JP3817074B2 - Manufacturing method of distributed feedback semiconductor laser - Google Patents
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Description
【0001】
【用語の説明】
本発明において、「傾斜型回折格子形成層」は、分布帰還型半導体レーザ内の共振器の長さ方向の端部での膜厚が、その中央部での膜厚よりも厚く、および前記端部から中央部にむかってその膜厚が徐々に減少する膜厚傾斜分布を有する回折格子を形成するための層を意味し、「傾斜型回折格子」とは、上記傾斜型回折格子形成層を加工することにより得られた、上記のような膜厚分布を有する回折格子をいう。
また、本発明において、「選択成長マスク」とは、前記傾斜型回折格子形成層を所望の膜厚傾斜分布でMOCVD法等の結晶成長法により成膜する際にパターニングマスクとして使用されるものであって、傾斜型回折格子形成層を成膜する位置に、予めパターニングされた一種の絶縁膜である。この選択成長マスクにおいて、「マスクパターン幅」は、共振器の長さ方向に垂直な方向に被覆されたマスクのパターン幅をいい、「マスク開口幅」とは、マスクパターン間の共振器の長さ方向に垂直な方向の距離をいう。
【0002】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光変調歪みの小さい分布帰還型半導体レーザ(以下、DFBレーザと呼ぶ。)の製造方法に関する。
【0003】
【従来の技術】
近年、光ファイバを用いた光通信分野において、光ファイバの最小損失波長帯域が1.5μm帯であることから、1.5μm帯の半導体レーザダーオードが主として使用されている。特に、アナログ変調方式を用いた光通信システムでは、光源として、光出力・電流特性(いわゆる、L−I特性)の線形性が高くかつ光変調歪みの小さなDFBレーザが要求されている。
【0004】
例えば、図16および17に示された従来既知のDFBレーザ200の内部には、通常の結晶成長法等で形成された均一な膜厚の回折格子10が組み込まれている。上記構造を有する半導体レーザ内では、前記回折格子10を含む共振器内で生じた定在波によってレーザ媒質内の反転分布が空間的に変調され、かつ電界が半導体レーザ内の共振器の長さ方向に不均一に分布する(通常、共振器端部では電界が低く、中央部で著しく高くなる分布を有する)ことによって、次のモードの発振が促される現象が生じることがある。このような現象は、一般に軸方向ホールバーニング効果として知られており、この現象が原因となって、半導体レーザ内に波長変動が発生する。すなわち、レーザ内での光利得が不均一となって注入電流に対する光出力が非線形的に増大し、結果として、光変調歪みが増大するという問題が発生する。
【0005】
我々は、上記問題を解決する手段として、分布帰還型半導体レーザの光結合強度に対応する結合定数を変化させることにより、前記の現象の発生を除去できることを見い出し、既に提案している(特願平9-19553号)。前記特許出願に記載の発明は、具体的には、分布帰還型半導体レーザ内に、上記現象で発生されるであろう不均一な電界分布を均一化するように、ガイド層(すなわち、回折格子形成層)を構成する半導体結晶の組成を変化させて傾斜型回折格子を形成するものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許出願(特願平9-19553号)に記載の発明には、膜厚傾斜分布を有する回折格子については記載されているが、その回折格子を形成するための層の作製工程についての詳細が記載されていない。
したがって、本発明は、上記既出願の発明の効果をさらに向上させることを目的とし、傾斜型回折格子形成層を、特定のマスクパターンを有する選択成長マスクを用いて結晶成長法により成膜した後、この回折格子形成層をフォトリソグラフィーおよびエッチング技術等を用いた常法により加工することにより、膜厚分布を有する傾斜型回折格子の形成を達成したものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の形態は、光出力・電流特性の線形性が高くかつ光変調歪みの小さなDFBレーザを作製する方法であって、特定のパターンを有する選択成長マスクを使用する工程を含む方法である。
詳しくは、本発明の第1形態は、DFBレーザの共振器の長さ方向の端部では、共振器の長さ方向に垂直な方向のマスクパターン幅が最大およびマスク開口幅が最小であり、前記端部から中央部に向かって徐々に前記マスクパターン幅が小さくかつマスク開口幅が広くなる、鏡面対称形態の1対のマスクパターンを有する選択成長マスクを用いて、半導体結晶を選択成長して、共振器の長さ方向の端部での膜厚がその中央部での膜厚よりも厚く、および前記端部から中央部にむかって膜厚が徐々に減少した膜厚傾斜分布を有する傾斜型回折格子形成層を形成する工程を含むDFBレーザの作製方法に関する。
前記方法で得られる傾斜型回折格子形成層は、作製されるDFBレーザ内の共振器の長さ方向に分布する電界を均一化するのに適した膜厚傾斜分布を有しており、具体的には、前記共振器の長さ方向の端部と中央部との膜厚比が少なくとも3:1であることを特徴とする。
【0008】
本発明では、上記方法で作製された傾斜型回折格子形成層を加工して得られる傾斜型回折格子を有するDFBレーザも提供する。本発明のDFBレーザは、軸方向ホールバーニング効果が生じないため、光出力・電流特性の線形性に優れ、光変調歪みが小さいことを特徴とする。
【0009】
本発明の第2の形態は、上記方法に使用するための選択成長マスクであって、
前記分布帰還型半導体レーザの共振器の長さ方向の端部では、共振器の長さ方向に垂直な方向のマスクパターン幅が最大およびマスク開口幅が最小であり、前記端部から中央部に向かって徐々にマスクパターン幅が小さくかつマスク開口幅が広くなる、鏡面対称形態の1対のマスクパターンを有することを特徴とする選択成長マスクである。
【0010】
前記選択成長マスクのマスクパターンは、分布帰還型半導体レーザの共振器の長さ方向の端部から該中央部に向かって
(i)共振器の長さ方向に垂直な方向のマスクパターン幅が最大でかつマスク開口幅が最小である領域、
(ii)前記マスクパターン幅は一定で、マスク開口幅が徐々に拡大する領域、および
(iii)異なるマスクパターン幅減少率AおよびBが式:A>Bを満足する2つの部位を含み、かつマスク開口幅が一定の領域
の少なくとも3つの領域を有することを特徴とする。
【0011】
本発明において、前記マスクパターンは、DFBレーザの共振器の長さ方向の端部の外側に、
(iv)前記マスクパターン幅およびマスク開口幅が前記領域(i)と同等である領域
をさらに有していてもよい。この場合、前記共振器の長さ方向の端部相当部で半導体基板をへき開し、端部よりも外側の部分を除去することにより、DFBレーザの端面を形成することができる。
前記領域(iv)の存在により、形成される傾斜型回折格子形成層における共振器の長さ方向の端部と中央部との膜厚比をより大きくできる。
【0012】
本発明の選択成長マスクのマスクパターンは、一般的にSiO2絶縁膜から形成される。
【0013】
本発明の選択成長マスクのレーザの共振器の長さ方向の中央部には、マスクパターンを有しない領域を含み得る。すなわち、本発明の選択成長マスクを用いて形成される傾斜型回折格子形成層は、その中央部に膜厚分布を有しない、平坦な部分を有し得る。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図1〜15を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。
【0015】
本発明の第1の形態は、分布帰還型半導体レーザの共振器の長さ方向の端部では、共振器の長さ方向に垂直な方向のマスクパターン幅が最大およびマスク開口幅が最小であり、前記端部から中央部に向かって徐々に前記マスクパターン幅が小さくかつマスク開口幅が広くなる、鏡面対称形態の1対のマスクパターンを有する選択成長マスクを用いて、半導体結晶を選択成長して、共振器の長さ方向の端部での膜厚が該中央部での膜厚よりも厚くおよび前記端部から該中央部にむかって膜厚が徐々に減少した膜厚傾斜分布を有する傾斜型回折格子形成層を形成する工程
を含む分布帰還型半導体レーザの作製方法である。
【0016】
本発明の第1の形態の一態様を表す工程断面図を図1〜9に示す。
I)P型InP半導体基板21上に、先ず、P型InPクラッド層22、InGaAsP活性層23およびN型InPクラッド層24を順に、MOCVD法で結晶成長させて成膜する(図1)。
II)次に、前記クラッド層24上に、前述の本発明の第1の形態の選択成長マスクを用いて、傾斜型回折格子形成層12をMOCVD法により形成する(図2)。
【0017】
III)形成された傾斜型回折格子形成層12上に、SiO2絶縁膜34を形成した後、電子線露光を行って、図3に示すような絶縁膜パターン34を形成する。すなわち、本発明の方法では、常法により形成されるSiO2絶縁膜を選択成長マスクとして利用できる。
IV)この絶縁膜パターン34をマスクとして、前記傾斜型回折格子形成層12を公知の条件でドライエッチングすることにより、傾斜型回折格子11を形成する(図4)。本発明の方法で形成される傾斜型回折格子形成層の膜厚傾斜分布において、前記共振器の長さ方向の端部と中央部との膜厚比は、少なくとも3:1である。
V)さらに、傾斜型回折格子11を有するクラッド層24上に、前記回折格子の形状を保持したままで、InPを埋め込み成長させて、N型InP層28を形成する(図5)。
【0018】
VI)次いで、前記N型InP層28上に、SiO2絶縁膜33を形成した後、パターニングする。
VII)この絶縁膜パターン33をマスクとして前述までの多層膜をドライエッチングすることにより、メサ幅1μm程度のメサ構造を形成する(図6)。
VIII)図7に示すように、MOCVD法により、下記の各層を順に形成する:
・P型InP層25;
・N型InP電流ブロック層26;および
・P型InP層27。
【0019】
IX)前記絶縁膜33を除去した後、P型InP層27およびN型InP層28上に、N型InP層28'およびN型InGaAsコンタクト層29をMOCVD法で結晶成長して成膜する(図8)。
【0020】
X)最後に、SiO2絶縁膜30並びにN型電極(Au/Ge/Ni/Au)31およびP型電極(Ti/Pt/Au)32をぞれぞれ形成することにより、本発明の第2の形態である傾斜型回折格子を有するDFBレーザが得られる(図9および10)。
【0021】
図10は、前記方法で作製されたDFBレーザの共振器の長さ方向の断面図を示す。これより明らかなように、本発明の方法で作製されたDFBレーザには、共振器方向において膜厚分布を有する傾斜型回折格子が形成されていることが特徴である。このような回折格子を保有することにより、従来からDFBレーザに要求されている光出力・電流特性の高い線形性および低減された光変調歪が達成できる。
【0022】
次に、本発明の第2の形態である特定のパターンを有する選択成長マスクについて説明する。図11(1)は、本発明の第2の形態である特定のパターンを有する選択成長マスクのマスクパターン平面図を表す。また、図11(2)は、その選択成長マスクを用いて選択成長させた傾斜型回折格子形成層12の共振器長さ方向の断面図、すなわち、前記選択成長マスクのb−b'線での断面図を表す。
【0023】
ここで、本発明の選択成長マスクは、当該分野において常用されるシリコンウェハー上に、フォトリソグラフィー、蒸着法およびエッチング法等の公知の手段の組み合わせにより、所望のパターン形態でSiO2絶縁膜を形成したものである。
【0024】
図11(1)において、水平方向の両端は、DFBレーザの共振器の長さ方向の端部に相当する。選択成長マスクにおいて、左右のマスクパターン1は、鏡面対称形状を呈しており、いずれも、前記端部では、共振器の長さ方向に垂直な方向のマスクパターン幅が最大およびマスク開口幅が最小であり、前記端部から中央部に向かって徐々に前記マスクパターン幅が小さくかつマスク開口幅が広くなっている。
【0025】
本発明の選択成長マスクの特徴は、図11(1)より、マスクパターンが、分布帰還型半導体レーザの共振器の長さ方向の端部から該中央部に向かって
(i)共振器の長さ方向に垂直な方向のマスクパターン幅が最大でかつマスク開口幅が最小である領域、
(ii)前記マスクパターン幅は一定で、マスク開口幅が徐々に拡大する領域、および
(iii)異なるマスクパターン幅減少率AおよびBが式:A>Bを満足する2つの部位を含み、かつマスク開口幅が一定の領域
の少なくとも3つの領域を有することである。ここで、選択成長マスクには、必要に応じて、前記中央部にマスクパターンを有しない領域を含んでいてもよい。
【0026】
上記第2の形態の第1の態様の具体例としては、例えば、図13(1)および(2)に示すようなマスクパターン(1'および1")が挙げられる。これらはいずれも、DFBレーザの共振器端部に相当する領域ではマスクパターン幅が大きくかつマスク開口幅が狭く、および共振器中央部に相当する領域に向かって徐々にマスクパターン幅が小さくかつマスク開口幅が広くなるマスクパターンを有している。
これらの選択成長マスクを用いて結晶成長させた傾斜型回折格子形成層の膜厚分布を図14(1)および(2)にぞれぞれ示す。図14において、実測した膜厚値はドットで、各マスクパターンによって得られるであろう膜厚値のコンピューターによるシミュレーション値は実線で、および上記図13の各マスクパターン作成時に目標とした膜厚傾斜分布のプロファイルをそれぞれ点線で表す。
図14(1)では、得られた傾斜型回折格子形成層の膜厚分布は、ほぼシミュレーション通りであることが分かる。さらに、共振部端部に相当する領域から中央部に相当する領域に向かって相対膜厚が線形状に減少していることも示されており、形成した傾斜型回折格子形成層において、共振器中央部と共振器端部の膜厚比は約3:1である。あるいは、図14(2)では、共振部端部に相当する領域から中央部に相当する領域に向かって相対膜厚がパラボリックに減少していることが分かる。この場合も、前者と同様に、形成した傾斜型回折格子形成層での共振器中央部と共振器端部の膜厚比は約3:1である。
【0027】
あるいは、本発明の選択成長マスクは、形成される傾斜型回折格子形成層における共振器の長さ方向の端部と中央部との膜厚比をより大きくするために、共振器の長さ方向の端部の外側に、
(iv)前記マスクパターン幅およびマスク開口幅が前記領域(i)と同等であるマスクパターン領域
をさらに有していてもよい(図15(1))。
【0028】
ここで、前記傾斜型回折格子形成層の膜厚分布は、上記の如く、使用する選択成長マスクのマスクパターン幅およびマスク開口幅を任意に設定することによって調整できる。ここで、傾斜型回折格子形成層に膜厚分布が形成される現象を、図12を参照して簡単に説明する。図12は、図11(1)の選択成長マスクを用いて結晶成長中における、前記マスクパターン1のa−a'線に対応する断面図である。MOCVD法等による傾斜型回折格子形成層用材料の結晶成長中、マスクパターン1上には前記材料は結晶成長しないため、マスクパターン1上部の材料ガス濃度は高くなる。それに対し、マスクパターン1の存在しない部位には、傾斜型回折格子形成層用材料が結晶成長するため、前記部位の上部の材料ガス濃度は、前記マスクパターン1上部に比べて低くなる。それにより、材料ガス濃度の高い部分から低い部分へ材料ガスの拡散が生じ、マスクパターン1で挟まれた部位の上部で材料ガス濃度が相対的に高くなる。その結果、選択成長マスクのマスクパターン幅が広い箇所に対応する傾斜型回折格子形成層の膜厚は、マスクパターン幅が狭い箇所に対応する前記層の膜厚に比べて厚くなる。
【0029】
前記選択成長マスクのマスクパターンに対応して、形成された傾斜型回折格子形成層12では、その膜厚が共振器端部では厚くかつ共振器端部から中央部にむかって徐々に薄くなるような膜厚分布を有する(図11(2))。上記のような膜厚分布を有する傾斜型回折格子形成層に、その後、回折格子パターンをエッチングにより形成すると、例えば、図4に示すような傾斜型回折格子11が得られる。前記、傾斜型回折格子11を有するDFBレーザ内では、共振器の長さ方向に分布する電界を均一化できることにより、軸方向空間的ホールバーニング効果が除去され、光変調歪みの低減が達成される。
【0030】
上記のように、共振器端部相当領域から中央部相当領域まで膜厚を徐々に薄くした傾斜型回折格子は、例えば、導波路レンズ付きレーザに必要とされる。
【0031】
このような選択成長マスクの別態様としては、図15(1)に示すようなマスクが挙げられる。図15(1)において、選択成長マスクの両末端から各150μmの領域は、レーザ作製には使用しない部分であって、この部分では、マスクパターン幅およびマスク開口幅がいずれも一定である。
前記選択成長マスクを用いて形成された傾斜型回折格子形成層における、前記マスク末端部から中央部に亙る領域に相当する層の相対膜厚分布を、前記図14と同様にして評価した結果を、図15(2)に示す。図15(2)では、得られた傾斜型回折格子形成層の膜厚分布は、ほぼシミュレーション通りであることが明白である。
図15(2)中、破線から左の領域は、前述の如く、レーザ作製には使用しない部分である。図15(2)からは、形成した傾斜型回折格子形成層の膜厚は、破線で示される共振器端部から中央部に亙って、下に凸の曲線状に減少していることが分かる。ここで、図中、破線で示される共振器端部と、グラフ右端の共振器端部との膜厚比は、約5:1である。
【0032】
前記別態様の選択成長マスクを使用した場合、上記の如く形成された傾斜型回折格子形成層を、図15(1)および(2)中の破線(すなわち、共振器端部相当部)でへき開することにより、レーザ端面が形成できる。
【0033】
【発明の効果】
本発明によれば、共振器の長さ方向において、端部が厚く中央部が薄く、かつ端部から中央部に亙って徐々に膜厚が変化する傾斜の付いた膜厚分布を有する傾斜型回折格子層が形成できる。このような傾斜型回折格子層を用いて作製された傾斜型回折格子を有する分布帰還型半導体レーザは、軸方向ホールバーニング効果の発生を防止して、光出力・電流特性の線形性が高くかつ光変調歪みが小さい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の形態のDFBレーザの作製方法の一工程(I)を表す断面図である。
【図2】 本発明の第1の形態のDFBレーザの作製方法の一工程(II)を表す断面図である。
【図3】 本発明の第1の形態のDFBレーザの作製方法の一工程(III)を表す断面図である。
【図4】 本発明の第1の形態のDFBレーザの作製方法の一工程(IV)を表す断面図である。
【図5】 本発明の第1の形態のDFBレーザの作製方法の一工程(V)を表す断面図である。
【図6】 本発明の第1の形態のDFBレーザの作製方法の一工程(VI〜VII)を表す断面図である。
【図7】 本発明の第1の形態のDFBレーザの作製方法の一工程(VIII)を表す断面図である。
【図8】 本発明の第1の形態のDFBレーザの作製方法の一工程(IX)を表す断面図である。
【図9】 本発明の方法により作製されるDFBレーザの断面図である。
【図10】 本発明の方法により作製されるDFBレーザの共振器の長さ方向の断面図である。
【図11】 本発明の第2の形態を表す、選択成長マスクのマスクパターン平面図(1)、およびそれを用いて形成される傾斜型回折格子形成層の、共振器の長さ方向に対する膜厚分布(2)をそれぞれ表す。
【図12】 本発明の第2の形態の選択成長マスクを用いて傾斜型回折格子形成層を成膜時の状態を表す断面図である。
【図13】 本発明の第2の形態の第1態様の選択成長マスクのマスクパターンを表す平面図である。
【図14】 本発明の第2の形態の第1態様の選択成長マスクを用いて成膜した傾斜型回折格子形成層の相対膜厚を表すグラフである。
【図15】 本発明の第2の形態の別態様の選択成長マスクのマスクパターン平面図(1)、および前記選択成長マスクを用いて成膜した傾斜型回折格子形成層の相対膜厚を表すグラフ(2)である。
【図16】 従来既知のDFBレーザの断面図である。
【図17】 従来既知のDFBレーザの共振器の長さ方向の断面図である。
【符号の説明】
1、1'、1"、1'''…本発明の選択成長マスクのマスクパターン、2…マスクパターン幅、2'…テーパの付いたマスクパターン部、3…マスク開口部、5…傾斜型回折格子形成層用材料ガスの流れ、10…従来の回折格子、11…傾斜型回折格子、12…傾斜型回折格子形成層、21…P型InP半導体基板、22…P型InPクラッド層、23…InGaAsP活性層、24…N型InPクラッド層、25…P型InP層、26…N型InP電流ブロック層、27…P型InP層、28…N型InP層、29…N型InGaAsコンタクト層、30、33、34…SiO2絶縁膜、31…N型電極、32…P型電極、100…本発明により作製されたDFBレーザ、200…従来のDFBレーザ。[0001]
[Explanation of terms]
In the present invention, the “tilted diffraction grating forming layer” has a film thickness at the end in the longitudinal direction of the resonator in the distributed feedback semiconductor laser that is thicker than the film thickness at the center, and Means a layer for forming a diffraction grating having a thickness gradient distribution in which the film thickness gradually decreases from the center to the center, and the "tilted diffraction grating" refers to the tilted diffraction grating forming layer. A diffraction grating having a film thickness distribution as described above obtained by processing.
In the present invention, the “selective growth mask” is used as a patterning mask when the tilted diffraction grating forming layer is formed by a crystal growth method such as MOCVD with a desired thickness gradient distribution. In this case, it is a kind of insulating film patterned in advance at the position where the inclined diffraction grating forming layer is formed. In this selective growth mask, the “mask pattern width” means the pattern width of the mask covered in the direction perpendicular to the length direction of the resonator, and the “mask opening width” means the length of the resonator between the mask patterns. The distance in the direction perpendicular to the vertical direction.
[0002]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a distributed feedback semiconductor laser (hereinafter referred to as a DFB laser) with small optical modulation distortion.
[0003]
[Prior art]
In recent years, in the field of optical communication using an optical fiber, since the minimum loss wavelength band of the optical fiber is a 1.5 μm band, a semiconductor laser diode of a 1.5 μm band is mainly used. In particular, in an optical communication system using an analog modulation method, a DFB laser having high linearity of optical output / current characteristics (so-called LI characteristics) and low optical modulation distortion is required as a light source.
[0004]
For example, a conventionally known DFB
[0005]
As a means to solve the above problem, we have found that the occurrence of the above phenomenon can be eliminated by changing the coupling constant corresponding to the optical coupling strength of the distributed feedback semiconductor laser (Japanese Patent Application No. Hei9-19553). Specifically, the invention described in the above-mentioned patent application is directed to a guide layer (ie, a diffraction grating) in a distributed feedback semiconductor laser so as to uniformize a non-uniform electric field distribution that would be generated by the above phenomenon. The tilted diffraction grating is formed by changing the composition of the semiconductor crystal constituting the formation layer.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, although the invention described in the above-mentioned patent application (Japanese Patent Application No. Hei 9-19553) describes a diffraction grating having a thickness gradient distribution, it relates to a process for producing a layer for forming the diffraction grating. Details are not listed.
Therefore, the present invention aims to further improve the effect of the invention of the above-mentioned application, and after forming a tilted diffraction grating forming layer by a crystal growth method using a selective growth mask having a specific mask pattern. The diffraction grating forming layer is processed by a conventional method using photolithography, etching technology, etc., thereby achieving formation of a tilted diffraction grating having a film thickness distribution.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
A first aspect of the present invention is a method for producing a DFB laser having a high linearity of optical output / current characteristics and a small optical modulation distortion, which includes a step of using a selective growth mask having a specific pattern. It is.
Specifically, in the first embodiment of the present invention, the mask pattern width in the direction perpendicular to the length direction of the resonator is the maximum and the mask opening width is the minimum at the end portion of the resonator length direction of the DFB laser. A semiconductor crystal is selectively grown using a selective growth mask having a pair of mask patterns in a mirror-symmetry form in which the mask pattern width gradually decreases from the end toward the center and the mask opening width increases. An inclination having a film thickness gradient distribution in which the film thickness at the end in the longitudinal direction of the resonator is thicker than the film thickness at the center and the film thickness gradually decreases from the end toward the center. The present invention relates to a method for manufacturing a DFB laser including a step of forming a diffraction grating forming layer.
The tilted diffraction grating forming layer obtained by the above method has a thickness gradient distribution suitable for uniformizing the electric field distributed in the length direction of the resonator in the manufactured DFB laser. Is characterized in that the film thickness ratio between the lengthwise end and the center of the resonator is at least 3: 1.
[0008]
The present invention also provides a DFB laser having a tilted diffraction grating obtained by processing a tilted diffraction grating forming layer manufactured by the above method. The DFB laser of the present invention is characterized in that the axial hole burning effect does not occur, so that the linearity of the light output / current characteristics is excellent and the light modulation distortion is small.
[0009]
A second aspect of the present invention is a selective growth mask for use in the above method,
At the end of the distributed feedback semiconductor laser in the length direction of the resonator, the mask pattern width in the direction perpendicular to the length direction of the resonator is the maximum and the mask opening width is the minimum, and from the end to the center A selective growth mask characterized by having a pair of mask patterns in a mirror-symmetrical form with a gradually decreasing mask pattern width and a wider mask opening width.
[0010]
The mask pattern of the selective growth mask is from an end portion in the length direction of the cavity of the distributed feedback semiconductor laser toward the central portion.
(i) a region where the mask pattern width in the direction perpendicular to the length direction of the resonator is the maximum and the mask opening width is the minimum,
(ii) the mask pattern width is constant and the area where the mask opening width gradually increases, and
(iii) The different mask pattern width reduction rates A and B include two portions satisfying the formula: A> B, and at least three regions having a constant mask opening width.
[0011]
In the present invention, the mask pattern is outside the end portion in the longitudinal direction of the resonator of the DFB laser,
(iv) The mask pattern width and the mask opening width may further include a region equivalent to the region (i). In this case, the end face of the DFB laser can be formed by cleaving the semiconductor substrate at a portion corresponding to the end portion in the length direction of the resonator and removing the portion outside the end portion.
Due to the presence of the region (iv), the film thickness ratio between the end portion in the longitudinal direction of the resonator and the center portion in the inclined diffraction grating formation layer to be formed can be increased.
[0012]
The mask pattern of the selective growth mask of the present invention is generally formed from a SiO 2 insulating film.
[0013]
The selective growth mask of the present invention may include a region having no mask pattern at the center in the length direction of the laser resonator. That is, the tilted diffraction grating forming layer formed using the selective growth mask of the present invention may have a flat portion having no film thickness distribution at the center thereof.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to FIGS.
[0015]
In the first embodiment of the present invention, the mask pattern width in the direction perpendicular to the length direction of the resonator is the largest and the mask opening width is the smallest at the end of the distributed feedback semiconductor laser in the length direction of the resonator. Then, a semiconductor crystal is selectively grown using a selective growth mask having a pair of mask patterns having a mirror-symmetrical shape in which the mask pattern width gradually decreases from the end toward the center and the mask opening width increases. The film thickness gradient distribution is such that the film thickness at the end in the longitudinal direction of the resonator is thicker than the film thickness at the central part and the film thickness gradually decreases from the end part toward the central part. This is a method of manufacturing a distributed feedback semiconductor laser including a step of forming an inclined diffraction grating formation layer.
[0016]
Process sectional drawing showing the one aspect | mode of the 1st form of this invention is shown in FIGS.
I) First, a P-type InP clad
II) Next, the inclined diffraction
[0017]
III) After forming the SiO 2 insulating film 34 on the formed tilted diffraction
IV) Using the insulating
V) Further, InP is grown on the clad
[0018]
VI) Next, an SiO 2 insulating film 33 is formed on the N-
VII) A mesa structure having a mesa width of about 1 μm is formed by dry etching the multilayer film described above using the insulating
VIII) As shown in FIG. 7, the following layers are formed in order by MOCVD:
-P-
An N-type InP
[0019]
IX) After removing the insulating
[0020]
X) Finally, the SiO 2 insulating film 30, the N-type electrode (Au / Ge / Ni / Au) 31 and the P-type electrode (Ti / Pt / Au) 32 are formed, respectively. A DFB laser having a tilted diffraction grating in the
[0021]
FIG. 10 is a sectional view in the length direction of the resonator of the DFB laser manufactured by the above method. As is clear from this, the DFB laser produced by the method of the present invention is characterized in that an inclined diffraction grating having a film thickness distribution in the cavity direction is formed. By possessing such a diffraction grating, it is possible to achieve high linearity and reduced optical modulation distortion of optical output / current characteristics conventionally required for DFB lasers.
[0022]
Next, a selective growth mask having a specific pattern according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 11A shows a mask pattern plan view of a selective growth mask having a specific pattern according to the second embodiment of the present invention. FIG. 11 (2) is a sectional view in the resonator length direction of the tilted diffraction
[0023]
Here, the selective growth mask of the present invention forms a SiO 2 insulating film in a desired pattern form on a silicon wafer commonly used in the field by a combination of known means such as photolithography, vapor deposition and etching. It is a thing.
[0024]
In FIG. 11 (1), both ends in the horizontal direction correspond to end portions in the length direction of the resonator of the DFB laser. In the selective growth mask, the left and
[0025]
A feature of the selective growth mask of the present invention is that, as shown in FIG. 11 (1), the mask pattern extends from the end portion in the length direction of the resonator of the distributed feedback semiconductor laser toward the central portion.
(i) a region where the mask pattern width in the direction perpendicular to the length direction of the resonator is the maximum and the mask opening width is the minimum,
(ii) the mask pattern width is constant and the area where the mask opening width gradually increases, and
(iii) The different mask pattern width reduction rates A and B include two portions satisfying the formula: A> B, and at least three regions having a constant mask opening width. Here, the selective growth mask may include a region having no mask pattern in the central portion, if necessary.
[0026]
Specific examples of the first mode of the second mode include mask patterns (1 ′ and 1 ″) as shown in FIGS. 13 (1) and 13 (2). Mask whose mask pattern width is large and the mask opening width is narrow in the region corresponding to the cavity end of the laser, and that the mask pattern width gradually decreases and the mask opening width is widened toward the region corresponding to the center of the resonator Has a pattern.
FIGS. 14 (1) and 14 (2) show the film thickness distributions of the tilted diffraction grating forming layer grown using these selective growth masks. In FIG. 14, the actually measured film thickness value is a dot, the computer simulation value of the film thickness value that will be obtained by each mask pattern is a solid line, and the target film thickness gradient at the time of creating each mask pattern in FIG. Each distribution profile is represented by a dotted line.
In FIG. 14 (1), it can be seen that the thickness distribution of the obtained tilted diffraction grating forming layer is almost as simulated. Furthermore, it is also shown that the relative film thickness decreases in a linear shape from the region corresponding to the end portion of the resonance portion toward the region corresponding to the central portion. The film thickness ratio between the center and the resonator end is about 3: 1. Alternatively, in FIG. 14 (2), it can be seen that the relative film thickness decreases in a parabolic manner from the region corresponding to the end of the resonance portion toward the region corresponding to the center portion. Also in this case, as in the former case, the film thickness ratio of the resonator center portion and the resonator end portion in the formed inclined diffraction grating formation layer is about 3: 1.
[0027]
Alternatively, in the selective growth mask of the present invention, in order to increase the film thickness ratio between the end portion and the center portion in the length direction of the resonator in the formed inclined diffraction grating formation layer, the length direction of the resonator On the outside of the end of
(iv) It may further have a mask pattern region in which the mask pattern width and the mask opening width are equivalent to the region (i) (FIG. 15 (1)).
[0028]
Here, the film thickness distribution of the inclined diffraction grating forming layer can be adjusted by arbitrarily setting the mask pattern width and mask opening width of the selective growth mask to be used as described above. Here, the phenomenon in which the film thickness distribution is formed in the inclined diffraction grating forming layer will be briefly described with reference to FIG. FIG. 12 is a cross-sectional view corresponding to the aa ′ line of the
[0029]
In correspondence with the mask pattern of the selective growth mask, the formed tilted diffraction
[0030]
As described above, the tilted diffraction grating whose film thickness is gradually reduced from the resonator end equivalent region to the center equivalent region is required for a laser with a waveguide lens, for example.
[0031]
Another embodiment of such a selective growth mask is a mask as shown in FIG. In FIG. 15 (1), regions of 150 μm from both ends of the selective growth mask are portions that are not used for laser fabrication. In this portion, the mask pattern width and the mask opening width are both constant.
In the tilted diffraction grating formation layer formed using the selective growth mask, the result of evaluating the relative film thickness distribution of the layer corresponding to the region extending from the mask end portion to the central portion in the same manner as in FIG. As shown in FIG. In FIG. 15 (2), it is apparent that the thickness distribution of the obtained tilted diffraction grating forming layer is almost as simulated.
In FIG. 15 (2), the region to the left of the broken line is a portion that is not used for laser fabrication as described above. From FIG. 15 (2), it can be seen that the thickness of the formed inclined diffraction grating formation layer decreases in a downward convex curve from the resonator end portion to the center portion indicated by the broken line. I understand. Here, the film thickness ratio between the resonator end indicated by a broken line in the drawing and the resonator end at the right end of the graph is about 5: 1.
[0032]
When the selective growth mask of another embodiment is used, the tilted diffraction grating forming layer formed as described above is cleaved by a broken line (that is, a portion corresponding to the resonator end) in FIGS. 15 (1) and 15 (2). By doing so, a laser end face can be formed.
[0033]
【The invention's effect】
According to the present invention, in the length direction of the resonator, the end portion is thick and the central portion is thin, and the slope has a thickness distribution with a slope in which the thickness gradually changes from the end portion to the central portion. A type diffraction grating layer can be formed. A distributed feedback semiconductor laser having a tilted diffraction grating fabricated using such a tilted diffraction grating layer prevents the axial hole burning effect from occurring, and has high linearity in optical output and current characteristics. Light modulation distortion is small.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a step (I) of a method for producing a DFB laser according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a step (II) in the method for manufacturing the DFB laser according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a step (III) of a method for manufacturing a DFB laser according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a step (IV) in the method for manufacturing the DFB laser according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a step (V) of the method for manufacturing the DFB laser according to the first embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view showing one step (VI to VII) of the method for manufacturing the DFB laser according to the first embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a step (VIII) of the method for manufacturing the DFB laser according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a step (IX) of the method for manufacturing the DFB laser according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a DFB laser fabricated by the method of the present invention.
FIG. 10 is a longitudinal sectional view of a resonator of a DFB laser produced by the method of the present invention.
FIG. 11 is a mask pattern plan view (1) of a selective growth mask representing a second embodiment of the present invention, and a film of a tilted diffraction grating forming layer formed using the mask in the longitudinal direction of the resonator. Represent thickness distribution (2), respectively.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a state where a tilted diffraction grating forming layer is formed using the selective growth mask of the second embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a plan view showing a mask pattern of a selective growth mask according to the first aspect of the second mode of the present invention.
FIG. 14 is a graph showing a relative film thickness of a tilted diffraction grating forming layer formed using the selective growth mask according to the first aspect of the second mode of the present invention.
FIG. 15 shows a mask pattern plan view (1) of a selective growth mask according to another aspect of the second embodiment of the present invention, and the relative film thickness of the inclined diffraction grating formation layer formed using the selective growth mask. It is a graph (2).
FIG. 16 is a cross-sectional view of a conventionally known DFB laser.
FIG. 17 is a longitudinal sectional view of a resonator of a conventionally known DFB laser.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記分布帰還型半導体レーザの共振器の長さ方向の端部では、共振器の長さ方向に垂直な方向のマスクパターン幅が最大およびマスク開口幅が最小であり、前記端部から中央部に向かって徐々に前記マスクパターン幅が小さくかつマスク開口幅が広くなる、鏡面対称形態の1対のマスクパターンを有する選択成長マスクを用いて、半導体結晶を選択成長して、共振器の長さ方向の端部での膜厚が該中央部での膜厚よりも厚くおよび前記端部から該中央部にむかって膜厚が徐々に減少した膜厚傾斜分布を有する傾斜型回折格子形成層を形成する工程
を含む分布帰還型半導体レーザの製造方法。In a method of manufacturing a distributed feedback semiconductor laser having an inclined diffraction grating,
At the end of the distributed feedback semiconductor laser in the length direction of the resonator, the mask pattern width in the direction perpendicular to the length direction of the resonator is the maximum and the mask opening width is the minimum, and from the end to the center A semiconductor crystal is selectively grown using a selective growth mask having a pair of mask patterns in a mirror-symmetry form in which the mask pattern width gradually decreases and the mask opening width increases, and the length direction of the resonator An inclined diffraction grating forming layer having a thickness gradient distribution in which the film thickness at the end of the film is thicker than the film thickness at the central part and the film thickness gradually decreases from the end part toward the central part is formed. A method of manufacturing a distributed feedback semiconductor laser including the step of
(i)共振器の長さ方向に垂直な方向のマスクパターン幅が最大でかつマスク開口幅が最小である領域、
(ii)前記マスクパターン幅は一定で、マスク開口幅が徐々に拡大する領域、および
(iii)異なるマスクパターン幅減少率AおよびBが式:A>Bを満足する2つの部位を含み、かつマスク開口幅が一定の領域
の少なくとも3つの領域を有することを特徴とする請求項1記載の分布帰還型半導体レーザの製造方法。The mask pattern extends from an end portion in the longitudinal direction of the cavity of the distributed feedback semiconductor laser toward the central portion.
(i) a region where the mask pattern width in the direction perpendicular to the length direction of the resonator is the maximum and the mask opening width is the minimum,
(ii) the mask pattern width is constant and the area where the mask opening width gradually increases, and
(iii) different mask pattern width decrease rate A and B has the formula: Claim comprises two portions which satisfies A> B, and the mask opening width, characterized in that it has at least three regions of the constant region 1 A manufacturing method of the distributed feedback semiconductor laser described.
(iv)前記マスクパターン幅およびマスク開口幅が前記領域(i)と同等である領域
をさらに有する請求項3記載の分布帰還型半導体レーザの製造方法。The mask pattern is on the outside of the lengthwise end of the cavity of the distributed feedback semiconductor laser,
4. The method of manufacturing a distributed feedback semiconductor laser according to claim 3 , further comprising a region in which the mask pattern width and the mask opening width are equal to the region (i).
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