦＢ）レーザの実施の形態５を示す図であり、これはその回析格子層３０２の上面図である。実施の形態１、３に比べ、格子片３０ａの配列が異なり、各格子片３０ａがリッジ構造１２内に限定して構成される点などその他の構成は実施の形態１，３と同じである。回析格子層３０２は、発振光の波長λに対して、λ／４シフト回析格子として構成される。これは多数の格子片３０ａを一定のピッチｄで並べ、その光軸１１の中央で回析格子の位相をλ／４シフトしたもので、具体的には光軸１１方向の中央に格子片間隔の大きなλ／４シフト部３０ｓを有する。回析格子層３０２の格子片３０ａの幅は、図１、２、３の実施の形態１、２と同様にリッジ構造１２の幅Ｄとほぼ等しくするか、または図４、５の実施の形態３、４と同様、リッジ構造１２の幅Ｄより狭い幅Ｄａとされる。なお、図３７において、複数の矩形部分は格子片３０ａの存在しない部分であり、複数の格子片３０ａはこれらの矩形部分の相互間に形成されている。
【００６３】
このλ／４シフト回析格子層３０２を用いれば、通常の均一な回析格子に比べ、回析格子の端面の位相にかかわらず、分布帰還型（ＤＦＢ）レーザの単一モード発振の歩留まりがよくなり、光出力を改善できる。
【００６４】
実施の形態６．
図３８はこの発明による実施の形態６を示し、図３７に示す分布帰還型レーザの製造方法を示す。これは、図５、図２３に対応する工程を示す。右側の図（ａ）は光軸１１に沿った断面図、左の図（ｂ）はその上面図である。ＳｉＯ２膜４０上のレジスト膜４１がパターニングされた状態であるが、格子層３０２の格子片３０ａに対応して、レジスト膜４１の多数の膜片４１ａの中央に、λ／４シフト部分４１ｓがＥＢ露光で形成されている。これを用いて、回析格子層３０２が図３から図１９、または図２１から図３４と同様な工程で形成される。
【００６５】
実施の形態７．
図３９はこの発明による分布帰還型レーザの実施の形態７を示す。具体的には図３９は実施の形態７のチャープド回析格子層３０３の上面図である。このチャープド回析格子層３０３の複数の格子片３０ａの幅は光軸１１の方向に変化しており、具体的にはその中央部での幅Ｄｍａｘが最も大きく、両端に近付くにつれて減少し、両端の格子片の幅Ｄｍｉｎが最も小さくされている。併せて中央部には実施の形態５、６と同様のλ／４シフト部３０ｓが付加されている。幅Ｄｍａｘはリッジ構造１２の幅Ｄとほぼ同じにされている。他の構成は実施の形態１、２と同じである。なお、図３９において、複数の矩形部分は格子片３０ａの存在しない部分であり、複数の格子片３０ａはこれらの矩形部分の相互間に形成されている。
【００６６】
この実施の形態７によるチャープド回析格子層３０３を用いると、図４０に示すように通常のλ／４シフト回析格子３０２と比べて、光の強度分布がより均一になるように改善できる。この場合、空間的ホールバーニングが抑制され、光出力と電流特性の線形性がよくなり、分布帰還型レーザの低歪化が可能となる。図４０において、特性５１は実施の形態７による光強度を示し、特性５２は比較のために通常のλ／４シフト回析格子による光強度を示す。横軸は光軸１１方向の位置である。矢印Ａはλ／４シフト部３０ｓの位置である。
【００６７】
実施の形態８．
このチャープド回析格子層３０３を有する分布帰還型レーザは、従来の方法では製作が困難であったが、この発明によりその製作も容易になる。
図４１は実施の形態７の具体的製造方法を示す。全体的には、図３から図１９、または図２１から図３６の製造方法と類似しているので、相違する工程を中心に説明する。
【００６８】
図３、４、図２１，２２の工程は、この製造方法でも同じである。図４１の工程は、図５、図２３の工程に対応する工程であり、また図３８に示す工程に対応する。図４１の右側図（ａ）は光軸１１に沿った断面、左側図（ｂ）は上面図である。この工程で、レジスト膜４１にλ／４シフト部３０ｓに対応するシフト部分４１ｓが付加されている。このλ／４シフト部分４１ｓは、光軸１１方向の中央にあって、レジスト膜４１の膜片４１ａの光軸１１方向の長さが他の膜片４１ａより大きな部分である。
【００６９】
図４２の工程は、図６、図２４に対応する工程である。この工程で、ＳｉＯ２膜４０の多数の膜片４０ａの中央にも、光軸１１方向の長さの長いシフト部分４０ｓが形成される。
【００７０】
次の図４３は図７、図２５に対応する工程であり、レジスト膜４１が除去され、シフト部分４０ｓを含む膜片４０ａを有するＳｉＯ２膜４０が残される。
【００７１】
次の図４４は図８、図２６に対応する工程である。右側図（ａ）は光軸１１に沿った断面図であり、左側図（ｂ）は上面図である。この工程でＳｉＯ２膜４０の上に改めてレジスト膜４２が形成され、その中央に光軸１１方向に延びるスリット４２ｂが形成されるが、このスリット４２ｂの開口幅は左側図（ｂ）に表れているように、光軸１１方向の中央で最大の間隔Ｄｍａｘを有し、その両端に近付くにつれて間隔が減少し、両端で最小の間隔Ｄｍｉｎとなっている。このスリット４２ｂは、ＳｉＯ２膜４０の複数の膜片４０ａの並ぶ中心線上に、スリット４２ｂの中心線が重なるように、重ねられている。
【００７２】
次の図４５は図９、図２７に対応する工程であり、右側図（ａ）は光軸１１に沿った断面図、左側図（ｂ）は上面図である。ＳｉＯ２膜４０とレジスト膜４２とをマスクにしてエッチングした結果、層３１、３０がパターニングされ、複数の格子片３１ａ、３０ａが形成されているが、これらの格子片は光軸方向の中央に最大幅Ｄｍａｘのλ／４シフト部分３０ｓ、３１ｓを有し、両端に向かって、幅が減少して、両端で最小幅Ｄｍｉｎとなっている。図４６は、図４５の工程における半導体基体１０の光軸１１に直交する方向の断面であり、図１０、図２８に対応する。
【００７３】
その後は図１１から図１９、図２９から図３６と同様にして、リッジ構造１２、側壁１４が形成されるが、リッジ構造１２の幅Ｄは、上記最大幅Ｄｍａｘとほぼ等しくされており、この最大幅Ｄｍａｘが丁度リッジ幅Ｄ内に収まるようにリッジ構造１２が形成され、回析格子層３０３はリッジ構造１２内に限定して形成される。
【００７４】
なお、回析格子層３０３の最大幅Ｄｍａｘを図２０、図２１から３６の実施の形態と同じく幅Ｄより狭い幅Ｄａとすることも可能である。
【００７５】
【発明の効果】
以上のようにこの発明は、回析格子層をリッジ導波路構造の内部に限定して形成したものであり、発生した光と回析格子層との結合定数を大きくして、光出力を大きくでき、また波長の安定化も図ることができる。
【００７６】
またこの発明において、回析格子層の幅をリッジ導波路構造の幅よりも小さい幅とすれば、マスクずれによって回析格子層がリッジ導波路構造からはみ出すことを防止でき、そのはみ出しによる波長のばらつきをなくすることができる。
【００７７】
またこの発明において、共振波長の１／４シフト部分を有する回析格子層を用いれば、単一モード発振の歩留まりを改善できる。
【００７８】
またこの発明によりチャープド回析格子層を用いれば、光強度分布をより改善することができる。
【００７９】
またこの発明による製造方法は、所定幅内に複数の格子片を並べた回析格子層を形成した後で、その回析格子層を内部に残すようにリッジ導波路構造を形成するものであり、回析格子層をリッジ導波路構造内に限定して形成できる。
【００８０】
またこの発明による製造方法において、回析格子層が、所定幅よりも大きな幅を持った複数の膜片を有するＳｉＯ２膜と、この膜片を所定幅のスリットで開口するレジストとをマスクにしてエッチングして形成すれば、必要な幅、ピッチを持った格子片を精度良く形成できる。
【００８１】
またこの発明により、リッジ導波路構造をエッチングする工程において、回析格子層がそれを覆う半導体層に対するエッチングストッパとして用いれば、エッチングの制御性を改善し、精度良くエッチングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による分布帰還型レーザの実施の形態１を示す斜視図。
【図２】 この発明による分布帰還型レーザの実施の形態１の断面図。
【図３】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態２を工程に沿って示す断面図。
【図４】この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態２を工程に沿って示す断面図。
【図５】この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態２を工程に沿って示す断面図と上面図。
【図６】この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態２を工程に沿って示す断面図。
【図７】この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態２を工程に沿って示す断面図。
【図８】この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態２を工程に沿って示す断面図と上面図。
【図９】この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態２を工程に沿って示す断面図と上面図。
【図１０】この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態２を工程に沿って示す断面図。
【図１１】この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態２を工程に沿って示す断面図。
【図１２】この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態２を工程に沿って示す断面図。
【図１３】この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態２を工程に沿って示す断面図。
【図１４】この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態２を工程に沿って示す断面図。
【図１５】この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態２を工程に沿って示す断面図。
【図１６】この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態２を工程に沿って示す断面図。
【図１７】この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態２を工程に沿って示す断面図。
【図１８】この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態２を工程に沿って示す断面図。
【図１９】この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態２を工程に沿って示す断面図。
【図２０】 この発明による分布帰還型レーザの実施の形態３を示す断面図。
【図２１】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態４を工程に沿って示す断面図。
【図２２】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態４を工程に沿って示す断面図。
【図２３】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態４を工程に沿って示す断面図と上面図。
【図２４】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態４を工程に沿って示す断面図。
【図２５】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態４を工程に沿って示す断面図。
【図２６】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態４を工程に沿って示す断面図と上面図。
【図２７】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態４を工程に沿って示す断面図と上面図。
【図２８】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態４を工程に沿って示す断面図。
【図２９】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態４を工程に沿って示す断面図。
【図３０】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態４を工程に沿って示す断面図。
【図３１】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態４を工程に沿って示す断面図。
【図３２】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態４を工程に沿って示す断面図。
【図３３】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態４を工程に沿って示す断面図。
【図３４】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態４を工程に沿って示す断面図。
【図３５】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態４を工程に沿って示す断面図。
【図３６】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態４を工程に沿って示す断面図。
【図３７】 この発明による分布帰還型レーザの実施の形態５の要部を示す上面図。
【図３８】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態６を示す断面図。
【図３９】 この発明による分布帰還型レーザの実施の形態７の要部を示す上面図。
【図４０】 この発明による分布帰還型レーザの実施の形態７の光強度分布特性図。
【図４１】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態８を工程に沿って示す断面図と上面図。
【図４２】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態８を工程に沿って示す断面図。
【図４３】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態８を工程に沿って示す断面図。
【図４４】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態８を工程に沿って示す断面図と上面図。
【図４５】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態８を工程に沿って示す断面図と上面図。
【図４６】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態８を工程に沿って示す断面図。
【符号の説明】
１０ 半導体基体、 １１ 光軸、 １２ リッジ導波路構造、 ２１半導体基板、 ２３ 複合発光層、 ３０，３０１，３０２，３０３ 回析格子層、 ３０ｓ シフト部分、 ４０ ＳｉＯ２膜、 ４２ レジスト膜。
【発明の利用分野】
この発明は、半導体レーザ、特に半導体基体の主表面に所定幅のリッジ導波路構造を有する分布帰還型半導体レーザとその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体基体の主表面にリッジ導波路構造を有する分布帰還型半導体レーザは、例えば１９９８年のアイ・イー・イー・イー、ホトニクス、テクノロジ、レター（IEEE Photonics technology letters）の第１０巻、第１２号の第１６８８から１６９０頁に紹介されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この種の半導体レーザは、発生した光をリッジ導波路の内部に集中させることができ、光通信などでの利用が期待されているが、回析格子がリッジ導波路構造の内部だけでなく、その外部にも形成されている。このため、発生する光と回析格子との結合定数κを大きくすることが困難で光出力を充分に大きくできず、またこの結合定数と波長の制御性が悪く、光出力の波長のばらつきも生じやすい。
【０００４】
この発明はかかる課題を解決し、光出力をより大きくでき、また波長も安定させることのできる改善された分布帰還型半導体レーザを提案するものである。
【０００５】
またこの発明は、光出力をより大きくでき、また波長も安定させることのできる改善された分布帰還型レーザの製造方法を提案するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明による分布帰還型レーザは、主表面に突出したリッジ導波路構造を有する半導体基体を備え、前記半導体基体は光を発生する複数の半導体層と、この発生した光に共振する回析格子層を有し、前記リッジ導波路構造は前記半導体基体の相対向する一端面から他端面に向かって所定幅を持って延長されており、
前記回析格子層が、前記半導体基体の一端面から他端面に向かって並べられた複数の格子片を有し、
この各格子片が前記リッジ導波路構造の所定幅よりも小さい幅を持って、前記リッジ導波路構造の突出した部分の内部に形成されていることを特徴とする。
【０００９】
またこの発明による分布帰還型レーザは、前記回析格子層が、前記半導体基体の一端面から他端面に向かって等ピッチで配置された複数の格子片を有する。
【００１０】
またこの発明による分布帰還型レーザは、前記回析格子層が、前記半導体基体の一端面と他端面のほぼ中間に共振波長の１／４シフト部分を持って形成されている。
【００１１】
またこの発明による分布帰還型レーザは、前記回析格子層が、前記半導体基体の一端面から他端面に向かって順次幅の変化する複数の格子片を持ったチャープト回析格子として構成されている。
【００１２】
またこの発明による分布帰還型レーザの製造方法は、半導体基板上に光を発生するための複数の半導体層を形成する第１工程、及び所定幅内に複数の格子片を並べた回析格子層を前記複数の半導体層の上に形成する第２工程を含み、その後で前記複数の格子片を内部に限定して残すリッジ導波路構造をエッチングにて形成することを特徴とする分布帰還型レーザの製造方法であって、
前記第２工程は、前記回析格子層を前記半導体基体の一端面から他端面に向かって並べられた複数の格子片を有する層として形成し、かつ、この各格子片を前記リッジ導波路構造の所定幅よりも小さい幅として前記リッジ導波路構造の突出した部分の内部に配置するように形成することを特徴とする。
【００１３】
またこの発明による分布帰還型レーザの製造方法は、前記第２工程において、前記回析格子層が、前記所定幅よりも大きな幅を持った複数の膜片を有するＳｉＯ２膜と、このＳｉＯ２膜を覆い前記各膜片を前記所定幅のスリットで開口するレジスト膜とをマスクにして形成される。
【００１４】
さらにこの発明による分布帰還型レーザの製造方法は、前記リッジ導波路構造を形成するエッチングにおいて、前記回析格子層が、それを覆う半導体層に対するエッチングストッパとして用いられる。
【００１５】
【実施の形態】
実施の形態１．
図１、図２はこの発明による分布帰還型（ＤＦＢ）半導体レーザの実施の形態１を示す。図１は実施の形態１を一部切り取って示す斜視図であり、図２はその断面図である。
【００１６】
実施の形態１の分布帰還型半導体レーザは、半導体基体１０を中心として構成されており、光出力軸（光軸）１１に沿って光を発射する。半導体基板１０は上主面１０ａ、下主面１０ｂ、及び対向する端面１０ｃ、１０ｄを有し、光軸１１は端面１０ｃ、１０ｄに垂直であり、光軸１１は端面１０ｃ、１０ｄの対向方向の半導体基体１０の中央部にある。
【００１７】
半導体基体１０の上主面１０ａの中央には、所定幅Ｄを有するリッジ導波路構造（リッジ構造）１２が端面１０ｃから端面１０ｄに向かって光軸１１と平行に延びており、その両側にはそれぞれ溝１３を隔てて側壁１４が形成されている。
溝１３および側壁１４も光軸１１と平行に延びている。
【００１８】
図１では、説明のために、半導体基体１０の上主面１０ａの手前右半分が切り欠いて示されており、この切り欠き部分は符号１５で示される。この切り欠き部分１５には、リッジ構造１２の破断面１２ａ、および一方の側壁１４の破断面１４ａが現れている。破断面１２ａは、光軸１１と平行で、リッジ構造１２の中心を破断した面であり、破断面１４ａは、光軸１１に直交し、側壁１４を分断するような破断面である。図２は、光軸１１と直交する平面における断面である。
【００１９】
半導体基体１０は、出発材料であるＮ型のＩｎＰ基板２１、その上に形成されたＮ型のＩｎＰクラッド層２２（厚さ１μｍ、キャリア濃度Ｎ＝１×１８ｃｍ−３）、その上に形成された複合発光層２３を有し、これらの層２２、２３は半導体基板２１の全面上に形成されている。複合発光層２３は５つの層を含み、これは下から、Ｎ型のＡｌＩｎＡｓクラッド層２４（厚さ０．１μｍ、キャリア濃度Ｎ＝１×１８ｃｍ−３）、Ｎ型のＡｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込め層２５（厚さ０．１μｍ、キャリア濃度Ｎ＝１×１８ｃｍ−３）、ＡｌＧａＩｎＰ量子井戸層２６、Ｐ型のＡｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込め層２７（厚さ０．１μｍ、キャリア濃度Ｐ＝１×１８ｃｍ−３）、およびＰ型のＡｌＩｎＡｓクラッド層２８（厚さ０．１μｍ、キャリア濃度Ｐ＝１×１８ｃｍ−３）である。
【００２０】
複合発光層２３の上には、リッジ構造１２及びその両側の側壁１４が形成されている。これらのリッジ構造１２、側壁１４は、ともに４つの層を含んでおり、リッジ構造１２と側壁１４におけるこれらの４つの層はそれぞれが同レベルの層をなすように形成されている。
【００２１】
リッジ構造１２の４つの層は、下から、Ｐ型のＩｎＰ層２９（厚さ０．１μｍ、キャリア濃度Ｐ＝１×１８ｃｍ−３）、Ｐ型のＩｎＧａＡｓＰ回析格子層３０（厚さ０．０６μｍ、キャリア濃度Ｐ＝１×１８ｃｍ−３）、Ｐ型のＩｎＰ層３２（厚さ１．５μｍ、キャリア濃度Ｐ＝１×１８ｃｍ−３）、およびＰ型のＩｎＧａＡｓコンタクト層３３（厚さ０．１μｍ、キャリア濃度Ｐ＝１×１９ｃｍ−３）である。側壁１４の４つの層は、下から、Ｐ型のＩｎＰ層２９、Ｐ型のＩｎＧａＡｓＰ層３０Ａ（厚さ０．０６μｍ、キャリア濃度Ｐ＝１×１８ｃｍ−３）、Ｐ型のＩｎＰ層３２、およびＰ型のＩｎＧａＡｓコンタクト層３３である。
【００２２】
回析格子層３０は、リッジ構造１２の幅Ｄの中のみに限定して形成され、リッジ構造１２の外部には形成されていない。リッジ構造１２の外部では、回析格子層３０は溝１３によって分断されており、溝１３の外側の側壁１４では、回析格子層３０と同レベルの層は、Ｐ型のＩｎＧａＡｓＰ層３０Ａとなっているが、この層３０Ａには複数の格子片３０ａは形成されておらず、この層３０Ａは回析格子層としては機能しない。
【００２３】
リッジ構造１２の内部における回析格子層３０の幅Ｄはリッジ構造１２の幅と同じく１．８μｍである。この回析格子層３０は、光軸１１の方向、すなわちリッジ構造１２の延長方向に、一定のピッチｄを置きながら、間欠的な複数の格子状となっており、分布帰還型の回析格子を形成している。言い換えれば、光軸１１の方向において、回析格子層３０は光軸１１の方向に一定のピッチｄで並んだ多数の格子片３０ａを有し、この各格子片３０ａの間にはその下層のＰ型のＩｎＰ層２９が突出している。回析格子層３０はその格子状構造に基づき、複合層２３で発生する光と共振し、共振した光出力をリッジ構造１２の延長方向へ導く。なお、格子片３０ａのピッチｄは例えば２０００Åとされる。
【００２４】
半導体基体１０に上主面１０ａは、ＳｉＯ２絶縁膜３５によって覆われている。具体的にはこのＳｉＯ２絶縁膜３５はリッジ構造１１の上面、側面を覆い、側壁１４の側面を覆い、溝１３では複合層２３の上面を覆っている。リッジ構造１２の上面において、ＳｉＯ２絶縁膜３５には選択的に孔が形成され、この孔を介してレーザのＰ型電極層３６（Ｔｉ／Ａｕ層）がコンタクト層３２にコンタクトしている。このＰ型電極層３６はコンタクト層３２とのコンタクト部分を除く他の部分ではＳｉＯ２絶縁膜３５を覆うように形成されている。半導体基体１０の下主面１０ｂにはレーザのＮ型電極層３７（Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ層）が形成されている。
【００２５】
回析格子層３０がリッジ構造１２の中のみに限定して形成されているので、複合層２３で発生した光はリッジ構造１２の中においてのみ回析格子層３０と結合し、その結合定数κは充分大きくなり、光出力をより大きくできる。また、リッジ構造１２の外側に回析格子層３０が延びておれば、共振する光の波長にばらつきが生じやすいが、リッジ構造１２の中だけに回析格子層３０が形成されているため、波長の安定化も図られる。
【００２６】
もし回析格子層３０がリッジ構造１２の外部の溝１３にまで延びているとすると、回析格子を左右する屈折率差が、リッジ構造１２の内部では回析格子層３０のＩｎＧａＡｓＰ層とその上のＩｎＰ層３１との屈折率差となるのに対し、その外部の溝１３の部分では、回析格子層３０のＩｎＧａＡｓＰ層とその上のＳｉＯ２絶縁膜３５との屈折率差となる。一方光は複合層２３で作られ、リッジ構造１２とその外部にも分布するので、光が感じる屈折率差はリッジ構造１２の内部と外部で異なったものとなり、その波長にばらつきが生じやすい。また光の強度分布がばらつくと、トータルの光が感じる屈折率差は非常にばらつき易くなる。
【００２７】
分布帰還（ＤＦＢ）型レーザの発振波長λ０は次式で与えられる。
λ０＝２Ｎｅｆｆ×ｄ
なお、ｄは回析格子層３０の格子片のピッチである。
分布帰還（ＤＦＢ）の結合定数κは、近似的に次式で与えられる。
κ＝π×（Ｎｅｆｆ１−Ｎｅｆｆ２）／２λ０
なお、Ｎｅｆｆはレーザの実効屈折率、Ｎｅｆｆ１はＩｎＧａＡｓＰ層が存在している場合の実効屈折率、Ｎｅｆｆ２はそれが存在しない場合の実効屈折率である。
したがって、回析格子層３０をリッジ構造１２の内部と外部に形成した場合、またはその外部のみに形成した場合には、光の強度にばらつきが生じると、発振波長λ０や結合定数κにばらつきが生じ易く、制御性が悪いが、この発明では回析格子層３０をリッジ構造１２の内部にのみ形成しているので、かかるばらつきが生じ難く、波長が安定し、制御性も改善できる。
【００２８】
実施の形態２．
図３から図１８は実施の形態２を示す。この実施の形態２はこの発明による分布帰還型半導体レーザの製造方法の具体例であり、図３から図１８は、図１、２に示した実施の形態１のレーザの製造方法を工程順に示す。
【００２９】
先ず図３の工程では、半導体基体１０は、出発材料である半導体基板２１の上全面に、例えばＭＯＣＶＤ法により、Ｎ型のＩｎＰクラッド層２２、複合層２３、Ｐ型のＩｎＰ層２９、Ｐ型のＩｎＧａＡｓＰ層３０、およびＰ型のＩｎＰ層３１が順次形成されたものである。複合層２３は５つの層２４から２８を含んでいる。この状態のウエハに、写真製版の位置合わせ用のマーカをエッチングにより形成して置く。
【００３０】
次の図４の工程では、Ｐ型のＩｎＰ層３１の上にＳｉＯ２膜４０を形成し、その上にレジスト膜４１を形成する。
【００３１】
次の図５の工程は右側の図（ａ）と左側の図（ｂ）で示される。図（ａ）は半導体基体１０の中央部の光軸１１に沿った断面であり、図（ｂ）は上面図である。この図５の工程では、レジスト膜４１がＥＢ露光後に現像され、パターニングされる。このレジスト４１膜は、幅Ｄ１（１０μｍ）、ピッチｄ（２０００Å）の多数のレジスト片４１ａを持つようにパターニングされる。これは回析格子層３０を形成するためのパターンであり、光軸１１に沿ってレジスト片４１ａと、レジストの取り去られた部分４１ｂとが並んでいる。ここで幅Ｄ１を１０μｍとしたのは、これ以下ではパターンむらが発生して、正確なパターニングができないからである。
【００３２】
次の図６も半導体基体１０の中央部の光軸１１に沿った断面図であるが、この工程ではパターニングされたレジスト膜４１をマスクにして、ＳｉＯ２膜４０をドライエッチングし、ＳｉＯ２膜４０をパターニングする。この結果、ＳｉＯ２膜４０にもレジスト膜４１と同じに、ＳｉＯ２膜の片４０ａとＳｉＯ２膜が除去された部分４０ｂとが交互に存在することになる。次の図７の工程では、レジスト膜４１が除去される。
【００３３】
次の図８の右側図（ａ）は光軸１１に直交する平面による断面を示し、その左側図（ｂ）は上面図である。この図８の工程では、ＳｉＯ２膜４０の上に改めてレジスト膜４２を形成し、これを図３の段階で形成して置いたマーカを基準にして、ステッパによる写真製版を行い、レジスト膜４２にスリット４２ａを形成する。このスリット４２ａは回析格子層３０を形成するための開口であり、幅Ｄ（１．８μｍ）を持って、ウエハ上面中央に形成され、ＳｉＯ２膜の片４０ａが点在する部分の上に重なっている。
【００３４】
次の図９の右側図（ａ）は半導体基体１０の中央部の光軸１１に沿った断面図であり、左側図（ｂ）は上面図である。この図９の工程では、レジスト膜４２とＳｉＯ２膜４０をマスクにしてＰ型のＩｎＰ層３１とＰ型のＩｎＧａＡｓＰ層３０がドライエッチングされ、レジスト膜４２とＳｉＯ２膜４０の両者が存在しない部分の層３１、３０が除去される。結果として、Ｐ型のＩｎＰ層３１とＰ型のＩｎＧａＡｓＰ層３０には、光軸１１に沿ってピッチｄで複数の格子片３１ａ、３０ａが形成される。この各格子片３１ａ、３０ａの幅はＤとなる。なお、図９では、ドライエッチングの後、レジスト膜４２、ＳｉＯ２膜４０を除去した状態が示されている。
【００３５】
図１０は図９に示す半導体基体１０の光軸１１に直交する平面における断面図である。この図１０において、格子片３１ａ、３０ａの部分がハッチングを付して強調して示されている。この部分の幅はＤである。
【００３６】
次の図１１は図１０と同じく半導体基体１０の光軸１１に直交する平面における断面図である。この図１１の工程では、図１０の層３１、３０を覆うようにその上全面にＰ型のＩｎＰ層３２が形成され、さらにその上にＰ型のＩｎＧａＡｓコンタクト層３３が埋め込み成長されている。この工程で層３２、３３を形成する前に、図３の工程で形成したマーカをＳｉＯ２膜でカバーしておく。このカバーにより、同一のマーカを最後の工程まで用いることができ、すべての写真製版工程でのマスクのずれを小さくできる。
【００３７】
次の図１２は図１１と同じく半導体基体１０の光軸１１に直交する平面における断面図である。この工程では、コンタクト層３３の上にＳｉＯ２膜４３が形成され、このＳｉＯ２膜４３が中央部片４３ａと側辺部片４３ｂを持つようにパターニングされている。中央部片４３ａはリッジ構造１２を形成するためのものであり、リッジ構造１２に合わせて、半導体基体１０の中央部に形成され、その幅はＤとされる。側辺部片４３ｂは側壁部１４を形成するためのものであり、中央部片４３ａと側辺部片４３ｂとの間隔は溝１３に対応する。
【００３８】
次の図１３は図１２と同じく半導体基体１０の光軸１１に直交する平面における断面図である。この工程では、ＳｉＯ２膜４３をマスクにしてドライエッチングが行われる。このドライエッチングではＰ型のＩｎＰ層３２の厚さの途中までエッチングが行われ、Ｐ型のＩｎＧａＡｓコンタクト層３３が分断される。
【００３９】
次の図１４も図１３と同じく半導体基体１０の光軸１１に直交する平面における断面図である。この工程では、図１３のドライエッチングに続きＳｉＯ２膜４３をマスクにしてウエットエッチングが行われ、Ｐ型のＩｎＰ層３２が完全にエッチングされて分離され、このウエットエッチングはＰ型のＩｎＧａＡｓＰ層３０が露出したところでストップされる。この結果、ウエットエッチング液として、例えば塩酸と燐酸との混合液（混合比１：２）を用いれば、ＩｎＰ層３２とＩｎＧａＡｓＰ層３０とのエッチングの選択比が大きく、すなわちＩｎＰ層３２に対するエッチングレートは大きいのに比べ、ＩｎＧａＡｓＰ層３０に対するエッチングレートは小さいので、エッチングをＩｎＧａＡｓＰ層３０が露出したところでストップできる。また、塩酸と燐酸との混合液は、下方向にのみエッチングが進み、横方向には殆どエッチングされないので、垂直な側面を持ったリッジ構造１２が形成できる。
【００４０】
次の図１５も半導体基体１０の光軸１１に直交する平面における断面図である。この工程では、ドライエッチングにより、ＳｉＯ２膜４３をマスクにしてさらにエッチングが行われ、Ｐ型のＩｎＧａＡｓＰ層３０をその厚さに亘ってエッチングして、Ｐ型のＩｎＰ層２９の厚さの途中までエッチングされる。層３０は、リッジ構造１２内の回析格子層３０と、側壁１４内の層３０Ａに分断される。なお、格子片３０ａ上の格子片３１ａおよび層３０Ａ上の層３１は、その上のＰ型のＩｎＰ層３２と同じ組成の層であり、層３２に含めて表示する。
【００４１】
次の図１６も半導体基体１０に光軸１１に直交する平面における断面図である。この工程では、図１５のドライエッチングに続き、ウエットエッチングが行われ、Ｐ型のＩｎＰ層２９をその厚さに亘ってエッチングし、このエッチングはＰ型のＡｌＩｎＡｓ層２８が露出したところでストップされる。この結果、半導体基体１０の中央にはリッジ構造１２が、またその両側には溝１３を隔てて側壁部１４が形成される。層２９、３０、３１、３２、３３は溝１３によって分断され、特に層３０はリッジ構造１２内の層として、またそれから分断された層３０Ａは側壁１４内の層として区別される。ウエットエッチング液として、例えば塩酸と燐酸の混合液（混合比１：２）を用いる。このエッチング液に対するＡｌＩｎＡｓ層２８のエッチングレートは、ＩｎＰ層２９に比べて小さいが、ＡｌＩｎＡｓ層２８も若干エッチングされる。したがって、エッチング時間はこのエッチングレートを見込んで設定される。
【００４２】
リッジ構造１２の幅は、ＳｉＯ２膜４３の中央部片４３ａの幅Ｄに依存し、これは回析格子層３０の幅Ｄと同じに設定される。したがって中央部片４３ａの中心線を格子層３０の中心線に合わせ、回析格子層３０の幅Ｄの上を丁度中央部片４３ａでカバーするようにすれば、リッジ構造１２の幅Ｄの中に、回析格子層３０の各格子片３０ａを納めることができ、言い換えれば回析格子３０をリッジ構造１２の幅Ｄの中に限定して、それと同じ幅Ｄで形成できる。
【００４３】
次の図１７、１８、１９も半導体基体１０の光軸１１と直交する平面における断面図である。図１７の工程ではＳｉＯ２膜４３が除去され、次の図１８の工程では、改めてＳｉＯ２膜３５が全面に形成された後、リッジ構造１２の上面で選択的に開口されている。次の図１９の工程では、このＳｉＯ２膜３５上にＰ型電極３６が形成され、上記開口を介してリッジ構造１２のコンタクト層３３に接合される。併せて半導体基体１０の下主面１０ｂのＮ型電極３７が形成される。
【００４４】
上記図８、９の工程において、幅Ｄよりも大きな幅Ｄ１の複数のＳｉＯ２膜４０の膜片４０ａと、幅Ｄ１の中心を幅Ｄのスリット４２ａで開口するレジスト４２をエッチングマスクとして用いることは重要である。これに基づき、格子片３０ａの幅Ｄ、ピッチｄを正確に制御性良く作成でき、回析格子層３０をリッジ構造１２内に限定して形成することができる。
また回析格子層３０を形成するのに使われるレジスト４２と、リッジ構造１２を形成するのに使用されるＳｉＯ２膜片４３ａとをパターンニングする際の位置合わせマーカは、図３の工程で形成した同じマーカを使うので、それらの位置合わせ精度も向上し、回析格子層３０を精度よくリッジ構造１２内に限定できる。
【００４５】
また上記図１１の工程において、層３０がエッチングストッパとして働くことも重要である。図１４に示すように、ウエットエッチングによりＰ型のＩｎＰ層３３を完全にエッチングし、このエッチングを層３０で止めることができる。ウエットエッチング液として、塩酸と燐酸の混合液（混合比１：２）を用いると、ＩｎＰ層３３に対するエッチングレートを高く、ＩｎＧａＡｓＰ層３０に対するエッチングレートを低くでき、ウエットエッチングを層３０で止めることができる。それにより、それに続く後工程で、層３０、２９をエッチングして層２８でそのエッチングを止める制御の制御性を向上できる。
【００４６】
実施の形態３．
図２０はこの発明による分布帰還型レーザの実施の形態３を示す断面図である。この実施の形態３は図１と同様の半導体基体１０を主体に構成され、図２０は図１９と同じく光軸１１に直交する平面における半導体基体１０の断面図である。この実施の形態３では、リッジ構造１２の幅Ｄに比べて、幅の狭い回析格子層３０１が形成されている。この層３０１の幅ＤａはＤａ＜Ｄであり、回析格子層３０１とリッジ構造１２の側面との間に、距離Ｄｂが存在している。この距離Ｄｂの領域には、格子片３０ａが形成されていないＰ型のＩｎＧａＡｓＰ層３０が存在している。その他の構成は実施の形態１と同じである。
【００４７】
実施の形態４．
図２１から図３６は実施の形態４を示す。この実施の形態４はこの発明による分布帰還型半導体レーザの製造方法の具体例であり、図２０に示した実施の形態３のレーザの製造方法を工程順に示す。
【００４８】
図２１から図２５の工程は、図３から図７の工程と同じである。
【００４９】
次の図２６の右側図（ａ）は光軸１１に直交する平面による断面を示し、その左側図（ｂ）は上面図である。この図２６の工程では、ＳｉＯ２膜４０の上に改めてレジスト膜４２を形成し、これを図２１の段階で形成して置いたマーカを基準にして、ステッパによる写真製版を行い、レジスト膜４２にスリット４２ｂを形成する。このスリット４２ｂは回析格子層３０１を形成するための開口であり、幅Ｄ（１．８μｍ）よりも狭い幅Ｄａ（１．６μｍ）を持って、ウエハ上面中央に形成され、ＳｉＯ２膜の片４０ａが点在する部分の上に重なっている。
【００５０】
次の図２７の右側図（ａ）は半導体基体１０の中央部の光軸１１に沿った断面図であり、左側図（ｂ）は上面図である。この図２７の工程では、レジスト膜４２とＳｉＯ２膜４０をマスクにしてＰ型のＩｎＰ層３１とＰ型のＩｎＧａＡｓＰ層３０がドライエッチングされ、レジスト膜４２とＳｉＯ２膜４０の両者が存在しない部分の層３１、３０が除去される。結果として、Ｐ型のＩｎＰ層３１とＰ型のＩｎＧａＡｓＰ層３０には、光軸１１に沿ってピッチｄで複数の格子片３１ａ、３０ａが形成される。この各格子片３１ａ、３０ａの幅はＤａとなる。なお、図２７では、ドライエッチングの後、レジスト膜４２、ＳｉＯ２膜４０を除去した状態が示されている。
【００５１】
図２８は半導体基体１０の光軸１１に直交する平面における断面図である。この図２８において、格子片３１ａ、３０ａの部分がハッチングを付して強調して示されている。この部分の幅はＤａである。
【００５２】
次の図２９は図２８と同じく半導体基体１０の光軸１１に直交する平面における断面図である。この図２９の工程では、図２８の層３１、３０を覆うようにその上全面にＰ型のＩｎＰ層３２が形成され、さらにその上にＰ型のＩｎＧａＡｓコンタクト層３３が埋め込み成長されている。この工程で層３２、３３を形成する前に、図２１の工程で形成したマーカをＳｉＯ２膜でカバーしておく。このカバーにより、同一のマーカを最後の工程まで用いることができ、すべての写真製版工程でのマスクのずれを小さくできる。
【００５３】
次の図３０は図２９と同じく半導体基体１０の光軸１１に直交する平面における断面図である。この工程では、コンタクト層３３の上にＳｉＯ２膜４３が形成され、このＳｉＯ２膜４３が中央部片４３ａと側辺部片４３ｂを持つようにパターニングされている。中央部片４３ａはリッジ構造１２を形成するためのものであり、リッジ構造１２に合わせて、半導体基体１０の中央部に形成され、その幅はＤとされる。側辺部片４３ｂは側壁部１４を形成するためのものであり、中央部片４３ａと側辺部片４３ｂとの間隔は溝１３に対応する。
【００５４】
次の図３１は図３０と同じく半導体基体１０の光軸１１に直交する平面における断面図である。この工程では、ＳｉＯ２膜４３をマスクにしてドライエッチングが行われる。このドライエッチングではＰ型のＩｎＰ層３２の厚さの途中までエッチングが行われ、Ｐ型のＩｎＧａＡｓコンタクト層３３が分断される。
【００５５】
次の図３２も図３１と同じく半導体基体１０の光軸１１に直交する平面における断面図である。この工程では、図３１のドライエッチングに続きＳｉＯ２膜４３をマスクにしてウエットエッチングが行われ、Ｐ型のＩｎＰ層３２が完全にエッチングされて分離され、このウエットエッチングはＰ型のＩｎＧａＡｓＰ層３０が露出したところでストップされる。この結果、ウエットエッチング液として、例えば塩酸と燐酸との混合液（混合比１：２）を用いれば、ＩｎＰ層３２とＩｎＧａＡｓＰ層３０とのエッチングの選択比が大きく、すなわちＩｎＰ層３２に対するエッチングレートは大きいのに比べ、ＩｎＧａＡｓＰ層３０に対するエッチングレートは小さいので、エッチングをＩｎＧａＡｓＰ層３０が露出したところでストップできる。また、塩酸と燐酸との混合液は、下方向にのみエッチングが進み、横方向には殆どエッチングされないので、垂直な側面を持ったリッジ構造１２が形成できる。
【００５６】
次の図３３も半導体基体１０の光軸１１に直交する平面における断面図である。この工程では、ドライエッチングにより、ＳｉＯ２膜４３をマスクにしてさらにエッチングが行われ、Ｐ型のＩｎＧａＡｓＰ層３０をその厚さに亘ってエッチングして、Ｐ型のＩｎＰ層２９の厚さの途中までエッチングされる。
【００５７】
次の図３４も半導体基体１０に光軸１１に直交する平面における断面図である。ここ工程では、図３３のドライエッチングに続き、ウエットエッチングが行われ、Ｐ型のＩｎＰ層２９をその厚さに亘ってエッチングし、このエッチングはＰ型のＡｌＩｎＡｓ層２８が露出したところでストップされる。この結果、半導体基体１０の中央にはリッジ構造１２が、またその両側には溝１３を隔てて側壁部１４が形成される。層２９、３０、３１、３２、３３は溝１３によって分断され、特に層３０はリッジ構造１２内の層として、またそれから分断された層３０Ａは側壁１４内の層として区別される。ウエットエッチング液として、例えば塩酸と燐酸の混合液（混合比１：２）を用いる。このエッチング液に対するＡｌＩｎＡｓ層２８のエッチングレートは、ＩｎＰ層２９に比べて小さいが、ＡｌＩｎＡｓ層２８も若干エッチングされる。したがって、エッチング時間はこのエッチングレートを見込んで設定される。
【００５８】
リッジ構造１２の幅は、ＳｉＯ２膜４３の中央部片４３ａの幅Ｄに依存し、これは回析格子層３０１の幅Ｄａ少し大きく設定される。したがって中央部片４３ａの中心線を格子層３０１の中心線に合わせ、回析格子層３０１の幅Ｄａの上を中央部片４３ａでカバーするようにすれば、リッジ構造１２の幅Ｄの中に、回析格子層３０１の各格子片３０ａを納めることができ、言い換えれば回析格子３０１をリッジ構造１２の幅Ｄの中に限定して、それよりも狭い幅Ｄａで形成できる。
【００５９】
次の図３５、３６も半導体基体１０の光軸１１と直交する平面における断面図である。図３５の工程ではＳｉＯ２膜４３が除去され、次の図３６の工程では、改めてＳｉＯ２膜３５が全面に形成された後、リッジ構造１２の上面で選択的に開口されている。完成した分布帰還型レーザは、図２０に示される。この完成状態では、このＳｉＯ２膜３５上にＰ型電極３６が形成され、上記開口を介してリッジ構造１２のコンタクト層３３に接合される。併せて半導体基体１０の下主面１０ｂのＮ型電極３７が形成される。
【００６０】
実施の形態３、実施の形態４において、回析格子層３０１の幅Ｄａはリッジ構造１２の幅１２よりも小さく、回析格子層３０１はリッジ構造１２内に形成される。実施の形態１、２のように、これらの幅が互いに等しくＤである場合、もしマスクの位置ずれにより、格子層３０の何れか一方の端がリッジ構造からはみだすと、リッジ構造１２の外部のはみだした格子層３０の部分で光軸１１の方向に格子片３０ａがある部分とそれがない部分が交互に存在することになる。この場合、図３２に示すウエットエッチング工程で、エッチングは格子片３０ａのある部分ではストップし、それのない部分ではエッチングがストップしない。
【００６１】
続いてＰ型のＩｎＧａＡｓＰ層３０をドライエッチングし、またＰ型のＩｎＰ層２９をウエットウッチングして、このウエットエッチングを層２８で止めるが、上記格子片３０ａのない部分では、層２８のエッチング時間が長くなり、層２８が少しエッチングされてしまう。これはレーザダイオード特性のばらつきを生じやすくする。実施の形態３、４では、格子層３０１の幅Ｄａをリッジ構造１２の幅Ｄより０．２μｍ小さくしているので、写真製版の位置合わせ精度である±０．１μｍ位置ずれが生じても、回析格子層３０１をリッジ構造１２の幅内に制御性よく形成できる。したがって、層３０、２９のエッチングと層２８でのエッチングストップの制御性がよくなり、レーザダイオード特性のばらつきが生じにくい。
【００６２】
実施の形態５．
図３７はこの発明による分布帰還型（ＤＦＢ）レーザの実施の形態５を示す図であり、これはその回析格子層３０２の上面図である。実施の形態１、３に比べ、格子片３０ａの配列が異なり、各格子片３０ａがリッジ構造１２内に限定して構成される点などその他の構成は実施の形態１，３と同じである。回析格子層３０２は、発振光の波長λに対して、λ／４シフト回析格子として構成される。これは多数の格子片３０ａを一定のピッチｄで並べ、その光軸１１の中央で回析格子の位相をλ／４シフトしたもので、具体的には光軸１１方向の中央に格子片間隔の大きなλ／４シフト部３０ｓを有する。回析格子層３０２の格子片３０ａの幅は、図１、２、３の実施の形態１、２と同様にリッジ構造１２の幅Ｄとほぼ等しくするか、または図４、５の実施の形態３、４と同様、リッジ構造１２の幅Ｄより狭い幅Ｄａとされる。なお、図３７において、複数の矩形部分は格子片３０ａの存在しない部分であり、複数の格子片３０ａはこれらの矩形部分の相互間に形成されている。
【００６３】
このλ／４シフト回析格子層３０２を用いれば、通常の均一な回析格子に比べ、回析格子の端面の位相にかかわらず、分布帰還型（ＤＦＢ）レーザの単一モード発振の歩留まりがよくなり、光出力を改善できる。
【００６４】
実施の形態６．
図３８はこの発明による実施の形態６を示し、図３７に示す分布帰還型レーザの製造方法を示す。これは、図５、図２３に対応する工程を示す。右側の図（ａ）は光軸１１に沿った断面図、左の図（ｂ）はその上面図である。ＳｉＯ２膜４０上のレジスト膜４１がパターニングされた状態であるが、格子層３０２の格子片３０ａに対応して、レジスト膜４１の多数の膜片４１ａの中央に、λ／４シフト部分４１ｓがＥＢ露光で形成されている。これを用いて、回析格子層３０２が図３から図１９、または図２１から図３４と同様な工程で形成される。
【００６５】
実施の形態７．
図３９はこの発明による分布帰還型レーザの実施の形態７を示す。具体的には図３９は実施の形態７のチャープド回析格子層３０３の上面図である。このチャープド回析格子層３０３の複数の格子片３０ａの幅は光軸１１の方向に変化しており、具体的にはその中央部での幅Ｄｍａｘが最も大きく、両端に近付くにつれて減少し、両端の格子片の幅Ｄｍｉｎが最も小さくされている。併せて中央部には実施の形態５、６と同様のλ／４シフト部３０ｓが付加されている。幅Ｄｍａｘはリッジ構造１２の幅Ｄとほぼ同じにされている。他の構成は実施の形態１、２と同じである。なお、図３９において、複数の矩形部分は格子片３０ａの存在しない部分であり、複数の格子片３０ａはこれらの矩形部分の相互間に形成されている。
【００６６】
この実施の形態７によるチャープド回析格子層３０３を用いると、図４０に示すように通常のλ／４シフト回析格子３０２と比べて、光の強度分布がより均一になるように改善できる。この場合、空間的ホールバーニングが抑制され、光出力と電流特性の線形性がよくなり、分布帰還型レーザの低歪化が可能となる。図４０において、特性５１は実施の形態７による光強度を示し、特性５２は比較のために通常のλ／４シフト回析格子による光強度を示す。横軸は光軸１１方向の位置である。矢印Ａはλ／４シフト部３０ｓの位置である。
【００６７】
実施の形態８．
このチャープド回析格子層３０３を有する分布帰還型レーザは、従来の方法では製作が困難であったが、この発明によりその製作も容易になる。
図４１は実施の形態７の具体的製造方法を示す。全体的には、図３から図１９、または図２１から図３６の製造方法と類似しているので、相違する工程を中心に説明する。
【００６８】
図３、４、図２１，２２の工程は、この製造方法でも同じである。図４１の工程は、図５、図２３の工程に対応する工程であり、また図３８に示す工程に対応する。図４１の右側図（ａ）は光軸１１に沿った断面、左側図（ｂ）は上面図である。この工程で、レジスト膜４１にλ／４シフト部３０ｓに対応するシフト部分４１ｓが付加されている。このλ／４シフト部分４１ｓは、光軸１１方向の中央にあって、レジスト膜４１の膜片４１ａの光軸１１方向の長さが他の膜片４１ａより大きな部分である。
【００６９】
図４２の工程は、図６、図２４に対応する工程である。この工程で、ＳｉＯ２膜４０の多数の膜片４０ａの中央にも、光軸１１方向の長さの長いシフト部分４０ｓが形成される。
【００７０】
次の図４３は図７、図２５に対応する工程であり、レジスト膜４１が除去され、シフト部分４０ｓを含む膜片４０ａを有するＳｉＯ２膜４０が残される。
【００７１】
次の図４４は図８、図２６に対応する工程である。右側図（ａ）は光軸１１に沿った断面図であり、左側図（ｂ）は上面図である。この工程でＳｉＯ２膜４０の上に改めてレジスト膜４２が形成され、その中央に光軸１１方向に延びるスリット４２ｂが形成されるが、このスリット４２ｂの開口幅は左側図（ｂ）に表れているように、光軸１１方向の中央で最大の間隔Ｄｍａｘを有し、その両端に近付くにつれて間隔が減少し、両端で最小の間隔Ｄｍｉｎとなっている。このスリット４２ｂは、ＳｉＯ２膜４０の複数の膜片４０ａの並ぶ中心線上に、スリット４２ｂの中心線が重なるように、重ねられている。
【００７２】
次の図４５は図９、図２７に対応する工程であり、右側図（ａ）は光軸１１に沿った断面図、左側図（ｂ）は上面図である。ＳｉＯ２膜４０とレジスト膜４２とをマスクにしてエッチングした結果、層３１、３０がパターニングされ、複数の格子片３１ａ、３０ａが形成されているが、これらの格子片は光軸方向の中央に最大幅Ｄｍａｘのλ／４シフト部分３０ｓ、３１ｓを有し、両端に向かって、幅が減少して、両端で最小幅Ｄｍｉｎとなっている。図４６は、図４５の工程における半導体基体１０の光軸１１に直交する方向の断面であり、図１０、図２８に対応する。
【００７３】
その後は図１１から図１９、図２９から図３６と同様にして、リッジ構造１２、側壁１４が形成されるが、リッジ構造１２の幅Ｄは、上記最大幅Ｄｍａｘとほぼ等しくされており、この最大幅Ｄｍａｘが丁度リッジ幅Ｄ内に収まるようにリッジ構造１２が形成され、回析格子層３０３はリッジ構造１２内に限定して形成される。
【００７４】
なお、回析格子層３０３の最大幅Ｄｍａｘを図２０、図２１から３６の実施の形態と同じく幅Ｄより狭い幅Ｄａとすることも可能である。
【００７５】
【発明の効果】
以上のようにこの発明は、回析格子層をリッジ導波路構造の内部に限定して形成したものであり、発生した光と回析格子層との結合定数を大きくして、光出力を大きくでき、また波長の安定化も図ることができる。
【００７６】
またこの発明において、回析格子層の幅をリッジ導波路構造の幅よりも小さい幅とすれば、マスクずれによって回析格子層がリッジ導波路構造からはみ出すことを防止でき、そのはみ出しによる波長のばらつきをなくすることができる。
【００７７】
またこの発明において、共振波長の１／４シフト部分を有する回析格子層を用いれば、単一モード発振の歩留まりを改善できる。
【００７８】
またこの発明によりチャープド回析格子層を用いれば、光強度分布をより改善することができる。
【００７９】
またこの発明による製造方法は、所定幅内に複数の格子片を並べた回析格子層を形成した後で、その回析格子層を内部に残すようにリッジ導波路構造を形成するものであり、回析格子層をリッジ導波路構造内に限定して形成できる。
【００８０】
またこの発明による製造方法において、回析格子層が、所定幅よりも大きな幅を持った複数の膜片を有するＳｉＯ２膜と、この膜片を所定幅のスリットで開口するレジストとをマスクにしてエッチングして形成すれば、必要な幅、ピッチを持った格子片を精度良く形成できる。
【００８１】
またこの発明により、リッジ導波路構造をエッチングする工程において、回析格子層がそれを覆う半導体層に対するエッチングストッパとして用いれば、エッチングの制御性を改善し、精度良くエッチングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による分布帰還型レーザの実施の形態１を示す斜視図。
【図２】 この発明による分布帰還型レーザの実施の形態１の断面図。
【図３】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態２を工程に沿って示す断面図。
【図４】この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態２を工程に沿って示す断面図。
【図５】この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態２を工程に沿って示す断面図と上面図。
【図６】この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態２を工程に沿って示す断面図。
【図７】この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態２を工程に沿って示す断面図。
【図８】この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態２を工程に沿って示す断面図と上面図。
【図９】この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態２を工程に沿って示す断面図と上面図。
【図１０】この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態２を工程に沿って示す断面図。
【図１１】この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態２を工程に沿って示す断面図。
【図１２】この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態２を工程に沿って示す断面図。
【図１３】この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態２を工程に沿って示す断面図。
【図１４】この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態２を工程に沿って示す断面図。
【図１５】この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態２を工程に沿って示す断面図。
【図１６】この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態２を工程に沿って示す断面図。
【図１７】この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態２を工程に沿って示す断面図。
【図１８】この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態２を工程に沿って示す断面図。
【図１９】この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態２を工程に沿って示す断面図。
【図２０】 この発明による分布帰還型レーザの実施の形態３を示す断面図。
【図２１】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態４を工程に沿って示す断面図。
【図２２】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態４を工程に沿って示す断面図。
【図２３】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態４を工程に沿って示す断面図と上面図。
【図２４】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態４を工程に沿って示す断面図。
【図２５】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態４を工程に沿って示す断面図。
【図２６】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態４を工程に沿って示す断面図と上面図。
【図２７】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態４を工程に沿って示す断面図と上面図。
【図２８】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態４を工程に沿って示す断面図。
【図２９】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態４を工程に沿って示す断面図。
【図３０】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態４を工程に沿って示す断面図。
【図３１】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態４を工程に沿って示す断面図。
【図３２】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態４を工程に沿って示す断面図。
【図３３】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態４を工程に沿って示す断面図。
【図３４】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態４を工程に沿って示す断面図。
【図３５】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態４を工程に沿って示す断面図。
【図３６】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態４を工程に沿って示す断面図。
【図３７】 この発明による分布帰還型レーザの実施の形態５の要部を示す上面図。
【図３８】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態６を示す断面図。
【図３９】 この発明による分布帰還型レーザの実施の形態７の要部を示す上面図。
【図４０】 この発明による分布帰還型レーザの実施の形態７の光強度分布特性図。
【図４１】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態８を工程に沿って示す断面図と上面図。
【図４２】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態８を工程に沿って示す断面図。
【図４３】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態８を工程に沿って示す断面図。
【図４４】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態８を工程に沿って示す断面図と上面図。
【図４５】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態８を工程に沿って示す断面図と上面図。
【図４６】 この発明による分布帰還型レーザの製造方法の実施の形態８を工程に沿って示す断面図。
【符号の説明】
１０ 半導体基体、 １１ 光軸、 １２ リッジ導波路構造、 ２１半導体基板、 ２３ 複合発光層、 ３０，３０１，３０２，３０３ 回析格子層、 ３０ｓ シフト部分、 ４０ ＳｉＯ２膜、 ４２ レジスト膜。
Claims (7)
- 主表面に突出したリッジ導波路構造を有する半導体基体を備え、前記半導体基体は光を発生する複数の半導体層と、この発生した光に共振する回析格子層を有し、前記リッジ導波路構造は前記半導体基体の相対向する一端面から他端面に向かって所定幅を持って延長されており、
前記回析格子層が、前記半導体基体の一端面から他端面に向かって並べられた複数の格子片を有し、
この各格子片が前記リッジ導波路構造の所定幅よりも小さい幅を持って、前記リッジ導波路構造の突出した部分の内部に形成されている分布帰還型レーザ。 - 前記回析格子層が、前記半導体基体の一端面から他端面に向かって等ピッチで配置された複数の格子片を有する請求項１に記載の分布帰還型レーザ。
- 前記回析格子層が、前記半導体基体の一端面と他端面のほぼ中間に共振波長の１／４シフト部分を持って形成されている請求項１または２に記載の分布帰還型レーザ。
- 前記回析格子層が、前記半導体基体の一端面から他端面に向かって順次幅の変化する複数の格子片を持ったチャープト回析格子として構成されている請求項１記載の分布帰還型レーザ。
- 半導体基板上に光を発生するための複数の半導体層を形成する第１工程、及び所定幅内に複数の格子片を並べた回析格子層を前記複数の半導体層の上に形成する第２工程を含み、その後で前記複数の格子片を内部に限定して残すリッジ導波路構造をエッチングにて形成することを特徴とする分布帰還型レーザの製造方法であって、
前記第２工程は、前記回析格子層を前記半導体基体の一端面から他端面に向かって並べられた複数の格子片を有する層として形成し、かつ、この各格子片を前記リッジ導波路構造の所定幅よりも小さい幅として前記リッジ導波路構造の突出した部分の内部に配置するように形成する分布帰還型レーザの製造方法。 - 前記第２工程において、前記回析格子層が、前記所定幅よりも大きな幅を持った複数の膜片を有するＳｉＯ２膜と、このＳｉＯ２膜を覆い前記各膜片を前記所定幅のスリットで開口するレジスト膜とをマスクにして形成される請求項５に記載の分布帰還型レーザの製造方法。
- 前記リッジ導波路構造を形成するエッチングにおいて、前記回析格子層が、それを覆う半導体層に対するエッチングストッパとして用いられる請求項５に記載の分布帰還型レーザの製造方法。
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