JPS6180885A - 半導体レ−ザおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は少なくとも活性層と、一方の面に回折格子が形
成された党ガイド層とを有する分布帰還型半導体レーザ
、あるいは分布ブラック反射型半導体レーザに関する。

（従来技術とその問題点） 素子内部につくりっけの回折格子を有する分布帰還型半
導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）、および分布ブラック反射
型半導体レーザ（ＤＢＲ−ＬＤ）ｉＧ　ｂ　／　ｓ　　
レベルの高速変調時にも安定な単一軸モード動作全示し
、長距離・大容量光ファイバ通信用光源として有望視さ
れている。特に光ファイバの伝送損失が最少となる波長
１．５μｍ帯において、ＩｎＰを基板、ＩｎＧａＡｓＰ
１活性層とするＤＦＢ−ＬＤ、　　Ｄｓｉ−ＬＤが開発
され、実用レベルに近づく特性が得られるようになって
きた。

ところでこれらのＬＤにおいては通常のへきかい法によ
りてレーザ出力端面を形成すると７アプリペローモード
が比較的発振しやすくなり、単一軸モード発振の歩留り
低下が生じるためファブリペローモードを十分に抑制す
るために少なくとも一方の出力端面の反射率を低下させ
る方法がとられている。

そのための一方法として例えば従来エレクトロニクス、
レタース誌（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、　Ｌｅｔｔ、１３゜（
１９８２）、　　１００６）において板屋氏らは第３図
に示すような端面傾斜型ＤＦＢ−ＬＤを試作した。

このＤＦＢ−ＬＤは一方の端面２１ヲエツチングによっ
て斜めに形成したものであり、へきかい面に対して約３
５°の角度を有しているために、その反射率は０．４％
程度となり、７アプリペローモードは十分に抑制するこ
とができる。しかしながらこのような端面傾斜型ＤＦＢ
−ＬＤにおいては傾斜端面２１において内部のレーザ光
は全反射することにな９、外部にモニタ元を取り出すこ
とができないという欠点かあった。

また秋葉氏らはアイ・トリプル・イー、クオンタム・エ
レクトロニクス誌（ＩＨＥＥ　Ｊ　、Ｑｕａｎｔｕｍｇ
ｌｅｃｔｒｏｎ、　望辷二陛、（１９８３）　−ｐｐ１
０５２　）において報告しているようなウィンド領域を
有するウィンド構造ＤＦＢ−ＬＤを開発した。このＤＦ
Ｂ−ＬＤはＷｊ４図において示すように活性層１ｔ−含
む埋め込みのメサストライプあの一方の端３２ヲクラッ
ド層で埋め込むことによりウィンド領域３１ｆ形成した
ものである。レーザ光５はメサストライプ端３２ｔ−出
射したのち透明なウィンド領域３１で拡かり、したがっ
てへきかい端面３４に到達して反射しても活性層１に結
合する量が少なく、実効的な反射率を１チ以下に低減す
ることができる。ところがこのタイプのＤＦＢ−ＬＤは
、活性層１を含むメサストライプ３３をエツチングして
形成した後埋　　　　　　１め込み成長を行なうもので
あるが、ＩｎＰ系の通常の埋め込み型半導体レーザに適
用するとメサストライプおが（１００）基板上の＜０１
１＞方向にそりて形成するために、メサストライプ端３
２において結晶的には不活性な（１１１）面が露出して
しまう。

これに埋め込み成長を行なおうとするとメサストライプ
端３２付近における結晶成長の再現性が悪くなり、埋め
込み構造にし次場合のもれ電流が大きくなる。したがっ
て十分な光出力を得ることができなかり几り、あるいは
製造の歩留りが悪いという欠点があり九〇 次に第３の従来例として、山口氏らはエレクトｏニクス
、レターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、Ｌｅｔｔ、２Ｑ。

（１９８４）　、　Ｐ２３３）　　において報告してい
るよりな人Ｒコート型ＤＦＢ−ＬＤｔ−開発した。この
ＤＦＢ−ＬＤは第５図に示すように出力端面に低反射率
端面を得る２メＯＡＲ（Ａｎ　ｔ　１−３ｅｆｌｅｃｔ
ｉｏｎ）コート膜４１ヲ形成することＫＪ：り、２％以
下の低反射率端面を再現性よく得ることができ、ファブ
リペローモードを十分に抑制することができた。しかも
低反射率の出力端面から元を取り出すことが可能なので
、高効率・高出力動作に有効であるという利点を有する
。ところがこの場合には、ＩＯ個程度のレーザペレット
を含む長さ３００μｆｎ穆度のバーに切り出してからＡ
Ｒココ−ノＪ４１ｔプラズマＣＶＤ、あるいはスパッタ
法によって形成することになり、１枚のウェファを一度
に加工するバッチプロセスが不可能であり、量産性に欠
けるという欠点がある。

以上はすべてＤＦＢ−ＬＤについて説明を行なつ次が、
ＤＢＨ−ＬＤ！でおいても同様にＤＢＲ領域領域端面反
射率を低減して７アプリペローモードを抑制する必要が
あるのは言うまでもない。

（発明の目的） 本発明の目的は以上のような従来技術の欠点を除去し、
ファブリペローモードが十分に抑制されかつ光出力のモ
ニタ可能で、特性の再現性、製造歩留り、量産性に優れ
た分布帰ａ型あるいけ分布ブラック反射型の半導体レー
ザおよびその芙造方法を提供することにある。

（発明の構成） 本発明の半導体レーザは、相対向した一対の出力端面と
、この端面間に設けられた活性層および活性層よりもエ
ネルギーギャップが大きく、かつ一方の面に回折格子が
形成された光ガイド層とを少なくとも備えている分布帰
還型あるいは分布ブラック反射型半導体レーザにおいて
、前記出力端面のうち前記光ガイド層が露出する一方の
出力端面に微小な凹凸を形成してその反射率をもう一方
の端面の反射率よりも低くしたことに特徴がある。

また、本発明の製造方法は、活性層と活性層よ５もエネ
ルギーギャップが大きく、かつ、一方の面に回折格子が
形成された光ガイド層とを少なくとも具備する分布帰還
型あるいは分布ブラック反射型攬層構造を形成する工程
と、一方の出力端面をへき開にて形成し、もう一方の出
力端面をドライエツチングにより形成する工程とを有す
る構成となっている。

（発明の作用・原理） ３つの従来例において示したように、ＤＦＢ−ＬＤ。

ＤＢＲ−ＬＤにおいては、７丁ブリベローモードを十分
抑制するとともに、モニタ光の取り出し、バッチプロセ
ス等が可能で、かつもれ電流も少なく良好なレーザ特性
を得ることが重要である。塘ずモニタ光金取ジ出すため
には、第１の実施−ｊに示したように、へきかい面から
あまり大きく：頃いてし、まうとレーザ光５が全反射さ
れ、素子内部にもどってしまうので出射端面６と反射の
端面はレーザ光５１に対してほぼ垂直に形成する必要が
ある。

ところがただ垂直４だけでは反射率を十分下げることが
できないので、本発明では端面ｆｃ免らして反射率を下
げた。また、そのための有効な手段としてドライエッチ
プロセスを用いた。通常の化学エツチング法によると傾
斜端面か形成されやすいが、異方性ドライエツチング技
術を用いることにより、端面をｅよは睡直に形成し、同
時にエツチングガスの種類、混合比ｔ−選ぶことによっ
て端面を荒らし、低反射端面全得ることが可能となる。

さ　　　　　　　　１らにこの方法によって数枚の半４
体し−ザウェファ全いっぺんに加工することが可能であ
ジ、量産性にも優れている。

（実施例１） 以下実施例を示す図面上用いて、本発明をより詳細に説
明する。

第１図は本発明による第１の実施例であるＤＦＢ−り、
Ｄの断面模式図上手す。（１００）面方位金有するｎ−
ＩｎＰ：Ｆ：、板４上に回折格子３を形成し１、そのう
えに光ガイド層２．活性層１、ｐ−ＩｎＰクラッド層等
ヲ精層接層、通常の工程でメサエッチング、埋め込み成
長を行ないレーザウェファ全作成した。活性層ＩＫは波
長１．５５μｍ相嶺のノンドープＩｎ　６．５１　Ｇａ
　＋１．４１　ＡＳｏ、ｅａ　Ｐ　Ｏ，＋ｏ　乃’５：
ｓ　　党ガイ゛ド／？Ｉｆ２にけ波長１３−　ｔｒ　ｍ
相当のｎ　−Ｉ　ｎ　（４４２Ｑａ　＋＋４）ＡＳｏ、
６□Ｐｏ、５ｑｆＰ全それぞれ用いた。回折格子３は周
期２４０ＣＩＡ　とし、ＩＩｅ　−Ｃｄ　ｊｆ　、ｔ、
　レーザｆ用いるレーザ干渉９光法等により形成した。

甘だ回折格子３の消失を防止するために結晶成長は５８
０℃程度の低い温度で行なった。これによって回折格子
は８　Ｑ　ＯＡ　、ｅＺの深富のものが再現性よ〈イユ
られ、結合係数ｋ（カッパ）は６Ｑａ８前後と高い値が
得られた。

このようにして作製したレーザウェファをドライエツチ
ングして低反射端面１１ヲ形成し、もう一方の出力端面
をへき開で形成した。ドライエツチングは通常の平行プ
レート・スパッタ・エツチングシステムを用いて行なっ
た。８　ｉ　０　ｚ　膜ｆマスクとし％ＣＣ１ｊａと０
２の混合ガスを用いてエツチングを行なりた。この場合
８　ｉ　０　ｔとＩ　ｎ　Ｐ　＃　Ｉ　ｎ（）ａＡＳＰ
　半導体層のエッチ速度の比は０．２程度であり０．８
μｍ程度の厚い５ｉＱｚ膜をマスクとして用いた。ＣＣ
１ａと０２ガスの混合比を適当に選ぶことにより端面を
忘らしてやることができ、５〜１０％程度の反射率が再
現性よく得られた。ファブリペローモード抑制のための
低反射面としては従来例と比べて低いとは言えないが、
これまでの実験結果から結合係数ｋが３０〜４０ｃｎＬ
　程度あればｌＯチの反射率でも十分にファブリペロー
モードが抑制できることがわかっており、６Ｑａ１程度
のｋの値に対しては十分であった。このようにして作製
したＤＦＢ−ＬＤにおいて、室温ＣＷにおける発振しき
い値電流２０　ｍ　Ａ、微分量子効率２０％、最大光出
力３０〜４０ｆｆｌＷ、最高ＣＷ動動作温度１００程程
の素子が再現性よく得られた。また主モードと副モード
との軸モード選択度を測定したところ３５ｄ１３と良好
な軸モード選択性を示し、２Ｇｂ／ｓの超高速変調時に
も十分安定（（単一軸モード発掘を示した。また出力光
のモニタも良好に行なえた。

第１の実施例においては、ドライエツチングによって低
反射へ面金形成することにより、モニタ光取り出し可能
で、特性の再現性が良く、量産性に優れたＤＦＢ−ＬＤ
を得ることができた。

（実施例２） 以上はすべてＤＦ＋３−ＬＤについて説明を行なってき
たが、ファブリペローモードの抑制はＤＢＲ−ＬＤにお
いても重要な問題である。第２図に本発明の第２の実施
例であるＤＢＲ−ＬＤの模式図を示す。この場合には回
折格子３全形成した基板４上に光ガイド層２全まず成長
し７、そののち活性層１等をｆ択的て積層して図に示す
ような直接結合型Ｄ　ｆ３　Ｒ−Ｊ、　Ｄ−ｉ作製した
。メサエッチング、埋め込み成長を第１の実施例の場合
と同様に行ない、レーザウェファを作製したのち同様の
ドライエツチングプロセスで光ガイド層２側に低反射端
面１１全作成した。このようなりＨＲ−ＬＤにおいても
第１の実施例に示したとほぼ同様の優れた特性を得た。

なお本発明の実施例においてはＩｎＰおよびそれにはン
丁格子整合したＩｎａａＡｓｐ層よ！ｌｌなる半導体レ
ーザ金示したが、用いる生温体材料はもちろんこれに限
るものではなく、可視光領域から遠赤外領域までをカバ
ーすべく、１　ｎＧａ　Ｐ、　ｉ　ｎＧａｋｌＰ、Ｇａ
Ａ４ＡｓＳｂ等、他０あらゆる牛４体材料を用いてさし
つかえなめ。また回折、格子３は基板上に形成し、その
うえに元ガイド層２、活α層】の順に成長したが、もち
ろんこれに限ることなく、あらかじめ活性層１．光ガイ
ド層２を積層し　　　　　　また後に回折格子３を形成
し、そのうえクラッド層を積層する方法をとってもよい
。第２の実施例においては直接結合型のＤＢＲ−ＬＤ’
５示したが、レーザ光５と光ガイド層２との結合の方法
はもちろんこれに限るものではなく、テーパ結合、２重
導波路結合等の方法全周いて何ら差しつかえない。

もちろんストライプ１１り造と（７ては埋め込み構造に
限るものではなく、プレーナストライブ等種々の構造で
あってづしつかえない。また、反射率の低い出力端面の
形成にドライエツチング法を用いた例を示したが、他の
方法、例えば端面に酸化ａり金属膜等の薄膜全形成した
後、この薄膜全除去してｌＬａ面金荒す方法（金属膜の
場合は熱処理してアロイ化した後除去するとよい）等の
端面に微小な凹凸が形成できる方法であればどのような
方法を適用しても本発明の＋６体レーザ（７ｉ得られる
。

（免明の効果） 本発明の特徴は素子内部につくりっけの回折格子を有す
るｌｌ”Ｂ／ＤＢＲ−ＬＤにおいて、一方の端面に微小
なドライ凹凸を形成して低反射端面を形成したことであ
る。これによってレーザ出力のモニタカ容易となり、同
時にバッチプロセスも可能で、特性の再現性、製造歩留
りが向上し、量産性に優れたＤＦＢ−ＬＤ、ＤＢＲ−Ｌ
Ｄ　　を得ることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例であるＤＦＢ−ＬＤ、　
　第２図は本発明の第２の実施例であるＤＢＲ−ＬＤ、
第３．４．５図は従来例のＤＦＢ−ＬＤの断面模式図全
それぞれ示す。 図中、１は活性層、２は光ガイド層、３は回折格子、４
は基板、５はレーザ光、６は出力端面、１１は低反射端
面、２１は傾斜端面、３１はウィンド領域、３２はメサ
ストライプ端、３３はメサストライプ、３４けウィンド
端面、４１はＡＲコート膜をそれぞれあられす。 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）相対向した一対の出力端面と、この端面間に設け
   られた活性層および活性層よりもエネルギーギャップが
   大きく、かつ、一方の面に回折格子が形成された光ガイ
   ド層とを少なくとも備えている分布帰還型あるいは分布
   ブラック反射型半導体レーザにおいて、前記出力端面の
   うち前記光ガイド層が露出する一方の出力端面に微小な
   凹凸を形成してその反射率をもう一方の端面の反射率よ
   りも低くしたことを特徴とする半導体レーザ。
2. （２）活性層と、活性層よりもエネルギーギャップが大
   きく、かつ、一方の面に回折格子が形成された光ガイド
   層とを少なくとも具備する分布帰還型あるいは分布ブラ
   ック反射型積層構造を形成する工程と、一方の出力端面
   をへき開にて形成し、もう一方の出力端面をドライエッ
   チングにより形成する工程とを有することを特徴とする
   半導体レーザの製造方法。