JPH05251817A - 可変波長半導体レーザ装置 - Google Patents
可変波長半導体レーザ装置Info
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- JPH05251817A JPH05251817A JP4200733A JP20073392A JPH05251817A JP H05251817 A JPH05251817 A JP H05251817A JP 4200733 A JP4200733 A JP 4200733A JP 20073392 A JP20073392 A JP 20073392A JP H05251817 A JPH05251817 A JP H05251817A
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Classifications
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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-
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- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
-
- H—ELECTRICITY
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Abstract
(57)【要約】
【目的】二重導波路（ＴＴＧ）型可変波長半導体レーザ
装置の活性層、中間層およびチューニング層の各々のス
トライプ形状を高い精度および高い均一性で形成する。 【構成】一つの導電型の半導体基板の表面に互いに重な
り合って形成されたストライプの形の活性層、反対導電
型の中間層、およびチューニング層を含む可変波長二重
導波路（ＴＴＧ）型可変波長半導体レーザ装置の製造方
法において、そのレーザ内部における電流経路／光導波
路の限定のための半導体素子加工をエッチング工程によ
ることなく、Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ
Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ （ＭＯＶＰＥ）選択成
長工程によって行なうことを特徴とする。 【効果】レーザ光の散乱を回避でき、駆動電力・レーザ
光出力変換効率および光ファイバーとの結合効率を高め
ることができる。また、上記中間層を薄くできるので制
御可能なレーザの波長の幅を広げることができる。
装置の活性層、中間層およびチューニング層の各々のス
トライプ形状を高い精度および高い均一性で形成する。 【構成】一つの導電型の半導体基板の表面に互いに重な
り合って形成されたストライプの形の活性層、反対導電
型の中間層、およびチューニング層を含む可変波長二重
導波路（ＴＴＧ）型可変波長半導体レーザ装置の製造方
法において、そのレーザ内部における電流経路／光導波
路の限定のための半導体素子加工をエッチング工程によ
ることなく、Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ
Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ （ＭＯＶＰＥ）選択成
長工程によって行なうことを特徴とする。 【効果】レーザ光の散乱を回避でき、駆動電力・レーザ
光出力変換効率および光ファイバーとの結合効率を高め
ることができる。また、上記中間層を薄くできるので制
御可能なレーザの波長の幅を広げることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は出力コヒーレント光の
波長を制御できる可変波長半導体レーザ装置の製造方法
に関する。
波長を制御できる可変波長半導体レーザ装置の製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】可変波長半導体レーザ装置は、コヒーレ
ント光による通信装置の受信用局部発振光源として、ま
た波長（周波数）分割多重光送受信装置の搬送波光源と
して用いられる。光通信装置の通信容量を高めるととも
に伝送距離の拡大により中継局設置間隔を長くするに
は、その主要構成素子である半導体レーザ装置の性能を
いっそう高める必要があり、そのための開発努力が傾注
されているところである。
ント光による通信装置の受信用局部発振光源として、ま
た波長（周波数）分割多重光送受信装置の搬送波光源と
して用いられる。光通信装置の通信容量を高めるととも
に伝送距離の拡大により中継局設置間隔を長くするに
は、その主要構成素子である半導体レーザ装置の性能を
いっそう高める必要があり、そのための開発努力が傾注
されているところである。
【０００３】これまでに提案された可変波長レーザ装置
には分布帰還型（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂ
ａｃｋ──ＤＦＢ ｔｙｐｅ）、分布反射型（Ｄｉｓｔ
ｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ─
─ＤＢＲ ｔｙｐｅ）、可変波長二重導波路型（Ｔｕｎ
ａｂｌｅ Ｔｗｉｎ Ｇｕｉｄｅ──ＴＴＧ ｔｙｐ
ｅ）などがある。これら従来技術による可変波長半導体
レーザ装置のうちＤＦＢ型のものおよびＤＢＲ型のもの
は１９９０年８月１４日発行の米国特許第４，９４９，
３５０号明細書などに記載されているのでここでは説明
を省略する。
には分布帰還型（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂ
ａｃｋ──ＤＦＢ ｔｙｐｅ）、分布反射型（Ｄｉｓｔ
ｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ─
─ＤＢＲ ｔｙｐｅ）、可変波長二重導波路型（Ｔｕｎ
ａｂｌｅ Ｔｗｉｎ Ｇｕｉｄｅ──ＴＴＧ ｔｙｐ
ｅ）などがある。これら従来技術による可変波長半導体
レーザ装置のうちＤＦＢ型のものおよびＤＢＲ型のもの
は１９９０年８月１４日発行の米国特許第４，９４９，
３５０号明細書などに記載されているのでここでは説明
を省略する。
【０００４】一方、ＴＴＧ型可変波長半導体レーザ装置
の代表的な例は１９９１年９月１０日発行の米国特許第
５，０４８，０４９号明細書（発明者：Ｍ．Ａｍａｎ
ｎ、譲受人：Ｓｉｅｍｅｎｓ ＡＧ）に記載された構造
を備える。すなわち、このＴＴＧ型可変波長半導体レー
ザ装置は、ｐ型インジウム・リン（ＩｎＰ）の基板の表
面に、厚さ２μｍの同材料のバッファ層、厚さ０．１５
μｍのｐ型インジウム・砒化ガリウム・リン（ＩｎＧａ
ＡｓＰ）から成る回折格子層、厚さ０．１μｍのｎ型Ｉ
ｎＰから成る活性層、厚さ０．０５μｍのＩｎＧａＡｓ
から成るメルトバック防止層、厚さ０．１μｍのｎ型Ｉ
ｎＧａＡｓＰから成る中間層、厚さ０．３μｍのｎ型Ｉ
ｎＧａＡｓＰから成るチューニング層、厚さ１．５μｍ
のｐ型ＩｎＰから成るカバー層、および厚さ０．２μｍ
のｐ型ＩｎＧａＡｓＰから成るコンタクト層を液相エピ
タキシアル成長させて積層体を形成したのち、この積層
体を所定幅のストライプの形状に残してメサ型にエッチ
ングし、このエッチングで除去されたあとをｎ型ＩｎＰ
のラテラル領域で埋めて形成する。ラテラル領域の外周
部には、プロトン打込みまたはｐ型不純物拡散により不
活性化領域を形成する。さらに、上記ｐ型ＩｎＰ基板の
表面、上記コンタクト層表面、および上記ラテラル領域
表面には、互いに絶縁された導体膜を通常のパターンニ
ングによりそれぞれ形成し、レーザ発振駆動電力入力電
極、波長制御電力入力電極、およびラテラル層共通電極
にそれぞれ接続する。レーザ発振をもたらすホールおよ
び電子（電荷キャリア、またはキャリア）注入のための
電流は上記レーザ発振駆動電力入力電極から、上記基板
表面導体層、基板および上記バリア層、回折格子層、活
性層、およびラテラル領域を通じて上記共通電極に達す
る。一方、波長制御用のキャリア注入のための電流は波
長制御電力入力電極から上記カバー層、チューニング
層、およびラテラル領域を経て共通電極に達する。
の代表的な例は１９９１年９月１０日発行の米国特許第
５，０４８，０４９号明細書（発明者：Ｍ．Ａｍａｎ
ｎ、譲受人：Ｓｉｅｍｅｎｓ ＡＧ）に記載された構造
を備える。すなわち、このＴＴＧ型可変波長半導体レー
ザ装置は、ｐ型インジウム・リン（ＩｎＰ）の基板の表
面に、厚さ２μｍの同材料のバッファ層、厚さ０．１５
μｍのｐ型インジウム・砒化ガリウム・リン（ＩｎＧａ
ＡｓＰ）から成る回折格子層、厚さ０．１μｍのｎ型Ｉ
ｎＰから成る活性層、厚さ０．０５μｍのＩｎＧａＡｓ
から成るメルトバック防止層、厚さ０．１μｍのｎ型Ｉ
ｎＧａＡｓＰから成る中間層、厚さ０．３μｍのｎ型Ｉ
ｎＧａＡｓＰから成るチューニング層、厚さ１．５μｍ
のｐ型ＩｎＰから成るカバー層、および厚さ０．２μｍ
のｐ型ＩｎＧａＡｓＰから成るコンタクト層を液相エピ
タキシアル成長させて積層体を形成したのち、この積層
体を所定幅のストライプの形状に残してメサ型にエッチ
ングし、このエッチングで除去されたあとをｎ型ＩｎＰ
のラテラル領域で埋めて形成する。ラテラル領域の外周
部には、プロトン打込みまたはｐ型不純物拡散により不
活性化領域を形成する。さらに、上記ｐ型ＩｎＰ基板の
表面、上記コンタクト層表面、および上記ラテラル領域
表面には、互いに絶縁された導体膜を通常のパターンニ
ングによりそれぞれ形成し、レーザ発振駆動電力入力電
極、波長制御電力入力電極、およびラテラル層共通電極
にそれぞれ接続する。レーザ発振をもたらすホールおよ
び電子（電荷キャリア、またはキャリア）注入のための
電流は上記レーザ発振駆動電力入力電極から、上記基板
表面導体層、基板および上記バリア層、回折格子層、活
性層、およびラテラル領域を通じて上記共通電極に達す
る。一方、波長制御用のキャリア注入のための電流は波
長制御電力入力電極から上記カバー層、チューニング
層、およびラテラル領域を経て共通電極に達する。
【０００５】電流経路の限定と光導波路の限定とを別別
の手段で達成したＴＴＧ型可変波長半導体レーザ装置は
１９９１年４月１６日発行の米国特許第５，００８，８
９３号（発明者および譲受人は上記’０４９特許と同
じ）に示されている。このレーザ装置の製造プロセスは
概ね次のとおりである。すなわち、厚さ８０μｍのｐ型
ＩｎＰから成る基板の表面に、厚さ５μｍ同材料のバッ
フア層、その上に厚さがそれぞれ０．１５μｍのｎ型Ｉ
ｎＧａＡｓＰ、ＩｎＰ、およびＩｎＰの三層からなるバ
リア層を形成したのち、レーザ発振用キャリアの供給の
ための電流通路に対応するストライプ状にバリア層の一
部をエッチングで除去する。このエッチングによる除去
部分を埋めるとともに上記バリア層全面を覆って厚さ１
μｍのｐ型ＩｎＰから成る埋合せ層（ｃｏｍｐｅｎｓａ
ｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ）を形成し、その上にＩｎＧａＡ
ｓＰから成る活性層を形成する。この活性層を厚さ０．
０３μｍのＩｎＧａＡｓＰから成る保護膜で覆ったの
ち、厚さ０．１５μｍのｎ型ＩｎＰから成る中間層およ
び厚さ０．２μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰから成るチュー
ニング層を形成する。このチューニング層の全表面に厚
さ０．１μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓから成る第１のコンタ
クト層を形成したのち、厚さ１．５μｍのｐ型ＩｎＰか
ら成るクラッド層および厚さ０．２μｍのｐ型ＩｎＧａ
Ａｓから成る第２のコンタクト層を形成する。次にこの
第２のコンタクト層から上記活性層に至る積層体の外周
部の一部を上記ストライプと平行な稜を形成するように
第１次エッチング工程で除去する。さらに、上記積層体
の上記第２のコンタクト層からクラッド層に至る部分の
うち上記電流通路のストライプと同一形状のリッジ導波
路として残す部分以外の部分を第２次エッチング工程で
除去する。次に、基板底面、上記第１のコンタクト層、
および第２のコンタクト層には、レーザ発振駆動電力入
力電極、共通電極、および波長制御電力入力電極をそれ
ぞれ接続する。このリッジ導波路を備えるＴＴＧ型可変
波長半導体レーザ装置においては、レーザ発振をもたら
すキャリア注入のための電流は上記レーザ発振駆動電力
入力電極から、上記バリア層のストライプ状の開口を埋
める埋合せ層、活性層および上記中間層を通じて共通電
極に達する。一方、波長制御用のキャリア注入のための
電流は波長制御電力入力電極からクラッド層、チューニ
ング層および中間層を経て共通電極に達する。
の手段で達成したＴＴＧ型可変波長半導体レーザ装置は
１９９１年４月１６日発行の米国特許第５，００８，８
９３号（発明者および譲受人は上記’０４９特許と同
じ）に示されている。このレーザ装置の製造プロセスは
概ね次のとおりである。すなわち、厚さ８０μｍのｐ型
ＩｎＰから成る基板の表面に、厚さ５μｍ同材料のバッ
フア層、その上に厚さがそれぞれ０．１５μｍのｎ型Ｉ
ｎＧａＡｓＰ、ＩｎＰ、およびＩｎＰの三層からなるバ
リア層を形成したのち、レーザ発振用キャリアの供給の
ための電流通路に対応するストライプ状にバリア層の一
部をエッチングで除去する。このエッチングによる除去
部分を埋めるとともに上記バリア層全面を覆って厚さ１
μｍのｐ型ＩｎＰから成る埋合せ層（ｃｏｍｐｅｎｓａ
ｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ）を形成し、その上にＩｎＧａＡ
ｓＰから成る活性層を形成する。この活性層を厚さ０．
０３μｍのＩｎＧａＡｓＰから成る保護膜で覆ったの
ち、厚さ０．１５μｍのｎ型ＩｎＰから成る中間層およ
び厚さ０．２μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰから成るチュー
ニング層を形成する。このチューニング層の全表面に厚
さ０．１μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓから成る第１のコンタ
クト層を形成したのち、厚さ１．５μｍのｐ型ＩｎＰか
ら成るクラッド層および厚さ０．２μｍのｐ型ＩｎＧａ
Ａｓから成る第２のコンタクト層を形成する。次にこの
第２のコンタクト層から上記活性層に至る積層体の外周
部の一部を上記ストライプと平行な稜を形成するように
第１次エッチング工程で除去する。さらに、上記積層体
の上記第２のコンタクト層からクラッド層に至る部分の
うち上記電流通路のストライプと同一形状のリッジ導波
路として残す部分以外の部分を第２次エッチング工程で
除去する。次に、基板底面、上記第１のコンタクト層、
および第２のコンタクト層には、レーザ発振駆動電力入
力電極、共通電極、および波長制御電力入力電極をそれ
ぞれ接続する。このリッジ導波路を備えるＴＴＧ型可変
波長半導体レーザ装置においては、レーザ発振をもたら
すキャリア注入のための電流は上記レーザ発振駆動電力
入力電極から、上記バリア層のストライプ状の開口を埋
める埋合せ層、活性層および上記中間層を通じて共通電
極に達する。一方、波長制御用のキャリア注入のための
電流は波長制御電力入力電極からクラッド層、チューニ
ング層および中間層を経て共通電極に達する。
【０００６】上述の構造から明らかなとおり、ＴＴＧ型
可変波長半導体レーザ装置は、上記レーザ発振駆動電極
からのキャリア注入により単一モード発振を維持した状
態で波長制御電極からのキャリア注入により屈折率制御
すなわちレーザ発振波長制御を達成できる。レーザ発振
波長の変化をもたらすチューニング層の屈折率変化はキ
ャリア注入によりその層にプラズマが生じることに起因
する。したがって、このＴＴＧ型可変波長半導体レーザ
装置における波長制御の効率は、チューニング層へのキ
ャリアの閉じ込めの度合およびレーザ発振光とチューニ
ング層との相互作用の度合に左右される。
可変波長半導体レーザ装置は、上記レーザ発振駆動電極
からのキャリア注入により単一モード発振を維持した状
態で波長制御電極からのキャリア注入により屈折率制御
すなわちレーザ発振波長制御を達成できる。レーザ発振
波長の変化をもたらすチューニング層の屈折率変化はキ
ャリア注入によりその層にプラズマが生じることに起因
する。したがって、このＴＴＧ型可変波長半導体レーザ
装置における波長制御の効率は、チューニング層へのキ
ャリアの閉じ込めの度合およびレーザ発振光とチューニ
ング層との相互作用の度合に左右される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述のＴＴＧ型可変波
長半導体レーザ装置は上記積層体を選択的にエッチング
することによりメサストライプ状のレーザ部またはリッ
ジ導波部を形成する工程を含むので、その工程に用いる
エッチャントの温度、濃度、撹拌の度合などによって上
記メサストライプまたは導波部の形状が大きく左右され
る。すなわちエッチングの進み方が上記積層体の部位に
より、また加工時間長のバラツキ等により微妙に変動す
るので、上記メサストライプ状のレーザ部やリッジ導波
部の形状に均一性を確保することが困難になる。また、
上記エッチングの進み方の変動によるメサストライプや
リッシ導波部の形状の乱れはレーザ光の散乱の原因とな
り、それがレーザ光出力の損失を発生させ、電流・レー
ザ光変換効率を低下させる。また、レーザ光の散乱は半
導体レーザ装置と光伝送路を形成する光ファイバとの結
合の効率を害なう。
長半導体レーザ装置は上記積層体を選択的にエッチング
することによりメサストライプ状のレーザ部またはリッ
ジ導波部を形成する工程を含むので、その工程に用いる
エッチャントの温度、濃度、撹拌の度合などによって上
記メサストライプまたは導波部の形状が大きく左右され
る。すなわちエッチングの進み方が上記積層体の部位に
より、また加工時間長のバラツキ等により微妙に変動す
るので、上記メサストライプ状のレーザ部やリッジ導波
部の形状に均一性を確保することが困難になる。また、
上記エッチングの進み方の変動によるメサストライプや
リッシ導波部の形状の乱れはレーザ光の散乱の原因とな
り、それがレーザ光出力の損失を発生させ、電流・レー
ザ光変換効率を低下させる。また、レーザ光の散乱は半
導体レーザ装置と光伝送路を形成する光ファイバとの結
合の効率を害なう。
【０００８】したがって、この発明の目的は可変波長半
導体レーザ装置の内部における電流経路または光導波路
の限定のための半導体素子加工をエッチングによること
なく行うこの種レーザ装置の製造方法を提供することで
ある。
導体レーザ装置の内部における電流経路または光導波路
の限定のための半導体素子加工をエッチングによること
なく行うこの種レーザ装置の製造方法を提供することで
ある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明による可変波長
半導体レーザ装置の製造方法は、上記エッチング工程の
代わりに、上記積層体の形成の段階においてＭＯＶＰＥ
（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓ
ｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）選択成長工程を含むことを特徴と
する。
半導体レーザ装置の製造方法は、上記エッチング工程の
代わりに、上記積層体の形成の段階においてＭＯＶＰＥ
（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓ
ｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）選択成長工程を含むことを特徴と
する。
【００１０】この発明の製造方法は上述のＴＴＧ構造を
エッチングによる代わりにＭＯＶＰＥ選択成長によって
形成しているので、レーザ光閉じ込めおよび屈折率制御
用のキャリアの閉じ込めのためのストライプ構造を高い
精度および高い均一性で実現できる。また、活性層とチ
ューニング層との間の層を薄くできるのでレーザ光の制
御可能な波長の幅を広げることができる。
エッチングによる代わりにＭＯＶＰＥ選択成長によって
形成しているので、レーザ光閉じ込めおよび屈折率制御
用のキャリアの閉じ込めのためのストライプ構造を高い
精度および高い均一性で実現できる。また、活性層とチ
ューニング層との間の層を薄くできるのでレーザ光の制
御可能な波長の幅を広げることができる。
【００１１】
【実施例】次に図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。
る。
【００１２】波長１．５μｍ帯のＴＴＧ型半導体レーザ
装置の製造に適用した本発明の第１の実施例である方法
を工程順に示す図１、図２および図３を参照すると、ま
ずｐ型ＩｎＰから成る基板１の表面全体にＭＯＶＰＥに
より厚さ１μｍのｎ型ＩｎＰ層２（キャリア濃度２×１
０17ｃｍ-3）を成長させたのち、窓幅３μｍのＳｉＯ2
から成るストライプマスク３を形成する（図１
（ａ））。次にこのマスク３によりＺｎの選択拡散を行
い、露出領域を極性反転させてｐ型ＩｎＰ層４を形成す
る（図１（ｂ））。次に、マスク３を除去したのちＭＯ
ＶＰＥにより全面に厚さ１μｍのｐ型ＩｎＰ層５（キャ
リア濃度７×１０17ｃｍ-3）を成長させる（図１
（ｃ））。
装置の製造に適用した本発明の第１の実施例である方法
を工程順に示す図１、図２および図３を参照すると、ま
ずｐ型ＩｎＰから成る基板１の表面全体にＭＯＶＰＥに
より厚さ１μｍのｎ型ＩｎＰ層２（キャリア濃度２×１
０17ｃｍ-3）を成長させたのち、窓幅３μｍのＳｉＯ2
から成るストライプマスク３を形成する（図１
（ａ））。次にこのマスク３によりＺｎの選択拡散を行
い、露出領域を極性反転させてｐ型ＩｎＰ層４を形成す
る（図１（ｂ））。次に、マスク３を除去したのちＭＯ
ＶＰＥにより全面に厚さ１μｍのｐ型ＩｎＰ層５（キャ
リア濃度７×１０17ｃｍ-3）を成長させる（図１
（ｃ））。
【００１３】このｐ型ＩｎＰ層５の表面に回折格子を形
成したのち（図示してない）、窓幅２．０μｍのＳｉＯ
2 から成るマスク２１を形成し、この窓を通じて露出し
たｐ型ＩｎＰ層５の表面に、選択的ＭＯＶＰＥ成長によ
り、厚さ０．２５μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰから成るチ
ューニング層２２、厚さ０．１μｍのｎ+ 型ＩｎＰ（キ
ャリア濃度４×１０18ｃｍ-3）から成る中間層２３、厚
さ１００オングストロームのＩｎＧａＡｓＰ層の上に厚
さ７０オングストロームのＩｎＧａＡｓ層と厚さ１００
オングストロームのＩｎＧａＡｓ層とから成る７周期の
多重量子井戸構造と厚さ５００オングストロームのＩｎ
ＧａＡｓ層とを形成した活性層２４、および厚さ０．２
μｍのｐ型ＩｎＰ層２５を形成する（図２（ａ））。次
に、マスク２１を除去し、ｐ型ＩｎＰ層２５をＳｉＯ2
膜２６で覆ったのち、上記層２２〜２５の積層体の側面
およびＩｎＰ層５の表面全部にｎ+ 型ＩｎＰを堆積させ
て厚さ０．７μｍの埋合せコンタクト層２７を形成する
（図２（ｂ））。さらに、マスク２６を除去し、窓幅６
μｍのＳｉＯ2 から成るストライプマスク２８を用いて
上記積層体の直上に厚さ１．５μｍのｐ型ＩｎＰから成
るクラッド層２９と厚さ０．１μｍのｐ+ 型ＩｎＧａＡ
ｓから成るキャップ層３０とをＭＯＶＰＥ選択成長させ
る（図２（ｃ））。
成したのち（図示してない）、窓幅２．０μｍのＳｉＯ
2 から成るマスク２１を形成し、この窓を通じて露出し
たｐ型ＩｎＰ層５の表面に、選択的ＭＯＶＰＥ成長によ
り、厚さ０．２５μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰから成るチ
ューニング層２２、厚さ０．１μｍのｎ+ 型ＩｎＰ（キ
ャリア濃度４×１０18ｃｍ-3）から成る中間層２３、厚
さ１００オングストロームのＩｎＧａＡｓＰ層の上に厚
さ７０オングストロームのＩｎＧａＡｓ層と厚さ１００
オングストロームのＩｎＧａＡｓ層とから成る７周期の
多重量子井戸構造と厚さ５００オングストロームのＩｎ
ＧａＡｓ層とを形成した活性層２４、および厚さ０．２
μｍのｐ型ＩｎＰ層２５を形成する（図２（ａ））。次
に、マスク２１を除去し、ｐ型ＩｎＰ層２５をＳｉＯ2
膜２６で覆ったのち、上記層２２〜２５の積層体の側面
およびＩｎＰ層５の表面全部にｎ+ 型ＩｎＰを堆積させ
て厚さ０．７μｍの埋合せコンタクト層２７を形成する
（図２（ｂ））。さらに、マスク２６を除去し、窓幅６
μｍのＳｉＯ2 から成るストライプマスク２８を用いて
上記積層体の直上に厚さ１．５μｍのｐ型ＩｎＰから成
るクラッド層２９と厚さ０．１μｍのｐ+ 型ＩｎＧａＡ
ｓから成るキャップ層３０とをＭＯＶＰＥ選択成長させ
る（図２（ｃ））。
【００１４】次に、上記積層体の側面、キャップ層３０
の表面および埋合せコンタクト層２７の表面の全体をＳ
ｉＯ2 膜３１で覆ったのちパターニングにより層２７お
よび３０に金属膜をそれぞれ形成し、それぞれ陽極３３
および陰極３２とする。同様に基板１の裏側表面には導
体膜を形成し、もう一つの陽極３３とする（図３）。
の表面および埋合せコンタクト層２７の表面の全体をＳ
ｉＯ2 膜３１で覆ったのちパターニングにより層２７お
よび３０に金属膜をそれぞれ形成し、それぞれ陽極３３
および陰極３２とする。同様に基板１の裏側表面には導
体膜を形成し、もう一つの陽極３３とする（図３）。
【００１５】この実施例により製造された可変波長半導
体レーザ装置（図３）において、レーザ発振励起用のキ
ャリアを注入する駆動電流は陽極３３からキャップ層３
０、クラッド層２９、ｐ型ＩｎＰ層２５、活性層／量子
井戸構造２４、中間層２３、および埋合せコンタクト層
２７を経て陰極すなわち共通電極３２に導かれる。一
方、チューニング層２２の屈折率制御用のキャリアを注
入する波長制御電流はもう一つの陽極３３から基板１、
上記層４，５，２２，２３および２７を通じて共通電極
３２に達する。上記電流の経路を図３に細い点線で示
す。
体レーザ装置（図３）において、レーザ発振励起用のキ
ャリアを注入する駆動電流は陽極３３からキャップ層３
０、クラッド層２９、ｐ型ＩｎＰ層２５、活性層／量子
井戸構造２４、中間層２３、および埋合せコンタクト層
２７を経て陰極すなわち共通電極３２に導かれる。一
方、チューニング層２２の屈折率制御用のキャリアを注
入する波長制御電流はもう一つの陽極３３から基板１、
上記層４，５，２２，２３および２７を通じて共通電極
３２に達する。上記電流の経路を図３に細い点線で示
す。
【００１６】上述の第１の実施例において、層２２〜２
５の積層体のうちチューニング層２２および中間層２３
を、上記選択成長による代わりに、ｐ型ＩｎＰ層５の表
面全体を覆う層２２Ａおよび２３Ａの形にＭＯＶＰＥ成
長で形成することもできる（図４（ａ））。その場合は
中間層２３Ａの表面に２μｍよりも小さい幅のストライ
プ状の窓をもつＳｉＯ2 膜２１Ａを形成しその窓を通じ
て露出した層２３Ａの表面に活性層２４をＭＯＶＰＥ選
択成長により形成する。次に、マスク２１Ａのストライ
プ幅を６μｍに拡大したのちクラッド層２９Ａおよびキ
ャップ層３０Ａを選択成長させる（図４（ｂ））。さら
に中間層２３Ａの表面をＳｉＯ2 マスク３１Ａで覆った
のち、パターニングによりコンタクト層３２Ａおよびキ
ャップ層３２ＢをＭＯＶＰＥ選択成長により形成する
（図４（ｃ））。クラッド層２９Ａの直上のキャップ層
３０Ａ、コンタクト層３２Ａの直上のキャップ層３２
Ｂ、および基板１の底面の導体膜（図示せず）は上述の
第１の実施例のキャップ層３０、および電極３２および
３３にそれぞれ対応する（図４）。
５の積層体のうちチューニング層２２および中間層２３
を、上記選択成長による代わりに、ｐ型ＩｎＰ層５の表
面全体を覆う層２２Ａおよび２３Ａの形にＭＯＶＰＥ成
長で形成することもできる（図４（ａ））。その場合は
中間層２３Ａの表面に２μｍよりも小さい幅のストライ
プ状の窓をもつＳｉＯ2 膜２１Ａを形成しその窓を通じ
て露出した層２３Ａの表面に活性層２４をＭＯＶＰＥ選
択成長により形成する。次に、マスク２１Ａのストライ
プ幅を６μｍに拡大したのちクラッド層２９Ａおよびキ
ャップ層３０Ａを選択成長させる（図４（ｂ））。さら
に中間層２３Ａの表面をＳｉＯ2 マスク３１Ａで覆った
のち、パターニングによりコンタクト層３２Ａおよびキ
ャップ層３２ＢをＭＯＶＰＥ選択成長により形成する
（図４（ｃ））。クラッド層２９Ａの直上のキャップ層
３０Ａ、コンタクト層３２Ａの直上のキャップ層３２
Ｂ、および基板１の底面の導体膜（図示せず）は上述の
第１の実施例のキャップ層３０、および電極３２および
３３にそれぞれ対応する（図４）。
【００１７】この実施例によるＴＴＧ可変波長半導体レ
ーザ装置は、レーザ発振を生ずる励起電流閾値２０ｍ
Ａ、レーザ光出力１５ｍＷ以上を記録した。また、レー
ザ光出力を１０ｍＷ以上に維持した状態で最大８５オン
グストロームの範囲で発振波長を連続的に変化させるこ
とができた。この波長範囲においてスペクトル線幅は１
０ＭＨｚ以下に収まった。
ーザ装置は、レーザ発振を生ずる励起電流閾値２０ｍ
Ａ、レーザ光出力１５ｍＷ以上を記録した。また、レー
ザ光出力を１０ｍＷ以上に維持した状態で最大８５オン
グストロームの範囲で発振波長を連続的に変化させるこ
とができた。この波長範囲においてスペクトル線幅は１
０ＭＨｚ以下に収まった。
【００１８】次に、この発明の第２の実施例を図２と同
様の工程順に示す図５を参照すると、ｐ型ＩｎＰから成
る基板７０の表面に回折格子を形成したのち（図示して
ない）、幅２μｍのストライプ状の窓を有するＳｉＯ2
から成るマスク７１を形成し、この窓を通じて露出した
ｐ型ＩｎＰ基板７０の表面に、ＭＯＶＰＥ選択成長によ
り、厚さ０．２５μｍのＩｎＧａＡｓＰから成るチュー
ニング層７２、厚さ０．１μｍのｎ+ 型ＩｎＰから成る
中間層７３（キャリア濃度４×１０18ｃｍ-3）、厚さ１
００オングストロームのＩｎＧａＡｓＰ層の上に厚さ７
０オングストロームのＩｎＧａＡｓ層と厚さ１００オン
グストロームのＩｎＧａＡｓＰ層とから成る７周期の多
重量子井戸構造と厚さ５００オングストローム６のＩｎ
ＧａＡｓＰ層を形成した活性層７４、および厚さ０．８
２μｍのｐ型ＩｎＰ層７５を形成する。上記各層が上記
厚さを備えることによって、層７５の（１１１）Ｂ面が
消滅し、上記層７２〜７５の積層体はピラミッド状にな
る（図５（ａ））。次にマスク７１を除去したのち、上
記ピラミッドの側面および基板７０の上面全面に厚さ
０．７μｍのｎ+ 型ＩｎＰ層７６を形成する（図５
（ｂ））。さらにこの層７６を硫酸系エッチャントで全
面エッチングすると上記ｐ型ＩｎＰ層７５の項部がエッ
チングで除去される（図５（ｃ））。次に幅６μｍのス
トライプ状の窓を上記積層体の位置に有するＳｉＯ2 か
ら成るマスク７７を形成し、この窓を通じて露出したｎ
+ 型ＩｎＰ層７６の表面に、ＭＯＶＰＥ選択成長によ
り、厚さ１．５μｍのｐ型ＩｎＰから成るクラッド層７
８およびその頂面を覆う厚さ０．１μｍのｐ+ 型ＩｎＧ
ａＡｓから成るキャップ層７９を形成する（図５
（ｄ））。
様の工程順に示す図５を参照すると、ｐ型ＩｎＰから成
る基板７０の表面に回折格子を形成したのち（図示して
ない）、幅２μｍのストライプ状の窓を有するＳｉＯ2
から成るマスク７１を形成し、この窓を通じて露出した
ｐ型ＩｎＰ基板７０の表面に、ＭＯＶＰＥ選択成長によ
り、厚さ０．２５μｍのＩｎＧａＡｓＰから成るチュー
ニング層７２、厚さ０．１μｍのｎ+ 型ＩｎＰから成る
中間層７３（キャリア濃度４×１０18ｃｍ-3）、厚さ１
００オングストロームのＩｎＧａＡｓＰ層の上に厚さ７
０オングストロームのＩｎＧａＡｓ層と厚さ１００オン
グストロームのＩｎＧａＡｓＰ層とから成る７周期の多
重量子井戸構造と厚さ５００オングストローム６のＩｎ
ＧａＡｓＰ層を形成した活性層７４、および厚さ０．８
２μｍのｐ型ＩｎＰ層７５を形成する。上記各層が上記
厚さを備えることによって、層７５の（１１１）Ｂ面が
消滅し、上記層７２〜７５の積層体はピラミッド状にな
る（図５（ａ））。次にマスク７１を除去したのち、上
記ピラミッドの側面および基板７０の上面全面に厚さ
０．７μｍのｎ+ 型ＩｎＰ層７６を形成する（図５
（ｂ））。さらにこの層７６を硫酸系エッチャントで全
面エッチングすると上記ｐ型ＩｎＰ層７５の項部がエッ
チングで除去される（図５（ｃ））。次に幅６μｍのス
トライプ状の窓を上記積層体の位置に有するＳｉＯ2 か
ら成るマスク７７を形成し、この窓を通じて露出したｎ
+ 型ＩｎＰ層７６の表面に、ＭＯＶＰＥ選択成長によ
り、厚さ１．５μｍのｐ型ＩｎＰから成るクラッド層７
８およびその頂面を覆う厚さ０．１μｍのｐ+ 型ＩｎＧ
ａＡｓから成るキャップ層７９を形成する（図５
（ｄ））。
【００１９】次に、図６を併せ参照すると、上記クラッ
ド層７８の側面、キャップ層７９、および埋合せコンタ
クト層７６全体をＳｉＯ2 膜８４で覆ったのち、パター
ニングにより層７６および７９に金属膜をそれぞれ形成
し、それぞれ陽極８６および陰極８５とする。基板７０
の裏側表面には導体膜を形成し、もう一つの陽極８６と
する。
ド層７８の側面、キャップ層７９、および埋合せコンタ
クト層７６全体をＳｉＯ2 膜８４で覆ったのち、パター
ニングにより層７６および７９に金属膜をそれぞれ形成
し、それぞれ陽極８６および陰極８５とする。基板７０
の裏側表面には導体膜を形成し、もう一つの陽極８６と
する。
【００２０】なお、上述の第２の実施例において、基板
７０の表面および上記積層体の側面の全部を覆う埋合せ
コンタクト層７６の形成工程（図５（ｂ））からエッチ
ングによる積層体頂部除去工程（図５（ｃ））に進む代
わりに、層７６全体をＳｉＯ2 マスク８０で覆い、上記
積層体の直上に幅２μｍのストライプ窓を設け、この窓
を通じてＺｎを選択拡散せて、上記層７５に達するｐ型
反転領域８１を形成する工程を採用することもでき（図
７（ａ））。その場合は、このＺｎ拡散工程ののちマス
ク８０の窓幅を６μｍに拡げ、そのマスク８０を通じて
露出した埋合せコンタクト層７６の表面に上記クラッド
層７８およびキャップ層７９を形成する（図７
（ｂ））。この工程を終えたあとの上記陽極８６および
共通陰極８５の形成は図６を参照して上に述べたとおり
である。
７０の表面および上記積層体の側面の全部を覆う埋合せ
コンタクト層７６の形成工程（図５（ｂ））からエッチ
ングによる積層体頂部除去工程（図５（ｃ））に進む代
わりに、層７６全体をＳｉＯ2 マスク８０で覆い、上記
積層体の直上に幅２μｍのストライプ窓を設け、この窓
を通じてＺｎを選択拡散せて、上記層７５に達するｐ型
反転領域８１を形成する工程を採用することもでき（図
７（ａ））。その場合は、このＺｎ拡散工程ののちマス
ク８０の窓幅を６μｍに拡げ、そのマスク８０を通じて
露出した埋合せコンタクト層７６の表面に上記クラッド
層７８およびキャップ層７９を形成する（図７
（ｂ））。この工程を終えたあとの上記陽極８６および
共通陰極８５の形成は図６を参照して上に述べたとおり
である。
【００２１】上述の第２の実施例およびその変形（図
７）による可変波長半導体レーザ装置も、第１の実施例
およびその変形によるものとほぼ同等の性能を示した。
レーザ光出力を１０ｍ以上に維持した状態で発振波長を
連続的に変化できる範囲は、第１の実施例によるものの
場合が上述のとおり８５オングストロームであったのに
対して、７０オングストローム程度の値を示した。
７）による可変波長半導体レーザ装置も、第１の実施例
およびその変形によるものとほぼ同等の性能を示した。
レーザ光出力を１０ｍ以上に維持した状態で発振波長を
連続的に変化できる範囲は、第１の実施例によるものの
場合が上述のとおり８５オングストロームであったのに
対して、７０オングストローム程度の値を示した。
【００２２】
【発明の効果】上に説明したとおり、本発明の製造方法
によるＴＴＧ型可変波長半導体レーザ装置は、内部にお
ける電流経路および／または光導波路の限定のための半
導体素子加工をエッチングによらずＭＯＶＰＥ選択成長
によっているので、活性層／量子井戸構造およびチュー
ニング層におけるレーザ光の散乱を回避できる。したが
って、駆動電流・レーザ光変換効率を高めることがで
き、また、光ファイバとの光結合の損失を軽減できる。
さらに活性層とチューニング層との間の間隔を狭くでき
るので、レーザ発振波長制御の効率を高めることができ
る。 上述の実施例およびそれらの変形はこの発明の技
術的範囲を限定する趣旨のものではない。この発明の技
術的範囲は添付のクレームの記載により定められるべき
ものである。
によるＴＴＧ型可変波長半導体レーザ装置は、内部にお
ける電流経路および／または光導波路の限定のための半
導体素子加工をエッチングによらずＭＯＶＰＥ選択成長
によっているので、活性層／量子井戸構造およびチュー
ニング層におけるレーザ光の散乱を回避できる。したが
って、駆動電流・レーザ光変換効率を高めることがで
き、また、光ファイバとの光結合の損失を軽減できる。
さらに活性層とチューニング層との間の間隔を狭くでき
るので、レーザ発振波長制御の効率を高めることができ
る。 上述の実施例およびそれらの変形はこの発明の技
術的範囲を限定する趣旨のものではない。この発明の技
術的範囲は添付のクレームの記載により定められるべき
ものである。
【図１】図１はこの発明の第１の実施例を工程順に示す
図。
図。
【図２】図２はこの発明の第１の実施例を工程順に示す
図。
図。
【図３】図３はこの実施例によるＴＴＧ型半導体レーザ
装置の縦断面図。
装置の縦断面図。
【図４】図４は第１の実施例の変形の図２対応の工程順
説明図。
説明図。
【図５】図５はこの発明の第２の実施例の図２対応の工
程順説明図。
程順説明図。
【図６】図６は第２の実施例によるＴＴＧ型半導体レー
ザ装置の縦断面図。
ザ装置の縦断面図。
【図７】図７は第２の実施例の変形の図５（ｃ）および
（ｄ）対応の工程順説明図である。
（ｄ）対応の工程順説明図である。
１ ｐ型ＩｎＰ基板 ２ ｎ型ＩｎＰ層 ３ ストライプマスク ４ ｐ型ＩｎＰ領域 ５ ｐ型ＩｎＰ層 ２１ ＳｉＯ2 マスク ２２ チューニング層 ２３ 中間層 ２４ 活性層 ２５ ｐ型ＩｎＰ層 ２６ ＳｉＯ2 膜 ２７ コンタクト層 ２８ ストライプマスク ２９ クラッド層 ３０ キャップ層 ３１ ＳｉＯ2 膜 ３２ 陰極 ３３ 陽極 ７０ ｐ型ＩｎＰ基板 ７１ ストライプマスク ７２ チューニング層 ７３ 中間層 ７４ 活性層 ７５ ｐ型ＩｎＰ層 ７６ ｎ+ 型ＩｎＰ層 ７７ ＳｉＯ2 マスク ７８ クラッド層 ７９ キャップ層 ８０ ＳｉＯ2 マスク ８１ ｐ型反転領域 ８４ ＳｉＯ2 層 ８５ 陰極 ８６ 陽極
Claims (7)
- 【請求項１】 一つの導電型の表面半導体層を有する半
導体基板の上に互いに重なって形成されたストライプの
形の活性層、反対導電型の中間層、およびチューニング
層を含むＴＴＧ型可変波長半導体レーザ装置の製造方法
において、前記半導体基板を用意する工程と、この基板
の前記表面半導体層の表面に回析格子を形成する工程
と、前記回析格子を形成した前記表面半導体層の表面に
前記ストライプの形の開口を有するストライプ開口マス
クを形成する工程と、前記開口を通じて前記チューニン
グ層、前記中間層および前記活性層を選択的にエピキタ
シアル成長させ前記ストライプの形の積層体を形成する
工程と、前記ストライプ開口マスクを除去する工程と、
前記積層体の上面にエピキタシアル成長阻止のための阻
止マスクを形成する工程と、前記阻止マスクから露出し
ている前記積層体の表面に反対導電型の埋合せ半導体層
をエピキタシアル成長させる工程と、前記活性層の上お
よびその近傍の前記埋合せ半導体層表面にクラッド層を
選択的にエピタキシアル成長させる工程とを含むことを
特徴とするＴＴＧ型可変波長半導体レーザ装置の製造方
法。 - 【請求項２】 一つの導電型の表面半導体層を有する半
導体基板の上に互いに重なって形成されたストライプの
形の活性層、反対導電型の中間層、およびチューニング
層を含むＴＴＧ型可変波長半導体レーザ装置の製造方法
において、前記半導体基板を用意する工程と、この基板
の前記表面半導体層の表面に反対導電型の第１の半導体
層をエピキタシアル成長させる工程と、この第１の半導
体層の表面に前記ストライプの形の開口を有する拡散マ
スクを形成する工程と、前記拡散マスクから露出してい
る前記第１の半導体層の表面から不純物の選択拡散を行
い前記一つの導電型の拡散領域を形成する工程と、前記
拡散マスクを除去する工程と、前記拡散領域を含む前記
反対導電型の第１の半導体層の表面に前記一つの導電型
の第２の半導体層をエピキタシアル成長させその表面に
回析格子を形成する工程と、前記回析格子を形成した前
記第２の半導体層の表面に前記チューニング層と前記中
間層とをこの順に連続してエピキタシアル成長させる工
程と、前記中間層の表面に前記ストライプの形の開口を
有するストライプ開口マスクを形成する工程と、このス
トライプ開口マスクの前記開口から露出している前記中
間層の表面に前記活性層をエピキタシアル成長させる工
程と、前記ストライプ開口マスクの前記開口を前記活性
層近傍で拡大し前記中間層の露出部分を生じさせる工程
と、前記活性層の上面および側面および前記拡大した開
口から露出している前記中間層の表面を覆うように前記
一つの導電型のクラッド層をエピキタシアル成長させる
工程とを含むことを特徴とするＴＴＧ型可変波長半導体
レーザ装置の製造方法。 - 【請求項３】 一つの導電型の表面半導体層を有する半
導体基板の上に互いに重なって形成されたストライプの
形の活性層、反対導電型の中間層、およびチューニング
層を含むＴＴＧ型可変波長半導体レーザ装置の製造方法
において、前記半導体基板を用意する工程と、この基板
の前記表面半導体層の表面に回析格子を形成する工程
と、前記回析格子を形成した前記表面半導体層の表面に
前記ストライプの形の開口を有するストライプ開口マス
クを形成する工程と、この開口を通じて前記チューニン
グ層、前記中間層および前記活性層を選択的にエピキタ
シアル成長させ前記ストライプの形の積層体を形成する
工程と、前記ストライプ開口マスクを除去する工程と、
前記積層体の表面および前記表面半導体層の表面に反対
導電型の半導体層をエピキタシアル成長させる工程と、
前記積層体の上面の部分が露出するようにこの反対導電
型の半導体層の一部を除去する工程と、前記露出した積
層体上面およびその近傍の前記反対導電型半導体層部分
を覆ってクラッド層を選択的にエピキタシアル成長させ
る工程とを含むことを特徴とするＴＴＧ型可変波長半導
体レーザ装置の製造方法。 - 【請求項４】 一つの導電型の表面半導体層を有する半
導体基板の上に互いに重なって形成されたストライプの
形の活性層、反対導電型の中間層、およびチューニング
層を含むＴＴＧ型可変波長半導体レーザ装置の製造方法
において、前記半導体基板を用意する工程と、この基板
の前記表面半導体層の表面に回析格子を形成する工程
と、前記回析格子を形成した前記表面半導体層の表面に
前記ストライプの形の開口を有するストライプ開口マス
クを形成する工程と、この開口を通じて前記チューニン
グ層、前記中間層および前記活性層を選択的にエピキタ
シアル成長させ前記ストライプの形の積層体を形成する
工程と、前記ストライプ開口マスクを除去する工程と、
前記積層体の表面および前記表面半導体層の表面に反対
導電型の半導体層をエピキタシアル成長させる工程と、
前記積層体の上面の部分に達するように不純物を選択的
に拡散して前記上面近傍の前記反対導電型の半導体層の
導電型を前記一つの導電型に反転させる工程と、前記積
層体上面およびその近傍の前記一つの導電型の半導体層
部分を覆ってクラッド層を選択的にエピキタシアル成長
させる工程とを含むことを特徴とするＴＴＧ形可変波長
半導体レーザ装置の製造方法。 - 【請求項５】 前記クラッド層の表面にキャップ層をエ
ピタキシアル成長させる工程を含む請求項１，２，３，
または４の製造方法。 - 【請求項６】 前記半導体基板の底面および前記キャッ
プ層の表面に導体層をそれぞれ選択的に形成する工程
と、前記半導体基板の平面内で前記積層体とずれた位置
において前記埋合せ半導体層または前記中間層に導電的
に接続された導体層を形成する工程とをさらに含む請求
項１，２，３または４の製造方法。 - 【請求項７】 前記エピキタシアル成長をＭｅｔａｌ
Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａ
ｘｙ（ＭＯＶＰＥ）によって行うことを特徴とする請求
項１，２，３または４の製造方法。
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