JP3479925B2 - 分布帰還型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、光通信システムに
於ける光源として好適な分布帰還（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔ
ｅｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ：ＤＦＢ）型半導体レーザ及び
その製造方法に関する。

【０００２】近年、サブ・キャリヤ多重アナログ光通信
システムで用いる光源には、レーザ電流に対する光出力
特性（以下、Ｉ−Ｌ特性とする）の直線性が良好なＤＦ
Ｂ型レーザが要求されているところであり、本発明のＤ
ＦＢ型レーザに依れば、その要求に応えることができ
る。

【０００３】

【従来の技術】一般に、サブ・キャリヤ多重アナログ光
通信システム用光源としては、光の波長が１．３〔μ
ｍ〕帯のＤＦＢ型レーザを用いている。

【０００４】その理由は、光ファイバの波長分散が最も
小さい、即ち、光ファイバ伝送に依る光波形劣化が最も
小さい光の波長帯が１．３〔μｍ〕帯であること、及
び、多モード発振のファブリ・ペロー型レーザと比較
し、単一モード発振のＤＦＢ型レーザが低雑音であるこ
とに依る。

【０００５】図８は標準的なＤＦＢ型レーザを表す要部
切断斜面図である。

【０００６】図に於いて、１は基板、２は回折格子、３
は光ガイド層、４は活性層をそれぞれ示している。尚、
レーザ光の出射端面にはＡＲコート（ａｎｔｉ−ｒｅｆ
ｌｅｃｔｉｖｅ ｃｏａｔｉｎｇ）が施され、また、後
端面にはＨＲコート（ｈｉｇｈ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ
ｃｏａｔｉｎｇ）が施されている。

【０００７】ＤＦＢ型レーザに於いては、図に見られる
ように、光導波路に回折格子２を形成することに依って
屈折率周期を生成させ、その結果、単一モード発振を実
現させている。

【０００８】また、ＤＦＢ型レーザに於いては、アナロ
グ光通信システム用光源として重要なＩ−Ｌ特性の直線
性が回折格子２の深さなどで決まる規格化結合定数κＬ
に強く依存している（要すれば、“ＤＦＢ Ｌａｓｅｒ
ｄｉｏｄｅ ａｎｄ Ｍｏｄｕｌｅ ｆｏｒ Ａｎａ
ｌｏｇ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ” Ｈ．Ｙｏｎｅｔａ
ｎｉｅｔ．ａｌ． ＦＪＩＴＳＵ ＳＣＩ．Ｔｅｃｈ．
Ｊ．，２９，４，１９９３（文献２とする）、を参
照）。

【０００９】図９は標準的なＤＦＢ型レーザに流す電流
と光出力との関係及び微分効率を表す線図であり、横軸
にはＤＦＢ型レーザに流す電流〔ｍＡ〕を、また、左縦
軸には光出力〔ｍＷ〕を、更にまた、右縦軸には微分効
率〔ｍＷ／ｍＡ〕をそれぞれ採ってある。

【００１０】規格化結合係数κ・Ｌが小さい場合、即
ち、周期的な屈折率変化が少ない場合には、サブ・リニ
ヤなＩ−Ｌ特性となり、反対に、κ・Ｌが大きい場合、
即ち、周期的な屈折率変化が大きい場合、スーパー・リ
ニヤなＩ−Ｌ特性となる。ここで、サブ・リニヤとは、
横軸の増大につれ、特性線の傾きが緩徐になって、上に
凸になることを指し、また、スーパー・リニヤとは、横
軸の増大につれ、特性線の傾きが急峻になって、下方に
凸になることを指している。

【００１１】図からすると、κ・Ｌが０．７程度の場合
には、光出力が０になるまで、直線性の良いＩ−Ｌ特性
が得られ、このようなＩ−Ｌ特性をもつことで、電気信
号は光信号へ歪みをもつことなく忠実に変換される。

【００１２】前記現象は、軸方向ホール・バーニング、
と呼ばれる効果に起因するもので、これは、光出力が増
加するにつれて共振器方向の光強度分布が変化してゆく
現象であり、Ｉ−Ｌ特性の直線性に大きな影響を及ぼす
ものである。

【００１３】図１０はλ／４シフトＤＦＢ型レーザに於
ける光強度分布を表す線図であり、図に於いては、ＤＦ
Ｂ型レーザに加えるバイアス電流を変えて共振器方向の
光強度分布を表している。

【００１４】図に於いて、（Ａ）はκ・Ｌ＝１の場合、
（Ｂ）はκ・Ｌ＝２の場合、（Ｃ）はκ・Ｌ＝３の場合
をそれぞれ示している。

【００１５】（Ｃ）の場合、即ち、κ・Ｌ＝３と大きい
場合、ＤＦＢ型レーザに流す電流、従って、図に見られ
る規格化バイアス電流が大きくなるにつれ、ＤＦＢ型レ
ーザの端面、即ち、図中の共振器内位置が−Ｌ／２、或
いは、＋Ｌ／２の位置に於いて、光強度分布は相対的に
大きくなる。

【００１６】（Ｂ）の場合、即ち、κ・Ｌ＝２の場合、
（Ｃ）と比較すると光強度分布は小さくなり、（Ａ）の
場合、即ち、κ・Ｌ＝１の場合には、（Ｂ）と比較して
も光強度分布は更に小さくなり、従って、スーパー・リ
ニヤなＩ−Ｌ特性となる。

【００１７】このようなことから、規格化結合定数κ・
Ｌは共振器方向の光強度分布が最も平坦になる値に最適
化される（要すれば、文献３を参照）。具体的には、図
８に見られる回折格子２の深さ、或いは、光ガイド層３
の組成など、光導波路の屈折率分布を最適化するもので
ある。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】さて、前記したよう
に、規格化結合定数κ・Ｌを最適化しても、回折格子の
端面位相に依っては、共振器方向の光強度分布が必ずし
も平坦にならない。

【００１９】図１１及び図１２は回折格子の端面位相の
如何に依る共振器方向の光強度分布を表す線図である。

【００２０】これ等のデータは、非対称端面反射率型Ｄ
ＦＢ型レーザを解析して得られたものであって、前端面
反射率を０〔％〕、後端面反射率を８０〔％〕とし、ま
た、全て均一κ＝２７〔ｃｍ^-1〕である。

【００２１】図１１に於いて、（Ａ）は後端面での回折
格子の位相φが０、（Ｂ）は位相φがπ／２の場合であ
り、また、図１２に於いて、（Ａ）は後端面での回折格
子の位相φがπ、（Ｂ）は位相φが３π／２の場合であ
る。

【００２２】何れの図に於いても、横軸には共振器内位
置を、また、縦軸には相対的光強度をそれぞれ採ってあ
る。

【００２３】図からすると、後端面に於ける回折格子の
位相に依って、共振器方向の光強度分布の平坦性が大き
く変わっていることが看取される。

【００２４】さて、前記説明したようなＤＦＢ型レーザ
を製造する場合には、エッチング・ガスをＣ₂ Ｈ₆ 系ガ
スとする反応性イオン・エッチング（ｒｅａｃｔｉｖｅ
ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）法を適用すること
に依って、基板全面に均一な回折格子を形成し（要すれ
ば、「Ｃ₂ Ｈ₆ 系反応性イオンエッチングによるＧａＩ
ｎＡｓＰ／ＩｎＰ半導体レーザ用回折格子およびストラ
イプの形成」松田、他電子情報通信学会論文誌 Ｖｏ
ｌ．Ｊ７７−Ｃ−Ｉ Ｎｏ．５ ｐｐ．２５０−２５９
１９９２（文献４とする）、を参照）、また、例えば
有機金属化学気相成長（ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ ｃ
ｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｕｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ：ＭＯＣＶＤ）法を適用して、基板全面に均一な光導
波路層を形成する。

【００２５】このように、均一な規格化結合定数κＬを
もつ回折格子では、共振器方向の光強度分布を平坦化す
るには限界がある。

【００２６】本発明は、簡単な手段に依って、結合定数
κが後端面から前端面に向かって大きくなる回折格子を
形成し、共振器方向の光強度分布を平坦化してＩ−Ｌ特
性の直線性を良好にしようとする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】本発明では、ＤＦＢ型レ
ーザの後端面（例えば高光反射膜が施された端面）から
前端面（例えば低光反射膜が施された端面）に向かって
結合係数κが徐々に大きくなる回折格子を形成する為、
回折格子である周期的構造をもつ半導体が、その半導体
とは異なる屈折率をもつ半導体に依って包囲されてなる
構造、即ち、所謂「島状」と呼ばれる回折格子を採用
し、これに加えて、後端面から前端面（光出射端面）に
向かって島状回折格子の厚さを徐々に厚くなるようにす
ることが基本になっている。

【００２８】前記したところから、本発明に依るＤＦＢ
型レーザ及びその製造方法に於いては、 （１）レーザ・ストライプに沿う半導体層露出領域をも
つと共に前記半導体層の露出幅がレーザ端面の一端側に
於いて幅広であって他端側に於いて幅狭である選択成長
マスクを使用した有機金属気相成長法に依って形成され
且つ前記レーザ・ストライプの出力端面側に比較して反
対端面側で膜厚が薄い構造の半導体層と、該半導体層に
設けられ共振器をなす回折格子とを備え、該回折格子
は、該回折格子と異なる屈折率をもつ半導体に依って包
囲され島状を成すことを特徴とするか、又は、

【００２９】（２）下地である第一の半導体層（例えば
ｎ−ＩｎＰ基板１１）上にレーザ・ストライプに沿い且
つ第一の半導体層の露出幅がレーザ端面の一端側を幅広
とし他端側を幅狭としてレーザ・ストライプ領域を露出
する選択成長マスク（例えば選択成長用マスク１２Ａな
ど）を形成する工程と、前記露出された第一の半導体層
上に第一の半導体層と屈折率を異にして回折格子を構成
し得る第二の半導体層（例えばＩｎＧａＡｓＰ回折格子
層１３）及び第一の半導体層と屈折率を同じくして第二
の半導体層を覆う第三の半導体層（例えばｎ−ＩｎＰバ
ッファ層１５）を有機金属気相成長法にて選択成長させ
前記レーザ端面の一端側で薄く且つ他端側で厚い第二の
半導体層及び第三の半導体層を得る工程と、第三の半導
体層上に回折格子を形成する為の選択エッチング・マス
ク（例えばレジスト膜１６）を形成する工程と、選択エ
ッチング・マスクを介し第三の半導体層及び第二の半導
体層を選択的にエッチングして前記第二の半導体層を回
折格子に整形すると共に第一の半導体層表面及び第二の
半導体層側面及び第三の半導体層側面を露出させる（回
折格子の形成及びメサの形成）工程と、前記露出した第
一の半導体層表面及び第二の半導体層側面及び第三の半
導体層側面に第一の半導体層と屈折率を同じくする第四
の半導体層（例えばｎ−ＩｎＰスペーサ層）を成長して
第二の半導体層からなる回折格子を第一の半導体層及び
第三の半導体層及び第四の半導体層で島状に包囲する工
程と、第四の半導体層上に活性層となる第五の半導体層
（例えば多重量子井戸からなる活性層１９）を成長する
工程と、第五の半導体層上に活性層を光学的に閉じ込め
る屈折率をもってクラッド層をなす第六の半導体層（例
えばｐ−ＩｎＰクラッド層２１）を成長する工程と、第
六の半導体層上に第六の半導体層に比較して禁制帯幅が
狭くコンタクト層となる第七の半導体層（例えばｐ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰコンタクト層２７）を成長する工程とが含
まれてなることを特徴とするか、又は、

【００３０】（３）前記（２）に於いて、第一の半導体
層及び第三の半導体層及び第四の半導体層がＩｎＰを材
料とし、第二の半導体層がＩｎＧａＡｓＰを材料とし、
第二の半導体層と第三の半導体層との間にＧａＡｓ或い
はＩｎＧａＡｓからなる保護層（例えば回折格子保護層
１４）を介在させることを特徴とする。

【００３１】通常、ＤＦＢ型レーザに於いては、共振器
の中央から後端面に向かって光強度が大きくなり、ま
た、前端面に向かって小さくなる傾向にあるが、前記手
段を採ることに依って、共振器方向について、後端面か
ら前端面に向けて結合定数κが徐々に大きくなる回折格
子を形成することができるので、結合定数κが均一な回
折格子の場合と比較すると、回折格子の端面位相に依ら
ず、共振器方向の光強度分布を平坦化することができ
る。

【００３２】図１３及び図１４は本発明のＤＦＢ型レー
ザの優位性を説明する為の共振器方向の光強度分布を表
す線図である。

【００３３】各図に於いて、実線は傾斜不均一κ＝１３
〔ｃｍ^-1〕〜４０〔ｃｍ^-1〕の場合の共振器方向の光強
度分布を表し、また、破線は均一κ＝２７〔ｃｍ^-1〕の
場合の共振器方向の光強度分布を表している。

【００３４】図１３に於いて、（Ａ）は後端面での回折
格子の位相φが０、（Ｂ）は位相φがπ／２の場合であ
り、また、図１４に於いて、（Ａ）は後端面での回折格
子の位相φがπ、（Ｂ）は位相φが３π／２の場合であ
る。

【００３５】何れの図に於いても、横軸には共振器内位
置を、また、縦軸には相対的光強度をそれぞれ採ってあ
る。

【００３６】傾斜不均一κ＝１３〔ｃｍ^-1〕〜４０〔ｃ
ｍ^-1〕の場合は、均一κ＝２７〔ｃｍ^-1〕の場合と比較
し、後端面に於ける回折格子の位相の如何に拘わらず、
共振器方向の光強度分布は平坦になることが看取され
る。

【００３７】図１５は非対称端面反射率型ＤＦＢ型レー
ザに於ける規格化結合係数κ・Ｌと共振器方向の光強度
分布の平坦度との関係を表す線図である。

【００３８】図に於いて、横軸には規格化結合係数κ・
Ｌを採ってあり、但し、傾斜不均一κの場合は∫κ
（Ｚ）ｄＺを示し、また、縦軸には共振器方向の光強度
分布の平坦度Ｆを採ってあり、但し、平坦度Ｆは、

【００３９】

【数１】

【００４０】で表され、○印は均一κの場合、△印は傾
斜不均一κの場合であって、それぞれκが０．５×κ〜
１．５×κまで変化した状態を示している。

【００４１】図から明らかなように、均一κの場合、即
ち、○印の場合、０．６，０．８，１．０の何れの規格
化結合係数κ・Ｌに於いてもバラツキが大きいことが看
取される。即ち、均一κの場合は、回折格子の厚さなど
を変更してκ・Ｌを調整したとしても、製造バラツキは
大きい。

【００４２】これに対し、不均一κの場合、即ち、△印
の場合、特にκＬが小さい、κＬ＝０．６或いは０．８
などの場合には、その分布が集中していて、バラツキが
少なく、製造性に優れていることが判る。

【００４３】尚、均一κで形成されたＤＦＢ型レーザと
不均一κで形成されたＤＦＢ型レーザは、両方とも光出
力端面側に反射率が０〔％〕の無反射膜が形成されてい
て、その為、端面位相は０度であり、そして、光出力端
面側と反対側の端面には、反射率が８０〔％〕の高反射
膜が形成されていて、端面位相は、２π×（ｎ／８）
（但し、ｎは１〜８の整数）度となっている。

【００４４】

【発明の実施の形態】図１は本発明に依る実施の形態を
説明する為の工程要所に於けるＤＦＢ型レーザを表す要
部平面説明図であり、また、図２及び図３は本発明に依
る実施の形態を説明する為の工程要所に於けるＤＦＢ型
レーザを表す要部切断側面図であり、以下、これ等の図
を参照しつつ説明する。尚、図２及び図３は、図１に見
られる線Ｘ−Ｘに沿って切断した面を表している。

【００４５】図１及び図２の（Ａ）参照 １−（１） 化学気相堆積（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）法を適用することに依り、ｎ
−ＩｎＰ基板１１上に厚さ例えば１０００〔Å〕程度の
ＳｉＯ₂ 膜を形成する。

【００４６】１−（２） リソグラフィ技術に於けるレジスト・プロセス、並び
に、エッチャントをフッ化水素酸系エッチング液とする
ウエット・エッチング法を適用することに依り、前記Ｓ
ｉＯ₂ 膜のパターニングを行って選択成長用マスク１２
Ａ及び１２Ｂを形成する。

【００４７】尚、選択成長用マスク１２Ａ及び１２Ｂの
Ｙ方向の長さは例えば４００〔μｍ〕、そして、相隣る
選択成長用マスク間、例えば選択成長用マスク１２Ａ間
のＹ方向の間隔は例えば２００〔μｍ〕である。また、
選択成長用マスク１２Ａ及び１２ＢのＸ方向の幅は例え
ば２５０〔μｍ〕であり、ストライプ１１Ａの幅は５０
〔μｍ〕である。

【００４８】図１から明らかなように、選択成長用マス
ク１２Ａと１２Ｂの間には、「島状」回折格子を形成す
る為のストライプ１１Ａが存在し、選択成長用マスク１
２Ａ及び１２Ｂの略中央、即ち、チップ分離線Ｘ２−Ｘ
２の近傍で「島」の***が最も高くなり、そして、チッ
プ分離線Ｘ１−Ｘ１、或いは、Ｘ３−Ｘ３の近傍で
「島」の***が最も低くなる筈である。

【００４９】１−（３） ＭＯＣＶＤ法を適用することに依り、エネルギ・バンド
・ギャップ波長λｇが１．２０〔μｍ〕のＩｎＧａＡｓ
Ｐ回折格子層１３を成長させる。回折格子層１３の厚さ
は、共振器方向に於いて、５〔ｎｍ〕（選択成長用マス
ク１２Ａ及び１２Ｂから外れた箇所、即ち、チップ分離
線Ｘ１−Ｘ１、或いは、チップ分離線Ｘ３−Ｘ３の近
傍）乃至２５〔ｎｍ〕（選択成長用マスク１２Ａ及び１
２Ｂの略中央、即ち、チップ分離線Ｘ２−Ｘ２の近傍）
の間で徐々に変化する。

【００５０】１−（４） 引き続き、５〜６原子層のｎ−ＩｎＧａＡｓ回折格子保
護層１４及び厚さが５〔ｎｍ〕乃至２５〔ｎｍ〕のｎ−
ＩｎＰバッファ層１５を成長させる。尚、バッファ層１
５も回折格子層１３と同様に厚さが変化する。

【００５１】１−（５） 選択成長用マスク１２Ａ及び１２Ｂを除去する。ここ
で、バッファ層１５を形成しておくことで、後の工程に
於けるスペーサ層１７の成長の際に「島状」の回折格子
の状態が良好に保存することが可能になる。即ち、回折
格子層１３の表面は、バッファ層１５に依って覆われる
ことで、その段階に於いて、回折格子の反射率は確定す
るのである。

【００５２】例えば、回折格子層１３に回折格子を形成
する工程、即ち、エッチング工程に於いて、回折格子層
１３の表面が選択エッチング・マスクと直接接触してい
る場合、回折格子の表面清浄度は劣化するので、期待す
る反射率を得ることは困難になる。

【００５３】前記スペーサ層１７はＩｎＰに依って構成
されるが、その成長温度は、ＭＯＣＶＤ法を適用する場
合、通常は４５０〔℃〕程度である。スペーサ層１７は
回折格子層１３に回折格子を形成した後で、これを埋め
込むように成長するものであり、その際、回折格子の形
状が熱変形してしまう。

【００５４】これは、回折格子層１３を構成するＩｎＧ
ａＡｓＰに含まれる燐（Ｐ）の蒸気圧が高いことに起因
している。

【００５５】そこで、本実施例では、ＩｎＰの成長温度
である４５０〔℃〕以下で成長させることができ、且
つ、４５０〔℃〕以上でも熱変形し難い、即ち、Ｐの蒸
気圧に比較して低い蒸気圧をもつ元素を含む薄膜半導体
層として、例えば、ＧａＡｓやＩｎＧａＡｓなどを回折
格子保護層１４として回折格子層１３上に成長してい
る。

【００５６】これに依って、回折格子をエッチングに依
って形成した後、ＩｎＰスペーサ層１７をＭＯＣＶＤ法
に依って成長させても、回折格子の表面は、熱変形し難
い材料で覆われていることから、その形状を良好に保存
できるのである。

【００５７】回折格子保護層１４は、極めて薄いもので
ある為、実効的な回折格子の反射率は、回折格子層１３
とバッファ層１５との差で決まる（要すれば、“ＭＯＶ
ＰＥ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｗｉｒｅ−ｓｈａｐｅｄ
ＩｎＧａＡｓ ｏｎ ｃｏｒｒｕｇａｔｅｄ ＩｎＰ”
Ｔ．Ｆｕｊｉｉ ｅｔ．ａｌ．、を参照）。

【００５８】図２の（Ｂ）参照 ２−（１） 干渉露光法を含むリソグラフィ技術に於けるレジスト・
プロセスを適用することに依り、回折格子を形成する為
のレジスト膜１６を形成する。

【００５９】図３の（Ａ）参照 ３−（１） エッチング・ガスをＣ₂ Ｈ₆ 系ガスとするＲＩＥ法を適
用することに依り、レジスト膜１６をマスクとして、深
さ少なくとも５０〔ｎｍ〕以上、即ち、表面から基板１
１内に達するエッチングを行って回折格子を形成する。

【００６０】図３の（Ｂ）参照 ３−（２） レジスト膜１６を除去してから、ＭＯＣＶＤ法を適用す
ることに依り、スペーサ層１７、分離閉じ込めヘテロ構
造（ｓｅｐａｒａｔｅ ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ ｈｅ
ｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：ＳＣＨ）層１８、活性層
１９、ＳＣＨ層２０、クラッド層２１を順に成長させ
る。

【００６１】ここで成長させた各半導体層に関する主要
なデータを例示すると次の通りである。 スペーサ層１７について 材料：ｎ−ＩｎＰ 不純物濃度：５×１０¹⁷〔cm^-3〕〜１×１０¹⁸〔cm^-3〕 厚さ：３３０〔ｎｍ〕

【００６２】 ＳＣＨ層１８について 材料：ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ λｇ：１．０５〔μｍ〕 厚さ：３０〔ｎｍ〕

【００６３】 活性層１９について ○バリヤ層 材料：ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ λｇ：１．１０〔μｍ〕 厚さ：１０〔ｎｍ〕 層数：８

【００６４】○ウエル層 材料：ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ λｇ：１．３６〔μｍ〕 厚さ：６．０〔ｎｍ〕 層数：７

【００６５】 ＳＣＨ層２０について 材料：ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ λｇ：１．０５〔μｍ〕 厚さ：１０〔ｎｍ〕

【００６６】 クラッド層２１について 材料：ｐ−ＩｎＰ 不純物濃度：５×１０¹⁷〔cm^-3〕〜３×１０¹⁸〔cm^-3〕 厚さ：５００〔ｎｍ〕

【００６７】前記説明した工程を経ることに依って、本
発明に依るＤＦＢ型レーザを作成する為に使用できる半
導体積層体構造が得られたので、それをＦＢＨ埋め込み
構造に加工してＤＦＢ型レーザを完成させる。

【００６８】図４乃至図６は本発明に依る実施の形態を
説明する為の工程要所に於けるＤＦＢ型レーザを表す要
部切断正面図であり、以下、これ等の図を参照しつつ説
明する。尚、図４乃至図６に於いては、図２及び図３に
見られる断面と直交する方向の断面を採ってあり、ま
た、図１乃至図３に於いて用いた記号と同記号は同部分
を表すか或いは同じ意味を持つものとする。

【００６９】図４参照 ４−（１） ＣＶＤ法及びリソグラフィ技術を適用することに依り、
クラッド層２１上にメサ・エッチングを行う為のＳｉＯ
₂ からなるストライプのマスク膜２２を形成する。

【００７０】４−（２） 臭素系エッチング液をエッチャントとするウエット・エ
ッチング法を適用することに依り、マスク膜２２の側方
に表出されている半導体積層体の部分を表面から基板１
１内に達するまでエッチングしてメサを形成する。

【００７１】図５参照 ５−（１） マスク膜２２を残したまま、ＭＯＣＶＤ法を適用するこ
とに依り、選択再成長を行って前記メサを埋め込む為、
埋め込み層２３、ブロック層２４、表面層２５を形成す
る。

【００７２】メサの埋め込みは、その構造に電流阻止効
果をもたせ、メサにのみ駆動電流が流れるようにする為
であることは勿論であり、ここでは、ｐｎ逆接合を利用
して電流を阻止している。

【００７３】メサを埋め込む為の各半導体層に関する主
要なデータを例示すると次の通りである。

【００７４】 埋め込み層２３について 材料：ｐ−ＩｎＰ 不純物濃度：１×１０¹⁸〔cm^-3〕 厚さ：０．５〔μｍ〕

【００７５】 ブロック層２４について 材料：ｎ−ＩｎＰ 不純物濃度：５×１０¹⁸〔cm^-3〕 厚さ：０．５〔μｍ〕

【００７６】 表面層２５について 材料：ｐ−ＩｎＰ 不純物濃度：１×１０¹⁸〔cm^-3〕 厚さ：０．５〔μｍ〕

【００７７】前記各半導体層が同じ厚さで形成されてい
るにも拘わらず、図に埋め込み層２３が厚く描かれてい
るが、その理由は、埋め込み層２３の成長が、基板１１
の表面及びメサ側面の両方から生じ、その近傍で厚さが
倍加することに依る。

【００７８】このように、メサが埋め込まれると、ブロ
ック層２４と埋め込み層２３との間には、ｐｎ逆接合が
生成される為、電流注入が阻止され、表面層２５側から
注入される電流は全てメサに流れ込むことになる。

【００７９】図６参照 ６−（１） マスク膜２２を除去した後、ＭＯＣＶＤ法を適用するこ
とに依り、平坦化層２６及びコンタクト層２７を順に成
長させる。

【００８０】ここで成長させた各半導体層に関する主要
なデータを例示すると次の通りである。尚、各半導体層
は、図面上、他の部分と比較して縮尺を変えてある。 平坦化層２６について 材料：ｐ−ＩｎＰ 不純物濃度：１×１０¹⁸〔cm^-3〕 厚さ：１〔μｍ〕

【００８１】 コンタクト層２７について 材料：ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ 不純物濃度：３×１０¹⁸〔cm^-3〕 厚さ：０．３〔μｍ〕

【００８２】６−（２） この後、通常の技法を適用することに依り、表面にパッ
シベーション膜を形成したり、ｐ側電極及びｎ側電極を
形成してＤＦＢ型レーザが作り込まれる。

【００８３】６−（３） 前記のようにしてＤＦＢ型レーザが作り込まれたウエハ
を図１に見られるウエハ切断線Ｙ１−Ｙ１，Ｙ２−Ｙ２
・・・・に沿って切断すると多数のＤＦＢ型レーザが直
列になっている棒状体が得られるから、この棒状体を
「島状」回折格子が最も薄くなる箇所と最も厚くなる箇
所、即ち、図１に見られるチップ分離線Ｘ１−Ｘ１，Ｘ
２−Ｘ２，Ｘ３−Ｘ３・・・・に沿って劈開することで
チップ化し、最も薄くなる側の劈開面に高光反射膜を、
また、最も厚くなる側の劈開面に低光反射膜を施して完
成する。

【００８４】図７は本発明を実施して完成されたＤＦＢ
型レーザを表す要部切断斜面図である。

【００８５】図に於いて、４１はｎ−ＩｎＰ基板、４２
はｎ−ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層、４３はｎ−ＩｎＧａ
Ａｓ回折格子保護層、４４はｎ−ＩｎＰスペーサ層、４
４Ａはｎ−ＩｎＰバッファ層、４５はｉ−ＩｎＧａＡｓ
Ｐ・ＳＣＨ層、４６は活性層、４６Ｂは活性層４６を構
成するｉ−ＩｎＧａＡｓＰからなるバリヤ層、４６Ｗは
活性層４６を構成するｉ−ＩｎＧａＡｓＰからなるウエ
ル層、４７はｉ−ＩｎＧａＡｓＰ・ＳＣＨ層、４８はｐ
−ＩｎＰクラッド層、４９はｐ−ＩｎＰ埋め込み層、５
０はｎ−ＩｎＰブロック層、５１Ａはｐ−ＩｎＰ表面
層、５１Ｂはｐ−ＩｎＰ平坦化層、５２はｐ−ＩｎＧａ
ＡｓＰコンタクト層、５３はＳｉＯ₂ からなるパッシベ
ーション膜、５４はＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを積層したｐ側電
極、５５はＡｕＧｅからなるｎ側電極、５６は分離溝を
それぞれ示している。

【００８６】図示されていないが、回折格子層４２が厚
くなっている側の劈開面には低光反射膜が、また、反対
側の劈開面には高光反射膜がそれぞれ形成される。

【００８７】図７からすると、回折格子層４２が後端面
から前端面に向かって厚さが漸増していることが明瞭に
看取され、従って、この構成に依り、傾斜不均一結合係
数κ・Ｌが生起され、回折格子層４２に依る光反射は後
端面から前端面に向かって大きくなるので、通常、後端
面から前端面に向かって小さくなる光強度分布は補正さ
れ、共振器内での光強度分布は略一定になる。

【００８８】本発明では、前記説明した実施の形態に限
られず、他に多くの改変を実現することができる。

【００８９】例えば、前記実施例に見られるＳＣＨ層１
８及び２０などは、必須の構成要素ではなく、必要に応
じて形成すれば良い。

【００９０】また、活性層１９は多重量子井戸で構成さ
れているが、単一の量子井戸であって良いことは勿論で
あり、更に、例えば厚さ１〔μｍ〕程度の厚膜からな
る、所謂、バルク活性層であっても良い。

【００９１】また、回折格子層１３の材料としてＩｎＧ
ａＡｓＰを用いているが、これは、必要とされる発振波
長に応じて適宜に変更して良いことは勿論である。

【００９２】また、基板１１、バッファ層１５、スペー
サ層１７は、回折格子と屈折率が異なっていれば、回折
格子が機能するので、特に、その材料をＩｎＰに限るも
のではなく、基板１１の材料に何を用いるかで適宜変更
することができ、この他の部分を構成する半導体材料に
ついても、必要に応じて所望の材料を選択して良い。

【００９３】

【発明の効果】本発明に依るＤＦＢ型レーザ及びその製
造方法に於いては、レーザ共振器となる回折格子をレー
ザ・ストライプに沿い且つレーザ・ストライプの出力端
面側から反対端面側に向かって厚さが減少変化するよう
形成される。

【００９４】前記構成を採ることに依って得られたＤＦ
Ｂ型レーザは、共振器方向に関し、後端面から前端面に
向かって結合定数κが徐々に大きくなる回折格子を形成
してある為、均一な結合係数κをもつ回折格子をもつ従
来のＤＦＢ型レーザと比較して、回折格子の端面位相に
依らず、共振器方向の光強度分布が平坦であり、その結
果、Ｉ−Ｌ特性の直線性は良好になる。

【００９５】また、回折格子を形成する半導体層の成長
を行う工程に於いて、選択成長用マスク（例えば１２Ａ
及び１２Ｂ）を使用していることから、回折格子の厚さ
をストライプ方向に容易に変化させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に依る実施の形態を説明する為の工程要
所に於けるＤＦＢ型レーザを表す要部平面説明図であ
る。

【図２】本発明に依る実施の形態を説明する為の工程要
所に於けるＤＦＢ型レーザを表す要部切断側面図であ
る。

【図３】本発明に依る実施の形態を説明する為の工程要
所に於けるＤＦＢ型レーザを表す要部切断側面図であ
る。

【図４】本発明に依る実施の形態を説明する為の工程要
所に於けるＤＦＢ型レーザを表す要部切断正面図であ
る。

【図５】本発明に依る実施の形態を説明する為の工程要
所に於けるＤＦＢ型レーザを表す要部切断正面図であ
る。

【図６】本発明に依る実施の形態を説明する為の工程要
所に於けるＤＦＢ型レーザを表す要部切断正面図であ
る。

【図７】本発明を実施して完成されたＤＦＢ型レーザを
表す要部切断斜面図である。

【図８】標準的なＤＦＢ型レーザを表す要部切断斜面図
である。

【図９】標準的なＤＦＢ型レーザに流す電流と光出力と
の関係を表す線図である。

【図１０】λ／４シフトＤＦＢ型レーザに於ける光強度
分布を表す線図である。

【図１１】回折格子の端面位相の如何に依る共振器方向
の光強度分布を表す線図である。

【図１２】回折格子の端面位相の如何に依る共振器方向
の光強度分布を表す線図である。

【図１３】本発明のＤＦＢ型レーザの優位性を説明する
為の共振器方向の光強度分布を表す線図である。

【図１４】本発明のＤＦＢ型レーザの優位性を説明する
為の共振器方向の光強度分布を表す線図である。

【図１５】非対称端面反射率型ＤＦＢ型レーザに於ける
規格化結合係数κ・Ｌと共振器方向の光強度分布の平坦
度との関係を表す線図である。

【符号の説明】

４１ ｎ−ＩｎＰ基板 ４２ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層 ４３ ｎ−ＩｎＧａＡｓ回折格子保護層 ４４ ｎ−ＩｎＰスペーサ層 ４４Ａ ｎ−ＩｎＰバッファ層 ４５ ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ・ＳＣＨ層 ４６ 活性層 ４６Ｂ 活性層４６を構成するｉ−ＩｎＧａＡｓＰから
なるバリヤ層 ４６Ｗ 活性層４６を構成するｉ−ＩｎＧａＡｓＰから
なるウエル層 ４７ ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ・ＳＣＨ層 ４８ ｐ−ＩｎＰクラッド層 ４９ ｐ−ＩｎＰ埋め込み層 ５０ ｎ−ＩｎＰブロック層 ５１Ａ ｐ−ＩｎＰ表面層 ５１Ｂ ｐ−ＩｎＰ平坦化層 ５２ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層 ５３ ＳｉＯ₂ からなるパッシベーション膜 ５４ Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕを積層したｐ側電極 ５５ ＡｕＧｅからなるｎ側電極 ５６ 分離溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−280394（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−102597（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−310806（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−196798（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−198392（ＪＰ，Ａ) 特表 平４−505687（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザ・ストライプに沿う半導体層露出領
   域をもつと共に前記半導体層の露出幅がレーザ端面の一
   端側に於いて幅広であって他端側に於いて幅狭である選
   択成長マスクを使用した有機金属気相成長法に依って形
   成され且つ前記レーザ・ストライプの出力端面側に比較
   して反対端面側で膜厚が薄い構造の半導体層と、 該半導体層に設けられ共振器をなす回折格子とを備え、 該回折格子は、該回折格子と異なる屈折率をもつ半導体
   に依って包囲され島状を成すことを特徴とする分布帰還
   型半導体レーザ。
2. 【請求項２】下地である第一の半導体層上にレーザ・ス
   トライプに沿い且つ第一の半導体層の露出幅がレーザ端
   面の一端側を幅広とし他端側を幅狭としてレーザ・スト
   ライプ領域を露出する選択成長マスクを形成する工程
   と、 前記露出された第一の半導体層上に第一の半導体層と屈
   折率を異にして回折格子を構成し得る第二の半導体層及
   び第一の半導体層と屈折率を同じくして第二の半導体層
   を覆う第三の半導体層を有機金属気相成長法にて選択成
   長させ前記レーザ端面の一端側で薄く且つ他端側で厚い
   第二の半導体層及び第三の半導体層を得る工程と、 第三の半導体層上に回折格子を形成する為の選択エッチ
   ング・マスクを形成する工程と、 選択エッチング・マスクを介し第三の半導体層及び第二
   の半導体層を選択的にエッチングして前記第二の半導体
   層を回折格子に整形すると共に第一の半導体層表面及び
   第二の半導体層側面及び第三の半導体層側面を露出させ
   る工程と、 前記露出した第一の半導体層表面及び第二の半導体層側
   面及び第三の半導体層側面に第一の半導体層と屈折率を
   同じくする第四の半導体層を成長して第二の半導体層か
   らなる回折格子を第一の半導体層及び第三の半導体層及
   び第四の半導体層で島状に包囲する工程と、 第四の半導体層上に活性層となる第五の半導体層を成長
   する工程と、 第五の半導体層上に活性層を光学的に閉じ込める屈折率
   をもってクラッド層をなす第六の半導体層を成長する工
   程と、 第六の半導体層上に第六の半導体層に比較して禁制帯幅
   が狭くコンタクト層となる第七の半導体層を成長する工
   程とが含まれてなることを特徴とする分布帰還型半導体
   レーザの製造方法。
3. 【請求項３】第一の半導体層及び第三の半導体層及び第
   四の半導体層がＩｎＰを材料とし、第二の半導体層がＩ
   ｎＧａＡｓＰを材料とし、第二の半導体層と第三の半導
   体層との間にＧａＡｓ或いはＩｎＧａＡｓからなる保護
   層を介在させることを特徴とする請求項２記載の分布帰
   還型半導体レーザの製造方法。