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JP2005322849A - 半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents

半導体レーザおよびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】品質に優れる半導体レーザを安定的に提供する。
【解決手段】ｎ−ＩｎＰ基板１と、ｎ−ＩｎＰ基板１上に設けられている、歪ＭＱＷ活性層６を含む多層膜と、多層膜上に設けられているｐ側電極１８と、ｐ側電極１８の両脇において、多層膜を分離し、ｎ−ＩｎＰ基板１に達する一対の溝１５と、ｎ−ＩｎＰ基板１の上面または多層膜に含まれるいずれかの半導体膜の上面に設けられている回折格子形成面において、一対の溝１５の一方から他方にわたる領域に設けられている、複数の回折格子と、を備える半導体レーザを提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体レーザおよびその製造方法に関する。
分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）または分布ブラッグ反射型半導体レーザ（ＤＢＲレーザ）は、単一軸モードで発振し、中長距離の光通信用光源として広く用いられている。ＤＦＢレーザまたはＤＢＲレーザでは、近年ウェハ全体にわたって均一にしかも周期を精密に制御することを目的として、電子ビーム露光による回折格子パターン形成方法の適用が進められている。
この種の回折格子の描画端に関する技術として、特許文献１および特許文献２記載のものがある。これらの文献によれば、電子ビーム露光法により回折格子を形成するＤＦＢレーザにおいては、一般に回折格子を形成する領域と形成しない領域において、エッチング後の回折格子の凹部底面の平均的高さが異なる現象が見られる。このため、この回折格子が形成された基板上に活性層などを成長する場合、特に回折格子を形成する領域と形成しない領域の境界近傍に段差が生じ、成長層の結晶品質が低下する場合がある。
この現象に対して、特許文献１では、回折格子パターンを電子ビーム露光で形成し、回折格子を形成しない領域をさらにＤｅｅｐＵＶ露光する対策を講じている。この対策により、レジストで覆われる領域を減らすことによって、回折格子を形成する領域とそうでない領域との段差が低減される。また、この現象に対して、特許文献２では、露光時のパターンを変化させることにより、エッチングによる段差を抑制する対策を講じている。
一方、埋込み導波路型半導体レーザにおいて、メサ電極型の構造をとる場合に、電流ブロック層に起因する容量を低減して、高速応答を可能とする方法として、活性層の両脇に溝を形成したメサ型電極構造が、非特許文献１および非特許文献２に述べられている。この構造では、素子の容量の原因となるｐｎ電流ブロック層を取り除いて、ｐｎ接合の面積を減らすことにより容量を低減している。
同様に、リッジ導波路型レーザにおいても、同様に素子の容量を低減する方法として、発光に寄与しない活性層領域を溝により分離した構造が非特許文献３に示されている。この構造によってリッジ導波路型レーザも低容量化でき、高速応答が可能となる。
特開２０００−１３８４１３号公報 特開平１１−３５４８８７号公報 K. Kamite, H. Sudo, M. Yano, H. Ishikawa, H. Imai,"Ultra-High speed InGaAsP/InP DFB lasers emitting at 1.3 μm wavelength", IEEE Journal of Quantum Electronics, 1987, Volume QE-23, No. 6, pp. 1054-1058 A. Valster, L. J. Meuleman, P. I. Kuindersma, T. V. Dongen,"Improved High-frequency Response of InGaAsP Double-channel Buried-heterostructure lasers", Electronics Letters, 1986, Vol. 22, No. 1, pp. 17-18 L. Bo, E. Vail, J.S. Osinski, B. Schmitt,"High-speed low-parasitic low-divergence 635 nm singlemode lasers", Electronics Letters, 1998, Vol. 34, No. 18, pp. 1750-1751
しかしながら、上記文献記載の従来技術は、以下の点で改善の余地を有していた。
第一に、特許文献１の方法では、回折格子の深さが深い場合には、段差が生じやすく、結晶性低下の可能性が高くなるという課題があった。また、Ｄｅｅｐ ＵＶ露光を別途実施するために、製造工程数が増大するという課題もあった。
第二に、特許文献２の手法は、レーザの共振器方向の段差には一定の効果があるが、共振器軸方向と９０°の方向の深さ分布の改善効果は不充分であるという課題があった。
第三に、非特許文献１〜３の方法は、素子の高速応答特性を改善するために、素子の容量を低減する手法であり、回折格子描画端に起因する結晶性低下、およびそれに伴う特性や信頼性の低下については特に対策を講じていない。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電流注入領域の結晶性に優れる半導体レーザを安定的に提供することにある。
本発明によれば、半導体基板と、半導体基板上に設けられている、活性層を含む多層膜と、多層膜上に設けられている電極と、電極の両脇において、多層膜を分離し、半導体基板に達する一対の溝部と、半導体基板の上面または多層膜に含まれるいずれかの半導体膜の上面に設けられている回折格子形成面において、一対の溝部の一方から他方にわたる領域に設けられている複数の回折格子と、を備える半導体レーザが提供される。
この構成によれば、回折格子形成面に回折格子描画端が存在しない。このため、電流注入される領域における結晶性の低下した部分の占める割合が低減されるので、品質に優れる半導体レーザが安定的に得られる。
また、本発明によれば、半導体基板上に、活性層を含む多層膜を形成する工程と、多層膜を分離し、半導体基板内に達する一対の溝部を形成する工程と、一対の溝部に挟まれている多層膜上に電極を形成する工程と、を含む半導体レーザの製造方法であって、半導体基板上に多層膜を形成する工程は、半導体基板の上面または多層膜に含まれるいずれかの半導体膜の上面に設けられている回折格子形成面に複数の回折格子を形成する工程を含み、一対の溝部を形成する工程は、複数の回折格子の両端部または両端部よりも内側にある一対の領域を除去する工程を含む半導体レーザの製造方法が提供される。
この方法によれば、回折格子形成面上の回折格子描画端が、一対の溝部により除去されるか、あるいは一対の溝部により電流注入される領域とは分離される。このため、電流注入される領域における結晶性の低下した部分の占める割合が低減されるので、品質に優れる半導体レーザが安定的に得られる。
以上、本発明の構成について説明したが、これらの構成を任意に組み合わせたものも本発明の態様として有効である。また、本発明の表現を他のカテゴリーに変換したものもまた本発明の態様として有効である。
例えば、上記の回折格子形成面は、半導体基板の上面に設けられていてもよいが、特にこの構造に限定されない。例えば、半導体基板上に設けられた、活性層よりも下層の光ガイド層の上面に設けられてもよい。あるいは、半導体基板上に設けられた、活性層よりも下層のクラッド層の上面に設けられてもよい。
本発明によれば、特定の構成からなる回折格子を備えるため、電流注入領域の結晶性に優れる半導体レーザが安定的に得られる。
上記半導体レーザにおいて、一対の溝部の一方から他方にわたる領域における複数の回折格子の凹部底面は、回折格子に沿う方向において、略平坦である構成とすることができる。
この構成によれば、回折格子面の上部に積層される半導体膜の結晶性が良好になり、電流注入される領域における結晶性の低下した部分の占める割合が低減されるので、品質に優れる半導体レーザが安定的に得られる。
また、上記半導体レーザにおいて、電極に対して一対の溝部よりも外側に設けられている複数の回折格子をさらに備える構成とすることができる。
この構成によれば、電流注入される領域に回折格子描画端が存在しないため、電流注入される領域における結晶性の低下した部分の占める割合が低減されるので、品質に優れる半導体レーザが安定的に得られる。
また、上記半導体レーザにおいて、一対の溝部よりも外側に設けられている複数の回折格子の凹部底面は、複数の回折格子の端部において、他の領域における複数の回折格子の凹部底面よりも低い部分を有する構成とすることができる。
この構成によれば、他の領域における回折格子の凹部底面よりも低い部分が電流注入される領域の外側に存在するため、電流注入される領域における結晶性の低下した部分の占める割合が低減されるので、品質に優れる半導体レーザが安定的に得られる。
また、上記半導体レーザにおいて、一対の溝部に挟まれる領域において、多層膜を分離し、半導体基板に達する一対の電流阻止部をさらに備える構成とすることができる。
この構成によれば、電流の流れる方向に垂直な方向で、電流が空間的にさらに制限されるため、光利得による光閉じこめ効果が向上し、発光効率に優れる半導体レーザが安定的に得られる。
また、上記半導体レーザにおいて、一対の溝部の中心部同士の間隔は、１０μｍ以上とすることができる。
この構成によれば、一対の溝部に挟まれている、活性層を含む多層膜および多層膜上の電極の設計幅を大きくすることができるため、半導体レーザの製造の際の目合わせ露光精度が緩和され、半導体レーザの製造安定性が向上する。
また、上記半導体レーザにおいて、回折格子形成面の幅は、５μｍ以上とすることができる。
この構成によれば、通常よりも回折格子形成面の幅が大きいため、一対の溝部の一方から他方にわたる領域に複数の回折格子を形成することができる。このため、電流注入される領域における結晶性の低下した部分の占める割合が低減されるので、品質に優れる半導体レーザが安定的に得られる。
また、上記半導体レーザは、分布帰還型半導体レーザとすることができる。
この構成によれば、回折格子の存在により、特定の波長の光を反射する共振器を構成し得るため、単一モード性に優れる発振が可能な半導体レーザが安定的に得られる。
また、上記半導体レーザの製造方法において、回折格子を形成する工程は、回折格子形成面に電子ビーム露光法により複数の回折格子を形成する工程を含んでもよい。
この方法によれば、干渉露光やマスクを介した露光による方法と比較して、精密で、自由度が高く、微細な周期の回折格子を形成可能であるため、品質に優れる半導体レーザが安定的に得られる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
<実施形態１>
図１に、本実施形態における半導体レーザの構造を示す。図１（ａ）に示す半導体レーザは、ｎ−ＩｎＰ基板１上に、回折格子４１を電子ビーム露光などの方法により形成した、埋め込み型のＤＦＢレーザ（分布帰還型半導体レーザ）またはＤＢＲレーザ（分布ブラッグ反射型半導体レーザ）である。
この埋め込み型のＤＦＢレーザの断面図を、図１（ｂ）に示す。電極構造は、２つの溝１５にはさまれたメサ構造であり、回折格子描画端は、その溝の位置に含まれるように形成されている。例えば、電極メサ構造１６の幅は１５μｍ、溝１５の幅が１５μｍの場合、回折格子描画領域３を３０μｍとする。
これら一対の２つの溝１５は、一方向に延在するストライプ状の溝であり、互いに略平行の関係にある。また、２つの溝１５は、ｎ−ＩｎＰ基板１中にその一部が設けられている。なお、２つの溝１５は、その最下部において、ｎ−ＩｎＰ基板１の上面に接する構成であってもよい。これらの２つの溝１５は、いわゆる素子分離溝として機能している。
より具体的には、電子ビーム露光法などの方法によりウェハの一部分にのみ回折格子を形成して作製する分布帰還型半導体レーザにおいて、回折格子を形成したｎ−ＩｎＰ基板１内部に達する２つの溝１５で分離された電極メサ内部に、回折格子４１の描画端が存在しない構成である。このように、２つの溝１５で分離された電極メサの全幅にわたって、複数の回折格子４１からなる回折格子描画領域３が設けられているため、回折格子４１の描画端に起因する半導体レーザ素子の特性低下または信頼性低下の可能性が低減される。
すなわち、この構造によれば、回折格子形成面に回折格子描画端４が存在しない。このため、電流注入される領域における結晶性の低下した部分の占める割合が低減されるので、品質に優れる半導体レーザとして安定的に製造可能である。
なお、上記半導体レーザは、埋め込み型のＤＦＢレーザ（分布帰還型半導体レーザ）またはＤＢＲレーザ（分布ブラッグ反射型半導体レーザ）であり、回折格子を備えるので、特定の波長の光を反射する共振器を構成し得るため、単一モード性に優れる発振が可能な半導体レーザとして安定的に製造可能である。
また、上記半導体レーザは、二本の溝１５に挟まれる領域において、多層膜を分離し、ＩｎＰ基板１内に一部が設けられている一対の電流阻止部を備える。なお、一対の電流阻止部は、その最下部において、ｎ−ＩｎＰ基板１の上面に接する構成であってもよい。なお、これらの一対の電流阻止部は、高抵抗体であってもよく、ｐｎブロックにより電流を阻止する部材であってもよい。
このように一対の電流阻止部を備えるため、電流の流れる方向に垂直な方向で、電流が空間的にさらに制限されるため、光利得による光閉じこめ効果が向上し、発光効率に優れる半導体レーザとして安定的に製造可能である。
また、上記半導体レーザは、電極メサ構造１６中の歪ＭＱＷ活性層６に光を閉じこめる光導波路構造を備え、電流も同時に閉じこめるため、単一モード性に優れる発振が可能な半導体レーザとして安定的に製造可能である。
ここで、２本の溝１５で挟まれている回折格子描画領域３の幅は、例えば５μｍ以上であり、好ましくは１０μｍ以上であり、特に好ましくは１５μｍ以上である。この回折格子描画領域３の幅が、これらの幅以上であれば、半導体レーザの製造工程における目合わせの余裕が大きくなるため、製造安定性が向上する利点がある。
また、この回折格子描画領域３の幅は、例えば１００μｍ以下であり、好ましくは５０μｍ以下であり、特に好ましくは３０μｍ以下である。この回折格子描画領域３の幅がこれらの幅以下であれば、レーザ描画法により回折格子を形成する工程のスループットが増大する利点がある。
なお、本実施形態において、電極メサ構造１６の上面の電極幅は１５μｍであり、２本の溝１５の中心部同士の距離は３０μｍである。このため、本実施形態における半導体レーザの回折格子描画領域３の幅は、上記の範囲内にあることになる。その結果、本実施形態における半導体レーザの構造は、製造安定性および製造スループットのバランスに優れる利点がある。
また、２本の溝１５の中心部同士の間隔は、例えば１０μｍ以上であり、好ましくは２０μｍ以上であり、特に好ましくは３０μｍ以上である。２本の溝１５の中心部同士の間隔が、これらの間隔以上であれば、半導体レーザの製造工程における目合わせの余裕が大きくなるため、ウェットエッチングなどの手法による溝１５の形成工程における製造安定性が向上する利点がある。
また、この２本の溝１５の中心部同士の間隔は、例えば１５０μｍ以下であり、好ましくは１００μｍ以下であり、特に好ましくは５０μｍ以下である。２本の溝１５の中心部同士の間隔がこれらの間隔以下であれば、これらの２本の溝１５に挟まれる回折格子描画領域３の幅も同様に短くなるため、レーザ描画法により回折格子を形成する工程のスループットが増大する利点がある。
ここで、本実施形態をはじめとする、２本の溝１５により電流注入領域を限定するタイプの利得導波路構造を備える、実製品の半導体レーザにおいては、製造安定性向上の観点から、上記のように比較的電極メサ構造１６の幅を比較的広くする構造を採用する。
しかし、従来の半導体レーザにおいては、回折格子の描画スループットの向上の観点から、回折格子描画領域３の幅を５μｍ未満のように短くするため、電子ビーム露光法を用いる場合には、回折格子描画端４に凹部が形成されることによる結晶性の低下という現象が顕在化していた。
これに対して、本実施形態の半導体レーザの構造では、製造安定性向上の観点から、上記のように比較的電極メサ構造１６の幅を比較的広くするとともに、回折格子描画領域３の幅も同様に比較的広くしている。その結果、電子ビーム露光法を用いる場合にも、電極メサ構造１６内に回折格子描画端４が残存しない構成となっている。
このため、回折格子の上部に形成される歪ＭＱＷ活性層６をはじめとする半導体膜の結晶性が向上する。よって、製造安定性、回折格子描画スループット、活性層の結晶品質などのバランスに優れる半導体レーザを安定的に製造可能である。
以下に本実施形態における半導体レーザの製造工程を示す。
図２に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板１上に電子ビーム露光用レジストを塗布し、電子ビーム露光装置により回折格子パターンを形成した。回折格子の周期を２０１ｎｍとし、描画幅を３０μｍとし、また、半導体レーザ素子間隔に相当する回折格子描画領域３の間隔は３００μｍとした。
次いで、レジストにパターニングされたパターンを用いて、ＨＢｒ系エッチング液によりエッチングし、ｎ−ＩｎＰ基板１上に回折格子２を形成した。回折格子描画領域３に含まれる回折格子２の凹部底面の深さは４５ｎｍとした。
このウェハの回折格子描画領域３における、図２のＡ−Ａ’線による断面図を図３に示す。この断面は、図３のように回折格子描画端４で深くなり、回折格子描画領域３でのｎ−ＩｎＰ基板１の平均的な深さは回折格子２を形成しない領域よりも少し深くなるような形状となった。
ついで、このＩｎＰ基板１上に、ＭＯＶＰＥ法により光ガイド層５、ＩｎＧａＡｓＰからなる歪ＭＱＷ活性層６、ｐ−ＩｎＰ層７を図４のように成長した。埋め込み後の回折格子の深さは３０ｎｍであった。
この場合、図４に示すように光ガイド層５、歪ＭＱＷ活性層６の回折格子描画端４近傍の領域はｎ−ＩｎＰ基板１の段差の影響を受け、くびれた形となった。なお、このようなくびれは、電極メサ構造１６内に残存すると、歪ＭＱＷ活性層６の品質低下を引き起こし、半導体レーザ素子特性の低下、信頼性の低下を引き起こす場合がある。
次に、ＳｉＯ2膜８をウェハ上に形成し、図５のようにパターニングした。これをＨＢｒ系エッチング液を用いて図６のように活性層メサ構造９を形成する。続いて、活性層メサ構造９上のＳｉＯ2膜８のみを残して、他の領域のＳｉＯ2膜８を除去した。
その後、図７のようにＭＯＶＰＥ法によりｐ−ＩｎＰ電流ブロック層１０、ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層１１を形成した。そして、活性層メサ構造９上のＳｉＯ2膜８を除去した。
その後、図８のようにｐ−ＩｎＰ埋め込み層１２とｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１３をＭＯＶＰＥ法により成長した。埋め込み成長後のｎ−ＩｎＰ基板１からウェハ表面までの膜厚は約３μｍとなった。
このように埋め込成長したウェハに、図９のようにホトレジスト１４を塗布し、電極メサ構造のエッチング用のパターンを形成した。この場合、歪ＭＱＷ活性層６上のホトレジスト１４の幅を２５μｍ、エッチングする部分の開口幅を両側に５μｍずつとした。
次いで、ＨＢｒ系エッチング液により図１０のように溝１５、および電極メサ構造１６を形成した。このメサエッチング処理は、電極メサ構造１６が幅１５μｍまでサイドエッチングされるまで行った。この場合、ｎ−ＩｎＰ基板１上の成長層の膜厚が３μｍであることに対して、エッチングで溝１５は深さ５μｍまで削れるために、溝１５はｎ−ＩｎＰ基板１の内部まで達した。
このときに、ｎ−ＩｎＰ基板１上にあった、回折格子描画端４および、その上に成長された結晶品質が充分に良好でない部分も同時にエッチングにより除去された。したがって、電流の流れる電極メサ構造１６内部には、回折格子描画端４およびそれに起因する結晶性の低下した領域は存在しない構造となった。
次いで、ＳｉＯ2膜１７を形成し、窓開け工程をへて、ｐ側電極１８、ｎ側電極１９を蒸着し、共振器長が２５０μｍとなるように劈開（へきかい）し、前面に無反射コーティング、後面に反射率７５％のコーティングを施して、図１に示すような半導体レーザを作製した。
本実施形態の構成による作用効果について、以下説明する。
作製したＤＦＢレーザ（半導体レーザ）は、２５℃において閾値６ｍＡで発振し、８５℃でも、２０ｍＡの閾値で発振した。また、８５℃、１０ｍＷのＡＰＣ通電試験を実施したところ、１０万時間以上の平均寿命が得られた。
上記の半導体レーザにおいて、このような優れた品質が安定して実現できた理由は、回折格子描画端４を電極メサ構造１６内部に残存させないことにより、これに起因する結晶性の充分に良好でない部分に電流が流れることがなく、半導体レーザの特性や信頼性に影響が及ばなかったためである。
一方、従来は、電子ビーム露光法の代わりに、レーザを干渉させて回折格子のパターンを形成する干渉露光法、マスクを介した露光により、マスクに形成されたパターンを転写してレジストにパターンを形成するパターングレーディング法などが用いられてきた。これらの方法によれば、回折格子描画端の回折格子の凹部底面が、他の領域における回折格子の凹部底面よりも低くなる現象は顕在化していなかった。
これに対して、本実施形態では、電子ビーム露光法を用いるため、後述する図４に示すように、回折格子描画端４に凹部が形成される現象が顕在化するようになった。ここで、回折格子描画端４に凹部が形成されると、回折格子描画端４近傍におけるｎ−ＩｎＰ基板１の上面の段差が大きくなる。そのため、ｎ−ＩｎＰ基板１上に積層される光ガイド層５、歪ＭＱＷ活性層６、ｐ−ＩｎＰ層７の回折格子描画端４近傍の領域も、ｎ−ＩｎＰ基板１の段差の影響を受けて、同様に凹部を形成し、くびれた形状となる。
そして、このような光ガイド層５、歪ＭＱＷ活性層６、ｐ−ＩｎＰ層７のくびれた形状は、電極メサ構造１６内に残存すると、光ガイド層５、歪ＭＱＷ活性層６、ｐ−ＩｎＰ層７などの半導体材料の結晶性の低下をはじめとする品質低下を引き起こし、半導体レーザ素子の発光効率または発光波長の単一モード性などの特性の低下、信頼性の低下を引き起こす場合がある。
しかし、本実施形態では、２本の溝１５を形成することにより、回折格子描画端４近傍の領域を除去してしまう。このため、２本の溝１５により、ｎ−ＩｎＰ基板１、光ガイド層５、歪ＭＱＷ活性層６、ｐ−ＩｎＰ層７などの凹部またはくびれた形状の部分を除去することになる。
その結果、電極メサ構造１６内に半導体材料の結晶性が低下した領域が残存することを抑制できるため、半導体レーザ素子の発光効率または発光波長の単一モード性などの特性の向上、信頼性の向上を安定的に実現できる。
すなわち、本実施形態の半導体レーザの製造方法によれば、回折格子形成面上の回折格子描画端４が、一対の溝１５により除去されるか、あるいは一対の溝１５により電流注入される領域とは分離される。このため、電流注入される領域における結晶性の低下した部分の占める割合が低減されるので、品質に優れる半導体レーザが安定的に得られる。
<実施形態２>
本実施形態の半導体レーザを、図１１を参照して説明する。本実施形態では、回折格子描画幅３を７０μｍまで広げて、その他は実施形態１の場合と同様に作製したものである。
この場合、回折格子描画端４は電極メサ構造１６をエッチングにより形成する工程では除去されないものの、２本の溝１５で分離されているために、これらの２本の溝１５の外側の領域に電流が注入されることはない。そのため、実施形態１と同様に優れた半導体レーザの特性、信頼性が安定的に得られる。
さらに、実施形態１と同様の作用効果に加えて、実施形態２では、実施形態１よりも、回折格子描画幅３を広くするために、電子ビーム露光における露光時間が長くなる反面、電極メサ構造１６の形成時の目合わせ露光精度が緩和されるという特有の利点がある。
例えば、歪ＭＱＷ活性層６に強い歪をかけている場合には、ウェハにそりが生ずる場合があり、その場合には電極メサ構造１６を形成する工程での目合わせ精度が低下し、電極メサ構造１６を形成する工程で形成する２本の溝１５と回折格子描画端とを目合わせすることが困難になる場合がある。
このような場合には、本実施形態のように、回折格子描画端４を電極メサ構造１６よりも十分に遠ざけて形成すれば、半導体レーザの製造安定性をさらに高めつつ、回折格子描画端４を除去する場合と同じように、歪ＭＱＷ活性層６の結晶性が向上するなどの半導体レーザの特性が向上する効果が得られる。
このとき、回折格子は、ｐ側電極１８に対して二本の溝１５の少なくとも一方よりも外側に設けられている回折格子を含む構成となる。その結果、電極メサ構造１６に回折格子描画端４が存在しないため、電極メサ構造１６における結晶性の低下した部分の占める割合が低減されるので、品質に優れる半導体レーザを安定的に製造可能である。
また、このとき、回折格子の凹部底面は、二本の溝１５よりも外側に設けられている端部において、他の領域における回折格子の凹部底面よりも低い部分を有する構成となる。その結果、他の領域における回折格子の凹部底面よりも低い部分が電極メサ構造１６の外側に存在することになる。このため、電極メサ構造１６における結晶性の低下した部分の占める割合が低減されるので、品質に優れる品質に優れる半導体レーザを安定的に製造可能となる。
<実施形態３>
図１２から図１７を参照して本実施形態を説明する。実施形態１および実施形態２では、埋め込み型半導体レーザについて説明したが、本実施形態ではリッジ導波路型レーザに適用する場合を説明する。なお、本実施形態の半導体レーザの基本的な構造は、実施形態１および実施形態２で説明した半導体レーザと同様である。
実施形態３における半導体レーザの構造を図１２に示す。図１２では回折格子描画幅３を１２μｍとし、リッジ導波路幅を２μｍとし、その両側の１０μｍ幅の第一の溝と、さらにその第一の溝中に形成する歪ＭＱＷ活性層６を分離する５μｍ幅の第二の溝を設けた構造である。なお、この構造において、第二の溝に挟まれる回折格子面の幅は、５μｍ以上となる。
この構造においても、回折格子形成面に回折格子描画端４が存在しない。このため、電流注入される領域であるリッジ電極構造において、結晶性の低下した部分の占める割合が低減されるので、実施形態１および実施形態２と同様に、品質に優れる半導体レーザを安定的に製造可能である。
また、本実施形態においては、実施形態１および実施形態２とは異なり、二本の第一の溝２９に挟まれる多層膜は、リッジ型の構造を有する構成となる。このため、リッジ型の構造中の歪ＭＱＷ活性層６に光を閉じこめ、光導波路構造とするとともに、電流も同時に閉じこめられる。その結果、単一モード性に優れる発振が可能な半導体レーザを安定的に製造可能である。
以下に、本実施形態における半導体レーザの製造工程を説明する。
図１３に示すように、電子ビーム露光法により回折格子を形成したｎ−ＩｎＰ基板２１上に、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層２２、ＡｌＧａＩｎＡｓ歪ＭＱＷ活性層２３、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰエッチングストップ層２４、ｐ−ＩｎＰ層２５、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層２６をＭＯＶＰＥ法により成長する。
次いで、成長したウェハ上に図１４に示すように、リッジ部２８と第一の溝２９を形成するためのＳｉＯ2膜２７によるマスクパターンを形成する。このパターンを用いて、塩酸系エッチング液によりエッチング処理をすることにより、リッジ部２８を形成する。
その結果、図１５に示すように、エッチングはｐ−ＩｎＧａＡｓＰエッチングストップ層２４に到達したところで停止する。
さらに、ホトレジスト３０を塗布し、第一の溝２９のなかに、第二の溝３１を形成するためのパターンを図１６のように形成する。
続いて、ＨＢｒ系エッチング液を用いてエッチング処理をすることにより、図１７に示すような第二の溝３１を形成する。この場合に、第二の溝３１がｎ−ＩｎＰ基板２１の内部まで達するようにエッチングを行う。このエッチング時に回折格子描画端付近の領域が除去される。この後、ＳｉＯ2膜３２を形成し、窓開け工程、ｐ側電極３３、ｎ側電極３４を蒸着して、図１２に示すような半導体レーザを作製する。
この方法によっても、回折格子形成面上の回折格子描画端４が、二本の第一の溝２９により除去される。このため、リッジ電極構造において、結晶性の低下した部分の占める割合が低減されるので、実施形態１および実施形態２と同様に、品質に優れる半導体レーザが安定的に得られる。
以上、本発明の構成について説明したが、これらの構成を任意に組み合わせたものも本発明の態様として有効である。また、本発明の表現を他のカテゴリーに変換したものもまた本発明の態様として有効である。
例えば、上記実施の形態ではメサ型電極構造またはリッジ型電極構造を備える半導体レーザとしたが、他の構造からなる電極構造としてもよい。例えば、逆メサ型電極構造を備える半導体レーザとしてもよい。このようにしても、２本の溝に挟まれた回折格子形成面の全面に回折格子を形成すれば、逆メサ型電極構造内には回折格子描画端が存在しないため、品質に優れる半導体レーザを安定的に得られるという利点が得られる。
図１（ａ）は、実施の形態に係るレーザ構造を模式的に示した斜視図である。図１（ｂ）は、実施の形態に係るレーザ構造を模式的に示した断面図である。 実施の形態に係るレーザ構造における回折格子の作製工程を説明する模式図である。 図２に示したレーザ構造における回折格子部分の断面図である。 実施形態１に係るレーザ構造の製造工程を説明する工程断面図である。 実施形態１に係るレーザ構造の製造工程を説明する工程断面図である。 実施形態１に係るレーザ構造の製造工程を説明する工程断面図である。 実施形態１に係るレーザ構造の製造工程を説明する工程断面図である。 実施形態１に係るレーザ構造の製造工程を説明する工程断面図である。 実施形態１に係るレーザ構造の製造工程を説明する工程断面図である。 実施形態１に係るレーザ構造の製造工程を説明する工程断面図である。 実施形態２に係るレーザ構造を説明する断面図である。 実施形態３に係るレーザ構造を説明する断面図である。 実施形態３に係るレーザ構造の製造工程を説明する工程断面図である。 実施形態３に係るレーザ構造の製造工程を説明する工程断面図である。 実施形態３に係るレーザ構造の製造工程を説明する工程断面図である。 実施形態３に係るレーザ構造の製造工程を説明する工程断面図である。 実施形態３に係るレーザ構造の製造工程を説明する工程断面図である。
符号の説明
１ ｎ−ＩｎＰ基板
２ 回折格子
３ 回折格子描画領域
４ 回折格子描画端
５ 光ガイド層
６ 歪ＭＱＷ活性層
７ ｐ−ＩｎＰ層
８ ＳｉＯ2膜
９ 活性層メサ構造
１０ ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層
１１ ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層
１２ ｐ−ＩｎＰ埋め込み層
１３ ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層
１４ ホトレジスト
１５ 溝
１６ 電極メサ構造
１７ ＳｉＯ2膜
１８ ｐ側電極
１９ ｎ側電極
２１ ｎ−ＩｎＰ基板
２２ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層
２３ ＡｌＧａＩｎＡｓ歪ＭＱＷ活性層
２４ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰエッチングストップ層
２５ ｐ−ＩｎＰ層
２６ ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層
２７ ＳｉＯ2膜
２８ リッジ部
２９ 第一の溝
３０ ホトレジスト
３１ 第二の溝
３２ ＳｉＯ2膜
３３ ｐ側電極
３４ ｎ側電極

Claims (13)

  1. 半導体基板と、
    前記半導体基板上に設けられている、活性層を含む多層膜と、
    前記多層膜上に設けられている電極と、
    前記電極の両脇において、前記多層膜を分離し、前記半導体基板に達する一対の溝部と、
    前記半導体基板の上面または前記多層膜に含まれるいずれかの半導体膜の上面に設けられている回折格子形成面において、前記一対の溝部の一方から他方にわたる領域に設けられている複数の回折格子と、
    を備えることを特徴とする半導体レーザ。
  2. 請求項１に記載の半導体レーザにおいて、
    前記一対の溝部の一方から他方にわたる領域における前記複数の回折格子の凹部底面は、
    前記回折格子に沿う方向において、略平坦であることを特徴とする半導体レーザ。
  3. 請求項１または２に記載の半導体レーザにおいて、
    前記電極に対して前記一対の溝部よりも外側に設けられている複数の回折格子をさらに備えることを特徴とする半導体レーザ。
  4. 請求項３に記載の半導体レーザにおいて、
    前記一対の溝部よりも外側に設けられている複数の回折格子の凹部底面は、
    前記複数の回折格子の端部において、他の領域における前記複数の回折格子の前記凹部底面よりも低い部分を有することを特徴とする半導体レーザ。
  5. 請求項１乃至４いずれかに記載の半導体レーザにおいて、
    前記一対の溝部に挟まれる領域において、前記多層膜を分離し、前記半導体基板に達する一対の電流阻止部をさらに備えることを特徴とする半導体レーザ。
  6. 請求項１乃至５いずれかに記載の半導体レーザにおいて、
    前記一対の溝部の中心部同士の間隔は、
    １０μｍ以上であることを特徴とする半導体レーザ。
  7. 請求項１乃至６いずれかに記載の半導体レーザにおいて、
    前記回折格子形成面の幅は、
    ５μｍ以上であることを特徴とする半導体レーザ。
  8. 請求項１乃至７いずれかに記載の半導体レーザにおいて、
    前記半導体レーザは、
    分布帰還型半導体レーザであることを特徴とする半導体レーザ。
  9. 半導体基板上に、活性層を含む多層膜を形成する工程と、
    前記多層膜を分離し、前記半導体基板内に達する一対の溝部を形成する工程と、
    前記一対の溝部に挟まれている前記多層膜上に電極を形成する工程と、
    を含む半導体レーザの製造方法であって、
    前記半導体基板上に多層膜を形成する工程は、
    前記半導体基板の上面または前記多層膜に含まれるいずれかの半導体膜の上面に設けられている回折格子形成面に複数の回折格子を形成する工程を含み、
    前記一対の溝部を形成する工程は、
    前記複数の回折格子の両端部または前記両端部よりも内側にある一対の領域を除去する工程を含むことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
  10. 請求項９に記載の半導体レーザの製造方法において、
    前記複数の回折格子を形成する工程は、
    前記回折格子形成面に電子ビーム露光法により複数の回折格子を形成する工程を含むことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
  11. 請求項９または１０に記載の半導体レーザの製造方法において、
    前記一対の溝部に挟まれる領域において、前記多層膜を分離し、前記半導体基板内に達する一対の電流阻止部を形成する工程をさらに含むことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
  12. 請求項９乃至１１いずれかに記載の半導体レーザの製造方法において、
    前記一対の溝部を形成する工程は、
    前記一対の溝部の中心部同士の間隔が１０μｍ以上となるように、前記一対の溝部を形成する工程を含むことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
  13. 請求項９乃至１２いずれかに記載の半導体レーザの製造方法において、
    前記複数の回折格子を形成する工程は、
    前記回折格子形成面に、前記複数の回折格子の長さが５μｍ以上となるように、前記複数の回折格子を形成する工程を含むことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
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