JPH02310986A - 半導体レーザ素子およびホトマスクならびにそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体レーザ素子、特に多波長のレーザ光を発
光するモノリシックな半導体レーザ素子およびその製造
方法ならびにホトマスク製造技術に関する。

〔従来の技術〕

半導体レーザ（半導体レーザ素子）は、ディジタルオー
ディオディスク、ビデオディスク、光デイスクファイル
、レーザビームプリンタ等の情報処理装置用光源として
、あるいは光通信用光源として広く使用されている。

可視光半導体レーザ素子や長波長半導体レーザ素子につ
いては、たとえば、株式会社プレスジャーナル発行「月
刊セミコンダクター　ワールド（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃ
ｔｏｒ　Ｗｏｒｌｄ　）　Ｊ　１９　Ｂ　４年７月号、
昭和５９年６月１５日発行、Ｐ４７〜Ｐ５２に記載され
ている。また、この文献には、光通信用半導体レーザ素
子の一つとして、単一な半導体レーザ素子（チップ）か
ら波長の異なるレーザ光を発光する分布帰還形（Ｄｉｓ
ｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｆｅｅｄｂａｃｋ　：　Ｄ　ＦＢ）
レーザが紹介されている。このレーザアレイ型構造の分
布帰還形半導体レーザは、１本の光ファイバで、波長の
異なる光にそれぞれ信号を乗せて伝送できる結果、波長
分割多重通信が可能な発光源となる。

また、工業調査会発行「電子材料、１９８７年２月号、
昭和６２年２月１日発行Ｐ４２〜Ｐ４６には、波長多重
伝送システムに用いる多波長集積化レーザとして、波長
間隔を５０人とした５波長集積半導体レーザが示されて
いる。この文献には「中心波長を１．　３μｍとするた
め、内部の回折格子の周期を２０００人とし５０人の波
長間隔を得るため隣り合うレーザで周期を９人達えであ
る」旨記載されている。さらに、この文献には５波長多
重伝送システム例についても記載されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

光通信においては、大容量通信の必要性から波長分割多
重通信に適した半導体レーザ素子、すなわち、相互に異
なる波長を複数発光する半導体レーザ素子が要請されて
いる。

従来のこの種の半導体レーザ素子は、単位発光部が分布
帰還型半導体レーザとなる単位発光部の回折格子の周期
を、他の単位発光部の回折格子の周期とは異なるように
することによって発振波長（発光波長）を変化させてい
る。

しかし、周期の異なる回折格子を同一基板上に形成する
には、高度な技術が必要とされる。すなわち、従来、同
一基板上に周期（ピッチ）が異なる回折格子を形成する
場合、干渉露光法が考えられるが、この方法では、レー
ザアレイのレーザとレーザの間隔を狭くすることが難し
いとともに、工数が多くなる。また、多重露光による回
折格子形成の際に毎回均一な形成が困難等々の問題も考
えられる。

そこで、本出願人は、これはまだ公知とされたものでは
ないが、共振器の幅および厚さ、すなわち実効屈折率を
相互に変えて、３つの異なる波長のレーザ光を発光する
モノリシックな半導体レーザ素子を提案（特願昭６３−
９８１１５号公報、出願口、昭和６３年４月２２日）し
ている。

本発明はこの発明思想の延長線上にある。

本発明の目的は、個々の半導体レーザ部から発振波長が
異なるレーザ光を発光することができる半導体レーザ素
子およびその製造技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、単一面にピッチの異なる回折格子
を再現性良く形成する技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、単一面にピッチの異なる回折格子
を形成できるホトマスクおよびその製造技術を提供する
ことにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明の半導体レーザ素子は、単一の半導体
基板上に分布帰還形構造の３つの半導体レーザ部が平行
に設けられた構造となっているが、これら各半導体レー
ザ部における共振器を構成す　　　。

る活性層、光ガイド層、アンチメルトバック層は、その
幅が相互に異なるとともに、各半導体レーザ部の回折格
子のピッチも相互に異なっている。

また、本発明の他の半導体レーザ素子としては、単一の
半導体基板上に分布帰還形構造の３つの半導体レーザ部
が平行に設けられた構造となっているが、これら各半導
体レーザ部における共振器の幅および厚さが相互に異な
るとともに、各半導体レーザ部の回折格子のピッチも相
互に異なっている。

また、本発明では前記共振器の幅および回折格子ピッチ
はホトリソグラフィによってそれぞれ異なるように形成
される０回折格子の製造に用いられるホトマスクの製造
にあっては、最初にマスク基板が用意される。つぎに、
このマスク基板の主面に一方向に沿って放射状にＶ溝を
密に形成した後、透光性マスク基板に透光性樹脂を貼り
合わせたマスク素材を前記マスク基板の主面に前記樹脂
面が接触するように重ね合わせてレプリカを作成し、そ
の後、前記マスク素材の樹脂面に斜めに遮光性の物質を
蒸着して前記樹脂面に形成されたＶ溝を構成する一傾斜
面に遮光性の蒸着膜を形成して直線状透光部が放射状に
延在するホトマスクを形成する。

〔作用〕

上記した手段によれば、本発明の半導体レーザ素子は、
それぞれが分布帰還形半導体レーザで構成される３つの
半導体レーザ部は、共振器の幅および回折格子のピッチ
が相互に異なっていることから、それぞれ異なるレーザ
光を発光する。

また、各半導体レーザ部における共振器の幅および厚さ
ならびに回折格子のピッチが相互に異なる構造の半導体
レーザ素子にあっては、各半導体レーザ部か、らは相互
に異なるレーザ光が発光される。

回折格子の製造に用いられるホトマスクは、マスク基板
主面への放射状のＶ溝列の形成、透光性マスク素材によ
るレプリカ作成、透光性マスク素材面のＶ溝におけるＶ
溝構成面の一傾斜面への遮光性物質の傾斜蒸着によって
再現性良く製造することができる。

〔実施例〕

ここで、実施例について説明する前に本発明の思想につ
いて説明する。

分布帰還型半導体レーザの発振波長（発光波長）λは、
次式で与えられる。

λ＝２ｎｍｔｔ　Ａ　　　　　　　　　　＝　（１）こ
こで、ｎｍｔｔは素子内を光が伝搬する部分の有効屈折
率、八は回折格子（グレーティング）のピッチである。

したがって、レーザの発振波長を変えるためには、グレ
ーティングのピッチ八あるいは有効屈折率ｎａｖｙのい
ずれを変えても良い。

前記ｎ＊ｆｆは光が伝搬する部分の平均的な屈折率であ
り、活性層、光ガイド層、アンチメルトバック層の断面
形状を変えることによって、クラッド層中への光の滲み
出し量が変化し、有効屈折率ｎ　ａｒｔが変化する。す
なわち、有効屈折率ｎ、、。

は活性層幅が狭くなる程、また活性層厚が薄くなる程小
さくなる。第７図は１．５μｍ帯ＤＦＢレーザにおいて
、ｎｍｔｔの活性層幅依存性を数値計算した結果である
。同グラフでもわかるように、活性層の幅を変えること
によって発振波長を変えることができる。

一方、有効屈折率ｎ、１．と回折格子ピンチ八をそれぞ
れ違えて選択すれば、発光波長の選択がより容易となる
。

以下図面を参照して本発明の実施例について説明する。

（第１実施例） この第１実施例では、分布帰還形半導体レーザによって
構成された単位半導体レーザ部を平行に３本（３個）配
し、かつ共振器の幅および回折格子ピッチを相互に異な
るようにした例について説明する。

第１図は本発明の一実施例による半導体レーザ素子の概
要を示す模式的斜視図、第２図は同じく半導体レーザ素
子の断面図、第３図〜第６図は同じく半導体レーザ素子
の製造における各工程でのワークであるウェハ等を示す
断面図であって、第３図は半導体レーザ素子の製造に用
いられるウェハを示す断面図、第４図はメサエッチング
が施されたウェハの断面図、第５図はメサエッチングに
使用されるホトマスクを示す斜視図、第６図は埋込み層
が形成されたウェハの断面図、第７図はｌ。

５μｍ１ＦＤＦＢレーザにおける活性層幅と有効屈折率
との相関を示すグラフ、第８図は本発明による半導体レ
ーザ素子を組み込んだ半導体レーザ装置を示す斜視図、
第９図は同じく半導体レーザ素子と光ファイバとの光学
的結合状態を示す斜視図である。

この実施例では、第１図に示されるように、半導体レー
ザ素子（レーザダイオードチップ）１は矩形体となると
ともに、レーザ光２０を発光する単位半導体レーザ部（
単位発光部）はＡ、Ｂ、Ｃと平行に３個（３本）設けら
れている。各単位半導体レーザ部Ａ、Ｂ、Ｃはそれぞれ
ｂＦＢレーザによって構成されている。そして、これら
単位半導体レーザ部Ａ、Ｂ、Ｃにあっては、活性層４の
幅Ｗ、、Ｗ□、Ｗ、および回折格子２１のピッチａｌ　
＋　　ａｌ　＋　　ａ２がそれぞれ異なっている（　Ｗ
　＋＞Ｗｘ　＞Ｗｓ　、　　ａ　Ｈ＞ａｔ　＞ａｓ　）
　、この結果、Ｗ＋−１，６ａｍ、ａｌ　−２４０５人
の単位半導体レーザ部Ａからは発光波長が１５５３ｎｍ
のレーザ光２０を発光し、Ｗｓ　＝１．０ｐｍ、ａｍ　
−２４００人の単位半導体レーザ部Ｂからは発光波長が
１５４３ｎｍのレーザ光２０を発光し、Ｗ３＝０．６５
μｍ、ａ、＝２３９５人の単位半導体レーザ部Ｃからは
発光波長が１５３３ｎｍのレーザ光２０を発光する。な
お、第１図においては各部の符号は省略する。

つぎに、半導体レーザ素子１の構造について説明する。

各単位半導体レーザ部Ａ、Ｂ、Ｃは、活性層幅すなわち
活性層幅を規定する部分および回折格子ピッチが前述の
ように異なる他はその構成は同一である。したがって、
Ａ−Ｃなる区別をすることなく単に単位半導体レーザ部
として各部を説明することにする。

レーザダイオードチップ（半導体レーザ素子）１は、Ｉ
ｎＧａＡｓＰ系の化合物半導体で構成されている。すな
わち、レーザダイオードチップｌは第２図に示されるよ
うに、厚さ約１００μｍのｎ形［ｎＰの基板２の主面〔
上面：　（１００）結晶面〕に、たとえば、紙面に垂直
な方向に回折格子を設け、その上にｎ形１ｎＧａＡｓＰ
からなる厚さ約０．１μｍの光ガイド層３、厚さ約０．
　１μｍのＩｎＧａＡｓＰからなる活性層４、厚さ約０
．１ｐｍのｐ形１ｎＧａＡｓＰからなるアンチメルトバ
ック層５、厚さ約３μｍのＰ形１ｎＰからなるクラッド
層６、厚さ約０．３μｍのｐ形■ｎＧａＡｓ　Ｐからな
るキャップ層７が順次設けられている。前記光ガイド層
３、活性層４、アンチメルトバック層５、クラッド層６
、キャップ層７′からなる多層成長層８は、前記アンチ
メルトバック層５、クラッド層６およびキャップ層７の
部分が逆三角形状の逆メサ構造となり、前記活性層４か
ら下の部分は基板２の表層部分をも含めて徐々になだら
かとなる三角形状の順メサ構造となっている。このメサ
部分における活性層４の幅は、前述のように単位半導体
レーザ部Ａ、Ｂ、ＣではＷｌ　、Ｗｔ　、ｗｘとなって
いる。また、この逆メサ部は、その延在方向に沿ってピ
ッチａｌ、ａ□。

ａ、の回折格子を形成するようになっている。

一方、前記多層成長層８をエツチングした領域には、そ
れぞれ多層埋込み層９が形成されている。

この多層埋込み層９は、基板２上に形成された厚さ約１
μｍのｐ形１ｎＰからなるブロッキング層１０と、この
ブロッキング層１０上に形成された厚さ約２．５μｍの
ｎ形１ｎＰ壇込み層１１と、この埋込み層上に形成され
た厚さ約０．３ｐｍのｎ形１ｎＧａＡｓＰ埋込みキャッ
プ層１２とからなっている。また、前記埋込み層キャッ
プ層１２の上には絶縁膜１３が設けられている。そして
、前記絶縁膜１３をマスクとして、前記多層成長層８の
表層部に亘って亜鉛が拡散されてｐ◆形拡散層１４（点
々が付されている領域）が設けられている。このｐ÷形
拡散層１４は電極コンタクト層となる。また、レーザダ
イオードチップｌの主面にはアノード電極１５が設けら
れているとともに、裏面すなわち、基板２の下面にはカ
ソード電極１６が設けられている０本実施において、Ｗ
、ｗｌ。

６ｔｔｍ、Ｗｌ　＝１．０ｐｍ、Ｗｓ−０，６５ａｍ。

ａｔ　＝２４０５人、ａｍ−２４００人　Ｂ、ｗ２３９
５人とすると、前述のように発光波長は１５５３ｎｍ、
１５４３ｎｍ、１５３３ｎｍとなる。

なお、各単位半導体レーザ部Ａ、Ｂ、Ｃにおいて回折格
子２１を変化させずに活性層のみを相互に異なるように
した場合、すなわち活性層幅をＷｌ　＝１．６ｐｍ、Ｗ
ｚ　＝１．０μｍ、Ｗｓ　＝０゜６５μｍとし、ａｔ　
−ａｔ　−ａｓ　−２４００人とすると、第７図および
前記（１）式より、発振波長はそれぞれ、λ＋−１５５
０ｎｍ、　　λ８８−１５４３ｎ、　　λｓ＝１５３６
ｎｍとなる異なる３波長で発振する。

つぎに、このような構造のレーザダイオードチップｌの
製造方法について説明する。

最初に、第３図に示されるように、化合物半導体薄板（
ウェハ）３０が用意される。このウェハ３０は厚さが約
３００μｍとなるｎ形のＩｎＰからなる基板２によって
構成されている。また、同図に示されるウェハ３０は（
１００）結晶面となる主面に既にエピタキシャル成長法
によって多層成長層８が形成されている。この多層成長
層８は、下から順に厚さ約０．１．ｕｎのｎ形１ｎＧａ
ＡｓＰからなる光ガイド層３、厚さ約０．１ｐｍのＩｎ
ＧａＡｓＰからなる活性層４、厚さ約０．１μｍのｐ形
１ｎＧａＡｓＰからなるアンチメルトバック層５、厚さ
約３μｍのｐ形１ｎＰからなるクラッド層６、厚さ約０
．３ｐｍのｐ形１　ｎＧａＡｓＰからなるキャップ層７
とによって構成されている。

つぎに、第４図に示されるように、前記ウェハ３０の主
面に輻Ｌ＋　、Ｌｘ　、Ｌｓ　　（Ｌｌ　＞Ｌｘ’　＞
Ｌ、）で、かつ両側の回折格子２１のピッチがそれぞれ
ａｔ　＋　　ａｍ　＋　ａｓ　　（ａ、＞ａ、＞ａ、：
第１図参照）となる絶縁膜３１が設けられる。この絶縁
膜３１は＜１１０＞なる骨間方向に沿って設けられる。

また、この絶縁膜３１は第５図に示されるホトマスク３
２を使用して形成される。このホトマスク３２はハツチ
ングが施されて示されるように、透光部３３中に３本の
遮光部３４を有し、各遮光部３４の幅はＬｌ　、　Ｌｘ
　、　Ｌｍ　　（Ｌｌ　＞Ｌ、＞Ｌ、　　）となり、か
つ両側はピッチａｔ、ａ寥＋ａｌなる回折格子２１とな
っている。

つぎに、前記ウェハ３０の主面はプロメタノール等のエ
ツチング液を使用してエツチングされる。

このエツチングは基板２０表層部に達する深さまで行わ
れる結果、第４図に示されるように、前記各絶縁膜３１
の下にはストライプ部３６が設けられる。このストライ
プ部３６は、前記エツチングによってその中間部がくび
れた状態となる。すなわち、前記エツチングによって、
アンチメルトバック層５から上方部分は、異方性エツチ
ングの結果、その断面が角度θ＝６０°となる逆三角形
の逆メサ部となり結晶の＜１１０＞方向に沿ってストラ
イプ状に残留し、かつ活性層４から下方は放物線を措（
ような順メサ部となっている。

ところで、前記絶縁膜３１の幅Ｌ（（＋＝１゜２．３）
は次式で与えられる。

Ｌ！　−Ｗｉ　＋２　ｄ　Ｌ　ａ　ｎ　（３０°）・　
（２）ここで、Ｗｉは活性層４の幅、ｄはアンチメルト
バック層５およびクラッド層６ならびにキャップ層７の
合計の厚さ、すなわち実効的な共振器を形成する部分（
以下共振器）の厚さである。したがって、この実施例で
は、Ｗｉは前述のようにＷｒ　、　Ｗｚ　、Ｗｘ　　（
Ｗｉ　＞　Ｗｚ　＞　Ｗｉ　）と選択されることから、
前記Ｌ＋　、Ｌｘ　、Ｌ３　もそれに対応したものが選
択される。

つぎに、第６図に示されるように、前記エツチングによ
って窪んだ部分には、多層埋込み層９が形成される。こ
の多層埋込み層９は、前記基板２上に順次形成される厚
さ約ｌａｍのｐ形１ｎＰブロッキング層ｌＯ１厚さ約２
．５μｍのｎ形ＩｎＰｔ１込み層１１、厚さ約０．３ｐ
ｍのｎ形１ｎＧａＡｓＰ埋込みキャップ層１２からなっ
ている。

また、このエピタキシャル成長後、前記ウェハ３０の主
面の絶、ｉ！膜３１が除去される。その後、前記ウェハ
３０の主面にはＳｉｎ、等からなる絶縁Ｍ１３が部分形
成される。この絶縁膜１３は前記ストライプ部３６に略
対応する領域は除かれるようにして設けられる。つぎに
、この絶縁膜１３をマスクとして亜鉛が拡散され、Ｐ◆
十形拡散層１４形成される。このｐ十形拡散層１４は電
極に対するオーミック領域となる。

つぎに、図示はしないが、前記ウェハ３０の主面には、
厚さ約１μｍのアノード電極１５が設けられる。また、
前記ウェハ３０の裏面、すなわち、基板２は研磨され、
全体の厚さが１１００ａ程度とされる。その後、前記ウ
ェハ３０の裏面には、厚さ１μｍ程度のカソード電極１
６が形成される。

ついで、前記ウェハ３０は縦横に分断されて、第１図に
示されるようなレーザダイオードチップ１が複数製造さ
れる。

このような半導体レーザ素子ｌは、たとえば第８図に示
されるような半導体レーザ装置４０に組み込まれる。こ
の半導体レーザ装置４０は、箱型のパッケージ４１と、
このパッケージ４１の一端から延在する光フアイバケー
ブル４２と、パッケージ４１の周囲から突出する複数の
リード４３とからなつている。たとえば、前記パッケー
ジ４１の一部に並んだ４本のり−ド４３は、前記半導体
レーザ素子ｌを駆動するためのリードであり、一本がカ
ソード電極１６であり他の３本は各単位半導体レーザ部
Ａ、Ｂ、Ｃのアノード電極１５である。したがって、カ
ソード電極１６である一本のリード４３と、アノード電
極１５である３本のり−ド４３全部または一部との間に
電圧を印加することによって波長多重通信あるいはコヒ
ーレント通信が可能となる。

前記絶縁膜３１の内部においては、第９図に示されるよ
うに、レーザダイオードチップ１から発振された、異る
波長λ１．λ８．λ、のレーザ光２０は、球レンズ４４
により集光され、光ファイバ４５にカップリングされる
。なお、前記半導体レーザ素子ｌの主面の各アノード電
極１５はワイヤ４６を介して前記リード４３の内端に電
気的に接続されている。

このような実施例によればつぎのような効果が得られる
。

（１）本発明の半導体レーザ素子は、分布帰還形半導体
レーザ構造からなる３本の単位半導体レーザ部を有して
いるが、これら３本の半導体レーザ部は共振器を構成す
る光ガイド層、活性層、アンチメルトバック層の幅が、
Ｗｉ、Ｗｔ　、Ｗｉと異なるとともに、共振器の回折格
子のピッチがそれぞれａｔ　ｌ　　ａｍ　ｌ　　ａｍと
異なるため、それぞれ発振波長の異なるレーザ光を発光
させることができるという効果が得られる。

（２）上記（１）により、本発明の半導体レーザ素子は
、発振波長の異なるレーザ光を複数発光することから、
光通信における波長分割多重通信の発光源として用いる
ことができるという効果が得られる。

（３）本発明の半導体レーザ素子は、発振波長の異なる
レーザ光を発光する構造となっているが、発振波長の異
なるレーザ光を発光する共振器断面変化および回折格子
のピッチは、多層成長層をストライプ状にエツチングす
る際のエツチングマスクを同実施例で示されるホトマス
クを使用して形成すればよい、また、このホトマスク形
成にあっては、パターンを単に変えるだけで良いことか
ら、特に新たな技術を必要とするものではなく簡単に実
行できるという効果が得られる。

（４）上記（３）により、本発明の半導体レーザ素子は
、回折格子の製造は、従来確立されたホトリソグラフィ
によって形成できるため、高精度かつ再現性良く製造で
き、歩留りが向上するという効果が得られる。

（５）本発明の半導体レーザ素子は、発振波長が異なる
複数の共振器をエツチングマスクのパターン変更によっ
て形成できることから、各共振器を近接させることがで
き、レーザアレイの小型化が達成できるという効果が得
られる。

（６）本発明によれば、各単位半導体レーザ部は共振器
の幅および回折格子ピッチをそれぞれ変化させた構造と
なっていることから、それぞれ所望の発光波長を自由に
選択できるため、波長多重通信用発光源としての設計余
裕度が高くなるという効果が得られる。

（７）上記（１）〜（６）により、本発明によれば、複
数の発振波長を発光できるモノリシックな分布帰還形レ
ーザアレイを安価に製造することができるという相乗効
果が得られる。

（第２実施例） 第１Ｏ図〜第１７図は本発明の他の実施例を示す図であ
る。各図において、第１０図は半導体レーザ素子を示す
一部を切り欠いた状態の斜視図、第１１図は半導体レー
ザ素子の製造に用いられる回折格子が形成されたウェハ
の斜視図、第１２図は回折格子形成用マスクの形成状態
を示す模式図、第１３図は回折格子形成用レプリカの形
成状態を示す模式図、第１４図は回折格子形成用ホトマ
スクの形成状態を示す模式図、第１５図はホトマスクの
模式的平面図、第１６図は液相エピタキシャル成長方法
を示す模式的断面図、第１７図は同じ（断面図である。

この実施例は、前記実施例と同様に３本の単位半導体レ
ーザ部Ａ、Ｂ、Ｃをモノリシックに形成した１、５μｍ
帯のレーザ光を発光するＤＦＢレーザ構造のレーザダイ
オードチップｌの例について説明する。

この実施例のレーザダイオードチップ１は、第１Ｏ図に
示されるように、回折格子２１が光ガイド層３の底に設
けられている。そして、この回折格子２１はそのピッチ
がａ、＋　ａｍ　＋　ａｓ　　（ａｔ＞ａｔ＞ａｓ）と
各単位半導体レーザ部Ａ、　Ｂ。

Ｃで相互に異なるように形成されているとともに、活性
層の幅もＷ＋　、Ｗｔ　、Ｗｘ　　（Ｗ＋　＞Ｗｓ　＞
Ｗ、）と異なり、さらに、光ガイド層３の厚さ、すなわ
ち、光ガイド層３および活性層４ならびにアンチメルト
バック層５からなる共振器の厚さｄ。

、ｄｘ　、ｄｓ　　（ｄｔ　＞ｄｓ　＞ｄｓ　）も相互
に異なるように形成されている。なお、第１Ｏ図は部分
的に断面となっているが、明瞭な図を維持するためにへ
フチングは省略しである。

このレーザダイオードチップｌは、回折格子２１が光ガ
イド層３の底に設けられた点、共振器の厚さが単位半導
体レーザ部Ａ、Ｂ、Ｃ毎に異なる点以外を除いては、前
記第１実施例のレーザダイオードチップｌと構造が同一
であることから、構造説明については省略し、回折格子
２１の形成およびこの回折格子２１の形成時に使用する
ホトマスクならびに共振器の厚さを相互に異なるように
形成するエビタキシャ、ル成長について説明することに
する。

この実施例では回折格子２１は前記ｎ形１ｎＰ基板２の
上に設けられている。各ストライプ部３６ごとに回折格
子２１のピッチを変化させるには、第１１図に示すよう
に基板２上に設けた波面５０のピッチを一端面側ではａ
ｏとし、波の谷底に沿う方向に向かうにつれて徐々に狭
め、他端側ではａ、と違えるようにし、その途中のａｌ
＋ａ！＋ａ、のピッチ部分を単位半導体レーザ部Ａ、　
Ｂ。

Ｃとして使用すればよい、前記波面５０は第１４図およ
び第１５図に示されるホトマスク５１を使用する常用の
ホトリソグラフィ技術によって形成される。このような
波面５０を説明の便宜上放射状と称す。

つぎに、前記ホトマスク５１の製造方法について説明す
る。ホトマスク５１は平面的には光が透過する透光部５
２と、ハツチングが施されて示される光が透過しない遮
光部５３とからなっていて、幅が数人と狭い直線状透光
部５４と幅が数人と狭い直線状遮光部５５が交互に並列
配置されるパターンとなっている。また、直線状透光部
５４のピッチは、前記第１１図の波面５０のピッチと一
致している。すなわち、直線状透光部５４のピッチは一
端側ではａｏと広く、直線状透光部５４の長手方向に向
かうにつれて徐々に狭くなり、他端側ではａ７と最も狭
くなっている。

このようなホトマスク５１の製造にあっては、第１２図
に示されるように、最初にマスク基板５６が用意される
。このマスク基板５６は透明なガラス板５７と、このガ
ラス板５７の一表面に所定の厚さに設けられたアルミニ
ウム層５８とからな。

っている、そこで、前記ガラス板５７の表面をダイヤモ
ンドカッタ５９で引っ掻き、前記アルミニウム層５８を
直線状に除去する。前記ダイヤモンドカッタ５９は先端
がｖ字状になっていることから、引っ掻き部はＶ溝６０
となる。このＶ溝６０はたとえば、５０００本／　ｍ　
ｍ程度の間隔で並列に設けられる。したがって、■溝６
０とＶ字状山６１とによる連続する山形が形成される。

また、この引っ掻きの際、前記ダイヤモンドカッタ５９
は平行ではなく、第１５図に示されるように、Ｖ溝ピッ
チが徐々に狭まる方向（ａｓ→ａａ）または徐々に広が
る方向（ａ、→ａ６）に操作される。

この結果、■溝６０等による山形のピッチは両端でそれ
ぞれａ、、ａ、と異なるようになる。

つぎに、第１３図に示されるように、前記マスク基板５
６のＶ溝６０を有する面にマスク素材６５が貼り合わさ
れてレプリカが作成される。すなわち、マスク素材６５
は透光性の石英ガラス板６６に透光性の樹脂層６７を設
けた構造となり、この樹脂層６７が前記マスク基板５６
のアルミニウム層５８に押し付けられてレプリカが作成
される。

この結果、前記マスク素材６５の樹脂面にはＶ溝６８お
よびＶ字山６９が形成されることになる。

つぎに、第１４図に示されるように、前記マスク素材６
５のＶ溝６８を有する面には斜め方向から遮光性物質、
たとえばクロム（Ｃｒ）が蒸着される。この結果、前記
Ｖ溝６８の一端斜面のみにクロムからなる遮光性蒸着膜
７０が形成される。

前記遮光性蒸着膜７０が付着した領域は、直線状遮光部
５５となり、遮光性蒸着膜７０が付かない領域は直線状
透光部５４となる。そこで、第１４図に示されるように
、ウェハ３０の主面に設けたホトレジスト膜７１を、こ
のホトマスク５１を用いて露出しかつ現像し、さらにエ
ツチングすることによって第１１図に示されるような波
面５０を有するウェハ３０が得られることになる。

つぎに、実効的な共振器の厚さを各単位半導体レーザ部
Ａ、Ｂ、Ｃにおいて変化させるエピタキシャル成長法に
ついて説明する。この実施例では、前記共振器を構成す
る光ガイド層３．活性層４゜アンチメルトバック層５を
形成する際、すなわち、ウェハ３０上に液層エピタキシ
ャル成長で多層成長層８を形成する際、第１７図に示さ
れるように、ウェハ３０をｉｔした基板ホルダ７５を所
定の角度（θ）傾斜させることによって得られる。すな
わち、前記基板ホルダ７５上には溶液ホルダ７６が載置
される。この溶液ホルダ７６には、第１６図に示される
ように、その移動方向に沿って各室７７が設けられ、各
室７７に収容された溶液７８に基づいて、前記ウェハ３
０の主面には所望の組成のエピタキシャル層が形成され
ることになる。

この例では、各室７７は５室設けられているため、ウェ
ハ３０の主面には順次、光ガイド層３．活性層４．アン
チメルトバック層５．クラッド層６゜キャップ層７が形
成されることになる。

このように、多層成長層３の形成において、たとえば、
基板ホルダ７５を４度〜６度の間で傾斜させると、各半
導体レーザ部１５の共振器の厚さは、ｔｔ−０，３４５
μｍ、ｔｔ　＝０．３５０ｔ１ｍ、ｔｓ　＝０．３５５
＃ｍとなる。

このような実施例によれば、各単位半導体レーザ部Ａ、
Ｂ、Ｃの活性層の厚さくｔｌ＝ｔ、）を変えることによ
って実効的な共振器の厚さくｄｔ〜ｄ、）を変えるとと
もに、活性層の幅および回折格子ピッチをそれぞれ異に
していることから、各単位半導体レーザ部Ａ、Ｂ、Ｃか
らはそれぞれ異なる波長のレーザ光２０を発光させるこ
とができる。

このような第２実施例によれば、前記第１実施例の効果
に追加して下記の効果を得ることができ（１）本発明に
よれば、共振器の幅および厚さ、さらには回折格子ピッ
チと３因子をそれぞれ変化させることから、所望の発光
波長を有するレーザ光を発生させることができるという
効果が得られる。

（２）本発明によれば、回折格子の形成にあっては、ホ
トマスクを用いる確立された露光技術およびエツチング
技術で行なわれるため、再現性良く回折格子を形成でき
歩留りが向上するという効果が得られる。

（３）本発明によれば、回折格子ピッチを各部で変化さ
せる構造のホトマスクの製造にあっては、ダイヤモンド
カッタによるマスク基板の作成、レプリカ作成、遮光性
物質の斜め蒸着によって形成することから、高精度かつ
容易に製造することができるという効果が得られる。

（４）上記（１）〜（３）により、本発明によれば、複
数の発振波長を発光できるモノリシックな分布帰還形半
導体レーザ素子を高精度かつ高歩留りに製造できるとい
う相乗効果が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではな（、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない、たとえば、前記実施例で
は、共振器を構成する光ガイド層、活性層、アンチメル
トバック層全体の幅を変化させたが、発振波長を変える
ためには、これら三層のうちのいずれか一つの層の幅を
変えることによっても達成できる。また、結晶成長の条
件や材料系、所望する波長帯によりアンチメルトバック
層は必ずしも必要ではない、また、前記実施例では半導
体レーザ部の数は３本で説明したが、本発明では半導体
レーザ部は３本に限定されないことは言うまでもない、
さらに前記実施例では、１ｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系の波長
１．５５μｍ帯の半導体レーザを用いて説明したが、他
の材料系を用いても当然良い。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその前景となった利用分野である半導体レーザ素子単
体の製造技術に適用した場合について説明したが、それ
に限定されるものではなく、分布帰還形半導体レーザ部
を有する光集積回路の製造技術にも適用できる。

本発明は少な（とも分布帰還形半導体レーザ部を有する
半導体レーザ素子の製造技術に適用できる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。

本発明によれば、モノリシックな半導体レーザ素子で異
なる波長のレーザ光を発振することができるので、１つ
の半導体レーザ素子で波長多重通信、あるいはコヒーレ
ント通信を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による半導体レーザ素子の概
要を示す模式的斜視図、 第２図は同じく半導体レーザ素子の断面図、第３図は半
導体レーザ素子の製造に用いられるウェハを示す断面図
、 第４図は同じくメサエッチングが施されたウェハの断面
図、 第５図は同じくメサエッチングに使用されるホトマスク
を示す斜視図、 第６図は同じく埋込み層が形成されたウェハの断面図、 第７図は同じく活性層幅と有効屈折率との相関を示すグ
ラフ、 第８図は本発明による半導体レーザ素子を組み込んだ半
導体レーザ装置を示す斜視図、第９図は同じく半導体レ
ーザ素子と光ファイバとの光学的結合状態を示す斜視図
１ 、　　　第１０図は本発明の他の実施例による半導体レ
ーザ素子を示す一部を切り欠いた状態の斜視図、第１１
図は同じく回折格子が形成されたウェハの斜視図、 第１２図は同じく回折格子形成用マスクの形成状態を示
す模式図、 第１３図は同じく回折格子形成用レプリカの形成状態を
示す模式図、 第１４図は同じく回折格子形成用ホトマスクの形成状態
を示す模式図、 第１５図は同じくホトマスクの模式的平面図、第１６図
は同じく液相エピタキシャル成長方法を示す模式的断面
図、 第１７図は同じく断面図である。 １・・・レーザダイオードチップ（半導体レーザ素子）
、２・・・基板、３・・・光ガイド層、４・・・活性層
、５・・・アンチメルトバック層、６・・・クラッド層
、７・・・キャップ層、８・・・多層成長層、９・・・
多層埋込み層、１０・・・ブロッキング層、１１・・・
埋込み層、１２・・・埋込みキャップ層、１３・・・絶
縁膜、１４・・・ｐ÷形拡散層、１５・・・アノード電
極、１６・・・カソード電極、２０・・・レーザ光、２
１・・・回折格子、３０・・・ウェハ、３１・・・絶縁
膜、３２・・・ホトマスク、３３・・・透光部、３４・
・・遮光部、３６・・・ストライプ部、４０・・・半導
体レーザ装置、４１・・・パッケージ、４２・・・光フ
アイバケーブル、４３・・・リード、４４・・・球レン
ズ、４５・・・光ファイバ、４６・・・ワイヤ、５０・
・・波面、５１・・・ホトマスク、５２・・・透光部、
５３・・・遮光部、５４・・・直線状透光部、５５・・
・直線状遮光部、５６・・・マスタ基板、５７・・・ガ
ラス板、５日・・・アルミニウム層、５９・・・ダイヤ
モンドカッタ、６０・・・■溝、６１・・・Ｖ字状山、
６５・・・マスク素材、６６・・・石英ガラス板、６７
・・・樹脂層、６８・・・Ｖ溝、６９・・・ｖ字山、７
０・・・遮光性蒸着膜、７１・・・ホトレジスト膜、７
５・・・基板ホルダ、７６・・・溶液ホルダ、７７・・
・室、７８・・・溶液。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、分布帰還型半導体レーザで形成された単位半導体レ
   ーザ部を複数有するモノリシックな半導体レーザ素子で
   あって、前記各単位半導体レーザ部の共振器の有効屈折
   率または／および回折格子ピッチは他の単位半導体レー
   ザ部の共振器の有効屈折率または／および回折格子ピッ
   チと相互に異なっていることを特徴とする半導体レーザ
   素子。 ２、前記単位半導体レーザ部の共振器の有効屈折率は共
   振器の幅または／および共振器の厚さを選択することに
   よって調整されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の半導体レーザ素子。 ３、前記単位半導体レーザ部の回折格子は共振器の幅を
   共振器の延在方向に沿って繰り返し拡張収縮させること
   によって形成されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の半導体レーザ素子。 ４、前記単位半導体レーザ部の回折格子は共振器の底に
   共振器の延在方向に沿って波状となる構造となるととも
   に、この回折格子の各波部は隣接する単位半導体レーザ
   部の各波部の延在線上にありかつ隣り合う単位半導体レ
   ーザ部の対応する各波部を結ぶ線は扇形状に延在してい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体
   レーザ素子。 ５、半導体基板主面に回折格子を設ける工程と、この基
   板の主面に順次エピタキシャル成長によって共振器を構
   成する層を含む多層成長層を形成する工程と、前記多層
   成長層を数条に亘ってエッチング除去して多層成長層か
   らなる複数のストライプを形成する工程と、前記ストラ
   イプ間をエピタキシャル成長層によって埋め込み複数の
   単位半導体レーザ部を形成する工程とを有する半導体レ
   ーザ素子の製造方法であって、前記回折格子のピッチを
   各単位半導体レーザ部毎に異なるように形成するととも
   に、前記共振器の幅を各単位半導体レーザ部毎に異なる
   ように形成し、かつ前記多層成長層形成におけるエピタ
   キシャル成長時、前記基板主面を傾斜させて、少なくと
   も共振器を構成する層の厚さを連続的に変化させ、各ス
   トライプにおける共振器の厚さを段階的に変化させるこ
   とを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。 ６、光が透過する透光部と光が透過しない遮光部とを有
   するホトマスクであって、前記透光部は直線状透光部が
   並列状態で多列に配置されたパターンとなるとともに前
   記直線状透光部の配列ピッチは直線状透光部の長手方向
   に向かうにつれて徐々に変化する構造となっていること
   を特徴とするホトマスク。 ７、マスタ基板の主面に直線状に延在する複数のＶ溝を
   並列状態にかつ前記Ｖ溝の配列ピッチがＶ溝の延在方向
   に向かうにつれて徐々に変化するように形成する工程と
   、透光性マスク基板に透光性樹脂を貼り付けたマスク素
   材を前記マスタ基板の主面に重ね合わせて前記樹脂面を
   前記マスタ基板主面の凹凸に倣わせてレプリカを作成す
   る工程と、前記マスク素材の樹脂面に遮光性物質を斜め
   方向から蒸着して、樹脂面に形成されたＶ溝の一面にの
   み前記遮光性物質を形成する工程とによって並列に設け
   られる直線状透光部のピッチが直線状透光部の長手方向
   に向かうにつれて徐々に変化する構造のホトマスクを製
   造することを特徴とするホトマスクの製造方法。