JP3971484B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク装置、光通信、光計測装置等の光源として利用される半導体レーザ装置に関し、特に誘導放出光が導波するストライプ状の領域の内部の活性層近傍に吸収性回折格子が設けられた利得結合分布帰還型半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
誘導放出光を発生する活性層を備え、誘導放出光が導波されるストライプ状の導波路構造を備えた半導体レーザ装置において、誘導放出光の導波方向に回折格子を備えており、誘導放出光が回折格子により光分布帰還を受けて単一波長でレーザ発振が生ずるよう構成されたものを分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ＦｅｅｄＢａｃｋ Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）という。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。
【０００３】
ＤＦＢ−ＬＤにおいて、特に安定して単一波長を発生するよう考案されたものが利得結合ＤＦＢ−ＬＤ（以下、ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤと記す：Ｇａｉｎ−Ｃｏｕｐｌｅｄ ＤＦＢ−ＬＤ）であり、例えば、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．１９９３年，第３２巻，８２５頁（参考文献１）にその一例が示されている。参考文献１に示されたＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤにおいては、回折格子を構成する各格子部の頂上に光吸収層を設けることによって周期的に光を吸収するようにした吸収性回折格子作り込んでいる。誘導放出光の導波方向にて誘導放出光に対する吸収／利得が空間的に周期的に変動した素子構造にすることによって、従来のＤＦＢ−ＬＤよりも単一の波長でレーザ発振が安定して生じるとされている。
【０００４】
図１３に、従来の吸収性回折格子を備えたＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤの構造の一例を示す斜視図を示す。内部の構造を説明するためにその一部を切り欠いて示す。
【０００５】
図１３において、００は従来のＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤであり、誘導放出光を発生する活性層１３を有し、活性層１３近傍に、光吸収層１６Ａ，１６Ｂの周期分布を有する周期構造２２を備え、誘導放出光が周期構造２２により光分布帰還を受けてレーザ発振が生ずる素子構造となっている。
【０００６】
すなわち、上記レーザ装置００を構成するｎ型のＧａＡｓ基板１１には、層厚１μｍのｎ型のＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ下クラッド層１２が形成されている。また、下クラッド層１２上には、不純物無添加の多重量子井戸の活性層１３が形成されており、活性層１３上には、層厚０．１μｍのｐ型のＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓキャリアバリア層１４を介して層厚０．１μｍのｐ型のＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓガイド層１５が形成されている。ガイド層１５の表面部分は、凹凸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いる。そして、ガイド層１５の凸部上には、厚さ０．０５μｍのｎ型のＧａＡｓ光吸収層１６Ａ，１６Ｂが配置されている。そして、凹凸部分は、厚さ０．１μｍのｐ型のＡｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓからなる第２ガイド層２５が配置されている。ここで光吸収層１６Ａ，１６Ｂを構成するＧａＡｓは、活性層１３から誘導放出される光のエネルギーよりも小さな禁制帯幅を有していることから、上記光吸収層１６Ａ，１６Ｂは、活性層で発生される誘導放出光を周期的に吸収する吸収性回折格子２２を構成する。領域Ａには誘導放出光の導波方向に沿って、層厚１μｍで幅４μｍのストライプ状のｐ型のＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ上クラッド層１８が形成されており、上クラッド層１８の表面上には、層厚０．５μｍのｐ型のＧａＡｓコンタクト層１９が形成されている。吸収性回折格子２２は、領域Ａ，Ｂに均一に形成されている。上記構造の最表面には、コンタクト層１９上部を除いて絶縁膜１７が形成されている。絶縁膜１７の表面及びコンタクト層１９の表面上には電極２０が形成されており、基板１１の裏面にも電極２１が形成されている。
【０００７】
このような構成の吸収性回折格子を有するＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤでは、回折格子が形成された光吸収層１６Ａ，Ｂによって、活性層で発生する誘導放出光に対する利得の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分布帰還が生じて単一波長でのレーザ発振が生ずる。
【０００８】
次に、従来のＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤの構造の製造方法について図１４を用いて説明する。図１４（ａ）〜図１４（ｄ）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斜視図である。
【０００９】
まず、有機金属気相成長法などを用いた第１回目の結晶成長を行って、ｎ型のＧａＡｓ基板１１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。この第１回目の結晶成長では、上記基板１１上にｎ型Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ下クラッド層１２が１μｍの厚さに、不純物無添加の多重量子井戸の活性層１３が形成され、その上にｐ型のＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓキャリアバリア層１４が０．１μｍの厚さに、さらにｐ型のＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓガイド層１５が０．１μｍの厚さに、ｎ型のＧａＡｓ層光吸収層１６が０．０５μｍの厚さに形成される。（図１４（ａ））そして、最表面の光吸収層１６の上にホトレジストを塗布し、二光束干渉露光法により、周期約０．３５μｍの回折格子状のマスクパターンを基板全面に均一に得る。次にウエットエッチングにより光吸収層１６，ガイド層１５の一部をエッチングし、回折格子２２を得る。（図１４（ｂ））次に、回折格子２２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。この第２回目の結晶成長では、まずｐ型のＡｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ第２ガイド層２５が０．１μｍの厚さに形成され、ｐ型のＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ上クラッド層１８が１μｍの厚さに形成され、最後にｐ型のＧａＡｓコンタクト層１９が０．５μｍに形成される。（図１４（ｃ））そして、通常のホトリソグラフィーとウエットエッチングにより回折格子と直交する方向に幅４μｍのストライプ状にＧａＡｓコンタクト層１９とＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ上クラッド層１８とを加工し、リッジ型光導波構造を作製する。光導波構造を作製した後、絶縁膜１７をリッジ頂上を除く表面全体に形成し、基板の表面側に電極２０を、基板の裏面に電極２１を形成する。最後に、リッジ部が素子の中央にくるように２００〜６００μｍ程度の素子長のチップに劈開により分割して、レーザ装置を完成する（図１４（ｄ））。
【００１０】
なお、上記に示した従来の構造においては、活性層の近傍に設けた光吸収層以外には光を吸収する構造を持たない、実屈折率ガイド構造にすることで駆動電流の低減を図っている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来の吸収性回折格子を備えたＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤの構造では、活性層を挟む２つのクラッド層のうちの一方をストライプ状の凸形状に加工したリッジ型光導波路構造を備えており、リッジ部と活性層との間に吸収性回折格子を設けている。リッジ型導波構造により、誘導放出光が導波するストライプ領域の内部（以下、領域Ａともいう）の等価屈折率をその周辺部（以下、領域Ｂともいう）の等価屈折率よりも高くし、等価屈折率の差により導波光をストライプ領域の内部に閉じ込め、０次水平横モードでのレーザ発振を実現している。
【００１２】
ところで、図１５（ａ）にレーザ出射端面方向から見た従来のＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤの断面、及びリッジ構造によりレーザ内部に閉じ込められた光の分布の様子を示す。領域Ａに相当するリッジ内部においては、図１５（ｂ）にａ−ａ’間の光密度分布を示すように、光は上下方向（半導体層の積層方向）に広がり、かつ光密度が高くなる。一方で領域Ｂに相当するリッジ周辺部では、図１５（ｃ）にｂ−ｂ’間の光密度分布を示すように、光の上下方向への広がりが小さく、かつ光密度が低い。その為、領域Ａに閉じ込められた光（ａ−ａ’）の方が領域Ｂにしみ出た光（ｂ−ｂ’）よりも光吸収層１６による光吸収を強く受けることになる。この場合、ストライプ内外の実屈折率差により光をストライプ領域に閉じ込める構造を意図しているにもかかわらず、出力と共に吸収損失の小さな領域Ｂへ光分布がシフトしたり、基本横モードよりも領域Ｂへ広がった光分布を示す高次横モードが発生しやすくなる問題点が生じる。光分布の位置が不安定であったり、高次横モードが発生すると光出力電流特性に折れ曲がりが生じてレーザが高出力まで動作しなくなる。通常の吸収性回折格子によるＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤにおいては、十数ｍＷ程度の光出力でさえも光出力電流特性に折れ曲がりが生じて、長距離コヒーレント空間光通信の光源等の数十ｍＷ以上の光出力を要求する用途に対しては問題が大きい。さらに、単一波長での安定なレーザ発振を要求するＤＦＢ−ＬＤの場合には、高次横モードが発生すると発振波長が不連続に変化し単一波長での発振を維持出来なくなる等の致命的な問題が生じる。
【００１３】
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、基本横モードでのレーザ発振を安定して生じさせ、高い光出力まで安定した単一波長でのレーザ発振を生じさせる新規のＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤを得ることを目的とする。特に、上記の目的の為に過剰にレーザの駆動電流を増加させることがなく、かつ構造が非常に簡単で、製造工程や製造コストを大幅に上昇させることなく製造できる構成を提供する。
【００１４】
なお、上記では活性層１３の上に光吸収層１６を設け、その上のクラッド層をリッジ型光導波路に加工した構造に関して図１５を参照して問題点を示したが、安定した基本横モードを高い光出力まで得る要求はリッジの有無，形態に限らず他の導波路構造を有するレーザにも共通する要求である。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体レーザ装置は、誘導放出光を発生する活性層と、前記誘導放出光が導波されるストライプ状の導波路構造と、前記誘導放出光の導波方向に誘導放出光に対する吸収が周期的に変動する光吸収の分布を有した吸収性回折格子とを備え、前記吸収性回折格子が前記ストライプ状の導波路構造の内部及びその周辺部に配置され、前記誘導放出光が前記吸収の周期的変動により光分布帰還を受けて単一波長でレーザ発振する分布帰還型の半導体レーザ装置であって、前記吸収性回折格子の一部である光吸収層は、吸収損失が前記ストライプ状の導波路構造の中心部からその周辺部に向かって大きくなるように分布され、上記誘導放出光を透過し、かつ、上記誘導放出光を吸収しない電流狭窄構造を備えていることにより、上記目的を達成する。
【００１６】
本発明の半導体レーザ装置は、誘導放出光を発生する活性層と、前記誘導放出光が導波されるストライプ状の導波路構造と、前記誘導放出光の導波方向に誘導放出光に対する吸収が周期的に変動する光吸収の分布を有した吸収性回折格子とを備え、前記吸収性回折格子が前記ストライプ状の導波路構造の内部及びその周辺部に配置され、前記誘導放出光が前記吸収の周期的変動により光分布帰還を受けて単一波長でレーザ発振する分布帰還型の半導体レーザ装置であって、前記吸収性回折格子によって生じる吸収損失を前記ストライプ状の導波路構造の中心部から周辺部に向かって大きくすることにより、水平横モードを安定化してなり、上記誘導放出光を透過し、かつ、上記誘導放出光を吸収しない電流狭窄構造を備えることにより、上記目的を達成する。
【００１７】
また、前記吸収性回折格子が、その凸部の幅が、前記ストライプ状の導波路構造の中心部でよりも、前記中心部の周辺部で大きいことにより、上記目的を達成する。
【００１８】
前記吸収性回折格子の光吸収層は、その層厚が、前記ストライプ状の導波路構造の中心部でよりも、前記中心部の周辺部で厚いことにより、上記目的を達成する。
【００１９】
更に、前記吸収性回折格子の光吸収層は、量子井戸を用いたものであって、前記量子井戸の井戸数が、前記ストライプ状の導波路構造の中心部でよりも、前記中心部の周辺部で多いことにより、上記目的を達成する。
【００２０】
前記吸収性回折格子の光吸収層は、量子井戸を用いたものであって、前記量子井戸の井戸幅が、前記ストライプ状の導波路構造の中心部でよりも、前記中心部の周辺部で広いことにより、上記目的を達成する。
【００２１】
また、前記吸収性回折格子は、その前記活性層との距離が、前記ストライプ状の導波路構造の中心部でよりも、前記中心部の周辺部で近いことにより、上記目的を達成する。
【００２２】
前記吸収性回折格子は、その禁制帯幅が、前記ストライプ状の導波路構造の中心部でよりも、前記中心部の周辺部で狭いことにより、上記目的を達成する。
【００２３】
本発明の半導体装置は、前記ストライプ状の導波路構造の中心部から周辺部に向かっての構造の変化が滑らかであることにより、上記目的を達成する。
【００２４】
以下、本発明の作用について説明する。
【００２５】
請求項１、２においては、誘導放出光が導波するストライプ状の領域の内部および周辺部に吸収性回折格子が設けられた半導体レーザ装置において、ストライプ状の導波路構造の中心部から周辺部に向かって吸収損失が大きくなるよう分布している為、ストライプ状の導波路の内部における吸収性回折格子は分布帰還を効率よく行わせて安定した単一波長でのレーザ発振を行わせるように作用し、周辺部における吸収性回折格子は分布帰還を行わせるとともに安定した水平横モードでのレーザ発振を行わせる作用をはたす。その為、高出力までの０次水平横モードでのレーザ発振を、駆動電流の大幅な上昇なく、容易かつ製造工程を大幅に追加することなく安価に行わせることの出来る構造が提供されるものである。
【００２６】
請求項３から９においては、請求項１又は２における本発明をより具体的に実現する為の好適な手段が示されている。すなわち、吸収性回折格子のデューティ比が、ストライプ状の導波路構造の中心部で小さく、周辺部に向かって大きく分布していることによって請求項１又は２の構成を好適に実現できる（請求項３）。また、別の方法では、吸収性回折格子を構成する光吸収層の層厚が、ストライプ状の導波路構造の中心部で薄く、周辺部に向かって厚く分布していることによって請求項１又は２の構成を好適に実現できる（請求項４）。また、別の方法では、吸収性回折格子を構成する光吸収層が、量子井戸から成りストライプ状の導波路構造の中心部で量子井戸の井戸数が少なく、周辺部に向かって多く分布していることによって請求項１又は２の構成を好適に実現できる（請求項５）。また、別の方法では、吸収性回折格子を構成する光吸収層が量子井戸から成りストライプ状の導波路構造の中心部で量子井戸の井戸幅が狭く、周辺部に向かって広く分布していることによって請求項１又は２の構成を好適に実現できる（請求項６）。また、別の方法では、吸収性回折格子と活性層との距離が、ストライプ状の導波路構造の中心部で離れており、周辺部に向かって近く分布していることによって請求項１又は２の構成を好適に実現できる（請求項７）。また、別の方法では、吸収性回折格子の禁制帯幅が、ストライプ状の導波路構造の中心部で広く、周辺部に向かって狭く分布していることによって請求項１又は２の構成を好適に実現できる（請求項８）。なお、請求項１から８においては、内外の光吸収層の構造の変化をなめらかにすることによってより光が閉じ込まるようになり、より好適である（請求項９）。
【００２７】
次に本発明に対してより好適な構成を示す。すなわち、ストライプ状の領域の周辺部の光吸収層が、量子井戸であり、内部はその量子井戸が無秩序化された時にできる混晶比を有する混晶結晶であることによって請求項１又は２の構成をより好適に実現できる。また、本発明を、活性層を挟む上下２つのクラッド層のうち一方の層側にリッジ構造等のストライプ内外の等価屈折率の差をつける構造と吸収層とがある半導体レーザ装置の様に水平横モードが不安定に成りやすい構造に適用する場合、より効果的である。また、ストライプ状の領域の幅が狭すぎると導波光がストライプ外の吸収層から受ける損失が大きくなり、広すぎると本発明の効果が無くなることから、ストライプ状の領域の幅は１μｍ以上、５μｍ以下であることが望ましい。より望ましくは、２μｍ以上、３．５μｍ以下であるのがよい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。実施の形態１と実施の形態２〜４とでは電流狭窄構造が異なるが、電流狭窄構造と本願発明との相関関係は無く、いずれの電流狭窄構造を用いてもよい。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施形態１による半導体レーザ装置を説明するための斜視図であり、内部の構造を説明するためにその一部を切り欠いて示す。図において、０１は本実施形態１の半導体レーザ装置であり、誘導放出光を発生する活性層１３を有し、活性層１３近傍に、光吸収層１６Ａ，１６Ｂの周期分布を有する周期構造２２を備え、誘導放出光が周期構造２２により光分布帰還を受けてレーザ発振が生ずるＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤとなっている。誘導放出光の導波する方向に沿ったストライプ状の領域Ａにおける光吸収層１６Ａはデューティ比が小さく、領域Ｂにおける光吸収層１６Ｂはデューティ比が大きい点が従来例と異なる。
【００３０】
すなわち、上記レーザ装置０１を構成するｎ型のＧａＡｓ基板１１には、層厚１μｍのｎ型のＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ下クラッド層１２が形成されている。また、下クラッド層１２上には、層厚０．０８μｍの不純物無添加のＡｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓ活性層１３が形成されており、活性層１３上には、層厚０．２μｍのｐ型のＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓキャリアバリア層１４を介して層厚０．０５μｍのｐ型のＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓガイド層１５が形成されている。
【００３１】
ガイド層１５の表面部分は、凹凸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いる。そして、ガイド層１５の凸部上には、ストライプ状の領域Ａにおいては厚さ０．０３μｍのｐ型のＧａＡｓ光吸収層１６Ａが、デューティ比２０％で配置されている。また、その周辺部である領域Ｂにおいては同一厚さのｐ型のＧａＡｓ光吸収層１６Ｂが、デューティ比８０％で配置されている。ここで光吸収層１６Ａ，１６Ｂを構成するＧａＡｓは、活性層１３を構成するＡｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓよりも禁制帯幅が小さいことから、上記光吸収層１６Ａ，１６Ｂは、活性層で発生される誘導放出光に対する光吸収体として機能する。従って、上記導波方向における光吸収層の周期的な配列により、吸収性回折格子２２が構成される。
【００３２】
そして光吸収層の上には、層厚０．８μｍのｐ型のＡｌ0.75Ｇａ0.25Ａｓ上クラッド層１８が形成されており、上クラッド層１８の表面上には、層厚０．５μｍのｐ型のＧａＡｓコンタクト層１９が形成されている。そして領域Ａのコンタクト層１９から上クラッド層１８にかけて、誘導放出光の導波方向に沿って、幅３μｍに渡ってストライプ状に高濃度のＺｎが拡散されている。
【００３３】
コンタクト層１９の表面上には、幅３μｍのストライプ状の開口を有する厚さ０．３μｍのアルミナ絶縁膜１７を介してＡｕＺｎからなる電極２０が形成されている。また基板１１の裏面にはＡｕＧｅからなる電極２１が形成されている。
【００３４】
次に、製造方法について図２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斜視図である。
【００３５】
まず、ＭＯ−ＣＶＤを用いた第１回目の結晶成長を行って、ｎ型のＧａＡｓ基板１１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。
【００３６】
この第１回目の結晶成長では、上記基板１１上にｎ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ下クラッド層１２が１μｍの厚さに、不純物無添加のＡｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓ活性層１３が０．０８μｍの厚さに、ｐ型のＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓキャリアバリア層１４が０．２μｍの厚さに成長され、さらにｐ型のＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓガイド層１５が０．０５μｍの厚さに、ｐ型のＧａＡｓ層光吸収層１６が０．０３μｍの厚さに形成される（図２（ａ））。
【００３７】
次に、光吸収層１６の上に電子ビーム露光用のレジストを塗布し、電子ビーム描画により、周期０．３５μｍの回折格子状のマスクパターンを描画する。描画するマスクパターンは図４（ａ）に上面図を示すステップ状のパターンであり、領域Ａの幅は３μｍである。この時のマスクパターンの線幅は、領域Ａにあたるストライプ状の領域においてデューティ比２０％に、領域Ｂでは８０％になるように描画する（図２（ｂ））。
【００３８】
次にＣｌ2ガスを用いたドライエッチングにより光吸収層１６Ａ，１６Ｂおよびガイド層１５の一部をエッチングし、回折格子２２のパターンを転写する。その後マスク２６を除去する（図２（ｃ））。
【００３９】
次に、回折格子２２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。この第２回目の結晶成長では、まずｐ型のＡｌ0.75Ｇａ0.25Ａｓ上クラッド層１８が０．８μｍの厚さに形成され、最後にｐ型のＧａＡｓコンタクト層１９が０．５μｍに形成される。アルミナ絶縁膜１７を０．３μｍ堆積し、幅３μｍのストライプ状の開口を形成した後、その開口を通して高濃度のＺｎを拡散する（図２（ｄ））。
【００４０】
そして、基板１１をその裏面に研磨処理を施して厚さ１００μｍにまで薄層化し、基板の表面側にＡｕＺｎからなる電極２０を、基板の裏面にＡｕＧｅからなる電極２１を真空蒸着により形成する。最後に、基板を、リッジ部が素子の中央にくるように３００μｍ×３００μｍ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（図２（ｅ））。
【００４１】
次に、作用効果について説明する。
【００４２】
本実施形態による分布帰還型半導体レーザ装置では、光吸収性層１６のうち、誘導放出光の導波する方向に沿ったストライプ状の領域Ａの内部に回折格子が印刻されている。つまり、ストライプ状の領域Ａにおける光吸収層１６Ａは光分布帰還を施す吸収性回折格子として作用し、単一波長でのレーザ発振を生じさせる。一方、ストライプ状の領域の周辺部である領域Ｂの光吸収層１６Ｂにも回折格子が存在し、光分布帰還を施す吸収性回折格子として作用すると同時に、光吸収層１６Ｂは光吸収層１６Ａよりもデューティ比が大きいために誘導放出光に対して大きな損失を与える役目も果たし、ストライプ状の領域の外側に染み出た誘導放出光はより大きな損失を受ける。この場合、領域Ａの等価吸収係数は約４０ｃｍ-1，領域Ｂの等価吸収係数は約２５０ｃｍ-1となり、ストライプ状の領域の周辺部の方が吸収損失が大きい構造である為に誘導放出光は安定してストライプ状の領域に閉じ込められる（図１６（ｃ））。また、本構造によって０次水平横モードが受ける共振器損失は約４８ｃｍ-1であるのに対して１次水平横モードは約８１ｃｍ-1の損失を受ける為、０次以外の横モードの発生は非常に起こりにくい。比較のために、本実施形態とほぼ同一の構成で、従来の様にストライプ状の領域の内外に均一に吸収性回折格子を備えた点だけが異なる半導体レーザ装置においては、領域Ａの等価吸収係数は約４０ｃｍ-1，領域Ｂの等価吸収係数は約１２ｃｍ-1となり、ストライプ状の領域の内部の方が吸収損失が大きい構造であり（図１６（ａ））、また０次水平横モードが受ける共振器損失は約３９ｃｍ-1であるのに対して１次水平横モードは約３５ｃｍ-1，２次水平横モードは約１８ｃｍ-1の損失を受ける為、０次以外の損失の小さな高次横モードが発生しやすい。つまり、従来は光吸収層１６に均一に回折格子を印刻する構成であるのに対し、本発明ではストライプ状の領域の周辺部である領域Ｂにはデューティ比の大きな回折格子を設けることにより、領域Ｂの光吸収層１６Ｂが、基本横モードよりもストライプ領域の外側へ広がって導波する高次横モードに選択的に損失を与えてその発生を抑え、基本横モードでの安定したレーザ発振を生じさせる効果が生じることが見出された。また、基本横モードでのレーザ発振を生じさせるだけでなく、ＤＦＢ−ＬＤとして本質的に重要な単一波長でのレーザ発振特性に対しても、不連続な波長の飛びを抑えて安定化させる効果も見られる。
【００４３】
本実施形態の半導体レーザ装置における、出力レーザ光量の駆動電流依存性（以下、Ｉ−Ｌ特性ともいう）、および各点Ｘ，Ｙにおけるレーザ素子に対して水平方向の遠視野像（以下、水平ＦＦＰともいう）を図３（ａ）に示す。比較のために、本実施形態と同一の構成で、従来の様にストライプ状の領域の内外に均一に吸収性回折格子を備えた点だけが異なる半導体レーザ装置におけるＩ−Ｌ特性および各点Ｘ’，Ｙ’における水平ＦＦＰも図３（ｂ）に示す。本実施例の半導体レーザは、駆動電流４０ｍＡでのレーザ発振開始から光出力５０ｍＷ以上までＩ−Ｌ特性が線形であり、また水平ＦＦＰが単峰的であり、安定した基本横モードで発振している（図３（ａ））。何れの出力レーザ光量でも、ＤＦＢ−ＬＤに特有の、回折格子の周期から唯一決まる単一波長でのレーザ発振が見られる。一方、従来の様にストライプ状の領域の内外に均一に吸収性回折格子を備えたものでは、光出力１５ｍＷ付近でＩ−Ｌ特性に折れ曲がり（以下、キンク点ともいう）が見られた。またＩ−Ｌ特性のキンク点以上のレーザ出力では水平ＦＦＰが双峰的となり、高次横モードでレーザ発振している（図３（ｂ））。また、キンク点よりも低出力時には回折格子の周期から唯一決まる単一波長でのレーザ発振が見られるものの、キンク点を境にレーザ発振波長の不連続な飛びが見られ、ＤＦＢ−ＬＤとして重要な単一波長でのレーザ発振特性にも悪影響が生じている。
【００４４】
ところで、ストライプ状の領域の周辺部である領域Ｂに電流狭窄層を兼ねた光吸収層を付加して高次横モードに損失を与えることにより基本横モードでの安定したレーザ発振を生じさせる効果を得る方法が考えられる（損失ガイド構造または複屈折率ガイド構造ともいう）。この構造では、領域Ｂに設ける光吸収層を電流狭窄層と兼ねるため、光吸収層を非常に厚い層にする必要があり、導波光の損失が大変大きくなる。特に、光吸収層を設けることによって高機能化を図った半導体レーザ構造においては、領域Ｂにおいては、回折格子が印刻された光吸収層１６Ｂと新たに付加した光吸収体との両方によって損失が生じるために基本横モードに対する損失さえも著しく大きくなり、レーザの駆動電流が大幅に上昇し、レーザ発振の効率が大幅に低下する欠点がある。また、光吸収層を兼ねた電流狭窄層を第３回目の結晶成長により作製する必要があるために製造工程が増え、製造コストが大幅に上昇する。それに対し本発明では、高次横モードを抑えて安定な基本横モードを得るために領域Ｂに与える損失量が適切であり、基本横モードの安定化とレーザの駆動電流を大幅に上昇させないこととが両立する点でより優れている。また、製造コストの上昇要因となる結晶成長の回数を従来と同じ２回で済ますことができる為、製造コストの上昇を伴わない。
【００４５】
なお、本発明においても、ストライプ領域の幅が極端に狭い場合には誘導放出光が領域Ｂの光吸収層１６Ｂによる損失を多く受けすぎる為、望ましくない。また、極端に広すぎる場合には高次横モードが発生するために望ましくない。図３（ｃ）に本実施形態における発振開始電流とストライプ領域の幅との相関を示す。ストライプ領域の幅として、１μｍから５μｍが適切であり。特に本実施形態で用いた３μｍ付近（２μｍから３．５μｍ）がより望ましい。
【００４６】
ところで、特開平５−３４３７８９号公報には、ストライプ状領域の周辺部である領域Ｂだけに吸収性回折格子を設け、内部の領域Ａには全く光吸収層も回折格子ももたない構成とし、領域Ｂの吸収性回折格子により光分布帰還を生じさせ、かつその損失によって基本横モードで安定な発振をさせる発明が開示されている。この場合には誘導放出光が導波する領域Ａに全く回折格子が存在しない為、光分布帰還の程度が小さく、単一波長でのレーザ発振が生じにくい欠点がある。それに対し本発明では、基本横モードの安定化と単一波長での安定したレーザ発振とが両立する点でより優れている。
【００４７】
上記実施形態１では、図４（ａ）で上面図を示したように、誘導放出光が導波するストライプ状の領域の方向と直交する方向に、ストライプ状の領域の中心部で光吸収層１６のデューティ比が小さく、周辺部でデューティ比が大きくなるようにステップ状に分布する場合を示した。変形例として、図４（ｂ）に示すように複数のステップに分布したもの、図４（ｃ）に示すように滑らかに分布したものなどを適用することが可能である。特に図４（ｃ）に示すようなデューティ比が中心から外側へ滑らかに変わる素子においては、階段状に急激に変わるものよりも、導波する誘導放出光をストライプ状の領域の中心部へ集中させる効果が大きく、より高出力まで安定な基本横モードでのレーザ発振がみられた。
【００４８】
なお、領域Ａ及び領域Ｂのそれぞれのデューティ比は、上記の実施形態で示した２０％及び８０％に限定されるものではない。領域Ａ，Ｂで均一なデューティ比の場合には図１６（ａ）に示す様に領域Ａの等価吸収係数が領域Ｂよりも高くなるのに対し、図１６（ｂ）の様に領域Ａ，Ｂでおおよそ等しくなるか、或いは図１６（ｃ）の様に領域Ａ，Ｂの等価吸収係数の分布が逆転するように、領域Ａ，Ｂのそれぞれのデューティ比が選ばれていれば安定な横モードが得られる効果が見られた。
【００４９】
（実施の形態２）
図５は本発明の実施形態２による半導体レーザ装置を説明するための斜視図であり、内部の構造を説明するためにその一部を切り欠いて示す。図において、０２は本実施形態２の半導体レーザ装置であり、誘導放出光を発生する活性層１３を有し、活性層１３近傍に、光吸収層１６Ａ，１６Ｂの周期分布を有する周期構造２２を備え、誘導放出光が周期構造２２により光分布帰還を受けてレーザ発振が生ずるＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤとなっている。誘導放出光の導波する方向に沿ったストライプ状の領域Ａにおける光吸収層１６Ａは層厚が薄く、領域Ｂにおける光吸収層１６Ｂは層厚が厚い点が従来例と異なる。
【００５０】
すなわち、上記レーザ装置０２を構成するｎ型のＧａＡｓ基板１１には、層厚１μｍのｎ型のＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ下クラッド層１２が形成されている。また、下クラッド層１２上には、層厚０．０８μｍの不純物無添加のＡｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓ活性層１３が形成されており、活性層１３上には、層厚０．２μｍのｐ型のＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓキャリアバリア層１４を介して層厚０．０５μｍのｐ型のＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓガイド層１５が形成されている。
【００５１】
ガイド層１５の表面部分は、凹凸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いる。そして、ガイド層１５の凸部上には、ストライプ状の領域Ａにおいては厚さ０．０５μｍのｐ型のＧａＡｓ光吸収層１６Ａが、その周辺部である領域Ｂにおいては厚さ０．１μｍのｐ型のＧａＡｓ光吸収層１６Ｂが配置されている。ここで光吸収層１６Ａ，１６Ｂを構成するＧａＡｓは、活性層１３を構成するＡｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓよりも禁制帯幅が小さいことから、上記光吸収層１６Ａ，１６Ｂは、活性層で発生される誘導放出光に対する光吸収体として機能する。従って、上記導波方向における光吸収層の周期的な配列により、吸収性回折格子２２が構成される。
【００５２】
そして領域Ａには誘導放出光の導波方向に沿って、層厚０．８μｍのストライプ状のｐ型のＡｌ0.75Ｇａ0.25Ａｓ上クラッド層１８が形成されており、上クラッド層１８の表面上には、層厚０．５μｍのｐ型のＧａＡｓコンタクト層１９が形成されている。ここで、ストライプ状の領域Ａの幅は４μｍとなっている。
【００５３】
領域Ｂには光吸収層１６Ｂの上に０．１μｍのＡｌ0.75Ｇａ0.25Ａｓ層１８があり、その上にはポリイミド樹脂からなる電流狭窄層２３が形成されている。このポリイミド樹脂からなる電流狭窄層２３は活性層から発生する誘導放出光を吸収しない透明な物質であり、過剰な損失を与えない。電流狭窄層２３の表面及びコンタクト層１９の表面上にはＡｕＺｎからなる電極２０が形成されている。また基板１１の裏面にはＡｕＧｅからなる電極２１が形成されている。
【００５４】
次に、製造方法について図６を用いて説明する。図６（ａ）〜図６（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斜視図である。
【００５５】
まず、ＭＯ−ＣＶＤを用いた第１回目の結晶成長を行って、ｎ型のＧａＡｓ基板１１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。
【００５６】
この第１回目の結晶成長では、上記基板１１上にｎ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ下クラッド層１２が１μｍの厚さに、不純物無添加のＡｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓ活性層１３が０．０８μｍの厚さに、ｐ型のＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓキャリアバリア層１４が０．２μｍの厚さに成長され、さらにｐ型のＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓガイド層１５が０．０５μｍの厚さに、ｐ型のＧａＡｓ層光吸収層１６が０．１μｍの厚さに形成される。
【００５７】
そして、上記光吸収層１６の上に、通常のホトリソグラフィーにより幅（ｗ）４μｍのストライプ状の開口を有するホトレジストによるマスク２６を設ける。このストライプ状の開口が上記の領域Ａに相当する（図６（ａ））。
【００５８】
そして、ストライプ状に開口されたマスク２６を用い、露出されている部分の光吸収層１６Ａの厚さをウエットエッチングにより０．１μｍから０．０５μｍにまで薄層化し、レジストのマスク２６を除去する（図６（ｂ））。
【００５９】
面内で厚さが異なる光吸収層１６Ａ，１６Ｂの上に新たにホトレジストを塗布し、二光束干渉露光法により、ストライプ状の領域の方向と直交する方向に周期０．３５μｍの回折格子状のマスクパターンを得る。次に塩酸と過酸化水素水と純水との混合液（ＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓをエッチングし、ホトレジストをエッチングしない）により光吸収層１６Ａ，１６Ｂおよびガイド層１５をエッチングし、デューティ比１５％の吸収性回折格子２２を得る（図６（ｃ））。
【００６０】
次に、回折格子２２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。この第２回目の結晶成長では、まずｐ型のＡｌ0.75Ｇａ0.25Ａｓ上クラッド層１８が０．８μｍの厚さに形成され、最後にｐ型のＧａＡｓコンタクト層１９が０．５μｍに形成される。
【００６１】
そして、上記コンタクト層１９の上に、通常のホトリソグラフィーにより幅（ｗ）４μｍのストライプ状のホトレジストによるマスク２６を設ける。このマスクは、ストライプ状に光吸収層の層厚を薄層化した部分に合わせて位置決めを行う（図６（ｄ））。
【００６２】
ストライプ状のマスク２６を用いてウエットエッチングにより上クラッド層１８を選択的にエッチングしてリッジ導波路構造を作製する。そしてリッジ部以外にポリイミド樹脂による電流狭窄層２３を形成する。
【００６３】
そして、基板１１をその裏面に研磨処理を施して厚さ１００μｍにまで薄層化し、基板の表面側にＡｕＺｎからなる電極２０を、基板の裏面にＡｕＧｅからなる電極２１を真空蒸着により形成する。最後に、基板を、リッジ部が素子の中央にくるように３００μｍ×３００μｍ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（図６（ｅ））。
【００６４】
次に、作用効果について説明する。
【００６５】
本実施形態による分布帰還型半導体レーザ装置では、光吸収性層１６のうち、誘導放出光の導波する方向に沿ったストライプ状の領域Ａの内部に回折格子が印刻されている。つまり、ストライプ状の領域Ａにおける光吸収層１６Ａは光分布帰還を施す吸収性回折格子として作用し、単一波長でのレーザ発振を生じさせる。一方、ストライプ状の領域の周辺部である領域Ｂの光吸収層１６Ｂにも回折格子が存在し、光分布帰還を施す吸収性回折格子として作用すると同時に、光吸収層１６Ｂは光吸収層１６Ａよりも誘導放出光に対して大きな損失を与える役目を果たし、ストライプ状の領域の周辺部に染み出た誘導放出光はより大きな損失を受ける。これにより、実施形態１の場合と同様、ストライプ状の領域の周辺部の方が内部よりも吸収損失が大きく、高次水平横モードは０次水平横モードよりも大きい吸収損失を受ける。つまり、従来は光吸収層１６に均一に回折格子を印刻する構成であるのに対し、本発明ではストライプ状の領域の周辺部である領域Ｂには吸収損失の大きな回折格子を配することにより、領域Ｂの光吸収層１６Ｂが、基本横モードよりもストライプ領域の外側へ広がって導波する高次横モードに選択的に損失を与えてその発生を抑え、基本横モードでの安定したレーザ発振を生じさせる効果が生じることが見出された。また、基本横モードでのレーザ発振を生じさせるだけでなく、ＤＦＢ−ＬＤとして本質的に重要な単一波長でのレーザ発振特性に対しても、不連続な波長の飛びを抑えて安定化させる効果も見られる。
【００６６】
本実施例の半導体レーザ装置は、レーザ発振開始から光出力５０ｍＷ以上までＩ−Ｌ特性が線形であり、また水平ＦＦＰが単峰的であり、安定した基本横モードで発振している。何れの出力レーザ光量でも、ＤＦＢ−ＬＤに特有の、回折格子の周期から唯一決まる単一波長でのレーザ発振が見られる。
【００６７】
本実施形態の構成では、基本横モードの安定化させるために領域Ｂに与える損失量が適切である為に基本横モードの安定化とレーザの駆動電流を大幅には上昇させないこととが両立する点で、また、基本横モードの安定化と単一波長での安定したレーザ発振とが両立し、製造コストの上昇を伴わない点で、実施形態１の場合と同様に従来の損失ガイド構造よりも格段に優れている。特に、領域Ｂに電流狭窄層を兼ねた光吸収層を付加して損失ガイド構造を作る場合には１回余分に結晶成長を行わなければならないのに対し、本実施形態では結晶成長の回数を従来と同じ２回で済ませることができる為、製造コストの上昇を伴わない点で優れる。
【００６８】
なお、本発明においても、ストライプ領域の幅が極端に狭い場合には誘導放出光が領域Ｂの光吸収層１６Ｂによる損失を多く受けすぎる為、望ましくない。また、極端に広すぎる場合には高次モードに与える損失が小さくなり、望ましくない。ストライプ領域の幅として、１μｍから５μｍが適切である。
【００６９】
本実施形態による分布帰還型半導体レーザ装置の製造方法は、吸収性回折格子による吸収量が領域Ａと領域Ｂとで異なる回折格子を有する構造を製造するのに特に適した製造方法である。
【００７０】
すなわち、二光束干渉露光法で回折格子を露光する直前に、光吸収層１６にストライプ状の開口を有するマスクを設け、開口部から露出した光吸収層１６Ａの層厚を薄層化する工程を加えることで、上記の素子構造を容易に製造することができる。
【００７１】
上記実施形態２では、図７（ａ）にストライプ状の領域と直交する方向の断面における光吸収層の分布を示すように、周期構造を有する光吸収層としてバルク状（光吸収層の層厚が電子のド・ブロイ波長よりも厚い）の結晶を用い、ストライプ状の領域の中心部で層厚を薄く、周辺部で層厚を厚くすることによって吸収量の分布を設ける構造を示した。変形例として、周期構造を有する光吸収層として量子井戸（吸収層の厚さが２ｎｍから２０ｎｍ程度の範囲）を用いた場合には次の構造により同様の効果が確かめられた。第一の変形例は、図７（ｂ）に示すように周期構造を有する光吸収層として多重量子井戸を用い、ストライプ状の領域の中心部で井戸数を少なく周辺部で井戸数を多くする構造である。吸収量は井戸数に比例するため、実施形態２と同様の効果が得られる。製造方法も実施形態２と同じく、ストライプ状の領域の内部の光吸収層だけ選択的にエッチングで薄層化する方法が適用できる。第二の変形例は、図７（ｃ）に示すようにストライプ状の領域の中心部で量子井戸の井戸厚を薄く周辺部で井戸厚を厚くする構造である。吸収量は井戸の量子準位で決まり、量子準位が低くなるストライプ状の領域の周辺部でより吸収量が大きくなるために実施形態２と同様の効果が得られる。
【００７２】
また、上記実施形態２では、誘導放出光が導波するストライプ状の領域の方向と直交する方向に、ストライプ状の領域の中心部で光吸収層の層厚が小さく、周辺部で層厚が大きくなるように階段状に分布する場合を示した。変形例として、図７（ｄ）に示すように複数の階段に分布したもの、図７（ｅ）に示すように滑らかに分布したものなどを適用することが可能である。特に図７（ｅ）に示すような層厚が中心から外側へ滑らかに変わる素子においては、階段状に急激に変わるものよりも、導波する誘導放出光をストライプ状の領域の中心部へ集中させる効果が大きく、より高出力まで安定な基本横モードでのレーザ発振がみられた。
【００７３】
なお、領域Ａ及び領域Ｂのそれぞれの吸収性回折格子の厚さは、上記の実施形態で示した値に限定されるものではない。領域Ａ，Ｂで均一な厚さの場合には図１６（ａ）に示す様に領域Ａの等価吸収係数が領域Ｂよりも高くなるのに対し、図１６（ｂ）の様に領域Ａ，Ｂでおおよそ等しくなるか、或いは図１６（ｃ）の様に領域Ａ，Ｂの等価吸収係数の分布が逆転するように、領域Ａ，Ｂのそれぞれの厚さが選ばれていれば安定な横モードが得られる効果が見られた。
【００７４】
（実施の形態３）
図８は本発明の実施形態３による半導体レーザ装置を説明するための斜視図であり、内部の構造を説明するためにその一部を切り欠いて示す。図において、０３は本実施形態３の半導体レーザ装置であり、誘導放出光を発生する活性層１３を有し、活性層１３近傍に、光吸収層１６Ａ，１６Ｂの周期分布を有する周期構造２２を備え、誘導放出光が周期構造２２により光分布帰還を受けてレーザ発振が生ずるＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤとなっている。誘導放出光の導波する方向に沿ったストライプ状の領域Ａにおける光吸収層１６Ａは、領域Ｂにおける光吸収層１６Ｂよりも活性層１３からの距離が離れている点が従来例と異なる。
【００７５】
すなわち、上記レーザ装置０３を構成するｎ型のＩｎＰ基板１１には、幅３μｍ，段差０．１μｍのストライプ状の段差が設けられ、その上に層厚０．５μｍのｎ型のＩｎＰバッファ層２４が形成されている。そして、バッファ層２４には、凹凸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が形成されている。凹凸形状の凸部上には、厚さ０．０５μｍのｐ型のＩｎＧａＡｓＰ光吸収層１６Ａ，Ｂが配置されている。ここで光吸収層１６Ａ，Ｂを構成するＩｎＧａＡｓＰは、活性層１３を構成する半導体材料よりも禁制帯幅が小さい組成であり、活性層で発生される誘導放出光に対する光吸収体として機能する。従って、上記導波方向における光吸収層の周期的な配列により、吸収性回折格子２２が構成される。
【００７６】
回折格子２２の上には、ｎ型のＩｎＰ下クラッド層１２が形成されており、その最表面は平坦である。つまり、領域Ａでは下クラッド層１２の厚さは０．３μｍ、領域Ｂでは０．２μｍである。下クラッド層１２上には、層厚０．１μｍの不純物無添加のＩｎＧａＡｓＰ活性層１３が形成されている。領域Ａの内部における活性層１３上には、層厚０．８μｍのｐ型のＩｎＰ上クラッド層１８が形成されて、上クラッド層１８の上には、層厚０．５μｍのｐ型のＩｎＧａＡｓコンタクト層１９が形成されている。領域Ｂの内部における活性層１３上には、層厚０．２μｍのｐ型のＩｎＰ上クラッド層１８が形成されている。
【００７７】
上記構造の表面には、コンタクト層１９の上部を除いて窒化珪素からなる厚さ０．３μｍの絶縁膜１７が形成されている。この窒化珪素からなる絶縁膜１７は活性層から発生する誘導放出光を吸収しない透明な物質であり、過剰な損失を与えない。絶縁膜１７の表面及びコンタクト層１９の表面上および基板１１の裏面にはそれぞれ電極２１が形成されている。
【００７８】
次に、製造方法について図９を用いて説明する。図９（ａ）〜図９（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斜視図である。
【００７９】
まず、ｎ型のＩｎＰ基板１１上に、ホトレジストを用いた通常のホトリソグラフィーにより幅（ｗ）３μｍのストライプ状の開口を有するマスク２６を設け、ウエットエッチングによりストライプ状の開口内を０．１μｍだけエッチングする。このストライプ状の開口が上記の領域Ａに相当する（図９（ａ））。
【００８０】
次に、ＭＯ−ＣＶＤを用いた結晶成長を行って、ストライプ状の段差を有するｎ型のＩｎＰ基板１１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。
【００８１】
第１回目の結晶成長では、上記基板１１上にｎ型のＩｎＰバッファ層２４が０．５μｍ、ｐ型のＩｎＧａＡｓＰ光吸収層１６Ａ，Ｂが０．０５μｍの厚さに形成される。この時、バッファ層２４、光吸収層１６は、基板のストライプ状の段差を保存するように結晶成長を行う（図９（ｂ））。
【００８２】
そして、上記光吸収層１６の上にホトレジストを塗布し、二光束干渉露光法により、ストライプ状の開口の方向と直交する方向に周期０．２４μｍの回折格子状のマスクパターンを得る。次にウエットエッチングにより光吸収層１６，ガイド層１５をエッチングし、デューティ比４０％の吸収性回折格子２２を得る（図９（ｃ））。
【００８３】
次に、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。この第２回目の結晶成長では、まずｎ型のＩｎＰ下クラッド層１２を、領域Ａの内部で０．３μｍの厚さになり、かつその最表面が平坦になるように結晶成長の条件を選んで作製する。次に連続して不純物無添加のＩｎＧａＡｓＰ活性層１３が０．１μｍの厚さに、ｐ型のＩｎＰ上クラッド層１８が０．８μｍの厚さに、ｐ型のＩｎＧａＡｓコンタクト層１９が０．５μｍの厚さに形成される。
【００８４】
そして、ホトレジストを用いた通常のホトリソグラフィーにより、予め基板１１に設けておいたストライプ状の段差部に一致させるように幅（ｗ）３μｍのストライプ状のマスク２６を設ける（図９（ｄ））。
【００８５】
引き続き、ウエットエッチングにより領域Ｂのコンタクト層１９を除去し、上クラッド層１８を活性層１３から０．２μｍの距離を残して除去することによってリッジ型の光導波路構造を作製する。
【００８６】
このように光導波構造を作製した後、表面全体にプラズマＣＶＤ法により窒化珪素の絶縁膜１７を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。
【００８７】
そして、基板１１をその裏面に研磨処理を施して厚さ１００μｍにまで薄層化し、基板の表面側、基板の裏面にそれぞれ電極２０，２１を真空蒸着により形成する。最後に、基板を、リッジ部が素子の中央にくるように２００μｍ×２００μｍ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（図９（ｅ））。
【００８８】
次に、作用効果について説明する。
【００８９】
本実施形態による分布帰還型半導体レーザ装置では、ストライプ状の領域Ａにおける光吸収層１６Ａは光分布帰還を施す吸収性回折格子として作用し、単一波長でのレーザ発振を生じさせる。一方、ストライプ状の領域の周辺部である領域Ｂの光吸収層１６Ｂにも回折格子が存在し、光分布帰還を施す吸収性回折格子として作用すると同時に、光吸収層１６Ｂは光吸収層１６Ａよりも活性層１３に近いため、誘導放出光に対して大きな損失を与える役目を果たし、ストライプ状の領域の周辺部に染み出た誘導放出光はより大きな損失を受ける。これにより、実施形態１の場合と同様、ストライプ状の領域の周辺部の方が内部よりも吸収損失が大きく、高次水平横モードは０次水平横モードよりも大きいの吸収損失を受ける。つまり、従来は光吸収層１６に均一に回折格子を印刻する構成であるのに対し、本発明ではストライプ状の領域の周辺部である領域Ｂの回折格子を活性層に近い位置に配置することにより、領域Ｂの光吸収層１６Ｂが、基本横モードよりもストライプ領域の外側へ広がって導波する高次横モードに選択的に損失を与えてその発生を抑え、基本横モードでの安定したレーザ発振を生じさせる効果が生じることが見出された。また、基本横モードでのレーザ発振を生じさせるだけでなく、ＤＦＢ−ＬＤとして本質的に重要な単一波長でのレーザ発振特性に対しても、不連続な波長の飛びを抑えて安定化させる効果も見られる。
【００９０】
本実施例の半導体レーザ装置は、レーザ発振開始から光出力４０ｍＷ以上までＩ−Ｌ特性が線形であり、また水平ＦＦＰが単峰的であり、安定した基本横モードで発振している。何れの出力レーザ光量でも、ＤＦＢ−ＬＤに特有の、回折格子の周期から唯一決まる単一波長でのレーザ発振が見られる。
【００９１】
本実施形態の構成では、基本横モードを安定化させるための領域Ｂに与える損失量が適切である為に基本横モードの安定化とレーザの駆動電流を大幅には上昇させないこととが両立する点で、また、基本横モードの安定化と単一波長での安定したレーザ発振とが両立し、実施形態１の場合と同様に従来の損失ガイド構造よりも格段に優れている。特に、領域Ｂに電流狭窄層を兼ねた光吸収層を付加して損失ガイド構造を作る場合には１回余分に結晶成長を行わなければならないのに対し、本実施形態では結晶成長の回数を従来と同じ２回で済ますことができる為、製造コストの上昇を伴わない点で優れる。
【００９２】
なお、本発明においても、ストライプ領域の幅が極端に狭い場合には誘導放出光が領域Ｂの光吸収層１６Ｂによる損失を多く受けすぎる為、望ましくない。また、極端に広すぎる場合には高次モードに与える損失が小さくなり、望ましくない。ストライプ領域の幅として、１μｍから５μｍが適切である。特に本実施形態で用いた３μｍ付近（２μｍから３．５μｍ）がより望ましい。
【００９３】
本実施形態による分布帰還型半導体レーザ装置の製造方法は、吸収性回折格子による吸収量が領域Ａと領域Ｂとで異なる回折格子を有する構造を製造するのに特に適した製造方法である。
【００９４】
すなわち、光導波路にあたる部分にストライプ状の凹段差を設けておき、その上に光吸収層を設けて回折格子を作製し、次に段差を平坦化するように結晶成長を行ってから平坦な活性層を結晶成長する工程を加えることで、上記の素子構造を容易に製造することができる。
【００９５】
また、上記実施形態３では、図１０（ａ）にストライプ状の領域の方向と直交する方向の断面における活性層１３と光吸収層１６の分布を示すように、ストライプ状の領域の中心部で光吸収層が活性層に近く、周辺部で遠くなるように階段状に分布する場合を示した。変形例として、図１０（ｂ）に示すように複数の階段に分布したもの、図１０（ｃ）に示すように滑らかに分布したものなどを適用することが可能である。特に図１０（ｃ）に示すような層厚が中心から外側へ滑らかに変わる素子においては、階段状に急激に変わるものよりも、導波する誘導放出光をストライプ状の領域の中心部へ集中させる効果が大きく、より高出力まで安定な基本横モードでのレーザ発振がみられた。
【００９６】
なお、領域Ａ及び領域Ｂのそれぞれの吸収性回折格子の活性層からの距離は、上記の実施形態で示した値に限定されるものではない。領域Ａ，Ｂで均一な距離の場合には図１６（ａ）に示す様に領域Ａの等価吸収係数が領域Ｂよりも高くなるのに対し、図１６（ｂ）の様に領域Ａ，Ｂでおおよそ等しくなるか、或いは図１６（ｃ）の様に領域Ａ，Ｂの等価吸収係数の分布が逆転するように、領域Ａ，Ｂのそれぞれの距離が選ばれていれば安定な横モードが得られる効果が見られた。
【００９７】
（実施の形態４）
図１１は本発明の実施形態４による半導体レーザ装置を説明するための斜視図であり、内部の構造を説明するためにその一部を切り欠いて示す。図において、０４は本実施形態４の半導体レーザ装置であり、誘導放出光を発生する活性層１３を有し、活性層１３近傍に、光吸収層１６Ａ，１６Ｂの周期分布を有する周期構造２２を備え、誘導放出光が周期構造２２により光分布帰還を受けてレーザ発振が生ずるＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤとなっている。誘導放出光の導波する方向に沿ったストライプ状の領域Ａにおける光吸収層１６Ａはバルク結晶であり、領域Ｂにおける光吸収層１６Ｂは量子井戸構造であり、領域Ａ，Ｂ間で光吸収層の禁制帯幅が異なる点が従来例との相違点である。
【００９８】
すなわち、上記レーザ装置０４を構成するｎ型のＧａＡｓ基板１１には、層厚１μｍのｎ型のＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓバッファ層２４が形成されている。
【００９９】
バッファ層２４の表面部分は、凹凸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いる。そして、バッファ層２４の凸部上には、厚さ０．０５μｍの光吸収層１６Ａ，１６Ｂが配置されている。ここで光吸収層１６Ａは活性層１３を構成する結晶Ａｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓよりも禁制帯幅が小さいＡｌＧａＡｓからなるバルク結晶である。光吸収層１６Ｂは、活性層１３および光吸収層１６Ａを構成するＡｌＧａＡｓよりも、最低量子準位間の遷移エネルギーが小さい、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓからなる量子井戸構造である。光吸収層１６Ａ，Ｂともに結晶活性層１３を構成するＡｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓよりも禁制帯幅が小さいことから、上記光吸収層１６Ａ，１６Ｂは、活性層で発生される誘導放出光に対する光吸収体として機能する。従って、上記導波方向における光吸収層の周期的な配列により、吸収性回折格子２２が構成される。
【０１００】
そして、光吸収層１６Ａ，１６Ｂ上には、層厚０．２μｍのｎ型のＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ下クラッド層１２が、その上には層厚０．０８μｍの不純物無添加のＡｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓ活性層１３が形成されている。
【０１０１】
そして領域Ａには誘導放出光の導波方向に沿って、層厚０．８μｍのストライプ状のｐ型のＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ上クラッド層１８が形成されている。領域Ｂには、層厚０．２μｍのｐ型のＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ上クラッド層１８が形成されており、その上にはｎ型のＡｌ0.75Ｇａ0.25Ａｓ電流狭窄層２３が設けられている。電流狭窄層２３は活性層１３から発生する誘導放出光を吸収しない透明な物質であり、過剰な損失を与えない。上クラッド層１８および電流狭窄層の表面上には、層厚０．５μｍのｐ型のＧａＡｓコンタクト層１９が形成されている。ここで、ストライプ状の領域Ａの幅は３．５μｍとなっている。電流狭窄層２３の表面及びコンタクト層１９の表面上にはＡｕＺｎからなる電極２０が形成されている。また基板１１の裏面にはＡｕＧｅからなる電極２１が形成されている。
【０１０２】
次に、製造方法について図１２を用いて説明する。図１２（ａ）〜図１２（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斜視図である。
【０１０３】
まず、ＭＯ−ＣＶＤを用いた第１回目の結晶成長を行って、ｎ型のＧａＡｓ基板１１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。
【０１０４】
この第１回目の結晶成長では、上記基板１１上にｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓバッファ層２４が１μｍの厚さに、さらにＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓの量子井戸からなる光吸収層１６が０．０５μｍの厚さに形成される。量子井戸からなる光吸収層１６は、活性層で発生される誘導放出光に対する吸収体として機能する量子準位をもつように、組成，井戸幅等を設定する。
【０１０５】
そして、上記光吸収層１６の上に、スパッタ法により酸化珪素（ＳｉＯ2）による絶縁膜１７を０．３μｍの厚さに形成し、通常のホトリソグラフィーと弗化水素酸によるウエットエッチングにより幅（ｗ）３．５μｍのストライプ状に加工する。このストライプ状の領域が上記の領域Ａに相当する（図１２（ａ））。
【０１０６】
そして、ストライプ状に加工された酸化珪素（ＳｉＯ2）膜の付いた基板を約８００℃以上の温度で熱処理を行う。すると、ストライプ状のＳｉＯ2膜の直下（つまり、領域Ａ）における光吸収層であるＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ量子井戸はアロイ化され、ＡｌＧａＡｓ混晶結晶となる。この時に生じるＡｌＧａＡｓ混晶結晶は、元のＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ量子井戸よりも禁制帯幅が広く、かつ活性層で発生される誘導放出光に対する吸収体として機能する。領域Ａ内の選択的なアロイ化の後、ストライプ状のＳｉＯ2膜を除去する。
【０１０７】
次に、領域Ａ内部だけアロイ化された光吸収層１６Ａ，１６Ｂの上にホトレジストを塗布し、二光束干渉露光法により、ストライプ状の領域の方向と直交する方向に周期０．２３μｍの回折格子状のマスクパターンを得る。次に塩酸と過酸化水素水と純水との混合液（ＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓをエッチングし、ホトレジストをエッチングしない）により光吸収層１６Ａ，１６Ｂおよびバッファ層２４をエッチングし、デューティ比２５％の吸収性回折格子２２を得る（図１２（ｂ））。
【０１０８】
次に、回折格子２２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。この第２回目の結晶成長では、まずｎ型のＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ下クラッド層１２が０．２μｍの厚さに形成され、その上に不純物無添加のＡｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓ活性層１３が０．０８μｍの厚さに形成され、その上にｐ型のＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ上クラッド層１８が０．８μｍの厚さに形成され、最後にｐ型のＧａＡｓコンタクト層１９が０．５μｍに形成される。
【０１０９】
そして、上記コンタクト層１９の上に、通常のホトリソグラフィーにより幅（ｗ）３．５μｍのストライプ状のホトレジストによるマスク２６を設ける。このマスクは、ストライプ状にアロイ化した光吸収層部分に合わせて位置決めを行う（図１２（ｃ））。
【０１１０】
ストライプ状のマスク２６を用いてウエットエッチングにより上クラッド層１８を領域Ｂにおいて０．２μｍだけ残して選択的にエッチングしてリッジ導波路構造を作製する（図１２（ｄ））。
【０１１１】
そして、リッジ部以外に第３回目の結晶成長によりｎ型のＡｌ0.75Ｇａ0.25Ａｓ電流狭窄層２３を形成する。基板１１をその裏面に研磨処理を施して厚さ１００μｍにまで薄層化し、基板の表面側にＡｕＺｎからなる電極２０を、基板の裏面にＡｕＧｅからなる電極２１を真空蒸着により形成する。最後に、基板を、リッジ部が素子の中央にくるように３００μｍ×３００μｍ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（図１２（ｅ））。
【０１１２】
次に、作用効果について説明する。
【０１１３】
本実施形態による分布帰還型半導体レーザ装置では、光吸収性層１６のうち、誘導放出光の導波する方向に沿ったストライプ状の領域Ａの内部に回折格子が印刻されている。つまり、ストライプ状の領域Ａにおけるアロイ結晶からなる光吸収層１６Ａは光分布帰還を施す吸収性回折格子として作用し、単一波長でのレーザ発振を生じさせる。一方、ストライプ状の領域の周辺部である領域Ｂの量子井戸からなる光吸収層１６Ｂにも回折格子が存在し、光分布帰還を施す吸収性回折格子として作用すると同時に、光吸収層１６Ｂは光吸収層１６Ａよりも誘導放出光に対して大きな損失を与える役目を果たし、ストライプ状の領域の周辺部に染み出た誘導放出光はより大きな損失を受ける。これにより、実施形態１の場合と同様、ストライプ状の領域の周辺部の方が内部よりも吸収損失が大きく、高次水平横モードは０次水平横モードよりも大きいの吸収損失を受ける。つまり、従来は光吸収層１６に均一に回折格子を印刻する構成であるのに対し、本発明ではストライプ状の領域の周辺部である領域Ｂには吸収損失の大きな回折格子を配することにより、領域Ｂの光吸収層１６Ｂが、基本横モードよりもストライプ領域の外側へ広がって導波する高次横モードに選択的に損失を与えてその発生を抑え、基本横モードでの安定したレーザ発振を生じさせる効果が生じることが見出された。また、基本横モードでのレーザ発振を生じさせるだけでなく、ＤＦＢ−ＬＤとして本質的に重要な単一波長でのレーザ発振特性に対しても、不連続な波長の飛びを抑えて安定化させる効果も見られる。
【０１１４】
本実施例の半導体レーザ装置は、レーザ発振開始から光出力５０ｍＷ以上までＩ−Ｌ特性が線形であり、また水平ＦＦＰが単峰的であり、安定した基本横モードで発振している。何れの出力レーザ光量でも、ＤＦＢ−ＬＤに特有の、回折格子の周期から唯一決まる単一波長でのレーザ発振が見られる。
【０１１５】
本実施形態の構成では、基本横モードの安定化させるために領域Ｂに与える損失量が適切である為に基本横モードの安定化とレーザの駆動電流を大幅には上昇させないこととが両立する点で、また、基本横モードの安定化と単一波長での安定したレーザ発振とが両立し、製造コストの上昇を伴わない点で、実施形態１の場合と同様に従来の損失ガイド構造よりも格段に優れている。本実施形態では３回目の結晶成長により電流狭窄層を作製しているが、実施形態１〜３に示すような電流狭窄構造をとることにより結晶成長の回数を２回に減らすことも可能である。結晶成長の回数を従来と同じ２回で済ませる場合、特に製造コストの上昇を伴わない点で優れる。
【０１１６】
なお、本発明においても、ストライプ領域の幅が極端に狭い場合には誘導放出光が領域Ｂの光吸収層１６Ｂによる損失を多く受けすぎる為、望ましくない。また、極端に広すぎる場合には高次モードに与える損失が小さくなり、望ましくない。ストライプ領域の幅として、１μｍから５μｍが適切である。特に本実施形態で用いた３．５μｍ付近（２μｍから３．５μｍ）がより望ましい。
【０１１７】
本実施形態による分布帰還型半導体レーザ装置の製造方法は、吸収性回折格子による吸収量が領域Ａと領域Ｂとで異なる回折格子を有する構造を製造するのに特に適した製造方法である。
【０１１８】
すなわち、二光束干渉露光法で回折格子を露光する直前に、量子井戸からなる光吸収層１６の上にストライプ状の誘電体マスクを設けて熱処理を行うことにより、誘電体マスク直下の光吸収層１６Ａをアロイ化して吸収量を低減させる工程を加えることで、上記の素子構造を容易に製造することができる。
【０１１９】
なお、量子井戸からなる光吸収層をアロイ化する方法は上記の方法に限定されず、例えばストライプ状の領域Ａに選択的にイオン注入、不純物拡散、プロトン照射等を行うことによっても実現される。
【０１２０】
なお、領域Ａ及び領域Ｂのそれぞれの吸収性回折格子の禁制帯幅は、上記の実施形態で示した場合に限定されるものではない。領域Ａ，Ｂで均一な禁制帯幅の場合には図１６（ａ）に示す様に領域Ａの等価吸収係数が領域Ｂよりも高くなるのに対し、図１６（ｂ）の様に領域Ａ，Ｂでおおよそ等しくなるか、或いは図１６（ｃ）の様に領域Ａ，Ｂの等価吸収係数の分布が逆転するように、領域Ａ，Ｂのそれぞれの吸収性回折格子の禁制帯幅が選ばれていれば安定な横モードが得られる効果が見られた。
【０１２１】
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、ＩＩＩ族元素としてＡｌ，Ｇａ，Ｉｎ等を、Ｖ族元素としてＰ，Ａｓ，Ｎ等を含むＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体材料、また、ＩＩ族元素としてＺｎ，Ｍｇ，Ｃｄ等を、ＶＩ族元素としてＳ，Ｓｅ，Ｔｅ等を含むＩＩ−ＶＩ族混晶半導体材料、その他カルコパイライト系、Ｉ−ＶＩＩ族混晶半導体材料等の様々な材料系からなる分布帰還型半導体レーザ装置に対しても本発明を適用することが出来ることは言うまでもない。また結晶成長の方法、特に選択成長の方法に対しても種々の公知技術を適用して実施することが可能である。結晶成長時に、成長層の結晶性を良好なものとするためにバッファ層（緩衝層）を用いることも可能である。
【０１２２】
また、ストライプ状の導波路の構造や作製方法、回折格子の構造や作製方法に関しても上記実施形態で示したものに限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【０１２３】
また、レーザ素子の光出射端面の処理方法、コーティング材料とその形成方法に関して上記実施形態では言及していないが、様々な公知の技術を適用してレーザ素子の構成を変形させることは容易に可能である。
【０１２４】
さらに、分布帰還型半導体レーザ装置は光出射端面が必ずしも劈開で形成されていなくてもレーザ発振が可能であることから光集積回路等におけるモノリシック光源として有望視されており、本発明は上記実施形態で示した単体素子に対してのみならず、集積化素子のレーザ光源部分に適用することが可能である。
【０１２５】
なお、本発明は、類似の構成を有する吸収性回折格子を有する波長フィルタ等にも適用可能であることはいうまでもない。
【０１２６】
【発明の効果】
請求項１又は２に係わる半導体レーザ装置によれば、吸収性回折格子を有するＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤにおいて、０次横モードの安定発振とレーザの駆動電流を大幅に上昇させないこととが両立する構造を製造工程の複雑化や製造コストの上昇を伴わないで実現できる。また、単一波長でのレーザ発振特性に対しても不連続な波長の飛びを抑えて縦モードを安定化させる効果も生じる。
【０１２７】
請求項３から９に係わる半導体レーザ装置によれば、ストライプ状の領域の内外で吸収性回折格子の凸部の幅を変えて内部の方が小さくする（請求項３）、または内部の方が層厚が薄くする（請求項４）、または吸収層が量子井戸の場合には井戸数が少ないかもしくは井戸幅が狭くなるようにする（請求項５，６）、または内部の方が活性層から遠くなるようにする（請求項７）、または内部の方が吸収層の禁制帯幅が広くなるようにする（請求項８）、または内外の光吸収層の変化をなめらかにすること（請求項９）といった非常に簡便な方法で、０次横モードの安定発振とレーザの駆動電流を大幅に上昇させないこととが両立する構造を容易に実現することができる。特に、ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤにおいては、単一波長でのレーザ発振特性に対しても不連続な波長の飛びを抑えて縦モードを安定化させる効果も見られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１による半導体レーザ装置の構造を示す斜視図であり、一部を切り欠いて示している。
【図２】本発明の実施形態１による半導体レーザ装置の製造方法を主要工程順に示す斜視図である。
【図３】（ａ），（ｂ）本発明の実施形態１および従来の半導体レーザ装置の光出力と駆動電流との関係、水平遠視野像（水平ＦＦＰ）を示す図である。（ｃ）実施形態１のストライプ領域の幅と発振開始電流との関係を示す図である。
【図４】 本発明の実施形態１による半導体レーザ装置の変形例の主要部の断面図である。光吸収層の分布のみ示している。
【図５】本発明の実施形態２による半導体レーザ装置の構造を示す斜視図であり、一部を切り欠いて示している。
【図６】本発明の実施形態２による半導体レーザ装置の製造方法を主要工程順に示す斜視図である。
【図７】本発明の実施形態２による半導体レーザ装置の変形例の主要部の断面図である。吸収層の分布のみ示している。
【図８】本発明の実施形態３による半導体レーザ装置の構造を示す斜視図であり、一部を切り欠いて示している。
【図９】本発明の実施形態３による半導体レーザ装置の製造方法を主要工程順に示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施形態３による半導体レーザ装置の変形例の主要部の断面図である。吸収層と活性層の分布のみ示している。
【図１１】本発明の実施形態４による半導体レーザ装置の構造を示す斜視図であり、一部を切り欠いて示している。
【図１２】本発明の実施形態４による半導体レーザ装置の製造方法を主要工程順に示す斜視図である。
【図１３】従来の半導体レーザ装置の構造を示す斜視図であり、一部を切り欠いて示している。
【図１４】従来の半導体レーザ装置の製造方法を主要工程順に示す斜視図である。
【図１５】（ａ）従来の半導体レーザ装置のストライプ状の領域の長手方向に直交する断面図、及び内部の光分布を示す図である。（ｂ）ａ−ａ’間の光密度分布、（ｃ）ｂ−ｂ’間の光密度分布を示す図である。
【図１６】（ａ）従来の半導体レーザ装置の等価吸収係数の分布を説明する図である。（ｂ），（ｃ）本発明の等価吸収係数の分布を説明する図である。
【符号の説明】
００〜０４ ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤ装置
１１ 基板
１２ 下クラッド層
１３ 活性層
１４ キャリアバリア層
１５ ガイド層
１６，１６Ａ，１６Ｂ 光吸収層
１７ 絶縁膜
１８ 上クラッド層
１９ コンタクト層
２０ ｐ型用電極
２１ ｎ型用電極
２２，２２Ａ，２２Ｂ 周期構造もしくは回折格子もしくは吸収性回折格子
２３ 電流狭窄層
２４ バッファ層
２５ 第２ガイド層
２６ マスク
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク装置、光通信、光計測装置等の光源として利用される半導体レーザ装置に関し、特に誘導放出光が導波するストライプ状の領域の内部の活性層近傍に吸収性回折格子が設けられた利得結合分布帰還型半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
誘導放出光を発生する活性層を備え、誘導放出光が導波されるストライプ状の導波路構造を備えた半導体レーザ装置において、誘導放出光の導波方向に回折格子を備えており、誘導放出光が回折格子により光分布帰還を受けて単一波長でレーザ発振が生ずるよう構成されたものを分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ＦｅｅｄＢａｃｋ Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）という。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。
【０００３】
ＤＦＢ−ＬＤにおいて、特に安定して単一波長を発生するよう考案されたものが利得結合ＤＦＢ−ＬＤ（以下、ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤと記す：Ｇａｉｎ−Ｃｏｕｐｌｅｄ ＤＦＢ−ＬＤ）であり、例えば、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．１９９３年，第３２巻，８２５頁（参考文献１）にその一例が示されている。参考文献１に示されたＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤにおいては、回折格子を構成する各格子部の頂上に光吸収層を設けることによって周期的に光を吸収するようにした吸収性回折格子作り込んでいる。誘導放出光の導波方向にて誘導放出光に対する吸収／利得が空間的に周期的に変動した素子構造にすることによって、従来のＤＦＢ−ＬＤよりも単一の波長でレーザ発振が安定して生じるとされている。
【０００４】
図１３に、従来の吸収性回折格子を備えたＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤの構造の一例を示す斜視図を示す。内部の構造を説明するためにその一部を切り欠いて示す。
【０００５】
図１３において、００は従来のＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤであり、誘導放出光を発生する活性層１３を有し、活性層１３近傍に、光吸収層１６Ａ，１６Ｂの周期分布を有する周期構造２２を備え、誘導放出光が周期構造２２により光分布帰還を受けてレーザ発振が生ずる素子構造となっている。
【０００６】
すなわち、上記レーザ装置００を構成するｎ型のＧａＡｓ基板１１には、層厚１μｍのｎ型のＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ下クラッド層１２が形成されている。また、下クラッド層１２上には、不純物無添加の多重量子井戸の活性層１３が形成されており、活性層１３上には、層厚０．１μｍのｐ型のＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓキャリアバリア層１４を介して層厚０．１μｍのｐ型のＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓガイド層１５が形成されている。ガイド層１５の表面部分は、凹凸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いる。そして、ガイド層１５の凸部上には、厚さ０．０５μｍのｎ型のＧａＡｓ光吸収層１６Ａ，１６Ｂが配置されている。そして、凹凸部分は、厚さ０．１μｍのｐ型のＡｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓからなる第２ガイド層２５が配置されている。ここで光吸収層１６Ａ，１６Ｂを構成するＧａＡｓは、活性層１３から誘導放出される光のエネルギーよりも小さな禁制帯幅を有していることから、上記光吸収層１６Ａ，１６Ｂは、活性層で発生される誘導放出光を周期的に吸収する吸収性回折格子２２を構成する。領域Ａには誘導放出光の導波方向に沿って、層厚１μｍで幅４μｍのストライプ状のｐ型のＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ上クラッド層１８が形成されており、上クラッド層１８の表面上には、層厚０．５μｍのｐ型のＧａＡｓコンタクト層１９が形成されている。吸収性回折格子２２は、領域Ａ，Ｂに均一に形成されている。上記構造の最表面には、コンタクト層１９上部を除いて絶縁膜１７が形成されている。絶縁膜１７の表面及びコンタクト層１９の表面上には電極２０が形成されており、基板１１の裏面にも電極２１が形成されている。
【０００７】
このような構成の吸収性回折格子を有するＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤでは、回折格子が形成された光吸収層１６Ａ，Ｂによって、活性層で発生する誘導放出光に対する利得の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分布帰還が生じて単一波長でのレーザ発振が生ずる。
【０００８】
次に、従来のＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤの構造の製造方法について図１４を用いて説明する。図１４（ａ）〜図１４（ｄ）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斜視図である。
【０００９】
まず、有機金属気相成長法などを用いた第１回目の結晶成長を行って、ｎ型のＧａＡｓ基板１１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。この第１回目の結晶成長では、上記基板１１上にｎ型Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ下クラッド層１２が１μｍの厚さに、不純物無添加の多重量子井戸の活性層１３が形成され、その上にｐ型のＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓキャリアバリア層１４が０．１μｍの厚さに、さらにｐ型のＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓガイド層１５が０．１μｍの厚さに、ｎ型のＧａＡｓ層光吸収層１６が０．０５μｍの厚さに形成される。（図１４（ａ））そして、最表面の光吸収層１６の上にホトレジストを塗布し、二光束干渉露光法により、周期約０．３５μｍの回折格子状のマスクパターンを基板全面に均一に得る。次にウエットエッチングにより光吸収層１６，ガイド層１５の一部をエッチングし、回折格子２２を得る。（図１４（ｂ））次に、回折格子２２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。この第２回目の結晶成長では、まずｐ型のＡｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ第２ガイド層２５が０．１μｍの厚さに形成され、ｐ型のＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ上クラッド層１８が１μｍの厚さに形成され、最後にｐ型のＧａＡｓコンタクト層１９が０．５μｍに形成される。（図１４（ｃ））そして、通常のホトリソグラフィーとウエットエッチングにより回折格子と直交する方向に幅４μｍのストライプ状にＧａＡｓコンタクト層１９とＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ上クラッド層１８とを加工し、リッジ型光導波構造を作製する。光導波構造を作製した後、絶縁膜１７をリッジ頂上を除く表面全体に形成し、基板の表面側に電極２０を、基板の裏面に電極２１を形成する。最後に、リッジ部が素子の中央にくるように２００〜６００μｍ程度の素子長のチップに劈開により分割して、レーザ装置を完成する（図１４（ｄ））。
【００１０】
なお、上記に示した従来の構造においては、活性層の近傍に設けた光吸収層以外には光を吸収する構造を持たない、実屈折率ガイド構造にすることで駆動電流の低減を図っている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来の吸収性回折格子を備えたＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤの構造では、活性層を挟む２つのクラッド層のうちの一方をストライプ状の凸形状に加工したリッジ型光導波路構造を備えており、リッジ部と活性層との間に吸収性回折格子を設けている。リッジ型導波構造により、誘導放出光が導波するストライプ領域の内部（以下、領域Ａともいう）の等価屈折率をその周辺部（以下、領域Ｂともいう）の等価屈折率よりも高くし、等価屈折率の差により導波光をストライプ領域の内部に閉じ込め、０次水平横モードでのレーザ発振を実現している。
【００１２】
ところで、図１５（ａ）にレーザ出射端面方向から見た従来のＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤの断面、及びリッジ構造によりレーザ内部に閉じ込められた光の分布の様子を示す。領域Ａに相当するリッジ内部においては、図１５（ｂ）にａ−ａ’間の光密度分布を示すように、光は上下方向（半導体層の積層方向）に広がり、かつ光密度が高くなる。一方で領域Ｂに相当するリッジ周辺部では、図１５（ｃ）にｂ−ｂ’間の光密度分布を示すように、光の上下方向への広がりが小さく、かつ光密度が低い。その為、領域Ａに閉じ込められた光（ａ−ａ’）の方が領域Ｂにしみ出た光（ｂ−ｂ’）よりも光吸収層１６による光吸収を強く受けることになる。この場合、ストライプ内外の実屈折率差により光をストライプ領域に閉じ込める構造を意図しているにもかかわらず、出力と共に吸収損失の小さな領域Ｂへ光分布がシフトしたり、基本横モードよりも領域Ｂへ広がった光分布を示す高次横モードが発生しやすくなる問題点が生じる。光分布の位置が不安定であったり、高次横モードが発生すると光出力電流特性に折れ曲がりが生じてレーザが高出力まで動作しなくなる。通常の吸収性回折格子によるＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤにおいては、十数ｍＷ程度の光出力でさえも光出力電流特性に折れ曲がりが生じて、長距離コヒーレント空間光通信の光源等の数十ｍＷ以上の光出力を要求する用途に対しては問題が大きい。さらに、単一波長での安定なレーザ発振を要求するＤＦＢ−ＬＤの場合には、高次横モードが発生すると発振波長が不連続に変化し単一波長での発振を維持出来なくなる等の致命的な問題が生じる。
【００１３】
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、基本横モードでのレーザ発振を安定して生じさせ、高い光出力まで安定した単一波長でのレーザ発振を生じさせる新規のＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤを得ることを目的とする。特に、上記の目的の為に過剰にレーザの駆動電流を増加させることがなく、かつ構造が非常に簡単で、製造工程や製造コストを大幅に上昇させることなく製造できる構成を提供する。
【００１４】
なお、上記では活性層１３の上に光吸収層１６を設け、その上のクラッド層をリッジ型光導波路に加工した構造に関して図１５を参照して問題点を示したが、安定した基本横モードを高い光出力まで得る要求はリッジの有無，形態に限らず他の導波路構造を有するレーザにも共通する要求である。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体レーザ装置は、誘導放出光を発生する活性層と、前記誘導放出光が導波されるストライプ状の導波路構造と、前記誘導放出光の導波方向に誘導放出光に対する吸収が周期的に変動する光吸収の分布を有した吸収性回折格子とを備え、前記吸収性回折格子が前記ストライプ状の導波路構造の内部及びその周辺部に配置され、前記誘導放出光が前記吸収の周期的変動により光分布帰還を受けて単一波長でレーザ発振する分布帰還型の半導体レーザ装置であって、前記吸収性回折格子の一部である光吸収層は、吸収損失が前記ストライプ状の導波路構造の中心部からその周辺部に向かって大きくなるように分布され、上記誘導放出光を透過し、かつ、上記誘導放出光を吸収しない電流狭窄構造を備えていることにより、上記目的を達成する。
【００１６】
本発明の半導体レーザ装置は、誘導放出光を発生する活性層と、前記誘導放出光が導波されるストライプ状の導波路構造と、前記誘導放出光の導波方向に誘導放出光に対する吸収が周期的に変動する光吸収の分布を有した吸収性回折格子とを備え、前記吸収性回折格子が前記ストライプ状の導波路構造の内部及びその周辺部に配置され、前記誘導放出光が前記吸収の周期的変動により光分布帰還を受けて単一波長でレーザ発振する分布帰還型の半導体レーザ装置であって、前記吸収性回折格子によって生じる吸収損失を前記ストライプ状の導波路構造の中心部から周辺部に向かって大きくすることにより、水平横モードを安定化してなり、上記誘導放出光を透過し、かつ、上記誘導放出光を吸収しない電流狭窄構造を備えることにより、上記目的を達成する。
【００１７】
また、前記吸収性回折格子が、その凸部の幅が、前記ストライプ状の導波路構造の中心部でよりも、前記中心部の周辺部で大きいことにより、上記目的を達成する。
【００１８】
前記吸収性回折格子の光吸収層は、その層厚が、前記ストライプ状の導波路構造の中心部でよりも、前記中心部の周辺部で厚いことにより、上記目的を達成する。
【００１９】
更に、前記吸収性回折格子の光吸収層は、量子井戸を用いたものであって、前記量子井戸の井戸数が、前記ストライプ状の導波路構造の中心部でよりも、前記中心部の周辺部で多いことにより、上記目的を達成する。
【００２０】
前記吸収性回折格子の光吸収層は、量子井戸を用いたものであって、前記量子井戸の井戸幅が、前記ストライプ状の導波路構造の中心部でよりも、前記中心部の周辺部で広いことにより、上記目的を達成する。
【００２１】
また、前記吸収性回折格子は、その前記活性層との距離が、前記ストライプ状の導波路構造の中心部でよりも、前記中心部の周辺部で近いことにより、上記目的を達成する。
【００２２】
前記吸収性回折格子は、その禁制帯幅が、前記ストライプ状の導波路構造の中心部でよりも、前記中心部の周辺部で狭いことにより、上記目的を達成する。
【００２３】
本発明の半導体装置は、前記ストライプ状の導波路構造の中心部から周辺部に向かっての構造の変化が滑らかであることにより、上記目的を達成する。
【００２４】
以下、本発明の作用について説明する。
【００２５】
請求項１、２においては、誘導放出光が導波するストライプ状の領域の内部および周辺部に吸収性回折格子が設けられた半導体レーザ装置において、ストライプ状の導波路構造の中心部から周辺部に向かって吸収損失が大きくなるよう分布している為、ストライプ状の導波路の内部における吸収性回折格子は分布帰還を効率よく行わせて安定した単一波長でのレーザ発振を行わせるように作用し、周辺部における吸収性回折格子は分布帰還を行わせるとともに安定した水平横モードでのレーザ発振を行わせる作用をはたす。その為、高出力までの０次水平横モードでのレーザ発振を、駆動電流の大幅な上昇なく、容易かつ製造工程を大幅に追加することなく安価に行わせることの出来る構造が提供されるものである。
【００２６】
請求項３から９においては、請求項１又は２における本発明をより具体的に実現する為の好適な手段が示されている。すなわち、吸収性回折格子のデューティ比が、ストライプ状の導波路構造の中心部で小さく、周辺部に向かって大きく分布していることによって請求項１又は２の構成を好適に実現できる（請求項３）。また、別の方法では、吸収性回折格子を構成する光吸収層の層厚が、ストライプ状の導波路構造の中心部で薄く、周辺部に向かって厚く分布していることによって請求項１又は２の構成を好適に実現できる（請求項４）。また、別の方法では、吸収性回折格子を構成する光吸収層が、量子井戸から成りストライプ状の導波路構造の中心部で量子井戸の井戸数が少なく、周辺部に向かって多く分布していることによって請求項１又は２の構成を好適に実現できる（請求項５）。また、別の方法では、吸収性回折格子を構成する光吸収層が量子井戸から成りストライプ状の導波路構造の中心部で量子井戸の井戸幅が狭く、周辺部に向かって広く分布していることによって請求項１又は２の構成を好適に実現できる（請求項６）。また、別の方法では、吸収性回折格子と活性層との距離が、ストライプ状の導波路構造の中心部で離れており、周辺部に向かって近く分布していることによって請求項１又は２の構成を好適に実現できる（請求項７）。また、別の方法では、吸収性回折格子の禁制帯幅が、ストライプ状の導波路構造の中心部で広く、周辺部に向かって狭く分布していることによって請求項１又は２の構成を好適に実現できる（請求項８）。なお、請求項１から８においては、内外の光吸収層の構造の変化をなめらかにすることによってより光が閉じ込まるようになり、より好適である（請求項９）。
【００２７】
次に本発明に対してより好適な構成を示す。すなわち、ストライプ状の領域の周辺部の光吸収層が、量子井戸であり、内部はその量子井戸が無秩序化された時にできる混晶比を有する混晶結晶であることによって請求項１又は２の構成をより好適に実現できる。また、本発明を、活性層を挟む上下２つのクラッド層のうち一方の層側にリッジ構造等のストライプ内外の等価屈折率の差をつける構造と吸収層とがある半導体レーザ装置の様に水平横モードが不安定に成りやすい構造に適用する場合、より効果的である。また、ストライプ状の領域の幅が狭すぎると導波光がストライプ外の吸収層から受ける損失が大きくなり、広すぎると本発明の効果が無くなることから、ストライプ状の領域の幅は１μｍ以上、５μｍ以下であることが望ましい。より望ましくは、２μｍ以上、３．５μｍ以下であるのがよい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。実施の形態１と実施の形態２〜４とでは電流狭窄構造が異なるが、電流狭窄構造と本願発明との相関関係は無く、いずれの電流狭窄構造を用いてもよい。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施形態１による半導体レーザ装置を説明するための斜視図であり、内部の構造を説明するためにその一部を切り欠いて示す。図において、０１は本実施形態１の半導体レーザ装置であり、誘導放出光を発生する活性層１３を有し、活性層１３近傍に、光吸収層１６Ａ，１６Ｂの周期分布を有する周期構造２２を備え、誘導放出光が周期構造２２により光分布帰還を受けてレーザ発振が生ずるＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤとなっている。誘導放出光の導波する方向に沿ったストライプ状の領域Ａにおける光吸収層１６Ａはデューティ比が小さく、領域Ｂにおける光吸収層１６Ｂはデューティ比が大きい点が従来例と異なる。
【００３０】
すなわち、上記レーザ装置０１を構成するｎ型のＧａＡｓ基板１１には、層厚１μｍのｎ型のＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ下クラッド層１２が形成されている。また、下クラッド層１２上には、層厚０．０８μｍの不純物無添加のＡｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓ活性層１３が形成されており、活性層１３上には、層厚０．２μｍのｐ型のＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓキャリアバリア層１４を介して層厚０．０５μｍのｐ型のＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓガイド層１５が形成されている。
【００３１】
ガイド層１５の表面部分は、凹凸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いる。そして、ガイド層１５の凸部上には、ストライプ状の領域Ａにおいては厚さ０．０３μｍのｐ型のＧａＡｓ光吸収層１６Ａが、デューティ比２０％で配置されている。また、その周辺部である領域Ｂにおいては同一厚さのｐ型のＧａＡｓ光吸収層１６Ｂが、デューティ比８０％で配置されている。ここで光吸収層１６Ａ，１６Ｂを構成するＧａＡｓは、活性層１３を構成するＡｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓよりも禁制帯幅が小さいことから、上記光吸収層１６Ａ，１６Ｂは、活性層で発生される誘導放出光に対する光吸収体として機能する。従って、上記導波方向における光吸収層の周期的な配列により、吸収性回折格子２２が構成される。
【００３２】
そして光吸収層の上には、層厚０．８μｍのｐ型のＡｌ0.75Ｇａ0.25Ａｓ上クラッド層１８が形成されており、上クラッド層１８の表面上には、層厚０．５μｍのｐ型のＧａＡｓコンタクト層１９が形成されている。そして領域Ａのコンタクト層１９から上クラッド層１８にかけて、誘導放出光の導波方向に沿って、幅３μｍに渡ってストライプ状に高濃度のＺｎが拡散されている。
【００３３】
コンタクト層１９の表面上には、幅３μｍのストライプ状の開口を有する厚さ０．３μｍのアルミナ絶縁膜１７を介してＡｕＺｎからなる電極２０が形成されている。また基板１１の裏面にはＡｕＧｅからなる電極２１が形成されている。
【００３４】
次に、製造方法について図２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斜視図である。
【００３５】
まず、ＭＯ−ＣＶＤを用いた第１回目の結晶成長を行って、ｎ型のＧａＡｓ基板１１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。
【００３６】
この第１回目の結晶成長では、上記基板１１上にｎ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ下クラッド層１２が１μｍの厚さに、不純物無添加のＡｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓ活性層１３が０．０８μｍの厚さに、ｐ型のＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓキャリアバリア層１４が０．２μｍの厚さに成長され、さらにｐ型のＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓガイド層１５が０．０５μｍの厚さに、ｐ型のＧａＡｓ層光吸収層１６が０．０３μｍの厚さに形成される（図２（ａ））。
【００３７】
次に、光吸収層１６の上に電子ビーム露光用のレジストを塗布し、電子ビーム描画により、周期０．３５μｍの回折格子状のマスクパターンを描画する。描画するマスクパターンは図４（ａ）に上面図を示すステップ状のパターンであり、領域Ａの幅は３μｍである。この時のマスクパターンの線幅は、領域Ａにあたるストライプ状の領域においてデューティ比２０％に、領域Ｂでは８０％になるように描画する（図２（ｂ））。
【００３８】
次にＣｌ2ガスを用いたドライエッチングにより光吸収層１６Ａ，１６Ｂおよびガイド層１５の一部をエッチングし、回折格子２２のパターンを転写する。その後マスク２６を除去する（図２（ｃ））。
【００３９】
次に、回折格子２２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。この第２回目の結晶成長では、まずｐ型のＡｌ0.75Ｇａ0.25Ａｓ上クラッド層１８が０．８μｍの厚さに形成され、最後にｐ型のＧａＡｓコンタクト層１９が０．５μｍに形成される。アルミナ絶縁膜１７を０．３μｍ堆積し、幅３μｍのストライプ状の開口を形成した後、その開口を通して高濃度のＺｎを拡散する（図２（ｄ））。
【００４０】
そして、基板１１をその裏面に研磨処理を施して厚さ１００μｍにまで薄層化し、基板の表面側にＡｕＺｎからなる電極２０を、基板の裏面にＡｕＧｅからなる電極２１を真空蒸着により形成する。最後に、基板を、リッジ部が素子の中央にくるように３００μｍ×３００μｍ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（図２（ｅ））。
【００４１】
次に、作用効果について説明する。
【００４２】
本実施形態による分布帰還型半導体レーザ装置では、光吸収性層１６のうち、誘導放出光の導波する方向に沿ったストライプ状の領域Ａの内部に回折格子が印刻されている。つまり、ストライプ状の領域Ａにおける光吸収層１６Ａは光分布帰還を施す吸収性回折格子として作用し、単一波長でのレーザ発振を生じさせる。一方、ストライプ状の領域の周辺部である領域Ｂの光吸収層１６Ｂにも回折格子が存在し、光分布帰還を施す吸収性回折格子として作用すると同時に、光吸収層１６Ｂは光吸収層１６Ａよりもデューティ比が大きいために誘導放出光に対して大きな損失を与える役目も果たし、ストライプ状の領域の外側に染み出た誘導放出光はより大きな損失を受ける。この場合、領域Ａの等価吸収係数は約４０ｃｍ-1，領域Ｂの等価吸収係数は約２５０ｃｍ-1となり、ストライプ状の領域の周辺部の方が吸収損失が大きい構造である為に誘導放出光は安定してストライプ状の領域に閉じ込められる（図１６（ｃ））。また、本構造によって０次水平横モードが受ける共振器損失は約４８ｃｍ-1であるのに対して１次水平横モードは約８１ｃｍ-1の損失を受ける為、０次以外の横モードの発生は非常に起こりにくい。比較のために、本実施形態とほぼ同一の構成で、従来の様にストライプ状の領域の内外に均一に吸収性回折格子を備えた点だけが異なる半導体レーザ装置においては、領域Ａの等価吸収係数は約４０ｃｍ-1，領域Ｂの等価吸収係数は約１２ｃｍ-1となり、ストライプ状の領域の内部の方が吸収損失が大きい構造であり（図１６（ａ））、また０次水平横モードが受ける共振器損失は約３９ｃｍ-1であるのに対して１次水平横モードは約３５ｃｍ-1，２次水平横モードは約１８ｃｍ-1の損失を受ける為、０次以外の損失の小さな高次横モードが発生しやすい。つまり、従来は光吸収層１６に均一に回折格子を印刻する構成であるのに対し、本発明ではストライプ状の領域の周辺部である領域Ｂにはデューティ比の大きな回折格子を設けることにより、領域Ｂの光吸収層１６Ｂが、基本横モードよりもストライプ領域の外側へ広がって導波する高次横モードに選択的に損失を与えてその発生を抑え、基本横モードでの安定したレーザ発振を生じさせる効果が生じることが見出された。また、基本横モードでのレーザ発振を生じさせるだけでなく、ＤＦＢ−ＬＤとして本質的に重要な単一波長でのレーザ発振特性に対しても、不連続な波長の飛びを抑えて安定化させる効果も見られる。
【００４３】
本実施形態の半導体レーザ装置における、出力レーザ光量の駆動電流依存性（以下、Ｉ−Ｌ特性ともいう）、および各点Ｘ，Ｙにおけるレーザ素子に対して水平方向の遠視野像（以下、水平ＦＦＰともいう）を図３（ａ）に示す。比較のために、本実施形態と同一の構成で、従来の様にストライプ状の領域の内外に均一に吸収性回折格子を備えた点だけが異なる半導体レーザ装置におけるＩ−Ｌ特性および各点Ｘ’，Ｙ’における水平ＦＦＰも図３（ｂ）に示す。本実施例の半導体レーザは、駆動電流４０ｍＡでのレーザ発振開始から光出力５０ｍＷ以上までＩ−Ｌ特性が線形であり、また水平ＦＦＰが単峰的であり、安定した基本横モードで発振している（図３（ａ））。何れの出力レーザ光量でも、ＤＦＢ−ＬＤに特有の、回折格子の周期から唯一決まる単一波長でのレーザ発振が見られる。一方、従来の様にストライプ状の領域の内外に均一に吸収性回折格子を備えたものでは、光出力１５ｍＷ付近でＩ−Ｌ特性に折れ曲がり（以下、キンク点ともいう）が見られた。またＩ−Ｌ特性のキンク点以上のレーザ出力では水平ＦＦＰが双峰的となり、高次横モードでレーザ発振している（図３（ｂ））。また、キンク点よりも低出力時には回折格子の周期から唯一決まる単一波長でのレーザ発振が見られるものの、キンク点を境にレーザ発振波長の不連続な飛びが見られ、ＤＦＢ−ＬＤとして重要な単一波長でのレーザ発振特性にも悪影響が生じている。
【００４４】
ところで、ストライプ状の領域の周辺部である領域Ｂに電流狭窄層を兼ねた光吸収層を付加して高次横モードに損失を与えることにより基本横モードでの安定したレーザ発振を生じさせる効果を得る方法が考えられる（損失ガイド構造または複屈折率ガイド構造ともいう）。この構造では、領域Ｂに設ける光吸収層を電流狭窄層と兼ねるため、光吸収層を非常に厚い層にする必要があり、導波光の損失が大変大きくなる。特に、光吸収層を設けることによって高機能化を図った半導体レーザ構造においては、領域Ｂにおいては、回折格子が印刻された光吸収層１６Ｂと新たに付加した光吸収体との両方によって損失が生じるために基本横モードに対する損失さえも著しく大きくなり、レーザの駆動電流が大幅に上昇し、レーザ発振の効率が大幅に低下する欠点がある。また、光吸収層を兼ねた電流狭窄層を第３回目の結晶成長により作製する必要があるために製造工程が増え、製造コストが大幅に上昇する。それに対し本発明では、高次横モードを抑えて安定な基本横モードを得るために領域Ｂに与える損失量が適切であり、基本横モードの安定化とレーザの駆動電流を大幅に上昇させないこととが両立する点でより優れている。また、製造コストの上昇要因となる結晶成長の回数を従来と同じ２回で済ますことができる為、製造コストの上昇を伴わない。
【００４５】
なお、本発明においても、ストライプ領域の幅が極端に狭い場合には誘導放出光が領域Ｂの光吸収層１６Ｂによる損失を多く受けすぎる為、望ましくない。また、極端に広すぎる場合には高次横モードが発生するために望ましくない。図３（ｃ）に本実施形態における発振開始電流とストライプ領域の幅との相関を示す。ストライプ領域の幅として、１μｍから５μｍが適切であり。特に本実施形態で用いた３μｍ付近（２μｍから３．５μｍ）がより望ましい。
【００４６】
ところで、特開平５−３４３７８９号公報には、ストライプ状領域の周辺部である領域Ｂだけに吸収性回折格子を設け、内部の領域Ａには全く光吸収層も回折格子ももたない構成とし、領域Ｂの吸収性回折格子により光分布帰還を生じさせ、かつその損失によって基本横モードで安定な発振をさせる発明が開示されている。この場合には誘導放出光が導波する領域Ａに全く回折格子が存在しない為、光分布帰還の程度が小さく、単一波長でのレーザ発振が生じにくい欠点がある。それに対し本発明では、基本横モードの安定化と単一波長での安定したレーザ発振とが両立する点でより優れている。
【００４７】
上記実施形態１では、図４（ａ）で上面図を示したように、誘導放出光が導波するストライプ状の領域の方向と直交する方向に、ストライプ状の領域の中心部で光吸収層１６のデューティ比が小さく、周辺部でデューティ比が大きくなるようにステップ状に分布する場合を示した。変形例として、図４（ｂ）に示すように複数のステップに分布したもの、図４（ｃ）に示すように滑らかに分布したものなどを適用することが可能である。特に図４（ｃ）に示すようなデューティ比が中心から外側へ滑らかに変わる素子においては、階段状に急激に変わるものよりも、導波する誘導放出光をストライプ状の領域の中心部へ集中させる効果が大きく、より高出力まで安定な基本横モードでのレーザ発振がみられた。
【００４８】
なお、領域Ａ及び領域Ｂのそれぞれのデューティ比は、上記の実施形態で示した２０％及び８０％に限定されるものではない。領域Ａ，Ｂで均一なデューティ比の場合には図１６（ａ）に示す様に領域Ａの等価吸収係数が領域Ｂよりも高くなるのに対し、図１６（ｂ）の様に領域Ａ，Ｂでおおよそ等しくなるか、或いは図１６（ｃ）の様に領域Ａ，Ｂの等価吸収係数の分布が逆転するように、領域Ａ，Ｂのそれぞれのデューティ比が選ばれていれば安定な横モードが得られる効果が見られた。
【００４９】
（実施の形態２）
図５は本発明の実施形態２による半導体レーザ装置を説明するための斜視図であり、内部の構造を説明するためにその一部を切り欠いて示す。図において、０２は本実施形態２の半導体レーザ装置であり、誘導放出光を発生する活性層１３を有し、活性層１３近傍に、光吸収層１６Ａ，１６Ｂの周期分布を有する周期構造２２を備え、誘導放出光が周期構造２２により光分布帰還を受けてレーザ発振が生ずるＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤとなっている。誘導放出光の導波する方向に沿ったストライプ状の領域Ａにおける光吸収層１６Ａは層厚が薄く、領域Ｂにおける光吸収層１６Ｂは層厚が厚い点が従来例と異なる。
【００５０】
すなわち、上記レーザ装置０２を構成するｎ型のＧａＡｓ基板１１には、層厚１μｍのｎ型のＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ下クラッド層１２が形成されている。また、下クラッド層１２上には、層厚０．０８μｍの不純物無添加のＡｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓ活性層１３が形成されており、活性層１３上には、層厚０．２μｍのｐ型のＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓキャリアバリア層１４を介して層厚０．０５μｍのｐ型のＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓガイド層１５が形成されている。
【００５１】
ガイド層１５の表面部分は、凹凸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いる。そして、ガイド層１５の凸部上には、ストライプ状の領域Ａにおいては厚さ０．０５μｍのｐ型のＧａＡｓ光吸収層１６Ａが、その周辺部である領域Ｂにおいては厚さ０．１μｍのｐ型のＧａＡｓ光吸収層１６Ｂが配置されている。ここで光吸収層１６Ａ，１６Ｂを構成するＧａＡｓは、活性層１３を構成するＡｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓよりも禁制帯幅が小さいことから、上記光吸収層１６Ａ，１６Ｂは、活性層で発生される誘導放出光に対する光吸収体として機能する。従って、上記導波方向における光吸収層の周期的な配列により、吸収性回折格子２２が構成される。
【００５２】
そして領域Ａには誘導放出光の導波方向に沿って、層厚０．８μｍのストライプ状のｐ型のＡｌ0.75Ｇａ0.25Ａｓ上クラッド層１８が形成されており、上クラッド層１８の表面上には、層厚０．５μｍのｐ型のＧａＡｓコンタクト層１９が形成されている。ここで、ストライプ状の領域Ａの幅は４μｍとなっている。
【００５３】
領域Ｂには光吸収層１６Ｂの上に０．１μｍのＡｌ0.75Ｇａ0.25Ａｓ層１８があり、その上にはポリイミド樹脂からなる電流狭窄層２３が形成されている。このポリイミド樹脂からなる電流狭窄層２３は活性層から発生する誘導放出光を吸収しない透明な物質であり、過剰な損失を与えない。電流狭窄層２３の表面及びコンタクト層１９の表面上にはＡｕＺｎからなる電極２０が形成されている。また基板１１の裏面にはＡｕＧｅからなる電極２１が形成されている。
【００５４】
次に、製造方法について図６を用いて説明する。図６（ａ）〜図６（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斜視図である。
【００５５】
まず、ＭＯ−ＣＶＤを用いた第１回目の結晶成長を行って、ｎ型のＧａＡｓ基板１１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。
【００５６】
この第１回目の結晶成長では、上記基板１１上にｎ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ下クラッド層１２が１μｍの厚さに、不純物無添加のＡｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓ活性層１３が０．０８μｍの厚さに、ｐ型のＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓキャリアバリア層１４が０．２μｍの厚さに成長され、さらにｐ型のＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓガイド層１５が０．０５μｍの厚さに、ｐ型のＧａＡｓ層光吸収層１６が０．１μｍの厚さに形成される。
【００５７】
そして、上記光吸収層１６の上に、通常のホトリソグラフィーにより幅（ｗ）４μｍのストライプ状の開口を有するホトレジストによるマスク２６を設ける。このストライプ状の開口が上記の領域Ａに相当する（図６（ａ））。
【００５８】
そして、ストライプ状に開口されたマスク２６を用い、露出されている部分の光吸収層１６Ａの厚さをウエットエッチングにより０．１μｍから０．０５μｍにまで薄層化し、レジストのマスク２６を除去する（図６（ｂ））。
【００５９】
面内で厚さが異なる光吸収層１６Ａ，１６Ｂの上に新たにホトレジストを塗布し、二光束干渉露光法により、ストライプ状の領域の方向と直交する方向に周期０．３５μｍの回折格子状のマスクパターンを得る。次に塩酸と過酸化水素水と純水との混合液（ＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓをエッチングし、ホトレジストをエッチングしない）により光吸収層１６Ａ，１６Ｂおよびガイド層１５をエッチングし、デューティ比１５％の吸収性回折格子２２を得る（図６（ｃ））。
【００６０】
次に、回折格子２２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。この第２回目の結晶成長では、まずｐ型のＡｌ0.75Ｇａ0.25Ａｓ上クラッド層１８が０．８μｍの厚さに形成され、最後にｐ型のＧａＡｓコンタクト層１９が０．５μｍに形成される。
【００６１】
そして、上記コンタクト層１９の上に、通常のホトリソグラフィーにより幅（ｗ）４μｍのストライプ状のホトレジストによるマスク２６を設ける。このマスクは、ストライプ状に光吸収層の層厚を薄層化した部分に合わせて位置決めを行う（図６（ｄ））。
【００６２】
ストライプ状のマスク２６を用いてウエットエッチングにより上クラッド層１８を選択的にエッチングしてリッジ導波路構造を作製する。そしてリッジ部以外にポリイミド樹脂による電流狭窄層２３を形成する。
【００６３】
そして、基板１１をその裏面に研磨処理を施して厚さ１００μｍにまで薄層化し、基板の表面側にＡｕＺｎからなる電極２０を、基板の裏面にＡｕＧｅからなる電極２１を真空蒸着により形成する。最後に、基板を、リッジ部が素子の中央にくるように３００μｍ×３００μｍ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（図６（ｅ））。
【００６４】
次に、作用効果について説明する。
【００６５】
本実施形態による分布帰還型半導体レーザ装置では、光吸収性層１６のうち、誘導放出光の導波する方向に沿ったストライプ状の領域Ａの内部に回折格子が印刻されている。つまり、ストライプ状の領域Ａにおける光吸収層１６Ａは光分布帰還を施す吸収性回折格子として作用し、単一波長でのレーザ発振を生じさせる。一方、ストライプ状の領域の周辺部である領域Ｂの光吸収層１６Ｂにも回折格子が存在し、光分布帰還を施す吸収性回折格子として作用すると同時に、光吸収層１６Ｂは光吸収層１６Ａよりも誘導放出光に対して大きな損失を与える役目を果たし、ストライプ状の領域の周辺部に染み出た誘導放出光はより大きな損失を受ける。これにより、実施形態１の場合と同様、ストライプ状の領域の周辺部の方が内部よりも吸収損失が大きく、高次水平横モードは０次水平横モードよりも大きい吸収損失を受ける。つまり、従来は光吸収層１６に均一に回折格子を印刻する構成であるのに対し、本発明ではストライプ状の領域の周辺部である領域Ｂには吸収損失の大きな回折格子を配することにより、領域Ｂの光吸収層１６Ｂが、基本横モードよりもストライプ領域の外側へ広がって導波する高次横モードに選択的に損失を与えてその発生を抑え、基本横モードでの安定したレーザ発振を生じさせる効果が生じることが見出された。また、基本横モードでのレーザ発振を生じさせるだけでなく、ＤＦＢ−ＬＤとして本質的に重要な単一波長でのレーザ発振特性に対しても、不連続な波長の飛びを抑えて安定化させる効果も見られる。
【００６６】
本実施例の半導体レーザ装置は、レーザ発振開始から光出力５０ｍＷ以上までＩ−Ｌ特性が線形であり、また水平ＦＦＰが単峰的であり、安定した基本横モードで発振している。何れの出力レーザ光量でも、ＤＦＢ−ＬＤに特有の、回折格子の周期から唯一決まる単一波長でのレーザ発振が見られる。
【００６７】
本実施形態の構成では、基本横モードの安定化させるために領域Ｂに与える損失量が適切である為に基本横モードの安定化とレーザの駆動電流を大幅には上昇させないこととが両立する点で、また、基本横モードの安定化と単一波長での安定したレーザ発振とが両立し、製造コストの上昇を伴わない点で、実施形態１の場合と同様に従来の損失ガイド構造よりも格段に優れている。特に、領域Ｂに電流狭窄層を兼ねた光吸収層を付加して損失ガイド構造を作る場合には１回余分に結晶成長を行わなければならないのに対し、本実施形態では結晶成長の回数を従来と同じ２回で済ませることができる為、製造コストの上昇を伴わない点で優れる。
【００６８】
なお、本発明においても、ストライプ領域の幅が極端に狭い場合には誘導放出光が領域Ｂの光吸収層１６Ｂによる損失を多く受けすぎる為、望ましくない。また、極端に広すぎる場合には高次モードに与える損失が小さくなり、望ましくない。ストライプ領域の幅として、１μｍから５μｍが適切である。
【００６９】
本実施形態による分布帰還型半導体レーザ装置の製造方法は、吸収性回折格子による吸収量が領域Ａと領域Ｂとで異なる回折格子を有する構造を製造するのに特に適した製造方法である。
【００７０】
すなわち、二光束干渉露光法で回折格子を露光する直前に、光吸収層１６にストライプ状の開口を有するマスクを設け、開口部から露出した光吸収層１６Ａの層厚を薄層化する工程を加えることで、上記の素子構造を容易に製造することができる。
【００７１】
上記実施形態２では、図７（ａ）にストライプ状の領域と直交する方向の断面における光吸収層の分布を示すように、周期構造を有する光吸収層としてバルク状（光吸収層の層厚が電子のド・ブロイ波長よりも厚い）の結晶を用い、ストライプ状の領域の中心部で層厚を薄く、周辺部で層厚を厚くすることによって吸収量の分布を設ける構造を示した。変形例として、周期構造を有する光吸収層として量子井戸（吸収層の厚さが２ｎｍから２０ｎｍ程度の範囲）を用いた場合には次の構造により同様の効果が確かめられた。第一の変形例は、図７（ｂ）に示すように周期構造を有する光吸収層として多重量子井戸を用い、ストライプ状の領域の中心部で井戸数を少なく周辺部で井戸数を多くする構造である。吸収量は井戸数に比例するため、実施形態２と同様の効果が得られる。製造方法も実施形態２と同じく、ストライプ状の領域の内部の光吸収層だけ選択的にエッチングで薄層化する方法が適用できる。第二の変形例は、図７（ｃ）に示すようにストライプ状の領域の中心部で量子井戸の井戸厚を薄く周辺部で井戸厚を厚くする構造である。吸収量は井戸の量子準位で決まり、量子準位が低くなるストライプ状の領域の周辺部でより吸収量が大きくなるために実施形態２と同様の効果が得られる。
【００７２】
また、上記実施形態２では、誘導放出光が導波するストライプ状の領域の方向と直交する方向に、ストライプ状の領域の中心部で光吸収層の層厚が小さく、周辺部で層厚が大きくなるように階段状に分布する場合を示した。変形例として、図７（ｄ）に示すように複数の階段に分布したもの、図７（ｅ）に示すように滑らかに分布したものなどを適用することが可能である。特に図７（ｅ）に示すような層厚が中心から外側へ滑らかに変わる素子においては、階段状に急激に変わるものよりも、導波する誘導放出光をストライプ状の領域の中心部へ集中させる効果が大きく、より高出力まで安定な基本横モードでのレーザ発振がみられた。
【００７３】
なお、領域Ａ及び領域Ｂのそれぞれの吸収性回折格子の厚さは、上記の実施形態で示した値に限定されるものではない。領域Ａ，Ｂで均一な厚さの場合には図１６（ａ）に示す様に領域Ａの等価吸収係数が領域Ｂよりも高くなるのに対し、図１６（ｂ）の様に領域Ａ，Ｂでおおよそ等しくなるか、或いは図１６（ｃ）の様に領域Ａ，Ｂの等価吸収係数の分布が逆転するように、領域Ａ，Ｂのそれぞれの厚さが選ばれていれば安定な横モードが得られる効果が見られた。
【００７４】
（実施の形態３）
図８は本発明の実施形態３による半導体レーザ装置を説明するための斜視図であり、内部の構造を説明するためにその一部を切り欠いて示す。図において、０３は本実施形態３の半導体レーザ装置であり、誘導放出光を発生する活性層１３を有し、活性層１３近傍に、光吸収層１６Ａ，１６Ｂの周期分布を有する周期構造２２を備え、誘導放出光が周期構造２２により光分布帰還を受けてレーザ発振が生ずるＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤとなっている。誘導放出光の導波する方向に沿ったストライプ状の領域Ａにおける光吸収層１６Ａは、領域Ｂにおける光吸収層１６Ｂよりも活性層１３からの距離が離れている点が従来例と異なる。
【００７５】
すなわち、上記レーザ装置０３を構成するｎ型のＩｎＰ基板１１には、幅３μｍ，段差０．１μｍのストライプ状の段差が設けられ、その上に層厚０．５μｍのｎ型のＩｎＰバッファ層２４が形成されている。そして、バッファ層２４には、凹凸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が形成されている。凹凸形状の凸部上には、厚さ０．０５μｍのｐ型のＩｎＧａＡｓＰ光吸収層１６Ａ，Ｂが配置されている。ここで光吸収層１６Ａ，Ｂを構成するＩｎＧａＡｓＰは、活性層１３を構成する半導体材料よりも禁制帯幅が小さい組成であり、活性層で発生される誘導放出光に対する光吸収体として機能する。従って、上記導波方向における光吸収層の周期的な配列により、吸収性回折格子２２が構成される。
【００７６】
回折格子２２の上には、ｎ型のＩｎＰ下クラッド層１２が形成されており、その最表面は平坦である。つまり、領域Ａでは下クラッド層１２の厚さは０．３μｍ、領域Ｂでは０．２μｍである。下クラッド層１２上には、層厚０．１μｍの不純物無添加のＩｎＧａＡｓＰ活性層１３が形成されている。領域Ａの内部における活性層１３上には、層厚０．８μｍのｐ型のＩｎＰ上クラッド層１８が形成されて、上クラッド層１８の上には、層厚０．５μｍのｐ型のＩｎＧａＡｓコンタクト層１９が形成されている。領域Ｂの内部における活性層１３上には、層厚０．２μｍのｐ型のＩｎＰ上クラッド層１８が形成されている。
【００７７】
上記構造の表面には、コンタクト層１９の上部を除いて窒化珪素からなる厚さ０．３μｍの絶縁膜１７が形成されている。この窒化珪素からなる絶縁膜１７は活性層から発生する誘導放出光を吸収しない透明な物質であり、過剰な損失を与えない。絶縁膜１７の表面及びコンタクト層１９の表面上および基板１１の裏面にはそれぞれ電極２１が形成されている。
【００７８】
次に、製造方法について図９を用いて説明する。図９（ａ）〜図９（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斜視図である。
【００７９】
まず、ｎ型のＩｎＰ基板１１上に、ホトレジストを用いた通常のホトリソグラフィーにより幅（ｗ）３μｍのストライプ状の開口を有するマスク２６を設け、ウエットエッチングによりストライプ状の開口内を０．１μｍだけエッチングする。このストライプ状の開口が上記の領域Ａに相当する（図９（ａ））。
【００８０】
次に、ＭＯ−ＣＶＤを用いた結晶成長を行って、ストライプ状の段差を有するｎ型のＩｎＰ基板１１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。
【００８１】
第１回目の結晶成長では、上記基板１１上にｎ型のＩｎＰバッファ層２４が０．５μｍ、ｐ型のＩｎＧａＡｓＰ光吸収層１６Ａ，Ｂが０．０５μｍの厚さに形成される。この時、バッファ層２４、光吸収層１６は、基板のストライプ状の段差を保存するように結晶成長を行う（図９（ｂ））。
【００８２】
そして、上記光吸収層１６の上にホトレジストを塗布し、二光束干渉露光法により、ストライプ状の開口の方向と直交する方向に周期０．２４μｍの回折格子状のマスクパターンを得る。次にウエットエッチングにより光吸収層１６，ガイド層１５をエッチングし、デューティ比４０％の吸収性回折格子２２を得る（図９（ｃ））。
【００８３】
次に、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。この第２回目の結晶成長では、まずｎ型のＩｎＰ下クラッド層１２を、領域Ａの内部で０．３μｍの厚さになり、かつその最表面が平坦になるように結晶成長の条件を選んで作製する。次に連続して不純物無添加のＩｎＧａＡｓＰ活性層１３が０．１μｍの厚さに、ｐ型のＩｎＰ上クラッド層１８が０．８μｍの厚さに、ｐ型のＩｎＧａＡｓコンタクト層１９が０．５μｍの厚さに形成される。
【００８４】
そして、ホトレジストを用いた通常のホトリソグラフィーにより、予め基板１１に設けておいたストライプ状の段差部に一致させるように幅（ｗ）３μｍのストライプ状のマスク２６を設ける（図９（ｄ））。
【００８５】
引き続き、ウエットエッチングにより領域Ｂのコンタクト層１９を除去し、上クラッド層１８を活性層１３から０．２μｍの距離を残して除去することによってリッジ型の光導波路構造を作製する。
【００８６】
このように光導波構造を作製した後、表面全体にプラズマＣＶＤ法により窒化珪素の絶縁膜１７を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。
【００８７】
そして、基板１１をその裏面に研磨処理を施して厚さ１００μｍにまで薄層化し、基板の表面側、基板の裏面にそれぞれ電極２０，２１を真空蒸着により形成する。最後に、基板を、リッジ部が素子の中央にくるように２００μｍ×２００μｍ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（図９（ｅ））。
【００８８】
次に、作用効果について説明する。
【００８９】
本実施形態による分布帰還型半導体レーザ装置では、ストライプ状の領域Ａにおける光吸収層１６Ａは光分布帰還を施す吸収性回折格子として作用し、単一波長でのレーザ発振を生じさせる。一方、ストライプ状の領域の周辺部である領域Ｂの光吸収層１６Ｂにも回折格子が存在し、光分布帰還を施す吸収性回折格子として作用すると同時に、光吸収層１６Ｂは光吸収層１６Ａよりも活性層１３に近いため、誘導放出光に対して大きな損失を与える役目を果たし、ストライプ状の領域の周辺部に染み出た誘導放出光はより大きな損失を受ける。これにより、実施形態１の場合と同様、ストライプ状の領域の周辺部の方が内部よりも吸収損失が大きく、高次水平横モードは０次水平横モードよりも大きいの吸収損失を受ける。つまり、従来は光吸収層１６に均一に回折格子を印刻する構成であるのに対し、本発明ではストライプ状の領域の周辺部である領域Ｂの回折格子を活性層に近い位置に配置することにより、領域Ｂの光吸収層１６Ｂが、基本横モードよりもストライプ領域の外側へ広がって導波する高次横モードに選択的に損失を与えてその発生を抑え、基本横モードでの安定したレーザ発振を生じさせる効果が生じることが見出された。また、基本横モードでのレーザ発振を生じさせるだけでなく、ＤＦＢ−ＬＤとして本質的に重要な単一波長でのレーザ発振特性に対しても、不連続な波長の飛びを抑えて安定化させる効果も見られる。
【００９０】
本実施例の半導体レーザ装置は、レーザ発振開始から光出力４０ｍＷ以上までＩ−Ｌ特性が線形であり、また水平ＦＦＰが単峰的であり、安定した基本横モードで発振している。何れの出力レーザ光量でも、ＤＦＢ−ＬＤに特有の、回折格子の周期から唯一決まる単一波長でのレーザ発振が見られる。
【００９１】
本実施形態の構成では、基本横モードを安定化させるための領域Ｂに与える損失量が適切である為に基本横モードの安定化とレーザの駆動電流を大幅には上昇させないこととが両立する点で、また、基本横モードの安定化と単一波長での安定したレーザ発振とが両立し、実施形態１の場合と同様に従来の損失ガイド構造よりも格段に優れている。特に、領域Ｂに電流狭窄層を兼ねた光吸収層を付加して損失ガイド構造を作る場合には１回余分に結晶成長を行わなければならないのに対し、本実施形態では結晶成長の回数を従来と同じ２回で済ますことができる為、製造コストの上昇を伴わない点で優れる。
【００９２】
なお、本発明においても、ストライプ領域の幅が極端に狭い場合には誘導放出光が領域Ｂの光吸収層１６Ｂによる損失を多く受けすぎる為、望ましくない。また、極端に広すぎる場合には高次モードに与える損失が小さくなり、望ましくない。ストライプ領域の幅として、１μｍから５μｍが適切である。特に本実施形態で用いた３μｍ付近（２μｍから３．５μｍ）がより望ましい。
【００９３】
本実施形態による分布帰還型半導体レーザ装置の製造方法は、吸収性回折格子による吸収量が領域Ａと領域Ｂとで異なる回折格子を有する構造を製造するのに特に適した製造方法である。
【００９４】
すなわち、光導波路にあたる部分にストライプ状の凹段差を設けておき、その上に光吸収層を設けて回折格子を作製し、次に段差を平坦化するように結晶成長を行ってから平坦な活性層を結晶成長する工程を加えることで、上記の素子構造を容易に製造することができる。
【００９５】
また、上記実施形態３では、図１０（ａ）にストライプ状の領域の方向と直交する方向の断面における活性層１３と光吸収層１６の分布を示すように、ストライプ状の領域の中心部で光吸収層が活性層に近く、周辺部で遠くなるように階段状に分布する場合を示した。変形例として、図１０（ｂ）に示すように複数の階段に分布したもの、図１０（ｃ）に示すように滑らかに分布したものなどを適用することが可能である。特に図１０（ｃ）に示すような層厚が中心から外側へ滑らかに変わる素子においては、階段状に急激に変わるものよりも、導波する誘導放出光をストライプ状の領域の中心部へ集中させる効果が大きく、より高出力まで安定な基本横モードでのレーザ発振がみられた。
【００９６】
なお、領域Ａ及び領域Ｂのそれぞれの吸収性回折格子の活性層からの距離は、上記の実施形態で示した値に限定されるものではない。領域Ａ，Ｂで均一な距離の場合には図１６（ａ）に示す様に領域Ａの等価吸収係数が領域Ｂよりも高くなるのに対し、図１６（ｂ）の様に領域Ａ，Ｂでおおよそ等しくなるか、或いは図１６（ｃ）の様に領域Ａ，Ｂの等価吸収係数の分布が逆転するように、領域Ａ，Ｂのそれぞれの距離が選ばれていれば安定な横モードが得られる効果が見られた。
【００９７】
（実施の形態４）
図１１は本発明の実施形態４による半導体レーザ装置を説明するための斜視図であり、内部の構造を説明するためにその一部を切り欠いて示す。図において、０４は本実施形態４の半導体レーザ装置であり、誘導放出光を発生する活性層１３を有し、活性層１３近傍に、光吸収層１６Ａ，１６Ｂの周期分布を有する周期構造２２を備え、誘導放出光が周期構造２２により光分布帰還を受けてレーザ発振が生ずるＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤとなっている。誘導放出光の導波する方向に沿ったストライプ状の領域Ａにおける光吸収層１６Ａはバルク結晶であり、領域Ｂにおける光吸収層１６Ｂは量子井戸構造であり、領域Ａ，Ｂ間で光吸収層の禁制帯幅が異なる点が従来例との相違点である。
【００９８】
すなわち、上記レーザ装置０４を構成するｎ型のＧａＡｓ基板１１には、層厚１μｍのｎ型のＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓバッファ層２４が形成されている。
【００９９】
バッファ層２４の表面部分は、凹凸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いる。そして、バッファ層２４の凸部上には、厚さ０．０５μｍの光吸収層１６Ａ，１６Ｂが配置されている。ここで光吸収層１６Ａは活性層１３を構成する結晶Ａｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓよりも禁制帯幅が小さいＡｌＧａＡｓからなるバルク結晶である。光吸収層１６Ｂは、活性層１３および光吸収層１６Ａを構成するＡｌＧａＡｓよりも、最低量子準位間の遷移エネルギーが小さい、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓからなる量子井戸構造である。光吸収層１６Ａ，Ｂともに結晶活性層１３を構成するＡｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓよりも禁制帯幅が小さいことから、上記光吸収層１６Ａ，１６Ｂは、活性層で発生される誘導放出光に対する光吸収体として機能する。従って、上記導波方向における光吸収層の周期的な配列により、吸収性回折格子２２が構成される。
【０１００】
そして、光吸収層１６Ａ，１６Ｂ上には、層厚０．２μｍのｎ型のＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ下クラッド層１２が、その上には層厚０．０８μｍの不純物無添加のＡｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓ活性層１３が形成されている。
【０１０１】
そして領域Ａには誘導放出光の導波方向に沿って、層厚０．８μｍのストライプ状のｐ型のＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ上クラッド層１８が形成されている。領域Ｂには、層厚０．２μｍのｐ型のＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ上クラッド層１８が形成されており、その上にはｎ型のＡｌ0.75Ｇａ0.25Ａｓ電流狭窄層２３が設けられている。電流狭窄層２３は活性層１３から発生する誘導放出光を吸収しない透明な物質であり、過剰な損失を与えない。上クラッド層１８および電流狭窄層の表面上には、層厚０．５μｍのｐ型のＧａＡｓコンタクト層１９が形成されている。ここで、ストライプ状の領域Ａの幅は３．５μｍとなっている。電流狭窄層２３の表面及びコンタクト層１９の表面上にはＡｕＺｎからなる電極２０が形成されている。また基板１１の裏面にはＡｕＧｅからなる電極２１が形成されている。
【０１０２】
次に、製造方法について図１２を用いて説明する。図１２（ａ）〜図１２（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斜視図である。
【０１０３】
まず、ＭＯ−ＣＶＤを用いた第１回目の結晶成長を行って、ｎ型のＧａＡｓ基板１１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。
【０１０４】
この第１回目の結晶成長では、上記基板１１上にｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓバッファ層２４が１μｍの厚さに、さらにＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓの量子井戸からなる光吸収層１６が０．０５μｍの厚さに形成される。量子井戸からなる光吸収層１６は、活性層で発生される誘導放出光に対する吸収体として機能する量子準位をもつように、組成，井戸幅等を設定する。
【０１０５】
そして、上記光吸収層１６の上に、スパッタ法により酸化珪素（ＳｉＯ2）による絶縁膜１７を０．３μｍの厚さに形成し、通常のホトリソグラフィーと弗化水素酸によるウエットエッチングにより幅（ｗ）３．５μｍのストライプ状に加工する。このストライプ状の領域が上記の領域Ａに相当する（図１２（ａ））。
【０１０６】
そして、ストライプ状に加工された酸化珪素（ＳｉＯ2）膜の付いた基板を約８００℃以上の温度で熱処理を行う。すると、ストライプ状のＳｉＯ2膜の直下（つまり、領域Ａ）における光吸収層であるＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ量子井戸はアロイ化され、ＡｌＧａＡｓ混晶結晶となる。この時に生じるＡｌＧａＡｓ混晶結晶は、元のＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ量子井戸よりも禁制帯幅が広く、かつ活性層で発生される誘導放出光に対する吸収体として機能する。領域Ａ内の選択的なアロイ化の後、ストライプ状のＳｉＯ2膜を除去する。
【０１０７】
次に、領域Ａ内部だけアロイ化された光吸収層１６Ａ，１６Ｂの上にホトレジストを塗布し、二光束干渉露光法により、ストライプ状の領域の方向と直交する方向に周期０．２３μｍの回折格子状のマスクパターンを得る。次に塩酸と過酸化水素水と純水との混合液（ＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓをエッチングし、ホトレジストをエッチングしない）により光吸収層１６Ａ，１６Ｂおよびバッファ層２４をエッチングし、デューティ比２５％の吸収性回折格子２２を得る（図１２（ｂ））。
【０１０８】
次に、回折格子２２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。この第２回目の結晶成長では、まずｎ型のＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ下クラッド層１２が０．２μｍの厚さに形成され、その上に不純物無添加のＡｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓ活性層１３が０．０８μｍの厚さに形成され、その上にｐ型のＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ上クラッド層１８が０．８μｍの厚さに形成され、最後にｐ型のＧａＡｓコンタクト層１９が０．５μｍに形成される。
【０１０９】
そして、上記コンタクト層１９の上に、通常のホトリソグラフィーにより幅（ｗ）３．５μｍのストライプ状のホトレジストによるマスク２６を設ける。このマスクは、ストライプ状にアロイ化した光吸収層部分に合わせて位置決めを行う（図１２（ｃ））。
【０１１０】
ストライプ状のマスク２６を用いてウエットエッチングにより上クラッド層１８を領域Ｂにおいて０．２μｍだけ残して選択的にエッチングしてリッジ導波路構造を作製する（図１２（ｄ））。
【０１１１】
そして、リッジ部以外に第３回目の結晶成長によりｎ型のＡｌ0.75Ｇａ0.25Ａｓ電流狭窄層２３を形成する。基板１１をその裏面に研磨処理を施して厚さ１００μｍにまで薄層化し、基板の表面側にＡｕＺｎからなる電極２０を、基板の裏面にＡｕＧｅからなる電極２１を真空蒸着により形成する。最後に、基板を、リッジ部が素子の中央にくるように３００μｍ×３００μｍ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（図１２（ｅ））。
【０１１２】
次に、作用効果について説明する。
【０１１３】
本実施形態による分布帰還型半導体レーザ装置では、光吸収性層１６のうち、誘導放出光の導波する方向に沿ったストライプ状の領域Ａの内部に回折格子が印刻されている。つまり、ストライプ状の領域Ａにおけるアロイ結晶からなる光吸収層１６Ａは光分布帰還を施す吸収性回折格子として作用し、単一波長でのレーザ発振を生じさせる。一方、ストライプ状の領域の周辺部である領域Ｂの量子井戸からなる光吸収層１６Ｂにも回折格子が存在し、光分布帰還を施す吸収性回折格子として作用すると同時に、光吸収層１６Ｂは光吸収層１６Ａよりも誘導放出光に対して大きな損失を与える役目を果たし、ストライプ状の領域の周辺部に染み出た誘導放出光はより大きな損失を受ける。これにより、実施形態１の場合と同様、ストライプ状の領域の周辺部の方が内部よりも吸収損失が大きく、高次水平横モードは０次水平横モードよりも大きいの吸収損失を受ける。つまり、従来は光吸収層１６に均一に回折格子を印刻する構成であるのに対し、本発明ではストライプ状の領域の周辺部である領域Ｂには吸収損失の大きな回折格子を配することにより、領域Ｂの光吸収層１６Ｂが、基本横モードよりもストライプ領域の外側へ広がって導波する高次横モードに選択的に損失を与えてその発生を抑え、基本横モードでの安定したレーザ発振を生じさせる効果が生じることが見出された。また、基本横モードでのレーザ発振を生じさせるだけでなく、ＤＦＢ−ＬＤとして本質的に重要な単一波長でのレーザ発振特性に対しても、不連続な波長の飛びを抑えて安定化させる効果も見られる。
【０１１４】
本実施例の半導体レーザ装置は、レーザ発振開始から光出力５０ｍＷ以上までＩ−Ｌ特性が線形であり、また水平ＦＦＰが単峰的であり、安定した基本横モードで発振している。何れの出力レーザ光量でも、ＤＦＢ−ＬＤに特有の、回折格子の周期から唯一決まる単一波長でのレーザ発振が見られる。
【０１１５】
本実施形態の構成では、基本横モードの安定化させるために領域Ｂに与える損失量が適切である為に基本横モードの安定化とレーザの駆動電流を大幅には上昇させないこととが両立する点で、また、基本横モードの安定化と単一波長での安定したレーザ発振とが両立し、製造コストの上昇を伴わない点で、実施形態１の場合と同様に従来の損失ガイド構造よりも格段に優れている。本実施形態では３回目の結晶成長により電流狭窄層を作製しているが、実施形態１〜３に示すような電流狭窄構造をとることにより結晶成長の回数を２回に減らすことも可能である。結晶成長の回数を従来と同じ２回で済ませる場合、特に製造コストの上昇を伴わない点で優れる。
【０１１６】
なお、本発明においても、ストライプ領域の幅が極端に狭い場合には誘導放出光が領域Ｂの光吸収層１６Ｂによる損失を多く受けすぎる為、望ましくない。また、極端に広すぎる場合には高次モードに与える損失が小さくなり、望ましくない。ストライプ領域の幅として、１μｍから５μｍが適切である。特に本実施形態で用いた３．５μｍ付近（２μｍから３．５μｍ）がより望ましい。
【０１１７】
本実施形態による分布帰還型半導体レーザ装置の製造方法は、吸収性回折格子による吸収量が領域Ａと領域Ｂとで異なる回折格子を有する構造を製造するのに特に適した製造方法である。
【０１１８】
すなわち、二光束干渉露光法で回折格子を露光する直前に、量子井戸からなる光吸収層１６の上にストライプ状の誘電体マスクを設けて熱処理を行うことにより、誘電体マスク直下の光吸収層１６Ａをアロイ化して吸収量を低減させる工程を加えることで、上記の素子構造を容易に製造することができる。
【０１１９】
なお、量子井戸からなる光吸収層をアロイ化する方法は上記の方法に限定されず、例えばストライプ状の領域Ａに選択的にイオン注入、不純物拡散、プロトン照射等を行うことによっても実現される。
【０１２０】
なお、領域Ａ及び領域Ｂのそれぞれの吸収性回折格子の禁制帯幅は、上記の実施形態で示した場合に限定されるものではない。領域Ａ，Ｂで均一な禁制帯幅の場合には図１６（ａ）に示す様に領域Ａの等価吸収係数が領域Ｂよりも高くなるのに対し、図１６（ｂ）の様に領域Ａ，Ｂでおおよそ等しくなるか、或いは図１６（ｃ）の様に領域Ａ，Ｂの等価吸収係数の分布が逆転するように、領域Ａ，Ｂのそれぞれの吸収性回折格子の禁制帯幅が選ばれていれば安定な横モードが得られる効果が見られた。
【０１２１】
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、ＩＩＩ族元素としてＡｌ，Ｇａ，Ｉｎ等を、Ｖ族元素としてＰ，Ａｓ，Ｎ等を含むＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体材料、また、ＩＩ族元素としてＺｎ，Ｍｇ，Ｃｄ等を、ＶＩ族元素としてＳ，Ｓｅ，Ｔｅ等を含むＩＩ−ＶＩ族混晶半導体材料、その他カルコパイライト系、Ｉ−ＶＩＩ族混晶半導体材料等の様々な材料系からなる分布帰還型半導体レーザ装置に対しても本発明を適用することが出来ることは言うまでもない。また結晶成長の方法、特に選択成長の方法に対しても種々の公知技術を適用して実施することが可能である。結晶成長時に、成長層の結晶性を良好なものとするためにバッファ層（緩衝層）を用いることも可能である。
【０１２２】
また、ストライプ状の導波路の構造や作製方法、回折格子の構造や作製方法に関しても上記実施形態で示したものに限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【０１２３】
また、レーザ素子の光出射端面の処理方法、コーティング材料とその形成方法に関して上記実施形態では言及していないが、様々な公知の技術を適用してレーザ素子の構成を変形させることは容易に可能である。
【０１２４】
さらに、分布帰還型半導体レーザ装置は光出射端面が必ずしも劈開で形成されていなくてもレーザ発振が可能であることから光集積回路等におけるモノリシック光源として有望視されており、本発明は上記実施形態で示した単体素子に対してのみならず、集積化素子のレーザ光源部分に適用することが可能である。
【０１２５】
なお、本発明は、類似の構成を有する吸収性回折格子を有する波長フィルタ等にも適用可能であることはいうまでもない。
【０１２６】
【発明の効果】
請求項１又は２に係わる半導体レーザ装置によれば、吸収性回折格子を有するＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤにおいて、０次横モードの安定発振とレーザの駆動電流を大幅に上昇させないこととが両立する構造を製造工程の複雑化や製造コストの上昇を伴わないで実現できる。また、単一波長でのレーザ発振特性に対しても不連続な波長の飛びを抑えて縦モードを安定化させる効果も生じる。
【０１２７】
請求項３から９に係わる半導体レーザ装置によれば、ストライプ状の領域の内外で吸収性回折格子の凸部の幅を変えて内部の方が小さくする（請求項３）、または内部の方が層厚が薄くする（請求項４）、または吸収層が量子井戸の場合には井戸数が少ないかもしくは井戸幅が狭くなるようにする（請求項５，６）、または内部の方が活性層から遠くなるようにする（請求項７）、または内部の方が吸収層の禁制帯幅が広くなるようにする（請求項８）、または内外の光吸収層の変化をなめらかにすること（請求項９）といった非常に簡便な方法で、０次横モードの安定発振とレーザの駆動電流を大幅に上昇させないこととが両立する構造を容易に実現することができる。特に、ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤにおいては、単一波長でのレーザ発振特性に対しても不連続な波長の飛びを抑えて縦モードを安定化させる効果も見られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１による半導体レーザ装置の構造を示す斜視図であり、一部を切り欠いて示している。
【図２】本発明の実施形態１による半導体レーザ装置の製造方法を主要工程順に示す斜視図である。
【図３】（ａ），（ｂ）本発明の実施形態１および従来の半導体レーザ装置の光出力と駆動電流との関係、水平遠視野像（水平ＦＦＰ）を示す図である。（ｃ）実施形態１のストライプ領域の幅と発振開始電流との関係を示す図である。
【図４】 本発明の実施形態１による半導体レーザ装置の変形例の主要部の断面図である。光吸収層の分布のみ示している。
【図５】本発明の実施形態２による半導体レーザ装置の構造を示す斜視図であり、一部を切り欠いて示している。
【図６】本発明の実施形態２による半導体レーザ装置の製造方法を主要工程順に示す斜視図である。
【図７】本発明の実施形態２による半導体レーザ装置の変形例の主要部の断面図である。吸収層の分布のみ示している。
【図８】本発明の実施形態３による半導体レーザ装置の構造を示す斜視図であり、一部を切り欠いて示している。
【図９】本発明の実施形態３による半導体レーザ装置の製造方法を主要工程順に示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施形態３による半導体レーザ装置の変形例の主要部の断面図である。吸収層と活性層の分布のみ示している。
【図１１】本発明の実施形態４による半導体レーザ装置の構造を示す斜視図であり、一部を切り欠いて示している。
【図１２】本発明の実施形態４による半導体レーザ装置の製造方法を主要工程順に示す斜視図である。
【図１３】従来の半導体レーザ装置の構造を示す斜視図であり、一部を切り欠いて示している。
【図１４】従来の半導体レーザ装置の製造方法を主要工程順に示す斜視図である。
【図１５】（ａ）従来の半導体レーザ装置のストライプ状の領域の長手方向に直交する断面図、及び内部の光分布を示す図である。（ｂ）ａ−ａ’間の光密度分布、（ｃ）ｂ−ｂ’間の光密度分布を示す図である。
【図１６】（ａ）従来の半導体レーザ装置の等価吸収係数の分布を説明する図である。（ｂ），（ｃ）本発明の等価吸収係数の分布を説明する図である。
【符号の説明】
００〜０４ ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤ装置
１１ 基板
１２ 下クラッド層
１３ 活性層
１４ キャリアバリア層
１５ ガイド層
１６，１６Ａ，１６Ｂ 光吸収層
１７ 絶縁膜
１８ 上クラッド層
１９ コンタクト層
２０ ｐ型用電極
２１ ｎ型用電極
２２，２２Ａ，２２Ｂ 周期構造もしくは回折格子もしくは吸収性回折格子
２３ 電流狭窄層
２４ バッファ層
２５ 第２ガイド層
２６ マスク
Claims (9)
- 誘導放出光を発生する活性層と、
前記誘導放出光が導波されるストライプ状の導波路構造と、
前記誘導放出光の導波方向に誘導放出光に対する吸収が周期的に変動する光吸収の分布を有した吸収性回折格子と
を備え、
前記吸収性回折格子が前記ストライプ状の導波路構造の内部及びその周辺部に配置され、前記誘導放出光が前記吸収の周期的変動により光分布帰還を受けて単一波長でレーザ発振する分布帰還型の半導体レーザ装置であって、
前記吸収性回折格子の一部である光吸収層は、吸収損失が前記ストライプ状の導波路構造の中心部からその周辺部に向かって大きくなるように分布され、
上記誘導放出光を透過し、かつ、上記誘導放出光を吸収しない電流狭窄構造を備えていることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 誘導放出光を発生する活性層と、
前記誘導放出光が導波されるストライプ状の導波路構造と、
前記誘導放出光の導波方向に誘導放出光に対する吸収が周期的に変動する光吸収の分布を有した吸収性回折格子と
を備え、
前記吸収性回折格子が前記ストライプ状の導波路構造の内部及びその周辺部に配置され、前記誘導放出光が前記吸収の周期的変動により光分布帰還を受けて単一波長でレーザ発振する分布帰還型の半導体レーザ装置であって、
前記吸収性回折格子によって生じる吸収損失を前記ストライプ状の導波路構造の中心部から周辺部に向かって大きくすることにより、水平横モードを安定化してなり、
上記誘導放出光を透過し、かつ、上記誘導放出光を吸収しない電流狭窄構造を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 前記吸収性回折格子の凸部の幅が、前記ストライプ状の導波路構造の中心部でよりも、前記中心部の周辺部で大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザ装置。
- 前記吸収性回折格子の光吸収層の層厚が、前記ストライプ状の導波路構造の中心部でよりも、前記中心部の周辺部で厚いことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザ装置。
- 前記吸収性回折格子の光吸収層は、量子井戸を用いたものであって、前記量子井戸の井戸数が、前記ストライプ状の導波路構造の中心部でよりも、前記中心部の周辺部で多いことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザ装置。
- 前記吸収性回折格子の光吸収層は、量子井戸を用いたものであって、前記量子井戸の井戸幅が、前記ストライプ状の導波路構造の中心部でよりも、前記中心部の周辺部で広いことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザ装置。
- 前記吸収性回折格子は、その前記活性層との距離が、前記ストライプ状の導波路構造の中心部でよりも、前記中心部の周辺部で近いことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザ装置。
- 前記吸収性回折格子は、その禁制帯幅が、前記ストライプ状の導波路構造の中心部でよりも、前記中心部の周辺部で狭いことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザ装置。
- 請求項１〜８のいずれかの半導体レーザ装置において、前記ストライプ状の導波路構造の中心部から周辺部に向かっての構造の変化が滑らかであることを特徴とする半導体レーザ装置。
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