CN114175427B - 半导体激光器装置 - Google Patents

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Abstract

半导体激光器装置(50)是分布反馈型的激光器部(21)以及电场吸收型的调制器部(22)形成于同一半导体基板(1)，从激光器部(21)射出的激光束从调制器部(22)的射出端面(32)射出的半导体激光器装置。激光器部(21)具备沿激光束的光轴的方向延伸而形成的第一衍射光栅(17)，调制器部(22)在至少一部分具备沿激光束的光轴的方向延伸而形成的第二衍射光栅(18)。在调制器部(22)的第二衍射光栅(18)与向调制器部(22)射出激光束的激光器部(21)的射出端之间，夹设有不形成衍射光栅的非衍射光栅区域(25)。

Description

半导体激光器装置
技术领域
本申请涉及半导体激光器装置。
背景技术
在集成有电场吸收型(EA)调制器和分布反馈型激光器的半导体激光器装置中，报道了一种在EA调制器形成衍射光栅的构造(例如，参照专利文献1)。专利文献1的半导体激光器装置在EA调制器区域的波导整体形成有衍射光栅，而且在将调制器电极与激光器电极分离的分离区域，即分布反馈型激光器区域与EA调制器区域之间的区域也形成有衍射光栅。
专利文献1：日本特开平4-198913号公报(图1)
专利文献1的半导体激光器装置从分布反馈型激光器区域的射出激光束的射出端到EA调制器区域的射出端为止形成有衍射光栅。由于在衍射光栅中发生光的反射，因此专利文献1的半导体激光器装置存在因在分布反馈型激光器区域与EA调制器区域之间的区域以及EA调制器区域形成的衍射光栅，而导致射出的激光束的光输出降低的问题。
发明内容
本申请说明书所公开的技术，目的在于在集成了形成有衍射光栅的EA调制器和分布反馈型激光器的半导体激光器装置中，使激光束的光输出增加。
本申请说明书所公开的一个例子的半导体激光器装置是分布反馈型的激光器部以及电场吸收型的调制器部形成于同一半导体基板，并且从激光器部射出的激光束从调制器部的射出端面射出的半导体激光器装置，其中，激光器部具备沿激光束的光轴的方向延伸而形成的第一衍射光栅，调制器部在至少一部分具备沿激光束的光轴的方向延伸而形成的第二衍射光栅，在调制器部的第二衍射光栅与向调制器部射出激光束的激光器部的射出端之间，夹设有不形成衍射光栅的非衍射光栅区域。
本申请说明书公开的一个例子的半导体激光器装置，由于在调制器部的第二衍射光栅与向调制器部射出激光束的激光器部的射出端之间夹设有不形成衍射光栅的非衍射光栅区域，因此能够使激光束的光输出增加。
附图说明
图1是表示实施方式1的半导体激光器装置的立体图。
图2是图1的半导体激光器装置的第一例的台面条带的剖视图。
图3是表示图1的调制器部的衍射光栅的图。
图4是图1的半导体激光器装置的激光器部的剖视图。
图5是图1的半导体激光器装置的调制器部的剖视图。
图6是图1的半导体激光器装置的调制器部的剖视图。
图7是图1的半导体激光器装置的分离部的剖视图。
图8是图1的半导体激光器装置的第二例的台面条带的剖视图。
图9是图1的半导体激光器装置的第三例的台面条带的剖视图。
图10是图1的半导体激光器装置的第四例的台面条带的剖视图。
图11是表示实施方式2的半导体激光器装置的立体图。
图12是图11的半导体激光器装置的台面条带的剖视图。
图13是表示图11的调制器部的衍射光栅的图。
图14是图11的半导体激光器装置的调制器部的剖视图。
图15是表示实施方式3的半导体激光器装置的立体图。
图16是表示图15的调制器部的第一例的衍射光栅的图。
图17是图15的半导体激光器装置的调制器部的剖视图。
图18是表示图15的调制器部的第二例的衍射光栅的图。
图19是表示图15的调制器部的第三例的衍射光栅的图。
具体实施方式
实施方式1.
参照附图对实施方式1的半导体激光器装置50进行说明。对相同或对应的构成要素标注相同的附图标记，有时省略重复说明。在其他实施方式中也对相同或对应的构成要素标注相同的附图标记，有时省略重复说明。图1是表示实施方式1的半导体激光器装置的立体图。图2是图1的半导体激光器装置的第一例的台面条带的剖视图，图3是表示图1的调制器部的衍射光栅的图。图4是图1的半导体激光器装置的激光器部的剖视图，图5、图6分别是图1的半导体激光器装置的调制器部的剖视图。图7是图1的半导体激光器装置的分离部的剖视图。图8是图1的半导体激光器装置的第二例的台面条带的剖视图，图9是图1的半导体激光器装置的第三例的台面条带的剖视图，图10是图1的半导体激光器装置的第四例的台面条带的剖视图。在图1中还示出与激光束的射出方向即作为光轴方向的z方向平行的波导截面33。图4～图7示出与z方向垂直的截面。
实施方式1的半导体激光器装置50具备激光器部21、调制器部22以及分离部23。激光器部21形成有分布反馈型激光器。调制器部22是单晶形成于n-InP的半导体基板1的电场吸收型(EA)调制器，半导体激光器装置50是电场吸收型(EA)调制器集成半导体激光器。激光器部21形成于从虚线31a到虚线31b之间的区域，分离部23形成于从虚线31b到虚线31c之间的区域，调制器部22形成于从虚线31c到虚线31d之间的区域。实施方式1的半导体激光器装置50是分布反馈型的激光器部21以及电场吸收型的调制器部22形成于同一半导体基板1，并且从激光器部21射出的激光束从调制器部22的射出端面32射出的半导体激光器装置。
激光器部21具备：半导体基板1、n-InP的第一包覆层2、形成有衍射光栅17的衍射光栅材料层16、n-InP的第二包覆层3、活性层4、p-InP的第三包覆层6、InP埋入层8、p-InGaAs的接触层7、SiO2的绝缘膜12、形成于半导体基板1的背面的阴极电极11、以及形成于半导体基板1的表面侧且与接触层7连接的第一阳极电极13。调制器部22具备：半导体基板1、n-InP的第一包覆层2、在一部分形成有衍射光栅18的衍射光栅材料层16、n-InP的第二包覆层3、吸收层5、p-InP的第三包覆层6、InP埋入层8、p-InGaAs的接触层7、SiO2的绝缘膜12、形成于半导体基板1的背面的阴极电极11、以及形成于半导体基板1的表面侧且与接触层7连接的第二阳极电极14。分离部23是将激光器部21与调制器部22分离的区域(分离区域、隔离区域)的构造物。分离部23具备半导体基板1、n-InP的第一包覆层2、不形成衍射光栅的衍射光栅材料层16、n-InP的第二包覆层3、吸收层5、p-InP的第三包覆层6、InP埋入层8、SiO2的绝缘膜12、以及形成于半导体基板1的背面的阴极电极11。在图1中，z方向是激光器部21射出的激光束的光轴的方向，x方向是与z方向垂直且半导体激光器装置50所具备的各层延伸的方向，y方向是与x方向以及z方向垂直且半导体激光器装置50所具备的各层层叠的方向。
活性层4由InGaAsP多量子阱构成。吸收层5由InGaAsP多量子阱构成。在激光器部21中在活性层4的下层即半导体基板1侧的第一包覆层2与第二包覆层3之间，设置有在InGaAsP的衍射光栅材料层16形成有凹部29的衍射光栅17。在调制器部22中形成有与激光器部21相同的InGaAsP的衍射光栅材料层16，并在衍射光栅材料层16的一部分设置有形成有凹部29a、29b、29c、29d的衍射光栅18。另外，在图1、图2中示出仅在与激光器部21相反侧的射出端面32侧设置有衍射光栅18的例子。在分离部23也与激光器部21相同地形成有InGaAsP的衍射光栅材料层16，但不设置形成有凹部29的衍射光栅。
在激光器部21形成有台面条带15，该台面条带15是沿激光器部21射出的激光束的光轴的方向(z方向)延伸的台面。激光器部21的台面条带15由第一包覆层2、形成有衍射光栅17的衍射光栅材料层16、第二包覆层3、活性层4、以及第三包覆层6的一部分构成。构成台面条带15的第三包覆层6的一部分是埋入层8中的与半导体基板1相反侧的表面位置、和活性层4之间的部分。台面条带15连续地形成于激光器部21、分离部23以及调制器部22。虽然台面条带15连续地形成，但激光器部21、分离部23以及调制器部22中的台面条带15有时为了进行区别也分别记载为第一台面条带、第三台面条带、第二台面条带。激光器部21具备沿激光束的光轴的方向延伸而形成的第一衍射光栅亦即衍射光栅17。
调制器部22的台面条带15由第一包覆层2、包括形成有衍射光栅18的部分在内的衍射光栅材料层16、第二包覆层3、吸收层5、以及第三包覆层6的一部分构成。分离部23的台面条带15由第一包覆层2、不形成衍射光栅的衍射光栅材料层16、第二包覆层3、吸收层5、第三包覆层6的一部分构成。构成台面条带15的第三包覆层6的一部分是埋入层8中的与半导体基板1相反侧的表面位置、和吸收层5之间的部分。调制器部22具备沿激光束的光轴的方向延伸而形成的第二衍射光栅亦即衍射光栅18。在激光器部21、分离部23、调制器部22的台面条带15的x方向的两侧形成有贯通埋入层8、第三包覆层6而到达半导体基板1的槽19a、19b。另外，在激光器部21和调制器部22中，槽19a、19b还贯通接触层7。在激光器部21和调制器部22中，绝缘膜12形成于接触层7以及槽19a、19b的表面。在分离部23中，绝缘膜12形成于第三包覆层6以及槽19a、19b的表面。激光器部21的第一阳极电极13从形成于绝缘膜12的开口35a与接触层7连接。调制器部22的第二阳极电极14从形成于绝缘膜12的开口35b与接触层7连接。
对于实施方式1的半导体激光器装置50而言，第一包覆层2与第二包覆层3之间的衍射光栅材料层16的膜厚ta，在激光器部21、分离部23以及调制器部22中相同。图3的虚线34a是表示衍射光栅材料层16的背面(半导体基板1侧的表面)的虚线，虚线34b是表示衍射光栅材料层16的表面(与半导体基板1相反侧的表面)的虚线。如图2所示，调制器部22在台面条带15中具备形成有衍射光栅18的衍射光栅区域24、和不形成衍射光栅18的非衍射光栅区域25。在调制器部22中，衍射光栅区域24是虚线31f到虚线31d的区域，非衍射光栅区域25是虚线31c到虚线31f的区域。如上述那样，衍射光栅18形成于射出端面32侧，在调制器部22中的激光器部21侧设置有非衍射光栅区域25。如图3所示，衍射光栅18具备四个凸部28a、28b、28c、28d和四个凹部29a、29b、29c、29d。调制器部22的凸部28a、28b、28c、28d沿与半导体基板1垂直的方向延伸，调制器部22的凹部29a、29b、29c、29d比调制器部22的凸部28a、28b、28c、28d的与半导体基板1相反侧的面向半导体基板1侧凹陷。在图2、图3中示出凸部28a、28b、28c、28d的厚度相同且通过切削衍射光栅材料层16而形成的凹部29a、29b、29c、29d的深度与衍射光栅材料层16的膜厚ta相同的例子。另外，凸部的附图标记概括地使用28，在进行区别的情况下使用28a、28b、28c、28d。凹部的附图标记概括地使用29，在进行区别的情况下使用29a、29b、29c、29d。
在图3中，虚线31f与凸部28a的射出端面32侧的端部的间隔为za，凸部28a的射出端面32侧的端部与凸部28b的射出端面32侧的端部的间隔为zb，凸部28b的射出端面32侧的端部与凸部28c的射出端面32侧的端部的间隔为zc，凸部28c的射出端面32侧的端部与凸部28d的射出端面32侧的端部的间隔为zd。另外，凸部28d的射出端面32侧的端部与射出端面32一致。间隔za、间隔zb、间隔zc、间隔zd是相邻的一组凸部28以及凹部29的间隔，并且这些间隔相同。在图3中示出凸部28的z方向的宽度与凹部29的z方向的宽度相同的例子。实施方式1的衍射光栅18的凸部28以及凹部29的周期遍布衍射光栅整体是相同的。即，实施方式1的衍射光栅18的凸部28以及凹部29的周期是均匀的。
激光器部21在台面条带15中，遍布z方向整体，即从虚线31a到虚线31b之间形成有衍射光栅17。即，激光器部21在台面条带15中没有不形成衍射光栅的非衍射光栅区域25，全部只有形成有衍射光栅的衍射光栅区域24。另外，激光器部21的衍射光栅17具备多个凸部28和多个凹部29。激光器部21的凸部28沿与半导体基板1垂直的方向延伸，激光器部21的凹部29比激光器部21的凸部28的与半导体基板1相反侧的面向半导体基板1侧凹陷。在图2中示出通过切削衍射光栅材料层16而形成的凹部29的深度与衍射光栅材料层16的膜厚ta相同的例子。激光器部21的衍射光栅17中的相邻的一组凸部28以及凹部29的间隔、与调制器部22的衍射光栅18中的相邻的一组凸部28以及凹部29的间隔相同。实施方式1的衍射光栅17的凸部28以及凹部29的周期遍布衍射光栅整体是相同的。即，实施方式1的衍射光栅17的凸部28以及凹部29的周期是均匀的。
分离部23遍布z方向整体，即从虚线31b到虚线31c之间不形成衍射光栅。即，分离部23在台面条带15中没有形成有衍射光栅的衍射光栅区域24，全部只有不形成衍射光栅的非衍射光栅区域25。图2所示的半导体激光器装置50是在调制器部22的衍射光栅18与激光束向调制器部22射出的激光器部21的射出端(由虚线31b表示的端部)之间，夹设不形成衍射光栅的非衍射光栅区域25的半导体激光器装置。
对半导体激光器装置50的制造方法进行说明。通过MOCVD(Metal organicchemical vapor deposition)法在半导体基板1的表面使第一包覆层2、衍射光栅材料层16依次结晶成长，在衍射光栅材料层16形成凹部29而形成衍射光栅17、18。通过MOCVD法在包括衍射光栅17、18的衍射光栅材料层16的表面使第二包覆层3、活性层4以及吸收层5、第三包覆层6的一部分依次结晶成长，使用SiO2的掩模通过干蚀刻形成台面条带15。之后，使埋入层8在台面条带15的两侧露出的半导体基板1结晶成长。
去除SiO2的掩模，在埋入层8以及台面条带15的表面使第三包覆层6、接触层7依次结晶成长，通过使用了光致抗蚀剂的掩模的湿蚀刻来去除分离部23的表面的接触层7。在去除光致抗蚀剂的掩模之后，通过使用了光致抗蚀剂的掩模的湿蚀刻来形成槽19a、19b。去除光致抗蚀剂的掩模，在分离部23的第三包覆层6、接触层7以及槽19a、19b的表面形成绝缘膜12。使用光致抗蚀剂的掩模来形成绝缘膜12的开口35a、35b。去除光致抗蚀剂的掩模，使金属层在半导体激光器装置50的表面以及背面成膜，而形成阴极电极11、第一阳极电极13以及第二阳极电极14。之后，在第一阳极电极13与第二阳极电极14之间形成较厚的绝缘膜12。
在集成有EA调制器和分布反馈型激光器并且在EA调制器的区域不形成衍射光栅的半导体激光器装置(比较例的半导体激光器装置)中，来自激光束的射出端面(调制器部侧的端面)的反射光入射到分布反馈型激光器，由此产生分布反馈型激光器的振荡波长变动的隔热啁啾。另外，该隔热啁啾对光信号在光纤内传送时的传送特性带来影响。比较例的半导体激光器装置在EA调制器的区域不形成衍射光栅，因此由激光束的射出端面(调制器部侧的端面)反射的返回光亦即反射光的相位根据射出端面的解理位置在每个半导体激光器装置中变化。与此相对，实施方式1的半导体激光器装置50在调制器部22设置有衍射光栅18。因此，实施方式1的半导体激光器装置50由于在半导体激光器装置50的元件前方即射出端面32产生的激光束的反射光的相位由调制器部的衍射光栅18的激光器部21侧的开始位置等构造来决定，因此能够较大程度地抑制每个半导体激光器装置来自元件前方的反射光的相位产生偏差的每个半导体激光器装置的相位偏差。其结果，实施方式1的半导体激光器装置50能够抑制每个半导体激光器装置的隔热啁啾量的偏差，能够避免传送成品率的降低。
另外，实施方式1的半导体激光器装置50在调制器部22的前方即射出端面32侧不需要附加具备衍射光栅的波导。因此，实施方式1的半导体激光器装置50与附加具备衍射光栅的波导的构造的半导体激光器装置相比，制造工序容易且元件尺寸也较小，因此能够减少成本。
在专利文献1的半导体激光器装置中，在EA调制器区域的波导整体形成有衍射光栅，而且将调制器电极与激光电极分离的分离区域也形成有衍射光栅。由于在衍射光栅中产生光的反射，因此当衍射光栅的区域变大时，存在来自半导体激光器装置的激光束的光输出降低的问题。与此相对，实施方式1的半导体激光器装置50如2、图3那样在调制器部22的激光器部21侧以及分离部23不形成衍射光栅，即至少在分离部23不形成衍射光栅，因此与专利文献1的半导体激光器装置相比，能够增大激光束的光输出。
至此，对在调制器部22的射出端面32侧形成有衍射光栅18的半导体激光器装置50的例子进行了说明，但衍射光栅18的配置例并不限定于此。只要衍射光栅18从激光器部21的激光束射出的端(射出端)即用虚线31b示出的端到形成于调制器部22的衍射光栅18之间夹设有非衍射光栅区域25即可。即使在该情况下，由于在从激光器部21到射出端面32之间存在不形成衍射光栅18的非衍射光栅区域25，因此与从分布反馈型激光器区域的激光束射出的射出端到EA调制器区域的射出端为止形成有衍射光栅的专利文献1的半导体激光器装置相比，也能够增大激光束的光输出。具备图8所示的第二例的台面条带15的半导体激光器装置50是在调制器部22的台面条带15中，在激光器部21侧形成有衍射光栅18的例子。在图8所示的第二例的台面条带15的调制器部22以及分离部23中，从虚线31c到虚线31f之间是形成有衍射光栅18的衍射光栅区域24，从虚线31f到虚线31d之间以及从虚线31b到虚线31c之间是不形成衍射光栅18的非衍射光栅区域25。
具备图9所示的第三例的台面条带15的半导体激光器装置50是在调制器部22的台面条带15中，在中央部形成有衍射光栅18的例子。在图9所示的第三例的台面条带15的调制器部22以及分离部23中，虚线31f到虚线31g之间是形成有衍射光栅18的衍射光栅区域24，虚线31b到虚线31f之间以及虚线31g到虚线31d之间是不形成衍射光栅18的非衍射光栅区域25。具备图10所示的第四例的台面条带15的半导体激光器装置50是在调制器部22的台面条带15的整体上形成有衍射光栅18的例子。即使是具备图10所示的第四例的台面条带15的半导体激光器装置50，由于在台面条带15中，在从激光器部21的射出端到射出端面32之间存在不形成衍射光栅18的非衍射光栅区域25，因此与从分布反馈型激光器区域的激光束射出的射出端到EA调制器区域的射出端为止形成有衍射光栅的专利文献1的半导体激光器装置相比，也能够增大激光束的光输出。
另外，对在激光器部21与调制器部22之间形成有分离部23的例子进行说明。但是，即使是不形成分离部23的半导体激光器装置50，只要是在台面条带15中，在从激光器部21的射出端到射出端面32之间存在不形成衍射光栅18的非衍射光栅区域25的构造即可。即使在该情况下，由于在台面条带15中，在从激光器部21的射出端到射出端面32之间存在不形成衍射光栅18的非衍射光栅区域25，因此与从分布反馈型激光器区域的激光束射出的射出端到EA调制器区域的射出端为止形成有衍射光栅的专利文献1的半导体激光器装置相比，也能够增大激光束的光输出。在激光器部21与调制器部22之间不形成分离部23的半导体激光器装置50例如是与专利文献1的半导体激光器装置同样，不通过激光器部21和调制器部22分离接触层7的装置(无分离部的第一例)。另外，在激光器部21与调制器部22之间不形成分离部23的半导体激光器装置50，是在激光器部21与调制器部22之间设置有阶梯差并将激光器部21的接触层7以及第一阳极电极13、与调制器部22的接触层7以及第二阳极电极14分离的装置(无分离部的第二例)。另外，在无分离部的第一例和无分离部的第二例的情况下，不能应用图10所示的第四例的台面条带15的构造。
如以上那样，实施方式1的半导体激光器装置50是分布反馈型的激光器部21以及电场吸收型的调制器部22形成于同一半导体基板1并且从激光器部21射出的激光束从调制器部22的射出端面32射出的半导体激光器装置。在实施方式1的半导体激光器装置50中，激光器部21具备沿激光束的光轴的方向延伸而形成的第一衍射光栅(衍射光栅17)，调制器部22在至少一部分具备沿激光束的光轴的方向延伸而形成的第二衍射光栅(衍射光栅18)。实施方式1的半导体激光器装置50在调制器部22的第二衍射光栅(衍射光栅18)与激光束向调制器部22射出的激光器部21的射出端(由虚线31b表示的端部)之间，夹设有不形成衍射光栅的非衍射光栅区域25。实施方式1的半导体激光器装置50根据该结构，在调制器部22的第二衍射光栅(衍射光栅18)与激光束向调制器部22射出的激光器部21的射出端(由虚线31b表示的端部)之间，夹设有不形成衍射光栅的非衍射光栅区域25，因此能够使激光束的光输出增加。
实施方式2.
图11是表示实施方式2的半导体激光器装置的立体图，图12是图11的半导体激光器装置的台面条带的剖视图。图13是表示图11的调制器部的衍射光栅的图，图14是图11的半导体激光器装置的调制器部的剖视图。实施方式2的半导体激光器装置50与实施方式1的半导体激光器装置50的不同点在于：在调制器部22的衍射光栅区域24形成有周期不均匀的衍射光栅26。主要对与实施方式1的半导体激光器装置50不同的部分进行说明。
如图13所示，衍射光栅26具备四个凸部28a、28b、28c、28d和四个凹部29a、29b、29c、29d。在图12、图13中示出通过切削衍射光栅材料层16而形成的凹部29a、29b、29c、29d的深度与衍射光栅材料层16的膜厚ta相同的例子。另外，凸部的附图标记概括地使用28，在进行区别的情况下使用28a、28b、28c、28d。凹部的附图标记概括地使用29，在进行区别的情况下使用29a、29b、29c、29d。
在图13中，虚线31f与凸部28a的射出端面32侧的端部的间隔为za，凸部28a的射出端面32侧的端部与凸部28b的射出端面32侧的端部的间隔为zb，凸部28b的射出端面32侧的端部与凸部28c的射出端面32侧的端部的间隔为zc，凸部28c的射出端面32侧的端部与凸部28d的射出端面32侧的端部的间隔为zd。另外，凸部28d的射出端面32侧的端部与射出端面32一致。间隔za、间隔zb、间隔zc、间隔zd是相邻的一组凸部28以及凹部29的间隔，并且这些间隔不同。在图13中示出间隔za、zb、zc、zd成为公式(1)的关系，凸部28的z方向的宽度与凹部29的z方向的宽度相同的例子。
zd＞zc＞zb＞za…(1)
在实施方式2的衍射光栅26中，凸部28以及凹部29的间隔在激光束的射出方向亦即z方向上不均匀。即，实施方式2的衍射光栅26的凸部28以及凹部29的周期不均匀。
在衍射光栅中，反射哪个波长的光取决于衍射光栅的周期。因此，在将衍射光栅的周期设为不均匀的实施方式2的衍射光栅26中，与均匀周期的衍射光栅的情况相比，能够扩大在调制器部22的衍射光栅26产生的光反射的波段。即，在调制器部22中具备不均匀周期的衍射光栅26的实施方式2的半导体激光器装置50，与在调制器部22中具备均匀周期的衍射光栅18的实施方式1的半导体激光器装置50相比，能够扩大在衍射光栅产生的光反射的波段。由此，实施方式2的半导体激光器装置50即使在激光器部21或/和调制器部22的驱动条件变化的情况下、或由于制造偏差导致半导体激光器装置50的元件尺寸变化的情况下，也能够通过调制器部22的衍射光栅26，使从激光器部21产生的输出光可靠地反射到激光器部21侧。即，实施方式2的半导体激光器装置50即使在与施方式1的半导体激光器装置50相比驱动条件变化、产生制造偏差中的一种或两种情况下，也可以得到能够抑制每个半导体激光器装置的隔热啁啾量的偏差，能够避免传送成品率的降低的实施方式1的半导体激光器装置50的效果。即，实施方式2的半导体激光器装置50与实施方式1的半导体激光器装置50相比，对驱动条件的变化以及制造偏差的耐性被强化。
实施方式2的半导体激光器装置50除了调制器部22的衍射光栅的周期以外的构造与实施方式1的半导体激光器装置50相同。因此，实施方式2的半导体激光器装置50与实施方式1的半导体激光器装置50同样，具有至少在分离部23不形成衍射光栅26的构造、或从激光器部21的射出端到射出端面32之间存在不形成衍射光栅26的非衍射光栅区域25的构造，因此与专利文献1的半导体激光器装置相比，能够增大激光束的光输出。
实施方式2的半导体激光器装置50由于在调制器部22的台面条带15中具备不均匀周期的衍射光栅26，因此在半导体激光器装置50的元件前方即射出端面32产生的反射光通过光反射的波段扩大的调制器部22的衍射光栅26而朝向远离吸收层5以及活性层4的位置，因此能够抑制来自元件前方的反射光向激光器部21的活性层4传播，能够抑制每个半导体激光器装置的隔热啁啾量的偏差，能够避免传送成品率的降低。
另外，实施方式2的半导体激光器装置50与实施方式1的半导体激光器装置50同样，在调制器部22的前方，即射出端面32侧不需要附加具备衍射光栅的波导。因此，实施方式2的半导体激光器装置50与附加具备衍射光栅的波导的构造的半导体激光器装置相比，制造工序容易，元件尺寸也较小，因此能够减少成本。
实施方式3.
图15是表示实施方式3的半导体激光器装置的立体图，图16是表示图15的调制器部中的第一例的衍射光栅的图，图17是图15的半导体激光器装置的调制器部的剖视图。图18是表示图15的调制器部中的第二例的衍射光栅的图，图19是表示图15的调制器部中的第三例的衍射光栅的图。实施方式3的半导体激光器装置50与实施方式1的半导体激光器装置50的不同点在于：在调制器部22的衍射光栅区域24形成有凹部29的深度或/和凸部28的厚度不均匀的衍射光栅27。主要对与实施方式1的半导体激光器装置50不同的部分进行说明。
如图16所示，衍射光栅27具备六个凸部28a、28b、28c、28d、28e、28f和六个凹部29a、29b、29c、29d、29e、29f。另外，凸部的附图标记概括地使用28，在进行区别的情况下使用28a、28b、28c、28d、28e、28f。凹部的附图标记概括地使用29，在进行区别的情况下使用29a、29b、29c、29d、29e、29f。在图16中示出凸部28与衍射光栅材料层16的膜厚ta相同，通过切削衍射光栅材料层16而形成的凹部29a、29b、29c、29d、29e、29f的深度不相同的例子。即，在图16所示的调制器部22中的第一例的衍射光栅27是凸部28的厚度均匀且通过切削衍射光栅材料层16而形成的凹部29的深度不均匀的例子。
在图16中，虚线31f与凸部28a的射出端面32侧的端部的间隔为zp，并且和凸部28e的射出端面32侧的端部与凸部28f的射出端面32侧的端部的间隔相同。另外，凸部28f的射出端面32侧的端部与射出端面32一致。另外，凸部28a的射出端面32侧的端部与凸部28b的射出端面32侧的端部的间隔、凸部28b的射出端面32侧的端部与凸部28c的射出端面32侧的端部的间隔、凸部28c的射出端面32侧的端部与凸部28d的射出端面32侧的端部的间隔、以及凸部28d的射出端面32侧的端部与凸部28e的射出端面32侧的端部的间隔分别为zp。间隔zp是相邻的一组凸部28以及凹部29的间隔，并且这些间隔相同。在图16中示出凸部28的z方向的宽度与凹部29的z方向的宽度相同的例子。实施方式3的衍射光栅27的凸部28以及凹部29的周期遍布衍射光栅整体是相同的。即，实施方式3的衍射光栅27的凸部28以及凹部29的周期均匀。但是实施方式3的衍射光栅27如上述那样，在调制器部22的衍射光栅区域24中凹部29的深度或/和凸部28的厚度不均匀。
当改变衍射光栅的槽即凹部29的深度或/和槽未形成部即凸部28的厚度时，衍射光栅的等效折射率发生变化。等效折射率相对于z方向不均匀的衍射光栅与均匀的等效折射率的衍射光栅相比，衍射光栅的光反射的波段扩大。即，在调制器部22中具备等效折射率相对于z方向不均匀的衍射光栅27的实施方式3的半导体激光器装置50与在调制器部22中具备等效折射率相对于z方向均匀的衍射光栅18的实施方式1的半导体激光器装置50相比，能够扩大在衍射光栅产生的光反射的波段。由此，实施方式3的半导体激光器装置50即使在激光器部21或/和调制器部22的驱动条件变化的情况下、或由于制造偏差导致半导体激光器装置50的元件尺寸变化的情况下，也能够使从激光器部21产生的输出光通过调制器部22的衍射光栅27可靠地反射到激光器部21侧。即，实施方式3的半导体激光器装置50即使在与实施方式1的半导体激光器装置50相比驱动条件变化、产生制造偏差的情况中的一种或两种情况下，也可以得到能够抑制每个半导体激光器装置的隔热啁啾量的偏差，并避开传送成品率的降低的实施方式1的半导体激光器装置50的效果。即，实施方式3的半导体激光器装置50与实施方式1的半导体激光器装置50相比，对驱动条件的变化以及制造偏差的耐性被强化。
实施方式3的半导体激光器装置50除了调制器部22的衍射光栅以外的构造与实施方式1的半导体激光器装置50相同。因此，实施方式3的半导体激光器装置50与实施方式1的半导体激光器装置50同样，具有至少在分离部23不形成衍射光栅27的构造、或从激光器部21的射出端到射出端面32之间存在不形成衍射光栅27的非衍射光栅区域25的构造，因此与专利文献1的半导体激光器装置相比，能够增大激光束的光输出。
实施方式3的半导体激光器装置50，由于在调制器部22的台面条带15中具备等效折射率相对于z方向不均匀的衍射光栅27，因此在半导体激光器装置50的元件前方即射出端面32产生的反射光通过光反射的波段扩大的调制器部22的衍射光栅27而朝向远离吸收层5以及活性层4的位置，因此能够抑制来自元件前方的反射光向激光器部21的活性层4传播，能够抑制每个半导体激光器装置的隔热啁啾量的偏差，能够避免传送成品率的降低。
另外，实施方式3的半导体激光器装置50与实施方式1的半导体激光器装置50同样，在调制器部22的前方，即射出端面32侧不需要附加具备衍射光栅的波导。因此，实施方式3的半导体激光器装置50与附加具备衍射光栅的波导的构造的半导体激光器装置相比，制造工序容易，元件尺寸也较小，因此能够减少成本。
等效折射率相对于z方向不均匀的衍射光栅27并不限定于图16的构造。也可以如图18所示的调制器部22中的第二例的衍射光栅27那样，凸部28的厚度不均匀，并且通过切削衍射光栅材料层16而形成的凹部29的深度均匀。另外，也可以如图19所示的调制器部22的第三例的衍射光栅27那样，凸部28的厚度不均匀并且通过切削衍射光栅材料层16而形成的凹部29的深度不均匀。在图18中示出凸部28的厚度朝向z方向的正方向而增加，凹部29的深度均匀的例子。在图19中示出两个凸部28的组的厚度朝向z方向的正侧而增加，两个凹部29的组具有较深的凹部和较浅的凹部的例子。
将凸部28a、28b、28c、28d、28e、28f的厚度分别设为ha、hb、hc、hd、he、hf，将凹部29a、29b、29c、29d、29e、29f的深度分别设为da、db、dc、dd、de、df。凸部28的厚度是相对于虚线34a的y方向的正侧(在图18、图19中为上侧)的厚度。凹部29的深度是相对于虚线34b的y方向的负侧(在图18、图19中为下侧)的深度。对于图18所示的调制器部22的第二例的衍射光栅27而言，公式(2)以及公式(3)成立，对于图19所示的调制器部22中的第三例的衍射光栅27而言，公式(4)以及公式(5)成立。
hf＞he＞hd＞hc＞hb＞ha…(2)
df＝de＝dd＝dc＝db＝da…(3)
(hf＝he)＞(hd＝hc)＞(hb＝ha)…(4)
(df＝dd＝db)＜(de＝dc＝da)…(5)
另外，在公式(4)、公式(5)中，将相等的厚度或深度用()括起来，以明确每个()的大小关系。
在图18、图19中与图16同样，虚线31f与凸部28a的射出端面32侧的端部的间隔为zp，且和凸部28e的射出端面32侧的端部与凸部28f的射出端面32侧的端部的间隔相同。另外，凸部28f的射出端面32侧的端部与射出端面32一致。另外，凸部28a的射出端面32侧的端部与凸部28b的射出端面32侧的端部的间隔、凸部28b的射出端面32侧的端部与凸部28c的射出端面32侧的端部的间隔、凸部28c的射出端面32侧的端部与凸部28d的射出端面32侧的端部的间隔、凸部28d的射出端面32侧的端部与凸部28e的射出端面32侧的端部的间隔分别为zp。间隔zp是相邻的一组凸部28以及凹部29的间隔，并且这些间隔相同。在图18、图19中示出凸部28的z方向的宽度与凹部29的z方向的宽度相同的例子。
另外，本申请中虽然记载了各种例示的实施方式以及实施例，但一个或多个实施方式所记载的各种特征、方式以及功能并不限定于特定的实施方式的应用，也可以单独或以各种组合应用于实施方式。因此，在本申请说明书所公开的技术范围内能够想到未例示的无数的变形例。例如，包括对至少一个构成要素进行变形的情况、增加的情况或省略的情况，还包括抽取至少一个构成要素并与其他实施方式的构成要素组合的情况。
附图标记说明
1...半导体基板；4...活性层；5...吸收层；11...阴极电极；13...第一阳极电极；14...第二阳极电极；15...台面条带；16...衍射光栅材料层；17...衍射光栅；18...衍射光栅；21...激光器部；22...调制器部；23...分离部；25...非衍射光栅区域；26...衍射光栅；27...衍射光栅；28、28a、28b、28c、28d、28e、28f...凸部；29、29a、29b、29c、29d、29e、29f...凹部；32...射出端面；50...半导体激光器装置；za、zb、zc、zd...间隔。

Claims (23)

1.一种半导体激光器装置，分布反馈型的激光器部以及电场吸收型的调制器部形成于同一半导体基板，并且从所述激光器部射出的激光束从所述调制器部的射出端面射出，其特征在于，
所述激光器部具备沿所述激光束的光轴的方向延伸而形成的第一衍射光栅，
所述调制器部在一部分具备沿所述激光束的光轴的方向延伸而形成的第二衍射光栅，
在所述调制器部的所述第二衍射光栅与向所述调制器部射出所述激光束的所述激光器部的射出端之间，夹设有不形成衍射光栅的非衍射光栅区域。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器装置，其特征在于，
所述第一衍射光栅具备：沿与所述半导体基板垂直的方向延伸的多个第一凸部、和比所述第一凸部的与所述半导体基板相反侧的面向所述半导体基板侧凹陷的多个第一凹部，
所述第二衍射光栅具备：沿与所述半导体基板垂直的方向延伸的多个第二凸部、和比所述第二凸部的与所述半导体基板相反侧的面向所述半导体基板侧凹陷的多个第二凹部，
所述第二衍射光栅的所述第二凹部在与所述半导体基板垂直的方向上的深度与所述第一衍射光栅的所述第一凹部相同。
3.根据权利要求2所述的半导体激光器装置，其特征在于，
所述第二衍射光栅的相邻的一组所述第二凸部以及所述第二凹部的所述激光束的光轴的方向的间隔不均匀。
4.根据权利要求2或3所述的半导体激光器装置，其特征在于，
所述第二衍射光栅的所述第二凸部的与所述半导体基板垂直的方向上的厚度不均匀。
5.根据权利要求1所述的半导体激光器装置，其特征在于，
所述第一衍射光栅具备：沿与所述半导体基板垂直的方向延伸的多个第一凸部、和比所述第一凸部的与所述半导体基板相反侧的面向所述半导体基板侧凹陷的多个第一凹部，
所述第二衍射光栅具备：沿与所述半导体基板垂直的方向延伸的多个第二凸部、和比所述第二凸部的与所述半导体基板相反侧的面向所述半导体基板侧凹陷的多个第二凹部，
所述第二衍射光栅的所述第二凹部的与所述半导体基板垂直的方向上的深度不均匀。
6.根据权利要求5所述的半导体激光器装置，其特征在于，
所述第二衍射光栅的相邻的一组所述第二凸部以及所述第二凹部的所述激光束的光轴的方向的间隔均匀。
7.根据权利要求5或6所述的半导体激光器装置，其特征在于，
所述第二衍射光栅的所述第二凸部的与所述半导体基板垂直的方向上的厚度不均匀。
8.根据权利要求1～7中的任一项所述的半导体激光器装置，其特征在于，
所述第二衍射光栅由与所述第一衍射光栅相同的衍射光栅材料层形成。
9.根据权利要求1～8中的任一项所述的半导体激光器装置，其特征在于，
在所述调制器部中的所述激光器部侧设置有所述非衍射光栅区域。
10.根据权利要求1～9中的任一项所述的半导体激光器装置，其特征在于，
具备：形成于所述半导体基板的背面的阴极电极、和形成于所述半导体基板的表面侧的所述调制器部的阳极电极以及所述激光器部的阳极电极，
在所述调制器部与所述激光器部的所述射出端之间设置有将所述调制器部的阳极电极与所述激光器部的阳极电极分离的分离部。
11.根据权利要求1～10中的任一项所述的半导体激光器装置，其特征在于，
所述激光器部具备第一台面条带，该第一台面条带是包括活性层以及所述第一衍射光栅并且沿所述激光束的光轴的方向延伸而形成的台面，
所述调制器部具备第二台面条带，该第二台面条带是包括吸收层以及所述第二衍射光栅并且沿所述激光束的光轴的方向延伸而形成的台面，
在所述调制器部的所述激光器部一侧的端部与向所述调制器部射出所述激光束的所述激光器部的射出端之间设置的所述非衍射光栅区域具备第三台面条带，该第三台面条带是包括与所述调制器部的所述吸收层以及所述激光器部的所述活性层连接的吸收层并且沿所述激光束的光轴的方向延伸而形成的台面，
所述第一台面条带、所述第二台面条带以及所述第三台面条带是连续的。
12.一种半导体激光器装置，分布反馈型的激光器部以及电场吸收型的调制器部形成于同一半导体基板，并且从所述激光器部射出的激光束从所述调制器部的射出端面射出，其特征在于，
所述激光器部具备沿所述激光束的光轴的方向延伸而形成的第一衍射光栅，
所述调制器部在至少一部分具备沿所述激光束的光轴的方向延伸而形成的第二衍射光栅，
在所述调制器部的所述第二衍射光栅与向所述调制器部射出所述激光束的所述激光器部的射出端之间，夹设有不形成衍射光栅的非衍射光栅区域，
所述第一衍射光栅具备：沿与所述半导体基板垂直的方向延伸的多个第一凸部、和比所述第一凸部的与所述半导体基板相反侧的面向所述半导体基板侧凹陷的多个第一凹部，
所述第二衍射光栅具备：沿与所述半导体基板垂直的方向延伸的多个第二凸部、和比所述第二凸部的与所述半导体基板相反侧的面向所述半导体基板侧凹陷的多个第二凹部，
所述第二衍射光栅的所述第二凹部在与所述半导体基板垂直的方向上的深度与所述第一衍射光栅的所述第一凹部相同，
所述第二衍射光栅的相邻的一组所述第二凸部以及所述第二凹部的所述激光束的光轴的方向的间隔均匀。
13.根据权利要求12所述的半导体激光器装置，其特征在于，
所述第二衍射光栅的所述第二凸部的与所述半导体基板垂直的方向上的厚度不均匀。
14.根据权利要求12或13所述的半导体激光器装置，其特征在于，
所述第二衍射光栅由与所述第一衍射光栅相同的衍射光栅材料层形成。
15.根据权利要求12～14中的任一项所述的半导体激光器装置，其特征在于，
在所述调制器部中的所述激光器部侧设置有所述非衍射光栅区域。
16.根据权利要求12～15中的任一项所述的半导体激光器装置，其特征在于，
具备：形成于所述半导体基板的背面的阴极电极、和形成于所述半导体基板的表面侧的所述调制器部的阳极电极以及所述激光器部的阳极电极，
在所述调制器部与所述激光器部的所述射出端之间设置有将所述调制器部的阳极电极与所述激光器部的阳极电极分离的分离部。
17.根据权利要求12～16中的任一项所述的半导体激光器装置，其特征在于，
所述激光器部具备第一台面条带，该第一台面条带是包括活性层以及所述第一衍射光栅并且沿所述激光束的光轴的方向延伸而形成的台面，
所述调制器部具备第二台面条带，该第二台面条带是包括吸收层以及所述第二衍射光栅并且沿所述激光束的光轴的方向延伸而形成的台面，
在所述调制器部的所述激光器部一侧的端部与向所述调制器部射出所述激光束的所述激光器部的射出端之间设置的所述非衍射光栅区域具备第三台面条带，该第三台面条带是包括与所述调制器部的所述吸收层以及所述激光器部的所述活性层连接的吸收层并且沿所述激光束的光轴的方向延伸而形成的台面，
所述第一台面条带、所述第二台面条带以及所述第三台面条带是连续的。
18.一种半导体激光器装置，分布反馈型的激光器部以及电场吸收型的调制器部形成于同一半导体基板，并且从所述激光器部射出的激光束从所述调制器部的射出端面射出，其特征在于，
所述激光器部具备沿所述激光束的光轴的方向延伸而形成的第一衍射光栅，
所述调制器部在至少一部分具备沿所述激光束的光轴的方向延伸而形成的第二衍射光栅，
在所述调制器部的所述第二衍射光栅与向所述调制器部射出所述激光束的所述激光器部的射出端之间，夹设有不形成衍射光栅的非衍射光栅区域，
所述第一衍射光栅具备：沿与所述半导体基板垂直的方向延伸的多个第一凸部、和比所述第一凸部的与所述半导体基板相反侧的面向所述半导体基板侧凹陷的多个第一凹部，
所述第二衍射光栅具备：沿与所述半导体基板垂直的方向延伸的多个第二凸部、和比所述第二凸部的与所述半导体基板相反侧的面向所述半导体基板侧凹陷的多个第二凹部，
所述第二衍射光栅的所述第二凹部的与所述半导体基板垂直的方向上的深度不均匀，
所述第二衍射光栅的相邻的一组所述第二凸部以及所述第二凹部的所述激光束的光轴的方向的间隔不均匀。
19.根据权利要求18所述的半导体激光器装置，其特征在于，
所述第二衍射光栅的所述第二凸部的与所述半导体基板垂直的方向上的厚度不均匀。
20.根据权利要求18或19所述的半导体激光器装置，其特征在于，
所述第二衍射光栅由与所述第一衍射光栅相同的衍射光栅材料层形成。
21.根据权利要求18～20中的任一项所述的半导体激光器装置，其特征在于，
在所述调制器部中的所述激光器部侧设置有所述非衍射光栅区域。
22.根据权利要求18～21中的任一项所述的半导体激光器装置，其特征在于，
具备：形成于所述半导体基板的背面的阴极电极、和形成于所述半导体基板的表面侧的所述调制器部的阳极电极以及所述激光器部的阳极电极，
在所述调制器部与所述激光器部的所述射出端之间设置有将所述调制器部的阳极电极与所述激光器部的阳极电极分离的分离部。
23.根据权利要求18～22中的任一项所述的半导体激光器装置，其特征在于，
所述激光器部具备第一台面条带，该第一台面条带是包括活性层以及所述第一衍射光栅并且沿所述激光束的光轴的方向延伸而形成的台面，
所述调制器部具备第二台面条带，该第二台面条带是包括吸收层以及所述第二衍射光栅并且沿所述激光束的光轴的方向延伸而形成的台面，
在所述调制器部的所述激光器部一侧的端部与向所述调制器部射出所述激光束的所述激光器部的射出端之间设置的所述非衍射光栅区域具备第三台面条带，该第三台面条带是包括与所述调制器部的所述吸收层以及所述激光器部的所述活性层连接的吸收层并且沿所述激光束的光轴的方向延伸而形成的台面，
所述第一台面条带、所述第二台面条带以及所述第三台面条带是连续的。
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