(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波路コア層を含み、分布帰還型レーザ部と分布ブラック反射部とを有し、前記分布帰還型レーザ部では、前記導波路コア層は光共振器長方向にわたって連続した長さを有し、かつ前記導波路コア層の近傍に該導波路コア層に沿って回折格子層が配置されており、前記分布ブラック反射部では、前記導波路コア層が回折格子を形成するように離散的かつ周期的に配置されている半導体積層構造と、
前記分布帰還型レーザ部に電流を注入するための電極と、
を備え、
前記分布帰還型レーザ部は、前記回折格子層の周期に応じた波長のレーザ光を発振し、前記分布ブラック反射部において前記導波路コア層が形成する回折格子は、前記レーザ光の波長を含むストップバンドを有するように設定されており、
前記分布ブラック反射部では、前記導波路コア層の近傍に該導波路コア層に沿って前記回折格子層が配置されており、
前記分布ブラック反射部の前記回折格子層は、前記分布帰還型レーザ部の前記回折格子層と同じ材料からなり、かつ厚さ方向において同じ位置および厚さで形成されており、前記分布ブラック反射部の前記導波路コア層と同じ周期で離散的かつ周期的に配置されていることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記分布帰還型レーザ部の前記回折格子層の結合係数κ１は、７ｃｍ−１以上２０ｃｍ−１以下であり、
前記分布ブラック反射部の前記導波路コア層が形成する前記回折格子層の結合係数κ２は、１８０ｃｍ−１以上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素子。
【請求項３】
前記分布ブラック反射部において前記導波路コア層が形成する前記回折格子のストップバンド幅は、当該半導体レーザ素子の駆動電流の範囲において前記レーザ光の波長を含むように設定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素子。
【請求項４】
前記駆動電流の範囲は０Ａから１Ａの範囲から選択され、前記分布ブラック反射部において前記導波路コア層が形成する前記回折格子のストップバンド幅は１．４ｎｍ以上であることを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記駆動電流の範囲は０ｍＡから５００ｍＡの範囲から選択され、前記分布ブラック反射部において前記導波路コア層が形成する前記回折格子のストップバンド幅は０．７ｎｍ以上であることを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記分布帰還型レーザ部における前記導波路コア層の長さをＬ１、前記回折格子層の結合係数をκ１とすると、κ１×Ｌ１は１以上であり、Ｌ１は８２０μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記分布ブラック反射部における前記導波路コア層の長さをＬ２、前記導波路コア層が形成する回折格子の結合係数をκ２とすると、κ２×Ｌ２は２．１８より大きいことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記分布帰還型レーザ部の前記回折格子層は位相シフト部を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載の１つ以上の半導体レーザ素子と、
前記１つ以上の半導体レーザ素子からの出力光がそれぞれ入力される、該半導体レーザ素子と同じ数の入力ポートを有し、該出力光を合流させて出力させることができる光合流器と、
前記光合流器からの出力光を増幅する半導体光増幅器と、
が集積されたことを特徴とする集積型半導体レーザ素子。
【請求項１０】
導波路コア層を含み該導波路コア層に沿って配置された回折格子層を含む分布帰還型レーザ部となる領域と、前記導波路コア層と前記回折格子層とを含む分布ブラック反射部となる領域とを有する半導体積層構造を一括で形成する半導体積層構造形成工程と、
前記半導体積層構造上に第１マスクを形成し、該第１マスクを所定の間隔で離散的な配置となるようにパターニングする工程と、
前記半導体積層構造の前記分布帰還型レーザ部となる領域および前記分布ブラック反射部となる領域の前記回折格子層を所定の周期で離散的な配置となるようエッチングする第１エッチング工程と、
前記分布帰還型レーザ部となる領域の最表面に前記導波路コア層を保護する第２マスクを形成する工程と、
前記半導体積層構造のうち、前記分布ブラック反射部となる領域の前記導波路コア層が回折格子を形成するように所定の周期で離散的な配置となるようさらにエッチングする第２エッチング工程と、
を含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の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、集積型半導体レーザ素子、および、半導体レーザ素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大容量伝送及び長距離伝送に適した高効率な半導体レーザとして、分布反射型（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：ＤＲ）半導体レーザ素子が知られている（特許文献１、非特許文献１）。分布反射型半導体レーザ素子は、レーザ光を発振して導波する導波路コア層に沿って、互いに一体的に形成されるとともに、互いに反射率が異なる第１および第２の回折格子領域を備えている。そして、第１の回折格子領域に隣接する導波路コア層は電流を注入されて発光する活性層であって分布帰還型レーザとして機能し、第２の回折格子領域は電流を注入されずに、分布帰還レーザで発生したレーザ光に対して受動反射器（ブラッグ反射器）として機能している。【０００３】
ここで、分布帰還型レーザ素子では両端面から同一の強度でレーザ光が出力される。これに対して、特許文献１に記載の分布反射型半導体レーザ素子では、分布帰還型レーザから受動反射器側に伝搬するレーザ光は受動反射器によって反射されるため、分布帰還型レーザ側の端面からのみレーザ光が出力される。その結果、分布反射型半導体レーザ素子は、分布帰還型レーザ素子よりも片面微分量子効率が約２倍になるとされている。【０００４】
なお、分布反射型半導体レーザとして、受動反射器として機能する領域の導波路コア層を削除した構成を採用した場合、分布帰還型レーザとして機能する領域と受動反射器として機能する領域を別々の工程で形成しなければならない。そのため、半導体層の層厚や組成等の作製誤差によって、分布帰還型レーザとして機能する領域と受動反射器として機能する領域との間で伝播定数差が生じ易く、生産時の歩留りに難点がある。【０００５】
これを解決する手段として、特許文献１では、受動反射器として機能する第２の回折格子領域の導波路コア層を削除しない構成とし、第１の回折格子領域と第２の回折格子領域とで、回折格子の格子溝の深さを異なる深さにすることによって、結合係数κを異なる値としている。この構成によれば、伝搬定数差の問題が解消されるので、一部の活性層を除去したり、伝播定数を整合させるための処理が不要であり、その結果生産性に優れた分布反射型半導体レーザを実現できるとしている。【０００６】
また、非特許文献１に記載された分布反射型半導体レーザ素子は、分布帰還型レーザとして機能する領域および受動反射器として機能する領域のいずれの導波路コア層も、所定の周期で離散的に配置されており、回折格子を形成している構成を有する。非特許文献１に記載の分布反射型半導体レーザ素子では、上記構成によって戻り光に対する雑音特性のトレランスを高くすることができるとされている。【０００７】
また、たとえばＤＷＤＭ（Ｄｅｎｓｅ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）光通信用の波長可変光源として、互いにレーザ発振波長が異なる複数の分布帰還型レーザを集積した集積型半導体レーザ素子が開示されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−４８２１４号公報
【特許文献２】特開２００５−３１７６９５号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】ＳｅｕｎｇＨｕｎ  Ｌｅｅ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｈｉｇｈ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ−Ｔｏｌｅｒａｎｃｅ  ｏｆ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ  Ｌａｓｅｒｓ  ｗｉｔｈ  Ｗｉｒｅ−ｌｉｋｅ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｒｅｇｉｏｎｓ  ｆｏｒ  Ｈｉｇｈ  Ｓｐｅｅｄ  Ｉｓｏｌａｔｏｒ−Ｆｒｅｅ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ”，  ＣＬＥＯ／ＩＱＥＣ  ２００９，  ＣＴｕＨ５．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
近年、より高速大容量の光通信を実現するために、たとえば高ビットレートの多値変調方式（たとえば、１６ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：直角位相振幅変調））を利用した通信方式が検討されてきている。このような通信方式における信号光源として利用される半導体レーザ素子には、より高出力であることが望まれている。【００１１】
しかしながら、特許文献１に記載の構成では、第２の回折格子領域に隣接する導波路コア層が削除されておらず、当該導波路コア層は電流を注入されていないためにレーザ光の吸収媒体となる。これにより、レーザ光出力が低下するという問題がある。【００１２】
また、特許文献１に記載の構成では、回折格子の格子溝の深さで特性が決まるため、作製誤差が特性に反映されやすく、得られる製品の特性にバラツキが大きいという問題がある。このため、生産時の歩留りに依然として問題が残されている。【００１３】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光出力が高く、かつ生産時の歩留りが良好な半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る半導体レーザ素子は、導波路コア層を含み、分布帰還型レーザ部と分布ブラック反射部とを有し、前記分布帰還型レーザ部では、前記導波路コア層は光共振器長方向にわたって連続した長さを有し、かつ前記導波路コア層の近傍に該導波路コア層に沿って回折格子層が配置されており、前記分布ブラック反射部では、前記導波路コア層が回折格子を形成するように離散的かつ周期的に配置されている半導体積層構造と、前記分布帰還型レーザ部に電流を注入するための電極と、を備え、前記分布帰還型レーザ部は、前記回折格子層の周期に応じた波長のレーザ光を発振し、前記分布ブラック反射部において前記導波路コア層が形成する回折格子は、前記レーザ光の波長を含むストップバンドを有するように設定されていることを特徴とする。【００１５】
本発明に係る半導体レーザ素子は、上記発明において、前記回折格子のストップバンド幅は、当該半導体レーザ素子の駆動電流の範囲において前記レーザ光の波長を含むように設定されていることを特徴とする。【００１６】
本発明に係る半導体レーザ素子は、上記発明において、前記駆動電流の範囲は０Ａから１Ａの範囲から選択され、前記回折格子のストップバンド幅は１．４ｎｍ以上であることを特徴とする。【００１７】
本発明に係る半導体レーザ素子は、上記発明において、前記駆動電流の範囲は０ｍＡから５００ｍＡの範囲から選択され、前記回折格子のストップバンド幅は０．７ｎｍ以上であることを特徴とする。【００１８】
本発明に係る半導体レーザ素子は、上記発明において、前記分布帰還型レーザ部における前記導波路コア層の長さをＬ１、前記回折格子層の結合係数をκ１とすると、κ１×Ｌ１は１以上であり、Ｌ１は８２０μｍ以上であることを特徴とする。【００１９】
本発明に係る半導体レーザ素子は、上記発明において、前記分布ブラック反射部における前記導波路コア層の長さをＬ２、前記導波路コア層が形成する回折格子の結合係数をκ２とすると、κ２×Ｌ２は２．１８より大きく、κ２は２９ｃｍ−１以上であることを特徴とする。【００２０】
本発明に係る半導体レーザ素子は、上記発明において、前記回折格子層は位相シフト部を有することを特徴とする。【００２１】
本発明に係る集積型半導体レーザ素子は、上記発明の１つ以上の半導体レーザ素子と、前記１つ以上の半導体レーザ素子からの出力光がそれぞれ入力される、該半導体レーザ素子と同じ数の入力ポートを有し、該出力光を合流させて出力させることができる光合流器と、前記光合流器からの出力光を増幅する半導体光増幅器と、が集積されたことを特徴とする。【００２２】
本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法は、導波路コア層を含み該導波路コア層に沿って配置された回折格子層を含む分布帰還型レーザ部となる領域と、前記導波路コア層を含む分布ブラック反射部となる領域とを有する半導体積層構造を形成する半導体積層構造形成工程と、前記半導体積層構造のうち、前記分布帰還型レーザ部となる領域の前記回折格子層を所定の周期で離散的な配置となるようエッチングする第１エッチング工程と、前記半導体積層構造のうち、前記分布ブラック反射部となる領域の前記導波路コア層が回折格子を形成するように所定の周期で離散的な配置となるようエッチングする第２エッチング工程と、を含むことを特徴とする。【００２３】
本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法は、上記の発明において、前記第２エッチング工程は、前記分布帰還型レーザ部となる領域の最表面にマスクを形成し、前記分布帰還型レーザ部となる領域の導波路コア層を該第２エッチング工程におけるエッチングから保護して行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、光出力が高く、かつ生産時の歩留りが良好な半導体レーザ素子を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子を光共振器長方向に沿って切断した模式的な断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明する図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明する図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明する図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明する図である。
【図３Ａ】図３Ａは、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明する図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明する図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明する図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明する図である。
【図４】図４は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の設計パラメータを説明する図である。
【図５】図５は、波長に対する分布ブラック反射部の反射率の一例を示した図である。
【図６】図６は、駆動電流と、レーザ発振波長と反射中心波長とのズレ量との関係を示す図である。
【図７】図７は、結合係数κ２とストップバンド幅との関係を示す図である。
【図８】図８は、分布ブラッグ反射部の導波損失を０とした場合における、κ２×Ｌ２と分布ブラッグ反射部の反射率が９５％以上となる領域幅との関係を示す図である。
【図９】図９は、長さＬ１とスペクトル線幅との関係を示す図である。
【図１０】図１０は、実施の形態２に係る集積型半導体レーザ素子の模式的な平面図である。
【図１１】図１１は、図１０に示す集積型半導体レーザ素子のＡ−Ａ線断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、図面を参照して本発明に係る半導体レーザ素子、集積型半導体レーザ素子、および、半導体レーザ素子の製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する構成要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各層の厚さや厚さの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
【００２７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザ素子を光共振器長方向に沿って切断した模式的な断面図である。図１に示すように、この半導体レーザ素子１００は、裏面にｎ側電極１０１が形成されたｎ型半導体層１０２と、ｎ型半導体層１０２上に形成された導波路コア層１０３と、導波路コア層１０３上に形成されたｐ型半導体層１０４と、ｐ型半導体層１０４上に形成された回折格子層１０５と、回折格子層１０５上に形成されたｐ型半導体層１０６と、ｐ型半導体層１０６上に形成されたｐ側電極１０７と、を備えている。
【００２８】
ｎ型半導体層１０２、導波路コア層１０３、ｐ型半導体層１０４、回折格子層１０５、およびｐ型半導体層１０６は、半導体積層構造を形成している。この半導体積層構造は、分布帰還型レーザ部１１０と、分布帰還型レーザ部１１０に隣接する分布ブラック反射部１２０とを有している。なお、分布帰還型レーザ部１１０側における半導体積層構造の端面（紙面左側の端面）には不図示の反射防止膜が形成されている。
【００２９】
半導体積層構造の各構成要素について説明する。ｎ型半導体層１０２は、ｎ型ＩｎＰからなる基板上にｎ型ＩｎＰからなるクラッド層が形成された構成を有する。
【００３０】
導波路コア層１０３は、ＧａＩｎＡｓＰからなり、複数の障壁層と複数の井戸層とからなる多重量子井戸（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）構造のＭＱＷ層１０３ｂと、ＭＱＷ層１０３ｂを挟むように配置された分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ：Ｓｅｐａｒａｔｅ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層１０３ａ、１０３ｃとからなるＭＱＷ−ＳＣＨ構造を有する。ＭＱＷ層１０３ｂの厚さはたとえば４０ｎｍ〜６０ｎｍ、ＳＣＨ層１０３ａ、１０３ｃの厚さはたとえば３０ｎｍである。なお、導波路コア層１０３は、ＡｌＧａＩｎＡｓとしてもよい。
【００３１】
ここで、分布帰還型レーザ部１１０では、導波路コア層１０３は、光共振器長方向にわたって連続した長さを有している。一方、分布ブラック反射部１２０では、導波路コア層１０３は回折格子を形成するように離散的かつ周期的に配置されている。導波路コア層１０３の間はｐ型半導体層１０４と同じ半導体材料で埋められている。
【００３２】
ｐ型半導体層１０４は、ｐ型ＩｎＰからなるクラッド層で構成される。ｐ型半導体層１０４の厚さはたとえば１００ｎｍ〜２００ｎｍである。
【００３３】
回折格子層１０５は、ＧａＩｎＡｓＰ層が所定の周期で離散的に配置して回折格子を形成し、かつＧａＩｎＡｓＰ層の間はＩｎＰ層で埋められた構成を有する。回折格子層１０５は導波路コア層１０３の近傍で導波路コア層１０３に沿って配置している。回折格子層１０５はその光共振器長方向の所定の位置にλ／４位相シフト部１０５ａが形成されている。
【００３４】
ｐ型半導体層１０６は、ｐ型ＩｎＰからなるスペーサ層上にｐ型ＧａＩｎＡｓＰからなるコンタクト層が形成された構成を有する。
【００３５】
ｐ側電極１０７は、分布帰還型レーザ部１１０におけるｐ型半導体層１０６上に形成されている。ｐ型半導体層１０６のコンタクト層は、ｐ側電極１０７との電気抵抗を低減する機能を有する。
【００３６】
つぎに、半導体レーザ素子１００の動作を説明する。まず、ｎ側電極１０１とｐ側電極１０７との間に電圧を印加して、駆動電流を注入する。ｐ側電極１０７は、分布帰還型レーザ部１１０におけるｐ型半導体層１０６上に形成されているので、駆動電流は分布帰還型レーザ部１１０の導波路コア層１０３に注入される。すると、駆動電流を注入された分布帰還型レーザ部１１０の導波路コア層１０３は、活性層として機能する。
【００３７】
ここで、分布帰還型レーザ部１１０は、導波路コア層１０３の近傍に導波路コア層１０３に沿って配置された回折格子層１０５を有するため、分布帰還型（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ）レーザとして機能する。したがって、駆動電流が注入されると回折格子層１０５の周期に応じた波長でレーザ発振する。
【００３８】
一方、分布ブラック反射部１２０では、導波路コア層１０３が回折格子を形成するように離散的かつ周期的に配置されているので、ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）部として機能する。したがって、分布ブラック反射部１２０は、分布帰還型レーザ部１１０で発振したレーザ光Ｌ２０をブラッグ反射する。
【００３９】
したがって、半導体レーザ素子１００は分布反射型半導体レーザ素子として機能し、分布帰還型レーザ部１１０側の端面（紙面左側の端面）からのみレーザ光Ｌ１０を出力する。
【００４０】
この半導体レーザ素子１００では、分布ブラック反射部１２０において導波路コア層１０３自体がＤＢＲを構成しているため、導波路コア層１０３が形成する回折格子の結合係数κを大きくできる。
【００４１】
また、分布ブラック反射部１２０では導波路コア層１０３が離散的に配置されているため、連続的な長さを有する場合よりも光吸収が少ない。その結果、出力されるレーザ光Ｌ１０の光強度の低下が抑制される。
【００４２】
また、特許文献１に記載の半導体レーザ素子では、格子溝を深くするためには回折格子領域の厚さを厚くしなければならず、結晶性の低下や光吸収の増加が発生する場合があった。これにより、レーザ光出力および素子の信頼性が低下し、さらに生産時の歩留りも低下するという問題があった。一方、本実施の形態１によれば、回折格子層１０５を厚くしなくても、分布帰還型レーザ部１１０と分布ブラック反射部１２０とで結合係数κに差をつけることができる。したがって、回折格子層１０５を厚くすることによるレーザ光出力および素子の信頼性の低下が抑制され、さらに生産時の歩留りの低下が抑制される。たとえば、回折格子層１０５の厚さは５ｎｍ〜５０ｎｍであり、２０ｎｍ〜５０ｎｍがさらに好ましい。
【００４３】
さらに、分布帰還型レーザ部１１０では、導波路コア層１０３は光共振器長方向にわたって連続した長さを有しているので、利得が大きくなり、出力されるレーザ光Ｌ１０の強度は高くなる。また、電力注入を行う分布帰還型レーザ部１１０では導波路コア層１０３に加工がされていないので、信頼性の低下および生産時の歩留りの低下も抑制されている。なお、電力注入を行う領域の導波路コア層１０３を加工すると、加工界面から内部に転位が走る可能性があり、電力注入により経時的に劣化しやすくなる。
【００４４】
以上のように、本実施の形態１に係る半導体レーザ素子１００は、光出力が高く、信頼性が高く、生産時の歩留りが良好であり、スペクトル線幅の狭線幅化も容易なので、たとえば高ビットレートの多値変調方式を利用した通信方式における信号光源として好適なものである。
【００４５】
（製造方法）
本実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例について説明する。図２Ａ〜Ｄ、図３Ａ〜Ｄは、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明する図である。図２Ａ〜Ｄ、図３Ａ〜Ｄは図１の断面に対応する断面を示している。
【００４６】
はじめに、導波路コア層１０３を含み該導波路コア層１０３に沿って配置された回折格子層１０５を含む分布帰還型レーザ部１１０となる領域と、導波路コア層１０３を含む分布ブラック反射部１２０となる領域とを有する半導体積層構造を形成する半導体積層構造形成工程について説明する。図２Ａに示すように、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）結晶成長装置等の結晶成長装置を用い、ｎ型ＩｎＰからなる基板上にｎ型ＩｎＰからなるクラッド層を形成してｎ型半導体層１０２を形成し、さらに、ｎ型半導体層１０２上に順次導波路コア層１０３、ｐ型半導体層１０４、回折格子層１０５、およびｐ型半導体層１０６を形成する。ただし、このとき回折格子層１０５は回折格子構造が無いＧａＩｎＡｓＰ層からなるものである。
【００４７】
つぎに、半導体積層構造のうち、分布帰還型レーザ部１１０となる領域の回折格子層１０５を所定の周期で離散的な配置となるようエッチングする第１エッチング工程について説明する。まず、図２Ａに示すように、たとえばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によってｐ型半導体層１０６上にＳｉＮからなるマスクＭ１を形成し、所定のマスクパターンにパターニングする。
【００４８】
つぎに、図２Ｂに示すように、マスクＭ１をマスクとして、たとえばＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｃｏｕｐｌｉｎｇ  Ｐｌａｓｍａ）−ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｅｒ）によって、半導体積層構造をｐ型半導体層１０６および回折格子層１０５より深く、ｐ型半導体層１０４に到る深さの溝Ｇを形成するようにエッチングする。これによって、回折格子層１０５の回折格子構造が形成される。
【００４９】
つぎに、半導体積層構造のうち、分布ブラック反射部１２０となる領域の導波路コア層１０３を所定の周期で離散的な配置となるようエッチングする第２エッチング工程について説明する。まず、図２Ｃに示すように、溝Ｇを埋め、かつマスクＭ１を覆うようにマスクＭ２を形成し、さらに分布帰還型レーザ部１１０となる領域のマスクＭ２上にレジスト膜Ｒを形成する。ここで、マスクＭ２は、所定のエッチング液に対するエッチングレートがマスクＭ１のエッチングレートとは差がある材料とする。マスクＭ２の材料としてはたとえばＳｉＯ２であり、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）を利用できる。なお、マスクＭ２がＳｉＯ２からなるものであれば、マスクＭ１はシリコンや金属からなる膜でもよい。
【００５０】
つぎに、図２Ｄに示すように、レジスト膜Ｒをエッチングマスクとして、緩衝フッ酸液（Ｂｕｆｆｒｅｄ  ＨＦ：ＢＨＦ）によって分布ブラック反射部１２０となる領域のマスクＭ２を除去し、溝Ｇを露出させる。このとき、ＢＨＦに対するマスクＭ２のエッチングレートは、ＢＨＦに対するマスクＭ１のエッチングレートよりも大きいため、マスクＭ２は選択エッチングされ、マスクＭ１は残存する。
【００５１】
つぎに、図３Ａに示すように、レジスト膜Ｒを除去する。さらに、図３Ｂに示すように、ＩＣＰ−ＲＩＥによって溝Ｇをさらに導波路コア層１０３の底面に到る深さまで深くエッチングする。その結果、分布ブラック反射部１２０となる領域においては、導波路コア層１０３は溝Ｇによって分離され、周期的に配置された回折格子構造が形成される。一方、分布帰還型レーザ部１１０となる領域では導波路コア層１０３は光共振器長方向にわたって連続した長さを有したままである。すなわち、第２エッチング工程は、分布帰還型レーザ部１１０となる領域の最表面にマスクＭ２を形成し、分布帰還型レーザ部１１０となる領域の導波路コア層１０３を該第２エッチング工程におけるエッチングから保護して行う工程である。
【００５２】
なお、分布ブラック反射部１２０においては、回折格子層１０５は必ずしも存在する必要はないが、回折格子層１０５も分布ブラック反射部１２０における結合係数κに寄与するので、製造工程において特に除去しなくてもよい。
【００５３】
その後、図３Ｃに示すように、マスクＭ１、Ｍ２を除去し、図３Ｄに示すように、結晶成長装置にて溝Ｇを、ｐ型半導体層１０４と同じ半導体材料である半導体材料Ｓで埋め込む。その後、たとえばＡｕＺｎからなるｐ側電極１０７およびＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ構造のｎ側電極１０１を形成し、反射防止膜の形成や素子分離等の必要な処理を行って、本実施の形態１に係る半導体レーザ素子１００の構造を完成させる。
【００５４】
なお、上記製造方法において、半導体積層構造をエッチングする深さの浅い回折格子層１０５まで先にエッチングし、その後、より深い導波路コア層１０３までエッチングする製造工程について説明したが、本発明の半導体レーザ素子１００の製造方法はこれに限定されない。たとえば、先に半導体積層構造をエッチングする深さの深い導波路コア層１０３までエッチングしてもよい。また、分布帰還型レーザ部１１０と分布ブラック反射部１２０とを別々の工程でエッチングしてもよい。本発明に係る半導体レーザ素子１００の製造工程は、半導体積層構造のうち、分布帰還型レーザ部１１０となる領域の回折格子層１０５を所定の周期で離散的な配置となるようエッチングする工程と、半導体積層構造のうち、分布ブラック反射部１２０となる領域の導波路コア層１０３を所定の周期で離散的な配置となるようエッチングする工程と、を含めばよい。
【００５５】
なお、本実施の形態１に係る半導体レーザ素子１００は、分布ブラック反射部１２０となる領域の導波路コア層１０３を周期的に全てエッチングしている。ここで、エッチングの深さを導波路コア層１０３の途中までとした場合は、その深さに依存して結合係数が変化する。これに対して、全てエッチングしてしまうとその後さらに深くエッチングしたとしても結合係数が変化しなくなる。したがって、エッチングの深さにばらつきが生じた場合も、結合係数は変化せず、製造ロッドによる特性のばらつきを低減できる。その結果、生産時の歩留りの低下を抑制することができる。
【００５６】
（設計パラメータ）
つぎに、本実施の形態１に係る半導体レーザ素子１００の好ましい設計パラメータについて説明する。図４は、本実施の形態１に係る半導体レーザ素子１００の設計パラメータを説明する図である。
【００５７】
図４に示すように、半導体レーザ素子１００の分布帰還型レーザ部１１０の設計パラメータとしては、分布帰還型レーザ部１１０の光共振器長Ｌ１、回折格子層１０５のλ／４位相シフト部１０５ａを挟んだ長さＬ１１、Ｌ１２、回折格子層１０５の結合係数κ１、周期Λ１、導波路コア層１０３の実効屈折率ｎ１がある。
【００５８】
また、分布ブラック反射部１２０の設計パラメータとしては、分布ブラック反射部１２０の光共振器長方向における長さＬ２、導波路コア層１０３が形成する回折格子の結合係数κ２、周期Λ２、導波路コア層１０３の実効屈折率ｎ２がある。
【００５９】
まず、分布帰還型レーザ部１１０でのレーザ発振波長と分布ブラック反射部１２０での反射中心波長とを一致させるためには、ｎ１×Λ１＝ｎ２×Λ２とする。なお、分布帰還型レーザ部１１０でのレーザ発振波長は２ｎ１×Λ１であり、分布ブラック反射部１２０での反射中心波長は２ｎ２×Λ２である。
【００６０】
また、出力されるレーザ光Ｌ１０のスペクトル線幅が狭ければ、高ビットレートの通信方式における信号光源としてより好適である。レーザ光Ｌ１０のスペクトル線幅を狭くするためには、光共振器長Ｌ１を長くするとともに結合係数κ１を大きくすることが好ましい。しかしながら、結合係数κ１が大きすぎるとホールバーニング現象によりマルチモード発振してしまうことがある。なお、高出力化の観点からは、光共振器長Ｌ１を長く、結合係数κ１を小さくすることが好ましい。結合係数κ１の好ましい値は例えば７ｃｍ−１〜２０ｃｍ−１である。光共振器長Ｌ１の好ましい値は８２０μｍ以上であり、より好ましくは１０００μｍ以上である。
【００６１】
一方、結合係数κ２が大きい方が、分布ブラック反射部１２０での反射波長帯域（ストップバンド幅）が広くなるので好ましい。図５は、波長に対する分布ブラック反射部の反射率の一例を示した図である。図５において横軸は波長を示し、縦軸は分布ブラック反射部１２０の反射率を示している。以下、ストップバンド幅とは、反射率が最大反射率に対して９５％以上となる波長帯域幅（図５の幅Ｗ）を意味するものとする。結合係数κ２の好ましい値は例えば１８０ｃｍ−１以上であり、より好ましくは２００ｃｍ−１以上である。
【００６２】
ここで、結合係数κ２は、導波路コア層１０３の厚さを厚くするか、導波路コア層１０３とその間を埋めるｐ型半導体材料との長さの比（Ｄｕｔｙ比）を５０％に近づけることで大きくできる。なお、本実施の形態１では、分布ブラック反射部１２０のＤｕｔｙ比はすべて５０％としている。
【００６３】
また、結合係数κ１は、回折格子層１０５の厚さを厚くする、回折格子層１０５と導波路コア層１０３との距離を近づける、回折格子層１０５の屈折率を上げる、または、回折格子層１０５とその間を埋めるｐ型半導体材料との長さの比（Ｄｕｔｙ比）を５０％に近づけることで大きくできる。
【００６４】
また、分布帰還型レーザ部１１０でのレーザ発振波長が分布ブラック反射部１２０のストップバンドの内側にあるようにすることで、レーザ光Ｌ２０（図１参照）が確実に分布ブラック反射部１２０によって反射されるので好ましい。上述したように、ｎ１×Λ１＝ｎ２×Λ２として、分布帰還型レーザ部１１０でのレーザ発振波長と分布ブラック反射部１２０での反射中心波長とを一致させれば、レーザ発振波長は分布ブラック反射部１２０のストップバンドの内側に収まる。
【００６５】
しかしながら、分布帰還型レーザ部１１０は電流が注入されると温度が上昇するので、分布帰還型レーザ部１１０と分布ブラック反射部１２０とで温度差が発生する。温度差が発生すると、主に屈折率の温度依存性によってｎ１×Λ１＝ｎ２×Λ２の条件が成り立たなくなり、レーザ発振波長と反射中心波長との間にズレが生じる。
【００６６】
そこで、図１と同様の構成を有し、レーザ発振波長を１５４８．６ｎｍに設定した実施例の半導体レーザ素子を作製し、駆動電流と、レーザ発振波長と反射中心波長とのズレ量との関係を調べた。なお、κ１＝１０ｃｍ−１、κ２＝１８０ｃｍ−１、Ｌ１＝１５００μｍ、Ｌ１１＝９００μｍ、Ｌ１２＝６００μｍ、Ｌ２＝９００μｍ、Λ１＝２４２．５３７ｎｍ、Λ２＝２４３．５５７ｎｍ、ｎ１＝３．１９３、ｎ２＝３．１８１とした。
【００６７】
なお、長さＬ１に対して長さＬ１１をより小さくすると、高出力になるが、小さくし過ぎると安定したシングルモード発振が得られなくなる。そのためＬ１１／Ｌ１は、６０％〜１００％が好ましく、本実施の形態１では、６０％としている。
【００６８】
図６は、駆動電流と、レーザ発振波長と反射中心波長とのズレ量との関係を示す図である。図６において、横軸は駆動電流を示し、縦軸はズレ量Δλを示している。実線はデータ点のフィティング直線である。図６に示すように、駆動電流を５００ｍＡとしたときにズレ量Δλは０．７ｎｍとなり、１Ａとしたときにズレ量Δλは１．４ｎｍとなった。したがって、分布ブラック反射部１２０のストップバンド幅としては、駆動電流の範囲内で、このようなズレが生じたとしても、レーザ発振波長が分布ブラック反射部１２０のストップバンドの内側に含まれるようにすることが好ましい。これにより、反射中心波長ズレが生じても、レーザ発振スペクトルが安定し、レーザ光強度が安定する。また、安定したシングルモード発振を得ることができる。
【００６９】
この実施例の場合は、ストップバンド幅は、０．７ｎｍ以上または１．４ｎｍ以上であることが好ましいが、実際にストップバンド幅は４．４ｎｍであり、０．７ｎｍ以上、さらには１．４ｎｍ以上の条件を満たすものであった。また、駆動電流が最小のときにレーザ発振波長がストップバンドの短波長側に位置し、駆動電流が最大のときにレーザ発振波長がストップバンドの長波長側に位置するように、ｎ１×Λ１とｎ２×Λ２との関係を設定することが好ましい。たとえば、半導体レーザ素子の駆動温度において、ｎ１×Λ１＜ｎ２×Λ２が成り立つようにすることが好ましい。
【００７０】
つぎに、図７は、結合係数κ２とストップバンド幅との関係を示す図である。実線はデータ点のフィティング直線である。図７に示すように、ストップバンド幅を０．７ｎｍ以上にするには、κ２を２９ｃｍ−１以上にすればよく、ストップバンド幅を１．４ｎｍ以上にするには、κ２を５８ｃｍ−１以上にすればよい。
【００７１】
つぎに、図８は、分布ブラッグ反射部での導波損失を０とした場合における、κ２×Ｌ２と反射率９５％以上の領域幅の関係を示す図である。なお、κ２は、５０ｃｍ−１、７５ｃｍ−１、１００ｃｍ−１、１２５ｃｍ−１、２５０ｃｍ−１の場合について示してある。分布ブラッグ反射部１２０の反射率が低くなるとスペクトル線幅改善率が低下するため、分布ブラッグ反射部１２０の反射率はできるだけ高くする必要がある。図８に示すように、κ２×Ｌ２が２．１８より大きい場合に領域幅が０ｎｍよりも大きくなる。また、結合係数κ２が大きいほど領域幅が大きくなる。
【００７２】
また、図９は、長さＬ１とスペクトル線幅との関係を示す図である。なお、κ１×Ｌ１は、０．５、１、１．５、２の場合について示してある。図９に示すように、長さＬ１が大きいほど、かつκ１×Ｌ１が大きいほど、スペクトル線幅は狭くなる。たとえば、スペクトル線幅を２５０ｋＨｚ以下にするには、κ１×Ｌ１が１以上であることが好ましく、Ｌ１が８２０μｍ以上であることが好ましい。
【００７３】
なお、変調ビットレートが１００ＧＨｚの場合の信号光源としては、スペクトル線幅が５００ｋＨｚ以下であることが好ましく、変調ビットレートが２００ＧＨｚの場合は、スペクトル線幅が３００ｋＨｚ以下、さらには１００ｋＨｚ以下であることが好ましい。したがって、κ１×Ｌ１およびＬ１は所望のスペクトル線幅および光出力に応じて設定することが好ましい。
【００７４】
また、以上のことから、狭いスペクトル線幅であり、かつ、広いストップバンド幅であることを実現するためには、κ１×Ｌ１＜κ２×Ｌ２であることが好ましい。
【００７５】
ここで、実施例に係る半導体レーザ素子を作製し、駆動電流が５０ｍＡ、５００ｍＡの場合のレーザ光のスペクトルを測定した。
【００７６】
その結果、駆動電流が５０ｍＡのとき、ストップバンド幅は１５４２．０ｎｍ〜１５４６．４ｎｍの４．４ｎｍであり、発振ピークは１５４２．６ｎｍであった。駆動電流が５００ｍＡのとき、ストップバンド幅は１５４７．６ｎｍ〜１５５２．０ｎｍの４．４ｎｍであり、発振ピークは１５４８．６ｎｍであった。実施例に係る半導体レーザ素子は、駆動電流が５０ｍＡ、５００ｍＡのいずれの場合も、レーザ発振波長がストップバンド内に含まれており、所望の光出力が得られていることが確認された。
【００７７】
なお、上記実施の形態１に係る半導体レーザ素子は、レーザ光が波長１５５０ｎｍ帯になるようにその化合物半導体や電極等の材料、サイズ、設計パラメータ等が設定されている。しかしながら、各材料やサイズ等は、たとえば光通信波長帯域内の所望の波長のレーザ光を発振させるよう適宜設定することができ、特に限定はされない。
【００７８】
（実施の形態２）
つぎに、実施の形態１に係る半導体レーザ素子を用いた実施の形態２に係る集積型半導体レーザ素子について説明する。図１０は、実施の形態２に係る集積型半導体レーザ素子の模式的な平面図である。図１０に示すように、本実施の形態２に係る集積型半導体レーザ素子１０００は、それぞれがメサ構造を有する、Ｎ個の半導体レーザ素子１００−１〜１００−Ｎ（Ｎは１以上の整数）と、半導体レーザ素子１００−１〜１００−Ｎからの出力光がそれぞれ入力されるＮ個の光導波路２００−１〜２００−Ｎと、Ｎ個の入力ポートを有し光導波路２００−１〜２００−Ｎの出力光を合流させて出力させることができる光合流器３００と、光合流器３００からの出力光を増幅する半導体光増幅器（ＳＯＡ）４００とを一つの半導体基板上に集積し、埋め込み部１００２により埋め込んだ構造を有する。半導体レーザ素子１００−１〜１００−Ｎ間の埋め込み部１００２には、トレンチ溝１０８−１〜１０８−Ｍ（Ｍ＝Ｎ―１）を設けている。また、集積型半導体レーザ素子１０００の両端面には、戻り光によるノイズを防ぐため、反射防止膜１００１が形成されている。
【００７９】
Ｎ個の半導体レーザ素子１００−１〜１００−Ｎは、それぞれが実施の形態１の半導体レーザ素子１００と同一の構成であり、各々が幅１．５μｍ〜３μｍのストライプ状の埋め込み構造を有する端面発光型レーザであり、集積型半導体レーザ素子１０００の一端において幅方向にたとえば２５μｍピッチで形成されている。半導体レーザ素子１００−１〜１００−Ｎは、各半導体レーザ素子の設計パラメータを適切に設定することにより、出力光が単一モード発振のレーザ光となり、そのレーザ発振波長がたとえば約１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍの範囲で互いに相違するように構成されている。また、半導体レーザ素子１００−１〜１００−Ｎの各発振波長は、集積型半導体レーザ素子１００の設定温度を変化させることにより微調整することができる。すなわち、集積型半導体レーザ素子１０００は、駆動する半導体レーザ素子の切り替えと温度制御とにより、広い波長可変範囲を実現している。
【００８０】
なお、温度調整による半導体レーザ素子１００−１〜１００−Ｎのそれぞれのレーザ発振波長の微調整の範囲は、３ｎｍ程度以下とすることが好ましい。したがって、約１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍの波長範囲をカバーするためには、半導体レーザ素子１００−１〜１００−Ｎの個数は１２以上が好ましく、たとえば１６である。ただし、Ｎの値は特に限定されない。また、半導体レーザ素子１００−１〜１００−Ｎの発振波長の範囲は、たとえば約１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍとしてもよい。
【００８１】
図１１は、図１０に示す集積型半導体レーザ素子のＡ−Ａ線断面を示す図である。図１１に示すように、半導体レーザ素子１００−１〜１００−Ｎの半導体層の構造は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子１００と同一である。ただし、上述のとおり、半導体レーザ素子１００−１〜１００−Ｎは、その発振波長にあわせて、各パラメータが設定されており、たとえば１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍの中央近傍、すなわち１５５０ｎｍ近傍に利得ピークの波長を有するように設定されている。このパラメータの設定による半導体レーザの利得ピークの波長は、集積型半導体レーザ素子１００の動作温度である２０℃〜６０℃におけるものである。
【００８２】
光合流器３００は、Ｎ個の入力ポートと１つの出力ポートとを有するＭＭＩ（Ｍｕｌｔｉ−Ｍｏｄｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）型光カプラである。図１１に示すように、光合流器３００は、半導体レーザ素子１００−１〜１００−Ｎと同様の埋め込みメサ構造を有するが、ｎ側電極３０１、ｎ型半導体層３０２、導波路コア層３０３、ｐ型半導体層３０４は、それぞれ半導体レーザ素子１００のｎ側電極１０１、ｎ型半導体層１０２、導波路コア層１０３、ｐ型半導体層１０４と同一の構成であってよい。すなわち、ｎ型半導体層３０２は、ｎ型ＩｎＰであってよく、導波路コア層３０３は、ＧａＩｎＡｓＰであってよく、ｐ型半導体層３０４は、ｐ型ＩｎＰであってよい。ただし、導波路コア層３０３は、ＭＱＷではなく、単一の組成からなる層であって、光が導波するコア層として機能する。なお、導波路コア層３０３は、ＭＱＷ層１０３ｂと略等しい厚さとされている。また、光合流器３００は、メサ幅が半導体レーザ素子１００−１〜１００−Ｎよりも幅広く形成されている。また、光合流器３００には電流を注入しないため、光合流器３００の半導体層の上部には、ｐ側電極を形成しない。
【００８３】
なお、光合流器３００は、ＭＭＩ型光カプラに限定されず、たとえばフレネルカプラのような他のＮ×１光カプラでもよい。
【００８４】
光導波路２００−１〜２００−Ｎは、半導体レーザ素子１００−１〜１００−Ｎと光合流器３００との間に形成されており、光合流器３００と同様の埋め込みメサ構造を有しており、半導体レーザ素子１００−１〜１００−Ｎと光合流器３００のＮ個の入力ポートとを光学的に接続している。図１１に示すように、ｎ側電極２０１、ｎ型半導体層２０２、導波路コア層２０３、ｐ型半導体層２０４は、それぞれ光合流器３００のｎ側電極３０１、ｎ型半導体層３０２、導波路コア層３０３、ｐ型半導体層３０４と同一の構成であってよい。
【００８５】
ＳＯＡ４００は、光合流器３００の１つの出力ポート３００ａに接続している。ＳＯＡ４００は、半導体レーザ素子１００−１〜１００−Ｎと同様の埋め込みメサ構造を有する。ただし、ＳＯＡ４００は半導体レーザ素子１００−１〜１００−Ｎとは異なり回折格子層１０５を有しない。ｎ側電極４０１、ｎ型半導体層４０２、導波路コア層４０３、ｐ型半導体層４０４、ｐ側電極４０５は、それぞれ半導体レーザ素子１００のｎ側電極１０１、ｎ型半導体層１０２、導波路コア層１０３、ｐ型半導体層１０４、ｐ側電極１０７と同一の構成であってよい。なお、導波路コア層４０３は、ＭＱＷ層１０３ｂと同一の構成であってよく、多重量子井戸構造であり、両側にＳＣＨ層１０３ａ、１０３ｃと同様のＳＣＨ層を備えていてもよい。また、ｐ型半導体層４０４は、ｐ型半導体層１０６と同様に、上部にｐ型ＧａＩｎＡｓＰからなるコンタクト層を備えていてもよい。また、ＳＯＡ４００においても、導波路コア層４０３の幅は、例えば１．４μｍ〜１．７μｍであるが、半導体レーザ素子１００−１〜１００−Ｎが出力するレーザ光を単一モードで導波できる幅であれば特に限定はされない。
【００８６】
つぎに、この集積型半導体レーザ素子１００の動作を説明する。まず、半導体レーザ素子１００−１〜１００−Ｎの中から選択した１つの半導体レーザ素子を駆動し、所望の波長の単一モードレーザ光を出力させる。トレンチ溝１０８−１〜１０８−Ｍは半導体レーザ素子１００−１〜１００−Ｎ間を電気的に分離するので半導体レーザ素子間の分離抵抗が大きくなり、半導体レーザ素子１００−１〜１００−Ｎの中の１つを選択して駆動することが容易にできる。
【００８７】
つぎに、複数の光導波路２００−１〜２００−Ｎのうち、駆動する半導体レーザ素子と光学的に接続している光導波路は、駆動する半導体レーザ素子からのレーザ光を単一モードで導波する。光合流器３００は、光導波路を導波したレーザ光を通過させて出力ポート３００ａから出力する。ＳＯＡ４００は、出力ポート３００ａから出力したレーザ光を増幅して、出力端４００ａから集積型半導体レーザ素子１０００の外部に出力する。ＳＯＡ４００は、駆動する半導体レーザ素子からのレーザ光の光合流器３００による光の損失を補うとともに、出力端４００ａから所望の強度の光出力を得るために用いられる。なお、光合流器３００がＮ個の入力ポートと１個の出力ポートとを有する場合、駆動する半導体レーザ素子からのレーザ光の強度は、光合流器３００によって約１／Ｎに減衰される。
【００８８】
ここで、本実施の形態２に係る集積型半導体レーザ素子１０００は、半導体レーザ素子として、実施の形態１の半導体レーザ素子１００を用いている。そのため、半導体レーザ素子１００は、分布ブラック反射部１２０の導波路コア層１０３による光吸収が少なく、光出力が高い。そのため、半導体レーザ素子１００の駆動電流値を下げることができる。これにより、集積型半導体レーザ素子１０００の消費電力を低下させることができる。
【００８９】
また、分布ブラック反射部１２０の導波路コア層１０３を周期的に全てエッチングしているので、エッチングの深さにばらつきが生じた場合も、結合係数は変化せず、製造ロッドによる特性のばらつきを低減できる。その結果、生産時の歩留りの低下を抑制することができる。
【００９０】
また、電力注入部である分布帰還型レーザ部１１０では導波路コア層１０３に加工がされていないので信頼性の低下および生産時の歩留りの低下が抑制される。また、半導体レーザ素子１００は、空間的ホールバーニングの発生が抑制または防止され、スペクトル線幅が狭線幅化されているため、たとえば高ビットレートの多値変調方式を利用した通信方式における信号光源として好適なものである。
【００９１】
さらに、集積型半導体レーザ素子１０００は、半導体レーザ素子１００が高出力であるため、ＳＯＡ４００の増幅率を小さく設定することができる。これにより、ＳＯＡ４００の自然放出に起因するノイズの程度を表す量であるＳＳＥＲ（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｒａｔｉｏ）を小さくできる。
【００９２】
また、分布帰還型レーザには、両端部からレーザ光を出力するため、出力側と反対の後方からの出力光が迷光となるという問題がある。そのため、分布帰還型レーザは、迷光対策が必要となる。しかしながら、集積型半導体レーザ素子１０００の半導体レーザ素子１００は、分布ブラック反射部１２０を備えるために後方からの出力光が発生しにくく、迷光が生じにくいため、迷光対策を必要としない、または、簡易な迷光対策でもよい。
【００９３】
なお、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
以上のように、本発明に係る半導体レーザ素子、集積型半導体レーザ素子、および、半導体レーザ素子の製造方法は、光通信の分野に利用して好適なものである。
【符号の説明】
【００９５】
１００、１００−１〜１００−Ｎ  半導体レーザ素子
１０１、２０１、３０１、４０１  ｎ側電極
１０２、２０２、３０２、４０２  ｎ型半導体層
１０３、２０３、３０３、４０３  導波路コア層
１０３ａ、１０３ｃ  ＳＣＨ層
１０３ｂ  ＭＱＷ層
１０４、１０６、２０４、３０４、４０４  ｐ型半導体層
１０５  回折格子層
１０５ａ  λ／４位相シフト部
１０７、４０５  ｐ側電極
１０８−１〜１０８−Ｍ  トレンチ溝
１１０  分布帰還型レーザ部
１２０  分布ブラック反射部
２００−１〜２００−Ｎ  光導波路
３００  光合流器
３００ａ  出力ポート
４００  ＳＯＡ
４００ａ  出力端
１０００  集積型半導体レーザ素子
１００１  反射防止膜
１００２  埋め込み部
Ｇ  溝
Ｌ１０、Ｌ２０  レーザ光
Ｍ１、Ｍ２  マスク
Ｒ  レジスト膜
Ｓ  半導体材料
Ｗ  幅
【図１】
0005795126.tif 000002
【図２Ａ】
0005795126.tif 000003
【図２Ｂ】
0005795126.tif 000004
【図２Ｃ】
0005795126.tif 000005
【図２Ｄ】
0005795126.tif 000006
【図３Ａ】
0005795126.tif 000007
【図３Ｂ】
0005795126.tif 000008
【図３Ｃ】
0005795126.tif 000009
【図３Ｄ】
0005795126.tif 000010
【図４】
0005795126.tif 000011
【図５】
0005795126.tif 000012
【図６】
0005795126.tif 000013
【図７】
0005795126.tif 000014
【図８】
0005795126.tif 000015
【図９】
0005795126.tif 000016
【図１０】
0005795126.tif 000017
【図１１】
0005795126.tif 000018