JP2004031823A - 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 - Google Patents
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 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】出射波長とことなる波長を有する入射光に対して、内部で拡散させる半導体レーザ装置を提供する。
【解決手段】ｎ型基板１上に、ｎ型クラッド層２、ｎ型導波層３、ｎ型キャリアブロック層４、活性層５、ｐ型キャリアブロック層６、ｐ型導波層７が順次積層されている。ｐ型導波層７内部には、長手方向が光出射方向と平行になるようなストライプ状の一部領域を除いた部分に、ｎ型電流ブロッキング層８が配置されている。そして、ｐ型導波層７上には、順次ｐ型クラッド層９、ｐ型コンタクト層１０、ｐ側電極１１が積層されている。ｎ型基板１の下面には、ｎ側電極１２が配置されている。また、外部から入射する光の波長に対してはｎ型クラッド層２の屈折率が実効屈折率と等しい値を有し、出射波長の光に対してはｎ型クラッド層２およびｐ型クラッド層９が実効屈折率よりも低い屈折率を有する。
【選択図】 図１
【解決手段】ｎ型基板１上に、ｎ型クラッド層２、ｎ型導波層３、ｎ型キャリアブロック層４、活性層５、ｐ型キャリアブロック層６、ｐ型導波層７が順次積層されている。ｐ型導波層７内部には、長手方向が光出射方向と平行になるようなストライプ状の一部領域を除いた部分に、ｎ型電流ブロッキング層８が配置されている。そして、ｐ型導波層７上には、順次ｐ型クラッド層９、ｐ型コンタクト層１０、ｐ側電極１１が積層されている。ｎ型基板１の下面には、ｎ側電極１２が配置されている。また、外部から入射する光の波長に対してはｎ型クラッド層２の屈折率が実効屈折率と等しい値を有し、出射波長の光に対してはｎ型クラッド層２およびｐ型クラッド層９が実効屈折率よりも低い屈折率を有する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１導電型の半導体基板上に順次第１導電型のクラッド層、活性層および第２導電型のクラッド層を積層した構造を有する半導体レーザ装置に関し、特に、外部から入射し、出射レーザ光と異なる波長を有する光に対して光閉じ込めをおこなわない半導体レーザ装置、半導体レーザモジュールおよび光ファイバ増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ファイバ通信によってインターネット等の情報伝達がおこなわれている。光ファイバ通信は、光ファイバ中を光信号が伝送されることで情報の伝達をおこなう。光信号の長距離伝送を可能にするために従来さまざまな工夫がなされているが、長距離伝送に伴う光強度損失を０に抑制することは現時点では不可能であり、一定の割合で光信号は減衰する。したがって、減衰した光信号を増幅するための光ファイバ増幅器が必要となる。
【０００３】
図１２（ａ）は、従来技術にかかる光ファイバ増幅器のうち、後方励起方式の光ファイバ増幅器の構造を示す模式図である。信号光源１０１から出射された信号光は、光ファイバ中を伝送し、増幅用光ファイバ１０４に入射する。一方、励起光源１０２から出射された励起光は、励起光伝送光ファイバ１０５を伝送し、カプラ１０３を通過して増幅用光ファイバ１０４に入射する。ＥＤＦＡ（ＥｒｂｉｕｍＤｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を用いた光ファイバ増幅器において、増幅用光ファイバ１０４にはエルビウムイオンが添加されており、励起光が増幅用光ファイバ１０４に入射することで、エルビウムイオンは高エネルギー状態に励起される。
【０００４】
そして、励起された状態の増幅用光ファイバ１０４中に信号光が入射する際に、信号光と同一波長かつ同一位相の光が誘導放出される。したがって、信号光は増幅用光ファイバ１０４に入射する前に比べてその強度が増幅され、増幅信号光として光ファイバ中を伝送する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の光ファイバ増幅器には、励起光源１０２が存在するために信号光に一定のノイズが発生するという問題を有する。上述したように、カプラ１０３は、信号光を伝送する光ファイバと励起光伝送光ファイバ１０５とを光結合させている。したがって、図１２（ｂ）に示すように、励起光が光ファイバに伝送されるだけでなく、図１２（ｂ）において点線矢印で示す信号光の一部が、カプラ１０３で分岐して励起光伝送光ファイバ１０５中を伝送し、励起光源１０２に入射する。
【０００６】
一方、励起光源１０２を構成する半導体レーザ装置は、レーザ発振をおこなうための共振器構造を備える。具体的には、励起光源１０２を構成する半導体レーザ装置にはレーザ光出射側端面と対向した端面上に高反射膜が配置されている。そのため、カプラ１０３で分岐され、半導体レーザ装置に入射した一部の信号光は、高反射膜で反射されて励起光源から出射し、励起光伝送光ファイバ１０５を伝送してカプラ１０３で増幅された信号光と再び合波する。増幅用光ファイバ１０４で増幅された増幅信号光と、励起光源に入射した一部の信号光との間には、励起光伝送光ファイバ１０５および励起光源１０２の共振器長の分だけ光路差が存在する。したがって、カプラ１０３から出力される信号光は、増幅信号光と所定の位相差を有する一部の信号光からなるノイズを含むこととなる。このようなノイズの存在により、信号光を受信する側において信号の読みとりエラーが生じて情報を正確に伝送することが困難となる。
【０００７】
従来の光ファイバ増幅器では、励起光源１０２を有する限り、このようなノイズの発生は回避することのできない問題である。そして、上述のノイズは、信号光と同一の波長を有することから、信号光と異なる波長の光を排除することでノイズ除去をおこなう従来のフィルタリング装置では除去することができない。
【０００８】
本発明は上記従来技術に鑑みてなされたもので、光ファイバ通信において、励起光源側にいったん分岐する信号光に起因するノイズの発生を抑制す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を提供することを目的とする。
【０００９】
【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、第１導電型の半導体基板上に順次第１導電型のクラッド層、活性層および第２導電型のクラッド層を積層し、出射側端面を備え、前記出射側端面から第１の波長のレーザ光を出射する半導体レーザ装置であって、前記第１導電型のクラッド層および前記第２導電型のクラッド層の第１の波長に対する屈折率は、前記第１の波長に対する実効屈折率よりも低い値を有し、外部から出射側端面を通過して入射する第２の波長の光に対して、前記第１導電型のクラッド層または前記第２導電型のクラッド層の少なくとも一方の屈折率が、前記第２の波長に対する実効屈折率と等しい若しくは該実効屈折率よりも高い値を有することを特徴とする。
【００１０】
この請求項１の発明によれば、出射波長である第１の波長に関して、第１の導電型のクラッド層および第２の導電型のクラッド層の屈折率が、実効屈折率よりも小さいため、第１の波長の光については第１導電型のクラッド層と第２導電型のクラッド層との間に閉じ込めることができる。一方で、外部から入射される第２の波長を有する光に対しては、第２の波長に対する第１導電型のクラッド層と第２導電型のクラッド層の少なくとも一方の屈折率が実効屈折率以上の値を有するため、外部から入射される光については閉じ込めをおこなわず、高い屈折率を有するクラッド層に光を漏洩させることができる。
【００１１】
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１導電型のクラッド層と前記第２導電型クラッド層のうち不純物密度の高いクラッド層が、前記第２の波長に対して、実効屈折率と等しい若しくは該実効屈折率よりも高い屈折率を有することを特徴とする。
【００１２】
この請求項２の発明によれば、不純物密度の高いクラッド層の前記第２の波長に対する屈折率を実効屈折率よりも高くしている。一つの手段として、屈折率の高い材料を厚く積層してクラッド層を形成することでクラッド層の屈折率を実効屈折率よりも高い値とすることが可能だが、その場合に不純物を多くドープしたクラッド層を選択することで、膜厚の増大による熱抵抗および電気抵抗の増大を抑制することができる。
【００１３】
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、前記第１導電型のクラッド層が、前記第２の波長に対して実効屈折率と等しい若しくは該実効屈折率よりも高い屈折率を有することを特徴とする。
【００１４】
この請求項３の発明によれば、第１導電型のクラッド層の第２の波長に対する屈折率を高めている。半導体レーザ装置をレーザマウント上にジャンクションダウン構成で固定する場合、第１導電型のクラッド層の屈折率を実効屈折率よりも高くして、活性層と第２導電型のクラッド層の膜厚を増大させない構造とすれば、活性層から発生する熱の伝導に悪影響を与えない半導体レーザ装置を提供することができる。
【００１５】
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、前記第１の波長と前記第２の波長との差分値が、２００ｎｍ以上であることを特徴とする。
【００１６】
この請求項４の発明によれば、第１の波長と第２の波長との差分値が２００ｎｍ以上としたため、容易に第１の波長を有する光を閉じ込め、第２の波長を有する光を漏洩させることができる。
【００１７】
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、前記第１の波長は９５０ｎｍ以上、１１００ｎｍ以下であり、前記第２の波長は１５００ｎｍ以上、１６００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１８】
この請求項５の発明によれば、第１の波長が９５０ｎｍ以上、１１００ｎｍ以下とし、第２の波長を１５００ｎｍ以上、１６００ｎｍ以下としため、第２の波長の光を信号光とし、第１の波長の光を励起光とした場合に信号光が外部から入射しても内部で漏洩することができる半導体レーザ装置を提供することができる。
【００１９】
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、前記第１の波長は９８０ｎｍであり、前記第２の波長は１５５０ｎｍであることを特徴とする。
【００２０】
この請求項６の発明によれば、第１の波長は９８０ｎｍであり、第２の波長は１５５０ｎｍとしたため、光通信における励起光源に適用することが可能な半導体レーザ装置を提供することができる。
【００２１】
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、前記第１導電型のクラッド層と前記活性層との間に配置された第１導電型の導波層と、前記活性層と前記第２導電型のクラッド層との間に配置された第２導電型の導波層とをさらに有することを特徴とする。
【００２２】
この請求項７の発明によれば、第１導電型の導波層と第２導電型の導波層とを設けることとしたため、出射するレーザ光は活性層および導波層内に閉じ込められることとなり、活性層のみを伝播する場合と比較して広い導波領域を有し、光出力密度を低減できることから光学損傷に対する耐久性を有する半導体レーザ装置を提供することができる。
【００２３】
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、前記活性層は、量子井戸層を有することを特徴とする。
【００２４】
この請求項８の発明によれば、活性層が量子井戸層を備えたこととしたため、量子閉じ込め効果により、キャリアを量子井戸層内に効率的に閉じ込めることができ、発光効率を向上させることができる。
【００２５】
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、前記活性層は、複数の量子井戸層と、該複数の量子井戸層間に配置された障壁層とを備えることを特徴とする。
【００２６】
この請求項９の発明によれば、互いに分離された複数の量子井戸層を有することとしたため、複数の量子井戸層で量子閉じ込め効果によりキャリアの閉じ込めが可能で、温度特性を向上させることができる。
【００２７】
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、前記第２導電型のクラッド層は、レーザ光出射方向の直角方向の幅が前記第１導電型の基板の幅よりも狭いことを特徴とする。
【００２８】
この請求項１０の発明によれば、第２導電型のクラッド層の幅が狭い構造としたため、注入される電流の密度を向上させることができ、高い発光効率を有する半導体レーザ装置を提供することができる。
【００２９】
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、前記第１導電型の導波層と前記活性層との間に配置された第１導電型のキャリアブロック層と、前記活性層と前記第２導電型の導波層との間に配置された第２導電型のキャリアブロック層とをさらに備えることを特徴とする。
【００３０】
この請求項１１の発明によれば、第１導電型のキャリアブロック層および第２導電型のキャリアブロック層を設けることとしたため、注入キャリアを活性層近傍に閉じ込めてキャリアオーバーフローを抑制するとともに、導波層の膜厚を増大させることができる。これにより、温度特性を維持しつつ、高出力化が可能となる。
【００３１】
また、請求項１２にかかる半導体レーザモジュールは、請求項１〜１１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を備えたことを特徴とする。
【００３２】
この請求項１２の発明によれば、光ファイバ中を伝送してきた第２の波長を有する光が半導体レーザ装置内部で漏洩されるため、再度第２の波長を有する光を出射することがない半導体レーザモジュールを提供することができる。
【００３３】
また、請求項１３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、前記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。
【００３４】
この請求項１３の発明によれば、光検出器を備えたこととしたため、出射レーザ光強度を安定化させることができ、アイソレータを備えたこととしたため、半導体レーザ装置から出射されたレーザ光が、再び半導体レーザ装置内部に戻ることを防止することができる。
【００３５】
また、請求項１４にかかる光ファイバ増幅器は、請求項１〜１１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１２または１３に記載の半導体レーザモジュールを備えた励起光源と、前記第２の波長を有する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、前記第１の波長を有し、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。
【００３６】
この請求項１４の発明によれば、第２の波長を有する信号光の一部がカプラを介して励起光源に入射しても、励起光源に備えられた半導体レーザ装置もしくは半導体レーザモジュールの内部において漏洩させ、再び光ファイバに戻ることはないため、信号光と同一波長のノイズ成分の発生を抑制することができる。
【００３７】
また、請求項１５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、前記増幅用光ファイバは、エルビウムが添加されていることを特徴とする。
【００３８】
この請求項１５の発明によれば、増幅用光ファイバはエルビウムが添加されることとしたため、ＥＤＦＡによる光増幅器を提供することができる。
【００３９】
【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の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各部分の厚みと幅の関係、各部分の大きさの比率などは、現実のものとは異なることに留意する必要がある。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。
【００４０】
（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。図１は、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り、図２は、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の構造を示す側面断面図である。
【００４１】
本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、いわゆる完全分離閉じ込め構造（Ｄｅｃｏｕｐｌｅｄ Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：以下、「ＤＣＨ」と言う）レーザである。すなわち、通常のダブルヘテロレーザのように、クラッド層によって光の閉じ込めとキャリアのオーバーフローを防止する構造とするのではなく、光の閉じ込めをおこなうクラッド層の他に、キャリアのオーバーフローを防止するキャリアブロック層を備えた構造を有する。
【００４２】
まず、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の具体的な構造について、図１および図２を参照して説明する。本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、ｎ型基板１上に、ｎ型クラッド層２、ｎ型導波層３、ｎ型キャリアブロック層４、活性層５、ｐ型キャリアブロック層６、ｐ型導波層７が順次積層されている。また、ｐ型導波層７内部には、長手方向が光出射方向と平行になるようなストライプ状の一部領域を除いた部分に、ｎ型電流ブロッキング層８が配置されている。そして、ｐ型導波層７上には、順次ｐ型クラッド層９、ｐ型コンタクト層１０、ｐ側電極１１が積層されている。また、ｎ型基板１の下面には、ｎ側電極１２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１９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２０が配置されている。
【００４３】
ｎ型クラッド層２およびｐ型クラッド層９は、活性層５におけるキャリア再結合によって生じたレーザ光の閉じ込めをおこなうためのものである。また、本実施の形態１においては、出射するレーザ光以外の所定の波長を有する光に対して光閉じ込めをおこなわない機能も有する。このことについては後に詳説する。
【００４４】
ｎ型クラッド層２およびｐ型クラッド層９は、活性層５、ｎ型導波層３およびｐ型導波層７よりも低い屈折率を有する材料によって構成されている。実施の形態１においては、ｎ型クラッド層２はＡｌ０．０４５Ｇａ０．９５５Ａｓから構成され、膜厚は５．８２０μｍであり、ｐ型クラッド層９はＡｌ０．３２Ｇａ０．６８Ａｓから構成されている。
【００４５】
ｎ型導波層３およびｐ型導波層７は、レーザ光を導波するためのものである。上述したように、ＤＣＨ構造では、クラッド層によってキャリアのオーバーフローを抑制する必要がないため、ｎ型導波層３およびｐ型導波層７の膜厚を大きく取ることができる。これによって、ＣＯＤ（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄａｍａｇｅ）を抑制し、高光出力を実現している。実施の形態１においては、ｎ型導波層３およびｐ型導波層７はＧａＡｓから構成され、膜厚は０．４７０μｍである。
【００４６】
ｎ型キャリアブロック層４およびｐ型キャリアブロック層６は、注入されたキャリアを活性層５内部に閉じ込め、キャリアのオーバーフローを抑制するためのものである。具体的には、ｎ型キャリアブロック層４およびｐ型キャリアブロック層６は、活性層５よりもバンドギャップが大きい材料を使用し、光学的には十分に薄い膜厚を有する。そして、ｎ型キャリアブロック層４は、ｎ型キャリアブロック層４における小数キャリアであるホール（正孔）が下層に流出することを防止し、ｐ型キャリアブロック層６は電子が上層に流出することを防止している。なお、本実施の形態１においては、ｎ型キャリアブロック層４およびｐ型キャリアブロック層６はＡｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓから構成され、膜厚はそれぞれ０．０３５μｍである。
【００４７】
活性層５は、注入されたキャリアの再結合によってレーザ光を発生させるためのものである。具体的には、活性層５は、図１の拡大図において示すように、２個の量子井戸層１４、１６が、サイド障壁層１３、１７および障壁層１５によって挟み込まれた構造からなる。量子井戸層１４、１６を有することで、キャリアに対して量子閉じ込め効果が生じ、高い効率でキャリアを閉じ込めることができる。量子井戸層１４、１６は、量子閉じ込め効果を発揮するためにきわめて薄い膜厚からなる必要があり、本実施の形態１におけるそれぞれの膜厚は、０．０１μｍである。また、量子井戸層１４、１６の組成はＩｎ０．１４Ｇａ０．８６Ａｓからなる。さらに、サイド障壁層１３、１７および障壁層１５はそれぞれＧａＡｓから構成され、サイド障壁層１３、１７の膜厚は０．０５５μｍ、障壁層１５の膜厚は０．００６μｍである。活性層５はこのような態様で構成されており、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、９８０ｎｍの波長を有するレーザ光を出射する。なお、レーザ光は主としてｎ型導波層３、ｐ型導波層７、ｎ型キャリアブロック層４、ｐ型キャリアブロック層６および活性層５中を導波するため、これらを総称して以下では導波領域１８と言う。
【００４８】
ｐ型コンタクト層１０は、ｐ側電極１１とのオーミック接触を容易にするためのものである。具体的には、ｐ型コンタクト層１０は、酸化劣化の少ないＧａＡｓに、亜鉛（Ｚｎ）等のｐ型不純物を高濃度にドープして形成している。コンタクト層の膜厚は１．７５μｍである。
【００４９】
ｎ型電流ブロッキング層８は、注入された電流を活性層５の所望の領域にのみ電流が流れるようにするためのものである。さらに、ｎ型電流ブロッキング層８を導波層よりも低屈折率な材料で構成することにより、実効屈折率型の導波路を形成できる。これにより、高効率な単一モード半導体レーザを構成できる。
【００５０】
図２に示す低反射膜１９と高反射膜２０は、共振器を構成するためのものである。レーザ光を効率良く取り出すために、高反射膜２０は反射率８０パーセント以上、より好ましくは９８パーセント以上を有する。一方、低反射膜１９は、出射側端面における瞬時光学損傷を抑制するために、光反射率は５パーセント以下、好ましくは１パーセント程度の膜構造からなる。ただし、低反射膜１９の光反射率は、共振器長に応じて最適化される。なお、高反射膜２０とともに共振器を構成するものは、本実施の形態１では、半導体レーザ装置と光結合する光ファイバ中に設けられたファイバグレーティングとする。他に、半導体レーザ装置のｎ型導波層３もしくはｐ型導波層７の一部に周期的な溝構造を設けた分布帰還型レーザ構造や、分布ブラッグ反射型レーザ構造としてもよい。
【００５１】
本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、出射波長と異なる波長を有し、外部から入射する光を半導体レーザ装置内部で漏洩する機能を有する。この機能について、以下で説明する。なお、外部から入射する光の一例として、波長１５５０ｎｍの光が外部から実施の形態１にかかる半導体レーザ装置に入射する場合を考える。
【００５２】
図３は、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置内部における光強度分布、屈折率分布、および半導体レーザ装置の実効屈折率について示すグラフである。図３において、実線は各層の屈折率を示し、一点鎖線は光強度分布を示す。また、点線は、実効屈折率を示している。なお、図３において、各層と屈折率分布等との関係が明確になるように、グラフの下に本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の断面図を添付する。図３のグラフは、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積層方向を横軸とし、横軸の原点をｎ型クラッド層２とｎ型導波層３との境界に設定している。また、グラフの縦軸に関して、光強度は対数表示としている。
【００５３】
外部から入射する光の波長は１５５０ｎｍとしていることから、図３で示される各層の屈折率は、１５５０ｎｍの波長の光に対する屈折率を示している。具体的には、１５５０ｎｍの波長の光に対してｎ型クラッド層２の屈折率は３．４１３であり、ｎ型導波層３およびｐ型導波層７の屈折率は３．４３６である。さらに、ｐ型クラッド層９の屈折率は３．２７４である。なお、ｎ型キャリアブロック層４およびｐ型キャリアブロック層６の屈折率は３．２３３であり、サイド障壁層１３、１７は３．４３６であり、量子井戸層１４、１６は３．４８１である。これらの値に基づいて、図３における屈折率分布が示される。
【００５４】
図３に示す光強度分布および実効屈折率は、半導体レーザ装置を構成する各層の膜厚および屈折率などの具体的構造から導出することができる。以下に、その導出について説明する。
【００５５】
光強度分布および実効屈折率は、所定の波動方程式の解および固有値から求められる。ここで、光強度分布および実効屈折率を導出する波動方程式は、
［∇ｔ ２＋［ｋ０ ２ｎ２（ｘ，ｙ）−β２］］Ｅ（ｘ，ｙ）＝０・・・（１）
である。ここで、レーザ光出射方向をｚ軸とし、各層を積層する方向（すなわち、図３における横軸の方向）をｘ軸としている。ここで、∇ｔは（∂／∂ｘ，∂／∂ｙ，０）であり、Ｅ（ｘ，ｙ）は、座標（ｘ，ｙ）における電界ベクトルを示す。また、ｎ（ｘ，ｙ）は、座標（ｘ，ｙ）における屈折率を示し、ｋ０は波数を示す。さらに、βは（１）式における電界ベクトルＥ（ｘ、ｙ）の固有値である。なお、半導体レーザ装置の構造はｚ方向には一様であるため、電界ベクトルＥ（ｘ，ｙ）および屈折率ｎ（ｘ，ｙ）はｚ座標には依存しない。
【００５６】
そして、（１）式を、有限遠方で電界ベクトルＥ（ｘ，ｙ）が０に漸近するという境界条件の下で解くことで電界ベクトルＥ（ｘ，ｙ）が求められ、電界ベクトルＥ（ｘ，ｙ）の強度分布から図３で示す光強度分布が得られる。また、実効屈折率Ｎは、（１）式から得られる固有値βを用いて、
Ｎ＝β／ｋ０・・・・・・・・（２）
と表される。したがって、（２）式を用いて（１）式の固有値βから実効屈折率Ｎを導出することができる。本実施の形態１において、上述した各層の屈折率および膜厚の具体的数値を考慮して（１）式および（２）式を解いた結果、１５５０ｎｍの波長の光に対する実効屈折率は３．４１３となる。
【００５７】
図３のグラフで示すように、波長が１５５０ｎｍの光に対して、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置では、ｘ＝０において光強度が最大値をとる。そして、ｘ＜０の領域、すなわちｎ型クラッド層２においても光強度は特に減少せず、ｘ＝０における値を維持している。したがって、１５５０ｎｍの波長を有する光が外部から入射した場合、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置内部では、導波領域１８よりもむしろｎ型クラッド層２において光強度は大きく、外部から入射した光は、導波領域１８内に閉じ込められていないことが明らかである。すなわち、外部から入射した光は、内部から発振するレーザ光のように導波領域１８内に閉じ込められず、導波領域１８外部のｎ型クラッド層２の方へ漏洩する。
【００５８】
本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、１５５０ｎｍの波長を有する光に関して、ｎ型クラッド層２の屈折率が実効屈折率と同じ値を有する構造となっている。このように、所定の波長を有する光に関して、クラッド層の屈折率が実効屈折率と比較して同等もしくは高い値を有する場合には、半導体レーザ装置は、図３の光強度分布で示すように、所定の波長を有する光を導波領域１８内に閉じ込めることはない。
【００５９】
次に、外部から入射する１５５０ｎｍの波長の光に対する実効屈折率がｎ型クラッド層２の屈折率よりも大きくなく、光強度が図３で示す分布となることによる利点について説明する。図４（ａ）および図４（ｂ）は、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置に対して、外部から１５５０ｎｍの波長の光が低反射膜１９を透過して入射した場合の半導体レーザ装置内部における光伝送の様子を示す模式図である。
【００６０】
外部から低反射膜１９を介して半導体レーザ装置に入射した光は通常は高反射膜２０に向かって進行する。しかし、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、上述したように、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、１５５０ｎｍの光を導波領域１８内部に閉じ込めない構造を有する。したがって、外部から入射した光は、進行するにしたがって、ｎ型クラッド層２の方へ漏れだし、図４（ａ）で示すように入射した光の大部分は、高反射膜２０に到達する前にｎ型クラッド層２を通過して基板に放出される。また、高反射膜２０にまで到達して反射した光についても、同様の議論が成立する。反射した光は、導波領域１８内に閉じ込められることなく、低反射膜１９にむかって進行する途中でｎ型クラッド層２へ漏洩し、ｎ型クラッド層２を通過し基板に放出される。そのため、図４（ｂ）で示すように低反射膜１９から出射される光は、入射した光と比較して僅かな強度しか有さないか、全く存在しない。
【００６１】
したがって、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置では、出射レーザ波長と異なる波長である１５５０ｎｍの波長の光が入射した場合に、高反射膜２０で反射して、再び低反射膜１９から出射されることを抑制することができるという利点を有する。
【００６２】
一方、外部から入射した光の再度の出射を抑制できても、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置がレーザ光出射光源として機能できないのでは半導体レーザ装置として問題がある。すなわち、半導体レーザ装置の出射レーザ光の波長である９８０ｎｍの光について、導波領域１８内部に光閉じ込めがおこなわれる構造となっている必要がある。以下、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置が９８０ｎｍの光について、導波領域１８内部に光閉じ込めをおこなうことを説明する。
【００６３】
図５は、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置について、出射するレーザ光の波長である９８０ｎｍの光に関する光強度分布、屈折率分布および実効屈折率について示すグラフである。一般に、屈折率は波長に依存して変化するため、図５で示される屈折率分布は、図３で示した屈折率分布とは異なったものとなる。
【００６４】
９８０ｎｍの波長を有する光に対する各層の屈折率は、具体的には、それぞれｎ型クラッド層２が３．５１１で、ｎ型導波層３およびｐ型導波層７が３．５３７で、ｎ型キャリアブロック層４およびｐ型キャリアブロック層６が３．３０６である。また、ｐ型クラッド層９の屈折率は３．３５２である。また、活性層５を構成するサイド障壁層１３、１７および障壁層１５の屈折率は３．５３７であり、量子井戸層１４、１６は３．５９１である。
【００６５】
光強度分布は、図３の場合と同様に、電界ベクトルＥ（ｘ，ｙ）について波動方程式（１）を解くことで求められる。また、実効屈折率についても、（１）式および（２）式を解くことで求められ、９８０ｎｍの波長の光に対する実効屈折率は３．５１５であることが示される。
【００６６】
既に述べたように、導波領域１８内のみで出射レーザ光を伝播させるために、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置では、ｎ型クラッド層２およびｐ型クラッド層９の屈折率は低い値を有する。しかし、活性層５、ｎ型導波層３およびｐ型導波層７の屈折率よりも低い値であればどのような値であっても光の閉じ込めがおこるものではない。一般に、半導体レーザ装置の実効屈折率よりもｎ型クラッド層２およびｐ型クラッド層９の屈折率が低い値となった場合、半導体レーザ装置は、光閉じ込めをおこなえることが可能である。
【００６７】
上述したように、９８０ｎｍの波長を有する光に関して、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の実効屈折率の値が３．５１５であるのに対して、ｎ型クラッド層２の屈折率は３．５１１であり、ｐ型クラッド層９の屈折率は３．３５２である。したがって、波長９８０ｎｍの光に対するｎ型クラッド層２およびｐ型クラッド層９の屈折率は実効屈折率よりも低い値となり、波長が９８０ｎｍの出射レーザ光は導波領域１８内に有効に閉じ込められ、誘導放出現象によりレーザ発振する。実際に図５における光強度分布を観察すると、ｘ＝０付近で最大となり、ｘ座標の絶対値が大きくなるにつれて光強度は急激に減少しており、光が導波領域１８内に閉じ込められていることが示されている。
【００６８】
本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置との比較のために、従来のＤＣＨレーザの光強度分布、屈折率分布および実効屈折率について、図６および図７に示す。ここで、図６は、従来のＤＣＨレーザの出射波長である９８０ｎｍの光に対する屈折率分布および光強度分布を示すグラフであり、図７は、１５５０ｎｍの光に対する屈折率分布および光強度分布を示すグラフである。なお、図６および図７に示すグラフは、図３および図５の場合と同様に、（１）式および（２）式から光強度分布および実効屈折率を得ている。
【００６９】
従来のＤＣＨレーザは、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置と基本的に同様の構造を有するが、ｎ型クラッド層がＡｌ０．０９Ｇａ０．９１Ａｓで構成され、膜厚が２．５μｍである点と、ｐ型クラッド層の膜厚が０．８４５μｍである点で相違している。
【００７０】
また、光学的特性は、各波長に対するｎ型クラッド層の屈折率および実効屈折率が本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置と異なったものとなる。具体的には、９８０ｎｍの波長に対して、ｎ型クラッド層の屈折率は３．４８４であり、実効屈折率は、（１）式および（２）式より３．５０９となる。一方、１５５０ｎｍの波長に対しては、ｎ型クラッド層の屈折率は３．３９１であり、実効屈折率は３．４０１である。
【００７１】
したがって、従来のＤＣＨレーザは、出射波長である９８０ｎｍの波長に対して、ｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層の双方の屈折率が実効屈折率よりも小さな値をとる。そして、１５５０ｎｍの波長に対しても、ｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層双方の屈折率が実効屈折率よりも小さい値となる。
【００７２】
双方の波長に関してｎ型クラッド層の屈折率が実効屈折率よりも小さい値となるため、従来のＤＣＨレーザでは、９８０ｎｍのみならず、１５５０ｎｍの波長の光に対しても光閉じ込め効果が生じると考えられる。
【００７３】
実際に、図６および図７の光強度分布を観察すると、従来のＤＣＨレーザでは、９８０ｎｍの光に対してはもちろん、１５５０ｎｍの光に対しても光の閉じ込めが起こっている。したがって、外部から１５５０ｎｍの光が入射した場合も、光は導波領域内に閉じ込められ、低反射膜１９から高反射膜２０まで光が減衰することなく伝わり、高反射膜２０で反射して再び低反射膜１９から出射する。このため、従来のＤＣＨレーザを、たとえば、光ファイバ増幅器の励起光源に使用した場合に、１５５０ｎｍの波長を有する信号光の一部が従来のＤＣＨレーザに入射して、ＤＣＨレーザ内の反射側端面で反射して再び出射されてしまう。本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、上述したように１５５０ｎｍの波長を有する光が漏洩するため、このようなことはない。
【００７４】
次に、半導体レーザ装置の出射波長である９８０ｎｍの光の閉じ込めについて比較する。図５に示した本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の９８０ｎｍの光に関する光強度分布と、図６に示した従来のＤＣＨレーザの９８０ｎｍの光に関する光強度分布とを対比すると、従来のＤＣＨレーザの方が光閉じ込めの効果が若干大きい。しかし、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置でも実用上は全く問題がない程度にレーザ光が導波領域内に閉じ込められている。
【００７５】
したがって、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、出射波長である９８０ｎｍの光については従来のＤＣＨレーザと比較しても実用上問題ない程度に導波領域内に閉じ込めることができ、従来のＤＣＨレーザと同等の効率でレーザ発振をおこなうことができる。
【００７６】
一方、１５５０ｎｍの波長の光に対しては、図３でも示したように、光は導波領域内に閉じ込められることはなく、ｎ型クラッド層２に漏洩し、外部に放出される。したがって、従来のＤＣＨレーザとは異なり、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、外部から入射した光を効果的に漏洩することが可能で、１５５０ｎｍの光を出射側端面から出射することがないか、出射したとしてもごく微弱な光しか出射しない。
【００７７】
このことから、たとえば、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置をＥＤＦＡ等の光ファイバ増幅器の励起光源に使用した場合に、信号光と同一波長のノイズ成分が発生することを抑制することができる。また、外部から入射する光の存在の有無に関わらず、所定の波長のレーザ光を安定して出射することができる。
【００７８】
また、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、上述したように、従来のＤＣＨレーザと比較してｎ型クラッド層２の膜厚を増大させている。一般に、膜厚が増大することで半導体レーザ装置内部の電気抵抗および熱抵抗が上昇することが知られているが、本実施の形態１においては特に問題とはならない。一般に、半導体材料において、ｎ型の不純物は比較的多くドープすることが可能であり、不純物を多くドープすることで電気伝導度および熱伝導度を向上させることが可能なためである。したがって、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、従来のＤＣＨレーザと比較して電気抵抗および熱抵抗の観点で特に劣るといったことはない。また、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、従来のＤＣＨレーザと比較してｎ型クラッド層２のアルミ組成を少なくしたため、電気抵抗および熱抵抗を抑制することができる。
【００７９】
また、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、ｐ型クラッド層９については従来のＤＣＨレーザと同じ半導体層で構成され、膜厚を薄くしている。このような構造とすることで１５５０ｎｍの波長の光に対する実効屈折率を低減しているが、副次的な効果も有する。半導体レーザ装置は通常、熱伝導性の良好なマウント上に固定され、発生する熱をマウントに逃がすことで活性層５の温度上昇を抑制している。ここで、半導体レーザ装置は、いわゆるジャンクションダウン構成によってマウント上で固定され、ｐ側電極１１がマウントと接触している。本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置ではｐ型クラッド層９の厚みが少なくてすむため、活性層５で発生した熱を効率良く排出することができる。
【００８０】
なお、本実施の形態１において、外部から入射する光の波長を１５５０ｎｍとして説明をおこなったが、光の波長は１５５０ｎｍに限定されるものではない。また、半導体レーザ装置の出射波長についても、９８０ｎｍに限定して解釈する必要はない。外部から入射する光が半導体レーザ装置内部で漏洩するか否かは、クラッド層の屈折率と実効屈折率との相関関係によってのみ決定され、半導体レーザ装置の出射波長には関係がないためである。すなわち、所定波長の入射光に対して、半導体レーザ装置の実効屈折率がクラッド層の屈折率と同じもしくはクラッド層の屈折率よりも低い値となるよう半導体レーザ装置の構造を設計すればよい。なお、外部から入射する光の波長と半導体レーザ装置の出射波長とが近似する場合には外部から入射する光を漏洩させることが容易ではないため、入射する光の波長と出射波長との差分値は２００ｎｍ以上であることが好ましい。たとえば、半導体レーザ装置の出射波長を９５０ｎｍ〜１１００ｎｍとし、外部から入射する光の波長を１５００ｎｍ〜１６００ｎｍとした場合には、出射レーザ光について十分な光閉じ込めを担保しつつ、外部から入射する光を漏洩させることが容易に可能となる。
【００８１】
また、本実施の形態１では外部から入射する光に対して、ｎ型クラッド層２の屈折率が実効屈折率と同じ値となるように半導体レーザ装置の構造を決定しているが、ｎ型クラッド層２の屈折率と実効屈折率とが等しい値となる構造に限定されるのではない。入射光の波長に対するｎ型クラッド層２の屈折率が実効屈折率よりも高い値をとる場合でも、入射光を漏洩させることが可能である。また、各層の組成および膜厚についても、上記した値に限定されることはない。半導体レーザ装置の用途、製造コスト等に応じて半導体レーザ装置の構造を変化させることが可能である。さらに、ｎ型クラッド層２の屈折率が実効屈折率よりも高い構造とするのではなく、入射光に対してｐ型クラッド層９の屈折率が実効屈折率と同等もしくは実効屈折率よりも高い値になるように半導体レーザ装置を設計しても良い。
【００８２】
さらに、ｎ型クラッド層２およびｐ型クラッド層９の双方の屈折率が実効屈折率よりも高い値となるように半導体レーザ装置を構成しても良い。この場合、外部から入射した光はｎ型クラッド層２のみならずｐ型クラッド層９にも漏洩されるため、より効果的に外部から入射する光を減衰させることができる。
【００８３】
さらに、本実施の形態１ではｎ型クラッド層２を構成する半導体混晶の混晶比および膜厚を変化させることで外部から入射する光に対する実効屈折率を低下させるとともにｎ型クラッド層２の屈折率を大きくしているが、本発明はこの構造に限定されない。たとえば、ｎ型導波層３もしくはｐ型導波層７の材質を変化させて実効屈折率を低下させても良い。すなわち、従来のレーザ装置と比較してクラッド層の屈折率を上昇させても良いし、半導体レーザ装置の実効屈折率を抑制しても本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置を実現することができる。また、実効屈折率を低下させるために、活性層５やｎ型導波層３等、クラッド層以外の組成や膜厚を調整しても良い。
【００８４】
さらに、複数の異なる波長の光や、一定の波長帯の光が外部から入射した場合に半導体レーザ装置内部で漏洩する構造としても良い。このような半導体レーザ装置は、それぞれの波長におけるクラッド層の屈折率が、実効屈折率よりも低い値となるように構成することで実現可能である。
【００８５】
また、各層を構成する半導体材料についても、上記したものに限定されない。さらに、基板の導電型もｎ型のみならずｐ型を使用しても良く、ｐ型基板上にｐ型クラッド層、ｐ型導波層等を順次積層した構造としても良い。
【００８６】
（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８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概略断面図であり、図９は、図８のＢ−Ｂ線における断面図である。本実施の形態２にかかる半導体レーザ装置は、いわゆるリッジ構造を有するものであり、以下に実施の形態２にかかる半導体レーザ装置の構造について説明する。なお、本実施の形態２にかかる半導体レーザ装置について、実施の形態１と類似する半導体層については同様の名称とし、特に断らない限り同様の機能を有するものとする。
【００８７】
実施の形態２にかかる半導体レーザ装置は、図８に示すように、ｎ型基板２１上に順次ｎ型クラッド層２２、ｎ型導波層２３、活性層２４、ｐ型導波層２５およびｐ型クラッド層２６が積層されている。ｐ型クラッド層２６は、その上部領域においてメサストライプ状に加工され、ｐ型クラッド層２６の上部領域のレーザ光出射方向に対して垂直方向の幅は、ｎ型基板２１の幅よりも狭くなっている。ｐ型クラッド層２６の上端部上にはｐ型コンタクト層２７が積層されており、ｐ型クラッド層２６およびｐ型コンタクト層２７上面の大部分は絶縁層２８によって覆われている。ここで、ｐ型クラッド層２６の上面において絶縁層２８に覆われない部分は、レーザ光出射方向に長手方向を有するストライプ状の領域となっている。さらに、絶縁層２８および露出しているｐ型コンタクト層２７上にはｐ側電極２９が配置されている。また、ｎ型基板２１の下面にはｎ側電極３０が配置されている。
【００８８】
また、活性層２４は、いわゆる多重量子井戸構造を有し、下層から順に障壁層３１ａ、量子井戸層３２ａ、障壁層３１ｂ、量子井戸層３２ｂ、障壁層３１ｃ、量子井戸層３２ｃ、障壁層３１ｄが積層された構造を有する。
【００８９】
絶縁層２８は、ｐ側電極２９から注入される電流を、半導体レーザ装置内部の一部領域にのみ流すためのものである。絶縁層２８の存在により、ｐ側電極２９から注入された電流は、ｐ型コンタクト層２７上面のうち、絶縁層２８が存在しない一部ストライプ状領域からのみ半導体レーザ装置内部に流入する。このように電流が流れる領域を狭めることで、高密度の電流を注入することが可能となり、発光効率を向上させている。したがって、絶縁層２８は電流ブロック層の機能を有し、電流ブロック層として機能するならば絶縁性の材料で構成しなくとも良い。たとえば、ｎ型の半導体層で構成した場合にも電流の流入を防止できる。
【００９０】
このような、いわゆるリッジ構造の半導体レーザ装置に関しても、外部から入射する光を半導体レーザ装置の内部で拡散させることが可能である。実施の形態１においても説明したように、外部から入射する光の波長に対して、ｎ型クラッド層２２とｐ型クラッド層２６の少なくともいずれか一方の屈折率が実効屈折率と同等若しくは実効屈折率よりも高くなるように半導体レーザ装置を設計すればよい。そして、出射するレーザ光の波長の光に対しては、ｎ型クラッド層２２およびｐ型クラッド層２６の双方の屈折率が実効屈折率よりも低くなるように設計する。このような構造とすることで、実施の形態２にかかる半導体レーザ装置は、出射波長の光については導波領域で光閉じ込めがなされ、外部から入射する光に対しては導波領域の外部に漏洩させる半導体レーザ装置を実現することができる。なお、実施の形態１の場合と同様に、出射波長の光に関してはｎ型クラッド層２２およびｐ型クラッド層２６の屈折率が実効屈折率よりも低い値となるような構造とすることはもちろんである。
【００９１】
なお、実施の形態１のように、クラッド層に高い屈折率を有する材料を使用し、膜厚を大きくすることでクラッド層の屈折率を実効屈折率よりも高くする場合、本実施の形態２ではｐ型クラッド層２６の屈折率を高めることが望ましい。実施の形態１と同様の手法を用いた場合、高い屈折率を有するクラッド層の膜厚を増大させることにより、クラッド層の熱抵抗および電気抵抗が増大する。しかし、実施の形態２にかかる半導体レーザ装置は、リッジ構造を有するためにマウント上に固定する場合、ｎ側電極３０がマウント上面と接触するように固定される。マウントは、半導体レーザ装置で発生する熱を外部に放出するヒートシンクとしての機能を有するため、活性層２４とｎ側電極３０との間に位置するｎ型クラッド層２２の熱抵抗を増大させることは得策ではない。ｐ型クラッド層２６の屈折率が実効屈折率よりも高い構造とすることで、ｎ型クラッド層２２は従来と同等の膜厚を維持することができ、放熱効率も悪化することがない。また、ｐ型クラッド層２６の屈折率を増大させ、膜厚を大きくした場合、電気抵抗の増大を抑制するために、ｐ型クラッド層２６にドープする不純物の密度を高めることが望ましい。
【００９２】
このように、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置のようなＤＣＨレーザでなく、リッジレーザの場合であっても、外部から入射する光を導波領域外部に漏洩させ、出射波長の光に対しては導波領域内に光閉じ込めをおこなうことは可能である。また、これらの２つの構造に限定されるのではなく、本発明を適用する半導体レーザ装置は、分離閉じ込め構造（ＳＣＨ）レーザに適用することが可能であり、他の構造を有する半導体レーザ装置であってもよい。具体的には、キャリアの発光再結合をおこなう活性層を、活性層よりも屈折率の低いクラッド層で挟み込む構造を有する半導体レーザ装置であれば、本発明を適用することが可能である。
【００９３】
（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。
【００９４】
図１０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４１を有する。なお、この半導体レーザ装置４１は、ｐ側電極がレーザマウント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５１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行うが、半導体レーザ装置４１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、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。この温度制御は、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４１の近傍に配置されたサーミスタ４９の検出値をもとに制御され、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。また、図示しない制御装置は、半導体レーザ装置４１の駆動電流を上昇させるに従って、レーザマウント４８の温度が下がるように温調モジュール５０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４１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。
【００９５】
ベース４７上には、半導体レーザ装置４１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４２、および電流モニタ４６が配置される。半導体レーザ装置４１から出射されたレーザ光は、第１レンズ４２、アイソレータ４３、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、電流モニタ４６は、半導体レーザ装置４１の高反射膜側から漏れた光をモニタ検出する。
【００９６】
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４１と光ファイバ４５との間にアイソレータ４３を介在させている。
【００９７】
また、半導体レーザ装置４１を図１および図２に示す構造からなるとした場合、光ファイバ４５内部にはファイバグレーティングを配置し、半導体レーザ装置４１の反射側端面と共振器を形成する構造とする。この場合、アイソレータ４３は半導体レーザモジュール内に配置するのではなく、インライン式にする必要がある。
【００９８】
次に、実施の形態３にかかる半導体レーザモジュールの利点について説明する。上述した通り、本実施の形態３において、半導体レーザ装置４１には、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置を使用している。
【００９９】
半導体レーザ装置４１の出射レーザ光の波長と異なる波長の光が、光ファイバ４５中を伝送してきた場合、その光は第２レンズ４４、第１レンズ４２を通過して半導体レーザ装置４１に入射する。半導体レーザ装置４１に入射した光は拡散するため、半導体レーザ装置４１の反射側端面で反射して再び半導体レーザ装置４１から光ファイバ４５へと再び光が出射されることを抑制することができる。
【０１００】
また、実施の形態１においても説明したように、外部から入射した光は半導体レーザ装置導波領域からｎ型クラッド層へと漏洩する。半導体レーザ装置４１はレーザマウント４８上にジャンクションダウン構成で固着されているため、外部から入射した光は鉛直上方向に漏洩することとなる。したがって、外部から入射した光は半導体レーザ装置４１の上部に放出される。下部に放出された場合、レーザマウント４８との境界で反射され、再び半導体レーザ装置４１に光が戻る可能性があるが、上部に放出されることでそのようなことはない。また、上方に光が放出されることで、放出された光が電流モニタ４６に入射して波長のモニタリングに支障を来すこともない。
【０１０１】
なお、本実施の形態３にかかるレーザモジュールに関して、半導体レーザ装置４１に実施の形態２にかかる半導体レーザ装置を使用しても良い。実施の形態２にかかる半導体レーザ装置は、リッジ構造を有するため、レーザマウント４８上に固定する際には、ジャンクションダウン構造とするのではなく、ｎ側電極とレーザマウント４８とが接触する態様とすることが好ましい。
【０１０２】
（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。図１１は、実施の形態４にかかる光ファイバ増幅器の構造を示す模式図である。実施の形態４にかかる光ファイバ増幅器は、励起光源として機能する半導体レーザモジュール５５と、信号光５６を増幅する増幅用光ファイバ５９と、半導体レーザモジュール５５から出射された励起光を増幅用光ファイバ５９に入射させるためのＷＤＭカプラ５８とを有する。また、信号光５６がＷＤＭカプラ５８に入射する手前にはアイソレータ５７が配置され、増幅用光ファイバ５９の後にはアイソレータ６０が配置されている。
【０１０３】
信号光５６は、信号光源から出射されて光ファイバ中を伝送してきた光であって、その波長は１５５０ｎｍとする。また、ＷＤＭカプラ５８は、半導体レーザモジュール５５から出射された励起光を増幅用光ファイバ５９に出力する。また、アイソレータ５７は、ＷＤＭカプラ５８の方から反射してくる光を遮り、雑音等を抑える働きをする。また、アイソレータ６０は、増幅用光ファイバ５９を反射光から遮るためのものである。
【０１０４】
増幅用光ファイバ５９は、本実施の形態４においてはエルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）を用いている。ＥＤＦは、光ファイバに対してエルビウムイオン（Ｅｒ３＋）を添加したもので、９８０ｎｍ程度もしくは１４８０ｎｍ程度の波長の光を吸収してエルビウムイオン中の電子が励起される性質を有する。この電子が１５５０ｎｍの波長を有する信号光５６を増幅する。
【０１０５】
半導体レーザモジュール５５は、実施の形態３にかかる半導体レーザモジュールを使用している。したがって、半導体レーザモジュール５５に対して外部から入射する１５５０ｎｍの波長の光は、半導体レーザモジュール５５中で拡散する。そして、１５５０ｎｍの光は、半導体レーザモジュール５５から再び出射されることがないか、信号光に影響を与えないほどの小さな光強度で出射される。
【０１０６】
次に、本実施の形態４にかかる光ファイバ増幅器による光増幅のメカニズムについて概説する。励起光源である半導体レーザモジュール５５から出射されたレーザ光は、ＷＤＭカプラ５８を通過して増幅用光ファイバ５９に前方から入射する。入射したレーザ光の波長は９８０ｎｍのため、レーザ光は、増幅用光ファイバ５９中にドープされたエルビウムイオンに吸収されて、エルビウムイオン中の電子が励起される。
【０１０７】
また、信号光５６は、アイソレータ５７を通過して増幅用光ファイバ５９に後方から入射する。上述したように、増幅用光ファイバ５９にドープされたエルビウムイオンの電子は励起されており、励起された電子が有するエネルギーによって信号光５６は増幅される。
【０１０８】
ここで、増幅された信号光５６は、その一部がＷＤＭカプラ５８によって分岐され、半導体レーザモジュール５５に入射する。しかし、既に述べたように半導体レーザモジュール５５に搭載された半導体レーザ装置は、１５５０ｎｍの光を導波領域内に閉じ込めることなく、ｎ型クラッド層に漏洩させて基板に放出する構造を有する。したがって、半導体レーザモジュール５５に入射した光は、ほとんどが反射側端面に到達せず、反射側端面に到達して反射した光も、そのほとんどがｎ型クラッド層に漏洩し、再び出射されることがない。一方、出射波長である９８０ｎｍの波長の光は、導波領域内に閉じ込められるため、励起光の出力光源としての機能が損なわれることはない。
【０１０９】
したがって、本実施の形態４にかかる光ファイバ増幅器は、信号光と同一波長のノイズ成分を効果的に抑制することができる。したがって、本来の信号光と、半導体レーザモジュール５５を経由することで本来の信号光と位相差を有するノイズ成分とが合波されることもなく、情報の伝達に支障をきたすこともない。
【０１１０】
なお、本実施の形態４においては、励起光を増幅用光ファイバ５９の前方から励起する、いわゆる前方励起方式を採用しているが、この方式に限定されるものではない。たとえば、増幅する前の信号光と励起光とをあらかじめ合波した上で増幅用光ファイバ５９に入射させる、いわゆる後方励起方式からなる光ファイバ増幅器であっても、本発明を適用することが可能である。後方励起方式の場合であっても、信号光の一部は励起光源を構成する半導体レーザモジュールに入射するため、反射して励起光源から信号光の一部が再び出射することを抑制する必要があるためである。
【０１１１】
また、本実施の形態４ではＥＤＦＡを用いて信号光の増幅をおこなっているが、本発明は、ＥＤＦＡ以外の励起方式を採用する光ファイバ増幅器にも適用することが可能である。たとえば、ラマン増幅器に適用することで、励起光源に含まれる半導体レーザ装置が、信号光を拡散する構造とすることでノイズ成分を抑制することが可能である。なお、ラマン増幅器に適用する場合には、波長シフトを考慮して励起光源に含まれる半導体レーザ装置の出射波長を決定する必要がある。
【０１１２】
さらに、本実施の形態４では実施の形態３にかかる半導体レーザモジュールを励起光源に使用しているが、信号光源に適用することも可能である。一般に、光通信において信号光源は、励起光源と同様に半導体レーザ装置を組み込んだ半導体レーザモジュールを使用する。そのため、外部から入射する光が半導体レーザ装置の反射側端面で反射して再び光ファイバ中に入射することを抑制する必要があるためである。
【０１１３】
【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、出射波長である第１の波長に関して、第１の導電型のクラッド層および第２の導電型のクラッド層の屈折率が、実効屈折率よりも小さいため、第１の波長の光については第１導電型のクラッド層と第２導電型のクラッド層との間に閉じ込めることができるという効果を奏する。一方で、外部から入射される第２の波長を有する光に対しては、第２の波長に対する第１導電型のクラッド層と第２導電型のクラッド層の少なくとも一方の屈折率が実効屈折率以上の値を有するため、外部から入射される光については閉じ込めをおこなわず、高い屈折率を有するクラッド層に光を漏洩させることができるという効果を奏する。
【０１１４】
また、請求項２の発明によれば、不純物密度の高いクラッド層の前記第２の波長に対する屈折率を実効屈折率よりも高くしている。一つの手段として、屈折率の高い材料を厚く積層してクラッド層を形成することでクラッド層の屈折率を実効屈折率よりも高い値とすることが可能だが、その場合に不純物を多くドープしたクラッド層を選択することで、膜厚の増大による熱抵抗および電気抵抗の増大を抑制することができるという効果を奏する。
【０１１５】
また、請求項３の発明によれば、第１導電型のクラッド層の第２の波長に対する屈折率を高めている。半導体レーザ装置をレーザマウント上にジャンクションダウン構成で固定する場合、第１導電型のクラッド層の屈折率を実効屈折率よりも高くして、活性層と第２導電型のクラッド層の膜厚を増大させない構造とすれば、活性層から発生する熱の伝導に悪影響を与えない半導体レーザ装置を提供することができるという効果を奏する。
【０１１６】
また、請求項４の発明によれば、第１第１の波長と第２の波長との差分値が２００ｎｍ以上としたため、容易に第１の波長を有する光を閉じ込め、第２の波長を有する光を漏洩させることができるという効果を奏する。
【０１１７】
また、請求項５の発明によれば、第１の波長が９５０ｎｍ以上、１１００ｎｍ以下とし、第２の波長を１５００ｎｍ以上、１６００ｎｍ以下としため、第２の波長の光を信号光とし、第１の波長の光を励起光とした場合に信号光が外部から入射しても内部で漏洩することができる半導体レーザ装置を提供することができるという効果を奏する。
【０１１８】
また、請求項６の発明によれば、第１の波長は９８０ｎｍであり、第２の波長は１５５０ｎｍとする構成としたため、光通信における励起光源に適用することが可能な半導体レーザ装置を提供することができるという効果を奏する。
【０１１９】
また、請求項７の発明によれば、第１導電型の導波層と第２導電型の導波層とを設ける構成としたため、出射するレーザ光は活性層および導波層内に閉じ込められることとなり、活性層のみを伝播する場合と比較して広い導波領域を有し、光出力密度を低減できることから光学損傷に対する耐久性を有する半導体レーザ装置を提供することができるという効果を奏する。
【０１２０】
また、請求項８の発明によれば、活性層が量子井戸層を備えたこととしたため、量子閉じ込め効果により、キャリアを量子井戸層内に効率的に閉じ込めることができ、発光効率を向上させることができるという効果を奏する。
【０１２１】
また、請求項９の発明によれば、互いに分離された複数の量子井戸層を有する構成としたため、複数の量子井戸層で量子閉じ込め効果によりキャリアの閉じ込めが可能で、温度特性を向上させることができるという効果を奏する。
【０１２２】
また、請求項１０の発明によれば、第２導電型のクラッド層の幅が狭い構造としたため、注入される電流の密度を向上させることができ、高い発光効率を有する半導体レーザ装置を提供することができるという効果を奏する。
【０１２３】
また、請求項１１の発明によれば、第１導電型のキャリアブロック層および第２導電型のキャリアブロック層を設けることとしたため、注入キャリアを活性層近傍に閉じ込めてキャリアオーバーフローを抑制するとともに、導波層の膜厚を増大させることができ、温度特性を維持しつつ、高出力化できるという効果を奏する。
【０１２４】
また、請求項１２の発明によれば、光ファイバ中を伝送してきた第２の波長を有する光が半導体レーザ装置内部で拡散されるため、再度第２の波長を有する光を出射することがない半導体レーザモジュールを提供できるという効果を奏する。
【０１２５】
また、請求項１３の発明によれば、光検出器を備えたこととしたため、出射レーザ光強度を安定化させることができ、アイソレータを備えたこととしたため、半導体レーザ装置から出射されたレーザ光が、再び半導体レーザ装置内部に戻ることを防止することができるという効果を奏する。
【０１２６】
また、請求項１４の発明によれば、第２の波長を有する信号光の一部がカプラを介して励起光源に入射しても、励起光源に備えられた半導体レーザ装置もしくは半導体レーザモジュールの内部において拡散させ、再び光ファイバに戻ることはないため、信号光と同一波長のノイズ成分の発生を抑制することができるという効果を奏する。
【０１２７】
また、請求項１５の発明によれば、増幅用光ファイバはエルビウムが添加されることとしたため、ＥＤＦＡによる光増幅器を提供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、１５５０ｎｍの波長を有する光に対する屈折率分布、光強度分布および実効屈折率を示すグラフである。
【図４】（ａ）、（ｂ）共に、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置に１５５０ｎｍの波長を有する光が外部から入射した場合の、光の漏洩の態様を示す模式図である。
【図５】実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の、９８０ｎｍの波長を有する光に対する屈折率分布、光強度分布および実効屈折率を示すグラフである。
【図６】比較例のＤＣＨレーザにおける９８０ｎｍの波長を有する光に対する屈折率分布、光強度分布および実効屈折率を示すグラフである。
【図７】比較例のＤＣＨレーザにおける１５５０ｎｍの波長を有する光に対する屈折率分布、光強度分布および実効屈折率を示すグラフである。
【図８】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９】図８のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図１０】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１１】実施の形態４にかかる光ファイバ増幅器の構造を示す模式図である。
【図１２】（ａ）、（ｂ）共に、従来技術にかかる光ファイバ増幅器の構造および光の伝送の態様を示す模式図である。
【符号の説明】
１、２１ ｎ型基板
２、２２ ｎ型クラッド層
３、２３ ｎ型導波層
４ ｎ型キャリアブロック層
５、２４ 活性層
６ ｐ型キャリアブロック層
７、２５ ｐ型導波層
８ ｐ型電流ブロッキング層
９、２６ ｐ型クラッド層
１０、２７ ｐ型コンタクト層
１１、２９ ｐ側電極
１２、３０ ｎ側電極
１３、１７ サイド障壁層
１４、１６、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ 量子井戸層
１５、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ 障壁層
１８ 絶縁領域
１９、３３ 低反射膜
２０、３４ 高反射膜
２８ 絶縁層
４１ 半導体レーザ装置
４２ レンズ
４３ アイソレータ
４４ レンズ
４５ 光ファイバ
４６ 電流モニタ
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
５１ フィルタ
５５ 半導体レーザモジュール
５６ 信号光
５７、６０ アイソレータ
５８ カプラ
５９ 増幅用光ファイバ
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１導電型の半導体基板上に順次第１導電型のクラッド層、活性層および第２導電型のクラッド層を積層した構造を有する半導体レーザ装置に関し、特に、外部から入射し、出射レーザ光と異なる波長を有する光に対して光閉じ込めをおこなわない半導体レーザ装置、半導体レーザモジュールおよび光ファイバ増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ファイバ通信によってインターネット等の情報伝達がおこなわれている。光ファイバ通信は、光ファイバ中を光信号が伝送されることで情報の伝達をおこなう。光信号の長距離伝送を可能にするために従来さまざまな工夫がなされているが、長距離伝送に伴う光強度損失を０に抑制することは現時点では不可能であり、一定の割合で光信号は減衰する。したがって、減衰した光信号を増幅するための光ファイバ増幅器が必要となる。
【０００３】
図１２（ａ）は、従来技術にかかる光ファイバ増幅器のうち、後方励起方式の光ファイバ増幅器の構造を示す模式図である。信号光源１０１から出射された信号光は、光ファイバ中を伝送し、増幅用光ファイバ１０４に入射する。一方、励起光源１０２から出射された励起光は、励起光伝送光ファイバ１０５を伝送し、カプラ１０３を通過して増幅用光ファイバ１０４に入射する。ＥＤＦＡ（ＥｒｂｉｕｍＤｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を用いた光ファイバ増幅器において、増幅用光ファイバ１０４にはエルビウムイオンが添加されており、励起光が増幅用光ファイバ１０４に入射することで、エルビウムイオンは高エネルギー状態に励起される。
【０００４】
そして、励起された状態の増幅用光ファイバ１０４中に信号光が入射する際に、信号光と同一波長かつ同一位相の光が誘導放出される。したがって、信号光は増幅用光ファイバ１０４に入射する前に比べてその強度が増幅され、増幅信号光として光ファイバ中を伝送する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の光ファイバ増幅器には、励起光源１０２が存在するために信号光に一定のノイズが発生するという問題を有する。上述したように、カプラ１０３は、信号光を伝送する光ファイバと励起光伝送光ファイバ１０５とを光結合させている。したがって、図１２（ｂ）に示すように、励起光が光ファイバに伝送されるだけでなく、図１２（ｂ）において点線矢印で示す信号光の一部が、カプラ１０３で分岐して励起光伝送光ファイバ１０５中を伝送し、励起光源１０２に入射する。
【０００６】
一方、励起光源１０２を構成する半導体レーザ装置は、レーザ発振をおこなうための共振器構造を備える。具体的には、励起光源１０２を構成する半導体レーザ装置にはレーザ光出射側端面と対向した端面上に高反射膜が配置されている。そのため、カプラ１０３で分岐され、半導体レーザ装置に入射した一部の信号光は、高反射膜で反射されて励起光源から出射し、励起光伝送光ファイバ１０５を伝送してカプラ１０３で増幅された信号光と再び合波する。増幅用光ファイバ１０４で増幅された増幅信号光と、励起光源に入射した一部の信号光との間には、励起光伝送光ファイバ１０５および励起光源１０２の共振器長の分だけ光路差が存在する。したがって、カプラ１０３から出力される信号光は、増幅信号光と所定の位相差を有する一部の信号光からなるノイズを含むこととなる。このようなノイズの存在により、信号光を受信する側において信号の読みとりエラーが生じて情報を正確に伝送することが困難となる。
【０００７】
従来の光ファイバ増幅器では、励起光源１０２を有する限り、このようなノイズの発生は回避することのできない問題である。そして、上述のノイズは、信号光と同一の波長を有することから、信号光と異なる波長の光を排除することでノイズ除去をおこなう従来のフィルタリング装置では除去することができない。
【０００８】
本発明は上記従来技術に鑑みてなされたもので、光ファイバ通信において、励起光源側にいったん分岐する信号光に起因するノイズの発生を抑制す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を提供することを目的とする。
【０００９】
【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、第１導電型の半導体基板上に順次第１導電型のクラッド層、活性層および第２導電型のクラッド層を積層し、出射側端面を備え、前記出射側端面から第１の波長のレーザ光を出射する半導体レーザ装置であって、前記第１導電型のクラッド層および前記第２導電型のクラッド層の第１の波長に対する屈折率は、前記第１の波長に対する実効屈折率よりも低い値を有し、外部から出射側端面を通過して入射する第２の波長の光に対して、前記第１導電型のクラッド層または前記第２導電型のクラッド層の少なくとも一方の屈折率が、前記第２の波長に対する実効屈折率と等しい若しくは該実効屈折率よりも高い値を有することを特徴とする。
【００１０】
この請求項１の発明によれば、出射波長である第１の波長に関して、第１の導電型のクラッド層および第２の導電型のクラッド層の屈折率が、実効屈折率よりも小さいため、第１の波長の光については第１導電型のクラッド層と第２導電型のクラッド層との間に閉じ込めることができる。一方で、外部から入射される第２の波長を有する光に対しては、第２の波長に対する第１導電型のクラッド層と第２導電型のクラッド層の少なくとも一方の屈折率が実効屈折率以上の値を有するため、外部から入射される光については閉じ込めをおこなわず、高い屈折率を有するクラッド層に光を漏洩させることができる。
【００１１】
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１導電型のクラッド層と前記第２導電型クラッド層のうち不純物密度の高いクラッド層が、前記第２の波長に対して、実効屈折率と等しい若しくは該実効屈折率よりも高い屈折率を有することを特徴とする。
【００１２】
この請求項２の発明によれば、不純物密度の高いクラッド層の前記第２の波長に対する屈折率を実効屈折率よりも高くしている。一つの手段として、屈折率の高い材料を厚く積層してクラッド層を形成することでクラッド層の屈折率を実効屈折率よりも高い値とすることが可能だが、その場合に不純物を多くドープしたクラッド層を選択することで、膜厚の増大による熱抵抗および電気抵抗の増大を抑制することができる。
【００１３】
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、前記第１導電型のクラッド層が、前記第２の波長に対して実効屈折率と等しい若しくは該実効屈折率よりも高い屈折率を有することを特徴とする。
【００１４】
この請求項３の発明によれば、第１導電型のクラッド層の第２の波長に対する屈折率を高めている。半導体レーザ装置をレーザマウント上にジャンクションダウン構成で固定する場合、第１導電型のクラッド層の屈折率を実効屈折率よりも高くして、活性層と第２導電型のクラッド層の膜厚を増大させない構造とすれば、活性層から発生する熱の伝導に悪影響を与えない半導体レーザ装置を提供することができる。
【００１５】
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、前記第１の波長と前記第２の波長との差分値が、２００ｎｍ以上であることを特徴とする。
【００１６】
この請求項４の発明によれば、第１の波長と第２の波長との差分値が２００ｎｍ以上としたため、容易に第１の波長を有する光を閉じ込め、第２の波長を有する光を漏洩させることができる。
【００１７】
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、前記第１の波長は９５０ｎｍ以上、１１００ｎｍ以下であり、前記第２の波長は１５００ｎｍ以上、１６００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１８】
この請求項５の発明によれば、第１の波長が９５０ｎｍ以上、１１００ｎｍ以下とし、第２の波長を１５００ｎｍ以上、１６００ｎｍ以下としため、第２の波長の光を信号光とし、第１の波長の光を励起光とした場合に信号光が外部から入射しても内部で漏洩することができる半導体レーザ装置を提供することができる。
【００１９】
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、前記第１の波長は９８０ｎｍであり、前記第２の波長は１５５０ｎｍであることを特徴とする。
【００２０】
この請求項６の発明によれば、第１の波長は９８０ｎｍであり、第２の波長は１５５０ｎｍとしたため、光通信における励起光源に適用することが可能な半導体レーザ装置を提供することができる。
【００２１】
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、前記第１導電型のクラッド層と前記活性層との間に配置された第１導電型の導波層と、前記活性層と前記第２導電型のクラッド層との間に配置された第２導電型の導波層とをさらに有することを特徴とする。
【００２２】
この請求項７の発明によれば、第１導電型の導波層と第２導電型の導波層とを設けることとしたため、出射するレーザ光は活性層および導波層内に閉じ込められることとなり、活性層のみを伝播する場合と比較して広い導波領域を有し、光出力密度を低減できることから光学損傷に対する耐久性を有する半導体レーザ装置を提供することができる。
【００２３】
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、前記活性層は、量子井戸層を有することを特徴とする。
【００２４】
この請求項８の発明によれば、活性層が量子井戸層を備えたこととしたため、量子閉じ込め効果により、キャリアを量子井戸層内に効率的に閉じ込めることができ、発光効率を向上させることができる。
【００２５】
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、前記活性層は、複数の量子井戸層と、該複数の量子井戸層間に配置された障壁層とを備えることを特徴とする。
【００２６】
この請求項９の発明によれば、互いに分離された複数の量子井戸層を有することとしたため、複数の量子井戸層で量子閉じ込め効果によりキャリアの閉じ込めが可能で、温度特性を向上させることができる。
【００２７】
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、前記第２導電型のクラッド層は、レーザ光出射方向の直角方向の幅が前記第１導電型の基板の幅よりも狭いことを特徴とする。
【００２８】
この請求項１０の発明によれば、第２導電型のクラッド層の幅が狭い構造としたため、注入される電流の密度を向上させることができ、高い発光効率を有する半導体レーザ装置を提供することができる。
【００２９】
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、前記第１導電型の導波層と前記活性層との間に配置された第１導電型のキャリアブロック層と、前記活性層と前記第２導電型の導波層との間に配置された第２導電型のキャリアブロック層とをさらに備えることを特徴とする。
【００３０】
この請求項１１の発明によれば、第１導電型のキャリアブロック層および第２導電型のキャリアブロック層を設けることとしたため、注入キャリアを活性層近傍に閉じ込めてキャリアオーバーフローを抑制するとともに、導波層の膜厚を増大させることができる。これにより、温度特性を維持しつつ、高出力化が可能となる。
【００３１】
また、請求項１２にかかる半導体レーザモジュールは、請求項１〜１１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を備えたことを特徴とする。
【００３２】
この請求項１２の発明によれば、光ファイバ中を伝送してきた第２の波長を有する光が半導体レーザ装置内部で漏洩されるため、再度第２の波長を有する光を出射することがない半導体レーザモジュールを提供することができる。
【００３３】
また、請求項１３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、前記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。
【００３４】
この請求項１３の発明によれば、光検出器を備えたこととしたため、出射レーザ光強度を安定化させることができ、アイソレータを備えたこととしたため、半導体レーザ装置から出射されたレーザ光が、再び半導体レーザ装置内部に戻ることを防止することができる。
【００３５】
また、請求項１４にかかる光ファイバ増幅器は、請求項１〜１１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１２または１３に記載の半導体レーザモジュールを備えた励起光源と、前記第２の波長を有する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、前記第１の波長を有し、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。
【００３６】
この請求項１４の発明によれば、第２の波長を有する信号光の一部がカプラを介して励起光源に入射しても、励起光源に備えられた半導体レーザ装置もしくは半導体レーザモジュールの内部において漏洩させ、再び光ファイバに戻ることはないため、信号光と同一波長のノイズ成分の発生を抑制することができる。
【００３７】
また、請求項１５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、前記増幅用光ファイバは、エルビウムが添加されていることを特徴とする。
【００３８】
この請求項１５の発明によれば、増幅用光ファイバはエルビウムが添加されることとしたため、ＥＤＦＡによる光増幅器を提供することができる。
【００３９】
【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の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各部分の厚みと幅の関係、各部分の大きさの比率などは、現実のものとは異なることに留意する必要がある。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。
【００４０】
（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。図１は、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り、図２は、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の構造を示す側面断面図である。
【００４１】
本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、いわゆる完全分離閉じ込め構造（Ｄｅｃｏｕｐｌｅｄ Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：以下、「ＤＣＨ」と言う）レーザである。すなわち、通常のダブルヘテロレーザのように、クラッド層によって光の閉じ込めとキャリアのオーバーフローを防止する構造とするのではなく、光の閉じ込めをおこなうクラッド層の他に、キャリアのオーバーフローを防止するキャリアブロック層を備えた構造を有する。
【００４２】
まず、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の具体的な構造について、図１および図２を参照して説明する。本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、ｎ型基板１上に、ｎ型クラッド層２、ｎ型導波層３、ｎ型キャリアブロック層４、活性層５、ｐ型キャリアブロック層６、ｐ型導波層７が順次積層されている。また、ｐ型導波層７内部には、長手方向が光出射方向と平行になるようなストライプ状の一部領域を除いた部分に、ｎ型電流ブロッキング層８が配置されている。そして、ｐ型導波層７上には、順次ｐ型クラッド層９、ｐ型コンタクト層１０、ｐ側電極１１が積層されている。また、ｎ型基板１の下面には、ｎ側電極１２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１９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２０が配置されている。
【００４３】
ｎ型クラッド層２およびｐ型クラッド層９は、活性層５におけるキャリア再結合によって生じたレーザ光の閉じ込めをおこなうためのものである。また、本実施の形態１においては、出射するレーザ光以外の所定の波長を有する光に対して光閉じ込めをおこなわない機能も有する。このことについては後に詳説する。
【００４４】
ｎ型クラッド層２およびｐ型クラッド層９は、活性層５、ｎ型導波層３およびｐ型導波層７よりも低い屈折率を有する材料によって構成されている。実施の形態１においては、ｎ型クラッド層２はＡｌ０．０４５Ｇａ０．９５５Ａｓから構成され、膜厚は５．８２０μｍであり、ｐ型クラッド層９はＡｌ０．３２Ｇａ０．６８Ａｓから構成されている。
【００４５】
ｎ型導波層３およびｐ型導波層７は、レーザ光を導波するためのものである。上述したように、ＤＣＨ構造では、クラッド層によってキャリアのオーバーフローを抑制する必要がないため、ｎ型導波層３およびｐ型導波層７の膜厚を大きく取ることができる。これによって、ＣＯＤ（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄａｍａｇｅ）を抑制し、高光出力を実現している。実施の形態１においては、ｎ型導波層３およびｐ型導波層７はＧａＡｓから構成され、膜厚は０．４７０μｍである。
【００４６】
ｎ型キャリアブロック層４およびｐ型キャリアブロック層６は、注入されたキャリアを活性層５内部に閉じ込め、キャリアのオーバーフローを抑制するためのものである。具体的には、ｎ型キャリアブロック層４およびｐ型キャリアブロック層６は、活性層５よりもバンドギャップが大きい材料を使用し、光学的には十分に薄い膜厚を有する。そして、ｎ型キャリアブロック層４は、ｎ型キャリアブロック層４における小数キャリアであるホール（正孔）が下層に流出することを防止し、ｐ型キャリアブロック層６は電子が上層に流出することを防止している。なお、本実施の形態１においては、ｎ型キャリアブロック層４およびｐ型キャリアブロック層６はＡｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓから構成され、膜厚はそれぞれ０．０３５μｍである。
【００４７】
活性層５は、注入されたキャリアの再結合によってレーザ光を発生させるためのものである。具体的には、活性層５は、図１の拡大図において示すように、２個の量子井戸層１４、１６が、サイド障壁層１３、１７および障壁層１５によって挟み込まれた構造からなる。量子井戸層１４、１６を有することで、キャリアに対して量子閉じ込め効果が生じ、高い効率でキャリアを閉じ込めることができる。量子井戸層１４、１６は、量子閉じ込め効果を発揮するためにきわめて薄い膜厚からなる必要があり、本実施の形態１におけるそれぞれの膜厚は、０．０１μｍである。また、量子井戸層１４、１６の組成はＩｎ０．１４Ｇａ０．８６Ａｓからなる。さらに、サイド障壁層１３、１７および障壁層１５はそれぞれＧａＡｓから構成され、サイド障壁層１３、１７の膜厚は０．０５５μｍ、障壁層１５の膜厚は０．００６μｍである。活性層５はこのような態様で構成されており、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、９８０ｎｍの波長を有するレーザ光を出射する。なお、レーザ光は主としてｎ型導波層３、ｐ型導波層７、ｎ型キャリアブロック層４、ｐ型キャリアブロック層６および活性層５中を導波するため、これらを総称して以下では導波領域１８と言う。
【００４８】
ｐ型コンタクト層１０は、ｐ側電極１１とのオーミック接触を容易にするためのものである。具体的には、ｐ型コンタクト層１０は、酸化劣化の少ないＧａＡｓに、亜鉛（Ｚｎ）等のｐ型不純物を高濃度にドープして形成している。コンタクト層の膜厚は１．７５μｍである。
【００４９】
ｎ型電流ブロッキング層８は、注入された電流を活性層５の所望の領域にのみ電流が流れるようにするためのものである。さらに、ｎ型電流ブロッキング層８を導波層よりも低屈折率な材料で構成することにより、実効屈折率型の導波路を形成できる。これにより、高効率な単一モード半導体レーザを構成できる。
【００５０】
図２に示す低反射膜１９と高反射膜２０は、共振器を構成するためのものである。レーザ光を効率良く取り出すために、高反射膜２０は反射率８０パーセント以上、より好ましくは９８パーセント以上を有する。一方、低反射膜１９は、出射側端面における瞬時光学損傷を抑制するために、光反射率は５パーセント以下、好ましくは１パーセント程度の膜構造からなる。ただし、低反射膜１９の光反射率は、共振器長に応じて最適化される。なお、高反射膜２０とともに共振器を構成するものは、本実施の形態１では、半導体レーザ装置と光結合する光ファイバ中に設けられたファイバグレーティングとする。他に、半導体レーザ装置のｎ型導波層３もしくはｐ型導波層７の一部に周期的な溝構造を設けた分布帰還型レーザ構造や、分布ブラッグ反射型レーザ構造としてもよい。
【００５１】
本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、出射波長と異なる波長を有し、外部から入射する光を半導体レーザ装置内部で漏洩する機能を有する。この機能について、以下で説明する。なお、外部から入射する光の一例として、波長１５５０ｎｍの光が外部から実施の形態１にかかる半導体レーザ装置に入射する場合を考える。
【００５２】
図３は、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置内部における光強度分布、屈折率分布、および半導体レーザ装置の実効屈折率について示すグラフである。図３において、実線は各層の屈折率を示し、一点鎖線は光強度分布を示す。また、点線は、実効屈折率を示している。なお、図３において、各層と屈折率分布等との関係が明確になるように、グラフの下に本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の断面図を添付する。図３のグラフは、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積層方向を横軸とし、横軸の原点をｎ型クラッド層２とｎ型導波層３との境界に設定している。また、グラフの縦軸に関して、光強度は対数表示としている。
【００５３】
外部から入射する光の波長は１５５０ｎｍとしていることから、図３で示される各層の屈折率は、１５５０ｎｍの波長の光に対する屈折率を示している。具体的には、１５５０ｎｍの波長の光に対してｎ型クラッド層２の屈折率は３．４１３であり、ｎ型導波層３およびｐ型導波層７の屈折率は３．４３６である。さらに、ｐ型クラッド層９の屈折率は３．２７４である。なお、ｎ型キャリアブロック層４およびｐ型キャリアブロック層６の屈折率は３．２３３であり、サイド障壁層１３、１７は３．４３６であり、量子井戸層１４、１６は３．４８１である。これらの値に基づいて、図３における屈折率分布が示される。
【００５４】
図３に示す光強度分布および実効屈折率は、半導体レーザ装置を構成する各層の膜厚および屈折率などの具体的構造から導出することができる。以下に、その導出について説明する。
【００５５】
光強度分布および実効屈折率は、所定の波動方程式の解および固有値から求められる。ここで、光強度分布および実効屈折率を導出する波動方程式は、
［∇ｔ ２＋［ｋ０ ２ｎ２（ｘ，ｙ）−β２］］Ｅ（ｘ，ｙ）＝０・・・（１）
である。ここで、レーザ光出射方向をｚ軸とし、各層を積層する方向（すなわち、図３における横軸の方向）をｘ軸としている。ここで、∇ｔは（∂／∂ｘ，∂／∂ｙ，０）であり、Ｅ（ｘ，ｙ）は、座標（ｘ，ｙ）における電界ベクトルを示す。また、ｎ（ｘ，ｙ）は、座標（ｘ，ｙ）における屈折率を示し、ｋ０は波数を示す。さらに、βは（１）式における電界ベクトルＥ（ｘ、ｙ）の固有値である。なお、半導体レーザ装置の構造はｚ方向には一様であるため、電界ベクトルＥ（ｘ，ｙ）および屈折率ｎ（ｘ，ｙ）はｚ座標には依存しない。
【００５６】
そして、（１）式を、有限遠方で電界ベクトルＥ（ｘ，ｙ）が０に漸近するという境界条件の下で解くことで電界ベクトルＥ（ｘ，ｙ）が求められ、電界ベクトルＥ（ｘ，ｙ）の強度分布から図３で示す光強度分布が得られる。また、実効屈折率Ｎは、（１）式から得られる固有値βを用いて、
Ｎ＝β／ｋ０・・・・・・・・（２）
と表される。したがって、（２）式を用いて（１）式の固有値βから実効屈折率Ｎを導出することができる。本実施の形態１において、上述した各層の屈折率および膜厚の具体的数値を考慮して（１）式および（２）式を解いた結果、１５５０ｎｍの波長の光に対する実効屈折率は３．４１３となる。
【００５７】
図３のグラフで示すように、波長が１５５０ｎｍの光に対して、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置では、ｘ＝０において光強度が最大値をとる。そして、ｘ＜０の領域、すなわちｎ型クラッド層２においても光強度は特に減少せず、ｘ＝０における値を維持している。したがって、１５５０ｎｍの波長を有する光が外部から入射した場合、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置内部では、導波領域１８よりもむしろｎ型クラッド層２において光強度は大きく、外部から入射した光は、導波領域１８内に閉じ込められていないことが明らかである。すなわち、外部から入射した光は、内部から発振するレーザ光のように導波領域１８内に閉じ込められず、導波領域１８外部のｎ型クラッド層２の方へ漏洩する。
【００５８】
本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、１５５０ｎｍの波長を有する光に関して、ｎ型クラッド層２の屈折率が実効屈折率と同じ値を有する構造となっている。このように、所定の波長を有する光に関して、クラッド層の屈折率が実効屈折率と比較して同等もしくは高い値を有する場合には、半導体レーザ装置は、図３の光強度分布で示すように、所定の波長を有する光を導波領域１８内に閉じ込めることはない。
【００５９】
次に、外部から入射する１５５０ｎｍの波長の光に対する実効屈折率がｎ型クラッド層２の屈折率よりも大きくなく、光強度が図３で示す分布となることによる利点について説明する。図４（ａ）および図４（ｂ）は、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置に対して、外部から１５５０ｎｍの波長の光が低反射膜１９を透過して入射した場合の半導体レーザ装置内部における光伝送の様子を示す模式図である。
【００６０】
外部から低反射膜１９を介して半導体レーザ装置に入射した光は通常は高反射膜２０に向かって進行する。しかし、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、上述したように、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、１５５０ｎｍの光を導波領域１８内部に閉じ込めない構造を有する。したがって、外部から入射した光は、進行するにしたがって、ｎ型クラッド層２の方へ漏れだし、図４（ａ）で示すように入射した光の大部分は、高反射膜２０に到達する前にｎ型クラッド層２を通過して基板に放出される。また、高反射膜２０にまで到達して反射した光についても、同様の議論が成立する。反射した光は、導波領域１８内に閉じ込められることなく、低反射膜１９にむかって進行する途中でｎ型クラッド層２へ漏洩し、ｎ型クラッド層２を通過し基板に放出される。そのため、図４（ｂ）で示すように低反射膜１９から出射される光は、入射した光と比較して僅かな強度しか有さないか、全く存在しない。
【００６１】
したがって、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置では、出射レーザ波長と異なる波長である１５５０ｎｍの波長の光が入射した場合に、高反射膜２０で反射して、再び低反射膜１９から出射されることを抑制することができるという利点を有する。
【００６２】
一方、外部から入射した光の再度の出射を抑制できても、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置がレーザ光出射光源として機能できないのでは半導体レーザ装置として問題がある。すなわち、半導体レーザ装置の出射レーザ光の波長である９８０ｎｍの光について、導波領域１８内部に光閉じ込めがおこなわれる構造となっている必要がある。以下、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置が９８０ｎｍの光について、導波領域１８内部に光閉じ込めをおこなうことを説明する。
【００６３】
図５は、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置について、出射するレーザ光の波長である９８０ｎｍの光に関する光強度分布、屈折率分布および実効屈折率について示すグラフである。一般に、屈折率は波長に依存して変化するため、図５で示される屈折率分布は、図３で示した屈折率分布とは異なったものとなる。
【００６４】
９８０ｎｍの波長を有する光に対する各層の屈折率は、具体的には、それぞれｎ型クラッド層２が３．５１１で、ｎ型導波層３およびｐ型導波層７が３．５３７で、ｎ型キャリアブロック層４およびｐ型キャリアブロック層６が３．３０６である。また、ｐ型クラッド層９の屈折率は３．３５２である。また、活性層５を構成するサイド障壁層１３、１７および障壁層１５の屈折率は３．５３７であり、量子井戸層１４、１６は３．５９１である。
【００６５】
光強度分布は、図３の場合と同様に、電界ベクトルＥ（ｘ，ｙ）について波動方程式（１）を解くことで求められる。また、実効屈折率についても、（１）式および（２）式を解くことで求められ、９８０ｎｍの波長の光に対する実効屈折率は３．５１５であることが示される。
【００６６】
既に述べたように、導波領域１８内のみで出射レーザ光を伝播させるために、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置では、ｎ型クラッド層２およびｐ型クラッド層９の屈折率は低い値を有する。しかし、活性層５、ｎ型導波層３およびｐ型導波層７の屈折率よりも低い値であればどのような値であっても光の閉じ込めがおこるものではない。一般に、半導体レーザ装置の実効屈折率よりもｎ型クラッド層２およびｐ型クラッド層９の屈折率が低い値となった場合、半導体レーザ装置は、光閉じ込めをおこなえることが可能である。
【００６７】
上述したように、９８０ｎｍの波長を有する光に関して、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の実効屈折率の値が３．５１５であるのに対して、ｎ型クラッド層２の屈折率は３．５１１であり、ｐ型クラッド層９の屈折率は３．３５２である。したがって、波長９８０ｎｍの光に対するｎ型クラッド層２およびｐ型クラッド層９の屈折率は実効屈折率よりも低い値となり、波長が９８０ｎｍの出射レーザ光は導波領域１８内に有効に閉じ込められ、誘導放出現象によりレーザ発振する。実際に図５における光強度分布を観察すると、ｘ＝０付近で最大となり、ｘ座標の絶対値が大きくなるにつれて光強度は急激に減少しており、光が導波領域１８内に閉じ込められていることが示されている。
【００６８】
本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置との比較のために、従来のＤＣＨレーザの光強度分布、屈折率分布および実効屈折率について、図６および図７に示す。ここで、図６は、従来のＤＣＨレーザの出射波長である９８０ｎｍの光に対する屈折率分布および光強度分布を示すグラフであり、図７は、１５５０ｎｍの光に対する屈折率分布および光強度分布を示すグラフである。なお、図６および図７に示すグラフは、図３および図５の場合と同様に、（１）式および（２）式から光強度分布および実効屈折率を得ている。
【００６９】
従来のＤＣＨレーザは、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置と基本的に同様の構造を有するが、ｎ型クラッド層がＡｌ０．０９Ｇａ０．９１Ａｓで構成され、膜厚が２．５μｍである点と、ｐ型クラッド層の膜厚が０．８４５μｍである点で相違している。
【００７０】
また、光学的特性は、各波長に対するｎ型クラッド層の屈折率および実効屈折率が本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置と異なったものとなる。具体的には、９８０ｎｍの波長に対して、ｎ型クラッド層の屈折率は３．４８４であり、実効屈折率は、（１）式および（２）式より３．５０９となる。一方、１５５０ｎｍの波長に対しては、ｎ型クラッド層の屈折率は３．３９１であり、実効屈折率は３．４０１である。
【００７１】
したがって、従来のＤＣＨレーザは、出射波長である９８０ｎｍの波長に対して、ｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層の双方の屈折率が実効屈折率よりも小さな値をとる。そして、１５５０ｎｍの波長に対しても、ｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層双方の屈折率が実効屈折率よりも小さい値となる。
【００７２】
双方の波長に関してｎ型クラッド層の屈折率が実効屈折率よりも小さい値となるため、従来のＤＣＨレーザでは、９８０ｎｍのみならず、１５５０ｎｍの波長の光に対しても光閉じ込め効果が生じると考えられる。
【００７３】
実際に、図６および図７の光強度分布を観察すると、従来のＤＣＨレーザでは、９８０ｎｍの光に対してはもちろん、１５５０ｎｍの光に対しても光の閉じ込めが起こっている。したがって、外部から１５５０ｎｍの光が入射した場合も、光は導波領域内に閉じ込められ、低反射膜１９から高反射膜２０まで光が減衰することなく伝わり、高反射膜２０で反射して再び低反射膜１９から出射する。このため、従来のＤＣＨレーザを、たとえば、光ファイバ増幅器の励起光源に使用した場合に、１５５０ｎｍの波長を有する信号光の一部が従来のＤＣＨレーザに入射して、ＤＣＨレーザ内の反射側端面で反射して再び出射されてしまう。本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、上述したように１５５０ｎｍの波長を有する光が漏洩するため、このようなことはない。
【００７４】
次に、半導体レーザ装置の出射波長である９８０ｎｍの光の閉じ込めについて比較する。図５に示した本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の９８０ｎｍの光に関する光強度分布と、図６に示した従来のＤＣＨレーザの９８０ｎｍの光に関する光強度分布とを対比すると、従来のＤＣＨレーザの方が光閉じ込めの効果が若干大きい。しかし、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置でも実用上は全く問題がない程度にレーザ光が導波領域内に閉じ込められている。
【００７５】
したがって、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、出射波長である９８０ｎｍの光については従来のＤＣＨレーザと比較しても実用上問題ない程度に導波領域内に閉じ込めることができ、従来のＤＣＨレーザと同等の効率でレーザ発振をおこなうことができる。
【００７６】
一方、１５５０ｎｍの波長の光に対しては、図３でも示したように、光は導波領域内に閉じ込められることはなく、ｎ型クラッド層２に漏洩し、外部に放出される。したがって、従来のＤＣＨレーザとは異なり、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、外部から入射した光を効果的に漏洩することが可能で、１５５０ｎｍの光を出射側端面から出射することがないか、出射したとしてもごく微弱な光しか出射しない。
【００７７】
このことから、たとえば、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置をＥＤＦＡ等の光ファイバ増幅器の励起光源に使用した場合に、信号光と同一波長のノイズ成分が発生することを抑制することができる。また、外部から入射する光の存在の有無に関わらず、所定の波長のレーザ光を安定して出射することができる。
【００７８】
また、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、上述したように、従来のＤＣＨレーザと比較してｎ型クラッド層２の膜厚を増大させている。一般に、膜厚が増大することで半導体レーザ装置内部の電気抵抗および熱抵抗が上昇することが知られているが、本実施の形態１においては特に問題とはならない。一般に、半導体材料において、ｎ型の不純物は比較的多くドープすることが可能であり、不純物を多くドープすることで電気伝導度および熱伝導度を向上させることが可能なためである。したがって、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、従来のＤＣＨレーザと比較して電気抵抗および熱抵抗の観点で特に劣るといったことはない。また、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、従来のＤＣＨレーザと比較してｎ型クラッド層２のアルミ組成を少なくしたため、電気抵抗および熱抵抗を抑制することができる。
【００７９】
また、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、ｐ型クラッド層９については従来のＤＣＨレーザと同じ半導体層で構成され、膜厚を薄くしている。このような構造とすることで１５５０ｎｍの波長の光に対する実効屈折率を低減しているが、副次的な効果も有する。半導体レーザ装置は通常、熱伝導性の良好なマウント上に固定され、発生する熱をマウントに逃がすことで活性層５の温度上昇を抑制している。ここで、半導体レーザ装置は、いわゆるジャンクションダウン構成によってマウント上で固定され、ｐ側電極１１がマウントと接触している。本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置ではｐ型クラッド層９の厚みが少なくてすむため、活性層５で発生した熱を効率良く排出することができる。
【００８０】
なお、本実施の形態１において、外部から入射する光の波長を１５５０ｎｍとして説明をおこなったが、光の波長は１５５０ｎｍに限定されるものではない。また、半導体レーザ装置の出射波長についても、９８０ｎｍに限定して解釈する必要はない。外部から入射する光が半導体レーザ装置内部で漏洩するか否かは、クラッド層の屈折率と実効屈折率との相関関係によってのみ決定され、半導体レーザ装置の出射波長には関係がないためである。すなわち、所定波長の入射光に対して、半導体レーザ装置の実効屈折率がクラッド層の屈折率と同じもしくはクラッド層の屈折率よりも低い値となるよう半導体レーザ装置の構造を設計すればよい。なお、外部から入射する光の波長と半導体レーザ装置の出射波長とが近似する場合には外部から入射する光を漏洩させることが容易ではないため、入射する光の波長と出射波長との差分値は２００ｎｍ以上であることが好ましい。たとえば、半導体レーザ装置の出射波長を９５０ｎｍ〜１１００ｎｍとし、外部から入射する光の波長を１５００ｎｍ〜１６００ｎｍとした場合には、出射レーザ光について十分な光閉じ込めを担保しつつ、外部から入射する光を漏洩させることが容易に可能となる。
【００８１】
また、本実施の形態１では外部から入射する光に対して、ｎ型クラッド層２の屈折率が実効屈折率と同じ値となるように半導体レーザ装置の構造を決定しているが、ｎ型クラッド層２の屈折率と実効屈折率とが等しい値となる構造に限定されるのではない。入射光の波長に対するｎ型クラッド層２の屈折率が実効屈折率よりも高い値をとる場合でも、入射光を漏洩させることが可能である。また、各層の組成および膜厚についても、上記した値に限定されることはない。半導体レーザ装置の用途、製造コスト等に応じて半導体レーザ装置の構造を変化させることが可能である。さらに、ｎ型クラッド層２の屈折率が実効屈折率よりも高い構造とするのではなく、入射光に対してｐ型クラッド層９の屈折率が実効屈折率と同等もしくは実効屈折率よりも高い値になるように半導体レーザ装置を設計しても良い。
【００８２】
さらに、ｎ型クラッド層２およびｐ型クラッド層９の双方の屈折率が実効屈折率よりも高い値となるように半導体レーザ装置を構成しても良い。この場合、外部から入射した光はｎ型クラッド層２のみならずｐ型クラッド層９にも漏洩されるため、より効果的に外部から入射する光を減衰させることができる。
【００８３】
さらに、本実施の形態１ではｎ型クラッド層２を構成する半導体混晶の混晶比および膜厚を変化させることで外部から入射する光に対する実効屈折率を低下させるとともにｎ型クラッド層２の屈折率を大きくしているが、本発明はこの構造に限定されない。たとえば、ｎ型導波層３もしくはｐ型導波層７の材質を変化させて実効屈折率を低下させても良い。すなわち、従来のレーザ装置と比較してクラッド層の屈折率を上昇させても良いし、半導体レーザ装置の実効屈折率を抑制しても本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置を実現することができる。また、実効屈折率を低下させるために、活性層５やｎ型導波層３等、クラッド層以外の組成や膜厚を調整しても良い。
【００８４】
さらに、複数の異なる波長の光や、一定の波長帯の光が外部から入射した場合に半導体レーザ装置内部で漏洩する構造としても良い。このような半導体レーザ装置は、それぞれの波長におけるクラッド層の屈折率が、実効屈折率よりも低い値となるように構成することで実現可能である。
【００８５】
また、各層を構成する半導体材料についても、上記したものに限定されない。さらに、基板の導電型もｎ型のみならずｐ型を使用しても良く、ｐ型基板上にｐ型クラッド層、ｐ型導波層等を順次積層した構造としても良い。
【００８６】
（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８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概略断面図であり、図９は、図８のＢ−Ｂ線における断面図である。本実施の形態２にかかる半導体レーザ装置は、いわゆるリッジ構造を有するものであり、以下に実施の形態２にかかる半導体レーザ装置の構造について説明する。なお、本実施の形態２にかかる半導体レーザ装置について、実施の形態１と類似する半導体層については同様の名称とし、特に断らない限り同様の機能を有するものとする。
【００８７】
実施の形態２にかかる半導体レーザ装置は、図８に示すように、ｎ型基板２１上に順次ｎ型クラッド層２２、ｎ型導波層２３、活性層２４、ｐ型導波層２５およびｐ型クラッド層２６が積層されている。ｐ型クラッド層２６は、その上部領域においてメサストライプ状に加工され、ｐ型クラッド層２６の上部領域のレーザ光出射方向に対して垂直方向の幅は、ｎ型基板２１の幅よりも狭くなっている。ｐ型クラッド層２６の上端部上にはｐ型コンタクト層２７が積層されており、ｐ型クラッド層２６およびｐ型コンタクト層２７上面の大部分は絶縁層２８によって覆われている。ここで、ｐ型クラッド層２６の上面において絶縁層２８に覆われない部分は、レーザ光出射方向に長手方向を有するストライプ状の領域となっている。さらに、絶縁層２８および露出しているｐ型コンタクト層２７上にはｐ側電極２９が配置されている。また、ｎ型基板２１の下面にはｎ側電極３０が配置されている。
【００８８】
また、活性層２４は、いわゆる多重量子井戸構造を有し、下層から順に障壁層３１ａ、量子井戸層３２ａ、障壁層３１ｂ、量子井戸層３２ｂ、障壁層３１ｃ、量子井戸層３２ｃ、障壁層３１ｄが積層された構造を有する。
【００８９】
絶縁層２８は、ｐ側電極２９から注入される電流を、半導体レーザ装置内部の一部領域にのみ流すためのものである。絶縁層２８の存在により、ｐ側電極２９から注入された電流は、ｐ型コンタクト層２７上面のうち、絶縁層２８が存在しない一部ストライプ状領域からのみ半導体レーザ装置内部に流入する。このように電流が流れる領域を狭めることで、高密度の電流を注入することが可能となり、発光効率を向上させている。したがって、絶縁層２８は電流ブロック層の機能を有し、電流ブロック層として機能するならば絶縁性の材料で構成しなくとも良い。たとえば、ｎ型の半導体層で構成した場合にも電流の流入を防止できる。
【００９０】
このような、いわゆるリッジ構造の半導体レーザ装置に関しても、外部から入射する光を半導体レーザ装置の内部で拡散させることが可能である。実施の形態１においても説明したように、外部から入射する光の波長に対して、ｎ型クラッド層２２とｐ型クラッド層２６の少なくともいずれか一方の屈折率が実効屈折率と同等若しくは実効屈折率よりも高くなるように半導体レーザ装置を設計すればよい。そして、出射するレーザ光の波長の光に対しては、ｎ型クラッド層２２およびｐ型クラッド層２６の双方の屈折率が実効屈折率よりも低くなるように設計する。このような構造とすることで、実施の形態２にかかる半導体レーザ装置は、出射波長の光については導波領域で光閉じ込めがなされ、外部から入射する光に対しては導波領域の外部に漏洩させる半導体レーザ装置を実現することができる。なお、実施の形態１の場合と同様に、出射波長の光に関してはｎ型クラッド層２２およびｐ型クラッド層２６の屈折率が実効屈折率よりも低い値となるような構造とすることはもちろんである。
【００９１】
なお、実施の形態１のように、クラッド層に高い屈折率を有する材料を使用し、膜厚を大きくすることでクラッド層の屈折率を実効屈折率よりも高くする場合、本実施の形態２ではｐ型クラッド層２６の屈折率を高めることが望ましい。実施の形態１と同様の手法を用いた場合、高い屈折率を有するクラッド層の膜厚を増大させることにより、クラッド層の熱抵抗および電気抵抗が増大する。しかし、実施の形態２にかかる半導体レーザ装置は、リッジ構造を有するためにマウント上に固定する場合、ｎ側電極３０がマウント上面と接触するように固定される。マウントは、半導体レーザ装置で発生する熱を外部に放出するヒートシンクとしての機能を有するため、活性層２４とｎ側電極３０との間に位置するｎ型クラッド層２２の熱抵抗を増大させることは得策ではない。ｐ型クラッド層２６の屈折率が実効屈折率よりも高い構造とすることで、ｎ型クラッド層２２は従来と同等の膜厚を維持することができ、放熱効率も悪化することがない。また、ｐ型クラッド層２６の屈折率を増大させ、膜厚を大きくした場合、電気抵抗の増大を抑制するために、ｐ型クラッド層２６にドープする不純物の密度を高めることが望ましい。
【００９２】
このように、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置のようなＤＣＨレーザでなく、リッジレーザの場合であっても、外部から入射する光を導波領域外部に漏洩させ、出射波長の光に対しては導波領域内に光閉じ込めをおこなうことは可能である。また、これらの２つの構造に限定されるのではなく、本発明を適用する半導体レーザ装置は、分離閉じ込め構造（ＳＣＨ）レーザに適用することが可能であり、他の構造を有する半導体レーザ装置であってもよい。具体的には、キャリアの発光再結合をおこなう活性層を、活性層よりも屈折率の低いクラッド層で挟み込む構造を有する半導体レーザ装置であれば、本発明を適用することが可能である。
【００９３】
（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。
【００９４】
図１０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４１を有する。なお、この半導体レーザ装置４１は、ｐ側電極がレーザマウント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５１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行うが、半導体レーザ装置４１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、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。この温度制御は、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４１の近傍に配置されたサーミスタ４９の検出値をもとに制御され、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。また、図示しない制御装置は、半導体レーザ装置４１の駆動電流を上昇させるに従って、レーザマウント４８の温度が下がるように温調モジュール５０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４１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。
【００９５】
ベース４７上には、半導体レーザ装置４１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４２、および電流モニタ４６が配置される。半導体レーザ装置４１から出射されたレーザ光は、第１レンズ４２、アイソレータ４３、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、電流モニタ４６は、半導体レーザ装置４１の高反射膜側から漏れた光をモニタ検出する。
【００９６】
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４１と光ファイバ４５との間にアイソレータ４３を介在させている。
【００９７】
また、半導体レーザ装置４１を図１および図２に示す構造からなるとした場合、光ファイバ４５内部にはファイバグレーティングを配置し、半導体レーザ装置４１の反射側端面と共振器を形成する構造とする。この場合、アイソレータ４３は半導体レーザモジュール内に配置するのではなく、インライン式にする必要がある。
【００９８】
次に、実施の形態３にかかる半導体レーザモジュールの利点について説明する。上述した通り、本実施の形態３において、半導体レーザ装置４１には、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置を使用している。
【００９９】
半導体レーザ装置４１の出射レーザ光の波長と異なる波長の光が、光ファイバ４５中を伝送してきた場合、その光は第２レンズ４４、第１レンズ４２を通過して半導体レーザ装置４１に入射する。半導体レーザ装置４１に入射した光は拡散するため、半導体レーザ装置４１の反射側端面で反射して再び半導体レーザ装置４１から光ファイバ４５へと再び光が出射されることを抑制することができる。
【０１００】
また、実施の形態１においても説明したように、外部から入射した光は半導体レーザ装置導波領域からｎ型クラッド層へと漏洩する。半導体レーザ装置４１はレーザマウント４８上にジャンクションダウン構成で固着されているため、外部から入射した光は鉛直上方向に漏洩することとなる。したがって、外部から入射した光は半導体レーザ装置４１の上部に放出される。下部に放出された場合、レーザマウント４８との境界で反射され、再び半導体レーザ装置４１に光が戻る可能性があるが、上部に放出されることでそのようなことはない。また、上方に光が放出されることで、放出された光が電流モニタ４６に入射して波長のモニタリングに支障を来すこともない。
【０１０１】
なお、本実施の形態３にかかるレーザモジュールに関して、半導体レーザ装置４１に実施の形態２にかかる半導体レーザ装置を使用しても良い。実施の形態２にかかる半導体レーザ装置は、リッジ構造を有するため、レーザマウント４８上に固定する際には、ジャンクションダウン構造とするのではなく、ｎ側電極とレーザマウント４８とが接触する態様とすることが好ましい。
【０１０２】
（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。図１１は、実施の形態４にかかる光ファイバ増幅器の構造を示す模式図である。実施の形態４にかかる光ファイバ増幅器は、励起光源として機能する半導体レーザモジュール５５と、信号光５６を増幅する増幅用光ファイバ５９と、半導体レーザモジュール５５から出射された励起光を増幅用光ファイバ５９に入射させるためのＷＤＭカプラ５８とを有する。また、信号光５６がＷＤＭカプラ５８に入射する手前にはアイソレータ５７が配置され、増幅用光ファイバ５９の後にはアイソレータ６０が配置されている。
【０１０３】
信号光５６は、信号光源から出射されて光ファイバ中を伝送してきた光であって、その波長は１５５０ｎｍとする。また、ＷＤＭカプラ５８は、半導体レーザモジュール５５から出射された励起光を増幅用光ファイバ５９に出力する。また、アイソレータ５７は、ＷＤＭカプラ５８の方から反射してくる光を遮り、雑音等を抑える働きをする。また、アイソレータ６０は、増幅用光ファイバ５９を反射光から遮るためのものである。
【０１０４】
増幅用光ファイバ５９は、本実施の形態４においてはエルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）を用いている。ＥＤＦは、光ファイバに対してエルビウムイオン（Ｅｒ３＋）を添加したもので、９８０ｎｍ程度もしくは１４８０ｎｍ程度の波長の光を吸収してエルビウムイオン中の電子が励起される性質を有する。この電子が１５５０ｎｍの波長を有する信号光５６を増幅する。
【０１０５】
半導体レーザモジュール５５は、実施の形態３にかかる半導体レーザモジュールを使用している。したがって、半導体レーザモジュール５５に対して外部から入射する１５５０ｎｍの波長の光は、半導体レーザモジュール５５中で拡散する。そして、１５５０ｎｍの光は、半導体レーザモジュール５５から再び出射されることがないか、信号光に影響を与えないほどの小さな光強度で出射される。
【０１０６】
次に、本実施の形態４にかかる光ファイバ増幅器による光増幅のメカニズムについて概説する。励起光源である半導体レーザモジュール５５から出射されたレーザ光は、ＷＤＭカプラ５８を通過して増幅用光ファイバ５９に前方から入射する。入射したレーザ光の波長は９８０ｎｍのため、レーザ光は、増幅用光ファイバ５９中にドープされたエルビウムイオンに吸収されて、エルビウムイオン中の電子が励起される。
【０１０７】
また、信号光５６は、アイソレータ５７を通過して増幅用光ファイバ５９に後方から入射する。上述したように、増幅用光ファイバ５９にドープされたエルビウムイオンの電子は励起されており、励起された電子が有するエネルギーによって信号光５６は増幅される。
【０１０８】
ここで、増幅された信号光５６は、その一部がＷＤＭカプラ５８によって分岐され、半導体レーザモジュール５５に入射する。しかし、既に述べたように半導体レーザモジュール５５に搭載された半導体レーザ装置は、１５５０ｎｍの光を導波領域内に閉じ込めることなく、ｎ型クラッド層に漏洩させて基板に放出する構造を有する。したがって、半導体レーザモジュール５５に入射した光は、ほとんどが反射側端面に到達せず、反射側端面に到達して反射した光も、そのほとんどがｎ型クラッド層に漏洩し、再び出射されることがない。一方、出射波長である９８０ｎｍの波長の光は、導波領域内に閉じ込められるため、励起光の出力光源としての機能が損なわれることはない。
【０１０９】
したがって、本実施の形態４にかかる光ファイバ増幅器は、信号光と同一波長のノイズ成分を効果的に抑制することができる。したがって、本来の信号光と、半導体レーザモジュール５５を経由することで本来の信号光と位相差を有するノイズ成分とが合波されることもなく、情報の伝達に支障をきたすこともない。
【０１１０】
なお、本実施の形態４においては、励起光を増幅用光ファイバ５９の前方から励起する、いわゆる前方励起方式を採用しているが、この方式に限定されるものではない。たとえば、増幅する前の信号光と励起光とをあらかじめ合波した上で増幅用光ファイバ５９に入射させる、いわゆる後方励起方式からなる光ファイバ増幅器であっても、本発明を適用することが可能である。後方励起方式の場合であっても、信号光の一部は励起光源を構成する半導体レーザモジュールに入射するため、反射して励起光源から信号光の一部が再び出射することを抑制する必要があるためである。
【０１１１】
また、本実施の形態４ではＥＤＦＡを用いて信号光の増幅をおこなっているが、本発明は、ＥＤＦＡ以外の励起方式を採用する光ファイバ増幅器にも適用することが可能である。たとえば、ラマン増幅器に適用することで、励起光源に含まれる半導体レーザ装置が、信号光を拡散する構造とすることでノイズ成分を抑制することが可能である。なお、ラマン増幅器に適用する場合には、波長シフトを考慮して励起光源に含まれる半導体レーザ装置の出射波長を決定する必要がある。
【０１１２】
さらに、本実施の形態４では実施の形態３にかかる半導体レーザモジュールを励起光源に使用しているが、信号光源に適用することも可能である。一般に、光通信において信号光源は、励起光源と同様に半導体レーザ装置を組み込んだ半導体レーザモジュールを使用する。そのため、外部から入射する光が半導体レーザ装置の反射側端面で反射して再び光ファイバ中に入射することを抑制する必要があるためである。
【０１１３】
【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、出射波長である第１の波長に関して、第１の導電型のクラッド層および第２の導電型のクラッド層の屈折率が、実効屈折率よりも小さいため、第１の波長の光については第１導電型のクラッド層と第２導電型のクラッド層との間に閉じ込めることができるという効果を奏する。一方で、外部から入射される第２の波長を有する光に対しては、第２の波長に対する第１導電型のクラッド層と第２導電型のクラッド層の少なくとも一方の屈折率が実効屈折率以上の値を有するため、外部から入射される光については閉じ込めをおこなわず、高い屈折率を有するクラッド層に光を漏洩させることができるという効果を奏する。
【０１１４】
また、請求項２の発明によれば、不純物密度の高いクラッド層の前記第２の波長に対する屈折率を実効屈折率よりも高くしている。一つの手段として、屈折率の高い材料を厚く積層してクラッド層を形成することでクラッド層の屈折率を実効屈折率よりも高い値とすることが可能だが、その場合に不純物を多くドープしたクラッド層を選択することで、膜厚の増大による熱抵抗および電気抵抗の増大を抑制することができるという効果を奏する。
【０１１５】
また、請求項３の発明によれば、第１導電型のクラッド層の第２の波長に対する屈折率を高めている。半導体レーザ装置をレーザマウント上にジャンクションダウン構成で固定する場合、第１導電型のクラッド層の屈折率を実効屈折率よりも高くして、活性層と第２導電型のクラッド層の膜厚を増大させない構造とすれば、活性層から発生する熱の伝導に悪影響を与えない半導体レーザ装置を提供することができるという効果を奏する。
【０１１６】
また、請求項４の発明によれば、第１第１の波長と第２の波長との差分値が２００ｎｍ以上としたため、容易に第１の波長を有する光を閉じ込め、第２の波長を有する光を漏洩させることができるという効果を奏する。
【０１１７】
また、請求項５の発明によれば、第１の波長が９５０ｎｍ以上、１１００ｎｍ以下とし、第２の波長を１５００ｎｍ以上、１６００ｎｍ以下としため、第２の波長の光を信号光とし、第１の波長の光を励起光とした場合に信号光が外部から入射しても内部で漏洩することができる半導体レーザ装置を提供することができるという効果を奏する。
【０１１８】
また、請求項６の発明によれば、第１の波長は９８０ｎｍであり、第２の波長は１５５０ｎｍとする構成としたため、光通信における励起光源に適用することが可能な半導体レーザ装置を提供することができるという効果を奏する。
【０１１９】
また、請求項７の発明によれば、第１導電型の導波層と第２導電型の導波層とを設ける構成としたため、出射するレーザ光は活性層および導波層内に閉じ込められることとなり、活性層のみを伝播する場合と比較して広い導波領域を有し、光出力密度を低減できることから光学損傷に対する耐久性を有する半導体レーザ装置を提供することができるという効果を奏する。
【０１２０】
また、請求項８の発明によれば、活性層が量子井戸層を備えたこととしたため、量子閉じ込め効果により、キャリアを量子井戸層内に効率的に閉じ込めることができ、発光効率を向上させることができるという効果を奏する。
【０１２１】
また、請求項９の発明によれば、互いに分離された複数の量子井戸層を有する構成としたため、複数の量子井戸層で量子閉じ込め効果によりキャリアの閉じ込めが可能で、温度特性を向上させることができるという効果を奏する。
【０１２２】
また、請求項１０の発明によれば、第２導電型のクラッド層の幅が狭い構造としたため、注入される電流の密度を向上させることができ、高い発光効率を有する半導体レーザ装置を提供することができるという効果を奏する。
【０１２３】
また、請求項１１の発明によれば、第１導電型のキャリアブロック層および第２導電型のキャリアブロック層を設けることとしたため、注入キャリアを活性層近傍に閉じ込めてキャリアオーバーフローを抑制するとともに、導波層の膜厚を増大させることができ、温度特性を維持しつつ、高出力化できるという効果を奏する。
【０１２４】
また、請求項１２の発明によれば、光ファイバ中を伝送してきた第２の波長を有する光が半導体レーザ装置内部で拡散されるため、再度第２の波長を有する光を出射することがない半導体レーザモジュールを提供できるという効果を奏する。
【０１２５】
また、請求項１３の発明によれば、光検出器を備えたこととしたため、出射レーザ光強度を安定化させることができ、アイソレータを備えたこととしたため、半導体レーザ装置から出射されたレーザ光が、再び半導体レーザ装置内部に戻ることを防止することができるという効果を奏する。
【０１２６】
また、請求項１４の発明によれば、第２の波長を有する信号光の一部がカプラを介して励起光源に入射しても、励起光源に備えられた半導体レーザ装置もしくは半導体レーザモジュールの内部において拡散させ、再び光ファイバに戻ることはないため、信号光と同一波長のノイズ成分の発生を抑制することができるという効果を奏する。
【０１２７】
また、請求項１５の発明によれば、増幅用光ファイバはエルビウムが添加されることとしたため、ＥＤＦＡによる光増幅器を提供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、１５５０ｎｍの波長を有する光に対する屈折率分布、光強度分布および実効屈折率を示すグラフである。
【図４】（ａ）、（ｂ）共に、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置に１５５０ｎｍの波長を有する光が外部から入射した場合の、光の漏洩の態様を示す模式図である。
【図５】実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の、９８０ｎｍの波長を有する光に対する屈折率分布、光強度分布および実効屈折率を示すグラフである。
【図６】比較例のＤＣＨレーザにおける９８０ｎｍの波長を有する光に対する屈折率分布、光強度分布および実効屈折率を示すグラフである。
【図７】比較例のＤＣＨレーザにおける１５５０ｎｍの波長を有する光に対する屈折率分布、光強度分布および実効屈折率を示すグラフである。
【図８】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９】図８のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図１０】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１１】実施の形態４にかかる光ファイバ増幅器の構造を示す模式図である。
【図１２】（ａ）、（ｂ）共に、従来技術にかかる光ファイバ増幅器の構造および光の伝送の態様を示す模式図である。
【符号の説明】
１、２１ ｎ型基板
２、２２ ｎ型クラッド層
３、２３ ｎ型導波層
４ ｎ型キャリアブロック層
５、２４ 活性層
６ ｐ型キャリアブロック層
７、２５ ｐ型導波層
８ ｐ型電流ブロッキング層
９、２６ ｐ型クラッド層
１０、２７ ｐ型コンタクト層
１１、２９ ｐ側電極
１２、３０ ｎ側電極
１３、１７ サイド障壁層
１４、１６、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ 量子井戸層
１５、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ 障壁層
１８ 絶縁領域
１９、３３ 低反射膜
２０、３４ 高反射膜
２８ 絶縁層
４１ 半導体レーザ装置
４２ レンズ
４３ アイソレータ
４４ レンズ
４５ 光ファイバ
４６ 電流モニタ
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
５１ フィルタ
５５ 半導体レーザモジュール
５６ 信号光
５７、６０ アイソレータ
５８ カプラ
５９ 増幅用光ファイバ
Claims (15)
- 第１導電型の半導体基板上に順次第１導電型のクラッド層、活性層および第２導電型のクラッド層を積層し、出射側端面を備え、前記出射側端面から第１の波長のレーザ光を出射する半導体レーザ装置であって、
前記第１導電型のクラッド層および前記第２導電型のクラッド層の第１の波長に対する屈折率は、前記第１の波長に対する実効屈折率よりも低い値を有し、
外部から出射側端面を通過して入射する第２の波長の光に対して、前記第１導電型のクラッド層または前記第２導電型のクラッド層の少なくとも一方の屈折率が、前記第２の波長に対する実効屈折率と等しい若しくは該実効屈折率よりも高い値を有することを特徴とする半導体レーザ装置。 - 前記第１導電型のクラッド層と前記第２導電型クラッド層のうち不純物密度の高いクラッド層が、前記第２の波長に対して、実効屈折率と等しい若しくは該実効屈折率よりも高い屈折率を有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。
- 前記第１導電型のクラッド層が、前記第２の波長に対して実効屈折率と等しい若しくは該実効屈折率よりも高い屈折率を有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。
- 前記第１の波長と前記第２の波長との差分値が、２００ｎｍ以上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。
- 前記第１の波長は９５０ｎｍ以上、１１００ｎｍ以下であり、前記第２の波長は１５００ｎｍ以上、１６００ｎｍ以下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。
- 前記第１の波長は９８０ｎｍであり、前記第２の波長は１５５０ｎｍである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。
- 前記第１導電型のクラッド層と前記活性層との間に配置された第１導電型の導波層と、
前記活性層と前記第２導電型のクラッド層との間に配置された第２導電型の導波層と、
をさらに有する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。 - 前記活性層は、量子井戸層を有す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。
- 前記活性層は、複数の量子井戸層と、該複数の量子井戸層間に配置された障壁層とを備える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。
- 前記第２導電型のクラッド層は、レーザ光出射方向の直角方向の幅が前記第１導電型の基板の幅よりも狭い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。
- 前記第１導電型の導波層と前記活性層との間に配置された第１導電型のキャリアブロック層と、
前記活性層と前記第２導電型の導波層との間に配置された第２導電型のキャリアブロック層と、
をさらに備え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１〜１１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、
を備えたことを特徴とする半導体レーザモジュール。 - 前記半導体レーザ装置の光出力を測定する光検出器と、
前記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１２に記載の半導体レーザモジュール。 - 請求項１〜１１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１２または１３に記載の半導体レーザモジュールを備えた励起光源と、
前記第２の波長を有する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、
前記第１の波長を有し、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。 - 前記増幅用光ファイバは、エルビウムが添加されていることを特徴とする請求項１４に記載の光ファイバ増幅器。
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