JP2010251609A - 半導体レーザ - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体レーザにおいて、マルチモード発振あるいはモード跳びが生じないようにして、単一縦モード発振が得られる素子の歩留まり向上を図る。
【解決手段】半導体レーザを、活性層１０５と、発振波長を決める回折格子３及び位相シフト４とを備える活性領域１と、光ガイド層１０８と、反射用回折格子６とを備える分布反射鏡領域２とを備えるものとし、分布反射鏡領域２を、実効的な回折格子周期が共振器方向に沿って変化するように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば光ファイバ伝送方式向けの光源としての半導体レーザに関する。
インターネット需要の爆発的な増加に伴い、光通信／光伝送において超高速化と大容量化への取り組みが活発化している。
特に、４０Ｇｂ／ｓ以上の超高速光ファイバ伝送システム、又は、データコム、例えば２５ギガビットをＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）で４波束ねた１００ギガビット・イーサネット（登録商標）向けに、２５Ｇｂ／ｓ以上の直接変調が可能な半導体レーザが求められている。
この高速な直接変調が可能な半導体レーザとして、ＤＦＢ（Distributed Feed-Back）レーザが期待されている。
基本的に、半導体レーザにおいては、活性層の体積をできるだけ小さくすれば、緩和振動周波数の値が大きくなり、直接変調可能なビット・レートが上昇する。
実際、ＤＦＢレーザの共振器長を１００μｍと短くすることで、室温にて４０Ｇｂ／ｓ変調を可能としたものもある。
しかしながら、このようなＤＦＢレーザでは、図２８に示すように、前端面に無反射コート（反射防止膜）を設けるとともに、後端面に高反射コート（高反射膜；反射率９０％程度）を設け、活性層に沿って位相シフトのない回折格子を設けている。
このため、単一縦モード発振が得られる素子の歩留まりは、後端面での回折格子の位相に強く依存する。そして、回折格子の周期が約２００ｎｍと微細であり、素子に劈開するときの端面の位置を精密に制御することはほぼ不可能であるため、後端面での位相はランダムにならざるを得ない。したがって、良好な単一縦モード発振が得られる素子の歩留まりを高くすることができない。
また、単一縦モード発振が得られる素子の歩留まりを向上させるとともに、高効率なレーザ動作を行なえるようにした分布反射型（ＤＲ；Distributed Reflector）レーザもある。このような分布反射型レーザでは、後端面の反射鏡として、高反射膜ではなく、活性領域の回折格子と同一周期の回折格子を有し、受動反射器として機能する受動領域を備え、活性領域と受動領域との間に位相シフトを設けている。なお、受動領域の回折格子の周期は一定である。
さらに、分布反射型レーザにおいて、受動領域の反射率を高くするために、活性領域の回折格子の溝の深さに対して、受動領域の回折格子の溝の深さを深くしたものや受動領域の等価屈折率を変えたものもある。なお、活性領域の回折格子の溝の深さに対して、受動領域の回折格子の溝の深さを深くする場合も、受動領域内では、回折格子の周期は一定であり、また、回折格子の溝の深さも一定である。また、活性領域の回折格子の溝の深さに対して、受動領域の等価屈折率を変える場合も、受動領域内では、回折格子の周期は一定であり、また、等価屈折率も一定である。
また、分布反射型レーザにおいて、活性領域の中央にλ／４位相シフトを設け、後端面の反射鏡として、回折格子を有する受動領域を設け、活性領域と受動領域との間の組成の違いに応じて、活性領域と受動領域とで回折格子のピッチを変えたものもある。これにより、活性領域と受動領域とで回折格子の光学的ピッチを等しくし、受動領域でのブラッグ反射波長を活性領域で発生したレーザ光の波長に等しくして、効率よくレーザ光を反射できるようにしている。なお、活性領域の回折格子のピッチに対して、受動領域の回折格子のピッチを変えているが、受動領域内では、回折格子のピッチは一定である。また、受動領域の回折格子の光学的ピッチも一定である。
さらに、これらの活性領域と受動領域との間に、組成が変化する遷移領域を設け、組成変化に合わせて回折格子のピッチを変えることで、活性領域と遷移領域とで回折格子の光学的ピッチ（回折格子ピッチの光学長）を等しくしたものもある。なお、遷移領域では、回折格子のピッチが変化しているが、光学的ピッチは一定である。
特公平７−７０７８５号公報 特開２００２−３５３５５９号公報
ところで、本発明者らが、図２９に示すような構造の分布反射型レーザを作製したところ、図３０に示すように、しきい値近傍で、あるいは、駆動電流を増やして電流注入量を増加していくと、マルチモード発振あるいはモード跳びが生じてしまうことがわかった。
このような単一縦モード発振が得られる素子の歩留まりの劣化の原因について調べたところ、発振しきい値近傍、即ち、電流注入開始から発振しきい値の前後までに発生するモード跳びは、次のような要因で発生することがわかった。
つまり、分布反射型レーザを、図３１（Ａ），（Ｂ）に示すように、電流非注入時に、活性領域のブラッグモード（ブラッグ波長）が分布反射鏡領域の有効反射帯域のほぼ中央に位置するように設計する。
この場合、電流注入開始から発振しきい値の前後までは、活性領域への電流注入に伴い、図３１（Ｃ）に示すように、プラズマ効果によって活性領域の屈折率が低くなるため、図３１（Ｄ）中、符号Ａで示すように、活性領域のブラッグ波長は短波側にシフトする。これに対し、分布反射鏡領域には電流が注入されないため、その反射波長帯域は変化しない。このため、図３１（Ｄ）に示すように、ブラッグ波長が分布反射鏡の有効反射帯域から外れてしまう。この結果、ブラッグモード（主モード）の発振しきい値が増大する一方、活性領域のストップバンドの長波側のモード［副モード；図３１（Ｄ）中、符号Ｂで示す］が分布反射鏡の有効反射帯域に入ってしまい、この副モードの発振しきい値が低下する。これにより、マルチモード発振が生じてしまい、単一縦モード発振が得られる素子の歩留まりが劣化することがわかった。
一方、発振しきい値近傍から電流注入量を増加していった場合に発生するモード跳びは、次のような要因で発生することがわかった。
つまり、分布反射型レーザを、図３２（Ａ），（Ｂ）に示すように、発振しきい値近傍で、活性領域のブラッグモード（ブラッグ波長）が分布反射鏡領域の有効反射帯域のほぼ中央に位置するように設計する。
この場合、活性領域への電流注入に伴い、図３２（Ｃ）に示すように、活性領域の温度が上昇し、屈折率が高くなるため、図３２（Ｄ）中、符号Ａで示すように、活性領域のブラッグ波長は長波側にシフトする。これに対し、分布反射鏡領域には電流が注入されないため、その反射波長帯域は変化しない。このため、図３２（Ｄ）に示すように、ブラッグ波長が分布反射鏡の有効反射帯域から外れてしまう。この結果、ブラッグモード（主モード）の発振しきい値が増大する一方、活性領域のストップバンドの短波側のモード［副モード；図３１（Ｄ）中、符号Ｂで示す］が分布反射鏡の有効反射帯域に入ってしまい、この副モードの発振しきい値が低下する。これにより、マルチモード発振が生じてしまい、単一縦モード発振が得られる素子の歩留まりが劣化することがわかった。
そこで、分布反射型レーザ構造を有する半導体レーザにおいて、しきい値近傍、あるいは、駆動電流を増やして電流注入量を増加していった場合に、マルチモード発振あるいはモード跳びが生じないようにして、単一縦モード発振が得られる素子の歩留まり向上を図りたい。
このため、本半導体レーザは、活性層と、発振波長を決める回折格子及び位相シフトとを備える活性領域と、光ガイド層と、反射用回折格子とを備える分布反射鏡領域とを備え、分布反射鏡領域は、実効的な回折格子周期が共振器方向に沿って変化していることを要件とする。
したがって、本半導体レーザによれば、分布反射型レーザ構造を有するものにおいて、しきい値近傍、あるいは、駆動電流を増やして電流注入量を増加していった場合に、マルチモード発振あるいはモード跳びが生じないようにして、単一縦モード発振が得られる素子の歩留まり向上を図ることができるという利点がある。
（Ａ）は、第１実施形態にかかる半導体レーザの構成を示す模式的断面図であり、（Ｂ）は、第１実施形態にかかる半導体レーザにおける共振器方向の回折格子周期の変化を示す図である。 第１実施形態にかかる半導体レーザの分布反射鏡領域の反射波長帯域を示す模式図である。 （Ａ），（Ｂ）は、第１実施形態にかかる半導体レーザの作用を説明するための図である。 （Ａ），（Ｂ）は、本発明の課題を説明するための図である。 本発明の課題を説明するための模式的断面図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、第１実施形態にかかる半導体レーザの製造方法を説明するための模式的斜視図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、第１実施形態にかかる半導体レーザの製造方法を説明するための模式的斜視図である。 （Ａ），（Ｂ）は、第１実施形態にかかる半導体レーザの製造方法を説明するための模式的斜視図である。 （Ａ）は、第１実施形態にかかる半導体レーザの製造方法を説明するための模式的斜視図であり、（Ｂ）は、この半導体レーザの具体的な構成例を示す模式的断面図、（Ｃ）は、この半導体レーザの共振器方向の回折格子周期の変化を示す図である。 第１実施形態にかかる半導体レーザの効果を説明するための図である。 （Ａ）は、第２実施形態にかかる半導体レーザの構成を示す模式的断面図であり、（Ｂ）は、第２実施形態にかかる半導体レーザにおける共振器方向の回折格子周期の変化を示す図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、第２実施形態にかかる半導体レーザの製造方法を説明するための模式的斜視図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、第２実施形態にかかる半導体レーザの製造方法を説明するための模式的斜視図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、第２実施形態にかかる半導体レーザの製造方法を説明するための模式的斜視図である。 （Ａ）は、第３実施形態にかかる半導体レーザの導波路部分の構成を示す模式的平面図である。（Ｂ）は、（Ａ）の一部を拡大した模式図であって、分布反射鏡領域における回折格子の周期、接線角度、実効的な回折格子周期の関係を説明するための図である。（Ｃ）は、第３実施形態にかかる半導体レーザにおける共振器方向の接線角度の変化を示す図である。（Ｄ）は、第３実施形態にかかる半導体レーザにおける共振器方向の実効的な回折格子周期の変化を示す図である。 第３実施形態にかかる半導体レーザの製造方法を説明するための模式的斜視図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、第３実施形態にかかる半導体レーザの製造方法を説明するための模式的斜視図である。 第３実施形態にかかる半導体レーザの製造方法を説明するための模式的斜視図である。 （Ａ）は、第４実施形態にかかる半導体レーザの導波路部分の構成を示す模式図である。（Ｂ）は、第４実施形態にかかる半導体レーザにおける共振器方向の等価屈折率の変化を示す図である。（Ｃ）は、第４実施形態にかかる半導体レーザにおける共振器方向の実効的な回折格子周期の変化を示す図である。 （Ａ）は、第４実施形態の変形例にかかる半導体レーザの導波路部分の構成を示す模式図である。（Ｂ）は、第４実施形態の変形例にかかる半導体レーザにおける共振器方向の等価屈折率の変化を示す図である。（Ｃ）は、第４実施形態の変形例にかかる半導体レーザにおける共振器方向の実効的な回折格子周期の変化を示す図である。 第４実施形態にかかる半導体レーザの製造方法を説明するための模式的斜視図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、第４実施形態にかかる半導体レーザの製造方法を説明するための模式的斜視図である。 第４実施形態にかかる半導体レーザの製造方法を説明するための模式的斜視図である。 （Ａ）は、第１実施形態の変形例にかかる半導体レーザの構成を示す模式的断面図であり、（Ｂ）は、第１実施形態の変形例にかかる半導体レーザにおける共振器方向の回折格子周期の変化を示す図である。 （Ａ）は、第１実施形態の他の変形例にかかる半導体レーザの構成を示す模式的断面図であり、（Ｂ）は、第１実施形態の他の変形例にかかる半導体レーザにおける共振器方向の回折格子周期の変化を示す図である。 （Ａ）は、第３実施形態の変形例にかかる半導体レーザの導波路部分の構成を示す模式的平面図であり、（Ｂ）は、第３実施形態の変形例にかかる半導体レーザにおける共振器方向の回折格子周期の変化を示す図である。 （Ａ）は、第１実施形態の他の変形例にかかる半導体レーザの構成を示す模式的断面図であり、（Ｂ）は、第１実施形態の他の変形例にかかる半導体レーザにおける共振器方向の回折格子周期の変化を示す図である。 従来の半導体レーザの構成を示す模式的断面図である。 本発明の創案過程で作製した半導体レーザの構成を示す模式的断面図である。 本発明の課題を説明するための図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の課題を説明するための図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の課題を説明するための図である。
以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる半導体レーザについて説明する。
［第１実施形態］
まず、第１実施形態にかかる半導体レーザについて、図１〜図１０を参照しながら説明する。
本実施形態にかかる半導体レーザは、分布反射型レーザ構造を有する分布反射型レーザ（ＤＲレーザ；分布反射鏡集積型分布帰還型半導体レーザ）である。
本分布反射型レーザは、図１（Ａ）に示すように、電流が注入されてレーザ発振する分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ領域として機能する活性領域１と、電流が注入されず、活性領域１から出射されたレーザ光を反射して活性領域１へ戻す分布反射鏡領域２とを備える。なお、活性領域１は、電流注入領域又は分布帰還活性領域ともいう。また、分布反射鏡領域２は、分布ブラッグ反射領域、受動領域又は電流非注入領域ともいう。
本分布反射型レーザでは、活性領域１のみに電流注入が行なわれるため、活性領域１のみに電流注入用電極（ｐ側電極）１１５が設けられている。また、ｎ型ドープＩｎＰ基板１０１の裏面側にｎ側電極１１６が設けられている。また、本分布反射型レーザでは、両端面に無反射コーティング（無反射膜）１１７，１１８が施されている。
ここで、活性領域１は、電流注入によって利得を生じる活性層１０５と、発振波長を決める回折格子３及び位相シフト４と、ｐ型ＩｎＰクラッド層１１０と、ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層１１１とを備える。ここでは、位相シフト４は、λ／４位相シフトであり、位相シフト量がλ／４近傍の値になっている。つまり、活性領域１は、位相シフト４を有する回折格子３が装荷された活性導波路を備える。
本実施形態では、活性領域１は、位相シフト４を含む回折格子３とｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層１０３とを含む回折格子層５と、導波路コア層としてのアンドープＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸活性層１０５とを備える。
ここでは、回折格子層５は、ｎ型ドープＩｎＰ基板１０１の表面に形成された位相シフト４を含む回折格子３を、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層１０３によって埋め込むことによって形成されている。また、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層１０３は、組成波長１．２０μｍ、厚さ１２０ｎｍである。また、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸活性層１０５は、組成波長１３１０ｎｍである。
ここで、図９（Ｂ），（Ｃ）に示すように、活性領域１の長さは１００μｍである。さらに、活性領域１の回折格子３の周期は１９９．５０５ｎｍで一定である。また、活性領域１内で、回折格子３の結合係数（デューティ比及び深さ）及び位相（位相シフト４の部分を除く）は一定である。また、活性領域１内で、導波路（活性層６）の等価屈折率は共振器方向に沿って一定である。さらに、活性領域１の中央よりも１５μｍ後端面側［図６（Ａ）参照］に位相がπラジアンシフト（λ／４シフトに相当）したλ／４位相シフト４が設けられている。
分布反射鏡領域２は、図１（Ａ）に示すように、利得を生じない光ガイド層（パッシブ導波路コア層）１０８と、反射用回折格子６と、ｐ型ＩｎＰクラッド層１１０とを備える。つまり、分布反射鏡領域２は、反射用回折格子６が装荷されたパッシブ導波路を備える。光ガイド層１０８は、吸収損失が生じないように１．１５μｍ組成となっている。なお、図１（Ａ）中、符号１１４はＳｉＯ２パッシベーション膜である。
本実施形態では、分布反射鏡領域２は、反射用回折格子６とｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層１０３とを含む反射用回折格子層７と、導波路コア層としてのアンドープＡｌＧａＩｎＡｓ光ガイド層１０８とを備える。
ここでは、反射用回折格子層７は、ｎ型ドープＩｎＰ基板１０１の表面に形成された反射用回折格子６を、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層１０３によって埋め込むことによって形成されている。また、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層１０３は、組成波長１．２０μｍ、厚さ１２０ｎｍである。また、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ光ガイド層１０８は、組成波長１．１５μｍ、厚さ２５０ｎｍである。
ここで、分布反射鏡領域２は、活性領域１の後端面側［図１（Ａ）中、右側］に連なるように設けられている。本実施形態では、図９（Ｂ）に示すように、活性領域１に連続して７５μｍの長さの分布反射鏡領域２が設けられている。つまり、活性領域１に連続して７５μｍの長さにわたって反射用回折格子６がパターニングされている。ここでは、活性領域１の回折格子３と分布反射鏡領域２の反射用回折格子６とは位相が同一になっている。
特に、本実施形態では、分布反射鏡領域２は、実効的な回折格子周期が共振器方向に沿って変化している。
ここでは、図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、反射用回折格子６の周期が、共振器方向（共振器の長さ方向；光導波路に沿う方向）に沿って変化している。つまり、反射用回折格子６として、チャープしている回折格子が用いられている。
また、本実施形態では、分布反射鏡領域２は、実効的な回折格子周期が活性領域１から遠ざかるにしたがって長くなっている。また、分布反射鏡領域２の実効的な回折格子周期が活性領域１に接している位置で活性領域１の回折格子３の周期よりも長くなっている。このような構成は、発振しきい値が低いレーザ、即ち、ブラッグ波長の短波側へのシフト（プラズマ効果による温度ドリフト）が小さいものに向いている。
具体的には、反射用回折格子６の周期が活性領域１から遠ざかるにしたがって長くなっている。ここでは、反射用回折格子６の周期は、図９（Ｃ）に示すように、活性領域１との界面で１９９．９６２ｎｍ、後端面で２０４．０７３ｎｍとなるように、線形に変化するようにしている。なお、図９（Ｃ）は共振器方向の回折格子周期の値を示している。
また、活性領域１と分布反射鏡領域２とが接している位置で、活性領域１の回折格子３の周期が１９９．５０５ｎｍ、反射用回折格子６の周期が１９９．９６２ｎｍとなっており、反射用回折格子６の周期が活性領域１の回折格子３の周期よりも長くなっている。
なお、分布反射鏡領域２は、共振器方向に沿って直線状に延びている［図８（Ａ）参照］。また、分布反射鏡領域２内で、導波路（光ガイド層）の等価屈折率は共振器方向に沿って一定である。また、分布反射鏡領域２内で、反射用回折格子６の結合係数（デューティ比及び深さ）及び位相は一定である。
また、活性領域１の回折格子３と分布反射鏡領域２の反射用回折格子６とは、結合係数が同じになっている。つまり、図１に示すように、活性領域１の回折格子３と分布反射鏡領域２の反射用回折格子６とは深さが同一になっている。ここでは、活性領域１の回折格子３及び分布反射鏡領域２の反射用回折格子６の深さは、いずれも１００ｎｍである。また、活性領域１の回折格子３と分布反射鏡領域２の反射用回折格子６とは、デューティ比（回折格子の周期に対するエッチングによって残される部分の割合；ここでは５０％）も同一になっている。
上述のように構成しているのは、単一縦モード発振が得られる素子の歩留まり向上のためである。
つまり、活性領域１への電流注入に伴って活性領域１の屈折率が低下して、活性領域１のブラッグ波長が短波側にシフトしても、活性領域１のストップバンドの長波側のモード（副モード）の発振しきい値が低下して発振に至らないようにする必要がある。
また、活性領域１への電流注入に伴ってその温度が上昇し、活性領域１の屈折率が高くなり、活性領域１のブラッグ波長が長波側にシフトしても、活性領域１のストップバンドの短波側のモード（副モード）の発振しきい値が低下して発振に至らないようにする必要がある。
そこで、本実施形態では、図１に示すように、反射用回折格子６の周期を共振器方向に沿って変化させる。このようにして、図２中、実線Ａで示す一定周期の回折格子を設けた場合の反射波長帯域に対して、図２中、実線Ｂで示すように、分布反射鏡領域２の反射波長帯域（分布反射鏡の有効反射帯域）を拡大する。この結果、活性領域１のブラッグ波長（ブラッグモード）が、図３（Ａ）に示すように、短波側にシフトしたり、又は、図３（Ｂ）に示すように、長波側にシフトしたりしても、分布反射鏡の有効反射帯域［図３（Ａ），（Ｂ）中、実線Ａで示す］から外れなくなる。これにより、マルチモード発振あるいはモード跳びを抑制し、良好な単一縦モード発振を維持できることになる。また、この場合、反射用回折格子６の周期だけを変えるだけで、図２，図３に示すように、大幅な反射率の低下なしに分布反射鏡領域２の有効反射帯域を拡大することが可能となる。
特に、活性領域１のブラッグ波長は長波側により大きくシフトする。このため、本実施形態では、上述のように、反射用回折格子６の周期を活性領域１から遠ざかるにしたがって長くすることで、分布反射鏡領域２の反射波長帯域が長波長側により大きく拡がるようにしている。
なお、例えば、分布反射鏡領域の反射波長帯域はほぼ分布反射鏡領域の長さに反比例する。このため、図４（Ａ）に示すように、分布反射鏡領域の反射用回折格子を一定周期にし、分布反射鏡領域の長さを短くする（ここでは半分にする）ことが考えられる。これにより、図４（Ｂ）中、実線Ａで示す元の長さ［図４（Ａ）中、点線で示す］の分布反射鏡領域の反射波長帯域に対して、図４（Ｂ）中、実線Ｂで示すように、分布反射鏡領域の反射波長帯域を拡大することができる。しかしながら、例えば図４（Ａ）に示すように、分布反射鏡領域の長さを例えば半分に短くすると、図４（Ｂ）中、実線Ｂで示すように、反射率が半分以下に低下してしまうため、レーザの発振しきい値の上昇を招くことになる。そこで、これを補うために、例えば分布反射鏡領域の反射用回折格子の結合係数を倍近くに増大させるべく、例えば図５に示すように、反射用回折格子の深さを倍近くにする（例えば２００ｎｍ以上にする）ことが考えられる。しかしながら、この場合、結晶成長時に欠陥が多数発生してしまうため、素子特性が劣化してしまうことになる。
次に、本実施形態の具体的構成例にかかる半導体レーザ（ＤＲレーザ）の製造方法について、図６〜図９を参照しながら説明する。
まず、図６（Ａ）に示すように、ｎ型ドープＩｎＰ基板１０１の表面上に、例えば、電子ビーム露光法によって、電子ビームレジスト（日本ゼオン製ＺＥＰ５２０）からなり、回折格子パターンを有するマスク１０２を形成する。なお、回折格子パターンには、活性領域１の回折格子３（位相シフト４を含む）を形成するための回折格子パターンと、分布反射鏡領域２の反射用回折格子６を形成するための反射用回折格子パターンとが含まれている。
次いで、このマスク１０２を用いて、例えばエタン／水素混合ガスによるリアクティブ・イオン・エッチング（ＲＩＥ；Reactive Ion Etching）によって、図６（Ｂ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板１０１の表面の一部を除去して回折格子パターンを転写する。ここでは、ｎ型ＩｎＰ基板１０１の途中でエッチングが停止するようにしている。
これにより、活性領域１の回折格子３（位相シフト４を含む）と分布反射鏡領域２の反射用回折格子６とが一括形成される。つまり、個々の素子の活性領域１となる領域の全長（ここでは１００μｍ）にわたって、活性領域１の中央よりも１５μｍ後端面側に位相がπラジアンシフト（λ／４シフトに相当）したλ／４位相シフト４を有する回折格子３が形成される［図６（Ａ）参照］。また、活性領域１の回折格子３に連続して分布反射鏡領域２となる領域の全長（ここでは７５μｍ）にわたって反射用回折格子６が形成される［図６（Ａ）参照］。
本実施形態では、活性領域１となる領域に形成される回折格子３の周期は１９９．５０５ｎｍで一定である［図６（Ａ）参照］。また、活性領域１内で、回折格子３の結合係数及び位相は一定である。また、活性領域１内で、導波路の等価屈折率は共振器方向に沿って一定である。
また、分布反射鏡領域２となる領域に形成される反射用回折格子６の周期は、活性領域１との界面で１９９．９６２ｎｍ、後端面で２０４．０７３ｎｍとなり［図６（Ａ）参照］、線形に変化している［図１（Ｂ）参照］。ここでは、分布反射鏡領域２の反射用回折格子６の周期は、活性領域１に接している位置で活性領域１の回折格子３の周期よりも長くなっている。また、分布反射鏡領域２内で、反射用回折格子６の結合係数及び位相は一定である。
さらに、活性領域１の回折格子３及び分布反射鏡領域２の反射用回折格子６の深さは、いずれも１００ｎｍであり、同一になっている。また、活性領域１の回折格子３と分布反射鏡領域２の反射用回折格子６とは、デューティ比（ここでは５０％）も同一になっている。つまり、活性領域１の回折格子３と分布反射鏡領域２の反射用回折格子６とは、結合係数が同じになっている。また、活性領域１の回折格子３と分布反射鏡領域２の反射用回折格子６とは位相も同一になっている。
次に、図６（Ｃ）に示すように、マスク１０２を通常のレジスト剥離工程を用いて表面から除去する。その後、回折格子パターンが形成されたｎ型ＩｎＰ基板１０１の表面上に、例えば、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ；Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法を用いて、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層（ガイド層）１０３を成長させる。ここでは、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層１０３は、組成波長１．２０μｍ、厚さ１２０ｎｍである。これにより、ｎ型ＩｎＰ基板１０１の途中でエッチングが停止されて形成された溝（回折格子パターン）がｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層１０３によって埋め込まれる。
次いで、図６（Ｃ）に示すように、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層１０３上に、例えばＭＯＶＰＥ法によって、ｎ型ドープＩｎＰ層１０４、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸活性層１０５、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層１０６を順次成長させる。ここでは、ｎ型ドープＩｎＰ層１０４の厚さは２０ｎｍである。また、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層１０６の厚さは２５０ｎｍである。
ここで、量子井戸活性層１０５は、ＡｌＧａＩｎＡｓ系化合物半導体材料を用いて構成されている。つまり、量子井戸活性層１０５は、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ井戸層、及び、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓバリア層で構成される。ここでは、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ井戸層は、厚さ６ｎｍ、圧縮歪量１．２％である。また、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓバリア層は、組成波長１．０５μｍ、厚さ１０ｎｍである。また、量子井戸活性層１０５の積層数は１５層であり、その発光波長（発振波長）は１３１０ｎｍである。
なお、量子井戸活性層１０５の上下に、量子井戸活性層１０５を挟み込むように、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ−ＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）層を設けても良い。ここでは、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ−ＳＣＨ層（光ガイド層）は、組成波長１．０５μｍ、厚さ２０ｎｍである。
次に、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層１０６の表面に、図６（Ｄ）に示すように、通常の化学気相堆積（ＣＶＤ；Chemical Vapor Deposition）法及びフォトリソグラフィ技術を用いて、活性領域１となる領域を覆うように、ストライプ状のＳｉＯ２マスク（エッチングマスク）１０７を形成する。ここでは、ＳｉＯ２マスク１０７の厚さは４００ｎｍである。
そして、図７（Ａ）に示すように、マスク１０７を用いて、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層１０６の表面からｎ型ドープＩｎＰ層１０４の表面に至るまで、即ち、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層１０６及び量子井戸活性層１０５を、例えばエッチングによって除去する。
その後、図７（Ｂ）に示すように、ｎ型ドープＩｎＰ層１０４上に、例えばＭＯＶＰＥ法によって、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ層１０８、アンドープＩｎＰ層１０９を順次成長させる。ここでは、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ層１０８は、組成波長１．１５μｍ、厚さ２５０ｎｍである。また、アンドープＩｎＰ層１０９の厚さは２５０ｎｍである。このとき、これらの層１０８、１０９は、選択成長によってＳｉＯ２マスク１０７の上には成長せず、表面に露出しているｎ型ドープＩｎＰ層１０４の上にのみ成長することになる。
その後、ＳｉＯ２マスク１０７を剥離した後、図７（Ｃ）に示すように、再びＭＯＶＰＥ法を用いて、半導体結晶ウェハ全面に、例えば、ｐ型ＩｎＰクラッド層１１０、引き続いて、ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層１１１を積層させる。ここでは、ｐ型ＩｎＰクラッド層１１０は、Ｚｎをドープしたものであって、その厚さは２．５μｍである。また、ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層１１１は、Ｚｎをドープしたものであって、その厚さは３００ｎｍである。
そして、図７（Ｄ）に示すように、ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層１１１の表面に、例えば、通常のＣＶＤ法及びフォトリソグラフィ技術を用いて、ＳｉＯ２マスク１１２を形成する。ここでは、ＳｉＯ２マスク１１２は、厚さ４００ｎｍ、幅１．３μｍのストライプ状のエッチングマスクである。
その後、図８（Ａ）に示すように、例えばドライエッチング法を用いて、ｎ型ＩｎＰ基板１０１が例えば０．７μｍ程掘り込まれる深さまで、上述のようにして形成された半導体積層構造をエッチングし、ストライプ状のメサ構造（メサストライプ）８に加工する。
次に、図８（Ｂ）に示すように、このメサ構造８の両側に、例えばＦｅドープ型半絶縁性ＩｎＰで構成される電流狭窄層１１３を、例えばＭＯＶＰＥ法を用いて成長させる。これにより、半絶縁性埋込ヘテロ構造（ＳＩ−ＢＨ構造；Semi-Insulating Buried Heterostructure；高抵抗埋込構造）が形成される。
次いで、エッチングマスク１１２を例えばふっ酸で除去した後、図９（Ａ）に示すように、活性領域１となる領域以外のｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層１１１を、通常のフォトリソグラフィ技術及びエッチングを用いて除去する。
その後、図９（Ａ），（Ｂ）に示すように、ＳｉＯ２パッシベーション膜１１４を形成する。そして、活性領域１となる領域のｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層１１１の上方の部分のみに窓が開くように、通常のフォトリソグラフィ技術及びエッチングを用いてＳｉＯ２パッシベーション膜１１４を取り除く。その後、ｐ側電極１１５、ｎ側電極１１６を形成する。なお、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）におけるＡ−Ａ’線及びＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
そして、図９（Ａ），（Ｂ）に示すように、素子の両端面に無反射コート１１７，１１８を形成して、素子が完成する。
したがって、本実施形態にかかる半導体レーザによれば、分布反射型レーザ構造を有するものにおいて、しきい値近傍、あるいは、駆動電流を増やして電流注入量を増加していった場合に、マルチモード発振あるいはモード跳びが生じないようにすることができる。これにより、単一縦モード発振が得られる素子の歩留まり向上を図ることができるという利点がある。
実際に、上述の実施形態の製造方法によって作製された素子においては、図１０に示すように、発振しきい値近傍でのモード跳びがなく、さらに、駆動電流１５０ｍＡまでモード跳びがない、安定した単一縦モード動作が得られた。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態にかかる半導体レーザについて、図１１〜図１４を参照しながら説明する。
本実施形態にかかる半導体レーザ（ＤＲレーザ）は、上述の第１実施形態のものに対し、以下の４つの点が異なる。
つまり、第１の異なる点は、量子井戸活性層にＧａＩｎＡｓＰ系化合物半導体材料を用いる点である。第２の異なる点は、活性領域の後端面側及び前端面側に連なるように分布反射鏡領域を設ける点である。第３の異なる点は、後端面側の分布反射鏡領域の反射用回折格子の周期が非線形に変化している点である。第４の異なる点は、分布反射鏡領域の実効的な回折格子周期が活性領域に接している位置で活性領域の回折格子の周期と同じになっている点である。
本実施形態では、図１１（Ａ）に示すように、活性領域１は、位相シフト４を含む回折格子３とｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層２０３とを含む回折格子層５と、導波路コア層としてのアンドープＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＩｎＡｓＰ量子井戸活性層２０５と、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層２０６と、ｐ型ＩｎＰクラッド層２１０と、ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層２１１とを備える。
ここでは、回折格子層５は、ｎ型ドープＩｎＰ基板２０１の表面に形成された位相シフト４を含む回折格子３を、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層２０３によって埋め込むことによって形成されている。また、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層２０３は、組成波長１．２５μｍ、厚さ１２０ｎｍである。また、アンドープＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＩｎＡｓＰ量子井戸活性層２０５は、組成波長１５５０ｎｍである。
ここで、活性領域１の長さは１００μｍである。さらに、図１１（Ｂ）に示すように、活性領域１の回折格子３の周期は２３６．０５５ｎｍで一定である。また、活性領域１内で、回折格子３の結合係数及び位相は一定である。また、活性領域１内で、導波路の等価屈折率は共振器方向に沿って一定である。さらに、活性領域１の中央よりも１５μｍ後端面側に位相がπラジアンシフト（λ／４シフトに相当）したλ／４位相シフト４が設けられている。
分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂは、図１１（Ａ）に示すように、活性領域１の前端面側及び後端面側に連なるように設けられている。本実施形態では、活性領域１に連続して前端面側に２５μｍの長さの分布反射鏡領域２Ｂが設けられており、活性領域１に連続して後端面側に１００μｍの長さの分布反射鏡領域２Ａが設けられている。つまり、活性領域１に連続して、前端面側に２５μｍの長さにわたって反射用回折格子６Ｂがパターニングされており、後端面側に１００μｍの長さにわたって反射用回折格子６Ａがパターニングされている。
このように、活性領域１の前端面側に設けられた分布反射鏡領域２Ｂは、活性領域１の後端面側に設けられた分布反射鏡領域２Ａよりも共振器方向の長さが短くなっている。これは、レーザ光は素子の前端面側から出力されるため、前端面側の分布反射鏡領域２Ｂにおける反射率を低下させるためである。ここでは、活性領域１の回折格子と分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子とは位相が同一になっている。
これらの後端面側及び前端面側の分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂは、利得を生じない光ガイド層（パッシブ導波路コア層）２０８と、反射用回折格子６Ａ，６Ｂとを備える。つまり、後端面側及び前端面側の分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂは、反射用回折格子６Ａ，６Ｂが装荷されたパッシブ導波路を備える。後端面側及び前端面側の光ガイド層２０８は、吸収損失が生じないように１．２５μｍ組成となっている。なお、図１１（Ａ）中、符号２１４はＳｉＯ２パッシベーション膜である。
本実施形態では、分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂは、反射用回折格子６Ａ，６ＢとアンドープＧａＩｎＡｓＰ層２０３とを含む反射用回折格子層７と、導波路コア層としてのアンドープＧａＩｎＡｓＰ光ガイド層２０８と、アンドープＩｎＰ層２０９と、ｐ型ＩｎＰクラッド層２１０とを備える。
ここでは、反射用回折格子層７は、ｎ型ドープＩｎＰ基板２０１の表面に形成された反射用回折格子６Ａ，６Ｂを、アンドープＧａＩｎＡｓＰ層２０３によって埋め込むことによって形成されている。また、アンドープＧａＩｎＡｓＰ層２０３は、組成波長１．２５μｍ、厚さ１２０ｎｍである。また、アンドープＧａＩｎＡｓＰ光ガイド層２０８は、組成波長１．２５μｍ、厚さ２３０ｎｍである。
特に、本実施形態では、後端面側の分布反射鏡領域は、実効的な回折格子周期が共振器方向に沿って変化している。
具体的には、図１１（Ｂ）に示すように、後端面側の分布反射鏡領域２Ａでは、反射用回折格子６Ａの周期が、共振器方向（共振器の長さ方向；光導波路に沿う方向）に沿って変化している。つまり、反射用回折格子６Ａとして、チャープしている回折格子が用いられている。
ここでは、後端面側の分布反射鏡領域２Ａは、実効的な回折格子周期が活性領域１から遠ざかるにしたがって長くなっている。また、後端面側の分布反射鏡領域２Ａは、実効的な回折格子周期が活性領域１に接している位置で活性領域１の回折格子３の周期と同じになっている。
具体的には、図１１（Ｂ）に示すように、後端面側の分布反射鏡領域２Ａは、反射用回折格子６Ａの周期が活性領域１から遠ざかるにしたがって長くなっている。本実施形態では、後端面側の反射用回折格子６Ａの周期は、活性領域１との界面で２３６．０５５ｎｍ、後端面で２４１．４６２ｎｍとなるように、非線形に変化するようにしている。ここでは、後端面側の反射用回折格子６Ａの周期は、後端面側の分布反射鏡領域６Ａの中央に対して点対称でｔａｎｈ型の関数形状となるように、非線形に変化するようにしている。また、後端面側の分布反射鏡領域２Ａは、反射用回折格子６Ａの周期が活性領域１に接している位置で活性領域１の回折格子３の周期と同じになっている。本実施形態では、後端面側の分布反射鏡領域２Ａと活性領域１とが接している位置で、反射用回折格子６Ａの周期と活性領域１の回折格子３の周期は、いずれも２３６．０５５ｎｍとなっている。
一方、前端面側の分布反射鏡領域２Ｂの反射用回折格子６Ｂの周期は２３６．０５５ｎｍで一定である。ここでは、前端面側の分布反射鏡領域２Ｂの反射用回折格子６Ｂの周期は、活性領域１の回折格子３の周期と同一になっている。
このように、後端面側の分布反射鏡領域２Ａの反射用回折格子６Ａの周期を、共振器方向に沿って変化させているのに対し、前端面側の分布反射鏡領域２Ｂの反射用回折格子６Ｂの周期を一定にしている。これは、上述のように、反射率を低下させるために、前端面側の分布反射鏡領域２Ｂの長さを短くしており、この結果、前端面側の分布反射鏡領域２Ｂの有効反射帯域が拡大しているからである。なお、前端面側の分布反射鏡領域２Ｂにおいても、上述の後端面側の分布反射鏡領域２Ａと同様に、反射用回折格子６Ｂの周期が共振器方向に沿って変化するようにしても良い。この場合、前端面側の分布反射鏡領域２Ｂの反射用回折格子６Ｂの周期は、活性領域１から遠ざかるにしたがって長くなるようにすれば良い。
なお、前端面側及び後端面側の分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂは、共振器方向に沿って直線状に延びている［図１４（Ａ）参照］。また、前端面側及び後端面側の分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂ内で、導波路（光ガイド層）の等価屈折率は共振器方向に沿って一定である。また、前端面側及び後端面側の分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂ内で、回折格子６Ａ，６Ｂの結合係数及び位相は一定である。
また、活性領域１の回折格子３と前端面側及び後端面側の分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂとは、結合係数が同じになっている。つまり、図１１（Ｂ）に示すように、活性領域１の回折格子３と前端面側及び後端面側の分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂとは深さが同一になっている。本実施形態では、活性領域１の回折格子３及び前端面側及び後端面側の分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂの深さは、いずれも１００ｎｍである。また、活性領域１の回折格子３と前端面側及び後端面側の分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂとは、デューティ比（ここでは５０％）も同一になっている。
また、本実施形態では、図１１（Ａ）に示すように、活性領域１のみに電流注入が行なわれるため、活性領域１のみに電流注入用電極（ｐ側電極）２１５が設けられている。また、ｎ型ドープＩｎＰ基板２０１の裏面側にｎ側電極２１６が設けられている。また、本分布反射型レーザでは、両端面に無反射コーティング（無反射膜）２１７，２１８が施されている。
次に、本実施形態の具体的構成例にかかる半導体レーザ（ＤＲレーザ）の製造方法について、図１２〜図１４を参照しながら説明する。
まず、図１２（Ａ）に示すように、ｎ型ドープＩｎＰ基板２０１の表面上に、例えば、電子ビーム露光法によって、電子ビームレジスト（日本ゼオン製ＺＥＰ５２０）からなり、回折格子パターンを有するマスク２０２を形成する。なお、回折格子パターンには、活性領域１の回折格子３（位相シフト４を含む）を形成するための回折格子パターンと、前端面側及び後端面側の分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂを形成するための反射用回折格子パターンとが含まれている。
次いで、このマスク２０２を用いて、例えばエタン／水素混合ガスによるリアクティブ・イオン・エッチング（ＲＩＥ）によって、図１２（Ｂ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板２０１の表面の一部を除去して回折格子パターンを転写する。ここでは、ｎ型ＩｎＰ基板２０１の途中でエッチングが停止するようにしている。
これにより、活性領域１の回折格子３（位相シフト４を含む）と分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂとが一括形成される。つまり、個々の素子の活性領域１となる領域の全長（ここでは１００μｍ）にわたって、活性領域１の中央よりも１５μｍ後端面側に位相がπラジアンシフト（λ／４シフトに相当）したλ／４位相シフト４を有する回折格子３が形成される［図１２（Ａ）参照］。また、活性領域１の回折格子３に連続して前端面側の分布反射鏡領域２Ｂとなる領域の全長（ここでは２５μｍ）にわたって反射用回折格子６Ｂが形成される［図１２（Ａ）参照］。さらに、活性領域１の回折格子３に連続して後端面側の分布反射鏡領域２Ａとなる領域の全長（ここでは１００μｍ）にわたって反射用回折格子６Ａが形成される［図１２（Ａ）参照］。
本実施形態では、活性領域１となる領域に形成される回折格子３の周期は２３６．０５５ｎｍで一定である［図１２（Ａ）参照］。また、活性領域１内で、回折格子３の結合係数及び位相は一定である。また、活性領域１内で、導波路の等価屈折率は共振器方向に沿って一定である。
また、後端面側の分布反射鏡領域２Ａとなる領域に形成される反射用回折格子６Ａの周期は、活性領域１との界面で２３６．０５５ｎｍ、後端面で２４１．４６２ｎｍとなり［図１２（Ａ）参照］、かつ、分布反射鏡領域の中央に対して点対称でｔａｎｈ型の関数形状となるように、非線形に変化している［図１１（Ｂ）参照］。ここでは、分布反射鏡領域２Ａの反射用回折格子６Ａの周期は、活性領域１に接している位置で活性領域１の回折格子３の周期と同じになっている。また、分布反射鏡領域２Ａ内で、回折格子６Ａの結合係数及び位相は一定である。
また、前端面側の分布反射鏡領域２Ｂとなる領域に形成される反射用回折格子６Ｂの周期は、２３６．０５５ｎｍで一定である［図１２（Ａ），図１１（Ｂ）参照］。
さらに、活性領域１の回折格子３及び分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂの深さは、いずれも１００ｎｍであり、同一になっている。また、活性領域１の回折格子３と分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂとは、デューティ比（ここでは５０％）も同一になっている。つまり、活性領域１の回折格子３と分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂとは、結合係数が同じになっている。また、活性領域１の回折格子３と分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂの反射用回折格子６Ａ，６Ｂとは位相も同一になっている。
次に、図１２（Ｃ）に示すように、マスク２０２を通常のレジスト剥離工程を用いて表面から除去する。その後、回折格子パターンが形成されたｎ型ＩｎＰ基板２０１の表面上に、例えば、ＭＯＶＰＥ法を用いて、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層（ガイド層）２０３を成長させる。ここでは、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層２０３は、組成波長１．２５μｍ、厚さ１２０ｎｍである。これにより、ｎ型ＩｎＰ基板２０１の途中でエッチングが停止されて形成された溝（回折格子パターン）がｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層２０３によって埋め込まれる。
次いで、図１２（Ｃ）に示すように、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層２０３上に、例えばＭＯＶＰＥ法によって、ｎ型ドープＩｎＰ層２０４、アンドープＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＩｎＡｓＰ量子井戸活性層２０５、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層２０６を順次成長させる。ここでは、ｎ型ドープＩｎＰ層２０４の厚さは２０ｎｍである。また、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層２０６の厚さは２５０ｎｍである。
ここで、量子井戸活性層２０５は、ＧａＩｎＡｓＰ系化合物半導体材料を用いて構成されている。つまり、量子井戸活性層２０５は、アンドープＧａＩｎＡｓＰ井戸層、及び、アンドープＧａＩｎＡｓＰバリア層で構成される。ここでは、アンドープＧａＩｎＡｓＰ井戸層は、厚さ５．１ｎｍ、圧縮歪量１．２％である。また、アンドープＧａＩｎＡｓＰバリア層は、組成波長１．２０μｍ、厚さ１０ｎｍである。また、量子井戸活性層２０５の積層数は１５層であり、その発光波長は１５５０ｎｍである。
なお、量子井戸活性層２０５の上下に、量子井戸活性層２０５を挟み込むように、アンドープＧａＩｎＡｓＰ−ＳＣＨ層（光ガイド層）を設けても良い。ここでは、アンドープＧａＩｎＡｓＰ−ＳＣＨ層は、組成波長１．１５μｍ、厚さ２０ｎｍである。
次に、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層２０６の表面に、図１２（Ｄ）に示すように、通常のＣＶＤ法及びフォトリソグラフィ技術を用いて、活性領域１となる領域を覆うように、ストライプ状のＳｉＯ２マスク（エッチングマスク）２０７を形成する。ここでは、ＳｉＯ２マスク２０７の厚さ４００ｎｍである。
そして、図１３（Ａ）に示すように、マスク２０７を用いて、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層２０６の表面からｎ型ドープＩｎＰ層２０４の表面に至るまで、即ち、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層２０６及び量子井戸活性層２０５を、例えばエッチングによって除去する。
その後、図１３（Ｂ）に示すように、ｎ型ドープＩｎＰ層２０４上に、例えばＭＯＶＰＥ法によって、アンドープＧａＩｎＡｓＰ層２０８、アンドープＩｎＰ層２０９を順次成長させる。ここでは、アンドープＧａＩｎＡｓＰ層２０８は、組成波長１．２５μｍ、厚さ２３０ｎｍである。また、アンドープＩｎＰ層２０９の厚さは２５０ｎｍである。このとき、これらの層２０８、２０９は、選択成長によってＳｉＯ２マスク２０７の上には成長せず、表面に露出しているｎ型ドープＩｎＰ層２０４の上にのみ成長することになる。
その後、ＳｉＯ２マスク２０７を剥離した後、図１３（Ｃ）に示すように、再びＭＯＶＰＥ法を用いて、半導体結晶ウェハ全面に、例えば、ｐ型ＩｎＰクラッド層２１０、引き続いて、ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層２１１を積層させる。ここでは、ｐ型ＩｎＰクラッド層２１０は、Ｚｎをドープしたものであって、その厚さは２．５μｍである。また、ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層２１１は、Ｚｎをドープしたものであって、その厚さは３００ｎｍである。
そして、図１３（Ｄ）に示すように、ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層２１１の表面に、例えば、通常のＣＶＤ法及びフォトリソグラフィ技術を用いて、ＳｉＯ２マスク２１２を形成する。ここでは、ＳｉＯ２マスク２１２は、厚さ４００ｎｍ、幅１．５μｍのストライプ状のエッチングマスクである。
その後、図１４（Ａ）に示すように、例えばドライエッチング法を用いて、ｎ型ＩｎＰ基板２０１が例えば０．７μｍ程掘り込まれる深さまで、上述のようにして形成された半導体積層構造をエッチングし、ストライプ状のメサ構造（メサストライプ）８に加工する。
次に、図１４（Ｂ）に示すように、このメサ構造８の両側に、例えばＦｅドープ型半絶縁性ＩｎＰで構成される電流狭窄層２１３を、例えばＭＯＶＰＥ法を用いて成長させる。これにより、半絶縁性埋込ヘテロ構造（ＳＩ−ＢＨ構造）が形成される。
次いで、エッチングマスク２１２を例えばふっ酸で除去した後、図１４（Ｃ）に示すように、活性領域となる領域以外のｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層２１１を、通常のフォトリソグラフィ技術及びエッチングを用いて除去する。
その後、図１４（Ｃ）に示すように、ＳｉＯ２パッシベーション膜２１４を形成する。そして、活性領域１となる領域のｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層２１１の上方の部分のみに窓が開くように、通常のフォトリソグラフィ技術及びエッチングを用いてＳｉＯ２パッシベーション膜を取り除く。その後、ｐ側電極２１５、ｎ側電極２１６を形成する。なお、図１１は、図１４（Ｃ）におけるＡ−Ａ’線及びＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
そして、図１４（Ｃ）に示すように、素子の両端面に無反射コート２１７，２１８を形成して、素子が完成する。
なお、その他の詳細は、上述の第１実施形態及びその変形例のものと同じであるため、ここではその説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる半導体レーザによれば、分布反射型レーザ構造を有するものにおいて、しきい値近傍、あるいは、駆動電流を増やして電流注入量を増加していった場合に、マルチモード発振あるいはモード跳びが生じないようにすることができる。これにより、単一縦モード発振が得られる素子の歩留まり向上を図ることができるという利点がある。
実際に、上述の実施形態の製造方法によって作製された素子においては、発振しきい値近傍でのモード跳びがなく、さらに、駆動電流１５０ｍＡまでモード跳びがない、安定した単一縦モード動作が得られた（図１０参照）。
［第３実施形態］
次に、第３実施形態にかかる半導体レーザについて、図１５〜図１８を参照しながら説明する。
本実施形態にかかる半導体レーザ（ＤＲレーザ）は、上述の第１実施形態のものに対し、以下の３つの点が異なる。
つまり、第１の異なる点は、図１５（Ａ）に示すように、分布反射鏡領域２の反射用回折格子６Ｃの周期が一定で、反射用回折格子６Ｃが装荷されたパッシブ導波路１０が共振器方向に沿って湾曲している点である。第２の異なる点は、図１６に示すように、活性領域の中央に位相シフト（λ／４位相シフト）が設けられている点である。第３の異なる点は、図１５（Ｄ）に示すように、実効的な回折格子周期が活性領域１に接している位置で活性領域１の回折格子３の周期と同じになっている点である。
本実施形態では、活性領域１の回折格子３の周期と分布反射鏡領域２の反射用回折格子６Ｃの周期は、いずれも１９９．５０５ｎｍであり、一定である［図１６参照］。また、活性領域１の中央に位相がπラジアンシフト（λ／４シフトに相当）したλ／４位相シフト４が設けられている［図１６参照］。
また、本実施形態では、分布反射鏡領域２は、実効的な回折格子周期が共振器方向に沿って変化している。
具体的には、図１５（Ａ）に示すように、分布反射鏡領域２の反射用回折格子６Ｃの周期が一定で、パッシブ導波路１０（分布反射鏡領域２；光ガイド層３０８）が、活性領域１との境界位置から遠ざかる方向へ向けて緩やかに湾曲している。このように、分布反射鏡領域２を共振器方向に沿って湾曲させることで、共振器方向に沿って光路長（光学長）を変化させ、これにより、分布反射鏡領域２の実効的な回折格子周期（光学的回折格子周期）を共振器方向に沿って変化させるようにしている。
本実施形態では、図１５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、パッシブ導波路１０の接線角度が活性領域１から遠ざかるにしたがって大きくなるようにしている。このようにパッシブ導波路１０の接線角度を設定することで、パッシブ導波路１０の曲率を設定し、分布反射鏡領域２の実効的な回折格子周期が活性領域１から遠ざかるにしたがって長くなるようにしている。
ここでは、分布反射鏡領域２の実効的な回折格子周期は、図１５（Ｄ）に示すように、活性領域１との界面で１９９．５０５ｎｍ、後端面で２０４．０７３ｎｍとなり、線形に変化するようにしている。
ここで、接線角度をθとし、位置ｘにおける実効的な回折格子周期をΛ（ｘ）とし、反射用回折格子６Ｃの周期をΛ０とすると、位置ｘにおける実効的な回折格子周期Λ（ｘ）は、等価的に、次式（１）によって表すことができる。
Λ(ｘ)＝Λ０／ｃｏｓθ・・・（１）
このため、接線角度θが活性領域１から遠ざかるにしたがって図１５（Ｃ）に示すように変化するように、接線角度θを設定している。この場合、接線角度θは、次式（２）によって表すことができる。
θ＝ａｒｃｃｏｓ｛１／［１＋０．０００２３＊（ｘ−１００）］｝・・・（２）
ここでは、接線角度θは、活性領域１との界面で０（ｄｅｇ．）、後端面で１２（ｄｅｇ．）となり、曲線状（非線形）に変化する。
このように接線角度θを変化させることで、位置ｘにおける実効的な回折格子周期Λ（ｘ）が、図１５（Ｄ）に示すように、１９９．５０５ｎｍから２０４．０７３ｎｍへと直線的に変化するようにしている。
また、分布反射鏡領域２の実効的な回折格子周期が活性領域１に接している位置で活性領域１の回折格子３の周期と同じになっている。本実施形態では、分布反射鏡領域２と活性領域１とが接している位置で、分布反射鏡領域２の実効的な回折格子周期と活性領域１の回折格子３の周期は、いずれも１９９．５０５ｎｍとなっている。
なお、本半導体レーザは、図１６〜図１８に示すように、活性領域１と、分布反射鏡領域２とを備える。そして、活性領域１は、ｎ型ドープＩｎＰ基板３０１の表面に形成された位相シフト４を含む回折格子３及びｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層３０３を含む回折格子層５と、ｎ型ドープＩｎＰ層３０４、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸活性層３０５と、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層３０６と、ｐ型ＩｎＰクラッド層３１０と、ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層３１１とを備える。また、分布反射鏡領域２は、ｎ型ドープＩｎＰ基板３０１の表面に形成された反射用回折格子６Ｃ及びアンドープＧａＩｎＡｓＰ層３０３を含む反射用回折格子層７と、ｎ型ドープＩｎＰ層３０４、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ光ガイド層（パッシブ導波路コア層）３０８と、アンドープＩｎＰ層３０９と、ｐ型ＩｎＰクラッド層３１０とを備える。そして、活性領域１のみに電流注入が行なわれるため、活性領域１のみに電流注入用電極（ｐ側電極）３１５が設けられている。また、ｎ型ドープＩｎＰ基板３０１の裏面側にｎ側電極３１６が設けられている。また、本分布反射型レーザでは、両端面に無反射コーティング（無反射膜）３１７，３１８が施されている。なお、図１８中、符号３１４はＳｉＯ２パッシベーション膜である。
次に、本実施形態の具体的構成例にかかる半導体レーザ（ＤＲレーザ）の製造方法について、図１６〜図１８を参照しながら説明する。
まず、ｎ型ＩｎＰ基板３０１の表面に位相シフト４を含む回折格子３及び反射用回折格子６Ｃを形成する工程を除いて、ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層３１１を積層させるまでの工程は、上述の第１実施形態の場合［図６（Ｃ）〜（Ｄ）、図７（Ａ）〜（Ｃ）参照］と同様である。
本実施形態では、ｎ型ＩｎＰ基板３０１の表面に位相シフト４を含む回折格子３及び反射用回折格子６Ｃを形成する工程は、以下のようにして行なわれる。
つまり、図１６に示すように、個々の素子の活性領域１となる領域の全長（ここでは１００μｍ）にわたって、活性領域１の中央に位相がπラジアンシフト（λ／４シフトに相当）したλ／４位相シフト４を有し、一定周期の回折格子３が形成される。ここでは、回折格子３の周期は１９９．５０５ｎｍである。また、活性領域１の回折格子３に連続して分布反射鏡領域２となる領域の全長（ここでは７５μｍ）にわたって、活性領域１の回折格子３の周期と同一の周期で、かつ、一定周期の反射用回折格子６Ｃが形成される。ここでは、反射用回折格子６Ｃの周期は１９９．５０５ｎｍである。
次に、上述の第１実施形態の場合［図６（Ｃ）〜（Ｄ）、図７（Ａ）〜（Ｃ）参照］と同様の方法で、ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層３１１を積層させるまでの工程を行なう。
その後、図１７（Ａ）に示すように、ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層３１１の表面に、例えば、通常のＣＶＤ法及びフォトリソグラフィ技術を用いて、ＳｉＯ２マスク３１２を形成する。ここでは、ＳｉＯ２マスク３１２は、厚さ４００ｎｍ、幅１．３μｍの湾曲したストライプ状のエッチングマスクである。つまり、分布反射鏡領域２となる領域において共振器方向に沿って湾曲するようにマスク３１２を形成する。具体的には、分布反射鏡領域２となる領域において、接線角度が活性領域１から遠ざかるにしたがって大きくなるようにマスク３１２を形成する［図１５（Ａ）〜（Ｃ）参照］。
その後、図１７（Ｂ）に示すように、例えばドライエッチング法を用いて、ｎ型ＩｎＰ基板３０１が例えば０．７μｍ程掘り込まれる深さまで、上述のようにして形成された半導体積層構造をエッチングする。
これにより、分布反射鏡領域２となる領域において湾曲したストライプ状のメサ構造８が形成される。本実施形態では、接線角度が活性領域１から遠ざかるにしたがって大きくなるように共振器方向に沿って湾曲した分布反射鏡領域２を持つメサ構造８が形成される。ここでは、接線角度θは、図１５（Ｃ）に示すように、活性領域１との界面で０（ｄｅｇ．）、後端面で１２（ｄｅｇ．）となり、曲線状（非線形）に変化する。
このようにして、実効的な回折格子周期が共振器方向に沿って変化している分布反射鏡領域２を有するメサ構造８が形成される。ここでは、分布反射鏡領域２の実効的な回折格子周期は、図１５（Ｄ）に示すように、活性領域１との界面で１９９．５０５ｎｍ、後端面で２０４．０７３ｎｍとなり、線形に変化する。
以後、上述の第１実施形態の場合と同様の方法で、図１７（Ｃ）、図１８に示すように、Ｆｅドープ型半絶縁性ＩｎＰで構成される電流狭窄層３１３、ＳｉＯ２パッシベーション膜１１４、ｐ側電極１１５、ｎ側電極１１６、無反射コート１１７，１１８を形成して、素子が完成する。
なお、その他の詳細は、上述の第１実施形態及び変形例のものと同じであるため、ここではその説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる半導体レーザによれば、分布反射型レーザ構造を有するものにおいて、しきい値近傍、あるいは、駆動電流を増やして電流注入量を増加していった場合に、マルチモード発振あるいはモード跳びが生じないようにすることができる。これにより、単一縦モード発振が得られる素子の歩留まり向上を図ることができるという利点がある。
実際に、上述の実施形態の製造方法によって作製された素子においては、発振しきい値近傍でのモード跳びがなく、さらに、駆動電流１５０ｍＡまでモード跳びがない、安定した単一縦モード動作が得られた（図１０参照）。
［第４実施形態］
次に、第４実施形態にかかる半導体レーザについて、図１９〜図２３を参照しながら説明する。
本実施形態にかかる半導体レーザ（ＤＲレーザ）は、上述の第２実施形態のものに対し、以下の２つの点が異なる。
つまり、第１の異なる点は、図１９（Ａ）に示すように、後端面側の分布反射鏡領域２Ａの反射用回折格子６Ｄの周期が一定で、後端面側の分布反射鏡領域２Ａのパッシブ導波路１０（光ガイド層４０８）の等価屈折率が共振器方向に沿って変化している点である。第２の異なる点は、図２１に示すように、活性領域１の中央に位相シフト（λ／４位相シフト）が設けられている点である。
本実施形態では、図２１に示すように、活性領域１の回折格子３の周期と分布反射鏡領域２の反射用回折格子６Ｄ，６Ｅの周期は、いずれも２３６．０５５ｎｍであり、一定である。また、活性領域１の中央に位相がπラジアンシフト（λ／４シフトに相当）したλ／４位相シフト４が設けられている。
また、本実施形態では、後端面側の分布反射鏡領域２Ａは、実効的な回折格子周期が共振器方向に沿って変化している。
本実施形態では、図１９（Ｂ）に示すように、後端面側の分布反射鏡領域２Ａのパッシブ導波路１０（光ガイド層４０８）の等価屈折率が共振器方向に沿って変化している。このように、後端面側の分布反射鏡領域２Ａ（反射用回折格子６Ｄが装荷されたパッシブ導波路１０）において、共振器方向に沿って等価屈折率を変化させることで、共振器方向に沿って光路長を変化させている。これにより、後端面側の分布反射鏡領域２Ａの実効的な回折格子周期を共振器方向に沿って変化させるようにしている。
ここでは、図１９（Ｂ）に示すように、後端面側の分布反射鏡領域２Ａ（パッシブ導波路１０；光ガイド層４０８）の等価屈折率が活性領域１から遠ざかるにしたがって大きくなるようにしている。これにより、後端面側の分布反射鏡領域２Ａの実効的な回折格子周期が活性領域１から遠ざかるにしたがって長くなるようにしている。
ここでは、後端面側の分布反射鏡領域２Ａの実効的な回折格子周期が、活性領域１との界面で２３６．０５５ｎｍ、後端面で２３９．５２２ｎｍとなり、曲線状（非線形）に変化するようにしている。
ここで、後端面側の分布反射鏡領域２Ａの実効的な回折格子周期をΛ（ｘ）は、次式（３）によって表すことができる。なお、後端面側の分布反射鏡領域２Ａの位置ｘにおける実効的な回折格子周期をΛ（ｘ）とし、反射用回折格子６Ｄの周期をΛ０とし、活性領域の等価屈折率ｎｅｑ０とし、後端面側の分布反射鏡領域２Ａの位置ｘにおける等価屈折率ｎｅｑ（ｘ）とする。
Λ（ｘ）＝Λ０＊ｎｅｑ（ｘ）／ｎｅｑ０・・・（３）
このため、後端面側の分布反射鏡領域２Ａの位置ｘにおける等価屈折率ｎｅｑ（ｘ）が活性領域１から遠ざかるにしたがって図１９（Ｂ）に示すように変化するように、後端面側の分布反射鏡領域２Ａの位置ｘにおける等価屈折率ｎｅｑ（ｘ）を設定している。この場合、後端面側の分布反射鏡領域２Ａの位置ｘにおける等価屈折率ｎｅｑ（ｘ）は、活性領域１との界面で３．２４１、後端面で３．２６２となり、曲線状（非線形）に変化する。
本実施形態では、後端面側の分布反射鏡領域２Ａの位置ｘにおける等価屈折率ｎｅｑ（ｘ）をこのように変化させるために、図１９（Ａ）に示すように、後端面側の分布反射鏡領域２Ａの光ガイド層４０８（パッシブ導波路１０）の幅を共振器方向に沿って変化させている。ここでは、後端面側の分布反射鏡領域２Ａの光ガイド層４０８の幅が活性領域１から遠ざかるにしたがって広くなっている。
具体的には、活性領域１及び前端面側の分布反射鏡領域２Ｂの導波路幅Ｗ０を一定の幅（ここでは１．５μｍ）とている。また、後端面の分布反射鏡領域２Ａの導波路幅Ｗ（ｘ）を、活性領域１との界面で幅１．５μｍ、後端面で幅４．５μｍとし、活性領域側から後端面側へ向けて、導波路幅が直線的に広がるようにしている。
このように、後端面側の分布反射鏡領域２Ａの導波路幅を共振器方向に沿って変化させることによって、後端面側の分布反射鏡領域２Ａの位置ｘにおける等価屈折率ｎｅｑ（ｘ）を変化させている。これにより、後端面側の分布反射鏡領域２Ａの位置ｘにおける実効的な回折格子周期Λ（ｘ）が、図１９（Ｃ）に示すように、２３６．０５５ｎｍから２３９．５２２ｎｍへと曲線状（非線形）に変化することになる。
また、図１９（Ｃ）に示すように、後端面側の分布反射鏡領域２Ａの実効的な回折格子周期は、活性領域１に接している位置で、２３６．０５５ｎｍとなっており、活性領域１の回折格子３の周期と同じになっている。
なお、上述の実施形態では、後端面側の分布反射鏡領域２Ａの導波路幅を共振器方向に沿って変化させることで、等価屈折率、さらには、実効的な回折格子周期を共振器方向に沿って変化させるようにしているが、これに限られるものではない。例えば、後端面側の分布反射鏡領域２Ａにおいて、光ガイド層（導波路コア層）４０８の厚さが共振器方向に沿って変化するようにしても良い。例えば、後端面側の分布反射鏡領域２Ａにおいて、光ガイド層４０８の幅が活性領域１から遠ざかるにしたがって厚くなるようにしても良い。
一方、図１９（Ａ）に示すように、前端面側の分布反射鏡領域２Ｂの導波路幅と活性領域１の導波路幅とは同一である。つまり、前端面側の分布反射鏡領域２Ｂの導波路（光ガイド層）の等価屈折率と活性領域１の導波路（活性層）の等価屈折率とは同一である。また、上述のように、活性領域１の回折格子３の周期と前端面側の分布反射鏡領域２Ｂの反射用回折格子６Ｅの周期は同一である。このため、活性領域１の実効的な回折格子周期と前端面側の分布反射鏡領域２Ｂの実効的な回折格子周期は同一である。
また、前端面側の分布反射鏡領域２Ｂの導波路幅は一定である。つまり、前端面側の分布反射鏡領域２Ｂの導波路（光ガイド層４０８）の等価屈折率は一定である。また、前端面側の分布反射鏡領域２Ｂの反射用回折格子６Ｅの周期は一定である。このため、前端面側の分布反射鏡領域２Ｂの実効的な回折格子周期は一定である。
このように、後端面側の分布反射鏡領域２Ａの実効的な回折格子周期を、共振器方向に沿って変化させているのに対し、前端面側の分布反射鏡領域２Ｂの実効的な回折格子周期を一定にしているのは、反射率を低下させるために、前端面側の分布反射鏡領域２Ｂの長さを短くしており、この結果、分布反射鏡領域の有効反射帯域が拡大しているからである。なお、前端面側の分布反射鏡領域２Ｂにおいても、上述の後端面側の分布反射鏡領域２Ａと同様に、分布反射鏡領域の実効的な回折格子周期が共振器方向に沿って変化するようにしても良い。例えば、図２０（Ｃ）に示すように、前端面側の分布反射鏡領域２Ｂの実効的な回折格子周期が、活性領域１から遠ざかるにしたがって長くなるようにすれば良い。この場合、図２０（Ａ）に示すように、前端面側の分布反射鏡領域２Ｂの光ガイド層４０８（パッシブ導波路１０）の幅が、活性領域１から遠ざかるにしたがって広くなるようにすれば良い。これにより、図２０（Ｂ）に示すように、前端面側の分布反射鏡領域２Ｂ（パッシブ導波路１０；光ガイド層４０８）の等価屈折率が活性領域１から遠ざかるにしたがって大きくなる。この結果、前端面側の分布反射鏡領域２Ｂの実効的な回折格子周期が、活性領域１から遠ざかるにしたがって長くなる。
なお、本半導体レーザは、図２１〜図２３に示すように、活性領域１と、分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂとを備える。そして、活性領域１は、ｎ型ドープＩｎＰ基板４０１の表面に形成された位相シフト４を含む回折格子３及びｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層４０３を含む回折格子層５と、ｎ型ドープＩｎＰ層４０４、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸活性層４０５と、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層４０６と、ｐ型ＩｎＰクラッド層４１０と、ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層４１１とを備える。また、分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂは、ｎ型ドープＩｎＰ基板４０１の表面に形成された反射用回折格子６Ｄ，６Ｅ及びアンドープＧａＩｎＡｓＰ層４０３を含む反射用回折格子層７と、ｎ型ドープＩｎＰ層４０４、アンドープＧａＩｎＡｓＰ光ガイド層（パッシブ導波路コア層）４０８と、アンドープＩｎＰ層４０９と、ｐ型ＩｎＰクラッド層４１０とを備える。そして、活性領域１のみに電流注入が行なわれるため、活性領域１のみに電流注入用電極（ｐ側電極）４１５が設けられている。また、ｎ型ドープＩｎＰ基板４０１の裏面側にｎ側電極４１６が設けられている。また、本分布反射型レーザでは、両端面に無反射コーティング（無反射膜）４１７，４１８が施されている。なお、図２３中、符号４１４はＳｉＯ２パッシベーション膜である。
次に、本実施形態の具体的構成例にかかる半導体レーザ（ＤＲレーザ）の製造方法について、図２１〜図２３を参照しながら説明する。
まず、ｎ型ＩｎＰ基板４０１の表面に位相シフト４を含む回折格子３及び反射用回折格子６Ｄ，６Ｅを形成する工程を除いて、ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層４１１を積層させるまでの工程は、上述の第２実施形態の場合［図１２（Ｃ）〜（Ｄ）、図１３（Ａ）〜（Ｃ）参照］と同様である。
本実施形態では、ｎ型ＩｎＰ基板４０１の表面に位相シフト４を含む回折格子３及び反射用回折格子６Ｄ，６Ｅを形成する工程は、以下のようにして行なわれる。
つまり、図２１に示すように、個々の素子の活性領域１となる領域の全長（ここでは１００μｍ）にわたって、活性領域１の中央に位相がπラジアンシフト（λ／４シフトに相当）したλ／４位相シフト４を有し、一定周期の回折格子３が形成される。ここでは、
回折格子３の周期は２３６．０５５ｎｍである。また、活性領域１の回折格子３に連続して、後端面側の分布反射鏡領域２Ａとなる領域の全長（ここでは１００μｍ）及び前端面側の分布反射鏡領域２Ｂとなる領域の全長（ここでは２５μｍ）にわたって、活性領域１の回折格子３の周期と同一の周期で、かつ、一定周期の反射用回折格子６Ｄ，６Ｅが形成される。ここでは、反射用回折格子６Ｄ，６Ｅの周期は２３６．０５５ｎｍである。
次に、上述の第２実施形態の場合［図１２（Ｃ）〜（Ｄ）、図１３（Ａ）〜（Ｃ）参照］と同様の方法で、ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層４１１を積層させるまでの工程を行なう。
その後、図２２（Ａ）に示すように、ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層４１１の表面に、例えば、通常のＣＶＤ法及びフォトリソグラフィ技術を用いて、ＳｉＯ２マスク４１２を形成する。ここでは、ＳｉＯ２マスク４１２として、厚さ４００ｎｍのストライプ状のエッチングマスクを形成する。特に、ＳｉＯ２マスク４１２は、活性領域１となる領域及び前端面側の分布反射鏡領域２Ｂとなる領域において、一定の幅（ここでは１．５μｍ）になっている。また、ＳｉＯ２マスク４１２は、後端面の分布反射鏡領域２Ａとなる領域において、その活性領域側で幅１．５μｍ、後端面側で幅４．５μｍとなっており、活性領域側から後端面側へ向けて直線的に幅が広がっている。
その後、図２２（Ｂ）に示すように、例えばドライエッチング法を用いて、ｎ型ＩｎＰ基板４０１が例えば０．７μｍ程掘り込まれる深さまで、上述のようにして形成された半導体積層構造をエッチングする。
これにより、後端面側の分布反射鏡領域２Ａとなる領域において共振器方向に沿って導波路幅が広くなるストライプ状のメサ構造８が形成される。
本実施形態では、活性領域１から遠ざかるにしたがって導波路幅が広くなる後端面側の分布反射鏡領域２Ａを持つメサ構造８が形成される。ここでは、導波路幅は、活性領域１との界面で１．５μｍ、後端面で４．５μｍとなり、直線状（線形）に変化する。
このようにして、後端面側の分布反射鏡領域２Ａとなる領域において共振器方向に沿って等価屈折率が大きくなるメサ構造８が形成される。ここでは、後端面側の分布反射鏡領域２Ａの等価屈折率は、図１９（Ｂ）に示すように、活性領域１との界面で３．２４１、後端面で３．２６２となり、曲線状（非線形）に変化する。
これにより、実効的な回折格子周期が共振器方向に沿って変化している後端面側の分布反射鏡領域２Ａを有するメサ構造８が形成される。ここでは、後端面側の分布反射鏡領域２Ａの実効的な回折格子周期は、図１９（Ｃ）に示すように、活性領域１との界面で２３６．０５５ｎｍ、後端面で２３９．５２２ｎｍとなり、曲線状（非線形）に変化する。
以後、上述の第２実施形態の場合と同様の方法で、図２２（Ｃ）、図２３に示すように、Ｆｅドープ型半絶縁性ＩｎＰで構成される電流狭窄層４１３、ＳｉＯ２パッシベーション膜４１４、ｐ側電極４１５、ｎ側電極４１６、無反射コート４１７，４１８を形成して、素子が完成する。
なお、その他の詳細は、上述の第２実施形態及び変形例のものと同じであるため、ここではその説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる半導体レーザによれば、分布反射型レーザ構造を有するものにおいて、しきい値近傍、あるいは、駆動電流を増やして電流注入量を増加していった場合に、マルチモード発振あるいはモード跳びが生じないようにしている。これにより、単一縦モード発振が得られる素子の歩留まり向上を図ることができるという利点がある。
実際に、上述の実施形態の製造方法によって作製された素子においては、発振しきい値近傍でのモード跳びがなく、さらに、駆動電流１５０ｍＡまでモード跳びがない、安定した単一縦モード動作が得られた（図１０参照）。
［その他］
なお、上述の各実施形態及び変形例では、分布反射鏡領域を活性領域の後端面側に設ける場合（第１、第３実施形態）、及び、分布反射鏡領域を活性領域の両端面側に設ける場合（第２、第４実施形態）を例に挙げて説明しているが、これらに限られるものではない。
例えば、第１実施形態及び第３実施形態のものにおいて、図２４〜図２６に示すように、活性領域１の後端面側及び前端面側（両端面側）に連なるように分布反射鏡領域２Ａ，２Ｂを設けても良い。この場合、前端面側の分布反射鏡領域２Ｂにおいても、上述の第１実施形態及び第３実施形態の後端面側の分布反射鏡領域２Ａと同様に、実効的な回折格子周期が共振器方向に沿って変化するようにしても良い（図２５、図２６参照）。また、例えば、第２実施形態及び第４実施形態のものにおいて、活性領域の後端面側に連なるように分布反射鏡領域を設けても良い。
また、上述の第１実施形態及び変形例では、分布反射鏡領域の実効的な回折格子周期が活性領域との界面で活性領域の回折格子周期よりも長い場合を例に挙げて説明している。また、第２実施形態、第３実施形態及び第４実施形態では、分布反射鏡領域の実効的な回折格子周期が活性領域との界面で活性領域の回折格子周期と同じ場合を例に挙げて説明している。しかしながら、これらに限られるものではない。例えば、図２７に示すように、分布反射鏡領域２は、実効的な回折格子周期が活性領域１との界面で活性領域１の回折格子３の周期よりも短くなっていても良い。例えば、分布反射鏡領域２の反射用回折格子６の周期が活性領域１に接している位置で活性領域１の回折格子３の周期よりも短くなっていても良い。この場合も、発振しきい値が上昇するという点を除いて、上述の各実施形態及び変形例の場合と同様に、モード安定性を向上させることができる。なお、反射用回折格子の周期を活性領域に接している位置で活性領域の回折格子の周期よりも短くしたものは、発振しきい値が高いレーザ、即ち、ブラッグ波長の短波側へのシフト（プラズマ効果による温度ドリフト）が大きいものに向いている。
また、上述の第１実施形態及び変形例では、反射用回折格子の周期を、線形に変化させる場合を例に挙げて説明している。また、上述の第２実施形態及び変形例では、後端面側の反射用回折格子の周期を、非線形に変化させる場合を例に説明している。また、上述の第３実施形態及び変形例では、後端面側の分布反射鏡領域の実効的な回折格子周期を、線形に変化させる場合を例に挙げて説明している。また、上述の第４実施形態及び変形例では、後端面側の分布反射鏡領域の実効的な回折格子周期を、曲線状（非線形）に変化させる場合を例に挙げて説明している。しかしながら、これらに限られるものではない。例えば、反射用回折格子の周期変化を示す関数、導波路の曲率変化（接線角度の変化）を示す関数、等価屈折率の変化を示す関数については、設計上の自由度があり、素子の設計に応じて異なる関数を適用しても良い。また、例えば、上述の第４実施形態のように、導波路幅を変化させる場合、導波路幅の広がり方は直線的な変化に限られるものでなく、設計上の自由度がある。
また、各実施形態及び変形例では、回折格子のデューティ比（山谷比）を５０％にしている場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、素子の設計によってはデューティ比が変化していても良い。
また、上述の第１実施形態、第３実施形態及びこれらの変形例では、ｎ型ＩｎＰ基板上に、ＡｌＧａＩｎＡｓ系化合物半導体材料を用いた量子井戸活性層を備える半導体レーザ（ＤＲレーザ）を例に挙げて説明している。また、上述の第２実施形態、第４実施形態及びこれらの変形例では、ｎ型ＩｎＰ基板上に、ＧａＩｎＡｓＰ系化合物半導体材料を用いた量子井戸活性層を備える半導体レーザ（ＤＲレーザ）を例に挙げて説明している。しかしながら、これらに限られるものではなく、本発明は導波路の近傍に回折格子が装荷されている半導体レーザに広く適用することができる。
例えば、第１実施形態及び第３実施形態のものにおいてＧａＩｎＡｓＰ系化合物半導体材料を用いて量子井戸活性層を構成しても良いし、第２実施形態及び第４実施形態においてＡｌＧａＩｎＡｓ系化合物半導体材料を用いて量子井戸活性層を構成しても良い。また、例えば、ＧａＩｎＮＡｓ系化合物半導体材料などの他の化合物半導体材料を用いて量子井戸活性層を構成しても良い。これらの場合も、上述の各実施形態及びその変形例の場合と同様の効果が得られる。
また、例えば、素子を構成する材料は、半導体レーザを構成しうる材料を用いれば良い。例えば、他の化合物半導体材料を用いても良い。また、半導体材料だけでなく、有機物材料や無機物材料を用いることもできる。この場合も、上述の各実施形態及びその変形例の場合と同様の効果が得られる。
また、例えば、基板は、ｐ型の導電性を有する基板を用いても良い。この場合、基板上に形成される各層の導電性は全て逆になる。また、半絶縁性の基板を用いても良い。さらに、例えばシリコン基板上に貼り合わせの方法で作製しても良い。これらの場合も、上述の各実施形態及びその変形例の場合と同様の効果が得られる。
また、例えばＧａＡｓ基板を用い、ＧａＡｓ基板上に結晶成長（例えばエピタキシャル成長）しうる半導体材料を用いて各層を形成しても良い。この場合も、上述の各実施形態及びその変形例の場合と同様の効果が得られる。
また、例えばバルク型の半導体材料を用いたバルク活性層や量子ドット活性層などの他の活性層構造を採用しても良い。この場合も、上述の各実施形態及びその変形例の場合と同様の効果が得られる。
また、上述の各実施形態及び変形例では、半絶縁性埋込構造（ＳＩ−ＢＨ構造）を用いた電流狭窄構造を用いた場合を例に挙げて説明している。しかしながら、これらに限られるものではなく、例えばｐｎｐｎサイリスタ構造を用いた電流狭窄構造などの他の埋込構造を用いた電流狭窄構造を採用することも可能である。
さらに、上述の各実施形態及び変形例では、埋込型導波路構造を用いた場合を例に挙げて説明しているが、リッジ型導波路構造などの他の導波路構造を用いることも可能である。
また、上述の各実施形態及びその変形例では、基板の表面に形成される表面回折格子構造を例に挙げて説明している。しかしながら、これらに限られるものではなく、周期的に分断された半導体層を他の半導体層によって埋め込むことによって形成される埋込型回折格子構造を用いることも可能である。
また、上述の各実施形態及びその変形例では、回折格子が導波路コア層（活性層や光ガイド層）の下側（導波路コア層に対して基板側）に装荷されている場合を例に挙げて説明している。しかしながら、これらに限られるものではなく、例えば、導波路コア層の上側（導波路コア層に対して基板と反対側）に装荷されていても良く、この場合も上述の各実施形態の場合と同様の効果が得られる。
また、上述の各実施形態及びその変形例では、活性領域の中央位置又は中央からずれた位置に位相シフトが設けられているが、これに限られるものではなく、位相シフトの位置は活性領域内であれば設計の範囲内で任意に設定可能である。
また、上述の各実施形態及びその変形例では、位相シフトを１つだけ有する場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、例えば、位相シフトが複数個ある構造であっても良い。また、１個又は複数個の位相シフトの量は任意に設定可能である。
また、上述の各実施形態及びその変形例では、活性領域と分布反射鏡領域とで結合係数の値を同一にしているが、これに限られるものではなく、素子設計によっては異なっていても良い。
また、上述の各実施形態は、それぞれ独立したものとして説明しているが、これに限られるものではなく、例えば各実施形態のものを任意に組み合わせることもできる。例えば、第１実施形態のもの（又は第２実施形態のもの）と第３実施形態のものとを組み合わせ、第３実施形態のものにおいて、反射用回折格子の周期を共振器方向に沿って変化させるようにしても良い。また、例えば、第１実施形態のもの（又は第２実施形態のもの）と第４実施形態のものとを組み合わせ、第４実施形態のものにおいて、反射用回折格子の周期を共振器方向に沿って変化させるようにしても良い。また、例えば、第１実施形態のもの（又は第２実施形態のもの）と第３実施形態のものと第４実施形態のものとを組み合わせても良い。また、例えば、第３実施形態のものと第４実施形態のものとを組み合わせても良い。
また、上述の各実施形態及び変形例では、活性領域と分布反射鏡領域との間の組成の違いは考慮していないが、これらの間の組成の違いに応じて、活性領域の回折格子と分布反射鏡領域の反射用回折格子との間で回折格子の周期を変えても良い。例えば、活性領域と分布反射鏡領域とが接している位置における活性領域の回折格子の周期と分布反射鏡領域の反射用回折格子の周期とを、活性領域と分布反射鏡領域との間の組成の違いに応じて設定しても良い。
また、本発明は、上述した各実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
以下、上述の各実施形態及びその変形例に関し、更に、付記を開示する。
（付記１）
活性層と、発振波長を決める回折格子及び位相シフトとを備える活性領域と、
光ガイド層と、反射用回折格子とを備える分布反射鏡領域とを備え、
前記分布反射鏡領域は、実効的な回折格子周期が共振器方向に沿って変化していることを特徴とする半導体レーザ。
（付記２）
前記活性領域のみに電流注入用電極が設けられていることを特徴とする、付記１記載の半導体レーザ。
（付記３）
前記活性領域は、電流注入領域であり、
前記分布反射鏡領域は、電流非注入領域であることを特徴とする、付記１又は２記載の半導体レーザ。
（付記４）
前記分布反射鏡領域は、前記実効的な回折格子周期が前記活性領域から遠ざかるにしたがって長くなっていることを特徴とする、付記１〜３のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
（付記５）
前記分布反射鏡領域は、前記反射用回折格子の周期が共振器方向に沿って変化していることを特徴とする、付記１〜４のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
（付記６）
前記分布反射鏡領域は、光路長が共振器方向に沿って変化していることを特徴とする、付記１〜５のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
（付記７）
前記分布反射鏡領域は、前記反射用回折格子の周期が一定で、光路長が共振器方向に沿って変化していることを特徴とする、付記１〜４のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
（付記８）
前記分布反射鏡領域は、共振器方向に沿って湾曲していることを特徴とする、付記６又は７記載の半導体レーザ。
（付記９）
前記分布反射鏡領域は、前記光ガイド層の接線角度が前記活性領域から遠ざかるにしたがって大きくなっていることを特徴とする、付記８記載の半導体レーザ。
（付記１０）
前記分布反射鏡領域は、前記光ガイド層の等価屈折率が共振器方向に沿って変化していることを特徴とする、付記６〜９のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
（付記１１）
前記分布反射鏡領域は、前記光ガイド層の等価屈折率が前記活性領域から遠ざかるにしたがって大きくなっていることを特徴とする、付記１０記載の半導体レーザ。
（付記１２）
前記分布反射鏡領域は、前記光ガイド層の幅が共振器方向に沿って変化していることを特徴とする、付記１０又は１１記載の半導体レーザ。
（付記１３）
前記分布反射鏡領域は、前記実効的な回折格子周期が前記活性領域に接している位置で前記活性領域の回折格子の周期と同じ又はそれよりも長くなっていることを特徴とする、付記１〜１２のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
（付記１４）
前記分布反射鏡領域は、前記実効的な回折格子周期が前記活性領域に接している位置で前記活性領域の回折格子の周期と同じ又はそれよりも短くなっていることを特徴とする、付記１〜１２のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
（付記１５）
前記分布反射鏡領域は、前記活性領域の一端側に設けられていることを特徴とする、付記１〜１４のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
（付記１６）
前記分布反射鏡領域は、前記活性領域を挟んで両側に設けられていることを特徴とする、付記１〜１４のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
（付記１７）
前記両側の分布反射鏡領域の一方の分布反射鏡領域は、他方の分布反射鏡領域よりも共振器方向の長さが短くなっていることを特徴とする、付記１６記載の半導体レーザ。
（付記１８）
前記活性領域の回折格子と前記分布反射鏡領域の反射用回折格子とは、結合係数が同じであることを特徴とする、付記１〜１７のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
（付記１９）
前記分布反射鏡領域は、前記活性領域を挟んで両側に設けられており、
さらに、両端面に無反射コーティングを備えることを特徴とする、付記１〜１８のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
（付記２０）
前記位相シフトは、前記回折格子に設けられたλ／４位相シフトであることを特徴とする、付記１〜１９のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
１ 活性領域
２ 分布反射鏡領域
２Ａ 後端面側の分布反射鏡領域
２Ｂ 前端面側の分布反射鏡領域
３ 回折格子
４ 位相シフト
５ 回折格子層
６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ，６Ｅ 反射用回折格子
７ 反射用回折格子層
８ メサ構造
１０ パッシブ導波路
１０１，２０１，３０１，４０１ ｎ型ドープＩｎＰ基板
１０２，２０２，３０２，４０２ マスク
１０３，２０３，３０３，４０３ ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層
１０４，２０４，３０４，４０４ ｎ型ドープＩｎＰ層
１０５，３０５ アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸活性層
１０６，２０６，３０６，４０６ ｐ型ドープＩｎＰクラッド層
１０７，２０７，３０７，４０７ ＳｉＯ２マスク
１０８，３０８ アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ光ガイド層
１０９，２０９，３０９，４０９ アンドープＩｎＰ層
１１０，２１０，３１０，４１０ ｐ型ＩｎＰクラッド層
１１１，２１１，３１１，４１１ ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層
１１２，２１２，３１２，４１２ ＳｉＯ２マスク
１１３，２１３，３１３，４１３ 電流狭窄層
１１４，２１４，３１４，４１４ ＳｉＯ２パッシベーション膜
１１５，２１５，３１５，４１５ 電流注入用電極（ｐ側電極）
１１６，２１６，３１６，４１６ ｎ側電極
１１７，２１７，３１７，４１７，１１８，２１８，３１８，４１８ 無反射コーティング
２０５，４０５ アンドープＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＩｎＡｓＰ量子井戸活性層
２０８，４０８ アンドープＧａＩｎＡｓＰ光ガイド層

Claims (10)

  1. 活性層と、発振波長を決める回折格子及び位相シフトとを備える活性領域と、
    光ガイド層と、反射用回折格子とを備える分布反射鏡領域とを備え、
    前記分布反射鏡領域は、実効的な回折格子周期が共振器方向に沿って変化していることを特徴とする半導体レーザ。
  2. 前記活性領域のみに電流注入用電極が設けられていることを特徴とする、請求項１記載の半導体レーザ。
  3. 前記分布反射鏡領域は、前記実効的な回折格子周期が前記活性領域から遠ざかるにしたがって長くなっていることを特徴とする、請求項１又は２記載の半導体レーザ。
  4. 前記分布反射鏡領域は、前記反射用回折格子の周期が共振器方向に沿って変化していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
  5. 前記分布反射鏡領域は、光路長が共振器方向に沿って変化していることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
  6. 前記分布反射鏡領域は、共振器方向に沿って湾曲していることを特徴とする、請求項５記載の半導体レーザ。
  7. 前記分布反射鏡領域は、前記光ガイド層の等価屈折率が共振器方向に沿って変化していることを特徴とする、請求項５又は６記載の半導体レーザ。
  8. 前記分布反射鏡領域は、前記光ガイド層の幅が共振器方向に沿って変化していることを特徴とする、請求項７記載の半導体レーザ。
  9. 前記分布反射鏡領域は、前記実効的な回折格子周期が前記活性領域に接している位置で前記活性領域の回折格子の周期と同じであるか、前記活性領域の回折格子の周期よりも長くなっているか、又は、前記活性領域の回折格子の周期よりも短くなっていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
  10. 前記分布反射鏡領域は、前記活性領域を挟んで両側に設けられており、
    前記両側の分布反射鏡領域の一方の分布反射鏡領域は、他方の分布反射鏡領域よりも共振器方向の長さが短くなっていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
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