JPH06132609A - 半導体レーザ装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体レーザ装置およびその製造方法Info
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- JPH06132609A JPH06132609A JP28268292A JP28268292A JPH06132609A JP H06132609 A JPH06132609 A JP H06132609A JP 28268292 A JP28268292 A JP 28268292A JP 28268292 A JP28268292 A JP 28268292A JP H06132609 A JPH06132609 A JP H06132609A
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- Japan
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- semiconductor
- layer
- diffraction grating
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 スペクトルの高単色性が得られる分布帰還型
（ＤＦＢ）半導体レーザ装置およびその製造方法を提供
する。 【構成】 化合物半導体基板１１上に下部クラッド層１
２、活性層１３及び上部クラッド層１２からなる半導体
多層膜上に、半導体エッチングストップ層１４、半導体
屈折率変調層１５、半導体パターン転写層１６を形成す
る工程と、該半導体パターン転写層１６に回折格子を形
成する工程と、該半導体屈折率変調層１５に回折格子を
形成する工程と、これら回折格子を形成した半導体屈折
率変調層１５および該半導体パターン転写層１６を半導
体層１８で埋め込む工程とにより、回折格子パターンを
形成して半導体レーザ装置とする。
（ＤＦＢ）半導体レーザ装置およびその製造方法を提供
する。 【構成】 化合物半導体基板１１上に下部クラッド層１
２、活性層１３及び上部クラッド層１２からなる半導体
多層膜上に、半導体エッチングストップ層１４、半導体
屈折率変調層１５、半導体パターン転写層１６を形成す
る工程と、該半導体パターン転写層１６に回折格子を形
成する工程と、該半導体屈折率変調層１５に回折格子を
形成する工程と、これら回折格子を形成した半導体屈折
率変調層１５および該半導体パターン転写層１６を半導
体層１８で埋め込む工程とにより、回折格子パターンを
形成して半導体レーザ装置とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はスペクトルの高単色性が
得られる分布帰還型（ＤＦＢ）半導体レーザ装置および
その製造方法に関するものである。
得られる分布帰還型（ＤＦＢ）半導体レーザ装置および
その製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】回折格子を有する分布帰還型半導体レー
ザ（以下「ＤＦＢレーザ」と略称する。）の製造にあた
っては、半導体基板あるいはその上に結晶成長したガイ
ド層にフォトレジストを形成し、干渉露光法や電子ビー
ム露光法等を用いてレジストに回析格子パターンを形成
したのち、化学溶液による湿式エッチングあるいは反応
性ガスなどによるドライエッチングにより半導体ガイド
層に回折格子を転写形成している。
ザ（以下「ＤＦＢレーザ」と略称する。）の製造にあた
っては、半導体基板あるいはその上に結晶成長したガイ
ド層にフォトレジストを形成し、干渉露光法や電子ビー
ム露光法等を用いてレジストに回析格子パターンを形成
したのち、化学溶液による湿式エッチングあるいは反応
性ガスなどによるドライエッチングにより半導体ガイド
層に回折格子を転写形成している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ドライ
エッチングは湿式エッチングよりも制御性、均一性に優
れているが、いずれのエッチング方法を用いても広い面
積にわたり格子形状が等しい回折格子を再現性よく形成
するのは困難であった。とくに、この回折格子を半導体
層で埋め込む際に、結晶成長により回折格子形状が多少
の変形を生じるので形状をもとにした結合効率などの正
確な制御が難しいという課題があった。本発明はＤＦＢ
レーザの回折格子を精度よく形成するもので、レーザの
スペクトル特性を顕著に改善することができる半導体レ
ーザ装置およびその製造方法を提供することを目的とす
る。
エッチングは湿式エッチングよりも制御性、均一性に優
れているが、いずれのエッチング方法を用いても広い面
積にわたり格子形状が等しい回折格子を再現性よく形成
するのは困難であった。とくに、この回折格子を半導体
層で埋め込む際に、結晶成長により回折格子形状が多少
の変形を生じるので形状をもとにした結合効率などの正
確な制御が難しいという課題があった。本発明はＤＦＢ
レーザの回折格子を精度よく形成するもので、レーザの
スペクトル特性を顕著に改善することができる半導体レ
ーザ装置およびその製造方法を提供することを目的とす
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明に係る半導体レーザ装置の構成は、化合物半導体基板
上に形成した活性層をクラッド層で挟んだ半導体多層膜
からなる半導体レーザ装置において、ガイド層に隣接し
て半導体パターン転写層、半導体屈折率変調層、半導体
エッチングストップ層を設け、かつ該屈折率変調層が回
折格子を有し、前記半導体多層膜層が埋め込まれている
ことを特徴とする。
明に係る半導体レーザ装置の構成は、化合物半導体基板
上に形成した活性層をクラッド層で挟んだ半導体多層膜
からなる半導体レーザ装置において、ガイド層に隣接し
て半導体パターン転写層、半導体屈折率変調層、半導体
エッチングストップ層を設け、かつ該屈折率変調層が回
折格子を有し、前記半導体多層膜層が埋め込まれている
ことを特徴とする。
【０００５】また、これを製造するための本発明の第１
の半導体レーザ装置の製造方法は、化合物半導体基 板
上に下部クラッド層、活性層および上部クラッド層から
なる半導体多層膜上に、半導体エッチングストップ層、
半導体屈折率変調層、半導体パターン転写層を形成する
工程と、該半導体パターン転写層に回折格子を形成する
工程と、該半導体屈折率変調層に回折格子を形成する工
程と、該回折格子を形成した半導体屈折率変調層および
該半導体パターン転写層を半導体層で埋め込む工程とか
らなることを特徴とする。
の半導体レーザ装置の製造方法は、化合物半導体基 板
上に下部クラッド層、活性層および上部クラッド層から
なる半導体多層膜上に、半導体エッチングストップ層、
半導体屈折率変調層、半導体パターン転写層を形成する
工程と、該半導体パターン転写層に回折格子を形成する
工程と、該半導体屈折率変調層に回折格子を形成する工
程と、該回折格子を形成した半導体屈折率変調層および
該半導体パターン転写層を半導体層で埋め込む工程とか
らなることを特徴とする。
【０００６】また、第２の半導体レーザ装置の製造方法
は、化合物半導体基板上に半導体屈折率変調層および半
導体パターン転写層を形成する工程と、該半導体パター
ン転写層に回折格子を形成する工程と、該半導体屈折率
変調層に回折格子を形成する工程と、該回折格子を形成
した半導体屈折率変調層および該半導体パターン転写層
を半導体層で埋め込む工程と、下部クラッド層、活性層
および上部クラッド層からなる半導体多層膜を形成する
工程とからなることを特徴とする。
は、化合物半導体基板上に半導体屈折率変調層および半
導体パターン転写層を形成する工程と、該半導体パター
ン転写層に回折格子を形成する工程と、該半導体屈折率
変調層に回折格子を形成する工程と、該回折格子を形成
した半導体屈折率変調層および該半導体パターン転写層
を半導体層で埋め込む工程と、下部クラッド層、活性層
および上部クラッド層からなる半導体多層膜を形成する
工程とからなることを特徴とする。
【０００７】
【作用】本発明では、半導体基板上に形成したそれぞれ
組成の異なる半導体パターン転写層、半導体屈折率変調
層および半導体エッチングストップ層を設けることによ
り、微細な回折格子パターンをそれぞれ半導体薄膜でか
つ選択エッチングにより転写していくとともに、半導体
エッチングストップ層でエッチングを終了するためにエ
ッチング制御性が高く、設計通りの形状の回折格子パタ
ーンを形成することができ、波長特性の優れた半導体レ
ーザを実現することができる。
組成の異なる半導体パターン転写層、半導体屈折率変調
層および半導体エッチングストップ層を設けることによ
り、微細な回折格子パターンをそれぞれ半導体薄膜でか
つ選択エッチングにより転写していくとともに、半導体
エッチングストップ層でエッチングを終了するためにエ
ッチング制御性が高く、設計通りの形状の回折格子パタ
ーンを形成することができ、波長特性の優れた半導体レ
ーザを実現することができる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明を実施例にもとづいて詳細に述
べる。
べる。
【０００９】実施例１ 図１に本発明の第一の実施例を示す。ここではＩｎＰを
基板とする長波長帯のＤＦＢレーザの作製手順について
述べるが、ＧａＡｓを基板とする短波長帯の場合も同様
の方法でＤＦＢレーザを作製できる。
基板とする長波長帯のＤＦＢレーザの作製手順について
述べるが、ＧａＡｓを基板とする短波長帯の場合も同様
の方法でＤＦＢレーザを作製できる。
【００１０】まず、超高真空装置内の基板ホルダーに半
導体基板としてＩｎＰ基板１１をセットし、約４５０℃
から約５５０℃に加熱する。その後、トリエチルインジ
ウム（ＴＥＩｎ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、
アルシン（ＡｓＨ３）、ホスフィン（ＰＨ３）などの半
導体原料を供給し、有機金属ガスによる分子線エピタキ
シー法により以下の半導体多層膜を形成する。
導体基板としてＩｎＰ基板１１をセットし、約４５０℃
から約５５０℃に加熱する。その後、トリエチルインジ
ウム（ＴＥＩｎ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、
アルシン（ＡｓＨ３）、ホスフィン（ＰＨ３）などの半
導体原料を供給し、有機金属ガスによる分子線エピタキ
シー法により以下の半導体多層膜を形成する。
【００１１】図１（Ａ）に示すように、ＩｎＰ基板上１
１に下部クラッド層としてのＩｎＧａＡｓＰの光ガイド
層１２、ＩｎＧａＡｓＰの活性層１３、上部クラッド層
としてのＩｎＧａＡｓＰの光ガイド層１２を準次形成し
た後、引き続き、ＩｎＰからなるエッチングストップ層
１４、ＩｎＧａＡｓＰからなる屈折率変調層１５および
ＩｎＰからなる半導体パターン転写層１６の半導体多層
膜を形成する。ここで、ＩｎＧａＡｓＰの活性層１３は
多元混晶の量子井戸構造を有する活性層を用い、具体的
には、Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓ1-y Ｐy からなるバリヤ層１
００Åと、Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓからなるウエル層４０Å
とをそれぞれ交互に４〜６層積層した。
１に下部クラッド層としてのＩｎＧａＡｓＰの光ガイド
層１２、ＩｎＧａＡｓＰの活性層１３、上部クラッド層
としてのＩｎＧａＡｓＰの光ガイド層１２を準次形成し
た後、引き続き、ＩｎＰからなるエッチングストップ層
１４、ＩｎＧａＡｓＰからなる屈折率変調層１５および
ＩｎＰからなる半導体パターン転写層１６の半導体多層
膜を形成する。ここで、ＩｎＧａＡｓＰの活性層１３は
多元混晶の量子井戸構造を有する活性層を用い、具体的
には、Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓ1-y Ｐy からなるバリヤ層１
００Åと、Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓからなるウエル層４０Å
とをそれぞれ交互に４〜６層積層した。
【００１２】つぎに、図１（Ｂ）に示すように、最上層
のＩｎＰパターン転写層１６にフォトレジスト薄膜を形
成したのち、干渉露光法あるいは電子ビーム描画法によ
り所定の格子間隔を有する回折格子パターン１７を形成
する。
のＩｎＰパターン転写層１６にフォトレジスト薄膜を形
成したのち、干渉露光法あるいは電子ビーム描画法によ
り所定の格子間隔を有する回折格子パターン１７を形成
する。
【００１３】つぎに、図１（Ｃ）に示すように、このレ
ジストの回折格子パターン１７をエッチングマスクとし
て、塩酸系のエッチング液を用いてＩｎＰパターン転写
層１６に回折格子を形成する。その後、レジストを除去
する。
ジストの回折格子パターン１７をエッチングマスクとし
て、塩酸系のエッチング液を用いてＩｎＰパターン転写
層１６に回折格子を形成する。その後、レジストを除去
する。
【００１４】つぎに、図１（Ｄ）に示すように、パター
ン転写層１６をエッチングマスクとして、硫酸系のエッ
チング液を用いて屈折率変調層１５に回折格子を形成す
る。これらのエッチング工程では、膜厚が５０Å〜１０
０Å程度のそれぞれ組成の異なる半導体薄膜による選択
エッチングを行うとともに、それぞれがエッチングスト
ップ層を形成されていることになり、精度の高い回折格
子を再現性よく作製できる。
ン転写層１６をエッチングマスクとして、硫酸系のエッ
チング液を用いて屈折率変調層１５に回折格子を形成す
る。これらのエッチング工程では、膜厚が５０Å〜１０
０Å程度のそれぞれ組成の異なる半導体薄膜による選択
エッチングを行うとともに、それぞれがエッチングスト
ップ層を形成されていることになり、精度の高い回折格
子を再現性よく作製できる。
【００１５】エッチングストップ層１４上に屈折率変調
層１５の回折格子が作製できたのちに、再度、有機金属
ガスによる分子線エピタキシー法により、半導体結晶薄
膜を成長させる。すなわち、図１（Ｅ）に示すように、
ＩｎＰからなるクラッド層１８およびＩｎＧａＡｓＰか
らなるコンタクト層１９を形成する。
層１５の回折格子が作製できたのちに、再度、有機金属
ガスによる分子線エピタキシー法により、半導体結晶薄
膜を成長させる。すなわち、図１（Ｅ）に示すように、
ＩｎＰからなるクラッド層１８およびＩｎＧａＡｓＰか
らなるコンタクト層１９を形成する。
【００１６】以上の工程により、回折格子の埋め込まれ
たＤＦＢレーザ構造が実現できる。なお、活性層をリッ
ジ構造にしたり電流狭窄領域を埋め込んだＤＦＢレーザ
は、この基板を利用して従来の技術で実現することがで
きる。
たＤＦＢレーザ構造が実現できる。なお、活性層をリッ
ジ構造にしたり電流狭窄領域を埋め込んだＤＦＢレーザ
は、この基板を利用して従来の技術で実現することがで
きる。
【００１７】実施例２ 図２は、本発明の第二の実施例である。基本的には第一
の実施例と同様の製作工程であるが、ここでは回折格子
をＩｎＰ基板１１側に形成し、埋め込んだ構造である。
の実施例と同様の製作工程であるが、ここでは回折格子
をＩｎＰ基板１１側に形成し、埋め込んだ構造である。
【００１８】図２（Ａ）に示すように、有機金属ガスに
よる分子線エピタキシー法によりＩｎＰ基板１１上にＩ
ｎＧａＡｓＰからなる屈折率変調層１５およびＩｎＰか
らなるパターン転写層１６の半導体薄膜を成長する。こ
こでは、エッチングストップ層としてはＩｎＰ基板１１
がその機能を有している。
よる分子線エピタキシー法によりＩｎＰ基板１１上にＩ
ｎＧａＡｓＰからなる屈折率変調層１５およびＩｎＰか
らなるパターン転写層１６の半導体薄膜を成長する。こ
こでは、エッチングストップ層としてはＩｎＰ基板１１
がその機能を有している。
【００１９】つぎに、図２（Ｂ）に示すように、フォト
レジストに回折格子パターン１７を形成した後、これを
エッチングマスクとして塩酸系エッチング液を用いて、
図２（Ｃ）に示すようにＩｎＰパターン転写層１６に回
折格子パターンを形成する。さらに、図２（Ｄ）に示す
ように、このパターン転写層１６をエッチングマスクと
して硫酸系エッチング液を利用して屈折率変調層１５に
回折格子を形成する。
レジストに回折格子パターン１７を形成した後、これを
エッチングマスクとして塩酸系エッチング液を用いて、
図２（Ｃ）に示すようにＩｎＰパターン転写層１６に回
折格子パターンを形成する。さらに、図２（Ｄ）に示す
ように、このパターン転写層１６をエッチングマスクと
して硫酸系エッチング液を利用して屈折率変調層１５に
回折格子を形成する。
【００２０】そして、図２（Ｅ）に示すように、再度、
有機金属ガスによる分子線エピタキシー法により、回折
格子が形成された屈折率変調層１５をＩｎＰで埋め込ん
だのち、ＩｎＧａＡｓＰのガイド層１２、ＩｎＧａＡｓ
Ｐの多元混晶の量子井戸構造を有する活性層１３、ガイ
ド層１２およびクラッド層１８、コンタクト層１９の半
導体薄膜層を結晶成長して、ＤＦＢレーザ構造が実現で
きる。実施例１と同様に、活性層をリッジ構造にした
り、電流狭窄領域を埋め込んだＤＦＢレーザはこの基板
を利用して従来技術で実現できる。
有機金属ガスによる分子線エピタキシー法により、回折
格子が形成された屈折率変調層１５をＩｎＰで埋め込ん
だのち、ＩｎＧａＡｓＰのガイド層１２、ＩｎＧａＡｓ
Ｐの多元混晶の量子井戸構造を有する活性層１３、ガイ
ド層１２およびクラッド層１８、コンタクト層１９の半
導体薄膜層を結晶成長して、ＤＦＢレーザ構造が実現で
きる。実施例１と同様に、活性層をリッジ構造にした
り、電流狭窄領域を埋め込んだＤＦＢレーザはこの基板
を利用して従来技術で実現できる。
【００２１】なお、本発明の屈折率変調層１５はガイド
層と同じ組成のものでも機能するが、屈折率変化や回折
格子の高さ等を考慮して所望の組成のものとしてもよ
い。また、ＩｎＰのパターン転写層１６は埋め込み成長
時において、屈折率変調層１５の変形を押さえる働きも
している。
層と同じ組成のものでも機能するが、屈折率変化や回折
格子の高さ等を考慮して所望の組成のものとしてもよ
い。また、ＩｎＰのパターン転写層１６は埋め込み成長
時において、屈折率変調層１５の変形を押さえる働きも
している。
【００２２】以上、本発明を実施例にもとづいて述べた
が、実施例１の活性層上部に回折格子を形成する上方型
の場合には、結晶成長後の半導体多層膜の組成や膜厚に
より回折格子を作製することができるメリットがある。
一方、実施例２の基板上部にあらかじめ回折格子を形成
する下方型の場合には、このあとの結晶成長工程での半
導体多層膜の作製を回折格子の特性に合致するように形
成しなければならないため、制御性の高い結晶成長技術
が要求される。
が、実施例１の活性層上部に回折格子を形成する上方型
の場合には、結晶成長後の半導体多層膜の組成や膜厚に
より回折格子を作製することができるメリットがある。
一方、実施例２の基板上部にあらかじめ回折格子を形成
する下方型の場合には、このあとの結晶成長工程での半
導体多層膜の作製を回折格子の特性に合致するように形
成しなければならないため、制御性の高い結晶成長技術
が要求される。
【００２３】
【発明の効果】本発明により、回折格子の制御性、均一
性の飛躍的な向上が図られ、特に回折格子の共振器内の
均一性がスペクトルの単一性に影響するような長共振器
型の分布帰還型（ＤＦＢ）半導体レーザのスペクトル線
幅を著しく改善することができる。したがって、本発明
は今後のＤＦＢレーザ特性の向上に対する基本的な技術
の核となり、ひいてはデバイス特性向上によるシステム
の発展に多大の貢献が期待される。
性の飛躍的な向上が図られ、特に回折格子の共振器内の
均一性がスペクトルの単一性に影響するような長共振器
型の分布帰還型（ＤＦＢ）半導体レーザのスペクトル線
幅を著しく改善することができる。したがって、本発明
は今後のＤＦＢレーザ特性の向上に対する基本的な技術
の核となり、ひいてはデバイス特性向上によるシステム
の発展に多大の貢献が期待される。
【図１】本発明の第一の実施例による製造方法の説明図
である。
である。
【図２】本発明の第二の実施例による製造方法の説明図
である。
である。
１１ ＩｎＰ基板 １２ 光ガイド層（ＩｎＧａＡｓＰ） １３ 活性層（ＩｎＧａＡｓＰ） １４ エッチングストップ層（ＩｎＰ） １５ 屈折率変調層（ＩｎＧａＡｓＰ） １６ パターン転写層（ＩｎＰ） １７ 回折格子パターン １８ クラッド層（ＩｎＰ） １９ コンタクト層（ＩｎＧａＡｓＰ）
Claims (3)
- 【請求項１】 化合物半導体基板上に形成した活性層を
クラッド層で挟んだ半導体多層膜からなる半導体レーザ
装置において、ガイド層に隣接して半導体パターン転写
層、半導体屈折率変調層、半導体エッチングストップ層
を設け、かつ該屈折率変調層が回折格子を有し、前記半
導体多層膜層が埋め込まれていることを特徴とする半導
体レーザ装置。 - 【請求項２】 化合物半導体基板上に下部クラッド層、
活性層及び上部クラッド層からなる半導体多層膜上に、
半導体エッチングストップ層、半導体屈折率変調層、半
導体パターン転写層を形成する工程と、 該半導体パターン転写層に回折格子を形成する工程と、 該半導体屈折率変調層に回折格子を形成する工程と、 該回折格子を形成した半導体屈折率変調層および該半導
体パターン転写層を半導体層で埋め込む工程と、 からなることを特徴とする半導体レーザ装置の製造方
法。 - 【請求項３】 化合物半導体基板上に半導体屈折率変調
層および半導体パターン転写層を形成する工程と、 該半導体パターン転写層に回折格子を形成する工程と、 該半導体屈折率変調層に回折格子を形成する工程と、 該回折格子を形成した半導体屈折率変調層および該半導
体パターン転写層を半導体層で埋め込む工程と、 下部クラッド層、活性層および上部クラッド層からなる
半導体多層膜層を形成する工程と、 からなることを特徴とする半導体レーザ装置の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28268292A JPH06132609A (ja) | 1992-10-21 | 1992-10-21 | 半導体レーザ装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28268292A JPH06132609A (ja) | 1992-10-21 | 1992-10-21 | 半導体レーザ装置およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06132609A true JPH06132609A (ja) | 1994-05-13 |
Family
ID=17655688
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28268292A Withdrawn JPH06132609A (ja) | 1992-10-21 | 1992-10-21 | 半導体レーザ装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06132609A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000051115A1 (en) * | 1999-02-25 | 2000-08-31 | Hitachi, Ltd. | Optical information processor |
| KR100324203B1 (ko) * | 1999-09-18 | 2002-02-16 | 오길록 | 순수 이득결합 분포 궤환형 반도체 레이저 및 그 제조방법 |
-
1992
- 1992-10-21 JP JP28268292A patent/JPH06132609A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000051115A1 (en) * | 1999-02-25 | 2000-08-31 | Hitachi, Ltd. | Optical information processor |
| US6781944B1 (en) * | 1999-02-25 | 2004-08-24 | Hitachi, Ltd. | Optical information processor with monolithically integrated light emitting device, light receiving devices and optics |
| KR100324203B1 (ko) * | 1999-09-18 | 2002-02-16 | 오길록 | 순수 이득결합 분포 궤환형 반도체 레이저 및 그 제조방법 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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