WO2020065744A1 - 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

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 Download PDF

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洋平 外間
鈴木　洋介
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor laser capable of monitoring an optical output, a semiconductor laser array, and a method for manufacturing a semiconductor laser.
  • the end face on the light output side is called a front end face
  • the end face on the side opposite to the light output side is called a rear end face.
  • the light output from the front end face deteriorates
  • the light output from the rear end face also deteriorates proportionally, so by adjusting the amount of current to keep the light output from the rear end face constant, Can be kept constant. Since this method uses the light output from the rear end face not used as a signal to detect the deterioration of the light output, it is an efficient method without sacrificing the light output from the front end face. It has been commonly used in lasers.
  • a photodiode (Photodiode, hereinafter, referred to as PD) is often provided on the rear end face side as a monitor. Since the beam from the rear end face is emitted with a large divergence angle, the PD has a light receiving diameter larger than this divergence.
  • a semiconductor laser array formed by integrating semiconductor lasers having different optical output wavelengths into one element in an array.
  • Patent Document 1 discloses a semiconductor laser in which a PD is integrated.
  • a mirror section which is a DBR laser (Distributed Bragg Reflector Laser, distributed Bragg reflection laser), and a monitor, are adjacent to a rear end face of a DFB section, which is a DFB laser (Distributed Feedback Back Laser, distributed feedback laser).
  • a semiconductor laser that partially reflects the laser light output from the rear end face of the DFB section at the DBR section and receives the light passing through the DBR section at the monitor PD section has been proposed. I have.
  • the MQW structure multi quantum well, multiple quantum well
  • the DFB section as the light emitting section and the PD section as the monitor is the same. Therefore, when designing the configuration of the MQW structure, both the light emission characteristics of the DFB unit and the light reception characteristics of the PD unit must be considered.
  • the configuration of the MQW structure must be set at the expense of a part of the light output characteristics of the light emission characteristics of the DFB unit and the light reception characteristics of the PD unit.
  • the surface-side cladding layer in the DBR portion is the same p-type InP layer as the DFB portion and the PD portion, the current flowing in the p-type InP layer in the DFB portion passes through the p-type InP layer in the DBR portion, and When flowing into the p-type InP layer and flowing into the MQW structure of the PD portion, there is no current barrier. That is, the voltage applied to the MQW structure of the DFB unit impedes the reverse voltage applied to the MQW structure of the PD unit.
  • the current flowing in the p-InP layer of the PD section also flows through the p-type InP layer of the DBR section to the p-type InP layer of the DFB section, thereby impeding the voltage applied to the MQW structure of the DFB section. Therefore, in order to keep the light output constant, it is necessary to control both the PD section and the DFB section.
  • a PD unit for monitoring an optical output is integrated, and a voltage applied to the PD unit can be reduced without deteriorating the optical output characteristics of the semiconductor laser.
  • An object of the present invention is to provide a semiconductor laser that can operate independently of a DFB unit and a PD unit without being changed by a voltage applied to the DFB unit.
  • a semiconductor laser according to the present invention includes a first-conductivity-type back-side first cladding layer, a first-conductivity-type first diffraction grating layer, a first MQW structure that emits laser light, and a second-conductivity-type light-emitting layer.
  • the DFB portion in which the front side first cladding layer and the second conductivity type first contact layer are stacked, the back side second cladding layer having a higher resistivity than the back side first cladding layer, and a part of the laser beam
  • a second diffraction grating layer that reflects to the DFB portion, a first core layer made of a second MQW structure that guides the remainder of the laser beam and has an effective band gap energy smaller than that of the first MQW structure, and a front side first clad
  • a DBR portion in which a front side second cladding layer having a higher resistivity than the layer is laminated, a back side third cladding layer of the first conductivity type, a second core layer made of a second MQW structure absorbing laser light, 2nd conductivity type front side third cladding layer, Preliminary second contact layer of the second conductivity type and a PD unit stacked.
  • a semiconductor laser array according to the present invention is configured by arranging at least two of the above semiconductor lasers
  • the method for manufacturing a semiconductor laser according to the present invention may further include: forming a part of a backside cladding layer on a substrate including a DFB portion, a DBR portion adjacent to the DFB portion, and a PD portion adjacent to the DBR portion. Crystal-growing a diffraction grating forming cladding layer in order; and forming a first diffraction grating layer on the diffraction grating forming cladding layer corresponding to the DFB portion and a second diffraction grating on the diffraction grating forming cladding layer corresponding to the DBR portion.
  • Forming a layer by etching Forming a layer by etching, forming a crystal of the remaining portion of the backside cladding layer on the cladding layer on which the diffraction grating is formed, and injecting carriers into the backside cladding layer of the DFB portion and the PD portion.
  • Crystal growth of a core layer composed of a second MQW structure having a small gap energy crystal growth of a surface-side cladding layer and a contact layer on a light-emitting layer and a core layer, and a surface side of a DFB portion and a PD portion.
  • a step of injecting carriers into the cladding layer and the contact layer a step of removing the substrate by grinding, a step of forming front-side electrodes on the contact layers of the DFB section and the PD section, respectively, Forming a back surface side electrode on the surface exposed by the removal.
  • the semiconductor laser of the present invention since the light emitting layer of the DFB portion and the core layer that operates as the PD portion have independent MQW structures, it is possible to set optimal MQW structure configurations for the light emitting layer and the core layer, respectively.
  • PDs can be integrated without deteriorating output.
  • the distance between the semiconductor lasers is not limited by the size of the PD section, the semiconductor laser array can be reduced in size, and the light output characteristics associated with the reduction in size are also reduced. Does not occur. Further, according to the method of manufacturing a semiconductor laser according to the present invention, since only the formation of a stack having a uniform thickness distribution and the processing with a constant depth distribution are performed, the manufacturing method is highly reproducible, and Lasers can be manufactured with high yield.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the semiconductor laser according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a DFB portion showing a ridge-type waveguide structure of the semiconductor laser according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a DBR portion showing a ridge-type waveguide structure of the semiconductor laser according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a PD portion showing a ridge waveguide structure of the semiconductor laser according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor laser according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor laser according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor laser according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor laser according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor laser according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor laser according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor laser according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor laser according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor laser according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor laser according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor laser according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor laser according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor laser according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor laser according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a DFB portion showing a ridge-type waveguide structure of a semiconductor laser according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a DBR section showing a ridge-type waveguide structure of a semiconductor laser according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a PD portion illustrating a ridge-type waveguide structure of a semiconductor laser according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor laser according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor laser according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor laser according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor laser according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor laser according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor laser according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor laser according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor laser according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor laser according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor laser according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor laser according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor laser according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor laser according to a second embodiment.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a DFB portion showing a high-mesa waveguide structure of the semiconductor laser according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a DBR part showing a high-mesa waveguide structure of the semiconductor laser according to the second embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a PD portion showing a high-mesa waveguide structure of the semiconductor laser according to the second embodiment.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a DFB portion illustrating a configuration of a buried semiconductor laser according to a third embodiment
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of a DBR part showing a configuration of a buried semiconductor laser according to a third embodiment.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a PD portion illustrating a configuration of a buried semiconductor laser according to a third embodiment;
  • FIG. 14 is a perspective view of a semiconductor laser array according to a fourth embodiment.
  • a semiconductor laser according to an embodiment of the present invention and a method for manufacturing the semiconductor laser will be described with reference to the drawings.
  • the same components are denoted by the same reference numerals, and description of repeated portions may be omitted.
  • FIG. 1 is a sectional view of the semiconductor laser according to the first embodiment in the waveguide direction.
  • a semiconductor laser 100 includes a DFB unit 101, a DBR unit 102, and a PD unit 103 from a front end surface side where laser light is emitted toward a rear end surface side opposite to the front end surface. I have.
  • the DBR unit 102 is disposed between the DFB unit 101 and the PD unit 103, and one surface is in contact with the DFB unit 101 and the other surface is in contact with the PD unit 103.
  • the DFB unit 101, the DBR unit 102, and the PD unit 103 have the back surface side electrode 17 provided in common, and the front side first electrode 15 and the front side second electrode 15 are provided on the front side of the DFB unit 101 and the PD unit 103, respectively.
  • An electrode 16 is provided.
  • the DFB unit 101 includes a back-side first cladding layer 3a, a first diffraction grating layer 9, a back-side first cladding layer 3b, a light-emitting layer (an active layer of the DFB unit) 1, and a front-side
  • the first cladding layer 6, the first contact layer 12, and the front-side first electrode 15 are arranged in this order.
  • laser light is generated in the light emitting layer 1 having the first MQW structure, and the diffraction grating of the first diffraction grating layer 9 is formed.
  • the structure of the DFB laser is such that the wavelength of the laser light is selected at the pitch interval.
  • the first MQW structure has a configuration in which a plurality of well layers and barrier layers are stacked.
  • the DBR unit 102 has a function in which one surface is in contact with the DFB unit 101 and partially reflects the laser light output from the DFB unit 101.
  • the DBR part 102 includes a backside second clad layer 4a, a second diffraction grating layer 10, a backside second clad layer 4b, a first core layer 2a having a second MQW structure, and a front surface on the backside electrode 17.
  • the second side cladding layer 7 and the second contact layer 13 are arranged in this order, and the laser light guided from the DFB unit 101 to the DBR unit 102 is converted into a wavelength selected by the pitch interval of the second diffraction grating layer 10.
  • the DBR structure reflects light toward the DFB unit 101 at a set rate in the band.
  • the backside second cladding layer 4a, the backside second cladding layer 4b, the front side second cladding layer 7, and the second contact layer 13 of the DBR part 102 are made of a crystalline material having a high resistivity.
  • the PD section 103 can be electrically insulated.
  • the back side second cladding layer 4a and the back side second cladding layer 4b of the DBR section 102 have a resistivity with respect to the back side first cladding layer 3a and the back side first cladding layer 3b of the DFB section 101. Is high.
  • the surface side second cladding layer 7 and the second contact layer 13 of the DBR part 102 have higher resistivity than the surface side first cladding layer 6 and the first contact layer 12 of the DFB part 101.
  • the resistivity of the back side second cladding layer 4a and the back side second cladding layer 4b is desirably 10 times or more with respect to the back side first cladding layer 3a and the back side first cladding layer 3b.
  • the resistivity of the front side second cladding layer 7 is desirably 10 times or more that of the front side first cladding layer 6.
  • the PD section 103 is formed on the back side electrode 17 on the back side third cladding layer 5a, the fourth cladding layer 11, the back side third cladding layer 5b, the second core layer 2b, the front side third cladding layer 8, the third side.
  • the third contact layer 14 and the front-side second electrode 16 are arranged in this order.
  • the light output transmitted from the DFB unit 101 to the DBR unit 102 is output. Is received by the second core layer 2b and converted into a current, whereby a PD structure can be measured as a current value.
  • the second core layer 2b has a second MQW structure having an effective band gap energy smaller than that of the first MQW structure, in order to absorb the laser light generated in the DFB section 101.
  • the thickness of the well layer forming the first MQW structure is reduced by changing the layer thickness of the well layer forming the second MQW structure. It may be set to be smaller than the thickness. According to such a configuration, the first MQW structure becomes the light emitting layer 1 that emits a laser beam having relatively high energy, whereas the second MQW structure has a smaller effective band gap energy than the first MQW structure. Acts to absorb such laser light.
  • an optimal MQW structure can be set for each of the light emitting layer 1 and the second core layer 2b, so that PDs can be integrated without deteriorating optical output.
  • the first core layer 2a of the DBR unit 102 is also set to have the second MQW structure.
  • the first core layer 2a can be configured with the first MQW structure, and can also be configured with an MQW structure different from the MQW structures of the DFB unit 101 and the PD unit 103.
  • both the first core layer 2a and the second core layer 2b are described as the core layer 2.
  • the back side third cladding layer 5a, the fourth cladding layer 11 and the back side third cladding layer 5b are of the first conductivity type
  • the front side third cladding layer 8 and the third contact layer 14 are of the second conductivity type.
  • the back side second cladding layer 4a and the back side second cladding layer 4b of the DBR portion 102 have higher resistivity than the back side third cladding layer 5a and the back side third cladding layer 5b.
  • the surface side second cladding layer 7 and the second contact layer 13 of the DBR part 102 have higher resistivity than the surface side third cladding layer 8 and the third contact layer 14.
  • the resistivity of the back side second cladding layer 4a and the back side second cladding layer 4b is 10 times or more of the back side third cladding layer 5a and the back side third cladding layer 5b.
  • the resistivity of the front side second cladding layer 7 is desirably 10 times or more that of the front side third cladding layer 8. That is, the cladding layers on the back surface side and the front surface side of the DBR part 102 become so-called high resistance layers that electrically insulate the DFB part 101 and the PD part 103.
  • the second contact layer 13 of the DBR part 102 functions to form the first contact layer 12 and the third contact layer 14 of the DFB part 101 and the PD part 103 having a uniform thickness distribution, and the second cladding on the front side. It also has the effect of the layer 7 as a protective layer. However, since this does not affect the output characteristics of the laser beam and the current amount measurement in the PD unit 103, it is not necessarily a necessary layer.
  • each of the layers constituting the DFB unit 101, the DBR unit 102, and the PD unit 103 has a positional relationship with each of the other layers.
  • the backside first cladding layer 3a of the DFB portion 101, the backside second cladding layer 4a of the DBR portion 102, and the backside third cladding layer 5a of the PD portion 103 are adjacent to the backside electrode 17 in the laser light guiding direction. doing.
  • the first diffraction grating layer 9 of the DFB portion 101, the second diffraction grating layer 10 of the DBR portion 102, and the fourth cladding layer 11 of the PD portion 103 are adjacent to each other.
  • the back side first cladding layer 3b of the DFB section 101, the back side second cladding layer 4b of the DBR section 102, and the back side third cladding layer 5b of the PD section 103 are adjacent to each other.
  • the light emitting layer 1 of the DFB section 101, the first core layer 2a of the DBR section 102, and the second core layer 2b of the PD section 103 are adjacent to each other.
  • the front side first cladding layer 6 of the DFB section 101, the front side second cladding layer 7 of the DBR section 102, and the front side third cladding layer 8 of the PD section 103 are adjacent to each other.
  • the first contact layer 12 of the DFB section 101, the second contact layer 13 of the DBR section 102, and the third contact layer 14 of the PD section 103 are adjacent to each other.
  • FIG. 2 a cross section of the DFB section 101 is shown in FIG. 2
  • FIG. 4 shows a cross section of 103.
  • the front side first cladding layer 6, the first contact layer 12, and the front side first electrode 15 on the light emitting layer 1 have a ridge type waveguide structure.
  • the front side second clad layer 7 on the first core layer 2a and the second contact layer 13 have a ridge waveguide structure.
  • the surface-side third cladding layer 8, the third contact layer 14, and the surface-side second electrode 16 on the second core layer 2b have a ridge-type waveguide structure.
  • a laser beam emitted from the light emitting layer 1 is selected in a wavelength band by the first diffraction grating layer 9 and emitted from the front end face.
  • the laser light is guided from the light emitting layer 1 of the DFB section 101 to the first core layer 2a of the DBR section 102.
  • the laser light guided to the DBR unit 102 is reflected to the DFB unit 101 at the wavelength band and the ratio of the optical output set by the second diffraction grating layer 10, and the remaining optical output is applied to the second core layer of the PD unit 103. 2b.
  • the laser beam guided to the PD unit 103 receives the laser beam at the second core layer 2b of the PD unit 103 by applying a reverse voltage from the back surface electrode 17 to the front surface second electrode 16, and converts the laser light into a current. Since the conversion is performed, the light output can be measured as a current amount.
  • the voltage applied to the DFB unit 101 is opposite to the voltage applied to the PD unit 103. Since the back-side second cladding layer 4a, the back-side second cladding layer 4b, and the front-side second cladding layer 7 of the DBR unit 102 are formed of high-resistance layers, the electrical connection between the DFB unit 101 and the PD unit 103 is established. Since it is electrically insulated, a problem that a current flows from the DFB unit 101 to the PD unit 103 does not occur.
  • 5 to 16 are cross-sectional views showing respective manufacturing steps of the semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.
  • a backside cladding layer 20a and a cladding layer 30 are sequentially formed on the substrate 18 shown in FIG. 5 by crystal growth.
  • the back side cladding layer 20a and the cladding layer 30 are high resistance layers made of different crystal materials.
  • a part of the cladding layer 30 is processed into a diffraction grating pattern by etching for forming a diffraction grating, and the first diffraction grating layer 9 corresponding to the DFB portion 101 and the DBR portion 102 are processed.
  • the second diffraction grating layers 10 to be formed are respectively formed.
  • the cladding layer 30 of the PD section 103 corresponds to the fourth cladding layer 11 in the device structure. Further, as shown in FIG. 8, the backside cladding layer 20b is crystal-grown. The backside cladding layer 20b is made of the same crystal material as the backside cladding layer 20a, and is the remaining part of the backside cladding layer 20a.
  • carriers are injected into the backside cladding layers 20a and 20b of the DFB unit 101 and the PD unit 103, respectively, and the backside first cladding layers 3a of the first conductivity type of the DFB unit 101 are respectively formed.
  • the back side first cladding layer 3b, the back side third cladding layer 5a of the PD section 103, and the back side third cladding layer 5b are formed.
  • the back side cladding layers 20a and 20b of the DBR part 102 in FIG. 9 correspond to the back side second cladding layer 4a and the back side second cladding layer 4b in the element structure, respectively.
  • the back side first cladding layer 3a and the back side first cladding layer 3b of the DFB portion 101 are made of the same crystal material.
  • the back side third cladding layer 5a and the back side third cladding layer 5b of the PD portion 103 are made of the same crystal material.
  • the back side second cladding layer 4a and the back side second cladding layer 4b of the DBR part 102 are made of the same crystal material, and have a lower resistivity than the back side cladding layers of the DFB part 101 and the PD part 103 into which carriers are injected. Is high.
  • the light emitting layer 1 is laminated by crystal growth, and as shown in FIG.
  • the light emitting layer 1 portions of the PD section 103 and the DBR section 102 are removed by processing.
  • the core layer 2 of the PD section 103 and the DBR section 102 is formed by crystal growth in the region where the light emitting layer 1 is removed.
  • a method for removing the light emitting layer 1 for example, dry etching is used.
  • the core layer 2 becomes the first core layer 2a of the DBR section 102 and the second core layer 2b of the PD section 103.
  • a surface-side cladding layer 40 and a contact layer 50 are sequentially formed on the light emitting layer 1 and the core layer 2 by crystal growth.
  • carriers are injected into the front side cladding layer 40 and the contact layer 50 of the DFB section 101 and the PD section 103, respectively, and the first side cladding layer of the second conductivity type DFB section 101 is respectively formed.
  • the layer 6 and the first contact layer 12, and the third cladding layer 8 and the third contact layer 14 on the surface side of the PD portion 103 are formed.
  • the injection region is removed by etching to form the front-side first cladding layer 6 and the front-side third cladding layer 8 by crystal growth is also possible.
  • the front side cladding layer 40 and the contact layer 50 of the DBR part 102 correspond to the front side second cladding layer 7 and the second contact layer 13 in the element structure.
  • the surface-side second cladding layer 7 and the second contact layer 13 of the DBR part 102 have higher resistivity than the front-side cladding layer 8 and the contact layer 14 of the DFB part 101 and the PD part 103 into which carriers are injected.
  • FIG. 2, FIG. 3, and FIG. 4 which are cross-sectional structural views perpendicular to the waveguide direction
  • the front side second cladding layer 7 and the second contact layer 13 on the core layer 2 of the DBR section 102 and the front side third cladding layer 8 and the third contact layer 14 on the core layer 2 of the PD section 103 are ridged. It is processed so as to have a shaped waveguide structure.
  • a processing method for example, dry etching is used.
  • the cladding layer 8 may not be completely removed, and the third cladding layer 8 on the front surface may remain partially.
  • the entire substrate 18 on the back side is removed by grinding, and as shown in FIG. 16, the front side first electrode 15 is formed on the first contact layer 12 of the DFB section 101. , And a front surface side second electrode 16 is formed on the third contact layer 14 of the PD portion 103, and a back surface side electrode 17 is formed on the exposed surface.
  • a method of forming the electrode for example, a metal deposition method is used.
  • the semiconductor laser according to the first embodiment since the formation of the stack so that the thickness distribution is uniform and the etching with a constant depth distribution are performed only, the manufacturing method with high reproducibility. Therefore, the semiconductor laser according to the first embodiment can be manufactured with high yield.
  • FIG. 17 shows a semiconductor laser 110 which is a modification of the first embodiment.
  • FIG. 18 shows a cross section of the DFB section 111, the DBR section 112, and the PD section 113 of the semiconductor laser 110, which is a modification of the first embodiment, perpendicular to the waveguide direction.
  • a cross section of the portion 112 is shown in FIG. 19, and a cross section of the PD portion 113 is shown in FIG.
  • the semiconductor laser 110 the first diffraction grating layer 9 of the DFB portion 111 is sandwiched between the front side first cladding layer 6a and the front side first cladding layer 6a. Even when the two-diffraction grating layer 10 is sandwiched between the front-side second clad layer 7a and the front-side second clad layer 7b, it can be manufactured by the following steps.
  • a backside cladding layer 20 is formed on a substrate 18 shown in FIG. 5 by crystal growth as shown in FIG.
  • carriers are respectively injected into the DFB portion 111 and the PD portion 113 of the backside cladding layer 20, and the backside first cladding layer 3 of the DFB portion 111 and the backside of the PD portion 113.
  • the third side cladding layer 5 is formed.
  • a method of removing the injected region by etching and forming the backside first clad layer 3 and the backside third clad layer 5 by crystal growth is also possible.
  • the backside cladding layer 20 of the DBR part 102 corresponds to the backside second cladding layer 4 in the element structure.
  • the backside second cladding layer 4 of the DBR unit 102 has a higher resistivity than the backside cladding layers of the DFB unit 101 and the PD unit 103.
  • the light emitting layer 1 is formed by crystal growth, and as shown in FIG. 24, the light emitting layer 1 portions of the PD portion 113 and the DBR portion 112 are removed by etching.
  • the core layer 2 of the DBR part 102 and the PD part 103 is formed by crystal growth in the region where the light emitting layer 1 is removed.
  • a method for removing the light emitting layer 1 for example, dry etching is used.
  • the core layer 2 becomes the first core layer 2a of the DBR section 102 and the second core layer 2b of the PD section 103.
  • a surface side cladding layer 40a and a cladding layer 30 are sequentially formed on the light emitting layer 1, the first core layer 2a, and the second core layer 2b.
  • the front side cladding layer 40a and the cladding layer 30 are high resistance layers made of different crystal materials.
  • a part of the cladding layer 30 is processed into a diffraction grating pattern to form the first diffraction grating layer 9 of the DFB unit 101 and the second diffraction grating layer 10 of the DBR unit 102, respectively.
  • the clad layer 30 of the PD section 103 corresponds to the fourth clad layer 11 in the device structure.
  • the front-side cladding layer 40b and the contact layer 50 are sequentially formed by crystal growth.
  • carriers are respectively injected into the front side cladding layer 40a, the front side cladding layer 40b and the contact layer 50 of the DFB section 111 and the PD section 113, and the front side first cladding layers 6a and 6b of the DFB section 111 are formed.
  • the front-side cladding layer 40a, the front-side cladding layer 40b, and the contact layer 50 of the DBR part 102 correspond to the front-side second cladding layer 7a, the front-side second cladding layer 7b, and the second contact layer 13, respectively, in the device structure.
  • the front side first cladding layer 6a and the front side first cladding layer 6b of the DFB portion 101 are made of the same crystal material.
  • the front side third cladding layer 8a and the front side third cladding layer 8b of the PD section 103 are made of the same crystal material.
  • the front side second cladding layer 7a and the front side second cladding layer 7b of the DBR portion 102 are made of the same crystal material.
  • the surface-side second cladding layer 7a, the surface-side second cladding layer 7b, and the second contact layer 13 of the DBR part 102 have a higher resistivity than the surface-side cladding layers and contact layers of the DFB part 101 and the PD part 103. Is high.
  • the second contact layer 13 and the front-side third cladding layer 8a, the fourth cladding layer 11, the front-side third cladding layer 8b, and the third contact layer 14 on the core layer 2 of the PD portion 113 have a ridge-type waveguide structure.
  • a processing method for example, dry etching is used.
  • the substrate 18 on the back side is removed by grinding, and as shown in FIG. 31, the front side first electrode 15 and the front side of the PD section 113 are provided on the front side of the DFB section 111.
  • the second electrode 16 on the front side is formed on each side, and the back electrode 17 is formed on the entire back side.
  • a method of forming the electrodes for example, a metal deposition method is used.
  • the first diffraction grating layer 9 is between the front side first cladding layer 6a and the front side first cladding layer 6b, It can also be manufactured with a configuration in which the diffraction grating layer 10 is between the front side second cladding layer 7a and the front side second cladding layer 7b.
  • the output change of the laser beam emitted from the DFB unit 101 is measured by the change in the amount of current detected by the PD unit 103. Since the light emitting layer 1 of the DFB unit 101 and the second core layer 2b of the PD unit 103 operate independently, optimal layer configurations can be set for each. Therefore, the second MQW structure forming the second core layer 2b of the PD unit 103 is changed so that the second core layer 2b that receives the laser beam in the PD unit 103 can easily detect even the output of a small laser beam. However, this does not affect the light emitting layer 1 of the DFB section 101. Conversely, even if the first MQW structure forming the light emitting layer 1 is changed by improving the characteristics of the DFB unit 101, the operation of the PD unit 103 is not affected.
  • the front side second cladding layer 7 and the back side second cladding layer 4 of the DBR part 102 are clad layers having higher resistivity than each of the clad layers of the DFB part 101 and the PD part 103.
  • the current path between the DFB unit 101 and the PD unit 103 as pointed out in the literature 1 can be prevented very effectively. That is, a current path from the front side first electrode 15 of the DFB unit 101 to the back side electrode 17 via the DBR unit 102 (the front side first electrode 15, the first contact layer 12, the front side first electrode 15 of the DFB unit 101).
  • Cladding layer 6 front side second cladding layer 7 of DBR section 102, front side third cladding layer 8 of PD section 103, first core layer 2 a, back side third cladding layer 5 b, fourth cladding layer 11, back side
  • the current path flowing in the order of the third cladding layer 5a and the back surface side electrode 17) can be cut off by the front side second cladding layer 7 of the DBR portion 102 having a high resistivity.
  • a current path from the back side electrode 17 to the front side second electrode 16 of the PD section 103 via the DBR section 102 (the back side electrode 17, the back side first cladding layer 3a of the DFB section 101, the DBR section 102).
  • the current path flowing in the order of the third contact layer 14 and the front surface side second electrode 16) can also be eliminated by the high resistivity of the back side second cladding layer 4a of the DBR part 102. Therefore, the current flowing in the PD unit 103 does not merge with the current in the DFB unit 101 and does not affect the output of the laser light, and the optical output can be adjusted only by the current value applied to the DFB unit 101.
  • the first diffraction grating layer 9 is formed by the first side cladding layer 6a and the first side cladding layer 6b.
  • the same effect can be obtained in a configuration in which the second diffraction grating layer 10 is located between the front side second cladding layer 7a and the front side second cladding layer 7b.
  • the cross-sectional structure perpendicular to the waveguide direction is a ridge waveguide structure.
  • the effects of the present invention that the light emitting layer and the core layer can be independently set to optimal layer configurations and that the DFB section and the PD section can operate independently can be obtained in the direction of the waveguide shown in FIGS. This is possible depending on the cross-sectional structure. Therefore, the cross-sectional structure perpendicular to the waveguide direction is not limited to the ridge waveguide structure.
  • FIG. 32 shows a cross-sectional structure in the waveguide direction of the semiconductor laser 200 according to the second embodiment.
  • the cross-sectional structure in the waveguide direction is the same as that in FIG. 1, but the cross-section perpendicular to the waveguide direction is different from the ridge-type waveguide structure shown in FIGS.
  • the high mesa interface 60 is provided in the middle of the backside first cladding layer 3a.
  • FIG. 33 is a cross-sectional view of the DFB section 201
  • FIG. 34 is a cross-sectional view of the DBR section 202
  • FIG. 34 is a cross-sectional view of the PD section 203 of the semiconductor laser 200 according to the second embodiment. 35.
  • FIGS. A high-mesa type waveguide structure in which processing is performed up to (the location of the high-mesa interface 60). 33 to 35, the same reference numerals as in FIG. 1 indicate the same or corresponding components.
  • the front side first electrode 15, the first contact layer 12, the front side first cladding layer 6 are arranged from the front to the back.
  • the light emitting layer 1, the backside first clad layer 3b, the first diffraction grating layer 9, and the layers up to a part of the backside first clad layer 3a (at the location of the high mesa interface 60) are processed into a high mesa waveguide structure. Is done.
  • the conductivity type of each layer is the same as in the first embodiment.
  • the second contact layer 13 In the section perpendicular to the waveguide direction of the DBR portion 202 shown in FIG. 34, the second contact layer 13, the front side second cladding layer 7, the first core layer 2a, the rear side second cladding
  • the layers up to the layer 4b, the second diffraction grating layer 10, and the part of the back side second cladding layer 4a (at the location of the high mesa interface 60) are processed into a high mesa waveguide structure.
  • the front-side second electrode 16 In the section perpendicular to the waveguide direction of the PD portion 203 shown in FIG. 35, from the front surface to the back surface, the front-side second electrode 16, the third contact layer 14, the front-side third cladding layer 8, and the second core layer
  • the layers up to 2b, the back side third cladding layer 5b, the fourth cladding layer 11, and a part of the back side third cladding layer 5a (the location of the high mesa interface 60) are processed into a high mesa waveguide structure.
  • the conductivity type of each layer is the same as in the first embodiment.
  • the procedure from FIG. 5 to FIG. 14 of the first embodiment is the same, but before the step of grinding the rear-side substrate 18 shown in FIG. From the front side to the back side, from the position of the first contact layer 12, the second contact layer 13, and the third contact layer 14, the back side first clad layer 3a, the back side second clad layer 4a, and the back side third A portion of the clad layer 5a (at the location of the high mesa interface 60) is processed by dry etching so as to have a high mesa waveguide structure.
  • the substrate 18 is removed by grinding, and the front side first electrode 15 of the DFB section 201, the front side second electrode 16 of the DBR section 202, and the entire back side electrode 17 are removed.
  • a method of forming the electrodes for example, a metal deposition method is used.
  • a change in the output of the laser beam emitted from the DFB unit 201 can be measured by a change in the amount of current detected by the PD unit 203, and the light emitting layer 1 of the DFB unit 201 can be measured. Since the core layer 2 of the PD unit 203 operates independently, an optimum layer configuration can be set for each. Further, there is an effect that a current path between the DFB unit 201 and the PD unit 203 can be prevented. Further, by employing the high-mesa waveguide structure, the laser light can be more efficiently confined in the light emitting layer 1.
  • Embodiment 3 FIG.
  • the sectional structure in the waveguide direction is the same as that in FIG.
  • FIG. 36 shows a cross section of the DFB section 301
  • FIG. 37 shows a cross section of the DBR section 302
  • FIG. FIG. 38 shows a cross section of 303.
  • the cross-sectional structures perpendicular to the waveguide direction of the buried type semiconductor laser 300 according to the third embodiment are, as shown in FIGS. 36, 37, and 38, respectively, the back-side first cladding layer 3a and the back-side first cladding layer 3a.
  • the steps of processing from the front surface to the back surface to the high mesa waveguide structure up to a part of the cladding layer are the same as those in the second embodiment.
  • the processed region is filled with the current blocking layer 19 and then removed by grinding the substrate 18 to form the front-side first electrode 15, the front-side second electrode 16, and the back-side electrode 17.
  • a metal deposition method is used as a method of forming the electrodes.
  • the ridge type waveguide structures of the first embodiment shown in FIGS. 2 to 4 and FIGS. 18 to 20 are similarly embedded by embedding the processed region with the current blocking layer 19.
  • Semiconductor laser can be manufactured.
  • the change in the output of the laser light emitted from the DFB unit 301 can be measured by the change in the amount of current detected by the PD unit 303. Since the light-emitting layer 1 and the core layer 2 of the PD section 303 operate independently, optimal layer configurations can be set respectively. Further, there is an effect that a current path between the DFB unit 301 and the PD unit 303 can be prevented. Further, the provision of the current block layer 19 enables uniform processing of the thickness distribution on the surface of the laminated layer, which has the effect of flattening the surface electrodes, and allows the semiconductor laser to be manufactured with high yield.
  • Embodiment 4 The semiconductor lasers according to the first, second, and third embodiments select the emission wavelength at the first diffraction grating layer 9 of the DFB portion and reflect the light at the second diffraction grating layer 10 of the DBR portion.
  • the wavelength band and ratio of light can be set. Therefore, as shown in FIG. 39, the plurality of semiconductor lasers according to the first, second, or third embodiment can be integrated by juxtaposing them in an array using a plurality of semiconductor lasers. In such a semiconductor laser array, even when the emission wavelengths of the DFB portions of the respective semiconductor lasers are not the same, the laser light reflected by forming the first diffraction grating layer of the DBR portion corresponding to the respective emission wavelengths.
  • the wavelength band and the ratio can be set separately.
  • the change in the output of the laser beam emitted from the DFB section can be measured by the change in the amount of current detected by the PD section, and the light emitting layer 1 of the DFB section and the PD section can be measured. Since the core layers 2 operate independently, the optimum layer configuration can be set for each. Further, there is an effect that a current path between the DFB section and the PD section can be prevented. Further, in the semiconductor laser array according to the fourth embodiment, the distance between the semiconductor lasers is not limited by the size of the PD section, the semiconductor laser array can be reduced in size, and the light output characteristics associated with the downsizing are reduced. No drop occurs. In the present invention, within the scope of the invention, the semiconductor lasers according to the embodiments can be combined, and the semiconductor lasers according to the embodiments can be appropriately modified or omitted.

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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

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
　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。
特開２０１７－８５００７号公報
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。
　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。
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。
実施の形態１に係る半導体レーザの構成を示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体レーザのリッジ型導波路構造を示すＤＦＢ部の断面図である。 実施の形態１に係る半導体レーザのリッジ型導波路構造を示すＤＢＲ部の断面図である。 実施の形態１に係る半導体レーザのリッジ型導波路構造を示すＰＤ部の断面図である。 実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図である。 実施の形態１の変形例に係る半導体レーザの構成を示す断面図である。 実施の形態１の変形例に係る半導体レーザのリッジ型導波路構造を示すＤＦＢ部の断面図である。 実施の形態１の変形例に係る半導体レーザのリッジ型導波路構造を示すＤＢＲ部の断面図である。 実施の形態１の変形例に係る半導体レーザのリッジ型導波路構造を示すＰＤ部の断面図である。 実施の形態１の変形例に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図である。 実施の形態１の変形例に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図である。 実施の形態１の変形例に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図である。 実施の形態１の変形例に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図である。 実施の形態１の変形例に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図である。 実施の形態１の変形例に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図である。 実施の形態１の変形例に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図である。 実施の形態１の変形例に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図である。 実施の形態１の変形例に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図である。 実施の形態１の変形例に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図である。 実施の形態１の変形例に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図である。 実施の形態２に係る半導体レーザの構成を示す断面図である。 実施の形態２に係る半導体レーザのハイメサ型導波路構造を示すＤＦＢ部の断面図である。 実施の形態２に係る半導体レーザのハイメサ型導波路構造を示すＤＢＲ部の断面図である。 実施の形態２に係る半導体レーザのハイメサ型導波路構造を示すＰＤ部の断面図である。 実施の形態３に係る埋め込み型の半導体レーザの構成を示すＤＦＢ部の断面図である。 実施の形態３に係る埋め込み型の半導体レーザの構成を示すＤＢＲ部の断面図である。 実施の形態３に係る埋め込み型の半導体レーザの構成を示すＰＤ部の断面図である。 実施の形態４に係る半導体レーザアレイの斜視図である。
　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。
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。
　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。
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。
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。　
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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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

Claims (14)

  1. 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。　
  2. 　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。
  3. 　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。
  4. 　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。
  5. 　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。
  6. 　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。
  7. 　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。
  8. 　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。
  9. 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。
  10. 　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。
  11. 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。
  12. 　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。
  13. 　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。
  14. 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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