JPH09191158A - 分布帰還型半導体レーザ及びその作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ホールバーニング効果による共振器内の屈折率
の軸方向空間的変動を打ち消す構造を有する分布帰還型
半導体レーザ装置の作製工程を簡略化することである。 【解決手段】基板１０１上に活性層１０４と光ガイド層
１０５をエピタキシャル成長し、この上に所定の周期の
並列ストライプ溝ｇ１を形成する。一部の領城の並列ス
トライプ溝の凹部のみをフォトレジスト１１０で覆い、
そのフォトレジストをマスクとして基板をエッチングす
ることで並列ストライプ溝の凹凸の位相を反転させる。
このとき、位相非反転部分をフォトレジストで覆わない
ことで、この部分の光ガイド層厚をエッチングで薄くす
る。また、位相非反転部分をフォトレジスト、第４の材
料で覆うことで、この部分の光ガイド層をエッチングせ
ず、位相反転領域のガイド層厚を相対的に薄くしてもよ
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光ファイバ通信等に
用いられる動的単一モード発振の分布帰還型半導体レー
ザに関し、特に回折格子に位相シフトを有する分布帰還
型半導体レーザ及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光ファイバ通信等に用いられる動
的単一モード（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄ
ｅ）半導体レーザとして、多くの分布帰還型半導体レー
ザが提案されている。これは、光導波路の共振器長方向
に回折格子となる周期的凹凸を設け、回折格子の波長選
択性を利用した半導体レーザである。しかし、光が分布
帰還を受ける強さが共振器長方向に一様である分布帰還
型半導体レーザにおいては、共振器内の光強度分布が中
心付近で増大した形になり、特に高出力時において軸方
向空間的ホールバーニング効果（これにより、軸方向光
強度分布の不均一性による軸方向屈折率分布の不均一性
が生じる）によって、軸モードの不安定化が生じ、狭ス
ペクトル線幅特性が損なわれてしまうという問題点があ
った。

【０００３】これに対して、軸方向の光強度分布の不均
一性を補正することで発振しきい値を低減させること等
が可能であることが知られている（特開昭６３−１６６
２８１）。また、回折格子の位相をλ／４シフトさせた
部分を回折格子に導入することで、ストップバンド外側
での２モード発振を抑止し、ブラッグ波長での発振が可
能になることも知られている。この場合、レーザ光はλ
／４シフト部近傍に引きつけられ、共振器内の光強度分
布はシフト部近傍でもっとも強くなる。この光強度分布
は回折格子の形状などで決まる結合係数にも左右され
る。

【０００４】

【発明が解決しようとしている課題】しかし、上記特開
昭６３−１６６２８１の分布帰還型半導体レーザの製造
においては、位相シフトを有する回折格子を形成する工
程と共振器長方向で等価屈折率差を与えるための工程と
は別の工程であると考えざるを得なかった。特に、共振
器長方向での等価屈折率差を光導波路の層厚を部分的に
変えることで与える構成の場合、作製工程が増えるとい
う問題点があった。

【０００５】従って、本出願に係る第１から第４の発明
の目的は、ホールバーニング効果による共振器内の屈折
率の軸方向空間的変動を打ち消す構造を有する分布帰還
型半導体レーザ装置の作製工程を簡略化できる作製方法
を提供することである（請求項１乃至４に対応）。

【０００６】また、本出願に係る第５から第８の発明の
目的は、上記作製方法において２つのマスク材として互
いに反応せず、相溶性のない組み合わせを提供すること
である（請求項５乃至８に対応）。

【０００７】また、本出願に係る第９の発明の目的は、
上記作製方法で作製し易い構造を有する分布帰還型半導
体レーザ装置を提供することである（請求項９に対
応）。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本出願に係る第１の発明は、第１の半導体層である
基板上に活性層となる第２の半導体層と光ガイド層とな
る第３の半導体層をエピタキシャル成長し、この上に所
定の周期の並列ストライプ溝を形成し、一部の領城の並
列ストライプ溝の凹部のみをフォトレジストで覆い、そ
のフォトレジストをマスクとして基板をエッチングする
ことで並列ストライプ溝の凹凸の位相を反転させるもの
である。このとき、位相を反転させない部分をフォトレ
ジストで覆わないことで、この部分の光ガイド層厚をエ
ッチングによって薄くするというものである。

【０００９】また、上記目的を達成するため、本出願に
係る第２から第４の発明は、第１の半導体層である基板
上に活性層となる第２の半導体層と光ガイド層となる第
３の半導体層をエピタキシャル成長し、この上に所定の
周期の並列ストライプ溝を形成し、一部の領域の溝部の
みをフォトレジストで覆い、そのフォトレジストをマス
クとして基板をエッチングすることで並列ストライプ溝
の凹凸の位相を反転させるものである。このとき、位相
を反転させない部分をフォトレジストおよび／又は第４
の材料で覆うことで、この部分の光ガイド層をエッチン
グせず、位相を反転させる領域のガイド層厚を相対的に
薄くするというものである。

【００１０】詳細には、本出願に係る第１の発明の分布
帰還型半導体レーザの作製方法は、励起時に光強度分布
の比較的強くなる領域の等価屈折率を光強度分布の比較
的弱い領域の等価屈折率より小さくする層構成（これに
より、軸方向ホールバーニング効果による屈折率分布を
打ち消す）を有する分布帰還型半導体レーザの作製法で
あって、第１の半導体層である基板上に活性層である第
２の半導体層と活性層より屈折率の小さな光ガイド層で
ある第３の半導体層を有し、第３の半導体層は層厚の異
なる２つの部分からなっていることで領域ごとに等価屈
折率を変えていて、また第３の半導体層上に周期的スト
ライプ溝を形成しており、層厚の異なる２つの部分の間
でその凹凸形状の位相が反転している分布帰還型半導体
レーザの作製法に関わり、そして第１の半導体層である
基板上に、第２の半導体層と光ガイド層となる第３の半
導体層をエピタキシャル成長する工程（１）、第３の半
導体層上に所定の周期の並列ストライプ溝を形成する工
程（２）、基板上の一部の領城をフォトレジストで覆う
工程（３）、フォトレジストを均一にエッチングして前
記周期的ストライプ溝の凹部にのみ残す工程（４）、フ
ォトレジストをマスクとして第３の半導体層をエッチン
グする工程（５）、この上に第３の半導体層より屈折率
の小さな第４の半導体層をエピタキシャル成長する工程
（６）、をこの順番で含むことを特徴とする。

【００１１】また、本出願に係る第２の発明の分布帰還
型半導体レーザの作製方法は、上記構成の分布帰還型半
導体レーザの作製法であって、第１の半導体層である基
板上に、第２の半導体層と光ガイド層となる第３の半導
体層をエピタキシャル成長する工程（１）、第３の半導
体層上に所定の周期の並列ストライプ溝を形成する工程
（２）、基板上の一部の領域を第４の材料で覆う工程
（３）、基板上の残りの領域をフォトレジストで覆う工
程（４）、フォトレジストを均一にエッチングして前記
周期的ストライプ溝の凹部にのみ残す工程（５）、フォ
トレジストおよび第４の材料をマスクとして第３の半導
体層をエッチングする工程（６）、この上に第３の半導
体層より屈折率の小さな第５の半導体層をエピタキシャ
ル成長する工程（７）、をこの順番で含むことを特徴と
する。

【００１２】また、本出願に係る第３の発明の分布帰還
型半導体レーザの作製方法は、上記構成の分布帰還型半
導体レーザの作製法であって、第１の半導体層である基
板上に、第２の半導体層と光ガイド層となる第３の半導
体層をエピタキシャル成長する工程（１）、第３の半導
体層上に所定の周期の並列ストライプ溝を形成する工程
（２）、基板上をフォトレジストで覆う工程（３）、基
板上の一部の領域を第４の材料で覆う工程（４）、フォ
トレジストを均一にエッチングして前記周期的ストライ
プ溝の凹部にのみ残す工程（５）、フォトレジストおよ
び第４の材料をマスクとして第３の半導体層をエッチン
グする工程（６）、この上に第３の半導体層より屈折率
の小さな第５の半導体層をエピタキシャル成長する工程
（７）、をこの順番で含むことを特徴とする。

【００１３】また、本出願に係る第４の発明の分布帰還
型半導体レーザの作製方法は、上記構成の分布帰還型半
導体レーザの作製法であって、第１の半導体層である基
板上に、第２の半導体層と光ガイド層となる第３の半導
体層をエピタキシャル成長する工程（１）、第３の半導
体層上に所定の周期の並列ストライプ溝を形成する工程
（２）、基板上をフォトレジストで覆う工程（３）、フ
ォトレジストを均一にエッチングして前記周期的ストラ
イプ溝の凹部にのみ残す工程（４）、基板上の一部の領
域を第４の材料で覆う工程（５）、フォトレジストおよ
び第４の材料をマスクとして第３の半導体層をエッチン
グする工程（６）、この上に第３の半導体層より屈折率
の小さな第５の半導体層をエピタキシャル成長する工程
（７）、をこの順番で含むことを特徴とする。

【００１４】また、第５から第８の発明に対応した手
段、作用は、第４の材料としてフォトレジスト、誘電
体、金属、ポリイミドを夫々用いるというものである。

【００１５】また、第９の発明の分布帰還型半導体レー
ザは、光強度分布の比較的強くなる領域の等価屈折率を
光強度分布の弱い領域の等価屈折率より小さくする層構
成を有する分布帰還型半導体レーザにおいて、第１の半
導体層である基板上に活性層である第２の半導体層と活
性層より屈折率の小さな光ガイド層である第３の半導体
層を有し、第３の半導体層は層厚の異なる２つの部分か
らなっていることで領域ごとに等価屈折率を変えてい
て、そして第３の半導体層上に周期的ストライプ溝を形
成しており、層厚の異なる２つの部分の間でその凹凸形
状の位相が反転していて位相シフト部を形成しているこ
とを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】第１の実施例 本発明による分布帰還型半導体レーザの作製方法の第１
の実施例を図１によって説明する。

【００１７】（ａ）ｎ−ＩｎＰ基板１０１上に、０．２
μｍ厚のｎ−ＩｎＰ１０２、０．２μｍ厚のｎ−ＩｎＧ
ａＡｓＰ層１０３（バンドギャップ波長１．１５μ
ｍ）、厚さ０．１５μｍのｉ（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）−
ＩｎＧａＡｓＰの活性層１０４（バンドギャップ波長
１．５５μｍ）、０．２μｍ厚のｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層
１０５（バンドギャップ波長１．１５μｍ）を順次成長
する。

【００１８】（ｂ）干渉露光法により、深さ０．０５μ
ｍ・ピッチ０．２４μｍの周期的ストライプ溝ｇ１を形
成する。

【００１９】（ｃ）一部領域をフォトレジスト１１０で
覆う。フォトレジスト１１０の塗布膜厚は周期的ストラ
イプ溝ｇ１の深さと同程度である。これにより、次のエ
ッチング工程が容易になる。また、表面張力によって塗
布面の上面はほぽ平坦になっている。

【００２０】（ｄ）フォトレジスト１１０を均一にエッ
チングし、凹部だけに残す。酸素ガスを用いた反応性イ
オンエッチング等を施して上から均一にエッチングす
る。ＩｎＧａＡｓＰ層１０５はエッチングされないの
で、適当な時間でエッチングを終了することによって凹
部にのみフォトレジスト１１０を残した。

【００２１】（ｅ）残ったフォトレジスト１１０をマス
クとしてｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層１０５を０．ｌμｍ程度
エッチングする。例えば、異方性のエッチングとして塩
素ガスによる反応性イオンビームエッチングを行う。フ
ォトレジスト１１０の残っている領域（右側の部分で、
位相が反転される部分）ではフォトレジストをマスクと
してストライプ溝の凸部でエッチングが進行し、エッチ
ング時間が、概略０．ｌμｍ程度エッチングされる時間
のときに凹凸の反転した形状が得られる。フォトレジス
トのない部分（左側の部分で、位相を反転させない部
分）では凹凸の形を保ったまま全体の高さが低くなる。

【００２２】（ｆ）フォトレジスト１１０を除去する。

【００２３】（ｇ）ｌ．３μｍ厚のｐ−ＩｎＰ層１０
６、０．５μｍ厚のｐ−ＩｎＧａＡｓ層１０７を順次形
成する。

【００２４】この後、上面にｐ側電極であるＣｒ／Ａｕ
ＺｎＮｉ／Ａｕ層、基板側にｎ電極のＡｕＧｅＮｉ／Ａ
ｕ層を形成し、これらを合金化する。次に、左側の部分
の位相を反転させない部分と右側の部分の位相が反転さ
れる部分との間の位相シフト部１５０の位置が共振器の
中央から光ガイド層１０５の薄い側（左側）に５０μｍ
ずれるようにして共振器長３００μｍのデバイスをへき
開し、両端面にはＳｉＯ₂膜を形成して反射防止膜（不
図示）とする。

【００２５】以上のように、位相シフト回折格子を形成
する工程で、同時に光ガイド層１０５の層厚の異なる部
分を形成するので、工程の簡略化の効果が大きい。本実
施例では、反転領域と非反転領域の周期的ストライプ溝
の深さを概略等しくし両領域での結合係数κを等しくす
る様にしている。この様に構成された分布帰還型半導体
レーザでは、電流注入した時、位相シフト部１５０の辺
りの光強度分布が大きくなり更に位相シフト部１５０が
左側にずれているのでこちら側の光強度が右側の光強度
分布より大きくなる。しかし、この構成では、光強度分
布の大きな側の光ガイド層１０５が薄くなっていて、こ
この作りつけの屈折率を小さめにしているので、軸方向
ホールバーニング効果による屈折率分布を打ち消すもの
である。従って、より安定な単一軸モード発振が実現さ
れる。

【００２６】第２の実施例 本発明による分布帰還型半導体レーザの作製方法の第２
の実施例を図２によって説明する。

【００２７】（ａ）ｎ−ＩｎＰ基板２０１上に、ｎ−Ｉ
ｎＰ２０２、０．２μｍ厚のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層２０
３（バンドギャップ波長１．１５μｍ）、厚さ０．１５
μｍのｉ−ＩｎＧａＡｓＰの活性層２０４、０．２μｍ
厚のｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層２０５（バンドギャップ波長
１．１５μｍ）を順次成長する。

【００２８】（ｂ）干渉露光法により、深さ０．０５μ
ｍ・ピッチ０．２４μｍの周期的ストライプ溝ｇ１を形
成する。

【００２９】（ｃ）その一部領域を環化ゴム系レジスト
２１０で覆う。

【００３０】（ｄ）ノボラック系レジスト２１１を均一
に塗布する。ノボラック系レジスト２１１は環化ゴム系
レジスト２１０の上も覆う。ノボラック系レジスト２１
１と環化ゴム系レジスト２１０は反応性及び相溶性がな
い為、積層する事が可能である。ノボラック系レジスト
２１１のみで覆われた領域（右側の部分）と、環化ゴム
系レジスト２１０とノボラック系レジスト２１１の２層
で覆われた領域（左側の部分）の両方ができる。前者
は、後に凹凸の位相が反転する領域になる。この領域を
第１の領域と呼び、後者を第２の領域と呼ぶことにす
る。周期的ストライプ溝ｇ１の深さは５０ｎｍ前後と浅
い。ノボラック系レジスト２１１の塗布膜厚もこれと同
程度にする。必要ならばレジストをシンナーで希釈す
る。一般的なレジストの塗布特性として、凹凸のある場
所に塗布すると平坦化することが言える。したがって、
この場合も図２（ｄ）に示すように塗布膜の上面はほぼ
平らになり、周期的ストライプ溝ｇ１の凸部の上は薄
く、凹部はそれより厚くなる。

【００３１】（ｅ）レジストを均一にエッチングし、ノ
ボラック系レジスト２１１は凹部だけに残す。酸素ガス
を用いた反応性イオンエッチング等を施すことにより、
レジストは全体に上から均一にエッチングされる。Ｉｎ
ＧａＡｓＰ２０５はエッチングされない。第１の領域
（右側部分）において、周期的ストライプ溝ｇ１の凸部
上のレジスト２１１は薄いため、凹部上のレジスト２１
１より先になくなる。したがって、適当な時間でエッチ
ングを終了することにより、凹部にのみレジスト２１１
を残すことができる。

【００３２】（ｆ）残ったレジスト２１０、２１１をマ
スクとしてＩｎＧａＡｓＰ層２０５をエッチングする。
凹部にレジスト２１１が残っている第１の領域では、こ
のフォトレジスト２１１がマスクとなり、ＩｎＧａＡｓ
Ｐ層２０５の凸部がエッチングされる。凸部はだんだん
と低くなり、次の段階には凸部が元の凹部よりも低くな
り、凹凸は反転する。凹凸を完全に反転させるには元の
凹凸の高さの２倍の深さだけエッチングする。一方、第
２の領域（左側部分で、凹凸の反転されない領域）で
は、厚い環化ゴム系レジスト２１０が凹凸を保護してい
るのでエッチングされない。こうして左側のＩｎＧａＡ
ｓＰ層２０５は比較的厚く、右側のＩｎＧａＡｓＰ層２
０５は比較的薄くなる。また、右側の薄いＩｎＧａＡｓ
Ｐ層２０５の溝のエッチング深さを浅くすることで凹凸
の反転する領域の結合係数が小さくなるようにすること
もできる。これにより、電流注入時の光強度分布の大き
な側の光ガイド層２０５が薄くなっていると共に結合係
数が小さくなっているので、軸方向ホールバーニング効
果による屈折率分布を、より効果的に打ち消すものであ
る。

【００３３】結果として第１の領域では凹凸の位相が反
転し、第２の領域では凹凸の位相は元のままである。以
上の工程で、これらの領域で構成される位相シフト回折
格子が得られる。

【００３４】（ｇ）最後にフォトレジスト２１０、２１
１を除去する。

【００３５】（ｈ）ｌ．３μｍ厚のｐ−ＩｎＰ層２０
６、０．５μｍ厚のｐ−ＩｎＧａＡｓ層２０７を順次形
成する。

【００３６】本実施例でも、続いて、上面にｐ側電極で
あるＣｒ／ＡｕＺｎＮｉ／Ａｕ層、基板側にｎ電極のＡ
ｕＧｅＮｉ／Ａｕ層２０９を形成し、これらを合金化し
ている。次に、位相シフト部２５０の位置が共振器の中
央から光ガイド層２０５の薄い側に５０μｍずれるよう
にして共振器長３００μｍのデバイスをへき開し、両端
面にはＳｉＯ₂膜（不図示）を形成して反射防止膜とす
る。

【００３７】本実施例では、図２の記号２１０に環化ゴ
ム系レジスト、記号２１１にノボラック系レジストを使
用したが、この２つの材料は互いに反応しない事、相溶
性のない事という条件があれば他の材料で置き換えるこ
とができる。以下に使用可能な組み合わせの例を幾つか
示す。

【００３８】 記号２１０ 記号２１１ 環化ゴム系レジスト ノボラック系レジスト ノボラック系レジスト 環化ゴム系レジスト 誘電体 全てのレジスト 金属 全てのレジスト ポリイミド 全てのレジスト 本実施例による位相シフト回折格子では、凹凸の位相が
反転する境界部２５０に凹凸の高さに相当する段差が生
じるという特徴がある。作製された分布帰還型半導体レ
ーザの特徴、動作などは、第１実施例のものと実質的に
同じである。

【００３９】第３の実施例 本発明による分布帰還型半導体レーザの作製方法の第３
の実施例を図３によって説明する。

【００４０】（ａ）ｎ−ＩｎＰ基板３０１上に、ｎ−Ｉ
ｎＰ３０２、０．２μｍ厚のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層３０
３（バンドギャップ波長１．１５μｍ）、厚さ０．１５
μｍのｉ−ＩｎＧａＡｓＰの活性層３０４、０．２μｍ
厚のｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層３０５（バンドギャップ波長
１．１５μｍ）を順次成長する。第２の実施例と同様の
構成である。

【００４１】（ｂ）干渉露光法により、深さ０．０５μ
ｍ・ピッチ０．２４μｍの周期的ストライプ溝ｇ１を形
成する。

【００４２】（ｃ）ノボラック系レジスト３１０を均一
に塗布する。回折格子の深さは５０ｎｍ前後と浅い。ノ
ボラック系レジスト３１０の塗布膜厚もこれと同程度に
する。必要ならばレジストをシンナーで希釈する。一般
的なレジストの塗布特性として、凹凸のある場所に塗布
すると平坦化することが言える。したがって、この場合
も図３（ｃ）に示すように、塗布膜の上面はほぼ平らに
なり、回折格子ｇ１の凸部の上のレジスト３１０は薄
く、凹部の上のレジスト３１０はそれより厚くなる。

【００４３】（ｄ）その一部領域を環化ゴム系レジスト
３１１で覆う。この膜厚は或る程度厚い方がよい。ノボ
ラック系レジスト３１０と環化ゴム系レジスト３１１は
反応性及び相溶性がない為、積層する事が可能である。
ノボラック系レジスト３１０のみで覆われた領域（右側
の部分）と、環化ゴム系レジスト３１１とノボラック系
レジスト３１０の２層で覆われた領域（左側の部分）の
両方ができる。前者は後に凹凸の位相が反転する領域に
なる。この領域を第１の領域と呼び、後者を第２の領域
と呼ぶことにする。

【００４４】（ｅ）レジスト３１０、３１１を均一にエ
ッチングし、ノボラック系レジスト３１０は凹部だけに
残す。酸素ガスを用いた反応性イオンエッチング等を施
すことにより、レジストは全体に上から均一にエッチン
グされる。第１の領域（右側部分）において、回折格子
の凸部上のレジスト３１０は薄いため、凹部上のレジス
ト３１０より先になくなる。したがって、適当な時間で
エッチングを終了することにより、凹部にのみレジスト
３１０を残すことができる。第２の領域において、環化
ゴム系レジスト３１１が十分厚ければこれを残すことが
できる。

【００４５】（ｆ）残ったレジスト３１０、３１１をマ
スクとしてＩｎＧａＡｓＰ層３０５をエッチングする。
凹部にレジスト３１０が残っている第１の領域では、こ
のフォトレジスト３１０がマスクとなり、ＩｎＧａＡｓ
Ｐ層３０５の凸部がエッチングされる。凸部はだんだん
と低くなり、次の段階には凸部が元の凹部よりも低くな
り、凹凸は反転する。凹凸を完全に反転させるには元の
凹凸の高さの２倍の深さだけエッチングする。一方、第
２の領域（左側部分）では、厚い環化ゴム系レジスト３
１１が凹凸を保護しているのでエッチングされない。結
果として第１の領域では凹凸の位相が反転し、第２の領
域では凹凸の位相は元のままである。以上の工程で、こ
れらの領域で構成される位相シフト回折格子が得られ
た。

【００４６】（ｇ）最後にフォトレジスト３１０、３１
１を除去する。

【００４７】（ｈ）１．３μｍ厚のｐ−ＩｎＰ層３０
６、０．５μｍ厚のｐ−ＩｎＧａＡｓ層３０７を順次形
成する。

【００４８】本実施例でも、続いて、上面にｐ側電極で
あるＣｒ／ＡｕＺｎＮｉ／Ａｕ層、基板側にｎ電極のＡ
ｕＧｅＮｉ／Ａｕ層を形成し、これらを合金化する。次
に、位相シフト部３５０の位置が共振器の中央から光ガ
イド層３０５の薄い側に５０μｍずれるようにして、共
振器長３００μｍのデバイスをへき開し、両端面にはＳ
ｉＯ₂膜を形成して反射防止膜（不図示）とする。

【００４９】本実施例では、図３の記号３１１に環化ゴ
ム系レジスト、記号３１０にノボラック系レジストを使
用したが、第２実施例と同様、この２つの材料は互いに
反応しない事、相溶性のない事という条件があれば他の
材料で置き換えることができる。使用可能な組み合わせ
は第２実施例で述べたものと同じである。

【００５０】本実施例による位相シフト回折格子でも、
凹凸の位相が反転する境界部３５０に凹凸の高さに相当
する段差が生じるという特徴がある。作製された分布帰
還型半導体レーザの特徴、動作などは、第１実施例のも
のと実質的に同じである。

【００５１】第４の実施例 本発明による分布帰還型半導体レーザの作製方法の第４
の実施例を図４によって説明する。

【００５２】（ａ）ｎ−ＩｎＰ基板４０１上に、ｎ−Ｉ
ｎＰ４０２、０．２μｍ厚のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層４０
３（バンドギャップ波長１．１５μｍ）、厚さ０．１５
μｍのｉ−ＩｎＧａＡｓＰの活性層４０４、０．２μｍ
厚のｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層４０５（バンドギャップ波長
１．１５μｍ）を順次成長する。第２の実施例と同様の
構成である。

【００５３】（ｂ）干渉露光法により、深さ０．０５μ
ｍ・ピッチ０．２４μｍの周期的ストライプ溝ｇ１を形
成する。

【００５４】（ｃ）ノボラック系レジスト４１０を均一
に塗布する。回折格子の深さは５０ｎｍ前後と浅い。ノ
ボラック系レジスト４１０の塗布膜厚もこれと同程度に
する。必要ならばレジストをシンナーで希釈する。一般
的なレジストの塗布特性として、凹凸のある場所に塗布
すると平坦化することが言える。したがって、この場合
も図４（ｃ）に示すように塗布膜の上面はほぼ平らにな
り、回折格子ｇ１の凸部の上は薄く、凹部はそれより厚
くなる。

【００５５】（ｄ）レジスト４１０を均一にエッチング
し、ノボラック系レジスト４１０は凹部だけに残す。酸
素ガスを用いた反応性イオンエッチング等を施すことに
より、レジスト４１０は全体に上から均一にエッチング
される。回折格子ｇ１の凸部上のレジスト４１０は薄い
ため、凹部上のレジスト４１０より先になくなる。した
がって、適当な時間でエッチングを終了することによ
り、凹部にのみレジスト４１０を残すことができる。

【００５６】（ｅ）その一部領域を環化ゴム系レジスト
４１１で覆う。この膜厚は或る程度厚い方がよい。ノボ
ラック系レジスト４１０と環化ゴム系レジスト４１１は
反応性及び相溶性がない為、積層する事が可能である。
ノボラック系レジスト４１０のみで覆われた領域と、環
化ゴム系レジスト４１１とノボラック系レジスト４１０
の２層で覆われた領域の両方ができる。前者は後に凹凸
の位相が反転する領域になる。この領域を第１の領域
（右側領域）と呼び、後者を第２の領域（左側領域）と
呼ぶことにする。

【００５７】（ｆ）レジスト４１１、４１０をマスクと
してＩｎＧａＡｓＰ層４０５をエッチングする。凹部に
レジスト４１０が残っている第１の領域では、このフォ
トレジスト４１０がマスクとなり、ＩｎＧａＡｓＰ層４
０５の凸部がエッチングされる。凸部はだんだんと低く
なり、次の段階には凸部が元の凹部よりも低くなり、凹
凸は反転する。凹凸を完全に反転させるには元の凹凸の
高さの２倍の深さだけエッチングする。一方、第２の領
域では、厚い環化ゴム系レジスト４１１が凹凸を保護し
ているのでエッチングされない。結果として第１の領域
では凹凸の位相が反転し、第２の領域では凹凸の位相は
元のままである。以上の工程で、これらの領域で構成さ
れる位相シフト回折格子が得られた。

【００５８】（ｇ）最後にフォトレジスト４１０、４１
１を除去する。

【００５９】（ｈ）１．３μｍ厚のｐ−ＩｎＰ層４０
６、０．５μｍ厚のｐ−ＩｎＧａＡｓ層４０７を順次形
成する。

【００６０】本実施例でも、続いて、ｐ側電極、ｎ電
極、反射防止膜（不図示）などを形成する。また、本実
施例でも、図４の記号４１１に環化ゴム系レジスト、記
号４１０にノボラック系レジストを使用したが、この２
つの材料は互いに反応しない事、相溶性のないこととい
う条件があれば他の材料で置き換えることができる。使
用可能な組み合わせは第２実施例で述べたものと同じで
ある。更に、本実施例による位相シフト回折格子でも、
凹凸の位相が反転する境界部４５０に凹凸の高さに相当
する段差が生じるという特徴がある。作製された分布帰
還型半導体レーザの特徴、動作などは、第１実施例のも
のと実質的に同じである。

【００６１】

【発明の効果】以上説明してきたように、第１から第４
の発明によって、ホールバーニング効果を打ち消す構造
を有すると共に位相シフトを有する分布帰還型半導体レ
ーザの簡略な作製方法が得られる。

【００６２】また、第５から第８の発明によって、上記
工程に用いる相溶性や反応性のないマスク材の組み合わ
せが得られる。

【００６３】また、第９の発明によって、上記作製法で
容易に作製される構成を持つ、ホールバーニング効果を
打ち消す構造を有すると共に位相シフトを有する分布帰
還型半導体レーザが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の第１の実施例による半導体レー
ザの作製法を示す図である。

【図２】図２は本発明の第２の実施例による半導体レー
ザの作製法を示す図である。

【図３】図３は本発明の第３の実施例による半導体レー
ザの作製法を示す図である。

【図４】図４は本発明の第４の実施例による半導体レー
ザの作製法を示す図である。

【符号の説明】

１０１、２０１、３０１、４０１ 基板 １０４、２０４、３０４、４０４ 活性層 １０５、２０５、３０５、４０５ 光ガイド層 １１０ フォトレジスト １５０、２５０、３５０、４５０ 位相シフト部 ２１０、３１０、４１０ 環化ゴム系レジスト ２１１、３１１、４１１ ノボラック系レジスト ｇ１ 周期的ストライプ溝

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光強度分布の強い領域の等価屈折率を光強
   度分布の弱い領域の等価屈折率より小さくする層構成を
   有する分布帰還型半導体レーザの作製法であって、第１
   の半導体層である基板上に活性層である第２の半導体層
   と活性層より屈折率の小さな光ガイド層である第３の半
   導体層を有し、該第３の半導体層は層厚の異なる２つの
   部分からなっていることで領域ごとに等価屈折率を変え
   ていて、また該第３の半導体層上に周期的ストライプ溝
   を形成しており、該層厚の異なる２つの部分の間でその
   凹凸形状の位相が反転している分布帰還型半導体レーザ
   の作製法において、該第１の半導体層である基板上に、
   該第２の半導体層と光ガイド層となる該第３の半導体層
   をエピタキシャル成長する工程（１）、該第３の半導体
   層上に所定の周期の並列ストライプ溝を形成する工程
   （２）、該基板上の一部の領城をフォトレジストで覆う
   工程（３）、該フォトレジストを均一にエッチングして
   前記周期的ストライプ溝の凹部にのみ残す工程（４）、
   該フォトレジストをマスクとして該第３の半導体層をエ
   ッチングする工程（５）、この上に該第３の半導体層よ
   り屈折率の小さな第４の半導体層をエピタキシャル成長
   する工程（６）、をこの順番で含むことを特徴とする分
   布帰還型半導体レーザの作製方法。
2. 【請求項２】光強度分布の強い領城の等価屈折率を光強
   度分布の弱い領域の等価屈折率より小さくする層構成を
   有する分布帰還型半導体レーザの作製法であって、第１
   の半導体層である基板上に活性層である第２の半導体層
   と活性層より屈折率の小さな光ガイド層である第３の半
   導体層を有し、該第３の半導体層は層厚の異なる２つの
   部分からなっていることで領域ごとに等価屈折率を変え
   ていて、また該第３の半導体層上に周期的ストライプ溝
   を形成しており、該層厚の異なる２つの部分の間でその
   凹凸形状の位相が反転している分布帰還型半導体レーザ
   の作製法において、該第１の半導体層である基板上に、
   該第２の半導体層と光ガイド層となる該第３の半導体層
   をエピタキシャル成長する工程（１）、該第３の半導体
   層上に所定の周期の並列ストライプ溝を形成する工程
   （２）、該基板上の一部の領域を第４の材料で覆う工程
   （３）、該基板上の残りの領域をフォトレジストで覆う
   工程（４）、該フォトレジストを均一にエッチングして
   前記周期的ストライプ溝の凹部にのみ残す工程（５）、
   該フォトレジストおよび第４の材料をマスクとして該第
   ３の半導体層をエッチングする工程（６）、この上に該
   第３の半導体層より屈折率の小さな第５の半導体層をエ
   ピタキシャル成長する工程（７）、をこの順番で含むこ
   とを特徴とする分布帰還型半導体レーザの作製方法。
3. 【請求項３】光強度分布の強い領域の等価屈折率を光強
   度分布の弱い領域の等価屈折率より小さくする層構成を
   有する分布帰還型半導体レーザであって、第１の半導体
   層である基板上に活性層である第２の半導体層と活性層
   より屈折率の小さな光ガイド層である第３の半導体層を
   有し、該第３の半導体層は層厚の異なる２つの部分から
   なっていることで領域ごとに等価屈折率を変えていて、
   また該第３の半導体層上に周期的ストライプ溝を形成し
   ており、該層厚の異なる２つの部分の間でその凹凸形状
   の位相が反転している分布帰還型半導体レーザの作製法
   において、該第１の半導体層である基板上に、該第２の
   半導体層と光ガイド層となる該第３の半導体層をエピタ
   キシャル成長する工程（１）、第３の半導体層上に所定
   の周期の並列ストライプ溝を形成する工程（２）、該基
   板上をフォトレジストで覆う工程（３）、該基板上の一
   部の領域を第４の材料で覆う工程（４）、該フォトレジ
   ストを均一にエッチングして前記周期的ストライプ溝の
   凹部にのみ残す工程（５）、該フォトレジストおよび第
   ４の材料をマスクとして該第３の半導体層をエッチング
   する工程（６）、この上に該第３の半導体層より屈折率
   の小さな第５の半導体層をエピタキシャル成長する工程
   （７）、をこの順番で含むことを特徴とする分布帰還型
   半導体レーザの作製方法。
4. 【請求項４】光強度分布の強い領域の等価屈折率を光強
   度分布の弱い領域の等価屈折率より小さくする層構成を
   有する分布帰還型半導体レーザであって、第１の半導体
   層である基板上に活性層である第２の半導体層と活性層
   より屈折率の小さな光ガイド層である第３の半導体層を
   有し、該第３の半導体層は層厚の異なる２つの部分から
   なっていることで領域ごとに等価屈折率を変えていて、
   また該第３の半導体層上に周期的ストライプ溝を形成し
   ており、該層厚の異なる２つの部分の間でその凹凸形状
   の位相が反転している該分布帰還型半導体レーザの作製
   法において、該第１の半導体層である基板上に、該第２
   の半導体層と光ガイド層となる該第３の半導体層をエピ
   タキシャル成長する工程（１）、第３の半導体層上に所
   定の周期の並列ストライプ溝を形成する工程（２）、該
   基板上をフォトレジストで覆う工程（３）、該フォトレ
   ジストを均一にエッチングして前記周期的ストライプ溝
   の凹部にのみ残す工程（４）、該基板上の一部の領域を
   第４の材料で覆う工程（５）、該フォトレジストおよび
   第４の材料をマスクとして該第３の半導体層をエッチン
   グする工程（６）、この上に該第３の半導体層より屈折
   率の小さな第５の半導体層をエピタキシャル成長する工
   程（７）、をこの順番で含むことを特徴とする分布帰還
   型半導体レーザの作製方法。
5. 【請求項５】前記第４の材料はフォトレジストであるこ
   とを特徴とする請求項２、３又は４記載の分布帰還型半
   導体レーザの作製方法。
6. 【請求項６】前記第４の材料は誘電体であることを特徴
   とする請求項２、３又は４記載の分布帰還型半導体レー
   ザの作製方法。
7. 【請求項７】前記第４の材料は金属であることを特徴と
   する請求項２、３又は４記載の分布帰還型半導体レーザ
   の作製方法。
8. 【請求項８】前記第４の材料はポリイミドであることを
   特徴とする請求項２、３又は４記載の分布帰還型半導体
   レーザの作製方法。
9. 【請求項９】光強度分布の比較的強くなる領域の等価屈
   折率を光強度分布の弱い領域の等価屈折率より小さくす
   る層構成を有する分布帰還型半導体レーザであって、第
   １の半導体層である基板上に活性層である第２の半導体
   層と活性層より屈折率の小さな光ガイド層である第３の
   半導体層を有し、該第３の半導体層は層厚の異なる２つ
   の部分からなっていることで領域ごとに等価屈折率を変
   えていて、また該第３の半導体層上に周期的ストライプ
   溝を形成しており、該層厚の異なる２つの部分の間でそ
   の凹凸形状の位相が反転していて位相シフト部を形成し
   ていることを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。