(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層上にリッジストライプを有しリッジストライプの伸長方向に周期構造を備えた分布帰還リッジ型半導体レーザの製造方法であって、活性層上にリッジストライプ材料のクラッド層及びコンタクト層を順に積層したレーザ基板を形成する工程と、前記クラッド層及びコンタクト層から、両側平坦部とこれらから突出し平坦上面部を有するリッジストライプとを形成する工程と、前記両側平坦部及び平坦上面部上にわたって、リッジストライプの伸長方向に周期構造を有する金属短冊の複数からなるグレーティングを形成するグレーティング形成工程と、前記グレーティング、両側平坦部及び平坦上面部の全面に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層から前記両側平坦部の一部だけをエッチングにより部分的に除去して前記グレーティングを部分的に露出せしめた後、前記グレーティング上に交差してバス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製造方法。
【請求項２】
前記バス電極は、前記両側平坦部上の前記絶縁層及びグレーティング上にのみ形成することを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ製造方法。
【請求項３】
前記活性層がＩｎ1-xＧａxＡｓ1-yＰy（0≦x≦1、0≦y≦1）を主成分とするバルク層又は単一量子井戸若しくは多量子井戸層であり、前記クラッド層がＩｎＰであり、前記コンタクト層がＩｎＧａＡｓＰ若しくはＩｎＧａＡｓであることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体レーザ製造方法。
【請求項４】
前記グレーティング形成工程においては、前記両側平坦部及び平坦上面部上にわたって金属膜及びレジスト層を順に形成する工程と、前記レジスト層上に、電子ビーム直接描画法により、リッジストライプの伸長方向に周期構造を有するグレーティングパターンの潜像を形成し、前記レジスト層の現像によりグレーティングパターンを形成するパターン工程と、前記金属膜を前記グレーティングパターンを介しエッチングし、前記平坦上面部を含む両側平坦部上にわたって、前記リッジストライプの伸長方向に周期構造を有する金属短冊の複数のグレーティングを形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１記載の半導体レーザ製造方法。
【請求項５】
活性層上にリッジストライプを有しリッジストライプの伸長方向に周期構造を備えた分布帰還リッジ型半導体レーザであって、活性層上に形成されたクラッド層の両側平坦部とこれらから突出し平坦上面部を有するクラッド層及びコンタクト層を順に積層してなるリッジストライプと、前記両側平坦部及び平坦上面部上にわたって、リッジストライプの伸長方向に周期構造を有する金属短冊の複数からなるグレーティングと、前記リッジストライプの前記平坦上面部における前記グレーティング上の全面に形成された絶縁層と、からなることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項６】
前記リッジストライプの前記平坦上面部の前記グレーティング上を除いた前記グレーティング上において接続されたバス電極を有することを特徴とする請求項５記載の半導体レーザ。
【請求項７】
前記バス電極は、前記両側平坦部上の前記絶縁層及びグレーティング上にのみ形成することを特徴とする請求項６記載の半導体レーザ。
【請求項８】
前記活性層がＩｎ1-xＧａxＡｓ1-yＰy（0≦x≦1、0≦y≦1）を主成分とするバルク層又は単一量子井戸若しくは多量子井戸層であり、前記クラッド層がＩｎＰであり、前記コンタクト層がＩｎＧａＡｓＰ若しくはＩｎＧａＡｓであることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１記載の半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分布帰還（Distributed Feedback:DFB）半導体レーザ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
DFB半導体レーザは、光ディスクから信号を読み出し／書込む光学式情報記録再生装置における光ピックアップ装置の光源に用いられる他に、光ＣＡＴＶなどの光通信システムや、高密度情報記録ＳＨＧ短波長レーザ、又は小型固体レーザのポンプ光源や、光計測分野などに応用され得る素子として知られている。小電流で動作し横方向単一モード発振を行うためには半導体中の電子及び正孔並びに発振光を小さい領域に閉じこめる必要がある。ｐｎ接合垂直方向ではダブルヘテロ構造などで閉じこめている。接合に平行な方向に関して、レーザの発光領域を制限する方法として利得導波構造や屈折率導波構造が使われる。屈折率導波構造は、接合垂直方向だけでなく、リッジストライプを形成するなどして接合平行方向でも屈折率の低いクラッド材料で発光領域を挟む構造である。
【０００３】
電流注入領域の部分以外のクラッド層の一部をエッチングなどで除去し、リッジストライプを形成するとリッジ下部のガイド層を伝搬する光に対する実効屈折率が、それ以外の部分より、若干大きくなるため、リッジ下部部分に光が閉じ込められる。リッジ型半導体レーザでは、リッジ上部に電極を設け、電極及び基板間に電流を注入して発振させる。
【０００４】
非対称クラッディング導波路構造を有する表面グレーティングＤＦＢレーザが提案されている。（IEEE Photonics Technology Lettres, Vol.9,No.11,November 1997 P1460-P1462)
この非対称クラッディングＤＦＢレーザの特徴は、図１に示すように、活性層を挟む上下部クラッド層３及び１の内、上部クラッド層３を薄くすることにより、破線で示す光強度分布が導波路の垂直方向に対して非対称に、すなわち、非対称クラッディングとすることや、第２に、上部クラッドが薄いため、クラッド上部にある周期的に設けられたＳｉＯ2の絶縁島状部６の複数及びこれらを囲むＴｉ−Ｐｔ−Ａｕの金属電極７で構成されるグレーティングの領域まで発振光をしみ出させることを特徴としている。したがって、発振光はクラッド上部表面のグレーティングを感じ、単一スペクトルでレーザ発振する。ＳｉＯ2と電極金属とは吸収係数が異なるため、この非対称クラッディングＤＦＢレーザは利得結合のＤＦＢレーザとなる。
【０００５】
非対称クラッディングＤＦＢレーザは上部金属電極７の吸収を利用しているが、電極部分での大きな吸収は逆にレーザのスロープ効率の低下（０．１ｍＷ／ｍＡ）をもたらしている。図１の光強度分布のAで示す部分は金属電極７による吸収エリアを示している。
グレーティング部分の絶縁島状部６の上面６aより下にある金属による光吸収は単一発振させるために必要となる光吸収であるが、グレーティング上面より上にある金属（A部分）での光吸収は本来不要な吸収である。また、グレーティング部分の光吸収もその程度が大きすぎるとレーザ特性の劣化をもたらすことになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、上記の問題に鑑み、グレーティング上の金属電極による不要な光吸収を避けるＤＦＢ半導体レーザ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の製造方法は、活性層上にリッジストライプを有しリッジストライプの伸長方向に周期構造を備えた分布帰還リッジ型半導体レーザの製造方法であって、
活性層上にリッジストライプ材料のクラッド層及びコンタクト層を順に積層したレーザ基板を形成する工程と、
前記クラッド層及びコンタクト層から、両側平坦部とこれらから突出し平坦上面部を有するリッジストライプとを形成する工程と、
前記両側平坦部及び平坦上面部上にわたって、リッジストライプの伸長方向に周期構造を有する金属短冊の複数からなるグレーティングを形成するグレーティング形成工程と、
前記グレーティング、両側平坦部及び平坦上面部の全面に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層から前記両側平坦部の一部だけをエッチングにより部分的に除去して前記グレーティングを部分的に露出せしめた後、前記グレーティング上に交差してバス電極を形成して接続する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明の半導体レーザの製造方法においては、前記活性層がＩｎ1-xＧａxＡｓ1-yＰy（0≦x≦1、0≦y≦1）を主成分とするバルク層又は単一量子井戸若しくは多量子井戸層であり、前記クラッド層がＩｎＰであり、前記コンタクト層がＩｎＧａＡｓＰ若しくはＩｎＧａＡｓであることを特徴とする。
本発明の半導体レーザの製造方法においては、前記グレーティング形成工程においては、前記両側平坦部及び平坦上面部上にわたって金属膜及びレジスト層を順に形成する工程と、
前記レジスト層上に、電子ビーム直接描画法により、リッジストライプの伸長方向に周期構造を有するグレーティングパターンの潜像を形成し、前記レジスト層の現像によりグレーティングパターンを形成するパターン工程と、
前記金属膜を前記グレーティングパターンを介しエッチングし、前記平坦上面部を含む両側平坦部上にわたって、前記リッジストライプの伸長方向に周期構造を有する金属短冊の複数のグレーティングを形成することを特徴とする。
【００１０】
本発明の半導体レーザは、活性層上にリッジストライプを有しリッジストライプの伸長方向に周期構造を備えた分布帰還リッジ型半導体レーザであって、
活性層上に形成されたクラッド層の両側平坦部とこれらから突出し平坦上面部を有するクラッド層及びコンタクト層を順に積層してなるリッジストライプと、
前記両側平坦部及び平坦上面部上にわたって、リッジストライプの伸長方向に周期構造を有する金属短冊の複数からなるグレーティングと、
前記リッジストライプの前記平坦上面部における前記グレーティング上の全面に形成された絶縁層と、からなることを特徴とする。
【００１１】
本発明の半導体レーザにおいては、前記リッジストライプの前記平坦上面部の前記グレーティング上を除いた前記グレーティング上において接続されたバス電極を有することを特徴とする。
本発明の半導体レーザにおいては、前記バス電極は、前記両側平坦部上の前記絶縁層及びグレーティング上にのみ形成することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。
従来構造はＳｉＯ2グレーティングの上部に金属（電極）を埋め込む形態をとっているが、本発明においては、それを逆にして金属グレーティングの上部にＳｉＯ2を積層して金属をＳｉＯ2中に埋め込むようにする。電極膜厚は３００Å以下（１００〜２００Å）の膜厚が好ましい。
【００１４】
これにより、従来構造のグレーティング上の金属電極による不要な光吸収を回避するために金属電極を薄く形成しても、成膜ムラによる接触不良が生じることがあるが、本発明ではこの金属電極薄膜化の問題が解決し、薄い金属グレーティングだけによる吸収なので損失が大幅に減少される。
すなわち、図２及び図８に示すように、活性層２上にリッジストライプを有しリッジストライプの伸長方向に周期構造を備えた実施例の分布帰還リッジ型半導体レーザでは、リッジストライプは活性層上に形成されたクラッド層の両側平坦部とこれらから突出し平坦上面部を有するクラッド層３及びコンタクト層４を順に積層してある。また、両側平坦部及び平坦上面部上にわたって、リッジストライプの伸長方向に周期構造を有する金属短冊７の複数からなるグレーティングが形成されている。
【００１５】
図１２に示すように、実施例の分布帰還リッジ型半導体レーザは、リッジストライプの平坦上面部上の金属短冊７の複数上の全面に形成された絶縁層６を有しており、金属短冊７の複数が絶縁層６中に埋設されている。
また、実施例の分布帰還リッジ型半導体レーザは、図１２に示すように、バス電極１０を有しており、バス電極１０はリッジストライプの平坦上面部及びグレーティング上を除いた金属短冊７の複数上に交差して接続されている。導通をとるため図示したように、リッジ導波路横にコンンタクトホールを設け、十分な厚さを有する絶縁層６の上部にさらに金属バス電極１０を蒸着する。絶縁層６上部の電極１０から注入された電流がバス電極を通り金属グレーティングを通して導波路に入り、レーザ発振する。
【００１６】
このように、金属短冊７の複数上には、発振光に透明な絶縁層６が存在するので、光の損失がなく、グレーティングによるＤＦＢの効果を同じにしながらグレーティング上面より上での光吸収を避けることができる。
以下に、本発明によるInP基板上へのＩｎ1-xＧａxＡｓ1-yＰy（０≦ｘ＜１，０≦ｙ≦１）の半導体レーザを作製する方法の実施例を図３から図１３に基づいて説明する。
【００１７】
まず、図３に示すように、所定面方位面のＩｎＰ結晶基板のウエハ（図示せず）を用意し、化学エッチングで表面を清浄し、所定のエピタキシャル成長方法、液相成長法、有機金属気相成長法、分子線成長法などで、下部クラッド層１、ＩｎＧａＡｓＰ系のレーザ活性層２、リッジストライプ材料の上部クラッド層３、コンタクト層４などを順に積層した基板を作製する。活性層２はバルク層又は単一量子井戸若しくは多量子井戸層である。例えば、ｎ−ＩｎＰの基板面上にｎ−ＩｎＰ下部クラッド層、Ｉｎ1-xＧａxＡｓ1-yＰy（０≦ｘ＜１，０≦ｙ≦１）の活性層、活性層上にｐ−ＩｎＰのリッジストライプ材料クラッド層、リッジストライプ材料クラッド層上にｐ−ＩｎＧａＡｓＰ又はｐ−ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層を積層する。
【００１８】
次に、図４に示すように、リッジストライプが所定方位に伸長するようにレジストのストライプマスク５を、コンタクト層４上に、例えばフォトリソグラフィ技術などを用いて形成する。続いて、コンタクト層４及びリッジストライプ材料の上部クラッド層３を所定深さまでエッチングして、両側平坦部１４とこれらから突出する所定高さで平坦上面部を有するリッジストライプ１５とを形成する。
【００１９】
次に、図５に示すように、両側平坦部１４とリッジストライプ１５上に全面にわたって、ＳｉＯ2の絶縁膜６のスパッタを行なう。
次に、図６に示すように、リフトオフによるレジスト除去を行い、リッジの平坦上面部１５ａを露出させる。
次に、図７に示すように、リッジの平坦上面部１５ａを含む上面全面にわたってグレーティング用Ｔｉ薄膜を蒸着する。
【００２０】
次に、Ｔｉ薄膜のＥＢリソグラフィ及びエッチングを実行して、図８に示すように、複数のＴｉ薄膜短冊すなわちグレーティング７がリッジストライプの伸長方向に垂直に交差して所定周期Λで並ぶように、Ｔｉグレーティング形成を行う。ＤＦＢ半導体レーザでは、一般にレーザ光が伝搬する方向に周期Λで変化する周期構造が形成され、そのため屈折率も周期的に変化し、周期的に反射されてくる光の位相が一致する波長で反射率が高くなり（ブラッグ反射）、レーザ発振が起こる。よって分布帰還半導体レーザの発振波長は周期構造の周期Λによって決まり、一般にΛ＝ｍλ／２ｎを満たす条件にて単一縦モードが得られる。なおｍは整数、λは発振波長（真空中）、及びｎはレーザ媒体の実効屈折率を示す。
【００２１】
すなわち、グレーティング形成工程においては、両側平坦部及び平坦上面部上にわたって金属膜及びレジスト層を順に形成し、該レジスト層上に、電子ビーム直接描画法（ＥＢ）により、リッジストライプの伸長方向に周期構造を有するグレーティングパターンの潜像を形成し、レジスト層の現像によりグレーティングパターンを形成し、Ｔｉ金属膜を該グレーティングパターンを介しエッチングし、リッジ平坦上面部を含む両側平坦部上にわたって、リッジストライプの伸長方向に周期構造を有する金属短冊７の複数のグレーティングを形成するのである。
【００２２】
次に、図９に示すように、フォトリソグラフィによりＴｉグレーティングのリッジ部以外の平坦部にグレーティングに交差するように、レジストストライプ８の膜形成を行う。
次に、図１０に示すように、Ｔｉグレーティング７、リッジ部１５、平坦部の絶縁膜６及びレジストストライプ８の上にわたって、ＳｉＯ2の絶縁膜９をスパッタ法を用いて成膜する。
【００２３】
次に、図１１に示すように、平坦部のＴｉグレーティング７上にてリフトオフによるレジストストライプ８の除去を行ない、電極接続用窓２０を形成し、Ｔｉグレーティング７を露出させる。
次に、図１２に示すように、ＳｉＯ2及びＴｉグレーティング上にＴｉ／Ａｕ電極を蒸着してＰ側電極を形成する。
【００２４】
次に、図１３に示すように、基板裏面を研磨して、そこにＴｉ／Ａｕ電極を蒸着して、ｎ側電極を形成する。その後、所定工程により、素子が完成される。このようにして、リッジ上面側からＰ側電極へのエバネッセント波の吸収が抑制された素子が作製される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＤＦＢ半導体レーザの概略断面図である。
【図２】本発明による実施例のＤＦＢ半導体レーザの概略断面図である。
【図３】本発明による実施例のＤＦＢ半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図である。
【図４】本発明による実施例のＤＦＢ半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図である。
【図５】本発明による実施例のＤＦＢ半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図である。
【図６】本発明による実施例のＤＦＢ半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図である。
【図７】本発明による実施例のＤＦＢ半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図である。
【図８】本発明による実施例のＤＦＢ半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図である。
【図９】本発明による実施例のＤＦＢ半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図である。
【図１０】本発明による実施例のＤＦＢ半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図である。
【図１１】本発明による他の実施例のＤＦＢ半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図である。
【図１２】本発明による他の実施例のＤＦＢ半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図である。
【図１３】本発明による他の実施例のＤＦＢ半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図である。
【主要部分の符号の説明】
１  ｎ−ＩｎＰクラッド層
２  活性層
３  リッジストライプ材料クラッド層
４  コンタクト層
５  レジスト層
６，９  絶縁層
７  グレーティング、金属短冊
１０  バス電極
１５ａ  平坦上面部
１４  両側平坦部
【図１】
0003739071.tif 000002
【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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【図７】
0003739071.tif 000008
【図８】
0003739071.tif 000009
【図９】
0003739071.tif 000010
【図１０】
0003739071.tif 000011
【図１１】
0003739071.tif 000012
【図１２】
0003739071.tif 000013
【図１３】
0003739071.tif 000014