JPH07147458A - 分布帰還型半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高信頼性かつ高量産性に富み、かつ高い歩留
まりを有する分布帰還型半導体レーザを提供する。 【構成】 ｎ−ＩｎＰ基板１上に、２００７Å周期の利
得結合型回折格子（深さ５０ｎｍ）が形成されている。
この回折格子は、ｎ−ＩｎＧａＡｓ量子井戸光吸収層２
を含み、その上にはｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波層３、Ｉ
ｎＧａＡｓＰバリヤ層とＩｎＧａＡｓＰ井戸層１０周期
から成るアンドープのＩｎＧａＡｓＰ歪ＭＱＷ活性層
４、ｐ−ＩｎＰクラッド層５、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタ
クト層６が形成されている。量子井戸光吸収層２のバン
ドギャップは、共振器方向に沿って周期的に変化し、レ
ーザ光を吸収する領域が２００７Å周期で形成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、長距離・大容量光通信
用光源に適した分布帰還型半導体レーザおよびその製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年長距離・大容量データ伝送やＣＡＴ
Ｖ等の多チャンネル映像伝送用光源として分布帰還型半
導体レーザ（ＤＦＢレーザ）が実用されている。これは
通常の半導体レーザ（ファブリペローレーザ：ＦＰレー
ザ）が通常マルチ軸モード発振であるのに対し、活性層
近傍に形成された回折格子により高速変調時においても
単一軸モード発振が得られるので雑音レベルが低く、ま
た伝送時に分散による信号劣化の影響を受けにくい等の
特徴を有するためである。現在のＤＦＢレーザは活性層
の上もしくは下に位置する光導波層の厚みに周期構造を
持たせた回折格子を有するいわゆる屈折率結合型ＤＦＢ
レーザが主流である。

【０００３】この屈折率結合ＤＦＢレーザは回折格子周
期と共振器屈折率で決まるブラッグ波長の両側に２本の
発振モードが存在し共振器端面での位相によりいずれか
の発振モードが規定されるため、安定な単一発振モード
が得られる確率は３０％程度と考えられている。また低
出力において単一モードが得られても高出力動作におい
て軸方向ホールバーニング効果による位相変動により発
振モードの変化が生じ高出力までの安定単一モード発振
が得られる歩留まりはさらに小さくなる。またレーザに
戻り光がある場合も発振状態の変化が生じ雑音の増大や
マルチモード化が生じるため、通常実用には光アイソレ
ータ内蔵のモジュールの形態を採用することにより安定
性を確保している。しかしながらＤＦＢレーザの低い歩
留まりやアイソレータの使用は製品コストの上昇を招
き、より幅広い普及を妨げる要因となっている。

【０００４】近年この屈折率結合ＤＦＢの問題を解決す
る新しい構造のＤＦＢレーザとして利得結合ＤＦＢレー
ザが注目されている（例えば Yi Luo et al., Aｐｐlie
d Phisics Letters, Vol.５６, No.１７, ｐｐ １６２
０−１６２２ April ２３, １９９０参照）。

【０００５】この構造では基本的にブラッグ波長モード
で発振モードが規定されるため端面位相の影響なく安定
な単一軸モード発振が高い歩留まりで期待できる。また
軸方向ホールバーニングによる位相変動の影響も受けに
く高出力での高い単一モード歩留まりや戻り光に対する
安定性も報告されており、低コストの単一軸モード光源
として期待できるものである。この構造としては活性層
に凹凸周期構造を持たせた構造と別に吸収層から成る吸
収性回折格子型があるが、低しきい値発振・信頼性の立
場から後者の構造が有望視されている。この構造を図１
に示す。

【０００６】ここでｎ−ＧａＡｓ基板３１上にｎ−Ｇａ
ＡｌＡｓ第１クラッド層３２、ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ
ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３３、ｐ−ＧａＡｌＡｓ第１バ
リヤ層３４、ｐ−ＧａＡｌＡｓ第２バリヤ層３５、ｐ−
ＧａＡｌＡｓ光導波層３６、ｐ−ＧａＡｌＡｓ第２クラ
ッド層３７およびｎ−ＧａＡｓ吸収性回折格子４１で構
成されている。ｐ−ＧａＡｌＡｓ第２バリヤ層３５、ｐ
−ＧａＡｌＡｓ光導波層３６間に埋め込まれたｎ−Ｇａ
Ａｓ吸収性回折格子４１の働きにより吸収係数の周期的
変化により利得の周期変化が得られ、利得結合発振が得
られている。

【０００７】図２及び図３を参照しながら、上記構造を
形成する方法を説明する。まず、図１の層３２から３５
を含むエピタキシャル基板５１の最上層にＧａＡｌＡｓ
吸収層４１を形成した後、図２に示すように、ＥＢ露光
法を用いて周期パターン有するレジストをＧａＡｌＡｓ
吸収層４１上に形成する。その後、図３に示すように、
ドライエッチングによりＧａＡＧｓ吸収層４１の下まで
の溝を形成して、凹凸が得られる。レジストを除去した
後、他の層３６、３７（図１）をエピタキシャル成長す
れば、図１の半導体レーザが得られる。

【０００８】ここで良好な特性を得るにはこの吸収回折
格子のデューティ比（図３（ｂ）におけるａ／ｂ）は、
０.１から０.２程度にすることが望ましいことがわかっ
ており、再現性のある回折格子の形状を制御することが
非常に重要となる。

【０００９】しかしながら、回折格子の周期としては
０．２μｍから０．４μｍ程度必要でありレジストパタ
ーンとしては０．１μｍから０．２μｍの超微細パター
ンが必要となる。実際このような超微細パターン再現性
良く形成するにはＥＢ露光を用いることは可能である
が、露光に長時間要することや装置コストが非常に高い
等の問題が生じ、実用的ではない。またドライエッチン
グはウェットエッチングに比べより制御性良く半導体層
をエッチングできるが半導体層にダメージ層が形成され
素子の信頼性を確保することは難しい。

【００１０】従ってレジストパターンは二光束干渉露
光、半導体層エッチングはウェットエッチングを用いる
ことはより現実的ではあるが、図２に示すようにレジス
ト開口部のばらつきや半導体層エッチングのばらつきに
より、吸収層からなる回折格子の形状はウェハー面内で
大きくばらつき、場所によっては吸収回折格子がない領
域も存在する。吸収係数（α）の分布もおおきくばらつ
き、デューティ比を制御することは困難であり作製上の
問題により所望の特性を再現性良く得ることは困難であ
った。

【００１１】このような問題を改善する方法として例え
ば特開平４−３２６７８８号公報に示される方法があ
る。図４にその吸収回折格子の断面構造を示す。ここで
は吸収回折格子は凹凸形状上に量子井戸吸収層５６を形
成するとともに凹凸形状に対応して吸収層５６の厚みを
変化させ吸収係数の周期的変化を確実に変化させうるも
のである。このような方法で得られれた吸収回折格子は
図３の構造に比べエッチングによるよる吸収回折格子形
状の消失は抑制されることが期待できるが、活性層５４
上の光ガイド層５５に回折格子を形成するのでエッチン
グ深さのばらつきには谷部５６Ｖの吸収層の膜厚のばら
つきのみならず吸収層５６の活性層５４からの距離のば
らつきに大きく反映するので利得結合係数を制御するこ
とは難しい。

【００１２】さらにエッチングによるガイド層５５のば
らつきは屈折率結合係数の制御の立場からも不利であ
る。またレジスト除去後に追加のエッチングを行うこと
は下地の回折格子高さｄを調整するためにもまた凹凸上
に良好なエピタキシャル層を形成する上でも重要である
が、図４の構造ではガイド層膜厚の目減り、場合によっ
ては活性層までのエッチングが生じ、成形エッチングを
行うことは不可能に近いという問題がある。また形状制
御の立場から回折格子をドライエッチングで形成するこ
とは有利であるがこの場合エッチングによるダメージ層
が活性層にまで達する恐れがあり、ドライエッチングの
適用が難しいという問題がある。

【００１３】一方、利得結合型ＤＦＢレーザとしてはこ
れまで述べた吸収回折格子を用いずに、活性層の利得を
周期的に変化させる方法がある。この代表例は、１９９
４年Optoelectroｎics Conference ｐ４０２に報告され
ている。この型のＤＦＢレーザでは、活性層を加工した
利得回折格子を形成するので吸収型よりも大きい利得結
合が得られるとともに、付加的な吸収の増加は無くより
良好な特性が期待できる。しかしながら、活性層のエッ
チング後にｐ−ＩｎＰクラッド層を成長するので、ｐｎ
接合位置近傍に欠陥導入や不純物の蓄積が生じる。この
ｐｎ接合近傍の欠陥や不純物は電流注入時の発光効率の
低下や通電時の素子の寿命低下を来すことになる（他の
文献：特開昭６２−８４５８３号公報、特開平４−１５
５９８６号公報、特開平６−８５４０２号公報）。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】従来の利得結合ＤＦＢ
レーザにおいては、回折格子の形状が一つの素子内にお
いてもばらついている。このため、半導体レーザの特性
が十分なレベルで確保されず、信頼性が不十分であっ
た。また、ある程度の特性を有する良品を得る歩留まり
も低く、量産性に乏しかった。

【００１５】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、信頼性及び
量産性に優れ、かつ高い製造歩留まりを持つ分布帰還型
半導体レーザおよびその製造方法を提供することにあ
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の分布帰還型半導
体レーザは、第１導電型の半導体基板と、該半導体基板
上に形成され、レーザ光発生のための活性層を含む半導
体積層構造体と、該半導体基板と該半導体積層構造との
間に設けられた利得結合型回折格子と、を備えた分布帰
還型半導体レーザであって、該回折格子は、該半導体基
板の上面に周期的に配列された、頂部の丸い複数の曲面
状凸部と、該複数の曲面状凸部を覆う量子井戸光吸収層
と、を有しており、該量子井戸光吸収層は、該複数の曲
面状凸部の各境界部において第１の厚さを有する光吸収
部分と、該複数の曲面状凸部に各頂部において該第１の
厚さよりも薄い第２の厚さを有する光非吸収部と、を含
んでおり、該光吸収部のバンドギャップは、該活性層の
バンドギャップよりも狭く、該光非吸収部のバンドギャ
ップは該活性層のバンドギャップよりも広く、そのこと
により上記目的が達成される。

【００１７】前記量子井戸光吸収層の厚さは、共振器方
向に沿って、周期的かつ非線形的に変化していることが
好ましい。

【００１８】前記半導体積層構造体は、前記活性層と前
記回折格子との間に設けられた第１導電型の光導波層
と、該活性層よりも前記半導体基板から離れた位置に設
けられた第２導電型のクラッド層と、を含んでいてもよ
い。

【００１９】本発明の他の分布帰還型半導体レーザは、
半導体基板と、該半導体基板上に形成され、レーザ光発
生のための活性層を含む半導体積層構造体と、該半導体
基板と該半導体積層構造との間に設けられた利得結合型
回折格子と、を備えた分布帰還型半導体レーザであっ
て、該回折格子は、該半導体基板の上面に形成された第
１半導体層と、該第１半導体層の上面に周期的に配列さ
れた複数の凸部と、該複数の凸部を覆う量子井戸光吸収
層と、該量子井戸光吸収層上に形成され、上面が実質的
に平坦な第２半導体層と、を有しており、該量子井戸光
吸収層は、該複数の凸部の各境界部において第１の厚さ
を有する光吸収部分と、該複数の凸部に各頂部において
該第１の厚さよりも薄い第２の厚さを有する光非吸収部
と、を含んでおり、該光吸収部のバンドギャップは該活
性層のバンドギャップよりも狭く、該光非吸収部のバン
ドギャップは該活性層のバンドギャップよりも広く、該
第１半導体層のバンドギャップは、該第２半導体層のバ
ンドギャップよりも小さく、そのことにより上記目的が
達成される。

【００２０】前記複数の凸部の各々は、頂部の丸い曲面
形状を有しており、前記量子井戸光吸収層の厚さは、共
振器方向に沿って周期的かつ非線形的に変化しているこ
とが好ましい。

【００２１】本発明の他の分布帰還型半導体レーザは、
レーザ光発生のための活性層と、利得結合型回折格子と
を備えた分布帰還型半導体レーザであって、該回折格子
は、周期的に配列された複数の凹凸と、該複数の凹凸の
各凹部内に分離して設けられた量子井戸光吸収層と、を
備えており、該量子井戸光吸収層のバンドギャップは該
活性層のバンドギャップよりも狭く、そのことにより上
記目的が達成される。

【００２２】前記凹凸はＩｎＰ層上に形成され、前記量
子井戸光吸収層はＩｎＡｓＰから形成されていることが
好ましい。

【００２３】前記各量子井戸光吸収層の共振器方向に沿
って計測したサイズは、回折格子周期のピッチの２０％
以下であることが好ましい。

【００２４】本発明の分布帰還型半導体レーザの製造方
法は、利得結合型回折格子を半導体基板上に形成する工
程と、レーザ光発生のための活性層を含む半導体積層構
造体を該回折格子上に形成する工程と、を包含する分布
帰還型半導体レーザの製造方法であって、該回折格子を
形成する工程は、フォトリソグラフィー及びエッチング
技術により、該半導体基板の上面に周期的に配列され
た、頂部の丸い複数の曲面状凸部を形成する工程と、該
複数の曲面状凸部の各境界部において第１の厚さを有す
る光吸収部分と、該複数の曲面状凸部に各頂部において
該第１の厚さよりも薄い第２の厚さを有する光非吸収部
とを含む量子井戸光吸収層であって、該光吸収部のバン
ドギャップが該活性層のバンドギャップよりも狭く、該
光非吸収部のバンドギャップが該活性層のバンドギャッ
プよりも広い量子井戸光吸収層を、該複数の曲面状凸部
上に形成する工程と、を包含し、そのことにより上記目
的が達成される。

【００２５】前記複数の曲面状凸部を形成する工程は、
第１のエッチングによって、前記半導体基板の前記上面
に周期的に配列された、頂部の尖った凹凸表面を形成す
るサブ工程と、第２のエッチングによって、該凹凸表面
の該頂部を丸くするサブ工程と、を包含していてもよ
い。

【００２６】本発明の分布帰還型半導体レーザの製造方
法は、利得結合型回折格子を半導体基板上に形成する工
程と、レーザ光発生のための活性層を含む半導体積層構
造体を該回折格子上に形成する工程と、を包含する分布
帰還型半導体レーザの製造方法であって、該回折格子を
形成する工程は、該半導体基板上に第１半導体層を堆積
する工程と、フォトリソグラフィー及びエッチング技術
により、該第１半導体層の上面に周期的に配列された複
数の凹凸を形成する工程と、該複数の凹凸の内の凹部内
で第１の厚さを有する光吸収部分と、該複数の凹凸の内
の凸部において該第１の厚さよりも薄い第２の厚さを有
する光非吸収部とを含む量子井戸光吸収層であって、該
光吸収部のバンドギャップが該活性層のバンドギャップ
よりも狭く、該光非吸収部のバンドギャップが該活性層
のバンドギャップよりも広い量子井戸光吸収層を、該複
数の凹凸上に形成する工程と、該第１半導体層のバンド
ギャップよりも大きなバンドギャップを有する第２半導
体層を堆積する工程と、を包含し、そのことにより上記
目的が達成される。

【００２７】本発明の分布帰還型半導体レーザの製造方
法は、レーザ光発生のための活性層と利得結合型回折格
子と備えた分布帰還型半導体レーザの製造方法であっ
て、該回折格子を形成する工程が、フォトリソグラフィ
ー及びエッチング技術により、周期的に配列された複数
の凹凸を有する凹凸面を形成する工程と、該面をＡｓＨ
３を含む気相雰囲気中にさらしながら熱処理を行い、そ
れによって、ＩｎＡｓＰから形成された量子井戸光吸収
層を該凹凸面の凹部内のみに形成する工程と、を包含
し、そのことにより上記目的が達成される。

【００２８】

【作用】本発明の分布帰還型半導体レーザでは、量子井
戸光吸収層を含む利得結合型回折格子を備えている。こ
の量子井戸光吸収層の下地の形状は周期的に配列された
凹凸面を有しているため、量子井戸光吸収層の厚さは、
その下地形状を反映して、共振器方向に沿って周期的に
変化している。量子井戸光吸収層は量子効果を発揮する
程度の厚さを有するため、量子井戸光吸収層のバンドギ
ャップは、その厚さに応じて変化する。本発明における
量子井戸光吸収層には、レーザ光を吸収するバンドギャ
ップを持つ光吸収部分（比較的に厚い部分）と、吸収し
ないバンドキャップを持つ光非吸収部分（比較的に薄い
部分）とが含まれており、それらが共振器方向に沿って
交互に配列されている。光非吸収部の厚さはゼロであっ
てもよい。その場合、量子井戸光吸収層は、一枚の連続
した層ではなく、不連続になる。レーザ光に対影響を与
えるのは、規則的に配列した光吸収部だからである。

【００２９】上記光吸収部は、一枚の層からエッチング
によって形成されるものではなく、下地の凹凸に併せて
自己整合的に配列されるため、微細なパターニングが歩
留りよく実効される。そのため、特性のバラツキの少な
い回折格子を備えており、量産性に優れる。

【００３０】本発明の回折格子が頂部の丸い複数の曲面
状凸部を有している場合、複数の曲面状凸部に成長した
量子井戸光吸収層の厚さは、共振器方向に沿って急峻に
変化する。このため、デューティー比の極めて小さな回
折格子を備えた分布帰還型半導体レーザが実現する。

【００３１】回折格子が、第１半導体層と、第１半導体
層の上面に周期的に配列された複数の凸部と、複数の凸
部を覆う量子井戸光吸収層と、該量子井戸光吸収層上に
形成され、上面が実質的に平坦な第２半導体層とを有し
いる場合において、第１半導体層のバンドギャップが、
第２半導体層のバンドギャップよりも小さいと、量子井
戸光吸収層の厚さの変化等に起因する実効的な屈折率の
変化が第１半導体層により補償される。これは、共振器
方向に沿った第１半導体層の屈折率の変化が、本発明の
回折格子により生じる屈折率の変化を相殺するからであ
る。

【００３２】本発明の分布帰還型半導体レーザの製造方
法によれば、凹凸面上に量子効果を発揮する厚さの層を
成長させるだけで、光吸収部と光非吸収部とが規則正し
く配列した構造が得られる。そのため、利得結合型の分
布帰還半導体レーザが歩留り良く作製される。

【００３３】特に、半導体基板の凹凸面をＡｓＨ３を含
む気相雰囲気中にさらしながら熱処理を行えば、ＩｎＡ
ｓＰから形成された量子井戸光吸収層を凹凸面の凹部内
のみに選択的に成長させることができるため、デューテ
ィ比のより小さな利得結合型回折格子の形成が容易とな
る。

【００３４】

【実施例】以下に、図面を参照しながら本発明の実施例
を説明する。

【００３５】（実施例１）図５は、本発明による分布帰
還型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）の第１の実施例の断
面を示している。ここでは、光通信用光源に適したＩｎ
Ｐ／ＩｎＧａＡｓＰ系材料から形成された実施例につい
て、本発明を具体的に説明することする。

【００３６】図５のＤＦＢレーザは、ｎ−ＩｎＰ基板
（ｎ＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3)１と、ｎ−ＩｎＰ基板１上に
形成された半導体積層構造体とを備えている。ｎ−Ｉｎ
Ｐ基板１と半導体積層構造との間には、利得結合型回折
格子が設けられている。

【００３７】本実施例の半導体積層構造体は、λg＝１.
０５μｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波層３(ｎ＝１×１
０１８ｃｍ−３、厚み１００ｎｍ）、λg＝１.０５μｍ
のＩｎＧａＡｓＰバリヤ層（厚み１０ｎｍ)とλg＝１.
４０μｍのＩｎＧａＡｓＰ井戸層（厚み６ｎｍ、格子不
整合率＋０.７%)１０周期から成るアンドープのＩｎＧ
ａＡｓＰ歪ＭＱＷ活性層４、ｐ−ＩｎＰクラッド層５
(ｐ＝１×１０１８ｃｍ−３)、及びｐ−ＩｎＧａＡｓコ
ンタクト層６（ｐ＝５×１０１８ｃｍ−３、厚み０.５
μｍ）を含んでいる。ＩｎＧａＡｓＰ歪ＭＱＷ活性層の
利得ピーク波長は１.３１μｍである。

【００３８】ｎ−ＩｎＰ基板１の裏面には、ｎ型電極１
１が形成されており、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層６
上にはｐ型電極１２が形成されている。これらの電極１
１及び１２の間を電流が流れる。

【００３９】横（ラテラル）モードを単一化するため
に、活性層４は例えば幅１.２μｍのストライプ状（共
振器方向に沿って延びる）に加工される。活性層４の両
側は、ｐ−ＩｎＰ層とｎ−ＩｎＰとから形成された電流
ブロック層（不図示）により覆われる。電流ブロック層
は、電極１及び１２の間を流れる電流を狭窄し、ストラ
イプ状活性層４に電流を効率的に注入する。

【００４０】利得結合型回折格子は、ｎ−ＩｎＰ基板１
の上面に周期的（１周期：２００７Å）に配列された複
数の曲面状凸部と、これらの複数の曲面状凸部を覆う一
つの連続した量子井戸光吸収層２とを有している。任意
の位置の曲面状凸部とそれに隣接する曲面状凸部との境
界部には、角部の尖ったＶ字溝が存在している。これに
対して、曲面状凸部の頂部は尖っておらず、丸められて
いる。曲面状凸部の頂部と溝の底部との間には、約５０
ｎｍの高低差がある。

【００４１】量子井戸光吸収層２は、ｎ−ＩｎＧａＡｓ
(ｎ＝１×１０１８ｃｍ−３）から形成されており、そ
のバンドギャップ波長λg＝１.６８μｍの組成を有する
量子井戸光吸収層(ｎ＝１×１０１８ｃｍ−３）２が形
成されている。ｎ−ＩｎＧａＡｓ量子井戸吸収層２の厚
さは、共振器方向に沿って周期的に変化している。Ｉｎ
ＧａＡｓ量子井戸吸収層２は、最も厚い部分で３０ｎｍ
の厚さを有し、最も薄い部分で数ｎｍ以下の厚さを有す
る。ＩｎＧａＡｓ量子井戸吸収層２の最も厚い部分は、
曲面状凸部の境界部（シャープな溝）の底部に位置し、
ＩｎＧａＡｓ量子井戸吸収層２の最も薄い部分は、曲面
状凸部の頂部に位置する。ＩｎＧａＡｓ量子井戸吸収層
２の厚さは、図５に示されるように、共振器方向に沿っ
て連続的かつ非線形的に変化している。

【００４２】ＩｎＧａＡｓ量子井戸吸収層２のバンドギ
ャップは、量子効果のため、ＩｎＧａＡｓ量子井戸吸収
層２の厚さに応じて変化する。この結果、ＩｎＧａＡｓ
量子井戸吸収層２のバンドギャップは、共振器方向に沿
って連続的かつ非線形的に変化している。特に、本実施
例では、ＩｎＧａＡｓ量子井戸吸収層２のうちの比較的
厚い部分のバンドギャップは、その比較的に厚い部分が
レーザ光を吸収するように調整されている。一方、Ｉｎ
ＧａＡｓ量子井戸吸収層２のうちの比較的薄い部分のバ
ンドギャップは、その比較的に薄い部分がレーザ光を吸
収しないように調整されている。こうして、ＩｎＧａＡ
ｓ量子井戸光吸収層２によって、複数の曲面状凸部の各
境界部において光吸収部分が、複数の曲面状凸部に各頂
部において光吸収部よりも薄い光非吸収部が提供され、
光利得結合型の回折格子の機能がもたらされる。

【００４３】図６（ａ）は、周期的に厚さの変化してい
るＩｎＧａＡｓ量子井戸吸収層の発光吸収端波長λaを
模式的に示している。図６（ｂ）は、そのようなＩｎＧ
ａＡｓ量子井戸吸収層の吸収係数αを示す。ＩｎＧａＡ
ｓ量子井戸吸収層２は、２次元的な量子井戸を形成して
おり、厚さに応じてバンドギャップが大きく変化する。
そのため、発光吸収端波長λaも周期的に変化する。

【００４４】図６（ａ）に示されるように、ＩｎＧａＡ
ｓ量子井戸吸収層２の最も厚い部分の発光吸収端波長λ
aは１.４μｍであるのに対し、最も薄い部分の発光吸収
端波長λaは１.０５μｍである。このように、量子井戸
効果を利用することにより、大きな吸収端変化が得られ
る。レーザの発振波長が１.３１μｍの場合、図６
（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、ＩｎＧａＡｓ量子
井戸吸収層２のうち発光吸収端波長λaが１.３１μｍ以
上の部分のみがレーザ光を吸収する。レーザ光を吸収す
る部分が、光吸収部として機能する。それ以外の部分
は、レーザ光に対して透明となり、光非吸収部として機
能する。このように、共振器方向に沿ってＩｎＧａＡｓ
量子井戸吸収層２の光吸収率が周期的に変化することに
より、レーザ光に対する利得も周期的に変化する。その
結果、回折格子の周期に応じた特定の波長のレーザ光が
得られ、単一軸モード発振が実現することになる。

【００４５】光吸収係数の分布は、図６（ｂ）に示され
るように、量子井戸吸収層２のバンドギャップが急峻に
変化しデルタ関数的になることが好ましい。本発明の半
導体レーザの量子井戸吸収層２によれば、デューティ比
が０.２程度以下の利得型回折格子が歩留り良く得られ
る。この回折格子は、低損失でしかも利得結合が大き
い。なお、ｎ−ＩｎＧａＡｓ量子井戸光吸収層２の代わ
りに、ｐ−ＩｎＧａＡｓ量子井戸光吸収層叉はＩｎＧａ
ＡｓＰ光吸収層を用いても良い。また、ｎ−ＩｎＧａＡ
ｓＰ光導波層３の代わりに、ｎ−ＩｎＰクラッド層を用
いても良い。

【００４６】次に、図７（ａ）及び図７（ｂ）を参照し
ながら、ＩｎＧａＡｓ量子井戸吸収層２の下地の形状と
「デューティ比」との関係を説明する。ここで、デュー
ティ比は、回折格子構造の１周期（２００７Å）に対す
る光吸収部のサイズ（共振器方向）の割合である。

【００４７】図７（ａ）は、図５の実施例の回折格子の
断面とレーザ光吸収率αの分布を示し、図７（ｂ）は、
他の実施例の回折格子の断面とレーザ光吸収率αの分布
を示している。図７（ａ）に示されるように、本実施例
では、基板の上面に配列された凸部が頂部の丸い曲面形
状を有している。この構成は、図７（ｂ）に示されるよ
うな凹凸が頂部の尖った鋸状である場合に比較して以下
に述べる優れた効果をもたらす。

【００４８】凹凸が頂部の尖った鋸状である場合と本実
施例の場合との間で、溝底部の量子井戸光吸収層２の厚
さを等しい（例えば、３０ｎｍ）と仮定し、両者を比較
する。凹凸が頂部の尖った鋸状である場合、量子井戸光
吸収層２のうち、レーザ光の吸収／非吸収を分ける臨界
的な厚さを有する部分（光吸収部と光非吸収部との境界
部Ｔｃ）は、溝底部に相対的に遠い位置にある。このこ
とは、デューティ比（Ｗ1／ピッチ）が大きくなること
を意味する。デューティ比が大きくなると、レーザ光の
吸収が全体として大きくなるため、量子効率が低下し、
発振閾値電流が増加する。また、凹凸が頂部の尖った鋸
状である場合、量子井戸光吸収層２の厚さが共振器方向
に沿って線形的に、しかも、緩やかに変化している。こ
れは、レーザ光吸収率αが緩やかに変化していることを
意味する。

【００４９】これに対して、本実施例の場合、図７
（ａ）に示されるように、光吸収部と光非吸収部との境
界部Ｔｃは溝底部に相対的に近い位置にある。この結
果、極めて微細なパターンをエッチングにより形成しな
くとも、小さなデューティ比（Ｗ2／ピッチ＝たとえば
０．２以下）が実現される。また、量子井戸光吸収層２
の厚さが共振器方向に沿って非線形的に、かつ急激に変
化している。これは、レーザ光吸収率αが急峻に変化し
ていることを意味する。

【００５０】また、頂部の尖った鋸状回折格子を形成す
る工程において、プロセスパラメータが変動した場合、
以下の述べる問題が生じる。

【００５１】図８（ａ）は、プロセスパラメータの変動
で、頂部の尖った凸部の高さが不均一になった場合の基
板１の上面の断面を示している。図８（ｂ）は、図８
（ａ）の基板１上に光吸収層２を形成した構造を示して
いる。図８（ｂ）に示されるように、光吸収層２に厚さ
は不規則にしかも緩やかに変化している。領域Ａでは、
光吸収層２はレーザ光を吸収しない程度の薄さになって
いるが、領域Ｂでは、光吸収層２はレーザ光を吸収しな
い程度の薄さになっていない。図８（ｃ）は、図８
（ｂ）の光吸収層２の吸収例数αを示している。このよ
うに、頂部の尖った鋸状回折格子の場合、光吸収膜の厚
さが共振器方向に沿って比較的に緩やかに変化するた
め、厚さがレーザ光を吸収しない程度に十分に薄くしに
くい。そのため、基板１の上面の形状によっては、回折
格子が不良化しやすい。

【００５２】一方、図７（ａ）に示すような形状が基板
の上面に形成されておれば、光吸収層の厚さの変化が比
較的に大きいので、多少形状が不揃いとなっても、図８
（ｃ）に示すような光吸収率分布になるこはない。この
ように、頂部の丸い曲面上凹部を配列した利得結合型回
折格子には種々の利点がある。

【００５３】上記実施例では、量子井戸吸収層２の材料
をＩｎＧａＡｓとしたが、ＩｎＧａＡｓＰを用いても、
その組成と厚さを調整することにより同様の効果を得る
ことができる。また光導波層３が活性層４上に位置し
（この場合導電型はｐ型）、量子井戸光吸収層２が光導
波層３とｐ−ＩｎＰクラッド層５に挟まれていてもよ
い。また、基板を含む各半導体層の導電型が実施例とは
全く逆の場合でもよい。

【００５４】また、上記実施例によれば、屈折率結合の
程度は、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波層３の組成および膜
厚を変化させることにより、容易に制御される。工藤ら
が１９９２年に報告したように、屈折率結合の程度を最
適化することにより、実効線幅増大係数を大きく低減で
き、その結果、スペクトル特性を大きく改善できる（詳
細は１３th IEEE Ｉｎterｎatioｎal Semicoｎductor L
aser Coｎfereｎceコンファレンスダイジェスト １６
ページ）。

【００５５】次に、図９（a)〜(c)を参照しながら、図
５のＤＦＢレーザの製造方法の一例を説明する。まず、
二光束干渉露光法により、ｎ−ＩｎＰ基板１上にピッチ
２００.７ｎｍの格子パターンを有するレジスト層（付
図示）を形成した後、飽和臭素水の希釈液を用いてｎ−
ＩｎＰ基板１の表面をエッチングする（第１エッチン
グ）。このとき、オーバエッチを行う。レジストの除去
後のｎ−ＩｎＰ基板１の上面は、図９（ａ）に示される
「のこぎり形状」の断面を有する部分と、オーバーエッ
チにより凸部が角部がまくるなった部分とが混在してい
る。

【００５６】次ぎに、上面に凹凸の形成されたＩｎＰ基
板１を、Ｈ２ＳＯ４とＨ２Ｏ２とＨ２Ｏの混合液（混合
比５:１:１）に、３分の間、浸漬する（第２エッチン
グ）。このエッチングによって、凸部の全ての角度部が
丸められ、図９（ｂ）に示されるように、共振器方向に
沿って配列された複数の曲面状凸部が形成される。こう
して、ＩｎＰ基板１の上面には、均一が改善されるパタ
ーンが形成される。

【００５７】ＩｎＰ基板１上に、ＭＯＶＰＥ法を用い
て、バンドギャップ波長λg＝１.６８μｍの組成のＳｉ
ドープｎ−ＩｎＧａＡｓ量子井戸光吸収層２(ｎ＝１×
１０１８ｃｍ−３）、λg＝１.０５μｍのシリコンドー
プｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波層３(ｎ＝１×１０１８ｃ
ｍ−３、厚み１００ｎｍ）、λg＝１.０５μｍのＩｎＧ
ａＡｓＰバリヤ層（厚み１０ｎｍ)とλg＝１.４０μｍ
のＩｎＧａＡｓＰ井戸層（厚み６ｎｍ、格子不整合率＋
０.７%)１０周期から成るアンドープのＩｎＧａＡｓＰ
歪ＭＱＷ活性層４、ｐ−ＩｎＰクラッド層５(ｐ＝１×
１０１８ｃｍ−３)、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層６
（ｐ＝５×１０１８ｃｍ−３、厚み０.５μｍ）を成長
する。

【００５８】この後、ＩｎＰ基板１の裏面及びｐ−Ｉｎ
ＧａＡｓコンタクト層６の表面に、それぞれｎ型電極１
１・ｐ型電極１２を形成し図９（ｃ）に示すように、共
振器構造を作製できる。なお、電極１１及び１２の形成
の前に、必要に応じて、メサエッチ工程や電流挟搾構造
の形成工程を行っても良い。

【００５９】本製造方法では、回折格子構造形成のため
のエッチングを２段階に分けている。第２のエッチング
（整形エッチング）によって、丸みを帯びた凸部形状が
形成される結果、量子井戸光吸収層２のうちの高い吸収
係数を持つ光吸収部は溝部にのみ選択的に形成される。
また、基板への凹凸形状形成をドライエッチング（第１
のエッチング）で形成した場合において、ドライエッチ
ングが基板１の表面近傍に与えたダメージが形成されて
も、第２のエッチングをウェットで行うことによりその
ダメージを受けた層が除去され得る。このため、上記製
造方法によれば、高い信頼性を持つ半導体レーザが製造
される。

【００６０】本製造方法では、半導体基板１の上面をエ
ッチングすることにより吸収型回折格子を形成している
ので、エッチングによる吸収層および光導波層の変形や
消失がなく利得結合係数や屈折率結合係数のばらつきを
低減することができる。

【００６１】（実施例２）図１０は、本発明によるＤＦ
Ｂレーザの第２の実施例の断面を示している。図１０に
おいて、図５の半導体レーザの構成要素に対応する要素
には、同じ参照番号が付されている。

【００６２】本実施例の半導体レーザと図５の半導体レ
ーザとの間にある主要な相違は、ＩｎＰ基板１とＩｎＧ
ａＡｓ量子井戸光吸収層２の間に、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ
下部光導波層（例えばλg＝１.１０μｍ、厚み４０ｎ
ｍ）２１が挿入されており、回折格子の凹凸がｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ光導波層ｍ）２１に形成されている点にあ
る。また、図１０の半導体レーザでは、回折格子は頂部
の丸い形状を有している。この回折格子の形状は、鋸形
状で、角凸部の頂部は尖った、鋸状回折格子で置き換え
られてもよい。なお、他の部分については、図１０の半
導体レーザと図５の半導体レーザとは同様の構成を有し
ている。

【００６３】下部光導波層２１のバンドギャップは上部
光導波層３のバンドギャップよりも小さく、下部光導波
層２１の屈折率は上部光導波層３の屈折率よりも大き
い。図１０に示されるように、下部光導波層２１の厚さ
は、共振器方向に沿って、周期的に変化している。この
周期は、量子井戸光吸収層２の厚さの共振器方向に沿っ
た変化の周期と同一である。ただし、両者の周期的変化
の位相は１８０度ずれている。

【００６４】下部光導波層２１及び上部光導波層３の層
厚および組成を調整することにより、レーザ光に対する
実効屈折率の周期的変化を打ち消すことができる。実効
屈折率の周期的変化を打ち消すことにより、屈折率結合
を無視することが可能となり、より純粋な利得結合が実
現する。屈折率結合を無視でできない場合、屈折率結合
型半導体レーザに関して説明した問題点がわずかの程度
発生するおそれがある。すなわち、端面位相のばらつき
軸方向ホールバーニングによる発振不安定性が発現する
おそれがある。しかし、本実施例の半導体レーザのよう
に、屈折率の周期的変化を補償するためるの半導体層を
半導体基板上に設ければ、屈折率結合を大きく抑制する
ことができるので、端面位相のばらつき軸方向ホールバ
ーニング等による発振不安定性を大きく改善できる。そ
の結果、高出力においても高い単一モード発振歩留まり
を保持できるばかりでなく、低波長チャープ特性が得ら
れている。

【００６５】また、凹凸は、ＩｎＰ基板１の上面に直接
に形成されるのではなく、熱処理に対してより安定なＩ
ｎＧａＡｓＰに形成されているので、量子井戸光吸収層
２の成長工程中の加熱により凹凸形状が変形してしまう
ということがない。そのため、回折格子の形状のバラツ
キが抑制される。

【００６６】次に、図１１（a)〜(c)を参照しながら、
図１０のＤＦＢレーザの製造方法の一例を説明する。ま
ず、ｎ−ＩｎＰ基板１上にMOVＰEによるSiドープＩｎＧ
ａＡｓＰ光導波層２１(λg＝１.１０μｍ、ｎ＝１×１
０１８ｃｍ−３、厚み４０ｎｍ）を形成したあと、二光
束干渉露光法により、ｎ−ＩｎＰ基板１上にピッチ２０
０.７ｎｍの格子パターンを有するレジスト層（付図
示）を形成する。次に、飽和臭素水の希釈液を用いて、
ＩｎＧａＡｓＰ光導波層２１の表面をエッチングする
（第１エッチング）。このとき、オーバエッチを行う。
レジストの除去後のｎ−ＩｎＰ基板１の上面は、図９
（ａ）に示される「のこぎり形状」の断面を有する部分
と、オーバーエッチにより凸部が角部がまくるなった部
分とが混在している。

【００６７】次ぎに、上面に凹凸の形成されたＩｎＰ基
板１を、Ｈ２ＳＯ４とＨ２Ｏ２とＨ２Ｏの混合液（混合
比１:１:５０）に、３分の間、浸漬する（第２エッチン
グ）。このエッチングによって、凸部の全ての角度部が
丸められ、図１１（ｂ）に示されるように、共振器方向
に沿って配列された複数の曲面状凸部が形成される。こ
うして、ＩｎＰ基板１の上面には、均一が改善されるパ
ターンが形成される。

【００６８】エリプソメトリーもしくは回折効率測定等
で凹凸深さを測定したのち、基板１上にＭＯＶＰＥ法に
よりバンドギャップ波長λg＝１.６８μｍの組成のＳｉ
ドープｎ−ＩｎＧａＡｓ量子井戸光吸収層２(ｎ＝１×
１０１８ｃｍ−３）、λg＝０.９２〜１.１μｍの範囲
で凹凸深さに対応して決定された組成のシリコンドープ
ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波層３(ｎ＝１×１０１８ｃｍ
−３、厚み１００ｎｍ）、前記光導波層３と同一組成の
ＩｎＧａＡｓＰバリヤ層（厚み１０ｎｍ)とλg＝１.４
０μｍのＩｎＧａＡｓＰ井戸層（厚み６ｎｍ、格子不整
合率＋０.７%)１０周期から成るアンドープのＩｎＧａ
ＡｓＰ歪ＭＱＷ活性層４、ｐ−ＩｎＰクラッド層５(ｐ
＝１×１０１８ｃｍ−３)、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタク
ト層６（ｐ＝５×１０１８ｃｍ−３、厚み０.５μｍ）
を成長する。

【００６９】この後、ＩｎＰ基板１の裏面及びｐ−Ｉｎ
ＧａＡｓコンタクト層６の表面に、それぞれｎ型電極１
１・ｐ型電極１２を形成し図１１（ｃ）に示すように、
共振器構造を作製できる。なお、電極１１及び１２の形
成の前に、必要に応じて、メサエッチ工程や電流挟搾構
造の形成工程を行っても良い。

【００７０】本製造方法では、回折格子の形状に関して
高い面内均一性が得られるばかりではなく、下部光導波
層２１の凹凸形状を確認後、上部光導波層３の組成を調
整できるので、より高い精度で屈折率の周期変化の補償
を行うことができる。尚、屈折率の調整は、組成でなく
光導波層の膜厚であっても同様の効果が得られる。

【００７１】（実施例３）次に、図１２（a)及び(b)を
参照しながら、更に他のＤＦＢレーザ及びその製造方法
を説明する。

【００７２】まず、前述した方法により、図１２（a)に
示すような形状を基板１の上面に形成する。そのあと、
基板１をＭＯＶＰＥ装置内に挿入し、ＰＨ３（２００ｓ
ｃｃｍ）と、１０％に水素希釈されたＡＨ３（１００ｓ
ｃｃｍ）との混合ガス（圧力：６０Ｔｏｒｒ）中で、６
００℃の熱処理を約１０分間行う。

【００７３】この熱処理により、ＩｎＡｓＰ量子井戸光
吸収層２２が凹凸形状の凹部の狭い範囲内にのみ選択的
に成長する。このＩｎＡｓＰ２２の選択成長は、熱処理
時に凸部からＰが解離することにより残されたＩｎが、
基板１の表面を拡散し凹部に到達したあと、気相中のＡ
ｓおよびＰと結合することによって進行する。

【００７４】上記熱処理のあと、同一のＭＯＶＰＥ装置
内で、連続して、ｎ−ＩｎＰクラッド層３(ｎ＝１×１
０１８ｃｍ−３、厚み１００ｎｍ）、ＩｎＧａＡｓＰバ
リヤ層（厚み１０ｎｍ)とＩｎＧａＡｓＰ井戸層（厚み
６ｎｍ、格子不整合率＋０.７%)１０周期から成るアン
ドープのＩｎＧａＡｓＰ歪ＭＱＷ活性層４、ｐ−ＩｎＰ
クラッド層５(ｐ＝１×１０１８ｃｍ−３)、ｐ−ＩｎＧ
ａＡｓコンタクト層６（ｐ＝５×１０１８ｃｍ−３、厚
み０.５μｍ）を成長する。このあと、裏面および表面
にそれぞれｎ型電極１１・ｐ型電極１２を形成し、図１
１（b）の半導体レーザが得られる。

【００７５】ＩｎＡｓＰ量子井戸光吸収層２２のバンド
ギャップは、ＰＨ３ガスとＡＨ３ガスの混合比により調
整される。流量比を変化すると、ＩｎＡｓＰ量子井戸光
吸収層２２中に占めるＡｓの割合が変化する。Ａｓの割
合が小さくなり過ぎると吸収層としての機能が低下する
ので、比較的にＡｓリッチなＩｎＡｓＰ量子井戸光吸収
層２２が好ましい。例えば、ＰＨ３の流量：ＡＨ３の流
量＝１０：１の場合、得られたＩｎＡｓＰ量子井戸光吸
収層２２のバンドギャップは、１.３μｍのレーザ光を
強く吸収する。

【００７６】凹凸形成のためのエッチングで最も問題と
なるのは、凸部形状のばらつきであり、凹部の形状はほ
とんどばらつかない。凹部にのみ選択的にＩｎＡｓＰ量
子井戸光吸収層２２を成長させることで、本実施例の利
得型回折格子の特性は下地凹凸の凸部形状のバラツキの
影響を受けない。また、本実施例の方法によれば、各Ｉ
ｎＡｓＰ量子井戸光吸収層２２の共振器方向に沿って計
測したサイズは、１０ｎｍ以下にすることも可能であ
る。一層の連続したＩｎＡｓＰ量子井戸光吸収層から通
常のフォトリソグラフィ法により２０ｎｍ程度以下のサ
イズの部分にパターニングすることは極めて困難である
が、本実施例の方法によれば、上記微細な各ＩｎＡｓＰ
量子井戸光吸収層２２を再現性よく得る形成することが
できる。

【００７７】こうして、本実施例によれば、均一かつ小
さいデューティ比を有し、しかも高い吸収係数を有する
利得結合型回折格子が再現性良く形成される。

【００７８】なお、基板１の上面の形状は、図９（ａ）
に示すような尖ったものであってもよい。また、ｎ−ク
ラッド層の材料としてＩｎＰの代わりに、第１、第２の
実施例と同じくＩｎＧａＡｓＰを用いてもよい。この場
合は、量子井戸光吸収層は、Ｇａが含まれた材料から形
成される。

【００７９】なお、本実施例で採用した量子井戸光吸収
層の成長方法は、回折格子を活性層の上に形成する場合
にも適用可能である。

【００８０】上記何れの実施例は、レーザ発振波長１.
３μｍが得られるＩｎＧａＡｓＰ/ＩｎＰ系の材料を用
いた半導体レーザであるが、本発明は、ＡｌＧａＡｓ/
ＧａＡｓ系等の材料系および他の波長帯のための材料系
にも適用できる。

【００８１】（実施例４）次に、図１３（ａ)〜(ｃ)を
参照しながら、本発明のＤＦＢレーザの他の製造方法を
説明する。この製造方法により得られるＤＦＢレーザ
は、図５のＤＦＢレーザに比較して、回折格子の形状が
異なる。本実施例では、図５の実施例に比較して、高い
デューティ比の回折格子が得られる。

【００８２】まず、二光束干渉露光法により、ｎ−Ｉｎ
Ｐ基板１上にピッチ２００.７ｎｍの格子パターンを有
するレジスト層（付図示）を形成した後、飽和臭素水の
希釈液を用いてｎ−ＩｎＰ基板１の表面をエッチングす
る。レジスト除去後のｎ−ＩｎＰ基板１の上面は、図１
３（ａ）に示される凸部が角部がまくるなった部分と、
鋸状の部分（不図示）が混在している。このエッチング
後に、エリプソメトリーもしくは回折効率測定等で凹部
の深さを測定する。

【００８３】次に、図１３（ｂ）に示すように、ＩｎＰ
基板１上に厚さ数１０ｎｍのｎ−ＩｎＰ層を成長させ
る。ｎ−ＩｎＰ層の膜厚は、測定された凹部の深さに基
づいて決定する。すなわち、凹部が深い場合は、ｎ−Ｉ
ｎＰ層を比較的厚くする。こうして、素子間のバラツキ
が補償される。また、このｎ−ＩｎＰ層は、丸い凸部の
頂部を一様に尖らせ、図９（ａ）示すような鋸形状が回
折格子の全体にわたって得られる。その結果、ｎ−Ｉｎ
Ｐ層の成長は、ｎ−ＩｎＰ基板１の表面のエッチングに
際してばらついた形状を、均一な形状に復帰させること
を可能する。

【００８４】次に、図１３（ｃ）に示すように、ＩｎＧ
ａＡｓ量子井戸光吸収層２を成長させると、得られたＩ
ｎＧａＡｓ量子井戸光吸収層２は、溝部において３０ｎ
ｍの厚さを有し、凸部の頂部で不連続になる。図１３
（ｄ）は、こうして得られた回折格子の光吸収係数の分
布を示している。凸部の形状が共振器全体にわたって均
一になるため、光吸収率の分布も共振器全体にわたって
均一である。

【００８５】

【発明の効果】本発明の分布帰還型半導体レーザによれ
ば、プロセスパラメータが不安定に変動したとしても、
利得結合型回折格子の特性が安定に維持される。そのた
め、端面位相のばらつき・軸方向ホールバーニング・戻
り光等によっても、レーザ発振の安定性が害されず、単
一軸モードで安定的に発振するレーザ光が得られる。

【００８６】また、本発明の分布帰還型半導体レーザの
製造方法によれば、得られた利得結合型回折格子の特性
が均一なため、単一軸モードで安定的に発振する分布帰
還型半導体レーザが高い歩留まり製造される。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の利得結合型回折格子を備えた分布帰還型
半導体レーザの断面図である。

【図２】図１の従来の半導体レーザの製造工程を示す断
面図である。

【図３】図１の従来の半導体レーザの製造工程を示す断
面図である。

【図４】従来の他の利得結合型回折格子を備えた分布帰
還型半導体レーザの断面図である。

【図５】本発明による分布帰還型半導体レーザの断面図
である。

【図６】（ａ）は、利得結合型回折格子を示す図であ
り、（ｂ）は吸収係数αの分布を示す図である。

【図７】（ａ）は、図５の実施例の利得結合型回折格子
の詳細を示す図であり、（ｂ）は、他の利得結合型回折
格子の詳細を示す図である。

【図８】（ａ）から（ｃ）は、図７（ｂ）の回折格子の
場合の問題点を説明するための図である。

【図９】（ａ）から（ｃ）は、図５の半導体レーザの製
造工程を説明するための断面図である。

【図１０】本発明による他の分布帰還型半導体レーザの
断面図である。

【図１１】（ａ）から（ｃ）は、図５の半導体レーザの
製造工程を説明するための断面図である。

【図１２】（ａ）及び（ｂ）は、本発明による更に他の
半導体レーザの製造工程を説明するための断面図であ
る。

【図１３】（ａ）から（ｃ）は、本発明による更に他の
半導体レーザの製造工程を説明するための断面図であ
り、（ｄ）は、その回折格子の光吸収率分布を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ ｎ−ＩｎＰ基板 ２ ＩｎＧａＡｓ量子井戸吸収層 ３ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波層 ４ ＩｎＧａＡｓＰ活性層 ５ ｐ−ＩｎＰクラッド層 ６ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層 １１ ｎ型電極 １２ ｐ型電極 ２１ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ第２光導波層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松井 康 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１導電型の半導体基板と、 該半導体基板上に形成され、レーザ光発生のための活性
   層を含む半導体積層構造体と、 該半導体基板と該半導体積層構造との間に設けられた利
   得結合型回折格子と、を備えた分布帰還型半導体レーザ
   であって、 該回折格子は、 該半導体基板の上面に周期的に配列された、頂部の丸い
   複数の曲面状凸部と、 該複数の曲面状凸部を覆う量子井戸光吸収層と、を有し
   ており、 該量子井戸光吸収層は、該複数の曲面状凸部の各境界部
   において第１の厚さを有する光吸収部分と、該複数の曲
   面状凸部に各頂部において該第１の厚さよりも薄い第２
   の厚さを有する光非吸収部と、を含んでおり、該光吸収
   部のバンドギャップは、該活性層のバンドギャップより
   も狭く、該光非吸収部のバンドギャップは該活性層のバ
   ンドギャップよりも広い、分布帰還型半導体レーザ。
2. 【請求項２】 前記量子井戸光吸収層の厚さは、共振器
   方向に沿って、周期的かつ非線形的に変化している請求
   項１に記載の分布帰還型半導体レーザ。
3. 【請求項３】 前記半導体積層構造体は、 前記活性層と前記回折格子との間に設けられた第１導電
   型の光導波層と、 該活性層よりも前記半導体基板から離れた位置に設けら
   れた第２導電型のクラッド層と、を含んでいる、請求項
   ２に記載の分布帰還型半導体レーザ。
4. 【請求項４】 半導体基板と、 該半導体基板上に形成され、レーザ光発生のための活性
   層を含む半導体積層構造体と、 該半導体基板と該半導体積層構造との間に設けられた利
   得結合型回折格子と、を備えた分布帰還型半導体レーザ
   であって、 該回折格子は、 該半導体基板の上面に形成された第１半導体層と、 該第１半導体層の上面に周期的に配列された複数の凸部
   と、 該複数の凸部を覆う量子井戸光吸収層と、 該量子井戸光吸収層上に形成され、上面が実質的に平坦
   な第２半導体層と、を有しており、 該量子井戸光吸収層は、該複数の凸部の各境界部におい
   て第１の厚さを有する光吸収部分と、該複数の凸部に各
   頂部において該第１の厚さよりも薄い第２の厚さを有す
   る光非吸収部と、を含んでおり、該光吸収部のバンドギ
   ャップは該活性層のバンドギャップよりも狭く、該光非
   吸収部のバンドギャップは該活性層のバンドギャップよ
   りも広く、 該第１半導体層のバンドギャップは、該第２半導体層の
   バンドギャップよりも小さい、分布帰還型半導体レー
   ザ。
5. 【請求項５】 前記複数の凸部の各々は、頂部の丸い曲
   面形状を有しており、前記量子井戸光吸収層の厚さは、
   共振器方向に沿って周期的かつ非線形的に変化している
   請求項４に記載の分布帰還型半導体レーザ。
6. 【請求項６】 レーザ光発生のための活性層と、利得結
   合型回折格子とを備えた分布帰還型半導体レーザであっ
   て、 該回折格子は、 周期的に配列された複数の凹凸と、 該複数の凹凸の各凹部内に分離して設けられた量子井戸
   光吸収層と、を備えており、該量子井戸光吸収層のバン
   ドギャップは該活性層のバンドギャップよりも狭い、分
   布帰還型半導体レーザ。
7. 【請求項７】 前記凹凸はＩｎＰ層上に形成され、 前記量子井戸光吸収層はＩｎＡｓＰから形成されている
   請求項６記載の分布帰還型半導体レーザ。
8. 【請求項８】 前記各量子井戸光吸収層の共振器方向に
   沿って計測したサイズは、回折格子周期のピッチの２０
   ％以下である、請求項６記載の分布帰還型半導体レー
   ザ。
9. 【請求項９】 利得結合型回折格子を半導体基板上に形
   成する工程と、レーザ光発生のための活性層を含む半導
   体積層構造体を該回折格子上に形成する工程と、を包含
   する分布帰還型半導体レーザの製造方法であって、 該回折格子を形成する工程は、 フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、該半
   導体基板の上面に周期的に配列された、頂部の丸い複数
   の曲面状凸部を形成する工程と、 該複数の曲面状凸部の各境界部において第１の厚さを有
   する光吸収部分と、該複数の曲面状凸部に各頂部におい
   て該第１の厚さよりも薄い第２の厚さを有する光非吸収
   部とを含む量子井戸光吸収層であって、該光吸収部のバ
   ンドギャップが該活性層のバンドギャップよりも狭く、
   該光非吸収部のバンドギャップが該活性層のバンドギャ
   ップよりも広い量子井戸光吸収層を、該複数の曲面状凸
   部上に形成する工程と、を包含する分布帰還型半導体レ
   ーザの製造方法。
10. 【請求項１０】 前記複数の曲面状凸部を形成する工程
    は、 第１のエッチングによって、前記半導体基板の前記上面
    に周期的に配列された、頂部の尖った凹凸表面を形成す
    るサブ工程と、 第２のエッチングによって、該凹凸表面の該頂部を丸く
    するサブ工程と、を包含している、請求項９に記載の分
    布帰還型半導体レーザの製造方法。
11. 【請求項１１】 利得結合型回折格子を半導体基板上に
    形成する工程と、レーザ光発生のための活性層を含む半
    導体積層構造体を該回折格子上に形成する工程と、を包
    含する分布帰還型半導体レーザの製造方法であって、 該回折格子を形成する工程は、 該半導体基板上に第１半導体層を堆積する工程と、 フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、該第
    １半導体層の上面に周期的に配列された複数の凹凸を形
    成する工程と、 該複数の凹凸の内の凹部内で第１の厚さを有する光吸収
    部分と、該複数の凹凸の内の凸部において該第１の厚さ
    よりも薄い第２の厚さを有する光非吸収部とを含む量子
    井戸光吸収層であって、該光吸収部のバンドギャップが
    該活性層のバンドギャップよりも狭く、該光非吸収部の
    バンドギャップが該活性層のバンドギャップよりも広い
    量子井戸光吸収層を、該複数の凹凸上に形成する工程
    と、 該第１半導体層のバンドギャップよりも大きなバンドギ
    ャップを有する第２半導体層を堆積する工程と、を包含
    する分布帰還型半導体レーザの製造方法。
12. 【請求項１２】 レーザ光発生のための活性層と利得結
    合型回折格子と備えた分布帰還型半導体レーザの製造方
    法であって、 該回折格子を形成する工程が、 フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、周期
    的に配列された複数の凹凸を有する凹凸面を形成する工
    程と、 該面をＡｓＨ３を含む気相雰囲気中にさらしながら熱処
    理を行い、それによって、ＩｎＡｓＰから形成された量
    子井戸光吸収層を該凹凸面の凹部内のみに形成する工程
    と、を包含している分布帰還型半導体レーザの製造方
    法。