JPH0846295A

JPH0846295A - 光半導体装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0846295A
Application number: JP17462394A
Authority: JP
Inventors: Haruhisa Soda; 晴久雙田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1994-07-26
Filing date: 1994-07-26
Publication date: 1996-02-16

Abstract

(57)【要約】【目的】モード変換器付の光半導体装置に関し、低閾電
流で発振し、導波路での光吸収を少なくし、製造を容易
にすること。【構成】第１の電極層の上に設けられた第１のクラッド
層と、光を発振する利得領域から光を導波するモード変
換領域にかけて形成され、該モード変換領域では前記利
得領域から離れるにつれて膜厚が薄くなるように前記第
１のクラッド層上に形成された半導体層と、前記半導体
層上に形成され、前記光の進行方向に延在するリッジ部
を上部に有する第２のクラッド層と、前記第２のクラッ
ド層の前記リッジ部上の前記利得領域に形成された第２
の電極とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光半導体装置及びその
製造方法に関し、より詳しくは、光通信、光ディスク装
置、光インターコネクションなどの光源に用いられるモ
ード変換器付の光半導体装置及びその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体通信技術の高度化に伴い、半導体
レーザの製作技術も向上し、近年では半導体レーザと他
の光半導体素子を集積化する研究が盛んである。例え
ば、ＤＦＢレーザと光変調器を集積した装置や、ＤＢＲ
レーザとモード変換器（ビームサイズ変換器）を集積し
たものがある。

【０００３】モード変換器は、本来３０〜４０度の広い
出射角をもつ半導体レーザと光ファイバをモジュール化
する場合に光結合を容易にするためのものである。半導
体レーザにおいては、光導波路の光閉じ込めが強いほ
ど、すなわち光スポット径が小さいほど発振しきい値が
小さくなって発光効率が向上するが、光スポット径が小
さくなるほど光ファイバとの結合は困難になる。

【０００４】そこで、半導体からなる光ビーム径変換用
の導波路を有するモード変換器集積化ファブリペロー半
導体レーザ（以下、ＦＰ−ＬＤという）が例えば次の文
献に提案されている。［１］T.L.KOCH et al.,IEEE PHO
TONICS TECHNOLOGY LETTER,VOL.2,NO.2,1990 この文献に記載されているＦＰ−ＬＤは、図１４に示す
ように、第１のInPクラッド層１０２、導波路層１０
３、多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層１０４そして第２の
InPクラッド層１０５がInP基板１０１の上に順番に形成
されている。ここでＭＱＷ活性層１０４は、InGaAs量子
井戸層とInGaAsP障壁層から構成されており、利得領域
１１０だけに形成されている。また、導波路層１０３
は、利得領域１１０とモード変換領域１１１の双方に形
成されている。なお、クラッド層１０５は２つのエッチ
ングストップ層１０７を介して３層に形成されている。

【０００５】モード変換領域Ｂにおける導波路層１０３
の厚さは、利得領域１１０から遠ざかるにつれて薄くな
るようにテーパ状に形成されている。導波路層１０３
は、図中に点線で囲んだ拡大図として表されているよう
に、InGaAsP層１０３ａと、InP層１０３ｂとを複数交互
に積層した構造を有する。このInP層１０３ｂはエッチ
ングストップ層として使用され耐エッチングマスクを複
数回変えてInGaAsP層１０３ａを階段状にパターンニン
グすることにより、モード変換領域Ｂにおける導波路層
１０３の膜厚をテーパ状に形成する。

【０００６】ＭＱＷ活性層１０４で励起された光は利得
領域１１０からモード変換領域１１１に進むが、モード
変換領域１１１では利得領域１１０よりも光閉じ込めが
弱いため、テーパ先端部の出力端での近視野像が拡が
り、その結果近視野像の回折パターンである遠視野像は
狭くなる。したがって、テーパ先端から出たビームの出
射角は狭くなり、光ファイバとの結合が容易になる。

【０００７】このような構造のＦＰ−ＬＤは、埋込みヘ
テロ構造（以下、ＢＨ構造という）レーザが採用され
る。このＢＨ構造レーザを製造するためには、レーザの
発振方向に活性層をストライプ状にメサ部分を残して両
側をエッチングで除去し、除去部分を再度Inpなどで埋
め込む方法がある。このＢＨ構造では、活性層の両側面
が、屈折率の異なるInP層に直接接することにより導波
路を構成する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の光半導体装置では、テーパ状導波路層を形成
するために、多数のマスクを使用するパターニング工程
が必要になり、また、ストライプ型の光半導体装置をＢ
Ｈ構造で製造するための製造工程は複雑であり、スルー
プットが低く、製造コストが高かった。

【０００９】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであって、スループットを向上できるモード変換
器付の光半導体装置及びその製造方法を提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記問題点解決のため、
本発明の光半導体装置では、図１に例示するように、第
１の電極層の上に設けられた第１のクラッド層と、光を
発振する利得領域から光を導波するモード変換領域にか
けて形成され、該モード変換領域では前記利得領域から
離れるにつれて膜厚がならだかに薄くなるように前記第
１のクラッド層上に形成された半導体層と、前記半導体
層上に形成され、前記光の進行方向に延在するリッジ部
を上部に有する第２のクラッド層と、前記第２のクラッ
ド層の前記リッジ部上の前記利得領域に形成された第２
の電極とを設ける。

【００１１】また、上記光半導体装置では、前記半導体
層が単一又は多重の量子井戸層を含み、該量子井戸層が
前記利得領域から前記モード変換領域まで連続させる。
また、上記光半導体装置では、前記半導体層と隣接して
ＳＣＨ層を設ける。また、上記光半導体装置では、前記
半導体層と前記ＳＣＨ層を合わせた膜厚を前記モード変
換領域において５０μｍ以上の距離に渡って減少させ
る。

【００１２】また、上記光半導体装置では、前記モード
変換領域の出射端面における前記半導体層と前記ＳＣＨ
層を合わせた厚さを、前記利得領域における前記半導体
層と前記ＳＣＨ層を合わせた厚さの１／３以下とする。
また、上記光半導体装置では、図２に例示するように、
前記モード変換領域の出射端面における前記第２のクラ
ッド層の厚さを、前記利得領域での厚さよりも大きくす
る。

【００１３】また、上記光半導体装置では、図２に例示
するように、前記モード変換領域の出射端面における前
記第２のクラッド層の厚さが、前記利得領域での厚さよ
りも２〜５μｍ大きくする。また、図３に例示するよう
に、前記モード変換領域の出射端面における前記第２の
クラッド層のリッジ部の水平方向の幅を、前記利得領域
での前記リッジ部の水平方向の幅よりも広くする。

【００１４】さらに、図４から図８に例示するように、
光を発振する利得領域と光を導波するモード変換領域と
に分けられる光半導体装置の製造方法であって、前記利
得領域が狭く、前記モード変換領域が広い開口部を有す
る第１の選択成長マスクを使用して、第１のクラッド層
上に、前記モード変換部の厚さが前記利得領域から遠ざ
かるにつれて連続的に減少するような半導体層を形成
し、さらに第２のクラッド層を形成する工程と、前記利
得領域が広く、前記モード変換領域が狭い開口部を有す
る第２の選択成長マスクを使用して、前記モード変換領
域の方が前記利得領域よりも厚い第３のクラッド層を前
記第２のクラッド層上に形成する工程と、第１のエッチ
ングマスクを使用して、前記利得領域にある第３のクラ
ッド材料層を薄層化する工程と、第２のエッチングマス
クを使用して、前記利得領域にある第２のクラッド層の
の発振領域にリッジ部を形成する工程と、第３のエッチ
ングマスクを使用して、前記モード変換領域の第２及び
第３のクラッド層に光の進行方向に延びるリッジ部を形
成する工程とを有する。

【００１５】また、前記第２のクラッド層と第３のクラ
ッド層の間にエッチングストップ層を設ける。また、図
９から図１２に例示するように、光を発振する利得領域
と光を導波するモード変換領域とに分けられる光半導体
装置の製造方法であって、前記利得領域が狭く、前記モ
ード変換領域が広い開口部を有する第１の選択成長マス
クを使用して、第１のクラッド層上に、前記モード変換
部の厚さが前記利得領域から遠ざかるにつれて連続的に
減少する半導体層を形成する工程と、前記第１の選択成
長マスクを使用して前記半導体層の上に、間隔をおいて
形成される第１及び第２のエッチングストップ層が挿入
される第２のクラッド層を前記半導体層上に連続的に形
成する工程と、第１のエッチングマスクを使用して、前
記モード変換領域の導波路の両側と前記利得領域の全域
にある前記第２のクラッド層を第２のエッチングストッ
プ層まで除去することによって、前記利得領域の前記ク
ラッド材料層を薄くするとともに、前記モード変換領域
の前記クラッド材料層に前記光の進行方向に延びるリッ
ジ部を形成する工程と、第２のエッチングマスクを使用
して、前記利得領域の導波部分の両側にある前記第２の
クラッド層を前記第１のエッチングストップ層まで除去
することによって、前記利得領域にある前記第２のクラ
ッド層に該導波部分の上にリッジ部を形成する工程とを
有する。

【００１６】

【作用】本発明によれば、クラッド層に挟まれた半導
体層のモード変換領域における厚さを、例えば５０μｍ
以上の距離に渡って利得領域から遠ざかるにつれてなだ
らかに薄くなるように例えば１／３以下になるように減
少させ、また、クラッド上部には光の進行方向に延びる
リッジ部を設けている。したがって、モード変換領域の
出射端面に近づくにつれて活性層の厚さが極めて薄くな
るので光の閉じ込めが弱くなり、しかもクラッド上部に
はリッジ部が形成されて光がしみ出し易くなっているた
め、出射端面における近視野像が垂直方向に拡がり、ビ
ーム拡がり角が小さくなる。さらに、その光半導体装置
は、ＢＨ構造とせずにリッジ構造を採用しているので、
埋め込み構造の形成やエピタキシャル成長の工程が少な
くなり、スループットが向上する。

【００１７】また、半導体層が利得領域とモード変換領
域で層数が変化せず連続する量子井戸層を含めるように
しているので、利得領域における量子井戸層の厚さより
もモード変換領域における量子井戸層の厚さの方が薄く
なる。このため、モード変換領域における量子井戸の基
底順位のほうが利得領域における量子井戸の基底順位よ
りも高くなるため、出射端部での光吸収波長帯域は利得
領域での発振波長よりも短波長側に広がる。したがっ
て、モード変換領域で導波される光は吸収されず、効率
よく出射端面から出力される。

【００１８】また半導体層に隣接してＳＣＨ層を設ける
ことにより光の閉じ込めを強くし、利得領域におけるし
きい電流値を低くすることができる。また、モード変換
領域における上部クラッド層の厚さを、利得領域におけ
る厚さよりも例えば２〜５μｍ厚くすることにより、モ
ード変換領域において光が半導体層からしみ出しやすく
なり、近視野像が垂直方向に拡がってビーム拡がり角が
小さくなる。

【００１９】また、出射端部における上部クラッド層リ
ッジ部の水平方向の幅を、利得領域におけるリッジ部の
幅よりも大きくすることにより、出射端部での水平方向
の閉じ込めが弱くなり、近視野像が水平方向に拡がる。
また、２つの異なる選択成長用マスクを使用して選択領
域成長法により活性層から上側のクラッド層までをエピ
タキシャル成長し、さらに異なるマスクを使用して上側
のクラッド層をエッチングし、これによって、モード変
換領域で利得領域から遠ざかるにつれて厚さがなだらか
に薄くなるような導波層と、出射端側が利得領域側より
も厚くかつ上部に光の進行方向に延びるリッジ部が形成
されたクラッド層とを有する光半導体装置を製造するこ
とができ、製造工程が簡略化される。

【００２０】またさらに、選択成長用マスクを使用する
選択領域成長法によるエピタキシャル成長を１回実施
し、さらに異なるマスクを使用して上側のクラッド層を
エッチングして、モード変換領域で利得領域から遠ざか
るにつれて厚さがなだらかに薄くなるような導波層、出
射端側が利得領域側よりも厚くかつ上部に光の進行方向
に延びるリッジ部が形成されたクラッド層とを有する光
半導体装置を製造することができ、製造工程が簡略化さ
れる。

【００２１】

【実施例】そこで、以下に本発明の実施例を図面に基づ
いて説明する。（光半導体装置の第１の実施例の説明）図１は、本発明
の第１の実施例に係るモード変換器付きのストライプ型
のファブリペロー型半導体レーザを示し、図１(a) は斜
視図、図１(b) は図１(a) の線Ｘ−Ｘ′に沿って切断し
た断面図である。

【００２２】図１(a) は出射端面側から見た斜視図であ
る。底面に下部電極１を有するｎ型（n-）InP 基板２の
上に、n-InP よりなる厚さ１００nmの第１のクラッド層
３及びIn_xGa_-xAs_yP_1-yよりなる厚さ１００nmの第１の
ＳＣＨ層４が積層されており、この第１のＳＣＨ層４上
の一部領域には多重量子井戸層（以下、ＭＱＷ層とい
う）５とIn_xGa_-xAs_yP_1-yよりなる厚さ１００nmの第２
のＳＣＨ層６が積層されている。

【００２３】このＭＱＷ層５と第２のＳＣＨ層６は、図
１３において製造途中にある斜視図が示されているよう
に、その幅は利得領域Ａではモード変換領域Ｂよりも狭
く形成され、また厚さはモード変換領域Ｂでは利得領域
Ａから遠ざかるにつれてなだらかに薄くなるように形成
されている。図１(a) に戻り、第２のＳＣＨ層６の一部
分と第１のＳＣＨ層４の上には、p-InP よりなる第２の
クラッド層７が積層されている。この第２のクラッド層
７上部には、出射端面に対して垂直な方向に延びるリッ
ジ部７７が形成されている。このリッジ部７７の水平方
向の幅は２〜５μｍであることが好ましい。また、利得
領域Ａのリッジ部７７上には上部電極９が形成され、第
２のクラッド層７の他の領域には保護膜としてSiO₂より
なる絶縁層８が形成されている。

【００２４】図１(b) の断面図に詳しく示したように、
第１のクラッド層３の上に形成されたＭＱＷ層５と第２
のＳＣＨ層６は、利得領域Ａでは厚さが厚く、モード変
換領域Ｂで厚さが次第に薄くなるようなテーパ状に形成
されている。これに伴って、図中に点線で囲んだ拡大図
として示したように、ＭＱＷ層５を構成するIn_x'Ga_1- _x'
As_y'P_1-y'よりなる井戸層５ａ及びIn_x''Ga_1-x''As
_y''P_1-y''からなる障壁層５ｂの厚さも変化している。
ＭＱＷ層５において、利得領域Ａでは井戸層５ａの厚さ
は７nm障壁層５ｂの厚さは１５nmで均一であり、モード
変換領域Ｂにおいて各層の厚さは連続的に減少してい
る。

【００２５】なお、本実施例では活性層として３層の井
戸層５ａを含むＭＱＷ層５を使用しているが井戸層５ａ
は単層でもよく、量子井戸層全体の厚さとしては約１０
〜５０nmが好ましい。モード変換領域Ｂでは、第１のＳ
ＣＨ層４、ＭＱＷ層５及び第２のＳＣＨ層６は光学的な
コア層として働き、このコア層の厚さは約１００μｍ以
上に渡って減少し、出射端面では利得領域Ａでの厚さの
１／３以下にすることが好ましい。次に、以上のような
構成のファブリペロー型半導体レーザの動作を説明す
る。利得領域Ａでは、第２のクラッド層７のリッジ部７
７上に形成された細長い上部電極９とによってストライ
プ型のレーザ発振素子が構成されており、下部電極１と
上部電極９に電流を流すことによって励起された光は、
利得領域Ａの反射端面とモード変換領域Ｂの出射端面と
の反射によって共振し、モード変換領域Ｂの出射端面か
ら出力する。

【００２６】この場合、量子井戸の基底順位のポテンシ
ャルは、量子サイズ効果によって井戸５ａが薄くなるほ
ど大きくなり、その井戸の伝導帯と価電子帯間のバンド
ギャップも広がる。これにより、モード変換領域Ｂでの
バンドギャップが利得領域Ａでのバンドギャップよりも
大きくなるので、利得領域Ａで発振した光はモード変換
領域ＢのＭＱＷ層５を透過する。したがって、モード変
換領域Ｂでの光の吸収が少なくなるので、光を効率よく
導波することができ、レーザを効率よく出力することが
できる。

【００２７】また、モード変換領域ＢでＭＱＷ層５を狭
くすることによって光の閉じ込めが弱くなって光のしみ
出しが多くなり、さらに第２のクラッド層７上部にはリ
ッジ部７７が形成されてクラッド層の厚さが厚くなって
いるため、コア層からの光を第２のクラッド層７に十分
にしみ出させることができる。したがって、出射端面で
の近視野像が横方向に拡がりビーム拡がり角が小さくな
って、出射端面における光結合効率を高めることができ
る。（第２の実施例に係る光半導体装置の説明）図２は、本
発明の第２の実施例に係るストライプ型のファブリペロ
ー型半導体レーザを示し、図２(a) は斜視図、図２(b)
は図２(a) の線Ｘ−Ｘ′に沿って切断した断面図であ
る。

【００２８】図２(a) 及び(b) に示したとおり、本実施
例のファブリペロー型半導体レーザは、第１の実施例の
ファブリペロー型半導体レーザと、下部電極１、基板
２、第１のクラッド層３、第１のＳＣＨ層４、第１と第
２のＳＣＨ層４、６、及びＭＱＷ層５の構造は同じであ
るが、モード変換領域Ｂにおける第２のクラッド層の構
造が異なる。

【００２９】本実施例の第２のクラッド層７Ａは、厚さ
が利得領域Ａよりもモード変換領域Ｂの出射端部で厚く
なるように形成されている。第２のクラッド層７ａのリ
ッジ部７７ａではない部分の厚さは、利得領域Ａでは第
１の実施例と同じく厚さ約２００nmであるが、モード変
換領域Ｂの出射端部では約５００nmになっている。この
モード変換領域Ｂでの第２のクラッド層７ａの厚さは、
利得領域Ａよりも３００〜５００nm厚いことが好まし
い。

【００３０】このようにモード変換領域Ｂにおける第２
のクラッド層７ａの厚さを大きくすることによって、出
射端部におけるＭＱＷ層５と第２のＳＣＨ層６からの光
のしみ出しを高めて、出射端面における近視野像を垂直
方向に拡げることができ、これによりスポット形状を調
整して、光ファイバへの光結合効率をさらに高めること
ができる。（第３の実施例に係る光半導体装置の説明）図３は、本
発明の第３の実施例に係るストライプ型のファブリペロ
ー型半導体レーザを示し、図３(a) は斜視図、図３(b)
は図３(a) の線Ｘ−Ｘ′に沿って切断した断面図であ
る。

【００３１】図３(a) 及び(b) に示したとおり、本実施
例のファブリペロー型半導体レーザは、第１の実施例の
ファブリペロー型半導体レーザと、下部電極１、基板
２、第１のクラッド層３、第１のＳＣＨ層４、第１と第
２のＳＣＨ層４、６、及びＭＱＷ層５の構造は同じであ
るが、モード変換領域Ｂにおける第２のクラッド層７ｂ
の水平方向の幅が異なる。

【００３２】本実施例の第２のクラッド層７ｂのリッジ
部７７ｂ水平方向の幅は、利得領域Ａでは第１及び第２
の実施例と同じであるが、モード変換領域Ｂの出射端部
では利得領域Ａでの幅よりも大きくなるように形成され
ている。したがって、モード変換領域Ｂの出射端部にお
いて第２のクラッド層７ｂのリッジ部７７ｂの水平方向
の幅を大きくすることにより、ＭＱＷ層５及び第２のＳ
ＣＨ層６からの光のしみ出しを水平方向に幅広く高める
ことができ、出射端面における近視野像を水平方向に拡
げて、スポット形状を調整することができる。このモー
ド変換領域Ｂの出射端面での第２のクラッド層７ｂの厚
さは、１０μｍ以内であることが好ましい。（第４の実施例に係る光半導体装置の製造方法の説明）
図４から図８は、本発明の第４の実施例に係る光半導体
装置の製造方法の各工程を示す。ここでは、前述の第２
の実施例のファブリペロー型半導体レーザ装置製造方法
について説明する。図４〜図８の(a) は図２の線Ｘ−
Ｘ′に対応する線に沿って切断した断面図、図４〜図８
(b) は各工程において使用する成長マスク及びエッチン
グマスクの形状を示す上面図である。

【００３３】まず、図４の工程では、図４(a) に示した
ようなｎ型（n-）InP の基板２の上にn-InP の第１のク
ラッド層３、及びIn_xGa_1-xAs_yP_1-yからなるＳＣＨ層
４を形成する。続いて、ＳＣＨ層の表面に、(b) に示し
たような形状の第１の選択成長マスク２１を形成する。
この選択成長マスク２１は、選択領域成長法（特開平２
−８６２３１号）で使用するマスクであり、シリコン窒
化膜などの絶縁膜をフォトリソグラフィによりパターン
ニングする。このマスクは、利得領域Ａにおいて光進行
領域に沿ったストライプ状の領域とモード選択領域Ｂ全
域が開口している。

【００３４】次に、図５の工程では、図４の工程で形成
した第１の選択成長マスク２１を使用して、１回目の選
択領域成長法による液晶エピタキシャル成長を行い、第
１の選択成長マスク２１から露出した第１のＳＣＨ層４
の上にＭＱＷ層５を成長し、続いて、In_xGa_1-xAs_yP
_1-yの第２のＳＣＨ層６を１００nm、さらにp-InP のク
ラッド材料層１１ａを２００nmの厚さに成長させる。ま
た、このクラッド材料層１１ａの高さｈ１の位置に、エ
ッチングストップ層１２を挿入する。

【００３５】この１回目の選択領域成長法によりエピタ
キシャル成長した後の製造途中の装置の斜視図を図１３
に示す。この図から分かる通り、第１の選択成長マスク
２１が形成されている領域には成長核がないため、ＭＱ
Ｗ層５と第２のＳＣＨ層６とクラッド材料層１１ａは第
１の選択成長マスク２１上には成長せず、第１の選択成
長マスク２１の開口部だけに選択的に成長する。しかも
各層は、開口面積が小さい利得領域Ａのストライプ状の
領域には周囲のマスク部分からの分子が集まって膜厚が
厚く成長し、開口面積が大きいモード変換領域Ｂでは利
得領域Ａから遠ざかるにつれて薄くなるように成長す
る。

【００３６】次に図６の工程では、図５の工程の第１の
選択成長マスク２１を除去して、第２の選択成長マスク
２２を形成し、２回目の選択領域成長により、クラッド
材料層１１ａと同じ材料のクラッド材料層１１ｂをエピ
タキシャル成長させる。また、ここで使用する第２の選
択成長マスク２２は、利得領域Ａの全領域とモード変換
領域Ｂの光進行方向に延びるストライプ状の領域を除い
た形状である。

【００３７】この２回目の液晶エピタキシャル成長によ
って、クラッド材料層１１ｂがモード変換領域Ｂのスト
ライプ状の開口部には厚く成長し、利得領域Ａには薄く
成長する。したがって、図５と図６の工程の選択的な液
晶エピタキシャル成長によって、利得領域Ａで厚さが厚
くモード変換領域で厚さが薄くなるような、クラッド材
料層１１ａと１１ｂからなるクラッド材料層１１が形成
される。

【００３８】次に図７の工程では、図６の行程で使用し
た第２の選択成長マスク２２を除去し、第１のエッチン
グマスク２３を使用してクラッド材料層１１に対する１
回目のエッチングを行う。第１のエッチングマスクは、
図７(b) に示したように、利得領域Ａのストライプ状の
領域及びモード変換領域Ｂを覆う形状である。この１回
目のエッチングによって、点線１３で示したように、利
得領域Ａのクラッド材料層１１を選択的に高さｈ１のエ
ッチングストップ層１２まで除去し、図２(a)で示した
ようなリッジ部を形成する。

【００３９】次に図８の行程では、第２のエッチングマ
スク２４を使用してクラッド材料層１１に対する２回目
のエッチングを行う。第２のエッチングマスク２４は、
図８(b) に示すように、利得領域Ａの全域とモード変換
領域Ｂのストライプ状の領域を覆う形状を有する。この
２回目のエッチングによって、モード変換領域Ｂのクラ
ッド材料層１１を選択的に除去して、図２(b) で示した
ようなリッジ部７７を有する第２のクラッド層７が形成
される。

【００４０】図示してないが、さらに、InP 基板２の下
に下部電極１を形成し、続いて第２のクラッド層７のリ
ッジ部７７の利得領域Ａ上面に上部電極を形成し、その
他の第２のクラッド層７の上面に絶縁層を形成すること
により、図２に示したようなファブリペロー型レーザ装
置が完成する。以上のように、本実施例の光半導体装置
の製造方法によれば、下部電極１、基板２、第１のクラ
ッド層３及びＳＣＨ層４を形成した積層基板に、まず１
回目の選択領域成長法による液晶エピタキシャル成長を
行うことによって、ＭＱＷ層５と第２のＳＣＨ層６を、
モード変換領域Ｂでの厚さが利得領域Ａから離れるにつ
れて薄くなるように形成することができる。

【００４１】また、さらに２回目の選択的な液晶エピタ
キシャル成長と２回の選択的なエッチングにより、利得
領域Ａは薄くモード変換領域Ｂが厚くまたリッジ部７７
を有する第２のクラッド層７を形成することができる。
したがって、従来のＢＨ構造によるファブリペロー型レ
ーザ装置の製造工程では少なくとも３回のエピタキシャ
ル成長が必要であったが、エピタキシャル成長の回数を
減らすことができ、さらに内部の活性層を光進行方向に
ストライプ状に成形する必要がないので、製造工程を大
幅に簡略化することができ同時に製造コストを削減する
ことができる。

【００４２】なお、本実施例の製造方法では、クラッド
材料層７の途中にエッチングストップ層１２を挿入して
いるが、エッチングの際に高さｈ１までの除去がうまく
制御できるようであれば、このエッチングストップ層１
２はなくてもよい。（第５の実施例に係る光半導体装置の製造方法の説明）
図９から図１２はそれぞれ、本発明の第５の実施例に係
る光半導体装置の製造方法の各工程を示す。本実施例で
は、前述の第２の実施例のファブリペロー型半導体レー
ザを構造的な特徴が類似した装置の製造方法について説
明する。図９〜図１２の(a) は図２の線Ｘ−Ｘ′に対応
する線に沿って切断した断面図、図９〜図１２の(b) は
各工程において使用する成長マスク及びエッチングマス
クの形状を示す上面図である。

【００４３】本実施例の製造方法が前述の第４の実施例
の製造方法と大きく異なる点は、エピタルキシャル成長
を１回だけ実施する点である。順を追って説明すると、
まず図９の工程では、第４の実施例の製造方法と同様
に、図９(a) に示したような基板２の上に図９(b) に示
した形状の選択成長マスク２１を形成する。

【００４４】次に図１０の工程では、図９の工程で形成
した選択成長マスク２１を使用して選択領域成長法によ
りエピタキシャル成長を行い、クラッド，第１のＳＣＨ
層４，ＭＱＷ層５，第２のＳＣＨ層及びクラッド材料層
１４を選択的に形成する。このとき、クラッド材料層１
４を成長させる途中で、高さｈ２及びさらにｈ２よりも
高いｈ３にエッチングストップ層１５及び１６を挿入す
る。

【００４５】この選択的なエピタキシャル成長で形成さ
れた各層は、図１０(a) に示すように、利得領域Ａでは
厚くモード変換領域Ｂでは次第に薄くなるように形成さ
れる。次に図１１の工程では、第１のエッチングマスク
２５を使用してクラッド材料層１４に対して１回目のエ
ッチングを行う。この第１のエッチグマスク２５は、モ
ード変換領域Ｂの中央のストリライプ状の部分だけを覆
う形状である。この１回目のエッチングによって、クラ
ッド材料層１４のモード変換領域Ｂ中央のストライプ状
領域以外の領域を、図中の点線１７で示したような高さ
ｈ３のエッチングストップ層１６までエッチング除去す
る。これにより、クラッド材料層１４の上部のモード変
換領域Ｂに光進行方向に延びるリッジ部が形成される。

【００４６】次に図１２の工程では、第２のエッチング
マスク２６を使用してクラッド材料層１４に対して２回
目のエッチングを行う。この第２のエッチングマスク２
６は、利得領域Ａの光進行方向にの延びるストライプ状
の領域とモード変換領域Ｂの全域を覆う形状である。こ
の２回目のエッチングによって、利得領域Ａは中央のス
トライプ状領域以外の領域が、図中の点線１７ａで示す
ように高さｈ２のエッチングストップ層１５まで除去さ
れる。これにより、光進行方向に延びるリッジ部を有す
る第２のクラッド層１４が形成される。

【００４７】図示していないが、さらに、基板２の下に
下部電極１を形成し、ついで第２のクラッド層１４のリ
ッジ部の利得領域Ａ上面に上部電極を形成し、その他の
第２のクラッド層１３の上面に絶縁層を形成することに
より、図２に示したものと特徴的形状が類似したファブ
リペロー型レーザ装置が完成する。本実施例では、第４
の実施例の光半導体装置の製造方法よりもエピタキシャ
ル成長の回数がさらに少なくて済むので、出力効率が高
く適切なスポット形状のファブリペロー型レーザ装置
を、大幅に簡略化した工程で製造することができる。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、モード変換領域の導波
層を利得領域から遠ざかるにつれてなだらかに薄くなる
ように形成しかつ導波層上のクラッド層にリッジ部を設
けているので、モード変換領域においてコア層から光が
しみ出しやすく、近視野像が垂直方向に拡がってビーム
拡がり角が小さくなる。したがって、出射端において光
ファイバなどとの光学的結合効率を高めることができ
る。しかも、その光半導体装置は、ＢＨ構造とせずにリ
ッジ構造としているので、埋め込み構造の形成やエピタ
キシャル成長の工程が少なくなり、スループットを向上
できる。

【００４９】また、活性層と導波層を連続する量子井戸
層で形成し、その量子井戸層の膜厚をモード変換領域に
おいて利得領域から遠ざかるにつれて薄くなるように形
成しているので、モード変換領域における光吸収を低減
しレーザの出力効率を高めることができる。また、出射
端部における上部クラッド層の厚さを、利得領域での厚
さよりも大きくすることによって、光がしみ出しやすく
なって、近視野像を垂直方向に拡げることができ、また
出射端部における上部クラッドのリッジ部の水平方向の
幅を、利得領域での幅よりも広くすることによって、利
得領域での発振状態を損なうことなく出射端面における
近視野像を水平方向に拡げることができる。したがっ
て、これらを組み合わせることにより、最適なスポット
形状を得ることができる。また、選択領域成長法によ
るエピタキシャル成長と、異なるマスクを利用したエッ
チングにより、モード変換領域では利得領域から遠ざか
るにつれて薄くなる活性層と、かつ利得領域で薄くモー
ド変換領域で厚く上部にリッジ部を有するクラッド層を
有する光半導体装置の製造工程を簡略化することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る光半導体装置を示
し、(a) は斜視図、(b) は(a)の図の線Ｘ−Ｘ′に沿っ
て切断した断面図である。

【図２】本発明の第２の実施例に係る光半導体装置を示
し、(a) は斜視図、(b) は(a)の図の線Ｘ−Ｘ′に沿っ
て切断した断面図である。

【図３】本発明の第３の実施例に係る光半導体装置を示
し、(a) は斜視図、(b) は(a)の図の線Ｘ−Ｘ′に沿っ
て切断した断面図である。

【図４】本発明の第４の実施例に係る光半導体装置の製
造方法の一工程を示し、(a) は断面図、(b) は使用マス
クの上面図である。

【図５】本発明の第４の実施例に係る光半導体装置の製
造方法の一工程を示し、(a) は断面図、(b) は使用マス
クの上面図である。

【図６】本発明の第４の実施例に係る光半導体装置の製
造方法の一工程を示し、(a) は断面図、(b) は使用マス
クの上面図である。

【図７】本発明の第４の実施例に係る光半導体装置の製
造方法の一工程を示し、(a) は断面図、(b) は使用マス
クの上面図である。

【図８】本発明の第４の実施例に係る光半導体装置の製
造方法の一工程を示し、(a) は断面図、(b) は使用マス
クの上面図である。

【図９】本発明の第５の実施例に係る光半導体装置の製
造方法の一工程を示し、(a) は断面図、(b) は使用マス
クの上面図である。

【図１０】本発明の第５の実施例に係る光半導体装置の
製造方法の一工程を示し、(a) は断面図、(b) は使用マ
スクの上面図である。

【図１１】本発明の第５の実施例に係る光半導体装置の
製造方法の一工程を示し、(a) は断面図、(b) は使用マ
スクの上面図である。

【図１２】本発明の第５の実施例に係る光半導体装置の
製造方法の一工程を示し、(a) は断面図、(b) は使用マ
スクの上面図である。

【図１３】選択領域成長法によるエピタキシャル成長に
よる製造途中にあるレーザ装置のの斜視図である。

【図１４】従来のモード変換器集積化ファブリペロー半
導体レーザの断面図である。

【符号の説明】

１下部電極２基板３第１のクラッド層４第１のＳＣＨ層５多重量子井戸層（又はＭＱＷ層）５ａ量子井戸層５ｂ障壁層６第２のいＳＣＨ層７，７ａ，７ｂ第２のクラッド層８絶縁膜９上部電極１１、１１ａ、１１ｂ、１４クラッド材料層１２、１５、１６エッチングストップ層２１、２２、選択成長マスク２３、２４、２５、２６エッチングマスク７７，７７ａ，７７ｂリッジ部Ａ利得領域Ｂモード変換領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の電極層の上に設けられた第１のク
ラッド層と、光を発振する利得領域から光を導波するモード変換領域
にかけて形成され、該モード変換領域では前記利得領域
から離れるにつれて膜厚がなだらかに薄くなるように前
記第１のクラッド層上に形成された半導体層と、前記半導体層上に形成され、前記光の進行方向に延在す
るリッジ部を上部に有する第２のクラッド層と、前記第２のクラッド層の前記リッジ部上の前記利得領域
に形成された第２の電極と、を有する光半導体装置。
【請求項２】前記半導体層が単一又は多重の量子井戸
層を含み、該量子井戸層が前記利得領域から前記モード
変換領域まで連続していることを特徴とする請求項１に
記載の光半導体装置。
【請求項３】前記半導体層と隣接してＳＣＨ層を有す
ることを特徴とする請求項１又は２に記載の光半導体装
置。
【請求項４】前記半導体層と前記ＳＣＨ層を合わせた
膜厚が、前記モード変換領域において１００μｍ以上の
距離に渡って減少することを特徴とする請求項３に記載
の光半導体装置。
【請求項５】前記モード変換領域の出射端面における
前記半導体層と前記ＳＣＨ層を合わせた厚さが、前記利
得領域における前記半導体層と前記ＳＣＨ層を合わせた
厚さの１／３以下であることを特徴とする請求項３又は
４に記載の光半導体装置。
【請求項６】前記モード変換領域の出射端面における
前記第２のクラッド層の厚さが、前記利得領域での厚さ
よりも大きいことを特徴とする請求項１から請求項５の
いずれかに記載の光半導体装置。
【請求項７】前記モード変換領域の出射端面における
前記第２のクラッド層の厚さが、前記利得領域での厚さ
よりも２〜５μｍ大きいことを特徴とする請求項６に記
載の光半導体装置。
【請求項８】前記モード変換領域の出射端面における
前記第２のクラッド層のリッジ部の水平方向の幅が、前
記利得領域での前記リッジ部の水平方向の幅よりも広い
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記
載の光半導体装置。
【請求項９】光を発振する利得領域と光を導波するモ
ード変換領域とに分けられる光半導体装置の製造方法で
あって、前記利得領域が狭く、前記モード変換領域が広い開口部
を有する第１の選択成長マスクを使用して、第１のクラ
ッド層上に、前記モード変換部の厚さが前記利得領域か
ら遠ざかるにつれて連続的に減少するような半導体層を
形成し、さらに第２のクラッド層を形成する工程と、前記利得領域が広く、前記モード変換領域が狭い開口部
を有する第２の選択成長マスクを使用して、前記モード
変換領域の方が前記利得領域よりも厚い第３のクラッド
層を前記第２のクラッド層上に形成する工程と、第１のエッチングマスクを使用して、前記利得領域にあ
る第３のクラッド材料層を薄層化する工程と、第２のエッチングマスクを使用して、前記利得領域にあ
る第２のクラッド層のの発振領域にリッジ部を形成する
工程と、第３のエッチングマスクを使用して、前記モード変換領
域の第２及び第３のクラッド層に光の進行方向に延びる
リッジ部を形成する工程と、を含むことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【請求項１０】前記第２のクラッド層と第３のクラッ
ド層の間にエッチングストップ層を設ける工程を有する
ことを特徴とする請求項９に記載の光半導体装置の製造
方法。
【請求項１１】光を発振する利得領域と光を導波する
モード変換領域とに分けられる光半導体装置の製造方法
であって、前記利得領域が狭く、前記モード変換領域が広い開口部
を有する第１の選択成長マスクを使用して、第１のクラ
ッド層上に、前記モード変換部の厚さが前記利得領域か
ら遠ざかるにつれて連続的に減少する半導体層を形成す
る工程と、前記第１の選択成長マスクを使用して前記半導体層の上
に、間隔をおいて形成される第１及び第２のエッチング
ストップ層が挿入される第２のクラッド層を前記半導体
層上に連続的に形成する工程と、第１のエッチングマスクを使用して、前記モード変換領
域の導波路の両側と前記利得領域の全域にある前記第２
のクラッド層を第２のエッチングストップ層まで除去す
ることによって、前記利得領域の前記クラッド材料層を
薄くするとともに、前記モード変換領域の前記クラッド
材料層に前記光の進行方向に延びるリッジ部を形成する
工程と、第２のエッチングマスクを使用して、前記利得領域の導
波部分の両側にある前記第２のクラッド層を前記第１の
エッチングストップ層まで除去することによって、前記
利得領域にある前記第２のクラッド層に該導波部分の上
にリッジ部を形成する工程と、を含む光半導体装置の製造方法。