(57)【要約】【課題】短波長側のモードで発振しにくく、より長波長側のモードで発振しやすい分布帰還型半導体レーザを提供する。【解決手段】下部バリア層と、該下部バリア層よりも狭いバンドギャップを有する下部井戸層とが交互に積層され、共振器方向に延在する下部量子井戸構造を構成する。下部量子井戸構造の上に中間層が配置される。中間層は、下部バリア層よりも広いバンドギャップを有する。中間層の上に、上部量子井戸構造が配置されている。上部量子井戸構造は、共振器方向に沿って周期的に配置され、上部井戸層と、該上部井戸層よりも広いバンドギャップを有する上部バリア層とが交互に積層された構造を有する。【選択図】  図２
2004241569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部バリア層と、該下部バリア層よりも狭いバンドギャップを有する下部井戸層とが交互に積層され、共振器方向に延在する下部量子井戸構造と、
前記下部量子井戸構造の上に配置され、前記下部バリア層よりも広いバンドギャップを有する中間層と、
前記中間層の上に、前記共振器方向に沿って周期的に配置され、上部井戸層と、該上部井戸層よりも広いバンドギャップを有する上部バリア層とが交互に積層された上部量子井戸構造と
を有する分布帰還型半導体レーザ。
【請求項２】
前記下部井戸層と前記上部井戸層とが第１のバンドギャップを有し、前記中間層が第２のバンドギャップを有し、該第１のバンドギャップに対応する波長と該第２のバンドギャップに対応する波長との差が０．０５μｍ以上である請求項１に記載の分布帰還型半導体レーザ。
【請求項３】
前記中間層が、前記下部バリア層及び前記上部バリア層のいずれよりも厚い請求項１または２に記載の分布帰還型半導体レーザ。
【請求項４】
さらに、前記上部量子井戸構造を覆って前記中間層上に配置され、前記下部井戸層及び前記上部井戸層より広いバンドギャップを有する回折格子埋込層を有する請求項１〜３のいずれかに記載の分布帰還型半導体レーザ。
【請求項５】
前記中間層と前記下部量子井戸構造との間に、前記下部バリア層の組成と前記中間層の組成との中間の組成を有する第１の薄膜が配置されている請求項１〜４のいずれかに記載の分布帰還型半導体レーザ。
【請求項６】
前記中間層と前記上部量子井戸構造との間に、前記上部バリア層の組成と前記中間層の組成との中間の組成を有する第２の薄膜が配置されている請求項１〜５のいずれかに記載の分布帰還型半導体レーザ。
【請求項７】
さらに、前記下部量子井戸構造を支持する基板を有し、
前記上部量子井戸構造、中間層、及び下部量子井戸構造が、前記基板上でストライプ状のメサを構成する請求項１〜６のいずれかに記載の分布帰還型半導体レーザ。
【請求項８】
さらに、前記下部量子井戸構造を支持する基板を有し、
前記上部量子井戸構造、中間層、及び下部量子井戸構造が、前記基板の全面上に配置されており、
さらに、該上部量子井戸層の上にストライプ状のメサを構成するクラッドを有する請求項１〜６のいずれかに記載の分布帰還型半導体レーザ。
【請求項９】
半導体基板上に、下部バリア層と、該下部バリア層よりも狭いバンドギャップを有する下部井戸層とを交互に成長させて下部量子井戸構造を形成する工程と、
最上の下部井戸層の上に、前記下部バリア層よりも広いバンドギャップを有する中間層を成長させる工程と、
前記中間層の上に、上部井戸層と、該上部井戸層よりも広いバンドギャップを有する上部バリア層とを交互に成長させて上部量子井戸構造を形成する工程と、
前記上部量子井戸構造の上に、周期パターンを有するマスクを形成する工程と、
前記マスクをエッチングマスクとして用い、少なくとも前記中間層まで達し、前記下部量子井戸構造までは達しない深さまでエッチングして回折格子を形成する工程と、
前記マスクを除去する工程と
を含む分布帰還型半導体レーザの製造方法。
【請求項１０】
さらに、前記マスクを除去した後、
エッチングされた前記上部量子井戸構造を覆うように、前記中間層上に、前記上部井戸層及び前記下部井戸層のいずれよりも広いバンドギャップを有する回折格子埋込層を成長させる工程を有する請求項９に記載の分布帰還型半導体レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ及びその製造方法に関し、特に発振波長を規定するために回折格子を内蔵した分布帰還型半導体レーザおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
長距離大容量伝送を要求される幹線系光通信システムにおいては、単一波長性に優れた光源が要求される。光ファイバの構成材料は、波長によって屈折率、従って光の伝播速度が異なる波長分散を有することを避け難い。通信波長帯域において波長分散が存在すると、光パルスの進行と共にパルス波形が劣化してしまう。レーザ光の単色性を高くすることにより、波長分散の影響を受け難くし、優れた伝送特性を実現することができる。
【０００３】
分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）は、レーザ構造内に設けられた回折格子によって発振波長を規制する。このため、単一波長性に優れている。以下、ＤＦＢレーザの代表的構成を、図面を参照して説明する。
【０００４】
図８（Ａ）及び（Ｂ）に、屈折率結合型ＤＦＢレーザの構成を概略的に示す。ｎ型半導体基板５１の表面上に、周期的段差構造を有する相対的に低屈折率のｎ型クラッド層５２が形成されている。ｎ型クラッド層５２の上に、周期的段差を埋め込む形状の相対的に高屈折率のｎ側ガイド層５３が形成されている。屈折率の異なるクラッド層５２とガイド層５３により回折格子が形成される。
【０００５】
ｎ型ガイド層５３の上に、相対的に低屈折率の層５４及び量子井戸活性層５５がこの順番に積層されている。活性層５５は、相対的に長波長組成、高屈折率の井戸層Ｗと相対的に短波長組成、低屈折率のバリア層Ｂとが交互に積層されて構成されている。活性層５５の上には、相対的に低屈折率のｐ型ガイド層５６が配置されている。ｐ型ガイド層５６までの積層は、ストライプ状のメサ形状に成形されている。
【０００６】
図８（Ｂ）は、ｎ側クラッド層５２、ｎ側ガイド層５３周辺の構造をより詳細に示す。ｎ側ガイド層５３は、ｎ側クラッド層５２よりも高い屈折率を有する。従って、クラッド層５２、ガイド層５３の周期的段差構造は、屈折率的に周期構造を形成する。
【０００７】
井戸層Ｗ、バリア層Ｂの交互積層から形成される量子井戸活性層５５は、光を増幅する活性層であるが、光の分布は活性層５５を越えてその上下にも及ぶ。活性層５５の下部に延在する光成分は、クラッド層５２、ガイド層５３の作る屈折率周期構造の影響を受ける。すなわち、ガイド層５３、クラッド層５２の周期構造が、回折格子として働く。
【０００８】
図８（Ａ）に戻って説明を続ける。ストライプ状メサ周辺部を埋め込むように、ｐ型埋め込み層６１、ｎ型埋め込み層６２が形成されている。これらのメサ構造と埋め込み層は、ｐ型ガイド層５６上にＳｉＯ２等のストライプ状ハードマスクを形成し、メサエッチングを行った後、半導体表面が露出した領域上に選択成長をさせることにより形成することができる。その後ハードマスクは除去する。
【０００９】
ｐ型ガイド層５６、ｎ型埋め込み層６２の上に、ｐ型クラッド層６３、ｐ＋型コンタクト層６４が形成されている。ｐ＋型コンタクト層６４のストライプ状領域を挟んだ両側の領域上にＳｉＯ２等の絶縁層６５が形成されている。コンタクト層６４、絶縁層６５の上にｐ側電極２０が形成されている。絶縁層６５の存在しないストライプ領域でｐ側電極２０がコンタクト層６４と接触し、選択的に電流を注入する。電流分布は、埋め込み層６１、６２によっても狭窄を受け、メサ領域に集中する。なお、基板裏面上にはｎ側電極１９が形成されている。
【００１０】
このＤＦＢレーザは、回折格子の周期で決まるブラッグ波長に近い波長で発振し、レーザ光の単色性が高い。
図８（Ｂ）に示すような回折格子は、ｎ型ガイド層５３が厚くなった部分と薄くなった部分とを有する。そのどちらが定在波の腹に相当するかにより、２つの縦モードが発生する。すなわち、図８（Ａ）、（Ｂ）に示すＤＦＢレーザは、正確にブラッグ波長で発振するのではなく、その長波側と短波側のどちらかが確率的に選択されて発振するか、または同時に２つのモードで発振する。
【００１１】
回折格子の中央部分に１／４波長の位相シフトを設けることにより、発振モードを制限する構造が提案されている（λ／４シフト構造）。このレーザ素子をブラッグ波長で安定に発振させるには、端面からの反射光の影響を回避する必要がある。端面からの反射光が回折格子領域に及ぶと、回折格子の位相と反射光の位相との間に干渉が生じてしまう。
【００１２】
反射光を除去するためには、両端面に無反射（反射防止）膜を形成することが必要となる。両端面に無反射膜を形成すると、出射光は両端面からほぼ同等に発生し、一方の端面のみからの出射光を利用する発光装置の光の利用率が約半分になってしまう。また、素子外部から光が戻ると、発振スペクトルが不安定になる問題も生じ得る。
【００１３】
屈折率結合ＤＦＢレーザよりも、発振スペクトルの安定性の高いレーザとして、利得結合ＤＦＢレーザ（複素結合ＤＦＢレーザ）が提案されている。
図９（Ａ）に、利得結合ＤＦＢレーザの活性層の構成を概略的に示す。ｎ型クラッド層７２の上に、バリア層７３（Ｂ）、井戸層７４（Ｗ）が交互に積層され、多重量子井戸構造７５（最上層および最下層はバリア層７３）を形成している。
【００１４】
多重量子井戸構造７５の上面側から途中の深さまで、バリア層７３（Ｂ）、井戸層７４（Ｗ）が、光共振器の長さ方向に関して周期的に除去されている。図の構成においては、上から第４層目のバリア層７３（Ｂ）の中央部までが除去されている。この周期構造を覆って、ｐ型ガイド層７６が形成されている。ｐ型ガイド層７６の上には、ｐ型クラッド層７７が配置されている。
【００１５】
このように、利得結合ＤＦＢレーザにおいては、多重量子井戸構造そのものが周期的に除去され、回折格子を形成している。回折格子を構成している井戸層７４（Ｗ）には、横方向からもキャリアが注入されるため、電流注入による利得が共振器方向で周期的に変化し、大きな利得結合係数が得られる構造となる。
【００１６】
利得結合ＤＦＢレーザでは、共振器方向に発生する光定在波の振幅の大きい場所の位置（腹の位置）が利得の大きい場所にほぼ固定される。このため、外部戻り光の影響を受け難く、発振スペクトルが安定になる。端面反射光の位相の影響も受け難いため、出射端面のみに無反射膜を形成し、反対側の端面には高反射膜を形成した非対称共振器構造としてもスペクトルの乱れは小さい。このため、高出力動作が可能となる。
【００１７】
このような利得結合ＤＦＢレーザの活性層の製造プロセスを図９（Ｂ）〜（Ｄ）を参照して説明する。
図９（Ｂ）に示すように、バンドギャップの広いバリア層７３（Ｂ）とバンドギャップの狭い井戸層７４（Ｗ）とを交互に積層し、多重量子井戸構造７５を形成する。この多重量子井戸構造７５の表面上に、周期的構造を有するレジストマスク８０を作製する。
【００１８】
図９（Ｃ）に示すように、レジストマスク８０をエッチングマスクとして用い、多重量子井戸構造７５を途中までエッチングする。エッチングは、中間のバリア層７３（Ｂ）の位置で停止させる。その後レジストマスク８０は除去する。
【００１９】
図９（Ｄ）に示すように、部分的にエッチングされて周期構造を有する多重量子井戸構造７５の段差領域を埋め込むように、ｐ型ガイド層７６を成長させる。その後、メサエッチング、埋込層形成、クラッド層、コンタクト層の形成などを行う。このようにして、図９（Ａ）に示すような周期構造を有する多重量子井戸構造が形成される。
【００２０】
利得結合ＤＦＢレーザにおいては、屈折率の高い活性層自体を加工する。このため、共振器方向に屈折率の変調と利得の変調が同時に存在する複素結合回折格子が形成される。このような複素結合ＤＦＢレーザでは、ブラッグ波長に対して長波側のモードでの発振が生じやすい。
【００２１】
複素結合ＤＦＢレーザは、エッチングされた上部の井戸層Ｗが横方向からもキャリアの注入を受ける。このため、大きな利得結合係数が得られると共に、活性層の全ての井戸層をエッチングした構造に比べて屈折率結合係数を小さな値にとどめることができる。従って、上述の複素結合ＤＦＢレーザの利点を大きく引き出すことができる。
【００２２】
特許文献１に、バリア層のうち１層を、他のバリア層よりも厚くし、厚くされたバリア層内で再現性よくエッチングを停止させることができるＤＦＢレーザが開示されている。
【００２３】
【特許文献１】
特開２００１−３３２８０９号公報
【特許文献２】
特開平６−８５４０２号公報
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、利得結合ＤＦＢレーザにおいては、回折格子のブラッグ波長に対して長波長側のモードで発振しやすい。ところが、上部の井戸層Ｗに流入した電流は、その後、回折格子の形成されていない下側の井戸層Ｗに均一に流れ込む。このため、図９（Ｃ）の工程でエッチングされた領域の下方に残っている井戸層７４（Ｗ）（谷側の井戸層）も利得を持つ。これにより、谷側の井戸層の部分に定在波の腹が位置する短波長側のモードでも発振し得る。これにより、長波長側のモードで発振させるＤＦＢレーザの製造歩留まりが低下してしまう。
【００２５】
本発明の目的は、短波長側のモードで発振しにくく、より長波長側のモードで発振しやすい分布帰還型半導体レーザ及びその製造方法を提供することである。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、下部バリア層と、該下部バリア層よりも狭いバンドギャップを有する下部井戸層とが交互に積層され、共振器方向に延在する下部量子井戸構造と、前記下部量子井戸構造の上に配置され、前記下部バリア層よりも広いバンドギャップを有する中間層と、前記中間層の上に、前記共振器方向に沿って周期的に配置され、上部井戸層と、該上部井戸層よりも広いバンドギャップを有する上部バリア層とが交互に積層された上部量子井戸構造とを有する分布帰還型半導体レーザが提供される。
【００２７】
中間層のバンドギャップを下部バリア層のバンドギャップよりも大きくすることにより、上部量子井戸構造における利得が高くなり、この部分を腹とする長波長側のモードで発振しやすくなる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の第１の実施例によるＤＦＢレーザの一部を切り欠いた斜視図を示す。以下、１．３μｍ帯の利得結合ＤＦＢレーザを例にとって、その製造方法を説明する。
【００２９】
ｎ型不純物であるＳｉを１×１０１８ｃｍ−３程度含むｎ型ＩｎＰ基板１の表面上に、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法により、Ｓｉを５×１０１７ｃｍ−３ドープした厚さ０．１μｍのｎ型ＩｎＰバッファ層２を形成する。その上に、下部量子井戸活性層３を形成する。ｎ型ＩｎＰバッファ層２及びｎ型ＩｎＰ基板１は、ｎ側クラッド層としても機能する。
【００３０】
図２（Ａ）に示すように、下部量子井戸活性層３は、無歪の厚さ１０ｎｍのバリア層Ｂと、歪を有する厚さ４ｎｍの井戸層Ｗとを交互に積層して形成される。バリア層Ｂは合計で６層、井戸層Ｗも合計で６層配置される。バリア層Ｂは、バンドギャップに対応する波長が１．１μｍになる組成のＩｎＧａＡｓＰで形成され、井戸層Ｗは、バンドギャップに対応する波長が１．３μｍになる組成のＩｎＧａＡｓＰで形成される。すなわち、井戸層Ｗのバンドギャップは、バリア層Ｂのバンドギャップよりも狭い。
【００３１】
下部量子井戸活性層３の上に、ノンドープのＩｎＧａＡｓＰからなる厚さ５０ｎｍの中間層４を形成する。中間層４は、バンドギャップに対応する波長が１．０μｍとなる組成を有する。すなわち、中間層４のバンドギャップは、バリア層Ｂのバンドギャップよりも広い。
【００３２】
中間層４の上に、上部量子井戸活性層５を形成する。上部量子井戸活性層５は、４層の井戸層Ｗと４層のバリア層Ｂとが交互に積層された構造を有する。各井戸層Ｗ及びバリア層Ｂの膜厚及び組成は、それぞれ下部量子井戸活性層３の井戸層Ｗ及びバリア層Ｂの膜厚及び組成と等しい。
【００３３】
上部量子井戸活性層５の上に、厚さ５０ｎｍのノンドープのＩｎＰ層６Ａを形成する。ＩｎＰ層６Ａの上に、レジストマスクＭ１を形成する。レジストマスクＭ１は、レジスト材料を塗布して２光束干渉露光を行った後、レジスト膜を現像することにより形成される。２光束の干渉により、規則的な繰り返しストライプパターンを有するレジストマスクＭ１が形成される。ストライプのピッチが、回折格子の格子定数を規定する。
【００３４】
図２（Ｂ）に示すように、レジストマスクＭ１をエッチングマスクとして用い、メタンを含むエッチングガスを用いてリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）を行うことにより、上部量子井戸活性層５を異方的にエッチングする。中間層４の途中までエッチングが進んだ時点で、時間制御によりエッチングを停止させる。エッチング時間は３分５０秒であった。中間層４は、上部量子井戸活性層５や下部量子井戸活性層３のバリア層Ｂよりも厚いため、再現性よく中間層４内でエッチングを止めることができる。その後、レジストマスクＭ１を除去する。上部量子井戸活性層５は、レジストマスクＭ１に従って一定の格子定数で配置された周期的なパターンになり、回折格子を構成する。
【００３５】
図２（Ｃ）に示すように、上部量子井戸活性層５を埋め込むように、ＭＯＶＰＥによりノンドープのＩｎＰからなる回折格子埋込層６を成長させる。回折格子埋込層６のバンドギャップは、井戸層Ｗのバンドギャップよりも広い。上部量子井戸活性層５の上方における回折格子埋込層６の厚さを５０ｎｍとする。回折格子埋込層６の上に、ｐ型ＩｎＰからなる厚さ２００ｎｍのｐ型クラッド層７を形成する。ｐ型クラッド層７の上面は、ほぼ平坦になる。
【００３６】
図１に戻って説明を続ける。ｐ型クラッド層７の上に、回折格子に垂直な面内方向にストライプ形状を有するＳｉＯ２膜を形成し、このＳｉＯ２膜をエッチングマスクとし、上部量子井戸活性層５、中間層４、及び下部量子井戸活性層３が幅約１．２μｍ残るようにエッチングする。これにより、メサ構造が形成される。
【００３７】
エッチングマスクとして使用したＳｉＯ２膜を残したまま、ＭＯＶＰＥにより２回の結晶成長を行い、ｐ型ＩｎＰ埋込層１１及びｎ型ＩｎＰ埋込層１２を形成する。その後、ＳｉＯ２膜を除去する。
【００３８】
さらに、ｐ型ＩｎＰクラッド層１３、ｐ＋型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１４を、ＭＯＶＰＥにより成長させる。コンタクト層１４の上に、メサ構造に対応した開口部を有するＳｉＯ２膜１５を形成する。ＳｉＯ２膜１５及び露出したコンタクト層１４の上に、ｐ側電極２０を形成する。ｐ側電極２０は、例えばＴｉ層、Ｐｔ層、Ａｕ層をこの順番で積層した３層構造を有する。
【００３９】
基板１の裏面に、ｎ側電極１９を形成する。ｎ側電極１９は、例えばＡｕＧｅ層、Ａｕ層をこの順番で積層した２層構造を有する。その後、光共振器を形成するためのへき開を行ってレーザ構造を得る。光共振器の出射端面側には無反射膜、反対側の端面には高反射膜をコーティングする。
【００４０】
上述の実施例では、中間層４のバンドギャップ波長が１．０μｍであり、下部量子井戸活性層３及び上部量子井戸活性層５のバリア層Ｂのバンドギャップ波長１．１μｍよりも短い。すなわち、中間層４のバンドギャップがバリア層Ｂのバンドギャップよりも広い。
【００４１】
上記実施例の構造を有する複数のレーザ素子を作製し、発振スペクトルを測定したところ、長波長側のモードで発振するものが約９５％であった。これに対し、中間層４のバンドギャップをバリア層Ｂのバンドギャップと等しくした複数の素子を作製し、発振スペクトルを測定したところ、長波長側のモードで発振したものは８０％であった。以上の評価結果から、中間層４のバンドギャップをバリア層Ｂのバンドギャップよりも広くすることにより、長波長側のモードで発振させるＤＦＢレーザの製造歩留まりが向上することがわかる。
【００４２】
図４〜図６を参照して、上記実施例による構造を採用することにより、長波長側のモードで発振しやすくなる理由について説明する。
図４（Ａ）及び（Ｅ）に、それぞれ中間層４のバンドギャップ波長が１．１μｍ（バリア層Ｂと同一）のレーザ素子（比較例）、及び中間層４のバンドギャップ波長が１．０μｍのレーザ素子（実施例）のエネルギバンド図を示す。横軸は、厚さ方向の位置を単位「μｍ」で表し、左側が基板側に対応する。
【００４３】
図４（Ｂ）及び（Ｆ）に、それぞれ比較例及び実施例によるレーザ素子の正孔密度分布を示す。図４（Ｃ）及び（Ｇ）に、それぞれ比較例及び実施例によるレーザ素子の電子密度分布を示す。図４（Ｄ）及び（Ｈ）に、それぞれ比較例及び実施例によるレーザ素子の利得分布を示す。
【００４４】
図４（Ａ）及び（Ｅ）を比較してわかるように、実施例の場合には、伝導帯及び価電子帯のいずれのバンド端にも、上部量子井戸活性層５と下部量子井戸活性層３との間にポテンシャル障壁が形成される。ｐ型領域（図の右方）から活性層に注入された正孔は、有効質量が比較的大きいため、このポテンシャル障壁を乗り越える確率が低くなる。このため、図４（Ｂ）及び（Ｆ）を比較してわかるように、実施例の場合には、比較例の場合に比べて、上部量子井戸活性層５内の正孔密度が高くなる。
【００４５】
これに対し、ｎ側領域（図の左方）から活性層に注入される電子は、有効質量が比較的小さいため、ポテンシャル障壁を乗り越えやすい。このため、図４（Ｃ）及び（Ｇ）に示すように、電子密度は、実施例の場合と比較例の場合とで大きな差はない。このため、実施例によるレーザ素子において、上部量子井戸活性層５の正孔密度が増大する。
【００４６】
図４（Ｄ）及び（Ｈ）に示すように、実施例によるレーザ素子において、比較例の場合よりも、上部量子井戸活性層５の利得が大きくなる。
図５（Ａ）〜（Ｈ）に、上部量子井戸活性層５が配置されていない位置（回折格子の谷の部分）におけるエネルギバンド図、正孔密度、電子密度、利得を示す。図５（Ａ）〜（Ｄ）が、比較例のものであり、図５（Ｅ）〜（Ｈ）が実施例のものである。
【００４７】
図４（Ｄ）と図５（Ｄ）、図４（Ｈ）と図５（Ｈ）とを比較すると、下部量子井戸活性層３のキャリア密度や利得は、上部量子井戸活性層５が配置されている部分（回折格子の山の部分）と谷の部分とで、大きな差は無いことがわかる。
【００４８】
このため、実施例においては、上部量子井戸活性層５の利得の増大により、回折格子の山の部分と谷の部分との利得の差が大きくなる。これにより、短波長側のモードでの発振が抑制され、長波長側のモードでの発振が、より生じやすくなると考えられる。
【００４９】
図６に、図２（Ｃ）に示した中間層４のバンドギャップ波長を１．０５μｍとした場合のエネルギバンド図、正孔密度、電子密度、及び利得を示す。図６（Ａ）〜（Ｄ）が、回折格子の山の部分におけるものであり、図６（Ｅ）〜（Ｈ）が、谷の部分におけるものである。
【００５０】
図６（Ｄ）の利得分布を、図４（Ｄ）及び（Ｈ）の利得分布と比較すると、上部量子井戸活性層５の利得が図４（Ｈ）の場合よりは低くなっているが、図４（Ｄ）の場合よりは明らかに高いことがわかる。このように、中間層４のバンドギャップ波長を１．０５μｍとしても、回折格子の山の部分における利得と、谷の部分における利得との差を大きくすることができる。
【００５１】
上記実施例のように、中間層４のバンドギャップを、下部量子井戸活性層３及び上部量子井戸活性層５のバリア層Ｂのバンドギャップよりも大きくすることにより、回折格子の山の部分における利得と、谷の部分における利得との差を大きくすることができる。これにより、短波長側のモードでの発振を抑制し、長波長側のモードでの発振を優先的に生じさせることができる。このとき、バリア層Ｂのバンドギャップ波長と中間層４のバンドギャップ波長との差を０．０５μｍ以上とすることが好ましい。
【００５２】
上記実施例では、中間層４を下部量子井戸活性層３及び上部量子井戸活性層５のバリア層Ｂよりも厚くしたが、中間層４をバリア層Ｂと同じ厚さにしてもよい。
【００５３】
図７に、上記実施例の変形例によるＤＦＢレーザの活性層及びその周辺の断面図を示す。変形例においては、中間層４と下部量子井戸活性層３との間に、ＩｎＧａＡｓＰからなる第１の薄膜４Ｂが配置され、中間層４と上部量子井戸活性層５との間に、ＩｎＧａＡｓＰからなる第２の薄膜４Ａが配置されている。第１の薄膜４Ｂ及び第２の薄膜４Ａは、中間層４の組成とバリア層Ｂの組成との中間の組成を有する。
【００５４】
図２（Ｃ）に示した実施例の場合には、図４（Ｅ）に示すように、価電子帯側で、中間層４の両側にノッチが発生している。このようなノッチは、素子抵抗の増大を招く。図７に示したように、第１の薄膜４Ｂ及び第２の薄膜４Ａを配置することにより、中間層４の両側に発生するノッチを低減することができる。
【００５５】
上記実施例では、メサ型構造のＤＦＢレーザを例にとって説明したが、他の構造のＤＦＢレーザを作製することも可能である。第１の薄膜４Ｂ及び第２の薄膜４Ａを、組成が段階的に変化する複数層で構成してもよい。
【００５６】
図３に、リッジ型ＤＦＢレーザの構成例を示す。ｎ型ＩｎＰ基板１の上に、ｎ型ＩｎＰバッファ層２を成長させた後、下部量子井戸活性層３、中間層４、及び上部量子井戸活性層５をこの順番に成長させる。上部量子井戸活性層５に回折格子を形成する。その上に、回折格子埋込層６を成長させる。ここまでの製造工程は、図１に示した実施例の場合と同様である。
【００５７】
回折格子埋込層６の上に、ｐ型ＩｎＰからなるｐ側クラッド層７、ｐ＋型ＩｎＧａＡｓからなるｐ側コンタクト層１４を成長させる。コンタクト層１４の上にストライプ状のマスクを形成し、ＲＩＥによりコンタクト層１４及びクラッド層７を異方的にエッチングする。ストライプの外側において、コンタクト層１４の全厚さ、及びクラッド層７の厚さの一部が除去される。これにより、クラッド層７とコンタクト層１４とを含むリッジが残る。
【００５８】
リッジの延在する方向と直交する方向に関して、屈折分布が生じ、リッジ部分に光閉じ込め効果が生じる。
リッジ上面の電極接触部分に開口を有するＳｉＯ２膜１５を形成した後、ｐ側電極２０を形成する。基板１の裏面に、ｎ側電極１９を形成する。各電極は、図１に示した実施例の場合と同様の構成とすることができる。
【００５９】
上記実施例では、ｎ型基板を用い、下部にｎ型領域、上部にｐ型領域を有するレーザを作製する場合を示したが、ｐ型基板を用い、下部にｐ型領域、上部にｎ型領域を有するレーザを作製することも可能である。また、１．３μｍ帯の半導体レーザを作製する場合を説明したが、他の波長の半導体レーザを作製することも可能である。例えば、井戸層、バリア層、中間層の組成比を変えることにより、１．５５μｍ帯の半導体レーザを作製することができる。
【００６０】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、長波長側のモードで発振させるＤＦＢレーザの歩留まりの向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例によるＤＦＢレーザの一部破断斜視図である。
【図２】実施例によるＤＦＢレーザの活性層の作製方法を説明するための断面図である。
【図３】他の実施例によるＤＦＢレーザの一部破断斜視図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ中間層のバンドギャップ波長とバリア層のバンドギャップ波長とが共に１．１μｍの場合の、上部量子井戸活性層が配置されている位置におけるエネルギバンド図、正孔密度、電子密度、及び利得の分布を示すグラフであり、（Ｅ）〜（Ｈ）は、それぞれ中間層のバンドギャップ波長が１．０μｍ、バリア層のバンドギャップ波長が１．１μｍの場合の、上部量子井戸活性層が配置されている位置におけるエネルギバンド図、正孔密度、電子密度、及び利得の分布を示すグラフである。
【図５】（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ中間層のバンドギャップ波長とバリア層のバンドギャップ波長とが共に１．１μｍの場合の、上部量子井戸活性層が配置されていない位置におけるエネルギバンド図、正孔密度、電子密度、及び利得の分布を示すグラフであり、（Ｅ）〜（Ｈ）は、それぞれ中間層のバンドギャップ波長が１．０μｍ、バリア層のバンドギャップ波長が１．１μｍの場合の、上部量子井戸活性層が配置されていない位置におけるエネルギバンド図、正孔密度、電子密度、及び利得の分布を示すグラフである。
【図６】（Ａ）、（Ｅ）は、中間層のバンドギャップ波長が１．０５μｍの場合のエネルギバンド図、（Ｂ）、（Ｆ）は正孔密度、（Ｃ）、（Ｇ）は電子密度、（Ｄ）、（Ｈ）は利得を示すグラフである。
【図７】実施例の変形例による活性層及びその周辺の断面図である。
【図８】従来のＤＦＢレーザの一部破談斜視図及び活性層の断面図である。
【図９】従来のＤＦＢレーザの活性層の形成方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１  ｎ型ＩｎＰ基板
２  ｎ型ＩｎＰバッファ層
３  下部量子井戸活性層
４  中間層
５  上部量子井戸活性層
６  回折格子埋込層
７  ｐ側クラッド層
１１  ｐ型ＩｎＰ埋込層
１２  ｎ型ＩｎＰ埋込層
１３  ｐ型ＩｎＰクラッド層
１４  ｐ＋型ＩｎＧａＡｓコンタクト層
１５  ＳｉＯ２膜
１９  ｎ側電極
２０  ｐ側電極
【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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