(57)【要約】【課題】  通電(current pass)領域の幅を調節して安定した単一横モードを実現することができるレーザー装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】  半導体レーザー装置100は、第１の表面及び第２の表面を互いに反対側に有する半導体基板101と、該基板101の第１の表面に形成された第１の導電型のクラッド層102と、該クラッド層102の上に形成された活性層103と、該活性層103の上に形成されたエッチング停止層106と、エッチング停止層106の一部が露出するようにＶ-グルーブ形状で形成された電流遮断層107と、Ｖ-グルーブ及び電流遮断層の全体の上部に形成された第２の導電型のクラッド層108と、該クラッド層108の上に形成された光ガイド層109と、該光ガイド層109の上に形成された通電容易層110と、該通電容易層110の上に形成されたキャップ層111と、該キャップ層111の上に形成された第２の導電型の電極112と、半導体基板101の第２の表面に形成された第１の導電型の電極113と、を含む。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の表面及び第２の表面を互いに反対側に有する半導体基板と、
前記半導体基板の第１の表面に形成された第１の導電型のクラッド層と、
前記第１の導電型のクラッド層の上に形成された活性層と、
前記活性層の上に形成されたエッチング停止層と、
前記エッチング停止層の一部が露出するようにＶ-グルーブ形状で形成された電流遮断層と、
前記Ｖ-グルーブ及び電流遮断層の全体の上部に形成された第２の導電型のクラッド層と、
前記第２の導電型のクラッド層の上に形成された光ガイド(optical guiding)層と、
前記光ガイド層の上に形成された通電容易層と、
前記通電容易層の上に形成されたキャップ層と、
前記キャップ層の上に形成された第２の導電型の電極と、
前記半導体基板の第２の表面に形成された第１の導電型の電極と、
を含むことを特徴とする半導体レーザー装置。
【請求項２】
前記活性層の上面又は下面のいずれかの一側に形成された格子(grating)をさらに含むこと
を特徴とする請求項１記載の半導体レーザー装置。
【請求項３】
前記活性層は、少なくとも２種類の半導体層を積層した構造を有し、ＡｌＧａＩｎＡｓ系の物質を含むこと
を特徴とする請求項１又は２記載の半導体レーザー装置。
【請求項４】
前記光ガイド層は、ｐ-ＩｎＧａＡｓＰにより形成されること
を特徴とする請求項３記載の半導体レーザー装置。
【請求項５】
前記第１の導電型はｎ型であり、第２の導電型はｐ型であること
を特徴とする請求項１記載の半導体レーザー装置。
【請求項６】
第１の表面及び第２の表面を互いに反対側に有する半導体基板と、
前記半導体基板の第１の表面に形成された第１の導電型のクラッド層と、
前記第１の導電型のクラッド層の上に形成された活性層と、
前記活性層の上に形成されたエッチング停止層と、
前記エッチング停止層の一部が露出するようにＶ-グルーブ形状で形成された電流遮断層と、
前記Ｖ-グルーブ及び電流遮断層の全体の上部に形成された第２の導電型のクラッド層と、
前記第２の導電型のクラッド層の上に形成された光ガイド層と、
前記光ガイド層の上に形成された通電容易層と、
前記通電容易層の上に形成されたキャップ層と、
前記キャップ層の上に形成された第２の導電型の電極と、
前記半導体基板の第２の表面に形成された第１の導電型の電極と、 
前記キャップ層から前記第１の導電型のクラッド層までのエッチングによって、前記Ｖ-グルーブの両側にそれぞれ形成された第１及び第２のトレンチと、
を含むことを特徴とする半導体レーザー装置。
【請求項７】
前記活性層の上面又は下面のいずれかの一側に形成された格子(grating)をさらに含むこと
を特徴とする請求項６記載の半導体レーザー装置。
【請求項８】
前記活性層は、少なくとも２種類の半導体層を積層した構造を有し、ＡｌＧａＩｎＡｓ系の物質を含むこと
を特徴とする請求項６又は７記載の半導体レーザー装置。
【請求項９】
第１の表面及び第２の表面を互いに反対側に有する半導体基板の前記第１の表面に第１の導電型のクラッド層を形成する工程と、
前記第１の導電型のクラッド層の上に活性層を形成する工程と、
前記活性層の上にエッチング停止層を形成する工程と、
前記エッチング停止層の一部が露出するようにＶ-グルーブ形状で電流遮断層を形成する工程と、
前記Ｖ-グルーブ及び電流遮断層の全体の上部に第２の導電型のクラッド層を形成する工程と、
前記第２の導電型のクラッド層の上に光ガイド層を形成する工程と、
前記光ガイド層の上に通電容易層を形成する工程と、
前記通電容易層の上にキャップ層を形成する工程と、
前記キャップ層の上に第２の導電型の電極を形成する工程と、
前記半導体基板の第２の表面に第１の導電型の電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体レーザー装置の製造方法。
【請求項１０】
前記活性層の上面又は下面のいずれかの一側に格子(grating)を形成する工程をさらに含むこと
を特徴とする請求項９記載の半導体レーザー装置の製造方法。
【請求項１１】
前記キャップ層の形成後に、前記キャップ層から前記半導体基板までエッチングして、前記Ｖ-グルーブの両側にトレンチを形成する工程をさらに含むこと
を特徴とする請求項９又は１０記載の半導体レーザー装置の製造方法。
【請求項１２】
前記活性層は、少なくとも２種類の半導体層を積層した構造を有し、ＡｌＧａＩｎＡｓ系の物質を含むこと
を特徴とする請求項９又は１０記載の半導体レーザー装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第２の導電型のクラッド層は、有機金属化学気相蒸着法(metal organic chemical vapor deposition；ＭＯＣＶＤ)によって再成長されること
を特徴とする請求項９又は１０記載の半導体レーザー装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第２の導電型のクラッド層は、ｐ-ＩｎＰで形成されること
を特徴とする請求項１１記載の半導体レーザー装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザー装置及びその製造方法に関し、特に、通電(current pass)領域の幅を調節して安定した単一横モードを実現することができるレーザー装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、光通信用の半導体レーザーには、ＩｎＰ系の化合物半導体として、例えば、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、といった４元素(Four-element)系の物質が広く使われているが、最近では、光通信素子に対するより高い温度特性と高速の変調特性の要求が高まった結果として、ＡｌＧａＩｎＡｓ系の物質が非常に脚光を浴びるようになった。
【０００３】
ＡｌＧａＩｎＡｓ系の物質は、既存のＩｎＧａＡｓＰ系の物質と比較して、伝導帯のバンドオフセット(band offset)が大きいので温度特性に優れ、価電子帯のバンドオフセットが小さいので、高速変調に有利な特性を有する長所がある。しかしながら、ＡｌＧａＩｎＡｓ系の物質は、アルミニウム(Aluminum)を含んでいるので、空気中に露出される場合には自ずと酸化膜が形成されることになり、このため、再成長が容易でなく、素子(device)の実現が困難であった。従って、ＡｌＧａＩｎＡｓ系の物質を用いて素子を製造する場合には、リッジ導波型(Ridge Wave Guide；ＲＷＧ)や埋め込みリッジ型(Buried Ridge；ＢＲ)などが一般的に使用される。かかるＲＷＧ及びＢＲは、リッジ（Ridge）を形成することによって、電流の注入(current injection)や光ガイド(optical guiding)の機能を遂行するものであり、活性(active)領域を露出させることなくレーザーダイオードを製造するための技術として、現在まで広く使用されている。
【０００４】
図１は、従来の一般的なＲＷＧ型のレーザー装置１０の構造を概略的に示す断面図である。図１において、ＲＷＧ型のレーザー装置１０は、突出したリッジ１６を有するタイプであり、このリッジ１６は、金属コンタクト(metal contact)を考慮して、主に逆台形状で形成され、クラッド層１５から形成される。クラッド層１５の下部には、順番に、エッチング停止層１４、スペース層(space layer)１３、活性層１２、及び基板１１が位置する。
【０００５】
しかしながら、従来のＲＷＧ型のレーザー装置１０は、突出したリッジ１６を有しているので、物理的な衝撃に弱い。従って、このリッジ１６は、製造工程の間に破損される恐れが高い。さらには、そのサイズが数マイクロメーターであるメサの上にオーム(ohmic)コンタクト層を形成することは、非常に難しい。加えて、このような突出したリッジは、チップ(chip)の抵抗を増加させる原因になる。
【０００６】
さらに、活性層１２に隣接した領域で電流拡散(current spreading)を減らすためには、スペース層１３の厚さを薄くしなければならないが、そのようにすると、トレンチ１７の光ガイド(optical guiding)が非常に強くなって、モード(mode)の特性が劣化し、キンク(kink)が発生する問題点がある。
【０００７】
結局、従来のＲＷＧ型のレーザー装置では、メサの幅を減らすことに限界があるのみならず、スペース層の厚さを減らすことにも限界があり、これにより、高品質の光通信素子の実現を困難としていた。
【０００８】
図２は、従来の一般的のＢＲ型のレーザー装置２０の構造を概略的に示す断面図である。このレーザー装置２０は、基板２１と、活性層２２と、スペース層２３と、エッチング停止層２４と、電流遮断層(current blocking layer；ＣＢＬ)２５と、リッジ２６と、クラッド層２７と、を具備する。
【０００９】
このＢＲ型のレーザー装置２０については、電流遮断層２５の再成長によって、リッジ２６を逆台形状で製造することが難しく、活性層２２の真上にリッジが広げられるので、電流がいずれか一方に集まらずに拡散してしまい、従って、モード特性が不安定になる現象を避けることができない。   
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記背景に鑑みて、本発明の目的は、レーザー装置の通電(current pass)領域の幅を最大限に狭くして、安定した単一横モードを実現し、物理的な衝撃にも比較的安定した半導体レーザー装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような目的を達成するために、本発明の一側面による半導体レーザ装置は、第１の表面及び第２の表面を互いに反対側に有する半導体基板と、この半導体基板の第１の表面に形成された第１の導電型のクラッド層と、この第１の導電型のクラッド層の上に形成された活性層と、この活性層の上に形成されたエッチング停止層と、このエッチング停止層の一部が露出するようにＶ-グルーブ形状で形成された電流遮断層と、このＶ-グルーブ及び電流遮断層の全体の上部に形成された第２の導電型のクラッド層と、この第２の導電型のクラッド層の上に形成された光ガイド(optical guiding)層と、この光ガイド層の上に形成された通電容易層と、この通電容易層の上に形成されたキャップ層と、このキャップ層の上に形成された第２の導電型の電極と、半導体基板の第２の表面に形成された第１の導電型の電極と、を含む。
【００１２】
望ましくは、活性層の上面又は下面のいずれかの一側に形成された格子(grating)をさらに含む構成とする。この活性層は、少なくとも２種類の半導体層を積層した構造を有し、ＡｌＧａＩｎＡｓ系の物質を含む。また、光ガイド層は、ｐ-ＩｎＧａＡｓＰにより形成されることが望ましい。
【００１３】
また、本発明の他の側面による半導体レーザ装置は、第１の表面及び第２の表面を互いに反対側に有する半導体基板と、この半導体基板の第１の表面に形成された第１の導電型のクラッド層と、この第１の導電型のクラッド層の上に形成された活性層と、この活性層の上に形成されたエッチング停止層と、このエッチング停止層の一部が露出するようにＶ-グルーブ形状で形成された電流遮断層と、このＶ-グルーブ及び電流遮断層の全体の上部に形成された第２の導電型のクラッド層と、この第２の導電型のクラッド層の上に形成された光ガイド層と、この光ガイド層の上に形成された通電容易層と、この通電容易層の上に形成されたキャップ層と、このキャップ層の上に形成された第２の導電型の電極と、半導体基板の第２の表面に形成された第１の導電型の電極と、キャップ層から前記第１の導電型のクラッド層までのエッチングによって、Ｖ-グルーブの両側にそれぞれ形成された第１及び第２のトレンチと、を含む。
【００１４】
さらに、本発明の他の側面による半導体レーザー装置の製造方法は、第１の表面及び第２の表面を互いに反対側に有する半導体基板の前記第１の表面に第１の導電型のクラッド層を形成する工程と、この第１の導電型のクラッド層の上に活性層を形成する工程と、この活性層の上にエッチング停止層を形成する工程と、このエッチング停止層の一部が露出するようにＶ-グルーブ形状で電流遮断層を形成する工程と、このＶ-グルーブ及び電流遮断層の全体の上部に第２の導電型のクラッド層を形成する工程と、この第２の導電型のクラッド層の上に光ガイド層を形成する工程と、この光ガイド層の上に通電容易層を形成する工程と、この通電容易層の上にキャップ層を形成する工程と、このキャップ層の上に第２の導電型の電極を形成する工程と、半導体基板の第２の表面に第１の導電型の電極を形成する工程と、を含む。
【００１５】
望ましくは、活性層を形成する工程では、少なくとも２種類の半導体層を積層した構造を有し、ＡｌＧａＩｎＡｓ系の物質を含む活性層を形成する。また、第２の導電型のクラッド層を形成する工程では、第２の導電型のクラッド層を、有機金属化学気相蒸着法(metal organic chemical vapor deposition；ＭＯＣＶＤ)によって再成長させるようにする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、通電領域がＶ-グルーブ形状で形成され、これによって、通電チャンネルの幅を最大限に狭くして単一横モードを実現することが可能となる。また、Ｖ-グルーブ内における光ガイド層の厚さが周辺の領域に比べて厚く形成されるので、垂直方向のビームを選択的に調節することができる。また、チップの中で形成されたリッジは、物理的な衝撃に対しても比較的強いので、チップを容易に取り扱うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。下記説明において、本発明の要旨のみを明瞭するために、公知の機能や構成についての詳細な説明は省略する。なお、図面中、同一の構成要素及び部分には、可能な限り同一な符号及び番号を共通使用するものとする。
【００１８】
図３は、本発明の一の実施形態による半導体レーザー装置１００の斜視図である。
【００１９】
半導体レーザー装置１００は、ｎ−ＩｎＰ基板１０１の上に、ｎ−ＩｎＰクラッド層１０２と、ＡｌＧａＩｎＡｓＭＱＷ活性層１０３と、格子１０４と、ｐ−ＩｎＰスペース層(space layer)１０５と、エッチング停止層(etch stop layer)１０６とが、この順に順次積層され、続いて、このエッチング停止層１０６の上には、電流遮断層(Current Blocking Layer；ＣＢＬ)１０７がＶ-グルーブ(v-groove)形状を有するように形成される。その後、電流遮断層１０７及びＶ-グルーブ領域１２０のエッチング停止層１０６の上に、ｐ−ＩｎＰクラッド層１０８と、p-ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド(optical guiding)層１０９と、ｐ−ＩｎＰ通電容易層１１０と、ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層１１１と、ｐ−電極１１２と、が順次形成され、また、ｎ−ＩｎＰ基板１０１の裏面には、ｎ−電極１１３が形成された構造とされる。
【００２０】
このような構造によれば、Ｖ-グルーブの底面には、幅Ｖの通電チャンネル(current pass channel)を形成し、Ｖ-グルーブの形成のためのエッチングの際に、Ｖ-グルーブの幅Ｖを調節することができる。従って、通電チャンネルの幅を狭くして電流をいずれか一方に集めることができる。
【００２１】
なお、本実施形態において、格子１０４は、活性層１０３の上面に形成された構造を有するが、必要に応じて、活性層１０３の下面に形成されることもできる。  
【００２２】
図４Ａ乃至図４Ｅは、本発明の一実施形態に従う半導体レーザー装置の製造過程を示す図である。
【００２３】
まず、図４Ａに示すように、ｎ−ＩｎＰ基板１０１の上に、ｎ−ＩｎＰクラッド層１０２、ＡｌＧａＩｎＡｓＭＱＷ活性層１０３、及び格子１０４を形成する。
【００２４】
続いて、図４Ｂを参照すると、格子１０４の上に再成長を通じてスペース層(space layer)１０５、エッチング停止層１０６、及び電流遮断層１０７を順次に形成する。
【００２５】
そして、図４Ｃに示されるように、電流遮断層１０７をエッチングしてＶ-グルーブ１２０を形成する。このとき、電流遮断層１０７をエッチング停止層１０６までエッチングする。これにより、エッチング停止層１０６がＶ-グルーブの底面に露出され、Ｖ-グルーブの底面に幅Ｖの通電チャンネルが形成される。
【００２６】
さらに、図４Ｄに示されるように、このＶ-グルーブが形成された構造全体の上部に、ｐ−ＩｎＰクラッド層１０８と、p-ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層１０９と、ｐ−ＩｎＰ通電容易層１１０と、ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層１１１とが、有機金属化学気相蒸着法（ＭＯＣＶＤ）によって成長して、積層される。ここで、結晶成長の間に、基板(wafer)が高速で回転するに従って、成長物質の表面移動(surface migration)の効果が発生し、これによって、Ｖ-グルーブが充填される。この充填の程度は、成長速度及び成長温度等の様々な要素(factor)が変数として作用するので、適切に調節することができる。また、p-ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層１０９は、その上方及び下方の各ｐ−ＩｎＰ層よりも屈折率が高く、かつ下方のｐ−ＩｎＰ層よりも厚いので、その厚さに従って、ビームの垂直方向への発散(vertical beam divergence)を調節する機能を有する。従って、結晶成長がＶ-グルーブ内で進行する場合には、Ｖ-グルーブ内での光領域(optical field)が周辺の部分に比べて増加するので、ビームの発散(beam divergence)を選択的に減らすことができる長所がある。
【００２７】
図４Ｅに示すように、ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層１１１の上にｐ−電極１１２を形成し、ｎ−ＩｎＰ基板１０１の底面にｎ−電極１１３を形成する。
【００２８】
図５は、本発明の他の実施形態による半導体レーザー装置を製造する種々のステップのうちの１つを示す断面図である。特に、図４Ｄで説明した実施形態に相当するステップの後（すなわちキャップ層１１１まで形成した後）に、キャップ層１１１からｎ−ＩｎＰクラッド層１０２まで（すなわちｎ−ＩｎＰ基板１０１に達するまで）エッチングを行い、これにより、Ｖ-グルーブの対側(opposite sides)すなわちＶ-グルーブの左右両側のそれぞれの近傍にトレンチ１３０を形成する。このトレンチの形成は、寄生キャパシタンス(parasitic capacitance)を減らして変調特性を向上させるものであり、主として高速の素子を製造するプロセスにおいて有用である。
【００２９】
以上、本発明について具体的な実施形態を参照して詳細に説明したが、本発明の範囲は上述の実施形態に限定されるべきではなく、各請求項に規定された本発明の精神及び範囲を逸脱しない範囲内で様々な変形が可能であるということは、当該技術分野における通常の知識を有する者には明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】従来の一般的なＲＷＧ型のレーザー装置の構造を概略的に示す断面図である。
【図２】従来の一般的なＢＲ型のレーザー装置の構造を概略的に示す断面図である。
【図３】本発明の一の実施形態による半導体レーザー装置の斜視図である。
【図４Ａ】図３に示す半導体レーザー装置の製造過程を示す図である。
【図４Ｂ】図３に示す半導体レーザー装置の製造過程を示す図である。
【図４Ｃ】図３に示す半導体レーザー装置の製造過程を示す図である。
【図４Ｄ】図３に示す半導体レーザー装置の製造過程を示す図である。
【図４Ｅ】図３に示す半導体レーザー装置の製造過程を示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態による半導体レーザー装置を製造するための追加段階を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１００  半導体レーザー装置
１０１  半導体基板
１０２  第１の導電型のクラッド層
１０３  活性層
１０６  エッチング停止層
１０７  電流遮断層
１０８  第２の導電型のクラッド層
１０９  光ガイド層
１１０  通電容易層
１１１  キャップ層
１１２  第２の導電型の電極
１１３  第１の導電型の電極
【図１】
2005197695.tif 000003
【図２】
2005197695.tif 000004
【図３】
2005197695.tif 000005
【図４Ａ】
2005197695.tif 000006
【図４Ｂ】
2005197695.tif 000007
【図４Ｃ】
2005197695.tif 000008
【図４Ｄ】
2005197695.tif 000009
【図４Ｅ】
2005197695.tif 000010
【図５】
2005197695.tif 000011