JPH1022572A - 光ガイド層に回折格子が形成されている半導体装置 - Google Patents
光ガイド層に回折格子が形成されている半導体装置Info
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- JPH1022572A JPH1022572A JP19140496A JP19140496A JPH1022572A JP H1022572 A JPH1022572 A JP H1022572A JP 19140496 A JP19140496 A JP 19140496A JP 19140496 A JP19140496 A JP 19140496A JP H1022572 A JPH1022572 A JP H1022572A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】グレーティングの高さを正確に制御すると共
に、活性層ないし導波層との距離を正確に制御できる構
成を有する半導体装置である。 【解決手段】光ガイド層１２、１４を含む半導体装置で
ある。光ガイド層１２、１４中にエッチングストップ層
１３を含み、エッチングストップ層１３直上の光ガイド
層１４に回折格子１５が形成されている。
に、活性層ないし導波層との距離を正確に制御できる構
成を有する半導体装置である。 【解決手段】光ガイド層１２、１４を含む半導体装置で
ある。光ガイド層１２、１４中にエッチングストップ層
１３を含み、エッチングストップ層１３直上の光ガイド
層１４に回折格子１５が形成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回折格子ないしグ
レーティングを有する分布帰還型半導体レーザなどの半
導体装置に関する。特に、回折格子に隣接して活性層を
有し、エッチングストップ層を利用して回折格子を形成
した半導体レーザの構造に関するものである。
レーティングを有する分布帰還型半導体レーザなどの半
導体装置に関する。特に、回折格子に隣接して活性層を
有し、エッチングストップ層を利用して回折格子を形成
した半導体レーザの構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、活性層に隣接して回折格子を有す
る分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）は、長距離
かつ大容量の光通信用の光源等として研究、開発されて
いる。特に、活性領域に量子効果を用いた量子井戸型半
導体レーザは、低しきい値化、温度特性の向上、スペク
トル線幅の低減などが可能で、通常のＤＨ（ダブルヘテ
ロ構造）レーザに比べ優れた特性を示す。
る分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）は、長距離
かつ大容量の光通信用の光源等として研究、開発されて
いる。特に、活性領域に量子効果を用いた量子井戸型半
導体レーザは、低しきい値化、温度特性の向上、スペク
トル線幅の低減などが可能で、通常のＤＨ（ダブルヘテ
ロ構造）レーザに比べ優れた特性を示す。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、通常の
方法で活性層領域に量子井戸を導入しようとすると、次
の様な問題が発生する。図５をもって説明する。１は基
板であるところのｎ−ＩｎＰである。この基板１に回折
格子ないしグレーティング２が形成されている。この上
に、３に示すＳｉ ｄｏｐｅｄ ＩｎＧａＡｓＰを光ガ
イド層として０．ｌμｍ成長し、続いて活性層４である
ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓの多重量子井戸（ＭＱ
Ｗ）構造を形成する。しかし、この方法であると、Ｉｎ
ＧａＡｓＰの光ガイド層３では、グレーティング２の影
響が残り、３のＩｎＧａＡｓＰとＭＱＷ活性層４の界面
が平坦になりきらず凹凸が残り、活性層４の質が低下す
る現象（欠陥が入って吸収が増える等の現象）が観測さ
れた。これに対し、ＩｎＧａＡｓＰ膜３を厚くすること
で凹凸は改善できるが、これではグレーティング２との
結合係数が低下することが予想され、光ガイド層３を厚
くすることは望ましくない。
方法で活性層領域に量子井戸を導入しようとすると、次
の様な問題が発生する。図５をもって説明する。１は基
板であるところのｎ−ＩｎＰである。この基板１に回折
格子ないしグレーティング２が形成されている。この上
に、３に示すＳｉ ｄｏｐｅｄ ＩｎＧａＡｓＰを光ガ
イド層として０．ｌμｍ成長し、続いて活性層４である
ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓの多重量子井戸（ＭＱ
Ｗ）構造を形成する。しかし、この方法であると、Ｉｎ
ＧａＡｓＰの光ガイド層３では、グレーティング２の影
響が残り、３のＩｎＧａＡｓＰとＭＱＷ活性層４の界面
が平坦になりきらず凹凸が残り、活性層４の質が低下す
る現象（欠陥が入って吸収が増える等の現象）が観測さ
れた。これに対し、ＩｎＧａＡｓＰ膜３を厚くすること
で凹凸は改善できるが、これではグレーティング２との
結合係数が低下することが予想され、光ガイド層３を厚
くすることは望ましくない。
【０００４】この原因としては、大きく分けて２つ考え
られる。１つは、図５に示す回折格子２の作製精度の問
題である。特にグレーティング２の高さ制御が問題であ
る。グレーティング２の高さが制御できないために、過
去のデータから、十分な厚みのＩｎＧａＡｓＰ３を積層
したつもりでも、図５の４に示す様に活性層に凹凸が残
る現象が確認されている。２つ目の原因としては、Ｉｎ
ＧａＡｓＰ膜３がグレーティング２を平坦化するのに適
さない点である。これに対し、ＩｎＰ膜は成長表面で拡
散化し易い特性を有し、平坦化に適しており、ＩｎＧａ
ＡｓＰより薄い膜厚でグレーティングを平坦化する。上
述した様に、ＩｎＧａＡｓＰでも厚く積めば凹凸は改善
できるが、グレーティングとの結合係数が低下すること
が予想され、ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層を厚くすること
は望ましくない。
られる。１つは、図５に示す回折格子２の作製精度の問
題である。特にグレーティング２の高さ制御が問題であ
る。グレーティング２の高さが制御できないために、過
去のデータから、十分な厚みのＩｎＧａＡｓＰ３を積層
したつもりでも、図５の４に示す様に活性層に凹凸が残
る現象が確認されている。２つ目の原因としては、Ｉｎ
ＧａＡｓＰ膜３がグレーティング２を平坦化するのに適
さない点である。これに対し、ＩｎＰ膜は成長表面で拡
散化し易い特性を有し、平坦化に適しており、ＩｎＧａ
ＡｓＰより薄い膜厚でグレーティングを平坦化する。上
述した様に、ＩｎＧａＡｓＰでも厚く積めば凹凸は改善
できるが、グレーティングとの結合係数が低下すること
が予想され、ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層を厚くすること
は望ましくない。
【０００５】よって、本発明の目的は、グレーティング
の高さを正確に制御すると共に、例えば、ＩｎＰ埋め込
み層を用いて、活性層ないし導波層との距離を正確に制
御できる構成を提供することにより、活性層ないし導波
層界面でのグレーティングによる凹凸の影響を低減し結
合効率を改善した低しきい電流のＤＦＢ型レーザおよび
集積レーザなどの半導体装置を提供することにある。
の高さを正確に制御すると共に、例えば、ＩｎＰ埋め込
み層を用いて、活性層ないし導波層との距離を正確に制
御できる構成を提供することにより、活性層ないし導波
層界面でのグレーティングによる凹凸の影響を低減し結
合効率を改善した低しきい電流のＤＦＢ型レーザおよび
集積レーザなどの半導体装置を提供することにある。
【０００６】さらに、本発明の目的は、上記構成を活性
層ないし導波層より上にグレーティングを形成するレー
ザなどの半導体装置を提供することにある。
層ないし導波層より上にグレーティングを形成するレー
ザなどの半導体装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為の
構成を各請求項に対応して述べる。
構成を各請求項に対応して述べる。
【０００８】本発明を実現する第一の手段は、例えば、
活性層ないし導波層とクラッド層間に存在する光ガイド
層の四元混晶内に二元混晶を局在させることにより、グ
レーティングの高さ制御が容易で、平坦性に優れた活性
層ないし導波層が得られる構成を提供する。即ち、光ガ
イド層を含む半導体装置において、該光ガイド層中にエ
ッチングストップ層を含み、該エッチングストップ層直
上の光ガイド層に回折格子が形成されていることを特徴
とする（請求項１に対応）。具体例を第一実施例に示
す。
活性層ないし導波層とクラッド層間に存在する光ガイド
層の四元混晶内に二元混晶を局在させることにより、グ
レーティングの高さ制御が容易で、平坦性に優れた活性
層ないし導波層が得られる構成を提供する。即ち、光ガ
イド層を含む半導体装置において、該光ガイド層中にエ
ッチングストップ層を含み、該エッチングストップ層直
上の光ガイド層に回折格子が形成されていることを特徴
とする（請求項１に対応）。具体例を第一実施例に示
す。
【０００９】本発明を実現する第二の手段は、回折格子
をＩｎＰなどの成長表面で動き易い膜（２元化合物）で
埋め込む構成を提供する（請求項２に対応）。平坦性に
優れた活性層ないし導波層が得られる。具体例を第一実
施例に示す。
をＩｎＰなどの成長表面で動き易い膜（２元化合物）で
埋め込む構成を提供する（請求項２に対応）。平坦性に
優れた活性層ないし導波層が得られる。具体例を第一実
施例に示す。
【００１０】本発明を実現する第三の手段は、活性層な
いし導波層とクラッド層の間に前記光ガイド層を含む構
成を提供する（請求項３に対応）。具体例を第一実施例
に示す。
いし導波層とクラッド層の間に前記光ガイド層を含む構
成を提供する（請求項３に対応）。具体例を第一実施例
に示す。
【００１１】本発明を実現する第四の手段は、活性層な
いし導波層の上に前記光ガイド層を含む構造を提供する
（請求項４に対応）。具体例を第四実施例に示す。
いし導波層の上に前記光ガイド層を含む構造を提供する
（請求項４に対応）。具体例を第四実施例に示す。
【００１２】本発明を実現する第五の手段は、例えば、
活性層ないし導波層と基板間に存在する光ガイド層の四
元混晶内に超格子構造を局在させエッチングストップ層
とする事により、グレーティングの高さ制御が容易で、
かつ平坦性に優れた活性層ないし導波層を実現すると共
に、電圧降下を小さくし温度特性を改善した構成を提供
するものである。即ち、前記エッチングストップ層が超
格子層になっていることを特徴とする（請求項５に対
応）。具体例を第二実施例に示す。
活性層ないし導波層と基板間に存在する光ガイド層の四
元混晶内に超格子構造を局在させエッチングストップ層
とする事により、グレーティングの高さ制御が容易で、
かつ平坦性に優れた活性層ないし導波層を実現すると共
に、電圧降下を小さくし温度特性を改善した構成を提供
するものである。即ち、前記エッチングストップ層が超
格子層になっていることを特徴とする（請求項５に対
応）。具体例を第二実施例に示す。
【００１３】本発明を実現する第六の手段は、例えば、
活性層ないし導波層と基板間に存在する光ガイド層の四
元混晶内に二元混晶を局在させることにより、グレーテ
ィングの高さ制御が容易で、かつ平坦性に優れた活性層
ないし導波層が得られる集積化デバイスを提供するもの
である。即ち、共振器方向の一部の領域に回折格子を有
すると共に、少なくとも共振器方向に独立に電流注入可
能な２つ以上の電極を有することを特徴とする（請求項
６に対応）。具体例を第三実施例に示す。
活性層ないし導波層と基板間に存在する光ガイド層の四
元混晶内に二元混晶を局在させることにより、グレーテ
ィングの高さ制御が容易で、かつ平坦性に優れた活性層
ないし導波層が得られる集積化デバイスを提供するもの
である。即ち、共振器方向の一部の領域に回折格子を有
すると共に、少なくとも共振器方向に独立に電流注入可
能な２つ以上の電極を有することを特徴とする（請求項
６に対応）。具体例を第三実施例に示す。
【００１４】
第一実施例 図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を用いて本発明の第一実施
例について説明する。図１において、１１は基板である
ところのｎ−ＩｎＰである。１２は下部光ガイド層の一
部である０．０４μｍ厚で成長したｕｎｄｏｐｅｄ Ｉ
ｎＧａＡｓＰである。１３はエッチングストップ層とし
て使用する０．０１μｍ厚のｕｎｄｏｐｅｄ ＩｎＰで
ある。１４は下部光ガイド層の一部である０．０５μｍ
厚で成長したｕｎｄｏｐｅｄ ＩｎＧａＡｓＰである。
１２、１３、１４で下部光ガイド層を構成する。この３
層を積層して一旦成長を中断する。
例について説明する。図１において、１１は基板である
ところのｎ−ＩｎＰである。１２は下部光ガイド層の一
部である０．０４μｍ厚で成長したｕｎｄｏｐｅｄ Ｉ
ｎＧａＡｓＰである。１３はエッチングストップ層とし
て使用する０．０１μｍ厚のｕｎｄｏｐｅｄ ＩｎＰで
ある。１４は下部光ガイド層の一部である０．０５μｍ
厚で成長したｕｎｄｏｐｅｄ ＩｎＧａＡｓＰである。
１２、１３、１４で下部光ガイド層を構成する。この３
層を積層して一旦成長を中断する。
【００１５】この後、膜１４中にピッチ２２０ｎｍのグ
レーティング１５を形成する。手順は、まず、Ｈｅ−Ｃ
ｄレーザを用いた２光束干渉露光にてピッチ２２０ｎｍ
のレジストパターン２３を膜１４の上に作成し、このレ
ジストパターン２３をマスクとして図１（ｂ）に示す様
なグレーティング１５を形成する。このグレーティング
１５を形成するための膜１４のエッチングは、硫酸系エ
ッチャントを用いたウエットエッチング法である。この
工程で特徴的なことは、１３のｕｎｄｏｐｅｄＩｎＰエ
ッチングストップ層があるため、グレーティング１５の
高さが初期に積層した膜１４の厚みよりも高くならない
ことである。グレーティングが高いとその上に成長する
膜に欠陥が導入されやすく、また先にも述べた様に、高
さのばらつきが多いと完全にグレーティングを埋めるこ
とができず、レーザ特性の低下の原因になる。本実施例
では、１３に示すストップ層があるため、グレーティン
グ１５の高さを常に一定とすることができる。
レーティング１５を形成する。手順は、まず、Ｈｅ−Ｃ
ｄレーザを用いた２光束干渉露光にてピッチ２２０ｎｍ
のレジストパターン２３を膜１４の上に作成し、このレ
ジストパターン２３をマスクとして図１（ｂ）に示す様
なグレーティング１５を形成する。このグレーティング
１５を形成するための膜１４のエッチングは、硫酸系エ
ッチャントを用いたウエットエッチング法である。この
工程で特徴的なことは、１３のｕｎｄｏｐｅｄＩｎＰエ
ッチングストップ層があるため、グレーティング１５の
高さが初期に積層した膜１４の厚みよりも高くならない
ことである。グレーティングが高いとその上に成長する
膜に欠陥が導入されやすく、また先にも述べた様に、高
さのばらつきが多いと完全にグレーティングを埋めるこ
とができず、レーザ特性の低下の原因になる。本実施例
では、１３に示すストップ層があるため、グレーティン
グ１５の高さを常に一定とすることができる。
【００１６】グレーティング１５の加工が終了した後の
プロセスについて、図１（ｃ）をもつて説明する。レー
ザの活性層を形成するためにグレーティング１５を平坦
化する。１６は、ＩｎＧａＡｓＰより平坦化に優れたｕ
ｎｄｏｐｅｄ ＩｎＰ膜である。ＩｎＧａＡｓＰを用い
ると、通常、平坦化を実現するために０．ｌμｍ程度の
厚みを必要とするが、本実施例のＩｎＰでは約０．０５
μｍと、半分の膜厚で平坦化を実現している。この様に
平坦化した上に、１７に示す活性層である６０ÅのＩｎ
ＧａＡｓ ウェル（５層）と１００ÅのＩｎＧａＡｓＰ
バリア（４層）からなるＭＱＷ層を積層する。更に、
１８は上部光ガイド層であるｕｎｄｏｐｅｄ ＩｎＧａ
ＡｓＰ（厚さ０．１μｍ）で、１９は上部クラッドであ
るＢｅｄｏｐｅｄ ＩｎＰ（厚さ１．３μｍ）である。
最後に、２０に示す電極コンタクト層であるＢｅ ｄｏ
ｐｅｄ ＩｎＧａＡｓＰを０．３μｍ積層して、レーザ
構造が形成される。また、図１中、２１はｐ側電極、２
２はｎ側の共通電極である。
プロセスについて、図１（ｃ）をもつて説明する。レー
ザの活性層を形成するためにグレーティング１５を平坦
化する。１６は、ＩｎＧａＡｓＰより平坦化に優れたｕ
ｎｄｏｐｅｄ ＩｎＰ膜である。ＩｎＧａＡｓＰを用い
ると、通常、平坦化を実現するために０．ｌμｍ程度の
厚みを必要とするが、本実施例のＩｎＰでは約０．０５
μｍと、半分の膜厚で平坦化を実現している。この様に
平坦化した上に、１７に示す活性層である６０ÅのＩｎ
ＧａＡｓ ウェル（５層）と１００ÅのＩｎＧａＡｓＰ
バリア（４層）からなるＭＱＷ層を積層する。更に、
１８は上部光ガイド層であるｕｎｄｏｐｅｄ ＩｎＧａ
ＡｓＰ（厚さ０．１μｍ）で、１９は上部クラッドであ
るＢｅｄｏｐｅｄ ＩｎＰ（厚さ１．３μｍ）である。
最後に、２０に示す電極コンタクト層であるＢｅ ｄｏ
ｐｅｄ ＩｎＧａＡｓＰを０．３μｍ積層して、レーザ
構造が形成される。また、図１中、２１はｐ側電極、２
２はｎ側の共通電極である。
【００１７】本実施例では、グレーティング１５の高さ
を常に一定にできること、およびグレーティング１５の
凹凸の埋め込みにＩｎＰ１６を使用している為、容易に
平坦な面が得られる。この結果、デバイス作製の再現性
も向上し、寿命、信頼性の点で優れた結果となった。こ
れに加え、図１（ｃ）において、グレーティング１５よ
りも基板１１側に、１２に示すＩｎＧａＡｓＰ層（屈折
率が比較的大きい）があるため、屈折率の関係から図１
（ｃ）の２４に示すように光がグレーティング１５より
も外側に広がり、グレーティング１５の結合効率が改善
される。また、１６に示す様にＩｎＰの埋め込みを使用
している為、グレーティング１５と活性層１７が近くな
り、同様に結合効率の改善が図れている。本実施例で
は、基板にｎ‐−ＩｎＰを用いたが、ｐ−ＩｎＰ基板を
用いても同様の積層構造で本構成は可能である。
を常に一定にできること、およびグレーティング１５の
凹凸の埋め込みにＩｎＰ１６を使用している為、容易に
平坦な面が得られる。この結果、デバイス作製の再現性
も向上し、寿命、信頼性の点で優れた結果となった。こ
れに加え、図１（ｃ）において、グレーティング１５よ
りも基板１１側に、１２に示すＩｎＧａＡｓＰ層（屈折
率が比較的大きい）があるため、屈折率の関係から図１
（ｃ）の２４に示すように光がグレーティング１５より
も外側に広がり、グレーティング１５の結合効率が改善
される。また、１６に示す様にＩｎＰの埋め込みを使用
している為、グレーティング１５と活性層１７が近くな
り、同様に結合効率の改善が図れている。本実施例で
は、基板にｎ‐−ＩｎＰを用いたが、ｐ−ＩｎＰ基板を
用いても同様の積層構造で本構成は可能である。
【００１８】第二実施例 第二実施例を図２をもって説明する。図２の基本構成は
図１に示したものと同じである。異なっている点は、２
５のエッチングストップ層をＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰの
多層膜で構成した点にある。エッチングストップ層２５
のＩｎＰの膜厚は１００Å、ＩｎＧａＡｓＰの膜厚は６
０Åとしている。エッチングストップ層２５はこの組み
合わせを３回繰り返した構成となっている。
図１に示したものと同じである。異なっている点は、２
５のエッチングストップ層をＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰの
多層膜で構成した点にある。エッチングストップ層２５
のＩｎＰの膜厚は１００Å、ＩｎＧａＡｓＰの膜厚は６
０Åとしている。エッチングストップ層２５はこの組み
合わせを３回繰り返した構成となっている。
【００１９】多層膜構成は、ｕｎｄｏｐｅｄ ＩｎＰを
単に厚くする場合に比較して、ＩｎＧａＡｓＰ膜厚を制
御することによりバンド端を低く制御できるため、この
ストップ層２５での電圧降下が少なくなる。よって、活
性層１７付近での発熱が低減され、温度特性の良いレー
ザが得られる。加えて、エッチングストップ層２５を多
層構造にする事により、エッチング選択性も向上させる
ことが可能である。本実施例では、１５のグレーティン
グを硫酸系エッチャントで形成している。エッチャント
使用法は、硫酸：水：過酸化水素＝１：１０：１で、液
温度１０℃にて１０秒である。
単に厚くする場合に比較して、ＩｎＧａＡｓＰ膜厚を制
御することによりバンド端を低く制御できるため、この
ストップ層２５での電圧降下が少なくなる。よって、活
性層１７付近での発熱が低減され、温度特性の良いレー
ザが得られる。加えて、エッチングストップ層２５を多
層構造にする事により、エッチング選択性も向上させる
ことが可能である。本実施例では、１５のグレーティン
グを硫酸系エッチャントで形成している。エッチャント
使用法は、硫酸：水：過酸化水素＝１：１０：１で、液
温度１０℃にて１０秒である。
【００２０】この様に、エッチングストップ層２５に多
層膜を利用することにより選択性が向上し、グレーティ
ング作製の再現性がさらに向上した。
層膜を利用することにより選択性が向上し、グレーティ
ング作製の再現性がさらに向上した。
【００２１】第三実施例 図３をもって第三実施例を説明する。本実施例では、多
電極構成で少なくとも一部にグレーティングを有する基
板上にレーザ構造を作製している。図３において、３１
は基板であるところのｎ−ＩｎＰである。この上に、３
２の光ガイド層ｕｎｄｏｐｅｄ ＩｎＧａＡｓＰを０．
０５μｍ、続いて３３のエッチングストップ層であるｕ
ｎｄｏｐｅｄ ＩｎＰ、４４であるｕｎｄｏｐｅｄ Ｉ
ｎＧａＡｓＰを０．０４μｍ積層して、一旦成長を中断
する。この後、波長選択領域（右側領域）に対応すると
ころに、３４に示すグレーティングを形成する。利得領
域（左側領域）では、ｕｎｄｏｐｅｄ ＩｎＧａＡｓＰ
層４４をそのまま残している。
電極構成で少なくとも一部にグレーティングを有する基
板上にレーザ構造を作製している。図３において、３１
は基板であるところのｎ−ＩｎＰである。この上に、３
２の光ガイド層ｕｎｄｏｐｅｄ ＩｎＧａＡｓＰを０．
０５μｍ、続いて３３のエッチングストップ層であるｕ
ｎｄｏｐｅｄ ＩｎＰ、４４であるｕｎｄｏｐｅｄ Ｉ
ｎＧａＡｓＰを０．０４μｍ積層して、一旦成長を中断
する。この後、波長選択領域（右側領域）に対応すると
ころに、３４に示すグレーティングを形成する。利得領
域（左側領域）では、ｕｎｄｏｐｅｄ ＩｎＧａＡｓＰ
層４４をそのまま残している。
【００２２】この様に一部にグレーティング３４を形成
した光ガイド層４４上に、３５に示すｕｎｄｏｐｅｄ
ｌｎＰで埋め込みを行う。第一実施例でも説明した様
に、ＩｎＰを使用することによりグレーティング３４の
埋め込みに必要とされる膜厚が薄くてすむ。更に、３６
は、活性層であるｕｎｄｏｐｅｄ ＩｎＧａＡｓＰであ
る。組成は波長１．５５μｍに合わせている。３７は上
部光ガイド層であるｕｎｄｏｐｅｄ ＩｎＧａＡｓＰで
ある。その組成は波長１．３μｍに合わせた。この後、
上部クラッドであるＢｅ ｄｏｐｅｄ ｌｎＰ３８を
１．５μｍ積層し、最後に３９に示すＢｅ ｄｏｐｅｄ
ｌｎＧａＡｓを０．３μｍ積層して、成長を終わる。
成長終了後、波長選択領域（右側領域）と利得領域（左
側領域）を分けるために、溝４０を上部光ガイド層３７
の近くまでエッチングしている。また、図３中、４１は
ｎ側の共通電極であり、４２は利得領域のｐ側電極、４
３は波長選択領域のｐ側電極である。
した光ガイド層４４上に、３５に示すｕｎｄｏｐｅｄ
ｌｎＰで埋め込みを行う。第一実施例でも説明した様
に、ＩｎＰを使用することによりグレーティング３４の
埋め込みに必要とされる膜厚が薄くてすむ。更に、３６
は、活性層であるｕｎｄｏｐｅｄ ＩｎＧａＡｓＰであ
る。組成は波長１．５５μｍに合わせている。３７は上
部光ガイド層であるｕｎｄｏｐｅｄ ＩｎＧａＡｓＰで
ある。その組成は波長１．３μｍに合わせた。この後、
上部クラッドであるＢｅ ｄｏｐｅｄ ｌｎＰ３８を
１．５μｍ積層し、最後に３９に示すＢｅ ｄｏｐｅｄ
ｌｎＧａＡｓを０．３μｍ積層して、成長を終わる。
成長終了後、波長選択領域（右側領域）と利得領域（左
側領域）を分けるために、溝４０を上部光ガイド層３７
の近くまでエッチングしている。また、図３中、４１は
ｎ側の共通電極であり、４２は利得領域のｐ側電極、４
３は波長選択領域のｐ側電極である。
【００２３】上記の様な多電極構成においても、ＩｎＧ
ａＡｓＰ光ガイド層内にＩｎＰストップ層３３を設けた
構成が有効であることが示された。動作は上記実施例と
実質的に同じであるが、本実施例では波長選択領域への
電流を制御することで発振波長を可変にできる。
ａＡｓＰ光ガイド層内にＩｎＰストップ層３３を設けた
構成が有効であることが示された。動作は上記実施例と
実質的に同じであるが、本実施例では波長選択領域への
電流を制御することで発振波長を可変にできる。
【００２４】第四実施例 光ガイド層内にＩｎＰのエッチングストップ層を導入し
たグレーティング形成法は、活性層上にグレーティング
を形成する場合にもメリットがある。１つは、グレーテ
ィングと活性層の距離が成長膜厚精度で再現性良く確保
でき、信頼性が向上する。２つ目は、グレーティングの
高さを精度良くコントロールできる。グレーティングと
活性層の距離、及びグレーティングの形状をコントロー
ルすることは、結合効率を制御する点で重要な要素であ
り、特性の揃ったＤＦＢレーザを供給することが可能と
なる。
たグレーティング形成法は、活性層上にグレーティング
を形成する場合にもメリットがある。１つは、グレーテ
ィングと活性層の距離が成長膜厚精度で再現性良く確保
でき、信頼性が向上する。２つ目は、グレーティングの
高さを精度良くコントロールできる。グレーティングと
活性層の距離、及びグレーティングの形状をコントロー
ルすることは、結合効率を制御する点で重要な要素であ
り、特性の揃ったＤＦＢレーザを供給することが可能と
なる。
【００２５】本実施例について図４（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）を用いて説明する。図４（ａ）において、５１は
基板であるところのｎ−ＩｎＰ基板である。５２は、下
部光ガイド層であるＳｉ ｄｏｐｅｄ ＩｎＧａＡｓＰ
で、厚みは０．ｌμｍとしている。５３は活性層であ
る。構成は、ＩｎＧａＡｓ ウェル（厚さ６０Å）を５
層とバリアとしてＩｎＧａＡｓＰ（厚さ１００Å）を４
層交互に積層している。この上に、本発明の特徴である
ＩｎＰエッチングストップ層を含む上部光ガイド層を積
層する。構成は、５４がｕｎｄｏｐｅｄ ＩｎＧａＡｓ
Ｐで厚さ０．０５μｍとしている。５５はｕｎｄｏｐｅ
ｄ ＩｎＰエッチングストップ層であり０．０２μｍの
厚さである。５６はＢｅ ｄｏｐｅｄ ＩｎＧａＡｓＰ
層で厚みは０．０４μｍである。５４、５５、５６の層
で上部光ガイド層を構成している。層５６で、一旦成長
を中断しグレーティング５７を形成する。
（ｃ）を用いて説明する。図４（ａ）において、５１は
基板であるところのｎ−ＩｎＰ基板である。５２は、下
部光ガイド層であるＳｉ ｄｏｐｅｄ ＩｎＧａＡｓＰ
で、厚みは０．ｌμｍとしている。５３は活性層であ
る。構成は、ＩｎＧａＡｓ ウェル（厚さ６０Å）を５
層とバリアとしてＩｎＧａＡｓＰ（厚さ１００Å）を４
層交互に積層している。この上に、本発明の特徴である
ＩｎＰエッチングストップ層を含む上部光ガイド層を積
層する。構成は、５４がｕｎｄｏｐｅｄ ＩｎＧａＡｓ
Ｐで厚さ０．０５μｍとしている。５５はｕｎｄｏｐｅ
ｄ ＩｎＰエッチングストップ層であり０．０２μｍの
厚さである。５６はＢｅ ｄｏｐｅｄ ＩｎＧａＡｓＰ
層で厚みは０．０４μｍである。５４、５５、５６の層
で上部光ガイド層を構成している。層５６で、一旦成長
を中断しグレーティング５７を形成する。
【００２６】第一実施例で説明した作製法により、５６
のＢｅ ｄｏｐｅｄ ＩｎＧａＡｓＰ層を図４（ｂ）に
示す様に加工し、グレーティング５７を形成する。グレ
ーティング５７の高さは、ストップ層５５であるｕｎｄ
ｏｐｅｄ ＩｎＰがあるために深くエッチングされるこ
とがなく、ほぼ層５６に示した積層膜厚となり、形状も
一定となる。また、活性層５３とグレーティング５７間
の距離についても、ストップ層５５があることにより深
くエッチングされることがないため、層５４と層５５分
の層厚が常に一定に保たれ、その距離も一定となる。グ
レーティング５７を形成した後は、５８に示すＢｅ ｄ
ｏｐｅｄ ｌｎＰクラッドを１．３μｍ形成し、最後に
５９に示すＢｅ ｄｏｐｅｄ ｌｎＧａＡｓコンタクト
層を形成して、レーザの作製が終了する。
のＢｅ ｄｏｐｅｄ ＩｎＧａＡｓＰ層を図４（ｂ）に
示す様に加工し、グレーティング５７を形成する。グレ
ーティング５７の高さは、ストップ層５５であるｕｎｄ
ｏｐｅｄ ＩｎＰがあるために深くエッチングされるこ
とがなく、ほぼ層５６に示した積層膜厚となり、形状も
一定となる。また、活性層５３とグレーティング５７間
の距離についても、ストップ層５５があることにより深
くエッチングされることがないため、層５４と層５５分
の層厚が常に一定に保たれ、その距離も一定となる。グ
レーティング５７を形成した後は、５８に示すＢｅ ｄ
ｏｐｅｄ ｌｎＰクラッドを１．３μｍ形成し、最後に
５９に示すＢｅ ｄｏｐｅｄ ｌｎＧａＡｓコンタクト
層を形成して、レーザの作製が終了する。
【００２７】以上説明した様に、活性層５３上にグレー
ティング５７を有する構成においても、ＩｎＧａＡｓＰ
層５４、５６中にＩｎＰエッチングストップ層５５を含
む構成が、デバイス作製上、及び信頼性の上で有効であ
ることがわかった。
ティング５７を有する構成においても、ＩｎＧａＡｓＰ
層５４、５６中にＩｎＰエッチングストップ層５５を含
む構成が、デバイス作製上、及び信頼性の上で有効であ
ることがわかった。
【００２８】尚、上記実施例にはＣｈｅｍｉｃａｌ Ｂ
ｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ（ＣＢＥ）装置を用いて結晶成
長を行っている。基板温度は約４８０℃で、ＩＩＩ族原
料としてはＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＥＧ
（トリエチルガリウム）、Ｖ族原料としては、ＡｓＨ3
（アルシン）、ＰＨ3（ホスフィン）を使用している。
ただし、本発明における構成は、ＣＢＥ成長法、及び上
記材料にこだわるものではない。成長法としては、他に
分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、有機金属気相成長法
（ＭＯＣＶＤ）、ＭＯＶＰＥ等でも実現可能である。一
方、原料についてもＴＭＧ、トリメチルアルシン等の材
料が使用できる。
ｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ（ＣＢＥ）装置を用いて結晶成
長を行っている。基板温度は約４８０℃で、ＩＩＩ族原
料としてはＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＥＧ
（トリエチルガリウム）、Ｖ族原料としては、ＡｓＨ3
（アルシン）、ＰＨ3（ホスフィン）を使用している。
ただし、本発明における構成は、ＣＢＥ成長法、及び上
記材料にこだわるものではない。成長法としては、他に
分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、有機金属気相成長法
（ＭＯＣＶＤ）、ＭＯＶＰＥ等でも実現可能である。一
方、原料についてもＴＭＧ、トリメチルアルシン等の材
料が使用できる。
【００２９】上記各実施例において、基板はｎ型ＩｎＰ
を使用しているが、ｐ型でもよく、不純物の種類を変え
ることにより、容易にｐ型基板を用いたレーザ等の半導
体装置を作製することができる。
を使用しているが、ｐ型でもよく、不純物の種類を変え
ることにより、容易にｐ型基板を用いたレーザ等の半導
体装置を作製することができる。
【００３０】また、上記各実施例は主としてＤＦＢ型半
導体レーザに本発明の考え方を適用していたが、分布反
射型（ＤＢＲ）半導体レーザ等の半導体装置であって導
波層（光ガイド層）にグレーティングを有する半導体装
置にも本発明の概念は適用できる。
導体レーザに本発明の考え方を適用していたが、分布反
射型（ＤＢＲ）半導体レーザ等の半導体装置であって導
波層（光ガイド層）にグレーティングを有する半導体装
置にも本発明の概念は適用できる。
【００３１】また、上記各実施例では、ＩｎＰ／ＩｎＧ
ａＡｓＰ系の半導体装置について説明したが、本発明の
概念は、同様の原理に基づいて、ＡｌＧａＡｓ系、Ａｌ
ＧａＩｎＰ系の半導体装置にも適用できる。
ａＡｓＰ系の半導体装置について説明したが、本発明の
概念は、同様の原理に基づいて、ＡｌＧａＡｓ系、Ａｌ
ＧａＩｎＰ系の半導体装置にも適用できる。
【００３２】
【発明の効果】上記構成の本発明により、以下の様な効
果が奏される（各実施例及び請求項に対応して述べる。
果が奏される（各実施例及び請求項に対応して述べる。
【００３３】第一の実施例において、下部或は上部光ガ
イド層内にＩｎＰ層などのストップ層を設けること、及
び場合によっては、ＩｎＰなどによるグレーティングの
埋め込みにより、グレーティングの高さ制御が容易とな
り、更にはグレーティングの平坦化が促進され、所望の
結合効率が得られる様になった。加えて、活性層ないし
導波層とグレーティングの距離が再現性良く確保でき、
デバイス作製上、特性上の点で信頼性が向上した（請求
項１、２、３に対応）。
イド層内にＩｎＰ層などのストップ層を設けること、及
び場合によっては、ＩｎＰなどによるグレーティングの
埋め込みにより、グレーティングの高さ制御が容易とな
り、更にはグレーティングの平坦化が促進され、所望の
結合効率が得られる様になった。加えて、活性層ないし
導波層とグレーティングの距離が再現性良く確保でき、
デバイス作製上、特性上の点で信頼性が向上した（請求
項１、２、３に対応）。
【００３４】第二の実施例において、下部或は上部光ガ
イド層内に超格子層のストップ層を設けることにより、
電圧降下が低減され、温度特性が改善された構成が提供
できる。この結果、デバイス作製上、特性上で信頼性が
向上した（請求項５に対応）。
イド層内に超格子層のストップ層を設けることにより、
電圧降下が低減され、温度特性が改善された構成が提供
できる。この結果、デバイス作製上、特性上で信頼性が
向上した（請求項５に対応）。
【００３５】第三の実施例において、グレーティング領
域を有する半導体集積化デバイスに、上記構成を使用す
ることで、グレーティング領域の作製精度が向上し、再
現性が良く信頼性の優れた高効率の多電極集積型レーザ
などの半導体装置を作製することが可能となった（請求
項６に対応）。
域を有する半導体集積化デバイスに、上記構成を使用す
ることで、グレーティング領域の作製精度が向上し、再
現性が良く信頼性の優れた高効率の多電極集積型レーザ
などの半導体装置を作製することが可能となった（請求
項６に対応）。
【００３６】第四の実施例において、光ガイド層内にＩ
ｎＰ層などのストップ層を設けることにより、活性層な
いし導波層とグレーティングの距離、及びグレーティン
グの形状が再現性良く確保できることにより、常に一定
のデバイス特性を持つレーザ等が作製できるようになっ
た。この結果、活性層ないし導波層より上にグレーティ
ングを形成するデバイスにおいても本発明が有効である
ことを示している（請求項４に対応）。
ｎＰ層などのストップ層を設けることにより、活性層な
いし導波層とグレーティングの距離、及びグレーティン
グの形状が再現性良く確保できることにより、常に一定
のデバイス特性を持つレーザ等が作製できるようになっ
た。この結果、活性層ないし導波層より上にグレーティ
ングを形成するデバイスにおいても本発明が有効である
ことを示している（請求項４に対応）。
【図１】図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｃ）は本発明
の第一実施例を説明する図。
の第一実施例を説明する図。
【図２】図２は本発明の第二実施例を説明する図。
【図３】図３は本発明の第三実施例を説明する図。
【図４】図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）は本発明
の第四実施例を説明する図。
の第四実施例を説明する図。
【図５】図５は従来例を説明する断面図。
１１、３１、５１ 基板 １２、１４、１８、３２、３７、４４、５２、５４、５
６ 光ガイド層 １３、２５、３３、５５ エッチングストップ層 １５、３４、５７ グレーティング １６、３５ ＩｎＰ層 １７、３６、５３ 活性層 １９、３８、５８ クラッド層 ２０、３９、５９ コンタクト層 ２１、２２、４１、４２、４３ 電極 ２３ レジストパターン ２４ 光分布 ４０ 溝
６ 光ガイド層 １３、２５、３３、５５ エッチングストップ層 １５、３４、５７ グレーティング １６、３５ ＩｎＰ層 １７、３６、５３ 活性層 １９、３８、５８ クラッド層 ２０、３９、５９ コンタクト層 ２１、２２、４１、４２、４３ 電極 ２３ レジストパターン ２４ 光分布 ４０ 溝
Claims (6)
- 【請求項１】光ガイド層を含む半導体装置において、該
光ガイド層中にエッチングストップ層を含み、該エッチ
ングストップ層直上の光ガイド層に回折格子が形成され
ていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】回折格子をＩｎＰなどの２元化合物で埋め
込むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。 - 【請求項３】活性層ないし導波層とクラッド層の間に前
記光ガイド層を含む構造であることを特徴とする請求項
１または２記載の半導体装置。 - 【請求項４】活性層ないし導波層の上に前記光ガイド層
を含む構造であることを特徴とする請求項１または２記
載の半導体装置。 - 【請求項５】前記エッチングストップ層が超格子層にな
っていることを特徴とする請求項１、２、３または４記
載の半導体装置。 - 【請求項６】共振器方向の一部の領域に回折格子を有す
ると共に、少なくとも共振器方向に独立に電流注入可能
な２つ以上の電極を有することを特徴とする請求項１、
２、３、４または５記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19140496A JPH1022572A (ja) | 1996-07-02 | 1996-07-02 | 光ガイド層に回折格子が形成されている半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19140496A JPH1022572A (ja) | 1996-07-02 | 1996-07-02 | 光ガイド層に回折格子が形成されている半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1022572A true JPH1022572A (ja) | 1998-01-23 |
Family
ID=16274049
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19140496A Pending JPH1022572A (ja) | 1996-07-02 | 1996-07-02 | 光ガイド層に回折格子が形成されている半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1022572A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002111126A (ja) * | 2000-09-28 | 2002-04-12 | Fujitsu Ltd | 半導体レーザ |
| JP2011049535A (ja) * | 2009-07-30 | 2011-03-10 | Hamamatsu Photonics Kk | 分布帰還型半導体レーザ |
| JP2013110208A (ja) * | 2011-11-18 | 2013-06-06 | Fujitsu Ltd | 光半導体素子及びその製造方法 |
-
1996
- 1996-07-02 JP JP19140496A patent/JPH1022572A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002111126A (ja) * | 2000-09-28 | 2002-04-12 | Fujitsu Ltd | 半導体レーザ |
| JP2011049535A (ja) * | 2009-07-30 | 2011-03-10 | Hamamatsu Photonics Kk | 分布帰還型半導体レーザ |
| JP2013110208A (ja) * | 2011-11-18 | 2013-06-06 | Fujitsu Ltd | 光半導体素子及びその製造方法 |
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