JP5646852B2 - 半導体光素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の第1の実施形態に係る半導体光素子は、波長1.3μm帯のInGaAlAs系多重量子井戸活性層を備える分布帰還型半導体レーザ素子1である。
まず、たとえば有機金属気相成長(MOCVD)法を用いて、n型InP基板11上に、n型InGaAlAs光閉じ込め層、InGaAlAs多重量子井戸層、及び、p型InGaAlAs光閉じ込め層が、順に積層されることにより、活性層12が形成される(第1工程)。InGaAlAs多重量子井戸層には障壁層と互いに配置される井戸層が6層設けられており、これら井戸層には特性向上のために圧縮歪が導入されている。ここで、各井戸層の層厚は8nm、圧縮歪の歪量は1.0%とする。InGaAlAs多重量子井戸層の構造は、室温での発振波長が1310nmとなるよう形成される。
次に、回折格子層13を含むp型InPクラッド層14が形成される。すなわち、たとえばMOCVD法を用いて、p型InP層、回折格子層13となるp型InGaAsP層が積層され、p型InGaAsP層に回折パターンを形成することにより、回折格子層13が形成(回折格子層形成工程)され、回折格子層13の上側にp型InP層がさらに積層され、p型InPクラッド層14が形成される。さらに、p型InGaAsコンタクト層15が形成される(第2工程)。
回折格子層13は、以下に説明する通り、たとえば電子線リソグラフィによって形成される。まず、回折格子層13となるp型InGaAsP層にレジストが塗布され、その後、電子線描画装置により、電子線露光が施される。これにより、塗布されたレジスト上に、回折パターンが形成される。次に、塗布されたレジストのうち、電子線露光により電子線が照射された領域にあるレジストが、現像液によって除去される(現像)。現像により残存されたレジストを保護膜として、ウェットエッチング若しくはドライエッチングが施さる。これにより、p型InGaAsP層のうち、電子線露光により電子線が照射された領域が、エッチングによって除去され、回折格子が形成される。最後に、残存するレジストを剥離して、回折格子層形成工程が完了する。
p型InGaAsコンタクト層15が形成された後、すなわち、第2工程完了後、多層構造のうち、光導波路領域の外方となる領域を除去し、メサストライプ構造が形成される(第3工程)。多層構造の上面のうち、光導波路領域の上方に位置する領域に対して、二酸化珪素膜(SiO2膜)が形成され、SiO2膜を保護マスクとして、多層構造のうち、SiO2膜が被膜していない領域を、上から順に、p型InGaAsコンタクト層15、p型InPクラッド層14、活性層12、そして、n型InP基板11の一部に至るまで、エッチングにより除去する。ここで、エッチングとは、たとえば、塩素系ガスによる反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)等のドライエッチングであっても、臭素系溶液などによるウェットエッチングであっても、さらに、ドライエッチングとウェットエッチングの併用であってもよい。
次に、メサトライプ構造の両側を、埋め込み層16によって埋め込み、さらに、メサストライプ構造の上面に被膜するSiO2膜を除去することにより、BH構造を形成する(第4工程)。埋め込み層16は、Feを不純物として添加したInP層であり、高抵抗となる半絶縁性である。埋め込み層16は、MOVPE(Metal-organic Vapor Phase Epitaxy)法により、結晶成長炉において、600℃となる成長温度で、Feを不純物として添加したInPを結晶成長させることにより、形成される。ここでは、埋め込み層16を、Feを不純物として添加したInP層としたが、例えば、Ruを不純物として添加したInP層であってもよい。光導波路領域の両側を埋め込み層16で埋め込んでいるBH構造は、光導波路領域にある光が両側に漏れるのを抑制し、光を光導波路領域により閉じ込め得る構造である。
さらに、p型InGaAsコンタクト層15の上面に、p型電極21を蒸着し、n型InP基板11の下面を研磨した後に、n型InP基板11の下面に、n型電極22を蒸着する(第5工程)。これにより、ウェハ上に複数の分布帰還型半導体レーザ素子1となる多層構造が形成されるウェハ工程が完了する。
ウェハ工程終了後、ウェハをバー状に劈開し、前方端面となる劈開面に反射防止膜23を、後方端面となる劈開面に反射膜24をコーティングし、その後、各チップに劈開することにより、複数の分布帰還型半導体レーザ素子1が作製される(第6工程)。
本発明の第2の実施形態に係る半導体光素子は、波長1.3μm帯のInGaAlAs系多重量子井戸活性層を備える分布帰還型半導体レーザ素子1である。当該実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子1の基本的な構成は、第1の実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子1と同じである。
Claims (8)
- 光を出射する活性層と、前記活性層の上方もしくは下方に形成される回折格子層を備える多層構造を含む、半導体光素子の製造方法であって、
前記回折格子層を、前記活性層の上方もしくは下方となる領域のうち、出射方向に延伸する一部の領域に形成する回折格子層形成工程と、
前記多層構造を前記一部の領域の中途部で劈開し、前方端面を形成する前方端面形成工程と、
前記多層構造を、前記一部の領域の一端若しくは他端の少なくとも一方の外方で劈開し、後方端面を形成する後方端面形成工程と、
前記前方端面を、3%以下の反射率の反射防止膜によって、前記後方端面を、60%以上99%以下の反射率の反射膜によって、それぞれ覆う工程と、
を含み、
前記回折格子層は、
前記前方端面から出射方向に沿って、所定の周期で繰り返される回折格子が形成される第1回折格子領域と、
出射方向に沿って前記所定の周期で繰り返され、前記第1回折格子領域の前記回折格子と逆位相となる回折格子が形成されるとともに、前記前方端面側から出射方向に沿って、前記第1回折格子領域のさらに外方に位置する第2回折領域と、
を含み、
前記回折格子層の前記前方端面から前記後方端面の内側に位置する後端までの距離は、前記多層構造長の90%以上とし、
前記回折格子の結合係数と、前記多層構造長の積が、1以上2以下とする、
ことを特徴とする半導体光素子の製造方法。 - 請求項1に記載の半導体光素子の製造方法であって、
前記回折格子層の前記前方端面から前記後方端面の内側に位置する後端までの距離は、前記多層構造長の95%以下とする、
ことを特徴とする半導体光素子の製造方法。 - 請求項1又は請求項2に記載の半導体光素子の製造方法であって、
前記後方端面形成工程は、
前記多層構造を、前記一部の領域の一端及び他端それぞれの外方で劈開する工程である ことを特徴とする半導体光素子の製造方法。 - 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の半導体光素子の製造方法であって、
前記回折格子層工程に、電子線露光を施す工程が含まれる、
ことを特徴とする、半導体光素子の製造方法。 - 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の半導体光素子の製造方法であって、
前記第1回折格子領域と前記第2回折格子領域の間に位置する領域を、出射方向に沿って、前記前方端面から、前記多層構造長の60%以上90%以下に配置する、
ことを特徴とする半導体素子の製造方法。 - 光を出射する活性層と、前記活性層の上方もしくは下方に形成される回折格子層を備える多層構造を含む、半導体光素子であって、
前記多層構造は、前記活性層から前記光を出射する前方端面と、前記前方端面の反対側に、前記前方端面から多層構造長の距離、離れて位置する後方端面とを有し、
前記前方端面は、3%以下の反射率の反射防止膜によって、前記後方端面は、60%以上99%以下の反射率の反射膜によって、それぞれ覆われ、
前記回折格子層は、前記前方端面から、出射方向に沿って、前記後方端面より内側に位置する後端に亘って、延伸し、
前記回折格子層は、
前記前方端面から出射方向に沿って、所定の周期で繰り返される回折格子が形成される第1回折格子領域と、
出射方向に沿って前記所定の周期で繰り返され、前記第1回折格子領域の前記回折格子と逆位相となる回折格子が形成されるとともに、前記前方端面側から出射方向に沿って、前記第1回折格子領域のさらに外方に位置する第2回折領域と、
を含み、
前記回折格子層の前記前方端面から前記後端までの距離は、前記多層構造長の90%以上であり、
前記回折格子の結合係数と、前記多層構造長の積が、1以上2以下である、
ことを特徴とする半導体光素子。 - 請求項6に記載の半導体光素子であって、
前記回折格子層の前記前方端面から前記後端までの距離は、前記多層構造長の95%以下である、
ことを特徴とする半導体光素子。 - 請求項6又は請求項7に記載の半導体素子であって、
前記第1回折格子領域と前記第2回折格子領域の間に位置する領域が、出射方向に沿って、前記前方端面から、前記多層構造長の60%以上90%以下に位置する、
ことを特徴とする半導体素子。
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