CN105830292A - 半导体激光器阵列、半导体激光器元件、半导体激光器模块、以及波长可变激光器组件 - Google Patents

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Abstract

半导体激光器阵列具备在互不相同的振荡波长下进行单一模式振荡的多个半导体激光器，各所述半导体激光器具备：包含具有交替层叠的多个阱层和势垒层的多量子阱结构的活性层；和从厚度方向夹着该活性层而形成、带隙能大于该活性层的所述势垒层的带隙能的n侧分离限制异质结构层以及p侧分离限制异质结构层，在所述活性层掺杂n型杂质。由此提供能在宽带中输出高强度的激光的半导体激光器阵列。

Description

半导体激光器阵列、半导体激光器元件、半导体激光器模块、以及波长可变激光器组件
技术领域
本发明涉及半导体激光器阵列、半导体激光器元件、半导体激光器模块、以及波长可变激光器组件。
背景技术
作为DWDM(DenseWavelengthDivisionMultiplexing，密集光波复用)光通信用的波长可变光源，公开了将激光器振荡波长互不相同的多个半导体激光器集成的半导体激光器阵列(例如参考专利文献1)。这种半导体激光器阵列切换动作的半导体激光器，来使输出的激光的波长变化，而用在作为波长可变激光器发挥功能的半导体激光器元件中。
该半导体激光器元件具有将半导体激光器阵列、光波导路阵列、光合路器、半导体光放大器(SemiconductorOpticalAmplifier：SOA)依次连接的构成。在该半导体激光器元件中，在来自动作的半导体激光器的激光通过光合路器后，由SOA进行光放大，并从元件的输出端输出。
并且，这样的半导体激光器元件例如装入带尾纤的半导体激光器模块而使用。
进而，这样的半导体激光器模块，用作与外部调制器组合的波长可变激光器组件，例如用作DWDM光通信网络系统中的用于长距离光传输的信号光源。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2004-349692号公报
发明内容
发明要解决的课题
在此，作为传输速度为40、100、400Gbps的数字相干传输用途的信号光源或本地振荡光源，需要能在宽带输出高强度的激光的波长可变激光器。
例如，作为一般的示例，作为DP-QPSK(DualPolarizationQuadraturePhaseShiftKeying，双偏振正交相移键控)方式的100Gbps传输中所用的光源，要求来自半导体激光器模块的尾纤的输出光强度为40mW以上、谱线宽度为500kHz以下。另外，作为其他示例，在DP-16QAM(QuadratureAmplitudeModulation，正交振幅调制)方式的400Gbps传输中，要求来自半导体激光器模块的尾纤的输出光强度为40mW以上、谱线宽度为100kHz以下。
本发明鉴于上述状况而提出，目的在于，提供能在宽带输出高强度的激光的半导体激光器阵列、半导体激光器元件、半导体激光器模块、以及波长可变激光器组件。
用于解决课题的手段
为了解决上述的课题，达成目的，本发明的1个方式所涉及的半导体激光器阵列具备在互不相同的振荡波长下进行单一模式振荡的多个半导体激光器，各所述半导体激光器具备：包含具有交替层叠的多个阱层和势垒层的多量子阱结构的活性层；和从厚度方向夹着该活性层而形成、带隙能大于该活性层的所述势垒层的带隙能的n侧分离限制异质结构层以及p侧分离限制异质结构层，在所述活性层掺杂n型杂质。
另外，本发明的1个方式所涉及的半导体激光器阵列的特征在于，所述n型杂质的掺杂浓度为1×1017以上3×1018以下cm-3。
另外，本发明的1个方式所涉及的半导体激光器阵列的特征在于，所述n型杂质包含S、Se、以及Si当中的至少一者。
另外，本发明的1个方式所涉及的半导体激光器阵列的特征在于，所述p侧分离限制异质结构层厚于所述n侧分离限制异质结构层，所述p侧分离限制异质结构层的带隙能构成为随着远离所述活性层而变大。
另外，本发明的1个方式所涉及的半导体激光器阵列的特征在于，所述p侧分离限制异质结构层的带隙能随着远离所述活性层而直线地变大。
另外，本发明的1个方式所涉及的半导体激光器阵列的特征在于，各所述半导体激光器的谐振器长度为1200μm以上。
另外，本发明的1个方式所涉及的半导体激光器阵列的特征在于，各所述半导体激光器具备具有与各所述振荡波长对应的周期的衍射光栅。
另外，本发明的1个方式所涉及的半导体激光器阵列的特征在于，各所述半导体激光器的所述衍射光栅的耦合系数与各所述半导体激光器的谐振器长度之积为1.3以上1.7以下。
另外，本发明的1个方式所涉及的半导体激光器元件的特征在于，具备：半导体激光器阵列；能使从多个所述半导体激光器输出的激光合路的光合路器；和将来自所述光合路器的输出光放大的半导体光放大器，通过多个所述半导体激光器当中动作的所述半导体激光器的切换以及所述半导体激光器的温度变化来使从所述半导体激光器输出的激光的波长变化。
另外，本发明的1个方式所涉及的半导体激光器模块特征在于，具备：半导体激光器元件；将该半导体激光器元件所输出的激光向外部出射的光纤；和使所述半导体激光器元件所输出的激光耦合在所述光纤的光学构件。
另外，本发明的1个方式所涉及的波长可变激光器组件特征在于，安装在驱动控制半导体激光器模块的电子基板上。
发明的效果
根据本发明，能实现能在宽带中输出高强度的激光的半导体激光器阵列、半导体激光器元件、半导体激光器模块、以及波长可变激光器组件。
附图说明
图1是本发明的实施方式1所涉及的半导体激光器阵列以及半导体激光器元件的示意俯视图。
图2是表示本发明的实施方式1所涉及的半导体激光器阵列的截面的一部分的图。
图3是表示图1所示的半导体激光器阵列的活性层周边的能带图的图。
图4是图1所示的半导体激光器元件的光合路器的截面图。
图5是本发明的实施方式2所涉及的半导体激光器模块以及波长可变激光器组件的示意俯视图。
图6是表示比较例、实施例1-1、实施例1-2的半导体激光器元件中的PL发光光谱的图。
图7是表示比较例、实施例1-1、实施例1-2的半导体激光器元件中的波长与光增益的关系的图。
图8是表示使比较例和实施例1-1的半导体激光器元件的输出激光经由透镜系统耦合在光纤的半导体激光器模块的光输出特性的图。
图9是表示比较例、实施例1-1中的半导体激光器阵列元件的光输出与半导体激光器元件的光输出的关系的图。
图10是表示在同一光输出下驱动比较例、实施例1-1、实施例1-2、实施例2的半导体激光器元件时的激光器振荡谱的图。
具体实施方式
以下参考附图来说明本发明所涉及的半导体激光器阵列、半导体激光器元件、半导体激光器模块、以及波长可变激光器组件的实施方式。另外，并不由本实施方式限定本发明。另外，在附图的记载中，对同一或对应的要素适宜标注同一标号。进而需要留意的是，附图是示意，各层的厚度与宽度的关系、各层的比率等有和现实不同的情况。在附图的相互间，也存在包含相互的尺寸的关系、比率不同的部分的情况。
(实施方式1)
首先说明本实施方式1所涉及的半导体激光器阵列以及半导体激光器元件。图1是本发明的实施方式1所涉及的半导体激光器阵列以及半导体激光器元件的示意俯视图。如图1所示那样，半导体激光器阵列1是具有作为多个半导体激光器的DFB(分布反馈型：DistributedFeedback)激光器11-1～11-N(N为2以上的整数)的半导体激光器阵列。半导体激光器元件100具备：半导体激光器阵列1；被输入来自半导体激光器阵列1的各DFB激光器的输出光的光波导路阵列2；使从光波导路阵列2输入的光合路并输出的光合路器3；和作为将来自光合路器3的输出光放大的半导体光放大器的SOA4。另外，半导体激光器元件100将它们集成在1个半导体基板上，被埋入部5埋入而成为台面结构。
首先详细说明半导体激光器阵列1的构成。DFB激光器11-1～11-N各自是例如具有宽度1.5μm～3μm的条带状的埋入结构的端面发光型激光器，在宽度方向上例如以25μm间距形成。另外，如图1所示那样，若将DFB激光器11-1～11-N的长度设为谐振器长度Ldfb，则谐振器长度Ldfb例如为1200μm以上1500μm以下。进而，在DFB激光器11-1～11-N间的埋入部5设置沟道16-1～16-M(M＝N-1)。
DFB激光器11-1～11-N具备具有与各DFB激光器的振荡波长对应的周期的衍射光栅。并且构成为，通过使在各DFB激光器所具备的衍射光栅的周期相互不同，输出光成为单一模式振荡的激光，其激光器振荡波长在约1530nm～1570nm的范围内向相异。另外，DFB激光器11-1～11-N的各振荡波长能通过使半导体激光器阵列1的设定温度变化来进行微调整。即，半导体激光器阵列1通过驱动的DFB激光器的切换和温度控制而能实现大的波长可变范围。
另外，基于温度调整的DFB激光器11-1～11-N的各自的激光器振荡波长的微调整的范围优选设为3nm程度以下。因此，为了覆盖约1530nm～1570nm的波长范围，DFB激光器11-1～11-N的个数优选为12以上，例如16。其中，N的值并没有特别限定。另外，DFB激光器11-1～11-N的振荡波长的范围例如设为约1570nm～1610nm，并没有特别限定。
图2是表示本发明的实施方式1所涉及的半导体激光器阵列的截面的一部分的图。即，图2是表示图1中的A-A线截面的一部分的图。如图2所示那样，例如DFB激光器11-2具备在n型InP基板21上依次层叠的、兼作下部包覆的n型InP缓冲层22、由InGaAsP构成的n侧SCH(SeparateConfinementHeterostructure，分离限制异质结构)层23、MQW(多量子阱结构：Multi-QuantumWell)结构的活性层24、由InGaAsP构成的p侧S0ACH层25、InP间隔层26、由InGaAsP或AlGaInAs构成的光栅层27、以及p型InP层28。在光栅层27形成衍射光栅。
从p型InP层28到达n型InP缓冲层22的一部分的层具有条带状的台面结构。该台面结构被p型InP埋入层32和n型InP电流阻挡层33埋入。另外，在p型InP层28和n型InP电流阻挡层33之上依次层叠p型InP包覆层34、InGaAs接触层35。另外，各半导体层的外侧表面被SiN保护膜38保护。进而，SiN保护膜38在InGaAs接触层35上其一部分开口。在该开口部形成p侧电极39。另外，在n型InP基板21上的背面形成n侧电极40。
活性层24具有交替层叠的多个阱层和势垒层。阱层以及势垒层由InGaAsP系半导体材料或AlGaInAs系半导体材料构成。活性层24更适于与基板的晶格失配度为正的压缩应变量子阱结构。其中，势垒层也可以是导入了晶格失配度为负的拉伸应变量子阱的应变补偿结构。
对活性层24的组成进行设定，使得在DFB激光器11-1～11-N的振荡波长以及作为与SOA4的光放大对应的频带的、例如1530nm～1570nm的中央近旁、即1550nm近旁具有增益峰值的波长。该组成的设定下的半导体激光器以及SOA的增益峰值的波长通过元件的动作温度范围而得到最优化。
进而，在活性层24的阱层和势垒层均匀地掺杂n型杂质的S原子。作为n型杂质，除了S原子以外，还能使用Se、Si。添加杂质的目的在于，在激光器制作工序中的热过程，防止因热而让p型杂质扩散到活性层，使光的吸收损耗增加。n型杂质的掺杂浓度优选为1×1017以上3×1018以下cm-3。若掺杂浓度低于1×1017cm-3，则得不到上述的掺杂的效果，高光输出化变得不充分，另外若高于3×1018cm-3，则活性层24的结晶性劣化，非发光分量增加，妨碍到高光输出动作且难以确保可靠性。
另外，活性层24的宽度例如为1.4μm以上1.7μm以下。关于其他DFB激光器11-1、11-3～11-N，包括活性层24的组成和厚度在内，具有和DFB激光器11-2大致相同的结构。
n侧SCH层23以及p侧SCH层25，从厚度方向夹着活性层24而形成，具有GRIN(GradedIndex，渐变折射率)-SCH结构，使组成级性变化，从而使得带隙能大于活性层24的势垒层的带隙能。
图3是表示图1所示的半导体激光器阵列的活性层周边的能带图的图。如图3所示那样，在n侧SCH层23，由组成波长不同的InGaAsP块体形成3级的SCH结构。并且，n侧SCH层23形成随着虚线LN1、虚线LN3远离活性层24而带隙能的变化率变大的能带图。另外，为了改善空穴的注入效率，n侧SCH层23的带隙能也可以不是直线状配置，只要构成为随着虚线LN1向上凸、虚线LN3向下凸那样远离活性层24而带隙能变大即可。
与此相对，p侧SCH层25由比n侧SCH层23更厚、组成波长不同的InGaAsP块体形成7级的SCH结构。对p侧SCH层25的膜厚进行设定，使得各层的带隙配置成虚线LN2以及虚线LN4所示那样的直线状。
这是因为，由于虚拟地实现了线性SCH结构，使向活性层24的载流子、特别是电子的注入效率较高的缘故。另外，p侧SCH层25的带隙能也可以不是直线状配置，只要构成为随着虚线LN2向上凸、虚线LN4向下凸那样远离活性层24而带隙能变大即可。
这时，p侧SCH层25具有抑制电子的溢出、改善向活性层24的载流子注入效率的效果。
进而，若能进行严密的组成控制，能实现晶格匹配状态，则也可以使用构成SCH层的InGaAsP的III族原子和V族原子连续变化的线性SCH结构。
另外，n侧SCH层23为了改善载流子注入效率而优选为多级，可以使n侧SCH层23为和p侧SCH层25同样的结构。其中，n侧SCH层23为了抑制多级化所带来的结晶缺陷等的影响，优选例如为2～3级的SCH结构。另一方面，p侧SCH层25为了在维持结晶品质的同时、不进行复杂的组成控制而以简便的结构改善载流子注入效率，优选为多级，例如优选为6～7级的SCH结构。
如此，n侧SCH层23和p侧SCH层25的结构不同，n侧SCH层23和p侧SCH层25的带隙能夹着活性层24成为非对称，由此能设计具有所期望的特性的DFB激光器。
接下来详细说明半导体激光器元件100的构成。返回图1，光波导路阵列2具有分别被输入来自半导体激光器阵列1的DFB激光器11-1～11-N的输出光的N个光波导路12-1～12-N。光波导路12-1～12-N形成在半导体激光器阵列1与光合路器3之间，具有与后述的光合路器3同样的埋入台面结构，将半导体激光器阵列1的各DFB激光器和光合路器3的N个输入端口光学连接。
光合路器3是具有N个输入端口和1个输出端口的MMI(Multi-ModeInterferometer，多模干扰)型光耦合器。图4是图1所示的半导体激光器元件的光合路器的截面图。即，图4是表示图1中的B-B线截面的图。如图4所示那样，光合路器3具有与半导体激光器阵列1的各DFB激光器同样的埋入台面结构，但具有将从n侧SCH层23到p型InP层28的层叠结构置换成InGaAsP芯层30和i型InP层31的层叠结构的结构。另外，光合路器3的台面宽度形成得比半导体激光器阵列1的各DFB激光器的台面宽度更宽。另外，在光合路器3中，没有形成SiN保护膜38的开口部和p侧电极39。
另外，光合路器3并不限定于MMI型光耦合器，例如也可以是菲涅耳耦合器那样的其他N×1光耦合器。
SOA4与光合路器3的1个输出端口3a连接。SOA4具有与半导体激光器阵列1的各DFB激光器同样的埋入台面结构。其中，SOA4和DFB激光器不同，没有光栅层27，取而代之形成p型InP层。另外，虽然从制造工艺的效率化的观点出发，半导体激光器阵列1的各DFB激光器和SOA4的活性层结构运用同一结构，但也可以结构不同。在SOA4中，活性层的宽度例如也是1.4μm以上1.7μm以下，但只要是能将半导体激光器阵列1输出的激光在单一模式下波导的宽度，就没有特别限定。
接下来说明半导体激光器阵列1以及半导体激光器元件100的动作。首先，驱动从半导体激光器阵列1的DFB激光器11-1～11-N中选择的1个DFB激光器，使所期望的波长的单一模式激光输出。由于沟道16-1～16-M使DFB激光器11-1～11-N间电气分离，因此DFB激光器间的分离电阻变大，选择DFB激光器11-1～11-N中的1个进行驱动变得容易。
接下来，多个光波导路12-1～12-N当中、与驱动的DFB激光器光学连接的光波导路将来自该DFB激光器的激光在单一模式下进行波导。光合路器3使在光波导路波导的激光通过，并从输出端口3a输出。SOA4将从输出端口3a输入的激光放大，并从输出端4a输出到半导体激光器元件100的外部。在此，SOA4用于弥补来自半导体激光器阵列1的激光的光合路器3所引起的光的损耗，并从输出端4a得到所期望的强度的光输出。另外，在光合路器3具有N个输入端口和1个输出端口的情况下，来自半导体激光器阵列1的激光的强度因光合路器3而衰减为约1/N。
(实施方式2)
接下来说明本实施方式2所涉及的半导体激光器模块以及波长可变激光器组件。图5是本发明的实施方式2所涉及的半导体激光器模块以及波长可变激光器组件的示意俯视图。如图5所示那样，半导体激光器模块150是利用了实施方式1所涉及的半导体激光器元件100的半导体激光器模块，波长可变激光器组件200是利用该半导体激光器模块150的波长可变激光器组件。
半导体激光器模块150具备：收容在筐体101的帕耳帖元件102；载置在帕耳帖元件102上的帕耳帖元件103；在帕耳帖元件103上隔着子基座104而载置的半导体激光器元件100以及热敏电阻105；载置在帕耳帖元件103上的准直透镜106；载置在帕耳帖元件102上的分光器107、光电二极管108、标准具滤光器109、以及光电二极管110；收容在筐体101的突出部的光隔离器111、作为光学构件的聚光透镜112、以及光纤113。
波长可变激光器组件200具备安装在电子基板201上的半导体激光器模块150、和驱动控制半导体激光器模块150的控制装置202。
接下来详细说明半导体激光器模块150以及波长可变激光器组件200的构成。半导体激光器元件100和实施方式1中说明的构成是相同构成，但在SOA4的输出端4a连接折弯波导路。半导体激光器元件100输出给定的波长、给定的光强度的单一模式振荡的激光L。
热敏电阻105配置在半导体激光器元件100的近旁，为了监视半导体激光器元件100的温度而使用。准直透镜106使半导体激光器元件100所输出的激光L成为平行光。分光器107使激光L的大部分(例如90％以上)透过，并将一部分光作为反射光RL而反射。光电二极管108配置为阻挡反射光RL的光路的一部分，接受反射光RL的一部分，输出与其受光量相应的电流。标准具滤光器109具有相对于波长周期性变化的透过波长特性，使未被光电二极管108遮挡的反射光RL以与其波长相应的透过率透过。光电二极管110接受透过标准具滤光器109的反射光RL，输出与其受光量相应的电流。另外，光电二极管108为了监视激光L的强度而使用。另外，标准具滤光器109和光电二极管110为了监视激光L的波长而使用。
另外，光隔离器111使透过分光器107的激光L透过，并阻挡从光纤113侧向半导体激光器元件100返回的光。聚光透镜112使通过光隔离器111透过的激光L耦合在光纤113。光纤113是将激光L向半导体激光器模块150的外部波导并输出的尾纤。
帕耳帖元件102为了冷却半导体激光器元件100并调整标准具滤光器109的温度而使用。帕耳帖元件103为了半导体激光器元件100的温度调整而使用。另外，控制装置202经由设于电子基板201上的布线测定热敏电阻105的电阻值，接受来自光电二极管108、光电二极管110的电流，并将驱动电流提供给帕耳帖元件102、帕耳帖元件103、以及半导体激光器元件100。
接下来说明半导体激光器模块150以及波长可变激光器组件200的动作。首先，对应于要输出的激光L的波长以及光强度，从半导体激光器元件100的多个DFB激光器选择要进行驱动的DFB激光器，决定所选择的DFB激光器的温度以及驱动电流、和半导体激光器元件100的SOA4的驱动电流。另外，该选择以及决定，例如基于来自外部的指令执行，或者能基于存储于控制装置202的表示各DFB激光器以及SOA4的温度与驱动电流的关系的表格执行。
接下来，控制装置202基于决定的DFB激光器的温度以及驱动电流、和SOA4的驱动电流，对帕耳帖元件102、帕耳帖元件103提供驱动电流来调整所选择的DFB激光器的温度，并对所选择的DFB激光器以及SOA4提供驱动电流。被提供驱动电流的DFB激光器输出所期望的波长的激光L。
激光L经由光波导路阵列2、光合路器3输入到SOA4，被SOA4放大并输入到折弯波导路。折弯波导路使放大的激光L相对于出射端面倾斜约7度来输出。另外，激光L相对于出射端面的倾斜角度期望调整到6～12度的范围。由此能减少激光L当中因在出射端面的反射而向DFB激光器侧返回的光的量。
半导体激光器元件100所输出的激光L依次通过准直透镜106、分光器107、光隔离器111、聚光透镜112而耦合在光纤113，输出到半导体激光器模块150的外部。
另外，控制装置202基于由热敏电阻105监视的半导体激光器元件100的温度、以及由光电二极管108、光电二极管110以及标准具滤光器109监视的激光L的光强度以及波长，来调整帕耳帖元件102、帕耳帖元件103、所选择的DFB激光器、以及SOA4的驱动电流，由此进行反馈控制，使激光L的光强度以及波长成为恒定。
(实施例)
接下来，作为实施例，示出对实施方式1所涉及的半导体激光器阵列1、半导体激光器元件100、以及实施方式2所涉及的半导体激光器模块150、波长可变激光器组件200测定各种特性的结果。具体地，制作具有表1记载的实施例1-1、实施例1-2(实施例1)、实施例2、比较例的结构的DFB激光器、和利用该DFB激光器的器件，进行特性的比较。
[表1]
表1表示本实施例的DFB激光器的特征性的元件结构。首先，实施例的DFB激光器，是在活性层24的阱层和势垒层均匀掺杂作为n型杂质的S原子的结构。在实施例1中，将杂质浓度低的结构作为实施例1-1，将杂质浓度高的结构作为实施例1-2。实施例2设为和实施例1-1相同的杂质浓度。另一方面，比较例的DFB激光器和实施例1-1的活性层24不同，未在活性层掺杂n型杂质。
另外，实施例的DFB激光器和比较例的DFB激光器，在夹着活性层24而形成的SCH层中有结构性的差异。比较例的DFB激光器在n侧以及p侧形成3级的SCH结构。与此相对，实施例的DFB激光器在n侧形成3级、在p侧形成7级的SCH结构。
在实施例中，n侧的SCH结构、即n侧SCH层23由组成波长为1.15μm、1.2μm、以及1.25μm的InGaAsP块体这3级构成，总厚度为30nm。另一方面，p侧的SCH结构、即p侧SCH层25由组成波长为0.95μm、1.00μm、1.05μm、1.10μm、1.15μm、1.20μm、以及1.25μm的InGaAsP块体这7级结构构成，总厚度为61nm。另一方面，在比较例中，p侧的SCH结构由组成波长为1.15μm、1.2μm、以及1.25μm的InGaAsP块体这3级构成，总厚度为30nm。
另外，在比较例以及实施例1中，将活性层的阱层的数设为6层，设为具有同等的光限制系数的结构。与此相对，在实施例2中，使阱数减低到5层，设为光限制系数小于比较例以及实施例1的光限制系数的结构。
另外，在比较例以及实施例的结构中，进行元件设计，使垂直方向以及水平方向的远场像之比大致恒定，从而使得与光纤的耦合效率成为相同程度。
另外，在比较例以及实施例的结构中，为了如后述那样调整DFB激光器的耦合系数κ，在各个结构中调整DFB激光器的光栅层和InP间隔层的厚度。
接下来，进行利用了上述的DFB激光器的比较例以及实施例的半导体激光器元件100的评价。图6是表示比较例、实施例1-1、实施例1-2的半导体激光器元件中的PL发光光谱的图。从图6可知，在实施例1-1、实施例1-2中，相比于比较例，PL发光光谱的强度更小，PL发光光谱的频带更宽。据此，在实施例1-1、实施例1-2的半导体激光器元件100中，以振荡波长与增益峰值之差定义的失调的影响较小，起到能使在不同的波长下振荡的DFB激光器的特性的偏差小的效果。
[表2]
比较例 实施例1-1 实施例1-2
半值全宽(nm) 61.7 151.2 178.8
半值全宽(meV) 31.8 80.1 95.9
表2是表示图6的PL发光光谱的半值全宽的表。如表2所示那样，在实施例1-1、实施例1-2中，相比于比较例，半值全宽扩大2倍以上。这源自在实施例1的活性层24添加了n型杂质浓度。进而，如表2所示那样，在实施例1-2中，可知半值全宽从实施例1-1的151.2nm扩大到178.8nm。这源自在实施例1-2的活性层24添加的n型杂质浓度高2倍。即，通过控制活性层24的n型杂质的浓度，具有能控制PL发光光谱的全宽以及半值全宽的效果。
图7是表示比较例、实施例1-1、实施例1-2的半导体激光器元件中的波长与光增益的关系的图。从图7可知，在实施例1-1、实施例1-2中，相比于比较例，在宽带中光增益更大。这是因为，在实施例1中，在DFB激光器的活性层24掺杂了n型杂质。若在活性层24掺杂n型杂质，则活性层24的载流子数增大，成为易于引起反转分布的状态。在该状态下，由于从更高阶的能级也引起过渡，因此在宽带中光增益变大。即，根据在活性层24掺杂了n型杂质的实施例1的结构，示出了能实现在宽带输出光强度高的DFB激光器。因此，利用该DFB激光器的半导体激光器阵列1、半导体激光器元件100、半导体激光器模块150、以及波长可变激光器组件200，是能在宽带中输出高强度的激光的器件。
进而，本实施例的各光器件具有以下说明的有利的特性。图8是表示使比较例和实施例1-1的半导体激光器元件的输出激光经由透镜系统耦合到光纤的半导体激光器模块的光输出特性的图。在图8中，将半导体激光器元件100的驱动温度设定为65℃，将DFB激光器的驱动电流设为恒定电流，通过扫描SOA4的施加电流来进行测定。
如图8所示那样，在实施例1-1中，示出得到了比比较例高15％程度的高输出动作。另外，用于从半导体激光器模块150得到50mW的光输出的SOA4的驱动电流，实施例1-1为约360mA，与此相对，比较例为约440mA。即实施例1-1要低80mA程度，示出能实现更低消耗电力的半导体激光器元件以及半导体激光器模块。
另外，在实施例1-1和比较例中，测定来自半导体激光器模块的光纤的输出为22.4mW时的线宽。实施例1-1的线宽是比比较例小90kHz程度的410kHz，示出能实现更窄线宽的半导体激光器元件以及半导体激光器模块。这是因为，在实施例1-1，通过使在SOA4的驱动电流相比于比较例更加减低，减低了从SOA4向DFB激光器阵列区域的返回光。
进而，在用该半导体激光器元件100制作半导体激光器模块150的情况下，作为使来自半导体激光器元件100的光输出耦合在光纤113时的耦合损耗，设想1dB程度。这时，若来自半导体激光器元件100的光输出强度为50mW以上，则能使来自半导体激光器模块150的光输出强度为约40mW以上。由此，能实现具有作为上述的数字相干传输用途的信号光源的运用上优选的光输出强度的半导体激光器模块。
另外，在将半导体激光器模块150安装在驱动电路的波长可变激光器组件200中，今后要求小尺寸化，但这时半导体激光器元件100的消耗电力的减低成为重要的课题。本实施例1-1所涉及的半导体激光器元件100由于是低消耗电力，因此是适于用在小型ITLA(IntegrableTunableLaserAssembly，可积可调谐激光器组件)的元件。
图9是表示比较例、实施例1-1中的半导体激光器阵列元件的光输出与半导体激光器元件的光输出的关系的图。在图9中，将半导体激光器元件100的驱动温度设定为31℃，将向DFB激光器的注入电流设为150mA，将向SOA4的注入电流设为175mA。
若将比较例和实施例1-1进行比较，则在实施例1-1中，来自半导体激光器阵列1的输出是高于比较例的高输出，且能得到来自半导体激光器元件100的输出也是高于比较例的高输出的结果。由于SOA4的放大率不管结构如何都大致恒定在13dB，因此可知，能通过半导体激光器阵列1的高输出化而实现半导体激光器元件100的高输出化。
图10是表示使比较例、实施例1-1、实施例1-2、实施例2的半导体激光器元件在同一光输出下驱动时的激光器振荡谱的图。从图10可知，实施例相比于比较例，SOA4的ASE分量更小。即，在实施例中，SSER(信号光对自然放出光比：Signal-to-SpontaneousEmissionRatio)得到改善。这是因为，通过实施例的半导体激光器阵列1高输出化，SOA4的驱动电流变小。
进而，在实施例1-1和实施例1-2中，活性层24添加的杂质浓度大的实施例1-2，在SOA4下的ASE分量的峰值强度减低。实施例1-2的PL发光光谱的半值全宽宽于实施例1-1，同一驱动条件下的光输出低。据此，通过调整在活性层24添加的杂质浓度，示出有能控制ASE的抑制效果的效果。
另外，为了改善SSER，光限制系数小的更好。在实施例2中，通过使活性层的阱数少、光限制系数小，能进一步抑制ASE，改善SSER。
然而，如上述那样，作为数字相干传输用途的信号光源或本地振荡光源，需要能输出高强度且窄线宽的激光的波长可变激光器。在波长可变激光器中，为了实现窄线宽特性，一般进行半导体激光器的窄线宽化。
在此，在半导体激光器阵列1中，驱动的DFB激光器所输出的激光的谱线宽度依赖于各DFB激光器的谐振器长度Ldfb、和衍射光栅的耦合系数κ而变化。具体地，若使谐振器长度Ldfb长，或使耦合系数κ大，则能使谱线宽度窄。
但在各DFB激光器的谐振器长度Ldfb短的情况下，若为了得到窄线宽特性而将耦合系数κ设定得大，则边模抑制比(Side-ModeSuppressionRatio：SMSR)劣化，进行单一模式振荡的概率变低。由此，半导体激光器阵列1的成品率降低，成本变高。
另一方面，在各DFB激光器的谐振器长度长的情况下，电流-光变换效率(W/A)低。由此用于得到所期望的谱线宽度的DFB激光器的驱动电流上升，有消耗电力变大的情况。
因此，虽然在各DFB激光器中优选使κLdfb为1.5程度，但例如为1.3以上1.7以下，在兼顾良好的单一模式振荡特性和窄线宽特性上优选。
在此，为了维持良好的单一模式振荡特性，优选Ldfb≥1200μm。另外，在谐振器长度Ldfb大的情况下，由于即使使SOA4的放大率大，谱线宽度也难以变大，因此出于这点也优选。另外，例如在κLdfb＝1.5的情况下，即使通过Ldfb＞1500μm进一步使谐振器长度Ldfb长条化，也得不到进一步的谱线宽度的减低的效果。出于这样的观点，通过设为Ldfb≤1500μm，能不使半导体激光器元件100的面积大到需要以上地得到所期望的谱线宽度。由此，能使能从一片晶片获得的半导体激光器元件100的数量较大，能减低制造成本。
另外，在谐振器长度Ldfb较长，电流-光变换效率成为问题的情况下，通过使各DFB激光器的台面宽度(或活性层24的宽度)较窄，能提高注入到活性层24的电流的电流密度，抑制电流-光变换效率的降低。由此，活性层24的宽度例如优选为1.7μm以下。通过使活性层24的宽度较窄，不仅适于激光的窄线宽化，还能通过使耦合系数κ较小而改善SMSR。但若使活性层24的宽度过窄，则由于各DFB激光器的电阻会增加，因此有因发热而让元件特性劣化的情况。为了防止这种情况，活性层24的宽度优选为1.4μm以上。
另外，在本实施例以及比较例的DFB激光器中，使用由InGaAsP构成的光栅层。这时，存在光栅层的层厚越厚、另外InP间隔层的层厚越薄，则DFB激光器的耦合系数κ变得越大的倾向。如表1所示那样，实施例1相比于比较例，InP间隔层更薄、光栅层更厚。若将耦合系数κ的设计值与DFB激光器的谐振器长度Ldfb之积κLdfb进行比较，则比较例为κLdfb＝1.3，与此相对，实施例1为κLdfb＝1.7。如此，通过使InP间隔层和光栅层的结构变化来使κLdfb变大。另外，实施例2的耦合系数κ的设计值为κLdfb＝1.7。在实施例2中，成为相比于实施例1而活性层24的阱层的数少1层的结构，但认为κLdfb越是改变，在光的电场分布的扩展中越是没有大的差异。如此，能通过调整InP间隔层和光栅层的层厚来设为所期望的耦合系数κ。
如以上那样，利用了窄线宽化的DFB激光器的本发明所涉及的半导体激光器阵列、半导体激光器元件、半导体激光器模块、以及波长可变激光器组件，适于利用在数字相干传输用途的信号光源或本地振荡光源中。
另外，在Si光子学用阵列光源中，向Si波导路的插入损耗为10dB以上，要求更高输出的光源。上述的DFB激光器由于作为激光器阵列单体也能进行高输出动作，因此作为实现小型的Si光子学用阵列光源的技术也有效。
另外，并不由上述实施方式来限定本发明。将上述的各构成要素适宜组合而构成的方案也包含在本发明中。另外，进一步的效果和变形例能由本领域技术人员容易地导出。例如，在上述实施方式中，对InGaAsP系的材料进行了说明，但本发明还能通过在活性层掺杂n型的杂质而运用在其他材料体系中。因而，本发明的更大范围的方式并不限定于上述的实施方式，能进行各种变更。
产业上的利用可能性
如以上那样，本发明所涉及的半导体激光器阵列、半导体激光器元件、半导体激光器模块、以及波长可变激光器组件，主要适于利用在光通信的用途中。
标号的说明
1半导体激光器阵列
2光波导路阵列
3光合路器
3a输出端口
4SOA
4a输出端
5埋入部
11-1～11-NDFB激光器
12-1～12-N光波导路
16-1～16-M沟道
21n型InP基板
22n型InP缓冲层
23n侧SCH层
24活性层
25p侧SCH层
26InP间隔层
27光栅层
28p型InP层
30InGaAsP芯层
31i型InP层
32p型InP埋入层
33n型InP电流阻挡层
34p型InP包覆层
35InGaAs接触层
38SiN保护膜
39p侧电极
40n侧电极
100半导体激光器元件
101筐体
102、103帕耳帖元件
104子基座
105热敏电阻
106准直透镜
107分光器
108、110光电二极管
109标准具滤光器
111光隔离器
112聚光透镜
113光纤
150半导体激光器模块
200波长可变激光器组件
201电子基板
202控制装置
Ldfb谐振器长度
LN1、LN2、LN3、LN4虚线
L激光

Claims (11)

1.一种半导体激光器阵列，其特征在于，具备在互不相同的振荡波长下进行单一模式振荡的多个半导体激光器，
各所述半导体激光器具备：
包含具有交替层叠的多个阱层和势垒层的多量子阱结构的活性层；和
从厚度方向夹着该活性层而形成、带隙能大于该活性层的所述势垒层的带隙能的n侧分离限制异质结构层以及p侧分离限制异质结构层，
在所述活性层掺杂有n型杂质。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器阵列，其特征在于，
所述n型杂质的掺杂浓度为1×1017以上且3×1018以下cm-3。
3.根据权利要求1或2所述的半导体激光器阵列，其特征在于，
所述n型杂质包含S、Se、以及Si当中的至少一者。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的半导体激光器阵列，其特征在于，
所述p侧分离限制异质结构层厚于所述n侧分离限制异质结构层，
所述p侧分离限制异质结构层的带隙能构成为随着远离所述活性层而变大。
5.根据权利要求4所述的半导体激光器阵列，其特征在于，
所述p侧分离限制异质结构层的带隙能构成为随着远离所述活性层而直线地变大。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的半导体激光器阵列，其特征在于，
各所述半导体激光器的谐振器长度为1200μm以上。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的半导体激光器阵列，其特征在于，
各所述半导体激光器具备：具有与各所述振荡波长对应的周期的衍射光栅。
8.根据权利要求7所述的半导体激光器阵列，其特征在于，
各所述半导体激光器的所述衍射光栅的耦合系数与各所述半导体激光器的谐振器长度之积为1.3以上1.7以下。
9.一种半导体激光器元件，其特征在于，具备：
权利要求1～8所述的半导体激光器阵列；
能使从多个所述半导体激光器输出的激光合路的光合路器；和
将来自所述光合路器的输出光放大的半导体光放大器，
通过多个所述半导体激光器当中动作的所述半导体激光器的切换以及所述半导体激光器的温度变化，来使从所述半导体激光器输出的激光的波长变化。
10.一种半导体激光器模块，其特征在于，具备：
权利要求9所述的半导体激光器元件；
使该半导体激光器元件所输出的激光向外部出射的光纤；和
使所述半导体激光器元件所输出的激光耦合在所述光纤的光学构件。
11.一种波长可变激光器组件，其特征在于，
安装在驱动控制权利要求10所述的半导体激光器模块的电子基板上。
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