JP2002503393A - 導波管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は半導体レーザに関し、これは、レーザデバイスの端部領域において、電力は狭いモードをもつ能動導波管から、広いモードをもつ受動導波管の中へ結合されると言う事実のお陰で、光ファイバへ突合わせ接続結合することが出来る。能動導波管は、製作中に能動層を横切る対角線方向のエッチングにより形成される非対称テイパを持っている。

Description

【発明の詳細な説明】 導波管 発明の背景 本発明は、光ファイバに低損失で結合できるレーザの様な半導体光デバイス及 びその製作方法に関する。 従来技術の説明 半導体レーザの様な半導体光コンポーネントは広く使用される。使用において 、この様なコンポーネントを外部光エレメントに結合することがしばしば必要で ある。例えば、コヒーレントな光出力を発生する半導体レーザの場合、当該デバ イスを光がそれに沿って指向される光ファイバに結合することが必要であろう。 この様な結合で生じる１つの問題は、レーザにおいて及びファイバにおいて存 在する異なる光モードから生じる高い（１０ｄＢまで達する）損失があり得るこ とである。典型的には、光ファイバは、７μｍのオーダの全幅半最大（Ｆｕｌｌ Ｗｉｄｔｈ Ｈａｌｆ−Ｍａｘ）（ＦＷＨＭ）の円形の対称モードを持つが、 他方レーザにおけるモードは通常楕円形であり、その長軸と短軸の比は２：１で 、ＦＷＨＭは約１μｍである。 この問題に対する１つの解決は、レンズを使用することであるが、これは高価 でありまた、もしレーザの配列を作ることが望まれるときは通常実際的でない。 理想的には、単にファイバの端部をレーザの出力面に対抗して置き、これらを突 合わせ接続を用いて接合することが可能であるべきである。 もしこれが可能であれば、ファイバ内のモードにより良く整合するようにレー ザの出力におけるモードの寸法を増加しなければならない。１つのこの様な提案 は、米国特許第５，２７８，９２６号明細書に開示されている。この文献におい ては、半導体光コンポーネントは２つの埋込みヘテロ構造光導波管を含むべきこ とを提案しており、即ち、能動導波管と受動導波管でこれらは、その長さの少な くとも一部において重複し、能動導波管の横方向断面積は、能動導波管により導 かれる狭い光モードを受動導波管により導かれる広い光モードと結合するためモ ード遷移領域に亘り減少している。 本発明の１つの目的は、光ファイバに結合できる、レーザの様な光コンポーネ ントを比較的容易に製造出来る製作工程を提供することである。 本発明のその上の目的は、光ファイバに容易に結合できる構造を画定すること である。 本発明は、特に厳密な製造許容誤差を要求することなく、標準製作技術を使用 出来る半導体レーザの製作方法に関する。更に、本発明はこの製作工程により作 られる構造に関する。特に、非対称にテイパされた導波管を持つ構造も開示され る。 図面の簡単な説明 図１は、本発明によるコンポーネントを通しての横断面図である。 図２は、図１に示すコンポーネントの平面図である。 図３は、製作中のコンポーネントの平面図である。 図４は、製作中の後の時点におけるコンポーネントの平面図である。 好ましい実施例の詳細な説明 図１及び２は、それぞれ本発明による半導体レーザコンポーネントの横断面図 及び平面図である。当該デバイスを製作するための工程をそこで説明する。これ は、大きな能動層を持つ、１．５５μｍにおけるレーザに関している。能動層は 、量子ウエル又は歪の与えられた量子ウエルからも形成されることは理解される であろう。これら材料の全部は格子整合されている。以下の説明において、全部 の成長ステップは、金属有機化学的気相蒸着（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃ ｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）（ＭＯＣＶＤ）を使用 して有利に実行されるが、他の成長技術も使用出来ることは理解されるであろう 。 製作工程における第１段階は、受動導波管２及び能動導波管４を形成する複数 層のエピタキシャル成長である。この例において、基板６は、ｎドープされたＩ ｎＰであり、またこれもｎドープされた受動導波管２は、幾つかの層において基 板の上に形成される。各層は、１．０ｐｍのバンドギャップをもつＩｎＧａＡｓ Ｐの４０ｎｍ層の形態の受動導波管材料８と、ＩｎＰの６６０ｎｍ層の形態のク ラッド材料１０とを含む。図１は、７個のこの様な層を持つ受動導波管を示すが 、層の数は８個、又は９個、又は勿論いかなる便利な数でも良い。 受動導波管材料８の最上層の上には、ｎドープされたＩｎＰ１２の４６０ｎｍ 層が成長し、これに能動層１４が続き、これは１．５８μｍのバンドギャップを もち、０．２μｍのドープされないＩｎＧａＡｓＰから形成される。さらにｐド ープされたＩｎＰから形成され、約２００ｎｍの厚さのクラッド層１６がそこで 能動層の上に成長する。 製作工程における次の段階は、図２に示す第２の領域２２において、能動導波 管４に非対称のテイパの形成を含む。このテイパは、能動層を通って対角線方向 にエッチングして形成される。終了した製品においては、このテイパ、従って第 ２の領域２２は、例えば領域内のある長さに亘って５０μｍから数１００μｍ延 びるかも知れない。このことは、対角線方向のエッチングは、導波管方向に対し て約０．００３−０．０３ラデイアンの角度でなければならないことを意味する 。エッチングは、能動層１４を通り、最上のｎ−ＩｎＰ層まで下がる。 次に、半絶縁（Ｆｅのドープされた）ＩｎＰを用いた選択的再成長が、エッチ ングされた領域を充満し、ウエハを平坦にするための電流阻止層２８を形成する ため使用される。代わりに、電流阻止層のためにｎ−Ｐ ＩｎＰが使用出来る。 図３は、この段階におけるデバイスの平面図であり、能動ガイド層４を通る対 角線方向のエッチング、及び半絶縁ＩｎＰ３０の再成長を示している。（対角線 方向のエッチングの角度は図示を容易にするため図３においては大きく誇張され ている）。 次の製作段階は、標準埋込みヘテロ構造層の形成であり、これは能動導波管そ れ自体の形成であり、能動層を通るエッチングにより約１．２μｍの幅を持ち、 最上のｎ−ＩｎＰ層の中へ下がっている。注目すべきは、これはまた、前の段階 でエッチングされ、半絶縁ＩｎＰにより再充満された領域の中へ延びている。半 絶縁材料を再成長させる理由は、能動導波管を画定する一方で、リソグラフィを 容易にするため平坦な表面を得ることであった。この結果は、リソグラフィによ り鋭い箇所を形成する必要がなく、また工程中のどの段階においても、破損し易 い、支持のない薄い箇所を構成することなく非対称テイパを得ることが出来る。 図４は、能動導波管の画定に続くデバイスの平面図である。この段階において 、能動導波管４、再成長半絶縁材料３０、及び能動層がエッチングで除去された 領域における受動導波管２を見ることが出来る。 能動導波管の画定に続いて、標準電流阻止構造２８が、ｐ−ｎ ＩｎＰから、 又は半絶縁（Ｆｅドープされた）ＩｎＰから形成される。 埋込みヘテロ構造層を完成するため、ｐ−ＩｎＰクラッド１６を全構造に亘り 成長させ、また接点として作用する頂部金属層への良好なオーム接触を与えるた めｐ−ＩｎＧａＡｓ層が形成される。 次の段階は、図１及び２に示す様に、能動層がエッチングで除去された領域（ テイパ領域を含み）の回りに大きなリッジ導波管を画定することである。この導 波管は、１１μｍのオーダの幅で、能動導波管を中心とし、また再成長材料の全 部を下方へ基板までエッチングで除去することにより画定される。 底部接点３２が基板表面の金属被覆法により形成される。レーザファセット（ レーザ小面）を次に劈開又はエッチングにより形成することが出来、最終的には 被覆することが出来る。もし空気が外部誘電体材料として使用されるならば性能 は同じであるが、全体の構造をＳｉＮで覆っても良い。 この構造はファブリ・ペロレーザとして使用することが出来、この場合、鏡が 空胴の端部ファセット上に設けられ、これは劈開又はエッチングされ、また被覆 され又は被覆されなくても良い。代わりに、この構造はＤＦＢレーザのために使 用でき、しかし、この場合、必要なグレーテイングを作るため接点層１８を形成 する前に追加のステップが要求され、また反射防止被覆が次にファセットに付着 される。 前に述べた様に、図２は本発明による半導体レーザデバイスの平面図である。 このデバイスは、３つの領域に分割されると考えられる。第１の領域２０におい ては、このデバイスは、受動導波管２と能動導波管４を持つが、正常のレーザ構 造を持っている。この領域では、殆ど全部に電力は、能動導波管４へ閉じ込めら れる。第２の領域２２においては、能動導波管は零に至るまでテーパされ、これ により能動ガイドから受動ガイド２への電力の断熱転送が得られる。最後に、第 ３の領域２４においては、電力は大きな受動ガイドへ閉じ込められ、これは、レ ーザが結合されるべき光ファイバ２６に良く整合出来るモードを持っている。 このデバイスの第１の領域２０においては、別の誘導されたモードの形成を避 けるためリッジはエッチングされない。しかし第２及び第３の領域においては、 即ちレーザの出力側においては、好ましくは約１１μｍの幅をもつ大きな受動リ ッジ導波管を画定するため、全体の構造を通じて、下は基板に至るまで、エッチ ングによりリッジ導波管が形成される。注目すべきは、リッジ導波管の幅も、勿 論能動領域の幅も臨界的ではなく、これは良好な製造許容誤差を許している。夫 夫の層の厚さは、これも臨界的ではないが、夫々の層の幅よりもより正確に制御 できる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１１年７月２１日（１９９９．７．２１） 【補正内容】 請求の範囲 1. 半導体デバイスを製作する方法であって、 受動ガイド材料及びクラッド材料の複数の交互の層から基板上に受動導波管を 形成し、 受動導波管上に能動領域を形成し、 デバイスの第１の端部領域において、能動領域の材料をエッチングしてその対 角線方向の端部面を形成し、 能動領域の材料のエッチングにより除去された材料を置換するため半絶縁材料 を再成長させ、 能動領域の材料及び再成長させた半絶縁材料をエッチングして能動導波管を画 定し、 能動領域の材料及び再成長させた半絶縁材料のエッチングにより除去された材 料を置換するため電流阻止層を成長させ、 全部の再成長させた材料を下方は基板に至るまでエッチングして前記第１の端 部領域にリッジ導波管を画定することから成る半導体デバイスを製作する方法。 2. 半導体光デバイスであって、第１の受動導波管と第２の能動導波管から成 り、第２の導波管は、デバイスの端部の領域においてテイパされているものにお いて、第２の導波管の幅は、非対称にテイパされることを特徴とする半導体光デ バイス。 3. 請求項２に記載の半導体光デバイスにおいて、受動導波管は、デバイスの 端部においてリッジ導波管の形態であることを特徴とする半導体光デバイス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ， ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，Ｌ Ｓ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ， ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，Ｅ Ｅ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，Ｍ Ｄ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ， ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，Ｖ Ｎ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 半導体デバイスを製作する方法であって、 受動ガイド材料及びクラッド材料の複数の交互の層から基板上に受動導波管を 形成し、 受動導波管上に能動領域を形成し、 デバイスの第１の端部領域において、能動領域の材料をエッチングしてその対 角線方向の端部面を形成し、 能動領域の材料のエッチングにより除去された材料を置換するため半絶縁材料 を再成長させ、 能動領域の材料及び再成長させた半絶縁材料をエッチングして能動導波管を画 定し、 能動領域の材料及び再成長させた半絶縁材料のエッチングにより除去された材 料を置換するため電流阻止層を成長させ、 全部の再成長させた材料を下方は基板に至るまでエッチングして前記第１の端 部領域にリッジ導波管を画定することから成る半導体デバイスを製作する方法。 2. 半導体光デバイスであって、第１の受動導波管と第２の能動導波管から成 り、第２の導波管は、デバイスの端部の領域においてテイパされているものにお いて、第２の導波管は、非対称にテイパされることを特徴とする半導体光デバイ ス。 3. 請求項２に記載の半導体光デバイスにおいて、受動導波管は、デバイスの 端部においてリッジ導波管の形態であることを特徴とする半導体光デバイス。