(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スポットサイズ変換器付き半導体レーザの製造方法であって，
ＡｌＩｎＡｓからなる少なくとも１つのクラッド層および活性層からなり最上層をＡｌＩｎＡｓからなるクラッド層とする第1層群を同時に選択成長により形成する工程と，
スポットサイズ変換部のＡｌＩｎＡｓのＡｌ組成比が，発光部のＡｌＩｎＡｓのＡｌ組成比よりも大きくなるように形成する工程と，
前記第1層群上にＩｎＰクラッド層を形成する工程と，
前記ＩｎＰクラッド層をパターニングすることにより，少なくとも前記スポットサイズ変換部および前記発光部における前記ＩｎＰクラッド層の側面および前記第１層群の最上層のＡｌＩｎＡｓからなるクラッド層の表面の一部を露出する工程と，
少なくとも前記スポットサイズ変換部および前記発光部における前記ＩｎＰクラッド層の側面および前記第１層群の最上層のＡｌＩｎＡｓからなるクラッド層の表面の一部を露出した後に，ＡｌＩｎＡｓを選択酸化して前記スポットサイズ変換部に絶縁膜を形成する工程を有することを特徴とする半導体レーザの製造方法。
【請求項２】
前記第１層群は，ｎ−ＩｎＰクラッド層とｎ−ＡｌＩｎＡｓクラッド層と活性層とｐ−ＡｌＩｎＡｓクラッド層とが下層から順に積層されてなることを特徴とする，請求項１に記載の半導体レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，光通信システム等の光源に用いられる半導体レーザとその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来では，半導体レーザモジュールの作製時に，半導体レーザと光ファイバのビーム径の差を補正するためにレンズが使用されてきた。しかし，レンズや光軸合わせ等にコストがかかり，モジュールを低コストで作製することが難しかった。そこで，Ｈ．Ｓａｔｏらによる文献「Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  ＨＩｇｈ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ｉｎ  ａ  Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ−Ｔａｐｅｒｄ  １．３−ｕｍ  Ｂｅａｍ−Ｅｘｐａｎｄｅｒ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｒｉｄｇｅ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｌａｓｅｒ」（ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．１０，ｐｐ．４８４−４８６，１９９８）に示されるような，スポットサイズ変換器付き半導体レーザが提案されていた。これは，半導体レーザの出射部に，レーザビーム径を変換するスポットサイズ変換器を集積したものである。これを用いれば，レーザビーム径を光ファイバのビーム径に近づけるができるので，レンズを省略できる。よって，低コストで半導体レーザモジュールの作製が可能となる。このスポットサイズ変換器付き半導体レーザは上記文献に示すように選択成長の技術を用い，発光部とスポットサイズ変換部が同時に形成される。スポットサイズ変換部は発光部に比べて膜厚が薄くなっており，光閉じ込めが弱いため，この部分を通る光のビーム径は大きくなり，スポットサイズ変換が行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，スポットサイズ変換器付きレーザにおいて，レーザ発振のために電流を注入すると，発光部と同時に発光に寄与しないスポットサイズ変換部にも電流が流れてしまい，閾値電流を上昇させる原因となっていた。上記文献においては，スポットサイズ変換部にプロトンを打ち込み，抵抗を上昇させ，この部分に電流が流れないようにし，低閾値化を図っていた。しかし，プロトンの打ち込みにより，結晶性が劣化したり，光損失が増大するという問題があった。
【０００４】
選択成長によって，スポットサイズ変換部の膜厚を発光部より薄くすると，光閉じ込めが弱くなり，ビーム径が大きくなる。ビーム径が大きくなると遠視野像（Ｆａｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ，以下ＦＦＰという）は狭くなる。ＦＦＰの半値幅は，スポットサイズ変換部の膜厚で決まる。ＦＦＰの半値幅を小さくしたい場合は，所望の膜厚が得られるように，選択成長の誘電体膜の幅を決めることになる。しかし，発光部で良質な膜質を得るには，誘電体膜の幅の範囲には限界があり，所望のスポットサイズ変換部の膜厚が得られず，ＦＦＰの半値幅も所望の値にできないという問題があった。
【０００５】
本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，閾値電流が低く，ＦＦＰの半値幅が小さい半導体レーザとその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，本発明は，スポットサイズ変換器付き半導体レーザであって，活性層を選択成長にて形成する際に，同時に選択成長にて形成されるＡｌＩｎＡｓからなるクラッド層を少なくとも１つ有し，スポットサイズ変換部のＡｌＩｎＡｓのＡｌ組成比が，発光部のＡｌＩｎＡｓのＡｌ組成比よりも大きく，前記スポットサイズ変換部はＡｌＩｎＡｓを選択酸化したことによる絶縁膜を含むことを特徴とする半導体レーザを提供する。これにより，スポットサイズ変換部には電流が流れず，発光部だけに電流を流すことができ，低閾値電流の半導体レーザの作製が可能となる。また，スポットサイズ変換部に屈折率の小さい酸化されたＡｌＩｎＡｓを含むので，選択酸化を行わない場合よりも，ＦＦＰの半値幅を小さくすることが可能となり，発光部の膜質を劣化させることなく，ＦＦＰの半値幅を小さくすることが可能となる。
【０００７】
また，本発明の別の観点によれば，スポットサイズ変換器付き半導体レーザの製造方法であって，ＡｌＩｎＡｓからなる少なくとも１つのクラッド層および活性層からなり最上層をＡｌＩｎＡｓからなるクラッド層とする第1層群を同時に選択成長により形成する工程と，スポットサイズ変換部のＡｌＩｎＡｓのＡｌ組成比が，発光部のＡｌＩｎＡｓのＡｌ組成比よりも大きくなるように形成する工程と，前記第1層群上にＩｎＰクラッド層を形成する工程と，前記ＩｎＰクラッド層をパターニングすることにより，少なくとも前記スポットサイズ変換部および前記発光部における前記ＩｎＰクラッド層の側面および前記第１層群の最上層のＡｌＩｎＡｓからなるクラッド層の表面の一部を露出する工程と，少なくとも前記スポットサイズ変換部および前記発光部における前記ＩｎＰクラッド層の側面および前記第１層群の最上層のＡｌＩｎＡｓからなるクラッド層の表面の一部を露出した後に，ＡｌＩｎＡｓを選択酸化して前記スポットサイズ変換部に絶縁膜を形成する工程を有することを特徴とする半導体レーザの製造方法が提供される。また，前記第１層群は，ｎ−ＩｎＰクラッド層とｎ−ＡｌＩｎＡｓクラッド層と活性層とｐ−ＡｌＩｎＡｓクラッド層とが下層から順に積層されてもよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下，図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。ここでは，波長１．３μｍのレーザについて記述するが，波長１．５５μｍ，またはそれ以外の波長のレーザについても適用可能である。図１は誘電体膜３０で形成したマスクの上面図である。図に示すように，マスクの幅は，発光部２０では一定であるが，スポットサイズ変換部１０では次第に狭くなっている。まず，ｎ−ＩｎＰ基板４０上に図１に示すようなマスクを形成する。
【０００９】
次にＭＯＶＰＥ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法にて，ｎ−ＩｎＰクラッド層，ｎ−ＡｌＩｎＡｓクラッド層，活性層（ＳＣＨ層＋多重量子井戸層＋ＳＣＨ層）５０，ｐ−ＡｌＩｎＡｓクラッド層を選択成長により形成する。量子井戸層には，ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＩｎＡｓ，ＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＩｎＡｓＰまたはそれらの組み合わせ，あるいは所望の波長を出射可能な材料系を用いる。ＡｌＩｎＡｓは発光部２０でＩｎｐに格子整合するように成長する。スポットサイズ変換部１０では，誘電体膜３０のマスクの幅が次第に狭くなっているため，Ｉｎの取り込みが小さくなり，形成されるＡｌＩｎＡｓのＩｎの組成比が減少し，その分，ＡｌＩｎＡｓのＡｌ組成比は増大する。
【００１０】
図２（ａ）に選択成長後の断面図を示す。図２（ｂ）はＡｌＩｎＡｓのＡｌ組成比の場所依存性を示す。発光部２０よりもスポットサイズ変換部１０の方がＡｌ組成比が大きく，かつスポットサイズ変換部１０でＡｌ組成比が増大していることがわかる。図２（ｃ）は酸化スピードの場所依存性を示す。酸化スピードは，Ａｌ組成比が高いほど速くなるため，図に示すように発光部２０よりもスポットサイズ変換部１０の方が，酸化スピードが速くなる。１回目の成長終了後，誘電体膜３０を除去し，ｐ−ＩｎＰクラッド層，ｐ＋−ＩｎＧａＡｓコンタクト層の再成長を行う。
【００１１】
結晶成長後，レーザ作製のプロセスを行う。レーザ構造はここでは，リッジレーザ導波型とする。以下，図３に基づき，リッジレーザ作製のプロセスについて説明する。まず，図３（ａ）に示すように，所望のストライプ幅が得られるようにストライプ状の誘電体膜３２を形成する。次に，この誘電体膜３２をマスクとしてｐ＋−ＩｎＧａＡｓコンタクト層およびｐ−ＩｎＰクラッド層をドライエッチング法またはウェットエッチング法でエッチングする。この状態が図３（ｂ）である。ここでは，スポットサイズ変換部１０のストライプ幅は発光部２０と同じとしているが，ストライプ幅が異なるフレア型でもよい。
【００１２】
エッチング後，ＡｌＩｎＡｓ層の選択酸化を行う。水蒸気酸化炉に入れて酸化を行う。高温（４００〜７００℃）に熱し，水蒸気を含むキャリアガスを炉中に流すことで酸化が行われる。この酸化は数分から数時間行い，スポットサイズ変換部１０のＡｌＩｎＡｓが完全に酸化されるまで行う。
【００１３】
その後，ストライプ状の誘電体膜３２を除去し，素子保護のため，ストライプの上部を除く部分をポリイミド７０で埋め込む。素子分離のための誘電体膜３４を成膜し，電流注入のため，ストライプの上部部分は除去する。この状態が図３（ｃ）である。次にストライプ上部にｐ型電極９０を形成し，パッド電極９２を形成する。裏面にはｎ型電極９４を形成する。この状態が図３（ｄ）である。
【００１４】
上記の選択酸化の工程の中で，スポットサイズ変換部１０のＡｌＩｎＡｓが完全に酸化された時点では，発光部２０に未酸化のＡｌＩｎＡｓ部分が残る。なぜなら，図２（ｂ），（ｃ）を用いて上記に説明したように，発光部２０よりもスポットサイズ変換部１０の方が，酸化スピードが速いからである。また，酸化は側面から始まるので，このまま酸化を続けた場合，発光部２０の中心部が最後に酸化される部分となる。よって，酸化時間をうまく設定することで，図４（ｂ）に示すように，発光部２０の中心部を未酸化にし，残りの部分が酸化された状態にすることができる。図４（ｂ）は，ＡｌＩｎＡｓ部の成長面方向の断面図である。図４（ｂ）において，斜線部は酸化された部分であり，発光部中心の白抜きの部分が未酸化部分である。酸化されたＡｌＩｎＡｓ部は絶縁部となる。なお，図４（ａ）は，本実施の形態のリッジレーザの概略斜視図であり，図４（ｂ）の理解を助けるために描いたものであるため，一部の符号は省略してある。
【００１５】
完成したレーザに電流を流すと，酸化されたＡｌＩｎＡｓ部は絶縁部であるから，この部分には電流は流れない。つまり，図５に示すように，電流はスポットサイズ変換部１０には流れず，発光部２０のみを通って注入されることになる。
【００１６】
以上より，本実施の形態によれば，選択成長によりスポットサイズ変換部１０のＡｌＩｎＡｓ部のＡｌ組成比が，発光部２０のＡｌＩｎＡｓ部のＡｌ組成比より大きくなるようにしたので，スポットサイズ変換部１０の方が速く酸化される。よって，スポットサイズ変換部１０のＡｌＩｎＡｓ部の全てを酸化させ，かつ発光部２０のＡｌＩｎＡｓ部の一部だけを酸化させた状態を作り出すことができる。酸化されたＡｌＩｎＡｓ部には電流が流れないため，スポットサイズ変換部１０には電流が流れず，発光部２０だけに電流を流すことができる。これより，低閾値電流の半導体レーザの作製が可能となる。
【００１７】
以下，図６に基づき本実施の形態によるＦＦＰ半値幅の改善について説明する。図６の縦軸は，縦方向のＦＦＰ半値幅を示す。図６の横軸は，図２（ａ）に示す発光部２０とスポットサイズ変換部１０の膜厚Ｌ１，Ｌ２の比である。図６で，「酸化前」の曲線は，未酸化のＡｌＩｎＡｓで構成される場合，「酸化後」の曲線は，酸化されたＡｌＩｎＡｓで構成される場合を表し，各場合によるＦＦＰ値を計算により求め，特性曲線として表している。
【００１８】
光ファイバへのレーザ光の入射効率を上げるには，レーザ光のＦＦＰの半値幅が光ファイバのＦＦＰの半値幅と同じ１１度程度になる必要がある。ＦＦＰの半値幅を１１度にするには，図６の「酸化前」の曲線では，膜厚比で０．２程度が必要になる。この膜厚比を得るには，選択成長時の誘電体膜の幅を大きくする必要があるが，そうすると発光部の膜質を劣化させる可能性があり，好ましくない。
【００１９】
一方，「酸化後」の曲線では，ＦＦＰの半値幅を１１度にするには，０．４程度の膜厚比が得られればよい。これは，酸化されたＡｌＩｎＡｓは屈折率が小さい（１．６程度）ため，光閉じ込めを弱めることができ，小さな像が得られるからである。本実施の形態では，スポットサイズ変換部に，酸化されたＡｌＩｎＡｓを含むので，選択酸化を行わない場合よりも，ＦＦＰの半値幅を小さくすることが可能となる。
【００２０】
以上より，本実施の形態によれば，スポットサイズ変換部に屈折率の小さい酸化されたＡｌＩｎＡｓを含むので，選択酸化を行わない場合よりも，ＦＦＰの半値幅を小さくすることが可能となり，発光部の膜質を劣化させることなく，所望のＦＦＰを得ることができる。
【００２１】
以上，添付図面を参照しながら本発明にかかる好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００２２】
上記では，レーザ構造はリッジレーザ導波型としたが，その他の型のレーザについても適用可能である。また，選択成長に用いる誘電体膜マスクの形状は図１の形状に限るものではなく，所望の選択成長法に応じて，誘電体膜マスクの形状を設定するものとする。
【００２３】
【発明の効果】
以上，詳細に説明したように本発明によれば，スポットサイズ変換部には電流が流れず，発光部だけに電流を流すことができ，低閾値電流の半導体レーザの作製が可能となる。また，本発明の別の観点によれば，発光部の膜質を劣化させることなく，ＦＦＰの半値幅を小さくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る誘電体膜で形成したマスクの上面図である。
【図２】本実施の形態に係るＡｌ組成比と酸化スピードの分布を説明する図である。
【図３】本実施の形態に係るレーザ作製のプロセスを説明する断面図である。
【図４】本実施の形態に係る選択酸化を説明する図である。
【図５】本実施の形態に係る動作を説明する図である。
【図６】本実施の形態に係るＦＦＰ半値幅と膜厚比の関係を示す図である。
【符号の説明】
１０        スポットサイズ変換部
２０        発光部
３０，３２，３４        誘電体膜
４０        基板
５０        活性層
【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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