(57)【要約】【課題】反射戻り光の入射を抑制することができ、温度変化した場合においても、安定したレーザ発振を得ることのできる半導体レーザを提供する。【解決手段】半導体基板の一方の面の側に活性層が形成されている半導体レーザであって、第１の回折格子層が形成されている一方の端面の側の第１の領域と、第２の回折格子層が形成されている他方の端面の側の第２の領域と、前記一方の端面に形成された反射膜と、前記他方の端面に形成された反射防止膜と、を有し、前記第１の回折格子層及び前記第２の回折格子層により各々回折格子が形成されるものであって、前記第１の回折格子層の周期は、所定の周期で形成されており、前記第２の回折格子層の周期は、所定の範囲内において変化しており、前記第１の回折格子層の周期は、前記第２の回折格子層の周期の前記所定の範囲内に含まれていることを特徴とする半導体レーザにより上記課題を解決する。【選択図】図６
2019160842.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の一方の面の側に活性層が形成されている半導体レーザであって、
第１の回折格子層が形成されている一方の端面の側の第１の領域と、
第２の回折格子層が形成されている他方の端面の側の第２の領域と、
前記一方の端面に形成された反射膜と、
前記他方の端面に形成された反射防止膜と、
を有し、
前記第１の回折格子層及び前記第２の回折格子層は同一面上に隣接して形成され、
前記第１の回折格子層及び前記第２の回折格子層には各々回折格子が形成されており、
前記第１の回折格子層に形成された回折格子の周期は、一定の周期で形成されており、
前記第２の回折格子層に形成された回折格子の周期は、前記一定の周期を含む所定の範囲において変化していることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】
前記第２の回折格子層に形成された回折格子は、所定の範囲内において周期が徐々に変化するチャープドグレーティングであることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項３】
前記半導体基板の一方の面の上には、前記第１の回折格子層及び前記第２の回折格子層が形成されており、
前記第１の回折格子層及び前記第２の回折格子層の上には、下部クラッド層が形成されており、
前記下部クラッド層の上には、前記活性層が形成されており、
前記活性層の上には、上部クラッド層が形成されており、
前記上部クラッド層の上には、上部の電極が形成されており、
前記一方の面とは反対の前記半導体基板の他方の面には、下部の電極が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ。
【請求項４】
前記上部の電極は、前記第１の領域に形成されており、前記第２の領域には形成されていないことを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ。
【請求項５】
前記下部の電極は、前記第１の領域に形成されており、前記第２の領域には形成されていないことを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ。
【請求項６】
前記上部の電極及び前記下部の電極は、前記第１の領域及び前記第２の領域に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ。
【請求項７】
前記上部の電極は分割されており、
前記第１の領域には第１の上部の電極が形成されており、
前記第２の領域には第２の上部の電極が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ。
【請求項８】
前記活性層は前記第１の領域に形成されており、
前記第２の領域には、前記活性層において発光した光が伝播する光導波路層が形成されており、
光導波路層の組成波長は、前記活性層のＰＬ波長よりも短いことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の半導体レーザ。
【請求項９】
前記第１の領域よりも前記一方の端面の側には、第３の領域が形成されており、
前記第３の領域には、回折格子が形成されていないことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の半導体レーザ。
【請求項１０】
光の伝播方向における前記第３の領域の長さは、前記第１の領域よりも短いことを特徴とする請求項９に記載の半導体レーザ。
【請求項１１】
前記第２の回折格子層における周期の前記所定の範囲内の上限と下限との差は、０．７７ｎｍ以上、３．８５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の半導体レーザ。
【請求項１２】
前記第２の回折格子層により形成される回折格子は、所定の範囲内の波長の光の一部を反射するものであって、
前記所定の範囲内における反射率は、１％以上５％以下であることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の半導体レーザ。
【請求項１３】
前記第２の回折格子層により形成される回折格子により前記反射率で反射される光の波長範囲の上限と下限の差は、５ｎｍ以上、２５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１２に記載の半導体レーザ。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれかに記載の半導体レーザと、
前記半導体レーザより出射されたレーザ光が入射する光変調器と、
前記光変調器に入射したレーザ光を光変調する光変調器駆動回路と、
を有し、
前記光変調器において光変調されたレーザ光を出力光信号として出射することを特徴とする光通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ及び光通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高性能サーバやスーパーコンピュータ等では要求される演算能力の増大に対し、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）のマルチコア化等により高性能化が図られている。一方、チップ間、ボード間の通信においては、高速化する演算能力に対して電気信号での通信は物理的な距離の問題から限界を迎えつつある。低損失かつ小型なシリコン細線導波路をベースとした大規模なシリコン基板上光機能素子、所謂シリコンフォトニクスは、このような高速化する情報処理機器の通信容量不足の問題を解決する技術として期待されている。シリコンフォトニクスは、シリコン電子回路製造技術を利用したものであり、シリコン基板の表面に光機能素子が形成されており、安価で大規模集積が可能である。
【０００３】
シリコンフォトニクスを用いた光送信機における光源は、シリコンが間接遷移半導体であるため、直接遷移半導体であるＧａＡｓ系やＩｎＰ系等のIII−Ｖ族半導体が一般的に用いられている。このような、ＧａＡｓ系やＩｎＰ系等のIII−Ｖ族半導体は、光通信装置の光源等にも広く用いられている。シリコンとこれらIII−Ｖ族半導体は、格子定数が異なるため、同一基板上へのモノリシック集積は困難であり、現状においては、シリコン光機能素子の上に、光半導体素子を搭載し集積させる構造、所謂ハイブリッド集積実装構造が主流となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１１７０４５号公報
【特許文献２】特開２０００−７７７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
シリコンフォトニクスを用いた光送信機においては、光源としてＤＦＢ（Distributed  Feed-Back：分布帰還型）レーザ等が用いられる。光送信機においては、ＤＦＢレーザから出射された光は、シリコン基板に形成された光導波路等に入射するが、このような光がＤＦＢレーザにおいて光を出射する出射端より反射戻り光として入射する場合がある。このように、ＤＦＢレーザに反射戻り光が入射すると、レーザ発振が不安定となるため好ましくない。
【０００６】
また、環境温度の変化、または、光送信機等を使用することによる発熱等により、使用しているＤＦＢレーザの温度が変化する場合があるが、ＤＦＢレーザの温度が変化した場合に、レーザ発振が不安定になることは好ましくない。
【０００７】
よって、シリコンフォトニクスを用いた光送信機等において、光源として用いられる半導体レーザでは、反射戻り光による影響がなく、温度変化した場合においても、安定したレーザ発振が得られるものが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
１つの態様では、半導体レーザは、第１の回折格子層が形成されている一方の端面の側の第１の領域と、第２の回折格子層が形成されている他方の端面の側の第２の領域と、前記一方の端面に形成された反射膜と、前記他方の端面に形成された反射防止膜と、を有し、前記第１の回折格子層及び前記第２の回折格子層により各々回折格子が形成されるものであって、前記第１の回折格子層の回折格子の周期は、所定の周期で形成されており、前記第２の回折格子層の回折格子の周期は、所定の範囲内において変化しており、前記第１の回折格子層の周期は、前記第２の回折格子層の周期の前記所定の範囲内に含まれている。
【発明の効果】
【０００９】
１つの側面として、反射戻り光による影響を抑制することができ、温度変化した場合においても、安定したレーザ発振を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ＡＲ／ＨＲ−ＤＦＢレーザの構造図
【図２】ＬＲ／ＨＲ−ＤＦＢレーザの構造図
【図３】ＬＲ／ＨＲ−ＤＦＢレーザの説明図（１）
【図４】ＬＲ／ＨＲ−ＤＦＢレーザの説明図（２）
【図５】ＬＲ／ＨＲ−ＤＦＢレーザの特性の説明図
【図６】第１の実施の形態における半導体レーザの構造図
【図７】第１の実施の形態における半導体レーザの説明図
【図８】第１の実施の形態における半導体レーザの特性の説明図
【図９】第１の実施の形態における半導体レーザの製造方法の工程図（１）
【図１０】第１の実施の形態における半導体レーザの製造方法の工程図（２）
【図１１】第１の実施の形態における半導体レーザの製造方法の工程図（３）
【図１２】第１の実施の形態における半導体レーザの製造方法の工程図（４）
【図１３】第１の実施の形態における半導体レーザの製造方法の工程図（５）
【図１４】第１の実施の形態における半導体レーザの製造方法の工程図（６）
【図１５】第１の実施の形態における半導体レーザの製造方法の工程図（７）
【図１６】第１の実施の形態における半導体レーザの製造方法の工程図（８）
【図１７】第２の実施の形態における半導体レーザの構造図
【図１８】第２の実施の形態における半導体レーザの特性の説明図
【図１９】第２の実施の形態における半導体レーザの製造方法の工程図（１）
【図２０】第２の実施の形態における半導体レーザの製造方法の工程図（２）
【図２１】第２の実施の形態における半導体レーザの製造方法の工程図（３）
【図２２】第２の実施の形態における半導体レーザの製造方法の工程図（４）
【図２３】第２の実施の形態における半導体レーザの製造方法の工程図（５）
【図２４】第２の実施の形態における半導体レーザの製造方法の工程図（６）
【図２５】第２の実施の形態における半導体レーザの製造方法の工程図（７）
【図２６】第２の実施の形態における半導体レーザの製造方法の工程図（８）
【図２７】第２の実施の形態における半導体レーザの製造方法の工程図（９）
【図２８】第２の実施の形態における半導体レーザの製造方法の工程図（１０）
【図２９】第２の実施の形態における半導体レーザの製造方法の工程図（１１）
【図３０】第２の実施の形態における半導体レーザの製造方法の工程図（１２）
【図３１】第２の実施の形態における半導体レーザの変形例の構造図
【図３２】第３の実施の形態における半導体レーザの構造図
【図３３】第３の実施の形態における半導体レーザの製造方法の説明図（１）
【図３４】第３の実施の形態における半導体レーザの製造方法の説明図（２）
【図３５】第３の実施の形態における半導体レーザの製造方法の説明図（３）
【図３６】第３の実施の形態における半導体レーザの製造方法の説明図（４）
【図３７】第４の実施の形態における半導体レーザの構造図
【図３８】第５の実施の形態における光通信装置のブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００１２】
〔第１の実施の形態〕
最初に、シリコンフォトニクスを用いた光送信機に用いられるＤＦＢレーザについて説明する。シリコンフォトニクスを用いた光送信機においては、光導波路の形成されているシリコン基板の上に、ＤＦＢレーザが搭載されており、ＤＦＢレーザから出射された光は、光導波路に入射する構造となっている。このため、ＤＦＢレーザよりレーザ光が出射されるが、出射されたレーザ光の一部が反射戻り光として再びＤＦＢレーザに入射すると、レーザ発振が不安定となり、ノイズとなる場合がある。
【００１３】
図１に示されるＤＦＢレーザは、ｎ−ＩｎＰ基板９１１の一方の面９１１ａに、ｎ−ＩｎＰバッファ層９１２が形成されており、ｎ−ＩｎＰバッファ層９１２の上には、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層９１３が形成されている。ｎ−ＩｎＰバッファ層９１２及びｎ−ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層９１３の上はｎ−ＩｎＰクラッド層９１５により覆われている。ｎ−ＩｎＰクラッド層９１５の上には、ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸活性層９１６、ｐ−ＩｎＰクラッド層９１７、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層９１８が順に形成されている。ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層９１８の上には金属積層膜９４３を介しｐ側電極９２１が形成されており、ｎ−ＩｎＰ基板９１１の他方の面９１１ｂには金属積層膜９４５を介しｎ側電極９２２が形成されている。このＤＦＢレーザの光の伝播方向において、一方の端面９３０ａには、ＤＦＢレーザにおいて高い出力を得るため、高い反射率で光を反射する高反射（High-Reflection：ＨＲ）膜９３１が形成されている。また、他方の端面９３０ｂには、光を反射することなく透過させる反射防止（Anti-Reflection：ＡＲ）膜９３２が形成されている。
【００１４】
図１に示すＤＦＢレーザでは、ｐ側電極９２１とｎ側電極９２２との間に電圧を印加することによりｉ−ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸活性層９１６に電流が注入され、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層９１３により形成された回折格子のピッチに対応した波長のレーザ光が他方の端面９３０ｂの側より出射される。図１に示す構造のＤＦＢレーザは、ＡＲ／ＨＲ−ＤＦＢレーザと呼ばれる場合がある。
【００１５】
このＤＦＢレーザでは、他方の端面９３０ｂには反射防止膜９３２が形成されているため、出射されるレーザ光は反射防止膜９３２を透過し出射される。しかしながら、反射防止膜９３２は光を透過するため、ＤＦＢレーザの外部の光も反射防止膜９３２を透過し、他方の端面９３０ｂよりＤＦＢレーザに入射する場合がある。このように、他方の端面９３０ｂよりＤＦＢレーザに入射する光は、反射戻り光と呼ばれており、反射戻り光がＤＦＢレーザに入射すると、レーザ発振が不安定となり、ノイズの原因となる。
【００１６】
このような反射戻り光の対策としては、ＤＦＢレーザと光導波路との間に、光アイソレータを挿入し、ＤＦＢレーザの外部からの反射戻り光が入射することを抑制する方法が考えられる。しかしながら、挿入損失の小さいバルク型光アイソレータはサイズが大きいため光送信機等を小型化することが困難である。また、他の方法としては、反射戻り光耐性の強い量子ドットＤＦＢレーザや利得結合型ＤＦＢレーザを用いることが知られている。しかしながら、このような半導体レーザは、構造や製法が特殊であるため、一般的な量子井戸活性層を用いたＤＦＢレーザに比べて価格が高く、安価な光送信機を得ることはできない。
【００１７】
現在、ＤＦＢレーザにおいて、最も安価な反射戻り光対策としては、図２に示すようにＤＦＢレーザの他方の端面９３０ｂに反射率が数％の低反射（Low-Reflection：ＬＲ）膜９３３を形成したものがある。このように、他方の端面９３０ｂに低反射膜９３３を形成することにより、ＤＦＢレーザ内において発振したレーザ光の多くは、低反射膜９３３を透過し出射されるが、一部は、低反射膜９３３により反射されＤＦＢレーザの内部に留まる。このため、外部より低反射膜９３３を透過し、ＤＦＢレーザの内部に入射する光が存在したとしても、その強度は、低反射膜９３３により反射されＤＦＢレーザの内部に留まる光に比べて極めて低く、外部より低反射膜９３３を透過し入射した光の影響は殆どない。尚、図２に示す構造のＤＦＢレーザは、ＬＲ／ＨＲ−ＤＦＢレーザと呼ばれる場合がある。
【００１８】
即ち、図１に示す構造のＤＦＢレーザでは、ＤＦＢレーザの内部において発振した光は、反射防止膜９３２では反射されることなく、他方の端面９３０ｂの側よりレーザ光が出射される。よって、外部より反射防止膜９３２を透過してＤＦＢレーザの内部に入射する反射戻り光が存在すると、反射戻り光の影響により、レーザ発振が不安定となりやすい。しかしながら、図２に示す構造のＤＦＢレーザでは、ＤＦＢレーザの内部において発振したレーザ光の一部は、他方の端面９３０ｂに形成された低反射膜９３３により反射される。このため、外部から低反射膜９３３を透過し、ＤＦＢレーザの内部に入射する反射戻り光が存在したとしても、その反射戻り光の強度は、レーザ発振した光が低反射膜９３３により反射された光の強度よりも極めて低い。このため、ＤＦＢレーザの内部では、外部から低反射膜９３３を透過して入射した反射戻り光よりも、低反射膜９３３により反射された光の方が支配的となる。そのため、ＡＲ／ＨＲ−ＤＦＢレーザに比べれば相対的に反射戻り光による影響が小さく、安定したレーザ発振が得られやすい。
【００１９】
ところで、シリコンフォトニクスを用いた光送信機等においては、小型化、低消費電力化が求められている。また、より高速な信号や、多値変調と言った複雑な通信フォーマットに対応するため、半導体レーザであるＤＦＢレーザでは、高出力なものが求められている。具体的には、消費電力の大きいＴＥＣ（Thermoelectric  cooler）のような温度調整器を用いることなく、広い温度範囲、例えば、０℃〜８０℃の使用環境においても数１０ｍＷ以上の高い光出力が得られる半導体レーザが求められている。
【００２０】
また、ＤＦＢレーザの発振波長は、基本的には、ＤＦＢレーザの内部に形成された回折格子によって決定される。回折格子を含むＤＦＢレーザの光導波路の屈折率は温度依存性を有しており、ＤＦＢレーザの温度が変化すると発振波長が変化する。また、ＤＦＢレーザの活性層の利得ピーク波長は、バンドギャップの温度依存性に起因して変化するものである。発振波長の変化と利得ピーク波長の変化とを比較すると、温度変化の変化量が同じである場合、光導波路の温度変化による発振波長の変化よりも、ＤＦＢレーザの活性層の利得ピーク波長の温度変化による変化の方が大きい。
【００２１】
図３は、ＤＦＢレーザの温度が、低温から高温変化した場合におけるＤＦＢレーザの発振波長と利得ピーク波長の模式図を示す。尚、本願においては、ＤＦＢレーザの発振波長と利得ピーク波長との差を離調（ディチューニング）と記載して説明する。ＤＦＢレーザにおいては、高温時でも高い光出力が維持できるよう、ＤＦＢレーザの発振波長と利得ピーク波長とが一致するように、即ち、高温時における離調が０になるように設計すると、低温時におけるＤＦＢレーザの発振波長と利得ピーク波長との離調が大きくなる。
【００２２】
ＤＦＢレーザに形成されている回折格子は、ＤＦＢレーザの発振波長、即ち、ブラッグ波長近傍以外では反射率は低く、低温時の利得ピーク波長近傍において回折格子によるフィードバックが発生することはなく、本来なら意図せぬレーザ発振が生じることはない。しかしながら、図２に示されるＬＲ／ＨＲ−ＤＦＢレーザでは、高反射膜９３１と低反射膜９３３とによりファブリペロー(Fabry-Perot：FP)共振器が形成される。このため、利得ピーク波長の近傍においてＦＰモードのレーザ発振が生じてしまう場合がある。
【００２３】
図４は、１．３μｍ帯のＬＲ／ＨＲ−ＤＦＢレーザを例とし、離調と低反射膜９３３の反射率との関係より、ＤＦＢモードによる発振とＦＰモードによる発振との関係を示したものである。即ち、ＦＰモードによる発振が生じる反射率の最小値と離調の関係を示すものである。図３に示されるＤＦＢレーザでは、ＤＦＢレーザ発振波長と利得ピーク波長の関係は、高温域で離調が小さくなる。従って、図４においては離調の小さい左側が高温側、離調の大きい右側が低温側に相当する。
【００２４】
図４に示されるように、ＤＦＢモードで発振させるためには、離調が２５ｎｍの場合では、低反射膜９３３の反射率を約１．５％以下にする必要があり、離調が３０ｎｍの場合では、低反射膜９３３の反射率を約０．７％以下にする必要がある。例えば、１．３μｍ帯において、ＤＦＢレーザの温度が８０℃の場合において、離調が０ｎｍとなるように設計した場合、ＤＦＢレーザの温度が０℃の場合における離調は２６．７ｎｍとなる。従って、低反射膜９３３の反射率が１％程度であっても、０℃近傍の低温域ではＦＰモードで発振してしまう。
【００２５】
図５は、図２に示す構造のＤＦＢレーザにおいて、離調が１５ｎｍ、低反射膜９３３の反射率が３％の場合におけるレーザ発振スペクトルのシミュレーション結果である。この場合には、ＤＦＢモードによるレーザ発振はしているが、ＦＰモードによるレーザ発振が始まっており、ＤＦＢモードによる発振とＦＰモードによる発振とが競合している状態にあり、純粋なＤＦＢモードによる発振ではない状態にある。
【００２６】
従って、図２に示されるＬＲ／ＨＲ−ＤＦＢレーザでは、低反射膜９３３の反射率が、反射戻り光の影響を抑えるのに十分な反射率である場合において、広い温度範囲でＦＰモードによる発振を抑制することができない。即ち、ＤＦＢレーザにおけるシングルモード発振を維持することができない。
【００２７】
このため、シリコン光機能素子の上に実装可能で、かつ、安価な半導体レーザであって、高い反射戻り光耐性を備え、かつ、広い温度範囲で高い光出力とシングルモード発振が得られる半導体レーザが求められている。
【００２８】
（半導体レーザ）
次に、第１の実施の形態における半導体レーザについて説明する。本実施の形態における半導体レーザは、化合物半導体により形成されており、例えば、ＩｎＧａＡｓＰ系の１．３μｍ帯の半導体レーザである。尚、便宜上、レーザ光が出射される方向に平行な方向をＸ方向とし、膜厚方向、即ち、半導体基板１１面に垂直な方向をＺ方向とし、Ｘ方向及びＺ方向に垂直となる図６の紙面に垂直な方向をＹ方向として説明する。従って、Ｘ方向が光の伝播方向となる。
【００２９】
具体的には、図６に示されるように、本実施の形態における半導体レーザ１０は、半導体基板１１の一方の面１１ａに、バッファ層１２が形成されている。バッファ層１２の上には、一方の端面３０ａの側には、第１の回折格子層１３が形成されており、他方の端面３０ｂの側には、第２の回折格子層１４が形成されており、第１の回折格子層１３及び第２の回折格子層１４の上は、下部クラッド層１５により覆われている。このように、第１の回折格子層１３及び第２の回折格子層１４の上を下部クラッド層１５により覆うことにより、第１の回折格子及び第２の回折格子が形成される。下部クラッド層１５の上には、量子井戸活性層１６、上部クラッド層１７、コンタクト層１８が順に形成されている。
【００３０】
半導体基板１１は、ｎ−ＩｎＰ基板により形成されており、バッファ層１２はｎ−ＩｎＰにより形成されており、第１の回折格子層１３及び第２の回折格子層１４は、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰにより形成されている。下部クラッド層１５はｎ−ＩｎＰにより形成されており、量子井戸活性層１６はｉ−ＩｎＧａＡｓＰにより形成されており、上部クラッド層１７はｐ−ＩｎＰにより形成されており、コンタクト層１８はｐ−ＩｎＧａＡｓにより形成されている。
【００３１】
コンタクト層１８の上には、金属積層膜４３を介しｐ側電極２１が形成されており、半導体基板１１の他方の面１１ｂには金属積層膜４５を介しｎ側電極２２が形成されている。本実施の形態においては、半導体レーザの光の伝播方向において、一方の端面３０ａには、高い反射率で光を反射する高反射（ＨＲ）膜３１が形成されており、他方の端面３０ｂには、光を反射することなく透過させる反射防止（ＡＲ）膜３２が形成されている。
【００３２】
本願においては、ｐ側電極２１を上部電極と記載し、ｎ側電極２２を下部電極と記載する場合がある。また、第１の回折格子層１３により形成される回折格子を第１の回折格子と記載し、第１の回折格子層１３が形成されている領域を第１の領域１０ａと記載する場合がある。第２の回折格子層１４により形成される回折格子を第２の回折格子と記載し、第２の回折格子層１４が形成されている領域を第２の領域１０ｂと記載する場合がある。
【００３３】
本実施の形態においては、第１の回折格子層１３は、波長λの光が出射されるように、一定の周期Ｔで形成されている。例えば、波長λが約１３０４ｎｍとなるように、周期Ｔが２００．５ｎｍとなるように形成されている。第２の回折格子層１４は、波長λの光を含む、所定の波長範囲の光が一部反射されるように形成されており、周期がＴａからＴｂまで徐々に変化している。このように周期が徐々に変化する回折格子は、チャープドグレーティングと呼ばれている。具体的には、第２の回折格子層１４は、複数のセグメントに分けられており、セグメント毎に周期を変えて形成されている。表１は、第２の回折格子層１４において他方の端面３０ｂから一方の端面３０ａに向かって順に形成されるセグメントにおける周期を例示したものである。表１に示す場合では、第２の回折格子層１４は、１８のセグメントに分けられており、各々のセグメント長は１０μｍであり、周期Ｔａが１９９．７３ｎｍから周期Ｔｂが２０２．２８ｎｍまで順に変化するように形成されている。この場合、波長が約１２９９ｎｍから約１３１２ｎｍまでの範囲の光は一部反射されるが、この範囲以外の光は略すべて透過する。
【００３４】
【表１】
2019160842.tif 000003
【００３５】
図７は、第２の回折格子層１４により形成される第２の回折格子の反射スペクトルを示す。本実施の形態においては、第２の回折格子層１４において所定の波長範囲、例えば、１２９９ｎｍから１３１２ｎｍまでの波長範囲の光が反射される反射率は、１％以上５％以下が好ましく、更には、１．５％以上４％以下が好ましい。反射率が低すぎると、反射戻り光を抑制する効果が低くなり、反射率が高すぎると、レーザ光のパワーの低下を招くからである。
【００３６】
具体的には、第２の回折格子層１４は、第１の回折格子によりフィードバックされる波長帯の光の一部を反射するが、活性層の利得スペクトルのピーク波長帯の光は反射せずこれを透過するように形成されている。尚、第１の回折格子によりフィードバックされる波長帯と、利得スペクトルのピーク波長が一致している場合や近い場合には、ＤＦＢモードとは異なる波長におけるＦＰモードによるレーザ発振は生じにくい。
【００３７】
従って、本実施の形態においては、ＤＦＢモードでレーザ発振した光の一部は、第２の回折格子層１４において反射され、第１の回折格子層１３の側に戻る。このため、半導体レーザの外部より反射防止膜３２を透過して反射戻り光が入射しても、ＤＦＢモードでレーザ発振し、第２の回折格子層１４において反射された光の方が強度が高いため、反射戻り光による影響は殆どない。また、本実施の形態における半導体レーザにおいては、第２の回折格子層１４は、所定の波長範囲以外の光は透過するため、この波長範囲以外の波長ではＦＰモードによるレーザ発振は生じない。即ち、第２の回折格子層１４において光の一部が反射する波長範囲以外の範囲に、利得スペクトルのピーク波長が存在したとしても、このピーク波長の光は、第２の回折格子層１４を透過するため、ＦＰモードによるレーザ発振は生じることがない。よって、本実施の形態における半導体レーザは、反射戻り光に強く、また、ＦＰモードによるレーザ発振を防ぐことができる。
【００３８】
従って、本実施の形態においては、第２の回折格子層１４において光の一部が反射される波長範囲は、環境温度が変化した場合において、ＤＦＢモードの発振波長の変化する範囲を含むものであって、ＦＰモードによる発振が生じにくい範囲であることが好ましい。よって、第２の回折格子層１４において所定の反射率で反射される光の波長範囲は、環境温度を０℃〜８０℃とすると、この環境温度の範囲において、ＤＦＢモードの発振波長の変化する範囲を含むものである。このため、第２の回折格子層１４は、周期Ｔａが１９９．７３ｎｍ〜周期Ｔｂが２０２．２８ｎｍまで徐々に変化しており、これにより、波長が約１２９９ｎｍ〜約１３１２ｎｍまでの範囲の光は一部反射されるが、この範囲以外の光は略すべて透過する。
【００３９】
尚、第１の回折格子及び第２の回折格子の温度特性はほぼ等しいため、広い温度範囲でＦＰモードによる発振を抑制することができる。
【００４０】
また、製造上のばらつきや、第１の回折格子及び第２の回折格子の微妙な屈折率の温度依存性の違いを緩和するために、第２の回折格子の反射波長範囲を、第１の回折格子の回折波長範囲に比べて広めに設計してある。
【００４１】
本実施の形態においては、発明者の知見によれば、第２の回折格子層１４において光の一部が反射される波長範囲は、ＤＦＢモードの発振波長を含むものであって、この波長範囲の上限と下限との差は、５ｎｍ以上、２５ｎｍ以下であることが好ましい。また、本実施の形態における半導体レーザは、第１の回折格子層１３及び第２の回折格子層１４をｎ−ＩｎＧａＡｓＰにより形成しており、下部クラッド層１５をｎ−ＩｎＰにより形成している。従って、本実施の形態における半導体レーザは、周期の所定の範囲の上限と下限との差、即ち、周期Ｔａと周期Ｔｂとの差は、０．７７ｎｍ以上、３．８５ｎｍ以下であることが好ましく、この範囲内に、第１の回折格子層１３の周期Ｔが含まれている。
【００４２】
よって、本実施の形態における半導体レーザは、ｐ側電極２１とｎ側電極２２との間に電流を流すことにより、量子井戸活性層１６に電流が注入され、第１の回折格子層１３が形成されている第１の領域１０ａにおいて、ＤＦＢモードでレーザ発振する。ＤＦＢモードでレーザ発振した光の多くは、他方の端面３０ｂに形成された反射防止膜３２を透過し出射されるが、一部は第２の回折格子層１４が形成されている第２の領域１０ｂにおいて反射され第１の領域１０ａに戻る。従って、半導体レーザの他方の端面３０ｂより、反射戻り光が入射したとしても、２の回折格子層１４が形成されている第２の領域１０ｂにおいて反射され第１の領域１０ａに戻る光の方が強度が高いため、反射戻り光による影響を抑制することができる。また、量子井戸活性層１６において、利得スペクトルのピークの波長の光が発生しても、この波長が第２の回折格子層１４において反射される光の波長以外の波長であれば、第２の回折格子層１４により形成される第２の回折格子を透過する。即ち、半導体レーザの一方の端面３０ａには、高反射膜３１が形成されているが、他方の端面３０ｂの側では、この波長の光は第２の回折格子層１４により形成される第２の回折格子を透過し、反射防止膜３２も透過する。従って、ファブリペロー共振器が形成されないため、ＦＰモードによるレーザ発振は生じない。
【００４３】
図８は、本実施の形態における半導体レーザにおいて、第２の回折格子層１４を表１に示すようなチャープドグレーティングにより形成した場合におけるレーザ発振スペクトルのシミュレーション結果である。尚、離調は１５ｎｍ、第２の回折格子層１４において光を反射する波長範囲における反射率は、３％である。
【００４４】
本実施の形態における半導体レーザにおいては、ＦＰモードによるレーザ発振は確認されず、ＤＦＢモードによるレーザ発振のみが確認されており、純粋なＤＦＢモードにより発振している状態にある。従って、図１に示されるＡＲ／ＨＲ−ＤＦＢレーザと比較すると、反射戻り光耐性があり、図２に示されるＬＲ／ＨＲ−ＤＦＢレーザと比較すると、広い温度範囲でシングルモード発振を得ることができる。
【００４５】
（半導体レーザの製造方法）
次に、本実施の形態における半導体レーザの製造方法について図９〜図１６に基づき説明する。
【００４６】
最初に、図９に示すように、半導体基板１１であるｎ−ＩｎＰ基板の一方の面１１ａに、エピタキシャル成長により厚さが３００ｎｍのｎ−ＩｎＰによりバッファ層１２、厚さが３０ｎｍで組成波長が１．０５μｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層１３ａを形成する。具体的には、バッファ層１２及びｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層１３ａは、ＭＯＣＶＤ（Metal  Organic  Chemical  Vapor  Deposition：有機金属気相成長）法により形成する。尚、図９（ａ）は、この工程におけるＺＸ面の断面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）の一点鎖線９Ａ−９Ｂにおいて切断した断面図である。
【００４７】
次に、図１０に示すように、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層１３ａを加工することにより、第１の領域１０ａに第１の回折格子層１３を形成し、第２の領域１０ｂに第２の回折格子層１４を形成する。具体的には、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層１３ａの上にフォトレジストを塗布し、電子ビームを用いた露光装置により露光、現像をする。これにより、第１の領域１０ａには第１の回折格子層１３に対応した不図示のレジストパターンを形成し、第２の領域１０ｂには第２の回折格子層１４に対応した不図示のレジストパターンを形成する。この後、ＲＩＥ（Reactive  Ion  Etching）等のドライエッチングにより、レジストパターンの形成されていない領域のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層１３ａを除去する。これにより、残存しているｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層１３ａにより、第１の回折格子層１３、及び、第２の回折格子層１４を形成する。この後、有機溶剤等により、不図示のレジストパターンは除去する。これにより、第１の領域１０ａには、Ｘ方向における長さが５００μｍの領域に、周期Ｔが２００．５ｎｍとなる第１の回折格子層１３が形成される。また、第２の領域１０ｂには、Ｘ方向における長さが１８０μｍの領域に、表１に示すように、周期が１９９．７３ｎｍから２０２．２８ｎｍまで徐々に変化する第２の回折格子層１４が形成される。尚、図１０（ａ）は、この工程におけるＺＸ面の断面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の一点鎖線１０Ａ−１０Ｂにおいて切断した断面図である。
【００４８】
次に、図１１に示すように、バッファ層１２、第１の回折格子層１３、及び、第２の回折格子層１４の上に、ＭＯＣＶＤにより、下部クラッド層１５、量子井戸活性層１６、上部クラッド層１７、コンタクト層１８を順に積層して形成する。下部クラッド層１５は、第１の回折格子層１３、及び、第２の回折格子層１４の上面からの厚さが１１０ｎｍとなるようにｎ−ＩｎＰをエピタキシャル成長させることにより形成する。量子井戸活性層１６は、ｉ−ＩｎＧａＡｓＰにより形成されており、厚さが１０ｎｍのバリア層と、厚さが４．８ｎｍの井戸層とが１０周期交互に積層されており、ＰＬ（フォトルミネッセンス）波長が１．３１μｍとなるＭＱＷ活性層である。このＭＱＷ活性層の両側には、組成波長１．０５μｍのｉ−ＩｎＧａＡｓＰにより形成された厚さが１０ｎｍの分離閉じ込めヘテロ構造（Separated  Confinement  Heterostructure：ＳＣＨ）層が設けられている。上部クラッド層１７は、厚さが１４００ｎｍのｐ−ＩｎＰにより形成されており、コンタクト層１８は、厚さが約３００ｎｍのｐ−ＩｎＧａＡｓにより形成されている。尚、図１１（ａ）は、この工程におけるＺＸ面の断面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の一点鎖線１１Ａ−１１Ｂにおいて切断した断面図である。
【００４９】
次に、図１２に示すように、コンタクト層１８の上に、ハードマスク４１を形成し、ハードマスク４１をマスクとして、ハードマスク４１が形成されていない領域の化合物半導体層等を除去することにより、メサ構造を形成する。具体的には、コンタクト層１８の上の全面にＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）法等により、厚さが３００ｎｍのＳｉＯ２膜を形成する。この後、このＳｉＯ２膜の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、ハードマスク４１が形成される領域に不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンの形成されていない領域のＳｉＯ２膜をＲＩＥ等により除去することにより、残存するＳｉＯ２膜によりハードマスク４１を形成し、有機溶剤等によりレジストパターンを除去する。この後、ハードマスク４１をマスクとして、コンタクト層１８、上部クラッド層１７、量子井戸活性層１６、下部クラッド層１５、第２の回折格子層１４、第１の回折格子層１３、バッファ層１２、半導体基板１１の一部をエッチングにより除去しメサ構造を形成する。この際行われるエッチングは、誘導結合型プラズマによる反応性イオンエッチング等であり、これにより、Ｚ方向における高さ約３μｍ、Ｙ方向における幅が約１．５μｍのメサ構造が形成される。尚、図１２（ａ）は、この工程におけるＺＸ面の断面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の一点鎖線１２Ａ−１２Ｂにおいて切断した断面図である。
【００５０】
次に、図１３に示すように、エッチングにより除去された領域に、ＭＯＣＶＤ法により、ＳＩ（Semi-Insulating：半絶縁性）−ＩｎＰ層４２を形成する。ＳＩ−ＩｎＰ層４２は、ＭＯＣＶＤにより、ＳＩ−ＩｎＰをエピタキシャル成長させることにより形成されているが、ハードマスク４１のＳｉＯ２はアモルファスである。このため、ハードマスク４１の上には、ＳＩ−ＩｎＰは積層されず、エッチングにより除去されたＩｎＰ結晶が露出している半導体基板１１の上にのみ、ＳＩ−ＩｎＰがエピタキシャル成長する。よって、エッチングにより除去された半導体基板１１の上にのみＳＩ−ＩｎＰ層４２が形成される。尚、図１３（ａ）は、この工程におけるＺＸ面の断面図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の一点鎖線１３Ａ−１３Ｂにおいて切断した断面図である。
【００５１】
次に、図１４に示されるように、ハードマスク４１をウェットエッチにより除去し、コンタクト層１８及びＳＩ−ＩｎＰ層４２の上に、金属積層膜４３を形成し、更に、金属積層膜４３の上にレジストパターン４４を形成する。金属積層膜４３は、例えば、スパッタリングにより、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕを順に成膜することにより形成する。このように形成された金属積層膜４３の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、ｐ側電極２１が形成される領域に開口部４４ａを有するレジストパターン４４を形成する。尚、図１４（ａ）は、この工程におけるＺＸ面の断面図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の一点鎖線１４Ａ−１４Ｂにおいて切断した断面図である。
【００５２】
次に、図１５に示されるように、レジストパターン４４の開口部４４ａにおいて露出している金属積層膜４３を電極として、メッキによりＡｕ膜を形成することにより、ｐ側電極２１を形成する。この後、レジストパターン４４を有機溶剤等により除去し、レジストパターン４４を除去することにより露出した金属積層膜４３を、ｐ側電極２１をマスクとして、ドライエッチングにより除去する。ｐ側電極２１は十分に厚く形成されているため、金属積層膜４３をエッチングにより除去する際に、マスクとして機能する。これにより、コンタクト層１８と電気的に接続されるｐ側電極２１が形成される。尚、図１５（ａ）は、この工程におけるＺＸ面の断面図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の一点鎖線１５Ａ−１５Ｂにおいて切断した断面図である。
【００５３】
次に、半導体基板１１の裏面である他方の面を所望の厚さとなるまで研磨等した後、図１６に示されるように、半導体基板１１の他方の面１１ｂに、ｎ側電極２２を形成する。半導体基板１１の他方の面の研磨は、厚さが約１５０μｍとなるまで行う。この後、研磨された半導体基板１１の他方の面１１ｂに、真空蒸着によりＡｕＧｅ／Ａｕを順に成膜することにより金属積層膜４５を形成する。この後、金属積層膜４５の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、ｎ側電極２２が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンの開口部において露出している金属積層膜４５を電極として、メッキによりＡｕ膜を形成することにより、ｎ側電極２２を形成する。尚、図１６（ａ）は、この工程におけるＺＸ面の断面図であり、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）の一点鎖線１６Ａ−１６Ｂにおいて切断した断面図である。
【００５４】
この後、フォトレジストを有機溶剤等により除去し、熱処理等を行うことにより、ｐ側電極２１及びｎ側電極２２をオーミックコンタクトさせる。本願においては、ｐ側電極２１は、ｐ側電極２１と金属積層膜４３とにより形成されるものを含む場合もあるものとし、ｎ側電極２２は、ｎ側電極２２と金属積層膜４５とにより形成されるものを含む場合もあるものとする。
【００５５】
この後、劈開することにより一方の端面３０ａ及び他方の端面３０ｂを露出させ、一方の端面３０ａに高反射膜３１を成膜し、他方の端面３０ｂに反射防止膜３２を成膜する。高反射膜３１及び反射防止膜３２は、屈折率の異なる２種類以上の材料を積層した膜、例えば、誘電体多層膜等により形成されている。これにより、図６に示される本実施の形態における半導体レーザを作製することができる。
【００５６】
尚、上記の説明では、半導体レーザをＩｎＰ系の半導体材料を用いた場合について説明したが、他の半導体材料により形成してもよく、例えば、ＧａＡｓ系の半導体材料により形成してもよい。また、半導体層における組成や光導波路構造、電極構造も上記に限定されるものではなく、例えば、第１の回折格子層、第２の回折格子層や量子井戸活性層にＡｌＧａＩｎＡｓを用いてもよい。また、活性層の構造も量子井戸構造に限定されるものではなく、バルク活性層や量子ドット活性層等であってもよい。また、回折格子も上記の構造に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変形しても構わない。また、結晶成長や、回折格子形成、メサ構造形成、電極形成等の製造プロセスについても、上記の方法に限定されるものではない。
【００５７】
〔第２の実施の形態〕
（半導体レーザ）
次に、第２の実施の形態における半導体レーザについて説明する。本実施の形態における半導体レーザは、図１７に示されるように、第１の回折格子層１３が形成されている第１の領域１１０ａと第２の回折格子層１４が形成されている第２の領域１１０ｂとにより形成されている。また、コンタクト層１８及びｐ側電極２１等は、第１の領域１１０ａには形成されているが、第２の領域１１０ｂには形成されてはおらず、また、第２の領域１１０ｂには、第２の回折格子層１４の上方に、ＩｎＧａＡｓＰにより光導波路層１１６が形成されている。光導波路層１１６は、第１の領域１１０ａの量子井戸活性層１６と接続されている。
【００５８】
本実施の形態における半導体レーザにおいては、ｐ側電極２１は第１の領域１１０ａにのみ形成されており、第２の領域１１０ｂには形成されてはいない。従って、第２の領域１１０ｂには電流が注入されることはなく、光を発したり、外部から半導体レーザの他方の端面３０ｂより入射した光が第２の領域１１０ｂにおいて増幅されることはない。よって、外部から半導体レーザの他方の端面３０ｂより入射した光による影響を更に抑制することができる。このため、第２の領域１１０ｂでは、量子井戸活性層１６に代えて光導波路層１１６が形成されている。量子井戸活性層１６におけるＰＬ波長は１．３１μｍであり、光導波路層１１６は組成波長が１．１７μｍのｉ−ＩｎＧａＡｓＰにより形成されているため、量子井戸活性層１６のＰＬ波長よりも、光導波路層１１６の組成波長は短い。
【００５９】
図１８は、本実施の形態における半導体レーザにおいて、第２の回折格子層１４を表１に示すようなチャープドグレーティングにより形成した場合におけるレーザ発振スペクトルのシミュレーション結果である。尚、離調は１５ｎｍ、第２の回折格子層１４において光を反射する波長範囲における反射率は、３％である。
【００６０】
本実施の形態における半導体レーザにおいても、ＦＰモードによるレーザ発振は確認されず、ＤＦＢモードによるレーザ発振のみが確認されており、純粋なＤＦＢモードにより発振している状態にある。従って、図１に示されるＡＲ／ＨＲ−ＤＦＢレーザと比較すると、反射戻り光耐性があり、図２に示されるＬＲ／ＨＲ−ＤＦＢレーザと比較すると、広い温度範囲でシングルモード発振を得ることができる。
【００６１】
（半導体レーザの製造方法）
次に、本実施の形態における半導体レーザの製造方法について図１９〜図２６に基づき説明する。
【００６２】
最初に、図１９に示すように、半導体基板１１であるｎ−ＩｎＰ基板の一方の面１１ａに、エピタキシャル成長により厚さが３００ｎｍのｎ−ＩｎＰによりバッファ層１２、厚さが３０ｎｍで組成波長が１．０５μｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層１３ａを形成する。尚、図１９（ａ）は、この工程におけるＺＸ面の断面図であり、図１９（ｂ）は、図１９（ａ）の一点鎖線１９Ａ−１９Ｂにおいて切断した断面図であり、図１９（ｃ）は、図１９（ａ）の一点鎖線１９Ｃ−１９Ｄにおいて切断した断面図である。
【００６３】
次に、図２０に示すように、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層１３ａを加工することにより、第１の領域１１０ａに第１の回折格子層１３を形成し、第２の領域１１０ｂに第２の回折格子層１４を形成する。尚、図２０（ａ）は、この工程におけるＺＸ面の断面図であり、図２０（ｂ）は、図２０（ａ）の一点鎖線２０Ａ−２０Ｂにおいて切断した断面図であり、図２０（ｃ）は、図２０（ａ）の一点鎖線２０Ｃ−２０Ｄにおいて切断した断面図である。
【００６４】
次に、図２１に示すように、バッファ層１２、第１の回折格子層１３、及び、第２の回折格子層１４の上に、ＭＯＣＶＤにより、下部クラッド層１５、量子井戸活性層１６、第１の上部クラッド層１１７を順に積層して形成する。第１の上部クラッド層１１７は、厚さが２００ｎｍのｐ−ＩｎＰにより形成されている。尚、図２１（ａ）は、この工程におけるＺＸ面の断面図であり、図２１（ｂ）は、図２１（ａ）の一点鎖線２１Ａ−２１Ｂにおいて切断した断面図であり、図２１（ｃ）は、図２１（ａ）の一点鎖線２１Ｃ−２１Ｄにおいて切断した断面図である。
【００６５】
次に、図２２に示すように、第１の領域１１０ａにハードマスク１４０を形成し、第２の領域１１０ｂにおける第１の上部クラッド層１１７、量子井戸活性層１６を除去する。具体的には、第１の上部クラッド層１１７の上の全面にＣＶＤ法等により、厚さが３００ｎｍのＳｉＯ２膜を形成する。この後、このＳｉＯ２膜の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、ハードマスク１４０が形成される領域に不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンの形成されていない領域のＳｉＯ２膜をＲＩＥ等により除去することにより、残存するＳｉＯ２膜によりハードマスク１４０を形成し、有機溶剤等によりレジストパターンを除去する。この後、ハードマスク１４０をマスクとして、ウェットエッチングにより第１の上部クラッド層１１７、量子井戸活性層１６を除去する。この際、下部クラッド層１５と量子井戸活性層１６とのエッチング速度が異なるエッチング液を用いて、量子井戸活性層１６を選択エッチングすることにより、第２の領域１１０ｂにおいて下部クラッド層１５の表面を露出させる。尚、図２２（ａ）は、この工程におけるＺＸ面の断面図であり、図２２（ｂ）は、図２２（ａ）の一点鎖線２２Ａ−２２Ｂにおいて切断した断面図であり、図２２（ｃ）は、図２２（ａ）の一点鎖線２２Ｃ−２２Ｄにおいて切断した断面図である。
【００６６】
次に、図２３に示すように、第２の領域１１０ｂにおいて、ＭＯＣＶＤ法により、光導波路層１１６、第２の上部クラッド層１１８を形成する。即ち、光導波路層１１６、第２の上部クラッド層１１８をバットジョイント成長させる。光導波路層１１６は、厚さが１７８ｎｍ、組成波長が１．１７μｍのｉ−ＩｎＧａＡｓＰにより形成されており、第２の上部クラッド層１１８は厚さが２００ｎｍのｐ−ＩｎＰにより形成されている。光導波路層１１６、第２の上部クラッド層１１８は、ＭＯＣＶＤにより、化合物半導体をエピタキシャル成長させることにより形成するが、ハードマスク１４０のＳｉＯ２はアモルファスであり、ハードマスク１４０の上には、化合物半導体は結晶成長しない。従って、エッチングにより除去されたｎ−ＩｎＰ結晶が露出している下部クラッド層１５の上にのみ、化合物半導体がエピタキシャル成長するため、第２の領域１１０ｂの下部クラッド層１５の上にのみ光導波路層１１６、第２の上部クラッド層１１８が形成される。尚、図２３（ａ）は、この工程におけるＺＸ面の断面図であり、図２３（ｂ）は、図２３（ａ）の一点鎖線２３Ａ−２３Ｂにおいて切断した断面図であり、図２３（ｃ）は、図２３（ａ）の一点鎖線２３Ｃ−２３Ｄにおいて切断した断面図である。
【００６７】
次に、図２４に示すように、ハードマスク１４０をウェットエッチングにより除去した後、第１の上部クラッド層１１７及び第２の上部クラッド層１１８の上に、ＭＯＣＶＤにより、第３のクラッド層１１９、コンタクト層１８を形成する。このように形成された第１の上部クラッド層１１７、第２の上部クラッド層１１８及び第３のクラッド層１１９により、上部クラッド層１７が形成される。本実施の形態においては、これ以降の図面には、第１の上部クラッド層１１７、第２の上部クラッド層１１８及び第３のクラッド層１１９により形成される上部クラッド層１７のみ記載する。第３のクラッド層１１９は、厚さが１２００ｎｍのｐ−ＩｎＰにより形成されており、これにより、厚さが１４００ｎｍの上部クラッド層１７が形成される。コンタクト層１８は、厚さが約３００ｎｍのｐ−ＩｎＧａＡｓにより形成されている。尚、図２４（ａ）は、この工程におけるＺＸ面の断面図であり、図２４（ｂ）は、図２４（ａ）の一点鎖線２４Ａ−２４Ｂにおいて切断した断面図であり、図２４（ｃ）は、図２４（ａ）の一点鎖線２４Ｃ−２４Ｄにおいて切断した断面図である。
【００６８】
次に、図２５に示すように、コンタクト層１８の上に、ハードマスク４１を形成し、ハードマスク４１をマスクとして、ハードマスク４１が形成されていない領域の化合物半導体層等を除去することによりメサ構造を形成する。具体的には、コンタクト層１８、上部クラッド層１７、量子井戸活性層１６、光導波路層１１６、下部クラッド層１５、第２の回折格子層１４、第１の回折格子層１３、バッファ層１２、半導体基板１１の一部をエッチングにより除去しメサ構造を形成する。この際行われるエッチングは、誘導結合型プラズマによる反応性イオンエッチング等であり、これにより、Ｚ方向における高さ約３μｍ、Ｙ方向における幅が約１．５μｍのメサ構造が形成される。尚、図２５（ａ）は、この工程におけるＺＸ面の断面図であり、図２５（ｂ）は、図２５（ａ）の一点鎖線２５Ａ−２５Ｂにおいて切断した断面図であり、図２５（ｃ）は、図２５（ａ）の一点鎖線２５Ｃ−２５Ｄにおいて切断した断面図である。
【００６９】
次に、図２６に示すように、エッチングにより除去された領域に、ＭＯＣＶＤ法により、ＳＩ−ＩｎＰ層４２を形成する。尚、図２６（ａ）は、この工程におけるＺＸ面の断面図であり、図２６（ｂ）は、図２６（ａ）の一点鎖線２６Ａ−２６Ｂにおいて切断した断面図であり、図２６（ｃ）は、図２６（ａ）の一点鎖線２６Ｃ−２６Ｄにおいて切断した断面図である。
【００７０】
次に、図２７に示されるように、ハードマスク４１をウェットエッチにより除去し、第２の領域１１０ｂのコンタクト層１８及びＳＩ−ＩｎＰ層４２の一部を除去する。具体的には、ハードマスク４１をウェットエッチにより除去した後、コンタクト層１８及びＳＩ−ＩｎＰ層４２の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行う。これにより、第１の領域１１０ａのコンタクト層１８及びＳＩ−ＩｎＰ層４２を覆う不図示のレジストパターンを形成する。この後、ウェットエッチングにより、レジストパターンが形成されていない第２の領域１１０ｂにおけるコンタクト層１８及びＳＩ−ＩｎＰ層４２の一部を除去する。この後、レジストパターンは、有機溶剤等により除去する。尚、図２７（ａ）は、この工程におけるＺＸ面の断面図であり、図２７（ｂ）は、図２７（ａ）の一点鎖線２７Ａ−２７Ｂにおいて切断した断面図であり、図２７（ｃ）は、図２７（ａ）の一点鎖線２７Ｃ−２７Ｄにおいて切断した断面図である。
【００７１】
次に、図２８に示されるように、上部クラッド層１７、コンタクト層１８及びＳＩ−ＩｎＰ層４２の上に、金属積層膜４３を形成し、更に、金属積層膜４３の上にレジストパターン１４４を形成する。レジストパターン１４４は、第２の領域１１０ｂは全面に形成されており、第１の領域１１０ａにおいてｐ側電極２１が形成される領域に開口部１４４ａを有している。尚、図２８（ａ）は、この工程におけるＺＸ面の断面図であり、図２８（ｂ）は、図２８（ａ）の一点鎖線２８Ａ−２８Ｂにおいて切断した断面図であり、図２８（ｃ）は、図２８（ａ）の一点鎖線２８Ｃ−２８Ｄにおいて切断した断面図である。
【００７２】
次に、図２９に示されるように、レジストパターン１４４の開口部１４４ａにおいて露出している金属積層膜４３を電極として、メッキによりＡｕ膜を形成することにより、ｐ側電極２１を形成する。この後、表面が露出している金属積層膜４３を除去する。尚、図２９（ａ）は、この工程におけるＺＸ面の断面図であり、図２９（ｂ）は、図２９（ａ）の一点鎖線２９Ａ−２９Ｂにおいて切断した断面図であり、図２９（ｃ）は、図２９（ａ）の一点鎖線２９Ｃ−２９Ｄにおいて切断した断面図である。
【００７３】
次に、半導体基板１１の裏面である他方の面を所望の厚さとなるまで研磨等した後、図３０に示されるように、半導体基板１１の他方の面１１ｂに、ｎ側電極２２を形成する。尚、図３０（ａ）は、この工程におけるＺＸ面の断面図であり、図３０（ｂ）は、図３０（ａ）の一点鎖線３０Ａ−３０Ｂにおいて切断した断面図であり、図３０（ｃ）は、図３０（ａ）の一点鎖線３０Ｃ−３０Ｄにおいて切断した断面図である。
【００７４】
この後、熱処理等を行うことにより、ｐ側電極２１及びｎ側電極２２をオーミックコンタクトさせる。この後、劈開することにより一方の端面３０ａ及び他方の端面３０ｂを露出させ、一方の端面３０ａに高反射膜３１を成膜し、他方の端面３０ｂに反射防止膜３２を成膜する。これにより、図１７に示される本実施の形態における半導体レーザを作製することができる。
【００７５】
また、本実施の形態における半導体レーザは、図３１に示されるように、第１の領域１１０ａにのみｐ側電極２１及びｎ側電極２２を形成した構造のものであってもよい。
【００７６】
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
【００７７】
〔第３の実施の形態〕
（半導体レーザ）
次に、第３の実施の形態における半導体レーザについて説明する。本実施の形態における半導体レーザは、図３２に示されるように、第１の領域２１０ａに形成される第１のｐ側電極２１１と、第２の領域２１０ｂに形成される第２のｐ側電極２１２とを有するものである。第１の領域２１０ａには、第１の回折格子層１３が形成されており、第２の領域２１０ｂには、第２の回折格子層１４が形成されている。
【００７８】
このように、第１のｐ側電極２１１と第２のｐ側電極２１２とを分けて形成することにより、第１のｐ側電極２１１に印加される電圧と、第２のｐ側電極２１２に印加される電圧とを異なるようにすることができる。即ち、第２のｐ側電極２１２に印加される電圧を調整することにより、量子井戸活性層１６に注入される電流を調整し利得を減らすことで、反射戻り光による影響を抑制することができる。また、第２の実施の形態における半導体レーザと比較して作りやすい。
【００７９】
（半導体レーザの製造方法）
本実施の形態における半導体レーザの製造方法は、第１の実施の形態における図９から図１３までの工程は、同じであるため省略する。
【００８０】
図１３に示される工程の後、ウェットエッチングによりハードマスク４１を除去し、図３３に示されるように、第１の領域２１０ａと第２の領域２１０ｂとの間のコンタクト層１８を除去する。これにより、第１の領域２１０ａのコンタクト層１８と第２の領域２１０ｂのコンタクト層１８とを分離する。具体的には、コンタクト層１８及びＳＩ−ＩｎＰ層４２の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、第１の領域２１０ａと第２の領域２１０ｂとの間に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、ウェットエッチングにより、レジストパターンの開口部において露出しているコンタクト層１８を除去することにより、第１の領域２１０ａのコンタクト層１８と第２の領域２１０ｂのコンタクト層１８とを分離する。この後、レジストパターンは、有機溶剤等により除去する。
【００８１】
次に、図３４に示されるように、コンタクト層１８及びＳＩ−ＩｎＰ層４２等の上に、金属積層膜４３を形成し、更に、金属積層膜４３の上にレジストパターン２４４を形成する。具体的には、金属積層膜４３の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、第１のｐ側電極２１１及び第２のｐ側電極２１２が形成される領域に開口部２４４ａ及び２４４ｂを有するレジストパターン２４４を形成する。
【００８２】
次に、図３５に示されるように、レジストパターン２４４の開口部２４４ａ及び２４４ｂにおいて露出している金属積層膜４３を電極として、メッキによりＡｕ膜を形成することにより、第１のｐ側電極２１１及び第２のｐ側電極２１２を形成する。この後、レジストパターン２４４を有機溶剤等により除去し、レジストパターン２４４を除去することにより露出した金属積層膜４３を第１のｐ側電極２１１及び第２のｐ側電極２１２をマスクとして、ドライエッチングにより除去する。これにより、第１の領域２１０ａにおけるコンタクト層１８の上に第１のｐ側電極２１１を形成し、第２の領域２１０ｂにおけるコンタクト層１８の上に第２のｐ側電極２１２を形成する。尚、第１のｐ側電極２１１は、第１のｐ側電極２１１と金属積層膜４３とにより形成されるものを含む場合もあるものとし、第２のｐ側電極２１２は、第２のｐ側電極２１２と金属積層膜４３とにより形成されるものを含む場合もあるものとする。
【００８３】
次に、半導体基板１１の裏面である他方の面を所望の厚さとなるまで研磨等した後、図３６に示されるように、半導体基板１１の他方の面１１ｂに、ｎ側電極２２を形成する。
【００８４】
この後、劈開することにより一方の端面３０ａ及び他方の端面３０ｂを露出させ、一方の端面３０ａに高反射膜３１を成膜し、他方の端面３０ｂに反射防止膜３２を成膜する。これにより、図３２に示される本実施の形態における半導体レーザを作製することができる。
【００８５】
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
【００８６】
〔第４の実施の形態〕
次に、第４の実施の形態における半導体レーザについて説明する。本実施の形態における半導体レーザは、図３７に示されるように、第１の領域１０ａよりも一方の端面３０ａ側となる第１の領域１０ａと高反射膜３１との間に第３の領域１０ｃを有する構造のものである。第３の領域１０ｃには、回折格子層は形成されてはおらず、ＳＯＡ（Semiconductor  Optical  Amplifier：半導体光増幅器）のように機能するため、半導体レーザの出力を向上させることができる。よって、第３の領域１０ｃには、ｐ側電極２１及びｎ側電極２２が形成されている。本実施の形態においては、第１の領域１０ａのＸ方向における長さは４００μｍであり、第３の領域１０ｃのＸ方向における長さは１００μｍである。これは、第３の領域１０ｃが必要以上に長いと、発振が不安定となりやすいため、光の伝播方向であるＸ方向における長さは、第１の領域１０ａよりも、第３の領域１０ｃの方が短くなるように形成されている。
【００８７】
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
【００８８】
〔第５の実施形態〕
次に、第５の実施の形態における光通信装置について、図３８に基づき説明する。本実施の形態における光通信装置３００は、光通信機モジュールであり、第１の実施の形態における半導体レーザ１０を用いた光送信装置である。具体的には、本実施の形態における光通信装置３００は、第１の実施の形態における半導体レーザ１０、光変調器３１０、モニタ素子３２０、光変調器駆動回路３４０、レーザ駆動回路３５０等を有している。レーザ駆動回路３５０には制御回路３５１が設けられている。光変調器３１０、モニタ素子３２０は、一つのシリコン基板に形成されたシリコン光機能素子（シリコンフォトニクス素子）３３０であり、半導体レーザ１０はシリコン光機能素子３３０上に実装されている。
【００８９】
本実施の形態における光通信装置３００においては、レーザ駆動回路３５０より半導体レーザ１０に電流が供給されるとレーザ光が出射される。半導体レーザ１０より出射されたレーザ光は分岐されて、光変調器３１０とモニタ素子３２０の各々に入射している。モニタ素子３２０は、フォトディテクタ等であり、モニタ素子３２０に入射したレーザ光のパワーを電気信号に変換する。モニタ素子３２０より出力された電気信号は、レーザ駆動回路３５０に入射し、レーザ駆動回路３５０内の制御回路３５１により、入力されたモニタ素子３２０からの電気信号に基づき、半導体レーザ１０に供給する電流を制御する。このようにして、半導体レーザ１０のフィードバックがなされ、半導体レーザ１０のパワーを安定化させている。即ち、レーザ駆動回路３５０における制御回路３５１は、例えば、モニタ素子３２０からのフィードバック信号が一定値になるように制御することで、半導体レーザ１０を一定光出力駆動（ＡＰＣ：Automatic  Power  Control）させる。
【００９０】
また、半導体レーザ１０より出射され光変調器３１０に入射しているレーザ光は、光変調器３１０において光変調され、出力光信号として、光ファイバ３６０に入射し送信される。光変調器３１０では、光通信装置３００の光変調器駆動回路３４０に入力している入力電気信号に基づき、光変調器３１０に入射したレーザ光の光変調を行う。
【００９１】
尚、モニタ素子３２０の配置位置は図３８に示される限りではない。例えば、光変調器３１０の後方であってもよく、また、図３８に示される位置と、光変調器３１０の後方の双方に設けてもよい。また、モニタ素子３２０に入射する光は、半導体レーザ１０より出射された光の一部であり、例えば光変調器３１０に入射する入力光に対し５％程度である。
【００９２】
また、光変調器駆動回路３４０、レーザ駆動回路３５０は１つの半導体チップにより形成されているものであってもよいし、シリコン光機能素子３３０にモノリシックに集積されていてもよい。図３８に示されるものは、光送信機であるが、更に、受信機能が集積され、光送受信機、即ち、光トランシーバであってもよい。
【００９３】
本実施の形態における光通信装置においては、半導体レーザ１０は、第２の実施の形態から第４の実施の形態における半導体レーザを用いてもよい。
【００９４】
以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
【００９５】
上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
半導体基板の一方の面の側に活性層が形成されている半導体レーザであって、
第１の回折格子層が形成されている一方の端面の側の第１の領域と、
第２の回折格子層が形成されている他方の端面の側の第２の領域と、
前記一方の端面に形成された反射膜と、
前記他方の端面に形成された反射防止膜と、
を有し、
前記第１の回折格子層及び前記第２の回折格子層により各々回折格子が形成されるものであって、
前記第１の回折格子層の周期は、所定の周期で形成されており、
前記第２の回折格子層の周期は、所定の範囲内において変化しており、
前記第１の回折格子層の周期は、前記第２の回折格子層の周期の前記所定の範囲内に含まれていることを特徴とする半導体レーザ。
（付記２）
前記第２の回折格子層により形成される回折格子は、所定の範囲内において周期が徐々に変化するチャープドグレーティングであることを特徴とする付記１に記載の半導体レーザ。
（付記３）
前記半導体基板の一方の面の上には、前記第１の回折格子層及び前記第２の回折格子層が形成されており、
前記第１の回折格子層及び前記第２の回折格子層の上には、下部クラッド層が形成されており、
前記下部クラッド層の上には、前記活性層が形成されており、
前記活性層の上には、上部クラッド層が形成されており、
前記上部クラッド層の上には、上部の電極が形成されており、
前記一方の面とは反対の前記半導体基板の他方の面には、下部の電極が形成されていることを特徴とする付記１または２に記載の半導体レーザ。
（付記４）
前記上部の電極は、前記第１の領域に形成されており、前記第２の領域には形成されていないことを特徴とする付記３に記載の半導体レーザ。
（付記５）
前記下部の電極は、前記第１の領域に形成されており、前記第２の領域には形成されていないことを特徴とする付記３に記載の半導体レーザ。
（付記６）
前記上部の電極及び前記下部の電極は、前記第１の領域及び前記第２の領域に形成されていることを特徴とする付記３に記載の半導体レーザ。
（付記７）
前記上部の電極は分割されており、
前記第１の領域には第１の上部の電極が形成されており、
前記第２の領域には第２の上部の電極が形成されていることを特徴とする付記３に記載の半導体レーザ。
（付記８）
前記活性層は前記第１の領域に形成されており、
前記第２の領域には、前記活性層において発光した光が伝播する光導波路層が形成されており、
光導波路層の組成波長は、前記活性層のＰＬ波長よりも短いことを特徴とする付記１から５のいずれかに記載の半導体レーザ。
（付記９）
前記第１の領域よりも前記一方の端面の側には、第３の領域が形成されており、
前記第３の領域には、回折格子が形成されていないことを特徴とする付記１から８のいずれかに記載の半導体レーザ。
（付記１０）
光の伝播方向における前記第３の領域の長さは、前記第１の領域よりも短いことを特徴とする付記９に記載の半導体レーザ。
（付記１１）
前記第２の回折格子層における周期の前記所定の範囲内の上限と下限との差は、０．７７ｎｍ以上、３．８５ｎｍ以下であることを特徴とする付記１から１０のいずれかに記載の半導体レーザ。
（付記１２）
前記第２の回折格子層により形成される回折格子は、所定の範囲内の波長の光の一部を反射するものであって、
前記所定の範囲内における反射率は、１％以上５％以下であることを特徴とする付記１から１０のいずれかに記載の半導体レーザ。
（付記１３）
前記第２の回折格子層により形成される回折格子は、所定の範囲内の波長の光の一部を反射するものであって、
前記所定の範囲内における反射率は、１．５％以上４％以下であることを特徴とする付記１から１０のいずれかに記載の半導体レーザ。
（付記１４）
前記第２の回折格子層により形成される回折格子により前記反射率で反射される光の波長範囲の上限と下限の差は、５ｎｍ以上、２５ｎｍ以下であることを特徴とする付記１２または１３に記載の半導体レーザ。
（付記１５）
付記１から１４のいずれかに記載の半導体レーザと、
前記半導体レーザより出射されたレーザ光が入射する光変調器と、
前記光変調器に入射したレーザ光を光変調する光変調器駆動回路と、
を有し、
前記光変調器において光変調されたレーザ光を出力光信号として出射することを特徴とする光通信装置。
【符号の説明】
【００９６】
１０        半導体レーザ
１０ａ      第１の領域
１０ｂ      第２の領域
１１        半導体基板
１２        バッファ層
１３        第１の回折格子層
１４        第２の回折格子層
１５        下部クラッド層
１６        量子井戸活性層
１７        上部クラッド層
１８        コンタクト層
２１        ｐ側電極
２２        ｎ側電極
３０ａ      一方の端面
３０ｂ      他方の端面
３１        高反射（ＨＲ）膜
３２        反射防止（ＡＲ）膜
４２        ＳＩ−ＩｎＰ層
４３        金属積層膜
４５        金属積層膜
【図１】
2019160842.tif 000004
【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】
2019160842.tif 000010
【図８】
2019160842.tif 000011
【図９】
2019160842.tif 000012
【図１０】
2019160842.tif 000013
【図１１】
2019160842.tif 000014
【図１２】
2019160842.tif 000015
【図１３】
2019160842.tif 000016
【図１４】
2019160842.tif 000017
【図１５】
2019160842.tif 000018
【図１６】
2019160842.tif 000019
【図１７】
2019160842.tif 000020
【図１８】
2019160842.tif 000021
【図１９】
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【図２０】
2019160842.tif 000023
【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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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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