JP2770722B2 - 波長可変半導体レーザの製造方法 - Google Patents

波長可変半導体レーザの製造方法

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JP2770722B2 JP5282239A JP28223993A JP2770722B2 JP 2770722 B2 JP2770722 B2 JP 2770722B2 JP 5282239 A JP5282239 A JP 5282239A JP 28223993 A JP28223993 A JP 28223993A JP 2770722 B2 JP2770722 B2 JP 2770722B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、波長可変半導体レーザ
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】光通信の分野において、通信容量および
中継距離の拡大を図るための技術開発はめざましいもの
がある。なかでも光ヘテロダイン検波、光ホモダイン検
波といったコヒーレント光通信方式は高い感度を有し、
そこでは、例えば受信器の局部発振光源として、発振周
波数のチューニングという機能をもった半導体レーザ
(波長可変レーザ)が要求される。また、強度変調され
た異なる波長の光信号を、一本の光ファイバーに多重化
することで通信容量の拡大を図る波長多重通信方式にお
いては、通信光源として波長可変レーザが要求される。
【0003】従来、波長可変レーザの主なものとして、
分布帰還型(DFB)レーザ、分布反射型(DBR)レ
ーザ、チューナブル二重導波路型(TTG)レーザが報
告されている。このうちAppl.Phys.Let
t.54(25),2535頁以後でAmannらによ
って報告されているTTGレーザは、その構造上一つの
チューニング電流でもって単一モード発振を維持したま
ま、最大屈折率変化量で決まる波長可変幅いっぱいに波
長を変えることができる特徴を持つ。波長可変の源であ
る屈折率変化は、電流注入により導波路層に蓄えられた
キャリアにより生ずるプラズマ効果によって引き起こさ
れる。そのため、いかに効果的にチューニング電流を、
波長可変を引き起こすチューニング領域に閉じ込めるこ
とができるかが、波長可変幅を決定する大きな要因とな
る。図4のTTGレーザの断面図に示すように、従来、
TTGレーザの電流閉じ込め構造の製造方法では、回折
格子を形成したp−InP基板41上全面にp型InG
aAsP光ガイド層42、活性層43、型InPコンタ
クト層44、n型InGaAsPチューニング層45、
p型InPクラッド層46、p+ −InGaAsキャッ
プ層47を成長した後、レーザ部分以外をメサ型にエッ
チングで除去し、その除去した領域をnコンタンクト層
となるn型InP層48で埋め込んで作製していた。
【0004】また、1993年電子情報通信学会春季大
会、C−166、4−202頁で阪田らによって報告さ
れているTTGレーザを図3に示す。この場合MOVP
E選択成長により、InGaAsPチューニング層3
2、n−InPコンタクト層33、活性層34、p−I
nPクラッド層36の一部を形成した後、選択成長層の
上面に成長阻止マスクを形成し、n−InP層35で埋
め込むことによって、電流閉じ込め構造を作製してい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した2つの従来の
製造方法では、チューニング層及び活性層への電流閉じ
込めは、InPとInGaAsPの拡散電位差のみによ
って実現しているため、漏れ電流が発生し易くなる。チ
ューニング層に対して漏れ電流が発生した場合、有効に
チューニング層へキャリアがたまらない状態となり、プ
ラズマ効果による屈折率変化を十分に引き起こせなくな
る。また、発熱の原因ともなり、この両方の影響で波長
可変幅が狭くなるという問題がある。一方、活性層に対
して漏れ電流が発生した場合、光出力の飽和現象を引き
起こすため、高出力動作ができないという問題がある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザの
第一番目の製造方法は、第一導電型半導体層上に回折格
子を形成する工程と、前記回折格子を形成した第一導電
型半導体層上の一部領域に選択成長を行うためのマスク
をストライプ状にパターニングし、前記マスクのない領
域に少なくともチューニング層と第二導電型スペーサ層
と活性領域層を、チューニング層、第二導電型スペーサ
層、活性領域層の順、あるいは活性領域層、第二導電型
スペーサ層、チューニング層の順に選択的にエピタキシ
ャル成長する工程と、前記マスクを除去する工程と、前
記選択成長により形成したメサ上面に成長を阻止するた
めのマスクを形成する工程と、前記マスクのない領域に
少なくとも第二導電型コンタクト層で前記メサの側面を
埋め込み、さらに、第二導電型半導体層と第二の第一導
電型半導体層と第二の第二導電型半導体層とをエピタキ
シャル成長する工程と、前記マスクを除去する工程と、
前記マスクを除去した表面と第二の第二導電型半導体層
を第三の第一導電型半導体層で埋め込む工程とを含むこ
とを特徴とする。さらに、前記第二の第一導電型半導体
層と前記第二の第二導電型半導体層がInPであり、前
記第二導電型半導体層が前記第二の第一導電型半導体層
と前記第二の第二導電型半導体層よりナローギャップな
材料であることを特徴とする。
【0007】第二番目の製造方法は、第一導電型半導体
層上に回折格子を形成する工程と、前記回折格子を形成
した第一導電型半導体層上の一部領域に選択成長を行う
ためのマスクをストライプ状にパターニングし、前記マ
スクのない領域に少なくともチューニング層と第二導電
スペーサ層と活性領域層を、チューニング層、第二導
電型スペーサ層、活性領域層の順、あるいは活性領域
層、第二導電型スペーサ層、チューニング層の順に選択
的にエピタキシャル成長する工程と、前記マスクを除去
する工程と、前記選択成長により形成したメサ上面に成
長を阻止するためのマスクを形成する工程と、前記マス
クのない領域に少なくとも第二導電型半導体層と高抵抗
半導体層をエピタキシャル成長する工程を含むことを
特徴とする。
【0008】
【作用】本発明の製造方法では、選択成長により作製し
た光導波路構造へ、pn電流ブロック層あるいは、高抵
抗電流ブロック層を付加することにより電流閉じ込め効
果を大きくすることができる。チューニング層側へ電流
ブロック層を付加した場合、チューニング層への電流閉
じ込め効率が高くなり、その結果注入電流による屈折率
変化を大きく引き出せるため、波長可変幅が拡大され
る。活性層側へ電流ブロック層を付加した場合、高電流
注入時にも漏れ電流が抑えられるため、高光出力動作が
可能となる。
【0009】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図1(a)〜(c)は本発明の製造方法の第1の実
施例を示す断面図である。図1(a)に示す様に、p−
InP基板1上に回折格子を形成(図面には現れていな
い)した後、一対のSiO2マスク2を間隔2μmでパ
ターニングし、この2μmの領域へ、MOVPEにより
InGaAsPチューニング層3を0.25μm、n−
InPスペーサ層4を0.1μm、(InGaAs(厚
さ7nm,5層)/InGaAsP(厚さ6nm,発光
波長組成1.2μm))MQWレーザ活性層5、p−I
nP層6を0.3μm連続的に選択成長する。次にSi
2 マスク2を除去した後、図1(b)に示す様に、選
択成長で形成したリッジ導波路上にSiO2 マスク11
をパターニングし、MOVPEによりn−InP層を
0.4μm、n−InGaAsP層8を0.05μm、
p−InP層9を0.3μm、n−InP層10を0.
4μm埋め込み成長する。最後に図1(c)に示す様
に、SiO2 マスク11を除去した後、p−InPクラ
ッド層12を1.5μm、p−InGaAsキャップ層
13を0.2μmリッジ導波路上部に選択成長したの
ち、n側電極16形成部分のInPをHCl系エッチン
グ液により除去し、電極形成プロセスを経てTTGレー
ザを製作した。
【0010】図2(a),(b)を用いて本発明の第2
の実施例を説明する。上述の図1(a)と同様なリッジ
導波路構造を形成したのち、SiO2 マスク2を除去す
る。次に図2(a)に示すように、リッジ導波路上にS
iO2 マスク24をパターニングし、MOVPEにより
n−InP層(厚さ0.4μm)21、n−InGaA
sP層(厚さ0.1μm)2、Feドープ高抵抗InP
層(厚さ0.5μm)23で埋め込み成長を行なう。最
後に図2(b)に示すように、SiO2 マスク24を除
去し、p−InPクラッド層(厚さ1.5μm)25、
p−InGaAsキャップ層(厚さ0.5μm)26を
リッジ導波路上部に選択成長したのち、第1の実施例と
同様の電極形成プロセスを経てTTGレーザを完成し
た。なお、第1の実施例、第2の実施例ともに、最初の
MOVPE選択成長において、チューニング層3とレー
ザ活性層5の位置関係を反転させることも可能である。
【0011】以上のようにして作製したTTGレーザを
評価したところ、第1の実施例、第2の実施例ともに、
発振しきい値20mA、光出力30mW以上であった。
またチューニング電流を0から50mAまで流すことに
より、光出力20mW以上を維持したまま、最大10n
mの連続チューニング特性が得られた。またチューニン
グ層とレーザ活性層の位置関係を反転させた構造では、
発振しきい値20mA、光出力20mW以上であった。
またチューニング電流を0から25mAまで流すことに
より、光出力15mW以上を維持したまま、最大12n
mの連続チューニング特性が得られた。
【0012】
【発明の効果】以上説明したように、本発明はTTGレ
ーザにおいて以下のような利点を有する。選択成長によ
り作製した光導波路構造へ、pn電流ブロック層あるい
は、高抵抗電流ブロック層を付加することにより電流閉
じ込め効果を大きくすることができる。チューニング層
側へ電流ブロック層を付加した場合、チューニング層へ
の電流閉じ込め効率が高くなり、その結果注入電流によ
る屈折率変化を大きく引き出せるため、波長可変幅が拡
大される。活性層側へ電流ブロック層を付加した場合、
高電流注入時にも漏れ電流が抑えられるため、高光出力
動作が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(c)は、本発明の波長可変半導体レ
ーザの第1の実施例の製造工程を示す断面図である。
【図2】(a),(b)は、本発明の波長可変半導体レ
ーザの第2の実施例の製造工程を示す断面図である。
【図3】従来の二重導波路型波長可変半導体レーザを示
す断面図である。
【図4】従来の他の二重導波路型波長可変半導体レーザ
を示す断面図である。
【符号の説明】
1,31,41 p−InP基板 2,11,24 SiO2 マスク 3,32,45 InGaAsチューニング層 4 n−InPスペーサ層 5 MQWレーザ活性層 6,9 p−InP層 7,10,21,35,45,48 n−InP層 8,22 n−InGaAsP層 12,25,36,46 p−InPクラッド層 13,26,37 p−InGaAsキャップ層 14,27,38,49 SiO2 15,28,39,50 p側電極 16,29,40,51 n側電極 23 Feドープ高抵抗InP層 33,44 n−InPコンタクト層 34,43 活性層 42 p−InGaAsP光ガイド層 47 p+ −InGaAsキャップ層

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第一導電型半導体層上に回折格子を形成
    する工程と、前記回折格子を形成した第一導電型半導体
    層上の一部領域に選択成長を行うためのマスクをストラ
    イプ状にパターニングし、前記マスクのない領域に少な
    くともチューニング層と第二導電型スペーサ層と活性領
    域層を、チューニング層、第二導電型スペーサ層、活性
    領域層の順、あるいは活性領域層、第二導電型スペーサ
    層、チューニング層の順に選択的にエピタキシャル成長
    する工程と、前記マスクを除去する工程と、前記選択成
    長により形成したメサ上面に成長を阻止するためのマス
    クを形成する工程と、前記マスクのない領域に少なくと
    も第二導電型コンタクト層で前記メサの側面を埋め込
    み、さらに、第二導電型半導体層と第二の第一導電型半
    導体層と第二の第二導電型半導体層とをエピタキシャル
    成長する工程と、前記マスクを除去する工程と、前記マ
    スクを除去した表面と第二の第二導電型半導体層を第三
    の第一導電型半導体層で埋め込む工程とを含むことを特
    徴とする波長可変半導体レーザの製造方法。
  2. 【請求項2】 第一導電型半導体層上に回折格子を形成
    する工程と、前記回折格子を形成した第一導電型半導体
    層上の一部領域に選択成長を行うためのマスクをストラ
    イプ状にパターニングし、前記マスクのない領域に少な
    くともチューニング層と第二導電型スペーサ層と活性領
    域層を、チューニング層、第二導電型スペーサ層、活性
    領域層の順、あるいは活性領域層、第二導電型スペーサ
    層、チューニング層の順に選択的にエピタキシャル成長
    する工程と、前記マスクを除去する工程と、前記選択成
    長により形成したメサ上面に成長を阻止するためのマス
    クを形成する工程と、前記マスクのない領域に少なくと
    も第二導電型半導体層と高抵抗半導体層をエピタキシャ
    ル成長する工程とを含むことを特徴とする波長可変半導
    体レーザの製造方法。
  3. 【請求項3】 第一導電型半導体層上に回折格子を形成
    する工程と、前記回折格子を形成した第一導電型半導体
    層上の一部領域に選択成長を行うためのマスクをストラ
    イプ状にパターニングし、前記マスクのない領域に少な
    くともチューニング層と第二導電型スペーサ層と活性領
    域層を、チューニング層、第二導電型スペーサ層、活性
    領域層の順、あるいは活性領域層、第二導電型スペーサ
    層、チューニング層の順に選択的にエピタキシャル成長
    する工程と、前記マスクを除去する工程と、前記選択成
    長により形成したメサ上面に成長を阻止するためのマス
    クを形成する工程と、前記マスクのない領域に少なくと
    も第二導電型コンタクト層で前記メサの側面を埋め込
    み、さらに、第二導電型半導体層と第二の第一導電型半
    導体層と第二の第二導電型半導体層とをエピタキシャル
    成長する工程と、前記マスクを除去する工程と、前記マ
    スクを除去した表面と第二の第二導電型半導体層を第三
    の第一導電型半導体層で埋め込む工程とを含み、前記第
    二の第一導電型半導体層と前記第二の第二導電型半導体
    層がInPであり、前記第二導電型半導体層が前記第二
    の第一導電型半導体層と前記第二の第二導電型半導体層
    よりナローギャップな材料であることを特徴とする波長
    可変半導体レーザの製造方法。
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