JPS63114190A - 分布反射型半導体レ−ザ及びその製法 - Google Patents

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、発光用導波路としての半導体層からの光を、
光伝播用導波路としての半導体層に結合さぜ、そして、
その結合した光を、光伝播用導波路としての半導体層に
反射させながら伝播させることによって、レーザ発振を
得るように構成された分布反射型半導体レーザ、及びそ
の製法に関する。

従来の技術 従来、第３図を伴なって次に述べる構成を有する分布反
射型半導体レーザが提案されている。

すなわち、例えばｎ型を有し且つ例えばＩｎＰでなる、
クラッド層としても鍬能する半導体基板１を有し、その
半導体基板１の主面２上に、ｎ型及びｐ型の不純物のい
ずれも積極的に導入されていす且つ例えばＧａ　Ｉ　ｎ
ＡｓＰ系でなる、発光用導波路としての半導体層３が、
ストライブ状に形成され、一方、この半導体層３上に、
ｎ型を有し且つ例えばＩｎＰでなる、クラッド層として
もｄ能する保護用層としての半導体層４が、半導体層と
同じパターンに且つストライブ状に形成されている。

また、半導体基板１の主面２側に、その主面２側から、
半導体層３の両側の、半導体層３のストライブ状パター
ンとほぼ同じ幅のストライブ状パターンを有する領域に
おいて、イのストライブ状パターンの延長方向に多数の
溝５が順次予定の一定間隔を保って配列されている分布
ブラッグ反射用溝列６Ａ及び６Ｂが形成されている。

さらに、半導体基板１の主面２上に、ｎ型を有し且つク
ラッド層としても作用する半導体基板１に比し高い屈折
率を有する例えばＧａＩｎＡｓＰ系でなる、光伝播用半
導体層としての半導体層７が、分布ブラッグ反射用溝列
６Ａ及び６Ｂの溝５内に延長し且つ発光用導波路として
の半導体層３及び保護用層としての半導体層４上に延長
して、半導体層４．のストライブ状パターンと、分布ブ
ラッグ反射用溝列６Ａ及び６Ｂが形成される領域のスト
ライブ状パターンとを併せたストライブ状パターンに且
つストライブ状に、形成されている。

また、光伝播用半導体層としての半導体層７上に、それ
とほぼ同じパターンに且つストライブ状に、Ｐ型を有し
且つ例えばＩｎＰでなる、クラッド層としての半導体層
８が形成されている。

さらに、クラッド層としての半導体層８上に、それとほ
ぼ同じパターンに且つストライブ状に、Ｐ＋型を有し且
つ例えばＩｎＰでなる、電極缶は用層としての半導体層
９が形成されている。

また、半導体基板１上に、上述した半導体層３．４．７
．８及び９によって構成されているストライブ状積層体
の、その延長方向と直交する幅方向の両側において、Ｐ
型を有し且つ例えばＩｎＰでなる、電流阻止用層として
の半導体層１０Ａ及び１０Ｂが、半導体層９及び半導体
層８の上方部を除（半導体層３．４、及び７、及び８の
上方部と接触して、形成されている。

さらに、電流阻止用層としての半導体層１０Ａ及び１０
Ｂ上に、ｎ型を有し且つ例えばＩｎＰでなる、電流阻止
用層としての半導体層１１Ａ及び１１Ｂが、上述したス
トライブ状積層体を構成している電極缶は用層としての
半導体層９とクラッド層としての半導体層８の上半部と
に接触して且つ半導体層８とほぼ同じ高さの位置の上面
になる厚さに、形成されている。

また、上述したストライブ状積層体の上面、すなわち電
極缶は用層としての半導体層９の上面と、電流阻止用層
としての半導体層１１Ａ及び１１Ｂの上面とからなる面
上に、半導体Ｔ！４９を外部に臨ませる窓１３を有し且
つ例えばＳｉｏ２でなる絶縁層１２が形成されている。

さらに、絶縁層１３上に、その窓１２を通じて電糧付は
用層としての半導体層９にオーミック接触している電極
１４が形成されている。

また、半導体基板１の半導体層３側とは反対側の面上に
、電極１５が、オーミック接触して形成されている。

以上が、従来提案されている分布反射型半導体レーザの
構成である。

また、従来、第３図で上述した従来の分布反射型半導体
レーザを、第４図を伴って次に述べる方法で製造するこ
とが提案されている。

すなわち、第３図で上述した同様の半導体基板°１を予
め用意する（第４図Ａ）。

しかして、その半導体基板１の主面２上に、爾俊第３図
で上述した発光用導波路としての半導体層３になるスト
ライブ状パターンを有しない半導体層３′と、同様に爾
後第３図で上述したクラッド層としても機能する保護用
層としての半導体層４になる、同様にストライブ状パタ
ーンを有しない半導体ｌ１１４′　とを、それらの順に
積層して形成する（第４図Ｂ）。

次に、半導体層３′及び４′からなる積層体に対する、
マスクを用いたエツチング処理によって、半導体層３′
及び４′から、第３図で上述したと同様の半導体層３及
び４を形成する。

なお、半導体層４′は、半導体基板１上に半導体層３′
を形成する上述した工程から、半導体層３′から半導体
層３をエツチング処理によって形成する工程に移るまで
の間において、発光用導波路として動く重要な半導体層
３になる半導体層３′を保護している。

次に、半導体基板１に対する、半導体層３及び４を包含
してマスクするマスクを用いたエツチング処理によって
、半導体基板１の主面２側に、その主面２側から、第３
図で上述したと同様の、多数の満５の配列でなる分布ブ
ラッグ反射用溝列６Ａ及び６Ｂを形成する（第４図Ｄ）
。

次に、半導体基板１上に、爾後第３図で上述した光伝播
用導波路としての半導体層７になるストライブ状パター
ンを有しない半導体層（図示せず）と、爾後第３図で上
述したクラッド層としての半導体Ｈ８になるストライブ
状パターンを有しない半導体ｍ（図示せず）と、１ｉｉ
ｌ第３図で上述した電極付は用層としての半導体層９に
なるストライブ状パターンを有しない半導　−体層（図
示せず）とを、それらの順に積層して形成し、その積層
体に対する、マスクを用いた、半導体基板１に達する深
さのエツチング処理によって、その積層体を構成してい
る半導体層から、第３図で上述したと同様の半導体層７
．８及び９を形成する（第４図Ｅ）。この場合、半導体
層３及び４が、その幅をして僅かに小さくなるようにエ
ツチングされ得る。

次に、図示しないが、半導体基板１上に、半導体層３．
４．７．８及び９によって構成されているストライブ状
積層体の、その延長方向と直交する幅方向の両側におい
て、第３図で上述したと同様の電流阻止用層としての半
導体層１０Ａ及び１０Ｂと、第３図で上述したと同様の
電流阻止用層としての半導体ｔｆｆ１１１Ａ及び１１Ｂ
とを、それらの順に形成する。

次に、同様に図示しないが、上述したストライプ状積層
体の上面、すなわち電橿付は用層としての半導体層９の
上面と、電流阻止用層としての半導体層１１Ａ及び１１
Ｂの上面とからなる面上に、第３図で上述したと同様の
窓１３を有する絶縁層１２を形成する。

次に、同様に図示しないが、絶縁層１２上に、第３図で
上述したと同様の、電極付は用層として半導体層９に絶
縁層１２の窓１３を通じてオーミック接触している電極
１４を形成し、また、半導体基板１の半導体層３側とは
反対側の面上に、第３図で上述したと同様の電極１５を
形成する。

以上が、従来提案されている、第３図で上述した従来の
分布反射型半導体レーザを製造する方法である。

第３図で示す従来の分布反射型半導体レーデによれば、
詳細説明は省略するが、電極１４及び１５間に、電極１
４を正とする所要の電源を接続すれば、発光用導波路と
しての半導体層３に電流が流れ、これにもとすき、半導
体層３で発光が得られ、その光が、半導体基板１と半導
体層４及び８とによって半導体層３内に閉じ込められて
その半導体層３内を伝播し、次で、光伝播用導波路とし
て半導体層７に、その半導体層３を挟んだ両側位置にお
いて結合し、そして、半導体基板１及び半導体層８によ
って半導体層７内に閉じ込められてその半導体層７内を
分布ブラッグ反射用溝列６Ａ及び６Ｂによって反射させ
られながら、半導体ｗＪ７の両道端に、向って伝播し、
よって、レーザ発振が得られ、そのレーザ発振光が半導
体ｌｉ！！７の両端または一方の端から外部に出射され
る。

このように、第３図に示す従来の分布反射型半導体レー
ザによれば、発光用導波路としての半導体層３からの光
を、光伝播用導波路としての半導体層７に結合させ、そ
して、その結合した光を、光伝播用導波路としての半導
体層７に反射させながら伝播させることによって、レー
ザ発振を１ｑるように構成されているが、発光用導波路
としての半導体層３からの光が光伝播用導波路としての
半導体層７に結合する結合効率が、比較的低いため、レ
ーザ発振の効率が比較的低い、という欠点を有していた
。

いま、その理由を述べれば１、次のとおりである。

すなわち、第３図に示す従来の分布反射型半導体レーザ
の場合、分布ブラッグ反射用溝列６Ａ及び６Ｂが、第４
図りで上述したように、半導体基板１上に半導体層３及
び４を形成して後、半導体基板１に対する、半導体ＦＦ
ｌ３及び４を包含してマスクするマスクを用いたエツチ
ング処理によって、半導体基板１の主面２側に形成され
、そして、この場合、そのエツチング処理に用いるエッ
チャントが、マスクの半導体層３及び４上の広い領域が
存在する理由で、半導体層３及び４側において他部に比
し大なる流量で流れるため、分布ブラッグ反射用溝列６
Ａ及び６Ｂの溝５が、とくに第３図８１及び第４図り及
びＥに示すように、半導体層４側において、他部に比し
深く形成されている。このため、光伝播用導波路として
の半導体層７の分布ブラッグ反射用溝列６Ａ及び６Ｂ上
における平均的な厚さが、半導体層４側において、他部
に比し大きな値を有している。

従って、発光用導波路としての半導体層３に伝播する光
にもとすく電界分布が、光伝播用導波路としての半導体
層７に伝播する光にもとすく電界分布と、半導体層３側
において、整合していない状態が得られている。このた
め、発光用導波路としての半導体層３からの光が光伝播
用導波路としての半導体層７に結合する結合効率が、比
較的低く、よって、レーザ発振の効率が比較的低い。

また、第４図で上述した従来の分布反射型半導体レーザ
によれば、半導体基板１の主面２側の分布ブラッグ反射
用溝列６Ａ及び６Ｂを、上述したように、半導体基板１
上に半導体層３及び４を形成して後、半導体基板１に対
する半導体層３及び４を包含してマスクするマスクを用
いたエツチング処理によって形成するので、その分布ブ
ラッグ反射用溝列６Ａ及び６Ｂの溝５が上述したように
半導体層３側において他部に比し深く形成され、よって
、分布ブラッグ反射用溝列６Ａ及び６Ｂを形成して後形
成される光伝播用導波路としての半導体層７の分布ブラ
ッグ反射用溝列６Ａ及び６Ｂ上の厚さが、半導体層３側
において、他部に比し厚く形成され、従って、分布反射
型半導体レーザが、発光用導波路としての半導体層３に
伝播する光にもとすく電界分布をして、光伝播用導波路
としての半導体層７に伝播する光にもとすく電界分布と
、半導体層３側において、整合していないものとして製
造され、よって、目的とする分布反射型半導体レーザを
、第３図で上述したように、比較的効率の低いものとし
てしか製造することができない、という欠点を有してい
た。

問題点を解決するための手段 よって、本発明は、上述した欠点のない、新奇な分布反
則型半導体レーザを提案せんとするものである。

本発明による分布反射型半導体レーザは、主面側が少な
くともクラッド層としての半導体領域でなる半導体基板
を有し、その半導体基板の主面側に、その主面側から、
凹所が形成され、上記半導体基板の主面側に、・その主
面側から、上記凹所の両側において、第１及び第２の分
布ブラッグ反射用溝列が形成され、また、上記半導体基
板の主面上に、光伝播用導波路としての第１の半導体層
が、上記第１及び第２の分布ブラッグ反射用溝列の溝及
び上記凹所内に延長して形成され、さらに、上記第１の
半導体層上に、上記凹所上の領域において、発光用導波
路としての第２の半導体層が、クラッド層としての第３
の半導体層を介してまたは介することなしに形成され、
また、上記半導体基板の主面上に、クラッド層としての
第４の半導体層が、上記第１及び第２の半導体層上に延
長して形成されている、という構成を有する。

また、本発明による分布反射型半導体レーザの製法は、
主面側が少なくともクラッド層としての半導体領域でな
る半導体基板を用意し、その半導体基板の主面側に、そ
の主面側から、分布ブラッグ反射用溝列を形成し、次に
、上記半導体基板の主面側に、その主面側から、凹所を
、上記分布ブラッグ反射用溝列が間断され、それによっ
て、上記凹所の両側に、第１及び第２の分布ブラッグ反
射用溝列が（ｑられるように形成し、次に、上記半導体
基板の主面上に、光伝播用導波路としての第１の半導体
層を、上記第１及び第２の分布ブラッグ反射用溝列及び
上記凹所内に延長させて形成し、次に、上記第１の半導
体層上に、上記凹所上の領域において、発光用導波路と
しての第２の半導体層を、クラッド層としての第３の半
導体層を介してまたは介することなしに形成し、次に、
上記半導体基板の主面上に、クラッド層としての第４の
半導体層を、上記第１及び第２の半導体層上に延長させ
て形成する、という工程をとって、目的とする分布反射
型半導体レーザを製造する。

作用・効果 本発明による分布反射型半導体レーザによれば、発光用
導波路としての第２の半導体層に電流を流せば、これに
もとずき、その第２の半導体層で発光が、その光が、半
導体基板とクラッド層としての第４の半導体層とによっ
て第２の半導体層内に閉じ込められてその第２の半導体
層内を伝播し、次で、光伝播用導波路としての第１の半
導体層に、その第２の半導体層を挟んだ両側位置におい
て結合し、そして、半導体基板及び第４の半導体層によ
って第１の半導体層内に閉じ込められてその第１の半導
体層内を第１及び第２の分布ブラッグ反射用溝列によっ
て反射させられながら、第１の半導体層の両道端に向っ
て伝播し、よって、レーザ発振が得られ、そのレーザ発
振が第２の半導体層の両端または一端から外部に出射さ
れる。

このように、本発明による分布反射型半導体レーザも、
第３図で上述した従来の分布反射型半導体レーザの場合
と同様に、発光用導波路としての第２の半導体層からの
光を、光伝播用導波路としての第１の半導体層に結合さ
せ、そして、その結合した光を、光伝播用導波路として
の第１の半導体層に反射させながら伝播させることによ
って、レーザ発振を得るように構成されている。

しかしながら、本発明による分布反射型半導体レーザの
場合、発光用導波路としての半導体層からの光が光伝播
用導波路としての第１の半導体層に結合する結合効率が
、第３図で上述した従来の分布反射型半導体レーザの場
合に比し高いため、レーザ発振の効率が、第３図で上述
した従来の分布反射型半導体レーザの場合に比し高い。

いま、その理由を述べれば、次のとおりである。

すなわち、本発明による分布反射型半導体レーザの場合
、第１及び第２の分布ブラッグ反射用溝列が、本発明に
よる分布反射型半導体装置ザの製法で明らかなように、
半導体基板の主面側に、第１及び第２の分布ブラッグ反
射用溝列となる分布ブラッグ反射用溝列を形成して後、
半導体基板に、凹所を形成することによって、形成され
、その後、光伝播用導波路としての第１の半導体層及び
発光用導波路としての第２の半導体層が形成されるので
、第１及び第２の分布ブラッグ反射用溝列の溝が、第２
の半導体層側において他部に比し深く形成されたり、ま
た、光伝播用導波路としての第１の半導体層の第１及び
第２の分布ブラッグ反射用溝列上における厚さが、第２
の半導体層側において他部に比し厚く形成されたりする
ことがない。

従って、発光用導波路としての第２の半導体層に伝播す
る光にもとずく電界分布が、光伝播用導波路としての第
１の半導体層に伝播する光にもとずく電界分布と、第２
の半導体層側においても、整合している状態が得られて
いる。このため、発光用導波路としての第２の半導体層
からの光が光伝播用導波路としての第１の半導体層に結
合する結合効率が、第３図の場合に比し高く、よって、
レーザ発振の効率が第３図の場合に比し高い。

また、本発明による分布反射型半導体レーザの製法によ
れば、上述したように、第１及び第２の分布ブラッグ反
射用溝列を、半導体基板の主面側に、その主面側に、第
１及び第２の分布ブラッグ反射用溝列になる分布ブラッ
グ反射用溝列を形成して復、半導体基板に、凹所を形成
することによって形成し、しかる後、光伝播用導波路と
しての第１の半導体層及び発光用導波路としての第２の
半導体層を形成するので、上述したように、第１及び第
２の分布ブラッグ反射用溝列の溝が、第２の半導体層側
において他部に比し深く形成されたり、また、光伝播用
導波路としての第１の半導体層の第１及び第２の分布ブ
ラッグ反射用溝列上における厚さが、第２の半導体層側
において、他部に比し厚く形成されたりすることがない
ので、分布反射型半導体レーザを、第２の半導体層に伝
播する光にもとずく電界分布をして、第１の半導体層に
伝播する光にもとすく電界分布と、第２の半導体層側に
おいても整合しているものとして製造することができ、
従って、分布反射型半導体レーザを、その第２の半導体
層からの光が第１の半導体層に結合する結合効率をして
第３図の場合に比し高いものとして製造することができ
、よって、第３図の従来の分布反射型半導体レーザに比
し、高い効率でレーザ発振するものとして製造すること
ができる。

実施例 次に、第１図及び第２図を伴って、本発明による分布反
射型半導体レーザ、及びその製法の実施例を述べよう。

第１図において、第３図及び第４図との対応部分に同一
符号を付し詳細説明は省略する。

第１図及び第２図に示す本発明による分布反射型半導体
レーザ、及びその製法は、問題点を解決するための手段
の項で述べたように、半導体基板１に、分布ブラッグ反
射用溝列６Ａ及び６Ｂとなる分布ブラッグ反射用溝列６
を形成して後、半導体基板１に凹所２１を形成すること
によって、分布ブラッグ反射用溝列６Ａ及び６Ｂを形成
し、その後、光伝播用導波路としての半導体層７、発光
用導波路としての半導体層３を形成することによって得
られた分布反射型半導体レーザ、及びそのようにして分
布反射型半導体レーザを製造する、という方法である。

このような本発明による分布反羽型半導体レーザ、及び
その製法によれば、作用・効果の項で上述した優れた作
用、効果が得られる。

なお、第２図りにおいて、４″は半導体層４′に対応す
る半導体層である。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａは、本発明による分布反射型半導体レーザの実
施例を示す路線的平面図である。 第１図Ｂ、Ｃ及びＤは、そのＢ−Ｂ、Ｃ−Ｃ及びＤ−Ｄ
線上の断面図である。 第２図Ａ〜Ｆは、第１図Ａ−Ｄに示す本発明による分布
反射型半導体レーザの製法を示す順次の工程における路
線的断面図である。 第３図Ａは、従来の分布反射型半導体レーザを示す路線
的平面図である。 第３図８１及びＤは、そのＢ−Ｂ、Ｃ−Ｃ及びＤ−Ｄ線
上の断面図である。 第４図Ａ−Ｅは、第３図Ａ〜Ｄに示す従来の分布反射型
半導体レーザの製法を示す順次の工程における路線的断
面図である。 出願人　　日本電信電話株式会社 第１図Ａ Ｃ 第１因Ｃ 第１図り 第２図 第２区 第８図Ａ ６　　　　　ｃ　　　第８図Ｂ 第８図Ｃ 第３図Ｄ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、主面側が少なくともクラッド層としての半導体領域
   でなる半導体基板を有し、 上記半導体基板の主面側に、その主面側か ら、凹所が形成され、 上記半導体基板の主面側に、その主面側か ら、上記凹所の両側において、第１及び第２の分布ブラ
   ッグ反射用溝列が形成され、 上記半導体基板の主面上に、光伝播用導波 路としての第１の半導体層が、上記第１及び第２の分布
   ブラッグ反射用溝列の溝及び上記凹所内に延長して形成
   され、 上記第１の半導体層上に、上記凹所上の領 域において、発光用導波路としての第２の半導体層が、
   クラッド層としての第３の半導体層を介してまたは介す
   ることなしに形成され、上記半導体基板の主面上に、ク
   ラッド層と しての第４の半導体層が、上記第１及び第２の半導体層
   上に延長して形成されていることを特徴とする分布反射
   型半導体レーザ。 ２、主面側が少なくともクラッド層としての半導体領域
   でなる半導体基板を用意する工程と、上記半導体基板の
   主面側に、その主面側か ら、分布ブラッグ反射用溝列を形成する工程と、 上記半導体基板の主面側に、その主面側か ら、凹所を、上記分布ブラッグ反射用溝列が間断され、
   それによつて、上記凹所の両側に、第１及び第２の分布
   ブラッグ反射用溝列が得られるように形成する工程と、 上記半導体基板の主面上に、光伝播用導波 路としての第１の半導体層を、上記第１及び第２の分布
   ブラッグ反射用溝列及び上記凹所内に延長させて形成す
   る工程と、 上記第１の半導体層上に、上記凹所上の領 域において、発光用導波路としての第２の半導体層を、
   クラッド層としての第３の半導体層を介してまたは介す
   ることなしに形成する工程と、 上記半導体基板の主面上に、クラッド層と しての第４の半導体層を、上記第１及び第２の半導体層
   上に延長させて形成する工程とを有する分布反射型半導
   体レーザの製法。