JP2007201425A - レーザ装置、レーザモジュール、半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents

レーザ装置、レーザモジュール、半導体レーザおよびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 所望の波長において所望の波長のレーザ光を発振することができるレーザ装置を提供する。
【解決手段】 半導体レーザは、回折格子部とスペース部とからなるセグメントが複数接続され利得を持ち第１の離散的な反射スペクトルのピークを有する第１回折格子領域と、第１回折格子領域の回折格子部と同等のピッチを持つ回折格子部とスペース部とからなるセグメントが複数接続され第１の離散的な反射スペクトルのピークとはピーク波長の間隔が異なる第２の離散的な反射スペクトルのピークを有する第２回折格子領域と、を備え、セグメントのいずれか１つである第１のセグメントは他の全てのセグメントに比較して第１回折格子領域の回折格子部のピッチの半分の奇数倍異なる光学的長さを有し、他のセグメントは全て第１回折格子領域の回折格子部のピッチの整数倍または全て第１回折格子領域の回折格子部のピッチの半分の奇数倍の光学的長さを有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、レーザ装置、レーザモジュール、半導体レーザおよびその製造方法に関する。
従来、波長可変半導体レーザとして、レーザ発振に対する利得機能を有する半導体素子と波長選択機能を備えた半導体素子とを備えるものが考えられている。例えば、サンプルドグレーティング分布帰還型半導体レーザ領域（ＳＧ−ＤＦＢ：Ｓａｍｐｌｅｄ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｌａｓｅｒ）とサンプルドグレーティング分布帰還型反射領域（ＳＧ−ＤＲ：Ｓａｍｐｌｅｄ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）とを備える半導体レーザが考えられている。
この半導体レーザは、バーニア効果を利用して所望のレーザ光を発振する。すなわち、この半導体レーザにおいては、ＳＧ−ＤＦＢ領域の縦モードスペクトルとＳＧ−ＤＲ領域の反射スペクトルとが重なる波長でレーザ光が発振される。したがって、ＳＧ−ＤＦＢ領域の縦モードスペクトルとＳＧ−ＤＲ領域の反射スペクトルとを制御することによって、所望のレーザ発振を実現することができる。
しかしながら、上記半導体レーザにおいては、ＳＧ−ＤＲ領域およびＳＧ−ＤＦＢ領域に入射される光とＳＧ−ＤＲ領域およびＳＧ−ＤＦＢ領域の回折格子部により反射される光との間で、回折格子部の設計波長において９０°の位相差が発生する。したがって、共振器内を互いに反対方向に進む光の間には、回折格子部の設計波長において１８０°の位相差が生じてしまう。その結果、所望の波長光が相殺されて発振されない可能性がある。
一方、回折格子部の設計波長から若干長波長側または短波長側にずれたした波長においては、回折格子部での位相差が９０°ではなくなる。その結果、単一波長発振が損なわれる可能性がある。
本発明は、所望の波長において所望の波長のレーザ光を発振することができるレーザ装置、レーザモジュール、半導体レーザおよびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係る半導体レーザは、回折格子部とスペース部とからなるセグメントが複数接続され利得を持ち第１の離散的な反射スペクトルのピークを有する第１回折格子領域と、第１回折格子領域に接続され第１回折格子領域の回折格子部と同等のピッチを持つ回折格子部とスペース部とからなるセグメントが複数接続され第１の離散的な反射スペクトルのピークとはピーク波長の間隔が異なる第２の離散的な反射スペクトルのピークを有し第１の離散的な反射スペクトルの特定のピークと第２の離散的な反射スペクトルの特定のピークとの関係が変化した場合に当該ピーク同士の一部が重なり合う第２回折格子領域とを備え、セグメントのいずれか１つである第１のセグメントは、他の全てのセグメントに比較して第１回折格子領域の回折格子部のピッチの半分の奇数倍異なる光学的長さを有し、他のセグメントは全て第１回折格子領域の回折格子部のピッチの整数倍または全て第１回折格子領域の回折格子部のピッチの半分の奇数倍の光学的長さを有することを特徴とするものである。
本発明に係る半導体レーザにおいては、第１回折格子領域に入射される光は回折格子部で反射されることによって位相が９０°シフトし、第２回折格子領域に入射される光も回折格子部で反射されることによって位相が９０°シフトする。それにより、第１回折格子領域の回折格子部で反射される光と第２回折格子領域の回折格子部で反射される光との間で１８０°の位相差が発生する。また、第１回折格子領域の回折格子部のピッチの半分の奇数倍は、９０°の位相差に相当する。したがって、光が第１のセグメントを往復する際に１８０°の位相差が発生する。以上のことから、第１回折格子領域および第２回折格子領域において互いに反対方向に進む光の位相差は０°となる。さらに、第１の離散的な反射スペクトルの特定のピークと第２の離散的な反射スペクトルの特定のピークとの一部が重なり合うことによって、所望の波長でレーザ発振が行われる。
第２回折格子領域の複数のセグメントのうち少なくとも２つの光学的長さは、互いに第２回折格子領域の回折格子部のピッチの整数倍異なっていてもよい。この場合、第２回折格子領域における縦モードのピーク反射強度は波長依存性を有する。それにより、第２回折格子領域における縦モードは、所定の波長範囲において相対的に高いピーク反射強度を有するようになる。したがって、第２回折格子領域における縦モードのピーク反射強度が相対的に低くなる波長範囲におけるレーザ発振を防止しつつ、第２に回折格子領域における縦モードのピーク反射強度が相対的に大きくなる波長範囲において安定したレーザ発振を実現することが可能である。その結果、レーザ発振のモード安定化を図ることができる。
第１のセグメントは、第１回折格子領域の複数のセグメントのうち第１回折格子領域と第２回折格子領域との境界側の２つのセグメントおよび第２回折格子領域の複数のセグメントのうち第１回折格子領域と第２回折格子領域との境界側の２つのセグメントのいずれかであってもよい。この場合、第１回折格子領域と第２回折格子領域との間でミラー損失が対称に近くなる。
第２回折格子領域は第２回折格子領域の反射スペクトルのピークを変化させる反射スペクトル可変手段を備え、反射スペクトル可変手段は、電極を備えかつ電極に供給される電流によって温度制御可能なヒータであってもよい。この場合、電極に供給する電流に基づいて半導体レーザの発振波長を制御することができる。また、半導体レーザの端面と第１または第２回折格子領域との間に光吸収領域または光増幅領域がさらに設けられていてもよい。この場合、本発明に係る半導体レーザの出射光出力が一定に維持される。
第１のセグメントは、他の全てのセグメントと異なる断面形状を有することにより、他の全てのセグメントに比較して第１回折格子領域の回折格子部のピッチの半分の奇数倍異なる光学的長さを有していてもよい。また、第１のセグメントは、少なくとも一部に縮幅部または拡幅部を備えることにより、他の全てのセグメントに比較して第１回折格子領域の回折格子部のピッチの半分の奇数倍異なる光学的長さを有していてもよい。
第１のセグメントは、スペース部の少なくとも一部の下面に凸部または凹部を備えることにより、他の全てのセグメントに比較して第１回折格子領域の回折格子部のピッチの半分の奇数倍異なる光学的長さを有していてもよい。第１のセグメントは、少なくとも一部に他のセグメントの等価屈折率と異なる等価屈折率を有する領域を備えることにより、他の全てのセグメントに比較して第１回折格子領域の回折格子部のピッチの半分の奇数倍異なる光学的長さを有していてもよい。
本発明に係る半導体レーザの製造方法は、半導体層上にレジストを塗布する第１の工程と、レジストに回折格子のピッチの半分の奇数倍異なる光学的長さを有する凹部または凸部を１つ備える回折格子パターンを露光する第２の工程と、レジストに対してさらに回折格子パターンを離間する領域となる複数のスペース部のパターンを露光する第３の工程と、レジストを現像することによって形成されたレジストパターンを半導体層に転写する第４の工程とを含むことを特徴とするものである。
本発明に係る半導体レーザの製造方法においては、半導体層上にレジストが塗布され、回折格子のピッチの半分の奇数倍異なる光学的長さを有する凹部または凸部を１つ備える回折格子パターンがレジストに露光され、さらに回折格子パターンを離間する領域となる複数のスペース部のパターンがレジストに露光され、レジストを現像することによって形成されたレジストパターンが半導体層に転写される。この場合、回折格子のピッチの半分の奇数倍異なる光学的長さを有する凹部または凸部を１つ備える回折格子パターンを有する半導体レーザを製造することができる。
第２の工程における露光は、干渉露光法による露光であってもよい。また、第２の工程における露光は、段差を有する透過マスクを介してなされる露光であってもよい。さらに、第３の工程における露光は、スペース部となる領域を選択的に開口する露光マスクによってなされる露光であってもよい。
本発明に係るレーザモジュールは、回折格子部とスペース部とからなるセグメントが複数接続され利得を持ち第１の離散的な反射スペクトルのピークを有する第１回折格子領域と、第１回折格子領域に接続され第１回折格子領域の回折格子部と同等のピッチを持つ回折格子部とスペース部とからなるセグメントが複数接続され第１の離散的な反射スペクトルのピークとはピーク波長の間隔が異なる第２の離散的な反射スペクトルのピークを有し第１の離散的な反射スペクトルの特定のピークと第２の離散的な反射スペクトルの特定のピークとの関係が変化した場合に当該ピーク同士の一部が重なり合う第２回折格子領域と、を備える半導体レーザと、第１の離散的な反射スペクトルのピークおよび第２の離散的な反射スペクトルのピークの少なくともいずれか一方を変化させる反射スペクトル可変手段と、反射スペクトル可変手段を制御するための制御端子とを備え、セグメントのいずれか１つである第１のセグメントは他の全てのセグメントに比較して第１回折格子領域の回折格子部のピッチの半分の奇数倍異なる光学的長さを有し、他のセグメントは全て第１回折格子領域の回折格子部のピッチの整数倍または全て第１回折格子領域の回折格子部のピッチの半分の奇数倍の光学的長さを有することを特徴とするものである。
本発明に係るレーザモジュールにおいては、第１回折格子領域に入射される光は回折格子部で反射されることによって位相が９０°シフトし、第２回折格子領域に入射される光も回折格子部で反射されることによって位相が９０°シフトする。それにより、第１回折格子領域の回折格子部で反射される光と第２回折格子領域の回折格子部で反射される光との間で１８０°の位相差が発生する。また、第１回折格子領域の回折格子部のピッチの半分の奇数倍は、９０°の位相差に相当する。したがって、光が第１のセグメントを往復する際に１８０°の位相差が発生する。以上のことから、第１回折格子領域および第２回折格子領域において互いに反対方向に進む光の位相差は０°となる。さらに、制御端子を介して外部から反射スペクトル可変手段を制御することによって、第１回折格子領域および第２の回折格子領域の離散的な反射スペクトルのピークを調整することができる。その結果、本発明に係るレーザモジュールは、所望の波長でレーザ発振を行うことができる。
反射スペクトル可変手段は半導体レーザの温度を制御する温度制御装置を含み、本発明に係るレーザモジュールは、温度制御装置を制御するための制御端子をさらに備えていてもよい。この場合、制御端子を介して外部から温度制御装置を制御することによって、半導体レーザの温度を制御することができる。それにより、第１および第２の離散的な反射スペクトルのピークを制御することができる。
第２回折格子領域の複数のセグメントのうち少なくとも２つの光学的長さは、互いに異なっていてもよい。この場合、第２回折格子領域における縦モードのピーク反射強度は波長依存性を有する。それにより、第２回折格子領域における縦モードは、所定の波長範囲において相対的に高いピーク反射強度を有するようになる。したがって、第２回折格子領域における縦モードのピーク反射強度が相対的に低くなる波長範囲におけるレーザ発振を防止しつつ、第２に回折格子領域における縦モードのピーク反射強度が相対的に大きくなる波長範囲において安定したレーザ発振を実現することが可能である。その結果、本発明に係るレーザモジュールのレーザ発振のモード安定化を図ることができる。
反射スペクトル可変手段は、電極を備えかつ電極に供給される電流によって第２回折格子領域の温度を制御可能なヒータを含んでいてもよい。この場合、制御端子を介して電極に供給する電流に基づいて、第２の離散的な反射スペクトルのピークを制御することができる。それにより、レーザモジュールの発振波長を制御することができる。
本発明に係るレーザ装置は、回折格子部とスペース部とからなるセグメントが複数接続され利得を持ち第１の離散的な反射スペクトルのピークを有する第１回折格子領域と、第１回折格子領域に接続され第１回折格子領域の回折格子部と同等のピッチを持つ回折格子部とスペース部とからなるセグメントが複数接続され第１の離散的な反射スペクトルのピークとはピーク波長の間隔が異なる第２の離散的な反射スペクトルのピークを有し第１の離散的な反射スペクトルの特定のピークと第２の離散的な反射スペクトルの特定のピークとの関係が変化した場合に当該ピーク同士の一部が重なり合う第２回折格子領域と、を備える半導体レーザと、第１の離散的な反射スペクトルのピークおよび第２の離散的な反射スペクトルのピークの少なくともいずれか一方を変化させる反射スペクトル可変手段と、反射スペクトル可変手段を制御する制御手段とを備え、セグメントのいずれか１つである第１のセグメントは他の全てのセグメントに比較して第１回折格子領域の回折格子部のピッチの半分の奇数倍異なる光学的長さを有し、他のセグメントは、全て第１回折格子領域の回折格子部のピッチの整数倍または全て第１回折格子領域の回折格子部のピッチの半分の奇数倍の光学的長さを有することを特徴とするものである。
本発明に係るレーザ装置においては、第１回折格子領域に入射される光は回折格子部で反射されることによって位相が９０°シフトし、第２回折格子領域に入射される光も回折格子部で反射されることによって位相が９０°シフトする。それにより、第１回折格子領域の回折格子部で反射される光と第２回折格子領域の回折格子部で反射される光との間で１８０°の位相差が発生する。また、第１回折格子領域の回折格子部のピッチの半分の奇数倍は、９０°の位相差に相当する。したがって、光が第１のセグメントを往復する際に１８０°の位相差が発生する。以上のことから、第１回折格子領域および第２回折格子領域において互いに反対方向に進む光の位相差は０°となる。さらに、制御手段によって反射スペクトル可変手段を制御することによって、第１回折格子領域および第２の回折格子領域の離散的な反射スペクトルのピークを調整することができる。その結果、本発明に係るレーザ装置は、所望の波長でレーザ発振を行うことができる。
反射スペクトル可変手段は温度制御装置を含み、制御手段は半導体レーザの温度を温度制御装置を制御することによって調整してもよい。この場合、制御手段によって温度制御装置を制御することによって、半導体レーザの温度を制御することができる。それにより、第１および第２の離散的な反射スペクトルのピークを制御することができる。
第２回折格子領域の複数のセグメントのうち少なくとも２つの光学的長さは、互いに異なっていてもよい。この場合、第２回折格子領域における縦モードのピーク反射強度は波長依存性を有する。それにより、第２回折格子領域における縦モードは、所定の波長範囲において相対的に高いピーク反射強度を有するようになる。したがって、第２回折格子領域における縦モードのピーク反射強度が相対的に低くなる波長範囲におけるレーザ発振を防止しつつ、第２に回折格子領域における縦モードのピーク反射強度が相対的に大きくなる波長範囲において安定したレーザ発振を実現することが可能である。その結果、本発明に係るレーザ装置のレーザ発振のモード安定化を図ることができる。なお、反射スペクトル可変手段は電極を備えるヒータを含み、制御手段は電極に電流を供給してヒータの温度を制御することによって第２回折格子領域の温度を制御してもよい。
本発明によれば、所望の波長でレーザ発振を行うことができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施例に係るレーザ装置１００の全体構成を示す模式図である。図１に示すように、レーザ装置１００は、レーザモジュール２００および制御装置３００を備える。レーザモジュール２００は、半導体レーザ２０１、ビームスプリッタ２０２，２０３、ロッカ用エタロン２０４、光検知素子２０５，２０６、温度制御装置２０７および端子部２０８〜２１１を備える。半導体レーザ２０１は、温度制御装置２０７上に配置されている。
半導体レーザ２０１は、所定の波長におけるレーザ発振を行う。ビームスプリッタ２０２は、半導体レーザ２０１によって発振されたレーザ光の一部を反射してビームスプリッタ２０３に与えるとともに、半導体レーザ２０１によって発振されたレーザ光の残りを透過して外部に発振する。ビームスプリッタ２０３は、ビームスプリッタ２０２から与えられた光の一部を反射して光検知素子２０６に与えるとともに、ビームスプリッタ２０２から与えられた光の残りを透過してロッカ用エタロン２０４に与える。ロッカ用エタロン２０４に与えられた光は、所定の周期の波長ピークを有する光となって光検知素子２０５に与えられる。
光検知素子２０５は、ロッカ用エタロン２０４から与えられた光の光強度を測定し、その測定結果を電気信号に変換して端子部２１１を介して制御装置３００に与える。光検知素子２０６は、ビームスプリッタ２０３から与えられた光の光強度を測定し、その測定結果を電気信号に変換して端子部２１０を介して制御装置３００に与える。
制御装置３００は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）等から構成される。制御装置３００のＲＯＭには、半導体レーザ２０１の制御情報、制御プログラム等が格納されている。制御装置３００は、光検知素子２０５から与えられる測定結果に基づいて、半導体レーザ２０１の発振波長を検知する。また、制御装置３００は、光検知素子２０５の測定結果と光検知素子２０６の測定結果との比に基づいて、温度制御装置２０７および半導体レーザ２０１を制御する。その際、制御装置３００は、端子部２０９を介して電気信号を半導体レーザ２０１に与えるとともに、端子部２０８を介して電気信号を温度制御装置２０７に与える。
図２は、半導体レーザ２０１の詳細を説明するための図である。図２（ａ）は半導体レーザ２０１の上面図であり、図２（ｂ）は半導体レーザ２０１のＡ−Ａ線断面図である。以下、図２（ａ）および図２（ｂ）を参照しつつ半導体レーザ２０１の説明を行う。図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、半導体レーザ２０１は、ＳＧ−ＤＲ（Ｓａｍｐｌｅｄ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）領域ＡおよびＳＧ−ＤＦＢ（Ｓａｍｐｌｅｄ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｌａｓｅｒ）領域Ｂを順に連結させた構造を有する。
ＳＧ−ＤＲ領域Ａは、基板１上に導波路コア３、クラッド層５および絶縁層６が順に積層され、絶縁層６上に複数の薄膜抵抗体９、複数の電源電極１０およびグランド電極１１が積層された構造を有する。ＳＧ−ＤＦＢ領域Ｂは、基板１上に導波路コア４、クラッド層５、コンタクト層７および電極８が順に積層された構造を有する。ＳＧ−ＤＲ領域ＡおよびＳＧ−ＤＦＢ領域Ｂにおける基板１およびクラッド層５は、それぞれ一体的に形成された単一層である。導波路コア３，４は、同一面上に形成され、１つの導波路を形成している。
ＳＧ−ＤＲ領域Ａ側の基板１、導波路コア３およびクラッド層５の端面には、低反射膜１２が形成されている。一方、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ｂ側の基板１、導波路コア４およびクラッド層５の端面には、低反射膜１３が形成されている。抽出回折格子２は、導波路コア３，４に所定の間隔をあけて複数形成され、それによってサンプルドグレーティングが形成される。
基板１は、例えば、ＩｎＰからなる半導体基板である。導波路コア３は、例えば、吸収端がレーザ発振波長よりも短波長側にあるＩｎＧａＡｓＰ系結晶からなり、１．３μｍ程度のＰＬ波長を有する。導波路コア４は、例えば、目的とする波長でのレーザ発振に対して利得を有するＩｎＧａＡｓＰ系結晶からなる活性層を含み、１．５７μｍ程度のＰＬ波長を有する。
抽出回折格子２は、結合定数が２００ｃｍ−１程度であり、ピッチΛが約０．２４μｍ程度であり、凹凸繰り返し数が１７程度であり、屈折率が約３．２程度である回折格子である。したがって、各抽出回折格子２の長さは４μｍ程度であり、各抽出回折格子２のブラッグ波長は１．５５μｍ程度である。この場合、各抽出回折格子２のブラッグ波長に対する反射率は、約１％程度になる。
導波路コア３には、ＳＧ−ＤＲセグメントが５つ形成されている。ここで、ＳＧ−ＤＲセグメントとは、導波路コア３において抽出回折格子２が設けられている領域と抽出回折格子２が設けられていないスペース部とがそれぞれ１つ連続する領域である。また、各ＳＧ−ＤＲセグメントのスペース部の光学的長さは、実質的に同一である。「実質的に同一」とは、各スペース部の長さ差が各スペース部の平均長さの１％以下程度であることを意味する。
一般に、このＳＧ−ＤＲセグメント数を増やすことにより抽出回折格子２によって反射される光の干渉効果が高まる。それにより、レーザ発振のモード安定性が向上する。しかしながら、ＳＧ−ＤＲセグメント数が増えると素子長さが増加してしまう。また、導波路コア３の全長が２ｍｍ程度を超えると、導波路コア３内の内部ロスの影響によりモード安定性は飽和してしまう。したがって、ＳＧ−ＤＲセグメント数は、５程度であることが好ましい。各ＳＧ−ＤＲセグメントの長さは、例えば２７０μｍ程度である。
一方、導波路コア４には、ＳＧ−ＤＦＢセグメントが５つ形成されている。ここで、ＳＧ−ＤＦＢセグメントとは、導波路コア４において抽出回折格子２が設けられている領域と抽出回折格子２が設けられていないスペース部とがそれぞれ１つ連続する領域であって、利得を有するものをいう。ＳＧ−ＤＦＢセグメントの数は、ＳＧ−ＤＲセグメントの数と同程度が好ましく、例えば５である。各ＳＧ−ＤＦＢセグメントの長さは、実質的に同一であり、例えば２４０μｍ程度である。上記の「実質的に同一」とは、各スペース部の長さ差が各スペース部の平均長さの１％以下程度であることを意味する。
クラッド層５は、ＩｎＰからなり、電流狭窄を行うとともに導波路コア３，４を往復するレーザ光を閉じ込める機能を果たす。コンタクト層７は、ＩｎＧａＡｓＰ系結晶からなる。絶縁層６は、ＳｉＮ，ＳｉＯ２等の絶縁体からなる保護膜である。低反射膜１２，１３は、例えばＭｇＦ２およびＴｉＯＮからなる誘電体膜からなり、少なくとも０．３％以下程度の反射率を有する。
薄膜抵抗体９は、ＮｉＣｒ等からなり、図１の制御装置３００から与えられる電流の大きさに応じて各ＳＧ−ＤＲセグメントの温度を調整する。薄膜抵抗体９は、各ＳＧ−ＤＲセグメント上方の絶縁層６上のそれぞれに、１つずつ形成されている。各薄膜抵抗体９には、それぞれ電源電極１０が１つずつ接続されており、グランド電極１１は、各薄膜抵抗体９と接続されている。電源電極１０、グランド電極１１、電極８は、Ａｕ等の導電性材料からなる。
続いて、半導体レーザ２０１の動作について説明する。まず、図１の制御装置３００により、電極８に所定の電流が供給される。それにより、導波路コア４において光が発生する。発生した光は、導波路コア３，４を伝播しつつ繰り返し反射および増幅されるとともに、外部に発振される。
また、制御装置３００は、半導体レーザ２０１の発振波長を制御することができる。まず、制御装置３００は、図１の温度制御装置２０７に所定の大きさの電流を供給する。それにより、半導体レーザ２０１全体の温度を所定の値に制御することができる。その結果、導波路コア４の極大ピーク反射率を制御することができる。さらに、制御装置３００は、各薄膜抵抗体９に所定の大きさの電流を供給する。この場合、各ＳＧ−ＤＲセグメントの温度を個別に制御することができる。それにより、各ＳＧ−ＤＲセグメントの屈折率が所定の値に変化する。その結果、導波路コア３の極大ピーク反射率を制御することができる。以上のことから、制御装置３００は、半導体レーザ２０１の発振波長を所定の波長に制御することができる。
図３は、導波路コア３，４における各セグメントの詳細について説明するための図である。図３に示すように、複数のＳＧ−ＤＦＢセグメントおよび複数のＳＧ−ＤＲセグメントのうちいずれか１つのセグメント４１のスペース部の長さは、他のセグメントに比較して、抽出回折格子２のピッチΛの半分の奇数倍異なる光学的長さを有する。また、セグメント４１以外の全てのセグメントは、抽出回折格子２のピッチΛの整数倍の光学的長さを有する。本実施例においては、セグメント４１以外の全てのセグメントは同一の光学的長さを有し、セグメント４１のスペース部の長さは他のセグメントに比較して抽出回折格子２のピッチΛの半分長くなっている。
この場合、各ＳＧ−ＤＲセグメントに入射される光は、抽出回折格子２で反射されることによって位相が９０°シフトする。一方、ＳＧ−ＤＦＢセグメントに入射される光も、抽出回折格子２で反射されることによって位相が９０°シフトする。それにより、ＳＧ−ＤＲセグメントの抽出回折格子２で反射される光とＳＧ−ＤＦＢセグメントの抽出回折格子２で反射される光との間で１８０°の位相差が発生する。また、１／２Λの奇数倍は、９０°の位相差に相当する。したがって、光がセグメント４１を往復する際に１８０°の位相差が発生する。以上のことから、導波路コア３，４において互いに反対方向に進む光の位相差は０°となる。その結果、本実施例に係る半導体レーザ２０１は、所望の波長でレーザ発振を行うことができる。
なお、セグメント４１の抽出回折格子２の光学的長さが、他のセグメントの抽出回折格子２の長さに比較して、抽出回折格子２のピッチΛの奇数倍異なっていてもよい。この場合、セグメント４１のスペース部は、他のセグメントのスペース部と同等の光学的長さを有する。図４にセグメント４１の抽出回折格子２の詳細を示す。
図４（ａ）においては、セグメント４１の抽出回折格子２の複数の凹部のいずれか１つがピッチΛの半分長い光学的長さを有する。図４（ｂ）においては、セグメント４１の抽出回折格子２の複数の凸部のいずれか１つがピッチΛの半分長い光学的長さを有する。図４（ｃ）においては、セグメント４１の抽出回折格子２の複数の凹部のいずれか２つがピッチΛの１／４長い光学的長さを有する。図４（ｄ）においては、セグメント４１の抽出回折格子２の複数の凸部のいずれか２つがピッチΛの１／４長い光学的長さを有する。
上記図４（ａ）〜図４（ｄ）の場合においても、光がセグメント４１を往復する際に１８０°の位相差が発生する。以上のことから、導波路コア３，４において互いに反対方向に進む光の位相差は０°となる。その結果、半導体レーザ２０１は、所望の波長でレーザ発振を行うことができる。
また、上記のようなセグメント４１と他のセグメントとの光学的長さ差は、セグメント４１のスペース部および抽出回折格子２に分散していてもよい。図５にその詳細を示す。図５に示すように、セグメント４１の抽出回折格子２の複数の凸部または凹部のいずれかがピッチΛの１／４長い光学的長さを有し、セグメント４１のスペースがピッチΛの１／４長い光学的長さを有している。この場合においても、光がセグメント４１を往復する際に１８０°の位相差が発生する。以上のことから、導波路コア３，４において互いに反対方向に進む光の位相差は０°となる。その結果、半導体レーザ２０１は、所望の波長でレーザ発振を行うことができる。
さらに、セグメント４１のスペース部の長さは、他のセグメントに比較して、抽出回折格子２のピッチΛの半分の奇数倍短い光学的長さを有していてもよい。図６にその詳細を示す。図６に示すように、セグメント４１のスペース部の長さは、他のセグメントに比較して、抽出回折格子２のピッチΛの半分短くなっている。セグメント４１以外の全てのセグメントは、抽出回折格子２のピッチΛの奇数倍の光学的長さを有する。本実施例においては、セグメント４１以外のセグメントのスペース部は、等しい光学的長さを有する。
この場合、セグメント４１を往復する光とその他のセグメントを往復する光との間に１８０°の位相差が発生する。以上のことから、導波路コア３，４において互いに反対方向に進む光の位相差は０°となる。その結果、半導体レーザ２０１は、所望の波長でレーザ発振を行うことができる。
なお、上記セグメント４１は、複数のＳＧ−ＤＲセグメントのうちＳＧ−ＤＲ領域ＡとＳＧ−ＤＦＢ領域Ｂとの境界側の２つのセグメントおよび複数のＳＧ−ＤＦＢセグメントのうちＳＧ−ＤＲ領域とＳＧ−ＤＦＢ領域との境界側の２つのセグメントのいずれかであることが好ましい。ＳＧ−ＤＲ領域ＡとＳＧ−ＤＦＢ領域Ｂとの間でミラー損失が対称に近くなるからである。
続いて、半導体レーザ２０１の製造方法について説明する。まず、抽出回折格子２において光学的長さが異なる半導体レーザ２０１の製造方法について説明する。図７は、半導体レーザ２０１の製造方法を説明するためのフロー図である。まず、図７（ａ）に示すように、基板１上にレジスト５１を塗布する。次に、図７（ｂ）に示すように、ガラス等の透明体マスク５２をレジスト５１上に載置して干渉露光する。この透明体マスク５２は、レジスト５１側に段差５３を有する。それにより、段差５３を境界に透明体マスク５２における光路長が異なるようになる。また、段差５３は、干渉縞がピッチΛの１／２シフトするように設定してある。その結果、図７（ｃ）に示すように、段差５３下のレジスト５１においてピッチΛの１／２長くなる凹部または凸部が露光されず、レジスト５１のその他の領域は縞状に露光される。
次いで、図７（ｄ）に示すように、スペース部を形成する部分が選択的に開口した露光マスク５４でレジスト５１を覆い、露光する。それにより、各セグメントの抽出回折格子２を離間するスペース部に対応する部分が露光される。次に、図７（ｅ）に示すように、レジスト５１において露光されなかった部分がエッチング処理により除去されてレジストパターン５５が形成される。次いで、図７（ｆ）に示すように、レジストパターン５５を基板１にエッチング処理により転写する。それにより、抽出回折格子２およびスペース部が形成される。その後、基板１上のその他の層を形成することにより、半導体レーザ２０１が完成する。
続いて、スペース部において光学的長さが異なる半導体レーザ２０１の製造方法について説明する。まず、図７（ａ）から図７（ｃ）の工程を行う。次に、図８（ａ）に示すように、ピッチΛの１／２長くなる凹部または凸部を含むスペース部を形成する部分が選択的に開口した露光マスク５６でレジスト５１を覆い、露光する。それにより、各セグメントの抽出回折格子２を離間するスペース部に対応する部分が露光される。
次に、図８（ｂ）に示すように、レジスト５１において露光されなかった部分がエッチング処理により除去されてレジストパターン５７が形成される。次いで、図８（ｃ）に示すように、レジストパターン５７を基板１にエッチング処理により転写する。それにより、抽出回折格子２およびスペース部が形成される。その後、基板１上のその他の層を形成することにより、半導体レーザ２０１が完成する。
本実施例においては、抽出回折格子２が回折格子部に相当し、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ｂが第１回折格子領域に相当し、ＳＧ−ＤＲ領域Ａが第２回折格子領域に相当し、薄膜抵抗体９および温度制御装置２０７が反射スペクトル可変手段に相当し、セグメント４１が第１のセグメントに相当し、透明体マスク５２が透過マスクに相当し、基板１が半導体層に相当し、端子部２０９が反射スペクトル可変手段を制御するための制御端子に相当し、端子部２０８が温度制御装置を制御するための制御端子に相当し、制御装置３００が制御手段に相当する。
図９は、本発明の第２実施例に係る半導体レーザ２０１ａについて説明するための図である。半導体レーザ２０１ａが図２の半導体レーザ２０１と異なる点は、ＳＧ−ＤＲ領域Ａの代わりにＣＳＧ−ＤＲ（Ｃｈｉｒｐｅｄ Ｓａｍｐｌｅｄ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）領域Ｃを備えている点である。
ＣＳＧ−ＤＲ領域ＣがＳＧ−ＤＲ領域Ａと異なる点は、導波路コア３の代わりに導波路コア１４を備える点である。導波路コア１４は、例えば、吸収端がレーザ発振波長よりも短波長側にあるＩｎＧａＡｓＰ系結晶からなり、１．３μｍ程度のＰＬ波長を有する。導波路コア４，１４は、同一面上に形成され、１つの導波路を形成している。導波路コア１４には、所定の間隔をあけて抽出回折格子２が複数形成され、それによってサンプルドグレーティングが形成される。導波路コア１４には、ＣＳＧ−ＤＲセグメントが５つ形成されている。
ここで、ＣＳＧ−ＤＲセグメントとは、導波路コアにおいて抽出回折格子２が設けられている領域と抽出回折格子２が設けられていないスペース部とがそれぞれ１つ連続する領域である。また、複数のＣＳＧ−ＤＲセグメントのスペース部のうち、少なくとも２つの光学的長さが互いに異なっている。
図１０は、導波路コア１４，４における各セグメントの詳細について説明するための図である。図１０に示すように、複数のＳＧ−ＤＦＢセグメントおよび複数のＣＳＧ−ＤＲセグメントのうちいずれか１つのセグメント４２は、他のセグメントに比較して抽出回折格子２のピッチΛの半分の奇数倍異なる光学的長さを有する。また、セグメント４２以外のセグメントは、全てピッチΛの整数倍または全てピッチΛの半分の奇数倍の光学的長さを有する。また、複数のＣＳＧ−ＤＲセグメントのうち少なくとも２つの光学的長さは、互いにピッチΛの整数倍異なっている。
本実施例においては、各ＣＳＧ−ＤＲセグメントの長さは、例えば、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ｂ側から順に２６０μｍ、２６５μｍ、２７０μｍ、２７５μｍおよび２８０μｍに設定してある。各ＣＳＧ−ＤＲセグメントの光学的長さは、スペース部の長さを変化させることによって変化させている。
本実施例に係る半導体レーザ２０１ａにおいては、導波路コア１４のピーク反射率が所定の波長において極大値を示す。その所定の波長において導波路コア１４の各ＣＳＧ−ＤＲセグメントを往復する光の位相が２πの整数倍になるからである。一方、上記所定の波長から遠ざかるにつれて導波路コア１４のピーク反射率は低下する。各ＣＳＧ−ＤＲセグメントの縦モード間隔をわずかにずらした結果、位相整合した重ね合わせが起こらないからである。
このように、本実施例に係る半導体レーザ２０１ａにおいては、導波路コア１４における縦モードのピーク反射強度は波長依存性を有する。すなわち、導波路コア１４における縦モードのピーク反射強度は、波長に応じて変化する。一方、導波路コア４における縦モードのピーク反射強度は、波長依存性を有さない。したがって、導波路コア１４における縦モードのピーク反射強度が相対的に低くなる波長範囲におけるレーザ発振を防止しつつ、導波路コア４における縦モードのピーク反射強度が相対的に大きくなる波長範囲において、安定したレーザ発振を実現することが可能である。また、導波路コア１４の屈折率を変化させることによって縦モードのピーク反射強度が相対的に大きくなる波長範囲を変化させることにより、レーザ発振波長を容易に制御することができる。
本実施例においては、ＣＳＧ−ＤＲ領域Ｃが第２回折格子領域に相当する。
図１１は、本発明の第３実施例に係る半導体レーザ２０１ｂについて説明するための図である。半導体レーザ２０１ｂが図２の半導体レーザ２０１と異なる点は、ＰＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）領域Ｄをさらに備えている点である。半導体レーザ２０１ｂは、ＳＧ−ＤＲ領域Ａ、ＳＧ−ＤＦＢ領域ＢおよびＰＣ領域Ｄを順に連結させた構造を有する。
ＰＣ領域Ｄは、基板１上に導波路コア１５、クラッド層５、コンタクト層１６、電極１７が順に積層された構造を有する。本実施例においては、低反射膜１３は、ＰＣ領域Ｄ側の基板１、導波路コア１５およびクラッド層５の端面に形成されている。ＳＧ−ＤＲ領域Ａ、ＳＧ−ＤＦＢ領域ＢおよびＰＣ領域Ｄにおける基板１およびクラッド層５は、それぞれ一体的に形成されている。導波路コア３，４，１５は、同一面に形成され、１つの導波路を形成している。絶縁層６は、電極８と電極１７との境界にも形成されている。導波路コア１５は、光を吸収または増幅することによって出射光出力を変化させるためのＩｎＧａＡｓＰ系結晶からなり、例えば１．５７μｍ程度のＰＬ波長を有する。
続いて、半導体レーザ２０１ｂの動作について説明する。まず、図２の制御装置３００により、電極８に所定の電流が供給される。それにより、導波路コア４において光が発生する。発生した光は、導波路コア１５において増幅または吸収され、導波路コア３，４，１５を伝播しつつ繰り返し反射および増幅されるとともに、外部に発振される。電極１７には、制御装置３００から所定の電流が供給される。それにより、出射光出力が一定に維持される。なお、ＳＧ−ＤＲ領域Ａの代わりにＣＳＧ−ＤＲ領域Ｃが備わっていても、本発明の効果が得られる。
本実施例においては、ＰＣ領域Ｄが光吸収領域または光増幅領域に相当する。
なお、上記各実施例においては、いずれかのセグメントの物理的長さが他のセグメントの物理的長さと異なることによって光学的長さ差が生じている。以下の実施例においては、物理的長さ以外の物理量を変化させることによって、光学的長さ差を生じさせている。以下、詳細を説明する。
続いて、本発明の第４実施例に係る半導体レーザ２０１ｃについて説明する。半導体レーザ２０１ｃが図２および図３に示す半導体レーザ２０１と異なる点は、セグメント４１の代わりにセグメント４１ｃが設けられている点である。セグメント４１ｃは、導波路コア３，４における他の各セグメントの断面と異なる断面を有している。図１２に、その詳細を示す。
図１２（ａ）は、導波路コア３，４における各セグメントを上面側からみた平面図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に対応する断面図である。本実施例においては、セグメント４１ｃは、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ｂに設けられている。図１２（ａ）に示すように、セグメント４１ｃのスペース部は、縮幅部４３を備える。縮幅部４３の幅は、セグメント４１ｃの他の領域（以下、領域４４）の幅に比較して小さくなっている。この場合、セグメント４１ｃと他のセグメントとの間に、等価屈折率差が生じる。それにより、セグメント４１ｃとの他のセグメントとの間に、光学的長さ差が生じる。
ここで、縮幅部４３の等価屈折率をｎ１とし、領域４４の等価屈折率をｎ２とする。また、縮幅部４３の光伝播方向における長さをＬとする。この場合、セグメント４１ｃを伝播する光は、縮幅部４３を伝播することによって位相がシフトする。この場合の位相差をΔφとすると、下記式（１）が成立する。
Δφ＝２πｎ１・Ｌ／λ−２πｎ２・Ｌ／λ （１）
本実施例においては、セグメント４１ｃと他のセグメントとの光学的長さ差が抽出回折格子２のピッチΛの半分の奇数倍になるようにΔφが設定されている。例えば、Δφは、−π／２に設定してある。この場合、光がセグメント４１ｃを往復する際に１８０°の位相差が生じる。それにより、実施例１と同様に、導波路コア３，４において互いに反対方向に進む光の位相差は０°となる。その結果、本実施例に係る半導体レーザ２０１ｃは、所望の波長でレーザ発振を行うことができる。
例えば、縮幅部４３の幅を１．５μｍとし、領域４４の幅を１．８μｍとし、かつセグメント４１ｃの厚さを適当に調整することによって、等価屈折率ｎ１，ｎ２がそれぞれ３．１９９２２および３．１９９５６となる。この場合、縮幅部４３の長さＬを１００μｍとすることによって、Δφは−π／２となる。また、例えば、セグメント４１ｃにおいてスペース部の長さを２５５μｍ〜２７７μｍとし、抽出回折格子２の長さを３μｍ〜５μｍとし、セグメント４１ｃ全体の長さを２６０μｍ〜２８０μｍとすることができる。
また、縮幅部４３は、図１３（ａ）に示すように、セグメント４１ｃにおいて複数に分割されて設けられていてもよい。また、セグメント４１ｃは、ＳＧ−ＤＲ領域Ａに設けられていてもよく、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ｂに設けられていてもよい。ただし、セグメント４１ｃは、ＳＧ−ＤＲ領域ＡとＳＧ−ＤＦＢ領域Ｂとの境界に近い位置に設けられていることが好ましい。また、セグメント４１ｃは、縮幅部４３の代わりに、厚さの小さい領域を備えていてもよい。この場合、厚さを調整することによって、セグメント４１ｃの等価屈折率を調整することができる。
また、本実施例においてはセグメント４１ｃに縮幅部４３を設けることによって位相差が生じているが、図１３（ｂ）に示すように、縮幅部４３の代わりに領域４４の幅よりも大きい幅を有する拡幅部４５が設けられていてもよい。この場合においても、上記Δφが−π／２になるように領域４４および拡幅部４５の等価屈折率を調整することによって、本発明の効果が得られる。すなわち、セグメント４１ｃが一部に断面積の異なる領域を備えることによって、本発明の効果が得られる。また、ＳＧ−ＤＲ領域ＡおよびＳＧ−ＤＦＢ領域Ｂのセグメントのうち、１つを除いて全てセグメント４１ｃであってもよい。この場合においても、セグメント４１ｃを往復する光とその他のセグメントを往復する光との間に１８０°の位相差が生じる。
本実施例においては、セグメント４１ｃが第１のセグメントに相当する。
続いて、本発明の第５実施例に係る半導体レーザ２０１ｄについて説明する。半導体レーザ２０１ｄが図２および図３に示す半導体レーザ２０１と異なる点は、セグメント４１の代わりにセグメント４１ｄが設けられている点である。セグメント４１ｄは、スペース部の一部の下面に、下方に突出する凸部を備えている。図１４に、その詳細を示す。
図１４は、導波路コア３，４における各セグメントの断面図である。本実施例においては、セグメント４１ｄは、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ｂに設けられている。図１４に示すように、セグメント４１ｄのスペース部は、基板１側に突出する凸部４６を備えている。この場合、セグメント４１ｄと他のセグメントとの間に、等価屈折率差が生じる。それにより、セグメント４１ｄと他のセグメントとの間に、光学的長さ差が生じる。
本実施例においては、セグメント４１ｄと他のセグメントとの光学的長さ差が抽出回折格子２のピッチΛの半分の奇数倍になるようにΔφが設定されている。例えば、Δφは、−π／２に設定してある。この場合、光がセグメント４１ｄを往復する際に１８０°の位相差が生じる。それにより、実施例１と同様に、導波路コア３，４において互いに反対方向に進む光の位相差は０°となる。その結果、本実施例に係る半導体レーザ２０１ｄは、所望の波長でレーザ発振を行うことができる。
例えば、凸部４６の高さを０．１μｍに設定することによって、凸部４６の等価屈折率ｎ１は３．１９９２２となる。また、セグメント４１ｄにおける凸部４６以外の領域の屈折率を３．１８１４４に設定する。この場合、上記式（１）に従えば、凸部４６の長さを２０μｍとすることによってΔφは−π／２となる。また、例えば、セグメント４１ｄにおいてスペース部の長さを２５５μｍ〜２７７μｍとし、抽出回折格子２の長さを３μｍ〜５μｍとし、セグメント４１ｄ全体の長さを２６０μｍ〜２８０μｍとすることができる。
なお、凸部４６は、図１５（ａ）に示すように、セグメント４１ｄにおいて複数に分割されて設けられていてもよい。また、セグメント４１ｄは、ＳＧ−ＤＲ領域Ａに設けられていてもよく、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ｂに設けられていてもよい。ただし、セグメント４１ｄは、ＳＧ−ＤＲ領域ＡとＳＧ−ＤＦＢ領域Ｂとの境界に近い位置に設けられていることが好ましい。
また、図１５（ｂ）に示すように、セグメント４１ｄのスペース部は、凸部４６の代わりに下面に凹部４７を備えていてもよい。この場合、凹部４７に対して基板１が突出していてもよい。このような構成においても、上記Δφが−π／２になるように凹部４７の等価屈折率を調整することによって、本発明の効果が得られる。すなわち、セグメント４１ｄが下面において凸部または凹部を備えることによって、本発明の効果が得られる。また、ＳＧ−ＤＲ領域ＡおよびＳＧ−ＤＦＢ領域Ｂにおけるセグメントは、１つを除いて全てセグメント４１ｄであってもよい。この場合においても、セグメント４１ｄを往復する光とその他のセグメントを往復する光との間に１８０°の位相差が生じる。
本実施例においては、セグメント４１ｄが第１のセグメントに相当する。
続いて、本発明の第６実施例に係る半導体レーザ２０１ｅについて説明する。半導体レーザ２０１ｅが図２および図３に示す半導体レーザ２０１と異なる点は、セグメント４１の代わりにセグメント４１ｅが設けられている点である。図１６は、導波路コア３，４における各セグメントの断面図である。本実施例においては、セグメント４１ｅは、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ｂに設けられている。
図１６に示すように、セグメント４１ｅは、一部に高屈折率領域４８を備える。高屈折率領域４８は、セグメント４１ｅの他の領域（以下、領域４９）と異なる組成を有する。それにより、高屈折率領域４８の屈折率は、領域４９の屈折率に比較して高くなっている。この場合、セグメント４１ｅと他のセグメントとの間に、等価屈折率差が生じる。それにより、セグメント４１ｅとの他のセグメントとの間に、光学的長さ差が生じる。
本実施例においては、セグメント４１ｅと他のセグメントとの光学的長さ差が抽出回折格子２のピッチΛの半分の奇数倍になるようにΔφが設定されている。例えば、Δφは、−π／２に設定してある。この場合、光がセグメント４１ｅを往復する際に１８０°の位相差が生じる。それにより、実施例１と同様に、導波路コア３，４において互いに反対方向に進む光の位相差は０°となる。その結果、本実施例に係る半導体レーザ２０１ｅは、所望の波長でレーザ発振を行うことができる。
例えば、高屈折率領域４８の組成を適当に調整することによって、高屈折率領域４８の等価屈折率は３．２０５１８となる。また、領域４９の組成を適当に調整することによって、領域４９の屈折率を３．１９９２２に設定する。この場合、上記式（１）に従えば、高屈折率領域４８の長さを６５μｍとすることによってΔφは−π／２となる。また、例えば、セグメント４１ｅにおいてスペース部の長さを２５５μｍ〜２７７μｍとし、抽出回折格子２の長さを３μｍ〜５μｍとし、セグメント４１ｅ全体の長さを２６０μｍ〜２８０μｍとすることができる。
なお、高屈折率領域４８は、抽出回折格子２に設けられていてもよい。また、高屈折率領域４８は、図１７（ａ）に示すように、セグメント４１ｅにおいて複数に分割されて設けられていてもよい。また、セグメント４１ｅは、ＳＧ−ＤＲ領域Ａに設けられていてもよく、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ｂに設けられていてもよい。ただし、セグメント４１ｅは、ＳＧ−ＤＲ領域ＡとＳＧ−ＤＦＢ領域Ｂとの境界に近い位置に設けられていることが好ましい。また、セグメント４１ｅは、高屈折率領域４８の代わりに、領域４９の屈折率に比較して低い屈折率を有する低屈折率領域を備えていてもよい。この場合、上記Δφが−π／２になるように低屈折率領域の屈折率と領域４９の屈折率との差を調整することによって、本発明の効果が得られる。また、ＳＧ−ＤＲ領域ＡおよびＳＧ−ＤＦＢ領域Ｂにおけるセグメントは、１つを除いて全てセグメント４１ｅであってもよい。この場合においても、セグメント４１ｅを往復する光とその他のセグメントを往復する光との間に１８０°の位相差が生じる。
本実施例においては、セグメント４１ｅが第１のセグメントに相当する。
本発明の第１実施例に係るレーザ装置の全体構成を示す模式図である。 半導体レーザの詳細を説明するための図である。 導波路コアにおける各セグメントの詳細について説明するための図である。 セグメントの抽出回折格子の詳細を示す図である。 セグメントの抽出回折格子の詳細を示す図である。 セグメントの抽出回折格子の詳細を示す図である。 半導体レーザの製造方法を説明するためのフロー図である。 半導体レーザの製造方法を説明するためのフロー図である。 本発明の第２実施例に係る半導体レーザについて説明するための図である。 導波路コアにおける各セグメントの詳細について説明するための図である。 本発明の第３実施例に係る半導体レーザについて説明するための図である。 本発明の第４実施例に係るセグメントについて説明するための図である。 第４実施例に係るセグメントの他の例について説明するための図である。 本発明の第５実施例に係るセグメントについて説明するための図である。 第５実施例に係るセグメントの他の例について説明するための図である。 本発明の第６実施例に係るセグメントについて説明するための図である。 第６実施例に係るセグメントの他の例について説明するための図である。
符号の説明
１ 基板
２ 抽出回折格子
３，４，１４，１５ 導波路コア
９ 薄膜抵抗体
４１，４２ セグメント
４３ 縮幅部
４５ 拡幅部
４６ 凸部
４７ 凹部
４８ 高屈折率領域
５１ レジスト
５２ 透明体マスク
５３ 段差
５４，５６ 露光マスク
５５，５７ レジストパターン
１００ レーザ装置
２００ レーザモジュール
２０１，２０１ａ，２０１ｂ 半導体レーザ
２０７ 温度制御装置
２０８〜２１１ 制御端子
３００ 制御装置

Claims (21)

  1. 回折格子部とスペース部とからなるセグメントが複数接続され、利得を持ち、第１の離散的な反射スペクトルのピークを有する第１回折格子領域と、
    前記第１回折格子領域に接続され、前記第１回折格子領域の回折格子部と同等のピッチを持つ回折格子部とスペース部とからなるセグメントが複数接続され、前記第１の離散的な反射スペクトルのピークとはピーク波長の間隔が異なる第２の離散的な反射スペクトルのピークを有し、前記第１の離散的な反射スペクトルの特定のピークと前記第２の離散的な反射スペクトルの特定のピークとの関係が変化した場合に当該ピーク同士の一部が重なり合う第２回折格子領域とを備え、
    前記セグメントのいずれか１つである第１のセグメントは、他の全てのセグメントに比較して前記第１回折格子領域の回折格子部のピッチの半分の奇数倍異なる光学的長さを有し、
    前記他のセグメントは、全て前記第１回折格子領域の回折格子部のピッチの整数倍または全て前記第１回折格子領域の回折格子部のピッチの半分の奇数倍の光学的長さを有することを特徴とする半導体レーザ。
  2. 前記第２回折格子領域の複数のセグメントのうち少なくとも２つの光学的長さは、互いに前記第２回折格子領域の回折格子部のピッチの整数倍異なることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
  3. 前記第１のセグメントは、前記第１回折格子領域の複数のセグメントのうち前記第１回折格子領域と前記第２回折格子領域との境界側の２つのセグメントおよび前記第２回折格子領域の複数のセグメントのうち前記第１回折格子領域と前記第２回折格子領域との境界側の２つのセグメントのいずれかであることを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ。
  4. 前記第２回折格子領域は、前記第２回折格子領域の反射スペクトルのピークを変化させる反射スペクトル可変手段を備え、
    前記反射スペクトル可変手段は、電極を備え、前記電極に供給される電流によって温度制御可能なヒータであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体レーザ。
  5. 前記半導体レーザの端面と前記第１または第２回折格子領域との間に、光吸収領域または光増幅領域がさらに設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体レーザ。
  6. 前記第１のセグメントは、前記他の全てのセグメントと異なる断面形状を有することにより、他の全てのセグメントに比較して前記第１回折格子領域の回折格子部のピッチの半分の奇数倍異なる光学的長さを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の半導体レーザ。
  7. 前記第１のセグメントは、少なくとも一部に縮幅部または拡幅部を備えることにより、他の全てのセグメントに比較して前記第１回折格子領域の回折格子部のピッチの半分の奇数倍異なる光学的長さを有することを特徴とする請求項６記載の半導体レーザ。
  8. 前記第１のセグメントは、スペース部の少なくとも一部の下面に凸部または凹部を備えることにより、他の全てのセグメントに比較して前記第１回折格子領域の回折格子部のピッチの半分の奇数倍異なる光学的長さを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の半導体レーザ。
  9. 前記第１のセグメントは、少なくとも一部に前記他のセグメントの等価屈折率と異なる等価屈折率を有する領域を備えることにより、他の全てのセグメントに比較して前記第１回折格子領域の回折格子部のピッチの半分の奇数倍異なる光学的長さを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の半導体レーザ。
  10. 半導体層上にレジストを塗布する第１の工程と、
    前記レジストに回折格子のピッチの半分の奇数倍異なる光学的長さを有する凹部または凸部を１つ備える回折格子パターンを露光する第２の工程と、
    前記レジストに対してさらに、前記回折格子パターンを離間する領域となる複数のスペース部のパターンを露光する第３の工程と、
    前記レジストを現像することによって形成されたレジストパターンを前記半導体層に転写する第４の工程とを含むことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
  11. 前記第２の工程における露光は、干渉露光法による露光であることを特徴とする請求項１０記載の半導体レーザの製造方法。
  12. 前記第２の工程における露光は、段差を有する透過マスクを介してなされる露光であることを特徴とする請求項１１記載の半導体レーザの製造方法。
  13. 前記第３の工程における露光は、前記スペース部となる領域を選択的に開口する露光マスクによってなされる露光であることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載の半導体レーザの製造方法。
  14. 回折格子部とスペース部とからなるセグメントが複数接続され、利得を持ち、第１の離散的な反射スペクトルのピークを有する第１回折格子領域と、前記第１回折格子領域に接続され、前記第１回折格子領域の回折格子部と同等のピッチを持つ回折格子部とスペース部とからなるセグメントが複数接続され、前記第１の離散的な反射スペクトルのピークとはピーク波長の間隔が異なる第２の離散的な反射スペクトルのピークを有し、前記第１の離散的な反射スペクトルの特定のピークと前記第２の離散的な反射スペクトルの特定のピークとの関係が変化した場合に当該ピーク同士の一部が重なり合う第２回折格子領域と、を備える半導体レーザと、
    前記第１の離散的な反射スペクトルのピークおよび前記第２の離散的な反射スペクトルのピークの少なくともいずれか一方を変化させる反射スペクトル可変手段と、
    前記反射スペクトル可変手段を制御するための制御端子とを備え、
    前記セグメントのいずれか１つである第１のセグメントは、他の全てのセグメントに比較して前記第１回折格子領域の回折格子部のピッチの半分の奇数倍異なる光学的長さを有し、
    前記他のセグメントは、全て前記第１回折格子領域の回折格子部のピッチの整数倍または全て前記第１回折格子領域の回折格子部のピッチの半分の奇数倍の光学的長さを有することを特徴とするレーザモジュール。
  15. 前記反射スペクトル可変手段は、前記半導体レーザの温度を制御する温度制御装置を含み、
    前記レーザモジュールは、前記温度制御装置を制御するための制御端子をさらに備えていることを特徴とする請求項１４記載のレーザモジュール。
  16. 前記第２回折格子領域の複数のセグメントのうち少なくとも２つの光学的長さは、互いに異なることを特徴とする請求項１４または１５記載のレーザモジュール。
  17. 前記反射スペクトル可変手段は、電極を備えかつ前記電極に供給される電流によって前記第２回折格子領域の温度を制御可能なヒータを含むことを特徴とする請求項１４〜１６のいずれかに記載のレーザモジュール。
  18. 回折格子部とスペース部とからなるセグメントが複数接続され、利得を持ち、第１の離散的な反射スペクトルのピークを有する第１回折格子領域と、前記第１回折格子領域に接続され、前記第１回折格子領域の回折格子部と同等のピッチを持つ回折格子部とスペース部とからなるセグメントが複数接続され、前記第１の離散的な反射スペクトルのピークとはピーク波長の間隔が異なる第２の離散的な反射スペクトルのピークを有し、前記第１の離散的な反射スペクトルの特定のピークと前記第２の離散的な反射スペクトルの特定のピークとの関係が変化した場合に当該ピーク同士の一部が重なり合う第２回折格子領域と、を備える半導体レーザと、
    前記第１の離散的な反射スペクトルのピークおよび前記第２の離散的な反射スペクトルのピークの少なくともいずれか一方を変化させる反射スペクトル可変手段と、
    前記反射スペクトル可変手段を制御する制御手段とを備え、
    前記セグメントのいずれか１つである第１のセグメントは、他の全てのセグメントに比較して前記第１回折格子領域の回折格子部のピッチの半分の奇数倍異なる光学的長さを有し、
    前記他のセグメントは、全て前記第１回折格子領域の回折格子部のピッチの整数倍または全て前記第１回折格子領域の回折格子部のピッチの半分の奇数倍の光学的長さを有することを特徴とするレーザ装置。
  19. 前記反射スペクトル可変手段は、温度制御装置を含み、
    前記制御手段は、前記半導体レーザの温度を前記温度制御装置を制御することによって調整することを特徴とする請求項１８記載のレーザ装置。
  20. 前記第２回折格子領域の複数のセグメントのうち少なくとも２つの光学的長さは、互いに異なることを特徴とする請求項１８または１９記載のレーザ装置。
  21. 前記反射スペクトル可変手段は、電極を備えるヒータを含み、
    前記制御手段は、前記電極に電流を供給して前記ヒータの温度を制御することによって前記第２回折格子領域の温度を制御することを特徴とする請求項１８〜２０のいずれかに記載のレーザ装置。

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