JPH06283802A

JPH06283802A - 半導体レーザ装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPH06283802A
Application number: JP6652693A
Authority: JP
Inventors: Masashi Nakao; 正史中尾; Masanobu Okayasu; 雅信岡安; Masahiro Yuda; 正宏湯田; Mitsuru Naganuma; 充永沼
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1993-03-25
Filing date: 1993-03-25
Publication date: 1994-10-07

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】非平坦基板上への結晶成長を利用して、広帯
域な発光特性をもち、高密度に集積化された、同一の出
射面から発光するレーザ光源を実現することを主な目的
としている。【構成】半導体上にあらかじめ形成するリッジ４の幅
及び隣接するリッジとの間隔（溝幅）、及びリッジ４の
高さを所定の範囲に設定し、有機金属気相成長（ＭＯＶ
ＰＥ）法により活性層を歪多重量子井戸（ＭＱＷ）構造
からなる半導体多層膜を形成するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、波長多重あるいは光周
波数多重光通信方式（ＷＤＭあるいはＦＤＭ）における
集積化光源として利用される半導体レーザ装置及びその
製造方法に関し、光通信や光情報処理のための基本的な
光デバイスである波長可変光源あるいは波長変換素子と
しても用いられる。また、光通信分野での光波長（周波
数）多重通信システムにおける送信用光源や同期検波用
可同調光源、及び光計測用光源として好適な波長掃引機
能付き半導体レーザに用いるための半導体分布反射器の
製造方法としても適用できるものである。

【０００２】

【従来の技術】これまでの多波長レーザとしては一般に
アレイ型が考えられてきた。例えば、均一な組成の結晶
構造をもつウェハに回折格子の周期を変化させることに
よって、その発振波長を変化させる方法がある（電子情
報通信学会論文誌Ｊ７３−Ｃ−１巻、Ｎｏ．５、ｐ．２
９１（１９９０）、中尾等）。しかし、この方法ではレ
ーザの発振可能な波長域は、いわゆるゲイン幅によって
決まるために波長変化量としてはせいぜい１００ｎｍ程
度であり、またレーザの発振特性も波長域によって変化
するものであった。

【０００３】また半導体のバンドギャップの温度特性を
利用して、発振波長を温度によって変化させる方法もあ
るが、これは応答が遅いこと、集積化には適さないこ
と、他のレーザ特性も変化してしまう等の欠点がある。
また広範囲に波長掃引のできる半導体レーザとしては分
布反射型レーザ（distributed bragg reflecter lase
r：ＤＢＲレーザ）が開発されているが、波長掃引幅は
前述のようにゲイン幅で決まる限界があり、また同時に
複数のレーザ光を放射できない等の欠点がある。

【０００４】従来の通信情報量の増大に対して、光波長
（周波数）多重通信システムの研究が行われているが、
送信用光源及び同期検波用可同調光源として広範囲な波
長掃引機能が要求されてきており、また、光計測の分野
からも広域波長帯をカバーする可変波長光源の実現が望
まれている。

【０００５】可変波長光源としては、電流注入により簡
単に波長を掃引することができる分布反射型半導体レー
ザが数多く研究されている。これらは分布反射器領域の
回折格子ピッチは一様であるため、λ＝２Λｎ_eq（Λ：
回折格子のピッチ、ｎ_eq：等価屈折率）で決まるブラッ
ク波長λ近傍の発振波長は、非活性導波路領域の等価屈
折率ｎ_eqの電気的な等価屈折率変化量Δｎ_eqで決まって
いた。よって、通常電流注入による半導体の最大屈折率
変化量Δｎ／ｎは１％程度であるため、上記従来例の分
布反射型半導体レーザの波長掃引幅は１００Å程度に留
まり、光波長多重通信システム用光源としては不十分で
あるという問題があった。

【０００６】それに対して半導体基板上に形成された前
記半導体基板より光学的に屈折率の大きい光導波路層を
一層以上含む光導波路において、前記光導波路上に形成
された回折格子のピッチがΛ_aからΛ_bまで連続的もしく
は断続的に変化する領域が周期Ｍ_f（ただし、Ｍ_f＞
Λ_a，Λ_b）で繰り返し形成されている半導体分布反射器
の反射特性が、波長λ_a＝２Λ_aｎ_eqから波長λｂ＝２Λ
_bｎ_eqまでの間に、波長間隔Δλ_f＝λ₀ ²／２ｎ_eqＭ
_f（λ₀＝ｎ_eq（Λ_a＋Λ_b) ）で周期的に反射ピークを持
つ特性をとることにより、その反射鏡を有する波長可変
レーザは従来より１桁大きい波長可変範囲が得られるよ
うになった（特願平４−２２２７１８号）。

【０００７】上記の回折格子と対して同等の効果を得ら
れる構造として、均一回折格子上への異なる屈折率の媒
質を形成することにより複数の高反射率ピークを有する
反射器が得られ、それを有する波長可変レーザの提案も
行われた（特願平４−２１３０８４号）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術に鑑みて成されたものであり、非平坦基板上への結晶
成長を利用して、広帯域な発光特性をもち、高密度に集
積化された、同一の出射面から発光するレーザ光源を実
現することを主な目的としている。本発明の他の目的
は、その異なる屈折率変化を有する半導体導波路を一回
の結晶成長で生ぜしめるための製造方法を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の半導体レーザ装置の構成は半導体上にあらかじめ形
成するリッジの幅及び隣接するリッジとの間隔（溝
幅）、及びリッジの高さを所定の範囲に設定し、有機金
属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法により活性層を歪多重量子
井戸（ＭＱＷ）構造からなる半導体多層膜を形成し、必
要に応じてリッジ上部に光のガイド層を有することを特
徴とする。

【００１０】上記課題を解決する本発明の半導体レーザ
装置の製造方法に係る構成は均一ピッチΛ₀で、均一深
さの回折格子が形成された半導体基板上に、２本の溝を
それらに挾まれた領域の幅が一定で、かつ両方の溝幅も
しくは溝の深さが溝の方向に対して対称で、かつその溝
幅もしくは溝の深さが溝の方向に対して連続的もしくは
断続的に変化する領域が大きい周期Λ_sで繰り返される
ように形成し、その上に量子井戸導波路構造を結晶成長
することにより、２本の溝で挾まれた領域に前記溝幅も
しくは溝の深さの異なる領域に異なるバンドギャップ組
成の導波路層を生ぜしめ、溝の方向に対して屈折率をｎ
_aからｎ_bまで連続的もしくは断続的に変化する領域が前
記周期Λ_aで繰り返されている量子井戸導波路層を成長
せしめ、前記屈折率変化によって少なくともλ_a（＝２
ｎ_aΛ₀）からλ_b（＝２ｎ_bΛ₀）までに１つ以上の反射
率ピークを有する分布反射器を形成せしめることを特徴
とする。或いは、前記均一ピッチΛ₀及び均一深さの回
折格子は、半導体基板ではなく、量子井戸導波路上に形
成することを特徴とする。

【００１１】

【作用】あらかじめリッジ幅、溝幅、及びリッジの高さ
が設定されたパタンを有する半導体基板上にＭＯＶＰＥ
法により、歪量子井戸構造の半導体多層膜を形成する
と、結晶成長の固有の特性により、結晶面による半導体
構成元素の移動速度に差を生じ、リッジ上でｎ歪多重量
子井戸膜の組成にわずかながら変化を生じる。このた
め、複数のリッジの上に活性層の厚さと組成がわずかに
異なる光機能素子が形成でき、その波長特性は広い範囲
で制御することができる。

【００１２】この波長特性の制御において、その変化の
主要因は量子井戸層の組成の変化によるものである。図
１は、リッジ形状基板に形成した引っ張り歪みが０．５
％入った井戸層の厚さ１７ÅのＩn_1-xＧa_xＡs／ＩnＧa
ＡsＰ（λｇ＝１．１μｍ）よりなる量子井戸層の発光
波長のシフト量を示したものである。尚、平坦な基板上
に本発明と同様の歪み量子井戸層を結晶成長した後、所
定の活性層幅をドライエッチングで形成し、再度、半導
体薄膜層で埋め込んだ発光素子の発光波長は１．２７μ
ｍである。

【００１３】図１（Ａ）は、リッジの高さｈを２μｍと
一定として、リッジ幅ｄｗを１μｍから６μｍまで変化
させた時の発光波長の変化量との関係について、溝幅ｄ
ｇをパラメータとした特性を示したものである。図から
わかるように、溝幅ｄｇが３μｍ以下ではリッジ幅ｄｗ
に対して発光波長のシフト量が顕著に増加している。リ
ッジ幅ｄｗが４μｍ以上では、発光波長のシフト量はき
わめて少ない。

【００１４】図１（Ｂ）は、リッジの高さｈを２μｍと
一定として、溝幅ｄｇを１μｍから１０μｍまで変化さ
せた時の発光波長の変化量との関係について、リッジ幅
ｄｗをパラメータとした特性を示したものである。図か
らわかるように、リッジ幅ｄｗが２μｍ以下では、溝幅
ｄｇの変化に対して発光波長のシフト量が大幅に変化
し、とくに溝幅ｄｇが６μｍ以下で顕著である。

【００１５】図１（Ｃ）は、溝幅ｄｇを１．５μｍと一
定として、リッジの高さｈを１．２μｍから２．２μｍ
まで変化させた時の発光波長の変化量との関係につい
て、リッジ幅ｄｗをパラメータとした特性を示したもの
である。発光波長のシフト量はリッジの高さｈに対して
も顕著であることがわかる。即ち、図２の特性から、リ
ッジ幅ｄｗ、高さｈ、溝幅ｄｇを１０μｍ以下の微小な
寸法では、発光波長の変化量がきわめて大きく、しか
も、リッジなどの加工技術により発光波長が制御できる
ことを示している。また、発光特性はリッジ幅ｄｗが狭
いほど、また溝幅ｄｇも狭いほど、長波長側にシフトす
る。平板上の成長を利用した従来技術による発光波長は
１．２７μｍであり、本発明により最大発光波長が１．
６μｍという３００ｎｍの最大シフト量のものが実現で
きる。

【００１６】ある狭い結晶表面に結晶成長する場合、そ
の結晶成長速度、結晶組成は前記結晶面に対して一部も
しくは全部を接する領域の形状、表面状態、もしくは表
面の材質によって異なる。特に量子井戸構造を前記結晶
表面に形成した場合、成長速度の違いから量子井戸の井
戸幅の違いが生じ、見かけ上の組成が大きく変化する効
果が見られる。例えば、図７（ａ）に示すＳiＯ₂絶縁膜
で挟まれた領域に成長したバルク結晶の成長膜厚、組成
は、図７（ｃ）に示すように、その絶縁膜の幅（マスク
幅Ｗｍ）によって変化し、図７（ｄ）に示すように量子
井戸導波路を成長したときには、その絶縁膜の幅（マス
ク幅Ｗｍ）によって変化し、発振波長のシフトが発生す
る（１９９１年電子通信学会全国大会Ｃ−１３１、佐々
木等）。

【００１７】従って、図８（ａ），（ｂ）に示すよう
に、均一なピッチΛ₀で形成されている回折格子１５上
に形成した絶縁膜マスク１６を用い、その真ん中に量子
井戸構造を選択成長した場合、上述した図７に示す効果
によりその絶縁膜マスク１６の形状により真ん中の領域
の結晶組成を変えることができる。同等の効果は、図８
（ｃ）に示す半導体に二つの溝１７を形成した構造でも
得られ、二つの溝１７の間のリッジ１８に残された結晶
面の両側の溝幅ｄｇもしくは溝の深さ（リッジ高さｈ）
によっても結晶の組成を変えることができる。

【００１８】このようにして回折格子が均一なピッチΛ
₀で形成されている光導波路層のバルブギャップ組成
が、光の導波方向に対して連続的もしくは断続的に変化
する領域が大きな周期で繰り返され（特願平４−２１３
０８４号参照）、それによって前記光導波路の等価的な
屈折率が光の導波方向に対してｎ_aからｎ_bまで連続的も
しくは断続的に変化する領域が前記周期Ｍ_fで繰り返さ
れており前記屈折率によって波長λ_a（＝２ｎ_aΛ）から
λ_b（＝２ｎ_bΛ）までに少なくとも１つ以上の反射率ピ
ークを有する半導体レーザ装置を形成することができ
る。

【００１９】

【実施例】（実施例１）溝幅変調型タンデムＤＦＢレー
ザ本実施例は、リッジ幅ｄｗと高さｈは一定にし、て溝幅
ｄｇを５通り変えて５波長半導体レーザを作製したもの
である。図２に、本実施例に係る５波長半導体レーザの
作成手順を示す。

【００２０】先ず、図２（Ａ）に示すように、ＩnＰ基
板１に回折格子２を形成する。回折格子２は、幅５μｍ
で、それぞれ３００μｍごとに周期が２４００Å，２３
００Å，２２００Å，２１００Å，２０００Åと変化す
る。電子ビームリソグラフィを用いると、均一な回折格
子はもとよりリッジの形成される部分にリッジ幅や高さ
および溝幅に応じて周期の変化する回折格子も形成され
る。ＩnＰ基板１には、回折格子形成前に光導波路層、
例えばＩnＧaＡsＰ層を結晶成長させる場合もあり、そ
の場合には以後の結晶成長において相当する光導波路層
の成長過程が省略される。

【００２１】次に、図２（Ｂ）に示すように回折格子２
の形成されたｎ型ＩnＰ（１００）基板１上に酸化膜も
しくは窒化膜３よりなるパタンをフォトリソグラフィに
より形成する。このパタンはリッジになるストライプ部
分と、それを挾むような一部に階段を有する台地状のマ
スクである。引き続き、図２（Ｃ）に示すように、塩素
ガスを用いたドライエッチングにより、リッジ４及び溝
５を有する溝幅変調型の非平坦基板が形成される。ここ
で、リッジ４は、＜０１１＞方向（いわゆる逆メサ方
向）に形成され、リッジ幅ｄｗは１．５μｍであり、リ
ッジ高さｈは２μｍである。溝幅ｄｇは、３００μｍご
とに１．５μｍ，３．０μｍ，３．５μｍ，４．０μ
ｍ，１０．０μｍに段階的に広がっている。

【００２２】その後、図２（Ｄ）に示すように、リッジ
４及び溝５を有する溝幅変調型の非平坦基板上に、Ｉn
ＧaＡsＰの光導波路層と５周期の３０ÅのＩnＧaＰ井戸
／１５０ÅのＩnＧaＡsＰバリアよりなる歪量子井戸構
造の発光層６、ｐ−ＩnＰクラッド層７を形成する。発
光層６、クラッド層７は、トリメチルインジウム、トリ
メチルガリウム、アルシン、フォスフィンを半導体用の
原料ガスとしてまたセレン化水素とジエチルジンクをド
ーピング用ガスとして、６３０℃，０．１気圧で有機金
属気相成長法により形成する。

【００２３】フォトルミネスセンス法により観測した平
坦基板上での発光のスペクトルは１．３mmにピークを持
つのに対して、隣接した溝幅１．５μｍ，３．０μｍ，
３．５μｍ，４．０μｍ，１０．０μｍとなっているリ
ッジ上からの発光のピークはそれぞれ１．５５μｍ，
１．５μｍ，１．４５μｍ，１．４μｍ，１．３５μｍ
になる。更に、図２（Ｅ）にしたがって有機金属気相成
長法によりｐ−ＩnＰクラッド層７′を積み増した後、
電流ブロックのためにｎ−ＩnＰ層８及びｐ−ＩnＰ層９
を成長した後、ｐ−ＩnＧaＡsＰコンタクト層１０を形
成する。

【００２４】図２（Ｄ）と（Ｅ）の結晶成長は条件によ
り一回で可能であるが、埋め込み層の厚さやドーピング
制御等を正確に行うときは、２ないし３回に分けて成長
を行う。図２（Ｆ）のように上下にｐ電極１１とｎ電極
１１′を形成し、リッジ上の組成の変化するそれぞれの
部分を分離するために分離溝１２を設ける。このように
して作製された素子をヒートシンク１３上にマウント
し、更にワイヤー１４をボンデングした後にＩ₁からＩ
₅の電流注入を行うと、図２（Ｆ）に矢印であらわした
Ａ面からはそれぞれの電流注入に応じて図３に示したよ
うなＡ₁からＡ₅のようなレーザ発振特性が得られる。

【００２５】発振成波長はフォトルミネスセンス測定結
果と一致した組成に対応した指向性の良い発光である。
また反対の面Ｂからは図３中にＢで示したような１．５
５μｍでの発光が主に観察される。これは前面で発光し
た波長の短い光は反対側の領域で吸収されるためであ
る。

【００２６】（実施例２）リッジ幅変調型タンデムＤＦ
Ｂレーザ本実施例は、溝幅ｄｇとリッジ高さｈを一定にし、リッ
ジ幅ｄｗを５通り変えた５波長集積型ＤＦＢレーザに関
するものである。図４に、本実施例に係る５波長集積型
ＤＦＢレーザの作成手順を示す。ＩnＰ基板１には、予
め、図２（Ａ）に示すように、回折格子２を形成してお
く。

【００２７】先ず、図４（Ｂ）に示すように、ｎ型Ｉn
Ｐ（１００）基板１上に酸化膜もしくは窒化膜３よりな
るパタンをフォトリソグラフィにより形成する。このパ
タンは、リッジになる多角形ストライプ部分と、それを
挾むような一部に階段を有する台地状のマスクである。
次いで、図４（Ｃ）のように、実施例（１）と同様にし
てリッジ４及び溝５を形成する。リッジ４は、１μｍ，
２μｍ，３μｍ，４μｍ，１０μｍの５種類の幅ｄｗを
有し、＜０１１＞方向（いわゆる逆メサ方向）に形成さ
れ、リッジ４の高さｈと溝幅ｄｇはそれぞれ２μｍと
２．５μｍになっている。

【００２８】引き続き、図４（Ｄ）に示すように、実施
例（１）と同様にＩnＧaＡsＰの光導波路層と５周期の
３０ÅのＩnＧaＰ井戸／１５０ÅのＩnＧaＡsＰバリア
よりなる歪量子井戸構造の発光層６、ｐ−ＩnＰクラッ
ド層７、電流ブロックのためにｎ−ＩnＰ層８を形成す
る。リッジ幅１μｍ，２μｍ，３μｍ，４μｍ，１０μ
ｍのリッジ上に形成された結晶のフォトルミネスセンス
測定により得られる発光スペクトルのピーク波長はそれ
ぞれ１．５５μｍ，１．５μｍ，１．４５μｍ，１．４
μｍ，１．３５μｍになる。

【００２９】その後、埋め込み構造にするために、図４
（Ｂ′）のように酸化膜もしくは窒化膜３を形成した後
に、図４（Ｄ′）のようにドライエッチングを行う。埋
め込み成長と電極形成は、実施例１の場合と同様とな
り、形状は図２（Ｅ）と（Ｆ）に類似したものとなる。
レーザ発振特性も図３のようになる。

【００３０】（実施例３）リッジ高さ変調型タンデムＤ
ＦＢレーザ本実施例は、リッジ幅ｄｗと溝幅ｄｇを一定にし、リッ
ジの高さｈを５通り変えた変調型タンデムＤＦＢレーザ
に関する。図５は、本実施例の変調型タンデムＤＦＢレ
ーザの作成手順を示すものである。ＩnＰ基板１には、
予め、図２（Ａ）に示すように、回折格子２を形成して
おく。

【００３１】先ず、図５（Ｂ）に示したようにｎ型Ｉn
Ｐ（１００）基板１上に酸化膜もしくは窒化膜３よりな
るパタンをフォトリソグラフィにより形成する。このパ
タンは、リッジになる部分を挾むような一部に階段を有
する台地状マスクである。次に、図５（Ｃ）のように、
有機金属気相成長法もしくは有機金属分子線エピタキシ
法によりマスクの間にｎ−ＩnＰを選択成長させ、リッ
ジ４及び溝５を形成する。この際、マスクの幅に応じて
成長速度が変化することによって、リッジ４の高さｈに
段差が生じる。リッジ５は、１．２μｍ，１．４μｍ，
１．６μｍ，１．８μｍ，２．０μｍの５種類の高さｈ
を持ち、＜０１１＞方向（いわゆる逆メサ方向）に形成
され、リッジ幅ｄｗは１．５μｍになっている。

【００３２】引き続き、溝幅ｄｇを一定にするために、
図５（Ｂ′）のような酸化膜もしくは窒化膜３よりなる
パタンを形成し、図５（Ａ′）に示すように、ドライエ
ッチングによりリッジの高さのみ変化する非平坦基板の
リッジ上に回折格子を形成する。ここでは溝幅ｄｇは
２．５μｍとし、回折格子の周期は２４００Å，２３０
０Å，２２００Å，２１００Å，２０００Åとなってい
る。更に、図５（Ｄ）に示すように、実施例（１）と同
様にしてＩnＧaＡsＰの光導波路層と５周期の３０Åの
ＩnＧaＰ井戸／１５０ÅのＩnＧaＡsＰバリアよりなる
歪量子井戸構造の発光層６、ｐ−ＩnＰクラッド層７を
形成する。

【００３３】高さ１．２μｍ，１．４μｍ，１．６μ
ｍ，１．８μｍ，２．０μｍのリッジ上に形成された結
晶のフォトルミネスセンス測定により得られる発光スペ
クトルのピーク波長はそれぞれ１．３５μｍ，１．４μ
ｍ，１．４５μｍ，１．５μｍ，１．５５μｍになる。
その後、埋め込み成長と電極形成は実施例１と同様に、
図２（Ｅ）と（Ｆ）に示すように行う。レーザ発振特性
も図３と類似のものになる。

【００３４】図６にはリッジの高さｈにより変調させる
別の変形例を示す。この変形例は、図６（Ｂ）に示すよ
うに、図５（Ｂ）に示すマスクを左右入れ換えたもので
あり、選択成長の結果、図６（Ｃ）に示すように、リッ
ジ幅ｄｗと高さｈの変化する非平坦基板図が形成され
る。リッジ幅ｄｗを一定にするために図６（Ｂ′）のよ
うな酸化膜もしくは窒化膜３よりなるパタンを形成し、
ドライエッチングによりリッジの高さのみ変化する非平
坦基板を得る。以下、上述した手順とと同様な手順を行
うものである。

【００３５】（実施例４）本発明の実施例４を図１２に
示す。図１２に示すように、ＩnＰ半導体導波路上には
均一ピッチ（Λ₀＝２３８９Å）で、均一深さ（５００
Å）の回折格子１５が形成されると共に一定のパターン
を有する二つの溝１７が形成されている。二つの溝１７
は、半導体基板上にストライプ状に形成されると共にス
トライプ方向に対して回折格子１５の均一ピッチよりも
大きな周期（Λ_s＝７５μｍ）で連続的に変化させたも
のである。従って、二つの溝１７の溝幅ｄｇは、２μｍ
から５μｍの間で周期的に変化する。尚、二つの溝１７
の溝幅の変化は階段状でも良い。二つの溝１７の深さ、
即ち、二つの溝１７に挟まれるリッジ１８の高さｈは、
３μｍで一定である。引続き、このような二つの溝１７
及びリッジ１８の形成された上に、通常の半導体基板上
に成長した場合のバンドギャップ組成が1.５μｍである
量子井戸構造を中央のストライプ領域に選択的に成長す
る。

【００３６】それによって、二つの溝１７で挟まれたリ
ッジ１８内の屈折率は、図９（ｃ）に示されるように、
溝１７の周期（７５μｍ）と等しい周期で、屈折率ｎ_a
＝３．２０から屈折率ｎ_b＝３．２９まで周期的に周期
的に変化する。その後、全面にＩnＰクラッド層を１μ
ｍ形成する。これによって、リッジ１８のみに、量子井
戸およびクラッド層は成長し、自己整合的にリッジ型の
導波路が形成される。尚、回折格子１５は、導波路上に
形成しても良い。このリッジ導波路は分布反射器として
作用し、その透過特性は図１１のように、波長λ_a（＝
２ｎ_aΛ₀＝１．５２８９６μｍ）から波長λ_b（＝２ｎ_b
Λ₀＝１．５７１９６２μｍ）までに１つ以上の反射率
ピークを有する、複数の高反射率ピークを持つ反射器が
得られる。

【００３７】（実施例５）本発明の実施例５を図９
（ａ）（ｂ）に示す。図９（ａ），（ｂ）に示すよう
に、ＩnＰ半導体導波路上に均一ピッチ（Λ₀＝２３８９
Å）で、均一深さ５００Åの回折格子１５を形成すると
共に一定のパターンを有する絶縁膜マスク１６を形成す
る。図９（ａ）に示す絶縁膜マスク１６は、半導体基板
上に全面形成された絶縁膜の一部をストライプ状に除去
し、ストライプ方向に対して回折格子１５の均一ピッチ
よりも大きな周期（Λ_s＝７５μｍ）の連続的な変化さ
せたものである。また、図９（ｂ）に示す絶縁膜マスク
１６は、半導体基板上にストライプ状に形成されると共
にストライプ方向に対して回折格子１５の均一ピッチよ
りも大きな周期（Λ_s＝７５μｍ）の連続的に変化させ
たものである。絶縁膜マスク１６のストライプ状の変化
は階段状でも良い。このように回折格子１５及び絶縁膜
マスク１６の形成された上に、通常の半導体基板上に成
長した場合のバンドギャップ組成が1.５μｍである量子
井戸構造を、中央のストライプ領域に選択成長層１９と
して選択的に成長する（図１０（ａ），（ｂ）参照）。
それによって、その領域内の屈折率（図中Ｘ−Ｘ′方
向）は、図９（ｃ）に示されるように、絶縁膜マスク１
６の周期（７．５μｍ）と等しい周期で、屈折率ｎ_a＝
３．２０から屈折率ｎ_b＝３．２９まで周期的に変化す
る。

【００３８】その後、図１０（ａ），（ｂ）に示すよう
に、絶縁膜マスク１６を取り除き、全面にＩnＰクラッ
ド層２０を１μｍ形成し、図１０（ｃ）に示すように、
全体を組成が変化している領域をリッジ導波路状に加工
する。このリッジ導波路は分布反射器として作用し、そ
の透過特性は図１１のように、波長λ_a（＝２ｎ_aΛ₀＝
１．５２８９６μｍ）から波長λ_b（＝２ｎ_bΛ₀＝１．
５７１９６２μｍ）までに１つ以上の反射率ピークを有
する、複数の高反射率ピークを持つ反射器が得られる。

【００３９】

【発明の効果】以上、実施例に基づいて、具体的に説明
したように、本発明により高密度に集積化したＤＦＢレ
ーザが実現され、波長の高帯域性を活かした通信や光測
定等に飛躍的な発展が期待される。更に、本発明を用い
れば複数の反射ピークを有する半導体レーザ装置の導波
路部分を、均一ピッチ、及び深さを有する回折格子が形
成された基板を用いて１回の結晶成長で得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】非平坦基板上に形成されたＩn_1-xＧa_xＡs／Ｉn
ＧaＡsＰ（λｇ＝１．１μｍ）ＭＱＷ層の発光波長のシ
フト量に関し、（Ａ）は種々の溝幅における発光波長の
シフト量のリッジ幅依存性、（Ｂ）は種々のリッジ幅に
おける発光波長のシフト量の溝幅依存性、（Ｃ）は種々
のリッジ幅における発光波長のシフト量のリッジ高さ依
存性をそれぞれ示すグラフである。

【図２】本発明の実施例１に係る５波集積ＤＦＢレーザ
の作製法（溝幅変調方式）に関し、（Ａ）は回折格子形
成、（Ｂ）はマスク形成（エッチング用）、（Ｃ）は非
平坦基板（溝幅変調型）、（Ｄ）は結晶成長（発光層の
形成）、（Ｅ）は結晶成長（埋め込み成長）、（Ｆ）は
電極形成の手順を示す工程図である。

【図３】５波集積ＤＦＢレーザの発振特性を示すグラフ
である。

【図４】本発明の実施例２に係る５波集積ＤＦＢレーザ
の作製法（リッジ幅変調方式）に関し、（Ｂ）はマスク
形成（エッチング用）、（Ｃ）は非平坦基板（リッジ幅
変調型）、（Ｄ）は結晶成長（発光層の形成）、
（Ｂ）′はマスク形成（エッチング用）、（Ｄ′）は埋
め込み前の非平坦基板の形成の手順を示す工程図であ
る。

【図５】本発明の実施例３に係る５波集積ＤＦＢレーザ
の作製法（リッジ高さ変調方式１）に関し、（Ｂ）はマ
スク形成（選択成長用）、（Ｃ）は非平坦基板（マスク
除去後）、（Ｂ′）はマスク形成（エッチング用）、
（Ａ′）は回折格子付き非平坦基板（リッジ高さ変調
型）、（Ｄ）は結晶成長（発光層の形成）の手順を示す
工程図である。

【図６】本発明の実施例３の変形例に係る５波集積ＤＦ
Ｂレーザの作製法（リッジ高さ変調方式２）に関し、
（Ｂ）はマスク形成（選択成長用）、（Ｃ）は非平坦基
板（マスク除去後）、（Ｂ′）はマスク形成（エッチン
グ用）の手順を示す工程図である。

【図７】（ａ）は従来例の絶縁マスクを有する半導体基
板に選択成長した模式図、（ｂ）は選択成長された領域
のバンドギャップ波長と絶縁膜マスクの幅の関係を示す
グラフ、（ｃ）は成長速度と絶縁膜マスクの幅の関係を
示すグラフである。

【図８】（ａ），（ｂ）は回折格子上に形成された絶縁
膜マスクパターンを示す説明図、（ｃ）は基板に形成さ
れた溝のパターンを示す説明図である。

【図９】本発明の実施例５に関し、（ａ），（ｂ）は回
折格子上に形成された絶縁膜マスクパターンを示す説明
図、（ｃ）は選択成長後に形成されるＸ−Ｘ′の屈折率
変化を示すグラフである。

【図１０】本発明の実施例５に関し、（ａ），（ｂ）は
絶縁膜マスク除去後に全面にＩnＰクラッド層を成長し
た状態を示す説明図、（ｃ）はリッジ型の分布反射型レ
ーザの説明図である。

【図１１】リッジ型の分布反射器の反射器特性を示すグ
ラフである。

【図１２】本発明の実施例４に関し、溝構造を用いたも
のであり、成長前の形状を示す説明図である。

【符号の説明】

１基板２回折格子３酸化膜もしくは窒化膜４リッジ５溝６ＩnＧaＡs／ＩnＧaＡsＰ発光層及び光導波層７，７′ ｐ−ＩnＰクラッド層８ｎ−ＩnＰ層９ｐ−ＩnＰ層１０コンタクト層１１，１１′ 電極１２素子分離溝１３ヒートシンク１４リード線１５回折格子１６絶縁マスク１７溝１８リッジ１９選択成長層２０ＩnＰクラッド層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者永沼充東京都千代田区内幸町一丁目１番６号日本電信電話株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板に形成された幅１〜１０μｍ
の２つの溝の間にできる幅１〜３μｍ、高さ１〜３μｍ
のリッジ上に形成された半導体多層膜の発光特性が変化
することを利用した光素子において、キャビティ方向に
数種類の異なった結晶を成長し、それに合わせた回折格
子を形成することによって、同一出射面から複数の波長
のレーザ光放射することを特徴とする半導体レーザ装
置。
【請求項２】請求項１においてリッジ上部に光のガイ
ド層を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項３】均一ピッチΛ₀で、均一深さの回折格子
が形成された半導体基板上に、２本の溝をそれらに挾ま
れた領域の幅が一定で、かつ両方の溝幅もしくは溝の深
さが溝の方向に対して対称で、かつその溝幅もしくは溝
の深さが溝の方向に対して連続的もしくは断続的に変化
する領域が大きい周期Λ_sで繰り返されるように形成さ
れた構造を用いることを特徴とし、その上に量子井戸導
波路構造を結晶成長することにより、２本の溝で挾まれ
た領域に前記溝幅もしくは溝の深さの異なる領域に異な
るバンドギャップ組成の導波路層を生ぜしめ、溝の方向
に対して屈折率をｎ_aからｎ_bまで連続的もしくは断続的
に変化する領域が前記周期Λ_sで繰り返されている量子
井戸導波路層を成長せしめ、前記屈折率変化によって少
なくとも波長λ_a（＝２ｎ_aΛ₀）から波長λ_b（＝２ｎ_b
Λ₀）までに１つ以上の反射率ピークを有する分布反射
器を形成せしめる半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項４】半導体基板上に、２本の溝をそれらに挾
まれた領域の幅が一定で、かつ両方の溝幅もくしくは溝
の深さが溝の方向に対して対称で、かつその溝幅もしく
は溝の深さが溝の方向に対して連続的もしくは断続的に
変化する領域が大きい周期Λ_sで繰り返されるように形
成された構造を用いることを特徴とし、その上に量子井
戸導波路構造を結晶成長することにより、前記２本の溝
で挾まれた領域に前記溝幅もしくは溝の深さの異なる領
域に異なるバンドギャップ組成の導波路層を生ぜしめ、
溝の方向に対して屈折率をｎ_aからｎ_bまで連続的もしく
は断続的に変化する領域が前記周期Λ_sで繰り返されて
いる量子井戸導波路層を成長せしめ、その後に均一ピッ
チΛ₀で、均一深さの回折格子を前記２本の溝で挾まれ
た領域の導波路層上に形成し、前記屈折率変化によって
少なくとも波長λ _a（＝２ｎ_aΛ₀）から波長λ_b（＝２ｎ
_bΛ₀）までに１つ以上の反射率ピークを有する分布反射
器を形成せしめる半導体レーザ装置の製造方法。