(57)【要約】【課題】活性層への応力歪みを低減し、分布帰還型半導体レーザの信頼性及び歩留まりが向上する。【解決手段】ｐ−ＩｎＧａＡｓＰブロック層１１０及びｎ−ＩｎＰブロック層１１４によって構成される回折格子領域１１２は、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１０２の両横側部すなわち活性層外の領域に２列に形成されているために、回折格子領域１１２の凹凸形状による、エピタキシャル結晶成長方向の応力歪みにより発生する結晶欠陥（転位）のＩｎＧａＡｓＰ活性層１０２への影響を低減できる構造になっている。【選択図】図１
2007335761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導放出光を生成するための活性層と、縦単一モード化を図るための回折格子領域とを具える分布帰還型半導体レーザであって、
第１クラッド層、前記活性層、及び第２クラッド層の順に積層された積層体と、
該積層体の両側に設けられた電流ブロック層とを具え、
該電流ブロック層の部分領域であって、前記活性層を導波する前記誘導放出光のエバネセント場の及ぶ範囲内の領域を前記回折格子領域として形成してある
ことを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、分布帰還型半導体レーザに関し、特に活性層に加わる応力歪みの低減が図られた分布帰還型半導体レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
分布帰還型半導体レーザは、ブラッグ反射を利用して縦モードを制御することによって、縦単一モード発振動作が達成されている。一般に、ブラッグ反射は回折格子によって与えられる。回折格子は、通常、その素子の活性層に隣接した半導体層（クラッド層）に、その素子の光軸に直交する歯又は溝状の格子として形成される（非特許文献１）。
【０００３】
例えば、ｎ型基板の裏面にＡｕ（金）などの電極が形成され、さらにｎ型基板の表面にはｎ型下部クラッド層、回折格子層、活性層、ｐ型上部クラッド層、及びｐ型コンタクト層が順に積層されている（特許文献１）。
【０００４】
これとは逆に、回折格子層と活性層とを入れ替え、ｎ型下部クラッド層、活性層、回折格子層、ｐ型上部クラッド層、及びｐ型コンタクト層が順に積層されている場合もある（特許文献２）。この特許文献２に開示されている構成によれば、回折格子層には回折格子が形成され、又ｐ型コンタクト層の上にＡｕなどの電極が形成されている。一連の製造工程では、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ:Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により各層をエピタキシャル結晶成長させる。
【非特許文献１】米津宏雄  著「光通信素子光学−発光・受光素子−」工学図書、p.252-p.255(1984)
【特許文献１】特開平９−２４６６６７号公報
【特許文献２】特開平６−２９１４１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の分布帰還型半導体レーザの構成(特許文献１及び２)においては、活性層の下層に回折格子を形成した場合、その回折格子の凹凸形状の上層に活性層をエピタキシャル結晶成長させる。又、活性層の上層に回折格子を形成した場合、その回折格子の凹凸形状の上層にｐ型上部クラッド層をエピタキシャル結晶成長させることになる。そのためにエピタキシャル結晶の成長方向にある回折格子の上下層に応力歪みが生じ、この応力歪みに起因してエピタキシャル結晶の成長方向にある活性層に結晶欠陥（転位）が発生しやすく、この欠陥により活性層が形成されている発振領域における非発光再結合成分が増加してしまうため、半導体レーザ素子の信頼性及び歩留まりが低下するという欠点があった。
【０００６】
このように、活性層の上層又は下層に回折格子が隣接した構造を有する従来の分布帰還型半導体レーザでは、素子の信頼性及び歩留まりを高めることができなかった。
【０００７】
そこで、この出願に係わる発明者が種々検討したところ、回折格子領域の形成位置を活性層の横側部に設けることが素子の信頼性及び歩留まりの向上に繋がるという結論に達した。
【０００８】
従って、この発明の目的は、分布帰還型半導体レーザにおいて、回折格子領域の形成位置を活性層の横側部に位置する電流ブロック層の部分領域に設けることにより、活性層に加わる応力歪みを低減し、それにより信頼性及び歩留まりの高い分布帰還型半導体レーザを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するために、この発明の分布帰還型半導体レーザは、誘導放出光を生成するための活性層と、縦単一モード化を図るための回折格子領域とを具えていて、第１クラッド層、上述の活性層、及び第２クラッド層の順に積層された積層体と、この積層体の両側に設けられた電流ブロック層とを具えている。上述の回折格子領域は、電流ブロック層の部分領域であって、上述の活性層を導波する誘導放出光のエバネセント場の及ぶ範囲内の領域に形成してある。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、回折格子領域を活性層の横側部すなわち活性層外の領域に形成したので、回折格子領域の凹凸形状による、エピタキシャル結晶成長方向の応力歪みにより発生する結晶欠陥（転位）の活性層への影響を低減できるとともに、作製されたレーザ素子の信頼性及び歩留まりを向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図を参照して、この発明の実施の形態例につき説明する。なお、これらの図は、この発明が理解できる程度に構成要素の形状、大きさ及び配置関係を概略的に示してあるにすぎず、また、以下に説明する数値的及びその他の条件は単なる好適例であり、この発明はこの発明の実施の形態にのみ何等限定されるものではない。なお、断面図において、図の複雑化を防ぐために、断面を表すハッチング等を一部省略して示してある。
【００１２】
（実施形態）
図１は、この発明の分布帰還型半導体レーザのエピタキシャル結晶成長工程後に得られる構造体の構造を説明するための概略的な一部切欠斜視図であり、図中、回折格子領域の状態を強調して示すために、部分的に切欠端面を示してある。
【００１３】
図１に示す構成例の分布帰還型半導体レーザは、基板１００上に誘導放出光を生成するための活性層１０２と、縦単一モード化を図るための回折格子領域１１２とを具えている。この実施形態の構成例では、基板１００として例えばｎ−ＩｎＰ基板を使用する。このｎ−ＩｎＰ基板は、矩形の平行平面板状の基部１００ａと、その基部１００ａの表面から一体的に垂直に突出形成されているストライプ状の突起部１００ｂとを具えている。この突起部１００ｂをメサ基板部とも称する。
【００１４】
このメサ基板部１００ｂの長手方向に直交する横断面形状は、直角四辺形とするが、これに何ら限定されるものではない。さらに、メサ基板部１００ｂの頂面（すなわち上面）と長手方向に沿った二つの側面は、平坦面である。
【００１５】
このメサ基板部１００ｂの上面上に、メサ基板部１００ｂの長手方向の全域にわたって、かつ、この上面の幅と同一幅で、上述の活性層１０２が均一の層厚で設けられている。この活性層１０２をＩｎＧａＡｓＰ層とする。
【００１６】
このＩｎＧａＡｓＰ活性層１０２の上面には、この上面の長手方向の全域にわたって、かつ、この上面の幅と同一幅で、メサクラッド層１０４ａが設けられている。このメサクラッド層１０４ａは、後述するｐ−ＩｎＰクラッド層１０４を構成する部分であり、ｐ−ＩｎＰ層とする。
【００１７】
このように、活性層１０２は、下側がｎ−ＩｎＰ基板１００のメサ基板部１００ｂと接しており、又、上側がｐ−ＩｎＰクラッド層１０４のメサクラッド層１０４ａと接している。従って、これらｎ−ＩｎＰ基板１００とｐ−ＩｎＰクラッド層１０４とで活性層１０２中において生成された光を活性層内に閉じ込めるので、ｎ−ＩｎＰ基板１００を第１クラッド層と称し、及び、ｐ−ＩｎＰクラッド層１０４を第２クラッド層と称する。従って、メサクラッド層１０４ａをメサ状の第２クラッド層と称する。よって、これら第１クラッド層１００（ここでは、メサ基板部１００ｂ）、活性層１０２及び第２クラッド層１０４の一部（ここでは、メサ状の第２クラッド層１０４ａ）は、この順で積層された積層体１０５を構成している。
【００１８】
この積層体１０５の両側の、基部１００ａの上面上には、電流ブロック層１１５が設けられている。この電流ブロック層（電流狭窄層ともいう）１１５は、基部１００ａ側から、ｐ−ＩｎＰブロック層１０８、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰからなる回折格子領域１１２及びｎ−ＩｎＰブロック層１１４が順次積層されて形成されている。さらに、このｎ−ＩｎＰブロック層１１４及びメサ状の第２クラッド層１０４ａ上に、ｐ−ＩｎＰ層１０４’が積層されて設けられている。このｐ−ＩｎＰ層１０４’とメサ状の第２クラッド層１０４ａとで第２クラッド層１０４を構成している。
【００１９】
上述したｐ−ＩｎＰブロック層１０８の上面は、メサ基板部１００ｂの頂面の下側でメサ基板部１００ｂの側面と接していて、その上面は、メサ基板部１００ｂから離れるに従って、高さが低くなっていても良いし、あるいは、高さが変わらないように設けても良い。図１に示す構成例では、ｐ−ＩｎＰブロック層１０８の上面の高さは均一としている。
【００２０】
上述した電流ブロック層１１５の部分領域内に回折格子領域１１２が設けられている。この構成例では、このｐ−ＩｎＰブロック層１０８の上面上の両側に、回折格子領域１１２が形成されている。回折格子領域１１２は、ストライプ状の突起部１００ｂ、従って活性層１０２の長手方向に沿って多数の回折格子１１３が一定の周期で並べて形成されている。個々の回折格子１１３は、活性層１０２の長手方向と直交する方向に、幅を揃えて延在して設けられている。これら回折格子１１３は、周期的凹凸構造のｐ−ＩｎＧａＡｓＰブロック層１１０とこれら凹凸間及びこれら凹凸構造の上側に形成されたｎ−ＩｎＰブロック層１１４とのｐｎ接合により形成されている。
【００２１】
回折格子１１３の凸部は、基部１００ａの上面に垂直に設けられていて、それらの高さは同一としてある。又、回折格子領域１１２での回折格子１１３の凹部である溝の深さや格子間隔、その他の設計上の条件は、縦単一モードの光の発振を可能とするように設計に応じて任意好適に定めれば良い。又、回折格子１１３の、活性層１０２からの幅は、活性層１０２を導波する誘導放出光のエバネセント場が及ぶ範囲までとすれば良い。
【００２２】
この回折格子領域１１２を埋め込むように、積層体１０５の両側にｎ−ＩｎＰブロック層１１４が設けられていて、その上面は平坦面である。この平坦面とメサ状の第２クラッド層１０４ａの上面上に、上述したｐ−ＩｎＰ層１０４’が設けられている。よって、メサ状の第２クラッド層１０４ａ及びｐ−ＩｎＰ層１０４’が同一材料で形成されているので、これら両層がｐ−ＩｎＰからなる第２クラッド層１０４となっている。
【００２３】
このｐ−ＩｎＰの第２クラッド層１０４上には、電極取出し用のｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１１８が設けられている。
【００２４】
尚、上述した実施形態では、積層体１０５、従って活性層１０２の両側に回折格子領域１１２を設けた例につき説明したが、この回折格子領域１１２を活性層１０２のいずれか一方の領域にのみ設けても良い。
【００２５】
上述した、この発明の実施形態の分布帰還型半導体レーザは、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰブロック層１１０及びｎ−ＩｎＰブロック層１１４によって構成される電流狭窄層としてのｐｎ接合領域である回折格子領域１１２が、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１０２の両横側部すなわち活性層外の領域に２列に形成されているために、この回折格子領域１１２の凹凸形状による、エピタキシャル結晶成長方向の応力歪みにより発生する結晶欠陥（転位）のＩｎＧａＡｓＰ活性層１０２への影響を低減できる構造になっている。よって、この発明により作製された分布帰還型半導体レーザ素子の信頼性及び歩留まりを向上させることができる。
【００２６】
図２（Ａ）〜図３（Ｃ）は、この発明の分布帰還型半導体レーザの製造工程を説明するための工程図であって、各図は、工程段階で得られた構造体の切断端面図で示してある。以下、図２（Ａ）〜図３（Ｃ）を参照して実施形態の製造工程を説明する。
【００２７】
まず、図２（Ａ）に示すように、基板１００としてｎ−ＩｎＰ基板を用いる。このｎ−ＩｎＰ基板１００を前駆第１クラッド層として、その上面にＩｎＧａＡｓＰからなる前駆活性層１０２ａを０．１５〜０．２０μｍ厚さに、さらにｐ−ＩｎＰからなる前駆第２クラッド層１０４”を０．１０〜０．１５μｍ厚さに従来周知のＭＯＣＶＤ法を用いて連続的にエピタキシャル結晶成長させる。尚、この実施形態では、ｎ−ＩｎＰ基板１００を前駆第１クラッド層としているが、このｎ−ＩｎＰ前駆第１クラッド層をｎ−ＩｎＰ基板１００上に別個に従来周知のＭＯＣＶＤを用いて形成してもよい。又、この実施形態では、前駆活性層１０２ａとしてバルクＩｎＧａＡｓＰ層を用い説明しているが、多重量子井戸（ＭＱＷ：Multi-Quantum Well）層による活性層を用いることもできる。
【００２８】
次に、ｐ−ＩｎＰからなる前駆第２クラッド層１０４”の表面に従来周知のＣＶＤ（ Chemical Vapor Deposition）法によりＳｉＯ２膜を３００ｎｍ厚さに形成し、フォトリソグラフイーによりＳｉＯ２膜を幅２．０μｍのストライプ状にパターニングを行い、レジストパターンを除去した後、このパターニングされた幅２．０μｍのＳｉＯ２膜１０６をマスクにｐ−ＩｎＰからなる前駆第２クラッド層１０４”、ＩｎＧａＡｓＰからなる前駆活性層１０２ａ及びｎ−ＩｎＰ基板１００をメサエッチングする。このメサエッチングは、従来周知のＲＩＥ（ Reactive Ion Etching ）法を用いたドライエッチング法及びＨＢｒ／ＨＣｌ／Ｈ２Ｏ２／Ｈ２Ｏ混合液（但し、ＨＢｒ：ＨＣｌ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝１５：７５：３：２００の容積混合比）によるウェットエッチング法により行う。このメサエッチング工程は、まずドライエッチング法によりメサ部分の深さを制御し、次いでウェットエッチング法によりメサのストライプ幅を制御する。このメサエッチング工程により、ストライプ幅１．２μｍ程度でｐ−ＩｎＰ前駆第２クラッド層１０４”の表面からｎ−ＩｎＰ基板１００の厚みの一部分に達する、２．０μｍの深さまで残し、図２（Ｂ）に示すようなストライプ状の積層体１０５を得る。従って、ＳｉＯ２膜１０６の下層のｐ−ＩｎＰからなる前駆第２クラッド層１０４”、ＩｎＧａＡｓＰからなる前駆活性層１０２ａ及びｎ−ＩｎＰ基板１００の両サイドはこのウェットエッチング工程により、ＳｉＯ２膜１０６のパターン幅よりもオーバーエッチングされることになる。この積層体１０５は、ｎ−ＩｎＰ基板１００にストライプ状に突出形成されたメサ基板部１００ｂと、その上側に残存形成された活性層１０２と、その上側に残存形成されたメサ状の第２クラッド層１０４ａとを具えている。
【００２９】
続いて、ＳｉＯ２膜１０６をマスクにして、従来周知のＭＯＣＶＤ法によりこの発明の分布帰還型半導体レーザの電流ブロック層１１５の一部であるｐ−ＩｎＰブロック層１０８を１．５μｍ厚みに及びｐ−ＩｎＧａＡｓＰブロック層１１０を０．１５〜０．２０μｍ厚みに連続的に選択埋め込みエピタキシャル結晶成長させて、図２（Ｃ）に示すような構造体を得る。この場合、この電流ブロック層の一部（１０８，１１０）は、ｎ−ＩｎＰ基板の基部１００ａの露出面上にメサ状の第２クラッド層１０４ａの頂部側の部分を露出させて残りの積層体１０５の部分を埋め込むように形成される。
【００３０】
この実施の形態例では、ｐ−ＩｎＰブロック層１０８は、その上面がメサ基板部１００ｂの側面と接する厚さで形成され、メサ基板部１００ｂから離れるに従って、その厚さは順に薄くなっている。又、このｐ−ＩｎＰブロック層１０８上に形成されるｐ−ＩｎＧａＡｓＰブロック層１１０は、その上面がメサ状の第２クラッド層１０４ａの側面と接する厚みでかつ層全体にわたって均一の厚みで形成される。
【００３１】
次に、二光束干渉露光法によるフォトリソグラフィー及びＨＢｒ／ＨＮＯ３／Ｈ２Ｏ混合液（但し、ＨＢｒ：ＨＮＯ３：Ｈ２Ｏ＝１：１：１０の容積混合比）を用いたウェットエッチングにより、レジストをマスクに活性層１０２の両横側部に位置するｐ−ＩｎＧａＡｓＰブロック層１１０をエッチングして、活性層１０２のストライプ長方向に直交するように回折格子領域１１２を形成して、図３（Ａ）に示すような構造体を得る。この回折格子領域１１２は、誘導放出光の伝播方向に沿って周期的に形成された凹凸を含む領域である。この実施形態においては、回折格子領域１１２をＩｎＧａＡｓＰ活性層１０２の両側に形成した（図１参照）が、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１０２のいずれか一方の領域にのみ形成してもよい。すなわち、この発明における分布帰還型半導体レーザにおいては、回折格子領域１１２が、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１０２を導波する誘導放出光のエバネセント場の及ぶ範囲内の領域に形成してあればよい。
【００３２】
続いて、従来周知のＭＯＣＶＤ法により、メサ状の第２クラッド層１０４ａ上にパターニングされたＳｉＯ２膜１０６をマスクにして、回折格子領域１１２を埋め込むようにｎ−ＩｎＰブロック層１１４を回折格子領域１１２の表面から０．５μｍ厚に選択エピタキシャル結晶成長させて、図３（Ｂ）に示すような構造体を得る。この時、ｎ−ＩｎＰブロック層１１４は回折格子領域１１２の隙間にもエピタキシャル結晶成長する。従って、この回折格子領域１１２は、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰブロック層１１０とｎ−ＩｎＰブロック層１１４とのｐｎ接合により形成されることになる。この結果、ｐ−ＩｎＰブロック層１０８、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰブロック層１１０から成る回折格子領域１１２、及びｎ−ＩｎＰブロック層１１４から構成される、電流ブロック層１１５が形成される。
【００３３】
次に、ＳｉＯ２膜１０６を除去した後、露出したメサ状の第２クラッド層１０４ａ上及びｎ−ＩｎＰブロック層１１４上に、従来周知のＭＯＣＶＤ法によりｐ−ＩｎＰ層１０４’及びｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１１８とを連続的にエピタキシャル結晶成長させる。この場合、ｐ−ＩｎＰ層１０４’の厚みを１．０μｍとし、かつｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１１８の厚みを０．１〜０．２μｍとするのが良い。この時、ＳｉＯ２膜１０６の直下層にあったメサ状の第２クラッド層１０４ａと新たにこの工程で結晶成長したｐ−ＩｎＰ層１０４’とは同一材質であるので、両者は一体化し接合されて、ｐ−ＩｎＰの第２クラッド層１０４を形成し、図３（Ｃ）に示すような構造体を得る。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明の分布帰還型半導体レーザのエピタキシャル結晶成長工程後に得られる構造体の構造を説明するための概略的な一部切欠斜視図である。図中、回折格子領域の状態を強調して示すために、部分的に切欠端面を示してある。
【図２】この発明の分布帰還型半導体レーザの製造工程を説明するための工程図（その１）であって、各図（Ａ）〜（Ｃ）は、工程段階で得られた構造体の切断端面図で示してある。
【図３】この発明の分布帰還型半導体レーザの製造工程を説明するための工程図（その２）であって、各図（Ａ）〜（Ｃ）は、工程段階で得られた構造体の切断端面図で示してある。
【符号の説明】
【００３５】
１００：基板、前駆第１クラッド層
１００ａ：基部
１００ｂ：突起部、メサ基板部、第１クラッド層、
１０２：活性層
１０２ａ：前駆活性層
１０４：ｐ−ＩｎＰクラッド層、第２クラッド層
１０４ａ：メサ状の第２クラッド層
１０４’：ｐ−ＩｎＰ層
１０４”：前駆第２クラッド層
１０５：積層体
１０６：ＳｉＯ２膜
１０８：ｐ−ＩｎＰブロック層
１１０：ｐ−ＩｎＧａＡｓＰブロック層
１１２：回折格子領域
１１３：回折格子
１１４：ｎ−ＩｎＰブロック層
１１５：電流ブロック層
１１８：ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層
【図１】
2007335761.tif 000003
【図２】
2007335761.tif 000004
【図３】
2007335761.tif 000005