JP3667209B2

JP3667209B2 - 半導体レーザ

Info

Publication number: JP3667209B2
Application number: JP2000233438A
Authority: JP
Inventors: 隆志加藤; 学塩崎; 俊哉佐藤; 文彦山本
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2000-08-01
Filing date: 2000-08-01
Publication date: 2005-07-06
Anticipated expiration: 2020-08-01
Also published as: JP2002050827A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザに関し、特に０．８μｍ帯、０．９μｍ帯、１．３μｍ帯、１．５μｍ帯のいずれかにおいて発光するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体光増幅素子とブラッグ回折格子が形成された光導波路とを光結合して、半導体光増幅素子の反射面とブラッグ回折格子とからなる共振器を用いてレーザ光を出力させる半導体レーザが知られていた。
【０００３】
例えば、「ELECTRONICS LETTERS 20th June 1996 Vol.32 No13」P1202〜1203に記載された半導体レーザは、スポットサイズ変換ＬＤとブラッグ回折格子とが光導波路によって接続されて構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の半導体レーザでは、ブラッグ回折格子による回折スペクトルの半値全幅中に５個のレーザ縦モードが生じており、同文献のFig.3に示されているように、スポットサイズ変換ＬＤへの注入電流量の変化によって光出力が不連続になる、いわゆる「キンク」が生じてしまう。上記の半導体レーザにおいてもそうであるが、このような外部共振器型のブラッグ回折格子を用いた半導体レーザの場合、「キンク」の発生を抑制するために、熱電素子等の温度制御装置によってレーザの温度を制御する必要があった。
【０００５】
そこで、本発明は上記課題を解決し、注入電流量の変化や外部環境温度の変化により、レーザの温度が変化した場合にも光出力の変動を小さくできる半導体レーザを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体レーザは、０．８μｍ帯、０．９μｍ帯、１．３μｍ帯又は１．５μｍ帯のいずれかにおいて発光する半導体レーザであって、活性領域を挟んで対向する光反射面と光射出面が形成された半導体光増幅素子と、半導体光増幅素子の光射出面と光結合されると共に、所定の反射スペクトルを有するブラッグ回折格子が内部に形成された光導波路とを備え、光射出面における光反射率は、光射出面とブラッグ回折格子との光結合効率をη、ブラッグ回折格子の最大反射率をＲｆｇとした場合に、Ｒｅ＝η ² ×Ｒｆｇによって定められる値Ｒｅより小さく、ブラッグ回折格子の反射スペクトルの半値全幅が、光反射面とブラッグ回折格子とによって定められる光共振器に係る縦モード間隔の６倍以上１１倍以下であることを特徴とする。
【０００７】
このようにブラッグ回折格子の反射スペクトルの半値全幅が、レーザの縦モード間隔の６倍以上とすれば、反射スペクトルの半値全幅の間隔に６つ以上の縦モードが存在することとなる。これにより、ブラッグ回折格子の反射率の各縦モード波長間における共振器利得差を小さくできるので、各縦モード波長間における発振強度の差を小さくできる。このため、モードホッピングが生じた場合であっても、光出力の変動を小さくすることができる。また、光射出面の反射率を、光結合効率を含めたブラッグ回折格子の実効的な反射率より小さくすることにより、半導体光増幅素子の光反射面と光射出面との間で発生する共振の影響を小さくすることができる。
【０００８】
また、反射スペクトルの半値全幅がレーザの縦モード間隔の１１倍以下である場合に、光出力の変動を小さくできる。
【０００９】
上記半導体レーザにおいて、ブラッグ回折格子の反射スペクトルの半値全幅は５０ＧＨｚ以上１６５０ＧＨｚ以下であることを特徴としても良い。
【００１０】
このようにブラッグ回折格子の反射スペクトルの半値全幅が上記のような範囲である場合に、光出力の変動を小さくできる。
【００１１】
上記半導体レーザにおいて、光導波路は、光ファイバであることを特徴としても良い。
【００１２】
このように光ファイバにブラッグ回折格子を形成することにより、ブラッグ回折格子を容易に形成できると共に、経時変化に対しても特性の安定化を図ることができる。また、光ファイバとＳＯＡとの光結合を容易に行うことができる。
【００１３】
上記半導体レーザにおいて、光導波路は、Ｓｉ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、石英、ＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₃又はポリイミド樹脂のいずれかの基板に形成されていることを特徴としても良い。
【００１４】
このように基板上に形成された光導波路にブラッグ回折格子を形成することにより、光受信素子や変調素子等のデバイスとの集積化が容易となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明に係る半導体レーザの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１６】
図１は、本実施形態の半導体レーザ１０を示す断面図である。半導体レーザ１０は、パッケージ４０内に配設された半導体光増幅素子（以下、「ＳＯＡ」という）２０と、パッケージ４０の外側にフェルール５２によって固定された光ファイバ３０とを備えている。光ファイバ３０には、後に詳細に説明するようにブラッグ回折格子３２が形成されている。パッケージ４０は、内部に配設されたＳＯＡ２０を密封可能とした箱体である。パッケージ４０の一側壁には、ハーメチックガラス製の窓５０が形成されており、窓５０を介してＳＯＡ２０とブラッグ回折格子３２とは光結合されている。
【００１７】
パッケージ４０の床面４２の上面に直接にＬ型キャリア４４が載置されている。Ｌ型キャリア４４の上面には、チップキャリア４６、サブマウント４８が順次載置され、サブマウント４８にＳＯＡ２０が取り付けられている。また、ＳＯＡ２０と光ファイバ３０との間には、レンズ４９が配設されている。サブマウント４８はＳＯＡ２０のヒートシンクとして機能するものであり、チップキャリア４６はＳＯＡ２０の取付作業性を考慮して設けられた部材であり、Ｌ型キャリア４４はＳＯＡ２０の取付台とされている。
【００１８】
本実施形態の半導体レーザ１０は、ＳＯＡ２０の直接変調によりデータを出力するものであり、データはアナログ信号あるいは１５６Ｍｂｐｓ〜２．５Ｇｂｐｓのデジタル信号が用いられる。
【００１９】
次に、共振器として機能するＳＯＡ２０及びブラッグ回折格子３２について、図２に示す模式図（上面図）を参照しながら説明する。ＳＯＡ２０は、４元混晶（ＧａＩｎＡｓＰ）多重量子井戸構造の活性層２２と光導波層とを有している。また、活性層２２をその長手方向から挟むＳＯＡ２０の両端面は、光反射面２０ｂ、光射出面２０ａとされている。ここで、光反射面２０ｂと光射出面２０ａとの間のＳＯＡ２０の長さは、約２００〜６００μｍである。ＳＯＡ２０は、活性層２２へ電流が注入されることにより光を生じる。発生した光は増幅されながら活性層２２内を進行し、光反射面２０ｂと回折格子３２で反射し、一部の光が回折格子３２を透過して外部へ射出するようになっている。
【００２０】
ＳＯＡ２０の光射出面２０ａは、反射防止コーティングがされており、光反射率が非常に低いもの（０．０１〜０．５％）とされている。この光射出面２０ａの反射防止コーティングとしては、例えば誘電体多層膜が用いられる。この誘電体多層膜は、シリカ（ＳｉＯ₂）、酸化チタン（ＴｉＯ₂）、窒化けい素（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）、アモルファスシリコンなどの薄い膜を積層して形成したものであって、その膜の材質の屈折率、厚さ及び層数と膜の構成を適宜変えることにより光反射率の反射依存性を任意に設定することが可能である。このように光射出面２０ａの反射率を小さいものとすることにより、ＳＯＡ２０の光反射面２０ｂと光射出面２０ａ、あるいは回折格子３２と光射出面２０ａとによる共振の影響を小さいものとすることができる。
【００２１】
一方、ＳＯＡ２０の光反射面２０ｂは、発振波長における光反射率が非常に高いもの（３０〜９５％）とされている。この光反射面２０ｂにおいても、光射出面２０ａと同様に誘電体多層膜により形成することにより、高い光反射率とすることができる。光反射面２０ｂから外部に出射する光は、受光素子によりレーザ光をモニタするのに用いられる。
【００２２】
図２に示すように、ＳＯＡ２０の光射出面２０ａに面して、光ファイバ３０が配置され
、その光反射面２０ｂと相互に光の入射及び出射を可能に光結合されている。すなわち、光射出面２０ａから射出された光が光ファイバ３０の端面３０ａへ入射され、光ファイバ３０から射出された光が光射出面２０ａに入射されるように、ＳＯＡ２０の光射出面２０ａ側に光ファイバ３０が配設されている。ここで、光ファイバ３０の端面３０ａは先球加工されており、ＳＯＡ２０との光結合率の向上が図られている（図１に示すように、レンズ４９を用いても良い）。なお、ＳＯＡ２０と光ファイバ３０との光結合率は、１０〜８０％である。この光ファイバ３０は長尺状の導光部材であって、コア３６を取り囲むようにして、コア３６より低屈折率のクラッド３４が形成されている。そして、コア３６には所定の反射スペクトルを有するブラッグ回折格子３２が形成されている。このブラッグ回折格子３２は、ＳＯＡ２０の光反射面２０ｂと共に共振器を構成するものであって、光ファイバ３０の光軸方向に沿ってコア３６の屈折率を周期的に変化させて形成されている。その屈折率の周期により、光の反射スペクトルが決定される。なお、ブラッグ回折格子３２の反射率は１０〜６０％である。
【００２３】
本実施形態の半導体レーザ１０においては、ブラッグ回折格子３２の反射スペクトルの半値全幅δλＢと、ＳＯＡ２０及びブラッグ回折格子３２によって構成される共振器の縦モード間隔（以下、単に「縦モード間隔」という）δλｅとは、次のような関係を有している。
６≦δλＢ／δλｅ≦１１
ここで、縦モード間隔δλｅは、発振波長をλ、共振器の全屈折率を１としたときの光路長をＬｅとすると、
δλｅ＝λ²／２Ｌｅ
で定義される。上記の関係について、図３を用いて説明する。ブラッグ回折格子３２の反射スペクトルは、図３に示すように半値全幅δλＢの範囲内でひとつのピークを有する波形となっている。ブラッグ回折格子３２の反射スペクトルの半値全幅δλＢは、縦モード間隔δλｅの６倍から１１倍の間隔を有しているので、図３に示すように半値全幅δλＢの間隔には、６個から１１個の縦モードが存在することとなる。なお、ＳＯＡ２０の両端面によって構成されるファブリペロー共振器のフリースペクトラルレンジ（ＦＳＲ）は、反射スペクトルの半値全幅δλＢより大きい方が好ましい。
【００２４】
上記のように、半値全幅δλＢが縦モード間隔δλｅの６倍から１１倍となるための共振器長の光路長Ｌｅ、ピーク反射波長λＢ、半値全幅δλＢの実用上好適な組み合わせを図４に示す。
【００２５】
また、本実施形態の反射スペクトルの半値全幅δλＢは、５０ＧＨｚ〜１６５０ＧＨｚの間隔を有している。半値全幅δλＢを周波数で定義したのは、回折波長λに応じて、半値全幅δλＢの幅が変化するためである。ここで、半値全幅δλＢを長さの単位に変換する変換式を示すと、
δλＢ［ｌｅｎ］＝（−λ／ｃ²）δλＢ［ｆｒｑ］
である。なお、ｃは光速、δλＢ［ｌｅｎ］は半値全幅δλＢの長さ表示、δλＢ［ｆｒｑ］の周波数表示を示す。上記の計算式にあてはめて、具体的な例について計算し、半値全幅の周波数表示を長さ表示に変換する。回折波長を１５５０ｎｍ、半値全幅δλＢ［ｆｒｑ］が５０ＧＨｚの場合には、
δλＢ［ｌｅｎ］＝−１５５０²／（３×１０¹⁷）×（５０×１０⁹）
＝−０．４ｎｍ
【００２６】
ここで、半値全幅δλＢは絶対値が問題となるので、半値全幅δλＢ［ｆｒｑ］＝５０ＧＨｚは、半値全幅δλＢ［ｌｅｎ］＝０．４ｎｍに相当する。
【００２７】
次に、本実施形態の半導体レーザ１０の動作について説明する。ＳＯＡ２０の２つのクラッド層の間に所定の電圧を印加して、活性層２２へ電流を注入すると、活性層２２中に自然放出光を発する。さらに注入電流を増加すると、活性層２２内で誘導放出を引き起こし反射率の低い光射出面２０ａから射出されていく。
【００２８】
一方、光射出面２０ａから射出された光は、光ファイバ３０の端面３０ａからコア３６内へ入射されて、コア３６に沿って進行し、ブラッグ回折格子３２で反射される。そして、ブラッグ回折格子３２により反射された光（図３に示す反射スペクトルを有する）がＳＯＡ２０へ向けて進行し、光ファイバ３０の端面３０ａから射出され、ＳＯＡ２０の光射出面２０ａを通じて活性層２２内へ入射される。そして、活性層２２内を進行する光は再び増幅されながら光反射面２０ｂで反射され、その光反射面２０ｂと光ファイバ３０のブラッグ回折格子３２との間で往復を繰り返し増幅される。そして、ブラッグ回折格子３２を透過した所望のレーザ光は、図２に矢印で示す方向に出力される。
【００２９】
ここで、反射スペクトルの半値全幅δλＢと縦モード間隔δλｅとの関係を変えた場合の実験データを図５及び図６に示す。図５に示すように、δλＢ／δλｅ≦５の範囲では光出力にキンクが生じるが、６≦δλＢ／δλｅ≦１１の範囲では、実用上問題となるようなキンクは生じない。図６（ａ）に示すようにδλＢ／δλｅ＝５の場合には、注入電流が５０ｍＡ付近でキンクが生じる。δλＢ／δλｅ＝６と、δλＢ／δλｅ＝１１の場合の注入電流と光出力との関係は、図６（ｂ），（ｃ）に示すように、注入電流が閾値を越えた範囲でほぼ比例となっている。６≦δλＢ／δλｅの範囲では、半値全幅δλＢの間隔に縦モードが６つ以上存在することとなるので、ブラッグ回折格子の反射率の各縦モード波長間における共振器利得差を小さくでき、これにより各縦モード波長間における発振強度の差を小さくできる。このため、モードホッピングが生じた場合であっても、光出力の変動を小さくすることができる。このような理論に基づくと、半値全幅δλＢの間隔にできる限り多くの縦モードが存在することとすれば、モードホッピングが生じた場合にも光出力の変動を小さくできるはずであるが、本発明者は実験の結果、δλＢ／δλｅ≧２４においては、光出力にキンクが生じることを見出した。例えば、δλＢ／δλｅ＝２４の場合には注入電流が７０ｍＡ以上で多数のキンクが（図６（ｄ）参照）、δλＢ／δλｅ＝４０の場合には注入電流が１００ｍＡ付近でキンクが生じる（図６（ｅ）参照）。
【００３０】
また、発明者の実験によれば、δλＢ／δλｅ≦１１の場合には、図８（ａ）に示すように発振波長近傍以外の波長帯域における光スペクトルは小さいが、δλＢ／δλｅ≧２４の場合には、図８（ｂ）に示すように発振波長近傍以外の波長帯域における光スペクトルが大きく、光出力にノイズが発生してしまう不都合が生じる。また、共振器利得差が小さくなり過ぎると、容易に広い波長範囲で発振が可能になるため、モードホッピングによる発振波長変動が大きくなってしまうという欠点がある。
【００３１】
また、図７に示すように、反射スペクトルの半値全幅δλＢが４０ＧＨｚより小さい場合には、反射スペクトルの半値全幅δλＢと縦モード間隔δλｅが上記のような関係（６≦δλＢ／δλｅ≦１１）であっても、光出力にキンクが生じてしまう。本実施形態の半導体レーザ１０においては、反射スペクトルの半値全幅δλＢは５０ＧＨｚから１６５０ＧＨｚであるので、半値全幅δλＢと縦モード間隔δλｅが上記のような関係（６≦δλＢ／δλｅ≦１１）を満たせば、光出力にキンクが生じない。ここで、半値全幅δλＢの上限が１６５０ＧＨｚであるのは、実用上のレーザ共振器長（約１ｍｍ）から算出すると、縦モード間隔δλｅの上限は１５０ＧＨｚとなることから決定されている。縦モード間隔δλｅが上限値（１５０ＧＨｚ）である場合に、δλＢ／δλｅ≦１１となるようにするためには、半値全幅δλＢは１６５０ＧＨｚ以下であることが必要である。
【００３２】
本実施形態の半導体レーザ１０においては、ブラッグ回折格子３２の反射スペクトルは半値全幅δλＢの範囲内でひとつのピークを有し、反射スペクトルの半値全幅δλＢを縦モード間隔δλｅの６倍から１１倍としている。これにより、各縦モード間での発振強度の差が小さくなるため、ＳＯＡ２０の温度変化等によってモードホッピングが生じた場合であっても、光出力や発振波長の変動を小さくすることができる。従って、注入電流が増大してＳＯＡ２０の温度が変化した場合にも、光出力の変動が抑制され、実用上問題となるようなキンクが生じない。
【００３３】
また、図６（ｂ）、図６（ｃ）に示すＩＬ特性を持つ本実施形態の半導体レーザ１０の場合、縦モード間隔と縦モードの環境温度依存性から見積もると、環境温度変化による光出力変動（モードホッピングによるキンク）は、約３．５℃の温度周期で生じるはずである。定常状態で、環境温度変化がＳＯＡ温度変化にほぼ等しいとすると、注入電流に対するＳＯＡ温度変化の関係（０．１℃／ｍＡ）から、３．５℃の環境温度変化は、３５ｍＡの注入電流量の変化に相当する。従って、図６（ｂ）、図６（ｃ）に示すように、閾値電流（約１０ｍＡ）から１５０ｍＡの電流範囲でキンクが生じることなく光出力が安定であることは、モードホッピング温度周期を越える環境温度変化が生じても、モードホッピングによるＩＬ特性のキンクが抑制され、光出力変動を小さくできることを示している。
【００３４】
実際に、図９に示すように、本実施形態の半導体レーザ１０において、−４０℃から８０℃の環境温度変化に対して、ＩＬ特性にキンクが生じないことを実験においても確認した。
【００３５】
さらにこれにより、本実施形態の半導体レーザ１０のように、ＳＯＡ２０の温度を制御するための熱電素子等を有しない構成とすることが可能となる。
【００３６】
本実施形態の半導体レーザ１０に用いられるブラッグ回折格子３２の反射スペクトルの半値全幅δλＢは５０〜１６５０ＧＨｚであるので、注入電流量を増大させても、図６（ｂ），（ｃ）に示すように光出力の変動を少なくすることができる。
【００３７】
本実施形態の半導体レーザ１０において、ＳＯＡ２０の光射出面２０ａから射出される光の強度Ｉｐと、該射出光がブラッグ回折格子３２で反射して光射出面２０ａに入射される際の強度Ｉｒとの比Ｉｒ／Ｉｐ（以下、ブラッグ回折格子３２の「実効反射率Ｒｅ」という）を、ＳＯＡ２０及びブラッグ回折格子３２の光結合率η（１０〜８０％）とブラッグ回折格子３２の光反射率Ｒｆｇ（１０〜６０％）とから、下記算出式に従って求めると、
Ｒｅ［ｍｉｎ］＝η²×Ｒｆｇ＝（０．１）²×０．１＝０．００１
Ｒｅ［ｍａｘ］＝η²×Ｒｆｇ＝（０．８）²×０．６＝０．３８４
【００３８】
従って、ブラッグ回折格子３２の実効反射率Ｒｅは、０．１〜３８．４％となる。本実施形態の半導体レーザでは、ＳＯＡ２０の光射出面２０ａの光反射率をブラッグ回折格子の実効反射率Ｒｅより小さくして、ＳＯＡ２０の両端面による共振器の影響を低減している。
【００３９】
次に、本発明の第２実施形態に係る半導体レーザについて図１０を参照しながら説明する。第２実施形態に係る半導体レーザは、ＳＯＡ２０とブラッグ回折格子３２との光結合部が第１実施形態に係る半導体レーザ１０と異なる。図１０は、第２実施形態に係る半導体レーザのＳＯＡ２０と回折格子が形成された光ファイバ３０とを示す模式図である。第２実施形態に係る半導体レーザにおいては、ＳＯＡ２０と光ファイバ３０との間にレンズ３８が介在されている。そして、光ファイバ３０の先端は光軸に対して斜めの端面３０ａとされている。このような構成により、ＳＯＡ２０から射出された光がレンズ３８によって集光されて光ファイバ３０の端面３０ａに入射される際に、光ファイバ３０の端面３０ａによる反射を減少させ、ＳＯＡへの反射戻り光を低減させると共に、光結合効率の向上を図ることができる。
【００４０】
次に、本発明の第３実施形態の半導体レーザについて説明する。第３実施形態の半導体レーザは、ＳＯＡ２０が載置されたＳｉ基板６０に設けられた石英光導波路７０にブラッグ回折格子３２が形成されている点が第１実施形態の半導体レーザ１０と異なる。図１１は、ＳＯＡ２０とブラッグ回折格子３２が形成された光導波路７０を示す模式図である。第３実施形態に係る半導体レーザにおいては、ＳＯＡ２０は、長方形のＳｉ基板６０の一辺付近に形成されたＳｉテラス２６上に載置されており、ＳＯＡ２０の光射出面２０ａからＳｉテラス２６が形成された辺と対向する辺に向かって、石英光導波路７０が延在している。そして、この石英光導波路７０にブラッグ回折格子３２が形成されている。ブラッグ回折格子３２は、石英光導波路７０に位相マスクを被覆し、紫外光を照射することによって形成される。ＳＯＡ２０の構造は、第１実施形態の半導体レーザ１０に用いられるものと同様である。また、ＳＯＡ２０と石英光導波路７０の光結合率は１０〜７０％である。
【００４１】
第３実施形態に係る半導体レーザ１０は、Ｓｉ基板６０上に形成された石英光導波路７０にブラッグ回折格子３２を形成し、このブラッグ回折格子３２とＳｉ基板６０に載置されたＳＯＡ２０とを共振器とする構成としたことにより、フォトダイオードや変調器などの他のデバイスとの集積化が容易であり、小型で高機能化を実現できる。
【００４２】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００４３】
上記実施形態においては、ブラッグ回折格子３２のピーク反射波長として、図４に１３１０ｎｍ、１５５０ｎｍの場合を例示したが、本発明の半導体レーザ１０に用いられるブラッグ回折格子３２のピーク反射波長は、１３１０μｍ、１５１０μｍに限定されない。本発明の半導体レーザは、０．６μｍ帯（０．６３〜０．６８μｍ）、０．８μｍ帯（０．７５〜０．８７μｍ）、０．９μｍ帯（０．９５〜１．０μｍ）、１．３μｍ帯（１．２５〜１．３６μｍ）又は１．５μｍ帯（１．４５〜１．６５μｍ）のいずれかにおいて発光する半導体レーザを実現可能なピーク反射波長を有するブラッグ回折格子を用いることができる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、ＳＯＡの反射面とブラッグ回折格子とを共振器とする半導体レーザにおいて、ブラッグ回折格子の反射スペクトルの半値全幅を共振器の光路長に係る縦モード間隔の６倍から１１倍とすることによって、注入電流量の変化や外部環境温度の変化によりレーザの温度変化が生じた場合にも、光出力の変動を小さくすることができる。
【００４５】
石英基板の場合についても、Ｓｉ基板と同様に、石英基板上に石英導波路を形成できる。石英導波路は、Ｐ、Ｂ、Ｇｅなどの元素をドーパントとしてコアとクラッドに屈折率差をつける。回折格子は、紫外線の照射により位相マスク法や干渉露光法により作製できる。
【００４６】
ＩｎＰ基板の場合、ＩｎＰ以外に、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＩｎＡｓなどの異なる屈折率の混晶材料を結晶成長し、コアやクラッドに用いることができる。ＧａＡｓ基板の場合は、ＡｌＧａＡｓやＧａＡｓなどをコアやクラッドに用いることができる。回折格子は、電子ビーム露光法や２光束干渉法でパターンを形成し、エッチングで除去された部分に異なる屈折率を持つ材料を埋め込めば作製できる。なお、この回折格子作製方法は、他の基板や導波路を用いた場合にも同様に用いることができる。エッチング除去部分の埋め込み材料として、ＢＣＢ(BenzoCycloButene)などの有機樹脂を用いても良い。
【００４７】
ＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₃基板の場合、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｎｂなどの遷移金属を熱拡散する方法やプロトン交換法で導波路を作製できる。また、回折格子については、Ｔｉ拡散、プロトン交換法や、Ｆｅを拡散して可視光を照射する方法で屈折率変調をつけることにより、作製できる。
【００４８】
さらに、石英、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₃、ポリイミド樹脂などを基板として、その基板上にポリマ導波路層をスピンコート法により作製し、フォトマスクを用いた選択光重合反応や反応性イオンエッチング法でポリマー導波路を形成できる。ポリマー導波路への回折格子作製は、電子ビーム露光や紫外線照射による干渉法などにより、屈折率変調部分を作製できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の半導体レーザを示す図である。
【図２】ＳＯＡとブラッグ回折格子を示す模式図である。
【図３】ブラッグ回折格子の反射スペクトルと縦モード間隔との関係を示す図である。
【図４】第１実施形態の半導体レーザにおけるブラッグ回折格子と共振器の光路長との関係を示す図である。
【図５】半値全幅／縦モード間隔とキンクとの関係を示す図である。
【図６】注入電流と光出力との関係を示す図である。
【図７】半値全幅とキンクとの関係を示す図である。
【図８】波長帯域と光出力との関係を示す図である。
【図９】半導体レーザのＩＬ特性の温度依存性を示す図である。
【図１０】第２実施形態の半導体レーザを示す図である。
【図１１】第３実施形態の半導体レーザを示す図である。
【符号の説明】
１０・・・半導体レーザ、２０・・・半導体光増幅素子、２２・・・活性層、２６・・・レンズ、３０・・・光ファイバ、３２・・・ブラッグ回折格子、３４・・・クラッド、３６・・・コア、３８・・・レンズ、４０・・・パッケージ、４２・・・床面、４４・・・Ｌ型キャリア、４６・・・チップキャリア、４８・・・サブマウント、５０・・・窓、５２・・・フェルール。

Claims

０．８μｍ帯、０．９μｍ帯、１．３μｍ帯又は１．５μｍ帯のいずれかにおいて発光する半導体レーザであって、
活性領域を挟んで対向する光反射面と光射出面が形成された半導体光増幅素子と、
前記半導体光増幅素子の光射出面と光結合されると共に、所定の反射スペクトルを有するブラッグ回折格子が内部に形成された光導波路と、を備え、
前記光射出面における光反射率は、前記光射出面と前記ブラッグ回折格子との光結合効率をη、前記ブラッグ回折格子の最大反射率をＲｆｇとした場合に、
Ｒｅ＝η ² ×Ｒｆｇ
によって定められる値Ｒｅより小さく、
前記ブラッグ回折格子の反射スペクトルの半値全幅が、前記光反射面と前記ブラッグ回折格子とによって定められる光共振器に係る縦モード間隔の６倍以上１１倍以下であることを特徴とする半導体レーザ。
前記ブラッグ回折格子の反射スペクトルの半値全幅は５０ＧＨｚ以上１６５０ＧＨｚ以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ。
前記光導波路は、光ファイバであることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ。
前記光導波路は、Ｓｉ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、石英、ＬｉＮｂＯ ₃ 、ＬｉＴａＯ ₃ 又はポリイミド樹脂のいずれかの基板に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体レーザ。