JP4097950B2 - 分布帰還型レーザ装置、半導体光装置および分布帰還型レーザ装置の製造方法 - Google Patents
分布帰還型レーザ装置、半導体光装置および分布帰還型レーザ装置の製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として光ファイバ通信に用いられる分布帰還型レーザ装置、分布帰還型レーザ装置を含む半導体光装置および分布帰還型レーザ装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ通信に用いられる分布帰還型レーザ装置は、共振器内に回折格子を有するレーザ装置であり、この回折格子の周期に対応した発振波長で発振するので、高速変調動作時においても単一縦モードで安定して動作する。このため、長距離または高いビットレートの光ファイバ通信に多く用いられている。分布帰還型レーザ装置の特性を大きく左右するパラメータの一つに光結合係数があり、このパラメータはレーザの閾値電流やスロープ効率といった静特性のみならず、雑音特性および動特性にも大きく影響する。
【０００３】
従来の分布帰還型レーザ装置としては、たとえば、図３７および図３８に示す装置がある（特開２０００−１１４６５２号公報）。この分布帰還型レーザ装置１２０では、ｎ導電型ＩｎＰ基板１１５の上に、下から順に（1）ｎ導電型ＩｎＰクラッド層１１６、（2）ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層１１７，１１８、（3）活性層１１９、（4）ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層１２０，１２１、（5）回折格子１０６、（6）ｐ導電型ＩｎＰクラッド層１２２、（7）ｐ導電型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１２３が積層されている。
【０００４】
図３８（ａ）に示す分布帰還型レーザ装置における発振光であるレーザ光の装置の厚み方向に沿う光強度は、図３８（ｂ）に示すように、活性層を中心に上下に広がって分布する。図３８（ａ）および図３８（ｂ）に示すように、回折格子高さｈ、すなわち波の振幅および回折格子１０６と活性層１１９との距離Ｈに強く依存する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、回折格子高さｈは、回折格子を形成する際のエッチング深さのばらつき等により大きく変動する。回折格子のエッチングは、幅０．２μｍ程度の微小な領域のエッチングであるため、エッチレートのウェハ面内ばらつきが大きく、また製造機会ごと、すなわちrun to runでの変動も大きい。このため、光結合係数は、回折格子高さｈのばらつきの大きさに応じて変動することになる。さらに、実際には、これに加えて結晶成長における層厚ばらつきの影響も加えられる。たとえば、ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層１２０，１２１が厚くなるか、またはＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層１１８，１２０またはその外側の光閉じ込め層１１７，１２１が厚くなる場合、回折格子１０６と活性層１１９との距離Ｈが大きくなる。このため、回折格子と重なる光強度が減少し、光結合係数は小さくなる。このように、図３７のような分布帰還型レーザ装置においては、製造時のわずかの膜厚変動や、組成変動に起因する屈折率変動により、光結合係数は大きくばらつき、分布帰還型レーザ装置を歩留りよく製造することは難しい。
【０００６】
一方、上記の回折格子高さｈのばらつきの影響を受けない分布帰還型レーザ装置として、たとえば、図３９に示すような装置が提案されている（Journal of Lightwave Technology vol.7(1989) pp2072-2077)。この分布帰還型レーザ装置１２０では、ＩｎＰ基板１１５の上に、下から順に、（1）ＩｎＰクラッド層１２２ａ、（2）活性層、（3）ＩｎＰクラッド層１２２ｂ、（4）回折格子１０６、（5）ＩｎＰクラッド層１２２ｃ、が積層されている。図３９に示す分布帰還型レーザ装置の光結合係数は、２つの層厚ｄInP（ＩｎＰクラッド層１２２ｂの厚み）およびｄgrating、回折格子の屈折率および回折格子の断面形状により決定される。このため、上記回折格子が所定ピッチで桟状格子が配置される構造であれば、光結合係数は上述のエッチング深さに依存しない。したがって、図３７に示した分布帰還型レーザ装置の光結合係数のばらつきの主要因である回折格子高さｈに対応する要因がない。このため、図３９に示す分布帰還型レーザ装置の光結合係数のばらつきは、図３７に示す分布帰還型レーザ装置に比べれば小さい。
【０００７】
しかしながら、層厚と屈折率とは成膜処理工程において決まるので、成膜処理装置における膜成長速度や組成の成膜処理機会ごとのばらつきや、各々の成膜処理装置固有の膜成長速度や組成の面内分布の影響を強く受ける。これらのばらつきの影響を受け、膜成長処理機会間において、またウェハ面内において光結合係数はばらつきをもつ。
【０００８】
以後の説明において、成膜処理とは、（ｇ1）下地膜と結晶方位の整合性を有するエピタキシャル膜を成長させる場合も、また（ｇ2）結晶方位の整合性を問題にしないで結晶膜または非晶質膜を成膜する場合も含む。後者の（ｇ2）の場合は、多結晶膜を堆積する場合等が対応する。
【０００９】
図４０に、層厚ｄInPの変動に起因する光結合係数の設計値からのずれの計算結果を示す。また、図４１に、層厚ｄgratingの変動に起因する光結合係数の設計値からのずれの計算結果を示す。さらに、図４２に、回折格子の屈折率のばらつきに起因する光結合係数の設計値からのずれの計算結果を示す。これらの計算結果によれば、±２５％の層厚変動、または±１％の屈折率変動により、光結合係数は±１４〜２５％も変動することが分かる。このような光結合係数のばらつきにより、分布帰還型レーザ装置の特性は大きくばらつき、その製造歩留りの向上が妨げられてきた。
【００１０】
本発明は、成膜処理機会間ばらつき、成膜処理装置間ばらつきおよびウェハ面内ばらつきに起因する光結合係数の変動を抑制し、製造歩留りを向上させることができる分布帰還型レーザ装置、その分布帰還型レーザ装置とモノリシックに一体化された半導体光デバイス、および分布帰還型レーザ装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の分布帰還型レーザ装置は、半導体基板上に設けられ、活性層の両側に位置するクラッド層と、クラッド層のいずれか一方の中に、クラッド層と屈折率が異なり、光の出射方向に所定ピッチで、その出射方向に交差する方向に延びる桟状格子を有する回折格子とを備えるレーザ発振装置である。このレーザ発振装置は、回折格子と離れてクラッド層内に位置し、回折格子の組成と同じ組成を有する少なくとも一層の光分布調整層とを備える。
【００１２】
この光分布調整層が回折格子を形成する前に成膜される場合には、回折格子が形成される膜と光分布調整層とは、同じ成膜処理装置中で形成される。この場合、成膜処理装置の膜形成における厚みと組成のばらつき傾向は、回折格子と光分布調整層とで同じになる。回折格子の桟状格子および光分布調整層は、屈折率がクラッド層などと比べて高い。このため、たとえば回折格子の厚さが厚く形成された場合、光分布調整層を配置しない場合、光の電界と回折格子との重なりは大きくなり、光結合係数は増大する。
【００１３】
しかし、上記成膜処理装置により成膜された光分布調整層は、回折格子が形成される膜と同じ傾向でばらつくので、やはり厚くなる。光は屈折率が大きい部位に引き寄せられる性質があるため、光の電界強度分布は、上記光分布調整層が厚く形成された分だけ、光分布調整層に引き寄せられ、設計における分布よりも回折格子から遠ざけられる。この結果、光結合係数の増減がキャンセルされ、光結合係数の変動が抑制される。
【００１４】
また、回折格子が形成された後に形成される光分布調整層の場合は、回折格子が形成される成膜した成膜処理装置などを用いて、やはり回折格子が形成される膜と同じばらつき傾向の光分布調整層を形成する。このため、上記と同様に、光結合係数の増減がキャンセルされ、光結合係数の変動が抑制される。
【００１５】
ここで、回折格子は、通常、回折格子そのものをさす意味に用いるが、回折格子が形成されている層の意味に用いる場合もある。さらに、製造方法等の説明において回折格子膜というときには、回折格子が形成されることになる膜を意味する。
【００１６】
なお、光分布調整層および回折格子の組成が同じとは、導電型を決める不純物を含めて同一の組成であってもよいし、導電型を決める不純物は互いに異なり、導電型を決める不純物以外の組成が同じであってもよい。導電型を決める不純物が異なる場合は、通常、一方はたとえばｎ導電型不純物を含み、他方はｐ導電型不純物を含む。以後の説明でも、光分布調整層および回折格子の組成が同じというとき、同様の意味とする。
【００１７】
本発明の分布帰還型レーザ装置では、光分布調整層が、回折格子との間に活性層をはさむように位置することができる。
【００１８】
この構成により、回折格子を形成するためのエッチング処理前に、光分布調整層と回折格子膜とを形成するので、同じ成膜処理装置内において連続して光分布調整層と回折格子膜とを成膜することができる。このため、確実に同じばらつき傾向を有する成膜処理装置により、光分布調整層と回折格子膜とを成膜するので、両方のばらつきが同じよう現れる。このため、光結合係数が増大した場合、光の電界強度分布は、光分布調整層の方にすなわち回折格子から遠ざけられるようにずれる。このような電界強度分布のずれは光結合係数の減少として作用するので、回折格子膜および光分布調整層の厚さ変動に起因する光結合係数の変動はキャンセルされる。このため、光結合係数の変動は抑制され、分布帰還型レーザ装置の特性のばらつきがなくなり、製造歩留りを向上させることができる。
【００１９】
本発明の分布帰還型レーザ装置では、光分布調整層が、回折格子と活性層との間に位置することができる。
【００２０】
上記構成の場合も、回折格子を形成するためのエッチング処理前に、光分布調整層と回折格子膜とを形成するので、同じ成膜処理装置内において連続して光分布調整層と回折格子膜とを成膜することができる。このため、確実に同じばらつき傾向を有する成膜処理装置により、光分布調整層と回折格子膜とを成膜するので、両方のばらつきが同じよう現れる。したがって、光結合係数の変動は抑制され、分布帰還型レーザ装置の特性のばらつきがなくなり、製造歩留りを向上させることができる。
【００２１】
本発明の分布帰還型レーザ装置では、光分布調整層が、活性層との間に回折格子をはさむように位置することができる。
【００２２】
この場合、活性層と回折格子とに挟まれるように位置する下側クラッド層と、回折格子と光分布調整層とに挟まれるように位置する上側クラッド層とが配置される。回折格子は、これら下側クラッド層と上側クラッド層とによって挟まれる。これら下側クラッド層と上側クラッド層とは、回折格子のエッチング処理の前後に形成されるので、同じ成膜処理装置内で連続して成膜することはできない。しかし、上記の２つのクラッド層は、同じばらつき傾向を有する成膜処理装置により形成されることができる。同じばらつき傾向を示す成膜処理装置として、たとえば（ａ1）同じ成膜処理装置、（ａ2）層厚の面内分布が類似している成膜処理装置、または（ａ3）同一構造の成膜処理装置を用いることができる。このような成膜処理装置を用いることにより、これら２つのクラッド層の厚みの設計値からのずれの割合の面内分布は、両方のクラッド層をほぼ同じにすることができる。
【００２３】
下側クラッド層が厚くなった場合、他に何の対策もとっていなければ、活性層と回折格子との距離が大きくなるので、光結合係数は減少する。しかし、上側クラッド層も、上述のように下側クラッドと同じばらつき傾向を有する成膜処理装置により成膜されるので、その層厚が増大する。この結果、光の電界強度分布は、設計における位置よりも上側、すなわち回折格子に近づく。この電界強度分布の移動は、光結合係数の増大として作用する。この結果、両方のクラッド層の層厚変動に起因する光結合係数の変動は、キャンセルされ、光結合係数の変動は抑制される。
【００２４】
本発明の分布帰還型レーザ装置では、光分布調整層が、回折格子との間に活性層をはさむように位置する第１の光分布調整層と、活性層との間に回折格子をはさむように位置する第２の光分布調整層とからなるようにできる。
【００２５】
この構成により、第１の光分布調整層と回折格子膜とは、同じ成膜処理装置で連続処理のうちに成膜することができる。このため、上述の理由により、両方の厚さなど、ばらつきに起因する光結合係数の変動は互いにキャンセルして、光結合係数の変動は抑制される。
【００２６】
また、回折格子の上側と下側に位置する２つのクラッド層は、たとえば上述の（ａ1）同じ成膜処理装置、（ａ2）層厚の面内分布が類似している成膜処理装置、または（ａ3）同一構造の成膜処理装置を用いることにより、その層厚など同じばらつき傾向とすることができる。この結果、両方のクラッド層の層厚などのばらつきに起因する光結合係数の変動は互いにキャンセルして、光結合係数の変動は抑制される。
【００２７】
上記のように、光結合係数に影響を及ぼす４層が、その４層のうちで光結合係数への影響がキャンセルされる相手の層と組み合わされることにより、光結合係数の変動は抑制される。
【００２８】
本発明の分布帰還型レーザ装置では、光分布調整層が、回折格子と活性層との間に位置する第３の光分布調整層と、活性層との間に回折格子をはさむように位置する第４の光分布調整層とからなるようにできる。
【００２９】
この構成により、第３の光分布調整層と回折格子膜とは、同じ成膜処理装置で連続処理のうちに成膜することができる。このため、上述の理由により、両方の厚さばらつきに起因する光結合係数の変動は互いにキャンセルして、光結合係数の変動は抑制される。
【００３０】
また、回折格子の上側と下側に位置する２つのクラッド層は、上述の（ａ1）、（ａ2）、または（ａ3）の成膜処理装置を用いることにより、その層厚など同じばらつき傾向とすることができる。この結果、両方のクラッド層の層厚などのばらつきに起因する光結合係数の変動は互いにキャンセルして、光結合係数の変動は抑制される。
【００３１】
さらに、光結合係数に影響を及ぼす４層が、その４層のうちで光結合係数への影響がキャンセルされる相手の層と組み合わされることにより、光結合係数の変動は抑制される。
【００３２】
本発明の分布帰還型レーザ装置では、光分布調整層の屈折率が、クラッド層の屈折率よりも高いようにできる。
【００３３】
この構成により、光分布調整層が光の電界強度分布を、効果的に引き寄せることができる。
【００３４】
本発明の分布帰還型レーザ装置では、回折格子が位相シフト部を有する。
【００３５】
この構成により、この分布帰還型レーザ装置にさらに機能性や、レーザ発振の安定性をもたせることができる。
【００３６】
本発明の分布帰還型レーザ装置では、回折格子の位相シフト部は、共振器の中央部に位置して媒質内波長の１／４に相当する位相をシフトさせることができる。
【００３７】
この構成により、共振器の両端面に無反射コーティングを施すことにより、単一縦モードの歩留りを向上させることができる。
【００３８】
本発明の分布帰還型レーザ装置では、半導体基板が不純物を含むＩｎＰ基板であり、活性層がＩｎＧａＡｓＰ層であり、クラッド層が不純物を含むＩｎＰ層であり、回折格子および光分布調整層が不純物を含むＩｎＧａＡｓＰ層であるようにできる。
【００３９】
この構成により、従来の製造装置を用いて、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系の分布帰還型レーザ装置を歩留りよく製造することができる。
【００４０】
本発明の半導体光装置は、上記のいずれかの分布帰還型レーザ装置と、他の光デバイスとを共通の半導体基板上にモノリシックに備える。
【００４１】
この構成により、分布帰還型レーザ装置と、他の光デバイスとがモノリシックに一体化されているので、装置が小型化される。また、一連の処理工程で２つの装置を一体化して製造できるので、製造能率を大きく向上することができる。
【００４２】
本発明の半導体光装置は、他の光デバイスが変調器であり、その変調器が分布帰還型レーザ装置の活性層から光を受ける吸収層を備えることができる。
【００４３】
このモノリシックに一体化した装置では、電極間に電圧を印加し、活性層に電流を注入し、活性層の層に沿って発振させるとともに、回折格子などにより特定の波長選択がなされ特定波長の発振が継続する。発振した光は、活性層から変調器の吸収層に導波され、変調器の電極間に印加される電圧により変調をかけることができる。この分布帰還型レーザ装置には、上記のいずれかの分布帰還型レーザ装置が用いられるので、製造時のばらつきに起因する光結合係数の変動が大幅に抑制される。さらに、分布帰還型レーザ装置と変調器とがモノリシックに一体化されているので、装置が小型化される。また、一連の処理工程で２つの装置を一体化して製造できるので、製造能率を大きく向上することができる。
【００４４】
本発明の分布帰還型レーザー装置の製造方法は、半導体基板上に設けた活性層の両側に位置するクラッド層と、クラッド層のいずれか一方の中に、クラッド層と屈折率が異なり、光の出射方向に所定ピッチで、その出射方向に交差する方向に延びる桟状格子が配置された回折格子と、回折格子と離れてクラッド層内に位置し、回折格子の組成と同じ組成を有する少なくとも一層の光分布調整層と、を有する分布帰還型レーザー装置の製造方法である。この製造方法では、少なくとも一層の光分布調整層の成膜処理と、回折格子を形成する膜の成膜処理とを、（ａ1）同じ成膜処理装置、（ａ2）層厚の面内分布が類似している成膜処理装置、および（ａ3）同一構造の成膜処理装置、のいずれかを用いて行う。
【００４５】
この製造方法により、光分布調整層のばらつき傾向と、回折格子膜のばらつき傾向とを同じようにすることができる。このため、これら両方の製造時のばらつきに起因する光結合係数に及ぼす変動要因を、互いに相反させ、したがってキャンセルするようにすることができる。この結果、製造時のばらつきに起因する光結合係数の変動を抑制することができ、歩留りを向上させることができる。
【００４６】
本発明の分布帰還型レーザー装置の製造方法では、光分布調整層が、回折格子を形成する膜をエッチング処理するために、回折格子を形成する膜を形成した成膜処理装置から取り出され、エッチング処理された後、成膜処理装置内で成膜されることができる。
【００４７】
この構成により、エッチング処理のためにエッチング処理装置に装入され、そのエッチングの前後になされる成膜処理であっても、上記のように成膜処理装置を選ぶことにより、２つの成膜処理におけるばらつき傾向を同じようにすることができる。
【００４８】
本発明の分布帰還型レーザー装置の製造方法では、回折格子および回折格子を含むクラッド層の形成において、回折格子の下層に相当する位置に下側クラッド層を形成し、下側クラッド層の上に、回折格子が形成される回折格子膜を形成し、その回折格子膜をエッチング処理して桟状格子を含む回折格子を形成し、さらにその回折格子の上に前記エッチングされた部分を埋め込むように上側クラッド層を形成するにあたり、下側クラッド層の成膜処理と、上側クラッド層の成膜処理とを、（ａ1）同じ成膜処理装置、（ａ2）層厚の面内分布が類似している成膜処理装置、および（ａ3）同一構造の成膜処理装置、のいずれかを用いて行うことができる。
【００４９】
この構成により、回折格子を上下からはさむ上側クラッド層と下側クラッド層とを、同じばらつき傾向をもつように成膜することができる。このため、回折格子膜と光分布調整層との同じばらつき傾向に基づく光結合係数の変動抑制に加えて、これら両クラッド層の製造時のばらつきに起因する光結合係数に及ぼす変動要因を、互いにキャンセルするようにすることができる。この結果、製造時のばらつきに起因する光結合係数の変動を抑制することができ、歩留りを向上させることができる。
【００５０】
【発明の実施の形態】
次に図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【００５１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における分布帰還型レーザ装置を示す図である。図１において、ｎ導電型ＩｎＰ基板１の上に、ｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層２が位置し、さらにその上に、ｎ導電型ＩｎＰ層３が設けられている。その上に活性層４を構成するＩｎＧａＡｓＰ層が位置し、その活性層４の上に、ｐ導電型ＩｎＰ層５が設けられ、さらにその上にｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層からなる桟状格子が所定ピッチで配置された回折格子６が位置する。この桟状格子の間の溝を埋め込むように、ｐ導電型ＩｎＰ層７，８が設けられている。
【００５２】
ＩｎＰ層からなるクラッド層１８ａ，１８ｂは、活性層４を上下から挟んでいる。また、上記のｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層２が光分布調整層を構成する。図１に示すように、クラッド層１８ｂは、ｎ導電型ＩｎＰ基板１に接して位置する光分布調整層の上に接して配置されている。このように半導体基板１上に接して位置する光分布調整層の上に接してクラッド層が位置する場合も、半導体基板およびクラッド層の組成は同じであるので、光分布調整層はクラッド層内に位置するという。すなわち、光分布調整層がクラッド層（ＩｎＰ）と半導体基板（ＩｎＰ）とに挟まれる場合、光分布調整層は実質的にクラッド層内に配置されているとみることができる。
【００５３】
また、以後の説明では、回折格子と、回折格子が形成されることになる回折格子膜とは、図面中で同じ符号によって表わされる。
【００５４】
この分布帰還型レーザ装置では、活性層４に電流を注入し、活性層の層に沿って発振させるとともに、回折格子６の桟状格子ピッチなどにより特定の波長選択がなされ特定波長の発振が継続する。図１に示すように、発振中の光のうちから光を部分的に外部に取り出し、光ファイバ通信等に用いる。
【００５５】
次に、上記分布帰還型レーザ装置の製造方法について説明する。図２に示すように、ｎ導電型ＩｎＰ基板１の上に、下から順に、（1）光分布調整層となるｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層２、（2）ｎ導電型ＩｎＰ層３、（3）ＩｎＧａＡｓＰ層からなる活性層４、（4）ｐ導電型ＩｎＰ層５、（5）回折格子が形成されるｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜６、（6）ｐ導電型ＩｎＰ層７、が形成される。
【００５６】
これらの成膜処理において重要なことは、少なくとも、光分布調整層となるｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層２と、回折格子が形成されるｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜６とは、同じばらつき傾向を持つ処理装置内で、そのばらつき傾向が変わらない処理機会、たとえば同一処理機会に形成されなければならない。すなわち、たとえばＩｎＰウェハを一枚ずつバッチ処理する場合には、そのＩｎＰウェハ上に、同じ成膜処理装置内で連続して、光分布調整層となるｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層２と、回折格子が形成されるｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜６とを成膜する必要がある。ここで、ばらつき傾向が同じとは、ばらつく方向が同じで、かつそのばらつきの大きさが同じ程度であることをさす。また、面内ばらつきを問題にする場合には、ばらつきの方向も含めてばらつきの面内分布が類似していることをいう。
【００５７】
上記の成膜処理方法としては、ＭＯＣＶＤ法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属気相成長法 )、ＭＢＥ法(Molecular Beam Epitaxy)、ＬＰＥ法(Liquid Phase Epitaxy)を用いることができる。
【００５８】
この後、図３に示すように、干渉露光法、電子ビーム露光法およびエッチングとにより、ｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜６と、ｐ導電型ＩｎＰ層７とを所定ピッチの桟状格子となるように、パターニングする。この上に、上記ピッチ間の溝を埋め込むように、ｐ導電型ＩｎＰ層８を成膜して分布帰還形レーザ装置が完成する。
【００５９】
上記図１の分布帰還型レーザ装置の構成において、光分布調整層のｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層２は、回折格子の桟状格子を構成するｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層６と、導電型を決める不純物を含めて同じ組成である。上述したように、上記の２つの層は同じ処理機会に同じ処理装置内で相前後して形成されるために、両層の厚さおよび組成は同じばらつき傾向を示す。したがって、両層が屈折率の設計値からずれる割合は、両層ともほとんど同じである。たとえば、回折格子が形成されるＩｎＧａＡｓＰ層６が厚くなった場合、従来の分布帰還型レーザ発振装置では、回折格子と発振電界分布との重なりが増大して光結合係数は増大する。しかし、本実施の形態では、光分布調整層であるＩｎＧａＡｓＰ層２も、回折格子が形成されるＩｎＧａＡｓＰ膜６と同様の傾向で、設計厚に対して同じような割合で厚くなる。
【００６０】
光は屈折率の高い領域に引き付けられるので、光分布調整層の厚みがばらついて厚くなった分だけ、光の電界強度分布は、設計における発振位置から光分布調整層の方に引き寄せられる。図４は、上記の光分布調整層であるＩｎＧａＡｓＰ層２が厚くなったことにより、導波路厚さ方向に沿った断面での光の電界強度分布がＩｎＧａＡｓＰ層２の側に引き寄せられたことを示す図である。破線は設計における電界強度分布Ｅdesignを表し、実線が光分布調整層がばらついて厚くなった後の電界強度分布Ｅを示している。上記のような光電界強度分布のずれは、光結合係数を減少させる方向に作用する。この結果、光分布調整層における回折格子膜と同じ傾向の厚み変動は、回折格子における厚み変動に起因する光結合係数の変動を補償することができる。
【００６１】
また、回折格子が形成されるＩｎＧａＡｓＰ膜６が薄くなった場合には、光分布調整層であるＩｎＧａＡｓＰ層２も、同じ傾向でばらつき、薄くなる。このとき、上記図４の場合と同じメカニズムが作用して光結合係数の変動を補償する。すなわち、図５に示すように、分布調整層が薄くなった分、導波路厚さ方向に沿う光の電界強度分布は、ＥdesignからＥへと引き寄せられる。すなわち、設計における光電界強度分布よりも光分布調整層から斥けられ、回折格子側に引き寄せられる。
【００６２】
上記は厚み変動に対してのみ説明したが、回折格子の桟状格子を構成するＩｎＧａＡｓＰ層６の組成変動に起因する屈折率変動が生じた場合でも、光分布調整層２がその変動を補償し、その結果、光結合係数の変動を補償する。
【００６３】
上記のように、回折格子を形成する層において、組成変動や厚み変動があっても、これら変動に起因する光結合係数の変動を抑制することができる。これをまとめると次のように要約される。
（１）回折格子と同じ組成の光分布調整層を、回折格子との間に活性層をはさむように配置する。
（２）この光分布調整層の配置を含めて、分布帰還型レーザ装置を設計する。
（３）分布帰還型レーザ装置製造の際に、回折格子膜に、厚み変動や組成変動が生じる場合、光分布調整層も同じ傾向の厚み変動や組成変動が生じる。回折格子膜と、光分布調整層とで同じ傾向の厚み変動や組成変動が生じるためには、両層が同じばらつき傾向を示す成膜処理装置内で形成されるようにする。たとえば、同一バッチ処理において同じ成膜処理装置内で連続して形成されることが望ましい。回折格子膜のエッチング処理をはさんで、回折格子膜の成膜処理と、光分布調整層の成膜処理とが行われる場合には、回折格子膜の成膜処理と、光分布調整層の成膜処理とを、同じ成膜処理装置内で連続して行うことはできない。しかし、同じ成膜処理装置を用いたり、少なくとも同じようなばらつき傾向を示す成膜処理装置内で成膜することが望ましい。
（４）回折格子の厚み変動および組成変動に起因する光結合係数の変動と、光分布調整層の厚み変動および組成変動に起因する光結合係数の変動とがキャンセルして、光結合係数の変動が抑制される。この結果、分布帰還型レーザ装置の特性ばらつきを抑制することができ、歩留りの向上が得られる。
【００６４】
図６に、本発明の分布帰還型レーザ装置の回折格子に厚み変動が生じた場合の光結合係数の設計値からのずれの計算結果を示す。また、図７に、本発明の分布帰還型レーザ装置の回折格子に組成変動が生じ、そのために屈折率変動が生じた場合の光結合係数の設計値からのずれの計算結果を示す。図６および図７によれば、本発明の分布帰還型レーザ装置では、光結合係数の変動は従来に比較しておよそ１／８に抑制されている。この結果、分布帰還型レーザ装置の特性ばらつきを抑制することができる。
【００６５】
なお、本実施の形態では、活性層の上側に回折格子が配置されるものとして説明したが、回折格子は活性層の下側にあってもよい。各半導体のｎ導電型とｐ導電型とを逆にしてもよい。また、回折格子の一部に回折格子の位相がシフトしている個所が１箇所または複数箇所あってもよい。回折格子の共振器の中央部分に媒質内波長の１／４に相当する位相シフトを設け、両端面に無反射コーティングを施すこともできる。この位相シフトと無反射コーティングとにより、単一縦モード歩留りを向上させることができる。
【００６６】
本実施の形態では、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系の分布帰還型レーザ装置について説明した。しかし、たとえば、ＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＡｓ系の分布帰還型レーザ装置（第62回応用物理学会学術講演会(2001年)13ｐ-Ｂ-15）などに適用することもできる。さらに、本実施の形態は、たとえば、変調器と分布帰還型レーザ装置とを共通基板上にモノリシックに集積化した装置(IEEE Journal of Quantum Electronics, vol.36(2000)pp909-915)における分布帰還型レーザ装置に適用することもできる。
【００６７】
（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２における分布帰還型レーザ装置の構成を示す図である。本実施の形態では、光分布調整層１２が回折格子１６と活性層４との間に配置されている点に特徴がある。図８において、光分布調整層１２と回折格子１６とは、クラッド層１８ａ内に配置されている。
【００６８】
図８において、ｎ導電型ＩｎＰ基板１の上に、ｎ導電型ＩｎＰ層３が位置し、その上に活性層を構成するＩｎＧａＡｓＰ層４が設けられ、さらにその上にｐ導電型ＩｎＰ層５が位置する。そのｐ導電型ＩｎＰ層５の上に、光分布調整層のｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１２が位置し、その上にｐ導電型ＩｎＰ層７が設けられる。さらに、回折格子の桟状格子を構成するｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１６が配置されている。このｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１６を覆うように、ｐ導電型ＩｎＰ層８，９が配置されている。回折格子の桟状格子を形成するｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１６と、光分布調整層のｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１２とは、導電型を決める不純物を含めて同じ組成である。
【００６９】
この分布帰還型レーザ装置では、活性層４に電流を注入し、活性層に沿うように発振させるとともに、回折格子１６の所定ピッチの桟状格子により特定の波長選択がなされ特定波長の発振が継続する。図８に示すように、発振中の光から部分的に外部に光を取り出し、光ファイバ通信等に用いる。
【００７０】
次に、上記分布帰還型レーザ装置の製造方法について説明する。図９に示すように、ｎ導電型ＩｎＰ基板１の上に、下から順に、（1）ｎ導電型ＩｎＰ層３、（2）ＩｎＧａＡｓＰ層からなる活性層４、（3）ｐ導電型ＩｎＰ層５、（4）光布調整層となるｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１２、（5）ｐ導電型ＩｎＰ層７、（6）回折格子が形成されるｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜１６、（7）ｐ導電型ＩｎＰ層８、が形成される。
【００７１】
これらの成膜処理において重要なことは、少なくとも、光分布調整層となるｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１２と、回折格子が形成されるｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜１６とは、同じばらつき傾向を持つ処理装置内で、そのばらつき傾向が変わらない処理機会、たとえば同一処理機会に形成されなければならない。すなわち、たとえばＩｎＰウェハを一枚ずつバッチ処理する場合には、そのＩｎＰウェハ上に、同じ成膜処理装置内で連続して、光分布調整層となるｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層２と、回折格子が形成されるｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜１６とを成膜する必要がある。ここで、ばらつき傾向が同じとは、ばらつく方向が同じで、かつそのばらつきの大きさが同じ程度であることをさす。また、面内ばらつきを問題にする場合には、ばらつきの方向も含めてばらつきの面内分布が類似していることをいう。
【００７２】
上記の成膜処理方法としては、ＭＯＣＶＤ法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属気相成長法 )、ＭＢＥ法(Molecular Beam Epitaxy)、ＬＰＥ法(Liquid Phase Epitaxy)を用いることができる。
【００７３】
この後、図１０に示すように、干渉露光法、電子ビーム露光法およびエッチングとにより、ｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１６と、ｐ導電型ＩｎＰ層８とを所定ピッチの桟状格子となるように、パターニングする。この上に、上記ピッチ間の溝を埋め込むように、ｐ導電型ＩｎＰ層９を成膜して分布帰還形レーザ装置が完成する。
【００７４】
図８の分布帰還型レーザ装置の構成において、光分布調整層ＩｎＧａＡｓＰ１２は、回折格子の桟状格子を構成するＩｎＧａＡｓＰ層１６と同じ組成である。上記の２つの層は同じ処理機会に同じ処理装置内で連続して形成する。このために、両層の厚みおよび組成は同じばらつき傾向を示す。したがって、両層が屈折率の設計値からずれる割合は、両層ともほとんどである。たとえば、回折格子を構成するＩｎＧａＡｓＰ層１６が厚くなった場合、従来の分布帰還型レーザ発振装置では光結合係数は増大する。しかし、本実施の形態では、光分布調整層であるＩｎＧａＡｓＰ層１２も、回折格子の桟状格子を構成するＩｎＧａＡｓＰ層１６と同様の傾向で同じ割合で厚くなる。
【００７５】
上述のように、光は屈折率の高い領域に引き付けられるので、図１１に示すように、光の電界強度分布は、回折格子１６から遠ざけられ、ｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１２のほうに引き寄せられる。このような光電界強度分布のずれは、光結合係数を減少させる方向に作用する。この結果、ＩｎＧａＡｓＰ層１６の層の厚み変動に起因する光結合係数のずれを抑制することができる。
【００７６】
一方、回折格子が形成されるｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜１６が薄くなった場合には、光分布調整層であるｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１２も薄くなるようにばらつく。この結果、図１２に示すように、導波路厚さ方向に沿う電界強度分布は回折格子側に引き寄せられる。図１２の場合も、上記図４の場合と厚み変動に対して同じメカニズムが作用して光結合係数の変動を補償することができる。
【００７７】
上記は厚み変動に対してのみ説明したが、回折格子の桟状格子を構成するＩｎＧａＡｓＰ層１６の組成変動に起因する屈折率変動が生じた場合でも、光分布調整層１２がその変動を補償し、その結果、光結合係数の変動を補償する。
【００７８】
上記のように、回折格子を形成する層において、組成変動や厚み変動があっても、これら変動に起因する光結合係数の変動を抑制することができる。
【００７９】
なお、本実施の形態では、活性層の上側に回折格子が配置されるものとして説明したが、回折格子は活性層の下側にあってもよい。半導体の導電型のｎ導電型とｐ導電型とを入れ換えてもよい。また、回折格子の一部に回折格子の位相がシフトしている個所が１箇所または複数箇所あってもよい。回折格子の共振器の中央部分に媒質内波長の１／４に相当する位相シフトを設け、両端面に無反射コーティングを施すこともできる。この位相シフトと無反射コーティングとにより、単一縦モード歩留りを向上させることができる。
【００８０】
本実施の形態では、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系の分布帰還型レーザ装置について説明した。しかし、たとえば、ＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＡｓ系の分布帰還型レーザ装置などに適用することもできる。さらに、本実施の形態は、たとえば、変調器と分布帰還型レーザ装置とを共通基板上にモノリシックに集積化した装置における分布帰還型レーザ装置に適用することもできる。
【００８１】
（実施の形態３）
図１３は、本発明の実施の形態３における分布帰還型レーザ装置の構成を示す図である。本実施の形態では、光分布調整層１２が、活性層４との間に回折格子１６をはさむ位置に設けられている点に特徴がある。図１３において、ｎ導電型ＩｎＰ基板１の上に、ｎ導電型ＩｎＰ層３が位置し、さらにその上に活性層４を構成するＩｎＧａＡｓＰ層が設けられている。活性層４の上に、ｐ導電型ＩｎＰ層５が位置し、その上にｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜から形成された回折格子１６が位置する。その上に回折格子の桟状格子の間のエッチング溝を埋め込むように、ｐ導電型ＩｎＰ層７が設けられ、その上に光分布調整層であるｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１２が位置する。このｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１２の上にはｐ導電型ＩｎＰ層９が設けられている。光分布調整層１２はクラッド層１８ａ内に配置されている。
【００８２】
次に、上記分布帰還型レーザ装置の製造方法について説明する。まず、図１４に示すように、ｎ導電型ＩｎＰ基板１の上に、下から順に、（1）ｎ導電型ＩｎＰ層３、（2）ＩｎＧａＡｓＰ層からなる活性層４、（3）ｐ導電型ＩｎＰ層５、（4）回折格子が形成されるｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜１６、（5）ｐ導電型ＩｎＰ層７を形成する。
【００８３】
この後、図１５に示すように、干渉露光法、電子ビーム露光法およびエッチングとにより、ｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜１６と、ｐ導電型ＩｎＰ層７とをパターニングして、回折格子の桟状格子を形成する。この上に、回折格子のエッチング溝を埋め込むようにｐ導電型ＩｎＰ層８を形成し、さらにその上にｐ導電型ＩｎＰ層９を成膜して、図１３に示す分布帰還型レーザ装置が完成する。
【００８４】
重要なことは、少なくとも、活性層４と回折格子１６とにはさまれるｐ導電型ＩｎＰ層５と、回折格子１６と光分布調整層１２とにはさまれるｐ導電型ＩｎＰ層７，８は、同じばらつき傾向を有する成膜処理装置により形成される必要がある。同じばらつき傾向を示す成膜処理装置として、（ａ1）同じ成膜処理装置、（ａ2）層厚の面内分布が類似している成膜処理装置、または（ａ3）同一構造の成膜処理装置を用いることができる。このような成膜処理装置を用いることにより、これらＩｎＰ層の厚みの設計値からのずれの割合の面内分布は、両方のｐ導電型ＩｎＰ層でほぼ同じにすることができる。
【００８５】
上記の成膜処理方法としては、ＭＯＣＶＤ法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属気相成長法 )、ＭＢＥ法(Molecular Beam Epitaxy)、ＬＰＥ法(Liquid Phase Epitaxy)を用いることができる。
【００８６】
たとえば、ｐ導電型ＩｎＰ層５が厚くなった場合、活性層と回折格子との距離が増大するので、従来の装置では光結合係数は減少する。しかし、本実施の形態では、ｐ導電型ＩｎＰ層７，８も、ｐ導電型ＩｎＰ層５と同じ割合で厚くなる。このため、ｐ導電型ＩｎＰ層７，８の厚み増大の効果により、図１６に示すように、導波路厚み方向に沿う電界強度分布Ｅは、Ｅdesignからずれて、回折格子の側に引き寄せられる。この電界強度分布の回折格子の側への引き寄せは、光結合係数を増加させるので、ｐ導電型ＩｎＰ層５の厚み増加に伴う光結合係数の減少を補償することができる。
【００８７】
一方、ｐ導電型ＩｎＰ層５が薄くなった場合、活性層と回折格子との距離が減少するので、従来の装置では光結合係数は増大する。しかし、本実施の形態では、ｐ導電型ＩｎＰ層７，８も、ｐ導電型ＩｎＰ層５と同じ傾向で薄くなる。このため、図１７に示すように、導波路厚み方向に沿う電界強度分布は、Ｅdesignからずれて、活性層４の側、すなわち回折格子から遠い側へと移動させられる。したがって、この場合にも光結合係数の変動を補償することができる。
【００８８】
図１８に、本発明の分布帰還型レーザ装置において、ＩｎＰ層に厚み変動が生じた場合の光結合係数の設計値からのずれの計算結果を示す。図１８によれば、本発明の分布帰還型レーザ装置では、光結合係数の変動は従来に比較しておよそ１／６に抑制されている。この結果、分布帰還型レーザ装置の特性ばらつきを抑制することができる。
【００８９】
なお、本実施の形態では、活性層の上側に回折格子が配置されるとして説明したが、回折格子は活性層の下側にあってもよい。また、半導体の導電型のｎ導電型とｐ導電型とを入れ換えてもよい。また、回折格子の一部に回折格子の位相をシフトさせる個所が１箇所または複数箇所あってもよい。回折格子の共振器の中央部分に媒質内波長の１／４に相当する位相シフトを設け、両端面に無反射コーティングを施すこともできる。この位相シフトと無反射コーティングとの組合せにより、単一縦モード歩留りを向上させることができる。
【００９０】
このほか、たとえば、ＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＡｓ系の分布帰還型レーザ装置などに適用することもできる。さらに、本発明は、たとえば、変調器と分布帰還型レーザ装置とを共通基板上にモノリシックに集積化した装置における分布帰還型レーザ装置に適用することもできる。
【００９１】
（実施の形態４）
図１９は、本発明の実施の形態４における分布帰還型レーザ装置を示す図である。本実施の形態では、分布帰還型レーザ装置に２つの光分布調整層２，１２を設けた点に特徴がある。すなわち、実施の形態１の分布帰還型レーザ装置における光分布調整層２と、実施の形態３の分布帰還型レーザ装置における光分布調整層１２とを備えている。光分布調整層２はＩｎＰ層のクラッド層１８ｂ内に配置され、またはより具体的にはクラッド層１８ｂとＩｎＰ基板１との間に配置され、光分布調整層１２はクラッド層１８ａ内に配置されている。
【００９２】
図１９において、ｎ導電型ＩｎＰ基板１の上に、第１の光分布調整層となるｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層２が位置し、その上にｎ導電型ＩｎＰ層３が設けられている。さらにその上に活性層のＩｎＧａＡｓＰ層４が位置し、その活性層の上にｐ導電型ＩｎＰ層５が設けられている。その上にｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層２と同じバンドギャップを有するｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層から形成された回折格子１６が位置し、その上に回折格子の桟状格子の間の溝を埋め込むように、ｐ導電型ＩｎＰ層７，８が設けられている。このｐ導電型ＩｎＰ層７，８の上には、第２の光分布調整層となるｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１２が位置し、その上にｐ導電型ＩｎＰ層１０が設けられている。
【００９３】
次に、図１９に示す分布帰還型レーザ装置の製造方法について説明する。まず、図２０に示すように、ｎ導電型ＩｎＰ基板１の上に、下から順に、(1）ｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層２、（2）ｎ導電型ＩｎＰ層３、（3）ＩｎＧａＡｓＰ活性層４、（4）ｐ導電型ＩｎＰ層５、（5）ｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層２と同一のバンドギャップを有するｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜１６、（6）ｐ導電型ＩｎＰ層７を、同じ成膜処理において成膜する。この成長処理には、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＬＰＥ法などを用いることができる。
【００９４】
その後、干渉露光法や電子ビーム露光法と、エッチングにより、ｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１６およびｐ導電型ＩｎＰ層７を、図２１に示すように、所定のピッチで除去することにより所定ピッチの桟状格子を分布させることにより回折格子を形成する。この後、（7）ｐ導電型ＩｎＰ層８を回折格子の桟状格子間の溝を埋め込むように形成し、さらに（8）ｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１２を成膜し、この上に（9）ｐ導電型ＩｎＰ層１０を形成する。
【００９５】
上記の成膜処理において、回折格子を形成するためのエッチング処理をはさんで、エッチング処理より前の第１の成膜処理と、エッチングより後の第２の成膜処理とは、（ａ1）同じ成膜処理装置、（ａ2）層厚の面内分布が類似している成膜処理装置、または（ａ3）同一構造の成膜処理装置を用いる。
【００９６】
第１の光分布調整層であるｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層２と、回折格子が形成されるｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜１６とは、いずれも上記エッチング前に成膜処理される。このため、これら２つのｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層は、同一組成であり、また連続した成膜処理によって形成される。このため、層厚および組成、または屈折率の設計値からずれる割合は、これら２つのｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層において、ほぼ同じである。
【００９７】
ｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜１６が厚く形成された場合、従来の分布帰還レーザ装置では、光結合係数は増大する。しかし、本実施の形態では、ｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層２も同じ割合で厚くなるため、導波路厚み方向に沿う電界強度分布は、設計における電界強度分布Ｅdesignよりもｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層２の方に、すなわち回折格子から遠ざかる方向に引き寄せられる（図２２）。このような電界強度分布のずれは、光結合係数を減少させる方向に作用するため、上記２つのｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層の厚みを適切に選ぶことにより、これら２つの厚み変動に起因する光結合係数の変動を抑制することができる。
【００９８】
一方、ｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜１６が薄く形成された場合、光結合係数は小さくなる。しかし、このときｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層２も、上記理由に基づき薄く形成される。このため、導波路厚さ方向に沿う電界強度分布は、回折格子の側に引き寄せられる（図２３）。この電界強度分布の移動により、光結合係数は増大する。したがって、この場合も上記２つのｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層の厚みを適切に選ぶことにより、これら２つの層の厚み変動に起因する光結合係数の変動を補償することができる。
【００９９】
また、回折格子をはさむｐ導電型ＩｎＰ層５とｐ導電型ＩｎＰ層７，８とは、上述のように（ａ1），（ａ2），（ａ3）の成膜処理装置によって成膜されるので、同様の層厚の面内分布となる。このため、これら２つの層の設計値に対してずれる割合の面内分布は、これら２つの層でほぼ同様である。
【０１００】
したがって、ｐ導電型ＩｎＰ層５が設計値より厚くなった場合、従来技術では光結合係数は減少する。しかし、本実施の形態では、ｐ導電型ＩｎＰ層７，８も同じ割合で厚くなるので、導波路厚さ方向に沿う光電界強度分布Ｅは、設計における電界強度分布Ｅdesignよりも回折格子側に引き寄せられる（図２４）。この電界強度分布のずれは、光結合係数を増加させる方向に作用させ、２つの層の厚さの同じ傾向の変動に起因する光結合係数の変動は互いにキャンセルされる。この結果、製造時の層厚のばらつきに起因する光結合係数の変動は抑制される。
【０１０１】
一方、ｐ導電型ＩｎＰ層５が設計値より薄くなった場合、従来技術では光結合係数は増大する。しかし、本実施の形態では、ｐ導電型ＩｎＰ層７，８も同じ割合で薄くなるので、導波路厚さ方向に沿う光電界強度分布Ｅは、設計における電界強度分布Ｅdesignよりも回折格子側から遠ざけられる（図２５）。この電界強度分布のずれは、光結合係数を増加させる方向に作用させ、２つの層の厚さの同じ傾向の変動に起因する光結合係数の変動は互いにキャンセルされる。この結果、光結合係数は製造時の層厚のばらつきで大きく変動することがなくなる。
【０１０２】
上記のように、本実施の形態における分布帰還型レーザ装置の構成により、回折格子が形成される層の組成や厚み変動に起因する光結合係数の変動を抑制することができる。さらに、回折格子を挟んで位置するｐ導電型ＩｎＰ層の厚み変動に起因する光結合係数の変動も、両方のｐ導電型ＩｎＰ層の同傾向の厚み変動が光結合係数に対して相反する方向の作用を及ぼすので、光結合係数の変動の抑制が得られる。
【０１０３】
本実施の形態における光結合係数の変動抑制を定量的に計算で評価した結果を、図２６〜図２８に示す。図２６は、ｐ導電型ＩｎＰ層の厚みが変動した場合の光結合係数の設計値からのずれを示している。この図によれば、従来の装置に比較して、本実施の形態では、光結合係数はほとんど（１／２）に減少している。図２７は、回折格子の厚みが変動した場合の光結合係数の設計値からのずれを示している。この図によれば、従来の装置に比較して本実施の形態の装置では、（１／２）以下に減少している。また、図２８は、回折格子の屈折率が変動した場合の光結合係数の設計値からのずれを示している。この図によれば、従来の装置に比較して本実施の形態の装置では、（１／２）よりも大幅に減少している。
【０１０４】
本実施の形態においても、実施の形態１〜３と同様に、活性層の下方に回折格子を配置した分布帰還型レーザ装置であってもよい。また、半導体のｎ導電型とｐ導電型とを入れ換えてもよい。また、位相シフトが設けられた回折格子を有する分布帰還型レーザ装置であってもよい。また、他の材料系、たとえばＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＡｓ系の分布帰還型レーザ装置であってもよい。さらに、変調器を集積化した分布帰還型レーザ装置であってもよい。
【０１０５】
（実施の形態５）
図２９は、本発明の実施の形態５における分布帰還型レーザ装置を示す図である。本実施の形態では、実施の形態４と同様に、分布帰還型レーザ装置に２つの光分布調整層１２ａ，１２ｂを設けた点に特徴がある。すなわち、実施の形態２の分布帰還型レーザ装置における光分布調整層１２ａと、実施の形態３の分布帰還型レーザ装置における光分布調整層１２ｂとを備えている。２つの光分布調整層１２ａ，１２ｂは、ともにクラッド層１８ａ内に配置されている。
【０１０６】
図２９において、ｎ導電型ＩｎＰ基板１の上に、ｎ導電型ＩｎＰ層３が位置し、その上に活性層のＩｎＧａＡｓＰ層４が設けられている。活性層の上にはｐ導電型ＩｎＰ層５が位置し、その上に第１の光分布調整層となるｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１２ａが位置し、その上にｐ導電型ＩｎＰ層７が設けられている。そのｐ導電型ＩｎＰ層７の上には、回折格子１６が位置し、次いでｐ導電型ＩｎＰ層８，９、および第２の光分布調整層となるｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１２ｂが位置し、その上にｐ導電型ＩｎＰ層１０が設けられている。
【０１０７】
次に、図２９に示す分布帰還型レーザ装置の製造方法について説明する。まず、図３０に示すように、ｎ導電型ＩｎＰ基板１の上に、下から順に、(1）ｎ導電型ＩｎＰ層３、（2）ＩｎＧａＡｓＰ活性層４、（3）ｐ導電型ＩｎＰ層５、（4）ｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１２ａ、（5）ｐ導電型ＩｎＰ層７、（6）ｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜１６、（7）ｐ導電型ＩｎＰ層８、を同じ成膜処理装置において成膜する。この成長処理には、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＬＰＥ法などを用いることができる。
【０１０８】
その後、干渉露光法や電子ビーム露光法と、エッチングとにより、ｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜１６およびｐ導電型ＩｎＰ層８を、図３１に示すように、パターニングして、桟状格子を形成する。この後、（8）ｐ導電型ＩｎＰ層９を回折格子の桟状格子の間の溝を埋め込むように形成し、さらに（9）ｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１２ｂを、次いで、この上に（10）ｐ導電型ＩｎＰ層１０を形成する。
【０１０９】
上記の成膜処理において、回折格子を形成するためのエッチング処理をはさんで、エッチング処理より前の第１の成膜処理と、エッチングより後の第２の成膜処理とは、（ａ1）同じ成膜処理装置、（ａ2）層厚の面内分布が類似している成膜処理装置、または（ａ3）同一構造の成膜処理装置を用いて行う。
【０１１０】
第１の光分布調整層であるｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１２ａと、回折格子が形成されるｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜１６とは、いずれも上記エッチング前に成膜処理される。このため、これら２つのｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層は、また連続した成膜処理によって形成される。このため、層厚および組成、または屈折率の設計値からずれる割合は、これら２つのｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層において、ほぼ同じである。
【０１１１】
ｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜１６が厚く形成された場合、従来の分布帰還レーザ装置では、光結合係数は増大する。しかし、本実施の形態では、ｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１２ａも、同じ割合で厚くなるため、導波路厚み方向に沿う電界強度分布Ｅは、設計における電界強度分布Ｅdesignよりもｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１２ａの側に、すなわち回折格子から遠ざかる方向に押される（図３２）。このような電界強度分布のずれは、光結合係数を減少させる方向に作用するため、上記２つのｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜の厚みを適切に選ぶことにより、これら２つの層の厚み変動に起因する光結合係数の変動を補償することができる。
【０１１２】
一方、ｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜１６が薄く形成された場合、光結合係数は小さくなる。しかし、このときｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１２ａも、上記理由に基づき薄く形成される。このため、導波路厚さ方向に沿う電界強度分布は、回折格子の側に引き寄せられる（図３３）。この引き寄せにより、光結合係数は増大する。したがって、この場合も上記２つのｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層の厚みを適切に選ぶことにより、これら２つの層の厚み変動に起因する光結合係数の変動を補償することができる。
【０１１３】
また、回折格子をはさむｐ導電型ＩｎＰ層７とｐ導電型ＩｎＰ層８，９とは、上述のように（ａ1），（ａ2），（ａ3）の成膜処理装置によって成膜されるので、同様の層厚の面内分布となる。このため、これら２つの層の設計値に対してずれる割合の面内分布は、これら２つの層でほぼ同様である。
【０１１４】
したがって、ｐ導電型ＩｎＰ層７が設計値より厚くなった場合、従来技術では光結合係数は減少する。しかし、本実施の形態では、ｐ導電型ＩｎＰ層８，９も同じ割合で厚くなるので、導波路厚さ方向に沿う光電界強度分布Ｅは、設計における電界強度分布Ｅdesignよりも回折格子側に引き寄せられる（図３４）。この電界強度分布のずれは、光結合係数を増加させる方向に作用させ、２つの層の厚さの同じ傾向の変動に起因する光結合係数の変動は互いにキャンセルされる。この結果、光結合係数は製造時の層厚のばらつきで大きく変動することがなくなる。
【０１１５】
一方、ｐ導電型ＩｎＰ層７が設計値より薄くなった場合、従来技術では光結合係数は増大する。しかし、本実施の形態では、ｐ導電型ＩｎＰ層８，９も同じ割合で薄くなるので、導波路厚さ方向に沿う光電界強度分布Ｅは、設計における電界強度分布Ｅdesignよりも回折格子側から遠ざけられる（図３５）。この電界強度分布のずれは、光結合係数を増加させる方向に作用させ、２つの層の厚さの同じ傾向の変動に起因する光結合係数の変動は互いにキャンセルされる。この結果、光結合係数は製造時の層厚のばらつきで大きく変動することがなくなる。
【０１１６】
上記のように、本実施の形態における分布帰還型レーザ装置の構成により、回折格子が形成される層の組成や厚み変動に起因する光結合係数の変動を抑制することができる。さらに、回折格子を挟んで位置するｐ導電型ＩｎＰ層の厚み変動に起因する光結合係数の変動も、両方のｐ導電型ＩｎＰ層の同傾向の厚み変動が光結合係数に対して相反する方向の作用を及ぼすので、光結合係数の変動の抑制が得られる。
【０１１７】
本実施の形態においても、実施の形態１〜４と同様に、活性層の下方に回折格子を配置した分布帰還型レーザ装置であってもよいし、位相シフトが設けられた回折格子を有する分布帰還型レーザ装置であってもよい。また、他の材料系、たとえばＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＡｓ系の分布帰還型レーザ装置であってもよい。さらに、変調器を集積化した分布帰還型レーザ装置であってもよい。
【０１１８】
（実施の形態６）
図３６は、本発明の実施の形態６における半導体光装置を示す図である。図３６において、分布帰還型レーザ装置２０と、変調器３０とが、図示していない半導体基板上に一体的にモノリシックに形成されている。分布帰還型レーザ装置２０には、上記実施の形態１〜５に例示したいずれかの分布帰還形レーザ装置が用いられている。
【０１１９】
このモノリシックに一体化した装置では、電極２５ａ，２５ｂ間に電圧を印加し、活性層４に電流を注入し、活性層の層に沿って発振させるとともに、回折格子６，１６などにより特定の波長選択がなされ特定波長の発振が継続する。発振した光は、活性層４から変調器３０の吸収層３４に導波され、変調器の電極２５ａ，２５ｃ間に印加される電圧により変調をかけることができる。
【０１２０】
分布帰還型レーザ装置には、実施の形態１〜５に例示したいずれかの分布帰還型レーザ装置が用いられるので、製造時のばらつきに起因する光結合係数の変動は大幅に抑制されている。さらに、分布帰還型レーザ装置と変調器とがモノリシックに一体化されているので、装置が小型化される。また、一連の処理工程で２つの装置を一体化して製造できるので、製造能率を向上することができる。
【０１２１】
上記において、本発明の実施の形態について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されることはない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【０１２２】
【発明の効果】
本発明の分布帰還型レーザ装置およびその製造方法を用いることにより、製造時のばらつきに起因する光結合係数の変動を、同じばらつき傾向を有する成膜処理装置を選択するという簡単な手段により、抑制し、製造歩留りを向上させることができる。さらに、本発明の分布帰還型レーザ装置と他の光デバイスたとえば変調器とを、共通の半導体基板上にモノリシックに一体成形した半導体光装置を用いることにより、この半導体光装置を小型化し、また製造工程を連続化して製造コストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１における分布帰還型レーザ装置を示す図である。
【図２】 図１の分布帰還型レーザ装置の製造方法において、回折格子膜の上にクラッド膜を成膜した状態を示す図である。
【図３】 回折格子膜とクラッド膜とをパターニングして回折格子を形成した状態を示す図である。
【図４】 回折格子膜が厚くなるようにばらついた場合において、光の電界強度分布が回折格子から遠ざかるようにずれることを示す図である。
【図５】 回折格子膜が薄くなるようにばらついた場合において、光の電界強度分布が回折格子に近づくようにずれることを示す図である。
【図６】 図１の分布帰還型レーザ装置の回折格子の層厚が変動した場合、光結合係数の設計値からのずれを計算した結果である。
【図７】 図１の分布帰還型レーザ装置の回折格子の屈折率が変動した場合、光結合係数の設計値からのずれを計算した結果である。
【図８】 本発明の実施の形態２における分布帰還型レーザ装置を示す図である。
【図９】 図８の分布帰還型レーザ装置の製造方法において、回折格子膜の上にクラッド膜を成膜した状態を示す図である。
【図１０】 回折格子膜とクラッド膜とをパターニングして回折格子を形成した状態を示す図である。
【図１１】 回折格子膜が厚くなるようにばらついた場合に、光の電界強度分布が回折格子から遠ざかるようにずれることを示す図である。
【図１２】 回折格子膜が薄くなるようにばらついた場合に、光の電界強度分布が回折格子に近づくようにずれることを示す図である。
【図１３】 本発明の実施の形態３における分布帰還型レーザ装置を示す図である。
【図１４】 図１３の分布帰還型レーザ装置の製造方法において、回折格子膜の上にクラッド膜を成膜した状態を示す図である。
【図１５】 回折格子膜とクラッド膜とをパターニングして回折格子を形成した状態を示す図である。
【図１６】 回折格子の下側に位置する下側クラッド層が厚くなるようにばらついた場合に、光の電界強度分布が回折格子に近づくようにずれることを示す図である。
【図１７】 回折格子の下側に位置する下側クラッド層が薄くなるようにばらついた場合に、光の電界強度分布が回折格子から遠ざかるようにずれることを示す図である。
【図１８】 図１３の分布帰還型レーザ装置の上側クラッド層の膜厚が変動した場合、光結合係数の設計値からのずれを計算した結果である。
【図１９】 本発明の実施の形態４における分布帰還型レーザ装置を示す図である。
【図２０】 図１９の分布帰還型レーザ装置の製造方法において、回折格子膜の上にクラッド膜を成膜した状態を示す図である。
【図２１】 回折格子膜とクラッド膜とをパターニングして回折格子を形成した状態を示す図である。
【図２２】 回折格子が厚くなるようにばらついた場合に、光の電界強度分布が回折格子から遠ざかるようにずれることを示す図である。
【図２３】 回折格子が薄くなるようにばらついた場合に、光の電界強度分布が回折格子に近づくようにずれることを示す図である。
【図２４】 回折格子の下側に位置する下側クラッド層が厚くなるようにばらついた場合に、光の電界強度分布が回折格子に近づくようにずれることを示す図である。
【図２５】 回折格子の下側に位置する下側クラッド層が薄くなるようにばらついた場合に、光の電界強度分布が回折格子から遠ざかるようにずれることを示す図である。
【図２６】 図１９の分布帰還型レーザ装置において、下側クラッド層が変動した場合の、光結合係数の設計値からのずれの計算結果である。
【図２７】 図１９の分布帰還型レーザ装置において、回折格子の厚さが変動した場合の、光結合係数の設計値からのずれの計算結果である。
【図２８】 図１９の分布帰還型レーザ装置において、回折格子の屈折率が変動した場合の、光結合係数の設計値からのずれの計算結果である。
【図２９】 本発明の実施の形態５における分布帰還型レーザ装置を示す図である。
【図３０】 図２９の分布帰還型レーザ装置の製造方法において、回折格子膜の上にクラッド膜を成膜した状態を示す図である。
【図３１】 回折格子膜とクラッド膜とをパターニングして回折格子を形成した状態を示す図である。
【図３２】 回折格子が厚くなるようにばらついた場合に、光の電界強度分布が回折格子から遠ざかるようにずれることを示す図である。
【図３３】 回折格子が薄くなるようにばらついた場合に、光の電界強度分布が回折格子から遠ざかるようにずれることを示す図である。
【図３４】 回折格子の下側に位置する下側クラッド層が厚くなるようにばらついた場合に、光の電界強度分布が回折格子に近づくようにずれることを示す図である。
【図３５】 回折格子の下側に位置する下側クラッド層が薄くなるようにばらついた場合に、光の電界強度分布が回折格子から遠ざかるようにずれることを示す図である。
【図３６】 本発明の実施の形態６における半導体光装置を示す図である。
【図３７】 従来の分布帰還型レーザ装置を示す図である。
【図３８】 （ａ）は活性層と回折格子との間の距離が光結合係数に影響することを示す図であり、（ｂ）は波状回折格子の高さが光結合係数に影響することを示す図である。
【図３９】 従来の他の分布帰還型レーザ装置を示す図である。
【図４０】 図３９に示す分布帰還型レーザ装置において、活性層と回折格子との間の距離を決めるクラッド層の厚みが変動したときの光結合係数の設計値からのずれの計算結果である。
【図４１】 図３９に示す分布帰還型レーザ装置において、回折格子の厚み変動による光結合係数の設計値からのずれの計算結果である。
【図４２】 図３９に示す分布帰還型レーザ装置において、回折格子の屈折率変動による光結合係数の設計値からのずれの計算結果である。
【符号の説明】
１ ｎ導電型ＩｎＰ基板、２ ｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層（光分布調整層）、３ ｎ導電型ＩｎＰ層、４ ＩｎＧａＡｓＰ活性層、５ ｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層、６ ｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ回折格子または回折格子膜、７,８，９，１０ ｐ導電型ＩｎＰ層、１２，１２ａ，１２ｂ ｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層（光分布調整層）、１６ ｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ回折格子または回折格子膜、１８ａ，１８ｂ クラッド層、２０ 分布帰還型レーザ装置、２５ａ，２５ｂ，２５ｃ 電極、３０ 変調器、３４ 吸収層、Ｅ 実際の電界強度分布、Ｅdesign 設計における電界強度分布。
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として光ファイバ通信に用いられる分布帰還型レーザ装置、分布帰還型レーザ装置を含む半導体光装置および分布帰還型レーザ装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ通信に用いられる分布帰還型レーザ装置は、共振器内に回折格子を有するレーザ装置であり、この回折格子の周期に対応した発振波長で発振するので、高速変調動作時においても単一縦モードで安定して動作する。このため、長距離または高いビットレートの光ファイバ通信に多く用いられている。分布帰還型レーザ装置の特性を大きく左右するパラメータの一つに光結合係数があり、このパラメータはレーザの閾値電流やスロープ効率といった静特性のみならず、雑音特性および動特性にも大きく影響する。
【０００３】
従来の分布帰還型レーザ装置としては、たとえば、図３７および図３８に示す装置がある（特開２０００−１１４６５２号公報）。この分布帰還型レーザ装置１２０では、ｎ導電型ＩｎＰ基板１１５の上に、下から順に（1）ｎ導電型ＩｎＰクラッド層１１６、（2）ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層１１７，１１８、（3）活性層１１９、（4）ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層１２０，１２１、（5）回折格子１０６、（6）ｐ導電型ＩｎＰクラッド層１２２、（7）ｐ導電型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１２３が積層されている。
【０００４】
図３８（ａ）に示す分布帰還型レーザ装置における発振光であるレーザ光の装置の厚み方向に沿う光強度は、図３８（ｂ）に示すように、活性層を中心に上下に広がって分布する。図３８（ａ）および図３８（ｂ）に示すように、回折格子高さｈ、すなわち波の振幅および回折格子１０６と活性層１１９との距離Ｈに強く依存する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、回折格子高さｈは、回折格子を形成する際のエッチング深さのばらつき等により大きく変動する。回折格子のエッチングは、幅０．２μｍ程度の微小な領域のエッチングであるため、エッチレートのウェハ面内ばらつきが大きく、また製造機会ごと、すなわちrun to runでの変動も大きい。このため、光結合係数は、回折格子高さｈのばらつきの大きさに応じて変動することになる。さらに、実際には、これに加えて結晶成長における層厚ばらつきの影響も加えられる。たとえば、ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層１２０，１２１が厚くなるか、またはＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層１１８，１２０またはその外側の光閉じ込め層１１７，１２１が厚くなる場合、回折格子１０６と活性層１１９との距離Ｈが大きくなる。このため、回折格子と重なる光強度が減少し、光結合係数は小さくなる。このように、図３７のような分布帰還型レーザ装置においては、製造時のわずかの膜厚変動や、組成変動に起因する屈折率変動により、光結合係数は大きくばらつき、分布帰還型レーザ装置を歩留りよく製造することは難しい。
【０００６】
一方、上記の回折格子高さｈのばらつきの影響を受けない分布帰還型レーザ装置として、たとえば、図３９に示すような装置が提案されている（Journal of Lightwave Technology vol.7(1989) pp2072-2077)。この分布帰還型レーザ装置１２０では、ＩｎＰ基板１１５の上に、下から順に、（1）ＩｎＰクラッド層１２２ａ、（2）活性層、（3）ＩｎＰクラッド層１２２ｂ、（4）回折格子１０６、（5）ＩｎＰクラッド層１２２ｃ、が積層されている。図３９に示す分布帰還型レーザ装置の光結合係数は、２つの層厚ｄInP（ＩｎＰクラッド層１２２ｂの厚み）およびｄgrating、回折格子の屈折率および回折格子の断面形状により決定される。このため、上記回折格子が所定ピッチで桟状格子が配置される構造であれば、光結合係数は上述のエッチング深さに依存しない。したがって、図３７に示した分布帰還型レーザ装置の光結合係数のばらつきの主要因である回折格子高さｈに対応する要因がない。このため、図３９に示す分布帰還型レーザ装置の光結合係数のばらつきは、図３７に示す分布帰還型レーザ装置に比べれば小さい。
【０００７】
しかしながら、層厚と屈折率とは成膜処理工程において決まるので、成膜処理装置における膜成長速度や組成の成膜処理機会ごとのばらつきや、各々の成膜処理装置固有の膜成長速度や組成の面内分布の影響を強く受ける。これらのばらつきの影響を受け、膜成長処理機会間において、またウェハ面内において光結合係数はばらつきをもつ。
【０００８】
以後の説明において、成膜処理とは、（ｇ1）下地膜と結晶方位の整合性を有するエピタキシャル膜を成長させる場合も、また（ｇ2）結晶方位の整合性を問題にしないで結晶膜または非晶質膜を成膜する場合も含む。後者の（ｇ2）の場合は、多結晶膜を堆積する場合等が対応する。
【０００９】
図４０に、層厚ｄInPの変動に起因する光結合係数の設計値からのずれの計算結果を示す。また、図４１に、層厚ｄgratingの変動に起因する光結合係数の設計値からのずれの計算結果を示す。さらに、図４２に、回折格子の屈折率のばらつきに起因する光結合係数の設計値からのずれの計算結果を示す。これらの計算結果によれば、±２５％の層厚変動、または±１％の屈折率変動により、光結合係数は±１４〜２５％も変動することが分かる。このような光結合係数のばらつきにより、分布帰還型レーザ装置の特性は大きくばらつき、その製造歩留りの向上が妨げられてきた。
【００１０】
本発明は、成膜処理機会間ばらつき、成膜処理装置間ばらつきおよびウェハ面内ばらつきに起因する光結合係数の変動を抑制し、製造歩留りを向上させることができる分布帰還型レーザ装置、その分布帰還型レーザ装置とモノリシックに一体化された半導体光デバイス、および分布帰還型レーザ装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の分布帰還型レーザ装置は、半導体基板上に設けられ、活性層の両側に位置するクラッド層と、クラッド層のいずれか一方の中に、クラッド層と屈折率が異なり、光の出射方向に所定ピッチで、その出射方向に交差する方向に延びる桟状格子を有する回折格子とを備えるレーザ発振装置である。このレーザ発振装置は、回折格子と離れてクラッド層内に位置し、回折格子の組成と同じ組成を有する少なくとも一層の光分布調整層とを備える。
【００１２】
この光分布調整層が回折格子を形成する前に成膜される場合には、回折格子が形成される膜と光分布調整層とは、同じ成膜処理装置中で形成される。この場合、成膜処理装置の膜形成における厚みと組成のばらつき傾向は、回折格子と光分布調整層とで同じになる。回折格子の桟状格子および光分布調整層は、屈折率がクラッド層などと比べて高い。このため、たとえば回折格子の厚さが厚く形成された場合、光分布調整層を配置しない場合、光の電界と回折格子との重なりは大きくなり、光結合係数は増大する。
【００１３】
しかし、上記成膜処理装置により成膜された光分布調整層は、回折格子が形成される膜と同じ傾向でばらつくので、やはり厚くなる。光は屈折率が大きい部位に引き寄せられる性質があるため、光の電界強度分布は、上記光分布調整層が厚く形成された分だけ、光分布調整層に引き寄せられ、設計における分布よりも回折格子から遠ざけられる。この結果、光結合係数の増減がキャンセルされ、光結合係数の変動が抑制される。
【００１４】
また、回折格子が形成された後に形成される光分布調整層の場合は、回折格子が形成される成膜した成膜処理装置などを用いて、やはり回折格子が形成される膜と同じばらつき傾向の光分布調整層を形成する。このため、上記と同様に、光結合係数の増減がキャンセルされ、光結合係数の変動が抑制される。
【００１５】
ここで、回折格子は、通常、回折格子そのものをさす意味に用いるが、回折格子が形成されている層の意味に用いる場合もある。さらに、製造方法等の説明において回折格子膜というときには、回折格子が形成されることになる膜を意味する。
【００１６】
なお、光分布調整層および回折格子の組成が同じとは、導電型を決める不純物を含めて同一の組成であってもよいし、導電型を決める不純物は互いに異なり、導電型を決める不純物以外の組成が同じであってもよい。導電型を決める不純物が異なる場合は、通常、一方はたとえばｎ導電型不純物を含み、他方はｐ導電型不純物を含む。以後の説明でも、光分布調整層および回折格子の組成が同じというとき、同様の意味とする。
【００１７】
本発明の分布帰還型レーザ装置では、光分布調整層が、回折格子との間に活性層をはさむように位置することができる。
【００１８】
この構成により、回折格子を形成するためのエッチング処理前に、光分布調整層と回折格子膜とを形成するので、同じ成膜処理装置内において連続して光分布調整層と回折格子膜とを成膜することができる。このため、確実に同じばらつき傾向を有する成膜処理装置により、光分布調整層と回折格子膜とを成膜するので、両方のばらつきが同じよう現れる。このため、光結合係数が増大した場合、光の電界強度分布は、光分布調整層の方にすなわち回折格子から遠ざけられるようにずれる。このような電界強度分布のずれは光結合係数の減少として作用するので、回折格子膜および光分布調整層の厚さ変動に起因する光結合係数の変動はキャンセルされる。このため、光結合係数の変動は抑制され、分布帰還型レーザ装置の特性のばらつきがなくなり、製造歩留りを向上させることができる。
【００１９】
本発明の分布帰還型レーザ装置では、光分布調整層が、回折格子と活性層との間に位置することができる。
【００２０】
上記構成の場合も、回折格子を形成するためのエッチング処理前に、光分布調整層と回折格子膜とを形成するので、同じ成膜処理装置内において連続して光分布調整層と回折格子膜とを成膜することができる。このため、確実に同じばらつき傾向を有する成膜処理装置により、光分布調整層と回折格子膜とを成膜するので、両方のばらつきが同じよう現れる。したがって、光結合係数の変動は抑制され、分布帰還型レーザ装置の特性のばらつきがなくなり、製造歩留りを向上させることができる。
【００２１】
本発明の分布帰還型レーザ装置では、光分布調整層が、活性層との間に回折格子をはさむように位置することができる。
【００２２】
この場合、活性層と回折格子とに挟まれるように位置する下側クラッド層と、回折格子と光分布調整層とに挟まれるように位置する上側クラッド層とが配置される。回折格子は、これら下側クラッド層と上側クラッド層とによって挟まれる。これら下側クラッド層と上側クラッド層とは、回折格子のエッチング処理の前後に形成されるので、同じ成膜処理装置内で連続して成膜することはできない。しかし、上記の２つのクラッド層は、同じばらつき傾向を有する成膜処理装置により形成されることができる。同じばらつき傾向を示す成膜処理装置として、たとえば（ａ1）同じ成膜処理装置、（ａ2）層厚の面内分布が類似している成膜処理装置、または（ａ3）同一構造の成膜処理装置を用いることができる。このような成膜処理装置を用いることにより、これら２つのクラッド層の厚みの設計値からのずれの割合の面内分布は、両方のクラッド層をほぼ同じにすることができる。
【００２３】
下側クラッド層が厚くなった場合、他に何の対策もとっていなければ、活性層と回折格子との距離が大きくなるので、光結合係数は減少する。しかし、上側クラッド層も、上述のように下側クラッドと同じばらつき傾向を有する成膜処理装置により成膜されるので、その層厚が増大する。この結果、光の電界強度分布は、設計における位置よりも上側、すなわち回折格子に近づく。この電界強度分布の移動は、光結合係数の増大として作用する。この結果、両方のクラッド層の層厚変動に起因する光結合係数の変動は、キャンセルされ、光結合係数の変動は抑制される。
【００２４】
本発明の分布帰還型レーザ装置では、光分布調整層が、回折格子との間に活性層をはさむように位置する第１の光分布調整層と、活性層との間に回折格子をはさむように位置する第２の光分布調整層とからなるようにできる。
【００２５】
この構成により、第１の光分布調整層と回折格子膜とは、同じ成膜処理装置で連続処理のうちに成膜することができる。このため、上述の理由により、両方の厚さなど、ばらつきに起因する光結合係数の変動は互いにキャンセルして、光結合係数の変動は抑制される。
【００２６】
また、回折格子の上側と下側に位置する２つのクラッド層は、たとえば上述の（ａ1）同じ成膜処理装置、（ａ2）層厚の面内分布が類似している成膜処理装置、または（ａ3）同一構造の成膜処理装置を用いることにより、その層厚など同じばらつき傾向とすることができる。この結果、両方のクラッド層の層厚などのばらつきに起因する光結合係数の変動は互いにキャンセルして、光結合係数の変動は抑制される。
【００２７】
上記のように、光結合係数に影響を及ぼす４層が、その４層のうちで光結合係数への影響がキャンセルされる相手の層と組み合わされることにより、光結合係数の変動は抑制される。
【００２８】
本発明の分布帰還型レーザ装置では、光分布調整層が、回折格子と活性層との間に位置する第３の光分布調整層と、活性層との間に回折格子をはさむように位置する第４の光分布調整層とからなるようにできる。
【００２９】
この構成により、第３の光分布調整層と回折格子膜とは、同じ成膜処理装置で連続処理のうちに成膜することができる。このため、上述の理由により、両方の厚さばらつきに起因する光結合係数の変動は互いにキャンセルして、光結合係数の変動は抑制される。
【００３０】
また、回折格子の上側と下側に位置する２つのクラッド層は、上述の（ａ1）、（ａ2）、または（ａ3）の成膜処理装置を用いることにより、その層厚など同じばらつき傾向とすることができる。この結果、両方のクラッド層の層厚などのばらつきに起因する光結合係数の変動は互いにキャンセルして、光結合係数の変動は抑制される。
【００３１】
さらに、光結合係数に影響を及ぼす４層が、その４層のうちで光結合係数への影響がキャンセルされる相手の層と組み合わされることにより、光結合係数の変動は抑制される。
【００３２】
本発明の分布帰還型レーザ装置では、光分布調整層の屈折率が、クラッド層の屈折率よりも高いようにできる。
【００３３】
この構成により、光分布調整層が光の電界強度分布を、効果的に引き寄せることができる。
【００３４】
本発明の分布帰還型レーザ装置では、回折格子が位相シフト部を有する。
【００３５】
この構成により、この分布帰還型レーザ装置にさらに機能性や、レーザ発振の安定性をもたせることができる。
【００３６】
本発明の分布帰還型レーザ装置では、回折格子の位相シフト部は、共振器の中央部に位置して媒質内波長の１／４に相当する位相をシフトさせることができる。
【００３７】
この構成により、共振器の両端面に無反射コーティングを施すことにより、単一縦モードの歩留りを向上させることができる。
【００３８】
本発明の分布帰還型レーザ装置では、半導体基板が不純物を含むＩｎＰ基板であり、活性層がＩｎＧａＡｓＰ層であり、クラッド層が不純物を含むＩｎＰ層であり、回折格子および光分布調整層が不純物を含むＩｎＧａＡｓＰ層であるようにできる。
【００３９】
この構成により、従来の製造装置を用いて、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系の分布帰還型レーザ装置を歩留りよく製造することができる。
【００４０】
本発明の半導体光装置は、上記のいずれかの分布帰還型レーザ装置と、他の光デバイスとを共通の半導体基板上にモノリシックに備える。
【００４１】
この構成により、分布帰還型レーザ装置と、他の光デバイスとがモノリシックに一体化されているので、装置が小型化される。また、一連の処理工程で２つの装置を一体化して製造できるので、製造能率を大きく向上することができる。
【００４２】
本発明の半導体光装置は、他の光デバイスが変調器であり、その変調器が分布帰還型レーザ装置の活性層から光を受ける吸収層を備えることができる。
【００４３】
このモノリシックに一体化した装置では、電極間に電圧を印加し、活性層に電流を注入し、活性層の層に沿って発振させるとともに、回折格子などにより特定の波長選択がなされ特定波長の発振が継続する。発振した光は、活性層から変調器の吸収層に導波され、変調器の電極間に印加される電圧により変調をかけることができる。この分布帰還型レーザ装置には、上記のいずれかの分布帰還型レーザ装置が用いられるので、製造時のばらつきに起因する光結合係数の変動が大幅に抑制される。さらに、分布帰還型レーザ装置と変調器とがモノリシックに一体化されているので、装置が小型化される。また、一連の処理工程で２つの装置を一体化して製造できるので、製造能率を大きく向上することができる。
【００４４】
本発明の分布帰還型レーザー装置の製造方法は、半導体基板上に設けた活性層の両側に位置するクラッド層と、クラッド層のいずれか一方の中に、クラッド層と屈折率が異なり、光の出射方向に所定ピッチで、その出射方向に交差する方向に延びる桟状格子が配置された回折格子と、回折格子と離れてクラッド層内に位置し、回折格子の組成と同じ組成を有する少なくとも一層の光分布調整層と、を有する分布帰還型レーザー装置の製造方法である。この製造方法では、少なくとも一層の光分布調整層の成膜処理と、回折格子を形成する膜の成膜処理とを、（ａ1）同じ成膜処理装置、（ａ2）層厚の面内分布が類似している成膜処理装置、および（ａ3）同一構造の成膜処理装置、のいずれかを用いて行う。
【００４５】
この製造方法により、光分布調整層のばらつき傾向と、回折格子膜のばらつき傾向とを同じようにすることができる。このため、これら両方の製造時のばらつきに起因する光結合係数に及ぼす変動要因を、互いに相反させ、したがってキャンセルするようにすることができる。この結果、製造時のばらつきに起因する光結合係数の変動を抑制することができ、歩留りを向上させることができる。
【００４６】
本発明の分布帰還型レーザー装置の製造方法では、光分布調整層が、回折格子を形成する膜をエッチング処理するために、回折格子を形成する膜を形成した成膜処理装置から取り出され、エッチング処理された後、成膜処理装置内で成膜されることができる。
【００４７】
この構成により、エッチング処理のためにエッチング処理装置に装入され、そのエッチングの前後になされる成膜処理であっても、上記のように成膜処理装置を選ぶことにより、２つの成膜処理におけるばらつき傾向を同じようにすることができる。
【００４８】
本発明の分布帰還型レーザー装置の製造方法では、回折格子および回折格子を含むクラッド層の形成において、回折格子の下層に相当する位置に下側クラッド層を形成し、下側クラッド層の上に、回折格子が形成される回折格子膜を形成し、その回折格子膜をエッチング処理して桟状格子を含む回折格子を形成し、さらにその回折格子の上に前記エッチングされた部分を埋め込むように上側クラッド層を形成するにあたり、下側クラッド層の成膜処理と、上側クラッド層の成膜処理とを、（ａ1）同じ成膜処理装置、（ａ2）層厚の面内分布が類似している成膜処理装置、および（ａ3）同一構造の成膜処理装置、のいずれかを用いて行うことができる。
【００４９】
この構成により、回折格子を上下からはさむ上側クラッド層と下側クラッド層とを、同じばらつき傾向をもつように成膜することができる。このため、回折格子膜と光分布調整層との同じばらつき傾向に基づく光結合係数の変動抑制に加えて、これら両クラッド層の製造時のばらつきに起因する光結合係数に及ぼす変動要因を、互いにキャンセルするようにすることができる。この結果、製造時のばらつきに起因する光結合係数の変動を抑制することができ、歩留りを向上させることができる。
【００５０】
【発明の実施の形態】
次に図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【００５１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における分布帰還型レーザ装置を示す図である。図１において、ｎ導電型ＩｎＰ基板１の上に、ｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層２が位置し、さらにその上に、ｎ導電型ＩｎＰ層３が設けられている。その上に活性層４を構成するＩｎＧａＡｓＰ層が位置し、その活性層４の上に、ｐ導電型ＩｎＰ層５が設けられ、さらにその上にｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層からなる桟状格子が所定ピッチで配置された回折格子６が位置する。この桟状格子の間の溝を埋め込むように、ｐ導電型ＩｎＰ層７，８が設けられている。
【００５２】
ＩｎＰ層からなるクラッド層１８ａ，１８ｂは、活性層４を上下から挟んでいる。また、上記のｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層２が光分布調整層を構成する。図１に示すように、クラッド層１８ｂは、ｎ導電型ＩｎＰ基板１に接して位置する光分布調整層の上に接して配置されている。このように半導体基板１上に接して位置する光分布調整層の上に接してクラッド層が位置する場合も、半導体基板およびクラッド層の組成は同じであるので、光分布調整層はクラッド層内に位置するという。すなわち、光分布調整層がクラッド層（ＩｎＰ）と半導体基板（ＩｎＰ）とに挟まれる場合、光分布調整層は実質的にクラッド層内に配置されているとみることができる。
【００５３】
また、以後の説明では、回折格子と、回折格子が形成されることになる回折格子膜とは、図面中で同じ符号によって表わされる。
【００５４】
この分布帰還型レーザ装置では、活性層４に電流を注入し、活性層の層に沿って発振させるとともに、回折格子６の桟状格子ピッチなどにより特定の波長選択がなされ特定波長の発振が継続する。図１に示すように、発振中の光のうちから光を部分的に外部に取り出し、光ファイバ通信等に用いる。
【００５５】
次に、上記分布帰還型レーザ装置の製造方法について説明する。図２に示すように、ｎ導電型ＩｎＰ基板１の上に、下から順に、（1）光分布調整層となるｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層２、（2）ｎ導電型ＩｎＰ層３、（3）ＩｎＧａＡｓＰ層からなる活性層４、（4）ｐ導電型ＩｎＰ層５、（5）回折格子が形成されるｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜６、（6）ｐ導電型ＩｎＰ層７、が形成される。
【００５６】
これらの成膜処理において重要なことは、少なくとも、光分布調整層となるｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層２と、回折格子が形成されるｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜６とは、同じばらつき傾向を持つ処理装置内で、そのばらつき傾向が変わらない処理機会、たとえば同一処理機会に形成されなければならない。すなわち、たとえばＩｎＰウェハを一枚ずつバッチ処理する場合には、そのＩｎＰウェハ上に、同じ成膜処理装置内で連続して、光分布調整層となるｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層２と、回折格子が形成されるｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜６とを成膜する必要がある。ここで、ばらつき傾向が同じとは、ばらつく方向が同じで、かつそのばらつきの大きさが同じ程度であることをさす。また、面内ばらつきを問題にする場合には、ばらつきの方向も含めてばらつきの面内分布が類似していることをいう。
【００５７】
上記の成膜処理方法としては、ＭＯＣＶＤ法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属気相成長法 )、ＭＢＥ法(Molecular Beam Epitaxy)、ＬＰＥ法(Liquid Phase Epitaxy)を用いることができる。
【００５８】
この後、図３に示すように、干渉露光法、電子ビーム露光法およびエッチングとにより、ｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜６と、ｐ導電型ＩｎＰ層７とを所定ピッチの桟状格子となるように、パターニングする。この上に、上記ピッチ間の溝を埋め込むように、ｐ導電型ＩｎＰ層８を成膜して分布帰還形レーザ装置が完成する。
【００５９】
上記図１の分布帰還型レーザ装置の構成において、光分布調整層のｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層２は、回折格子の桟状格子を構成するｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層６と、導電型を決める不純物を含めて同じ組成である。上述したように、上記の２つの層は同じ処理機会に同じ処理装置内で相前後して形成されるために、両層の厚さおよび組成は同じばらつき傾向を示す。したがって、両層が屈折率の設計値からずれる割合は、両層ともほとんど同じである。たとえば、回折格子が形成されるＩｎＧａＡｓＰ層６が厚くなった場合、従来の分布帰還型レーザ発振装置では、回折格子と発振電界分布との重なりが増大して光結合係数は増大する。しかし、本実施の形態では、光分布調整層であるＩｎＧａＡｓＰ層２も、回折格子が形成されるＩｎＧａＡｓＰ膜６と同様の傾向で、設計厚に対して同じような割合で厚くなる。
【００６０】
光は屈折率の高い領域に引き付けられるので、光分布調整層の厚みがばらついて厚くなった分だけ、光の電界強度分布は、設計における発振位置から光分布調整層の方に引き寄せられる。図４は、上記の光分布調整層であるＩｎＧａＡｓＰ層２が厚くなったことにより、導波路厚さ方向に沿った断面での光の電界強度分布がＩｎＧａＡｓＰ層２の側に引き寄せられたことを示す図である。破線は設計における電界強度分布Ｅdesignを表し、実線が光分布調整層がばらついて厚くなった後の電界強度分布Ｅを示している。上記のような光電界強度分布のずれは、光結合係数を減少させる方向に作用する。この結果、光分布調整層における回折格子膜と同じ傾向の厚み変動は、回折格子における厚み変動に起因する光結合係数の変動を補償することができる。
【００６１】
また、回折格子が形成されるＩｎＧａＡｓＰ膜６が薄くなった場合には、光分布調整層であるＩｎＧａＡｓＰ層２も、同じ傾向でばらつき、薄くなる。このとき、上記図４の場合と同じメカニズムが作用して光結合係数の変動を補償する。すなわち、図５に示すように、分布調整層が薄くなった分、導波路厚さ方向に沿う光の電界強度分布は、ＥdesignからＥへと引き寄せられる。すなわち、設計における光電界強度分布よりも光分布調整層から斥けられ、回折格子側に引き寄せられる。
【００６２】
上記は厚み変動に対してのみ説明したが、回折格子の桟状格子を構成するＩｎＧａＡｓＰ層６の組成変動に起因する屈折率変動が生じた場合でも、光分布調整層２がその変動を補償し、その結果、光結合係数の変動を補償する。
【００６３】
上記のように、回折格子を形成する層において、組成変動や厚み変動があっても、これら変動に起因する光結合係数の変動を抑制することができる。これをまとめると次のように要約される。
（１）回折格子と同じ組成の光分布調整層を、回折格子との間に活性層をはさむように配置する。
（２）この光分布調整層の配置を含めて、分布帰還型レーザ装置を設計する。
（３）分布帰還型レーザ装置製造の際に、回折格子膜に、厚み変動や組成変動が生じる場合、光分布調整層も同じ傾向の厚み変動や組成変動が生じる。回折格子膜と、光分布調整層とで同じ傾向の厚み変動や組成変動が生じるためには、両層が同じばらつき傾向を示す成膜処理装置内で形成されるようにする。たとえば、同一バッチ処理において同じ成膜処理装置内で連続して形成されることが望ましい。回折格子膜のエッチング処理をはさんで、回折格子膜の成膜処理と、光分布調整層の成膜処理とが行われる場合には、回折格子膜の成膜処理と、光分布調整層の成膜処理とを、同じ成膜処理装置内で連続して行うことはできない。しかし、同じ成膜処理装置を用いたり、少なくとも同じようなばらつき傾向を示す成膜処理装置内で成膜することが望ましい。
（４）回折格子の厚み変動および組成変動に起因する光結合係数の変動と、光分布調整層の厚み変動および組成変動に起因する光結合係数の変動とがキャンセルして、光結合係数の変動が抑制される。この結果、分布帰還型レーザ装置の特性ばらつきを抑制することができ、歩留りの向上が得られる。
【００６４】
図６に、本発明の分布帰還型レーザ装置の回折格子に厚み変動が生じた場合の光結合係数の設計値からのずれの計算結果を示す。また、図７に、本発明の分布帰還型レーザ装置の回折格子に組成変動が生じ、そのために屈折率変動が生じた場合の光結合係数の設計値からのずれの計算結果を示す。図６および図７によれば、本発明の分布帰還型レーザ装置では、光結合係数の変動は従来に比較しておよそ１／８に抑制されている。この結果、分布帰還型レーザ装置の特性ばらつきを抑制することができる。
【００６５】
なお、本実施の形態では、活性層の上側に回折格子が配置されるものとして説明したが、回折格子は活性層の下側にあってもよい。各半導体のｎ導電型とｐ導電型とを逆にしてもよい。また、回折格子の一部に回折格子の位相がシフトしている個所が１箇所または複数箇所あってもよい。回折格子の共振器の中央部分に媒質内波長の１／４に相当する位相シフトを設け、両端面に無反射コーティングを施すこともできる。この位相シフトと無反射コーティングとにより、単一縦モード歩留りを向上させることができる。
【００６６】
本実施の形態では、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系の分布帰還型レーザ装置について説明した。しかし、たとえば、ＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＡｓ系の分布帰還型レーザ装置（第62回応用物理学会学術講演会(2001年)13ｐ-Ｂ-15）などに適用することもできる。さらに、本実施の形態は、たとえば、変調器と分布帰還型レーザ装置とを共通基板上にモノリシックに集積化した装置(IEEE Journal of Quantum Electronics, vol.36(2000)pp909-915)における分布帰還型レーザ装置に適用することもできる。
【００６７】
（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２における分布帰還型レーザ装置の構成を示す図である。本実施の形態では、光分布調整層１２が回折格子１６と活性層４との間に配置されている点に特徴がある。図８において、光分布調整層１２と回折格子１６とは、クラッド層１８ａ内に配置されている。
【００６８】
図８において、ｎ導電型ＩｎＰ基板１の上に、ｎ導電型ＩｎＰ層３が位置し、その上に活性層を構成するＩｎＧａＡｓＰ層４が設けられ、さらにその上にｐ導電型ＩｎＰ層５が位置する。そのｐ導電型ＩｎＰ層５の上に、光分布調整層のｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１２が位置し、その上にｐ導電型ＩｎＰ層７が設けられる。さらに、回折格子の桟状格子を構成するｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１６が配置されている。このｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１６を覆うように、ｐ導電型ＩｎＰ層８，９が配置されている。回折格子の桟状格子を形成するｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１６と、光分布調整層のｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１２とは、導電型を決める不純物を含めて同じ組成である。
【００６９】
この分布帰還型レーザ装置では、活性層４に電流を注入し、活性層に沿うように発振させるとともに、回折格子１６の所定ピッチの桟状格子により特定の波長選択がなされ特定波長の発振が継続する。図８に示すように、発振中の光から部分的に外部に光を取り出し、光ファイバ通信等に用いる。
【００７０】
次に、上記分布帰還型レーザ装置の製造方法について説明する。図９に示すように、ｎ導電型ＩｎＰ基板１の上に、下から順に、（1）ｎ導電型ＩｎＰ層３、（2）ＩｎＧａＡｓＰ層からなる活性層４、（3）ｐ導電型ＩｎＰ層５、（4）光布調整層となるｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１２、（5）ｐ導電型ＩｎＰ層７、（6）回折格子が形成されるｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜１６、（7）ｐ導電型ＩｎＰ層８、が形成される。
【００７１】
これらの成膜処理において重要なことは、少なくとも、光分布調整層となるｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１２と、回折格子が形成されるｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜１６とは、同じばらつき傾向を持つ処理装置内で、そのばらつき傾向が変わらない処理機会、たとえば同一処理機会に形成されなければならない。すなわち、たとえばＩｎＰウェハを一枚ずつバッチ処理する場合には、そのＩｎＰウェハ上に、同じ成膜処理装置内で連続して、光分布調整層となるｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層２と、回折格子が形成されるｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜１６とを成膜する必要がある。ここで、ばらつき傾向が同じとは、ばらつく方向が同じで、かつそのばらつきの大きさが同じ程度であることをさす。また、面内ばらつきを問題にする場合には、ばらつきの方向も含めてばらつきの面内分布が類似していることをいう。
【００７２】
上記の成膜処理方法としては、ＭＯＣＶＤ法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属気相成長法 )、ＭＢＥ法(Molecular Beam Epitaxy)、ＬＰＥ法(Liquid Phase Epitaxy)を用いることができる。
【００７３】
この後、図１０に示すように、干渉露光法、電子ビーム露光法およびエッチングとにより、ｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１６と、ｐ導電型ＩｎＰ層８とを所定ピッチの桟状格子となるように、パターニングする。この上に、上記ピッチ間の溝を埋め込むように、ｐ導電型ＩｎＰ層９を成膜して分布帰還形レーザ装置が完成する。
【００７４】
図８の分布帰還型レーザ装置の構成において、光分布調整層ＩｎＧａＡｓＰ１２は、回折格子の桟状格子を構成するＩｎＧａＡｓＰ層１６と同じ組成である。上記の２つの層は同じ処理機会に同じ処理装置内で連続して形成する。このために、両層の厚みおよび組成は同じばらつき傾向を示す。したがって、両層が屈折率の設計値からずれる割合は、両層ともほとんどである。たとえば、回折格子を構成するＩｎＧａＡｓＰ層１６が厚くなった場合、従来の分布帰還型レーザ発振装置では光結合係数は増大する。しかし、本実施の形態では、光分布調整層であるＩｎＧａＡｓＰ層１２も、回折格子の桟状格子を構成するＩｎＧａＡｓＰ層１６と同様の傾向で同じ割合で厚くなる。
【００７５】
上述のように、光は屈折率の高い領域に引き付けられるので、図１１に示すように、光の電界強度分布は、回折格子１６から遠ざけられ、ｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１２のほうに引き寄せられる。このような光電界強度分布のずれは、光結合係数を減少させる方向に作用する。この結果、ＩｎＧａＡｓＰ層１６の層の厚み変動に起因する光結合係数のずれを抑制することができる。
【００７６】
一方、回折格子が形成されるｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜１６が薄くなった場合には、光分布調整層であるｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１２も薄くなるようにばらつく。この結果、図１２に示すように、導波路厚さ方向に沿う電界強度分布は回折格子側に引き寄せられる。図１２の場合も、上記図４の場合と厚み変動に対して同じメカニズムが作用して光結合係数の変動を補償することができる。
【００７７】
上記は厚み変動に対してのみ説明したが、回折格子の桟状格子を構成するＩｎＧａＡｓＰ層１６の組成変動に起因する屈折率変動が生じた場合でも、光分布調整層１２がその変動を補償し、その結果、光結合係数の変動を補償する。
【００７８】
上記のように、回折格子を形成する層において、組成変動や厚み変動があっても、これら変動に起因する光結合係数の変動を抑制することができる。
【００７９】
なお、本実施の形態では、活性層の上側に回折格子が配置されるものとして説明したが、回折格子は活性層の下側にあってもよい。半導体の導電型のｎ導電型とｐ導電型とを入れ換えてもよい。また、回折格子の一部に回折格子の位相がシフトしている個所が１箇所または複数箇所あってもよい。回折格子の共振器の中央部分に媒質内波長の１／４に相当する位相シフトを設け、両端面に無反射コーティングを施すこともできる。この位相シフトと無反射コーティングとにより、単一縦モード歩留りを向上させることができる。
【００８０】
本実施の形態では、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系の分布帰還型レーザ装置について説明した。しかし、たとえば、ＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＡｓ系の分布帰還型レーザ装置などに適用することもできる。さらに、本実施の形態は、たとえば、変調器と分布帰還型レーザ装置とを共通基板上にモノリシックに集積化した装置における分布帰還型レーザ装置に適用することもできる。
【００８１】
（実施の形態３）
図１３は、本発明の実施の形態３における分布帰還型レーザ装置の構成を示す図である。本実施の形態では、光分布調整層１２が、活性層４との間に回折格子１６をはさむ位置に設けられている点に特徴がある。図１３において、ｎ導電型ＩｎＰ基板１の上に、ｎ導電型ＩｎＰ層３が位置し、さらにその上に活性層４を構成するＩｎＧａＡｓＰ層が設けられている。活性層４の上に、ｐ導電型ＩｎＰ層５が位置し、その上にｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜から形成された回折格子１６が位置する。その上に回折格子の桟状格子の間のエッチング溝を埋め込むように、ｐ導電型ＩｎＰ層７が設けられ、その上に光分布調整層であるｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１２が位置する。このｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１２の上にはｐ導電型ＩｎＰ層９が設けられている。光分布調整層１２はクラッド層１８ａ内に配置されている。
【００８２】
次に、上記分布帰還型レーザ装置の製造方法について説明する。まず、図１４に示すように、ｎ導電型ＩｎＰ基板１の上に、下から順に、（1）ｎ導電型ＩｎＰ層３、（2）ＩｎＧａＡｓＰ層からなる活性層４、（3）ｐ導電型ＩｎＰ層５、（4）回折格子が形成されるｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜１６、（5）ｐ導電型ＩｎＰ層７を形成する。
【００８３】
この後、図１５に示すように、干渉露光法、電子ビーム露光法およびエッチングとにより、ｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜１６と、ｐ導電型ＩｎＰ層７とをパターニングして、回折格子の桟状格子を形成する。この上に、回折格子のエッチング溝を埋め込むようにｐ導電型ＩｎＰ層８を形成し、さらにその上にｐ導電型ＩｎＰ層９を成膜して、図１３に示す分布帰還型レーザ装置が完成する。
【００８４】
重要なことは、少なくとも、活性層４と回折格子１６とにはさまれるｐ導電型ＩｎＰ層５と、回折格子１６と光分布調整層１２とにはさまれるｐ導電型ＩｎＰ層７，８は、同じばらつき傾向を有する成膜処理装置により形成される必要がある。同じばらつき傾向を示す成膜処理装置として、（ａ1）同じ成膜処理装置、（ａ2）層厚の面内分布が類似している成膜処理装置、または（ａ3）同一構造の成膜処理装置を用いることができる。このような成膜処理装置を用いることにより、これらＩｎＰ層の厚みの設計値からのずれの割合の面内分布は、両方のｐ導電型ＩｎＰ層でほぼ同じにすることができる。
【００８５】
上記の成膜処理方法としては、ＭＯＣＶＤ法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属気相成長法 )、ＭＢＥ法(Molecular Beam Epitaxy)、ＬＰＥ法(Liquid Phase Epitaxy)を用いることができる。
【００８６】
たとえば、ｐ導電型ＩｎＰ層５が厚くなった場合、活性層と回折格子との距離が増大するので、従来の装置では光結合係数は減少する。しかし、本実施の形態では、ｐ導電型ＩｎＰ層７，８も、ｐ導電型ＩｎＰ層５と同じ割合で厚くなる。このため、ｐ導電型ＩｎＰ層７，８の厚み増大の効果により、図１６に示すように、導波路厚み方向に沿う電界強度分布Ｅは、Ｅdesignからずれて、回折格子の側に引き寄せられる。この電界強度分布の回折格子の側への引き寄せは、光結合係数を増加させるので、ｐ導電型ＩｎＰ層５の厚み増加に伴う光結合係数の減少を補償することができる。
【００８７】
一方、ｐ導電型ＩｎＰ層５が薄くなった場合、活性層と回折格子との距離が減少するので、従来の装置では光結合係数は増大する。しかし、本実施の形態では、ｐ導電型ＩｎＰ層７，８も、ｐ導電型ＩｎＰ層５と同じ傾向で薄くなる。このため、図１７に示すように、導波路厚み方向に沿う電界強度分布は、Ｅdesignからずれて、活性層４の側、すなわち回折格子から遠い側へと移動させられる。したがって、この場合にも光結合係数の変動を補償することができる。
【００８８】
図１８に、本発明の分布帰還型レーザ装置において、ＩｎＰ層に厚み変動が生じた場合の光結合係数の設計値からのずれの計算結果を示す。図１８によれば、本発明の分布帰還型レーザ装置では、光結合係数の変動は従来に比較しておよそ１／６に抑制されている。この結果、分布帰還型レーザ装置の特性ばらつきを抑制することができる。
【００８９】
なお、本実施の形態では、活性層の上側に回折格子が配置されるとして説明したが、回折格子は活性層の下側にあってもよい。また、半導体の導電型のｎ導電型とｐ導電型とを入れ換えてもよい。また、回折格子の一部に回折格子の位相をシフトさせる個所が１箇所または複数箇所あってもよい。回折格子の共振器の中央部分に媒質内波長の１／４に相当する位相シフトを設け、両端面に無反射コーティングを施すこともできる。この位相シフトと無反射コーティングとの組合せにより、単一縦モード歩留りを向上させることができる。
【００９０】
このほか、たとえば、ＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＡｓ系の分布帰還型レーザ装置などに適用することもできる。さらに、本発明は、たとえば、変調器と分布帰還型レーザ装置とを共通基板上にモノリシックに集積化した装置における分布帰還型レーザ装置に適用することもできる。
【００９１】
（実施の形態４）
図１９は、本発明の実施の形態４における分布帰還型レーザ装置を示す図である。本実施の形態では、分布帰還型レーザ装置に２つの光分布調整層２，１２を設けた点に特徴がある。すなわち、実施の形態１の分布帰還型レーザ装置における光分布調整層２と、実施の形態３の分布帰還型レーザ装置における光分布調整層１２とを備えている。光分布調整層２はＩｎＰ層のクラッド層１８ｂ内に配置され、またはより具体的にはクラッド層１８ｂとＩｎＰ基板１との間に配置され、光分布調整層１２はクラッド層１８ａ内に配置されている。
【００９２】
図１９において、ｎ導電型ＩｎＰ基板１の上に、第１の光分布調整層となるｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層２が位置し、その上にｎ導電型ＩｎＰ層３が設けられている。さらにその上に活性層のＩｎＧａＡｓＰ層４が位置し、その活性層の上にｐ導電型ＩｎＰ層５が設けられている。その上にｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層２と同じバンドギャップを有するｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層から形成された回折格子１６が位置し、その上に回折格子の桟状格子の間の溝を埋め込むように、ｐ導電型ＩｎＰ層７，８が設けられている。このｐ導電型ＩｎＰ層７，８の上には、第２の光分布調整層となるｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１２が位置し、その上にｐ導電型ＩｎＰ層１０が設けられている。
【００９３】
次に、図１９に示す分布帰還型レーザ装置の製造方法について説明する。まず、図２０に示すように、ｎ導電型ＩｎＰ基板１の上に、下から順に、(1）ｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層２、（2）ｎ導電型ＩｎＰ層３、（3）ＩｎＧａＡｓＰ活性層４、（4）ｐ導電型ＩｎＰ層５、（5）ｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層２と同一のバンドギャップを有するｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜１６、（6）ｐ導電型ＩｎＰ層７を、同じ成膜処理において成膜する。この成長処理には、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＬＰＥ法などを用いることができる。
【００９４】
その後、干渉露光法や電子ビーム露光法と、エッチングにより、ｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１６およびｐ導電型ＩｎＰ層７を、図２１に示すように、所定のピッチで除去することにより所定ピッチの桟状格子を分布させることにより回折格子を形成する。この後、（7）ｐ導電型ＩｎＰ層８を回折格子の桟状格子間の溝を埋め込むように形成し、さらに（8）ｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１２を成膜し、この上に（9）ｐ導電型ＩｎＰ層１０を形成する。
【００９５】
上記の成膜処理において、回折格子を形成するためのエッチング処理をはさんで、エッチング処理より前の第１の成膜処理と、エッチングより後の第２の成膜処理とは、（ａ1）同じ成膜処理装置、（ａ2）層厚の面内分布が類似している成膜処理装置、または（ａ3）同一構造の成膜処理装置を用いる。
【００９６】
第１の光分布調整層であるｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層２と、回折格子が形成されるｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜１６とは、いずれも上記エッチング前に成膜処理される。このため、これら２つのｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層は、同一組成であり、また連続した成膜処理によって形成される。このため、層厚および組成、または屈折率の設計値からずれる割合は、これら２つのｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層において、ほぼ同じである。
【００９７】
ｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜１６が厚く形成された場合、従来の分布帰還レーザ装置では、光結合係数は増大する。しかし、本実施の形態では、ｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層２も同じ割合で厚くなるため、導波路厚み方向に沿う電界強度分布は、設計における電界強度分布Ｅdesignよりもｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層２の方に、すなわち回折格子から遠ざかる方向に引き寄せられる（図２２）。このような電界強度分布のずれは、光結合係数を減少させる方向に作用するため、上記２つのｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層の厚みを適切に選ぶことにより、これら２つの厚み変動に起因する光結合係数の変動を抑制することができる。
【００９８】
一方、ｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜１６が薄く形成された場合、光結合係数は小さくなる。しかし、このときｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層２も、上記理由に基づき薄く形成される。このため、導波路厚さ方向に沿う電界強度分布は、回折格子の側に引き寄せられる（図２３）。この電界強度分布の移動により、光結合係数は増大する。したがって、この場合も上記２つのｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層の厚みを適切に選ぶことにより、これら２つの層の厚み変動に起因する光結合係数の変動を補償することができる。
【００９９】
また、回折格子をはさむｐ導電型ＩｎＰ層５とｐ導電型ＩｎＰ層７，８とは、上述のように（ａ1），（ａ2），（ａ3）の成膜処理装置によって成膜されるので、同様の層厚の面内分布となる。このため、これら２つの層の設計値に対してずれる割合の面内分布は、これら２つの層でほぼ同様である。
【０１００】
したがって、ｐ導電型ＩｎＰ層５が設計値より厚くなった場合、従来技術では光結合係数は減少する。しかし、本実施の形態では、ｐ導電型ＩｎＰ層７，８も同じ割合で厚くなるので、導波路厚さ方向に沿う光電界強度分布Ｅは、設計における電界強度分布Ｅdesignよりも回折格子側に引き寄せられる（図２４）。この電界強度分布のずれは、光結合係数を増加させる方向に作用させ、２つの層の厚さの同じ傾向の変動に起因する光結合係数の変動は互いにキャンセルされる。この結果、製造時の層厚のばらつきに起因する光結合係数の変動は抑制される。
【０１０１】
一方、ｐ導電型ＩｎＰ層５が設計値より薄くなった場合、従来技術では光結合係数は増大する。しかし、本実施の形態では、ｐ導電型ＩｎＰ層７，８も同じ割合で薄くなるので、導波路厚さ方向に沿う光電界強度分布Ｅは、設計における電界強度分布Ｅdesignよりも回折格子側から遠ざけられる（図２５）。この電界強度分布のずれは、光結合係数を増加させる方向に作用させ、２つの層の厚さの同じ傾向の変動に起因する光結合係数の変動は互いにキャンセルされる。この結果、光結合係数は製造時の層厚のばらつきで大きく変動することがなくなる。
【０１０２】
上記のように、本実施の形態における分布帰還型レーザ装置の構成により、回折格子が形成される層の組成や厚み変動に起因する光結合係数の変動を抑制することができる。さらに、回折格子を挟んで位置するｐ導電型ＩｎＰ層の厚み変動に起因する光結合係数の変動も、両方のｐ導電型ＩｎＰ層の同傾向の厚み変動が光結合係数に対して相反する方向の作用を及ぼすので、光結合係数の変動の抑制が得られる。
【０１０３】
本実施の形態における光結合係数の変動抑制を定量的に計算で評価した結果を、図２６〜図２８に示す。図２６は、ｐ導電型ＩｎＰ層の厚みが変動した場合の光結合係数の設計値からのずれを示している。この図によれば、従来の装置に比較して、本実施の形態では、光結合係数はほとんど（１／２）に減少している。図２７は、回折格子の厚みが変動した場合の光結合係数の設計値からのずれを示している。この図によれば、従来の装置に比較して本実施の形態の装置では、（１／２）以下に減少している。また、図２８は、回折格子の屈折率が変動した場合の光結合係数の設計値からのずれを示している。この図によれば、従来の装置に比較して本実施の形態の装置では、（１／２）よりも大幅に減少している。
【０１０４】
本実施の形態においても、実施の形態１〜３と同様に、活性層の下方に回折格子を配置した分布帰還型レーザ装置であってもよい。また、半導体のｎ導電型とｐ導電型とを入れ換えてもよい。また、位相シフトが設けられた回折格子を有する分布帰還型レーザ装置であってもよい。また、他の材料系、たとえばＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＡｓ系の分布帰還型レーザ装置であってもよい。さらに、変調器を集積化した分布帰還型レーザ装置であってもよい。
【０１０５】
（実施の形態５）
図２９は、本発明の実施の形態５における分布帰還型レーザ装置を示す図である。本実施の形態では、実施の形態４と同様に、分布帰還型レーザ装置に２つの光分布調整層１２ａ，１２ｂを設けた点に特徴がある。すなわち、実施の形態２の分布帰還型レーザ装置における光分布調整層１２ａと、実施の形態３の分布帰還型レーザ装置における光分布調整層１２ｂとを備えている。２つの光分布調整層１２ａ，１２ｂは、ともにクラッド層１８ａ内に配置されている。
【０１０６】
図２９において、ｎ導電型ＩｎＰ基板１の上に、ｎ導電型ＩｎＰ層３が位置し、その上に活性層のＩｎＧａＡｓＰ層４が設けられている。活性層の上にはｐ導電型ＩｎＰ層５が位置し、その上に第１の光分布調整層となるｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１２ａが位置し、その上にｐ導電型ＩｎＰ層７が設けられている。そのｐ導電型ＩｎＰ層７の上には、回折格子１６が位置し、次いでｐ導電型ＩｎＰ層８，９、および第２の光分布調整層となるｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１２ｂが位置し、その上にｐ導電型ＩｎＰ層１０が設けられている。
【０１０７】
次に、図２９に示す分布帰還型レーザ装置の製造方法について説明する。まず、図３０に示すように、ｎ導電型ＩｎＰ基板１の上に、下から順に、(1）ｎ導電型ＩｎＰ層３、（2）ＩｎＧａＡｓＰ活性層４、（3）ｐ導電型ＩｎＰ層５、（4）ｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１２ａ、（5）ｐ導電型ＩｎＰ層７、（6）ｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜１６、（7）ｐ導電型ＩｎＰ層８、を同じ成膜処理装置において成膜する。この成長処理には、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＬＰＥ法などを用いることができる。
【０１０８】
その後、干渉露光法や電子ビーム露光法と、エッチングとにより、ｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜１６およびｐ導電型ＩｎＰ層８を、図３１に示すように、パターニングして、桟状格子を形成する。この後、（8）ｐ導電型ＩｎＰ層９を回折格子の桟状格子の間の溝を埋め込むように形成し、さらに（9）ｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１２ｂを、次いで、この上に（10）ｐ導電型ＩｎＰ層１０を形成する。
【０１０９】
上記の成膜処理において、回折格子を形成するためのエッチング処理をはさんで、エッチング処理より前の第１の成膜処理と、エッチングより後の第２の成膜処理とは、（ａ1）同じ成膜処理装置、（ａ2）層厚の面内分布が類似している成膜処理装置、または（ａ3）同一構造の成膜処理装置を用いて行う。
【０１１０】
第１の光分布調整層であるｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１２ａと、回折格子が形成されるｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜１６とは、いずれも上記エッチング前に成膜処理される。このため、これら２つのｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層は、また連続した成膜処理によって形成される。このため、層厚および組成、または屈折率の設計値からずれる割合は、これら２つのｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層において、ほぼ同じである。
【０１１１】
ｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜１６が厚く形成された場合、従来の分布帰還レーザ装置では、光結合係数は増大する。しかし、本実施の形態では、ｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１２ａも、同じ割合で厚くなるため、導波路厚み方向に沿う電界強度分布Ｅは、設計における電界強度分布Ｅdesignよりもｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１２ａの側に、すなわち回折格子から遠ざかる方向に押される（図３２）。このような電界強度分布のずれは、光結合係数を減少させる方向に作用するため、上記２つのｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜の厚みを適切に選ぶことにより、これら２つの層の厚み変動に起因する光結合係数の変動を補償することができる。
【０１１２】
一方、ｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ膜１６が薄く形成された場合、光結合係数は小さくなる。しかし、このときｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層１２ａも、上記理由に基づき薄く形成される。このため、導波路厚さ方向に沿う電界強度分布は、回折格子の側に引き寄せられる（図３３）。この引き寄せにより、光結合係数は増大する。したがって、この場合も上記２つのｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層の厚みを適切に選ぶことにより、これら２つの層の厚み変動に起因する光結合係数の変動を補償することができる。
【０１１３】
また、回折格子をはさむｐ導電型ＩｎＰ層７とｐ導電型ＩｎＰ層８，９とは、上述のように（ａ1），（ａ2），（ａ3）の成膜処理装置によって成膜されるので、同様の層厚の面内分布となる。このため、これら２つの層の設計値に対してずれる割合の面内分布は、これら２つの層でほぼ同様である。
【０１１４】
したがって、ｐ導電型ＩｎＰ層７が設計値より厚くなった場合、従来技術では光結合係数は減少する。しかし、本実施の形態では、ｐ導電型ＩｎＰ層８，９も同じ割合で厚くなるので、導波路厚さ方向に沿う光電界強度分布Ｅは、設計における電界強度分布Ｅdesignよりも回折格子側に引き寄せられる（図３４）。この電界強度分布のずれは、光結合係数を増加させる方向に作用させ、２つの層の厚さの同じ傾向の変動に起因する光結合係数の変動は互いにキャンセルされる。この結果、光結合係数は製造時の層厚のばらつきで大きく変動することがなくなる。
【０１１５】
一方、ｐ導電型ＩｎＰ層７が設計値より薄くなった場合、従来技術では光結合係数は増大する。しかし、本実施の形態では、ｐ導電型ＩｎＰ層８，９も同じ割合で薄くなるので、導波路厚さ方向に沿う光電界強度分布Ｅは、設計における電界強度分布Ｅdesignよりも回折格子側から遠ざけられる（図３５）。この電界強度分布のずれは、光結合係数を増加させる方向に作用させ、２つの層の厚さの同じ傾向の変動に起因する光結合係数の変動は互いにキャンセルされる。この結果、光結合係数は製造時の層厚のばらつきで大きく変動することがなくなる。
【０１１６】
上記のように、本実施の形態における分布帰還型レーザ装置の構成により、回折格子が形成される層の組成や厚み変動に起因する光結合係数の変動を抑制することができる。さらに、回折格子を挟んで位置するｐ導電型ＩｎＰ層の厚み変動に起因する光結合係数の変動も、両方のｐ導電型ＩｎＰ層の同傾向の厚み変動が光結合係数に対して相反する方向の作用を及ぼすので、光結合係数の変動の抑制が得られる。
【０１１７】
本実施の形態においても、実施の形態１〜４と同様に、活性層の下方に回折格子を配置した分布帰還型レーザ装置であってもよいし、位相シフトが設けられた回折格子を有する分布帰還型レーザ装置であってもよい。また、他の材料系、たとえばＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＡｓ系の分布帰還型レーザ装置であってもよい。さらに、変調器を集積化した分布帰還型レーザ装置であってもよい。
【０１１８】
（実施の形態６）
図３６は、本発明の実施の形態６における半導体光装置を示す図である。図３６において、分布帰還型レーザ装置２０と、変調器３０とが、図示していない半導体基板上に一体的にモノリシックに形成されている。分布帰還型レーザ装置２０には、上記実施の形態１〜５に例示したいずれかの分布帰還形レーザ装置が用いられている。
【０１１９】
このモノリシックに一体化した装置では、電極２５ａ，２５ｂ間に電圧を印加し、活性層４に電流を注入し、活性層の層に沿って発振させるとともに、回折格子６，１６などにより特定の波長選択がなされ特定波長の発振が継続する。発振した光は、活性層４から変調器３０の吸収層３４に導波され、変調器の電極２５ａ，２５ｃ間に印加される電圧により変調をかけることができる。
【０１２０】
分布帰還型レーザ装置には、実施の形態１〜５に例示したいずれかの分布帰還型レーザ装置が用いられるので、製造時のばらつきに起因する光結合係数の変動は大幅に抑制されている。さらに、分布帰還型レーザ装置と変調器とがモノリシックに一体化されているので、装置が小型化される。また、一連の処理工程で２つの装置を一体化して製造できるので、製造能率を向上することができる。
【０１２１】
上記において、本発明の実施の形態について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されることはない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【０１２２】
【発明の効果】
本発明の分布帰還型レーザ装置およびその製造方法を用いることにより、製造時のばらつきに起因する光結合係数の変動を、同じばらつき傾向を有する成膜処理装置を選択するという簡単な手段により、抑制し、製造歩留りを向上させることができる。さらに、本発明の分布帰還型レーザ装置と他の光デバイスたとえば変調器とを、共通の半導体基板上にモノリシックに一体成形した半導体光装置を用いることにより、この半導体光装置を小型化し、また製造工程を連続化して製造コストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１における分布帰還型レーザ装置を示す図である。
【図２】 図１の分布帰還型レーザ装置の製造方法において、回折格子膜の上にクラッド膜を成膜した状態を示す図である。
【図３】 回折格子膜とクラッド膜とをパターニングして回折格子を形成した状態を示す図である。
【図４】 回折格子膜が厚くなるようにばらついた場合において、光の電界強度分布が回折格子から遠ざかるようにずれることを示す図である。
【図５】 回折格子膜が薄くなるようにばらついた場合において、光の電界強度分布が回折格子に近づくようにずれることを示す図である。
【図６】 図１の分布帰還型レーザ装置の回折格子の層厚が変動した場合、光結合係数の設計値からのずれを計算した結果である。
【図７】 図１の分布帰還型レーザ装置の回折格子の屈折率が変動した場合、光結合係数の設計値からのずれを計算した結果である。
【図８】 本発明の実施の形態２における分布帰還型レーザ装置を示す図である。
【図９】 図８の分布帰還型レーザ装置の製造方法において、回折格子膜の上にクラッド膜を成膜した状態を示す図である。
【図１０】 回折格子膜とクラッド膜とをパターニングして回折格子を形成した状態を示す図である。
【図１１】 回折格子膜が厚くなるようにばらついた場合に、光の電界強度分布が回折格子から遠ざかるようにずれることを示す図である。
【図１２】 回折格子膜が薄くなるようにばらついた場合に、光の電界強度分布が回折格子に近づくようにずれることを示す図である。
【図１３】 本発明の実施の形態３における分布帰還型レーザ装置を示す図である。
【図１４】 図１３の分布帰還型レーザ装置の製造方法において、回折格子膜の上にクラッド膜を成膜した状態を示す図である。
【図１５】 回折格子膜とクラッド膜とをパターニングして回折格子を形成した状態を示す図である。
【図１６】 回折格子の下側に位置する下側クラッド層が厚くなるようにばらついた場合に、光の電界強度分布が回折格子に近づくようにずれることを示す図である。
【図１７】 回折格子の下側に位置する下側クラッド層が薄くなるようにばらついた場合に、光の電界強度分布が回折格子から遠ざかるようにずれることを示す図である。
【図１８】 図１３の分布帰還型レーザ装置の上側クラッド層の膜厚が変動した場合、光結合係数の設計値からのずれを計算した結果である。
【図１９】 本発明の実施の形態４における分布帰還型レーザ装置を示す図である。
【図２０】 図１９の分布帰還型レーザ装置の製造方法において、回折格子膜の上にクラッド膜を成膜した状態を示す図である。
【図２１】 回折格子膜とクラッド膜とをパターニングして回折格子を形成した状態を示す図である。
【図２２】 回折格子が厚くなるようにばらついた場合に、光の電界強度分布が回折格子から遠ざかるようにずれることを示す図である。
【図２３】 回折格子が薄くなるようにばらついた場合に、光の電界強度分布が回折格子に近づくようにずれることを示す図である。
【図２４】 回折格子の下側に位置する下側クラッド層が厚くなるようにばらついた場合に、光の電界強度分布が回折格子に近づくようにずれることを示す図である。
【図２５】 回折格子の下側に位置する下側クラッド層が薄くなるようにばらついた場合に、光の電界強度分布が回折格子から遠ざかるようにずれることを示す図である。
【図２６】 図１９の分布帰還型レーザ装置において、下側クラッド層が変動した場合の、光結合係数の設計値からのずれの計算結果である。
【図２７】 図１９の分布帰還型レーザ装置において、回折格子の厚さが変動した場合の、光結合係数の設計値からのずれの計算結果である。
【図２８】 図１９の分布帰還型レーザ装置において、回折格子の屈折率が変動した場合の、光結合係数の設計値からのずれの計算結果である。
【図２９】 本発明の実施の形態５における分布帰還型レーザ装置を示す図である。
【図３０】 図２９の分布帰還型レーザ装置の製造方法において、回折格子膜の上にクラッド膜を成膜した状態を示す図である。
【図３１】 回折格子膜とクラッド膜とをパターニングして回折格子を形成した状態を示す図である。
【図３２】 回折格子が厚くなるようにばらついた場合に、光の電界強度分布が回折格子から遠ざかるようにずれることを示す図である。
【図３３】 回折格子が薄くなるようにばらついた場合に、光の電界強度分布が回折格子から遠ざかるようにずれることを示す図である。
【図３４】 回折格子の下側に位置する下側クラッド層が厚くなるようにばらついた場合に、光の電界強度分布が回折格子に近づくようにずれることを示す図である。
【図３５】 回折格子の下側に位置する下側クラッド層が薄くなるようにばらついた場合に、光の電界強度分布が回折格子から遠ざかるようにずれることを示す図である。
【図３６】 本発明の実施の形態６における半導体光装置を示す図である。
【図３７】 従来の分布帰還型レーザ装置を示す図である。
【図３８】 （ａ）は活性層と回折格子との間の距離が光結合係数に影響することを示す図であり、（ｂ）は波状回折格子の高さが光結合係数に影響することを示す図である。
【図３９】 従来の他の分布帰還型レーザ装置を示す図である。
【図４０】 図３９に示す分布帰還型レーザ装置において、活性層と回折格子との間の距離を決めるクラッド層の厚みが変動したときの光結合係数の設計値からのずれの計算結果である。
【図４１】 図３９に示す分布帰還型レーザ装置において、回折格子の厚み変動による光結合係数の設計値からのずれの計算結果である。
【図４２】 図３９に示す分布帰還型レーザ装置において、回折格子の屈折率変動による光結合係数の設計値からのずれの計算結果である。
【符号の説明】
１ ｎ導電型ＩｎＰ基板、２ ｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層（光分布調整層）、３ ｎ導電型ＩｎＰ層、４ ＩｎＧａＡｓＰ活性層、５ ｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層、６ ｎ導電型ＩｎＧａＡｓＰ回折格子または回折格子膜、７,８，９，１０ ｐ導電型ＩｎＰ層、１２，１２ａ，１２ｂ ｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ層（光分布調整層）、１６ ｐ導電型ＩｎＧａＡｓＰ回折格子または回折格子膜、１８ａ，１８ｂ クラッド層、２０ 分布帰還型レーザ装置、２５ａ，２５ｂ，２５ｃ 電極、３０ 変調器、３４ 吸収層、Ｅ 実際の電界強度分布、Ｅdesign 設計における電界強度分布。
Claims (11)
- 半導体基板上に設けられ、活性層の両側に位置するクラッド層と、前記クラッド層のいずれか一方の中に、前記クラッド層と屈折率が異なり、光の出射方向に所定ピッチで、その出射方向に交差する方向に延びる桟状格子を有する回折格子とを備えるレーザ発振装置であって、
前記回折格子と離れて前記クラッド層内に位置し、前記回折格子の組成と同じ組成を有する少なくとも一層の光分布調整層とを備え、前記光分布調整層が、前記活性層との間に前記回折格子をはさむように位置する、分布帰還型レーザ装置。 - 半導体基板上に設けられ、活性層の両側に位置するクラッド層と、前記クラッド層のいずれか一方の中に、前記クラッド層と屈折率が異なり、光の出射方向に所定ピッチで、その出射方向に交差する方向に延びる桟状格子を有する回折格子とを備えるレーザ発振装置であって、
前記回折格子と離れて前記クラッド層内に位置し、前記回折格子の組成と同じ組成を有する少なくとも一層の光分布調整層とを備え、前記光分布調整層が、前記回折格子との間に前記活性層をはさむように位置する第１の光分布調整層と、前記活性層との間に前記回折格子をはさむように位置する第２の光分布調整層とからなる、分布帰還型レーザ装置。 - 半導体基板上に設けられ、活性層の両側に位置するクラッド層と、前記クラッド層のいずれか一方の中に、前記クラッド層と屈折率が異なり、光の出射方向に所定ピッチで、その出射方向に交差する方向に延びる桟状格子を有する回折格子とを備えるレーザ発振装置であって、
前記回折格子と離れて前記クラッド層内に位置し、前記回折格子の組成と同じ組成を有する少なくとも一層の光分布調整層とを備え、前記光分布調整層が、前記回折格子と前記活性層との間に位置する第３の光分布調整層と、前記活性層との間に前記回折格子をはさむように位置する第４の光分布調整層とからなる、分布帰還型レーザ装置。 - 前記光分布調整層の屈折率が、前記クラッド層の屈折率よりも高い、請求項１〜３のいずれかに記載の分布帰還型レーザ装置。
- 前記回折格子が位相シフト部を有する、請求項１〜４のいずれかに記載の分布帰還型レーザ装置。
- 前記回折格子の位相シフト部は、共振器の中央部に位置して媒質内波長の１／４に相当する位相をシフトさせる、請求項５に記載の分布帰還型レーザ装置。
- 前記半導体基板が不純物を含むＩｎＰ基板であり、前記活性層がＩｎＧａＡｓＰ層であり、前記クラッド層が不純物を含むＩｎＰ層であり、前記回折格子および光分布調整層が不純物を含むＩｎＧａＡｓＰ層である、請求項１〜６のいずれかに記載の分布帰還型レーザ装置。
- 請求項１〜７のいずれかに記載の分布帰還型レーザ装置と、他の光デバイスとを共通の半導体基板上にモノリシックに備える、半導体光装置。
- 前記他の光デバイスが変調器であり、その変調器が前記分布帰還型レーザ装置の活性層から光を受ける吸収層を備えている、請求項８に記載の半導体光装置。
- 半導体基板上に設けた活性層の両側に位置するクラッド層と、前記クラッド層のいずれか一方の中に、前記クラッド層と屈折率が異なり、光の出射方向に所定ピッチで、その出射方向に交差する方向に延びる桟状格子が配置された回折格子と、前記回折格子と離れて前記クラッド層内に位置し、前記回折格子の組成と同じ組成を有する少なくとも一層の光分布調整層と、を有する分布帰還型レーザー装置の製造方法であって、
前記少なくとも一層の光分布調整層の成膜処理と、前記回折格子を形成する膜の成膜処理とを、（ａ１）同じ成膜処理装置、（ａ２）層厚の面内分布が類似している成膜処理装置、および（ａ３）同一構造の成膜処理装置、のいずれかを用いて行うとともに、前記光分布調整層が、前記回折格子を形成する膜をエッチング処理するために、前記回折格子を形成する膜を形成した成膜処理装置から取り出され、エッチング処理された後、前記成膜処理装置内で成膜される、分布帰還型レーザー装置の製造方法。 - 前記回折格子および前記回折格子を含むクラッド層の形成において、前記回折格子の下層に相当する位置に下側クラッド層を形成し、前記下側クラッド層の上に、回折格子が形成される回折格子膜を形成し、その回折格子膜をエッチング処理して桟状格子を含む回折格子を形成し、さらにその回折格子の上に前記エッチングされた部分を埋め込むように上側クラッド層を形成するにあたり、
前記下側クラッド層の成膜処理と、前記上側クラッド層の成膜処理とを、（ａ1）同じ成膜処理装置、（ａ2）層厚の面内分布が類似している成膜処理装置、および（ａ3）同一構造の成膜処理装置、のいずれかを用いて行う、請求項１０に記載の分布帰還型レーザー装置の製造方法。
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