(57)【要約】【課題】分布帰還型半導体レーザに関し、屈折率結合成分と利得結合成分が光の導波方向に同相で生じるようにし、かつ大きな利得結合を実現する。【解決手段】互いに導電型の異なる一対のクラッド層１，３の間に、クラッド層１，３よりも禁制帯幅の小さな活性領域２を備え、且つ、活性領域２の少なくとも一部が光の導波方向に対して垂直な方向に周期的凹凸構造からなる回折格子４を備えた分布帰還型半導体レーザの回折格子４中の凸部の最表面はクラッド層３で覆うとともに、回折格子４の凹部の少なくとも一部をクラッド層３より屈折率が大きな一様な導電型の埋込層５により埋め込み、且つ、埋込層５を回折格子４の凸部と連続的にクラッド層３で覆う。【選択図】　　　　　図１
2004055797.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに導電型の異なる一対のクラッド層の間に、前記クラッド層よりも禁制帯幅の小さな活性領域を備え、且つ、前記活性領域の少なくとも一部が光の導波方向に対して垂直な方向に周期的凹凸構造からなる回折格子を備えた分布帰還型半導体レーザにおいて、前記回折格子中の凸部の最表面は前記クラッド層に覆われており、前記回折格子の凹部の少なくとも一部は前記クラッド層より屈折率が大きな一様な導電型の埋込層により埋め込まれ、且つ、前記埋込層が前記回折格子の凸部と連続的に前記クラッド層に覆われていることを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
【請求項２】
互いに導電型の異なる一対のクラッド層の間に、前記クラッド層よりも禁制帯幅の小さな活性領域を備え、且つ、前記活性領域の少なくとも一部が光の導波方向に対して垂直な方向に周期的凹凸構造からなる回折格子を備えた分布帰還型半導体レーザにおいて、前記回折格子中の凸部の最表面は前記クラッド層に覆われており、前記回折格子の凹部の少なくとも一部は半絶縁性半導体層からなる埋込層により埋め込まれ、且つ、前記埋込層が前記回折格子の凸部と連続的に前記クラッド層に覆われていることを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
【請求項３】
上記半絶縁性半導体層が、Ｆｅドープ半絶縁性半導体層であることを特徴とする請求項２記載の分布帰還型半導体レーザ。
【請求項４】
互いに導電型の異なる一対のクラッド層の間に、前記クラッド層よりも禁制帯幅の小さな活性領域を備え、且つ、前記活性領域の少なくとも一部が光の導波方向に対して垂直な方向に周期的凹凸構造からなる回折格子を備えた分布帰還型半導体レーザにおいて、前記回折格子中の凸部の最表面は前記クラッド層に覆われており、前記回折格子の凹部の少なくとも一部は前記クラッド層より屈折率が大きく導電型が交互に異なる多層構造の埋込層により埋め込まれ、且つ、前記埋込層が前記回折格子の凸部と連続的に前記クラッド層に覆われていることを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
【請求項５】
上記活性領域を構成する活性層が、少なくとも一層の井戸層を有する量子井戸構造からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の分布帰還型半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は分布帰還型半導体レーザに関するものであり、特に、光通信システムの光源として用いる利得結合型ＤＦＢ（分布帰還型）半導体レーザにおける高出力で且つ安定な単一波長動作を可能にするための構成に特徴のある分布帰還型半導体レーザに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の光通信システムの高速化、高機能化にともない、その光源として、波長安定性に優れた半導体レーザや半導体光増幅器等の半導体発光素子が必要とされており、特に、高出力動作のため後端面に高反射膜を施した場合や外部反射による戻り光が生じた場合にも波長飛びが生じないことが求められている。
【０００３】
この様な分布帰還型半導体レーザにおいては、安定した単一モード発振を実現するために、レーザ共振器内の光導波路に回折格子を備えており、特に、共振器内の中央付近のいずれかの位置にλ／４の位相シフト（λは波長）を有する回折格子を備えたλ／４シフトＤＦＢ半導体レーザでは安定した単一モード発振が実現でき、広く用いられている。
【０００４】
このような構造のＤＦＢレーザでは、回折格子は光導波路中に均一に形成された活性層の上もしくは下に備えられており、光の導波方向の周期的な屈折率の摂動によって分布帰還が生じるため、屈折率結合型のＤＦＢレーザと一般的に称される。
【０００５】
しかし、屈折率結合型ＤＦＢレーザでは、レーザ端面の反射位相（現状技術では制御不可能）によって特性が変動することを抑止するため、１００％の確率で単一波長動作を実現するには両端面に無反射コーティングを施す必要があり、片方の端面から大きな光出力を取り出すことが難しい。
【０００６】
一方、λ／４位相シフトを含まない回折格子を用いて、レーザ端面に異なる反射率のコーティングを施すことにより、高出力動作は可能となるが、端面での反射位相によってレーザの単一波長性にばらつきが生じ、１００％の単一波長動作を実現することは困難になる。
さらに、屈折率結合型ＤＦＢレーザは一般的に外部からの反射戻り光によって単一波長動作が不安定になる問題点がある。
【０００７】
この様な屈折率結合型ＤＦＢレーザの課題を克服するために、利得結合型のＤＦＢ構造が提案されており、この利得結合型においては、光の導波方向の周期的な利得の摂動によって分布帰還が生じることを大きな特徴としており、位相シフトなしでも安定な単一波長動作が可能になり、非対称な反射膜のコーティングにより高出力動作が期待でき、さらには反射戻り光に対する耐性も大きくなることが示されている。
なお、利得結合型ＤＦＢレーザには、屈折率結合特性と利得結合特性の双方を合わせ持つ複素結合型ＤＦＢレーザも含まれるものである。
【０００８】
ここで、図９及び図１０を参照して、従来の利得結合型ＤＦＢレーザを説明する。
図９参照
図９の最上段は、従来の利得結合型ＤＦＢレーザの活性層近傍のレーザ光軸に沿った要部断面図であり、ｎ型クラッド層４１上に均一に形成された活性層４２の上に一定の距離をおいて周囲とは導電性の異なるｎ型電流ブロック層４３がｐ型クラッド層４４中に周期的に埋設されている。
【０００９】
図において矢印で示すように、電流はｎ型電流ブロック層４３を避けて流れるため、このｎ型電流ブロック層４３の直下の電流密度が相対的に低下し、図の２段目に示すように光の導波方向に対して周期的な利得分布が形成され、利得結合作用が生じる。
【００１０】
図１０参照
図１０の最上段は、従来の他の利得結合型ＤＦＢレーザの活性層近傍のレーザ光軸沿った要部断面図であり、ｎ型クラッド層４１上に形成された活性層４２の一部が周期的に蝕刻されて周期的凹凸構造４５が形成されており、図の２段目に示すように、活性層４２の厚い領域、即ち、周期的凹凸構造４５の凸部において大きな利得が発生するために、図９の場合と同様に周期的な利得分布が形成され、利得結合作用が生じる。
【００１１】
一般に、光の導波方向に周期的な利得の分布が形成された場合には、屈折率の周期的な分布も同時に形成され、利得結合作用と同時に屈折率結合も生じる。
再び、図９参照
例えば、図９に示した利得結合型ＤＦＢレーザの場合には、図の３段目に示すように、ｎ型電流ブロック層４３のない領域では、ｎ型電流ブロック層４３直下の領域よりも多くの電流が注入されてキャリア密度が高くなるため、プラズマ効果によって相対的に屈折率が低くなる。
【００１２】
再び、図１０参照
また、図１０に示した利得結合型ＤＦＢレーザの場合には、一般的に活性層４２の材料の屈折率は周囲のｎ型クラッド層４１及びｐ型クラッド層４４よりも大きいため、図の３段目に示すように、活性層４２が厚い領域の屈折率が相対的に高くなる。
【００１３】
この様な利得結合型ＤＦＢレーザにおいては、安定な単一波長動作を実現するには、屈折率結合の成分に対する利得結合の成分の比率をなるべく大きくすることが望ましいとされる。
【００１４】
さらに、図９及び図１０の最下段に示すように、共振器内部に形成される光電界の定在波は屈折率の高い領域に多く形成されるため、高効率発振のためには利得結合成分と屈折率結合成分の位相が同相であることが望ましい。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図９に例示した従来構造においては、まず、そのｎ型電流ブロック層４３の作製技術において、ｎ型電流ブロック層４３と活性層４２との活性層の距離を小さくすることが難しいため、ｎ型電流ブロック層４３の下側でキャリア拡散にともなう電流拡がりが生じて損失が生じて大きな出力の実現が難しくなるという問題がある。
【００１６】
且つ、それに加えて、光の導波方向の利得変調度が小さくなるため、大きな利得結合係数を実現することが困難になる問題がある。
【００１７】
さらに、この場合には、図９の２段目及び３段目の対比から明らかなように利得結合と屈折率結合が逆相になるため、十分な単一波長性を確保することが困難になるとともに、プラズマ効果による屈折率結合成分も小さいため、しきい値電流の上昇などが生じやすいという問題がある。
【００１８】
一方、図１０に例示した従来構造においては、活性層４２の層厚そのものが周期的に変化するため相対的に大きな利得結合が実現可能になるとともに、図１０の２段目及び３段目の対比から明らかなように屈折率結合と同相になるため、図９の構造に比して単一波長性に優れた特性、低しきい値動作が期待される。
【００１９】
しかし、この構造においても、薄い活性層、即ち、周期的凹凸構造４５の凹部に注入される電流はレーザ発振にほとんど寄与せず無効になる問題がある。
また、利得結合成分が大きくなると同時に屈折率結合成分も大きくなるため、大きな光出力を取り出しにくくなる問題がある。
【００２０】
したがって、本発明は、利得結合型ＤＦＢレーザにおいて、屈折率結合成分と利得結合成分が光の導波方向に同相で生じるようにし、かつ大きな利得結合を実現することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成の説明図であり、ここで、図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
上記の課題を解決するために、本発明は、互いに導電型の異なる一対のクラッド層１，３の間に、クラッド層１，３よりも禁制帯幅の小さな活性領域２を備え、且つ、活性領域２の少なくとも一部が光の導波方向に対して垂直な方向に周期的凹凸構造からなる回折格子４を備えた分布帰還型半導体レーザにおいて、回折格子４中の凸部の最表面はクラッド層３に覆われており、回折格子４の凹部の少なくとも一部はクラッド層３より屈折率が大きな一様な導電型の埋込層５により埋め込まれ、且つ、埋込層５が回折格子４の凸部と連続的に前記クラッド層３に覆われていることを特徴とする。
【００２２】
この様に、回折格子４の凹部の少なくとも一部をクラッド層３より屈折率が大きな一様な導電型の埋込層５により埋め込むことによって、屈折率分布を利得分布と同相にすることができるとともに、屈折率結合の成分を相対的に小さくし、利得結合の比率をさらに大きくすることができる。
また、回折格子４の凹部への電流狭窄を行うことができ、大きな利得結合係数を実現でき、安定な単一波長動作を実現できる。
【００２３】
また、埋込層５の少なくとも一部は半絶縁性半導体層で構成しても良いものであり、それによって電流ブロック効果を高めることができる。
【００２４】
また、埋込層５の一部として半絶縁性半導体層を用いる場合には、少なくともＦｅドープ半絶縁性半導体層とｎ型半導体層を含み、且つ、Ｆｅドープ半絶縁性半導体層の最表面のみがｎ型半導体層によって覆われるようにしても良い。
【００２５】
また、埋込層５は、クラッド層３より屈折率が大きく導電型が交互に異なる多層構造としても良いものであり、例えば、ｎ型／ｐ型／ｎ型の多層構造半導体層或いはｐ型／ｎ型／ｐ型の多層構造半導体層を用いれば良いが、３層構造に限られるものではなく、２層構造或いは４層構造以上の多層構造でも良い。
【００２６】
また、埋込層５の屈折率は、光の導波方向の実効的屈折率分布がなくなるように設定することが望ましく、それによって、屈折率結合成分を実質的にゼロにすることができるので、純粋に利得結合型となり、単一波長動作において一方の端面から大きな出力を得ることができる。
【００２７】
また、活性領域２を構成する活性層を、少なくとも一層の井戸層を有する量子井戸構造、即ち、ＳＱＷ構造或いはＭＱＷ構造で構成しても良いものである。
なお、井戸数が複数のＭＱＷ構造の場合には、それぞれの井戸層の組成、厚さは必ずしも同一である必要はなく、また、光の導波方向の井戸層厚は必ずしも均一である必要はなく、軸方向に分布していても良い。
【００２８】
【発明の実施の形態】
ここで、図２乃至図４を参照して、本発明の第１の実施の形態の利得結合型のＤＦＢレーザを説明する。
なお、図２（ａ）乃至図２（ｄ）はレーザ光軸に沿った要部断面図であり、図３（ｅ）乃至図４（ｈ）はレーザ光軸に垂直な断面図であり、また、図４（ｉ）は、一部切り欠き斜視図である。
図２（ａ）参照
まず、例えば、Ｓｎを１×１０１８ｃｍ−３ドープしたｎ型ＩｎＰ基板１１上に、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いて、厚さが、例えば、０．５μｍでＳｎを２×１０１８ｃｍ−３ドープしたクラッド層を兼ねるｎ型ＩｎＰバッファ層１２、及び、厚さが、例えば、０．２μｍのアンドープのｉ型ＩｎＧａＡｓＰ活性層１３を順次成長させたのち、スパッタ法を用いて全面に厚さが、例えば、０．１μｍのＳｉＯ２　膜１４を堆積させる。
なお、この場合のｉ型ＩｎＧａＡｓＰ活性層の波長組成は、例えば、１．５５μｍである。
【００２９】
図２（ｂ）参照
次いで、レジストを塗布したのち２光束干渉露光法或いは電子ビーム露光法を用いて露光し、現像することによって、所望の周期の回折格子状のレジストパターン１５を形成したのち、ドライエッチングによりＳｉＯ２　膜１４の露出部を除去してＳｉＯ２　パターン１６を形成する。
なお、この回折格子状のレジストパターン１５の周期は０．２４μｍ、デューティ５０％とする。
【００３０】
図２（ｃ）参照
次いで、レジストパターン１５を除去したのち、ＳｉＯ２　パターン１６をマスクとして、ドライエッチングを施すことによってｉ型ＩｎＧａＡｓＰ活性層１３の露出部を例えば、深さ０．１μｍまでエッチングして周期が０．２４μｍの周期的凹凸構造１７を形成する。
なお、この周期的凹凸構造１７が、利得結合回折格子となる。
【００３１】
図２（ｄ）参照
次いで、ＳｉＯ２　パターン１６をそのまま選択成長マスクとして、再びＭＯＣＶＤ法を用いて、Ｚｎを１×１０１８ｃｍ−３ドープしたｐ型ＩｎＧａＡｓＰ埋込層１８を周期的凹凸構造１７の凹部に凹部の底面からの厚さが最も薄い場所で０．０８μｍとなるように選択成長させる。
なお、この場合のｐ型ＩｎＧａＡｓＰ埋込層１８の波長組成は１．５５μｍである。
【００３２】
図３（ｅ）参照
次いで、バッファードフッ酸を用いてＳｉＯ２　パターン１６を除去したのち、再び有機金属気相成長法を用いて全面に厚さが、例えば、０．５μｍで、Ｚｎを１０×１０１８ｃｍ−３ドープしたｐ型ＩｎＰクラッド層１９を成長させ、次いで、再び、スパッタ法を用いて全面に厚さが、例えば、０．３μｍのＳｉＯ２　膜を堆積させたのち、一般的なフォトリソグラフィー技術を用いて共振器方向に平行な幅が、例えば、１．５μｍのストライプ状のＳｉＯ２　パターン２０を形成する。
【００３３】
図３（ｆ）参照
次いで、このＳｉＯ２　パターン２０をマスクとして異方性ドライエッチングを施すことによってｎ型ＩｎＰバッファ層１２に達するストライプ状メサ２１を形成する。
【００３４】
図３（ｇ）参照
次いで、再びＭＯＣＶＤ法を用いて、ＳｉＯ２　パターン２０を選択性マスクとして、例えば、Ｚｎを５×１０１７ｃｍ−３ドープしたｐ型ＩｎＰ埋込層２２、及び、Ｓｉを７×１０１８ｃｍ−３ドープしたｎ型ＩｎＰ電流ブロック層２３を順次選択的に成長させてストライプ状メサ２１の側部を埋め込む。
【００３５】
図４（ｈ）参照
次いで、バッファードフッ酸を用いてＳｉＯ２　パターン２０を除去したのち、再びＭＯＣＶＤ法を用いて、厚さが、例えば、２μｍでＺｎを１×１０１８ｃｍ−３ドープしたｐ型ＩｎＰクラッド層２４、及び、厚さが、例えば、０．５μｍでＺｎを１×１０１９ｃｍ−３ドープした波長組成が１．２μｍのｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２５を順次成長させる。
【００３６】
図４（ｉ）参照
次いで、全面にＳｉＯ２　保護膜２６を設けたのち、ストライプ状メサ２１に対応するコンタクト用の開口部を形成し、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕを順次堆積させてｐ側電極２７を設けるとともに、ｎ型ＩｎＰ基板１１の裏面にＡｕＧｅ／Ａｕからなるｎ側電極２８を設け、次いで、劈開によって共振器長３００μｍの素子を切り出すことによって、本発明の利得結合型の分布帰還型半導体レーザの基本構造が完成する。
【００３７】
この本発明の第１の実施の形態の分布帰還型半導体レーザにおいては、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ活性層１３に周期的凹凸構造１７を形成して利得結合型にする際に、周期的凹凸構造１７の凹部をｐ型ＩｎＰクラッド層２４より屈折率の大きなｐ型ＩｎＧａＡｓＰ埋込層１８によって埋め込んでいるので、屈折率分布を利得分布と同相にすることができるとともに、屈折率結合の成分を相対的に小さくし、利得結合の比率をさらに大きくすることができる。
【００３８】
また、電流は、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ埋込層１８より禁制帯幅の小さなｉ型ＩｎＧａＡｓＰ活性層１３に流れやすくなるので、図１に示した原理的構成図と同様に大きな利得結合係数を実現でき、安定な単一波長動作を実現できる。
【００３９】
次に、図５を参照して、本発明の第２の実施の形態のＤＦＢレーザを説明するが、周期的凹凸構造１７の凹部をｐ型ＩｎＧａＡｓＰ埋込層の代わりにＦｅドープＩｎＰ埋込層で埋め込んだ以外は上記の第１の実施の形態のＤＦＢレーザと全く同様であるので、製造工程の説明は省略する。
【００４０】
図５（ａ）及び（ｂ）参照
図５（ａ）は本発明の第２の実施の形態のＤＦＢレーザの一部切り欠き斜視図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）における破線で囲った領域の拡大図である。
図５（ｂ）に示すように、本発明の第２の実施の形態においては、周期的凹凸構造１７の凹部を、例えば、Ｆｅを５×１０１６ｃｍ−３ドープしたＦｅドープＩｎＰ埋込層３１で埋め込んだものである。
【００４１】
この本発明の第２の実施の形態においては、周期的凹凸構造１７の凹部をＦｅドープＩｎＰ埋込層３１で埋め込んでいるので、周期的凹凸構造１７の凹部に電流が流れるのを効果的に抑制することができ、さらに大きな利得結合係数を実現することができる。
なお、この場合も、屈折率分布は利得分布と同相となる。
【００４２】
次に、図６を参照して、本発明の第３の実施の形態のＤＦＢレーザを説明するが、周期的凹凸構造１７の凹部をｐ型ＩｎＧａＡｓＰ埋込層の代わりにＦｅドープＩｎＰ層／ｎ型ＩｎＰ層で埋め込んだ以外は上記の第１の実施の形態のＤＦＢレーザと全く同様であるので、製造工程の説明は省略する。
【００４３】
図６（ａ）及び（ｂ）参照
図６（ａ）は本発明の第３の実施の形態のＤＦＢレーザの一部切り欠き斜視図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）における破線で囲った領域の拡大図である。
図６（ｂ）に示すように、本発明の第３の実施の形態においては、周期的凹凸構造１７の凹部を、例えば、Ｆｅを５×１０１６ｃｍ−３ドープしたＦｅドープＩｎＰ層３３及びＳｉを７×１０１８ｃｍ−３ドープしたｎ型ＩｎＰ層３４で埋め込んで埋込層３２を形成したものである。
【００４４】
この本発明の第３の実施の形態においては、周期的凹凸構造１７の凹部をＦｅドープＩｎＰ層３３及びｎ型ＩｎＰ層３４からなる埋込層３２で埋め込んでいるので、周期的凹凸構造１７の凹部に電流が流れるのを効果的に抑制することができ、大きな利得結合係数を実現することができる。
なお、この場合も、屈折率分布は利得分布と同相となる。
【００４５】
次に、図７を参照して、本発明の第４の実施の形態のＤＦＢレーザを説明するが、周期的凹凸構造１７の凹部をｐ型ＩｎＧａＡｓＰ埋込層の代わりにｐ／ｎ／ｐ構造で埋め込んだ以外は上記の第１の実施の形態のＤＦＢレーザと全く同様であるので、製造工程の説明は省略する。
【００４６】
図７（ａ）及び（ｂ）参照
図７（ａ）は本発明の第４の実施の形態のＤＦＢレーザの一部切り欠き斜視図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）における破線で囲った領域の拡大図である。
図７（ｂ）に示すように、本発明の第４の実施の形態においては、周期的凹凸構造１７の凹部を、例えば、Ｚｎを１×１０１８ｃｍ−３ドープしたｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層３６、Ｓｉを７×１０１８ｃｍ−３ドープしたｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層３７、及び、Ｚｎを１×１０１８ｃｍ−３ドープしたｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層３８からなる埋込層３５で埋め込んだものである。
【００４７】
この本発明の第４の実施の形態においては、周期的凹凸構造１７のｐ／ｎ／ｐ構造で埋め込んでいるので、逆バイアスｐｎ接合によって電流がブロックされて周期的凹凸構造１７の凹部に電流が流れるのを効果的に抑制することができ、大きな利得結合係数を実現することができる。
【００４８】
次に、図７を借用して、本発明の第５の実施の形態のＤＦＢレーザを説明するが、構造的には上記の第４の実施の形態のＤＦＢレーザと全く同様である。
図７（ａ）及び（ｂ）参照
この第５の実施の形態においては、周期的凹凸構造１７の凹部を埋め込むｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層３６、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層３７、及び、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層３８からなる埋込層３５の波長組成を考慮することによって、周期的凹凸構造１７の凹部におけるクラッド層を含んだ等価屈折率と凸部におけるクラッド層を含んだ等価屈折率とを実質的に等しくしたものである。
【００４９】
この本発明の第５の実施の形態においては、周期的凹凸構造１７の周期的凹凸構造１７の凹部と凸部における等価屈折率を等しくしているので屈折率分布は形成されず、したがって純粋な利得結合型ＤＦＢレーザとすることができる。
【００５０】
次に、図８を参照して、本発明の第６の実施の形態のＤＦＢレーザを説明するが、活性領域をＭＱＷ活性領域によって構成した以外は上記の第２の実施の形態のＤＦＢレーザと全く同様であるので、製造工程の説明は省略する。
【００５１】
図８（ａ）及び（ｂ）参照
図８（ａ）は本発明の第６の実施の形態のＤＦＢレーザの一部切り欠き斜視図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）における破線で囲った領域の拡大図である。
図８（ｂ）に示すように、本発明の第６の実施の形態においては、活性領域をＳｉを５×１０１７ｃｍ−３ドープしたｎ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ（Ｓｅｐａｒａｔｅ　Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ　Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層、ＭＱＷ活性層、及び、Ｓｉを５×１０１７ｃｍ−３ドープしたｎ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨを順次堆積させて構成したものである。
なお、この場合のＭＱＷ活性層は、厚さが、例えば、５．１ｎｍで、波長組成が１．６２μｍ（圧縮歪０．８％）で、アンドープの６層のｉ型ＩｎＧａＡｓＰ井戸層を、厚さが、例えば、１０ｎｍで、波長組成が１．２μｍ（格子整合）で、アンドープの７層のｉ型ＩｎＧａＡｓＰ障壁層を交互に積層させて構成する。
【００５２】
この本発明の第６の実施の形態においては、活性領域をＭＱＷ活性領域で構成しているので、発光性再結合効率を高めることができ、それによって、さらに高い利得結合係数を実現することができる。
【００５３】
以上、本発明の各実施の形態を説明してきたが、本発明は各実施の形態に記載した構成に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の各実施の形態の説明においては、主に光通信用半導体レーザに用いられるＩｎＰ基板上の材料系で説明したが、この様なＩｎＰ系に限られるものではなく、例えば、ＧａＡｓ基板上のＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系等の他の材料系にも適用されるものである。
【００５４】
また、上記の第６の実施の形態においては、埋込層をＦｅドープＩｎＰ埋込層で構成しているが、第１の実施の形態或いは第３乃至第５の実施の形態における埋込層で構成しても良いものである。
【００５５】
また、第１の実施の形態或いは第３乃至第５の実施の形態においては、活性領域をｉ型ＩｎＧａＡｓＰ活性層によって構成しているが、上記の第６の実施の形態と同様にＭＱＷ活性領域によって構成しても良いものである。
【００５６】
また、上記の第４及び第５の実施の形態においては、ｐ／ｎ／ｐ構造によって埋込層を構成しているが、ｐ／ｎ／ｐ構造に限られるものではなく、ｎ／ｐ／ｎ構造によって構成しても良いものであり、少なくとも一か所に逆バイアスｐｎ接合があれば良い。
【００５７】
また、上記の第４及び第５の実施の形態においては、ｐ／ｎ／ｐ構造による電流狭窄を確実にするために厚く形成し、埋込層が周期的凹凸構造の凸部より突出しているが、上記の第１の実施の形態等と同様に平坦或いは窪むようにしても良いものである。
【００５８】
また、上記の第１乃至第３の実施の形態及び第６の実施の形態においては、埋込層が周期的凹凸構造の凸部より凹んでいるが、上記の第４の実施の形態と同様に突出するようにしても良いものである。
【００５９】
また、上記の第１の実施の形態においては、埋込層をｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層で構成しているが、クラッド層より屈折率が大きければｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層で構成しても良いものである。
【００６０】
また、上記の第２及び第６の実施の形態においては、埋込層をＦｅドープＩｎＰ層によって構成しているが、半絶縁性であれば良く、例えば、アンドープの真性半導体層を用いても良いものである。
【００６１】
また、上記の第３の実施の形態においては、埋込層の一部をＦｅドープＩｎＰ層によって構成しているが、この場合も半絶縁性であれば良く、例えば、アンドープの真性半導体層を用いても良いものである。
【００６２】
また、上記の第６の実施の形態においては、ＭＱＷ活性層を６層の井戸層を含むように構成しているが、井戸層の層数は任意であり、また、それぞれの井戸層の組成、厚さは必ずしも同一である必要はなく、また、光の導波方向の井戸層厚は必ずしも均一である必要はなく、軸方向に分布していても良い。
【００６３】
また、上記の各実施の形態においては、ストライプ状の電流狭窄構造をＰＢＨ構造で形成しているが、この様なＰＢＨ構造に限られるものではなく、通常のＢＨ構造等の他の公知の各種の電流狭窄構造を適用できるものである。
【００６４】
また、上記の各実施の形態においては、基板をｎ型基板としたＤＦＢレーザとして説明しているが、ｐ型基板を用いても良いことは言うまでもなく、その場合には、各実施の形態における各層の導電型を反転させれば良い。
【００６５】
さらに、上記構成のＤＦＢ構造を備えたレーザは、発光以外の機能を有する素子、例えば光変調器、光増幅器などとモノリシックに一体集積化されていても良いものである。
【００６６】
ここで、再び、図１を参照して、改めて本発明の詳細な構成を説明する。
再び図１参照
（付記１）　互いに導電型の異なる一対のクラッド層１，３の間に、前記クッド層１，３よりも禁制帯幅の小さな活性領域２を備え、且つ、前記活性領域２の少なくとも一部が光の導波方向に対して垂直な方向に周期的凹凸構造からなる回折格子４を備えた分布帰還型半導体レーザにおいて、前記回折格子４中の凸部の最表面は前記クラッド層３に覆われており、前記回折格子４の凹部の少なくとも一部は前記クラッド層３より屈折率が大きな一様な導電型の埋込層５により埋め込まれ、且つ、前記埋込層５が前記回折格子４の凸部と連続的に前記クラッド層３に覆われていることを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
（付記２）　上記埋込層５が、基板と同導電型の半導体層からなることを特徴とする付記１記載の分布帰還型半導体レーザ。
（付記３）　上記埋込層５が、基板と逆導電型の半導体層からなることを特徴とする付記１記載の分布帰還型半導体レーザ。
（付記４）　互いに導電型の異なる一対のクラッド層１，３の間に、前記クラッド層１，３よりも禁制帯幅の小さな活性領域２を備え、且つ、前記活性領域２の少なくとも一部が光の導波方向に対して垂直な方向に周期的凹凸構造からなる回折格子４を備えた分布帰還型半導体レーザにおいて、前記回折格子４中の凸部の最表面は前記クラッド層３に覆われており、前記回折格子４の凹部の少なくとも一部は半絶縁性半導体層からなる埋込層５により埋め込まれ、且つ、前記埋込層５が前記回折格子４の凸部と連続的に前記クラッド層３に覆われていることを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
（付記５）　上記半絶縁性半導体層が、Ｆｅドープ半絶縁性半導体層であることを特徴とする付記４記載の分布帰還型半導体レーザ。
（付記６）　上記埋込層５が、少なくともＦｅドープ半絶縁性半導体層とｎ型半導体層を含み、且つ、Ｆｅドープ半絶縁性半導体層の最表面のみが前記ｎ型半導体層によって覆われていることを特徴とする付記４記載の分布帰還型半導体レーザ。
（付記７）　互いに導電型の異なる一対のクラッド層１，３の間に、前記クラッド層１，３よりも禁制帯幅の小さな活性領域２を備え、且つ、前記活性領域２の少なくとも一部が光の導波方向に対して垂直な方向に周期的凹凸構造からなる回折格子４を備えた分布帰還型半導体レーザにおいて、前記回折格子４中の凸部の最表面は前記クラッド層３に覆われており、前記回折格子４の凹部の少なくとも一部は前記クラッド層３より屈折率が大きく導電型が交互に異なる多層構造の埋込層５により埋め込まれ、且つ、前記埋込層５が前記回折格子４の凸部と連続的に前記クラッド層３に覆われていることを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
（付記８）　上記埋込層５が、ｎ型／ｐ型／ｎ型の多層構造半導体層からなることを特徴とする付記７記載の分布帰還型半導体レーザ。
（付記９）　上記埋込層５が、ｐ型／ｎ型／ｐ型の多層構造半導体層からなることを特徴とする付記７記載の分布帰還型半導体レーザ。
（付記１０）　上記埋込層５の屈折率が、光の導波方向の実効的屈折率分布がなくなるように設定されていることを特徴とする付記１乃至９のいずれか１に記載の分布帰還型半導体レーザ。
（付記１１）　上記活性領域２を構成する活性層が、少なくとも一層の井戸層を有する量子井戸構造からなることを特徴とする付記１乃至１０のいずれか１に記載の分布帰還型半導体レーザ。
【００６７】
【発明の効果】
本発明によれば、活性層に設けた回折格子の凹部をクラッド層より屈折率の大きな半導体層で埋め込んでいるので、大きな利得結合係数が実現されるとともに、屈折率結合成分は利得結合成分と同相もしくはほぼゼロとなり、高出力までの安定な単一波長動作、大きな反射戻り光耐性が実現され、ひいては、光通信分野における高速化或いは高機能化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態のＤＦＢレーザの途中までの製造工程の説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態のＤＦＢレーザの図２以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態のＤＦＢレーザの図３以降の製造工程の説明図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態のＤＦＢレーザの構造説明図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態のＤＦＢレーザの構造説明図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態のＤＦＢレーザの構造説明図である。
【図８】本発明の第６の実施の形態のＤＦＢレーザの構造説明図である。
【図９】従来の利得結合型ＤＦＢレーザの説明図である。
【図１０】従来の他の利得結合型ＤＦＢレーザの説明図である。
【符号の説明】
１　クラッド層
２　活性領域
３　クラッド層
４　回折格子
５　埋込層
１１　ｎ型ＩｎＰ基板
１２　ｎ型ＩｎＰバッファ層
１３　ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ活性層
１４　ＳｉＯ２　膜
１５　レジストパターン
１６　ＳｉＯ２　パターン
１７　周期的凹凸構造
１８　ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ埋込層
１９　ｐ型ＩｎＰクラッド層
２０　ＳｉＯパターン
２１　ストライプ状メサ
２２　ｐ型ＩｎＰ埋込層
２３　ｎ型ＩｎＰ電流ブロック層
２４　ｐ型ＩｎＰクラッド層
２５　ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層
２６　ＳｉＯ２　保護膜
２７　ｐ側電極
２８　ｎ側電極
２９　ＭＱＷ活性領域
３１　ＦｅドープＩｎＰ埋込層
３２　埋込層
３３　ＦｅドープＩｎＰ層
３４　ｎ型ＩｎＰ層
３５　埋込層
３６　ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層
３７　ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層
３８　ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層
４１　ｎ型クラッド層
４２　活性層
４３　ｎ型電流ブロック層
４４　ｐ型クラッド層
４５　周期的凹凸構造
【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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