(57)【要約】【課題】リッジ型半導体レーザを精度よく簡易的に製造することができる製造方法等を提供する。【解決手段】リッジ型半導体レーザの製造方法は、活性層１３とエッチングストップ層１７を含む半導体積層２３を形成する半導体積層形成工程Ｓ１と、第１半導体積層エッチング工程Ｓ３と、半導体部形成工程Ｓ５と、リッジ導波路部形成工程Ｓ７と、半導体回折格子要素形成工程Ｓ９とを備える。リッジ導波路部形成工程Ｓ７における第１マスク部パターニング工程Ｓ７−１と半導体回折格子要素形成工程Ｓ９における第２マスク部パターニング工程Ｓ９−１とは、一つのマスターパターン４０Ｍからのパターン転写によって一括して行われる。リッジ導波路部形成工程Ｓ７における第２半導体積層エッチング工程Ｓ７−３と、半導体回折格子要素形成工程Ｓ９における第１半導体部エッチング工程Ｓ９−３とは、一括して行われる。【選択図】図１５
2012227332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リッジ型半導体レーザ部と当該リッジ型半導体レーザ部と光学的に結合する分布ブラッグ反射器とを備えるリッジ型半導体レーザの製造方法であって、
半導体基板の主面における前記リッジ型半導体レーザ部が形成されるべき第１面と前記分布ブラッグ反射器が形成されるべき第２面上に、活性層と、前記活性層上に設けられたエッチングストップ層と、を含む半導体積層を形成する半導体積層形成工程と、
前記第２面上の前記半導体積層を、当該半導体積層中の少なくとも前記エッチングストップ層及び前記活性層が除去されるようにエッチングする第１半導体積層エッチング工程と、
前記第１半導体積層エッチング工程後に、前記第２面上に、半導体部を形成する半導体部形成工程と、
前記半導体部形成工程後に、前記第１面上の前記半導体積層の一部をエッチングすることにより、当該半導体積層にリッジ導波路部を形成するリッジ導波路部形成工程と、
前記第２面上の前記半導体部の一部をエッチングすることにより、前記第２面上に前記リッジ型半導体レーザ部の共振方向に沿って周期的に設けられた複数の半導体回折格子要素を形成する半導体回折格子要素形成工程と、
前記半導体回折格子要素形成工程後に、前記複数の半導体回折格子要素間に複数の樹脂回折格子要素を形成することにより、前記複数の半導体回折格子要素と前記複数の樹脂回折格子要素とからなる前記分布ブラッグ反射器の回折格子領域を形成する回折格子形成工程と、
を備え、
前記エッチングストップ層は、前記半導体部とは異なる半導体材料で構成され、
前記リッジ導波路部形成工程は、
前記半導体積層上に形成された第１マスク部をパターニングする第１マスク部パターニング工程と、
前記パターニングされた第１マスク部をマスクとして前記半導体積層を前記エッチングストップ層に達するまでエッチングすることにより、前記エッチングストップ層に達する第１の深さだけ前記半導体積層の一部を除去し、前記リッジ導波路を得る第２半導体積層エッチング工程と、
を有し、
前記半導体回折格子要素形成工程は、
前記半導体部上に形成された第２マスク部をパターニングする第２マスク部パターニング工程と、
前記パターニングされた第２マスク部をマスクとして前記半導体部をエッチングすることにより、前記第１の深さよりも深い第２の深さだけ前記半導体部の一部を除去し、前記複数の半導体回折格子要素を形成する第１半導体部エッチング工程と、
を有し、
前記第１マスク部パターニング工程と前記第２マスク部パターニング工程とは、一つのマスターパターンからのパターン転写によって一括して行われ、
前記リッジ導波路部形成工程における前記第２半導体積層エッチング工程と、前記半導体回折格子要素形成工程における前記第１半導体部エッチング工程とが、一括して行われることを特徴とするリッジ型半導体レーザの製造方法。
【請求項２】
前記半導体基板の前記主面における前記第１面と前記第２面との間の第３面上に、介在光導波路部を形成する介在光導波路部形成工程をさらに備え、
前記半導体積層形成工程においては、前記第１面及び前記第２面上に加えて、前記第３面上にも前記半導体積層を形成し、
前記第１半導体積層エッチング工程においては、前記第２面上の前記半導体積層に加えて、前記第３面上の前記半導体積層を、当該半導体積層中の少なくとも前記エッチングストップ層及び前記活性層が除去されるようにエッチングし、
前記半導体部形成工程においては、前記第２面上に加えて、前記第３面上にも前記半導体部を形成し、
前記介在光導波路部形成工程は、
前記第３面上の前記半導体部上に形成された第３マスク部をパターニングする第３マスク部パターニング工程と、
前記パターニングされた第３マスク部をマスクとして前記半導体部をエッチングすることにより、前記リッジ型半導体レーザ部と前記分布ブラッグ反射器との間に介在する前記介在光導波路部を形成する第２半導体部エッチング工程と、
を有し、
前記第１マスク部パターニング工程と、前記第２マスク部パターニング工程と、前記第３マスク部パターニング工程とは、一つのマスターパターンからのパターン転写によって一括して行われ、
前記リッジ導波路部形成工程における前記第２半導体積層エッチング工程と、前記半導体回折格子要素形成工程における前記第１半導体部エッチング工程と、前記介在光導波路部形成工程における前記第２半導体部エッチング工程とが、一括して行われ、
前記介在光導波路部のバンドギャップは、前記活性層のバンドギャップよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のリッジ型半導体レーザの製造方法。
【請求項３】
前記エッチングストップ層は、アルミニウム含有の半導体材料で構成され、
前記リッジ導波路部形成工程における前記第２半導体積層エッチング工程と、前記半導体回折格子要素形成工程における前記第１半導体部エッチング工程は、メタンガスと水素ガスの混合ガスを用いた反応性イオンエッチング法によって行われることを特徴とする請求項１又は２に記載のリッジ型半導体レーザの製造方法。
【請求項４】
前記エッチングストップ層の厚さは、１００ｎｍ以上、１５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のリッジ型半導体レーザの製造方法。
【請求項５】
前記半導体回折格子要素形成工程の後、かつ、回折格子形成工程の前に、前記半導体回折格子要素の露出面に絶縁層を形成する絶縁層形成工程をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のリッジ型半導体レーザの製造方法。
【請求項６】
半導体基板の主面上に設けられた活性層と、前記活性層上に設けられたリッジ導波路部と、を有するリッジ型半導体レーザ部と、
前記リッジ型半導体レーザ部の共振方向の端面と光学的に結合するように前記半導体基板上に設けられた分布ブラッグ反射器と、
を備え、
前記リッジ導波路部は、前記半導体基板の前記主面と交差する方向に沿って突出すると共に、前記共振方向に沿って延び、
前記分布ブラッグ反射器は、前記共振方向に沿って交互に周期的に設けられた複数の半導体回折格子要素と複数の樹脂回折格子要素とを含む回折格子領域を有し、
前記半導体基板の前記主面から前記回折格子領域までの距離は、前記半導体基板の前記主面から前記リッジ導波路部までの距離よりも短く、
前記回折格子領域の前記複数の半導体回折格子要素のバンドギャップは、前記活性層のバンドギャップよりも大きいことを特徴とするリッジ型半導体レーザ。
【請求項７】
前記リッジ型半導体レーザ部の共振方向の前記端面と前記分布ブラッグ反射器との間に設けられた介在光導波路部をさらに備え、
前記介在光導波路部のバンドギャップは、前記活性層のバンドギャップよりも大きいことを特徴とする請求項６に記載のリッジ型半導体レーザ。
【請求項８】
前記介在光導波路部の前記共振方向に沿った長さは、２μｍ以上、５μｍ以下であることを特徴とする請求項７に記載のリッジ型半導体レーザ。
【請求項９】
前記分布ブラッグ反射器の前記回折格子領域は、２次の回折格子として使用されることを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載のリッジ型半導体レーザ。
【請求項１０】
前記リッジ型半導体レーザ部は、前記リッジ型半導体レーザ部の共振方向に沿って周期的に屈折率が変化する回折格子を含むことを特徴とする請求項６〜９のいずれか一項に記載のリッジ型半導体レーザ。
【請求項１１】
前記半導体回折格子要素の前記共振方向と直交する方向に沿った幅は、前記リッジ導波路部の前記共振方向と直交する方向に沿った幅よりも広く、
前記介在光導波路部の前記共振方向と直交する方向に沿った幅は、前記リッジ導波路部の前記共振方向と直交する方向に沿った幅よりも広いことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載のリッジ型半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リッジ型半導体レーザ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記非特許文献１には、分布ブラッグ反射型（Distributed Bragg Reflector, 以下「ＤＢＲ」という場合がある）半導体レーザの製造方法が記載されている。この製造方法においては、まず、半導体基板の主面全体上に、活性層を含む半導体レーザのための半導体積層を形成する。その後、電子ビーム露光とリフトオフプロセスにより、半導体レーザ部及びＤＢＲ反射器を規定するためのＴｉマスクを形成し、これをマスクとして用いて半導体積層をエッチングすることにより、半導体基板上に半導体レーザ部とＤＢＲ反射器とを形成している。この製造方法によれば、半導体レーザ部とＤＢＲ反射器とは、半導体基板上に同様の半導体積層構造を有する。
【０００３】
下記非特許文献２には、リッジ型半導体レーザ部と、リング共振器等を含むフィルタ部とが集積された半導体集積デバイスが記載されている。また、この非特許文献２には、半導体基板上に形成された活性層を含む半導体レーザのための半導体積層に対する２回のエッチング工程によって、このような半導体集積デバイスを製造する方法が記載されている。この製造方法では、１回目のエッチング工程において、半導体積層の第１の領域を第１の深さだけエッチングして一対のストライプ状の溝部を形成することにより、リッジ導波路部を形成する。これにより、リッジ型半導体レーザ部が形成される。続いて、２回目のエッチング工程において、半導体積層の第１の領域に隣接する第２の領域を、第１の深さよりも深い第２の深さだけ所定形状にエッチングすることにより、ハイメサ形状を有するフィルタ部を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】M. M. Raj et. al., “High-ReflectivitySemiconductor/Benzocyclobutene Bragg Reflector Mirrors for GaInAsP/InP Lasers”,Jpn. J. Appl. Phys., The Japan Society of Applied Physics, April 2001, Vol. 40,p.2269-2277, Part 1, No. 4A
【特許文献２】T. Okamoto et. al.,“Monolithic Integration of a 10 Gb/s Mach-Zehnder Modulator and a WidelyTunable Laser based on a 2-Ring Loop-Filter”, 2010 International  Conferenceon Indium Phosphide and Related Materials, IEEE, 2010, p.390-393 (ThA1-3)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記非特許文献１に記載のＤＢＲ半導体レーザにおいては、ＤＢＲ反射器は、半導体レーザ部の活性層と同様の構成の活性層を含んでいる。そのため、半導体レーザ部で発生した光の一部は、ＤＢＲ反射器の活性層で吸収されてしまうため、ＤＢＲ反射器での反射率が低下してしまう。その結果、半導体レーザの出力値が低下したり、しきい値電流が増加したりといった問題があった。
【０００６】
また、特にリッジ型半導体レーザに製造においては、製造工程が複雑であり、半導体レーザ部とＤＢＲ反射器とを精度よく位置合わせすることが困難であるという問題があった。即ち、このような半導体レーザを製造する際には、例えば、半導体基板の主面全体上に半導体レーザのための半導体積層を形成する工程と、上記半導体積層のうち、半導体レーザ部となるべき領域の一部をエッチングしてリッジ導波路部を形成するリッジ導波路部形成工程と、上記半導体積層のうち、ＤＢＲ反射器となるべき他の領域の一部をエッチングしてＤＢＲ反射器の周期構造を形成するＤＢＲ反射器形成工程と、を行うことができる。
【０００７】
しかし、リッジ導波路部は、半導体レーザ部の活性層よりも上部に形成する必要があるのに対して、ＤＢＲ反射器は、半導体レーザ部の活性層と同一高さの領域を含む領域に形成する必要がある。そのため、リッジ導波路部形成工程で必要な半導体積層のエッチング深さと、ＤＢＲ反射器形成工程で必要な半導体積層のエッチング深さとは異なるため、これらの工程を一回のエッチングによってまとめて行うことは困難であった。
【０００８】
そのため、上記非特許文献２におけるリッジ型半導体レーザ部とリング共振器等を含むフィルタ部とを含む半導体集積デバイスの製造方法と同様に、リッジ導波路部形成工程とＤＢＲ反射器形成工程とを、別個の２つのエッチング工程として行う必要があった。その結果、工程が複雑になる上、１回目のエッチングのためのマスクと、２回目のエッチングのためのマスクとの間に位置ずれが生じてしまうため、リッジ型半導体レーザ部とＤＢＲ反射器とを精度よく位置合わせすることが困難であるという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、反射率の高いＤＢＲ反射器を有するリッジ型半導体レーザ、及び、リッジ型半導体レーザを精度よく簡易的に製造することができる製造方法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】
【００１０】
上述の課題を解決するため、本発明に係るリッジ型半導体レーザの製造方法は、リッジ型半導体レーザ部と当該リッジ型半導体レーザ部と光学的に結合する分布ブラッグ反射器とを備えるリッジ型半導体レーザの製造方法であって、半導体基板の主面におけるリッジ型半導体レーザ部が形成されるべき第１面と分布ブラッグ反射器が形成されるべき第２面上に、活性層と、活性層上に設けられたエッチングストップ層と、を含む半導体積層を形成する半導体積層形成工程と、第２面上の半導体積層を、当該半導体積層中の少なくともエッチングストップ層及び活性層が除去されるようにエッチングする第１半導体積層エッチング工程と、第１半導体積層エッチング工程後に、第２面上に、半導体部を形成する半導体部形成工程と、半導体部形成工程後に、第１面上の半導体積層の一部をエッチングすることにより、当該半導体積層にリッジ導波路部を形成するリッジ導波路部形成工程と、第２面上の半導体部の一部をエッチングすることにより、第２面上にリッジ型半導体レーザ部の共振方向に沿って周期的に設けられた複数の半導体回折格子要素を形成する半導体回折格子要素形成工程と、半導体回折格子要素形成工程後に、複数の半導体回折格子要素間に複数の樹脂回折格子要素を形成することにより、複数の半導体回折格子要素と複数の樹脂回折格子要素とからなる上記分布ブラッグ反射器の回折格子領域を形成する回折格子形成工程と、を備え、エッチングストップ層は、半導体部とは異なる半導体材料で構成され、リッジ導波路部形成工程は、半導体積層上に形成された第１マスク部をパターニングする第１マスク部パターニング工程と、パターニングされた第１マスク部をマスクとして半導体積層を前記エッチングストップ層に達するまでエッチングすることにより、エッチングストップ層に達する第１の深さだけ半導体積層の一部を除去し、リッジ導波路を得る第２半導体積層エッチング工程と、を有し、半導体回折格子要素形成工程は、半導体部上に形成された第２マスク部をパターニングする第２マスク部パターニング工程と、パターニングされた第２マスク部をマスクとして半導体部をエッチングすることにより、第１の深さよりも深い第２の深さだけ半導体部の一部を除去し、複数の半導体回折格子要素を形成する第１半導体部エッチング工程と、を有し、第１マスク部パターニング工程と第２マスク部パターニング工程とは、一つのマスターパターンからのパターン転写によって一括して行われ、リッジ導波路部形成工程における第２半導体積層エッチング工程と、半導体回折格子要素形成工程における第１半導体部エッチング工程とが、一括して行われることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係るリッジ型半導体レーザの製造方法によれば、得られるリッジ型半導体レーザにおいて、リッジ型半導体レーザ部の活性層で生じた光は、当該リッジ型半導体レーザ部と光学的に結合する分布ブラッグ反射器に入射する。分布ブラッグ反射器の回折格子領域の回折作用により、分布ブラッグ反射器に入射した光のうち、特定の波長を有する光のみが反射され、活性層内に戻される。このような分布ブラッグ反射器の作用により、特定の波長においてレーザ発振が起こる。
【００１２】
そして、本発明に係るリッジ型半導体レーザの製造方法においては、第２半導体積層エッチング工程で半導体積層をエッチングする深さ（第１の深さ）は、第１半導体部エッチング工程で半導体部をエッチングする深さ（第２の深さ）と異なる。しかし、半導体積層はエッチングストップ層を含むのに対して、半導体部はエッチングストップ層を含まない上に、エッチングストップ層は、半導体部とは異なる半導体材料で形成されている。そのため、エッチングストップ層のエッチングレートが半導体部のエッチングレートよりも小さくなるようなエッチング法を採用することにより、第２半導体積層エッチング工程と第１半導体部エッチング工程とを一括して行うことができる。
【００１３】
これにより、第２半導体積層エッチング工程と第１半導体部エッチング工程とを別個に行う場合と比較して、工程が簡易化される。また、第２半導体積層エッチング工程の前に行う第１マスク部パターニング工程と、半導体部エッチング工程の前に行う第２マスク部パターニング工程とは、一つのマスターパターンからの転写によって一括して行われるため、リッジ型半導体レーザ部と分布ブラッグ反射器とを精度よく位置合わせすることができる。
【００１４】
その結果、本発明に係るリッジ型半導体レーザの製造方法によれば、リッジ型半導体レーザを精度よく簡易的に製造することができる。
【００１５】
さらに、本発明に係るリッジ型半導体レーザの製造方法は、半導体基板の主面における第１面と第２面との間の第３面上に、介在光導波路部を形成する介在光導波路部形成工程をさらに備え、半導体積層形成工程においては、第１面及び第２面上に加えて、第３面上にも半導体積層を形成し、第１半導体積層エッチング工程においては、第２面上の半導体積層に加えて、第３面上の半導体積層を、当該半導体積層中の少なくともエッチングストップ層及び活性層が除去されるようにエッチングし、半導体部形成工程においては、第２面上に加えて、第３面上にも半導体部を形成し、介在光導波路部形成工程は、第３面上の半導体部上に形成された第３マスク部をパターニングする第３マスク部パターニング工程と、パターニングされた第３マスク部をマスクとして半導体部をエッチングすることにより、リッジ型半導体レーザ部と分布ブラッグ反射器との間に介在する介在光導波路部を形成する第２半導体部エッチング工程と、を有し、第１マスク部パターニング工程と、第２マスク部パターニング工程と、第３マスク部パターニング工程とは、一つのマスターパターンからのパターン転写によって一括して行われ、リッジ導波路部形成工程における第２半導体積層エッチング工程と、半導体回折格子要素形成工程における第１半導体部エッチング工程と、介在光導波路部形成工程における第２半導体部エッチング工程とが、一括して行われ、介在光導波路部のバンドギャップは、活性層のバンドギャップよりも大きいことが好ましい。
【００１６】
これにより、介在光導波路部の屈折率は、活性層の屈折率よりも小さくなる。そのため、介在光導波路部は、低損失の光導波路として機能するため、このような介在光導波路部が設けられていない場合と比較して、活性層から分布ブラッグ反射器へ光が導波する際の、これらの間の領域における光の散乱損失を低下させることができる。その結果、レーザ出力値を増加させ、しきい値電流を低下させることができる。
【００１７】
その上、介在光導波路部形成工程における第２半導体部エッチング工程は、リッジ導波路部形成工程における第２半導体積層エッチング工程、及び、半導体回折格子要素形成工程における第１半導体部エッチング工程と一括して行われる。そのため、介在光導波路部形成工程をさらに行っても、リッジ型半導体レーザを簡易的に製造することができる。また、介在光導波路部形成工程における第３マスク部パターニング工程は、一つのマスターパターンからのパターン転写によって、第１マスク部パターニング工程、及び、第２マスク部パターニング工程と一括して行われる。そのため、介在光導波路部形成工程をさらに行っても、リッジ型半導体レーザ部、分布ブラッグ反射器、及び、介在光導波路部を精度よく位置合わせすることができるため、リッジ型半導体レーザを精度よく製造することができる。
【００１８】
さらに、本発明に係るリッジ型半導体レーザの製造方法において、エッチングストップ層は、アルミニウム含有の半導体材料で構成され、リッジ導波路部形成工程における第２半導体積層エッチング工程と、半導体回折格子要素形成工程における第１半導体部エッチング工程は、メタンガスと水素ガスの混合ガスを用いた反応性イオンエッチング法によって行われることが好ましい。これにより、第２半導体積層エッチング工程及び半導体部エッチング工程において、エッチングストップ層のエッチングレートは半導体部のエッチングレートよりも特に小さくなる。その結果、第２半導体積層エッチング工程及び半導体部エッチング工程を一括して行うことが容易となる。
【００１９】
さらに、本発明に係るリッジ型半導体レーザの製造方法において、エッチングストップ層の厚さは、１００ｎｍ以上、１５０ｎｍ以下であることが好ましい。エッチングストップ層の厚さを１００ｎｍ以上とすることにより、第２半導体積層エッチング工程及び半導体部エッチング工程を一括して行う際、半導体積層のエッチングストップ層より下部の層までエッチングされてしまうことを容易に防ぐことができる。また、エッチングストップ層の厚さを１５０ｎｍ以下とすることにより、半導体積層の高抵抗化を十分に抑制することができる。
【００２０】
さらに、本発明に係るリッジ型半導体レーザの製造方法は、半導体回折格子要素形成工程後、かつ、回折格子形成工程の前に、半導体回折格子要素の露出面に絶縁層を形成する絶縁層形成工程をさらに備えることが好ましい。これにより、半導体回折格子要素と樹脂回折格子要素との間には絶縁層が介在することになる。その結果、樹脂回折格子要素が半導体回折格子要素から剥離することを抑制することができる。
【００２１】
また、上述の課題を解決するため、本発明に係るリッジ型半導体レーザは、半導体基板の主面上に設けられた活性層と、活性層上に設けられたリッジ導波路部と、を有するリッジ型半導体レーザ部と、リッジ型半導体レーザ部の共振方向の端面と光学的に結合するように半導体基板上に設けられた分布ブラッグ反射器と、を備え、リッジ導波路部は、半導体基板の主面と交差する方向に沿って突出すると共に、共振方向に沿って延び、分布ブラッグ反射器は、共振方向に沿って交互に周期的に設けられた複数の半導体回折格子要素と複数の樹脂回折格子要素とを含む回折格子領域を有し、半導体基板の主面から回折格子領域までの距離は、半導体基板の主面からリッジ導波路部までの距離よりも短く、回折格子領域の複数の半導体回折格子要素のバンドギャップは、活性層のバンドギャップよりも大きいことを特徴とする。
【００２２】
本発明に係るリッジ型半導体レーザにおいては、活性層を含むリッジ型半導体レーザ部の共振方向の端面と分布ブラッグ反射器とが、光学的に結合するように構成される。従って、リッジ型半導体レーザ部の活性層で生じた光は、リッジ型半導体レーザ部の共振方向の端面から出射し、この端面と光学的に結合する分布ブラッグ反射器（以下、「ＤＢＲ反射器」という場合がある）に入射する。ＤＢＲ反射器の回折格子領域の回折作用により、ＤＢＲ反射器に入射した光のうち、特定の波長を有する光のみが反射され、活性層内に戻される。このようなＤＢＲ反射器の作用により、特定の波長においてレーザ発振が起こる。そして、回折格子領域の複数の半導体回折格子要素のバンドギャップは、活性層のバンドギャップよりも大きいため、活性層で生じて上記端面から出射し、ＤＢＲ反射器に入射した光が、複数の半導体回折格子要素で吸収されることは抑制される。そのため、半導体回折格子要素での光の吸収に起因したＤＢＲ反射器での光の反射率の低下は抑制される。その結果、本発明に係るリッジ型半導体レーザのＤＢＲ反射器の反射率は高くなる。
【００２３】
さらに、本発明に係るリッジ型半導体レーザは、リッジ型半導体レーザ部の共振方向の端面と分布ブラッグ反射器との間に設けられた介在光導波路部をさらに備え、介在光導波路部のバンドギャップは、活性層のバンドギャップよりも大きいことが好ましい。
【００２４】
この場合、介在光導波路部の屈折率は、ＤＢＲ反射器の一部を構成する樹脂（樹脂回折格子要素）の屈折率と活性層の屈折率との中間の値を有する。つまり、介在光導波路部と活性層との屈折率差は、ＤＢＲ反射器の一部を構成する樹脂（樹脂回折格子要素）と活性層との屈折率差より小さい。そのため、このような介在光導波路部が設けられておらず、活性層とDBR反射器（またはＤＢＲ反射器の一部を構成する樹脂）とが直接接続されている場合と比較して、活性層からＤＢＲ反射器へ光が導波する際の、これらの間の領域における光の散乱損失を低下させることができる。さらに、介在光導波路部のバンドギャップは、活性層のバンドギャップよりも大きいため、介在光導波路部は、低損失の光導波路として機能する。その結果、レーザ出力値を増加させ、しきい値電流を低下させることができる。
【００２５】
さらに、本発明に係るリッジ型半導体レーザにおいては、上記介在光導波路部の共振方向に沿った長さは、２μｍ以上、５μｍ以下であることが好ましい。この長さが２μｍ以上である場合、上述のような活性層と分布ブラッグ反射器の間の領域における光の散乱損失を低下させる効果が特に有効に発揮される。また、この長さが５μｍ以下である場合、介在光導波路部自体による光の吸収量を十分に低くすることができる。
【００２６】
さらに、本発明に係るリッジ型半導体レーザにおいては、分布ブラッグ反射器の回折格子領域は、２次の回折格子として使用されることが好ましい。これにより、分布ブラッグ反射器の回折格子領域において交互に設けられた複数の半導体回折格子要素と複数の樹脂回折格子要素の周期を大きくすることができる。そのため、分布ブラッグ反射器の製造が容易になる。
【００２７】
さらに、本発明に係るリッジ型半導体レーザにおいては、リッジ型半導体レーザ部は、リッジ型半導体レーザ部の共振方向に沿って周期的に屈折率が変化する回折格子を含むことが好ましい。これにより、リッジ型半導体レーザの発振波長は、当該リッジ型半導体レーザ部の回折格子によって決定される。このため回折格子の周期で決まる単一波長（単一モード）のレーザ光を得ることができる。このとき、分布ブラッグ反射器の回折格子領域は、従来の半導体レーザ、とくに分布帰還型（ＤＦＢ型）半導体レーザにおける高反射膜（ＨＲ膜）コート付き端面反射ミラーと同様の機能を有することができる。しかし、当該分布ブラッグ反射器の回折格子領域の反射率は、ＨＲ膜の反射率よりも、容易に高くすることができる。さらに、この高い反射率が得られる波長帯域は、ＨＲ膜よりも、格段に広いものとすることができる。従って、リッジ型半導体レーザ部に注入される電流の変化や、周囲の温度の変化等によりリッジ型半導体レーザ部ＬＤから出射される光の波長が変化した場合でも、ＤＢＲ反射器Ｒの反射率は、ほとんど変化しない。故に、広い電流範囲、または広い温度範囲で、安定して動作することができる。
【００２８】
さらに、本発明に係るリッジ型半導体レーザにおいては、半導体回折格子要素の共振方向と直交する方向に沿った幅は、リッジ導波路部の共振方向と直交する方向に沿った幅よりも広く、介在光導波路部の共振方向と直交する方向に沿った幅は、リッジ導波路部の共振方向と直交する方向に沿った幅よりも広いことが好ましい。
【００２９】
これにより、活性層から出射する光が、リッジ導波路部の幅よりも広い幅を有した状態で介在光導波路部及び分布ブラッグ反射器に向かって導波しても、当該光の大部分を介在光導波路部及び分布ブラッグ反射器に到達させることができる。その結果、レーザ出力値を増加させ、しきい値電流を低下させることができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、反射率の高いＤＢＲ反射器を有するリッジ型半導体レーザ、及び、リッジ型半導体レーザを精度よく簡易的に製造することができる製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】リッジ型半導体レーザの製造方法を示すフローチャートを示す図である。
【図２】リッジ導波路部形成工程、半導体回折格子要素形成工程、及び、介在光導波路部形成工程で行われる工程を示すフローチャートを示す図である。
【図３】リッジ型半導体レーザの製造方法を説明するための斜視図である。
【図４】リッジ型半導体レーザの製造方法を説明するための斜視図である。
【図５】リッジ型半導体レーザの製造方法を説明するための斜視図である。
【図６】リッジ型半導体レーザの製造方法を説明するための斜視図である。
【図７】リッジ型半導体レーザの製造方法を説明するための斜視図である。
【図８】リッジ型半導体レーザの製造方法を説明するための斜視図である。
【図９】リッジ型半導体レーザの製造方法を説明するための斜視図である。
【図１０】リッジ型半導体レーザの製造方法を説明するための斜視図である。
【図１１】リッジ型半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図１２】ナノインプリント用のモールドを示す平面図である。
【図１３】リッジ型半導体レーザの製造方法を説明するための斜視図である。
【図１４】リッジ型半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図１５】リッジ型半導体レーザの製造方法を説明するための斜視図である。
【図１６】リッジ型半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図１７】リッジ型半導体レーザの製造方法を説明するための斜視図である。
【図１８】リッジ型半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図１９】リッジ型半導体レーザの製造方法を説明するための斜視図である。
【図２０】リッジ型半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図２１】リッジ型半導体レーザの製造方法を説明するための斜視図である。
【図２２】リッジ型半導体レーザの製造方法を説明するための斜視図である。
【図２３】リッジ型半導体レーザの製造方法を説明するための斜視図である。
【図２４】リッジ型半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、実施の形態に係るリッジ型半導体レーザ及びリッジ型半導体レーザの製造方法について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、可能な場合には同一要素には同一符号を用いる。また、図面中の構成要素内及び構成要素間の寸法比は、図面の見易さのため、それぞれ任意となっている。
【００３３】
図１は、本実施形態に係るリッジ型半導体レーザの製造方法を示すフローチャートを示す図である。図１に示すように、本実施形態のリッジ型半導体レーザの製造方法は、半導体基板の主面における第１面、第２面及び第３面上に半導体積層を形成する半導体積層形成工程Ｓ１と、第２面及び第３面上の半導体積層をエッチングする第１半導体積層エッチング工程Ｓ３と、第２面及び第３面上に半導体回折格子要素及び介在光導波路部となるべき半導体部を形成する半導体部形成工程Ｓ５と、第１面上の半導体積層の一部をエッチングすることにより、リッジ導波路を形成するリッジ導波路部を形成するリッジ導波路部形成工程Ｓ７と、第２面上の半導体部の一部をエッチングすることにより、半導体回折格子要素を形成する半導体回折格子要素形成工程Ｓ９と、第３面上の半導体部の他の一部をエッチングすることにより、介在光導波路部を形成する介在光導波路部形成工程Ｓ１１と、半導体回折格子要素の露出面に絶縁層を形成する絶縁層形成工程Ｓ１３と、半導体回折格子要素間に樹脂回折格子要素を形成することにより、回折格子領域を得る回折格子形成工程Ｓ１５と、を含む。
【００３４】
また、図２は、リッジ導波路部形成工程、半導体回折格子要素形成工程、及び、介在光導波路部形成工程で行われる工程を示すフローチャートを示す図である。図２（Ａ）に示すように、リッジ導波路部形成工程Ｓ７は、第１マスク部をパターニングする第１マスク部パターニング工程Ｓ７−１と、半導体積層をエッチングすることによりリッジ導波路を得る第２半導体積層エッチング工程Ｓ７−３と、を含む。また、図２（Ｂ）に示すように、半導体回折格子要素形成工程Ｓ９は、第２マスク部をパターニングする第２マスク部パターニング工程Ｓ９−１と、半導体部をエッチングすることにより、第２マスク部の下に複数の半導体回折格子要素を形成する第１半導体部エッチング工程Ｓ９−３と、を含む。また、図２（Ｃ）に示すように、介在光導波路部形成工程Ｓ１１は、第３マスク部をパターニングする第３マスク部パターニング工程Ｓ１１―１と、半導体部をエッチングすることにより、第３マスク部の下に介在光導波路部を形成する第２半導体部エッチング工程Ｓ１１−３と、を含む。
【００３５】
以下、これらの各工程について詳細に説明する。図３〜図１０、図１３、図１５、図１７、図１９、及び、図２１〜２３は、本実施形態に係るリッジ型半導体レーザの製造方法を説明するための斜視図であり、図１１、図１４、図１６、図１８、図２０、及び、図２４は、本実施形態に係るリッジ型半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【００３６】
（半導体積層形成工程Ｓ１）
初めに、半導体積層形成工程Ｓ１が行われる。本工程では、半導体基板の主面における第１面、第２面及び第３面上に半導体積層を形成する。具体的には、まず、図３に示すように、第１導電型（例えば、ｎ型）の半導体基板３を準備する。半導体基板３は、本実施形態では、矩形の板状であり、例えば、ＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。半導体基板３は、略平坦な主面３Ｓを有する。主面３Ｓは、第１面３Ａと、第２面３Ｂと、第３面３Ｃとを含む。第１面３Ａと第２面３Ｂと第３面３Ｃとは、Ｙ軸方向に隣接して並んでいる。第３面３Ｃは、第１面３Ａと第２面３Ｂとの間に位置する。第１面３Ａは、後の工程において、リッジ型半導体レーザ部ＬＤが形成されるべき領域であり、第２面３Ｂ上は、後の工程において、ＤＢＲ反射器Ｒが形成されるべき領域であり、第３面３Ｃは、後の工程において介在光導波路部３１Ｂが形成されるべき領域である（図２４参照）。
【００３７】
なお、図３においては、直交座標系２が示されており、半導体基板３の主面３Ｓと平行な方向にＸ軸とＹ軸が設定され、半導体基板３の厚さ方向にＺ軸を設定している。図４以降の各図においても、図３と対応して直交座標系２が示されている。
【００３８】
次に、図４に示すように、半導体基板３の第１面３Ａ、第２面３Ｂ及び第３面３Ｃ上に、例えば、有機金属気相成長法（ＯＭＶＰＥ）等のエピタキシャル成長法によって、第１導電型の下部クラッド層５、及び、第１導電型の回折格子層前駆体層７をこの順に成長させる。下部クラッド層５は、ＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。回折格子層前駆体層７は、後の工程で回折格子となる層である。回折格子層前駆体層７は、例えば、ＧａＩｎＡｓＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。
【００３９】
続いて、図５に示すように、回折格子層前駆体層７のうちの第１面３Ａ上の領域を、例えば電子ビーム露光及びドライエッチングを含むフォトリソグラフィーやナノインプリント等によって加工し、分布帰還（distributed feedback, DFB）のための回折格子７Ｄを形成する。回折格子７Ｄは、Ｙ軸に沿って周期的に屈折率が変化する。回折格子７Ｄは、Ｙ軸に沿った方向に周期的に並んだラインアンドスペースパターンからなり、ライン部及びスペース部は、それぞれＸ軸に沿った方向に延びている。回折格子７Ｄの周期は、例えば２００ｎｍであり、回折格子７Ｄのブラッグ波長は、例えば１３００ｎｍである。
【００４０】
回折格子層前駆体層７のうちの第２面３Ｂ及び第３面３Ｃ上の領域は、後の工程で除去されるため（図８参照）、本工程において、回折格子層前駆体層７のうちの第１面３Ａ上の領域と共に、第２面３Ｂ及び／又は第３面３Ｃ上の領域にも回折格子７Ｄと同様の回折格子を形成してもよい。
【００４１】
続いて、図６に示すように、回折格子７Ｄ及び回折格子層前駆体層７上に、例えば、有機金属気相成長法（ＯＭＶＰＥ）等のエピタキシャル成長法によって、埋め込み層９、下部光閉じ込め層１１、活性層１３、上部光閉じ込め層１５、エッチングストップ層１７、上部クラッド層１９、コンタクト層２１を、この順に形成する。これにより、第１面３Ａ、第２面３Ｂ及び第３面３Ｃ上に半導体積層２３が形成される。
【００４２】
埋め込み層９は、例えば、第１導電型の半導体層であり、例えば、ＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。回折格子７Ｄ上の埋め込み層９は、回折格子７Ｄを埋め込むように形成される。下部光閉じ込め層１１は、第１導電型の半導体層であり、例えば、ＡｌＧａＩｎＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。活性層１３は、例えば、ＭＱＷ（多重量子井戸）構造やＳＱＷ（単一量子井戸）構造を有し、例えば、ノンドープのＡｌＧａＩｎＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。活性層１３がＭＱＷ構造を有する場合、活性層１３は、例えば、厚さ６ｎｍ、バンドギャップ波長１．３０μｍの井戸層と、厚さ９ｎｍ、バンドギャップ波長１．１０μｍのバリア層と、からなる。上部光閉じ込め層１５は、例えば、ノンドープのＡｌＧａＩｎＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。
【００４３】
エッチングストップ層１７は、後の第２半導体積層エッチング工程Ｓ７−５（図１５及び図１６参照）において、エッチングストップ機能を有する半導体材料からなる。エッチングストップ層１７は、エッチングストップ層としての機能を有効に発揮する観点から、アルミニウム（Ａｌ）含有の半導体材料、例えば、ＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ等のアルミニウム含有ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で構成されることが好ましい。また、本実施形態においては、エッチングストップ層１７は、キャリアストップ層としての機能を兼ねている。キャリアストップ層としての機能を有効に発揮する観点から、エッチングストップ層１７は、ｐ型の半導体材料で構成されることが好ましい。そのため、エッチングストップ層１７は、ｐ型のアルミニウム含有ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、例えば、ｐ型のＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ等で構成されることが特に好ましい。
【００４４】
上部クラッド層１９は、第２導電型であり、例えば、ＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。コンタクト層２１は、第２導電型であり、例えば、ＧａＩｎＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。
【００４５】
このようにして、半導体積層形成工程Ｓ１では、第１面３Ａ、第２面３Ｂ及び第３面３Ｃ上に、活性層１３と、活性層１３上に設けられたエッチングストップ層１７とを有する半導体積層２３が形成される。半導体積層２３は、半導体レーザのための構成を有する積層体である。
【００４６】
（第１半導体積層エッチング工程Ｓ３）
次に、第１半導体積層エッチング工程Ｓ３が行われる。本工程では、第２面３Ｂ及び第３面３Ｃ上の半導体積層２３をエッチングする。具体的には、まず、図７に示すように、半導体積層２３のうち、第１面３Ａ上の領域を覆い、第２面３Ｂ及び第３面３Ｃ上の領域を覆わない突合せ結合（butt-joint）用マスク２７を形成する。突合せ結合用マスク２７は、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）等の窒化物からなる。このような突合せ結合用マスク２７を形成するためには、例えば、半導体積層２３の上面全体に化学気相成長法（ＣＶＤ）法等の蒸着法によって突合せ結合用マスク２７を形成し、突合せ結合用マスク２７の上面全体にレジスト層を形成した後、当該レジスト層をフォトリソグラフィーによって第１面３Ａの上方の領域が残存し、第２面３Ｂ及び第３面３Ｃの上方の領域が残存しない形状にパターニングする。その後、当該パターニングされたレジスト層をマスクとして用いて突合せ結合用マスク２７をバッファードフッ酸（ＢＨＦ）等によってウェットエッチングでエッチングすることにより、第１面３Ａ上の領域を覆い、第２面３Ｂ及び第３面３Ｃ上の領域を覆わない形状の突合せ結合用マスク２７を得ることができる。
【００４７】
なお、本実施形態においては、第１半導体積層エッチング工程Ｓ３における突合せ結合用マスク２７の形成は、後のリッジ導波路部形成工程Ｓ７の第１マスク部形成工程Ｓ７−１を兼ねている（図１０参照）。そのため、突合せ結合用マスク２７は、本実施形態における第１マスク部となる。
【００４８】
続いて、図８に示すように、突合せ結合用マスク２７をマスクとして用いて半導体積層２３のうちの第２面３Ｂ及び第３面３Ｃ上の領域を、例えば、Ｈ２ＳＯ４、ＨＢｒ、ＨＣｌ等を用いたウェットエッチング等によってエッチングする。この際、半導体積層２３の第２面３Ｂ及び第３面３Ｃ上の領域のうち、少なくともエッチングストップ層１７と活性層１３が除去されるようにする。本実施形態においては、当該エッチングを、半導体積層２３の第２面３Ｂ及び第３面３Ｃ上の領域のうち、下部クラッド層５が残存するように行っているが、半導体積層２３の第２面３Ｂ及び第３面３Ｃ上の領域の全てが除去されるように行ってもよい。
【００４９】
（半導体部形成工程Ｓ５）
次に、半導体部形成工程Ｓ５が行われる。本工程では、図９に示すように、第２面３Ｂ及び第３面３Ｃ上に半導体部３１を形成する。即ち、第１半導体積層エッチング工程Ｓ３において半導体積層２３がエッチングされた領域に半導体部３１を形成する。半導体部３１は、後の工程で加工されて半導体回折格子要素３１Ａ及び介在光導波路部３１Ｂとなる（図１４及び図１５参照）。半導体部３１のバンドギャップは、活性層１３のバンドギャップよりも大きい。また、半導体部３１は、エッチングストップ層１７とは異なる半導体材料で構成されており、例えば、ノンドープのＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。このような半導体部３１は、例えば、有機金属気相成長法（ＯＭＶＰＥ）等のエピタキシャル成長法によって、突合せ結合用マスク２７を選択成長マスクとして用いて、第２面３Ｂ及び第３面３Ｃ上に半導体部３１を構成する半導体材料を成長させることにより、形成することができる。
【００５０】
（リッジ導波路部形成工程Ｓ７、半導体回折格子要素形成工程Ｓ９、及び、介在光導波路部形成工程Ｓ１１）
次に、リッジ導波路部形成工程Ｓ７、半導体回折格子要素形成工程Ｓ９、及び、介在光導波路部形成工程Ｓ１１が行われる。リッジ導波路部形成工程Ｓ７では、第１面上の半導体積層の一部をエッチングすることにより、リッジ導波路部を形成する。半導体回折格子要素形成工程Ｓ９では、第２面上の半導体部の一部をエッチングすることにより、半導体回折格子要素を形成する。介在光導波路部形成工程Ｓ１１では、第３面上の半導体部の他の一部をエッチングすることにより、介在光導波路部を形成する。
【００５１】
また、リッジ導波路部形成工程Ｓ７は、第１マスク部パターニング工程Ｓ７−１と、第２半導体積層エッチング工程Ｓ７−３と、を含む。半導体回折格子要素形成工程Ｓ９は、第２マスク部パターニング工程Ｓ９−３と、第１半導体部エッチング工程Ｓ９−３と、を含む。介在光導波路部形成工程Ｓ１１は、第３マスク部パターニング工程Ｓ１１―１と、第２半導体部エッチング工程Ｓ１１−３と、を含む。
【００５２】
（第１マスク部パターニング工程Ｓ７−１、第２マスク部パターニング工程Ｓ９−１、第３マスク部パターニング工程Ｓ１１―１）
上述のように、本実施形態においては、第１半導体積層エッチング工程Ｓ３における突合せ結合用マスク２７の形成は、第１マスク部の形成を兼ねている（図７参照）。そのため、図１０及び図１０のＸＩ―ＸＩ線に沿った断面を示す図１１に示すように、突合せ結合用マスク２７は、本実施形態における第１マスク部パターニング工程Ｓ７−１で初めに形成される第１マスク部２７となる。なお、第１半導体積層エッチング工程Ｓ３の後に、突合せ結合用マスク２７を除去し、新たに半導体積層２３上に突合せ結合用マスク２７と同様の材料からなる第１マスク部を形成してもよい。
【００５３】
第２マスク部パターニング工程Ｓ９−１及び第３マスク部パターニング工程Ｓ１１―１では、初めに図１０及び図１１に示すように、例えば化学気相成長法（ＣＶＤ）法等の蒸着法によって、半導体部３１上に第２マスク部３３及び第３マスク部３４を形成する。半導体積層２３及び半導体部３１の上面において、第１マスク部２７、第３マスク部３４、及び、第２マスク部３３は、Ｙ軸に沿った方向に並び、第１マスク部２７と第２マスク部３３の間に第３マスク部３４が介在している。本実施形態においては、第２マスク部３３及び第３マスク部３４は一体に形成される。第２マスク部３３及び第３マスク部３４は、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）等の窒化物からなる。第２マスク部３３及び第３マスク部３４は、半導体部３１の上面全体を覆っている。
【００５４】
第１マスク部パターニング工程Ｓ７−１では、上述のように形成された第１マスク部２７をパターニングする。第２マスク部パターニング工程Ｓ９−１では、上述のように形成された第２マスク部３３をパターニングする。第３マスク部パターニング工程Ｓ１１―１では、上述のように形成された第３マスク部３４をパターニングする。そして、第１マスク部パターニング工程Ｓ７−１、第２マスク部パターニング工程Ｓ９−１、及び、第３マスク部パターニング工程Ｓ１１―１は、一つのマスターパターンからのパターン転写によって一括して行われる。
【００５５】
具体的には、まず、第１マスク部２７、第２マスク部３３、及び、第３マスク部３４の上面全体に、フォトリソグラフィー用のフォトレジストやナノインプリント用の樹脂等からなる樹脂層を形成する。そして、フォトリソグラフィー法やナノインプリント法等によって、一つのマスターパターンからのパターン転写によって当該樹脂層をパターニングし、図１０及び図１１に示すように、第１樹脂層４１、第２樹脂層４２、及び、第３樹脂層４３を一括して形成する。
【００５６】
上述の樹脂層の形成から第１樹脂層４１、第２樹脂層４２、及び、第３樹脂層４３の一括形成までについて、より具体的に説明する。例えば、ナノインプリント法を用いて第１マスク部パターニング工程Ｓ７−１、第２マスク部パターニング工程Ｓ９−１、及び、第３マスク部パターニング工程Ｓ１１―１を行う場合、図１２に示すようなナノインプリント用のモールド４０を準備する。モールド４０は、略平坦なモールド面４０Ｓと、モールド面４０Ｓに対して凹む凹部４１Ｍ、凹部４２Ｍ、及び、凹部４３Ｍを有している。凹部４１Ｍ、凹部４２Ｍ、及び、凹部４３Ｍの形状は、それぞれ、第１樹脂層４１、第２樹脂層４２、及び、第３樹脂層４３の形状に順に対応している。そして、モールド面４０Ｓと、凹部４１Ｍと、凹部４２Ｍと、凹部４３Ｍとで、一つのマスターパターン４０Ｍを構成する。
【００５７】
モールド４０の準備後、第１マスク部２７、第２マスク部３３、及び、第３マスク部３４の上面全体に、ナノインプリント用の光硬化樹脂や熱硬化樹脂等からなる樹脂層を形成する。そして、当該樹脂層にマスターパターン４０Ｍを押し付け、その状態で当該樹脂層を硬化させた後、モールド４０を樹脂層から離間させる。このようにして、一つのマスターパターン４０Ｍからのパターン転写によって当該樹脂層をパターニングし、第１樹脂層４１、第２樹脂層４２、及び、第３樹脂層４３を一括して形成する。
【００５８】
第１樹脂層４１は、第１マスク部２７上において所定形状にパターニングされた樹脂層である。第１樹脂層４１は、後の工程で形成されるリッジ導波路５５（図１５参照）に対応した形状にパターニングされている。具体的には、図１０に示すように、第１樹脂層４１は、半導体積層２３のうちのリッジ導波路となるべき領域２３Ｐを覆うようにＹ軸に沿って延びる部分を有すると共に、半導体積層２３のうちのリッジ導波路となるべき領域２３ＰのＸ軸方向の両側面側の領域上に一対の開口４１Ａを有するような形状にパターニングされている。
【００５９】
第２樹脂層４２は、第２マスク部３３上のＹ軸正方向側において所定形状にパターニングされた樹脂層である。第２樹脂層４２は、後の工程で形成される半導体回折格子要素３１Ａ（図１５及び図１６参照）に対応した形状にパターニングされている。具体的には、図１１に示すように、第２樹脂層４２は、半導体積層２３のうちの半導体回折格子要素となるべき領域３１Ｐ２を覆うようにＸ軸に沿って延びると共に、半導体積層２３のうちの他の領域を覆わない形状にパターニングされている。
【００６０】
第３樹脂層４３は、第２マスク部３３のＹ軸負方向側において所定形状にパターニングされた樹脂層である。第３樹脂層４３は、後の工程で形成される介在光導波路部３１Ｂ（図１５及び図１６参照）に対応した形状にパターニングされている。具体的には、図１１に示すように、第３樹脂層４３は、半導体部３１のうちの介在光導波路部となるべき領域３１Ｐ３を覆うようにＸ軸に沿って延びると共に、半導体部３１のうちの他の領域を覆わない形状にパターニングされている。
【００６１】
上述のように第１樹脂層４１、第２樹脂層４２、及び、第３樹脂層４３を形成した後、これらをマスクとして用いて、例えば四フッ化炭素（ＣＦ４）をエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法によって、第１マスク部２７、第２マスク部３３、及び、第３マスク部３４をエッチングする。その後、第１樹脂層４１、第２樹脂層４２、及び、第３樹脂層４３を除去する。これにより、第１樹脂層４１の形状が第１マスク部２７に転写され、第２樹脂層４２の形状が第２マスク部３３に転写され、第３樹脂層４３の形状が第３マスク部３４に転写される。その結果、図１３及び図１３のＸＩ−ＸＩ線に沿った断面図である図１４に示すように、パターニングされた第１マスク部２７Ｐ、パターニングされた第２マスク部３３Ｐ２、及び、パターニングされた第３マスク部３４Ｐ３が得られる。
【００６２】
パターニングされた第１マスク部２７Ｐは、後の工程で形成されるリッジ導波路５５（図１５参照）に対応した形状にパターニングされている。具体的には、図１３に示すように、パターニングされた第１マスク部２７Ｐは、半導体積層２３のうちのリッジ導波路となるべき領域２３Ｐを覆うようにＹ軸に沿って延びる部分を有すると共に、半導体積層２３のうちのリッジ導波路となるべき領域２３ＰのＸ軸方向の両側面側の領域上に一対の開口２７ＰＡを有するような形状にパターニングされている。
【００６３】
パターニングされた第２マスク部３３Ｐ２は、後の工程で形成される半導体回折格子要素３１Ａ（図１５及び図１６参照）に対応した形状にパターニングされている。具体的には、図１３及び図１４に示すように、パターニングされた第２マスク部３３Ｐ２は、半導体部３１のうちの半導体回折格子要素となるべき領域３１Ｐ２を覆うようにＸ軸に沿って延びると共に、半導体部３１のうちの他の領域を覆わない形状にパターニングされている。
【００６４】
パターニングされた第３マスク部３４Ｐ３は、後の工程で形成される介在光導波路部３１Ｂ（図１５及び図１６参照）に対応した形状にパターニングされている。具体的には、図１３及び図１４に示すように、パターニングされた第３マスク部３４Ｐ３は、半導体部３１のうちの介在光導波路部となるべき領域３１Ｐ３を覆うようにＸ軸に沿って延びると共に、半導体部３１のうちの他の領域を覆わない形状にパターニングされている。
【００６５】
以上のように、第１マスク部２７、第２マスク部３３、及び、第３マスク部３４は、一つのマスターパターンからのパターン転写によって一括してパターニングされる。
【００６６】
（第２半導体積層エッチング工程Ｓ７−３、第１半導体部エッチング工程Ｓ９−３、及び、第２半導体部エッチング工程Ｓ１１−３）
第２半導体積層エッチング工程Ｓ７−３では、半導体積層２３をエッチングすることによりリッジ導波路を得る。第１半導体部エッチング工程Ｓ９−３では、半導体部３１をエッチングすることにより、第２マスク部３３の下に複数の半導体回折格子要素を形成する。第２半導体部エッチング工程Ｓ１１−３では、半導体部３１をエッチングすることにより、第２マスク部３３の下に介在光導波路部を形成する。
【００６７】
具体的には、図１５及び図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿った断面図である図１６に示すように、パターニングされた第１マスク部２７Ｐでマスクされた半導体積層２３のエッチングと、パターニングされた第２マスク部３３Ｐ２でマスクされた半導体部３１のエッチングと、パターニングされた第３マスク部３４Ｐ３でマスクされた半導体部３１のエッチングを一括して行う。この際、メタンガスと水素ガスの混合ガスを用いた反応性イオンエッチング法を用いることにより、アルミニウム含有ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるエッチングストップ層１７のエッチングレートが半導体部３１のエッチングレートよりも特に小さくなるようにすることができる。この結果、半導体部３１をエッチングする際、エッチングストップ層１７が、エッチングストップ層として特に有効に機能する。反応性イオンエッチング法としては、例えば、誘導結合型プラズマ反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ）法を用いることができる。
【００６８】
エッチングストップ層１７のエッチングレートが半導体部３１のエッチングレートよりも小さくなるという条件を満たすために、反応性イオンエッチング法の種類、メタンガスと水素ガスの混合比、エッチング圧力、及び、バイアスパワー密度などの条件を調整することができる。反応性イオンエッチング法として、ＩＣＰ−ＲＩＥ法を用いた場合、エッチングストップ層１７のエッチングレートが半導体部３１のエッチングレートよりも小さくなるという条件を満たすために、上記の条件に加えて、ＩＣＰパワー密度の条件を調整することができる。
【００６９】
一例として、ＡｌＩｎＡｓで形成されたエッチングストップ層１７と、ＩｎＰで形成された半導体部３１を、ＩＣＰ−ＲＩＥ法によって、メタンガスと水素ガスの混合比が１：３、エッチング圧力が２Ｐａ、バイアスパワー密度が０．３Ｗ／ｃｍ２、ＩＣＰパワー密度が４．４Ｗ／ｃｍ２の条件でエッチングしたところ、エッチングストップ層１７のエッチングレートは半導体部３１のエッチングレートの約４０％となった。
【００７０】
上述のようなエッチングを行うと、エッチングストップ層１７がエッチングストップ機能を発揮するため、半導体部３１は半導体積層２３よりも深くエッチングされる。具体的には、半導体積層２３はエッチングストップ層１７に達する第１の深さＥ５５だけエッチングされるのに対して、半導体部３１は、第１の深さＥ５５よりも大きな第２の深さＥ３１だけエッチングされる。
【００７１】
これにより、パターニングされた第１マスク部２７Ｐの下には、第１の深さＥ５５と同じ高さを有するリッジ導波路５５が形成される。リッジ導波路５５は、活性層１３よりも上部に設けられている。パターニングされた第２マスク部３３Ｐ２の下には、第２の深さＥ３１と同じ高さを有する複数の半導体回折格子要素３１Ａが形成される。パターニングされた第３マスク部３４Ｐ３の下には、第２の深さＥ３１と同じ高さを有する介在光導波路部３１Ｂが形成される。本実施形態においては、これらのリッジ導波路５５、半導体回折格子要素３１Ａ、及び、介在光導波路部３１Ｂは、一括して形成される。第１の深さＥ５５は、例えば２．０μｍであり、第２の深さＥ３１は、例えば２．３μｍである。
【００７２】
リッジ導波路５５は、半導体基板３の主面３Ｓと交差する方向（本実施形態においては、主面３Ｓと直交するＺ軸方向）に沿って突出すると共に、Ｙ軸方向に沿って延びる。リッジ導波路５５の延び方向が、後に完成するリッジ型半導体レーザ部ＬＤの共振方向となる（図２３及び図２４参照）。また、リッジ導波路５５の両側面側（Ｘ軸方向の両側面側）には、Ｙ軸方向に沿って延びる一対のストライプ溝２３Ｔが形成される。
【００７３】
複数の半導体回折格子要素３１Ａは、半導体基板３の主面３Ｓと交差する方向（本実施形態においては、主面３Ｓと直交するＺ軸方向）に沿って突出すると共に、リッジ型半導体レーザ部ＬＤ（図２３及び図２４参照）の共振方向（Ｙ軸方向）に沿って周期的に設けられている。また、半導体部３１のバンドギャップは活性層１３のバンドギャップよりも大きいため（図９参照）、複数の半導体回折格子要素３１Ａの各々のバンドギャップも活性層１３のバンドギャップよりも大きい。また、本実施形態においては、半導体回折格子要素３１Ａは１種類の半導体材料からなるため、各半導体回折格子要素３１Ａは単層構造を有する。半導体回折格子要素３１Ａは、活性層１３のバンドギャップよりも大きいバンドギャップをそれぞれ有する複数の半導体層からなる多層構造を有してもよい。
【００７４】
介在光導波路部３１Ｂは、Ｙ軸方向において、リッジ導波路５５と半導体回折格子要素３１Ａとの間に形成される。また、半導体部３１のバンドギャップは活性層１３のバンドギャップよりも大きいため（図９参照）、介在光導波路部３１Ｂの各々のバンドギャップも活性層１３のバンドギャップよりも大きい。
【００７５】
また、本実施形態においては、複数の半導体回折格子要素３１Ａ及び介在光導波路部３１ＢのＸ軸方向に沿った長さW３１Ａ、Ｗ３１Ｂは、リッジ導波路５５のＸ軸方向に沿った幅Ｗ５５よりも長い。また、本実施形態においては、複数の半導体回折格子要素３１ＡのＸ軸方向に沿った長さは、介在光導波路部３１ＢのＸ軸方向に沿った長さと略等しい。複数の半導体回折格子要素３１Ａ及び介在光導波路部３１ＢのＸ軸方向に沿った長さは、例えば３．５μｍであり、リッジ導波路５５のＸ軸方向に沿った幅は、例えば、１．５μｍである。
【００７６】
上述のようにリッジ導波路５５、半導体回折格子要素３１Ａ、及び、介在光導波路部３１Ｂを形成後、パターニングされた第１マスク部２７Ｐ、パターニングされた第２マスク部３３Ｐ２、パターニングされた第３マスク部３４Ｐ３を、例えばバッファードフッ酸（ＢＨＦ）によるウェットエッチング等によって除去することにより、リッジ導波路部形成工程Ｓ７、半導体回折格子要素形成工程Ｓ９、及び、介在光導波路部形成工程Ｓ１１が終了する。
【００７７】
（絶縁層形成工程Ｓ１３）
次に、絶縁層形成工程Ｓ１３が行われる。本工程では、少なくとも半導体回折格子要素３１Ａの露出面に絶縁層を形成する。
【００７８】
本実施形態においては、図１７及び図１７のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線に沿った断面図である図１８に示すように、半導体回折格子要素３１Ａの露出面、半導体積層２３のＹ軸負側端面及びＸ軸正負側端面を除いた露出面（リッジ導波路５５のＸ軸方向の側面及び上面、及び、ストライプ溝２３Ｔを含む）、及び、介在光導波路部３１Ｂの露出面に、例えばＣＶＤ法等の蒸着法によって、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）等の絶縁層５７を形成する。
【００７９】
（回折格子形成工程Ｓ１５）
続いて、回折格子形成工程Ｓ１５が行われる。回折格子形成工程Ｓ１５では、複数の半導体回折格子要素３１Ａ間に樹脂回折格子要素を形成することにより、回折格子領域を形成する。
【００８０】
具体的には、図１９及び図１９のＸＸ−ＸＸ線に沿った断面図である図２０に示すように、半導体積層２３、複数の半導体回折格子要素３１Ａ、及び、介在光導波路部３１Ｂ上に、これらを埋め込むように樹脂部５９を、樹脂の塗布等の方法によって形成する。絶縁層５７は、例えば、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）樹脂からなる。
【００８１】
本実施形態では、絶縁層５７は、半導体積層２３の上面（リッジ導波路５５の上面、ストライプ溝２３Ｔ内を含む）、介在光導波路部３１Ｂの上面並びに側面、複数の半導体回折格子要素３１Ａの上面、及び、複数の半導体回折格子要素３１Ａの間に形成される。また、本実施形態では、絶縁層５７と半導体積層２３との間、絶縁層５７と半導体回折格子要素３１Ａとの間、及び、絶縁層５７と介在光導波路部３１Ｂとの間には、絶縁層５７が介在している。
【００８２】
絶縁層５７のうち、リッジ型半導体レーザ部ＬＤ（図２３及び図２４参照）の共振方向（Ｙ軸方向）に沿った方向に半導体回折格子要素３１Ａと隣接する複数の部分が、樹脂回折格子要素５９Ａとなる。そして、半導体回折格子要素３１Ａと、樹脂回折格子要素５９Ａと、絶縁層５７のうちの半導体回折格子要素３１Ａ及び樹脂回折格子要素５９Ａの間に介在する部分と、で回折格子領域Ｄ１を構成する。上述のように半導体回折格子要素３１ＡはＹ軸に沿って周期的に設けられているため、回折格子領域Ｄ１は、Ｙ軸に沿って交互に周期的に設けられた複数の半導体回折格子要素３１Ａと複数の樹脂回折格子要素５９Ａとを有する。回折格子領域Ｄ１は、半導体回折格子要素３１Ａの屈折率は樹脂回折格子要素５９Ａの屈折率と異なるため、回折格子領域Ｄ１の屈折率は、Ｙ軸に沿って周期的に変化する。
【００８３】
本実施形態においては、回折格子領域Ｄ１は、２次の回折格子として使用される。回折格子領域Ｄ１のブラッグ波長は、例えば１３００ｎｍであり、回折格子領域Ｄ１の周期ＰＤ１は、例えば６０９ｎｍである。
【００８４】
上述のように回折格子領域Ｄ１を形成することにより、半導体基板３の第２面３Ｂ上に回折格子領域Ｄ１を有するＤＢＲ反射器Ｒが形成され、本工程は終了する。
【００８５】
次に、電極形成工程が行われる。本工程では、まず、図２１に示すように、樹脂部５９に、Ｙ軸方向に沿って延びる開口５９Ｈ１を形成する。この開口５９Ｈ１により、絶縁層５７のうち、リッジ導波路５５上の領域が露出する。このような開口５９Ｈ１の形成は、例えば、四フッ化炭素（ＣＦ４）と酸素（Ｏ２）の混合ガスを用いたＲＩＥを利用したフォトリソグラフィーにより、形成することができる。
【００８６】
続いて、図２２に示すように、絶縁層５７のうち、開口５９Ｈ１によって露出した部分を、例えば四フッ化炭素（ＣＦ４）ガスを用いたＲＩＥによってエッチングすることにより、Ｙ軸方向に沿って延びる開口５９Ｈ２を形成する。開口５９Ｈ２は、樹脂部５９の表面からリッジ導波路５５内のコンタクト層２１に至る。このようにして、リッジ導波路５５内のコンタクト層２１を露出させる。
【００８７】
次に、図２３及び図２３のＸＸＩＶ−ＸＸＩＶ線に沿った断面図である図２４に示すように、リッジ導波路５５内のコンタクト層２１上に、金属からなりコンタクト層２１とオーミック接触する上部電極６１を形成し、樹脂部５９上に上部電極６１と電気的に接続された金属からなる電極パッド６３を形成する。また、半導体基板３の裏面に、下部電極６５を形成する。これにより、リッジ型半導体レーザ部ＬＤが完成する。
【００８８】
上述のような工程を経ることにより、本実施形態に係るリッジ型半導体レーザ１が完成する。図２３及び図２４に示すように、リッジ型半導体レーザ１は、リッジ型半導体レーザ部ＬＤ、ＤＢＲ反射器Ｒ、及び、介在光導波路部３１Ｂを備えている。リッジ型半導体レーザ部ＬＤの共振方向は、Ｙ軸方向である。リッジ型半導体レーザ部ＬＤの共振方向の一端面Ｅ１は、ＤＢＲ反射器Ｒと介在光導波路部３１Ｂを介して対向している。これにより、リッジ型半導体レーザ部ＬＤの共振方向の一端面Ｅ１は、ＤＢＲ反射器Ｒと光学的に結合している。半導体基板３の第２面３ＢからＤＢＲ反射器Ｒの回折格子領域Ｄ１までの距離ＴＤ１は、半導体基板３の第１面３Ａからリッジ導波路５５までの距離Ｔ５５よりも短い。
【００８９】
上述のような本実施形態に係るリッジ型半導体レーザの製造方法によれば、得られるリッジ型半導体レーザ１において、上部電極６１及び下部電極６５間に電圧を印加すると、リッジ型半導体レーザ部ＬＤの活性層１３で光が生じる。この活性層１３で生じた光は、活性層１３の近傍に設けられた回折格子７Ｄと所定の結合効率（結合係数κ）で結合する。この結果、回折格子７Ｄの作用により、この光の中で回折格子７Ｄの周期で決定される波長の光のみが選択的に増幅されながらリッジ型半導体レーザ部ＬＤの共振方向に伝搬し、リッジ型半導体レーザ部ＬＤの一端面Ｅ１から出射する。一端面Ｅ１から出射した光は、この一端面Ｅ１と光学的に結合するＤＢＲ反射器Ｒの回折格子領域Ｄ１に入射する。さらに、回折格子領域Ｄ１の回折作用により、ＤＢＲ反射器Ｒに入射した光のうち、特定の波長を有する光のみが反射され、活性層１３内に戻される。このような回折格子７Ｄ及びＤＢＲ反射器Ｒの作用により、特定の波長においてレーザ発振が起こり、リッジ型半導体レーザ部ＬＤの共振方向の他端面Ｅ２から単一波長（singlemode)を有するレーザ光が出射される。
【００９０】
本実施形態におけるリッジ型半導体レーザ１においては、半導体レーザの発振波長は、当該リッジ型半導体レーザ部ＬＤに設けられた回折格子７Dによって決定され、この回折格子７Ｄの周期で決まる単一波長のレーザ光を得ることができる。このとき、分布ブラッグ反射器の回折格子領域は、従来の半導体レーザ、とくに分布帰還型（ＤＦＢ型）半導体レーザにおける高反射膜（ＨＲコート）付き端面反射ミラーと同様の機能を有することができる。しかし、本実施形態におけるリッジ型半導体レーザ１のＤＢＲ反射器Ｒは、半導体（半導体回折格子要素３１Ａ）と樹脂（介在光導波路部３１Ｂ）から構成され、半導体と樹脂との屈折率差を大きくできる。
【００９１】
従って、このＤＢＲ反射器Ｒは、ＨＲ膜が形成された端面ミラーの反射率よりも高い反射率を実現することができる。さらに、この高い反射率が得られる波長帯域は、ＨＲ膜よりも、格段に広いものとすることができる。つまり、ＤＢＲ反射器Ｒは、広い波長範囲にわたって、高い反射率を有する。このため、リッジ型半導体レーザ部に注入される電流や温度変化等によりリッジ型半導体レーザ部ＬＤから出射される光の波長が変化した場合でも、ＤＢＲ反射器Ｒの反射率は、ほとんど変化しない。故に、広い電流範囲、または広い温度範囲で、安定して動作することができる。さらに、高い反射率を有するＤＢＲ反射器Ｒと、リッジ型半導体レーザ部ＬＤとＤＢＲ反射器Ｒとの間に介在光導波路部３１Ｂを有する。故に、低い閾値電流と、高い発光効率を有するリッジ型半導体レーザ１を得ることができる。
【００９２】
そして、回折格子領域Ｄ１の複数の半導体回折格子要素３１Ａのバンドギャップは、活性層１３のバンドギャップよりも大きいため、活性層１３で生じて上記一端面Ｅ１から出射し、ＤＢＲ反射器Ｒに入射した光が、複数の半導体回折格子要素３１Ａで吸収されることは抑制される。そのため、半導体回折格子要素３１Ａでの光の吸収に起因したＤＢＲ反射器Ｒでの光の反射率の低下は抑制される。その結果、本実施形態に係るリッジ型半導体レーザの製造方法によれば、反射率の高いＤＢＲ反射器Ｒを有するリッジ型半導体レーザが得られる。
【００９３】
さらに、本実施形態に係るリッジ型半導体レーザの製造方法においては、第２半導体積層エッチング工程Ｓ７−３で半導体積層２３をエッチングする深さ（第１の深さＥ５５）は、第１半導体部エッチング工程Ｓ９−３で半導体部３１をエッチングする深さ（第２の深さＥ３１）と異なる（図１５及び図１６参照）。しかし、半導体積層２３はエッチングストップ層１７を含むのに対して、半導体部３１はエッチングストップ層を含まない上に、エッチングストップ層１７は、半導体部３１とは異なる半導体材料で形成されている。そのため、エッチングストップ層１７のエッチングレートが半導体部３１のエッチングレートよりも小さくなるようなエッチング法を採用することにより、第２半導体積層エッチング工程Ｓ７−３と第１半導体部エッチング工程Ｓ９−３とを一括して行うことができる。
【００９４】
これにより、第２半導体積層エッチング工程Ｓ７−３と第１半導体部エッチング工程Ｓ９−３とを別個に行う場合と比較して、工程が簡易化される。また、第２半導体積層エッチング工程Ｓ７−３の前に行う第１マスク部パターニング工程Ｓ７−１と、第１半導体部エッチング工程Ｓ９−３の前に行う第２マスク部パターニング工程Ｓ９−１とは、一つのマスターパターン４０Ｍからの転写によって一括して行われるため（図１０〜図１４参照）、リッジ型半導体レーザ部ＬＤとＤＢＲ反射器Ｒとを精度よく位置合わせすることができる。
【００９５】
その結果、本実施形態に係るリッジ型半導体レーザの製造方法によれば、リッジ型半導体レーザ１を精度よく簡易的に製造することができる。
【００９６】
さらに、本実施形態に係るリッジ型半導体レーザの製造方法は、半導体基板３の主面３Ｓにおける第１面３Ａと第２面３Ｂとの間の第３面３Ｃ上に、介在光導波路部３１Ｂを形成する介在光導波路部形成工程Ｓ１１をさらに備え、半導体積層形成工程Ｓ１においては、第１面３Ａ及び第２面３Ｂ上に加えて、第３面３Ｃ上にも半導体積層２３を形成し（図６参照）、第１半導体積層エッチング工程Ｓ３においては、第２面３Ｂ上の半導体積層２３に加えて、第３面３Ｃ上の半導体積層２３を、当該半導体積層２３中の少なくともエッチングストップ層１７及び活性層１３が除去されるようにエッチングし（図８参照）、半導体部形成工程Ｓ５においては、第２面３Ｂ上に加えて、第３面３Ｃ上にも半導体部を形成している（図９参照）。
【００９７】
そして、介在光導波路部形成工程Ｓ１１は、第３面３Ｃ上の半導体部３１上に形成された第３マスク部３４をパターニングする第３マスク部パターニング工程Ｓ１１―１（図１０〜図１４参照）と、パターニングされた第３マスク部３４Ｐ３をマスクとして半導体部３１をエッチングすることにより、リッジ型半導体レーザ部ＬＤとＤＢＲ反射器Ｒとの間に介在する介在光導波路部３１Ｂを形成する第２半導体部エッチング工程Ｓ１１−３（図１５及び図１６）と、を有し、第１マスク部パターニング工程Ｓ７−１と、第２マスク部パターニング工程Ｓ９−１と、第３マスク部パターニング工程Ｓ１１―１とは、一つのマスターパターン４０Ｍからのパターン転写によって一括して行われ（図１０〜図１２参照）、リッジ導波路部形成工程Ｓ７における第２半導体積層エッチング工程Ｓ７−３と、半導体回折格子要素形成工程Ｓ９における第１半導体部エッチング工程Ｓ９−３と、介在光導波路部形成工程Ｓ１１における第２半導体部エッチング工程Ｓ１１−３とが、一括して行われ（図１５及び図１６参照）、介在光導波路部３１Ｂのバンドギャップは、活性層１３のバンドギャップよりも大きい。
【００９８】
これにより、介在光導波路部３１Ｂの屈折率は、ＤＢＲ反射器Ｒの一部を構成する樹脂（樹脂回折格子要素５９Ａ）の屈折率と活性層１３の屈折率との中間の値を有する。つまり、介在光導波路部３１Ｂと活性層１３との屈折率差は、ＤＢＲ反射器Ｒの一部を構成する樹脂（樹脂回折格子要素５９Ａ）と活性層１３との屈折率差より小さい。そのため、このような介在光導波路部３１Ｂが設けられておらず、活性層１３とＤＢＲ反射器Ｒ（またはＤＢＲ反射器Ｒの一部を構成する樹脂）とが直接接続されている場合と比較して、活性層１３からＤＢＲ反射器Ｒへ光が導波する際の、これらの間の領域における光の散乱損失を低下させることができる。さらに、介在光導波路部３１Ｂのバンドギャップは、活性層１３のバンドギャップよりも大きいため、介在光導波路部３１Ｂは、低損失の光導波路として機能する。その結果、レーザ出力値を増加させ、しきい値電流を低下させることができる。
【００９９】
その上、介在光導波路部形成工程Ｓ１１における第２半導体部エッチング工程Ｓ１１−３は、リッジ導波路部形成工程Ｓ７における第２半導体積層エッチング工程Ｓ７−３、及び、半導体回折格子要素形成工程Ｓ９における第１半導体部エッチング工程Ｓ９−３と一括して行われる（図１５及び図１６参照）。そのため、介在光導波路部形成工程Ｓ１１をさらに行っても、リッジ型半導体レーザ１を簡易的に製造することができる。また、介在光導波路部形成工程Ｓ１１における第３マスク部パターニング工程Ｓ１１―１は、一つのマスターパターン４０Ｍからのパターン転写によって、第１マスク部パターニング工程Ｓ７−１、及び、第２マスク部パターニング工程Ｓ９−１と一括して行われる（図１０〜図１４参照）。そのため、介在光導波路部形成工程Ｓ１１をさらに行っても、リッジ型半導体レーザ部ＬＤ、ＤＢＲ反射器Ｒ、及び、介在光導波路部３１Ｂを精度よく位置合わせすることができるため（図１５〜図２０参照）、リッジ型半導体レーザ１を精度よく製造することができる。
【０１００】
さらに、本実施形態に係るリッジ型半導体レーザの製造方法において、エッチングストップ層１７は、アルミニウム含有の半導体材料で構成され、リッジ導波路部形成工程Ｓ７における第２半導体積層エッチング工程Ｓ７−３と、半導体回折格子要素形成工程Ｓ９における第１半導体部エッチング工程Ｓ９−３と、介在光導波路部形成工程Ｓ１１における第２半導体部エッチング工程Ｓ１１−３は、メタンガスと水素ガスの混合ガスを用いた反応性イオンエッチング法によって行われる（図１５及び図１６参照）。
【０１０１】
これにより、第２半導体積層エッチング工程Ｓ７−３、第１半導体部エッチング工程Ｓ９−３及び第２半導体部エッチング工程Ｓ１１−３において、エッチングストップ層１７のエッチングレートは半導体部３１のエッチングレートよりも特に小さくなる。その結果、第２半導体積層エッチング工程Ｓ７−３、第１半導体部エッチング工程Ｓ９−３及び第２半導体部エッチング工程Ｓ１１−３を一括して行うことが容易となる（図１５及び図１６参照）。
【０１０２】
また、本実施形態に係るリッジ型半導体レーザの製造方法において、エッチングストップ層１７の厚さは、１００ｎｍ以上、１５０ｎｍ以下であることが好ましい。エッチングストップ層１７の厚さを１００ｎｍ以上とすることにより、第２半導体積層エッチング工程Ｓ７−３、第１半導体部エッチング工程Ｓ９−３及び第２半導体部エッチング工程Ｓ１１−３を一括して行う際、半導体積層２３のエッチングストップ層１７より下部の層までエッチングされてしまうことを容易に防ぐことができる。また、エッチングストップ層１７の厚さを１５０ｎｍ以下とすることにより、半導体積層２３の高抵抗化を十分に抑制することができる。
【０１０３】
さらに、本実施形態に係るリッジ型半導体レーザの製造方法は、半導体回折格子要素形成工程Ｓ９の後、かつ、回折格子形成工程Ｓ１５の前に、半導体回折格子要素３１Ａの露出面に絶縁層５７を形成する絶縁層形成工程Ｓ１３をさらに備えている（図１７及び図１８参照）。これにより、半導体回折格子要素３１Ａと樹脂回折格子要素５９Ａとの間には絶縁層５７が介在することになる（図２０参照）。その結果、樹脂回折格子要素５９Ａが半導体回折格子要素３１Ａから剥離することを抑制することができる。
【０１０４】
また、上述のような本実施形態に係るリッジ型半導体レーザにおいては、リッジ型半導体レーザ部ＬＤの活性層１３で生じた光は、リッジ型半導体レーザ部ＬＤの共振方向の一端面Ｅ１から出射し、この一端面Ｅ１と光学的に結合するＤＢＲ反射器Ｒに入射する。ＤＢＲ反射器Ｒの回折格子領域Ｄ１の回折作用により、ＤＢＲ反射器Ｒに入射した光のうち、特定の波長を有する光のみが反射され、活性層１３内に戻される。このようなＤＢＲ反射器Ｒの作用により、特定の波長においてレーザ発振が起こる（図２３及び図２４参照）。そして、回折格子領域Ｄ１の複数の半導体回折格子要素３１Ａのバンドギャップは、活性層１３のバンドギャップよりも大きいため、活性層１３で生じて上記一端面Ｅ１から出射し、ＤＢＲ反射器Ｒに入射した光が、複数の半導体回折格子要素３１Ａで吸収されることは抑制される。そのため、半導体回折格子要素３１Ａでの光の吸収に起因したＤＢＲ反射器Ｒでの光の反射率の低下は抑制される。その結果、本実施形態に係るリッジ型半導体レーザ１のＤＢＲ反射器Ｒの反射率は高くなる。
【０１０５】
さらに、本実施形態に係るリッジ型半導体レーザ１は、リッジ型半導体レーザ部ＬＤの共振方向の一端面Ｅ１とＤＢＲ反射器Ｒとの間に設けられた介在光導波路部３１Ｂをさらに備え、介在光導波路部３１Ｂのバンドギャップは、活性層１３のバンドギャップよりも大きい（図２３及び図２４参照）。この場合、介在光導波路部３１Ｂの屈折率は、ＤＢＲ反射器Ｒの一部を構成する樹脂（樹脂回折格子要素５９Ａ）の屈折率と活性層１３の屈折率との中間の値を有する。つまり、介在光導波路部３１Ｂと活性層１３との屈折率差は、ＤＢＲ反射器Ｒの一部を構成する樹脂（樹脂回折格子要素５９Ａ）と活性層１３との屈折率差より小さい。
【０１０６】
そのため、このような介在光導波路部３１Ｂが設けられておらず、活性層１３とＤＢＲ反射器Ｒ（またはＤＢＲ反射器Ｒの一部を構成する樹脂）とが直接接続されている場合と比較して、活性層１３からＤＢＲ反射器Ｒへ光が導波する際の、これらの間の領域における光の散乱損失を低下させることができる。さらに、介在光導波路部３１Ｂのバンドギャップは、活性層１３のバンドギャップよりも大きいため、介在光導波路部３１Ｂは、低損失の光導波路として機能する。その結果、レーザ出力値を増加させ、しきい値電流を低下させることができる。
【０１０７】
さらに、本実施形態に係るリッジ型半導体レーザ１においては、上記介在光導波路部３１Ｂの共振方向に沿った長さ（Ｙ軸方向に沿った長さ）は、２μｍ以上、５μｍ以下であることが好ましい（図２４参照）。この長さが２μｍ以上である場合、上述のような活性層１３とＤＢＲ反射器Ｒの間の領域における光の散乱損失を低下させる効果が特に有効に発揮される。また、この長さが５μｍ以下である場合、介在光導波路部３１Ｂ自体による光の吸収量を十分に低くすることができる。
【０１０８】
さらに、本実施形態に係るリッジ型半導体レーザ１においては、ＤＢＲ反射器Ｒの回折格子領域Ｄ１は、２次の回折格子として使用される。これにより、ＤＢＲ反射器Ｒの回折格子領域Ｄ１において交互に設けられた複数の半導体回折格子要素３１Ａと複数の樹脂回折格子要素５９Ａの周期を大きくすることができる。そのため、ＤＢＲ反射器Ｒの製造が容易になる。
【０１０９】
さらに、本実施形態に係るリッジ型半導体レーザ１においては、リッジ型半導体レーザ部ＬＤは、リッジ型半導体レーザ部ＬＤの共振方向に沿って周期的に屈折率が変化する回折格子７Ｄを含む（図２３及び図２４参照）。これにより、半導体レーザの発振波長は、当該リッジ型半導体レーザ部ＬＤに設けられた回折格子７Ｄによって決定され、この回折格子の周期によって決まる単一波長のレーザ光を得ることができる。さらに、ＤＢＲ反射器Ｒは、広い波長範囲にわたって、高い反射率を有する。このため、リッジ型半導体レーザ部に注入される電流や温度変化等によりリッジ型半導体レーザ部ＬＤから出射される光の波長が変化した場合でも、ＤＢＲ反射器Ｒの反射率は、ほとんど変化しない。故に、広い電流範囲、または広い温度範囲で、安定して動作することができる。
【０１１０】
さらに、本実施形態に係るリッジ型半導体レーザ１においては、半導体回折格子要素３１Ａの共振方向と直交する方向であるＸ方向に沿った幅Ｗ３１Ａは、リッジ導波路５５の共振方向と直交する方向であるＸ方向に沿った幅Ｗ５５よりも広く、介在光導波路部３１Ｂの共振方向と直交する方向であるＸ方向に沿った幅Ｗ３１Ｂは、リッジ導波路５５の共振方向と直交する方向であるＸ方向に沿った幅Ｗ５５よりも広い（図１５参照）。
【０１１１】
これにより、活性層１３から出射する光が、リッジ導波路５５の幅よりも広い幅を有した状態で介在光導波路部３１Ｂ及びＤＢＲ反射器Ｒに向かって導波しても、当該光の大部分を介在光導波路部３１Ｂ及びＤＢＲ反射器Ｒに到達させることができる。その結果、レーザ出力値を増加させ、しきい値電流を低下させることができる。
【０１１２】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形態様が可能である。
【０１１３】
例えば、上述の本実施形態に係るリッジ型半導体レーザの製造方法は、絶縁層形成工程Ｓ１３を備えているが（図１７及び図１８参照）、絶縁層形成工程Ｓ１３を省略してもよい。
【０１１４】
また、上述の本実施形態に係るリッジ型半導体レーザの製造方法は、介在光導波路部形成工程Ｓ１１を備えているが（図１５及び図１６参照）、介在光導波路部形成工程Ｓ１１を省略してもよい。その場合、半導体積層２３の一端面Ｅ１とＤＢＲ反射器Ｒとは、直接接していてもよい。
【０１１５】
また、半導体回折格子要素３１Ａの共振方向と直交する方向であるＸ方向に沿った幅Ｗ３１Ａは、リッジ導波路５５の共振方向と直交する方向であるＸ方向に沿った幅Ｗ５５と同じ、又は、これよりも小さくても、本発明の実施は可能である。
【０１１６】
また、介在光導波路部３１Ｂの共振方向と直交する方向であるＸ方向に沿った幅Ｗ３１Ｂは、リッジ導波路５５の共振方向と直交する方向であるＸ方向に沿った幅Ｗ５５と同じ、又は、これよりも小さくても、本発明の実施は可能である。
【０１１７】
また、上述の本実施形態に係るリッジ型半導体レーザ１は、介在光導波路部３１Ｂを備えているが（図２４参照）、リッジ型半導体レーザ１は、介在光導波路部３１Ｂを備えていなくてもよい。その場合、半導体積層２３の一端面Ｅ１とＤＢＲ反射器Ｒとは、直接接していてもよい。
【０１１８】
また、上述の実施形態においては、リッジ型半導体レーザ部ＬＤは活性層１３より下部に回折格子７Ｄを有しているが、リッジ型半導体レーザ部ＬＤは活性層１３よりも上部に回折格子７Ｄを有していてもよく、また、回折格子７Ｄを有していなくてもよい。
【０１１９】
また、リッジ型半導体レーザ１は、回折格子７Ｄを有しない、所謂ＤＢＲ型半導体レーザであってもよい。このとき、活性層１３、ＤＢＲ反射器Ｒ及び他端面Ｅ２とで、レーザ共振器が構成される。
【符号の説明】
【０１２０】
１・・・リッジ型半導体レーザ、３・・・半導体基板、３Ａ・・・第１面、３Ｂ・・・第２面、３Ｓ・・・半導体基板の主面、１３・・・活性層、１７・・・エッチングストップ層、２３・・・半導体積層、３１・・・半導体部、３１Ａ・・・半導体回折格子要素、３１Ｂ・・・介在光導波路部、５９Ａ・・・樹脂回折格子要素、Ｄ１・・・回折格子領域、Ｒ・・・ＤＢＲ反射器（分布ブラッグ反射器）、Ｓ１・・・半導体積層形成工程、Ｓ３・・・第１半導体積層エッチング工程、Ｓ５・・・半導体部形成工程、Ｓ７・・・リッジ導波路部形成工程、Ｓ７−１・・・第１マスク部パターニング工程、Ｓ７−３・・・第２半導体積層エッチング工程、Ｓ９・・・半導体回折格子要素形成工程、Ｓ９−１・・・第２マスク部パターニング工程、Ｓ９−３・・・第１半導体部エッチング工程、Ｓ１１・・・介在光導波路部形成工程、Ｓ１１―１・・・第３マスク部パターニング工程、Ｓ１１−３・・・第２半導体部エッチング工程。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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