KR19980069797A - 분포귀환형 반도체 레이저 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

DFB 레이저101에 있어서, 광도파영역에서의 실효굴절율의 변화에 의해 공진기가 가지는 결합정수 κ를 변화시켜서, SHB현상에 의한 광출력 전류특성의 선형성의 열화를 제어성 좋게 억제한다.

가이드층51을 구성하는 반도체결정의 조성을, 공진기 길이방향에서의 결합계수의 변화에 의해 해당 공진기 내에서의 전계분포가 균일화되도록, 해당 공진기의 길이 방향으로 변화시켰다.

Description

분포귀환형 반도체 레이저 및 그 제조방법

본 발명은 분포귀환형 반도체 레이저 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 광통신등에 이용하는 분포귀환형 반도체 레이저에서의 변조변형을 감소하기 위한 구조 및 그 형성방법에 관한 것이다.

아날로그변조방식을 이용한 광통신시스템에서는, 그 광원으로서 분포귀환형 반도체 레이저(이하, DFB 레이저라고도 한다)가 이용되고 있고, 도 22는 종래의 DFB 레이저의 구조를 나타내는 사시도이다. 또한, 도 23(a)은 그 공진기 길이방향과 평행한 단면의 구조를 나타낸 도면이고, 도 23(b)은 해당 공진기 길이방향에서의 결합정수의 분포상태를 나타낸 도면이다.

도면에 있어서, 200은 종래의 DFB 레이저로, 그 기판 1상에는, 레이저광을 발생시키기 위한 반도체 적층구조210가 형성되어 있고, 해당 적층구조210는 두께 1.58m의 하부클래드층2과 두께 0.15∼0.2㎛정도의 상부클래드층4과의 사이에, i-InGaAsP로 이루어지는 두께 0.1㎛의 변형다중 양자우물활성층(i-InGaAsP 계MQW 활성층)3을 끼워 넣어서 구성되어 있다. 해당 활성층3의 층두께는 그 구성재료등에 의해 다르고, 0.05∼0.2㎛ 범위의 층두께로 설정된다. 여기서, 상기 기판 1에는 Zn을 도우프한 캐리어농도 1×10¹⁸cm^-3의 p-InP 기판이 이용되고 있고, 상기 하부클래드층2은 Zn을 도우프한 캐리어농도 1×10¹⁸cm^-3의 p-InP 층으로부터, 상부클래드층4은 S를 도우프한 캐리어농도 5×l0¹⁷∼1×l0¹⁸cm^-3의 n-InP 층으로 구성되어 있다.

또한, 상기 적층구조210는 상기 기판 1상의 소정방향에 따른 띠모양의 리지부220를 구성하고 있고, 해당 기판1상의 리지부220 양측에는, 하측, 중간 및 상측의 전류블록층 7a, 7b, 7c가 적층되어 있다. 이들 전류블록층은 층두께방향의 전류의 흐름을 블록함과 동시에, 상기 활성층3을 중심으로 하는 광도파영역에 레이저광이 집중하도록 레이저광의 가로방향안에 차폐하는 광차폐구조210a, 210b를 구성하고 있다. 또한, 상기 상부클래드층4상에는, 상기 리지부220를 구성하는 두께 0.04㎛의 매립격자구조의 가이드층5이 배치되어 있다. 이 가이드층5은 해당 광도파영역에서의 광도파방향에서 주기구조를 가지도록, 즉 평면형상이 스트라이프형상이 되도록 형성되어 있고, 해당 광도파영역에서 레이저광의 분포귀환을 발생시키는 공진기를 구성하는 것으로 되어 있다.

여기서, 상기 가이드층5은 Se를 도우프한 캐리어농도 5×10¹⁷∼1× 10¹⁸cm^-3의 n-InGaAsP로 이루어지고, 그 주기구조에서의 InGaAsP 영역의 배치간격은 0.2㎛ 으로 되어 있다. 또한, 상기 하측, 상측전류블록층7a, 7c는, Zn을 도우프한 캐리어농도 1×10¹⁸cm^-3의 p-InP 층으로 이루어지며, 중앙전류블록층 7b는, S를 도우프한 캐리어농도 7×10¹⁷cm^-3의 n-InP 층으로 구성되어 있다.

또한, 상기 가이드층5상에는, S를 도우프한 캐리어농도 5×10¹⁷∼1×10¹⁸의 저농도의 n-InP 콘택층6이 그 InGaAsP 영역간의 부분을 매립하도록 형성되어 있고, 이 n-InP 콘택층6은 상기 리지부220를 구성하고 있다.

또한 상기 리지부220 및 광차폐구조210a, 210b상에는 고농도콘택층9이 형성되어 있고, 이 콘택층9은, Se를 도우프한 캐리어농도는 7×10¹⁸cm^-3정도의 n-InP 층으로 구성되어 있다. 여기서 n-InP 층의 두께, 즉 상기 가이드층5의 표면에서 콘택층9의 표면까지의 거리는 2㎛정도로 되어 있다.

그리고, 상기 콘택층6상에는 절연막8을 통해 n전극10b가 형성되고, 상기 p-InP 기판1의 이면측에는 p전극10a가 형성되어 있다. 상기 n전극 10b는, 해당 절연막8의, 상기 리지부220에 대응하는 부분에 형성된 절연막 개구 8a를 통해 상기 콘택층9과 전기적으로 접속되어 있다. 여기서, n전극 10b는 하층의 Cr 층과 상층의 Au 층으로 이루어지는 적층구조로 되어 있고, 상기 p전극10a는, 기판측의 AuZn 합금층과 표면측의 Au층으로 이루어지는 적층구조로 되어 있다.

다음에 제조방법에 관해서 설명한다.

도 24 및 도 25는 상기 DFB 레이저의 제조방법을 주요공정순차로 설명하기 위한 단면도이고, 도 24(a)∼(d), 도 25(a)∼(e)는 해당 DFB 레이저의 저반사막측 단면의 구조를, 도 24(e)∼(h), 도 25(f)∼(j)는 공진기 길이방향과 평행한 단면의 구조를 각각 공정순으로 나타내고 있다.

먼저 p-InP 기판 1상에, 두께 1.5㎛의 p-InP층 2a, i-InGaAsP로 이루어지는 두께 0.1㎛정도의 변형다중양자우물층3a, 두께 0.15㎛의 n-InP층 4a 및 두께 0.04㎛의 n-InGaAsP 층 5a를, MOCVD 법에 의해 연속적으로 성장한다(도 24(a),(e)).

이어서, 간섭노광법을 이용하여 사진제판을 행하고, 이에 의해 형성된 포토마스크를 이용하여 SiO₂막의 패터닝을 행하며, 소정방향에서의 주기구조를 가지는 SiO₂마스크20a를 형성한다(도 24(b),(f)).

또한, 해당 SiO₂마스크20a를 에칭마스크로 해서 상기 n-InGaAsP 층 5a를 에칭하여, InGaAsP 영역과 공간영역이 상기 소정방향에 교대로 늘어선 주기구조를 가지는 n-InGaAsP층 5b를 형성한다(도 24(c),(g)).

그리고, SiO₂마스크 20a를 제거한 뒤, 다시 MOCVD 법을 이용하여 n-InP 층 6a를 해당 n-InGaAsP층 5a의 공간영역이 매립되도록 전체면에 성장한다(도 24(d),(h)).

다음에, 상기 소정방향을 따라서 소정의 폭을 가지는 띠모양의 SiO₂마스크20b를 형성하고(도 25(a),(f)), 이것을 에칭마스크로 해서 기판상의 각 반도체층을 선택적으로 에칭하여, 단면메사형의 띠모양의 리지부220를 형성한다(도 25(b),(g)). 즉, 해당 리지부220를 구성하는 하부클래드층2, 활성층3, 상부클래드층4, 가이드층5 및 저농도콘택층6이 형성된다.

다음에 상기 띠모양의 마스크20b를 선택성장마스크로 해서, MOCVD법에 의해 p-InP 하측전류블록층7a, n-InP 중앙전류블록층 7b 및 p-InP 상측 전류블록층7c을, 상기 기판1상의 리지부220의 양측에 차례로 성장한다(도 25(c),(h)). 이 때, 해당 리지부220의 양측의 각 전류블록층7a∼7c에 의해 광차폐구조210a, 210b가 형성된다.

또한, 상기 띠모양의 마스크20b를 제거한 뒤, 상기 리지부220 및 전류블록층7c상에 고농도콘택층9을 형성하고, 다음에 상기 리지부220에 대응하는 부분에 절연막개구8a를 가지는 SiO₂막8을 형성한다(도 25(d),(i)). 그리고 마지막으로, 상기 SiO₂막 8상에 오믹성의 n전극10b를 형성하고, 기판1의 이면측에 오믹성의 p전극10a를 형성하여, DFB 레이저200를 완성한다(도 25(e),(j)).

그런데, 아날로그변조방식을 이용한 광통신시스템에서는, 광원이 되는 DFB 레이저에는 광출력-전류특성(L-I 특성)의 선형성이 좋고 변조왜곡이 작은 것이 요구되지만, DFB 레이저에서는, 그 L-I 특성의 선형성을 악화시키는 요인으로서, 횡축방향 공간적 홀버닝(Spatial Hole Burning)라고 불리우는 현상(이하, SHB 현상이라고 한다)이 있다. 이 SHB 현상은 공진기내에서 전계가 불균일하게 분포하는 현상이고, 이 전계의 불균일한 분포에 의해서 공진기내에서의 광이득이 불균일한 것이 되어, 주입전류의 증감에 대한 광출력의 변화에 비선형성이 생기고, 변조왜곡에 의한 특성의 악화를 초래하게 된다. 또한, 상기 SHB 현상의 억제에는, 공진기내에서 결합정수κ를 변화시키는 것이 효과적이라고 알려져 있으나, 이 공진기내에서 결합정수를 변화시키기 위한 유효한 구조에 관해서는, 현재는 아직 실현되어 있지 않다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 광도파영역에서의 실효굴절율의 변화에 의해 공진기내의 결합정수를 제어성 좋게 변화시키기 위한 구조를 실현할 수 있고, 이에 의해 SHB 현상에 의한 광출력 전류특성의 선형성 열화를 효과적으로 억제할 수 있는 분포귀환형 반도체 레이저 및 그 제조방법을 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명(청구항1)에 관계되는 분포귀환형 반도체 레이저는, 활성층을 상하의 클래드층에 의해 끼워 넣어서 이루어지고, 해당 활성층에서 레이저광을 발생시키기 위한 반도체 적층구조와, 해당 반도체 적층구조의 근방에 배치되어 상기 활성층을 중심으로 하는 광도파영역에 레이저광이 집중하도록, 해당 레이저광의 가로방향 차폐를 행하는 광차폐구조와, 상기 반도체적층구조의 근방에 해당 활성층으로부터의 레이저광을 흡수하도록 배치되고 해당 활성층과의 사이에서 광결합하는 가이드층과, 해당 활성층과 가이드층의 광결합강도의 상기 광도파영역에서의 광도파방향의 주기적인 변화에 의해, 해당 광도파영역에서 레이저광의 분포귀환을 발생시키는 공진기구조를 구비하여, 상기 광결합강도에 대응하는 결합정수를 변화시키는 요소인 해당 활성층의 폭, 해당 가이드층의 재료조성 및, 가이드층과 활성층과의 거리중의 적어도 1개의 요소가 공진기 길이방향에서의 변화를 가지는 것이다.

본 발명(청구항2)에 관계되는 분포귀환형 반도체 레이저는 활성층을 상하의 클래드층에 의해 끼워 넣어서 이루어지고, 해당 활성층에서 레이저광을 발생시키기 위한 반도체 적층구조와, 해당 반도체 적층구조의 근방에 배치되어 상기 활성층을 중심으로하는 광도파영역에 레이저광이 집중하도록, 해당 레이저광의 가로방향 차폐를 행하는 광차폐구조와, 해당 광도파영역에서의 광도파방향에 대한 주기구조를 가지도록 형성되어, 해당 광도파영역에서 상기 레이저광의 분포귀환을 발생시키는 공진기를 구성하는 가이드층을 구비하고, 해당 가이드층을 제 1영역과 제 2영역이 공진기 길이방향에 교대로 배열된 스트라이프형 평면패턴을 가지며, 인접하는 제 1 및 제 2영역간에서의 층두께의 비율이 해당 공진기 길이방향에서의 위치에 따라서 변화하는 구조로 한 것이다.

본 발명(청구항3)에 관계되는 분포귀환형 반도체 레이저의 제조방법은, 제 1도전형 반도체 기판상에 제 1도전형 하부클래드층, 활성층, 제 2도전형 상부클래드층 및 제 2도전형 가이드층을 순차 형성하는 공정과, 해당 제 2도전형 가이드층상에 제 2도전형의 제 1의 반도체층을, 소정방향에서의 두께에 변화가 생기도록 형성하는 공정과, 상기 제 2도전형의 제 1의 반도체층 및 상기 가이드층의 선택적인 에칭에 의해, 상기 가이드층을 제 1영역과 제 2영역이 상기 소정방향에 교대로 배열된 스트라이프형 평면패턴을 가지며, 인접하는 제 1및 제 2영역간에서의 층두께의 비율이 상기 소정방향에서의 위치에 따라서 변화한 구조로 하는 공정과, 상기 기판상의 각 층의 선택적인 에칭처리에 의해 상기 소정방향에서 레이저광의 분포귀환을 발생시키는 공진기를 구성하는, 광도파영역이 되는 리지부를 형성하는 공정을 포함하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 DFB 레이저의 단면구조(a), 그 결합계수의 공진기 길이방향에서의 분포(b), 그 제조프로세스로 이용하는 마스크의 형상(c)을 나타낸 도면.

도 2는 상기 실시의 형태 1에 의한 DFB 레이저의 제조방법의 메사에칭처리까지의 각 주요공정에서의 저반사막측 단면의 구조(a)∼(e)및 그 리지부의 단면구조(f)∼(j)를 나타내는 도면.

도 3은 상기 실시의 형태1에 의한 DFB 레이저의 제조방법의 메사에칭처리 이후의 각 주요공정에서의, 저반사막측 단면의 구조(a)∼(e)및 그 리지부의 단면구조(f)∼(j)를 나타낸 도면.

도 4는 상기 실시의 형태1의 변형예1에 의한 DFB 레이저의 단면구조(a) 및 그 변형예2에 의한 DFB 레이저의 단면구조(b)를 나타낸 도면.

도 5는 본 발명의 실시의 형태 2에 의한 DFB 레이저의 단면구조(a), 그 변형예에 의한 DFB 레이저(b)의 단면구조 및 실시의 형태 2의 제조프로세스로 이용하는 마스크의 형상(c)을 나타낸 도면.

도 6은 상기 실시의 형태 2에 의한 DFB 레이저의 제조방법의 메사에칭처리까지의 각 주요공정에서의 저반사막측 단면의 구조(a)∼(e)및, 그 리지부의 단면구조(f)∼(j)를 나타낸 도면.

도 7은 상기 실시의 형태 2에 의한 DFB 레이저의 제조방법의 메사에칭처리 이후의 각 주요공정에서의 저반사막측 단면의 구조(a),(b) 및, 그 리지부의 단면구조(c),(d)를 나타낸 도면.

도 8은 본 발명의 실시의 형태 3에 의한 DFB 레이저를 단면구조(a), 그 활성층과 가이드층의 위치관계(b)및, 그 제조방법에 이용하는 에칭마크스의 평면형상(c)을 나타낸 도면.

도 9는 상기 실시의 형태 3에 의한 DFB 레이저 제조방법의 가이드층 형성처리 까지의 각 주요공정에서의 저반사막측 단면의 구조(a)∼(d)및, 그 리지부의 단면구조(e)∼(h)를 나타낸 도면.

도 10은 상기 실시의 형태 3에 의한 DFB 레이저 제조방법의 가이드층의 가공공정 및, 콘택층의 형성공정에서의 저반사막측 단면의 구조(a),(b)및 그 리지부의 단면구조(c),(d)를 나타낸 도면.

도 11은 본 발명의 실시의 형태 3의 변형예에 의한 DFB 레이저를 단면구조(a), 그 활성층과 가이드층의 위치관계(b) 및, 그 제조방법에 이용하는 엣칭마크스의 평면형상(c)을 나타낸 도면.

도 12는 본 발명의 실시의 형태 4에 의한 DFB 레이저의 단면구조(a) 및 그 결합계수의 공진기 길이방향에서의 분포(b)를 나타낸 도면.

도 13은 상기 실시의 형태 4에 의한 DFB 레이저 제조방법의 가이드층 가공공정에서의, 저반사막측 단면구조(a)∼(c)및 그 리지부의 단면구조(d)∼(f)를 나타낸 도면.

도 14는 상기 실시의 형태 4에 의한 DFB 레이저 제조방법에서의 저농도콘택층 형성공정 및, 메사에칭공정에서의 저반사막측 단면의 구조(a)∼(c)와 그 리지부의 단면구조(d)∼(f)를 나타낸 도면.

도 15는 본 발명의 실시의 형태 5에 의한 DFB 레이저의 단면구조(a)및, 결합계수의 분포(b)를 나타낸 도면.

도 16은 상기 실시의 형태 5에 의한 DFB 레이저 제조방법의 주요공정에서의 저반사막측 단면의 구조(a)∼(f)및, 그 리지부의 단면구조(g)∼(I)를 나타낸 도면.

도 17은 도 16(g)∼(j)에 나타내는 단면구조를 확대해서 나타낸 도면(a)∼(d)이다.

도 18은 상기 실시의 형태 5에서의 가이드층이 인접하는 제 l영역(평탄부분)및 제 2영역(홈 형성부분)에서 가이드층 구성재료가 차지하는 단면적(斷面積)의 비율과, 결합정수와의 관계를 나타낸 도면.

도 19는 상기 실시의 형태 5의 변형예에 의한 DFB 레이저의 단면구조(a)및, 결합 계수의 분포(b)를 나타낸 도면.

도 20은 본 발명의 실시의 형태 6에 의한 DFB 레이저의 결합계수의 분포를 나타낸 도면.

도 21은 본 발명의 실시의 형태 7에 의한 DFB 레이저의 단면구조(a) 및, 공진기 길이방향 소정위치에서의 층두께방향에 있어서의 조성의 분포(b)를 나타낸 도면.

도 22는 종래 DFB 레이저의 구조를 나타내는 사시도.

도 23은 종래 DFB 레이저의 단면구조(a)및, 해당 공진기 길이방향에서의 결합정수의 분포(b)를 나타낸 도면.

도 24는 종래 DFB 레이저 제조방법의 메사에칭처리까지의 주요공정에 있어서, 저 반사막측 단면구조(a)∼(d)및 그 리지부의 단면구조(e)∼(11)를 나타낸 도면.

도 25는 종래 DFB 레이저 제조방법의 메사에칭처리이후의 주요공정에 있어서, 저 반사막측 단면구조(a)∼(e)및 그 리지부의 단면구조(f)∼(j)를 나타낸 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : p-InP기판2,23 : p-InP 하부클래드층

3,33 : i-InGaAsP계 MQW 활성층4,42,43 : n-InP 상부클래드층

6 : 저농도 n-InP 콘택층7a : p-InP 하측전류블록층

7b : n-InP 중앙전류블록층7c : p-InP 상측전류블록층

9 : 고농도 n-InP 콘택층10a : p전극

10b : n전극20a,20b,50,60 : 에칭용마스크

30,40 : 선택성장용 마스크31 : 파형활성층

51,55,57,551 : 격자형가이드층53,512,531 : 가이드층

54 : 다층광가이드층

54a,54b,54c : 제 1, 제 2, 제 3가이드층

101,101a,101b,102,102a,103,103a,104,105,105a,107 : DFB 레이저

110,110b,112,120,130,130a : 반도체 적층구조

113a,113b,210a,210b : 광차폐구조

220,223,224,225 : 띠(帶)모양 리지부

511,521 : 파형가이드층Ld : 광출사방향

먼저, 본 발명의 기본원리에 관해서 설명한다.

일반적으로 DFB 레이저의 결합정수 κ는 다음식(1)과 같이 나타낸다.

κ =(π·△nΓ/λo) +(△αΓ/2) ···(1)

여기서, △n은 가이드층과 클래드층의 굴절율차(실효굴절율), Γ는 가이드층에의 빛의 새어나오는 비율, △α은 가이드층과 클래드층의 이득계수차, λo는 주기구조를 가지는 가이드층의 스트라이프의 피치로 결정되는 브래그(bragg)파장이다.

이 결합정수의 변화에 의해 공진기내에서의 전계분포를 변화시킬 수 있고, 따라서, 이 결합정수의 공진기 길이방향의 분포에 의해, SHB 현상에 의해 생긴 공진기내에서의 전계의 불균일한 분포를 상쇄할 수 있다.

즉, 상기 결합정수를 공진기 길이방향으로 변화시킴으로써, 공진기내에서 결합정수 κ가 똑같은 DFB 레이저보다도 SHB 현상에 의한 전계의 불균일한 분포를 억제할 수 있고, 변조 2차 왜곡으로 환산해서 10dB 이상의 개선효과를 기대할 수 있다.

이하, 본 발명의 각 실시의 형태에 관해서 설명한다.

(실시의 형태 1)

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 DFB 레이저를 설명하기 위한 도면이고, 도 1(a)는 그 공진기 길이방향과 평행한 단면의 구조를 나타내고, 도 1(b)는 그 결합정수의 공진기 길이방향에서의 분포를 나타내고 있다. 도 1(c)는 해당 DFB 레이저의 제조프로세스로써 이용하는 선택성장용 마스크의 형상을 나타내는 평면도이다.

도면에 있어서, 도 23과 동일부호는 종래의 DFB 레이저200와 동일한 것을 나타내고, 101은, 레이저광을 발생하기 위한 반도체 적층구조110를 가지는 본 실시의 형태 1의 DFB 레이저이다. 이 반도체 적층구조 110은 종래의 DFB 레이저 200에서의 반도체 적층구조210와 마찬가지이고, 상하의 클래드층2, 4의 사이에 활성층3을 끼워 넣어서 이루어지는 구조로 되어 있다. 또한, 이 반도체 적층구조110의 일단측 단면에는 저반사막이, 타단측 단면에는 고반사막이 코팅되어 있고, 이에 의해 공진기가 구성되어 있으며, 저반사막측 단면으로부터 레이저광이 출사방향Ld에 따라서 출사되도록 되어 있다.

그리고 이 DFB 레이저 101에서는, 공진기에서 레이저광의 분포귀환을 발생시키기 위한 주기구조를 가지는 매립격자구조의 가이드층51을, 그 구성재료인 n-In_xGa_l-xAs_yP_1­y의 조성을 공진기 길이방향에 따라서 변화시킨 구조를 하고 있다. 이에 의해 상기(1)식의 가이드층51과 상클래드4 사이에서의 굴절율차 △n이 공진기 길이방향으로 변화하고, 이것에 따라서 결합정수 κ의 분포가, 공진길이방향에서의 변화를 가지는 것이 된다. 그 밖의 구성은 종래의 DFB 레이저 200와 동일하다.

또, 여기서는, 상기 가이드층51을 구성하는 n-InGaAsP의 재료조성의 분포는, 공진기의 저반사막측 단면으로부터 고반사막측 단면에 걸쳐서, 밴드갭의 파장환산치 λg이 0.92㎛ 부근에서 1.67㎛부근까지 서서히 직선적으로 변화하는듯한 분포를 하고 있다. 또, 여기서는 공진기 단면사이의 거리는 300㎛ 정도로 되어 있고, 또한 그 고반사막측 단면에서의 결합정수는 0, 저반사막측 단면에서의 결합정수는 2∼3으로 되어 있다.

다음에 제조방법에 관해서 설명한다.

이러한 구성의 DFB 레이저101의 제조방법은, 종래의 DFB 레이저 200의 제조방법과는, 가이드층51을 이루는 InGaAsP층 51a(도 2(b),(g)참조)의 성장을, 도 1(c)에 나타내는 선택성장용 마스크30를 이용하여 밴드갭 제어선택성장법에 의해 행하는 점만이 다르다. 이 마스크30는 가이드층을 이루는 InGaAsP 층을 형성하여야 할 영역R1의 양측에 마주보도록 배치되어, 그 폭이 공진기의 고반사막측 단면으로부터 저반사막측 단면에 걸쳐서 서서히 증대한 절연막30a, 30b로 이루어진다.

이하, 간단히 설명한다.

도 2 및 도 3은 상기 DFB 레이저의 제조방법을 주요공정순으로 설명하기 위한 측면도및 단면도이고, 도 2(a)∼(e), 도 3(a)∼(e)는 해당 DFB 레이저의 저반사막측 단면의 구조를, 도 2(f)∼(j), 도 3(f)∼(j)은 리지부분의 공진기 길이방향과 평행한 단면의 구조를 각각 공정순으로 나타내고 있다.

먼저, p-InP 기판 1상에, 두께 1.5㎛의 p-InP 층 2a, i-InGaAsP로 이루어지는 두께 0.1㎛정도의 변형 다중양자우물층3a 및, 두께 0.15㎛의 n-InP 층 4a를, MOCVD법에 의해 순차 성장하고, 다음에, 해당 n-InP층 4a상에 도 1(c)에 나타낸 바와 같이 선택성장용 마스크30를 형성한다(도 2(a),(f)). 이 마스크30는 소정간격을 떼어서 서로 마주보는 한쌍의 절연막30a, 30b로 이루어지고, 각 절연막30a, 30b는, 일단측으로부터 타단측에 걸쳐서 그 폭이 서서히 감소한 평면형상을 가지고 있다. 다음에, 상기 마스크30를 이용하여 MOCVD 법에 의해 n-InGaAsP층 51a의 선택성장을 한다(도 2(b),(g)). 이 성장시에는, 상기 마스크30의 평면형상에 따라서 성장종(成長種)의 분포에 불균형이 생기고, 해당 성장된 InGaAsP 층 5a의 조성은, 그 일단측으로부터 타단측에 걸쳐서 직선적으로 변화한 것으로 되어 있다.

다음에는 종래의 DFB 레이저의 제조방법에서의 도 24(b),(f)및, 24도(c),(g)에 나타내는 공정과 같이 처리를 행하여 상기 n-InGaAsP층51a를 가공하고, InGaAsP영역과 공간영역이 상기 소정방향에 교대로 늘어서는 주기구조를 가지는 평면스트라이프형상의 n-InGaAsP층 51b를 형성한다(도 2(c),(h)및 도 2(d),(i)참조). 또한, Si O₂마스크20a를 제거한 뒤, 다시 MOCVD 법을 이용하여 저농도 콘택층으로서의 n-InP 층 6a를, 해당 InGaAsP층 51a의 공간영역이 매립되도록 전체면에 성장한다(도 2(e),(j)).

다음에, 상기 소정방향을 따라서 소정의 폭을 가지는 띠모양의 마스크20b를 형성하고(도 3(a),(f)), 이것을 이용한 선택에칭에 의해 띠모양의 리지부220를 형성하며(도 3(b),(g)), 또한 해당 마스크20b를 이용한 선택성장에 의해 전류블록층7a∼7c을 형성한다(도 3(c),(h)).

다음에는, 도 25(d),(i)에 나타내는 공정과 같은 처리를 행하여 고농도콘택층9 및 절연막8을 형성하고(도 3(d),(i)), 또한 도 25(e),(j)에 나타내는 공정과 같은 처리를 행하여 오믹성의 n 전극10b 및 p 전극 10a를 형성하며(도 3(e),(j)), 이에 의해 DFB 레이저101를 완성한다.

다음에 작용효과에 관해서 설명한다.

본 실시의 형태 1에서는, 광도파영역에서 상기 공진기 길이방향에서의 결합정수κ를, 해당 공진기내에서의 전계분포가 균일화되도록, 해당 공진기 길이방향으로 변화시켰기 때문에, SHB 현상에 의한 광출력 전류특성의 선형성의 열화를 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 상기 광도파영역에서 상기 공진기 길이방향에서의 실효굴절율을, 상기 가이드층51을 구성하는 반도체결정의 조성을 바꾸는 것에 의해 변화시켰기 때문에, 상기 광도파영역에서의 실효굴절율의 변화에 의해 공진기내의 결합정수를 제어성 좋게 변화시킬 수 있다.

또한, 가이드층51을 이루는 InGaAsP층의 성장에는, 그 폭이 공진기 길이방향에 따라서 변화한 평면형상의 선택성장용 마스크30를 이용하기 때문에, 성장되는 InGa AsP층의 조성을 상기 마스크30의 폭에 의해 간단히 조정할 수 있다. 또한, 이 선택성장용 마스크30의 형상을 변화시킴으로써, 여러가지 함수에 대응한 결합정수 κ의 분포를 실현하는 것도 가능하다.

또, 실시의 형태1에서는, 분포귀환을 발생시키기 위한 가이드층의 구조로서 매립회절격자 구조를 나타내었지만, DFB 레이저의 가이드층의 구조는 이것에 한하는 것은 아니다.

도 4(a)는, 본 실시의 형태 1의 변형예 1로서, 분포귀환을 발생시키기 위한 물결형가이드층을 가지는 DFB 레이저를 단면구조를 나타내고 있다.

도면에 있어서, 101a는 이 변형예 1에 의한 DFB 레이저이다. 이 DFB 레이저 101a는, 공진기로써 레이저광의 분포귀환을 발생시키기 위한 주기구조를 가지는 물결형 가이드층511을 가지고 있다. 이 가이드층511을 구성하는 n-In_xGa_1-xAs_yP_l-y의 조성은, 공진기 길이방향에 따라서 변화한 것으로 되어 있고, 이에 의해 광도파영역에서 상기 공진기 길이방향에서의 결합정수가, 해당 공진기내의 전계분포가 균일화되도록 해당 공진기 길이방향으로 변화하고 있다.

그 밖의 구성은 상기 실시의 형태 1의 DFB 레이저101와 동일하다.

또, 상기 파형가이드층511은 도 2(d),(i)에 나타내는 공정에서의 InGaAsP층의 선택적인 에칭처리를, InGaAsP층이 그 층두께방향으로 완전히 에칭될때까지 정지함으로써 형성할 수 있다.

이러한 구성의 DFB 레이저101a에서도 상기 실시의 형태 1과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

또한 도 4(b)는 본 실시의 형태1의 변형예2로 해서, 활성층두께 변조형DFB 레이저의 단면구조를 나타내고 있다.

도면에 있어서, 101b는 이 변형예2에 의한 DFB 레이저이고, 이 DFB 레이저 101b에서는 레이저광을 발생하기 위한 반도체 적층구조112를 물결형 활성층31을 상하의 클래드층2, 4로 끼워 넣어서 이루는 구조로 하고 있다.

이 물결형활성층31은, 공진기로써 레이저광의 분포귀환을 발생시키기 위한 주기구조를 가지도록, 그 층두께를 공진기 길이방향으로 일정주기로 변화시킨 것이다. 또한 이 DFB 레이저 101b에서는 가이드층512을, 그 조성이 공진기 길이방향에 따라서 변화한 균일한 층두께의 n-InGaAsP층으로 구성하고 있다. 그 밖의 구성은 실시의 형태 1의 DFB 레이저 101와 동일하다.

또, 상기 파형활성층31은, 도 2(a),(f)에 나타내는 공정에서 i-InGaAsP층 3a를 형성한 뒤, 해당 I-InGaAsP층 3a에 대하여 상기 변형예1의 DFB 레이저 101a의 가이드층511의 에칭처리와 같은 처리를 함으로써 형성할 수 있다.

이러한 구성의 DFB 레이저 101b에서도 상기 실시의 형태1와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

(실시의 형태 2).

도 5는 본 발명의 실시의 형태 2에 의한 DFB 레이저를 설명하기 위한 도면이고, 도 5(a)는, 그 리지부에서의 공진기 길이방향과 평행한 단면의 구조를 나타내고 있다. 도면에 있어서, 도 23와 동일부호는 종래의 DFB 레이저200와 동일한 것을 나타내고, 102는, 레이저광을 발생하기 위한 반도체적층구조120를 가지는 본 실시의 형태 2의 DFB 레이저이다. 이 반도체적층구조120는 활성층3을 상하의 클래드층2, 42의 사이에 끼워넣어서 구성되어 있다. 이 위에 클래드층42상에는 광파의 분포귀환을 위한 주기구조를 가지는 매립격자구조의 n-InGaAsP 가이드층52이 형성되어 있다. 또한, 반도체적층구조120의 일단측 단면에 저반사막이, 타단측 단면에 고반사막이 코팅되어 있어, 이에 의해 공진기가 구성되어 있다.

그리고, 이 실시의 형태 2에서는, 상부 클래드층42은 그 층두께를 공진기의 저반사막측 단면으로부터 고반사막측 단면에 걸쳐서 서서히 증대시킨 구조로 하고, 공진기 길이방향에 따라서 활성층3으로부터 n-InGaAsP 가이드층52까지의 거리가 변화한 구조로 하고 있다. 또, 여기서는 공진기 단면간의 거리는 300㎛ 정도로 하고 있고, 또한 그 고반사막측 단면에서의 결합정수 κ는 0, 저반사막측 단면에서의 결합정수κ는 2∼3으로 하고 있다.

이러한 구성의 DFB 레이저 102의 제조방법은, 종래의 DFB 레이저 200의 제조방법과는 상부클래드층을 이루는 n-InP층 42a의 에피택셜성장을 할 때, 도 5(c)에 나타내는 선택성장용 마스크40를 이용하여 그 층두께를 제어하는 점만이 다르다(도 6(a),(f)참조). 이 마스크40는, 상부클래드층42이 되는 InP 층을 형성하여야 할 영역R2의 양측에 마주보도록 배치되고, 그 폭이 공진기의 저반사막측 단면으로부터 고반사막측 단면에 걸쳐서 서서히 증대한, 한쌍의 절연막40a, 40b로 이루어진다.

이하, 제조방법에 대해서 간단히 설명한다.

도 6 및 도 7은 상기 DFB 레이저의 제조방법을 주요공정순으로 설명하기 위한 측면도및 단면도이고, 도 6(a)∼(e), 도 7(a),(b)는 해당 DFB 레이저의 저반사막측 단면의 구조를, 도 6(f)∼(j), 도 7(c),(d)은 그 리지부에서의 공진기 길이방향과 평행한 단면의 구조를 각각 공정순으로 나타내고 있다.

먼저, p-InP 기판 1상에 두께1.5㎛의 p-InP층 2a 및 i-InGaAsP로 이루어지는 두께 0.1㎛정도의 변형다중 양자우물층 3a를, MOCVD 법에 의해 순차 성장하고, 다음에 해당 변형다중양자우물층3a상에, 도 5(c)에 나타낸 바와 같이 선택성장용 마스크40를 형성한다(도 6(a),(f)).

다음에 상기 마스크40를 이용하여, MOCVD 법에 의해 n-InP 층 42a의 선택성장을 한다(도 6(a),(f)). 이 성장시에는, 상기 마스크40의 평면형상에 따라서 성장가스의 농도분포에 불균형이 생기고, 마스크폭이 넓은 측에서는, 마스크폭이 좁은 측에 비교하여 I-InP 층 42a의 층두께가 두꺼워진다.

또한, 전체면에 n-InGaAsP층 52a를 형성하고(도 6(b),(g)), 그 다음에는, 종래의 DFB 레이저 제조방법에서의, 도 24(b),(f)및 도 24(c),(g)에 나타내는 공정과 마찬가지로 처리를 하여, 상기 n-InGaAsP층 52a를 가공하여, InGaAsP영역과 공간영역이 상기 소정방향으로 교대로 늘어서는 주기구조를 가지는 n-InGaAsP층 52b를 형성한다(도 6(c),(h)및 도 6(d),(i)참조).

그리고, SiO₂마스크20a를 제거한 뒤, 다시 MOCVD 법을 이용하여 저농도 콘택층으로서의 n-InP층 6a를, 해당 InGaAsP층 52b의 공간영역이 매립되도록 전체면에 성장한다(도 6(e),(j)).

그 다음에는, 상기 실시의 형태1의 DFB 레이저101의 제조방법과 마찬가지이고, 띠모양의 마스크20b의 형성(도 7(a),(c))및 이것을 이용한 선택에칭(도 7(b),(d))을 행하고, 띠모양의 리지부220를 형성하고 또한 도 3(c)∼(e)및 도 3(h)∼(j)에 나타내는 공정과 같은 처리를 행하여, 본 실시의 형태2의 DFB 레이저 102를 완성한다.

다음에 작용효과에 관해서 설명한다.

본 실시의 형태2에서는, 활성층3과 가이드층52과의 거리를 공진기 길이방향으로써 변화시켰기 때문에, 상기(1)식에서의 가이드층에의 빛이 새어나가는 비율Γ이 변화하게 되어, 이에 의해 결합정수의 공진기 길이방향에서의 변화가 생기게 된다. 또한, 결합정수는, 해당 공진기내에서의 전계분포가 균일화되도록 공진기 길이방향으로 변화하고 있기 때문에, SHB 현상에 의한 광출력 전류특성의 선형성의 열화를 효과적으로 억제할 수 있다.

또한 본 실시의 형태 2에서는, n형 InP 클래드층42의 층두께에 의해 결합정수를 변화시키도록 하고 있기 때문에, 해당 클래드층42의 층두께가 에피택셜성장시에 제어되므로, 결합정수 κ의 제어성, 재현성을 우수하게 할 수 있다.

또 상기 실시의 형태 2에서는, 분포귀환을 발생시키기 위한 가이드층의 구조로서, 매립회절 격자구조를 나타내었지만, DFB 레이저의 가이드층의 구조는 상술한 바와 같이 이것에 한정되는 것은 아니다.

도 5(b)는, 본 실시의 형태2의 변형예로서 분포귀환을 발생시키기 위한 물결형가이드층을 가지는 DFB 레이저의 단면구조를 나타내고 있다.

도면에 있어서, 102a는 이 변형예에 의한 DFB 레이저이고, 이 DFB 레이저 102a는 상기 격자구조의 가이드층52 대신에 공진기에서 레이저광의 분포귀환을 발생시키기 위한 주기구조를 가지는 물결형가이드층521을 가지고 있다. 그 밖의 구성은 상기 실시의 형태2의 DFB 레이저102와 동일하다.

또, 상기 파형가이드층521은 도 6(d),(i)에 나타내는 공정에서의 InGaAsP층의 선택적인 에칭처리를, InGaAsP층이 그 층두께방향으로 완전히 에칭될 때까지 정지함으로써 형성할 수 있다.

이러한 구성의 DFB 레이저102a에서도 상기 실시의 형태2와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 도시되어 있지 않지만, 본 실시의 형태 2의 변형예로서, 레이저광을 발생시키기 위한 반도체 적층구조120를 구성하는 활성층을, 공진기에서 레이저광의 분포귀환을 발생시키기 위한 주기구조를 가지도록 물결형구조를 한, 이득결합형 DFB 레이저도 고안할 수 있는 것은 말할 필요도 없다. 이 경우, 가이드층은 그 활성층과의 거리가 공진기 길이방향에 따라서 변화한, 균일한 층구조의 InGaAsP층으로 구성한다.

(실시의 형태3)

도 8은 본 발명의 실시의 형태 3에 의한 DFB 레이저를 설명하기 위한 도면이고, 도 8(a)는 그 리지부에서의 공진기 길이방향과 평행한 단면의 구조를 나타내며, 도 8(b)는 활성층과 가이드층과의 위치관계를 나타내는 평면도이다. 또한, 도 8(c)은 해당DFB 레이저의 제조프로세스로써 이용하는 선택처리용 마스크의 형상을 나타내는 평면도이다.

도면에 있어서, 도 23와 동일부호는 종래의 DFB 레이저200와 동일한 것을 나타내고, 103은 레이저광을 발생하기 위한 반도체 적층구조130를 가지는 본 실시의 형태3의 DFB 레이저이다. 이 반도체적층구조130은, i-InGaAsP로 이루어지는 변형다중 양자우물활성층(i-InGaAsP계 MQW 활성층)33을, p-InP 하부클래드층23 및 n-InP 상부클래드층43의 사이에 끼워 넣어서 구성되어 있다. 이 반도체 적층구조130의 일단측 단면에 저반사막이, 타단측 단면에 고반사막이 코팅되어 있고, 이에 의해 공진기가 구성되어 있다.

또한 이 실시의 형태3에서는, 상기 반도체적층구조130는 그 레이저광 출사방향과 수직인 방향의 폭이 그 저반사막측 단면으로부터 고반사막측 단면에 걸쳐서 서서히 좁아지는 평면형상을 가지고 있고, 이것이 리지부223(도 9(b)참조)로 되어 있다.

해당 리지부223의 양측의 기판1상에는 전류블록층7a∼7c이 각각 적층되어 있고, 해당 리지부의 양측의 전류블록7a∼7c에 의해 광차폐구조113a, 113b가 구성되어 있다. 그리고, 상기 리지부223 및 그 양측의 전류블록층 7c상에는, 공진기 길이방향에서의 주기구조를 가지는 매립격자구조의 가이드층53이 형성되어 있다. 또한 이 가이드층53상에는 인접하는 InGaAsP 영역 간의 공간부분을 매립하도록 전체면에 저농도의 n-InP 콘택층6이 형성되고, 해당 저농도콘택층6상에는 고농도의 n-InP 콘택층9이 형성되어 있다.

이러한 구성의 DFB 레이저 103에서는, 가이드층53의 활성층33과 대향하는 영역의 면적이, 공진기 길이방향에 따라서 공진기의 저반사막측의 단면으로부터 고반사측의 단면에 걸쳐서 서서히 감소하고 있고, 이에 의해, 상기(1)식에서의 가이드층에의 빛이 새어나가는 비율 Γ가 공진기 길이방향으로 변화하게 되어, 결합정수나 공진기 길이방향에서의 변화가 생기게 된다. 또 결합정수는 해당 공진기내에서의 전계분포가 균일화되도록 공진기 길이방향으로 변화하고 있다.

다음에 제조방법에 관해서 설명한다.

도 9 및 도 10은 상기 DFB 레이저의 제조방법을 주요공정순으로 설명하기 위한 단면도이고, 도 9(a)∼(d), 도 10(a),(b)는, 해당 DFB 레이저의 저반사막측 단면의 구조를, 도 9(e)∼(h), 도 10(c),(d)는, 그 리지부에서의 공진기 길이방향과 평행한 단면의 구조를 각각 공정순으로 나타내고 있다.

먼저 p-InP 기판1상에, 두께 1.5㎛의 p-InP 층 2a, i-InGaAsP 로 이루어지는 두께 0.1㎛ 정도의 변형다중양자우물층3a 및 두께 0.15㎛의 n-InP층 4a를, MOCVD 법에 의해 순차 성장하고, 다음에, 해당 n-InP 층 4a상에 도 8(c)에 나타낸 바와 같이 절연성마스크50를 형성한다(도 9(a),(e)). 이 마스크50는 그 일단측으로부터 타단측에 걸쳐서 그 폭이 서서히 감소한 평면형상을 가지고 있다.

다음에, 상기 마스크50를 이용해서 상기 각 층4a, 3a, 2a 및 기판1의 상부를 선택적으로 에칭하여, 스트라이프형 리지부223를 형성한다(도 9(b),(f)). 이어서, 해당 마스크50를 이용하여 상기 기판 1상의 해당 리지부223의 양측에 선택적으로 p-InP 전류블록층 7a, n-InP 전류블록층7b, p-InP 전류블록층 7c을 순차 성장하며, 이에 의해 상기 광차폐구조113a, 113b를 형성한다(도 9(c),(g)).

다음에, 상기 리지부223 및 전류블록층7c상에 n-InGaAsP 층 53a를 형성하고(도 9(d),(h)), 또한 도 24(b),(f) 및 도 24(c),(g)에 나타내는 공정과 마찬가지로 처리를 행하며, 상기 n-InGaAsP층 53a를 가공하여, InGaAsP 영역과 공간영역이 상기 소정방향으로 교대로 늘어서는 주기구조를 가지는 n-InGaAsP 가이드층53을 형성한다(도 10(a),(c)).

그리고, SiO₂마스크20a를 제거한 뒤, 다시 MOCVD 법을 이용하여 저농도 n-InP 콘택층6을 해당 InGaAsP층 53의 공간영역이 매립되도록 전체면에 성장하며, 또한 그 위에 고농도 n-InP 콘택층9을 성장한다(도 10(b),(d)).

다음에는, 상기 도 25(d),(i) 및 도 25(e),(j)에 나타내는 공정과 같은 처리에 의해, p 전극10a 및 n전극 10b를 형성하여 DFB 레이저103를 완성한다.

다음에 작용효과에 관해서 설명한다.

이와 같이 본 실시의 형태 3에서는, 활성층33을 그 폭이 공진기의 저반사막측 단면으로부터 고반사막측 단면에 걸쳐서 서서히 감소한 구조로 하였기 때문에, 상기(1)식에서의 가이드층에의 빛이 새어나가는 비율 Γ가 공진기 길이방향으로 변화하게 되어, 결합정수κ의 공진기 길이방향에서의 변화가 생기게 된다. 또한 결합정수는, 해당 공진기내에서의 전계분포가 균일화되도록 공진기 길이방향으로 변화하고 있기 때문에, SHB 현상에 의한 광출력 전류특성의 선형성의 열화를 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 본 실시의 형태3에서는 광도파로가 되는 띠모양의 리지부223 에칭가공에 의해, 상기 결합정수가 해당 공진기내에서의 전계분포가 균일화되도록, 공진기 길이방향으로 변화한 구조를 실현할 수 있기 때문에, DFB 레이저의 형성프로세스로써 선택성장처리를 행할 필요가 없고, 이 때문에 상기 실시의 형태1, 2보다도 DFB 레이저의 제작을 용이하게 행할 수 있는 효과도 있다.

또, 상기 실시의 형태3에서는, 활성층33의 폭을 공진기 길이방향으로 변화시킨 구조를 나타내었지만, 활성층의 폭뿐만 아니라 가이드층의 폭도 공진기 길이방향으로 변화시키도록 해도 되고, 이러한 구성의 DFB 레이저를, 실시의 형태 3의 변형예로서 이하에 설명한다.

도 11은 본 발명의 실시의 형태3의 변형예에 의한 DFB 레이저를 설명하기 위한 도면이고, 도 11(a)는 그 리지부에서의 공진기 길이방향과 평행한 단면의 구조를 나타내며, 도 11(b)은 활성층과 가이드층과의 위치관계를 나타내는 평면도이다. 또한, 도 11(c)은 해당 DFB 레이저의 제조프로세스로써 이용하는 선택처리용 마스크의 형상을 나타내는 평면도이다.

도면에 있어서, 193a는 이 변형예에 의한 DFB 레이저이고, 이 DFB 레이저 103a에서는 상기 반도체 적층구조 130뿐만 아니라, 가이드층531도 그 공진기 길이방향과 수직인 방향의 폭을 공진기 길이방향으로 해서, 상기 적층구조130의 폭과 같이 변화시킨 구조로 되어 있다. 그 밖의 구성은 실시의 형태3의 DFB 레이저103와 동일하다. 이러한 구성의 DFB 레이저 103a의 제조방법은, 종래의 DFB 레이저 200의 제조방법과는, 그 도 25(a),(f)에 나타내는 공정에서 선택에칭용마스크로 해서 도 11(c)에 나타내는 평면패턴을 가지는 마스크 60을 이용하는 점만이 다르다.

이러한 구조의 DFB 레이저 103a에 있어서도, 가이드층531의 활성층33과 대향하는 영역의 면적이 공진기 길이방향에 따라서 공진기의 저반사막측 단면에서 고반사막측 단면에 걸쳐 서서히 감소하고 있어, 이에 의해, 상기(1)식에서의 가이드층에의 빛이 새어나가는 비율 Γ이 공진기 길이방향으로 변화하게 되어, 결합정수 κ의 공진기 길이방향에서의 변화가 생기게 된다. 또한 결합정수는, 해당 공진기내에서의 전계분포가 균일화되도록 공진기 길이방향으로 변화하고 있기 때문에, SHB 현상에 의한 광출력 전류특성의 선형성의 열화를 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 이 DFB 레이저 103a에서는, 종래의 DFB 레이저 200의 제조프로세스에서의 메사에칭 때의 에칭마스크 형상을 바꾸는 것 만으로, SHB 현상에 의한 전계의 불균일한 분포를 균일화하기 위한 구조가 간단히 실현된다고 하는 효과도 있다.

(실시의 형태4)

도 12는 본 발명의 실시의 형태 4에 의한 DFB 레이저를 설명하기 위한 도면이고, 도 12(a)는 그 리지부에서의 공진기 길이방향과 평행한 단면의 구조를 나타내며, 도 12(b)는 그 결합정수의 공진기 길이방향에서의 분포를 나타내고 있다.

도면에 있어서, 도 23와 동일부호는 종래의 DFB 레이저 200와 동일한 것을 나타내고, 104는, 레이저광을 발생하기 위한 반도체적층구조110를 가지는 본 실시의 형태 4의 DFB 레이저이다. 이 반도체 적층구조110은 종래의 DFB 레이저 200에서의 반도체적층구조210와 마찬가지이고, 상하의 클래드층2, 4의 사이에 활성층3을 끼워넣어서 구성되어 있다. 또한, 반도체 적층구조110의 일단측 측면에 저반사막이, 타단측 측면에 고반사막이 코팅되어 있고, 이에 의해 공진기가 구성되어 있다. 또한, 상기 반도체적층구조110상에는 공진기로써 레이저광의 분포귀환을 발생시키기 위한 주기구조를 가지는 매립격자구조의 다층광가이드층54이 형성되어 있다.

그리고 이 DFB 레이저 104에서는, 다층광가이드층 54은 부분적으로 다층구조로 되어 있고, 이 다층구조에서는, 상기 공진기 길이방향에 따라서 적층수가 변화하고 있다. 또한, 해당 가이드층 54에서의 적층수는, 상기 광도파영역에서 해당 공진기 길이방향에서의 실효굴절율의 변화가 생기도록 변화시키고 있다.

구체적으로는, 상기 가이드층54은 그 고반사막측 부분G1을 1층구조로 하고, 그 저반사막측 부분G3을 3층구조로 하며, 또한 그 중간부분G2을 2층구조로 한 것이다. 즉, 상기 고반사막측부분G1은 제 1의 n-InGaAsP 가이드층 54a로 이루어지고, 상기 중간부분G2은 제 1, 제 2의 n-InGaAsP가이드층 54a, 54b로 이루어지며, 상기 저반사막측부분G3은 제 1, 제 2, 제 3의 n-InGaAsP 가이드층54a, 54b, 54c 로 이루어진다. 여기서, 각 가이드층의 조성은 각각 다른 것으로 하고 있다. 여기서, 상기 제 1∼제 3의 n-InGaAsP 가이드층 54a∼54c은 각각, 층두께가 20nm, S의 도우프에 의한 캐리어농도가 5×l0¹⁷∼1×10¹⁸cm^­3정도로 되어 있고, 각 가이드층의 밴드갭에너지는 파장환산치로 나타내면, 1.3∼0.9㎛의 범위내에서 적절히 설정되어 있다. 이 경우, 하측의 가이드층에서는 상측의 가이드층에 비해서 그 밴드갭에너지의 파장환산치를 크게 설정하는 것이 바람직하다.

그리고, 이 실시의 형태 4의 DFB 레이저 104에서는, 다층광가이드층54의 적층수의 변화에 의해, 상기(1)식에서의 굴절율차 △n과 가이드층에의 새어나가는 비율Γ가 계단형으로 변화하고 있고, 이것에 의해서, 결합정수κ의 분포는 도 12(b)에 나타낸 바와 같이 해당 공진기내에서의 전계분포를 균일화하는 것으로 되어 있다.

이러한 구성의 DFB 레이저 104에서의 다층광가이드층54은, 상기 제 1∼제 3의 n-InGaAsP층 54a∼54c을 차례로 적층한 뒤, 각 층을 선택적으로 제거함에 의해 형성할 수 있다.

다음에 제조방법에 관해서 설명한다.

도 13 및 도 14는 상기 DFB 레이저의 제조방법을 주요공정순으로 설명하기 위한 측면도 및 단면도이고, 도 13(a)∼(c), 도 14(a)∼(c)는 그 저반사막측 단면의 구조를, 도 13(d)∼(f), 도 14(d)∼(f)는 그 리지부에서의 공진기 길이방향과 평행한 단면의 구조를 각각 공정순으로 나타내고 있다.

먼저, p-InP 기판 1상에 두께 1.5㎛의 p-InP 층 2a, i-InGaAsP로 이루어지는 두께 0.1㎛ 정도의 변형다중 양자우물층3a 및, 두께 0.15㎛의 n-InP 층 4a를 MOCVD 법에 의해 순차 성장하고, 다시, 해당 n-InP 층4 상에 제 1∼제 3의 n-InGaAsP층 54a∼54c를 순차 성장한다. 다음에, 고반사막측 부분G1 및 중간부분G2 에 대한 선택적인 에칭처리에 의해, 이들 부분의 제 3의 n-InGaAsP층 54c을 선택적으로 제거하고, 또한 상기 고반사막측부분G1에 대한 선택적인 에칭처리에 의해, 이 부분의 제 2의 n-InGaAsP층 54b를 선택적으로 제거한다(도 13(a),(d)).

이어서, 간섭노광법을 이용하여 사진제판을 하여, 이에 의해 형성된 포토마스크를 이용하여 SiO₂막의 패터닝을 하며, 소정방향에서의 주기구조를 가지는 SiO₂마스크40a를 형성한다(도 13(b),(e)).

또한, 해당 SiO₂마스크40a를 에칭마스크로 해서 상기 제 1∼제 3의 n-InGaAsP층54a∼54c을 에칭하고, 공진기 길이방향에 따라서, InGaAsP영역과 공간영역이 교대로 늘어서는 주기구조를 가지는 다층구조의 InGaAsP층 541을 형성한다(도 13(c),(f)).

다음에, SiO₂마스크40a를 제거한 뒤, 다시 MOCVD 법을 이용하여, n-InP 층 6a를 해당 InGaAsP층 541의 공간영역이 매립되도록 전체면에 성장한다(도 14(a),(d)). 다음에, 상기 소정방향을 따라서 소정의 폭을 가지는 띠모양의 마스크20b를 형성하고(도 14(b),(e)), 이것을 에칭마스크로 해서 기판상의 각 반도체층을 선택적으로 에칭하여, 단면메사형태의 띠모양의 리지부224를 형성한다(도 14(c),(f)). 이에 의해, 요컨대, 상기 리지부224를 구성하는 하부클래드층2, 활성층3, 상부클래드층4, 다층광가이드층54 및 저농도콘택층6이 형성된다.

그리고, 종래의 DFB 레이저의 제조방법에서의 도 25(c),(h)에 나타내는 바와 같이 상기 마스크20b를 이용한 선택성장을 하여, 띠모양의 리지부224의 양측에 전류블록층7a∼7c을 형성하고, 또한, 도 25(d),(i)에 나타내는 공정과 같이 처리를 행하여 고농도콘택층9을 형성하며, 마지막으로 도 25(e),(j)에 나타내는 공정과 같이 처리를 행하여 오믹성의 n전극10b 및 p전극10a를 형성한다. 이에 의해 DFB 레이저 104를 완성한다.

다음에 작용효과에 관해서 설명한다.

이러한 구성의 DFB 레이저 104에서는, 레이저광의 분포귀환을 위한 주기구조를 갖는 다층광가이드층54을, 그 저반사막측부분G3, 중간부분G2 및 고반사막측 부분G1으로해서 이것을 구성하는 반도체층의 적층수를 변화시킨 구조로 하였기 때문에, 상기(1)식에서의 굴절율차△n과 가이드층에의 새어나가는 비율 Γ가 계단모양으로 변화하여, 도 12(b)에 나타내는 것 같은 결합정수 κ의 분포가 실현된다. 또한, 결합정수는 해당 공진기내에서의 전계분포가 균일화되도록 공진기 길이방향으로 변화하고 있기 때문에, SHB 현상에 의한 광출력 전류특성의 선형성의 열화를 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 이 실시의 형태4에서는 가이드층을 다층구조로 하고 있기 때문에, 선택성장법으로 단층구조의 가이드층의 조성을 서서히 변화시키는 방법에 비하면 크게 조성이 다른 재료를 적층할 수 있고, 이 때문에 공진기의 양단면간에서의 굴절율차 △n의 변화를 크게할 수 있고, 이에 의해 결합정수κ의 변화량을 크게할 수 있다.

(실시의 형태 5)

도 15는 본 발명의 실시의 형태 5에 의한 DFB 레이저를 설명하기 위한 도면이고, 도면 도 15(a)는 그 리지부에서의 공진기 길이방향과 평행한 단면의 구조를 나타내며, 도 15(b)는 그 결합계수의 공진기 길이방향에서의 분포를 나타내고 있다.

도면에 있어서, 도 23와 동일부호는 종래의 DFB 레이저 200과 동일한 것을 나타내고, 105는, 레이저광을 발생하기 위한 반도체 적층구조110를 가지는 본 실시의 형태5의 DFB 레이저이다. 이 반도체 적층구조 110는, 종래의 DFB 레이저 200에서의 반도체 적층구조210와 마찬가지로 상하의 클래드층2, 4의 사이에 활성층3을 끼워넣어서 이루는 구조로 되어 있다. 또한, 이 반도체 적층구조110의 일단측 단면에는 저반사막이, 타단측 단면에 고반사막이 코팅되어 있고, 이에 의해 공진기가 구성되어 있다. 그리고 이 DFB 레이저105는, 공진기에서 레이저광의 분포귀환을 발생시키기 위한 주기구조를 가지는, 매립격자구조의 가이드층55을 가지고 있다. 이 가이드층55은, 제 1영역과 제 2영역이 공진기 길이방향에 교대로 배열된 스트라이프형 평면패턴을 가지고, 인접하는 제 1및 제 2영역간에서의 층두께의 비율이 해당 공진기내에서의 전계분포가 균일화되도록 해당 공진기 길이방향으로 변화한 구조로 되어 있다. 구체적으로는, 상기 가이드층55을 구성하는 n-InGaAsP층은, 공진기 길이방향으로 일정피치로 오목형홈 550a를 복수형성한 구조로 되어 있고, 해당 오목형홈 550a의 깊이는, 고반사막측 단면에 가까울 정도로 얕아지도록 되어 있다. 또, 상기 n-InGaAsP층의 오목형홈550a의 형성부분은 가이드층55의 제 2영역에, 또한 해당 n-InGaAsP층의 오목형홈 550a간의 부분은 가이드층55의 제 1영역에 대응하고 있다.

다음에 제조방법에 관해서 설명한다.

도 16은 상기 DFB 레이저의 제조방법을 주요공정순으로 설명하기 위한 도면이고, 도 16(a)∼(f)는 그 저반사막측 단면의 구조를, 도 16(g)∼(i)는 그 리지부에서의 공진기 길이방향과 평행한 단면의 구조를 각각 공정순으로 나타내고 있다. 또한, 도 17(a)∼(d)은, 상기 도 16(g)∼(j)의 주요부를 확대해서 나타낸 도면이다.

먼저, p-nP 기판상에, 두께1.5㎛의 p-InP 하부클래드층2a, 두께 0.1㎛의 i-InGaAsP 변형다중 양자우물층3a, 두께 0.15㎛의 n-InP 클래드층4a 및 두께 0.04㎛의 n-InGaAsP 가이드층 55a를 MOCVD 법에 의해 연속적으로 성장한다. 다음에, 도 5(c)에 나타내는 선택성장용 마스크40와 마찬가지인 평면패턴을 가지는 선택성장용 마스크60를 상기 가이드층 55a상에 형성하고, 이것을 마스크로 해서 MOCVD에 의한 선택성장을 행하여, 공진기 길이방향으로 두께가 변화한 저농도의 n-InP 콘택층 66a를 성장한다(도 16(a),(g)및 도 17(a)). 이 때 콘택층 66a의 층두께가 가장 얇은 부분을 0.02㎛, 그 가장 두꺼운 부분을 0.06㎛ 으로 한다. 이것은 층두께 비율로서 1:3에 상당하지만, 이 층두께 비율은 통상의 선택성장기술에 의해 충분히 실현할 가능성이 있다.

이어서, 간섭노광법을 이용하여 사진제판을 하여, 이에 의해 형성된 포토마스크를 이용해서 SiO₂막의 패터닝을 행하고, 상기 공진기 길이방향에서의 주기구조를 가지는 SiO₂마스크70를 형성한다(도 16(b),(h)및 도 17(b)).

다음에, 메탄(methane)계 드라이에칭법을 이용하여, 상기 마스크70를 에칭마스크로 해서 기판에 대하여 수직방향으로 에칭을 한다(도 16(c),(i)및 도 17(c)). 이 때 에칭깊이를 0.06㎛ 으로 하면, n-InP 콘택층66의 층두께가 0.02㎛인 부분에서는 에칭은 가이드층55b의 저면까지 진행하지만, 그 층두께가 0.06㎛의 영역에서는 가이드층 55b의 상면까지에서 에칭은 정지한다. 그 결과, 가이드층55b으로서 그 홈형성부분과 이것에 인접하는 평탄부분에서의 단면적(斷面積)의 비율이, 50%에서 100%까지 공진기 길이방향에 따라서 서서히 변화한 것을 얻을 수 있다. 이에 의해 상대적인 결합정수는 공진기 길이방향에 따라서 1.0에서 0까지 변화한다.

다음에, SiO₂마스크70를 제거한 뒤, 다시 MOCVD 법을 이용하여 저농도의 n-InP 층을 상기 가이드층 55b의 오목형홈을 매립하도록 형성한다. 이에 의해, 저농도n-InP 콘택층 6a가 형성된다(도 16(d),(j) 및 도 17(d)). 이 콘택층 6a는 가이드층55b의 평탄부분에서의 두께가 약1.5㎛ 으로 되어 있다.

다음에, 소정의 폭을 가지는 띠모양의 마스크20b를 상기 공진기 길이방향에 따라서 형성하고(도 16(e),(k)), 이것을 에칭마스크로 해서 기판상의 각 반도체층을 선택적으로 에칭하여, 단면메사형태의 띠모양의 리지부225를 형성한다(도 16(f),(｜)). 즉, 상기 리지부225를 구성한다, 하부클래드층2, 활성층3, 상부클래드층4, 가이드층55 및 저농도콘택층6을 형성한다.

다음에, 상기 띠모양의 마스크20b를 선택성장용 마스크로 해서, 해당 리지부225의 양측에 전류블록층7a∼7c을 형성하고, 또한 도 25(d),(i)에 나타내는 공정과 같은 처리를 하여 고농도 n-InP 콘택층9을 형성하며, 마지막으로 도 25(e),(j)에 나타내는 공정과 같은 처리를 행하여, 오믹성의 n전극10b 및 p전극 10a를 형성한다. 이에 의해 DFB 레이저 105를 완성한다.

다음에 작용효과에 관해서 설명한다.

상기 DFB­ 레이저 105의 가이드층55에서는, 공진기 길이방향과 평행한 단면에서의 인접하는 제 1영역(평탄부분)과 제 2영역(홈형성부분)의 단면적의 비율(이하, 듀티비라고도 한다. )을, 해당 공진기 길이방향으로 변화시키고 있기 때문에, 공진기내의 상대적인 결합정수를 0로부터 1.0까지 변화시킬 수 있다.

즉, 예를 들면, 선택성장을 이용하여 가이드층의 두께를 바꿔 결합정수를 변화시키는 방법에서는, 공진기의 일단측과 타단측의 사이에서의 결합정수비를 1대 3까지밖에 할 수 없으나, 상기 실시의 형태5와 같이 가이드층55의 단면적의 듀티비를 바꾸는 방법에서는, 공진기내에서의 결합정수비는 1에서 무한대까지 변화시킬 수 있다.

통상의 DFB 레이저에 있어서는, 회절격자를 구성하는 InGaAsP 가이드층은, 인접하는 제 1영역과 제 2영역의 합계 단면적에 대한 제 1영역의 단면적의 비율이 50%가 되도록 형성된다. 이 경우, 회절격자에 의한 결합정수κ는, 설계된 가이드층의 두께 및 n-InP 클래드층의 두께에 대하여 최대치가 된다.

이것을 도 18을 이용하여 설명하면 , 도면에 나타낸 바와 같이 마크부분의 면적율(즉, 인접하는 제 1및 제 2영역에서의 InGaAsP 부분이 차지하는 비율)이 50%일 때 상대적인 결합정수는 최대(1.0)가 되지만, 마크부분의 면적율이 50%에서 증가하면 상대적인 결합정수는 선형적으로 감소한다. 예를 들면, 마크부분의 면적율이 75%가 되면, 상대적인 결합정수는 마크부분의 면적율이 50%인 경우의 1/2이 되고, 또한 마크부분의 면적율이 100% 가 되면 상대적인 결합정수는 0이 된다. 또, 상기 마크부분의 면적율이 50%로부터 감소하는 경우도 마찬가지로 상대적인 결합정수는 선형적으로 감소하여, 마크부분의 면적율이 0% 가 되면 결합정수도 0이 된다.

이로 인해, 도 15에 나타낸 바와 같이, 가이드층이 인접하는 제 1및 제 2영역에서의 단면적을 공진기 길이방향에 따라서 서서히 또한 선형적으로 변화시킴으로써, 공진기내의 공진기 길이방향에서의 각 부위가 다른 결합정수를 가지게 된다. 예를 들면, 도 15(b)에 나타내는 가이드층55의 구조에 대응한 공진기내에서의 결합정수의 분포는, 도 15(b)에 나타낸 바와 같이 저반사막측 단면L₀으로부터 고반사막측 단면L₁에 걸쳐서 선형적으로 변화한 것으로 된다.

그 결과, 공간적 홀버닝(hole burning)에 의한 공진기내의 광자분포의 불균일성이, 공진기 길이방향에서의 결합정수의 선형적인 변화에 의해 보상되는 것이 되어, 광자분포의 평탄화가 꾀해진다.

또, 가이드층이 균일한 주기의 회절격자구조를 가지고, 또한 공진기의 양단면에 저반사막 및 고반사막의 코팅처리를 실행한 DFB 레이저에서는, 회절격자의 공진기 단면에서의 위상에 의해서 광자분포는 여러가지 함수에 대응한 것이 되기 때문에, 공진기가 이 광자분포를 잘 보상할 수 있는 결합정수분포를 가지는 경우에만 SHB 현상의 억제효과가 생기는것에 유의하여야 한다.

다음에 본 실시의 형태 5의 변형예에 대해서 설명한다.

도 19는 이 변형예에 의한 DFB 레이저를 설명하기 위한 도면이고, 도 19(a)는 그 리지부에서의 공진기 길이방향과 평행한 단면의 구조를 나타내며, 도 19(b)는 그 결합계수의 공진기 길이방향에서의 분포를 나타내고 있다.

도면에 있어서, 도 15와 동일부호는 실시의 형태5의 DFB 레이저105와 동일한 것을 나타내고, 105a는, 실시의 형태5의 변형예에 의한 λ/4 시프트형 DFB 레이저이다. 이 DFB 레이저 105a에서는, 가이드층551에 의해 구성되는 회절격자는 그 위상이 공진기의 중앙에서 반파장만 변화하고 있고, 공진기의 양단면에는 무반사코팅이 실행되고 있다.

이러한 구성의 DFB 레이저 105a에서는, 광자분포는 회절격자의 공진기 단면에서의 위상에 따르지 않기 때문에, 결합정수의 공진기 길이방향으로 기울어진 분포는 항상 공간적 홀버닝을 억제하는 효과를 가진다.

예를 들면 상기 DFB 레이저 105a에서는, 광자의 분포는 그 밀도가 도 19(b)에 점선으로 나타낸 바와 같이, 공진기 길이방향에서의 공진기 중앙부분에서 최대가 되고, 공진기 양단면측에 가까워짐에 따라서 작아지는 분포로 되어 있으며, 이 경우에는, 도 19(b)에 나타낸 바와 같이, 공진기중앙의 위상시프트위치에 대하여 대칭이고, 더구나 그 값이 해당 위상 시프트위치에서 극소치를 가지며, 또한 공진기단부면에 가까워짐에 따라서 증가하는 결합정수의 분포가 유효하다.

또, 본 실시의 형태 5에서는, 결합정수가 공진기 길이방향으로 선형적(1차 함수적)으로 변화하도록 한 경우를 나타내었지만, 결합정수의 분포는 이것에 한하는 것은 아니다.

(실시의 형태 6)

도 20은 본 발명의 실시의 형태 6에 의한 DFB 레이저를 설명하기 위한 도면이고, 결합정수의 분포를 나타내고 있다.

이 실시의 형태 6의 DFB 레이저는, 가이드층을, 그 인접하는 제 1 및 제 2영역에서의 단면적을 공진기 길이방향에 따라서 서서히 또 2차 함수적으로 변화시키고 있는 점이 상기 실시의 형태 5의 DFB 레이저와 다르다.

이러한 구성에서는, 예를 들면, 가이드층의 구조에 대응한 공진기내에서의 결합정수의 분포는, 도 20에 나타낸 바와 같이 저반사막측 단면으로부터 고반사막측 단면에 걸쳐서 2차 함수적으로 변화한 것으로 된다.

공간적 홀버닝에 의한 공진기내의 광자분포는, 일반적으로 도 20에 점선으로 나타낸 바와 같이 공진기 길이방향으로 2차함수적으로 변화한 것으로 되어 있고, 이론계산상으로는, 결합정수의 공진기 길이방향에서의 변화가 2차 함수적인 것인 경우, 보다 효과적으로 공간적홀버닝이 억제되게 된다.

(실시의 형태 7)

도 21은 본 발명의 실시의 형태 7에 의한 DFB 레이저를 설명하기 위한 도면이고, 도 21(a)는 그 리지부에서의 공진기 길이방향에 평행한 단면의 구조를 나타내며, 도 21(b)는 해당 DFB 레이저를 구성하는 반도체층의 공진기 길이방향 소정의 위치에서의 층두께 방향의 조성의 분포를 나타내고 있다.

도면에 있어서, 도 15와 동일부호는 실시의 형태5의 DFB 레이저 105와 동일한 것을 나타내고, 107은, 공진기 길이방향에 일정피치로 오목형홈 551을 복수형성한 구조의 가이드층57을 가지는, 본 실시의 형태 7의 DFB 레이저이다. 이 가이드층57은, 상기 실시의 형태5와 마찬가지로, 제 1영역과 제 2영역이 공진기 길이방향에 교대로 배열된 스트라이프형 평면패턴을 가지고, 인접하는 제 1및 제 2영역간에서의 층두께의 비율이, 해당 공진기내에서의 전계분포가 균일화되도록 해당 공진기 길이방향으로 변화한 구조로 되어 있다. 구체적으로는, 상기 가이드층57을 구성하는 n-1nGaAsP 층은, 공진기 길이방향에 일정피치로 오목형홈 550a를 복수형성한 구조로 되어 있고, 해당오목형홈 550a의 깊이는, 고반사막측 단면에 가까울 정도로 얕아지도록 되어 있다. 그리고 이 실시의 형태7에서는, 상기 가이드층57을 구성하는 InGaAsP층은 층두께방향으로 조성을 연속적으로 변화시킨 구조를 하고 있다.

이 DFB 레이저107의 제조방법은, 가이드층 57 으로서의 InGaAsP층의 성장공정에서, 성막용가스의 유량비를 변화시키는 점에서만 상기 실시의 형태 5의 상기 DFB 레이저 105의 제조방법과 다르다. 또, InGaAsP층의 조성은, 예를 들어 그 밴드갭에너지의 파장환산치로 나타내면, 그 성장중에 가스 유량비(流量比)의 제어에 의해 1.00㎛ 에서 1.18㎛까지 연속적으로 바꿀 수 있다.

이 실시의 형태7에서는, 가이드층57을 그 조성이 층두께방향으로 연속적으로 변화하고, 또한 공진기 길이방향에 일정피치로 형성한 복수의 오목형홈을 가지는 구조를 하고 있기 때문에, 그 제조프로세스로 이용되는 n-InP 층 66a(도 17(a)참조)의 층두께의 변화가 1차함수에 대응한 것이더라도, 공진기 길이방향에서의 결합정수의 변화는 고차함수로 된다. 따라서, 층두께가 공진기 길이방향으로 변화한 n-InP 층 66a의 선택성장을, 그 층두께의 변화가 고차함수에 대응한 것으로 되도록 제어하지 않더라도, 공간적인 홀버닝의 억제에 유리한 함수형상에 대응한 결합계수의 분포를 용이하게 실현할 수 있는 효과가 있다.

이상과 같이 본 발명(청구항1)에 관계되는 분포귀환형 반도체 레이저에 의하면, 활성층과 가이드층의 광결합강도의, 광도파영역에의 광도파방향에서의 주기적인 변화에 의해, 해당 광도파영역에서 레이저광의 분포귀환을 발생시키는 공진기구조를 구비하고, 상기 광결합강도에 대응하는 결합계수를 변화시키는 요소인 해당 활성층의 폭, 해당 가이드층의 재료조성 및 가이드층과 활성층의 거리중의 적어도 1개의 요소를 공진기 길이방향으로 변화시켰기 때문에, 결합정수의 공진기 길이방향에서의 분포에 의해, SHB 현상에 의한 광출력 전류특성의 선형성의 열화를 억제할 수 있는 구조가 실현가능하다.

본 발명(청구항 2)에 관계되는 분포귀환형 반도체 레이저에 의하면, 광도파영역에서의 광도파방향에 대한 주기구조를 가지도록 형성되고, 해당 광도파영역에서 상기 레이저광의 분포귀환을 발생시키는 공진기를 구성하는 가이드층을 구비하며, 해당 가이드층을 제 1영역과 제 2영역이 공진기 길이방향으로 교대로 배열된 스트라이프형 평면패턴을 가지고, 인접하는 제 1및 제 2영역간에서의 층두께의 비율이 해당 공진기 길이방향에서의 위치에 따라서 변화한 구조로 하였기 때문에, 결합정수의 공진기 길이방향에서의 분포에 의해 해당 공진기내에서의 전계분포가 균일화하여, SHB 현상에 의한 광출력 전류특성의 선형성의 열화를 억제할 수 있는 구조가 실현가능하다. 또한, 해당 스트라이프형 평면패턴을 가지는 가이드층에서의, 인접하는 제 1및 제 2영역간에서의 층두께의 비율에 의해 결합정수를 변화시키도록 하였기 때문에, 공진기의 일단측 단면과 타단측 단면에서의 결합정수의 비율을, 1에서 무한대까지 변화시킬 수 있고, SHB 현상에 의한 광출력 전류특성의 선형성의 열화를, 그 정도가 대단히 큰 것까지 넓은 범위에 걸쳐서 억제할 수 있는 효과가 있다.

본 발명(청구항3)에 관계되는 분포귀환형 반도체 레이저의 제조방법에 의하면, 상부클래드층상에 가이드층을 형성한 뒤, 가이드층상에 반도체층을 그 두께의 변화가 소정방향으로 생기도록 형성하고, 해당 반도체층상에 해당 소정방향에서의 주기구조를 가지는 에칭마스크를 형성하며, 다음에, 상기 막두께가 변화한 반도체층 및 상기 가이드층을 선택적으로 에칭하기 때문에, 제 1영역과 제 2영역이 상기 소정방향으로 교대로 배열된 스트라이프형 평면패턴을 가지며, 인접하는 제 1및 제 2영역간에서의 층두께의 비율이 상기 소정방향을 따라서 변화한 구조의 가이드층을 간단히 형성할 수 있다.

Claims (3)

1. 활성층을 상하의 클래드층에 의해 끼워넣어서 이루어지고, 해당 활성층에서 레이저광을 발생시키기 위한 반도체 적층구조와,

   해당 반도체 적층구조의 근방에 배치되어, 상기 활성층을 중심으로 하는 광도파영역에 레이저광이 집중되도록, 해당 레이저광의 가로방향 차폐를 행하는 광차폐구조와,

   상기 반도체 적층구조의 근방에 해당 활성층으로부터의 레이저광을 흡수하도록 배치되고, 해당 활성층과의 사이에서 광결합하는 가이드층과,

   해당 활성층과 가이드층의 광결합 강도의, 상기 광도파영역에서의 광도파방향의 주기적인 변화에 의해, 해당 광도파영역에서 레이저광의 분포귀환을 발생시키는 공진기구조를 구비하며,

   상기 광결합강도에 대응하는 결합정수를 변화시키는 요소인 해당 활성층의 폭, 해당 가이드층의 재료조성 및 가이드층과 활성층의 거리중 적어도 1개의 요소는, 공진기 길이방향에서의 변화를 가지는 것을 특징으로 하는 분포귀환형 반도체 레이저.
2. 활성층을 상하의 클래드층에 의해 끼워 넣어서 이루어지고, 해당 활성층에서 레이저광을 발생시키기 위한 반도체 적층구조와,

   해당 반도체적층구조의 근방에 배치되고, 상기 활성층을 중심으로 하는 광도파영역에 레이저광이 집중하도록 해당 레이저광의 가로방향 차폐를 행하는 광차폐구조와,

   해당 광도파영역에서의 광도파방향에 대한 주기구조를 가지도록 형성되고, 해당 광도파영역에서 상기 레이저광의 분포귀환을 발생시키는 공진기를 구성하는 가이드층을 구비하며,

   해당 가이드층은 제 1영역과 제 2영역이 공진기 길이방향에 교대로 배열된 스트라이프형 평면패턴을 가지고, 인접하는 제 1및 제 2영역간에서의 층두께의 비율이 해당 공진기 길이방향에서의 위치에 따라서 변화한 것을 특징으로 하는 분포귀환형 반도체 레이저.
3. 제 1도전형 반도체 기판상에 제 1도전형 하부클래드층, 활성층, 제 2도전형 상부클래드층 및 제 2도전형 가이드층을 순차 형성하는 공정과,

   해당 제 2도전형 가이드층상에 제 2도전형의 제 1의 반도체층을 소정방향에서의 두께의 변화가 생기도록 형성하는 공정과,

   상기 제 2도전형의 제 1 반도체층및 상기 가이드층의 선택적인 에칭에 의해, 상기 가이드층을, 제 1영역과 제 2영역이 상기 소정방향에 교대로 배열된 스트라이프형 평면패턴을 가지며, 인접하는 제 1 및 제 2영역간에서의 층두께의 비율이 상기 소정방향에서의 위치에 따라서 변화한 구조로 하는 공정과,

   상기 기판상의 각 층의 선택적인 에칭처리에 의해, 상기 소정방향에서 레이저광의 분포귀환을 발생시키는 공진기를 구성하는 광도파영역을 이루는, 리지부를 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 분포귀환형 반도체 레이저의 제조방법.