(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に設けられレーザ光を発生する活性層と、
前記活性層の上下それぞれに設けられ発生した前記レーザ光を閉じ込めるクラッド層と、
発生した前記レーザ光を前記半導体基板の主面に沿う方向に共振させる共振器構造と、
前記活性層よりも上部に設けられたメサ構造とを備え、
前記レーザ光を出射する前記活性層の出射端に、前記レーザ光のエネルギーよりも禁制帯幅の大きい半導体層からなる窓領域を有し、
前記窓領域が、n型半導体層、半絶縁InP層、FeドープされたInP層、及びZnドープされたp-InP層の積層構造から構成され、前記半絶縁InP層の一部、または全部にRu、Os、Rh、Tiの中から選ばれる材料をドーピングした層が用いられることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】
前記半導体レーザを構成する半導体材料は、In、Ga、Al、B、Tl、Bi、As、P、Sb、Nの組み合わせの中から選ばれることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項３】
前記窓領域の一端に、前記レーザ光の出射方向を基板上方、または下方に変換するための反射鏡が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ。
【請求項４】
前記活性層の長さが、10μｍ以上100μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ。
【請求項５】
前記反射鏡によって反射されたレーザ光を収束させるためのレンズ構造が前記半導体基板内に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ。
【請求項６】
前記活性層の長さが10μｍ以上100μｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザ。
【請求項７】
前記窓領域の一端に、前記レーザ光の出射方向を基板上方、または下方に変換するための反射鏡が設けられ、且つ、前記活性層の長さが10μｍ以上100μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ。
【請求項８】
半導体基板上に設けられレーザ光を発生する活性層と、前記活性層の上下それぞれに設けられ発生した前記レーザ光を閉じ込めるクラッド層と、発生した前記レーザ光を前記半導体基板の主面に沿う方向に共振させる共振器構造とを具備してなるレーザ部と、
前記レーザ部と光学的に接続された変調器部とを有し、
前記変調器部の先端に位置するレーザ光の出射端に、前記レーザ光のエネルギーよりも禁制帯幅の大きい半導体層からなる窓領域を有し、
前記窓領域が、ｎ型半導体層、半絶縁InP層、FeドープされたInP層、及びZnドープされたp-InP層の積層構造から構成され、前記半絶縁InP層の一部、または全部にRu、Os、Rh、Tiの中から選ばれる材料をドーピングした層が用いられることを特徴とする変調器集積レーザ。
【請求項９】
該変調器集積型レーザを構成する半導体材料は、In、Ga、Al、B、Tl、Bi、As、P、Sb、Nの組み合わせの中から選ばれることを特徴とする請求項８に記載の変調器集積型レーザ。
【請求項１０】
該変調器集積型レーザを構成する半導体材料は、In、Ga、A1、B、Tl、Bi、As、P、Sb、Nの組み合わせの中から選ばれることを特徴とする請求項９に記載の変調器集積型レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザに係り、特にリッジ構造型半導体レーザおよびそれを搭載した変調器集積型レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のインターネット人口の爆発的増大により、情報伝送の急速な高速化および大容量化が求められており、今後も光通信が重要な役割を果たすと考えられている。光通信に用いられる送信光源には、主として半導体レーザ素子が用いられており、光通信の普及に伴い、高速性能のみならず、低消費電力化、低コスト化が強く求められてきている。半導体レーザ素子は、伝送距離別に異なる波長、形態のものが用いられている。伝送距離10ｋｍ以下の短距離の光通信用途向けには、主に1.3μm帯の直接変調型半導体レーザが用いられる。
【０００３】
直接変調方式は、単純な構成でモジュールを実現できるため消費電力が小さく、部品点数も少なくできるため低コスト化も可能である。その伝送速度は現在10Gb/sが主流となってきている。直接変調方式で駆動する半導体レーザとしては、面発光型レーザと端面発光型レーザとがある。面発光型レーザは、数μmの共振器構造を反映して数〜10mA程度の電流で動作し、消費電力が小さい。また、レーザ光が基板に垂直に出射するために、ウエハ状態でチップ選別が可能であるなどの経済性においても優れた特徴を有する。しかしながら、シングルモードファイバーに適合する1.3μm帯の面発光型レーザを用いた場合、数kmの伝送においては、レーザ光の単一モード化のため発光領域を5μm程度に絞る必要があり、伝送に必要な数mWの光出力が容易に得られないという問題がある。
【０００４】
一方、従来から用いられている端面発光レーザは共振器長が200μm程度のため、10Gbit/s以上の高速動作においては、60mA程度の駆動電流が必要であり、さらなる低消費電力化は困難な状況にある。そこで、これらに変わる新しい直接変調型光源として、特許文献１（特開2007-5594号公報）に記載の短共振器型レーザが提案されている。省電力動作の鍵となる低電流動作と、伝送に必要な数mWの光出力を同時に実現するために、活性層領域の長さを短くし、レーザの共振器長を従来の面発光レーザと端面発光レーザの中間の値である10〜100μmの間に設定することを特徴とする。こうすることにより、駆動電流の上限を80mA程度まで設定した場合、緩和振動周波数の最大値が、これらの共振器長条件で得られることが、計算により示されている。さらに、レーザ光の出射方向を面発光型とするための斜め反射鏡を有し、且つレーザ光を収束させるためのレンズを実装した経済性に優れた構造も同時に提案されている。
【０００５】
図１に、短共振器型レーザの鳥瞰図を示す。素子構造は、ブラッグ反射(DBR: Distributed Bragg Reflector)型である。また、図２に断面構造図を示す。101、及び201は裏面電極、102、及び202はn-InP基板、103、203は、HRコーティング膜、104、204は活性層、105、205はp-InPクラッド層、106、206はコンタクト層、107、207は上面電極、108、208は回折格子、109、209はDBR領域のInGaAsP層、110、210は斜め反射鏡、111、211は裏面レンズである。このとき、活性層104、204の長さは、10〜100μmの間に設定される。尚、本素子は同様に分布帰還(DFB: Distributed Feedback)型も可能である。その場合、回折格子は活性層の上、または下に形成され、DBR領域のInGaAsP層109、209に相当する部分には、InP層が用いられることが多い。このとき、特許文献２（特開2004-235182号公報）に記載のように、活性層の下側に2種類の屈折率の異なる半導体層からなる反射鏡を形成するのが好ましい。前記InP層は、p-InPクラッド層形成時に兼ねても良い。この場合、窓領域は単なるInPのpn接合となる。
【０００６】
半導体レーザの構造には、大きく分けてリッジ導波路(RWG:Ridge waveguide)構造と埋込み(BH:Buried-hetero)構造の２種類がある。これは、前記短共振器型レーザにおいても同様である。図３Ａ、Ｂに、それぞれDBR型素子のRWG構造とBH構造のメサ方向断面と光軸方向断面を図示した。図３Ａにおいて、301はn-InP基板、302は活性層、303はp-InPクラッド層、304はコンタクト層、305は回折格子、306はDBR領域におけるInGaAsP層、307は斜め反射鏡、308は裏面レンズである。また、図３Ｂにおいて、309はn型InP基板、310は活性層、311はp-InPクラッド層、312はコンタクト層、313は回折格子、314はDBR領域におけるInGaAsP層、315は斜め反射鏡、316は半絶縁性InP埋込層、317は裏面レンズである。尚、ここでは説明の簡略化のために電極や、HRコーティング膜は省略した。尚、活性層先端の斜め反射鏡部分を含めた領域は、通常窓領域と呼ばれる。従来の端面発光型レーザにおいても、へき開端面からの反射戻り光とレーザ光との干渉を抑制するなどの目的で形成されることがある。
【０００７】
図３Ａに示すRWG構造は、上部クラッド層305をエッチングして幅数μmのメサ構造を形成する際に、活性層302の直上まででエッチングを停止する。よって、活性層部分はエッチングされないので、余分な損傷は入りにくく、素子の信頼性確保という面では有利である。一方、図３Ｂに示すBH構造は、メサ形成時に活性層310下まで十分に深くエッチングを行い、活性層を含むメサの両脇を、絶縁性の高い半導体層316で再度埋め込む。よって、メサエッチング時に活性層脇に損傷を与えたり、側面を劣化させる可能性がある。特にAl原子を多く含む1.3μm帯のInGaAlAs系活性層を含む素子等では、メサエッチング後に、活性層側面に化学的に強固な酸化膜が形成されるため、良好な埋め込み成長が阻害される。よって、それを抑制するために、結晶成長前に特殊な表面処理が必要であり、素子の信頼性を確保するのは容易ではない。
【０００８】
さらに、先述のように、窓領域に斜め反射鏡を集積することを考えた場合、レーザ光の反射効率を高め有効にレンズに集光させるため、斜め反射鏡の角度の精密制御が必要となる。斜め反射鏡はドライエッチングやウエットエッチングにより形成するが、角度制御性を考えた場合、斜め反射鏡形成前の窓領域表面がより平坦である方が好ましい。この観点でRWG構造とBH構造を比較した場合、活性層302とInGaAsP層306が接続されたほとんど段差の小さい表面にp-InPクラッド層303を再成長するRWG構造は、メサエッチングで2μm以上もの段差のある表面に、半絶縁性InP埋込層316を再成長するBH構造よりも成長後の表面が非常に平坦になりやすい。表面の平坦性が良いことは、後の素子作製プロセスにおいて、歩留まり良く素子を作製する点でも好ましい。よって、従来の短共振器型レーザにおいて、素子の信頼性や表面平坦性の点で比較すると、RWG構造の方が、BH構造に対して有利であることがわかる。
【０００９】
【特許文献１】特開2007-5594号公報
【特許文献２】特開2004-235182号公報
【特許文献３】特開2003-110195号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
次に、従来のRWG構造の窓領域付き端面発光レーザ、とりわけ短共振器型レーザにおける課題を述べる。
レーザ素子を動作させるためには、電極を介してp-InPクラッド層と、n-InP基板の間に順方向の電圧を印加し、活性層302に電流を注入する必要がある。印加した電圧は、通常電極部よりも数μmの広がりを有する。そのため、図３ＡのDBR型素子のRWG構造では、窓領域において、InGaAsP層306の活性層近傍部分にも同様の順方向電圧が印加されることになる。InGaAsP層306には意図的なドーピングは施されていないので、本膜のキャリア濃度は、典型値としてn型で約5x1014cm-3であり、抵抗率としては1Ωcm程度ある。よって、素子動作時に、本領域を通って流れる電流成分が存在する。これは、活性層に注入されないリーク電流となり、素子特性を劣化させる。また、先に述べたDFB型素子では、窓領域は単なるInPのpn接合であり、さらにリーク電流は大きくなる。一方、図(b)のBH構造では、窓領域には半絶縁性InP埋込層316（抵抗率5x107Ωcm以上）が数μm程度の厚さで形成されているため、リーク電流はほとんど流れない。また、RWG構造においては、斜め反射鏡の表面において、pn接合間に表面電流が流れる現象が起こる。特に、表面に異物が付着したときや、絶縁膜で被覆した時に起こりやすい。これもリーク電流となって、同様に素子特性を劣化させる。このようなリーク電流が素子特性に与える影響は、活性層の短共振器化につれて特に影響が大きくなる。何故ならば、共振器長が短くなるほど、素子は低しきい値電流でレーザ発振するため、動作電流に対するリーク電流成分の比重が増大して低電流での動作を阻害するからである。さらに、短共振器化に伴う素子抵抗の増大により、電流がリークしやすくなることも一因である。
【００１１】
従来の窓領域を有する端面発光レーザのリーク電流の問題に対し、特許文献３（特開2003-110195号公報）が報告されている。窓領域におけるリーク電流を抑制するため、活性層と同じ厚さのFeをドーパントとした半絶縁層を形成するものである。ドーピングを行う半導体層としては、InP、InGaAsPその他が開示されている。公知の技術を用いてFeをドーピングすることにより、例えば挿入するInP単膜の抵抗率は、5x107Ωcm程度にまで増大できる。しかしながら、実際にpドーピング層との積層を考えた場合には、状況が異なる。Feは、有機金属気相成長(MOVPE:Metal-organic vapor phase epitaxy)法において、通常p型のドーパントとして用いられるZnと相互拡散を引き起こすことが知られている。例えば、アプライド・フィジックス・レターズ  1995年、67巻、479−481頁の図２(b)には、FeドープInP層に、ZnドープInP層を積層した場合の、2次イオン質量分析結果が示されている。図によると、Zn原子がFeドープInP層内へ拡散し、また、Fe原子がZnドープ層内へ拡散している様子がわかる。特にFeドープInP層とZnドープInP層との積層界面ではFe原子側が約300nm程度の厚さにわたって空乏化し、そこに5x1016cm-3程度のZn（抵抗率〜1Ωcm）が拡散している。従って、結果的に、大幅な積層界面の抵抗率の低下が起こるものと考えられる。通常、レーザ素子の活性層302の厚さは300nm以下であるから、挿入するFeドーピング層の厚さもそれと同程度である。また、例えば活性層よりも厚くFeドーピング層を形成したとしても、活性層302との接続部近傍の厚さは、活性層厚で決まってしまう。以上により、従来技術に倣って窓領域のInGaAsP層、又はInP層にFeドーピングを施したとしても、レーザ素子のリーク電流を抑制することは出来ない。
【００１２】
図４に、窓領域に挿入する半導体層とリーク電流の相関を見積もった結果を示す。ここでは、窓領域に挿入する層の厚さを活性層とほぼ同じ0.3μm、リーク面積を幅2μm、活性層から1μｍの距離に及ぶとした。また、印加電圧は1Vとした。先に述べたアンドープ層や、Zn拡散後のFeドーピング層の抵抗率に相当する抵抗率1Ωcmの場合、リーク電流は約0.7mAと見積もられた。これは、従来の共振器長が200μmのレーザのしきい値電流約10mAに対しては、比較的小さい値である。しかし、本発明で対象とする短共振器型レーザのしきい値数mAと比較すると１割を超える高い値であり、素子特性に与える影響がより大きくなることがわかる。図４の結果は、種々のレーザ素子動作条件の一つに過ぎないが、一般的な傾向は同様であり、従来の技術を用いることにより窓領域におけるリーク電流を完全に抑制することは困難であるといえる。
【００１３】
よって、本発明は、以上に述べた従来の窓領域を有するリッジ構造型端面発光レーザ、特に動作電流の小さい短共振器型レーザにおいて影響の大きい、窓領域のリーク電流抑制に関する課題を解決しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決する為に、我々は、次の２つの新規素子構造を考案した。
本発明の第一の素子構造は、半導体基板上に、光を発生する活性層と、発生した光を閉じ込める上下のクラッド層と、発生した光を基板と水平な方向に共振させる共振器構造とを有し、メサ構造が活性層よりも上部に形成されたRWG型半導体レーザであって、レーザ光の出射端に、レーザ光のエネルギーよりも禁制帯幅の大きい半導体層からなる窓領域を有し、該窓領域が、n型半導体層、半絶縁性半導体層、及びp型半導体層の積層構造から構成され、該半絶縁性半導体層の一部、または全部にRu、Os、Rh、Tiの中から選ばれる材料をドーピングした層が用いられることを特徴とする半導体レーザ構造である。その具体例を図５に示した。素子はDBR型とした。なお、半導体レーザを構成する半導体材料としては、In、Ga、Al、B、Tl、Bi、As、P、Sb、Nの組み合わせの中から選ばれた元素から構成されている。図５において、501は裏面電極、502はn-InP基板、503はHRコーティング膜、504は活性層、505はp-InPクラッド層、506はコンタクト層、507は上面電極、508は回折格子、509はRuドーピングしたInGaAsP層、510は斜め反射鏡、511は裏面レンズである。
インジウム燐と関連材料に関する国際会議のプロシーディングス  １９９８年  TuA2-3  ５７頁  Ａ. Dadgar等によると、RuドープInP層に、ZnドープInP層を積層した場合の、2次イオン質量分析結果が示されている。報告によると、Ruをドーパントに用いた場合、Feと同様にInP膜を高抵抗化することができるが、Feとは異なりZnとの相互拡散は起こらないことが示されている。そのため、Ruのドーピング濃度もFeに比べて高くできるため、ドーピング膜の抵抗率も、Feに比べて1桁以上高い1x109Ωcm程度まで高めることができ、尚且つFeのように、p-InP層との積層で抵抗率が低下することは無い。よって、n-InP基板とp-InPクラッド層に挟まれた窓領域のInP層、InGaAsP層等に対し、Ruドーピングを施すことで、活性層504の先端と斜め反射鏡表面におけるリーク電流を抑制することができ、低電流で動作するRWG構造の短共振器型レーザを作製することが可能となる。Ru以外にも、Znとの相互拡散が無く、InP等を高抵抗化できるドーピング原子として、Os、Rh、Tiなどがあり、これらを用いても同様の効果を得ることが可能である。
【００１５】
本発明の第二の素子構造は、半導体基板上に、光を発生する活性層と、発生した光を閉じ込める上下のクラッド層と、発生した光を基板と水平な方向に共振させる共振器構造とを有し、メサ構造が活性層よりも上部に形成されたRWG型半導体レーザであって、レーザ光の出射端に、レーザ光のエネルギーよりも禁制帯幅の大きい半導体層からなる窓領域を有し、該窓領域が、n型半導体層、半絶縁性半導体層、及びp型半導体層の積層構造から構成され、該半絶縁性半導体層の一部、または全部が、Ru、Os、Rh、Tiの中から選ばれる材料をドーピングした層とFeをドープした層の積層構造となっており、該Feをドープした層は、Znをドープしたp型半導体層と連続して積層されていることを特徴とする半導体レーザ構造である。その具体例を図６Ａに示した。素子はDBR型とした。図６Ａにおいて、601は裏面電極、602はn-InP基板、603はHRコーティング膜、604は活性層、605は回折格子、606はコンタクト層、607は上面電極、608はp-InPクラッド層、609はFeドーピングしたInP層、610はRuドーピングしたInP層、611は斜め反射鏡、612はn-InPバッファー層、613は多層膜反射鏡、614は裏面レンズである。
【００１６】
これは、先に記述した第一の素子構造におけるリーク電流の抑制効果をさらに増強するための構造である。具体的には、n-InP基板とp-InPクラッド層に挟まれた窓領域のInP層を、Ruドーピング層とFeドーピング層の積層構造とするものである。このとき、FeドーピングしたInPとp-InPクラッド層が隣接するようにする。先に述べたように、Fe原子は、p型ドーパントであるZnと相互拡散する性質がある。逆に解釈すると、Fe原子はZnドーピング層内に拡散して、実効的なp型ドーピング濃度を低下させる効果があると考えられる。図６Ａに示す構造では、A部においてFeドーピング層から、p-InP層へFeが拡散し、逆にZnドーピング層からFeドーピング層にZnが拡散し、p-InP層の実効的なp型濃度が低下するため抵抗率が増加し、リーク電流を流れにくくする効果が得られる。よって、下層のRuをドーピングした高抵抗層との相乗効果で、第一の素子構造に対し、よりリーク電流抑制効果を高めることができる。
【００１７】
図４の結果によると、Znとの相互拡散の無いRuをドーピングした層（抵抗率〜1x109Ωcm）を適用することにより、リーク電流をひじょうに小さい値（本結果では1x10-9mA程度）に抑制できることがわかる。
【００１８】
以上に述べた本発明の構造を用いることにより、従来の窓領域を有するリッジ構造型端面発光レーザ、特に動作電流の小さい短共振器型レーザにおけるリーク電流を抑制することができ、低電流での動作を実現することができる。
【００１９】
尚、本発明は、同様にレーザ光の出射端に窓領域を有する光素子（例えば変調器集積型レーザ）においても適用可能である。変調器に適用した場合、レーザとは異なり逆方向のバイアスが印加されることになる。この場合、発生したホトキャリアを有効に電極に導かせることができ、ホトキャリアのパイルアップ抑制などに効果がある。
【発明の効果】
【００２０】
窓領域を有するリッジ構造型端面発光レーザ、特に動作電流の小さい短共振器型レーザにおいて、窓部の電流リークによる動作電流の増大を抑制するために、窓領域において、n型基板とp型クラッド層との間に、Ruをドーピングした半絶縁性の半導体層を挿入する。あるいは、Ruをドーピングした層とFeドーピング層との積層構造を導入する。これによりリーク電流を抑制することができ、設計どおりの低電流動作を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施例を図５、図６Ａ―Ｂ、図７を用いて説明する。
【実施例１】
【００２２】
第１の実施例は、窓領域におけるリーク電流抑制のため、Ruドーピング層のみを用いる場合の例である。素子は、DBR型である。成長方法としては、MOVPE法を用いた。III族元素の原料は、トリエチルガリウム(TEG)、トリメチルインジウム(TMI)、トリメチルアルミニウム(TMA)を用いた。V族元素の原料には、アルシン(AsH3)とフォスフィン(PH3)を用いた。また、n型ドーパントとしてはジシラン(Si2H6)を、p型ドーパントとしてはジメチル亜鉛(DMZ)を用いた。さらに、Ru原料として、ビスジメチルペンタジエニルルテニウムを((bis(η5-2,4-dimethylepentadienyle ruthenium(II))用いたが、Ruを含む原料であれば、これに限られるものではない。尚、成長法としては、同一の効果が得られればMOVPE法のみに限定されるものではなく、分子線エピタキシー(MBE:Molecular Beam Epitaxy)法、化学ビーム成長（CBE: Chemical Beam Epitaxy）法、有機金属分子線エピタキシー(MOMBE: Metal-organic Molecular Beam Epitaxy)法などを用いても良い。
【００２３】
図５に素子の断面図を示す。最初に、n-InP基板502上に、InGaAlAsからなるレーザ部MQW層504を成長する。次に所望の形状のマスクを形成し、エッチングにより不要なMQW領域を除去した後、RuをドーピングしたInGaAsP層509をバットジョイントにより形成した。マスク除去後、再度必要部分をマスクでカバーし、回折格子508を形成し、マスクを除去した後、p-InPクラッド層505、及びコンタクト層506を素子全面に成長し、結晶成長工程を終了した。次に、必要部分をマスクで保護して、斜め反射鏡510をウエットエッチングにより形成した。続いて、ストライプ上のメサマスクを用いてメサを形成した。更に、基板研磨の後、裏面レンズ511をエッチングにより形成した。その後は、通常の素子作製方法を用いてパッシベーション膜形成、ポリイミドによる平坦化、上面電極507、裏面電極形成501を施し素子として完成した。へき開後、作製した素子の一方のへき開端面には、HRコート503を施した。
【００２４】
このようにして作製したレーザ部の長さ75μm、素子長200μｍの素子は、100℃にて、10mAにて10GHzで動作した。レーザ光は、斜め反射鏡で反射され、裏面レンズで集光されて、裏面側から出射した。長時間動作でも素子特性は劣化せず高い素子信頼性を示した。また、素子の作製歩留まりも高かった。
【実施例２】
【００２５】
第２の実施例は、窓領域におけるリーク電流抑制のため、Ruドーピング層とFeドーピング層の積層構造を用いる場合の例である。素子はDFB型である。成長方法としては、ここでもMOVPE法を用いたが、それに限定されるものでは無く、同一の効果が得られれば他の手法でも良い。用いた原料は、実施例１に加え、Feのドーパントとしてフェロセンを用いた。
【００２６】
図６Ａに素子の断面図を示す。最初に、n-InP基板602上に、n-InGaAlAs/InPから成る多層膜反射鏡613を形成した。n-InPバッファー層612を形成した後、InGaAlAsからなるレーザ部MQW層604を成長する。次に所望の形状のマスクを形成し、エッチングにより不要なMQW領域を除去した後、RuをドーピングしたInP層610、FeをドーピングしたInP層609をバットジョイントにより形成した。マスク除去後、再度必要部分をマスクでカバーし、回折格子605を形成し、マスクを除去した後、p-InPクラッド層608、及びコンタクト層606を素子全面に成長し、結晶成長工程を終了した。次に、必要部分をマスクで保護して、斜め反射鏡611をドライエッチングにより形成した。続いて、ストライプ上のメサマスクを用いてメサを形成した。更に、基板研磨の後、裏面レンズ614をエッチングにより形成した。その後は、通常の素子作製方法を用いてパッシベーション膜形成、ポリイミドによる平坦化、上面電極607、裏面電極形成601を施し素子として完成した。へき開後、作製した素子の裏面側には、HRコート603を施した。
【００２７】
このようにして作製したレーザ部MQW層の長さ50μm、素子長200μｍの素子は、100℃にて、7mAにて10GHzで動作した。レーザ光は、斜め反射鏡で反射され、裏面レンズで集光されて、裏面側から出射した。長時間動作でも素子特性は劣化せず高い素子信頼性を示した。また、素子の作製歩留まりも高かった。
尚、実施例１で述べたように、Ruドーピング層のみを用いても本発明の効果を得ることが可能である。その場合、図6Ｂに示す構造となる。
【実施例３】
【００２８】
第３の実施例は、実施例２と同様に、窓領域におけるリーク電流抑制のため、Ruドーピング層のみを用いる場合の例である。素子は、DBR型である。この場合、基板にはGaAs、活性層にはGaInNAsを用いた。成長方法としては、活性層部分は固体ソースMBE法を用い、窓領域部分やp-InPクラッド層については、再成長において有利なMOVPE法を用いた。固体ソース分子線MBE法におけるIII族元素の原料は、金属アルミニウム、金属ガリウム、及び、金属インジウムを用いた。また、V族元素の原料には、RFプラズマで活性化した窒素と金属ヒ素を用いた。また、n型ドーパントとしてはSiを、p型ドーパントとしてはBeを用いた。MOVPE法で用いる原料については、実施例１、２で既に述べたものとほぼ同様である。
【００２９】
図７に素子の断面図を示す。最初に、n-GaAs基板702上に、n-GaInPクラッド層704、GaInNAs/GaAsからなるレーザ部MQW層705をMBE法により連続成長する。次に所望の形状のマスクを形成し、エッチングにより不要なMQW領域を除去した後、RuをドーピングしたGaAs層710をバットジョイントにより形成した。マスク除去後、再度必要部分をマスクでカバーし、RuドーピングしたGaAs層上に、回折格子709を形成した。マスクを除去した後、p-GaInPクラッド層708、及びコンタクト層706を素子全面に成長し、結晶成長工程を終了した。次に、必要部分をマスクで保護して、斜め反射鏡711をドライエッチングにより形成した。続いて、ストライプ上のメサマスクを用いてメサを形成した。更に、基板研磨の後、裏面レンズ712をエッチングにより形成した。その後は、通常の素子作製方法を用いてパッシベーション膜形成、ポリイミドによる平坦化、上面電極707、裏面電極形成701を施し素子として完成した。へき開後、作製した素子の裏面側には、HRコート703を施した。
【００３０】
このようにして作製したレーザ部MQW層の長さ100μm、素子長200μｍの素子は、100℃にて、12mAにて10GHzで動作した。レーザ光は、斜め反射鏡で反射され、裏面レンズで集光されて、裏面側から出射した。長時間動作でも素子特性は劣化せず高い素子信頼性を示した。また、素子の作製歩留まりも高かった。
【実施例４】
【００３１】
第４の実施例は、本発明を変調器集積型DFBレーザに応用した例である。成長方法としては、ここでもMOVPE法を用いたが、それに限定されるものでは無く、同一の効果が得られれば他の手法でも良い。用いた原料は、実施例１〜２と同様である。
図８に素子の断面図を示す。最初に、n-InP基板802上に、InGaAlAsからなるレーザ部の多重量子井戸活性層803を成長する。次に所望の形状のマスクを形成し、エッチングにより不要な多重量子井戸活性層803を除去した後、InGaAlAsからなる変調器部の多重量子井戸吸収層811をバットジョイントにより形成した。マスク除去後、再度必要部分をマスクでカバーし、InGaAsP導波路層808をバットジョイントにより形成した。マスク除去後、再度必要部分をマスクでカバーし、RuドーピングしたInP層812をバットジョイントにより形成した。マスクを除去した後、必要部分をマスクでカバーし、レーザ部の多重量子井戸活性層803上に回折格子804を形成した。マスクを除去した後、p-InPクラッド層805、及びコンタクト層806、809を素子全面に成長し、結晶成長工程を終了した。その後は、通常の素子作製方法を用いてパッシベーション膜形成、ポリイミドによる平坦化、素子分離、レーザ部、変調器部の上面電極807、810、裏面電極形成801を施し素子として完成した。へき開後、作製した素子の一方のへき開端面には、HRコートを施したが、図では省略している。
このようにして作製した素子は、-５℃から８５℃の範囲で、冷却器無しで10GHzで動作した。長時間動作でも素子特性は劣化せず高い素子信頼性を示した。また、素子の作製歩留まりも高かった。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来の短共振器型レーザの鳥瞰図。
【図２】従来の短共振器型レーザの断面図。
【図３Ａ】従来の短共振器型レーザのRWG構造を示す図。
【図３Ｂ】従来の短共振器型レーザのRBH構造を示す図。
【図４】窓領域に挿入する膜の抵抗率とリーク電流の関係を示す図。
【図５】本発明によるInGaAlAs短共振器型レーザの断面図。
【図６Ａ】本発明によるInGaAlAs短共振器型レーザ断面図。
【図６Ｂ】本発明によるInGaAlAs短共振器型レーザ断面図。
【図７】本発明によるGaInNAs短共振器型レーザの断面図。
【図８】本発明による変調器集積型レーザの断面図。
【符号の説明】
【００３３】
101…裏面電極、
102…n-InP基板、
103…HRコーティング膜、
104…活性層 、
105…p-InPクラッド層、
106…コンタクト層、
107…上面電極、
108…回折格子、
109…InGaAsP層
110…斜め反射鏡、
111…裏面レンズ、
201… 裏面電極、
202…n-InP基板、
203…HRコーティング膜、
204…活性層、
205…p-InPクラッド層、
206…コンタクト層、
207…上面電極、
208…回折格子、
209…InGaAsP層、
210…斜め反射鏡、
211…裏面レンズ、
301…n-InP基板、
302…活性層、
303…p-InPクラッド層、
304…コンタクト層、
305…回折格子、
306…InGaAsP層、
307…斜め反射鏡、
308…裏面レンズ、
309…n-InP基板、
310…活性層、
311…p-InPクラッド層、
312…コンタクト層、
313…回折格子、
314…InGaAsP層、
315…斜め反射鏡、
316…半絶縁性InP層、
317…裏面レンズ、
501…裏面電極、
502…n-InP基板、
503…HRコーティング膜、
504…活性層、
505…p-InPクラッド層、
506…コンタクト層、
507…上部電極、
508…回折格子、
509…RuドーピングしたInGaAsP層、
510…斜め反射鏡、
511…裏面レンズ、
601…裏面電極、
602…n-InP基板、
603…HRコーティング膜、
604…活性層、
605…回折格子、
606…コンタクト層、
607…上面電極、
608…p-InPクラッド層、
609…FeドーピングしたInP層、
610…RuドーピングしたInP層、
611…斜め反射鏡、
612…n-InPバッファー層、
613…多層膜反射鏡、
614…裏面レンズ、
701…裏面電極、
702…n-GaAs基板、
703…HRコーティング膜、
704…n-InGaPクラッド層、
705…GaInNAs活性層、
706…コンタクト層、
707…上面電極、
708…p-InPクラッド層、
709…回折格子、
710…RuドーピングしたGaAs層、
711…斜め反射鏡、
712…裏面レンズ、
801…裏面電極、
802…n-InPバッファー層、
803…レーザ部の活性層、
804…回折格子、
805…p-InPクラッド層、
806…レーザ部のコンタクト層、
807…レーザ部の上面電極、
808…導波路層、
809…変調器部のコンタクト層、
810…変調器部の上面電極、
811…変調器部の吸収層、
812…Ruドーピング層。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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