JPH0614577B2 - 半導体レーザ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は発光スペクトル線幅が狭く単一縦モードで動作
する半導体レーザに関する。特に、光ガイド層に回折格
子が設けられた分布帰還形半導体レーザおよび分布ブラ
ッグ反射形半導体レーザに関する。

〔概 要〕

本発明は、分布帰還形または分布ブラッグ反射形の半導
体レーザにおいて、 光ガイド層の一部にのみ選択的に回折格子を設けた構造
とすることにより、 回折格子の面積を製造時に設定してその回折格子とレー
ザ光との結合係数を制御するものである。

〔従来の技術〕

分布帰還形半導体レーザおよび分布ブラッグ反射形半導
体レーザは、回折格子により特定波長の光が帰還または
反射することを利用したレーザであり、スペクトル線幅
が狭く、単一縦モードで発振する特徴がある。このよう
な半導体レーザが高い出力時にも安定に単一縦モードで
動作させるには、回折格子とレーザ光との結合係数κＬ
が最適となるように製造する必要がある。ここで、Ｌは
半導体レーザの共振器長である。通常、分布帰還形半導
体レーザではκＬ＝１〜２が適当とされている。

所望の結合係数κＬを得るために、従来は、エッチング
時間により回折格子の深さを制御していた。すなわち、
大きな結合係数κＬを得るには、回折格子形成時のエッ
チング時間を長くして深くエッチングし、小さい結合係
数κＬを得るにはエッチング時間を短くしていた。

また、タケモト他、「1.3μｍデストリビューテド・フ
ィードバック・レーザ・ダイオード・ウィズ・グレーテ
ィング・アキュラトリイ・コントロールド・バイ・ニュ
ー・ファブリケーション・テクニーク」、エレクトロニ
クス・レターズ、第25巻第３号、第 220頁から第 221
頁、1989年２月２日(A.Takemoto, Y.Ohkura, T.Kawama,
T.Kimura,N.Yoshida, S.Kakimoto, W.Susaki,”１．３
μｍ Distributed Feedback Laser Diode with Gratin
g Accurately Controlled by New Fabrication Techniq
ue”，Electronics Letters 2nd February1989 Vol.25
No.3)には、回折格子の深さを光ガイド層の厚さにより
決定する方法が示されている。

この方法では、活性層の上にバリア層を成長させ、その
上に光ガイド層を成長させる。次に、この光ガイド層に
回折格子を形成するのであるが、そのとき、回折格子の
溝の部分が光ガイド層を貫通してバリア層に達する程度
にエッチングを施す。この後にクラッド層を成長させ、
光ガイド層の残った部分を埋め込む。これにより、回折
格子の深さが光ガイド層の厚さにより決定される。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、結合係数κＬを回折格子の深さにより制御しよ
うとすると、その精度は数nmとなる。このような精度を
エッチングにより得るためには、例えば４：１：90の硫
酸過水を用いる場合に、エッチング時間を秒単位に制御
しなければならない。このような制御は実用上は困難で
ある。

また、同一基板からκの値が異なる半導体レーザを製造
することも困難である。これは、素子構造を最適化する
うえで障害となる。

タケモト他の方法は回折格子の深さ精度を改善するもの
であり、回折格子の深さが光ガイド層の厚さに等しいた
め、深さ精度を光ガイド層の成長精度で決定できる。し
かし、この方法でも、同一基板からκの値が異なる半導
体レーザを製造することは困難である。

本発明は、以上の問題点を解決し、結合係数を自由に設
定できる構造の分布帰還形および分布ブラッグ反射形半
導体レーザを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の半導体レーザは、半導体基板上に形成された光
導波路を備え、この光導波路の共振器方向に沿って光ガ
イド層が設けられ、この光ガイド層には回折格子が形成
された半導体レーザにおいて、回折格子は、ガイド層に
共振器方向の平坦な領域を残しながら、共振器方向と直
交する方向の一部の領域に選択的に形成されたことを特
徴とする。

回折格子を活性層に沿って設けた場合にはこの半導体レ
ーザは分布帰還形となり、活性層からの出射光を伝搬す
る光導波路に設けた場合には、分布ブラッグ反射形とな
る。

〔作 用〕

回折格子の面積の大小により、レーザ光と回折格子との
間の結合係数κＬの大きさを制御する。電子ビーム露光
法を用いれば、必要部分にのみ回折格子を形成すること
が十分に可能である。

〔実施例〕

第１図は本発明実施例半導体レーザの斜視図を示す。

本実施例はリブ形の分布帰還形半導体レーザに本発明を
実施した例であり、半導体基板１上に形成された下部ク
ラッド層２、活性層３および光ガイド層４を含む光導波
路と、光ガイド層４に形成された回折格子５とを備え
る。

光ガイド層４の上には、上部クラッド層、キャップ層、
絶縁層、電極などが設けられるが、第１図ではこの部分
を省略した。

ここで本実施例の特徴とするところは、回折格子５が光
ガイド層４の一部に選択的に形成され、この光ガイド層
４の回折格子５が形成されない残りの部分は平坦な形状
に形成されたことにある。

第２図はこの半導体レーザの製造方法を示す。

まず、第２図(a)に示すように、基板１上に下部クラッ
ド層２、活性層３および光ガイド層４を成長させる。

次に、第２図(b)に示すように、光ガイド層４上に電子
ビームレジスト21を塗布し、リブ形導波路を形成する部
分に沿って、共振器方向に、電子ビーム露光法により回
折格子パターン22を露光する。回折格子パターン22の露
光に続いて、その外側の部分23を露光する。

これを現像し、ウェットエッチングする。これにより回
折格子５が形成されるとともに、外側の部分が除去され
てリブ形導波路が形成される。この状態を第２図(c)に
示す。リブ形導波路の上面には、二列の回折格子５と、
この回折格子５に挟まれた平坦部24とが設けられる。エ
ッチングの深さについては、数nmに制御する必要はな
く、20〜30nmでよい。

これに続いて、上部クラッド層、キャップ層、絶縁層、
電極などを設ける。

第３図は一部に回折格子が形成されたリブ形導波路の走
査顕微鏡写真を示す。中央の黒い帯状の部分はレジスト
であり、このレジストに覆われた部分が平坦部および回
折格子の山部となる。黒い帯状の部分の両側は、回折格
子の谷部とリブ形導波路の両側の部分とがエッチングさ
れ、GaAsウェハが露出している。

第４図は回折格子の幅ｌとκとの関係を示す。

ここで、回折格子５の位置および形状はリブ形導波路に
対して対称であり、回折格子５の深さは25nmで三角形、
リブ形導波路の幅（２×回折格子の幅ｌ＋平坦部24の
幅）は４μｍとした。また、平坦部24における光ガイド
層の厚さは50nmとした。このとき、κの値は２cm^-1〜10
0 cm^-1の範囲で変化している。すなわち、Ｌ＝１mmの半
導体レーザであれば、結合係数κＬを0.1 から10まで変
化させることができる。

以上の実施例において、回折格子５はリブ形導波路に対
して対称である必要はなく、二つの回折格子５の幅ｌは
異なっていてもよい。

以上の説明では分布帰還形半導体レーザを例に説明した
が、分布ブラッグ反射形半導体レーザの場合にも本発明
を同様に実施できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の半導体レーザは、分布帰
還形半導体レーザや分布ブラッグ反射形半導体レーザの
結合係数の値を自由に設定できるので、どのような共振
器長のものに対しても最適な結合係数を設定することが
できる効果がある。

また、各層をエピタキシャル成長させた後に、その層の
膜厚およびフォトルミネッセンス波長を測定してから、
κおよびブラッグ波長を適切に調整できる効果がある。
すなわち、エピタキシャル成長の後で、その成長結果に
適したようにκおよびブラッグ波長を調整できる。

さらに、同一基板上にκの異なるものを形成することが
でき、種々の結合係数κＬをもつ半導体レーザを同時に
製造でき、素子構造の最適化に効果がある。

また、導波路全域に回折格子を形成する必要がないの
で、電子ビーム露光の時間を短縮できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例半導体レーザの斜視図。 第２図は製造方法を示す図。 第３図は一部に回折格子が形成されたリブ形導波路の結
晶構造を示す走査顕微鏡写真。 第４図は回折格子の幅ｌとκとの関係を示す図。 １……基板、２……下部クラッド層、３……活性層、４
……光ガイド層、５……回折格子、21……電子ビームレ
ジスト、22……回折格子パターン、23……外側の部分、
24……平坦部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体基板上に形成された光導波路を備
   え、この光導波路の共振器方向に沿って光ガイド層が設
   けられ、 この光ガイド層には回折格子が形成された 半導体レーザにおいて、 上記回折格子は、上記ガイド層に上記共振器方向の平坦
   な領域を残しながら、上記共振器方向と直交する方向の
   一部の領域に選択的に形成された ことを特徴とする半導体レーザ。