JPH09283850A - 半導体分布帰還型レーザ装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 しきい値電流が低く、発光効率が高い利得結
合型分布帰還型レーザ装置およびその製造方法を提供す
る。 【解決手段】 InP基板1上に多層構造が形成されてい
る。多層構造は少なくとも活性層8を含んでおり、活性
層8とInP基板1の間に、レーザ光のエネルギーよりも小
さいバンドギャップエネルギーを有する吸収層19が周期
的に設けられている。吸収層19のバンドギャップエネル
ギーがInP基板1に対して垂直方向に分布を持ち、吸収層
19のバンドギャップエネルギーが活性層側8から離れる
に従い小さくすることにより、吸収飽和が生じにくく、
かつ吸収損失を小さくすることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は特に光通信の光源に
適した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】半導体分布帰還型レーザは単一波長でレ
ーザ発振する特徴を有しており、高速応答性に優れ、低
雑音であるため、光通信の光源として広く用いられてい
る。この半導体分布帰還型レーザにおいて光分布帰還を
生じさせる方法としては２つの方法がコゲルニック他に
より、理論的に示されている（"Coupled-Wave Theory o
f Distributed Feedback Lasers", Journal of Applied
Physics, vol.43, p2327, 1972)。その一つは半導体レ
ーザの共振器方向に屈折率の周期的変動を設け、その周
期に対応した波長（ブラッグ波長近傍）でレーザ発振を
得る屈折率結合方式であり、作製が比較的容易なことか
ら、従来から多くの実施例が報告されてきた。しかしな
がら、この方法では理論的にブラッグ波長をはさむ二つ
の発振モードのうちどちらかで発振し、また、その両方
で発振する確率が非常に高い。

【０００３】一方、もう一つの方法は半導体レーザの共
振器方向に利得の周期的変動を設け、その周期に対応し
た波長（ブラッグ波長）でレーザ発振を得る利得結合方
式であり、この方法では、理論的にブラッグ波長でのみ
発振するため、単一波長のレーザ発振が得られる確率が
非常に高い。ところがこの構造は、作製が困難であるこ
とから良好な特性を有するレーザは理論が示されてから
長く実現されていなかった。

【０００４】しかしながら最近、半導体レーザの共振器
方向に吸収層を周期的に設けることにより、利得の周期
的変動を生じさせ、良好な特性を有するレーザを実現す
る方法が提案された("Long-Wavelength InGaAsP/InP Di
stributed Feedback LasersIncorporating Gain-Couple
d Mechanism", Photonics Technology Letters, vol4,
p212, 1992)。図１２にその構成を示す。

【０００５】n型InP基板101とn型InPクラッド層102の間
にn型InGaAsP吸収層103が共振器方向に対して周期的に
埋め込まれており、その上部にn型InGaAsP光導波路層10
4、活性層105、p型InGaAsP光導波路層106、p型InPクラ
ッド層107が形成されている。このn型InGaAsP吸収層103
のバンドギャップエネルギーは活性層105からの発光エ
ネルギーよりも小さく設定されている。このため、n型I
nGaAsP吸収層102は周期的に活性層105からの発光を吸収
し、利得の周期的変動を生みだし、高い確率で単一波長
のレーザ発振が得られている（特開平１−１０６４８９
号公報、特開平４−１５５９８６号公報、特開平４−１
５５９８７号公報、特開平５−２９７０５号公報、特開
平７−２３１１３７号公報参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図１２の従来例におい
て、InGaAsP吸収層23のバンドギャップエネルギーが非
常に小さい場合は吸収飽和が生じにくく、前述した利得
結合の効果を容易に得ることが可能であるが、吸収損失
も大きくなるため、しきい値電流の増大、発光効率の低
下が生じる。

【０００７】一方、バンドギャップエネルギーが比較的
大きく、活性層29からの発光エネルギーに近く設定され
ている場合は、吸収損失が小さく、しきい値電流の増
大、発光効率の低下などの問題は起こりにくいが、吸収
飽和が生じやすく、前述した利得結合の効果が得られに
くくなる。

【０００８】本発明は以上の問題に鑑みてなされたもの
であって、低しきい値電流、高スロープ効率特性を有し
かつ利得結合の効果が十分得られる分布帰還型半導体レ
ーザ装置を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記した課題は、図１に
示す様に、レーザ光を発生する活性層の近傍に設けられ
た、レーザ光のエネルギーよりも小さいバンドギャップ
エネルギーを有する周期的な吸収層のバンドギャップエ
ネルギーを層方向に対して垂直方向に分布を持たせ、吸
収層のバンドギャップエネルギーを活性層側から離れる
に従い小さくすることにより解決する。

【００１０】図１０は本発明の原理を説明するエネルギ
ーバンド図である。活性層31から放射されるレーザ光32
の光強度分布30は活性層31に最大強度を持つように分布
しており、クラッド層36にも一部広がっている。このク
ラッド層36に広がった光を吸収層33が周期的に吸収する
ことにより、利得に周期的変動を与えている。吸収層33
における光強度は活性層に近いほど強く、活性層から離
れるに従い、弱くなっている。

【００１１】本発明では光強度が強い活性層31側の吸収
層33のバンドギャップエネルギーを大きくしており、活
性層31から離れるに従い、バンドギャップエネルギーを
小さくしている。吸収層33における光吸収は光強度が強
い活性層31側において主に生じ、電子34ー正孔35対が生
成される。この電子34ー正孔35対はエネルギーの低い方
向、すなわち、活性層から離れる方向に移動し、再結合
する。このため、吸収層33の活性層31側においては、生
成した電子34ー正孔35対が存在する確率が非常に低くな
り、吸収飽和が生じにくくなる。

【００１２】また、光強度が強い活性層31側における吸
収層33のバンドギャップエネルギーを比較的大きく設定
可能であるため、吸収損失を小さくすることが可能であ
る。これにより、低しきい値電流、高スロープ効率特性
を有しかつ利得結合の効果が十分得られる分布帰還型半
導体レーザ装置が実現可能である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１から図９及び図１１を用いて説明する。

【００１４】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態１の半導体分布帰還型レーザ装置を示す図である。図
１(a)は正面から見た断面図であり、図１(b)は破線A-A'
における共振器方向の断面図である。内部構造がわかる
ように一部を切り欠いてある。

【００１５】本発明の半導体分布帰還型レーザは発振波
長が1.3μm近傍になるように設定されている。本発明の
半導体分布帰還型レーザはn型InP基板1上にn型InPクラ
ッド層6（厚さ200nm）、n型InGaAsP導波路層7（厚さ50n
m,λg=1.05μm）、多重量子井戸活性層8、p型InGaAsP導
波路層9（厚さ30nm, λg =1.05μm）がメサ状に形成さ
れており、また、これらの両側はp型InP電流ブロック層
11、n型InP電流ブロック層12で埋め込まれており、その
上部にはp型InPクラッド層10、p型InGaAsPコンタクト層
13 (λg =1.3μm)が形成されている。n型InP基板1の裏
面にはAu/Sn合金からなるn側電極17が形成され、p型InG
aAsPコンタクト層13の上部にはストライプ状の窓を有す
るSiO2絶縁膜14が形成されており、その上部に形成され
たAu/Zn合金からなるp側電極15はSiO2絶縁膜14のストラ
イプ状の窓を通してp型InGaAsPコンタクト層13に接触し
ている。

【００１６】多重量子井戸活性層8は圧縮歪が導入され
た厚さ6nmのInGaAsP井戸層と意図的に歪は導入されてい
ない厚さ10nmのInGaAsP障壁層(λg =1.05μm)の10対か
ら構成されている。更にn型InP基板1とn型InPクラッド
層6の間に吸収層3,4,5がレーザ共振器方向に203nmのピ
ッチで形成されている。

【００１７】さらに、吸収層は組成の異なる３層のInGa
AsPからなり、InP基板１側から、第１の吸収層3（λg =
1.45μm）、第２の吸収層4（λg =1.40μm）、第３の吸
収層5（λg =1.35μm）の層がそれぞれ20nmづつ積層さ
れている。吸収層を構成するInGaAsPはすべて InPに格
子整合している。第３の吸収層５の上には、ＩｎＰ層５
ａが形成されているが、この層５ａはなくてもよい。

【００１８】この様な構成にすることにより、光強度は
第３の吸収層5であるλg =1.35μmのInGaAsP層の部分で
強く分布し、電子ー正孔対を生成する。生成された電子
ー正孔対はエネルギーの低い第１の吸収層3であるλg =
1.45μmのInGaAsP層に移動し、再結合する。この場合、
吸収層がλg =1.35μmのInGaAsP層のみで形成されてい
る場合と比較して、吸収飽和が生じにくく、λg =1.45
μmのInGaAsP層のみで形成されている場合と比較して、
吸収損失が小さい。

【００１９】なお、本実施の形態１では吸収層はλg =
1.45μm、1.40μm、1.35μmのInPに格子整合したInGaAs
Pを用いているが、吸収層を構成する層は発振波長に対
応するエネルギーよりも小さい２種類以上の異なるバン
ドギャップを有するInGaAsPあるいはInGaAsあるいはInA
sPのいずれでも良く、必ずしも InPに格子整合している
必要はない。

【００２０】（実施の形態２）図２は本発明の実施の形
態２の半導体分布帰還型レーザ装置を示す図である。図
２(a)は正面から見た断面図であり、図２(b)は破線A-A'
における共振器方向の断面図である。本発明の半導体分
布帰還型レーザは発振波長が1.3μm近傍になるように設
定されている。

【００２１】図１に示す実施の形態１と異なる点は吸収
層3,4,5がn型InPを介さずに直接n型InGaAsP導波路層7
（厚さ50nm,λg=1.05μm）と接している点である。吸収
層3,4,5を含む n型InP基板1にはレーザ共振器方向に203
nmのピッチで凹凸2が形成されており、凸部上に実施の
形態１に示した吸収層3,4,5が形成されており、凹部に
はn型InGaAsP導波路層7の一部が吸収層3,4,5と隣接して
存在している。凹部の深さは50nmである。

【００２２】この様な構成にすることにより、吸収層を
導入することにより生じる屈折率の周期的変動量をn型I
nGaAsP導波路層7の一部が補償することになる。

【００２３】実施の形態１では導入された吸収層は、そ
の周囲に存在するInPよりも屈折率が高いため、利得の
周期的変動をもたらす以外に、屈折率の周期的変動もも
たらす。この実施の形態１の場合、利得の周期的変動の
みが存在する場合と比較して、単一波長のレーザ発振が
得られる確率が低くなる。そこで実施の形態２では、In
Pよりも屈折率が高いn型InGaAsPが、吸収層に隣接して
存在するため、屈折率の周期的変動量が実施の形態１よ
りも小さくなり、利得と屈折率の周期的変動が同時に存
在する場合と比較して高い確率で、単一波長のレーザ発
振が得られる。

【００２４】（実施の形態３）図３は本発明の実施の形
態３の半導体分布帰還型レーザ装置を示す図である。図
３(a)は正面から見た断面図であり、図３(b)は破線A-A'
における共振器方向の断面図である。本発明の半導体分
布帰還型レーザは発振波長が1.3μm近傍になるように設
定されている。

【００２５】図１に示す実施の形態１と異なる点は、n
型InP基板1にレーザ共振器方向に203nmのピッチで凹凸2
が形成されており、凹部に吸収層3,4,5が形成されてい
る点である。凹部に形成された吸収層3,4,5のレーザ共
振器方向の長さは、底部に近づくほど短くなっている。
吸収層3,4,5の構成は、実施の形態１と同じであるが、
レーザ共振器方向の長さが、λg =1.45μm、1.40μm、
1.35μmのInGaAsPについてそれぞれ異なっており、λg
=1.35μmが最も長く上端で70nm、λg =1.40μmは50nm、
λg =1.45μmは最も短く30nmである。

【００２６】この様な構成にすることにより、λg =1.4
5μm、1.40μm、1.35μmのInGaAsPのレーザ共振器方向
の長さをすべて同じ場合と比較して、吸収層としての効
果を損なうことなく吸収損失を小さくすることが可能と
なる。また、実施の形態１では、吸収層３,４,５の共振
器方向の長さは、吸収層３が大きく吸収層５が小さい。
しかし、実施の形態３では、吸収層５の長さが大きく、
吸収層３の長さが小さい。このようにすることで、吸収
の効果を大きくすることができる。

【００２７】（実施の形態４）図４は本発明の実施の形
態４の半導体分布帰還型レーザ装置を示す図である。図
４(a)は正面から見た断面図であり、図４(b)は破線A-A'
における共振器方向の断面図である。本発明の半導体分
布帰還型レーザは発振波長が1.3μm近傍になるように設
定されている。

【００２８】図３に示す実施の形態３と異なる点は、n
型InP基板1にレーザ共振器方向に203nmのピッチで形成
された凹凸の凸部にn型InGaAsP18（厚さ50nm、λg=1.05
μm ）からなる屈折率補償層が形成されている点であ
る。

【００２９】この様な構成にすることにより、吸収層を
3,4,5導入することにより生じる屈折率の周期的変動量
を、n型InP基板1の凸部に導入されたn型InGaAsP屈折率
補償層18が補償することになる。

【００３０】（実施の形態５）図５は本発明の実施の形
態５の半導体分布帰還型レーザ装置を示す図である。図
５(a)は正面から見た断面図であり、図５(b)は破線A-A'
における共振器方向の断面図である。本発明の半導体分
布帰還型レーザは発振波長が1.3μm近傍になるように設
定されている。

【００３１】図３に示す実施の形態3と異なる点は、吸
収層19の材料が、InAs(y)P(1-y)であり、組成比yが膜厚
方向に滑らかに変化している点である。組成比yは最上
部が0.5であり、底部に近づくにつれてyは増加してゆ
き、最下部では0.7である。

【００３２】この様にな構成にすることにより、吸収層
のバンドギャップは、基板側から活性層側へいくにした
がってだんだん大きくなるとともに滑らかに変化し、吸
収層内におけるキャリアの移動が、散乱を伴うこと無く
行われる。

【００３３】（実施の形態６）図６は本発明の実施の形
態６の半導体分布帰還型レーザ装置の作製方法を説明す
る図である。図６(a)-(c)は共振器方向における断面図
であり、図６(d)は出射方向からみたときの断面図であ
る。

【００３４】図６(a)に示すようにn型InP基板1上にピッ
チが203nmで深さが約100nmの凹凸状の回折格子2を２光
束干渉露光法及びエッチングにより形成する。

【００３５】次に図６(b)に示すように回折格子2の凹部
にInPに格子整合した第１のInGaAsP吸収層3（厚さ20n
m、λg=1.45μm）、第２のInGaAsP吸収層4（厚さ20nm、
λg=1.40μm）、第３のInGaAsP吸収層5（厚さ20nm、λg
=1.35μm）を有機金属気相成長法により順次結晶成長
する。

【００３６】その後、図６(c)に示す様に続けて有機金
属気相成長法によりn型InPクラッド層6（厚さ200nm）、
n型InGaAsP導波路層7（厚さ50nm,λg=1.05μm）、圧縮
歪が導入された厚さ6nmのInGaAsP井戸層と意図的に歪は
導入されていない厚さ10nmのInGaAsP障壁層(λg=1.05μ
m)の10対から構成されている多重量子井戸活性層8、p型
InGaAsP導波路層9（厚さ30nm,λg=1.05μm）、p型InPク
ラッド層10（厚さ400nm）、p型InGaAsPキャップ層20(λ
g=1.3μm)を順次堆積する。この後、ストライプ状のメ
サをエッチングにより形成する。

【００３７】次に液相成長法により、p型InP電流ブロッ
ク層11、n型InP電流ブロック層12、p型InP埋め込み層2
1、p型InGaAsPコンタクト層13(λg=1.3μm)を順次堆積
した後、SiO2絶縁膜14を堆積し、ストライプ状に窓を開
け、Au/Zn電極15を蒸着する。

【００３８】更にその上部にTi/Au電極16を蒸着により
形成する。また、n型InP基板1の裏面にAu/Sn電極17を蒸
着する。へき開の後、図６(d)に示す様にに示すような
半導体分布帰還型レーザ装置を作製する。

【００３９】以上の作製方法を用いることにより、吸収
層3,4,5をエッチングすることなく、周期的な吸収層を
形成することが可能であるので、作製が容易であるとと
もに、再現性もよく、歩留まりもよい。

【００４０】（実施の形態７）図７は本発明の実施の形
態７の半導体分布帰還型レーザ装置の作製方法を説明す
る図である。図７(a)-(c)は共振器方向における断面図
であり、図７(d)は出射方向からの断面図である。

【００４１】図７(a)に示すようにn型InP基板1上にピッ
チが203nmで深さが約100nmの凹凸状の回折格子2を２光
束干渉露光法及びエッチングにより形成する。この回折
格子を形成したn型InP基板1を100%フォスフィン(PH3)10
0cc/minと10%アルシン(AsH3)10cc/minを混合した水素雰
囲気中に導入し、基板温度を600℃まで昇温することに
より図７(b)に示すように回折格子2の凹部に約50nmのIn
AsP吸収層19を形成する。

【００４２】次に、基板温度が600℃で安定した後、図
７(c)に示す様に続けて有機金属気相成長法により、n型
InGaAsP導波路層7（厚さ150nm,λg=1.05μm）、圧縮歪
が導入された厚さ6nmのInGaAsP井戸層と意図的に歪は導
入されていない厚さ10nmのInGaAsP障壁層(λg=1.05μm)
の10対から構成されている多重量子井戸活性層8、p型In
GaAsP導波路層9（厚さ30nm,λg=1.05μm）、p型InPクラ
ッド層10（厚さ400nm）15、p型InGaAsPキャップ層20(λ
g=1.3μm)16を順次堆積する。

【００４３】次に液相成長法により、p型InP電流ブロッ
ク層11、n型InP電流ブロック層12、p型InP埋め込み層2
1、p型InGaAsPコンタクト層13(λg=1.3μm)を順次堆積
した後、SiO2絶縁膜14を堆積し、ストライプ状に窓を開
け、Au/Zn電極15を蒸着する。

【００４４】更にその上部にTi/Au電極16を蒸着により
形成する。また、n型InP基板1の裏面にAu/Sn電極17を蒸
着する。へき開の後、図７(d)に示す様にに示すような
半導体分布帰還型レーザ装置を作製する。

【００４５】本作製方法において、フォスフィンとアル
シンの混合雰囲気中で回折格子2を形成したInP基板1を
昇温する際に、図１１(a)に示すように、凹凸状のInP基
板1の凸部のInがマストランスポートし、フォスフィン
とアルシンから分解したAsとPからInAsPがInP基板の凹
部に形成される。

【００４６】この説明を図１１（ｂ）を用いて行う。図
１１（ｂ）の横軸は基板温度、縦軸の上方向はアルシ
ン、ファスフィンの分解効率、縦軸の下方向は、吸収層
であるＩｎＡｓＰ層中のＡｓの比率ｙである。この場
合、図１１(b)に示すように、低温時にはフォスフィン
の分解効率がアルシンと比較して低いため、Asの組成比
yが大きなInAs(y)P(1-y)が形成される。基板温度の上昇
に伴い、フォスフィンの分解効率が高くなり、形成され
る InAs(y)P(1-y) Asの組成比yが低下してゆく。

【００４７】図１１(c)はエネルギー分散分光法により
形成したInAs(y)P(1-y)As吸収層のAsの組成比yを評価し
た結果である。吸収層の下部ではyは0.7であり、中央部
では0.5であり、上部では0.4となっており、Asの組成比
yが膜厚方向に連続的に減少していることがわかる。な
お、yが0.4より大きな InAs(y)P(1-y) Asは1.3μmの光
に対して吸収層として作用する。

【００４８】本作製方法を用いることにより、バンドギ
ャップエネルギーが活性層側から離れるに従い小さくな
る吸収層を非常に容易に作製可能である。

【００４９】（実施の形態８）図８は本発明の実施の形
態８の半導体分布帰還型レーザ装置の作製方法を説明す
る図である。図８(a)-(c)は共振器方向における断面図
であり、図８(d)は出射方向からの断面図である。

【００５０】実施の形態７の作製方法と異なる点は、図
８(b)に示す様にInAsP吸収層19を形成し、基板温度が60
0℃で安定した後、図８(c)に示す様に有機金属気相成長
法により、n型InP層6（厚さ200nm）を堆積し、次にn型I
nGaAsP導波路層7（厚さ50nm,λg=1.05μm）を堆積する
点である。これ以外は実施の形態７と同じである。

【００５１】本作製方法の特徴はInAsP吸収層19上にInG
aAsP層7ではなくInP層6を堆積する点である。InAsPの格
子定数はInPの格子定数と比較して大きく、本実施の形
態では１％以上の圧縮歪が導入されていることになる。
この様に圧縮歪が導入された層の上にInGaAsPの様な４
元系材料を堆積した場合、InAsPの圧縮歪の影響を受
け、その上のInGaAsPに歪が導入される。この歪量が大
きい場合にはその後に堆積する多重量子井戸活性層8の
結晶性を損なう。

【００５２】一方InPの様な２元系材料を堆積する場合
は、４元系材料を堆積する場合と比較してInAsPの圧縮
歪の影響を受けにくく、その後に堆積する多重量子井戸
活性層8の結晶性を損なうことはない。

【００５３】（実施の形態９）図９は本発明の実施の形
態９の半導体分布帰還型レーザ装置の作製方法を説明す
る図である。図９(a)-(d)は共振器方向における断面図
であり、図９(e)は出射方向からの断面図である。図９
(a)に示すようにn型InP基板1上にn型InGaAsP屈折率補償
層18（厚さ50nm、λg=1.05μm ）及びn型InP保護層21を
有機金属気相成長法により堆積する。

【００５４】次に図９(b)に示す様にn型InP保護層21か
ら、n型InP基板1まで、凹部が達するように２光束干渉
露光法及びエッチングにより凹凸状の回折格子2を形成
する。この回折格子を形成したn型InP基板1を100%フォ
スフィン(PH3)100cc/minと10%アルシン(AsH3)10cc/min
を混合した水素雰囲気中に導入し、基板温度を600℃ま
で昇温することにより図９(c)に示すように回折格子2の
凹部に約50nmのInAsP吸収層19を形成する。この時、屈
折率補償層18上部のn型InP保護層21はInAsP吸収層の形
成に消費される。これ以降は本発明の実施の形態８と同
様である。

【００５５】本作製方法の特徴は、屈折率補償層18を容
易に導入可能であり、更に、InAsP吸収層19の層厚の制
御が、n型InP保護層21の層厚により可能であり、精密は
制御を行うことが可能である。

【００５６】なお、本実施の形態１、２、３、４、６で
は吸収層はλg =1.45μm、1.40μm、1.35μmのInPに格
子整合したInGaAsPを用いているが、吸収層を構成する
層は発振波長に対応するエネルギーよりも小さい２種類
以上の異なるバンドギャップを有するInGaAsPあるいはI
nGaAsあるいはInAsPのいずれでも良く、必ずしも InPに
格子整合している必要はない。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体分
布帰還型レーザ装置は単一波長で発振する確率が高い利
得結合型分布帰還型レーザであり、その周期的な吸収層
のバンドギャップエネルギーがInP基板に対して垂直方
向に分布を持ち、吸収層のバンドギャップエネルギーが
活性層側から離れるに従い小さくすることにより、吸収
飽和が生じにくく、かつ吸収損失を小さくすることが可
能となる。

【００５８】これにより、しきい値電流が低く、発光効
率が高い利得結合型分布帰還型レーザ装置が実現可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の半導体分布帰還型レー
ザ装置を示す斜視図

【図２】本発明の実施の形態２の半導体分布帰還型レー
ザ装置を示す斜視図

【図３】本発明の実施の形態３の半導体分布帰還型レー
ザ装置を示す斜視図

【図４】本発明の実施の形態４の半導体分布帰還型レー
ザ装置を示す斜視図

【図５】本発明の実施の形態５の半導体分布帰還型レー
ザ装置を示す斜視図

【図６】本発明の実施の形態６の半導体分布帰還型レー
ザ装置の作製方法を説明する図

【図７】本発明の実施の形態７の半導体分布帰還型レー
ザ装置の作製方法を説明する図

【図８】本発明の実施の形態８の半導体分布帰還型レー
ザ装置の作製方法を説明する図

【図９】本発明の実施の形態９の半導体分布帰還型レー
ザ装置の作製方法を説明する図

【図１０】本発明の原理を説明する図

【図１１】本発明の形態６におけるInAsP吸収層の作製
方法及びInAsP吸収層の組成分布を説明する図

【図１２】従来例の構造を説明する図

【符号の説明】

１ n型InP基板 ２ 凹凸状の回折格子 ３ 第１のInGaAsP吸収層（λg =145μm） ４ 第２のInGaAsP吸収層（λg =140μm） ５ 第３のInGaAsP吸収層（λg =135μm） ６ n型InPクラッド層 ７ n型InGaAsP導波路層 ８ 多重量子井戸活性層 ９ p型InGaAsP導波路層 １０ p型InPクラッド層 １１ p型InP電流ブロック層 １２ n型InP電流ブロック層 １３ p型InGaAsPコンタクト層 １４ SiO2絶縁膜 １５ Au/Zn合金からなるp側電極 １６ Ti/Au電極 １７ Au/Sn合金からなるn側電極 １８ n型InGaAsP屈折率補償層 １９ InAs(y)P(1-y)吸収層 ２０ p型InGaAsPキャップ層 ２１ p型InP埋め込み層 ２２ n型InP保護層 ３０ 活性層から放射されるレーザ光の光強度分布 ３１ 活性層 ３２ 活性層から放射されるレーザ光 ３３ 吸収層 ３４ 電子 ３５ 正孔 １０１ n型InP基板 １０２ n型InPクラッド層 １０３ n型InGaAsP吸収層 １０４ n型InGaAsP光導波路層 １０５ 活性層 １０６ p型InGaAsP光導波路層 １０７ p型InPクラッド層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松井 康 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板と該基板上に形成された多層構造とを
   備え、レーザ光を放射する半導体レーザであって、 該多層構造は少なくとも活性層を含んでおり、該活性層
   と該InP基板の間に、レーザ光のエネルギーよりも小さ
   いバンドギャップエネルギーを有する吸収層が周期的に
   設けられており、該吸収層のバンドギャップエネルギー
   が該基板に対して垂直方向に分布を持ち、該吸収層のバ
   ンドギャップエネルギーが該活性層側から離れるに従い
   小さくなっていることを特徴とする半導体分布帰還型レ
   ーザ装置。
2. 【請求項２】基板と該基板上に形成された多層構造とを
   備え、レーザ光を放射する半導体レーザであって、該多
   層構造は少なくとも活性層を含んでおり、層方向に対し
   て該活性層を挟んで該基板と反対側に、レーザ光のエネ
   ルギーよりも小さいバンドギャップエネルギーを有する
   吸収層が周期的に設けられており、該吸収層のバンドギ
   ャップエネルギーが該InP基板に対して垂直方向に分布
   を持ち、該吸収層のバンドギャップエネルギーが該活性
   層側から離れるに従い小さくなっていることを特徴とす
   る半導体分布帰還型レーザ装置。
3. 【請求項３】前記吸収層が前記基板上に形成された周期
   的な凹凸の凹部に設けられていることを特徴とする請求
   項１または２に記載の半導体分布帰還型レーザ装置。
4. 【請求項４】前記吸収層が前記多層構造のいずれかの層
   上に形成された周期的な凹凸の凹部に設けられているこ
   とを特徴とする請求項１または２に記載の半導体分布帰
   還型レーザ装置。
5. 【請求項５】前記周期的吸収層の各吸収層に挟まれる形
   で、周期的な凹凸の凸部に屈折率補償層が周期的に形成
   されており、該屈折率補償層のバンドギャップエネルギ
   ーがレーザ光のエネルギーよりも大きくなるように設定
   されていることを特徴とする請求項３または４に記載の
   半導体分布帰還型レーザ装置。
6. 【請求項６】前記吸収層が少なくとも２種類の異なるバ
   ンドギャップエネルギーを有する半導体材料からなり、
   前記活性層側からバンドギャップエネルギーが階段状に
   小さくなっていることを特徴とする請求項１〜５のいず
   れかに記載の半導体分布帰還型レーザ装置。
7. 【請求項７】前記吸収層のバンドギャップエネルギーが
   前記活性層側からなめらかに小さくなっていることを特
   徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の半導体分布帰
   還型レーザ装置。
8. 【請求項８】前記吸収層が組成の異なるIn(x)Ga(1-x)As
   (y)P(1-y)から形成されていることを特徴とする請求項
   ６または７に記載の半導体分布帰還型レーザ装置。
9. 【請求項９】前記吸収層が組成の異なるInAs(y)P(1-y)
   から形成されていることを特徴とする請求項６または７
   に記載の半導体分布帰還型レーザ装置。
10. 【請求項１０】基板上に少なくとも２種類の異なるバン
    ドギャップエネルギーを有する半導体材料からなる吸収
    層をバンドギャップエネルギーが小さい層から順に結晶
    成長する工程と、該吸収層を周期的にエッチングする工
    程と、この後、該基板と同導電型のInPクラッド層、活
    性層、該基板と逆導電型のInPクラッド層の結晶成長を
    行う工程を含む半導体分布帰還型レーザ装置の製造方
    法。
11. 【請求項１１】基板上に少なくとも２種類の異なるバン
    ドギャップエネルギーを有する半導体材料からなる吸収
    層をバンドギャップエネルギーが小さい層から順に結晶
    成長する工程と、該吸収層を周期的にエッチングする工
    程と、この後、該基板と同導電型の導波路層、活性層、
    基板と逆の導電型のInPクラッド層の結晶成長を行う工
    程を含む半導体分布帰還型レーザ装置の製造方法。
12. 【請求項１２】基板上に該基板と同導電型のInPクラッ
    ド層、活性層、該基板と逆導電型のInPクラッド層の結
    晶成長を行い更に少なくとも２種類の異なるバンドギャ
    ップエネルギーを有する半導体材料からなる吸収層をバ
    ンドギャップエネルギーが大きい層から順に結晶成長す
    る工程と、該吸収層を周期的にエッチングする形成する
    工程と、その後該基板と逆導電型のInPクラッド層の結
    晶成長を行う工程を含む半導体分布帰還型レーザ装置の
    製造方法。
13. 【請求項１３】基板上に該基板と同導電型のInPクラッ
    ド層、活性層、該基板と逆導電型のInGaAsP導波路層の
    結晶成長を行い更に少なくとも２種類の異なるバンドギ
    ャップエネルギーを有する半導体材料からなる吸収層を
    バンドギャップエネルギーが大きい層から順に結晶成長
    する工程と、該吸収層を周期的にエッチングする形成す
    る工程と、その後該基板と逆導電型のPクラッド層の結
    晶成長を行う工程を含む半導体分布帰還型レーザ装置の
    製造方法。
14. 【請求項１４】基板上にエッチングにより凹凸状の回折
    格子を形成する工程と、該回折格子を形成した該基板上
    に少なくとも２種類の異なるバンドギャップエネルギー
    を有する半導体をバンドギャップエネルギーが小さい層
    から順に結晶成長し、該回折格子の凹部に吸収層を形成
    する工程と、この後、該基板と同導電型のInPクラッド
    層、活性層、該基板と逆導電型のInPクラッド層の結晶
    成長を連続して行う工程を含む半導体分布帰還型レーザ
    装置の製造方法。
15. 【請求項１５】基板上にエッチングにより凹凸状の回折
    格子を形成する工程と、該回折格子を形成した該InP基
    板上に少なくとも２種類の異なるバンドギャップエネル
    ギーを有する半導体をバンドギャップエネルギーが小さ
    い層から順に結晶成長し、該回折格子の凹部に吸収層を
    形成する工程と、この後、該基板と同導電型のInGaAsP
    導波路層、活性層、該基板と逆導電型のInPクラッド層
    の結晶成長を連続して行う工程を含む半導体分布帰還型
    レーザ装置の製造方法。
16. 【請求項１６】基板上に屈折率補償層及び該基板と同導
    電型のInP保護層を連続して結晶成長する工程と、該InP
    保護層から、 該基板まで、凹部が達するようにエッチ
    ングにより凹凸状の回折格子を形成する工程と該回折格
    子を形成した該屈折率補償層及び該InP保護層を含む該I
    nP基板上に少なくとも２種類の異なるバンドギャップエ
    ネルギーを有する半導体をバンドギャップエネルギーが
    小さい層から順に結晶成長し、該回折格子の凹部に吸収
    層を形成する工程と、この後、該基板と同導電型のInGa
    AsP導波路層、活性層、該基板と逆導電型のInPクラッド
    層の結晶成長を連続して行う工程を含む半導体分布帰還
    型レーザ装置の製造方法。
17. 【請求項１７】基板上に該基板と同導電型のInPクラッ
    ド層、活性層、該基板と逆導電型のInPクラッド層の結
    晶成長を行う工程と、 該基板と逆導電型のInPクラッド
    層上にエッチングにより凹凸状の回折格子を形成する工
    程と、該回折格子を形成した該InPクラッド上に少なく
    とも２種類の異なるバンドギャップエネルギーを有する
    半導体をバンドギャップエネルギーが大きい層から順に
    結晶成長し、該回折格子の凹部に吸収層を形成する工程
    と、この後、 該基板と逆導電型のInPクラッド層の結晶
    成長を行う工程を含む半導体分布帰還型レーザ装置の製
    造方法。
18. 【請求項１８】基板上に該基板と同導電型のInPクラッ
    ド層、活性層、該基板と逆導電型のInPクラッド層、屈
    折率補償層、該基板と逆導電型のInP保護層の結晶成長
    を行う工程と、該InP保護層から、 該基板と逆導電型の
    InPクラッド層まで、凹部が達するようにエッチングに
    より凹凸状の回折格子を形成する工程と該回折格子を形
    成した該屈折率補償層及び該InP保護層を含むInPクラッ
    ド層上に少なくとも２種類の異なるバンドギャップエネ
    ルギーを有する半導体をバンドギャップエネルギーが大
    きい層から順に結晶成長し、該回折格子の凹部に吸収層
    を形成する工程と、この後、、該基板と逆導電型の InP
    クラッド層の結晶成長を行う工程を含む半導体分布帰還
    型レーザ装置の製造方法。
19. 【請求項１９】基板上に該基板と同導電型のInPクラッ
    ド層、活性層、該基板と逆導電型のInGaAsP導波路層の
    結晶成長を行う工程と、 該導波路層上にエッチングに
    より凹凸状の回折格子を形成する工程と、該回折格子を
    形成した該導波路層上に少なくとも２種類の異なるバン
    ドギャップエネルギーを有する半導体をバンドギャップ
    エネルギーが大きい層から順に結晶成長し、該回折格子
    の凹部に吸収層を形成する工程と、この後、該基板と逆
    導電型の InPクラッド層の結晶成長を行う工程を含む半
    導体分布帰還型レーザ装置の製造方法。
20. 【請求項２０】基板上にエッチングにより凹凸状の回折
    格子を形成する工程と、該回折格子を形成した該基板を
    少なくともフォスフィン(PH3)とアルシン(AsH3)を混合
    した雰囲気中で昇温し、該回折格子の凹部に組成が連続
    的に変化しているInAsP層を堆積する工程と、この後、
    該InP基板の温度が安定した後、該基板と同導電型のInP
    クラッド層、活性層、該基板と逆導電型のInPクラッド
    層の結晶成長を連続して行う工程を含む半導体分布帰還
    型レーザ装置の製造方法。
21. 【請求項２１】基板上にエッチングにより凹凸状の回折
    格子を形成する工程と、該回折格子を形成した該基板を
    少なくともフォスフィン(PH3)とアルシン(AsH3)を混合
    した雰囲気中で昇温し、該回折格子の凹部に組成が連続
    的に変化しているInAsP層を堆積する工程と、この後、
    該InP基板の温度が安定した後、InGaAsP導波路層、活性
    層、該基板と逆導電型のInPクラッド層の結晶成長を連
    続して行う工程を含む半導体分布帰還型レーザ装置の製
    造方法。
22. 【請求項２２】基板上屈折率補償層及び該基板と同導電
    型のInP保護層を連続して結晶成長し、該InP保護層か
    ら、 該InP基板まで、凹部が達するようにエッチングに
    より凹凸状の回折格子を形成する工程と、該回折格子を
    形成した該InP基板を少なくともフォスフィン(PH3)とア
    ルシン(AsH3)を混合した雰囲気中で昇温し、該回折格子
    の凹部に組成が連続的に変化しているInAsP層を堆積す
    る工程と、この後、該InP基板の温度が安定した後、該
    基板と同導電型のInPクラッド層、活性層、該基板と逆
    導電型のInPクラッド層の結晶成長を連続して行う工程
    を含む半導体分布帰還型レーザ装置の製造方法。
23. 【請求項２３】基板上に屈折率補償層及びInP保護層を
    連続して結晶成長する工程と該InP保護層から、 該InP
    基板まで、凹部が達するようにエッチングにより凹凸状
    の回折格子を形成する工程と、該回折格子を形成した該
    InP基板を少なくともフォスフィン(PH3)とアルシン(AsH
    3)を混合した雰囲気中で昇温し、該回折格子の凹部に組
    成が連続的に変化しているInAsP層を堆積する工程と、
    この後、該InP基板の温度が安定した後、 InGaAsP導波
    路層、活性層、該基板と逆導電型のInPクラッド層の結
    晶成長を連続して行う工程を含む半導体分布帰還型レー
    ザ装置の製造方法。
24. 【請求項２４】前記吸収層が前記活性層から放出される
    レーザ光のエネルギーよりも小さいバンドギャップエネ
    ルギーを有する少なくとも２種類の組成の異なるIn(x)G
    a(1-x)As(y)P(1-y)である特徴とする請求項１０〜１９
    のいずれかに記載の半導体分布帰還型レーザ装置。
25. 【請求項２５】前記活性層を結晶成長する前後にInGaAs
    P導波路層を結晶成長することを特徴とする請求項１０
    〜１９のいずれかに記載の半導体分布帰還型レーザ装
    置。