特許 7095846 半導体レーザ素子及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-27

(45)【発行日】2022-07-05

(54)【発明の名称】半導体レーザ素子及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/12 20210101AFI20220628BHJP

   H01S 5/026 20060101ALI20220628BHJP

   G02F 1/025 20060101ALI20220628BHJP

   G02B 6/12 20060101ALI20220628BHJP

   G02B 6/124 20060101ALI20220628BHJP

   G02B 6/132 20060101ALI20220628BHJP

【ＦＩ】

H01S5/12

H01S5/026 616

G02F1/025

G02B6/12 363

G02B6/124

G02B6/12 301

G02B6/132

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2018195767

(22)【出願日】2018-10-17

(65)【公開番号】P2020064972

(43)【公開日】2020-04-23

【審査請求日】2021-04-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000154325

【氏名又は名称】住友電工デバイス・イノベーション株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100136722

【弁理士】

【氏名又は名称】▲高▼木 邦夫

(74)【代理人】

【識別番号】100174399

【弁理士】

【氏名又は名称】寺澤 正太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100186761

【弁理士】

【氏名又は名称】上村 勇太

(72)【発明者】

【氏名】山路 和宏

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 孝幸

【審査官】淺見 一喜

(56)【参考文献】

【文献】特開平０７－２６３６５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－１８６３９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２７７８６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００２／０１３１４６６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／００－５／５０

Ｇ０２Ｆ １／０２５

Ｇ０２Ｂ ６／１２

Ｇ０２Ｂ ６／１２４

Ｇ０２Ｂ ６／１３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光導波方向に沿って順に配列されるレーザ部、接続部、及び光変調部を備える半導体レーザ素子の製造方法であって、
半導体基板上に第１半導体層を形成する工程と、
前記接続部における前記第１半導体層上に第１マスクパターンを形成する工程と、
前記第１マスクパターンを用いて、前記接続部における前記第１半導体層に、前記光導波方向に沿った凹凸を形成する工程と、
前記凹凸が形成された前記第１半導体層上に第２半導体層を形成する工程と、
前記レーザ部内に位置する前記第２半導体層上に活性層を形成する工程と、
前記接続部内及び前記光変調部内に位置する前記第２半導体層上に光導波路層を形成する工程と、を備え、
前記第１マスクパターンを形成する工程では、前記接続部内に位置すると共に隣り合う開口パターンとカバーパターンとの前記光導波方向に沿った合計長さに対する当該カバーパターンの前記光導波方向に沿った長さの割合が、前記光変調部側よりも前記レーザ部側の方が大きい前記第１マスクパターンを形成し、
前記凹凸を形成する工程では、前記接続部内に位置する隣り合う凹部と凸部との前記光導波方向に沿った合計長さに対する当該凸部の前記光導波方向に沿った長さの割合が、前記光導波方向に沿って連続的もしくは段階的に変化し、且つ前記光変調部側よりも前記レーザ部側の方が大きい前記凹凸を形成し、
前記光変調部の前記光導波路層の厚さが前記レーザ部の前記活性層の厚さよりも大きい、
半導体レーザ素子の製造方法。

【請求項2】

前記第１半導体層上に回折格子層を形成する工程と、前記回折格子層の前記接続部内及び前記光変調部内に位置する部分を除去して前記第１半導体層を露出する工程と、をさらに備え、
前記第１マスクパターンを形成する工程では、前記回折格子層上にも前記第１マスクパターンを形成し、
前記凹凸を前記第１半導体層に形成する工程では、前記第１マスクパターンを用いて回折格子を形成する、請求項１に記載の半導体レーザ素子の製造方法。

【請求項3】

前記光導波路層を形成する工程においては、前記第２半導体層の一部に重なる開口を有する第２マスクパターンを用いて、当該開口内に前記光導波路層を形成し、
前記開口において前記接続部内に位置する領域のパターン幅は、前記光導波方向において前記光変調部に近づくほど狭まる、請求項１または２に記載の半導体レーザ素子の製造方法。

【請求項4】

前記第２マスクパターンは、前記開口とは別の一対の開口を有し、
前記別の一対の開口は、前記第２半導体層に重なっており、
前記開口は、平面視にて前記光導波方向と交差する方向において前記別の一対の開口の間に位置する、請求項３に記載の半導体レーザ素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体レーザ素子及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば下記特許文献１には、半導体レーザ部と変調器部とが一体化された変調器集積半導体レーザが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平１０－１６３５６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述したような変調器集積半導体レーザにおいては、一般に、内部ロス低減の観点から半導体レーザ部（レーザ部）の光導波路（活性層）は薄い方が望ましい。また、高い消光比及び低容量の観点から、変調器部（光変調部）の光導波路（光導波路層）は厚い方が望ましい。しかしながら、光導波路層の厚さを活性層よりも単に大きくしただけでは、半導体レーザ部と変調器部との端面接続部（Ｂｕｔｔ－Ｊｏｉｎｔ部）における大きな段差に起因して、光の反射が発生しやすくなる。このため、活性層と光導波路層とを異なる厚さに設定することによって、半導体レーザ部と変調器部との結合効率が低下してしまうおそれがある。

【0005】

本発明の一側面の目的は、レーザ部と光変調部との結合効率の低下を抑制しつつ、光変調部の光導波路層の厚さをレーザ部の活性層よりも大きく設定可能な半導体レーザ素子及びその製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一側面に係る半導体レーザ素子の製造方法は、光導波方向に沿って順に配列されるレーザ部、接続部、及び光変調部を備える半導体レーザ素子の製造方法であって、半導体基板上に第１半導体層を形成する工程と、接続部における第１半導体層上に第１マスクパターンを形成する工程と、第１マスクパターンを用いて、接続部における第１半導体層に、光導波方向に沿った凹凸を形成する工程と、凹凸が形成された第１半導体層上に第２半導体層を形成する工程と、第２半導体層上に光導波路層を形成する工程と、を備え、第１マスクパターンを形成する工程では、接続部内に位置すると共に隣り合う開口パターンとカバーパターンとの光導波方向に沿った合計長さに対する当該カバーパターンの光導波方向に沿った長さの割合が、光変調部側よりもレーザ部側の方が大きい第１マスクパターンを形成し、凹凸を形成する工程では、接続部内に位置する隣り合う凹部と凸部との光導波方向に沿った合計長さに対する当該凸部の光導波方向に沿った長さの割合が、光変調部側よりもレーザ部側の方が大きい凹凸を形成する。

【0007】

本発明の別の一側面に係る半導体レーザ素子は、半導体基板上に光導波方向に沿って順に配列されるレーザ部、接続部、及び光変調部を備える半導体レーザ素子であって、半導体基板上に設けられ、第１部分上に光導波方向に沿った凹凸を有する第１半導体層と、第１半導体層の凹凸上に設けられる第２半導体層と、レーザ部内に位置する第２半導体層上に設けられる活性層と、接続部内及び光変調部内に位置する第２半導体層上に設けられる光導波路層と、を備え、接続部内に位置する凹凸のデューティ比は、光変調部側よりもレーザ部側の方が大きく、光変調部内に位置する凹凸のデューティ比は、一定であって、接続部内に位置する凹凸のデューティ比の最小値以下であり、デューティ比は、隣り合う凹部と凸部との光導波方向に沿った合計長さに対する当該凸部の光導波方向に沿った長さの割合である。

【発明の効果】

【0008】

本発明の一側面によれば、レーザ部と光変調部との結合効率の低下を抑制しつつ、光変調部の光導波路層の厚さをレーザ部の活性層よりも大きく設定可能な半導体レーザ素子及びその製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１（ａ）は、実施形態に係る半導体レーザ素子を示す概略平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩｂ－Ｉｂ線に沿った断面図である。

【図2】図２（ａ）～（ｃ）は、実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明するための図である。

【図3】図３（ａ）～（ｃ）は、実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明するための図である。

【図4】図４（ａ）～（ｃ）は、実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明するための図である。

【図5】図５（ａ），（ｂ）は、実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明するための図である。

【図6】図６は、第６ステップ後の接続部及び光変調部の要部拡大断面図である。

【図7】図７は、マスクパターンの形状を示す概略平面図である。

【図8】図８は、変形例に係る凹凸パターンを説明するための概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

［本願発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。

【0011】

本発明の一実施形態は、光導波方向に沿って順に配列されるレーザ部、接続部、及び光変調部を備える半導体レーザ素子の製造方法であって、半導体基板上に第１半導体層を形成する工程と、接続部における第１半導体層上に第１マスクパターンを形成する工程と、第１マスクパターンを用いて、接続部における第１半導体層に、光導波方向に沿った凹凸を形成する工程と、凹凸が形成された第１半導体層上に第２半導体層を形成する工程と、第２半導体層上に光導波路層を形成する工程と、を備え、第１マスクパターンを形成する工程では、接続部内に位置すると共に隣り合う開口パターンとカバーパターンとの光導波方向に沿った合計長さに対する当該カバーパターンの光導波方向に沿った長さの割合が、光変調部側よりもレーザ部側の方が大きい第１マスクパターンを形成し、凹凸を形成する工程では、接続部内に位置する隣り合う凹部と凸部との光導波方向に沿った合計長さに対する当該凸部の光導波方向に沿った長さの割合が、光変調部側よりもレーザ部側の方が大きい凹凸を形成する、半導体レーザ素子の製造方法である。

【0012】

この製造方法では、第１マスクパターンを用いて光導波方向に沿った凹凸を接続部における第１半導体層に形成する。形成された凹凸において、接続部内に位置する隣り合う凹部と凸部との光導波方向に沿った合計長さに対する当該凸部の光導波方向に沿った長さの割合が、光変調部側よりもレーザ部側の方が大きい。ここで、凹凸が形成された第１半導体層上における第２半導体層の成長においては、上記割合が小さい領域ほど凹部の容積が大きいので、第２半導体層の厚さが薄くなる。このため、接続部内に位置する第２半導体層の厚さは、光導波方向においてレーザ部側よりも光変調部側の方が薄くなる。これにより、活性層よりも厚い光導波路層を形成する場合であっても、活性層と光導波路層との端面接続部に大きな段差が形成されることを抑制できる。したがって上記製造方法によれば、レーザ部と光変調部との結合効率の低下を抑制しつつ、光変調部の光導波路層の厚さをレーザ部の活性層よりも大きく設定可能な半導体レーザ素子を製造できる。

【0013】

上記製造方法は、第１半導体層上に回折格子層を形成する工程と、回折格子層の接続部内及び光変調部内に位置する部分を除去して第１半導体層を露出する工程と、をさらに備え、第１マスクパターンを形成する工程では、回折格子層上にも第１マスクパターンを形成し、凹凸を第１半導体層に形成する工程では、第１マスクパターンを用いて回折格子を形成してもよい。この場合、凹凸を第１半導体層に形成する際に、例えばレーザ部内に回折格子を形成できる。このため、安定した単一モード発振を実現可能な半導体レーザ素子を製造できる。

【0014】

凹部と凸部との合計長さに対する凸部の長さの割合は、光導波方向に沿って連続的もしくは段階的に変化してもよい。この場合、接続部内に位置する第２半導体層の厚さは、光導波方向に沿ってレーザ部側から光変調部側に向かって連続的もしくは段階的に薄くなる。このため、接続部内に位置する光導波路層の厚さを、光導波方向に沿ってレーザ部側から光変調部側に向かって連続的もしくは段階的に厚くできる。したがって、接続部内に位置する光導波路層に段差が設けられない、もしくは、光導波路層における大きな段差の形成を抑制できるので、レーザ部と光変調部との結合効率の低下を好適に抑制できる。

【0015】

光導波路層を形成する工程においては、第２半導体層の一部に重なる開口を有する第２マスクパターンを用いて、当該開口内に光導波路層を形成し、開口において接続部内に位置する領域のパターン幅は、光導波方向において光変調部に近づくほど狭まってもよい。この場合、パターン幅が広いレーザ部周辺における光導波路層の成長レートが小さくなる。このため、活性層と光導波路層との端面接続部に大きな段差が形成されることを良好に抑制できるので、レーザ部と光変調部との結合効率の低下を好適に抑制できる。

【0016】

第２マスクパターンは、開口とは別の一対の開口を有し、別の一対の開口は、第２半導体層に重なっており、開口は、平面視にて光導波方向と交差する方向において別の一対の開口の間に位置してもよい。この場合、第２半導体層上には、上記開口内だけでなく、上記別の一対の開口内にも光導波路層を構成する半導体層が成長する。このため、上記開口内における光導波路層の成長レートがさらに小さくなる。このため、光導波路層の膜質をさらに向上できると共に、光導波路層の厚さを好適に制御できる。したがって、急激な屈折率の変化を発生させずに活性層と光導波路層とをつなぐことができる。

【0017】

本発明の別の一実施形態は、半導体基板上に光導波方向に沿って順に配列されるレーザ部、接続部、及び光変調部を備える半導体レーザ素子であって、半導体基板上に設けられ、第１部分上に光導波方向に沿った凹凸を有する第１半導体層と、第１半導体層の凹凸上に設けられる第２半導体層と、レーザ部内に位置する第２半導体層上に設けられる活性層と、接続部内及び光変調部内に位置する第２半導体層上に設けられる光導波路層と、を備え、接続部内に位置する凹凸のデューティ比は、光変調部側よりもレーザ部側の方が大きく、光変調部内に位置する凹凸のデューティ比は、一定であって、接続部内に位置する凹凸のデューティ比の最小値以下であり、デューティ比は、隣り合う凹部と凸部との光導波方向に沿った合計長さに対する当該凸部の光導波方向に沿った長さの割合である、半導体レーザ素子である。

【0018】

この半導体レーザ素子では、第１半導体層に設けられる凹凸において、接続部内に位置する隣り合う凹部と凸部との光導波方向に沿った合計長さに対する当該凸部の光導波方向に沿った長さの割合が、光変調部側よりもレーザ部側の方が大きい。ここで、凹凸が形成された第１半導体層上に成長する第２半導体層の厚さは、上記デューティ比が小さい領域ほど凹部の容積が大きいので、第２半導体層の厚さが薄くなる。このため、接続部内に位置する第２半導体層の厚さは、光導波方向においてレーザ部側よりも光変調部側の方が薄くなる。これにより、半導体レーザ素子は、活性層と光導波路層との端面接続部における大きな段差の形成を抑制しつつ、活性層よりも厚い光導波路層を備えることができる。したがって、レーザ部と光変調部との結合効率の低下を抑制しつつ、光変調部の光導波路層の厚さをレーザ部の活性層よりも大きく設定可能な半導体レーザ素子が得られる。

【0019】

接続部内に位置する凹凸のデューティ比は、光導波方向に沿って連続的もしくは段階的に変化してもよい。この場合、接続部内に位置する第２半導体層の厚さは、光導波方向に沿ってレーザ部側から光変調部側に向かって連続的もしくは段階的に薄くなる。このため、接続部内に位置する光導波路層の厚さを、光導波方向に沿ってレーザ部側から光変調部側に向かって連続的もしくは段階的に厚くできる。したがって、接続部内に位置する光導波路層に段差が設けられない、もしくは、光導波路層における大きな段差の形成を抑制できるので、レーザ部と光変調部との結合効率の低下を好適に抑制できる。

【0020】

活性層の頂面の高さと、光導波路層の頂面の高さとは、互いに同一であってもよい。この場合、互いの頂面側における活性層と光導波路層との段差が設けられないので、レーザ部と光変調部との結合効率の低下を好適に抑制できる。

【0021】

［本願発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子及びその製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0022】

図１（ａ）は、本実施形態に係る半導体レーザ素子を示す概略平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩｂ－Ｉｂ線に沿った断面図である。図１（ａ），（ｂ）に示される半導体レーザ素子１は、半導体基板１１上に形成されたレーザ素子であり、レーザ部２、接続部３、及び光変調部４を備える。レーザ部２、接続部３、及び光変調部４は、半導体基板１１上の主面１１ａにおける一方向に沿って順に配列されている。本実施形態では、レーザ部２、接続部３、及び光変調部４は、半導体基板１１上にてモノリシックに形成されている。上記一方向は、半導体レーザ素子１が発振する光の伝播方向（光導波方向）であり、以下では方向Ｘ（光導波方向）とする。また以下では、水平方向において方向Ｘに直交する方向を方向Ｙ（幅方向）とし、水平方向に直交する鉛直方向を方向Ｚ（厚さ方向）とする。また、平面視における半導体レーザ素子１は、方向Ｚから見た半導体レーザ素子１に相当する。

【0023】

半導体基板１１は、レーザ部２等に含まれる半導体層のシード基板であり、例えばＩｎＰを含むｎ型の半導体基板である。半導体基板１１の裏面には、金属等の導電性材料を有する裏面電極が設けられてもよい。

【0024】

レーザ部２は、半導体レーザ素子１においてレーザを発振する部分であり、下部クラッド層２１、活性層２２、上部クラッド層２３、コンタクト層２４、及び電極２５を有する。下部クラッド層２１、活性層２２、上部クラッド層２３、コンタクト層２４、及び電極２５は、半導体基板１１の主面１１ａから順に積層される。下部クラッド層２１及び上部クラッド層２３は、接続部３及び光変調部４にも含まれる。

【0025】

下部クラッド層２１は、活性層２２の内部と、後述する光導波路層３１の内部とに光を閉じ込める層である。下部クラッド層２１は、化合物半導体層であり、例えばｎ型を示すと共にＩｎＰを含む。レーザ部２内に位置する下部クラッド層２１（すなわち、下部クラッド層２１にてレーザ部２内に位置する部分２１ａ）の厚さは、例えば７００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下である。下部クラッド層２１の部分２１ａの厚さは、一定である。なお本実施形態では、「一定」、「同一」などは多少の誤差を含んでもよい。多少の誤差は、例えば±５％である。

【0026】

下部クラッド層２１の部分２１ａには、特定波長の光を活性層２２に分布的にフィードバックする回折格子２６が設けられる。このような回折格子２６がレーザ部２に形成されることによって、安定した単一モード発振を実現できる。このため半導体レーザ素子１は、分布帰還型（ＤＦＢ：Distributed Feedback）の半導体レーザとして機能する。回折格子２６は、下部クラッド層２１とは異なる屈折率を有する材料を含んでいる。例えば、下部クラッド層２１がＩｎＰ半導体層である場合、回折格子２６を構成する材料は、ＩｎＧａＡｓＰ等である。

【0027】

活性層２２は、電流注入により利得を得られる光導波路層であり、半導体レーザ素子１におけるコアである。活性層２２は、例えばＩｎＧａＡｓＰ等を含む量子井戸構造を有する化合物半導体層である。量子井戸構造としては、例えばＩｎＧａＡｓＰからなる井戸層と、当該井戸層とは異なる組成のＩｎＧａＡｓＰからなる障壁層とが交互に積層された構造が適用される。活性層２２の厚さは、例えば１８０ｎｍ以上２２０ｎｍ以下である。

【0028】

上部クラッド層２３は、下部クラッド層２１と共に、活性層２２の内部と、後述する光導波路層３１の内部とに光を閉じ込める層である。上部クラッド層２３は、化合物半導体層であり、例えばｐ型を示すと共にＩｎＰを含む。上部クラッド層２３の厚さは、一定であり、例えば１５００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下である。

【0029】

コンタクト層２４は、電極２５とオーミック接続する化合物半導体層であり、例えばｐ型のＩｎＧａＡｓＰ層である。電極２５は、レーザを発振させるための直流電流が供給される導電層であり、コンタクト層２４上に設けられる。

【0030】

接続部３は、方向Ｘにおいてレーザ部２と光変調部４とを接続する部分であり、下部クラッド層２１、光導波路層３１、及び上部クラッド層２３を有する。下部クラッド層２１、光導波路層３１、及び上部クラッド層２３は、半導体基板１１の主面１１ａから順に積層される。光導波路層３１は、光変調部４にも含まれる。

【0031】

接続部３内に位置する下部クラッド層２１（すなわち、下部クラッド層２１において接続部３内に位置する部分２１ｂ）の厚さは、方向Ｘにおいてレーザ部２側よりも光変調部４側の方が薄い。部分２１ｂの厚さは、例えば６００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下である。本実施形態では、下部クラッド層２１の部分２１ｂのうち、レーザ部２側の端部の厚さが最も厚く、光変調部４側の端部の厚さが最も薄い。また、部分２１ｂは、方向Ｘにおいてレーザ部２側から光変調部４側へ連続的に薄くなっている。すなわち、部分２１ｂの厚さは、方向Ｘに沿ってレーザ部２側から光変調部４側にかけて一定の割合にて減少している。

【0032】

光導波路層３１は、活性層２２と同様に半導体レーザ素子１におけるコアであり、方向Ｘに沿って延在する化合物半導体層である。光導波路層３１は、例えばＩｎＧａＡｓＰ等を含む量子井戸構造を有する。方向Ｘにおいて、光導波路層３１と活性層２２とは、互いに光結合している。具体的には、光導波路層３１におけるレーザ部２側の端面は、活性層２２の接続部３側の端面と接合している。このため半導体レーザ素子１には、活性層２２と光導波路層３１との端面接続部が設けられる。接続部３内に位置する光導波路層３１（すなわち、光導波路層３１にて接続部３内に位置する部分３１ａ）の厚さは、方向Ｘにおいてレーザ部２側よりも光変調部４側の方が厚い。部分３１ａの厚さは、例えば１８０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。本実施形態では、光導波路層３１の部分３１ａのうち、レーザ部２側の端部の厚さが最も薄く、光変調部４側の端部の厚さが最も厚い。また、部分３１ａは、方向Ｘにおいてレーザ部２側から光変調部４側へ連続的に薄くなっている。加えて、部分３１ａの頂面Ｆ２の高さと、活性層２２の頂面Ｆ１の高さとは、互いに同一になっている。このため、接続部３内に位置する上部クラッド層２３の厚さは、レーザ部２内に位置する上部クラッド層２３の厚さと同一である。

【0033】

光変調部４は、発振されたレーザの変調を実施する部分であり、下部クラッド層２１、光導波路層３１、上部クラッド層２３、コンタクト層４１、及び電極４２を有する。下部クラッド層２１、光導波路層３１、上部クラッド層２３、コンタクト層４１、及び電極４２は、半導体基板１１の主面１１ａから順に積層される。

【0034】

光変調部４内に位置する下部クラッド層２１（すなわち、下部クラッド層２１にて光変調部４内に位置する部分２１ｃ）の厚さは、接続部３の部分２１ｂの厚さ以下である。本実施形態では、下部クラッド層２１の部分２１ｃの厚さは、下部クラッド層２１の部分２１ｂのうち光変調部４側の端部の厚さに相当する。また、部分２１ｃの厚さは一定である。

【0035】

光変調部４内に位置する光導波路層３１（すなわち、光導波路層３１にて光変調部４内に位置する部分３１ｂ）は、レーザ部２にて発振する光を吸収可能であり、光吸収層とも呼称できる。光導波路層３１の部分３１ｂの厚さは、接続部３の部分３１ａの厚さ以上である。本実施形態では、部分３１ｂの厚さは、接続部３の部分３１ａのうち光変調部４側の端部の厚さに相当する。また、部分３１ｂの頂面Ｆ３の高さは、部分３１ａと同様に活性層２２の頂面Ｆ１の高さと同一になっている。このため、光変調部４内に位置する上部クラッド層２３の厚さは、レーザ部２及び接続部３内に位置する上部クラッド層２３の厚さと同一である。

【0036】

コンタクト層４１は、電極４２とオーミック接続する化合物半導体層であり、例えばｐ型のＩｎＧａＡｓＰ層である。コンタクト層４１は、コンタクト層２４に対して離間している。コンタクト層２４，４１の間には絶縁膜が設けられてもよい。この場合、コンタクト層２４，４１を良好に絶縁できる。

【0037】

電極４２は、レーザを変調させるための信号が供給される導電層であり、コンタクト層４１上に設けられる。電極４２は、例えば配線部４２ａを介してパッド４３に接続されている。配線部４２ａは、電極４２の一部から方向Ｙに沿って延在する部分である。パッド４３は、例えば信号が供給されるワイヤがボンディングされる導電層である。

【0038】

方向Ｘにおける半導体レーザ素子１の両端面には、絶縁膜が形成されてもよい。具体的には、半導体レーザ素子１におけるレーザ部２側の端面には反射防止膜が形成され、半導体レーザ素子１における光変調部４側の端面には高反射膜が形成されてもよい。このような半導体レーザ素子１においては、電極２５に直流電流が供給されることによって活性層２２にてレーザ発振が生じる。活性層２２にて発振及び増幅されたレーザ光は、光変調部４における光導波路層３１にて変調される。変調されたレーザ光は、光変調部４から外部へと出力される。

【0039】

次に、図２～図５を用いながら本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明する。図２（ａ）～（ｃ）、図３（ａ）～（ｃ）、図４（ａ）～（ｃ）、及び図５（ａ），（ｂ）は、本実施形態に係る半導体レーザ素子１の製造方法を説明するための図である。図２（ｃ）、図３（ａ）～（ｃ）、図４（ａ）～（ｃ）、及び図５（ａ），（ｂ）には、説明のため、最終的にレーザ部２になる領域と、最終的に接続部３になる領域と、最終的に光変調部４になる領域とがそれぞれ示されている。

【0040】

まず、図２（ａ）に示されるように、半導体基板１１の主面１１ａ上に第１半導体層５１を形成する（第１ステップ）。第１ステップでは、例えば有機金属気相成長法によって、主面１１ａ上に第１半導体層５１をエピタキシャル成長する。第１半導体層５１は、例えばｎ型のＩｎＰ層である。第１半導体層５１の厚さは、例えば５００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。

【0041】

次に、図２（ｂ）に示されるように、第１半導体層５１上に回折格子層５２を形成する（第２ステップ）。第２ステップでは、例えば有機金属気相成長法によって、第１半導体層５１上に回折格子層５２をエピタキシャル成長する。回折格子層５２は、例えばＩｎＧａＡｓＰ層である。回折格子層５２の厚さは、例えば５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。

【0042】

次に、図２（ｃ）に示されるように、回折格子層５２の一部を除去する（第３ステップ）。第３ステップでは、回折格子層５２にて接続部３内及び光変調部４内に位置する部分を除去して第１半導体層５１を露出する。具体的には、まず、回折格子層５２にてレーザ部２内に位置する部分上にマスク５３を形成する。次に、マスク５３を用いて回折格子層５２の一部を除去する。これにより、接続部３内及び光変調部４内に位置する第１半導体層５１の第１部分５１ａは、回折格子層５２から露出する。回折格子層５２の一部は、回折格子層５２にてマスク５３から露出する部分に相当し、例えばドライエッチングによって除去される。回折格子層５２の一部を覆うマスク５３は、例えば膜形状を呈するフォトレジストである。

【0043】

次に、図３（ａ）に示されるように、第１半導体層５１の第１部分５１ａ上にマスクパターン５４を形成すると共に、残存する回折格子層５２上にマスクパターン５５を形成する（第４ステップ）。第４ステップでは、フォトリソグラフィ等によって、マスクパターン５４とマスクパターン５５とを形成する。マスクパターン５４とマスクパターン５５とのそれぞれは、例えばパターニングされたフォトレジストである。本実施形態では、少なくとも接続部３における第１半導体層５１上にマスクパターン５４を形成する。なお、マスクパターン５４、５５は同時に形成される。このため、マスクパターン５４，５５は、例えば同一の第１マスクパターンとも解釈され得る。

【0044】

マスクパターン５４は、第１半導体層５１の第１部分５１ａを覆うカバーパターン５４ａと、複数の開口パターン５４ｂとを有する。複数の開口パターン５４ｂは、方向Ｘに沿って周期的に設けられる。このため第１部分５１ａ上には、方向Ｘにおいてカバーパターン５４ａと開口パターン５４ｂとが交互に位置する。複数の開口パターン５４ｂのうち、少なくとの一部の方向Ｘに沿った長さは、他と異なる。具体的には、接続部３内に位置する開口パターン５４ｂの方向Ｘに沿った長さは、レーザ部２側よりも光変調部４側の方が長い。本実施形態では、接続部３内に位置する開口パターン５４ｂの方向Ｘに沿った長さは、方向Ｘにおいて光変調部４側ほど長く、例えば４０ｎｍ以上１１０ｎｍ以下である。一方、光変調部４内に位置する各開口パターン５４ｂの方向Ｘに沿った長さは、同一であり、例えば９０ｎｍ以上１１０ｎｍ以下である。また、マスクパターン５４にて光変調部４内に位置する部分において、隣り合う開口パターン５４ｂに挟まれるカバーパターン５４ａの方向Ｘに沿った長さと、開口パターン５４ｂの方向Ｘに沿った長さとは、互いに同一である。

【0045】

マスクパターン５５は、回折格子層５２を覆うカバーパターン５５ａと、複数の開口パターン５５ｂとを有する。複数の開口パターン５５ｂは、方向Ｘに沿って周期的に設けられる。このため回折格子層５２上には、方向Ｘにおいてカバーパターン５５ａと開口パターン５５ｂとが交互に位置する。各開口パターン５５ｂの方向Ｘに沿った長さは、同一であり、例えば９９ｎｍ以上１０１ｎｍ以下である。また、隣り合う開口パターン５５ｂに挟まれるカバーパターン５５ａの方向Ｘに沿った長さと、開口パターン５５ｂの方向Ｘに沿った長さとは、互いに同一である。

【0046】

次に、図３（ｂ）に示されるように、マスクパターン５４を用いて方向Ｘに沿った凹凸パターン６１を第１部分５１ａに形成すると共に、マスクパターン５５を用いて回折格子２６を形成する（第５ステップ）。第５ステップでは、第１部分５１ａにてマスクパターン５４から露出する箇所と、回折格子層５２にてマスクパターン５５から露出する箇所とをエッチングする。これにより、方向Ｘに沿った周期的構造を備える凹凸パターン６１及び回折格子２６を形成する。本実施形態では、凹凸パターン６１は、少なくとも接続部３における第１半導体層５１に形成される。

【0047】

凹凸パターン６１は、第１部分５１ａの表面において方向Ｘに沿って交互に形成される凹部と凸部との集合体である。以下では、凹凸パターン６１において接続部３内に位置する凹部を凹部６２とし、接続部３内に位置する凸部を凸部６３とし、隣り合う凹部６２と凸部６３との一組を凹凸６４とする。また、光変調部４内に位置する凹部を凹部６５とし、光変調部４内に位置する凸部を凸部６６とし、隣り合う凹部６５と凸部６６との一組を凹凸６７とする。方向Ｘに沿った凹部６２，６５及び凸部６３，６６のそれぞれの長さは、例えば４０ｎｍ以上１６０ｎｍ以下である。凹部６２，６５のそれぞれの深さ（もしくは、凸部６３，６６のそれぞれの突出量）は、互いに同一であり、例えば２５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。

【0048】

以下では、隣り合う凹部と凸部との一組を凹凸とし、凹部の方向Ｘに沿った長さａと凸部の方向Ｘに沿った長さｂとの合計に対する凸部の長さｂの割合（ｂ／（ａ＋ｂ））を、凹凸のデューティ比と定義する。このため、凹部の方向Ｘに沿った長さが長いほど、凹凸のデューティ比は小さくなる。上述したように、マスクパターン５４にて接続部３内に位置する開口パターン５４ｂの方向Ｘに沿った長さは、レーザ部２側よりも光変調部４側の方が長い。このため、凹凸パターン６１において接続部３内に位置する凹凸６４のデューティ比は、光変調部４側よりもレーザ部２側の方が大きい。同様に、接続部３内に位置すると共に隣り合うカバーパターン５４ａと開口パターン５４ｂとの方向Ｘに沿った合計長さに対するカバーパターン５４ａの方向Ｘに沿った長さの割合は、光変調部４側よりもレーザ部２側の方が大きい。本実施形態では、凹凸６４のデューティ比は、方向Ｘに沿って連続的に変化する。凹凸６４のデューティ比は、０．５以上１以下である。

【0049】

また上述したように、マスクパターン５４にて光変調部４内に位置する部分において、隣り合う開口パターン５４ｂに挟まれるカバーパターン５４ａの方向Ｘに沿った長さと、開口パターン５４ｂの方向Ｘに沿った長さとは、同一である。このため、凹凸パターン６１において光変調部４内に位置する凹凸６７のデューティ比は、一定であり、０．５である。すなわち、凹凸６７のデューティ比は、凹凸６４のデューティ比の最小値以下である。なお、凹凸６４のデューティ比が１である場合、当該凹凸６４には凹部６２が存在しない。このため、本実施形態における凹凸パターン６１の一部には、凹凸が形成されなくてもよい。

【0050】

第５ステップでは、第１半導体層５１においてレーザ部２内に位置する部分の一部もエッチングされる。これにより、レーザ部２内においては、回折格子２６を構成するＩｎＧａＡｓＰ層が除去された凹部７１と、当該ＩｎＧａＡｓＰ層を含む凸部７２とが設けられる。上述したように、マスクパターン５５にて隣り合う開口パターン５５ｂに挟まれるカバーパターン５５ａの方向Ｘに沿った長さと、開口パターン５５ｂの方向Ｘに沿った長さとは、同一である。このため、凹部７１の方向Ｘに沿った長さと、凸部７２の方向Ｘに沿った長さともまた同一になる。したがって、隣り合う凹部７１と凸部７２とによって構成される凹凸７３のデューティ比は、０．５である。凹凸７３の方向Ｘに沿った長さは、例えば１９８ｎｍ以上２０２ｎｍ以下である。

【0051】

次に、図３（ｃ）に示されるように、第１部分５１ａが形成された第１半導体層５１上に第２半導体層５６を形成する（第６ステップ）。第６ステップでは、まず、マスクパターン５５及びマスクパターン５４を除去する。続いて、例えば有機金属気相成長法によって、例えばｎ型のＩｎＰ層である第２半導体層５６を、回折格子２６上及び第１部分５１ａ上にエピタキシャル成長する。第２半導体層５６の厚さは、例えば１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。第６ステップ後、第１半導体層５１と第２半導体層５６とが一体化することによって、回折格子２６が埋め込まれた下部クラッド層２１が形成される。また、凹凸パターン６１が第２半導体層５６によって埋められて消失する。

【0052】

図６は、第６ステップ後の接続部３及び光変調部４の要部拡大断面図である。図６においては、説明のため凹凸パターン６１、凹部６２，６５、凸部６３，６６及び凹凸６４，６７を実線にて示している。図６に示されるように、接続部３内に成長する第２半導体層５６の厚さは、方向Ｘにおいて光変調部４側に近づくほど薄くなる。また、光変調部４内に成長する第２半導体層５６の厚さは、一定であり、且つ、接続部３内に位置する第２半導体層５６の厚さの最小値以下である。接続部３内に位置する各凹凸６４上に設けられる第２半導体層５６の体積は、全て同一であってもよい。例えば、接続部３内において異なる凹凸６４上に設けられる第２半導体層５６の体積Ｖ１，Ｖ２は、互いに同一であってもよい。また、当該体積Ｖ１と、光変調部４内に位置する凹凸６７上に設けられる第２半導体層５６の体積Ｖ３とは、同一であってもよい。

【0053】

次に、図４（ａ）に示されるように、第２半導体層５６上に活性層２２を形成する（第７ステップ）。第７ステップでは、例えば有機金属気相成長法によって、量子井戸構造を有する活性層２２をエピタキシャル成長する。第７ステップの時点では、活性層２２は、レーザ部２内だけではなく、接続部３内及び光変調部４内にも設けられる。

【0054】

次に、図４（ｂ）に示されるように、活性層２２にて接続部３内及び光変調部４内に位置する部分を除去する（第８ステップ）。第８ステップでは、まず、活性層２２上にマスクパターン５８（第２マスクパターン）を形成する。続いて、マスクパターン５８を用いることによって、活性層２２にて接続部３内及び光変調部４内に位置する部分を除去する。これにより、レーザ部２内には活性層２２が残存する。また、接続部３内及び光変調部４内には、下部クラッド層２１に含まれる第２半導体層５６の第２部分５６ａが露出する。

【0055】

ここで図７を参照しながらマスクパターン５８の形状について詳細に説明する。図７は、マスクパターン５８の形状を示す概略平面図である。図７に示されるように、マスクパターン５８は、レーザ部２内に位置する活性層２２上に設けられるマスク部８１と、接続部３内及び光変調部４内に位置する活性層２２上に設けられるマスク部８２とを有する。マスク部８１は、活性層２２の全体を覆っている。マスク部８１の方向Ｙに沿った長さＬ１は、例えば１００μｍ以上１５０μｍ以下である。

【0056】

マスク部８２は、接続部３内及び光変調部４内に位置する活性層２２の一部を覆っており、方向Ｙに沿って順に配列される開口８３～８５を有する。開口８４とは別の一対の開口である開口８３，８５は、開口８４内に形成される光導波路層３１の成長レートを調整するために設けられ、第２半導体層５６に重なる。開口８３は方向Ｙにおける一端側に位置し、開口８５は方向Ｙにおける他端側に位置している。一方、開口８４は、光導波路層３１が形成される部分であり、第２半導体層５６の一部に重なる。開口８４は、方向Ｙにおける開口８３，８５の間に位置している。開口８４において接続部３内に位置する領域８４ａは、平面視にて台形状を呈している。領域８４ａの方向Ｙに沿った幅（パターン幅）は、方向Ｘにおいて光変調部４に近づくほど狭まっている。領域８４ａの方向Ｙに沿った最大幅Ｗ１は、例えば５０μｍ以上７０μｍ以下である。また、領域８４ａの方向Ｘに沿った長さＬ２は、例えば４０μｍ以上８０μｍ以下である。一方、開口８４において光変調部４内に位置する領域８４ｂは、平面視にて矩形状を呈している。領域８４ｂの方向Ｙに沿った幅Ｗ２は、例えば１５μｍ以上２５μｍ以下である。領域８４ｂの幅Ｗ２は、領域８４ａにおける光変調部４側の端部の幅と同一である。マスク部８２において開口８４を挟む各部分の方向Ｙに沿った最大幅Ｗ３は、例えば２０μｍ以上３０μｍ以下である。なお、図４（ｂ）は、図７において開口８４を通る方向Ｘに沿った直線に沿った断面図に相当する。

【0057】

次に、図４（ｃ）に示されるように、第２半導体層５６において活性層２２から露出する第２部分５６ａ上に光導波路層３１を形成する（第９ステップ）。第９ステップでは、マスクパターン５８を用い、例えば有機金属気相成長法によって、開口８４内に光導波路層３１をエピタキシャル成長する。続いて光導波路層３１の形成後、マスクパターン５８を除去する。上述したように、マスクパターン５８に形成される開口８４の領域８４ａの方向Ｙに沿った幅は、方向Ｘにおいて光変調部４に近づくほど狭まっている。このため、接続部３内に位置する光導波路層３１の成長レートは、レーザ部２に近いほど小さい。これにより、活性層２２の頂面Ｆ１と、接続部３内に位置する光導波路層３１の頂面Ｆ２とが揃えられる。

【0058】

次に、図５（ａ）に示されるように、活性層２２上及び光導波路層３１上に上部クラッド層２３を形成する（第１０ステップ）。第１０ステップでは、例えば有機金属気相成長法によって、活性層２２上及び光導波路層３１上に上部クラッド層２３をエピタキシャル成長する。

【0059】

次に、図５（ｂ）に示されるように、上部クラッド層２３上に、コンタクト層２４，４１と、電極２５，４２とを形成する（第１１ステップ）。第１１ステップでは、電極２５，４２の形成時にパッド４３（図１（ａ）を参照）を形成してもよい。以上の工程を経て、本実施形態に係る半導体レーザ素子１が製造される。

【0060】

以上に説明した本実施形態に係る半導体レーザ素子１の製造方法では、マスクパターン５４を用いて方向Ｘに沿った凹凸パターン６１を第１半導体層５１の第１部分５１ａに形成する。第１部分５１ａに形成される凹凸パターン６１において、凹凸６４のデューティ比は、光変調部４側よりもレーザ部２側の方が大きく、凹凸６７のデューティ比は、一定であって、凹凸６４のデューティ比の最小値以下である。ここで、第１部分５１ａ上における第２半導体層５６の成長においては、凹凸のデューティ比が小さい領域ほど凹部の容積が大きいので、第２半導体層５６の厚さが薄くなる。このため、接続部３内に位置する第２半導体層５６の厚さは、方向Ｘにおいてレーザ部２側よりも光変調部４側の方が薄くなる。加えて、光変調部４内に位置する第２半導体層５６の厚さは、接続部３内に位置する第２半導体層５６の厚さ以下になる。これにより、活性層２２よりも厚い光導波路層３１を形成する場合であっても、活性層２２と光導波路層３１との端面接続部に大きな段差が形成されることを抑制できる。したがって本実施形態に係る半導体レーザ素子１の製造方法によれば、レーザ部２と光変調部４との結合効率の低下を抑制しつつ、光変調部４の光導波路層３１の厚さをレーザ部２の活性層２２よりも大きく設定可能な半導体レーザ素子１を製造できる。

【0061】

加えて、上記実施形態に係る半導体レーザ素子１においては、接続部３内に位置する第２半導体層５６の厚さは、方向Ｘにおいてレーザ部２側よりも光変調部４側の方が薄くなる。さらには、光変調部４内に位置する第２半導体層５６の厚さは、接続部３内に位置する第２半導体層５６の厚さ以下になる。これにより、半導体レーザ素子１は、活性層２２と光導波路層３１との端面接続部における大きな段差の形成を抑制しつつ、活性層２２よりも厚い光導波路層３１を備えることができる。したがって、半導体レーザ素子１は、上述した作用効果を奏することができる。

【0062】

なお、活性層２２と光導波路層３１との端面接続部における大きな段差は、例えば、活性層２２における光導波路層３１側の端面の厚さと、光導波路層３１における活性層２２側の端面の厚さとの差が４０ｎｍ以上であることによって形成される。

【0063】

本実施形態に係る半導体レーザ素子１の製造方法は、第１半導体層５１上に回折格子層５２を形成する工程と、回折格子層５２にて接続部３内及び光変調部４内に位置する部分を除去することによって、第１半導体層５１の第１部分５１ａを露出する工程と、を備え、上記第４ステップにおいて、回折格子層５２上にマスクパターン５５を形成し、上記第５ステップにおいて、マスクパターン５５を用いて回折格子２６を形成する。この場合、第１部分５１ａに凹凸パターン６１を形成する際にレーザ部２内に回折格子２６を形成できる。このため、安定した単一モード発振を実現可能な半導体レーザ素子１を製造できる。

【0064】

本実施形態では、接続部３内に位置する凹凸６４のデューティ比は、方向Ｘに沿って連続的に変化する。このため、接続部３内に位置する第２半導体層５６の厚さは、方向Ｘに沿ってレーザ部２側から光変調部４側に向かって連続的に薄くなる。このため、接続部３内に位置する光導波路層３１の厚さを、方向Ｘに沿ってレーザ部２側から光変調部４側に向かって連続的に厚くできる。したがって、接続部３内に位置する光導波路層３１に段差が設けられないので、レーザ部２と光変調部４との結合効率の低下を好適に抑制できる。

【0065】

本実施形態では、上記第９ステップにおいては、第２半導体層５６の第２部分５６ａに重なる開口８４を有するマスクパターン５８を用いて、開口８４内に光導波路層３１を形成し、開口８４において接続部３内に位置する領域８４ａのパターン幅は、方向Ｘにおいて光変調部４に近づくほど狭まっている。この場合、開口幅が広いレーザ部２周辺における光導波路層３１の成長レートが小さくなる。このため、活性層２２と光導波路層３１との端面接続部に大きな段差が形成されることを良好に抑制できるので、レーザ部２と光変調部４との結合効率の低下を好適に抑制できる。

【0066】

本実施形態では、マスクパターン５８は、開口８４とは別の開口８３，８５を有し、開口８３，８５は、第２半導体層５６の第２部分５６ａに重なっており、開口８４は、平面視にて方向Ｘと交差する方向において開口８３，８５の間に位置している。この場合、第２部分５６ａ上には、開口８４内だけでなく、開口８３，８５内にも光導波路層３１を構成する半導体層が成長する。このため、開口８４内における光導波路層３１の成長レートが小さくなる。このため、光導波路層３１の膜質を向上できると共に、光導波路層３１の厚さを制御できる。したがって、急激な屈折率の変化を発生させずに活性層２２と光導波路層３１とをつなぐことができる。

【0067】

本実施形態では、活性層２２の頂面Ｆ１の高さと、光導波路層３１の頂面Ｆ２，Ｆ３の高さとは、互いに同一である。この場合、互いの頂面側における活性層２２と光導波路層３１との段差が設けられないので、レーザ部２と光変調部４との結合効率の低下を好適に抑制できる。

【0068】

次に、図８を参照しながら上記実施形態の変形例について説明する。図８は、変形例に係る凹凸パターンを説明するための概略断面図である。図８においては、説明のため凹凸パターン６１、凹部６２，６５，７１、凸部６３、６６，７２及び凹凸６４，７３を実線にて示している。図８に示されるように、変形例における接続部３Ａ内に位置する第２半導体層５６の厚さは、方向Ｘに沿って段階的に変化している。したがって接続部３Ａ内においては、光導波路層３１の厚さも方向Ｘに沿って段階的に変化している。接続部３Ａには、方向Ｘに沿ってレーザ部２側から順に並ぶ遷移領域Ｒ１～Ｒ３が画成される。遷移領域Ｒ１～Ｒ３の方向Ｘに沿った長さのそれぞれは、例えば１０μｍ以上２０μｍ以下である。

【0069】

遷移領域Ｒ１に含まれる全ての凹凸のデューティ比は１であり、遷移領域Ｒ１には凹部が形成されていない。このため、遷移領域Ｒ１内に位置する第２半導体層５６の厚さは一定である。また、遷移領域Ｒ２に含まれる全ての凹凸のデューティ比は例えば０．８である。このため、遷移領域Ｒ２内に位置する第２半導体層５６の厚さは一定であり、且つ、遷移領域Ｒ１内に位置する第２半導体層５６の厚さよりも薄い。加えて、遷移領域Ｒ３に含まれる全ての凹凸のデューティ比は例えば０．６５である。このため、遷移領域Ｒ３内に位置する第２半導体層５６の厚さは一定であり、且つ、遷移領域Ｒ２内に位置する第２半導体層５６の厚さよりも薄い。なお、遷移領域Ｒ３内に位置する第２半導体層５６の厚さは、光変調部４内に位置する第２半導体層５６の厚さよりも厚い。

【0070】

変形例においては、回折格子２６上に位置する第２半導体層５６の厚さＴ１は例えば１３０ｎｍであり、レーザ部２内に位置する活性層２２の厚さＴ２は例えば２００ｎｍである。また、レーザ部２の凹部７１及び凸部７２の方向Ｘに沿った長さＬ１１，Ｌ１２のそれぞれは、例えば５０ｎｍである。遷移領域Ｒ１内に位置する第２半導体層５６の厚さＴ３は例えば１８０ｎｍであり、遷移領域Ｒ１内に位置する光導波路層３１の厚さＴ４は例えば２２０ｎｍである。遷移領域Ｒ２内において、第２半導体層５６の厚さＴ５は例えば１６０ｎｍであり、光導波路層３１の厚さＴ６は例えば２４０ｎｍであり、凹部６２の方向Ｘに沿った長さＬ１３は例えば４０ｎｍであり、凸部６３の方向Ｘに沿った長さＬ１４は例えば１６０ｎｍである。遷移領域Ｒ３内において、第２半導体層５６の厚さＴ７は例えば１４０ｎｍであり、光導波路層３１の厚さＴ８は例えば２６０ｎｍであり、凹部６２の方向Ｘに沿った長さＬ１５は例えば７０ｎｍであり、凸部６３の方向Ｘに沿った長さＬ１６は例えば１３０ｎｍである。光変調部４の凹部６５及び凸部６６の方向Ｘに沿った長さＬ１７，Ｌ１８のそれぞれは、例えば１００ｎｍである。また、凸部６６上に位置する第２半導体層５６の厚さＴ９は例えば１３０ｎｍであり、光変調部４内に位置する光導波路層３１の厚さＴ１０は例えば２８０ｎｍである。

【0071】

このような変形例においても、上記実施形態と同様の作用効果が奏される。加えて、接続部３Ａ内に位置する凹凸６４を容易に形成できるので、半導体レーザ素子１の歩留まりを向上できる。

【0072】

なお変形例においては、接続部３Ａ内において異なる凹凸６４上に設けられる第２半導体層５６の体積Ｖ１１～Ｖ１３は、互いに同一である。また、体積Ｖ１１～Ｖ１３は、光変調部４内に位置する凹凸６７上に設けられる第２半導体層５６の体積Ｖ２１とも同一である。加えて、体積Ｖ１１～Ｖ１３は、レーザ部２内に位置する凹凸７３上に位置する第２半導体層５６の体積Ｖ３１とも同一である。

【0073】

本発明による半導体レーザ素子及びその製造方法は、上述した実施形態及び変形例に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記第１～第１１ステップのうち、いずれかが省略されてもよい。例えば、半導体レーザ素子に回折格子が含まれない場合、上記第２及び第３ステップが省略されてもよい。加えて、第４ステップの一部も省略されてもよい。

【0074】

上記実施形態において、第１半導体層の第１部分に形成された凹凸パターンの境界は消失しているが、これに限られない。例えば、上記凹凸パターンの境界は、断面ＳＥＭ画像等によって検出可能である。また、下部クラッド層では、第１半導体層と第２半導体層との境界が検出可能である。この場合、当該凹凸パターンのデューティ比は、第２半導体層に覆われる前と同一である。例えば、接続部内に位置する凹凸のデューティ比は、光変調部側よりもレーザ部側の方が大きく、光変調部内に位置する凹凸のデューティ比は、一定であって、接続部内に位置する凹凸のデューティ比の最小値以下である。

【0075】

上記第１変形例において、第２半導体層上に形成されるマスクパターンの開口は、平面視にて台形状を呈さなくてもよい。例えば、当該開口の方向Ｙに沿った幅は、方向Ｘに沿って段階的に変化してもよい。この場合、開口の方向Ｙに沿った幅は、方向Ｘに沿って光変調部に近づくほど狭くなる。また、上記第１変形例では、光導波路層を形成するための開口のみが設けられてもよい。

【符号の説明】

【0076】

１…半導体レーザ素子、２…レーザ部、３，３Ａ…接続部、４…光変調部、１１…半導体基板、２１…下部クラッド層、２２…活性層、２３…上部クラッド層、２４，４１…コンタクト層、２５，４２…電極、２６…回折格子、３１…光導波路層、５１…第１半導体層、５１ａ…第１部分、５２…回折格子層、５３…マスク、５４，５５…マスクパターン（第１マスクパターン）、５４ａ…カバーパターン、５４ｂ…開口パターン、５６…第２半導体層、５６ａ…第２部分、５８…マスクパターン（第２マスクパターン）、６１…凹凸パターン、６２，６５，７１…凹部、６３，６６，７２…凸部、６４，６７，７３…凹凸、８３～８５…開口、８４ａ，８４ｂ…領域，Ｆ１～Ｆ３…頂面、Ｒ１～Ｒ３…遷移領域。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】