JPH04137579A - 半導体光素子の製造方法 - Google Patents
半導体光素子の製造方法Info
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- JPH04137579A JPH04137579A JP25943590A JP25943590A JPH04137579A JP H04137579 A JPH04137579 A JP H04137579A JP 25943590 A JP25943590 A JP 25943590A JP 25943590 A JP25943590 A JP 25943590A JP H04137579 A JPH04137579 A JP H04137579A
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は回折格子を構成要素として含む半導体光素子に
関する。特に、回折格子の形成方法に関する。
関する。特に、回折格子の形成方法に関する。
本発明は、回折格子となる半導体層をその厚さ方向に完
全にエツチングして埋め込む半導体光素子の製造方法に
おいて、 回折格子となる半導体層の上に保護層を設けることによ
り、 結晶成長の降温時および埋め込み時における回折格子と
なる半導体層の解離を防止するものである。
全にエツチングして埋め込む半導体光素子の製造方法に
おいて、 回折格子となる半導体層の上に保護層を設けることによ
り、 結晶成長の降温時および埋め込み時における回折格子と
なる半導体層の解離を防止するものである。
光通信システムの光源として、現在、ＤＦＢ （Ｄｉｓ
ｔｒｉｂｕｔｅｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ、分布帰還型）レ
ーザが広く用いられている。ＤＦＢレーデは、単一モー
ドで発振することから、大容量の通信システムを実用化
するうえで有用である。
ｔｒｉｂｕｔｅｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ、分布帰還型）レ
ーザが広く用いられている。ＤＦＢレーデは、単一モー
ドで発振することから、大容量の通信システムを実用化
するうえで有用である。
ＤＦＢレーザは、レーザ発振器の内部に回折格子が集積
され、回折格子のフィルタ特性により発振波長を制御す
る構造となっている。しかし、高出力動作時には、レー
ザ発振器内の光強度が不均一となり（一般に中央部の光
強度が極端に強くなる）、ホールバーニング現象が生じ
る欠点がある。
され、回折格子のフィルタ特性により発振波長を制御す
る構造となっている。しかし、高出力動作時には、レー
ザ発振器内の光強度が不均一となり（一般に中央部の光
強度が極端に強くなる）、ホールバーニング現象が生じ
る欠点がある。
ホールバーニング現象は、光強度の特に強い部分におい
て、強い誘導放出のためキャリア密度が低下する現象で
ある。このようなホールバーニング現象が生じると、フ
ィルタ特性が変化し、安定な単一モード動作が得られな
くなる。これは、通信システムにとって重大な問題であ
る。
て、強い誘導放出のためキャリア密度が低下する現象で
ある。このようなホールバーニング現象が生じると、フ
ィルタ特性が変化し、安定な単一モード動作が得られな
くなる。これは、通信システムにとって重大な問題であ
る。
また、ホールバーニング現象にょＦ）、ＤＦＢレーザの
発振スペクトルも広くなってしまう。このような発振ス
ペクトルの広がりは、光の周波数や位相に情報をのせて
大容量の情報を伝送するコヒーレント光通信の実用化の
妨げとなる。コヒーレント光通信は、光源として発振ス
ペクトル線幅の狭いレーザを必要とするからである。
発振スペクトルも広くなってしまう。このような発振ス
ペクトルの広がりは、光の周波数や位相に情報をのせて
大容量の情報を伝送するコヒーレント光通信の実用化の
妨げとなる。コヒーレント光通信は、光源として発振ス
ペクトル線幅の狭いレーザを必要とするからである。
ポールバーニング現象は、ＤＦＢレーザ内部内部０格折
格子る伝搬モード間の光の結合が強い場合に顕著に現れ
る。そこで、この結合があまり強くならないようにする
ことが重要である。光の結合の強さは一般に結合係数に
で表され、主にＤＦＢレーレーの回折格子の凹凸の高さ
によって決定される。したがって、この凹凸を精度よく
形成することが重要となる。
格子る伝搬モード間の光の結合が強い場合に顕著に現れ
る。そこで、この結合があまり強くならないようにする
ことが重要である。光の結合の強さは一般に結合係数に
で表され、主にＤＦＢレーレーの回折格子の凹凸の高さ
によって決定される。したがって、この凹凸を精度よく
形成することが重要となる。
回折格子の凹凸を精度よく形成する方法として、武本ら
は、埋め込み格子（Ｂｕｒｉｅｄ Ｇｒａｔｉｎｇ）
という構造を報告している（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、 Ｌ
ｅｔｔ、 ＶＯＩ、２５Ｎｏ、 ３ ｐｐ、 ２２０−
２２１．．０口Ｅ８９−４１ ｐｐ、３ｌ−３６）。こ
の構造を用いてＤＦＢレーザを製造するには、回折格子
が形成されるＩｎＧａＡｓＰガイド層を膜厚制御性の優
れた有機金属気相成長法によって成長させ、回折格子状
に完全にガイド層をエツチングし、さらに、形状保存性
のすぐれた有機金属気相成長法によってガイド層を完全
に埋め込む。これにより、結合係数にを決定する回折格
子の凹凸の高さが、実質的に最初に形成されたガイド層
の厚さによって決定される。したがって、はぼ所望の結
合係数にを有する回折格子の形成が可能となる。
は、埋め込み格子（Ｂｕｒｉｅｄ Ｇｒａｔｉｎｇ）
という構造を報告している（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、 Ｌ
ｅｔｔ、 ＶＯＩ、２５Ｎｏ、 ３ ｐｐ、 ２２０−
２２１．．０口Ｅ８９−４１ ｐｐ、３ｌ−３６）。こ
の構造を用いてＤＦＢレーザを製造するには、回折格子
が形成されるＩｎＧａＡｓＰガイド層を膜厚制御性の優
れた有機金属気相成長法によって成長させ、回折格子状
に完全にガイド層をエツチングし、さらに、形状保存性
のすぐれた有機金属気相成長法によってガイド層を完全
に埋め込む。これにより、結合係数にを決定する回折格
子の凹凸の高さが、実質的に最初に形成されたガイド層
の厚さによって決定される。したがって、はぼ所望の結
合係数にを有する回折格子の形成が可能となる。
しかし、武本らの埋め込み格子構造では、結晶成長後の
降温時にＩｎＧａＡｓＰガイド層からのＰやＡｓの解離
があるため、ガイド層の組成や膜厚が変化してしまう欠
点があった。また、回折格子を埋め込むときも同様であ
り、形状保存性の優れた有機金属気相成長法だからとい
って、完全に元の形状を保つことは不可能である。この
ため、結合係数にを正確に設定することは困難であった
。
降温時にＩｎＧａＡｓＰガイド層からのＰやＡｓの解離
があるため、ガイド層の組成や膜厚が変化してしまう欠
点があった。また、回折格子を埋め込むときも同様であ
り、形状保存性の優れた有機金属気相成長法だからとい
って、完全に元の形状を保つことは不可能である。この
ため、結合係数にを正確に設定することは困難であった
。
本発明は、以上の課題を解決し、ガイド層の組成や膜厚
の変化を防止して結合係数にを正確に設定できる半導体
光素子の製造方法を提供することを目的とする。
の変化を防止して結合係数にを正確に設定できる半導体
光素子の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の半導体光素子の製造方法は、互いに屈折率の異
なる第一の半導体層および第二の半導体層をエピタキシ
ャルに成長させ、第二の半導体層を第一の半導体層に達
するまでエツチングして回折格子を形成し、第一の半導
体層と実質的に同一屈折率の材料を成長させて第二の半
導体層を埋め込む半導体光素子の製造方法において、第
二の半導体層の成長に続いてその表面に保護層を形成す
ることを特徴とする。
なる第一の半導体層および第二の半導体層をエピタキシ
ャルに成長させ、第二の半導体層を第一の半導体層に達
するまでエツチングして回折格子を形成し、第一の半導
体層と実質的に同一屈折率の材料を成長させて第二の半
導体層を埋め込む半導体光素子の製造方法において、第
二の半導体層の成長に続いてその表面に保護層を形成す
ることを特徴とする。
第二の半導体層は、光を導波する層、すわなち光導波路
の場合の先導波層、半導体レーザの場合の活性層に近接
して配置される。第一の半導体層は、光を導波する層と
第二の半導体層との間に配置される。そこで以下では、
第一の半導体層を分離層、第二の半導体層をガイド層と
いう。また、第二の半導体層を埋め込んだ層を埋め込み
層といつ。
の場合の先導波層、半導体レーザの場合の活性層に近接
して配置される。第一の半導体層は、光を導波する層と
第二の半導体層との間に配置される。そこで以下では、
第一の半導体層を分離層、第二の半導体層をガイド層と
いう。また、第二の半導体層を埋め込んだ層を埋め込み
層といつ。
分離層をＩｎＰを主成分とする材料で形成し、ガイド層
をＩｎＧａＡｓＰ系の半導体材料で形成し、保護層を分
離層と同じ材料で形成し、埋め込み層を分離層と同じ材
料で形成することができる。
をＩｎＧａＡｓＰ系の半導体材料で形成し、保護層を分
離層と同じ材料で形成し、埋め込み層を分離層と同じ材
料で形成することができる。
分離層およびガイド層の成長に続いて保護層を成長させ
ておくことにより、結晶成長後の降温時におけるガイド
層からのＰやＡｓの解離を防ぐことができる。また、回
折格子形成後の埋め込み時にも、保護層によりガイド層
の形状を保持できる。
ておくことにより、結晶成長後の降温時におけるガイド
層からのＰやＡｓの解離を防ぐことができる。また、回
折格子形成後の埋め込み時にも、保護層によりガイド層
の形状を保持できる。
保護層の材料としては、埋め込み層を形成する材料と同
じものを用いる。これにより、保護層に構成元素の解離
や形状の変化があっても、その後の埋め込みによりその
影響をなくすことができる。
じものを用いる。これにより、保護層に構成元素の解離
や形状の変化があっても、その後の埋め込みによりその
影響をなくすことができる。
第１図は本発明の実施例を示す図である。ここでは、Ｉ
ｎＰ系のＤＦＢレーザを製造する場合について説明する
。
ｎＰ系のＤＦＢレーザを製造する場合について説明する
。
まず、第１図（ａ）に示すように、ＩｎＰ基板１上に活
性層２、ＩｎＰ分離層３、ＩｎＧａＡｓＰガイド層４お
よびＩｎＰ保護層５を続けて成長させる。このとき、各
層の厚さを所望の結合係数ににしたがって決定しておき
、有機金属気相成長法を用いて各層の厚さを正確に制御
しておく。
性層２、ＩｎＰ分離層３、ＩｎＧａＡｓＰガイド層４お
よびＩｎＰ保護層５を続けて成長させる。このとき、各
層の厚さを所望の結合係数ににしたがって決定しておき
、有機金属気相成長法を用いて各層の厚さを正確に制御
しておく。
続いて、第１図（′ｂ）に示すように、ＩｎＧａＡｓＰ
ガイド層４をエツチングして回折格子を形成する。すな
わち、干渉露光法または電子線露光法を用いてＩｎＰ保
護層５の表面に回折格子パターンのレジストマスク（図
示せず）を形成し、ＩｎＰ保護層５およびＩｎＧａＡｓ
Ｐガイド層４をエツチングする。このエツチングは、Ｉ
ｎＰ分離層３に達するまで行う。
ガイド層４をエツチングして回折格子を形成する。すな
わち、干渉露光法または電子線露光法を用いてＩｎＰ保
護層５の表面に回折格子パターンのレジストマスク（図
示せず）を形成し、ＩｎＰ保護層５およびＩｎＧａＡｓ
Ｐガイド層４をエツチングする。このエツチングは、Ｉ
ｎＰ分離層３に達するまで行う。
この後、レジストマスクを除去し、第１図（Ｃ）に示す
ように、ＩｎＰ埋め込み層６を成長させる。
ように、ＩｎＰ埋め込み層６を成長させる。
以上の工程において、ＩｎＧａＡｓＰガイド層４の表面
にＩｎＰ保護層５を設けているため、活性層２ないしＩ
ｎＰ保護層５の結晶成長終了後の降温過程でＩｎＧａＡ
ｓＰガイド層４からのＰやＡｓの解離は生じない。した
がって、ＩｎＧａＡｓＰガイド層４の組成変化や膜厚変
化は起こらない。
にＩｎＰ保護層５を設けているため、活性層２ないしＩ
ｎＰ保護層５の結晶成長終了後の降温過程でＩｎＧａＡ
ｓＰガイド層４からのＰやＡｓの解離は生じない。した
がって、ＩｎＧａＡｓＰガイド層４の組成変化や膜厚変
化は起こらない。
また、ＩｎＧａＡｓＰガイド層４が完全に分離されてＩ
ｎＰで囲まれる構造となるため、回折格子の高さは、最
初に成長させたＩｎＧａＡｓＰガイド層４の厚さに一致
する。したがって、回折格子の高さを膜厚の制御で設定
できる。
ｎＰで囲まれる構造となるため、回折格子の高さは、最
初に成長させたＩｎＧａＡｓＰガイド層４の厚さに一致
する。したがって、回折格子の高さを膜厚の制御で設定
できる。
さらに、回折格子の上部にＩｎＰ保護層５があるため、
再成長時における形状変化がＩｎＰ保護層５だけですみ
、最終的に回折格子が埋め込まれた時点でも、ＩｎＧａ
ＡｓＰガイド層４の形状変化は起こらない。また、Ｉｎ
Ｐ保護層５に形状変化が生じたとしても、その後に同じ
ＩｎＰで埋め込まれるため、その影響はほとんどない。
再成長時における形状変化がＩｎＰ保護層５だけですみ
、最終的に回折格子が埋め込まれた時点でも、ＩｎＧａ
ＡｓＰガイド層４の形状変化は起こらない。また、Ｉｎ
Ｐ保護層５に形状変化が生じたとしても、その後に同じ
ＩｎＰで埋め込まれるため、その影響はほとんどない。
このようにして、回折格子の形状を正確に設定でき、結
合係数にの値を所望の値に設定することができる。
合係数にの値を所望の値に設定することができる。
第２図は回折格子が埋め込まれた構造のＤＦＢレーザの
バンドギャップエネルギの分布を示し、第３図はそのと
きのガイド層の厚さと結合係数にとの関係の計算値およ
び実測値の一例を示す。
バンドギャップエネルギの分布を示し、第３図はそのと
きのガイド層の厚さと結合係数にとの関係の計算値およ
び実測値の一例を示す。
第３図に実線で示した計算値は、第１図（Ｃ）に示した
ような構造において、活性層２として多重量子井戸構造
を用い、最も外側（ＩｎＰ分離層３側）の量子井戸から
ＩｎＰ分離層３までの厚さをｈ＝１１０ｎ＋ｎ、 Ｉｎ
Ｐ分離層３の厚さをｄ＝１００ｎｍとし、ＩｎＧａＡｓ
Ｐガイド層４の厚さｔを変化させたときの結合係数にを
求めたものである。
ような構造において、活性層２として多重量子井戸構造
を用い、最も外側（ＩｎＰ分離層３側）の量子井戸から
ＩｎＰ分離層３までの厚さをｈ＝１１０ｎ＋ｎ、 Ｉｎ
Ｐ分離層３の厚さをｄ＝１００ｎｍとし、ＩｎＧａＡｓ
Ｐガイド層４の厚さｔを変化させたときの結合係数にを
求めたものである。
また、実測値は、ｈ＝１１０ｎｍ 、 ｄ＝１００ｎｍ
Ｓｔ−２５ｎｍとしてＤＦＢレーザを試作して測定し
た値である。試作時の設計上の結合係数には３３ｃｎｒ
’であり、実測値は３７ｃ＋＋ｒ’であった。これは
、結合係数にの値としては非常によく一致している。
Ｓｔ−２５ｎｍとしてＤＦＢレーザを試作して測定し
た値である。試作時の設計上の結合係数には３３ｃｎｒ
’であり、実測値は３７ｃ＋＋ｒ’であった。これは
、結合係数にの値としては非常によく一致している。
以上の説明ではＩｎＰ系のＤＦＢレーザを例に説明した
が、他の化合物半導体、例えばＧａＡｓ系の半導体を用
いたＤＦＢレーザでも本発明を同様に実施できる。また
、ＤＦＢレーザだけでなく、回折格子を有する素子であ
れば、分布ブラッグ反射型レーザなど、どのような半導
体光素子でも本発明を同様に実施できる。
が、他の化合物半導体、例えばＧａＡｓ系の半導体を用
いたＤＦＢレーザでも本発明を同様に実施できる。また
、ＤＦＢレーザだけでなく、回折格子を有する素子であ
れば、分布ブラッグ反射型レーザなど、どのような半導
体光素子でも本発明を同様に実施できる。
また、回折格子が配置される位置は、活性層または先導
波層の上部（基板と反対側）に限定されるものではなく
、基板側に配置してもよく、側面に配置してもよい。
波層の上部（基板と反対側）に限定されるものではなく
、基板側に配置してもよく、側面に配置してもよい。
以上説明したように、本発明の半導体光素子の製造方法
は、回折格子となる層の上部に保護層を付は加えること
により、回折格子の組成変化や変形を抑制し、結合係数
にの制御性が向上する効果がある。したがって、この回
折格子を半導体レーザ、特にＤＦＢレーザに用いれば、
安定な単一モード動作を実現できるとともに、狭スペク
トル線幅化が可能となり、コヒーレント光通信用の光源
として用いることができる効果がある。
は、回折格子となる層の上部に保護層を付は加えること
により、回折格子の組成変化や変形を抑制し、結合係数
にの制御性が向上する効果がある。したがって、この回
折格子を半導体レーザ、特にＤＦＢレーザに用いれば、
安定な単一モード動作を実現できるとともに、狭スペク
トル線幅化が可能となり、コヒーレント光通信用の光源
として用いることができる効果がある。
第１図は本発明実施例半導体光素子の製造方法を示す図
。 第２図は回折格子が埋め込まれた構造のＤＦＢレーザの
バンドギャップエネルギの分布を示す図。 第３図はガイド層の厚さと結合係数にとの関係の計算値
および実測値を示す図。 １・・・ＩｎＰ基板、２・・・活性層、３・・・ＩｎＰ
分離層、４−１ｎＧａＡｓＰガイド層、５−・・ＩｎＰ
保護層、６・ｉｎＰ埋約込み層。
。 第２図は回折格子が埋め込まれた構造のＤＦＢレーザの
バンドギャップエネルギの分布を示す図。 第３図はガイド層の厚さと結合係数にとの関係の計算値
および実測値を示す図。 １・・・ＩｎＰ基板、２・・・活性層、３・・・ＩｎＰ
分離層、４−１ｎＧａＡｓＰガイド層、５−・・ＩｎＰ
保護層、６・ｉｎＰ埋約込み層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、互いに屈折率の異なる第一の半導体層および第二の
半導体層をエピタキシャルに成長させ、前記第二の半導
体層を前記第一の半導体層に達するまでエッチングして
回折格子を形成し、前記第一の半導体層と実質的に同一
屈折率の材料を成長させて前記第二の半導体層を埋め込
む半導体光素子の製造方法において、 前記第二の半導体層の成長に続いてその表面に保護層を
形成する ことを特徴とする半導体光素子の製造方法。 ２、第一の半導体層をＩｎＰを主成分とする材料で形成
し、 第二の半導体層をＩｎＧａＡｓＰ系の半導体材料で形成
し、 保護層を前記第一の半導体層と同じ材料で形成し、 前記第二の半導体層を埋め込むために前記第一の半導体
層と同じ材料を用いる 請求項１記載の半導体光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25943590A JPH04137579A (ja) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | 半導体光素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25943590A JPH04137579A (ja) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | 半導体光素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04137579A true JPH04137579A (ja) | 1992-05-12 |
Family
ID=17334050
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25943590A Pending JPH04137579A (ja) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | 半導体光素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04137579A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06204601A (ja) * | 1992-12-25 | 1994-07-22 | Mitsubishi Electric Corp | 回折格子の形成方法 |
| NL9401192A (nl) * | 1993-07-20 | 1995-02-16 | Mitsubishi Electric Corp | Optische halfgeleiderinrichtingen en werkwijzen voor het maken daarvan. |
| US8301068B2 (en) | 2008-11-13 | 2012-10-30 | Ricoh Company, Ltd. | Fixing member including through-holes formed through release layer, method for producing the same, and fixing device |
-
1990
- 1990-09-27 JP JP25943590A patent/JPH04137579A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06204601A (ja) * | 1992-12-25 | 1994-07-22 | Mitsubishi Electric Corp | 回折格子の形成方法 |
| NL9401192A (nl) * | 1993-07-20 | 1995-02-16 | Mitsubishi Electric Corp | Optische halfgeleiderinrichtingen en werkwijzen voor het maken daarvan. |
| US8301068B2 (en) | 2008-11-13 | 2012-10-30 | Ricoh Company, Ltd. | Fixing member including through-holes formed through release layer, method for producing the same, and fixing device |
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