JP3255111B2 - 半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ及び
その製造方法、並びに半導体光集積素子、光モジュール
及び光通信システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】アクセス系光通信システムのコストを削
減するには、低価格な光モジュールの実現が必須であ
る。光モジュールのコスト削減には、従来行われていた
温度制御を必要としない温度特性に優れる半導体レーザ
の実現が不可欠と考えられる。閾値電流や駆動電流の温
度依存性を小さくするには、高温時でも漏れ電流の少な
い電流狭窄構造が必要である。さらに選別コストの削減
のためには、発振特性の面内分布均一性と再現性に優れ
る素子構造が求められる。

【０００３】これまで半導体レーザの電流狭窄層として
はｐとｎの導電型半導体を交互に挟み込んだサイリスタ
構造が広く用いられてきた。しかしながら、ブロック層
にリーク電流が侵入するとサイリスタがターンオンして
しまい、電流狭窄層として機能しなくなる欠点を有す
る。

【０００４】サイリスタのターンオンは、ブロック層の
ｎドーピング濃度を上げる、もしくは電流狭窄層を厚く
することにより改善できることが知られている。しか
し、ｎドーピング濃度の増加は屈折率の低下を生じさ
せ、これが導波路を伝搬する光に影響を与え、界分布を
乱し、光ファイバや導波路への結合効率を低下させる原
因となってしまう。また、電流狭窄層として機能するブ
ロック層を厚膜化するためには、導波路形成のために深
いメサが必要となり、メサ形状のウエハ内でのバラツキ
が大きく均一な発振特性が得られない場合が多い。

【０００５】これらサイリスタ構造の電流狭窄層での問
題点を克服するため、高抵抗層を電流狭窄層として用い
る埋め込み型半導体レーザの検討が行われている。

【０００６】高抵抗半導体層を用いた従来の半導体レー
ザの構造を図２に示す。ｎ−ＩｎＰ基板３上に高抵抗Ｉ
ｎＰ層１０を成長し、エッチングにより溝を形成した
後、ＩｎＧａＡｓＰ活性層を含むダブルヘテロ（ＤＨ）
構造を成長し、溝内に活性層１を埋め込んでいる。結晶
成長時には液相エピタキシャル成長法（ＬＰＥ：リキッ
ド・フェーズ・エピタキシー）を用いており、活性層が
三日月状に形成される。このことからＢＣ（ベリード・
クレセント）構造と呼ばれることが多い。ＬＰＥ特有の
成長機構により、活性層１は溝の内側の高抵抗ＩｎＰ層
１０には接触せず、電流を効果的に狭窄して高出力動作
を実現している。さらに高抵抗ＩｎＰ層１０の導入によ
り寄生容量が減少し、良好な高周波応答特性も得られる
利点も有している。

【０００７】なお、高抵抗ＩｎＰ層１０にＦｅドープを
行う場合は、Ｆｅはアクセプタとして働くため注入され
た電子は捕獲するものの、正孔は捕獲せず、電子と再結
合して電流として流れてしまうというダブルインジェク
ションの効果が指摘されている。これを防ぐためにｐ型
ＩｎＰ基板と高抵抗ＩｎＰ層の間にｎ型ＩｎＰ層を挿入
して漏れ電流を抑制する構造が検討されており、波長
１．３μｍのＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ半導体レーザにお
いて１８０ｍＷの最大光出力が報告されている(H. Hori
kawa et al., Applied Physics Letters, 54, 1989, p.
1077)。なお、ＩｎＰ基板がｎ型の場合は、もともと高
抵抗ＩｎＰ層はｎ型ＩｎＰに挟まれているので特に新し
い層を付け加える必要は無い。

【０００８】図３は、メサエッチングしたダブルヘテロ
（ＤＨ）構造に高抵抗ＩｎＰ層１０を埋め込み成長した
高抵抗埋め込み（ＳＩ−ＢＨ）構造である。この構造は
大面積均一成長が可能な有機金属相成長法（ＭＯＶＰ
Ｅ：メタル・オーガニック・ベーパー・フェイズ・エピ
タキシー）でも成長可能であることから有力な埋め込み
構造として盛んに研究開発が行われている。なお、前記
と同様に、ｎ型ＩｎＰ層を高抵抗層とｐ−ＩｎＰ層の間
に挿入して漏れ電流を抑制する試みもなされている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】最大光出力の観点から
は図２のＢＣ構造の方が図３のＳＩ−ＢＨ構造よりも優
れた結果が得られている。この理由として、ＢＣ構造は
ｐ基板を用いることが可能であり、コンタクト抵抗を小
さくできること、および高抵抗層を平坦基板上に成長す
ることにより、高抵抗層の結晶性が優れることが挙げら
れる。しかし、ＢＣ構造はＬＰＥでしか作製できず、ウ
エハの大面積化が不可能な欠点を有している。さらに、
Ｖ溝中に活性層を形成するため、回折格子の形成が難し
く、ＤＦＢ−ＬＤ(Distributed-FeedBack-Laser-Diode)
の製造が困難である。

【００１０】一方、ＳＩ−ＢＨ構造の光出力特性を改善
する素子構造が公開特許公報（特願昭６０ー２２１９９
７号）に開示されている。これを図４に示す。この素子
構造は次のようにして形成されている。まず、ｎ−Ｉｎ
Ｐ基板３上に半絶縁性高抵抗層１０を成長後、活性層１
を成長する部分の高抵抗層をエッチングして溝を形成す
る。次に、この溝部にのみ選択的にｎ−ＩｎＰ層９を形
成し、続いて上部に活性層１を成長し、酸化膜を除去し
た後、全面をクラッド層５で埋め込み、このクラッド層
５上にキャップ層６を形成する。

【００１１】ここで、注入される電子を半絶縁性高抵抗
層１０にて有効にトラップさせ、この高抵抗層を電流狭
窄層として十分に機能させるためには、少なくとも１μ
ｍ以上の膜厚が必要である。このため、１μｍ以上の段
差がある溝部へ活性層１を選択成長する必要がある。

【００１２】この溝の内部に活性層を選択成長する場合
は、溝の側面にも結晶が成長するため、平坦な層構造が
得られない。このため光学特性に優れる活性層を得るに
は図４に示すように溝よりも上部に活性層を形成する必
要がある。一方、溝の上部に活性層を形成する場合は、
１μｍ以上のｎ−ＩｎＰ層９を成長させ、その上に活性
層を形成することになるため、活性層位置の制御が困難
となることが容易に予想される。特に、活性層に、多重
量子井戸（ＭＱＷ）構造を採用すると、活性層位置の変
化による膜厚変化によりフォトルミネッセンススペクト
ルの広がりが生じてしまい、半導体レーザに適した活性
層を得るのは極めて困難となる。同様の素子構造は公開
特許公報（特願昭６１−１４３９６２号、特願昭６３−
７６０８９号）にも記載されているが、全ての構造にお
いて厚い半絶縁性高抵抗層が必要であり、良好な活性層
の形成とこれによる発振特性に優れる半導体レーザの実
現は極めて困難と考えられる。

【００１３】したがって、このような埋め込み構造を有
する半導体レーザで優れた特性を安定して発現させるこ
とは極めて困難であった。

【００１４】活性層の品質と膜厚の制御性を向上をさせ
るには、溝の深さを浅くすることが重要である。そのた
めには、半絶縁性高抵抗層とは異なり、薄膜でも十分機
能する電流狭窄層が必要である。

【００１５】文献（ジャパン・ジャーナル・アプライド
・フィジックス、ボリューム６３、１８９６頁、１９９
７年）には、電流狭窄層として厚さ２０ｎｍのＡｌＡｓ
を酸化した薄膜を用い、波長１．６５μｍにて発振する
レーザ構造が示されている。

【００１６】このレーザ構造を図５に示す。この構造は
ｎ−ＩｎＰ基板３上に全面に形成された活性層１及びＡ
ｌＡｓ層２３を有し、ＡｌＡｓ層を選択的に酸化させて
電流狭窄層とすることにより、未酸化のＡｌＡｓ層に電
流を集中させている。絶縁酸化膜を形成する膜材料とし
てＡｌＡｓを用いた場合は、酸化によりＡｓがＯに置換
され、Ａｌ²Ｏ^Xとなり、アルミナに近い絶縁膜の電気特
性を示すからである。この絶縁酸化膜は半絶縁性高抵抗
層で採用される厚膜は必要とせず、数十ｎｍもあれば電
流狭窄層として十分機能する。

【００１７】しかしながら、この構造では電流狭窄幅を
酸化時間を変化させることで調整しているため、ウエハ
面内の特性分布や、特性の再現性の点で問題がある。さ
らに、通常の埋め込み型半導体レーザとは異なり、活性
層が横方向で連続しており、ここに流れ込む電流を絶縁
酸化膜にて狭窄しているだけの構造であるため、効果的
に電流狭窄がなされない上に、電流が注入されない領域
での吸収損失が大きく、閾値電流が２ｋＡ／ｃｍ²と高
い値となっている。

【００１８】そこで本発明の目的は、高品質の活性層が
成長可能な構造とすることにより、低閾値電流、高スロ
ープ効率でレーザ発振し、高温動作特性、特性の均一性
に優れた半導体レーザーを提供することにある。また、
このような半導体レーザを簡単なプロセスで且つ再現性
よく製造する方法を提供することにある。さらには、同
素子を用いて安価で高性能な光モジュール及び光通信シ
ステムを実現することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明では、以下に示す
解決手段により、選択成長に適した構造を形成し、良好
な発振特性を有する半導体レーザを実現する。

【００２０】本発明は、半導体活性層の層厚方向および
横方向の全てが該活性層よりバンドギャップの大きな結
晶により埋め込まれている半導体レーザであって、該活
性層の両側に形成される電流狭窄層が、半導体基板上に
形成された厚さ０．１μｍ以下の絶縁酸化膜により構成
されており、これら電流狭窄層の間隙部の半導体基板上
に第一導電型半導体層と前記活性層と第二導電型半導体
層を含むダブルヘテロ構造が形成されていることを特徴
とする半導体レーザに関する。

【００２１】また本発明は、半導体活性層の層厚方向お
よび横方向の全てが該活性層よりバンドギャップの大き
な結晶により埋め込まれた構造を有し、該活性層の両側
に形成される電流狭窄層が絶縁膜により構成されている
半導体レーザの製造方法であって、第一導電型半導体基
板上に絶縁化可能な膜を形成する工程と、成長阻止膜を
近接した２本のストライプ状に形成する工程と、該成長
阻止膜が形成されていない該成長阻止膜間の領域をエッ
チングして、該領域の少なくとも前記絶縁化可能な膜を
除去して溝を形成する工程と、第一導電型半導体層、半
導体活性層、第二導電型半導体層を含むダブルヘテロ構
造を前記溝部に選択的に形成する工程と、全面に第二導
電型半導体層を形成する工程と、前記絶縁化可能な膜を
選択的に酸化して絶縁化して厚さ０．１μｍ以下の前記
電流狭窄層を形成する工程を少なくとも有することを特
徴とする半導体レーザの製造方法に関する。

【００２２】また本発明は、第一導電型半導体基板上に
絶縁化可能な膜を形成する工程と、成長阻止膜を近接し
た２本のストライプ状に形成する工程と、該成長阻止膜
が形成されていない該成長阻止膜間の領域をエッチング
して、該領域の少なくとも前記絶縁化可能な膜を除去し
て溝を形成する工程と、第一導電型半導体層、半導体活
性層、第二導電型半導体層を含むダブルヘテロ構造を前
記溝部に選択的に形成する工程と、全面に第二導電型半
導体層を形成する工程と、前記絶縁化可能な膜を選択的
に酸化して絶縁化する工程を少なくとも有することを特
徴とする半導体レーザの製造方法に関する。

【００２３】また本発明は、上記半導体レーザの構造を
有する半導体集積素子であって、分布帰還型半導体レー
ザ、分布反射型半導体レーザ、光変調器、光検出器、光
スイッチ、光導波路の少なくとも一つを含むことを特徴
とする半導体光集積素子に関する。また本発明は、上記
半導体レーザの構造を有する半導体集積素子であって、
該半導体活性層と受動光導波路が同時に形成され、該受
動光導波路部のコア層の膜厚が光の伝搬する方向に沿っ
てテーパ状に変調されていることを特徴とする半導体光
集積素子に関する。

【００２４】また本発明は、上記半導体レーザの構造を
有する半導体集積素子であって、該活性層が２つ以上の
領域に分割され、各々の領域に独立した電極が形成され
ていることを特徴とする半導体光集積素子に関する。

【００２５】また本発明は、上記半導体光集積素子を少
なくとも一個用いて形成されたことを特徴とする光モジ
ュールに関する。

【００２６】また本発明は、上記光モジュールを複数個
用いて形成されたことを特徴とする光通信システムに関
する。

【００２７】本発明において、上記電流狭窄層の厚さは
０．１μｍ以下であることが必要であるが、０．０２〜
０．１μｍの範囲が好ましく、０．０２〜０．０５μｍ
の範囲がより好ましい。

【００２８】また上記本発明の半導体光集積素子は、動
作波長が０．３〜１．７μｍであることが好ましい。

【００２９】

【発明の実施の形態】図６に本発明の一実施形態の基本
構成図を示す。ｎ−ＩｎＰ基板３上に、電流狭窄層とし
て機能する厚さ０．１μｍ以下の絶縁膜２が形成され、
この絶縁膜２の間隙部にｎ−ＩｎＰ層９、活性層１、ｐ
−ＩｎＰ層１１がこの順で形成されている。そして、こ
れらｎ−ＩｎＰ層９、活性層１、ｐ−ＩｎＰ層１１及び
絶縁膜２を覆うように全面にｐ−ＩｎＰクラッド層５が
形成されている。

【００３０】本発明において、絶縁膜２は、ＡｌとＳｂ
の少なくとも１つを含む結晶からなることが好ましい。
さらには、前記絶縁膜が、ＡｌとＳｂの少なくとも１つ
を含む結晶からなり、酸化により絶縁化された層である
ことが好ましい。

【００３１】上記のように、活性層１の両側に形成され
る電流狭窄層が絶縁膜で構成され、この絶縁膜の厚さが
０．１μｍ以下であることにより、活性層１に効果的に
電流注入を行うことができる。また、本発明の素子構造
を作製する際、従来の構造を作製する場合とは異なり、
活性層１を選択的に成長する部分をエッチングする深さ
は浅くてよいため、層厚の制御性が良くなり、所望の層
厚を有した品質の良好な結晶を形成することができる。
これに加え、本発明の構造では、漏れ電流の原因となる
リークパス幅ｄを０．１μｍ以下と極めて狭くできる。

【００３２】これらにより、閾値電流の低減やスロープ
効率の向上といった発振特性の大幅な向上を図ることが
できる。なお、電流狭窄層として機能する絶縁膜とし
て、例えば、ＡｌＡｓを酸化して絶縁化した層を用いた
場合、電流狭窄層がＡｌ₂Ｏ_Xとなることで屈折率が１．
５に近い値になることが懸念されるが、膜厚が０．１μ
ｍ以下であれば活性層を伝搬する光に与える影響は小さ
く、散乱損失や結合損失の増大は生じないものと考えら
れる。

【００３３】本発明の半導体レーザの製造方法一実施形
態は、基板上に、酸化により絶縁化する結晶層を形成
し、この結晶層の、後に形成する活性層直下の部分のみ
を除去し、活性層の形成後にその両側の前記結晶層を選
択的に酸化することを特徴とする。これにより、前記結
晶層の酸化の進行は、この結晶層が除去されている活性
層近傍で必ず停止する。その結果、従来の構造では得ら
れなかった狭い電流注入領域幅を再現性よく形成するこ
とができる。さらに、従来行われていた精密な酸化時間
の制御も必要なく、発振特性の均一性に優れるレーザ構
造を再現性よく提供することができる。

【００３４】以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細
に説明する。

【００３５】（実施例１）図１は本発明の第１の実施例
における半導体レーザの断面構造図である。活性層１
は、発振波長が１．３μｍとなるように設計したＩｎＧ
ａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰのＭＱＷ構造を有し、間隙幅
が１．５μｍの部分に形成されている。ＡｌＡｓ／Ｉｎ
ＡｌＡｓ超格子層を熱酸化して形成される絶縁膜２は、
活性層１からｎ−ＩｎＰ基板３側に０．１μｍ離れた部
分に形成されている。

【００３６】図１に示す構造を有する半導体レーザの製
造方法を図７に沿って説明する。

【００３７】まず、ｎ−ＩｎＰ基板３の（００１）面上
に、ガスソースＭＢＥ法（ＧＳ−ＭＢＥ）により４周期
の厚さ５ｎｍのＡｌＡｓと厚さ１ｎｍのＩｎＡｌＡｓか
らなるＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子層２４を成長後、
厚さ５０ｎｍのｎ−ＩｎＰバッファ層４を成長する。

【００３８】この基板上に、熱ＣＶＤ法により厚さ１０
０ｎｍのＳｉＯ₂膜からなる成長阻止膜１２を堆積す
る。続いてフォトリソグラフィ工程により、選択ＭＯＶ
ＰＥに用いるレジストパターンを形成する。希釈した弗
酸により成長阻止膜１２をエッチングし、選択成長に用
いる基板が完成する（図７(a)）。成長阻止膜１２のパ
ターンは、幅５０μｍの成長阻止膜１２を＜１１０＞方
向に対向させる構成とし、両成長阻止膜１２の間隙部分
幅を１．５μｍとなるように形成した。活性層１はこの
間隙部分上に選択的に形成される。

【００３９】活性層１を形成する間隙部分のＡｌＡｓ／
ＩｎＡｌＡｓ超格子層２４をエッチングにより除去する
ため、この基板を臭化水素、過酸化水素水および水から
なる混合液によるエッチングを行う。このエッチングは
ＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子層２４を完全に貫通する
深さ８０ｎｍまで行う。この場合、成長阻止膜１２がマ
スクとなり、このマスクが形成されていない部分のＡｌ
Ａｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子層２４が完全に除去される
（図７(b)）。

【００４０】この基板の間隙部に、選択ＭＯＶＰＥによ
り、ｎ−ＩｎＰ層９（キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3）
を厚さ２００ｎｍ、１．１３μｍ波長組成のＩｎＧａＡ
ｓＰよりなる第１のＳＣＨ層を厚さ６０ｎｍ、厚さ６ｎ
ｍの１．４μｍ波長組成のＩｎＧａＡｓＰウェル層と厚
さ１５ｎｍの１．１３μｍ波長組成のＩｎＧａＡｓＰバ
リア層の７周期からなるＭＱＷ活性層１、１．１３μｍ
波長組成のＩｎＧａＡｓＰよりなる第２のＳＣＨ層を厚
さ６０ｎｍ、及びｐ−ＩｎＰ層１１（キャリア濃度５×
１０¹⁷ｃｍ^-3）を１００ｎｍに、順次エピタキシャル成
長する。これらの結晶層は、成長阻止膜１２上には成長
させず、ＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子層２４が除去さ
れた間隙部分のｎ−ＩｎＰ基板３上に選択的に成長する
（図７(c)）。

【００４１】選択ＭＯＶＰＥに用いた成長阻止膜１２
を、希釈した弗酸により除去し、全面にｐ−ＩｎＰクラ
ッド層５（キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3）を厚さ２μ
ｍ、ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層６を厚さ０．３μｍ成
長する（図７(d)）。

【００４２】続いて、臭化水素、過酸化水素水および水
からなる混合液をエッチャントとしてエッチングを行
い、活性層１を中心にして幅２０μｍのダブルメサを形
成する。エッチング深さは４μｍとし、ＡｌＡｓ／Ｉｎ
ＡｌＡｓ超格子層２４を完全に貫通するようにする（図
７(e)）。このウエハを、熱酸化炉に投入して５時間保
持し、ＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子層２４のみ選択的
に酸化させ、絶縁化を行う。

【００４３】続いて全面に酸化膜７を形成し、これをフ
ォトリソグラフィ工程によりパターニングして活性層１
であるＭＱＷ層にのみ電流が流れるように間隙部を形成
する（図１）。両面にＴｉＡｕからなるｐ電極８とｎ電
極１３を形成後、４３０℃での電極アロイを行い、素子
が完成する。

【００４４】半導体レーザの共振器長が３００μｍとな
るよう劈開し、半導体レーザ端面に９５％の高反射コー
ティングを施して特性の評価を行った。室温での閾値電
流は３ｍＡと低く、また８５℃の場合においても８ｍＡ
と良好な発振特性を発現した。外部微分量子効率は２５
℃、８５℃の場合に対してそれぞれ、０．５Ｗ／Ａ、
０．４７Ｗ／Ａと極めて良好であった。

【００４５】このような良好な発振特性が得られたの
は、活性層の近くに配置したＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超
格子層２４が酸化により絶縁化したことで、発振特性に
寄与しない漏れ電流が大きく減少したためである。ま
た、従来のサイリスタによる電流狭窄構造では、高温時
に漏れ電流が上昇し、これによりスロープ効率の低下や
光出力の飽和傾向を引き起こしていたが、本発明の構造
では、絶縁膜により電流狭窄を行っているため、従来観
測されていた高温での特性の低下は観測されず、良好な
温度特性も同時に実現できた。

【００４６】本発明の製造方法においては、活性層幅は
成長阻止膜の間隙幅に主として依存するため、活性層幅
のウエハ面内でのバラツキが小さい。これにより閾値電
流分布の標準偏差として０．２ｍＡ、スロープ効率分布
の標準偏差として０．０２Ｗ／Ａと極めて均一な発振特
性を２インチ基板全面で実現できた。

【００４７】（実施例２）次に、同一共振器内に導波路
厚が変化したテーパ導波路を集積した素子（ＳＳＣ−Ｌ
Ｄ）を作製した場合の実施例について述べる。この素子
構造を図９に示す。製造プロセスは実施例１とほぼ同様
であり、異なる点は出射端に向かって導波路厚が薄くな
っていくテーパ導波路部と半導体レーザ部を一括形成す
ることである。

【００４８】ＭＱＷ活性層１とテーパ導波路層が形成さ
れる間隙部分のみＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子層２４
を除去し、両者を選択ＭＯＶＰＥにより一括形成する。

【００４９】この選択成長に用いた成長阻止膜１２のパ
ターンを図８に示す。半導体レーザ部の長さは３００μ
ｍ、テーパ導波路部の長さは２００μｍとした。半導体
レーザ部での成長阻止膜幅は５０μｍ、テーパ導波路部
分での成長阻止膜幅は５０μｍから出射端に向かって５
μｍに狭くするパターンとした。このように成長阻止膜
１２の幅を出射端に向けて狭くするパターンを採用する
ことで、間隙部分の成長レートが減少し、導波路厚が出
射端に向かって薄くなっていくテーパ構造を作り込むこ
とができる。またテーパ導波路の側面は（１１１）結晶
面となるため散乱損失の低い導波路が得られる。

【００５０】活性層１とテーパ導波路層を一括形成した
後は実施例１と同じ素子作製プロセスにより、ＳＳＣ−
ＬＤを作製することができる。なお、ｐ電極８は発光部
分とテーパ導波路の一部まで形成し、テーパ導波路の一
部に電流注入を行う構造とし、ここでの吸収損失の増加
を防いだ。

【００５１】２５℃、８５℃での閾値電流はそれぞれ４
ｍＡ、１２ｍＡと低い特性を実現した。８５℃での１０
ｍＷの駆動電流は４０ｍＡと低く、温度制御の必要ない
光モジュールが実現可能になった。テーパ導波路の集積
により、放射角は通常の半導体レーザの３３°（‖）、
３５°（⊥）から１０°（‖、⊥）と狭く、スポットサ
イズの直径が１０μｍのシングルモードファイバとの最
小結合損失は１．５ｄＢと良好な結合特性も同時に実現
した。

【００５２】（実施例３）回折格子を有する分布帰還型
半導体レーザと電界吸収型変調器を集積した素子（ＥＭ
Ｌ：変調器集積化光源）について説明する。この素子構
造を図１１に示す。実施例１と大きく異なる点は、選択
ＭＯＶＰＥに用いる成長阻止膜１２のパターンが異なる
ことである。

【００５３】図１０に、活性層１と吸収層を一括形成す
るのに用いるマスクパターンを示す。発光部分である活
性層と吸収層は同一基板上に従属接続されて形成されて
いる。活性層から発せられた光はほぼ１００％吸収層に
結合し、吸収層への印加電圧を変化させることにより強
度変調を行う。吸収層は活性層と同様にMQW構造により
構成されている。分布帰還半導体レーザ部の共振器長は
３００μｍ、また変調器部の長さは２００μｍとした。
成長阻止膜の幅は、回折格子１４が基板上に形成された
分布帰還半導体レーザ部で５０μｍ、変調器部で３０μ
ｍとした。活性層１と吸収層は幅１．５μｍの間隙部に
選択ＭＯＶＰＥにより一括形成する。成長阻止膜幅の変
化による波長シフトは７０ｎｍであり、電界吸収型変調
器として適した波長シフト量となるように設計した。選
択ＭＯＶＰＥの後は、実施例１と同様の素子作製プロセ
スにてＥＭＬを作製した。

【００５４】本実施例により作製したＥＭＬは閾値電流
３ｍＡで発振した。吸収層に２Ｖ印加した場合の消光比
は２０ｄＢと良好であった。２．５Ｇｂ変調時も良好な
アイ開口が得られた。同集積素子を用いて６００ｋｍの
ノーマルファイバ伝送実験を行ったところ、パワーペナ
ルティとして０．５ｄＢの小さい値を得た。

【００５５】（実施例４）図１２は、実施例２によるＳ
ＳＣ−ＬＤ１７をＰＬＣ基板１５上にパッシブアライメ
ント実装した光モジュールの構成図である。パッシブア
ライメント実装は、素子に付けられた電極パターンとＰ
ＬＣ基板 (Planar Lightwave Circuit)のパターンとを
画像認識により一致させることで素子をＰＬＣ基板１５
上に配置する技術で、従来行われていた光軸調整をする
ことなく、素子と導波路とを結合する方法であり、実装
コストを大きく低減させるものである。ＰＬＣ基板１５
にはＹ分岐導波路１８が形成されており、これの一方に
はＳＳＣ−ＬＤ１７が、もう一方には受光素子１９が実
装される構成になっている。

【００５６】ＰＬＣ基板１５の導波路１６とＳＳＣ−Ｌ
Ｄ１７との結合損失は４ｄＢであり、パッシブアライメ
ント実装による過剰損失は僅か１．３ｄＢに抑えること
ができた。

【００５７】本発明による半導体レーザは漏れ電流の低
減により高温動作特性に優れていることから、従来半導
体レーザで行われていた温度制御が不要となっている。
このため、光モジュールを非常に安価に構成することが
可能となった。

【００５８】（実施例５）図１３は、実施例４にて作製
した、素子を実装した光モジュール２０を光通信システ
ムに採用した構成を示すものである。本局と各加入者と
は８〜３２分岐のスターカップラ２１を通してそれぞれ
１本の光ファイバ２２で接続されている。本発明により
安価な光モジュール２０を実現することが可能となるた
め、光通信システムのトータルのコストを低く抑えるこ
とができる。

【００５９】（その他の実施の形態）本発明の半導体レ
ーザは、半導体レーザ部と回折格子が形成されたブラッ
グ導波路を集積したＤＢＲレーザ構造としてもよい。ま
た、半導体レーザ部に回折格子を形成する分布帰還半導
体レーザ構造としてもよい。

【００６０】上記の実施例において、酸化により絶縁化
される層として、ＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子層を採
用したが、これをＡｌＡｓＳｂや、ＡｌやＳｂ等を含む
他の結晶により構成してもよい。

【００６１】さらに、上記の実施例では、ＭＱＷをＩｎ
ＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系材料によって構成しているが、Ａ
ｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系材料、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩ
ｎＰ系材料、ＺｎＳｅ系、ＧａＮ系などのその他の化合
物半導体材料を使用したものであってもよい。

【００６２】本発明による埋め込み構造は、ファブリ・
ペロー型半導体レーザ、半導体レーザアンプ、分布帰還
型半導体レーザ等の単体素子に限らず、変調器集積化光
源、分布ブラッグ反射型半導体レーザといった多くの構
造に適用可能である。

【００６３】

【発明の効果】本発明は、電流狭窄層として、厚さ０．
１μｍ以下の絶縁性薄膜、特に熱酸化等により絶縁化可
能な結晶薄膜を採用することで良好な発振特性を実現で
きる。この絶縁性薄膜からなる電流狭窄層は、活性層近
傍に均一に且つ再現性よく配置することができ、電流注
入領域幅を高精度に制御できる上、漏れ電流の原因とな
るリークパス幅を極めて狭くでき、また高品質の活性層
が成長できる。その結果、低閾値電流、高スロープ効率
でレーザ発振し、高温動作特性、特性の均一性に優れた
半導体レーザーを簡単なプロセスで再現性よく提供でき
る。また、本発明の半導体レーザを用いることにより、
安価で高性能な光モジュール及び光通信システムが実現
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体レーザの一実施形態の断面構造
図である。

【図２】従来のベリード・クレセント（ＢＣ）構造を有
する半導体レーザの構造図である。

【図３】高抵抗埋め込み（ＳＩ−ＢＨ）構造を有する従
来の半導体レーザの構造図である。

【図４】従来の半導体レーザの構造図である。

【図５】従来の半導体レーザの構造図である。

【図６】本発明の半導体レーザの基本構造を示す図であ
る。

【図７】本発明の半導体レーザの製造方法を説明するた
めの図である。

【図８】本発明によるＳＳＣ−ＬＤの作製に用いるマス
クパターンを示す図である。

【図９】本発明によるＳＳＣ−ＬＤの構造を示す図であ
る。

【図１０】本発明による変調器集積化光源の作製に用い
るマスクパターンを示す図である。

【図１１】本発明による変調器集積化光源の構造を示す
図である。

【図１２】本発明の光モジュールの構成を示す図であ
る。

【図１３】本発明の光通信システムの構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 活性層 ２ 絶縁膜 ３ ｎ−ＩｎＰ基板 ４ ｎ−ＩｎＰバッファ層 ５ ｐ−ＩｎＰクラッド層 ６ ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層 ７ 酸化膜 ８ ｐ電極 ９ ｎ−ＩｎＰ層 １０ 高抵抗層 １１ ｐ−ＩｎＰ層 １２ 成長阻止膜 １３ ｎ電極 １４ 回折格子 １５ ＰＬＣ基板 １６ 導波路 １７ ＳＳＣ−ＬＤ １８ Ｙ分岐導波路 １９ 受光素子 ２０ 光モジュール ２１ スターカップラ ２２ 光ファイバ ２３ ＡｌＡｓ層 ２４ ＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−75009（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−220492（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−120491（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−186400（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−223842（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−37341（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−114767（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体活性層の層厚方向および横方向の
   全てが該活性層よりバンドギャップの大きな結晶により
   埋め込まれた構造を有し、該活性層の両側に形成される
   電流狭窄層が絶縁膜により構成されている半導体レーザ
   の製造方法であって、 第一導電型半導体基板上に絶縁化可能な膜を形成する工
   程と、成長阻止膜を近接した２本のストライプ状に形成
   する工程と、該成長阻止膜が形成されていない該成長阻
   止膜間の領域をエッチングして、該領域の少なくとも前
   記絶縁化可能な膜を除去して溝を形成する工程と、第一
   導電型半導体層、半導体活性層、第二導電型半導体層を
   含むダブルヘテロ構造を前記溝部に選択的に形成する工
   程と、全面に第二導電型半導体層を形成する工程と、前
   記絶縁化可能な膜を選択的に酸化して絶縁化して厚さ
   ０．１μｍ以下の前記電流狭窄層を形成する工程を少な
   くとも有することを特徴とする半導体レーザの製造方
   法。
2. 【請求項２】 第一導電型半導体基板上に絶縁化可能な
   膜を形成する工程と、成長阻止膜を近接した２本のスト
   ライプ状に形成する工程と、該成長阻止膜が形成されて
   いない該成長阻止膜間の領域をエッチングして、該領域
   の少なくとも前記絶縁化可能な膜を除去して溝を形成す
   る工程と、第一導電型半導体層、半導体活性層、第二導
   電型半導体層を含むダブルヘテロ構造を前記溝部に選択
   的に形成する工程と、全面に第二導電型半導体層を形成
   する工程と、前記絶縁化可能な膜を選択的に酸化して絶
   縁化する工程を少なくとも有することを特徴とする半導
   体レーザの製造方法。
3. 【請求項３】 前記絶縁化可能な膜が、ＡｌとＳｂの少
   なくとも１つを含む結晶からなる請求項１又は２記載の
   半導体レーザの製造方法。
4. 【請求項４】 全面に第二導電型半導体層を成長する前
   記工程の後、前記半導体活性層を中心としてダブルメサ
   を形成する工程を有する請求項１、２又は３記載の半導
   体レーザの製造方法。