JP2015092558A - 光半導体装置の制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 発振モードを安定させることができる光半導体装置の制御方法を提供する。【解決手段】 光半導体装置の制御方法は、回折格子部とそれに隣接し両側が回折格子に挟まれたスペース部からなり互いに光学長の異なる第１〜第３セグメントが連結されてなるサンプルドグレーティングを備えた光半導体素子と、第１〜第３セグメントに対応して設けられた第１〜第３ヒータと、を備え、第１〜第３セグメントの光学長をＬ１〜Ｌ３とした場合に、式（１）が成立する光半導体装置において、第１〜第３ヒータへの供給電力をＰ１〜Ｐ３とし、第１〜第３ヒータの効率をＲｔｈ１〜Ｒｔｈ３とした場合に、式（２）が成立するように第１〜第３ヒータへの電力を制御する。Ｌ１＝Ｌ３＋（Ｌ２−Ｌ３）?Ｋ１（０．３≰Ｋ１≰０．７） （１）Ｐ１＝Ｐ３?Ｒｔｈ３／Ｒｔｈ１＋（Ｐ２?Ｒｔｈ２／Ｒｔｈ１−Ｐ３?Ｒｔｈ３／Ｒｔｈ１）?Ｋ１＋オフセット量（≠０） （２）【選択図】 図２

Description

本発明は、光半導体装置の制御方法に関するものである。
回折格子が設けられた回折格子部とスペース部とからなるセグメントが複数連結された構成からなるサンプルドグレーティングが知られている。サンプルドグレーティングは、波長選択機能を有している。サンプルドグレーティング（SG：Sampled Grating）を有し、利得を有するＳＧ−ＤＦＢ(Sampled Grating Distributed Feedback)領域と、利得が無く波長選択ミラーとなるＳＧ−ＤＢＲ（Sampled Grating Distributed Bragg reflector）領域とが連結された半導体レーザが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００８−２７７７５８号公報
各セグメントを構成するサンプルドグレーティングは、互いに回折格子の位相が合致するように作製される。しかしながら、半導体レーザの製造工程でのばらつきや実装工程で加わる応力に起因して、回折格子の周期以下の精度でセグメント長がずれた場合、各セグメント間に位相ズレが生じる。また、製造工程でのヒータ部の幅や厚みのばらつきに起因して各セグメントに対応するヒータの効率に差が生じた場合には、各ヒータの動作点を所望の値に設定しても、各セグメントの温度がずれて等価屈折率がずれてしまう。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、発振モードを安定させることができる光半導体装置の制御方法を提供することを目的とする。
本発明に係る光半導体装置の制御方法は、回折格子部とそれに隣接し両側が回折格子に挟まれたスペース部からなり、互いに光学長の異なる第１〜第３セグメントが連結されてなるサンプルドグレーティングを備えた光半導体素子と、前記第１〜第３セグメントのそれぞれに対応して設けられた第１〜第３ヒータと、を備え、前記第１〜第３セグメントの光学長をＬ１〜Ｌ３とした場合に、下記式（１）が成立する光半導体装置において、前記第１〜第３ヒータへの供給電力をＰ１〜Ｐ３とし、前記第１〜第３ヒータの効率（熱抵抗）をＲｔｈ１〜Ｒｔｈ３とした場合に、下記式（２）が成立するように前記第１〜第３ヒータへの電力を制御する、光半導体装置の制御方法。
Ｌ１＝Ｌ３＋（Ｌ２−Ｌ３）×Ｋ１（０．３≦Ｋ１≦０．７） （１）
Ｐ１＝Ｐ３×Ｒｔｈ３／Ｒｔｈ１＋（Ｐ２×Ｒｔｈ２／Ｒｔｈ１−Ｐ３×Ｒｔｈ３／Ｒｔｈ１）×Ｋ１＋オフセット量（≠０） （２）
前記オフセット量は、あらかじめ複数のオフセット候補を用いて波長に対するＳＭＳＲを測定し、波長可変幅が最大となったオフセット候補としてもよい。前記第１〜第３セグメントに光結合する利得領域をさらに備え、前記第１セグメントは、前記第２および第３セグメントよりも前記利得領域側に近い位置に設けられていてもよい。前記第１セグメントの個数は、前記第１および第２セグメントの個数の平均以上としてもよい。
本発明に係る他の光半導体装置の制御方法は、回折格子部とそれに隣接し両側が回折格子に挟まれたスペース部からなり、互いに光学長の異なる第１〜第３セグメントが連結されてなるサンプルドグレーティングを備えた光半導体素子と、前記第１〜第３セグメントのそれぞれに対応して設けられた第１〜第３ヒータと、を備え、前記第１〜第３セグメントの光学長をＬ１〜Ｌ３とした場合に、下記式（１）が成立する光半導体装置において、前記第１〜第３ヒータへの供給電力をＰ１〜Ｐ３とし、前記第１〜第３ヒータの効率（熱抵抗）をＲｔｈ１〜Ｒｔｈ３とした場合に、下記式（２）が成立するように前記第１〜第３ヒータへの電力を制御する、光半導体装置の制御方法。
Ｌ１＝Ｌ３＋（Ｌ２−Ｌ３）×Ｋ１（０．３≦Ｋ１≦０．７） （１）
Ｐ１＝Ｐ３×Ｒｔｈ３／Ｒｔｈ１＋（Ｐ２×Ｒｔｈ２／Ｒｔｈ１−Ｐ３×Ｒｔｈ３／Ｒｔｈ１）×Ｋ１×（１＋補正係数（≠１）） （２）
前記補正係数は、あらかじめ複数の係数候補を用いて波長に対するＳＭＳＲを測定し、波長可変幅が最大となった係数候補としてもよい。
本発明によれば、発振モードを安定させることができる光半導体装置の制御方法を提供することができる。
実施例１に係る波長可変型の半導体レーザおよびそれを備えたレーザ装置の全体構成を示す図である。 半導体レーザの全体構成を示す模式的断面図である。 ルックアップテーブルの一例である。 発振波長とその発振波長付近での最大ＳＭＳＲとの関係を示す図である。 実施例１に係る試験方法を表す図である。 オフセット電力候補を使用したときの発振波長と最大ＳＭＳＲとの関係を示す図である。 波長可変幅のオフセット電力依存性を表す図である。 実施例２に係る試験方法を表す図である。 電力補正係数候補を使用したときの発振波長と最大ＳＭＳＲとの関係を示す図である。 波長可変幅の電力補正係数依存性を表す図である。
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、実施例１に係る波長可変型の半導体レーザ１００およびそれを備えたレーザ装置２００の全体構成を示す図である。図１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、コントローラ１２０などを備える。半導体レーザ１００は、温度制御装置１１０上に配置されている。温度制御装置１１０は、ペルチェ素子などを含む。コントローラ１２０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＡＭ（ランダムアクセルメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）等の制御部などから構成され、駆動回路として機能する。コントローラ１２０のＲＯＭには、半導体レーザ１００の制御情報、制御プログラム等などが格納されている。制御情報は、例えばルックアップテーブル１３０に格納されている。
図２は、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２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 Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）領域Ｂと、ＳＯＡ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）領域Ｃと、光吸収領域Ｄと、反射防止膜ＡＲと、反射膜ＨＲとを備える。
一例として、半導体レーザ１００において、フロント側からリア側にかけて、反射防止膜ＡＲ、ＳＯＡ領域Ｃ、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａ、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂ、光吸収領域Ｄ、反射膜ＨＲがこの順に配置されている。ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａは、利得を有しサンプルドグレーティングを備える。ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂは、利得を有さずにサンプルドグレーティングを備える。ＳＯＡ領域Ｃは、光増幅器として機能する。
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、基板上１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１０ａ〜１０ｃが積層された構造を有する。ヒータ１０ａ〜１０ｃのそれぞれには、電源電極１１およびグランド電極１２が設けられている。ＳＯＡ領域Ｃ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。光吸収領域Ｄ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。端面膜１６は、ＡＲ（Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）膜からなる。反射膜１７は、ＨＲ（Ｈｉｇｈ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）膜からなる。
ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａ、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂ、ＳＯＡ領域Ｃおよび光吸収領域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。ＳＧ−ＤＦＢ領域ＡとＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂとの境界は、活性層３と光導波層４との境界と対応している。
ＳＯＡ領域Ｃ側における基板１、下クラッド層２、光増幅層１９および上クラッド層６の端面には、端面膜１６が形成されている。本実施例では、端面膜１６はＡＲ（Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）膜である。端面膜１６は、半導体レーザ１００のフロント側端面として機能する。光吸収領域Ｄ側における基板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。反射膜１７は、半導体レーザ１００のリア側端面として機能する。
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、上クラッド層６はｐ型であり、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により構成されている。活性層３は、例えば量子井戸構造を有しており、例えばＧａ０．３２Ｉｎ０．６８Ａｓ０．９２Ｐ０．０８（厚さ５ｎｍ）からなる井戸層と、Ｇａ０．２２Ｉｎ０．７８Ａｓ０．４７Ｐ０．５３（厚さ１０ｎｍ）からなる障壁層が交互に積層された構造を有する。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Ｇａ０．２２Ｉｎ０．７８Ａｓ０．４７Ｐ０．５３によって構成することができる。本実施例においては、光導波層４は、活性層３よりも大きいエネルギギャップを有する。
光吸収層５は、半導体レーザ１００の発振波長に対して、吸収特性を有する材料が選択される。光吸収層５としては、その吸収端波長が例えば半導体レーザ１００の発振波長に対して長波長側に位置する材料を選択することができる。なお、半導体レーザ１００の発振波長のうち、もっとも長い発振波長よりも吸収端波長が長波長側に位置していることが好ましい。
光吸収層５は、例えば、量子井戸構造で構成することが可能であり、例えばＧａ０．４７Ｉｎ０．５３Ａｓ（厚さ５ｎｍ）の井戸層とＧａ０．２８Ｉｎ０．７２Ａｓ０．６１Ｐ０．３９（厚さ１０ｎｍ）の障壁層が交互に積層された構造を有する。また、光吸収層５はバルク半導体であってよく、例えばＧａ０．４６Ｉｎ０．５４Ａｓ０．９８Ｐ０．０２からなる材料を選択することもできる。なお、光吸収層５は、活性層３と同じ材料で構成してもよく、その場合は、活性層３と光吸収層５とを同一工程で作製することができるから、製造工程が簡素化される。
光増幅層１９は、電極２１からの電流注入によって利得が与えられ、それによって光増幅をなす領域である。光増幅層１９は、例えば量子井戸構造で構成することができ、例えばＧａ０．３５Ｉｎ０．６５Ａｓ０．９９Ｐ０．０１（厚さ５ｎｍ）の井戸層とＧａ０．１５Ｉｎ０．８５Ａｓ０．３２Ｐ０．６８（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。また、他の構造として、例えばＧａ０．４４Ｉｎ０．５６Ａｓ０．９５Ｐ０．０５からなるバルク半導体を採用することもできる。なお、光増幅層１９と活性層３とを同じ材料で構成することもできる。この場合、光増幅層１９と活性層３とを同一工程で作製することができるため、製造工程が簡素化される。
コンタクト層７，１３，２０は、例えばｐ型Ｇａ０．４７Ｉｎ０．５３Ａｓ結晶によって構成することができる。絶縁膜９は、ＳｉＮ，ＳｉＯ２等の絶縁体からなる保護膜である。ヒータ１０ａ〜１０ｃは、ＮｉＣｒ等で構成された薄膜抵抗体である。ヒータ１０ａ〜１０ｃ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る。セグメントの詳細については後述する。
電極８，２１、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およびＳＯＡ領域Ｃにまたがって形成されている。
端面膜１６は、１．０％以下の反射率を有するＡＲ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膜は、例えばＭｇＦ２およびＴｉＯＮからなる誘電体膜で構成することができる。反射膜１７は、１０％以上（一例として２０％）の反射率を有するＨＲ膜であり、反射膜１７から外部に漏洩する光出力を抑制することができる。例えばＳｉＯ２とＴｉＯＮとを交互に３周期積層した多層膜で構成することができる。なお、ここで反射率とは、半導体レーザ内部に対する反射率を指す。反射膜１７が１０％以上の反射率を有しているので、外部からリア側端面に入射する迷光に対してもその侵入が抑制される。また、リア側端面から半導体レーザ１００に侵入した迷光は、光吸収層５で光吸収される。それにより、半導体レーザ１００の共振器部分、すなわち、ＳＧ−ＤＦＢ領域ＡおよびＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂへの迷光の到達が抑制される。
回折格子（コルゲーション）１８は、ＳＧ−ＤＦＢ領域ＡおよびＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂ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。それにより、ＳＧ−ＤＦＢ領域ＡおよびＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂにサンプルドグレーティングが形成される。ＳＧ−ＤＦＢ領域ＡおよびＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂにおいて、下クラッド層２に複数のセグメントが設けられている。ここでセグメントとは、回折格子１８が設けられている回折格子部と回折格子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。すなわち、セグメントとは、両端が回折格子部によって挟まれたスペース部と回折格子部とが連結された領域のことをいう。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。下クラッド層２がＩｎＰの場合、回折格子を構成する材料として、例えばＧａ０．２２Ｉｎ０．７８Ａｓ０．４７Ｐ０．５３を用いることができる。
回折格子１８は、２光束干渉露光法を使用したパター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。ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａにおける回折格子１８のピッチと、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂにおける回折格子１８のピッチとは、同一でもよく、異なっていてもよい。本実施例においては、一例として、両ピッチは同一に設定してある。また、各セグメントにおいて、回折格子１８は同じ長さを有していてもよく、異なる長さを有していてもよい。また、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａの各回折格子１８が同じ長さを有し、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの各回折格子１８が同じ長さを有し、ＳＧ−ＤＦＢ領域ＡとＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂとで回折格子１８の長さが異なっていてもよい。
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長が、互いに異なって形成されている。それにより、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの波長特性のピーク同士の強度は、波長依存性を有するようになる。本実施例においては、一例として、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂは７つのセグメントを備える。ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａ側から、同一の光学長を有する３つのセグメントＳＧ１、同一の光学長を有する２つのセグメントＳＧ２、および同一の光学長を有する２つのセグメントＳＧ２が連結されている。セグメントＳＧ１、セグメントＳＧ２、およびセグメントＳＧ３の光学長は、１８０μｍ程度であり、互いに異なっている。
セグメントＳＧ１、セグメントＳＧ２、およびセグメントＳＧ３の光学長をＬ１、Ｌ２、Ｌ３とすると、下記式（１）が成立する。ただし、Ｋ１は０．３≦Ｋ１≦０．７の範囲の定数である。
Ｌ１＝Ｌ３＋（Ｌ２−Ｌ３）×Ｋ１ （１）
なお、Ｋ１＝０．５の場合、Ｌ１＝（Ｌ２＋Ｌ３）／２となる。
本実施例においては、一例として、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａは、同一の光学長を有する７つのセグメントＳＧ４を備える。セグメントＳＧ４の光学長は、例えば１６０μｍ程度である。ＣＳＧ−ＤＢＲ領域ＢのセグメントＳＧ１〜ＳＧ３およびＳＧ−ＤＦＢ領域ＡのセグメントＳＧ４が半導体レーザ１００内において共振器を構成する。各セグメントで反射した伝搬光は、互いに干渉することによって周期的な縦モードを形成する。ＣＳＧ−ＤＢＲ領域ＢのセグメントＳＧ１〜ＳＧ３およびＳＧ−ＤＦＢ領域ＡのセグメントＳＧ４の回折格子部の長さは、４μｍ程度である。
半導体レーザ１００においては、フロント側への伝搬光とリア側への伝搬光との位相を整合させるために、半導体レーザ１００の共振器内を伝搬する光の位相を９０度シフトさせる位相シフト構造を有している。本実施例においては、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂに最も近いセグメントＳＧ４が位相シフト構造を有している。例えば、スペース部において導波路の幅を一部縮小（または拡大）した領域を設ければよい。または、回折格子の構造的なピッチの位相をずらすことで位相シフトを実現することもできる。
本実施例においては、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂにおいて、セグメントＳＧ１〜ＳＧ３に対応して３個のヒータ１０ａ〜１０ｃが設けられている。ヒータ１０ａは、３個のセグメントＳＧ１に対応して当該３個のセグメントＳＧ１の上方に設けられ、当該３個のセグメントＳＧ１の温度を制御する。ヒータ１０ｂは、２個のセグメントＳＧ２に対応して当該２個のセグメントＳＧ２の上方に設けられ、当該２個のセグメントＳＧ２の温度を制御する。ヒータ１０ｃは、２個のセグメントＳＧ３に対応して当該２個のセグメントＳＧ３の上方に設けられ、当該２個のセグメントＳＧ３の温度を制御する。
続いて、レーザ装置２００の動作について説明する。コントローラ１２０は、ルックアップテーブル１３０を参照し、設定されたチャネルに対応する初期電流値ＩＬＤ、初期電流値ＩＳＯＡ、初期電流値ＩａＨｅａｔｅｒ〜ＩｃＨｅａｔｅｒおよび初期温度値ＴＬＤを取得する。図３は、ルックアップテーブル１３０の一例である。
コントローラ１２０は、初期電流値ＩＬＤの大きさの電流を電極８に供給する。それにより、活性層３において光が発生する。活性層３において発生した光は、活性層３および光導波層４を繰り返し反射および増幅されてレーザ発振する。各セグメントで反射した光は、互いに干渉する。それにより、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａにおいては、ピーク強度が所定の波長間隔を有する離散的な利得スペクトルが生成され、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂにおいては、ピーク強度が所定の波長間隔を有する離散的な反射スペクトルが生成される。利得スペクトルおよび反射スペクトル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。
また、コントローラ１２０は、温度制御装置１１０の温度が初期温度値ＴＬＤになるように温度制御装置１１０を制御する。それにより、半導体レーザ１００の温度が初期温度値ＴＬＤ近傍の一定温度に制御される。その結果、ＳＧ−ＤＦＢ領域ＡのセグメントＳＧ４の等価屈折率が制御される。また、コントローラ１２０は、初期電流値ＩａＨｅａｔｅｒ〜ＩｃＨｅａｔｅｒの大きさの電流をそれぞれヒータ１０ａ〜１０ｃに供給する。それにより、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域ＢのセグメントＳＧ１〜ＳＧ３の等価屈折率が所定の値に制御される。また、コントローラ１２０は、初期電流値ＩＳＯＡの大きさの電流を電極２１に供給する。以上の制御によって、半導体レーザ１００は、設定されたチャネルに対応する初期波長でレーザ光を外部に出射する。本実施例においては、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの波長特性のピーク同士の強度が波長依存性を有しているため、安定したレーザ発振を実現することができる。
（比較例に係る制御）
ここで、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの３個のヒータ１０ａ〜１０ｃの温度制御に関る比較例について説明する。ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの３個のヒータ１０ａ〜１０ｃの温度を制御してセグメントＳＧ１〜ＳＧ３の等価屈折率を調整することで、発振する縦モードを選択することができる。コントローラ１２０は、ヒータ１０ａ〜１０ｃの温度を、セグメントＳＧ１〜ＳＧ３の等価屈折率ｎ１〜ｎ３の関係が下記式（２）を満足するように制御する。ただし、Ｋは０．３≦Ｋ≦０．７の範囲の定数である。
ｎ１＝ｎ３＋（ｎ２−ｎ３）×Ｋ （２）
なお、Ｋ＝０．５の場合、ｎ１＝ｎ３＋（ｎ２−ｎ３）×０．５＝（ｎ３＋ｎ２）／２となる。すなわち、セグメントＳＧ１の等価屈折率がセグメントＳＧ２およびセグメントＳＧ４の等価屈折率の平均値となるように制御される。以下、Ｋ＝０．５を例として説明する。
ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの各セグメントの等価屈折率の変化量は、各セグメントの温度の変化量に比例する。各セグメントの温度の変化量は、対応するヒータへの投入電力とヒータの効率（熱抵抗）との積で決まる．したがって、ヒータ１０ａ〜１０ｃへの投入電力を其々Ｐ１〜Ｐ３とし、ヒータ１０ａ〜１０ｃの効率（熱抵抗）をそれぞれＲｔｈ１〜Ｒｔｈ３とすると、下記式（３）が成立するようにＰ１が制御される。
Ｐ１×Ｒｔｈ１＝Ｐ３×Ｒｔｈ３＋（Ｐ２×Ｒｔｈ２−Ｐ３×Ｒｔｈ３）×０．５＝（Ｐ２×Ｒｔｈ２＋Ｐ３×Ｒｔｈ３）／２ （３）
図４は、上記関係を満たした状態でＰ２，Ｐ３を様々に変えながら測定した発振波長と、その発振波長付近での最大ＳＭＳＲ（Side Mode Suppression Ratio）との関係を示す。具体的には、ヒータ１０ｂ，１０ｃへの投入電力Ｐ２，Ｐ３を様々な値に設定し、ヒータ１０ａへの投入電力をＰ１＝（Ｐ２×Ｒｔｈ２／Ｒｔｈ１＋Ｐ３×Ｒｔｈ３／Ｒｔｈ１）／２となるように設定しながら、発振波長およびＳＭＳＲを測定する。このとき、各波長において最もＳＭＳＲの大きかったＰ１，Ｐ２，Ｐ３の組合せが、その波長での動作点となる。このとき、各セグメントの等価屈折率は上記関係式（２）を満たすので、所望の発振波長以外の反射ピークを抑制することができる。
しかしながら、半導体レーザ１００の製造工程でのバラツキや実装工程で加わる応力に起因して、回折格子１８の周期以下の精度でセグメント長がずれた場合、各セグメント間に位相ズレが生じる。具体的には、式（１）において、Ｌ１にＬ０のオフセット量が付加される。
Ｌ１＝Ｌ３＋（Ｌ２−Ｌ３）×Ｋ１＋Ｌ０（≠０） （１）
この場合、比較例に係る制御により各セグメントの等価屈折率が所望の関係になるように各ヒータへの投入電力を設定しても、各セグメント間の干渉効果が小さくなり、レーザ発振が不安定になり易いという問題が生じる。
（実施例１に係る制御）
本実施例においては、コントローラ１２０は、セグメントＳＧ１〜ＳＧ３の等価屈折率をｎ１〜ｎ３とした場合に、ヒータ１０ａ〜１０ｃを用いて、下記式（４）が成立するようにセグメントＳＧ１〜ＳＧ３の等価屈折率を制御する。オフセット量は、半導体レーザ１００の波長可変幅が広がるように設定される。
ｎ１＝ｎ３＋（ｎ２−ｎ３）×Ｋ１＋オフセット量（≠０） （４）
このように、オフセット量を設けることによって、セグメント長がずれた場合であっても、レーザ発振を安定化させることができる。なお、オフセット量は、ルックアップテーブル１３０に格納されていてもよい。または、オフセット量を実現するための設定値がルックアップテーブル１３０に格納されていてもよい。
等価屈折率は温度と比例関係にあるため、セグメントＳＧ１〜ＳＧ３の温度に着目してもよい。例えば、コントローラ１２０は、セグメントＳＧ１〜ＳＧ３の温度をＴ１〜Ｔ３とした場合に、ヒータ１０ａ〜１０ｃを用いて、下記式（５）が成立するようにセグメントＳＧ１〜ＳＧ３の温度を制御してもよい。
Ｔ１＝Ｔ３＋（Ｔ２−Ｔ３）×Ｋ１＋オフセット量（≠０） （５）
また、セグメントＳＧ１〜ＳＧ３の温度は、各ヒータへの投入電力と比例関係にあるため、各ヒータへの投入電力に着目してもよい。例えば、コントローラ１２０は、ヒータ１０ａ〜１０ｃへの供給電力をＰ１〜Ｐ３とし、ヒータ１０ａ〜１０ｃの効率（熱抵抗）をＲｔｈ１〜Ｒｔｈ３とした場合に、下記式（６）が成立するようにヒータ１０ａ〜１０ｃへの投入電力を制御してもよい。
Ｐ１＝Ｐ３×Ｒｔｈ３／Ｒｔｈ１＋（Ｐ２×Ｒｔｈ２／Ｒｔｈ１−Ｐ３×Ｒｔｈ３／Ｒｔｈ１）×Ｋ１＋オフセット量（≠０） （６）
上記式（４）〜（６）のオフセット量は、あらかじめ複数のオフセット候補を用いて波長可変特性試験を行い、ＳＭＳＲが最大となったオフセット候補とすることが好ましい。以下に、波長可変特性試験について説明する。なお、一例として、ヒータ１０ａ〜１０ｃへの投入電力に着目する。
図５は、本実施例に係る試験方法を表す図である。まず、ヒータ１０ａ〜１０ｃのそれぞれのＶ−Ｉ特性試験を行う（ステップＳ１）。次に、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａの電極８への電流と、半導体レーザ１００の光出力特性との関係の試験を行う（ステップＳ２）。ステップＳ２では、電極８へ電流を供給することによって半導体レーザ１００がレーザ光を発するか否かを確認するための試験等が行われる。次に、ＳＯＡ領域Ｃの電極２１への電流と、半導体レーザ１００の光出力特性との関係の試験を行う（ステップＳ３）。ステップＳ３では、電極２１への電流量と半導体レーザ１００の出力光強度との関係の試験等が行われる。
次に、半導体レーザ１００の波長可変特性試験を行う（ステップＳ４）。波長可変特性試験とは、最適オフセット電力を探索する試験である。具体的には、複数個（本実施例では一例として７個）のオフセット電力候補ΔＰ１＝−２２ｍＷ、ΔＰ２＝−１７ｍＷ、ΔＰ３＝−１１ｍＷ、ΔＰ４＝−６ｍＷ、ΔＰ５＝０ｍＷ、ΔＰ６＝６ｍＷ、ΔＰ７＝１１ｍＷのそれぞれを順次使用することによって、７回の波長可変特性試験を行う。
具体的には、ヒータ１０ｂおよびヒータ１０ｃへの投入電力Ｐ２，Ｐ３を様々な値に設定し、かつ、ヒータ１０ａへの投入電力をＰ１＝（Ｐ２×Ｒｔｈ２／Ｒｔｈ１＋Ｐ３×Ｒｔｈ３／Ｒｔｈ１）／２＋ΔＰｉ（ｉ＝１，２，…，７）となるように設定しながら、順次発振波長およびＳＭＳＲを測定する。続いて、取得した発振波長とＳＭＳＲのデータとから、各発振波長での最大ＳＭＳＲを抽出する。一例として、オフセット電力候補ΔＰ３＝−１１ｍＷを使用したときの発振波長と最大ＳＭＳＲとの関係を図６に示す。ここで、一例として、最大ＳＭＳＲが４７ｄＢ以上となる波長範囲を波長可変範囲と定義し、波長可変幅を算出する。
このようにして、７個のオフセット電力候補の其々を順次使用して７回の波長可変特性試験を行って求めた波長可変幅のオフセット電力依存性を図７に示す。この例では，オフセット電力ΔＰ３＝−１１ｍＷを使用した場合に、波長可変幅が最大になっている。このように、複数のオフセット電力候補の中で、波長可変幅が最大となるオフセット電力を、最適オフセット電力ΔＰｏｔｐとして決定する。
次に、ステップＳ４で決定した最適オフセット電力ΔＰｏｐｔを使用した場合に、各発振波長において最大ＳＭＳＲを与える動作点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を、当該波長における動作点として決定して記録する（ステップＳ５）。このようにして求めた動作点は、それぞれＰ１＝（Ｐ２×Ｒｔｈ２／Ｒｔｈ１＋Ｐ３×Ｒｔｈ３／Ｒｔｈ１）／２＋ΔＰｏｐｔの関係を満たす。
ここで，半導体レーザ１００の製造工程でのバラツキや実装工程で加わる応力に起因して回折格子１８の周期以下の精度でセグメント長がずれ、各セグメント間に位相ズレが生じた場合を考える。比較例に係る制御では、本実施例のようなオフセット電力を使用しなくても、波長可変特性試験においてＰ２，Ｐ３の値を様々に変えながら最大ＳＭＳＲとなる動作点を求めるため、セグメントＳＧ２とセグメントＳＧ３との間で位相ズレが生じても、試験工程で最大ＳＭＳＲを与える動作点Ｐ２，Ｐ３の組が選ばれる。最大ＳＭＳＲを与える動作点は、試験範囲に含まれる動作点のうち、セグメント間の干渉効果が最大となる動作点である。したがって、最大ＳＭＳＲを与える動作点でのＰ２，Ｐ３は、半導体レーザ１００の製造工程でのバラツキや実装工程で加わる応力によって、セグメントＳＧ２とセグメントＳＧ３との間に生じた位相ズレが自動的に補償されている。
一方、上記式（３）の関係が満たされるように制御が行われると、セグメントＳＧ１とセグメントＳＧ２との間や、セグメントＳＧ１とセグメントＳＧ３との間の位相がそろっている場合には、各セグメント間の干渉効果が大きくなるが、セグメントＳＧ１とセグメントＳＧ２との間や、セグメントＳＧ１とセグメントＳＧ３との間に位相ズレが生じた場合には、各セグメント間の干渉効果が小さくなってしまう。
これに対して、本実施例では、ステップＳ４の波長可変特性試験において最適オフセット電力の探索を行っているため、ヒータ１０ａへの投入電力Ｐ１は、Ｐ１＝（Ｐ２×Ｒｔｈ２／Ｒｔｈ１＋Ｐ３×Ｒｔｈ３／Ｒｔｈ１）／２＋ΔＰｏｐｔとなり、ΔＯｐｏｔだけオフセットされている。ここで、ΔＰｏｐｔは、複数のオフセット電力候補の中で、波長可変幅が最大となるように選ばれているため、セグメント間の干渉効果が最大となるオフセット電力である。すなわち、最適オフセット電力ΔＰｏｐｔを用いることで、セグメントＳＧ１とセグメントＳＧ２との間やセグメントＳＧ１とセグメントＳＧ３との間に生じた位相ズレが補償される。
以上のことから、本実施例では、半導体レーザ１００の製造工程でのバラツキや実装工程で加わる応力によって、回折格子１８の周期以下の精度でセグメント長がずれて各セグメント間に位相ズレが生じた場合でも、所望の発振波長以外の反射ピークを抑制することができる。
製造工程でのヒータ１０ａ〜１０ｃの幅や厚さのバラツキに起因して各セグメントに対応するヒータの効率に差が生じた場合には、各ヒータの動作点を所望の値に設定しても各セグメントの温度がずれて、等価屈折率がずれてしまう。この場合、比較例に係る制御により各セグメントの等価屈折率が所望の関係になるように各ヒータへの投入電力を設定しても、各セグメント間の干渉効果が小さくなり、レーザ発振が不安定になり易いという問題が生じる。
（実施例２に係る制御）
実施例２においては、コントローラ１２０は、ヒータ１０ａ〜１０ｃへの供給電力をＰ１〜Ｐ３とし、ヒータ１０ａ〜１０ｃの効率（熱抵抗）をＲｔｈ１〜Ｒｔｈ３とした場合に、下記式（７）が成立するようにヒータ１０ａ〜１０ｃへの電力を制御する。補正係数は、半導体レーザ１００の波長可変幅が広がるように設定される。
Ｐ１＝Ｐ３×Ｒｔｈ３／Ｒｔｈ１＋（Ｐ２×Ｒｔｈ２／Ｒｔｈ１−Ｐ３×Ｒｔｈ３／Ｒｔｈ１）×Ｋ１×（１＋補正係数（≠１）） （７）
このように、補正係数を設けることによって、ヒータの効率（熱抵抗）に差が生じた場合であっても、レーザ発振を安定化させることができる。なお、補正係数は、ルックアップテーブル１３０に格納されていてもよい。または、補正係数を実現するための設定値がルックアップテーブル１３０に格納されていてもよい。
上記式（７）の補正係数は、あらかじめ複数の補正係数候補を用いて波長可変特性試験を行い、ＳＭＳＲが最大となった補正係数候補とすることが好ましい。以下に、波長可変特性試験について説明する。
図８は、実施例２に係る試験方法を表す図である。図８に示すように、ステップＳ１１〜ステップＳ１３は、図５と同様である。次に、最適電力補正係数の探索を行う（ステップＳ１４）。具体的には、複数個（本実施例では一例として７個）の電力補正係数候補ｋｐ１＝−０．２０、ｋｐ２＝−０．１５、ｋｐ３＝−０．１０、ｋｐ４＝−０．０５、ｋｐ５＝＋０．００、ｋｐ６＝＋０．０５、ｋｐ７＝＋０．１０のそれぞれを順次使用して、７回の波長可変特性試験を行う。
具体的には、ヒータ１０ｂおよびヒータ１０ｃへの投入電力Ｐ２，Ｐ３を様々な値に設定し、かつ、ヒータ１０ａへの投入電力をＰ１＝（Ｐ２×Ｒｔｈ２／Ｒｔｈ１＋Ｐ３×Ｒｔｈ３／Ｒｔｈ１）／２×（１＋ｋｐｉ）（ｉ＝１，２，…，７）となるように設定しながら、順次発振波長およびＳＭＳＲを測定する。続いて、取得した発振波長とＳＭＳＲのデータとから、各発振波長での最大ＳＭＳＲを抽出する。一例として、電力補正係数候補ｋｐ４＝−０．０５を使用したときの発振波長と最大ＳＭＳＲとの関係を図９に示す。ここで、一例として、最大ＳＭＳＲが４７ｄＢ以上となる波長範囲を波長可変範囲と定義し、波長可変幅を算出する。
このようにして、７個の電力補正係数候補のそれぞれを順次使用して７回の波長可変特性試験を行って求めた波長可変幅の電力補正係数依存性を図１０に示す。この例では、電力補正係数ｋｐ４＝−０．０５を使用した場合に、波長可変幅が最大になっている。このように、複数の電力補正係数候補の中で、波長可変幅が最大となる電力補正係数を最適電力補正係数ｋＰｏｐｔとして決定して記録するする。
次に、ステップＳ１４で決定した最適電力補正係数ｋＰｏｐｔを使用した場合に、各発振波長において最大ＳＭＳＲを与える動作点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を、当該波長における動作点として決定して記録する（ステップＳ１５）。このようにして求めた動作点は、それぞれＰ１＝（Ｐ２×Ｒｔｈ２／Ｒｔｈ１＋Ｐ３×Ｒｔｈ３／Ｒｔｈ１）／２×（１＋ｋＰｏｐｔ）の関係を満たす。
ここで、半導体レーザ１００の製造工程でのヒータ１０ａ〜１０ｃの幅や厚さのバラツキにより各セグメントに対応するヒータ１０ａ〜１０ｃの効率に差が生じた場合を考える。比較例に係る制御では、本実施例のような電力補正係数を使用しなくても、波長可変特性試験においてＰ２，Ｐ３の値を様々に変えながら最大ＳＭＳＲとなる動作点を求めるため、ヒータ１０ｂとヒータ１０ｃとの間に効率の差が生じても、試験工程で最大ＳＭＳＲを与える動作点Ｐ２，Ｐ３の組が選ばれる。最大ＳＭＳＲを与える動作点は、試験範囲に含まれる動作点のうち、セグメント間の干渉効果が最大となる動作点である。したがって、最大ＳＭＳＲを与える動作点でのＰ２，Ｐ３は、半導体レーザ１００の製造工程でのヒータ１０ｂ，１０ｃの幅や厚さのバラツキに起因するヒータ１０ｂとヒータ１０ｃとの効率の差が自動的に補償されている。
一方、上記式（３）の関係が満たされるように制御が行われると、各ヒータの効率が設計どおりのときは、セグメント間の干渉効果が大きくなるが、ヒータ１０ａとヒータ１０ｂの効率に差が生じた場合や、ヒータ１０ａとヒータ１０ｃとの効率に差が生じた場合には、セグメント間の干渉効果が小さくなってしまう。
これに対して、本実施例では、ステップＳ１４の波長可変特性試験において最適電力補正係数の探索を行っているため、ヒータ１０ａへの投入電力Ｐ１は、Ｐ１＝（Ｐ２×Ｒｔｈ２／Ｒｔｈ１＋Ｐ３×Ｒｔｈ３／Ｒｔｈ１）／２×（１＋ｋＰｏｐｔ）となり、ｋＰｏｐｔが乗算されている。ここで、ｋＰｏｐｔは、複数の電力補正係数候補の中で、波長可変幅が最大となるように選ばれているため、セグメント間の干渉効果が最大となる電力補正係数である。すなわち、最適電力補正係数ｋＰｏｐｔを用いることで、ヒータ１０ａとヒータ１０ｂとの効率の差や、ヒータ１０ａとヒータ１０ｃとの効率の差が補償される。
以上のことから、本実施例では、半導体レーザ１００の製造工程でのヒータ１０ａ〜１０ｃの幅や厚さのバラツキにより各セグメントに対応するヒータ１０ａ〜１０ｃの効率に差が生じた場合でも、所望の発振波長以外の反射ピークを抑制することができる。
なお、上記各実施例において、セグメントＳＧ１は、セグメントＳＧ２，ＳＧ３と比較して利得領域（ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａ）側に設けられていることが好ましい。所望の反射ピーク強度を有する反射ピークの両側の波長域における反射ピーク強度をより低下させることができるからである。また、セグメントＳＧ１の数は、セグメントＳＧ２，ＳＧ３の個数の平均以上であることが好ましい。所望の反射ピーク強度を有する反射ピークの両側の波長域における反射ピーク強度をより低下させやすくなるからである。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係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
６ 上クラッド層
７，２０ コンタクト層
８，２１ 電極
１０ａ〜１０ｃ ヒータ
１１ 電源電極
１２ グランド電極
１５ 裏面電極
１６ 端面膜
１７ 反射膜
１８ 回折格子
１９ 光増幅層
１００ 半導体レーザ
２００ レーザ装置

Claims (6)

  1. 回折格子部とそれに隣接し両側が回折格子に挟まれたスペース部からなり、互いに光学長の異なる第１〜第３セグメントが連結されてなるサンプルドグレーティングを備えた光半導体素子と、前記第１〜第３セグメントのそれぞれに対応して設けられた第１〜第３ヒータと、を備え、前記第１〜第３セグメントの光学長をＬ１〜Ｌ３とした場合に、下記式（１）が成立する光半導体装置において、
    Ｌ１＝Ｌ３＋（Ｌ２−Ｌ３）×Ｋ１（０．３≦Ｋ１≦０．７） （１）
    前記第１〜第３ヒータへの供給電力をＰ１〜Ｐ３とし、前記第１〜第３ヒータの効率（熱抵抗）をＲｔｈ１〜Ｒｔｈ３とした場合に、下記式（２）が成立するように前記第１〜第３ヒータへの電力を制御する、光半導体装置の制御方法。
    Ｐ１＝Ｐ３×Ｒｔｈ３／Ｒｔｈ１＋（Ｐ２×Ｒｔｈ２／Ｒｔｈ１−Ｐ３×Ｒｔｈ３／Ｒｔｈ１）×Ｋ１＋オフセット量（≠０） （２）
  2. 前記オフセット量は、あらかじめ複数のオフセット候補を用いて波長に対するＳＭＳＲを測定し、波長可変幅が最大となったオフセット候補である、請求項１記載の光半導体装置の制御方法。
  3. 前記第１〜第３セグメントに光結合する利得領域をさらに備え、
    前記第１セグメントは、前記第２および第３セグメントよりも前記利得領域側に近い位置に設けられている、請求項１または２記載の光半導体装置の制御方法。
  4. 前記第１セグメントの個数は、前記第１および第２セグメントの個数の平均以上である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光半導体装置の制御方法。
  5. 回折格子部とそれに隣接し両側が回折格子に挟まれたスペース部からなり、互いに光学長の異なる第１〜第３セグメントが連結されてなるサンプルドグレーティングを備えた光半導体素子と、前記第１〜第３セグメントのそれぞれに対応して設けられた第１〜第３ヒータと、を備え、前記第１〜第３セグメントの光学長をＬ１〜Ｌ３とした場合に、下記式（１）が成立する光半導体装置において、
    Ｌ１＝Ｌ３＋（Ｌ２−Ｌ３）×Ｋ１（０．３≦Ｋ１≦０．７） （１）
    前記第１〜第３ヒータへの供給電力をＰ１〜Ｐ３とし、前記第１〜第３ヒータの効率（熱抵抗）をＲｔｈ１〜Ｒｔｈ３とした場合に、下記式（２）が成立するように前記第１〜第３ヒータへの電力を制御する、光半導体装置の制御方法。
    Ｐ１＝Ｐ３×Ｒｔｈ３／Ｒｔｈ１＋（Ｐ２×Ｒｔｈ２／Ｒｔｈ１−Ｐ３×Ｒｔｈ３／Ｒｔｈ１）×Ｋ１×（１＋補正係数（≠１）） （２）
  6. 前記補正係数は、あらかじめ複数の係数候補を用いて波長に対するＳＭＳＲを測定し、波長可変幅が最大となった係数候補である、請求項５記載の光半導体装置の制御方法。
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