JPH07109922B2 - 分布反射型半導体レーザの製造方法 - Google Patents

分布反射型半導体レーザの製造方法

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JPH07109922B2
JPH07109922B2 JP63328625A JP32862588A JPH07109922B2 JP H07109922 B2 JPH07109922 B2 JP H07109922B2 JP 63328625 A JP63328625 A JP 63328625A JP 32862588 A JP32862588 A JP 32862588A JP H07109922 B2 JPH07109922 B2 JP H07109922B2
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文良 狩野
裕一 東盛
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、分布反射型半導体レーザの製造方法に関する
ものである。
〔従来技術〕
従来よりこの種の分布反射型半導体レーザは、ギガビッ
ト/秒レベルの超高速変調時においても安定した単一モ
ード動作を示すことから、長距離、大容量光ファイバ通
信用光源として有望視されている。また、この種の分布
反射型半導体レーザのうちで、波長制御機能等を付加し
た高性能な分布反射型半導体レーザの製造にあたって
は、回折格子を結晶内に形成し、かつ制御用電極を具備
した低損失な非活性導波路層を、活性導波路層と突き合
わせて整合的に結合させることが必要である。
東盛らは、第6図に示すように、半導体基板31上のスト
ライプ状の所定領域32に活性導波路層と厚さが当該活性
導波路層と光学的に整合して結合する非活性導波路層の
厚さから該活性導波路層の厚さを減じたものと略等しい
保護層とを順次積層させてなる積層構造を形成し、半導
体基板上の積層構造を形成した領域以外の領域のみに厚
さが当該積層構造と略等しく上面が略平坦な非活性導波
路層を気相エピタキシャル成長法により形成し、前記保
護層及び非活性導波路層の上面に回折格子を形成し、さ
らに前記回折格子の上面に前記保護層と同一材料からな
るクラッド層を形成することによって問題の解決を図ろ
うとした(特願昭62-178978号)。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、前記の従来技術では、結合部分において
非活性導波路層の厚みが徐々に変化しており、上面に回
折格子を形成しようとする場合に均一な回折格子が形成
できず、また、結合部分における非活性導波路層の結晶
性の良いものが得にくいという問題があった。
すなわち、結合部分において非活性導波路層の厚みが均
一でなく、結晶性が悪いために、前記結合部分において
反射散乱がおこり、そのための損失を生じるだけでな
く、光出力の低下やレーザしきい値の上昇をきたすとい
う問題があった。
また、素子の信頼性にも問題が出る可能性がある。
本発明は、前記問題点を解決するためになされたもので
ある。
本発明の目的は、結合部分における非活性導波路の厚み
の不均一性をできるだけ排除することができる技術を提
供することにある。
本発明の他の目的は、結晶性を向上させることにより異
種導波路間の結合を高め、高性能化を図ることができる
技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろ
う。
〔課題を解決するための手段〕
前記目的を達成するために、本発明は、分布反射型半導
体レーザの製造方法において、第1の導電型を有する半
導体基板上に活性導波路層と、該活性導波路層と光学的
に整合して結合する非活性導波路層と、該非活性導波路
層の厚さから前記活性導波路層の厚さを減じたものと略
等しい厚さの保護層とを順次積層させてなる積層構造を
形成する第1の工程と、前記半導体基板上の当該積層構
造上に島状の所定領域を形成し、島状の所定領域以外の
該積層構造を除去し、島状の所定領域にのみ当該積層構
造を形成する第2の工程と、前記半導体基板上の当該積
層構造を形成した領域以外の領域のみに厚さが当該積層
構造と略等しく上面が略平坦な非活性導波路層を気相エ
ピタキシャル成長法により形成する第3の工程と、前記
保護層及び非活性導波路層の上面に回折格子を形成する
第4の工程と、前記回折格子の上面に前記保護層と同一
材料からなる第2の導電型を有するクラッド層を形成す
る第5の工程を備えたことを最も主要な特徴とする。
〔作用〕
前述の手段によれば、気相エピタキシャル成長にあって
は、半導体基板面上における成長種の移動(マイグレー
ション)が速やかであり、平坦性が良好である。SiO2
のマスクを利用した選択成長にあっても、マスク上に到
来した成長種は速やかに半導体基板上(マスクに覆われ
ていない領域)に移動し、さらにマスク端部近傍とマス
クからはなられた点における成長種の濃度勾配を抑制す
る効果が顕著である。
したがって、上面が平坦な選択成長層が得られる。しか
し、半導体基板上に占めるマスクの面積が大きいとこれ
らの効果が得にくくなるため、マスク面積をできるだけ
小さくすることにより、その効果は一段と顕著となる。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を図面を用いて具体的に説明す
る。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能
を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は
省略する。
〔実施例I〕
第1図は、本発明を適用して作製された分布反射型半導
体レーザの実施例Iの概略構成を示す斜視図である。
第1図において、1はn型InP基板、2は波長λGが1.55
μmのInGaAsP活性導波路層、3は波長λGが1.3μmの
n型InGaAsP非活性導波路層、4はp型InPクラッド層、
5はp+InGaAsPキャップ層、6はp型InP電流ブロック
層、7はn型InP電流閉じ込め層、8はn型電極、9は
p型電極、10はピッチ層約2400Å、深さ約500Åの回折
格子、11は前記活性導波路層2と非活性導波路層3との
結合部である。
なお、前記波長λGは、媒質のバンドギャップ波長を示
すものである。
活性導波路層2を含む活性領域101と、回折格子10及び
非活性導波路層3を有する分布反射(DBR)領域102,103
と、非活性導波路層3を有する位相調整領域104とは電
気的に分離されている。
第2A図〜第2F図は、第1図に示す分布反射型半導体レー
ザを本発明の製造方法を適用して作製する実施例Iを示
す製造工程の要部断面図である。
本実施例Iの分布反射型半導体レーザの製造方法は、ま
ず、第2A図に示すように、n型InP基板1上の全面にわ
たって、InGaAsPからなる活性導波路層(厚さ0.15μ
m、バンドギャップの波長λG1.55μm)2、InPからな
る保護層(厚さ0.1μm)3Aを有機金属気相エピタキシ
ャル成長(MOVPE)法を用いて順次積層形成する。
次いで、第2B図に示すように、このn型InP基板1の所
定領域とする保護層3A上に、SiO2マスク3Bを、例えば、
スパッタリング法及びフォトリソグラフィ法を用いて形
成し、このSiO2マスク3Bと、例えば、化学エッチング法
とにより前記活性導波路層2及び保護層3Aの不用部分を
除去して、第2B図に示すような〈011〉方向に長さ約200
μm、幅約40μmの島状領域(3B)を形成する。ここ
で、島状領域とは、いわゆるストライプ状領域とは異な
り、比較的小さな面積を有するとともに、縦横それぞれ
の幅に極端な差がない領域をいう。
次に、第2C図に示すように、前記SiO2マスク3Bを選択成
長マスクとして前記島状領域以外の領域にのみノンドー
プInGaAsPからなる非活性導波路層(厚さ0.25μm、バ
ンドギャップの波長1.3μm)3をMOVPE法を用いて形成
する。ここで、第2C図は第2B図に示した複数のSiO2マス
ク3Bのうちの一つを対象として示した図である。この場
合、形成条件として反応炉内の圧力を約50Torrと大気圧
に比べて極めて低くしているので、原料ガスがn型InP
基板1面上で速やかに移動し、平坦な成長面が得られる
効果が一層促進される。従って、前記SiO2マスク3B上に
成長は起こらず、第2C図に示すような平坦な成長表面が
得られる。
次に、SiO2マスク3BをHF等で除去した後、第2D図に示す
ように、保護層3A及び非活性導波路層3の全面にわたっ
て二束干渉露光法と化学エッチング法とを用いてピッチ
約2400Å、深さ約500Åの回折格子10を形成する。この
場合、前記保護層3A及び非活性導波路層3の上面をMOVP
E法により平坦とすることができる。
次に、第2E図に示すように、回折格子10上にp型InPか
らなるクラッド層(厚さ2.0μm)4をMOVPE法等により
形成する。この場合、前記クラッド層4は、前記保護層
3Aと同じInPを用いているために、保護層3A上に形成さ
れた回折格子10は、第2F図に示すように、実質的に消失
したものと同様となる。
最後に、横モード制御のための埋め込み構造をドライエ
ッチング法とMOVPE法とにより形成し、第1図に示すよ
うに、活性導波路層2を含む活性領域101と、回折格子1
0及び非活性導波路層3を有する分布反射(DBR)領域10
2,103と、非活性導波路層3を有する位相調整領域104と
を電気的に分離して、p型電極とn型電極をそれぞれ形
成して分布反射型レーザ素子として完成する。
このような方法により製作された分布反射型半導体レー
ザ素子において、第3図(分布反射型レーザの電流−光
出力特性を示す図)に示すように、室温連続発振時に光
出力30mW、微分量子効率0.29W/Aが得られた。また、隣
接モードの抑圧比は、40dB程度あり、スペクトル線幅2M
Hz程度の安定した単一モード発振が得られた。
そして、活性導波路層2は、上述した製造工程から明ら
かになるように、島状のSiO2マスク3Bに基づく選択エッ
チングによって島状に形成されるようになる。レーザの
ビームの幅が小さいことから、活性導波路層2の形状と
しては島状であっても充分であるということに基づくも
のである。
そして、このように島状に形成された活性導波路層2の
領域以外の領域に非活性導波路層3を形成する場合に、
比較的面積の小さいSiO2マスク3Bからほとんど悪影響が
与えられることがなく、したがって、結晶の均一な良質
のものが形成できるようになる。
このことから、活性導波路層2と非活性導波路層3との
結合部11におけるそれらの結合が光学的に均一化できる
効果を奏するようになる。
〔実施例II〕
第4図は、本発明を適用して作製された分布反射型半導
体レーザの実施例IIの要部概略構成を示す断面図であ
る。
本実施例IIの分布反射型半導体レーザと本実施例Iとの
布反射型半導体レーザとの異なる点は、第4図に示すよ
うに、前記活性領域101の両端側に前記回折格子10及び
非活性導波路層3を有する分布反射領域102と同じ積層
構造を有する分布反射領域103を有している点である。
この構造を有する素子においては、狭いスペクトル線幅
を実現することができる。
第5A図〜第5F図は、第4図に示す分布反射型半導体レー
ザを本発明の製造方法を適用して作製する実施例IIを示
す製造工程の要部断面図である。
本実施例IIの分布反射型半導体レーザの製造方法は、前
記本実施例Iの分布反射型半導体レーザの製造方法と同
様に、まず、第5A図に示すように、n型InP基板1上の
全面にわたって、InGaAsPからなる活性導波路層(厚さ
0.15μm、バンドギャップの波長1.55μm)2、InPか
らなる保護層(厚さ0.1μm)3Aを有機金属気相エピタ
キシャル成長(MOVPE)法を用いて順次積層形成する。
次いで、第5B図に示すように、このn型InP基板1の所
定領域とする保護層3A上に、SiO2マスク3Bを例えばスパ
ッタリング法及びフォトリソグラフィ法を用いて形成
し、このSiO2マスク3Bと例えば化学エッチング法とによ
り前記活性導波路層2及び保護層3Aの不用部分を除去し
て、第5B図に示すような〈011〉方向に長さ約200μm、
幅約40μmの島状領域(3B)を形成する。
次に、第5C図に示すように、前記SiO2マスク3Bを選択成
長マスクとして前記島状領域以外の領域にのみノンドー
プInGaAsPからなる非活性導波路層(厚さ0.25μm、バ
ンドギャップの波長1.3μm)3をMOVPE法を用いて形成
する。ここで、第5C図は第5B図に示した複数のSiO2マス
ク3Bのうちの一つを対象として示した図である。この場
合、形成条件として反応炉内の圧力を約50Torrと大気圧
に比べて極めて低くしているので、原料ガスがn型InP
基板1面上で速やかに移動し、平坦な成長面が得られる
効果が一層促進される。従って、前記SiO2マスク3B上に
成長は起こらず、第5C図に示すような平坦な成長表面が
得られる。
次に、SiO2マスク3BをHF等で除去した後、第5D図に示す
ように、保護層3A及び非活性導波路層3の全面にわたっ
て二束干渉露光法と化学エッチング法とを用いてピッチ
約2400Å、深さ約500Åの回折格子10を形成する。この
場合、前記保護層3A及び非活性導波路層3の上面をMOVP
E法により平坦とすることができる。
次に、第5E図に示すように、回折格子10上にp型InPか
らなるクラッド層(厚さ約2.0μm)4をMOVPE法等によ
り形成する。この場合、前記クラッド層4は、前記保護
層3Aと同じInPを用いているために、保護層3A上に形成
された回折格子10は、第5F図に示すように、実質的に消
失したものと同様となる。
このようにして製作された分布反射型半導体レーザ素子
において、第3図(分布反射型レーザの電流−光出力特
性を示す図)に示すように、室温連続発振時に光出力30
mW、微分量子効率0.29W/Aが得られた。また、隣接モー
ドの抑圧比は、40dB程度あり、スペクトル線幅2MHz程度
の安定した単一モード発振が得られた。
以上、本発明を実施例にもとづき具体的に説明したが、
本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であること
は言うまでもない。
〔発明の効果〕
以上、説明したように、本発明によれば、マスク面積を
最小にすることで気相エピタキシャル法により、活性導
波路層と、上部に均一なピッチ、深さの回折格子を形成
した非活性導波路層とを光学的に整合して突き合わせて
結合することにより、結合部分での光学的な反射散乱、
電気的なリークの発生がなくなるため、高性能な分布反
射型半導体レーザを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明を適用して作製された分布反射型半導
体レーザの実施例Iの概略構成を示す斜視図、 第2A図〜第2F図は、第1図に示す分布反射型半導体レー
ザを本発明の製造方法を適用して作製する実施例Iを示
す製造工程の要部断面図、 第3図は、本発明による分布反射型半導体レーザの製造
方法により作製された分布反射型レーザの電流−光出力
特性を示す図、 第4図は、本発明を適用して作製された分布反射型半導
体レーザの実施例IIの要部概略構成を示す断面図、 第5A図〜第5F図は、第4図に示す分布反射型半導体レー
ザを本発明の製造方法を適用して作製する実施例IIを示
す製造工程の要部断面図、 第6図は、従来の分布反射型レーザの製作時におけるマ
スクパターンを示す図である。 図中、1……n形InP基板、2……InGaAsP活性導波路
層、3……n型InGaAsP非活性導波路層、3A……InP保護
層、3B……SiO2マスク、4……p型InPクラッド層、5
……P+型InGaAsPキャップ層、6……p型InP電流ブロッ
ク層、7……n型InP電流閉じ込め層、8……n型電
極、9……p型電極、10……回折格子、11……活性導波
路層と非活性導波路層との結合部、101……活性領域、1
02,103……分布反射領域、104……位相調整領域。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1の導電型を有する半導体基板上に活性
    導波路層と、該活性導波路層と光学的に整合して結合す
    る非活性導波路層の厚さから前記活性導波路層の厚さを
    減じたものと略等しい厚さの保護膜とを順次積層させて
    なる積層構造を形成する第1の工程と、前記半導体基板
    上の当該積層構造上に島状の所定領域を形成し、島状の
    所定領域以外の該積層構造を除去し、島状の所定領域に
    のみ当該積層構造を形成する第2の工程と、前記半導体
    基板上の当該積層構造を形成した領域以外の領域のみに
    厚さが当該積層構造と略等しく上面が略平坦な非活性導
    波路層を気相エピタキシャル成長法により形成する第3
    の工程と、前記保護層及び非活性導波路層の上面に回折
    格子を形成する第4の工程と、前記回折格子の上面に前
    記保護層と同一材料からなる第2の導電型を有するクラ
    ッド層を形成する第5の工程を備えたことを特徴とする
    分布反射型半導体レーザの製造方法。
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