(57)【要約】【課題】ブラック反射領域を光軸方向に短く形成しつつ、ブラッグ反射の効果を効率よく得る。【解決手段】第１クラッド層１１、光導波路層２１、第２クラッド層２７がこの順に積層された積層体４７を有する。そして、光導波路層は、光軸方向に沿って互いに隣接したブラッグ反射領域３３及び活性領域３１を含む。ブラッグ反射領域は、第１の膜厚３５、及びこの第１の膜厚よりも薄い膜厚である第２の膜厚３７を光軸方向に周期的に繰り返している。これによって、ブラッグ反射領域では、第１クラッド層と光導波路層との間の境界に第１回析格子２３、及び第２クラッド層と光導波路層との間の境界に第２回析格子２９が、それぞれ設けられている。そして、これら第１回析格子と第２回析格子とは、位相が一致している。【選択図】図２
2008210966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１クラッド層、光導波路層、及び第２クラッド層がこの順に積層された積層体を有し、かつ前記光導波路層に、光軸方向に沿って互いに隣接したブラッグ反射領域及び活性領域を含むＤＢＲ半導体レーザであって、
前記ブラッグ反射領域では、前記光導波路層が、第１の膜厚部、及び該第１の膜厚部の膜厚よりも薄い膜厚である第２の膜厚部を前記光軸方向に周期的に繰り返すことよって、前記第１クラッド層と当該光導波路層との間の境界に第１回析格子、及び前記第２クラッド層と当該光導波路層との間の境界に第２回析格子が、それぞれ設けられており、
該第１回析格子と該第２回析格子とは、位相が一致している
ことを特徴とするＤＢＲ半導体レーザ。
【請求項２】
請求項１に記載のＤＢＲ半導体レーザにおいて、
前記光導波路層は、前記第１の膜厚部では第１の幅を有し、前記第２の膜厚部では前記第１の幅よりも幅狭である第２の幅を有する
ことを特徴とするＤＢＲ半導体レーザ。
【請求項３】
光導波路層に、光軸方向に沿って互いに隣接したブラッグ反射領域及び活性領域を含むＤＢＲ半導体レーザを製造するに当たり、
第１クラッド層の上側表面に第１光導波路材料層を形成する第１工程と、
ブラッグ反射領域形成予定領域に存在する、前記第１光導波路材料層の部分を、前記第１クラッド層の上側表面の部分が露出するまで除去するとともに、該第１光導波路材料層の残部を活性領域として残存させる第２工程と、
前記第１クラッド層の、露出した上側表面の部分を、一定の高さを有し、かつ一定の凹凸周期で光軸方向に連続する第１凹凸部に加工する第３工程と、
該第１凹凸部上に第２光導波路材料層を、該第２光導波路材料層の上側表面が前記活性領域と同一面位置となるように、形成することによって、前記第１クラッド層及び前記第２光導波路材料層間の境界に第１回析格子を形成する第４工程と、
前記第２光導波路材料層の上側表面を、一定の高さを有し、かつ前記第１凹凸部と同じ凹凸周期で前記光軸方向に連続する第２凹凸部であって、該第２凹凸部の凸部及び前記第１凹凸部の凹部の前記光軸方向における位置を一致させた当該第２凹凸部に加工する第５工程と、
該第２凹凸部及び前記活性領域の上側表面に第２クラッド層を形成することによって、該第２クラッド層及び前記第２光導波路材料層間の境界に第２回析格子を形成すると同時に、前記活性領域と、前記第２光導波路材料層がブラック反射領域となって、該ブラッグ反射領域とを含む光導波路層を形成する第６工程と
を含むことを特徴とするＤＢＲ半導体レーザの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載のＤＢＲ半導体レーザの製造方法において、
前記第４工程及び前記第５工程の間に、前記第１凹凸部の凸部の上側に存在する前記第２光導波路材料層の幅を、光軸方向に沿った両側側面から狭めることによって、該第２光導波路材料層の、前記第１凹凸部の凹部の上側に存在する領域に第１の幅を形成し、前記第１凹凸部の凸部の上側に存在する領域では前記第１の幅よりも幅狭である第２の幅を形成する工程
を含むことを特徴とするＤＢＲ半導体レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：分布ブラッグ反射）半導体レーザに関し、特に素子長を短く設計することが可能なＤＢＲ半導体レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来周知の通り、ＤＢＲ半導体レーザは、ブラッグ反射を利用して縦モードを制御することによって、縦単一モード発振動作が達成されている。一般に、このブラッグ反射は、回析格子によって与えられる。回析格子は、その素子の光導波路層に、この素子の光軸に直交する歯状または溝状の格子として形成される。
【０００３】
このような回析格子を有するＤＢＲ半導体レーザは、例えば、裏面に第１電極を有する第１クラッド層を有し、一方、第１クラッド層の表面に、ブラッグ反射領域及び活性領域を含む光導波路層、第２クラッド層、及び第２電極がこの順に設けられている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に開示されているＤＢＲ半導体レーザによれば、第１電極及び第１クラッド層と、第２クラッド層及び第２電極とは、互いに逆の導電性を有している。また、ブラッグ反射領域は、活性領域よりもエネルギーギャップが大きく設定されている。更に、このＤＢＲ半導体レーザは、ブラッグ反射領域において、光導波路層及び第１クラッド層間の境界、また光導波路層及び第２クラッド層間の境界のいずれかに、上述した回析格子が形成されている。
【０００４】
また、光導波路層が、ブラッグ反射領域において、光軸に平行な両側側面に、回析格子が形成されているＤＢＲ半導体レーザも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特公平６−８０８５７号公報
【特許文献２】特開２００６−１９５４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されているＤＢＲ半導体レーザの構造では、ブラッグ反射の効果を得るために、回析格子が形成されたブラッグ反射領域を、光軸方向に可能な限り長く形成する必要がある。従って、素子長が長くなり、その結果、ＤＢＲ半導体レーザを小型化することが困難であった。
【０００６】
この発明の目的は、回析格子によってブラッグ反射の効果を得るＤＢＲ半導体において、この回析格子が形成されたブラッグ反射領域を短く形成することによって、素子長の短いＤＢＲ半導体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、上述の目的の達成を図るため、この発明によるＤＢＲ半導体レーザは、以下のような特徴を含む。
【０００８】
すなわち、この発明のＤＢＲ半導体レーザは、第１クラッド層、光導波路層、第２クラッド層がこの順に積層された積層体を有している。そして、光導波路層は、光軸方向に沿って互いに隣接したブラッグ反射領域及び活性領域を含んでいる。ブラッグ反射領域では、光導波路層は、第１の膜厚、及びこの第１の膜厚の膜厚よりも薄い膜厚である第２の膜厚部を光軸方向に周期的に繰り返している。これによって、ブラッグ反射領域では、第１クラッド層と光導波路層との間の境界に第１回析格子、及び第２クラッド層と光導波路層との間の境界に第２回析格子が、それぞれ設けられている。そして、これら第１回析格子と第２回析格子とは、位相が一致している。
【０００９】
また、上述のＤＢＲ半導体レーザの製造方法は、以下の第１工程から第６工程までの各工程を含む。
【００１０】
すなわち、第１工程では、第１クラッド層の上側表面に第１光導波路材料層を形成する。
【００１１】
第２工程では、ブラッグ反射領域形成予定領域に存在する第１光導波路材料層の部分を、第１クラッド層の上側表面の部分が露出するまで除去するとともに、第１光導波路材料層の残部を活性領域として残存させる。
【００１２】
第３工程では、第１クラッド層の、露出した上側表面の部分を、一定の高さを有し、かつ一定の凹凸周期で光軸方向に連続する第１凹凸部に加工する。
【００１３】
第４工程では、第１凹凸部上に第２光導波路材料層を、この第２光導波路材料層の上側表面が、活性領域と同一面位置となるように形成する。これによって、第１クラッド層及び第２光導波路材料層間の境界に第１回析格子を形成する。
【００１４】
第５工程では、第２光導波路材料層の上側表面を、一定の高さを有し、かつ第１凹凸部と同じ凹凸周期で光軸方向に連続する第２凹凸部であって、第２凹凸部の凸部及び第１凹凸部の凹部の光軸方向における位置を一致させた第２凹凸部に加工する。
【００１５】
第６工程では、第２凹凸部及び活性領域の上側表面に第２クラッド層を形成する。これによって、この第２クラッド層及び第２光導波路材料層間の境界に第２回析格子を形成すると同時に、第２光導波路材料層がブラック反射領域となって、このブラッグ反射領域と活性領域とを含む光導波路層を形成する。
【発明の効果】
【００１６】
この発明のＤＢＲ半導体レーザによれば、ブラッグ反射の効果を得るために、ブラッグ反射領域おいて、第１クラッド層と導波路層との間の境界に第１回析格子、及び第２クラッド層と光導波路層との間の境界に第２回析格子が、それぞれ設けられている。従って、光導波路層及び第１クラッド層間の境界、または光導波路層及び第２クラッド層間の境界のいずれか一方に、回析格子が設けられている特許文献１の構造とは異なり、この発明のＤＢＲ半導体レーザは、互いに上下方向に対向する位置関係で２つの回析格子を具えている。そのため、ブラッグ反射領域の光軸方向の長さを等しく設定した場合に、この発明のＤＢＲ半導体レーザでは、特許文献１のＤＢＲ半導体レーザと比して、効率良くブラッグ反射の効果を得ることができる。従って、この発明のＤＢＲ半導体レーザは、特許文献１のＤＢＲ半導体レーザと同程度にブラッグ反射の効果を得るに当たり、特許文献１のＤＢＲ半導体レーザと比して、ブラッグ反射領域を光軸方向に短く形成することができる。そのため、この発明によれば、素子長の短いＤＢＲ半導体レーザを提供することができる。
【００１７】
また、この発明のＤＢＲ半導体レーザの製造方法によれば、第５工程において、第２凹凸部を、第１凹凸部と同じ凹凸周期で光軸方向に連続的に、かつ第２凹凸部の凸部及び第１凹凸部の凹部の光軸方向における位置を一致させて形成する。この結果、第１凹凸部に形成される第１回析格子、及び第２凹凸部に形成される第２回析格子の位相を一致させることができる。そのため、この発明の製造方法によって製造されたＤＢＲ半導体レーザでは、ブラッグ反射領域において、光導波路層を伝播する光を、上下、すなわち素子の厚み方向において位相を一致させて伝播させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、この発明に係るＤＢＲ半導体レーザ、及びその製造方法について説明する。なお、各図は、この発明が理解できる程度に、各構成要素の形状、大きさ、及び配置関係を概略的に示してあるに過ぎない。従って、この発明の構成は、何ら図示の構成例にのみ限定されるものではない。
【００１９】
〈第１の実施の形態〉
第１の実施の形態では、ブラッグ反射領域において、第１クラッド層と光導波路層との間の境界に第１回析格子、及び第２クラッド層と光導波路層との間の境界に第２回析格子が、それぞれ設けられたＤＢＲ半導体レーザの製造方法について説明する。この製造方法は、第１工程から第６工程までを含んでいる。以下、第１工程から順に各工程につき説明する。
【００２０】
図１（Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の第１の実施の形態を説明する工程図である。また、図２（Ａ）〜（Ｃ）は、図１（Ｃ）に続く工程図である。これらの各図は、それぞれ、各工程段階で得られた構造体の断面の切り口で示してある。また、図中に示した矢印は、この実施の形態において最終的に製造されるＤＢＲ半導体レーザの光の伝播方向、すなわち光軸に平行な方向（以下、単に光軸方向とも称する）を表す。
【００２１】
まず、第１工程では、第１クラッド層１１の上側表面に第１光導波路材料層１３を形成して図１（Ａ）に示すような構造体を得る。
【００２２】
第１の実施の形態では、第１クラッド層１１として、例えばｎ−ＩｎＰ基板を用いる。そして、このｎ−ＩｎＰ基板を下地として、その上側表面１１ａに第１光導波路材料層１３を形成する。第１光導波路材料層１３は、従来周知のＭＯＣＶＤ法を用いて、ＩｎＧａＡｓＰバリア層及びＩｎＧａＡｓＰ井戸層を交互に順次エピタキシャル成長させることによって形成される。そして、ＩｎＧａＡｓＰ井戸層は、図示を省略してあるが、好ましくは１．７５μｍの波長となる組成比（例えば、Ｉｎ０．７２Ｇａ０．２８Ａｓ０．８４Ｐ０．１６）で構成されたものを用いる。また、ＩｎＧａＡｓＰバリア層は、図示を省略してあるが、好ましくは１．２６μｍの波長となる組成比（例えば、Ｉｎ０．７３Ｇａ０．２７Ａｓ０．４９Ｐ０．５１）で構成されたものを用いる。そして、第１光導波路材料層１３を形成するために、例えば１０ｎｍの膜厚のＩｎＧａＡｓＰバリア層、及び例えば６ｎｍの膜厚のＩｎＧａＡｓＰ井戸層をこの順で交互に堆積する。この実施の形態では、第１光導波路材料層１３を、好ましくは、７層のＩｎＧａＡｓＰバリア層、及びＩｎＧａＡｓＰバリア層に挟み込んで、６層のＩｎＧａＡｓＰ井戸層を形成するのが良い。図１（Ａ）では、これらＩｎＧａＡｓＰ井戸層及びＩｎＧａＡｓＰバリア層を一体的な第１光導波路材料層１３として示してある。
【００２３】
ここで、第１光導波路材料層１３は、表面及び裏面の両側を、１．１０μｍの波長となる組成比のＩｎＧａＡｓＰガイド層（例えば、Ｉｎ０．８８Ｇａ０．１２Ａｓ０．２６Ｐ０．７４）に挟み込まれた構造としても良い。なお、図において、このサンドウィッチ構造の図示を省略する。
【００２４】
次に、第２工程では、ブラッグ反射領域形成予定領域１５に存在する第１光導波路材料層１３の部分を、第１クラッド層１１の上側表面１１ａの部分が露出するまで除去するとともに、第１光導波路材料層１３の残部を活性領域３１として残存させて図１（Ｂ）に示すような構造体を得る。なお、第１クラッド層１１の露出面を１１ｂとする。
【００２５】
第１光導波路材料層１３の部分的な除去は、例えば硫酸過水をエッチャントとして、従来周知のウェットエッチングを用いて行う。
【００２６】
ブラッグ反射領域形成予定領域１５は、後の工程において、第１回析格子が形成される予定領域である。そして、この第１回析格子を境界として、ブラッグ反射領域形成予定領域１５の上側には、ブラッグ反射領域が形成される。従って、活性領域３１は、第１クラッド層１１の上側表面１１ａのうち、ブラッグ反射領域形成予定領域１５に隣接した表面領域上に形成される。
【００２７】
次に、第３工程では、第１クラッド層１１の、露出した上側表面の部分１１ｂを、一定の高さを有する第１凹凸部１７に加工する。この第１凹凸部１７は、一定の凹凸周期で光軸方向に連続する形態で形成され、図１（Ｃ）に示すような構造体を得る。
【００２８】
第１凹凸部１７は、ブラッグ反射領域形成予定領域１５の上側表面、すなわち上述の第２工程において露出した第１クラッド層１１の露出面１１ｂを、従来周知のＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂｅａｍ）リソグラフィ・エッチング技術を用いて一定間隔毎に周期的に除去することによって形成される。
【００２９】
まず、ＥＢリソグラフィを用いて、活性領域３１の上側表面３１ａの全面にレジスト層４２、及びブラッグ反射領域形成予定領域１５の第１クラッド層１１の上側表面１１ｂに光軸方向に等間隔でかつ等しい幅を有する、ストライプ状のレジスト層４３をパターン形成する。これらレジスト層４３は、光軸に直交する方向に等幅で延在する（図６（Ａ）及び（Ｂ）参照）。ここで、図６（Ａ）及び（Ｂ）は、レジスト層４２及び４３の配置を示すための図である。なお、図６（Ａ）は、図６（Ｂ）に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って切り取った断面の切り口を矢印方向から見た端面図である。そして、このレジスト層４２及び４３をマスクとして用い、例えば塩酸をエッチャントとして、第１クラッド層１１の露出面１１ｂから均一な深さにエッチングする。これによって、レジスト層４２及び４３から露出した第１クラッド層１１、すなわちブラッグ反射領域形成予定領域１５の表面部が部分的に除去される。その結果、ブラッグ反射領域形成予定領域１５における、第１クラッド層１１のエッチング加工された上側表面は、一定の高さを有し、しかも、一定の凹凸周期Ｔで光軸方向に連続する第１凹凸部１７を構成する。なお、この第１クラッド層１１がエッチングされて残存する層を凹凸付きクラッド層と称することもある。
【００３０】
ここで、続く第４工程において、第１凹凸部１７の上側に第２光導波路材料層１９が形成される。これによって、第１クラッド層１１及び第２光導波路材料層１９間の境界に、第１回析格子２３が形成される。この第１回析格子２３は、第２光導波路材料層１９を伝播する光に、ブラッグ反射の効果を与えるために形成される。そこで、このブラッグ反射の効果を得るために、第１凹凸部１７は、例えば２０〜３０ｎｍの高さで形成するのが好ましい。
【００３１】
なお、図１（Ｃ）に示す構成例では、断面形状が矩形の凹部１７ａ及び凸部１７ｂが連続する形状で第１凹凸部１７を示している。しかし、第１凹凸部１７は、その断面形状が必ずしも矩形である必要はなく、例えば波状に凹部及び凸部が連続する形状であってもよい。また、凹部１７ａとは、凹凸周期Ｔにおいて、振幅の１／２の基準レベルＬよりも下側に位置する領域である。そして、凸部１７ｂとは、凹凸周期Ｔにおいて、振幅の１／２の基準レベルよりも上側に位置する領域である。ここで、振幅とは、凹凸の高さＨ、すなわち凹部１７ａの底面１７ａａから凸部１７ｂの頂面１７ｂｂまでの距離に対応する。
【００３２】
次に、第４工程では、第１凹凸部１７上に第２光導波路材料層１９を形成して図２（Ａ）に示すような構造体を得る。
【００３３】
第２光導波路材料層１９は、活性領域３１に隣接し、かつ上側表面１９ａが活性領域３１の上側表面３１ａと同一面位置となるように形成される。
【００３４】
また、第２光導波路材料層１９は、従来周知のＭＯＣＶＤ法を用いて、ＩｎＧａＡｓＰをエピタキシャル成長させることによって形成される。
【００３５】
ここで、第２光導波路材料層１９は、製造される素子のブラッグ反射領域３３（図２（Ｃ）参照）となる領域を構成する層である。そして、このブラッグ反射領域３３は、後工程において、隣接する活性領域３１とともに光導波路層２１（図２（Ｃ）参照）を構成する。そこで、光導波路層２１内において、活性領域３１から放出された光をブラッグ反射領域３３へ効率良く伝播させるために、第２光導波路材料層１９は、活性領域３１、すなわち第１光導波路材料層１３と比して、エネルギーギャップが大きくなるように設定する。そのために、既に説明したように、第１光導波路材料層１３を波長１．７５μｍのＩｎＧａＡｓＰ井戸層、及び波長１．２６μｍのＩｎＧａＡｓＰバリア層によって形成した場合には、第２光導波路材料層１９を、好ましくは１．３μｍの波長となる組成比で構成されたＩｎＧａＡｓＰ（例えば、Ｉｎ０．７６Ｇａ０．２４Ａｓ０．５３Ｐ０．４７）を材料として形成するのが好ましい。
【００３６】
また、第２光導波路材料層１９は、第１凹凸部１７の凹部１７ａ及び凸部１７ｂの全面を覆うように形成される。これによって、第１クラッド層１１及び第２光導波路材料層１９間の境界に第１回析格子２３が形成される。
【００３７】
次に、第５工程では、第２光導波路材料層１９の上側表面１９ａを、一定の高さを有する第２凹凸部２５に加工して図２（Ｂ）に示すような構造体を得る。
【００３８】
第２凹凸部２５は、第１凹凸部１７と同様に、従来周知のＥＢリソグラフィ・エッチング技術を用いて、第２光導波路材料層１９の上側表面１９ａを一定間隔毎に周期的に除去することによって、形成される。
【００３９】
すなわち、ＥＢリソグラフィを用いて、活性領域３１の上側表面３１ａの全面にレジスト層４４、及び第２光導波路材料層１９の上側表面１９ａに、光軸方向に等しい幅及び等間隔で、しかも、光軸に直交する方向に延在するストライプ状にレジスト層４５をパターン形成する（図７（Ａ）及び（Ｂ）参照）。これらレジスト層４５の光軸方向における周期Ｔは、丁度、レジスト層４３の同様な周期Ｔと半周期（Ｔ／２）ずれている。ここで、図７（Ａ）及び（Ｂ）は、レジスト層４４及び４５の配置を示すための図である。なお、図７（Ａ）は、図７（Ｂ）に示すＩＶ−ＩＶ線に沿って切り取った断面の切り口を矢印方向から見た端面図である。このとき、ストライプ状のレジスト層４５を、第２光導波路材料層１９の上側表面１９ａの、第１凹凸部１７の凹部１７ａの直上に相当する箇所に堆積する。そして、レジスト層４４及び４５をマスクとして用い、例えば硝酸及び臭化水素の混合液をエッチャントとして、第２光導波路材料層１９をその露出面から均一な深さにエッチングする。これによって、レジスト層４４及び４５から露出した第２光導波路材料層１９が部分的に除去される。
【００４０】
その結果、第２光導波路材料層１９の上側表面１９ａに、第１凹凸部と同じ、一定の高さを有する第２凹凸部２５が、一定の凹凸周期Ｔで光軸方向に連続的に形成される。このとき、上述のように、レジスト層４４及び４５を堆積することによって、第２凹凸部２５は、第１凹凸部１７と同じ凹凸周期を有しているが、その周期は互いに半周期ずれている。さらに、第２凹凸部２５は、第２凹凸部２５の凸部２５ｂ及び第１凹凸部１７の凹部１７ａの光軸方向における位置が一致して形成される。従って、第２光導波路材料層１９は、第２凹凸部２５の凸部２５ａ及び第１凹凸部１７の凹部１７ａ間の膜厚部、すなわち第１の膜厚部３５と、この第１の膜厚部３５の膜厚よりも薄い、第２凹凸部２５の凹部２５ａ及び第１凹凸部１７の凸部１７ｂ間の膜厚部、すなわち第２の膜厚部３７を光軸方向に周期的に繰り返す形状となる。
【００４１】
ここで、続く第６工程において、第２凹凸部２５の上側には、凹部２５ａを埋め込んで第２クラッド層２７が形成される。これによって、第２クラッド層２７及び第２光導波路材料層１９間の境界に、第２回析格子２９が形成される。この第２回析格子２９は、第１回析格子２３と同様に、第２光導波路材料層１９を伝播する光に、ブラッグ反射の効果を与えるために形成される。そこで、このブラッグ反射の効果を得るために、第２凹凸部２５は、例えば２０〜３０ｎｍの高さＨで形成するのが好ましい。
【００４２】
なお、図２（Ｂ）に示す構成例では、断面形状が矩形の凹部２５ａ及び凸部２５ｂが連続する形状で第２凹凸部２５を示している。しかし、第２凹凸部２５は、その断面形状が必ずしも矩形である必要はなく、上述の第１凹凸部１７の形状に対応した形状で形成される。すなわち、例えば波状に凹部及び凸部が連続する形状で第１凹凸部１７を形成した場合には、第２凹凸部２５についても同様の形状で形成する。
【００４３】
次に、第６工程では、第２凹凸部２５及び活性領域３１の上側表面３１ａに第２クラッド層２７を形成して図２（Ｃ）に示すような構造体を得る。
【００４４】
第２クラッド層２７は、第１クラッド層１１と逆の導電型を有するＩｎＰを材料として形成される。既に説明したように、この第１の実施の形態において、第１クラッド層１１は、ｎ−ＩｎＰを材料として形成されている。従って、この実施の形態では、第２クラッド層２７をｐ−ＩｎＰを材料として形成する。この第２クラッド層２７は、従来周知のＭＯＣＶＤ法を用いて、ｐ−ＩｎＰをエピタキシャル成長させることによって形成される。
【００４５】
なお、この第１の実施の形態では、第１クラッド層１１の材料としてｎ−ＩｎＰを、また第２クラッド層２７の材料としてｐ−ＩｎＰを、それぞれ用いた構成例について説明した。しかし、当然のことながら、第１の実施の形態に係るＤＢＲ半導体レーザは、第１クラッド層１１の材料としてｐ−ＩｎＰを、また第２クラッド層２７の材料としてｎ−ＩｎＰを、それぞれ用いた構成としても良い。
【００４６】
また、第２クラッド層２７は、第２凹凸部２５の凹部２５ａ及び凸部２５ｂの全面に形成される。これによって、第２クラッド層２７及び第２光導波路材料層１９間の境界に第２回析格子２９が形成される。その結果、第２光導波路材料層１９は、第１クラッド層１１との境界に第１回析格子２３を、また、第２クラッド層２７との境界に第２回析格子２９を、それぞれ具えた構造となる。この結果、活性領域３１から第２光導波路材料層１９へ放出された光は、第１及び第２回析格子２３及び２９によってブラッグ反射する。従って、この第１の実施の形態におけるＤＢＲ半導体レーザでは、第２光導波路材料層１９がブラッグ反射領域３３となる。そして、光軸方向に沿って互いに隣接したブラック反射領域３３と活性領域３１とから、光導波路層２１が形成される。ここで、第１クラッド層１１、光導波路層２１、及び第２クラッド層２７は、この順に積層されて積層体４７を構成している。
【００４７】
この第１の実施の形態では、上述の第６工程の後に、第１クラッド層１１の裏面１１ｃに第１電極（図示せず）、及び第２クラッド層２７の表面２７ａに第２電極（図示せず）がそれぞれ形成されてＤＢＲ半導体レーザが製造される（図示せず）。ここで、この実施の形態では第１クラッド層１１の材料としてｎ−ＩｎＰを、また、第２クラッド層２７の材料としてｐ−ＩｎＰを、それぞれ用いた構成について説明した。この場合には、例えばｎ−ＩｎＧａＡｓを材料として第１電極を、また、例えばｐ−ＩｎＧａＡｓを材料として第２電極を、それぞれ形成する。
【００４８】
第１クラッド層１１の材料としてｐ−ＩｎＰを、また、第２クラッド層２７の材料としてｎ−ＩｎＰを、それぞれ用いた場合には、例えばｐ−ＩｎＧａＡｓを材料として第１電極を、また、例えばｎ−ＩｎＧａＡｓを材料として第２電極を、それぞれ形成する。
【００４９】
また、この第１の実施の形態は、可飽和吸収領域を具えた、いわゆるモードロック半導体レーザにも適用することができる。その場合には、活性領域３１の、ブラッグ反射領域３３と隣接する側とは反対側の端部領域、すなわち可飽和吸収領域に、他の領域とは逆のバイアスを掛けることができる構造とする。すなわち、可飽和吸収領域では、第１クラッド層１１の裏面及び第２クラッド層２７の表面に、第１及び第２電極とは逆のバイアスに設定した、第３及び第４電極を形成する。
【００５０】
この第１の実施の形態によるＤＢＲ半導体レーザによれば、ブラッグ反射の効果を得るために、ブラッグ反射領域３３において、第１クラッド層１１と導波路層２１との間の境界に第１回析格子２３、及び第２クラッド層２７と光導波路層２１との間の境界に第２回析格子２９が、それぞれ設けられている。従って、光導波路層及び第１クラッド層間の境界、または光導波路層及び第２クラッド層間の境界のいずれか一方に、回析格子が設けられている特許文献１の従来の構造とは異なり、第１の実施の形態によるＤＢＲ半導体レーザは、互いに上下方向に対向する位置関係で、２つの回析格子を具えている。そのため、ブラッグ反射領域３３の光軸方向の長さを等しく設定した場合に、第１の実施の形態によるＤＢＲ半導体レーザでは、特許文献１のＤＢＲ半導体レーザと比して、効率良くブラッグ反射の効果を得ることができる。従って、第１の実施の形態によるＤＢＲ半導体レーザは、特許文献１のＤＢＲ半導体レーザと同程度にブラッグ反射の効果を得るに当たり、特許文献１のＤＢＲ半導体レーザと比して、ブラッグ反射領域３３を光軸方向に短く形成することができる。そのため、第１の実施の形態によれば、素子長の短いＤＢＲ半導体レーザを提供することができる。
【００５１】
また、第１の実施の形態によるＤＢＲ半導体レーザの製造方法によれば、第５工程において、第２凹凸部２５を、第１凹凸部１７と同じ凹凸周期Ｔで光軸方向に連続的に、かつ第２凹凸部２５の凸部２５ｂ及び第１凹凸部１７の凹部１７ａの光軸方向における位置を一致させて形成する。この結果、第１の実施の形態によって製造されたＤＢＲ半導体レーザでは、第１回析格子２３と第２回析格子２９とは、位相が一致している。すなわち、これら第１回析格子２３及び第２回析格子２９は、等しい凹凸周期Ｔで光軸方向に連続的に設けられている。そして、これらの第１回析格子２３及び第２回析格子２９は、第１回析格子２３の第１凹凸部１７の凹部１７ａと、第２回析格子２９の第２凹凸部２５の凸部２５ｂとの光軸方向における位置が一致している。そのため、ブラッグ反射領域３３において、光導波路層２１を伝播する光を、上下、すなわち素子の厚み方向において位相を一致させて伝播させることができる。
【００５２】
第１の実施の形態によるＤＢＲ半導体レーザと従来のＤＢＲ半導体レーザとの特性を比較するために、シミュレーションによる評価を行った。
【００５３】
ここで、ＤＢＲ半導体レーザのブラッグ反射領域における振幅反射率ｒは、次式（１）で与えられる（末松安晴  編著  “半導体レーザと光集積回路”  オーム社  第１版参照）。
【００５４】
ｒ＝−ｊκｔａｎｈ（γＬＢ）／γ＋（α／２＋ｊδ）ｔａｎｈ（γＬＢ）    （１）
また、δは、次式（２）で与えられる。
δ＝２πｎｅｑ（１／λ−１／λＢ）              （２）
また、γは次式（３）で与えられる。
γ２＝（α／２＋ｊδ）２＋κ２              （３）
なお、αは吸収係数、ＬＢは光軸方向に対するブラック反射領域の長さ（以下、ブラック反射領域長とも称する）、κは回析格子の結合係数、ｎｅｑは屈折率、及びλＢはブラッグ波長をそれぞれ表す。これら式（１）〜（３）を用いて、第１の実施の形態によるＤＢＲ半導体レーザ及び従来のＤＢＲ半導体レーザについて、エネルギー反射率（エネルギー反射率：Ｒ＝｜γ｜２）を計算した。なお、エネルギー反射率を算出するに当たり、第１の実施の形態によるＤＢＲ半導体及び従来のＤＢＲ半導体レーザについて、α＝１０ｃｍ−１、ｎｅｑ＝３．２５、及びλＢ＝１．５６μｍとした。
【００５５】
図３は、式（１）〜（３）を用いて算出した、ＬＢ＝４００μｍにおける第１の実施の形態によるＤＢＲ半導体レーザ及び従来のＤＢＲ半導体レーザの、波長毎のエネルギー反射率を示す図である。図３において、横軸は、中心を０として波長をｎｍ単位で目盛ってある。そして、実線で示す曲線Ｉは、第１の実施の形態によるＤＢＲ半導体レーザの波長毎のエネルギー反射率を示している。また、破線で示す曲線ＩＩは、従来のＤＢＲ半導体レーザの波長毎のエネルギー反射率を示している。
【００５６】
ここで、従来のＤＢＲ半導体レーザとして、第１クラッド層及び第２光導波路層間の境界のみに、一つの回析格子が設けられた構造を想定した。そこで、従来のＤＢＲ半導体レーザでは、κ＝３０ｃｍ−１としてシミュレーションを行った。
【００５７】
また、第１の実施の形態によるＤＢＲ半導体レーザは、第１回析格子２３及び第２回析格子２９の２つの回析格子を具えているため、回析格子の結合係数を２倍、すなわちκ＝６０ｃｍ−１としてシミュレーションを行った。
【００５８】
図３から、λ＝０、すなわちブラッグ波長におけるエネルギー反射率のピークを比較すると、従来のＤＢＲ半導体レーザと比して、明らかに第１の実施の形態によるＤＢＲ半導体レーザの方が１に近いことがわかる。この結果から、ブラッグ反射領域長が等しい場合に、第１の実施の形態によるＤＢＲ半導体レーザでは、従来のＤＢＲ半導体レーザと比して、より効率良くブラック反射の効果を得ることができるといえる。
【００５９】
また、図４は、式（１）〜（３）を用いて算出した、λ＝０、すなわちブラッグ波長における第１の実施の形態によるＤＢＲ半導体レーザ及び従来のＤＢＲ半導体レーザの、ブラック反射領域長毎のエネルギー反射率を示す図である。図４において、横軸は、ブラック反射領域長をμｍ単位で目盛ってある。そして、実線で示す曲線ＩＩＩは、第１の実施の形態によるＤＢＲ半導体レーザのブラック反射領域長毎のエネルギー反射率を示している。また、破線で示す曲線ＩＶは、従来のＤＢＲ半導体レーザのブラック反射領域長毎のエネルギー反射率を示している。
【００６０】
ここで、図３のシミュレーション試験の場合と同様の上述した理由から、従来のＤＢＲ半導体レーザではκ＝３０ｃｍ−１、また、第１の実施の形態によるＤＢＲ半導体レーザでは、κ＝６０ｃｍ−１としてシミュレーションを行った。
【００６１】
図４から、ブラック反射領域長を変化させた場合のエネルギー反射率を比較すると、従来のＤＢＲ半導体レーザと比して、いずれのブラック反射領域長においても、明らかに第１の実施の形態によるＤＢＲ半導体レーザの方が１に近いことがわかる。
【００６２】
この結果から、位スレのブラッグ反射領域長においても、第１の実施の形態によるＤＢＲ半導体レーザでは、従来のＤＢＲ半導体レーザと比して、より効率良くブラック反射の効果を得ることができるといえる。
【００６３】
以上のシミュレーションの結果から、第１クラッド層と光導波路層との間の境界、及び第２クラッド層と光導波路層との間の境界の、双方に回析格子を形成することによって、より効率良くブラック反射の効果を得ることができることが確かめられた。
【００６４】
〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、ブラッグ反射領域に、上述の第１回析格子及び第２回析格子の他に、光導波路層の光軸方向の両側側部にも回析格子が設けられたＤＢＲ半導体レーザの製造方法について説明する。
【００６５】
なお、この第２の実施の形態によるＤＢＲ半導体レーザの製造方法が第１の実施の形態によるＤＢＲ半導体レーザの製造方法と構成上相違するのは、上述の第４工程と第５工程との間に、第２光導波路材料層の光軸方向の両側側面を部分的に除去する工程を含む点である。その他の構成要素及び作用効果は、第１の実施の形態と同様であるので、共通する構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。
【００６６】
また、この第２の実施の形態の第１〜第４工程、第５工程、及び第６工程は、上述の第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【００６７】
第２の実施の形態では、まず、上述の第１の実施の形態と同様の第１〜第４工程を行う。
【００６８】
次に、第１凹凸部１７の凸部１７ｂの上側に存在する第２光導波路材料層１９を、光軸方向に沿った両側側面から、光軸を含む膜厚方向の平面に対して対称的に狭めて図５（Ａ）に示すような構造体を得る。なお、図５（Ａ）及び（Ｂ）は、図５（Ｃ）に示すＩ−Ｉ線及びＩＩ−ＩＩ線に沿って切り取ったそれぞれの断面の、矢印方向から見た端面図である。
【００６９】
第２光導波路材料層１９は、従来周知のＥＢ露光、またはＥＢリソグラフィを用いてパターニングを行い、しかる後に、従来周知のエッチング技術によって部分的に除去される。
【００７０】
まず、活性領域３１の上側表面にレジスト層４８、及び第２光導波路材料層１９の上側表面にレジスト層４９をパターン形成する。そして、周知のＥＢ露光によって、レジスト層４９を部分的に開口させてパターニングする（図８（Ａ）及び（Ｂ）参照）。図中、形成された開口部を４９ａで示す。ここで、図８（Ａ）及び（Ｂ）は、レジスト層４９の配置を示すための図である。なお、図８（Ａ）は、図８（Ｂ）に示すＶ−Ｖ線に沿って切り取った切り口を矢印方向から見た端面図である。このとき、レジスト層４９は、第１凹凸部１７の各凸部１７ｂの上側に相当する領域の、光軸方向に沿った両側端部が開口される。なお、これら各開口部４９ａは全て等しい面積で開口するのが好ましい。そして、レジスト層４８及び４９をマスクとして用い、例えばＣＨ／ＨをエッチャントとしたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｉｎｇ：反応性イオンエッチング）により、開口部４９ａから露出した第２光導波路材料層１９を、第１クラッド層１１が露出するまで除去する。これによって、第２光導波路材料層１９の、第１凹凸部１７の凸部１７ｂの上側に存在する部分の幅は、光軸方向に沿った両側側面から狭められる。この結果、第２光導波路材料層１９は、第１の幅３９、及び第１の幅３９よりも幅狭である第２の幅４１を、第１凹凸部１７の凹凸周期Ｔと同じ周期で、光軸方向に連続的に繰り返す形状となる。そして、第２光導波路材料層１９は、第１凹凸部１７の凹部１７ａの上側に存在する領域では第１の幅３９を有し、また、第１凹凸部１７の凸部１７ｂの上側に存在する領域では第２の幅４１を有する。なお、第２光導波路材料層１９の第２の幅４１の部分における、光軸方向に沿った両側側部領域は、第２クラッド層によって埋め込まれる。これによって、第２光導波路材料層１９の光軸方向に沿った両側側端、及び第２クラッド層２７間の各境界に、第１回析格子２３及び第２回析格子２９と位相の一致した２つの回析格子がそれぞれ形成される。これらの回析格子は、第１回析格子２３及び第２回析格子２９と同様に、第２光導波路材料層１９を伝播する光に、ブラッグ反射の効果を与えるために形成される。そこで、このブラッグ反射の効果を得るために、第２の幅４１を、例えば２０〜３０ｎｍの距離だけ、第２光導波路材料層１９の、光軸方向に沿った両側側面から狭めるのが好ましい。
【００７１】
次に、上述した第１の実施の形態と同様の第５工程及び第６工程を行う。なお、第１の幅３９及び第２の幅４１形成時に露出した、第１クラッド層１１の露出面、すなわち第２光導波路材料層１９の第２の幅４１の部分における、光軸方向に沿った両側側部領域は、第２クラッド層２７によって埋め込まれる。
【００７２】
この第２の実施の形態によって製造されたＤＢＲ半導体レーザは、ブラッグ反射領域が、第１の膜厚部３５では第１の幅３９を有し、第２の膜厚部３７では第１の幅３９よりも幅狭である第２の幅４１を有する。そして、これら第１の幅３９及び第２の幅４１は、第１凹凸部１７及び第２凹凸部２５の凹凸周期と同じ周期Ｔで、光軸方向に連続的に繰り返して設けられている。従って、第２光導波路材料層１９の光軸方向に沿った両側側端、及び第２クラッド層２７間の各境界に、第１回析格子２３及び第２回析格子２９と位相の一致した２つの回析格子がそれぞれ形成される。
【００７３】
従って、第２の実施の形態によるＤＢＲ半導体レーザは、４つの回析格子を具えている。その結果、第２の実施の形態によるＤＢＲ半導体レーザは、上述の第１の実施の形態によるＤＢＲ半導体レーザ、及び特許文献２に開示されたＤＢＲ半導体レーザのように、２つの回析格子を具えた構造と比して、より効率良くブラッグ反射の効果を得ることができる。そのため、ブラッグ反射領域の光軸方向の長さを等しく設定した場合に、第２の実施の形態によるＤＢＲ半導体レーザでは、第１の実施の形態及び特許文献２によるＤＢＲ半導体レーザと比して、より効率良くブラッグ反射の効果を得ることができる。従って、第２の実施の形態によるＤＢＲ半導体レーザは、第１の実施の形態及び特許文献２によるＤＢＲ半導体レーザと同程度にブラッグ反射の効果を得るに当たり、第１の実施の形態及び特許文献２によるＤＢＲ半導体レーザと比して、ブラッグ反射領域を光軸方向に、より短く形成することができる。そのため、第２の実施の形態によれば、より素子長の短いＤＢＲ半導体レーザを提供することができる。
【００７４】
また、第２の実施の形態によって製造されたＤＢＲ半導体レーザによれば、４つの回析格子は、全て位相が一致している。すなわち、これら回析格子は、等しい凹凸周期で光軸方向に連続的に設けられている。そのため、ブラッグ反射領域において、光導波路層を伝播する光を、素子の厚み方向、及び素子の厚み方向に垂直で、かつ光軸に対向する幅方向において位相を一致させて伝播させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】（Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の第１の実施の形態を説明する工程図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の第１の実施の形態を説明する工程図であり、図１（Ｃ）に続く工程図である。
【図３】第１の実施の形態によるＤＢＲ半導体レーザ及び従来のＤＢＲ半導体レーザの、波長毎のエネルギー反射率を示す図である。
【図４】第１の実施の形態によるＤＢＲ半導体レーザ及び従来のＤＢＲ半導体レーザの、ブラック反射領域長毎のエネルギー反射率を示す図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の第２の実施の形態を説明する工程図である。そして、（Ａ）は（Ｃ）に示すＩ−Ｉ線における断面の、矢印方向から見た端面図である。また、（Ｂ）は（Ｃ）に示すＩＩ−ＩＩ線における断面の、矢印方向から見た端面図である。
【図６】（Ａ）及び（Ｂ）は、第１の実施の形態の第３工程における、レジスト層の配置を示すための図である。そして（Ａ）は、（Ｂ）に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線における切り口を矢印方向から見た端面図である。
【図７】（Ａ）及び（Ｂ）は、第１の実施の形態の第５工程における、レジスト層の配置を示すための図である。そして（Ａ）は、（Ｂ）に示すＩＶ−ＩＶ線における切り口を矢印方向から見た端面図である。
【図８】（Ａ）及び（Ｂ）は、第２の実施の形態における、レジスト層の配置を示すための図である。そして（Ａ）は、（Ｂ）に示すＶ−Ｖ線における切り口を矢印方向から見た端面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１１：第１クラッド層
１３：第１光導波路材料層
１５：ブラッグ反射領域形成予定領域
１７：第１凹凸部
１９：第２光導波路材料層
２１：光導波路層
２３：第１回析格子
２５：第２凹凸部
２７：第２クラッド層
２９：第２回析格子
３１：活性領域
３３：ブラッグ反射領域
３５：第１の膜厚部
３７：第２の膜厚部
３９：第１の幅
４１：第２の幅
４２、４３、４４、４５、４８、４９：レジスト層
４７：積層体
【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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