JP3773869B2 - 分布帰還型半導体レーザの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信や光計測に用いる光を出力する半導体レーザに係わり、特に、単一波長の光を出力する分布帰還型半導体レーザの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信や光計測に用いる光を出力する半導体レーザにおいては、例えば、図６（ａ）に示すように、半導体基板１上に活性層２及びクラッド層３が積層されており、半導体基板１の下面とクラッド層３の上面との間に電圧を印加すると、活性層３の端面から光（レーザ光）４が出力される。しかし、この光（レーザ光）４は、詳細に検証すると、図６（ｂ）に示すように、それぞれ波長λが微妙に異なる複数の光の集合とみなせる。
【０００３】
そこで、単一波長λ0の光（レーザ光）４を出力させるために、図６（ｃ）に示すように、活性層２の隣接位置に回折格子５を形成した分布帰還型（Distributed Feedback ：ＤＦＢ）半導体レーザが提唱されている。このように回折格子５が組込まれた分布帰還型半導体レーザにおいては、導波路の等価屈折率をｎ、格子間隔をｄとすると、この活性層２で発生した多数の波長λを有する光のうち、波長λが、λ＝２ｎｄの条件を満たす単一波長λ0（＝２ｎｄ）の光４ａが出力される筈である。
【０００４】
しかし、分布帰還型半導体レーザは、図６（ｃ）に示すように内部に形成される回折格子５が光の出射方向に沿って一様な位相連続型の場合には、原理的に単一波長λ0のみで発振する「単一モード発振」は実現せず、図６（ｄ）に示すように、λ＝２ｎｄの条件を満たす波長λ0の左右に別の波長λ+1、λ-1の光が出力される。
【０００５】
このような不都合を解消するためには、λ／４シフト構造と呼ばれる光の位相をλ／４だけ移相させる位相シフト構造を回折格子５の途中に形成することで「単一モード発振」を実現している。
【０００６】
しかし、途中に位相シフト構造を有する回折格子５は、単純で量産性に優れたレーザ干渉露光法による一括露光作業工程では製造できず、一般的には電子ビーム描画装置を用いて長時間かけて描画する製造方法を採用しているのが実状である。これに対し、レーザ干渉露光法で製造した回折格子でもλ／４シフト構造と同等な効果を得るための技術が特許第１７８１１８６号（特公平４―６７３５６号公報）に提案されている。
【０００７】
すなわち、この提案された分布帰還型半導体レーザにおいては、図７に示すように、活性層２の下側に、第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂと、第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂを結合する平坦な結合導波路７とを同一面に一体構造で形成している。そして、第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂの各回折格子は、レーザ干渉露光法を用いて仮想的な単一の回折格子の一部を構成するようにそれぞれの位相を整合させて形成している。
【０００８】
そして、結合導波路７は、この結合導波路７が第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂと同一構造を有していた場合に対して、伝送する光の位相をπの整数倍からずらす伝送特性を有する。
【０００９】
なお、この提案では、「第１の回折格子導波路６ａから第２の回折格子導波路６ｂへ伝送する光の位相をπの整数倍からずらす」としているが、製造された分布帰還型半導体レーザにおいて、単一波長の光（レーザ光）が発生する確率が高い構造としては、「第１の回折格子導波路６ａから第２の回折格子導波路６ｂへ伝送する光の位相がπの半奇数倍（π／２、３π／２、…）になる」構造であることは明らかである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７に示した構造の分布帰還型半導体レーザにおいても、まだ解消すべき次のような課題があった。
【００１１】
すなわち、「第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂと、第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂを結合する平坦な結合導波路７とを同一面に一体構造で形成」しようとすると、活性層２の下方に存在する第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂと平坦な結合導波路７とを単一の材料で形成された単一層、例えば半導体基板１を上面からエッチングすることによって形成する必要がある。
【００１２】
図８に示すように、第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂに形成された回折格子を構成する各格子の高さｈ0、及び平坦な結合導波路７の厚みｈ1は、エッチングの時間や、エッチング液の濃度や、エッチング液の温度等のエッチング条件に大きく影響され、この分布帰還型半導体レーザの製造工程において、この各格子の高さｈ0や結合導波路７の厚みｈ1を高い精度で制御することは非常に困難である。
【００１３】
一般に、結合導波路７において、この結合導波路７を伝送する光の位相がそこに回折格子がある場合と比較してずれるのは、回折格子の有無という導波路の構造の違いによって、光の伝搬定数がわずかに異なるためである。光の伝搬定数は伝送する光が感じる等価屈折率ｎによって決まる。図８を用いて説明すると、結合導波路７の平均厚みｈ1と、第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂを構成する各格子の平均高さｈ0との差（ｈ0―ｈ1）に依存する。
【００１４】
すなわち、この結合導波路７を伝送する光の位相のずれ量が正確にπの半奇数倍（π／２、３π／２、…）になるためには、上述した差（ｈ0―ｈ1）を正確に制御する必要がある。
【００１５】
しかし、前述したように、結合導波路７の平均厚みｈ1と、第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂを構成する格子の平均高さｈ0とは、この分布帰還型半導体レーザの製造工程におけるエッチング精度に依存する。その結果、結合導波路７を伝送する光の位相のずれ量を高い精度で制御できず、製造された分布帰還型半導体レーザにおいて、単一波長の光（レーザ光）が発生する確率が低下し、製造時の歩留まりが低下する問題がある。
【００１６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、第１、第２の回折格子層の間の領域をこの第１、第２の回折格子層と異なる材料物質で形成することにより、たとえエッチング手法を用いて第１、第２の回折格子層を製造したとしても、第１、第２の回折格子層及びこの第１、第２の回折格子層の間の領域の形状精度及び寸法精度を高く維持でき、単一波長の光（レーザ光）が発生する確率を向上でき、製造時の歩留まりを大幅に向上できる分布帰還型半導体レーザの製造方法を提供することを目的とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の分布帰還型半導体レーザの製造方法においては、ＩｎＰからなる半導体基板上にこの半導体基板より屈折率の大きい材質であるＩｎＧａＡｓＰからなる回折格子層を形成するための層を形成する工程と、一様周期の回折格子を形成するとともに光の出射方向に互いに離間して間に平坦領域を挟んで第１、第２の回折格子層が形成されるために、回折格子層を形成するための層の上面にレジストを塗布し、このレジストの光の出射方向の全長に亘って一様周期の回折格子状パターンの露光を行ったのち、平坦領域に対応する部分のみに全面露光を行い、その後回折格子状パターンの露光を行った部分及び全面露光を行った部分のレジストを除去することによってエッチング阻害物質を形成する工程と、エッチング阻害物質をエッチングマスクとし、露出された部分を選択エッチングにより除去することにより、半導体基板の上面を部分的に表出させるとともに第１、第２の回折格子層を形成する工程と、この形成された互いに離間した第１、第２の回折格子層の間にして表出した半導体基板の上面、第１、第２の回折格子層の所定の間隙、及び第１、第２の回折格子層の上方に半導体基板と同一材料物質からなる緩衝層を形成する工程と、緩衝層の上方に活性層を形成する工程と、活性層の上方にクラッド層を構成する工程とを有し、第１、第２の回折格子層及び平坦領域の形状が精度よく形成されるようにしている。
【００３０】
このように構成された分布帰還型半導体レーザの製造方法においては、回折格子層を形成するための層をエッチングにより、互いに離間した第１、第２の回折格子層の間の領域が形成されるが、この場合、第１、第２の回折格子層の間の結合層が充填されるべき領域は、回折格子層を形成するための層を全厚みに亘ってエッチングすればよいので、高い形状精度及び高い寸法精度を維持できる。
【００３１】
したがって、この製造法方法で製造された分布帰還型半導体レーザにおける第１の回折格子層から結合層を経て第２の回折格子層へ伝搬する光の位相のずれ量を正確にπの半奇数倍（π／２、３π／２、…）にされる。
【００３２】
また、別の発明の分布帰還型半導体レーザの製造方法においては、ＩｎＰからなる半導体基板上に、活性層と、前記半導体基板と同一材料物質からなる緩衝層と、この緩衝層より屈折率の大きい材質であるＩｎＧａＡｓＰからなる回折格子層を形成するための層とを順番に積層していく工程と、一様周期の回折格子を形成するとともに光の出射方向に互いに離間して間に平坦領域を挟んで第１、第２の回折格子層が形成されるために、回折格子層を形成するための層の上面にレジストを塗布し、このレジストの光の出射方向の全長に亘って一様周期の回折格子状パターンの露光を行ったのち、平坦領域に対応する部分のみに全面露光を行い、その後回折格子状パターンの露光を行った部分及び全面露光を行った部分のレジストを除去することによってエッチング阻害物質を形成する工程と、エッチング阻害物質をエッチングマスクとし、露出された部分を選択エッチングにより除去することにより、緩衝層の上面を部分的に表出させるとともに第１、第２の回折格子層を形成する工程と、この形成された互いに離間した第１、第２の回折格子層の間にして表出した緩衝層の上面、第１、第２の回折格子層の所定の間隙、及び第１、第２の回折格子層の上方に緩衝層と同一材料物質からなるクラッド層を形成する工程とを有し、第１、第２の回折格子層及び平坦領域の形状が精度よく形成されるようにしている。
【００３３】
先の発明の分布帰還型半導体レーザの製造方法で製造する分布帰還型半導体レーザにおいては、活性層の下方に第１、第２の回折格子層を配設したのに対して、この発明の製造方法が適用される分布帰還型半導体レーザにおいては、活性層の上方に第１、第２の回折格子層を配設している。その他の構成は、先の分布帰還型半導体レーザに類似している。
【００３４】
したがって、先の発明の分布帰還型半導体レーザの製造方法とほぼ同じ作用効果を奏することが可能である。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態を図面を用いて説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係わる分布帰還型半導体レーザの分製造方法で製造された布帰還型半導体レーザの概略構成を示す断面模式図である。
【００３９】
ｎ型InPからなる半導体基板１１の上面に、ｎ型InGaAsPからなる第１の回折格子層１２ａと、半導体基板１１と同一材料物質からなる結合層１３と、ｎ型InGaAsPからなる第２の回折格子層１２ｂとが形成されている。第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂは、それぞれ複数の格子１４と格子相互間に存在する隙間１５とで構成されており、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂに含まれる全部の格子１４と隙間１５とで、仮想的に同一ピッチで位相が連続する一つの回折格子１６を構成する。また、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂを構成する各格子１４の屈折率は半導体基板１１の屈折率より高く設定されている。
【００４０】
そして、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの間の領域を充填する結合層１３の長さは、所望の単一波長λ0の光２３がこの結合層１３を通過する過程で、位相がπの半奇数倍（π／２、３π／２、…）だけずれるように設定されている。
【００４１】
第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂ、結合層１３の上面には、半導体基板１１と同一材料物質からなる緩衝層１７が形成されている。なお、結合層１３と緩衝層１７とは一体形成されている。この緩衝層１７の上面に、それぞれ適当な組成のInGaSaPからなる、下側ＳＣＨ層、ＭＱＷ層、上側ＳＣＨ層を含む活性層１８が形成されている。この活性層１８の上面には、ｐ型InPからなるクラッド層１９が形成されている。
【００４２】
クラッド層１９の上面にｐ電極２０が取付けられ、半導体基板１１の下面にはｎ電極２１が取付られている。さらに、単一モードの光２３が出射される活性層１８、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの端面には、反射防止膜２２ａ、２２ｂが形成されている。
【００４３】
このように構成された第１実施形態の分布帰還型半導体レーザにおいて、ｐ電極２０とｎ電極２１との間に電圧を印加すると、活性層１８は多波長を有する光を発振するが、この波長を有する光のうち、回折格子１６の格子間隔と等価屈折率とで定まる単一波長λ0を有した光２３が選択されて出力される。
【００４４】
この場合、結合層１３の存在によって、光２３の位相がπの半奇数倍（π／２、３π／２、…）だけずれるので、確実に単一波長λ0を有した光２３が出力される。
【００４５】
より具体的に説明すると、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの間に存在する結合層１３は、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂとは異なる半導体基板と同一材料物質で形成されている。
【００４６】
したがって、この領域の形状及び寸法の精度を向上できるので、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの間の結合層１３の形状及び寸法の精度が上昇する。結合層１３の形状及び寸法の精度が向上すると、前述した格子１４の寸法と結合層１３の寸法との関係が常に一定値を維持するので、光２３が感じる等価屈折率が素子毎に変動することが防止されるので、光２３の位相がπの半奇数倍（π／２、３π／２、…）だけずれるので、単一波長λ0を有した光２３が出力される。
【００４７】
すなわち、分布帰還型半導体レーザから出力される光２３の波長精度が大幅に向上するとともに、単一モード率を向上でき、分布帰還型半導体レーザの製造上の歩留まりを向上できる。
【００４８】
（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造方法を示す製造工程図である。具体的には、図１に示した第１実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造工程を示す。以下、図２（ａ）〜（ｆ）を参照しながら説明する。
【００４９】
（ａ） ｎ型InPからなる半導体基板１１上に、InPに格子整合し、組成波長が１．０５μｍ〜１．１０μｍのいずれかとなる組成のｎ型InGaAsPからなる回折格子を形成するための層１２を厚さ６０ｎｍ〜１５０ｎｍのいずれかだけ結晶成長法にて形成する。
【００５０】
（ｂ） 回折格子を形成するための層１２の上に、一様周期の２００ｎｍ〜３００ｎｍのいずれかの回折格子１６を形成するとともに光２３の出射方向に互いに１００ｎｍ〜２００ｎｍのいずれか離間して第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂが形成されるように、回折格子を形成するための層１２に所定の間隙を挟んでフォトレジスト等のエッチング阻害物質２４を形成する。すなわち、回折格子を形成するための層１２の上面全面に亘って回折格子状の露光を行ったのち、結合層１３に対応する部分のみに全面露光を行う（これはポジ型レジストの場合に相当する）。具体的には、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂにおける回折格子１６の各格子１４に対応する部分のみに、エッチング阻害物質２４が形成される。
【００５１】
（ｃ） 次に、エッチング阻害物質２４をエッチングマスクとし、回折格子を形成するための層１２における露出された部分を選択エッチングにより除去することにより、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂを形成する。そして、エッチング終了後に、エッチング阻害物質２４を除去する。
【００５２】
この場合、硫酸、過酸化水素水、水を混合したエッチング液に浸潰すると、InGaAsPからなる回折格子層１２の露出面がエッチングされるが、回折格子を形成するための層１２の下側に位置する半導体基板１１のInPはエッチングされないため、半導体基板１１の上面に到達した時点でエッチングは停止する。つまり、回折格子１６を構成する各格子１４の高さは単純に回折格子を形成するための層１２の厚さで定まる。同様に、結合層１３の厚さも回折格子を形成するための層１２の厚さで定まる。
【００５３】
ここで重要な事は、隣接する格子１４相互間に、回折格子を形成するための層１２の上面から下面まで貫通する隙間１５が形成されていることである。
【００５４】
すなわち、たとえ、エッチング時間のばらつきや、エッチング液の濃度や温度に変動が生じたとしても、正確でかつ再現性の高い回折格子１６を形成できる。
【００５５】
（ｄ） この形成された互いに離間した第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの間の領域、及び第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの上に半導体基板１１と同一材料物質であるInPからなる緩衝層１７を厚さ５０ｎｍ〜２００ｎｍのいずれかだけ結晶成長法にて形成する。この状態において、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの間に、半導体基板１１と同一材料物質であるInPからなる結合層１３が形成される。
【００５６】
（ｅ） この緩衝層１７の上にフォトルミネッセンス（ＰＬ）波長１．４５μｍ〜１．６５μｍとなるInGaAsPを含む材質である活性層１８を結晶成長法で形成する。この活性層１８は、一般的に、多重量子井戸層構造が採用される。なお、必要であれば多重量子井戸構造の上下に光分離閉じ込め層を形成することが可能である。
【００５７】
（ｆ） さらに、この活性層１８の上にｐ型InPからなるクラッド層１９を厚さ２μｍ〜４μｍだけ結晶成長法で形成する。
【００５８】
最後に、図１に示すように、クラッド層１９の上面にｐ電極２０を取付け、半導体基板１１の下面にｎ電極２１を取付ける。さらに、単一モードの光２３が出射される活性層１８、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの端面をへき開により形成して、この端面に反射防止膜２２ａ、２２ｂを形成する。
【００５９】
なお、この第２実施形態の製造方法で示した分布帰還型半導体レーザを構成する各層の組成及び膜厚は、主に波長多重光伝送で用いられる、波長λ＝１．４５μｍ〜１．６５μｍの光を出力する半導体レーザに適用される値である。
【００６０】
このように構成された第２実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造方法においては、（ｂ）、（ｃ）項で説明したように、所定厚さを有する回折格子を形成するための層１２を、たとえエッチングすることによって、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂを形成したとしても、正確でかつ再現性の高い回折格子１６を有する第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂを形成できる。
【００６１】
すなわち、この製造方法を用いて製造された分布帰還型半導体レーザから出力される光２３の波長精度が大幅に向上するとともに、単一モード率を向上でき、分布帰還型半導体レーザの製造上の歩留まりを向上できる。
【００６２】
図３は、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの間の距離、すなわち間に存在する結合層１３の光２３の伝搬方向の距離Ｌと、各距離Ｌに設定した状態における出力される光２３の単一モード率との関係を示す実験結果を示す図である。なお、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの回折格子１６の形状は同一仕様である。
【００６３】
この実験結果によると、光２３の波長に対応した特定の距離Ｌ位置に単一モード率のピーク点が存在することが確認できた。このことは、この実験に用いた多数の分布帰還型半導体レーザにおける第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの回折格子１６の形状は、非常に高い精度で同一値を維持し、半導体レーザ相互間のバラツキが少なかったことが実証できた。
【００６４】
なお、上述した製造方法においては、（ｂ）において、回折格子を形成するための層１２の上に、直接、エッチング阻害物質２４を形成したが、回折格子を形成するための層１２の上に、半導体基板１１と同一材料物質からなる層（補助緩衝層）を形成し、この層（補助緩衝層）の上面にエッチング阻害物質２４を形成することも可能である。
【００６５】
この場合、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂを形成するためのエッチングを２回に分割して実施する。１回目のエッチングで回折格子を形成するための層１２の中途位置までエッチング（１００ｎｍ〜２００ｎｍ深さ）し、エッチング阻害物質２４を除去する。
【００６６】
エッチング阻害物質２４が除去された位置に残る補助緩衝をエッチングマスクとして、２回目のエッチングを実施して、露出している回折格子層１２を除去することにより、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂを形成する。
【００６７】
（第３実施形態）
図４は本発明の第３実施形態に係わる分布帰還型半導体レーザの概略構成を示す断面模式図である。図１に示す第１実施形態の分布帰還型半導体レーザと同一部分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明は省略する。
【００６８】
ｎ型InPからなる半導体基板１１の上面にInGaAaPからなる活性層１８が形成されている。この活性層１８の上面にｐ型InPからなる緩衝層１７が形成されている。この緩衝層１７の上面に、ｐ型InGaAsPからなる第１の回折格子層１２ａと、緩衝層１７と同一材料物質からなる結合層１３と、ｐ型InGaAsPからなる第２の回折格子層１２ａとが形成されている。
【００６９】
第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂは、それぞれ複数の格子１４と格子相互間に存在する隙間１５とで構成されており、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂに含まれる全部の格子１４と隙間１５とで、仮想的に同一ピッチで位相が連続する一つの回折格子１６を構成する。また、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂを構成する各格子１４の屈折率はクラッド層１９の屈折率より高く設定されている。
【００７０】
そして、結合層１３の長さは、所望の単一波長の光２３がこの結合層１３を通過する過程で、位相がπの半奇数倍（π／２、３π／２、…）だけずれるように設定されている。第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂと結合層１３との上面には、緩衝層１７と同一材料物質からなるクラッド層１９が形成されている。
【００７１】
クラッド層１９の上面にｐ電極２０が取付けられ、半導体基板１１の下面にはｎ電極２１が取付られている。さらに、単一モードの光２３が出射される活性層１８、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの端面には、反射防止膜２２ａ、２２ｂが形成されている。
【００７２】
このように構成された第３実施形態の分布帰還型半導体レーザにおいても、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの間に存在する結合層１３は、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂとは異なる物質で形成されているので、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂで構成される回折格子１６の形状、寸法精度、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂ間の結合層１３の形状、寸法精度を大幅に向上できる。
【００７３】
したがって、図１に示す第１実施形態の分布帰還型半導体レーザとほぼ同様の作用効果を奏することができる。
【００７４】
（第４実施形態）
図５は、本発明の第４実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造方法を示す製造工程図である。具体的には、図４に示した第３実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造工程を示す。図２に示した第２実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造方法と同一部分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明は省略する。以下、図５（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【００７５】
（ａ） ｎ型InPからなる半導体基板１１上に、InGaAaPからなる活性層１８、ｐ型InPからなる緩衝層１７、ｐ型InGaAsPからなる回折格子を形成するための層１２を結晶成長法によって順番に積層していく。
【００７６】
（ｂ） 回折格子を形成するための層１２の上に、一様周期の回折格子１６を形成するとともに光２３の出射方向に互いに離間して第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂが形成されるように、回折格子を形成するための層１２に所定の間隙を挟んでエッチング阻害物質２４を形成する。すなわち、回折格子を形成するための層１２の上面全面に亘って回折格子状の露光を行ったのち、結合層１３に対応する部分のみに全面露光を行う。具体的には、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂにおける格子１４に対応する部分のみに、エッチング阻害物質２４が形成される。
【００７７】
（ｃ） 次に、エッチング阻害物質２４をエッチングマスクとし、露出された部分を選択エッチングにより除去することにより、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂを形成する。そして、エッチング終了後に、エッチング阻害物質２４を除去する。
【００７８】
この場合、硫酸、過酸化水素水、水を混合したエッチング液に浸潰すると、InGaAsPからなる回折格子を形成するための層１２の露出面がエッチングされるが、回折格子を形成するための層１２の下側に位置する緩衝層１７のInPはエッチングされないため、緩衝層１７の上面に到達した時点でエッチングは停止する。つまり、回折格子１６を構成する各格子１４の高さは単純に回折格子を形成するための層１２の厚さで定まる。同様に、結合層１３の厚さも回折格子を形成するための層１２の厚さで定まる。
【００７９】
すなわち、たとえ、エッチング時間のばらつきや、エッチング液の濃度や温度に変動が生じたとしても、正確でかつ再現性の高い回折格子１６を形成できる。
【００８０】
（ｄ） この形成された互いに離間した第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの間、及び第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの.上にｐ型InPからなるクラッド層１９を成長法にて形成する。この状態において、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの間に、緩衝層１７と同一材料物質であるInPからなる結合層１３が形成される。
【００８１】
最後に、図４に示すように、クラッド層１９の上面にｐ電極２０を取付け、半導体基板１１の下面にはｎ電極２１を取付ける。さらに、単一モードの光２３が出射される活性層１８、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの端面をへき開により形成して、この端面に反射防止膜２２ａ、２２ｂを形成する。
【００８２】
このように構成された第４実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造方法においても、図２で説明した第２実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造方法と同様に、（ｂ）、（ｃ）項で説明したように、所定厚さを有する回折格子を形成するための層１２を、たとえエッチングすることによって、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂを形成したとしても、正確でかつ再現性の高い回折格子１６を有する第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂを形成できる。
【００８３】
すなわち、この製造方法を用いて製造された分布帰還型半導体レーザから出力される光２３の波長精度が大幅に向上するとともに、単一モード率を向上でき、分布帰還型半導体レーザの製造上の歩留まりを向上できる。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の分布帰還型半導体レーザの製造方法においては、第１、第２の回折格子層の間の領域をこの第１、第２の回折格子層と異なる材料物質で形成している。
【００８５】
したがって、第１、第２の回折格子をたとえエッチング手法を用いて製造したとしても、第１、第２の回折格子層及びこの第１、第２の回折格子層の間の領域との形状精度及び寸法精度を高く維持でき、単一波長の光（レーザ光）が発生する確率を向上でき、出力される光の波長精度を向上でき、かつ製造時の歩留まりを大幅に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係わる分布帰還型半導体レーザの概略構成を示す断面模式図
【図２】本発明の第２実施形態に係わる分布帰還型半導体レーザの製造方法を示す工程図
【図３】本発明の第１実施形態に係わる分布帰還型半導体レーザを用いて測定された単一モード率の測定結果を示す図
【図４】本発明の第３実施形態に係わる分布帰還型半導体レーザの概略構成を示す断面模式図
【図５】本発明の第４実施形態に係わる分布帰還型半導体レーザの製造方法を示す工程図
【図６】分布帰還型半導体レーザの動作原理を説明するための図
【図７】従来の分布帰還型半導体レーザの概略構成を示す断面模式図
【図８】同従来の分布帰還型半導体レーザの問題点を説明するための図
【符号の説明】
１１…半導体基板
１２…回折格子を形成するための層
１２ａ…第１の回折格子層
１２ｂ…第２の回折格子層
１３…結合層
１４…格子
１５…隙間
１６…回折格子
１７…緩衝層
１８…活性層
１９…クラッド層
２０…ｐ電極
２１…ｎ電極
２２ａ、２２ｂ…反射防止膜
２３…光
２４…エッチング阻害物質
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信や光計測に用いる光を出力する半導体レーザに係わり、特に、単一波長の光を出力する分布帰還型半導体レーザの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信や光計測に用いる光を出力する半導体レーザにおいては、例えば、図６（ａ）に示すように、半導体基板１上に活性層２及びクラッド層３が積層されており、半導体基板１の下面とクラッド層３の上面との間に電圧を印加すると、活性層３の端面から光（レーザ光）４が出力される。しかし、この光（レーザ光）４は、詳細に検証すると、図６（ｂ）に示すように、それぞれ波長λが微妙に異なる複数の光の集合とみなせる。
【０００３】
そこで、単一波長λ0の光（レーザ光）４を出力させるために、図６（ｃ）に示すように、活性層２の隣接位置に回折格子５を形成した分布帰還型（Distributed Feedback ：ＤＦＢ）半導体レーザが提唱されている。このように回折格子５が組込まれた分布帰還型半導体レーザにおいては、導波路の等価屈折率をｎ、格子間隔をｄとすると、この活性層２で発生した多数の波長λを有する光のうち、波長λが、λ＝２ｎｄの条件を満たす単一波長λ0（＝２ｎｄ）の光４ａが出力される筈である。
【０００４】
しかし、分布帰還型半導体レーザは、図６（ｃ）に示すように内部に形成される回折格子５が光の出射方向に沿って一様な位相連続型の場合には、原理的に単一波長λ0のみで発振する「単一モード発振」は実現せず、図６（ｄ）に示すように、λ＝２ｎｄの条件を満たす波長λ0の左右に別の波長λ+1、λ-1の光が出力される。
【０００５】
このような不都合を解消するためには、λ／４シフト構造と呼ばれる光の位相をλ／４だけ移相させる位相シフト構造を回折格子５の途中に形成することで「単一モード発振」を実現している。
【０００６】
しかし、途中に位相シフト構造を有する回折格子５は、単純で量産性に優れたレーザ干渉露光法による一括露光作業工程では製造できず、一般的には電子ビーム描画装置を用いて長時間かけて描画する製造方法を採用しているのが実状である。これに対し、レーザ干渉露光法で製造した回折格子でもλ／４シフト構造と同等な効果を得るための技術が特許第１７８１１８６号（特公平４―６７３５６号公報）に提案されている。
【０００７】
すなわち、この提案された分布帰還型半導体レーザにおいては、図７に示すように、活性層２の下側に、第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂと、第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂを結合する平坦な結合導波路７とを同一面に一体構造で形成している。そして、第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂの各回折格子は、レーザ干渉露光法を用いて仮想的な単一の回折格子の一部を構成するようにそれぞれの位相を整合させて形成している。
【０００８】
そして、結合導波路７は、この結合導波路７が第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂと同一構造を有していた場合に対して、伝送する光の位相をπの整数倍からずらす伝送特性を有する。
【０００９】
なお、この提案では、「第１の回折格子導波路６ａから第２の回折格子導波路６ｂへ伝送する光の位相をπの整数倍からずらす」としているが、製造された分布帰還型半導体レーザにおいて、単一波長の光（レーザ光）が発生する確率が高い構造としては、「第１の回折格子導波路６ａから第２の回折格子導波路６ｂへ伝送する光の位相がπの半奇数倍（π／２、３π／２、…）になる」構造であることは明らかである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７に示した構造の分布帰還型半導体レーザにおいても、まだ解消すべき次のような課題があった。
【００１１】
すなわち、「第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂと、第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂを結合する平坦な結合導波路７とを同一面に一体構造で形成」しようとすると、活性層２の下方に存在する第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂと平坦な結合導波路７とを単一の材料で形成された単一層、例えば半導体基板１を上面からエッチングすることによって形成する必要がある。
【００１２】
図８に示すように、第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂに形成された回折格子を構成する各格子の高さｈ0、及び平坦な結合導波路７の厚みｈ1は、エッチングの時間や、エッチング液の濃度や、エッチング液の温度等のエッチング条件に大きく影響され、この分布帰還型半導体レーザの製造工程において、この各格子の高さｈ0や結合導波路７の厚みｈ1を高い精度で制御することは非常に困難である。
【００１３】
一般に、結合導波路７において、この結合導波路７を伝送する光の位相がそこに回折格子がある場合と比較してずれるのは、回折格子の有無という導波路の構造の違いによって、光の伝搬定数がわずかに異なるためである。光の伝搬定数は伝送する光が感じる等価屈折率ｎによって決まる。図８を用いて説明すると、結合導波路７の平均厚みｈ1と、第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂを構成する各格子の平均高さｈ0との差（ｈ0―ｈ1）に依存する。
【００１４】
すなわち、この結合導波路７を伝送する光の位相のずれ量が正確にπの半奇数倍（π／２、３π／２、…）になるためには、上述した差（ｈ0―ｈ1）を正確に制御する必要がある。
【００１５】
しかし、前述したように、結合導波路７の平均厚みｈ1と、第１、第２の回折格子導波路６ａ、６ｂを構成する格子の平均高さｈ0とは、この分布帰還型半導体レーザの製造工程におけるエッチング精度に依存する。その結果、結合導波路７を伝送する光の位相のずれ量を高い精度で制御できず、製造された分布帰還型半導体レーザにおいて、単一波長の光（レーザ光）が発生する確率が低下し、製造時の歩留まりが低下する問題がある。
【００１６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、第１、第２の回折格子層の間の領域をこの第１、第２の回折格子層と異なる材料物質で形成することにより、たとえエッチング手法を用いて第１、第２の回折格子層を製造したとしても、第１、第２の回折格子層及びこの第１、第２の回折格子層の間の領域の形状精度及び寸法精度を高く維持でき、単一波長の光（レーザ光）が発生する確率を向上でき、製造時の歩留まりを大幅に向上できる分布帰還型半導体レーザの製造方法を提供することを目的とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の分布帰還型半導体レーザの製造方法においては、ＩｎＰからなる半導体基板上にこの半導体基板より屈折率の大きい材質であるＩｎＧａＡｓＰからなる回折格子層を形成するための層を形成する工程と、一様周期の回折格子を形成するとともに光の出射方向に互いに離間して間に平坦領域を挟んで第１、第２の回折格子層が形成されるために、回折格子層を形成するための層の上面にレジストを塗布し、このレジストの光の出射方向の全長に亘って一様周期の回折格子状パターンの露光を行ったのち、平坦領域に対応する部分のみに全面露光を行い、その後回折格子状パターンの露光を行った部分及び全面露光を行った部分のレジストを除去することによってエッチング阻害物質を形成する工程と、エッチング阻害物質をエッチングマスクとし、露出された部分を選択エッチングにより除去することにより、半導体基板の上面を部分的に表出させるとともに第１、第２の回折格子層を形成する工程と、この形成された互いに離間した第１、第２の回折格子層の間にして表出した半導体基板の上面、第１、第２の回折格子層の所定の間隙、及び第１、第２の回折格子層の上方に半導体基板と同一材料物質からなる緩衝層を形成する工程と、緩衝層の上方に活性層を形成する工程と、活性層の上方にクラッド層を構成する工程とを有し、第１、第２の回折格子層及び平坦領域の形状が精度よく形成されるようにしている。
【００３０】
このように構成された分布帰還型半導体レーザの製造方法においては、回折格子層を形成するための層をエッチングにより、互いに離間した第１、第２の回折格子層の間の領域が形成されるが、この場合、第１、第２の回折格子層の間の結合層が充填されるべき領域は、回折格子層を形成するための層を全厚みに亘ってエッチングすればよいので、高い形状精度及び高い寸法精度を維持できる。
【００３１】
したがって、この製造法方法で製造された分布帰還型半導体レーザにおける第１の回折格子層から結合層を経て第２の回折格子層へ伝搬する光の位相のずれ量を正確にπの半奇数倍（π／２、３π／２、…）にされる。
【００３２】
また、別の発明の分布帰還型半導体レーザの製造方法においては、ＩｎＰからなる半導体基板上に、活性層と、前記半導体基板と同一材料物質からなる緩衝層と、この緩衝層より屈折率の大きい材質であるＩｎＧａＡｓＰからなる回折格子層を形成するための層とを順番に積層していく工程と、一様周期の回折格子を形成するとともに光の出射方向に互いに離間して間に平坦領域を挟んで第１、第２の回折格子層が形成されるために、回折格子層を形成するための層の上面にレジストを塗布し、このレジストの光の出射方向の全長に亘って一様周期の回折格子状パターンの露光を行ったのち、平坦領域に対応する部分のみに全面露光を行い、その後回折格子状パターンの露光を行った部分及び全面露光を行った部分のレジストを除去することによってエッチング阻害物質を形成する工程と、エッチング阻害物質をエッチングマスクとし、露出された部分を選択エッチングにより除去することにより、緩衝層の上面を部分的に表出させるとともに第１、第２の回折格子層を形成する工程と、この形成された互いに離間した第１、第２の回折格子層の間にして表出した緩衝層の上面、第１、第２の回折格子層の所定の間隙、及び第１、第２の回折格子層の上方に緩衝層と同一材料物質からなるクラッド層を形成する工程とを有し、第１、第２の回折格子層及び平坦領域の形状が精度よく形成されるようにしている。
【００３３】
先の発明の分布帰還型半導体レーザの製造方法で製造する分布帰還型半導体レーザにおいては、活性層の下方に第１、第２の回折格子層を配設したのに対して、この発明の製造方法が適用される分布帰還型半導体レーザにおいては、活性層の上方に第１、第２の回折格子層を配設している。その他の構成は、先の分布帰還型半導体レーザに類似している。
【００３４】
したがって、先の発明の分布帰還型半導体レーザの製造方法とほぼ同じ作用効果を奏することが可能である。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態を図面を用いて説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係わる分布帰還型半導体レーザの分製造方法で製造された布帰還型半導体レーザの概略構成を示す断面模式図である。
【００３９】
ｎ型InPからなる半導体基板１１の上面に、ｎ型InGaAsPからなる第１の回折格子層１２ａと、半導体基板１１と同一材料物質からなる結合層１３と、ｎ型InGaAsPからなる第２の回折格子層１２ｂとが形成されている。第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂは、それぞれ複数の格子１４と格子相互間に存在する隙間１５とで構成されており、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂに含まれる全部の格子１４と隙間１５とで、仮想的に同一ピッチで位相が連続する一つの回折格子１６を構成する。また、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂを構成する各格子１４の屈折率は半導体基板１１の屈折率より高く設定されている。
【００４０】
そして、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの間の領域を充填する結合層１３の長さは、所望の単一波長λ0の光２３がこの結合層１３を通過する過程で、位相がπの半奇数倍（π／２、３π／２、…）だけずれるように設定されている。
【００４１】
第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂ、結合層１３の上面には、半導体基板１１と同一材料物質からなる緩衝層１７が形成されている。なお、結合層１３と緩衝層１７とは一体形成されている。この緩衝層１７の上面に、それぞれ適当な組成のInGaSaPからなる、下側ＳＣＨ層、ＭＱＷ層、上側ＳＣＨ層を含む活性層１８が形成されている。この活性層１８の上面には、ｐ型InPからなるクラッド層１９が形成されている。
【００４２】
クラッド層１９の上面にｐ電極２０が取付けられ、半導体基板１１の下面にはｎ電極２１が取付られている。さらに、単一モードの光２３が出射される活性層１８、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの端面には、反射防止膜２２ａ、２２ｂが形成されている。
【００４３】
このように構成された第１実施形態の分布帰還型半導体レーザにおいて、ｐ電極２０とｎ電極２１との間に電圧を印加すると、活性層１８は多波長を有する光を発振するが、この波長を有する光のうち、回折格子１６の格子間隔と等価屈折率とで定まる単一波長λ0を有した光２３が選択されて出力される。
【００４４】
この場合、結合層１３の存在によって、光２３の位相がπの半奇数倍（π／２、３π／２、…）だけずれるので、確実に単一波長λ0を有した光２３が出力される。
【００４５】
より具体的に説明すると、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの間に存在する結合層１３は、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂとは異なる半導体基板と同一材料物質で形成されている。
【００４６】
したがって、この領域の形状及び寸法の精度を向上できるので、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの間の結合層１３の形状及び寸法の精度が上昇する。結合層１３の形状及び寸法の精度が向上すると、前述した格子１４の寸法と結合層１３の寸法との関係が常に一定値を維持するので、光２３が感じる等価屈折率が素子毎に変動することが防止されるので、光２３の位相がπの半奇数倍（π／２、３π／２、…）だけずれるので、単一波長λ0を有した光２３が出力される。
【００４７】
すなわち、分布帰還型半導体レーザから出力される光２３の波長精度が大幅に向上するとともに、単一モード率を向上でき、分布帰還型半導体レーザの製造上の歩留まりを向上できる。
【００４８】
（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造方法を示す製造工程図である。具体的には、図１に示した第１実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造工程を示す。以下、図２（ａ）〜（ｆ）を参照しながら説明する。
【００４９】
（ａ） ｎ型InPからなる半導体基板１１上に、InPに格子整合し、組成波長が１．０５μｍ〜１．１０μｍのいずれかとなる組成のｎ型InGaAsPからなる回折格子を形成するための層１２を厚さ６０ｎｍ〜１５０ｎｍのいずれかだけ結晶成長法にて形成する。
【００５０】
（ｂ） 回折格子を形成するための層１２の上に、一様周期の２００ｎｍ〜３００ｎｍのいずれかの回折格子１６を形成するとともに光２３の出射方向に互いに１００ｎｍ〜２００ｎｍのいずれか離間して第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂが形成されるように、回折格子を形成するための層１２に所定の間隙を挟んでフォトレジスト等のエッチング阻害物質２４を形成する。すなわち、回折格子を形成するための層１２の上面全面に亘って回折格子状の露光を行ったのち、結合層１３に対応する部分のみに全面露光を行う（これはポジ型レジストの場合に相当する）。具体的には、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂにおける回折格子１６の各格子１４に対応する部分のみに、エッチング阻害物質２４が形成される。
【００５１】
（ｃ） 次に、エッチング阻害物質２４をエッチングマスクとし、回折格子を形成するための層１２における露出された部分を選択エッチングにより除去することにより、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂを形成する。そして、エッチング終了後に、エッチング阻害物質２４を除去する。
【００５２】
この場合、硫酸、過酸化水素水、水を混合したエッチング液に浸潰すると、InGaAsPからなる回折格子層１２の露出面がエッチングされるが、回折格子を形成するための層１２の下側に位置する半導体基板１１のInPはエッチングされないため、半導体基板１１の上面に到達した時点でエッチングは停止する。つまり、回折格子１６を構成する各格子１４の高さは単純に回折格子を形成するための層１２の厚さで定まる。同様に、結合層１３の厚さも回折格子を形成するための層１２の厚さで定まる。
【００５３】
ここで重要な事は、隣接する格子１４相互間に、回折格子を形成するための層１２の上面から下面まで貫通する隙間１５が形成されていることである。
【００５４】
すなわち、たとえ、エッチング時間のばらつきや、エッチング液の濃度や温度に変動が生じたとしても、正確でかつ再現性の高い回折格子１６を形成できる。
【００５５】
（ｄ） この形成された互いに離間した第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの間の領域、及び第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの上に半導体基板１１と同一材料物質であるInPからなる緩衝層１７を厚さ５０ｎｍ〜２００ｎｍのいずれかだけ結晶成長法にて形成する。この状態において、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの間に、半導体基板１１と同一材料物質であるInPからなる結合層１３が形成される。
【００５６】
（ｅ） この緩衝層１７の上にフォトルミネッセンス（ＰＬ）波長１．４５μｍ〜１．６５μｍとなるInGaAsPを含む材質である活性層１８を結晶成長法で形成する。この活性層１８は、一般的に、多重量子井戸層構造が採用される。なお、必要であれば多重量子井戸構造の上下に光分離閉じ込め層を形成することが可能である。
【００５７】
（ｆ） さらに、この活性層１８の上にｐ型InPからなるクラッド層１９を厚さ２μｍ〜４μｍだけ結晶成長法で形成する。
【００５８】
最後に、図１に示すように、クラッド層１９の上面にｐ電極２０を取付け、半導体基板１１の下面にｎ電極２１を取付ける。さらに、単一モードの光２３が出射される活性層１８、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの端面をへき開により形成して、この端面に反射防止膜２２ａ、２２ｂを形成する。
【００５９】
なお、この第２実施形態の製造方法で示した分布帰還型半導体レーザを構成する各層の組成及び膜厚は、主に波長多重光伝送で用いられる、波長λ＝１．４５μｍ〜１．６５μｍの光を出力する半導体レーザに適用される値である。
【００６０】
このように構成された第２実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造方法においては、（ｂ）、（ｃ）項で説明したように、所定厚さを有する回折格子を形成するための層１２を、たとえエッチングすることによって、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂを形成したとしても、正確でかつ再現性の高い回折格子１６を有する第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂを形成できる。
【００６１】
すなわち、この製造方法を用いて製造された分布帰還型半導体レーザから出力される光２３の波長精度が大幅に向上するとともに、単一モード率を向上でき、分布帰還型半導体レーザの製造上の歩留まりを向上できる。
【００６２】
図３は、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの間の距離、すなわち間に存在する結合層１３の光２３の伝搬方向の距離Ｌと、各距離Ｌに設定した状態における出力される光２３の単一モード率との関係を示す実験結果を示す図である。なお、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの回折格子１６の形状は同一仕様である。
【００６３】
この実験結果によると、光２３の波長に対応した特定の距離Ｌ位置に単一モード率のピーク点が存在することが確認できた。このことは、この実験に用いた多数の分布帰還型半導体レーザにおける第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの回折格子１６の形状は、非常に高い精度で同一値を維持し、半導体レーザ相互間のバラツキが少なかったことが実証できた。
【００６４】
なお、上述した製造方法においては、（ｂ）において、回折格子を形成するための層１２の上に、直接、エッチング阻害物質２４を形成したが、回折格子を形成するための層１２の上に、半導体基板１１と同一材料物質からなる層（補助緩衝層）を形成し、この層（補助緩衝層）の上面にエッチング阻害物質２４を形成することも可能である。
【００６５】
この場合、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂを形成するためのエッチングを２回に分割して実施する。１回目のエッチングで回折格子を形成するための層１２の中途位置までエッチング（１００ｎｍ〜２００ｎｍ深さ）し、エッチング阻害物質２４を除去する。
【００６６】
エッチング阻害物質２４が除去された位置に残る補助緩衝をエッチングマスクとして、２回目のエッチングを実施して、露出している回折格子層１２を除去することにより、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂを形成する。
【００６７】
（第３実施形態）
図４は本発明の第３実施形態に係わる分布帰還型半導体レーザの概略構成を示す断面模式図である。図１に示す第１実施形態の分布帰還型半導体レーザと同一部分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明は省略する。
【００６８】
ｎ型InPからなる半導体基板１１の上面にInGaAaPからなる活性層１８が形成されている。この活性層１８の上面にｐ型InPからなる緩衝層１７が形成されている。この緩衝層１７の上面に、ｐ型InGaAsPからなる第１の回折格子層１２ａと、緩衝層１７と同一材料物質からなる結合層１３と、ｐ型InGaAsPからなる第２の回折格子層１２ａとが形成されている。
【００６９】
第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂは、それぞれ複数の格子１４と格子相互間に存在する隙間１５とで構成されており、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂに含まれる全部の格子１４と隙間１５とで、仮想的に同一ピッチで位相が連続する一つの回折格子１６を構成する。また、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂを構成する各格子１４の屈折率はクラッド層１９の屈折率より高く設定されている。
【００７０】
そして、結合層１３の長さは、所望の単一波長の光２３がこの結合層１３を通過する過程で、位相がπの半奇数倍（π／２、３π／２、…）だけずれるように設定されている。第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂと結合層１３との上面には、緩衝層１７と同一材料物質からなるクラッド層１９が形成されている。
【００７１】
クラッド層１９の上面にｐ電極２０が取付けられ、半導体基板１１の下面にはｎ電極２１が取付られている。さらに、単一モードの光２３が出射される活性層１８、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの端面には、反射防止膜２２ａ、２２ｂが形成されている。
【００７２】
このように構成された第３実施形態の分布帰還型半導体レーザにおいても、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの間に存在する結合層１３は、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂとは異なる物質で形成されているので、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂで構成される回折格子１６の形状、寸法精度、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂ間の結合層１３の形状、寸法精度を大幅に向上できる。
【００７３】
したがって、図１に示す第１実施形態の分布帰還型半導体レーザとほぼ同様の作用効果を奏することができる。
【００７４】
（第４実施形態）
図５は、本発明の第４実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造方法を示す製造工程図である。具体的には、図４に示した第３実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造工程を示す。図２に示した第２実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造方法と同一部分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明は省略する。以下、図５（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【００７５】
（ａ） ｎ型InPからなる半導体基板１１上に、InGaAaPからなる活性層１８、ｐ型InPからなる緩衝層１７、ｐ型InGaAsPからなる回折格子を形成するための層１２を結晶成長法によって順番に積層していく。
【００７６】
（ｂ） 回折格子を形成するための層１２の上に、一様周期の回折格子１６を形成するとともに光２３の出射方向に互いに離間して第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂが形成されるように、回折格子を形成するための層１２に所定の間隙を挟んでエッチング阻害物質２４を形成する。すなわち、回折格子を形成するための層１２の上面全面に亘って回折格子状の露光を行ったのち、結合層１３に対応する部分のみに全面露光を行う。具体的には、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂにおける格子１４に対応する部分のみに、エッチング阻害物質２４が形成される。
【００７７】
（ｃ） 次に、エッチング阻害物質２４をエッチングマスクとし、露出された部分を選択エッチングにより除去することにより、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂを形成する。そして、エッチング終了後に、エッチング阻害物質２４を除去する。
【００７８】
この場合、硫酸、過酸化水素水、水を混合したエッチング液に浸潰すると、InGaAsPからなる回折格子を形成するための層１２の露出面がエッチングされるが、回折格子を形成するための層１２の下側に位置する緩衝層１７のInPはエッチングされないため、緩衝層１７の上面に到達した時点でエッチングは停止する。つまり、回折格子１６を構成する各格子１４の高さは単純に回折格子を形成するための層１２の厚さで定まる。同様に、結合層１３の厚さも回折格子を形成するための層１２の厚さで定まる。
【００７９】
すなわち、たとえ、エッチング時間のばらつきや、エッチング液の濃度や温度に変動が生じたとしても、正確でかつ再現性の高い回折格子１６を形成できる。
【００８０】
（ｄ） この形成された互いに離間した第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの間、及び第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの.上にｐ型InPからなるクラッド層１９を成長法にて形成する。この状態において、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの間に、緩衝層１７と同一材料物質であるInPからなる結合層１３が形成される。
【００８１】
最後に、図４に示すように、クラッド層１９の上面にｐ電極２０を取付け、半導体基板１１の下面にはｎ電極２１を取付ける。さらに、単一モードの光２３が出射される活性層１８、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂの端面をへき開により形成して、この端面に反射防止膜２２ａ、２２ｂを形成する。
【００８２】
このように構成された第４実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造方法においても、図２で説明した第２実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造方法と同様に、（ｂ）、（ｃ）項で説明したように、所定厚さを有する回折格子を形成するための層１２を、たとえエッチングすることによって、第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂを形成したとしても、正確でかつ再現性の高い回折格子１６を有する第１、第２の回折格子層１２ａ、１２ｂを形成できる。
【００８３】
すなわち、この製造方法を用いて製造された分布帰還型半導体レーザから出力される光２３の波長精度が大幅に向上するとともに、単一モード率を向上でき、分布帰還型半導体レーザの製造上の歩留まりを向上できる。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の分布帰還型半導体レーザの製造方法においては、第１、第２の回折格子層の間の領域をこの第１、第２の回折格子層と異なる材料物質で形成している。
【００８５】
したがって、第１、第２の回折格子をたとえエッチング手法を用いて製造したとしても、第１、第２の回折格子層及びこの第１、第２の回折格子層の間の領域との形状精度及び寸法精度を高く維持でき、単一波長の光（レーザ光）が発生する確率を向上でき、出力される光の波長精度を向上でき、かつ製造時の歩留まりを大幅に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係わる分布帰還型半導体レーザの概略構成を示す断面模式図
【図２】本発明の第２実施形態に係わる分布帰還型半導体レーザの製造方法を示す工程図
【図３】本発明の第１実施形態に係わる分布帰還型半導体レーザを用いて測定された単一モード率の測定結果を示す図
【図４】本発明の第３実施形態に係わる分布帰還型半導体レーザの概略構成を示す断面模式図
【図５】本発明の第４実施形態に係わる分布帰還型半導体レーザの製造方法を示す工程図
【図６】分布帰還型半導体レーザの動作原理を説明するための図
【図７】従来の分布帰還型半導体レーザの概略構成を示す断面模式図
【図８】同従来の分布帰還型半導体レーザの問題点を説明するための図
【符号の説明】
１１…半導体基板
１２…回折格子を形成するための層
１２ａ…第１の回折格子層
１２ｂ…第２の回折格子層
１３…結合層
１４…格子
１５…隙間
１６…回折格子
１７…緩衝層
１８…活性層
１９…クラッド層
２０…ｐ電極
２１…ｎ電極
２２ａ、２２ｂ…反射防止膜
２３…光
２４…エッチング阻害物質
Claims (2)
- 分布帰還型半導体レーザの製造方法であって、
ＩｎＰからなる半導体基板上にこの半導体基板より屈折率の大きい材質であるＩｎＧａＡｓＰからなる回折格子層を形成するための層を形成する工程と、
一様周期の回折格子を形成するとともに光の出射方向に互いに離間して間に平坦領域を挟んで第１、第２の回折格子層が形成されるために、前記回折格子層を形成するための層の上面にレジストを塗布し、このレジストの光の出射方向の全長に亘って一様周期の回折格子状パターンの露光を行ったのち、前記平坦領域に対応する部分のみに全面露光を行い、その後前記回折格子状パターンの露光を行った部分及び前記全面露光を行った部分のレジストを除去することによってエッチング阻害物質を形成する工程と、
前記エッチング阻害物質をエッチングマスクとし、露出された部分を選択エッチングにより除去することにより、前記半導体基板の上面を部分的に表出させるとともに前記第１、第２の回折格子層を形成する工程と、
この形成された互いに離間した第１、第２の回折格子層の間にして前記表出した半導体基板の上面、前記第１、第２の回折格子層の前記所定の間隙、及び前記第１、第２の回折格子層の上方に前記半導体基板と同一材料物質からなる緩衝層を形成する工程と、
前記緩衝層の上方に活性層を形成する工程と、
前記活性層の上方にクラッド層を構成する工程とを有し、
前記第１、第２の回折格子層及び前記平坦領域の形状が精度よく形成されることを特徴とする分布帰還型半導体レーザの製造方法。 - 分布帰還型半導体レーザの製造方法であって、
ＩｎＰからなる半導体基板上に、活性層と、前記半導体基板と同一材料物質からなる緩衝層と、この緩衝層より屈折率の大きい材質であるＩｎＧａＡｓＰからなる回折格子層を形成するための層とを順番に積層していく工程と、
一様周期の回折格子を形成するとともに光の出射方向に互いに離間して間に平坦領域を挟んで第１、第２の回折格子層が形成されるために、前記回折格子層を形成するための層の上面にレジストを塗布し、このレジストの光の出射方向の全長に亘って一様周期の回折格子状パターンの露光を行ったのち、前記平坦領域に対応する部分のみに全面露光を行い、その後前記回折格子状パターンの露光を行った部分及び前記全面露光を行った部分のレジストを除去することによってエッチング阻害物質を形成する工程と、
前記エッチング阻害物質をエッチングマスクとし、露出された部分を選択エッチングにより除去することにより、前記緩衝層の上面を部分的に表出させるとともに前記第１、第２の回折格子層を形成する工程と、
この形成された互いに離間した第１、第２の回折格子層の間にして前記表出した緩衝層の上面、前記第１、第２の回折格子層の前記所定の間隙、及び前記第１、第２の回折格子層の上方に前記緩衝層と同一材料物質からなるクラッド層を形成する工程とを有し、
前記第１、第２の回折格子層及び前記平坦領域の形状が精度よく形成されることを特徴とする分布帰還型半導体レーザの製造方法。
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