(57)【要約】【課題】複数のＤＦＢレーザにおいて回折格子の結合係数κのばらつきを抑制することができる分布帰還型半導体レーザの製造方法を提供する。【解決手段】ＤＦＢレーザＤＦＢｎは、以下のように製造される。まず、活性層Ａｎ上に、表面に周期的な複数の溝２２（回折格子）が形成された回折格子層Ｇｎを形成する。次に、回折格子層Ｇｎ上にクラッド層２４を形成する。回折格子層Ｇｎのバンドギャップ波長λＥｎは、予め算出されたＤＦＢレーザＤＦＢｎの発振波長λｎと回折格子層Ｇｎのバンドギャップ波長λＥｎとの相関関係に基づいて決定される。この相関関係は、回折格子層Ｇｎの結合係数κが一定であり、複数の溝２２の深さＤが一定であり、クラッド層２４のバンドギャップ波長λＥｃｌａｄが一定である場合に算出される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分布帰還型半導体レーザの製造方法であって、
活性層上に、表面に周期的な凹凸からなる回折格子が形成された回折格子層を形成する工程と、
前記回折格子層上にクラッド層を形成する工程と、
を含み、
前記回折格子層のバンドギャップ波長は、予め算出された前記分布帰還型半導体レーザの発振波長と前記回折格子層のバンドギャップ波長との相関関係に基づいて決定され、
前記相関関係は、前記回折格子層の結合係数が一定であり、前記回折格子の深さが一定であり、前記クラッド層のバンドギャップ波長が一定である場合に算出される、分布帰還型半導体レーザの製造方法。
【請求項２】
互いに異なる発振波長を有する複数の分布帰還型半導体レーザの製造方法であって、
前記複数の分布帰還型半導体レーザのそれぞれについて、活性層上に、前記発振波長に対応する周期的な凹凸からなる回折格子が表面に形成された回折格子層を形成する工程と、
前記複数の分布帰還型半導体レーザのそれぞれについて、前記回折格子層上にクラッド層を形成する工程と、
を含み、
前記複数の分布帰還型半導体レーザのそれぞれについて、前記回折格子層のバンドギャップ波長は、前記分布帰還型半導体レーザの発振波長と前記回折格子層のバンドギャップ波長との相関関係に基づいて決定され、
前記相関関係は、前記複数の分布帰還型半導体レーザにおいて、前記回折格子層の結合係数が一定であり、前記回折格子の深さが一定であり、前記クラッド層のバンドギャップ波長が一定である場合に算出される、分布帰還型半導体レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分布帰還型半導体レーザの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
分布帰還型半導体レーザ（以下、「ＤＦＢレーザ」ともいう。）では、活性層上に、周期的な凹凸からなる回折格子が形成されている。このＤＦＢレーザを製造する際に、回折格子の深さを調整することによって、回折格子の結合係数κを調整することができる（例えば特許文献１参照）。回折格子の深さは、エッチング時間により制御される。
【特許文献１】特開平１０−２２５５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、エッチング時間により回折格子の深さを制御する場合、回折格子の深さを高精度に制御することができない。
【０００４】
ところで、ＣＷＤＭ（Coarse WavelengthDivision Multiplexing）といったＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）には、互いに異なる複数の発振波長を有するＤＦＢレーザが用いられる。発振波長は、通常、活性層のバンドギャップエネルギーによって調整される。発振波長が異なると、ＤＦＢレーザ内の光導波路の屈折率も異なるので、回折格子の結合係数κも異なってしまう。回折格子の結合係数κは、ＤＦＢレーザの閾値電流やスロープ効率といったレーザ特性に影響を及ぼすので、ＤＦＢレーザ間の結合係数κのばらつきは好ましくない。
【０００５】
ここで、回折格子の深さをＤＦＢレーザ毎に変えることが考えられるが、上述のように回折格子の深さを制御することは好ましくない。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みて為されたものであり、複数のＤＦＢレーザにおいて回折格子の結合係数κのばらつきを抑制することができる分布帰還型半導体レーザの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決するため、本発明の分布帰還型半導体レーザの製造方法は、分布帰還型半導体レーザの製造方法であって、活性層上に、表面に周期的な凹凸からなる回折格子が形成された回折格子層を形成する工程と、前記回折格子層上にクラッド層を形成する工程と、を含み、前記回折格子層のバンドギャップ波長は、予め算出された前記分布帰還型半導体レーザの発振波長と前記回折格子層のバンドギャップ波長との相関関係に基づいて決定され、前記相関関係は、前記回折格子層の結合係数が一定であり、前記回折格子の深さが一定であり、前記クラッド層のバンドギャップ波長が一定である場合に算出される。
【０００８】
本発明の分布帰還型半導体レーザの製造方法によれば、複数の分布帰還型半導体レーザを製造する場合に、これらの分布帰還型半導体レーザにおいて回折格子層の結合係数κのばらつきを抑制することができる。また、回折格子の深さを変える必要もない。
【０００９】
また、本発明の分布帰還型半導体レーザの製造方法は、互いに異なる発振波長を有する複数の分布帰還型半導体レーザの製造方法であって、前記複数の分布帰還型半導体レーザのそれぞれについて、活性層上に、前記発振波長に対応する周期的な凹凸からなる回折格子が表面に形成された回折格子層を形成する工程と、前記複数の分布帰還型半導体レーザのそれぞれについて、前記回折格子層上にクラッド層を形成する工程と、を含み、前記複数の分布帰還型半導体レーザのそれぞれについて、前記回折格子層のバンドギャップ波長は、前記分布帰還型半導体レーザの発振波長と前記回折格子層のバンドギャップ波長との相関関係に基づいて決定され、前記相関関係は、前記複数の分布帰還型半導体レーザにおいて、前記回折格子層の結合係数が一定であり、前記回折格子の深さが一定であり、前記クラッド層のバンドギャップ波長が一定である場合に算出される。
【００１０】
本発明の分布帰還型半導体レーザの製造方法によれば、複数の分布帰還型半導体レーザを製造する場合に、これらの分布帰還型半導体レーザにおいて回折格子層の結合係数κのばらつきを抑制することができる。また、回折格子の深さを変える必要もない。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、複数のＤＦＢレーザにおいて回折格子の結合係数κのばらつきを抑制することができる分布帰還型半導体レーザの製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
【００１３】
図１は、ＷＤＭ伝送システムの構成例を模式的に示す図である。図１に示されるＷＤＭ伝送システム１０は、互いに異なる発振波長λ１〜λｎ（ｎは２以上の整数）をそれぞれ有する複数のＤＦＢレーザＤＦＢ１〜ＤＦＢｎと、ＤＦＢレーザＤＦＢ１〜ＤＦＢｎから出射された各レーザ光が入射される光合波器Ｍとを備える。このように、ＤＦＢレーザＤＦＢ１〜ＤＦＢｎはＷＤＭに用いられる。光合波器Ｍからは、発振波長λ１〜λｎを含む光が出射される。ＷＤＭ伝送システム１０は、例えばＣＷＤＭに用いられる。その場合、発振波長λ１〜λｎ同士の間隔は、例えば２０ｎｍである。なお、１４７０ｎｍ〜１５３０ｎｍの波長帯はＳバンドと呼ばれている。また、１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍの波長帯はＣバンドと呼ばれている。また、１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍの波長帯はＬバンドと呼ばれている。
【００１４】
ＤＦＢレーザＤＦＢｎは、第１導電型（例えばｎ型）の半導体基板１２を備える。半導体基板１２上には、第１導電型のクラッド層１４、第１導電型の光閉じ込め層（ＳＣＨ層ともいう。）１６、活性層Ａｎ、第２導電型（例えばｐ型）の光閉じ込め層１８、第２導電型の回折格子層Ｇｎ、第２導電型のクラッド層２４、及びコンタクト層２６がこの順に設けられている。コンタクト層２６上には電極２８が設けられている。半導体基板１２の裏面には電極３０が設けられている。回折格子層Ｇｎの表面には、発振波長λｎに対応する周期的な複数の溝２２（周期的な凹凸からなる回折格子）が形成されている。複数の溝２２は、ピッチΛｎで所定方向に配列されている。ピッチΛｎは、発振波長λｎに応じて決定される。溝２２の深さＤは、例えば２０ｎｍである。
【００１５】
ＤＦＢレーザＤＦＢ１〜ＤＦＢｎにおいて、活性層Ａ１〜Ａｎ、及び回折格子層Ｇ１〜Ｇｎ以外の構成（形状や構成材料等）は同一である。活性層Ａ１〜Ａｎ、及び回折格子層Ｇ１〜Ｇｎの構成は互いに異なる。なお、光閉じ込め層１６，１８を形成しなくてもよいし、クラッド層２４とコンタクト層２６との間に更なるクラッド層を形成してもよい。
【００１６】
半導体基板１２は、例えばＳｉがドープされたＩｎＰ基板である。クラッド層１４は、例えばＳｉがドープされたＩｎＰ層である。光閉じ込め層１６は、例えばＳｉがドープされたＩｎＧａＡｓＰ層である。光閉じ込め層１８は、例えばＺｎがドープされたＩｎＧａＡｓＰ層である。光閉じ込め層１６，１８のバンドギャップ波長は、例えば１．２μｍである。バンドギャップ波長は、III−Ｖ族化合物半導体材料の組成比を変えることによって調整することができる。光閉じ込め層１６，１８の厚さは、例えば１００ｎｍであるが、５５ｎｍであってもよい。
【００１７】
活性層Ａｎは、例えば多重量子井戸構造を有する。活性層Ａｎは、例えばＩｎＧａＡｓＰからなる。活性層Ａｎの井戸層のバンドギャップ波長は、例えば１．５７μｍであるが、１．５５μｍであってもよい。活性層Ａｎの井戸層の厚さは例えば４ｎｍであるが、６ｎｍであってもよい。活性層Ａｎの井戸層の圧縮歪は例えば１．０％である。活性層Ａｎのバリア層のバンドギャップ波長は、例えば１．１５μｍであるが、１．２０μｍであってもよい。活性層Ａｎのバリア層の厚さは例えば１０ｎｍである。活性層Ａｎのバリア層は例えば無歪である。活性層Ａｎの井戸層のバンドギャップ波長を変えることによって、発振波長λｎを変えることができる。回折格子層Ｇｎは、例えばＺｎがドープされたＩｎＧａＡｓＰ層である。回折格子層Ｇｎの厚さは、例えば２０ｎｍである。クラッド層２４は、例えばＺｎがドープされたＩｎＰ層である。
【００１８】
以下、図２〜図６を参照しながら、ＤＦＢレーザＤＦＢｎの製造方法について説明する。図２は、ＤＦＢレーザＤＦＢｎの発振波長λｎと回折格子層Ｇｎのバンドギャップ波長λＥｎとの相関関係の一例を示すグラフである。図３は、本実施形態における回折格子層Ｇｎの溝２２の深さＤ（回折格子の深さ）と回折格子層Ｇｎの結合係数κとの相関関係の一例を示すグラフである。図４は、比較例における回折格子層の溝の深さ（回折格子の深さ）と回折格子層の結合係数κとの相関関係の一例を示すグラフである。図５(Ａ)〜図５(Ｃ)は、ＤＦＢレーザＤＦＢｎの製造方法を模式的に示す工程断面図である。図６は、ＤＦＢレーザＤＦＢｎを模式的に示す断面図である。
【００１９】
（相関関係算出工程）
まず、図２に示されるように、ＤＦＢレーザＤＦＢｎの発振波長λｎと回折格子層Ｇｎのバンドギャップ波長λＥｎとの相関関係を算出する。図２において、横軸は発振波長λｎを表し、縦軸はバンドギャップ波長λＥｎを表す。バンドギャップ波長λＥｎは、発振波長λｎが大きくなるに連れて大きくなる。ここで、回折格子層Ｇｎの結合係数κは、溝２２の深さＤ、クラッド層２４のバンドギャップ波長λＥｃｌａｄ、回折格子層Ｇｎのバンドギャップ波長λＥｎ、及びＤＦＢレーザＤＦＢｎの発振波長λｎによって決定される。すなわち、結合係数κは、関数ｆを用いて下記式（１）のように表される。
【００２０】
κ＝ｆ（Ｄ、λＥｃｌａｄ、λＥｎ、λｎ）    （１）
【００２１】
よって、ＤＦＢレーザＤＦＢ１〜ＤＦＢｎにおいて、回折格子層Ｇｎの結合係数κが一定であり、溝２２の深さＤが一定であり、クラッド層２４のバンドギャップ波長λＥｃｌａｄが一定である場合に、発振波長λｎと回折格子層Ｇｎのバンドギャップ波長λＥｎとの相関関係がコンピュータによる計算により算出される。図２に示される近似直線Ｌ１は、発振波長λｎと回折格子層Ｇｎのバンドギャップ波長λＥｎとの相関関係の一例を示す。直線Ｌ２は、いずれの発振波長に対しても回折格子層のバンドギャップ波長を一定とした場合において算出された発振波長と回折格子層のバンドギャップ波長との関係の一例を示す。
【００２２】
また、図３に示される近似直線Ｐ１は、クラッド層２４のバンドギャップ波長λＥｃｌａｄが一定であり、発振波長λｎが１６１０ｎｍ、回折格子層Ｇｎのバンドギャップ波長λＥｎが１２００ｎｍである場合において、回折格子層Ｇｎの溝２２の深さＤと回折格子層Ｇｎの結合係数κとの相関関係の一例を示す。同様に、近似直線Ｐ２は、クラッド層２４のバンドギャップ波長λＥｃｌａｄが一定であり、発振波長λｎが１５５０ｎｍ、回折格子層Ｇｎのバンドギャップ波長λＥｎが１１７５ｎｍである場合における相関関係の一例を示す。同様に、近似直線Ｐ３は、クラッド層２４のバンドギャップ波長λＥｃｌａｄが一定であり、発振波長λｎが１４９０ｎｍ、回折格子層Ｇｎのバンドギャップ波長λＥｎが１１５０ｎｍである場合における相関関係の一例を示す。図３に示されるグラフから、溝２２の深さＤが一定であり、クラッド層２４のバンドギャップ波長λＥｃｌａｄが一定である場合に、回折格子層Ｇｎの結合係数κも一定になることが分かる。
【００２３】
また、図４に示される近似直線Ｑ１は、クラッド層のバンドギャップ波長が一定であり、発振波長が１６１０ｎｍ、回折格子層のバンドギャップ波長が１２００ｎｍである場合において、回折格子層の溝の深さと回折格子層の結合係数κとの関係の一例を示す。同様に、近似直線Ｑ２は、クラッド層のバンドギャップ波長が一定であり、発振波長が１５５０ｎｍ、回折格子層のバンドギャップ波長が１２００ｎｍである場合における関係の一例を示す。同様に、近似直線Ｑ３は、クラッド層のバンドギャップ波長が一定であり、発振波長が１４９０ｎｍ、回折格子層のバンドギャップ波長が１２００ｎｍである場合における関係の一例を示す。図４に示されるグラフから、溝の深さが一定であり、クラッド層のバンドギャップ波長が一定であっても、回折格子層のバンドギャップ波長を一定にすると回折格子層の結合係数κが一定にならないことが分かる。
【００２４】
（回折格子層のバンドギャップ波長決定工程）
図２に示される近似直線Ｌ１を用いると、所望の発振波長λｎを有するＤＦＢレーザＤＦＢｎを製造する際に、発振波長λｎに対応するバンドギャップ波長λＥｎを決定することができる。バンドギャップ波長λＥｎが決まると、回折格子層Ｇｎを構成するIII−Ｖ族化合物半導体材料の組成比が決まる。
【００２５】
（回折格子層形成工程）
次に、図５(Ａ)に示されるように、半導体基板１２上に、例えば気相成長法を用いて、クラッド層１４、光閉じ込め層１６、活性層Ａｎ、光閉じ込め層１８、及び半導体層３２をこの順に形成する。なお、半導体層３２のバンドギャップ波長λＥｎは、例えば原料ガスの流量比を調整することにより調整される。続いて、図５(Ｂ)に示されるように、半導体層３２をエッチングすることによって回折格子層Ｇｎを形成する。エッチングとしては、ドライエッチング又はウェットエッチングが好ましい。
【００２６】
（クラッド層形成工程）
次に、図５(Ｃ)に示されるように、回折格子層Ｇｎ上にクラッド層２４を形成する。クラッド層２４は、回折格子層Ｇｎの溝２２を埋め込む。クラッド層２４の表面は平坦化されていることが好ましい。
【００２７】
次に、クラッド層２４、回折格子層Ｇｎ、光閉じ込め層１８、活性層Ａｎ、光閉じ込め層１６、及びクラッド層１４をエッチングすることにより、半導体メサを形成することが好ましい。半導体メサは、複数の溝２２が配列される所定方向に沿って延びていることが好ましい。その後、半導体メサを埋め込む半導体層を半導体メサの側面上に形成することが好ましい。続いて、半導体メサ及び半導体層上に更なるクラッド層を形成することが好ましい。
【００２８】
（コンタクト層及び電極形成工程）
次に、図６に示されるように、クラッド層１４上に、コンタクト層２６及び電極２８をこの順に形成する。また、半導体基板１２の裏面上に電極３０を形成する。このようにして、ＤＦＢレーザＤＦＢｎを製造することができる。ＤＦＢレーザＤＦＢ１〜ＤＦＢｎのそれぞれについて、上記各工程を繰り返し実施することによって、ｎ個のＤＦＢレーザＤＦＢ１〜ＤＦＢｎを製造することができる。ＤＦＢレーザＤＦＢ１〜ＤＦＢｎは、それぞれ別々の半導体基板１２に形成されることが好ましい。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態に係るＤＦＢレーザＤＦＢｎの製造方法では、活性層Ａｎ上に、表面に周期的な複数の溝２２が形成された回折格子層Ｇｎを形成し、その回折格子層Ｇｎ上にクラッド層２４を形成する。ここで、回折格子層Ｇｎのバンドギャップ波長λＥｎは、予め算出されたＤＦＢレーザＤＦＢｎの発振波長λｎと回折格子層Ｇｎのバンドギャップ波長λＥｎとの相関関係に基づいて決定される。この相関関係は、回折格子層Ｇｎの結合係数κが一定であり、複数の溝２２の深さＤが一定であり、クラッド層２４のバンドギャップ波長λＥｃｌａｄが一定である場合に算出される。
【００３０】
したがって、本実施形態の製造方法によれば、ＷＤＭに用いられる複数のＤＦＢレーザＤＦＢ１〜ＤＦＢｎを製造する場合に、これらのＤＦＢレーザにおいて回折格子層Ｇ１〜Ｇｎの結合係数κのばらつきを抑制することができる。よって、ＤＦＢレーザＤＦＢ１〜ＤＦＢｎにおいて、閾値電流やスロープ効率といったレーザ特性のばらつきを抑制することができる。また、回折格子層Ｇ１〜Ｇｎの表面に形成される溝２２の深さＤを変える必要もない。よって、溝２２を形成する際のエッチング時間を一定にすることができるので、ＤＦＢレーザＤＦＢ１〜ＤＦＢｎの生産性の低下を抑制できる。
【００３１】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】ＷＤＭ伝送システムの構成例を模式的に示す図である。
【図２】ＤＦＢレーザの発振波長と回折格子層のバンドギャップ波長との相関関係の一例を示すグラフである。
【図３】本実施形態における回折格子層の溝の深さと回折格子層の結合係数κとの相関関係の一例を示すグラフである。
【図４】比較例における回折格子層の溝の深さと回折格子層の結合係数κとの相関関係の一例を示すグラフである。
【図５】ＤＦＢレーザの製造方法を模式的に示す工程断面図である。
【図６】ＤＦＢレーザを模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
２２…溝、２４…クラッド層、Ａ１〜Ａｎ…活性層、Ｄ…溝の深さ、ＤＦＢ１〜ＤＦＢｎ…分布帰還型半導体レーザ、Ｇ１〜Ｇｎ…回折格子層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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