JPH1098235A - 無再成長分布帰還リッジ型半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents

無再成長分布帰還リッジ型半導体レーザ及びその製造方法

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JPH1098235A
JPH1098235A JP9003743A JP374397A JPH1098235A JP H1098235 A JPH1098235 A JP H1098235A JP 9003743 A JP9003743 A JP 9003743A JP 374397 A JP374397 A JP 374397A JP H1098235 A JPH1098235 A JP H1098235A
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layer
ridge stripe
semiconductor laser
forming
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Nou Chin
農 陳
Yoshiaki Watabe
義昭 渡部
Kiyoshi Takei
清 武井
Kiyobumi Chikuma
清文 竹間
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Pioneer Electronic Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ素子へ電流注入効率を高めるリッジ両
側領域のみに横光結合用グレーティングを設けた無再成
長分布帰還リッジ型半導体レーザ及びその製造方法を提
供する。 【解決手段】 活性層上にリッジストライプ材料クラッ
ド層を積層したレーザ基板を形成し、リッジストライプ
材料クラッド層をエッチングして両側平坦部とこれらか
ら突出し平坦上面部を有するリッジストライプとを形成
し、両側平坦部及び平坦上面部上にわたって保護膜及び
レジスト層を形成し、レジスト層上に、リッジストライ
プの伸長方向に周期構造を有するグレーティングの潜像
を形成し、レジスト層を現像し両側平坦部をエッチング
して両側平坦部からグレーティングを形成するととも
に、保護膜を除去し、平坦上面部上に電極を形成して、
製造され、リッジストライプ及び電極間の界面が平滑面
である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【本発明の属する技術分野】本発明は、無再成長分布帰
還（Distributed Feedback:DFB）半導体レーザ及びその
製造方法に関し、特に、リッジの両側領域の回折格子作
製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＤＦＢ半導体レーザは、光ＣＡＴＶなど
の光通信システムや、高密度情報記録ＳＨＧ短波長レー
ザ、又は小型固体レーザのポンプ光源や、光計測分野な
どに応用され得る素子として知られている。従来の分布
帰還半導体レーザはいわゆる２段階以上のエピタキシャ
ル成長によって、形成されている。２段階以上のエピタ
キシャル成長で形成するリッジ型ＤＦＢ半導体レーザで
は、レーザの導波層にグレーティング(回折格子)を設
け、その後導波路上にその他の層をエピタキシャル成長
させて形成する。
【０００３】近年、２段階以上のエピタキシャル成長の
煩雑性を回避するために、１段階エピタキシャル成長に
よって作製される即ち再エピタキシャル成長の無い、い
わゆる無再成長分布帰還半導体レーザも開発されてい
る。たとえば、R.D.Martin et al."CW Performance of
an InGaAs-GaAs-AlGaAs Laterally-Coupled Distribute
d Feedback (LC-DFB) Ridge Laser Diode" IEEE Photon
ics Technology Letters, Vol.7,No.3, pp244-246, Mar
ch 1995において、基板に活性層、クラッド層をエピタ
キシャル成長させ、クラッド層にリッジストライプを形
成し、リッジストライプ上面部及びその両側平坦部にグ
レーティングを設けたInGaAs-GaAs-AlGaAs分布帰還半導
体レーザが開示されている。かかる無再成長分布帰還半
導体レーザの製造方法において、グレーティングは電子
ビーム（ＥＢ）直接描画法によって、リッジ型導波路の
上面部領域を含む基板全領域にグレーティングを形成し
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１に
示すように、リッジ１の両側平坦部にグレーティング２
を設けた形成直後、電流を注入するリッジ１の上面部の
コンタクト層領域にも不必要なグレーティング３があっ
て、コンタクト層領域に接続する電極を形成する工程に
おいてリッジ上面部のグレーティング３が邪魔になり、
接触不良を引き起こす可能性があり、素子の特性にも影
響がある。
【０００５】本発明は、上記の問題に鑑み、特にＩｎＰ
系レーザにおける簡素なグレーティング作製工程を有す
る無再成長ＤＦＢ半導体レーザの製造方法及び接触不良
のない無再成長ＤＦＢ半導体レーザを提供することを目
的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の無再成長ＤＦＢ
半導体レーザの製造方法は、活性層上にリッジストライ
プを有しリッジストライプの伸長方向に周期構造を備え
た分布帰還リッジ型半導体レーザの製造方法であって、
活性層上にリッジストライプ材料のクラッド層及び必要
なコンタクト層を順に積層したレーザ基板を形成する工
程と、前記クラッド層及び必要なコンタクト層から両側
平坦部とこれらから突出し平坦上面部を有するリッジス
トライプとを形成する工程と、前記両側平坦部及び平坦
上面部上にわたって保護膜及びレジスト層を順に形成す
る工程と、前記レジスト層上に、リッジストライプの伸
長方向に周期構造を有するグレーティングパターンの潜
像を形成し、前記レジスト層の現像によりグレーティン
グパターンを形成するパターン工程と、前記グレーティ
ングパターンをエッチングし、前記平坦上面部以外の前
記活性層上又は中に前記リッジストライプ材料のグレー
ティングを形成するグレーティング形成工程と、前記保
護膜を除去して、前記グレーティング及び前記平坦上面
部の全面に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層から前
記平坦上面部だけをエッチングにより露出せしめた後、
前記平坦上面部上に電極を形成する工程と、を含むこと
を特徴とする。
【０００７】上記無再成長ＤＦＢ半導体レーザの製造方
法の前記パターン工程においては、電子ビーム直接描画
法により前記潜像を形成する。上記無再成長ＤＦＢ半導
体レーザの製造方法においては、前記活性層がＩｎ1- x
ＧａxＡｓ1-yＰy（ｘ及びｙは小数を示す）を主成分と
するバルク層又は単一量子井戸若しくは多量子井戸層で
あり、前記クラッド層がＩｎＰであり、前記コンタクト
層がＩｎＧａＡｓＰ若しくはＩｎＧａＡｓである。
【０００８】上記無再成長ＤＦＢ半導体レーザの製造方
法の前記グレーティング形成工程は、ウエットエッチン
グによる形成の場合、塩酸系エッチャントによるＩｎＰ
の選択的ウエットエッチングにより行い、前記リッジス
トライプの伸長方向を
【外３】 と略一致させる。上記無再成長ＤＦＢ半導体レーザの製
造方法の前記グレーティング形成工程は、ドライエッチ
ングによる形成の場合、前記マスク形成工程において前
記保護膜をリッジストライプの平坦上面部のみに残して
形成し、さらに前記レジスト層を全面にわたって形成
し、前記保護膜及び前記レジスト層並び前記レジスト層
のみの膜厚差によるエッチングレートの差によって、ド
ライエッチングする。
【０００９】本発明の無再成長ＤＦＢ半導体レーザは、
活性層上にリッジストライプを有しリッジストライプの
伸長方向に周期構造を備えた分布帰還リッジ型半導体レ
ーザであって、活性層上にリッジストライプ材料のクラ
ッド層及び必要なコンタクト層を順に積層したレーザ基
板を形成し、前記クラッド層及び必要なコンタクト層か
ら両側平坦部とこれらから突出し平坦上面部を有するリ
ッジストライプとを形成し、前記両側平坦部及び平坦上
面部上にわたって保護膜及びレジスト層を順に形成し、
前記レジスト層上に、リッジストライプの伸長方向に周
期構造を有するグレーティングパターンの潜像を形成
し、前記レジスト層の現像によりグレーティングパター
ンを形成し、前記グレーティングパターンをエッチング
し、前記平坦上面部以外の前記活性層上又は中に前記リ
ッジストライプ材料のグレーティングを形成し、前記保
護膜を除去して、前記グレーティング及び前記平坦上面
部の全面に絶縁層を形成し、前記絶縁層から前記平坦上
面部だけをエッチングにより露出せしめた後、前記平坦
上面部上に電極を形成して、製造される、前記リッジス
トライプ及び前記電極間の界面が平滑面であることを特
徴とする。
【００１０】本発明によれば、レーザ素子へ電流注入効
率をよくさせるために、リッジ上面部のコンタクト層の
上に、グレーティングを形成せず、リッジの両側領域の
み(平坦上面部以外の領域)にグレーティングを設け、か
つ段差のところまでグレーティングを均一に揃えること
ができる。特に、InGaAsP/InPレーザ用のエピタキシャ
ルウエハの特徴を利用し、簡便かつ確実な選択的ウエッ
トエッチング方法で上記リッジの両側領域のみに横光結
合用グレーティング構造を形成でき、無再成長ＤＦＢリ
ッジ型半導体レーザを、高歩留り、低コスト、高品質で
製造できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の発明者は、インジウム−
リンInP基板上に、気相成長法、特に原料として有機金
属化合物ガスを用いた有機金属化合物気相成長法(MOCV
D)により、Ｉｎ1-xＧａxＡｓ1-yＰy／ＩｎＰ系の無再成
長ＤＦＢリッジ型半導体レーザを作製し、リッジストラ
イプ及び電極間の界面が平滑面であり、発光特性が良好
な素子を得るべく表面処理方法を種々検討した結果、本
発明を完成した。
【００１２】以下に、本発明によるInP基板上へのＩｎ
1-xＧａxＡｓ1-yＰy（０≦ｘ＜１，０≦ｙ≦１）の半導
体レーザを作製する方法の実施例を図２から図１０に基
づいて説明する。
【００１３】まず、図２に示すように、所定面方位(10
0)面のＩｎＰ結晶基板のウエハを用意し、化学エッチン
グで表面を清浄し、所定のエピタキシャル成長方法、液
相成長法、有機金属気相成長法、分子線成長法などでＳ
ＣＨ(Separate ConfinementHeterostracture)構造活性
層領域、リッジストライプ材料クラッド層、コンタクト
層などを形成する。例えば、ｎ+−ＩｎＰ(substrate)の
基板９の(100)面上にｎ−ＩｎＰ(clad)１０、Ｉｎ1-xＧ
ａxＡｓ1-yＰy(SCH active)の活性層１１、活性層上に
ｐ−ＩｎＰのリッジストライプ材料クラッド層１２、リ
ッジストライプ材料クラッド層上にｐ−ＩｎＧａＡｓＰ
又はｐ+−ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層１３を積
層する。このように、レーザ構造を有するレーザ基板を
形成する。
【００１４】次に、図３に示すように、リッジストライ
プが
【外４】 に伸長するようにＳｉＯ2，ＴｉＯ2等からなる所定のス
トライプマスクを、コンタクト層１３上に形成して、例
えばフォトリソグラフィー技術等を用いて、コンタクト
層１３及びリッジストライプ材料クラッド層１２をエッ
チングして、両側平坦部１４とこれらから突出する所定
高さで平坦上面部１５ａを有するリッジストライプ１５
とを形成する。
【００１５】次に、図４に示すように、両側平坦部１４
及びリッジストライプ平坦上面部１５ａ上にわたって、
ＳｉＯ2等の保護膜１６を形成する。保護膜１６はＰ脱
離防止及びエッチングマスク用である。また、保護膜１
６は次工程の高温ベークが必要な高解像度ＥＢレジスト
の均一な膜を得るために有用である。次に、図５に示す
ように、保護膜１６上両側平坦部及び平坦上面部にわた
って、ＥＢ描画用レジストをコーティングして、その後
ベークしてレジスト層１７を形成する。
【００１６】次に、図６に示すように、リッジストライ
プ上面部をも含め、所望のレーザ発振波長に合わせた周
期で、ラインを結晶方位の[011]方向に沿ってＥＢ描画
し、レジスト層１７上に、リッジストライプの伸長方向
に周期Λで変化する周期構造を有するグレーティングの
潜像を形成する。ＤＦＢ半導体レーザでは、一般にレー
ザ光が伝搬する方向に周期Λで変化する周期構造が形成
され、そのため屈折率も周期的に変化し、周期的に反射
されてくる光の位相が一致する波長で反射率が高くなり
（ブラッグ反射）、レーザ発振が起こる。よって分布帰
還半導体レーザの発振波長は周期構造の周期Λによって
決まり、一般にΛ＝ｍλ／２ｎを満たす条件にて単一縦
モードが得られる。なおｍは整数、λは発振波長（真空
中）、及びｎはレーザ媒体の屈折率を示す。一般にブラ
ッグ反射波長近傍で発振するが、Ｉｎ1-xＧａxＡｓ1-y
Ｐ活性層、ＩｎＰリッジストライプ材料クラッド層の屈
折率、膜厚、アスペクト比を、更には共振器（劈開面）
の反射率を、また更には横方向の光結合率をも勘案し
て、周期Λは決定される。
【００１７】次に、図７に示すように、グレーティング
形成工程として、ＣＦ4ドライエッチングでＳｉＯ2保護
膜１６にレジスト層１７のグレーティングを転写し、塩
酸系エッチャント例えば、ＨＣｌ：Ｈ2Ｏで、両側平坦
部のＩｎＰを選択的にウエットエッチングして両側平坦
部からグレーティング２０を形成するとともに、保護膜
１６を除去する。
【００１８】上記グレーティング形成工程の結果は、Ｓ
ＥＭ写真によって観察したところ、幅がリッジストライ
プの両側基板領域に渡り、周期サブマイクロメータオー
ダのグレーティング構造が段差のところまで均一に形成
されていることが確認された。次に、図８に示すよう
に、リッジストライプ１５及びグレーティング２０のあ
る全面に水ガラスなどの珪素化合物を塗布し、これを硬
化させて無機保護層（絶縁層）２１を形成する。この電
流ブロック用保護膜である無機保護層２１は、リッジス
トライプ１５の平面上部ではグレーティング２０の上部
よりも薄い膜厚で形成される。
【００１９】その後、図９に示すように、リッジストラ
イプ上面部１５ａが露出するまで無機保護層２１を除去
する。リッジストライプ１５の平面上部とグレーティン
グ２０の上部との無機保護層２１の膜厚差が生じた状態
で、ドライエッチングすることによって、リッジストラ
イプ１５の平面上部１５ａだけを露出させることができ
る。これはいわゆるセルフアライン法による電極窓形成
である。次に、図１０に示すように、露出したリッジス
トライプ上面部１５ａのコンタクト層上に電極３０を形
成する。この際、リッジストライプ上面部１５ａにはグ
レーティングがなく平坦になっているので接触不良のな
い電極を形成することができる。そして、ｎ−ＩｎＰの
基板９の対向面にも対向電極３１を形成する。電極には
整流性を有しないオーミック接触の金属が選択される。
一般にｎ側にはＡｕＧｅＮｉ、ｐ側にはＣｒＡｕが真空
蒸着により形成される。その後、所定工程により、素子
が完成される。なお、このレーザにおいて、活性層はバ
ルクで、端面は劈開面である。リッジストライプ幅は５
μｍであり、強い結合を求める場合は２μｍ以下とする
こともできる。グレーティングは３次であるが、１次で
あってもよい。グレーティングの深さは周期の１／４〜
１／３であるが、１／３以上であってもよい。
【００２０】得られた無再成長ＤＦＢ半導体レーザの特
性について発振波長対相対強度のスペクトラム分布並び
に注入電流密度対光出力を調べた。その結果、得られた
無再成長ＤＦＢ半導体レーザでは、素子へ電流注入効率
が高く、単一モードの発光が得られることが確認され
た。このように、本実施例によれば、リッジストライプ
上部を含むリッジストライプのある全面に、保護膜を設
け、描画法で所定ピッチでパターンを露光し、リソグラ
フィー技術によって所定周期のグレーティングを形成す
る。上記のＩｎＰの選択エッチングによってリッジスト
ライプ上部にはグレーティングが形成されず、平滑面と
なり、リッジストライプの両側平坦部にのみグレーティ
ングが形成される。
【００２１】他の実施例としては、一般的なレーザ材料
の場合には、図１１〜図１５に示すグレーティング作製
工程で行う。まず、活性層１１１、リッジストライプ材
料クラッド層１１２及びコンタクト層１１３を有する所
定方位面のエピタキシャル基板１１０を用意する。次
に、図１１に示すように、エッチングで両側平坦部１１
４とこれらから突出する所定高さで平坦上面部１１５ａ
を有するリッジストライプ１１５とを形成する。リッジ
ストライプを形成するときに、上記の選択ウエットエッ
チング法を使えない場合に、コンタクト層１１３上にエ
ッチングマスク４０を残す。
【００２２】次に、図１２に示すように、両側平坦部１
１４及びマスク４０上にわたって、ＥＢ描画用レジスト
をコーティングして、その後ベークしてレジスト層１１
７を形成する。次に、図１３に示すように、リッジスト
ライプ上面部をも含め、所望のレーザ発振波長に合わせ
た周期で、リッジストライプと交差する方向に沿ってＥ
Ｂ描画し、レジスト層１１７上に、リッジストライプの
伸長方向に周期構造を有するグレーティングの潜像を形
成する。
【００２３】次に、図１４に示すように、グレーティン
グ形成工程として、エッチングで両側領域からグレーテ
ィング１２０のパターンを形成する。現像後、ドライエ
ッチングする。マスク４０の上部と両側平坦部１１４の
上部とのレジスト層１１７の膜厚差があるために、リッ
ジストライプ１１５の平坦上面部だけがドライエッチン
グから免れ、それ以外の両側平坦部１１４及び活性層１
１１がグレーティングパターンにより食刻される。次
に、図１５に示すように、マスク４０を除去し平坦上面
部１１５ａを露出せしめる。このようにして得られたグ
レーティング構造は、ＳＥＭ写真によって観察したとこ
ろ、幅がリッジストライプの両側基板領域に渡り、周期
がサブマイクロメータのグレーティング構造であって、
リッジストライプの段差側面まで均一に形成されている
ことが確認された。
【００２４】以下上記実施例と同様に工程を進め、無再
成長ＤＦＢレーザを作製する。この第２の実施例におい
て、一例として、上記実施例と同様のＳＣＨ構造活性層
領域を有するInGaAsP/InPレーザを作製した。得られた
無再成長ＤＦＢ半導体レーザの特性について上記実施例
と同様に調べた。その結果を図１６及び図１７に示す。
図１６は発振波長(Wavelength)対相対強度(Relative In
tensity)のスペクトラム分布グラフを示す。図１７は注
入電流密度(Injection current Density)対光出力(Ligh
t Output)の特性グラフを示す。このレーザにおいて
も、活性層はバルクで、端面は劈開面である。リッジス
トライプ幅は５μｍである。グレーティングは３次であ
る。グレーティングの深さは周期の１／４〜１／３であ
る。グラフから、得られた無再成長ＤＦＢ半導体レーザ
では、素子へ電流注入効率が高く、単一モードの発光が
得られることが分かる。
【００２５】このように、本実施例によれば、上記の選
択ウエットエッチング法を使えない場合においても、リ
ッジストライプを形成するときに、その上にエッチング
マスクを残して保護膜とし、描画法で所定ピッチでパタ
ーンを露光し、リソグラフィー技術によって所定周期の
グレーティングを形成する。保護膜によりマスクされた
リッジストライプ上部にはグレーティングが形成され
ず、平滑面となり、リッジストライプ上面部を除いてグ
レーティングが形成される。
【００２６】以上の如く、本発明により、低コストかつ
高信頼性の無再成長ＤＦＢレーザ単体及び波長多重通信
用アレー素子における、リッジの両側の領域のみに横光
結合グレーティングが形成できる。すなわち、本方法に
おいては、ドライエッチングでグレーティングを転写す
る時は、リッジストライプ上面部のみＳｉＯ2等のマス
クを残し、一方、ＨＣｌ系等の選択ウェットエッチング
でグレーティングを転写する時は、ＩｎＰ基板の(100)
面を利用し、［011］方向にＥＢを走査して描画し形成
する。
【００２７】以上に説明した実施例は、本発明を例示す
るに過ぎず、本発明を限定するものではない。
【００２８】さらなる実施例の横光結合分布帰還型リッ
ジ型InGaAsP/InP半導体レーザとして、典型的な上記Ｓ
ＣＨ構造のInP系半導体レーザを計算モデルにし、結合
係数κに関する、グレーティング深さ依存性、リッジ幅
依存性、リッジ深さ依存性（深さ方向のグレーティング
位置依存性）について計算を行ない、結合係数をより大
きくするためこれらの三つのパラメータの最適条件を導
いた。
【００２９】横光結合分布帰還型リッジレーザの結合係
数κは、グレーティングの深さ、リッジの幅、リッジの
深さに大きく依存する。リッジ深さは、いいかえれば、
深さ方向のどの位置にグレーティングの底を形成するか
ということである。リッジ深さは、デバイス作製におい
てメサストライプ形成のエッチングで決定され、その最
適深さ、エッチング許容誤差等を設計上見積っておくこ
とは、デバイス作製上非常に有効である。
【００３０】具体的に、結合係数が最大となるリッジス
トライプ幅、グレーティングの深さ、グレーティング形
成位置をシミュレーションにより求めた。
【００３１】結合係数κの計算には結合モード理論が用
いられ、これによると、１次矩形断面グレーティングの
結合係数κは次式で与えられる。
【００３２】
【数１】│κ│＝１／（ｎeffλ）×（ｎ2 2−ｎ1 2）×
ｓｉｎ（πγ）×Γ ここで、ｎ2及びｎ1はそれぞれグレーティングを構成す
る半導体層及び絶縁層の屈折率を、ｎeffは導波路の実
効屈折率を、λは導波する光の波長を、γはグレーティ
ングのデューティサイクルを、Γはグレーティング領域
との電界の重なり積分を示す。
【００３３】図１８にＳＣＨ構造の横光結合分布帰還型
InP系半導体レーザの寸法等のパラメータを示す。波長
は１．３μmとし、ｎ-InPクラッド１１０（屈折率＝3.2
001）の上にInGaAsP導波層１１１（屈折率＝３．３２５
８，厚さ＝０．４５μm）、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰのリッ
ジ両側平坦部１１４（屈折率＝3.2001）すなわちグレー
ティング１２０の底とInGaAsP導波層との間の部分、ｐ
−ＩｎＧａＡｓＰ本体及びｐ+−ＩｎＧａＡｓコンタク
ト層からなるリッジストライプ１１５並びに誘電体の保
護層２１（屈折率＝１．５３）を形成したものを想定
し、InGaAsP導波層１１１の厚さをｔact、リッジストラ
イプ１１５の厚さをｔclad、リッジ幅をｗ、リッジ両側
平坦部１１４の厚さをｔ0、グレーティングの深さを
ｔg、グレーティングのデューティサイクルをγとす
る。
【００３４】ここで、グレーティングの形成位置は、図
１８に示すようにInGaAsP導波層の上部表面（InGaAsP導
波層１１１と両側平坦部１１４との界面）を原点（ｙ＝
０）として、原点からグレーティングの底部までの距離
で示す。ｙが正の値のときはInGaAsP導波層よりも上に
グレーティングの底が形成され、ｙが負の値のときはIn
GaAsP導波層を掘り下げてグレーティングの底を形成す
ることを意味する。また、InGaAsP導波層は１対のガイ
ド層にサンドイッチされた活性層を有するＳＣＨ構造で
形成されるが、計算の簡素化のために一様の屈折率ｎ
actとし、絶縁保護層は無限遠の厚さを有するものとし
ている。
【００３５】（１）まず、結合係数κのグレーティング
深さ依存性を調べた。計算条件λ＝1.3μm、ｎact＝3.3
258、ｎdie＝1.53、ｔ0＝0.0μm、γ＝0.5とした場合に
おけるリッジ幅Ｗを1.0μm、1.5μm、2.0μm、3.0μm、
4.0μm、及び5.0μmとしたときの、１次グレーティング
深さｔg（50nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、
400nm、500nm）と結合定数κとを計算した。図１９は１
次グレーティング深さｔｇと結合定数κの関係を示した
グラフである。
【００３６】図１９のグラフから、リッジ幅Ｗにより若
干のバラツキはでるもののグレーティングの深さが約１
５０nm以上で結合定数は飽和していく傾向にある。
【００３７】よって、結合定数κを最大にするグレーテ
ィングの深さｔgは１５０nm以上という条件が導き出せ
る。
【００３８】（２）次に、結合係数κのリッジ幅依存性
を調べた。（１）の計算結果に基づくリッジ幅Ｗと結合
定数κとの関係を図２０に示す。
【００３９】良好なＤＦＢ半導体レーザは、そのデバイ
ス長（リッジストライプ長）をＬと、結合定数をκとす
ると、κＬ≒１を満たせば十分なＤＦＢモードで発光す
ることが傾向として知られている。ここでＬ＝500μmと
するとκ＝２０cm-1程度が必要である。
【００４０】図２０のグラフからグレーティングの深さ
ｔgが１５０nm以上では結合定数κが２０cm-1以上とな
るのは、リッジ幅Ｗが２．５μm以下である。よって、
リッジ幅が２．５μm以下であれば１５０nm以上のグレ
ーティングの深さで発光させるのに必要な結合定数が確
保できる。
【００４１】（３）また、結合係数κのグレーティング
形成位置の依存性を調べた。リッジ幅１．５μm、グレ
ーティングの深さ２００nmとした以外（１）の計算条件
と同様な条件で、１次グレーティングの底の位置ｙと結
合定数κとを計算した。図２１は１次グレーティング位
置ｙと結合定数κの関係を示すグラフである。これから
ｙ＝−０．１μｍ付近で結合定数が最大となっているこ
とがわかる。ｙの最適範囲はデバイス作成マージン（In
GaAsP導波層の深くにまで掘り下げることは困難）を考
慮すると、ｙ＝−０．２〜＋０．１μｍの範囲の位置に
グレーティングの底を形成すれば、結合係数も大きくな
る。ｔclad＝１μmとして計算しているので、リッジス
トライプ１１５の厚さｔcladに対する深さ方向のグレー
ティングの底の位置ｔ（リッジストライプ１１５の上部
表面からグレーティングの底部までの距離）はｔclad：
ｔ＝１０：９〜１０：１２の範囲に形成することが好ま
しい。
【００４２】InGaAsP導波層の上部界面を原点（ｙ＝
０）とした深さ方向のグレーティング位置座標ｙが界面
下までの位置で示しているので、ｙが正の場合はInP両
側平坦部が残り、ｙが負の場合はInGaAsP導波層までエ
ッチングされる。
【００４３】よって、（１）〜（３）の各条件を満たす
ように設計すれば結合定数を大きくとることができ、レ
ーザ素子の小形化が可能となる。
【００４４】
【発明の効果】本発明によれば、リッジ型導波路構造の
ある基板上に微細グレーティングをリッジの両側領域の
みに均一性良く形成することができ、リッジ型レーザ導
波路の上面部は平滑であるために、電極層とのコンタク
トがさらによくとれる。均一性の良いグレーティング構
造をリッジの両側平坦部だけでなくリッジの側壁面まで
形成することも可能なため、横方向の光結合率も充分あ
り、高歩留りや、低コストなどの特徴を有する無再成長
屈折率横光結合リッジ型 InGaAsP/InP (DFB)レーザの実
現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の無再成長ＤＦＢ半導体レーザの製造工程
中におけるレーザ基板の概略斜視図である。
【図２】本発明による実施例の無再成長ＤＦＢ半導体レ
ーザの製造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図であ
る。
【図３】本発明による実施例の無再成長ＤＦＢ半導体レ
ーザの製造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図であ
る。
【図４】本発明による実施例の無再成長ＤＦＢ半導体レ
ーザの製造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図であ
る。
【図５】本発明による実施例の無再成長ＤＦＢ半導体レ
ーザの製造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図であ
る。
【図６】本発明による実施例の無再成長ＤＦＢ半導体レ
ーザの製造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図であ
る。
【図７】本発明による実施例の無再成長ＤＦＢ半導体レ
ーザの製造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図であ
る。
【図８】本発明による実施例の無再成長ＤＦＢ半導体レ
ーザの製造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図であ
る。
【図９】本発明による実施例の無再成長ＤＦＢ半導体レ
ーザの製造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図であ
る。
【図１０】本発明による実施例の無再成長ＤＦＢ半導体
レーザの製造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図で
ある。
【図１１】本発明による他の実施例の無再成長ＤＦＢ半
導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板の概略斜視
図である。
【図１２】本発明による他の実施例の無再成長ＤＦＢ半
導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板の概略斜視
図である。
【図１３】本発明による他の実施例の無再成長ＤＦＢ半
導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板の概略斜視
図である。
【図１４】本発明による他の実施例の無再成長ＤＦＢ半
導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板の概略斜視
図である。
【図１５】本発明による他の実施例の無再成長ＤＦＢ半
導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板の概略斜視
図である。
【図１６】本発明による他の実施例の無再成長ＤＦＢ半
導体レーザの発光スペクトル特性を示すグラフである。
【図１７】本発明による他の実施例の無再成長ＤＦＢ半
導体レーザの印加電流−発光強度特性を示すグラフであ
る。
【図１８】本発明による他の実施例のＳＣＨ構造の横結
合InP系半導体ＤＦＢレーザの概略断面図である。
【図１９】本発明による他の実施例の無再成長ＤＦＢ半
導体レーザの１次グレーティング深さｔｇと結合定数κ
との関係を示したグラフである。
【図２０】本発明による他の実施例の無再成長ＤＦＢ半
導体レーザのリッジ幅Ｗと結合定数κとの関係を示した
グラフである。
【図２１】本発明による他の実施例の無再成長ＤＦＢ半
導体レーザの１次グレーティング位置ｙと結合定数κと
の関係を示したグラフである。
【主要部分の符号の説明】
９，１１０ 基板 １０ ｎ−ＩｎＰクラッド層 １１，１１１ 活性層 １２，１１２ リッジストライプ材料クラッド層 １３，１１３ コンタクト層 １４，１１４ 両側平坦部 １５，１１５ リッジストライプ １５ａ，１１５ａ 平坦上面部 １６，４０ 保護膜 １７，１１７ レジスト層 ２０，１２０ グレーティング ２１ 無機保護層 ３０ 電極 ３１ 対向電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹間 清文 埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号パイ オニア株式会社総合研究所内

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 活性層上にリッジストライプを有しリッ
    ジストライプの伸長方向に周期構造を備えた分布帰還リ
    ッジ型半導体レーザの製造方法であって、 活性層上にリッジストライプ材料のクラッド層及び必要
    なコンタクト層を順に積層したレーザ基板を形成する工
    程と、 前記クラッド層及び必要なコンタクト層から両側平坦部
    とこれらから突出し平坦上面部を有するリッジストライ
    プとを形成する工程と、 前記両側平坦部及び平坦上面部上にわたって保護膜及び
    レジスト層を順に形成する工程と、 前記レジスト層上に、リッジストライプの伸長方向に周
    期構造を有するグレーティングパターンの潜像を形成
    し、前記レジスト層の現像によりグレーティングパター
    ンを形成するパターン工程と、 前記グレーティングパターンをエッチングし、前記平坦
    上面部以外の前記活性層上又は中に前記リッジストライ
    プ材料のグレーティングを形成するグレーティング形成
    工程と、 前記保護膜を除去して、前記グレーティング及び前記平
    坦上面部の全面に絶縁層を形成する工程と、 前記絶縁層から前記平坦上面部だけをエッチングにより
    露出せしめた後、前記平坦上面部上に電極を形成する工
    程と、を含むことを特徴とする半導体レーザ製造方法。
  2. 【請求項２】 前記パターン工程においては、電子ビー
    ム直接描画法により前記潜像を形成することを特徴とす
    る請求項１記載の半導体レーザ製造方法。
  3. 【請求項３】 前記活性層がＩｎ1-xＧａxＡｓ1-yＰ
    y（ｘ及びｙは小数を示す）を主成分とするバルク層又
    は単一量子井戸若しくは多量子井戸層であり、前記クラ
    ッド層がＩｎＰであり、前記コンタクト層がＩｎＧａＡ
    ｓＰ若しくはＩｎＧａＡｓであることを特徴とする請求
    項１記載の半導体レーザ製造方法。
  4. 【請求項４】 前記グレーティング形成工程は、ウエッ
    トエッチングによる形成の場合、塩酸系エッチャントに
    よるＩｎＰの選択的ウエットエッチングにより行い、前
    記リッジストライプの伸長方向を 【外１】 と略一致させることを特徴とする請求項３記載の半導体
    レーザ製造方法。
  5. 【請求項５】 前記リッジストライプを形成する工程で
    は、所定のストライプマスクを用いエッチングすること
    により前記リッジストライプを形成し、 前記グレーティング形成工程は、ドライエッチングによ
    る形成の場合、前記保護膜及びレジスト層を順に形成す
    る工程において、前記ストライプマスクを前記平坦上面
    部に残したまま前記保護膜を形成することを特徴とする
    請求項１記載の半導体レーザ製造方法。
  6. 【請求項６】 活性層上にリッジストライプを有しリッ
    ジストライプの伸長方向に周期構造を備えた分布帰還リ
    ッジ型半導体レーザであって、 活性層上にリッジストライプ材料のクラッド層及び必要
    なコンタクト層を順に積層したレーザ基板を形成し、 前記クラッド層及び必要なコンタクト層から両側平坦部
    とこれらから突出し平坦上面部を有するリッジストライ
    プとを形成し、 前記両側平坦部及び平坦上面部上にわたって保護膜及び
    レジスト層を順に形成し、 前記レジスト層上に、リッジストライプの伸長方向に周
    期構造を有するグレーティングパターンの潜像を形成
    し、前記レジスト層の現像によりグレーティングパター
    ンを形成し、 前記グレーティングパターンをエッチングし、前記平坦
    上面部以外の前記活性層上又は中に前記リッジストライ
    プ材料のグレーティングを形成し、 前記保護膜を除去して、前記グレーティング及び前記平
    坦上面部の全面に絶縁層を形成し、 前記絶縁層から前記平坦上面部だけをエッチングにより
    露出せしめた後、前記平坦上面部上に電極を形成して、
    製造される、前記リッジストライプ及び前記電極間の界
    面が平滑面であることを特徴とする半導体レーザ。
  7. 【請求項７】 前記活性層がＩｎ1-xＧａxＡｓ1-yＰ
    y（ｘ及びｙは小数を示す）を主成分とするバルク層又
    は単一量子井戸若しくは多量子井戸層であり、前記クラ
    ッド層がＩｎＰであり、前記コンタクト層がＩｎＧａＡ
    ｓＰ若しくはＩｎＧａＡｓであることを特徴とする請求
    項６記載の半導体レーザ。
  8. 【請求項８】 前記グレーティングは、ウエットエッチ
    ングによる形成の場合、塩酸系エッチャントによるＩｎ
    Ｐの選択的ウエットエッチングにより形成され、前記リ
    ッジストライプの伸長方向を 【外２】 と略一致させたことを特徴とする請求項７記載の半導体
    レーザ。
  9. 【請求項９】 前記リッジストライプ幅は５μｍ以下で
    あることを特徴とする請求項６記載の半導体レーザ。
  10. 【請求項１０】 前記リッジストライプ幅は２．５μｍ
    以下であることを特徴とする請求項７記載の半導体レー
    ザ。
  11. 【請求項１１】 前記グレーティングの深さは周期の１
    ／３以上であることを特徴とする請求項６記載の半導体
    レーザ。
  12. 【請求項１２】 前記グレーティングの深さは１５０n
    ｍ以上であることを特徴とする請求項６又は１０記載の
    半導体レーザ。
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