JPH11220215A

JPH11220215A - 半導体レーザ

Info

Publication number: JPH11220215A
Application number: JP2236798A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Abe; 博明阿部; Shinji Mitsuya; 真司三ッ谷
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1998-02-03
Filing date: 1998-02-03
Publication date: 1999-08-10

Abstract

(57)【要約】【課題】回折格子を有し、安定した単一モード発振が
得られ、製造が容易で製造歩留まりが高い半導体レーザ
を提供する。【解決手段】この半導体レーザは、半導体基板12上
に、下部クラッド層13と、活性層14と、上部クラッド層
15と、コンタクト層16と、電流通路を成すストライプ溝
19を有する電流ストップ層17と、電極層18とを順次積層
し、底部が上部クラッド層15に至る断面四角形状の複数
の凹部20をそれぞれストライプ溝方向に所定間隔あけて
並設する一方、凹部20の並設列の中央部に凹部が形成さ
れていない領域23を設けたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、分布帰還型の半導
体レ−ザに関する。

【０００２】

【従来の技術】分布帰還型半導体レーザは、従来の劈開
面反射構造のファブリペロー型レーザと異なり、光導波
路の共振器長方向に回折格子を成す周期的な凹凸部を設
け、これら回折格子によるBragg散乱を利用して光のフ
ィードバックを行うレーザ発振素子（装置）である。発
振波長は、これら回折格子の波長選択性により単一の軸
モードに固定することができる。従って、より高いコヒ
ーレンシィが求められる動的単一モード動作において有
用である。近年では、石英系光ファイバの分散のある波
長域での長距離無中継通信を実現するために、ＩｎＧａ
ＡｓＰ／ＩｎＰ系の半導体レーザにこの分布帰還型構造
を採用している。

【０００３】ところが、この分布帰還型半導体レーザで
は、レーザ自体の両端面の反射を抑えた構造とした場合
には原理的にBragg波長を挟んだ２つの軸モードが同時
発振してしまう。また、端面の反射による影響がある場
合は回折格子の位相と反射端面の位置関係（反射の位相
項）によってその軸モードの特性が大きく変化してい
た。この端面の位相は、現実的には制御できないため、
安定な単一モード特性を有する分布帰還型半導体レーザ
を再現性良く得ることは困難であり、その生産効率は極
度に悪いものであった。

【０００４】そこで、この問題を解決するために、光導
波層の共振器方向の中央部付近で回折格子の位相をπ／
２だけずらし、かつ両端の反射率を低く抑える方法が知
られており、このような分布帰還型半導体レーザとし
て、図１６に示すような構成のものが開発されている。
図１６において、発光層（活性層）兼光導波層１の両端
面２ａ、２ｂは、劈開後ＡＲ（Anti-Reflection）コー
トが施され、反射率を１％程度にしてある。また、光導
波層１の中央部３に回折格子４の位相不連続部４ａを形
成し、このときの位相シフト量Δθがπ／２となるよう
にしている。この回折格子４の位相シフトは、位相マス
クを通して露光する方法、または、電子線リソグラフィ
ー技術によって作製する。このようにして作製した位相
シフト型分布帰還型半導体レーザは、原理的に最低次軸
モードがBragg波長で発振し、次の軸モード（副モー
ド）との抑圧比も非常に大きくすることができる。

【０００５】ところで、最近、分布帰還型半導体レーザ
の構成として、例えば図１７に示すような、高アスペク
ト比の回折格子を形成したものが考案されている。この
例の分布帰還型半導体レ−ザ１１０は、半導体基板１１
２の下面に下部電極層１１１が形成され、基板１１２の
上には、下部クラッド層１１３と、活性層１１４と、上
部クラッド層１１５が順次積層され、上部クラッド層１
１５の上面全域にコンタクト層１１６が形成されてい
る。また、コンタクト層１１６の上には絶縁層からなる
電流ストップ層１１７が形成されており、電流ストップ
層１１７の中央には所定幅寸法のストライプ溝１１９が
開口されている。また、電流ストップ層１１７およびス
トライプ溝１１９内のコンタクト層１１６の上面には上
部電極層１１８が形成されている。さらに上面部分に
は、コンタクト層１１６から上部クラッド層１１５にか
けて断面四角形状の多数の凹部１２０がそれぞれ所定間
隔をあけてストライプ溝方向に並設されている。そして
隣接する凹部１２０、１２０間には凸部１２１が形成さ
れることとなり、これら凹部１２０とこれら凸部１２１
により、回折格子１３０が形成されている。また、各凹
部１２０の底部にも絶縁層が設けられている。

【０００６】このような構成の半導体レーザにあって
は、ストライプ溝１１９の幅寸法内の活性層１１４にお
いて、上部電極層１１８と下部電極層１１１に対して所
定周波数の交流駆動電圧が与えられると、活性層１１４
の発振領域１１４ａでは、凹部２０と凸部１２１とから
なる回折格子１３０が共振器となって共振（帰還）が発
生し、共振波長λ₁の縦単一モードのレーザ光が発生さ
れる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この図１７のような表
面に高アスペクト比の回折格子を形成した分布帰還型半
導体レーザにおいても、安定な単一モード特性を再現性
良く得るには、前述した位相シフト回折格子を形成すれ
ばよいが、高アスペクト比の回折格子に、再現性良く、
位相シフト領域を形成することは容易ではなく、製造の
困難性や製造歩留まりの低さが問題であった。

【０００８】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、安定した単一モード発振が得られ、製造が容易で製
造歩留まりが高い半導体レーザを提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ
は、半導体基板上に、下部クラッド層と、活性層と、上
部クラッド層と、コンタクト層と、電流通路を成すスト
ライプ溝を有する電流ストップ層と、電極層とを順次積
層し、底部が前記上部クラッド層に至る断面四角形状の
複数の凹部をそれぞれ前記ストライプ溝方向に所定間隔
あけて並設する一方、該凹部の並設列の中央部領域には
前記凹部を形成せず、かつ複数の凹部が形成されていな
い前記中央部領域の長さＬ₁が次式：Ｌ₁＝π／（２△β）（ここに式中、△βは、前記凹部が並設された領域にお
ける光の伝搬定数をβ₁とし、複数の凹部が形成されて
いない前記中央部領域における光の伝搬定数をβ ₂とし
たときのβ₁とβ₂との差の絶対値■β₁−β₂■を表
す。）で表されることを特徴とするものである。

【００１０】本発明は、回折格子の中央部に位相シフト
させた回折格子を設けるのではなく、回折格子の中央部
領域に凹部を設けない、すなわち回折格子を形成しない
構成とすることによって、安定な単一モード発振が得ら
れるようにしたものである。本発明の構成によれば、光
導波路（活性層）における光の伝搬定数が、回折格子が
形成されている領域と、回折格子が形成されていない領
域とで変化し、これによって光導波路を伝搬する光の位
相が調整されるので２つの軸モードが同時発振するのを
防止することができる。光の位相の調整量は、回折格子
が形成されていない領域、すなわち中央部領域の長さに
よって制御することができ、中央部領域の長さＬ₁を上
記の式で表される値に設定することによって、単一モー
ド発振が好ましく得られる。

【００１１】このような構成の半導体レーザは、例えば
回折格子を成す凹部を形成する際に、中央部領域にマス
クを形成しておくなどして凹部が形成されないようにす
れば作製することができる。したがって、作製時に精密
な制御を要する位相シフト回折格子を形成する必要がな
いので、製造が比較的容易であり、再現性も良いので、
製造歩留まりが高い。また、回折格子が形成されない中
央部領域の長さＬ₁は上記の式で表される値ちょうどで
なくてもよいが、この中央部領域の長さＬ₁が短すぎる
と位相調整量が小さすぎて単一モード発振が得られず、
また長すぎると結合係数が小さくなり、発振開始電流が
大きくなるので好ましくない。したがって、中央部領域
の長さＬ₁をストライプ溝方向の両平端面間の長さＭで
除算した値（Ｌ₁／Ｍ）が０．０７〜０．１８となる範
囲が好ましい。

【００１２】また本発明の半導体レーザは、半導体基板
上に、下部クラッド層と、活性層と、上部クラッド層
と、コンタクト層と、電流通路を成すストライプ溝を有
する電流ストップ層と、電極層とを順次積層し、底部が
前記上部クラッド層に至る断面四角形状の複数の凹部を
それぞれ前記ストライプ溝方向に所定間隔あけて並設す
る一方、該凹部の並設列の中央部領域には前記ストライ
プ溝方向の長さＬ₂が次式：Ｌ₂＝π／（２△β）（ここに式中、△βは、前記凹部が並設された領域にお
ける光の伝搬定数をβ₁とし、凹部の並設列の前記中央
部領域における光の伝搬定数をβ₂としたときのβ₁とβ
₂との差の絶対値■β₁−β₂■を表す。）で表される１
つの凹部を形成したことを特徴とするものである。

【００１３】本発明は、回折格子の中央部に位相シフト
させた回折格子を設けるのではなく、回折格子の中央部
領域に長さＬ₂の１つの凹部を設けて、この部分に回折
格子を形成しない構成とすることによって、安定な単一
モード発振が得られるようにしたものである。本発明の
構成によれば、光導波路（活性層）における光の伝搬定
数が、回折格子が形成されている領域と、１つの凹部が
形成されている中央部領域とで変化し、これによって導
波路を伝搬する光の位相が調整されるので２つの軸モー
ドが同時発振するのを防止することができる。光の位相
の調整量は、１つの凹部が形成されている中央部領域の
長さによって制御することができ、中央部領域の長さＬ
₂を上記の式で表される値に設定することによって、単
一モード発振が好ましく得られる。

【００１４】このような構成の半導体レーザの作製は、
例えば、レジスト層を形成しこれを露光した後、エッチ
ングを施すことによって回折格子を成す凹部を形成する
際に、中央部領域上のレジスト層が硬化されないように
遮蔽部材を被せるなどして、エッチングによってこの領
域に凹部が形成されるようにすればよい。したがって、
作製時に精密な制御を要する位相シフト回折格子を形成
する必要がないので、製造が比較的容易であり、再現性
も良いので、製造歩留まりが高い。また、１つの凹部が
形成される中央部領域の長さＬ₂は上記の式で表される
値ちょうどでなくてもよいが、この中央部領域の長さＬ
₂が短すぎると位相調整量が小さすぎて単一モード発振
が得られず、また長すぎると結合係数が小さくなり、発
振開始電流が大きくなるので好ましくない。したがっ
て、中央部領域の長さＬ₂をストライプ溝方向の両平端
面間の長さＭで除算した値（Ｌ₂／Ｍ）が０．１２５〜
０．２５となる範囲が好ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て説明する。図１と図２は本発明に係る分布帰還型半導
体レーザ（以下、単に半導体レーザということもある）
の第１の実施形態を示すもので、図１は半導体レーザの
斜視図、図２は図１の２−２線に沿う矢視断面図であ
る。図１と図２に示す分布帰還型半導体レ−ザＡは、半
導体基板１２の下面に下部電極層１１を形成し、基板１
２上に、下部クラッド層１３と、活性層１４と、上部ク
ラッド層１５とコンタクト層１６と、電流ストップ層１
７と上部電極層１８を順次積層してなる積層体３０の上
面部分に、ストライプ溝１９、および凹部２０と凸部２
１とからなる回折格子が形成されて概略構成されてい
る。

【００１６】半導体基板１２は、本例ではｎ型ＩｎＰか
らなる。下部クラッド層１３および上部クラッド層１５
は、導電性を持ち、例えばＩｎＰ等の半導体からなる。
下部クラッド層１３および上部クラッド層１５は、一方
がｐ型半導体層なら、他方がｎ型半導体層である。本例
では下部クラッド層１３はｎ型ＩｎＰからなり、上部ク
ラッド層１５はｐ型のＩｎＰから構成されている。活性
層１４はレーザ動作を起こす媒体であり、本例ではＩｎ
ＧａＡｓＰからなる。コンタクト層１６は、上部電極層
１８と半導体層である上部クラッド層１５との接触抵抗
を減少させるためのものであり、上部クラッド層１５の
上面全域に形成されている。本例において、このコンタ
クト層１６はＩｎＧａＡｓもしくはＩｎＧａＡｓＰから
なり、その下方の上部クラッド層１５の半導体のｎ型、
ｐ型に対応してｎ型あるいはｐ型となる。

【００１７】コンタクト層１６の上には絶縁材料からな
る電流ストップ層１７が形成されており、電流ストップ
層１７の中央には所定幅寸法のストライプ溝１９が開口
されている。また、電流ストップ層１７およびストライ
プ溝１９の上面には上部電極層１８が形成されている。
電流ストップ層１７は、Ａｕ等の導電性材料からなる上
部電極層１８に加えられた電流を、ストライプ溝１９を
通してコンタクト層１６に流す役割を持ち、例えば、Ｓ
ｉＯ₂等の絶縁材料からなる。下部電極層１１は、Ａｕ
等の導電性材料からなっている。また積層体３０のスト
ライプ溝方向の両端面は平坦に形成されており、かつこ
れら両平端面上には反射防止膜（図示略）が設けられて
いる。

【００１８】積層体３０の上面部分には、図２に示すよ
うに底部が上部クラッド層１５に至る断面四角形状の多
数の凹部２０がそれぞれ所定間隔をあけてストライプ溝
方向に並設されている。隣接する凹部２０、２０間には
凸部２１が形成されることとなり、これら凹部２０とこ
れら凸部２１により、回折格子が形成されている。これ
ら複数の凹部２０のそれぞれの深さは、最大１μｍであ
る。これら凹部の数は、積層体３０のストライプ溝方向
の長さが大略２５０〜４００μｍであり、ピッチ（ある
凹部を含めてこの凹部から隣の凹部までの間隔）が０.
２〜０.３μｍとした場合、８３０〜２０００の範囲の
数となる。本例では、これら回折格子はストライプ溝１
９の両側に２列平行に形成されている。なお、これら回
折格子がストライプ溝１９の一側に１列のみ形成されて
いてもよい。また、各凹部２０の底部にも、電流ストッ
プ層１７形成時と同時に形成された絶縁層２２が設けら
れている。

【００１９】また、ストライプ溝１９を挟んで左側と右
側の各回折格子にあっては、それらのストライプ溝方向
の中央部領域２３は、凹部２０が形成されていない領域
となっている。このような凹部２０が形成されていない
中央部領域２３を設けることによって、活性層１４を導
波する光の伝搬定数が回折格子が有る部分と無い部分と
で変化し、これにより光の位相が調整される。そして、
回折格子が無い部分の長さ、すなわち中央部領域２３の
ストライプ溝方向の長さＬ₁を調整することにより、位
相調整量を制御することが可能である。単一モード発振
を実現するための位相調整量はπ／２＋２ｎπ（ｎ＝
０，１，２，３，４…）であり、したがって本例では、
中央部領域２３の長さＬ₁は、下記数式（Ｉ）で表され
る長さに好ましく設定される。Ｌ₁＝π／（２△β） … （Ｉ）（ここに式中、△βは、前記凹部が並設された領域にお
ける光の伝搬定数をβ₁とし、複数の凹部が形成されて
いない前記中央部領域における光の伝搬定数をβ ₂とし
たときのβ₁とβ₂との差の絶対値■β₁−β₂■を表
す。）

【００２０】また凹部が形成されていない中央部領域２
３の長さＬ₁は、積層体３０のストライプ溝方向の両平
端面の長さをＭとしたとき、この中央部領域２３の長さ
Ｌ₁をこの両平端面間の長さＭで除算した値が０．０７
ないし０．１８となる範囲が好ましい。積層体３０の長
さＭに対して、凹部が形成されない中央部領域２３の長
さＬ₁が長すぎると、結合係数が小さくなり発振開始電
流が大きくなるので好ましくなく、短すぎると位相差が
小さいために単一モード発振が得られない。

【００２１】次に図１と図２に示す構造の分布帰還型半
導体レーザＡの製造方法の一例について説明する。ま
ず、図３Ａに示すようなｎ型ＩｎＰからなる半導体基板
１２上に、ｎ型ＩｎＰからなる１μｍ厚の下部クラッド
層１３と、ＩｎＧａＡｓＰからなる０.２μｍ厚の活性
層１４と、Ｐ型ＩｎＰからなる０.７μｍ厚の上部クラ
ッド層１５と、Ｐ型ＩｎＧａＡｓからなる０.２μｍ厚
のコンタクト層１６とを積層した素基板を製造する。こ
の素基板は、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）装置を用
いるなどしたエピタキシャル結晶成長技術により半導体
基板１２上に各層を成膜することにより製造できる。次
に、スパッタなどの成膜法により素基板の上面に図３Ｂ
に示すように、スピンコータなどの塗布装置を用いてレ
ジスト３２を塗布した後にクリーンオーブンなどの加熱
装置を用いてプリベークしてレジスト３２を硬化させ
る。

【００２２】次に、図３Ｃに示すようにマスク３３を介
してレジスト３２の表面の回折格子形成領域以外の部分
を露光する。このときレジスト３２表面の、ストライプ
溝１９に相当する部分や、回折格子が形成されない中央
部領域２３に相当する部分を含む回折格子形成されない
部分が露光されるようにマスク３３を形成する。次に、
２光束干渉露光法によりレジスト３２の回折格子を形成
する領域を露光する。このとき、回折格子が形成されな
い領域ではレジスト３２が既に感光されて硬化している
ため、まだレジスト３２が露光されていない部分にのみ
２光束干渉法による露光が行われる。この後、このレジ
スト３２を現像し、加熱装置でポストベークして水分を
飛ばすことで図４Ｄに示すような波形レジスト３２’が
得られる。さらに、前記波型レジスト３２’の上に真空
斜方蒸着法などの成膜法でＮｉＣｒ膜、Ｎｉ膜などの厚
さ３０ｎｍの金属膜４８を斜方蒸着する。この斜方蒸着
により金属膜４８は、図４Ｅに示すように間欠的に波型
レジスト３２’の各凸部の片面側、および回折格子が形
成されない領域の全面にそれぞれ形成される。

【００２３】続いて図５Ｆに示すように、この金属膜４
８をマスクとして、金属膜４８に覆われていないレジス
ト３２の一部を酸素ガスによる反応性イオンエッチング
（ドライエッチング）により除去する。続いて図５Ｇに
示すように、塩素またはメタン系ガスによる反応性イオ
ンエッチング（ドライエッチング）を行い、ＩｎＧａＡ
ｓもしくはＩｎＧａＡｓＰからなるコンタクト層１６を
金属膜４８とレジスト層３２のエッチング残留部分をマ
スクとしてエッチングして、コンタクト層１６に凹部４
９を多数形成し、凹部４９、４９…に隣接する凸部５
０、５０…を形成する。この反応性イオンエッチング
（ドライエッチング）によれば、ガス圧、エッチング装
置の高周波パワーの制御条件などでエッチングレートが
変化し、また面内のエッチングレートの分布もあるの
で、凹部４９の深さは少しばらつくが、サイドエッチン
グはほとんど生じないので、凹部４９、４９…の穴幅の
大きさを厳密に形成できる。

【００２４】次に、図６Ｈに示すように、前記凸部５
０、５０…をマスクとして塩酸と酢酸の混合酸（ＨＣ
ｌ：ＣＨ₃ＣＯＯＨ＝１：４のもの、あるいは、ＨＣ
ｌ：ＣＨ₃ＣＯＯＨ：Ｈ₂Ｏ＝１：４：０.５のものな
ど）を用いたウェットエッチングにより上部クラッド層
１５をエッチングし、上部クラッド層１５に凹部５２、
５２…を形成する。このウェットエッチングにおいて前
記混合酸は上部クラッド層１５を構成するＩｎＰをエッ
チングすることは容易にできるが、その下にあるＩｎＧ
ａＡｓＰの活性層１４をエッチングする速度は極めて遅
いので、このエッチングは活性層１４で止まり、凹部５
２、５２…の深さは均一になる。

【００２５】次に、図６Ｉに示すように、レジスト３２
の残留部分をアセトン等の有機溶剤で除去すると、凸部
５３、５３…およびそれらに隣接して存在する凹部５
２、５２…が得られる。次いで、図６Ｊに示すように、
スパッタなどの成膜手段でＳｉＯ₂からなる厚さ１５０
０〜２０００オングストロームの絶縁層５６を、凸部５
３上、および回折格子が形成されない領域のコンタクト
層１６上に成膜する。これにより、凹部２０の底部に絶
縁層２２が形成されるとともに、凹凸領域の中央部分に
凹部２０が形成されていない平坦な面が形成される。

【００２６】続いて、図７に示すように、ストライプ溝
１９を形成するため、この溝形状に合わせた穴５７ａを
中央部に有するレジスト５７を絶縁層５６の上面に形成
し、加熱装置でプリベークし、露光し現像する。そし
て、バッファードフッ酸（森田化学工業社製、商品名
１：１０バッファードフッ酸）でエッチングして絶縁層
５６の上記穴部分を除去することにより、図１に示した
ストライプ溝１９を形成するとともに、その溝の両側に
位置する絶縁膜５６が電流ストップ層１７となる。その
後、有機溶剤、例えばアセトンなどによりレジスト５７
を除去する。

【００２７】さらに、基板１２の底面を機械研磨と化学
研磨して基板１２の厚さを調節し、Ａｕを主体とした下
部電極層１１を形成する。そして、レジスト５７を除去
した絶縁層５６からなる電流ストップ層１７上に真空蒸
着によりＡｕを主体とした上部電極層１８を形成する。
その後、ストライプ溝１９の長手方向の両端部分を切断
することにより、図１および図２に示した半導体レーザ
Ａが得られる。

【００２８】このような構成の半導体レーザＡにあって
は、ストライプ溝１９の幅寸法内の活性層１４におい
て、上部電極層１８と下部電極層１１に対して所定周波
数の交流駆動電圧が与えられると、活性層１４の発振領
域１４ａでは、凹部２０と凸部２１とからなる回折格子
が共振器となって共振（帰還）が発生し、共振波長λ₁
の縦単一モードのレーザ光が発生される。またこの構成
の半導体レーザＡは、クラッド層をＩｎＰから形成し、
活性層をＩｎＧａＡｓＰから形成しているので、基本的
には発振波長が赤外波長帯となる。そして本例の半導体
レーザＡは、中央部領域２３に回折格子を形成せず平坦
面としたことにより、活性層１４をストライプ溝長さ方
向に伝搬する光の位相を調整できるので、２つの軸モー
ドが同時発振するのを防止することができる。また中央
部分領域２３は、上述のように、素基板の上面にレジス
ト層３２を形成した後、２光束干渉露光法により凹部２
０を形成する前に、予め露光しておけば、この領域に回
折格子が形成されないので、作製が容易である。したが
って、再現性良く半導体レーザを製造することができ、
製造歩留まりが高い。

【００２９】図８と図９は本発明に係る分布帰還型半導
体レーザの第２の実施形態を示すもので、図８は半導体
レーザの斜視図、図９は図８の９−９線に沿う矢視断面
図である。図８と図９に示す分布帰還型半導体レ−ザＢ
が、上記第１の実施形態の分布帰還型半導体レ−ザＡと
大きく異なる点は、上記の分布帰還型半導体レ−ザＡに
おいては回折格子の凹部を形成しなかった中央部領域２
３に、本例では１つの中央凹部６３を設けた点である。
本例において、上記第１の実施形態の分布帰還型半導体
レ−ザＡと同じ構成要素には同一の符号を付して、その
説明を省略することがある。

【００３０】本例において、ストライプ溝１９を挟んで
左側と右側の各回折格子にあっては、それらのストライ
プ溝方向の中央部領域には、回折格子を成す凹部２０が
形成されず、１つの中央凹部６３が形成されている。こ
の中央凹部６３の形状は、平面形状がほぼ矩形状で、深
さが凹部２０の深さにほぼ等しい形状あればよく、本例
では、ストライプ溝方向の長さＬ₂およびこれに直交す
る方向の幅が深さ方向に一定で、その幅および深さが回
折格子を成す凹部２０の幅および深さと同じに形成され
ている。また、この中央凹部６３の底部にも、電流スト
ップ層１７形成時と同時に形成された絶縁層２２が設け
られている。また中央凹部６３とこれに近接する凹部２
０との間の凸状の部分６１の、ストライプ溝方向の長さ
は、回折格子を成す凸部２１と同じ寸法に形成されてい
る。

【００３１】このような中央凹部６３を設けることによ
って、活性層１４を導波する光の伝搬定数が、回折格子
が有る部分と、無い部分すなわち中央凹部６３が形成さ
れている部分とで変化し、これにより光の位相が調整さ
れる。そして、回折格子が無い部分の長さ、すなわち中
央凹部６３のストライプ溝方向の長さＬ₂を調整するこ
とにより、位相調整量を制御することが可能である。単
一モード発振を実現するための位相調整量はπ／２＋２
ｎπ（ｎ＝０，１，２，３，４…）であり、したがって
本例では、中央凹部６３の長さＬ₂は、下記数式（II）
で表される長さに好ましく設定される。Ｌ₂＝π／（２△β） … （II）（ここに式中、△βは、前記凹部が並設された領域にお
ける光の伝搬定数をβ₁とし、複数の凹部が形成されて
いない前記中央部領域における光の伝搬定数をβ ₂とし
たときのβ₁とβ₂との差の絶対値■β₁−β₂■を表
す。）

【００３２】また中央凹部６３の長さＬ₂は、積層体３
０のストライプ溝方向の両平端面の長さをＭとしたと
き、この中央凹部６３の長さＬ₂をこの両平端面間の長
さＭで除算した値が０．１２５ないし０．２５となる範
囲が好ましい。積層体３０の長さＭに対して、中央凹部
６３の長さＬ₂が長すぎると、結合係数が小さくなり発
振開始電流が大きくなるので好ましくなく、短すぎると
位相差が小さいために単一モード発振が得られない。

【００３３】次に図８と図９に示す構造の分布帰還型半
導体レーザＢの製造方法の一例について説明する。本例
において、分布帰還型半導体レーザＡの製造方法の説明
における構成要素と同じ構成要素には同一の符号を付し
てその説明を省略することがある。まず、上記分布帰還
型半導体レーザＡの製造方法と同様にして半導体基板１
２上に、下部クラッド層１３と、活性層１４と、上部ク
ラッド層１５と、コンタクト層１６とを積層した素基板
を製造し（図１０Ａ）、この素基板の上面にレジスト３
２を塗布した後、このレジスト３２を硬化させる（図１
０Ｂ）。

【００３４】次に、レジスト３２を露光する。図１０Ｃ
は上面にレジスト３２が塗布、硬化された素基板を上方
から見た平面図であるが、この図に示すように、レジス
ト３２の表面の回折格子が形成される領域と中央凹部６
３が形成される領域とを除いた部分をマスク（図示せ
ず）を介して露光する。図中、斜線は露光される領域を
示し、破線は後に回折格子を成す凹部２０および中央凹
部６３が形成される位置を示す。次に、２光束干渉露光
法によりレジスト３２の回折格子を形成する領域を露光
する。このとき、中央凹部６３が形成される領域を、例
えばＣｒマスク等の遮蔽部材６４で覆い、この領域が露
光されないようにする。これにより、回折格子が形成さ
れない領域ではレジスト３２が既に感光されて硬化して
いるため、露光後、レジスト３２を現像し、加熱装置で
ポストベークして水分を飛ばすことで図１１Ｄに示すよ
うな波形レジスト３２’が得られる。さらに、前記波型
レジスト３２’の上に真空斜方蒸着法などの成膜法でＮ
ｉＣｒ膜、Ｎｉ膜などの厚さ３０ｎｍの金属膜４８を斜
方蒸着する。この斜方蒸着により金属膜４８は、図１１
Ｅに示すように間欠的に波型レジスト３２’の各凸部の
片面側にそれぞれ形成される。またこのときも、中央凹
部２３が形成される領域を遮蔽部材６４で覆ったままと
し、したがってこの領域においては遮蔽部材６４上に金
属膜４８が形成される。

【００３５】続いて図１２Ｆに示すように、遮蔽部材６
４を取り除き、金属膜４８をマスクとして、金属膜４８
に覆われていないレジスト３２の一部を酸素ガスによる
反応性イオンエッチング（ドライエッチング）により除
去する。続いて図１２Ｇに示すように、塩素またはメタ
ン系ガスによる反応性イオンエッチング（ドライエッチ
ング）を行い、ＩｎＧａＡｓもしくはＩｎＧａＡｓＰか
らなるコンタクト層１６を金属膜４８とレジスト層３２
のエッチング残留部分をマスクとしてエッチングして、
コンタクト層１６に凹部４９を多数形成し、凹部４９、
４９…に隣接する凸部５０、５０…を形成するととも
に、中央凹部の形成位置に１つの凹部６３ａを形成す
る。この反応性イオンエッチング（ドライエッチング）
によれば、ガス圧、エッチング装置の高周波パワーの制
御条件などでエッチングレートが変化し、また面内のエ
ッチングレートの分布もあるので、凹部４９の深さは少
しばらつくが、サイドエッチングはほとんど生じないの
で、凹部４９、４９…の穴幅の大きさを厳密に形成でき
る。

【００３６】次に、図１３Ｈに示すように、前記凸部５
０、５０…をマスクとして塩酸と酢酸の混合酸（ＨＣ
ｌ：ＣＨ₃ＣＯＯＨ＝１：４のもの、あるいは、ＨＣ
ｌ：ＣＨ₃ＣＯＯＨ：Ｈ₂Ｏ＝１：４：０.５のものな
ど）を用いたウェットエッチングにより上部クラッド層
１５をエッチングし、上部クラッド層１５に凹部５２、
５２…を形成するとともに、中央凹部形成位置に１つの
凹部６３ｂを形成する。。このウェットエッチングにお
いて前記混合酸は上部クラッド層１５を構成するＩｎＰ
をエッチングすることは容易にできるが、その下にある
ＩｎＧａＡｓＰの活性層１４をエッチングする速度は極
めて遅いので、このエッチングは活性層１４で止まり、
凹部５２、５２…および１つの凹部６３ｂの深さは均一
になる。

【００３７】次に、図１３Ｉに示すように、レジスト３
２の残留部分をアセトン等の有機溶剤で除去すると、凸
部５３、５３…と、それらに隣接して存在する凹部５
２、５２…および１つの凹部６３ｂが得られる。次い
で、図１３Ｊに示すように、スパッタなどの成膜手段で
ＳｉＯ₂からなる厚さ１５００〜２０００オングストロ
ームの絶縁層５６を、凸部５３上、凹部５２上、および
１つの凹部６３ｂ上に成膜する。これにより、凹部２０
および中央凹部６３の底部に絶縁層２２が形成される。
この後、上記半導体レーザＡと同様にして、ストライプ
溝１９、下部電極層１１、および上部電極層１８をそれ
ぞれ形成し、ストライプ溝１９の長手方向の両端部分を
切断することにより、図８および図９に示した半導体レ
ーザＢが得られる。

【００３８】このような構成の半導体レーザＢにあって
は、ストライプ溝１９の幅寸法内の活性層１４におい
て、上部電極層１８と下部電極層１１に対して所定周波
数の交流駆動電圧が与えられると、活性層１４の発振領
域１４ａでは、凹部２０と凸部２１とからなる回折格子
が共振器となって共振（帰還）が発生し、共振波長λ₁
の縦単一モードのレーザ光が発生される。またこの構成
の半導体レーザＡは、クラッド層をＩｎＰから形成し、
活性層をＩｎＧａＡｓＰから形成しているので、基本的
には発振波長が赤外波長帯となる。そして本例の半導体
レーザＢは、回折格子の中央部分に１つの中央凹部６３
を設け、この部分に回折格子を形成しない構成としたこ
とにより、活性層１４をストライプ溝１９長さ方向に伝
搬する光の位相を調整できるので、２つの軸モードが同
時発振するのを防止することができる。また中央凹部６
３は、上述のように、素基板の上面にレジスト層３２を
形成した後、２光束干渉露光法により凹部２０を形成す
る際、およびレジスト層３２のマスクとなる金属膜４８
を蒸着する際に、この領域を遮蔽部材６４で覆っておけ
ば、この領域に１つの中央凹部６３を形成することがで
きるので、作製が容易である。したがって、再現性良く
半導体レーザを製造することができ、製造歩留まりが高
い。

【００３９】

【実施例】以下、具体的な実施例を示して本発明の効果
を明らかにする。（実施例１）図８および図９に示す構成の半導体レーザ
Ｂを、上記の製造方法に従って作製した。半導体レーザ
Ｂの両平端面には酸化アルミニウムからなる反射防止膜
を形成した。また両平端面間の長さＭは４００μｍと
し、ストライプ溝１９の幅は２．５μｍとした。回折格
子はストライプ溝１９を挟んで両側にそれぞれ形成し、
回折格子を成す凹部２０の深さは０．６μｍとし、ピッ
チは０．２４μｍとした。そして回折格子の中央部分に
設けた中央凹部６３のストライプ溝方向の長さＬ₂は、
５０μｍ（Ｌ₂／Ｍ＝０．１２５）とした。得られた半
導体レーザＢの発振スペクトルを図１４に示す。この図
に示されるように、単一モード発振が得られ、シグナル
のピークの光出力とノイズレベルの光出力との比を表す
副モード抑圧比は４０ｄＢであった。この副モード抑圧
比は３０ｄＢ以上が望ましく、４０ｄＢ以上であれば十
分であるとされており、本実施例では十分な値が得られ
た。

【００４０】（実施例２，３）上記実施例１において、
中央凹部６３のストライプ溝方向の長さＬ₂を、７５μ
ｍ（Ｌ₂／Ｍ＝０．１８８）、１００μｍ（Ｌ₂／Ｍ＝
０．２５）とした他は同様にしてそれぞれ半導体レーザ
を作製した。いずれの半導体レーザも、単一
モード発振が得られ、副モード抑圧比は４０ｄＢ以上で
あった。

【００４１】（実施例４）図１および図２に示す構成の
半導体レーザＡを、上述の製造方法に従って作製した。
すなわち、上記実施例１において、回折格子の中央部分
に、中央凹部６３に代えて、回折格子が設けられていな
い平坦な中央部領域２３を設けた他は同様にして半導体
レーザを作製した。この中央部領域２３のストライプ溝
方向の長さＬ₁は、２８μｍ（Ｌ₁／Ｍ＝０．０７）とし
た。得られた半導体レーザＡは単一モード発振が得ら
れ、副モード抑圧比は４０ｄＢと十分な値が得られた。

【００４２】（実施例５，６）上記実施例４において、
回折格子が設けられていない中央部領域２３のストライ
プ溝方向の長さＬ₁を、５０μｍ（Ｌ₁＝０．１２５）、
７２μｍ（Ｌ₁／Ｍ＝０．１８）とした他は同様にして
それぞれ半導体レーザを作製した。いずれの半導体レー
ザも、単一モード発振が得られ、副モード抑圧比は４０
ｄＢ以上であった。

【００４３】（比較例１）図１７に示す従来の半導体レ
ーザ１１０を作製した。すなわち、上記実施例１におい
て、回折格子の中央部分に中央凹部６３を設けず、スト
ライプ溝長さ方向に凹部１２０を等間隔で形成した他は
同様にして半導体レーザ１１０を作製した。得られた半
導体レーザの発振スペクトルを図１５に示す。この図で
は２つのピークが観察され、単一モード発振が得られず
ストップバンドが形成されていることが認められる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体レー
ザは、半導体基板上に、下部クラッド層と、活性層と、
上部クラッド層と、コンタクト層と、電流通路を成すス
トライプ溝を有する電流ストップ層と、電極層とを順次
積層し、底部が前記上部クラッド層に至る断面四角形状
の複数の凹部をそれぞれ前記ストライプ溝方向に所定間
隔あけて並設する一方、該凹部の並設列の中央部領域に
は前記凹部をせず、所定の長さの凹部が形成されていな
い中央部領域を設けたものである。本発明は、回折格子
の中央部領域に凹部を形成せず、回折格子を形成しない
領域を設けたことにより、光導波路（活性層）における
光の伝搬定数が、回折格子が形成されている領域と、回
折格子が形成されていない領域とで変化し、これによっ
て光導波路を伝搬する光の位相が調整されるので、２つ
の軸モードが同時発振するのを防止して単一モード発振
を安定して得ることができる。また中央部領域の長さＬ
₁をＬ₁＝π／（２△β）で表される値に設定すれば、光
が光導波路の回折格子が形成されていない領域を伝搬す
る間に、π／２だけ位相のずれを生じるので、単一モー
ド発振が好ましく得られる。さらに本発明の半導体レー
ザは、作製時に精密な制御を要する位相シフト回折格子
を形成する必要がないので、製造が比較的容易であり、
再現性も良いので、製造歩留まりが高い。

【００４５】また、回折格子が形成されない中央部領域
の長さＬ₁は上記の式で表される値ちょうどでなくても
よいが、この中央部領域の長さＬ₁が短すぎると位相調
整量が小さすぎて単一モード発振が得られず、また長す
ぎると結合係数が小さくなり、発振開始電流が大きくな
るので好ましくない。したがって、中央部領域の長さＬ
₁をストライプ溝方向の両平端面間の長さＭで除算した
値（Ｌ₁／Ｍ）が０．０７〜０．１８となる範囲が好ま
しい。

【００４６】また本発明の半導体レーザは、半導体基板
上に、下部クラッド層と、活性層と、上部クラッド層
と、コンタクト層と、電流通路を成すストライプ溝を有
する電流ストップ層と、電極層とを順次積層し、底部が
前記上部クラッド層に至る断面四角形状の複数の凹部を
それぞれ前記ストライプ溝方向に所定間隔あけて並設す
る一方、該凹部の並設列の中央部領域に所定の長さの１
つの凹部を設けたものである。本発明は、回折格子の中
央部領域に１つの凹部を設けて、この部分に回折格子を
形成しない構成としたことにより、光導波路（活性層）
における光の伝搬定数が、回折格子が形成されている領
域と、１つの凹部が形成されている中央部領域とで変化
し、これによって導波路を伝搬する光の位相が調整され
るので２つの軸モードが同時発振するのを防止して、単
一モード発振を安定して得ることができる。また１つの
凹部の長さＬ₂をＬ₂＝π／（２△β）で表される値に設
定すれば、光が光導波路の回折格子が形成されていない
領域（１つの凹部が形成されている領域）を伝搬する間
に、π／２だけ位相のずれを生じるので、単一モード発
振が好ましく得られる。さらに本発明の半導体レーザ
は、作製時に精密な制御を要する位相シフト回折格子を
形成する必要がないので、製造が比較的容易であり、再
現性も良いので、製造歩留まりが高い。

【００４７】また、１つの凹部が形成される中央部領域
の長さＬ₂は上記の式で表される値ちょうどでなくても
よいが、この中央部領域の長さＬ₂が短すぎると位相調
整量が小さすぎて単一モード発振が得られず、また長す
ぎると結合係数が小さくなり、発振開始電流が大きくな
るので好ましくない。したがって、中央部領域の長さＬ
₂をストライプ溝方向の両平端面間の長さＭで除算した
値（Ｌ₂／Ｍ）が０．１２５〜０．２５となる範囲が好
ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体レーザの第１の実施形態を示
す斜視図である。

【図２】図１の半導体レーザの２−２線に沿う矢視断
面図である。

【図３】図１および２に示した半導体レーザの製造方
法を工程順をおって示すプロセスフロー図である。

【図４】同プロセスフロー図の続きである。

【図５】同プロセスフロー図の続きである。

【図６】同プロセスフロー図の続きである。

【図７】図１および２に示した半導体レーザの製造方
法を示すためのもので、図６（Ｊ）に示した絶縁層上に
レジスト膜を形成した状態を示す斜視図である。

【図８】本発明の半導体レーザの第２の実施形態を示
す斜視図である。

【図９】図８の半導体レーザの９−９線に沿う矢視断
面図である。

【図１０】図８および９に示した半導体レーザの製造
方法を工程順をおって示すプロセスフロー図である。

【図１１】同プロセスフロー図の続きである。

【図１２】同プロセスフロー図の続きである。

【図１３】同プロセスフロー図の続きである。

【図１４】実施例１で得られた半導体レーザの発振ス
ペクトルである。

【図１５】比較例１で得られた半導体レーザの発振ス
ペクトルである。

【図１６】従来の半導体レーザの回折格子の一部を示
す構成図である。

【図１７】従来の半導体レーザの一例を示す斜視図で
ある。

【符号の説明】

１１…下部電極層、１２…半導体基板、１３…下部クラ
ッド層、１４…活性層、１５…上部クラッド層、１６…
コンタクト層、１７…電流ストップ層、１８…上部電極
層、１９…ストライプ溝、２０…凹部、２１…凸部、２
２…絶縁層、２３…中央部領域、６３…中央凹部（中央
部領域の１つの凹部）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に、下部クラッド層と、活
性層と、上部クラッド層と、コンタクト層と、電流通路
を成すストライプ溝を有する電流ストップ層と、電極層
とを順次積層し、底部が前記上部クラッド層に至る断面
四角形状の複数の凹部をそれぞれ前記ストライプ溝方向
に所定間隔あけて並設する一方、該凹部の並設列の中央
部領域には前記凹部を形成せず、かつ複数の凹部が形成
されていない前記中央部領域の長さＬ₁が次式：Ｌ₁＝π／（２△β）（ここに式中、△βは、前記凹部が並設された領域にお
ける光の伝搬定数をβ₁とし、複数の凹部が形成されて
いない前記中央部領域における光の伝搬定数をβ ₂とし
たときのβ₁とβ₂との差の絶対値■β₁−β₂■を表
す。）で表されることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】前記半導体基板と、前記下部クラッド層
と、前記活性層と、前記上部クラッド層と、前記コンタ
クト層と、電流通路を成すストライプ溝を有する前記電
流ストップ層と、前記電極層とを順次積層してなる積層
体における前記ストライプ溝方向の両平端面間の長さを
Ｍとしたとき、複数の凹部が形成されていない前記中央
部領域の長さＬ₁を前記両平端面間の長さＭで除算した
値が０．０７ないし０．１８であることを特徴とする請
求項１記載の半導体レーザ。
【請求項３】半導体基板上に、下部クラッド層と、活
性層と、上部クラッド層と、コンタクト層と、電流通路
を成すストライプ溝を有する電流ストップ層と、電極層
とを順次積層し、底部が前記上部クラッド層に至る断面
四角形状の複数の凹部をそれぞれ前記ストライプ溝方向
に所定間隔あけて並設する一方、該凹部の並設列の中央
部領域には前記ストライプ溝方向の長さＬ₂が次式：Ｌ₂＝π／（２△β）（ここに式中、△βは、前記凹部が並設された領域にお
ける光の伝搬定数をβ₁とし、凹部の並設列の前記中央
部領域における光の伝搬定数をβ₂としたときのβ₁とβ
₂との差の絶対値■β₁−β₂■を表す。）で表される１
つの凹部を形成したことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項４】前記半導体基板と、前記下部クラッド層
と、前記活性層と、前記上部クラッド層と、前記コンタ
クト層と、電流通路を成すストライプ溝を有する前記電
流ストップ層と、前記電極層とを順次積層してなる積層
体における前記ストライプ溝方向の両平端面間の長さを
Ｍとしたとき、凹部の並設列の前記中央部領域の長さＬ
₂を前記両平端面間の長さＭで除算した値が０．１２５
ないし０．２５であることを特徴とする請求項３記載の
半導体レーザ。