JPH0936496A - 半導体光素子及びその製造方法 - Google Patents
半導体光素子及びその製造方法Info
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- JPH0936496A JPH0936496A JP20765195A JP20765195A JPH0936496A JP H0936496 A JPH0936496 A JP H0936496A JP 20765195 A JP20765195 A JP 20765195A JP 20765195 A JP20765195 A JP 20765195A JP H0936496 A JPH0936496 A JP H0936496A
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- diffraction grating
- optical
- layer
- optical waveguide
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Abstract
(57)【要約】
【課題】結晶成長のみを用いて、均一深さの回折格子に
λ／４シフトの導入や光導波方向への光結合係数の変調
構造の形成を可能とすることによって、その作製プロセ
スを大幅に簡単化するとともに高機能光素子を得る。 【解決手段】第１、第２の半導体層に挟まれた回折格子
を有する半導体光素子において、回折格子を挟む半導体
層を、ストライプ状誘電体薄膜を成長阻止マスクとする
選択成長を用いて形成し、光導波方向でストライプ幅を
適当に変化させることによって、半導体層の組成波長
（屈折率）を制御し、回折格子へλ／４シフトの導入を
可能とし、また光結合係数の変調をも可能とする。この
選択成長を用いて形成された回折格子を有する半導体光
素子は、分布反射器の光結合係数を任意に制御すること
ができ、光素子の機能を最大限に取り出すことのできる
分布反射器構造を形成することができる。
λ／４シフトの導入や光導波方向への光結合係数の変調
構造の形成を可能とすることによって、その作製プロセ
スを大幅に簡単化するとともに高機能光素子を得る。 【解決手段】第１、第２の半導体層に挟まれた回折格子
を有する半導体光素子において、回折格子を挟む半導体
層を、ストライプ状誘電体薄膜を成長阻止マスクとする
選択成長を用いて形成し、光導波方向でストライプ幅を
適当に変化させることによって、半導体層の組成波長
（屈折率）を制御し、回折格子へλ／４シフトの導入を
可能とし、また光結合係数の変調をも可能とする。この
選択成長を用いて形成された回折格子を有する半導体光
素子は、分布反射器の光結合係数を任意に制御すること
ができ、光素子の機能を最大限に取り出すことのできる
分布反射器構造を形成することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体光素子及び
その製造方法に関する。
その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】回折格子による分布反射器（distribute
d reflector）を有する半導体レーザや波長フィルタ等
の半導体光素子において、半導体レーザの単一軸モード
制御、高出力特性、歩留りの向上等、また波長フィルタ
の波長制御特性の向上等を考えると、λ／４シフト回折
格子の導入はもちろん、分布反射器の光結合係数を光導
波方向に最適に変化させること、更には異なる光結合係
数を有する領域を任意の位置に作製できる製造方法が要
求される。
d reflector）を有する半導体レーザや波長フィルタ等
の半導体光素子において、半導体レーザの単一軸モード
制御、高出力特性、歩留りの向上等、また波長フィルタ
の波長制御特性の向上等を考えると、λ／４シフト回折
格子の導入はもちろん、分布反射器の光結合係数を光導
波方向に最適に変化させること、更には異なる光結合係
数を有する領域を任意の位置に作製できる製造方法が要
求される。
【０００３】分布反射器やλ／４シフト回折格子の従来
の作製方法には以下のようなものがある。
の作製方法には以下のようなものがある。
【０００４】まず、回折格子を用いた分布反射器の作製
について説明する。
について説明する。
【０００５】図７は、互いに異なる光結合係数を有する
２つの領域からなる半導体光素子の軸方向の断面構造を
模式的に示した図である。
２つの領域からなる半導体光素子の軸方向の断面構造を
模式的に示した図である。
【０００６】従来の光集積素子において、光導波方向に
異なる光結合係数を有する複数の領域を形成するには、
大きく分けて２つの方法があった。
異なる光結合係数を有する複数の領域を形成するには、
大きく分けて２つの方法があった。
【０００７】第１の作製方法は、図７（Ａ）を参照し
て、半導体基板１の上に回折格子５を形成し、第１の領
域（「領域１」ともいう）の回折格子を埋め込む光導波
層２を成長し、次に、光導波層２の一部を選択的にエッ
チングで除去した後、第２の領域（「領域２」ともい
う）の回折格子を埋め込む光導波層３を再成長する。更
に、光導波層２及び３の上に光導波層４（利得発生層等
を含む）、クラッド層１１を成長して光集積素子を作製
するものである。
て、半導体基板１の上に回折格子５を形成し、第１の領
域（「領域１」ともいう）の回折格子を埋め込む光導波
層２を成長し、次に、光導波層２の一部を選択的にエッ
チングで除去した後、第２の領域（「領域２」ともい
う）の回折格子を埋め込む光導波層３を再成長する。更
に、光導波層２及び３の上に光導波層４（利得発生層等
を含む）、クラッド層１１を成長して光集積素子を作製
するものである。
【０００８】上記第１の作製方法においては、第１、第
２の領域における光導波層２、３の結晶組成を適宜選択
することにより、異なる光結合係数を有する複数の領域
を作製することができる。
２の領域における光導波層２、３の結晶組成を適宜選択
することにより、異なる光結合係数を有する複数の領域
を作製することができる。
【０００９】しかし、上記第１の作製方法には例えば以
下のような各種問題があった。
下のような各種問題があった。
【００１０】(1)光導波層２の結晶成長→エッチング→
光導波層３の再成長→光導波層４、クラッド層１１の再
成長と、製造プロセスが複雑である。
光導波層３の再成長→光導波層４、クラッド層１１の再
成長と、製造プロセスが複雑である。
【００１１】(2)領域２の回折格子は昇温工程を２度経
ることから、昇温時に回折格子の形状が劣化する。
ることから、昇温時に回折格子の形状が劣化する。
【００１２】(3)光導波層２と光導波層３の境界で異常
成長が生じること等の問題があった。
成長が生じること等の問題があった。
【００１３】第２の作製方法は、図７（Ｂ）を参照し
て、半導体基板１の上に領域１の分布反射器を構成する
回折格子５を形成し、更に選択エッチングを用いて、回
折格子５と深さの異なる回折格子６を形成し、領域２の
分布反射器を構成する。その後、光導波層２、４、クラ
ッド層１１を成長して半導体光素子を作製するものであ
る。
て、半導体基板１の上に領域１の分布反射器を構成する
回折格子５を形成し、更に選択エッチングを用いて、回
折格子５と深さの異なる回折格子６を形成し、領域２の
分布反射器を構成する。その後、光導波層２、４、クラ
ッド層１１を成長して半導体光素子を作製するものであ
る。
【００１４】上記第２の作製方法を用いても、回折格子
５、６の回折格子深さを変えることにより、任意の光結
合係数を有する複数の領域を作製することができる。
５、６の回折格子深さを変えることにより、任意の光結
合係数を有する複数の領域を作製することができる。
【００１５】しかし、上記第２の作製方法は例えば以下
のような各種問題があった。
のような各種問題があった。
【００１６】(1)回折格子を形成する際、複数回のエッ
チングを行わなければならず、製造プロセスが複雑であ
る。
チングを行わなければならず、製造プロセスが複雑であ
る。
【００１７】(2)回折格子５と回折格子６のエッチング
深さの相対比を制御することが難しい。
深さの相対比を制御することが難しい。
【００１８】(3)光導波層２を成長する際、回折格子の
深さが深い回折格子上に成長される結晶の品質が劣化す
る。
深さが深い回折格子上に成長される結晶の品質が劣化す
る。
【００１９】次に、λ／４シフト回折格子について説明
する。
する。
【００２０】λ／４シフト回折格子とは、回折格子中で
回折格子の位相がπシフトする領域を有する回折格子の
ことをいう。
回折格子の位相がπシフトする領域を有する回折格子の
ことをいう。
【００２１】図８は、λ／４シフト回折格子を有する分
布帰還型（ＤＦＢ；distributed feedback）レーザの軸
方向の断面構造を模式的に示す図である。このλ／４シ
フト回折格子をレーザ共振器内に導入する方法は、従来
種々提案されているが、大きく分けて次の２つの方法が
ある。
布帰還型（ＤＦＢ；distributed feedback）レーザの軸
方向の断面構造を模式的に示す図である。このλ／４シ
フト回折格子をレーザ共振器内に導入する方法は、従来
種々提案されているが、大きく分けて次の２つの方法が
ある。
【００２２】その一つは、図８（Ａ）を参照して、半導
体基板１上に回折格子を形成する際、選択露光を用いて
一部回折格子が存在しない領域を形成し、その後、光導
波層２、４、クラッド層１１を成長してＤＦＢレーザを
得る方法である。
体基板１上に回折格子を形成する際、選択露光を用いて
一部回折格子が存在しない領域を形成し、その後、光導
波層２、４、クラッド層１１を成長してＤＦＢレーザを
得る方法である。
【００２３】この従来の方法によれば、回折格子の無い
領域の長さを制御することにより、光の位相シフト量を
制御することができ、共振器内にλ／４シフトを導入す
ることができる。
領域の長さを制御することにより、光の位相シフト量を
制御することができ、共振器内にλ／４シフトを導入す
ることができる。
【００２４】しかし、この従来の方法は、回折格子が存
在しない領域を用いて位相シフトを生じさせているた
め、種々の影響によりレーザのしきい値電流が変動した
時、位相シフト領域の屈折率が変動し、その結果位相シ
フト量が変動するという問題を有する。これは、ＤＦＢ
レーザの単一モード特性、高出力特性等のレーザ特性の
劣化を招くため、本質的に、重大な問題を内包した方法
である。
在しない領域を用いて位相シフトを生じさせているた
め、種々の影響によりレーザのしきい値電流が変動した
時、位相シフト領域の屈折率が変動し、その結果位相シ
フト量が変動するという問題を有する。これは、ＤＦＢ
レーザの単一モード特性、高出力特性等のレーザ特性の
劣化を招くため、本質的に、重大な問題を内包した方法
である。
【００２５】二つめの方法は、図８（Ｂ）を参照して、
半導体基板１上に回折格子を形成する際、異なるレジス
トの二重塗布露光等を用いて、周期がπずれた回折格子
を形成し、その後、光導波層２、４、クラッド層１１を
成長してλ／４シフトＤＦＢレーザを得る方法である。
半導体基板１上に回折格子を形成する際、異なるレジス
トの二重塗布露光等を用いて、周期がπずれた回折格子
を形成し、その後、光導波層２、４、クラッド層１１を
成長してλ／４シフトＤＦＢレーザを得る方法である。
【００２６】この従来の方法によれば、完全なλ／４の
位相シフトを作製することができる。
位相シフトを作製することができる。
【００２７】しかし、この従来の方法では、複雑な露光
技術を必要とするため、プロセスの歩留りが悪いという
問題であった。
技術を必要とするため、プロセスの歩留りが悪いという
問題であった。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の分
布反射器及びλ／４シフト回折格子の作製方法は、その
工程が複雑であり、更に３つ以上の任意の光結合係数を
有する分布反射器、または連続的に光結合係数が変化す
る分布反射器を同一基板上に作製することは困難であっ
た。
布反射器及びλ／４シフト回折格子の作製方法は、その
工程が複雑であり、更に３つ以上の任意の光結合係数を
有する分布反射器、または連続的に光結合係数が変化す
る分布反射器を同一基板上に作製することは困難であっ
た。
【００２９】従って、本発明は、上記問題点を解消し、
結晶成長のみを用いて、均一深さの回折格子にλ／４シ
フトの導入や光導波方向への光結合係数の変調構造の形
成を可能とすることにより、その作製プロセスを大幅に
簡単化するとともに高機能光素子を得ることを可能とす
る半導体光素子及びその製造方法を提供することを目的
とする。
結晶成長のみを用いて、均一深さの回折格子にλ／４シ
フトの導入や光導波方向への光結合係数の変調構造の形
成を可能とすることにより、その作製プロセスを大幅に
簡単化するとともに高機能光素子を得ることを可能とす
る半導体光素子及びその製造方法を提供することを目的
とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の半導体光素子は、第１、第２の半導体層に
挟まれた回折格子を有し、回折格子を挟む、前記第１、
第２の半導体層のうち、少なくとも一つの前記半導体層
は光導波方向に連続的に形成され、屈折率が光導波方向
に連続または不連続に変化し、それに伴い光結合係数が
連続または不連続に変化した回折格子分布反射器を有す
ることを特徴とする。
め、本発明の半導体光素子は、第１、第２の半導体層に
挟まれた回折格子を有し、回折格子を挟む、前記第１、
第２の半導体層のうち、少なくとも一つの前記半導体層
は光導波方向に連続的に形成され、屈折率が光導波方向
に連続または不連続に変化し、それに伴い光結合係数が
連続または不連続に変化した回折格子分布反射器を有す
ることを特徴とする。
【００３１】また、本発明の半導体光素子の製造方法
は、半導体基板上に回折格子を形成する工程と、該回折
格子に接する光導波層を形成する工程を含む半導体光素
子の製造方法において、前記光導波層を形成する工程
は、前記半導体基板上にストライプ方向に幅の変化した
対向する一対の誘電体薄膜の間に光導波層を選択的に結
晶成長することを特徴とする。
は、半導体基板上に回折格子を形成する工程と、該回折
格子に接する光導波層を形成する工程を含む半導体光素
子の製造方法において、前記光導波層を形成する工程
は、前記半導体基板上にストライプ方向に幅の変化した
対向する一対の誘電体薄膜の間に光導波層を選択的に結
晶成長することを特徴とする。
【００３２】
【作用】以下、本発明の半導体光素子及びその製造方法
の原理について説明する。
の原理について説明する。
【００３３】図１は、第１及び第２の半導体層に挟まれ
た均一な深さの回折格子の軸方向の断面構造を模式的に
示した図である。
た均一な深さの回折格子の軸方向の断面構造を模式的に
示した図である。
【００３４】図１（Ａ）を参照して、回折格子５の光結
合係数、即ち光の反射率は、第１、第２の半導体層７、
８の屈折率の差によって決まる。
合係数、即ち光の反射率は、第１、第２の半導体層７、
８の屈折率の差によって決まる。
【００３５】今、第１の半導体層７の屈折率がｎ１、第
２の半導体層８の屈折率がｎ２の時、屈折率の差Δｎ＝
ｎ１−ｎ２で定まる光結合係数κ１が得られる（κ１＝
β×Δｎ、但しβは回折格子の寸法形状等で規定される
係数である）。
２の半導体層８の屈折率がｎ２の時、屈折率の差Δｎ＝
ｎ１−ｎ２で定まる光結合係数κ１が得られる（κ１＝
β×Δｎ、但しβは回折格子の寸法形状等で規定される
係数である）。
【００３６】光結合係数κは屈折率の差Δｎに比例する
ため、図１（Ｂ）に示すように、屈折率ｎ１の第１の半
導体層７に対して第２の半導体層８の屈折率を光導波方
向にｎ２〜ｎ５と変化させることで、光導波方向で異な
る光結合係数κ１〜κ４を有する領域を作製することが
できる。
ため、図１（Ｂ）に示すように、屈折率ｎ１の第１の半
導体層７に対して第２の半導体層８の屈折率を光導波方
向にｎ２〜ｎ５と変化させることで、光導波方向で異な
る光結合係数κ１〜κ４を有する領域を作製することが
できる。
【００３７】そして、半導体層の媒質の屈折率は、結晶
組成によって決まる。
組成によって決まる。
【００３８】すなわち、図１（Ｂ）において、第１の半
導体層７の結晶組成波長を一定にし、光導波方向に第２
の半導体層８の結晶組成波長を変化させることで、光導
波方向で光結合係数κを変化させることができる。
導体層７の結晶組成波長を一定にし、光導波方向に第２
の半導体層８の結晶組成波長を変化させることで、光導
波方向で光結合係数κを変化させることができる。
【００３９】一方、図１（Ｃ）に示すように、屈折率ｎ
１の第１の半導体層７に対して第２の半導体層８の屈折
率を光導波方向にｎ０、ｎ２（ｎ０＜ｎ１＜ｎ２）と変
化させることにより、屈折率ｎ０と屈折率ｎ２の半導体
層の境界位置にλ／４シフトを作製することができる。
１の第１の半導体層７に対して第２の半導体層８の屈折
率を光導波方向にｎ０、ｎ２（ｎ０＜ｎ１＜ｎ２）と変
化させることにより、屈折率ｎ０と屈折率ｎ２の半導体
層の境界位置にλ／４シフトを作製することができる。
【００４０】これは、回折格子の境界位置では、屈折率
ｎ１−ｎ０＞０の正の位相が、屈折率ｎ１−ｎ２＜０の
負の位相に反転するため、回折格子にπの位相シフトが
生じるためである。
ｎ１−ｎ０＞０の正の位相が、屈折率ｎ１−ｎ２＜０の
負の位相に反転するため、回折格子にπの位相シフトが
生じるためである。
【００４１】このような光導波方向に屈折率が変化した
光導波路構造は、以下に説明する選択成長を用いて一括
形成することができる。以下、その原理を説明する。
光導波路構造は、以下に説明する選択成長を用いて一括
形成することができる。以下、その原理を説明する。
【００４２】まず、図２に示すように、半導体基板１上
に全面に組成波長１．１μｍ（屈折率３．２８）の半導
体層７を有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）等で成長
し、その後、第１の半導体層７上に干渉露光法等を用い
て回折格子５を形成する。
に全面に組成波長１．１μｍ（屈折率３．２８）の半導
体層７を有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）等で成長
し、その後、第１の半導体層７上に干渉露光法等を用い
て回折格子５を形成する。
【００４３】次に、半導体層７の表面に＜０１１＞方向
に対向するストライプ状の誘電体マスク９を形成する。
ここで、マスク９の開口部は１．５μｍ幅であり、開口
部を挟んで対称なマスクの幅はストライプ方向で変化す
るように形成している。
に対向するストライプ状の誘電体マスク９を形成する。
ここで、マスク９の開口部は１．５μｍ幅であり、開口
部を挟んで対称なマスクの幅はストライプ方向で変化す
るように形成している。
【００４４】このような誘電体マスク９を有する半導体
基板１上にＩｎＧａＡｓＰ等の四元混晶半導体をＭＯＶ
ＰＥを用いて選択成長すると、マスク幅に応じて層厚及
び結晶組成、すなわち屈折率の異なった四元半導体層８
が自動的に形成され、光結合係数の異なる分布反射器を
形成することができる（この時、図４において、開口部
以外の回折格子５が露出している領域にも半導体層が成
長されるが、ここでは説明の便宜上不図示とする）。
基板１上にＩｎＧａＡｓＰ等の四元混晶半導体をＭＯＶ
ＰＥを用いて選択成長すると、マスク幅に応じて層厚及
び結晶組成、すなわち屈折率の異なった四元半導体層８
が自動的に形成され、光結合係数の異なる分布反射器を
形成することができる（この時、図４において、開口部
以外の回折格子５が露出している領域にも半導体層が成
長されるが、ここでは説明の便宜上不図示とする）。
【００４５】例えば、図２に示すように、誘電体マスク
９の幅を３段階に変化させた場合、屈折率ｎ２，ｎ３，
ｎ４の半導体層８を得ることができる。
９の幅を３段階に変化させた場合、屈折率ｎ２，ｎ３，
ｎ４の半導体層８を得ることができる。
【００４６】さらに、こうして成長された半導体層８
は、異なる屈折率領域が光導波方向になめらかに連続的
に接続されているため、各領域間で高い光結合効率が得
られ、高性能な半導体分布反射器の作製が可能である。
は、異なる屈折率領域が光導波方向になめらかに連続的
に接続されているため、各領域間で高い光結合効率が得
られ、高性能な半導体分布反射器の作製が可能である。
【００４７】図３は、ＧａＩｎＡｓＰ四元混晶を選択成
長させた場合の、誘電体マスク９の幅に対する結晶組成
波長変動の実験結果を示す図である。
長させた場合の、誘電体マスク９の幅に対する結晶組成
波長変動の実験結果を示す図である。
【００４８】この実験では、成長圧力７６０ｔｏｒｒ、
成長温度６４０℃で、マスク幅３０μｍ付近において格
子整合する原料流量構成で実験を行っている。
成長温度６４０℃で、マスク幅３０μｍ付近において格
子整合する原料流量構成で実験を行っている。
【００４９】その結果、誘電体マスク幅２μｍ〜３０μ
ｍの範囲で、結晶組成波長変化１．１μｍ〜１．４μｍ
を得た。これは、屈折率変化に換算すると、波長１．５
５μｍの光に対して、それぞれ屈折率変化３．２８〜
３．４４に相当し、光結合係数κは、約０ｃｍ-1〜３０
０ｃｍ-1まで変化させることができる。
ｍの範囲で、結晶組成波長変化１．１μｍ〜１．４μｍ
を得た。これは、屈折率変化に換算すると、波長１．５
５μｍの光に対して、それぞれ屈折率変化３．２８〜
３．４４に相当し、光結合係数κは、約０ｃｍ-1〜３０
０ｃｍ-1まで変化させることができる。
【００５０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図４〜
図６を参照して製造工程順に説明する。
図６を参照して製造工程順に説明する。
【００５１】
【実施形態１】 ＜分布反射型（ＤＲ）レーザ＞ 図４（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る分布反射
型（ＤＲ：distributed reflector）レーザの構成を示
す図である。
型（ＤＲ：distributed reflector）レーザの構成を示
す図である。
【００５２】図４（Ａ）を参照して、まずｎ−ＩｎＰ基
板１上の全面に、組成波長１．３μｍ、層厚５０ｎｍの
ｎ−ＩｎＧａＡｓＰの４元結晶の第１の半導体層７をＭ
ＯＶＰＥを用いて成長する。
板１上の全面に、組成波長１．３μｍ、層厚５０ｎｍの
ｎ−ＩｎＧａＡｓＰの４元結晶の第１の半導体層７をＭ
ＯＶＰＥを用いて成長する。
【００５３】次に、第１の半導体層７上に、干渉露光法
を用いて深さ４０ｎｍの回折格子５を形成する。
を用いて深さ４０ｎｍの回折格子５を形成する。
【００５４】この回折格子５が形成された基板上へ、基
板上方からみた平面図である図４（Ｂ）に示すように，
＜０１１＞方向に領域ａ、ｂを設け、ＳｉＯ2成長阻止
マスク９を領域ａにおいて幅が３０μｍ、領域ｂにおい
て幅が４μｍとなるように、１．５μｍ開口部（成長領
域）を挟んで対向するように形成する。
板上方からみた平面図である図４（Ｂ）に示すように，
＜０１１＞方向に領域ａ、ｂを設け、ＳｉＯ2成長阻止
マスク９を領域ａにおいて幅が３０μｍ、領域ｂにおい
て幅が４μｍとなるように、１．５μｍ開口部（成長領
域）を挟んで対向するように形成する。
【００５５】次に、図４（Ａ）を参照して、このＳｉＯ
2成長阻止マスク９が形成された基板上に、第２のｎ−
ＩｎＧａＡｓＰ半導体層８、ｎ−ＩｎＰスペーサ層１
０、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸（Ｍ
ＱＷ）層１２、ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層１３、及び
ｐ−ＩｎＰ層１４を選択成長する。
2成長阻止マスク９が形成された基板上に、第２のｎ−
ＩｎＧａＡｓＰ半導体層８、ｎ−ＩｎＰスペーサ層１
０、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸（Ｍ
ＱＷ）層１２、ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層１３、及び
ｐ−ＩｎＰ層１４を選択成長する。
【００５６】この時、開口部に成長されるＩｎＧａＡｓ
Ｐの４元結晶である第２の半導体層８及び光閉じ込め層
１３の組成は、領域ａと領域ｂで異なり、領域ａでは組
成波長１．２５μｍ、層厚０．２μｍ、領域ｂでは組成
波長１．１μｍ、層厚０．０８μｍとなる。
Ｐの４元結晶である第２の半導体層８及び光閉じ込め層
１３の組成は、領域ａと領域ｂで異なり、領域ａでは組
成波長１．２５μｍ、層厚０．２μｍ、領域ｂでは組成
波長１．１μｍ、層厚０．０８μｍとなる。
【００５７】その結果、領域ａの回折格子（第１の半導
体層７の組成波長１．３μｍ、第２の半導体層８の組成
波長１．２５μｍの領域）では光結合係数３０ｃｍ-1が
得られ、領域ｂの回折格子（半導体層７の組成波長１．
３μｍ、半導体層８の組成波長１．１μｍの領域）では
光結合係数１００ｃｍ-1が得られた。
体層７の組成波長１．３μｍ、第２の半導体層８の組成
波長１．２５μｍの領域）では光結合係数３０ｃｍ-1が
得られ、領域ｂの回折格子（半導体層７の組成波長１．
３μｍ、半導体層８の組成波長１．１μｍの領域）では
光結合係数１００ｃｍ-1が得られた。
【００５８】更に、多重量子井戸層１２は、領域ａで
は、ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸（組成波長１．６μｍ、層
厚７ｎｍ）とＩｎＧａＡｓＰバリア層（組成波長１．２
５μｍ、層厚１０ｎｍ）とからなり、利得ピーク波長を
１．５５μｍに設定できた。
は、ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸（組成波長１．６μｍ、層
厚７ｎｍ）とＩｎＧａＡｓＰバリア層（組成波長１．２
５μｍ、層厚１０ｎｍ）とからなり、利得ピーク波長を
１．５５μｍに設定できた。
【００５９】領域ｂの多重量子井戸層１２は、ＩｎＧａ
ＡｓＰ量子井戸（組成波長１．２５μｍ、層厚３ｎｍ）
とＩｎＧａＡｓＰバリア層（組成波長１．１μｍ、層厚
５ｎｍ）とからなり、利得ピーク波長を１．２μｍに設
定することができた。
ＡｓＰ量子井戸（組成波長１．２５μｍ、層厚３ｎｍ）
とＩｎＧａＡｓＰバリア層（組成波長１．１μｍ、層厚
５ｎｍ）とからなり、利得ピーク波長を１．２μｍに設
定することができた。
【００６０】このようにして、各半導体層を形成した
後、成長阻止マスク９のマスク開口幅を全領域（ａ，
ｂ）で６μｍになるように再度形成し、このマスクを用
いて、ｐ−ＩｎＰ埋め込み層１１（層厚１．５μｍ）を
ＭＯＶＰＥで選択成長する。
後、成長阻止マスク９のマスク開口幅を全領域（ａ，
ｂ）で６μｍになるように再度形成し、このマスクを用
いて、ｐ−ＩｎＰ埋め込み層１１（層厚１．５μｍ）を
ＭＯＶＰＥで選択成長する。
【００６１】その後、ＳｉＯ2膜１５を形成し、上部電
極１６、下部電極１７を通常のスパッタ法等により形成
して半導体光素子を得ることができた。
極１６、下部電極１７を通常のスパッタ法等により形成
して半導体光素子を得ることができた。
【００６２】光結合係数３０ｃｍ-1の領域ａを活性領域
に、光結合係数１００ｃｍ-1の領域ｂを受動領域とする
ことで、極めて容易に、光の片端面出射が可能で高効率
動作する高性能な、波長１．５５μｍ帯の分布反射型
（ＤＲ）レーザを実現することができた。
に、光結合係数１００ｃｍ-1の領域ｂを受動領域とする
ことで、極めて容易に、光の片端面出射が可能で高効率
動作する高性能な、波長１．５５μｍ帯の分布反射型
（ＤＲ）レーザを実現することができた。
【００６３】活性領域長５００μｍ、受動領域長４００
μｍの素子を作製したところ、両端面劈開の状態で２５
℃において、発振しきい値電流１５ｍＡ、片側光出力２
５ｍＷ、片側微分量子効率９０％という良好な特性を得
ることができた。
μｍの素子を作製したところ、両端面劈開の状態で２５
℃において、発振しきい値電流１５ｍＡ、片側光出力２
５ｍＷ、片側微分量子効率９０％という良好な特性を得
ることができた。
【００６４】
【実施形態２】 ＜チャープドグレーティングＤＦＢレ
ーザ＞ 図５（Ａ）は、本発明の第２の実施形態に係るチャープ
ドグレーティングＤＦＢレーザの構成を示す図である。
ーザ＞ 図５（Ａ）は、本発明の第２の実施形態に係るチャープ
ドグレーティングＤＦＢレーザの構成を示す図である。
【００６５】図５（Ａ）を参照して、まず、ｎ−ＩｎＰ
基板１上に、全面に干渉露光法を用いて深さ３０ｎｍの
回折格子５を形成する。この回折格子５が形成された基
板上へ、図５（Ｂ）に示すように、＜０１１＞方向に、
ＳｉＯ2成長阻止マスク９を、マスク幅が中心で４μ
ｍ、両端で３０μｍとなるようになだらかに変化させ
て、１．５μｍ開口部（成長領域）を挟んで対向するよ
うに形成する。
基板１上に、全面に干渉露光法を用いて深さ３０ｎｍの
回折格子５を形成する。この回折格子５が形成された基
板上へ、図５（Ｂ）に示すように、＜０１１＞方向に、
ＳｉＯ2成長阻止マスク９を、マスク幅が中心で４μ
ｍ、両端で３０μｍとなるようになだらかに変化させ
て、１．５μｍ開口部（成長領域）を挟んで対向するよ
うに形成する。
【００６６】次に、このＳｉＯ2成長阻止マスク９が形
成された基板上にｎ−ＩｎＧａＡｓＰ半導体層８、ｎ−
ＩｎＰスペーサ層１０を選択成長する。この時、開口部
に成長されるＩｎＧａＡｓＰ４元結晶である半導体層８
の組成は、中心部から両端部へと連続的に変化し、中心
では組成波長１．１μｍ、層厚０．０８μｍとされ、両
端では組成波長１．３μｍ、層厚０．２μｍとなる。
成された基板上にｎ−ＩｎＧａＡｓＰ半導体層８、ｎ−
ＩｎＰスペーサ層１０を選択成長する。この時、開口部
に成長されるＩｎＧａＡｓＰ４元結晶である半導体層８
の組成は、中心部から両端部へと連続的に変化し、中心
では組成波長１．１μｍ、層厚０．０８μｍとされ、両
端では組成波長１．３μｍ、層厚０．２μｍとなる。
【００６７】その結果、回折格子の光結合係数は、中心
部で１０ｃｍ-1が得られ、両端部へ向かって連続的に増
加し、両端部では４０ｃｍ-1が得られた。
部で１０ｃｍ-1が得られ、両端部へ向かって連続的に増
加し、両端部では４０ｃｍ-1が得られた。
【００６８】次に、成長阻止マスク９のマスク幅を全領
域で４μｍになるように再度形成し、このマスクを用い
てＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１
２、組成波長１．２５μｍのＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め
層１３、及びｐ−ＩｎＰ層１４をＭＯＶＰＥで選択成長
する。
域で４μｍになるように再度形成し、このマスクを用い
てＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１
２、組成波長１．２５μｍのＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め
層１３、及びｐ−ＩｎＰ層１４をＭＯＶＰＥで選択成長
する。
【００６９】この時、多重量子井戸層１２は、ＩｎＧａ
ＡｓＰ量子井戸（組成波長１．６μｍ、層厚７ｎｍ）と
ＩｎＧａＡｓＰバリア層（組成波長１．２５μｍ、層厚
１０ｎｍ）からなり、利得ピーク波長を１．５５μｍに
設定できた。
ＡｓＰ量子井戸（組成波長１．６μｍ、層厚７ｎｍ）と
ＩｎＧａＡｓＰバリア層（組成波長１．２５μｍ、層厚
１０ｎｍ）からなり、利得ピーク波長を１．５５μｍに
設定できた。
【００７０】このようにして、各半導体層を形成した
後、成長阻止マスク９のマスク開口幅を全領域で６μｍ
になるように再度形成し、このマスクを用いて、ｐ−Ｉ
ｎＰ埋め込み層１１（層厚１．５μｍ）をＭＯＶＰＥで
選択成長する。
後、成長阻止マスク９のマスク開口幅を全領域で６μｍ
になるように再度形成し、このマスクを用いて、ｐ−Ｉ
ｎＰ埋め込み層１１（層厚１．５μｍ）をＭＯＶＰＥで
選択成長する。
【００７１】その後、ＳｉＯ2膜１５を形成し、上部電
極１６、下部電極１７を通常のスパッタ法等により形成
してチャープド分布反射器を有するＤＦＢレーザを得る
ことができた。
極１６、下部電極１７を通常のスパッタ法等により形成
してチャープド分布反射器を有するＤＦＢレーザを得る
ことができた。
【００７２】こうして作製した素子長６００μｍのＤＦ
Ｂレーザは、共振器中央で光結合係数が小さく、両端部
で大きいため、高出力時に問題となる軸方向空間ホール
バーニングの影響を低減することができ、従来、両端面
劈開の状態で室温２５℃で光出力１０ｍＷ程度で軸モー
ドホッピング及び光出力の飽和が生じていたものが、光
出力３０ｍＷまで単一軸モードで出力飽和のない特性を
達成することができた。
Ｂレーザは、共振器中央で光結合係数が小さく、両端部
で大きいため、高出力時に問題となる軸方向空間ホール
バーニングの影響を低減することができ、従来、両端面
劈開の状態で室温２５℃で光出力１０ｍＷ程度で軸モー
ドホッピング及び光出力の飽和が生じていたものが、光
出力３０ｍＷまで単一軸モードで出力飽和のない特性を
達成することができた。
【００７３】
【実施形態３】 ＜λ／４シフトＤＦＢレーザ＞ 図６（Ａ）は、本発明の第３の実施形態に係るλ／４シ
フトＤＦＢレーザの構成を示す図である。
フトＤＦＢレーザの構成を示す図である。
【００７４】図６（Ａ）を参照して、まず、ｎ−ＩｎＰ
基板１上の全面に、組成波長１．２μｍ、層厚５０ｎｍ
のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ４元結晶の第１の半導体層７をＭ
ＯＶＰＥを用いて成長する。
基板１上の全面に、組成波長１．２μｍ、層厚５０ｎｍ
のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ４元結晶の第１の半導体層７をＭ
ＯＶＰＥを用いて成長する。
【００７５】次に、この半導体層７上に、干渉露光法を
用いて深さ３０ｎｍの回折格子５を形成する。この回折
格子５が形成された基板上へ、図６（Ｂ）に示すよう
に、＜０１１＞方向に領域ａ，ｂを設け、ＳｉＯ2成長
阻止マスク９を領域ａで幅が２０μｍ、領域ｂで幅が１
０μｍとなるように、１．５μｍ開口部（成長領域）を
挟んで対向するように形成する。
用いて深さ３０ｎｍの回折格子５を形成する。この回折
格子５が形成された基板上へ、図６（Ｂ）に示すよう
に、＜０１１＞方向に領域ａ，ｂを設け、ＳｉＯ2成長
阻止マスク９を領域ａで幅が２０μｍ、領域ｂで幅が１
０μｍとなるように、１．５μｍ開口部（成長領域）を
挟んで対向するように形成する。
【００７６】次に、このＳｉＯ2成長阻止マスク９が形
成された基板上に第２のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ半導体層
８、ｎ−ＩｎＰスペーサ層１０を選択成長する。
成された基板上に第２のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ半導体層
８、ｎ−ＩｎＰスペーサ層１０を選択成長する。
【００７７】この時、開口部に成長されるＩｎＧａＡｓ
Ｐ４元結晶である半導体層８の組成は、領域ａと領域ｂ
で異なり、領域ａでは組成波長１．２５μｍ、層厚０．
２μｍ、領域ｂでは組成波長１．１５μｍ、層厚０．１
５μｍとされる。
Ｐ４元結晶である半導体層８の組成は、領域ａと領域ｂ
で異なり、領域ａでは組成波長１．２５μｍ、層厚０．
２μｍ、領域ｂでは組成波長１．１５μｍ、層厚０．１
５μｍとされる。
【００７８】その結果、領域ａ及びｂの回折格子の光結
合係数はともに２５ｃｍ-1が得られるが、領域ａの回折
格子に対して、領域ｂの回折格子の位相は両領域の境界
でπずれることになる。すなわち、両領域の境界位置に
λ／４シフトが形成される。
合係数はともに２５ｃｍ-1が得られるが、領域ａの回折
格子に対して、領域ｂの回折格子の位相は両領域の境界
でπずれることになる。すなわち、両領域の境界位置に
λ／４シフトが形成される。
【００７９】次に、成長阻止マスク９のマスク幅を全領
域で４μｍになるように再度形成し、このマスクを用い
てＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１
２、組成波長１．２μｍのＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層
１３、及びｐ−ＩｎＰ層１４をＭＯＶＰＥで選択成長す
る。
域で４μｍになるように再度形成し、このマスクを用い
てＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１
２、組成波長１．２μｍのＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層
１３、及びｐ−ＩｎＰ層１４をＭＯＶＰＥで選択成長す
る。
【００８０】この時、多重量子井戸層１２は、ＩｎＧａ
ＡｓＰ量子井戸（組成波長１．６μｍ、層厚７ｎｍ）と
ＩｎＧａＡｓＰバリア層（組成波長１．２５μｍ、層厚
１０ｎｍ）からなり、利得ピーク波長を１．５５μｍに
設定できた。
ＡｓＰ量子井戸（組成波長１．６μｍ、層厚７ｎｍ）と
ＩｎＧａＡｓＰバリア層（組成波長１．２５μｍ、層厚
１０ｎｍ）からなり、利得ピーク波長を１．５５μｍに
設定できた。
【００８１】このようにして、各半導体層を形成した
後、成長阻止マスク９のマスク開口幅を全領域で６μｍ
になるように再度形成し、このマスクを用いて、ｐ−Ｉ
ｎＰ埋め込み層１１（層厚１．５μｍ）をＭＯＶＰＥで
選択成長する。
後、成長阻止マスク９のマスク開口幅を全領域で６μｍ
になるように再度形成し、このマスクを用いて、ｐ−Ｉ
ｎＰ埋め込み層１１（層厚１．５μｍ）をＭＯＶＰＥで
選択成長する。
【００８２】その後、ＳｉＯ2膜１５を形成し、上部電
極１６、下部電極１７を通常のスパッタ法等により形成
してλ／４シフトＤＦＢレーザを得ることができた。
極１６、下部電極１７を通常のスパッタ法等により形成
してλ／４シフトＤＦＢレーザを得ることができた。
【００８３】本発明は、光導波方向に屈折率を変調させ
るだけでなく、利得及び損失を変調させる場合にも適用
でき、例えば、利得（損失）結合型ＤＦＢレーザ等へも
適用可能である。
るだけでなく、利得及び損失を変調させる場合にも適用
でき、例えば、利得（損失）結合型ＤＦＢレーザ等へも
適用可能である。
【００８４】また、本発明は、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ
系以外の材料を用いた選択成長においても有効である。
系以外の材料を用いた選択成長においても有効である。
【００８５】さらに、上記した発明の実施の形態におい
ては、ＳｉＯ2マスクの開口幅を１．５μｍとして光導
波路を選択成長で形成する方法について説明したが、選
択成長のＳｉＯ2マスクの開口幅をもっと広くした選択
成長法に対しても有効である。
ては、ＳｉＯ2マスクの開口幅を１．５μｍとして光導
波路を選択成長で形成する方法について説明したが、選
択成長のＳｉＯ2マスクの開口幅をもっと広くした選択
成長法に対しても有効である。
【００８６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による半導
体光素子の製造方法は、均一な周期、深さの回折格子を
用いて、λ／４シフトや、光結合係数を光導波方向に変
調することが可能とされ、λ／４シフトＤＦＢレーザ、
ＤＲレーザ、ＤＢＲ（分布ブラッグ反射型）レーザ、Ｓ
ＳＧ−ＤＢＲレーザ等を作製する上で非常に有望であ
る。
体光素子の製造方法は、均一な周期、深さの回折格子を
用いて、λ／４シフトや、光結合係数を光導波方向に変
調することが可能とされ、λ／４シフトＤＦＢレーザ、
ＤＲレーザ、ＤＢＲ（分布ブラッグ反射型）レーザ、Ｓ
ＳＧ−ＤＢＲレーザ等を作製する上で非常に有望であ
る。
【００８７】また、従来、このような回折格子分布反射
器を有する光素子構造を作製する場合には、結晶成長と
エッチングプロセスを組み合わせた複雑な作製プロセス
を必要としたが、本発明の作製方法によれば、製造工程
（プロセス）を大幅に簡単化することができるという利
点を有する。
器を有する光素子構造を作製する場合には、結晶成長と
エッチングプロセスを組み合わせた複雑な作製プロセス
を必要としたが、本発明の作製方法によれば、製造工程
（プロセス）を大幅に簡単化することができるという利
点を有する。
【００８８】更に、本発明に係る光素子によれば、光結
合係数が変調されている場合にも分布反射器を構成して
いる半導体層が連続した層で接続されているため、各領
域間の光結合効率をほぼ１００％とすることができると
いう利点を有する。
合係数が変調されている場合にも分布反射器を構成して
いる半導体層が連続した層で接続されているため、各領
域間の光結合効率をほぼ１００％とすることができると
いう利点を有する。
【図１】本発明の原理・作用を説明するための図であ
る。
る。
【図２】本発明の原理・作用を説明するための図であ
る。
る。
【図３】本発明の原理・作用を説明するための図であ
る。
る。
【図４】本発明の第１の実施形態の構成を説明するため
の図である。
の図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の構成を説明するため
の図である。
の図である。
【図６】本発明の第３の実施形態の構成を説明するため
の図である。
の図である。
【図７】従来例を説明するための図である。
【図８】従来例（λ／４シフトＤＦＢレーザ）を説明す
るための図である。
るための図である。
１ ｎ−ＩｎＰ半導体基板 ２ 光導波層 ３ 光導波層 ４ 光導波層 ５ 回折格子 ６ 深い回折格子 ７ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ第１半導体層 ８ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ第２半導体層 ９ ＳｉＯ2成長阻止マスク １０ ｎ−ＩｎＰスペーサ層 １１ ｐ−ＩｎＰ埋め込み層 １２ ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層 １３ ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層 １４ ｐ−ＩｎＰ層 １５ ＳｉＯ2薄膜 １６ 上部電極 １７ 下部電極
Claims (6)
- 【請求項１】第１、第２の半導体層に挟まれた回折格子
を有する半導体光素子であって、 前記回折格子を挟む前記第１、第２の半導体層のうちの
少なくとも一の半導体層が、光導波方向に連続的に形成
され、屈折率が前記光導波方向に連続的にまたは断続的
に変化し、これに伴い光結合係数が連続的または断続的
に変化してなる回折格子分布反射器を備えたことを特徴
とする半導体光素子。 - 【請求項２】前記第１の半導体層の屈折率がｎ１とさ
れ、前記第２の半導体層が光導波方向に互いに異なる屈
折率ｎ０、ｎ２（但し、ｎ０＜ｎ１＜ｎ２）を有してな
る回折格子分布反射器を備えたことを特徴とする請求項
１記載の半導体光素子。 - 【請求項３】複数の光機能領域からなり、少なくとも一
つの光機能領域が第１の光結合係数（κ１）の回折格子
分布反射器を有し、他の少なくとも一つの光機能領域が
第２の光結合係数κ２（但しκ１≠κ２）を有してなる
回折格子分布反射器を備えたことを特徴とする請求項１
または２記載の半導体光素子。 - 【請求項４】回折格子が第１、第２の半導体層に挟まれ
てなり、前記第１、第２の半導体層の少なくとも一の半
導体層がストライプ状誘電体膜を成長阻止マスクとする
選択成長により形成され、前記マスクが光導波方向に開
口部を有すると共にマスク幅が可変され、光導波方向に
前記半導体層の組成波長（屈折率）が可変され、これに
より光結合係数を変調してなる回折格子分布反射器を有
することを特徴とする半導体光素子。 - 【請求項５】半導体基板上に全面に回折格子を形成する
工程と、 該回折格子に接する光導波層を形成する工程を含む半導
体光素子の製造方法において、 前記光導波層を形成する工程が、前記半導体基板上にス
トライプ方向に幅が可変された互いに対向する誘電体薄
膜の間に光導波層を選択的に結晶成長することを特徴と
する半導体光素子の製造方法。 - 【請求項６】前記光導波層を選択的に結晶成長する際に
反応管圧力を連続的あるいは断続的に可変させることを
特徴とする請求項５記載の半導体光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20765195A JPH0936496A (ja) | 1995-07-21 | 1995-07-21 | 半導体光素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20765195A JPH0936496A (ja) | 1995-07-21 | 1995-07-21 | 半導体光素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0936496A true JPH0936496A (ja) | 1997-02-07 |
Family
ID=16543311
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20765195A Pending JPH0936496A (ja) | 1995-07-21 | 1995-07-21 | 半導体光素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0936496A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6104850A (en) * | 1997-07-08 | 2000-08-15 | Nec Corporation | Semiconductor polarization mode converter having a diffraction grating |
| JP2008066620A (ja) * | 2006-09-11 | 2008-03-21 | Nec Electronics Corp | 半導体レーザ及びその製造方法 |
| JP2012015217A (ja) * | 2010-06-29 | 2012-01-19 | Fujitsu Ltd | 光半導体装置の製造方法 |
| JP2017107958A (ja) * | 2015-12-09 | 2017-06-15 | 日本電信電話株式会社 | 半導体レーザ |
| JP2018006440A (ja) * | 2016-06-29 | 2018-01-11 | 日本電信電話株式会社 | 半導体レーザ |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0265192A (ja) * | 1988-08-30 | 1990-03-05 | Mitsubishi Electric Corp | 分布帰還型半導体レーザの製造方法 |
| JPH06196798A (ja) * | 1992-10-30 | 1994-07-15 | Nec Corp | 分布帰還型半導体レーザおよびその製造方法 |
-
1995
- 1995-07-21 JP JP20765195A patent/JPH0936496A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0265192A (ja) * | 1988-08-30 | 1990-03-05 | Mitsubishi Electric Corp | 分布帰還型半導体レーザの製造方法 |
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| JP2012015217A (ja) * | 2010-06-29 | 2012-01-19 | Fujitsu Ltd | 光半導体装置の製造方法 |
| JP2017107958A (ja) * | 2015-12-09 | 2017-06-15 | 日本電信電話株式会社 | 半導体レーザ |
| JP2018006440A (ja) * | 2016-06-29 | 2018-01-11 | 日本電信電話株式会社 | 半導体レーザ |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19980317 |