JP2003249718A

JP2003249718A - 半導体レーザ装置、半導体レーザモジュールおよび光ファイバ増幅器

Info

Publication number: JP2003249718A
Application number: JP2002048679A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Oki; 泰大木; Naoki Tsukiji; 直樹築地; Jiyunji Yoshida; 順自吉田
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2002-02-25
Filing date: 2002-02-25
Publication date: 2003-09-05

Abstract

(57)【要約】【課題】高出力の半導体レーザ装置を実現する。【解決手段】基板１上に順次下部クラッド層２、下部
ＳＣＨ層３、量子井戸層４、上部ＳＣＨ層５、第１の上
部クラッド層６を積層する。第１の上部クラッド層６上
には、ストライプ形状の第２の上部クラッド層８、電流
ブロック層９が積層されている。さらに順次第３の上部
クラッド層１０、コンタクト層１１が積層され、コンタ
クト層１１上にｐ側電極１２が配置され、基板１裏面に
ｎ側電極１３が配置されている。電流ブロック層９は第
２の上部クラッド層８と異なる導電型を有することで電
流を狭窄し、電流ブロック層９を含む領域の実効屈折率
が上部クラッド層８を含む領域の実行屈折率よりも低い
値をとることで、水平方向の光閉じ込めをおこなう。第
１の上部クラッド層６内部には回折格子７が配置され、
複数の発振縦モードを有する光を選択する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板上に積
層された下部クラッド層および上部クラッド層と、該二
つのクラッド層間に積層された活性層とを備えた半導体
レーザ装置、半導体レーザ装置を含む半導体レーザモジ
ュール、光ファイバ増幅器に関し、特に、水平方向の光
閉じ込めを制御し、発振縦モードを選択する半導体レー
ザ装置、半導体レーザ装置を含む半導体レーザモジュー
ル、光ファイバ増幅器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、インターネットをはじめとする光
通信の発展に伴い、長距離に渡って信号光を伝送するた
めに、伝送用光ファイバの途中に光ファイバ増幅器を配
置することが広くおこなわれている。この光ファイバ増
幅器は、光ファイバ中を信号光が伝送する途上におい
て、強度の低下した信号光を増幅することによって信号
光の強度を回復する。具体的には、エルビウムを添加し
た光ファイバ（以下、「ＥＤＦ」と言う）を用いて増幅
する光ファイバ増幅器や、ラマン増幅を利用した光ファ
イバ増幅器などが提案され、実用化されている。また、
ＥＤＦにおいて、海底に敷設された伝送用光ファイバの
途中で信号光の増幅をおこなう場合に、励起光源を陸上
に配置し、励起光源から励起光伝送用光ファイバによっ
て励起光をＥＤＦに入射させるいわゆるリモートポンプ
式の光ファイバ増幅器が提案されている。リモートポン
プ式の光ファイバ増幅器では、励起光源を陸上に配置す
ることで、励起光源の保守・交換を容易におこなうこと
ができる。

【０００３】ここで、いずれの光ファイバ増幅器でも、
励起光源に半導体レーザ装置を使用して信号光を励起す
る構造を有し、光ファイバ増幅器の増幅利得は、励起光
源の光出力とともに増加する。そのため、励起光源とし
て使用される半導体レーザ装置は、発光効率が高く、高
出力のものが必要とされている。また、ラマン用励起光
源として使用される半導体レーザ装置には、低い相対強
度雑音（ＲＩＮ：Relative Intensity Noise）が要求さ
れる。このような観点から励起光源に使用する半導体レ
ーザ装置として、埋め込みヘテロ構造レーザ（以下、
「ＢＨレーザ」と言う）や、リッジ構造レーザが実用化
されている。

【０００４】光出力を向上させるためには、光が導波す
る体積を大きくする必要がある。体積を大きくするに
は、半導体レーザ装置の層方向、光出射方向、水平方向
の領域を広げることが考えられる。層方向の領域は、主
にＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure: 分
離閉じ込めヘテロ構造）層などの電流閉じ込め構造によ
って決定される。そのため、光の閉じ込め領域のみを電
流閉じ込めとは別に層方向に広げることは困難である。
次に光出射方向について考える。共振器長を長くするこ
とにより導波領域を広げることは必須の技術で、これま
で多く用いられてきた。しかし、共振器長を延ばすとそ
れに伴い内部損失も増加してしまうというトレードオフ
関係にあり、ある駆動条件内で長共振器化による光出力
の向上を図ることにも限界がある。以上のようなことか
ら、さらなる光出力向上のためには水平方向の導波領域
を広げることが重要となる。水平方向の領域を広げると
素子抵抗、熱抵抗が低減し、熱による光出力の飽和が抑
制される。水平方向の領域の上限は、高次の水平方向の
導波モードがカットオフされる幅Ｗｃで決定される。Ｗ
ｃ以上の幅を持つ半導体レーザ装置では、高次の水平方
向の導波モードが存在し、出射する遠視野像（ＦＦＰ：
Far Field Pattern）の単峰性が損なわれる、電流・光
出力特性においてキンクが発生するだけでなく、さらに
光ファイバへの結合効率が著しく劣化する等の問題が生
じる。

【０００５】図３に示す第１領域１８と第２領域１９も
しくは第２領域２０との実効屈折率の差をΔｎとおく。
幅Ｗｃは発振波長、Δｎで決定され、Δｎが小さいほど
Ｗｃを大きくすることができる。したがって、幅Ｗｃを
大きくするためにはΔｎの制御が重要となってくる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のＢＨレ
ーザやリッジ構造レーザでは実効屈折率の制御が困難
で、結果として水平方向の領域拡大が困難であるという
問題が存在する。以下、ＢＨレーザおよびリッジ構造レ
ーザについて水平方向の光強度分布領域の拡大が困難で
ある理由について説明する。

【０００７】ＢＨレーザは、活性層に隣接して電流ブロ
ック層が配置されている。活性層と電流ブロック層とは
一般に異なる半導体材料で構成される。活性層を含んだ
第１領域の実効屈折率が層方向の電流閉じ込めから決定
されると、実効屈折率差は第２領域である電流ブロック
層の半導体材料で決定されることになる。屈折率を操作
するパラメータが材料の選択ということしかないので、
実効屈折率の微妙な制御には適さない。また、電流ブロ
ック層の半導体材料は、埋め込み成長の容易さ、熱抵抗
などから決定され、材料選択の自由度は少ない。

【０００８】ＩｎＰ基板を用いたＢＨレーザを例にとっ
てみると、電流ブロック層には、ＩｎＰが用いられるこ
とがほとんどである。ＩｎＰは、ＩｎＰ基板に格子整合
する半導体材料の中でもっとも屈折率が小さいので、実
効屈折率差を小さくするには限界があり、結果としてＷ
ｃを大きくするにも制約が生じ、高出力化に最適とは言
えない。

【０００９】一方、実効屈折率差を小さくするために
は、活性層を含んだ第１領域の実効屈折率を小さくする
こともできる。しかし、その場合には、層方向の光の閉
じ込め、電流の閉じ込めが弱くなり、高電流注入時のキ
ャリアオーバーフローが顕著になるなど高出力化の妨げ
となる現象が現れる。

【００１０】一方、リッジ構造レーザは、上部クラッド
層がリッジ状に形成された構造を有する。したがって、
リッジストライプに隣接した領域には半導体層は存在し
ない。リッジ構造レーザでは、リッジ領域以外の上部ク
ラッド層の膜厚で実効屈折率を制御している。上部クラ
ッド層の膜厚とリッジ幅を個別に制御するのは容易では
ないため、実効屈折率差の微妙な調整が困難という問題
が生じる。

【００１１】また、高出力化には、活性層近傍で発生し
た熱の放熱が問題である。半導体レーザ装置は、放熱性
を向上させるため、ジャンクションダウン方式でレーザ
マウントに固定されることが好ましい。リッジ構造レー
ザでは、電極下に配置される絶縁層の熱抵抗が大きいた
め、ジャンクションダウン方式とした場合の放熱性向上
の効果が小さい。また、リッジ部分自体がジャンクショ
ンダウン方式に不都合となる場合もある。以上のように
リッジ構造レーザでは、高出力化に重要な放熱性に問題
が生じる場合がある。

【００１２】さらに、高出力化には別の問題も有する。
励起光源から出射された励起光は光ファイバ中を伝送し
て増幅用光ファイバに入射するが、一定の閾値よりも高
い強度を有する光が光ファイバに入射した場合、誘導ブ
リルアン散乱が発生する。誘導ブリルアン散乱は、入射
した光が音響波（フォノン）と交互作用することによっ
て散乱（反射）が生ずる非線形光学現象である。フォノ
ンのエネルギー相当を失うことにより、約１１ＧＨｚ低
い周波数の光が入射光と逆方向に反射される現象として
観測される。

【００１３】ラマン増幅を用いた光ファイバ増幅器で
は、上述のように励起光の誘導ブリルアン散乱が発生す
る際には、入射した励起光の一部は、後方に反射されて
しまい、ラマン利得生成に寄与しなくなる。また、この
散乱光が意図しない雑音を生成する可能性がある。この
励起光強度の低下は、励起光の伝送距離が短い場合はそ
れほど問題とはならない。しかし、上述のリモートポン
プを用いた光ファイバ増幅器においては、励起光源から
増幅用光ファイバに到達するまでに励起光の長距離伝送
が必要であるため、光強度の低下を無視することはでき
ない。リモートポンプを用いた光ファイバ増幅器の場
合、通常の光ファイバ中における光損失よりも高い割合
で励起光の強度が低下することとなるため、増幅用光フ
ァイバにおいて、増幅利得が低下するという問題が生じ
る。

【００１４】また、特にラマン増幅を用いた光ファイバ
増幅器では、ＲＩＮの抑制も重要である。従来の半導体
レーザ装置を励起光源に使用した場合、波長選択はファ
イバグレーティングによっておこなわれていた。しか
し、ファイバグレーティングと半導体レーザ装置との間
隔が長いため、ファイバグレーティングと半導体レーザ
装置の端面との間の共振によって相対強度雑音（ＲＩ
Ｎ：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速いため、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】また、ラマン増幅器としては、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、信号光が強い励起光とともに同方向に進行する前
方励起方式では、励起光強度の揺らぎが信号光強度の揺
らぎに影響を与える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】さらに、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。そのために
は、励起光の直交偏波合成、デポラライズなどによって
偏光度（ＤＯＰ：Degree OfPolarization）を小さくす
る必要がある。

【００１７】本発明は、上記従来技術の欠点に鑑みてな
されたものであって、高い光出力を実現でき、ＲＩＮを
抑制するとともに発振波長の固定をおこなうことが可能
で、誘導ブリルアン散乱の抑制および偏光度の低減が可
能な半導体レーザ装置、半導体レーザ装置を利用した半
導体レーザモジュールおよび半導体レーザ装置を励起光
源とした光ファイバ増幅器を提供することを目的とす
る。

【００１８】

【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、半導体基板
上に積層された下部クラッド層および上部クラッド層
と、該二つのクラッド層間に積層された活性層とを備え
た半導体レーザ装置であって、発振縦モードを選択する
回折格子と、前記下部クラッド層および前記上部クラッ
ド層の少なくとも一方の内部領域に配置され、電流を遮
蔽する電流ブロック層と、該電流ブロック層に隣接して
配置され、前記レーザ光の出射方向にストライプ形状を
有し、電流を通過させる電流通過層とを備え、前記電流
ブロック層によって水平方向の光分布を制御することを
特徴とする。ここで、回折格子によって選択される発振
縦モードは単数であっても、複数であっても良い。

【００１９】この請求項１の発明によれば、電流ブロッ
ク層が電流遮蔽機能とともに水平方向の光分布を制御す
ることとしたため、水平方向の光閉じ込めが弱い半導体
レーザ装置を実現できるとともに、回折格子が配置され
たため、発振縦モードを選択することができる。また、
回折格子によって波長選択をおこなうこととしたため、
ファイバグレーティングによって波長選択をおこなう場
合に比してＲＩＮを低減することができる。

【００２０】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、前記回折格子は、複数の発振
縦モードを選択することを特徴とする。

【００２１】この請求項２の発明によれば、回折格子が
複数の発振縦モードを選択することとしたため、各発振
縦モードの強度を抑制することで誘導ブリルアン散乱の
発生を抑制することができる。また、複数の発振縦モー
ドを出射することでコヒーレント長が短くなり、デポラ
ライズによってＤＯＰを小さくし、偏波依存性をなくす
ことができる。

【００２２】また、請求項３にかかる半導体レーザ装置
は、上記の発明において、レーザ発振時における出射レ
ーザ光が１２００ｎｍ以上、１６００ｎｍ以下の波長を
有することを特徴とする。

【００２３】また、請求項４にかかる半導体レーザ装置
は、上記の発明において、光出射方向の長さが８００μ
ｍ以上、３２００μｍ以下であることを特徴とする。

【００２４】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、レーザ発振時における光出力
強度が８０ｍＷ以上であることを特徴とする。

【００２５】また、請求項６にかかる半導体レーザ装置
は、上記の発明において、前記半導体基板がＩｎＰ基板
であり、前記電流ブロック層がＧａ_xＩｎ_1-xＡｓ_yＰ_1-y
（０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦１）を含むことを特徴とする。

【００２６】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、前記半導体基板がＩｎＰ基板
であり、前記電流ブロック層がＩｎＰを含むことを特徴
とする。

【００２７】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、前記電流通過層を含む領域の
実効屈折率と前記電流ブロック層を含む領域の実効屈折
率の差分値は、８×１０^-3以下であることを特徴とす
る。

【００２８】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、前記電流ブロック層は、前記
電流通過層の導電型と異なる導電型の半導体層を含むこ
とを特徴とする。

【００２９】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、前記電流ブロック層は、前
記電流通過層の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有す
ることを特徴とする。

【００３０】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、前記電流ブロック層の不純
物濃度は、１．５×１０¹⁸ｃｍ^-3以上、９×１０¹⁸ｃｍ
^-3以下であることを特徴とする。

【００３１】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、前記電流ブロック層に含ま
れる半導体材料は、出射されるレーザ光のエネルギーよ
りも大きな禁制帯幅を有することを特徴とする。

【００３２】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、前記電流ブロック層は、レ
ーザ光出射方向側面近傍における屈折率が前記第２のク
ラッド層近傍における屈折率よりも低いことを特徴とす
る。

【００３３】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、前記電流ブロック層は、半
導体絶縁層を含むことを特徴とする。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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
ィング周期に所定の周期揺らぎを持たせたことを特徴と
する。

【００３８】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。

【００３９】また、請求項２０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、前記電流
ブロック層の上部領域、下部領域若しくは前記電流ブロ
ック層内部に配置されたことを特徴とする。

【００４０】また、請求項２１にかかる半導体レーザモ
ジュールは、請求項１〜２０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を光結合する光結合レン
ズ系と、少なくとも前記半導体レーザ装置と前記光結合
レンズ系とを収納するパッケージとを備えたことを特徴
とする。

【００４１】また、請求項２２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
置の光出力を測定する光検出器と、該半導体レーザ装置
の温度を制御する温調モジュールと、アイソレータとを
さらに備えたことを特徴とする。

【００４２】また、請求項２３にかかる光ファイバ増幅
器は、請求項１〜２０のいずれか一つに記載の半導体レ
ーザ装置若しくは請求項２１または２２に記載の半導体
レーザモジュールを備えた励起光源と、信号光を伝送す
る光ファイバと、該光ファイバと接続された増幅用光フ
ァイバと、前記励起光源から出射される励起光を増幅用
光ファイバに入射させるためのカプラとを備えたことを
特徴とする。

【００４３】また、請求項２４にかかる光ファイバ増幅
器は、上記の発明において、前記増幅用光ファイバは、
ラマン増幅により光を増幅することを特徴とする。

【００４４】また、請求項２５にかかる光ファイバ増幅
器は、上記の発明において、前記増幅用光ファイバは、
エルビウム添加光ファイバであって、前記励起光源と前
記増幅用光ファイバとは遠隔に配置されることを特徴と
する。

【００４５】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、本発明に
かかる半導体レーザ装置、半導体レーザモジュールおよ
び光ファイバ増幅器の好適な実施の形態について説明す
る。図面の記載において同一または類似部分には同一あ
るいは類似な符号を付している。また、図面は模式的な
ものであり、層の厚みと幅との関係、各層の厚みの比率
などは現実のものとは異なることに留意する必要があ
る。さらに、図面の相互間においても互いの寸法の関係
や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんであ
る。

【００４６】（実施の形態１）実施の形態１にかかる半
導体レーザ装置について説明する。本実施の形態１にか
かる半導体レーザ装置は、いわゆるＳＡＳ（Self Align
ed Structure：自己整合構造）型レーザであり、電流ブ
ロック層が電流狭窄機能のみならず、水平方向の光閉じ
込めを制御する機能を有する。図１は、実施の形態１に
かかる半導体レーザ装置の正面図を示し、図２は、図１
のＡ−Ａ線における断面図である。以下、実施の形態１
にかかる半導体レーザ装置の構造について、図１および
図２を参照して説明する。

【００４７】実施の形態１にかかる半導体レーザ装置
は、基板１上に順次下部クラッド層２、下部ＳＣＨ層
３、量子井戸層４、上部ＳＣＨ層５、第１の上部クラッ
ド層６を積層した構造を有する。第１の上部クラッド層
６上の一部領域上には、レーザ光出射方向に長手方向を
有するストライプ形状であって電流通過層として機能す
る第２の上部クラッド層８が積層され、第１の上部クラ
ッド層６上であって、第２の上部クラッド層８が積層さ
れていない領域には、電流ブロック層９が積層されてい
る。第２の上部クラッド層８および電流ブロック層９の
上には順次第３の上部クラッド層１０、コンタクト層１
１が積層され、コンタクト層１１上にはｐ側電極１２が
配置されている。また、基板１裏面にはｎ側電極１３が
配置されている。そして、第１の上部クラッド層６内で
あって第２の上部クラッド層８の下部領域には、回折格
子７が配置されている。さらに、図２で示すように、光
出射側端面（図２における右側端面）上には低反射膜１
５が配置され、光出射側端面と対向した反射側端面（図
２における左側端面）には高反射膜１６が配置されてい
る。

【００４８】基板１および下部クラッド層２は、ｎ型の
不純物がドープされたＩｎＰからなり、下部クラッド層
２は、クラッド層としての機能の他に、バッファ層とし
ての機能も有する。

【００４９】量子井戸層４は少なくとも１つ以上の量子
井戸構造を有し、下部ＳＣＨ層３、量子井戸層４、上部
ＳＣＨ層５は、１つの量子井戸層の場合は、全体でグレ
ーテッドインデックス分離閉じ込め単一量子井戸（ＧＲ
ＩＮ−ＳＣＨ−ＳＱＷ）活性層、２つ以上の量子井戸層
の場合は、全体でグレーテッドインデックス分離閉じ込
め多重量子井戸（ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ）活性層を
構成する。ＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造は、好ましくはリニア
ＧＲＩＮ−ＳＣＨであるとし、下部ＳＣＨ層３および上
部ＳＣＨ層５の膜厚は３０〜４０ｎｍである。ＧＲＩＮ
−ＳＣＨ構造を有することで、キャリアがより効率的に
層方向に閉じ込められ、活性層により効率的にキャリア
を注入することが可能となる。多重量子井戸構造の量子
井戸層は５層からなり、基板に対して１パーセントの圧
縮歪みを有するものからなっている。なお、バリア層に
は引張り歪み構造を採用した補償構造を用いることで、
より大きな量子井戸層の歪に対しても結晶性を損なうこ
とがない半導体レーザ装置を実現することができる。ま
た、量子井戸層４から出射されるレーザ光の波長は１２
００ｎｍ〜１６００ｎｍである。さらに、レーザ光の強
度は８０ｍＷ以上、望ましくは１５０ｍＷ以上、さらに
望ましくは２５０ｍＷ以上である。これは、後述する光
ファイバ増幅器の励起光源として本実施の形態１にかか
る半導体レーザ装置を使用することを可能にするためで
ある。

【００５０】第１の上部クラッド層６、第２の上部クラ
ッド層８、第３の上部クラッド層１０はそれぞれ上部ク
ラッド層として機能する。また、本実施の形態１にかか
る半導体レーザ装置において、第１の上部クラッド層
６、第２の上部クラッド層８、第３の上部クラッド層１
０はいずれもｐ型の導電型を有するＩｎＰからなる。第
２の上部クラッド層８は、上記したように電流通過層と
しての機能も有する。電流通過層とは、外部から注入さ
れた電流を層方向に通過させる領域のことであり、注入
された電流は、活性層のうち電流通過層、すなわち第２
の上部クラッド層８の下部領域に流入する。

【００５１】回折格子７は、ｐ型の導電型を有するＧａ
ＩｎＡｓＰからなる。周囲の第１の上部クラッド層６と
は異なる半導体材料から構成されるため、量子井戸層４
から発生した光のうち、所定波長を有する成分について
は回折格子７によって反射されることとなる。回折格子
７の有する機能については、後に詳説する。

【００５２】コンタクト層１１は、第３の上部クラッド
層１０とｐ側電極１２とをオーミック接触させるための
ものである。コンタクト層１１は、高濃度のｐ型不純物
がドープされており、これによりオーミック接触を実現
している。

【００５３】図２に示す高反射膜１６は、共振器を構成
するためのものである。したがって、高反射膜１６は、
反射率８０パーセント以上、好ましくは９０パーセント
以上、さらに好ましくは９８パーセント以上の光反射率
を有する。一方、低反射膜１５は、出射側端面における
レーザ光の反射を防止するためのものである。したがっ
て、低反射膜１５は反射率の低い膜構造からなり、光反
射率は５パーセント以下、望ましくは１パーセント以
下、より好ましくは０．１パーセント程度の膜構造から
なる。

【００５４】電流ブロック層９は、ｐ側電極１２から注
入された電流を狭窄し、水平方向に関して量子井戸層４
におけるキャリア密度を向上させるためのものである。
ｐ側電極１２から注入された電流が内部を通過すること
を防止するため、電流ブロック層９の導電型はｎ型であ
る。電流ブロック層９の導電型がｎ型であるため、第１
の上部クラッド層６、電流ブロック層９、第３の上部ク
ラッド層１０による積層構造はｐｎｐ接合となることか
ら、電流ブロック層９に電流が流れこむことはない。本
実施の形態１においては、電流ブロック層９の膜厚は、
０．５μｍ程度である。

【００５５】電流ブロック層９は、高ドープなｎ型の導
電型を有するＩｎＰによって形成されている。実施の形
態１において、電流ブロック層９は、第２の上部クラッ
ド層８と同様にＩｎＰを材料とする。ただし、ドープし
た不純物の濃度が、電流ブロック層９の方が、第２の上
部クラッド層８よりも大きくなるように形成されてい
る。そのため、出射されるレーザ光に対する実効屈折率
も異なる。ここで、電流ブロック層９が存在する領域の
実効屈折率と第２の上部クラッド層８が存在する領域の
実効屈折率との差分値が８×１０^-3以下となるよう、電
流ブロック層９の不純物濃度を制御することが望まし
い。なお、電流ブロック層９にドープされる不純物濃度
は１．５×１０¹⁸ｃｍ^-3〜９×１０¹⁸ｃｍ^-3であること
が望ましい。

【００５６】次に、本実施の形態１にかかる半導体レー
ザ装置の動作について説明する。実施の形態１にかかる
半導体レーザ装置は、実効屈折率差による水平方向の光
閉じ込めと、回折格子７による波長選択機能を有する。
まず、水平方向の光閉じ込めについて説明する。

【００５７】本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置
において、光閉じ込めは、主として実効屈折率の差によ
っておこなわれる。ここで、量子井戸層４から出射され
るレーザ光は、層方向にある程度の広がりを有するた
め、水平方向の閉じ込めを考える際には、下部ＳＣＨ層
３、量子井戸層４、上部ＳＣＨ層５のみならず、それら
の上下の領域における水平方向の屈折率分布についても
考慮する必要がある。特に、第１の上部クラッド層６の
膜厚は０．１μｍ程度であるため、電流ブロック層９は
量子井戸層４の近傍に位置し、量子井戸層４から等距離
にある第２の上部クラッド層８とは屈折率が異なれば、
水平方向の光閉じ込めについて影響を与える。

【００５８】半導体層の屈折率は、半導体層を構成する
材料の組成のみならず、ドープされた不純物濃度の大き
さによっても変化することが知られている。したがっ
て、第２の上部クラッド層８と電流ブロック層９とが同
じ材料から構成されていても、不純物濃度を変化させる
ことで水平方向の光閉じ込めをおこなうことができる。
具体的には、不純物濃度が上昇すると、キャリアのプラ
ズマ効果により屈折率が低減するため、電流ブロック層
９の屈折率は、第２の上部クラッド層８の屈折率よりも
低い値となる。したがって、実施の形態１にかかる半導
体レーザ装置は、水平方向に関して光を閉じ込める構造
となっている。

【００５９】図３に示すように半導体レーザ装置の断面
を３つの領域に分け、それぞれの実効屈折率を対比する
ことで水平方向の光の閉じ込めについて解析することが
できる。図３に示すように半導体レーザ装置の断面を３
つの領域に分け導波モードを解析する手法を等価屈折率
法という。これは、水平方向の光閉じ込めを第１領域１
８、第２領域１９、２０の実効屈折率を持つプレーナ導
波路に等価的に置き換えて評価する方法である。この手
法は近似ではあるが、導波路が層方向の厚さに比べて水
平方向に広く、水平方向には比較的穏やかな変化をする
場合には精度の高い解析ができることが知られている。
ここで、第２領域１９および第２領域２０は、同一の構
造からなるため、実効屈折率も同一の値を有する。ま
た、第２領域１９および第２領域２０を第１領域１８と
比較すると、第１領域１８における第２の上部クラッド
層８に対応した領域に、さらに屈折率の低い電流ブロッ
ク層９が配置されている。したがって、実効屈折率を比
較した場合、第１領域１８に比べて第２領域１９および
第２領域２０の実効屈折率は低くなる。

【００６０】本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置
における水平方向の光強度分布について、図４を参照し
て説明する。図４（ａ）は、従来のＢＨレーザにおける
水平方向の光強度分布を模式的に表し、図４（ｂ）は、
本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置における水平
方向の光強度分布を模式的に表している。また、曲線ｌ
₁および曲線ｌ₁’は実効屈折率の水平方向の分布を示
し、曲線ｌ₂および曲線ｌ₂’は水平方向の光強度分布を
示す。

【００６１】上述したように、水平方向の光閉じ込め
は、水平方向における実効屈折率の差に起因して生じ
る。また、光閉じ込めの程度は、第１領域１８の実効屈
折率と、第２領域１９および第２領域２０の実効屈折率
との差分値によって決定される。ここで、第１領域１８
と第２領域１９および第２領域２０との構造上の差異
は、第２の上部クラッド層８が電流ブロック層９に置き
換えられたのみである。したがって、実効屈折率の差分
値は、電流ブロック層９が配置される位置、電流ブロッ
ク層９の膜厚および屈折率によって決定され、水平方向
の光閉じ込めの程度もこれらによって決定される。一般
に、実効屈折率の差分値が大きい値をとる場合には水平
方向の光閉じ込めが強くなり、高次の水平方向の導波モ
ードがカットオフされる幅Ｗｃが小さくなるため、高出
力化が困難となる。一方、実効屈折率の差分値が小さな
値をとる場合には水平方向の光閉じ込めが弱くなり、Ｗ
ｃが大きくなるため、高出力化が可能となる。

【００６２】また、本実施の形態１にかかる半導体レー
ザ装置は、電流ブロック層９が周囲のクラッド層と同様
にＩｎＰを材料として形成されている。このことによる
利点について、以下に説明する。

【００６３】一般に、半導体層の禁制帯幅は半導体の組
成によって決定され、導電型とは無関係であることか
ら、電流ブロック層９と第２の上部クラッド層８の禁制
帯幅は等しい値となる。本実施の形態１にかかる半導体
レーザ装置は、量子井戸層４がＧａＩｎＡｓＰによって
構成されており、出射するレーザ波長は、量子井戸層４
における量子準位に基づいて決定される。電流ブロック
層９の禁制帯幅が出射光のエネルギーよりも狭い場合、
電流ブロック層９に漏れ出した光は吸収される。本実施
の形態１では、電流ブロック層９がＩｎＰで形成される
ため、量子準位が出射光のエネルギーよりも広く、光が
吸収されることなく外部に出射され、高出力の半導体レ
ーザ装置を実現することが可能となる。さらに、光吸収
による水平方向の光閉じ込めの効果を考慮する必要がな
いため、半導体レーザ装置の構造を設計する際に電流ブ
ロック層９の不純物濃度および位置、膜厚についてのみ
パラメータを変化させることで弱い光閉じ込めを実現す
ることができる。

【００６４】また、電流ブロック層９と第２の上部クラ
ッド層８とがともにＧａＩｎＡｓＰと比較して熱抵抗の
小さいＩｎＰからなるため、電流注入によって生じる熱
を効率的に拡散することが可能となる。一般に半導体レ
ーザ装置はジャンクションダウン方式により、レーザマ
ウントとｐ側電極１２とが接触するように固定され、発
生した熱は主としてｐ側電極１２を介して放出される。
ここで、熱の通り道となる第２の上部クラッド層８およ
び電流ブロック層９とが熱抵抗の小さい材料からなるこ
とから、効率良く熱を外部に排出することができる。効
率良く熱を排出できる場合には、量子井戸層４の温度上
昇を抑制することができ、大電流を注入しても、もはや
光出力が増大しなくなる熱飽和を抑制することができ
る。したがって、効率良く熱を放出する機能を有するこ
とで、高出力の半導体レーザ装置を提供することができ
る。

【００６５】なお、従来のＢＨレーザやリッジ構造レー
ザのように、水平方向の光閉じ込めを弱めるために他の
特性を犠牲にすることは望ましくない。以下で、本実施
の形態１にかかる半導体レーザ装置が水平方向の光閉じ
込めを弱くする施策を取ったときでも、電流ブロック層
９の電流狭窄機能が低下したり、層方向の光閉じ込めに
影響を与えたりすることがないことを説明する。

【００６６】本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置
において、電流ブロック層９は、電流狭窄機能を発揮す
るために設けられたものである。ここで、上述したよう
に、電流ブロック層９はｎ型不純物がドープされ、ｐ型
不純物がドープされた第３の上部クラッド層１０、第１
の上部クラッド層６との間でｐｎｐ接合が成立してい
る。また、電流ブロック層９の屈折率を変化させるため
に、不純物の濃度を変化させるが、同一導電型のドーパ
ントを使用する限り電流ブロック層９の導電型が変化す
ることはない。ｐｎｐ接合の存在により、ｐ側電極１２
から注入された電流は、電流ブロック層９には流入せ
ず、第２の上部クラッド層８のみを通過して量子井戸層
４に到達する。

【００６７】電流狭窄機能の制御のためには、電流ブロ
ック層９と第１、第３の上部クラッド層６、１０の膜
厚、不純物濃度を操作する。一方、水平方向の光閉じ込
め制御のために、本実施の形態１では、電流ブロック層
９の膜厚と不純物濃度、第１の上部クラッド層６の膜厚
という３つのパラメータを主に操作する。このように、
操作できるパラメータが多いため、まず電流狭窄機能の
ためのパラメータを決め、その後、光閉じ込め制御のた
めにパラメータを操作しても比較的自由に、かつ電流狭
窄機能を損なうことなく操作することができる。したが
って、ｐｎｐ接合が成立する限り、電流ブロック層９が
注入電流を狭窄することは可能であり、電流ブロック層
９の位置、膜厚を変化させることによって電流ブロック
層９に電流が流入することはない。

【００６８】もっとも、たとえば、第１の上部クラッド
層６を省略して電流ブロック層９、第２の上部クラッド
層８を上部ＳＣＨ層５と接触した構造とした場合、電流
ブロック層９が配置された領域における層方向のｐｎｐ
接合は成立しなくなり、電流を狭窄することはできなく
なる。ただし、第３の上部クラッド層１０を省略した場
合には、電流ブロック層９と第１の上部クラッド層６の
間で層方向にｎｐ接合が成立する。本実施の形態１にか
かる半導体レーザ装置は、ｐ側電極１２を陽極としてい
るため、ｎｐ接合には逆バイアスが印加されることとな
り、電流ブロック層９に電流が流入することはない。よ
って、第１の上部クラッド層６を省略することはできな
いが、第３の上部クラッド層１０を省略することは可能
である。

【００６９】次に、電流ブロック層９の位置、膜厚およ
び屈折率を変化した場合の、層方向の光閉じ込めに与え
る影響について説明する。光が発生する量子井戸層４に
対して電流ブロック層９は上方に配置されているため、
電流ブロック層９の構造を変化させた場合には層方向の
光閉じ込めに対しても影響が及ぶ。しかし、上述した等
価屈折率法では、導波路が層方向の厚さに比べて水平方
向に広く、水平方向には比較的穏やかな変化をする場合
には精度の高い解析ができることが知られている。よっ
てこの等価屈折率法にしたがって導波モードを考える限
りでは、電流ブロック層９が第１領域の実効屈折率に及
ぼす影響はほとんどなく、層方向の光閉じ込めの変化も
ほとんどないと近似できる。

【００７０】以上の説明から、水平方向の光閉じ込めを
低減するために電流ブロック層９の位置、膜厚、屈折率
を最適化した場合に半導体レーザ装置の他の特性に影響
を与えることはない。したがって、本発明によれば、層
方向の光閉じ込めとは独立に水平方向の光閉じ込めを設
計できるという特徴を有しているので、高出力動作時に
適した層構造を用いることで素子の性能を最大限に発揮
することが可能である。

【００７１】次に、回折格子７によって発振縦モードの
選択がおこなわれることについて説明する。なお、本実
施の形態１において回折格子７によって選択される発振
縦モードは単数であっても良いが、ここでは複数の発振
縦モードを選択する場合について説明し、あわせて複数
の発振縦モードを選択することによる利点についても説
明する。

【００７２】回折格子７は、膜厚２０ｎｍを有し、低反
射膜１５の反射端面から高反射膜１６側に向けて長さＬ
ｇ＝５０μｍの回折格子７が設けられ、この回折格子７
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７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３０
０μｍ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Ｌ
ｇ）：（共振器長Ｌ）＝３００：１３００の関係を維持
するため、回折格子長Ｌｇが３００μｍ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）。

【００７３】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ｎ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Δ
λは狭くなり、単一発振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７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７による選択
波長特性は、図５に示す発振波長スペクトル２１として
表される。

【００７５】図５に示すように、この実施の形態１で
は、回折格子７を有した半導体レーザ装置による発振波
長スペクトル２１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（DistributedBragg Reflector）半導
体レーザ装置あるいはＤＦＢ（Distributed Feedback）
半導体レーザ装置では、共振器長Ｌを８００μｍ以上と
すると、単一発振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
ザ装置では、共振器長Ｌを積極的に８００μｍ以上とす
ることによって、発振波長スペクトル２１の半値幅Δλ
ｈ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５では、発振波長スペクトル２１の半
値幅Δλｈ内に３つの発振縦モード２２〜２４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、各発振縦モードのレーザ出力のピーク値を抑えつ
つ、発振波長スペクトル全体で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６（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６（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
６（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２２〜２４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以上であ
ると、誘導ブリルアン散乱が抑えられる。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】次に、本実施の形態１にかかる半導体レー
ザ装置の製造方法について、図７および図８を参照して
説明する。図７および図８は、本実施の形態１にかかる
半導体レーザ装置の製造工程を示す図である。

【００８０】まず、基板１上に順次下部クラッド層２、
下部ＳＣＨ層３、量子井戸層４、上部ＳＣＨ層５、第１
の上部クラッド層６、ｐ型ＧａＩｎＡｓＰ層を積層す
る。これらの半導体層を積層するにあたっては、ＭＯＣ
ＶＤ(Metal Organic ChemicalVapor Deposition)法を用
いるが、その他にＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)
法、ＭＢＥ(Molecular Beam Epitaxy)法等を用いてエピ
タキシャル成長してもよい。

【００８１】そして、図７（ａ）に示すように、ｐ型Ｇ
ａＩｎＡｓＰ層２５上に、回折格子７を形成するための
マスクパターン２６を形成する。具体的には、フォトリ
ソグラフィ法を用いてＥＢ露光によりマスクパターン２
６を形成する。ここで、マスクパターン２６を構成する
レジストは、ネガレジストを使用することが好ましい。
ネガレジストを使用する場合、マスクパターン２６を形
成する領域のみにＥＢ露光をおこなえばよいため、ポジ
レジストを使用してレジスト全面に渡ってＥＢ露光をお
こなった場合と比較して露光に要する時間を大幅に短縮
することができるためである。

【００８２】その後、図７（ｂ）に示すように、エッチ
ングによってｐ型ＧａＩｎＡｓＰ層の余剰部分を除去し
て、回折格子７を形成する。回折格子７を形成後、マス
クパターン２６を除去して順次第１の上部クラッド層６
の残りの部分、エッチングストップ層１４、ｎ型ＩｎＰ
層２７を積層して図７（ｃ）に示すような半導体薄膜構
造体を得る。

【００８３】そして、図８（ａ）に示すように、第２の
上部クラッド層８を形成する予定の領域に開口部を有す
るＳｉＮｘマスクパターン２８を形成する。具体的に
は、まず、プラズマＣＶＤ法等を用いて、厚さ１００〜
２００ｎｍ程度のＳｉＮｘ膜をｎ型ＩｎＰ層２７の全面
に成膜する。そして、スピンコート法によってＳｉＮｘ
膜の全面にレジストを塗布する。レジストを塗布した
後、フォトリソグラフィ法により所望の開口部を有する
レジストパターンを形成する。レジストパターンを形成
後、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッ
チング）装置を用いて、開口部に露出したＳｉＮｘをエ
ッチングする。ＳｉＮｘ膜をエッチング後、有機溶媒洗
浄、酸素プラズマアッシングをおこない、レジストを除
去すると開口部を有するＳｉＮｘマスクパターン２８が
現れる。

【００８４】その後、ＳｉＮｘマスクパターン２８をマ
スクとしてｎ型ＩｎＰ層２７をエッチングする。エッチ
ングの態様はケミカルエッチングとするが、ＲＩＥ装置
によるドライエッチングその他の手段をとることも可能
である。本実施の形態１においては、ＩｎＰに選択性を
有するエッチャントを用いてケミカルエッチングをおこ
なう。エッチングストップ層１４は、厚さ５ｎｍ程度、
バンドギャップ組成波長１．１μｍ程度のＧａＩｎＡｓ
Ｐから構成されているため、本工程ではエッチングスト
ップ層１４はエッチングされず、下層に位置する第１の
上部クラッド層６がエッチングされることはない。その
後、ＧａＩｎＡｓＰに選択性を有するエッチャント、ま
たは選択性のないエッチャントを時間制御して用いて、
第２の上部クラッド層８を形成する予定の領域に残存す
るエッチングストップ層１４を除去することが好まし
い。これにより、図８（ｂ）に示すように、電流ブロッ
ク層９が形成され、第２の上部クラッド層８を積層する
ための空隙が形成される。そして、以後の工程で第１の
上部クラッド層６および電流ブロック層９上に半導体層
を積層するために、ＳｉＮｘマスクパターン２８を除去
するとともに、第１の上部クラッド層６および電流ブロ
ック層９の表面を清浄化する。なお、上述した工程では
ＳｉＮｘをマスクパターンとして用いたが、レジストを
マスクに用いても良い。

【００８５】そして、第１の上部クラッド層６および電
流ブロック層９上にｐ型ＩｎＰを積層する。本工程によ
って、図８（ｃ）に示すように、電流ブロック層９に挟
まれた領域に第２の上部クラッド層８が形成され、第２
の上部クラッド層８および電流ブロック層９上に第３の
上部クラッド層１０が形成される。

【００８６】その後、第３の上部クラッド層１０上にコ
ンタクト層１１を積層する。また、蒸着またはスパッタ
法等によって金属膜を堆積することによって、ｐ側電極
１２およびｎ側電極１３を形成する。なお、ｎ側電極１
３を形成する前に、素子の厚さ調整のため、基板裏面の
研磨をおこなう。以上で、実施の形態１にかかる半導体
レーザ装置を製造することができる。

【００８７】ところで、図７および図８で示す製造工程
において、電流通過層（第２の上部クラッド層８）と回
折格子７の水平方向の位置あわせはフォトリソグラフィ
の精度で決まる。よって、電流通過層と回折格子７電流
通過層と回折格子７の位置を正確に一致させることは一
般に困難である。よって、あらかじめ回折格子７の水平
方向の幅を電流通過層の幅よりも余分に確保することが
好ましい。

【００８８】なお、電流ブロック層９および第２の上部
クラッド層８は以下のように形成しても良い。図９は、
本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の他の製造方
法の工程の一部について示す図である。上記した製造工
程と同様に第１の上部クラッド層６まで積層したあと、
さらにｐ型ＩｎＰ層３０を積層する。その後、図９
（ａ）に示すように、ｐ型ＩｎＰ層３０上に電流ブロッ
ク層９形成予定領域に開口部を有するＳｉＮｘマスクパ
ターン２９を形成してｐ型ＩｎＰ層３０をエッチングす
る。これにより、図９（ｂ）に示すようにｐ型ＩｎＰ層
３０はメサ形状に加工され、第２の上部クラッド層８が
形成される。

【００８９】その後、第１の上部クラッド層６上に電流
ブロック層を積層し、残存するＳｉＮｘマスクパターン
２９を除去することで、図９（ｃ）に示すような構造を
得る。その後、順次第３の上部クラッド層１０、コンタ
クト層１１、ｐ側電極１２、ｎ側電極１３を形成するこ
とで実施の形態１にかかる半導体レーザ装置が得られ
る。

【００９０】図７および図８で示した製造工程と、図９
で示した製造工程について、本実施の形態１においては
いずれを採用しても製造することが可能である。ただ
し、後述するように回折格子の配置を変更した構造の場
合には、それぞれの構造に適した製造工程を選択するこ
とが好ましい。たとえば、図１０に示す半導体レーザ装
置の場合、図９で示した製造工程を用いることがより好
ましい。図１０に示す半導体レーザ装置では、回折格子
３１が第２の上部クラッド層８内に配置された構造を有
する。したがって、あらかじめ第２の上部クラッド層８
の水平方向の幅よりも広めに回折格子３１を形成してお
き、その後第２の上部クラッド層８を形成する際に余剰
部分を併せて除去することで、フォトリソグラフィの精
度の良否にかかわらず、回折格子３１の位置を正確に制
御することが可能となる。

【００９１】この他にも、イオン注入によって電流ブロ
ック層９を形成する方法がある。この場合、電流ブロッ
ク層９の不純物濃度を水平方向に変化させることで、水
平方向に弱い光閉じ込めをおこなうのに適した屈折率分
布を水平方向に与えることができる。不純物をイオン注
入によってドープした場合、たとえばマスキングパター
ンを変えて数回イオン注入して、水平方向に不純物濃度
を容易に変化させることができるためである。これによ
り、たとえば、電流ブロック層９内において、第２の上
部クラッド層８との境界近傍では第２の上部クラッド層
８と同じ不純物濃度にして、光出射方向側面近傍に不純
物を高い濃度でドープして低屈折率領域を設けることも
可能である。また、端部に近づくにしたがって、不純物
濃度が連続的に高くなる構造とすることも可能である。

【００９２】また、イオン注入を用いた場合、エッチン
グ工程を省略することができること、コンタクト層１１
まで真空雰囲気中で連続成長させることが可能であるこ
とから、製造工程を簡略化することができる。同時に、
各層を積層する途上において、結晶表面が大気中にさら
されることを極力抑制することが可能となり、不純物が
付着することを防止でき、良質の結晶を得ることができ
る。

【００９３】以上、本実施の形態１にかかる半導体レー
ザ装置について説明したが、本発明は必ずしも上記のよ
うな構造に限定されず、電流ブロック層９を他の材料で
形成することで上記した効果を得ることが可能である。
たとえば、電流ブロック層９をｎ型の導電型を有するＧ
ａ_xＩｎ_1-xＡｓ_yＰ_1-y（０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦１）によ
って形成することが可能である。

【００９４】さらに、電流ブロック層９を半導体絶縁層
によって形成してもよい。この場合、ＩｎＰに不純物と
して鉄をドープすることによって電流ブロック層９を形
成することができる。また、ＡｌＩｎＡｓなどＡｌを含
む材料を選択酸化することにより形成したＡｌＯｘで電
流ブロック層９を形成することもできる。

【００９５】また、電流ブロック層を配置する領域とし
て、上部クラッド層中ではなく、量子井戸層４よりも下
部に配置された下部クラッド層２中としても良い。さら
に、上部クラッド層中と下部クラッド層２中双方に電流
ブロック層を設ける構造としても良い。このような構造
とした場合であっても、水平方向の光閉じ込めを制御す
ることが可能であり、高出力の半導体レーザ装置を実現
することが可能である。

【００９６】また、本実施の形態１にかかる半導体レー
ザ装置を構成する各層の導電型を逆にしても良い。すな
わち、基板１、下部クラッド層２、電流ブロック層９を
ｐ型とし、第１の上部クラッド層６、第２の上部クラッ
ド層８、第３の上部クラッド層１０、コンタクト層１１
をｎ型の半導体材料からなるものとしても良い。

【００９７】また、第２の上部クラッド層８を配置する
位置について、必ずしも中央付近に配置する必要はな
い。第２の上部クラッド層８を中央から移動した領域に
配置しても水平方向の光閉じ込めが弱い半導体レーザ装
置を実現することは可能である。ただし、出射光の対称
性の観点からは、第２の上部クラッド層８を中央に配置
し、中心に対して対称な位置に電流ブロック層９が配置
されることが望ましい。

【００９８】さらに、第１の上部クラッド層６、第２の
上部クラッド層８、第３の上部クラッド層１０の出射波
長に対する屈折率を、互いに異なる構造としても良い。
たとえば、層方向の光閉じ込めの程度を制御するため
に、第１の上部クラッド層６、第２の上部クラッド層
８、第３の上部クラッド層１０の順に屈折率が低くなる
よう各クラッド層を構成する材料を選択しても良い。こ
のように各クラッド層の屈折率を変化させた場合でも、
水平方向の光閉じ込めを電流ブロック層９によって制御
することが可能である。

【００９９】さらに、回折格子７について、図２で示す
ように、低反射膜１５の近傍に配置することが望ましい
が、これ以外にも、高反射膜１６近傍に回折格子７を配
置する構造としても良い。また、光出射方向に関して、
回折格子７を全面に配置した構造としても良い。レーザ
発振時に光が分布する領域であれば、低反射膜１５およ
び高反射膜１６の反射率等を最適化することで複数の発
振縦モードを有する光を選択することが可能である。ま
た、光出射方向に回折格子７を移動して配置しても、図
３に示す第２領域１９、２０に関しては実効屈折率が変
化することがないため、水平方向の光閉じ込めに影響を
与えることもない。

【０１００】また、回折格子７について、図１で示した
位置から、層方向に関して異なる位置に配置することも
可能である。具体的には、図１０に示すように、第２の
上部クラッド層８の内部に回折格子３１を配置する構造
としても良いし、図１１に示すように、第３の上部クラ
ッド層１０内に回折格子３２を配置しても良い。さら
に、量子井戸層４に対して上部に配置するのではなく、
図１２に示すように量子井戸層４の下部に位置する下部
クラッド層２中に回折格子３３を配置する構造としても
良い。図１０〜図１２のいずれの場合であっても、レー
ザ光出射時に光が分布する領域に回折格子が配置される
のであれば、複数の発振縦モードを有する光を選択する
ことが可能である。

【０１０１】さらに、回折格子７について、部分的に設
けるのではなく、図１３に示すように、水平方向に関し
て全面に渡って回折格子３４を配置する構造としても良
い。この場合、半導体レーザ装置を製造するにあたって
は、回折格子形成に要する時間を短縮化するため、ＥＢ
露光法ではなく、二光束干渉露光法等を用いることが好
ましい。

【０１０２】（実施の形態２）次に、実施の形態２にか
かる半導体レーザ装置について説明する。図１４は、実
施の形態２にかかる半導体レーザ装置の構造を示す正面
図であり、図１５は、図１４のＢ−Ｂ線における断面図
である。実施の形態２にかかる半導体レーザ装置は、回
折格子が、図３でいう第２領域１９、２０、すなわちレ
ーザ光出射時において弱い光が分布する領域に配置され
た構造を有する。

【０１０３】実施の形態２にかかる半導体レーザ装置
は、基板１上に順次下部クラッド層２、下部ＳＣＨ層
３、量子井戸層４、上部ＳＣＨ層５、第１の上部クラッ
ド層６を積層した構造を有する。第１の上部クラッド層
６上の一部領域上には、レーザ光出射方向に長手方向を
有するストライプ形状であって電流通過層として機能す
る第２の上部クラッド層８が積層され、第１の上部クラ
ッド層６上であって、第２の上部クラッド層８が積層さ
れていない領域には、電流ブロック層９ａ、９ｂが積層
されている。第２の上部クラッド層８および電流ブロッ
ク層９ａ、９ｂの上には順次第３の上部クラッド層１
０、コンタクト層１１が積層され、コンタクト層１１上
にはｐ側電極１２が配置されている。また、基板１裏面
にはｎ側電極１３が配置されている。そして、第１の上
部クラッド層６内部であって、電流ブロック層９ａ下に
は回折格子３７ａが、電流ブロック層９ｂ下には回折格
子３７ｂが配置されている。

【０１０４】なお、回折格子３７ａ、３７ｂは、層方向
の中心軸に対して、互いに対称の位置に配置され、回折
格子長、水平方向の幅が互いに同一であることが好まし
い。水平方向の光閉じ込めを電流ブロック層９ａ、９ｂ
によって制御する場合、半導体レーザ装置が水平方向の
中心軸に対して対称の構造となることが望ましいためで
ある。

【０１０５】図１５は、この発明の実施の形態２である
半導体レーザ装置の概要構成を示す長手方向の側面断面
図である。この半導体レーザ装置では、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で
ある回折格子３７ａ、３７ｂを有している。なお、実施
の形態１と同一または類似の構成部分には、同一または
類似の符号を付している。

【０１０６】図１７は、回折格子３７ａのグレーティン
グ周期の周期的変化を示す図である。図１７に示すよう
に、この回折格子３７ａ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
らぎによって回折格子３７ａの反射帯域は、約２ｎｍの
半値幅を有し、これによって、図１６に示すように、発
振波長スペクトルの半値幅Δλｈ内に３〜６本程度の発
振縦モードを持たせることができる。

【０１０７】また、上述した実施の形態２では、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
レーティングとしたが、これに限らず、グレーティング
周期を、周期Λ₁（２２０ｎｍ＋０．０２ｎｍ）と周期
Λ₂（２２０ｎｍ−０．０２ｎｍ）との間で、ランダム
に変化させるようにしてもよい。

【０１０８】さらに、図１８（ａ）に示すように、周期
Λ₁と周期Λ₂とを１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
１８（ｂ）に示すように、周期Λ₃と周期Λ₄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１８（ｃ）に
示すように、連続する複数回の周期Λ₅と連続する複数
回の周期Λ₆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Λ₁、Λ₃、Λ₅と
周期Λ₂、Λ₄、Λ₆との間の離散的な異なる値をもつ周
期をそれぞれ補完して配置するようにしてもよい。

【０１０９】この実施の形態２では、半導体レーザ装置
に設けられる回折格子をチャープドグレーティングなど
によって、平均周期に対して±０．０１〜０．２ｎｍ程
度の周期揺らぎを持たせ、これによって、反射帯域の半
値幅を所望の値に設定し、最終的に発振波長スペクトル
の半値幅Δλｈを決定し、半値幅Δλｈ内に複数の発振
縦モードが含まれるレーザ光を出力するようにし、実施
の形態１あるいは実施の形態２と同様な作用効果をもっ
た半導体レーザ装置を実現することができる。

【０１１０】実施の形態２において、回折格子３７ａ、
３７ｂを上記の構造とする利点について説明する。既に
述べたように、実施の形態２においては回折格子３７
ａ、３７ｂがそれぞれ電流ブロック層９ａ、電流ブロッ
ク層９ｂの下に配置された構造を有する。このため、回
折格子３７ａ、３７ｂが配置された領域においては弱い
光が分布している。一般に、結合係数κの値は分布する
光に依存するため、弱い光が分布する領域において、結
合係数κは小さな値となる。一方、回折格子３７ａ、３
７ｂによって所望の発振縦モードを選択するためには、
結合係数κと回折格子長Ｌｇとの積κ・Ｌｇは一定以上
の値を有する必要がある。そこで、実施の形態２におい
ては、結合係数κの減少を補うため必然的に回折格子長
Ｌｇの値は大きくなる。

【０１１１】しかし、回折格子長Ｌｇが増大するにした
がって、別種の問題が生じる。すなわち、発振波長スペ
クトルの半値幅Δλｈは、回折格子長Ｌｇが増大するに
つれ狭くなるため、発振縦モードの本数が減少する。そ
こで、回折格子３７ａ、３７ｂについてその周期を周期
的に変化させたり、ランダムに変化させたりすることに
よって半値幅Δλｈを拡大させ、十分な半値幅Δλｈを
確保し、発振縦モードの本数を確保している。

【０１１２】なお、回折格子３７ａ、３７ｂが第２領域
に配置されたことで、水平方向の光閉じ込めに影響を与
えるのではないかとの懸念もあるが、これは回折格子３
７ａ、３７ｂの存在を前提として電流ブロック層９ａ、
９ｂの構造を決定すれば問題はない。したがって、本実
施の形態２においても、電流ブロック層９ａ、９ｂの存
在により実施の形態１の場合と同様に、水平方向の光閉
じ込めを制御することができ、高出力、高信頼性の半導
体レーザ装置を実現することが可能である。

【０１１３】回折格子３７ａ、３７ｂを配置する領域に
ついては、図１４に示す領域のみならず、図１９に示す
ように電流ブロック層９ａ、９ｂに接触する位置として
も良いし、図２０に示すように電流ブロック層９ａ、９
ｂ内部の領域でも良い。本実施の形態２にかかる半導体
レーザ装置は水平方向の光閉じ込めが弱いため、図１
９、図２０に示すような領域であっても十分波長選択が
可能な程度のκ・Ｌｇを確保することが可能なためであ
る。また、図示は省略したが、下部クラッド層２内部で
あって第２領域内部に回折格子を配置しても良い。さら
に、第１領域１８と第２領域１９、２０との境界付近の
みでなく、離隔した領域であってもκ・Ｌｇの値が確保
できるならば回折格子を配置することが可能である。

【０１１４】なお、実施の形態１にかかる半導体レーザ
装置についても、図１７および図１８で示した構造の回
折格子を適用することが可能である。特に、層方向の光
分布は主として下部ＳＣＨ層３および上部ＳＣＨ層５に
よって決定されるため、これらの構造によっては層方向
の光閉じ込めの強度が大きく、第１領域１８内部であっ
ても弱い光が分布する領域が存在する場合がある。この
ような場合には、図１７および図１８に示す構造の回折
格子を用いることで、大きな回折格子長Ｌｇを有するに
も関わらず、十分な半値幅Δλｈを有し、十分な本数の
発振縦モードを有する半導体レーザ装置を実現すること
ができる。

【０１１５】（実施の形態３）次に、実施の形態３にか
かる半導体レーザモジュールについて説明する。本実施
の形態３では、実施の形態１または実施の形態２にかか
る半導体レーザ装置を用いて半導体レーザモジュールを
構成している。

【０１１６】図２１は、この発明の実施の形態３である
半導体レーザモジュールの構成を示す側面断面図であ
る。本実施の形態３にかかる半導体レーザモジュール
は、上述した実施の形態１または実施の形態２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５２を有
する。なお、この半導体レーザ装置５２は、基板と反対
側がレーザマウント４８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５
１の内部底面上に、温度制御装置としての温調モジュー
ル５０が配置される。温調モジュール５０上にはベース
４７が配置され、このベース４７上にはレーザマウント
４８が配置される。温調モジュール５０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
おこなうが、主として冷却器として機能する。温度制御
は、具体的に、レーザマウント４８上であって、半導体
レーザ装置５２近傍に配置されたサーミスタ４９の検出
値を基に制御され、図示しない制御装置は、通常、レー
ザマウント４８の温度が一定に保たれるように温調モジ
ュール５０を制御する。

【０１１７】実施の形態１または２にかかる半導体レー
ザ装置では、回折格子により発振波長を選択しており、
駆動電流による発振波長の変動が、回折格子のないファ
ブリペロー（ＦＰ）レーザに比べて非常に小さい。しか
し、それでも駆動電流が上昇するにしたがって、発光領
域の温度が上昇し、発振波長が長波化する。そのような
半導体レーザ装置５２の温度による発振波長ずれを防止
するように温調モジュール５０を制御することもでき
る。すなわち、温調モジュール５０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。本発明
では、波長ずれ補正のために温調モジュールに与える電
流が、ＦＰレーザに比べて小さくてすみ、消費電力の削
減につながり好適である。

【０１１８】このような温度制御をおこなうことによっ
て、半導体レーザ装置５２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、レー
ザマウント４８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、レーザマウント４８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。

【０１１９】ベース４７上には、半導体レーザ装置５２
およびサーミスタ４９を配置したレーザマウント４８、
第１レンズ５３、および光検出器４６が配置される。半
導体レーザ装置５２から出射されたレーザ光は、第１レ
ンズ５３、アイソレータ５４、および第２レンズ４４を
介し、光ファイバ４５上に導波される。第２レンズ４４
は、レーザ光の光軸上であって、パッケージ５１上に設
けられ、外部接続される光ファイバ４５に光結合され
る。なお、光検出器４６は、半導体レーザ装置５２の高
反射膜側から漏れた光をモニタ検出する。光結合系は図
２１に示されたような２つのレンズを用いた方式でも良
いし、ファイバの先端をレンズ加工したものを用いるこ
ともできる。

【０１２０】ここで、この半導体レーザモジュールで
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５２と光ファイバ４５
との間にアイソレータ５４を介在させている。

【０１２１】（実施の形態４）次に、実施の形態４にか
かる光ファイバ増幅器について説明する。この実施の形
態４では、上述した実施の形態３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。

【０１２２】図２２は、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。このラマ
ン増幅器は、ＷＤＭ通信システムに用いられる。図２２
において、このラマン増幅器は、上述した実施の形態３
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を用いた構成となってい
る。

【０１２３】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。

【０１２４】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
６２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。

【０１２５】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。

【０１２６】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。

【０１２７】この実施の形態４に示したラマン増幅器で
は、実施の形態１または実施の形態２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、半導体レーザモジュールか
ら出射されるレーザ光の強度を高めることができる。ま
た、半導体レーザ装置とファイバグレーティングとが偏
波面保持ファイバで結合された半導体レーザモジュール
を用いず、実施の形態１、２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。すなわち、各半導体レーザモジュ
ール６０ａ〜６０ｄ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を短くすることができ
る。この結果、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。

【０１２８】なお、図２２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２３
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がなくすことができ、
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。

【０１２９】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：Degree Of Polarization）が小さくな
り、偏波依存性をなくすことが可能となるため、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。

【０１３０】また、上述した実施の形態１、２の半導体
レーザ装置では、回折格子によって波長選択をおこなう
ためファイバグレーティングを必要とせず、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
相対強度雑音（ＲＩＮ）を低減することができるので、
ラマン利得の揺らぎを抑えることができ、安定したラマ
ン増幅を行うことができる。

【０１３１】さらに、上述した実施の形態１，２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。

【０１３２】また、図２２および図２３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おこなうことが
できる。

【０１３３】たとえば、図２４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２
４に示したラマン増幅器は、図２２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、６
１ｂ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おこな
う。

【０１３４】同様に、図２５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２５
に示したラマン増幅器は、図２３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’、６０
ｃ’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おこなう。

【０１３５】また、図２６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２６
に示したラマン増幅器は、図２２に示したラマン増幅器
の構成に、図２４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おこなう。

【０１３６】同様に、図２７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２
７に示したラマン増幅器は、図２３に示したラマン増幅
器の構成に、図２５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おこ
なう。

【０１３７】上述した図２２〜図２７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２８は、図２２〜図２７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。

【０１３８】図２８において、複数の送信機Ｔｘ１〜Ｔ
ｘｎから送出された波長λ1〜λn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２４〜図
２７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〜λｎ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 Multipl
exer）が挿入される場合もある。

【０１３９】なお、上述した実施の形態４では、実施の
形態１または実施の形態２に示した半導体レーザ装置あ
るいは実施の形態３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、ＥＤＦＡなどの励起用光源と
して用いることができるのは明らかである。特に、励起
光のＥＤＦまでの伝送距離が数ｋｍ〜数十ｋｍ以上とな
るようなＥＤＦＡにおいては、実施の形態１〜３にかか
る半導体レーザ装置を励起光源に用いることで、伝送中
の誘導ブリルアン散乱に起因した増幅利得の低下を効果
的に抑制することができる。

【０１４０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１、請求項
３〜２０の発明によれば、電流ブロック層が電流遮蔽機
能とともに水平方向の光分布を制御することとしたた
め、電流ブロック層によって水平方向の光閉じ込めが弱
い半導体レーザ装置を実現できる。したがって、水平方
向に光強度分布領域を拡大することができるため、高出
力化が容易であるという効果を奏する。また、層方向の
光閉じ込めとは無関係に水平方向の屈折率を制御するこ
とができるため、水平方向の光強度分布を自由に拡大す
ることができるという効果も奏する。また、素子抵抗、
熱抵抗を小さくできることにより、発光領域の温度上昇
を抑制し、低消費電力、高い信頼性の半導体レーザ装置
を実現できるという効果も奏する。

【０１４１】さらに、高出力の半導体レーザ装置におい
ては、ＣＯＤ(Catastrophic Optical Damage)の発生を
抑制することも重要である。そのためには、半導体レー
ザ装置内部における光密度を低減することが望ましい。
あまりにも強く光を閉じ込めた場合、一部に光が集中す
ることで光が集中した領域における光密度が所定の値を
超えることによって、ＣＯＤが発生するおそれがあるた
めである。請求項１、請求項３〜２０の発明によれば、
水平方向の光閉じ込めが弱い半導体レーザ装置を実現で
きるため、発光領域における光密度を低くすることがで
き、ＣＯＤの発生を抑制することができる。ＣＯＤの発
生を抑制することで、高出力、高信頼性の半導体レーザ
装置を実現できるという効果を奏する。また、回折格子
によって波長選択をおこなうこととしたため、ファイバ
グレーティングによって波長選択をおこなう場合に比し
てＲＩＮを低減することができるという効果も奏する。

【０１４２】また、請求項２の発明によれば、回折格子
が複数の発振縦モードを選択することとしたため、複数
の発振縦モードを有するレーザ光を出射することができ
る。このため、出射光を光ファイバに導波した場合に、
光ファイバ中において誘導ブリルアン散乱を生じること
を抑制し、高出力の半導体レーザ装置を実現できるとい
う効果を奏する。また、複数の発振縦モードを有するレ
ーザ光を出射することでコヒーレント長が短くなり、デ
ポラライズによってＤＯＰを小さくし、偏波依存性をな
くすことができるという効果も奏する。

【０１４３】また、請求項２１、２２の発明によれば、
請求項１〜２０にかかる半導体レーザ装置を用いている
ため、高出力、高信頼性を有し、誘導ブリルアン散乱の
発生およびＲＩＮを抑制し、ＤＯＰの低減が可能な半導
体レーザモジュールを実現できるという効果を奏する。

【０１４４】また、請求項２３〜２５の発明によれば、
上記の半導体レーザ装置または半導体レーザモジュール
を使用することで高出力の励起光源を有し、増幅利得が
安定し、高利得であって誘導ブリルアン散乱の発生およ
びＲＩＮを抑制し、ＤＯＰの低減が可能な光ファイバ増
幅器を実現できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の構造
を示す正面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線における断面図である。

【図３】実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の水平
方向の光閉じ込めを説明するための図である。

【図４】（ａ）は、従来の半導体レーザ装置の水平方向
の光強度分布について示すグラフ図であり、（ｂ）は、
本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の水平方向の
光強度分布について示すグラフ図である。

【図５】回折格子を備えたことにより実施の形態１にか
かる半導体レーザ装置から出射されるレーザ光の波形を
示す模式的なグラフである。

【図６】（ａ）は、従来の単一発振縦モードを有する半
導体レーザ装置から出射されるレーザ光の波形を示す模
式的なグラフであり、（ｂ）は、本実施の形態１にかか
る半導体レーザ装置から出射されるレーザ光の波形を示
す模式的なグラフである。

【図７】（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１にかかる半導
体レーザ装置の製造工程を示す図である。

【図８】（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１にかかる半導
体レーザ装置の製造工程を示す図である。

【図９】（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１にかかる半導
体レーザ装置の別の製造方法について、一部の工程を示
す図である。

【図１０】実施の形態１の変形例にかかる半導体レーザ
装置の構造を示す正面図である。

【図１１】実施の形態１の別の変形例にかかる半導体レ
ーザ装置の構造を示す正面図である。

【図１２】実施の形態１の別の変形例にかかる半導体レ
ーザ装置の構造を示す正面図である。

【図１３】実施の形態１の別の変形例にかかる半導体レ
ーザ装置の構造を示す正面図である。

【図１４】実施の形態２にかかる半導体レーザ装置の構
造を示す正面図である。

【図１５】図１４のＢ−Ｂ線における断面図である。

【図１６】実施の形態２にかかる半導体レーザ装置から
出射されるレーザ光の波形を示す模式的なグラフであ
る。

【図１７】実施の形態２における回折格子の構造を示す
模式図である。

【図１８】実施の形態２における回折格子の構造の変形
例を示す模式図である。

【図１９】実施の形態２の変形例にかかる半導体レーザ
装置の構造を示す正面図である。

【図２０】実施の形態２の別の変形例にかかる半導体レ
ーザ装置の構造を示す正面図である。

【図２１】実施の形態３にかかる半導体レーザモジュー
ルの構造を示す側面断面図である。

【図２２】実施の形態４にかかる光ファイバ増幅器の構
成を示すブロック図である。

【図２３】実施の形態４にかかる光ファイバ増幅器の応
用例を示すブロック図である。

【図２４】実施の形態４にかかる光ファイバ増幅器の変
形例であって、前方励起方式を採用した光ファイバ増幅
器の構成を示すブロック図である。

【図２５】図２４に示した光ファイバ増幅器の応用例を
示すブロック図である。

【図２６】実施の形態４にかかる光ファイバ増幅器の変
形例であって、双方向励起方式を採用した光ファイバ増
幅器の構成を示すブロック図である。

【図２７】図２６に示した光ファイバ増幅器の応用例を
示すブロック図である。

【図２８】実施の形態４にかかる光ファイバ増幅器を用
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。

【符号の説明】

１基板２下部クラッド層３下部ＳＣＨ層４量子井戸層５上部ＳＣＨ層６第１の上部クラッド層７回折格子８第２の上部クラッド層９、９ａ、９ｂ電流ブロック層１０第３の上部クラッド層１１コンタクト層１２ｐ側電極１３ｎ側電極１４エッチングストップ層１５低反射膜１６高反射膜１７発振縦モード１８第１領域１９、２０第２領域２１発振波長スペクトル２２〜２４発振縦モード２５ｐ型ＧａＩｎＡｓＰ層２６マスクパターン２７ｎ型ＩｎＰ層２８、２９ＳｉＮｘマスクパターン３０ｐ型ＩｎＰ層３１、３２、３３、３４、３７ａ、３７ｂ、３９ａ、３
９ｂ、４０ａ、４０ｂ回折格子４４第２レンズ４５光ファイバ４６光検出器４７ベース４８レーザマウント４９サーミスタ５０温調モジュール５１パッケージ５２半導体レーザ装置５３第１レンズ５４アイソレータ６０ａ〜６０ｄ半導体レーザモジュール６１ａ、６１ｂ偏波合成カプラ６２カプラ６３アイソレータ６４増幅用ファイバ６５ＷＤＭカプラ６６アイソレータ６７モニタ光分配用カプラ６８制御回路７０信号光出力ファイバ７１偏波面保持ファイバ８０光合波器８１ラマン増幅器８４光分波器８５光ファイバ

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｈ０４Ｂ 10/17 10/28 (72)発明者吉田順自東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA03 CA13 DA03 DA04 DA05 DA06 DA15 DA36 DA38 5F072 AB07 AB09 AK06 KK30 PP07 QQ07 YY17 5F073 AA46 AA64 AA65 AA73 AA74 AB06 AB27 AB28 BA03 CB02 DA05 DA22 EA01 EA28 FA02 FA25 GA12 5K102 AA56 AD01 MA03 MB06 MC17 MD01 MH04 MH12 MH22 PB01 PB17 PC03 PH14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に積層された下部クラッド
層および上部クラッド層と、該二つのクラッド層間に積
層された活性層とを備えた半導体レーザ装置であって、発振縦モードを選択する回折格子と、前記下部クラッド層および前記上部クラッド層の少なく
とも一方の内部領域に配置され、電流を遮蔽する電流ブ
ロック層と、該電流ブロック層に隣接して配置され、前記レーザ光の
出射方向にストライプ形状を有し、電流を通過させる電
流通過層と、を備え、前記電流ブロック層によって水平方向の光分布
を制御することを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】前記回折格子は、複数の発振縦モードを
選択する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】レーザ発振時における出射レーザ光が１
２００ｎｍ以上、１６００ｎｍ以下の波長を有すること
を特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ装
置。
【請求項４】光出射方向の長さが８００μｍ以上、３
２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３の
いずれか一つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】レーザ発振時における光出力強度が８０
ｍＷ以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれ
か一つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】前記半導体基板がＩｎＰ基板であり、前
記電流ブロック層がＧａ_xＩｎ_1-xＡｓ_yＰ_1-y（０＜ｘ≦
１、０＜ｙ≦１）を含むことを特徴とする請求項１〜５
のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】前記半導体基板がＩｎＰ基板であり、前
記電流ブロック層がＩｎＰを含む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】前記電流通過層を含む領域の実効屈折率
と前記電流ブロック層を含む領域の実効屈折率の差分値
は、８×１０^-3以下であることを特徴とする請求項１〜
７のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項９】前記電流ブロック層は、前記電流通過層
の導電型と異なる導電型の半導体層を含むことを特徴と
する請求項１〜８のいずれか一つに記載の半導体レーザ
装置。
【請求項１０】前記電流ブロック層は、前記電流通過
層の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有することを特
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】前記電流ブロック層の不純物濃度は、
１．５×１０¹⁸ｃｍ ^-3以上、９×１０¹⁸ｃｍ^-3以下であ
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】前記電流ブロック層に含まれる半導体
材料は、出射されるレーザ光のエネルギーよりも大きな
禁制帯幅を有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】前記電流ブロック層は、レーザ光出射
方向側面近傍における屈折率が前記第２のクラッド層近
傍における屈折率よりも低い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】前記電流ブロック層は、半導体絶縁層
を含む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１〜１４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１〜１５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
１〜１６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
に所定の周期揺らぎを持た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】前記回折格子は、前記グレーティング
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１８に記載の半導体レーザ装置。
【請求項２０】前記回折格子は、前記電流ブロック層
の上部領域、下部領域若しくは前記電流ブロック層内部
に配置されたことを特徴とする請求項１〜１９のいずれ
か一つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項２１】請求項１〜２０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を光結合する
光結合レンズ系と、少なくとも前記半導体レーザ装置と前記光結合レンズ系
とを収納するパッケージと、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２２】前記半導体レーザ装置の光出力を測定
する光検出器と、該半導体レーザ装置の温度を制御する温調モジュール
と、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２１に記載の半
導体レーザモジュール。
【請求項２３】請求項１〜２０のいずれか一つに記載
の半導体レーザ装置若しくは請求項２１または２２に記
載の半導体レーザモジュールを備えた励起光源と、信号光を伝送する光ファイバと、該光ファイバと接続された増幅用光ファイバと、前記励起光源から出射される励起光を増幅用光ファイバ
に入射させるためのカプラと、を備えたことを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項２４】前記増幅用光ファイバは、ラマン増幅
により光を増幅することを特徴とする請求項２３に記載
の光ファイバ増幅器。
【請求項２５】前記増幅用光ファイバは、エルビウム
添加光ファイバであって、前記励起光源と前記増幅用光
ファイバとは遠隔に配置されることを特徴とする請求項
２３に記載の光ファイバ増幅器。