JP2013077645A - 半導体レーザおよびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 広い波長選択幅を実現する半導体レーザおよびその制御方法を提供する。
【解決手段】 半導体レーザは、利得領域と光吸収領域とを備え、回折格子部とスペース部とからなるセグメントが前記利得領域および前記光吸収領域に対応して複数接続して設けられ、利得スペクトルのピーク波長が第１の周期を持つ第１回折格子領域を有し、前記光吸収領域は、ｎ´−ｉ×ｋで表される前記光吸収領域の複素屈折率ｎが変化したとき、−１０≦Δｎ´／Δｋ≦１０を満たす（ｎは前記光吸収領域の複素屈折率、ｉは虚数単位、ｋは消衰係数、Δｎ´はｎが変化した場合のｎ´の変化量、Δｋはｎが変化した場合のｋの変化量を示す）ことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体レーザおよびその制御方法に関する。

反射スペクトルに周期的な波長ピークを有する波長選択部と、利得スペクトルに周期的な波長ピークを有する利得部とを組み合わせた半導体レーザが知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。この半導体レーザにおいては、バーニア効果を利用して発振波長が選択される。

特開２００７−４８９８８号公報 特開２００７−２０１４２５号公報 特開２００８−２７７７５８号公報

しかしながら、特許文献１〜３の半導体レーザでは、利得部の利得帯域が十分広くないと、波長選択幅がせまくなる。本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、広い波長選択幅を実現する半導体レーザおよびその制御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、利得領域と光吸収領域とを備え、回折格子部とスペース部とからなるセグメントが前記利得領域および前記光吸収領域に対応して複数接続して設けられ、利得スペクトルのピーク波長が第１の周期を持つ第１回折格子領域を有し、前記光吸収領域は、ｎ´−ｉ×ｋで表される前記光吸収領域の複素屈折率ｎが変化したとき、−１０≦Δｎ´／Δｋ≦１０を満たす（ｎは前記光吸収領域の複素屈折率、ｉは虚数単位、ｋは消衰係数、Δｎ´はｎが変化した場合のｎ´の変化量、Δｋはｎが変化した場合のｋの変化量を示す）ことを特徴とする。本発明に係る半導体レーザによれば、広い波長選択幅を実現することができる。

上記半導体レーザは、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、反射スペクトルのピーク波長が、前記第１の周期とは異なる第２の周期を有する第２回折格子領域をさらに備えていてもよい。前記半導体レーザは、温度制御装置上に配置されていてもよい。

前記光吸収領域の光吸収層のバンドギャップ波長と、前記利得領域の活性層のバンドギャップ波長との差は、±１０ｎｍの範囲にあってもよい。前記光吸収領域の光吸収層のバンドギャップ波長と、前記利得領域の活性層のバンドギャップ波長との差は、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲にあってもよい。前記光吸収領域の光吸収層のバンドギャップ波長と、前記利得領域の活性層のバンドギャップ波長との差は、１０ｎｍ以上７０ｎｍ以下の範囲にあってもよい。前記利得領域および前記光吸収領域は、それぞれ複数箇所に設けられていてもよい。

本発明に係る他の半導体レーザは、利得領域と光吸収領域とを備え、回折格子部とスペース部とからなるセグメントが前記利得領域および前記光吸収領域に対応して複数接続して設けられ、利得スペクトルのピーク波長が第１の周期を持つ第１回折格子領域を有し、前記光吸収領域の光吸収層の２バンドギャップ波長と、前記利得領域の活性層のバンドギャップ波長との差は、±１０ｎｍの範囲にあることを特徴とする。本発明に係る他の半導体レーザによれば、広い波長選択幅を実現することができる。

本発明に係る他の半導体レーザは、利得領域と光吸収領域とを備え、回折格子部とスペース部とからなるセグメントが前記利得領域および前記光吸収領域に対応して複数接続して設けられ、利得スペクトルのピーク波長が第１の周期を持つ第１回折格子領域を有し、前記光吸収領域の光吸収層のバンドギャップ波長と、前記利得領域の活性層のバンドギャップ波長との差は、１０ｎｍより大きく、かつ１００ｎｍ以下であることを特徴とする。

上記半導体レーザは、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、反射スペクトルのピーク波長が、前記第１の周期とは異なる第２の周期を有する第２回折格子領域をさらに備えていてもよい。

本発明に係る半導体レーザの制御方法は、利得スペクトルに周期的な波長ピークを有する利得領域と、光吸収領域と、を備える半導体レーザにおいて、指定された波長情報に応じて、前記利得領域の第１利得帯域または前記第１利得帯域よりも短波長側の第２利得帯域が実現されるように、前記光吸収領域に電気信号を入力する第１ステップを含むことを特徴とする。本発明に係る半導体レーザの制御方法によれば、広い波長選択幅を実現することができる。

前記半導体レーザは、反射スペクトルに周期的な波長ピークを有する波長選択領域を備えるとともに、温度制御装置上に配置され、前記制御方法は、前記温度制御装置を用いた前記利得スペクトルの調整と、前記波長選択領域の反射スペクトルの調整とによって前記半導体レーザの発振波長を調整する第２ステップを含んでいてもよい。

本発明に係る半導体レーザおよびその制御方法によれば、広い波長選択幅を実現することができる。

実施例１に係る半導体レーザの全体構成を示す模式的断面図である。 利得スペクトルの利得および反射スペクトルと波長との関係を示す図である。 バンドフィリング効果を説明するための図である。 レーザ装置の全体構成を示す図である。 レーザ装置の制御の一例を示すフローチャートである。 （ａ）は第１の利得帯域および第２の利得帯域を示す図であり、（ｂ）は設定値に応じて実現された反射スペクトルを示す図である。 （ａ）は選択された利得帯域に含まれる波長ピークを示し、（ｂ）は反射スペクトルに含まれる波長ピークを示す。 実施例２に係る半導体レーザの全体構成を示す模式的断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。

図１は、実施例１に係る半導体レーザ１００の全体構成を示す模式的断面図である。図１に示すように、半導体レーザ１００は、ＳＧ−ＤＦＢ（Ｓａｍｐｌｅｄ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）領域Ａと、ＣＳＧ−ＤＢＲ（Ｃｈｉｒｐｅｄ Ｓａｍｐｌｅｄ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）領域Ｂと、光吸収領域Ｃと、ＳＯＡ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）領域Ｄと、を備える。本実施例においては、ＳＯＡ領域Ｄ、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａ、光吸収領域ＣおよびＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの順に連結されている。

ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａは、基板１上に、下クラッド層２、活性層３、上クラッド層６、コンタクト層７、および電極８が積層された構造を有する。ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂは、基板１上に、下クラッド層２、光導波層４、上クラッド層６、絶縁膜９、および複数のヒータ１０が積層された構造を有する。各ヒータ１０には、電源電極１１およびグランド電極１２が設けられている。光吸収領域Ｃは、基板１上に、下クラッド層２、光吸収層５、上クラッド層６、コンタクト層１３、および電極１４が積層された構造を有する。ＳＯＡ領域Ｄは、基板１上に、下クラッド層２、光増幅層１９、上クラッド層６、コンタクト層２０、および電極２１が積層された構造を有する。

ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａ、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂ、光吸収領域ＣおよびＳＯＡ領域Ｄにおいて、基板１、下クラッド層２、および上クラッド層６は、一体的に形成されている。活性層３、光導波層４、光吸収層５および光増幅層１９は、同一面上に形成されている。ＳＯＡ領域Ｄ側の基板１、下クラッド層２、活性層３および上クラッド層６の端面には、ＡＲ膜１６が形成されている。半導体レーザ１００においては、ＡＲ膜１６がフロント側端面となる。ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂ側の基板１、下クラッド層２、光吸収層５、および上クラッド層６の端面には、反射膜１７が形成されている。半導体レーザ１００においては、反射膜１７がリア側端面となる。

回折格子（コルゲーション）１８は、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａ、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂ、および光吸収領域Ｃの下クラッド層２に所定の間隔を空けて複数箇所に形成されている。ＳＧ−ＤＦＢ領域ＡおよびＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂは、複数のセグメントにより構成される。ここでセグメントとは、回折格子１８が設けられている領域と回折格子１８が設けられていないスペース部とが１つずつ連続する領域のことをいう。回折格子１８は、下クラッド層２とは異なる屈折率の材料で構成されている。回折格子を構成する材料は、下クラッド層２がＩｎＰの場合、例えばＧａ_０．２２Ｉｎ_０．７８Ａｓ_０．４７Ｐ_０．５３を用いることができる。ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａに回折格子１８を分散して設けることによって、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａは、利得スペクトルに周期的な波長ピークを有する。ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂに回折格子１８を分散して設けることによって、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂは、反射スペクトルに周期的な波長ピークを有する。本実施例においては、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａ、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂ、および光吸収領域Ｃにおける各回折格子１８は、同等のピッチを有する。

回折格子１８は、公知の２光束干渉露光法を使用したパターンニングにより形成することができる。回折格子１８の間に位置するスペース部は、回折格子１８のパターンをレジストに露光した後、スペース部に相当する位置に再度露光を施すことで実現できる。

また、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂにおいては、少なくとも２つのセグメントの光学的長さが、互いに異なって形成されている。それにより、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの反射スペクトルのピーク強度は、波長依存性を有するようになる。一方、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａにおける各セグメントの光学的長さは、実質的に互いに同一である。これらＳＧ−ＤＦＢ領域Ａ、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの組み合わせにより、バーニア効果を利用して、所望の波長で安定してレーザ発振させることができる。

基板１は、例えば、ｎ型ＩｎＰからなる結晶基板である。下クラッド層２はｎ型半導体、上クラッド層６はｐ型半導体であり、それぞれ例えばＩｎＰによって構成される。下クラッド層２および上クラッド層６は、活性層３、光導波層４、光吸収層５および光増幅層１９を上下で光閉込めしている。

活性層３は、利得を有する半導体で構成されている。光導波層４は、例えばバルク半導体層で構成することができ、例えばＧａ_０．２２Ｉｎ_０．７８Ａｓ_０．４７Ｐ_０．５３によって構成することができる。光吸収層５は、レーザ発振波長と同程度の利得導波路層、レーザ発振波長よりもバンドギャップの大きい受動導波路などである。光増幅層１９は、量子井戸構造などで構成することができ、例えばＧａ_０．３５Ｉｎ_０．６５Ａｓ_０．９９Ｐ_０．０１（厚さ５ｎｍ）の井戸層とＧａ_０．１５Ｉｎ_０．８５Ａｓ_０．３２Ｐ_０．６８（厚さ１０ｎｍ）の障壁層が交互に積層された構造とすることができる。活性層３および光吸収層５を構成する材料の詳細については後述する。

コンタクト層７，１３，２０は、例えばｐ型Ｇａ_０．４７Ｉｎ_０．５３Ａｓ結晶によって構成することができる。絶縁膜９は、ＳｉＮ，ＳｉＯ_２等の絶縁体からなる保護膜である。ヒータ１０は、ＮｉＣｒ等で構成された薄膜抵抗体である。ヒータ１０のそれぞれは、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの複数のセグメントにまたがって形成されていてもよい。

電極８，１４，２１、電源電極１１、およびグランド電極１２は、金等の導電性材料からなる。基板１の下部には、裏面電極１５が形成されている。裏面電極１５は、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａ、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂ、光吸収領域ＣおよびＳＯＡ領域Ｄにまたがって形成されている。

ＡＲ膜１６は、１．０％以下の反射率を有する端面膜であり、実質的にその端面が無反射となる特性を有する。ＡＲ膜１６は、例えばＭｇＦ_２およびＴｉＯＮからなる誘電体膜で構成することができる。一方、反射膜１７は、ＡＲ膜１６と比較して有意の反射率を有しており、具体的には１０％以上の反射率を実現する端面膜である。なお、ここで反射率とは、半導体レーザ１００内部に対する反射率を指す。

続いて、半導体レーザ１００の動作の概略について説明する。電極８に所定の電流を注入することによって、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａに利得スペクトルが実現される。各ヒータ１０に所定の電力を注入することによって、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂに所定の反射スペクトルが実現される。半導体レーザ１００の温度を図示しない温度制御装置（ＴＥＣ：Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｏｌｅｒ）によって、所定の値に制御することによって、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａ、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂによって選択された波長により、レーザ発振がなされる。このレーザ光は、フロント側端面（ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａ側）から外部に出力される。電極２１に所定の電流を注入することによって、半導体レーザ１００の出力光が増幅される。

半導体レーザ１００の波長可変の仕組みは、ヒータ１０の加熱によりＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの回折格子１８間の光路長を変化させることによってＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの反射ピークを数ｎｍ程度変化させることと、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａの利得スペクトルのピークとＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの反射スペクトルのピークとのバーニア効果によって波長可変幅拡大効果を得ることと、半導体レーザ１００全体の温度制御（例えば、２．５ｎｍ／２５℃）によって波長を選択すること、とから成り立っている。

半導体レーザ１００の波長可変域が制限される要因として、利得領域（ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａ）の利得帯域と、反射領域（ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂ）の反射強度帯域とが挙げられる。図２は、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａの反射スペクトルの反射強度と波長との関係、および利得帯域の利得と波長との関係を示す図である。図２に示すように、横軸は波長を示し、縦軸は利得または反射強度を示す。

利得領域（ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａ）に供給する電流を変化させただけでは、利得スペクトルのピーク位置は変化しない。たとえば、供給電流がしきい値電流を超えている場合、キャリア密度がしきい値キャリア密度に固定されるからである。この場合、比較的高い利得が実現される領域（利得帯域）が所定の波長範囲に制限されるため、半導体レーザ１００の波長選択幅は広くならない。

そこで、本実施例においては、利得領域（ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａ）と独立に電流・電圧制御可能な光吸収領域Ｃにおける光吸収量を制御することによって、しきい値キャリア密度を変化させる。この場合、バンドフィリング効果を利用して、利得スペクトルのピーク位置を変化させることができる。バンドフィリング効果とは、半導体のキャリア密度が増加するに伴い、伝導帯の下から電子が充填されて、価電子帯上端からホールが充填されることにより、低エネルギー部（伝導帯下端と価電子帯上端との間）の遷移の吸収飽和が生じ、高エネルギー部の遷移が支配的になり、半導体の利得ピークが高エネルギー側にシフトする現象のことである。

図３（ａ）は、バンドフィリング効果を説明するための図である。図３（ａ）に示すように、キャリア密度が増加すると、利得スペクトルのピークは短波長側にシフトする。この場合、利得スペクトルのピーク値も同時に大きくなる。しかしながら、光吸収領域Ｃにおける吸収量を多くすることによってキャリア密度を大きくする場合には、同時に利得ピーク値の増加が抑制される。したがって、図３（ｂ）に示すように、ピーク値の変動を抑制しつつ利得スペクトルのピークを短波長側にシフトさせることができる。一方で、光吸収領域Ｃにおける吸収量を少なくすれば、キャリア密度が減少するに伴って利得ピークが長波長側にシフトする。この場合、利得ピーク値が減少するが、光吸収量が少なくなることから、ピーク値の変動を抑制しつつ利得スペクトルのピークを長波長側にシフトさせることができる。このように、光吸収領域Ｃにおける光吸収量を変化させることによって、利得帯域を短波長側から長波長側にかけて広くシフトさせることができる。それにより、半導体レーザ１００の波長選択幅を拡大することができる。

光吸収領域Ｃの光吸収層５がＳＧ−ＤＦＢ領域Ａの活性層３と同じ導波路構造を有する場合には、光吸収層５に逆方向電圧（もしくは順方向のバンドギャップ電圧以下）を印加することによって、光吸収領域Ｃ内を伝搬する光が吸収される。それにより、半導体レーザ１００の全体の利得が減少し、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａの活性層３のしきい値電流（密度）が増加する。しきい値電流の増加に伴って、バンドフィリング効果により活性層３の利得帯域が短波長側にシフトし、短波長側の波長を安定して選択することができる。光吸収層５が活性層３と同等かそれより少し大きいバンドギャップを有する場合においても、フランツーケルディッシュ効果、ＱＣＳＥ効果等により同様の制御が可能である。

ここで、複素屈折率ｎは、ｎ＝ｎ´−ｉ×ｋで表される。「ｎ´」は屈折率を示し、「ｉ」は虚数単位を示し、「ｋ」は消衰係数を示す。消衰係数ｋと吸収係数Ａとの関係は、Ａ＝４πｋ／λで表される。なお、「λ」は波長を示す。吸収係数Ａの符号を反転させたものが利得係数である。ある吸収係数Ａを有する物質に光が入射したときの強度変化Ｉは、Ｉ＝Ｉ_０×Ｅｘｐ（−Ａｘ）で表される。なお、「Ｉ_０」は入射前の光強度を示し、「ｘ」は光の進入深さを示す。パラメータαは、複素屈折率ｎが変化したときに、α＝Δｎ´／Δｋで表される値である。なお、Δｎ´はｎ´の変化量を示し、Δｋはｋの変化量を示す。以上の定義によれば、光吸収層５におけるαが−１０以上＋１０以下の範囲に入っている。

なお、αの絶対値が小さいほど、光吸収層５の屈折率変化が抑制される。したがって、パラメータαは、−８から＋８の範囲に入っていることが好ましく、−５から＋５の範囲に入っていることがより好ましい。

続いて、半導体レーザ１００の具体的な制御について説明する。図４は、半導体レーザ１００を備えるレーザ装置２００の全体構成を示す図である。図４に示すように、レーザ装置２００は、半導体レーザ１００、温度制御装置１１０、波長ロッカ１２０、コントローラ１３０、データハウス１４０、基幹コントローラ１５０などを備える。

半導体レーザ１００は、温度制御装置１１０上に配置される。温度制御装置１１０は、半導体レーザ１００の全体の温度制御を行う装置であり、一例としてペルチェ素子などである。波長ロッカ１２０は、半導体レーザ１００の出力波長を検出する装置である。波長ロッカ１２０の検出結果は、コントローラ１３０に入力される。コントローラ１３０は、半導体レーザ１００の動作を制御する装置であり、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）などを備える。データハウス１４０は、半導体レーザ１００の設定値を記憶するメモリであり、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）などを備える。

図５は、コントローラ１３０によるレーザ装置２００の制御の一例を示すフローチャートである。図５に示すように、ユーザによってチャネルが指定されると、基幹コントローラ１５０からコントローラ１３０にチャネルが指定される（ステップＳ１）。ここで、チャネルとは、半導体レーザ１００の発振波長に対応した番号などのことである。

チャネルが指定されると、コントローラ１３０は、指定されたチャネルに応じて、短波長側の第１の利得帯域もしくは長波長側の第２の利得帯域をＳＧ−ＤＦＢ領域Ａの利得帯域が選択される設定値をデータハウス１４０から取得する（ステップＳ２）。具体的な設定値には、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａの電極８に供給する電流値、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの各ヒータ１０に供給する電力値、光吸収領域Ｃの電極１４に供給する電流値、温度制御装置１１０に供給する電流値などが含まれる。光吸収領域Ｃの電極１４に供給する電流値は、ステップＳ２で選択された利得帯域を実現するための電流値である。なお、この設定値は当該チャネルを選択するための設定値でもある。図６（ａ）に、第１の利得帯域および第２の利得帯域を示す。

次に、コントローラ１３０は、ステップＳ２で取得した設定値に基づいて半導体レーザ１００の動作を制御する（ステップＳ３）。図６（ｂ）は、設定値に応じて実現されたＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの反射スペクトルを示す図である。次に、コントローラ１３０は、波長ロッカ１２０で検出された波長に基づいて、温度制御装置１１０の温度を制御するとともに、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの反射スペクトルを制御することによって、半導体レーザ１００に所望の波長で発振させる（ステップＳ４）。

具体的には、ステップＳ２で選択された利得帯域に含まれる波長ピークと、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの反射スペクトルに含まれる波長ピークとが一致するように、温度制御装置１１０およびＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂのヒータ１０が制御される。図７（ａ）は、選択された利得帯域に含まれる波長ピークを示す。図７（ｂ）は、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの反射スペクトルに含まれる波長ピークを示す。図５のフローチャートによれば、指定されたチャネルに応じて利得帯域が選択されることから、広い波長選択幅を実現することができる。

なお、図５のフローチャートでは、ステップＳ２において選択可能な利得帯域が２種類であるが、３種類以上であってもよい。指定されたチャネルの波長が大きいほど長波長側の利得帯域が選択され、指定されたチャネルの波長が小さいほど短波長側の利得帯域が選択されればよい。

（活性層３および光吸収層５を構成する材料の具体例）
続いて、活性層３および光吸収層５を構成する材料の具体例について説明する。まず、活性層３と光吸収層５とが同じ組成の材料（バンドギャップ波長のずれが−１０ｎｍ以上＋１０ｎｍ以下の範囲）で構成されていてもよい。例えば、コンタクト層７，１３がｐ型ＩｎＧａＡｓで構成され、コンタクト層７，１３と上クラッド層６との間に中間層としてｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層が設けられ、上クラッド層６が１５００ｎｍの厚みのｐ型ＩｎＰで構成され、下クラッド層２が２００ｎｍの厚みのｎ型ＩｎＰで構成され、回折格子１８がｎ型ＩｎＧａＡｓＰ（波長：１３００ｎｍ、厚み：５０ｎｍ、Ｇａ組成：０．２９、Ａｓ組成：０．６２）で構成され、基板１がｎ型ＩｎＰから構成されているとする。

この場合、活性層３および光吸収層５は、ｐ型Ｉｎ_{（１−ｘ）}Ｇａ_ｘＡｓ_ｙＰ_{（１−ｙ）}のＳＣＨ層（波長：１１５０ｎｍ、厚み：１００ｎｍ、Ｇａ組成：０．１９、Ａｓ組成：０．４１）／ＭＱＷ層／ｎ型ＩｎＧａＡｓＰのＳＣＨ層（波長：１１５０ｎｍ、厚み：５０ｎｍ、Ｇａ組成：０．２９、Ａｓ組成：０．４１）の構造を有する。ＭＱＷ層は、ウェル層としてＩｎＧａＡｓＰ（波長：１５５０ｎｍ、厚み：１０ｎｍ、Ｇａ組成：０．４６、Ａｓ組成：０．９８）を６層備え、バリア層としてＩｎＧａＡｓＰ（波長：１３００ｎｍ、厚み：１０ｎｍ、Ｇａ組成：０．２９、Ａｓ組成：０．６２）を７層備える。また、活性層３は、ＳＩ−ＢＨ型の埋め込み構造に組み込まれていてもよい。この場合、活性層３のストライプ幅は２μｍ程度である。

上記構成では、光吸収領域ＣとＳＧ−ＤＦＢ領域Ａとの長さ比を１：３とした場合、長波長側の光を出力する場合は、光吸収領域ＣおよびＳＧ−ＤＦＢ領域Ａに対する電圧を同じ１．２Ｖ（電流比は概ね１：３＝４０ｍＡ：１２０ｍＡ）とする。短波長側の光を出力する場合は、光吸収領域Ｃに対する電圧を０．９Ｖ（電流は１０ｍＡ、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａに対する電圧：１．３Ｖ、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａに注入される電流：１８０ｍＡ）とする。光吸収領域Ｃに対する電圧が正になっているが、透明キャリア密度以下のキャリアしか注入されないため、光吸収が起こる。駆動温度は２５℃〜６０℃とする。このような構造・駆動条件における屈折率変化は、消衰係数変化の−１．５倍程度である。

また、活性層３と光吸収層５とが異なる材料（バンドギャップ波長のずれが１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上７０ｎｍ以下）で構成されていてもよい。この場合、活性層３と光吸収層５とがバットジョイントされることになる。例えば、光吸収領域Ｃのバンドギャップが大きくなるように、ＭＱＷのウェルの組成（波長）を変更する。バンドギャップ波長差を適切に設定することによって、パラメータαを０付近にすることができる。例えば、活性層３の構成を上記とする。この場合、光吸収層５においては、ＭＱＷ層以外は活性層３と同じとし、ＭＱＷ層は、ウェル層としてＩｎＧａＡｓＰ（波長：１５００ｎｍ、厚み：１０ｎｍ、Ｇａ組成：０．４４、Ａｓ組成：０．９４）を６層備え、バリア層としてＩｎＧａＡｓＰ（波長：１３００ｎｍ、厚み：１０ｎｍ、Ｇａ組成：０．２９、Ａｓ組成：０．６２）を７層備える。

この場合、光吸収領域ＣとＳＧ−ＤＦＢ領域Ａとの長さ比を１：３とした場合、長波長側の光を出力する場合は、光吸収領域Ｃに対する電圧を＋０．２Ｖ（ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａに対する電圧：１．２Ｖ、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａに注入される電流：１５０ｍＡ）とする。短波長側の光を出力する場合は、光吸収領域Ｃに対する電圧を−０．２Ｖ（ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａに対する電圧：１．３Ｖ、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａに注入される電流：２００ｍＡ）とする。このような構造・駆動条件における屈折率変化は、消衰係数変化の０．１倍程度である。

本実施例によれば、利得領域と独立して電流・電圧制御可能な光吸収領域が設けられ、当該光吸収領域の屈折率変化が消衰係数の変化の−１０倍から＋１０倍の範囲に設定されていることから、波長選択の安定性を維持しつつ広い波長選択幅を実現することができる。

図８は、実施例２に係る半導体レーザ１００ａの全体構成を示す模式的断面図である。図８に示すように、半導体レーザ１００ａが半導体レーザ１００と異なる点は、光吸収領域Ｃが複数に分割されてＳＧ−ＤＦＢ領域Ａ内に配置されている点である。このように、光吸収領域Ｃは、複数箇所に分散して設けられていてもよい。なお、光吸収領域Ｃを複数箇所に分散して設けることによって、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの反射効果の変化を抑制することができる。それにより、波長選択安定性がより高くなる。

上記各実施例においては、反射器としてＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂを用いたが、各セグメント長が実質的同一のＳＧ−ＤＢＲ領域を代わりに用いてもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１ 基板
２ 下クラッド層
３ 活性層
４ 光導波層
５ 光吸収層
６ 上クラッド層
７，１３，２０ コンタクト層
８，１４，２１ 電極
１０ ヒータ
１５ 裏面電極
１８ 回折格子
１００ 半導体レーザ
１１０ 温度制御装置
１２０ 波長ロッカ
１３０ コントローラ
１４０ データハウス
１５０ 基幹コントローラ
２００ レーザ装置

Claims (12)

1. 利得領域と光吸収領域とを備え、回折格子部とスペース部とからなるセグメントが前記利得領域および前記光吸収領域に対応して複数接続して設けられ、利得スペクトルのピーク波長が第１の周期を持つ第１回折格子領域を有し、
   前記光吸収領域は、ｎ´−ｉ×ｋで表される前記光吸収領域の複素屈折率ｎが変化したとき、−１０≦Δｎ´／Δｋ≦１０を満たす（ｎは前記光吸収領域の複素屈折率、ｉは虚数単位、ｋは消衰係数、Δｎ´はｎが変化した場合のｎ´の変化量、Δｋはｎが変化した場合のｋの変化量を示す）ことを特徴とする半導体レーザ。
2. 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、反射スペクトルのピーク波長が、前記第１の周期とは異なる第２の周期を有する第２回折格子領域をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
3. 前記半導体レーザは、温度制御装置上に配置されてい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. 前記光吸収領域の光吸収層のバンドギャップ波長と、前記利得領域の活性層のバンドギャップ波長との差は、±１０ｎｍの範囲に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. 前記光吸収領域の光吸収層のバンドギャップ波長と、前記利得領域の活性層のバンドギャップ波長との差は、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲に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。
6. 前記光吸収領域の光吸収層のバンドギャップ波長と、前記利得領域の活性層のバンドギャップ波長との差は、１０ｎｍ以上７０ｎｍ以下の範囲に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。
7. 前記利得領域および前記光吸収領域は、それぞれ複数箇所に設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の半導体レーザ。
8. 利得領域と光吸収領域とを備え、回折格子部とスペース部とからなるセグメントが前記利得領域および前記光吸収領域に対応して複数接続して設けられ、利得スペクトルのピーク波長が第１の周期を持つ第１回折格子領域を有し、
   前記光吸収領域の光吸収層の２バンドギャップ波長と、前記利得領域の活性層のバンドギャップ波長との差は、±１０ｎｍの範囲にあることを特徴とする半導体レーザ。
9. 利得領域と光吸収領域とを備え、回折格子部とスペース部とからなるセグメントが前記利得領域および前記光吸収領域に対応して複数接続して設けられ、利得スペクトルのピーク波長が第１の周期を持つ第１回折格子領域を有し、
   前記光吸収領域の光吸収層のバンドギャップ波長と、前記利得領域の活性層のバンドギャップ波長との差は、１０ｎｍより大きく、かつ１００ｎｍ以下であることを特徴とする半導体レーザ。
10. 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、反射スペクトルのピーク波長が、前記第１の周期とは異なる第２の周期を有する第２回折格子領域をさらに備えることを特徴とする請求項８あるいは９記載の半導体レーザ。
11. 利得スペクトルに周期的な波長ピークを有する利得領域と、光吸収領域と、を備える半導体レーザにおいて、
    指定された波長情報に応じて、前記利得領域の第１利得帯域または前記第１利得帯域よりも短波長側の第２利得帯域が実現されるように、前記光吸収領域に電気信号を入力する第１ステップを含むことを特徴とする半導体レーザの制御方法。
12. 前記半導体レーザは、反射スペクトルに周期的な波長ピークを有する波長選択領域を備えるとともに、温度制御装置上に配置され、
    前記制御方法は、前記温度制御装置を用いた前記利得スペクトルの調整と、前記波長選択領域の反射スペクトルの調整とによって前記半導体レーザの発振波長を調整する第２ステップを含むことを特徴とする請求項１１記載の半導体レーザの制御方法。

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