JPS6245087A

JPS6245087A - 半導体レ−ザ装置の製造方法

Info

Publication number: JPS6245087A
Application number: JP60183007A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Mori; 義弘森; Jiyun Ouya; 順雄谷; Atsushi Shibata; 淳柴田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1985-08-22
Filing date: 1985-08-22
Publication date: 1987-02-27

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、外部共振器型半導体レーザ装置の製造方法に
関するものである。

（従来の技術）光通信、特にコヒーレント光通信の分野では、半導体レ
ーザの発振スペクトルの単−縦モード化、スペクトル線
幅の狭窄化、直接変調時のチャーピング量の低減等が重
要になってくる。

これらのため、分布帰還型半導体レーザや分布反射型レ
ーザを用いた試みがなされてきた。

それらの他に有力な素子として外部共振器付半導体レー
ザがある。これは、例えば、第４図。

第５図に示すような構造をしている。

第４図は従来のレンズにより結合されたハイブリッド型
外部共振器付半導体レーザの構造図であり、通常の半導
体レーザ１とミラー１３をレンズ１４を介して光学的に
結合している。

ミラーに対し、近端側の半導体レーザの剥開面とミラー
１３の間が外部共振器であり、半導体レーザの持つ固有
の共振器と合わせて、複合共振器の状態になっている。

この時、半導体レーザは２つの共振器が個々に決めるモ
ードが重なり合う所で最も損失が低下し。

単一モード発振をする。

また、この構造では外部共振器長を半導体レーザの共振
器長より十分長くとれる。これはスペクトル線幅の狭窄
化、チャーピング量の低減に大変有効である。

第５図は従来のモノリシックに形成された外部共振器付
半導体レーザの断面図であり、外部共振器部１８と半導
体レーザ部１７を同一基板２３上にモノリシックに集積
したものである。

１９はレーザ活性層、２０は基板上の導波路、２１はミ
ラー（金コート）、２２は伝搬する光の強度分布である
。

この構成は第４図に比べ、レンズの代りに半導体導波路
を用い、レーザ光を効率良く外部共振器に導くという特
徴がある。

また、モノリシック化したことにより、振動等の外力に
よって光の接合状態が変ることはなく、長期的安定性に
優れている。

（発明が解決しようとする問題点）ところが、第４図の構成のように、ハイブリッド型で形
成した複合共振器は振動等の外方に弱く、長期的安定性
に欠けている。

また、第５図の構成のように、モノリシックに形成した
複合共振器は、ＩｎＰ等の半導体基板の上にＩｎＧａＡ
ｓ　Ｐ等の混晶を用いて形成するが、基板サイズ、結晶
の欠陥密度等により、素子寸法が制約され、外部共振器
の光学長は十分に長くできない。

ところが、素子の性能アップを考えると、前述のように
長い光学長と時間的安定性を両立させることは、高性能
な外部共振器レーザの実現のために是非とも必要である
。

（問題点を解決するための手段）本発明は上記問題点を解決するために、半導体プロセス
における誘電体形成技術を用い、半導体基板上に取付け
た半導体レーザの活性層に直接結合する誘電体導波路を
同一半導体基板上に形成し、その端面を鏡面とすること
で、外力に強く、かつ、外部共振器長を十分に長くでき
る外部共振器付半導体レーザ装置を形成することを可能
にするものである。

（作用）この構成によると、外部共振器は、用いる半導体基板の
寸法により自由に選ぶことができるため。

スペクトル線幅を十分に狭くできる。

また、同一半導体基板上に半導体レーザと誘電体導波路
を固定できるため、振動等の外方に強く、長期的安定性
も確保できる。

さらに１本製造方法は、半導体レーザの活性層位置を製
造時にチェックしておけば、それに応じて誘電体薄膜の
膜厚を数１００Å以下の精度で調整できるため、光軸の
アライメントが容易になる。

（実施例）第１図は本発明の製造方法により作成された半導体レー
ザ装置の一実施例の構造図であり、図中、１は半導体レ
ーザ、２はＳｉサブマウント、３は誘電体外部共振器、
４はレーザ部、５はパッケージ、６は金ワイヤ、７はコ
ア、８は活性層、９は第２クラツド、　１０は第１クラ
ツド、１１は金を示す。

半導体レーザ１は５０−１００ミクロン程度の厚みを持
ち、エビサイドダウンで９１サブマウント２に金ワイヤ
６でボンディングされ、レーザ部４を構成している。

誘電体外部共振器３のコア７は半導体レーザ１の活性層
８と直接結合しており、レーザ光を伝搬させる。この長
さを長くするほどスペクトル線幅は狭くなる。

本実施例では半導体レーザの共振器長は３００μｍであ
るが、誘電体外部共振器３の長さをし、等価屈折率を１
１とすると、光学長ｎ１Ｌがｌ　Ｏｍｍの時、スペクト
ル線幅はこれが無い場合の約１００分の１になると計算
される。通常の半導体レーザのスペクトル線幅は数１０
ＭＨｚであるから、この構成にすれば数１００ｋＨｚに
なることになる。

また、外部共振器の半導体レーザ１に遠い方の端面の反
射率を出来るだけ上げることにより、さらに特性が向上
するので、誘電体外部共振器３の端面ば鏡面研磨され、
金１１が約ｔｏｏｏ人の厚さで蒸着しである。

第１クラツド１０は５ｉｎ２より成り、半導体レーザ１
がＳｉサブマウント２にボンディングされた後に形成さ
れる。コア７はポリイミド系樹脂より成り、屈折率を１
．８程度に選ぶ。第２クラツド９は屈折率が１．７程度
のポリイミド系樹脂より成る。

第２図は第１図の装置のＡ−Ａ’断面図であり。

前述の層の界面方向にも光の閉じ込め作用を持たせるた
め、フォトリソグラフィー技術を用いて第２クラツド９
の一部を途中まで除去し１０−２〜１０−３程度の屈折
率差を持たせる。

このような構成は、可動部がないため、外部の振動等に
よって光軸がずれることがなく、長期的な安定性が確保
できる。

また、半導体レーザ１と誘電体外部共振器３の屈折率の
比は、これらの結合部での光の反射率を決定するが、こ
の構成の場合、半導体レーザ１の等価屈折率を３．３、
誘電体外部共振器３の等価屈折率を１．７程度とすると
反射率は約１０％となり、通常の３０％という値に比・
べ３分の１に低減されている。

一方、誘電体外部共振器３の端面は金１１でコーティン
グされた場合、はぼ１００％の反射率を持つ。

前記結合部の反射率が低い程、且つ、前記端面の反射率
が高い程、発振スペクトル線幅が狭窄され、チャーピン
グ量も低減できるので、これらの反射率の設定により、
素子の特性がさらに向上できる。

第３図は第１図に示した半導体レーザ装置の製造プロセ
スの大略を示したものである。

まず、第３図（ａ）に示すように、スクライブラインと
ボンディング用金属材料が形成されたＳｉ基板１２上に
、このスクライブラインに片端面を合わせて半導体レー
ザ１をボンディングする。

次に、第３図（ｂ）に示すように、気相堆積法により第
１クラッド層ＩＯを構成する５ｕｎ２を堆積させる。な
おこの時、半導体レーザ１の活性層８の位置に応じて、
堆積させる膜厚を制御する必要がある。

この制御は、通常の半導体プロセスと同様に、１００人
程大の精度で十分に行えるので、予め活性層８の位置を
測定しておけば、十分なアライメントが出来る。これは
、第４図のようなハイブリッド型で、微動台等で位置合
わせをする時の精度と比べ、約２桁の精度向上が出来る
。

さらに、コア７となる屈折率１．８程度のポリイミド系
樹脂をスピンコードし、ベーキングして硬化させる。こ
の時の樹脂の膜厚は、スピンコード時の回転の速度１時
間等により十分制御されるので、導波条件に合うように
設定できる。

次に、屈折率１．７程度のポリイミド系樹脂よりなる第
２クラツド９を同様にスピンコードにより作成する。

次に、第３図（ｃ）に示すように、第２図に示したよう
な界面方向の屈折率差を設けるために、フォ１−リソグ
ラフィーによりエツチングマスクを形成し、第２クラツ
ド９のポリイミド系樹脂をエツチングした後、さらに、
ワイヤボンディング用のコンタクト窓開口のために、半
導体レーザ１上の誘電体を同様なフォトリソグラフィー
技術とエツチングで形成する。

次に、第３図（ｄ）に示すように、スクライブラインに
沿ってＳｉ基板１２を短■１状にスクライブした後、導
波路側端面を鏡面研磨し１反射率を上げるために金１１
を蒸着する。

最後に短冊状のＳｉ基板を分割し個別の素子とした後、
パッケージ５にマウントし、金ワイヤ６をボンディング
して完成する。

なお、サブマウン１〜はＳｉ基板１２に限らず、ＩｎＰ
やＧａＡｓ等の化合物半導体や、酸化ベリリウム等の熱
伝導度が高い誘電体を用いても同様の効果が得られるこ
とは明らかである。

また、導波路側端面を鏡面にするのに、研磨でなく気相
での異方性エツチング装置等を用いても何ら支障はない
。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、外力による光軸
のずれが起りにくく、且つ、外部共振器長を十分長くと
れる外部共振器付半導体レーザ装置が構成でき、コヒー
シン１−光通信等に極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造方法により作成された半導体レー
ザ装置の一実施例の構造図、第２図は第１図の装置のＡ−Ａ″断面図、第３図は第１
図に示した半導体レーザ装置の製造プロセスの大略を示
した図、第４図は従来のレンズにより結合されたハイブリッド型
外部共振器付半導体レーザの構造図、第５図は従来のモ
ノリシックに形成された外部共振器付半導体レーザの断
面図である。１　・・・半導体レーザ、２　・・・Ｓｉサブマウント
、３・・・誘電体外部共振器、４・・・レーザ部、５　
・・・パッケージ、６　・・・金ワイヤ、７　・・・コ
ア、８　・・・活性層、９　・・・第２クラツド、１０・・・第１クラツド。１１・・・金、１２・・・Ｓｉ基板。特許出願人　松下電器産業株式会社第３図４　　　　　　　　　　Ｆ第４図１１．　千挙りトレーヂ１３・・　ミラー１４・・　ν　ンズ゛１５・　　ブフ゛′マウント１６−・　フぐ、Ｙ−ゾ第５図１７・・・レープ１ｐ旧・・７１−号火玲潰仲１９・・・沌作臂

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ボンディング用金属層を表面に持つサブマウント
用基体に半導体レーザをボンディングする工程と、前記サブマウント表面に前記半導体レーザの活性層の高
さを越えない範囲で第１の誘電体薄膜を形成する工程と
、前記第１の誘電体薄膜上にそれよりも高い屈折率を持つ
第２の誘電体薄膜を、前記半導体レーザの活性層と同じ
高さあるいはそれ以上の高さまで形成する工程と、前記第２の誘電体薄膜上にそれよりも低い屈折率を持つ
第３の誘電体薄膜を形成する工程と、前記第３の誘電体
薄膜を部分的に除去して、前記半導体レーザから出射さ
れる光が直接結合により搬送されるような導波路を形成
する工程と、前記第１第２第３の誘電体薄膜を部分的に
除去して、前記半導体レーザの上面の一部を露出する工
程と、前記サブマウント用基体を分割する工程と、パッケージ
にボンディングする工程と、前記半導体レーザの上部から電極を取出す工程とを有す
ることを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
（２）サブマウント用基体のスクライブラインに沿って
半導体レーザをボンディングし、前記スクライブライン
に沿って前記基体を分割することを特徴とする特許請求
の範囲第（１）項記載の半導体レーザ装置の製造方法。