JP2001085781A - 変調器集積半導体レーザ及び変調器集積半導体レーザを使用した半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体レーザの数を増やすことなく広い範囲
の発振波長のレーザ光を発することができる変調器集積
半導体レーザ及び変調器集積半導体レーザを使用した半
導体レーザ装置を得る。 【解決手段】 半導体基板２におけるレーザ部４が形成
された部分の裏面にレーザ部用ペルチェクーラ１２を、
半導体基板２における光変調部７が形成された部分の裏
面に光変調部用ペルチェクーラ１４を対応するサブマウ
ント１３，１５を介してそれぞれ設け、レーザ部４と光
変調部７の温度調整を独立して行うようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システム用
の光源に使用する半導体レーザに関し、特に変調器集積
半導体レーザ及び変調器集積半導体レーザを使用した半
導体レーザ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１２は、従来の変調器集積半導体レー
ザを示した概略の斜視図である。なお、図１２では、４
つの半導体レーザを使用した場合を例にして示してい
る。図１２において、変調器集積半導体レーザ２００
は、半導体基板２０１上に形成された、異なる発振波長
λ１〜λ４の４つの半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ４を有す
るレーザ部２０２、合波器２０３及び電界吸収型の光変
調器ＭＯＤを有する光変調部２０４を備えている。レー
ザ部２０２において、所望の波長に最も近い波長の半導
体レーザが選択されて電流が注入されることにより選択
された半導体レーザが発振する。選択された半導体レー
ザから発せられたレーザ光は、合波器２０３を介して光
変調器ＭＯＤで光変調されて出力される。

【０００３】このような構成において、半導体レーザに
おける発振波長の微調整は、半導体レーザの温度を調整
することによって行っており、例えば、半導体レーザの
発振波長は、約０.１ｎｍ／℃の割合で変化し、温度が
高いほど長波長化する。一方、半導体レーザの温度を調
整すると光変調部２０４の温度もほぼ同じだけ変化す
る。このような構成の、変調器と半導体レーザとを集積
した素子は、特開平７−１０６６９１号公報で開示され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、光変調部２０
４における光吸収層のバンドギャップ波長の温度変化
は、約１.０ｎｍ／℃で、レーザ部２０２の発振波長の
変化の１０倍となる。半導体レーザにおける発振波長に
対する光変調部２０４のバンドギャップ波長のマージン
は±５ｎｍであることから、光変調部２０４の温度は、
±５℃の範囲でのみ変化させることができる。したがっ
て、光変調部２０４における発振波長の微調整範囲は±
０.５ｎｍ以内となる。

【０００５】本来、半導体レーザは、−１０℃〜＋８５
℃の範囲で使用することができることから、波長可変範
囲は半導体レーザ１個あたり９.５ｎｍ程度あるにもか
かわらず、１ｎｍの範囲でしか使用することができなか
った。このため、広い範囲の波長に適応するためには多
数の半導体レーザが必要となり、素子の大型化、歩留ま
りの低下、及びコストの増加の原因となっていた。

【０００６】本発明は、上記のような問題を解決するた
めになされたものであり、レーザ部と光変調部とをそれ
ぞれ独立して温度調整を行うことによって、レーザ部に
おける半導体レーザの数を増やすことなく広い範囲の発
振波長のレーザ光を発することができる変調器集積半導
体レーザ及び変調器集積半導体レーザを使用した半導体
レーザ装置を得ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る変調器集
積半導体レーザは、半導体基板上に形成された少なくと
も１つの半導体レーザで構成されるレーザ部と、半導体
基板上に形成され該レーザ部からのレーザ光に対して光
変調を行って外部へ射出する光変調器を有する光変調部
と、レーザ部の温度調整を独立して行う第１温度調整部
と、光変調部の温度調整を独立して行う第２温度調整部
とを備えるものである。

【０００８】また、この発明に係る変調器集積半導体レ
ーザは、請求項１において、上記第１温度調整部及び第
２温度調整部が、ペルチェ効果を利用した電子冷熱素子
をそれぞれ有し、該各電子冷熱素子を、半導体基板にお
けるレーザ部が形成された裏面、及び半導体基板におけ
る光変調部が形成された裏面に対応して設けたものであ
る。

【０００９】また、この発明に係る変調器集積半導体レ
ーザは、請求項１又は請求項２のいずれかにおいて、上
記第１温度調整部が、半導体レーザの近傍に形成された
抵抗体で構成される発熱体を有し、上記第２温度調整部
が、光変調器の近傍に形成された抵抗体で構成される発
熱体を有するものである。

【００１０】また、この発明に係る変調器集積半導体レ
ーザは、請求項１から請求項３のいずれかにおいて、上
記レーザ部と光変調部との間に、半導体基板を削って形
成された少なくとも１つの溝を設けたものである。

【００１１】また、この発明に係る変調器集積半導体レ
ーザは、請求項１から請求項３のいずれかにおいて、半
導体基板における上記レーザ部及び光変調部が形成され
た各裏面に、半導体基板と異なる金属がそれぞれ埋め込
まれたものである。

【００１２】また、この発明に係る変調器集積半導体レ
ーザは、請求項５において、上記金属に、半導体基板よ
りも熱伝導率が大きいものを使用したものである。

【００１３】この発明に係る半導体レーザ装置は、半導
体基板上に形成された少なくとも１つの半導体レーザで
構成されるレーザ部、半導体基板上に形成され該レーザ
部からのレーザ光に対して光変調を行って外部へ射出す
る光変調器を有する光変調部、レーザ部の温度調整を独
立して行う第１温度調整部、及び光変調部の温度調整を
独立して行う第２温度調整部を有する変調器集積半導体
レーザと、該変調器集積半導体レーザから射出されるレ
ーザ光の波長を検出する波長検出部と、光変調部の温度
検出を行うと共に該検出した温度と該波長検出部で検出
された波長から、変調器集積半導体レーザから射出され
るレーザ光の波長が所望の波長になるように第１温度調
整部及び第２温度調整部に対して個別に温度制御を行う
制御部とを備えるものである。

【００１４】また、この発明に係る半導体レーザ装置
は、請求項７において、上記第１温度調整部及び第２温
度調整部が、ペルチェ効果を利用した電子冷熱素子をそ
れぞれ有し、該各電子冷熱素子を、半導体基板における
レーザ部が形成された裏面、及び半導体基板における光
変調部が形成された裏面に対応して設けたものである。

【００１５】また、この発明に係る半導体レーザ装置
は、請求項７又は請求項８のいずれかにおいて、上記第
１温度調整部が、半導体レーザの近傍に形成された抵抗
体で構成される発熱体を有し、上記第２温度調整部が、
光変調器の近傍に形成された抵抗体で構成される発熱体
を有するものである。

【００１６】また、この発明に係る半導体レーザ装置
は、請求項７から請求項９のいずれかにおいて、上記レ
ーザ部と光変調部との間に、半導体基板を削って形成さ
れた少なくとも１つの溝を設けたものである。

【００１７】また、この発明に係る半導体レーザ装置
は、請求項７から請求項９のいずれかにおいて、半導体
基板におけるレーザ部及び光変調部が形成された各裏面
に、半導体基板と異なる金属がそれぞれ埋め込まれたも
のである。

【００１８】また、この発明に係る半導体レーザ装置
は、請求項１１において、上記金属に、半導体基板より
も熱伝導率が大きいものを使用したものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、図面に示す実施の形態に基
づいて、本発明を詳細に説明する。 実施の形態１．図１は、本発明の実施の形態１における
変調器集積半導体レーザの例を示した概略の斜視図であ
る。なお、図１では、４つの半導体レーザを有する場合
を例にして示している。

【００２０】図１において、変調器集積半導体レーザ１
は、半導体基板２上に形成された、異なる発振波長λａ
〜λｄの４つの半導体レーザ３ａ〜３ｄで構成されるレ
ーザ部４、合波器５及び電界吸収型の光変調器６で構成
される光変調部７を有する半導体レーザ素子１０を備え
ている。レーザ部４が形成された半導体基板２の裏面に
は、マウント台１１上に固着されレーザ部４の温度調整
を行うレーザ部用ペルチェクーラ１２が、サブマウント
１３を介して設けられている。

【００２１】更に、光変調部７が形成された半導体基板
２の裏面には、マウント台１１上に固着され光変調部７
の温度調整を行う光変調部用ペルチェクーラ１４が、サ
ブマウント１５を介して設けられている。マウント台１
１は、鉄、銅又は銀ブロック等で形成され、サブマウン
ト１３及び１５は、炭化けい素(ＳiＣ)又は窒化アルミ
(ＡlＮ)等で形成されている。また、レーザ部用ペルチ
ェクーラ１２及び光変調部用ペルチェクーラ１４は、ペ
ルチェ効果を利用した電子冷熱素子で形成されている。

【００２２】図２は、図１のＡ‐Ａ’断面を示した概略
の断面図である。図２から分かるように、半導体基板２
には、各半導体レーザ３ａ〜３ｄにおけるそれぞれの活
性層２１ａ〜２１ｄ、合波器５における導波路層２２、
及び光変調部７における吸収層２３がそれぞれ形成され
ている。導波路層２２は、各半導体レーザ３ａ〜３ｄか
らのレーザ光に対して透明となるように、材料のバンド
キャップが大きくなるように形成されており、例えば
１.５５μｍのレーザ光に対して１.３μｍ組成のＩnＧa
ＡsＰとする。このような構成において、変調器集積半
導体レーザ１は、レーザ部４における、所望の波長に最
も近い波長の半導体レーザが選択されて電流が注入され
ることにより選択された半導体レーザが発振する。選択
された半導体レーザから発せられたレーザ光は、合波器
５を介して光変調器６で光変調されて射出される。

【００２３】次に、図３は、図１及び図２で示した半導
体レーザ素子１０の製造方法を示した図である。なお、
図３では、図３(ａ)〜図３(ｃ)、図３(ｅ)、図３(ｆ)及
び図３(ｉ)は、図１のＡ‐Ａ’断面を示しており、図３
(ｇ)及び図３(ｈ)は、図１のＸ‐Ｘ’断面を示してい
る。

【００２４】図３において、最初に、図３(ａ)で示すよ
うに、ｎ形半導体基板であるｎ‐ＩnＰ基板２上にｎ‐
ＩnＰバッファ層４１及びアンドープＩnＧaＡsＰ光導波
層４２をＭＯＣＶＤ法により結晶成長させて形成する。
その後、レーザ部４形成領域をエッチングするためのＳ
iＯ₂マスク４３ａをパターン形成させる。次に、図３
(ｂ)で示すように、ドライエッチング（例えば、ＣＨ₄
＋Ｏ₂＋Ｎ₂のエッチングガスを使用する）又はウエット
エッチング（例えば、ＨＣlのエッチング液を使用す
る）によって、レーザ部４を形成する領域の光導波層４
２を除去する。

【００２５】次に、図３(ｃ)で示すように、図３(ｂ)で
行ったエッチング部に活性層２１ｂを形成する。図３
(ｄ)は、図３(ｃ)の活性層２１ｂの構造を示した図であ
り、図３(ｂ)で行ったエッチング部に、ｎ‐ＩnＧaＡs
Ｐ光閉込層４４、ＩnＧaＡsＰ多重量子井戸活性層４
５、アンドープＩnＧaＡsＰ光閉込層４６、ｐ‐ＩnＰク
ラッド層４７、ｐ‐ＩnＧaＡsＰ回析格子層４８を順次
ＭＯＣＶＤ法により結晶成長させて形成する。回析格子
は、ｐ‐ＩnＧaＡsＰ回析格子層４８を干渉露光法で格
子状にエッチングすることで形成される。この後、光変
調部７の領域における光導波層４２をエッチングするた
めのＳiＯ₂マスク４３ｂをパターン形成する。

【００２６】次に、図３(ｅ)で示すように、光変調部７
の領域における光導波層４２を、図３(ｂ)で示した方法
と同様の方法でエッチングする。この後、図３(ｆ)で示
すように、ｐ‐ＩnＰクラッド層４９、ｐ⁺‐ＩnＧaＡs
コンタクト層５０を順次ＭＯＣＶＤ法により結晶成長さ
せて形成する。次に、図３(ｇ)で示すように、ＳiＯ₂マ
スク４３ｃをパターン形成し、該形成したＳiＯ₂マスク
４３ｃをエッチングマスクとして導波路形成を行う。更
に、図３(ｈ)で示すように、図３(ｇ)でエッチングした
部分に、ＩnＰ：Ｆe（鉄ドープインジウムリン）等の半
絶縁性半導体層５１を埋込成長させて形成する。

【００２７】次に、図３(ｉ)で示すように、レーザ部４
の領域と光変調部７の領域との間の部分のｐ⁺‐ＩnＧa
Ａsコンタクト層５０を、エッチング（例えば酒石酸を
使用）によって除去した後、ＳiＯ₂絶縁膜５２をパター
ン形成する。更に、下層がＴiで上層がＡuである２層構
造の電極のＴi／Ａu表電極５３及びＡuメッキ層５４を
順次パターン形成し、ｎ‐ＩnＰ基板２の裏面を研磨し
た後、下層から順にＡuＧe層、Ｎi層、Ｔi層、Ｐt層、
Ｔi層、Ｐt層、Ａu層の７層構造をなすＡuＧe／Ｎi／Ｔ
i／Ｐt／Ｔi／Ｐt／Ａu電極５５及びＡuメッキ層５６を
順次パターン形成する。この後、ウエハから半導体レー
ザ素子１０をへき開によって切り出し、前端面に低反射
コート（図示せず）を、後端面には高反射コート（図示
せず）をそれぞれ行って半導体レーザ素子１０の製造が
完了する。なお、半導体レーザは、回析格子に位相シフ
ト領域があり、かつ後面が低反射コートされたものであ
ってもよい。また、回析格子が利得結合型の半導体レー
ザで後面が低反射コートされたものであってもよい。

【００２８】図４は、図１及び図２の変調器集積半導体
レーザ１を使用した半導体レーザ装置の例を示す概略の
ブロック図である。図４において、半導体レーザ装置３
１は、変調器集積半導体レーザ１と、半導体レーザ３ａ
〜３ｄに対する電源の供給を行うレーザ用電源部３２
と、入力される選択信号に応じて半導体レーザ３ａ〜３
ｄのいずれか１つにレーザ用電源部３２からの電源の供
給を行うレーザ選択スイッチ部３３と、レーザ部用ペル
チェクーラ１２の電源供給を行う第１ペルチェクーラ用
電源部３４と、光変調部用ペルチェクーラ１４の電源供
給を行う第２ペルチェクーラ用電源部３５と、光変調器
６に対する変調信号を生成して出力する変調信号生成部
３６とを備えている。

【００２９】更に、半導体レーザ装置３１は、モノクロ
メータや光スペクトラムアナライザ等を用いて変調器集
積半導体レーザ１から射出されるレーザ光の波長を測定
する波長測定部３７と、変調器集積半導体レーザ１から
のレーザ光の波長が外部より指定された波長になるよう
に、レーザ選択スイッチ部３３、第１ペルチェクーラ用
電源３４及び第２ペルチェクーラ用電源３５の動作制御
を行う波長制御部３８とを備えている。

【００３０】このような構成において、波長制御部３８
は、半導体レーザ３ａ〜３ｄの内、外部から指定された
波長に最も近い波長の１つの半導体レーザに、レーザ用
電源部３２から電流が注入されるようにレーザ選択スイ
ッチ部３３の制御を行う。変調器集積半導体レーザ１か
ら射出されたレーザ光は、分波器を介して波長測定部３
７に入射され、波長測定部３７は、該入射光の波長を測
定して波長制御部３８に出力する。波長制御部３８は、
熱電対（図示せず）等で光変調部７の温度をモニタし、
波長測定部３７で測定された波長が外部から指定された
波長になるように、第１及び第２ペルチェクーラ用電源
３４，３５を個別に制御して、レーザ部４及び光変調部
７の温度制御を行う。

【００３１】例えば、ＤＦＢ(distributed feedback)レ
ーザの場合、レーザ光の波長の温度係数は、約０.１ｎ
ｍ／℃であることから、波長制御部３８は、第１及び第
２ペルチェクーラ用電源３４，３５を個別に制御して、
レーザ部用ペルチェクーラ１２及び光変調部用ペルチェ
クーラ１４への印加電流及びその方向を変化させること
により、変調器集積半導体レーザ１から射出されるレー
ザ光の波長を制御する。通常、典型的な変調器集積半導
体レーザで、１０℃〜３５℃の範囲で温度変化させるこ
とから、このときのレーザ光の波長可変範囲は、半導体
レーザ１本あたり２.５ｎｍである。

【００３２】一方、レーザ部４の発振波長をλｍとし、
光変調部７のバンドギャップ波長をλｎとすると、λｍ
とλｎとの差Δλ（Δλ＝λｍ−λｎ）は、変調光信号
の伝送特性上５０ｎｍ〜６０ｎｍであることが好まし
い。このことから、波長制御部３８は、Δλが上記値か
ら変化しないように、レーザ部４の発振波長λｍに応じ
て光変調部７の温度を独立に変化させてλｎの値を調整
する。このように、レーザ部４の波長に応じて光変調部
７の動作が最適となるバンドギャップ波長になるよう
に、光変調部用ペルチェクーラ１４を用いて光変調部７
の温度調整が行われる。

【００３３】ここで、半導体レーザ素子１０において、
例えば、レーザ部４の長さが３００μｍ〜５００μｍ、
合波器５が形成されている部分の長さが１００μｍ〜２
００μｍ、光変調部７の長さが１００μｍ〜２５０μｍ
であり、素子の厚さが約１００μｍ、素子の幅が約３０
０μｍである場合、射出されるレーザ光の波長可変範囲
は、１５３０ｎｍ〜１５６０ｎｍであり、可変幅は３０
ｎｍである。このときの半導体レーザの必要数は１２本
であり、レーザ部４と光変調部７の温度は３０℃の範囲
内で独立に可変制御される。これに対して、従来の構成
では、レーザ光の波長可変幅３０ｎｍをカバーするに
は、６０本の半導体レーザが必要となる。これらのこと
から、レーザ光の波長可変範囲が従来の５倍になること
から、半導体レーザの数は１／５で済むことになる。

【００３４】このように、本実施の形態１における変調
器集積半導体レーザは、レーザ部４と光変調部７にペル
チェクーラをそれぞれ設けて、レーザ部４と光変調部７
の温度調整を独立して行うようにした。このことから、
レーザ部４の温度を動作可能な範囲、例えば−１０℃〜
＋８５℃で変化させることができ、１つの半導体レーザ
における波長変化を大きくすることができる。このた
め、所望の波長範囲に対するレーザ部を構成する半導体
レーザの数を削減することができ、半導体レーザ素子の
小型化を行うことができると共に歩留まりを向上させる
ことができ、コストの低減を図ることができる。

【００３５】実施の形態２．上記実施の形態１では、レ
ーザ部４及び光変調部７の温度調整をペルチェクーラを
使用して行ったが、レーザ部４及び光変調部７にそれぞ
れ発熱体を設けて温度調整を行うようにしてもよく、こ
のようにしたものを本発明の実施の形態２とする。図５
は、本発明の実施の形態２における変調器集積半導体レ
ーザの例を示した概略の斜視図である。なお、図５で
は、図１と同じものは同じ符号で示しており、ここでは
その説明を省略する。

【００３６】図５において、変調器集積半導体レーザ６
１は、半導体基板２上に形成された、異なる発振波長の
４つの半導体レーザ３ａ〜３ｄ及び該各半導体レーザ３
ａ〜３ｄの近傍に対応して形成された発熱体６２ａ〜６
５ａで構成されるレーザ部６６、合波器５、並びに光変
調器６及び該光変調器６の近傍に設けられた発熱体６７
ａで構成される光変調部６８を備えている。

【００３７】発熱体６２ａには電極６２ｂ，６２ｃが、
発熱体６３ａには電極６３ｂ，６３ｃが、発熱体６４ａ
には電極６４ｂ，６４ｃが、発熱体６５ａには電極６５
ｂ，６５ｃが、それぞれ形成されている。同様に、発熱
体６７ａには電極６７ｂ，６７ｃが形成されている。発
熱体６２ａ〜６５ａ及び６７ａは、例えばＴa₂Ｎ（窒化
タンタル）抵抗体で形成されており、Ｔa₂Ｎ抵抗体は、
例えば蒸着及びリフトオフによって形成することができ
る。電極６２ｂ〜６５ｂ及び６７ｂ並びに電極６２ｃ〜
６５ｃ及び６７ｃは、Ｔi／Ａu電極であり、対応する発
熱体６２ａ〜６５ａ及び６７ａに電流を注入するための
ものである。

【００３８】図６は、図５の変調器集積半導体レーザ６
１を使用した半導体レーザ装置の例を示す概略のブロッ
ク図である。なお、図６では、図４と同じものは同じ符
号で示しており、ここではその説明を省略すると共に図
４との相違点のみ説明する。図６における図４との相違
点は、図４の変調器集積半導体レーザ１を図５の変調器
集積半導体レーザ６１に置き換え、図４の第１ペルチェ
クーラ用電源部３４を第１発熱体用電源部７２に、図４
の第２ペルチェクーラ用電源部３５を第２発熱体用電源
部７３にそれぞれ置き換えたことと、発熱体６２ａ〜６
５ａのいずれか１つに第１発熱体用電源部７２からの電
源の供給を行う発熱体選択スイッチ部７４を追加したこ
とにあり、これらに伴って、図４の波長制御部３８を波
長制御部７５にし、図４の半導体レーザ装置３１を半導
体レーザ装置７１にしたことにある。

【００３９】波長制御部７５は、図４の波長制御部３８
と同様にしてレーザ選択スイッチ部３３の制御を行うと
共に、選択した半導体レーザに対応する発熱体に対して
第１発熱体用電源部７１からの電源の供給が行われるよ
うに発熱体選択スイッチ部７４の制御を行う。また、波
長制御部７５は、熱電対（図示せず）等で光変調部７の
温度をモニタし、波長測定部３７で測定された波長が外
部から指定された波長になるように、第１及び第２発熱
体用電源部７２，７３を制御して、選択された半導体レ
ーザ及び光変調部７の温度制御を行う。このようにし
て、変調器集積半導体レーザ６１から射出されるレーザ
光の波長が所望の波長になるように制御される。

【００４０】このように、本実施の形態２における変調
器集積半導体レーザは、レーザ部４と光変調部７に発熱
体をそれぞれ設けて、レーザ部４と光変調部７の温度調
整を独立して行うようにした。このことから、実施の形
態１と同様の効果を得ることができる。

【００４１】実施の形態３．上記実施の形態２では、レ
ーザ部４及び光変調部７にそれぞれ発熱体を設けて温度
調整を行うようにしたが、発熱体を使用した温度調整
は、室温に対して温度上昇を行うことしかできないこと
から、レーザ部４及び光変調部７の温度調整を実施の形
態１で示したペルチェクーラと、実施の形態２で示した
発熱体とを併用してレーザ部４及び光変調部７の温度調
整を独立して行うようにしてもよく、このようにしたも
のを本発明の実施の形態３とする。

【００４２】図７は、本発明の実施の形態３における変
調器集積半導体レーザの例を示した概略の斜視図であ
る。なお、図７では、図１又は図５と同じものは同じ符
号で示しており、ここではその説明を省略する。図７に
おいて、変調器集積半導体レーザ８１は、半導体基板２
上に形成された、異なる発振波長の４つの半導体レーザ
３ａ〜３ｄ及び該各半導体レーザ３ａ〜３ｄの近傍に対
応して形成された発熱体６２ａ〜６５ａで構成されるレ
ーザ部６６、合波器５、並びに光変調器６及び該光変調
器６の近傍に設けられた発熱体６７ａで構成される光変
調部６８を有する半導体レーザ素子８２を備えている。

【００４３】レーザ部６６が形成された半導体基板２の
裏面には、マウント台１１上に固着されたレーザ部用ペ
ルチェクーラ１２が、サブマウント１３を介して設けら
れている。更に、光変調部６８が形成された半導体基板
２の裏面には、マウント台１１上に固着され光変調部６
８の温度調整を行う光変調部用ペルチェクーラ１４が、
サブマウント１５を介して設けられている。

【００４４】図８は、図７の変調器集積半導体レーザ８
１を使用した半導体レーザ装置の例を示す概略のブロッ
ク図である。なお、図８では、図４又は図６と同じもの
は同じ符号で示しており、ここではその説明を省略す
る。図８において、半導体レーザ装置８５は、変調器集
積半導体レーザ８１と、レーザ用電源部３２と、レーザ
選択スイッチ部３３と、第１ペルチェクーラ用電源部３
４と、第２ペルチェクーラ用電源部３５と、変調信号生
成部３６とを備えている。

【００４５】更に、半導体レーザ装置８５は、波長測定
部３７と、第１発熱体用電源部７２と、第２発熱体用電
源部７３と、発熱体選択スイッチ部７４とを備え、変調
器集積半導体レーザ８１からのレーザ光の波長が外部よ
り指定された波長になるように、レーザ選択スイッチ部
３３、第１ペルチェクーラ用電源３４、第２ペルチェク
ーラ用電源３５、第１発熱体用電源部７２、第２発熱体
用電源部７３、及び発熱体選択スイッチ部７４の動作制
御を行う波長制御部８３とを備えている。

【００４６】このような構成において、波長制御部８３
は、図４の波長制御部３８及び図６の波長制御部７５の
各動作を行うものであり、図４の波長制御部３８と同様
にしてレーザ選択スイッチ部３３の制御を行うと共に、
図６の波長制御部７５と同様にして発熱体選択スイッチ
部７４の制御を行う。また、波長制御部８３は、熱電対
（図示せず）等で光変調部７の温度をモニタし、波長測
定部３７で測定された波長が外部から指定された波長に
なるように、第１及び第２ペルチェクーラ用電源３４，
３５並びに第１及び第２発熱体用電源部７２，７３を制
御して、レーザ部４及び光変調部７の温度制御を独立し
て行う。

【００４７】このようにすることにより、冷却も含めた
温度の粗調をレーザ部用ペルチェクーラ１２及び光変調
部用ペルチェクーラ１４で行い、更に温度調整における
微調整を発熱体６２ａ〜６５ａ及び６７ａで行うことが
でき、より正確な温度制御を行うことができる。

【００４８】このように、本実施の形態３における変調
器集積半導体レーザは、レーザ部４と光変調部７にペル
チェクーラと発熱体をそれぞれ設けて、レーザ部４と光
変調部７の温度調整を独立して行うようにした。このこ
とから、実施の形態１と同様の効果を得ることができる
と共に、射出されるレーザ光の波長に対する正確な波長
制御を行うことができ、より正確にレーザ光の波長を所
望の波長にすることができる。

【００４９】実施の形態４．実施の形態１から実施の形
態３における各変調器集積半導体レーザにおいて、レー
ザ部４と光変調部７との間に溝を設け、レーザ部４と光
変調部７との間の熱的干渉を低減するようにしてもよ
く、このようにしたものを本発明の実施の形態４とす
る。図９は、本発明の実施の形態４における変調器集積
半導体レーザの例を示した概略の断面図である。なお、
図９では、ペルチェクーラを使用した場合を例にして図
１のＡ‐Ａ’断面に対応させて示しており、図２と同じ
ものは同じ符号で示し、ここではその説明を省略すると
共に図２との相違点のみ説明する。

【００５０】図９における図２との相違点は、半導体基
板２における合波器５が形成されている部分の裏面の一
部に、溝９２ａ及び９２ｂを形成したことにあり、これ
に伴って、図２の変調器集積半導体レーザ１を変調器集
積半導体レーザ９１にしたことにある。図９において、
レーザ部４と光変調部７との間における半導体基板２の
裏面、すなわち半導体基板２における合波器５が形成さ
れている部分における裏面に、大略コの字型の溝９２ａ
及び９２ｂが形成されている。該溝９２ａ及び９２ｂ
は、半導体基板２の両端まで形成するようにしてもよい
し、半導体基板２の両端まで達しないように形成しても
よい。

【００５１】溝９２ａ及び９２ｂは、ｎ形半導体基板で
あるｎ‐ＩnＰ基板２を、例えばＨＣlのエッチング液を
使用したウエットエッチングを行うことによって形成す
ることができる。溝９２ａ及び９２ｂを形成するための
半導体基板２における裏面の掘り込み量は、導波路を伝
搬する光のモードに影響を与えない距離までを限界と
し、通常、導波路より５μｍまでを限界とする。このよ
うに、レーザ部４と光変調部７との間の半導体基板の裏
面に溝を設けることにより、レーザ部４と光変調部７と
の間の熱的干渉を低減することができる。

【００５２】図９では、半導体基板２の裏面に溝を形成
する場合を例にして説明したが、半導体基板２の表面に
溝を形成するようにしてもよく、図１０は、このように
した場合における変調器集積半導体レーザの例を示した
概略の斜視図である。なお、図１０では、発熱体を使用
した場合を例にして示しており、図５と同じものは同じ
符号で示しており、ここではその説明を省略すると共に
図５との相違点のみ説明する。

【００５３】図１０における図５との相違点は、半導体
基板２における合波器５が形成されている部分の表面の
一部に、溝９３ａ及び９３ｂを形成したことにあり、こ
れに伴って、図５の変調器集積半導体レーザ６１を変調
器集積半導体レーザ９５にしたことにある。図１０にお
いて、レーザ部４と光変調部７との間における半導体基
板２の表面、すなわち半導体基板２における合波器５が
形成されている部分における表面の一部に、溝９３ａ及
び９３ｂがレーザ光の進行を妨げないように形成されて
いる。溝９３ａ及び９３ｂは、図９で示した溝９２ａ及
び９２ｂと同様にして形成することができ、溝９２ａ及
び９２ｂと同様の働きをする。

【００５４】このように、本実施の形態４における変調
器集積半導体レーザは、レーザ部４と光変調部７との間
の半導体基板に溝を設けることにより、レーザ部４と光
変調部７との間の熱的干渉を低減することができるた
め、レーザ部４及び光変調部７における温度制御が容易
になり、半導体レーザ装置のコストを低減することがで
きる。

【００５５】実施の形態５．実施の形態４では、レーザ
部４と光変調部７との間の半導体基板に溝を設けること
によって、レーザ部４と光変調部７との間の熱的干渉を
低減するようにしたが、レーザ部４と光変調部７が形成
された半導体基板２の裏面をそれぞれエッチングして他
の金属を埋め込み、レーザ部４と光変調部７との間の熱
的干渉を低減するようにしてもよく、このようにしたも
のを本発明の実施の形態５とする。図１１は、本発明の
実施の形態５における変調器集積半導体レーザの例を示
した概略の断面図である。なお、図１１では、ペルチェ
クーラを使用した場合を例にして図１のＡ‐Ａ’断面に
対応させて示しており、図２と同じものは同じ符号で示
し、ここではその説明を省略すると共に図２との相違点
のみ説明する。

【００５６】図１１における図２との相違点は、半導体
基板２におけるレーザ部４及び光変調部７が形成されて
いる部分の各裏面に所定の金属１０２ａ及び１０２ｂを
対応させて埋め込んだことにあり、これに伴って、図２
の変調器集積半導体レーザ１を変調器集積半導体レーザ
１０１にしたことにある。

【００５７】図１１において、半導体基板２におけるレ
ーザ部４及び光変調部７の裏面をそれぞれエッチング
し、該エッチングした各箇所に、半導体基板２とは異な
る金属、例えばＡu(金)を埋め込む。この際、埋め込み
金属１０２ａ及び１０２ｂと導波路との間が約５μｍ以
上離れるようにし、レーザ光の導波モードに影響を与え
ないようにする。なお、埋め込み金属１０２ａ及び１０
２ｂは、半導体基板２の両端まで埋め込むようにしても
よいし、半導体基板２の両端まで達しないように埋め込
むようにしてもよい。

【００５８】ここで、半導体基板２を形成するＩnＰの
熱伝導率が、０.６８×１０²Ｗ／(ｍ・ｋ)であるのに対
して、Ａuの熱伝導率は、３.２×１０²Ｗ／(ｍ・ｋ)で
あり、Ａuの方がＩnＰよりも約５倍大きい。このことか
ら、レーザ部４と光変調部７との間が、金属によって接
続されないように半導体基板２の裏面電極１０３ａ，１
０３ｂを形成することにより、レーザ部４と光変調部７
との間での熱的干渉を低減することができると共に、熱
伝導のよい金属を埋め込むことによって、熱伝導に異方
性が生じるため更に熱的干渉を低減することができる。

【００５９】このように、本実施の形態５における変調
器集積半導体レーザは、半導体基板２におけるレーザ部
４と光変調部７の各裏面に基板の材料とは異なる金属、
例えば熱伝導のよい金属をそれぞれ埋め込むことによ
り、上記実施の形態４と同様の効果を得ることができ
る。

【００６０】なお、上記実施の形態１から実施の形態５
では、変調器集積半導体レーザが複数の半導体レーザと
合波器を有する場合を例にして説明したが、本発明はこ
れに限定するものではなく、変調器集積半導体レーザが
１つの半導体レーザを有する場合においても適用するこ
とができ、同様の効果を得ることができる。この場合、
合波器は不要となる。

【００６１】

【発明の効果】請求項１に係る変調器集積半導体レーザ
は、レーザ部と光変調部に温度調整部をそれぞれ独立し
て設け、レーザ部と光変調部の温度調整を独立して行え
るようにした。このことから、レーザ部の温度を動作可
能な範囲、例えば−１０℃〜＋８５℃で変化させること
ができ、１つの半導体レーザにおける波長変化を大きく
することができる。このため、所望の波長範囲に対する
レーザ部を構成する半導体レーザの数を削減することが
でき、半導体レーザ素子の小型化を行うことができると
共に歩留まりを向上させることができ、コストの低減を
図ることができる。

【００６２】請求項２に係る変調器集積半導体レーザ
は、請求項１において、具体的には、レーザ部と光変調
部が形成された半導体基板の各裏面にペルチェ効果を利
用した電子冷熱素子をそれぞれ設けて、レーザ部と光変
調部の温度調整を独立して行えるようにした。このこと
から、１つの半導体レーザにおける波長変化を大きくす
ることができるため、所望の波長範囲に対するレーザ部
を構成する半導体レーザの数を削減することができ、半
導体レーザ素子の小型化を行うことができると共に歩留
まりを向上させることができ、コストの低減を図ること
ができる。

【００６３】請求項３に係る変調器集積半導体レーザ
は、請求項１又は請求項２のいずれかにおいて、具体的
には、レーザ部と光変調部に発熱体をそれぞれ設けて、
レーザ部と光変調部の温度調整を独立して行えるように
した。このことから、１つの半導体レーザにおける波長
変化を大きくすることができるため、所望の波長範囲に
対するレーザ部を構成する半導体レーザの数を削減する
ことができ、半導体レーザ素子の小型化を行うことがで
きると共に歩留まりを向上させることができ、コストの
低減を図ることができる。更に、レーザ部と光変調部に
電子冷熱素子と発熱体をそれぞれ設けて、レーザ部と光
変調部の温度調整を独立して行うようにすると、射出さ
れるレーザ光の波長に対する正確な波長制御を行うこと
ができ、より正確にレーザ光の波長を所望の波長にする
ことができる。

【００６４】請求項４に係る変調器集積半導体レーザ
は、請求項１から請求項３のいずれかにおいて、レーザ
部と光変調部との間の半導体基板に溝を設けることによ
り、レーザ部と光変調部との間の熱的干渉を低減するこ
とができる。このため、レーザ部及び光変調部における
温度制御が容易になり、コストを低減することができ
る。

【００６５】請求項５に係る変調器集積半導体レーザ
は、請求項１から請求項３のいずれかにおいて、半導体
基板におけるレーザ部と光変調部の各裏面に基板の材料
とは異なる金属をそれぞれ埋め込むことにより、レーザ
部と光変調部との間の熱的干渉を低減することができ
る。このため、レーザ部及び光変調部における温度制御
が容易になり、コストを低減することができる。

【００６６】請求項６に係る変調器集積半導体レーザ
は、請求項５において、具体的には、半導体基板におけ
るレーザ部と光変調部の各裏面に半導体基板よりも熱伝
導のよい金属を埋め込むことにより、熱伝導に異方性が
生じることから熱的干渉を更に低減することができる。

【００６７】請求項７に係る半導体レーザ装置は、変調
器集積半導体レーザにおけるレーザ部と光変調部に温度
調整部をそれぞれ独立して設け、該レーザ部と光変調部
の温度調整を独立して行うようにした。このことから、
１つの半導体レーザにおける波長変化を大きくすること
ができる。このため、所望の波長範囲に対するレーザ部
を構成する半導体レーザの数を削減することができ、半
導体レーザ素子の小型化を行うことができると共に歩留
まりを向上させることができ、コストの低減を図ること
ができる。

【００６８】請求項８に係る半導体レーザ装置は、請求
項７において、具体的には、変調器集積半導体レーザに
おけるレーザ部と光変調部が形成された半導体基板の各
裏面にペルチェ効果を利用した電子冷熱素子をそれぞれ
設けて、該レーザ部と光変調部の温度調整を独立して行
うようにした。このことから、１つの半導体レーザにお
ける波長変化を大きくすることができる。このため、所
望の波長範囲に対する変調器集積半導体レーザを構成す
る半導体レーザの数を削減することができ、半導体レー
ザ素子の小型化を行うことができると共に歩留まりを向
上させることができ、コストの低減を図ることができ
る。

【００６９】請求項９に係る半導体レーザ装置は、請求
項７又は請求項８のいずれかにおいて、具体的には、変
調器集積半導体レーザにおけるレーザ部と光変調部に発
熱体をそれぞれ設けて、レーザ部と光変調部の温度調整
を独立して行うようにした。このことから、１つの半導
体レーザにおける波長変化を大きくすることができるた
め、所望の波長範囲に対する変調器集積半導体レーザを
構成する半導体レーザの数を削減することができ、半導
体レーザ素子の小型化を行うことができると共に歩留ま
りを向上させることができ、コストの低減を図ることが
できる。更に、変調器集積半導体レーザにおけるレーザ
部と光変調部に電子冷熱素子と発熱体をそれぞれ設け
て、レーザ部と光変調部の温度調整を独立して行うよう
にすると、変調器集積半導体レーザから射出されるレー
ザ光の波長に対する正確な波長制御を行うことができ、
より正確にレーザ光の波長を所望の波長にすることがで
きる。

【００７０】請求項１０に係る半導体レーザ装置は、請
求項７から請求項９のいずれかにおいて、変調器集積半
導体レーザにおけるレーザ部と光変調部との間の半導体
基板に溝を設けることにより、レーザ部と光変調部との
間の熱的干渉を低減することができる。このため、変調
器集積半導体レーザのレーザ部及び光変調部における温
度制御が容易になり、コストを低減することができる。

【００７１】請求項１１に係る半導体レーザ装置は、請
求項７から請求項９のいずれかにおいて、変調器集積半
導体レーザの半導体基板におけるレーザ部と光変調部の
各裏面に基板の材料とは異なる金属をそれぞれ埋め込む
ことにより、レーザ部と光変調部との間の熱的干渉を低
減することができる。このため、変調器集積半導体レー
ザのレーザ部及び光変調部における温度制御が容易にな
り、コストを低減することができる。

【００７２】請求項１２に係る半導体レーザ装置は、請
求項１１において、具体的には、変調器集積半導体レー
ザの半導体基板におけるレーザ部と光変調部の各裏面に
半導体基板よりも熱伝導のよい金属を埋め込むことによ
り、熱伝導に異方性が生じることから熱的干渉を更に低
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における変調器集積半
導体レーザの例を示した概略の斜視図である。

【図２】 図１のＡ‐Ａ’断面を示した概略の断面図で
ある。

【図３】 図１で示した半導体レーザ素子１０の製造方
法を示した図である。

【図４】 図１及び図２の変調器集積半導体レーザ１を
使用した半導体レーザ装置の例を示す概略のブロック図
である。

【図５】 本発明の実施の形態２における変調器集積半
導体レーザの例を示した概略の斜視図である。

【図６】 図５の変調器集積半導体レーザ６１を使用し
た半導体レーザ装置の例を示す概略のブロック図であ
る。

【図７】 本発明の実施の形態３における変調器集積半
導体レーザの例を示した概略の斜視図である。

【図８】 図７の変調器集積半導体レーザ８１を使用し
た半導体レーザ装置の例を示す概略のブロック図であ
る。

【図９】 本発明の実施の形態４における変調器集積半
導体レーザの例を示した概略の断面図である。

【図１０】 本発明の実施の形態４における変調器集積
半導体レーザの他の例を示した概略の斜視図である。

【図１１】 本発明の実施の形態５における変調器集積
半導体レーザの例を示した概略の断面図である。

【図１２】 従来の変調器集積半導体レーザの例を示し
た概略の斜視図である。

【符号の説明】

１，６１，８１，９１，９５，１０１ 変調器集積半導
体レーザ、 ２ 半導体基板、 ３ａ〜３ｄ 半導体レ
ーザ、 ４，６６ レーザ部、 ５ 合波器、６ 光変
調器、 ７，６８ 光変調部、 １０，８２ 半導体レ
ーザ素子、１１ マウント台、 １２ レーザ部用ペル
チェクーラ、 １３，１５ サブマウント、 １４ 光
変調部用ペルチェクーラ、 ３１，７１，８５ 半導体
レーザ装置、 ３２ レーザ用電源部、 ３３ レーザ
選択スイッチ部、 ３４ 第１ペルチェクーラ用電源
部、 ３５ 第２ペルチェクーラ用電源部、 ３６ 変
調信号生成部、 ３７ 波長測定部、 ３８，７５，８
３ 波長制御部、 ６２ａ〜６５ａ，６７ａ 発熱体、
７２ 第１発熱体用電源部、 ７３ 第２発熱体用電
源部、 ７４ 発熱体選択スイッチ部、 ９２ａ，９２
ｂ，９３ａ，９３ｂ 溝、 １０２ａ，１０２ｂ 埋め
込み金属。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に形成された少なくとも１
   つの半導体レーザで構成されるレーザ部と、 半導体基板上に形成され該レーザ部からのレーザ光に対
   して光変調を行って外部へ射出する光変調器を有する光
   変調部と、 上記レーザ部の温度調整を独立して行う第１温度調整部
   と、 上記光変調部の温度調整を独立して行う第２温度調整部
   と、を備えることを特徴とする変調器集積半導体レー
   ザ。
2. 【請求項２】 上記第１温度調整部及び第２温度調整部
   は、ペルチェ効果を利用した電子冷熱素子をそれぞれ有
   し、該各電子冷熱素子は、半導体基板におけるレーザ部
   が形成された裏面、及び半導体基板における光変調部が
   形成された裏面に対応して設けられることを特徴とする
   請求項１に記載の変調器集積半導体レーザ。
3. 【請求項３】 上記第１温度調整部は、半導体レーザの
   近傍に形成された抵抗体で構成される発熱体を有し、上
   記第２温度調整部は、光変調器の近傍に形成された抵抗
   体で構成される発熱体を有することを特徴とする請求項
   １又は請求項２のいずれかに記載の変調器集積半導体レ
   ーザ。
4. 【請求項４】 上記レーザ部と光変調部との間に、半導
   体基板を削って形成された少なくとも１つの溝を設けた
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記
   載の変調器集積半導体レーザ。
5. 【請求項５】 半導体基板における上記レーザ部及び光
   変調部が形成された各裏面に、半導体基板と異なる金属
   がそれぞれ埋め込まれたことを特徴とする請求項１から
   請求項３のいずれかに記載の変調器集積半導体レーザ。
6. 【請求項６】 上記金属は、半導体基板よりも熱伝導率
   が大きいことを特徴とする請求項５に記載の変調器集積
   半導体レーザ。
7. 【請求項７】 半導体基板上に形成された少なくとも１
   つの半導体レーザで構成されるレーザ部、半導体基板上
   に形成され該レーザ部からのレーザ光に対して光変調を
   行って外部へ射出する光変調器を有する光変調部、レー
   ザ部の温度調整を独立して行う第１温度調整部、及び光
   変調部の温度調整を独立して行う第２温度調整部を有す
   る変調器集積半導体レーザと、 該変調器集積半導体レーザから射出されるレーザ光の波
   長を検出する波長検出部と、 上記光変調部の温度検出を行うと共に、該検出した温度
   と該波長検出部で検出された波長から、変調器集積半導
   体レーザから射出されるレーザ光の波長が所望の波長に
   なるように上記第１温度調整部及び第２温度調整部に対
   して個別に温度制御を行う制御部と、を備えることを特
   徴とする半導体レーザ装置。
8. 【請求項８】 上記第１温度調整部及び第２温度調整部
   は、ペルチェ効果を利用した電子冷熱素子をそれぞれ有
   し、該各電子冷熱素子は、半導体基板におけるレーザ部
   が形成された裏面、及び半導体基板における光変調部が
   形成された裏面に対応して設けられることを特徴とする
   請求項７に記載の半導体レーザ装置。
9. 【請求項９】 上記第１温度調整部は、半導体レーザの
   近傍に形成された抵抗体で構成される発熱体を有し、上
   記第２温度調整部は、光変調器の近傍に形成された抵抗
   体で構成される発熱体を有することを特徴とする請求項
   ７又は請求項８のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
10. 【請求項１０】 上記レーザ部と光変調部との間に、半
    導体基板を削って形成された少なくとも１つの溝を設け
    たことを特徴とする請求項７から請求項９のいずれかに
    記載の半導体レーザ装置。
11. 【請求項１１】 半導体基板における上記レーザ部及び
    光変調部が形成された各裏面に、半導体基板と異なる金
    属がそれぞれ埋め込まれたことを特徴とする請求項７か
    ら請求項９のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
12. 【請求項１２】 上記金属は、半導体基板よりも熱伝導
    率が大きいことを特徴とする請求項１１に記載の半導体
    レーザ装置。