JP2008205409A - 半導体レーザ，半導体レーザ・モジュールおよびラマン増幅器 - Google Patents

Abstract

【目的】回折格子の幅を異ならせなくても，複数の波長成分を含むレーザ光を出射することができる半導体レーザを提供する。
【構成】半導体基板の上方に，ストライプ状の活性層24が，反射端面から出射端面にかけて形成されている。活性層24は反射端面から出射端面に向かう途中において曲がり，これにより活性層24を導波される光の光軸線が出射端面の位置において出射端面の法線方向に対して斜めを向いている。活性層24の曲がり部分の下方に回折格子21が形成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は，半導体レーザ，半導体レーザを備えた半導体レーザ・モジュールおよび半導体レーザ・モジュールを備えたラマン増幅器に関する。

活性層の上層または下層に回折格子が形成された半導体レーザが知られている。この半導体レーザでは，回折格子の格子間隔によって規定される波長（ブラッグ波長）の光が回折格子によって反射され，所定の波長成分を含むレーザ光が出射される。

特許文献１には，回折格子の幅をそれぞれ異ならせることによって，ブラッグ波長をチャープさせること（レーザ光に複数の波長成分を含ませること）が記載されている。

しかしながら，特許文献１に記載されているように回折格子の幅をそれぞれ異ならせるには電子ビーム描画法によって作成せざるをえず，量産には適していない。

また，特許文献１に記載の半導体レーザには，その反射端面に高光反射率を持つ反射膜が，出射端面に反射防止膜（低光反射率をもつ反射膜）がそれぞれ形成されている。

出射端面に反射防止膜を形成するのは，出射端面においてレーザ光が反射されファブリペロー・モードで発振するのを極力避けるためである。しかしながら，製造工程の観点から言えば，反射端面側の高光反射率の反射膜の形成に加えて，さらに出射端面にも反射防止膜を形成する必要があるから，工程数が確実に多く，歩留まり低下の原因となる。
特開２００２−２０４０２４号公報

この発明は，回折格子の幅を異ならせなくても，複数の波長成分を含むレーザ光を出射することができる半導体レーザを提供することを目的とする。

この発明はさらに，出射端面に必ずしも反射防止膜を設けなくても，出射端面におけるレーザ光の反射率が低い半導体レーザを提供することを目的とする。

第１の発明による半導体レーザは，半導体基板の上方に，第１端面から第２端面にかけて，活性層がストライプ状に形成されており，前記ストライプ状の活性層は，前記第１端面の位置および第２端面の位置のうちの少なくともいずれか一方の位置において，前記活性層を導波される光の光軸線が第１端面の法線方向および第２端面の法線方向のいずれかに対して斜めを向くように，前記半導体基板の基板面と平行な面内において曲がっており，前記活性層の曲がり部分の上方または下方に，格子間隔が等間隔である回折格子が形成されていることを特徴とする。

第１の発明によると，ストライプ状（筋状，細線状）の活性層が，半導体レーザの第１端面の位置および第２端面の位置のうちの少なくともいずれか一方の位置において，活性層を導波される光の光軸線（活性層を含む光導波路の光軸方向と言ってもよい）が第１端面の法線方向および第２端面の法線方向のいずれかに対して斜めを向くように，前記半導体基板の基板面と平行な面内において曲がっている。そして，活性層の曲がり部分の上方または下方に，格子間隔が等間隔である回折格子が形成されている。活性層の曲がり部分に回折格子が形成されているので，回折格子を構成する多数の単位格子間の光の光路は，第１端面または第２端面に向かうにしたがって長くなる。このため，回折格子の幅を異ならせる，または回折格子の格子間隔を異ならせるまでもなく，回折格子によって反射される光の波長がチャープし，複数の波長成分を含む光の共振を達成することができる。複数の波長成分を含むレーザ光を出射させることができる。

また，第１の発明によると，回折格子の格子間隔（回折格子ピッチ）が等間隔であるので，比較的簡単に回折格子を作成することができる。回折格子の格子間隔は，出射させるべきレーザ光が所望の中心波長を持つことになる間隔とすればよい。

活性層の上方または下方に形成される回折格子は，活性層の曲がり部分の全体に対応する位置に形成してもよいし，活性層の曲がり部分の一部に対応する位置に形成してもよい。また，活性層を，半導体レーザの第１端面の位置および第２端面の位置の両方において，活性層を導波される光の光軸線が第１端面の法線方向および第２端面の法線方向に対して斜めを向くように，前記半導体基板の基板面と平行な面内において曲げる場合には，回折格子は，活性層の２つの曲がり部分の両方にそれぞれ形成してもよいし，いずれか一方に形成してもよい。

第１端面および第２端面のうち，第１端面をレーザ光が出射する出射端面と位置づける。一実施態様では，第１端面（出射端面）の位置において活性層を導波される光の光軸線が第１端面の法線方向に対して斜めを向くように，第１端面に向かう途中で活性層を曲げて形成する。前記活性層を導波される光の光軸線が，出射端面の位置において出射端面に対して斜めを向く。出射端面から出射するレーザ光は空気層に斜めに入射する。このため，出射端面に反射防止膜を設けなくても，出射端面と空気層との間（境界）におけるレーザ光の反射率を低くすることができる。

もちろん，出射端面におけるレーザ光の反射率をさらに低くするために，前記第１端面（出射端面）に光反射防止膜を形成してもよい。出射端面と反対側の端面（第２端面）における光の反射率を高くするために，第２端面に光反射膜を形成してもよい。

第１端面（出射端面）に向かう途中で活性層を曲げて形成する場合，第２端面（出射端面と反対側の端面）の位置において活性層を導波される光の光軸線が第２端面の法線方向に対して斜めを向くように，第２端面に向かう途中でも活性層を曲げて形成してもよいし（活性層の両端部分が曲がっている態様），第２端面に向かう活性層の部分は直線状であってもよい（活性層の一端部分が曲がっている態様）。

他の実施態様では，活性層は，第２端面（出射端面と反対側の端面）の位置において活性層を導波される光の光軸線が第２端面の法線方向に対して斜めを向くように，第２端面に向かう途中で曲げて形成され，第１端面（出射端面）に向かう活性層の部分は直線状に形成される。この場合，第１端面（出射端面）におけるレーザ光の反射率を低くするために，第１端面には光反射防止膜が形成される。

一実施態様では，前記活性層は，直線状部分と，前記直線状部分に連続し前記第１端面に向かう途中で曲がっている第１の曲がり部分と，前記直線状部分に連続し前記第２端面に向かう途中で曲がっている第２の曲がり部分の少なくともいずれか一方を含み，前記回折格子は，第１の曲がり部分および第２の曲がり部分の少なくともいずれか一方の上方または下方に形成されている。

前記第１の曲がり部分および第２の曲がり部分の両方を含む場合には，前記第１の曲がり部分および第２の曲がり部分を左右対称（鏡映対称）に形成するとよい。同一構造のストライプ状の活性層を持つ半導体レーザ（レーザ・チップ）を，半導体ウエハ上に連続して多数形成することできる。半導体ウエハから効率よく半導体レーザ（レーザ・チップ）を切り出すことができる。

他の実施態様では，前記活性層は，直線状部分と，前記直線状部分に連続し前記第１端面に向かう途中で曲がっている第１の曲がり部分と，前記直線状部分に連続し前記第２端面に向かう途中で曲がっている第２の曲がり部分を含み，前記回折格子は，第１の曲がり部分および第２の曲がり部分の両方の上方または下方に形成されており，前記第１の曲がり部分に形成された回折格子の反射率と，前記第２の曲がり部分に形成された回折格子の反射率とが異なっている。たとえば，第２の曲がり部分の上方または下方に形成された回折格子の反射率を，第１の曲がり部分の上方または下方に形成された回折格子の反射率よりも高くすると，第１端面から高出力のレーザ光を出射させることができる。また，第２端面に光反射膜を必ずしも設けなくても済む。さらに，第１端面（出射端面）から出射するレーザ光は空気層に斜めに入射するので，出射端面と空気層との間（境界）におけるレーザ光の反射率が低くなる。このため，第１端面（出射端面）に光反射防止膜を必ずしも設けなくてもよいのは上述したとおりである。回折格子の反射率を異ならせるには，回折格子の高さを異ならせる，回折格子形成領域の長さを異ならせる等の方法がある。

より好ましくは，前記活性層の幅が，前記第１端面または第２端面に向かうしたがって広がっている（フレア状）または狭まっている（テーパ状）。活性層（活性層を含む光導波路）の断面の面積が次第に変化するので，これによっても，回折格子において反射される光の波長がチャープし，出射されるレーザ光に複数の波長成分を含ませることができる。また，出射端面に向かうにしたがって前記活性層の幅を広げるまたは狭めることによって，出射端面から出射されるレーザ光のスポット・サイズをコントロールすることができる。スポット・サイズは，出射端面における活性層の幅が所定幅のときに極小となり，それよりも狭くても広くても増大する。そして，スポット・サイズは出射端面における反射率とも関係している。出射端面における反射率を低下させることに着目する場合には，活性層の幅を広げても，狭めてもよい。スポットサイズが大きいほど反射率が低下する。半導体レーザから出射されるレーザ光の出力を高める（活性層の光学利得を高める）ことに着目する場合には活性層の幅が広い方が有利であるので，活性層の幅を広げる構造の方が好ましい。また，上述のように，活性層の曲がり部分の上方または下方に回折格子を形成することによって，回折格子の格子間隔を異ならせるまでもなく回折格子によって反射される波長（ブラッグ波長）をチャープさせることができるが，ブラッグ波長の分布幅が，たとえば，半導体レーザをラマン増幅器に採用する場合にラマン増幅器の設計上好ましい範囲よりも大きくなる場合には，活性層の幅を狭める構造を採用すればよい。等価屈折率が下がるのでブラッグ波長の分布幅を狭めることができる。

第２の発明による半導体レーザは，半導体基板の上方に，第１端面から第２端面にかけて，活性層が直線状かつストライプ状に，前記半導体基板の基板面と平行な面内において形成されており，前記直線状のストライプ状活性層は，前記活性層を導波される光の光軸線が前記第１端面および第２端面の法線方向に対して斜めを向く方向に形成されており，前記直線状のストライプ状活性層の幅が，前記第１端面または第２端面に向かうにしたがって広がっておりまたは狭まっており，前記活性層の広がり部分または狭まり部分の上方または下方に，格子間隔が等間隔である回折格子が形成されていることを特徴とするものである。

第２の発明によると，ストライプ状の活性層は，活性層を導波する光の光軸線が半導体レーザの第１端面および第２端面の法線方向に対して斜めを向く方向に直線状に形成されている。第１端面を出射端面として位置づけると，第１端面（出射端面）から出射するレーザ光は空気層に斜めに入射するので，出射端面に反射防止膜を設けなくても，出射端面と空気層との間（境界）におけるレーザ光の反射率を低くすることができる。また，活性層の幅が，前記第１端面または第２端面に向かうしたがって広がっているまたは狭まっているので，活性層（活性層を含む光導波路）の断面の面積が次第に変化する。これにより，広がり部分または狭まり部分の上方または下方に形成された回折格子において反射される光の波長がチャープする。出射されるレーザ光に，複数の波長成分を含ませることができる。

第２の発明による半導体レーザにおいても，活性層の上方または下方に形成される回折格子は，活性層の広がりまたは狭まり部分の全体に対応する位置に形成してもよいし，活性層の広がりまたは狭まり部分の一部に対応する位置に形成してもよい。

この発明は，上述した半導体レーザを備えた半導体レーザ・モジュールも提供している。半導体レーザ・モジュールは，筐体と，前記筐体内に格納されている，半導体レーザ，前記筐体内の温度を計測するサーミスタ，前記サーミスタによって計測された温度に基づいて，前記半導体レーザを冷却する冷却素子，前記半導体レーザの第１端面および第２端面のうち，レーザ光が出射されるべき端面から出射するレーザ光を収束するレンズ，ならびに前記半導体レーザの第１端面および第２端面のうち，レーザ光が出射されるべき端面と反対側の端面から出射する光を受光する受光素子と，前記筐体に接続され，前記レンズによって収束されたレーザ光を導波する光ファイバとを備えている。

さらに，この発明による半導体レーザ（半導体レーザ・モジュール）は，複数の波長成分を含み，かつ所望の中心波長を有するレーザ光を出射することができるので，ラマン増幅器における励起光用の光源として利用することができる。この発明は，前記半導体レーザ・モジュール，および前記半導体レーザ・モジュールに含まれる光ファイバからのレーザ光が入射する増幅用光ファイバを備えたラマン増幅器も提供している。

（実施例１）
図１は，第１実施例における半導体レーザの外観を，半導体レーザに内包されている活性層および回折格子とともに示す斜視図である。図２は，図１に示す半導体レーザの平面図である。図２においては，分かりやすくするために，活性層および回折格子が実線で描かれている。

半導体レーザ１は端面出射型の半導体レーザである。半導体レーザ１の両端面（出射端面１ａおよび反射端面１ｂ）は互いに平行に劈開されている。半導体レーザ１の反射端面１ｂには高光反射率（たとえば，７０％以上）の反射膜33が設けられている。他方，半導体レーザ１の出射端面１ａに反射防止膜は設けられていない。半導体レーザ１の上面および下面に設けられた電極31，32に電流を流すと，活性層24において光が発生する。活性層24において発生した光は活性層24（活性層24を含む光導波路）に沿って進行し，反射膜33と回折格子21との間で反射され，これにより光が共振してレーザ光となり出射端面１ａから出射される。回折格子21の格子間隔（ピッチ）は必要とされるレーザ光の中心波長に応じて調節される。

活性層24は，半導体レーザ１の基板面と平行な面内において半導体レーザ１の反射端面１ｂから出射端面１ａにかけてストライプ状（筋状，細線状）に形成されている。活性層24は，反射端面１ｂから出射端面１ａに向かう途中において曲がり，この曲がり部分では，活性層24の幅が半導体レーザ１の出射端面１ａに向かうにしたがって広がっている。

回折格子21は，活性層24の曲がり部分（広がり部分）に対応する位置であって，活性層24の下方に形成されている。回折格子21は，活性層24の曲がり部分の全体に対応する位置に形成してもよいし，活性層24の曲がり部分の一部に対応する位置に形成してもよい。回折格子21は多数の単位格子を含み，この単位格子同士は等間隔（実質的に等間隔とみなされる程度のばらつきを含む）に形成されている。回折格子21は半導体レーザ１の出射端面１ａおよび反射端面１ｂと平行な方向を向いている。また，回折格子21は活性層24の上方に形成してもよい。

一般に半導体レーザは，半導体基板上に，組成，不純物の種類と量等の異なる複数の半導体層が積層されて構成される。ストライプ状の活性層24は，その一または複数層内にストライプ状に光を閉じ込めることができる形態で形成される。回折格子21は，半導体基板上に形成してもよいし，活性層24の上または下の半導体層に形成してもよい。

図３（Ａ）〜図８（Ｃ）は，図１および図２に示す半導体レーザ１の製造工程を示している。これらの図面において，（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は，それぞれ平面図，正面図および右側面図（出射端面側の端面図）の組を示している。なお，図３（Ａ）〜図８（Ｃ）では，作図の便宜上および分かりやすくするために，積層（厚さ）方向，活性層の幅，回折格子の幅等が強調して描かれている。

ｎ型ＩｎＰ（インジウム−リン）基板20上に，バンドギャップエネルギーが１．１μｍ程度のｎ型ＩｎＧａＡｓＰ（インジウム−ガリウム−ヒ素−リン）回折格子形成層21Ｓおよびｎ型ＩｎＰキャップ形成層22Ｓを，それぞれ厚さ１００ｎｍおよび３０ｎｍ程度結晶成長させる。結晶成長には有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）を用いることができる（図３（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ））。

ｎ型キャップ形成層22Ｓの全面にポジ型レジストを塗布した後，２光束干渉露光法によって２３０ｎｍ程度のピッチで干渉露光を行う。次に，回折格子が形成されるべき出射端面側の範囲以外の範囲を露光し，その後現像を行って露光によって感光したレジストを除去する。この状態で基板全体を飽和臭素水を含むエッチング液に浸し，続いて硫酸および過酸化水素水を含むエッチング液に浸す。ｎ型ＩｎＰ基板20上に，回折格子21および回折格子21上の積層されたキャップ層22からなる複数の凸条がほぼ等間隔に形成される（図４（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ））。

レジストを全て除去した後，ｎ型ＩｎＰスペーサ層23（キャップ層22と同一組成のものであり，キャップ層22と一体化する），活性層24およびｐ型ＩｎＰクラッド層25を順次結晶成長される（図５（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ））。詳細な図示は省略するが，活性層24は井戸層および障壁層を交互に複数積層した多重領域井戸構造を有している。活性層24の上層および下層にさらに光分離閉込め層を積層してもよい。

ｐ型ＩｎＰクラッド層25の上面に，プラズマＣＶＤ法（化学気相堆積法）（Chemical Vapor Deposition）を用いてＳｉＯ₂膜26を１００ｎｍ程度堆積する。その後，フォトリソグラフィ工法によって，反射端面となるべき位置から出射端面となるべき位置にかけて，その途中において曲がり，かつ曲がり部分において幅が広がっているストライプ状のマスクを，ＳｉＯ₂ 膜26上に転写し，その後エッチングを行う。エッチングはウエット・エッチングまたはドライ・エッチングのいずれを用いてもよく，これらを組み合わせてもよい。エッチングによって，出射端面の位置における活性層の幅（長さ）が２μｍ〜４μｍ程度，高さが２μｍ程度のメサ構造を形成する（図６（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ））。

ＳｉＯ₂ 膜26を結晶成長阻害マスクとして残したまま，メサ構造の両側にｐ型ＩｎＰブロック層27およびｎ型ＩｎＰブロック層28を順次結晶成長する。その後ＳｉＯ₂ 膜26を除去し，さらにｐ型ＩｎＰクラッド層29およびｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層30を順次結晶成長する（図７（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ））。

全体の厚さが１００μｍ程度になるまで基板20を研磨した後，上面および下面に電極31，32をそれぞれ設ける。その後，両端面を劈開する。反射端面には高光反射率を有する反射膜33を蒸着する（図８（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ））。半導体レーザ１が完成する。

図９（Ａ）は，半導体レーザ１の出射端面１ａにおけるレーザ光の進行方向を示している。図９（Ｂ）は，半導体レーザ１の出射端面１ａにおけるレーザ光の角度θ（出射端面１ａにおけるレーザ光の進行方向と出射端面Ｘの法線方向とがなす角度）（以下，導波路角度θという）と出射端面１ａにおける反射率との関係を，レーザ光のスポット・サイズごとに示すグラフである。図１０は，半導体レーザ１の出射端面１ａにおける活性層の幅と出射されるレーザ光のスポット・サイズとの関係を示すグラフである。

半導体レーザ１の出射端面１ｂから出射されたレーザ光は空気層（大気層）に入射する。半導体レーザ１の出射端面１ａからその法線方向にレーザ光が出射した場合，出射端面１ａと空気層との境界において約３０％程度のレーザ光が反射してしまう。この実施例における半導体レーザ１は，回折格子21を用いることによって所定の波長成分を含むレーザ光を出射するもの（波長選択性を持たせたもの）であるから，出射端面１ａにおけるレーザ光の反射（波長に関係しないすべての波長成分のレーザ光の反射）はできるだけ低くするのが好ましい。上述した半導体レーザ１は，活性層24が出射端面１ａに向かうにしたがって曲がって形成されており，出射端面１ａの位置において活性層24を導波する光の進行方向が出射端面１ａの法線方向に対して斜めを向いている。このため半導体レーザ１の出射端面１ａから斜めにレーザ光が出射する（レーザ光が斜めに空気層に入射する）（図９（Ａ））。導波路角度θに応じて出射端面におけるレーザ光の反射率は低下する（図９（Ｂ））ので，レーザ光の出射端面１ａにおける反射率を低く抑えることができる。

なお，半導体レーザ１の半導体層の屈折率よりも空気層の屈折率は小さく，空気層に入射したレーザ光は屈折する（導波路角度θ＜出射角度α）。一般には，導波路角度θが１８°程度で全反射が生じる。このため，導波路角度θが１８°よりも小さい角度を持つように，活性層24の曲がり部分は設計される。

また，図９（Ｂ）に示すように，半導体レーザ１の出射端面１ａにおけるレーザ光の反射率は，レーザ光のスポット・サイズωにも関係する。レーザ光のスポット・サイズωは出射端面における活性層の幅（活性層を含む光導波路の幅）によって変化する（図１０）。活性層の幅が所定幅のときにスポット・サイズは極小値をとり，その所定幅よりも広くても，狭くても，スポット・サイズは大きくなる。

スポット・サイズωによってレーザ光の出射端面１ａにおける反射率が異なり（図９（Ｂ）），このスポット・サイズωは活性層24の幅によってコントロールすることができる（図１０）。このため，活性層24の幅を広げることによってレーザ光のスポット・サイズを大きくすることによっても，出射端面１ａにおけるレーザ光の反射率を小さくすることができる。さらに，活性層24の幅を広げることによって半導体レーザ１から出射されるレーザ光を比較的高出力にすることもできる。

図１１は，半導体レーザ１の出射端面１ａ付近における活性層24および回折格子21を拡大して示す平面図である。図１１においても，分かりやすくするために，半導体レーザ１に内包されている活性層24および回折格子21が実線で描かれている。

上述したように，活性層24は半導体レーザ１の出射端面１ａに向かうにしたがって曲がっており，この活性層24の曲がり部分に沿って回折格子21が設けられているので，回折格子21を構成する単位格子間は等間隔であっても，単位格子間の光の光路は出射端面に向かうにしたがって長くなる。このため，回折格子21によって反射される光の波長（ブラッグ波長）λがチャープする。すなわち，回折格子21では複数の波長成分を有する光が反射し，半導体レーザ１からは複数の波長成分を含むレーザ光が出射される（多モード発振）。単位格子間の光路が比較的短い回折格子21の部分（出射端面に遠い部分）において反射される光の波長（λ₁ ）は比較的短く，単位格子間の光の光路が比較的長い回折格子21の部分（出射端面に近い部分）において反射される光の波長（λ₂ ）は比較的長い（λ₁＜λ₂）。

回折格子21によって反射される光の波長（ブラッグ波長）λは，回折格子21が形成されている部分に対応する位置の活性層24の幅（活性層24を含む光導波路の断面の面積）によっても変化する。一般に，活性層24の幅が大きいほどブラッグ波長λは長くなり，小さいほど短くなる。活性層24の幅が出射端面に向かうにしたがって広がっているので，これによってもブラッグ波長λがチャープし，複数の波長成分を含むレーザ光の出射に寄与する。

図１２は，他の実施例における半導体レーザの平面図を示している。図１２においても，分かりやすくするために，半導体レーザに内包されている活性層24Ａおよび回折格子21が実線で描かれている。

図１２に示す半導体レーザ１Ａは，活性層24Ａの幅が出射端面１ａに向かうにしたがって狭まっている点が，広がっている半導体レーザ１（図１，図２）と異なる。

図１２に示す半導体レーザ１Ａにおいても，活性層24Ａは，半導体レーザ１Ａの出射端面１ａに向かうにしたがって曲がっており，半導体レーザ１Ａの出射端面１ａからは斜めにレーザ光が出射する。レーザ光の出射端面１ａにおける反射率を低く抑えることができる。また，回折格子21を構成する単位格子間はほぼ等間隔であるが，活性層24Ａが半導体レーザ１Ａの出射端面１ａに向かうにしたがって曲がって形成され，この曲がり部分の下方に回折格子21が形成されているので，単位格子間のレーザ光の光路は出射端面１ａに向かうにしたがって長くなる。このため，回折格子21によって反射される光の波長がチャープし，半導体レーザ１Ａから複数の波長成分を含むレーザ光を出射させることができる。さらに，回折格子21が形成されている位置における活性層24Ａの幅が出射端面１ａに向かうにしたがって狭まっているので，これによっても複数の波長成分を含むレーザ光を出射させることができる。また，活性層24Ａを狭めることによっても出射端面１ａから出射されるレーザ光のスポット・サイズωを大きくすることができるので（図１０），これによっても出射端面１ａにおけるレーザ光の反射率を小さくすることができる（図９）。

上述したように，半導体レーザ１Ａからは複数の波長成分を含むレーザ光が出射するが，半導体レーザ１Ａをたとえばラマン増幅器（後述する）に用いる場合に，出射されるレーザ光の波長成分がラマン増幅器の設計上好ましい範囲よりも広がってしまう場合には，活性層24Ａの幅を狭めることによって上述した等価屈折率を下げることができるので，ラマン増幅器に求められる要求を満たすこともできる。

（実施例２）
図１３は，第２実施例における半導体レーザの平面図を示している。第２実施例の半導体レーザ２も，第１実施例において説明した半導体レーザ１の製造工程とほぼ同様の工程によって製造される。このことは，後述する他の実施例においても同様である。

レーザ光が出射する出射端面２ａに反射防止膜34が設けられている。他方，出射端面２ａに対向する端面２ｂに高光反射率の反射膜は設けられていない。以下，出射端面２ｂと反対側の端面２ｂを，後方端面と呼ぶことにする。このことは，後述する他の実施例でも同様である。

半導体レーザ２に含まれるストライプ状の活性層24Ｂは半導体レーザ２の後方端面２ｂに向かう途中において曲がり，この曲がり部分では活性層24Ｂの幅が半導体レーザ２の後方端面２ｂに向かうにしたがって広がっている。回折格子21Ａは，活性層24Ｂの曲がり部分に対応する位置であって活性層24Ｂの下方に形成されている。回折格子21Ａを構成する単位格子間はほぼ等間隔に形成されている。活性層24Ｂにおいて発生した光は回折格子21Ａと半導体レーザ２の出射端面（劈開面）２ａとの間で反射され，これにより光が共振してレーザ光となり出射端面２ａから出射される。

半導体レーザ２の後方端面２ｂから高出力のレーザ光を出射させる必要はないので，半導体レーザ２の回折格子21Ａは，光の反射率が高くなるように形成される。回折格子21Ａにおいて高い反射率で光を反射させるには，例えば，回折格子21Ａの高さを高くすればよい（詳しくは後述する）。

半導体レーザ２においても，回折格子21Ａを構成する単位格子間はほぼ等間隔であるが，活性層24Ａが半導体レーザ２の後方端面２ｂに向かう途中で曲がって形成されているので，単位格子間のレーザ光の光路は後方端面２ｂに向かうにしたがって長くなる。このため，回折格子21Ａによって反射される光の波長がチャープし，半導体レーザ２から複数の波長成分を含むレーザ光を出射させることができる。等間隔に回折格子21Ａを作成することができるので，半導体レーザ２の製造（回折格子21Ａの作成）が容易である。また，活性層24Ｂの幅が後方端面２ｂに向かうにしたがって広がっているので，これによっても複数の波長成分を含むレーザ光を出射させることができる。また，半導体レーザ２から出射されるレーザ光は半導体レーザ２の出射端面２ａからほぼ法線方向に出射するので，半導体レーザ２を備えた半導体レーザ・モジュール（後述する）において半導体レーザ２の配置（固定）設計が容易になる。

活性層24Ｂの幅を，半導体レーザ２の後方端面２ｂに向かうにしたがって狭くなるように形成してもよいのは第１実施例と同様である。このことは，以下に説明する他の実施例においても同様である。

（実施例３）
図１４は，第３実施例における半導体レーザの平面図を示している。

第３実施例の半導体レーザ３では，活性層24Ｃが，後方端面３ｂに向かうにしたがって曲がって形成されているとともに，出射端面３ａに向かうにしたがっても曲がって形成されている。すなわち，活性層24Ｃは，直線状の部分の両端に，直線状部分に連続して２つの曲がり部分が形成されているものである。

回折格子21Ａは，後方端面３ｂに向かうにしたがって曲がっている活性層24Ｃの曲がり部分に対応する位置に形成されている。出射端面３ａに向かうにしたがって曲がっている活性層24Ｃの曲がり部分に回折格子は形成されていない。また，半導体レーザ３の後方端面３ｂおよび出射端面３ａのいずれにも，反射膜または反射防止膜は設けられていない。活性層24Ｃにおいて発生した光は回折格子21Ａと半導体レーザ３の出射端面（劈開面）３ａの間で反射され，これにより光が共振してレーザ光となり出射端面３ａから出射される。

半導体レーザ３の出射端面３ａから斜めにレーザ光が出射するので，レーザ光の出射端面３ａにおける反射率を低く抑えることができる。また，回折格子21Ａの単位格子間のレーザ光の光路は後方端面３ｂに向かうにしたがって長くなるので，回折格子21Ａによって反射される光の波長がチャープし，半導体レーザ３から複数の波長成分を含むレーザ光を出射させることができる。

（実施例４）
図１５は，第４実施例における半導体レーザの平面図を示している。

第４実施例の半導体レーザ４は，第３実施例の半導体レーザ３（図１４）と比較すると，後方端面４ｂに向かうにしたがって曲がっている活性層24Ｄの曲がり部分と，出射端面４ａに向かうにしたがって曲がっている活性層24Ｄの曲がり部分が，いずれも半導体レーザ４の一側面４ｃの方向に向かって曲がっている点で異なる。

第４実施例の半導体レーザ４は，第３実施例の半導体レーザ３と同様の作用および効果を奏するとともに，半導体ウエハから多数の半導体レーザ４（半導体レーザ・チップ）を効率よく切り出すことができるという利点をさらに有している。

図１６は，半導体レーザ４が多数形成された半導体ウエハ10の一部を平面的に示している。

半導体ウエハ10には多数の半導体レーザ４が形成される（このことは，上述した半導体レーザ１，２，３においても，後述する半導体レーザ５，６，７においても同様である）。半導体ウエハ10に形成された多数の半導体レーザ４のそれぞれがそれぞれ分離される（切取られる）。

第４実施例の半導体レーザ４には活性層24Ｄが左右対称に形成されているので，半導体ウエハ10上に同一構造の半導体レーザ４を連続して形成することができる（図１６）。半導体ウエハ10上から多数の半導体レーザ４を効率よく切出すことができ，半導体レーザ４の出射端面４ａおよび後方端面４ｂの劈開処理も短時間で済ませることができる。

（実施例５）
図１７は，第５実施例における半導体レーザの平面図を示している。

第５実施例の半導体レーザ５は，第３実施例の半導体レーザ３（図１４）とは，出射端面５ａに向かうにしたがって曲がっている活性層24Ｃの曲がり部分に，回折格子21が形成されている点が異なる。

図１８（Ａ）は，出射端面５ａ側に形成されている回折格子21の拡大縦断面図である。図１８（Ｂ）は，後方端面５ｂ側に形成されている回折格子21Ａの拡大縦断面図である。

上述したように，回折格子の高さを高くすることによって，回折格子における光の反射率を高めることができる。図１８（Ａ），（Ｂ）に示すように，半導体レーザ５の後方端面５ｂ側に形成されている回折格子21Ａの高さａ₂ は，半導体レーザ５の出射端面５ａ側に形成されている回折格子21の高さａ₁ よりも高く設計されている（ａ₁＜ａ₂）。後方端面５ｂから高出力のレーザ光が出射されてしまうこと防止される。この結果，出射端面５ａから出射されるレーザ光の高出力化が図られる。

なお，半導体レーザ５の出射端面５ａ側に形成されている回折格子21のピッチｄと，半導体レーザ５の後方端面５ｂ側に形成されている回折格子21Ａのピッチｄは同じである。これは，回折格子21において反射される光の波長と，回折格子21Ａにおいて反射される光の波長を一致させるためである。

半導体レーザ５では，回折格子21と回折格子21Ａの間で光が反射され，これによって共振した光がレーザ光として出射端面５ａから出射される。半導体レーザ５の出射端面５ａからは斜めにレーザ光が出射するので，レーザ光の出射端面５ａにおける反射率を低く抑えることができる。また，回折格子21の単位格子間の光の光路は出射端面５ａに向かうにしたがって長くなり，回折格子21Ａの単位格子間の光の光路も反射端面５ｂに向かうにしたがって長くなっている。このため，回折格子21，21Ａによって反射される光の波長がチャープし，半導体レーザ５から複数の波長成分を含むレーザ光を出射させることができる。

（実施例６）
図１９は，第６実施例の半導体レーザの平面図を示している。

第６実施例の半導体レーザ６は，第４実施例の半導体レーザ４（図１５）とは出射端面６ａに向かうにしたがって曲がっている活性層24Ｄの曲がり部分に対応する位置に，回折格子21が形成されている点が異なる。

第６実施例の半導体レーザ６は，第５実施例の半導体レーザ５と同様の作用および効果を奏するとともに，上述した第４実施例の半導体レーザ４と同様に，半導体ウエハから多数の半導体レーザ６を効率よく切り出すことができる（図１６参照）。

（実施例７）
図２０は，第７実施例における半導体レーザの平面図を示している。

半導体レーザ７は，上述した半導体レーザ１〜６と異なり，ストライプ状の活性層24Ｅは直線状に形成されている。直線状の活性層24Ｅ（活性層24Ｅを導波する光の光軸線）（活性層24Ｅを含む光導波路の光軸方向）は，出射端面７ａおよび反射端面７ｂの法線方向に対して斜めを向いている。また，活性層24Ｅの幅は出射端面７ａに向かう途中で広がっており，この活性層24Ｅの広がり部分の下層に，回折格子21が形成されている。

活性層24Ｅ（活性層24Ｅを導波する光の光軸線）（活性層24Ｅを含む光導波路の光軸方向）が，出射端面７ａおよび反射端面７ｂの法線方向に対して斜めを向いているので，半導体レーザ７の出射端面７ａから出射するレーザ光は，出射端面７ａから斜めに出射する。これにより，出射端面７ａにおけるレーザ光の反射率を低く抑えることができる。また，活性層24Ｅの幅が出射端面７ａに向かうにしたがって広がっているので，これによって回折格子21によって反射される光のブラッグ波長λがチャープし，複数の波長成分を含むレーザ光が出射端面７ａから出射する。

上述した半導体レーザ７においても，活性層24Ｅの幅を，出射端面７ａに向かうにしたがって狭めるようにしてもよい。

（実施例８）
図２１は，上述した半導体レーザ１を備えた半導体レーザ・モジュールの一例を平面的に示すものである。

半導体レーザ・モジュール40のパッケージＰ内に板状の冷却素子41が固定されている。この冷却素子41上に半導体レーザ１，サーミスタ42および受光素子43が固定されている。

サーミスタ42によって検出される周囲温度に基づいて，冷却素子41の温度が制御（冷却）される。

受光素子43は半導体レーザ１の反射端面からわずかに出射する光を受光して，半導体レーザ１の動作のモニタリングするためのものである。受光素子43は，その受光面が半導体レーザ１の反射端面に対して斜めを向くように冷却素子41上に配置されている。これは，受光素子43の受光面に入射した半導体レーザ１の反射端面からの光が，再び半導体レーザ１に戻ってしまうのを防止するためである。

半導体レーザ１の出射端面からは，上述したように，レーザ光が斜めに出射する。斜めに出射するレーザ光の光軸と光ファイバ46の軸が一致するような向きをもって，半導体レーザ１は冷却素子41上に配置される。半導体レーザ１から出射されたレーザ光は，光収束のためのレンズ44および戻り光の阻止のための光アイソレータ45を通過した後，パッケージｐから出射される。パッケージｐに連結（接続）されている光ファイバ46に，レーザ光が入射する。

上述した半導体レーザ２〜７を用いることによっても，上述と同様に半導体レーザ・モジュールを構成することができるのは言うまでもない。

（実施例９）
図２２は，上述した半導体レーザ・モジュール40を励起光用光源として用いたラマン増幅器のブロック図を示している。

ラマン増幅器50では，半導体レーザ・モジュール40から出力されたレーザ光は，励起光としてカプラ52を介して増幅用光ファイバ51に入力する。増幅用光ファイバ51において誘導ラマン散乱が生じ，レーザ光の波長（励起光波長）から約１００ｎｍ程度長波長側に利得が生じる。増幅用ファイバ51に信号光が入射すると，増幅用光ファイバ51中に生じた利得によって信号光が増幅される（ラマン増幅）。半導体レーザ・モジュール40に含まれる半導体レーザ１は複数の波長成分を含むレーザ光を出射し，このレーザ光が励起光として用いられるので，増幅用光ファイバ51において誘導ブルリアン散乱が生じず，信号光を長距離にわたってファイバ伝送することができる。

第１実施例の半導体レーザの外観を示す斜視図である。 第１実施例の半導体レーザの平面図である。 （Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）は，半導体レーザの製造工程を示す。 （Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）は，半導体レーザの製造工程を示す。 （Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）は，半導体レーザの製造工程を示す。 （Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）は，半導体レーザの製造工程を示す。 （Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）は，半導体レーザの製造工程を示す。 （Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）は，半導体レーザの製造工程を示す。 （Ａ）は半導体レーザの出射端面から出射されるレーザ光の角度を示し，（Ｂ）は導波路角度と反射率との関係を示すグラフである。 出射端面における活性層の幅とスポット・サイズとの関係を示すグラフである。 活性層および回折格子を拡大して示す。 半導体レーザの変形例を示す平面図である。 第２実施例の半導体レーザの平面図である。 第３実施例の半導体レーザの平面図である。 第４実施例の半導体レーザの平面図である。 半導体ウエハの拡大平面図である。 第５実施例の半導体レーザの平面図である。 （Ａ），（Ｂ）は回折格子の拡大縦断面図である。 第６実施例の半導体レーザの平面図である。 第７実施例の半導体レーザの平面図である。 半導体レーザ・モジュールのブロック図である。 ラマン増幅器のブロック図である。

符号の説明

１，１Ａ，２，３，４，５，６，７ 半導体レーザ
21，21Ａ 回折格子
24，24Ａ，24Ｂ，24Ｃ，24Ｄ，24Ｅ 活性層
33 反射膜
34 反射防止膜
40 半導体レーザ・モジュール
41 冷却素子
42 サーミスタ
43 受光素子
44 レンズ
50 ラマン増幅器
51 増幅用光ファイバ
Ｐ パッケージ

Claims (9)

1. 半導体基板の上方に，第１端面から第２端面にかけて，活性層がストライプ状に形成されており，
   前記ストライプ状の活性層は，前記第１端面の位置および第２端面の位置のうちの少なくともいずれか一方の位置において，前記活性層を導波される光の光軸線が第１端面の法線方向および第２端面の法線方向のいずれかに対して斜めを向くように，前記半導体基板の基板面と平行な面内において曲がっており，
   前記活性層の曲がり部分の上方または下方に，格子間隔が等間隔である回折格子が形成されている，
   半導体レーザ。
2. 前記活性層は，直線状部分と，前記直線状部分に連続し前記第１端面に向かう途中で曲がっている第１の曲がり部分および前記直線状部分に連続し前記第２端面に向かう途中で曲がっている第２の曲がり部分の少なくともいずれか一方を含み，
   前記回折格子は，第１の曲がり部分および第２の曲がり部分の少なくともいずれか一方の上方または下方に形成されている，請求項１に記載の半導体レーザ。
3. 前記活性層の前記直線状部分が，前記第１端面に接しており，
   前記活性層の前記第２の曲がり部分が，前記直線状部分に連続し前記第２端面に向かう途中で曲がっており，
   前記回折格子は，前記第２の曲がり部分の上方または下方に形成され，
   前記第１端面に光反射膜が形成され，
   前記第２端面からレーザ光が出射される，請求項２に記載の半導体レーザ。
4. 前記活性層の前記直線状部分が，前記第１端面に接しており，
   前記活性層の前記第２の曲がり部分が，前記直線状部分に連続し前記第２端面に向かう途中で曲がっており，
   前記回折格子は，前記第２の曲がり部分の上方または下方に形成され，
   前記第１端面に光反射防止膜が形成され，
   前記第１端面からレーザ光が出射される，請求項２に記載の半導体レーザ。
5. 前記活性層は，直線状部分と，前記直線状部分に連続し前記第１端面に向かう途中で曲がっている第１の曲がり部分と，前記直線状部分に連続し前記第２端面に向かう途中で曲がっている第２の曲がり部分を含み，
   前記回折格子は，第１の曲がり部分および第２の曲がり部分の両方の上方または下方に形成されており，
   前記第１の曲がり部分の上方または下方に形成された回折格子の反射率と，前記第２の曲がり部分の上方または下方に形成された回折格子の反射率が異なっている，
   請求項１に記載の半導体レーザ。
6. 前記活性層の幅が，前記第１端面または第２端面に向かうしたがって広がっているまたは狭まっている，請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体レーザ。
7. 半導体基板の上方に，第１端面から第２端面にかけて，活性層が直線状かつストライプ状に，前記半導体基板の基板面と平行な面内において形成されており，
   前記直線状のストライプ状活性層は，前記活性層を導波される光の光軸線が前記第１端面および第２端面の法線方向に対して斜めを向く方向に形成されており，
   前記直線状のストライプ状活性層の幅が，前記第１端面または第２端面に向かうにしたがって広がっておりまたは狭まっており，
   前記活性層の広がり部分または狭まり部分の上方または下方に，格子間隔が等間隔である回折格子が形成されている，
   半導体レーザ。
8. 筐体と，
   前記筐体内に格納されている，請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体レーザ，前記筐体内の温度を計測するサーミスタ，前記サーミスタによって計測された温度に基づいて，前記半導体レーザを冷却する冷却素子，前記半導体レーザの第１端面および第２端面のうち，レーザ光が出射されるべき端面から出射するレーザ光を収束するレンズ，ならびに前記半導体レーザの第１端面および第２端面のうち，レーザ光が出射されるべき端面と反対側の端面から出射する光を受光する受光素子と，
   前記筐体に接続され，前記レンズによって収束されたレーザ光を導波する光ファイバと，
   を備えた半導体レーザ・モジュール。
9. 請求項８に記載の半導体レーザ・モジュール，および
   前記半導体レーザ・モジュールに含まれる光ファイバからのレーザ光が入射する増幅用光ファイバ，
   を備えたラマン増幅器。

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