JP2002050827A

JP2002050827A - 半導体レーザ

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Publication number: JP2002050827A
Application number: JP2000233438A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kato; 隆志加藤; Manabu Shiozaki; 学塩崎; Toshiya Sato; 俊哉佐藤; Fumihiko Yamamoto; 文彦山本
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2000-08-01
Filing date: 2000-08-01
Publication date: 2002-02-15
Anticipated expiration: 2020-08-01
Also published as: JP3667209B2

Abstract

(57)【要約】【課題】注入電流量が変化した場合にも光出力の変動
を少なくできる半導体レーザを提供する。【解決手段】本発明に係る半導体レーザ１０は、０．
８μｍ帯、０．９μｍ帯、１．３μｍ帯又は１．５μｍ
帯のいずれかの波長で発光する半導体レーザ１０であっ
て、半導体光増幅素子（ＳＯＡ）２０と、ＳＯＡ２０の
光射出面２０ａと光結合されるように配設された光ファ
イバ３０とを備えている。光ファイバ３０には、ＳＯＡ
２０の光反射面２０ｂと共に共振器を構成するブラッグ
回折格子３２が形成されており、ブラッグ回折格子３２
の反射スペクトルの半値全幅δλＢは、ＳＯＡ２０の光
反射面２０ｂとブラッグ回折格子３２とによって定めら
れるレーザの縦モード間隔δλｅの６倍以上１１倍以下
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザに関
し、特に０．８μｍ帯、０．９μｍ帯、１．３μｍ帯、
１．５μｍ帯のいずれかにおいて発光するものに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、半導体光増幅素子とブラッグ
回折格子が形成された光導波路とを光結合して、半導体
光増幅素子の反射面とブラッグ回折格子とからなる共振
器を用いてレーザ光を出力させる半導体レーザが知られ
ていた。

【０００３】例えば、「ELECTRONICS LETTERS 20th Jun
e 1996 Vol.32 No13」P1202〜1203に記載された半導体
レーザは、スポットサイズ変換ＬＤとブラッグ回折格子
とが光導波路によって接続されて構成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
半導体レーザでは、ブラッグ回折格子による回折スペク
トルの半値全幅中に５個のレーザ縦モードが生じてお
り、同文献のFig.3に示されているように、スポットサ
イズ変換ＬＤへの注入電流量の変化によって光出力が不
連続になる、いわゆる「キンク」が生じてしまう。上記
の半導体レーザにおいてもそうであるが、このような外
部共振器型のブラッグ回折格子を用いた半導体レーザの
場合、「キンク」の発生を抑制するために、熱電素子等
の温度制御装置によってレーザの温度を制御する必要が
あった。

【０００５】そこで、本発明は上記課題を解決し、注入
電流量の変化や外部環境温度の変化により、レーザの温
度が変化した場合にも光出力の変動を小さくできる半導
体レーザを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体レー
ザは、０．８μｍ帯、０．９μｍ帯、１．３μｍ帯又は
１．５μｍ帯のいずれかにおいて発光する半導体レーザ
であって、活性領域を挟んで対向する光反射面と光射出
面が形成された半導体光増幅素子と、半導体光増幅素子
の光射出面と光結合されると共に、所定の反射スペクト
ルを有するブラッグ回折格子が内部に形成された光導波
路とを備え、ブラッグ回折格子の反射スペクトルの半値
全幅が、光反射面とブラッグ回折格子とによって定めら
れる光共振器に係る縦モード間隔の６倍以上１１倍以下
であることを特徴とする。

【０００７】このようにブラッグ回折格子の反射スペク
トルの半値全幅が、レーザの縦モード間隔の６倍以上と
すれば、反射スペクトルの半値全幅の間隔に６つ以上の
縦モードが存在することとなる。これにより、ブラッグ
回折格子の反射率の各縦モード波長間における共振器利
得差を小さくできるので、各縦モード波長間における発
振強度の差を小さくできる。このため、モードホッピン
グが生じた場合であっても、光出力の変動を小さくする
ことができる。

【０００８】また、反射スペクトルの半値全幅がレーザ
の縦モード間隔の１１倍以下である場合に、光出力の変
動を小さくできる。

【０００９】上記半導体レーザにおいて、ブラッグ回折
格子の反射スペクトルの半値全幅は５０ＧＨｚ以上１６
５０ＧＨｚ以下であることを特徴としても良い。

【００１０】このようにブラッグ回折格子の反射スペク
トルの半値全幅が上記のような範囲である場合に、光出
力の変動を小さくできる。

【００１１】上記半導体レーザにおいて、光射出面にお
ける光反射率は、光射出面とブラッグ回折格子との光結
合効率をη、ブラッグ回折格子の最大反射率をＲｆｇと
した場合に、Ｒｅ＝η²×Ｒｆｇによって定められる値
Ｒｅより小さいことを特徴としても良い。

【００１２】このように光射出面の反射率を、光結合効
率を含めたブラッグ回折格子の実効的な反射率より小さ
くすることにより、半導体光増幅素子の光反射面と光射
出面との間で発生する共振の影響を小さくすることがで
きる。

【００１３】上記半導体レーザにおいて、光導波路は、
光ファイバであることを特徴としても良い。

【００１４】このように光ファイバにブラッグ回折格子
を形成することにより、ブラッグ回折格子を容易に形成
できると共に、経時変化に対しても特性の安定化を図る
ことができる。また、光ファイバとＳＯＡとの光結合を
容易に行うことができる。

【００１５】上記半導体レーザにおいて、光導波路は、
Ｓｉ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、石英、ＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴ
ａＯ₃又はポリイミド樹脂のいずれかの基板に形成され
ていることを特徴としても良い。

【００１６】このように基板上に形成された光導波路に
ブラッグ回折格子を形成することにより、光受信素子や
変調素子等のデバイスとの集積化が容易となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明に係る半
導体レーザの好適な実施形態について詳細に説明する。
なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付
し、重複する説明を省略する。

【００１８】図１は、本実施形態の半導体レーザ１０を
示す断面図である。半導体レーザ１０は、パッケージ４
０内に配設された半導体光増幅素子（以下、「ＳＯＡ」
という）２０と、パッケージ４０の外側にフェルール５
２によって固定された光ファイバ３０とを備えている。
光ファイバ３０には、後に詳細に説明するようにブラッ
グ回折格子３２が形成されている。パッケージ４０は、
内部に配設されたＳＯＡ２０を密封可能とした箱体であ
る。パッケージ４０の一側壁には、ハーメチックガラス
製の窓５０が形成されており、窓５０を介してＳＯＡ２
０とブラッグ回折格子３２とは光結合されている。

【００１９】パッケージ４０の床面４２の上面に直接に
Ｌ型キャリア４４が載置されている。Ｌ型キャリア４４
の上面には、チップキャリア４６、サブマウント４８が
順次載置され、サブマウント４８にＳＯＡ２０が取り付
けられている。また、ＳＯＡ２０と光ファイバ３０との
間には、レンズ４９が配設されている。サブマウント４
８はＳＯＡ２０のヒートシンクとして機能するものであ
り、チップキャリア４６はＳＯＡ２０の取付作業性を考
慮して設けられた部材であり、Ｌ型キャリア４４はＳＯ
Ａ２０の取付台とされている。

【００２０】本実施形態の半導体レーザ１０は、ＳＯＡ
２０の直接変調によりデータを出力するものであり、デ
ータはアナログ信号あるいは１５６Ｍｂｐｓ〜２．５Ｇ
ｂｐｓのデジタル信号が用いられる。

【００２１】次に、共振器として機能するＳＯＡ２０及
びブラッグ回折格子３２について、図２に示す模式図
（上面図）を参照しながら説明する。ＳＯＡ２０は、４
元混晶（ＧａＩｎＡｓＰ）多重量子井戸構造の活性層２
２と光導波層とを有している。また、活性層２２をその
長手方向から挟むＳＯＡ２０の両端面は、光反射面２０
ｂ、光射出面２０ａとされている。ここで、光反射面２
０ｂと光射出面２０ａとの間のＳＯＡ２０の長さは、約
２００〜６００μｍである。ＳＯＡ２０は、活性層２２
へ電流が注入されることにより光を生じる。発生した光
は増幅されながら活性層２２内を進行し、光反射面２０
ｂと回折格子３２で反射し、一部の光が回折格子３２を
透過して外部へ射出するようになっている。

【００２２】ＳＯＡ２０の光射出面２０ａは、反射防止
コーティングがされており、光反射率が非常に低いもの
（０．０１〜０．５％）とされている。この光射出面２
０ａの反射防止コーティングとしては、例えば誘電体多
層膜が用いられる。この誘電体多層膜は、シリカ（Ｓｉ
Ｏ₂）、酸化チタン（ＴｉＯ₂）、窒化けい素（Ｓｉ
Ｎ）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、フッ化マグネシ
ウム（ＭｇＦ₂）、アモルファスシリコンなどの薄い膜
を積層して形成したものであって、その膜の材質の屈折
率、厚さ及び層数と膜の構成を適宜変えることにより光
反射率の反射依存性を任意に設定することが可能であ
る。このように光射出面２０ａの反射率を小さいものと
することにより、ＳＯＡ２０の光反射面２０ｂと光射出
面２０ａ、あるいは回折格子３２と光射出面２０ａとに
よる共振の影響を小さいものとすることができる。

【００２３】一方、ＳＯＡ２０の光反射面２０ｂは、発
振波長における光反射率が非常に高いもの（３０〜９５
％）とされている。この光反射面２０ｂにおいても、光
射出面２０ａと同様に誘電体多層膜により形成すること
により、高い光反射率とすることができる。光反射面２
０ｂから外部に出射する光は、受光素子によりレーザ光
をモニタするのに用いられる。

【００２４】図２に示すように、ＳＯＡ２０の光射出面
２０ａに面して、光ファイバ３０が配置され、その光反
射面２０ｂと相互に光の入射及び出射を可能に光結合さ
れている。すなわち、光射出面２０ａから射出された光
が光ファイバ３０の端面３０ａへ入射され、光ファイバ
３０から射出された光が光射出面２０ａに入射されるよ
うに、ＳＯＡ２０の光射出面２０ａ側に光ファイバ３０
が配設されている。ここで、光ファイバ３０の端面３０
ａは先球加工されており、ＳＯＡ２０との光結合率の向
上が図られている（図１に示すように、レンズ４９を用
いても良い）。なお、ＳＯＡ２０と光ファイバ３０との
光結合率は、１０〜８０％である。この光ファイバ３０
は長尺状の導光部材であって、コア３６を取り囲むよう
にして、コア３６より低屈折率のクラッド３４が形成さ
れている。そして、コア３６には所定の反射スペクトル
を有するブラッグ回折格子３２が形成されている。この
ブラッグ回折格子３２は、ＳＯＡ２０の光反射面２０ｂ
と共に共振器を構成するものであって、光ファイバ３０
の光軸方向に沿ってコア３６の屈折率を周期的に変化さ
せて形成されている。その屈折率の周期により、光の反
射スペクトルが決定される。なお、ブラッグ回折格子３
２の反射率は１０〜６０％である。

【００２５】本実施形態の半導体レーザ１０において
は、ブラッグ回折格子３２の反射スペクトルの半値全幅
δλＢと、ＳＯＡ２０及びブラッグ回折格子３２によっ
て構成される共振器の縦モード間隔（以下、単に「縦モ
ード間隔」という）δλｅとは、次のような関係を有し
ている。６≦δλＢ／δλｅ≦１１ここで、縦モード間隔δλｅは、発振波長をλ、共振器
の全屈折率を１としたときの光路長をＬｅとすると、 δλｅ＝λ²／２Ｌｅで定義される。上記の関係について、図３を用いて説明
する。ブラッグ回折格子３２の反射スペクトルは、図３
に示すように半値全幅δλＢの範囲内でひとつのピーク
を有する波形となっている。ブラッグ回折格子３２の反
射スペクトルの半値全幅δλＢは、縦モード間隔δλｅ
の６倍から１１倍の間隔を有しているので、図３に示す
ように半値全幅δλＢの間隔には、６個から１１個の縦
モードが存在することとなる。なお、ＳＯＡ２０の両端
面によって構成されるファブリペロー共振器のフリース
ペクトラルレンジ（ＦＳＲ）は、反射スペクトルの半値
全幅δλＢより大きい方が好ましい。

【００２６】上記のように、半値全幅δλＢが縦モード
間隔δλｅの６倍から１１倍となるための共振器長の光
路長Ｌｅ、ピーク反射波長λＢ、半値全幅δλＢの実用
上好適な組み合わせを図４に示す。

【００２７】また、本実施形態の反射スペクトルの半値
全幅δλＢは、５０ＧＨｚ〜１６５０ＧＨｚの間隔を有
している。半値全幅δλＢを周波数で定義したのは、回
折波長λに応じて、半値全幅δλＢの幅が変化するため
である。ここで、半値全幅δλＢを長さの単位に変換す
る変換式を示すと、 δλＢ［ｌｅｎ］＝（−λ／ｃ²）δλＢ［ｆｒｑ］である。なお、ｃは光速、δλＢ［ｌｅｎ］は半値全幅
δλＢの長さ表示、δλＢ［ｆｒｑ］の周波数表示を示
す。上記の計算式にあてはめて、具体的な例について計
算し、半値全幅の周波数表示を長さ表示に変換する。回
折波長を１５５０ｎｍ、半値全幅δλＢ［ｆｒｑ］が５
０ＧＨｚの場合には、 δλＢ［ｌｅｎ］＝−１５５０²／（３×１０¹⁷）×
（５０×１０⁹）＝−０．４ｎｍ

【００２８】ここで、半値全幅δλＢは絶対値が問題と
なるので、半値全幅δλＢ［ｆｒｑ］＝５０ＧＨｚは、
半値全幅δλＢ［ｌｅｎ］＝０．４ｎｍに相当する。

【００２９】次に、本実施形態の半導体レーザ１０の動
作について説明する。ＳＯＡ２０の２つのクラッド層の
間に所定の電圧を印加して、活性層２２へ電流を注入す
ると、活性層２２中に自然放出光を発する。さらに注入
電流を増加すると、活性層２２内で誘導放出を引き起こ
し反射率の低い光射出面２０ａから射出されていく。

【００３０】一方、光射出面２０ａから射出された光
は、光ファイバ３０の端面３０ａからコア３６内へ入射
されて、コア３６に沿って進行し、ブラッグ回折格子３
２で反射される。そして、ブラッグ回折格子３２により
反射された光（図３に示す反射スペクトルを有する）が
ＳＯＡ２０へ向けて進行し、光ファイバ３０の端面３０
ａから射出され、ＳＯＡ２０の光射出面２０ａを通じて
活性層２２内へ入射される。そして、活性層２２内を進
行する光は再び増幅されながら光反射面２０ｂで反射さ
れ、その光反射面２０ｂと光ファイバ３０のブラッグ回
折格子３２との間で往復を繰り返し増幅される。そし
て、ブラッグ回折格子３２を透過した所望のレーザ光
は、図２に矢印で示す方向に出力される。

【００３１】ここで、反射スペクトルの半値全幅δλＢ
と縦モード間隔δλｅとの関係を変えた場合の実験デー
タを図５及び図６に示す。図５に示すように、δλＢ／
δλｅ≦５の範囲では光出力にキンクが生じるが、６≦
δλＢ／δλｅ≦１１の範囲では、実用上問題となるよ
うなキンクは生じない。図６（ａ）に示すようにδλＢ
／δλｅ＝５の場合には、注入電流が５０ｍＡ付近でキ
ンクが生じる。δλＢ／δλｅ＝６と、δλＢ／δλｅ
＝１１の場合の注入電流と光出力との関係は、図６
（ｂ），（ｃ）に示すように、注入電流が閾値を越えた
範囲でほぼ比例となっている。６≦δλＢ／δλｅの範
囲では、半値全幅δλＢの間隔に縦モードが６つ以上存
在することとなるので、ブラッグ回折格子の反射率の各
縦モード波長間における共振器利得差を小さくでき、こ
れにより各縦モード波長間における発振強度の差を小さ
くできる。このため、モードホッピングが生じた場合で
あっても、光出力の変動を小さくすることができる。こ
のような理論に基づくと、半値全幅δλＢの間隔にでき
る限り多くの縦モードが存在することとすれば、モード
ホッピングが生じた場合にも光出力の変動を小さくでき
るはずであるが、本発明者は実験の結果、δλＢ／δλ
ｅ≧２４においては、光出力にキンクが生じることを見
出した。例えば、δλＢ／δλｅ＝２４の場合には注入
電流が７０ｍＡ以上で多数のキンクが（図６（ｄ）参
照）、δλＢ／δλｅ＝４０の場合には注入電流が１０
０ｍＡ付近でキンクが生じる（図６（ｅ）参照）。

【００３２】また、発明者の実験によれば、δλＢ／δ
λｅ≦１１の場合には、図８（ａ）に示すように発振波
長近傍以外の波長帯域における光スペクトルは小さい
が、δλＢ／δλｅ≧２４の場合には、図８（ｂ）に示
すように発振波長近傍以外の波長帯域における光スペク
トルが大きく、光出力にノイズが発生してしまう不都合
が生じる。また、共振器利得差が小さくなり過ぎると、
容易に広い波長範囲で発振が可能になるため、モードホ
ッピングによる発振波長変動が大きくなってしまうとい
う欠点がある。

【００３３】また、図７に示すように、反射スペクトル
の半値全幅δλＢが４０ＧＨｚより小さい場合には、反
射スペクトルの半値全幅δλＢと縦モード間隔δλｅが
上記のような関係（６≦δλＢ／δλｅ≦１１）であっ
ても、光出力にキンクが生じてしまう。本実施形態の半
導体レーザ１０においては、反射スペクトルの半値全幅
δλＢは５０ＧＨｚから１６５０ＧＨｚであるので、半
値全幅δλＢと縦モード間隔δλｅが上記のような関係
（６≦δλＢ／δλｅ≦１１）を満たせば、光出力にキ
ンクが生じない。ここで、半値全幅δλＢの上限が１６
５０ＧＨｚであるのは、実用上のレーザ共振器長（約１
ｍｍ）から算出すると、縦モード間隔δλｅの上限は１
５０ＧＨｚとなることから決定されている。縦モード間
隔δλｅが上限値（１５０ＧＨｚ）である場合に、δλ
Ｂ／δλｅ≦１１となるようにするためには、半値全幅
δλＢは１６５０ＧＨｚ以下であることが必要である。

【００３４】本実施形態の半導体レーザ１０において
は、ブラッグ回折格子３２の反射スペクトルは半値全幅
δλＢの範囲内でひとつのピークを有し、反射スペクト
ルの半値全幅δλＢを縦モード間隔δλｅの６倍から１
１倍としている。これにより、各縦モード間での発振強
度の差が小さくなるため、ＳＯＡ２０の温度変化等によ
ってモードホッピングが生じた場合であっても、光出力
や発振波長の変動を小さくすることができる。従って、
注入電流が増大してＳＯＡ２０の温度が変化した場合に
も、光出力の変動が抑制され、実用上問題となるような
キンクが生じない。

【００３５】また、図６（ｂ）、図６（ｃ）に示すＩＬ
特性を持つ本実施形態の半導体レーザ１０の場合、縦モ
ード間隔と縦モードの環境温度依存性から見積もると、
環境温度変化による光出力変動（モードホッピングによ
るキンク）は、約３．５℃の温度周期で生じるはずであ
る。定常状態で、環境温度変化がＳＯＡ温度変化にほぼ
等しいとすると、注入電流に対するＳＯＡ温度変化の関
係（０．１℃／ｍＡ）から、３．５℃の環境温度変化
は、３５ｍＡの注入電流量の変化に相当する。従って、
図６（ｂ）、図６（ｃ）に示すように、閾値電流（約１
０ｍＡ）から１５０ｍＡの電流範囲でキンクが生じるこ
となく光出力が安定であることは、モードホッピング温
度周期を越える環境温度変化が生じても、モードホッピ
ングによるＩＬ特性のキンクが抑制され、光出力変動を
小さくできることを示している。

【００３６】実際に、図９に示すように、本実施形態の
半導体レーザ１０において、−４０℃から８０℃の環境
温度変化に対して、ＩＬ特性にキンクが生じないことを
実験においても確認した。

【００３７】さらにこれにより、本実施形態の半導体レ
ーザ１０のように、ＳＯＡ２０の温度を制御するための
熱電素子等を有しない構成とすることが可能となる。

【００３８】本実施形態の半導体レーザ１０に用いられ
るブラッグ回折格子３２の反射スペクトルの半値全幅δ
λＢは５０〜１６５０ＧＨｚであるので、注入電流量を
増大させても、図６（ｂ），（ｃ）に示すように光出力
の変動を少なくすることができる。

【００３９】本実施形態の半導体レーザ１０において、
ＳＯＡ２０の光射出面２０ａから射出される光の強度Ｉ
ｐと、該射出光がブラッグ回折格子３２で反射して光射
出面２０ａに入射される際の強度Ｉｒとの比Ｉｒ／Ｉｐ
（以下、ブラッグ回折格子３２の「実効反射率Ｒｅ」と
いう）を、ＳＯＡ２０及びブラッグ回折格子３２の光結
合率η（１０〜８０％）とブラッグ回折格子３２の光反
射率Ｒｆｇ（１０〜６０％）とから、下記算出式に従っ
て求めると、Ｒｅ［ｍｉｎ］＝η²×Ｒｆｇ＝（０．１）²×０．１＝
０．００１Ｒｅ［ｍａｘ］＝η²×Ｒｆｇ＝（０．８）²×０．６＝
０．３８４

【００４０】従って、ブラッグ回折格子３２の実効反射
率Ｒｅは、０．１〜３８．４％となる。本実施形態の半
導体レーザでは、ＳＯＡ２０の光射出面２０ａの光反射
率をブラッグ回折格子の実効反射率Ｒｅより小さくし
て、ＳＯＡ２０の両端面による共振器の影響を低減して
いる。

【００４１】次に、本発明の第２実施形態に係る半導体
レーザについて図１０を参照しながら説明する。第２実
施形態に係る半導体レーザは、ＳＯＡ２０とブラッグ回
折格子３２との光結合部が第１実施形態に係る半導体レ
ーザ１０と異なる。図１０は、第２実施形態に係る半導
体レーザのＳＯＡ２０と回折格子が形成された光ファイ
バ３０とを示す模式図である。第２実施形態に係る半導
体レーザにおいては、ＳＯＡ２０と光ファイバ３０との
間にレンズ３８が介在されている。そして、光ファイバ
３０の先端は光軸に対して斜めの端面３０ａとされてい
る。このような構成により、ＳＯＡ２０から射出された
光がレンズ３８によって集光されて光ファイバ３０の端
面３０ａに入射される際に、光ファイバ３０の端面３０
ａによる反射を減少させ、ＳＯＡへの反射戻り光を低減
させると共に、光結合効率の向上を図ることができる。

【００４２】次に、本発明の第３実施形態の半導体レー
ザについて説明する。第３実施形態の半導体レーザは、
ＳＯＡ２０が載置されたＳｉ基板６０に設けられた石英
光導波路７０にブラッグ回折格子３２が形成されている
点が第１実施形態の半導体レーザ１０と異なる。図１１
は、ＳＯＡ２０とブラッグ回折格子３２が形成された光
導波路７０を示す模式図である。第３実施形態に係る半
導体レーザにおいては、ＳＯＡ２０は、長方形のＳｉ基
板６０の一辺付近に形成されたＳｉテラス２６上に載置
されており、ＳＯＡ２０の光射出面２０ａからＳｉテラ
ス２６が形成された辺と対向する辺に向かって、石英光
導波路７０が延在している。そして、この石英光導波路
７０にブラッグ回折格子３２が形成されている。ブラッ
グ回折格子３２は、石英光導波路７０に位相マスクを被
覆し、紫外光を照射することによって形成される。ＳＯ
Ａ２０の構造は、第１実施形態の半導体レーザ１０に用
いられるものと同様である。また、ＳＯＡ２０と石英光
導波路７０の光結合率は１０〜７０％である。

【００４３】第３実施形態に係る半導体レーザ１０は、
Ｓｉ基板６０上に形成された石英光導波路７０にブラッ
グ回折格子３２を形成し、このブラッグ回折格子３２と
Ｓｉ基板６０に載置されたＳＯＡ２０とを共振器とする
構成としたことにより、フォトダイオードや変調器など
の他のデバイスとの集積化が容易であり、小型で高機能
化を実現できる。

【００４４】以上、本発明の実施形態について詳細に説
明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるもの
ではない。

【００４５】上記実施形態においては、ブラッグ回折格
子３２のピーク反射波長として、図４に１３１０ｎｍ、
１５５０ｎｍの場合を例示したが、本発明の半導体レー
ザ１０に用いられるブラッグ回折格子３２のピーク反射
波長は、１３１０μｍ、１５１０μｍに限定されない。
本発明の半導体レーザは、０．６μｍ帯（０．６３〜
０．６８μｍ）、０．８μｍ帯（０．７５〜０．８７μ
ｍ）、０．９μｍ帯（０．９５〜１．０μｍ）、１．３
μｍ帯（１．２５〜１．３６μｍ）又は１．５μｍ帯
（１．４５〜１．６５μｍ）のいずれかにおいて発光す
る半導体レーザを実現可能なピーク反射波長を有するブ
ラッグ回折格子を用いることができる。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、ＳＯＡの反射面とブラ
ッグ回折格子とを共振器とする半導体レーザにおいて、
ブラッグ回折格子の反射スペクトルの半値全幅を共振器
の光路長に係る縦モード間隔の６倍から１１倍とするこ
とによって、注入電流量の変化や外部環境温度の変化に
よりレーザの温度変化が生じた場合にも、光出力の変動
を小さくすることができる。

【００４７】石英基板の場合についても、Ｓｉ基板と同
様に、石英基板上に石英導波路を形成できる。石英導波
路は、Ｐ、Ｂ、Ｇｅなどの元素をドーパントとしてコア
とクラッドに屈折率差をつける。回折格子は、紫外線の
照射により位相マスク法や干渉露光法により作製でき
る。

【００４８】ＩｎＰ基板の場合、ＩｎＰ以外に、ＧａＩ
ｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＩｎＡｓなどの異なる屈
折率の混晶材料を結晶成長し、コアやクラッドに用いる
ことができる。ＧａＡｓ基板の場合は、ＡｌＧａＡｓや
ＧａＡｓなどをコアやクラッドに用いることができる。
回折格子は、電子ビーム露光法や２光束干渉法でパター
ンを形成し、エッチングで除去された部分に異なる屈折
率を持つ材料を埋め込めば作製できる。なお、この回折
格子作製方法は、他の基板や導波路を用いた場合にも同
様に用いることができる。エッチング除去部分の埋め込
み材料として、ＢＣＢ(BenzoCycloButene)などの有機樹
脂を用いても良い。

【００４９】ＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₃基板の場合、Ｔ
ｉ、Ｃｕ、Ｎｂなどの遷移金属を熱拡散する方法やプロ
トン交換法で導波路を作製できる。また、回折格子につ
いては、Ｔｉ拡散、プロトン交換法や、Ｆｅを拡散して
可視光を照射する方法で屈折率変調をつけることによ
り、作製できる。

【００５０】さらに、石英、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、
ＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₃、ポリイミド樹脂などを基板
として、その基板上にポリマ導波路層をスピンコート法
により作製し、フォトマスクを用いた選択光重合反応や
反応性イオンエッチング法でポリマー導波路を形成でき
る。ポリマー導波路への回折格子作製は、電子ビーム露
光や紫外線照射による干渉法などにより、屈折率変調部
分を作製できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の半導体レーザを示す図である。

【図２】ＳＯＡとブラッグ回折格子を示す模式図であ
る。

【図３】ブラッグ回折格子の反射スペクトルと縦モード
間隔との関係を示す図である。

【図４】第１実施形態の半導体レーザにおけるブラッグ
回折格子と共振器の光路長との関係を示す図である。

【図５】半値全幅／縦モード間隔とキンクとの関係を示
す図である。

【図６】注入電流と光出力との関係を示す図である。

【図７】半値全幅とキンクとの関係を示す図である。

【図８】波長帯域と光出力との関係を示す図である。

【図９】半導体レーザのＩＬ特性の温度依存性を示す図
である。

【図１０】第２実施形態の半導体レーザを示す図であ
る。

【図１１】第３実施形態の半導体レーザを示す図であ
る。

【符号の説明】

１０・・・半導体レーザ、２０・・・半導体光増幅素子、２２
・・・活性層、２６・・・レンズ、３０・・・光ファイバ、３２・
・・ブラッグ回折格子、３４・・・クラッド、３６・・・コア、
３８・・・レンズ、４０・・・パッケージ、４２・・・床面、４
４・・・Ｌ型キャリア、４６・・・チップキャリア、４８・・・
サブマウント、５０・・・窓、５２・・・フェルール。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者塩崎学神奈川県横浜市栄区田谷町１番地住友電気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者佐藤俊哉東京都千代田区大手町二丁目３番１号日本電信電話株式会社内 (72)発明者山本文彦東京都千代田区大手町二丁目３番１号日本電信電話株式会社内Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA03 CA02 CA08 CA33 2H047 KA03 LA02 LA03 MA07 QA04 QA07 5F073 AA65 AA83 AB21 AB27 AB28 CA12 EA02 EA16 FA02 FA06 FA13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】０．８μｍ帯、０．９μｍ帯、１．３μ
ｍ帯又は１．５μｍ帯のいずれかにおいて発光する半導
体レーザであって、活性領域を挟んで対向する光反射面と光射出面が形成さ
れた半導体光増幅素子と、前記半導体光増幅素子の光射出面と光結合されると共
に、所定の反射スペクトルを有するブラッグ回折格子が
内部に形成された光導波路と、を備え、前記ブラッグ回折格子の反射スペクトルの半値全幅が、
前記光反射面と前記ブラッグ回折格子とによって定めら
れる光共振器に係る縦モード間隔の６倍以上１１倍以下
であることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】前記ブラッグ回折格子の反射スペクトル
の半値全幅は５０ＧＨｚ以上１６５０ＧＨｚ以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項３】前記光射出面における光反射率は、前記
光射出面と前記ブラッグ回折格子との光結合効率をη、
前記ブラッグ回折格子の最大反射率をＲｆｇとした場合
に、Ｒｅ＝η²×Ｒｆｇによって定められる値Ｒｅより小さいことを特徴とする
請求項１又は２に記載の半導体レーザ。
【請求項４】前記光導波路は、光ファイバであること
を特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導
体レーザ。
【請求項５】前記光導波路は、Ｓｉ、ＩｎＰ、ＧａＡ
ｓ、石英、ＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₃又はポリイミド樹
脂のいずれかの基板に形成されていることを特徴とする
請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体レーザ。