專利名稱：分布反饋型激光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及用于光纖通信的分布反饋型激光裝置。
傳統(tǒng)的分布反饋型激光裝置，例如有圖37、圖38A與圖38B所示的裝置(特開2000-114652號(hào)公報(bào))。該分布反饋型激光裝置120中，在n導(dǎo)電型的InP襯底115上由下而上淀積了(1)n導(dǎo)電型InP包覆層116；(2)InGaAsP光阱層117、118；(3)激活層119；(4)InGaAsP光阱層120、121；(5)衍射光柵106；(6)p導(dǎo)電型InP包覆層122；以及(7)p導(dǎo)電型InGaAs接觸層123。
圖38A中所示的分布反饋型激光裝置中振蕩形成的激光，在沿該裝置厚度方向的光強(qiáng)度如圖38B所示，以激活層為中心上下分布。如圖38A與圖38B所示，該光強(qiáng)度跟衍射光柵的高度h即光波的振幅和衍射光柵106與激活層119之間的距離H有很強(qiáng)的依存關(guān)系。
但是，衍射光柵的高度h，因衍射光柵形成時(shí)的刻蝕深度偏差而會(huì)有較大的變動(dòng)。衍射光柵的刻蝕法，屬于寬度為0.2μm的細(xì)微區(qū)域刻蝕。因此，刻蝕率在晶片面上的偏差很大，并且還有每個(gè)制造批次帶來(lái)的變動(dòng)，即所謂的批與批之間的(run to run)變動(dòng)。因此，光耦合系數(shù)隨衍射光柵的高度h的偏差的大小而變動(dòng)。除此以外，實(shí)際上還有晶體生長(zhǎng)上厚度偏差的影響。例如，InGaAsP光阱層120、121形成得較厚，或InGaAsP光阱層118、120或其外例的光阱層117、121形成得較厚的場(chǎng)合，衍射光柵106與激活層119之間的距離H就會(huì)增大。由此，減少了疊加在衍射光柵上的光強(qiáng)度，于是光耦合系數(shù)變小。這樣，在圖37所示的分布反饋型激光裝置中，由于制造時(shí)的微小膜厚變動(dòng)和成分變動(dòng)引起的折射率變動(dòng)，而造成光耦合系數(shù)的偏差，從而難以高合格率地進(jìn)行分布反饋型激光裝置的制造。
另一方面，作為不受上述衍射光柵高度h偏差的影響的分布反饋型激光裝置，例如有《光波技術(shù)學(xué)報(bào)》(Journal of LightwaveTechnology vol.7(1989)pp2072-2077)上發(fā)表的圖39所示的方案。該分布反饋型激光裝置120中，在InP襯底115上自下而上淀積了(1)InP包覆層122a、(2)激活層、(3)InP包覆層122b、(4)衍射光柵106與(5)InP包覆層122c。圖39所示的分布反饋型激光裝置的光耦合系數(shù)，由兩個(gè)層厚dInP(InP包覆層122b的厚度)和d光柵、衍射光柵的折射率以及衍射光柵的截面形狀確定。因此，如果所述衍射光柵具有預(yù)定間距的棧狀格子的結(jié)構(gòu)，其光耦合系數(shù)就跟上述的刻蝕法深度無(wú)關(guān)。從而，不再存在圖37所示的分布反饋型激光裝置的光耦合系數(shù)偏差的主要原因，即與衍射光柵的高度h相對(duì)應(yīng)的原因。因此，跟圖37所示的分布反饋型激光裝置相比，圖39所示的分布反饋型激光裝置的光耦合系數(shù)的偏差較小。
但是，層厚與折射率取決于成膜處理工序，因此，成膜處理裝置上各成膜處理批次膜生長(zhǎng)速度與成分的參差不一和各成膜處理裝置固有的膜生長(zhǎng)速度與成分的晶片面內(nèi)分布，對(duì)層厚與折射率有很大影響。受到這些偏差因素的影響，膜生長(zhǎng)處理批次之間以及晶片面內(nèi)均存在光耦合系數(shù)的偏差。
在后述說(shuō)明中，所謂成膜處理包含以下兩種情況(g1)與基底膜在結(jié)晶取向上匹配的外延膜的生長(zhǎng)；以及(g2)與結(jié)晶取向上的匹配無(wú)關(guān)地形成結(jié)晶膜和非晶膜。后者(g2)對(duì)應(yīng)于淀積多晶膜時(shí)的情況。
圖40給出了層厚dInP的變動(dòng)引起的光耦合系數(shù)偏離設(shè)計(jì)值的計(jì)算結(jié)果。另外，圖41給出了層厚d光柵的變動(dòng)引起的光耦合系數(shù)偏離設(shè)計(jì)值的計(jì)算結(jié)果。另外，在圖42中給出了衍射光柵的折射率的偏差引起的光耦合系數(shù)偏離設(shè)計(jì)值的計(jì)算結(jié)果。由上述各項(xiàng)計(jì)算結(jié)果可知，±25％的層厚變動(dòng)或±1％的折射率變動(dòng)可引起光耦合系數(shù)±14～25％的變動(dòng)。這種狀況的光耦合系數(shù)偏差會(huì)使分布反饋型激光裝置的特性有很大的偏差，從而妨礙其制造合格率的提高。
本發(fā)明的分布反饋型激光裝置包括設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上激活層兩側(cè)的包覆層，以及設(shè)置在任一側(cè)包覆層中的衍射光柵，即一種其折射率與包覆層不同的、帶有在光的出射方向以預(yù)定的間距在與該出射方向相交的方向上延伸的棧狀格子的衍射光柵。此激光振蕩裝置中至少設(shè)有一層光分布調(diào)整層，該層在與衍射光柵相隔一定距離的包覆層內(nèi)，具有與衍射光柵相同的成分。
在衍射光柵形成之前該光分布調(diào)整層成膜時(shí)，形成衍射光柵的膜和光分布調(diào)整層在同一成膜處理裝置中形成。這時(shí)，成膜處理裝置在膜形成厚度與成分上的偏差傾向，在衍射光柵和光分布調(diào)整層中同樣存在。衍射光柵的棧狀格子和光分布調(diào)整層的折射率高于包覆層等的折射率。因此，例如在衍射光柵的厚度形成得較厚而光分布調(diào)整層還未配置的場(chǎng)合，光的電場(chǎng)與衍射光柵的重疊變大，從而使光耦合系數(shù)增大。
但是，由于通過(guò)上述成膜處理裝置成膜的光分布調(diào)整層具有跟形成衍射光柵的膜層相同的傾向，同樣形成得較厚。由于光具有向折射率大的部位靠近的性質(zhì)，光的電場(chǎng)強(qiáng)度分布就以上述光分布調(diào)整層變厚的量向光分布調(diào)整層靠近，使之比設(shè)計(jì)上的分布更遠(yuǎn)地偏離衍射光柵。結(jié)果，使光耦合系數(shù)的增減得以抵消，抑制了光耦合系數(shù)的變動(dòng)。
并且，在衍射光柵形成后形成光分布調(diào)整層的場(chǎng)合，用形成衍射光柵時(shí)的成膜處理裝置，并以跟形成衍射光柵的膜同樣的偏差傾向來(lái)形成光分布調(diào)整層。因此，可以取得與上述相同的結(jié)果，使光耦合系數(shù)的增減得以抵消，抑制了光耦合系數(shù)的變動(dòng)。
文中，衍射光柵一般指衍射光柵本身，但有時(shí)也用來(lái)代指衍射光柵所形成的淀積層。另外，在關(guān)于制造方法等的說(shuō)明中，衍射光柵膜意指使衍射光柵得以形成的膜。
再有，就光分布調(diào)整層與衍射光柵的成分相同而言，可以是含有相同的導(dǎo)電型確定雜質(zhì)，也可以是導(dǎo)電型確定雜質(zhì)相異而導(dǎo)電型確定雜質(zhì)以外的成分相同。導(dǎo)電型確定雜質(zhì)相異的場(chǎng)合，通常的情況是，一方含有例如n導(dǎo)電型雜質(zhì)，另一方含有p導(dǎo)電型雜質(zhì)。以后的說(shuō)明中，凡述及光分布調(diào)整層與衍射光柵的成分相同的場(chǎng)合，其含義均如此。
本發(fā)明的分布反饋型激光裝置的制造方法，用于制造這樣的分布反饋型激光裝置，它包括設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上激活層兩側(cè)的包覆層，以及設(shè)置在任一側(cè)包覆層中的衍射光柵，一種其折射率與包覆層不同的、帶有在光的出射方向以預(yù)定的間距在與該出射方向相交的方向上延伸的棧狀格子的衍射光柵；以及至少一層光分布調(diào)整層，該層在與衍射光柵相隔一定距離的包覆層內(nèi)，具有與衍射光柵相同的成分。在該制造方法中，至少用下列裝置中的任一裝置進(jìn)行一層光分布調(diào)整層的成膜處理和衍射光柵形成膜的成膜處理(a1)同樣的成膜處理裝置；(a2)層厚的面內(nèi)分布類似的成膜處理裝置；以及(a3)具有同樣結(jié)構(gòu)的成膜處理裝置。
通過(guò)這種制造方法，可以使衍射光柵膜的偏差傾向跟光分布調(diào)整層的偏差傾向相同。因此，使得二者的制造偏差引起的光耦合系數(shù)變動(dòng)的主要因素作用相反，從而可以達(dá)到相互抵消的效果。結(jié)果，可以抑制制造時(shí)的偏差引起的光耦合系數(shù)的變動(dòng)，使合格率得到提高。
圖2表示分布反饋型激光裝置的制造方法中，包覆膜在衍射光柵膜上成膜后狀態(tài)。
圖3表示在對(duì)衍射光柵膜與包覆膜制作圖案后，衍射光柵已形成的狀態(tài)。
圖4是說(shuō)明衍射光柵膜出現(xiàn)厚度加大的偏差時(shí)，光的電場(chǎng)強(qiáng)度分布偏離衍射光柵的示圖。
圖5是說(shuō)明衍射光柵膜出現(xiàn)厚度減少的偏差時(shí)，光的電場(chǎng)強(qiáng)度分布靠近衍射光柵的示圖。
圖6給出的計(jì)算結(jié)果，顯示了

圖1所示的分布反饋型激光裝置的衍射光柵層厚變動(dòng)時(shí)偏離光耦合系數(shù)設(shè)計(jì)值的狀況。
圖7給出的計(jì)算結(jié)果，顯示了圖1所示的分布反饋型激光裝置的衍射光柵折射率變動(dòng)時(shí)偏離光耦合系數(shù)設(shè)計(jì)值的狀況。
圖8是本發(fā)明實(shí)施例2的分布反饋型激光裝置的示圖。
圖9表示圖8所示的分布反饋型激光裝置的制造方法中，包覆膜在衍射光柵膜上成膜后狀態(tài)。
圖10表示在對(duì)衍射光柵膜與包覆膜制作圖案后，衍射光柵已形成的狀態(tài)。
圖11是說(shuō)明衍射光柵膜出現(xiàn)厚度加大的偏差時(shí)，光的電場(chǎng)強(qiáng)度分布偏離衍射光柵的示圖。
圖12是說(shuō)明衍射光柵膜出現(xiàn)厚度減少的偏差時(shí)，光的電場(chǎng)強(qiáng)度分布靠近衍射光柵的示圖。
圖13是本發(fā)明實(shí)施例3的分布反饋型激光裝置的示圖。
圖14表示圖1 3所示的分布反饋型激光裝置的制造方法中，包覆膜在衍射光柵膜上成膜后狀態(tài)。
圖15表示在對(duì)衍射光柵膜與包覆膜制作圖案后，衍射光柵已形成的狀態(tài)。
圖16是說(shuō)明位于衍射光柵下方的下包覆層出現(xiàn)厚度加大的偏差時(shí)，光的電場(chǎng)強(qiáng)度分布靠近衍射光柵的示圖。
圖17是說(shuō)明位于衍射光柵下方的下包覆層出現(xiàn)厚度減小的偏差時(shí)，光的電場(chǎng)強(qiáng)度分布偏離衍射光柵的示圖。
圖18給出的計(jì)算結(jié)果，顯示了圖13所示的分布反饋型激光裝置的上包覆層的膜厚變動(dòng)時(shí)偏離光耦合系數(shù)設(shè)計(jì)值的狀況。
圖19是本發(fā)明實(shí)施例4的分布反饋型激光裝置的示圖。
圖20表示圖19所示的分布反饋型激光裝置的制造方法中，包覆膜在衍射光柵膜上成膜后狀態(tài)。
圖21表示在對(duì)衍射光柵膜與包覆膜制作圖案后，衍射光柵已形成的狀態(tài)。
圖22是說(shuō)明衍射光柵出現(xiàn)厚度加大的偏差時(shí)，光的電場(chǎng)強(qiáng)度分布偏離衍射光柵的示圖。
圖23是說(shuō)明衍射光柵出現(xiàn)厚度減少的偏差時(shí)，光的電場(chǎng)強(qiáng)度分布靠近衍射光柵的示圖。
圖24是說(shuō)明位于衍射光柵下方的下包覆層出現(xiàn)厚度加大的偏差時(shí)，光的電場(chǎng)強(qiáng)度分布靠近衍射光柵的示圖。
圖25是說(shuō)明位于衍射光柵下方的下包覆層出現(xiàn)厚度減小的偏差時(shí)，光的電場(chǎng)強(qiáng)度分布偏離衍射光柵的示圖。
圖26給出的計(jì)算結(jié)果，顯示了圖19所示的分布反饋型激光裝置的下包覆層的膜厚變動(dòng)時(shí)偏離光耦合系數(shù)設(shè)計(jì)值的狀況。
圖27給出的計(jì)算結(jié)果，顯示了圖19所示的分布反饋型激光裝置的衍射光柵厚度變動(dòng)時(shí)偏離光耦合系數(shù)設(shè)計(jì)值的狀況。
圖28給出的計(jì)算結(jié)果，顯示了圖19所示的分布反饋型激光裝置的衍射光柵折射率變動(dòng)時(shí)偏離光耦合系數(shù)設(shè)計(jì)值的狀況。
圖29是本發(fā)明實(shí)施例5的分布反饋型激光裝置的示圖。
圖30表示圖29所示的分布反饋型激光裝置的制造方法中，包覆膜在衍射光柵膜上成膜后狀態(tài)。
圖31表示在對(duì)衍射光柵膜與包覆膜制作圖案后，衍射光柵已形成的狀態(tài)。
圖32是說(shuō)明衍射光柵出現(xiàn)厚度加大的偏差時(shí)，光的電場(chǎng)強(qiáng)度分布偏離衍射光柵的示圖。
圖33是說(shuō)明衍射光柵出現(xiàn)厚度減小的偏差時(shí)，光的電場(chǎng)強(qiáng)度分布偏離衍射光柵的示圖。
圖34是說(shuō)明位于衍射光柵下方的下包覆層出現(xiàn)厚度加大的偏差時(shí)，光的電場(chǎng)強(qiáng)度分布靠近衍射光柵的示圖。
圖35是說(shuō)明位于衍射光柵下方的下包覆層出現(xiàn)厚度減小的偏差時(shí)，光的電場(chǎng)強(qiáng)度分布偏離衍射光柵的示圖。
圖36是本發(fā)明實(shí)施例6中的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的示圖。
圖37是傳統(tǒng)的分布反饋型激光裝置的示圖。
圖38A是說(shuō)明激活層與衍射光柵之間的距離對(duì)光耦合系數(shù)影響的示圖；圖38B是說(shuō)明波狀衍射光柵的高度對(duì)光耦合系數(shù)影響的示圖。
圖39是傳統(tǒng)的另一分布反饋型激光裝置的示圖。
圖40給出的計(jì)算結(jié)果，顯示了圖39所示的分布反饋型激光裝置中，確定激活層與衍射光柵之間距離的包覆層厚度變動(dòng)時(shí)偏離光耦合系數(shù)設(shè)計(jì)值的狀況。
圖41給出的計(jì)算結(jié)果，顯示了圖39所示的分布反饋型激光裝置中，衍射光柵厚度變動(dòng)造成的偏離光耦合系數(shù)設(shè)計(jì)值的狀況。
圖42給出的計(jì)算結(jié)果，顯示了圖39所示的分布反饋型激光裝置中，衍射光柵折射率變動(dòng)造成的偏離光耦合系數(shù)設(shè)計(jì)值的狀況。
(實(shí)施例1)如圖1所示，在n導(dǎo)電型InP襯底1上設(shè)有n導(dǎo)電型InGaAsP層2，進(jìn)而在該層上設(shè)置n導(dǎo)電型InP層3。再在其上設(shè)置構(gòu)成激活層4的InGaAsP層，在該激活層4上設(shè)置p導(dǎo)電型InP層5，進(jìn)而又在該層上用由n導(dǎo)電型InGaAsP層構(gòu)成的棧狀格子以預(yù)定的間距設(shè)置衍射光柵6。然后，設(shè)置p導(dǎo)電型InP層7、8，將該棧狀格子之間的溝槽填埋。
由InP層構(gòu)成的包覆層18a、18b，從上下側(cè)將激活層4夾在其中。并且，上述的n導(dǎo)電型InGaAsP層2構(gòu)成光分布調(diào)整層。如圖1所示，包覆層18b，設(shè)置在與n導(dǎo)電型InP襯底1相接的光分布調(diào)整層上。這樣，在與半導(dǎo)體襯底1相接的光分布調(diào)整層的上面設(shè)置包覆層的場(chǎng)合，由于半導(dǎo)體襯底與包覆層的成分相同，可以說(shuō)光分布調(diào)整層位于包覆層內(nèi)。換言之，在光分布調(diào)整層由包覆層(InP)與半導(dǎo)體襯底(InP)夾于中間的場(chǎng)合，可以將光分布調(diào)整層看作實(shí)際上被設(shè)于包覆層內(nèi)。
另外，在后述說(shuō)明中，衍射光柵和使衍射光柵得以形成的衍射光柵膜用同一符號(hào)表示。
在這種分布反饋型激光裝置中，給激活層4注入電流，使光沿激活層的層面振蕩的同時(shí)，通過(guò)衍射光柵6的棧狀格子間距等選擇特定的波長(zhǎng)，使特定波長(zhǎng)的振蕩得以繼續(xù)。如圖1所示，從振蕩的光中將部分的光取出，用于光纖通信。
接著，對(duì)上述分布反饋型激光裝置的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。如圖2所示，在n導(dǎo)電型InP襯底1上以自下而上的順序形成(1)構(gòu)成光分布調(diào)整層的n導(dǎo)電型InGaAsP層2；(2)n導(dǎo)電型InP層3；(3)由InGaAsP層構(gòu)成的激活層4；(4)p導(dǎo)電型InP層5；(5)形成衍射光柵的n導(dǎo)電型InGaAsP膜6；以及(6)p導(dǎo)電型InP層7。
上述成膜處理的要點(diǎn)在于，至少構(gòu)成光分布調(diào)整層的n導(dǎo)電型InGaAsP層2和形成衍射光柵的n導(dǎo)電型InGaAsP膜6，必須在具有相同偏差傾向的處理裝置內(nèi)在該偏差傾向不發(fā)生改變的、例如在同一處理批次中形成。也就是說(shuō)，例如在每次一片InP晶片的分批處理的場(chǎng)合，必須在同一成膜處理裝置中連續(xù)地在該InP晶片上進(jìn)行構(gòu)成光分布調(diào)整層的n導(dǎo)電型InGaAsP層2和形成衍射光柵的n導(dǎo)電型InGaAsP膜6的成膜處理。這里所說(shuō)的偏差傾向相同，指的是偏差方向相同，且該偏差的大小也大致相同。并且，在面內(nèi)偏差成為問(wèn)題的場(chǎng)合，偏差的面內(nèi)分布也有包含偏差方向在內(nèi)的類似的情況。
作為上述的成膜處理方法，可以采用MOCVD法(Metal OrganicChemical Vapor Deposition有機(jī)金屬化學(xué)氣相淀積)、MBE法(Molecular Beam Epitaxy分子束外延生長(zhǎng))和LPE法(Liquid PhaseEpitaxy液相外延生長(zhǎng))。
此后，如圖3所示，通過(guò)干涉曝光法、電子束曝光法和刻蝕法制作圖案，以用n導(dǎo)電型InGaAsP膜6、p導(dǎo)電型InP層7形成預(yù)定間距的棧狀格子。之后，進(jìn)行p導(dǎo)電型InP層8的成膜處理，將上述間距之間的溝槽填埋，完成分布反饋型激光裝置的制作。
在圖1的分布反饋型激光裝置中，光分布調(diào)整層的n導(dǎo)電型InGaAsP層2和構(gòu)成衍射光柵的棧狀格子的n導(dǎo)電型InGaAsP層6，含有相同的成分，其中包括確定導(dǎo)電型的雜質(zhì)。如上所述，由于上述兩層在同一處理批次中在同一處理裝置內(nèi)先后形成，它們的厚度與成分具有相同的偏差傾向。從而，該兩層偏離折射率設(shè)計(jì)值的比例大致相同。例如，形成衍射光柵的InGaAsP層6的厚度增大的場(chǎng)合，傳統(tǒng)的分布反饋型激光振蕩裝置中，衍射光柵與振蕩電場(chǎng)分布的重疊增大，所以使光耦合系數(shù)增大。但是，本實(shí)施例中，作為光分布調(diào)整層的InGaAsP層2也具有跟形成衍射光柵的InGaAsP膜6相同的傾向，其厚度以同樣的比例相對(duì)設(shè)計(jì)厚度增大。
由于光被吸引至折射率高的區(qū)域，光的電場(chǎng)分布就在因光分布調(diào)整層的厚度偏差而增加的厚度限度內(nèi)被從設(shè)計(jì)的振蕩位置偏向光分布調(diào)整層一側(cè)。如圖4所示，由于上述的光分布調(diào)整層InGaAsP層2的厚度增加，沿波導(dǎo)厚度方向的截面處光的電場(chǎng)強(qiáng)度分布向InGaAsP層2一側(cè)偏移。圖中，虛線表示設(shè)計(jì)時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度分布E設(shè)計(jì)，實(shí)線表示因光分布調(diào)整層的偏差而厚度增大后的電場(chǎng)強(qiáng)度分布E。如上所述的光的電場(chǎng)強(qiáng)度分布的偏移，具有使光耦合系數(shù)減少的作用。其結(jié)果，光分布調(diào)整層上跟衍射光柵相同傾向的厚度改變，可以補(bǔ)償因衍射光柵上的厚度變動(dòng)引起的光耦合系數(shù)的變動(dòng)。
并且，如形成衍射光柵的InGaAsP膜6變薄，則光分布調(diào)整層InGaAsP層2也有同樣的偏差傾向而變薄。這時(shí)，在跟圖4所示的情況相同的機(jī)制作用下，光耦合系數(shù)的變動(dòng)可得到補(bǔ)償。換言之，如圖5所示，分布調(diào)整層變薄的程度，沿波導(dǎo)厚度方向的光電場(chǎng)強(qiáng)度分布，從E設(shè)計(jì)向E偏移。也就是說(shuō)，設(shè)計(jì)時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度分布被光分布調(diào)整層排斥，向衍射光柵側(cè)偏移。
以上只對(duì)厚度變動(dòng)的情況作了說(shuō)明，但是即使在存在構(gòu)成衍射光柵棧狀格子的InGaAsP層6的成分變動(dòng)引起的折射率變動(dòng)的場(chǎng)合，光分布調(diào)整層2也可對(duì)該變動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，其結(jié)果，就是對(duì)光耦合系數(shù)作了補(bǔ)償。
如上所述，形成衍射光柵的淀積層中，即使存在成分變動(dòng)或厚度變動(dòng)，也可抑制這些變動(dòng)引起的光耦合系數(shù)的變動(dòng)?，F(xiàn)將以上所述歸納如下(1)設(shè)置跟衍射光柵成分相同的光分布調(diào)整層，該層和衍射光柵將激活層夾于中間。
(2)設(shè)計(jì)分布反饋型激光裝置，其中包括該光分布調(diào)整層的設(shè)置。
(3)制造分布反饋型激光裝置時(shí)，在衍射光柵膜上有厚度變動(dòng)或成分變動(dòng)的場(chǎng)合，光分布調(diào)整層上也發(fā)生同樣傾向的厚度變動(dòng)或成分變動(dòng)。為了在衍射光柵膜和光分布調(diào)整層上發(fā)生相同傾向的厚度變動(dòng)或成分變動(dòng)，該兩層最好在具有相同偏差傾向的成膜處理裝置內(nèi)形成。例如，最好在同一批次處理中，在同一成膜處理裝置內(nèi)連續(xù)形成。由于插入衍射光柵膜的刻蝕法處理，進(jìn)行衍射光柵膜的成膜處理和光分布調(diào)整層的成膜處理的場(chǎng)合，衍射光柵膜的成膜處理和光分布調(diào)整層的成膜處理不能在同一成膜處理裝置中連續(xù)進(jìn)行。但是，最好使用同一臺(tái)成膜處理裝置，至少在顯示相同偏差傾向的成膜處理裝置中進(jìn)行成膜。
(4)衍射光柵的厚度變動(dòng)與成分變動(dòng)引起的光耦合系數(shù)的變動(dòng)，和光分布調(diào)整層的厚度變動(dòng)與成分變動(dòng)引起的光耦合系數(shù)的變動(dòng)相互抵消，從而抑制光耦合系數(shù)的變動(dòng)。其結(jié)果，抑制了分布反饋型激光裝置的特性參差不一的現(xiàn)象，使合格率得到提高。
圖6給出的計(jì)算結(jié)果，顯示了本發(fā)明的分布反饋型激光裝置的衍射光柵層厚變動(dòng)時(shí)偏離光耦合系數(shù)設(shè)計(jì)值的狀況。并且，圖7給出的計(jì)算結(jié)果，顯示了因本發(fā)明的分布反饋型激光裝置的成分變動(dòng)，而使衍射光柵折射率變動(dòng)時(shí)偏離光耦合系數(shù)設(shè)計(jì)值的狀況。依據(jù)圖6與圖7，本發(fā)明的分布反饋型激光裝置可以將光耦合系數(shù)的變動(dòng)抑制到傳統(tǒng)裝置的1/8。其結(jié)果，可以抑制分布反饋型激光裝置特性參差不一的現(xiàn)象。
再有，本實(shí)施例中，以在激活層的上側(cè)設(shè)置衍射光柵的裝置進(jìn)行說(shuō)明，實(shí)際也可將衍射光柵設(shè)置在激活層的下側(cè)。也可以將各半導(dǎo)體的n導(dǎo)電型和p導(dǎo)電型反過(guò)來(lái)設(shè)置。并且，衍射光柵的一部分上可以有一個(gè)或多個(gè)移相部分。也可以在衍射光柵的諧振器的中央設(shè)置相當(dāng)于介質(zhì)內(nèi)波長(zhǎng)1/4的相移，并在其兩端涂敷無(wú)反射膜層。該移相部分和無(wú)反射膜層可使單縱模合格率得到提高。
本實(shí)施例中，就InP/InGaAsP系列的分布反饋型激光裝置作了說(shuō)明。但是，例如也可以采用InP/A1GaInAs系列的分布反饋型激光裝置(第62屆應(yīng)用物理學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)演講會(huì)(2001年)13p-B-15)等。另外，本實(shí)施例也適用于(例如)將調(diào)制器與分布反饋型激光裝置在共用的襯底上單片集成的分布反饋型激光裝置(IEEE Journal ofQuantum Electronics，vol.36(2000)pp909-915)。
(實(shí)施例2)本實(shí)施例的特征在于，光分布調(diào)整層12設(shè)置在衍射光柵16與激活層4之間。如圖8所示，光分布調(diào)整層12和衍射光柵16設(shè)置在包覆層18a內(nèi)。
如圖8所示，在n導(dǎo)電型InP襯底1上設(shè)置n導(dǎo)電型InP層3，其上再設(shè)置構(gòu)成激活層的InGaAsP層4，進(jìn)而再設(shè)置p導(dǎo)電型InP層5。在該p導(dǎo)電型InP層5上，設(shè)置作為光分布調(diào)整層的p導(dǎo)電型InGaAsP層12，其上設(shè)置p導(dǎo)電型InP層7。進(jìn)而再設(shè)置構(gòu)成衍射光柵棧狀格子的p導(dǎo)電型InGaAsP層16。然后，設(shè)置p導(dǎo)電型InP層8、9，將該p導(dǎo)電型InGaAsP層16遮覆。形成衍射光柵棧狀格子的p導(dǎo)電型InGaAsP層16，跟光分布調(diào)整層p導(dǎo)電型InGaAsP層12具有包括導(dǎo)電型確定雜質(zhì)在內(nèi)的相同成分。
在這種分布反饋型激光裝置中，給激活層4注入電流，使光沿激活層的層面振蕩的同時(shí)，通過(guò)衍射光柵16預(yù)定間距的棧狀格子選擇特定的波長(zhǎng)，使特定波長(zhǎng)的振蕩得以繼續(xù)。如圖8所示，從振蕩的光中將部分的光取出，用于光纖通信等。
接著，對(duì)上述分布反饋型激光裝置的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。如圖9所示，在n導(dǎo)電型InP襯底1上以自下而上的順序形成(1)n導(dǎo)電型InP層3；(2)由InGaAsP層構(gòu)成的激活層4；(3)p導(dǎo)電型InP層5；(4)構(gòu)成光分布調(diào)整層的p導(dǎo)電型InGaAs層12；(5)p導(dǎo)電型InP層7；(6)形成衍射光柵的p導(dǎo)電型InGaAsP膜16；以及(7)p導(dǎo)電型InP層8。
上述成膜處理的要點(diǎn)在于，至少構(gòu)成光分布調(diào)整層的p導(dǎo)電型InGaAsP層12和形成衍射光柵的p導(dǎo)電型InGaAsP膜16，必須在具有相同偏差傾向的處理裝置內(nèi)在該偏差傾向不發(fā)生改變的、例如同一處理批次中形成。也就是說(shuō)，例如在每次一片InP晶片的分批處理的場(chǎng)合，必須在同一成膜處理裝置中連續(xù)地在該InP晶片上進(jìn)行構(gòu)成光分布調(diào)整層的n導(dǎo)電型InGaAsP層2和形成衍射光柵的n導(dǎo)電型InGaAsP膜16的成膜處理。這里所說(shuō)的偏差傾向相同，指的是偏差方向相同，且該偏差的大小也大致相同。并且，在面內(nèi)偏差成為問(wèn)題的場(chǎng)合，偏差的面內(nèi)分布也有包含偏差方向在內(nèi)的類似的情況。
作為上述成膜處理方法，可以采用MOCVD法(Metal OrganicChemical Vapor Deposition有機(jī)金屬化學(xué)氣相淀積)、MBE法(Molecular Beam Epitaxy分子束外延生長(zhǎng))和LPE法(Liquid PhaseEpitaxy液相外延生長(zhǎng))。
此后，如圖10所示，通過(guò)干涉曝光法、電子束曝光法和刻蝕法制作圖案，以用p導(dǎo)電型InGaAsP膜16、p導(dǎo)電型InP層8形成預(yù)定間距的棧狀格子。之后，進(jìn)行p導(dǎo)電型InP層9的成膜處理，將上述間距之間的溝槽填埋，完成分布反饋型激光裝置的制作。
在圖8的分布反饋型激光裝置中，光分布調(diào)整層InGaAsP層12和構(gòu)成衍射光柵的棧狀格子的InGaAsP層16，含有相同的成分。上述兩層在同一處理批次中在同一處理裝置內(nèi)連續(xù)形成，因此它們?cè)诤穸扰c成分上有相同的偏差傾向。從而，該兩層偏離折射率設(shè)計(jì)值的比例大致相同。例如，形成衍射光柵的InGaAsP層16的厚度增大的場(chǎng)合，傳統(tǒng)的分布反饋型激光振蕩裝置中，光耦合系數(shù)增大。但是，本實(shí)施例中，作為光分布調(diào)整層的InGaAsP層12也具有跟形成衍射光柵的棧狀格子InGaAsP層16相同的傾向，其厚度以同樣的比例增大。
如上所述，由于光被吸引至折射率高的區(qū)域，如圖11所示，光的電場(chǎng)強(qiáng)度分布偏離衍射光柵16，向p導(dǎo)電型InGaAsP層12一側(cè)偏移。這種光電場(chǎng)強(qiáng)度分布的偏移，具有使光耦合系數(shù)減少的作用。其結(jié)果，可以抑制因InGaAsP層16的厚度變動(dòng)引起的光耦合系數(shù)的偏差。
另一方面，如形成衍射光柵的InGaAsP膜16變薄，則光分布調(diào)整層InGaAsP層12也有同樣的偏差傾向而變薄。結(jié)果，如圖12所示，沿波導(dǎo)厚度方向的光電場(chǎng)強(qiáng)度分布，向衍射光柵側(cè)偏移。圖12所示的場(chǎng)合，在跟圖4所示的相同的對(duì)于厚度變動(dòng)的機(jī)制作用下，可以補(bǔ)償光耦合系數(shù)的變動(dòng)。
以上只對(duì)厚度變動(dòng)的情況作了說(shuō)明，但是即使在存在構(gòu)成衍射光柵棧狀格子的InGaAsP層16的成分變動(dòng)引起的折射率變動(dòng)的場(chǎng)合，光分布調(diào)整層12也可對(duì)該變動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，結(jié)果就是對(duì)光耦合系數(shù)作了補(bǔ)償。
如上所述，形成衍射光柵的淀積層中，即使存在成分變動(dòng)或厚度變動(dòng)，也可抑制這些變動(dòng)引起的光耦合系數(shù)的變動(dòng)。
再有，本實(shí)施例中，以在激活層的上側(cè)設(shè)置衍射光柵的裝置進(jìn)行說(shuō)明，實(shí)際上衍射光柵位于激活層的下側(cè)也行。也可以將半導(dǎo)體的n導(dǎo)電型和p導(dǎo)電型調(diào)換。并且，衍射光柵的一部分上可以有一個(gè)或多個(gè)移相部分。也可以在衍射光柵的諧振器的中央設(shè)置相當(dāng)于介質(zhì)內(nèi)波長(zhǎng)1/4的相移，并在其兩端涂敷無(wú)反射膜層。該移相部分和無(wú)反射膜層可使單縱模合格率得到提高。
本實(shí)施例中，就InP/InGaAsP系列的分布反饋型激光裝置作了說(shuō)明。但是，例如也可以采用InP/AlGaInAs系列的分布反饋型激光裝置等。另外，本實(shí)施例也適用于(例如)將調(diào)制器與分布反饋型激光裝置在共用的襯底上單片集成的分布反饋型激光裝置。
(實(shí)施例3)本實(shí)施例的特征在于，衍射光柵16設(shè)置在光分布調(diào)整層12與激活層4之間。如圖13所示，在n導(dǎo)電型InP襯底1上設(shè)置n導(dǎo)電型InP層3，其上再設(shè)置構(gòu)成激活層4的InGaAsP層。在激活層4上，再設(shè)置p導(dǎo)電型InP層5；其上設(shè)置p導(dǎo)電型InGaAsP膜構(gòu)成的衍射光柵16。再設(shè)置p導(dǎo)電型InP層7，將衍射光柵棧狀格子之間的刻蝕溝槽填埋；然后又在上面設(shè)置作為光分布調(diào)整層的p導(dǎo)電型InGaAsP層12。在該p導(dǎo)電型InGaAsP層12之上設(shè)置p導(dǎo)電型InP層9。光分布調(diào)整層12設(shè)置在包覆層18a內(nèi)。
接著，對(duì)上述分布反饋型激光裝置的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。首先，如圖14所示，在n導(dǎo)電型InP襯底1上以自下而上的順序形成(1)n導(dǎo)電型InP層3；(2)由InGaAsP層構(gòu)成的激活層4；(3)p導(dǎo)電型InP層5；(4)形成衍射光柵的p導(dǎo)電型InGaAsP膜16；以及(5)p導(dǎo)電型InP層7。
然后，如圖15所示，通過(guò)干涉曝光法、電子束曝光法和刻蝕法對(duì)p導(dǎo)電型InGaAsP膜16、p導(dǎo)電型InP層7制作圖案，以形成衍射光柵的棧狀格子。再在上面形成p導(dǎo)電型InP層8，以將衍射光柵的刻蝕溝填埋；之后，進(jìn)行p導(dǎo)電型InP層9的成膜處理，完成圖13所示的分布反饋型激光裝置的制作。
要點(diǎn)在于，至少位于激活層4與衍射光柵16之間的p導(dǎo)電型InP層5和位于衍射光柵16與光分布調(diào)整層12之間的p導(dǎo)電型InP層7、8，必須在具有相同偏差傾向的成膜處理裝置內(nèi)形成。作為具有相同偏差傾向的成膜處理裝置，可以采用(a1)同樣的成膜處理裝置；(a2)層厚的面內(nèi)分布類似的成膜處理裝置；或者(a3)具有相同結(jié)構(gòu)的成膜處理裝置。通過(guò)采用這樣的成膜處理裝置，可以使上述兩個(gè)p導(dǎo)電型InP層上偏離厚度設(shè)計(jì)值的比例在面內(nèi)分布上大致相同。
作為上述成膜處理方法，可以采用MOCVD法(Metal OrganicChemical Vapor Deposition有機(jī)金屬化學(xué)氣相淀積)、MBE法(Molecular Beam Epitaxy分子束外延生長(zhǎng))和LPE法(Liquid PhaseEpitaxy液相外延生長(zhǎng))。
例如，在p導(dǎo)電型InP層5厚度增大的場(chǎng)合，由于激活層與衍射光柵之間的距離增大，使得傳統(tǒng)裝置中的光耦合系數(shù)減小。但是，本實(shí)施例中，p導(dǎo)電型InP層7、8和p導(dǎo)電型InP層5以相同的比例加厚。因此，由于p導(dǎo)電型InP層7、8厚度的增大，出現(xiàn)圖16所示的沿波導(dǎo)厚度方向分布的電場(chǎng)強(qiáng)度分布E偏離E設(shè)計(jì)，向衍射光柵一側(cè)偏移。這種電場(chǎng)強(qiáng)度分布向衍射光柵一側(cè)的偏移使光耦合系數(shù)增大，可以補(bǔ)償伴隨p導(dǎo)電型InP層5厚度增大而產(chǎn)生的光耦合系數(shù)的減小。
另一方面，在p導(dǎo)電型InP層5厚度減小的場(chǎng)合，由于激活層與衍射光柵之間的距離減小，使得傳統(tǒng)裝置中的光耦合系數(shù)增大。但是，本實(shí)施例中，p導(dǎo)電型InP層7、8和p導(dǎo)電型InP層5以相同的傾向減薄。因此，出現(xiàn)圖17所示的沿波導(dǎo)厚度方向分布的電場(chǎng)強(qiáng)度分布偏離E設(shè)計(jì)，向激活層4側(cè)即遠(yuǎn)離衍射光柵的一側(cè)偏移。從而，在該場(chǎng)合可以補(bǔ)償光耦合系數(shù)的變動(dòng)。
圖18給出的計(jì)算結(jié)果，顯示了本發(fā)明的分布反饋型激光裝置中InP層膜厚變動(dòng)時(shí)偏離光耦合系數(shù)設(shè)計(jì)值的狀況。由圖18可知，本發(fā)明的分布反饋型激光裝置可將光耦合系數(shù)的變動(dòng)抑制到傳統(tǒng)裝置變動(dòng)量的1/6。其結(jié)果，可以抑制分布反饋型激光裝置的特性偏差。
再有，本實(shí)施例中，以在激活層的上側(cè)設(shè)置衍射光柵的裝置進(jìn)行說(shuō)明，實(shí)際上衍射光柵位于激活層的下側(cè)也行。也可以將半導(dǎo)體的n導(dǎo)電型和p導(dǎo)電型調(diào)換。并且，衍射光柵的一部分上可以有一個(gè)或多個(gè)移相部分。也可以在衍射光柵的諧振器的中央設(shè)置相當(dāng)于介質(zhì)內(nèi)波長(zhǎng)1/4的相移，并在其兩端涂敷無(wú)反射膜層。該移相部分和無(wú)反射涂層配合可使單縱模合格率得到提高。
此外，例如也可以采用InP/AlGaInAs系列的分布反饋型激光裝置等。另外，本發(fā)明也適用于(例如)將調(diào)制器與分布反饋型激光裝置在共用的襯底上單片集成的分布反饋型激光裝置。
(實(shí)施例4)
本實(shí)施例的特征在于，分布反饋型激光裝置中設(shè)有兩個(gè)光分布調(diào)整層2、12。也就是如圖19所示，設(shè)有實(shí)施例1的分布反饋型激光裝置中的光分布調(diào)整層2和實(shí)施例3的分布反饋型激光裝置中的光分布調(diào)整層12。光分布調(diào)整層2設(shè)置在InP層的包覆層18b內(nèi)，更具體說(shuō)，就是設(shè)置在包覆層18b的與InP襯底1之間；光分布調(diào)整層12設(shè)置在包覆層18a內(nèi)。
圖19中，構(gòu)成第一光分布調(diào)整層的n導(dǎo)電型InGaAsP層2位于n導(dǎo)電型InP襯底1之上，在該層上面設(shè)有n導(dǎo)電型InP層3。再上一層為激活層即InGaAsP層4，該激活層之上設(shè)有p導(dǎo)電型InP層5。再往上，設(shè)置由具有和n導(dǎo)電型InGaAsP層2相同的帶隙的n導(dǎo)電型InGaAsP層構(gòu)成的衍射光柵16；其上，設(shè)置p導(dǎo)電型InP層7、8，將衍射光柵的棧狀格子之間的溝槽填埋。在p導(dǎo)電型InP層7、8上，設(shè)置構(gòu)成第二光分布調(diào)整層的p導(dǎo)電型InGaAsP層12，其上設(shè)p導(dǎo)電型InP層10。
接著，對(duì)圖19所示的分布反饋型激光裝置的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。如圖20所示，首先，在n導(dǎo)電型InP襯底1上在相同的成膜處理下以自下而上的順序形成(1)n導(dǎo)電型InGaAsP層2；(2)n導(dǎo)電型InP層3；(3)InGaAsP激活層4；(4)p導(dǎo)電型InP層5；(5)有和n導(dǎo)電型InGaAsP層2相同的帶隙的p導(dǎo)電型InGaAsP膜16；以及(6)p導(dǎo)電型InP層7。其生長(zhǎng)處理中，可以采用MOCVD、MBE、LPE等方法。
此后，如圖21所示，通過(guò)干涉曝光法、電子束曝光法和刻蝕法制作圖案，對(duì)p導(dǎo)電型InGaAsP層16與p導(dǎo)電型InP層7以預(yù)定的間距進(jìn)行刻蝕，使棧狀格子以預(yù)定間距分布而形成衍射光柵。其后，形成(7)p導(dǎo)電型InP層8，將衍射光柵的棧狀格子之間的溝槽填埋；再進(jìn)行(8)p導(dǎo)電型InP層12的成膜處理；最后在上面形成(9)p導(dǎo)電型InP層10。
上述成膜處理中，在形成衍射光柵的刻蝕處理的前后，即刻蝕處理之前的第一成膜處理和刻蝕處理之后的第二成膜處理，可以采用(a1)同樣的成膜處理裝置；(a2)層厚面內(nèi)分布類似的成膜處理裝置；或者(a3)具有相同結(jié)構(gòu)的成膜處理裝置。
作為第一光分布調(diào)整層的n導(dǎo)電型InGaAsP層2和形成衍射光柵的n導(dǎo)電型InGaAsP膜16，均在上述刻蝕處理前進(jìn)行成膜處理。因此，這兩個(gè)n導(dǎo)電型InGaAsP層的成分相同，并且可通過(guò)連續(xù)成膜處理來(lái)形成。所以，這兩個(gè)n導(dǎo)電型InGaAsP層的層厚與成分或者偏離折射率設(shè)計(jì)值的比例均大致相同。
在n導(dǎo)電型InGaAsP膜16厚度形成得較厚的場(chǎng)合，傳統(tǒng)的分布反饋型激光振蕩裝置中光耦合系數(shù)增大。但是，本實(shí)施例中，由于n導(dǎo)電型InGaAsP層2也同樣比例地加厚，沿波導(dǎo)厚度方向的電場(chǎng)強(qiáng)度分布偏離設(shè)計(jì)時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度分布E設(shè)計(jì)，向n導(dǎo)電型InGaAsP層2的一側(cè)偏移，即向遠(yuǎn)離衍射光柵的方向偏移(圖22)。由于這樣的電場(chǎng)強(qiáng)度分布的偏移有減小光耦合系數(shù)的作用，通過(guò)適當(dāng)選擇上述兩個(gè)n導(dǎo)電型InGaAsP層的厚度，使得因這兩個(gè)厚度變動(dòng)引起的光耦合系數(shù)的變動(dòng)得到抑制。
另一方面，在n導(dǎo)電型InGaAsP膜16厚度形成得較薄的場(chǎng)合，光耦合系數(shù)減小。但是，此時(shí)n導(dǎo)電型InGaAsP層2也因上述理由減薄。因此，沿波導(dǎo)厚度方向的電場(chǎng)強(qiáng)度分布，向衍射光柵側(cè)偏移(圖23)。通過(guò)該電場(chǎng)強(qiáng)度分布的偏移來(lái)增大光耦合系數(shù)。從而，通過(guò)適當(dāng)選擇上述兩個(gè)n導(dǎo)電型InGaAsP層的厚度，使得因這兩個(gè)厚度變動(dòng)引起的光耦合系數(shù)的變動(dòng)得到補(bǔ)償。
并且，將衍射光柵夾于中間的p導(dǎo)電型InP層5和p導(dǎo)電型InP層7、8，因?yàn)橥ㄟ^(guò)上述(a1)、(a2)與(a3)的成膜處理裝置成膜，所以形成相同的厚度面內(nèi)分布。因此，這兩層相對(duì)于設(shè)計(jì)值的偏差比例的面內(nèi)分布大致相同。
因而，在p導(dǎo)電型InP層5形成得比設(shè)計(jì)值厚的場(chǎng)合，傳統(tǒng)技術(shù)中存在光耦合系數(shù)減小的現(xiàn)象。但是，本實(shí)施例中，由于p導(dǎo)電型InP層7、8也以相同的比例加厚，沿波導(dǎo)厚度方向的光電場(chǎng)強(qiáng)度分布E，比設(shè)計(jì)時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度分布E設(shè)計(jì)更加偏向衍射光柵側(cè)(圖24)。這種電場(chǎng)強(qiáng)度分布的偏移，具有使光耦合系數(shù)增加的作用，從而因兩個(gè)層厚度的相同傾向的變動(dòng)造成的光耦合系數(shù)的變動(dòng)被相互抵消。結(jié)果，制造時(shí)的層厚偏差引起的光耦合系數(shù)的變動(dòng)得到了抑制。
另一方面，在p導(dǎo)電型InP層5形成得比設(shè)計(jì)值薄的場(chǎng)合，傳統(tǒng)技術(shù)中存在光耦合系數(shù)增大的現(xiàn)象。但是，本實(shí)施例中，由于p導(dǎo)電型InP層7、8也以相同的比例減薄，沿波導(dǎo)厚度方向的光電場(chǎng)強(qiáng)度分布E，比設(shè)計(jì)時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度E設(shè)計(jì)分布更加遠(yuǎn)離衍射光柵側(cè)(圖25)。這種電場(chǎng)強(qiáng)度分布的偏移，具有使光耦合系數(shù)增加的作用，從而因兩個(gè)層厚度的相同傾向的變動(dòng)造成的光耦合系數(shù)的變動(dòng)被相互抵消。結(jié)果，消除了制造時(shí)層厚偏差變動(dòng)引起的光耦合系數(shù)的過(guò)大變動(dòng)。
如上所述，通過(guò)本實(shí)施例中的分布反饋型激光裝置的結(jié)構(gòu)，形成衍射光柵的淀積層的厚度與成分變動(dòng)引起的光耦合系數(shù)的變動(dòng)可得到抑制。另外，將衍射光柵夾于中間的p導(dǎo)電型InP層的厚度變動(dòng)引起的光耦合系數(shù)的變動(dòng)，也因兩側(cè)p導(dǎo)電型InP層相同傾向的厚度變動(dòng)對(duì)光耦合系數(shù)的相反方向作用而得到抑制。
圖26～圖28給出了通過(guò)定量計(jì)算得出的對(duì)本實(shí)施例中光耦合系數(shù)變動(dòng)抑制的評(píng)價(jià)結(jié)果。圖26示出了在p導(dǎo)電型InP層的厚度變動(dòng)的場(chǎng)合，光耦合系數(shù)相對(duì)于設(shè)計(jì)值的偏移。根據(jù)該圖，跟傳統(tǒng)裝置相比，本實(shí)施例中光耦合系數(shù)變動(dòng)大致減少至1/2。圖27示出了在衍射光柵的厚度變動(dòng)的場(chǎng)合，光耦合系數(shù)相對(duì)于設(shè)計(jì)值的偏移。根據(jù)該圖，本實(shí)施例的裝置將偏移量減少至傳統(tǒng)裝置的1/2以下。另外，圖28示出了在衍射光柵折射率變動(dòng)的場(chǎng)合，光耦合系數(shù)相對(duì)于設(shè)計(jì)值的偏移。根據(jù)該圖，本實(shí)施例的裝置相對(duì)傳統(tǒng)裝置的偏移量減少幅度，超過(guò)了1/2。
在本實(shí)施例中，跟實(shí)施例1～3相同，可以是衍射光柵設(shè)置在激活層下側(cè)的分布反饋型激光裝置。并且，也可以將半導(dǎo)體的n導(dǎo)電型與p導(dǎo)電型調(diào)換。也可以是設(shè)有帶移相部分的衍射光柵的分布反饋型激光裝置。并且，也可以是其他材料的，例如InP/AlGaInAs系列的分布反饋型激光裝置。另外，也可以是將調(diào)制器集成的分布反饋型激光裝置。
(實(shí)施例5)本實(shí)施例的特征在于，跟實(shí)施例4相同，分布反饋型激光裝置中設(shè)有兩個(gè)光分布調(diào)整層12a、12b。也就是如圖29所示，設(shè)有實(shí)施例2的分布反饋型激光裝置中的光分布調(diào)整層12a和實(shí)施例3的分布反饋型激光裝置中的光分布調(diào)整層12b。這兩個(gè)光分布調(diào)整層12a、12b2均設(shè)置在包覆層18a內(nèi)。
圖29中，n導(dǎo)電型InP層3位于n導(dǎo)電型InP襯底1之上，在該層上面設(shè)有激活層InGaAsP層4。激活層之上設(shè)有p導(dǎo)電型InP層5，再往上，設(shè)置構(gòu)成第一光分布調(diào)整層的p導(dǎo)電型InGaAsP層12a；其上再設(shè)置p導(dǎo)電型InP層7。在該p導(dǎo)電型InP層7上，設(shè)置衍射光柵16；繼而設(shè)置p導(dǎo)電型InP層8、9，以及構(gòu)成第二光分布調(diào)整層的p導(dǎo)電型InGaAsP層12b，最后設(shè)置p導(dǎo)電型InP層10。
接著，對(duì)圖29所示的分布反饋型激光裝置的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。如圖30所示，首先，在相同的成膜裝置中，在n導(dǎo)電型InP襯底1上以自下而上的順序形成(1)n導(dǎo)電型InP層3；(2)InGaAsP激活層4；(3)p導(dǎo)電型InP層5；(4)p導(dǎo)電型InGaAsP層12a；(5)p導(dǎo)電型InP層7；(6)p導(dǎo)電型InGaAsP膜16；以及(7)p導(dǎo)電型InP層8。其生長(zhǎng)處理中，可以采用MOCVD、MBE、LPE等方法。
此后，如圖31所示，通過(guò)干涉曝光法、電子束曝光法和刻蝕法，對(duì)p導(dǎo)電型InGaAsP膜16與p導(dǎo)電型InP層8制作圖案，形成棧狀格子。其后，形成(8)p導(dǎo)電型InP層9，將衍射光柵的棧狀格子之間的溝槽填埋；再形成(9)p導(dǎo)電型InGaAsP層12b；最后在上面形成(10)p導(dǎo)電型InP層10。
上述成膜處理中，在形成衍射光柵的刻蝕處理的前后，即刻蝕處理之前的第一成膜處理和刻蝕處理之后的第二成膜處理，可以采用(a1)同樣的成膜處理裝置；(a2)層厚面內(nèi)分布類似的成膜處理裝置；或者(a3)具有相同結(jié)構(gòu)的成膜處理裝置。
作為第一光分布調(diào)整層的p導(dǎo)電型InGaAsP層12a和形成衍射光柵的p導(dǎo)電型InGaAsP膜16，均在上述刻蝕處理前進(jìn)行成膜處理。因此，這兩個(gè)p導(dǎo)電型InGaAsP層可通過(guò)連續(xù)成膜處理來(lái)形成。所以，這兩個(gè)p導(dǎo)電型InGaAsP層的層厚與成分或者偏離折射率設(shè)計(jì)值的比例均大致相同。
在p導(dǎo)電型InGaAsP膜16厚度形成得較厚的場(chǎng)合，傳統(tǒng)的分布反饋型激光振蕩裝置中光耦合系數(shù)會(huì)增大。但是，本實(shí)施例中，由于p導(dǎo)電型InGaAsP層12a也同樣比例地加厚，沿波導(dǎo)厚度方向的電場(chǎng)強(qiáng)度分布E偏離設(shè)計(jì)時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度分布E設(shè)計(jì)，向p導(dǎo)電型InGaAsP層12a的一側(cè)偏移，即向遠(yuǎn)離衍射光柵的方向偏移(圖32)。由于電場(chǎng)強(qiáng)度分布如此偏移有減小光耦合系數(shù)的作用，通過(guò)適當(dāng)選擇上述兩個(gè)p導(dǎo)電型InGaAsP膜的厚度，可以使得因這兩個(gè)厚度變動(dòng)引起的光耦合系數(shù)的變動(dòng)得到補(bǔ)償。
另一方面，在p導(dǎo)電型InGaAsP膜16厚度形成得較薄的場(chǎng)合，光耦合系數(shù)減小。但是，此時(shí)p導(dǎo)電型InGaAsP層12a也因上述理由減薄。因此，沿波導(dǎo)厚度方向的電場(chǎng)強(qiáng)度分布，向衍射光柵側(cè)偏移(圖33)。該電場(chǎng)強(qiáng)度分布的偏移使光耦合系數(shù)增大。從而，通過(guò)適當(dāng)選擇上述兩個(gè)p導(dǎo)電型InGaAsP層的厚度，可使因這兩個(gè)厚度變動(dòng)引起的光耦合系數(shù)的變動(dòng)得到補(bǔ)償。
并且，將衍射光柵夾于中間的p導(dǎo)電型InP層7和p導(dǎo)電型InP層8、9，因?yàn)橥ㄟ^(guò)上述(a1)、(a2)與(a3)的成膜處理裝置成膜，所以形成相同的厚度面內(nèi)分布。因此，這兩層相對(duì)于設(shè)計(jì)值的偏差比例的面內(nèi)分布大致相同。
因而，在p導(dǎo)電型InP層7形成得比設(shè)計(jì)值厚的場(chǎng)合，傳統(tǒng)技術(shù)中存在光耦合系數(shù)減小的現(xiàn)象。但是，本實(shí)施例中，由于p導(dǎo)電型InP層8、9也以相同的比例加厚，沿波導(dǎo)厚度方向的光電場(chǎng)強(qiáng)度分布E，比設(shè)計(jì)電場(chǎng)強(qiáng)度分布E設(shè)計(jì)更偏向衍射光柵一側(cè)(圖34)。這種電場(chǎng)強(qiáng)度分布的偏移，具有使光耦合系數(shù)增加的作用，從而因兩個(gè)層厚度的相同傾向的變動(dòng)造成的光耦合系數(shù)的變動(dòng)被相互抵消。結(jié)果，消除了制造時(shí)的層厚偏差引起的光耦合系數(shù)的變動(dòng)。
另一方面，在p導(dǎo)電型InP層7形成得比設(shè)計(jì)值薄的場(chǎng)合，傳統(tǒng)技術(shù)中存在光耦合系數(shù)增大的現(xiàn)象。但是，本實(shí)施例中，由于p導(dǎo)電型InP層8、9也以相同的比例減薄，沿波導(dǎo)厚度方向的光電場(chǎng)強(qiáng)度分布E，比設(shè)計(jì)電場(chǎng)強(qiáng)度分布E設(shè)計(jì)更遠(yuǎn)離衍射光柵側(cè)(圖35)。這種電場(chǎng)強(qiáng)度分布的偏移，具有使光耦合系數(shù)增加的作用，從而因這兩個(gè)層厚度的同傾向變動(dòng)造成的光耦合系數(shù)變動(dòng)被相互抵消。結(jié)果，消除了制造時(shí)因?qū)雍衿钜鸬墓怦詈舷禂?shù)的過(guò)大變動(dòng)。
如上所述，通過(guò)本實(shí)施例中的分布反饋型激光裝置的結(jié)構(gòu)，可使因衍射光柵形成層的厚度與成分變動(dòng)引起的光耦合系數(shù)的變動(dòng)得到抑制。另外，將衍射光柵夾于中間的p導(dǎo)電型InP層的厚度變動(dòng)引起的光耦合系數(shù)的變動(dòng)，也因兩側(cè)p導(dǎo)電型InP層相同傾向的厚度變動(dòng)對(duì)光耦合系數(shù)的相反方向作用而得到抑制。
在本實(shí)施例中，跟實(shí)施例1～4相同，可以是衍射光柵設(shè)置在激活層以下的分布反饋型激光裝置，也可以是設(shè)有帶移相部分的衍射光柵的分布反饋型激光裝置。并且，也可以是其他材料的，例如InP/AlGaInAs系列的分布反饋型激光裝置。另外，也可以是將調(diào)制器集成的分布反饋型激光裝置。
(實(shí)施例6)如圖36所示，分布反饋型激光裝置20與調(diào)制器30，在未作圖示的半導(dǎo)體襯底上單片集成。上述實(shí)施例1～5中所示的任何一種分布反饋型激光裝置均可用作分布反饋型激光裝置20。
在該單片集成的裝置中，在電極25a、25b之間加電壓，給激活層4注入電流，光波在沿激活層振蕩的同時(shí)，通過(guò)衍射光柵6、16等選擇特定的波長(zhǎng)，使特定波長(zhǎng)的振蕩得以繼續(xù)。起振后的光經(jīng)波導(dǎo)從激活層4傳至調(diào)制器30的吸收層34，通過(guò)加于調(diào)制器的電極25a、25c之間的電壓進(jìn)行調(diào)制。
由于該分布反饋型激光裝置中采用實(shí)施例1～5所述的某一分布反饋型激光裝置，可以大幅度抑制制造時(shí)的偏差引起的光耦合系數(shù)的變動(dòng)。而且，由于分布反饋型激光裝置與調(diào)制器被一體化集成于單片，可以實(shí)現(xiàn)裝置的小型化。另外，通過(guò)一系列處理工序使兩個(gè)裝置做成一體，可以使生產(chǎn)能力得到提高。
上述的實(shí)施例1～6中的任一種光分布調(diào)整層的折射率，均可高于包覆層的折射率。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，光分布調(diào)整層可以有效地將電場(chǎng)強(qiáng)度分布拉近。
上述的實(shí)施例1～6中，在衍射光柵和含衍射光柵的包覆層形成時(shí)，在相當(dāng)于衍射光柵下層的部位形成下包覆層，在下包覆層上形成用以形成衍射光柵的衍射光柵膜，對(duì)該衍射光柵膜進(jìn)行刻蝕處理而形成包含棧狀格子的衍射光柵，進(jìn)而在該衍射光柵上形成上包覆層，以將所述的被刻蝕部分填埋；這時(shí)，下包覆層的成膜處理和上包覆層的成膜處理可以采用(a1)同樣的成膜處理裝置；(a2)層厚的面內(nèi)分布類似的成膜處理裝置；以及(a3)具有同樣結(jié)構(gòu)的成膜處理裝置。
以上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行位于衍射光柵上下的上包覆層與下包覆層的成膜處理，可以形成具有相同偏差傾向的膜層。因此，基于衍射光柵膜與光分布調(diào)整層的相同的偏差傾向，使光耦合系數(shù)得到了抑制，可將這兩個(gè)包覆層制造時(shí)的偏差引起的光耦合系數(shù)變動(dòng)的主要因素相互抵消。其結(jié)果，可以抑制制造偏差引起的光耦合系數(shù)的變動(dòng)，使生產(chǎn)合格率得到提高。
權(quán)利要求
1.一種分布反饋型激光裝置，包括設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上的位于激活層兩側(cè)的包覆層，以及位于任一所述包覆層中的、與所述包覆層折射率不同的、帶有在光出射方向以預(yù)定間距在與該出射方向相交的方向上延伸的棧狀格子的衍射光柵；至少設(shè)有一層光分布調(diào)整層，該層位于與所述衍射光柵相分離的所述包覆層內(nèi)，其成分與所述衍射光柵的相同。
2.如權(quán)利要求1所述的分布反饋型激光裝置，其特征在于所述光分布調(diào)整層和所述衍射光柵將所述激活層夾于中間。
3.如權(quán)利要求1所述的分布反饋型激光裝置，其特征在于所述光分布調(diào)整層位于所述衍射光柵和所述激活層之間。
4.如權(quán)利要求1所述的分布反饋型激光裝置，其特征在于所述光分布調(diào)整層和所述激活層將所述衍射光柵夾于中間。
5.如權(quán)利要求1所述的分布反饋型激光裝置，其特征在于所述光分布調(diào)整層由第一光分布調(diào)整層和第二光分布調(diào)整層構(gòu)成，第一光分布調(diào)整層和所述衍射光柵將所述激活層夾于中間，第二光分布調(diào)整層和所述激活層將所述衍射光柵夾于中間。
6.如權(quán)利要求1所述的分布反饋型激光裝置，其特征在于所述光分布調(diào)整層由第三光分布調(diào)整層和第四光分布調(diào)整層構(gòu)成，第三光分布調(diào)整層位于所述衍射光柵和所述激活層之間，第四光分布調(diào)整層和所述激活層將所述衍射光柵夾于中間。
7.如權(quán)利要求1所述的分布反饋型激光裝置，其特征在于所述光分布調(diào)整層的折射率高于所述包覆層的折射率。
8.如權(quán)利要求1所述的分布反饋型激光裝置，其特征在于所述衍射光柵設(shè)有移相部分。
9.如權(quán)利要求8所述的分布反饋型激光裝置，其特征在于所述衍射光柵的移相部分設(shè)在諧振器的中央位置，產(chǎn)生相當(dāng)于1/4介質(zhì)內(nèi)波長(zhǎng)的相移。
全文摘要
本發(fā)明旨在提供能夠抑制因制造偏差引起的光耦合系數(shù)的變動(dòng)的、使制造合格率得以提高的分布反饋型激光裝置，其中設(shè)有位于InP襯底(1)上激活層(4)兩側(cè)的包覆層，以及位于任一包覆層中的、與包覆層折射率不同的、帶有在光出射方向以預(yù)定間距在與該出射方向相交的方向上延伸的棧狀格子的衍射光柵(6)；還至少設(shè)有一層光分布調(diào)整層(2)，該層位于與所述衍射光柵相分離的包覆層內(nèi)，其成分與所述衍射光柵的相同。
文檔編號(hào)H01S5/20GK1438743SQ02147339
公開日2003年8月27日 申請(qǐng)日期2002年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月12日
發(fā)明者奧貫雄一郎 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社