JP4927769B2 - 半導体レーザの作製方法及び半導体レーザ - Google Patents
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図8に示すように、活性導波路層800と非活性導波路層(波長制御層)801が交互に周期的に縦続接続された構造となっている。活性導波路層800及び非活性導波路層801の上には上部クラッド層802が形成されており、上部クラッド層802の上には上部電流laを注入する電極803と電流ltを注入する上部電極804が形成されている。
また、図9に示す従来の分布活性DFBレーザの構造を図10に示すように、L1とL2とで周期を変えて2つ縦続接続した構造が開示されている。このため、電流It1を注入するための上部電極807と、電流It2を注入するための上部電極808とを備えている(下記特許文献1参照)。
そして、図11より、非活性導波路801への電流注入により主ピークは短波長側にシフトしていくが、それに応じて副モードが増大していくことが分かる。
また、回折格子が均等でないため露光量に分布が生じるので、描画領域の端の部分の露光量を調整するのが難しいという問題や、エッチングを均等に行うことが難しいという問題がある。
半導体基板の表面又はバッファ層の表面に回折格子を形成する工程と、
前記回折格子上に下側SCH層、活性層及び上側SCH層を積層する工程と、
縦続接続する2つの領域の一方の領域において上層SCH層、活性層、下側SCH層を除去し、除去しなかった他方の領域を活性層領域とする工程と、
前記一方の領域の前記回折格子の表面に該回折格子と同一の材料の半導体犠牲層、下側SCH層、制御層及び上側SCH層を積層し、当該一方の領域を制御層領域とする工程と
を備え、
光の伝播方向において前記活性層を有する前記活性層領域と前記制御層を有する前記制御層領域を交互に繰り返す周期構造とすると共に、
前記半導体犠牲層の厚さを、前記制御層領域に回折格子の溝を残す場合は前記回折格子の深さ未満とし、前記制御層領域に回折格子の溝を残さない場合は前記回折格子の深さ以上とする
ことを特徴とする。
半導体基板の表面又はバッファ層の表面に形成される回折格子と、
前記回折格子上に積層される下側SCH層、活性層及び上側SCH層と、
縦続接続する2つの領域の一方の領域において上層SCH層、活性層、下側SCH層を除去し、除去しなかった他方の領域に形成された活性層領域と、
前記一方の領域の前記回折格子の表面に積層された該回折格子と同一の材料の半導体犠牲層と、当該導体犠牲層上に積層された下側SCH層、制御層及び上側SCH層とからなり、当該一方の領域に形成された制御層領域と
を備え、
光の伝播方向において前記活性層を有する前記活性層領域と前記制御層を有する前記制御層領域とは交互に繰り返す周期構造であり、
前記半導体犠牲層の厚さは、前記制御層領域に回折格子の溝を残す場合は前記回折格子の深さ未満であり、前記制御層領域に回折格子の溝を残さない場合は前記回折格子の深さ以上である
ことを特徴とする。
メサ構造に加工した前記活性層領域及び前記制御層領域の両脇にルテニウムをドープした半絶縁性半導体層を埋め込む
ことを特徴とする。
はじめに、一般的な導波路下部への回折格子の形成方法について説明する。
図6は、一般的な導波路下部への回折格子の形成方法を示した図である。なお、図6は、光の導波方向に沿った断面図を示している。
次に、本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザの作製方法及び半導体レーザについて説明する。
分布活性DFBレーザにおいて、特性向上のためには、図10に説明したように、部分的かつ周期的に回折格子を形成した構造が必要である。また、分布活性DFBレーザでは、回折格子のサンプル周期と活性層と制御層の繰り返し周期は同じである必要がある。
図1(a)に示すように、図6で説明した一般的な回折格子の作製で説明した方法により作製した回折格子が下側SCH層102に形成された導波路を作製する。ここで活性層101は、InPとは異なる材料、例えばGaInAsPなどの層を考える。下側SCH層102及び上側SCH層103は、活性層101よりもバンドギャップ波長の短いGaInAsP層を用いている。回折格子はサンプル回折格子にする必要は無く、導波路全体に亘って形成すればよい。
図7は、図10に示す半導体レーザの活性層領域の部分の導波路に垂直な断面を示した図である。図7(a)は、下部電極700上にn型のInPで下部クラッド層701を形成し、下部クラッド層701の上に活性層702を形成して、活性層702の両側をエッチングし、p型のInP層703とn型のInP層704を交互に成長することで電流ブロック層とする一般的な埋め込みヘテロ構造である。
次に、本発明の第2の実施形態に係る半導体レーザの作製方法及び半導体レーザについて説明する。
各層の構成材料は第1の実施形態に係る半導体レーザの作製方法で説明したものと同様であり、本実施形態に係る半導体レーザの作製方法では、回折格子の深さと選択成長する制御層領域の最初のInP層の厚さを変更した。
本実施形態では、図2(a)に示すような回折格子のエッチング深さを50nmとした。次に、図2(b)に示すように、第1の実施形態と同様に、制御層105を形成する部分の導波路をエッチングし、図2(c)に示すように、エッチングマスク104を選択成長のマスクとして、制御層105を選択成長する。ここで、制御層領域Bの最初のInPの半導体犠牲層108の厚さを20nmとしており、回折格子のエッチング深さよりも薄くした。さらに、図2(d)に示すように、エッチングマスク104除去した後、上部クラッド層109のInP層を形成した。
次に、本発明の第1の参考形態に係る半導体レーザの作製方法及び半導体レーザについて説明する。
第1及び第2の実施形態に係る半導体レーザの作製方法では、予めInP基板上に作製した凹凸をInPで埋め込むことにより屈折率差を生じさせないようにしてサンプル回折格子を作製した。本参考形態に係る半導体レーザの作製方法では、予めInP基板上に作製した凹凸を、選択成長による導波路の突合せ結合を作製する際にエッチングすることによりサンプル回折格子を作製する。
まず、図3(a)に示すように、第1及び第2の実施形態と同様にInP基板100に凹凸を形成し、下側SCH層102、活性層101、上側SCH層103を再成長し、活性層領域とする場所にエッチングマスク104を形成する。次に、図3(b)に示すように、第1及び第2の実施形態と同様に、制御層領域Bを形成する箇所をエッチングする。
次に、本発明の第2の参考形態に係る半導体レーザの作製方法及び半導体レーザについて説明する。
本参考形態に係る半導体レーザの作製方法では、予め形成したInP基板上の凹凸にSiO2等のエッチングマスクを周期的に形成し、マスク以外の場所をエッチングすることによって、サンプル回折格子を作製する。
まず、図4(a)に示すように、InP基板100上に凹凸を形成する。次に、図4(b)に示すように、回折格子を残す場所のみにSiO2やSiN等のマスク400を形成する。これは、CVD法やスパッタ法等で基板上にSiO2(又はSiN等)膜を堆積させた後に、レジストを塗布し、フォトリソグラフィーや投影露光法等によりレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクとしてSiO2をエッチングすることで形成できる。そして、図4(c)に示すように、マスク400以外の場所の回折格子の凹凸が滑らかになるようにウエットエッチングする。
次に、本発明の第3の参考形態に係る半導体レーザの作製方法及び半導体レーザについて説明する。
本参考形態に係る半導体レーザの作製方法では、不純物ドーピング濃度の異なるInPの半導体犠牲層を用いて、回折格子部の屈折率差に変化をもたせる。
図5(a)に示すように、n−InP基板500上に凹凸を形成し、図5(b)に示すように、n−InPの半導体犠牲層510、GaInAsPからなる下側SCH層502、活性層501、上側SCH層503を成長する。ここで、凹凸を形成したn−InP基板500側のInPのドーピング濃度は2×1018cm3とし、後から成長するn−InPは1×1018cm-3のドーピング濃度とした。
101 活性層
102 下側SCH層
103 上側SCH層
104 エッチングマスク
105 制御層
106 下側SCH層
107 上側SCH層
108 半導体犠牲層
109 InPクラッド層
400 マスク
500 n−InP基板
501 活性層
502 下側SCH層
503 上側SCH層
504 エッチングマスク
505 制御層(コア層)
506 下側SCH層
507 上側SCH層
509 p−InPクラッド層
510 n−InPの半導体犠牲層
511 i−InPの半導体犠牲層
600 InP基板
601 活性層
602 下側SCH層
603 上側SCH層603
604 レジストパターン
605 上側クラッド層
700,710 下部電極
701,711 下部クラッド層
702,712 活性層
703,714 p型のInP層
704 n型のInP層
705 上部クラッド層
706,715 コンタクト層
707 絶縁層
708,716 活性層電極
709,718 波長制御電極
713 RuドープInP層
717 絶縁膜
Claims (3)
- 半導体基板の表面又はバッファ層の表面に回折格子を形成する工程と、
前記回折格子上に下側SCH層、活性層及び上側SCH層を積層する工程と、
縦続接続する2つの領域の一方の領域において上層SCH層、活性層、下側SCH層を除去し、除去しなかった他方の領域を活性層領域とする工程と、
前記一方の領域の前記回折格子の表面に該回折格子と同一の材料の半導体犠牲層、下側SCH層、制御層及び上側SCH層を積層し、当該一方の領域を制御層領域とする工程と
を備え、
光の伝播方向において前記活性層を有する前記活性層領域と前記制御層を有する前記制御層領域を交互に繰り返す周期構造とすると共に、
前記半導体犠牲層の厚さを、前記制御層領域に回折格子の溝を残す場合は前記回折格子の深さ未満とし、前記制御層領域に回折格子の溝を残さない場合は前記回折格子の深さ以上とする
ことを特徴とする半導体レーザの作製方法。 - 半導体基板の表面又はバッファ層の表面に形成される回折格子と、
前記回折格子上に積層される下側SCH層、活性層及び上側SCH層と、
縦続接続する2つの領域の一方の領域において上層SCH層、活性層、下側SCH層を除去し、除去しなかった他方の領域に形成された活性層領域と、
前記一方の領域の前記回折格子の表面に積層された該回折格子と同一の材料の半導体犠牲層と、当該導体犠牲層上に積層された下側SCH層、制御層及び上側SCH層とからなり、当該一方の領域に形成された制御層領域と
を備え、
光の伝播方向において前記活性層を有する前記活性層領域と前記制御層を有する前記制御層領域とは交互に繰り返す周期構造であり、
前記半導体犠牲層の厚さは、前記制御層領域に回折格子の溝を残す場合は前記回折格子の深さ未満であり、前記制御層領域に回折格子の溝を残さない場合は前記回折格子の深さ以上である
ことを特徴とする半導体レーザ。 - メサ構造に加工した前記活性層領域及び前記制御層領域の両脇にルテニウムをドープした半絶縁性半導体層を埋め込む
ことを特徴とする請求項2に記載の半導体レーザ。
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