(57)【要約】  光素子を、光導波路（１）と、分断された第１半導体層（１０２，１０４）と、第１半導体層と屈折率が異なり、第１半導体層を埋め込む第２半導体層（１０３，１０７）とによって構成される回折格子（２Ａ，３Ａ）を含み、光導波路に沿って設けられた複数の回折格子層（２，３）とを備えるものとし、複数の回折格子層に含まれる一の回折格子層（２）を、回折格子（２Ａ）に連なり、第１半導体層（１０２）及び第２半導体層（１０３）と異なる材料からなる第３半導体層（１２０）を含むものとする。
2010116460.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路と、
分断された第１半導体層と、前記第１半導体層と屈折率が異なり、前記第１半導体層を埋め込む第２半導体層とによって構成される回折格子を含み、前記光導波路に沿って設けられた複数の回折格子層とを備え、
前記複数の回折格子層に含まれる一の回折格子層は、前記回折格子に連なり、前記第１半導体層及び前記第２半導体層と異なる材料からなる第３半導体層を含むことを特徴とする光素子。
【請求項２】
前記第３半導体層は、前記第１半導体層よりも屈折率が低く、かつ、前記第２半導体層よりも屈折率が高いことを特徴とする、請求項１記載の光素子。
【請求項３】
前記第３半導体層は、前記第１半導体層と組成が異なる材料からなることを特徴とする、請求項１又は２記載の光素子。
【請求項４】
前記光導波路及び前記一の回折格子層に含まれる前記回折格子を含む第１の領域と、
前記光導波路及び前記第３半導体層を含む第２の領域とを備え、
前記第１の領域の等価屈折率と前記第２の領域の等価屈折率とがほぼ一致していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光素子。
【請求項５】
光導波路と、
分断された第１半導体層と、前記第１半導体層と屈折率が異なり、前記第１半導体層を埋め込む第２半導体層とによって構成される回折格子を含み、前記光導波路に沿って設けられた複数の回折格子層とを備え、
前記複数の回折格子層に含まれる一の回折格子層は、前記回折格子に連なるように延びる前記第１半導体層を含み、
前記光導波路及び前記一の回折格子層に含まれる前記回折格子を含む第１の領域と、
前記光導波路及び前記回折格子に連なる前記第１半導体層を含む第２の領域とを備え、
前記第１の領域と前記第２の領域とは幅が異なることを特徴とする光素子。
【請求項６】
前記複数の回折格子層は、前記回折格子が形成されている領域の長さが異なる少なくとも２つの回折格子層を含み、対応する領域に形成されている前記回折格子の位相、周期が略同一であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光素子。
【請求項７】
前記複数の回折格子層は、前記対応する領域に形成されている前記回折格子のデューティ比が略同一であることを特徴とする、請求項６記載の光素子。
【請求項８】
前記複数の回折格子層の前記対応する領域は、前記光導波路に沿う方向の中央領域又は前記光導波路に沿う方向の両端側の領域であることを特徴とする、請求項６又は７記載の光素子。
【請求項９】
前記複数の回折格子層は、デューティ比の異なる回折格子を含む回折格子層を少なくとも１層含むことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の光素子。
【請求項１０】
前記複数の回折格子層は、略同一の厚さを有することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の光素子。
【請求項１１】
前記複数の回折格子層は、厚さが異なる回折格子層を含むことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の光素子。
【請求項１２】
前記複数の回折格子層は、異なる厚さを有することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の光素子。
【請求項１３】
前記複数の回折格子層は、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間の屈折率差が略同一であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の光素子。
【請求項１４】
前記複数の回折格子層は、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間の屈折率差が異なる回折格子層を含むことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の光素子。
【請求項１５】
前記複数の回折格子層は、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間の屈折率差が異なることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の光素子。
【請求項１６】
前記複数の回折格子層は、略同一の間隔をあけて設けられていることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の光素子。
【請求項１７】
前記複数の回折格子層は、一部が異なる間隔をあけて設けられていることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の光素子。
【請求項１８】
前記複数の回折格子層は、異なる間隔をあけて設けられていることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の光素子。
【請求項１９】
基板上に、第１層及び前記第１層に連なり、前記第１層と異なる材料からなる第３層と、第２層とを順に積層し、
表面上に、回折格子パターンを有する一のマスクを形成し、
前記一のマスクを用いてエッチングして前記第２層に前記回折格子パターンを転写し、
前記一のマスクの一部の領域の表面を覆うように他のマスクを形成し、
前記一のマスク及び前記他のマスクを用いてエッチングして前記第１層に前記回折格子パターンを転写し、
前記一のマスク及び前記他のマスクを除去し、
埋込層によって埋め込むことによって複数の回折格子層を形成することを特徴とする光素子の製造方法。
【請求項２０】
基板上に、第１層、第２層を順に積層し、
表面上に、回折格子パターンを有する一のマスクを形成し、
前記一のマスクを用いてエッチングして前記第２層に前記回折格子パターンを転写し、
前記一のマスクの一部の領域の表面を覆うように他のマスクを形成し、
前記一のマスク及び前記他のマスクを用いてエッチングして前記第１層に前記回折格子パターンを転写し、
前記一のマスク及び前記他のマスクを除去し、
埋込層によって埋め込むことによって複数の回折格子層を形成し、
前記第１層の前記回折格子パターンが転写されている部分を含む領域と前記第１層の前記回折格子パターンが転写されていない部分を含む領域とで幅が異なるようにメサストライプ状にエッチングすることを特徴とする光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、埋込回折格子を有する導波路型の光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
埋込回折格子を装荷した導波路型の光素子としては、例えば化合物半導体で構成されたＤＦＢレーザがある。
近年、ＤＦＢレーザにおいて、回折格子の帰還量を決定する結合係数を共振器方向で分布させる構造を採用することで、レーザ特性を向上させることが提案されている。
例えば、結合係数を共振器中央に向かって小さくなるように分布させた構造を採用することで、軸方向のホールバーニングを抑制し、高光出力時の縦モード安定性を向上させることが提案されている（例えば非特許文献１参照）。【０００３】
また、ホールバーニングの発生を抑制するために、埋込回折格子の幅を共振器中央に向かって徐々に小さくしたり、埋込回折格子の幅を共振器中央に向かって徐々に大きくしたり、埋込回折格子の高さを共振器中央に向かって徐々に高くしたり、埋込回折格子の高さを共振器中央に向かって徐々に低くしたりすることも提案されている（例えば特許文献１参照）。【０００４】
また、共振器中央の結合係数を大きくし、両端の結合係数を中央に比べて小さくした構造にすることで、大きなしきい値利得差あるいは主副モード間利得差が得られることも提案されている（例えば非特許文献２〜５参照）。
また、共振器方向で駆動電極を３分割し、中央の電極の注入電流を変調することで、ＤＦＢレーザをＦＭ変調光源として用いる場合に、共振器長を長くすることで、スペクトル線幅を狭くすることが提案されている（例えば非特許文献６、特許文献２参照）。【０００５】
なお、特許文献３には、活性層を上下に挟むように埋込回折格子が設けられたＤＦＢレーザが開示されているが、一方の回折格子は、外部から入力してくるレーザ光の反射戻り光を反射するようにレーザの前端面近傍に設けられており、また、発振波長が単一波長になるように上下の回折格子の位相が一致しないようにしている（段落００３６、００３７参照）。また、上記特許文献３に記載されているように、活性層の上下両側に埋込回折格子を設ける構造では、上下の回折格子の位相が同期するように精度良く作製するのは困難である。
【特許文献１】特開平８−２５５９５４号公報
【特許文献２】特許第２９６６４８５号公報
【特許文献３】特開２００４−３５６５７１号公報
【非特許文献１】G. Morthier et al., "A New DFB-Laser Diode with Reduced Spatial Hole Burning", IEEE Photonics Technology Letter, vol. 2, no. 6, June 1990, pp.388-390
【非特許文献２】大橋他、「不均一な結合係数を有するＤＦＢレーザのモード解析」、１９８９年秋、応用物理学会学術講演会、３０ｐ−ＺＧ−１３
【非特許文献３】小路他、「不均一深さ回折格子λ/4 シフトＤＦＢレーザの解析」、１９９１年秋、応用物理学会学術講演会、１０ｐ−ＺＭ−１７
【非特許文献４】小滝他、「不均一深さ回折格子を有するＭＱＷ−ＤＦＢレーザ」、１９９１年春、応用物理学会学術講演会、２９ｐ−Ｄ−７
【非特許文献５】M. Matsuda et al., "Reactively Ion Etched Nonuniform-Depth Grating for Advenced DFB Lasers", 3rd International Conference on Indium Phosphide and Related Materials, April 8-11, 1991, TuF.4
【非特許文献６】S. Ogita et al., "FM Response of Narrow-Linewidth, Multielectrode λ/4 Shift DFB Laser", IEEE Photonics Technology Letters, vol. 2, no. 3, March 1990, pp. 165-166
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、回折格子の結合係数を共振器内で分布させた構造を採用する場合、素子特性を向上させるために、結合係数を大きくする領域と結合係数を小さくする領域とで結合係数の差を大きくする（結合係数のコントラストを大きくする）ことが必要な場合がある。
しかしながら、例えば上記特許文献２や上記非特許文献４，５に記載されているように、ＩｎＰ基板の表面に凹凸を形成し、これを半導体層で埋め込むことによって形成される表面回折格子を用いて、結合係数を大きくする領域と結合係数を小さくする領域とで結合係数の差を大きくするためには、結合係数を小さくする領域において回折格子の深さを非常に浅くすることが必要になる。【０００７】
このような非常に浅い回折格子は精度良く安定して作製することが難しいため、結合係数にばらつきが生じてしまい、素子特性（ここではレーザの発振しきい値）が変動してしまうことになる。また、歩留まりも良くない。
また、例えば上記特許文献１に記載されているように、埋込回折格子の幅を変える場合、結合係数を最大にする領域の回折格子の幅は回折格子の周期の半分（デューティ比５０％）にし、それよりも回折格子の幅を広く（デューティ比５０％よりも大きく）又は狭く（デューティ比５０％よりも小さく）することで結合係数の小さい領域の回折格子を形成することになる。【０００８】
しかしながら、結合係数を大きくする領域と結合係数を小さくする領域とで結合係数の差を大きくするためには、結合係数を小さくする領域において回折格子の幅を非常に広くするか、又は、非常に狭くする必要がある。
回折格子の幅を非常に広くする場合、回折格子を形成するためのマスクの開口部が非常に狭くなるため、エッチングによって加工して回折格子を形成するのが困難である。一方、回折格子の幅を非常に狭くする場合、エッチングマスクの幅も非常に狭くすることになるが、例えば数％幅のマスクを精度良く安定して作製することは困難である。また、非常に幅の狭い回折格子が形成できたとしても、これを埋め込むと消えてしまう場合があり、安定して埋込回折格子を作製することが難しい。このため、歩留まりも良くない。【０００９】
そこで、回折格子の結合係数を共振器内で分布させた構造の光素子において、回折格子を精度良く安定して作製できるようにし、歩留まりを向上させるとともに、素子特性を向上させたい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このため、本光素子は、光導波路と、分断された第１半導体層と、第１半導体層と屈折率が異なり、第１半導体層を埋め込む第２半導体層とによって構成される回折格子を含み、光導波路に沿って設けられた複数の回折格子層とを備え、複数の回折格子層に含まれる一の回折格子層は、回折格子に連なり、第１半導体層及び第２半導体層と異なる材料からなる第３半導体層を含むことを要件とする。【００１１】
また、本光素子は、光導波路と、分断された第１半導体層と、第１半導体層と屈折率が異なり、第１半導体層を埋め込む第２半導体層とによって構成される回折格子を含み、光導波路に沿って設けられた複数の回折格子層とを備え、複数の回折格子層に含まれる一の回折格子層は、回折格子に連なるように延びる第１半導体層を含み、光導波路及び一の回折格子層に含まれる回折格子を含む第１の領域と、光導波路及び回折格子に連なる第１半導体層を含む第２の領域とを備え、第１の領域と第２の領域とは幅が異なることを要件とする。【００１２】
また、本光素子の製造方法は、基板上に、第１層及び第１層に連なり、第１層と異なる材料からなる第３層と、第２層とを順に積層し、表面上に、回折格子パターンを有する一のマスクを形成し、一のマスクを用いてエッチングして第２層に前記回折格子パターンを転写し、一のマスクの一部の領域の表面を覆うように他のマスクを形成し、一のマスク及び他のマスクを用いてエッチングして第１層に回折格子パターンを転写し、一のマスク及び他のマスクを除去し、埋込層によって埋め込むことによって複数の回折格子層を形成することを要件とする。【００１３】
本光素子の製造方法は、基板上に、第１層、第２層を順に積層し、表面上に、回折格子パターンを有する一のマスクを形成し、一のマスクを用いてエッチングして第２層に回折格子パターンを転写し、一のマスクの一部の領域の表面を覆うように他のマスクを形成し、一のマスク及び他のマスクを用いてエッチングして第１層に前記回折格子パターンを転写し、一のマスク及び他のマスクを除去し、埋込層によって埋め込むことによって複数の回折格子層を形成し、第１層の回折格子パターンが転写されている部分を含む領域と第１層の回折格子パターンが転写されていない部分を含む領域とで幅が異なるようにメサストライプ状にエッチングすることを要件とする。
【発明の効果】
【００１４】
したがって、本光素子及びその製造方法によれば、回折格子の結合係数を共振器内で分布させた構造の光素子において、回折格子を精度良く安定して作製できるようになり、歩留まりが向上するとともに、素子特性を向上させることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる光素子（ＤＦＢレーザ）の構成を示す模式的断面図である。
【図２】本発明の課題を説明するための模式的断面図である。
【図３】図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、本発明の課題を説明するための図である。
【図４】図４（Ａ）〜図４（Ｄ）は、本発明の課題を説明するための図である。
【図５】図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、本発明の課題を説明するための図である。
【図６】図６（Ａ）〜図６（Ｄ）は、本発明の第１実施形態にかかる光素子（ＤＦＢレーザ）の一構成例の製造方法を説明するための模式的斜視図である。
【図７】図７（Ａ）〜図７（Ｄ）は、本発明の第１実施形態にかかる光素子（ＤＦＢレーザ）の一構成例の製造方法を説明するための模式的斜視図である。
【図８】図８（Ａ）〜図８（Ｄ）は、本発明の第１実施形態にかかる光素子（ＤＦＢレーザ）の一構成例の製造方法を説明するための模式的斜視図である。
【図９】図９（Ａ）〜図９（Ｄ）は、本発明の第１実施形態にかかる光素子（ＤＦＢレーザ）の一構成例の製造方法を説明するための模式的斜視図である。
【図１０】図１０（Ａ），図１０（Ｂ）は、本発明の第１実施形態にかかる光素子（ＤＦＢレーザ）の一構成例の製造方法を説明するための模式的斜視図である。
【図１１】本発明の第２実施形態にかかる光素子（ＤＦＢレーザ）の構成を示す模式的断面図である。
【図１２】図１２（Ａ）〜図１２（Ｄ）は、本発明の第２実施形態にかかる光素子（ＤＦＢレーザ）の一構成例の製造方法を説明するための模式的斜視図である。
【図１３】図１３（Ａ）〜図１３（Ｄ）は、本発明の第２実施形態にかかる光素子（ＤＦＢレーザ）の一構成例の製造方法を説明するための模式的斜視図である。
【図１４】図１４（Ａ）〜図１４（Ｄ）は、本発明の第２実施形態にかかる光素子（ＤＦＢレーザ）の一構成例の製造方法を説明するための模式的斜視図である。
【図１５】図１５（Ａ）〜図１５（Ｄ）は、本発明の第２実施形態にかかる光素子（ＤＦＢレーザ）の一構成例の製造方法を説明するための模式的斜視図である。
【図１６】図１６（Ａ）〜図１６（Ｄ）は、本発明の第２実施形態にかかる光素子（ＤＦＢレーザ）の一構成例の製造方法を説明するための模式的斜視図である。
【図１７】図１７（Ａ），図１７（Ｂ）は、本発明の第２実施形態にかかる光素子（ＤＦＢレーザ）の一構成例の製造方法を説明するための模式的斜視図である。
【図１８】本発明の第２実施形態にかかる光素子（ＤＦＢレーザ）の他の構成例を示す模式的断面図である。
【図１９】本発明の第３実施形態にかかる光素子（ＤＦＢレーザ）の構成を示す模式的断面図である。
【図２０】図２０（Ａ）〜図２０（Ｄ）は、本発明の第３実施形態にかかる光素子（ＤＦＢレーザ）の一構成例の製造方法を説明するための模式的斜視図である。
【図２１】図２１（Ａ）〜図２１（Ｄ）は、本発明の第３実施形態にかかる光素子（ＤＦＢレーザ）の一構成例の製造方法を説明するための模式的斜視図である。
【図２２】図２２（Ａ）〜図２２（Ｄ）は、本発明の第３実施形態にかかる光素子（ＤＦＢレーザ）の一構成例の製造方法を説明するための模式的斜視図である。
【図２３】図２３（Ａ）〜図２３（Ｄ）は、本発明の第３実施形態にかかる光素子（ＤＦＢレーザ）の一構成例の製造方法を説明するための模式的斜視図である。
【図２４】図２４（Ａ），図２４（Ｂ）は、本発明の第３実施形態にかかる光素子（ＤＦＢレーザ）の一構成例の製造方法を説明するための模式的斜視図である。
【図２５】図２５（Ａ）〜図２５（Ｄ）は、本発明の第４実施形態にかかる光素子（ＤＦＢレーザ）の一構成例の製造方法を説明するための模式的斜視図である。
【図２６】図２６（Ａ）〜図２６（Ｄ）は、本発明の第４実施形態にかかる光素子（ＤＦＢレーザ）の一構成例の製造方法を説明するための模式的斜視図である。
【図２７】図２７（Ａ）〜図２７（Ｃ）は、本発明の第４実施形態にかかる光素子（ＤＦＢレーザ）の一構成例の製造方法を説明するための模式的斜視図である。
【図２８】図２８（Ａ），図２８（Ｂ）は、本発明の第４実施形態にかかる光素子（ＤＦＢレーザ）の一構成例の製造方法を説明するための模式的斜視図である。
【図２９】本発明の第１実施形態にかかる光素子（ＤＦＢレーザ）の他の構成例を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
【００１６】
１  光導波路
２，３，２０，３０，４０，２１，３１，２２，３２  回折格子層
２Ａ，３Ａ，２０Ａ，３０Ａ，４０Ａ，２１Ａ，３１Ａ，２２Ａ，３２Ａ  回折格子（埋込回折格子）
２Ｘ，３Ｘ，２０Ｘ，３０Ｘ，４０Ｘ，２１Ｘ，３１Ｘ，２２Ｘ，３２Ｘ  位相シフト
４，５，４１，４２，５１，４３，５２，４４，５３  スペーサ層
１０１，２０１，３０１，４０１  ｎ型ドープＩｎＰ基板
１０２，２０２，１０４，２０４，２０６，３０２，３０４，４０２，４０４  ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層（第１半導体層）
１０３，２０３，１０７，２０５，２１０，３０３，３０７，４０３，４０７  ｎ型ドープＩｎＰ層（第２半導体層）
１０５，２０７，３０５，４０５  電子ビームレジストマスク
１０６，２０８，３０６，４０６  ポジ型フォトレジストマスク
１０８，２１１，３０８，４０８  量子井戸活性層
１０９，１１４，２１２，３０９，３１４，４０９  ｐ型ＩｎＰクラッド層
１１０，２１４，３１０，４１１  ＳｉＯ２マスク
１１１，３１１  ｐ型ＩｎＰ層
１１２，３１２  ｎ型ＩｎＰ層
１１３，３１３  ｐ型ＩｎＰ層
１１５，２１３，３１５  ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層
１１６，２１６，３１６，４１３  ｐ側電極
１１７，２１７，３１７，４１４  ｎ側電極
１１８，１１９，２１８，２１９，３１８，３１９，４１５，４１６  無反射コート
１２０，２２０，２２１，３２０  ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層（第３半導体層）
１２１，２２２，２２３，３２１  ＳｉＯ２マスク
２０９  ネガ型フォトレジストマスク
２１５  Ｆｅドープ型ＩｎＰ電流狭窄層
４１０  ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層
４１２  Ｆｅドープ型ＩｎＰ電流狭窄層
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面により、本実施形態にかかる光素子及びその製造方法について説明する。
［第１実施形態］
まず、第１実施形態にかかる光素子及びその製造方法について、図１〜図１０（Ｂ）を参照しながら説明する。
本実施形態にかかる光素子は、例えば、回折格子の結合係数を共振器内で分布させた構造を有するＤＦＢ（Distributed Feed-Back；分布帰還型）レーザ（レーザ素子；導波路型光素子；アクティブ型光素子；発光素子）であって、図１に示すように、光導波路１と、光導波路１に沿って設けられた複数（ここでは２つ）の回折格子層２，３とを備える。【００１８】
ここでは、図１に示すように、複数の回折格子層として、第１回折格子層２と、第２回折格子層３とが設けられており、これらの回折格子層２，３は、光導波路１の下側（光導波路１に対して基板側；光導波路１の片側）に全て設けられている。なお、これらの回折格子層２，３は光導波路１に近接して装荷されている。
各回折格子層２，３は、図１に示すように、分断された一の半導体層（第１半導体層）１０２，１０４と、一の半導体層１０２，１０４と屈折率が異なり、一の半導体層１０２，１０４を埋め込む他の半導体層（第２半導体層）１０３，１０７とによって構成される回折格子（埋込回折格子；埋込型回折格子）２Ａ，３Ａを含むものとして構成される。ここでは、回折格子２Ａ，３Ａは、いずれも、位相シフト２Ｘ，３Ｘ（ここではλ／４位相シフト）を含むものとして構成されている。【００１９】
また、複数の回折格子層２，３は、対応する領域に形成されている回折格子２Ａ，３Ａの位相、周期、デューティ比（回折格子の周期に対するエッチングによって残される部分の割合）が略同一（同一を含む）になっている。なお、本実施形態では、各回折格子層２，３に備えられる回折格子２Ａ，３Ａのデューティ比は、それぞれ、一定になっている。
本実施形態では、第１回折格子層２は、図１に示すように、回折格子２Ａが光導波路１に沿う方向（共振器の長さ方向）の中央領域のみに形成されている。つまり、第１回折格子層２の回折格子２Ａが形成されている領域は、光導波路１に沿う方向の中央領域である。【００２０】
また、第２回折格子層３は、図１に示すように、回折格子３Ａが光導波路１に沿う方向の全長にわたって形成されている。つまり、第２回折格子層３の回折格子３Ａが形成されている領域は、光導波路１に沿う方向の全領域である。
このように、本実施形態では、第１回折格子層２の回折格子２Ａが形成されている領域の光導波路１に沿う方向の長さが、第２回折格子層３の回折格子３Ａが形成されている領域の光導波路１に沿う方向の長さよりも短くなっており、第１回折格子層２と第２回折格子層３とで回折格子２Ａ，３Ａが形成されている領域の長さが異なっている。この場合、これらの回折格子層２，３の対応する領域は、光導波路１に沿う方向の中央領域である。【００２１】
なお、本実施形態では、複数の回折格子層として２つの回折格子層２，３を設けており、これらの回折格子層２，３の回折格子２Ａ，３Ａが形成されている領域の長さが互いに異なっているが、これに限られるものではない。例えば、第３回折格子層（回折格子が形成されている領域の光導波路１に沿う方向の長さが第１回折格子層２と同じ層）をさらに設け、光導波路１に沿う方向の中央領域において、より結合係数を大きくするようにしても良い。このため、複数の回折格子層は、回折格子が形成されている領域の長さが異なる少なくとも２つの回折格子層を含んでいれば良い。【００２２】
このように、本実施形態では、埋込回折格子を用い、埋込回折格子が形成されている領域を含む複数の回折格子層を多層化し、結合係数を最大にしたい領域では多層化された回折格子層のすべて（ここでは第１回折格子層２と第２回折格子層３の２つ）に埋込回折格子を形成し、結合係数をそれよりも小さくしたい領域では一部の回折格子層（ここでは第２回折格子層３）にだけ回折格子を形成するようにしている。【００２３】
具体的には、図１に示すように、第１回折格子層２上に第２回折格子層３が積層されており、光導波路１に沿う方向の中央領域で、各回折格子層２，３の回折格子２Ａ，３Ａが積層された構造になっている。つまり、回折格子の積層数が光導波路１に沿う方向で異なるように構成されている。このようにして、光導波路１に沿う方向の中央領域の結合係数が大きくなり、この中央領域と比較してそれ以外の領域（両端近傍領域）の結合係数が小さくなるようにしている。【００２４】
本実施形態の具体的構成例にかかるＤＦＢレーザ（光半導体素子）は、波長1．５５μｍ帯で発振するＤＦＢレーザであって、図１に示すように、ｎ型ドープＩｎＰ基板１０１上に、中央領域で分断されたｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層［例えば、組成波長１．２５μｍ（Ｇａ０．２５１Ｉｎ０．７４９Ａｓ０．５４３Ｐ０．４５７層）、厚さ２５ｎｍ］１０２を、屈折率が異なるｎ型ドープＩｎＰ層（例えば厚さ１５ｎｍ；埋込層）１０３によって埋め込むことによって形成された埋込回折格子２Ａを含む第１回折格子層２と、全領域で分断されたｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層［例えば、組成波長１．１５μｍ（Ｇａ０．１８２Ｉｎ０．８１８Ａｓ０．３９７Ｐ０．６０３層）、厚さ２０ｎｍ］１０４を、屈折率が異なるｎ型ドープＩｎＰ層１０７によって埋め込むことによって形成された埋込回折格子３Ａを含む第２回折格子層３と、導波路コア層として量子井戸活性層１０８を含む光導波路１とを備えるものとして構成される。【００２５】
このように、本実施形態の具体的構成例では、第１回折格子層２の回折格子２Ａを、組成波長１．２５μｍのｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層１０２とｎ型ドープＩｎＰ層１０３とによって構成し、第２回折格子層３の回折格子３Ａを、組成波長１．１５μｍのｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層１０４とｎ型ドープＩｎＰ層１０７とによって構成することで、第１回折格子層２の回折格子２Ａを構成する半導体層１０２，１０３の屈折率差を、第２回折格子層３の回折格子３Ａを構成する半導体層１０４，１０７の屈折率差よりも大きくしている。つまり、第１回折格子層２の厚さをそれほど厚くしないで結合係数を大きくして、結合係数が大きい領域と結合係数が小さい領域との間の結合係数差を大きくしている。【００２６】
つまり、ｎ型ＩｎＰ埋込層１０３のうち、分断されたｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層１０２の間に埋め込まれた部分は回折格子２Ａを構成し、ｎ型ＩｎＰ埋込層１０７のうち、分断されたｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層１０４の間に埋め込まれた部分は回折格子３Ａを構成する。
なお、ｎ型ＩｎＰ埋込層１０３のうち、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層１０２の上側に形成される部分は第１回折格子層２と第２回折格子層３との間のスペーサ層（中間層）４を構成し、ｎ型ＩｎＰ埋込層１０７のうち、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層１０４の上側に形成される部分は第２回折格子層３と活性層１０８との間のスペーサ層（クラッド層）５を構成する。なお、スペーサ層４の厚さは、エッチングのばらつきを吸収できる程度にできるだけ薄くするのが好ましい。【００２７】
また、本実施形態の具体的構成例では、第１回折格子層２の回折格子２Ａを構成するｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層１０２の厚さを２５ｎｍとし、第２回折格子層３の回折格子３Ａを構成するｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層１０４の厚さ２０ｎｍとし、第１回折格子層２と第２回折格子層３とが異なる厚さを有するものとして構成されている。
また、第１回折格子層２の回折格子２Ａを構成する半導体層１０２，１０３の屈折率差を、第２回折格子層３の回折格子３Ａを構成する半導体層１０４，１０７の屈折率差よりも大きくし、第１回折格子層２と第２回折格子層３とが異なる屈折率差を有するものとして構成されている。【００２８】
このため、第１回折格子層２と第２回折格子層３とは、回折格子２Ａ，３Ａのデューティ比が略同一であるが、回折格子２Ａ，３Ａの結合係数は異なる。
このように、本実施形態の構成によれば、複数の回折格子層２，３を積層することによって結合係数のコントラストを大きくすることができるため、所望の要求を満たす素子を実現できるようになり、素子特性を向上させることができる。【００２９】
本実施形態のように複数の回折格子層を積層することなく、例えば表面回折格子（基板表面に凹凸を形成し、これを半導体層で埋め込むことによって形成される回折格子、あるいは、一の半導体層の表面に凹凸を形成し、これを他の半導体層で埋め込むことによって形成される回折格子）のみを用いて結合係数のコントラストを大きくしようとすると、例えば、結合係数を大きくする領域の回折格子の深さを約１７ｎｍ程度に深くし、結合係数を小さくする領域の回折格子の深さを約７ｎｍ程度に浅くしなければならず、共に回折格子の深さが１ｎｍずれてしまうと結合係数の値が約４ｃｍ−１変動してしまうことになる。【００３０】
つまり、このような回折格子を、例えばエタン／水素混合ガスによるリアクティブ・イオン・エッチングを用いて加工する場合、上記非特許文献５によるとエッチレートは５５ｎｍ／ｍｉｎであるため、７ｎｍのエッチングに要する時間は約７．６秒と非常に短く、エッチングプラズマの立ち上がりのばらつきや高周波スイッチのオフのタイミングを０．１秒のオーダで制御することはほぼ不可能である。【００３１】
このため、エッチング時間に換算すると大体±１秒の誤差が生じることと同等と考えることができ、この場合、エッチング深さのばらつきは約±１ｎｍとなり、これによる結合係数のばらつきは約±４ｃｍ−１となる。
この例の加工精度を仮に適用し、共振器内全体で結合係数が小さくなる方向に変動したとすると、発振しきい値利得が、変動しない場合と比べて約１．４倍の値となり、これはレーザの発振しきい値の上昇をもたらすことになる。【００３２】
これに対し、本実施形態では、複数の回折格子層２，３を積層することによって結合係数のコントラストを大きくすることができるため、結合係数のコントラストを大きくするために回折格子の深さ（厚さ）を非常に浅く（薄く）する必要はない。このため、結合係数のばらつきが許容範囲内となるように回折格子の厚さを設定することで、レーザの発振しきい値の上昇を抑えることが可能である。【００３３】
また、例えば表面回折格子のみを用いて結合係数のコントラストを大きくしようとすると、非常に深い部分と非常に浅い部分を含む凹凸を埋込層によって埋め込むことになるため、埋込層の厚さを厚くしないと、その表面が平坦にならない。しかしながら、埋込層の厚さを厚くすると、所望の結合係数が得られないことになる。
これに対し、本実施形態では、複数の回折格子層２，３を積層することによって結合係数のコントラストを大きくすることができるため、結合係数のコントラストを大きくするために埋込層によって埋め込まれる溝を非常に深い部分と非常に浅い部分とを含むものにする必要はない。このため、埋込層の厚さをそれほど厚くしなくても、その表面を平坦にすることができ、所望の結合係数が得られることになる。【００３４】
また、本実施形態では、上述のように、分断されたＧａＩｎＡｓＰ層１０２，１０４をＩｎＰ層１０３，１０７によって埋め込むことによって形成される埋込回折格子２，３を用いているため、回折格子を精度良く安定して作製でき、歩留まりを向上させることができる。
まず、表面回折格子を用いる場合、基板の途中又は一の半導体層の途中でエッチングを止めることで回折格子の深さが規定されることになるため、結合係数を精度良く制御するのは難しい。【００３５】
これに対し、分断された一の半導体層を他の半導体層によって埋め込むことによって形成される埋込回折格子を形成する場合、一の半導体層を分断するためのエッチングは、一の半導体層を全部除去し、その下側の半導体層の途中まで除去したところで止めれば良い。そして、その下側の半導体層と同じ半導体材料からなる他の半導体層によって埋め込むことで、エッチング深さのばらつきを吸収することができる。この場合、一の半導体層の厚さによって回折格子の深さが決まるため、結合係数を精度良く制御することが可能であり、歩留まりを向上させることができる。【００３６】
次に、通常、表面回折格子を用いる場合、ＩｎＰ基板の表面上に凹凸を形成し、その上にＧａＩｎＡｓＰ四元混晶成長をさせることになるため、回折格子の深さが深くなるほど組成変調や結晶欠陥が発生しやすくなる。また、結晶成長昇温時にマストランスポートによりＩｎＰ基板上に形成された凹凸が変形してしまう場合がある。これらの結果、設計どおりの結合係数が得られにくい。【００３７】
また、深い回折格子は採用しにくいため、大きな結合係数を得るために、ＩｎＰとの屈折率差ができるだけ大きな四元混晶半導体層を用いなくてはならない。この場合、組成波長１．３μｍよりも長波の組成の半導体材料を用いると、今度は光の吸収が増大してしまい、レーザ特性を劣化させることになる。
これに対し、分断されたＧａＩｎＡｓＰ層１０２，１０４をＩｎＰ層（埋込層）１０３，１０７によって埋め込むことによって形成される埋込回折格子２，３は、ＧａＩｎＡｓＰ四元混晶層をＩｎＰ埋込層で埋め込むため、基本的に分断されたＧａＩｎＡｓＰ層１０２，１０４の変形は生じない。【００３８】
また、表面回折格子の場合と比較して、ＧａＩｎＡｓＰ層１０２，１０４に形成される溝の深さが深くても、ＩｎＰ埋込層１０３，１０７で埋め込むため、組成変調（屈折率変調）は発生しない。
このため、設計どおりの結合係数を得ることができ、歩留まりを向上させることができる。また、複数の回折格子層２，３を積層することによって結合係数のコントラストを大きくすることができるため、結合係数のコントラストを大きくするために一のＧａＩｎＡｓＰ層に形成される溝の深さを非常に深くする必要がないため、結晶欠陥が発生しにくく、また、ＩｎＰとの屈折率差がそれほど大きなものを用いなくても良いため、レーザ特性を劣化させることもない。【００３９】
また、回折格子の変形、組成変調、結晶欠陥等が生じることなく、回折格子を形成することができるため、仮に埋込層を５０ｎｍ以上と厚くしても所望の結合係数が得られ、ＩｎＰ埋込層１０７の表面上に活性層１０８を成長しても結晶的に問題ない程度まで平坦にすることが可能となる。
さらに、ＩｎＰ埋込層１０７の厚さ（スペーサ層５の厚さ；活性層１０８と第２回折格子層３との間の間隔）を変化させることで、全体の結合係数の値を微調整することができる。【００４０】
ところで、上述のような回折格子構造を有する光素子として、図２に示すように、両端近傍領域に、第１回折格子層２の回折格子２Ａに連なるように第１半導体層１０２が延びており、共振器長が１０００μｍの半導体レーザを作製したところ、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示すように、駆動電流３００ｍＡまで安定して単一モードで発振する特性が得られ、上述の構成の有効性が確認できた。【００４１】
しかしながら、スペクトル線幅を狭くするために共振器長を１０００μｍよりも長くした素子（例えば共振器長が１２００μｍや１４００μｍの素子）では、図４（Ａ）〜図４（Ｄ）に示すように、発振直後からマルチモード発振してしまうことがわかった。
この原因について考察したところ、図２に示すように、共振器中央領域（伝搬定数β２）と共振器両端近傍領域（伝搬定数β１）とで伝搬定数が異なるため、発振モードがストップバンド内で長波側にシフトし、その結果、マルチモード発振してしまうことがわかった。【００４２】
つまり、共振器中央領域では、第１回折格子層２及び第２回折格子層３を構成する第１半導体層（屈折率が高い半導体層）１０２，１０４が全てエッチングされ、第２半導体層（屈折率が低い半導体層）１０３，１０７によって埋め込まれている。つまり、共振器中央領域では、第１回折格子層２と第２回折格子層３の両方とも回折格子２Ａ，３Ａが形成されている。【００４３】
一方、共振器両端近傍領域では、第２回折格子層３のみに回折格子３Ａが形成されている。つまり、共振器両端近傍領域では、第２回折格子層３を構成する第１半導体層（屈折率が高い半導体層）１０４はエッチングされて分断され、第２半導体層（屈折率が低い半導体層）１０７によって埋め込まれている。これに対し、第１回折格子層２を構成する第１半導体層（屈折率が高い半導体層）１０２はエッチングされずにそのまま残っている。【００４４】
このため、共振器中央領域における伝搬定数β２が、共振器両端近傍領域における伝搬定数β１よりも小さくなる。
ここで、共振器長を長くする場合、モード安定性を確保するために、第１回折格子層２と第２回折格子層３の両方に回折格子２Ａ，３Ａが形成されている共振器中央領域の長さと、第２回折格子層３のみに回折格子３Ａが形成されている共振器両端近傍領域の長さとの割合が同じになるようにしながら、共振器長を長くすることになる。【００４５】
このため、共振器長を長くする場合、第１回折格子層２と第２回折格子層３の両方に回折格子２Ａ，３Ａが形成されている共振器中央領域の長さ、即ち、伝搬定数が小さくなっている領域の長さが長くなる。
そして、伝搬定数が小さくなっている領域の長さが長くなるほど（即ち、伝搬定数が大きくなっている領域の長さが長くなるほど）、伝搬する光の位相ずれの蓄積が大きくなり、発振モードがストップバンド内で長波側にシフトし、その結果、マルチモード発振してしまうことがわかった。【００４６】
ここで、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、発振モードのシフトを解析した計算結果、及び、しきい値での発振スペクトルの計算結果を示している。
なお、図５（Ａ）中、白丸は、回折格子の周期と光導波路の等価屈折率で決まる原理的なブラッグ波長（ここでは波長１５５０ｎｍ）に基づく伝搬定数に対して、伝搬定数がずれていない場合の規格化伝搬定数差δβＬ（Ｌはレーザの共振器長）と規格化発振しきい値利得αＬとの関係を示している。一方、黒丸は、原理的なブラッグ波長に基づく伝搬定数に対して、屈折率差から見積もられた伝搬定数差を導入した場合（伝搬定数がずれている場合）の規格化伝搬定数差δβＬ（Ｌはレーザの共振器長）と規格化発振しきい値利得αＬとの関係を示している。【００４７】
伝搬定数がずれていない場合、図５（Ａ）中、白丸で示すように、規格化伝搬定数差δβＬの値が０の位置、即ち、ブラッグ波長のモードで規格化発振しきい値利得αＬの値が最も低くなる。このため、図５（Ｂ）に示すように、ブラッグ波長のモードが発振モードとなり、安定して単一モード発振することがわかる。
これに対し、伝搬定数がずれている場合、図５（Ｃ）に示すように、原理的なブラッグ波長のモード（主モード）はストップバンド内で短波側にシフトしていき、図５（Ａ）に示すように、規格化発振しきい値利得αＬの値が高くなる。一方、ストップバンド内の長波側の複数のモード（副モード）で、規格化発振しきい値利得αＬの値が低くなり、これらのモードの規格化発振しきい値利得αＬの値が極めて近くなり、図５（Ｃ）に示すように、マルチモード発振してしまうことがわかった。また、そのスペクトル形状も図４（Ｂ）で示したしきい値近傍のスペクトル形状をよく再現していることもわかった。【００４８】
そこで、本実施形態では、より共振器長が長い素子においても安定して単一モードで発振するようにし、素子特性を向上させるために、図１に示すように、第１回折格子層２の回折格子２Ａが形成されていない領域（両端近傍領域）を、回折格子２Ａを構成する第１半導体層１０２及び第２半導体層１０３と異なる材料からなる第３半導体層１２０によって構成している。なお、異なる材料には、構成元素が同一で組成が異なるものも含むものとする。【００４９】
つまり、第１回折格子層２は、第１半導体層１０２及び第２半導体層１０３からなる回折格子２Ａと、この回折格子２Ａに連なり、第１半導体層１０２及び第２半導体層１０３と異なる材料からなる第３半導体層１２０とからなる。
ここでは、第１回折格子層２は、中央領域が第１半導体層１０２及び第２半導体層１０３からなる回折格子２Ａになっており、回折格子２Ａが形成されていない両端近傍領域が第１半導体層１０２及び第２半導体層１０３と異なる材料からなる第３半導体層１２０になっている。【００５０】
ここで、第３半導体層１２０は、第１半導体層１０２よりも屈折率が低く、かつ、第２半導体層１０３よりも屈折率が高くなっている。
具体的には、第３半導体層１２０は、第１半導体層１０２と組成が異なる材料からなる。
つまり、本実施形態では、上述のように、第１半導体層１０２を、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層［例えば、組成波長１．２５μｍ（Ｇａ０．２５１Ｉｎ０．７４９Ａｓ０．５４３Ｐ０．４５７層）、厚さ２５ｎｍ］としている。これに対し、第３半導体層１２０は、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層［例えば、組成波長１．０７５μｍ（Ｇａ０．１２７Ｉｎ０．８７３Ａｓ０．２７７Ｐ０．７２３層）、厚さ２５ｎｍ］としている。【００５１】
このように、本実施形態では、第１半導体層１０２及び第３半導体層１２０は、いずれも、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層であるが、第３半導体層１２０は、第１半導体層１０２に対して、Ａｓを減らし、屈折率が低くなるようにし、ＩｎＰに格子整合するように組成を変えている。
つまり、第１半導体層１０２としてのｎ型ドープＧａ０．２５１Ｉｎ０．７４９Ａｓ０．５４３Ｐ０．４５７層は、屈折率が波長１５５０ｎｍにおいて３．３６である。これに対して、第３半導体層１２０としてのｎ型ドープＧａ０．１２７Ｉｎ０．８７３Ａｓ０．２７７Ｐ０．７２３層は、屈折率が波長１５５０ｎｍにおいて３．２６３７である。このように、第３半導体層１２０は、第１半導体層１０２よりも屈折率が低くなっている。【００５２】
また、第３半導体層１２０は、第２半導体層１０３と異なる材料からなる。
つまり、本実施形態では、上述のように、第２半導体層１０３を、ｎ型ドープＩｎＰ層（例えば厚さ１５ｎｍ）としている。これに対し、第３半導体層１２０は、上述のように、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層［例えば、組成波長１．０７５μｍ（Ｇａ０．１２７Ｉｎ０．８７３Ａｓ０．２７７Ｐ０．７２３層）、厚さ２５ｎｍ］としている。【００５３】
この場合、第２半導体層１０３としてのｎ型ドープＩｎＰ層は、屈折率が波長１５５０ｎｍにおいて３．１６７である。これに対して、第３半導体層１２０としてのｎ型ドープＧａ０．１２７Ｉｎ０．８７３Ａｓ０．２７７Ｐ０．７２３層は、屈折率が波長１５５０ｎｍにおいて３．２６３７である。このように、第３半導体層１２０は、第２半導体層１０３よりも屈折率が高くなっている。【００５４】
そして、本実施形態では、第１回折格子層２の回折格子２Ａを構成する第１半導体層１０２及び第２半導体層１０３の屈折率は、それぞれ、３．３６、３．１６７であり、回折格子２Ａのデューティ比が５０％である場合、その平均屈折率は約３．２６４である。一方、第１回折格子層２の回折格子２Ａに連なる第３半導体層１２０の屈折率は、３．２６３７である。このように、第１回折格子層２は、共振器方向に沿って平均屈折率がほぼ一定になっている。この場合、光導波路１及び第１回折格子層２に含まれる回折格子２Ａを含む第１の領域（中央領域）と、光導波路１及び第３半導体層１２０を含む第２の領域（両端近傍領域）とで、等価屈折率がほぼ一致し、この結果、伝搬定数もほぼ一致することになる。つまり、共振器方向に沿って等価屈折率がほぼ一定になり、この結果、伝搬定数もほぼ一定になる。これにより、より共振器長が長い素子においても安定して単一モードで発振するようにすることができ、素子特性を向上させることができる。【００５５】
次に、本実施形態の具体的構成例にかかるＤＦＢレーザの製造方法について、図６（Ａ）〜図１０（Ｂ）を参照しながら説明する。
まず、図６（Ａ）に示すように、ｎ型ドープＩｎＰ基板１０１上に、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層［例えば、組成波長１．２５μｍ（Ｇａ０．２５１Ｉｎ０．７４９Ａｓ０．５４３Ｐ０．４５７層）、厚さ２５ｎｍ；基板１０１と屈折率が異なる層；第１半導体層］１０２を、例えば有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ；Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法を用いて形成する。なお、ｎ型ドープＩｎＰ基板１０１とｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層１０２との間にｎ型ドープＩｎＰクラッド層を形成しても良い。【００５６】
次いで、図６（Ｂ）に示すように、例えば化学気相堆積法（ＣＶＤ法）及びフォトリソグラフィ技術を用いて、ＳｉＯ２マスク１２１を形成する。
次に、図６（Ｃ）に示すように、ＳｉＯ２マスク１２１を用いて、例えば選択ウェットエッチングによって、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層１０２の一部をエッチングする。
そして、図６（Ｄ）に示すように、ＳｉＯ２マスク１２１を残したままの状態で、例えばＭＯＶＰＥ法を用いた選択成長によって、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層１０２が除去された領域（開口部）に、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層１０２に連なるように、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層１０２とは組成が異なる（材料が異なる）ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層１２０［例えば、組成波長１．０７５μｍ（Ｇａ０．１２７Ｉｎ０．８７３Ａｓ０．２７７Ｐ０．７２３層）、厚さ２５ｎｍ；第３半導体層］を埋め込み成長させる。【００５７】
次に、ＳｉＯ２マスク１２１をバッファードふっ酸で剥離した後、図７（Ａ）に示すように、全体に、ｎ型ドープＩｎＰ層（例えば厚さ１５ｎｍ；基板１０１と屈折率が略同一の層；第２半導体層）１０３、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層［例えば、組成波長１．１５μｍ（Ｇａ０．１８２Ｉｎ０．８１８Ａｓ０．３９７Ｐ０．６０３層）、厚さ２０ｎｍ；基板１０１と屈折率が異なる層；第１半導体層］１０４を、例えばＭＯＶＰＥ法を用いて、順次積層させる。【００５８】
次に、図７（Ｂ）に示すように、例えば、電子ビーム露光法によって、回折格子パターンを有し、電子ビームレジスト（日本ゼオン製ＺＥＰ５２０）からなるマスク１０５を、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層１０４の表面上に形成する。
なお、ここでは、マスク１０５に形成された回折格子パターンには、個々の素子の共振器中央に位相がπラジアンの位相シフト（λ／４位相シフト）２Ｘ，３Ｘを形成するためのパターンが含まれている。【００５９】
次いで、図７（Ｃ）に示すように、このマスク１０５を用いて、例えばエタン／水素混合ガスによるリアクティブ・イオン・エッチング（ＲＩＥ）によって、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層１０４及びｎ型ＩｎＰ層１０３の一部を除去する。
ここでは、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層１０４を分断し、ｎ型ＩｎＰ層１０３の途中でエッチングが停止するようにしている。これにより、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層１０４の全面に回折格子パターンが転写され、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層１０４が分断されることになる。【００６０】
次に、この表面上に、例えばポジ型フォトレジスト（東京応化製ＯＦＰＲ８６００；例えば厚さ３００ｎｍ）を塗布する。なお、マスク１０５を構成する電子ビームレジストとポジ型フォトレジストは混ざり合うことはないため、マスク１０５が変形することはない。
次に、通常のフォトリソグラフィ技術を用いて、図７（Ｄ）に示すように、ポジ型フォトレジストの一部（ここでは共振器中央部分；光導波路に沿う方向の中央領域）を除去して、光導波路に沿う方向の両端側の部分を覆う（マスク１０５の一部の領域の表面を覆う；光導波路の両端側の領域に対応する領域の表面を覆う）ポジ型フォトレジストマスク１０６を形成する。【００６１】
その後、図８（Ａ）に示すように、再び表面に露出した電子ビームレジストマスク１０５とポジ型フォトレジストマスク１０６を用いて、例えばエタン／水素混合ガスによるリアクティブ・イオン・エッチング（ＲＩＥ）によって、ｎ型ＩｎＰ層１０３の残りの部分、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層１０２及びｎ型ＩｎＰ基板１０１の一部を除去する。
ここでは、ｎ型ＩｎＰ層１０３とｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層１０２を分断し、ｎ型ＩｎＰ基板１０１の途中（ここではエッチング深さ１０ｎｍの位置）でエッチングが停止するようにしている。【００６２】
これにより、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層１０２の一部（ここでは共振器中央部分；光導波路に沿う方向の中央領域）に回折格子パターンが転写され、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層１０２が分断されることになる。
この場合、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層１０４に形成される回折格子パターンと、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層１０２に形成される回折格子パターンとは、同じマスク１０５を用いて形成されるため、後述のようにして形成される第１回折格子層２と第２回折格子層３とは、対応する領域に形成される回折格子２Ａ，３Ａの位相、周期、デューティ比が略同一になる。【００６３】
なお、ここでは、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層１０２の厚さ及び屈折率（第１回折格子層２の厚さ及び屈折率差）とｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層１０４の厚さ及び屈折率（第２回折格子層３の厚さ及び屈折率差）とは異なる。このため、第１回折格子層２に含まれる回折格子２Ａの結合係数と第２回折格子層３に含まれる回折格子３Ａの結合係数とは異なる。
ここで、各回折格子層２，３は、層内でデューティ比が一定になっている。この場合、エッチングマスクの回折格子パターン（マスクパターン）の幅を変化させる必要がないため、回折格子の加工精度が安定する。ここでは、各回折格子層２，３は、層内で厚さ及び屈折率差も一定であるため、層内で回折格子の結合係数は一定である。【００６４】
そして、図８（Ｂ）に示すように、マスク１０５及びマスク１０６を通常のレジスト剥離方法を用いて表面から除去する。
次いで、図８（Ｃ）に示すように、例えばＭＯＶＰＥ法を用いて、全面にｎ型ドープＩｎＰ層（基板１０１と屈折率が略同一の層；第２半導体層）１０７を成長させる。これにより、ｎ型ＩｎＰ層１０３の途中でエッチングが停止されて形成された溝、及び、ｎ型ＩｎＰ基板１０１の途中でエッチングが停止されて形成された溝がｎ型ＩｎＰ層（埋込層）１０７によって埋め込まれる。【００６５】
この結果、分断されたｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層１０２がｎ型ＩｎＰ層１０７によって埋め込まれて、一部（ここでは共振器中央部分；光導波路に沿う方向の中央領域）に回折格子２Ａ（位相シフト２Ｘを含む）が形成されている第１回折格子層２が形成される。また、分断されたｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層１０４がｎ型ＩｎＰ層１０７によって埋め込まれて、全面（光導波路に沿う方向の全長）に回折格子３Ａ（位相シフト３Ｘを含む）が形成されている第２回折格子層３が形成される。【００６６】
さらに、第１回折格子層２と第２回折格子層３との間にはｎ型ＩｎＰ層１０３及びｎ型ＩｎＰ層１０７の一部によってスペーサ層４が形成される。また、第２回折格子層３の上側にはｎ型ＩｎＰ層１０７の一部によってスペーサ層５が形成される。
次に、図８（Ｄ）に示すように、量子井戸活性層１０８、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層（例えば厚さ２５０ｎｍ）１０９を、例えばＭＯＶＰＥ法によって順次積層させる。【００６７】
ここで、量子井戸活性層１０８は、ＧａＩｎＡｓＰ系化合物半導体材料を用いて構成されている。つまり、量子井戸活性層１０８は、アンドープＧａＩｎＡｓＰ量子井戸層［例えば、厚さ５．１ｎｍ、圧縮歪量１．０％、組成波長１．５５μｍ（Ｇａ０．２６６Ｉｎ０．７３４Ａｓ０．８８２Ｐ０．１１８層）］、及び、アンドープＧａＩｎＡｓＰバリア層［例えば、組成波長１．２μｍ（Ｇａ０．２１７Ｉｎ０．７８３Ａｓ０．４７２Ｐ０．５２８層）、厚さ１０ｎｍ］で構成され、量子井戸層の層数は６層であり、その発光波長は１５５０ｎｍである。【００６８】
なお、量子井戸活性層１０８の上下に、量子井戸活性層１０８を挟み込むように、アンドープＧａＩｎＡｓＰ−ＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）層（光ガイド層；例えば、波長１．１５μｍ、厚さ２０ｎｍ）を設けても良い。
その後、半導体表面に、図９（Ａ）に示すように、通常の化学気相堆積法（ＣＶＤ法）及びフォトリソグラフィ技術を用いて、ＳｉＯ２からなるマスク（例えば、厚さ４００ｎｍ、幅１．６μｍのストライプ状のエッチングマスク）１１０を形成する。【００６９】
そして、図９（Ｂ）に示すように、例えばドライエッチング法を用いて、ｎ型ＩｎＰ基板１０１が例えば０．７μｍ程掘り込まれる深さまで、上述のようにして形成された半導体積層構造をエッチングし、ストライプ状のメサ構造（メサストライプ）を形成する。
次に、図９（Ｃ）に示すように、このメサ構造の両側に、ｐ型ＩｎＰ層１１１／ｎ型ＩｎＰ層１１２／ｐ型ＩｎＰ層１１３で構成される電流狭窄層を、例えばＭＯＶＰＥ法を用いて成長させ、エッチングマスク１１０を例えばふっ酸で除去した後、図９（Ｄ）に示すように、例えばＭＯＶＰＥ法を用いて、ｐ型ＩｎＰクラッド層（例えば厚さ２．２μｍ）１１４、ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層（例えば厚さ３００ｎｍ）１１５を順次成長させる。【００７０】
そして、図１０（Ａ）に示すように、ｐ側電極１１６及びｎ側電極１１７を形成した後、図１０（Ｂ）に示すように、素子の両端面に無反射コート１１８，１１９を形成して、素子が完成する。
したがって、本実施形態にかかる光素子（ＤＦＢレーザ）及びその製造方法によれば、回折格子の結合係数を共振器内で分布させた構造の光素子において、回折格子を精度良く安定して作製できるようになり、歩留まりが向上するとともに、結合係数を大きくする領域と結合係数を小さくする領域とで結合係数の差を大きくする（結合係数のコントラストを大きくする）ことができ、素子特性を向上させることができるという利点がある。【００７１】
また、回折格子を精度良く安定して作製できるため、素子特性のばらつきを抑制することができ、素子特性を向上させることもできる。また、結合係数の制御性や結合係数の設計自由度も向上する。
特に、上述の実施形態の構成によれば、各回折格子層を構成する一の半導体層と他の半導体層との間の屈折率差、各回折格子層の厚さ、及び、各回折格子層の間隔（スペーサ層の厚さ）をすべて任意に設定可能であるため、例えば数ｃｍ−１から数１００ｃｍ−１に亘る、非常に広い範囲の値の結合係数を持つ回折格子を精度良く作製することが可能となる。この場合、複数の回折格子層の層数が多いほど設計可能な結合係数の範囲が拡大する。【００７２】
また、上述の実施形態の製造方法では、複数の回折格子層の中で下側の回折格子層が回折格子が形成されていない領域を有するものとなるため、複数の回折格子層が光導波路に対して基板側に装荷されているほど設計可能な結合係数の範囲が拡大する。
なお、上述のように構成されるＤＦＢレーザは、例えば、上記非特許文献６あるいは上記特許文献２に記載されているように、共振器方向で駆動電極を３分割し、中央の電極の注入電流を変調することでＦＭ変調光源として用いることもできる。【００７３】
このようなレーザ光源は、例えばコヒーレント光伝送に用いられる。変調効率の向上には中央電極への変調電流幅を増加させることが必要であるが、過剰に電流振り幅を増大させると軸方向ホールバーニングの影響を増幅してしまい、単一モード安定性が損なわれてしまう。そこで、ＦＭ変調効率を向上させるために、軸方向ホールバーニングが増大しても主モードと副モードの間のモード間利得差の減少を抑制する構造として、上述のような構造、即ち、共振器中央の結合係数が大きく、両端の結合係数が中央に比べて小さくなっている構造を用いることができる（上記非特許文献２参照）。【００７４】
この構造によれば、縦モードの主副モード間の規格化しきい値利得差の値が１．７となり、通常のλ／４シフトＤＦＢレーザの０．７２に対して約２．４倍となるため、高電流注入時に軸方向ホールバーニングの影響によって規格化しきい値利得差が減少しても、通常のレーザの場合と異なり、単一モード動作を維持するために最低限必要な規格化しきい値利得差０．２を下回ることがなく（上記非特許文献３参照）、安定した単一縦モード動作を保ちながらＦＭ変調効率を向上させることが可能となる（上記非特許文献４参照）。【００７５】
上述の実施形態のＤＦＢレーザにおいては、中央の回折格子が２層になっている領域の規格化結合係数κＬが５、両側の回折格子が１層になっている領域の規格化結合係数κＬが２、そして、両側の回折格子が１層になっている領域の全体の共振器長に対する長さの割合が０．１８となるように設計することによって、縦モードの主副モード間規格化しきい値利得差の値が１．７となり、通常のλ／４シフトＤＦＢレーザの０．７２に対して約２．４倍となるため、より安定した縦単一モード動作を実現することができる。【００７６】
また、上述の実施形態の構成によれば、共振器方向に沿って平均屈折率がほぼ一定になり、光導波路１及び第１回折格子層２に含まれる回折格子２Ａを含む第１の領域（中央領域）と、光導波路１及び第３半導体層１２０を含む第２の領域（両端近傍領域）とで、等価屈折率がほぼ一致し、この結果、伝搬定数もほぼ一致することになる。つまり、共振器方向に沿って等価屈折率がほぼ一定になり、この結果、伝搬定数もほぼ一定になる。これにより、共振器長が長い素子（例えば共振器長が１２００μｍ以上の素子）においても安定した縦単一モード動作を実現することができ、素子特性を向上させることができる。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態にかかる光素子及びその製造方法について、図１１〜図１７（Ｂ）を参照しながら説明する。【００７７】
本実施形態にかかる光素子（ＤＦＢレーザ）及びその製造方法は、上述の第１実施形態のものに対し、図１１，図１７（Ｂ）に示すように、３層の回折格子層２０，３０，４０を設けている点、ＡｌＧａＩｎＡｓ系化合物半導体材料を用いて量子井戸活性層２１１を構成している点、半絶縁性埋込ヘテロ構造（ＳＩ−ＢＨ構造；Semi-Insulating Buried Heterostructure；高抵抗埋込構造）を用いている点が異なる。【００７８】
つまり、本実施形態にかかる光素子は、例えば、回折格子の結合係数を共振器内で分布させた構造を有するＤＦＢ（Distributed Feed-Back；分布帰還型）レーザ（レーザ素子；導波路型光素子；アクティブ型光素子；発光素子；符号多重通信用デバイス）であって、図１１に示すように、光導波路１と、光導波路１に沿って設けられた複数（ここでは３つ）の回折格子層２０，３０，４０とを備える。【００７９】
ここでは、図１１に示すように、複数の回折格子層として、第１回折格子層２０と、第２回折格子層３０と、第３回折格子層４０とが設けられており、これらの回折格子層２０，３０，４０は、光導波路１の下側（光導波路１に対して基板側；光導波路１の片側）に全て設けられている。
各回折格子層２０，３０，４０は、図１１に示すように、分断された一の半導体層（第１半導体層）２０２，２０４，２０６と、一の半導体層２０２，２０４，２０６と屈折率が異なり、一の半導体層２０２，２０４，２０６を埋め込む他の半導体層（第２半導体層）２０３，２０５，２１０とによって構成される回折格子（埋込回折格子；埋込型回折格子）２０Ａ，３０Ａ，４０Ａを含むものとして構成される。ここでは、回折格子２０Ａ，３０Ａ，４０Ａは、いずれも、位相シフト２０Ｘ，３０Ｘ，４０Ｘ（ここではλ／４位相シフト）を含むものとして構成されている。【００８０】
また、複数の回折格子層２０，３０，４０は、対応する領域に形成されている回折格子２０Ａ，３０Ａ，４０Ａの位相、周期、デューティ比（回折格子の周期に対するエッチングによって残される部分の割合）が略同一になっている。なお、本実施形態では、各回折格子層２０，３０，４０に備えられる回折格子２０Ａ，３０Ａ，４０Ａのデューティ比は、それぞれ、一定になっている。【００８１】
本実施形態では、第１回折格子層２０は、図１１に示すように、回折格子２０Ａが光導波路１に沿う方向（共振器の長さ方向）の中央近傍領域のみに形成されている。つまり、第１回折格子層２０の回折格子２０Ａが形成されている領域は、光導波路１に沿う方向の中央近傍領域である。
また、第２回折格子層３０は、図１１に示すように、回折格子３０Ａが光導波路１に沿う方向（共振器の長さ方向）の中央領域のみに形成されている。つまり、第２回折格子層３０の回折格子３０Ａが形成されている領域は、光導波路１に沿う方向の中央領域である。【００８２】
さらに、第３回折格子層４０は、図１１に示すように、回折格子４０Ａが光導波路１に沿う方向の全長にわたって形成されている。つまり、第３回折格子層４０の回折格子４０Ａが形成されている領域は、光導波路１に沿う方向の全領域である。
このように、本実施形態では、図１１に示すように、第１回折格子層２０の回折格子２０Ａが形成されている領域の光導波路１に沿う方向の長さが、第２回折格子層３０の回折格子３０Ａが形成されている領域の光導波路１に沿う方向の長さよりも短くなっている。また、第２回折格子層３０の回折格子３０Ａが形成されている領域の光導波路１に沿う方向の長さが、第３回折格子層４０の回折格子４０Ａが形成されている領域の光導波路１に沿う方向の長さよりも短くなっている。つまり、第１回折格子層２０、第２回折格子層３０、第３回折格子層４０で回折格子２０Ａ，３０Ａ，４０Ａが形成されている領域の長さが異なっている。この場合、これらの回折格子層２０，３０，４０の対応する領域は、光導波路１に沿う方向の中央近傍領域である。【００８３】
なお、本実施形態では、複数の回折格子層として３つの回折格子層２０，３０，４０を設けており、これらの回折格子層２０，３０，４０の回折格子２０Ａ，３０Ａ，４０Ａが形成されている領域の長さが互いに異なっているが、これに限られるものではない。例えば、第４回折格子層（回折格子が形成されている領域の光導波路１に沿う方向の長さが第１回折格子層２０又は第２回折格子層３０と同じ層）をさらに設け、光導波路１に沿う方向の中央領域又は中央近傍領域において、より結合係数を大きくするようにしても良い。このため、複数の回折格子層は、回折格子が形成されている領域の長さが異なる少なくとも２つの回折格子層を含んでいれば良い。【００８４】
このように、本実施形態では、埋込回折格子を用い、埋込回折格子が形成されている領域を含む複数の回折格子層を多層化し、結合係数を最大にしたい領域では多層化された回折格子層のすべて（ここでは第１回折格子層２０、第２回折格子層３０、第３回折格子層４０の３つ）に埋込回折格子を形成し、結合係数をそれよりも小さくしたい領域では、段階的に、一部の回折格子層（ここでは第２回折格子層３０、又は、第２回折格子層３０及び第３回折格子層４０）にだけ回折格子を形成するようにしている。【００８５】
本実施形態では、図１１に示すように、第１回折格子層２０上に第２回折格子層３０及び第３回折格子層４０が積層されており、光導波路１に沿う方向の中央近傍領域で各回折格子層２０，３０，４０の回折格子２０Ａ，３０Ａ，４０Ａが積層され、光導波路１に沿う方向の中央領域で各回折格子層３０，４０の回折格子３０Ａ，４０Ａが積層された構造になっている。つまり、回折格子の積層数が光導波路１に沿う方向で異なるように構成されている。このようにして、光導波路１に沿う方向の中央近傍領域の結合係数が大きくなり、段階的に、中央領域、両端近傍領域の結合係数が小さくなるようにしている。【００８６】
本実施形態の具体的構成例にかかるＤＦＢレーザ（光半導体素子）は、波長1．３μｍ帯で発振するＤＦＢレーザであって、図１１に示すように、ｎ型ドープＩｎＰ基板２０１上に、中央近傍領域で分断されたｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層［例えば、組成波長１．１５μｍ（Ｇａ０．１８２Ｉｎ０．８１８Ａｓ０．３９７Ｐ０．６０３層）、厚さ１５ｎｍ］２０２を、屈折率が異なるｎ型ドープＩｎＰ層（例えば厚さ１５ｎｍ；埋込層）２０３によって埋め込むことによって形成された埋込回折格子２０Ａを含む第１回折格子層２０と、中央領域で分断されたｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層［例えば、組成波長１．１５μｍ（Ｇａ０．１８２Ｉｎ０．８１８Ａｓ０．３９７Ｐ０．６０３層）、厚さ２０ｎｍ］２０４を、屈折率が異なるｎ型ドープＩｎＰ層（例えば厚さ１５ｎｍ；埋込層）２０５によって埋め込むことによって形成された埋込回折格子３０Ａを含む第２回折格子層３０と、全領域で分断されたｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層［例えば、組成波長１．１５μｍ（Ｇａ０．１８２Ｉｎ０．８１８Ａｓ０．３９７Ｐ０．６０３層）、厚さ１５ｎｍ］２０６を、屈折率が異なるｎ型ドープＩｎＰ層２１０によって埋め込むことによって形成された埋込回折格子４０Ａを含む第３回折格子層４０と、導波路コア層として量子井戸活性層２１１を含む光導波路１とを備えるものとして構成される。【００８７】
このように、本実施形態の具体的構成例では、ｎ型ＩｎＰ埋込層２０３のうち、分断されたｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０２の間に埋め込まれた部分は回折格子２０Ａを構成し、ｎ型ＩｎＰ埋込層２０５のうち、分断されたｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０４の間に埋め込まれた部分は回折格子３０Ａを構成し、ｎ型ＩｎＰ埋込層２１０のうち、分断されたｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０６の間に埋め込まれた部分は回折格子４０Ａを構成する。そして、ｎ型ＩｎＰ埋込層２０３のうち、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０２の上側に形成される部分は第１回折格子層２０と第２回折格子層３０との間のスペーサ層（中間層）４１を構成し、ｎ型ＩｎＰ埋込層２０５のうち、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０４の上側に形成される部分は第２回折格子層３０と第３回折格子層４０との間のスペーサ層（中間層）４２を構成し、ｎ型ＩｎＰ埋込層２１０のうち、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０６の上側に形成される部分は第３回折格子層４０と活性層２１１との間のスペーサ層（クラッド層）５１を構成する。なお、スペーサ層４１，４２の厚さは、エッチングのばらつきを吸収できる程度にできるだけ薄くするのが好ましい。【００８８】
また、本実施形態の具体的構成例では、ｎ型ドープＩｎＰ層２０３の厚さを１５ｎｍとし、ｎ型ドープＩｎＰ層２０５の厚さを１５ｎｍとし、スペーサ層４１とスペーサ層４２の厚さを略同一にして、第１回折格子層２０、第２回折格子層３０、第３回折格子層４０を略同一の間隔をあけて設けている。
また、本実施形態の具体的構成例では、第１回折格子層２０の回折格子２０Ａを構成するｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層２０２の厚さを１５ｎｍとし、第２回折格子層３０の回折格子３０Ａを構成するｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層２０４の厚さ２０ｎｍとし、第３回折格子層４０の回折格子４０Ａを構成するｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層２０６の厚さを１５ｎｍとし、第１回折格子層２０又は第３回折格子層４０と第２回折格子層３０とが異なる厚さを有するものとして構成されている。つまり、複数の回折格子層は、厚さが異なる回折格子層を含み、一部の回折格子層の厚さが異なる。【００８９】
また、本実施形態の具体的構成例では、第１回折格子層２０の回折格子２０Ａを構成する半導体層２０２，２０３の屈折率差と、第２回折格子層３０の回折格子３０Ａを構成する半導体層２０４，２０５の屈折率差と、第３回折格子層４０の回折格子４０Ａを構成する半導体層２０６，２１０の屈折率差とを略同一にし、第１回折格子層２０と、第２回折格子層３０と、第３回折格子層４０とが略同一の屈折率差を有するものとして構成されている。【００９０】
このため、第１回折格子層２０、第２回折格子層３０、第３回折格子層４０は、回折格子２０Ａ，３０Ａ，４０Ａのデューティ比が略同一であるが、回折格子２０Ａ又は回折格子４０Ａと回折格子３０Ａとは結合係数が異なる。
このように、本実施形態の構成によれば、上述の第１実施形態の場合と同様に、複数の回折格子層２０，３０，４０を積層することによって結合係数のコントラストを大きくすることができるため、所望の要求を満たす素子を実現できるようになり、素子特性を向上させることができる。【００９１】
また、本実施形態では、上述の第１実施形態の場合と同様に、より共振器長が長い素子においても安定して単一モードで発振するようにし、素子特性を向上させるために、第１回折格子層２０及び第２回折格子層３０の回折格子２０Ａ，３０Ａが形成されていない領域を、回折格子２０Ａ，３０Ａを構成する第１半導体層２０２，２０４及び第２半導体層２０３，２０５と異なる材料からなる第３半導体層２２０，２２１によって構成している。なお、異なる材料には、構成元素が同一で組成が異なるものも含むものとする。【００９２】
つまり、第１回折格子層２０及び第２回折格子層３０は、第１半導体層２０２，２０４及び第２半導体層２０３，２０５からなる回折格子２０Ａ，３０Ａと、この回折格子２０Ａ，３０Ａに連なり、第１半導体層２０２，２０４及び第２半導体層２０３，２０５と異なる材料からなる第３半導体層２２０，２２１とからなる。
ここでは、第１回折格子層２０は、中央近傍領域が第１半導体層２０２及び第２半導体層２０３からなる回折格子２０Ａになっており、回折格子２０Ａが形成されていない両端領域が第１半導体層２０２及び第２半導体層２０３と異なる材料からなる第３半導体層２２０になっている。また、第２回折格子層３０は、中央領域が第１半導体層２０４及び第２半導体層２０５からなる回折格子３０Ａになっており、回折格子３０Ａが形成されていない両端近傍領域が第１半導体層２０４及び第２半導体層２０５と異なる材料からなる第３半導体層２２１になっている。【００９３】
ここで、第３半導体層２２０，２２１は、第１半導体層２０２，２０４よりも屈折率が低く、かつ、第２半導体層２０３，２０５よりも屈折率が高くなっている。
具体的には、第３半導体層２２０，２２１は、第１半導体層２０２，２０４と組成が異なる材料からなる。
つまり、本実施形態では、上述のように、第１回折格子層２０では、第１半導体層２０２を、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層［例えば、組成波長１．１５μｍ（Ｇａ０．１８２Ｉｎ０．８１８Ａｓ０．３９７Ｐ０．６０３層）、厚さ１５ｎｍ］としている。これに対し、第３半導体層２２０は、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層［例えば、組成波長１．０３μｍ（Ｇａ０．０９２Ｉｎ０．９０８Ａｓ０．２０１Ｐ０．７９９層）、厚さ１５ｎｍ］としている。【００９４】
このように、第１回折格子層２０では、第１半導体層２０２及び第３半導体層２２０は、いずれも、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層であるが、第３半導体層２２０は、第１半導体層２０２に対して、Ａｓを減らし、屈折率が低くなるようにし、ＩｎＰに格子整合するように組成を変えている。
つまり、第１半導体層２０２としてのｎ型ドープＧａ０．１８２Ｉｎ０．８１８Ａｓ０．３９７Ｐ０．６０３層は、屈折率が波長１３１０ｎｍにおいて３．３７である。これに対して、第３半導体層２２０としてのｎ型ドープＧａ０．０９２Ｉｎ０．９０８Ａｓ０．２０１Ｐ０．７９９層は、屈折率が波長１３１０ｎｍにおいて３．２８６である。このように、第３半導体層２２０は、第１半導体層２０２よりも屈折率が低くなっている。【００９５】
同様に、第２回折格子層３０では、第１半導体層２０４を、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層［例えば、組成波長１．１５μｍ（Ｇａ０．１８２Ｉｎ０．８１８Ａｓ０．３９７Ｐ０．６０３層）、厚さ２０ｎｍ］としている。これに対し、第３半導体層２２１は、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層［例えば、組成波長１．０３μｍ（Ｇａ０．０９２Ｉｎ０．９０８Ａｓ０．２０１Ｐ０．７９９層）、厚さ２０ｎｍ］としている。【００９６】
このように、第２回折格子層３０では、第１半導体層２０４及び第３半導体層２２１は、いずれも、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層であるが、第３半導体層２２１は、第１半導体層２０４に対して、Ａｓを減らし、屈折率が低くなるようにし、ＩｎＰに格子整合するように組成を変えている。
つまり、第１半導体層２０４としてのｎ型ドープＧａ０．１８２Ｉｎ０．８１８Ａｓ０．３９７Ｐ０．６０３層は、屈折率が波長１３１０ｎｍにおいて３．３７である。これに対して、第３半導体層２２１としてのｎ型ドープＧａ０．０９２Ｉｎ０．９０８Ａｓ０．２０１Ｐ０．７９９層は、屈折率が波長１３１０ｎｍにおいて３．２８６である。このように、第３半導体層２２１は、第１半導体層２０４よりも屈折率が低くなっている。【００９７】
また、第１回折格子層２０及び第２回折格子層３０では、第３半導体層２２０，２２１は、第２半導体層２０３，２０５と異なる材料からなる。
つまり、本実施形態では、上述のように、第１回折格子層２０及び第２回折格子層３０では、第２半導体層２０３，２０５を、ｎ型ドープＩｎＰ層（例えば厚さ１５ｎｍ）としている。これに対し、第３半導体層２２０，２２１は、上述のように、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層［例えば、組成波長１．０３μｍ（Ｇａ０．０９２Ｉｎ０．９０８Ａｓ０．２０１Ｐ０．７９９層）、厚さ２０ｎｍ］としている。【００９８】
この場合、第２半導体層２０３，２０５としてのｎ型ドープＩｎＰ層は、屈折率が波長１３１０ｎｍにおいて３．２０７である。これに対して、第３半導体層２２０，２２１としてのｎ型ドープＧａ０．０９２Ｉｎ０．９０８Ａｓ０．２０１Ｐ０．７９９層は、屈折率が波長１３１０ｎｍにおいて３．２８６である。このように、第３半導体層２２０，２２１は、第２半導体層２０３，２０５よりも屈折率が高くなっている。【００９９】
そして、本実施形態では、第１回折格子層２０及び第２回折格子層３０の回折格子２０Ａ，３０Ａを構成する第１半導体層２０２，２０４及び第２半導体層２０３，２０５の屈折率は、それぞれ、３．３７、３．２０７であり、回折格子のデューティ比が５０％の場合、その平均屈折率は約３．２８８である。
一方、第１回折格子層２０及び第２回折格子層３０の回折格子２０Ａ，３０Ａに連なる第３半導体層２２０，２２１の屈折率は、３．２８６である。このように、第１回折格子層２０及び第２回折格子層３０は、共振器方向に沿って平均屈折率がほぼ一定になっている。【０１００】
この場合、光導波路１及び第１回折格子層２０に含まれる回折格子２０Ａを含む第１の領域（中央近傍領域）と、光導波路１及び第１回折格子層２０に含まれる第３半導体層２２０を含む第２の領域（両端領域）とで、等価屈折率がほぼ一致し、この結果、伝搬定数もほぼ一致することになる。つまり、共振器方向に沿って等価屈折率がほぼ一定になり、この結果、伝搬定数もほぼ一定になる。【０１０１】
また、光導波路１及び第２回折格子層３０に含まれる回折格子３０Ａを含む第１の領域（中央領域）と、光導波路及び第２回折格子層３０に含まれる第３半導体層２２１を含む第２の領域（両端近傍領域）とで、等価屈折率がほぼ一致し、この結果、伝搬定数もほぼ一致することになる。つまり、共振器方向に沿って等価屈折率がほぼ一定になり、この結果、伝搬定数もほぼ一定になる。【０１０２】
これにより、より共振器長が長い素子においても安定して単一モードで発振するようにすることができ、素子特性を向上させることができる。
なお、その他の構成の詳細については、上述の第１実施形態の構成及びその具体的な構成例と同様であるため、ここでは、説明を省略する。
次に、本実施形態の具体的構成例にかかるＤＦＢレーザの製造方法について、図１２（Ａ）〜図１７（Ｂ）を参照しながら説明する。【０１０３】
まず、図１２（Ａ）に示すように、ｎ型ドープＩｎＰ基板２０１上に、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層［例えば、組成波長１．１５μｍ（Ｇａ０．１８２Ｉｎ０．８１８Ａｓ０．３９７Ｐ０．６０３層）、厚さ１５ｎｍ；基板２０１と屈折率が異なる層；第１半導体層］２０２を、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）を用いて形成する。なお、ｎ型ＩｎＰ基板２０１とｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０２との間にｎ型ＩｎＰクラッド層を形成しても良い。【０１０４】
次に、図１２（Ｂ）に示すように、例えば化学気相堆積法（ＣＶＤ法）及びフォトリソグラフィ技術を用いて、ＳｉＯ２マスク２２２を形成する。
次に、図１２（Ｃ）に示すように、ＳｉＯ２マスク２２２を用いて、例えば選択ウェットエッチングによって、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層２０２の一部をエッチングする。
そして、図１２（Ｄ）に示すように、ＳｉＯ２マスク２２２を残したままの状態で、例えばＭＯＶＰＥ法を用いた選択成長によって、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層２０２が除去された領域（開口部）に、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層２０２に連なるように、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層２０２とは組成が異なる（材料が異なる）ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層［例えば、組成波長１．０３μｍ（Ｇａ０．０９２Ｉｎ０．９０８Ａｓ０．２０１Ｐ０．７９９層）、厚さ１５ｎｍ；第３半導体層］２２０を埋め込み成長させる。【０１０５】
次に、ＳｉＯ２マスク２２２をバッファードふっ酸で剥離した後、図１３（Ａ）に示すように、全体に、ｎ型ドープＩｎＰ層（例えば厚さ１５ｎｍ；基板２０１と屈折率が略同一の層；第２半導体層）２０３、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層［例えば、組成波長１．１５μｍ（Ｇａ０．１８２Ｉｎ０．８１８Ａｓ０．３９７Ｐ０．６０３層）、厚さ２０ｎｍ；基板２０１と屈折率が異なる層；第１半導体層］２０４を、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）を用いて、順次積層させる。【０１０６】
次に、図１３（Ｂ）に示すように、例えば化学気相堆積法（ＣＶＤ法）及びフォトリソグラフィ技術を用いて、ＳｉＯ２マスク２２３を形成する。
次に、図１３（Ｃ）に示すように、ＳｉＯ２マスク２２３を用いて、例えば選択ウェットエッチングによって、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層２０４の一部をエッチングする。
そして、図１３（Ｄ）に示すように、ＳｉＯ２マスク２２３を残したままの状態で、例えばＭＯＶＰＥ法を用いた選択成長によって、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層２０４が除去された領域（開口部）に、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層２０４に連なるように、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層２０４とは組成が異なる（材料が異なる）ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層［例えば、組成波長１．０３μｍ（Ｇａ０．０９２Ｉｎ０．９０８Ａｓ０．２０１Ｐ０．７９９層）、厚さ２０ｎｍ；第３半導体層］２２１を埋め込み成長させる。【０１０７】
次に、ＳｉＯ２マスク２２３をバッファードふっ酸で剥離した後、図１４（Ａ）に示すように、全体に、ｎ型ドープＩｎＰ層（例えば厚さ１５ｎｍ；基板２０１と屈折率が略同一の層；第２半導体層）２０５、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層［例えば、組成波長１．１５μｍ（Ｇａ０．１８２Ｉｎ０．８１８Ａｓ０．３９７Ｐ０．６０３層）、厚さ１５ｎｍ；基板２０１と屈折率が異なる層；第１半導体層］２０６を、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）を用いて、順次積層させる。【０１０８】
次に、図１４（Ｂ）に示すように、例えば、電子ビーム露光法によって、回折格子パターンを有し、電子ビームレジスト（日本ゼオン製ＺＥＰ５２０）からなるマスク２０７を、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０６の表面上に形成する。
なお、ここでは、マスク２０７に形成された回折格子パターンには、個々の素子の共振器中央に位相がπラジアンの位相シフト２０Ｘ，３０Ｘ，４０Ｘ（λ／４位相シフト）を形成するためのパターンが含まれている。【０１０９】
次いで、図１４（Ｃ）に示すように、このマスク２０７を用いて、例えばエタン／水素混合ガスによるリアクティブ・イオン・エッチング（ＲＩＥ）によって、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０６及びｎ型ドープＩｎＰ層２０５の一部を除去する。ここでは、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０６を分断し、ｎ型ＩｎＰ層２０５の途中でエッチングを停止するようにしている。これにより、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０６の全面に回折格子パターンが転写され、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０６が分断されることになる。【０１１０】
次に、この表面に、例えばポジ型フォトレジスト（東京応化製ＯＦＲ８６００；厚さ３００ｎｍ）を塗布する。なお、マスク２０７を構成する電子ビームレジストとポジ型フォトレジストは混ざり合うことはないため、マスク２０７が変形することはない。
次に、通常のフォトリソグラフィ技術を用いて、図１４（Ｄ）に示すように、ポジ型フォトレジストの一部（ここでは共振器中央部分；光導波路に沿う方向の中央領域）を除去して、光導波路に沿う方向の両端側近傍部分を覆う（マスク２０７の一部の領域の表面を覆う；光導波路の両端側の領域に対応する領域の表面を覆う）ポジ型フォトレジストマスク２０８を形成する。【０１１１】
その後、図１５（Ａ）に示すように、再び表面に露出した電子ビームレジストマスク２０７とポジ型フォトレジストマスク２０８を用いて、例えばエタン／水素混合ガスによるリアクティブ・イオン・エッチング（ＲＩＥ）によって、ｎ型ＩｎＰ層２０５の残りの部分、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０４、ｎ型ＩｎＰ層２０３の一部を除去する。
ここでは、ｎ型ＩｎＰ層２０５とｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０４を分断し、ｎ型ＩｎＰ層２０３の途中でエッチングを停止するようにしている。【０１１２】
これにより、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０４の一部（ここでは共振器中央部分；光導波路に沿う方向の中央領域）に回折格子パターンが転写され、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０４が分断されることになる。
次に、この表面に、例えばネガ型フォトレジスト（東京応化製ＯＭＲ８５；厚さ３００ｎｍ）を塗布する。なお、マスク２０７を構成する電子ビームレジスト、マスク２０８を構成するポジ型フォトレジスト、ネガ型フォトレジストは混ざり合うことはないため、マスク２０７が変形することはない。【０１１３】
次に、通常のフォトリソグラフィ技術を用いて、図１５（Ｂ）に示すように、ネガ型フォトレジストの一部（ここでは共振器中央部分に含まれる共振器中央近傍部分；光導波路に沿う方向の中央領域に含まれる中央近傍領域）を除去して、光導波路に沿う方向の両端側の部分を覆う（ポジ型フォトレジスト２０８の一部の領域の表面を覆う；光導波路の両端側の領域に対応する領域の表面を覆う）ネガ型フォトレジストマスク２０９を形成する。【０１１４】
その後、図１５（Ｃ）に示すように、再び表面に露出した電子ビームレジストマスク２０７、ポジ型フォトレジストマスク２０８及びネガ型フォトレジストマスク２０９を用いて、例えばエタン／水素混合ガスによるリアクティブ・イオン・エッチング（ＲＩＥ）によって、ｎ型ＩｎＰ層２０３、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０２、ｎ型ＩｎＰ基板２０１の一部を除去する。【０１１５】
ここでは、ｎ型ＩｎＰ層２０３とｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０２を分断し、ｎ型ＩｎＰ基板２０１の途中（ここではエッチング深さが１０ｎｍの位置）でエッチングを停止するようにしている。
これにより、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０２の一部（ここでは共振器中央近傍部分；光導波路に沿う方向の中央近傍領域）に回折格子パターンが転写され、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０２が分断されることになる。【０１１６】
この場合、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０２に形成される回折格子パターンと、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０４に形成される回折格子パターンと、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０６に形成される回折格子パターンとは、同じマスク２０７を用いて形成されるため、後述のようにして形成される第１回折格子層２０、第２回折格子層３０、第３回折格子層４０とは、対応する領域に形成される回折格子２０Ａ，３０Ａ，４０Ａの位相、周期、デューティ比が略同一になる。【０１１７】
なお、ここでは、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０２の厚さ（第１回折格子層２０の厚さ）とｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０６の厚さ（第３回折格子層４０の厚さ）とは略同一であるが、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０２の屈折率（第１回折格子層２０の屈折率差）とｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０６の屈折率（第３回折格子層４０の屈折率差）とは異なる。このため、第１回折格子層２０に含まれる回折格子２０Ａの結合係数と第３回折格子層４０に含まれる回折格子４０Ａの結合係数とは異なる。【０１１８】
また、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０２の屈折率（第１回折格子層２０の屈折率差）とｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０４の屈折率（第２回折格子層３０の屈折率差）とは略同一であるが、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０２の厚さ（第１回折格子層２０の厚さ）とｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０４の厚さ（第２回折格子層３０の厚さ）とは異なる。このため、第１回折格子層２０に含まれる回折格子２０Ａの結合係数と第２回折格子層３０に含まれる回折格子３０Ａの結合係数とは異なる。【０１１９】
また、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０４の厚さ及び屈折率（第２回折格子層３０の厚さ及び屈折率差）とｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０６の厚さ及び屈折率（第３回折格子層４０の厚さ及び屈折率差）とは異なる。このため、第２回折格子層３０に含まれる回折格子３０Ａの結合係数と第３回折格子層４０に含まれる回折格子４０Ａの結合係数とは異なる。
ここで、各回折格子層２０，３０，４０は、層内でデューティ比が一定になっている。この場合、エッチングマスクの回折格子パターン（マスクパターン）の幅を変化させる必要がないため、回折格子の加工精度が安定する。ここでは、各回折格子層２０，３０，４０は、層内で厚さ及び屈折率差も一定であるため、層内で回折格子の結合係数は一定である。【０１２０】
そして、図１５（Ｄ）に示すように、マスク２０７、マスク２０８及びマスク２０９を通常のレジスト剥離方法を用いて表面から除去する。
次いで、図１６（Ａ）に示すように、例えばＭＯＶＰＥ法を用いて、全面にｎ型ドープＩｎＰ層（基板２０１と屈折率が略同一の層；第２半導体層）２１０を成長させる。これにより、ｎ型ＩｎＰ層２０５の途中でエッチングが停止されて形成された溝、ｎ型ＩｎＰ層２０３の途中でエッチングが停止されて形成された溝、及び、ｎ型ＩｎＰ基板２０１の途中でエッチングが停止されて形成された溝がｎ型ＩｎＰ層（埋込層）２１０によって埋め込まれる。【０１２１】
この結果、分断されたｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０２がｎ型ＩｎＰ層２１０によって埋め込まれて、一部（ここでは共振器中央近傍部分；光導波路に沿う方向の中央近傍領域）に回折格子２０Ａ（位相シフト２０Ｘを含む）が形成されている第１回折格子層２０が形成される。また、分断されたｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０４がｎ型ＩｎＰ層２１０によって埋め込まれて、一部（ここでは共振器中央部分；光導波路に沿う方向の中央領域）に回折格子３０Ａ（位相シフト３０Ｘを含む）が形成されている第２回折格子層３０が形成される。さらに、分断されたｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０６がｎ型ＩｎＰ層２１０によって埋め込まれて、全面（光導波路に沿う方向の全長）に回折格子４０Ａ（位相シフト４０Ｘを含む）が形成されている第３回折格子層４０が形成される。【０１２２】
さらに、第１回折格子層２０と第２回折格子層３０との間にはｎ型ＩｎＰ層２０３及びｎ型ＩｎＰ層２１０の一部によってスペーサ層４１が形成される。また、第２回折格子層３０と第３回折格子層４０との間にはｎ型ＩｎＰ層２０５及びｎ型ＩｎＰ層２１０の一部によってスペーサ層４２が形成される。さらに、第３回折格子層４０の上側にはｎ型ＩｎＰ層２１０の一部によってスペーサ層５１が形成される。【０１２３】
ここで、第１回折格子層２０と第２回折格子層３０との間のスペーサ層４１の厚さはｎ型ＩｎＰ層２０３の厚さ（ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０２の上側に形成された部分の厚さ）によって決まり、第２回折格子層３０と第３回折格子層４０との間のスペーサ層４２の厚さはｎ型ＩｎＰ層２０５の厚さ（ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０４の上側に形成された部分の厚さ）によって決まり、いずれも１５ｎｍで同一であるため、各回折格子層２０，３０，４０は同一の間隔をあけて設けられていることになる。【０１２４】
次に、図１６（Ｂ）に示すように、量子井戸活性層２１１、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層（例えば厚さ２．５μｍ）２１２、ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層２１３（例えば厚さ３００ｎｍ）を、例えばＭＯＶＰＥ法によって順次積層させる。
ここで、量子井戸活性層２１１は、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸層［例えば、厚さ６．０ｎｍ、圧縮歪量１．０％、組成波長１．３１μｍ（Ａｌ０．１５５Ｇａ０．１７Ｉｎ０．６７５Ａｓ層）］、及び、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓバリア層［例えば、組成波長１．０５μｍ（Ａｌ０．２９Ｇａ０．１８４Ｉｎ０．５２６Ａｓ層）、厚さ１０ｎｍ］で構成され、量子井戸層の層数は１０層であり、その発光波長は１３１０ｎｍである。【０１２５】
なお、量子井戸活性層２１１の上下に、量子井戸活性層２１１を挟み込むように、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ−ＳＣＨ［例えば、組成波長１．０μｍ（Ａｌ０．３２７Ｇａ０．１４７Ｉｎ０．５２６Ａｓ層）、厚さ２０ｎｍ］を設けても良い。
その後、半導体表面に、図１６（Ｃ）に示すように、通常の化学気相堆積法（ＣＶＤ法）及びフォトリソグラフィ技術を用いて、ＳｉＯ２からなるマスク（例えば、厚さ４００ｎｍ、幅１．３μｍのストライプ状のエッチングマスク）２１４を形成する。【０１２６】
そして、図１６（Ｄ）に示すように、例えばドライエッチング法を用いて、ｎ型ＩｎＰ基板２０１が例えば０．７μｍ程掘り込まれる深さまで、上述のようにして形成された半導体積層構造をエッチングし、ストライプ状のメサ構造（メサストライプ）を形成する。
次に、図１７（Ａ）に示すように、このメサ構造の両側に、Ｆｅドープ型ＩｎＰで構成される電流狭窄層２１５を、例えばＭＯＶＰＥ法を用いて成長させ、エッチングマスク２１４を例えばふっ酸で除去した後、図１７（Ｂ）に示すように、ｐ側電極２１６及びｎ側電極２１７を形成した後、素子の両端面に無反射コート２１８，２１９を形成して、素子が完成する。【０１２７】
したがって、本実施形態にかかる光素子（ＤＦＢレーザ）及びその製造方法によれば、上述の第１実施形態のものと同様に、回折格子の結合係数を共振器内で分布させた構造の光素子において、回折格子を精度良く安定して作製できるようになり、歩留まりが向上するとともに、結合係数を大きくする領域と結合係数を小さくする領域とで結合係数の差を大きくする（結合係数のコントラストを大きくする）ことができ、素子特性を向上させることができるという利点がある。【０１２８】
また、回折格子を精度良く安定して作製できるため、素子特性のばらつきを抑制することができ、素子特性を向上させることもできる。また、結合係数の制御性や結合係数の設計自由度も向上する。
特に、本実施形態の素子では、上述の第１実施形態のものと比較して、結合係数がさらに中央に強く分布するように構成されているため、より高いＦＭ変調効率が得られ、また、単一モード発振の安定性も高まるという利点がある。【０１２９】
また、上述の第１実施形態のものと同様に、共振器方向に沿って平均屈折率がほぼ一定になる。
つまり、光導波路１及び第１回折格子層２０に含まれる回折格子２０Ａを含む第１の領域（中央近傍領域）と、光導波路１及び第１回折格子層２０に含まれる第３半導体層２２０を含む第２の領域（両端領域）とで、等価屈折率がほぼ一致し、この結果、伝搬定数もほぼ一致することになる。つまり、共振器方向に沿って等価屈折率がほぼ一定になり、この結果、伝搬定数もほぼ一定になる。【０１３０】
また、光導波路１及び第２回折格子層３０に含まれる回折格子３０Ａを含む第１の領域（中央領域）と、光導波路１及び第２回折格子層３０に含まれる第３半導体層２２１を含む第２の領域（両端近傍領域）とで、等価屈折率がほぼ一致し、この結果、伝搬定数もほぼ一致することになる。つまり、共振器方向に沿って等価屈折率がほぼ一定になり、この結果、伝搬定数もほぼ一定になる。【０１３１】
これにより、共振器長が長い素子（例えば共振器長が１２００μｍ以上の素子）においても安定した縦単一モード動作を実現することができ、素子特性を向上させることができる。
なお、上述の実施形態では、各回折格子層２０，３０，４０は同一の間隔をあけて設けられているが、これに限られるものではない。例えば、上述の実施形態の構成（図１１参照）において、図１８に示すように、第１回折格子層２０と第２回折格子層３０との間隔（スペーサ層４１の厚さ；ｎ型ＩｎＰ層２０３のｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０２の上側部分の厚さ）を例えば２５ｎｍとし、第２回折格子層３０と第３回折格子層４０との間隔（スペーサ層４２の厚さ；ｎ型ＩｎＰ層２０５のｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層２０４の上側部分の厚さ）を例えば１０ｎｍとして、各回折格子層２０，３０，４０を、異なる間隔をあけて設けても良い。また、回折格子層を３層よりも多く設ける場合には、複数の回折格子層は、略同一の間隔をあけて設けても良いし、異なる間隔をあけて設けても良いし、一部が異なる間隔をあけて設けても良い。【０１３２】
また、上述の実施形態では、第１回折格子層２０と、第２回折格子層３０と、第３回折格子層４０とが略同一の屈折率差を有するものとしているが、これに限られるものではない。
例えば、上述の実施形態の構成において、第１回折格子層２０の回折格子２０Ａを、組成波長１．２５μｍのｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層２０２とｎ型ドープＩｎＰ層２０３とによって構成し、第３回折格子層４０の回折格子４０Ａを、組成波長１．１５μｍのｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層２０６とｎ型ドープＩｎＰ層２１０とによって構成することで、第１回折格子層２０の回折格子２０Ａを構成する半導体層２０２，２０３の屈折率差を、第３回折格子層４０の回折格子４０Ａを構成する半導体層２０６，２１０の屈折率差よりも大きくするようにしても良い。これにより、第１回折格子層２０の厚さをそれほど厚くしないで結合係数を大きくして、結合係数が大きい領域と結合係数が小さい領域との間の結合係数差を大きくすることができる。【０１３３】
また、例えば、第１回折格子層２０の回折格子２０Ａを構成する半導体層２０２，２０３の屈折率差、又は、第２回折格子層３０の回折格子３Ａを構成する半導体層２０４，２０５の屈折率差を、第３回折格子層４０の回折格子４０Ａを構成する半導体層２０６，２１０の屈折率差よりも大きくし、第１回折格子層２０又は第２回折格子層３０と第３回折格子層４０とが異なる屈折率差を有するものとして構成しても良い。つまり、複数の回折格子層は、屈折率差が異なる回折格子層を含み、一部の回折格子層の回折格子を構成する半導体層の屈折率差が異なるようにしても良い。
［第３実施形態］
次に、第３実施形態にかかる光素子及びその製造方法について、図１９〜図２４（Ｂ）を参照しながら説明する。【０１３４】
本実施形態にかかる光素子（ＤＦＢレーザ）及びその製造方法は、上述の第１実施形態のものに対し、図１９に示すように、複数の回折格子層２１，３１に含まれる回折格子２１Ａ，３１Ａが積層されている領域を光導波路１に沿う方向の両端側の領域にしている点、及び、複数の回折格子層２１，３１の厚さを略同一にしている点、複数の回折格子層２１，３１の間隔の大きさが異なる。【０１３５】
つまり、本実施形態にかかる光素子は、例えば、回折格子の結合係数を共振器内で分布させた構造を有するＤＦＢ（Distributed Feed-Back；分布帰還型）レーザ（レーザ素子；導波路型光素子；アクティブ型光素子；発光素子；符号多重通信用デバイス）であって、図１９に示すように、光導波路１と、光導波路１に沿って設けられた複数（ここでは２つ）の回折格子層２１，３１とを備える。【０１３６】
ここでは、図１９に示すように、複数の回折格子層として、第１回折格子層２１と、第２回折格子層３１とが設けられており、これらの回折格子層２１，３１は、光導波路１の下側（光導波路１に対して基板側；光導波路１の片側）に全て設けられている。
各回折格子層２１，３１は、図１９に示すように、分断された一の半導体層（第１半導体層）３０２，３０４と、一の半導体層３０２，３０４と屈折率が異なり、一の半導体層３０２，３０４を埋め込む他の半導体層（第２半導体層）３０３，３０７とによって構成される回折格子（埋込回折格子；埋込型回折格子）２１Ａ，３１Ａを含むものとして構成される。ここでは、回折格子３１Ａは、位相シフト３０Ｘ（ここではλ／４位相シフト）を含むものとして構成されている。【０１３７】
また、複数の回折格子層２１，３１は、対応する領域に形成されている回折格子２１Ａ，３１Ａの位相、周期、デューティ比（回折格子の周期に対するエッチングによって残される部分の割合）が略同一になっている。なお、本実施形態では、各回折格子層２１，３１に備えられる回折格子２１Ａ，３１Ａのデューティ比は、それぞれ、一定になっている。【０１３８】
本実施形態では、第１回折格子層２１は、図１９に示すように、回折格子２１Ａが光導波路１に沿う方向（共振器の長さ方向）の両端側の領域のみに形成されている。つまり、第１回折格子層２１の回折格子２１Ａが形成されている領域は、光導波路１に沿う方向の両端側の領域である。
また、第２回折格子層３１は、図１９に示すように、回折格子３１Ａが光導波路１に沿う方向の全長にわたって形成されている。つまり、第２回折格子層３１の回折格子３１Ａが形成されている領域は、光導波路１に沿う方向の全領域である。【０１３９】
このように、本実施形態では、第１回折格子層２１の回折格子２１Ａが形成されている領域の光導波路１に沿う方向の長さが、第２回折格子層３１の回折格子３１Ａが形成されている領域の光導波路１に沿う方向の長さよりも短くなっており、第１回折格子層２１と第２回折格子層３１とで回折格子２１Ａ，３１Ａが形成されている領域の長さが異なっている。この場合、これらの回折格子層２１，３１の対応する領域は、光導波路１に沿う方向の両端側の領域である。【０１４０】
なお、本実施形態では、複数の回折格子層として２つの回折格子層２１，３１を設けており、これらの回折格子層２１，３１の回折格子２１Ａ，３１Ａが形成されている領域の長さが互いに異なっているが、これに限られるものではない。例えば、第３回折格子層（回折格子が形成されている領域の光導波路１に沿う方向の長さが第１回折格子層２１と同じ層）をさらに設け、光導波路１に沿う方向の両端側の領域において、より結合係数を大きくするようにしても良い。このため、複数の回折格子層は、回折格子が形成されている領域の長さが異なる少なくとも２つの回折格子層を含んでいれば良い。【０１４１】
このように、本実施形態では、埋込回折格子を用い、埋込回折格子が形成されている領域を含む複数の回折格子層を多層化し、結合係数を最大にしたい領域では多層化された回折格子層のすべて（ここでは第１回折格子層２１と第２回折格子層３１の２つ）に埋込回折格子を形成し、結合係数をそれよりも小さくしたい領域では一部の回折格子層（ここでは第２回折格子層３１）にだけ回折格子を形成するようにしている。【０１４２】
具体的には、図１９に示すように、第１回折格子層２１上に第２回折格子層３１が積層されており、光導波路１に沿う方向の両端側の領域で、各回折格子層２１，３１の回折格子２１Ａ，３１Ａが積層された構造になっている。つまり、回折格子の積層数が光導波路１に沿う方向で異なるように構成されている。このようにして、光導波路１に沿う方向の両端側の領域の結合係数が大きくなり、この両端側の領域と比較してそれ以外の領域（中央領域）の結合係数が小さくなるようにしている。【０１４３】
本実施形態の具体的構成例にかかるＤＦＢレーザ（光半導体素子）は、波長1．５６μｍ帯で発振するＤＦＢレーザであって、図１９に示すように、ｎ型ドープＩｎＰ基板３０１上に、両端側の領域で分断されたｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層［例えば、組成波長１．１５μｍ（Ｇａ０．１８２Ｉｎ０．８１８Ａｓ０．３９７Ｐ０．６０３層）、厚さ２０ｎｍ］３０２を、屈折率が異なるｎ型ドープＩｎＰ層（例えば厚さ２０ｎｍ；埋込層）３０３によって埋め込むことによって形成された埋込回折格子２１Ａを含む第１回折格子層２１と、全領域で分断されたｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層［例えば、組成波長１．１５μｍ（Ｇａ０．１８２Ｉｎ０．８１８Ａｓ０．３９７Ｐ０．６０３層）、厚さ２０ｎｍ］３０４を、屈折率が異なるｎ型ドープＩｎＰ層３０７によって埋め込むことによって形成された埋込回折格子３１Ａを含む第２回折格子層３１と、導波路コア層として量子井戸活性層３０８を含む光導波路１とを備えるものとして構成される。【０１４４】
また、本実施形態の具体的構成例では、図１９に示すように、ｎ型ＩｎＰ埋込層３０３のうち、分断されたｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層３０２の間に埋め込まれた部分は回折格子２１Ａを構成し、ｎ型ＩｎＰ埋込層３０７のうち、分断されたｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層３０４の間に埋め込まれた部分は回折格子３１Ａを構成する。
なお、ｎ型ＩｎＰ埋込層３０３のうち、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層３０２の上側に形成される部分は第１回折格子層２１と第２回折格子層３１との間のスペーサ層（中間層）４３を構成し、ｎ型ＩｎＰ埋込層３０７のうち、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層３０４の上側に形成される部分は第２回折格子層３１と活性層３０８との間のスペーサ層（クラッド層）５２を構成する。また、スペーサ層４３の厚さは、エッチングのばらつきを吸収できる程度にできるだけ薄くするのが好ましい。【０１４５】
また、本実施形態の具体的構成例では、第１回折格子層２１の回折格子２１Ａを構成するｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層３０２の厚さを２０ｎｍとし、第２回折格子層３１の回折格子３１Ａを構成するｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層３０４の厚さ２０ｎｍとし、第１回折格子層２１と第２回折格子層３１とが略同一の厚さを有するものとして構成されている。
また、第１回折格子層２１の回折格子２１Ａを構成する半導体層３０２，３０３の屈折率差を、第２回折格子層３１の回折格子３１Ａを構成する半導体層３０４，３０７の屈折率差と略同一にし、第１回折格子層２１と第２回折格子層３１とが略同一の屈折率差を有するものとして構成されている。【０１４６】
このため、第１回折格子層２１と第２回折格子層３１とは、回折格子２１Ａ，３１Ａのデューティ比も略同一であるため、回折格子２１Ａ，３１Ａの結合係数は略同一である。
このように、本実施形態の構成によれば、複数の回折格子層２１，３１を積層することによって結合係数のコントラストを大きくすることができるため、所望の要求を満たす素子を実現できるようになり、素子特性を向上させることができる。【０１４７】
また、本実施形態では、上述の第１実施形態の場合と同様に、より共振器長が長い素子においても安定して単一モードで発振するようにし、素子特性を向上させるために、第１回折格子層２１の回折格子２１Ａが形成されていない領域（中央領域）を、回折格子２１Ａを構成する第１半導体層３０２及び第２半導体層３０３と異なる材料からなる第３半導体層３２０によって構成している。なお、異なる材料には、構成元素が同一で組成が異なるものも含むものとする。【０１４８】
つまり、第１回折格子層２１は、第１半導体層３０２及び第２半導体層３０３からなる回折格子２１Ａと、この回折格子２１Ａに連なり、第１半導体層３０２及び第２半導体層３０３と異なる材料からなる第３半導体層３２０とからなる。
ここでは、第１回折格子層２１は、両端近傍領域が第１半導体層３０２及び第２半導体層３０３からなる回折格子２１Ａになっており、回折格子２１Ａが形成されていない中央領域が第１半導体層３０２及び第２半導体層３０３と異なる材料からなる第３半導体層３２０になっている。【０１４９】
ここで、第３半導体層３２０は、第１半導体層３０２よりも屈折率が低く、かつ、第２半導体層３０３よりも屈折率が高くなっている。
具体的には、第３半導体層３２０は、第１半導体層３０２と組成が異なる材料からなる。
つまり、本実施形態では、上述のように、第１半導体層３０２を、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層［例えば、組成波長１．１５μｍ（Ｇａ０．１８２Ｉｎ０．８１８Ａｓ０．３９７Ｐ０．６０３層）、厚さ２０ｎｍ］としている。これに対し、第３半導体層３２０は、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層［例えば、組成波長１．０３μｍ（Ｇａ０．０９２Ｉｎ０．９０８Ａｓ０．２０１Ｐ０．７９９層）、厚さ２０ｎｍ］としている。【０１５０】
このように、本実施形態では、第１半導体層３０２及び第３半導体層３２０は、いずれも、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層であるが、第３半導体層３２０は、第１半導体層３０２に対して、Ａｓを減らし、屈折率が低くなるようにし、ＩｎＰに格子整合するように組成を変えている。
つまり、第１半導体層３０２としてのｎ型ドープＧａ０．１８２Ｉｎ０．８１８Ａｓ０．３９７Ｐ０．６０３層は、屈折率が波長１５５０ｎｍにおいて３．３０７である。これに対して、第３半導体層３２０としてのｎ型ドープＧａ０．０９２Ｉｎ０．９０８Ａｓ０．２０１Ｐ０．７９９層は、屈折率が波長１５５０ｎｍにおいて３．２３７である。このように、第３半導体層３２０は、第１半導体層３０２よりも屈折率が低くなっている。【０１５１】
また、第３半導体層３２０は、第２半導体層３０３と異なる材料からなる。
つまり、本実施形態では、上述のように、第２半導体層３０３を、ｎ型ドープＩｎＰ層（例えば厚さ２０ｎｍ）としている。これに対し、第３半導体層３２０は、上述のように、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層［例えば、組成波長１．０３μｍ（Ｇａ０．０９２Ｉｎ０．９０８Ａｓ０．２０１Ｐ０．７９９層）、厚さ２０ｎｍ］としている。【０１５２】
この場合、第２半導体層３０３としてのｎ型ドープＩｎＰ層は、屈折率が波長１５５０ｎｍにおいて３．１６７である。これに対して、第３半導体層３２０としてのｎ型ドープＧａ０．０９２Ｉｎ０．９０８Ａｓ０．２０１Ｐ０．７９９層は、屈折率が波長１５５０ｎｍにおいて３．２３７である。このように、第３半導体層３２０は、第２半導体層３０３よりも屈折率が高くなっている。【０１５３】
そして、本実施形態では、第１回折格子層２１の回折格子２１Ａを構成する第１半導体層３０２及び第２半導体層３０３の屈折率は、それぞれ、３．３０７、３．１６７であり、回折格子２１Ａのデューティ比が５０％である場合、その平均屈折率は約３．２３７である。一方、第１回折格子層２１の回折格子２１Ａに連なる第３半導体層３２０の屈折率は、３．２３７である。このように、第１回折格子層２１は、共振器方向に沿って平均屈折率がほぼ一定になっている。この場合、光導波路１及び第１回折格子層２１に含まれる回折格子２１Ａを含む第１の領域（両端近傍領域）と、光導波路１及び第３半導体層３２０を含む第２の領域（中央領域）とで、等価屈折率がほぼ一致し、この結果、伝搬定数もほぼ一致することになる。つまり、共振器方向に沿って等価屈折率がほぼ一定になり、この結果、伝搬定数もほぼ一定になる。これにより、より共振器長が長い素子においても安定して単一モードで発振するようにすることができ、素子特性を向上させることができる。【０１５４】
なお、その他の構成の詳細については、上述の第１実施形態の構成及びその具体的な構成例と同様であるため、ここでは、説明を省略する。
次に、本実施形態の具体的構成例にかかるＤＦＢレーザの製造方法について、図２０（Ａ）〜図２４（Ｂ）を参照しながら説明する。
まず、図２０（Ａ）に示すように、ｎ型ドープＩｎＰ基板３０１上に、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層［例えば、組成波長１．１５μｍ（Ｇａ０．１８２Ｉｎ０．８１８Ａｓ０．３９７Ｐ０．６０３層）、厚さ２０ｎｍ；基板と屈折率が異なる層；第１半導体層］３０２を、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）を用いて形成する。なお、ｎ型ＩｎＰ基板３０１とｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層３０２との間にｎ型ＩｎＰクラッド層を形成しても良い。【０１５５】
次いで、図２０（Ｂ）に示すように、例えば化学気相堆積法（ＣＶＤ法）及びフォトリソグラフィ技術を用いて、ＳｉＯ２マスク３２１を形成する。
次に、図２０（Ｃ）に示すように、ＳｉＯ２マスク３２１を用いて、例えば選択ウェットエッチングによって、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層３０２の一部をエッチングする。
そして、図２０（Ｄ）に示すように、ＳｉＯ２マスク３２１を残したままの状態で、例えばＭＯＶＰＥ法を用いた選択成長によって、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層３０２が除去された領域（開口部）に、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層３０２に連なるように、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層３０２とは組成が異なる（材料が異なる）ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層［例えば、組成波長１．０３μｍ（Ｇａ０．０９２Ｉｎ０．９０８Ａｓ０．２０１Ｐ０．７９９層）、厚さ２０ｎｍ；第３半導体層］３２０を埋め込み成長させる。【０１５６】
次に、ＳｉＯ２マスク３２１をバッファードふっ酸で剥離した後、図２１（Ａ）に示すように、全体に、ｎ型ドープＩｎＰ層（例えば厚さ２０ｎｍ；基板と屈折率が略同一の層；第２半導体層）３０３、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層［例えば、組成波長１．１５μｍ（Ｇａ０．１８２Ｉｎ０．８１８Ａｓ０．３９７Ｐ０．６０３層）、厚さ２０ｎｍ；基板と屈折率が異なる層；第１半導体層］３０４を、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）を用いて、順次積層させる。【０１５７】
次に、図２１（Ｂ）に示すように、例えば、電子ビーム露光法によって、回折格子パターンを有し、電子ビームレジスト（日本ゼオン製ＺＥＰ５２０）からなるマスク３０５を、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層３０４の表面上に形成する。なお、ここでは、マスク３０５に形成された回折格子パターンには、個々の素子の共振器中央に位相がπラジアンの位相シフト３１Ｘ（λ／４位相シフト）を形成するためのパターンが含まれている。【０１５８】
次いで、図２１（Ｃ）に示すように、このマスク３０５を用いて、例えばエタン／水素混合ガスによるリアクティブ・イオン・エッチング（ＲＩＥ）によって、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層３０４及びｎ型ＩｎＰ層３０３の一部を除去する。
ここでは、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層３０４を分断し、ｎ型ＩｎＰ層３０３の途中でエッチングが停止するようにしている。これにより、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層３０４の全面に回折格子パターンが転写され、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層３０４が分断されることになる。【０１５９】
次に、この表面に、例えばポジ型フォトレジスト（東京応化製ＯＦＰＲ８６００；例えば厚さ３００ｎｍ）を塗布する。なお、マスク３０５を構成する電子ビームレジストとポジ型フォトレジストは混ざり合うことはないため、マスク３０５が変形することはない。
次に、通常のフォトリソグラフィ技術を用いて、図２１（Ｄ）に示すように、ポジ型フォトレジストの一部（ここでは共振器の両端側部分；光導波路に沿う方向の両端側の領域）を除去して、共振器中央部分を覆う（マスク３０５の一部の領域の表面を覆う；光導波路の中央領域に対応する領域の表面を覆う）ポジ型フォトレジストマスク３０６を形成する。【０１６０】
その後、図２２（Ａ）に示すように、再び表面に露出した電子ビームレジストマスク３０５とポジ型フォトレジストマスク３０６を用いて、例えばエタン／水素混合ガスによるリアクティブ・イオン・エッチング（ＲＩＥ）によって、ｎ型ＩｎＰ層３０３の残りの部分、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層３０２及びｎ型ＩｎＰ基板３０１の一部を除去する。
ここでは、ｎ型ＩｎＰ層３０３とｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層３０２を分断し、ｎ型ＩｎＰ基板３０１の途中（ここではエッチング深さ１０ｎｍの位置）でエッチングが停止するようにしている。【０１６１】
これにより、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層３０２の一部（ここでは共振器の両端側部分；光導波路に沿う方向の両端側の領域）に回折格子パターンが転写され、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層３０２が分断されることになる。
この場合、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層３０４に形成される回折格子パターンと、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層３０２に形成される回折格子パターンとは、同じマスク３０５を用いて形成されるため、後述のようにして形成される第１回折格子層２１と第２回折格子層３１とは、対応する領域に形成される回折格子２１Ａ，３１Ａの位相、周期、デューティ比が略同一になる。【０１６２】
なお、ここでは、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層３０２の厚さ及び屈折率（第１回折格子層２１の厚さ及び屈折率差）とｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層３０４の厚さ及び屈折率（第２回折格子層３１の厚さ及び屈折率差）とは略同一である。このため、第１回折格子層２１に含まれる回折格子２１Ａの結合係数と第２回折格子層３１に含まれる回折格子３１Ａの結合係数とは略同一である。【０１６３】
ここで、各回折格子層２１，３１は、層内でデューティ比が一定になっている。この場合、エッチングマスクの回折格子パターン（マスクパターン）の幅を変化させる必要がないため、回折格子の加工精度が安定する。ここでは、各回折格子層２１，３１は、層内で厚さ及び屈折率差も一定であるため、層内で回折格子の結合係数は一定である。
そして、図２２（Ｂ）に示すように、マスク３０５及びマスク３０６を通常のレジスト剥離方法を用いて表面から除去する。【０１６４】
次いで、図２２（Ｃ）に示すように、例えばＭＯＶＰＥ法を用いて、全面にｎ型ドープＩｎＰ層（基板３０１と屈折率が略同一の層；第２半導体層）３０７を成長させる。これにより、ｎ型ＩｎＰ層３０３の途中でエッチングが停止されて形成された溝、及び、ｎ型ＩｎＰ基板３０１の途中でエッチングが停止されて形成された溝がｎ型ＩｎＰ層（埋込層）３０７によって埋め込まれる。【０１６５】
この結果、分断されたｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層３０２がｎ型ＩｎＰ層３０７によって埋め込まれて、一部（ここでは共振器の両端側部分；光導波路に沿う方向の両端側の領域）に回折格子２１Ａが形成されている第１回折格子層２１が形成される。また、分断されたｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層３０４がｎ型ＩｎＰ層３０７によって埋め込まれて、全面（光導波路に沿う方向の全長）に回折格子３１Ａ（位相シフト３１Ｘを含む）が形成されている第２回折格子層３１が形成される。【０１６６】
さらに、第１回折格子層２１と第２回折格子層３１との間にはｎ型ＩｎＰ層３０３及びｎ型ＩｎＰ層３０７の一部によってスペーサ層４３が形成される。また、第２回折格子層３１の上側にはｎ型ＩｎＰ層３０７の一部によってスペーサ層５２が形成される。
次に、図２２（Ｄ）に示すように、量子井戸活性層３０８、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層（例えば厚さ２５０ｎｍ）３０９を、例えばＭＯＶＰＥ法によって順次積層させる。【０１６７】
ここで、量子井戸活性層３０８は、アンドープＧａＩｎＡｓＰ量子井戸層［例えば、厚さ５．１ｎｍ、圧縮歪量１．０％、組成波長１．５６μｍ（Ｇａ０．２７１Ｉｎ０．７２９Ａｓ０．８９４Ｐ０．１０６層）］、及び、アンドープＧａＩｎＡｓＰバリア層［例えば、組成波長１．２μｍ（Ｇａ０．２１７Ｉｎ０．７８３Ａｓ０．４７２Ｐ０．５２８層）、厚さ１０ｎｍ］で構成され、量子井戸層の層数は６層であり、その発光波長は１５６０ｎｍである。【０１６８】
なお、量子井戸活性層３０８の上下に、量子井戸活性層３０８を挟み込むように、アンドープＧａＩｎＡｓＰ−ＳＣＨ（例えば、波長１．１５μｍ、厚さ２０ｎｍ）を設けても良い。
その後、半導体表面に、図２３（Ａ）に示すように、通常の化学気相堆積法（ＣＶＤ法）及びフォトリソグラフィ技術を用いて、ＳｉＯ２からなるマスク（例えば、厚さ４００ｎｍ、幅１．６μｍのストライプ状のエッチングマスク）３１０を形成する。【０１６９】
そして、図２３（Ｂ）に示すように、例えばドライエッチング法を用いて、ｎ型ＩｎＰ基板３０１が例えば０．７μｍ程掘り込まれる深さまで、上述のようにして形成された半導体積層構造をエッチングし、ストライプ状のメサ構造（メサストライプ）を形成する。
次に、図２３（Ｃ）に示すように、このメサ構造の両側に、ｐ型ＩｎＰ層３１１／ｎ型ＩｎＰ層３１２／ｐ型ＩｎＰ層３１３で構成される電流狭窄層を、例えばＭＯＶＰＥ法を用いて成長させ、エッチングマスク３１０を例えばふっ酸で除去した後、図２３（Ｄ）に示すように、例えばＭＯＶＰＥ法を用いて、ｐ型ＩｎＰクラッド層（例えば厚さ２．２μｍ）３１４、ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層（例えば厚さ３００ｎｍ）３１５を順次成長させる。【０１７０】
そして、図２４（Ａ）に示すように、ｐ側電極３１６及びｎ側電極３１７を形成した後、図２４（Ｂ）に示すように、素子の両端面に無反射コート３１８，３１９を形成して、素子が完成する。
なお、上述の製造方法において、電子ビーム露光法によって電子ビームレジスト（日本ゼオン製ＺＥＰ５２０）からなるマスク３０５を形成するのに代えて、例えば、二光束干渉露光法によってポジ型フォトレジスト（東京応化製ＯＦＰＲ８６００）を形成し、ポジ型フォトレジスト（東京応化製ＯＦＰＲ８６００；例えば厚さ３００ｎｍ）３０６に代えて、ネガ型フォトレジスト（東京応化製ＯＭＲ８５；例えば厚さ３００ｎｍ）を用いても良い。【０１７１】
したがって、本実施形態にかかる光素子（ＤＦＢレーザ）及びその製造方法によれば、上述の第１実施形態のものと同様に、回折格子の結合係数を共振器内で分布させた構造の光素子において、回折格子を精度良く安定して作製できるようになり、歩留まりが向上するとともに、結合係数を大きくする領域と結合係数を小さくする領域とで結合係数の差を大きくする（結合係数のコントラストを大きくする）ことができ、素子特性を向上させることができるという利点がある。【０１７２】
また、回折格子を精度良く安定して作製できるため、素子特性のばらつきを抑制することができ、素子特性を向上させることもできる。また、結合係数の制御性や結合係数の設計自由度も向上する。
特に、本実施形態の素子では、素子端面側の結合係数が大きくなっているため、長共振器化して作製した場合でも軸方向のホールバーニングを抑制できる。このため、より高い光出力でも安定した単一縦モード動作を維持することができ、また、レーザの発振線幅をより狭くすることができる。【０１７３】
このため、例えば上記非特許文献１に記載されているような、結合係数を共振器中央に向かって小さくなるように分布させる構造の素子に適用して、軸方向のホールバーニングを抑制し、高光出力時の縦モード安定性を向上させることができる。
このような素子は、例えば、コヒーレント光伝送システム、あるいは、多値変調光通信システムのように、レーザの発振線幅が１００〜５００ｋＨｚと非常に狭いレーザ光源を必要とするシステムにおいて、そのレーザ光源として用いることができる。【０１７４】
レーザの発振線幅を狭くするためには、まずＤＦＢレーザのように単一縦モード動作することが必要であり、さらなる狭線幅化のためには、レーザの共振器長を長くすることが必要である。例えば、レーザの共振器長を１０００μｍ以上にすることで１ＭＨｚ以下の線幅にすることが可能である。
さらに、線幅はレーザの光出力の逆数に比例するため、より高い光出力で動作させるほど狭線幅化を実現できることになる。このため、さらなる狭線幅化のためには、さらにレーザの共振器長を長くし、かつ、できる限り高い光出力で動作させれば良いが、長くしすぎると、高光出力動作時にＤＦＢレーザにおける軸方向ホールバーニングの影響によって主モードと副モードの間のモード間利得差が減少していき、単一モード安定性が損なわれ、線幅が急激に太くなってしまうことになる。したがって、このような場合に、上述のように、高光出力動作時の軸方向ホールバーニングの影響を抑制できる構造が有効である。【０１７５】
また、上述の第１実施形態のものと同様に、共振器方向に沿って平均屈折率がほぼ一定になり、光導波路１及び第１回折格子層２１に含まれる回折格子２１Ａを含む第１の領域（両端近傍領域）と、光導波路１及び第３半導体層３２０を含む第２の領域（中央領域）とで、等価屈折率がほぼ一致し、この結果、伝搬定数もほぼ一致することになる。つまり、共振器方向に沿って等価屈折率がほぼ一定になり、この結果、伝搬定数もほぼ一定になる。これにより、共振器長が長い素子（例えば共振器長が１２００μｍ以上の素子）においても安定した縦単一モード動作を実現することができ、素子特性を向上させることができる。
［第４実施形態］
次に、第４実施形態にかかる光素子及びその製造方法について、図２５（Ａ）〜図２８（Ｂ）を参照しながら説明する。【０１７６】
本実施形態にかかる光素子（ＤＦＢレーザ）及びその製造方法は、上述の第１実施形態のもの（図１参照）に対し、より共振器長が長い素子においても安定して単一モードで発振するようにし、素子特性を向上させるために、共振器方向に沿って、等価屈折率、ひいては、伝搬定数をほぼ一定にするための構成が異なる。
つまり、上述の第１実施形態では、第１回折格子層２の回折格子２Ａが形成されていない領域（両端近傍領域）を、回折格子２Ａを構成する第１半導体層１０２及び第２半導体層１０３と異なる材料からなる第３半導体層１２０によって構成することで、等価屈折率、ひいては、伝搬定数をほぼ一致させるようにしている。【０１７７】
これに対し、本実施形態では、図２７（Ｂ）に示すように、第１回折格子層２２は、回折格子２２Ａに連なるように延びる第１半導体層１０２を含み、光導波路１及び第１回折格子層２２に含まれる回折格子２２Ａを含む第１の領域（中央領域）と、光導波路１及び回折格子２２Ａに連なる第１半導体層１０２を含む第２の領域（両端近傍領域）とで、幅（導波路幅；メサ構造の幅）を変えることで、等価屈折率、ひいては、伝搬定数をほぼ一致させるようにしている。【０１７８】
つまり、本実施形態では、第１回折格子層２２の回折格子２２Ａが形成されていない領域に、回折格子２２Ａに連なるように第１半導体層１０２が延びている。そして、光導波路１及び第１回折格子層２２に含まれる回折格子２２Ａを含む第１の領域と、光導波路１及び回折格子２２Ａに連なる第１半導体層１０２を含む第２の領域とは、幅が異なるようにしている。つまり、回折格子の積層数が多い領域（第１の領域；ここでは第１半導体層１０２が分断されている中央領域）は、回折格子の積層数が少ない領域（第２の領域；ここでは第１半導体層１０２が分断されていない両端近傍領域）よりも導波路幅（メサ構造の幅）が広くなるようにしている。なお、回折格子の積層数が異なる領域が３つ以上ある場合には、回折格子の積層数が多いほど導波路幅（メサ構造の幅）を広くすれば良い。【０１７９】
本実施形態の具体的構成例にかかるＤＦＢレーザ（光半導体素子）は、波長1．５５μｍ帯で発振するＤＦＢレーザであって、図２７（Ｂ）に示すように、ｎ型ドープＩｎＰ基板４０１上に、中央領域で分断されたｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層［例えば、組成波長１．２５μｍ（Ｇａ０．２５１Ｉｎ０．７４９Ａｓ０．５４３Ｐ０．４５７層）、厚さ２５ｎｍ；第１半導体層］４０２を、屈折率が異なるｎ型ドープＩｎＰ層（例えば厚さ１５ｎｍ；埋込層；第２半導体層）４０３によって埋め込むことによって形成された埋込回折格子２２Ａと、この埋込回折格子２２Ａに連なるように延びるｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層［例えば、組成波長１．２５μｍ（Ｇａ０．２５１Ｉｎ０．７４９Ａｓ０．５４３Ｐ０．４５７層）、厚さ２５ｎｍ；第１半導体層］４０２とを含む第１回折格子層２と、全領域で分断されたｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層［例えば、組成波長１．１５μｍ（Ｇａ０．１８２Ｉｎ０．８１８Ａｓ０．３９７Ｐ０．６０３層）、厚さ２０ｎｍ；第１半導体層］４０４を、屈折率が異なるｎ型ドープＩｎＰ層（第２半導体層）４０７によって埋め込むことによって形成された埋込回折格子３２Ａを含む第２回折格子層３２と、導波路コア層として量子井戸活性層４０８を含む光導波路１とを備えるものとして構成される。【０１８０】
そして、より共振器長が長い素子においても安定して単一モードで発振するようにし、素子特性を向上させるために、光導波路１及び第１回折格子層２２に含まれる回折格子２２Ａを含む第１の領域のメサ構造の幅（活性層幅）が１．６μｍとなっており、光導波路１及び回折格子２２Ａに連なる第１半導体層４０２を含む第２の領域のメサ構造の幅（活性層幅）が１．５μｍとなっている。この場合、第１の領域の等価屈折率は３．１８９８であり、第２の領域の等価屈折率は３．１８９６であり、これらの領域の等価屈折率はほぼ一致しており、この結果、伝搬定数もほぼ一致することになる。つまり、共振器方向に沿って等価屈折率がほぼ一定になり、この結果、伝搬定数もほぼ一定になる。これにより、より共振器長が長い素子においても安定して単一モードで発振するようにすることができ、素子特性を向上させることができる。【０１８１】
次に、本実施形態の具体的構成例にかかるＤＦＢレーザの製造方法について、図２５（Ａ）〜図２８（Ｂ）を参照しながら説明する。
まず、図２５（Ａ）に示すように、ｎ型ドープＩｎＰ基板４０１上に、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層［例えば、組成波長１．２５μｍ（Ｇａ０．２５１Ｉｎ０．７４９Ａｓ０．５４３Ｐ０．４５７層）、厚さ２５ｎｍ；基板４０１と屈折率が異なる層；第１半導体層］４０２、ｎ型ドープＩｎＰ層（例えば厚さ１５ｎｍ；基板４０１と屈折率が略同一の層；第２半導体層）４０３、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層［例えば、組成波長１．１５μｍ（Ｇａ０．１８２Ｉｎ０．８１８Ａｓ０．３９７Ｐ０．６０３層）、厚さ２０ｎｍ；基板４０１と屈折率が異なる層；第１半導体層］４０４を、例えば有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ；Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法を用いて、順次積層させる。なお、ｎ型ドープＩｎＰ基板４０１とｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層４０２との間にｎ型ドープＩｎＰクラッド層を形成しても良い。【０１８２】
次に、図２５（Ｂ）に示すように、例えば、電子ビーム露光法によって、回折格子パターンを有し、電子ビームレジスト（日本ゼオン製ＺＥＰ５２０）からなるマスク４０５を、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層４０４の表面上に形成する。
なお、ここでは、マスク４０５に形成された回折格子パターンには、個々の素子の共振器中央に位相がπラジアンの位相シフト２Ｘ，３Ｘ（λ／４位相シフト）を形成するためのパターンが含まれている。【０１８３】
次いで、図２５（Ｃ）に示すように、このマスク４０５を用いて、例えばエタン／水素混合ガスによるリアクティブ・イオン・エッチング（ＲＩＥ）によって、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層４０４及びｎ型ＩｎＰ層４０３の一部を除去する。
ここでは、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層４０４を分断し、ｎ型ＩｎＰ層４０３の途中でエッチングが停止するようにしている。これにより、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層４０４の全面に回折格子パターンが転写され、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層４０４が分断されることになる。【０１８４】
次に、この表面上に、例えばポジ型フォトレジスト（東京応化製ＯＦＰＲ８６００；例えば厚さ３００ｎｍ）を塗布する。なお、マスク４０５を構成する電子ビームレジストとポジ型フォトレジストは混ざり合うことはないため、マスク４０５が変形することはない。
次に、通常のフォトリソグラフィ技術を用いて、図２５（Ｄ）に示すように、ポジ型フォトレジストの一部（ここでは共振器中央部分；光導波路に沿う方向の中央領域）を除去して、光導波路に沿う方向の両端側の部分を覆う（マスク４０５の一部の領域の表面を覆う；光導波路の両端側の領域に対応する領域の表面を覆う）ポジ型フォトレジストマスク４０６を形成する。【０１８５】
その後、図２６（Ａ）に示すように、再び表面に露出した電子ビームレジストマスク４０５とポジ型フォトレジストマスク４０６を用いて、例えばエタン／水素混合ガスによるリアクティブ・イオン・エッチング（ＲＩＥ）によって、ｎ型ＩｎＰ層４０３の残りの部分、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層４０２及びｎ型ＩｎＰ基板４０１の一部を除去する。
ここでは、ｎ型ＩｎＰ層４０３とｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層４０２を分断し、ｎ型ＩｎＰ基板４０１の途中（ここではエッチング深さ１０ｎｍの位置）でエッチングが停止するようにしている。【０１８６】
これにより、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層４０２の一部（ここでは共振器中央部分；光導波路に沿う方向の中央領域）に回折格子パターンが転写され、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層４０２が分断されることになる。
この場合、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層４０４に形成される回折格子パターンと、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層４０２に形成される回折格子パターンとは、同じマスク４０５を用いて形成されるため、後述のようにして形成される第１回折格子層２２と第２回折格子層３２とは、対応する領域に形成される回折格子２２Ａ，３２Ａの位相、周期、デューティ比が略同一になる。【０１８７】
なお、ここでは、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層４０２の厚さ及び屈折率（第１回折格子層２２の厚さ及び屈折率差）とｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層４０４の厚さ及び屈折率（第２回折格子層３２の厚さ及び屈折率差）とは異なる。このため、第１回折格子層２２に含まれる回折格子２２Ａの結合係数と第２回折格子層３２に含まれる回折格子３２Ａの結合係数とは異なる。【０１８８】
ここで、各回折格子層２２，３２は、層内でデューティ比が一定になっている。この場合、エッチングマスクの回折格子パターン（マスクパターン）の幅を変化させる必要がないため、回折格子の加工精度が安定する。ここでは、各回折格子層２２，３２は、層内で厚さ及び屈折率差も一定であるため、層内で回折格子の結合係数は一定である。
そして、図２６（Ｂ）に示すように、マスク４０５及びマスク４０６を通常のレジスト剥離方法を用いて表面から除去する。【０１８９】
次いで、図２６（Ｃ）に示すように、例えばＭＯＶＰＥ法を用いて、全面にｎ型ドープＩｎＰ層（基板４０１と屈折率が略同一の層；第２半導体層）４０７を成長させる。これにより、ｎ型ＩｎＰ層４０３の途中でエッチングが停止されて形成された溝、及び、ｎ型ＩｎＰ基板４０１の途中でエッチングが停止されて形成された溝がｎ型ＩｎＰ層（埋込層）４０７によって埋め込まれる。【０１９０】
この結果、分断されたｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層４０２がｎ型ＩｎＰ層４０７によって埋め込まれて、一部（ここでは共振器中央部分；光導波路に沿う方向の中央領域）に回折格子２２Ａが形成されている第１回折格子層２２が形成される。また、分断されたｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層４０４がｎ型ＩｎＰ層４０７によって埋め込まれて、全面（光導波路に沿う方向の全長）に回折格子３２Ａが形成されている第２回折格子層３２が形成される。【０１９１】
さらに、第１回折格子層２２と第２回折格子層３２との間にはｎ型ＩｎＰ層４０３及びｎ型ＩｎＰ層４０７の一部によってスペーサ層（中間層）４４が形成される。また、第２回折格子層３２の上側にはｎ型ＩｎＰ層４０７の一部によってスペーサ層（クラッド層）５３が形成される。
次に、図２６（Ｄ）に示すように、量子井戸活性層４０８、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層（例えば厚さ２．５μｍ）４０９、ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層（例えば厚さ３００ｎｍ）４１０を、例えばＭＯＶＰＥ法によって順次積層させる。【０１９２】
ここで、量子井戸活性層４０８は、ＧａＩｎＡｓＰ系化合物半導体材料を用いて構成されている。つまり、量子井戸活性層４０８は、アンドープＧａＩｎＡｓＰ量子井戸層［例えば、厚さ５．１ｎｍ、圧縮歪量１．０％、組成波長１．５５μｍ（Ｇａ０．２６６Ｉｎ０．７３４Ａｓ０．８８２Ｐ０．１１８層）］、及び、アンドープＧａＩｎＡｓＰバリア層［例えば、組成波長１．２μｍ（Ｇａ０．２１７Ｉｎ０．７８３Ａｓ０．４７２Ｐ０．５２８層）、厚さ１０ｎｍ］で構成され、量子井戸層の層数は６層であり、その発光波長は１５５０ｎｍである。【０１９３】
なお、量子井戸活性層４０８の上下に、量子井戸活性層４０８を挟み込むように、アンドープＧａＩｎＡｓＰ−ＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）層（光ガイド層；例えば、波長１．１５μｍ、厚さ２０ｎｍ）を設けても良い。
その後、半導体表面に、図２７（Ａ）に示すように、通常の化学気相堆積法（ＣＶＤ法）及びフォトリソグラフィ技術を用いて、ＳｉＯ２からなるマスク（例えば、厚さ４００ｎｍのストライプ状のエッチングマスク）４１１を形成する。ここでは、ストライプ状のエッチングマスク４１１は、両端近傍領域の幅Ｗ１を１．５μｍとし、中央領域の幅Ｗ２を１．６μｍとしている。【０１９４】
そして、図２７（Ｂ）に示すように、例えばドライエッチング法を用いて、ｎ型ＩｎＰ基板４０１が例えば０．７μｍ程掘り込まれる深さまで、上述のようにして形成された半導体積層構造をエッチングし、ストライプ状のメサ構造（メサストライプ）を形成する。
つまり、第１回折格子層２２を構成するｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層４０２の回折格子パターンが転写されている部分を含む領域（中央領域）とｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層４０２の回折格子パターンが転写されていない部分を含む領域（両端近傍領域）とで幅が異なるようにメサストライプ状にエッチングする。【０１９５】
これにより、光導波路１及び第１回折格子層２２に含まれる回折格子２２Ａを含む第１の領域（中央領域）において幅Ｗ２が１．６μｍとなっており、光導波路１及び回折格子２２Ａに連なる第１半導体層４０２を含む第２の領域（両端近傍領域）において幅Ｗ１が１．５μｍとなっているメサ構造が形成される。
次に、図２７（Ｃ）に示すように、このメサ構造の両側に、ＦｅドープＩｎＰ層で構成される電流狭窄層４１２を、例えばＭＯＶＰＥ法を用いて成長させる。【０１９６】
そして、エッチングマスク４１０を例えばふっ酸で除去した後、図２８（Ａ）に示すように、ｐ側電極４１３及びｎ側電極４１４を形成し、その後、図２８（Ｂ）に示すように、素子の両端面に無反射コート４１５，４１６を形成して、素子が完成する。
なお、その他の構成や製造方法の詳細については、上述の第１実施形態と同様であるため、ここでは、説明を省略する。【０１９７】
したがって、本実施形態にかかる光素子（ＤＦＢレーザ）及びその製造方法によれば、上述の第１実施形態のものと同様に、回折格子の結合係数を共振器内で分布させた構造の光素子において、回折格子を精度良く安定して作製できるようになり、歩留まりが向上するとともに、結合係数を大きくする領域と結合係数を小さくする領域とで結合係数の差を大きくする（結合係数のコントラストを大きくする）ことができ、素子特性を向上させることができるという利点がある。【０１９８】
また、回折格子を精度良く安定して作製できるため、素子特性のばらつきを抑制することができ、素子特性を向上させることもできる。また、結合係数の制御性や結合係数の設計自由度も向上する。
特に、上述の実施形態の構成によれば、各回折格子層を構成する一の半導体層と他の半導体層との間の屈折率差、各回折格子層の厚さ、及び、各回折格子層の間隔（スペーサ層の厚さ）をすべて任意に設定可能であるため、例えば数ｃｍ−１から数１００ｃｍ−１に亘る、非常に広い範囲の値の結合係数を持つ回折格子を精度良く作製することが可能となる。この場合、複数の回折格子層の層数が多いほど設計可能な結合係数の範囲が拡大する。【０１９９】
また、上述の実施形態の製造方法では、複数の回折格子層の中で下側の回折格子層が回折格子が形成されていない領域を有するものとなるため、複数の回折格子層が光導波路に対して基板側に装荷されているほど設計可能な結合係数の範囲が拡大する。
なお、上述のように構成されるＤＦＢレーザは、例えば、上記非特許文献６あるいは上記特許文献２に記載されているように、共振器方向で駆動電極を３分割し、中央の電極の注入電流を変調することでＦＭ変調光源として用いることもできる。【０２００】
このようなレーザ光源は、例えばコヒーレント光伝送に用いられる。変調効率の向上には中央電極への変調電流幅を増加させることが必要であるが、過剰に電流振り幅を増大させると軸方向ホールバーニングの影響を増幅してしまい、単一モード安定性が損なわれてしまう。そこで、ＦＭ変調効率を向上させるために、軸方向ホールバーニングが増大しても主モードと副モードの間のモード間利得差の減少を抑制する構造として、上述のような構造、即ち、共振器中央の結合係数が大きく、両端の結合係数が中央に比べて小さくなっている構造を用いることができる（上記非特許文献２参照）。【０２０１】
この構造によれば、縦モードの主副モード間の規格化しきい値利得差の値が１．７となり、通常のλ／４シフトＤＦＢレーザの０．７２に対して約２．４倍となるため、高電流注入時に軸方向ホールバーニングの影響によって規格化しきい値利得差が減少しても、通常のレーザの場合と異なり、単一モード動作を維持するために最低限必要な規格化しきい値利得差０．２を下回ることがなく（上記非特許文献３参照）、安定した単一縦モード動作を保ちながらＦＭ変調効率を向上させることが可能となる（上記非特許文献４参照）。【０２０２】
上述の実施形態のＤＦＢレーザにおいては、中央の回折格子が２層になっている領域の規格化結合係数κＬが５、両側の回折格子が１層になっている領域の規格化結合係数κＬが２、そして、両側の回折格子が１層になっている領域の全体の共振器長に対する長さの割合が０．１８となるように設計することによって、縦モードの主副モード間規格化しきい値利得差の値が１．７となり、通常のλ／４シフトＤＦＢレーザの０．７２に対して約２．４倍となるため、より安定した縦単一モード動作を実現することができる。【０２０３】
また、上述の実施形態の構成によれば、共振器方向に沿って平均屈折率がほぼ一定になり、光導波路１及び第１回折格子層２２に含まれる回折格子２２Ａを含む第１の領域（中央領域）と、光導波路１及び回折格子２２Ａに連なる第１半導体層１０２を含む第２の領域（両端近傍領域）とで、等価屈折率がほぼ一致し、この結果、伝搬定数もほぼ一致することになる。つまり、共振器方向に沿って等価屈折率がほぼ一定になり、この結果、伝搬定数もほぼ一定になる。これにより、共振器長が長い素子（例えば共振器長が１２００μｍ以上の素子）においても安定した縦単一モード動作を実現することができ、素子特性を向上させることができる。
［その他］
なお、上述の第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態及びこれらの変形例では、構造を分かり易く示すために、埋め込み成長され、分断されない第３半導体層と、分断されることになる第１半導体層との結晶上の境界と、回折格子を形成するためのエッチング工程において分断される領域（回折格子が形成される領域）と分断されない領域（回折格子が形成されない領域）との境界が一致しているが、これに限られるものではない。実際の素子作製工程においては、回折格子の微細な周期に完全に位相を合わせたフォトリソグラフィパターニングは必ずしも必要ではなく、その境界の相対位置関係が数ミクロン程度ずれていたとしても特性に影響を与えるものではない。【０２０４】
また、上述の各実施形態及びその変形例では、各回折格子層は、層内で回折格子のデューティ比を一定にしているが、これに限られるものではない。
例えば、図２９に示すように、上述の第１実施形態の構成において、第２回折格子層３を、第１回折格子層２の回折格子２Ａが形成されている領域に対応する領域の回折格子３Ａのデューティ比（ここでは５０％）に対して、この領域以外の領域（光導波路に沿う方向の両端側の領域）の回折格子３Ａのデューティ比（ここでは２５％）が異なるように構成しても良い。つまり、複数の回折格子層のうち一の回折格子層を、デューティ比の異なる回折格子を含むものとして構成しても良い。なお、この変形例は上述の第２実施形態や第３実施形態の構成に適用することもできる。【０２０５】
また、例えば、複数の回折格子層を、対応する領域に形成されている回折格子のデューティ比が略同一になるように構成する一方、各回折格子層は、層内で回折格子のデューティ比を、デューティ比が非常に大きくなったり、非常に小さくなったりしない範囲内で、変えても良い。
このように、複数の回折格子層を、デューティ比の異なる回折格子を含む回折格子層を少なくとも１層含むように構成することができる。【０２０６】
また、上述の各実施形態及びその変形例では、複数の回折格子層は、対応する領域に形成されている回折格子のデューティ比が略同一になっているが、これに限られるものではない。例えば、回折格子をエッチングによって形成した場合にその断面形状が矩形ではなく台形となり、この結果、対応する領域に形成されている回折格子のデューティ比が若干異なっていても、対応する領域に形成されている回折格子の位相、周期が略同一であれば、上述の各実施形態及びその変形例のものとほぼ同様の効果が得られる。【０２０７】
また、上述の各実施形態及びその変形例では、共振器中央に向かって結合係数が大きくなる構成（第１実施形態、第２実施形態）、共振器中央に向かって結合係数が小さくなる構成（第３実施形態）を例に挙げて説明しているが、これらに限られるものではなく、結合係数の共振器内での分布は任意であり、光素子の設計に応じて自由に設定可能である。
例えば、上述の各実施形態及びその変形例では、共振器方向に沿って共振器中央に対して結合係数の分布が対称になっている構造を例に挙げて説明しているが、共振器方向に沿って共振器中央に対して結合係数の分布が非対称、例えば戻り光耐性を高めるためにレーザ前端面側の結合係数を大きくした構造、逆に光出力を大きくするためにレーザ前端面側の結合係数を小さくした構造などを採用することも可能である。【０２０８】
また、上述の各実施形態及びその変形例では、複数の回折格子層が光導波路の下側（光導波路に対して基板側）に装荷されている場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、例えば、光導波路の上側（光導波路に対して基板と反対側）に装荷されていても良く、この場合も上述の各実施形態の場合と同様の効果が得られる。
また、上述の各実施形態及びその変形例では、共振器中央に位相がπの位相シフトを１つだけ有する場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、例えば、位相シフトがない構造、位相シフトが複数個ある構造であっても良いし、また、１個又は複数個の位相シフトの量は任意に設定可能である。【０２０９】
また、上述の各実施形態及びその変形例では、ｎ型ＩｎＰ基板上にＧａＩｎＡｓＰ系化合物半導体材料（第１実施形態、第３実施形態）又はＡｌＧａＩｎＡｓ系化合物半導体材料（第２実施形態）を用いた量子井戸活性層を形成してＤＦＢレーザを構成した場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、本発明は光導波路の近傍に回折格子を装荷するデバイス（光素子）に広く適用することができる。【０２１０】
例えば、第１実施形態や第３実施形態の構成において、ＡｌＧａＩｎＡｓ系化合物半導体材料を用いて量子井戸活性層を構成しても良いし、第２実施形態の構成において、ＧａＩｎＡｓＰ系化合物半導体材料を用いて量子井戸活性層を構成しても良い。また、例えば、ＧａＩｎＮＡｓ系化合物半導体材料などの他の化合物半導体材料を用いて量子井戸活性層を構成しても良い。この場合も、上述の各実施形態及びその変形例の場合と同様の効果が得られる。【０２１１】
また、例えば、素子を構成する材料は、光素子（半導体レーザ）を構成しうる材料を用いれば良い。例えば、他の化合物半導体材料を用いても良い。また、半導体材料だけでなく、有機物材料や無機物材料を用いることもできる。この場合も、上述の各実施形態及びその変形例の場合と同様の効果が得られる。
また、例えば、基板は、ｐ型の導電性を有する基板や半絶縁性の基板を用いても良い。この場合、基板上に形成される各層の導電性は全て逆になる。この場合も、上述の各実施形態及びその変形例の場合と同様の効果が得られる。【０２１２】
また、例えばＧａＡｓ基板を用い、ＧａＡｓ基板上に結晶成長（例えばエピタキシャル成長）しうる半導体材料を用いて各層を形成しても良い。この場合も、上述の各実施形態及びその変形例の場合と同様の効果が得られる。
また、例えばシリコン基板上に貼り合わせの方法で作製しても良い。この場合も、上述の各実施形態及びその変形例の場合と同様の効果が得られる。【０２１３】
また、例えばバルク型の半導体材料を用いたバルク活性層や量子ドット活性層などの他の活性層構造を採用しても良い。この場合も、上述の各実施形態及びその変形例の場合と同様の効果が得られる。
また、上述の実施形態及びその変形例では、導波路構造としてｐｎ埋込構造又はＳＩ−ＢＨ構造を採用しているが、これに限られるものではなく、例えば、他の埋込構造を用いることも可能であるし、リッジ導波路構造などを用いることも可能である。【０２１４】
また、ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector；分布ブラッグ反射型）レーザやＤＲ（Distributed Reflector；分布反射型）レーザなどの他の半導体レーザに本発明を適用することもできる。さらに、半導体レーザのようなアクティブ型の光素子のみならず、例えば光フィルタのようなパッシブ型の光素子に本発明を適用することもできる。これらの場合も、上述の各実施形態及びその変形例と同様の効果が得られる。【０２１５】
また、上述の各実施形態及びその変形例では、両端面に無反射コートを施した構造を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、端面構造の組み合わせは無反射／劈開／高反射を任意に組み合わせて用いることができる。
また、上述の第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態及びこれらの変形例では、ｐ側の電流注入電極が単一である構造を示しているが、これに限られるものではなく、例えば波長チューニングやＦＭ変調動作が可能なように、例えば第４実施形態で示したように、電極を分割した構造にしても良い。【０２１６】
なお、本発明は、上述した各実施形態やその他の欄に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年5月20日(2011.5.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路と、
分断された第１半導体層と、前記第１半導体層と屈折率が異なり、前記第１半導体層を埋め込む第２半導体層とによって構成される回折格子を含み、前記光導波路に沿って設けられた複数の回折格子層とを備え、
前記複数の回折格子層に含まれる一の回折格子層は、前記回折格子に連なり、前記第１半導体層及び前記第２半導体層と異なる材料からなる第３半導体層を含むことを特徴とする光素子。
【請求項２】
前記第３半導体層は、前記第１半導体層よりも屈折率が低く、かつ、前記第２半導体層よりも屈折率が高いことを特徴とする、請求項１記載の光素子。
【請求項３】
前記第３半導体層は、前記第１半導体層と組成が異なる材料からなることを特徴とする、請求項１又は２記載の光素子。
【請求項４】
前記光導波路及び前記一の回折格子層に含まれる前記回折格子を含む第１の領域と、
前記光導波路及び前記第３半導体層を含む第２の領域とを備え、
前記第１の領域の等価屈折率と前記第２の領域の等価屈折率とがほぼ一致していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光素子。
【請求項５】
光導波路と、
分断された第１半導体層と、前記第１半導体層と屈折率が異なり、前記第１半導体層を埋め込む第２半導体層とによって構成される回折格子を含み、前記光導波路に沿って設けられた複数の回折格子層とを備え、
前記複数の回折格子層に含まれる一の回折格子層は、前記回折格子に連なるように延びる前記第１半導体層を含み、
前記光導波路及び前記一の回折格子層に含まれる前記回折格子を含む第１の領域と、
前記光導波路及び前記回折格子に連なる前記第１半導体層を含む第２の領域とを備え、
前記第１の領域と前記第２の領域とは幅が異なることを特徴とする光素子。
【請求項６】
前記複数の回折格子層は、前記回折格子が形成されている領域の長さが異なる少なくとも２つの回折格子層を含み、対応する領域に形成されている前記回折格子の位相、周期が略同一であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光素子。
【請求項７】
前記複数の回折格子層は、前記対応する領域に形成されている前記回折格子のデューティ比が略同一であることを特徴とする、請求項６記載の光素子。
【請求項８】
前記複数の回折格子層の前記対応する領域は、前記光導波路に沿う方向の中央領域又は前記光導波路に沿う方向の両端側の領域であることを特徴とする、請求項６又は７記載の光素子。
【請求項９】
基板上に、第１層及び前記第１層に連なり、前記第１層と異なる材料からなる第３層と、第２層とを順に積層し、
表面上に、回折格子パターンを有する一のマスクを形成し、
前記一のマスクを用いてエッチングして前記第２層に前記回折格子パターンを転写し、
前記一のマスクの一部の領域の表面を覆うように他のマスクを形成し、
前記一のマスク及び前記他のマスクを用いてエッチングして前記第１層に前記回折格子パターンを転写し、
前記一のマスク及び前記他のマスクを除去し、
埋込層によって埋め込むことによって複数の回折格子層を形成することを特徴とする光素子の製造方法。
【請求項１０】
基板上に、第１層、第２層を順に積層し、
表面上に、回折格子パターンを有する一のマスクを形成し、
前記一のマスクを用いてエッチングして前記第２層に前記回折格子パターンを転写し、
前記一のマスクの一部の領域の表面を覆うように他のマスクを形成し、
前記一のマスク及び前記他のマスクを用いてエッチングして前記第１層に前記回折格子パターンを転写し、
前記一のマスク及び前記他のマスクを除去し、
埋込層によって埋め込むことによって複数の回折格子層を形成し、
前記第１層の前記回折格子パターンが転写されている部分を含む領域と前記第１層の前記回折格子パターンが転写されていない部分を含む領域とで幅が異なるようにメサストライプ状にエッチングすることを特徴とする光素子の製造方法。
【国際調査報告】
2010116460.tif 000032
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