(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する活性層と、前記活性層の上方もしくは下方に形成される回折格子層を備える多層構造を含む、半導体光素子の製造方法であって、
前記回折格子層を、前記活性層の上方もしくは下方となる領域のうち、出射方向に延伸する一部の領域に形成する回折格子層形成工程と、
前記多層構造を前記一部の領域の中途部で劈開し、前方端面を形成する前方端面形成工程と、
前記多層構造を、前記一部の領域の一端若しくは他端の少なくとも一方の外方で劈開し、後方端面を形成する後方端面形成工程と、
前記前方端面を、３％以下の反射率の反射防止膜によって、前記後方端面を、６０％以上９９％以下の反射率の反射膜によって、それぞれ覆う工程と、
を含み、
前記回折格子層は、
前記前方端面から出射方向に沿って、所定の周期で繰り返される回折格子が形成される第１回折格子領域と、
出射方向に沿って前記所定の周期で繰り返され、前記第１回折格子領域の前記回折格子と逆位相となる回折格子が形成されるとともに、前記前方端面側から出射方向に沿って、前記第１回折格子領域のさらに外方に位置する第２回折領域と、
を含み、
前記回折格子層の前記前方端面から前記後方端面の内側に位置する後端までの距離は、前記多層構造長の９０％以上とし、
前記回折格子の結合係数と、前記多層構造長の積が、１以上２以下とする、
ことを特徴とする半導体光素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体光素子の製造方法であって、
前記回折格子層の前記前方端面から前記後方端面の内側に位置する後端までの距離は、前記多層構造長の９５％以下とする、
ことを特徴とする半導体光素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の半導体光素子の製造方法であって、
前記後方端面形成工程は、
前記多層構造を、前記一部の領域の一端及び他端それぞれの外方で劈開する工程である  ことを特徴とする半導体光素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体光素子の製造方法であって、
前記回折格子層工程に、電子線露光を施す工程が含まれる、
ことを特徴とする、半導体光素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の半導体光素子の製造方法であって、
前記第１回折格子領域と前記第２回折格子領域の間に位置する領域を、出射方向に沿って、前記前方端面から、前記多層構造長の６０％以上９０％以下に配置する、
ことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項６】
光を出射する活性層と、前記活性層の上方もしくは下方に形成される回折格子層を備える多層構造を含む、半導体光素子であって、
前記多層構造は、前記活性層から前記光を出射する前方端面と、前記前方端面の反対側に、前記前方端面から多層構造長の距離、離れて位置する後方端面とを有し、
前記前方端面は、３％以下の反射率の反射防止膜によって、前記後方端面は、６０％以上９９％以下の反射率の反射膜によって、それぞれ覆われ、
前記回折格子層は、前記前方端面から、出射方向に沿って、前記後方端面より内側に位置する後端に亘って、延伸し、
前記回折格子層は、
前記前方端面から出射方向に沿って、所定の周期で繰り返される回折格子が形成される第１回折格子領域と、
出射方向に沿って前記所定の周期で繰り返され、前記第１回折格子領域の前記回折格子と逆位相となる回折格子が形成されるとともに、前記前方端面側から出射方向に沿って、前記第１回折格子領域のさらに外方に位置する第２回折領域と、
を含み、
前記回折格子層の前記前方端面から前記後端までの距離は、前記多層構造長の９０％以上であり、
前記回折格子の結合係数と、前記多層構造長の積が、１以上２以下である、
ことを特徴とする半導体光素子。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体光素子であって、
前記回折格子層の前記前方端面から前記後端までの距離は、前記多層構造長の９５％以下である、
ことを特徴とする半導体光素子。
【請求項８】
請求項６又は請求項７に記載の半導体素子であって、
前記第１回折格子領域と前記第２回折格子領域の間に位置する領域が、出射方向に沿って、前記前方端面から、前記多層構造長の６０％以上９０％以下に位置する、
ことを特徴とする半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光素子及びその製造方法に関し、特に、活性領域の上方もしくは下方に回折格子が設けられる半導体光素子の特性向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体光素子の中には、単一モードの光を出射するために、例えば、分布帰還型半導体レーザ（Distributed Feedback Laser）素子のように、半導体素子内部に回折格子が設けられる場合がある。ウェハ上に複数の半導体光素子が形成される過程で、ウェハ表面にレジストが塗布され、電子線描画装置によって、ウェハ表面に対して、電子線露光が施されることにより、回折パターンが形成される。
【０００３】
ウェハ表面に対して、１回の工程で、電子線露光を施すことが出来る領域には限度があるために、ウェハ表面のうち、１個の半導体光素子が形成される領域に対して電子線露光を施す工程を、ウェハを搭載するステージが移動するとともに、ウェハ表面上に対して繰り返すのが一般的である。回折格子は、半導体光素子の光の出射方向に沿って並んで形成される。それゆえ、半導体光素子の出射方向に沿って１列に隣接して並ぶ複数の半導体素子が形成される領域に対して、上記工程が、出射方向に沿って、端側から順に繰り返され、１列に隣接して並ぶ複数の半導体光素子それぞれに対して、回折パターンが形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３５３７６１号公報
【特許文献２】特開２００７−３０５８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図５は、隣り合う２個の半導体光素子それぞれに形成される回折格子と劈開位置を示す模式図である。図５に示す回折格子は、回折格子の位相を概念的に示しているものであり、回折格子の実際の形状とは異なる。他の模式図においても、同様である。
【０００６】
図５（ａ）は、設計上の回折格子の配置と劈開位置を示している。ウェハ表面のうち、劈開位置１２０をはさんで隣り合う２個の素子１１０Ａ，１１０Ｂが形成される領域それぞれに、回折格子１１１Ａ，１１１Ｂが形成されるよう、設計されている。前述の通り、１個の素子が形成される領域に対して電子線露光を施す工程を、ステージの移動とともに繰り返し、ウェハ表面に形成される複数の半導体光素子それぞれに回折格子となる回折パターンが形成される。例えば、ウェハ表面の領域のうち、素子１１０Ａが形成される領域に対して、電子線露光を施すことにより、回折格子１１１Ａの回折パターンが形成され、そして、ステージを移動させた後に、素子１１０Ｂが形成される領域に対して、電子線露光を施すことにより、回折格子１１１Ｂの回折パターンが形成される。ウェハ工程が完了した後、劈開位置１２０でウェハを劈開することにより、素子１１０Ａ及び素子１１０Ｂの半導体光素子が作製される。
【０００７】
図５（ｂ）は、実際に作製される回折格子の配置の例と劈開位置の例を示している。実際には、ステージ移動の際に位置ずれが生じることとなる。たとえ、素子１１０Ａが形成される領域に対して、回折格子１１１Ａの回折パターンが設計通りに形成されたとしても、次に、素子１１０Ｂが形成される領域に対して形成される回折格子１１１Ｂの回折パターンは、設計された位置とは異なる位置に形成されてしまう。図５（ｂ）には、破線で囲んで示されている通り、回折格子１１１Ｂの回折パターンが、設計された位置より右側にずれて形成され、位置ずれ１２２が生じている場合が示されている。
【０００８】
さらに、ウェハ工程が完了した後、ウェハ上に形成された複数の半導体光素子それぞれに劈開することにより、複数の半導体光素子のチップが製造される。ウェハを劈開する工程において、劈開の誤差が生じるので、実際の劈開位置１２１は、設計された劈開位置１２０とは異なる位置となる。図５（ｂ）は、素子１１０Ａと素子１１０Ｂとの実際の劈開位置１２１が、設計された劈開位置１２０より右側にずれている状態を示している。
【０００９】
以上、説明した通り、回折パターンが形成される際に生じる回折格子の位置のずれや、素子が劈開される際に生じる劈開位置のずれにより、半導体光素子の特性は一定せずに、１枚のウェハにおいて作製される複数の半導体光素子において、歩留まりを低下させる原因となっている。
【００１０】
このような問題に対して、特許文献１に、前後側の端面それぞれが反射防止膜によって被膜される分布帰還型半導体レーザ素子において、光導波路となる活性層の領域のうち、レーザ素子の前方端面及び後方端面をそれぞれ含む一部の領域それぞれの上方には、回折格子が形成されない分布帰還型半導体レーザ素子について、開示がある。しかし、特許文献１に開示される分布帰還型半導体レーザ素子は、前方端面及び後方端面それぞれが反射防止膜によって被膜されており、一般に用いられる、前方の端面には反射防止膜が、後方の端面には高反射膜が、それぞれ被膜される半導体光素子については、記載がなく、また、示唆もない。
【００１１】
また、特許文献２に、回折格子を形成するための回折パターンを、分布帰還型半導体レーザ素子の全長より長く設け、なおかつ、回折パターンが重ならないように設計することにより、分布帰還型半導体レーザ素子を作製する方法について、開示がある。しかし、特許文献２に開示される分布帰還型半導体レーザ素子の作製方法には、劈開の誤差については、記載がなく、また、示唆もない。
【００１２】
本発明は、上記課題を鑑みて、１枚のウェハから作製される複数の半導体光素子の特性のばらつきを抑制し、歩留まりが向上する半導体光素子、及び、その製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
（１）上記課題を解決すべく、本発明に係る半導体光素子の製造方法は、光を出射する活性層と、前記活性層の上方もしくは下方に形成される回折格子層を備える多層構造を含む、半導体光素子の製造方法であって、前記回折格子層を、前記活性層の上方もしくは下方となる領域のうち、出射方向に延伸する一部の領域に形成する回折格子層形成工程と、前記多層構造を前記一部の領域の中途部で劈開し、前方端面を形成する前方端面形成工程と、前記多層構造を、前記一部の領域の一端若しくは他端の少なくとも一方の外方で劈開し、後方端面を形成する後方端面形成工程と、を含むことを特徴とする。
【００１４】
（２）上記（１）に記載の半導体光素子の製造方法であって、前記後方端面形成工程は、前記多層構造を、前記一部の領域の一方及び他端それぞれの外方で劈開する工程であってもよい。
【００１５】
（３）上記（１）又は（２）に記載の半導体光素子の製造方法であって、前記回折格子層工程に、電子線露光を施す工程が含まれていてもよい。
【００１６】
（４）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の半導体光素子の製造方法であって、前記回折格子層に、所定の周期で出射方向に沿って繰り返される回折格子が形成され、前記回折格子層の前記前方端面から前記後方端面の内側に位置する後端までの距離を、前記多層構造長の６０％以上９０％以下としてもよい。
【００１７】
（５）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の半導体光素子の製造方法であって、前記回折格子層は、前記前方端面から出射方向に沿って、所定の周期で繰り返される回折格子が形成される第１回折格子領域と、出射方向に沿って前記所定の周期で繰り返され、前記第１回折格子領域の前記回折格子と逆位相となる回折格子が形成されるとともに、前記前方端面側から出射方向に沿って、前記第１回折格子領域のさらに外方に位置する第２回折領域と、を含み、前記回折格子層の前記前方端面から前記後方端面の内側に位置する後端までの距離は、前記多層構造長の９０％以上としてもよい。
【００１８】
（６）上記（５）に記載の半導体光素子の製造方法であって、前記第１回折格子領域と前記第２回折格子領域の間に位置する領域を、出射方向に沿って、前記前方端面から、前記多層構造長の６０％以上９０％以下に配置してもよい。
【００１９】
（７）上記（１）乃至（６）のいずれかに記載の半導体光素子の製造方法であって、前記回折格子の結合係数と、前記多層構造長の積が、１以上２以下としてもよい。
【００２０】
（８）上記（７）に記載の半導体光素子の製造方法であって、前記前方端面を、３％以下の反射率の反射防止膜によって、前記後方端面を、６０％以上９９％以下の反射率の反射膜によって、それぞれ覆う工程を、さらに含んでいてもよい。
【００２１】
（９）また、本発明に係る半導体光素子は、光を出射する活性層と、前記活性層の上方もしくは下方に形成される回折格子層を備える多層構造を含む、半導体光素子であって、前記多層構造は、前記活性層から前記光を出射する前方端面と、前記前方端面の反対側に、前記前方端面から多層構造長の距離、離れて位置する後方端面とを有し、前記回折格子層は、前記前方端面から、出射方向に沿って、前記後方端面より内側に位置する後端に亘って、延伸する、ことを特徴としてもよい。
【００２２】
（１０）上記（９）に記載の半導体光素子であって、前記回折格子層に、所定の周期で出射方向に沿って繰り返される回折格子が形成され、前記回折格子層の前記前方端面から前記後端までの距離は、前記多層構造長の６０％以上９０％以下であってもよい。
【００２３】
（１１）上記（９）に記載の半導体光素子であって、前記回折格子層は、前記前方端面から出射方向に沿って、所定の周期で繰り返される回折格子が形成される第１回折格子領域と、出射方向に沿って前記所定の周期で繰り返され、前記第１回折格子領域の前記回折格子と逆位相となる回折格子が形成されるとともに、前記前方端面側から出射方向に沿って、前記第１回折格子領域のさらに外方に位置する第２回折領域と、を含み、前記回折格子層の前記前方端面から前記後端までの距離は、前記多層構造長の９０％以上であってもよい。
【００２４】
（１２）上記（１１）に記載の半導体素子であって、前記第１回折格子領域と前記第２回折格子領域の間に位置する領域が、出射方向に沿って、前記前方端面から、前記多層構造長の６０％以上９０％以下に位置してもよい。
【００２５】
（１３）上記（９）乃至（１２）のいずれかに記載の半導体光素子であって、前記回折格子の結合係数と、前記多層構造長の積が、１以上２以下であってもよい。
【００２６】
（１４）上記（１３）に記載の半導体光素子であって、前記前方端面は、３％以下の反射率の反射防止膜によって、前記後方端面は、６０％以上９９％以下の反射率の反射膜によって、それぞれ覆われていてもよい。
【００２７】
なお、ここで、位相が逆位相であるとは、第１回折格子領域に備えられる回折格子の回折パターンを、出射方向に沿って、延長することにより、第２回折格子領域に仮想的に設けられる回折格子の位相に対して、第２回折格子領域に備えられる回折格子の位相が、逆位相となっていることをいう。
【発明の効果】
【００２８】
本発明により、１枚のウェハから作製される複数の半導体光素子の特性のばらつきを抑制し、歩留まりが向上する半導体光素子、及び、その製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１Ａ】本発明の実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子の全体斜視図である。
【図１Ｂ】本発明の実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子の構造を示す斜視図である。
【図１Ｃ】本発明の実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子の断面図である。
【図１Ｄ】本発明の実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子の断面図である。
【図２Ａ】本発明の第１の実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子における回折格子層を示す模式図である。
【図２Ｂ】本発明の第１の実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子の閾値利得最小値のメディアン値を示す図である。
【図２Ｃ】本発明の第１の実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子の閾値利得の主副モード差のメディアン値を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る電子線露光の工程を示す模式図である。
【図４Ａ】本発明の第２の実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子における回折格子層を示す模式図である。
【図４Ｂ】本発明の第２の実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子の閾値利得最小値のメディアン値を示す図である。
【図４Ｃ】本発明の第２の実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子の閾値利得の主副モード差のメディアン値を示す図である。
【図５】隣り合う２個の半導体光素子それぞれに形成される回折格子と劈開位置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明に係る実施形態について、以下に、詳細な説明をする。ただし、以下に示す図は、あくまで、実施形態を説明するためのものであって、図の縮尺が、当該実施形態に係る半導体光素子の縮尺と必ずしも一致するものではない。
【００３１】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る半導体光素子は、波長１．３μｍ帯のＩｎＧａＡｌＡｓ系多重量子井戸活性層を備える分布帰還型半導体レーザ素子１である。
【００３２】
図１Ａは、当該実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子１の全体斜視図である。図１Ａに示す通り、分布帰還型半導体レーザ素子１は、ｎ型ＩｎＰ基板１１上に、活性層１２を含む多層構造を有している。ここで、活性層１２は、ＩｎＧａＡｌＡｓ系材料からなる多重量子井戸層を含んでいる。
【００３３】
分布帰還型半導体レーザ素子１の多層構造は、光導波路となる領域の外方で多層構造の両側が除去されたメサストライプ構造となっている。さらに、分布帰還型半導体レーザ素子１は、メサストライプ構造の両側が、埋め込み層１６によって埋め込まれている埋め込みヘテロ（Burried Hetero：以下、ＢＨと記す）構造を有している。ここで、埋め込み層１６は、鉄（Ｆｅ）が不純物として添加されたＩｎＰ層からなっており、埋め込み層１６は電気的には高抵抗であり、半絶縁性を示している。埋め込み層１６は、Ｆｅが不純物として添加されたＩｎＰ層に限定されることはなく、たとえば、ルテニウム（Ｒｕ）が不純物として添加されたＩｎＰ層であってもよい。
【００３４】
図１Ｂは、当該実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子１の構造を示す斜視図である。図１Ｂには、分布帰還型半導体レーザ素子１の中心部から、光の出射方向に対して垂直となる断面と、出射方向に平行に延び、多層構造の積層方向に対して垂直となる断面とが、示されている。図１Ｂに示す通り、メサストライプ構造において、活性層１２の上側には、回折格子層１３を含むｐ型ＩｎＰクラッド層１４が形成されており、回折格子層１３により、分布帰還型半導体レーザ素子１は、単一縦モードの光を発振する。
【００３５】
図１Ｃは、当該実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子１の断面図である。図１Ｃには、分布帰還型半導体レーザ素子１の中心部を通り、出射方向に平行に延び、多層構造の積層方向に対して垂直となる断面が示されている。前述の通り、ｐ型ＩｎＰクラッド層１４の内部には、回折格子層１３が形成されているが、図１Ｃに示す通り、活性層１２のうち、図中右側の端面から一部の部分の上方には、回折格子層１３が形成されていない。すなわち、回折格子層１３は、図中左側の端面から、横方向に沿って延伸し、図中右側の端面より内側（左側）に位置する後端に亘って、形成されている。ここで、図中左側の端面とは、分布帰還型半導体レーザ素子１の前方端面を指しており、前方端面のうち、活性層１２の端面となる領域より、光が出射される。また、図中右側の端面とは、前方端面の反対側である、分布帰還型半導体レーザ素子１の後方端面を指している。前方端面と後方端面との距離を、多層構造長と定義する。
【００３６】
分布帰還型半導体レーザ素子１の発振波長が１３１０ｎｍとなるように、回折格子層１３には、光の出射方向に沿って所定の周期で繰り返される回折格子が一様に形成されており、回折格子層１３には、２つの回折格子領域にそれぞれ設けられる回折格子の位相が互いに異なる、位相シフト領域が設けられていない。
【００３７】
前方端面は、反射防止膜２３（図１Ａと図１Ｂには図示せず）で覆われている。また、後方端面は、反射膜２４で覆われている。
【００３８】
図１Ｄは、当該実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子１の断面図である。図１Ｄには、分布帰還型半導体レーザ素子１の分布帰還型半導体レーザ素子１の中心部から、出射方向に対して垂直となる断面が示されている。前述の通り、ｎ型ＩｎＰ基板１１の上側に形成される、活性層１２を含む多層構造が、メサストライプ構造をなしており、メサストライプ構造の両側を埋め込み層１６によって埋め込まれるＢＨ構造となっている。また、メサストライプ構造の上方には、ｐ型電極２１が、ｎ型ＩｎＰ基板１１の下面には、ｎ型電極２２が、それぞれ形成されている。
【００３９】
本発明の特徴は、回折格子層１３が、多層構造のうち、前方及び後方の端面のいずれかの端面を含む一部の部分には形成されていないところにある。これにより、回折格子層１３が形成されない端面側において、ステージ移動の際に生じる位置ずれによる回折格子の位置ずれ、及び、劈開位置の位置ずれより生じる歩留まりの低下を抑制することが出来る。半導体レーザ素子の特性の観点より、回折格子層１３が形成されない端面とは、後方の端面であるのが望ましい。
【００４０】
図２Ａは、当該実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子１における回折格子層１３を示す模式図である。図中左側の端面から図中右側の端面までの距離は、多層構造長Ｌである。ここで、多層構造長Ｌには、図１Ｃに示す反射防止膜２３及び反射膜２４の厚みは含まれないものとする。図２Ａの右側の一部の部分には、回折格子層１３は形成されていない。すなわち、図中左側の端面から図中右側の端面内側のある位置に亘って、回折格子層１３が形成されている。回折格子層１３の右端から、図中右側の端面までの距離をＬＥとする。すなわち、ＬＥとは、分布帰還型半導体レーザ素子１の多層構造のうち、回折格子層１３が形成されない部分の長さである。前述した通り、回折格子層１３には、回折格子が一様に形成されており、位相シフト領域は設けられていない。
【００４１】
分布帰還型半導体レーザ素子１は、前方端面から出射される光の出力を大きくするために、低い反射率である反射防止膜２３で前方端面が覆われ、高い反射率である反射膜２４で後方端面が覆われる。反射防止膜２３の反射率は低ければ低い方が望ましい。また、前述の通り、後方端面から一部の部分に回折格子層１３が形成されていないのが望ましいので、以下、図２Ａの左側の端面を前方端面、右側の端面を後方端面とする。
【００４２】
回折格子層１３が形成されない部分の長さＬＥの多層構造長Ｌに対する比をｚＥとして、閾値利得最小値（Minimum αｔｈ）、及び、閾値利得の主副モード差（δαｔｈ）の、ｚＥに対する依存性について数値計算を行った。閾値利得最小値が小さいほど、主モードの光出力が大きくなる。閾値利得の主副モード差（δαｔｈ）が大きいほど、主モードの光出力に対して、副モードの光出力がより小さくなり、すなわち、副モード抑圧比が大きくなる。よって、閾値利得最小値が小さく、閾値利得の主副モード差が大きいとき、半導体光素子としての特性が向上する。
【００４３】
回折格子層１３の回折格子の結合計数κと、多層構造長Ｌとの積であるκＬについて、κＬ＝１となる場合と、κＬ＝２となる場合について、この数値計算が行われている。また、それぞれの場合に対して、前方端面を覆う反射防止膜の反射率を３％とし、後方端面を覆う反射膜の反射率については、反射率が、６０％、８０％、９９％となる場合について、数値計算がそれぞれ行われている。なお、一般的な分布帰還型半導体レーザ素子において、回折格子層は、前方端面から後方端面に亘って設けられているので、一般に、κＬにおけるＬとは、多層構造長であり、かつ、回折格子層長である。しかし、本発明の実施形態において、κＬにおけるＬとは、多層構造長Ｌであり、回折格子層１３の全長ではない。
【００４４】
図２Ｂは、当該実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子１の閾値利得最小値のメディアン値を示す図である。ここで、メディアン値を、前方端面における回折格子の位相と後方端面付近に回折格子があると仮定した場合の位相をそれぞれ１周期内で１０個の異なる位相値について合計１００通り行われた計算結果より求めている。
【００４５】
κＬ＝１となる場合も、κＬ＝２となる場合も、前方端面から後方端面に亘って回折格子層１３が形成される従来の分布帰還型半導体レーザ素子であるｚＥ＝０と比較して、ｚＥの値が小さい場合は、閾値利得最小値のメディアン値はｚＥの値に依らず、ほぼ一定に変化し、ｚＥが０．５よりも大きくなると、ｚＥが大きくなるにつれて、閾値利得最小値が大きくなっている。
【００４６】
図２Ｃは、当該実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子１の閾値利得の主副モード差のメディアン値を示す図である。ここで、メディアン値を、図２Ｂに示す閾値利得最小値のメディアン値と同様にして、求めている。
【００４７】
κＬ＝１となる場合も、κＬ＝２となる場合も、ｚＥ＝０と比較して、ｚＥが０より大きくなるにつれて、閾値利得の主副モード差は大きくなっており、閾値利得の主副モード差は、ｚＥが０．２から０．３の近傍でピーク値となり、さらにｚＥの値が大きくなると、閾値利得の主副モード差は小さくなる。
【００４８】
よって、位相シフトがない分布帰還型半導体レーザ素子１において、κＬ＝１からκＬ＝２の間とし、前方端面を反射率３％以下の反射防止膜で覆い、後方端面を反射率６０％以上９９％以下とした場合、ｚＥの値を、１０％以上４０％以下とするのが望ましい。すなわち、ｚＥの値とは、多層構造長Ｌに対する回折格子層１３が形成されない部分の長さＬＥの比であるので、多層構造長Ｌに対する回折格子層１３が形成される部分の長さの比が、６０％以上９０以下となるのが望ましい。ここで、回折格子層１３が形成される部分の長さとは、前方端面から、後方端面の内側に位置する後端までの距離である。
【００４９】
このように、ｚＥの値を１０％以上４０％以下とすることにより、上記に述べた回折格子の位置ずれ、及び、劈開位置の位置ずれの影響を抑制出来ることに加え、前方端面から後方端面に亘って回折格子層１３が形成される従来の分布帰還型半導体レーザ素子と比較して、さらに閾値が小さくなり、かつ、副モード抑制比がさらに大きくなる高い特性を有する、位相シフトがない分布帰還型半導体レーザ素子が作製される。
【００５０】
次に、当該実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子１の製造方法について、図１Ｄなどを用いて、説明する。ｎ型ＩｎＰ基板１１となるウェハに、後述する多層が積層され、その後、劈開することにより、複数の分布帰還型半導体レーザ素子１が作製される。
【００５１】
（第１工程）
まず、たとえば有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いて、ｎ型ＩｎＰ基板１１上に、ｎ型ＩｎＧａＡｌＡｓ光閉じ込め層、ＩｎＧａＡｌＡｓ多重量子井戸層、及び、ｐ型ＩｎＧａＡｌＡｓ光閉じ込め層が、順に積層されることにより、活性層１２が形成される（第１工程）。ＩｎＧａＡｌＡｓ多重量子井戸層には障壁層と互いに配置される井戸層が６層設けられており、これら井戸層には特性向上のために圧縮歪が導入されている。ここで、各井戸層の層厚は８ｎｍ、圧縮歪の歪量は１．０％とする。ＩｎＧａＡｌＡｓ多重量子井戸層の構造は、室温での発振波長が１３１０ｎｍとなるよう形成される。
【００５２】
ここで、ＩｎＧａＡｌＡｓ多重量子井戸層を上下に挟んで設けられるｐ型ＩｎＧａＡｌＡｓ光閉じ込め層及びｎ型ＩｎＧａＡｌＡｓ光閉じ込め層は、ＩｎＧａＡｌＡｓ多重量子井戸層における光の閉じ込めを強化している。一般に、光導波路機能は、コア領域を、これより屈折率の低いクラッド層で挟み込むことにより生じており、クラッド層、量子井戸層、クラッド層と、順に積層される構造により、光導波路機能が実現される。さらに、量子井戸層における光の閉じ込めをさらに強化するために、クラッド層と量子井戸層の間に、量子井戸層の屈折率より低い光閉じ込め層が設けられる。光の閉じ込めを強化するために、クラッド層の屈折率は、光閉じ込め層の屈折率よりさらに低くなるように、クラッド層が形成される。
【００５３】
（第２工程）
次に、回折格子層１３を含むｐ型ＩｎＰクラッド層１４が形成される。すなわち、たとえばＭＯＣＶＤ法を用いて、ｐ型ＩｎＰ層、回折格子層１３となるｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層が積層され、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層に回折パターンを形成することにより、回折格子層１３が形成（回折格子層形成工程）され、回折格子層１３の上側にｐ型ＩｎＰ層がさらに積層され、ｐ型ＩｎＰクラッド層１４が形成される。さらに、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１５が形成される（第２工程）。
【００５４】
ここで、第１工程及び第２工程において、ｐ型層もｎ型層も、不純物添加によるキャリア濃度がともに、１×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３程度となるように、形成する。
【００５５】
また、回折格子層１３の極性はｐ型としている。このような構造を有する分布帰還型半導体レーザ素子は、光の伝播方向に屈折率のみが周期的に変化しており、屈折率結合型分布帰還型半導体レーザ素子と呼ばれる。
【００５６】
（回折格子層形成工程）
回折格子層１３は、以下に説明する通り、たとえば電子線リソグラフィによって形成される。まず、回折格子層１３となるｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層にレジストが塗布され、その後、電子線描画装置により、電子線露光が施される。これにより、塗布されたレジスト上に、回折パターンが形成される。次に、塗布されたレジストのうち、電子線露光により電子線が照射された領域にあるレジストが、現像液によって除去される（現像）。現像により残存されたレジストを保護膜として、ウェットエッチング若しくはドライエッチングが施さる。これにより、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層のうち、電子線露光により電子線が照射された領域が、エッチングによって除去され、回折格子が形成される。最後に、残存するレジストを剥離して、回折格子層形成工程が完了する。
【００５７】
図３は、当該実施形態に係る電子線露光の工程を示す模式図である。図３に示す長方形の形状それぞれは、製造工程がすべて完了後、１個の分布帰還型半導体レーザ素子１となるチップ領域である。図３では、ウェハ表面のうち、このチップ領域が縦に６個並んでいる領域が、チップ領域３０Ａからチップ領域３０Ｆとして、示されている。実際には、ウェハには、格子状に縦横それぞれに広がるチップ領域が並んでおり、図３は、縦方向に１列に並ぶ複数のチップ領域の一部が示されている。
【００５８】
図３は、前述の第２工程の途中であって、ｐ型ＩｎＰ層と、回折格子層１３となるｐ型ＩｎＧａＡｓ層が、順に積層され、さらに、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層の上面にレジストが塗布されている状態を表している。
【００５９】
各チップ領域の下方には、多層構造の一部が形成され、多層構造の一部には、活性層１２も含まれる。製造工程が完了後に、活性層１２のうち、光導波路となる領域は、各チップ領域の中央部の下方に、図中縦方向に延伸して形成される。回折格子層１３は、活性層１２のうち、光導波路領域の上方に設けられる。すなわち、図３において、光の出射方向とは、図中縦方向である。
【００６０】
当該実施形態の回折格子層形成工程において、回折格子層１３を、図中縦方向に延伸する光導波路領域の上方となる領域の一部に形成する。
【００６１】
図３には、チップ領域３０Ａからチップ領域３０Ｆの６個のチップ領域が示されており、上から順に、チップ領域３０Ａとチップ領域３０Ｂ、チップ領域３０Ｃとチップ領域３０Ｄ、チップ領域３０Ｅとチップ領域３０Ｆが、それぞれ１対となっている。
【００６２】
１対となる２個のチップ領域に対して、電子線描画装置により、一度に、電子露光が施され、塗布されたレジスト上に回折パターンが形成される。そして、ウェハを搭載するステージが移動し、隣接する１対となる２個のチップ領域の一部に、電子露光により、回折パターンが形成され、これを繰り返す。
【００６３】
たとえば、図３に示す通り、チップ領域３０Ａとチップ領域３０Ｂとなる領域の中央部であって、図中縦方向に延伸する一部の領域に、一度に、電子露光が施され、回折パターン１８Ａが形成される。次に、ステージが移動し、チップ領域３０Ｃとチップ領域３０Ｄとなる領域の一部の領域に、一度に、電子露光が施され、回折パターン１８Ｃが形成される。同様に、ステージが移動した後、チップ領域３０Ｅとチップ領域３０Ｆとなる領域の一部の領域に、回折パターン１８Ｅが形成される。ウェハ上の領域に対して、電子線露光を施す工程がすべて完了した後、前述の通り、現像とエッチングによって、回折格子層１３が形成される。
【００６４】
ここで、例えば、図３に示す通り、チップ領域３０Ｃとチップ領域３０Ｄとなる領域のうち、一部の領域に、回折パターン１８Ｃが形成されている。回折パターン１８Ｃは、チップ領域３０Ｃとチップ領域３０Ｄとなる領域の中央部であって、図中縦方向に延伸している。さらに、回折パターン１８Ｃの図中上端は、チップ領域３０Ｃの図中上端より、下側（内側）に位置している。同様に、回折パターン１８Ｃの図中下端は、チップ領域３０Ｄの図中下端より、上側（内側）に位置している。すなわち、チップ領域３０Ｃの上端から一部の領域には、回折パターン１８Ｃは形成されておらず、同様に、チップ領域３０Ｄの下端から一部の領域には、回折パターン１８Ｃは形成されていない。
【００６５】
（第３工程）
ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１５が形成された後、すなわち、第２工程完了後、多層構造のうち、光導波路領域の外方となる領域を除去し、メサストライプ構造が形成される（第３工程）。多層構造の上面のうち、光導波路領域の上方に位置する領域に対して、二酸化珪素膜（ＳｉＯ２膜）が形成され、ＳｉＯ２膜を保護マスクとして、多層構造のうち、ＳｉＯ２膜が被膜していない領域を、上から順に、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１５、ｐ型ＩｎＰクラッド層１４、活性層１２、そして、ｎ型ＩｎＰ基板１１の一部に至るまで、エッチングにより除去する。ここで、エッチングとは、たとえば、塩素系ガスによる反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）等のドライエッチングであっても、臭素系溶液などによるウェットエッチングであっても、さらに、ドライエッチングとウェットエッチングの併用であってもよい。
【００６６】
（第４工程）
次に、メサトライプ構造の両側を、埋め込み層１６によって埋め込み、さらに、メサストライプ構造の上面に被膜するＳｉＯ２膜を除去することにより、ＢＨ構造を形成する（第４工程）。埋め込み層１６は、Ｆｅを不純物として添加したＩｎＰ層であり、高抵抗となる半絶縁性である。埋め込み層１６は、ＭＯＶＰＥ（Metal-organic Vapor Phase Epitaxy)法により、結晶成長炉において、６００℃となる成長温度で、Ｆｅを不純物として添加したＩｎＰを結晶成長させることにより、形成される。ここでは、埋め込み層１６を、Ｆｅを不純物として添加したＩｎＰ層としたが、例えば、Ｒｕを不純物として添加したＩｎＰ層であってもよい。光導波路領域の両側を埋め込み層１６で埋め込んでいるＢＨ構造は、光導波路領域にある光が両側に漏れるのを抑制し、光を光導波路領域により閉じ込め得る構造である。
【００６７】
（第５工程）
さらに、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１５の上面に、ｐ型電極２１を蒸着し、ｎ型ＩｎＰ基板１１の下面を研磨した後に、ｎ型ＩｎＰ基板１１の下面に、ｎ型電極２２を蒸着する（第５工程）。これにより、ウェハ上に複数の分布帰還型半導体レーザ素子１となる多層構造が形成されるウェハ工程が完了する。
【００６８】
（第６工程）
ウェハ工程終了後、ウェハをバー状に劈開し、前方端面となる劈開面に反射防止膜２３を、後方端面となる劈開面に反射膜２４をコーティングし、その後、各チップに劈開することにより、複数の分布帰還型半導体レーザ素子１が作製される（第６工程）。
【００６９】
前述の通り、ウェハ上には、劈開後、複数の分布帰還型半導体レーザ素子１となる複数のチップ領域が格子状に、縦横にそれぞれ広がって並んでいる。格子状に並ぶ複数のチップ領域のうち、図３には、図中縦方向に並ぶ６個のチップ領域が示されているが、実際には、図３に示す各チップ領域の両側には、図中横方向にそれぞれ広がって、複数のチップ領域が並んでいる。
【００７０】
図３に示す横方向に、ウェハをそれぞれ劈開することにより、図中横方向に１列に並んでいるチップ領域が、バー状となる。ここで、たとえば、チップ領域３０Ｃとチップ領域３０Ｄとなる領域の一部の領域には、回折パターン１８Ｃによって形成された回折格子層１３が形成されている。
【００７１】
チップ領域３０Ｃとチップ領域３０Ｄは、劈開面４１によって、劈開される。劈開面４１は、図３に示す回折パターン１８Ｃの図中中央部を貫いており、ここを回折パターン１８Ｃによって形成される回折格子層１３の中途部とする。劈開面４１によって、チップ領域３０Ｃの下端面と、チップ領域３０Ｄの上端面が形成されるが、これらは共に、それぞれ、分布帰還型半導体レーザ素子１の前方端面となる。それゆえ、１対となる２個のチップ領域の間を劈開する工程を、前方端面形成工程とする。
【００７２】
チップ領域３０Ｃとチップ領域３０Ｂは、劈開面４２によって、劈開される。劈開面４２は、図３に示す回折パターン１８Ｃの上端の外方に位置しており、劈開面４２によって、チップ領域３０Ｃはチップ領域３０Ｂより劈開される。同様に、劈開面４２は、図３に示す回折パターン１８Ａの下端の外方に位置している。この際、劈開面４２によって、チップ領域３０Ｃの上端面と、チップ領域３０Ｂの下端面が形成されるが、これらは共に、それぞれ、分布帰還型半導体レーザ素子１の後方端面となる。よって、図３に示す回折パターン１８Ｃの上端とは、チップ領域３０Ｃに形成される分布帰還型半導体レーザ素子１の後方端面より内側に位置する後端である。
【００７３】
同様に、チップ領域３０Ｄとチップ領域３０Ｅは、劈開面４２によって、劈開され、チップ領域３０Ｄの下端面と、チップ領域３０Ｅの上端面が形成され、これらは共に、それぞれ、分布帰還型半導体レーザ素子１の後方端面となる。同様に、図３に示す回折パターン１８Ｃの下端とは、チップ領域３０Ｄに形成される分布帰還型半導体レーザ素子１の後方端面より内側に位置する後端である。出射方向に沿って、互いに隣接する２対のチップ領域の間を劈開する工程を、後方端面形成工程とする。
【００７４】
前方端面形成工程及び後方端面形成工程により、図３の横方向に１列に並んでいる複数のチップ領域が、バー状となる。例えば、チップ領域３０Ｃを含んで１列に並んでいる複数のチップ領域の場合、上端面が後方端面であり、下端面が前方端面である。前述の通り、前方端面に反射防止膜を、後方端面に反射膜をコーティングし、その後、チップ領域３０Ｃの左右端を劈開することにより、チップ化され、分布帰還型半導体レーザ素子１が作製される。
【００７５】
以上が、当該実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子１の製造方法である。当該実施形態に係る回折格子層形成工程において、チップ領域の出射方向に延伸する一部の領域に対して、電子線露光が施されることにより、後方端面を含む一部には、回折格子層１３が形成されていない、位相シフトがない分布帰還型半導体レーザ素子が形成される。
【００７６】
さらに、当該実施形態に係る回折格子層形成工程において、隣り合う２個のチップ領域に対して、一度に、電子線露光を施すことにより、回折格子層形成工程における工程数を軽減することが可能となっている。一度に電子線露光を行う領域から、２個の半導体光素子の作製が可能となる。
【００７７】
また、当該実施形態に係る回折格子層形成工程において、κＬ＝１からκＬ＝２の間であって、多層構造長Ｌに対する回折格子層１３が形成される部分の比が、６０％以上９０％以下となるように、回折格子層１３を形成することにより、高い特性を有する、位相シフトがない分布帰還型半導体レーザの製造が可能となる。典型的には、たとえば、κＬ＝１．４とし、多層構造長Ｌに対する回折格子層１３が形成される部分の比を８０％となるよう、回折格子層１３を形成するとよい。
【００７８】
さらに、第６工程において、反射率３％以下の反射防止膜２３で前方端面を被膜し、６０％以上９９％以下の反射率となる反射膜２４で後方端面を被膜すると、さらによい。
【００７９】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る半導体光素子は、波長１．３μｍ帯のＩｎＧａＡｌＡｓ系多重量子井戸活性層を備える分布帰還型半導体レーザ素子１である。当該実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子１の基本的な構成は、第１の実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子１と同じである。
【００８０】
当該実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子１は、第１の実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子１と、多層構造に備えられる回折格子層１３の構成が主に異なる。第１の実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子１の回折格子層１３は、回折格子が一様に形成されており、位相シフト領域が設けられていないのに対して、当該実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子１の回折格子層１３には、位相シフト領域が設けられている。
【００８１】
分布帰還型半導体レーザ素子１の発振波長が１３１０ｎｍとなるように、回折格子層１３には、出射方向に沿って所定の周期で繰り返される回折格子がともに形成される第１回折格子領域と第２回折領域を備えている。第１回折格子領域と第２回折格子領域との間には、位相シフト領域が設けられており、これにより、第２回折格子領域に備えられる回折格子の位相は、第１回折格子領域に備えられる回折格子の位相と、逆位相となっている。このような構造は、一般に、λ／４位相シフトと呼ばれている。
【００８２】
ここで、位相が逆位相であるとは、以下のことを示す。第１回折格子領域に備えられる回折格子の回折パターンを、出射方向に沿って、延長することにより、第２回折格子領域に仮想的に設けられる回折格子の位相に対して、第２回折格子領域に備えられる回折格子の位相が、逆位相となっていることをいう。
【００８３】
このような構造とするために、第１回折格子領域と第２回折格子領域との間には、位相シフト領域が設けられており、位相シフト領域とは、例えば、第１回折格子領域の回折格子の第２回折格子領域側の端における位相と、第２回折格子回折格子領域の回折格子の第１回折格子領域側の端における位相が同じ場合に、出射方向に沿って、回折格子の周期の半整数倍（０．５倍、１．５倍、２．５倍など）の長さにおいて、何も回折格子パターンがない平坦な面を有している領域などをいう。
【００８４】
図４Ａは、当該実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子１における回折格子層１３を示す模式図である。図２Ａと同様に、図中左側の端面から図中右側の端面までの距離は、多層構造長Ｌであり、多層構造長Ｌには、反射防止膜２３及び反射膜２４の厚みは含まれていないものとする。
【００８５】
図２Ａに示す第１の実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子１の回折格子層１３と同様に、図４Ａの右側の一部の部分には、回折格子層１３は形成されていない。すなわち、図中左側の端面から図中右側の端面内側のある位置に亘って、回折格子層１３が形成されている。図２Ａと同様に、回折格子層１３の右端から、図中右側の端面までの距離をＬＥとする。
【００８６】
図４Ａに示す通り、回折格子層１３は、図中左側から、順に、第１回折格子領域１３Ａ、位相シフト領域１３Ｃ、第２回折格子領域１３Ｂを、備えている。図中右側の端から、回折格子層１３の位相シフト領域１３Ｃの中心部までの距離をＬｓとする。
【００８７】
第１の実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子１と同様に、当該実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子１は、前方端面が反射防止膜２３で覆われ、後方端面が反射膜２４で覆われる。
【００８８】
端面から一部の部分に回折格子層１３が形成されていないことにより、位相シフト領域を有する分布帰還型半導体レーザ素子の特性は影響を受けるが、後方端面から一部の部分に回折格子層１３が形成されていないのが望ましい。以下、図４Ａの左側の端面を前方端面、右側の端面を後方端面とする。そして、特性の影響を小さくするために、回折格子層１３が形成されない部分の長さＬＥは、小さい方が望ましい。回折格子層１３が形成されない部分の長さＬＥの多層構造長Ｌに対する比であるｚＥは、１０％以下が望ましい。すなわち、多層構造長Ｌに対する回折格子層１３が形成される部分の長さの比が、９０％以上となるのが望ましい。そして、ｚＥの値は、ウェハを劈開する工程において生じる劈開誤差の精度と考慮して、決定すればよい。たとえば、典型的には、ｚＥが５％である。すなわち、多層構造長に対する回折格子層１３が形成される部分の長さの比が、９５％である。
【００８９】
位相シフト領域１３Ｃを示す距離ＬＳの多層構造長Ｌに対する比をｚＳとして、閾値利得最小値（Minimam αｔｈ）、及び、閾値利得の主副モード差（δαｔｈ）の、ｚＳに対する依存性について数値計算を行った。前述の通り、閾値利得最小値が小さく、閾値利得の主副モード差が大きいとき、半導体光素子としての特性が向上する。
【００９０】
第１の実施形態と同様に、κＬ＝１となる場合と、κＬ＝２となる場合について、この数値計算が行われている。また、それぞれの場合に対して、前方端面を覆う反射防止膜の反射率を３％とし、後方端面を覆う反射膜の反射率については、反射率が、６０％、８０％、９９％となる場合について、そして、さらに、それぞれの場合に対して、ｚＥ＝０となる場合と、ｚＥ＝０．１０となる場合について、数値計算がそれぞれ行われている。
【００９１】
図４Ｂは、当該実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子１の閾値利得最小値のメディアン値を示す図である。ここで、メディアン値を、第１の実施形態の場合と同様に、前方端面における回折格子の位相と後方端面付近に回折格子があると仮定した場合の位相をそれぞれ１周期内で１０個の異なる位相値について合計１００通り行われた計算結果より求めている。
【００９２】
図４Ｂに実線にシンボルを付して示される曲線は、ｚＥ＝０となる場合を表している。κＬ＝１となる場合も、κＬ＝２となる場合も、閾値利得最小値のメディアン値は、ｚＳに対して強い依存性を示していない。また、図４Ｂに実線にシンボルを付して示される曲線それぞれの近傍に、点線で示される曲線は、それぞれの場合におけるｚＥ＝０．１０となる場合を表している。それぞれの場合における閾値利得最小値のメディアン値は、ｚＥ＝０となる場合とｚＥ＝０．１０となる場合とで、ほぼ一致しており、ｚＥ＝０．１０となる場合は、後方端面から一部の部分に回折格子層１３が形成されていないことにおける特性の影響はほとんどないと考えられる。
【００９３】
図４Ｃは、当該実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子１の閾値利得の主副モード差のメディアン値を示す図である。ここで、メディアン値を、図４Ｂに示す閾値利得最小値のメディアン値と同様にして、求めている。
【００９４】
図４Ｂと同様に、図４Ｃに実線にシンボルを付して示される曲線は、ｚＥ＝０となる場合を表しており、それぞれの曲線の近傍に、点線で示される曲線は、それぞれの場合におけるｚＥ＝０．１０となる場合を表している。
【００９５】
ｚＥ＝０となる場合において、κＬ＝１となる場合も、κＬ＝２となる場合も、位相シフトがない構造を意味するｚＳ＝０と比較して、ｚＳが０より大きくなるにつれて、閾値利得の主副モード差は大きくなっており、閾値利得の主副モード差は、ｚＳが０．２から０．３の近傍でピーク値となり、さらにｚＳの値が大きくなると、ｚＳが０．５となるまで、閾値利得の主副モード差は小さくなる。ｚＳがさらに大きくなると、閾値利得の主副モード差は振動しながら再度大きくなっている。
【００９６】
ｚＥ＝０．１０となる場合において、ｚＥ＝０となる場合と比較して、ｚＳが０以上０．４０以下となる領域において、それぞれの場合において、閾値利得の主副モード差の低下は１０％程度に抑制されている。それゆえ、ｚＥを１０％以下とするならば、端面から一部の部分に回折格子層１３が形成されていないことによる特性の影響は抑制されていると考えられる。それゆえ、前述の通り、ｚＥの値は、１０％以下が望ましい。すなわち、多層構造長Ｌに対する回折格子層１３が形成される部分の長さの比が、９０％以上となるのが望ましい。
【００９７】
このように、ｚＥの値を１０％以下とすることにより、上記に述べた回折格子の位置ずれ、及び、劈開位置の位置ずれの影響を抑制しつつ、レーザ素子としての特性低下が抑制される、位相シフト領域を有する分布帰還型半導体レーザ素子が作製される。
【００９８】
さらに、位相シフト領域を有する当該実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子１において、κＬ＝１からκＬ＝２の間とし、前方端面を反射率３％以下の反射防止膜で覆い、後方端面を反射率６０％以上９９％以下とした場合、ｚＳの値を、１０％以上４０％以下とするのが望ましい。すなわち、第１回折格子領域１３Ａと第２回折格子領域１３Ｂとの間に位置する位相シフト領域１３Ｃは、前方端面から、多層構造長Ｌの６０％以上９０以下に位置するのが望ましい。典型的には、たとえば、κＬ＝１．４とし、ｚＳ＝８０％とするとよい。
【００９９】
このように、ｚＳの値を１０％以上４０％以下とすることにより、上記に述べた回折格子の位置ずれ、及び、劈開位置の位置ずれの影響を抑制出来ることに加え、さらに閾値が小さくなり、かつ、副モード抑制比がさらに大きくなる高い特性を有する、位相シフト領域を有する分布帰還型半導体レーザ素子が作製される。
【０１００】
次に、当該実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子１の製造方法について、説明する。当該実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子１の作製方法は、第１の実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子１の作製方法と、基本的な工程は同じである。
【０１０１】
当該実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子１の作製方法は、第１の実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ素子１の作製方法と、回折格子層形成工程が主に異なる。
【０１０２】
第１の実施形態に係る回折格子層形成工程において、塗布されたレジスト上に、回折パターンは、所定の周期で一様に繰り返されるよう、形成されるのに対して、当該実施形態に係る回折格子層形成工程において、形成される回折パターンは、その後の工程により、回折格子層１３が、第１回折格子領域１３Ａと、第２回折格子領域１３Ｂと、第１回折格子領域１３Ａと第２回折格子領域１３Ｂとの間に、位相シフト領域１３Ｃとが、備えられるよう、設計されている。
【０１０３】
当該実施形態に係る回折格子層形成工程において、チップ領域の出射方向に延伸する一部の領域に対して、電子線露光が施されることにより、後方端面を含む一部には、回折格子層１３が形成されていない、位相シフト領域を有する分布帰還型半導体レーザ素子が形成される。
【０１０４】
さらに、当該実施形態に係る回折格子層形成工程において、隣り合う２個のチップ領域に対して、一度に、電子線露光を施すことにより、回折格子層形成工程における工程数を軽減することが可能となっている。一度に電子線露光を行う領域から、２個の半導体光素子の作製が可能となる。
【０１０５】
また、当該実施形態に係る回折格子層形成工程において、多層構造長Ｌに対する回折格子層１３が形成される部分の比が、９０％以上となるように、回折格子層１３を形成することにより、回折格子の位置ずれ、及び、劈開位置の位置ずれの影響を抑制しつつ、レーザ素子としての特性低下が抑制される、位相シフト領域を有する分布帰還型半導体レーザ素子を作製される。
【０１０６】
さらに、当該実施形態に係る回折格子層形成工程において、κＬ＝１からκＬ＝２の間であって、後方端面から位相シフト領域までの距離の多層構造長Ｌに対する長さの比が、６０％以上９０％以下となるように、回折格子層１３を形成することにより、高い特性を有し、位相シフト領域を有する分布帰還型半導体レーザの製造が可能となる。典型的には、たとえば、κＬ＝１．４とし、後方端面から位相シフト領域までの距離の多層構造長Ｌに対する長さの比を８０％となるよう、回折格子層１３を形成するとよい。
【０１０７】
第６工程において、反射率３％以下の反射防止膜２３で前方端面を被膜し、６０％以上９９％以下の反射率となる反射膜２４で後方端面を被膜すると、さらによい。
【０１０８】
以上、本発明について、ｎ型ＩｎＰ基板１１上に形成され、圧縮歪が導入されたＩｎＧａＡｌＡｓ系多重量子井戸活性層を備え、波長１．３μｍ帯の分布帰還型半導体レーザ素子を例に説明した。しかし、基板の材料や、活性層の材料、また、井戸層に導入される歪の符号、そして、発振波長の波長帯は、この例に限定されるものではない。例えば、活性層にＩｎＧａＡｓＰ系の材料を用いて作製されてもよいし、井戸層に導入される歪が引張り歪であってもよいし、発振波長が１．５５μｍ帯に含まれていもよい。
【０１０９】
また、本発明において、ＢＨ構造を有する半導体光素子を例に説明しているが、この構造に限定されるものではなく、例えば、リッジストライプ構造を有する半導体光素子であってもよい。
【０１１０】
さらに、本発明においては、回折格子層を活性層の上方に設けている例を説明しているが、この構造に限定されるものではなく、活性層の下方に回折格子層を設けても良い。
【符号の説明】
【０１１１】
１  分布帰還型半導体レーザ素子、１１  ｎ型ＩｎＰ基板、１２  活性層、１３  回折格子層、１３Ａ  第１回折格子領域、１３Ｂ  第２回折格子領域、１３Ｃ  位相シフト領域、１４  ｐ型ＩｎＰクラッド層、１５  ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層、１６  埋め込み層、１８Ａ，１８Ｃ，１８Ｅ  回折パターン、２１  ｐ型電極、２２  ｎ型電極、２３  反射防止膜、２４  反射膜、３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ，３０Ｆ  チップ領域、４１，４２  劈開面、１１０Ａ、１１０Ｂ  素子、１１１Ａ，１１１Ｂ  回折格子、１２０，１２１  劈開位置、１２２  位置ずれ、Ｌ  多層構造長。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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