(57)【要約】【課題】ＤＢＲレーザの発振波長を精確に制御する。【解決手段】活性領域１３１と、活性領域１３１に連続して配置された第１分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，第２分布ブラッグ反射鏡領域１３２ｂとを備える。第１分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａは、導波方向に活性領域１３１の一方に連続して形成されて第１回折格子１２１を備える。第２分布ブラッグ反射鏡領域１３２ｂは、導波方向に活性領域１３１の他方に連続して形成されて第２回折格子１２２を備える。第１回折格子１２１は、第１分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａに形成された回折格子層１２３を貫通して形成された凹部および凹部に隣接する凸部から構成されている。回折格子層１２３は、誘電体から構成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に形成された化合物半導体からなる活性層を備える活性領域と、
導波方向に前記活性領域の一方に連続して形成されて第１回折格子を備える第１分布ブラッグ反射鏡領域と、
導波方向に前記活性領域の他方に連続して形成されて第２回折格子を備える第２分布ブラッグ反射鏡領域と
を備え、
前記第１回折格子は、前記第１分布ブラッグ反射鏡領域に形成された回折格子層を貫通して形成された凹部およびこの凹部に隣接する凸部から構成され、
前記回折格子層は、誘電体から構成されている
ことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】
請求項１記載の半導体レーザにおいて、
前記第１分布ブラッグ反射鏡領域は、前記活性層に連続して形成された化合物半導体からなる第１コア層を備え、
前記第２分布ブラッグ反射鏡領域は、前記活性層に連続して形成された化合物半導体からなる第２コア層を備える
ことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項３】
請求項２記載の半導体レーザにおいて、
前記第２回折格子は、前記第２コア層の表面に形成された凹部およびこの凹部に隣接する凸部から構成されていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項４】
請求項２記載の半導体レーザにおいて、
前記第１コア層の上に形成された第１上部クラッド層と、
前記第２コア層の上に形成された第２上部クラッド層と
をさらに備えることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項５】
請求項４記載の半導体レーザにおいて、
前記第２回折格子は、前記第２上部クラッド層の上面に形成された凹部およびこの凹部に隣接する凸部から構成されていることを特徴とする半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザに関し、より具体的には、光送信器用光源などに利用される半導体レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing：ＷＤＭ）方式による光ファイバ通信の高速化、大容量化の要求に対し、様々な波長多重光源が開発されている。この要求の実現には、光源となるレーザの発振波長制御などが重要となり、例えば、関連する技術としては、分布帰還型（Distributed Feedback：ＤＦＢ）レーザがある（非特許文献１参照）。
【０００３】
ＤＦＢレーザは、活性層の上に回折格子を備えるレーザであり、回折格子のピッチと深さとにより発振波長が決定される。このため、ＤＦＢレーザは、発振波長が制御しやすく、波長多重光源としてよく用いられている。
【０００４】
また、上述した光源となるレーザとして、活性層の導波路の延長線上に回折格子を有する、分布ブラッグ反射（Distributed Bragg Reflector；ＤＢＲ）レーザがある（非特許文献２参照）。ＤＢＲレーザの発振波長は、ＤＢＲストップバンドとファブリペロピークによって決まる。ＤＢＲレーザは、電流注入による位相制御領域を設けることによって、広いレンジでシングルモード動作が可能となり、ＤＦＢレーザよりも、発振波長の調整範囲が広い。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】K. Utaka et al., "λ/4-Shifted InGaAsP/InP DFB Lasers", IEEE Journal of Quantum Electrons, Vol. QE-22, No. 7, pp. 1042, 1986.
【非特許文献２】N. Fujiwara et al., "Inherently Mode-Hop-Free Distributed Bragg Reflector (DBR) Laser Array", IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 9, no. 5, pp. 1132-1137, 2003.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、現在、半導体レーザを波長多重光源として用いたＷＤＭが、より広く用いられるようになってきており、波長多重をさらに高密度にすることが求められている。このような要求に対応させるため、前述したような半導体レーザを用いた波長多重をさらに高密度にするためには、より精密な発振波長の制御が求められる。
【０００７】
しかしながら、従来の技術では、以下に示すことにより、発振波長の精確な制御が容易ではないという問題があった。従来では、一般に、回折格子を形成する領域を構成しているＩｎＰなどの化合物半導体を、所定のマスクパターンを用いてエッチングすることで、所定の周期の凹凸を形成して回折格子としている。このため、回折格子の深さの制御が、エッチングの量によって決定されることになる。
【０００８】
しかしながら、よく知られているように、エッチングの量を精確に制御することは容易ではなく、作製誤差が発生する。ＤＢＲレーザの発振波長は、回折格子の結合係数によって決定され、回折格子の結合係数は、回折格子の深さに依存するため、上述したようにエッチングの量で決定される回折格子の深さは、作製誤差のためにばらつくことになる。この結果、ＤＢＲレーザの発振波長が設計値からずれるなど、ＤＢＲレーザの発振波長が精確に制御できないという問題がある。
【０００９】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、ＤＢＲレーザの発振波長が精確に制御できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る半導体レーザは、基板の上に形成された化合物半導体からなる活性層を備える活性領域と、導波方向に活性領域の一方に連続して形成されて第１回折格子を備える第１分布ブラッグ反射鏡領域と、導波方向に活性領域の他方に連続して形成されて第２回折格子を備える第２分布ブラッグ反射鏡領域とを備え、第１回折格子は、第１分布ブラッグ反射鏡領域に形成された回折格子層を貫通して形成された凹部および凹部に隣接する凸部から構成され、回折格子層は、誘電体から構成されている。
【００１１】
上記半導体レーザの一構成例において、第１分布ブラッグ反射鏡領域は、活性層に連続して形成された化合物半導体からなる第１コア層を備え、第２分布ブラッグ反射鏡領域は、活性層に連続して形成された化合物半導体からなる第２コア層を備える。
【００１２】
上記半導体レーザの一構成例において、第２回折格子は、第２コア層の表面に形成された凹部および凹部に隣接する凸部から構成されている。
【００１３】
上記半導体レーザの一構成例において、第１コア層の上に形成された第１上部クラッド層と、第２コア層の上に形成された第２上部クラッド層とをさらに備える。
【００１４】
上記半導体レーザの一構成例において、第２回折格子は、第２上部クラッド層の上面に形成された凹部および凹部に隣接する凸部から構成されている。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明によれば、第１分布ブラッグ反射鏡領域の第１回折格子を、誘電体からなる回折格子層を貫通して形成した凹部および凹部に隣接する凸部から構成したので、ＤＢＲレーザの発振波長が精確に制御できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザの構成を示す断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の実施の形態に係る半導体レーザの一部構成を示す断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の実施の形態に係る半導体レーザの一部構成を示す断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の実施の形態に係る半導体レーザの製造途中の状態を示す断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の実施の形態に係る半導体レーザの製造途中の状態を示す断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の実施の形態に係る半導体レーザの製造途中の状態を示す断面図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、本発明の実施の形態に係る半導体レーザの製造途中の状態を示す断面図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、本発明の実施の形態に係る半導体レーザの製造途中の状態を示す断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の実施の形態に係る他の半導体レーザの一部構成を示す断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の実施の形態に係る他の半導体レーザの一部構成を示す構成図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、本発明の実施の形態に係る他の半導体レーザの一部構成を示す断面図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、本発明の実施の形態に係る他の半導体レーザの一部構成を示す断面図である。
【図５】図５は、回折格子の深さの誤差と発振波長の誤差との関係を示す特性図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態に係る他の半導体レーザの構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態に係る半導体レーザについて図１を参照して説明する。
【００１８】
この半導体レーザは、活性領域１３１と、活性領域１３１に連続して配置された第１分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，第２分布ブラッグ反射鏡領域１３２ｂとを備える。第１分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａは、導波方向に活性領域１３１の一方に連続して形成されて第１回折格子１２１を備える。第２分布ブラッグ反射鏡領域１３２ｂは、導波方向に活性領域１３１の他方に連続して形成されて第２回折格子１２２を備える。この半導体レーザは、いわゆるＤＢＲレーザである。
【００１９】
活性領域１３１は、化合物半導体からなる活性層１０３を有する。また、第１分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａは、活性層１０３に連続して形成されて化合物半導体からなる第１コア層１１３ａを備える。第２分布ブラッグ反射鏡領域１３２ｂは、活性層１０３に連続して形成されて化合物半導体からなる第２コア層１１３ｂを備える。
【００２０】
また、第１回折格子１２１は、第１分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａに形成された回折格子層１２３を貫通して形成された凹部および凹部に隣接する凸部から構成されている。回折格子層１２３は、ＳｉＮ，ＳｉＯxＮy，ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＨｆＯ2などの誘電体から構成されている。なお、実施の形態において、第２回折格子１２２は、第２コア層１１３ｂの表面（上面）に形成された凹部および凹部に隣接する凸部から構成されている。
【００２１】
以下、図２Ａ，図２Ｂを用いて、より詳細に説明する。図２Ａ，図２Ｂは、半導体レーザの導波方向に垂直な断面を示している。活性領域１３１、第１分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，第２分布ブラッグ反射鏡領域１３２ｂは、同一の基板１０１の上に、下部クラッド層１０２を介して形成されている。図２Ａに示すように、活性領域１３１は、活性層１０３に接して形成されたｎ型半導体層１０５およびｐ型半導体層１０６を備える。この例では、基板１０１の平面方向に、活性層１０３を挾んでｎ型半導体層１０５およびｐ型半導体層１０６が配置され、これらは、活性層１０３の側面に接して形成されている。
【００２２】
また、ｎ型半導体層１０５に電気的に接続するｎ型電極１０７と、ｐ型半導体層１０６に電気的に接続するｐ型電極１０８とを備える。実施の形態における半導体レーザは、活性領域１３１の活性層１０３に、基板１０１の平面に平行な方向（横方向）で電流が注入される。なお、ｎ型半導体層１０５の上に、より高濃度にｎ型不純物が導入されたｎ型コンタクト層を介してｎ型電極１０７を形成することも可能である。同様に、ｐ型半導体層１０６の上に、より高濃度にｐ型不純物が導入されたｐ型コンタクト層を介してｐ型電極１０８を形成することも可能である。また、基板の平面に平行な方向に限らず、活性層の上下にｎ型半導体層およびｐ型半導体層を配置し、基板の平面に垂直な方向（縦型）で電流が注入される構成とすることもできる。
【００２３】
また、活性層１０３は、基板１０１から見て上下の方向に、半導体層１０４ａ，半導体層１０４ｂに挾まれている。また、半導体層１０４ａ，活性層１０３，半導体層１０４ｂの積層構造が、ｎ型半導体層１０５およびｐ型半導体層１０６に挾まれている。ｐ型半導体層１０６およびｎ型半導体層１０５は、基板１０１の平面に平行な方向で活性層１０３を挾んで形成されている。
【００２４】
実施の形態では、半導体層１０４ａの上に接して活性層１０３が形成され、活性層１０３の上に接して半導体層１０４ｂが形成されている。また、半導体層１０４ａ，活性層１０３，半導体層１０４ｂの積層構造の側部に接し、ｎ型半導体層１０５およびｐ型半導体層１０６が形成されている。
【００２５】
一方、図２Ｂに示すように、第１分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａでは、ｎ型半導体層１０５およびｐ型半導体層１０６は形成されず、第１コア層１１３ａの導波方向の側面は、開放されている。第１分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａの第１コア層１１３ａは、図２Ｂの紙面奥から手前にかけて延在するストライプ形状に形成されている。第２コア層１１３ｂも、上述した第１コア層１１３ａと同様である。なお、第１分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，第２分布ブラッグ反射鏡領域１３２ｂにおいて、ｎ型電極１０７およびｐ型電極１０８は形成していない。
【００２６】
また、第１コア層１１３ａの上に回折格子層１２３が形成され、回折格子層１２３に第１回折格子１２１が形成されている。前述したように、第１回折格子１２１は、回折格子層１２３を貫通して形成された凹部と、この凹部に隣接する凸部から構成されている。一方、第２回折格子１２２は、第２コア層１１３ｂの上面に形成している。また、図示していないが、半導体レーザは、出力端面に、無反射膜が形成されている。
【００２７】
基板１０１は、例えば、シリコンから構成されている。下部クラッド層１０２は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2）から構成され、厚さ２μｍとされている。また、活性層１０３は、例えば、ＩｎＧａＡｓＰからなる井戸層とバリア層が交互に積層された厚さ１５０ｎｍの量子井戸構造とされている。また、活性層１０３は、導波方向に垂直な断面の幅が０．８μｍ程度とされている。また、半導体層１０４ａ，活性層１０３，半導体層１０４ｂを合わせた厚さは、２５０ｎｍとされている。なお、ｎ型半導体層１０５およびｐ型半導体層１０６も、各々厚さ２５０ｎｍとされている。量子井戸構造の活性層１０３の発光波長は、１．５５μｍである。
【００２８】
また、例えば、半導体層１０４ａ，半導体層１０４ｂは、アンドープのＩｎＰ（ｉ−ＩｎＰ）から構成されている。また、活性層１０３を挾む、一方のｎ型半導体層１０５は、Ｓｉが１×１０18ｃｍ-3程度ドープされたｎ型のＩｎＰ（ｎ−ＩｎＰ）から構成され、他方のｐ型半導体層１０６は、Ｚｎが１×１０18ｃｍ-3程度ドープされたｐ型のＩｎＰ（ｐ−ＩｎＰ）から構成されている。なお、ｎ型コンタクト層、ｐ型コンタクト層を用いる場合、これらは、例えば、ＩｎＧａＡｓから構成することができる。
【００２９】
また、第１コア層１１３ａ，第２コア層１１３ｂは、アンドープのＩｎＰ（ｉ−ＩｎＰ）から構成され、導波方向に垂直な断面の形状が、幅１．５μｍ程度とされ、厚さは、２５０ｎｍとされている。また、回折格子層１２３は、ＳｉＮから構成され、第１回折格子１２１は、ブラッグ波長が１．５５μｍとされている。
【００３０】
上述した半導体レーザは、高屈折率なＩｎＰの層の下部は、低屈折率な酸化シリコンからなる下部クラッド層１０２が形成され、上部は、低屈折率な空気とされている。この結果、活性層１０３、第１コア層１１３ａ，第２コア層１１３ｂへの強い光閉じ込めが実現され、レーザの低電力動作に有利である。
【００３１】
以下、実施の形態における半導体レーザの製造方法について、図３Ａ〜図３Ｅを用いて簡単に説明する。図３Ａ〜図３Ｅは、実施の形態における半導体レーザの製造途中の状態を示す構成図であり、活性領域１３１の、導波方向に平行な面の断面を模式的に示している。
【００３２】
例えば、まず、酸化シリコンから構成された下部クラッド層１０２を備える基板（シリコン基板）１０１を用意する。例えば、基板１０１の主表面を熱酸化することで、下部クラッド層１０２を形成する。
【００３３】
一方で、図示しないＩｎＰ基板の上に、ＩｎＧａＡｓからなる犠牲層、半導体層１０４ａとなる化合物半導体層２０３ａ、活性層１０３となる化合物半導体層２０４、半導体層１０４ｂとなる化合物半導体層２０３ｂ，第１コア層１１３ａ，第２コア層１１３ｂとなる化合物半導体層を、順次にエピタキシャル成長させる。例えば、よく知られた有機金属気相成長法により、各層を成長させれば良い。
【００３４】
次いで、このエピタキシャル成長した基板の最上面と、前述した基板１０１の下部クラッド層１０２の表面とを公知のウエハ接合技術により直接接合し、この後、ＩｎＰ基板と犠牲層を除去する。この結果、図３Ａに示すように、活性領域１３１、第１分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ、第２分布ブラッグ反射鏡領域１３２ｂの全域において、基板１０１の上に、下部クラッド層１０２、化合物半導体層２０３ａ、化合物半導体層２０４、化合物半導体層２０３ｂが形成された状態となる。
【００３５】
次いで、公知のフォトリソグラフィー技術により作製したレジストパターンをマスクとしたウエットエッチングおよびドライエッチングなどにより、化合物半導体層２０３ａ、化合物半導体層２０４、化合物半導体層２０３ａをパターニングし、図３Ｂに示すように、半導体層１０４ａ、活性層１０３、半導体層１０４ｂからなる活性領域１３１のストライプ構造を形成する。第１分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，第２分布ブラッグ反射鏡領域１３２ｂは、活性層１０３がない状態とする。ここで、化合物半導体層２０３ａは、第１分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，第２分布ブラッグ反射鏡領域１３２ｂにおいて、すべてエッチング除去せずに薄い化合物半導体層２０３ａ’を残しておく。なお、各パターンを形成した後は、レジストパターンを除去する。
【００３６】
次に、図３Ｃに示すように、形成した半導体層１０４ａ、活性層１０３、半導体層１０４ｂの周囲より、薄く残しておいた化合物半導体層２０３ａ’からアンドープのＩｎＰからなる化合物半導体層２０５を再成長させる。例えば、半導体層１０４ｂの上に、酸化シリコンによるセンタ成長マスクを形成し、この状態で、化合物半導体層２０３ａ’の上にＩｎＰを選択的にエピタキシャル成長させてることで、化合物半導体層２０５が形成でいる。これにより、第１分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，第２分布ブラッグ反射鏡領域１３２ｂでは、化合物半導体層２０５が下部クラッド層１０２の上に形成された状態となる。
【００３７】
次いで、例えば、イオン注入法により、活性層１０３の導波方向に垂直な方向の両脇の領域に、選択的にｎ型の不純物およびｐ型の不純物を導入することで、活性領域１３１では、ｎ型半導体層１０５およびｐ型半導体層１０６を形成する。この結果、活性層１０３の上には、アンドープのＩｎＰからなる半導体層１０４ｂが形成された状態となる。この段階において、活性領域１３１を挾む第１分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，第２分布ブラッグ反射鏡領域１３２ｂには、化合物半導体層２０５が残っている。
【００３８】
次に、図３Ｄに示すように、半導体層１０４ｂおよび化合物半導体層２０５の上に、ＳｉＮからなる回折格子層１２３を形成し、回折格子層１２３に第１回折格子１２１を形成する。例えば、よく知られた堆積法によりＳｉＮを堆積することで回折格子層１２３を形成する。次いで、公知のリソグラフィー技術およびエッチング技術により、回折格子層１２３をパターニングして第１回折格子１２１を形成する。このパターニングにおいて、第１回折格子１２１の凹部は、回折格子層１２３を貫通させる。
【００３９】
回折格子層１２３の下層の化合物半導体層２０５は、ＩｎＰから構成し、回折格子層１２３は、ＳｉＮから構成しているので、回折格子層１２３のパターニングおけるエッチング処理では、ＩｎＰがほとんどエッチングされず、化合物半導体層２０５がエッチングストップ層として機能する。このため、回折格子層１２３を貫通させる凹部の形成においては、精確なエッチングの量の制御が必要無い。
【００４０】
次に、第１回折格子１２１を形成するために用いたマスクパターンを除去した後、第１分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａを覆うマスクパターンを用いて回折格子層１２３をエッチングすることで、図３Ｅに示すように、第１分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａのみに回折格子層１２３が形成された状態とする。なお、図３Ｅは、上記マスクパターンを除去した後の状態を示している。
【００４１】
この後、図１に示したように、第２分布ブラッグ反射鏡領域１３２ｂに第２回折格子１２２を形成する。例えば、よく知られたリソグラフィー技術により形成したレジストパターンをマスクとし、所定のエッチングにより、第２分布ブラッグ反射鏡領域１３２ｂにおける化合物半導体層２０５をパターニングすることで、第２回折格子１２２を形成することができる。なお、この段階では、第１コア層１１３ａ、第２コア層１１３ｂは形成されていない。
【００４２】
次に、活性領域１３１を挾む導波方向の領域の化合物半導体層２０５を、前述同様にパターニングすることで、第１回折格子１２１を形成した部分に第１コア層１１３ａ、第２回折格子１２２を形成した部分に第２コア層１１３ｂを形成する。この構成によれば、電流注入のためのｎ型半導体層１０５およびｐ型半導体層１０６の形成に用いた化合物半導体層２０５で、第１分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，第２分布ブラッグ反射鏡領域１３２ｂの第１コア層１１３ａ、第２コア層１１３ｂを形成するので、工程が簡略化できる。この後、ｎ型半導体層１０５の上にｎ型電極１０７を形成し、ｐ型半導体層１０６の上にｐ型電極１０８を形成する。
【００４３】
例えば、図４Ａに示す、ＩｎＧａＡｓＰからなる厚さ１５０ｎｍの量子井戸を９層重ねた量子井戸構造の活性層１０３を用いた場合、図４Ｂに示すように、導波長７１μｍとした活性領域１３１の一方に、導波長５０μｍの第１分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａを設け、他方に導波長５０μｍの第２分布ブラッグ反射鏡領域１３２ｂを設けることで、半導体レーザして機能させることができる。
【００４４】
また、図４Ｃ、図４Ｄに示すように、第１分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，第２分布ブラッグ反射鏡領域１３２ｂに、化学量論組成よりシリコンの量が多いＳｉＯxからなるスポットサイズ変換コア３０２ａ，スポットサイズ変換コア３０２ｂを設けている。また、スポットサイズ変換コア３０２ａは、回折格子層１２３の上に、ＳｉＯ2層３０１ａを介して形成している。また、スポットサイズ変換コア３０２ｂは、第２コア層１１３ｂの上に、ＳｉＯ2層３０１ｂを介して形成している。
【００４５】
また、活性領域１３１も、ＳｉＯ2層３０１ａ、ＳｉＯ2層３０１ｂに連続して形成されたＳｉＯ2層３０１を備え、またスポットサイズ変換コア３０２ａ，スポットサイズ変換コア３０２ｂに連続して形成されているＳｉＯx層３０２が、ＳｉＯ2層３０１の上に配置されている。各寸法は、図４Ａ、図４Ｃ、図４Ｄに示す通りである。
【００４６】
また、第１回折格子１２１は、厚さ４０ｎｍの回折格子層１２３に形成されている（結合係数１４７ｃｍ-1）。また、第２分布ブラッグ反射鏡領域１３２ｂには、ＩｎＰからなる第２コア層１１３ｂの上面に、深さ５５ｎｍの凹部を形成することで、第２回折格子１２２を形成している（結合係数１８６０ｃｍ-1）。この構成とすることで、実施の形態の半導体レーザの発振しきい値利得は６１ｃｍ-1となり、レーザ発振が可能である。
【００４７】
上述した実施の形態によれば、回折格子の作製誤差による発振波長誤差を抑制することができる。回折格子を有するＤＢＲレーザは、回折格子の結合係数によって発振波長が決定される。このため、回折格子の深さが設計値からずれると、発振波長が設計値からずれることになる。例えば、図４Ａ，図４Ｂ，図４Ｃ，図４Ｄを用いて説明した半導体レーザでは、第１分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａの回折格子の深さに誤差が生じると、ブラッグ波長がずれることから設計した発振が得られなくなる。
【００４８】
例えば、図５に示すように、回折格子の深さの設計値からのずれ（作製誤差）が３ｎｍ以上になると、発振波長が設計値の１５５０ｎｍから外れてしまう。このように、回折格子の深さを制御することは、発振波長の制御に重要である。しかしながら、化合物半導体からなる第１コア層１１３ａをエッチング加工して回折格子を形成する場合、このエッチング量を制御することが容易ではなく、回折格子の深さを制御することが容易ではない。
【００４９】
これに対し、実施の形態によれば、第１コア層１１３ａの上に回折格子層１２３を形成し、回折格子層１２３を貫通させた凹部により第１回折格子１２１を構成しているため、回折格子の深さは、回折格子層１２３の厚さで決定される。一般に、ＳｉＮなどの酸化物の膜形成における厚さの制御は、エッチング量の制御と比べ、容易に高い精度を得ることができる。例えば、よく知られたＥＣＲスパッタ法を用いれば、１ｎｍのオーダで回折格子層１２３の厚さが制御できる。
【００５０】
したがって、回折格子層１２３は、高い精度で回折格子の深さの設計値と同じ厚さに形成可能であり、回折格子層１２３の厚さで決定される第１回折格子１２１の深さも、高い精度で回折格子の深さの設計値に形成できる。また、第１回折格子１２１を誘電体から構成しているため、半導体から構成している第２回折格子１２２に比較して結合係数が小さく、ストップバンドが小さい。このため、実施の形態におけるＤＢＲレーザ（半導体レーザ）の発振波長は、第１分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａの第１回折格子１２１によるブラッグ波長によって決定される。これらの結果、実施の形態によれば、発振波長を決定する第１回折格子１２１の作製誤差に起因する、発振波長の設計値からのずれを小さくすることができ、ＤＢＲレーザの発振波長が精確に制御できるようになる。
【００５１】
なお、上述したように、回折格子を誘電体から構成した場合、結合係数をあまり大きくすることができず、反射率が下がる。このため、２つの分布ブラッグ反射鏡領域の両者において、回折格子を誘電体から構成すると、ＤＢＲレーザのしきい値利得を低くするためには、反射鏡長を長くする必要がある。これに対し、実施の形態では、第２分布ブラッグ反射鏡領域１３２ｂは、第２回折格子１２２を半導体から構成して反射率を上げているので、短い反射鏡長でレーザのしきい値利得を低くすることが可能となる。
【００５２】
ところで、図６に示すように、第１分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，第２分布ブラッグ反射鏡領域１３２ｂの各々において、ＩｎＧａＡｓＰからなるコア層２１３ａ，コア層２１３ｂを形成し、バットジョイント埋め込み導波路とすることも可能である。コア層２１３ａ，コア層２１３ｂの上には、ＩｎＰなどからなる第１上部クラッド層２１４ａ、第２上部クラッド層２１４ｂを備える。第１上部クラッド層２１４ａの上に、回折格子層１２３が配置される。また、第２上部クラッド層２１４ｂの上面に、第２回折格子１２２ａが形成される。第２回折格子１２２ａは、第２上部クラッド層２１４ｂの上面に形成された凹部および凹部に隣接する凸部から構成される。また、コア層２１３ａ，コア層２１３ｂの下には、ＩｎＰなどからなる第１下部クラッド層２１５ａ、第２下部クラッド層２１５ｂを備える。
【００５３】
この構成とすることで、活性領域１３１と第１分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，第２分布ブラッグ反射鏡領域１３２ｂとの等価屈折率が合致する状態なり、これらの間の反射による導波損失を抑制する効果が得られるようになる。
【００５４】
以上に説明したように、本発明によれば、第１分布ブラッグ反射鏡領域の第１回折格子を、誘電体からなる回折格子層を貫通して形成した凹部および凹部に隣接する凸部から構成したので、ＤＢＲレーザの発振波長が精確に制御できるようになる。
【００５５】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
【符号の説明】
【００５６】
１０１…基板、１０２…下部クラッド層、１０３…活性層、１０４ａ…半導体層、１０４ｂ…半導体層、１０５…ｎ型半導体層、１０６…ｐ型半導体層、１０７…ｎ型電極、１０８…ｐ型電極、１１３ａ…第１コア層、１１３ｂ…第２コア層、１２１…第１回折格子、１２２…第２回折格子、１２３…回折格子層、１３１…活性領域、１３２ａ…第１分布ブラッグ反射鏡領域、１３２ｂ…第２分布ブラッグ反射鏡領域。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2020098810.tif 000007
【図３Ｃ】
2020098810.tif 000008
【図３Ｄ】
2020098810.tif 000009
【図３Ｅ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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