(57)【要約】【課題】別途エッチングストッパ層を追加することなく選択エッチングによりリッジを形成でき、閾値電流が小さく、効率が良いリッジ型半導体レーザを得る。【解決手段】ｎ型ＩｎＰ基板１０（基板）上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層１２（ｎ型クラッド層）、ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１６（ＩｎＧａＡｓＰ活性層）、第１のｐ型ＩｎＰクラッド層２０、ｐ型Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ電子障壁層２２、第２のｐ型ＩｎＰクラッド層２４及びｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２６（ｐ型コンタクト層）が順番に形成されている。そして、ｐ型Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ電子障壁層２２をエッチングストッパ層として、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２６及び第２のｐ型ＩｎＰクラッド層２４が選択エッチングされてリッジ２８が形成されている。リッジ２８と第１のｐ型ＩｎＰクラッド層２０との間の全面にｐ型Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ電子障壁層２２が存在する。【選択図】図１
2010098201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、ｎ型クラッド層、ＩｎＧａＡｓＰ活性層、第１のｐ型ＩｎＰクラッド層、ｐ型Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ電子障壁層、第２のｐ型ＩｎＰクラッド層及びｐ型コンタクト層が順番に形成され、
前記ｐ型Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ電子障壁層をエッチングストッパ層として、前記ｐ型コンタクト層及び前記第２のｐ型ＩｎＰクラッド層が選択エッチングされてリッジが形成され、
前記リッジと前記第１のｐ型ＩｎＰクラッド層との間の全面に前記ｐ型Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ電子障壁層が存在することを特徴とするリッジ型半導体レーザ。
【請求項２】
前記ｐ型Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ電子障壁層のキャリア濃度が０．７Ｅ１８ｃｍ−３以上１．０Ｅ１９ｃｍ−３以下であることを特徴とする請求項１に記載のリッジ型半導体レーザ。
【請求項３】
前記ＩｎＧａＡｓＰ活性層は、ｎ型であって、キャリア濃度が１．０Ｅ１８ｃｍ−３以上１．０Ｅ１９ｃｍ−３以下であることを特徴とする請求項１に記載のリッジ型半導体レーザ。
【請求項４】
前記第１のｐ型ＩｎＰクラッド層のキャリア濃度が２．０Ｅ１８ｃｍ−３以上１．０Ｅ１９ｃｍ−３以下であることを特徴とする請求項１に記載のリッジ型半導体レーザ。
【請求項５】
前記第１のｐ型ＩｎＰクラッド層、前記第２のｐ型ＩｎＰクラッド層及び前記ｎ型クラッド層の何れかに回折格子が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のリッジ型半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信システムなどで用いられるリッジ型半導体レーザに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムなどにおいて、電流狭窄と水平方向の光閉込のために半導体層をリッジ型にエッチングしたリッジ型半導体レーザが用いられている。従来のリッジ型半導体レーザでは、例えば、ｎ型ＩｎＰ基板上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉込層、ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉込層、ｐ型ＩｎＰクラッド層及びｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層が順番に形成されている。そして、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層からｐ型ＩｎＰクラッド層の途中までエッチングされてリッジが形成されている。
【０００３】
半導体レーザをレーザ発振させるためには、電子を多重量子井戸層内に蓄積して反転分布を形成する必要がある。しかし、従来のリッジ型半導体レーザでは、ｐ型ＩｎＰクラッド層の多重量子井戸層に対する伝導帯障壁の高さが数十ｍｅＶと小さい。このため、電子密度が１Ｅ１８ｃｍ−３近くになると、電子がｐ型ＩｎＰクラッド層に溢れ出す現象（オーバーフロー）が顕著となる。従って、閾値電流が大きく、半導体レーザの効率が悪いという問題点があった。
【０００４】
このようなオーバーフローを防止するため、多重量子井戸層の上に、ｐ型ＩｎＰクラッド層よりも不純物濃度が高いｐ＋型ＩｎＰキャリアストップ層を形成したリッジ型半導体レーザが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−９５８２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のｐ＋型ＩｎＰキャリアストップ層は、ｐ型ＩｎＰクラッド層と構成物質が同じであるため、リッジを形成する際のエッチングストッパ層の役割を果たすことはできない。従って、選択エッチングによりリッジを形成する場合は、別途エッチングストッパ層を追加しなければならなかった。
【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、別途エッチングストッパ層を追加することなく選択エッチングによりリッジを形成でき、閾値電流が小さく、効率が良いリッジ型半導体レーザを得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、基板上に、ｎ型クラッド層、ＩｎＧａＡｓＰ活性層、第１のｐ型ＩｎＰクラッド層、ｐ型Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ電子障壁層、第２のｐ型ＩｎＰクラッド層及びｐ型コンタクト層が順番に形成され、前記ｐ型Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ電子障壁層をエッチングストッパ層として、前記ｐ型コンタクト層及び前記第２のｐ型ＩｎＰクラッド層が選択エッチングされてリッジが形成され、前記リッジと前記第１のｐ型ＩｎＰクラッド層との間の全面に前記ｐ型Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ電子障壁層が存在することを特徴とするリッジ型半導体レーザである。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、別途エッチングストッパ層を追加することなく選択エッチングによりリッジを形成でき、閾値電流が小さく、効率が良いリッジ型半導体レーザを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るリッジ型半導体レーザを示す断面図である。ｎ型ＩｎＰ基板１０（基板）上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層１２（ｎ型クラッド層）、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉込層１４、ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１６（ＩｎＧａＡｓＰ活性層）、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉込層１８、第１のｐ型ＩｎＰクラッド層２０、ｐ型Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ電子障壁層２２、第２のｐ型ＩｎＰクラッド層２４及びｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２６（ｐ型コンタクト層）が順番に形成されている。そして、ｐ型Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ電子障壁層２２をエッチングストッパ層として、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２６及び第２のｐ型ＩｎＰクラッド層２４がエッチングされてリッジ２８が形成されている。リッジ２８と第１のｐ型ＩｎＰクラッド層２０との間の全面にｐ型Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ電子障壁層２２が存在する。
【００１１】
リッジ２８の両側のｐ型Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ電子障壁層２２上及びリッジ２８の側壁にＳｉＯ２絶縁膜３０が形成されている。リッジ２８上におけるＳｉＯ２絶縁膜３０の開口を介して、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２６と接続するようにＴｉ／Ｐｔ／Ａｕアノード電極３２が形成されている。ｎ型ＩｎＰ基板１０の底面にＡｕＧｅＮｉカソード電極３４が形成されている。
【００１２】
次に、本発明の実施の形態１に係るリッジ型半導体レーザの製造方法について説明する。図２，３は、本発明の実施の形態１に係るリッジ型半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【００１３】
まず、図２に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層１２、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉込層１４、ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１６、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉込層１８、第１のｐ型ＩｎＰクラッド層２０、ｐ型Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ電子障壁層２２、第２のｐ型ＩｎＰクラッド層２４及びｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２６を順番に形成する。そして、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２６上にフォトリソグラフィなどによりレジストパターン３６を形成する。
【００１４】
次に、図３に示すように、レジストパターン３６をマスクとし、ｐ型Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ電子障壁層２２をエッチングストッパ層として、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２６及び第２のｐ型ＩｎＰクラッド層２４をドライエッチング又はウェットエッチングして、リッジ２８を形成する。ウェットエッチングの薬液としては、塩酸・燐酸混合液を用いることができる。また、ドライエッチングのエッチングガスとしては、メタン・水素・酸素の混合ガスを用いることができる。何れの場合でもＡｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓに対してＩｎＰを選択的にエッチングすることができる。
【００１５】
その後、レジストパターン３６を除去する。さらに、図１に示すように、ＳｉＯ２絶縁膜３０、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕアノード電極３２及びＡｕＧｅＮｉカソード電極３４を形成することで本実施の形態に係るリッジ型半導体レーザが製造される。
【００１６】
本実施の形態に係るリッジ型半導体レーザの効果について参考例と比較しながら説明する。図４は、参考例に係るリッジ型半導体レーザを示す断面図である。また、図５は参考例に係るリッジ型半導体レーザの電流とレーザ出力の関係を示す図であり、図６は本発明の実施の形態１に係るリッジ型半導体レーザの電流とレーザ出力の関係を示す図である。
【００１７】
参考例では、実施の形態１と比べてｐ型Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ電子障壁層２２が存在せず、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２６からｐ型ＩｎＰクラッド層３８の途中までエッチングされてリッジ２８が形成されている。一方、実施の形態１では、リッジ２８と第１のｐ型ＩｎＰクラッド層２０との間の全面にｐ型Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ電子障壁層２２が存在する。
【００１８】
ｐ型Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ電子障壁層２２はＧａの添加量を減少させることにより、電子に対する障壁高さをＩｎＰよりも最大約１００ｍｅＶ大きくすることができる。このため、ｐ型Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ電子障壁層２２は、ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１６から第２のｐ型ＩｎＰクラッド層２４に向かう電子に対する障壁層となる。従って、半導体レーザに電流を注入する際にＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１６に電子が蓄積されやすくなる。この結果、図５，６に示すように、実施の形態１に係る半導体レーザは参考例に係る半導体レーザよりも閾値電流が小さくなる。従って、効率が良いリッジ型半導体レーザを得ることができる。
【００１９】
また、リッジ２８を形成する際にｐ型Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ電子障壁層２２をエッチングストッパ層として兼用することで、別途エッチングストッパ層を追加することなく選択エッチングによりリッジ２８を形成できる。
【００２０】
なお、ｐ型Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ電子障壁層２２のキャリア濃度が０．７Ｅ１８ｃｍ−３以上となるように、ｐ型ドーパントであるＺｎをドーピングすることが好ましい。これにより、電子に対する障壁高さを十分得ることができる。ただし、ｐ型Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ電子障壁層２２のキャリア濃度は、通常使用される１．０Ｅ１９ｃｍ−３以下が適当である。
【００２１】
また、ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１６をｎ型にドーピングし、キャリア濃度を１．０Ｅ１８ｃｍ−３以上にすることが好ましい。これにより、量子井戸が光利得を得るのに必要な電子及び正孔のキャリア密度（１．０〜２．０Ｅ１８ｃｍ−３）に達するのに必要な注入電流を小さくすることができ、半導体レーザの閾値電流を低減することができる。ただし、ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１６のキャリア濃度は、通常使用される１．０Ｅ１９ｃｍ−３以下が適当である。
【００２２】
また、第１のｐ型ＩｎＰクラッド層２０のキャリア濃度を２．０Ｅ１８ｃｍ−３以上とすることが好ましい。これにより、電子電流が第１のｐ型ＩｎＰクラッド層２０に流れ込みにくくなるので、ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１６に電子が蓄積しやすくなり、半導体レーザの閾値電流を低減することができる。ただし、第１のｐ型ＩｎＰクラッド層２０のキャリア濃度のキャリア濃度は、通常使用される１．０Ｅ１９ｃｍ−３以下が適当である。
【００２３】
実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２に係るリッジ型半導体レーザの共振器方向の垂直断面図である。この半導体レーザは、第１のｐ型ＩｎＰクラッド層２０に回折格子４０が形成された分布帰還半導体レーザである。回折格子４０はｐ型にドーピングされている。その他の構成は実施の形態１と同じであり、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２４】
実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３に係るリッジ型半導体レーザの共振器方向の垂直断面図である。この半導体レーザは、第２のｐ型ＩｎＰクラッド層２４に回折格子４０が形成された分布帰還半導体レーザである。回折格子４０はｐ型にドーピングされている。その他の構成は実施の形態１と同じであり、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２５】
実施の形態４．
図９は、本発明の実施の形態４に係るリッジ型半導体レーザの共振器方向の垂直断面図である。この半導体レーザは、ｎ型ＩｎＰクラッド層１２に回折格子４０が形成された分布帰還半導体レーザである。回折格子４０はｎ型にドーピングされている。その他の構成は実施の形態１と同じであり、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２６】
実施の形態５．
図１０は、本発明の実施の形態５に係る光集積回路の共振器方向の垂直断面図である。この光集積回路は、分布帰還半導体レーザと光変調器とを集積したものである。ｎ型ＩｎＰクラッド層１２上に、光変調器のｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉込層４２、光変調器のＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸光吸収層４４、光変調器のｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉込層４６、光変調器のｐ型ＩｎＰクラッド層４８が順番に形成されている。このような光集積回路でも実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態１に係るリッジ型半導体レーザを示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るリッジ型半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るリッジ型半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図４】参考例に係るリッジ型半導体レーザを示す断面図である。
【図５】参考例に係るリッジ型半導体レーザの電流とレーザ出力の関係を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係るリッジ型半導体レーザの電流とレーザ出力の関係を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係るリッジ型半導体レーザの共振器方向の垂直断面図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係るリッジ型半導体レーザの共振器方向の垂直断面図である。
【図９】本発明の実施の形態４に係るリッジ型半導体レーザの共振器方向の垂直断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態５に係る光集積回路の共振器方向の垂直断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  ｎ型ＩｎＰ基板
１２  ｎ型ＩｎＰクラッド層
１４  ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉込層
１６  ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層
１８  ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉込層
２０  第１のｐ型ＩｎＰクラッド層
２２  ｐ型Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ電子障壁層
２４  第２のｐ型ＩｎＰクラッド層
２６  ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層
２８  リッジ
４０  回折格子
【図１】
2010098201.tif 000003
【図２】
2010098201.tif 000004
【図３】
2010098201.tif 000005
【図４】
2010098201.tif 000006
【図５】
2010098201.tif 000007
【図６】
2010098201.tif 000008
【図７】
2010098201.tif 000009
【図８】
2010098201.tif 000010
【図９】
2010098201.tif 000011
【図１０】
2010098201.tif 000012