JP2003179307A

JP2003179307A - 半導体レーザ装置、半導体レーザモジュールおよびこれを用いたラマン増幅器

Info

Publication number: JP2003179307A
Application number: JP2002281818A
Authority: JP
Inventors: Jiyunji Yoshida; 順自吉田; Naoki Tsukiji; 直樹築地
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2003-06-27

Abstract

(57)【要約】【課題】ラマン増幅器などの励起用光源に適し、所望
の発振波長のレーザ光を安定かつ高効率に出力するこ
と。【解決手段】レーザ光の出射端面に設けた出射側反射
膜１５と該レーザ光の反射端面に設けた反射膜１４との
間に形成された活性層の近傍に部分的に設けられた回折
格子１３を有し、少なくとも回折格子１３による波長選
択特性によって所望の発振縦モードをもつレーザ光を出
力する半導体レーザ装置であって、出射側反射膜１５と
ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３との間に、ＧＲＩＮ
−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３の屈折率に比して低い化合物
半導体を埋め込み成長して形成した窓構造を設けてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ラマン増幅器な
どの励起用光源に適した半導体レーザ装置、半導体レー
ザモジュールおよびこれを用いたラマン増幅器に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、インターネットをはじめとする様
々なマルチメディアの普及に伴って、光通信に対する大
容量化の要求が大きくなっている。従来、光通信では、
光ファイバによる光の吸収が少ない波長である１３１０
ｎｍもしくは１５５０ｎｍの帯域において、それぞれ単
一の波長による伝送が一般的であった。この方式では、
多くの情報を伝達するためには伝送経路に敷設する光フ
ァイバの芯数を増やす必要があり、伝送容量の増加に伴
ってコストが増加するという問題点があった。

【０００３】そこで、高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ：
Dense-Wavelength Division Multiplexing）通信方式が
用いられるようになった。このＤＷＤＭ通信方式は、主
にエルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Erbium D
oped Fiber Amplifier）を用い、この動作帯域である１
５５０ｎｍ帯において、複数の波長を使用して伝送を行
う方式である。このＤＷＤＭ通信方式あるいはＷＤＭ通
信方式では、１本の光ファイバを用いて複数の異なる波
長の光信号を同時に伝送することから、新たな線路を敷
設する必要がなく、ネットワークの伝送容量の飛躍的な
増加をもたらすことを可能としている。

【０００４】このＥＤＦＡを用いた一般的なＷＤＭ通信
方式では、利得平坦化の容易な１５５０ｎｍから実用化
され、最近では、利得係数が小さいために利用されてい
なかった１５８０ｎｍ帯にまで拡大している。しかしな
がら、ＥＤＦＡで増幅可能な帯域に比して光ファイバの
低損失帯域の方が広いことから、ＥＤＦＡの帯域外で動
作する光増幅器、すなわちラマン増幅器への関心が高ま
っている。

【０００５】ラマン増幅器は、エルビウムのような希土
類イオンを媒体とした光増幅器がイオンのエネルギー準
位によって利得波長帯が決まるのに対し、励起光の波長
によって利得波長帯が決まるという特徴を持ち、励起光
波長を選択することによって任意の波長帯を増幅するこ
とができる。

【０００６】ラマン増幅では、光ファイバに強い励起光
を入射すると、誘導ラマン散乱によって、励起光波長か
ら約１００ｎｍ程度、長波長側に利得が現れ、この励起
された状態の光ファイバに、この利得を有する波長帯域
の信号光を入射すると、この信号光が増幅されるという
ものである。したがって、ラマン増幅器を用いたＷＤＭ
通信方式では、ＥＤＦＡを用いた通信方式に比して、信
号光のチャネル数をさらに増加させることができる。

【０００７】図３７は、ＷＤＭ通信システムに用いられ
る従来のラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
図３７において、ファブリペロー型の半導体発光素子１
８０ａ〜１８０ｄとファイバグレーティング１８１ａ〜
１８１ｄとがそれぞれ対となった半導体レーザモジュー
ル１８２ａ〜１８２ｄは、励起光のもとになるレーザ光
を偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂに出力する。各半導体
レーザモジュール１８２ａ，１８２ｂが出力するレーザ
光の波長は同じであるが、偏波合成カプラ６１ａによっ
て異なる偏波面をもった光を合成している。同様にし
て、各半導体レーザモジュール１８２ｃ，１８２ｄが出
力するレーザ光の波長は同じであるが、偏波合成カプラ
６１ｂによって異なる偏波面をもった光を合成してい
る。偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂは、それぞれ偏波合
成したレーザ光をＷＤＭカプラ６２に出力する。なお、
偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂから出力されるレーザ光
の波長は異なる。

【０００８】ＷＤＭカプラ６２は、アイソレータ６０を
介して偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂから出力されたレ
ーザ光を合波し、ＷＤＭカプラ６５を介し、励起光とし
て増幅用ファイバ６４に出力する。この励起光が入力さ
れた増幅用ファイバ６４には、増幅対象の信号光が、信
号光入力ファイバ６９からアイソレータ６３を介して入
力され、励起光と合波してラマン増幅される。

【０００９】増幅用ファイバ６４内においてラマン増幅
された信号光（増幅信号光）は、ＷＤＭカプラ６５およ
びアイソレータ６６を介してモニタ光分配用カプラ６７
に入力される。モニタ光分配用カプラ６７は、増幅信号
光の一部を制御回路６８に出力し、残りの増幅信号光を
出力レーザ光として信号光出力ファイバ７０に出力す
る。

【００１０】制御回路６８は、入力された一部の増幅信
号光をもとに各半導体発光素子１８０ａ〜１８０ｄの発
光状態、たとえば光強度を制御し、ラマン増幅の利得帯
域が平坦な特性となるようにフィードバック制御する。

【００１１】図３８は、ファイバグレーティングを用い
た半導体レーザモジュールの概要構成を示す図である。
図３８において、この半導体レーザモジュール２０１
は、半導体発光素子２０２と光ファイバ２０３とを有す
る。半導体発光素子２０２は、活性層２２１を有する。
活性層２２１は、一端に光反射面２２２が設けられ、他
端に光出射面２２３が設けられる。活性層２２１内で生
じた光は、光反射面２２２で反射して、光出射面２２３
から出力される。

【００１２】半導体発光素子２０２の光出射面２２３に
は、光ファイバ２０３が配置され、光出射面２２３と光
結合される。光ファイバ２０３内のコア２３２には、光
出射面２２３から所定位置にファイバグレーティング２
３３が形成され、ファイバグレーティング２３３は、特
性波長の光を選択的に反射する。すなわち、ファイバグ
レーティング２３３は、外部共振器として機能し、ファ
イバグレーティング２３３と光反射面２２２との間で共
振器を形成し、ファイバグレーティング２３３によって
選択された特定波長のレーザ光が増幅されて出力レーザ
光２４１として出力される。

【００１３】

【特許文献１】特開平５−１６７１９９号公報

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た半導体レーザモジュール２０１（１８２ａ〜１８２
ｄ）は、ファイバグレーティング２３３と半導体発光素
子２０２との間隔が長いため、ファイバグレーティング
２３３と光反射面２２２との間の共振によって相対強度
雑音（ＲＩＮ：Relative Intensity Noise）が大きくな
る。ラマン増幅では、増幅の生じる過程が早く起こるた
め、励起光強度が揺らいでいると、ラマン利得も揺らぐ
ことになり、このラマン利得の揺らぎがそのまま増幅さ
れた信号強度の揺らぎとして出力されてしまい、安定し
たラマン増幅を行わせることができないという問題点が
あった。

【００１５】ここで、ラマン増幅器としては、図３７に
示したラマン増幅器のように信号光に対して後方から励
起する後方励起方式のほかに、信号光に対して前方から
励起する前方励起方式および双方向から励起する双方向
励起方式がある。現在、ラマン増幅器として多用されて
いるのは、後方励起方式である。その理由は、弱い信号
光が強い励起光とともに同方向に進行する前方励起方式
が、ファイバグレーティングを用いた半導体レーザモジ
ュールにおいて、励起光強度が揺らぐという問題がある
からである。したがって、前方励起方式にも適用できる
安定した励起光源の出現が要望されている。すなわち、
従来のファイバグレーティングを用いた半導体レーザモ
ジュールを用いると、適用できる励起方式が制限される
という問題点があった。

【００１６】また、上述した半導体レーザモジュール２
０１は、ファイバグレーティング２３３を有した光ファ
イバ２０３と、半導体発光素子２０２とを光結合する必
要があり、共振器内における機械的な光結合であるため
に、レーザの発振特性が機械的振動などによって変化し
てしまうおそれがあり、安定した励起光を提供すること
ができない場合が生じるという問題点があった。

【００１７】さらに、ラマン増幅器におけるラマン増幅
では、信号光の偏波方向と励起光の偏波方向とが一致す
ることを条件としている。すなわち、ラマン増幅では、
増幅利得の偏波依存性があり、信号光の偏波方向と励起
光の偏波方向とのずれによる影響を小さくする必要があ
る。ここで、後方励起方式の場合、信号光は、伝搬中に
偏波がランダムとなるため、問題は生じないが、前方励
起方式の場合、偏波依存性が強く、励起光の直交偏波合
成、デポラライズなどによって偏波依存性を小さくする
必要がある。すなわち、偏光度（ＤＯＰ：Degree Of Po
larization）を小さくする必要がある。

【００１８】ここで、一般に半導体レーザ装置は化合物
半導体材料によって形成されるが、この化合物半導体材
料は屈折率が高いため、劈開によって形成された空気と
接する劈開端面の反射率は３０％程度になる。反射率が
高いことは、ファブリペロー型の共振器にとっては好都
合であるが、回折格子を内蔵するタイプの半導体レーザ
装置では、出射側反射膜の反射率を極力低減することに
よって、レーザ出力効率を高める必要があるとともにフ
ァブリペローモードの発振を抑制する必要がある。

【００１９】この出射側反射膜の反射率の低減方法とし
ては、端面に反射防止膜を形成する方法があるが、一般
に１％より小さく、好ましくは０．５％未満、さらに好
ましくは０．１％未満の反射率を達成することは、反射
防止膜の膜厚制御の観点から難しく、しかもある程度広
帯域にわたって反射率０．１％未満を実現することは困
難である。この結果、回折格子を内蔵する半導体レーザ
装置では、不要なファブリペローモードの発振が選択さ
れ、所望の発振波長のレーザ光を安定かつ高効率に出力
することができないという問題点があった。

【００２０】この発明は上記に鑑みてなされたもので、
ラマン増幅器などの励起用光源に適し、所望の発振波長
のレーザ光を安定かつ高効率に出力することができる半
導体レーザ装置、半導体レーザモジュールおよびこれを
用いたラマン増幅器を提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１にかかる半導体レーザ装置は、レーザ光の
出射端面に設けた第１反射膜と該レーザ光の反射端面に
設けた第２反射膜との間に形成された活性層の近傍に沿
って部分的に設けられた回折格子を有し、少なくとも該
回折格子による波長選択特性によって所望の発振縦モー
ドをもつレーザ光を出力する半導体レーザ装置におい
て、前記第１反射膜と前記活性層との間に前記レーザ光
の反射率を低減する窓構造を設けたことを特徴とする。

【００２２】この請求項１の発明によれば、前記第１反
射膜と前記活性層との間に前記レーザ光の反射率を低減
する窓構造を設け、不要なファブリペローモードの発振
を抑制するようにしている。

【００２３】また、請求項２にかかる半導体レーザ装置
は、上記の発明において、前記第２反射膜と前記活性層
との間に前記レーザ光の反射率を低減する窓構造を設け
たことを特徴とする。

【００２４】この請求項２の発明によれば、前記第２反
射膜と前記活性層との間に前記レーザ光の反射率を低減
する窓構造を設け、反射端面によって生じる不要なファ
ブリペローモードの発振を抑制するようにしている。

【００２５】また、請求項３にかかる半導体レーザ装置
は、レーザ光の出射端面に設けた第１反射膜と該レーザ
光の反射端面に設けた第２反射膜との間に形成された活
性層の近傍に沿って部分的に設けられた回折格子を有
し、少なくとも該回折格子による波長選択特性によって
所望の発振縦モードをもつレーザ光を出力する半導体レ
ーザ装置において、前記第１反射膜および前記第２反射
膜と前記活性層との間にそれぞれ前記レーザ光の反射率
を低減する窓構造を設けたことを特徴とする。

【００２６】この請求項３の発明によれば、前記第１反
射膜および前記第２反射膜と前記活性層との間にそれぞ
れ前記レーザ光の反射率を低減する窓構造を設け、第１
反射膜および第２反射膜によって生じる不要なファブリ
ペローモードの発振を抑制するようにしている。

【００２７】また、請求項４にかかる半導体レーザ装置
は、レーザ光を発光する活性層の出力側または反射側あ
るいは出力側および反射側の双方に回折格子を設け、少
なくとも該回折格子による波長選択特性によって所望の
発振縦モードをもつレーザ光を出力する半導体レーザ装
置において、前記レーザ光の出射端面に設けられた第１
反射膜の前記活性層側に隣接し、前記レーザ光の反射率
を低減する窓構造を設けたことを特徴とする。

【００２８】この請求項４の発明によれば、前記レーザ
光の出射端面に設けられた第１反射膜の前記活性層側に
隣接し、前記レーザ光の反射率を低減する窓構造を設
け、不要なファブリペローモードの発振を抑制するよう
にしている。

【００２９】また、請求項５にかかる半導体レーザ装置
は、上記の発明において、前記レーザ光の反射端面に設
けられた第２反射膜と前記活性層との間に前記レーザ光
の反射率を低減する窓構造を設けたことを特徴とする。

【００３０】この請求項５の発明によれば、前記レーザ
光の反射端面に設けられた第２反射膜と前記活性層との
間に前記レーザ光の反射率を低減する窓構造を設け、不
要なファブリペローモードの発振を抑制するようにして
いる。

【００３１】また、請求項６にかかる半導体レーザ装置
は、レーザ光を発光する活性層の出力側または反射側あ
るいは出力側および反射側の双方に回折格子を設け、少
なくとも該回折格子による波長選択特性によって所望の
発振縦モードをもつレーザ光を出力する半導体レーザ装
置において、前記レーザ光の出射端面に設けられた第１
反射膜および前記レーザ光の反射端面に設けられた第２
反射膜の前記活性層側にそれぞれ隣接し、前記レーザ光
の反射率を低減する窓構造をそれぞれ設けたことを特徴
とする。

【００３２】この請求項６の発明によれば、前記レーザ
光の出射端面に設けられた第１反射膜および前記レーザ
光の反射端面に設けられた第２反射膜の前記活性層側に
それぞれ隣接し、前記レーザ光の反射率を低減する窓構
造をそれぞれ設け、不要なファブリペローモードの発振
を抑制するようにしている。

【００３３】また、請求項７にかかる半導体レーザ装置
は、上記の発明において、前記窓構造は、前記第１反射
膜および／または前記第２反射膜と前記活性層との間
に、前記活性層の屈折率に比して低い化合物半導体を埋
め込み成長して形成したことを特徴とする。

【００３４】この請求項７の発明によれば、前記第１反
射膜および／または前記第２反射膜と前記活性層との間
に、前記活性層の屈折率に比して低い化合物半導体を埋
め込み成長することによって、前記窓構造を形成するよ
うにしている。

【００３５】また、請求項８にかかる半導体レーザ装置
は、上記の発明において、前記窓構造は、前記第１反射
膜側および／または前記第２反射膜側の前記活性層を、
不純物拡散による混晶化によって形成したことを特徴と
する。

【００３６】この請求項８の発明によれば、前記窓構造
は、前記第１反射膜側および／または前記第２反射膜側
の前記活性層を、不純物拡散による混晶化によって形成
するようにしている。

【００３７】また、請求項９にかかる半導体レーザ装置
は、上記の発明において、前記窓構造は、前記第１反射
膜側および／または前記第２反射膜側の前記活性層を、
空格子点の生成と拡散とによる混晶化によって形成した
ことを特徴とする。

【００３８】この請求項９の発明によれば、前記窓構造
は、前記第１反射膜側および／または前記第２反射膜の
前記活性層を、空格子点の生成と拡散とによる混晶化に
よって形成するようにしている。

【００３９】また、請求項１０にかかる半導体レーザ装
置は、上記の発明において、前記窓構造の反射率は、該
窓構造の共振器方向の長さによって設定することを特徴
とする。

【００４０】この請求項１０の発明によれば、前記窓構
造の反射率を、該窓構造の共振器方向の長さによって設
定するようにしている。

【００４１】また、請求項１１にかかる半導体レーザ装
置は、上記の発明において、前記窓構造の反射率は、１
％未満であることを特徴とする。

【００４２】この請求項１１の発明によれば、前記窓構
造の反射率を、１％未満とし、好ましくは０．５％未
満、より好ましくは０．１％未満とすることによって、
ファブリペローモードの発振を抑制するようにしてい
る。

【００４３】また、請求項１２にかかる半導体レーザ装
置は、上記の発明において、前記窓構造は、複数の当該
半導体レーザ装置を半導体基板上に一括形成して製造す
る際、該窓構造を対向配置させ、隣接した１つの窓構造
として形成することを特徴とする。

【００４４】この請求項１２の発明によれば、前記窓構
造は、複数の当該半導体レーザ装置を半導体基板上に一
括形成して製造する際、該窓構造を対向配置させ、隣接
した１つの窓構造として効率的に形成するようにしてい
る。

【００４５】また、請求項１３にかかる半導体レーザ装
置は、上記の発明において、前記回折格子は、前記窓構
造側あるいは前記窓構造近傍に設けられることを特徴と
する。

【００４６】この請求項１３の発明によれば、前記回折
格子は、前記窓構造側あるいは前記窓構造近傍に設けら
れ、発振波長の波長選択と共振器の出射側反射面として
の機能を持たせるようにしている。

【００４７】また、請求項１４にかかる半導体レーザ装
置は、上記の発明において、前記所望の発振縦モードの
本数は、発振波長スペクトルの半値幅内に２本以上含ま
れることを特徴とする。

【００４８】この請求項１４の発明によれば、前記回折
格子の波長選択特性によって、前記所望の発振縦モード
の本数を、発振波長スペクトルの半値幅内に２本以上含
まれるようにし、高出力のレーザ光を出力するようにし
ている。

【００４９】また、請求項１５にかかる半導体レーザ装
置は、上記の発明において、前記回折格子は、回折格子
長が３００μｍ以下であることを特徴とする。

【００５０】この請求項１５の発明によれば、第１反射
膜側に設けられる前記回折格子の回折格子長を、３００
μｍ以下としている。

【００５１】また、請求項１６にかかる半導体レーザ装
置は、上記の発明において、前記回折格子の回折格子長
は、前記共振器長の（３００／１３００）倍の値以下で
あることを特徴とする。

【００５２】この請求項１６の発明によれば、第１反射
膜側に設けられる前記回折格子の回折格子長を、前記共
振器長の（３００／１３００）倍の値以下としている。

【００５３】また、請求項１７にかかる半導体レーザ装
置は、上記の発明において、前記回折格子は、該回折格
子の結合係数と回折格子長との乗算値が０．３以下であ
ることを特徴とする。

【００５４】この請求項１７の発明によれば、前記回折
格子は、該回折格子の結合係数と回折格子長との乗算値
が０．３以下とし、駆動電流−光出力特性の線形性を良
好にし、光出力の安定性を高めるようにしている。

【００５５】また、請求項１８にかかる半導体レーザ装
置は、上記の発明において、前記回折格子は、グレーテ
ィング周期をランダムあるいは所定周期で変化させたこ
とを特徴とする。

【００５６】この請求項１８の発明によれば、前記回折
格子のグレーティング周期をランダムあるいは所定周期
で変化させ、回折格子の波長選択に揺らぎを発生させ、
発振波長スペクトルの半値幅を広げるようにしている。

【００５７】また、請求項１９にかかる半導体レーザ装
置は、上記の発明において、前記第１反射膜と前記第２
反射膜との間に形成された活性層によって形成された共
振器の長さは、８００μｍ以上であることを特徴とす
る。

【００５８】この請求項１９の発明によれば、前記第１
反射膜と前記第２反射膜との間に形成された活性層によ
って形成された共振器の長さを、８００μｍ以上とし、
高出力動作を可能としている。

【００５９】また、請求項２０にかかる半導体レーザモ
ジュールは、請求項１〜１９のいずれか一つに記載の半
導体レーザ装置と、前記半導体レーザ装置から出射され
たレーザ光を外部に導波する光ファイバと、前記半導体
レーザ装置と前記光ファイバとの光結合を行う光結合レ
ンズ系とを備えたことを特徴とする。

【００６０】この請求項２０の発明によれば、ファイバ
グレーティングを用いない半導体レーザ装置を用いて該
半導体レーザ装置の共振器が物理的に分離されていない
ため、光軸合わせなどを行う必要がなく、半導体レーザ
モジュールの組立が容易になるとともに、機械的振動な
どによってレーザの発振特性が変化しにくくなり、安定
したレーザ光を信頼性高く、かつ安定して出力し、さら
に低コスト化を実現することができる。

【００６１】また、請求項２１にかかる半導体レーザモ
ジュールは、上記の発明において、前記半導体レーザ装
置の温度を制御する温度制御装置と、前記光結合レンズ
系内に配置され、光ファイバ側からの反射戻り光の入射
を抑制するアイソレータと、をさらに備えたことを特徴
とする。

【００６２】この請求項２１の発明によれば、ファイバ
グレーティングを用いない半導体レーザ装置を用いてい
るため、インライン式のファイバ型と異なり、偏波依存
アイソレータを使用することができ、挿入損失が小さ
く、さらにＲＩＮが小さい半導体レーザモジュールを実
現することができる。

【００６３】また、請求項２２にかかるラマン増幅器
は、請求項１〜１９のいずれか一つに記載の半導体レー
ザ装置、あるいは請求項２０または２１に記載の半導体
レーザモジュールを広帯域ラマン増幅用の励起光源とし
て用いたことを特徴とする。

【００６４】この請求項２２の発明によれば、請求項１
〜１９のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置、ある
いは請求項２０または２１に記載の半導体レーザモジュ
ールを広帯域ラマン増幅用の励起光源として用い、上述
した各半導体レーザ装置あるいは各半導体レーザモジュ
ールの作用効果を奏するようにしている。

【００６５】また、請求項２３にかかるラマン増幅器
は、請求項１〜１９のいずれか一つに記載の半導体レー
ザ装置、あるいは請求項２０または２１に記載の半導体
レーザモジュールは、広帯域ラマン増幅用の励起光源で
あって、前方励起用光源あるいは双方向励起方式におけ
る前方励起用光源として用いられることを特徴とする。

【００６６】この請求項２３の発明によれば、請求項１
〜１９のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置、ある
いは請求項２０または２１に記載の半導体レーザモジュ
ールを、広帯域ラマン増幅用の励起光源であって、前方
励起用光源あるいは双方向励起方式における前方励起用
光源として用い、上述した各半導体レーザ装置あるいは
各半導体レーザモジュールの作用効果を奏するようにし
ている。

【００６７】

【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照して、この
発明にかかる半導体レーザ装置、半導体レーザモジュー
ルおよびこれを用いたラマン増幅器の好適な実施の形態
について説明する。

【００６８】(実施の形態１)まず、この発明の実施の形
態１について説明する。図１は、この発明の実施の形態
１である半導体レーザ装置を斜めからみた破断図であ
る。図２は、図１に示した半導体レーザ装置の長手方向
の縦断面図である。また、図３は、図２に示した半導体
レーザ装置のＡ−Ａ線断面図である。図１〜図３におい
て、この半導体レーザ装置２０は、ｎ−ＩｎＰ基板１の
（１００）面上に、順次、ｎ−ＩｎＰによるバッファ層
と下部クラッド層とを兼ねたｎ−ＩｎＰクラッド層２、
圧縮歪みをもつＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ（Graded Ind
ex-Separate Confinement Heterostructure Multi Quan
tum Well）活性層３、ｐ−ＩｎＰスペーサ層４、ｐ−Ｉ
ｎＰクラッド層６、およびＩｎＧａＡｓＰコンタクト層
７が積層された構造を有する。また、ｎ−ＩｎＰ基板１
の出射側反射膜１５側には、上述したｎ−ＩｎＰクラッ
ド層２、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３、ｐ−Ｉｎ
Ｐスペーサ層４、ｐ−ＩｎＰクラッド層６、およびＩｎ
ＧａＡｓＰコンタクト層７に並列して設けられ、埋め込
み成長されたｐ−ＩｎＰブロッキング層８およびｎ−Ｉ
ｎＰブロッキング層９とｐ−ＩｎＰクラッド層６および
ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７の一部とによって形成さ
れた窓構造領域２５が設けられる。

【００６９】ｐ−ＩｎＰスペーサ層４内には、膜厚２０
ｎｍを有し、窓構造領域２５の反射膜１５側端面から反
射膜１４側に向けて長さＬｇ＝５０μｍの回折格子１３
が設けられ、この回折格子１３は、ピッチ約２２０ｎｍ
で周期的に形成され、中心波長１．４８μｍのレーザ光
を波長選択する。ここで、回折格子１３は、回折格子の
結合係数κと回折格子長Ｌｇとの乗算値を０．３以下と
することによって、駆動電流−光出力特性の線形性を良
好にし、光出力の安定性を高めている（特願２００１−
１３４５４５参照）。また、共振器長Ｌが１３００μｍ
の場合、回折格子長Ｌｇが約３００μｍ以下のときに複
数の発振縦モード数で発振するので、回折格子長Ｌｇは
３００μｍ以下とすることが好ましい。ところで、共振
器長Ｌの長短に比例して、発振縦モード間隔も変化する
ため、回折格子長Ｌｇは、共振器長Ｌに比例した値とな
る。すなわち、回折格子長Ｌｇ：共振器長Ｌ＝３００：
１３００の関係を維持するため、回折格子長Ｌｇが３０
０μｍ以下で複数の発振縦モードが得られる関係は、Ｌｇ×（１３００（μｍ）／Ｌ）≦３００（μｍ）として拡張することができる。すなわち、回折格子長Ｌ
ｇは、共振器長Ｌとの比を保つように設定され、共振器
長Ｌの（３００／１３００）倍の値以下としている（特
願２００１−１３４５４５参照）。この回折格子１３を
含むｐ−ＩｎＰスペーサ層４、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱ
Ｗ活性層３、およびｎ−ＩｎＰバッファ層２の上部は、
メサストライプ状に加工され、メサストライプの長手方
向の両側には、電流ブロッキング層として形成されたｐ
−ＩｎＰブロッキング層８とｎ−ＩｎＰブロッキング層
９とによって埋め込まれている。この際、窓構造領域２
５のｐ−ＩｎＰブロッキング層８およびｎ−ＩｎＰブロ
ッキング層９は、電流ブロッキング層の形成時に同時形
成される。また、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７および
窓構造領域２５の各上面には、ｐ側電極１０が形成され
る。

【００７０】半導体レーザ装置２０の長手方向の一端面
である光反射端面には、反射率８０％以上、好ましくは
９８％以上の高光反射率をもつ反射膜１４が形成され、
他端面である光出射端面には、反射率が３０％以下、好
ましくは１０％以下、さらに好ましくは５％、１％、
０．５％以下、最も好ましくは０．１％以下の低光反射
率をもつ出射側反射膜１５が形成される。なお、光反射
端面および光出射端面に設けられる反射膜１４および出
射側反射膜１５は、劈開端面を利用してもよい。反射膜
１４と出射側反射膜１５とによって形成された光共振器
のＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３内に発生した光
は、反射膜１４によって反射し、出射側反射膜１５を介
し、レーザ光として出射されるが、この際、回折格子１
３によって波長選択されて出射される。

【００７１】窓構造領域２５は、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−Ｍ
ＱＷ活性層３の延長線上に設けられ、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ
−ＭＱＷ活性層３の屈折率に比して低い屈折率をもつｐ
−ＩｎＰブロッキング層８およびｎ−ＩｎＰブロッキン
グ層９が埋め込み成長されたものである。したがって、
図４に示すように、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３
から出力されたレーザ光が低屈折率の窓構造領域２５に
出力されると、この窓構造領域２５における回折によっ
てレーザ光（ビームＢ）が広がる。すなわち、窓構造領
域２５の屈折率がＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３の
屈折率に比して小さいため、窓構造領域２５のバンドギ
ャップが広くなり、光を吸収し難くなるため、レーザ光
のビームプロファイルが広がることになる。この結果、
出射側反射膜１５でレーザ光が反射されても、再びＧＲ
ＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３に入力する割合が極めて
小さくなる。すなわち、窓構造領域２５における実効反
射率Ｒeffは、極めて小さくなる。なお、図４では、レ
ーザ光の強度分布をガウス分布で近似して示している。

【００７２】ところで、図５に示すように、窓構造領域
２５の実効反射率Ｒeffは、出射側反射膜１５の反射率
Ｒｏをパラメータとして、窓構造領域長Ｌｗに依存す
る。実効反射率Ｒeffは、窓構造領域長Ｌｗが大きくな
るに従って減少し、同じ窓構造領域長Ｌｗである場合、
反射率Ｒｏが小さくなるに従って、小さくなる。一方、
図６は、図５に示した関係を、実効反射率Ｒeffをパラ
メータとして、出射側反射膜１５の反射率Ｒｏに対する
窓構造領域長Ｌｗの関係に書き直した図である。ここ
で、実効反射率Ｒeffを０．１％未満にするには、図５
に示した領域Ｅ１内にプロットされる窓構造領域長Ｌｗ
と反射率Ｒｏとをもつことが必要になる。また、図６に
おいて、実効反射率Ｒeffを０．１％未満とするには、
図６上において、Ｒeff＝０．１％の曲線よりも上の領
域に位置する窓構造領域長Ｌｗの値をもつ必要がある。
たとえば、発振波長λ₀を１．４８μｍ、窓構造領域２
５の屈折率ｎを３．１８、劈開時の反射率Ｒｏを３０％
とするときに、実効反射率Ｒeffを０．１％未満とする
には、窓構造領域長Ｌｗを１７５μｍを越える値に設定
すればよいことになる（点Ｐ１）。また、出射側をコー
ティングによって反射率Ｒｏが１％の出射側反射膜１５
を形成する場合、窓構造領域長Ｌｗを３０μｍを越える
値とすることによって、実効反射率Ｒeffを０．１％未
満にすることができる（点Ｐ２）。なお、この場合、実
際にはマージンをとるため、窓構造領域長Ｌｗは、５０
μｍ程度にするとよい（点Ｐ３）。

【００７３】この実施の形態１における半導体レーザ装
置２０は、ラマン増幅器の励起用光源として用いられる
ことを前提とし、その発振波長λ₀は、１１００ｎｍ〜
１５５０ｎｍであり、共振器長Ｌは、８００μｍ以上３
２００μｍ以下としている。ところで、一般に、半導体
レーザ装置の共振器によって発生する縦モードのモード
間隔Δλは、実効屈折率を「ｎ」とすると、次式で表す
ことができる。すなわち、 Δλ＝λ₀ ²／（２・ｎ・Ｌ）である。ここで、発振波長λ₀を１４８０μｍとし、実
効屈折率を３．５とすると、共振器長Ｌが８００μｍの
とき、縦モードのモード間隔Δλは、約０．３９ｎｍと
なり、共振器長が３２００μｍのとき、縦モードのモー
ド間隔Δλは、約０．１ｎｍとなる。すなわち、共振器
長Ｌを長くすればするほど、縦モードのモード間隔Δλ
は狭くなり、単一縦モードのレーザ光を発振するための
選択条件が厳しくなる。

【００７４】一方、回折格子１３は、そのブラッグ波長
によって縦モードを選択する。この回折格子１３による
選択波長特性は、図７に示す発振波長スペクトル３０と
して表される。

【００７５】図７に示すように、この実施の形態１で
は、回折格子１３を有した半導体レーザ装置２０による
発振波長スペクトル３０の半値幅Δλｈで示される波長
選択特性内に、発振縦モードを複数存在させるようにし
ている。従来のＤＢＲ（Distributed Bragg Reflrecto
r）半導体レーザ装置あるいはＤＦＢ（Distributed Fee
dback）半導体レーザ装置では、共振器長Ｌを８００μ
ｍ以上とすると、単一縦モード発振が困難であったた
め、かかる共振器長Ｌを有した半導体レーザ装置は用い
られなかった。しかしながら、この実施の形態１の半導
体レーザ装置２０では、共振器長Ｌを積極的に８００μ
ｍ以上とすることによって、発振波長スペクトルの半値
幅Δλｈ内に複数の発振縦モードを含ませてレーザ出力
するようにしている。図７では、発振波長スペクトルの
半値幅Δλｈ内に３つの発振縦モード３１〜３３を有し
ている。

【００７６】複数の発振縦モードを有するレーザ光を用
いると、単一縦モードのレーザ光を用いた場合に比し
て、レーザ出力のピーク値を抑えて、高いレーザ出力値
を得ることができる。たとえば、この実施の形態１に示
した半導体レーザ装置では、図８（ｂ）に示すプロファ
イルを有し、低いピーク値で高レーザ出力を得ることが
できる。これに対し、図８（ａ）は、同じレーザ出力を
得る場合の単一縦モード発振の半導体レーザ装置のプロ
ファイルであり、高いピーク値を有している。

【００７７】ここで、半導体レーザ装置をラマン増幅器
の励起用光源として用いる場合、ラマン利得を大きくす
るために励起光出力パワーを増大することが好ましい
が、そのピーク値が高いと、誘導ブリルアン散乱が発生
し、雑音が増加するという不具合が発生する。誘導ブリ
ルアン散乱の発生は、誘導ブリルアン散乱が発生する閾
値Ｐthを有し、同じレーザ出力パワーを得る場合、図８
（ｂ）に示すように、複数の発振縦モードを持たせ、そ
のピーク値を抑えることによって、誘導ブリルアン散乱
の閾値Ｐth内で、高い励起光出力パワーを得ることがで
き、その結果、高いラマン利得を得ることが可能とな
る。

【００７８】また、発振縦モード３１〜３３の波長間隔
（モード間隔）Δλは、０．１ｎｍ以上としている。こ
れは、半導体レーザ装置２０をラマン増幅器の励起用光
源として用いる場合、モード間隔Δλが０．１ｎｍ以下
であると、誘導ブリルアン散乱が発生する可能性が高く
なるからである。この結果、上述したモード間隔Δλの
式によって、上述した共振器長Ｌが３２００μｍ以下で
あることが好ましいことになる。

【００７９】このような観点から、発振波長スペクトル
３０の半値幅Δλｈ内に含まれる発振縦モードの本数
は、複数であることが望ましい。ところで、ラマン増幅
では、増幅利得に偏波依存性があるため、信号光の偏波
方向と励起光の偏波方向とのずれによる影響を小さくす
る必要がある。このための方法として、励起光を無偏光
化（デポラライズ）する方法があり、具体的には、２台
の半導体レーザ装置２０からの出力光を偏波合成カプラ
を用いて偏波合成する方法のほか、デポラライザとして
所定長の偏波面保持ファイバを用いて、１台の半導体レ
ーザ装置２０から出射されたレーザ光を、この偏波面保
持ファイバに伝搬させる方法がある。無偏光化の方法と
して、後者の方法を使用する場合には、発振縦モードの
本数が増大するに従ってレーザ光のコヒーレンシーが低
くなるので、無偏光化に必要な偏波面保持ファイバの長
さを短くすることができる。特に、発振縦モードが４，
５本となると、急激に、必要な偏波面保持ファイバの長
さが短くなる。従って、ラマン増幅器に使用するために
半導体レーザ装置２０から出射されるレーザ光を無偏光
化する場合に、２台の半導体レーザ装置の出射光を偏波
合成して利用しなくても、１台の半導体レーザ装置２０
の出射レーザ光を無偏光化して利用することが容易とな
るので、ラマン増幅器に使用される部品数の削減、小型
化を促進することができる。

【００８０】ここで、発振波長スペクトル幅が広すぎる
と、波長合成カプラによる合波ロスが大きくなるととも
に、発振波長スペクトル幅内における波長の動きによっ
て、雑音や利得変動を発生させることになる。このた
め、発振波長スペクトル３０の半値幅Δλｈは、３ｎｍ
以下、好ましくは２ｎｍ以下とする必要がある。

【００８１】さらに、従来の半導体レーザ装置では、図
３８に示したように、ファイバグレーティングを用いた
半導体レーザモジュールとしていたため、ファイバグレ
ーティング２３３と光反射面２２２との間の共振によっ
て相対強度雑音（ＲＩＮ）が大きくなり、安定したラマ
ン増幅を行うことができないが、この実施の形態１に示
した半導体レーザ装置２０では、ファイバグレーティン
グ２３３を用いず、出射側反射膜１５から出射したレー
ザ光をそのまま、ラマン増幅器の励起用光源として用い
ているため、相対強度雑音が小さくなり、その結果、ラ
マン利得の揺らぎが小さくなり、安定したラマン増幅を
行わせることができる。

【００８２】また、図３８に示した半導体レーザモジュ
ールでは、共振器内に機械的な結合を必要とするため、
振動などによってレーザの発振特性が変化する場合が発
生するが、この実施の形態１の半導体レーザ装置では、
機械的な振動などによるレーザの発振特性の変化がな
く、安定した光出力を得ることができる。

【００８３】ここで、図９〜図１１を参照して、上述し
た半導体レーザ装置の製造方法について説明する。図９
は、図１に示した半導体レーザ装置のメサ形状形成過程
を説明する図であり、図９（ａ）は、図１に示した半導
体レーザ装置のメサ形状形成過程における平面図であ
り、図９（ｂ）は、図１に示した半導体レーザ装置のメ
サ形状形成過程におけるＢ−Ｂ線断面図であり、図９
（ｃ）は、図１に示した半導体レーザ装置のメサ形状形
成過程における製造過程におけるＣ−Ｃ線断面図であ
る。図９において、まず、ｎ−ＩｎＰ基板１の（１０
０）面上に、順次、ｎ−ＩｎＰクラッド層２、ＧＲＩＮ
−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３、回折格子１３を含むｐ−Ｉ
ｎＰスペーサ層４を積層する。その後、マスクとして機
能するＳｉＮ層４０を、ｐ−ＩｎＰスペーサ層４上に形
成する。このＳｉＮ層４０は、最終的なＧＲＩＮ−ＳＣ
Ｈ−ＭＱＷ活性層３が形成されるメサストライプ形状を
形成するためのマスクであり、出射側には、幅５０μｍ
の窓構造領域を形成するために、形成されていない。そ
の後、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）あるい
はウェットエッチングによって、メサ形状を形成する。
この場合、出射側も出射端から５０μｍ程度の幅でエッ
チングされ、窓構造が埋め込まれる領域が形成される
（図９（ｂ））。また、長手方向側面は、電流ブロッキ
ング層が形成される領域が同時に形成される（図９
（ｃ））。

【００８４】その後、図１０に示すように、エッチング
された領域にｐ−ＩｎＰブロッキング層８およびｎ−Ｉ
ｎＰブロッキング層９が順次、埋め込まれる。埋め込ま
れるｐ−ＩｎＰブロッキング層８およびｎ−ＩｎＰブロ
ッキング層９は、上述したようにＧＲＩＮ−ＳＣＨ−Ｍ
ＱＷ活性層３の屈折率に比して低い屈折率をもつ。

【００８５】その後、図１１に示すように、ＳｉＮ層４
０を除去し、この除去後のｐ−ＩｎＰスペーサ層４およ
びｎ−ＩｎＰブロッキング層９の上面に、ｐ−ＩｎＰク
ラッド層６を形成する。さらに、ｐ−ＩｎＰクラッド層
６の上面にＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７を形成する。
この結果、図１〜図３に示した半導体レーザ装置におけ
る窓構造領域２５に対応した窓構造領域２５ａが形成さ
れる。その後、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１０の上面
にｐ側電極１０を形成するとともに、ｎ−ＩｎＰ基板１
１の裏面にｎ側電極１１を形成し、劈開後、この劈開面
に反射膜１４および出射側反射膜１５を形成することに
よって、半導体レーザ装置が形成される。

【００８６】なお、窓構造領域２５は、ｐ−ＩｎＰブロ
ッキング層８およびｎ−ＩｎＰブロッキング層９を埋め
込み成長させて、窓構造領域を形成しているが、これ
は、メサ形状形成時における製造工程の共通化を図り、
効率的な製造方法を実現するためである。この場合、窓
構造領域２５は、電流ブロッキング層としても機能し、
窓構造領域２５の上面のみを取り除いたｐ側電極１０の
形成などの複雑な製造工程を省くことができる。

【００８７】ところで、各半導体レーザ装置は、半導体
ウェハ上に一括形成される。図１２は、各半導体レーザ
装置が一括形成される半導体ウェアの平面図である。図
１２において、半導体レーザ装置ＬＤ１，ＬＤ２などか
らなり、半導体ウェハＷ上に形成される半導体レーザ装
置群ＬＤには、それぞれ回折格子１３に隣接して窓構造
領域２５が一体化して形成される。このため、レーザバ
ーＬＢ１，ＬＢ２間の劈開面Ｃ１２の位置ずれが生じた
場合であっても、実際に劈開された劈開面は、確実に窓
構造領域２５となり、半導体レーザ装置の後端部側（反
射膜１４側）の構成が付加されないようにし、本来の窓
構造領域２５の機能を発揮できるようにしている。

【００８８】すなわち、各半導体レーザ装置の回折格子
１３を、対向配置して形成し、この結果、回折格子１３
は、劈開面Ｃ１２，Ｃ１４に対して対称の位置に配置さ
れる。ここで、窓構造領域長Ｌｗが５０μｍとすると、
対向配置され、一体化された窓構造領域の幅は、１００
μｍとなる。実際には劈開面Ｃ１２，Ｃ１４の位置ずれ
などを考慮し、それぞれ５μｍ程度のマージンが必要で
あり、一体化された窓構造領域の幅は、１０μｍ程度の
マージンが必要となる。この窓構造領域によって実効反
射率Ｒeffを０．１％未満にする場合、図６に示すよう
に、出射側反射膜１５の反射率Ｒｏが１％のとき、３０
μｍの窓構造領域長Ｌｗが必要であるが、窓構造領域長
Ｌｗは、既にマージンをとった値であるため、実効反射
率Ｒeffが０．１％を越えることがない。なお、隣接す
る回折格子１３同士を連続して形成し、一体化した回折
格子として形成するようにしているが、これに限定する
ものではない。

【００８９】なお、上述した実施の形態１では、電流ブ
ロッキング層形成時に窓構造領域２５を埋め込み成長さ
せるようにしているが、これに限らず、電流ブロッキン
グ層形成とは別個に窓構造領域を埋め込み成長させるよ
うにしてもよい。たとえば、図１３〜図１５に示した半
導体レーザ装置では、窓構造領域２５に対応する領域
を、ｐ側電極１０形成前に、ＦｅドープＩｎＰを埋め込
み成長した窓構造領域２５ａを形成するようにしてい
る。また、窓構造領域２５ａは、Ｆｅがドープされてい
ることによって、半絶縁性となるため、ｐ側電極１０を
窓構造領域２５ａの上面に形成してもよい。もちろん、
図１６に示すように、窓構造領域２５ａの上面のみ、ｐ
側電極１０を形成しないようにして、窓構造領域２５ａ
内に確実に電流が注入されないようにしてもよい。

【００９０】この実施の形態１では、窓構造領域２５，
２５ａを設けて出射側の実効反射率Ｒeffを０．１％未
満に容易に実現することができ、窓構造領域長Ｌｗを変
化させることによって任意の実効反射率Ｒeffを実現す
ることができるので、不要なファブリペローモードの発
振を抑制し、回折格子１３による発振波長の選択が行わ
れ、レーザ出力効率を高めることができるとともに、所
望の発振波長のレーザ光を安定かつ高効率に出力するこ
とができる。

【００９１】さらに、半導体レーザ装置２０が回折格子
１３によって波長選択を行い、発振波長を１１００μｍ
〜１５５０μｍ帯とし、共振器長Ｌを８００μｍ〜３２
００μｍ帯とすることによって、発振波長スペクトル３
０の半値幅Δλｈ内に複数の発振縦モード、好ましくは
３本以上、さらに好ましくは４本以上の発振縦モードを
もつレーザ光を出力するようにしているので、ラマン増
幅器の励起用光源として用いた場合に、誘導ブリルアン
散乱を発生せずに、安定し、かつ高いラマン利得を得る
ことができる。

【００９２】また、ファイバグレーティングを用いた半
導体レーザモジュールのように、ファイバグレーティン
グをもつ光ファイバと半導体発光素子との光結合を共振
器内において行わないので、組立が容易となり、機械的
振動などによる不安定出力を回避することができる。

【００９３】なお、上述した実施の形態１では、出射側
反射膜１５側に回折格子１３を設けるようにしていた
が、これに限らず、反射膜１４側あるいは反射膜１４側
および出射側反射膜１５側の双方に回折格子を設けるよ
うにしてもよい。この場合、反射膜１４側の回折格子
は、波長選択性を持たせるとともに反射特性とを持たせ
るため、結合係数κと回折格子長Ｌｇとの積は、大きな
値、たとえば「２」以上に設定するとよい。

【００９４】（実施の形態２）つぎに、この発明の実施
の形態２について説明する。上述した実施の形態１で
は、窓構造領域２５，２５ａを埋め込むことによって形
成していたが、この実施の形態２では、ＧＲＩＮ−ＳＣ
Ｈ−ＭＱＷ活性層３の出射側反射膜１５側の超格子構造
を混晶化することによって形成している。特に、この実
施の形態２では、Ｚｎを不純物し、この不純物を出射側
反射膜１５近傍において拡散し、これによって超格子構
造の混晶化を図っている。

【００９５】ここで、超格子構造は、熱的に不安定な構
造ではないが、不純物原子を熱拡散し、あるいはイオン
注入と熱処理とによって不純物を導入することによっ
て、ヘテロ界面によって空間的に隔てられていた構成元
素が比較的容易に混じり合って混晶と呼ばれる結晶状態
に変化する。

【００９６】図１７は、この発明の実施の形態２である
半導体レーザ装置を斜めからみた破断図である。図１８
は、図１７に示した半導体レーザ装置の長手方向の縦断
面図である。図１７および図１８において、この半導体
レーザ装置２１は、不純物としてＺｎを拡散して形成し
た混晶状態の窓構造領域２６が形成され、その他の構造
は、実施の形態１と同じであり、同一構成部分には同一
符号を付している。なお、ｐ側電極１０は、窓構造領域
２６の上面に形成されない。これによって、窓構造領域
２６への電流注入を確実に防止することができる。

【００９７】混晶状態の窓構造領域２６の屈折率は、Ｇ
ＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３の超格子構造の屈折率
に比して小さくなり、しかもバンドギャップも大きくな
る。この結果、屈折率の変化によってＧＲＩＮ−ＳＣＨ
−ＭＱＷ活性層３から出力されたレーザ光が広がって、
反射戻り光が少なくなるために反射戻り光を少なく保つ
ことができる。

【００９８】図１９は、この発明の実施の形態２である
半導体レーザ装置の製造方法を示す半導体プロセス図で
ある。図１９において、まず、ｎ−ＩｎＰ基板１の（１
００）面上に、順次、ｎ−ＩｎＰクラッド層２、ＧＲＩ
Ｎ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３、回折格子１３を含むｐ−
ＩｎＰスペーサ層４、ｐ−ＩｎＰクラッド層６、および
ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７が積層される（図１９
（ａ））。この場合、各半導体レーザ装置の回折格子１
３は、対向配置される。すなわち、回折格子１３は、劈
開面Ｃに対して対称の位置に配置される。しかし、劈開
面Ｃから両側にそれぞれ窓構造領域長Ｌｗの領域には、
回折格子１３は形成されない。

【００９９】その後、不純物であるＺｎを窓構造領域２
６に対応する領域に添加し、熱拡散することによって、
ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３の超格子構造は、混
晶化され、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３の屈折率
に比して小さくなり、バンドギャップも大きくなった結
晶構造に変化した窓構造領域２６が形成される（図１９
（ｂ））。

【０１００】これによって、図４に示したように、ＧＲ
ＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３から窓構造領域２６に出
力されたレーザ光は広がって、再びＧＲＩＮ−ＳＣＨ−
ＭＱＷ活性層３に戻る割合が格段に減少し、実効屈折率
を０．１％未満とすることができる。なお、Ｚｎ，Ｓな
どの不純物は、どのような添加方法であってもよく、た
とえばイオン注入によって不純物を添加してもよい。ま
た、プロトン（Ｈ⁺）照射を行って混晶化を実現しても
よい。

【０１０１】（実施の形態３）つぎに、この発明の実施
の形態３について説明する。上述した実施の形態２で
は、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３の出射側反射膜
１５側の超格子構造を混晶化することによって窓構造領
域２６を形成するようにしていたが、この実施の形態３
では、窓構造領域２６に対応する領域を、ＧＲＩＮ−Ｓ
ＣＨ−ＭＱＷ活性層３の出射側反射膜１５側の超格子構
造を空格子点の生成と拡散とによる混晶化によって形成
している。

【０１０２】図２０は、この発明の実施の形態３である
半導体レーザ装置を斜めからみた破断図である。図２１
は、図２０に示した半導体レーザ装置の長手方向の縦断
面図である。図２０および図２１において、この半導体
レーザ装置２２は、実施の形態２に示した窓構造領域２
６に対応した領域に窓構造領域２７が形成され、その他
の構造は、実施の形態２と同じであり、同一構成部分に
は、同一符号を付している。ただし、ＩｎＧａＡｓＰコ
ンタクト層７の上面全面にｐ側電極１０が形成される。
なお、実施の形態２と同様に、窓構造領域２７の上面に
対応するｐ側電極１０を形成しなくてもよい。

【０１０３】図２２は、この発明の実施の形態３である
半導体レーザ装置の製造方法を示す半導体プロセス図で
ある。図２２において、まず、ｎ−ＩｎＰ基板１の（１
００）面上に、順次、ｎ−ＩｎＰクラッド層２、ＧＲＩ
Ｎ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３、回折格子１３を含むｐ−
ＩｎＰスペーサ層４、ｐ−ＩｎＰクラッド層６、および
ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７が積層される（図２２
（ａ））。なお、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３
は、メサ構造で形成され、その後ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−Ｍ
ＱＷ活性層３の長手方向側部が、電流ブロッキング層
（ｐ−ＩｎＰブロッキング層８およびｎ−ＩｎＰブロッ
キング層９）で埋め込まれた埋込ヘテロ（ＢＨ：Buried
Heterostructure）構造になっている。この場合、各半
導体レーザ装置の回折格子１３は、対向配置される。す
なわち、回折格子１３は、劈開面Ｃに対して対称の位置
に配置される。しかし、劈開面Ｃから両側にそれぞれ窓
構造領域長Ｌｗの領域には、回折格子１３は形成されな
い。

【０１０４】その後、窓構造領域２７に対応するＩｎＧ
ａＡｓＰコンタクト層７の上面にＳｉＯ₂膜２８が形成
され、熱処理が施される。この熱処理によって、ＧＲＩ
Ｎ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３の超格子構造内のＩｎがＳ
ｉＯ₂膜２８内に吸い取られ、超格子構造内に多量のＩ
ｎの空格子が形成される。さらに、熱処理によって、こ
の空格子点が拡散するに従って、混晶化が誘起されるこ
とになる（図２２（ｂ））。この場合、Ｚｎなどの不純
物が存在しなくても、混晶化が生じることになり、この
点で実施の形態２と異なる。その後、放熱性が悪いＳｉ
Ｏ₂膜２８を除去し、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７の
上面にｐ側電極１０が形成される（図２２（ｃ））。

【０１０５】この結果、窓構造領域２７の屈折率は、Ｇ
ＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３の超格子構造の屈折率
に比して小さくなり、しかもバンドギャップも大きくな
る。この屈折率の変化によってＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱ
Ｗ活性層３から出力されたレーザ光が広がって、反射戻
り光が少なくなるため、反射戻り光を少なく保つことが
できる。

【０１０６】これによって、図４に示したように、ＧＲ
ＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３から窓構造領域２６に出
力されたレーザ光は広がって、再びＧＲＩＮ−ＳＣＨ−
ＭＱＷ活性層３に戻る割合が格段に減少し、実効反射率
を１％未満とすることができる。なお、窓構造領域２７
の上面に形成されるＳｉＯ₂膜２８は、ＳｉＯ₂に限ら
ず、たとえば超格子構造内の元素であって混晶化を誘起
する元素を吸い取る材質で構成されればよく、その他の
膜で形成してもよい。

【０１０７】なお、上述した実施の形態１〜３では、回
折格子１３が中心波長に対して揺らぎを持つ波長選択性
によって、複数本の発振縦モードを出力するようにして
いたが、回折格子１３に対して積極的に揺らぎをもた
せ、発振縦モードの数を増やすことができる半導体レー
ザ装置を得るようにしてもよい。

【０１０８】図２３は、回折格子１３のグレーティング
周期の周期的変化を示す図である。この回折格子１３
は、グレーティング周期を周期的に変化させたチャープ
ドグレーティングとしている。図２４では、この回折格
子１３の波長選択性に揺らぎを発生させ、発振波長スペ
クトルの半値幅Δλhを広げ、半値幅Δλh内の発振縦モ
ードの本数を増大するようにしている。

【０１０９】図２３に示すように、回折格子１３は、平
均周期が２２０ｎｍであり、±０．０２ｎｍの周期揺ら
ぎ（偏差）を周期Ｃで繰り返す構造を有している。この
±０．０２ｎｍの周期揺らぎによって、発振波長スペク
トルの半値幅Δλh内に３〜６本程度の発振縦モードを
もたせることができる。

【０１１０】たとえば、図２４は、異なる周期Λ₁，Λ₂
の回折格子を有する半導体レーザ装置の発振波長スペク
トルを示す図である。図２４において、周期Λ₁の回折
格子は、波長λ₁の発振波長スペクトルを形成し、この
発振波長スペクトル内に３本の発振縦モードを選択す
る。一方、周期Λ₂の回折格子は、波長λ₂の発振波長ス
ペクトルを形成し、この発振波長スペクトル内に３本の
発振縦モードを選択する。したがって、周期Λ₁，Λ₂の
回折格子による複合発振波長スペクトル４５は、この複
合発振波長スペクトル４５内に４〜５本の発振縦モード
が含まれることになる。この結果、単一の発振波長スペ
クトルを形成するときに比べ、一層多くの発振縦モード
を容易に選択出力することができ、光出力の増大をもた
らすことができる。

【０１１１】なお、回折格子１３の構成としては、一定
の周期Ｃでグレーティング周期を変化させるチャープド
グレーティングに限らず、グレーティング周期を、周期
Λ₁（２２０ｎｍ＋０．０２ｎｍ）と周期Λ₂（２２０ｎ
ｍ−０．０２ｎｍ）との間でランダムに変化させるよう
にしてもよい。

【０１１２】さらに、図２５（ａ）に示すように、異な
る周期Λ₃と周期Λ₄とを一回ずつ交互に繰り返す回折格
子として、周期揺らぎを持たせるようにしてもよい。ま
た、図２５（ｂ）に示すように、異なる周期Λ₅と周期
Λ₆とをそれぞれ複数回、交互に繰り返す回折格子とし
て、周期揺らぎを持たせるようにしてもよい。さらに、
図２５（ｃ）に示すように、連続する複数回の周期Λ₇
と、周期Λ₇と異なる周期で連続する複数回の周期Λ₈と
をもつ回折格子として、周期揺らぎを持たせるようにし
てもよい。また、周期Λ₃，Λ₅，Λ₇と周期Λ₄，Λ₆，
Λ₈との間に、それぞれ離散的な異なる値をもつ周期を
補完して、周期を段階的に変化させる配置を行ってもよ
い。

【０１１３】なお、上述した実施の形態１〜３では、い
ずれもＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３に沿って部分
的に回折格子１３が設けられる半導体レーザ装置につい
て説明したが、これに限らず、たとえば、図２６に示す
ように、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３に隣接する
光導波路を有し、この光導波路に沿って回折格子が形成
される半導体レーザ装置にも適用することができる。図
２６に示した半導体レーザ装置は、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−
ＭＱＷ活性層３から長手方向（レーザ光出射方向）に光
導波路層１６、回折格子１３を含む光導波路層１７、窓
構造領域２９が順次配置される。窓構造領域２９は、出
射側反射膜１５に接続され、窓構造領域２５，２５ａ，
２６，２７のいずれかに対応した構造を有する。この図
２６に示した半導体レーザ装置によっても、窓構造領域
２９と出射側反射膜１５とによって０．１％未満の実効
反射率Ｒeffを実現することができる。

【０１１４】また、上述した実施の形態１〜３では、い
ずれも回折格子１３が出射側反射膜１５側の近傍に設け
られた半導体レーザ装置であったが、これに限らず、反
射膜１４側の近傍のみに回折格子を設けた半導体レーザ
装置であっても、また出射側反射膜１５および反射膜１
４側の近傍のそれぞれに回折格子を設けた構成であって
もよい。

【０１１５】反射膜１４側の近傍に回折格子を設けた半
導体レーザ装置の場合、たとえば、図２７に示したよう
に、反射膜１４側に、結合係数κと回折格子長Ｌｇ２と
の積が「２」以上の値をもつ回折格子１３ｂを設け、こ
の回折格子１３ｂと反射膜１４との間に窓構造領域２５
ｂを設ける。この窓構造領域２５ｂは、実施の形態２に
示した窓構造領域２５ａと同じであり、ＦｅドープＩｎ
Ｐによって構成される。この窓構造領域２５ｂと反射膜
１４とは、実施の形態２に示した窓構造領域２５ａと出
射側反射膜１５とによって反射率を低減したと同様に、
反射膜１４側での反射率を１％未満に低減する。ここ
で、回折格子１３ｂは、波長選択性をもちながら、例え
ば９８％以上の反射率によって光を出射側に戻す。この
場合、反射膜１４と窓構造領域２５ｂとは、１％未満の
反射率であるため、反射端面における反射がほぼなくな
り、回折格子１３ｂと反射膜１４との間の位相変化によ
る出力不安定や、反射膜１４と出射側反射膜１５とによ
るファブリペローモードの発振を抑止することができ
る。

【０１１６】また、図２８に示したように、出射側反射
膜１５および反射膜１４の近傍にそれぞれ回折格子１３
ａ，１３ｂを設けた場合、出射側反射膜１５および反射
膜１４と、回折格子１３ａ，１３ｂとの間にそれぞれ窓
構造領域２５ａ，２５ｂを設けるとよい。この場合、図
１３〜図１５に示した半導体レーザ装置と図２７に示し
た半導体レーザ装置との双方向の作用効果を得ることが
できる。なお、図２７および図２８に示した半導体レー
ザ装置は、いずれも実施の形態２に対応した窓構造領域
を有するものであったが、実施の形態１，３に示した窓
構造領域に置き換えた構成としてもよい。

【０１１７】なお、図２８に示した半導体レーザ装置
は、出射側反射膜１５および反射膜１４の近傍に、それ
ぞれ回折格子１３ａ，１３ｂを設け、これらの間に窓構
造領域２５ａ，２５ｂを設けるようにしているが、半導
体ウェハＷで一括形成する際、図１２に示した劈開面Ｃ
１２，Ｃ１４近傍における窓構造領域２５（２５ａ）お
よび回折格子１３（１３ａ）の形成と同様に、劈開面Ｃ
１１，Ｃ１３の近傍においても、窓構造領域２５ｂおよ
び回折格子１３ｂを形成するようにしてもよい。これに
よって、半導体レーザ装置の一括形成時、特に劈開面の
位置ずれによって生じる歩留まりの低下を防止すること
ができる。

【０１１８】（実施の形態４）つぎに、この発明の実施
の形態４について説明する。この実施の形態４では、上
述した実施の形態１〜３に示した半導体レーザ装置をモ
ジュール化したものである。

【０１１９】図２９は、この発明の実施の形態４である
半導体レーザモジュールの構成を示す縦断面図である。
図２９において、この半導体レーザモジュール５０は、
上述した実施の形態１〜３で示した半導体レーザ装置に
対応する半導体レーザ装置５１を有する。なお、この半
導体レーザ装置５１は、ｐ側電極がヒートシンク５７ａ
に接合されるジャンクションダウン構成としている。半
導体レーザモジュール５０の筐体として、セラミックな
どによって形成されたパッケージ５９の内部底面上に、
温度制御装置としてのペルチェ素子５８が配置される。
ペルチェ素子５８上にはベース５７が配置され、このベ
ース５７上にはヒートシンク５７ａが配置される。ペル
チェ素子５８には、図示しない電流が与えられ、その極
性によって冷却および加熱を行うが、半導体レーザ装置
５１の温度上昇による発振波長ずれを防止するため、主
として冷却器として機能する。すなわち、ペルチェ素子
５８は、レーザ光が所望の波長に比して長い波長である
場合には、冷却して低い温度に制御し、レーザ光が所望
の波長に比して短い波長である場合には、加熱して高い
温度に制御する。この温度制御は、具体的に、ヒートシ
ンク５７ａ上であって、半導体レーザ装置５１の近傍に
配置されたサーミスタ５８ａの検出値をもとに制御さ
れ、図示しない制御装置は、通常、ヒートシンク５７ａ
の温度が一定に保たれるようにペルチェ素子５８を制御
する。また、図示しない制御装置は、半導体レーザ装置
５１の駆動電流を上昇させるに従って、ヒートシンク５
７ａの温度が下がるようにペルチェ素子５８を制御す
る。このような温度制御を行うことによって、半導体レ
ーザ装置５１の出力安定性を向上させることができ、歩
留まりの向上にも有効となる。なお、ヒートシンク５７
ａは、たとえばダイヤモンドなどの高熱伝導率をもつ材
質によって形成することが望ましい。これは、ヒートシ
ンク５７ａがダイヤモンドで形成されると、高電流印加
時の発熱が抑制されるからである。

【０１２０】ベース５７上には、半導体レーザ装置５１
およびサーミスタ５８ａを配置したヒートシンク５７
ａ、第１レンズ５２、および電流モニタ５６が配置され
る。半導体レーザ装置５１から出射されたレーザ光は、
第１レンズ５２、アイソレータ５３、および第２レンズ
５４を介し、光ファイバ５５上に導波される。第２レン
ズ５４は、レーザ光の光軸上であって、パッケージ５９
上に設けられ、外部接続される光ファイバ５５に光結合
される。なお、電流モニタ５６は、半導体レーザ装置５
１の反射膜側から漏れた光をモニタ検出する。

【０１２１】ここで、この半導体レーザモジュール５０
では、他の光学部品などによる反射戻り光が共振器内に
戻らないように、半導体レーザ装置５１と光ファイバ５
５との間にアイソレータ５３を介在させている。このア
イソレータ５３には、ファイバグレーティングを用いた
従来の半導体レーザモジュールと異なり、インライン式
のファイバ型でなく、半導体レーザモジュール５０内に
内蔵できる偏波依存型のアイソレータを用いることがで
きるため、アイソレータによる挿入損失を小さく、さら
に低い相対強度雑音（ＲＩＮ）を達成することができ、
部品点数も減らすことができる。

【０１２２】この実施の形態４では、実施の形態１〜３
で示した半導体レーザ装置をモジュール化しているた
め、偏波依存型のアイソレータを用いることができ、挿
入損失を小さくすることができ、低雑音化および部品点
数の減少を促進することができる。

【０１２３】（実施の形態５）つぎに、この発明の実施
の形態５について説明する。この実施の形態５では、上
述した実施の形態４に示した半導体レーザモジュールを
ラマン増幅器に適用したものである。

【０１２４】図３０は、この発明の実施の形態５である
ラマン増幅器の構成を示すブロック図である。このラマ
ン増幅器は、ＷＤＭ通信システムに用いられる。図３０
において、このラマン増幅器は、上述した実施の形態４
に示した半導体レーザモジュールと同一構成の半導体レ
ーザモジュール６０ａ〜６０ｄを用い、図３７に示した
半導体レーザモジュール１８２ａ〜１８２ｄを、上述し
た半導体レーザモジュール６０ａ〜６０ｄに置き換えた
構成となっている。

【０１２５】各半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｂ
は、偏波面保持ファイバ７１を介して、複数の発振縦モ
ードを有するレーザ光を偏波合成カプラ６１ａに出力
し、各半導体レーザモジュール６０ｃ，６０ｄは、偏波
面保持ファイバ７１を介して、複数の発振縦モードを有
するレーザ光を偏波合成カプラ６１ｂに出力する。ここ
で、半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｂが発振する
レーザ光は、同一波長である、また、半導体レーザモジ
ュール６０ｃ，６０ｄが発振するレーザ光は、同一波長
であるが半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｂが発振
するレーザ光の波長とは異なる。これは、ラマン増幅が
偏波依存性を有するためであり、偏波合成カプラ６１
ａ，６１ｂによって偏波依存性が解消されたレーザ光と
して出力するようにしている。

【０１２６】各偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂから出力
された異なる波長をもったレーザ光は、ＷＤＭカプラ６
２によって合成され、合成されたレーザ光は、ＷＤＭカ
プラ６５を介してラマン増幅用の励起光として増幅用フ
ァイバ６４に出力される。この励起光が入力された増幅
用ファイバ６４には、増幅対象の信号光が入力され、ラ
マン増幅される。

【０１２７】増幅用ファイバ６４内においてラマン増幅
された信号光（増幅信号光）は、ＷＤＭカプラ６５およ
びアイソレータ６６を介してモニタ光分配用カプラ６７
に入力される。モニタ光分配用カプラ６７は、増幅信号
光の一部を制御回路６８に出力し、残りの増幅信号光を
出力レーザ光として信号光出力ファイバ７０に出力す
る。

【０１２８】制御回路６８は、入力された一部の増幅信
号光をもとに各半導体レーザモジュール６０ａ〜６０ｄ
のレーザ出力状態、たとえば光強度を制御し、ラマン増
幅の利得帯域が平坦な特性となるようにフィードバック
制御する。

【０１２９】この実施の形態５に示したラマン増幅器で
は、たとえば図３７に示した半導体発光素子１８０ａと
ファイバグレーティング１８１ａとが偏波面保持ファイ
バ７１ａで結合された半導体レーザモジュール１８２ａ
を用いず、実施の形態１〜３で示した半導体レーザ装置
が内蔵された半導体レーザモジュール６０ａを用いるよ
うにしているので、偏波面保持ファイバ７１の使用を削
減することができるとともに、ラマン増幅器の小型軽量
化とコスト低減を実現することができる。

【０１３０】なお、図３０に示したラマン増幅器では、
偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂを用いているが、図３１
に示すように半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｃか
ら、それぞれ偏波面保持ファイバ７１を介して直接ＷＤ
Ｍカプラ６２に光出力するようにしてもよい。この場
合、半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｃの偏波面
は、偏波面保持ファイバ７１に対して４５度となるよう
に入射する。ここで、上述したように、各半導体レーザ
モジュール６０ａ，６０ｃは、複数の発振縦モードを有
しているため、偏波面保持ファイバ長７１を短くするこ
とができる。これによって、偏波面保持ファイバ７１か
ら出力される光出力の偏波依存性をなくすことができ、
一層、小型かつ部品点数の少ないラマン増幅器を実現す
ることができる。

【０１３１】また、半導体レーザモジュール６０ａ〜６
０ｄ内に内蔵される半導体レーザ装置として発振縦モー
ド数が多い半導体レーザ装置を用いると、必要な偏波面
保持ファイバ７１の長さを短くすることができる。特
に、発振縦モードが４，５本になると、急激に、必要な
偏波面保持ファイバ７１の長さが短くなるため、ラマン
増幅器の簡素化と小型化を促進することができる。さら
に、発振縦モードの本数が増大すると、コヒーレント長
が短くなり、デポラライズによって偏光度（ＤＯＰ：De
gree Of Polarization）が小さくなり、偏波依存性をな
くすことが可能となり、これによっても、ラマン増幅器
の簡素化と小型化とを一層促進することができる。

【０１３２】また、このラマン増幅器では、ファイバグ
レーティングを用いた半導体レーザモジュールに比して
光軸合わせが容易であり、共振器内に機械的な光結合が
ないため、この点からも、ラマン増幅の安定性、信頼性
を高めることができる。

【０１３３】さらに、上述した実施の形態１〜３の半導
体レーザ装置では、複数の発振モードを有しているた
め、誘導ブリルアン散乱を発生させずに、高出力の励起
光を発生することができるので、安定し、かつ高いラマ
ン利得を得ることができる。

【０１３４】また、図３０および図３１に示したラマン
増幅器は、後方励起方式であるが、上述したように、半
導体レーザモジュール６０ａ〜６０ｄが安定した励起光
を出力するため、前方励起方式であっても、双方向励起
方式であっても、安定したラマン増幅を行うことができ
る。

【０１３５】たとえば、図３２は、前方励起方式を採用
したらラマン増幅器の構成を示すブロック図である。図
３２に示したラマン増幅器は、図３０に示したラマン増
幅器にＷＤＭカプラ６５´をアイソレータ６３の近傍に
設けている。このＷＤＭカプラ６５´には、半導体レー
ザモジュール６０ａ〜６０ｄ、偏波合成カプラ６１ａ，
６１ｂおよびＷＤＭカプラ６２にそれぞれ対応した半導
体レーザモジュール６０ａ´〜６０ｄ´、偏波合成カプ
ラ６１ａ´，６１ｂ´およびＷＤＭカプラ６２´を有し
た回路が接続され、ＷＤＭカプラ６２´から出力される
励起光を信号光と同じ方向に出力する前方励起を行う。
この場合、半導体レーザモジュール６０ａ´〜６０ｄ´
は、上述した実施の形態１〜４で用いられる半導体レー
ザ装置を用いているため、ＲＩＮが小さく、前方励起を
効果的に行うことができる。

【０１３６】同様に、図３３は、前方励起方式を採用し
たラマン増幅器の構成を示すブロック図である。図３３
に示したラマン増幅器は、図３１に示したラマン増幅器
にＷＤＭカプラ６５´をアイソレータ６３の近傍に設け
ている。このＷＤＭカプラ６５´には、半導体レーザモ
ジュール６０ａ，６０ｃおよびＷＤＭカプラ６２にそれ
ぞれ対応した半導体レーザモジュール６０ａ´，６０ｃ
´およびＷＤＭカプラ６２´を有した回路が接続され、
ＷＤＭカプラ６２´から出力される励起光を信号光と同
じ方向に出力する前方励起を行う。この場合、半導体レ
ーザモジュール６０ａ´，６０ｃ´は、上述した実施の
形態１〜４で用いられる半導体レーザ装置を用いている
ため、ＲＩＮが小さく、前方励起を効果的に行うことが
できる。

【０１３７】また、図３４は、双方向励起方式を採用し
たらラマン増幅器の構成を示すブロック図である。図３
４に示したラマン増幅器は、図３０に示したラマン増幅
器の構成に、図３２に示したＷＤＭカプラ６５´、半導
体レーザモジュール６０ａ´〜６０ｄ´、偏波合成カプ
ラ６１ａ´，６１ｂ´およびＷＤＭカプラ６２´をさら
に設け、後方励起と前方励起とを行う。この場合、半導
体レーザモジュール６０ａ´〜６０ｄ´は、上述した実
施の形態１〜４で用いられる半導体レーザ装置を用いて
いるため、ＲＩＮが小さく、前方励起を効果的に行うこ
とができる。

【０１３８】同様に、図３５は、双方向励起方式を採用
したラマン増幅器の構成を示すブロック図である。図３
４に示したラマン増幅器は、図３１に示したラマン増幅
器の構成に、図３３に示したＷＤＭカプラ６５´、半導
体レーザモジュール６０ａ´，６０ｃ´およびＷＤＭカ
プラ６２´をさらに設け、後方励起と前方励起とを行
う。この場合、半導体レーザモジュール６０ａ´，６０
ｃ´は、上述した実施の形態１〜４で用いられる半導体
レーザ装置を用いているため、ＲＩＮが小さく、前方励
起を効果的に行うことができる。

【０１３９】上述した図３２〜図３５に示したラマン増
幅器は、上述したようにＷＤＭ通信システムに適用する
ことができる。図３６は、図３２〜図３５に示したラマ
ン増幅器を適用したＷＤＭ通信システムの概要構成を示
すブロック図である。

【０１４０】図３６において、複数の送信機Ｔｘ１〜Ｔ
ｘｎから送出された波長λ₁〜λ_nの光信号は、光合波器
８０によって合波され、１つの光ファイバ８５に集約さ
れる。この光ファイバ８５の伝送路上には、図３２〜図
３５に示したラマン増幅器に対応した複数のラマン増幅
器８１，８３が距離に応じて配置され、減衰した光信号
を増幅する。この光ファイバ８５上を伝送した信号は、
光分波器８４によって、複数の波長λ₁〜λ_nの光信号に
分波され、複数の受信機Ｒｘ１〜Ｒｘｎに受信される。
なお、光ファイバ８５上には、任意の波長の光信号を付
加し、取り出したりするＡＤＭ（Add/Drop Multiplexe
r）が挿入される場合もある。

【０１４１】なお、上述した実施の形態５では、実施の
形態１〜３に示した半導体レーザ装置あるいは実施の形
態４に示した半導体レーザモジュールを、ラマン増幅用
の励起光源に用いる場合を示したが、これに限らず、た
とえば、９８０ｎｍ，１４８０ｎｍなどのＥＤＦＡ励起
用光源として用いることができるのは明らかである。

【０１４２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、前記第１反射膜と前記活性層との間に前記レー
ザ光の反射率を低減する窓構造を設け、不要なファブリ
ペローモードの発振を抑制するようにしているので、回
折格子によって選択される発振波長を安定かつ高効率に
出力することができるという効果を奏する。

【０１４３】また、請求項２の発明によれば、前記第２
反射膜と前記活性層との間に前記レーザ光の反射率を低
減する窓構造を設け、反射端面によって生じる不要なフ
ァブリペローモードの発振を抑制するようにしているの
で、回折格子によって選択される発振波長を安定かつ高
効率に出力することができるという効果を奏する。

【０１４４】また、請求項３の発明によれば、前記第１
反射膜および前記第２反射膜と前記活性層との間にそれ
ぞれ前記レーザ光の反射率を低減する窓構造を設け、第
１反射膜および第２反射膜によって生じる不要なファブ
リペローモードの発振を抑制するようにしているので、
回折格子によって選択される発振波長を安定かつ高効率
に出力することができるという効果を奏する。

【０１４５】また、請求項４の発明によれば、前記レー
ザ光の出射端面に設けられた第１反射膜の前記活性層側
に隣接し、前記レーザ光の反射率を低減する窓構造を設
け、不要なファブリペローモードの発振を抑制するよう
にしているので、回折格子によって選択される発振波長
を安定かつ高効率に出力することができるという効果を
奏する。

【０１４６】また、請求項５の発明によれば、前記レー
ザ光の反射端面に設けられた第２反射膜と前記活性層と
の間に前記レーザ光の反射率を低減する窓構造を設け、
不要なファブリペローモードの発振を抑制するようにし
ているので、回折格子によって選択される発振波長を安
定かつ高効率に出力することができるという効果を奏す
る。

【０１４７】また、請求項６の発明によれば、前記レー
ザ光の出射端面に設けられた第１反射膜および前記レー
ザ光の反射端面に設けられた第２反射膜の前記活性層側
にそれぞれ隣接し、前記レーザ光の反射率を低減する窓
構造をそれぞれ設け、不要なファブリペローモードの発
振を抑制するようにしているので、回折格子によって選
択される発振波長を安定かつ高効率に出力することがで
きるという効果を奏する。

【０１４８】また、請求項７の発明によれば、前記第１
反射膜および／または前記第２反射膜と前記活性層との
間に、前記活性層の屈折率に比して低い化合物半導体を
埋め込み成長することによって、前記窓構造を形成する
ようにしているので、所望の反射率を有する窓構造を柔
軟かつ確実に得ることできるという効果を奏する。

【０１４９】また、請求項８の発明によれば、前記窓構
造は、前記第１反射膜および／または前記第２反射膜側
の前記活性層を、不純物拡散による混晶化によって形成
するようにしているので、選択的かつ簡易に窓構造を形
成することができるという効果を奏する。

【０１５０】また、請求項９の発明によれば、前記窓構
造は、前記第１反射膜および／または前記第２反射膜側
の前記活性層を、空格子点の生成と拡散とによる混晶化
によって形成するようにしているので、不純物を添加せ
ずとも、選択的かつ簡易に窓構造を形成することができ
るという効果を奏する。

【０１５１】また、請求項１０の発明によれば、前記窓
構造の反射率を、該窓構造の共振器方向の長さによって
設定するようにしているので、所望の反射率をもつ窓構
造を容易に設けることができるという効果を奏する。

【０１５２】また、請求項１１の発明によれば、前記窓
構造の反射率を、１％未満とし、ファブリペローモード
の発振を抑制するようにしているので、回折格子によっ
て選択される発振波長を安定かつ高効率に出力すること
ができるという効果を奏する。

【０１５３】また、請求項１２の発明によれば、前記窓
構造は、複数の当該半導体レーザ装置を半導体基板上に
一括形成して製造する際、該窓構造を対向配置させ、隣
接した１つの窓構造として効率的に形成するようにして
いるので、半導体レーザ装置の歩留まりの低く抑えるこ
とができるという効果を奏する。

【０１５４】また、請求項１３の発明によれば、前記回
折格子は、前記窓構造側あるいは前記窓構造近傍に設け
られ、発振波長の波長選択と共振器の出射側反射面とし
ての機能を持たせるようにしているので、回折格子によ
って選択される発振波長を安定かつ高効率に出力するこ
とができるという効果を奏する。

【０１５５】また、請求項１４の発明によれば、前記回
折格子の波長選択特性によって、前記所望の発振縦モー
ドの本数を、発振波長スペクトルの半値幅内に２本以上
含まれるようにし、高出力のレーザ光を出力するように
しているので、高出力の半導体レーザ装置であっても、
回折格子によって選択される発振波長を安定かつ高効率
に出力することができるという効果を奏する。

【０１５６】また、請求項１５の発明によれば、第１反
射膜側に設けられる前記回折格子の回折格子長を、３０
０μｍ以下としているので、２本以上の発振縦モードを
容易に生成でき、かつ光出力の効率を向上させることが
できるという効果を奏する。

【０１５７】また、請求項１６の発明によれば、第１反
射膜側に設けられる前記回折格子の回折格子長を、前記
共振器長の（３００／１３００）倍の値以下としている
ので、任意の共振器長に対しても、２本以上の発振縦モ
ードを容易に生成でき、かつ高出力の光出力効率を向上
させることができるという効果を奏する。

【０１５８】また、請求項１７の発明によれば、前記回
折格子は、該回折格子の結合係数と回折格子長との乗算
値が０．３以下とし、駆動電流−光出力特性の線形性を
良好にし、光出力の安定性を高めるようにしているの
で、発振波長の駆動電流依存性を小さくすることがで
き、出力安定性の高い半導体レーザ装置を実現すること
ができるという効果を奏する。

【０１５９】また、請求項１８の発明によれば、前記回
折格子のグレーティング周期をランダムあるいは所定周
期で変化させ、回折格子の波長選択に揺らぎを発生さ
せ、発振波長スペクトルの半値幅を広げるようにしてい
るので、発振波長スペクトルの半値幅内に含まれる発振
縦モード数の増大を容易に行うことができ、安定かつ高
効率の半導体レーザ装置を実現することができるという
効果を奏する。

【０１６０】また、請求項１９の発明によれば、前記第
１反射膜と前記第２反射膜との間に形成された活性層に
よって形成された共振器の長さを、８００μｍ以上と
し、高出力動作を可能としているので、高出力動作を可
能にし、回折格子によって選択される発振波長を安定か
つ高効率に出力することができるという効果を奏する。

【０１６１】また、請求項２０の発明によれば、ファイ
バグレーティングを用いない半導体レーザ装置を用いて
該半導体レーザ装置の共振器が物理的に分離されていな
いため、光軸合わせなどを行う必要がなく、半導体レー
ザモジュールの組立が容易になるとともに、機械的振動
などによってレーザの発振特性が変化しにくくなり、安
定したレーザ光を信頼性高く、かつ安定して出力し、さ
らに低コスト化を実現することができる半導体レーザモ
ジュールを実現することができるという効果を奏する。

【０１６２】また、請求項２１の発明によれば、ファイ
バグレーティングを用いない半導体レーザ装置を用いて
いるため、インライン式のファイバ型と異なり、偏波依
存アイソレータを使用することができ、挿入損失が小さ
く、さらにＲＩＮが小さい半導体レーザモジュールを実
現することができるという効果を奏する。

【０１６３】また、請求項２２の発明によれば、請求項
１〜１９のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置、あ
るいは請求項２０または２１に記載の半導体レーザモジ
ュールを広帯域ラマン増幅用の励起光源として用い、上
述した各半導体レーザ装置あるいは各半導体レーザモジ
ュールの作用効果を奏するようにし、回折格子によって
選択される発振波長を安定かつ高効率に出力することが
できるという効果を奏する。

【０１６４】また、請求項２３の発明によれば、請求項
１〜１９のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置、あ
るいは請求項２０または２１に記載の半導体レーザモジ
ュールを、広帯域ラマン増幅用の励起光源であって、前
方励起用光源あるいは双方向励起方式における前方励起
用光源として用い、上述した各半導体レーザ装置あるい
は各半導体レーザモジュールの作用効果を奏するように
し、回折格子によって選択される発振波長を安定かつ高
効率に出力することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１である半導体レーザ装
置を斜めからみた破断図である。

【図２】この発明の実施の形態１である半導体レーザ装
置の構成を示す長手方向の縦断面図である。

【図３】図２に示した半導体レーザ装置のＡ−Ａ線断面
図である。

【図４】窓構造におけるレーザ光の広がりと反射状態と
を示す図である。

【図５】窓構造領域長に対する実効反射率の関係を出射
側反射膜の反射率をパラメータとして示した図である。

【図６】図５に示した関係をもとに、出射側反射膜の反
射率と窓構造領域長との関係を実効反射率をパラメータ
として示した図である。

【図７】図１に示した半導体レーザ装置の発振波長スペ
クトルと発振縦モードとの関係を示す図である。

【図８】単一発振縦モードと複数発振縦モードとのレー
ザ光出力パワーの関係および誘導ブリルアン散乱の閾値
を示す図である。

【図９】この発明の実施の形態１である半導体レーザ装
置の製造工程におけるメサ形成工程を説明する図であ
る。

【図１０】この発明の実施の形態１である半導体レーザ
装置の製造工程における埋め込み成長工程を説明する図
である。

【図１１】この発明の実施の形態１である半導体レーザ
装置の製造工程におけるｐ−ＩｎＰクラッド層およびＩ
ｎＧａＡｓＰコンタクト層の形成工程を説明する図であ
る。

【図１２】図１１に示した半導体レーザ装置が形成され
る半導体ウェハの平面図である。

【図１３】この発明の実施の形態１の変形例である半導
体レーザ装置を斜めから見た破断図である。

【図１４】図１３に示した半導体レーザ装置の構成を示
す長手方向の縦断面図である。

【図１５】図１４に示した半導体レーザ装置のＡ−Ａ線
断面図である。

【図１６】図１３に示した半導体レーザ装置の応用例の
構成を斜めから見た破断図である。

【図１７】この発明の実施の形態２である半導体レーザ
装置を斜めから見た破断図である。

【図１８】図１３に示した半導体レーザ装置の構成を示
す長手方向の縦断面図である。

【図１９】図１７に示した半導体レーザ装置を半導体ウ
ェハ上で一括形成する半導体レーザ装置の製造方法を示
す半導体プロセス図である。

【図２０】この発明の実施の形態３である半導体レーザ
装置を斜めから見た破断図である。

【図２１】図２０に示した半導体レーザ装置の構成を示
す長手方向の縦断面図である。

【図２２】図２０に示した半導体レーザ装置を半導体ウ
ェハ上で一括形成する半導体レーザ装置の製造方法を示
す半導体プロセス図である。

【図２３】回折格子に適用されるチャープドグレーティ
ングの構成を示す図である。

【図２４】回折格子にチャープドグレーティングを適用
した場合における発振波長スペクトルを示す図である。

【図２５】周期揺らぎのあるグレーティングの変形例を
示す図である。

【図２６】ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層に隣接する
光導波路内に回折格子を設けた半導体レーザ装置に窓構
造領域を設けた場合の構成を示す図である。

【図２７】反射膜側のみに回折格子および窓構造領域を
設けた半導体レーザ装置の構成の一例を示す図である。

【図２８】反射膜側および出射側反射膜の双方に回折格
子および窓構造領域を設けた半導体レーザ装置の構成を
示す図である。

【図２９】この発明の実施の形態４である半導体レーザ
モジュールの構成を示す縦断面図である。

【図３０】この発明の実施の形態４であるラマン増幅器
の構成を示すブロック図である。

【図３１】図３０に示したラマン増幅器の応用例を示す
ブロック図である。

【図３２】図３０に示したラマン増幅器の変形例であっ
て、前方励起方式を採用したラマン増幅器の構成を示す
ブロック図である。

【図３３】図３２に示したラマン増幅器の応用例を示す
ブロック図である。

【図３４】図３０に示したラマン増幅器の変形例であっ
て、双方向励起方式を採用したラマン増幅器の構成を示
すブロック図である。

【図３５】図３４に示したラマン増幅器の応用例を示す
ブロック図である。

【図３６】図３０〜図３５に示したラマン増幅器を用い
たＷＤＭ通信システムの概要構成を示すブロック図であ
る。

【図３７】従来のラマン増幅器の概要構成を示すブロッ
ク図である。

【図３８】図３７に示したラマン増幅器に用いた半導体
レーザモジュールの構成を示す図である。

【符号の説明】

１ｎ−ＩｎＰ基板２ｎ−Ｉｎｐバッファ層３ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層４ｐ−ＩｎＰスペーサ層６ｐ−ＩｎＰクラッド層７ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層８ｐ−ＩｎＰブロッキング層９ｎ−ＩｎＰブロッキング層１０ｐ側電極１１ｎ側電極１３回折格子１４反射膜１５出射側反射膜１６，１７光導波路層２０，２１，２２半導体レーザ装置２５，２５ａ，２６，２７窓構造領域２８ＳｉＯ₂膜３０発振波長スペクトル３１〜３３発振縦モード４０ＳｉＮ層４５複合発振波長スペクトル５０，６０ａ〜６０ｄ，６０ａ´〜６０ｄ´ 半導体レ
ーザモジュール５２第１レンズ５３，６３，６６アイソレータ５４第２レンズ５５光ファイバ５６電流モニタ５７ベース５７ａヒートシンク５８ペルチェ素子５８ａサーミスタ５９パッケージ６１ａ，６１ｂ，６１ａ´，６１ｂ´ 偏波合成カプラ６２，６５，６２´，６５´ ＷＤＭカプラ６４増幅用ファイバ６７モニタ光分配用カプラ６８制御回路６９信号光入力ファイバ７０信号光出力ファイバ７１偏波面保持ファイバ８１，８３ラマン増幅器Ｌｗ窓構造領域長Ｌｇ，Ｌｇ１，Ｌｇ２回折格子長Ｗ半導体ウェハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｓ 5/022 Ｈ０１Ｓ 5/022 5/125 5/125 Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA03 CA00 2K002 AA02 AB30 DA10 EA28 HA23 5F072 AB07 AK06 HH02 JJ01 JJ05 JJ20 MM20 PP07 RR01 YY17 5F073 AA22 AA46 AA65 AA74 AA83 AA86 AA88 AA89 AB27 AB28 AB30 BA03 CA02 CB10 CB11 DA15 DA25 DA35 EA01 EA03 EA04 EA24 EA26 EA27 EA29 FA02 FA15 FA25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光の出射端面に設けた第１反射膜
と該レーザ光の反射端面に設けた第２反射膜との間に形
成された活性層の近傍に沿って部分的に設けられた回折
格子を有し、少なくとも該回折格子による波長選択特性
によって所望の発振縦モードをもつレーザ光を出力する
半導体レーザ装置において、前記第１反射膜と前記活性層との間に前記レーザ光の反
射率を低減する窓構造を設けたことを特徴とする半導体
レーザ装置。
【請求項２】前記第２反射膜と前記活性層との間に前
記レーザ光の反射率を低減する窓構造を設けたことを特
徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】レーザ光の出射端面に設けた第１反射膜
と該レーザ光の反射端面に設けた第２反射膜との間に形
成された活性層の近傍に沿って部分的に設けられた回折
格子を有し、少なくとも該回折格子による波長選択特性
によって所望の発振縦モードをもつレーザ光を出力する
半導体レーザ装置において、前記第１反射膜および前記第２反射膜と前記活性層との
間にそれぞれ前記レーザ光の反射率を低減する窓構造を
設けたことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項４】レーザ光を発光する活性層の出力側また
は反射側あるいは出力側および反射側の双方に回折格子
を設け、少なくとも該回折格子による波長選択特性によ
って所望の発振縦モードをもつレーザ光を出力する半導
体レーザ装置において、前記レーザ光の出射端面に設けられた第１反射膜の前記
活性層側に隣接し、前記レーザ光の反射率を低減する窓
構造を設けたことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項５】前記レーザ光の反射端面に設けられた第
２反射膜と前記活性層との間に前記レーザ光の反射率を
低減する窓構造を設けたことを特徴とする請求項４に記
載の半導体レーザ装置。
【請求項６】レーザ光を発光する活性層の出力側また
は反射側あるいは出力側および反射側の双方に回折格子
を設け、少なくとも該回折格子による波長選択特性によ
って所望の発振縦モードをもつレーザ光を出力する半導
体レーザ装置において、前記レーザ光の出射端面に設けられた第１反射膜および
前記レーザ光の反射端面に設けられた第２反射膜の前記
活性層側にそれぞれ隣接し、前記レーザ光の反射率を低
減する窓構造をそれぞれ設けたことを特徴とする半導体
レーザ装置。
【請求項７】前記窓構造は、前記第１反射膜および／
または前記第２反射膜と前記活性層との間に、前記活性
層の屈折率に比して低い化合物半導体を埋め込み成長し
て形成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一
つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】前記窓構造は、前記第１反射膜および／
または前記第２反射膜側の前記活性層を、不純物拡散に
よる混晶化によって形成したことを特徴とする請求項１
〜６のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項９】前記窓構造は、前記第１反射膜および／
または前記第２反射膜側の前記活性層を、空格子点の生
成と拡散とによる混晶化によって形成したことを特徴と
する請求項１〜６のいずれか一つに記載の半導体レーザ
装置。
【請求項１０】前記窓構造の反射率は、該窓構造の共
振器方向の長さによって設定することを特徴とする請求
項１〜９のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項１１】前記窓構造の反射率は、１％未満であ
ることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記
載の半導体レーザ装置。
【請求項１２】前記窓構造は、複数の当該半導体レー
ザ装置を半導体基板上に一括形成して製造する際、該窓
構造を対向配置させ、隣接した１つの窓構造として形成
することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに
記載の半導体レーザ装置。
【請求項１３】前記回折格子は、前記窓構造側あるい
は前記窓構造近傍に設けられることを特徴とする請求項
１〜１２のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項１４】前記所望の発振縦モードの本数は、発
振波長スペクトルの半値幅内に２本以上含まれることを
特徴とする請求項１〜１３のいずれか一つに記載の半導
体レーザ装置。
【請求項１５】前記回折格子は、回折格子長が３００
μｍ以下であることを特徴とする請求項１，２，４，
５，７〜１４のいずれか一つに記載の半導体レーザ装
置。
【請求項１６】前記回折格子の回折格子長は、前記共
振器長の（３００／１３００）倍の値以下であることを
特徴とする請求項１，２，４，５，７〜１５のいずれか
一つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項１７】前記回折格子は、該回折格子の結合係
数と回折格子長との乗算値が０．３以下であることを特
徴とする請求項１，２，４，５，７〜１６のいずれか一
つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項１８】前記回折格子は、グレーティング周期
をランダムあるいは所定周期で変化させたことを特徴と
する請求項１〜１７のいずれか一つに記載の半導体レー
ザ装置。
【請求項１９】前記第１反射膜と前記第２反射膜との
間に形成された活性層によって形成された共振器の長さ
は、８００μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜
１８のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項２０】請求項１〜１９のいずれか一つに記載
の半導体レーザ装置と、前記半導体レーザ装置から出射されたレーザ光を外部に
導波する光ファイバと、前記半導体レーザ装置と前記光ファイバとの光結合を行
う光結合レンズ系と、を備えたことを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項２１】前記半導体レーザ装置の温度を制御す
る温度制御装置と、前記光結合レンズ系内に配置され、光ファイバ側からの
反射戻り光の入射を抑制するアイソレータと、をさらに備えたことを特徴とする請求項２０に記載の半
導体レーザモジュール。
【請求項２２】請求項１〜１９のいずれか一つに記載
の半導体レーザ装置、あるいは請求項２０または２１に
記載の半導体レーザモジュールを広帯域ラマン増幅用の
励起光源として用いたことを特徴とするラマン増幅器。
【請求項２３】請求項１〜１９のいずれか一つに記載
の半導体レーザ装置、あるいは請求項２０または２１に
記載の半導体レーザモジュールは、広帯域ラマン増幅用
の励起光源であって、前方励起用光源あるいは双方向励
起方式における前方励起用光源として用いられることを
特徴とするラマン増幅器。