(57)【要約】【課題】光出力の飽和を抑制し、十分な特性が得られるようにしながら、安定した単一横モード動作を実現できるようにする。【解決手段】光半導体装置を、活性領域１と、活性領域１の一端側に設けられ、第１回折格子６を装荷した第１導波路１０を有する第１分布反射鏡領域２とを備えるものとし、第１回折格子６を、結合係数が第１導波路１０の幅方向で同一であり、幅方向両側部分が第１導波路１０の幅方向に平行な幅方向中央部分に対して活性領域１の反対側へ傾いているものとする。【選択図】図１
2011135008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性領域と、
前記活性領域の一端側に設けられ、第１回折格子を装荷した第１導波路を有する第１分布反射鏡領域とを備え、
前記第１回折格子は、結合係数が前記第１導波路の幅方向で同一であり、幅方向両側部分が前記第１導波路の幅方向に平行な幅方向中央部分に対して前記活性領域の反対側へ傾いていることを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】
前記第１回折格子は、曲線形状の回折格子であることを特徴とする、請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項３】
前記活性領域の他端側に設けられ、第２回折格子を装荷した第２導波路を有する第２分布反射鏡領域を備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の光半導体装置。
【請求項４】
前記第２回折格子は、結合係数が前記第２導波路の幅方向で同一であり、幅方向両側部分が前記第２導波路の幅方向に平行な幅方向中央部分に対して前記活性領域の反対側へ傾いていることを特徴とする、請求項３に記載の光半導体装置。
【請求項５】
前記活性領域は、第３回折格子を装荷した活性導波路を備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体レーザなどの光半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネット需要の爆発的な増加に伴い、光通信／光伝送において超高速化と大容量化への取り組みが活発化している。
特に、超高速光ファイバ伝送システム、又は、データコム向けに、アンクールドで高速直接変調が可能な半導体レーザが求められている。
このアンクールドで高速直接変調が可能な半導体レーザとして、ＤＦＢ（Distributed Feed-Back）レーザが期待されている。
【０００３】
基本的に、半導体レーザにおいては、活性層の体積をできるだけ小さくすれば、緩和振動周波数の値が大きくなり、直接変調可能なビット・レートが上昇する。
実際、ＤＦＢレーザの共振器長を１００μｍと短くすることで、室温にて４０Ｇｂ／ｓ変調を可能としたものもある。
しかしながら、このようなＤＦＢレーザでは、図２２に示すように、前端面に無反射コート（反射防止膜）を設けるとともに、後端面に高反射コート（高反射膜；反射率９０％程度）を設け、活性層に沿って位相シフトのない回折格子を設けている。
【０００４】
このため、単一縦モード発振が得られる素子の歩留まりは、後端面での回折格子の位相に強く依存する。そして、回折格子の周期が約２００ｎｍと微細であり、素子に劈開するときの端面の位置を精密に制御することはほぼ不可能であるため、後端面での位相はランダムにならざるを得ない。したがって、良好な単一縦モード発振が得られる素子の歩留まりを高くすることができない。
【０００５】
また、単一縦モード発振が得られる素子の歩留まりを向上させるとともに、高効率なレーザ動作を行なえるようにした分布反射型（ＤＲ；Distributed Reflector）レーザもある。このようなＤＲレーザでは、後端面の反射鏡として、高反射膜ではなく、活性領域の回折格子と同一周期の回折格子を有し、受動反射器として機能する受動領域を備え、活性領域と受動領域との間に位相シフトを設けている。
【０００６】
また、ＤＲレーザにおいて、活性領域の中央にλ／４位相シフトを設け、後端面の反射鏡として、回折格子を有する受動領域を設け、活性領域と受動領域との間の組成の違いに応じて、活性領域と受動領域とで回折格子のピッチを変えたものもある。これにより、活性領域と受動領域とで回折格子の光学的ピッチを等しくし、受動領域でのブラッグ反射波長を活性領域で発生したレーザ光の波長に等しくして、効率よくレーザ光を反射できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平７−７０７８５号公報
【特許文献２】特開２００２−３５３５５９号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】K. Nakahara et al., “High Extinction Ratio Operation at 40-Gb/s Direct Modulation in 1.3-μm InGaAlAs-MQW RWG DFB Lasers”, OFC/NFOEC 2006, 講演番号OWC5
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、図２３に示すような構造のＤＲレーザであって、埋込導波路構造を有し、高速応答特性を向上させるために、活性領域の長さを１００μｍよりも短くしたものを作製したところ、高温動作時に光出力が飽和し、十分な特性が得られないことがわかった。
そして、埋込導波路構造を有するＤＲレーザでは、メサ構造の幅、即ち、導波路コア層としての活性層の幅（導波路幅）が例えば１．３μｍ程度であり、狭いため、素子抵抗が増大し、その結果発生したジュール熱が原因の一つであることがわかった。
【００１０】
このため、導波路幅を広くすれば、素子抵抗が減少するため、上述の高温動作時に光出力が飽和し、十分な特性が得られないという課題を解決することが可能である。
しかしながら、導波路幅を例えば３μｍまで拡大すると、図２４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、導波路内で横高次モードの発振が可能となり、安定した単一横モード動作が得られなくなる。
【００１１】
そこで、光出力の飽和を抑制し、十分な特性が得られるようにしながら、安定した単一横モード動作を実現できるようにしたい。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このため、本光半導体装置は、活性領域と、活性領域の一端側に設けられ、第１回折格子を装荷した第１導波路を有する第１分布反射鏡領域とを備え、第１回折格子は、結合係数が第１導波路の幅方向で同一であり、幅方向両側部分が第１導波路の幅方向に平行な幅方向中央部分に対して活性領域の反対側へ傾いていることを要件とする。
【発明の効果】
【００１３】
したがって、本光半導体装置によれば、光出力の飽和を抑制し、十分な特性が得られるようにしながら、安定した単一横モード動作を実現できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態にかかる光半導体装置に備えられる回折格子の構成を示す模式的平面図である。
【図２】第１実施形態にかかる光半導体装置の構成を示す模式的断面図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は、第１実施形態にかかる光半導体装置による作用を説明するための図である。
【図４】第１実施形態にかかる光半導体装置の分布反射鏡領域に備えられる反射用回折格子の曲率半径と横モードの結合係数減少率との関係を示す図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、第１実施形態にかかる光半導体装置の製造方法を説明するための模式的斜視図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は、第１実施形態にかかる光半導体装置の製造方法を説明するための模式的斜視図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｃ）は、第１実施形態にかかる光半導体装置の製造方法を説明するための模式的斜視図である。
【図８】（Ａ），（Ｂ）は、第１実施形態にかかる光半導体装置の製造方法を説明するための模式的斜視図である。
【図９】第１実施形態にかかる光半導体装置による効果を説明するための図である。
【図１０】第１実施形態にかかる光半導体装置に備えられる回折格子の変形例の構成を示す模式的平面図である。
【図１１】第２実施形態にかかる光半導体装置に備えられる回折格子の構成を示す模式的平面図である。
【図１２】（Ａ）〜（Ｃ）は、第２実施形態にかかる光半導体装置の製造方法を説明するための模式的斜視図である。
【図１３】（Ａ）〜（Ｃ）は、第２実施形態にかかる光半導体装置の製造方法を説明するための模式的斜視図である。
【図１４】（Ａ）〜（Ｃ）は、第２実施形態にかかる光半導体装置の製造方法を説明するための模式的斜視図である。
【図１５】（Ａ），（Ｂ）は、第２実施形態にかかる光半導体装置の製造方法を説明するための模式的斜視図である。
【図１６】第２実施形態にかかる光半導体装置に備えられる回折格子の変形例の構成を示す模式的平面図である。
【図１７】第３実施形態にかかる光半導体装置に備えられる回折格子の構成を示す模式的平面図である。
【図１８】（Ａ）〜（Ｃ）は、第３実施形態にかかる光半導体装置の製造方法を説明するための模式的斜視図である。
【図１９】（Ａ）〜（Ｃ）は、第３実施形態にかかる光半導体装置の製造方法を説明するための模式的斜視図である。
【図２０】（Ａ）〜（Ｃ）は、第３実施形態にかかる光半導体装置の製造方法を説明するための模式的斜視図である。
【図２１】（Ａ），（Ｂ）は、第３実施形態にかかる光半導体装置の製造方法を説明するための模式的斜視図である。
【図２２】従来の半導体レーザの構成を示す模式的断面図である。
【図２３】本発明の創案過程で作製した半導体レーザの構成を示す模式的断面図である。
【図２４】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の課題を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる光半導体装置について説明する。
［第１実施形態］
まず、第１実施形態にかかる光半導体装置について、図１〜図９を参照しながら説明する。
本実施形態にかかる光半導体装置は、例えば光ファイバ伝送方式向けの光源としての半導体レーザであって、分布反射型レーザ構造を有する分布反射型レーザ（ＤＲレーザ）である。なお、分布反射型レーザは、分布反射鏡集積型分布帰還型半導体レーザともいう。
【００１６】
本分布反射型レーザは、図２に示すように、電流が注入されてレーザ発振する分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ領域として機能する活性領域１と、電流が注入されず、活性領域１から出射されたレーザ光を反射して活性領域１へ戻す分布反射鏡領域２とを備える。なお、活性領域１は、電流注入領域又は分布帰還活性領域ともいう。また、分布反射鏡領域２は、分布ブラッグ反射領域、受動領域又は電流非注入領域ともいう。
【００１７】
本分布反射型レーザでは、活性領域１のみに電流注入が行なわれるため、活性領域１のみに電流注入用電極（ｐ側電極）１１５が設けられている。また、ｎ型ドープＩｎＰ基板１０１の裏面側にｎ側電極１１６が設けられている。また、本分布反射型レーザでは、両端面に無反射コーティング（無反射膜；反射防止膜）１１７，１１８が施されている。
ここで、活性領域１は、電流注入によって利得を生じる活性層１０５と、発振波長を決める回折格子３及び位相シフト４と、ｐ型ＩｎＰクラッド層１１０と、ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層１１１とを備える。ここでは、位相シフト４は、λ／４位相シフトであり、位相シフト量がλ／４近傍の値になっている。つまり、活性領域１は、位相シフト４を有する回折格子（第３回折格子）３を装荷した活性導波路９を備える。
【００１８】
本実施形態では、活性領域１は、位相シフト４を含む回折格子３とｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層１０３とを含む回折格子層５と、導波路コア層としてのアンドープＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸活性層１０５とを備える。
ここでは、回折格子層５は、ｎ型ドープＩｎＰ基板１０１の表面に形成された位相シフト４を含む回折格子３を、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層１０３によって埋め込むことによって形成されている。また、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層１０３は、組成波長１．２０μｍ、厚さ１２０ｎｍである。
【００１９】
また、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸活性層１０５は、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ井戸層、及び、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓバリア層で構成される。ここでは、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ井戸層は、厚さ６ｎｍ、圧縮歪量１．２％である。また、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓバリア層は、組成波長１．０５μｍ、厚さ１０ｎｍである。また、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸活性層１０５の積層数は１５層であり、その発光波長（発振波長）は１３１０ｎｍである。
【００２０】
ここで、活性領域１の長さは約１２５μｍである。これにより、高速応答特性を向上させることができる。そして、例えば２５Ｇｂ／ｓ以上の直接変調が可能な半導体レーザ（直接変調レーザ）を実現している。なお、活性領域１の回折格子３の周期は一定である。また、活性領域１内で、回折格子３の結合係数（デューティ比及び深さ）及び位相（位相シフト４の部分を除く）は一定である。また、活性領域１内で、導波路（活性層６）の等価屈折率は共振器方向に沿って一定である。さらに、活性領域１の中央よりも１０μｍ後端面側の位置に位相がπラジアンシフト（λ／４シフトに相当）したλ／４位相シフト４が設けられている。
【００２１】
分布反射鏡領域２は、利得を生じない光ガイド層（パッシブ導波路コア層）１０８と、反射用回折格子６と、ｐ型ＩｎＰクラッド層１１０とを備える。つまり、分布反射鏡領域（第１分布反射鏡領域）２は、反射用回折格子（第１回折格子）６を装荷したパッシブ導波路（第１導波路）１０を備える。光ガイド層１０８は、吸収損失が生じないように１．１５μｍ組成となっている。
【００２２】
本実施形態では、分布反射鏡領域２は、反射用回折格子６とｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層１０３とを含む反射用回折格子層７と、導波路コア層としてのアンドープＡｌＧａＩｎＡｓ光ガイド層１０８とを備える。
ここでは、反射用回折格子層７は、ｎ型ドープＩｎＰ基板１０１の表面に形成された反射用回折格子６を、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層１０３によって埋め込むことによって形成されている。また、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層１０３は、例えば、組成波長約１．２０μｍ、厚さ約１２０ｎｍである。また、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ光ガイド層１０８は、例えば、組成波長約１．１５μｍ、厚さ約２５０ｎｍである。
【００２３】
ここで、分布反射鏡領域２は、図２に示すように、活性領域１の後端面側［図２中、右側；一端側］に連なるように設けられている。本実施形態では、活性領域１に連続して、例えば約７５μｍの長さの分布反射鏡領域２が設けられている。つまり、活性領域１に連続して、例えば約７５μｍの長さにわたって反射用回折格子６がパターニングされている。また、分布反射鏡領域２の反射用回折格子６の周期は一定である。また、分布反射鏡領域２内で、反射用回折格子６の結合係数（デューティ比及び深さ）及び位相は一定である。また、分布反射鏡領域２内で、導波路（光ガイド層）の等価屈折率は共振器方向に沿って一定である。
【００２４】
また、活性領域１の回折格子３と分布反射鏡領域２の反射用回折格子６とは、導波路幅方向中央部分において位相が同一になっている。また、活性領域１の回折格子３と分布反射鏡領域２の反射用回折格子６とは、周期も同一になっている。さらに、活性領域１の回折格子３と分布反射鏡領域２の反射用回折格子６とは、結合係数も同一になっている。つまり、活性領域１の回折格子３と分布反射鏡領域２の反射用回折格子６とは深さが同一になっている。ここでは、活性領域１の回折格子３及び分布反射鏡領域２の反射用回折格子６の深さは、いずれも１００ｎｍである。また、活性領域１の回折格子３と分布反射鏡領域２の反射用回折格子６とは、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；ここでは約５０％）も同一になっている。
【００２５】
また、本分布反射型レーザは、埋込導波路構造［図８（Ａ）参照］を有するものであるが、メサ構造８の幅、即ち、導波路幅を、例えば約３．０μｍと広くしている。これにより、素子抵抗を低減して光出力の飽和を抑制することができる。特に、高温動作時に光出力が飽和するのを抑制することができ、十分な変調特性が得られることになる。
ところで、本実施形態では、活性領域１の回折格子３は、図１に示すように、活性導波路９の幅方向、即ち、メサ構造８の幅方向（図１中、上下方向）に平行な直線形状の回折格子である。これに対し、分布反射鏡領域２の反射用回折格子６は、活性導波路９の幅方向、即ち、メサ構造８の幅方向（図１中、上下方向）に沿って曲げられた曲線形状の回折格子である。つまり、分布反射鏡領域２の反射用回折格子６は、活性領域１の側に向かって凸形状になるように湾曲している。なお、活性領域１の回折格子３を直線回折格子ともいう。また、分布反射鏡領域２の反射用回折格子６を湾曲回折格子あるいは曲線回折格子ともいう。
【００２６】
これにより、横高次モードの結合係数を減少させることができる。この結果、発振しきい値が上昇し、横高次モードの発振を抑制することができる。
つまり、分布反射鏡領域２の反射用回折格子６を曲線回折格子とすると、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、導波モード成分のうち、導波路幅方向の中央部分よりも両側部分（外側部分）の強度成分ほど曲線回折格子によって導波路外へと放射されることになる。
【００２７】
そして、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、横高次モードは、横基本モードに比べて導波路幅方向の中央部分よりも外側部分の成分が多いため、曲線回折格子による活性領域１へのフィードバック量が小さくなる。この結果、横高次モードでの発振が抑制される。
ここでは、分布反射鏡領域２の反射用回折格子６の幅方向両側部分の結合係数を下げて横高次モードでの発振を抑えるのではなく、曲線回折格子を用いることによって横高次モードを導波路外へ放射させて、横高次モードでの発振を抑えるようにしている。このため、分布反射鏡領域２の反射用回折格子６は、結合係数が導波路幅方向で同一になっている。つまり、分布反射鏡領域２の反射用回折格子６は、幅方向両側部分でディーティ比が小さくなっていない。したがって、反射用回折格子６の幅方向両側部分において、多くの横高次モードが反射され、導波路外へ放射されることになる。この結果、横基本モードの結合係数はそれほど減少せずに、横高次モードの結合係数が大きく減少することになる。
【００２８】
このように、導波路幅を広くして、素子抵抗を低減し、光出力の飽和を抑制するとともに、曲線回折格子を用いることで、単一横モード動作を実現できるようにしている。これにより、モード競合が発生して、特性（変調特性）が劣化してしまうのを防止することができる。
具体的には、上述のように、高速応答特性を向上させるために、活性領域１の長さを１２５μｍにしている。また、素子抵抗を低減して光出力の飽和を抑制するために、メサ構造８の幅、即ち、導波路幅を３．０μｍとしている。そして、横高次モードの発振を抑制するために、分布反射鏡領域２の反射用回折格子６として、曲率半径が１０μｍの円弧形状を有する円弧状回折格子（曲線回折格子）を用いている。
【００２９】
なお、活性領域１の長さ、導波路幅、分布反射鏡領域２の反射用回折格子６の曲率半径は、これらの値に限られるものではない。
例えば、約２５Ｇｂ／ｓ以上の直接変調レーザを実現するためには、活性領域１の長さを約１２５μｍ以下にすれば良い。また、約４０Ｇｂ／ｓ以上の直接変調レーザを実現するためには、活性領域１の長さを約１００μｍ以下にすれば良い。
【００３０】
この場合に、分布反射鏡領域２の反射用回折格子６として曲線回折格子を用いることで、導波路幅を、一般的な導波路幅である１．３μｍ〜１．６μｍの１．５倍〜２倍の広い幅にすることが可能である。つまり、１．９５μｍ〜２．６μｍ、あるいは、２．４μｍ〜３．２μｍ、即ち、１．９５μｍ〜３．２μｍの導波路幅にすることが可能である。なお、ここで、導波路幅を約３．２μｍ程度までとしているのは、これよりも広くしても活性層に注入される電流の経路がリッジ導波路型レーザとほとんど変わらなくなり、電流狭窄効果が飽和してしまうからである。
【００３１】
上述のように導波路幅を約３．０μｍとする場合、分布反射鏡領域２の反射用回折格子６としての曲線回折格子の曲率半径は、約５μｍ〜約１３μｍの範囲内とするのが好ましい。これは以下の理由による。なお、ここでは、導波路幅を約３．０μｍとすることを前提として曲率半径の好ましい範囲を規定しているが、これに限られるものではなく、導波路幅を上述の範囲にした場合であっても、曲率半径をこの範囲内にするのが好ましい。
【００３２】
ここで、図４は、分布反射鏡領域２の反射用回折格子６として曲線回折格子を用いた場合の曲率半径と横モードの結合係数減少率との関係を示している。なお、図４中、実線Ａ、Ｂ、Ｃは、横基本モード（０次）、横高次モード（１次）、横高次モード（２次）のそれぞれの場合の曲率半径と横モードの結合係数減少率との関係を示している。
まず、曲率半径が大きくなるほど直線に近づく。このため、曲線回折格子を用いた場合の横モードの結合係数は、図４に示すように、曲線回折格子の曲率半径が大きくなるほど、直線回折格子を用いた場合の横モードの結合係数、即ち、ほぼ１００％に近づく。
【００３３】
例えば、０次、１次、２次の全ての横モードの結合係数がほぼ１００％の曲率半径１００μｍから曲率半径を小さくしていくと、０次、１次、２次の全ての横モードの結合係数は減少していく。この場合、横モードの結合係数の減少の度合いは、横モードの次数が大きくなるほど顕著になる。つまり、横モードの次数が大きいほど、曲率半径の変化に対する横モードの結合係数減少率の変化が大きくなる。このため、曲線回折格子を用いることで、横基本モードの結合係数をそれほど減少させずに、横高次モードの結合係数を減少させることができ、これにより、単一横モード動作を実現することが可能となる。
【００３４】
具体的には、曲線回折格子を用いた場合の横高次モードの結合係数が、直線回折格子を用いた場合の横モードの結合係数の約５０％以下になるようにするのが好ましい。ここでは、湾曲回折格子を用いた場合の全ての横高次モードの結合係数が約５０％になるのは、曲率半径を約１３μｍにしたときである。このため、分布反射鏡領域２の反射用回折格子６としての曲線回折格子の曲率半径は約１３μｍ以下にするのが好ましい。
【００３５】
また、曲線回折格子を用いた場合の横基本モードの結合係数が、直線回折格子を用いた場合の横モードの結合係数の約５０％以下にならないようにするのが好ましい。ここでは、曲線回折格子を用いた場合の横基本モードの結合係数が約５０％になるのは、曲率半径を約５μｍにしたときである。このため、分布反射鏡領域２の反射用回折格子６としての曲線回折格子の曲率半径は約５μｍ以上にするのが好ましい。
【００３６】
次に、本実施形態の具体的構成例にかかる分布反射型レーザ（光半導体装置）の製造方法について、図５〜図８を参照しながら説明する。
まず、図５（Ａ）に示すように、ｎ型ドープＩｎＰ基板１０１の表面上に、例えば、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）からなり、回折格子パターンを有するマスク１０２を形成する。なお、回折格子パターンには、活性領域１の回折格子３（位相シフト４を含む）を形成するための回折格子パターンと、分布反射鏡領域２の反射用回折格子６を形成するための反射用回折格子パターンとが含まれている。
【００３７】
次いで、このマスク１０２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；Reactive Ion Etching）によって、図５（Ｂ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板１０１の表面の一部を除去して回折格子パターンを転写する。ここでは、ｎ型ＩｎＰ基板１０１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、活性領域１の回折格子３（位相シフト４を含む）と分布反射鏡領域２の反射用回折格子６とが一括形成される。つまり、個々の素子の活性領域１となる領域の全長（ここでは１２５μｍ）にわたって、活性領域１の中央よりも１０μｍ後端面側の位置に位相がπラジアンシフト（λ／４シフトに相当）したλ／４位相シフト４を有する回折格子３が形成される。また、活性領域１の回折格子３に連続して分布反射鏡領域２となる領域の全長（ここでは７５μｍ）にわたって反射用回折格子６が形成される。
【００３８】
本実施形態では、活性領域１の回折格子３は、直線形状の回折格子になっている。これに対し、分布反射鏡領域２の反射用回折格子６は、曲線形状の回折格子になっている。つまり、分布反射鏡領域２の反射用回折格子６は、活性領域１の側に向かって凸形状になるように湾曲した湾曲回折格子になっている。ここでは、分布反射鏡領域２の反射用回折格子６は、曲率半径が１０μｍの円弧形状を有する円弧状回折格子になっている。
【００３９】
また、活性領域１の回折格子３の周期は一定である。また、活性領域１内で、回折格子３の結合係数及び位相は一定である。また、活性領域１内で、導波路の等価屈折率は共振器方向に沿って一定である。
さらに、分布反射鏡領域２の反射用回折格子６の周期は一定である。また、分布反射鏡領域２内で、反射用回折格子６の結合係数及び位相は一定である。また、分布反射鏡領域２内で、導波路の等価屈折率は共振器方向に沿って一定である。
【００４０】
また、活性領域１の回折格子３及び分布反射鏡領域２の反射用回折格子６の深さは、いずれも１００ｎｍであり、同一になっている。また、活性領域１の回折格子３と分布反射鏡領域２の反射用回折格子６とは、デューティ比（ここでは５０％）も同一になっている。つまり、活性領域１の回折格子３と分布反射鏡領域２の反射用回折格子６とは、結合係数が同一になっている。また、活性領域１の回折格子３と分布反射鏡領域２の反射用回折格子６とは、導波路幅方向中央部分において位相も同一になっている。また、活性領域１の回折格子３と分布反射鏡領域２の反射用回折格子６とは、周期も同一になっている。
【００４１】
次に、マスク１０２を通常のレジスト剥離工程を用いて表面から除去する。その後、図５（Ｃ）に示すように、回折格子パターンが形成されたｎ型ＩｎＰ基板１０１の表面上に、例えば、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ；Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法を用いて、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層（ガイド層）１０３を成長させる。ここでは、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層１０３は、組成波長１．１５μｍ、厚さ１２０ｎｍである。これにより、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（回折格子パターン）がｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層１０３によって埋め込まれる。
【００４２】
次いで、図５（Ｃ）に示すように、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層１０３上に、例えばＭＯＶＰＥ法によって、ｎ型ドープＩｎＰ層１０４、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸活性層１０５、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層１０６を順次成長させる。ここでは、ｎ型ドープＩｎＰ層１０４の厚さは２０ｎｍである。また、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層１０６の厚さは２５０ｎｍである。
【００４３】
ここで、量子井戸活性層１０５は、ＡｌＧａＩｎＡｓ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１０５は、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ井戸層、及び、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓバリア層で構成される。ここでは、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ井戸層は、厚さ６ｎｍ、圧縮歪量１．２％である。また、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓバリア層は、組成波長１．０５μｍ、厚さ１０ｎｍである。また、量子井戸活性層１０５の積層数は１５層であり、その発光波長（発振波長）は１３１０ｎｍである。
【００４４】
なお、量子井戸活性層１０５の上下に、量子井戸活性層１０５を挟み込むように、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ−ＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）層を設けても良い。ここでは、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ−ＳＣＨ層（光ガイド層）は、組成波長１．０５μｍ、厚さ２０ｎｍである。
次に、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層１０６の表面に、図６（Ａ）に示すように、通常の化学気相堆積（ＣＶＤ；Chemical Vapor Deposition）法及びフォトリソグラフィ技術を用いて、活性領域１を覆うように、ストライプ状のＳｉＯ２マスク（エッチングマスク）１０７を形成する。ここでは、ＳｉＯ２マスク１０７の厚さは４００ｎｍである。
【００４５】
そして、図６（Ｂ）に示すように、マスク１０７を用いて、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層１０６の表面からｎ型ドープＩｎＰ層１０４の表面に至るまで、即ち、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層１０６及び量子井戸活性層１０５を、例えばエッチングによって除去する。
その後、図６（Ｃ）に示すように、ｎ型ドープＩｎＰ層１０４上に、例えばＭＯＶＰＥ法によって、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ光ガイド層１０８、アンドープＩｎＰ層１０９を順次成長させる。ここでは、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ光ガイド層１０８は、組成波長１．１５μｍ、厚さ２５０ｎｍである。また、アンドープＩｎＰ層１０９の厚さは２５０ｎｍである。このとき、これらの層１０８、１０９は、選択成長によってＳｉＯ２マスク１０７の上には成長せず、表面に露出しているｎ型ドープＩｎＰ層１０４の上にのみ成長することになる。
【００４６】
その後、ＳｉＯ２マスク１０７を剥離した後、図７（Ａ）に示すように、再びＭＯＶＰＥ法を用いて、半導体結晶ウェハ全面に、例えば、ｐ型ＩｎＰクラッド層１１０、引き続いて、ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層１１１を積層させる。ここでは、ｐ型ＩｎＰクラッド層１１０は、Ｚｎをドープしたものであって、その厚さは２．０μｍである。また、ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層１１１は、Ｚｎをドープしたものであって、その厚さは３００ｎｍである。
【００４７】
そして、図７（Ｂ）に示すように、ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層１１１の表面に、例えば、通常のＣＶＤ法及びフォトリソグラフィ技術を用いて、ＳｉＯ２マスク１１２を形成する。ここでは、ＳｉＯ２マスク１１２は、厚さ４００ｎｍ、幅３．０μｍのストライプ状のエッチングマスクである。
その後、図７（Ｃ）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）８に加工する。ここでは、メサ構造８の幅、即ち、導波路幅は３．０μｍである。
【００４８】
次に、図８（Ａ）に示すように、このメサ構造８の両側に、例えばＦｅドープ型半絶縁性ＩｎＰで構成される電流狭窄層１１３を、例えばＭＯＶＰＥ法を用いて成長させる。これにより、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）が形成される。
次いで、エッチングマスク１１２を例えばふっ酸で除去した後、活性領域１以外のｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層１１１を、通常のフォトリソグラフィ技術及びエッチングを用いて除去する。
【００４９】
その後、図８（Ｂ）に示すように、ＳｉＯ２パッシベーション膜１１４を形成する。そして、活性領域１のｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層１１１の上方の部分のみに窓が開くように、通常のフォトリソグラフィ技術及びエッチングを用いてＳｉＯ２パッシベーション膜１１４を取り除く。その後、ｐ側電極１１５、ｎ側電極１１６を形成する。なお、図２は、図８（Ｂ）におけるＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【００５０】
そして、図８（Ｂ）に示すように、素子の両端面に無反射コート１１７，１１８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半導体装置（半導体レーザ）によれば、光出力の飽和を抑制し、十分な特性（変調特性）が得られるようにしながら、安定した単一横モード動作を実現できるという利点がある。
【００５１】
特に、上述の実施形態では、高速応答特性を向上させるために、活性領域１の長さを１２５μｍにしている。また、素子抵抗を低減して光出力の飽和を抑制するために、メサ構造８の幅、即ち、導波路幅を３．０μｍとしている。そして、横高次モードの発振を抑制するために、分布反射鏡領域２の反射用回折格子６を、曲率半径が１０μｍの曲線回折格子にしている。
【００５２】
ここで、図９は、横モードの結合係数と発振しきい値利得との関係を示す図であって、上述の実施形態のように分布反射鏡領域２の反射用回折格子６を曲線回折格子とした場合の効果を、直線回折格子とした場合と比較して示している。
なお、図９中、丸又は四角内の数字０、１、２は、横モードの次数を示している。つまり、図９中、丸又は四角内の数字０、１、２は、横基本モード（０次）、横高次モード（１次）、横高次モード（２次）のそれぞれの場合の結合係数と発振しきい値利得との関係を示している。
【００５３】
図９に示すように、曲線回折格子の場合の横基本モード（０次）の結合係数は、直線回折格子の場合に比べて８０％となる。これに対し、曲線回折格子の場合の横高次モード（１次）の結合係数、横高次モード（２次）の結合係数は、直線回折格子の場合に比べて、それぞれ、４０％、３０％となる。これにより、曲線回折格子の場合の横高次モード（１次、２次）の発振しきい値利得は、横基本モードの発振しきい値利得の２倍以上になる。この結果、上述の実施形態のようにして作製した素子において、横高次モードで発振しなくなり、安定した単一横モード動作が得られた。
【００５４】
なお、上述の実施形態では、分布反射鏡領域２の反射用回折格子６として、曲線回折格子を用いているが、これに限られるものではなく、活性領域１の側に向かって凸形状になる回折格子を用いれば良い。つまり、分布反射鏡領域２の反射用回折格子６は、結合係数がパッシブ導波路１０の幅方向で同一であり、幅方向両側部分がパッシブ導波路１０の幅方向に平行な幅方向中央部分に対して活性領域１の反対側へ傾いているものであれば良い。
【００５５】
但し、設計上のトレランスが広いという点で、円弧状回折格子、楕円形状回折格子、二次曲線状回折格子などの曲線形状の回折格子を用いるのが好ましい。このような曲線形状の回折格子を用いる場合、回折格子を形成する際に、回折格子が導波路の幅方向にずれてしまったとしても、特性に影響を与えないようにすることができる。つまり、曲線形状の回折格子を用いる場合、回折格子が導波路の幅方向にずれたとしても、横基本モードの結合係数はそれほど低下せず、その一方で、横高次モードの結合係数は大きく低下するため、所望の特性が得られることになる。なお、回折格子の形状を規定する関数（例えば曲率変化を示す関数）として、どのような関数を採用するかは、設計上の自由度がある。このため、「曲線形状の回折格子」には、曲線形状の回折格子だけでなく、曲線形状に近似した形状の回折格子も含まれるものとする。
【００５６】
また、上述の実施形態では、活性領域１の回折格子３を、位相シフト４を含むものとしているが、これに限られるものではなく、例えば図１０に示すように、活性領域１の回折格子３を、位相シフトを含まないものとして構成しても良い。
また、上述の実施形態では、活性領域１の後端面側に連なるように分布反射鏡領域２が設けられているが、これに限られるものではなく、活性領域の後端面側及び前端面側に連なるように分布反射鏡領域を設けても良い。この場合、活性領域の前端面側に連なる分布反射鏡領域の反射用回折格子は、直線回折格子であっても良いし、湾曲回折格子であっても良い。
【００５７】
また、上述の実施形態では、活性領域１の回折格子３は、直線回折格子にしているが、これに限られるものではなく、例えば、後述の第３実施形態のように、曲線回折格子にしても良い。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態にかかる光半導体装置について、図１１〜図１５を参照しながら説明する。
【００５８】
本実施形態にかかる光半導体装置（ＤＲレーザ）は、上述の第１実施形態のものに対し、以下の５つの点が異なる。
つまり、第１の異なる点は、活性領域１の後端面側及び前端面側に連なるように分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂを設ける点である。第２の異なる点は、位相シフトを設けていない点である。第３の異なる点は、活性領域１の長さを１００μｍとしている点である。第４の異なる点は、分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂとしての曲線回折格子の曲率半径を８μｍとしている点である。第５の異なる点は、発振波長帯を１．５５μｍ帯としている点である。
【００５９】
本実施形態では、図１１に示すように、分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂは、活性領域１の前端面側及び後端面側に連なるように設けられている。本実施形態では、活性領域１に連続して前端面側に２５μｍの長さの分布反射鏡領域２Ｂ（第２分布反射鏡領域）が設けられており、活性領域１に連続して後端面側に７５μｍの長さの分布反射鏡領域２Ａ（第１分布反射鏡領域）が設けられている。つまり、活性領域１に連続して、前端面側に２５μｍの長さにわたって反射用回折格子６Ｂ（第２回折格子）がパターニングされており、後端面側に７５μｍの長さにわたって反射用回折格子６Ａ（第１回折格子）がパターニングされている。
【００６０】
このように、活性領域１の前端面側に設けられた分布反射鏡領域２Ｂは、活性領域１の後端面側に設けられた分布反射鏡領域２Ａよりも共振器方向の長さが短くなっている。これは、レーザ光は素子の前端面側から出力されるため、前端面側の分布反射鏡領域２Ｂにおける反射率を低下させるためである。
これらの後端面側及び前端面側の分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂは、同一構造になっている。
【００６１】
また、本実施形態では、活性領域１は、位相シフトを有しない。つまり、活性領域１は、位相シフトを有しない回折格子（第３回折格子）３を装荷した活性導波路９を備える。
また、本実施形態では、活性領域１の長さは約１００μｍである。これにより、高速応答特性を向上させることができる。例えば４０Ｇｂ／ｓ以上の直接変調が可能な半導体レーザを実現することができる。
【００６２】
また、本分布反射型レーザは、上述の第１実施形態の場合と同様に、埋込導波路構造［図１５（Ａ）参照］を有するものであるが、メサ構造８の幅、即ち、導波路幅を、例えば約３．０μｍと広くしている。これにより、素子抵抗を低減して光出力の飽和を抑制することができる。特に、高温動作時に光出力が飽和するのを抑制することができ、十分な変調特性が得られることになる。
【００６３】
また、本実施形態では、活性領域１の回折格子３は、図１１に示すように、活性導波路９の幅方向、即ち、メサ構造８の幅方向（図１１中、上下方向）に平行な直線形状の回折格子である。これに対し、分布反射鏡領域２Ａの反射用回折格子６Ａは、パッシブ導波路１０（第１導波路）の幅方向、即ち、メサ構造８の幅方向（図１１中、上下方向）に沿って曲げられた曲線形状の回折格子である。また、分布反射鏡領域２Ｂの反射用回折格子６Ｂは、パッシブ導波路１０（第２導波路）の幅方向、即ち、メサ構造８の幅方向（図１１中、上下方向）に沿って曲げられた曲線形状の回折格子である。つまり、分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂは、活性領域１の側に向かって凸形状になるように湾曲している。なお、活性領域１の回折格子３を直線回折格子ともいう。また、分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂを湾曲回折格子あるいは曲線回折格子ともいう。
【００６４】
これにより、横高次モードの結合係数を減少させることができる。この結果、発振しきい値が上昇し、横高次モードの発振を抑制することができる。
このように、導波路幅を広くして、素子抵抗を低減し、光出力の飽和を抑制するとともに、曲線回折格子を用いることで、単一横モード動作を実現できるようにしている。
具体的には、上述のように、高速応答特性を向上させるために、活性領域１の長さを１００μｍにしている。また、素子抵抗を低減して光出力の飽和を抑制するために、メサ構造８の幅、即ち、導波路幅を３．０μｍとしている。そして、横高次モードの発振を抑制するために、分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂとして、曲率半径が８μｍの円弧形状を有する円弧状回折格子（曲線回折格子）を用いている。
【００６５】
また、本実施形態では、分布反射型レーザの発振波長帯を１．５５μｍ帯としている。
このため、回折格子層５は、ｎ型ドープＩｎＰ基板２０１の表面に形成された回折格子３を埋め込むｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層２０３の組成波長１．２５μｍとし、厚さ１２０ｎｍとしている。
また、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸活性層２０５を構成するアンドープＡｌＧａＩｎＡｓ井戸層を厚さ５．１ｎｍ、圧縮歪量１．２％とし、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓバリア層を組成波長１．２０μｍ、厚さ１０ｎｍとしている。また、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸活性層２０５の積層数は１５層とし、その発光波長（発振波長）は１５５０ｎｍとしている。
【００６６】
なお、量子井戸活性層２０５の上下に、量子井戸活性層２０５を挟み込むように、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ−ＳＣＨ層を設ける場合には、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ−ＳＣＨ層の組成波長１．１５μｍ、厚さ２０ｎｍとすれば良い。
また、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ光ガイド層２０８は、組成波長１．３５μｍ、厚さ２３０ｎｍである。
【００６７】
なお、その他の詳細は、上述の第１実施形態及びその変形例のものと同じであるため、ここではその説明を省略する。
次に、本実施形態の具体的構成例にかかる分布反射型レーザ（光半導体装置）の製造方法について、図１２〜図１５を参照しながら説明する。
まず、図１２（Ａ）に示すように、ｎ型ドープＩｎＰ基板２０１の表面上に、例えば、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）からなり、回折格子パターンを有するマスク２０２を形成する。なお、回折格子パターンには、活性領域１の回折格子３を形成するための回折格子パターンと、前端面側及び後端面側の分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂを形成するための反射用回折格子パターンとが含まれている。
【００６８】
次いで、このマスク２０２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、図１２（Ｂ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板２０１の表面の一部を除去して回折格子パターンを転写する。ここでは、ｎ型ＩｎＰ基板２０１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、活性領域１の回折格子３と分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂとが一括形成される。つまり、個々の素子の活性領域１の全長（ここでは１００μｍ）にわたって回折格子３が形成される。また、活性領域１の回折格子３に連続して前端面側の分布反射鏡領域２Ｂの全長（ここでは２５μｍ）にわたって反射用回折格子６Ｂが形成される。さらに、活性領域１の回折格子３に連続して後端面側の分布反射鏡領域２Ａの全長（ここでは７５μｍ）にわたって反射用回折格子６Ａが形成される。
【００６９】
本実施形態では、活性領域１の回折格子３は、直線形状の回折格子になっている。これに対し、分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂは、曲線形状の回折格子になっている。つまり、分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂは、活性領域１の側に向かって凸形状になるように湾曲した湾曲回折格子になっている。ここでは、分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂは、曲率半径が８μｍの円弧形状を有する円弧状回折格子になっている。
【００７０】
また、活性領域１に形成される回折格子３の周期は一定である。また、活性領域１内で、回折格子３の結合係数及び位相は一定である。また、活性領域１内で、導波路の等価屈折率は共振器方向に沿って一定である。
また、後端面側の分布反射鏡領域２Ａに形成される反射用回折格子６Ａの周期は一定である。また、分布反射鏡領域２Ａ内で、反射用回折格子６Ａの結合係数及び位相は一定である。また、分布反射鏡領域２Ａ内で、導波路の等価屈折率は共振器方向に沿って一定である。
【００７１】
また、前端面側の分布反射鏡領域２Ｂに形成される反射用回折格子６Ｂの周期は一定である。また、分布反射鏡領域２Ｂ内で、反射用回折格子６Ｂの結合係数及び位相は一定である。また、分布反射鏡領域２Ｂ内で、導波路の等価屈折率は共振器方向に沿って一定である。
さらに、活性領域１の回折格子３及び分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂの深さは、いずれも１００ｎｍであり、同一になっている。また、活性領域１の回折格子３と分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂとは、デューティ比（ここでは５０％）も同一になっている。つまり、活性領域１の回折格子３と分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂとは、結合係数が同一になっている。また、活性領域１の回折格子３と分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂとは、導波路幅方向中央部分において位相も同一になっている。また、活性領域１の回折格子３と分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂとは、周期も同一になっている。
【００７２】
次に、マスク２０２を通常のレジスト剥離工程を用いて表面から除去する。その後、図１２（Ｃ）に示すように、回折格子パターンが形成されたｎ型ＩｎＰ基板２０１の表面上に、例えば、ＭＯＶＰＥ法を用いて、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層（ガイド層）２０３を成長させる。ここでは、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層２０３は、組成波長１．２５μｍ、厚さ１２０ｎｍである。これにより、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（回折格子パターン）がｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層２０３によって埋め込まれる。
【００７３】
次いで、図１２（Ｃ）に示すように、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層２０３上に、例えばＭＯＶＰＥ法によって、ｎ型ドープＩｎＰ層２０４、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸活性層２０５、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層２０６を順次成長させる。ここでは、ｎ型ドープＩｎＰ層２０４の厚さは２０ｎｍである。また、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層２０６の厚さは２５０ｎｍである。
【００７４】
ここで、量子井戸活性層２０５は、ＡｌＧａＩｎＡｓ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２０５は、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ井戸層、及び、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓバリア層で構成される。ここでは、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ井戸層は、厚さ５．１ｎｍ、圧縮歪量１．２％である。また、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓバリア層は、組成波長１．２０μｍ、厚さ１０ｎｍである。また、量子井戸活性層２０５の積層数は１５層であり、その発光波長は１５５０ｎｍである。
【００７５】
なお、量子井戸活性層２０５の上下に、量子井戸活性層２０５を挟み込むように、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ−ＳＣＨ層（光ガイド層）を設けても良い。ここでは、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ−ＳＣＨ層は、組成波長１．１５μｍ、厚さ２０ｎｍである。
次に、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層２０６の表面に、図１３（Ａ）に示すように、通常のＣＶＤ法及びフォトリソグラフィ技術を用いて、活性領域１を覆うように、ストライプ状のＳｉＯ２マスク（エッチングマスク）２０７を形成する。ここでは、ＳｉＯ２マスク２０７の厚さ４００ｎｍである。
【００７６】
そして、図１３（Ｂ）に示すように、マスク２０７を用いて、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層２０６の表面からｎ型ドープＩｎＰ層２０４の表面に至るまで、即ち、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層２０６及び量子井戸活性層２０５を、例えばエッチングによって除去する。
その後、図１３（Ｃ）に示すように、ｎ型ドープＩｎＰ層２０４上に、例えばＭＯＶＰＥ法によって、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ光ガイド層２０８、アンドープＩｎＰ層２０９を順次成長させる。ここでは、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ光ガイド層２０８は、組成波長１．３５μｍ、厚さ２３０ｎｍである。また、アンドープＩｎＰ層２０９の厚さは２５０ｎｍである。このとき、これらの層２０８、２０９は、選択成長によってＳｉＯ２マスク２０７の上には成長せず、表面に露出しているｎ型ドープＩｎＰ層２０４の上にのみ成長することになる。
【００７７】
その後、ＳｉＯ２マスク２０７を剥離した後、図１４（Ａ）に示すように、再びＭＯＶＰＥ法を用いて、半導体結晶ウェハ全面に、例えば、ｐ型ＩｎＰクラッド層２１０、引き続いて、ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層２１１を積層させる。ここでは、ｐ型ＩｎＰクラッド層２１０は、Ｚｎをドープしたものであって、その厚さは２．０μｍである。また、ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層２１１は、Ｚｎをドープしたものであって、その厚さは３００ｎｍである。
【００７８】
そして、図１４（Ｂ）に示すように、ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層２１１の表面に、例えば、通常のＣＶＤ法及びフォトリソグラフィ技術を用いて、ＳｉＯ２マスク２１２を形成する。ここでは、ＳｉＯ２マスク２１２は、厚さ４００ｎｍ、幅３．０μｍのストライプ状のエッチングマスクである。
その後、図１４（Ｃ）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）８に加工する。
【００７９】
次に、図１５（Ａ）に示すように、このメサ構造８の両側に、例えばＦｅドープ型半絶縁性ＩｎＰで構成される電流狭窄層２１３を、例えばＭＯＶＰＥ法を用いて成長させる。これにより、半絶縁性埋込ヘテロ構造（ＳＩ−ＢＨ構造）が形成される。
次いで、エッチングマスク２１２を例えばふっ酸で除去した後、活性領域１以外のｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層２１１を、通常のフォトリソグラフィ技術及びエッチングを用いて除去する。
【００８０】
その後、図１５（Ｂ）に示すように、ＳｉＯ２パッシベーション膜２１４を形成する。そして、活性領域１のｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層２１１の上方の部分のみに窓が開くように、通常のフォトリソグラフィ技術及びエッチングを用いてＳｉＯ２パッシベーション膜を取り除く。その後、ｐ側電極２１５、ｎ側電極２１６を形成する。
そして、図１５（Ｂ）に示すように、素子の両端面に無反射コート２１７，２１８を形成して、素子が完成する。
【００８１】
なお、その他の詳細は、上述の第１実施形態及びその変形例のものと同じであるため、ここではその説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる光半導体装置（半導体レーザ）によれば、光出力の飽和を抑制し、十分な特性（変調特性）が得られるようにしながら、安定した単一横モード動作を実現できるという利点がある。
【００８２】
特に、上述の実施形態では、高速応答特性を向上させるために、活性領域１の長さを１００μｍにしている。また、素子抵抗を低減して光出力の飽和を抑制するために、メサ構造８の幅、即ち、導波路幅を３．０μｍとしている。そして、横高次モードの発振を抑制するために、分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂを、曲率半径が８μｍの曲線回折格子にしている。
【００８３】
このような曲線回折格子を用いた場合の横基本モード（０次）の結合係数は、直線回折格子の場合に比べて７０％となる。これに対し、曲線回折格子を用いた場合の横高次モード（１次）の結合係数、横高次モード（２次）の結合係数は、直線回折格子の場合に比べて、それぞれ、２０％、２５％となる。これにより、曲線回折格子を用いた場合の横高次モード（１次、２次）の発振しきい値利得は、横基本モードの発振しきい値利得の２倍以上になる。この結果、上述の実施形態のようにして作製した素子において、横高次モードで発振しなくなり、安定した単一横モード動作が得られた。
【００８４】
なお、上述の実施形態では、分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂとして、曲線回折格子を用いているが、これに限られるものではなく、活性領域１の側に向かって凸形状になる回折格子を用いれば良い。つまり、分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂは、結合係数がパッシブ導波路の幅方向で同一であり、幅方向両側部分がパッシブ導波路の幅方向に平行な幅方向中央部分に対して活性領域の反対側へ傾いているものであれば良い。
【００８５】
但し、設計上のトレランスが広いという点で、円弧状回折格子、楕円形状回折格子、二次曲線状回折格子などの曲線形状の回折格子を用いるのが好ましい。このような曲線形状の回折格子を用いる場合、回折格子を形成する際に、回折格子が導波路の幅方向にずれてしまったとしても、特性に影響を与えないようにすることができる。つまり、曲線形状の回折格子を用いる場合、回折格子が導波路の幅方向にずれたとしても、横基本モードの結合係数はそれほど低下せず、その一方で、横高次モードの結合係数は大きく低下するため、所望の特性が得られることになる。なお、回折格子の形状を規定する関数（例えば曲率変化を示す関数）として、どのような関数を採用するかは、設計上の自由度がある。このため、「曲線形状の回折格子」には、曲線形状の回折格子だけでなく、曲線形状に近似した形状の回折格子も含まれるものとする。
【００８６】
また、上述の実施形態では、活性領域１の回折格子３を、位相シフト４を含まないものとしているが、これに限られるものではなく、活性領域１の回折格子３を、位相シフトを含むものとして構成しても良い。
また、上述の実施形態では、活性領域１の後端面側及び前端面側に連なるように分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂを設けているが、これに限られるものではなく、活性領域１の後端面側にだけ連なるように分布反射鏡領域を設けても良い。
【００８７】
また、上述の実施形態では、活性領域１の後端面側及び前端面側に連なる分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂを、いずれも曲線回折格子にしているが、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、活性領域の後端面側及び前端面側に連なる分布反射鏡領域のうち、どちらか一方の反射用回折格子を直線回折格子にしても良い。通常、後端面側に連なる分布反射鏡領域を、前端面側に連なる分布反射鏡領域よりも長くする。このため、図１６に示すように、活性領域１の後端面側に連なる分布反射鏡領域２Ａの反射用回折格子６Ａを、曲線回折格子にし、活性領域１の前端面側に連なる分布反射鏡領域２Ｂの反射用回折格子６Ｂを、直線回折格子にするのが好ましい。
【００８８】
また、上述の実施形態では、活性領域１の回折格子３は、直線回折格子にしているが、これに限られるものではなく、例えば、後述の第３実施形態のように、曲線回折格子にしても良い。
［第３実施形態］
次に、第３実施形態にかかる光半導体装置について、図１７〜図２１を参照しながら説明する。
【００８９】
本実施形態にかかる光半導体装置（ＤＲレーザ）は、上述の第１実施形態のものに対し、以下の３つの点が異なる。
つまり、第１の異なる点は、活性領域１の後端面側及び前端面側に連なるように分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂを設ける点である。第２の異なる点は、活性領域１の中央に位相シフト４が設けられている点である。第３の異なる点は、活性領域１の長さを１００μｍとしている点である。第４の異なる点は、活性領域１の回折格子３が曲線回折格子である点である。第５の異なる点は、活性領域１の回折格子３としての曲線回折格子の曲率半径、及び、分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂとしての曲線回折格子の曲率半径を、８μｍとしている点である。第６の異なる点は、発振波長帯を１．５５μｍ帯としている点である。
【００９０】
本実施形態では、図１７に示すように、分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂは、活性領域１の前端面側及び後端面側に連なるように設けられている。本実施形態では、活性領域１に連続して前端面側に２５μｍの長さの分布反射鏡領域２Ｂ（第２分布反射鏡領域）が設けられており、活性領域１に連続して後端面側に７５μｍの長さの分布反射鏡領域２Ａ（第１分布反射鏡領域）が設けられている。つまり、活性領域１に連続して、前端面側に２５μｍの長さにわたって反射用回折格子６Ｂ（第２回折格子）がパターニングされており、後端面側に７５μｍの長さにわたって反射用回折格子６Ａ（第１回折格子）がパターニングされている。
【００９１】
このように、活性領域１の前端面側に設けられた分布反射鏡領域２Ｂは、活性領域１の後端面側に設けられた分布反射鏡領域２Ａよりも共振器方向の長さが短くなっている。これは、レーザ光は素子の前端面側から出力されるため、前端面側の分布反射鏡領域２Ｂにおける反射率を低下させるためである。
これらの後端面側及び前端面側の分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂは、同一構造になっている。
【００９２】
また、本実施形態では、活性領域１は、発振波長を決める回折格子３及び位相シフト４を備える。ここでは、位相シフト４として、活性領域１の中央に位相がπラジアンシフト（λ／４シフトに相当）したλ／４位相シフトが設けられている。つまり、活性領域１は、位相シフト４を有する回折格子（第３回折格子）３を装荷した活性導波路９を備える。
また、本実施形態では、活性領域１の長さは約１００μｍである。これにより、高速応答特性を向上させることができる。例えば４０Ｇｂ／ｓ以上の直接変調が可能な半導体レーザを実現することができる。
【００９３】
また、本分布反射型レーザは、上述の第１実施形態の場合と同様に、埋込導波路構造［図２１（Ａ）参照］を有するものであるが、メサ構造８の幅、即ち、導波路幅を、例えば約３．０μｍと広くしている。これにより、素子抵抗を低減して光出力の飽和を抑制することができる。特に、高温動作時に光出力が飽和するのを抑制することができ、十分な変調特性が得られることになる。
【００９４】
また、本実施形態では、活性領域１の回折格子３は、図１７に示すように、活性導波路９の幅方向、即ち、メサ構造８の幅方向（図１７中、上下方向）に沿って曲げられた曲線形状の回折格子である。つまり、活性領域１の回折格子３は、活性領域１の中央位置に向かって凸形状になるように湾曲している。なお、活性領域１の回折格子３を湾曲回折格子あるいは曲線回折格子ともいう。
【００９５】
また、本実施形態では、分布反射鏡領域２Ａの反射用回折格子６Ａは、パッシブ導波路１０（第１導波路）の幅方向、即ち、メサ構造８の幅方向（図１７中、上下方向）に沿って曲げられた曲線形状の回折格子である。また、分布反射鏡領域２Ｂの反射用回折格子６Ｂは、パッシブ導波路１０（第２導波路）の幅方向、即ち、メサ構造８の幅方向（図１７中、上下方向）に沿って曲げられた曲線形状の回折格子である。つまり、分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂは、活性領域１の側に向かって、即ち、活性領域１の中央位置に向かって凸形状になるように湾曲している。なお、分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂを湾曲回折格子あるいは曲線回折格子ともいう。
【００９６】
これにより、横高次モードの結合係数を減少させることができる。この結果、発振しきい値が上昇し、横高次モードの発振を抑制することができる。
このように、導波路幅を広くして、素子抵抗を低減し、光出力の飽和を抑制するとともに、曲線回折格子を用いることで、単一横モード動作を実現できるようにしている。
具体的には、上述のように、高速応答特性を向上させるために、活性領域１の長さを１００μｍにしている。また、素子抵抗を低減して光出力の飽和を抑制するために、メサ構造８の幅、即ち、導波路幅を３．０μｍとしている。そして、横高次モードの発振を抑制するために、活性領域１の回折格子３及び分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂとして、曲率半径が８μｍの円弧形状を有する円弧状回折格子（曲線回折格子）を用いている。
【００９７】
また、本実施形態では、分布反射型レーザの発振波長帯を１．５５μｍ帯としている。
このため、回折格子層５は、ｎ型ドープＩｎＰ基板３０１の表面に形成された回折格子３を埋め込むｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層３０３の組成波長１．２５μｍとし、厚さ１２０ｎｍとしている。
また、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸活性層３０５を構成するアンドープＡｌＧａＩｎＡｓ井戸層を厚さ５．１ｎｍ、圧縮歪量１．２％とし、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓバリア層を組成波長１．２０μｍ、厚さ１０ｎｍとしている。また、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸活性層３０５の積層数は１５層とし、その発光波長（発振波長）は１５５０ｎｍとしている。
【００９８】
なお、量子井戸活性層３０５の上下に、量子井戸活性層３０５を挟み込むように、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ−ＳＣＨ層を設ける場合には、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ−ＳＣＨ層の組成波長１．１５μｍ、厚さ２０ｎｍとすれば良い。
また、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ光ガイド層３０８は、組成波長１．３５μｍ、厚さ２３０ｎｍである。
【００９９】
なお、その他の詳細は、上述の第１実施形態及びその変形例のものと同じであるため、ここではその説明を省略する。
次に、本実施形態の具体的構成例にかかる分布反射型レーザ（光半導体装置）の製造方法について、図１８〜図２１を参照しながら説明する。
まず、図１８（Ａ）に示すように、ｎ型ドープＩｎＰ基板３０１の表面上に、例えば、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）からなり、回折格子パターンを有するマスク３０２を形成する。なお、回折格子パターンには、活性領域１の回折格子３を形成するための回折格子パターンと、前端面側及び後端面側の分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂを形成するための反射用回折格子パターンとが含まれている。
【０１００】
次いで、このマスク３０２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、図１８（Ｂ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板３０１の表面の一部を除去して回折格子パターンを転写する。ここでは、ｎ型ＩｎＰ基板３０１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、活性領域１の回折格子３と分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂとが一括形成される。つまり、個々の素子の活性領域１の全長（ここでは１００μｍ）にわたって回折格子３が形成される。また、活性領域１の回折格子３に連続して前端面側の分布反射鏡領域２Ｂとなる領域の全長（ここでは２５μｍ）にわたって反射用回折格子６Ｂが形成される。さらに、活性領域１の回折格子３に連続して後端面側の分布反射鏡領域２Ａの全長（ここでは７５μｍ）にわたって反射用回折格子６Ａが形成される。
【０１０１】
本実施形態では、活性領域１の回折格子３は、曲線形状の回折格子になっている。また、分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂも、曲線形状の回折格子になっている。つまり、活性領域１の回折格子３、及び、分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂは、活性領域１の中央位置に向かって凸形状になるように湾曲した湾曲回折格子になっている。ここでは、活性領域１の回折格子３、及び、分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂは、曲率半径が８μｍの円弧形状を有する円弧状回折格子になっている。また、活性領域１の中央に位相シフト（ここではλ／４位相シフト）が設けられている。
【０１０２】
また、活性領域１に形成される回折格子３の周期は一定である。また、活性領域１内で、回折格子３の結合係数及び位相は一定である。また、活性領域１内で、導波路の等価屈折率は共振器方向に沿って一定である。
また、後端面側の分布反射鏡領域２Ａに形成される反射用回折格子６Ａの周期は一定である。また、分布反射鏡領域２Ａ内で、反射用回折格子６Ａの結合係数及び位相は一定である。また、分布反射鏡領域２Ａ内で、導波路の等価屈折率は共振器方向に沿って一定である。
【０１０３】
また、前端面側の分布反射鏡領域２Ｂに形成される反射用回折格子６Ｂの周期は一定である。また、分布反射鏡領域２Ｂ内で、反射用回折格子６Ｂの結合係数及び位相は一定である。また、分布反射鏡領域２Ｂ内で、導波路の等価屈折率は共振器方向に沿って一定である。
さらに、活性領域１の回折格子３及び分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂの深さは、いずれも１００ｎｍであり、同一になっている。また、活性領域１の回折格子３と分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂとは、デューティ比（ここでは５０％）も同一になっている。つまり、活性領域１の回折格子３と分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂとは、結合係数が同一になっている。また、活性領域１の回折格子３と分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂとは、導波路幅方向中央部分において位相も同一になっている。
【０１０４】
次に、マスク３０２を通常のレジスト剥離工程を用いて表面から除去する。その後、図１８（Ｃ）に示すように、回折格子パターンが形成されたｎ型ＩｎＰ基板３０１の表面上に、例えば、ＭＯＶＰＥ法を用いて、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層（ガイド層）３０３を成長させる。ここでは、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層３０３は、組成波長１．２５μｍ、厚さ１２０ｎｍである。これにより、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（回折格子パターン）がｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層３０３によって埋め込まれる。
【０１０５】
次いで、図１８（Ｃ）に示すように、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層３０３上に、例えばＭＯＶＰＥ法によって、ｎ型ドープＩｎＰ層３０４、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸活性層３０５、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層３０６を順次成長させる。ここでは、ｎ型ドープＩｎＰ層３０４の厚さは２０ｎｍである。また、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層３０６の厚さは２５０ｎｍである。
【０１０６】
ここで、量子井戸活性層３０５は、ＡｌＧａＩｎＡｓ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３０５は、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ井戸層、及び、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓバリア層で構成される。ここでは、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ井戸層は、厚さ５．１ｎｍ、圧縮歪量１．２％である。また、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓバリア層は、組成波長１．２０μｍ、厚さ１０ｎｍである。また、量子井戸活性層３０５の積層数は１５層であり、その発光波長は１５５０ｎｍである。
【０１０７】
なお、量子井戸活性層３０５の上下に、量子井戸活性層３０５を挟み込むように、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ−ＳＣＨ層（光ガイド層）を設けても良い。ここでは、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ−ＳＣＨ層は、組成波長１．１５μｍ、厚さ２０ｎｍである。
次に、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層３０６の表面に、図１９（Ａ）に示すように、通常のＣＶＤ法及びフォトリソグラフィ技術を用いて、活性領域１を覆うように、ストライプ状のＳｉＯ２マスク（エッチングマスク）３０７を形成する。ここでは、ＳｉＯ２マスク３０７の厚さ４００ｎｍである。
【０１０８】
そして、図１９（Ｂ）に示すように、マスク３０７を用いて、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層３０６の表面からｎ型ドープＩｎＰ層３０４の表面に至るまで、即ち、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層３０６及び量子井戸活性層３０５を、例えばエッチングによって除去する。
その後、図１９（Ｃ）に示すように、ｎ型ドープＩｎＰ層３０４上に、例えばＭＯＶＰＥ法によって、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ光ガイド層３０８、アンドープＩｎＰ層３０９を順次成長させる。ここでは、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ光ガイド層３０８は、組成波長１．３５μｍ、厚さ２３０ｎｍである。また、アンドープＩｎＰ層３０９の厚さは２５０ｎｍである。このとき、これらの層３０８、３０９は、選択成長によってＳｉＯ２マスク３０７の上には成長せず、表面に露出しているｎ型ドープＩｎＰ層３０４の上にのみ成長することになる。
【０１０９】
その後、ＳｉＯ２マスク３０７を剥離した後、図２０（Ａ）に示すように、再びＭＯＶＰＥ法を用いて、半導体結晶ウェハ全面に、例えば、ｐ型ＩｎＰクラッド層３１０、引き続いて、ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層３１１を積層させる。ここでは、ｐ型ＩｎＰクラッド層３１０は、Ｚｎをドープしたものであって、その厚さは２．０μｍである。また、ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層３１１は、Ｚｎをドープしたものであって、その厚さは３００ｎｍである。
【０１１０】
そして、図２０（Ｂ）に示すように、ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層３１１の表面に、例えば、通常のＣＶＤ法及びフォトリソグラフィ技術を用いて、ＳｉＯ２マスク３１２を形成する。ここでは、ＳｉＯ２マスク３１２は、厚さ４００ｎｍ、幅３．０μｍのストライプ状のエッチングマスクである。
その後、図２０（Ｃ）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）８に加工する。
【０１１１】
次に、図２１（Ａ）に示すように、このメサ構造８の両側に、例えばＦｅドープ型半絶縁性ＩｎＰで構成される電流狭窄層３１３を、例えばＭＯＶＰＥ法を用いて成長させる。これにより、半絶縁性埋込ヘテロ構造（ＳＩ−ＢＨ構造）が形成される。
次いで、エッチングマスク３１２を例えばふっ酸で除去した後、活性領域１以外のｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層３１１を、通常のフォトリソグラフィ技術及びエッチングを用いて除去する。
【０１１２】
その後、図２１（Ｂ）に示すように、ＳｉＯ２パッシベーション膜３１４を形成する。そして、活性領域１のｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層３１１の上方の部分のみに窓が開くように、通常のフォトリソグラフィ技術及びエッチングを用いてＳｉＯ２パッシベーション膜を取り除く。その後、ｐ側電極３１５、ｎ側電極３１６を形成する。
そして、図２１（Ｂ）に示すように、素子の両端面に無反射コート３１７，３１８を形成して、素子が完成する。
【０１１３】
なお、その他の詳細は、上述の第１実施形態及びその変形例のものと同じであるため、ここではその説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる光半導体装置（半導体レーザ）によれば、光出力の飽和を抑制し、十分な特性（変調特性）が得られるようにしながら、安定した単一横モード動作を実現できるという利点がある。
【０１１４】
特に、上述の実施形態では、高速応答特性を向上させるために、活性領域１の長さを１００μｍにしている。また、素子抵抗を低減して光出力の飽和を抑制するために、メサ構造８の幅、即ち、導波路幅を３．０μｍとしている。そして、横高次モードの発振を抑制するために、活性領域１の回折格子３及び分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂを、曲率半径が８μｍの曲線回折格子にしている。
【０１１５】
このような曲線回折格子を用いた場合の横基本モード（０次）の結合係数は、直線回折格子の場合に比べて６５％となる。これに対し、曲線回折格子を用いた場合の横高次モード（１次）の結合係数、横高次モード（２次）の結合係数は、直線回折格子の場合に比べて、それぞれ、１０％、１５％となる。これにより、曲線回折格子を用いた場合の横高次モード（１次、２次）の発振しきい値利得は、横基本モードの発振しきい値利得の２倍以上になる。この結果、上述の実施形態のようにして作製した素子において、横高次モードで発振しなくなり、安定した単一横モード動作が得られた。
【０１１６】
なお、上述の実施形態では、活性領域１の回折格子３及び分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂとして、曲線回折格子を用いているが、これに限られるものではなく、活性領域１の側に向かって凸形状になる回折格子を用いれば良い。
つまり、分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂは、結合係数がパッシブ導波路１０の幅方向で同一であり、幅方向両側部分がパッシブ導波路１０の幅方向に平行な幅方向中央部分に対して活性領域１の反対側へ傾いているものであれば良い。
【０１１７】
また、活性領域１の中央位置から後端面側の回折格子３は、結合係数が活性導波路９の幅方向で同一であり、幅方向両側部分が活性導波路９の幅方向に平行な幅方向中央部分に対して後端面側の分布反射鏡領域２Ａ側へ傾いているものであれば良い。なお、活性領域１の中央位置から後端面側の回折格子３を第４回折格子という。また、後端面側の分布反射鏡領域２Ａを第１分布反射鏡領域ともいう。
【０１１８】
また、活性領域１の中央位置から前端面側の回折格子３は、結合係数が活性導波路９の幅方向で同一であり、幅方向両側部分が活性導波路９の幅方向に平行な幅方向中央部分に対して後端面側の分布反射鏡領域２Ａの反対側へ傾いているものであれば良い。なお、活性領域１の中央位置から前端面側の回折格子３を第５回折格子ともいう。また、後端面側の分布反射鏡領域２Ａを第１分布反射鏡領域ともいう。
【０１１９】
但し、設計上のトレランスが広いという点で、円弧状回折格子、楕円形状回折格子、二次曲線状回折格子などの曲線形状の回折格子を用いるのが好ましい。このような曲線形状の回折格子を用いる場合、回折格子を形成する際に、回折格子が導波路の幅方向にずれてしまったとしても、特性に影響を与えないようにすることができる。つまり、曲線形状の回折格子を用いる場合、回折格子が導波路の幅方向にずれたとしても、横基本モードの結合係数はそれほど低下せず、その一方で、横高次モードの結合係数は大きく低下するため、所望の特性が得られることになる。なお、回折格子の形状を規定する関数（例えば曲率変化を示す関数）として、どのような関数を採用するかは、設計上の自由度がある。このため、「曲線形状の回折格子」には、曲線形状の回折格子だけでなく、曲線形状に近似した形状の回折格子も含まれるものとする。
【０１２０】
また、上述の実施形態では、活性領域１の回折格子３を、位相シフト４を含むものとしているが、これに限られるものではなく、活性領域１の回折格子３を、位相シフトを含まないものとして構成しても良い。
また、上述の実施形態では、活性領域１の後端面側及び前端面側に連なるように分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂを設けているが、これに限られるものではなく、活性領域１の後端面側にだけ連なるように分布反射鏡領域を設けても良い。
【０１２１】
また、上述の実施形態では、活性領域１の前端面側に連なる分布反射鏡領域２Ｂの反射用回折格子６Ｂを、曲線回折格子にしているが、これに限られるものではなく、上述の第２実施形態の変形例のように、直線回折格子にしても良い。
また、上述の実施形態では、活性領域１の回折格子３は、曲線回折格子にしているが、これに限られるものではなく、例えば、上述の第１、第２実施形態のように、直線回折格子にしても良い。この場合、活性領域１の中央位置から前端面側及び後端面側の回折格子３のうち、どちらか一方の回折格子を直線回折格子にしても良い。活性領域１の中央位置から後端面側に位置する回折格子３を、曲線回折格子（第４回折格子）にし、活性領域１の中央位置から前端面側に位置する回折格子３を、直線回折格子（第３回折格子）にするのが好ましい。
［その他］
なお、上述の各実施形態及び変形例では、活性領域１にも回折格子３が設けられているＤＲレーザ、即ち、分布帰還型レーザの機能も有するＤＲレーザに本発明を適用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い。例えば、活性領域には回折格子が設けられていない分布反射型（ＤＢＲ：Distributed BraggReflector）レーザに本発明を適用することもできる。なお、この場合、上述の第１実施形態の構成では、前端面側のへき開面に高反射膜を設けることになる。
【０１２２】
また、上述の各実施形態及び変形例では、活性領域と分布反射領域とで回折格子の結合係数の値を同一に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、素子の設計によっては異なっていても良い。
また、上述の各実施形態及び変形例では、回折格子のデューティ比（山谷比）を５０％にし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、素子の設計によってはデューティ比が変化していても良い。
【０１２３】
また、上述の第１実施形態では、発振波長帯を１．３１μｍ帯にしており、第２実施形態及び第３実施形態では、発振波長帯を１．５５μｍ帯にしているが、これらに限られるものではない。例えば、第１実施形態のものにおいて発振波長帯を１．５５μｍ帯にしても良いし、第２実施形態及び第３実施形態のものにおいて発振波長帯を１．３１μｍ帯にしても良い。
【０１２４】
また、上述の各実施形態及び変形例では、高速変調動作を実現するために、ｎ型ＩｎＰ基板上にＡｌＧａＩｎＡｓ系化合物半導体材料を用いた量子井戸活性層を備える半導体レーザ（ＤＲレーザ）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い。例えば、各実施形態及び変形例のものにおいて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。これらの場合も、上述の各実施形態及びその変形例の場合と同様に横高次モード抑制効果が得られる。
【０１２５】
また、上述の実施形態及び変形例では、ｎ型の導電性を有する基板を用いているが、これに限られるものではなく、例えば、ｐ型の導電性を有する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。また、半絶縁性の基板を用いても良い。さらに、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。これらの場合も、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。
【０１２６】
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、上述の各実施形態及び変形例では、量子井戸活性層を用いているが、これに限られるものではない。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に、横高次モード抑制効果が得られる。
【０１２７】
また、上述の各実施形態及び変形例では、高速変調動作のために、半絶縁性埋込構造（ＳＩ−ＢＨ構造）を用いた電流狭窄構造を用いた場合を例に挙げて説明している。しかしながら、これらに限られるものではなく、例えばｐｎｐｎサイリスタ構造を用いた電流狭窄構造などの他の埋込構造を用いた電流狭窄構造を採用することも可能である。
また、上述の各実施形態及びその変形例では、基板の表面に形成される表面回折格子構造を例に挙げて説明している。しかしながら、これらに限られるものではなく、周期的に分断された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型回折格子構造を用いることも可能である。
【０１２８】
また、上述の各実施形態及びその変形例では、回折格子が導波路コア層（活性層や光ガイド層）の下側（導波路コア層に対して基板側）に装荷されている場合を例に挙げて説明している。しかしながら、これらに限られるものではなく、例えば、導波路コア層の上側（導波路コア層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。
【０１２９】
また、上述の第１及び第３実施形態及びその変形例では、活性領域１の中央よりも１０μｍ後端面側の位置、又は、活性領域１の中央位置に位相シフトを設けているが、位相シフトの位置は、これに限られるものではない。つまり、位相シフトは、活性領域内であれば設計の範囲内で、他の位置に配置することも可能である。
また、上述の各実施形態及びその変形例では、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、位相シフトが複数個ある構造であっても良い。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。
【０１３０】
また、本発明は、上述した各実施形態及び変形例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。
以下、上述の各実施形態及びその変形例に関し、更に、付記を開示する。
（付記１）
活性領域と、
前記活性領域の一端側に設けられ、第１回折格子を装荷した第１導波路を有する第１分布反射鏡領域とを備え、
前記第１回折格子は、結合係数が前記第１導波路の幅方向で同一であり、幅方向両側部分が前記第１導波路の幅方向に平行な幅方向中央部分に対して前記活性領域の反対側へ傾いていることを特徴とする光半導体装置。
【０１３１】
（付記２）
前記第１回折格子は、曲線形状の回折格子であることを特徴とする、付記１に記載の光半導体装置。
（付記３）
前記活性領域の他端側に設けられ、第２回折格子を装荷した第２導波路を有する第２分布反射鏡領域を備えることを特徴とする、付記１又は２に記載の光半導体装置。
【０１３２】
（付記４）
前記第２回折格子は、結合係数が前記第２導波路の幅方向で同一であり、幅方向両側部分が前記第２導波路の幅方向に平行な幅方向中央部分に対して前記活性領域の反対側へ傾いていることを特徴とする、付記３に記載の光半導体装置。
（付記５）
前記第２回折格子は、曲線形状の回折格子であることを特徴とする、付記４に記載の光半導体装置。
【０１３３】
（付記６）
前記第２回折格子は、前記第２導波路の幅方向に平行な直線形状の回折格子であることを特徴とする、付記３に記載の光半導体装置。
（付記７）
前記活性領域は、第３回折格子を装荷した活性導波路を備えることを特徴とする、付記１〜６のいずれか１項に記載の光半導体装置。
【０１３４】
（付記８）
前記第３回折格子は、前記活性導波路の幅方向に平行な直線形状の回折格子であることを特徴とする、付記７に記載の光半導体装置。
（付記９）
前記活性領域は、第３回折格子及び第４回折格子を装荷した活性導波路を備え、
前記第３回折格子は、前記活性導波路の幅方向に平行な直線形状の回折格子であり、
前記第４回折格子は、結合係数が前記活性導波路の幅方向で同一であり、幅方向両側部分が前記活性導波路の幅方向に平行な幅方向中央部分に対して前記第１分布反射鏡領域側へ傾いていることを特徴とする、付記１〜６のいずれか１項に記載の光半導体装置。
【０１３５】
（付記１０）
前記活性領域は、第４回折格子及び第５回折格子を装荷した活性導波路を備え、
前記第４回折格子は、結合係数が前記活性導波路の幅方向で同一であり、幅方向両側部分が前記活性導波路の幅方向に平行な幅方向中央部分に対して前記第１分布反射鏡領域側へ傾いており、
前記第５回折格子は、結合係数が前記活性導波路の幅方向で同一であり、幅方向両側部分が前記活性導波路の幅方向に平行な幅方向中央部分に対して前記第１分布反射鏡領域の反対側へ傾いていることを特徴とする、付記１〜６のいずれか１項に記載の光半導体装置。
【符号の説明】
【０１３６】
１  活性領域
２  分布反射鏡領域
２Ａ  後端面側の分布反射鏡領域
２Ｂ  前端面側の分布反射鏡領域
３  回折格子
４  位相シフト
５  回折格子層
６，６Ａ，６Ｂ  反射用回折格子
７  反射用回折格子層
８  メサ構造
９  活性導波路
１０  パッシブ導波路
１０１，２０１，３０１  ｎ型ドープＩｎＰ基板
１０２，２０２，３０２  マスク
１０３，２０３，３０３  ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層
１０４，２０４，３０４  ｎ型ドープＩｎＰ層
１０５，２０５，３０５  アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸活性層
１０６，２０６，３０６  ｐ型ドープＩｎＰクラッド層
１０７，２０７，３０７  ＳｉＯ２マスク
１０８，２０８，３０８  アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ光ガイド層
１０９，２０９，３０９  アンドープＩｎＰ層
１１０，２１０，３１０  ｐ型ＩｎＰクラッド層
１１１，２１１，３１１  ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層
１１２，２１２，３１２  ＳｉＯ２マスク
１１３，２１３，３１３  電流狭窄層
１１４，２１４，３１４  ＳｉＯ２パッシベーション膜
１１５，２１５，３１５  電流注入用電極（ｐ側電極）
１１６，２１６，３１６  ｎ側電極
１１７，２１７，３１７，１１８，２１８，３１８  無反射コーティング
【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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