JPWO2020065744A1 - 半導体レーザ、半導体レーザアレイおよび半導体レーザの製造方法 - Google Patents
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Abstract
光出力をモニタするフォトダイオード部が集積された半導体レーザを提供する。半導体レーザ１００は、裏面側第１クラッド層３、第１回折格子層９、第１のＭＱＷ構造からなりレーザ光を発する発光層１、表面側第１クラッド層６、および第１コンタクト層１２が積層されたＤＦＢ部と、裏面側第１クラッド層３より抵抗率が高い裏面側第２クラッド層４、レーザ光の一部をＤＦＢ部に反射する第２回折格子層１０、レーザ光の残部を導波し、第１のＭＱＷ構造より実効的バンドギャップエネルギーが小さい第２のＭＱＷ構造からなる第１コア層２ａ、および表面側第１クラッド層６より抵抗率が高い表面側第２クラッド層７が積層されたＤＢＲ部と、裏面側第３クラッド層５、第１コア層２ａにより導波されたレーザ光の残部を吸収する第２のＭＱＷ構造からなる第２コア層２ｂ、表面側第３クラッド層８、および第２コンタクト層１４が積層されたＰＤ部とを備える。
Description
本発明は、光出力をモニタできる半導体レーザ、半導体レーザアレイおよび半導体レーザの製造方法に関する。
光通信の分野では、半導体レーザは長時間一定光出力を保つことが求められている。一方、半導体レーザは一定電流の印加で長時間動作すると光出力が劣化していくことが知られている。そのため、長時間動作においては、光出力の劣化を感知し、半導体レーザに印加する電流量を調整して光出力の劣化分を補う仕組みが必要である。
端面発光型半導体レーザの場合、光出力の劣化を感知する方法として、半導体レーザの光出力側と反対側の端面からの光出力を測定する方法がある。ここで、光出力側の端面を前端面、光出力側と反対側の端面を後端面、と呼ぶこととする。
前端面からの光出力に劣化があった際、後端面からの光出力も比例的に劣化するため、後端面からの光出力を一定に保つように電流量を調整することで、前端面からの光出力も一定に保つことができる。この方法は光出力の劣化を感知するにあたり、信号として使用しない後端面からの光出力を利用するため、前端面からの光出力を犠牲にしない効率的な方法であるので、光通信分野の半導体レーザで一般的に使われてきた。
後端面からの光出力の測定方法として、後端面側にフォトダイオード（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ、以下ＰＤという）を設置してモニタとすることが多い。後端面からのビームは大きな広がり角をもって出射されるため、ＰＤはこの広がり以上の大きさの受光径が採用されている。
近年、光通信速度の高速化と製品パッケージの小型化に伴い、光出力波長がそれぞれ違う半導体レーザをアレイ状に１つの素子に集積して形成した半導体レーザアレイが求められている。この際、半導体レーザアレイの後端面からの複数の光出力をそれぞれのＰＤで受光しようとすると、ＰＤ自体の大きさにより隣のＰＤと接触する可能性があり、半導体レーザ間の距離はＰＤの大きさに制限されるため、半導体レーザアレイの小型化が実現できない。
上記の問題に対して、例えば、特許文献１にＰＤが集積された半導体レーザが開示されている。特許文献１では、ＤＦＢレーザ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｌａｓｅｒ、分布帰還型レーザ）であるＤＦＢ部の後端面に隣接して、ＤＢＲレーザ（ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ Ｌａｓｅｒ、分布ブラッグ反射型レーザ）であるミラー部、およびモニタＰＤ部の順に配置することで、ＤＦＢ部の後端面から出力されるレーザ光をＤＢＲ部で一部反射し、また、ＤＢＲ部を通過した光をモニタＰＤ部で受光する半導体レーザが提案されている。
端面発光型半導体レーザの場合、光出力の劣化を感知する方法として、半導体レーザの光出力側と反対側の端面からの光出力を測定する方法がある。ここで、光出力側の端面を前端面、光出力側と反対側の端面を後端面、と呼ぶこととする。
前端面からの光出力に劣化があった際、後端面からの光出力も比例的に劣化するため、後端面からの光出力を一定に保つように電流量を調整することで、前端面からの光出力も一定に保つことができる。この方法は光出力の劣化を感知するにあたり、信号として使用しない後端面からの光出力を利用するため、前端面からの光出力を犠牲にしない効率的な方法であるので、光通信分野の半導体レーザで一般的に使われてきた。
後端面からの光出力の測定方法として、後端面側にフォトダイオード（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ、以下ＰＤという）を設置してモニタとすることが多い。後端面からのビームは大きな広がり角をもって出射されるため、ＰＤはこの広がり以上の大きさの受光径が採用されている。
近年、光通信速度の高速化と製品パッケージの小型化に伴い、光出力波長がそれぞれ違う半導体レーザをアレイ状に１つの素子に集積して形成した半導体レーザアレイが求められている。この際、半導体レーザアレイの後端面からの複数の光出力をそれぞれのＰＤで受光しようとすると、ＰＤ自体の大きさにより隣のＰＤと接触する可能性があり、半導体レーザ間の距離はＰＤの大きさに制限されるため、半導体レーザアレイの小型化が実現できない。
上記の問題に対して、例えば、特許文献１にＰＤが集積された半導体レーザが開示されている。特許文献１では、ＤＦＢレーザ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｌａｓｅｒ、分布帰還型レーザ）であるＤＦＢ部の後端面に隣接して、ＤＢＲレーザ（ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ Ｌａｓｅｒ、分布ブラッグ反射型レーザ）であるミラー部、およびモニタＰＤ部の順に配置することで、ＤＦＢ部の後端面から出力されるレーザ光をＤＢＲ部で一部反射し、また、ＤＢＲ部を通過した光をモニタＰＤ部で受光する半導体レーザが提案されている。
しかしながら、特許文献１に記載の半導体レーザにおいては、発光部としてのＤＦＢ部およびモニタとしてのＰＤ部のＭＱＷ構造（ｍｕｌｔｉ ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ、多重量子井戸）は同じである。したがって、ＭＱＷ構造の構成の設計に際しては、ＤＦＢ部の発光特性とＰＤ部での受光特性の両方を考慮しなければならない。ＤＦＢ部の発光特性あるいはＰＤ部の受光特性、若しくはこの両方とも一部の光出力特性を犠牲にしてＭＱＷ構造の構成を設定しなければならない。
また、ＤＢＲ部での表面側クラッド層はＤＦＢ部およびＰＤ部と同じｐ型ＩｎＰ層であるため、ＤＦＢ部のｐ型ＩｎＰ層に流れる電流がＤＢＲ部のｐ型ＩｎＰ層を介してＰＤ部のｐ型ＩｎＰ層に流れ、ＰＤ部のＭＱＷ構造へ流れるにあたっては電流障壁となるものが無い。すなわち、ＤＦＢ部のＭＱＷ構造に印加される電圧がＰＤ部のＭＱＷ構造に印加される逆電圧を阻害することになる。同時に、ＰＤ部のｐ−ＩｎＰ層に流れる電流もＤＢＲ部のｐ型ＩｎＰ層を介してＤＦＢ部のｐ型ＩｎＰ層に流れ、ＤＦＢ部のＭＱＷ構造にかかる電圧を阻害することになる。したがって、光出力を一定に保つにはＰＤ部とＤＦＢ部の両方を関連して制御する必要がある。
また、ＤＢＲ部での表面側クラッド層はＤＦＢ部およびＰＤ部と同じｐ型ＩｎＰ層であるため、ＤＦＢ部のｐ型ＩｎＰ層に流れる電流がＤＢＲ部のｐ型ＩｎＰ層を介してＰＤ部のｐ型ＩｎＰ層に流れ、ＰＤ部のＭＱＷ構造へ流れるにあたっては電流障壁となるものが無い。すなわち、ＤＦＢ部のＭＱＷ構造に印加される電圧がＰＤ部のＭＱＷ構造に印加される逆電圧を阻害することになる。同時に、ＰＤ部のｐ−ＩｎＰ層に流れる電流もＤＢＲ部のｐ型ＩｎＰ層を介してＤＦＢ部のｐ型ＩｎＰ層に流れ、ＤＦＢ部のＭＱＷ構造にかかる電圧を阻害することになる。したがって、光出力を一定に保つにはＰＤ部とＤＦＢ部の両方を関連して制御する必要がある。
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、光出力をモニタするＰＤ部が集積され、半導体レーザの光出力特性を劣化させることなく、かつＰＤ部に印加する電圧がＤＦＢ部に印加する電圧によって変化することがなく、ＤＦＢ部とＰＤ部を独立して動作できる半導体レーザを提供することを目的とする。
本発明に係る半導体レーザは、第１導電型の裏面側第１クラッド層、第１導電型の第１回折格子層、第１のＭＱＷ構造からなりレーザ光を発する発光層、第２導電型の表面側第１クラッド層，および第２導電型の第１コンタクト層が積層されたＤＦＢ部と、裏面側第１クラッド層より抵抗率が高い裏面側第２クラッド層、レーザ光の一部を前記ＤＦＢ部に反射する第２回折格子層、レーザ光の残部を導波し第１のＭＱＷ構造より実効的バンドギャップエネルギーが小さい第２のＭＱＷ構造からなる第１コア層、および表面側第１クラッド層より抵抗率が高い表面側第２クラッド層が積層されたＤＢＲ部と、第１導電型の裏面側第３クラッド層、レーザ光を吸収する第２のＭＱＷ構造からなる第２コア層、第２導電型の表面側第３クラッド層、および第２導電型の第２コンタクト層が積層されたＰＤ部とを備える。
本発明に係る半導体レーザアレイは、少なくとも上記半導体レーザを２つ並置して構成される。
本発明に係る半導体レーザアレイは、少なくとも上記半導体レーザを２つ並置して構成される。
また、本発明に係る半導体レーザの製造方法は、ＤＦＢ部、前記ＤＦＢ部に隣接したＤＢＲ部および前記ＤＢＲ部に隣接したＰＤ部の各部からなる基板の上に、裏面側クラッド層の一部および回折格子形成用クラッド層を順に結晶成長する工程と、ＤＦＢ部に対応する前記回折格子形成用クラッド層に第１回折格子層を、ＤＢＲ部に対応する回折格子形成用クラッド層に第２回折格子層をそれぞれエッチングにより形成する工程と、回折格子形成されたクラッド層上に、裏面側クラッド層の残部を結晶成長する工程と、ＤＦＢ部とＰＤ部の裏面側クラッド層にキャリアを注入する工程と、裏面側クラッド層上に第１のＭＱＷ構造からなる発光層を結晶成長する工程と、ＤＢＲ部とＰＤ部の発光層を除去した後に第１のＭＱＷ構造より実効的バンドギャップエネルギーが小さい第２のＭＱＷ構造からなるコア層を結晶成長する工程と、発光層およびコア層上に表面側クラッド層およびコンタクト層を順に結晶成長する工程と、ＤＦＢ部とＰＤ部の表面側クラッド層および前記コンタクト層にキャリアを注入する工程と、基板を研削により除去する工程と、ＤＦＢ部とＰＤ部のコンタクト層上に表面側電極をそれぞれ形成する工程と、裏面側クラッド層の基板の除去により露出した面上に裏面側電極を形成する工程と、を備える。
本発明に係る半導体レーザによれば、ＤＦＢ部の発光層と、ＰＤ部として動かすコア層は独立したＭＱＷ構造であるため、発光層とコア層のそれぞれ最適なＭＱＷ構造の構成を設定でき、光出力を劣化させることなくＰＤを集積できる。また、ＤＦＢ部の表裏にある電極とＰＤの上下にある電極の間には、ＤＢＲ部の電流抵抗が高いクラッド層があるため、ＰＤに印加する電圧がＤＦＢ部に印加する電圧によって変化することが無くなるため、ＤＦＢ部とＰＤを独立して動作することができる。
本発明に係る半導体レーザアレイによれば、半導体レーザ間の距離はＰＤ部の大きさに制限されず、半導体レーザアレイの小型化が可能であり、かつ、小型化に伴う光出力特性の低下も発生しない。
また、本発明に係る半導体レーザの製造方法によれば、厚さ分布が均一な積層の形成、および深さ分布が一定の加工のみ実施されているため、再現性が高い製造方法であり、半導体レーザを歩留まり良く製造できる。
本発明に係る半導体レーザアレイによれば、半導体レーザ間の距離はＰＤ部の大きさに制限されず、半導体レーザアレイの小型化が可能であり、かつ、小型化に伴う光出力特性の低下も発生しない。
また、本発明に係る半導体レーザの製造方法によれば、厚さ分布が均一な積層の形成、および深さ分布が一定の加工のみ実施されているため、再現性が高い製造方法であり、半導体レーザを歩留まり良く製造できる。
本発明の実施の形態に係る半導体レーザおよびこの半導体レーザの製造方法について図面を参照して説明する。同じ構成要素には同じ符号を付し、繰り返される部分の説明を省略する場合がある。
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る半導体レーザの構成について説明する。図１は、本実施の形態１に係る半導体レーザの導波方向の断面図である。
図１において、半導体レーザ１００は、レーザ光が出射する前端面側から、前端面とは反対側の後端面側へ向かって、ＤＦＢ部１０１、ＤＢＲ部１０２およびＰＤ部１０３の各部で構成されている。ＤＢＲ部１０２は、ＤＦＢ部１０１とＰＤ部１０３との間に配置され、一方の面はＤＦＢ部１０１と接し、他方の面はＰＤ部１０３と接している。ＤＦＢ部１０１、ＤＢＲ部１０２とＰＤ部１０３は共通に設けられた裏面側電極１７を有し、ＤＦＢ部１０１とＰＤ部１０３の表面側にはそれぞれの表面側第１電極１５、表面側第２電極１６を備える。
本発明の実施の形態１に係る半導体レーザの構成について説明する。図１は、本実施の形態１に係る半導体レーザの導波方向の断面図である。
図１において、半導体レーザ１００は、レーザ光が出射する前端面側から、前端面とは反対側の後端面側へ向かって、ＤＦＢ部１０１、ＤＢＲ部１０２およびＰＤ部１０３の各部で構成されている。ＤＢＲ部１０２は、ＤＦＢ部１０１とＰＤ部１０３との間に配置され、一方の面はＤＦＢ部１０１と接し、他方の面はＰＤ部１０３と接している。ＤＦＢ部１０１、ＤＢＲ部１０２とＰＤ部１０３は共通に設けられた裏面側電極１７を有し、ＤＦＢ部１０１とＰＤ部１０３の表面側にはそれぞれの表面側第１電極１５、表面側第２電極１６を備える。
ＤＦＢ部１０１は、裏面側電極１７の上に、裏面側第１クラッド層３ａ、第１回折格子層９、裏面側第１クラッド層３ｂ、発光層（ＤＦＢ部の活性層）１、表面側第１クラッド層６、第１コンタクト層１２、表面側第１電極１５の順に構成されている。電圧を印加して、表面側第１電極１５から裏面側電極１７へ電流を流すことにより、第１のＭＱＷ構造からなる発光層１でレーザ光が生じ、第１回折格子層９の回折格子のピッチ間隔でレーザ光の波長が選択されるＤＦＢレーザの構造になっている。裏面側第１クラッド層３ａ、第１回折格子層９、裏面側第１クラッド層３ｂの各層は第１導電型、表面側第１クラッド層６、第１コンタクト層１２の各層は第２導電型となっている。第１のＭＱＷ構造はウエル層とバリア層が複数個積層された構成となっている。
ＤＢＲ部１０２は、一方の面がＤＦＢ部１０１に接して、ＤＦＢ部１０１から出力されたレーザ光を一部反射する機能を有する。ＤＢＲ部１０２は、裏面側電極１７の上に、裏面側第２クラッド層４ａ、第２回折格子層１０、裏面側第２クラッド層４ｂ、第２のＭＱＷ構造からなる第１コア層２ａ、表面側第２クラッド層７、第２コンタクト層１３の順に構成されており、ＤＦＢ部１０１からＤＢＲ部１０２側に導波されたレーザ光を、第２回折格子層１０のピッチ間隔により選択された波長帯域において設定された割合でＤＦＢ部１０１側に反射するＤＢＲ構造になっている。第２のＭＱＷ構造については後述する。
ＤＢＲ部１０２の裏面側第２クラッド層４ａ、裏面側第２クラッド層４ｂ、表面側第２クラッド層７、および第２コンタクト層１３は、高い抵抗率の結晶材料が用いられるため、ＤＦＢ部１０１とＰＤ部１０３を電気的に絶縁させることができる。
具体的には、ＤＢＲ部１０２の裏面側第２クラッド層４ａと裏面側第２クラッド層４ｂは、ＤＦＢ部１０１の裏面側第１クラッド層３ａと裏面側第１クラッド層３ｂに対して抵抗率が高い。また、ＤＢＲ部１０２の表面側第２クラッド層７と第２コンタクト層１３は、ＤＦＢ部１０１の表面側第１クラッド層６と第１コンタクト層１２に対して抵抗率が高い。ここで、裏面側第２クラッド層４ａと裏面側第２クラッド層４ｂの抵抗率は、裏面側第１クラッド層３ａと裏面側第１クラッド層３ｂに対して１０倍以上であることが望ましく、また、表面側第２クラッド層７の抵抗率は、表面側第１クラッド層６に対して１０倍以上であることが望ましい。
ＤＢＲ部１０２の裏面側第２クラッド層４ａ、裏面側第２クラッド層４ｂ、表面側第２クラッド層７、および第２コンタクト層１３は、高い抵抗率の結晶材料が用いられるため、ＤＦＢ部１０１とＰＤ部１０３を電気的に絶縁させることができる。
具体的には、ＤＢＲ部１０２の裏面側第２クラッド層４ａと裏面側第２クラッド層４ｂは、ＤＦＢ部１０１の裏面側第１クラッド層３ａと裏面側第１クラッド層３ｂに対して抵抗率が高い。また、ＤＢＲ部１０２の表面側第２クラッド層７と第２コンタクト層１３は、ＤＦＢ部１０１の表面側第１クラッド層６と第１コンタクト層１２に対して抵抗率が高い。ここで、裏面側第２クラッド層４ａと裏面側第２クラッド層４ｂの抵抗率は、裏面側第１クラッド層３ａと裏面側第１クラッド層３ｂに対して１０倍以上であることが望ましく、また、表面側第２クラッド層７の抵抗率は、表面側第１クラッド層６に対して１０倍以上であることが望ましい。
ＰＤ部１０３は、裏面側電極１７の上に、裏面側第３クラッド層５ａ、第４クラッド層１１、裏面側第３クラッド層５ｂ、第２コア層２ｂ、表面側第３クラッド層８、第３コンタクト層１４、表面側第２電極１６の順に構成されており、裏面側電極１７から表面側第２電極１６へ電圧を印加することで、ＤＦＢ部１０１からＤＢＲ部１０２を通過してきた光出力を第２コア層２ｂで受光して電流に変換することにより、電流値として測定できるＰＤ構造になっている。
第２コア層２ｂは、ＤＦＢ部１０１において発生したレーザ光を吸収すべく、上述の第１のＭＱＷ構造より実効的バンドギャップエネルギーが小さい第２のＭＱＷ構造からなる。第２のＭＱＷ構造を第１のＭＱＷ構造より実効的バンドギャップエネルギーを小さくする一例として、第１のＭＱＷ構造を構成するウエル層の層厚を、第２のＭＱＷ構造を構成するウエル層の層厚より小さく設定することが挙げられる。かかる構成によれば、第１のＭＱＷ構造は相対的にエネルギーの高いレーザ光を出射する発光層１となる一方、第２のＭＱＷ構造は第１のＭＱＷ構造より実効的バンドギャップエネルギーが小さいため、かかるレーザ光を吸収するように作用する。したがって、発光層１と第２コア層２ｂにそれぞれ最適なＭＱＷ構造を設定できるので、光出力を劣化させることなくＰＤを集積することが可能となる。
ここでは、ＤＢＲ部１０２の第１コア層２ａも第２のＭＱＷ構造からなるように設定している。第１コア層２ａは、第１のＭＱＷ構造で構成することも可能であり、ＤＦＢ部１０１およびＰＤ部１０３のＭＱＷ構造と異なるＭＱＷ構造からなることもできる。なお、図においては、第１コア層２ａと第２コア層２ｂとも、コア層２と表記している。
第２コア層２ｂは、ＤＦＢ部１０１において発生したレーザ光を吸収すべく、上述の第１のＭＱＷ構造より実効的バンドギャップエネルギーが小さい第２のＭＱＷ構造からなる。第２のＭＱＷ構造を第１のＭＱＷ構造より実効的バンドギャップエネルギーを小さくする一例として、第１のＭＱＷ構造を構成するウエル層の層厚を、第２のＭＱＷ構造を構成するウエル層の層厚より小さく設定することが挙げられる。かかる構成によれば、第１のＭＱＷ構造は相対的にエネルギーの高いレーザ光を出射する発光層１となる一方、第２のＭＱＷ構造は第１のＭＱＷ構造より実効的バンドギャップエネルギーが小さいため、かかるレーザ光を吸収するように作用する。したがって、発光層１と第２コア層２ｂにそれぞれ最適なＭＱＷ構造を設定できるので、光出力を劣化させることなくＰＤを集積することが可能となる。
ここでは、ＤＢＲ部１０２の第１コア層２ａも第２のＭＱＷ構造からなるように設定している。第１コア層２ａは、第１のＭＱＷ構造で構成することも可能であり、ＤＦＢ部１０１およびＰＤ部１０３のＭＱＷ構造と異なるＭＱＷ構造からなることもできる。なお、図においては、第１コア層２ａと第２コア層２ｂとも、コア層２と表記している。
裏面側第３クラッド層５ａ、第４クラッド層１１および裏面側第３クラッド層５ｂは第１導電型、表面側第３クラッド層８および第３コンタクト層１４は第２導電型となっている。
ＤＢＲ部１０２の裏面側第２クラッド層４ａおよび裏面側第２クラッド層４ｂは、裏面側第３クラッド層５ａおよび裏面側第３クラッド層５ｂに対して抵抗率が高い。ＤＢＲ部１０２の表面側第２クラッド層７および第２コンタクト層１３は、表面側第３クラッド層８および第３コンタクト層１４に対して抵抗率が高い。ここで、上記と同様に、裏面側第２クラッド層４ａおよび裏面側第２クラッド層４ｂの抵抗率は、裏面側第３クラッド層５ａおよび裏面側第３クラッド層５ｂに対して１０倍以上であることが望ましく、表面側第２クラッド層７の抵抗率は、表面側第３クラッド層８に対して１０倍以上であることが望ましい。すなわち、ＤＢＲ部１０２の裏面側および表面側の各クラッド層はＤＦＢ部１０１とＰＤ部１０３を電気的に絶縁させる、いわゆる高抵抗層となる。
ＤＢＲ部１０２の第２コンタクト層１３は、厚さ分布が均一なＤＦＢ部１０１とＰＤ部１０３の第１コンタクト層１２、第３コンタクト層１４を形成するための機能を果たし、表面側第２クラッド層７の保護層としての効果も有している。しかしながら、レーザ光の出力特性およびＰＤ部１０３での電流量測定に影響するものではないため、必ずしも必要な層ではない。
ＤＢＲ部１０２の裏面側第２クラッド層４ａおよび裏面側第２クラッド層４ｂは、裏面側第３クラッド層５ａおよび裏面側第３クラッド層５ｂに対して抵抗率が高い。ＤＢＲ部１０２の表面側第２クラッド層７および第２コンタクト層１３は、表面側第３クラッド層８および第３コンタクト層１４に対して抵抗率が高い。ここで、上記と同様に、裏面側第２クラッド層４ａおよび裏面側第２クラッド層４ｂの抵抗率は、裏面側第３クラッド層５ａおよび裏面側第３クラッド層５ｂに対して１０倍以上であることが望ましく、表面側第２クラッド層７の抵抗率は、表面側第３クラッド層８に対して１０倍以上であることが望ましい。すなわち、ＤＢＲ部１０２の裏面側および表面側の各クラッド層はＤＦＢ部１０１とＰＤ部１０３を電気的に絶縁させる、いわゆる高抵抗層となる。
ＤＢＲ部１０２の第２コンタクト層１３は、厚さ分布が均一なＤＦＢ部１０１とＰＤ部１０３の第１コンタクト層１２、第３コンタクト層１４を形成するための機能を果たし、表面側第２クラッド層７の保護層としての効果も有している。しかしながら、レーザ光の出力特性およびＰＤ部１０３での電流量測定に影響するものではないため、必ずしも必要な層ではない。
以下に、ＤＦＢ部１０１、ＤＢＲ部１０２およびＰＤ部１０３をそれぞれ構成する各層が、他部の各層とどのような位置関係にあるかについて説明する。
裏面側電極１７上に、レーザ光導波方向において、ＤＦＢ部１０１の裏面側第１クラッド層３ａ、ＤＢＲ部１０２の裏面側第２クラッド層４ａおよびＰＤ部１０３の裏面側第３クラッド層５ａが隣接している。
ＤＦＢ部１０１の第１回折格子層９、ＤＢＲ部１０２の第２回折格子層１０およびＰＤ部１０３の第４クラッド層１１が隣接している。
ＤＦＢ部１０１の裏面側第１クラッド層３ｂ、ＤＢＲ部１０２の裏面側第２クラッド層４ｂおよびＰＤ部１０３の裏面側第３クラッド層５ｂが隣接している。
ＤＦＢ部１０１の発光層１、ＤＢＲ部１０２の第１コア層２ａおよびＰＤ部１０３の第２コア層２ｂが隣接している。
ＤＦＢ部１０１の表面側第１クラッド層６、ＤＢＲ部１０２の表面側第２クラッド層７およびＰＤ部１０３の表面側第３クラッド層８が隣接している。
ＤＦＢ部１０１の第１コンタクト層１２、ＤＢＲ部１０２の第２コンタクト層１３およびＰＤ部１０３の第３コンタクト層１４が隣接している。
裏面側電極１７上に、レーザ光導波方向において、ＤＦＢ部１０１の裏面側第１クラッド層３ａ、ＤＢＲ部１０２の裏面側第２クラッド層４ａおよびＰＤ部１０３の裏面側第３クラッド層５ａが隣接している。
ＤＦＢ部１０１の第１回折格子層９、ＤＢＲ部１０２の第２回折格子層１０およびＰＤ部１０３の第４クラッド層１１が隣接している。
ＤＦＢ部１０１の裏面側第１クラッド層３ｂ、ＤＢＲ部１０２の裏面側第２クラッド層４ｂおよびＰＤ部１０３の裏面側第３クラッド層５ｂが隣接している。
ＤＦＢ部１０１の発光層１、ＤＢＲ部１０２の第１コア層２ａおよびＰＤ部１０３の第２コア層２ｂが隣接している。
ＤＦＢ部１０１の表面側第１クラッド層６、ＤＢＲ部１０２の表面側第２クラッド層７およびＰＤ部１０３の表面側第３クラッド層８が隣接している。
ＤＦＢ部１０１の第１コンタクト層１２、ＤＢＲ部１０２の第２コンタクト層１３およびＰＤ部１０３の第３コンタクト層１４が隣接している。
ＤＦＢ部１０１、ＤＢＲ部１０２およびＰＤ部１０３の、光導波方向に対して垂直方向の断面構造について、ＤＦＢ部１０１の断面を図２に示し、ＤＢＲ部１０２の断面を図３に示し、ＰＤ部１０３の断面を図４に示す。
図２に示すように、ＤＦＢ部１０１において、発光層１上の表面側第１クラッド層６、第１コンタクト層１２および表面側第１電極１５はリッジ型導波路構造になっている。
図３に示すように、ＤＢＲ部１０２において、第１コア層２ａ上の表面側第２クラッド層７、および第２コンタクト層１３はリッジ型導波路構造になっている。
図４に示すように、ＰＤ部１０３において、第２コア層２ｂ上の表面側第３クラッド層８、第３コンタクト層１４および表面側第２電極１６はリッジ型導波路構造になっている。
図２に示すように、ＤＦＢ部１０１において、発光層１上の表面側第１クラッド層６、第１コンタクト層１２および表面側第１電極１５はリッジ型導波路構造になっている。
図３に示すように、ＤＢＲ部１０２において、第１コア層２ａ上の表面側第２クラッド層７、および第２コンタクト層１３はリッジ型導波路構造になっている。
図４に示すように、ＰＤ部１０３において、第２コア層２ｂ上の表面側第３クラッド層８、第３コンタクト層１４および表面側第２電極１６はリッジ型導波路構造になっている。
次に、実施の形態１に係る半導体レーザの動作について説明する。半導体レーザ１００のレーザ発振領域であるＤＦＢ部１０１で発光したレーザ光は以下のように導波される。
ＤＦＢ部１０１の表面側第１電極１５から裏面側電極１７への電圧印加により、発光層１より発光したレーザ光は、第１回折格子層９で波長帯域を選択され、前端面から出射される。同時に、レーザ光は、ＤＦＢ部１０１の発光層１から、ＤＢＲ部１０２の第１コア層２ａに導波される。
ＤＢＲ部１０２へ導波されたレーザ光は、第２回折格子層１０によって設定された波長帯域および光出力の割合でＤＦＢ部１０１へ反射され、残りの光出力はＰＤ部１０３の第２コア層２ｂに導波される。
ＰＤ部１０３へ導波されたレーザ光は、裏面側電極１７から表面側第２電極１６へ逆電圧を印加することにより、ＰＤ部１０３の第２コア層２ｂでレーザ光を受光して電流に変換するので、光出力を電流量として測定することができる。
ＤＦＢ部１０１に印加される電圧はＰＤ部１０３に印加される電圧とは逆電圧になっている。ＤＢＲ部１０２の裏面側第２クラッド層４ａ、裏面側第２クラッド層４ｂ、および表面側第２クラッド層７が高抵抗層で構成されているため、ＤＦＢ部１０１とＰＤ部１０３の間を電気的に絶縁させているので、ＤＦＢ部１０１からＰＤ部１０３に電流が流れるような不具合は生じない。
ＤＢＲ部１０２へ導波されたレーザ光は、第２回折格子層１０によって設定された波長帯域および光出力の割合でＤＦＢ部１０１へ反射され、残りの光出力はＰＤ部１０３の第２コア層２ｂに導波される。
ＰＤ部１０３へ導波されたレーザ光は、裏面側電極１７から表面側第２電極１６へ逆電圧を印加することにより、ＰＤ部１０３の第２コア層２ｂでレーザ光を受光して電流に変換するので、光出力を電流量として測定することができる。
ＤＦＢ部１０１に印加される電圧はＰＤ部１０３に印加される電圧とは逆電圧になっている。ＤＢＲ部１０２の裏面側第２クラッド層４ａ、裏面側第２クラッド層４ｂ、および表面側第２クラッド層７が高抵抗層で構成されているため、ＤＦＢ部１０１とＰＤ部１０３の間を電気的に絶縁させているので、ＤＦＢ部１０１からＰＤ部１０３に電流が流れるような不具合は生じない。
続いて、実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法について説明する。図５から図１６は、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザの各製造工程をそれぞれ示す断面図である。
まず、図５に示す基板１８の上に、図６に示すように、裏面側クラッド層２０ａと、クラッド層３０を順に結晶成長によって形成する。裏面側クラッド層２０ａと、クラッド層３０は異なる結晶材料からなる高抵抗層である。
次に、図７に示すように、クラッド層３０の一部を回折格子形成用にエッチングにより回折格子パターンに加工し、ＤＦＢ部１０１に対応する第１回折格子層９、およびＤＢＲ部１０２に対応する第２回折格子層１０をそれぞれ形成する。ＰＤ部１０３のクラッド層３０は、素子構造における第４クラッド層１１に対応している。
さらに、図８に示すように、裏面側クラッド層２０ｂを結晶成長する。裏面側クラッド層２０ｂは裏面側クラッド層２０ａと同じ結晶材料であり、裏面側クラッド層２０ａの残部でもある。
次に、図７に示すように、クラッド層３０の一部を回折格子形成用にエッチングにより回折格子パターンに加工し、ＤＦＢ部１０１に対応する第１回折格子層９、およびＤＢＲ部１０２に対応する第２回折格子層１０をそれぞれ形成する。ＰＤ部１０３のクラッド層３０は、素子構造における第４クラッド層１１に対応している。
さらに、図８に示すように、裏面側クラッド層２０ｂを結晶成長する。裏面側クラッド層２０ｂは裏面側クラッド層２０ａと同じ結晶材料であり、裏面側クラッド層２０ａの残部でもある。
この後、図９に示すように、ＤＦＢ部１０１およびＰＤ部１０３の裏面側クラッド層２０ａ、２０ｂにそれぞれキャリアを注入し、それぞれＤＦＢ部１０１の第１導電型の裏面側第１クラッド層３ａ、裏面側第１クラッド層３ｂ、および、ＰＤ部１０３の裏面側第３クラッド層５ａ、裏面側第３クラッド層５ｂを形成する。図９中のＤＢＲ部１０２の裏面側クラッド層２０ａ、２０ｂは、素子構造における裏面側第２クラッド層４ａ、裏面側第２クラッド層４ｂにそれぞれ対応する。
ＤＦＢ部１０１の裏面側第１クラッド層３ａおよび裏面側第１クラッド層３ｂは同じ結晶材料である。
ＰＤ部１０３の裏面側第３クラッド層５ａおよび裏面側第３クラッド層５ｂは同じ結晶材料である。
ＤＢＲ部１０２の裏面側第２クラッド層４ａおよび裏面側第２クラッド層４ｂは同じ結晶材料であり、キャリアが注入されたＤＦＢ部１０１およびＰＤ部１０３の各裏面側クラッド層に比べて、抵抗率が高い。
次に、図１０に示すように、発光層１を結晶成長によって積層し、さらに、図１１に示すように、ＰＤ部１０３とＤＢＲ部１０２の発光層１の部分を加工によって除去し、図１２に示すように、発光層１を除去した領域にＰＤ部１０３とＤＢＲ部１０２のコア層２を結晶成長によって形成する。ここで、発光層１の除去方法として、例えばドライエッチングが用いられる。なお、コア層２は素子構造においては、ＤＢＲ部１０２の第１コア層２ａとＰＤ部１０３の第２コア層２ｂとなる。
ＤＦＢ部１０１の裏面側第１クラッド層３ａおよび裏面側第１クラッド層３ｂは同じ結晶材料である。
ＰＤ部１０３の裏面側第３クラッド層５ａおよび裏面側第３クラッド層５ｂは同じ結晶材料である。
ＤＢＲ部１０２の裏面側第２クラッド層４ａおよび裏面側第２クラッド層４ｂは同じ結晶材料であり、キャリアが注入されたＤＦＢ部１０１およびＰＤ部１０３の各裏面側クラッド層に比べて、抵抗率が高い。
次に、図１０に示すように、発光層１を結晶成長によって積層し、さらに、図１１に示すように、ＰＤ部１０３とＤＢＲ部１０２の発光層１の部分を加工によって除去し、図１２に示すように、発光層１を除去した領域にＰＤ部１０３とＤＢＲ部１０２のコア層２を結晶成長によって形成する。ここで、発光層１の除去方法として、例えばドライエッチングが用いられる。なお、コア層２は素子構造においては、ＤＢＲ部１０２の第１コア層２ａとＰＤ部１０３の第２コア層２ｂとなる。
次に、図１３に示すように、発光層１およびコア層２の上に表面側クラッド層４０とコンタクト層５０を順に結晶成長によって形成する。
次に、図１４に示すように、ＤＦＢ部１０１およびＰＤ部１０３の表面側クラッド層４０およびコンタクト層５０にそれぞれキャリアを注入し、それぞれ、第２導電型のＤＦＢ部１０１の表面側第１クラッド層６と第１コンタクト層１２、およびＰＤ部１０３の表面側第３クラッド層８と第３コンタクト層１４を形成する。ここでキャリアを注入する方法のほかに、注入領域をエッチング加工により除去して、表面側第１クラッド層６と表面側第３クラッド層８を結晶成長により形成する方法でも可能である。
ＤＢＲ部１０２の表面側クラッド層４０およびコンタクト層５０は、素子構造における表面側第２クラッド層７および第２コンタクト層１３に対応する。ＤＢＲ部１０２の表面側第２クラッド層７および第２コンタクト層１３は、キャリアが注入されたＤＦＢ部１０１とＰＤ部１０３の表面側クラッド層８およびコンタクト層１４に比べて、抵抗率が高い。
次に、図１４に示すように、ＤＦＢ部１０１およびＰＤ部１０３の表面側クラッド層４０およびコンタクト層５０にそれぞれキャリアを注入し、それぞれ、第２導電型のＤＦＢ部１０１の表面側第１クラッド層６と第１コンタクト層１２、およびＰＤ部１０３の表面側第３クラッド層８と第３コンタクト層１４を形成する。ここでキャリアを注入する方法のほかに、注入領域をエッチング加工により除去して、表面側第１クラッド層６と表面側第３クラッド層８を結晶成長により形成する方法でも可能である。
ＤＢＲ部１０２の表面側クラッド層４０およびコンタクト層５０は、素子構造における表面側第２クラッド層７および第２コンタクト層１３に対応する。ＤＢＲ部１０２の表面側第２クラッド層７および第２コンタクト層１３は、キャリアが注入されたＤＦＢ部１０１とＰＤ部１０３の表面側クラッド層８およびコンタクト層１４に比べて、抵抗率が高い。
次に、導波方向に対して垂直な断面構造図である図２、図３、図４に示すように、ＤＦＢ部１０１の発光層１上の表面側第１クラッド層６と第１コンタクト層１２、ＤＢＲ部１０２のコア層２上の表面側第２クラッド層７と第２コンタクト層１３、およびＰＤ部１０３のコア層２上の表面側第３クラッド層８と第３コンタクト層１４をリッジ型導波路構造になるように加工する。ここで、加工の方法として、例えばドライエッチングが用いられる。
なお、ＤＦＢ部１０１の発光層１上の表面側第１クラッド層６、ＤＢＲ部１０２のコア層２上の表面側第２クラッド層７、およびＰＤ部１０３のコア層２上の表面側第３クラッド層８を完全に除去せず、一部表面側第３クラッド層８を残存させてもよい。
なお、ＤＦＢ部１０１の発光層１上の表面側第１クラッド層６、ＤＢＲ部１０２のコア層２上の表面側第２クラッド層７、およびＰＤ部１０３のコア層２上の表面側第３クラッド層８を完全に除去せず、一部表面側第３クラッド層８を残存させてもよい。
この後、図１５に示すように、裏面側の全体の基板１８を研削することによって除去し、図１６に示すように、ＤＦＢ部１０１の第１コンタクト層１２の上に表面側第１電極１５、およびＰＤ部１０３の第３コンタクト層１４の上に表面側第２電極１６をそれぞれ形成し、さらに、露出した面上に裏面側電極１７を形成する。ここで、電極形成の方法として、例えば金属蒸着方法が用いられる。
以上の実施の形態１に係る半導体レーザ製造工程において、厚さ分布が均一となるような積層の形成、および深さ分布が一定のエッチング加工のみで実施されているため、再現性の高い製造方法であるので、実施の形態１に係る半導体レーザを歩留まり良く製造できる。
次に、実施の形態１の変形例である半導体レーザ１１０を図１７に示す。実施の形態１の変形例である半導体レーザ１１０のＤＦＢ部１１１、ＤＢＲ部１１２およびＰＤ部１１３の、導波方向に対して垂直な断面構造について、ＤＦＢ部１１１の断面を図１８に示し、ＤＢＲ部１１２の断面を図１９に示し、ＰＤ部１１３の断面を図２０に示す。
図１７に示すように、半導体レーザ１１０において、ＤＦＢ部１１１の第１回折格子層９が、表面側第１クラッド層６ａと表面側第１クラッド層６ａに挟まれており、ＤＢＲ部１１２の第２回折格子層１０が表面側第２クラッド層７ａと表面側第２クラッド層７ｂに挟まれている場合でも、以下の各工程によって製造が可能である。
図１７に示すように、半導体レーザ１１０において、ＤＦＢ部１１１の第１回折格子層９が、表面側第１クラッド層６ａと表面側第１クラッド層６ａに挟まれており、ＤＢＲ部１１２の第２回折格子層１０が表面側第２クラッド層７ａと表面側第２クラッド層７ｂに挟まれている場合でも、以下の各工程によって製造が可能である。
まず、実施の形態１と同様に、図５に示す基板１８の上に、図２１に示すように、裏面側クラッド層２０を結晶成長によって形成する。次に、図２２に示すように、裏面側クラッド層２０のＤＦＢ部１１１およびＰＤ部１１３の各部分にそれぞれキャリアを注入し、ＤＦＢ部１１１の裏面側第１クラッド層３およびＰＤ部１１３の裏面側第３クラッド層５を形成する。ここでキャリアを注入する方法のほかに、注入領域をエッチング加工により除去し、裏面側第１クラッド層３と裏面側第３クラッド層５を結晶成長により形成する方法でも可能である。
ＤＢＲ部１０２の裏面側クラッド層２０は、素子構造における裏面側第２クラッド層４に対応する。ＤＢＲ部１０２の裏面側第２クラッド層４は、ＤＦＢ部１０１とＰＤ部１０３の各裏面側クラッド層に比べて、抵抗率が高い。
ＤＢＲ部１０２の裏面側クラッド層２０は、素子構造における裏面側第２クラッド層４に対応する。ＤＢＲ部１０２の裏面側第２クラッド層４は、ＤＦＢ部１０１とＰＤ部１０３の各裏面側クラッド層に比べて、抵抗率が高い。
上記工程後、図２３に示すように、発光層１を結晶成長により形成し、さらに図２４に示すように、ＰＤ部１１３およびＤＢＲ部１１２の発光層１の部分をエッチング加工によって除去し、図２５に示すように、発光層１を除去した領域にＤＢＲ部１０２およびＰＤ部１０３のコア層２を結晶成長によって形成する。ここで、発光層１の除去方法として、例えばドライエッチングが用いられる。なお、コア層２は素子構造においては、ＤＢＲ部１０２の第１コア層２ａとＰＤ部１０３の第２コア層２ｂとなる。
次に、図２６に示すように、発光層１、第１コア層２ａと第２コア層２ｂの上に表面側クラッド層４０ａおよびクラッド層３０を順に形成する。表面側クラッド層４０ａとクラッド層３０とは異なる結晶材料の高抵抗層である。
次に図２７に示すようにクラッド層３０の一部を回折格子パターンに加工し、ＤＦＢ部１０１の第１回折格子層９とＤＢＲ部１０２の第２回折格子層１０をそれぞれ形成する。ＰＤ部１０３のクラッド層３０は、素子構造における第４クラッド層１１に対応する。
次に図２７に示すようにクラッド層３０の一部を回折格子パターンに加工し、ＤＦＢ部１０１の第１回折格子層９とＤＢＲ部１０２の第２回折格子層１０をそれぞれ形成する。ＰＤ部１０３のクラッド層３０は、素子構造における第４クラッド層１１に対応する。
次に、図２８に示すように、表面側クラッド層４０ｂおよびコンタクト層５０を順に結晶成長によって形成する。
図２９に示すように、ＤＦＢ部１１１およびＰＤ部１１３の表面側クラッド層４０ａ、表面側クラッド層４０ｂとコンタクト層５０にそれぞれキャリアを注入し、ＤＦＢ部１１１の表面側第１クラッド層６ａ，６ｂと第１コンタクト層１２、およびＰＤ部１１３の表面側第３クラッド層８ａ，８ｂと第３コンタクト層１４を形成する。
図２９に示すように、ＤＦＢ部１１１およびＰＤ部１１３の表面側クラッド層４０ａ、表面側クラッド層４０ｂとコンタクト層５０にそれぞれキャリアを注入し、ＤＦＢ部１１１の表面側第１クラッド層６ａ，６ｂと第１コンタクト層１２、およびＰＤ部１１３の表面側第３クラッド層８ａ，８ｂと第３コンタクト層１４を形成する。
ＤＢＲ部１０２の表面側クラッド層４０ａ、表面側クラッド層４０ｂおよびコンタクト層５０は、素子構造における表面側第２クラッド層７ａ、表面側第２クラッド層７ｂおよび第２コンタクト層１３にそれぞれ対応する。
ＤＦＢ部１０１の表面側第１クラッド層６ａおよび表面側第１クラッド層６ｂは同じ結晶材料ある。
ＰＤ部１０３の表面側第３クラッド層８ａおよび表面側第３クラッド層８ｂは同じ結晶材料である。
ＤＢＲ部１０２の表面側第２クラッド層７ａおよび表面側第２クラッド層７ｂは同じ結晶材料である。ＤＢＲ部１０２の表面側第２クラッド層７ａ、表面側第２クラッド層７ｂおよび第２コンタクト層１３は、ＤＦＢ部１０１およびＰＤ部１０３の各表面側クラッド層と各コンタクト層に比べて、抵抗率が高い。
ＤＦＢ部１０１の表面側第１クラッド層６ａおよび表面側第１クラッド層６ｂは同じ結晶材料ある。
ＰＤ部１０３の表面側第３クラッド層８ａおよび表面側第３クラッド層８ｂは同じ結晶材料である。
ＤＢＲ部１０２の表面側第２クラッド層７ａおよび表面側第２クラッド層７ｂは同じ結晶材料である。ＤＢＲ部１０２の表面側第２クラッド層７ａ、表面側第２クラッド層７ｂおよび第２コンタクト層１３は、ＤＦＢ部１０１およびＰＤ部１０３の各表面側クラッド層と各コンタクト層に比べて、抵抗率が高い。
次に、導波方向に対して垂直な断面構造図である図１８、図１９、図２０に示すように、ＤＦＢ部１１１の発光層１上の表面側第１クラッド層６ａ，第１回折格子層９、表面側第１クラッド層６ｂと第１コンタクト層１２、ＤＢＲ部１１２のコア層２上の表面側第２クラッド層７ａ，第２回折格子層１０、表面側第２クラッド層７ｂと第２コンタクト層１３、およびＰＤ部１１３のコア層２上の表面側第３クラッド層８ａ、第４クラッド層１１、表面側第３クラッド層８ｂと第３コンタクト層１４をリッジ型導波路構造になるように加工する。ここで加工の方法として、例えばドライエッチングが用いられる。
この後、図３０に示すように、裏面側の基板１８を研削することによって除去し、図３１に示すように、ＤＦＢ部１１１の表面側に表面側第１電極１５、およびＰＤ部１１３の表面側に表面側第２電極１６をそれぞれ形成し、さらに裏面側全体に裏面側電極１７を形成する。ここで電極形成の方法としては、例えば金属蒸着方法が用いられる。
以上の製造方法で、実施の形態１の変形例である半導体レーザ１１０として、第１回折格子層９が表面側第１クラッド層６ａと表面側第１クラッド層６ｂとの間にあり、第２回折格子層１０が表面側第２クラッド層７ａと表面側第２クラッド層７ｂと間にある構成でも製造することができる。
本発明の実施の形態１に係る半導体レーザ１００では、以上のような構成としたことにより、ＤＦＢ部１０１から出射されるレーザ光の出力変化をＰＤ部１０３で検出される電流量の変化で測定することができ、ＤＦＢ部１０１の発光層１とＰＤ部１０３の第２コア層２ｂが独立して動作するため、それぞれ最適な層構成を設定できる。したがって、ＰＤ部１０３でレーザ光を受光する第２コア層２ｂが、小さいレーザ光の出力でも容易に検出できるようにＰＤ部１０３の第２コア層２ｂを構成する第２のＭＱＷ構造を変更しても、ＤＦＢ部１０１の発光層１に影響を与えることはない。また、逆にＤＦＢ部１０１の特性向上などで発光層１を構成する第１のＭＱＷ構造を変更しても、ＰＤ部１０３で動作に影響を与えることはない。
また、ＤＢＲ部１０２の表面側第２クラッド層７および裏面側第２クラッド層４は、ＤＦＢ部１０１およびＰＤ部１０３の各クラッド層と比べて、高い抵抗率を有するクラッド層であるため、特許文献１で指摘されるような、ＤＦＢ部１０１とＰＤ部１０３間の電流経路を極めて有効に防ぐことができる。すなわち、ＤＦＢ部１０１の表面側第１電極１５からＤＢＲ部１０２を経由して裏面側電極１７への電流経路（ＤＦＢ部１０１の表面側第１電極１５、第１コンタクト層１２、表面側第１クラッド層６、ＤＢＲ部１０２の表面側第２クラッド層７、ＰＤ部１０３の表面側第３クラッド層８、第１コア層２ａ、裏面側第３クラッド層５ｂ、第４クラッド層１１、裏面側第３クラッド層５ａ、裏面側電極１７の順に流れる電流経路）は、ＤＢＲ部１０２の高い抵抗率を有する表面側第２クラッド層７によって遮断することができる。
同様に、裏面側電極１７からＤＢＲ部１０２を経由してＰＤ部１０３の表面側第２電極１６への電流経路（裏面側電極１７、ＤＦＢ部１０１の裏面側第１クラッド層３ａ、ＤＢＲ部１０２の裏面側第２クラッド層４ａ、 ＰＤ部１０３の裏面側第３クラッド層５ａ、第４クラッド層１１、裏面側第３クラッド層５ｂ、第１コア層２ａ、表面側第３クラッド層８、第３コンタクト層１４、表面側第２電極１６の順に流れる電流経路）も、ＤＢＲ部１０２の裏面側第２クラッド層４ａの高い抵抗率で無くすことができる。したがって、ＰＤ部１０３で流れる電流がＤＦＢ部１０１の電流に合流せず、レーザ光の出力に影響を与えることがなく、ＤＦＢ部１０１に印加する電流値のみで光出力の調整ができる。
なお、本発明の実施の形態１では、図１７に示す実施の形態１の変形例のように、第１回折格子層９が表面側第１クラッド層６ａと表面側第１クラッド層６ｂとの間にあり、第２回折格子層１０が表面側第２クラッド層７ａと表面側第２クラッド層７ｂとの間にある構成においても、同様な効果を奏する。
実施の形態２．
実施の形態１に係る半導体レーザでは、導波方向に対して垂直な断面構造はリッジ型導波路構造である。本発明が奏する効果である、発光層とコア層を独立してそれぞれ最適な層構成を設定できることとＤＦＢ部とＰＤ部を独立して動作できることは、図１と図１７に示す導波方向の断面構造によって可能である。したがって、導波方向に対して垂直な断面構造は、リッジ型導波路構造に限定されるものではない。
実施の形態１に係る半導体レーザでは、導波方向に対して垂直な断面構造はリッジ型導波路構造である。本発明が奏する効果である、発光層とコア層を独立してそれぞれ最適な層構成を設定できることとＤＦＢ部とＰＤ部を独立して動作できることは、図１と図１７に示す導波方向の断面構造によって可能である。したがって、導波方向に対して垂直な断面構造は、リッジ型導波路構造に限定されるものではない。
実施の形態２に係る半導体レーザ２００の導波方向の断面構造を、図３２に示す。半導体レーザ２００では、導波方向の断面構造は図１と同じではあるが、導波方向に対して垂直な断面は図２から４に示すリッジ型導波路構造とは異なる構造となる。後述するように、ハイメサ界面６０が、裏面側第１クラッド層３ａの途中に設けられる。
実施の形態２に係る半導体レーザ２００の導波方向に対して垂直方向の断面構造について、ＤＦＢ部２０１の断面を図３３に、ＤＢＲ部２０２の断面を図３４に、ＰＤ部２０３の断面を図３５にそれぞれ示す。
実施の形態２に係る半導体レーザ２００の導波方向に対して垂直な断面構造は、それぞれ図３３、図３４、図３５に示すように、表面側から、裏面側第１クラッド層３ａの一部（ハイメサ界面６０の箇所）までが加工されるハイメサ型の導波路構造となる。図３３から３５において、図１と同じ符号を付けたものは、同一または対応する構成を示す。
実施の形態２に係る半導体レーザ２００の導波方向に対して垂直方向の断面構造について、ＤＦＢ部２０１の断面を図３３に、ＤＢＲ部２０２の断面を図３４に、ＰＤ部２０３の断面を図３５にそれぞれ示す。
実施の形態２に係る半導体レーザ２００の導波方向に対して垂直な断面構造は、それぞれ図３３、図３４、図３５に示すように、表面側から、裏面側第１クラッド層３ａの一部（ハイメサ界面６０の箇所）までが加工されるハイメサ型の導波路構造となる。図３３から３５において、図１と同じ符号を付けたものは、同一または対応する構成を示す。
具体的には、図３３に示すＤＦＢ部２０１の導波方向に対して垂直な断面においては、表面から裏面へ、表面側第１電極１５、第１コンタクト層１２、表面側第１クラッド層６、発光層１、裏面側第１クラッド層３ｂ、第１回折格子層９、および裏面側第１クラッド層３ａの一部（ハイメサ界面６０の箇所）までの層が、ハイメサ型導波路構造に加工される。各層の導電型は実施の形態１の場合と同様である。
図３４に示すＤＢＲ部２０２の導波方向に対して垂直な断面においては、表面から裏面へ、第２コンタクト層１３、表面側第２クラッド層７、第１コア層２ａ、裏面側第２クラッド層４ｂ、第２回折格子層１０、および裏面側第２クラッド層４ａの一部（ハイメサ界面６０の箇所）までの層が、ハイメサ型導波路構造に加工される。
図３５に示すＰＤ部２０３の導波方向に対して垂直な断面においては、表面から裏面へ、表面側第２電極１６、第３コンタクト層１４、表面側第３クラッド層８、第２コア層２ｂ、裏面側第３クラッド層５ｂ、第４クラッド層１１、および裏面側第３クラッド層５ａの一部（ハイメサ界面６０の箇所）までの層が、ハイメサ型導波路構造に加工される。各層の導電型は実施の形態１の場合と同様である。
実施の形態２に係る半導体レーザ２００の製造方法について、実施の形態１の図５から図１４までの手順は同様であるが、図１５に示す裏面側の基板１８を研削する工程の前に、表面側から裏面側へ、第１コンタクト層１２、第２コンタクト層１３、および第３コンタクト層１４の位置から、裏面側第１クラッド層３ａ、裏面側第２クラッド層４ａ、および裏面側第３クラッド層５ａの一部（ハイメサ界面６０の箇所）までを、ハイメサ型導波路構造になるようにドライエッチングによって加工する。この後、実施の形態１と同様に、基板１８を研削することによって除去し、ＤＦＢ部２０１の表面側第１電極１５とＤＢＲ部２０２の表面側第２電極１６、および全体の裏面側電極１７を形成する。ここで電極形成の方法としては、例えば金属蒸着方法が用いられる。
実施の形態２に係る半導体レーザによっても、ＤＦＢ部２０１から出射されるレーザ光の出力変化をＰＤ部２０３で検出される電流量の変化で測定することができ、ＤＦＢ部２０１の発光層１とＰＤ部２０３のコア層２が独立して動作するため、それぞれ最適な層構成を設定できる。また、ＤＦＢ部２０１とＰＤ部２０３間の電流経路を防ぐことができる効果を奏する。さらに、ハイメサ型導波路構造の採用により、より効率良くレーザ光を発光層１に閉じ込めることができる。
実施の形態３．
実施の形態３に係る埋め込み型の半導体レーザ３００（図示せず）では、導波方向の断面構造は図３２と同じである。
実施の形態３に係る埋め込み型の半導体レーザ３００の導波方向に対して垂直方向の断面構造について、ＤＦＢ部３０１の断面を図３６に示し、ＤＢＲ部３０２の断面を図３７に示し、ＰＤ部３０３の断面を図３８に示す。
実施の形態３に係る埋め込み型の半導体レーザ３００の導波方向に対して垂直な断面構造は、それぞれ図３６、図３７、図３８に示すように、裏面側第１クラッド層３ａ、裏面側第２クラッド層４ａおよび裏面側第３クラッド層５ａの一部までがハイメサ型導波路構造に加工され、さらに、この加工された領域を抵抗値が高い電流ブロック層１９で埋め込んだ埋め込み型である。
図３６から３８において、図１と同じ符号を付けたものは、同一または対応する構成を示す。
実施の形態３に係る埋め込み型の半導体レーザ３００（図示せず）では、導波方向の断面構造は図３２と同じである。
実施の形態３に係る埋め込み型の半導体レーザ３００の導波方向に対して垂直方向の断面構造について、ＤＦＢ部３０１の断面を図３６に示し、ＤＢＲ部３０２の断面を図３７に示し、ＰＤ部３０３の断面を図３８に示す。
実施の形態３に係る埋め込み型の半導体レーザ３００の導波方向に対して垂直な断面構造は、それぞれ図３６、図３７、図３８に示すように、裏面側第１クラッド層３ａ、裏面側第２クラッド層４ａおよび裏面側第３クラッド層５ａの一部までがハイメサ型導波路構造に加工され、さらに、この加工された領域を抵抗値が高い電流ブロック層１９で埋め込んだ埋め込み型である。
図３６から３８において、図１と同じ符号を付けたものは、同一または対応する構成を示す。
実施の形態３に係る埋め込み型の半導体レーザ３００の製造方法は、表面から裏面へ、クラッド層の一部までハイメサ型導波路構造に加工する工程は実施の形態２と同様である。さらに、この後、加工された領域を電流ブロック層１９で埋め込んでから、基板１８を研削することによって除去し、表面側第１電極１５と表面側第２電極１６と裏面側電極１７を形成する。ここで電極形成の方法としては、例えば金属蒸着方法が用いられる。
ハイメサ型導波路構造以外に、実施の形態１の図２から４、および図１８から２０のようなリッジ型導波路構造も同様に、加工された領域を電流ブロック層１９で埋め込むことにより、埋め込み型の半導体レーザを製造することができる。
ハイメサ型導波路構造以外に、実施の形態１の図２から４、および図１８から２０のようなリッジ型導波路構造も同様に、加工された領域を電流ブロック層１９で埋め込むことにより、埋め込み型の半導体レーザを製造することができる。
実施の形態３に係る埋め込み型の半導体レーザ３００によっても、ＤＦＢ部３０１から出射されるレーザ光の出力変化をＰＤ部３０３で検出される電流量の変化で測定することができ、ＤＦＢ部３０１の発光層１とＰＤ部３０３のコア層２が独立して動作するため、それぞれ最適な層構成を設定できる。また、ＤＦＢ部３０１とＰＤ部３０３間の電流経路を防ぐことができる効果を奏する。さらに、電流ブロック層１９を設けたことにより、積層表面の厚さ分布が均一に加工できるため、表面電極の平坦化効果があり、半導体レーザを歩留まり良く製造できる。
実施の形態４
実施の形態１、実施の形態２、および実施の形態３に係る半導体レーザは、ＤＦＢ部の第１回折格子層９で発光波長を選択し、ＤＢＲ部の第２回折格子層１０で反射するレーザ光の波長帯域と割合を設定することができる。したがって、図３９に示すように、実施の形態１、実施の形態２、あるいは実施の形態３に係る半導体レーザを複数用いてアレイ状に並置することにより、集積することができる。このような半導体レーザアレイにおいては、それぞれの半導体レーザのＤＦＢ部の発光波長が同じでない場合でも、それぞれの発光波長に対応したＤＢＲ部の第１回折格子層を形成することによって反射するレーザ光の波長帯域と割合を、別個に設定することができる。
実施の形態１、実施の形態２、および実施の形態３に係る半導体レーザは、ＤＦＢ部の第１回折格子層９で発光波長を選択し、ＤＢＲ部の第２回折格子層１０で反射するレーザ光の波長帯域と割合を設定することができる。したがって、図３９に示すように、実施の形態１、実施の形態２、あるいは実施の形態３に係る半導体レーザを複数用いてアレイ状に並置することにより、集積することができる。このような半導体レーザアレイにおいては、それぞれの半導体レーザのＤＦＢ部の発光波長が同じでない場合でも、それぞれの発光波長に対応したＤＢＲ部の第１回折格子層を形成することによって反射するレーザ光の波長帯域と割合を、別個に設定することができる。
実施の形態４に係る半導体レーザアレイによっても、ＤＦＢ部から出射されるレーザ光の出力変化をＰＤ部で検出される電流量の変化で測定することができ、ＤＦＢ部の発光層１とＰＤ部のコア層２が独立して動作するため、それぞれ最適な層構成を設定できる。また、ＤＦＢ部とＰＤ部間の電流経路を防ぐことができる効果を奏する。
さらに、実施の形態４に係る半導体レーザアレイでは、半導体レーザ間の距離はＰＤ部の大きさに制限されず、半導体レーザアレイの小型化が可能であり、かつ、小型化に伴う光出力特性の低下も発生しない。
なお、本発明は、発明の範囲内において、各実施の形態に係る半導体レーザを組み合わせ、各実施の形態に係る半導体レーザを適宜、変形、省略することが可能である。
さらに、実施の形態４に係る半導体レーザアレイでは、半導体レーザ間の距離はＰＤ部の大きさに制限されず、半導体レーザアレイの小型化が可能であり、かつ、小型化に伴う光出力特性の低下も発生しない。
なお、本発明は、発明の範囲内において、各実施の形態に係る半導体レーザを組み合わせ、各実施の形態に係る半導体レーザを適宜、変形、省略することが可能である。
１ 発光層、２ コア層、２ａ 第１コア層、２ｂ 第２コア層、３、３ａ、３ｂ 裏面側第１クラッド層、４、４ａ、４ｂ 裏面側第２クラッド層、５、５ａ、５ｂ 裏面側第３クラッド層、６、６ａ、６ｂ 表面側第１クラッド層、７、７ａ、７ｂ 表面側第２クラッド層、８、８ａ、８ｂ 表面側第３クラッド層、９ 第１回折格子層、１０ 第２回折格子層、１１ 第４クラッド層、１２ 第１コンタクト層、１３ 第２コンタクト層、１４ 第３コンタクト層、１５ 表面側第１電極、１６ 表面側第２電極、１７ 裏面側電極、１８ 基板、１９ 電流ブロック層、２０ 裏面側クラッド層、２０ａ 裏面側クラッド層、２０ｂ 裏面側クラッド層、３０ クラッド層、４０ 表面側クラッド層、４０ａ 表面側クラッド層、４０ｂ 表面側クラッド層、５０ コンタクト層、６０、リッジ構造界面
１００、１１０、２００ 半導体レーザ、１０１、１１１、２０１ ＤＦＢ部、１０２、１１２、２０２ ＤＢＲ部、１０３、１１３、２０３ ＰＤ部
１００、１１０、２００ 半導体レーザ、１０１、１１１、２０１ ＤＦＢ部、１０２、１１２、２０２ ＤＢＲ部、１０３、１１３、２０３ ＰＤ部
Claims (14)
- 第１導電型の裏面側第１クラッド層、第１導電型の第１回折格子層、第１のＭＱＷ構造からなりレーザ光を発する発光層、第２導電型の表面側第１クラッド層、および第２導電型の第１コンタクト層が積層されたＤＦＢ部と、
前記裏面側第１クラッド層より抵抗率が高い裏面側第２クラッド層、前記レーザ光の一部を前記ＤＦＢ部に反射する第２回折格子層、前記レーザ光の残部を導波し前記第１のＭＱＷ構造より実効的バンドギャップエネルギーが小さい第２のＭＱＷ構造からなる第１コア層、および前記表面側第１クラッド層より抵抗率が高い表面側第２クラッド層が積層されたＤＢＲ部と、
第１導電型の裏面側第３クラッド層、前記ＤＢＲ部の前記第１コア層により導波された前記レーザ光の残部を吸収する前記第２のＭＱＷ構造からなる第２コア層、第２導電型の表面側第３クラッド層、および第２導電型の第２コンタクト層が積層されたＰＤ部と、
を備える半導体レーザ。 - 前記裏面側第１クラッド層、前記裏面側第２クラッド層および前記裏面側第３クラッド層に共通に設けられた裏面側電極を有することを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
- 前記ＤＦＢ部に表面側第１電極を備え、前記ＰＤ部に表面側第２電極を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ。
- 前記表面側第２クラッド層の抵抗率は前記表面側第１クラッド層より１０倍以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
- 前記裏面側第２クラッド層の抵抗率は前記裏面側第１クラッド層より１０倍以上であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
- 前記第１のＭＱＷ構造を構成するウエル層の層厚は、前記第２のＭＱＷ構造を構成するウエル層の層厚より小さいことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
- 前記レーザ光を導波するリッジ型導波路構造が設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
- 前記レーザ光を導波するハイメサ型導波路構造が設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
- 前記リッジ型導波路構造、あるいは前記ハイメサ型導波路構造が電流ブロック層で埋め込まれていることを特徴とする請求項７または８に記載の半導体レーザ。
- 請求項１から９のいずれか１項に記載の半導体レーザが、少なくとも２つ並置されている半導体レーザアレイ。
- ＤＦＢ部、前記ＤＦＢ部に隣接したＤＢＲ部および前記ＤＢＲ部に隣接したＰＤ部の各部が形成される基板の上に、裏面側クラッド層の一部および回折格子形成用クラッド層を順に結晶成長する工程と、
前記ＤＦＢ部に対応する前記回折格子形成用クラッド層に第１回折格子層を、前記ＤＢＲ部に対応する前記回折格子形成用クラッド層に第２回折格子層をそれぞれエッチングにより形成する工程と、
前記回折格子形成用クラッド層の上に、前記裏面側クラッド層の残部を結晶成長する工程と、
前記ＤＦＢ部および前記ＰＤ部の前記裏面側クラッド層にキャリアを注入する工程と、
前記裏面側クラッド層の上に第１のＭＱＷ構造からなる発光層を結晶成長する工程と、
前記ＤＢＲ部と前記ＰＤ部の前記発光層を除去した後に前記第１のＭＱＷ構造より実効的バンドギャップエネルギーが小さい第２のＭＱＷ構造からなるコア層を結晶成長する工程と、
前記発光層および前記コア層の上に表面側クラッド層およびコンタクト層を順に結晶成長する工程と、
前記ＤＦＢ部と前記ＰＤ部の前記表面側クラッド層および前記コンタクト層にキャリアを注入する工程と、
前記基板を研削により除去する工程と、
前記ＤＦＢ部と前記ＰＤ部の前記コンタクト層の上に表面側電極をそれぞれ形成する工程と、
前記裏面側クラッド層の前記基板の除去により露出した面上に裏面側電極を形成する工程と、
を備える半導体レーザの製造方法。 - レーザ光を導波するリッジ型導波路構造をエッチングにより形成する工程を含む請求項１１に記載の半導体レーザの製造方法。
- レーザ光を導波するハイメサ型導波路構造をエッチングにより形成する工程を含む請求項１１に記載の半導体レーザの製造方法。
- 前記リッジ型導波路構造あるいは前記ハイメサ型導波路構造を電流ブロック層で埋め込む工程を含む請求項１２または１３に記載の半導体レーザの製造方法。
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2018
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