JPH09283841A - 分布帰還型半導体レーザ装置及びその製造方法、並びに露光方法 - Google Patents
分布帰還型半導体レーザ装置及びその製造方法、並びに露光方法Info
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- JPH09283841A JPH09283841A JP8092854A JP9285496A JPH09283841A JP H09283841 A JPH09283841 A JP H09283841A JP 8092854 A JP8092854 A JP 8092854A JP 9285496 A JP9285496 A JP 9285496A JP H09283841 A JPH09283841 A JP H09283841A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 屈折率結合による分布帰還と利得結合による
分布帰還とが混在する分布帰還型半導体レーザ装置１０
０において、誘導放出光の高速での直接変調を行った時
にも発振波長を単一波長に保持する。 【解決手段】 誘導放出光を発生する活性層１０５を含
み、かつ該誘導放出光の導波方向にて該誘導放出光に対
する屈折率及び利得が同一の単一周期でもって周期的に
変動した、屈折率分布及び利得分布を有する素子構造と
して回折格子１０７を備え、該回折格子１０７を、その
屈折率及び利得の周期的な変動における位相の不連続部
１００ａを有し、該位相の不連続部では、０［ｒａｄ］
より大きくかつπ［ｒａｄ］より小さい範囲、またはπ
［ｒａｄ］より大きくかつ２π［ｒａｄ］より小さい範
囲で位相がシフトした構成とした。
分布帰還とが混在する分布帰還型半導体レーザ装置１０
０において、誘導放出光の高速での直接変調を行った時
にも発振波長を単一波長に保持する。 【解決手段】 誘導放出光を発生する活性層１０５を含
み、かつ該誘導放出光の導波方向にて該誘導放出光に対
する屈折率及び利得が同一の単一周期でもって周期的に
変動した、屈折率分布及び利得分布を有する素子構造と
して回折格子１０７を備え、該回折格子１０７を、その
屈折率及び利得の周期的な変動における位相の不連続部
１００ａを有し、該位相の不連続部では、０［ｒａｄ］
より大きくかつπ［ｒａｄ］より小さい範囲、またはπ
［ｒａｄ］より大きくかつ２π［ｒａｄ］より小さい範
囲で位相がシフトした構成とした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、単一波長でレーザ
発振する分布帰還型半導体レーザ装置（ＤＦＢ−ＬＤ：
Ｄistributed Ｆeed Ｂack Ｌaser Ｄiode）に関し、特
に利得の周期分布によって分布帰還をもたらせる機構を
有する利得結合分布帰還型半導体レーザ装置（ＧＣ−Ｄ
ＦＢ−ＬＤ：Ｇain−Ｃoupled ＤＦＢ−ＬＤ）に関す
る。
発振する分布帰還型半導体レーザ装置（ＤＦＢ−ＬＤ：
Ｄistributed Ｆeed Ｂack Ｌaser Ｄiode）に関し、特
に利得の周期分布によって分布帰還をもたらせる機構を
有する利得結合分布帰還型半導体レーザ装置（ＧＣ−Ｄ
ＦＢ−ＬＤ：Ｇain−Ｃoupled ＤＦＢ−ＬＤ）に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】分布帰還型半導体レーザ装置（以下、Ｄ
ＦＢ−ＬＤともいう。）は、誘導放出光を発生する活性
層を含み、かつ該誘導放出光の導波方向にて該誘導放出
光に対する屈折率や利得等が周期的に変動した素子構造
を有し、該誘導放出光が該屈折率や利得などの周期的な
変動により光分布帰還を受けて唯一の波長でレーザ発振
が生ずるよう構成したものである。
ＦＢ−ＬＤともいう。）は、誘導放出光を発生する活性
層を含み、かつ該誘導放出光の導波方向にて該誘導放出
光に対する屈折率や利得等が周期的に変動した素子構造
を有し、該誘導放出光が該屈折率や利得などの周期的な
変動により光分布帰還を受けて唯一の波長でレーザ発振
が生ずるよう構成したものである。
【０００３】ここで、上記ＤＦＢ−ＬＤのうちの、屈折
率の周期的な変動によって、いわゆる屈折率結合によっ
て分布帰還が生じるものを屈折率結合分布帰還型半導体
レーザ装置（ＩＣ−ＤＦＢ−ＬＤ：Ｉndex−Ｃoupled
ＤＦＢ−ＬＤ）と呼び、利得の周期的な変動によって、
いわゆる利得結合によって分布帰還が生じるものを利得
結合分布帰還型半導体レーザ装置（ＧＣ−ＤＦＢ−Ｌ
Ｄ：Ｇain−Ｃoupled）と呼び、両者を区別する。
率の周期的な変動によって、いわゆる屈折率結合によっ
て分布帰還が生じるものを屈折率結合分布帰還型半導体
レーザ装置（ＩＣ−ＤＦＢ−ＬＤ：Ｉndex−Ｃoupled
ＤＦＢ−ＬＤ）と呼び、利得の周期的な変動によって、
いわゆる利得結合によって分布帰還が生じるものを利得
結合分布帰還型半導体レーザ装置（ＧＣ−ＤＦＢ−Ｌ
Ｄ：Ｇain−Ｃoupled）と呼び、両者を区別する。
【０００４】ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤでは、ＩＣ−ＤＦＢ−
ＬＤと比較して、単一波長でレーザ発振が格段に起こり
やすいことが、例えば、Journal of Applied Physics，
１９７２年，第４３巻，２３２７頁（参考文献１）に示
されている。
ＬＤと比較して、単一波長でレーザ発振が格段に起こり
やすいことが、例えば、Journal of Applied Physics，
１９７２年，第４３巻，２３２７頁（参考文献１）に示
されている。
【０００５】また、実用上重要な点として、ＧＣ−ＤＦ
Ｂ−ＬＤでは、強い戻り光にも雑音を発生しないといっ
た、ＩＣ−ＤＦＢ−ＬＤには見られない優れた特徴を有
している。
Ｂ−ＬＤでは、強い戻り光にも雑音を発生しないといっ
た、ＩＣ−ＤＦＢ−ＬＤには見られない優れた特徴を有
している。
【０００６】また、半導体レーザの高出力化，高効率化
を図るのに重要な半導体レーザ素子の出射端面の反射率
の設定については、ＩＣ−ＤＦＢ−ＬＤでは実質的に端
面反射率を無くさなければならないのに対し、ＧＣ−Ｄ
ＦＢ−ＬＤでは任意の値に設定することができ、端面反
射に関する設定の自由度が大きく、レーザ素子の構造の
最適化に有利である。
を図るのに重要な半導体レーザ素子の出射端面の反射率
の設定については、ＩＣ−ＤＦＢ−ＬＤでは実質的に端
面反射率を無くさなければならないのに対し、ＧＣ−Ｄ
ＦＢ−ＬＤでは任意の値に設定することができ、端面反
射に関する設定の自由度が大きく、レーザ素子の構造の
最適化に有利である。
【０００７】このように様々な優れた特性を発揮するＧ
Ｃ−ＤＦＢ−ＬＤは、光計測装置、高速光伝送装置、光
記録装置等における単一波長光源として実用上大変有用
なものである。
Ｃ−ＤＦＢ−ＬＤは、光計測装置、高速光伝送装置、光
記録装置等における単一波長光源として実用上大変有用
なものである。
【０００８】ところで、ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤを実現する
ためには、半導体レーザ素子の内部に利得を周期的に変
化させる構造を導入する必要があり、大別して２つの方
法がある。
ためには、半導体レーザ素子の内部に利得を周期的に変
化させる構造を導入する必要があり、大別して２つの方
法がある。
【０００９】第１の方法は、活性層の形状や物性、さら
には活性層への注入電流の密度等を周期的に変化させた
構造（利得性回折格子）をレーザ素子内部に形成し、活
性層自体をその利得が周期的に変化した構造とするとい
うものである。また、第２の方法は、均一な利得を発生
する活性層の近傍に光を吸収する領域を周期的に配置し
た構造（吸収性回折格子）を形成し、この構造により実
効的に利得の摂動が生じるようにするというものであ
る。ここで述べた後者の構造に関しては、特公平６−７
６２４号公報に基本となる構造が開示されており、以下
図面を用いて簡単に説明する。
には活性層への注入電流の密度等を周期的に変化させた
構造（利得性回折格子）をレーザ素子内部に形成し、活
性層自体をその利得が周期的に変化した構造とするとい
うものである。また、第２の方法は、均一な利得を発生
する活性層の近傍に光を吸収する領域を周期的に配置し
た構造（吸収性回折格子）を形成し、この構造により実
効的に利得の摂動が生じるようにするというものであ
る。ここで述べた後者の構造に関しては、特公平６−７
６２４号公報に基本となる構造が開示されており、以下
図面を用いて簡単に説明する。
【００１０】図９は、上記公報に開示されているＧＣ−
ＤＦＢ−ＬＤの構造を示す図である。図において、９０
０は、誘導放出光を発生する、アンドープのｕｎ−Ａｌ
ＧａＡｓ活性層９０５を有するＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤで、
このＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤ９００は、該活性層９０５近傍
に誘導放出光の導波方向に沿って光吸収領域が周期的に
配置され、これによって実効的に利得の周期的摂動が生
じる素子構造となっている。
ＤＦＢ−ＬＤの構造を示す図である。図において、９０
０は、誘導放出光を発生する、アンドープのｕｎ−Ａｌ
ＧａＡｓ活性層９０５を有するＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤで、
このＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤ９００は、該活性層９０５近傍
に誘導放出光の導波方向に沿って光吸収領域が周期的に
配置され、これによって実効的に利得の周期的摂動が生
じる素子構造となっている。
【００１１】すなわち、上記レーザ装置９００を構成す
るｐ−ＧａＡｓ基板９０１上には、ストライプ状の開口
９０２ａを有するｎ−ＧａＡｓ電流狭窄層９０２が形成
されている。また、該電流狭窄層９０２及びその開口９
０２ａ内に露出する基板表面上には、ｐ−ＡｌＧａＡｓ
クラッド層９０４が形成されており、該電流狭窄層９０
２の開口９０２ａ部分が電流狭窄溝９０３となってい
る。
るｐ−ＧａＡｓ基板９０１上には、ストライプ状の開口
９０２ａを有するｎ−ＧａＡｓ電流狭窄層９０２が形成
されている。また、該電流狭窄層９０２及びその開口９
０２ａ内に露出する基板表面上には、ｐ−ＡｌＧａＡｓ
クラッド層９０４が形成されており、該電流狭窄層９０
２の開口９０２ａ部分が電流狭窄溝９０３となってい
る。
【００１２】さらに、上記クラッド層９０４上には、ア
ンドープのｕｎ−ＡｌＧａＡｓ活性層９０５が形成され
ており、該活性層９０５上には、ｎ−ＡｌＧａＡｓバッ
ファ層９０６を介してｎ−ＧａＡｓ光吸収層９０７が形
成されている。この光吸収層９０７は、その厚さが上記
ストライプ状開口９０２ａの長手方向に沿ってその厚さ
が周期的に変化した構造となっている。
ンドープのｕｎ−ＡｌＧａＡｓ活性層９０５が形成され
ており、該活性層９０５上には、ｎ−ＡｌＧａＡｓバッ
ファ層９０６を介してｎ−ＧａＡｓ光吸収層９０７が形
成されている。この光吸収層９０７は、その厚さが上記
ストライプ状開口９０２ａの長手方向に沿ってその厚さ
が周期的に変化した構造となっている。
【００１３】この光吸収層９０７上には、上面が平坦な
ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層９０８が形成され、該クラ
ッド層９０８の表面はｎ−ＧａＡｓキャップ層９０９に
より覆われている。
ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層９０８が形成され、該クラ
ッド層９０８の表面はｎ−ＧａＡｓキャップ層９０９に
より覆われている。
【００１４】そして、上記ｐ−ＧａＡｓ基板９０１の裏
面にはｐ電極９１０ａが形成され、上記ｎ−ＧａＡｓキ
ャップ層９０９の表面にはｎ電極９１０ｂが形成されて
いる。
面にはｐ電極９１０ａが形成され、上記ｎ−ＧａＡｓキ
ャップ層９０９の表面にはｎ電極９１０ｂが形成されて
いる。
【００１５】次に製造方法について説明する。まず、ｐ
−ＧａＡｓ基板９０１上にｎ−ＧａＡｓ電流狭窄層９０
２を液相成長法により結晶成長し、その後、該電流狭窄
層９０２及び基板９０１の表面領域を選択的にエッチン
グして電流狭窄溝９０３を形成する。
−ＧａＡｓ基板９０１上にｎ−ＧａＡｓ電流狭窄層９０
２を液相成長法により結晶成長し、その後、該電流狭窄
層９０２及び基板９０１の表面領域を選択的にエッチン
グして電流狭窄溝９０３を形成する。
【００１６】次に、上記電流狭窄層９０２及び電流狭窄
溝９０３上全面に、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層９０４
をその表面が平坦となるよう液相成長法により結晶成長
し、続いて、ｕｎ−ＡｌＧａＡｓ活性層９０５、ｎ−Ａ
ｌＧａＡｓバッファ層９０６、及びｎ−ＧａＡｓ光吸収
層９０７を液相成長法により順次結晶成長する。
溝９０３上全面に、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層９０４
をその表面が平坦となるよう液相成長法により結晶成長
し、続いて、ｕｎ−ＡｌＧａＡｓ活性層９０５、ｎ−Ａ
ｌＧａＡｓバッファ層９０６、及びｎ−ＧａＡｓ光吸収
層９０７を液相成長法により順次結晶成長する。
【００１７】その後、二光束干渉露光法とウエットエッ
チングにより光吸収層９０７を選択的にエッチングし
て、周期２４００オングストロームの回折格子を光吸収
層９０７の表面部分に形成する。
チングにより光吸収層９０７を選択的にエッチングし
て、周期２４００オングストロームの回折格子を光吸収
層９０７の表面部分に形成する。
【００１８】次に、光吸収層９０７上にｎ−ＡｌＧａＡ
ｓクラッド層９０８及びｎ−ＧａＡｓキャップ層９０９
を順次結晶成長する。その後基板の裏面側、及び結晶成
長層の表面側にそれぞれｐ電極９１０ａ及びｎ電極９１
０ｂを付けて、ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤ９００を完成する。
ｓクラッド層９０８及びｎ−ＧａＡｓキャップ層９０９
を順次結晶成長する。その後基板の裏面側、及び結晶成
長層の表面側にそれぞれｐ電極９１０ａ及びｎ電極９１
０ｂを付けて、ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤ９００を完成する。
【００１９】このような構成のＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤ９０
０では、回折格子が形成された光吸収層９０７によっ
て、活性層で発生する誘導放出光の利得の、実効的な周
期的変化が生ずることとなる。これにより誘導放出光の
利得結合が生じて単一波長でのレーザ発振が生ずる。
０では、回折格子が形成された光吸収層９０７によっ
て、活性層で発生する誘導放出光の利得の、実効的な周
期的変化が生ずることとなる。これにより誘導放出光の
利得結合が生じて単一波長でのレーザ発振が生ずる。
【００２０】ところが、上記ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤ９００
の構造においても、ＧａＡｓ光吸収層９０７とＡｌＧａ
Ａｓクラッド層９０８との屈折率が異なるため、屈折率
の周期変化に伴う誘導放出光の屈折率結合が利得結合と
同時に発生し、利得結合に基づく優れた特性が弱められ
るという問題があった。
の構造においても、ＧａＡｓ光吸収層９０７とＡｌＧａ
Ａｓクラッド層９０８との屈折率が異なるため、屈折率
の周期変化に伴う誘導放出光の屈折率結合が利得結合と
同時に発生し、利得結合に基づく優れた特性が弱められ
るという問題があった。
【００２１】なお、このように誘導放出光の屈折率結合
と利得結合とが混在したＤＦＢ−ＬＤは、部分ＧＣ−Ｄ
ＦＢ−ＬＤ（Ｐartial ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤ）と呼ば
れ、また、誘導放出光の利得結合のみにより誘導放出光
の分布帰還が生じる純粋なＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤは、真性
ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤ（Ｐure ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤ）と呼
ばれ、両者は区別される。
と利得結合とが混在したＤＦＢ−ＬＤは、部分ＧＣ−Ｄ
ＦＢ−ＬＤ（Ｐartial ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤ）と呼ば
れ、また、誘導放出光の利得結合のみにより誘導放出光
の分布帰還が生じる純粋なＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤは、真性
ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤ（Ｐure ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤ）と呼
ばれ、両者は区別される。
【００２２】また、特開平５−２９７０５号公報には、
上記のようなＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤにおける利得結合と屈
折率結合との混在により、利得結合によるレーザ発振の
優れた特性が弱められるという問題に対する対策を施し
た分布帰還型半導体レーザ装置が開示されている。
上記のようなＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤにおける利得結合と屈
折率結合との混在により、利得結合によるレーザ発振の
優れた特性が弱められるという問題に対する対策を施し
た分布帰還型半導体レーザ装置が開示されている。
【００２３】この公報に記載の分布帰還型半導体レーザ
装置は、屈折率の周期変化を打ち消す構造を導入したも
のであり、以下図１０を用いてその主要部の構成を説明
する。
装置は、屈折率の周期変化を打ち消す構造を導入したも
のであり、以下図１０を用いてその主要部の構成を説明
する。
【００２４】図１０（ａ）は、活性層近傍に形成された
吸収性回折格子の構造を示している。この構造では、活
性層で発生される誘導放出光に対して透明な下側の透明
層１３上に、光吸収層１１が導波方向に沿って一定間隔
で繰り返し配置されており、該透明層１３の、隣接する
光吸収層１１間に対応する表面部分には、溝部１３ａが
形成されている。そして、上記光吸収層１１及び下側の
透明層１３の溝部１３ａ上には、上記誘導放出光に対し
て透明な上側の透明層１２が形成されている。
吸収性回折格子の構造を示している。この構造では、活
性層で発生される誘導放出光に対して透明な下側の透明
層１３上に、光吸収層１１が導波方向に沿って一定間隔
で繰り返し配置されており、該透明層１３の、隣接する
光吸収層１１間に対応する表面部分には、溝部１３ａが
形成されている。そして、上記光吸収層１１及び下側の
透明層１３の溝部１３ａ上には、上記誘導放出光に対し
て透明な上側の透明層１２が形成されている。
【００２５】そして、ここでは、上側の透明層１２の屈
折率を下側の透明層１３の屈折率より大きくし、光吸収
層１３の屈折率を該上側の透明層１２の屈折率より大き
くしている。
折率を下側の透明層１３の屈折率より大きくし、光吸収
層１３の屈折率を該上側の透明層１２の屈折率より大き
くしている。
【００２６】図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ−Ａ’
線部分での屈折率分布、及びＢ−Ｂ’線部分での屈折率
分布を示している。この図１０（ｂ）に示すように、上
記光吸収層１１が周期的に並ぶ方向では、Ａ−Ａ’線部
分での屈折率の高低変化の位相と、Ｂ−Ｂ’線部分での
屈折率の高低変化の位相とが逆転している。ここで、光
吸収層１１及び下側の透明層１３と上側の透明層１２と
の界面の形状を精密に調整することによって、全体とし
て屈折率の周期変化分がキャンセルされた吸収性回折格
子を実現することができ、純粋に利得結合による分布帰
還だけが生ずる真性ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤの構造を得るこ
とができる。
線部分での屈折率分布、及びＢ−Ｂ’線部分での屈折率
分布を示している。この図１０（ｂ）に示すように、上
記光吸収層１１が周期的に並ぶ方向では、Ａ−Ａ’線部
分での屈折率の高低変化の位相と、Ｂ−Ｂ’線部分での
屈折率の高低変化の位相とが逆転している。ここで、光
吸収層１１及び下側の透明層１３と上側の透明層１２と
の界面の形状を精密に調整することによって、全体とし
て屈折率の周期変化分がキャンセルされた吸収性回折格
子を実現することができ、純粋に利得結合による分布帰
還だけが生ずる真性ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤの構造を得るこ
とができる。
【００２７】また、特開平４−１５５９８７号公報に
は、上記吸収性回折格子における屈折率の周期変化分を
キャンセルする構造を、利得性回折格子に適用したレー
ザ装置が開示されており、このレーザ装置は、屈折率の
周期変動の位相が逆転した領域を近接配置して、全体と
して屈折率の周期変化分がキャンセルされた利得性回折
格子を備えている。
は、上記吸収性回折格子における屈折率の周期変化分を
キャンセルする構造を、利得性回折格子に適用したレー
ザ装置が開示されており、このレーザ装置は、屈折率の
周期変動の位相が逆転した領域を近接配置して、全体と
して屈折率の周期変化分がキャンセルされた利得性回折
格子を備えている。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】まず、上述した従来の
部分ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤの素子構造では、ＩＣ−ＤＦＢ
−ＬＤのものと比較して単一波長でレーザ発振する素子
が得られる割合（歩留まり）が格段に良くなるものの、
誘導放出光の高速での直接変調を行った時には、波長の
不連続なシフト（モードホップ）現象や複数の波長の同
時発振（マルチモード化）が生じるという問題があり、
このような問題は実用上の障害となっていた。
部分ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤの素子構造では、ＩＣ−ＤＦＢ
−ＬＤのものと比較して単一波長でレーザ発振する素子
が得られる割合（歩留まり）が格段に良くなるものの、
誘導放出光の高速での直接変調を行った時には、波長の
不連続なシフト（モードホップ）現象や複数の波長の同
時発振（マルチモード化）が生じるという問題があり、
このような問題は実用上の障害となっていた。
【００２９】また、従来の屈折率の周期変化を打ち消し
た構造の真性ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤにおいても、回折格子
の形状，深さ等がわずかにずれるだけで、図１０（ａ）
に示すＡ−Ａ’部分とＢ−Ｂ’部分との間で屈折率の周
期変化のバランスが大きく崩れてしまい、屈折率の周期
変化を完全にキャンセルすることが困難となるという問
題があった。
た構造の真性ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤにおいても、回折格子
の形状，深さ等がわずかにずれるだけで、図１０（ａ）
に示すＡ−Ａ’部分とＢ−Ｂ’部分との間で屈折率の周
期変化のバランスが大きく崩れてしまい、屈折率の周期
変化を完全にキャンセルすることが困難となるという問
題があった。
【００３０】言い換えると、屈折率の周期変化をうまく
キャンセルする構造を作るには非常に高い加工精度と再
現性が要求され、作製は非常に困難であるということで
ある。例えば、ＤＦＢ−ＬＤの回折格子は、ピッチ１０
０〜４００ｎｍといった極めて小さい格子（凸凹形状）
を多数必要とするものであり、このような多数の凸凹形
状をこれらが狙い通りの形状になるよう処理条件を制御
して形成することは非常に難しい。
キャンセルする構造を作るには非常に高い加工精度と再
現性が要求され、作製は非常に困難であるということで
ある。例えば、ＤＦＢ−ＬＤの回折格子は、ピッチ１０
０〜４００ｎｍといった極めて小さい格子（凸凹形状）
を多数必要とするものであり、このような多数の凸凹形
状をこれらが狙い通りの形状になるよう処理条件を制御
して形成することは非常に難しい。
【００３１】このように真性ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤを作ろ
うとしても、実際に作製されるレーザ素子は、誘導放出
光の分布帰還における屈折率結合の成分を完全に打ち消
すことが実現不可能であることから、部分ＧＣ−ＤＦＢ
−ＬＤになってしまい、事実上、優れた真性ＧＣ−ＤＦ
Ｂ−ＬＤを作製するのは不可能に近い。
うとしても、実際に作製されるレーザ素子は、誘導放出
光の分布帰還における屈折率結合の成分を完全に打ち消
すことが実現不可能であることから、部分ＧＣ−ＤＦＢ
−ＬＤになってしまい、事実上、優れた真性ＧＣ−ＤＦ
Ｂ−ＬＤを作製するのは不可能に近い。
【００３２】本発明は上記のような問題点を解決するた
めになされたもので、屈折率結合による分布帰還と利得
結合による分布帰還とが混在する素子構造においても、
誘導放出光の高速変調を行った時にも発振波長を単一波
長に保持することができる分布帰還型半導体レーザ装置
及びその製造方法を得ることを目的とする。
めになされたもので、屈折率結合による分布帰還と利得
結合による分布帰還とが混在する素子構造においても、
誘導放出光の高速変調を行った時にも発振波長を単一波
長に保持することができる分布帰還型半導体レーザ装置
及びその製造方法を得ることを目的とする。
【００３３】また、本発明は、上記分布帰還型半導体レ
ーザ装置における回折格子を形成するためのマスクパタ
ーンの形成に適した露光方法を得ることを目的とする。
ーザ装置における回折格子を形成するためのマスクパタ
ーンの形成に適した露光方法を得ることを目的とする。
【００３４】
【課題を解決するための手段】この発明（請求項１）に
係る分布帰還型半導体レーザ装置は、誘導放出光を発生
する活性層を含み、かつ該誘導放出光の導波方向にて該
誘導放出光に対する屈折率及び利得が同一の単一周期で
もって周期的に変動した、屈折率分布及び利得分布を有
する素子構造を備え、該誘導放出光が該屈折率及び利得
の周期的な変動により光分布帰還を受けてレーザ発振が
生ずるよう構成したものである。
係る分布帰還型半導体レーザ装置は、誘導放出光を発生
する活性層を含み、かつ該誘導放出光の導波方向にて該
誘導放出光に対する屈折率及び利得が同一の単一周期で
もって周期的に変動した、屈折率分布及び利得分布を有
する素子構造を備え、該誘導放出光が該屈折率及び利得
の周期的な変動により光分布帰還を受けてレーザ発振が
生ずるよう構成したものである。
【００３５】そして上記素子構造は、その屈折率及び利
得の周期的な変動における位相の不連続部を有し、該位
相の不連続部では、０［ｒａｄ］より大きくかつπ［ｒ
ａｄ］より小さい範囲、またはπ［ｒａｄ］より大きく
かつ２π［ｒａｄ］より小さい範囲で位相がシフトして
いる。そのことにより上記目的が達成される。
得の周期的な変動における位相の不連続部を有し、該位
相の不連続部では、０［ｒａｄ］より大きくかつπ［ｒ
ａｄ］より小さい範囲、またはπ［ｒａｄ］より大きく
かつ２π［ｒａｄ］より小さい範囲で位相がシフトして
いる。そのことにより上記目的が達成される。
【００３６】この発明（請求項２）に係る分布帰還型半
導体レーザ装置は、誘導放出光を発生する活性層を含
み、かつ該誘導放出光の導波方向にて該誘導放出光に対
する屈折率及び利得が同一の単一周期でもって周期的に
変動した、屈折率分布及び利得分布を有する素子構造を
備え、該誘導放出光が該屈折率及び利得の周期的な変動
により光分布帰還を受けてレーザ発振が生ずるよう構成
したものである。
導体レーザ装置は、誘導放出光を発生する活性層を含
み、かつ該誘導放出光の導波方向にて該誘導放出光に対
する屈折率及び利得が同一の単一周期でもって周期的に
変動した、屈折率分布及び利得分布を有する素子構造を
備え、該誘導放出光が該屈折率及び利得の周期的な変動
により光分布帰還を受けてレーザ発振が生ずるよう構成
したものである。
【００３７】この分布帰還型半導体レーザ装置では、該
素子構造における利得の周期的な変動は、該誘導放出光
の吸収によるものであり、該素子構造は、その屈折率及
び利得の周期的な変動における位相の不連続部を有して
いる。そのことにより上記目的が達成される。
素子構造における利得の周期的な変動は、該誘導放出光
の吸収によるものであり、該素子構造は、その屈折率及
び利得の周期的な変動における位相の不連続部を有して
いる。そのことにより上記目的が達成される。
【００３８】この発明（請求項３）は、請求項１または
２記載の分布帰還型半導体レーザ装置において、前記素
子構造を、前記誘導放出光の導波経路における屈折率変
動の位相と利得変動の位相とが同位相あるいは逆位相の
関係となっているものとし、前記位相の不連続部での位
相シフト量を、該屈折率変動の位相と利得変動の位相と
が同位相である場合には、π［ｒａｄ］より大きくかつ
２π［ｒａｄ］より小さい範囲内に設定し、該屈折率変
動の位相と利得変動の位相とが逆位相である場合には、
０［ｒａｄ］より大きくかつπ［ｒａｄ］より小さい範
囲内に設定したものである。
２記載の分布帰還型半導体レーザ装置において、前記素
子構造を、前記誘導放出光の導波経路における屈折率変
動の位相と利得変動の位相とが同位相あるいは逆位相の
関係となっているものとし、前記位相の不連続部での位
相シフト量を、該屈折率変動の位相と利得変動の位相と
が同位相である場合には、π［ｒａｄ］より大きくかつ
２π［ｒａｄ］より小さい範囲内に設定し、該屈折率変
動の位相と利得変動の位相とが逆位相である場合には、
０［ｒａｄ］より大きくかつπ［ｒａｄ］より小さい範
囲内に設定したものである。
【００３９】この発明（請求項４）は、請求項１ないし
３のいずれかに記載の分布帰還型半導体レーザ装置にお
いて、前記位相の不連続部での位相シフト量Ωを、前記
屈折率分布による分布帰還の程度を示す屈折率結合定数
κiと、前記利得分布による分布帰還の程度を示す利得
結合定数κgとに基づいて、前記屈折率変動の位相と利
得変動の位相とが同位相である場合には、下記（１），
（２），（３）式の関係を概ね満たし、 Ω［ｒａｄ］ ＝π＋５．７Ｒ−２．６Ｒ2 ・・・（１） Ｒ＝κg／（κg 2＋κi 2）1/2 ・・・（２） ０＜Ｒ＜１ ・・・（３） 前記屈折率変動の位相と利得変動の位相とが逆位相であ
る場合には、上記（２），（３）式及び下記（４）式の
関係を概ね満たすよう Ω［ｒａｄ］ ＝π−５．７Ｒ＋２．６Ｒ2 ・・・（４） 設定したものである。
３のいずれかに記載の分布帰還型半導体レーザ装置にお
いて、前記位相の不連続部での位相シフト量Ωを、前記
屈折率分布による分布帰還の程度を示す屈折率結合定数
κiと、前記利得分布による分布帰還の程度を示す利得
結合定数κgとに基づいて、前記屈折率変動の位相と利
得変動の位相とが同位相である場合には、下記（１），
（２），（３）式の関係を概ね満たし、 Ω［ｒａｄ］ ＝π＋５．７Ｒ−２．６Ｒ2 ・・・（１） Ｒ＝κg／（κg 2＋κi 2）1/2 ・・・（２） ０＜Ｒ＜１ ・・・（３） 前記屈折率変動の位相と利得変動の位相とが逆位相であ
る場合には、上記（２），（３）式及び下記（４）式の
関係を概ね満たすよう Ω［ｒａｄ］ ＝π−５．７Ｒ＋２．６Ｒ2 ・・・（４） 設定したものである。
【００４０】この発明（請求項５）は、請求項１ないし
４のいずれかに記載の分布帰還型半導体レーザ装置にお
いて、前記位相の不連続部での位相シフト量を、前記屈
折率分布による分布帰還の程度を示す屈折率結合定数κ
iと、前記利得分布による分布帰還の程度を示す利得結
合定数κgとが、下記の２つの関係式 ０．３≦Ｒ＜１ Ｒ＝κg／（κg 2＋κi 2）1/2 を満たすよう設定したものである。
４のいずれかに記載の分布帰還型半導体レーザ装置にお
いて、前記位相の不連続部での位相シフト量を、前記屈
折率分布による分布帰還の程度を示す屈折率結合定数κ
iと、前記利得分布による分布帰還の程度を示す利得結
合定数κgとが、下記の２つの関係式 ０．３≦Ｒ＜１ Ｒ＝κg／（κg 2＋κi 2）1/2 を満たすよう設定したものである。
【００４１】この発明（請求項６）は、請求項１ないし
４のいずれかに記載の分布帰還型半導体レーザ装置にお
いて、前記素子構造を、その両レーザ出射端面で実質的
な光反射が生じないよう構成し、前記位相の不連続部で
の位相シフト量を、前記屈折率分布による分布帰還の程
度を示す屈折率結合定数κiと、前記利得分布による分
布帰還の程度を示す利得結合定数κgとが、下記の２つ
の関係式 ０＜Ｒ＜０．３ Ｒ＝κg／（κg 2＋κi 2）1/2 を満たすよう設定したものである。
４のいずれかに記載の分布帰還型半導体レーザ装置にお
いて、前記素子構造を、その両レーザ出射端面で実質的
な光反射が生じないよう構成し、前記位相の不連続部で
の位相シフト量を、前記屈折率分布による分布帰還の程
度を示す屈折率結合定数κiと、前記利得分布による分
布帰還の程度を示す利得結合定数κgとが、下記の２つ
の関係式 ０＜Ｒ＜０．３ Ｒ＝κg／（κg 2＋κi 2）1/2 を満たすよう設定したものである。
【００４２】この発明（請求項７）に係る分布帰還型半
導体レーザ装置の製造方法は、活性層で発生された誘導
放出光の導波方向にて該誘導放出光に対する屈折率及び
利得が同一の単一周期でもって周期的に変動した、屈折
率分布及び利得分布を有する素子構造を形成する工程を
含み、該誘導放出光が該屈折率及び利得の周期的な変動
により光分布帰還を受けてレーザ発振が生ずるよう構成
した分布帰還型半導体レーザ装置を製造する方法であ
る。
導体レーザ装置の製造方法は、活性層で発生された誘導
放出光の導波方向にて該誘導放出光に対する屈折率及び
利得が同一の単一周期でもって周期的に変動した、屈折
率分布及び利得分布を有する素子構造を形成する工程を
含み、該誘導放出光が該屈折率及び利得の周期的な変動
により光分布帰還を受けてレーザ発振が生ずるよう構成
した分布帰還型半導体レーザ装置を製造する方法であ
る。
【００４３】この製造方法では、該素子構造の形成工程
は、該誘導放出光に対する屈折率及び利得の周期的な変
動を発生させるための、位相の不連続部を有する回折格
子を形成する工程を含み、該位相の不連続部での位相シ
フト量は、最も出力が大きな発振波長と２番目に出力が
大きな発振波長との間での出力の差である副モード抑圧
比が最大となるよう設定したものとなっている。そのこ
とにより上記目的が達成される。
は、該誘導放出光に対する屈折率及び利得の周期的な変
動を発生させるための、位相の不連続部を有する回折格
子を形成する工程を含み、該位相の不連続部での位相シ
フト量は、最も出力が大きな発振波長と２番目に出力が
大きな発振波長との間での出力の差である副モード抑圧
比が最大となるよう設定したものとなっている。そのこ
とにより上記目的が達成される。
【００４４】この発明（請求項８）は、上記請求項７記
載の分布帰還型半導体レーザ装置の製造方法において、
該位相の不連続部での位相シフト量を、該屈折率分布に
よる分布帰還の程度を示す屈折率結合定数と、該利得分
布による分布帰還の程度を示す利得結合定数との比率か
ら決まる前記副モード抑圧比の最大値に基づいて設定し
たものである。
載の分布帰還型半導体レーザ装置の製造方法において、
該位相の不連続部での位相シフト量を、該屈折率分布に
よる分布帰還の程度を示す屈折率結合定数と、該利得分
布による分布帰還の程度を示す利得結合定数との比率か
ら決まる前記副モード抑圧比の最大値に基づいて設定し
たものである。
【００４５】この発明（請求項９）に係る露光方法は、
相対向する第１及び第２の側面を有するプリズムを感光
性材料層上に配置し、該第１及び第２の側面側から該プ
リズムを通して露光光を該感光性材料の表面に照射し
て、位相シフト部を有する回折格子状露光パターンを該
感光性材料層の複数の領域に形成する露光方法である。
相対向する第１及び第２の側面を有するプリズムを感光
性材料層上に配置し、該第１及び第２の側面側から該プ
リズムを通して露光光を該感光性材料の表面に照射し
て、位相シフト部を有する回折格子状露光パターンを該
感光性材料層の複数の領域に形成する露光方法である。
【００４６】この露光方法では、該プリズムとして、該
第１及び第２の側面の少なくとも一方の面に、該感光性
材料層の各領域に対応する段差部が形成され、該段差部
の両側の側面部分を通過した露光光が、光軸と垂直な面
内で位相がずれたものとなるプリズムを用いる。そのこ
とにより上記目的が達成される。
第１及び第２の側面の少なくとも一方の面に、該感光性
材料層の各領域に対応する段差部が形成され、該段差部
の両側の側面部分を通過した露光光が、光軸と垂直な面
内で位相がずれたものとなるプリズムを用いる。そのこ
とにより上記目的が達成される。
【００４７】この発明（請求項１０）は、上記請求項９
記載の露光方法を用いて、半導体ウエハの表面に塗布さ
れたホトレジスト膜の、各チップ領域に対応する部分
に、位相シフト部を有する回折格子状露光パターンを形
成する露光方法である。
記載の露光方法を用いて、半導体ウエハの表面に塗布さ
れたホトレジスト膜の、各チップ領域に対応する部分
に、位相シフト部を有する回折格子状露光パターンを形
成する露光方法である。
【００４８】この露光方法では、前記プリズムをその少
なくとも一方の側面に形成された１つまたは隣接する複
数の段差部が、各チップ領域の列に対応するよう該ホト
レジスト膜上に配置し、該プリズムの第１及び第２の側
面側から該プリズムを通して露光光を該ホトレジスト膜
の表面に照射して、該ホトレジスト膜の、各チップ領域
に対応する部分に、１つまたは複数の位相シフト部を有
する回折格子状露光パターンを形成するようにしてい
る。
なくとも一方の側面に形成された１つまたは隣接する複
数の段差部が、各チップ領域の列に対応するよう該ホト
レジスト膜上に配置し、該プリズムの第１及び第２の側
面側から該プリズムを通して露光光を該ホトレジスト膜
の表面に照射して、該ホトレジスト膜の、各チップ領域
に対応する部分に、１つまたは複数の位相シフト部を有
する回折格子状露光パターンを形成するようにしてい
る。
【００４９】以下、本発明の作用について説明する。
【００５０】この発明（請求項１，３）においては、活
性層からの誘導放出光に対する屈折率及び利得が、誘導
放出光の導波方向にて同一の単一周期でもって周期的に
変動した、屈折率分布及び利得分布を有する素子構造を
備え、該素子構造を、該屈折率及び利得の周期的な変動
における位相の不連続部を有するものとしたから、光分
布帰還を受ける誘導放出光のうちの唯一の波長を有する
ものだけが位相が揃ってレーザ発振に至るようになる。
これによりレーザ素子における安定な単一波長での発振
を可能とできる。
性層からの誘導放出光に対する屈折率及び利得が、誘導
放出光の導波方向にて同一の単一周期でもって周期的に
変動した、屈折率分布及び利得分布を有する素子構造を
備え、該素子構造を、該屈折率及び利得の周期的な変動
における位相の不連続部を有するものとしたから、光分
布帰還を受ける誘導放出光のうちの唯一の波長を有する
ものだけが位相が揃ってレーザ発振に至るようになる。
これによりレーザ素子における安定な単一波長での発振
を可能とできる。
【００５１】つまり、屈折率分布及び利得分布の両方が
存在する素子構造のレーザ装置（部分ＧＣ−ＤＦＢ−Ｌ
Ｄ）では、誘導放出光に対する屈折率及び利得が周期的
に変動した構造（つまり回折格子部分）に位相シフトが
ない場合、ブラッグ波長での反射波の位相がそろわず、
ブラッグ波長での発振が生じず、レーザ発振が不安定と
なる。これに対し、上記回折格子部分に位相シフト部が
存在している場合には、光分布帰還を受ける誘導放出光
のうち、ブラッグ波長に相当する波長を有するものだけ
が位相が揃ってレーザ発振に至るようになる。
存在する素子構造のレーザ装置（部分ＧＣ−ＤＦＢ−Ｌ
Ｄ）では、誘導放出光に対する屈折率及び利得が周期的
に変動した構造（つまり回折格子部分）に位相シフトが
ない場合、ブラッグ波長での反射波の位相がそろわず、
ブラッグ波長での発振が生じず、レーザ発振が不安定と
なる。これに対し、上記回折格子部分に位相シフト部が
存在している場合には、光分布帰還を受ける誘導放出光
のうち、ブラッグ波長に相当する波長を有するものだけ
が位相が揃ってレーザ発振に至るようになる。
【００５２】また、上記位相シフト量を、０［ｒａｄ］
より大きくかつπ［ｒａｄ］より小さい範囲、またはπ
［ｒａｄ］より大きくかつ２π［ｒａｄ］より小さい範
囲にしているので、位相シフト量の調整により、部分Ｇ
Ｃ−ＤＦＢ−ＬＤにおける副モード抑圧比，つまり最も
出力が大きな発振波長（主モード）と、２番目に出力が
大きな発振波長（副モード）との出力の差を最大にする
ことができ、これにより誘導放出光の高速での直接変調
を行った時にも発振波長を単一波長に保持することがで
きる。
より大きくかつπ［ｒａｄ］より小さい範囲、またはπ
［ｒａｄ］より大きくかつ２π［ｒａｄ］より小さい範
囲にしているので、位相シフト量の調整により、部分Ｇ
Ｃ−ＤＦＢ−ＬＤにおける副モード抑圧比，つまり最も
出力が大きな発振波長（主モード）と、２番目に出力が
大きな発振波長（副モード）との出力の差を最大にする
ことができ、これにより誘導放出光の高速での直接変調
を行った時にも発振波長を単一波長に保持することがで
きる。
【００５３】この発明（請求項２，３）においては、屈
折率分布及び利得分布を有する素子構造における利得の
周期的な変動を、該誘導放出光の吸収によるものとし、
該素子構造に、その屈折率及び利得の周期的な変動にお
ける位相の不連続部を設けているので、吸収性回折格子
を有する分布帰還型半導体レーザ装置を、安定な単一波
長での発振が可能なものとできる。
折率分布及び利得分布を有する素子構造における利得の
周期的な変動を、該誘導放出光の吸収によるものとし、
該素子構造に、その屈折率及び利得の周期的な変動にお
ける位相の不連続部を設けているので、吸収性回折格子
を有する分布帰還型半導体レーザ装置を、安定な単一波
長での発振が可能なものとできる。
【００５４】この発明（請求項４）においては、請求項
１ないし３のいずれかに記載の分布帰還型半導体レーザ
装置において、前記位相の不連続部での位相シフト量Ω
を、前記屈折率変動の位相と利得変動の位相とが同位相
である場合には、下記（１），（２），（３）式の関係
を概ね満たし、 Ω［ｒａｄ］ ＝π＋５．７Ｒ−２．６Ｒ2 ・・・（１） Ｒ＝κg／（κg 2＋κi 2）1/2 （κi：屈折率結合定数、κg：利得結合定数） ・・・（２） ０＜Ｒ＜１ ・・・（３） 前記屈折率変動の位相と利得変動の位相とが逆位相であ
る場合には、上記（２），（３）式及び下記（４）式の
関係を概ね満たすよう Ω［ｒａｄ］ ＝π−５．７Ｒ＋２．６Ｒ2 ・・・（４） 設定するので、分布帰還型半導体レーザ装置を、その屈
折率結合定数と利得結合定数との比率に応じて、安定な
レーザ発振が可能な最適な素子構造とできる。
１ないし３のいずれかに記載の分布帰還型半導体レーザ
装置において、前記位相の不連続部での位相シフト量Ω
を、前記屈折率変動の位相と利得変動の位相とが同位相
である場合には、下記（１），（２），（３）式の関係
を概ね満たし、 Ω［ｒａｄ］ ＝π＋５．７Ｒ−２．６Ｒ2 ・・・（１） Ｒ＝κg／（κg 2＋κi 2）1/2 （κi：屈折率結合定数、κg：利得結合定数） ・・・（２） ０＜Ｒ＜１ ・・・（３） 前記屈折率変動の位相と利得変動の位相とが逆位相であ
る場合には、上記（２），（３）式及び下記（４）式の
関係を概ね満たすよう Ω［ｒａｄ］ ＝π−５．７Ｒ＋２．６Ｒ2 ・・・（４） 設定するので、分布帰還型半導体レーザ装置を、その屈
折率結合定数と利得結合定数との比率に応じて、安定な
レーザ発振が可能な最適な素子構造とできる。
【００５５】この発明（請求項５）においては、上記請
求項１ないし４のいずれかに記載の分布帰還型半導体レ
ーザ装置において、前記位相の不連続部での位相シフト
量を、前記屈折率結合定数κiと前記利得結合定数κgと
が、下記の２つの関係式 ０．３≦Ｒ＜１ Ｒ＝κg／（κg 2＋κi 2）1/2 を満たすよう設定したので、素子端面の反射率に拘わら
ず、高速での直接変調の際にも安定なレーザ発振を保持
することができる。
求項１ないし４のいずれかに記載の分布帰還型半導体レ
ーザ装置において、前記位相の不連続部での位相シフト
量を、前記屈折率結合定数κiと前記利得結合定数κgと
が、下記の２つの関係式 ０．３≦Ｒ＜１ Ｒ＝κg／（κg 2＋κi 2）1/2 を満たすよう設定したので、素子端面の反射率に拘わら
ず、高速での直接変調の際にも安定なレーザ発振を保持
することができる。
【００５６】この発明（請求項６）において、請求項１
ないし４のいずれかに記載の分布帰還型半導体レーザ装
置において、前記位相の不連続部での位相シフト量を、
前記屈折率結合定数κiと前記利得結合定数κgとが、下
記の２つの関係式 ０＜Ｒ＜０．３ Ｒ＝κg／（κg 2＋κi 2）1/2 を満たすよう設定したので、素子両端面での反射率を小
さく、実質的には端面反射率を零にするすることによ
り、高速での直接変調の際にも安定なレーザ発振を保持
することができる。
ないし４のいずれかに記載の分布帰還型半導体レーザ装
置において、前記位相の不連続部での位相シフト量を、
前記屈折率結合定数κiと前記利得結合定数κgとが、下
記の２つの関係式 ０＜Ｒ＜０．３ Ｒ＝κg／（κg 2＋κi 2）1/2 を満たすよう設定したので、素子両端面での反射率を小
さく、実質的には端面反射率を零にするすることによ
り、高速での直接変調の際にも安定なレーザ発振を保持
することができる。
【００５７】この発明（請求項７）においては、屈折率
分布及び利得分布を有する素子構造を形成する工程で
は、誘導放出光に対する屈折率及び利得の周期的な変動
を発生させるための、位相の不連続部を有する回折格子
を形成し、該位相の不連続部での位相シフト量を、最も
出力が大きな発振波長と２番目に出力が大きな発振波長
との間での出力の差である副モード抑圧比が最大となる
よう設定するので、誘導放出光の高速での直接変調を行
った時にも発振波長を単一波長に保持することができる
部分ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤを、再現性よく製造することが
できる。
分布及び利得分布を有する素子構造を形成する工程で
は、誘導放出光に対する屈折率及び利得の周期的な変動
を発生させるための、位相の不連続部を有する回折格子
を形成し、該位相の不連続部での位相シフト量を、最も
出力が大きな発振波長と２番目に出力が大きな発振波長
との間での出力の差である副モード抑圧比が最大となる
よう設定するので、誘導放出光の高速での直接変調を行
った時にも発振波長を単一波長に保持することができる
部分ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤを、再現性よく製造することが
できる。
【００５８】この発明（請求項８）は、上記請求項７記
載の分布帰還型半導体レーザ装置の製造方法において、
該位相の不連続部での位相シフト量を、該屈折率分布に
よる分布帰還の程度を示す屈折率結合定数と、該利得分
布による分布帰還の程度を示す利得結合定数との比率か
ら決まる前記副モード抑圧比の最大値に基づいて設定す
るので、その屈折率結合定数と利得結合定数との比率に
応じた、安定なレーザ発振が可能な最適な素子構造を得
ることができる。
載の分布帰還型半導体レーザ装置の製造方法において、
該位相の不連続部での位相シフト量を、該屈折率分布に
よる分布帰還の程度を示す屈折率結合定数と、該利得分
布による分布帰還の程度を示す利得結合定数との比率か
ら決まる前記副モード抑圧比の最大値に基づいて設定す
るので、その屈折率結合定数と利得結合定数との比率に
応じた、安定なレーザ発振が可能な最適な素子構造を得
ることができる。
【００５９】この発明（請求項９）においては、２光束
干渉露光により、位相シフト部を有する回折格子状露光
パターンを感光性材料層の複数の領域に形成する方法に
おいて、該感光性材料層上に、干渉縞を形成するための
プリズムを配置し、プリズムとして、該第１及び第２の
側面の少なくとも一方の面に、該感光性材料層の各領域
に対応する段差部が形成され、該段差部の両側の側面部
分を通過した露光光が、光軸と垂直な面内で位相がずれ
たものとなるプリズムを用いるので、感光性材料層にお
ける位相シフト部の形成位置を、精度よくしかも再現性
よく決めることができる。
干渉露光により、位相シフト部を有する回折格子状露光
パターンを感光性材料層の複数の領域に形成する方法に
おいて、該感光性材料層上に、干渉縞を形成するための
プリズムを配置し、プリズムとして、該第１及び第２の
側面の少なくとも一方の面に、該感光性材料層の各領域
に対応する段差部が形成され、該段差部の両側の側面部
分を通過した露光光が、光軸と垂直な面内で位相がずれ
たものとなるプリズムを用いるので、感光性材料層にお
ける位相シフト部の形成位置を、精度よくしかも再現性
よく決めることができる。
【００６０】この発明（請求項１０）においては、上記
請求項９記載の露光方法を用いて、半導体ウエハの表面
に塗布されたホトレジスト膜の、各チップ領域に対応す
る部分に、位相シフト部を有する回折格子状露光パター
ンを形成する際、前記プリズムを、その少なくとも一方
の側面に形成された１つまたは隣接する複数の段差部
が、各チップ領域の列に対応するよう該ホトレジスト膜
上に配置するようにしたので、１つのプリズムを用い
て、該ホトレジスト膜の、各チップ領域に対応する部分
に、１つまたは複数の位相シフト部を有する回折格子状
露光パターンを簡単に形成することができる。
請求項９記載の露光方法を用いて、半導体ウエハの表面
に塗布されたホトレジスト膜の、各チップ領域に対応す
る部分に、位相シフト部を有する回折格子状露光パター
ンを形成する際、前記プリズムを、その少なくとも一方
の側面に形成された１つまたは隣接する複数の段差部
が、各チップ領域の列に対応するよう該ホトレジスト膜
上に配置するようにしたので、１つのプリズムを用い
て、該ホトレジスト膜の、各チップ領域に対応する部分
に、１つまたは複数の位相シフト部を有する回折格子状
露光パターンを簡単に形成することができる。
【００６１】
（実施の形態１）図１は本発明の実施形態１による分布
帰還型半導体レーザ装置を説明するための図である。図
において、１００は本実施形態１の部分ＧＣ−ＤＦＢ−
ＬＤであり、誘導放出光を発生する、アンドープのｕｎ
−Ａｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓ活性層１０３を有し、該活性層
１０３近傍に誘導放出光の導波方向に沿って周期的に配
置された光吸収領域１０６によって実効的に利得の周期
的摂動が生じる素子構造となっている。
帰還型半導体レーザ装置を説明するための図である。図
において、１００は本実施形態１の部分ＧＣ−ＤＦＢ−
ＬＤであり、誘導放出光を発生する、アンドープのｕｎ
−Ａｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓ活性層１０３を有し、該活性層
１０３近傍に誘導放出光の導波方向に沿って周期的に配
置された光吸収領域１０６によって実効的に利得の周期
的摂動が生じる素子構造となっている。
【００６２】すなわち、上記レーザ装置１００を構成す
るｎ−ＧａＡｓ基板１０１上には、層厚１μｍのｎ−Ａ
ｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ下クラッド層１０２が形成されてい
る。また、該下クラッド層１０２上には、層厚０．０８
μｍのアンドープのｕｎ−Ａｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓ活性層
１０３が形成されており、該活性層１０３上には、層厚
０．２μｍのｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓキャリアバリア層
１０４を介して層厚０．０５８μｍのｐ−Ａｌ0.3Ｇａ
0.7Ａｓ第１ガイド層１０５が形成されている。
るｎ−ＧａＡｓ基板１０１上には、層厚１μｍのｎ−Ａ
ｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ下クラッド層１０２が形成されてい
る。また、該下クラッド層１０２上には、層厚０．０８
μｍのアンドープのｕｎ−Ａｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓ活性層
１０３が形成されており、該活性層１０３上には、層厚
０．２μｍのｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓキャリアバリア層
１０４を介して層厚０．０５８μｍのｐ−Ａｌ0.3Ｇａ
0.7Ａｓ第１ガイド層１０５が形成されている。
【００６３】該第１ガイド層１０５の表面部分は、凸凹
形状を誘導放出光の導波方向に沿って一定周期で繰り返
し配列した構造となっており、該構造における上記導波
方向における中央部は位相が不連続な部分１００ａとな
っている。そして、該第１ガイド層１０５の凸部上に
は、厚さ０．０１２μｍのｎ−ＧａＡｓ光吸収層１０６
が配置されている。ここで光吸収層１０６を構成するＧ
ａＡｓは、活性層１０３を構成するＡ１0.13Ｇａ0.87Ａ
ｓよりも禁制帯輻が小さいことから、上記光吸収層１０
６は、活性層で発生される誘導放出光の吸収体として機
能する。従って、上記導波方向における中央部が位相の
不連続な部分１００ａとなっている光吸収層の周期的な
配列により、吸収性回折格子が構成されている。
形状を誘導放出光の導波方向に沿って一定周期で繰り返
し配列した構造となっており、該構造における上記導波
方向における中央部は位相が不連続な部分１００ａとな
っている。そして、該第１ガイド層１０５の凸部上に
は、厚さ０．０１２μｍのｎ−ＧａＡｓ光吸収層１０６
が配置されている。ここで光吸収層１０６を構成するＧ
ａＡｓは、活性層１０３を構成するＡ１0.13Ｇａ0.87Ａ
ｓよりも禁制帯輻が小さいことから、上記光吸収層１０
６は、活性層で発生される誘導放出光の吸収体として機
能する。従って、上記導波方向における中央部が位相の
不連続な部分１００ａとなっている光吸収層の周期的な
配列により、吸収性回折格子が構成されている。
【００６４】また、該第１ガイド層１０５及び光吸収層
１０６上には、表面が平坦な層厚０．０３０μｍのｐ−
Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ第２ガイド層１０８が形成されて
おり、該第２ガイド層１０８を構成するＡｌ0.25Ｇａ
0.75Ａｓは、上記光吸収層１０６を構成するＧａＡｓと
は屈折率が異なっている。従って、本実施形態１のレー
ザ装置は、屈折率の周期的な分布も利得の周期的な分布
とともに存在する、部分ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤとなってい
る。
１０６上には、表面が平坦な層厚０．０３０μｍのｐ−
Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ第２ガイド層１０８が形成されて
おり、該第２ガイド層１０８を構成するＡｌ0.25Ｇａ
0.75Ａｓは、上記光吸収層１０６を構成するＧａＡｓと
は屈折率が異なっている。従って、本実施形態１のレー
ザ装置は、屈折率の周期的な分布も利得の周期的な分布
とともに存在する、部分ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤとなってい
る。
【００６５】そして、該第２ガイド層１０８の中央部分
には選択的に導波方向に沿って、層厚０．８μｍのスト
ライプ状ｐ−Ａｌ0.75Ｇａ0.25Ａｓ上クラッド層１０９
が形成されており、該上クラッド層１０９の表面上に
は、層厚０．５μｍのｐ+−ＧａＡｓコンタクト層１１
０が形成されている。ここで、上クラッド層１０９及び
コンタクト層１１０の幅（上記ストライプの幅方向の寸
法）は３μｍとなっている。
には選択的に導波方向に沿って、層厚０．８μｍのスト
ライプ状ｐ−Ａｌ0.75Ｇａ0.25Ａｓ上クラッド層１０９
が形成されており、該上クラッド層１０９の表面上に
は、層厚０．５μｍのｐ+−ＧａＡｓコンタクト層１１
０が形成されている。ここで、上クラッド層１０９及び
コンタクト層１１０の幅（上記ストライプの幅方向の寸
法）は３μｍとなっている。
【００６６】上記上クラッド層１０９及びコンタクト層
１１０の、導波方向と平行な側面から上記第２ガイド層
１０８の表面にまたがる領域には、窒化珪素からなる厚
さ０．３μｍの絶縁膜１１１が形成されており、該絶縁
膜１１１の表面及びコンタクト層１０９の表面上にはｐ
電極１１２が形成されている。また基板１０１の裏面に
は、ｎ電極１１３が形成されている。
１１０の、導波方向と平行な側面から上記第２ガイド層
１０８の表面にまたがる領域には、窒化珪素からなる厚
さ０．３μｍの絶縁膜１１１が形成されており、該絶縁
膜１１１の表面及びコンタクト層１０９の表面上にはｐ
電極１１２が形成されている。また基板１０１の裏面に
は、ｎ電極１１３が形成されている。
【００６７】次に、製造方法について図２ないし図４を
用いて説明する。図２（ａ）〜図２（ｅ）は上記半導体
レーザ装置の製造方法を主要工程順に示す断面図であ
り、各工程での図１のII−II線部分の断面構造を示して
いる。図３は、上記半導体レーザ装置における回折格子
を形成するためのレジストマスクの形成工程を説明する
ための図であり、図３（ａ）は、ウエハ上での各半導体
レーザ装置の形成領域（チップ領域）を示し、図３
（ｂ）は、上記ウエハ上に形成したホトレジストを露光
する工程を示している。なお、図３では、説明の都合
上、ウエハ上には１２個のチップ領域が設定されている
とする。図４（ａ）及び（ｂ）は、上記露光により各チ
ップ領域上のホトレジスト膜に形成された露光パターン
を示す斜視図及び断面図である。
用いて説明する。図２（ａ）〜図２（ｅ）は上記半導体
レーザ装置の製造方法を主要工程順に示す断面図であ
り、各工程での図１のII−II線部分の断面構造を示して
いる。図３は、上記半導体レーザ装置における回折格子
を形成するためのレジストマスクの形成工程を説明する
ための図であり、図３（ａ）は、ウエハ上での各半導体
レーザ装置の形成領域（チップ領域）を示し、図３
（ｂ）は、上記ウエハ上に形成したホトレジストを露光
する工程を示している。なお、図３では、説明の都合
上、ウエハ上には１２個のチップ領域が設定されている
とする。図４（ａ）及び（ｂ）は、上記露光により各チ
ップ領域上のホトレジスト膜に形成された露光パターン
を示す斜視図及び断面図である。
【００６８】まず、有機金属気相成長法（ＭＯ−ＣＶ
Ｄ：Ｍetal−Ｏrganic Ｃhemical Ｖapor Ｄepositio
n）を用いた第１回目の結晶成長を行って、３インチ径
のｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に半導体レーザ装置を構成
する複数の半導体層を形成する。
Ｄ：Ｍetal−Ｏrganic Ｃhemical Ｖapor Ｄepositio
n）を用いた第１回目の結晶成長を行って、３インチ径
のｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に半導体レーザ装置を構成
する複数の半導体層を形成する。
【００６９】この第１回目の結晶成長では、上記基板上
にｎ−Ａ１0.6Ｇａ0.4Ａｓ下クラッド層１０２が１μｍ
の厚さに、ｕｎ−Ａｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓ活性層１０３が
０．０８μｍの厚さに、ｐ−Ａ１0.5Ｇａ0.5Ａｓキャリ
アバリア属１０４が０．２μｍの厚さに成長され、さら
にｐ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ第１ガイド属１０５が０．０
５８μｍ厚さに、ｎ−ＧａＡｓ層１０６が０．０１２μ
ｍの厚さに形成される（図２（ａ））。
にｎ−Ａ１0.6Ｇａ0.4Ａｓ下クラッド層１０２が１μｍ
の厚さに、ｕｎ−Ａｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓ活性層１０３が
０．０８μｍの厚さに、ｐ−Ａ１0.5Ｇａ0.5Ａｓキャリ
アバリア属１０４が０．２μｍの厚さに成長され、さら
にｐ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ第１ガイド属１０５が０．０
５８μｍ厚さに、ｎ−ＧａＡｓ層１０６が０．０１２μ
ｍの厚さに形成される（図２（ａ））。
【００７０】続いて、図３（ｂ）に示すように、第１回
目の結晶成長によりその表面上に複数の半導体層を成長
した状態の基板（ウエハ）２０１を露光用処理台２００
上に載置し、希釈したポジ型ホトレジストを、該基板２
０１の表面、つまりｎ−ＧａＡｓ層１０６の表面上に約
５０ｎｍの厚さに塗布してホトレジスト膜２０２を形成
し（図２（ｂ））、その後、一方の側面２０３ａに第１
〜第４の段差２０５ａ1〜２０５ａ4が設けられた直方体
プリズム２０３をキシレン２０４を介して、上記ホトレ
ジスト膜２０２が塗布された基板２０１上に置く。ここ
で、プリズム２０３と基板表面のホトレジスト膜２０２
との間にキシレン２０４を介在させているのは、プリズ
ム２０３底面での露光光の反射を抑えるためである。
目の結晶成長によりその表面上に複数の半導体層を成長
した状態の基板（ウエハ）２０１を露光用処理台２００
上に載置し、希釈したポジ型ホトレジストを、該基板２
０１の表面、つまりｎ−ＧａＡｓ層１０６の表面上に約
５０ｎｍの厚さに塗布してホトレジスト膜２０２を形成
し（図２（ｂ））、その後、一方の側面２０３ａに第１
〜第４の段差２０５ａ1〜２０５ａ4が設けられた直方体
プリズム２０３をキシレン２０４を介して、上記ホトレ
ジスト膜２０２が塗布された基板２０１上に置く。ここ
で、プリズム２０３と基板表面のホトレジスト膜２０２
との間にキシレン２０４を介在させているのは、プリズ
ム２０３底面での露光光の反射を抑えるためである。
【００７１】また、上記プリズム２０３の側面２０３ａ
に形成された第１〜第４の段差２０５ａ1〜２０５ａ
4は、ウエハ２０１上にマトリクス状に配置されている
チップ領域２０１ａの各列２０１ａ1〜２０１ａ4に対応
している。ここで、最上位置の第１の段差２０５ａ1よ
り上側の側面領域２０３ａ1が最も外側に位置し、第
１，第２の段差２０５ａ1，２０５ａ2間の側面領域２０
３ａ2は上記側面領域２０３ａ1より内側に位置し、第
２，第３の段差２０５ａ2，２０５ａ3間の側面領域２０
３ａ3は上記側面領域２０３ａ2より内側に位置してい
る。また、第３，第４の段差２０５ａ3，２０５ａ4間の
側面領域２０３ａ4は上記側面領域２０３ａ3より内側に
位置し、最下位置の第４の段差２０５ａ4より下側の側
面領域２０３ａ5は、側面領域２０３ａ4よりさらに内側
に位置している。
に形成された第１〜第４の段差２０５ａ1〜２０５ａ
4は、ウエハ２０１上にマトリクス状に配置されている
チップ領域２０１ａの各列２０１ａ1〜２０１ａ4に対応
している。ここで、最上位置の第１の段差２０５ａ1よ
り上側の側面領域２０３ａ1が最も外側に位置し、第
１，第２の段差２０５ａ1，２０５ａ2間の側面領域２０
３ａ2は上記側面領域２０３ａ1より内側に位置し、第
２，第３の段差２０５ａ2，２０５ａ3間の側面領域２０
３ａ3は上記側面領域２０３ａ2より内側に位置してい
る。また、第３，第４の段差２０５ａ3，２０５ａ4間の
側面領域２０３ａ4は上記側面領域２０３ａ3より内側に
位置し、最下位置の第４の段差２０５ａ4より下側の側
面領域２０３ａ5は、側面領域２０３ａ4よりさらに内側
に位置している。
【００７２】そして、Ａｒガスレーザ（波長３５１．１
ｎｍ）の平行光２０６をプリズムの、段差が設けられた
側面２０３ａを通してホトレジスト膜２０２に照射し、
Ａｒガスレーザ（波長３５１．１ｎｍ）の平行光２０７
を、プリズムの、段差が設けられていない側面２０３ｂ
を通してホトレジスト膜２０２に照射すると、ホトレジ
スト膜２０２には、２つの平行光２０６及び２０７が作
る干渉縞に対応した露光パターンが形成される。この露
光後のホトレジスト膜２０２を適切な現像液により現像
して、ピッチ１２０ｎｍの回折格子状のレジストマスク
２０２ｂを形成する（図２（ｃ））。
ｎｍ）の平行光２０６をプリズムの、段差が設けられた
側面２０３ａを通してホトレジスト膜２０２に照射し、
Ａｒガスレーザ（波長３５１．１ｎｍ）の平行光２０７
を、プリズムの、段差が設けられていない側面２０３ｂ
を通してホトレジスト膜２０２に照射すると、ホトレジ
スト膜２０２には、２つの平行光２０６及び２０７が作
る干渉縞に対応した露光パターンが形成される。この露
光後のホトレジスト膜２０２を適切な現像液により現像
して、ピッチ１２０ｎｍの回折格子状のレジストマスク
２０２ｂを形成する（図２（ｃ））。
【００７３】ここで、回折格子状のレジストマスク２０
２ｂを作製する際に、一方の側面２０３ａに上記のよう
に段差２０５ａ1〜２０５ａ4が設けられたプリズム２０
３を用いることにより、このプリズムの各側面領域２０
３ａ1〜２０３ａ5を通過する光は、光路長の差に基づい
て一定量づつ位相がずれることとなる。
２ｂを作製する際に、一方の側面２０３ａに上記のよう
に段差２０５ａ1〜２０５ａ4が設けられたプリズム２０
３を用いることにより、このプリズムの各側面領域２０
３ａ1〜２０３ａ5を通過する光は、光路長の差に基づい
て一定量づつ位相がずれることとなる。
【００７４】このため、上記プリズム２０３の側面２０
３ａを通過した、光軸と垂直な面内で位相がずれた部分
を有する平行光２０６と、上記プリズムの側面２０３ｂ
を通過した、光軸と垂直な面内では位相が揃っている平
行光２０７とにより、ホトレジスト２０２の表面上に形
成される干渉縞は、ウエハ２０１上の各列２０１ａ1〜
２０１ａ4のチップ領域２０１ａの中央位置ｐ1〜ｐ4に
位相の不連続部を有するものとなる。
３ａを通過した、光軸と垂直な面内で位相がずれた部分
を有する平行光２０６と、上記プリズムの側面２０３ｂ
を通過した、光軸と垂直な面内では位相が揃っている平
行光２０７とにより、ホトレジスト２０２の表面上に形
成される干渉縞は、ウエハ２０１上の各列２０１ａ1〜
２０１ａ4のチップ領域２０１ａの中央位置ｐ1〜ｐ4に
位相の不連続部を有するものとなる。
【００７５】図４（ａ）は、１つのチップ領域２０１ａ
におけるホトレジスト膜２０２の立体的な露光パターン
２０２ａを示しており、この立体的な露光パターン２０
２ａは、基板表面上に線状凸凹形状を一定の周期でもっ
て繰り返し配列した形状となっており、しかもこの露光
パターン２０２ａのチップ領域２０１ａの中央部分に
は、該形状の繰返し変化における位相の不連続部（位相
シフト部）２０２ａ0が位置している。この位相シフト
部２０２ａ0での位相シフト量Ωは、図４（ｂ）に示す
ように上記プリズム２０３の側面２０３ａに設けられた
段差の高さによって、０〜２πの範囲内で任意に設定す
ることができる。
におけるホトレジスト膜２０２の立体的な露光パターン
２０２ａを示しており、この立体的な露光パターン２０
２ａは、基板表面上に線状凸凹形状を一定の周期でもっ
て繰り返し配列した形状となっており、しかもこの露光
パターン２０２ａのチップ領域２０１ａの中央部分に
は、該形状の繰返し変化における位相の不連続部（位相
シフト部）２０２ａ0が位置している。この位相シフト
部２０２ａ0での位相シフト量Ωは、図４（ｂ）に示す
ように上記プリズム２０３の側面２０３ａに設けられた
段差の高さによって、０〜２πの範囲内で任意に設定す
ることができる。
【００７６】このようにして作製した回折格子状のレジ
ストマスク２０２ｂを用いて、塩酸，過酸化水素水，及
び純水の混合液によるウエットエッチングを、上記第１
回目の結晶成長で作製した光吸収層１０６の表面に施し
て、該光吸収層１０６を、これが該レジストマスク２０
２ｂの立体的な形状に対応した形状となるようパターニ
ングして、位相シフト部１００ａを有する吸収性回折格
子１０７を形成する（図２（ｄ））。
ストマスク２０２ｂを用いて、塩酸，過酸化水素水，及
び純水の混合液によるウエットエッチングを、上記第１
回目の結晶成長で作製した光吸収層１０６の表面に施し
て、該光吸収層１０６を、これが該レジストマスク２０
２ｂの立体的な形状に対応した形状となるようパターニ
ングして、位相シフト部１００ａを有する吸収性回折格
子１０７を形成する（図２（ｄ））。
【００７７】次に、上記回折格子１０７が形成されてい
る、第１回目の結晶成長層の表面上に、第２回目の結晶
成長を行って複数の半導体層を形成する。この２回目の
結晶成長では、光吸収層１０６及び第１ガイド層１０５
上に、表面が平坦になるようｐ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ
第２ガイド層１０８が０．０３０μｍの厚さに形成さ
れ、さらにその上にｐ−Ａｌ0.75Ｇａ0.25Ａｓ上クラッ
ド層１０９が０．８μｍの厚さに形成され、最後にｐ+
−ＧａＡｓコンタクト層１１０が０．５μｍに形成され
る（図２（ｅ））。
る、第１回目の結晶成長層の表面上に、第２回目の結晶
成長を行って複数の半導体層を形成する。この２回目の
結晶成長では、光吸収層１０６及び第１ガイド層１０５
上に、表面が平坦になるようｐ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ
第２ガイド層１０８が０．０３０μｍの厚さに形成さ
れ、さらにその上にｐ−Ａｌ0.75Ｇａ0.25Ａｓ上クラッ
ド層１０９が０．８μｍの厚さに形成され、最後にｐ+
−ＧａＡｓコンタクト層１１０が０．５μｍに形成され
る（図２（ｅ））。
【００７８】次に、ホトリソグラフィーとウエットエッ
チングを用いて、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１０及び
ｐ−ＡｌＧａＡｓ上クラッド層１０９を選択的にエッチ
ングして、誘導放出光の導波方向と平行な幅３μｍのス
トライプ状部分を形成する。これによりリッジ型の光導
波構造を作製する。
チングを用いて、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１０及び
ｐ−ＡｌＧａＡｓ上クラッド層１０９を選択的にエッチ
ングして、誘導放出光の導波方向と平行な幅３μｍのス
トライプ状部分を形成する。これによりリッジ型の光導
波構造を作製する。
【００７９】このように光導波構造を作製した後、表面
全面にプラズマＣＶＤ法により窒化珪素の絶縁膜１１１
を約０．３μｍの厚さに形成し、その後、リッジ頂上の
絶縁膜だけを除去する。
全面にプラズマＣＶＤ法により窒化珪素の絶縁膜１１１
を約０．３μｍの厚さに形成し、その後、リッジ頂上の
絶縁膜だけを除去する。
【００８０】そして、基板１０１をその裏面に研磨処理
を施して厚さ約１００μｍにまで薄層化し、基板の表面
側にｐ電極１１２を、基板の裏面にｎ電極１１３を真空
蒸着により形成する。その後、基板を、リッジ部と位相
シフト部とが素子の中央に来るように３００μｍ×３０
０μｍ角のチップ状に劈開により分割して、レーザ装置
を完成する。
を施して厚さ約１００μｍにまで薄層化し、基板の表面
側にｐ電極１１２を、基板の裏面にｎ電極１１３を真空
蒸着により形成する。その後、基板を、リッジ部と位相
シフト部とが素子の中央に来るように３００μｍ×３０
０μｍ角のチップ状に劈開により分割して、レーザ装置
を完成する。
【００８１】ここでは、レーザ光の出射端面には、特別
なコーティングを施していない。また、ＡｌxＧａ1-xＡ
ｓ混晶では、混晶比ｘが小さい方が禁制帯幅が小さくか
つ屈折率が大きくなることから、上記の構造の回折格子
１０７では、光吸収領域１０６により利得が小さく抑え
られる部分が屈折率の高い部分に一致する構造であり、
屈折率変動における位相と利得変動における位相とが逆
位相となっている。
なコーティングを施していない。また、ＡｌxＧａ1-xＡ
ｓ混晶では、混晶比ｘが小さい方が禁制帯幅が小さくか
つ屈折率が大きくなることから、上記の構造の回折格子
１０７では、光吸収領域１０６により利得が小さく抑え
られる部分が屈折率の高い部分に一致する構造であり、
屈折率変動における位相と利得変動における位相とが逆
位相となっている。
【００８２】上記の構造の素子について、分布帰還の程
度を示すパラメータである結合定数（以下「κ」と略
す）を測定したところ、屈折率結合による分布帰還の程
度を示す屈折率結合定数（κi）は６０［ｃｍ-1］、利
得結合による分布帰還の程度を示す利得結合定数
（κg）は２０［ｃｍ-1］であった。
度を示すパラメータである結合定数（以下「κ」と略
す）を測定したところ、屈折率結合による分布帰還の程
度を示す屈折率結合定数（κi）は６０［ｃｍ-1］、利
得結合による分布帰還の程度を示す利得結合定数
（κg）は２０［ｃｍ-1］であった。
【００８３】また、作製された素子は、屈折率結合と利
得結合とが混在する部分ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤであった。
なお、上記結合係数κに関しては、Ｔhe Ｂell Ｓystem
Ｔechnical Ｊournal １９６９年，第４８巻，２９０
９貢(参考文献２)に詳しく解説されている。
得結合とが混在する部分ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤであった。
なお、上記結合係数κに関しては、Ｔhe Ｂell Ｓystem
Ｔechnical Ｊournal １９６９年，第４８巻，２９０
９貢(参考文献２)に詳しく解説されている。
【００８４】次に、作用効果について説明する。
【００８５】上記のような吸収性回折格子を有する分布
帰還型半導体レーザ装置として、０〜２π［ｒａｄ］の
範囲で異なる位相シフト量を有するサンプル素子を複数
作製し、各サンプル素子にＤＣ電流を注入し、片側の端
面からの数ｍＷの出力にてレーザ光を出射させ、各位相
シフト量に対する副モード抑圧比（ＳＭＳＲ：ＳideＭo
de Ｓuppression Ｒatio）、つまり最も出力が大きな発
振波長（主モード）と次に出力が大きな発振波長（副モ
ード）との出力の差を測定した。
帰還型半導体レーザ装置として、０〜２π［ｒａｄ］の
範囲で異なる位相シフト量を有するサンプル素子を複数
作製し、各サンプル素子にＤＣ電流を注入し、片側の端
面からの数ｍＷの出力にてレーザ光を出射させ、各位相
シフト量に対する副モード抑圧比（ＳＭＳＲ：ＳideＭo
de Ｓuppression Ｒatio）、つまり最も出力が大きな発
振波長（主モード）と次に出力が大きな発振波長（副モ
ード）との出力の差を測定した。
【００８６】図５（ａ）は、サンプル素子の位相シフト
量Ωと、該個々の位相シフト量に対するＳＭＳＲの平均
値との相関関係を示しており、ＳＭＳＲについては最大
値を１．０とした相対値を用いて示している。
量Ωと、該個々の位相シフト量に対するＳＭＳＲの平均
値との相関関係を示しており、ＳＭＳＲについては最大
値を１．０とした相対値を用いて示している。
【００８７】この図５（ａ）から、位相シフトが全くな
い回折格子を有するサンプル素子でも、利得結合の効果
により２０ｄＢ以上の十分に大きなＳＭＳＲが得られた
が、位相シフト量を約π／２［ｒａｄ］とすることによ
り、より大きなＳＭＳＲが得られて発振波長の単一性が
向上することが分かる。
い回折格子を有するサンプル素子でも、利得結合の効果
により２０ｄＢ以上の十分に大きなＳＭＳＲが得られた
が、位相シフト量を約π／２［ｒａｄ］とすることによ
り、より大きなＳＭＳＲが得られて発振波長の単一性が
向上することが分かる。
【００８８】例えば、位相シフト量がπ／４［ｒａｄ］
である位相シフト部を導入したサンプル素子でも、ＳＭ
ＳＲは向上するが、このサンプル素子では、高速で直接
変調を行った場合には波長の不連続な飛びが生じたり複
数の波長が出現したりすることとなり、位相シフト量が
π／２［ｒａｄ］である位相シフト部を導入したサンプ
ル素子だけが最も安定して単一波長で発振した。
である位相シフト部を導入したサンプル素子でも、ＳＭ
ＳＲは向上するが、このサンプル素子では、高速で直接
変調を行った場合には波長の不連続な飛びが生じたり複
数の波長が出現したりすることとなり、位相シフト量が
π／２［ｒａｄ］である位相シフト部を導入したサンプ
ル素子だけが最も安定して単一波長で発振した。
【００８９】つまり、本件の発明者は、部分ＧＣ−ＤＦ
Ｂ−ＬＤに最適な位相シフトを導入することにより単一
波長での発振が非常に安定することを新たに見い出し
た。また、これらの素子は単一波長での発振特性に優れ
ているのみならず、強い戻り光下でも雑音が生じず、Ｇ
Ｃ−ＤＦＢ−ＬＤに特有の優れた特性が観察された。
Ｂ−ＬＤに最適な位相シフトを導入することにより単一
波長での発振が非常に安定することを新たに見い出し
た。また、これらの素子は単一波長での発振特性に優れ
ているのみならず、強い戻り光下でも雑音が生じず、Ｇ
Ｃ−ＤＦＢ−ＬＤに特有の優れた特性が観察された。
【００９０】また、図１に示す半導体レーザ装置の構造
において、第１ガイド層１０５，光吸収層１０６，第２
ガイド層１０８の組成や層厚を変更して素子を作製する
と、様々な屈折率結合定数κiと利得結合定数κgとの組
み合わせを有する素子を作製することができる。この
際、屈折率変化と利得変化とが位相のそろったものとな
っている素子構造、あるいは屈折率変化と利得変化とが
位相が逆転したものとなっている素子構造を実現するこ
とができる。
において、第１ガイド層１０５，光吸収層１０６，第２
ガイド層１０８の組成や層厚を変更して素子を作製する
と、様々な屈折率結合定数κiと利得結合定数κgとの組
み合わせを有する素子を作製することができる。この
際、屈折率変化と利得変化とが位相のそろったものとな
っている素子構造、あるいは屈折率変化と利得変化とが
位相が逆転したものとなっている素子構造を実現するこ
とができる。
【００９１】例えば、レーザ素子における利得結合の程
度を、下記の式で定義されるＲ値で表すと、 Ｒ＝κg／（κg 2＋κi 2）1/2，０≦Ｒ≦１ Ｒ＝０の素子はＩＣ−ＤＦＢ−ＬＤであり、Ｒが０＜Ｒ
＜１の範囲である素子は、部分ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤであ
り、Ｒ＝１の素子は真性ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤであるとい
うことになる。
度を、下記の式で定義されるＲ値で表すと、 Ｒ＝κg／（κg 2＋κi 2）1/2，０≦Ｒ≦１ Ｒ＝０の素子はＩＣ−ＤＦＢ−ＬＤであり、Ｒが０＜Ｒ
＜１の範囲である素子は、部分ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤであ
り、Ｒ＝１の素子は真性ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤであるとい
うことになる。
【００９２】そこで、屈折率結合定数κiと利得結合定
数κgとの組み合わせ及び位相シフト量を変えたサンプ
ル素子を複数作製し、各サンプル素子のＳＭＳＲを測定
した。ここでは、サンプル素子は、その光出射端面に無
反射コーティングを施して両端面の反射率を１％以下に
抑え、レーザ出射端面での光の反射が実質的に無い状態
とした。
数κgとの組み合わせ及び位相シフト量を変えたサンプ
ル素子を複数作製し、各サンプル素子のＳＭＳＲを測定
した。ここでは、サンプル素子は、その光出射端面に無
反射コーティングを施して両端面の反射率を１％以下に
抑え、レーザ出射端面での光の反射が実質的に無い状態
とした。
【００９３】図５（ｂ）は、このような端面反射のない
レーザ素子構造についての、最もＳＭＳＲが大きくなる
最適な回折格子の位相シフト量ΩとＲ値との相関関係を
示しており、各点は、作製したサンプル素子のＲ値に対
する最適位相シフト量を示している。
レーザ素子構造についての、最もＳＭＳＲが大きくなる
最適な回折格子の位相シフト量ΩとＲ値との相関関係を
示しており、各点は、作製したサンプル素子のＲ値に対
する最適位相シフト量を示している。
【００９４】ここで、本件の発明者は、０＜Ｒ＜１であ
る部分ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤに対しては、その利得結合の
程度（つまりＲ値）によって最適な位相シフト量Ωが存
在することを図５（ｂ）の結果から新たに見い出すこと
ができた。
る部分ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤに対しては、その利得結合の
程度（つまりＲ値）によって最適な位相シフト量Ωが存
在することを図５（ｂ）の結果から新たに見い出すこと
ができた。
【００９５】さらに、屈折率変動と利得変動との位相が
一致している素子構造では、π＜０＜２πの範囲内に最
適な位相シフト量Ωがあり、屈折率変動と利得変動の位
相が反転している素子構造では、０＜Ω＜πの範囲内に
最適な位相シフト量Ωが存在することも新たに見い出し
た。
一致している素子構造では、π＜０＜２πの範囲内に最
適な位相シフト量Ωがあり、屈折率変動と利得変動の位
相が反転している素子構造では、０＜Ω＜πの範囲内に
最適な位相シフト量Ωが存在することも新たに見い出し
た。
【００９６】図５（ｂ）に示す各点を結ぶ曲線を簡単な
２次式で近似し、上記最適位相シフト量とＲ値との関係
を一般化すると、屈折率と利得の周期変動の位相が一致
している素子構造では、上記最適位相シフト量とＲ値関
係は、下記（Ａ）式により概ね表される。
２次式で近似し、上記最適位相シフト量とＲ値との関係
を一般化すると、屈折率と利得の周期変動の位相が一致
している素子構造では、上記最適位相シフト量とＲ値関
係は、下記（Ａ）式により概ね表される。
【００９７】 Ω［ｒａｄ］＝π＋５．７Ｒ−２．６Ｒ2 ・・・（Ａ） また、屈折率と利得の周期変動の位相が反転している素
子構造では、上記最適位相シフト量とＲ値との関係は、
下記（Ｂ）式により概ね表される。
子構造では、上記最適位相シフト量とＲ値との関係は、
下記（Ｂ）式により概ね表される。
【００９８】 Ω［ｒａｄ］＝π−５．７Ｒ＋２．６Ｒ2 ・・・（Ｂ） また、図５（ｂ）から、屈折率分布及び利得分布の両方
が存在する素子構造のレーザ装置（部分ＧＣ−ＤＦＢ−
ＬＤ）では、位相シフト量が、０［ｒａｄ］より大きく
かつπ［ｒａｄ］より小さい範囲、またはπ［ｒａｄ］
より大きくかつ２π［ｒａｄ］より小さい範囲にて、言
い換えると実質的の位相シフト量Ωがπ以外の値をとる
時に、部分ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤにおける副モード抑圧比
を最大にすることが可能であることがわかる。
が存在する素子構造のレーザ装置（部分ＧＣ−ＤＦＢ−
ＬＤ）では、位相シフト量が、０［ｒａｄ］より大きく
かつπ［ｒａｄ］より小さい範囲、またはπ［ｒａｄ］
より大きくかつ２π［ｒａｄ］より小さい範囲にて、言
い換えると実質的の位相シフト量Ωがπ以外の値をとる
時に、部分ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤにおける副モード抑圧比
を最大にすることが可能であることがわかる。
【００９９】さらに、図５（ｃ）は、部分ＧＣ−ＤＦＢ
−ＬＤに位相シフト回折格子を導入した素子における端
面反射率の影響を示している。
−ＬＤに位相シフト回折格子を導入した素子における端
面反射率の影響を示している。
【０１００】利得結合性が弱い素子（Ｒ＜０．３）で
は、両端面反射率が小さくないと高速での変調時に波長
の不安定性が見られた。それに対し、利得結合性が強い
素子（Ｒ≧０．３）では、端面の反射率を低くしなくて
も高速変調で波長が安定であった。また、これらの素子
は単一波長特性に優れているのみならず、強い戻り光下
でも雑音が生じず、ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤに特有の優れた
特性が観察された。
は、両端面反射率が小さくないと高速での変調時に波長
の不安定性が見られた。それに対し、利得結合性が強い
素子（Ｒ≧０．３）では、端面の反射率を低くしなくて
も高速変調で波長が安定であった。また、これらの素子
は単一波長特性に優れているのみならず、強い戻り光下
でも雑音が生じず、ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤに特有の優れた
特性が観察された。
【０１０１】つまり、真性ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤは事実上
作製困難であるのに対し、本発明の部分ＧＣ−ＤＦＢ−
ＬＤに最適な位相シフト部を有する回折格子を導入した
レーザ素子は、現実的に作製可能なものであり、真性Ｇ
Ｃ−ＤＦＢ−ＬＤの有する様々な長所を最も効果的に発
揮できるものである。特にＲ≧０．３である素子は、端
面コートの有無の制約を受けない点でより優れた素子で
あると言える。
作製困難であるのに対し、本発明の部分ＧＣ−ＤＦＢ−
ＬＤに最適な位相シフト部を有する回折格子を導入した
レーザ素子は、現実的に作製可能なものであり、真性Ｇ
Ｃ−ＤＦＢ−ＬＤの有する様々な長所を最も効果的に発
揮できるものである。特にＲ≧０．３である素子は、端
面コートの有無の制約を受けない点でより優れた素子で
あると言える。
【０１０２】また、この実施形態１では、２光束干渉露
光法により、半導体ウエハの表面に塗布されたホトレジ
スト膜の、各チップ領域に対応する部分に、位相シフト
部を有する回折格子状露光パターンを形成する際、第１
及び第２の側面の少なくとも一方の面に該ホトレジスト
膜の各チップ領域に対応する段差部が形成されたプリズ
ムを、ホトレジスト膜上に載置し、該プリズムの両側面
を通して露光光をホトレジスト膜に照射するようにして
いるので、一方の露光光をホトレジスト膜上に直接照射
し、他方の露光光を、ホトレジスト膜の上方位置に配置
した位相板を通過させてホトレジスト膜に照射する方法
等と比べて、位相シフト部の形成位置を、精度よくしか
も再現性よく決めることができる。
光法により、半導体ウエハの表面に塗布されたホトレジ
スト膜の、各チップ領域に対応する部分に、位相シフト
部を有する回折格子状露光パターンを形成する際、第１
及び第２の側面の少なくとも一方の面に該ホトレジスト
膜の各チップ領域に対応する段差部が形成されたプリズ
ムを、ホトレジスト膜上に載置し、該プリズムの両側面
を通して露光光をホトレジスト膜に照射するようにして
いるので、一方の露光光をホトレジスト膜上に直接照射
し、他方の露光光を、ホトレジスト膜の上方位置に配置
した位相板を通過させてホトレジスト膜に照射する方法
等と比べて、位相シフト部の形成位置を、精度よくしか
も再現性よく決めることができる。
【０１０３】なお、上記実施形態１では、上記部分ＧＣ
−ＤＦＢ−ＬＤとして、位相シフト部が１つである回折
格子１０７を有するものを示したが、回折格子は位相シ
フト部を複数有するものでもよい。
−ＤＦＢ−ＬＤとして、位相シフト部が１つである回折
格子１０７を有するものを示したが、回折格子は位相シ
フト部を複数有するものでもよい。
【０１０４】図６には、上記実施形態１の変形例とし
て、位相シフト部を複数有する部分ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤ
６００を示している。なお、図中、図１と同一符号は実
施形態１の部分ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤ１００と同一のもの
を示している。
て、位相シフト部を複数有する部分ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤ
６００を示している。なお、図中、図１と同一符号は実
施形態１の部分ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤ１００と同一のもの
を示している。
【０１０５】そして、この部分ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤ６０
０は、位相シフト部６００ａが３箇所に形成された吸収
性回折格子６０７を有している。
０は、位相シフト部６００ａが３箇所に形成された吸収
性回折格子６０７を有している。
【０１０６】このようなＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤ６００にお
いても、各位相シフト部での位相シフト量を、素子全体
として上記（Ａ）式または（Ｂ）式を満たすよう設定す
ることにより、ＳＭＳＲを最大値に設定することがで
き、誘導放出光の直接変調を行った時にも、発振波長を
単一波長に保持することができる。
いても、各位相シフト部での位相シフト量を、素子全体
として上記（Ａ）式または（Ｂ）式を満たすよう設定す
ることにより、ＳＭＳＲを最大値に設定することがで
き、誘導放出光の直接変調を行った時にも、発振波長を
単一波長に保持することができる。
【０１０７】（実施形態２）図７は本発明の実施形態２
によるＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤの構造を示す図である。図に
おいて、７００は本実施形態２の部分ＧＣ−ＤＦＢ−Ｌ
Ｄであり、この部分ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤ７００は、誘導
放出光を発生する、アンドープのｕｎ−ＩｎＧａＡｓＰ
活性層７０３を有し、該活性層７０３の表面領域に誘導
放出光の導波方向に沿って凸凹形状が周期的に形成さ
れ、これによって実効的に利得の周期的摂動が生じる素
子構造となっている。ここで、上記活性層７０３の表面
領域には、その複数の凸凹形状からなる利得性回折格子
７０４が形成されており、該回折格子７０４は、位相シ
フト部７００ａを有している。
によるＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤの構造を示す図である。図に
おいて、７００は本実施形態２の部分ＧＣ−ＤＦＢ−Ｌ
Ｄであり、この部分ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤ７００は、誘導
放出光を発生する、アンドープのｕｎ−ＩｎＧａＡｓＰ
活性層７０３を有し、該活性層７０３の表面領域に誘導
放出光の導波方向に沿って凸凹形状が周期的に形成さ
れ、これによって実効的に利得の周期的摂動が生じる素
子構造となっている。ここで、上記活性層７０３の表面
領域には、その複数の凸凹形状からなる利得性回折格子
７０４が形成されており、該回折格子７０４は、位相シ
フト部７００ａを有している。
【０１０８】すなわち、上記レーザ装置７００を構成す
るｎ−ＩｎＰ基板７０１上には、層厚１．０μｍのｎ−
ＩｎＰ下クラッド層７０２が形成されている。また、該
下クラッド層７０２上には、層厚０．１μｍのアンドー
プのｕｎ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層７０３が形成されてお
り、該活性層７０３の表面上には、中央にストライプ状
凸部７０５ａを有するｐ−ＩｎＰ上クラッド層７０５が
形成されている。
るｎ−ＩｎＰ基板７０１上には、層厚１．０μｍのｎ−
ＩｎＰ下クラッド層７０２が形成されている。また、該
下クラッド層７０２上には、層厚０．１μｍのアンドー
プのｕｎ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層７０３が形成されてお
り、該活性層７０３の表面上には、中央にストライプ状
凸部７０５ａを有するｐ−ＩｎＰ上クラッド層７０５が
形成されている。
【０１０９】該上クラッド層７０５のストライプ状凸部
７０５ａの表面上には、ｐ+−ＩｎＧａＡｓコンタクト
層７０６が形成されている。
７０５ａの表面上には、ｐ+−ＩｎＧａＡｓコンタクト
層７０６が形成されている。
【０１１０】上記上クラッド層７０５のストライプ状凸
部７０５ａ及びコンタクト層７０６の、導波方向と平行
な側面から上記上クラッド層７０５の両側表面にまたが
る領域には、窒化珪素からなる厚さ０．３μｍの絶縁膜
７０７が形成されており、該絶縁膜７０７の表面及びコ
ンタクト層７０６の表面上にはｐ電極７０９が形成され
ている。また基板７０１の裏面には、ｎ電極７０８が形
成されている。
部７０５ａ及びコンタクト層７０６の、導波方向と平行
な側面から上記上クラッド層７０５の両側表面にまたが
る領域には、窒化珪素からなる厚さ０．３μｍの絶縁膜
７０７が形成されており、該絶縁膜７０７の表面及びコ
ンタクト層７０６の表面上にはｐ電極７０９が形成され
ている。また基板７０１の裏面には、ｎ電極７０８が形
成されている。
【０１１１】次に製造方法について説明する。まず、Ｍ
Ｏ−ＣＶＤを用いた第１回目の結晶成長により、ｎ−Ｉ
ｎＰ基板７０１上にｎ−ＩｎＰ下クラッド層７０２を
１．０μｍの厚さに、ｕｎ−ＩｎＧａＡｓＰ（λ＝１．
３μｍ）活性層７０３を０．１μｍの厚さに順次形成す
る。
Ｏ−ＣＶＤを用いた第１回目の結晶成長により、ｎ−Ｉ
ｎＰ基板７０１上にｎ−ＩｎＰ下クラッド層７０２を
１．０μｍの厚さに、ｕｎ−ＩｎＧａＡｓＰ（λ＝１．
３μｍ）活性層７０３を０．１μｍの厚さに順次形成す
る。
【０１１２】続いて、成長層の最上層である活性層７０
３上に、電子ビーム露光用のネガ型レジストを約１００
ｎｍの厚さに塗布してホトレジスト膜を形成した後、位
相シフト部を有するピッチ２４０ｎｍの回折格子のパタ
ーンを電子ビーム露光装置により該ホトレジスト膜に直
接描画する。このようにして露光されたホトレジスト膜
を適切な現像液により現像すると、図４に示すものと同
様の回折格子状のレジストマスクが形成される。
３上に、電子ビーム露光用のネガ型レジストを約１００
ｎｍの厚さに塗布してホトレジスト膜を形成した後、位
相シフト部を有するピッチ２４０ｎｍの回折格子のパタ
ーンを電子ビーム露光装置により該ホトレジスト膜に直
接描画する。このようにして露光されたホトレジスト膜
を適切な現像液により現像すると、図４に示すものと同
様の回折格子状のレジストマスクが形成される。
【０１１３】引き続いてウェットエッチングにより第１
回目の結晶成長で作製した活性層７０３を部分的にエッ
チング除去し、さらに該ホトレジスト膜を除去する。こ
れにより、該活性層７０３の表面に複数のＶ溝が形成さ
れて回折格子７０４が作製される。
回目の結晶成長で作製した活性層７０３を部分的にエッ
チング除去し、さらに該ホトレジスト膜を除去する。こ
れにより、該活性層７０３の表面に複数のＶ溝が形成さ
れて回折格子７０４が作製される。
【０１１４】次に、第２回目のエピタキシャル成長によ
り、該活性層７０３上に、ｐ−ＩｎＰ上クラッド層７０
５を１μｍの厚さに、ｐ+−ＩｎＧａＡｓコンタクト層
７０６を０．５μｍの厚さに順次形成する。
り、該活性層７０３上に、ｐ−ＩｎＰ上クラッド層７０
５を１μｍの厚さに、ｐ+−ＩｎＧａＡｓコンタクト層
７０６を０．５μｍの厚さに順次形成する。
【０１１５】次に、ホトリソグラフィーとウエットエッ
チングを用いて、コンタクト層７０６と上クラッド層７
０５を、幅２μｍのストライプ状部分が残るよう選択的
に除去し、リッジ型光導波構造を作製する。ここで、該
ストライプ状の光導波構造は、回折格子と直交する方向
に平行となるよう形成されている。
チングを用いて、コンタクト層７０６と上クラッド層７
０５を、幅２μｍのストライプ状部分が残るよう選択的
に除去し、リッジ型光導波構造を作製する。ここで、該
ストライプ状の光導波構造は、回折格子と直交する方向
に平行となるよう形成されている。
【０１１６】そして、該光導波構造を作製した後、表面
全面にプラズマＣＶＤ法により酸化珪素の絶縁膜７０７
を約０．３μｍの厚さに形成し、その後、該絶縁膜のリ
ッジ頂上の部分だけを除去する。最後に基板７０１をそ
の裏面側に研削処理を施して厚さ約１００μｍにまで薄
層化し、その後、基板の表面側にｐ電極７０９を、基板
の裏面にｎ電極７０８を真空蒸着により形成する。
全面にプラズマＣＶＤ法により酸化珪素の絶縁膜７０７
を約０．３μｍの厚さに形成し、その後、該絶縁膜のリ
ッジ頂上の部分だけを除去する。最後に基板７０１をそ
の裏面側に研削処理を施して厚さ約１００μｍにまで薄
層化し、その後、基板の表面側にｐ電極７０９を、基板
の裏面にｎ電極７０８を真空蒸着により形成する。
【０１１７】そして、リッジ部７０５ａと位相シフト部
７００ａとが素子の中央に来るように基板を２５０μｍ
×２５０μｍ角のチップ状に劈開により分割して、素子
を完成する。
７００ａとが素子の中央に来るように基板を２５０μｍ
×２５０μｍ角のチップ状に劈開により分割して、素子
を完成する。
【０１１８】なお、図７では図示していないが、該レー
ザ素子の両端のレーザ光出射端面の一方には、反射率９
０％の高反射膜が、その他方には１０％の低反射膜がコ
ーティングされている。
ザ素子の両端のレーザ光出射端面の一方には、反射率９
０％の高反射膜が、その他方には１０％の低反射膜がコ
ーティングされている。
【０１１９】上記の構造の回折格子では、屈折率が高い
部分の利得が大きくなる構造であり、誘導放出光の導波
方向における屈折率の変動と利得の変動とが同位相とな
っており、この素子のκを測定したところ、屈折率結合
係数κiは３５［ｃｍ-1］、利得結合係数κgは２０［ｃ
ｍ-1］であり、これは上記Ｒの値に換算すると、Ｒ＝
０．５に相当している。
部分の利得が大きくなる構造であり、誘導放出光の導波
方向における屈折率の変動と利得の変動とが同位相とな
っており、この素子のκを測定したところ、屈折率結合
係数κiは３５［ｃｍ-1］、利得結合係数κgは２０［ｃ
ｍ-1］であり、これは上記Ｒの値に換算すると、Ｒ＝
０．５に相当している。
【０１２０】次に作用効果について説明する。上記のよ
うな利得性回折格子７０４を有する部分ＧＣ−ＤＦＢ−
ＬＤとして、０〜２π［ｒａｄ］の範囲で異なる位相シ
フト量を有するサンプル素子を複数作製し、各サンプル
素子にＤＣ電流を注入し、片側の端面からの数ｍＷの出
力にてレーザ光を出射させ、各位相シフト量に対する副
モード抑圧比（ＳＭＳＲ）を測定した。
うな利得性回折格子７０４を有する部分ＧＣ−ＤＦＢ−
ＬＤとして、０〜２π［ｒａｄ］の範囲で異なる位相シ
フト量を有するサンプル素子を複数作製し、各サンプル
素子にＤＣ電流を注入し、片側の端面からの数ｍＷの出
力にてレーザ光を出射させ、各位相シフト量に対する副
モード抑圧比（ＳＭＳＲ）を測定した。
【０１２１】図８は、サンプル素子の位相シフト量Ω
と、各位相シフト量に対するＳＭＳＲの平均値との相関
関係を示しており、ＳＭＳＲについては最大値を１．０
とした相対値を用いて示している。
と、各位相シフト量に対するＳＭＳＲの平均値との相関
関係を示しており、ＳＭＳＲについては最大値を１．０
とした相対値を用いて示している。
【０１２２】この図８から、位相シフトが全くない場合
でも利得結合の効果により２５［ｄＢ］以上の十分に大
きなＳＭＳＲが得られたが、約５．３［ｒａｄ］の位相
シフトを導入することにより、より大きなＳＭＳＲが得
られて単一波長発振特性が向上することが分かる。
でも利得結合の効果により２５［ｄＢ］以上の十分に大
きなＳＭＳＲが得られたが、約５．３［ｒａｄ］の位相
シフトを導入することにより、より大きなＳＭＳＲが得
られて単一波長発振特性が向上することが分かる。
【０１２３】上記サンプル素子について高速での直接変
調を行った場合、５．３〔ｒａｄ］の位相シフトを導入
した素子だけが、波長の不連続なホップ現象が生じたり
複数の波長が出現したりすることがなく、最も安定して
単一波長で発振した。
調を行った場合、５．３〔ｒａｄ］の位相シフトを導入
した素子だけが、波長の不連続なホップ現象が生じたり
複数の波長が出現したりすることがなく、最も安定して
単一波長で発振した。
【０１２４】また、図５（ｂ）に示したＲと位相シフト
量Ωの関係は、周期的に配置された光吸収層からなる光
吸収型回折格子を有する構造のみならず、図７に示す活
性層の利得そのものを周期的に変化させた利得性回折格
子を有する素子構造にも当てはまるものである。
量Ωの関係は、周期的に配置された光吸収層からなる光
吸収型回折格子を有する構造のみならず、図７に示す活
性層の利得そのものを周期的に変化させた利得性回折格
子を有する素子構造にも当てはまるものである。
【０１２５】なお、半導体レーザを構成する材料系は上
記実施形態で示したものに限定されるものではなく、Ｉ
ＩＩ族元素としてＡｌ，Ｇａ，Ｉｎを、Ｖ族元素として
Ｐ，Ａｓ，Ｎを含む半導体材料系、また、ＩＩ族元素と
してＺｎ，Ｍｇ，Ｃｄを、ＶＩ元素としてＳ，Ｓｅ，Ｔ
ｅを含む半導体材料系からなる半導体レーザに対しても
本発明を適用することができることは言うまでもない。
記実施形態で示したものに限定されるものではなく、Ｉ
ＩＩ族元素としてＡｌ，Ｇａ，Ｉｎを、Ｖ族元素として
Ｐ，Ａｓ，Ｎを含む半導体材料系、また、ＩＩ族元素と
してＺｎ，Ｍｇ，Ｃｄを、ＶＩ元素としてＳ，Ｓｅ，Ｔ
ｅを含む半導体材料系からなる半導体レーザに対しても
本発明を適用することができることは言うまでもない。
【０１２６】さらに、回折格子の作製方法や位相シフト
部の作製方法も、上記実施形態で示したものに限定され
るものではない。例えば、特にＤＦＢ−ＬＤを光集積回
路のモノリシック光源として利用する場合には、電子ビ
ーム露光法によって、位相シフト部を有する回折格子状
レジストマスクを直接描画する手法が有効である。
部の作製方法も、上記実施形態で示したものに限定され
るものではない。例えば、特にＤＦＢ−ＬＤを光集積回
路のモノリシック光源として利用する場合には、電子ビ
ーム露光法によって、位相シフト部を有する回折格子状
レジストマスクを直接描画する手法が有効である。
【０１２７】また、位相シフト部を回折格子の構造も、
上記実施形態１やその変形例で示した、素子中央部に位
相シフト部を１つ有するものや、位相シフト部を複数有
するマルチシフト型のものに限らず、位相が徐々にシフ
トするクレーデッドシフト型のものや、ストライプ状の
屈折率導波路の幅を変えることによって実効的な位相シ
フトを実現するストライプ幅シフト型のものなど、ＩＣ
−ＤＦＢ−ＬＤに対して公知となっている様々な、位相
シフト部を有する回折格子の構造を用いることができ
る。
上記実施形態１やその変形例で示した、素子中央部に位
相シフト部を１つ有するものや、位相シフト部を複数有
するマルチシフト型のものに限らず、位相が徐々にシフ
トするクレーデッドシフト型のものや、ストライプ状の
屈折率導波路の幅を変えることによって実効的な位相シ
フトを実現するストライプ幅シフト型のものなど、ＩＣ
−ＤＦＢ−ＬＤに対して公知となっている様々な、位相
シフト部を有する回折格子の構造を用いることができ
る。
【０１２８】さらに、レーザ素子の端面反射率は、公知
である様々な材料を用いた薄膜のコーティングにより制
御可能であり、また、上述したようにＲ値が小さい素子
に対しては、上記実施形態で示した、薄膜による無反射
コーティングにより端面反射率を低くした構造の他に、
端面を粗面にしたもの、端面を斜めにカットしたもの、
端面部分に窓構造を採用したものなど、公知である様々
な端面構造を、位相シフト部を有する回折格子に組み合
わせることができる。
である様々な材料を用いた薄膜のコーティングにより制
御可能であり、また、上述したようにＲ値が小さい素子
に対しては、上記実施形態で示した、薄膜による無反射
コーティングにより端面反射率を低くした構造の他に、
端面を粗面にしたもの、端面を斜めにカットしたもの、
端面部分に窓構造を採用したものなど、公知である様々
な端面構造を、位相シフト部を有する回折格子に組み合
わせることができる。
【０１２９】また、ストライプ状の導波路の構造や作製
方法は、上記各実施形態で挙げたリッジ導波路型の構造
及びその作製方法の他に、電極ストライプ型、埋め込み
へテロ型（ＢＨ：Ｂuried Ｈeterostructure）などの様
々な導波構造及びその作製方法を用いることができる。
方法は、上記各実施形態で挙げたリッジ導波路型の構造
及びその作製方法の他に、電極ストライプ型、埋め込み
へテロ型（ＢＨ：Ｂuried Ｈeterostructure）などの様
々な導波構造及びその作製方法を用いることができる。
【０１３０】
【発明の効果】以上のようにこの発明（請求項１，３）
に係る分布帰還型半導体レーザ装置によれば、屈折率分
布及び利得分布を有する素子構造を、該屈折率及び利得
の周期的な変動における位相の不連続部を有するものと
したので、光分布帰還を受ける誘導放出光のうちの唯一
の波長を有するものだけが位相が揃ってレーザ発振する
ようになり、これによりレーザ素子における高速での直
接変調時にも安定な単一波長での発振を可能とできる効
果がある。
に係る分布帰還型半導体レーザ装置によれば、屈折率分
布及び利得分布を有する素子構造を、該屈折率及び利得
の周期的な変動における位相の不連続部を有するものと
したので、光分布帰還を受ける誘導放出光のうちの唯一
の波長を有するものだけが位相が揃ってレーザ発振する
ようになり、これによりレーザ素子における高速での直
接変調時にも安定な単一波長での発振を可能とできる効
果がある。
【０１３１】また、上記位相シフト量を、０［ｒａｄ］
より大きくかつπ［ｒａｄ］より小さい範囲、またはπ
［ｒａｄ］より大きくかつ２π［ｒａｄ］より小さい範
囲にしているので、位相シフト量の調整により、部分Ｇ
Ｃ−ＤＦＢ−ＬＤにおける副モード抑圧比を最大にし
て、誘導放出光の高速での直接変調を行った時にも発振
波長を単一波長に保持することができる効果がある。
より大きくかつπ［ｒａｄ］より小さい範囲、またはπ
［ｒａｄ］より大きくかつ２π［ｒａｄ］より小さい範
囲にしているので、位相シフト量の調整により、部分Ｇ
Ｃ−ＤＦＢ−ＬＤにおける副モード抑圧比を最大にし
て、誘導放出光の高速での直接変調を行った時にも発振
波長を単一波長に保持することができる効果がある。
【０１３２】この発明（請求項２，３）に係る分布帰還
型半導体レーザ装置によれば、光吸収性回折格子の構造
に、屈折率及び利得の周期的な変動における位相の不連
続部を設けているので、安定な単一波長での発振が可能
な光吸収性回折格子を有する分布帰還型半導体レーザ装
置を得ることができる。
型半導体レーザ装置によれば、光吸収性回折格子の構造
に、屈折率及び利得の周期的な変動における位相の不連
続部を設けているので、安定な単一波長での発振が可能
な光吸収性回折格子を有する分布帰還型半導体レーザ装
置を得ることができる。
【０１３３】この発明（請求項４）によれば、請求項１
ないし３のいずれかに記載の分布帰還型半導体レーザ装
置において、前記位相の不連続部での位相シフト量Ω
を、屈折率結合定数κi及び利得結合定数κgをパラメー
タとする所定の関係式を満たすよう設定するので、分布
帰還型半導体レーザ装置を、その屈折率結合定数と利得
結合定数との比率に応じて、安定なレーザ発振が可能な
最適な素子構造とできる。
ないし３のいずれかに記載の分布帰還型半導体レーザ装
置において、前記位相の不連続部での位相シフト量Ω
を、屈折率結合定数κi及び利得結合定数κgをパラメー
タとする所定の関係式を満たすよう設定するので、分布
帰還型半導体レーザ装置を、その屈折率結合定数と利得
結合定数との比率に応じて、安定なレーザ発振が可能な
最適な素子構造とできる。
【０１３４】この発明（請求項５）によれば、上記請求
項１ないし４のいずれかに記載の分布帰還型半導体レー
ザ装置において、素子構造を、利得結合性が所定値以上
に強い構造としたので、素子端面の反射率に拘わらず、
高速変調での安定なレーザ発振を実現できる。
項１ないし４のいずれかに記載の分布帰還型半導体レー
ザ装置において、素子構造を、利得結合性が所定値以上
に強い構造としたので、素子端面の反射率に拘わらず、
高速変調での安定なレーザ発振を実現できる。
【０１３５】この発明（請求項６）によれば、請求項１
ないし４のいずれかに記載の分布帰還型半導体レーザ装
置において、素子構造を、利得結合性が所定値以上に弱
い構造としているので、素子両端面での反射率を小さ
く、実質的には端面反射率を零にすることにより、高速
変調での安定なレーザ発振を実現できる。
ないし４のいずれかに記載の分布帰還型半導体レーザ装
置において、素子構造を、利得結合性が所定値以上に弱
い構造としているので、素子両端面での反射率を小さ
く、実質的には端面反射率を零にすることにより、高速
変調での安定なレーザ発振を実現できる。
【０１３６】つまり、上記本発明によれば、容易に作製
することができ、しかも単一波長での発振が安定した、
ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤの様々な特徴を最も効果的に発揮で
きる部分ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤの素子構造を提供すること
ができる。
することができ、しかも単一波長での発振が安定した、
ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤの様々な特徴を最も効果的に発揮で
きる部分ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤの素子構造を提供すること
ができる。
【０１３７】この発明（請求項７）に係る分布帰還型半
導体レーザ装置によれば、屈折率分布及び利得分布を有
する素子構造を形成する工程では、誘導放出光に対する
屈折率及び利得の周期的な変動を発生させるための、位
相の不連続部を有する回折格子を形成し、該位相の不連
続部での位相シフト量を副モード抑圧比が最大となるよ
う設定するので、誘導放出光の高速変調を行った時にも
発振波長を単一波長に保持することができる部分ＧＣ−
ＤＦＢ−ＬＤを、再現性よく製造することができる効果
がある。
導体レーザ装置によれば、屈折率分布及び利得分布を有
する素子構造を形成する工程では、誘導放出光に対する
屈折率及び利得の周期的な変動を発生させるための、位
相の不連続部を有する回折格子を形成し、該位相の不連
続部での位相シフト量を副モード抑圧比が最大となるよ
う設定するので、誘導放出光の高速変調を行った時にも
発振波長を単一波長に保持することができる部分ＧＣ−
ＤＦＢ−ＬＤを、再現性よく製造することができる効果
がある。
【０１３８】この発明（請求項８）によれば、上記請求
項７記載の分布帰還型半導体レーザ装置の製造方法にお
いて、該位相の不連続部での位相シフト量を、該屈折率
分布による分布帰還の程度を示す屈折率結合定数と、該
利得分布による分布帰還の程度を示す利得結合定数との
比率から決まる前記副モード抑圧比の最大値に基づいて
設定するので、その屈折率結合定数と利得結合定数との
比率に応じた、安定なレーザ発振が可能な最適な素子構
造を得ることができる。
項７記載の分布帰還型半導体レーザ装置の製造方法にお
いて、該位相の不連続部での位相シフト量を、該屈折率
分布による分布帰還の程度を示す屈折率結合定数と、該
利得分布による分布帰還の程度を示す利得結合定数との
比率から決まる前記副モード抑圧比の最大値に基づいて
設定するので、その屈折率結合定数と利得結合定数との
比率に応じた、安定なレーザ発振が可能な最適な素子構
造を得ることができる。
【０１３９】この発明（請求項９）に係る露光方法によ
れば、２光束干渉露光により、位相シフト部を有する回
折格子状露光パターンを感光性材料層の複数の領域に形
成する際、該感光性材料層上に、干渉縞を形成するため
のプリズムを配置し、プリズムとして、該第１及び第２
の側面の少なくとも一方の面に、該感光性材料層の各領
域に対応する段差部が形成され、該段差部の両側の側面
部分を通過した露光光が、光軸と垂直な面内で位相がず
れたものとなるプリズムを用いるので、感光性材料層に
おける位相シフト部の形成位置を、精度よくしかも再現
性よく決めることができる効果がある。
れば、２光束干渉露光により、位相シフト部を有する回
折格子状露光パターンを感光性材料層の複数の領域に形
成する際、該感光性材料層上に、干渉縞を形成するため
のプリズムを配置し、プリズムとして、該第１及び第２
の側面の少なくとも一方の面に、該感光性材料層の各領
域に対応する段差部が形成され、該段差部の両側の側面
部分を通過した露光光が、光軸と垂直な面内で位相がず
れたものとなるプリズムを用いるので、感光性材料層に
おける位相シフト部の形成位置を、精度よくしかも再現
性よく決めることができる効果がある。
【０１４０】この発明（請求項１０）によれば、上記請
求項９記載の露光方法を用いて、半導体ウエハの表面に
塗布されたホトレジスト膜の、各チップ領域に対応する
部分に、位相シフト部を有する回折格子状露光パターン
を形成する際、前記プリズムを、その少なくとも一方の
側面に形成された１つまたは隣接する複数の段差部が、
各チップ領域の列に対応するよう該ホトレジスト膜上に
配置するようにしたので、１つのプリズムを用いて、該
ホトレジスト膜の、各チップ領域に対応する部分に、１
つまたは複数の位相シフト部を有する回折格子状露光パ
ターンを簡単に形成することができる効果がある。
求項９記載の露光方法を用いて、半導体ウエハの表面に
塗布されたホトレジスト膜の、各チップ領域に対応する
部分に、位相シフト部を有する回折格子状露光パターン
を形成する際、前記プリズムを、その少なくとも一方の
側面に形成された１つまたは隣接する複数の段差部が、
各チップ領域の列に対応するよう該ホトレジスト膜上に
配置するようにしたので、１つのプリズムを用いて、該
ホトレジスト膜の、各チップ領域に対応する部分に、１
つまたは複数の位相シフト部を有する回折格子状露光パ
ターンを簡単に形成することができる効果がある。
【図１】本発明の実施形態１による分布帰還型半導体レ
ーザ装置（ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤ）の構造を示す斜視図で
ある。
ーザ装置（ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤ）の構造を示す斜視図で
ある。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｅ）は上記半導体レーザ装
置の製造方法を主要工程順に示す断面図であり、各工程
での図１のII−II線部分の断面構造を示している。
置の製造方法を主要工程順に示す断面図であり、各工程
での図１のII−II線部分の断面構造を示している。
【図３】上記実施形態１の半導体レーザ装置を構成す
る、位相シフト部を有する回折格子の作製プロセスを説
明するための図であり、図３（ａ）は、ウエハ上での各
半導体レーザ装置の形成領域（チップ領域）を示し、図
３（ｂ）は、上記ウエハ上に形成したホトレジスト膜を
露光する工程を示している。
る、位相シフト部を有する回折格子の作製プロセスを説
明するための図であり、図３（ａ）は、ウエハ上での各
半導体レーザ装置の形成領域（チップ領域）を示し、図
３（ｂ）は、上記ウエハ上に形成したホトレジスト膜を
露光する工程を示している。
【図４】図４（ａ）及び（ｂ）は、上記露光により各チ
ップ領域上のホトレジスト膜に形成された露光パターン
を示す斜視図及び断面図である。
ップ領域上のホトレジスト膜に形成された露光パターン
を示す斜視図及び断面図である。
【図５】図５（ａ）は上記実施形態１のＧＣ−ＤＦＢ−
ＬＤにおけるＳＭＳＲと位相シフト量Ωとの関係を示す
図、図５（ｂ）は、上記実施形態１のＧＣ−ＤＦＢ−Ｌ
ＤにおけるＲ値と最適位相シフト量Ωとの関係を示す
図、図５（ｃ）は、上記実施形態１実施ののＧＣ−ＤＦ
Ｂ−ＬＤにおける端面反射率と単一波長発振特性との関
係を示す図である。
ＬＤにおけるＳＭＳＲと位相シフト量Ωとの関係を示す
図、図５（ｂ）は、上記実施形態１のＧＣ−ＤＦＢ−Ｌ
ＤにおけるＲ値と最適位相シフト量Ωとの関係を示す
図、図５（ｃ）は、上記実施形態１実施ののＧＣ−ＤＦ
Ｂ−ＬＤにおける端面反射率と単一波長発振特性との関
係を示す図である。
【図６】上記実施形態１の変形例による分布帰還型半導
体レーザ装置（ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤ）の構造を示す斜視
図である。
体レーザ装置（ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤ）の構造を示す斜視
図である。
【図７】本発明の実施形態２による分布帰還型半導体レ
ーザ装置（ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤ）の構造を示す斜視図で
ある。
ーザ装置（ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤ）の構造を示す斜視図で
ある。
【図８】上記実施形態２のＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤにおける
ＳＭＳＲと位相シフト量Ωとの関係を示す図である。
ＳＭＳＲと位相シフト量Ωとの関係を示す図である。
【図９】特公平６−７６２４号公報に開示されているＧ
Ｃ−ＤＦＢ−ＬＤの構造を示す斜視図である。
Ｃ−ＤＦＢ−ＬＤの構造を示す斜視図である。
【図１０】特開平５−２９７０５号公報に記載の分布帰
還型半導体レーザ装置（真性ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤ）の主
要部の構成を説明するための図であり、図１０（ａ）
は、活性層近傍に形成された吸収性回折格子の構造を示
し、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ−Ａ’線部分で
の屈折率分布、及びＢ−Ｂ’線部分での屈折率分布を示
している。
還型半導体レーザ装置（真性ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤ）の主
要部の構成を説明するための図であり、図１０（ａ）
は、活性層近傍に形成された吸収性回折格子の構造を示
し、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ−Ａ’線部分で
の屈折率分布、及びＢ−Ｂ’線部分での屈折率分布を示
している。
１００，６００，７００ 分布帰還型半導体レーザ装置
（ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤ） １００ａ，６００ａ，７００ａ 位相シフト部 １０１ ｎ−ＧａＡｓ基板 １０２ ｎ−ＡｌＧａＡｓ下クラッド層 １０３ ｕｎ−ＡｌＧａＡｓ活性層 １０４ ｐ−ＡｌＧａＡｓキャリアバリア層 １０５ ｐ−ＡｌＧａＡｓ第１ガイド層 １０６ ｎ−ＧａＡｓ光吸収層 １０７，６０７ 回折格子 １０８ ｐ−ＡｌＧａＡｓ第２ガイド層 １０９ ｐ−ＡｌＧａＡｓ上クラッド層 １１０ ｐ+−ＧａＡｓコンタクト層 １１１，７０７ 窒化硅素絶縁膜 １１２，７０９ ｐ型用電極 １ｌ３，７０８ ｎ型用電極 ２０１ 基板 ２０２ ホトレジスト膜 ２０３ プリズム ２０４ キシレン ２０５ａ1〜２０５ａ4 段差部 ２０６，２０７ 平行光線 ７０ｌ ｎ−ＩｎＰ基板 ７０２ ｎ−ＩｎＰ下クラッド層 ７０３ ｕｎ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層 ７０４ 回折格子 ７０５ ｐ−ＩｎＰ上クラッド層 ７０６ ｐ+−ＩｎＧａＡｓコンタクト層
（ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤ） １００ａ，６００ａ，７００ａ 位相シフト部 １０１ ｎ−ＧａＡｓ基板 １０２ ｎ−ＡｌＧａＡｓ下クラッド層 １０３ ｕｎ−ＡｌＧａＡｓ活性層 １０４ ｐ−ＡｌＧａＡｓキャリアバリア層 １０５ ｐ−ＡｌＧａＡｓ第１ガイド層 １０６ ｎ−ＧａＡｓ光吸収層 １０７，６０７ 回折格子 １０８ ｐ−ＡｌＧａＡｓ第２ガイド層 １０９ ｐ−ＡｌＧａＡｓ上クラッド層 １１０ ｐ+−ＧａＡｓコンタクト層 １１１，７０７ 窒化硅素絶縁膜 １１２，７０９ ｐ型用電極 １ｌ３，７０８ ｎ型用電極 ２０１ 基板 ２０２ ホトレジスト膜 ２０３ プリズム ２０４ キシレン ２０５ａ1〜２０５ａ4 段差部 ２０６，２０７ 平行光線 ７０ｌ ｎ−ＩｎＰ基板 ７０２ ｎ−ＩｎＰ下クラッド層 ７０３ ｕｎ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層 ７０４ 回折格子 ７０５ ｐ−ＩｎＰ上クラッド層 ７０６ ｐ+−ＩｎＧａＡｓコンタクト層
Claims (10)
- 【請求項１】 誘導放出光を発生する活性層を含み、か
つ該誘導放出光の導波方向にて該誘導放出光に対する屈
折率及び利得が同一の単一周期でもって周期的に変動し
た、屈折率分布及び利得分布を有する素子構造を備え、
該誘導放出光が該屈折率及び利得の周期的な変動により
光分布帰還を受けてレーザ発振が生ずるよう構成した分
布帰還型半導体レーザ装置であって、 該素子構造は、その屈折率及び利得の周期的な変動にお
ける位相の不連続部を有し、該位相の不連続部では、０
［ｒａｄ］より大きくかつπ［ｒａｄ］より小さい範
囲、またはπ［ｒａｄ］より大きくかつ２π［ｒａｄ］
より小さい範囲で位相がシフトしている分布帰還型半導
体レーザ装置。 - 【請求項２】 誘導放出光を発生する活性層を含み、か
つ該誘導放出光の導波方向にて該誘導放出光に対する屈
折率及び利得が同一の単一周期でもって周期的に変動し
た、屈折率分布及び利得分布を有する素子構造を備え、
該誘導放出光が該屈折率及び利得の周期的な変動により
光分布帰還を受けてレーザ発振が生ずるよう構成した分
布帰還型半導体レーザ装置であって、 該素子構造における利得の周期的な変動は、該誘導放出
光の吸収によるものであり、 該素子構造は、その屈折率及び利得の周期的な変動にお
ける位相の不連続部を有している分布帰還型半導体レー
ザ装置。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の分布帰還型半導
体レーザ装置において、 前記素子構造は、前記誘導放出光の導波経路における屈
折率変動の位相と利得変動の位相とが同位相あるいは逆
位相の関係となっているものであり、 前記位相の不連続部での位相シフト量は、該屈折率変動
の位相と利得変動の位相とが同位相である場合には、π
［ｒａｄ］より大きくかつ２π［ｒａｄ］より小さい範
囲内に設定され、該屈折率変動の位相と利得変動の位相
とが逆位相である場合には、０［ｒａｄ］より大きくか
つπ［ｒａｄ］より小さい範囲内に設定されている分布
帰還型半導体レーザ装置。 - 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の分
布帰還型半導体レーザ装置において、 前記位相の不連続部での位相シフト量Ωは、 前記屈折率分布による分布帰還の程度を示す屈折率結合
定数κiと、前記利得分布による分布帰還の程度を示す
利得結合定数κgとに基づいて、 該屈折率変動の位相と利得変動の位相とが同位相である
場合には、下記（１），（２），（３）式の関係を概ね
満たし、 Ω［ｒａｄ］ ＝π＋５．７Ｒ−２．６Ｒ2 ・・・（１） Ｒ＝κg／（κg 2＋κi 2）1/2 ・・・（２） ０＜Ｒ＜１ ・・・（３） 前記屈折率変動の位相と利得変動の位相とが逆位相であ
る場合には、上記（２），（３）式及び下記（４）式の
関係を概ね満たすよう Ω［ｒａｄ］ ＝π−５．７Ｒ＋２．６Ｒ2 ・・・（４） 設定されている分布帰還型半導体レーザ装置。 - 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載の分
布帰還型半導体レーザ装置において、 前記位相の不連続部での位相シフト量は、 前記屈折率分布による分布帰還の程度を示す屈折率結合
定数κiと、前記利得分布による分布帰還の程度を示す
利得結合定数κgとが、 下記の２つの関係式 ０．３≦Ｒ＜１ Ｒ＝κg／（κg 2＋κi 2）1/2 を満たすよう設定したものである分布帰還型半導体レー
ザ装置。 - 【請求項６】 請求項１ないし４のいずれかに記載の分
布帰還型半導体レーザ装置において、 前記素子構造を、その両レーザ出射端面で実質的な光反
射が生じないよう構成し、 前記位相の不連続部での位相シフト量を、 前記屈折率分布による分布帰還の程度を示す屈折率結合
定数κiと、前記利得分布による分布帰還の程度を示す
利得結合定数κgとが、 下記の２つの関係式 ０＜Ｒ＜０．３ Ｒ＝κg／（κg 2＋κi 2）1/2 を満たすよう設定した分布帰還型半導体レーザ装置。 - 【請求項７】 活性層で発生された誘導放出光の導波方
向にて該誘導放出光に対する屈折率及び利得が同一の単
一周期でもって周期的に変動した、屈折率分布及び利得
分布を有する素子構造を形成する工程を含み、該誘導放
出光が該屈折率及び利得の周期的な変動により光分布帰
還を受けてレーザ発振が生ずるよう構成した分布帰還型
半導体レーザ装置を製造する方法であって、 該素子構造の形成工程は、該誘導放出光に対する屈折率
及び利得の周期的な変動を発生させるための、位相の不
連続部を有する回折格子を形成する工程を含み、 該位相の不連続部での位相シフト量は、最も出力が大き
な発振波長と２番目に出力が大きな発振波長との間での
出力の差である副モード抑圧比が最大となるよう設定し
たものである分布帰還型半導体レーザ装置の製造方法。 - 【請求項８】 請求項７記載の分布帰還型半導体レーザ
装置の製造方法において、 前記位相の不連続部での位相シフト量は、前記屈折率分
布による分布帰還の程度を示す屈折率結合定数と、前記
利得分布による分布帰還の程度を示す利得結合定数との
比率から決まる前記副モード抑圧比の最大値に基づいて
設定したものである分布帰還型半導体レーザ装置の製造
方法。 - 【請求項９】 相対向する第１及び第２の側面を有する
プリズムを感光性材料層上に配置し、該第１及び第２の
側面側から該プリズムを通して露光光を該感光性材料の
表面に照射して、位相シフト部を有する回折格子状露光
パターンを該感光性材料層の複数の領域に形成する露光
方法であって、 該プリズムとして、該第１及び第２の側面の少なくとも
一方の面に、該感光性材料層の各領域に対応する段差部
が形成され、該段差部の両側の側面部分を通過した露光
光が、光軸と垂直な面内で位相がずれたものとなるプリ
ズムを用いる露光方法。 - 【請求項１０】 請求項９記載の露光方法を用いて、半
導体ウエハの表面に塗布されたホトレジスト膜の、各チ
ップ領域に対応する部分に、位相シフト部を有する回折
格子状露光パターンを形成する露光方法であって、 前記プリズムをその少なくとも一方の側面に形成された
１つまたは隣接する複数の段差部が、各チップ領域の列
に対応するよう該ホトレジスト膜上に配置し、 該プリズムの第１及び第２の側面側から該プリズムを通
して露光光を該ホトレジスト膜の表面に照射して、該ホ
トレジスト膜の、各チップ領域に対応する部分に、１つ
または複数の位相シフト部を有する回折格子状露光パタ
ーンを形成する露光方法。
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