(57)【要約】【課題】良好な単一モード発振の安定性を保ちながら、光出力の前方後方比の高い分布帰還型半導体レーザを実現する。【解決手段】光導波路に回折格子が形成されている構造の分布帰還型半導体レーザであって、前記光導波路の一部領域において、回折格子（ＧＴＧ１）により屈折率に分布を設けた部分と、前記回折格子が無く均一の屈折率の部分（スペース８）が、交互に繰り返し形成されており、前記回折格子が無く均一の屈折率の部分（スペース８）が、レーザ発振波長の半整数倍となる光学路長であり、回折格子（ＧＴＧ１）により屈折率に分布を設けた部分は少なくとも該回折格子５周期以上である。【選択図】図１
2011119434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路に回折格子を含む分布帰還型の半導体レーザ素子であって、
前記光導波路が、その一部に、
回折格子により屈折率に分布を設けた部分と、
回折格子が無く屈折率が均一の部分と、
が交互に繰り返して配設された、回折格子が疎の領域を有し、
前記回折格子により屈折率に分布を設けた部分が、予め定められた所定数以上の周期の回折格子を含み、
前記回折格子が無く屈折率が均一の部分が、レーザ発振波長の半整数倍の光学路長である、素子。
【請求項２】
前記回折格子により屈折率に分布を設けた部分が、５以上の周期の回折格子を含む、請求項１記載の素子。
【請求項３】
前記光導波路において前記回折格子が配設される領域の所定の箇所に、位相シフト部を有する、請求項１又は２記載の素子。
【請求項４】
前記回折格子が無く屈折率が均一の部分のうちの一つが、前記回折格子の周期の半整数倍の光学路長である、請求項１乃至３のいずれか一に記載の素子。
【請求項５】
前記光導波路の前記回折格子が疎の領域を、素子前方に備えた請求項１乃至４のいずれか一に記載の素子。
【請求項６】
前記光導波路の前記回折格子が疎の領域を、前記位相シフト部の近傍に備えた請求項３記載の素子。
【請求項７】
前記光導波路が、前記回折格子が疎の領域とは別の箇所に、回折格子を欠損なく連続して備えた領域を有する、請求項１乃至６のいずれか一に記載の素子。
【請求項８】
前記光導波路の前記回折格子が疎の領域が、素子前方側から素子中央付近の位相シフト部を跨いで延在し、前記回折格子が疎の領域の端部から、前記回折格子を欠損なく連続して備えた領域が、素子後方側にまで延在される、請求項１乃至３のいずれか一に記載の素子。
【請求項９】
前記光導波路の前記回折格子が疎の領域に位相シフト部を備え、
前記回折格子を欠損なく連続して備えた領域を、前記回折格子が疎の領域に対して、素子前方側と素子後方側の両側に備えた、請求項１乃至３のいずれか一に記載の素子。
【請求項１０】
前記位相シフト部の代わりに、前記回折格子の周期の半整数倍長の均一屈折率の領域を備えた請求項３、６、８、９のいずれか一に記載の素子。
【請求項１１】
前記回折格子が無く屈折率が均一の部分は、その光学路長が、前記回折格子の周期長の整数倍×屈折率補正値である、請求項１乃至９のいずれか一に記載の素子。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか一に記載の前記半導体レーザ素子の製造にあたり、
前記回折格子形成のためのフォトレジストパタンーンを電子ビームで描画する、半導体レーザ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子に関し、特に、光ファイバ通信等の光源に使用して好適な半導体レーザとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ；Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄ−Ｂａｃｋ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）には、図１０に示すように、両端面を無反射被覆（ＡＲ／ＡＲコート；Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ／Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｃｏａｔｅｄ）する構造のものと、図１１に示すように、無反射被覆／高反射被覆（ＡＲ／ＨＲコート；Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ／Ｈｉｇｈｌｙ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｃｏａｔｅｄ）する構造のものがある。
【０００３】
図１０には、ＡＲ／ＡＲ＿ＤＦＢ−ＬＤの光導波路の軸方向と平行の断面（縦断面）が模式的に示されている。図１１には、ＡＲ／ＨＲ＿ＤＦＢ−ＬＤの光導波路の軸方向と平行の断面（縦断面）が模式的に示されている。図１０、図１１に示すように、光導波路に、回折格子（ＧＴＧ）１を周期的に備えた構造（ＧＴＧ構造；グレーティング構造）を有する。ＧＴＧ構造において、回折格子（ＧＴＧ）１の周期がλ／２（λ：光導波路内での波長）に設定されている。通常、ＧＴＧ構造の一箇所に、光学路長がλ／４の位相シフト部４が導入されている。かかる構造により、単一波長のレーザ発振がされる。ここで、光学路長とは、（光導波路屈折率）×距離である。
【０００４】
ＡＲ／ＡＲ＿ＤＦＢ−ＬＤは、製造時の波長単一モードの発振歩留まりが極めて良好である。一方、ＡＲ／ＨＲ＿ＤＦＢ−ＬＤは、光出力の前後比（＝前方光出力／後方光出力）が大きく取れ、前方光出力が高い。前後比は、ＡＲ／ＡＲ＿ＤＦＢ−ＬＤで最大１．５程度であるのに対し、ＡＲ／ＨＲ＿ＤＦＢ−ＬＤでは、４以上を取ることができる。例えば特許文献１には、共振器長Ｌ＝６００ｕｍとし２つのλ／４位相シフトを後端面から４４０ｕｍと５００ｕｍに配し、κＬ＝３とし、前面から後面の８倍の出力が得られていることが記載されている。特許文献２には左右の反射光の強度が等しくなる位置にλ／４位相シフト領域を設ける構成が開示されている。
【０００５】
ただし、ＡＲ／ＨＲ＿ＤＦＢ−ＬＤでは、高反射端面におけるＧＴＧ１の位相の影響により、製造時の３割程度が非単一モード発振の不良となることが知られている。
【０００６】
図１０、図１１に示すように、ＤＦＢ−ＬＤのＧＴＧ１は、ＩｎＰ基板２上に形成された周期構造をＩｎＧａＡｓＰガイド層３で埋め込むことにより形成されている。ＧＴＧ１における光導波路の屈折率の周期変化、及び、該屈折率の周期変化に伴う導波光の縦モード固定化の度合いを表す指標として、次式（１）の光結合係数κが用いられる。光結合係数κは、ＤＦＢ−ＬＤの回折格子構造と光の相互作用の強さを表している。
【０００７】
κ＝（ｎ１−ｎ２）π／λ０          ・・・（１）
【０００８】
（１）において、
λ０は発振レーザ光の真空中の波長、
ｎ１は回折格子谷での光導波路等価屈折率、
ｎ２は回折格子山での光導波路等価屈折率
である。
【０００９】
ところで、通常の製造プロセスにより、ＤＦＢ−ＬＤを製造した場合、光結合係数κは光導波路全体に渡って均一な値に形成される。
【００１０】
しかしながら、この光結合係数κの値を、光導波路の領域に応じて異なる値に形成できれば、利点が大きい。
【００１１】
例えば、光結合係数κを素子後方領域のみで大きくする構造を製造し、これをＡＲ／ＡＲ＿ＤＦＢ−ＬＤに適用すると、ＡＲ／ＡＲ＿ＤＦＢ−ＬＤの特徴である良好な単一モード性を維持しつつ、ＡＲ／ＨＲ＿ＤＦＢ−ＬＤ並みの光出力の前後比を取ることができる。例えば特許文献３には、ＡＲ／ＨＲ＿ＤＦＢ−ＬＤにおいて、回折格子のエッチング形状（深さ）を変えて、光結合係数κを後方領域で高くした構成が開示されている。特許文献４には、光結合係数κが素子前方から後方へかけて連続的に変化する（回折格子の高さを変える）ようにした構造及び、製造方法が開示されている。特許文献５には、回折格子構造を埋め込んだガイド層を備え、ガイド層の後方領域の一部の組成と前方領域の組成が異なり（前方領域よりも長波組成）、ガイド層を埋め込んだ後の回折格子構造の深さを前方と後方領域で差を設ける構造と製造方法が開示されている。
【００１２】
また、光結合係数κの値を、領域により異ならせて利点となる別の例として、λ／４位相シフトの近傍で他領域の光結合係数κ値よりも小さくする構造があげられる。
【００１３】
一般に、ＤＦＢ−ＬＤにおいては、レーザ発振時に、λ／４位相シフトの近傍で、光密度が高くなり、これが変調駆動時の波長チャープ現象を引き起こす要因の一つになっている。波長チャープとは、Δν〜数ＧＨｚの波長変動のことをいい、光伝送通信上、伝送限界距離を低下させるなど、悪影響を及ぼす。従って、波長チャープは、なるべく抑制したい。
【００１４】
λ／４位相シフトの近傍の光結合係数κの値を、他の領域の光結合係数κの値よりも小さくすれば、λ／４位相シフト近傍での光密度集中を緩和することができ、波長チャープ抑制に有利であることが以前より知られている。例えば特許文献６には、両端面の反射が小さい場合（≦０．３％）、κＬ（Ｌは共振器長）が１．３付近を除いて０．８＜κＬ＜３．０の範囲とし、共振器中央部の位相不連続部での位相シフト量Δθがｎπ＋０．５π＜Δθ＜ｎπ＋０．７５π（λ／４＜Δθ＜３λ／８）であれば、単一縦モードを損なうことなくパルス変調時の波長変動を最も小さくできることが開示されている。
【００１５】
特許文献９には、活性層の軸方向に沿って配置された互いにピッチの異なる複数の回折格子を備えたＤＦＢ−ＬＤが開示されている。
【００１６】
以上説明したように、ＤＦＢ−ＬＤにおいて、光結合係数κの値を光導波路の領域に応じて異なる値に形成できれば、設計上の自由度が広がり、利点が大きい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平５−１４５１９４号公報（段落００１７〜００１９、請求項１、図１（ａ））
【特許文献２】特開昭６１−２１６３８３号公報
【特許文献３】特開平３−１１０８８５号公報（図１（ｃ）、第２頁右上欄第４行−同頁左下欄第１６行）
【特許文献４】特開２００１−３６１９２号公報（図８、段落００２９、００３０）
【特許文献５】特開２００８−６６６２０号公報（図１）
【特許文献６】特開平１−１９４３８０号公報（第２頁）
【特許文献７】特開２００４−１２８３７２号公報（図２）
【特許文献８】特開昭６３−１１１６８９号公報
【特許文献９】特開昭６４−４８４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
以下に関連技術の分析を与える。
【００１９】
前述したように、分布帰還型レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）において、光結合係数κの値を、光導波路の領域によって異なる値に形成できれば利点が大きい。
【００２０】
このために、前述したように、回折格子（ＧＴＧ）の深さを光導波路の領域により異ならせた構造が提案されている（例えば前述した特許文献４参照）。しかし、この技術は、ＧＴＧをエッチングプロセスにより形成する際、エッチングレートがＧＴＧのレジストパターニング面積に依存する性質を利用するなど、制御の難しいプロセスを用いている。
【００２１】
さらに、意図した通り、十分なκ値の差が取れるほど、ＧＴＧの深さを異ならせるのは容易ではない。例えば、ＡＲ／ＡＲ＿ＤＦＢ−ＬＤにおいて、光出力の前後比を上げるため、素子後方領域で光結合係数のκ値を高くする設計の場合、素子前方領域と素子後方領域間のＧＴＧの深さの違いとして３倍程度が必要とされる。これを実現することは、製造プロセス上、容易ではない。
【００２２】
そこで、前述した特許文献５では、ＧＴＧの深さの調整に加えて、ＩｎＧａＡｓＰガイド層の組成の変調を行っている。しかし、この技術も、特殊な制御を要するＭＯＶＰＥ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｒｏ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ：有機金属気相成長）工程を採っており、簡素な製造プロセスとは言えない。
【００２３】
したがって、本発明の目的は、光結合係数κの値を光導波路方向で所定に分布させ、良好な単一モード発振の安定性を保ちながら、光出力の前方後方比の高い分布帰還型半導体レーザとその製造方法を提供することにある。
【００２４】
また本発明は、上記目的を達成するとともに、波長チャープの抑制された分布帰還型半導体レーザを実現することもその目的の１つとしている。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明によれば、光導波路に回折格子を含む分布帰還型の半導体レーザ素子であって、
前記光導波路の一部に、
回折格子により屈折率に分布を設けた部分と、
回折格子が無く屈折率が均一の部分と、
が交互に繰り返して配設された、回折格子が疎の領域を有し、
前記回折格子により屈折率に分布を設けた部分が、予め定められた所定数以上の周期の回折格子を含み、
前記回折格子が無く屈折率が均一の部分が、レーザ発振波長の半整数倍の光学路長である素子が提供される。
【００２６】
本発明においては、前記光導波路において前記回折格子が配設される領域の一箇所に、位相シフト部を有する。
【００２７】
本発明の製造方法においては、前記回折格子を形成時をフォトレジストパターンを電子線ビーム露光を用いて描画する。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、光結合係数κの値を光導波路方向で所定に分布させることができる。この結果、本発明によれば、例えば、素子後方領域で光結合係数κの値が大きい構造を採らせることができ、良好な単一モード発振の安定性を保ちながら、光出力の前方後方比の高い分布帰還型半導体レーザを実現することができる。
【００２９】
本発明によれば、λ／４位相シフト近傍にのみ光結合係数κの値が小さい構造を採らせることができ、波長チャープの抑制された分布帰還型半導体レーザを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施例の構成を説明する図（素子光導波路方向と平行な縦断面を模式的に示した図）である。
【図２】本発明第１実施例の構成を説明する図（素子光導波路方向と垂直な横断面を模式的に示した図）である。
【図３】本発明第１実施例の素子概容を示す斜視図である。
【図４】本発明の第１実施例の製造工程におけるＥＢ描画を模式的に示す上面図である。
【図５】本発明の第１実施例の製造フローを工程順に示す工程断面図である。
【図６】本発明の第２実施例の構成を説明する図（素子光導波路方向と平行な縦断面を模式的に示す図）である。
【図７】本発明の第３実施例の構成を説明する図（素子光導波路方向と平行な縦断面を模式的に示す図）である。
【図８】本発明の第４実施例の構成を説明する図（素子光導波路方向と平行な縦断面を模式的に示す図）である。
【図９】本発明の第４実施例と比較例についてＡＲ／ＨＲ−ＤＦＢ−ＬＤにおける光導波路内光電界強さの分布をシミュレーションした図である。
【図１０】典型的なＡＲ／ＡＲ型ＤＦＢ−ＬＤの構造の一例を示す図（素子光導波路方向と平行な縦断面を模式的に示す図）である。
【図１１】典型的なＡＲ／ＨＲ型ＤＦＢ−ＬＤの構造の一例を示す図（素子光導波路方向と平行な縦断面を模式的に示す図）である。
【図１２】関連技術を説明する図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の実施の形態を説明する。本発明の分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）は、光導波路が、回折格子により屈折率に分布を設けた部分と、回折格子が無く屈折率が均一の部分（スペース）とが交互に繰り返して形成された領域（ＧＴＧ描画が疎の領域）を備え、回折格子により屈折率に分布を設けた部分が、少なくとも５周期以上の回折格子を含み、回折格子が無く屈折率が均一の部分は、レーザ発振波長の半整数倍となる光学路長である。光導波路の別の領域には回折格子を欠損なく連続して備えている（ＧＴＧ連続描画領域）。
【００３２】
本発明において、光導波路の前記回折格子が配設される領域の一箇所に位相シフト部（４）を含む構成としてもよい。
【００３３】
本発明において、回折格子が無く屈折率が均一の部分（スペース）のうちの一つ（図７の２１）を、回折格子の周期の半整数倍の光学路長としてもよい。
【００３４】
本発明において、回折格子により屈折率に分布を設けた部分と回折格子が無く屈折率が均一の部分（スペース）とが交互に繰り返し配設された領域（ＧＴＧ描画が疎の領域）を、素子前方に備えた構成としてもよい。
【００３５】
本発明において、回折格子により屈折率に分布を設けた部分と回折格子が無く屈折率が均一の部分（スペース）とが交互に繰り返し配設された領域（ＧＴＧ描画が疎の領域）を、位相シフト部の近傍に備えた構成としてもよい。
【００３６】
本発明において、前記位相シフト部（４）の代わりに、前記回折格子の周期の半整数倍長の均一屈折率の領域を備えてもよい。
【００３７】
分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）において、光結合係数κの値を、光導波路の領域によって異なる値に形成できれば、設計上の自由度が広がり利点が大きい。本発明においては、回折格子（ＧＴＧ；グレーティング）を密に形成するか、疎に形成するかの違いで、領域により、光結合係数κ値を異ならせる。これは、ＧＴＧの形成におけるフォトレジスト露光工程に、電子ビーム（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂｅａｍ）描画（ＥＢ描画）を用いることで実現できる。
【００３８】
本発明においては、周期が発振波長λの１／２となる回折格子（ＧＴＧ）を、所定の領域において一部欠損して形成する。すなわち、回折格子（ＧＴＧ）のレジストパターンをＥＢ描画するにあたり、所定の領域において、回折格子（ＧＴＧ）をＥＢ描画する部分と、回折格子（ＧＴＧ）をＥＢ描画しない部分とが交互に繰り返される。これにより、回折格子（ＧＴＧ）形成の密度を調整する。十分大きい一定長領域の光結合係数κの平均的な値は、ＧＴＧ形成の密度に比例する。これにより、光導波路の領域に応じて、光結合係数κの値に差を設けることができる。
【００３９】
このように、本発明によれば、光結合係数κの値を、光導波路方向で所定に分布させ、良好な単一モード発振の安定性を保ちながら、光出力の前方後方比の高いＤＦＢ−ＬＤを実現することができる。かかる本発明によれば、例えば２５ｋｍ以上の長距離、１Ｇｂｐｓ以上の変調駆動においてしばしば用いられる分布帰還型半導体レーザ等に適用して好適とされる。以下、実施例に即して詳細に説明する。
【００４０】
＜実施例１＞
図１は、本発明の一実施例の構成を示す図であり、光導波路方向と平行な縦断面を模式的に示す図である。光導波路の素子前方領域において、ＧＴＧ（回折格子）１を１０周期形成したあと、１０周期分描画しない部分が設けられ、これらが交互に繰り返されている（ＧＴＧ描画が疎の領域１０）。ＧＴＧを描画しない部分（スペース）は、均一屈折率であり、図１では、参照番号８の「スペース」で示されている。光導波路の素子後方側には、通常のＧＴＧ連続描画領域９（回折格子を周期的に欠損なく備えた領域）が設けられている。
【００４１】
素子前方では、ＧＴＧ描画の平均密度が、素子後方のＧＴＧ描画密度の１／２であり、素子前方の光結合係数κの平均値が、素子後方の光結合係数κの１／２となっている。図１では、素子前方のこの領域は、ＧＴＧ描画が疎の領域１０として示されている。
【００４２】
ＧＴＧの深さを、全体的に、通常のＤＦＢ−ＬＤ形成時よりも深めにしておくことで、素子後方領域で、特に、光結合係数κが高い値のＤＦＢ−ＬＤが形成される。
【００４３】
このようにして、形成した素子の両端面を、ＡＲ／ＡＲ被覆することで、前方光出力効率の良いＤＦＢ−ＬＤを実現できる。ただし、上記手法を採る際、２点注意すべきことがある。
【００４４】
第一に、ＧＴＧ描画しない部分は、厳密に、その光学路長を、レーザ発振光波長の半整数倍となるようにしておかなければならない。
【００４５】
そして、この光学路長を採るスペース８の光導波路長は、周期λ／２のＧＴＧが、整数倍描画されたところの光導波路長と、厳密には、同じではない。
【００４６】
なぜなら、ＧＴＧ描画を部分的に欠損して形成すると、通常、欠損部の光導波路の屈折率は０．０５％程度異なってしまう。わずかな量ではあるが、例えば素子長Ｌ＝３００ｕｍの領域に渡って積算すると、ＧＴＧの位相で、π程度（λの位相でπ／２程度）になり、単一モード発振の安定性に影響する。
【００４７】
なお、光結合係数κの値を調整するために、ＧＴＧの描画を一部欠損させて形成した例は、特許文献７等にも記載されている（回折パターンを間引くことで実効的な結合係数κを調整する）。しかしながら、安定な波長単一モード歩留まりを維持するには、ＧＴＧ描画を欠損しただけでは、問題が生じる。
【００４８】
本実施例では、図１のスペース８の光学路長＝（光導波路長×屈折率）を、光導波路内での波長λの半整数倍に厳密に調整する。
【００４９】
すなわち、スペース８を、
（ＧＴＧ描画部におけるＧＴＧ周期長の整数倍）×屈折率補正値
に厳密に設定する。
【００５０】
ここで、屈折率の補正値は、個々の光導波路設計と、ＧＴＧ形成時のエッチング工程の採り方により決まる値であり、通常、０．９９９５〜１．０００５である。この調整は、単に、ＥＢ描画プログラム上の調整で行われる。
【００５１】
このようにして、λ／４位相シフト部４を除いて、素子全体に渡り、ＧＴＧ位相を、光学的に連続させる。
【００５２】
第二に注意すべきことは、ＧＴＧ描画部をあまり短くしてはいけない、ということである。
【００５３】
この意味の極端な例は、参考例として示す図１２の構造である。図１２に示す例は、ＧＴＧ描画が疎の領域１０において、ＧＴＧを一つおきに描画した構造である。図１２の構造では、光のＧＴＧ散乱波として、±９０度の高次モードが生じる。これは、光導波路の光損失となるため、ＤＦＢ−ＬＤ構造としては使えない。なお、図１２に示した構造は、光導波路軸方向と平行でない方向に光出力させる構造として、特許文献８に開示されている。
【００５４】
これに対し、ＧＴＧを無限に連続して描画したものが、図１０、図１１等に示した、従来型のＤＦＢ−ＬＤである。この場合、ＧＴＧ散乱波は、光導波路方向にしか生じない。
【００５５】
本実施例においては、有限長のＧＴＧ描画部とスペース８とを交互に繰り返し配設した構造を備えている。この構造は、図１２の構成と、ＧＴＧを無限に連続して描画する場合の中間的な構造といえる。
【００５６】
ＧＴＧでの散乱波の一部が、光導波路方向以外に放射して行き、放射損となる。ただし、ＧＴＧの５周期以上の長さに描画すれば、放射損は、概ね、許容範囲に抑えられる。
【００５７】
特許文献７には、ＧＴＧを２周期描画したあと、ＧＴＧを一つ欠損するパターンを繰り返す構造例が示されているが、この場合、光導波路の光損失の影響が心配される。
【００５８】
従って、本実施例においては、ＧＴＧ描画部の長さは５周期以上の回折格子を含むものとする。
【００５９】
図１、図２、図３は、本発明の第１の実施の形態の構成を示す図である。図１は、光導波路方向と平行な縦断面を模式的に図であり、電極は省略されている。図２は、光導波路を横切る横断面を模式的に示す図である。図３は、素子全体の概要を示す斜視図である。図１は、図３の側面の断面構造に対応し、図２は、図３の正面の断面構造に対応する。特に制限されないが、素子長Ｌを４５０ｕｍとし、活性層７の幅を１．６ｕｍとした、埋め込みヘテロ構造（Ｂｕｒｉｅｄ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）である。なお、図１乃至図３において、寸法の具体的数値は一例を示したものであり、本発明はかかる数値にのみ限定されるものでないことは勿論である。
【００６０】
ＩｎＰ基板２上に、ＧＴＧ１を形成し、これをＩｎＧａＡｓＰガイド層３で埋め込み、その上に、ＭＱＷ（多重量子井戸：Ｍｕｌｔｉ−Ｑｕａｎｔｕｍ−Ｗｅｌｌ）＝５層の活性層７を設けている。活性層７は、発振波長が１．５５ｕｍとなるＭＱＷとした。光導波路の中央には、λ／４位相シフト４が設けられている。
【００６１】
図１に示すように、ＧＴＧ１には、本発明が適用されており、λ／４位相シフト４を跨いで、素子前端から２／３領域（３００ｕｍ長）では、ＧＴＧ１の描画が疎になっている（ＧＴＧ描画が疎の領域１０）。ここで、個々のＧＴＧ１は、λ／２の同じ周期であり、ＧＴＧ１を１０周期描画した部分と、ＧＴＧを描画しない部分（間隔部スペース８）とが交互に繰り返されている。間隔部スペース８（単に「スペース」ともいう）の光導波路長はＧＴＧ１０周期分である。
【００６２】
ただし、「間隔部スペース８の光導波路長がＧＴＧ１０周期分」という表現は、前述したＧＴＧ描画部との光導波路の屈折率の違いに対する補正を含んでいる。
【００６３】
一方、素子後方１／３領域（１５０ｕｍ長）は、ＧＴＧを欠損なく連続して描画している（ＧＴＧ連続描画領域９）。
【００６４】
ＧＴＧの深さは、素子の前方と後方とで一定である。これにより、ＧＴＧの光結合係数κの値は、素子の前方と後方で２倍異なることになる。
【００６５】
一定の深さのＧＴＧは、素子前方で平均の光結合係数κ＝３５ｃｍ−１、素子後方で光結合係数κ＝７０ｃｍ−１となるように設けた。
【００６６】
図１に示すように、素子の前端面と後端面にはともにＡＲコート５（無反射被覆）が施されている。
【００６７】
図１０に示したように、従来のＡＲ／ＡＲ＿ＤＦＢ−ＬＤでは、通常、前方光出力を稼ぐため、λ／４位相シフトは中央より若干前に置かれる。
【００６８】
これに対し、本実施例では、素子後方のＧＴＧでの長さあたりの導波光の反射が、素子前方よりも大きくなるため、ＡＲ／ＡＲ構造でありながら、λ／４位相シフト４は、光導波路の中央よりも後方に置かれる。
【００６９】
本実施例において、光出力特性を見積もると、前後比（＝前方光出力／後方光出力）として、２以上を得ることができる。
【００７０】
本実施例においては、有限長のＧＴＧ描画部を有することによる光放射損失があっても、通常のＡＲ／ＡＲ＿ＤＦＢ−ＬＤよりも、効率よい前方光出力を確認した。一方、波長単一モード性に関しては、通常の光結合係数κの値が均一のＡＲ／ＡＲ＿ＤＦＢ−ＬＤと変わらず、良好であった。
【００７１】
単一モード性は、ＳＭＳＲ（Ｓｉｄｅ  Ｍｏｄｅ  Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ  Ｒａｔｉｏ）を指標としており、通常、ＳＭＳＲ＞４０ｄＢ程度が要求される。このＳＭＳＲの歩留まりに関して、本実施例は、通常の光結合係数κの値が均一のＡＲ／ＡＲ＿ＤＦＢ−ＬＤとほぼ同等である。
【００７２】
なお、本実施例では、回折格子（ＧＴＧ）の形成におけるフォトレジストパターンを、ＥＢ描画により製造した。この際、ＥＢプログラムを調整し、所定の箇所にだけ、ＧＴＧパターンを描画することで、該所定の箇所にだけ、ＧＴＧを形成することができる。図４は、本発明の第１の実施例の製造工程におけるＥＢ描画を模式的に示す図（基板上方からみた平面図）である。
【００７３】
ＧＴＧ形成におけるフォトレジストパターンをＥＢ描画すること以外は、通常のＤＦＢ−ＬＤ製造方法と同じ方法で製造する。以下に、その製造方法を説明する。図５（Ａ）乃至図５（Ｄ）は、本実施例の製造方法を説明するために、工程順に断面を示す図である。
【００７４】
１）ｎ＿ＩｎＰ基板２上に、ＥＢ描画により、レジストにＧＴＧ１のパターンを焼付け、続いて、ウェットエッチにより、ＧＴＧ１を形成する。この時、ＧＴＧ１のパターニングは、図４に示すような構造をなすように、ＥＢ描画のプログラムを行う。
【００７５】
２）ｎ＿ＩｎＧａＡｓＰガイド層３、ｎ＿ＩｎＰスペーサ層１２、ＭＱＷ＝５層で波長１．５５ｕｍ帯のＭＱＷ活性層７、ｐ＿ＩｎＰクラッド層１３を結晶成長する（図５（Ａ））。
【００７６】
３）ＳｉＯ２マスク１４とドライエッチ工程により、ＭＱＷ活性層７の幅を１．６ｕｍとする（図５（Ｂ））。
【００７７】
４）ＳｉＯ２マスク１４を活性層７上にのみ残した後、これをマスクとしてｎ＿ＩｎＰ  ／  ｐ＿ＩｎＰブロック層１５を結晶成長する（図５（Ｃ））。
【００７８】
５）ＳｉＯ２マスク１４を除去した後、ｐ＿ＩｎＰクラッド層１６、ｐ＋＿ＩｎＧａＡｓコンタクト層１７を結晶成長する（図５（Ｄ））。
【００７９】
６）幅２０ｕｍのメサ構造１８（図２参照）を形成し、電極１９を形成する（図２）。
【００８０】
＜実施例２＞
次に、本発明の第２の実施例を説明する。図６は、本発明の第２実施例の構成を示す図であり、光導波路方向と平行な縦断面が模式的に示されている。本実施例において、素子長Ｌは、前記第１実施例と同じく４５０ｕｍであり、λ／４位相シフト４が前端から３００ｕｍに設けられている。
【００８１】
本実施例では、λ／４位相シフト４を跨いで、素子前方３５０ｕｍ長が、ＧＴＧ描画が疎の領域１０になっている。本実施例では、ＧＴＧ１を５周期描画した部分と、ＧＴＧが無いスペース８（ＧＴＧ１０周期分の長さ）とが交互に配置されている。ただし、スペース８の長さに、光導波路屈折率による補正を含んでいることは、前記第一実施例と同じである。
【００８２】
素子後方の１／３領域（１００ｕｍ長）では、ＧＴＧを欠損なく連続描画している。すなわち、前記第１実施例では、素子前方と素子後方の１／３領域のＧＴＧ描画密度の差が２倍であったのに対し、本実施例では、ＧＴＧ描画密度の差を３倍とした。
【００８３】
素子後方１／３領域のＧＴＧ連続描画領域９のＧＴＧの描画密度が１であるのに対して、ＧＴＧ描画が疎の領域１０では、（ＧＴＧ５周期）＋（ＧＴＧ１０周期のスペース）の繰り返しであるため、ＧＴＧの描画密度は、１／３（＝５／（５＋１０））となり、素子前方と素子後方のＧＴＧ描画密度の差は、１／（１／３）＝３倍となる。
【００８４】
ＧＴＧの深さは、光結合係数κ値が、素子前方で、平均２７ｃｍ−１、素子後方で、８１ｃｍ−１となるように設けた。本実施例における素子の横断面及び活性層の構造は、前記第１実施例と同じであり、素子の前端面と後端面にはともにＡＲコート５を施した。
【００８５】
本実施例のＤＦＢ−ＬＤにおいて、光出力特性を見積もると、光出力の前後比として３以上を得ることができる。有限長のＧＴＧ描画部を有することによる光放射損失があっても、前方から効率よく出力されることを確認した。一方、ＳＭＳＲ歩留まりに関しては、光結合係数κが均一のＡＲ／ＡＲ構造のＤＦＢ−ＬＤとほぼ同等であることが確認できた。
【００８６】
＜実施例３＞
次に、本発明の第３の実施例を説明する。図７は、本発明の第３実施例の構成を示す図であり、光導波路方向と平行な縦断面が模式的に示されている。図７を参照すると、本実施例は、図１に示した前記第１実施例とは相違して、λ／４位相シフト構造を取り入れていない。これ以外は、図１の構成と同一である。
【００８７】
ＧＴＧ描画が疎の領域１０では、ＧＴＧ１を１０周期描画した部分と、１０周期分長さのスペース８とが交互に設けられている。スペース８の長さは、光導波路屈折率の補正を含む。
【００８８】
本実施例では、ＧＴＧ描画が疎の領域１０のうち、素子中央部の一箇所おいて、長さが０．５周期増した５．５周期分長のスペース２１（格子周期の半整数倍の光学路長のスペース）を一つだけ設けられている。これは、波長λに対しては、１／４倍長だけ長いスペースを設けたことに相当する。格子周期の半整数倍の光学路長のスペース２１により、λ／４位相シフト構造の代わりとしている。本実施例において、深さ等、他のＧＴＧの形態は、前記第１実施例と同じである。
【００８９】
本実施例においても、ＤＦＢ−ＬＤの発光特性としては、前記第１実施例と同様の特性を得ることができる。なお、格子周期の半整数倍の光学路長のスペース２１は一つだけなので、この長さに、光導波路屈折率の補正を入れるか入れないかの議論は、微量のことなので意味はない（入れてもよいし、入れなくてもよい）。
【００９０】
＜実施例４＞
次に、本発明の第４の実施例を説明する。図８は、本発明の第４の実施例の構成を示す図であり、光導波路方向と平行な縦断面が模式的に示されている。本実施例の横断面の構造、活性層の構造、及び、素子長は、前記第１乃至第３の実施例と同じである。
【００９１】
本実施例においては、後端面ＨＲコート（７５％）のＡＲ／ＨＲ−ＤＦＢ構造であり、λ／４位相シフト４が、素子の前端から３１５ｕｍ位置に設けられている。ＡＲ／ＨＲ−ＤＦＢ構造であるため、前方光出力に有利であり、前後比は、４以上となっている。
【００９２】
本実施例では、λ／４位相シフト４の近傍１５０ｕｍの領域のＧＴＧを疎に形成している。λ／４位相シフト４の中点に対して素子前方側の１００ｕｍに、素子後方側の５０ｕｍにＧＴＧ描画が疎の領域１０を備えている。素子の前方端部から２１５ｕｍと素子の後方端部から８５ｕｍの範囲にＧＴＧ１を連続描画した領域を備えている。
【００９３】
一般に、ＤＦＢ−ＬＤにおいては、レーザ発振時に、λ／４位相シフトの近傍で光密度が高くなり、これが、変調駆動時の波長チャープ現象を引き起こす要因の一つになっている。波長チャープとは、Δν〜数ＧＨｚの波長変動のことで、光伝送通信上、伝送限界距離を低下させるなど、悪影響を与える。
【００９４】
本実施例では、λ／４位相シフト近傍で光結合係数κ値を低くすることにより、λ／４位相シフト近傍での光密度集中を緩和している。
【００９５】
図９に、この様子を見積もった結果（シミュレーション結果）を示す。図９において、Ａは、比較例、Ｂは、本発明の第４の実施例である。横軸は導波路内の位置（左端は前端ＡＲ、右端は後端ＨＲ（７５％））、縦軸は光電界分布相対値である。
【００９６】
比較例Ａは、図１１に示した通常のＡＲ／ＨＲ  ＤＦＢ−ＬＤであり、光結合係数κ＝２６．６ｃｍ−１の均一値である。Ｂは、本発明の第４の実施例であり、λ／４位相シフト近傍の１５０ｕｍ領域で、光結合係数κ＝１０．０ｃｍ−１、その他の領域で光結合係数κ＝３５．０ｃｍ−１とされる。κ×Ｌ＝１．２である。
【００９７】
前記第１乃至第４実施例では、スペース８の光学路長が、交互にあるＧＴＧ描画部分の倍数長（１倍、２倍）の例を示したが、本発明において、スペース８の光学路長は、ＧＴＧ描画部分の倍数長に限定されるものでなく、ＧＴＧ周期の整数倍（λの半整数倍）であればよい。またスペース８の光学路長は、ＧＴＧ周期の整数倍であれば、異なる長さのスペースが混ざっていてもよい。ただし、スペース８の光学路長が厳密にλの半整数倍になるように、ＧＴＧの描画部との光導波路の屈折率差による補正は入れておく。
【００９８】
本発明によれば、ＤＦＢ−ＬＤにおいて、光導波路の各領域間での光結合係数κの値の違いを意図したとおり十分取ることを可能としており、これを、ＧＴＧ深さや、ガイド層の組成変調に依らないで実現することができる。
【００９９】
また、ＧＴＧを形成する際、ＧＴＧのレジストパターニングをＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂｅａｍ）描画により行って製造すること前提としており、ＥＢ描画プログラムの調整のみで実現される。このため、通常ＤＦＢ−ＬＤ製造と同等のプロセスで容易に実現できる。本発明を適用したＤＦＢ−ＬＤには、次のような作用効果が期待される。
【０１００】
ＡＲ／ＡＲ＿ＤＦＢ−ＬＤにおいて、その特徴である良好な単一モード発振の安定性を保ちながら、光出力の前後比を向上させる。
【０１０１】
レーザ発振時に、λ／４位相シフト近傍における光密度の集中を緩和し、波長チャープを抑制することができる。
【０１０２】
本発明は、光ファイバ通信において光源として使用される半導体レーザに適用して好適とされる。特に、２５ｋｍ以上の長距離、１Ｇｂｐｓ以上の変調駆動が要求される光ファイバ通信の光源に利用される。
【０１０３】
光ファイバ通信では、主に、光源として分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）が用いられ、単一モードの波長で安定に発振し、光出力効率の良いものを歩留まりよく製造することが重要である。また、レーザ発振時の波長変動を抑制し伝送上有利なものが望まれる。光ファイバ通信におけるこれらの要求を充たすために、本発明は利用される。
【０１０４】
なお、上記の特許文献の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
【符号の説明】
【０１０５】
１  回折格子（ＧＴＧ；グレーティング）
２  ｎ＿ＩｎＰ基板
３  ｎ＿ＩｎＧａＡｓＰガイド層
４  λ／４位相シフト
５  ＡＲコート
６  ＨＲコート
７  ＭＱＷ活性層
８  ＧＴＧが無いスペース
９  ＧＴＧ連続描画領域
１０  ＧＴＧ描画が疎の領域
１１  １素子の領域
１２  ｎ＿ＩｎＰスペーサ層
１３  ｐ＿ＩｎＰクラッド層
１４  ＳｉＯ２マスク
１５  ｎ＿ＩｎＰ／ｐ＿ＩｎＰブロック層
１６  ｐ＿ＩｎＰクラッド層
１７  ｐ＋＿ＩｎＧａＡｓコンタクト層
１８  メサ構造
１９  電極
２０  ＳｉＯ２パッシベーション膜
２１  格子周期の半整数倍光学路長のスペース
【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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