JPH11145557A - 半導体光素子とその作製方法 - Google Patents
半導体光素子とその作製方法Info
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- JPH11145557A JPH11145557A JP31248297A JP31248297A JPH11145557A JP H11145557 A JPH11145557 A JP H11145557A JP 31248297 A JP31248297 A JP 31248297A JP 31248297 A JP31248297 A JP 31248297A JP H11145557 A JPH11145557 A JP H11145557A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザ共振器の端面と共振器内の屈折率周期
構造の相互の位置関係を厳密に規定する。 【解決手段】 基板１上に、活性層２、クラッド層３を
形成する。ＳｉＯ2 膜１１上に幅ａ、周期ｂのライン−
スペースパタン１２を形成する。両側には窓領域１３を
形成する。ライン−スペースパタン１２をＳｉＯ2 膜１
１に転写し、エッチングマスク１４、エッチングマスク
窓領域１５を形成する。半導体基板に対し反応性ビーム
エッチングを行い、溝４を形成する。溝４の領域は、窓
領域１５に比べて微細なため、マイクロローディング効
果が発現し、窓領域１５に比べてエッチング速度が低下
する。こうして、溝４の形成の際に、レーザ共振器の端
面となる加工側壁５が同時に形成される。
構造の相互の位置関係を厳密に規定する。 【解決手段】 基板１上に、活性層２、クラッド層３を
形成する。ＳｉＯ2 膜１１上に幅ａ、周期ｂのライン−
スペースパタン１２を形成する。両側には窓領域１３を
形成する。ライン−スペースパタン１２をＳｉＯ2 膜１
１に転写し、エッチングマスク１４、エッチングマスク
窓領域１５を形成する。半導体基板に対し反応性ビーム
エッチングを行い、溝４を形成する。溝４の領域は、窓
領域１５に比べて微細なため、マイクロローディング効
果が発現し、窓領域１５に比べてエッチング速度が低下
する。こうして、溝４の形成の際に、レーザ共振器の端
面となる加工側壁５が同時に形成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、縦単一モード動作
をする半導体レーザの構造と作製方法に関するものであ
り、より具体的には高性能な分布帰還型共振器レーザ、
または分布ブラッグ反射型共振器レーザの構造と、この
構造を簡便に作製する方法に関するものである。
をする半導体レーザの構造と作製方法に関するものであ
り、より具体的には高性能な分布帰還型共振器レーザ、
または分布ブラッグ反射型共振器レーザの構造と、この
構造を簡便に作製する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光伝送システムにおいては、伝送する光
信号の劣化を防ぎ高品質な光伝送を得るため、縦単一モ
ードで動作する半導体レーザが使用されている。従来、
この縦単一モードで動作する半導体レーザとしては、分
布帰還型共振器（ＤＦＢ）レーザ、または分布ブラッグ
反射型共振器（ＤＢＲ）レーザが知られている。これら
のＤＦＢ／ＤＢＲレーザの概略構造を図８に示す。ＤＦ
Ｂ／ＤＢＲレーザは、発振波長を縦単一モードとするた
めに、その光導波構造中に次式で決まる関係を有する屈
折率周期構造が形成されている。 Λ＝λ／（２ｎe ） ・・・（１） 式（１）中のΛは周期構造の繰り返し寸法、λはレーザ
の波長、ｎe は光導波構造の平均屈折率である。この屈
折率周期構造が導波光に対して反射効果をもたらすこと
となる。通常、光通信に用いられる半導体レーザにおい
ては、λ＝１．５５μｍ、ｎe ＝３．２であるので、Λ
は概ね２４０ｎｍとなる。
信号の劣化を防ぎ高品質な光伝送を得るため、縦単一モ
ードで動作する半導体レーザが使用されている。従来、
この縦単一モードで動作する半導体レーザとしては、分
布帰還型共振器（ＤＦＢ）レーザ、または分布ブラッグ
反射型共振器（ＤＢＲ）レーザが知られている。これら
のＤＦＢ／ＤＢＲレーザの概略構造を図８に示す。ＤＦ
Ｂ／ＤＢＲレーザは、発振波長を縦単一モードとするた
めに、その光導波構造中に次式で決まる関係を有する屈
折率周期構造が形成されている。 Λ＝λ／（２ｎe ） ・・・（１） 式（１）中のΛは周期構造の繰り返し寸法、λはレーザ
の波長、ｎe は光導波構造の平均屈折率である。この屈
折率周期構造が導波光に対して反射効果をもたらすこと
となる。通常、光通信に用いられる半導体レーザにおい
ては、λ＝１．５５μｍ、ｎe ＝３．２であるので、Λ
は概ね２４０ｎｍとなる。
【０００３】図８のレーザ構造を作製するにあたって
は、まず図８（ａ）に示すように、半導体基板３１上に
活性層３２を成長させ、続いて光導波を効率良く行うた
めのガイド層３３を成長させる。さらに、上述した屈折
率の周期構造を得るために、図８（ｂ）に示すように、
ガイド層３３上に周期Λでなるエッチング用のマスクパ
タン３４を形成する。そして、このマスクパタン３４を
有する基板をエッチングすることにより、図８（ｃ）の
ようにガイド層３３を周期的な凹凸構造を有する形状に
加工する。なお、エッチング用のマスクパタン３４の形
成には電子ビーム露光を使用し、ガイド層３３のエッチ
ングには硫酸−過酸化水素水−水の混合液でもって、概
ね３０ｎｍの深さの溝をエッチングした。
は、まず図８（ａ）に示すように、半導体基板３１上に
活性層３２を成長させ、続いて光導波を効率良く行うた
めのガイド層３３を成長させる。さらに、上述した屈折
率の周期構造を得るために、図８（ｂ）に示すように、
ガイド層３３上に周期Λでなるエッチング用のマスクパ
タン３４を形成する。そして、このマスクパタン３４を
有する基板をエッチングすることにより、図８（ｃ）の
ようにガイド層３３を周期的な凹凸構造を有する形状に
加工する。なお、エッチング用のマスクパタン３４の形
成には電子ビーム露光を使用し、ガイド層３３のエッチ
ングには硫酸−過酸化水素水−水の混合液でもって、概
ね３０ｎｍの深さの溝をエッチングした。
【０００４】続いて、図８（ｄ）に示すように、クラッ
ド層３５を成長させてレーザ用の基板とする。この場
合、上記凹凸構造を形成する工程では、半導体基板を一
旦結晶成長反応炉から外部に取り出すため、基板への不
純物混入が発生し、その上に再成長させるクラッド層３
５の品質劣化を引き起こし、ひいてはレーザ特性の劣化
の原因にもなっていた。この基板を半導体レーザ素子に
するためには、基板の上下に電極３６を形成した後、基
板を所定の劈開位置３７，３８で劈開していた。劈開位
置３７，３８はほぼ４００μｍ離れており、この２点間
の距離でレーザの共振器が決められる。そして、ガイド
層３３内に形成した凹凸構造の周期は２４０ｎｍと極め
て微細であり、この凹凸構造と劈開位置３７，３８の相
互の位置関係を厳密に決めることは全く不可能であり、
個々の素子ごとにその相対位置は異なっていた。
ド層３５を成長させてレーザ用の基板とする。この場
合、上記凹凸構造を形成する工程では、半導体基板を一
旦結晶成長反応炉から外部に取り出すため、基板への不
純物混入が発生し、その上に再成長させるクラッド層３
５の品質劣化を引き起こし、ひいてはレーザ特性の劣化
の原因にもなっていた。この基板を半導体レーザ素子に
するためには、基板の上下に電極３６を形成した後、基
板を所定の劈開位置３７，３８で劈開していた。劈開位
置３７，３８はほぼ４００μｍ離れており、この２点間
の距離でレーザの共振器が決められる。そして、ガイド
層３３内に形成した凹凸構造の周期は２４０ｎｍと極め
て微細であり、この凹凸構造と劈開位置３７，３８の相
互の位置関係を厳密に決めることは全く不可能であり、
個々の素子ごとにその相対位置は異なっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ＤＦＢ／ＤＢＲ半導体
レーザでは、レーザ共振器の内部に存在する光の定在波
と、ガイド層３３に設けた屈折率の周期構造との位置関
係で発振閾値やスペクトル線幅といった重要なレーザ特
性が決定される。そして、レーザ共振器の内部に存在す
る光の定在波は、レーザ共振器の端面の位置による制約
を受ける。ところが、従来のように、レーザ共振器の端
面を劈開で形成する場合には、屈折率周期構造がｎｍサ
イズと微細構造であることから、屈折率周期構造と劈開
位置３７，３８の相互の位置関係を厳密に規定すること
は不可能であった。このため、この相互位置関係が素子
ごとに異なり、端面でレーザ光が反射されてレーザ共振
器に戻る際の、戻り光とレーザ共振器の内部で発生する
光の定在波との相互関係が素子ごとに異なることとな
る。その結果、半導体レーザ素子の特性にばらつきが生
じるという問題点があった。また、このような問題を避
けるためには、図８（ｅ）に示すように、劈開面に無反
射膜３９をコーティングする工程が不可欠であった。こ
れがために、素子の価格が極めて高価となるという問題
点があった。本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、レーザ共振器の端面と共振器内の屈折率周
期構造の相互の位置関係を厳密に規定することができ、
無反射膜のコーティング工程が不要な半導体光素子とそ
の作製方法を提供することを目的とする。
レーザでは、レーザ共振器の内部に存在する光の定在波
と、ガイド層３３に設けた屈折率の周期構造との位置関
係で発振閾値やスペクトル線幅といった重要なレーザ特
性が決定される。そして、レーザ共振器の内部に存在す
る光の定在波は、レーザ共振器の端面の位置による制約
を受ける。ところが、従来のように、レーザ共振器の端
面を劈開で形成する場合には、屈折率周期構造がｎｍサ
イズと微細構造であることから、屈折率周期構造と劈開
位置３７，３８の相互の位置関係を厳密に規定すること
は不可能であった。このため、この相互位置関係が素子
ごとに異なり、端面でレーザ光が反射されてレーザ共振
器に戻る際の、戻り光とレーザ共振器の内部で発生する
光の定在波との相互関係が素子ごとに異なることとな
る。その結果、半導体レーザ素子の特性にばらつきが生
じるという問題点があった。また、このような問題を避
けるためには、図８（ｅ）に示すように、劈開面に無反
射膜３９をコーティングする工程が不可欠であった。こ
れがために、素子の価格が極めて高価となるという問題
点があった。本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、レーザ共振器の端面と共振器内の屈折率周
期構造の相互の位置関係を厳密に規定することができ、
無反射膜のコーティング工程が不要な半導体光素子とそ
の作製方法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】本発明は、請求項１に記
載のように、活性層と、この活性層の上下に導電型が互
いに異なるクラッド層とを有する半導体基板に光導波路
を形成する半導体光素子の作製方法であって、上記基板
上において光導波路の光軸方向に沿った長さＬの領域
に、光軸方向に垂直で光軸方向の幅がａのストライプ状
のエッチングマスクを光軸方向に沿って周期ｂで形成す
ると共に、エッチングマスク領域の端部の片側若しくは
両側に光軸方向の長さがｃであるエッチングマスク窓領
域を形成する工程と、上記エッチングマスク領域及びエ
ッチングマスク窓領域を設けた半導体基板をエッチング
することにより、光軸方向の幅がｂ−ａで周期がｂであ
る溝、及び光軸方向の長さがｃである窓領域を形成する
工程を少なくとも含むようにしたものである。このよう
に、半導体基板上にストライプ状のエッチングマスクと
エッチングマスク窓領域を形成し、この半導体基板にエ
ッチングを施すことにより、屈折率周期構造を与える溝
とレーザ発振における定在波を規定する共振器端面（導
波路端面）とを同時にエッチングで形成することができ
るため、レーザ共振器の端面と共振器内の屈折率周期構
造の相互の位置関係を厳密に規定することができる。ま
た、請求項２に記載のように、エッチングマスク窓領域
の長さｃをエッチングマスクの周期ｂより１０倍以上大
きな寸法として、マイクロローディング効果によるエッ
チングレートの相違を用いて上記溝と窓領域を異なる深
さにエッチングすることにより、光軸方向の幅がｂ−ａ
で周期がｂである溝と光軸方向の長さがｃである窓領域
を同一のエッチング工程で形成するようにしたものであ
る。
載のように、活性層と、この活性層の上下に導電型が互
いに異なるクラッド層とを有する半導体基板に光導波路
を形成する半導体光素子の作製方法であって、上記基板
上において光導波路の光軸方向に沿った長さＬの領域
に、光軸方向に垂直で光軸方向の幅がａのストライプ状
のエッチングマスクを光軸方向に沿って周期ｂで形成す
ると共に、エッチングマスク領域の端部の片側若しくは
両側に光軸方向の長さがｃであるエッチングマスク窓領
域を形成する工程と、上記エッチングマスク領域及びエ
ッチングマスク窓領域を設けた半導体基板をエッチング
することにより、光軸方向の幅がｂ−ａで周期がｂであ
る溝、及び光軸方向の長さがｃである窓領域を形成する
工程を少なくとも含むようにしたものである。このよう
に、半導体基板上にストライプ状のエッチングマスクと
エッチングマスク窓領域を形成し、この半導体基板にエ
ッチングを施すことにより、屈折率周期構造を与える溝
とレーザ発振における定在波を規定する共振器端面（導
波路端面）とを同時にエッチングで形成することができ
るため、レーザ共振器の端面と共振器内の屈折率周期構
造の相互の位置関係を厳密に規定することができる。ま
た、請求項２に記載のように、エッチングマスク窓領域
の長さｃをエッチングマスクの周期ｂより１０倍以上大
きな寸法として、マイクロローディング効果によるエッ
チングレートの相違を用いて上記溝と窓領域を異なる深
さにエッチングすることにより、光軸方向の幅がｂ−ａ
で周期がｂである溝と光軸方向の長さがｃである窓領域
を同一のエッチング工程で形成するようにしたものであ
る。
【０００７】また、請求項３に記載のように、上記長さ
Ｌのエッチングマスク領域の片側の端部に、光軸方向に
垂直で光軸方向の幅が２ａのストライプ状のエッチング
マスクを配置するようにしたものである。このように、
エッチングマスク領域の片側の端部に幅が２ａのエッチ
ングマスクを配置することにより、レーザ共振器端面に
おける光の位相が節になるように規定することができ
る。また、請求項４に記載のように、光導波路内に、光
軸方向の幅がａの凸部と幅がｂ−ａの溝とが光軸方向に
沿って周期ｂで配設された屈折率の周期構造を有する半
導体光素子であって、上記光導波路の端面と屈折率周期
構造の相互の位置関係が一定の関係を有するものであ
る。また、請求項５に記載のように、上記屈折率周期構
造は、両端部に幅ａの凸部と幅２ａの凸部とを有し、上
記光導波路の一方の端面の位置が幅ａの凸部の最外端の
位置と一致し、光導波路の他方の端面の位置が幅２ａの
凸部の最外端の位置と一致するものである。
Ｌのエッチングマスク領域の片側の端部に、光軸方向に
垂直で光軸方向の幅が２ａのストライプ状のエッチング
マスクを配置するようにしたものである。このように、
エッチングマスク領域の片側の端部に幅が２ａのエッチ
ングマスクを配置することにより、レーザ共振器端面に
おける光の位相が節になるように規定することができ
る。また、請求項４に記載のように、光導波路内に、光
軸方向の幅がａの凸部と幅がｂ−ａの溝とが光軸方向に
沿って周期ｂで配設された屈折率の周期構造を有する半
導体光素子であって、上記光導波路の端面と屈折率周期
構造の相互の位置関係が一定の関係を有するものであ
る。また、請求項５に記載のように、上記屈折率周期構
造は、両端部に幅ａの凸部と幅２ａの凸部とを有し、上
記光導波路の一方の端面の位置が幅ａの凸部の最外端の
位置と一致し、光導波路の他方の端面の位置が幅２ａの
凸部の最外端の位置と一致するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】実施の形態の１．次に、本発明の
実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図
１は本発明の第１の実施の形態となる半導体レーザの概
略構成を示す斜視図である。本実施の形態の半導体レー
ザは、ｎ型ＩｎＰ基板（第１のクラッド層）１、ＩｎＧ
ａＡｓＰ（バンドギャップ波長＝１．５μｍ）からなる
活性層２、及びｐ-型ＩｎＰからなる第２のクラッド層
３より構成される半導体基板に形成される。クラッド層
３には、光軸方向（図１左右方向）の幅が１２０ｎｍ、
周期が２４０ｎｍの溝４が形成されている。この溝４の
底は、活性層２の表面から４００ｎｍ上のところに位置
する。５は溝４を形成するエッチング工程の際に同時に
形成される加工側壁であり、レーザ共振器の端面を構成
する。６はリッジ型導波路であり、高さは１．１μｍで
ある。リッジ型導波路６の頂部と基板１の下部には、電
流注入用の電極７が設けられている。
実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図
１は本発明の第１の実施の形態となる半導体レーザの概
略構成を示す斜視図である。本実施の形態の半導体レー
ザは、ｎ型ＩｎＰ基板（第１のクラッド層）１、ＩｎＧ
ａＡｓＰ（バンドギャップ波長＝１．５μｍ）からなる
活性層２、及びｐ-型ＩｎＰからなる第２のクラッド層
３より構成される半導体基板に形成される。クラッド層
３には、光軸方向（図１左右方向）の幅が１２０ｎｍ、
周期が２４０ｎｍの溝４が形成されている。この溝４の
底は、活性層２の表面から４００ｎｍ上のところに位置
する。５は溝４を形成するエッチング工程の際に同時に
形成される加工側壁であり、レーザ共振器の端面を構成
する。６はリッジ型導波路であり、高さは１．１μｍで
ある。リッジ型導波路６の頂部と基板１の下部には、電
流注入用の電極７が設けられている。
【０００９】次に、図２〜図４を用いて図１の半導体レ
ーザの作製方法を説明する。まず、図２（ａ）に示すよ
うに、ｎ型ＩｎＰ基板１上に、ＩｎＧａＡｓＰ（バンド
ギャップ波長＝１．５μｍ）からなる活性層２、厚さ
１．２μｍのｐ- 型ＩｎＰからなるクラッド層３を有機
金属化学気相成長法により順次形成する。
ーザの作製方法を説明する。まず、図２（ａ）に示すよ
うに、ｎ型ＩｎＰ基板１上に、ＩｎＧａＡｓＰ（バンド
ギャップ波長＝１．５μｍ）からなる活性層２、厚さ
１．２μｍのｐ- 型ＩｎＰからなるクラッド層３を有機
金属化学気相成長法により順次形成する。
【００１０】続いて、図２（ｂ）に示すように、厚さ
０．２μｍのＳｉＯ2 膜１１を堆積する。そして、この
ＳｉＯ2 膜１１上の長さ（図２左右方向）Ｌが６００μ
ｍ、幅（紙面に垂直な方向）が５００μｍの領域に、光
軸方向（図２左右方向）の幅ａが１２０ｎｍ、繰り返し
周期ｂが２４０ｎｍのライン−スペースパタン１２を電
子ビーム露光法により形成する。このとき、上記領域の
長さ方向の両側には、パタンが存在しない、長さｃが３
０μｍの窓領域１３を形成した。
０．２μｍのＳｉＯ2 膜１１を堆積する。そして、この
ＳｉＯ2 膜１１上の長さ（図２左右方向）Ｌが６００μ
ｍ、幅（紙面に垂直な方向）が５００μｍの領域に、光
軸方向（図２左右方向）の幅ａが１２０ｎｍ、繰り返し
周期ｂが２４０ｎｍのライン−スペースパタン１２を電
子ビーム露光法により形成する。このとき、上記領域の
長さ方向の両側には、パタンが存在しない、長さｃが３
０μｍの窓領域１３を形成した。
【００１１】次いで、図２（ｃ）に示すように、ライン
−スペースパタン１２をマスクとして、ＳｉＯ2 膜１１
に対しＣ2Ｆ6ガスによる反応性イオンエッチングを行
い、ライン−スペースパタン１２をＳｉＯ2 膜１１に転
写する。こうして、光導波路の光軸方向に垂直で光軸方
向の幅がａ、周期がｂの複数のエッチングマスク１４が
半導体基板上に形成される。同時に、エッチングマスク
１４が形成された領域の両側には、光軸方向の長さがｃ
のエッチングマスク窓領域１５が形成される。
−スペースパタン１２をマスクとして、ＳｉＯ2 膜１１
に対しＣ2Ｆ6ガスによる反応性イオンエッチングを行
い、ライン−スペースパタン１２をＳｉＯ2 膜１１に転
写する。こうして、光導波路の光軸方向に垂直で光軸方
向の幅がａ、周期がｂの複数のエッチングマスク１４が
半導体基板上に形成される。同時に、エッチングマスク
１４が形成された領域の両側には、光軸方向の長さがｃ
のエッチングマスク窓領域１５が形成される。
【００１２】このようにパタン化されたエッチングマス
ク１４及びエッチングマスク窓領域１５を用いて、半導
体基板に対し臭素−窒素混合ガスを用いた反応性ビーム
エッチングを行い、溝４を形成する。このとき、溝４の
領域は、パタン寸法の大きなエッチングマスク窓領域１
５に比べて微細なため、ビームエッチングの有する一つ
の特徴であるマイクロローディング効果が発現し、窓領
域１５に比べてエッチング速度が低下する。このマイク
ロローディング効果は、パタンの寸法比が１０倍程度で
顕著になる。
ク１４及びエッチングマスク窓領域１５を用いて、半導
体基板に対し臭素−窒素混合ガスを用いた反応性ビーム
エッチングを行い、溝４を形成する。このとき、溝４の
領域は、パタン寸法の大きなエッチングマスク窓領域１
５に比べて微細なため、ビームエッチングの有する一つ
の特徴であるマイクロローディング効果が発現し、窓領
域１５に比べてエッチング速度が低下する。このマイク
ロローディング効果は、パタンの寸法比が１０倍程度で
顕著になる。
【００１３】本実施例では、エッチング条件を臭素ガス
圧力０．０４ｍＴｏｒｒ、窒素ガス圧力０．２４ｍＴｏ
ｒｒ、マイクロ波放電電力４０Ｗ、ビーム加速電圧３５
０Ｖとした。このとき、溝４の領域のエッチング速度
は、窓領域１５のエッチング速度の約１／３であった。
このような特徴を用いることにより、溝４の底が活性層
２の表面から４００ｎｍ上の位置になるようにエッチン
グしたとき（つまり、溝４の深さは８００ｎｍ）、窓領
域１５におけるエッチング深さは２．４μｍとなる。
圧力０．０４ｍＴｏｒｒ、窒素ガス圧力０．２４ｍＴｏ
ｒｒ、マイクロ波放電電力４０Ｗ、ビーム加速電圧３５
０Ｖとした。このとき、溝４の領域のエッチング速度
は、窓領域１５のエッチング速度の約１／３であった。
このような特徴を用いることにより、溝４の底が活性層
２の表面から４００ｎｍ上の位置になるようにエッチン
グしたとき（つまり、溝４の深さは８００ｎｍ）、窓領
域１５におけるエッチング深さは２．４μｍとなる。
【００１４】こうして、図２（ｄ）に示すように、溝４
を形成するエッチング工程の際に、エッチングマスク窓
領域１５がエッチング作用を受けることにより、加工側
壁５が形成され、この加工側壁５がレーザ共振器の端面
を形成する。なお、溝４の底が活性層２の表面から４０
０ｎｍ上の位置になるようにしたのは、この溝４が活性
層２を導波する光に対して周期的屈折率変化を及ぼすの
に充分な深さであることによる。
を形成するエッチング工程の際に、エッチングマスク窓
領域１５がエッチング作用を受けることにより、加工側
壁５が形成され、この加工側壁５がレーザ共振器の端面
を形成する。なお、溝４の底が活性層２の表面から４０
０ｎｍ上の位置になるようにしたのは、この溝４が活性
層２を導波する光に対して周期的屈折率変化を及ぼすの
に充分な深さであることによる。
【００１５】次に、エッチングマスク１４を除去した
後、図３（ａ）に示すように、溝４を形成した領域の上
に、溝４と垂直で幅（図３奥行き方向）が２μｍのスト
ライプパタン１６をフォトリソグラフィーを用いて形成
する。そして、このストライプパタン１６をマスクとし
て、クラッド層３に対し深さ１．１μｍのエッチングを
行う。こうして、光軸方向の幅が１２０ｎｍで深さが８
００ｎｍ、周期が２４０ｎｍである溝４を有する高さ
１．１μｍのリッジ型導波路６が形成される。
後、図３（ａ）に示すように、溝４を形成した領域の上
に、溝４と垂直で幅（図３奥行き方向）が２μｍのスト
ライプパタン１６をフォトリソグラフィーを用いて形成
する。そして、このストライプパタン１６をマスクとし
て、クラッド層３に対し深さ１．１μｍのエッチングを
行う。こうして、光軸方向の幅が１２０ｎｍで深さが８
００ｎｍ、周期が２４０ｎｍである溝４を有する高さ
１．１μｍのリッジ型導波路６が形成される。
【００１６】なお、窓領域１５に相当する基板１上の部
分には、ストライプパタン１６の形成時にパタン（不図
示）が形成され、これがマスクとなる。したがって、リ
ッジ型導波路６を形成するエッチング工程において、基
板１がエッチングされることはない。次に、ストライプ
パタン１６を除去した後、図４に示すように、リッジ型
導波路６の上と基板１の下に金電極７を形成する。最後
に、上述の窓領域１５に相当する部分で素子を半導体基
板から切り出すことにより、図１のレーザ素子が完成す
る。
分には、ストライプパタン１６の形成時にパタン（不図
示）が形成され、これがマスクとなる。したがって、リ
ッジ型導波路６を形成するエッチング工程において、基
板１がエッチングされることはない。次に、ストライプ
パタン１６を除去した後、図４に示すように、リッジ型
導波路６の上と基板１の下に金電極７を形成する。最後
に、上述の窓領域１５に相当する部分で素子を半導体基
板から切り出すことにより、図１のレーザ素子が完成す
る。
【００１７】本実施の形態では、エッチングマスク１４
を形成する領域の右端において、本来、マスクが存在し
ない位置をマスクとしている。つまり、図２、図５
（ａ）に示すように、最右端のエッチングマスク１４ａ
の幅は、通常のエッチングマスク１４の幅ａ＝１２０ｎ
ｍに対して２倍の２ａ＝２４０ｎｍとなっている。
を形成する領域の右端において、本来、マスクが存在し
ない位置をマスクとしている。つまり、図２、図５
（ａ）に示すように、最右端のエッチングマスク１４ａ
の幅は、通常のエッチングマスク１４の幅ａ＝１２０ｎ
ｍに対して２倍の２ａ＝２４０ｎｍとなっている。
【００１８】図５（ｃ）に示すように、上記領域の右端
も、左端と同様に通常のマスク１４となっている場合、
作製後のレーザ共振器内に存在し得る光の定在波２０に
は、図５（ｄ）、図５（ｅ）に示すように２つの状態が
ある。したがって、レーザ発振中でもわずかの擾乱でこ
の２状態の間をレーザ発振光が移り変わることになり、
レーザ動作が不安定となる。
も、左端と同様に通常のマスク１４となっている場合、
作製後のレーザ共振器内に存在し得る光の定在波２０に
は、図５（ｄ）、図５（ｅ）に示すように２つの状態が
ある。したがって、レーザ発振中でもわずかの擾乱でこ
の２状態の間をレーザ発振光が移り変わることになり、
レーザ動作が不安定となる。
【００１９】これに対し本実施の形態のような構造とす
れば、作製後のレーザ共振器内の光の定在波２０が取り
得る状態は、図５（ｂ）に示すように、共振器端面で定
在波の節になるというただひとつの状態に決定される。
これにより、非常に安定したレーザ動作が得られる。以
上のようにして作製した半導体レーザは、閾値１０ｍＡ
で発振し、この半導体レーザで得られた発振スペクトル
は安定した縦単一モード動作を示した。
れば、作製後のレーザ共振器内の光の定在波２０が取り
得る状態は、図５（ｂ）に示すように、共振器端面で定
在波の節になるというただひとつの状態に決定される。
これにより、非常に安定したレーザ動作が得られる。以
上のようにして作製した半導体レーザは、閾値１０ｍＡ
で発振し、この半導体レーザで得られた発振スペクトル
は安定した縦単一モード動作を示した。
【００２０】実施の形態の２．図６は本発明の他の実施
の形態となる半導体レーザの概略構成を示す斜視図であ
る。図６の半導体レーザは、溝４の繰り返し周期構造を
リッジ型導波路６ａ内で右領域１７、左領域１８で示し
た２つの領域に分割し、相互の周期の位相を半周期だけ
ずらした、いわゆるλ／４構造を有するものであり、そ
の作製方法は、実施の形態の１と同様である。この半導
体レーザの発振特性は、２０ＧＨｚを超える高速変調動
作に対してもモードホッピングを生じることなく、安定
な単一モード発振特性を示した。
の形態となる半導体レーザの概略構成を示す斜視図であ
る。図６の半導体レーザは、溝４の繰り返し周期構造を
リッジ型導波路６ａ内で右領域１７、左領域１８で示し
た２つの領域に分割し、相互の周期の位相を半周期だけ
ずらした、いわゆるλ／４構造を有するものであり、そ
の作製方法は、実施の形態の１と同様である。この半導
体レーザの発振特性は、２０ＧＨｚを超える高速変調動
作に対してもモードホッピングを生じることなく、安定
な単一モード発振特性を示した。
【００２１】実施の形態の３．図７は本発明の他の実施
の形態となる半導体レーザの概略構成を示す斜視図であ
る。図７の半導体レーザは、活性層２を光軸方向に沿っ
てストライプ状に形成し、このストライプの両側に半絶
縁性のＦｅドープＩｎＰ結晶１０を成長させた半導体基
板に対し、実施の形態の１と同様の作製方法を用いたも
のである。この半導体レーザでは、活性層２への電流閉
じこめが効率良く行われるため、発振閾値は４ｍＡと低
い値であった。
の形態となる半導体レーザの概略構成を示す斜視図であ
る。図７の半導体レーザは、活性層２を光軸方向に沿っ
てストライプ状に形成し、このストライプの両側に半絶
縁性のＦｅドープＩｎＰ結晶１０を成長させた半導体基
板に対し、実施の形態の１と同様の作製方法を用いたも
のである。この半導体レーザでは、活性層２への電流閉
じこめが効率良く行われるため、発振閾値は４ｍＡと低
い値であった。
【００２２】なお、以上の実施の形態では、ＩｎＰを基
板とするレーザについて述べたが、これに限るものでは
なく、例えばＧａＡｓを基板とするレーザについても本
発明が適用可能なことは言うまでもない。
板とするレーザについて述べたが、これに限るものでは
なく、例えばＧａＡｓを基板とするレーザについても本
発明が適用可能なことは言うまでもない。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、レーザ共振器の端面と
共振器内の屈折率周期構造の相互の位置関係を厳密に規
定することができるので、特性の揃った半導体レーザを
得ることができる。また、従来用いられていた、活性層
をエピタキシャル成長させた後、一旦成長を中断して活
性層に屈折率の周期構造を設け、再びクラッド層、コン
タクト層を成長させるという、いわゆる再成長工程が不
要となるので、素子作製の大幅な簡略化を図ることがで
きる。また、共振器端面に無反射コーティングを施す必
要がないので、極めて安価に高性能半導体レーザを得る
ことができる。
共振器内の屈折率周期構造の相互の位置関係を厳密に規
定することができるので、特性の揃った半導体レーザを
得ることができる。また、従来用いられていた、活性層
をエピタキシャル成長させた後、一旦成長を中断して活
性層に屈折率の周期構造を設け、再びクラッド層、コン
タクト層を成長させるという、いわゆる再成長工程が不
要となるので、素子作製の大幅な簡略化を図ることがで
きる。また、共振器端面に無反射コーティングを施す必
要がないので、極めて安価に高性能半導体レーザを得る
ことができる。
【００２４】また、請求項３に記載のように、エッチン
グマスク領域の片側の端部に幅が２ａのエッチングマス
クを配置するか、あるいは請求項５に記載のように、光
導波路の他方の端面の位置を幅２ａの凸部の最外端の位
置と一致させることにより、レーザ共振器内の光の定在
波の節が共振器端面に位置するように規定することがで
き、非常に安定したレーザ動作を得ることができる。
グマスク領域の片側の端部に幅が２ａのエッチングマス
クを配置するか、あるいは請求項５に記載のように、光
導波路の他方の端面の位置を幅２ａの凸部の最外端の位
置と一致させることにより、レーザ共振器内の光の定在
波の節が共振器端面に位置するように規定することがで
き、非常に安定したレーザ動作を得ることができる。
【図１】 本発明の第１の実施の形態となる半導体レー
ザの概略構成を示す斜視図である。
ザの概略構成を示す斜視図である。
【図２】 図１の半導体レーザの作製方法を説明するた
めの工程断面図である。
めの工程断面図である。
【図３】 図１の半導体レーザの作製方法を説明するた
めの工程斜視図である。
めの工程斜視図である。
【図４】 図１の半導体レーザの作製方法を説明するた
めの工程斜視図である。
めの工程斜視図である。
【図５】 レーザ共振器内部における光の定在波の状態
を示す図である。
を示す図である。
【図６】 本発明の他の実施の形態となる半導体レーザ
の概略構成を示す斜視図である。
の概略構成を示す斜視図である。
【図７】 本発明の他の実施の形態となる半導体レーザ
の概略構成を示す斜視図である。
の概略構成を示す斜視図である。
【図８】 従来の半導体レーザの作製方法を説明するた
めの工程断面図である。
めの工程断面図である。
１…ｎ型ＩｎＰ基板、２…活性層、３…クラッド層、４
…溝、５…加工側壁、６…リッジ型導波路、７…電極、
１４…エッチングマスク、１５…エッチングマスク窓領
域。
…溝、５…加工側壁、６…リッジ型導波路、７…電極、
１４…エッチングマスク、１５…エッチングマスク窓領
域。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野口 悦男 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 活性層と、この活性層の上下に導電型が
互いに異なるクラッド層とを有する半導体基板に光導波
路を形成する半導体光素子の作製方法であって、 前記基板上において光導波路の光軸方向に沿った長さＬ
の領域に、光軸方向に垂直で光軸方向の幅がａのストラ
イプ状のエッチングマスクを光軸方向に沿って周期ｂで
形成すると共に、エッチングマスク領域の端部の片側若
しくは両側に光軸方向の長さがｃであるエッチングマス
ク窓領域を形成する工程と、 前記エッチングマスク領域及びエッチングマスク窓領域
を設けた半導体基板をエッチングすることにより、光軸
方向の幅がｂ−ａで周期がｂである溝、及び光軸方向の
長さがｃである窓領域を形成する工程を少なくとも含む
ことを特徴とする半導体光素子の作製方法。 - 【請求項２】 前記エッチングマスク窓領域の長さｃを
エッチングマスクの周期ｂより１０倍以上大きな寸法と
して、マイクロローディング効果によるエッチングレー
トの相違を用いて前記溝と窓領域を異なる深さにエッチ
ングすることにより、光軸方向の幅がｂ−ａで周期がｂ
である溝と光軸方向の長さがｃである窓領域を同一のエ
ッチング工程で形成することを特徴とする請求項１記載
の半導体光素子の作製方法。 - 【請求項３】 前記長さＬのエッチングマスク領域の片
側の端部に、光軸方向に垂直で光軸方向の幅が２ａのス
トライプ状のエッチングマスクを配置することを特徴と
する請求項１記載の半導体光素子の作製方法。 - 【請求項４】 光導波路内に、光軸方向の幅がａの凸部
と幅がｂ−ａの溝とが光軸方向に沿って周期ｂで配設さ
れた屈折率の周期構造を有する半導体光素子であって、 前記光導波路の端面と屈折率周期構造の相互の位置関係
が一定の関係を有することを特徴とする半導体光素子。 - 【請求項５】前記屈折率周期構造は、両端部に幅ａの凸
部と幅２ａの凸部とを有し、前記光導波路の一方の端面
の位置が幅ａの凸部の最外端の位置と一致し、光導波路
の他方の端面の位置が幅２ａの凸部の最外端の位置と一
致するものであることを特徴とする請求項４記載の半導
体光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31248297A JP3455404B2 (ja) | 1997-11-13 | 1997-11-13 | 半導体光素子とその作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31248297A JP3455404B2 (ja) | 1997-11-13 | 1997-11-13 | 半導体光素子とその作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11145557A true JPH11145557A (ja) | 1999-05-28 |
| JP3455404B2 JP3455404B2 (ja) | 2003-10-14 |
Family
ID=18029750
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31248297A Expired - Fee Related JP3455404B2 (ja) | 1997-11-13 | 1997-11-13 | 半導体光素子とその作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3455404B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006165027A (ja) * | 2004-12-02 | 2006-06-22 | Fujitsu Ltd | 半導体レーザ及びその製造方法 |
| US10063031B2 (en) | 2016-08-08 | 2018-08-28 | Mitsubishi Electric Corporation | Method for manufacturing optical device |
| JP2019012769A (ja) * | 2017-06-30 | 2019-01-24 | 日本電信電話株式会社 | 半導体レーザ |
-
1997
- 1997-11-13 JP JP31248297A patent/JP3455404B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006165027A (ja) * | 2004-12-02 | 2006-06-22 | Fujitsu Ltd | 半導体レーザ及びその製造方法 |
| US7852890B2 (en) | 2004-12-02 | 2010-12-14 | Fujitsu Limited | Semiconductor laser and manufacturing method thereof |
| US10063031B2 (en) | 2016-08-08 | 2018-08-28 | Mitsubishi Electric Corporation | Method for manufacturing optical device |
| JP2019012769A (ja) * | 2017-06-30 | 2019-01-24 | 日本電信電話株式会社 | 半導体レーザ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3455404B2 (ja) | 2003-10-14 |
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