WO2019225331A1 - 半導体レーザ - Google Patents

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WO2019225331A1
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diffraction grating
active region
semiconductor laser
distributed feedback
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絵理奈 菅野
浩司 武田
硴塚　孝明
松尾　慎治
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日本電信電話株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor laser used for a light source for an optical transmitter.
  • the DFB laser is a laser having a diffraction grating on an active layer, and the oscillation wavelength is determined by the pitch and depth of the diffraction grating. Since this laser has a waveguide structure and oscillation light is emitted from both ends, when it is integrated with a ring filter or the like, the light emitted from one end is not used and the light is lost by half.
  • DBR distributed reflection Bragg reflection
  • DR distributed Reflector
  • a DR laser is also proposed in which DBRs are provided at both ends of a DFB laser, the reflectance of the other DBR is lowered with respect to one DBR, and light is emitted from the other DBR (Non-Patent Document). 3).
  • a configuration in which a DBR is provided on both sides can reduce the oscillation threshold gain, which is advantageous for oscillation of a short cavity laser with a large loss.
  • WDM using a DFB laser as a wavelength-multiplexed light source is currently introduced in a metro network, but an attempt to introduce WDM into an optical interconnect for short-distance communication such as between chips is being studied. Since an interchip optical interconnect requires a laser with a short active layer length with low power consumption, a double-sided DR laser capable of lowering the oscillation threshold gain is more suitable than a DFB laser or a single-sided DR laser. In order to further increase the wavelength multiplexing using these DFB laser, one-side DR laser, and both-side DR laser, more precise control of the oscillation wavelength is required.
  • the conventional technology has a problem that it is not easy to accurately control the oscillation wavelength as described below.
  • a compound semiconductor such as InP constituting a region including an active layer or the like is etched using a predetermined mask pattern to form irregularities with a predetermined period to form a diffraction grating. For this reason, the control of the depth of the diffraction grating is determined by the amount of etching.
  • the oscillation wavelength is determined by the coupling coefficient of the diffraction grating, and the coupling coefficient of the diffraction grating depends on the depth of the diffraction grating, as described above, the depth of the diffraction grating determined by the amount of etching is precisely controlled. It is not easy to do.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to make it possible to more easily control the oscillation wavelength more accurately.
  • the semiconductor laser according to the present invention is formed continuously on the active layer with the active layer made of the compound semiconductor formed on the substrate and the distributed feedback active region having the first diffraction grating and the active layer sandwiched in the waveguide direction.
  • a second diffraction grating formed corresponding to each of the core layers made of a compound semiconductor and continuous to the distributed feedback active region with the distributed feedback active region sandwiched in the waveguide direction.
  • the first diffraction grating is composed of a concave portion formed through the diffraction grating layer formed on the active layer and a convex portion adjacent to the concave portion.
  • the diffraction grating layer is made of a material that is less likely to be etched than the material constituting the distributed feedback active region.
  • the diffraction grating layer is made of a material having a lower refractive index than the material constituting the distributed feedback active region.
  • the first diffraction grating may be formed on the side of the active layer, and the second diffraction grating may be formed on the side of the core layer.
  • the diffraction grating layer may be made of a dielectric.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor laser according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view showing a partial configuration of the semiconductor laser according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view showing a partial configuration of the semiconductor laser according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view showing a state in the middle of manufacturing the semiconductor laser according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view showing a state in the middle of manufacturing the semiconductor laser according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view showing a state in the middle of manufacturing the semiconductor laser according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view showing a state in the middle of manufacturing the semiconductor laser according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3C is a cross-sectional view showing a state in the middle of manufacturing the semiconductor laser according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3D is a cross-sectional view showing a state in the middle of manufacturing the semiconductor laser according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3E is a cross-sectional view showing a state in the middle of manufacturing the semiconductor laser according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view showing a partial configuration of another semiconductor laser according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 4B is a cross-sectional view showing a partial configuration of another semiconductor laser according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 4C is a block diagram showing a partial configuration of the semiconductor laser according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the error of the diffraction grating depth and the error of the oscillation wavelength.
  • FIG. 6 is a plan view showing the configuration of another semiconductor laser according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor laser according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor laser according to Embodiment 3 of the present invention.
  • This semiconductor laser includes a distributed feedback active region 131 and two distributed Bragg reflector regions 132a and 132b arranged in succession to the distributed feedback active region 131.
  • This semiconductor laser is a so-called DR laser.
  • the distributed Bragg reflector region 132a and the distributed Bragg reflector region 132b are continuously arranged in the waveguide direction with the distributed feedback active region 131 interposed therebetween.
  • the distributed feedback active region 131 has an active layer 103 made of a compound semiconductor and a first diffraction grating 121.
  • the distributed Bragg reflector regions 132a and 132b include two core layers 113a and 113b made of a compound semiconductor, and second diffraction gratings 122a and 122b formed corresponding to the respective core layers 113a and 113b.
  • the core layers 113a and 113b are formed continuously with the active layer 103 with the active layer 103 sandwiched in the waveguide direction.
  • the first diffraction grating 121 is composed of a concave portion formed through the diffraction grating layer 121a formed on the active layer 103 and a convex portion adjacent to the concave portion.
  • the second diffraction gratings 122a and 122b are formed by patterning the upper surfaces of the core layers 113a and 113b by a known lithography technique and etching technique.
  • the diffraction grating layer 121a is made of a material that is harder to be etched than the material constituting the distributed feedback active region 131.
  • the diffraction grating layer 121a may be made of a material having a lower refractive index than the material constituting the distributed feedback active region 131.
  • a diffraction grating layer 121a is, SiN, SiO x N y, it may be composed of SiO 2, Al 2 O 3, a dielectric such as HfO 2.
  • the first diffraction grating 121 includes a phase shift unit ( ⁇ / 4 shift) 121b.
  • the phase shift unit 121b is set so that the Bragg wavelength of the first diffraction grating 121 is uniform.
  • the coupling coefficient of the second diffraction grating 122 a and the second diffraction grating 122 b is higher than the coupling coefficient of the first diffraction grating 121.
  • the phase shift unit 121b is disposed at the center of the first diffraction grating 121.
  • the distributed feedback active region 131 and the distributed Bragg reflector regions 132 a and 132 b are formed on the same substrate 101.
  • the distributed feedback active region 131 includes an n-type semiconductor layer 105 and a p-type semiconductor layer 106 formed in contact with the active layer 103.
  • an n-type semiconductor layer 105 and a p-type semiconductor layer 106 are arranged in the planar direction of the substrate 101, and these are formed in contact with the side surface of the active layer 103.
  • an n-type electrode 107 electrically connected to the n-type semiconductor layer 105 and a p-type electrode 108 electrically connected to the p-type semiconductor layer 106 are provided.
  • a current is injected in the planar direction (lateral direction) of the substrate 101.
  • the n-type electrode 107 may be formed on the n-type semiconductor layer 105 through an n-type contact layer into which an n-type impurity is introduced at a higher concentration.
  • the p-type electrode 108 may be formed on the p-type semiconductor layer 106 through a p-type contact layer into which p-type impurities are introduced at a higher concentration.
  • the core layer 113a is formed continuously with the active layer 103.
  • the core layer 113b is formed continuously with the active layer 103.
  • the second diffraction grating 122a is formed on the core layer 113a, and the second diffraction grating 122b is formed on the core layer 113b.
  • a lower cladding layer 102 is formed on the substrate 101, and an active layer 103 is formed thereon.
  • the core layers 113 a and 113 b are also formed on the lower cladding layer 102.
  • the active layer 103 is sandwiched between the semiconductor layer 104a and the semiconductor layer 104b in the vertical direction when viewed from the substrate 101.
  • a stacked structure of the semiconductor layer 104 a, the active layer 103, and the semiconductor layer 104 b is sandwiched between the n-type semiconductor layer 105 and the p-type semiconductor layer 106.
  • the p-type semiconductor layer 106 and the n-type semiconductor layer 105 are formed with the active layer 103 sandwiched in a direction parallel to the plane of the substrate 101.
  • the active layer 103 is formed on and in contact with the semiconductor layer 104a
  • the semiconductor layer 104b is formed on and in contact with the active layer 103.
  • an n-type semiconductor layer 105 and a p-type semiconductor layer 106 are formed in contact with the side portion of the stacked structure of the semiconductor layer 104a, the active layer 103, and the semiconductor layer 104b. Note that the n-type semiconductor layer 105 and the p-type semiconductor layer 106 are not formed in the distributed Bragg reflector region 132a.
  • a current is injected into the active layer 103 in a direction parallel to the plane of the substrate 101. Note that the n-type electrode 107 and the p-type electrode 108 are not formed in the distributed Bragg reflector regions 132a and 132b.
  • the active layer 103 extends in a predetermined length in the light emitting direction, and in the distributed feedback active region 131 in the extending direction, a diffraction grating layer 121a is formed on the active layer 103, and the diffraction grating layer 121a.
  • the first diffraction grating 121 is formed.
  • the first diffraction grating 121 is composed of the concave portion formed through the diffraction grating layer 121a and the convex portion adjacent to the concave portion.
  • core layers 113a and 113b are formed continuously with the active layer 103 extending in this manner.
  • the second diffraction grating 122a is formed on the upper surface of the core layer 113a, and the second diffraction grating 122b is formed on the upper surface of the core layer 113b.
  • the uneven steps of the second diffraction grating 122 a and the second diffraction grating 122 b are larger than the uneven steps of the first diffraction grating 121.
  • the semiconductor laser has an antireflection film formed on the output end face.
  • the substrate 101 is made of, for example, silicon.
  • the lower cladding layer 102 is made of, for example, silicon oxide (SiO 2 ) and has a thickness of 2 ⁇ m.
  • the active layer 103 has, for example, a quantum well structure with a thickness of 150 nm in which well layers and barrier layers made of InGaAsP are alternately stacked.
  • the active layer 103 has a width of about 0.7 ⁇ m.
  • the total thickness of the semiconductor layer 104a, the active layer 103, and the semiconductor layer 104b is 250 nm. Note that each of the n-type semiconductor layer 105 and the p-type semiconductor layer 106 has a thickness of 250 nm.
  • the emission wavelength of the active layer 103 having a quantum well structure is 1.55 ⁇ m.
  • the diffraction grating layer 121a is made of SiN, and the first diffraction grating 121 has a Bragg wavelength of 1.55 ⁇ m.
  • the semiconductor layer 104a and the semiconductor layer 104b are made of undoped InP (i-InP).
  • one n-type semiconductor layer 105 sandwiching the active layer 103 is composed of n-type InP (n-InP) doped with about 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 of Si, and the other p-type semiconductor layer.
  • 106 is made of p-type InP (p-InP) doped with about 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 of Zn.
  • the core layers 113a and 113b are made of undoped InP (i-InP), have a width of about 1.5 ⁇ m, and a thickness of 250 nm.
  • the n-type contact layer and the p-type contact layer may be made of InGaAs, for example.
  • a lower clad layer 102 made of silicon oxide having a low refractive index is formed in the lower part of the InP layer having a high refractive index, and air having a low refractive index is formed in the upper part.
  • strong light confinement in the active layer 103 and the core layers 113a and 113b is realized, which is advantageous for low power operation of the laser.
  • the second diffraction gratings 122a and 122b are formed by a high refractive index difference between the InP layer and the air layer, a high coupling coefficient exceeding 1000 cm ⁇ 1 can be realized.
  • FIG. 3A to FIG. 3F are configuration diagrams showing a state in the process of manufacturing the semiconductor laser in the embodiment, and schematically showing a cross section of a surface of the distributed feedback active region 131 parallel to the waveguide direction.
  • a substrate (silicon substrate) 101 including a lower cladding layer 102 made of silicon oxide is prepared.
  • the lower clad layer 102 is formed by thermally oxidizing the main surface of the substrate 101.
  • a sacrificial layer made of InGaAs a compound semiconductor layer 203 to be the semiconductor layer 104a, a compound semiconductor layer 204 to be the active layer 103, and a compound semiconductor layer to be the core layer 113a and the core layer 113b are epitaxially grown.
  • each layer may be grown by a well-known metal organic chemical vapor deposition method.
  • the uppermost surface of the epitaxially grown substrate and the surface of the lower cladding layer 102 of the substrate 101 are directly bonded by a known wafer bonding technique, and then the InP substrate and the sacrificial layer are removed.
  • the distributed feedback active region 131 the lower cladding layer 102, the compound semiconductor layer 203, and the compound semiconductor layer 204 are formed on the substrate 101.
  • the grown compound semiconductor layer 203, the compound semiconductor layer 204, and the like are patterned by wet etching and dry etching using a resist pattern produced by a known photolithography technique as a mask, and as shown in FIG.
  • a stripe structure of the distributed feedback active region 131 composed of 104a and the active layer 103 is formed.
  • the active layer 103 is not present. Note that the resist pattern is removed after each pattern is formed.
  • the compound semiconductor layer 205 made of undoped InP is regrown from the periphery of the formed semiconductor layer 104 a and active layer 103.
  • the compound semiconductor layer 205 is formed on the lower cladding layer 102.
  • the n-type semiconductor layers 105 and p in the distributed feedback active region 131 are introduced.
  • a type semiconductor layer 106 is formed.
  • the semiconductor layer 104b made of non-doped InP is formed on the active layer 103.
  • the compound semiconductor layer 205 remains in the distributed Bragg reflector regions 132 a and 132 b surrounding the distributed feedback active region 131.
  • the diffraction grating layer 121 a made of SiN is formed on the semiconductor layer 104 b and the compound semiconductor layer 205, and the first diffraction grating 121 is formed on the diffraction grating layer 121 a in the distributed feedback active region 131.
  • the diffraction grating layer 121a is formed by depositing SiN by a well-known deposition method.
  • the first diffraction grating 121 is formed by a known lithography technique and etching technique. In this formation, the concave portion of the diffraction grating penetrates the diffraction grating layer 121a.
  • the semiconductor layer 104b and the compound semiconductor layer 205 below the diffraction grating layer 121a are made of InP, and the diffraction grating layer 121a is made of SiN. Therefore, in the etching process for patterning the diffraction grating layer 121a, most of InP is used.
  • the semiconductor layer 104b functions as an etching stop layer without being etched. For this reason, in the formation of the concave portion penetrating the diffraction grating layer 121a, there is no need to precisely control the amount of etching.
  • the diffraction grating layer 121a is etched using the mask pattern that covers the region of the distributed feedback active region 131, as shown in FIG. 3E. As described above, the diffraction grating layer 121a is formed only in the distributed feedback active region 131.
  • FIG. 3E shows a state after the mask pattern is removed.
  • second diffraction gratings 122a and 122b in the distributed Bragg reflector regions 132a and 132b are formed.
  • the second diffraction gratings 122a and 122b are formed by patterning the compound semiconductor layer 205 in the distributed Bragg reflector regions 132a and 132b by predetermined etching using a resist pattern formed by a well-known lithography technique as a mask. do it.
  • the core layer 113a and the core layer 113b are not formed.
  • the compound semiconductor layer 205 in the waveguide direction region surrounding the distributed feedback active region 131 is patterned in the same manner as described above, so that the core layer 113a and the core layer 113b are formed in the portion where the second diffraction gratings 122a and 122b are formed.
  • the core layer 113a and the core layer 113b of the distributed Bragg reflector regions 132a and 132b are formed in the compound semiconductor layer 205 used for forming the n-type semiconductor layer 105 and the p-type semiconductor layer 106 for current injection. Since it is formed, the process can be simplified.
  • an n-type electrode 107 is formed on the n-type semiconductor layer 105
  • a p-type electrode 108 is formed on the p-type semiconductor layer 106.
  • a distributed feedback active region 131 having a waveguide length of 20 ⁇ m is used as shown in FIG. 4C. It is preferable to provide a distributed Bragg reflector region 132a having a waveguide length of 17 ⁇ m on one side and a distributed Bragg reflector region 132b having a waveguide length of 50 ⁇ m on the other side.
  • the oscillation threshold gain is 46 cm ⁇ 1 and a short laser with an active layer length of 20 ⁇ m can be oscillated.
  • a spot size conversion core 302 made of SiO x having a larger amount of silicon than the stoichiometric composition is provided in the distributed Bragg reflector region 132b. Further, the spot size conversion core 302 is formed on the core layer 113b via the SiO 2 layer 301. In the distributed feedback active region 131, an SiO 2 layer 301 is formed continuously from the distributed Bragg reflector region 132b, and an SiO x layer 302a constituting the spot size conversion core 302 is formed. Each dimension is as shown to FIG. 4A and FIG. 4B.
  • the diffraction grating in the distributed feedback active region 131 is formed in a diffraction grating layer 121a having a thickness of 41 nm (coupling coefficient 145 cm ⁇ 1 ). Further, in the distributed Bragg reflector regions 132a and 132b, a diffraction grating is formed by forming a recess having a depth of 25 nm on the upper surface of the core layers 113a and 113b made of InP (coupling coefficient 868 cm ⁇ 1 ).
  • the oscillation wavelength of a laser having a diffraction grating such as a DFB laser is determined by the coupling coefficient of the diffraction grating. Since the coupling coefficient of the diffraction grating depends on the etching depth of the semiconductor, controlling the depth of the diffraction grating is important for controlling the oscillation wavelength.
  • a compound semiconductor layer constituting the distributed feedback active region 131 for example, the semiconductor layer 104a is etched to form a diffraction grating, it is not easy to control the etching amount, and the depth of the diffraction grating is controlled. Is not easy.
  • the depth of the diffraction grating is the thickness of the diffraction grating layer 121a. It is decided by this. Therefore, according to the embodiment, the diffraction grating layer 121a may be formed to the same thickness as the desired depth of the diffraction grating. In general, the thickness control of a film to be formed (film formation) can easily obtain higher accuracy than the control of the etching amount.
  • the thickness of the diffraction grating layer 121a can be controlled on the order of 1 nm. For this reason, according to the embodiment, it is possible to reduce the error of the oscillation wavelength caused by the manufacturing error of the diffraction grating.
  • the second diffraction gratings 122a and 122b are made of compound semiconductors to increase the overall reflectivity, and the diffraction gratings can be manufactured without increasing the laser threshold gain.
  • the oscillation wavelength error due to the error can be reduced.
  • the distributed feedback active region 131 distribution
  • the depth needs to be 25 nm in order to obtain an oscillation threshold gain of 50 cm ⁇ 1 .
  • the error of the diffraction grating depth is 20% (when the actual value is 20 nm or 30 nm with respect to the design value of 25 nm), and the error of the oscillation wavelength is 5 nm.
  • the thickness control in the film formation is more accurate than the etching amount control and can be controlled in the order of 1 nm, and the oscillation wavelength error is suppressed to about 1 nm.
  • the result shown in FIG. 5 is the result of having simulated by each dimension shown to FIG. 4A and FIG. 4B.
  • the first diffraction grating 221 is formed on the side of the active layer 103, and in the distributed Bragg reflector regions 132a and 132b, the core layers 113a, Second diffraction gratings 222a and 222b may be formed on the side of 113b.
  • the first diffraction grating 221 may be constituted by a concave portion formed through the diffraction grating layer 221a formed on the side of the active layer 103 and a convex portion adjacent to the concave portion. This is the same as the above-described embodiment.
  • core layers 213a and 213b made of InGaAsP may be formed in the distributed Bragg reflector regions 132a and 132b to form a butt joint buried waveguide.
  • Semiconductor layers made of InP or the like are disposed above and below the core layers 213a and 213b, and these serve as cladding layers.
  • This semiconductor laser includes an active region 331 and two distributed Bragg reflector regions 132a and 132b arranged in succession to the active region 331.
  • the distributed Bragg reflector region 132a and the distributed Bragg reflector region 132b are continuously arranged in the active region 331 with the active region 331 sandwiched in the waveguide direction.
  • the active region 331 has an active layer 103 made of a compound semiconductor.
  • the distributed Bragg reflector regions 132a and 132b include two core layers 113a and 113b made of a compound semiconductor, and diffraction gratings 322a and 322b formed corresponding to the respective core layers 113a and 113b.
  • the core layers 113a and 113b are formed continuously with the active layer 103 with the active layer 103 sandwiched in the waveguide direction.
  • the diffraction grating 322a is composed of a concave portion formed through the diffraction grating layer 323 formed on the core layer 113a and a convex portion adjacent to the concave portion.
  • the diffraction grating 322b is formed by patterning the upper surface of the core layer 113b or the information semiconductor layer of the core layer 113b by a known lithography technique and etching technique.
  • the diffraction grating layer 323 is made of a material that is less likely to be etched than the material constituting the distributed Bragg reflector region 132a.
  • the diffraction grating layer 323 may be made of a material having a lower refractive index than the material constituting the distributed Bragg reflector region 132a.
  • the diffraction grating layer 323 only needs to be made of a dielectric such as SiN, SiO x N y , SiO 2 , Al 2 O 3 , HfO 2 .
  • the distributed Bragg reflector region 132a connected to one of the active regions 331 has a small coupling coefficient of the diffraction grating 322a and a small stop band.
  • the distributed Bragg reflector region 132b connected to the other active region 331 has a large coupling coefficient of the diffraction grating 322b and a wide stop band.
  • the diffraction grating 322a formed by the recess formed through the diffraction grating layer 323 can control the diffraction grating depth with high accuracy, and is caused by an error in the diffraction grating depth.
  • the oscillation wavelength error can be reduced.
  • This semiconductor laser includes a distributed feedback active region 431 and two distributed Bragg reflector regions 432a and 432b arranged continuously in the distributed feedback active region 431.
  • This semiconductor laser is a so-called DR laser.
  • the distributed Bragg reflector region 432a and the distributed Bragg reflector region 432b are continuously arranged in the waveguide direction with the distributed feedback active region 431 interposed therebetween.
  • the distributed feedback active region 431 includes an active layer 403 made of a compound semiconductor and a first diffraction grating 421.
  • the distributed Bragg reflector regions 432a and 432b include two core layers 413a and 413b made of a compound semiconductor, and second diffraction gratings 422a and 422b formed corresponding to the core layers 413a and 413b, respectively.
  • the core layers 413a and 413b are formed continuously with the active layer 403 with the active layer 403 sandwiched in the waveguide direction.
  • the second diffraction gratings 422a and 422b pass through the diffraction grating layer 423 formed on the core layers 413a and 413b, and are formed from the upper surface of the distributed Bragg reflector regions 432a and 432b to a part in the depth direction. And a convex portion adjacent to the concave portion.
  • the diffraction grating layer 423 is made of a material that is harder to be etched than the material constituting the distributed Bragg reflector regions 432a and 432b.
  • the diffraction grating layer 423 is made of a material having a lower refractive index than the material constituting the distributed Bragg reflector regions 432a and 432b.
  • the diffraction grating layer 423 only needs to be made of a dielectric material such as SiN, SiO x N y , SiO 2 , Al 2 O 3 , or HfO 2 .
  • the semiconductor layer on the upper surface of the first diffraction grating 421 and the distributed feedback active region 431 is formed by patterning using a known lithography technique and etching technique.
  • the second diffraction gratings 422a and 422b including the diffraction grating layer 423 have a higher coupling coefficient because the diffraction grating is deeper.
  • the first diffraction grating 421 has a low coupling coefficient.
  • the diffraction grating may be provided on the side of each region.

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Abstract

分布帰還活性領域（１３１）と、分布帰還活性領域（１３１）に連続して配置された２つの分布ブラッグ反射鏡領域（１３２ａ，１３２ｂ）とを備える。分布帰還活性領域（１３１）は、化合物半導体からなる活性層（１０３）および第１回折格子（１２１）を有する。第１回折格子（１２１）は、活性層（１０３）の上に形成された回折格子層（１２１ａ）を貫通して形成された凹部および凹部に隣接する凸部から構成されている。

Description

半導体レーザ
　本発明は、光送信器用光源などに利用される半導体レーザに関する。
　現在、波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing：ＷＤＭ）方式による光ファイバ通信の高速化、大容量化の要求に対し、様々な波長多重光源が開発されている。この要求の実現には、光源となるレーザの発振波長制御などが重要となる。例えば、関連する技術としては、分布帰還型（Distributed Feedback：ＤＦＢ）レーザがある（非特許文献１参照）。
　ＤＦＢレーザは、活性層の上に回折格子を備えるレーザであり、回折格子のピッチと深さとにより発振波長が決定される。このレーザは、導波路構造を備え、この両端より発振光が出射するため、リングフィルタなどと集積する場合、一方の端部から出射する光は使われず、光を半分損失することになる。
　上述した問題を解消するために、ＤＦＢレーザの一方の端部に、高反射率の分布ブラッグ反射（Distributed Bragg Reflector；ＤＢＲ）を接続し、他方の端部から光を出射する構成とした分布反射型（ Distributed Reflector；ＤＲ）レーザが提案されている（非特許文献２参照）。
　また、ＤＦＢレーザの両方の端部に各々ＤＢＲを設け、一方のＤＢＲに対して他方のＤＢＲの反射率を低くし、他方のＤＢＲから光を出射させるＤＲレーザも提案されている（非特許文献３参照）。片側のみにＤＢＲを設けた構成に比較し、両側にＤＢＲを設ける構成では、発振しきい値利得を下げることができ、損失が大きい短共振器レーザの発振に有利となる。
K. Utaka et al., "λ/4-Shifted InGaAsP/InP DFB Lasers", IEEE Journal of Quantum Electrons, Vol. QE-22, No. 7, pp. 1042, 1986. K. Ohira et al., "GaInAsP/InP distributed reflector laser with phase-shifted DFB and quantum-wire DBR sections", IEEE Electronic Express, Vol. 2, No. 11, pp. 356, 2005. K. Otsubo et al., "Low-Driving-Current High-Speed Direct Modulation up to 40 Gb/s Using 1.3-μm Semi-Insulating Buried-Heterostructure AlGaInAs-MQW Distributed Reflector (DR) Lasers," OSA/OFC/NFOEC, OThT6, 2009.
　ところで、現在、ＤＦＢレーザを波長多重光源として用いたＷＤＭが、メトロネットワークに導入されているが、チップ間のような短距離通信の光インターコネクトへもＷＤＭを導入する試みが検討されている。チップ間光インターコネクトには、低消費電力な短活性層長のレーザが求められるため、ＤＦＢレーザ、片側ＤＲレーザよりも、発振しきい値利得を下げることができる両側ＤＲレーザが適している。これらＤＦＢレーザ、片側ＤＲレーザ、両側ＤＲレーザを用いた波長多重をさらに高密度にするためには、より精確な発振波長の制御が求められる。
　しかしながら、従来の技術では、以下に示すことにより、発振波長の精確な制御が容易ではないという問題があった。従来では、一般に、活性層などを備える領域を構成しているＩｎＰなどの化合物半導体を、所定のマスクパターンを用いてエッチングすることで、所定の周期の凹凸を形成して回折格子としている。このため、回折格子の深さの制御が、エッチングの量によって決定されることになる。
　しかしながら、よく知られているように、エッチングの量を精確に制御することは容易ではない。発振波長は、回折格子の結合係数によって決定され、回折格子の結合係数は、回折格子の深さに依存するため、上述したようにエッチングの量で決定される回折格子の深さを精確に制御することは容易ではない。
　本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、より容易に発振波長が精確に制御できるようにすることを目的とする。
　本発明に係る半導体レーザは、基板の上に形成された化合物半導体からなる活性層および第１回折格子を有する分布帰還活性領域と、活性層を導波方向に挟んで活性層に連続して形成されて、化合物半導体からなる２つのコア層、および各々のコア層に対応して形成された第２回折格子を有し、導波方向に分布帰還活性領域を挟んで分布帰還活性領域に連続して配置された２つの分布ブラッグ反射鏡領域とを備え、第１回折格子は、活性層の上に形成された回折格子層を貫通して形成された凹部および凹部に隣接する凸部から構成され、回折格子層は、分布帰還活性領域を構成する材料よりエッチングされにくい材料から構成されている。
　上記半導体レーザにおいて、回折格子層は、分布帰還活性領域を構成する材料より低い屈折率の材料から構成されている。
　上記半導体レーザにおいて、第１回折格子は、活性層の側方に形成され、第２回折格子は、コア層の側方に形成されていてもよい。
　上記半導体レーザにおいて、回折格子層は、誘電体から構成されていればよい。
　以上説明したことにより、本発明によれば、より容易に発振波長が精確に制御できるという優れた効果が得られる。
図１は、本発明の実施の形態１における半導体レーザの構成を示す断面図である。 図２Ａは、本発明の実施の形態１における半導体レーザの一部構成を示す断面図である。 図２Ｂは、本発明の実施の形態１における半導体レーザの一部構成を示す断面図である。 図３Ａは、本発明の実施の形態１における半導体レーザの製造途中の状態を示す断面図である。 図３Ｂは、本発明の実施の形態１における半導体レーザの製造途中の状態を示す断面図である。 図３Ｃは、本発明の実施の形態１における半導体レーザの製造途中の状態を示す断面図である。 図３Ｄは、本発明の実施の形態１における半導体レーザの製造途中の状態を示す断面図である。 図３Ｅは、本発明の実施の形態１における半導体レーザの製造途中の状態を示す断面図である。 図４Ａは、本発明の実施の形態１における他の半導体レーザの一部構成を示す断面図である。 図４Ｂは、本発明の実施の形態１における他の半導体レーザの一部構成を示す断面図である。 図４Ｃは、本発明の実施の形態１における半導体レーザの一部構成を示す構成図である。 図５は、回折格子の深さの誤差と発振波長の誤差との関係を示す特性図である。 図６は、本発明の実施の形態１における他の半導体レーザの構成を示す平面図である。 図７は、本発明の実施の形態１における半導体レーザの構成を示す断面図である。 図８は、本発明の実施の形態２における半導体レーザの構成を示す断面図である。 図９は、本発明の実施の形態３における半導体レーザの構成を示す断面図である。
　以下、本発明の実施の形態おける半導体レーザについて説明する。
［実施の形態１］
　はじめに、本発明の実施の形態１における半導体レーザについて、図１を参照して説明する。
　この半導体レーザは、分布帰還活性領域１３１と、分布帰還活性領域１３１に連続して配置された２つの分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，１３２ｂとを備える。この半導体レーザは、いわゆるＤＲレーザである。分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａおよび分布ブラッグ反射鏡領域１３２ｂは、導波方向に分布帰還活性領域１３１を挟んで分布帰還活性領域１３１に連続して配置されている。
　分布帰還活性領域１３１は、化合物半導体からなる活性層１０３および第１回折格子１２１を有する。また、分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，１３２ｂは、化合物半導体からなる２つのコア層１１３ａ，１１３ｂ、および各々のコア層１１３ａ，１１３ｂに対応して形成された第２回折格子１２２ａ，１２２ｂを有する。コア層１１３ａ，１１３ｂは、活性層１０３を導波方向に挟んで活性層１０３に連続して形成されている。
　また、第１回折格子１２１は、活性層１０３の上に形成された回折格子層１２１ａを貫通して形成された凹部および凹部に隣接する凸部から構成されている。なお、実施の形態１において、第２回折格子１２２ａ，１２２ｂは、コア層１１３ａ，１１３ｂの上面を、公知のリソグラフィー技術およびエッチング技術によりパターニングすることなどにより形成されている。
　また、回折格子層１２１ａは、分布帰還活性領域１３１を構成する材料よりエッチングされにくい材料から構成されている。また、回折格子層１２１ａは、分布帰還活性領域１３１を構成する材料より低い屈折率の材料から構成されているとよい。例えば、回折格子層１２１ａは、ＳｉＮ，ＳｉＯxＮy，ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＨｆＯ2などの誘電体から構成されていればよい。
　なお、実施の形態１における半導体レーザは、第１回折格子１２１が、位相シフト部（λ／４シフト）１２１ｂを備える。位相シフト部１２１ｂは、第１回折格子１２１のブラッグ波長が均一となるように設定されている。
　実施の形態１における半導体レーザは、例えば、第２回折格子１２２ａおよび第２回折格子１２２ｂの結合係数が、第１回折格子１２１の結合係数より高いものとされている。例えば、第２回折格子１２２ａおよび第２回折格子１２２ｂの凹凸の段差を、第１回折格子１２１の凹凸の段差より大きくすることで、上述した結合係数の関係とすることができる。なお、実施の形態１において、位相シフト部１２１ｂは、第１回折格子１２１の中央部に配置されている。
　以下、図２Ａ，図２Ｂを用いて、より詳細に説明する。分布帰還活性領域１３１、分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，１３２ｂは、同一の基板１０１の上に形成されている。分布帰還活性領域１３１は、活性層１０３に接して形成されたｎ型半導体層１０５およびｐ型半導体層１０６を備える。この例では、基板１０１の平面方向に、ｎ型半導体層１０５およびｐ型半導体層１０６が配置され、これらは、活性層１０３の側面に接して形成されている。
　また、ｎ型半導体層１０５に電気的に接続するｎ型電極１０７と、ｐ型半導体層１０６に電気的に接続するｐ型電極１０８とを備える。この例では、基板１０１の平面方向（横方向）に電流が注入される。なお、ｎ型半導体層１０５の上に、より高濃度にｎ型不純物が導入されたｎ型コンタクト層を介してｎ型電極１０７を形成してもよい。同様に、ｐ型半導体層１０６の上に、より高濃度にｐ型不純物が導入されたｐ型コンタクト層を介してｐ型電極１０８を形成してもよい。
　分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａにおいて、コア層１１３ａは、活性層１０３に連続して形成されている。また、分布ブラッグ反射鏡領域１３２ｂにおいて、コア層１１３ｂは、活性層１０３に連続して形成されている。また、この例では、コア層１１３ａの上に第２回折格子１２２ａが形成され、コア層１１３ｂの上に第２回折格子１２２ｂが形成されている。
　なお、基板１０１の上には、下部クラッド層１０２が形成され、この上に、活性層１０３が形成されている。コア層１１３ａ，１１３ｂも下部クラッド層１０２の上に形成されている。また、活性層１０３は、基板１０１から見て上下の方向に、半導体層１０４ａ，半導体層１０４ｂに挾まれている。また、半導体層１０４ａ，活性層１０３，半導体層１０４ｂの積層構造が、ｎ型半導体層１０５およびｐ型半導体層１０６に挾まれている。ｐ型半導体層１０６およびｎ型半導体層１０５は、基板１０１の平面に平行な方向で活性層１０３を挾んで形成されている。
　ここでは、半導体層１０４ａの上に接して活性層１０３が形成され、活性層１０３の上に接して半導体層１０４ｂが形成されている。また、半導体層１０４ａ，活性層１０３，半導体層１０４ｂの積層構造の側部に接し、ｎ型半導体層１０５およびｐ型半導体層１０６が形成されている。なお、分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａにおいて、ｎ型半導体層１０５およびｐ型半導体層１０６は形成していない。
　実施の形態における分布帰還活性領域１３１において、活性層１０３には、基板１０１の平面に平行な方向で電流が注入される。なお、分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，１３２ｂにおいて、ｎ型電極１０７およびｐ型電極１０８は形成していない。
　また、活性層１０３は、光出射方向に所定の長さで延在し、この延在方向の分布帰還活性領域１３１において、活性層１０３の上に回折格子層１２１ａが形成され、回折格子層１２１ａに第１回折格子１２１が形成されている。前述したように、回折格子層１２１ａを貫通して形成された凹部と、この凹部に隣接する凸部から第１回折格子１２１が構成されている。また、このように延在している活性層１０３に連続してコア層１１３ａ，１１３ｂが形成されている。第２回折格子１２２ａは、コア層１１３ａの上面に形成し、第２回折格子１２２ｂは、コア層１１３ｂの上面に形成している。例えば、第２回折格子１２２ａおよび第２回折格子１２２ｂの凹凸の段差は、第１回折格子１２１の凹凸の段差より大きくされている。
　また、図示していないが、半導体レーザは、出力端面に、無反射膜が形成されている。
　基板１０１は、例えば、シリコンから構成されている。下部クラッド層１０２は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2）から構成され、厚さ２μｍとされている。また、活性層１０３は、例えば、ＩｎＧａＡｓＰからなる井戸層とバリア層が交互に積層された厚さ１５０ｎｍの量子井戸構造とされている。また、活性層１０３は、幅０．７μｍ程度とされている。また、半導体層１０４ａ，活性層１０３，半導体層１０４ｂを合わせた厚さは、２５０ｎｍとされている。なお、ｎ型半導体層１０５およびｐ型半導体層１０６も、各々厚さ２５０ｎｍとされている。量子井戸構造とされている活性層１０３の発光波長は、１．５５μｍである。また、回折格子層１２１ａは、ＳｉＮから構成され、第１回折格子１２１は、ブラッグ波長が１．５５μｍとされている。
　また、例えば、半導体層１０４ａ，半導体層１０４ｂは、アンドープのＩｎＰ（ｉ－ＩｎＰ）から構成されている。また、活性層１０３を挾む、一方のｎ型半導体層１０５は、Ｓｉが１×１０18ｃｍ-3程度ドープされたｎ型のＩｎＰ（ｎ－ＩｎＰ）から構成され、他方のｐ型半導体層１０６は、Ｚｎが１×１０18ｃｍ-3程度ドープされたｐ型のＩｎＰ（ｐ－ＩｎＰ）から構成されている。
　また、コア層１１３ａ，１１３ｂは、アンドープのＩｎＰ（ｉ－ＩｎＰ）から構成され、幅１．５μｍ程度とされ、厚さは、２５０ｎｍとされている。なお、図示していないが、ｎ型コンタクト層、ｐ型コンタクト層は、例えば、ＩｎＧａＡｓから構成すればよい。
　上述した半導体レーザは、高屈折率なＩｎＰの層の下部は、低屈折率な酸化シリコンからなる下部クラッド層１０２が形成され、上部は、低屈折率な空気とされている。この結果、活性層１０３、コア層１１３ａ，１１３ｂへの強い光閉じ込めが実現され、レーザの低電力動作に有利である。また、第２回折格子１２２ａ，１２２ｂは、ＩｎＰの層と空気の層と高い屈折率差により形成されるため、１０００ｃｍ-1を超える高い結合係数を実現することができる。
　以下、実施の形態における半導体レーザの製造方法について、図３Ａ～図３Ｅを用いて簡単に説明する。図３Ａ～図３Ｆは、実施の形態における半導体レーザの製造途中の状態を示す構成図であり、分布帰還活性領域１３１の、導波方向に平行な面の断面を模式的に示している。
　例えば、まず、酸化シリコンから構成された下部クラッド層１０２を備える基板（シリコン基板）１０１を用意する。例えば、基板１０１の主表面を熱酸化することで、下部クラッド層１０２を形成する。
　一方で、ＩｎＰ基板の上に、ＩｎＧａＡｓからなる犠牲層、半導体層１０４ａとなる化合物半導体層２０３、活性層１０３となる化合物半導体層２０４、コア層１１３ａ，コア層１１３ｂとなる化合物半導体層をエピタキシャル成長させる。例えば、よく知られた有機金属気相成長法により、各層を成長させれば良い。
　次いで、このエピタキシャル成長した基板の最上面と、前述した基板１０１の下部クラッド層１０２の表面とを公知のウエハ接合技術により直接接合し、この後、ＩｎＰ基板と犠牲層を除去する。この結果、図３Ａに示すように、分布帰還活性領域１３１においては、基板１０１の上に、下部クラッド層１０２、化合物半導体層２０３、化合物半導体層２０４が形成された状態となる。
　次いで、公知のフォトリソグラフィー技術により作製したレジストパターンをマスクとしたウエットエッチングおよびドライエッチングなどにより、成長させた化合物半導体層２０３，化合物半導体層２０４などをパターニングし、図３Ｂに示すように、半導体層１０４ａ、活性層１０３からなる分布帰還活性領域１３１のストライプ構造を形成する。分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，１３２ｂでは、活性層１０３がない状態とする。なお、各パターンを形成した後は、レジストパターンを除去する。
　次に、図３Ｃに示すように、形成した半導体層１０４ａ、活性層１０３の周囲より、アンドープのＩｎＰからなる化合物半導体層２０５を再成長させる。分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，１３２ｂでは、化合物半導体層２０５が下部クラッド層１０２の上に形成された状態となる。
　次いで、例えば、イオン注入法により、活性層１０３の両脇の領域に選択的にｎ型の不純物およびｐ型の不純物を導入することで、分布帰還活性領域１３１では、ｎ型半導体層１０５およびｐ型半導体層１０６を形成する。この結果、活性層１０３の上には、ノンドープのＩｎＰからなる半導体層１０４ｂが形成された状態となる。この段階において、分布帰還活性領域１３１を挾む分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，１３２ｂには、化合物半導体層２０５が残っている。
　次に、半導体層１０４ｂおよび化合物半導体層２０５の上に、ＳｉＮからなる回折格子層１２１ａを形成し、分布帰還活性領域１３１における回折格子層１２１ａに、第１回折格子１２１を形成する。例えば、よく知られた堆積法によりＳｉＮを堆積することで回折格子層１２１ａを形成する。次いで、公知のリソグラフィー技術およびエッチング技術により、第１回折格子１２１を形成する。この形成において、回折格子の凹部は、回折格子層１２１ａを貫通させる。
　回折格子層１２１ａの下層の半導体層１０４ｂ，化合物半導体層２０５は、ＩｎＰから構成し、回折格子層１２１ａは、ＳｉＮから構成しているので、回折格子層１２１ａのパターニングおけるエッチング処理では、ＩｎＰがほとんどエッチングされず、半導体層１０４ｂがエッチングストップ層として機能するものとなる。このため、回折格子層１２１ａを貫通させる凹部の形成においては、精確なエッチングの量の制御が全く必要無い。
　次に、第１回折格子１２１を形成するために用いたマスクパターンを除去した後、分布帰還活性領域１３１の領域を覆うマスクパターンを用いて回折格子層１２１ａをエッチングすることで、図３Ｅに示すように、分布帰還活性領域１３１のみに回折格子層１２１ａが形成された状態とする。なお、図３Ｅは、上記マスクパターンを除去した後の状態を示している。
　この後、分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，１３２ｂにおける第２回折格子１２２ａ，１２２ｂを形成する。例えば、よく知られたリソグラフィー技術により形成したレジストパターンをマスクとし、所定のエッチングにより、分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，１３２ｂにおける化合物半導体層２０５をパターニングすることで、第２回折格子１２２ａ，１２２ｂを形成すればよい。なお、この段階では、コア層１１３ａ、コア層１１３ｂは形成されていない。
　次に、分布帰還活性領域１３１を挾む導波方向の領域の化合物半導体層２０５を、前述同様にパターニングすることで、第２回折格子１２２ａ，１２２ｂを形成した部分にコア層１１３ａ、コア層１１３ｂを形成する。この構成によれば、電流注入のためのｎ型半導体層１０５およびｐ型半導体層１０６の形成に用いた化合物半導体層２０５で、分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，１３２ｂのコア層１１３ａ、コア層１１３ｂを形成するので、工程が簡略化できる。この後、ｎ型半導体層１０５の上にｎ型電極１０７を形成し、ｐ型半導体層１０６の上にｐ型電極１０８を形成する。
　例えば、図４Ａに示す、ＩｎＧａＡｓＰからなる厚さ１５０ｎｍの量子井戸を９層重ねた量子井戸構造の活性層１０３を用いた場合、図４Ｃに示すように、導波長２０μｍとした分布帰還活性領域１３１の一方に、導波長１７μｍの分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａを設け、他方に導波長５０μｍの分布ブラッグ反射鏡領域１３２ｂを設けるとよい。この構成とすることで、発振しきい値利得は４６ｃｍ-1となり、活性層長が２０μｍの短いレーザも発振させることが可能である。
　ここでは、図４Ｂに示すように、分布ブラッグ反射鏡領域１３２ｂに、化学量論組成よりシリコンの量が多いＳｉＯxからなるスポットサイズ変換コア３０２を設けている。また、スポットサイズ変換コア３０２は、コア層１１３ｂの上にＳｉＯ2層３０１を介して形成している。また、分布帰還活性領域１３１には、分布ブラッグ反射鏡領域１３２ｂから連続してＳｉＯ2層３０１が形成され、またスポットサイズ変換コア３０２を構成するＳｉＯx層３０２ａが形成されている。各寸法は、図４Ａ、図４Ｂに示す通りである。
　また、分布帰還活性領域１３１における回折格子は、厚さ４１ｎｍの回折格子層１２１ａに形成されている（結合係数１４５ｃｍ-1）。また、分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，１３２ｂでは、ＩｎＰからなるコア層１１３ａ，１１３ｂの上面を、深さ２５ｎｍの凹部を形成することで、回折格子を形成している（結合係数８６８ｃｍ-1）。
　上述した実施の形態１によれば、回折格子の作製誤差による発振波長誤差を抑制することができる。ＤＦＢレーザなどの回折格子を有するレーザは、回折格子の結合係数によって発振波長が決定される。回折格子の結合係数は、半導体のエッチング深さに依存するため、回折格子の深さを制御することが発振波長の制御に重要である。分布帰還活性領域１３１を構成する化合物半導体層、例えば、半導体層１０４ａをエッチング加工して回折格子を形成する場合、このエッチング量を制御することが容易ではなく、回折格子の深さを制御することが容易ではない。
　これに対し、実施の形態によれば、回折格子層１２１ａを貫通させた凹部により回折格子（第１回折格子１２１）を形成しているため、回折格子の深さは、回折格子層１２１ａの厚さで決定される。従って、実施の形態によれば、回折格子の所望の深さと同じ厚さに回折格子層１２１ａを形成すればよい。一般に、形成（成膜）する膜の厚さ制御は、エッチング量の制御より、容易に高い精度を得ることができる。例えば、よく知られたＥＣＲスパッタ法を用いれば、１ｎｍのオーダで回折格子層１２１ａの厚さが制御できる。このため、実施の形態によれば、回折格子の作製誤差に起因する発振波長の誤差を小さくすることができる。
　なお、誘電体から回折格子を構成した場合、結合係数をあまり大きくすることができず、反射率が下がりしきい値利得は上がってしまう。このため、分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，１３２ｂにおいては、第２回折格子１２２ａ，１２２ｂを化合物半導体から構成することで全体の反射率を上げ、レーザのしきい値利得を上げることなく回折格子の作製誤差による発振波長誤差を軽減することができる。
　例えば、導波長１０μｍの分布帰還活性領域１３１の一方に２０μｍの分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａを配置し、他方に５０μｍの分布ブラッグ反射鏡領域１３２ｂを配置する構成の場合、分布帰還活性領域１３１、分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，１３２ｂともに、化合物半導体の層に回折格子を形成すると、発振しきい値利得５０ｃｍ-1を得るためには深さを２５ｎｍとする必要がある。
　図５に示すように、回折格子の深さの誤差が２０％（設計値２５ｎｍに対し、実際の値が２０ｎｍまたは３０ｎｍの場合）、発振波長の誤差は５ｎｍとなる。一方、成膜における厚さの制御は、エッチング量の制御よりも精度が高く、１ｎｍオーダでの制御が可能であり、発振波長の誤差は１ｎｍ程度に抑えられる。なお、図５に示す結果は、図４Ａ、図４Ｂに示す各寸法によりシミュレーションした結果である。
　なお、図６の平面図に示すように、分布帰還活性領域１３１において、活性層１０３の側方に、第１回折格子２２１を形成し、分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，１３２ｂにおいて、コア層１１３ａ，１１３ｂの側方に、第２回折格子２２２ａ，２２２ｂを形成してもよい。この場合においても、第１回折格子２２１は、活性層１０３の側方に形成した回折格子層２２１ａを貫通して形成された凹部および凹部に隣接する凸部から構成すればよい。このようにしても、前述した実施の形態と同様である。
　また、図７に示すように、分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，１３２ｂに、ＩｎＧａＡｓＰからなるコア層２１３ａ，２１３ｂを形成し、バットジョイント埋め込み導波路としてもよい。コア層２１３ａ，２１３ｂの上下には、ＩｎＰなどからなる半導体層が配置され、これらはクラッド層となる。この構成とすることで、分布帰還活性領域１３１と分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，１３２ｂとの等価屈折率が合致する状態なり、前述した実施の形態の効果に加え、反射による損失を抑制する効果が得られるようになる。なお、回折格子は、各領域の側方に設けられていてもよい。
［実施の形態２］
　次に、本発明の実施の形態２における半導体レーザについて、図８を参照して説明する。この半導体レーザは、活性領域３３１と、活性領域３３１に連続して配置された２つの分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，１３２ｂとを備える。分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａおよび分布ブラッグ反射鏡領域１３２ｂは、導波方向に活性領域３３１を挟んで活性領域３３１に連続して配置されている。
　活性領域３３１は、化合物半導体からなる活性層１０３を有する。また、分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，１３２ｂは、化合物半導体からなる２つのコア層１１３ａ，１１３ｂ、および各々のコア層１１３ａ，１１３ｂに対応して形成された回折格子３２２ａ，３２２ｂを有する。コア層１１３ａ，１１３ｂは、活性層１０３を導波方向に挟んで活性層１０３に連続して形成されている。
　また、回折格子３２２ａは、コア層１１３ａの上に形成された回折格子層３２３を貫通して形成された凹部および凹部に隣接する凸部から構成されている。なお、実施の形態２において、回折格子３２２ｂは、コア層１１３ｂの上面またはコア層１１３ｂの情報の半導体層を、公知のリソグラフィー技術およびエッチング技術によりパターニングすることなどにより形成されている。
　また、回折格子層３２３は、分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａを構成する材料よりエッチングされにくい材料から構成されている。また、回折格子層３２３は、分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａを構成する材料より低い屈折率の材料から構成されているとよい。例えば、回折格子層３２３は、ＳｉＮ，ＳｉＯxＮy，ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＨｆＯ2などの誘電体から構成されていればよい。
　実施の形態２における半導体レーザによれば、活性領域３３１の一方に接続する分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａは、回折格子３２２ａの結合係数が小さく、ストップバンドが小さい。一方、活性領域３３１の他方に接続する分布ブラッグ反射鏡領域１３２ｂは、回折格子３２２ｂの結合係数が大きく、ストップバンドが広い。この構成とすることで、発振波長は、分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａの回折格子３２２ａによるブラッグ波長によって決定される。前述した実施の形態１で説明したように、回折格子層３２３を貫通して形成された凹部による回折格子３２２ａは、回折格子深さを高い精度で制御可能であり、回折格子深さの誤差による発振波長誤差を小さくすることができる。
［実施の形態３］
　次に、本発明の実施の形態３における半導体レーザについて、図９を参照して説明する。この半導体レーザは、分布帰還活性領域４３１と、分布帰還活性領域４３１に連続して配置された２つの分布ブラッグ反射鏡領域４３２ａ，４３２ｂとを備える。この半導体レーザは、いわゆるＤＲレーザである。分布ブラッグ反射鏡領域４３２ａおよび分布ブラッグ反射鏡領域４３２ｂは、導波方向に分布帰還活性領域４３１を挟んで分布帰還活性領域４３１に連続して配置されている。
　分布帰還活性領域４３１は、化合物半導体からなる活性層４０３および第１回折格子４２１を有する。また、分布ブラッグ反射鏡領域４３２ａ，４３２ｂは、化合物半導体からなる２つのコア層４１３ａ，４１３ｂ、および各々のコア層４１３ａ，４１３ｂに対応して形成された第２回折格子４２２ａ，４２２ｂを有する。コア層４１３ａ，４１３ｂは、活性層４０３を導波方向に挟んで活性層４０３に連続して形成されている。
　また、第２回折格子４２２ａ，４２２ｂは、コア層４１３ａ，４１３ｂの上に形成された回折格子層４２３を貫通し、分布ブラッグ反射鏡領域４３２ａ，４３２ｂの上面より深さ方向の一部にまで形成された凹部および凹部に隣接する凸部から構成されている。回折格子層４２３は、分布ブラッグ反射鏡領域４３２ａ，４３２ｂを構成する材料よりエッチングされにくい材料から構成されている。また、回折格子層４２３は、分布ブラッグ反射鏡領域４３２ａ，４３２ｂを構成する材料より低い屈折率の材料から構成されている。回折格子層４２３は、ＳｉＮ，ＳｉＯxＮy，ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＨｆＯ2などの誘電体から構成されていればよい。
　なお、実施の形態３において、第１回折格子４２１、分布帰還活性領域４３１の上面の半導体層を、公知のリソグラフィー技術およびエッチング技術によりパターニングすることなどにより形成されている。
　上述した構成の実施の形態３によれば、回折格子層４２３を備える第２回折格子４２２ａ，４２２ｂは、回折格子がより深くなるので結合係数が高くなる。一方、第１回折格子４２１は、結合係数が低い状態である。このように、第２回折格子４２２ａ，４２２ｂの結合係数が、第１回折格子４２１の結合係数よりも高くなることにより、回折格子の損失によるレーザの発振しきい値利得の上昇を抑えることができる。なお、回折格子は、各領域の側方に設けられていてもよい。
　なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
　１０１…基板、１０２…下部クラッド層、１０３…活性層、１０４ａ…半導体層、１０４ｂ…半導体層、１０５…ｎ型半導体層、１０６…ｐ型半導体層、１０７…ｎ型電極、１０８…ｐ型電極、１１３ａ，１１３ｂ…コア層、１２１…第１回折格子、１２１ａ…回折格子層、１２１ｂ…位相シフト部、１２２ａ，１２２ｂ…第２回折格子、１３１…分布帰還活性領域、１３２ａ，１３２ｂ…分布ブラッグ反射鏡領域。

Claims (4)

  1. 　基板の上に形成された化合物半導体からなる活性層および第１回折格子を有する分布帰還活性領域と、
    　前記活性層を導波方向に挟んで前記活性層に連続して形成されて、化合物半導体からなる２つのコア層、および各々の前記コア層に対応して形成された第２回折格子を有し、導波方向に前記分布帰還活性領域を挟んで前記分布帰還活性領域に連続して配置された２つの分布ブラッグ反射鏡領域と
    　を備え、
    　前記第１回折格子は、前記活性層の上に形成された回折格子層を貫通して形成された凹部および前記凹部に隣接する凸部から構成され、
    　前記回折格子層は、前記分布帰還活性領域を構成する材料よりエッチングされにくい材料から構成されている
    　ことを特徴とする半導体レーザ。
  2. 　請求項１記載の半導体レーザにおいて、
    　前記回折格子層は、前記分布帰還活性領域を構成する材料より低い屈折率の材料から構成されていることを特徴とする半導体レーザ。
  3. 　請求項１または２記載の半導体レーザにおいて、
    　前記第１回折格子は、前記活性層の側方に形成され、
    　前記第２回折格子は、前記コア層の側方に形成されている
    　ことを特徴とする半導体レーザ。
  4. 　請求項１～３のいずれか１項に記載の半導体レーザにおいて、
    　前記回折格子層は、誘電体から構成されていることを特徴とする半導体レーザ。
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