JPH06291412A - 半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents
半導体レーザおよびその製造方法Info
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- JPH06291412A JPH06291412A JP9507693A JP9507693A JPH06291412A JP H06291412 A JPH06291412 A JP H06291412A JP 9507693 A JP9507693 A JP 9507693A JP 9507693 A JP9507693 A JP 9507693A JP H06291412 A JPH06291412 A JP H06291412A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体レーザおよびその製造方法において、
良好な素子特性を均一性よくしかも再現性よく得ること
ができることを目的とする。 【構成】 禁制帯幅が活性層２より大きい回折格子層４
ａは、並行なストライプ状となっており、それが光の伝
搬する方向に周期的に配置され、しかもその周期の位相
がそれぞれ異なるようになっている半導体レーザの構造
とし、その回折格子層４ａを所定周期のエッチングマス
クパターンを用いて形成するようにした製造方法とする
ことにより、単一波長で発振させることができ、発振波
長などの素子特性の均一性およびその再現性を向上で
き、容易にかつまた制御性よく製造することができる。
良好な素子特性を均一性よくしかも再現性よく得ること
ができることを目的とする。 【構成】 禁制帯幅が活性層２より大きい回折格子層４
ａは、並行なストライプ状となっており、それが光の伝
搬する方向に周期的に配置され、しかもその周期の位相
がそれぞれ異なるようになっている半導体レーザの構造
とし、その回折格子層４ａを所定周期のエッチングマス
クパターンを用いて形成するようにした製造方法とする
ことにより、単一波長で発振させることができ、発振波
長などの素子特性の均一性およびその再現性を向上で
き、容易にかつまた制御性よく製造することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、光ファイバー通信の
光源などとして用いられる半導体レーザおよびその製造
方法に関するものである。
光源などとして用いられる半導体レーザおよびその製造
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図３（ａ）〜（ｃ）は例えば、エレクト
ロニクス・レターズ２０巻ナンバー２４（Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．２０ Ｎｏ２４）１００８
頁〜１０１０頁（１９８４年）に示された４分の１波長
シフト分布帰還型の半導体レーザ（以下、λ／４シフト
ＤＦＢレーザと略称する）およびその製造工程を示す断
面図である。図において、１はｎ−ＩｎＰ基板、２はＩ
ｎＧａＡｓＰ活性層、４ｂはｎ−ＩｎＧａＡｓＰ回折格
子層、６はポジ型の第１のフォトレジスト、８は、λ／
４シフト位置、１０はｐ−ＩｎＰクラッド層、１１はｐ
+ −ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層、１２はｐ電極、１３
はｎ電極、１６はネガ型の第４のフォトレジスト、１７
は感光した部分、１８は感光していない部分、１９はｐ
−ＩｎＧａＡｓＰガイド層、２０はｐ−ＩｎＰ第１の埋
め込み層、２１はｎ−ＩｎＰ第２の埋め込み層、２２は
ｐ−ＩｎＰ第３の埋め込み層、２４はＳｉＯ2 、２３は
Ｚｎ拡散領域である。
ロニクス・レターズ２０巻ナンバー２４（Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．２０ Ｎｏ２４）１００８
頁〜１０１０頁（１９８４年）に示された４分の１波長
シフト分布帰還型の半導体レーザ（以下、λ／４シフト
ＤＦＢレーザと略称する）およびその製造工程を示す断
面図である。図において、１はｎ−ＩｎＰ基板、２はＩ
ｎＧａＡｓＰ活性層、４ｂはｎ−ＩｎＧａＡｓＰ回折格
子層、６はポジ型の第１のフォトレジスト、８は、λ／
４シフト位置、１０はｐ−ＩｎＰクラッド層、１１はｐ
+ −ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層、１２はｐ電極、１３
はｎ電極、１６はネガ型の第４のフォトレジスト、１７
は感光した部分、１８は感光していない部分、１９はｐ
−ＩｎＧａＡｓＰガイド層、２０はｐ−ＩｎＰ第１の埋
め込み層、２１はｎ−ＩｎＰ第２の埋め込み層、２２は
ｐ−ＩｎＰ第３の埋め込み層、２４はＳｉＯ2 、２３は
Ｚｎ拡散領域である。
【０００３】以下、製造工程を述べると共に、それによ
って構造をも合わせて説明する。まず、ｎ−ＩｎＰ基板
１上にネガ型フォトレジスト１６を塗布し、λ／４シフ
ト位置より左側のフォトレジスト１６を除去する。その
上全面にポジ型フォトレジスト６を塗布し、二光束干渉
露光を行うと、感光した部分１７と感光していない部分
１８が交互にできる。ここでまず、ポジ型フォトレジス
ト６の現像を行い、その現像後のポジ型フォトレジスト
６をエッチングマスクにしてｎ−ＩｎＰ基板１のエッチ
ングを行う。その後、ポジ型フォトレジストをはくり
し、ネガ型フォトレジスト１６の現像を行い、λ／４シ
フト位置８より左側は他のフォトレジスト（図示せず）
でおおい、λ／４シフト位置８より右側のｎ−ＩｎＰ基
板１をネガ型フォトレジスト１６をエッチングマスクに
してエッチングする。そうすると、ポジ型とネガ型で感
光特性が反転しているため図３（ｂ）のようにλ／４シ
フト位置８の左右で位相が反転した回折格子が得られる
ことになる。次に、ｎ−ＩｎＧａＡｓ回折格子層４ｂ、
ＩｎＧａＡｓ活性層２、ｐ−ＩｎＧａＡｓガイド層１
９、ｐ−ＩｎＰクラッド層１０を成長し、両端面付近を
ｐ−ＩｎＰ第１の埋め込み層２０、ｎ−ＩｎＰ第２の埋
め込み層２１、ｐ−ＩｎＰ第３の埋め込み層２２で埋め
込み、さらにｐ+ −ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層を全面
に成長させる。最後に、電流閉じ込めのためのＳｉＯ2
２４の形成、接触抵抗を小さくするために亜鉛Ｚｎの拡
散２３を行い、ついで、ｐ電極１２、ｎ電極１３を蒸着
により形成することにより、半導体レーザは、製造され
ることになる。
って構造をも合わせて説明する。まず、ｎ−ＩｎＰ基板
１上にネガ型フォトレジスト１６を塗布し、λ／４シフ
ト位置より左側のフォトレジスト１６を除去する。その
上全面にポジ型フォトレジスト６を塗布し、二光束干渉
露光を行うと、感光した部分１７と感光していない部分
１８が交互にできる。ここでまず、ポジ型フォトレジス
ト６の現像を行い、その現像後のポジ型フォトレジスト
６をエッチングマスクにしてｎ−ＩｎＰ基板１のエッチ
ングを行う。その後、ポジ型フォトレジストをはくり
し、ネガ型フォトレジスト１６の現像を行い、λ／４シ
フト位置８より左側は他のフォトレジスト（図示せず）
でおおい、λ／４シフト位置８より右側のｎ−ＩｎＰ基
板１をネガ型フォトレジスト１６をエッチングマスクに
してエッチングする。そうすると、ポジ型とネガ型で感
光特性が反転しているため図３（ｂ）のようにλ／４シ
フト位置８の左右で位相が反転した回折格子が得られる
ことになる。次に、ｎ−ＩｎＧａＡｓ回折格子層４ｂ、
ＩｎＧａＡｓ活性層２、ｐ−ＩｎＧａＡｓガイド層１
９、ｐ−ＩｎＰクラッド層１０を成長し、両端面付近を
ｐ−ＩｎＰ第１の埋め込み層２０、ｎ−ＩｎＰ第２の埋
め込み層２１、ｐ−ＩｎＰ第３の埋め込み層２２で埋め
込み、さらにｐ+ −ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層を全面
に成長させる。最後に、電流閉じ込めのためのＳｉＯ2
２４の形成、接触抵抗を小さくするために亜鉛Ｚｎの拡
散２３を行い、ついで、ｐ電極１２、ｎ電極１３を蒸着
により形成することにより、半導体レーザは、製造され
ることになる。
【０００４】次に動作について説明する。従来のλ／４
シフトＤＦＢレーザは、上述した通りの構造であり、ｐ
電極１２とｎ電極１３の間に順方向バイアスを加える
と、ｐ電極１２から正孔が、ｎ電極１３からは電子が注
入され、活性層２で再結合がおこり、発光する。このレ
ーザは、屈折率の大きな活性層２、回折格子層４ｂ、ガ
イド層１９を、屈折率の小さな基板１、クラッド層１０
ではさんだ導波路構造になっているため、発光した光は
活性層２、回折格子層４ｂ、ガイド層１９内およびその
近傍をそれらの層に平行な方向に伝搬する。また回折格
子層４ｂの膜厚が周期的に変化しているため、等価屈折
率も周期的に変化している。この周期を発光した光がブ
ラッグ反射を受ける周期にしておけば、そのブラッグ反
射条件を満たす波長の光のみが反射を受け、さらに共振
器の中心（回折格子層の共振的中央部）で回折格子の位
相が反転しているため単一波長で発振する。なお、端面
付近の埋め込み層２０〜２２は反射防止のために設けら
れている反射防止層である。
シフトＤＦＢレーザは、上述した通りの構造であり、ｐ
電極１２とｎ電極１３の間に順方向バイアスを加える
と、ｐ電極１２から正孔が、ｎ電極１３からは電子が注
入され、活性層２で再結合がおこり、発光する。このレ
ーザは、屈折率の大きな活性層２、回折格子層４ｂ、ガ
イド層１９を、屈折率の小さな基板１、クラッド層１０
ではさんだ導波路構造になっているため、発光した光は
活性層２、回折格子層４ｂ、ガイド層１９内およびその
近傍をそれらの層に平行な方向に伝搬する。また回折格
子層４ｂの膜厚が周期的に変化しているため、等価屈折
率も周期的に変化している。この周期を発光した光がブ
ラッグ反射を受ける周期にしておけば、そのブラッグ反
射条件を満たす波長の光のみが反射を受け、さらに共振
器の中心（回折格子層の共振的中央部）で回折格子の位
相が反転しているため単一波長で発振する。なお、端面
付近の埋め込み層２０〜２２は反射防止のために設けら
れている反射防止層である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体レーザは
以上のように構成されているので、位相の反転した回折
格子を形成するために、ネガ型とポジ型との２種類のフ
ォトレジスト１６、６を用いて干渉露光を行わなければ
ならず、さらにλ／４シフト位置の左右の領域を２回に
分けて回折格子のエッチングを行う際に深さおよび形状
を一定にすることが困難であり、しかもその製造方法が
複雑であり、さらにまたそのエッチング形状が素子特性
に大きく影響を与え良好な素子特性を得ることができな
いなどの問題点があった。
以上のように構成されているので、位相の反転した回折
格子を形成するために、ネガ型とポジ型との２種類のフ
ォトレジスト１６、６を用いて干渉露光を行わなければ
ならず、さらにλ／４シフト位置の左右の領域を２回に
分けて回折格子のエッチングを行う際に深さおよび形状
を一定にすることが困難であり、しかもその製造方法が
複雑であり、さらにまたそのエッチング形状が素子特性
に大きく影響を与え良好な素子特性を得ることができな
いなどの問題点があった。
【０００６】請求項１の発明は上記のような問題点を解
消するためになされたもので、良好な素子特性を得るこ
とができ、その再現性をも向上させることができる半導
体レーザを得ることを目的とする。
消するためになされたもので、良好な素子特性を得るこ
とができ、その再現性をも向上させることができる半導
体レーザを得ることを目的とする。
【０００７】請求項２の発明はさらに良好な素子特性な
らびにその再現性を有する半導体レーザを得ることを目
的とする。
らびにその再現性を有する半導体レーザを得ることを目
的とする。
【０００８】請求項３の発明は上記のような問題点を解
消するためになされたもので、簡単でかつ簡便な製造プ
ロセスを用いて良好な素子特性の半導体レーザを製造す
ることができる半導体レーザの製造方法を得ることを目
的とする。
消するためになされたもので、簡単でかつ簡便な製造プ
ロセスを用いて良好な素子特性の半導体レーザを製造す
ることができる半導体レーザの製造方法を得ることを目
的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る半
導体レーザは、基板上に設けられている活性層より禁制
帯幅が大きい半導体層と、その半導体層上に設けられて
なり、その半導体層と同じ導電性を有し、かつ禁制帯幅
が上記活性層より大きい回折格子層とを備え、その回折
格子層は光の伝搬する方向に複数に分離して配置されて
いるストライプ状のものとし、それらの複数の回折格子
層が配置されている周期の位相がそれぞれ異なるように
したものである。
導体レーザは、基板上に設けられている活性層より禁制
帯幅が大きい半導体層と、その半導体層上に設けられて
なり、その半導体層と同じ導電性を有し、かつ禁制帯幅
が上記活性層より大きい回折格子層とを備え、その回折
格子層は光の伝搬する方向に複数に分離して配置されて
いるストライプ状のものとし、それらの複数の回折格子
層が配置されている周期の位相がそれぞれ異なるように
したものである。
【００１０】請求項２の発明に係る半導体レーザは、そ
の回折格子層を光の伝搬する方向に複数に分離して配置
されているストライプ状のものとし、それらの複数の回
折格子層が配置されている周期の位相がその回折格子層
の共振的中央部付近において発振波長の４分の１波長に
相当する程度異なるようにしたものである。
の回折格子層を光の伝搬する方向に複数に分離して配置
されているストライプ状のものとし、それらの複数の回
折格子層が配置されている周期の位相がその回折格子層
の共振的中央部付近において発振波長の４分の１波長に
相当する程度異なるようにしたものである。
【００１１】請求項３の発明に係る半導体レーザの製造
方法は、その回折格子層を所定周期のエッチングマスク
パターンを用いて、その回折格子層を光の伝搬する方向
に複数に分離して配置されているとともに、それが光の
伝搬する方向に周期的に配置され、それを配置している
周期の位相がそれぞれ異なるよう形成するようにしたも
のである。
方法は、その回折格子層を所定周期のエッチングマスク
パターンを用いて、その回折格子層を光の伝搬する方向
に複数に分離して配置されているとともに、それが光の
伝搬する方向に周期的に配置され、それを配置している
周期の位相がそれぞれ異なるよう形成するようにしたも
のである。
【００１２】
【作用】請求項１の発明における半導体レーザは、単一
波長で発振させることができ、発振波長などの素子特性
の均一性およびその再現性を向上させることができる。
波長で発振させることができ、発振波長などの素子特性
の均一性およびその再現性を向上させることができる。
【００１３】請求項２の発明における半導体レーザは、
さらに良好な素子特性ならびにその均一性および再現性
を得ることができる。
さらに良好な素子特性ならびにその均一性および再現性
を得ることができる。
【００１４】請求項３の発明における半導体レーザの製
造方法は、容易にかつまた制御性よく、位相シフト回折
格子構造を作製することができる。
造方法は、容易にかつまた制御性よく、位相シフト回折
格子構造を作製することができる。
【００１５】
【実施例】実施例１．以下、この発明の一実施例を図に
ついて説明する。図１（ａ）〜（ｅ）は請求項１〜３の
発明の一実施例による半導体レーザおよびその製造工程
を示す断面図である。同図において、３はｐ−ＩｎＰバ
リア層（半導体層）、４ａは光の伝搬する方向に複数に
分離して成形され、ストライプ状のものとなるｐ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ回折格子層（回折格子層）、５はその回折格
子層４ａ上に形成されているｐ−ＩｎＰ半導体層、７は
エッチング用マスクとなる第２のフォトレジスト、９は
第３のフォトレジスト、１０は前記バリア層３と半導体
層５とが一体化した半導体層であるｐ−ＩｎＰクラッド
層、１４は反射防止膜である。以下の説明において、図
３と重複する部分については、図中に図３と同一符号で
示し、その詳細な説明は省略する。
ついて説明する。図１（ａ）〜（ｅ）は請求項１〜３の
発明の一実施例による半導体レーザおよびその製造工程
を示す断面図である。同図において、３はｐ−ＩｎＰバ
リア層（半導体層）、４ａは光の伝搬する方向に複数に
分離して成形され、ストライプ状のものとなるｐ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ回折格子層（回折格子層）、５はその回折格
子層４ａ上に形成されているｐ−ＩｎＰ半導体層、７は
エッチング用マスクとなる第２のフォトレジスト、９は
第３のフォトレジスト、１０は前記バリア層３と半導体
層５とが一体化した半導体層であるｐ−ＩｎＰクラッド
層、１４は反射防止膜である。以下の説明において、図
３と重複する部分については、図中に図３と同一符号で
示し、その詳細な説明は省略する。
【００１６】以下、その製造工程を述べることによって
構造をも合わせて説明する。まず図１（ａ）に示すよう
に、ｎ−ＩｎＰ基板（基板）１上に、ＩｎＧａＡｓＰ活
性層（活性層）２、ｐ−ＩｎＰバリア層３、ｐ−ＩｎＧ
ａＡｓＰ回折格子層４ａ、ｐ−ＩｎＰ半導体層５を順次
成長させる。なお、ｐ−ＩｎＰバリア層３の膜厚をｕ、
ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層４ａの膜厚をｔ、ｐ−Ｉ
ｎＰ半導体層５の膜厚をｓとする。
構造をも合わせて説明する。まず図１（ａ）に示すよう
に、ｎ−ＩｎＰ基板（基板）１上に、ＩｎＧａＡｓＰ活
性層（活性層）２、ｐ−ＩｎＰバリア層３、ｐ−ＩｎＧ
ａＡｓＰ回折格子層４ａ、ｐ−ＩｎＰ半導体層５を順次
成長させる。なお、ｐ−ＩｎＰバリア層３の膜厚をｕ、
ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層４ａの膜厚をｔ、ｐ−Ｉ
ｎＰ半導体層５の膜厚をｓとする。
【００１７】次に、フォトレジスト６を塗布し、図１
（ｂ）に示すように、二光束干渉露光法などによって周
期がΛなるような回折格子パターンをフォトレジスト６
に形成する。さらに通常のフォトリソグラフィ技術など
を用いて、位相シフト位置８換言すれば回折格子層４ａ
の共振的中央部８より右側の領域を、第２のフォトレジ
スト７でカバーする。その後、図１（ｃ）に示すよう
に、エッチング特性に方向性がある反応性イオンエッチ
ングあるいは、反応性イオンビームエッチング技術など
を用いて、基板面より角度θだけ傾けた方向から、深さ
が垂直方向に、寸法がｓ＋ｔ以上であり、寸法がｓ＋ｔ
＋ｕ以下となるように傾斜した側面を有する井戸形状の
溝が形成されるようにエッチングを行う。
（ｂ）に示すように、二光束干渉露光法などによって周
期がΛなるような回折格子パターンをフォトレジスト６
に形成する。さらに通常のフォトリソグラフィ技術など
を用いて、位相シフト位置８換言すれば回折格子層４ａ
の共振的中央部８より右側の領域を、第２のフォトレジ
スト７でカバーする。その後、図１（ｃ）に示すよう
に、エッチング特性に方向性がある反応性イオンエッチ
ングあるいは、反応性イオンビームエッチング技術など
を用いて、基板面より角度θだけ傾けた方向から、深さ
が垂直方向に、寸法がｓ＋ｔ以上であり、寸法がｓ＋ｔ
＋ｕ以下となるように傾斜した側面を有する井戸形状の
溝が形成されるようにエッチングを行う。
【００１８】次に、図１（ｄ）に示すように、先の工程
でエッチングした領域を第３のフォトレジスト９でカバ
ーし、先の工程と同様に、今回は基板面から先の工程と
は逆方向に角度θだけ傾けて、エッチングを行う。ここ
で、このように斜めにエッチングを行うと、例えば図１
（ｃ）で示している場合は、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ回折格
子層４ａは光の伝搬する方向に複数に分離して周期的に
配置されることになり、それらがストライプ状のものと
なる。そして、そのストライプ状の周期構造は、フォト
レジスト６の回折格子パターンと比べると、位相が左側
に２π（ｓ＋ｔ／２）ｔａｎθ／Λだけ位相がずれてい
る。また同様に図１（ｄ）で示している場合は、右側に
２π（ｓ＋ｔ／２）ｔａｎθ／Λだけ位相がずれてい
る。そのため、位相シフト位置８の左右で回折格子層４
ａの周期構造の位相は４π（ｓ＋ｔ／２）ｔａｎθ／Λ
だけずらすことができる。
でエッチングした領域を第３のフォトレジスト９でカバ
ーし、先の工程と同様に、今回は基板面から先の工程と
は逆方向に角度θだけ傾けて、エッチングを行う。ここ
で、このように斜めにエッチングを行うと、例えば図１
（ｃ）で示している場合は、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ回折格
子層４ａは光の伝搬する方向に複数に分離して周期的に
配置されることになり、それらがストライプ状のものと
なる。そして、そのストライプ状の周期構造は、フォト
レジスト６の回折格子パターンと比べると、位相が左側
に２π（ｓ＋ｔ／２）ｔａｎθ／Λだけ位相がずれてい
る。また同様に図１（ｄ）で示している場合は、右側に
２π（ｓ＋ｔ／２）ｔａｎθ／Λだけ位相がずれてい
る。そのため、位相シフト位置８の左右で回折格子層４
ａの周期構造の位相は４π（ｓ＋ｔ／２）ｔａｎθ／Λ
だけずらすことができる。
【００１９】次に、図１（ｅ）に示すように、不要とな
ったフォトレジスト９を除去する。そして、ｐ−ＩｎＰ
クラッド層１０、ｐ+ −ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１
１を成長させて形成し、最終的には平坦な表面を有する
ｐ+ −ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１１を得る。その
後、ｐ電極１２およびｎ電極１３を形成し、次いで反射
防止膜１４を端面に形成させることによって半導体レー
ザ構造を得る。ここで、ｐ−ＩｎＰクラッド層１０と、
ｐ−ＩｎＰバリア層３、およびｐ−ＩｎＰ半導体層５
は、同一導電型でかつまた同一材料であるという同一組
成であることより一体化されたものとなる。したがっ
て、回折格子として、回折格子層４ａの周期構造のみが
残ることになる。
ったフォトレジスト９を除去する。そして、ｐ−ＩｎＰ
クラッド層１０、ｐ+ −ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１
１を成長させて形成し、最終的には平坦な表面を有する
ｐ+ −ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１１を得る。その
後、ｐ電極１２およびｎ電極１３を形成し、次いで反射
防止膜１４を端面に形成させることによって半導体レー
ザ構造を得る。ここで、ｐ−ＩｎＰクラッド層１０と、
ｐ−ＩｎＰバリア層３、およびｐ−ＩｎＰ半導体層５
は、同一導電型でかつまた同一材料であるという同一組
成であることより一体化されたものとなる。したがっ
て、回折格子として、回折格子層４ａの周期構造のみが
残ることになる。
【００２０】次に動作について説明する。上述したよう
な製造方法により形成された半導体レーザにおいては、
ｐ電極１２とｎ電極１３の間に順方向バイアスを加える
と、活性層２にキャリアが注入され再結合がおこり発光
する。この実施例による半導体レーザも従来例と同様に
導波路構造になっているため発光した光は活性層２に平
行な方向に伝搬する。また光が回折格子層４ａまで十分
しみ出すようにバリア層３の膜厚を薄くしておき、周期
Λを発振波長λに対してλ＝２neff・Λ／ｋなる関係が
成り立つようにしておくと、ブラッグ反射し、位相シフ
ト位置８の左右での位相差がπ／ｋとしておくと、単一
波長λで発振する。なお、上述した記号neffは、媒質の
実効屈折率を示し、記号ｋは、正の整数を示すものであ
る。
な製造方法により形成された半導体レーザにおいては、
ｐ電極１２とｎ電極１３の間に順方向バイアスを加える
と、活性層２にキャリアが注入され再結合がおこり発光
する。この実施例による半導体レーザも従来例と同様に
導波路構造になっているため発光した光は活性層２に平
行な方向に伝搬する。また光が回折格子層４ａまで十分
しみ出すようにバリア層３の膜厚を薄くしておき、周期
Λを発振波長λに対してλ＝２neff・Λ／ｋなる関係が
成り立つようにしておくと、ブラッグ反射し、位相シフ
ト位置８の左右での位相差がπ／ｋとしておくと、単一
波長λで発振する。なお、上述した記号neffは、媒質の
実効屈折率を示し、記号ｋは、正の整数を示すものであ
る。
【００２１】ここで半導体レーザの特性を決める重要な
パラメータである結合定数Ｋは、おもに活性層２と回折
格子との間の距離と、回折格子の振幅によって決まる
が、この実施例における活性層２と回折格子の距離はバ
リア層３の膜厚で決まり、回折項振幅は、回折格子層４
ａの膜厚で決まることになる。通常、半導体層の成長の
制御性は、エッチング深さの制御性より良いので、素子
の均一性や再現性の向上がはかれる。また、回折格子の
位相のシフト量も、各半導体層と膜厚とエッチングの角
度で決めることができ、どちらも、容易に制御ができる
ものである。
パラメータである結合定数Ｋは、おもに活性層２と回折
格子との間の距離と、回折格子の振幅によって決まる
が、この実施例における活性層２と回折格子の距離はバ
リア層３の膜厚で決まり、回折項振幅は、回折格子層４
ａの膜厚で決まることになる。通常、半導体層の成長の
制御性は、エッチング深さの制御性より良いので、素子
の均一性や再現性の向上がはかれる。また、回折格子の
位相のシフト量も、各半導体層と膜厚とエッチングの角
度で決めることができ、どちらも、容易に制御ができる
ものである。
【００２２】実施例２．図２（ａ）から（ｄ）は請求項
１〜３の発明の一実施例による半導体レーザおよびその
製造工程を示す断面図である。以下の説明において、図
１と重複する部分については、図中に図１と同一符号で
示し、その詳細な説明は省略する。
１〜３の発明の一実施例による半導体レーザおよびその
製造工程を示す断面図である。以下の説明において、図
１と重複する部分については、図中に図１と同一符号で
示し、その詳細な説明は省略する。
【００２３】以下、その製造工程を述べることによって
構造をも合わせて説明する。まず図２（ａ）に示すよう
に、ｎ−ＩｎＰ基板１上に、ＩｎＧａＡｓＰ活性層２、
ｐ−ＩｎＰバリア層３、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層
４ａ、ｐ−ＩｎＰ半導体層５を順次成長させる。その
後、位相シフト位置８の左側のみｐ−ＩｎＰ半導体層５
を残して、右側の領域は除去する。なお、ｐ−ＩｎＰバ
リア層３の膜厚をｕ、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層４
ａの膜厚をｔ、ｐ−ＩｎＰ半導体層５の膜厚をｓとす
る。
構造をも合わせて説明する。まず図２（ａ）に示すよう
に、ｎ−ＩｎＰ基板１上に、ＩｎＧａＡｓＰ活性層２、
ｐ−ＩｎＰバリア層３、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層
４ａ、ｐ−ＩｎＰ半導体層５を順次成長させる。その
後、位相シフト位置８の左側のみｐ−ＩｎＰ半導体層５
を残して、右側の領域は除去する。なお、ｐ−ＩｎＰバ
リア層３の膜厚をｕ、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層４
ａの膜厚をｔ、ｐ−ＩｎＰ半導体層５の膜厚をｓとす
る。
【００２４】次に、フォトレジスト６を塗布し、図２
（ｂ）に示すように、二光束干渉露光法などによって周
期がΛなるような回折格子パターンをフォトレジスト６
に形成する。その後、図２（ｃ）に示すように、エッチ
ング特性に方向性がある反応性イオンエッチングあるい
は、反応性イオンビームエッチング技術などを用いて、
基板面より角度θ２だけ傾けた方向から、深さが垂直方
向に、寸法がｓ＋ｔ以上であり、寸法がｓ＋ｔ＋ｕ以下
となるように傾斜した側面を有する井戸形状の溝が形成
されるようにエッチングを行う。
（ｂ）に示すように、二光束干渉露光法などによって周
期がΛなるような回折格子パターンをフォトレジスト６
に形成する。その後、図２（ｃ）に示すように、エッチ
ング特性に方向性がある反応性イオンエッチングあるい
は、反応性イオンビームエッチング技術などを用いて、
基板面より角度θ２だけ傾けた方向から、深さが垂直方
向に、寸法がｓ＋ｔ以上であり、寸法がｓ＋ｔ＋ｕ以下
となるように傾斜した側面を有する井戸形状の溝が形成
されるようにエッチングを行う。
【００２５】次に、図２（ｄ）に示すように、不要とな
ったフォトレジスト６を除去する。そして、ｐ−ＩｎＰ
クラッド層１０、ｐ+ −ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１
１を成長させて形成し、最終的には平坦な表面を有する
ｐ+ −ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１１を得る。その
後、ｐ電極１２およびｎ電極１３を形成し、次いで反射
防止膜１４を端面に形成させることによって半導体レー
ザ構造を得る。ここで、ｐ−ＩｎＰクラッド層１０と、
ｐ−ＩｎＰバリア層３、およびｐ−ＩｎＰ半導体層５
は、同一導電型でかつまた同一材料であるという同一組
成であることより一体化されたものとなる。したがっ
て、回折格子として、回折格子層４ａの周期構造のみが
残ることになる。この場合、位相シフト位置８の左右で
の位相シフト量は、２πｓ・ tanθ２／Λとなる。この
ように回折格子のエッチングが一回でも位相シフト構造
を作成することができる。また、ｐ−ＩｎＰ半導体層５
の膜厚を多段階に変えることにより、多段階に位相シフ
トさせることができる。
ったフォトレジスト６を除去する。そして、ｐ−ＩｎＰ
クラッド層１０、ｐ+ −ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１
１を成長させて形成し、最終的には平坦な表面を有する
ｐ+ −ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１１を得る。その
後、ｐ電極１２およびｎ電極１３を形成し、次いで反射
防止膜１４を端面に形成させることによって半導体レー
ザ構造を得る。ここで、ｐ−ＩｎＰクラッド層１０と、
ｐ−ＩｎＰバリア層３、およびｐ−ＩｎＰ半導体層５
は、同一導電型でかつまた同一材料であるという同一組
成であることより一体化されたものとなる。したがっ
て、回折格子として、回折格子層４ａの周期構造のみが
残ることになる。この場合、位相シフト位置８の左右で
の位相シフト量は、２πｓ・ tanθ２／Λとなる。この
ように回折格子のエッチングが一回でも位相シフト構造
を作成することができる。また、ｐ−ＩｎＰ半導体層５
の膜厚を多段階に変えることにより、多段階に位相シフ
トさせることができる。
【００２６】実施例３．上記実施例においては、ｐ−Ｉ
ｎＰ半導体層５を膜厚の寸法ｓだけ成長させているが、
これはｐ−ＩｎＰ半導体以外の半導体層あるいは、誘電
体膜にしてもよい。ただし、その場合、ｐ−ＩｎＰクラ
ッド層１０を成長させる前に、そのｐ−ＩｎＰ半導体層
５をあらかじめ除去しておく必要がある。
ｎＰ半導体層５を膜厚の寸法ｓだけ成長させているが、
これはｐ−ＩｎＰ半導体以外の半導体層あるいは、誘電
体膜にしてもよい。ただし、その場合、ｐ−ＩｎＰクラ
ッド層１０を成長させる前に、そのｐ−ＩｎＰ半導体層
５をあらかじめ除去しておく必要がある。
【００２７】実施例４．上記実施例においては、位相シ
フトを共振器（回折格子層の共振部）の中央付近で４分
の１波長ずらせたλ／４シフトＤＦＢレーザについて示
したが、この実施例においては、多段階に位相をシフト
させるものである。その場合には、マルチフェースシフ
トＤＦＢレーザ構造の半導体レーザを得ることができる
ことになる。
フトを共振器（回折格子層の共振部）の中央付近で４分
の１波長ずらせたλ／４シフトＤＦＢレーザについて示
したが、この実施例においては、多段階に位相をシフト
させるものである。その場合には、マルチフェースシフ
トＤＦＢレーザ構造の半導体レーザを得ることができる
ことになる。
【００２８】実施例５．上記実施例においては、位相を
シフトさせるために、エッチングの角度を位相シフト位
置８の両側で、同じ大きさで逆になるようにしているも
のを含んでいるが、この実施例においては、必要なシフ
ト量を得られるようなものならどのようなものでもよい
構造のものである。一例としては、片側は垂直、もう片
側は斜めにエッチングしたものがある。
シフトさせるために、エッチングの角度を位相シフト位
置８の両側で、同じ大きさで逆になるようにしているも
のを含んでいるが、この実施例においては、必要なシフ
ト量を得られるようなものならどのようなものでもよい
構造のものである。一例としては、片側は垂直、もう片
側は斜めにエッチングしたものがある。
【００２９】実施例６．上記実施例においては、活性層
２としてＩｎＧａＡｓＰ層は１層であるものについて示
したが、この実施例においては、活性層２としてＩｎＧ
ａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸構造などの多層膜
としたものである。かかる構造の半導体レーザは、上記
した実施例と同様の効果が得られる。また、他の回折格
子層４ａについても同様の構造とすることができ得るも
のである。
２としてＩｎＧａＡｓＰ層は１層であるものについて示
したが、この実施例においては、活性層２としてＩｎＧ
ａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸構造などの多層膜
としたものである。かかる構造の半導体レーザは、上記
した実施例と同様の効果が得られる。また、他の回折格
子層４ａについても同様の構造とすることができ得るも
のである。
【００３０】実施例７．上記実施例においては、ＤＦＢ
レーザの場合について説明したが、この実施例において
は、分布ブラッグ反射型半導体レーザ、導波路型グレー
ティングフィルタ、反射型グレーティング偏向素子など
他の回折格子を用いた半導体レーザについてもこの発明
の原理を用いたものである。この実施例の半導体レーザ
は、上記実施例の半導体レーザと同様の効果を奏する。
レーザの場合について説明したが、この実施例において
は、分布ブラッグ反射型半導体レーザ、導波路型グレー
ティングフィルタ、反射型グレーティング偏向素子など
他の回折格子を用いた半導体レーザについてもこの発明
の原理を用いたものである。この実施例の半導体レーザ
は、上記実施例の半導体レーザと同様の効果を奏する。
【００３１】実施例８．上記実施例においては、導電型
ｎ−ＩｎＰ基板を使用した半導体レーザについて述べた
が、この実施例においては、半絶縁性ＩｎＰ基板あるい
はｐ−ＩｎＰ基板を用いた半導体レーザである。さら
に、基板としては、ＡｌＧａＡｓや、ＡｌＧａＡｓ／Ｇ
ａＡｓ系材料など他の材料を使用した半導体レーザとす
ることができる。
ｎ−ＩｎＰ基板を使用した半導体レーザについて述べた
が、この実施例においては、半絶縁性ＩｎＰ基板あるい
はｐ−ＩｎＰ基板を用いた半導体レーザである。さら
に、基板としては、ＡｌＧａＡｓや、ＡｌＧａＡｓ／Ｇ
ａＡｓ系材料など他の材料を使用した半導体レーザとす
ることができる。
【００３２】
【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、回折格子層は光の伝搬する方向に複数に分離して周
期的に配置されるように構成するとともに、共振器（回
折格子層の共振部）方向で、周期構造の位相がそれぞれ
異なるように構成したので、安定的に単一波長で発振す
るなどの良好な素子特性である半導体レーザを均一性が
よくしかも再現性よく得られる効果がある。
ば、回折格子層は光の伝搬する方向に複数に分離して周
期的に配置されるように構成するとともに、共振器（回
折格子層の共振部）方向で、周期構造の位相がそれぞれ
異なるように構成したので、安定的に単一波長で発振す
るなどの良好な素子特性である半導体レーザを均一性が
よくしかも再現性よく得られる効果がある。
【００３３】請求項２の発明によれば、回折格子層は光
の伝搬する方向に複数に分離して周期的に配置され、そ
れを配置している周期の位相がその回折格子層の共振的
中央部付近において発振波長の４分の１波長に相当する
程度異なるように構成されているので、さらに良好な素
子特性である半導体レーザを再現性よく得られる効果が
ある。
の伝搬する方向に複数に分離して周期的に配置され、そ
れを配置している周期の位相がその回折格子層の共振的
中央部付近において発振波長の４分の１波長に相当する
程度異なるように構成されているので、さらに良好な素
子特性である半導体レーザを再現性よく得られる効果が
ある。
【００３４】請求項３の発明によれば、回折格子層を所
定周期のエッチングマスクパターンを用いて、その回折
格子層を光の伝搬する方向に複数に分離して形成すると
ともに、それが光の伝搬する方向に周期的に配置され、
それを配置している周期の位相がそれぞれ異なるよう形
成するように構成したので、容易にかつまた制御性よ
く、位相シフト回折格子構造を作製することができる効
果がある。
定周期のエッチングマスクパターンを用いて、その回折
格子層を光の伝搬する方向に複数に分離して形成すると
ともに、それが光の伝搬する方向に周期的に配置され、
それを配置している周期の位相がそれぞれ異なるよう形
成するように構成したので、容易にかつまた制御性よ
く、位相シフト回折格子構造を作製することができる効
果がある。
【図１】（ａ）〜（ｅ）は、請求項１〜３の発明の一実
施例による半導体レーザおよびその製造工程を示す断面
図である。
施例による半導体レーザおよびその製造工程を示す断面
図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、請求項１〜３の発明の一実
施例による半導体レーザおよびその製造工程を示す断面
図である。
施例による半導体レーザおよびその製造工程を示す断面
図である。
【図３】従来の半導体レーザおよびその製造工程を示す
断面図である。
断面図である。
１ ｎ−ＩｎＰ基板（基板） ２ ＩｎＧａＡｓＰ活性層（活性層） ３ ｐ−ＩｎＰバリア層（半導体層） ４ａ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層（回折格子層） ８ 位相シフト位置（共振的中央部）
Claims (3)
- 【請求項１】 基板上に設けられている活性層と、その
活性層上に設けられ、該活性層より禁制帯幅が大きい半
導体層と、その半導体層上に設けられ、該半導体層と同
じ導電性をもち、かつ禁制帯幅が上記活性層より大きい
回折格子層とを備え、その回折格子層は光の伝搬する方
向に複数に分離して配置されており、かつ、それらの複
数の回折格子層が配置されている周期の位相がそれぞれ
異なるように形成されていることを特徴とする半導体レ
ーザ。 - 【請求項２】 基板上に設けられている活性層と、その
活性層上に設けられ、該活性層より禁制帯幅が大きい半
導体層と、その半導体層上に設けられてなり、該半導体
層と同じ導電性をもち、かつ禁制帯幅が上記活性層より
大きい回折格子層とを備え、その回折格子層は光の伝搬
する方向に複数に分離して配置されており、それらの複
数の回折格子層が配置されている周期の位相がその回折
格子層の共振的中央部付近において発振波長の４分の１
波長に相当する程度異なって形成されていることを特徴
とする半導体レーザ。 - 【請求項３】 基板上に活性層を形成する工程と、その
活性層上にその活性層より禁制帯幅が大きい半導体層を
形成する工程と、その半導体層上にその半導体層と同じ
導電性を有し、かつ禁制帯幅が上記活性層より大きい回
折格子層を形成する工程と、上記回折格子層を所定周期
のエッチングマスクパターンを用いて、上記回折格子層
を光の伝搬する方向に複数に分離して形成するととも
に、それが光の伝搬する方向に周期的に配置され、それ
を配置している周期の位相がそれぞれ異なるように形成
する工程とを備えた半導体レーザの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9507693A JPH06291412A (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9507693A JPH06291412A (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06291412A true JPH06291412A (ja) | 1994-10-18 |
Family
ID=14127882
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9507693A Pending JPH06291412A (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06291412A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200080327A (ko) * | 2017-11-29 | 2020-07-06 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | 도파관 결합기들의 방향성 식각 제조 방법 |
-
1993
- 1993-03-31 JP JP9507693A patent/JPH06291412A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200080327A (ko) * | 2017-11-29 | 2020-07-06 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | 도파관 결합기들의 방향성 식각 제조 방법 |
| CN111492313A (zh) * | 2017-11-29 | 2020-08-04 | 应用材料公司 | 波导组合器的直接蚀刻制造的方法 |
| US11327218B2 (en) | 2017-11-29 | 2022-05-10 | Applied Materials, Inc. | Method of direct etching fabrication of waveguide combiners |
| US11662516B2 (en) | 2017-11-29 | 2023-05-30 | Applied Materials, Inc. | Method of direct etching fabrication of waveguide combiners |
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