JP3725498B2 - Semiconductor laser device, semiconductor laser module, Raman amplifier using the same, and WDM communication system - Google Patents

Semiconductor laser device, semiconductor laser module, Raman amplifier using the same, and WDM communication system Download PDF

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【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Erbium Doped Fiber Amplifier）やラマン増幅器などの励起用光源に適した半導体レーザ装置、半導体レーザモジュールおよびこれを用いたラマン増幅器ならびにＷＤＭ通信システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットをはじめとする様々なマルチメディアの普及に伴って、光通信に対する大容量化の要求が大きくなっている。従来、光通信では、光ファイバによる光の吸収が少ない波長である１３１０ｎｍもしくは１５５０ｎｍの帯域において、それぞれ単一の波長による伝送が一般的であった。この方式では、多くの情報を伝達するためには伝送経路に敷設する光ファイバの芯数を増やす必要があり、伝送容量の増加に伴ってコストが増加するという問題点があった。
【０００３】
そこで、高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ：Dense-Wavelength Division Multiplexing）通信方式が用いられるようになった。このＤＷＤＭ通信方式は、主にＥＤＦＡを用い、この動作帯域である１５５０ｎｍ帯において、複数の波長を使用して伝送を行う方式である。このＤＷＤＭ通信方式あるいはＷＤＭ通信方式では、１本の光ファイバを用いて複数の異なる波長の光信号を同時に伝送することから、新たな線路を敷設する必要がなく、ネットワークの伝送容量の飛躍的な増加をもたらすことを可能としている。
【０００４】
このＥＤＦＡを用いた一般的なＷＤＭ通信方式では、利得平坦化の容易な１５５０ｎｍから実用化され、最近では、利得係数が小さいために利用されていなかった１５８０ｎｍ帯にまで拡大している。しかしながら、ＥＤＦＡで増幅可能な帯域に比して光ファイバの低損失帯域の方が広いことから、ＥＤＦＡの帯域外で動作する光増幅器、すなわちラマン増幅器への関心が高まっている。
【０００５】
ラマン増幅器は、エルビウムのような希土類イオンを媒体とした光増幅器がイオンのエネルギー準位によって利得波長帯が決まるのに対し、励起光の波長によって利得波長帯が決まるという特徴を持ち、励起光波長を選択することによって任意の波長帯を増幅することができる。
【０００６】
ラマン増幅では、光ファイバに強い励起光を入射すると、誘導ラマン散乱によって、励起光波長から約１００ｎｍ程度長波長側に利得が現れ、この励起された状態の光ファイバに、この利得を有する波長帯域の信号光を入射すると、この信号光が増幅されるというものである。したがって、ラマン増幅器を用いたＷＤＭ通信方式では、ＥＤＦＡを用いた通信方式に比して、信号光のチャネル数をさらに増加させることができる。
【０００７】
図３４は、ＷＤＭ通信システムに用いられる従来のラマン増幅器の構成を示すブロック図である。図３４において、ファブリペロー型の半導体発光素子１８０ａ〜１８０ｄとファイバグレーティング１８１ａ〜１８１ｄとがそれぞれ対となった半導体レーザモジュール１８２ａ〜１８２ｄは、励起光のもとになるレーザ光を偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂに出力する。各半導体レーザモジュール１８２ａ，１８２ｂが出力するレーザ光の波長は同じであるが、偏波合成カプラ６１ａによって異なる偏波面をもった光を合成している。同様にして、各半導体レーザモジュール１８２ｃ，１８２ｄが出力するレーザ光の波長は同じであるが、偏波合成カプラ６１ｂによって異なる偏波面をもった光を合成している。偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂは、それぞれ偏波合成したレーザ光をＷＤＭカプラ６２に出力する。なお、偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂから出力されるレーザ光の波長は異なる。
【０００８】
ＷＤＭカプラ６２は、アイソレータ６０を介して偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂから出力されたレーザ光を合波し、ＷＤＭカプラ６５を介し、励起光として増幅用ファイバ６４に出力する。この励起光が入力された増幅用ファイバ６４には、増幅対象の信号光が、信号光入力ファイバ６９からアイソレータ６３を介して入力され、励起光と合波してラマン増幅される。
【０００９】
増幅用ファイバ６４内においてラマン増幅された信号光（増幅信号光）は、ＷＤＭカプラ６５およびアイソレータ６６を介してモニタ光分配用カプラ６７に入力される。モニタ光分配用カプラ６７は、増幅信号光の一部を制御回路６８に出力し、残りの増幅信号光を出力レーザ光として信号光出力ファイバ７０に出力する。
【００１０】
制御回路６８は、入力された一部の増幅信号光をもとに各半導体発光素子１８０ａ〜１８０ｄの発光状態、たとえば光強度を制御し、ラマン増幅の利得帯域が平坦な特性となるようにフィードバック制御する。
【００１１】
図３５は、ファイバグレーティングを用いた半導体レーザモジュールの概要構成を示す図である。図３５において、この半導体レーザモジュール２０１は、半導体発光素子２０２と光ファイバ２０３とを有する。半導体発光素子２０２は、活性層２２１を有する。活性層２２１は、一端に光反射面２２２が設けられ、他端に光出射面２２３が設けられる。活性層２２１内で生じた光は、光反射面２２２で反射して、光出射面２２３から出力される。
【００１２】
半導体発光素子２０２の光出射面２２３には、光ファイバ２０３が配置され、光出射面２２３と光結合される。光ファイバ２０３内のコア２３２には、光出射面２２３から所定位置にファイバグレーティング２３３が形成され、ファイバグレーティング２３３は、特性波長の光を選択的に反射する。すなわち、ファイバグレーティング２３３は、外部共振器として機能し、ファイバグレーティング２３３と光反射面２２２との間で共振器を形成し、ファイバグレーティング２３３によって選択された特定波長のレーザ光が増幅されて出力レーザ光２４１として出力される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した半導体レーザモジュール２０１（１８２ａ〜１８２ｄ）は、ファイバグレーティング２３３と半導体発光素子２０２との間隔が長いため、ファイバグレーティング２３３と光反射面２２２との間の共振によって相対強度雑音（ＲＩＮ：Relative Intensity Noise）が大きくなる。ラマン増幅では、増幅の生じる過程が早く起こるため、励起光強度が揺らいでいると、ラマン利得も揺らぐことになり、このラマン利得の揺らぎがそのまま増幅された信号強度の揺らぎとして出力されてしまい、安定したラマン増幅を行わせることができないという問題点があった。
【００１４】
ここで、ラマン増幅器としては、図３４に示したラマン増幅器のように信号光に対して後方から励起する後方励起方式のほかに、信号光に対して前方から励起する前方励起方式および双方向から励起する双方向励起方式がある。現在、ラマン増幅器として多用されているのは、後方励起方式である。その理由は、弱い信号光が強い励起光とともに同方向に進行する前方励起方式では、励起光強度が揺らぐという問題があるからである。したがって、前方励起方式にも適用できる安定した励起光源の出現が要望されている。すなわち、従来のファイバグレーティングを用いた半導体レーザモジュールを用いると、適用できる励起方式が制限されるという問題点があった。
【００１５】
また、上述した半導体レーザモジュール２０１は、ファイバグレーティング２３３を有した光ファイバ２０３と、半導体発光素子２０２とを光結合する必要があり、共振器内における機械的な光結合であるために、レーザの発振特性が機械的振動などによって変化してしまうおそれがあり、安定した励起光を提供することができない場合が生じるという問題点があった。
【００１６】
さらに、ラマン増幅器におけるラマン増幅では、信号光の偏波方向と励起光の偏波方向とが一致することを条件としている。すなわち、ラマン増幅では、増幅利得の偏波依存性があり、信号光の偏波方向と励起光の偏波方向とのずれによる影響を小さくする必要がある。ここで、後方励起方式の場合、信号光は、伝搬中に偏波がランダムとなるため、問題は生じないが、前方励起方式の場合、偏波依存性が強く、励起光の直交偏波合成、デポラライズなどによって偏波依存性を小さくする必要がある。すなわち、偏光度（ＤＯＰ：Degree Of Polarization）を小さくする必要がある。
【００１７】
なお、ラマン増幅などでは、ＷＤＭ通信方式に用いられるため、入力される信号光の波長数などに応じて増幅利得特性を変化させる場合があり、このために広いダイナミックレンジをもった高出力動作が要求される。しかし、この場合、実際にモニタ電流の駆動電流依存性には細かなふらつきが生じ、安定した光増幅制御を行うことが複雑あるいは困難になるという問題点があった。なお、モニタ電流とは、半導体レーザ装置の後方端から漏れた光出力をフォトダイオード（ＰＤ）によって受光した際に得られる電流である。
【００１８】
たとえば、図３６は、モニタ電流（Ｉｍ）の光出力（Ｌｏ）依存性を示す図である。図３６（ａ）に示したモニタ電流の光出力依存性では、ある光出力以上になると、光出力の増加に伴って波を打ち、ふらつきが生じている。この場合、半導体レーザ装置の光増幅制御は、モニタ電流をもとに行われるため、光出力との対応関係が複雑となり、結果として光増幅制御も複雑なものとなる。一方、図３６（ｂ）に示したモニタ電流の光出力依存性では、ある光出力以上になると、モニタ電流が、光出力の増加に伴って段階的に増加している。この場合、半導体レーザ装置の光増幅制御は、モニタ電流をもとに行われるため、不安定なものとなる。
【００１９】
この発明は上記に鑑みてなされたもので、ラマン増幅器などの励起用光源に適し、光出力の変化に伴うモニタ電流の細かなふらつきをなくし、安定かつ高利得増幅を可能にするとともに、簡易かつ容易な増幅制御を可能とする半導体レーザ装置、半導体レーザモジュールおよびこれを用いたラマン増幅器ならびにＷＤＭ通信システムを提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる半導体レーザ装置は、レーザ光の出射端面に設けた第１反射膜と該レーザ光の反射端面に設けた第２反射膜との間に形成された活性層の近傍に全面または部分的に設けられた回折格子を有し、少なくとも該回折格子による波長選択特性によって所望の発振縦モードをもつレーザ光を出力する半導体レーザ装置において、前記回折格子または回折格子の一部を含む周囲近傍への注入電流が抑制される非電流注入領域を形成することを特徴とする。
【００２１】
この請求項１の発明によれば、レーザ光の出射端面に設けた第１反射膜と該レーザ光の反射端面に設けた第２反射膜との間に形成された活性層の近傍に回折格子を全面または部分的に設け、少なくとも該回折格子による波長選択特性によって所望の発振縦モードをもつレーザ光を出力する際、前記回折格子または回折格子の一部を含む周囲近傍への注入電流が抑制される非電流注入領域を形成し、前記回折格子または回折格子の一部を含む近傍の温度上昇を抑制し、光出力の変化に対するモニタ電流の細かなふらつきが発生しないようにしている。
【００２２】
また、請求項２にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記部分的に設けられた回折格子の上部を覆う絶縁膜を設け、前記絶縁膜によって前記非電流注入領域が形成されることを特徴とする。
【００２３】
この請求項２の発明によれば、前記部分的に設けられた回折格子の上部を覆う絶縁膜によって回折格子への注入電流が抑制され、前記非電流注入領域を形成するようにしている。
【００２４】
また、請求項３にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記全面に設けられた前記回折格子のうちの一部所定領域の上部を覆う絶縁膜を設け、前記絶縁膜によって前記非電流注入領域が形成されることを特徴とする。
【００２５】
この請求項３の発明によれば、前記全面に設けられた前記回折格子のうちの一部所定領域の上部を覆う絶縁膜によって回折格子の一部への注入電流が抑制され、前記非電流注入領域を形成するようにしている。
【００２６】
また、請求項４にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記注入電流が加えられる電極は、少なくとも前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上面を除いて設けられることを特徴とする。
【００２７】
この請求項４の発明によれば、前記注入電流が加えられる電極を、少なくとも前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上面を除いて設けるようにし、回折格子あるいは回折格子の一部に注入電流が加えられないようにしている。
【００２８】
また、請求項５にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層と前記注入電流を加える電極との間に設けられ注入電流の抵抗を軽減するコンタクト層を、少なくとも前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上面を除いて設けたことを特徴とする。
【００２９】
この請求項５の発明によれば、前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層と前記注入電流を加える電極との間に設けられ注入電流の抵抗を軽減する機能を有するコンタクト層を、少なくとも前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上面を除いて設け、前記回折格子あるいは回折格子の一部の上部に加えられる前記注入電流の量を少なくするようにしている。
【００３０】
また、請求項６にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層と注入電流を加える電極との間であって、前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上部に対応する位置に、前記上部クラッド層に対して前記電極から前記回折格子の方向に向かう電流を阻止するダイオード接合を形成する電流ブロッキング層を設けたことを特徴とする。
【００３１】
この請求項６の発明によれば、前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層と注入電流を加える電極との間であって、前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上部に対応する位置に、前記上部クラッド層に対して前記電極から前記回折格子の方向に向かう電流を阻止するダイオード接合を形成し、前記回折格子に電流が注入されるのをブロッキングするようにしている。
【００３２】
また、請求項７にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層と前記注入電流を加える電極との間であって、前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上部に対応する位置に、前記電極に対して高い接触抵抗をもつ材質によって形成された高接触抵抗層を設けたことを特徴とする。
【００３３】
この請求項７の発明によれば、前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層と前記注入電流を加える電極との間であって、前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上部に対応する位置に、前記電極に対して高い接触抵抗をもつ材質によって形成された高接触抵抗層を設け、前記回折格子に電流が注入されることを抑制している。
【００３４】
また、請求項８にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層の上面に形成されるコンタクト層を、前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上部に対応する第１コンタクト層と前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上部に対応しない第２コンタクト層とに空間的に分離し、前記第１コンタクト層の上面および前記分離によって形成された溝部を絶縁膜または電流ブロッキング層によって覆い、前記第２コンタクト層および前記絶縁膜または前記電流ブロッキング層の上部全面に前記電極を形成することを特徴とする。
【００３５】
この請求項８の発明によれば、前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層の上面に形成されるコンタクト層を、前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上部に対応する第１コンタクト層と前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上部に対応しない第２コンタクト層とに空間的に分離し、前記第１コンタクト層の上面および前記分離によって形成された溝部を絶縁膜または電流ブロッキング層によって覆い、前記第２コンタクト層および前記絶縁膜または前記電流ブロッキング層の上部全面に前記電極を形成し、前記溝部を含めて前記回折格子への電流注入を抑制するようにしている。
【００３６】
また、請求項９にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層の上面に形成されるコンタクト層を、前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上部に対応する第１コンタクト層と前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上部に対応しない第２コンタクト層とに空間的に分離し、前記第１コンタクト層と前記第２コンタクト層との上面にそれぞれ電極を形成したことを特徴とする。
【００３７】
この請求項９の発明によれば、前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層の上面に形成されるコンタクト層を、前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上部に対応する第１コンタクト層と前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上部に対応しない第２コンタクト層とに空間的に分離し、前記第１コンタクト層と前記第２コンタクト層との上面にそれぞれ電極を形成し、前記分離された第１コンタクト層側に対応する活性層にのみ電流が注入され、回折格子に電流が注入されることを抑制している。
【００３８】
また、請求項１０にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記クラッド層のうちの前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上面に位置する領域および／または前記第１コンタクト層のキャリア濃度は、前記クラッド層のキャリア濃度に比して小さいことを特徴とする。
【００３９】
この請求項１０の発明によれば、前記クラッド層のうちの前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上面に位置する領域および／または前記第１コンタクト層のＺｎなどを添加したことによって得られるキャリア濃度は、前記クラッド層のＺｎなどを添加したことによって得られるキャリア濃度に比して小さくし、前記クラッド層のうちの前記回折格子の上面に位置する領域および／または前記第１コンタクト層を高抵抗化し、前記回折格子への電流をブロッキングするようにしている。
【００４０】
また、請求項１１にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記クラッド層のうちの前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上面に位置する領域および／または前記第１コンタクト層は、プロトン照射によって高抵抗化されることを特徴とする。
【００４１】
この請求項１１の発明によれば、前記クラッド層のうちの前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上面に位置する領域および／または前記第１コンタクト層を、プロトン照射によって高抵抗化し、前記回折格子への電流をブロッキングするようにしている。
【００４２】
また、請求項１２にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記クラッド層のうちの前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上面に位置する領域および／または前記第１コンタクト層は、ｎ型不純物の添加、拡散によって前記クラッド層に対して電流ブロッキング層を形成することを特徴とする。
【００４３】
この請求項１２の発明によれば、前記クラッド層のうちの前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上面に位置する領域および／または前記第１コンタクト層は、ｎ型不純物の添加、拡散によって前記クラッド層に対して電流ブロッキング層を形成し、前記回折格子への電流をブロッキングするようにしている。
【００４４】
また、請求項１３にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記部分的に設けられた回折格子は、前記第１反射膜側あるいは前記第１反射膜近傍に設けられることを特徴とする。
【００４５】
この請求項１３の発明によれば、前記部分的に設けられた回折格子が、前記第１反射膜側あるいは前記第１反射膜近傍に設けられ、発振波長の波長選択と共振器の出射側反射面との機能を持たせるとともに、回折格子近傍への電流の注入を抑止して、所望の発振縦モードのレーザ光を出力するようにしている。
【００４６】
また、請求項１４にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記部分的に設けられた回折格子は、前記第２反射膜側あるいは前記第２反射膜近傍に設けられることを特徴とする。
【００４７】
この請求項１４の発明によれば、前記部分的に設けられた回折格子は、前記第２反射膜側あるいは前記第２反射膜近傍に設けられ、発振波長の波長選択と共振器の後方反射面との機能を持たせるとともに、回折格子近傍への電流の注入を抑止して、所望の発振縦モードのレーザ光を出力するようにしている。
【００４８】
また、請求項１５にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記部分的に設けられた回折格子は、前記第１反射膜側または前記第１反射膜近傍および前記第２反射膜側または前記第２反射膜近傍に設けられることを特徴とする。なお、回折格子が第１反射膜側あるいは第２反射膜側に設けられるとは、回折格子の第１反射膜側端面あるいは第２反射膜端面が、第１反射膜あるいは第２反射膜に接触した状態を意味する。この場合、第１反射膜あるいは第２反射膜と回折格子とが接触することによって多重反射が抑制される。
【００４９】
この請求項１５の発明によれば、前記部分的に設けられた回折格子は、前記第１反射膜側または前記第１反射膜近傍および前記第２反射膜側または前記第２反射膜近傍に設けられ、発振波長の波長選択と共振器の出射側反射面および後方反射面との機能を持たせるとともに、回折格子近傍への電流の注入を抑止して、所望の発振縦モードのレーザ光を出力するようにしている。
【００５０】
また、請求項１６にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記全面に設けられた回折格子は、少なくとも前記第１反射膜側に接触することを特徴とする。
【００５１】
この請求項１６の発明によれば、前記全面に設けられた回折格子が、少なくとも前記第１反射膜側に接触するようにし、回折格子と第１反射膜との間の多重反射を抑制し、安定したレーザ光を出射することができる。
【００５２】
また、請求項１７にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記所望の発振縦モードの本数は、発振波長スペクトルの半値幅内に２本以上含まれることを特徴とする。
【００５３】
この請求項１７の発明によれば、前記回折格子の波長選択特性によって、前記所望の発振縦モードの本数を、発振波長スペクトルの半値幅内に２本以上含まれるようにし、高出力のレーザ光を出力するようにしている。
【００５４】
また、請求項１８にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記部分的に設けられた回折格子は、回折格子長が３００μｍ以下であることを特徴とする。
【００５５】
この請求項１８の発明によれば、第１反射膜側に設けられる前記部分的に設けられた回折格子の回折格子長を、３００μｍ以下としている。
【００５６】
また、請求項１９にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記部分的に設けられた回折格子の回折格子長を、前記共振器長の（３００／１３００）倍の値以下であることを特徴とする。
【００５７】
この請求項１９の発明によれば、第１反射膜側に設けられる前記部分的に設けられた回折格子の回折格子長を、前記共振器長の（３００／１３００）倍の値以下としている。
【００５８】
また、請求項２０にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記部分的に設けられた回折格子は、該回折格子の結合係数と回折格子長との乗算値が０．３以下であることを特徴とする。
【００５９】
この請求項２０の発明によれば、前記部分的に設けられた回折格子は、該回折格子の結合係数と回折格子長との乗算値が０．３以下とし、駆動電流−光出力特性の線形性を良好にし、光出力の安定性を高めるようにしている。
【００６０】
また、請求項２１にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記回折格子は、グレーティング周期をランダムあるいは所定周期で変化させたことを特徴とする。
【００６１】
この請求項２１の発明によれば、前記回折格子のグレーティング周期をランダムあるいは所定周期で変化させ、回折格子の波長選択に揺らぎを発生させ、発振波長スペクトルの半値幅を広げるようにしている。
【００６２】
また、請求項２２にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記第１反射膜と前記第２反射膜との間に形成された活性層によって形成された共振器の長さは、８００μｍ以上であることを特徴とする。
【００６３】
この請求項２２の発明によれば、前記第１反射膜と前記第２反射膜との間に形成された活性層によって形成された共振器の長さを、８００μｍ以上とし、高出力動作を可能としている。
【００６４】
また、請求項２３にかかる半導体レーザモジュールは、上記の発明において、請求項１〜２２に記載の半導体レーザ装置と、前記半導体レーザ装置から出射されたレーザ光を外部に導波する光ファイバと、前記半導体レーザ装置と前記光ファイバとの光結合を行う光結合レンズ系とを備えたことを特徴とする。
【００６５】
この請求項２３の発明によれば、ファイバグレーティングを用いない半導体レーザ装置を用いて該半導体レーザ装置の共振器が物理的に分離されていないため、光軸合わせなどを行う必要がなく、半導体レーザモジュールの組立が容易になるとともに、機械的振動などによってレーザの発振特性が変化しにくくなり、安定したレーザ光を信頼性高く、かつ安定して出力することができる。
【００６６】
また、請求項２４にかかる半導体レーザモジュールは、上記の発明において、前記半導体レーザ装置の温度を制御する温度制御装置と、前記光結合レンズ系内に配置され、光ファイバ側からの反射戻り光の入射を抑制するアイソレータとをさらに備えたことを特徴とする。
【００６７】
この請求項２４の発明によれば、ファイバグレーティングを用いない半導体レーザ装置を用いているため、インライン式のファイバ型と異なり、偏波依存型アイソレータを使用することができ、挿入損失の小さい半導体レーザモジュールを実現することができる。
【００６８】
また、請求項２５にかかるラマン増幅器は、請求項１〜２２に記載の半導体レーザ装置、あるいは請求項２３または２４に記載の半導体レーザモジュールを広帯域ラマン増幅用の励起光源として用いたことを特徴とする。
【００６９】
この請求項２５の発明によれば、請求項１〜２２に記載の半導体レーザ装置、あるいは請求項２３または２４に記載の半導体レーザモジュールを広帯域ラマン増幅用の励起光源として用い、上述した各半導体レーザ装置あるいは各半導体レーザモジュールの作用効果を奏するようにしている。
【００７０】
また、請求項２６にかかるＷＤＭ通信システムは、請求項１〜２２に記載の半導体レーザ装置、請求項２３または２４に記載の半導体レーザモジュール、または請求項２５に記載のラマン増幅器を用いたことを特徴とする。
【００７１】
また、請求項２６の発明によれば、請求項１〜２２に記載の半導体レーザ装置、請求項２３または２４に記載の半導体レーザモジュール、または請求項２５に記載のラマン増幅器を用い、上述した各半導体レーザ装置、各半導体レーザモジュールあるいはラマン増幅器の作用効果を奏するようにしている。
【００７２】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体レーザ装置、半導体レーザモジュールおよびラマン増幅器ならびにＷＤＭ通信システムの好適な実施の形態について説明する。
【００７３】
(実施の形態１)
まず、この発明の実施の形態１について説明する。図１は、この発明の実施の形態１である半導体レーザ装置の長手方向の縦断面図である。また、図２は、図１に示した半導体レーザ装置のＡ−Ａ線断面図である。図１および図２において、この半導体レーザ装置２０は、ｎ−ＩｎＰ基板１の（１００）面上に、順次、ｎ−ＩｎＰによるバッファ層と下部クラッド層とを兼ねたｎ−ＩｎＰクラッド層２、圧縮歪みをもつＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ（Graded Index-Separate Confinement Heterostructure Multi Quantum Well）活性層３、ｐ−ＩｎＰスペーサ層４、ｐ−ＩｎＰクラッド層６、およびＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７が積層された構造を有する。
【００７４】
ｐ−ＩｎＰスペーサ層４内には、膜厚２０ｎｍを有し、出射側反射膜１５から反射膜１４側に向けて長さＬｇ＝５０μｍの回折格子１３が設けられ、この回折格子１３は、ピッチ約２２０ｎｍで周期的に形成され、中心波長１．４８μｍのレーザ光を波長選択する。この回折格子１３を含むｐ−ＩｎＰスペーサ層４、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３、およびｎ−ＩｎＰバッファ層２の上部は、メサストライプ状に加工され、メサストライプの長手方向の両側には、電流ブロッキング層として形成されたｐ−ＩｎＰブロッキング層９ｂとｎ−ＩｎＰブロッキング層９ａとによって埋め込まれている。
【００７５】
ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７の上面であって、出射側反射膜１５から反射膜１４に向けて６０μｍまでには、絶縁膜８が形成される。なお、この絶縁膜８は、ＳｉＮによって形成される。絶縁膜８は、良熱伝導性であることが好ましく、その他、ＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＴｉＯ2などによって構成してもよい。また、絶縁膜８は、絶縁膜８の下方のメサストライプ構造に電流が注入されないようにすれば良いため、メサストライプ構造の幅を越える幅をもつストライプ形状としてもよい。
【００７６】
絶縁膜８の上面、および絶縁膜８によって覆われる以外領域のＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７の上面には、ｐ側電極１０が形成される。なお、ｐ側電極１０には、図示しないボンディングパッドが形成されることが望ましい。このボンディングパッドの厚さは、５μｍ程度の厚さとすることが望ましく、たとえば半導体レーザ装置をジャンクションダウン方式で組み立てる場合、このボンディングパッドは、この厚さによって組立時の衝撃を和らげる緩衝材として機能し、さらにこの厚さによってヒートシンクとの接合時における半田の回り込みが防止され、この半田の回り込みによる短絡を防止することができる（図２２，図２３参照）。一方、ｎ−ＩｎＰ基板１の裏面には、ｎ側電極１１が形成される。これらｐ側電極１０およびｎ側電極１１が半導体ウェハ上に形成された各半導体レーザ装置は、劈開によって分離される。
【００７７】
その後、半導体レーザ装置２０の長手方向の一端面である光反射端面には、反射率８０％以上、好ましくは９８％以上の高光反射率をもつ反射膜１４が形成され、他端面である光出射端面には、反射率が２％以下、好ましくは０．１％以下の低光反射率をもつ出射側反射膜１５が形成される。反射膜１４と出射側反射膜１５とによって形成された光共振器のＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３内に発生した光は、反射膜１４によって反射し、出射側反射膜１５を介し、レーザ光として出射されるが、この際、回折格子１３によって波長選択されて出射される。
【００７８】
この実施の形態１における半導体レーザ装置２０は、ラマン増幅器の励起用光源として用いられることを前提とし、その発振波長λ0は、１１００ｎｍ〜１５５０ｎｍであり、共振器長Ｌは、８００μｍ以上３２００μｍ以下としている。ところで、一般に、半導体レーザ装置の共振器によって発生する縦モードのモード間隔Δλは、実効屈折率を「ｎ」とすると、次式で表すことができる。すなわち、
Δλ＝λ0 2／（２・ｎ・Ｌ）
である。ここで、発振波長λ0を１４８０μｍとし、実効屈折率を３．５とすると、共振器長Ｌが８００μｍのとき、縦モードのモード間隔Δλは、約０．３９ｎｍとなり、共振器長が３２００μｍのとき、縦モードのモード間隔Δλは、約０．１ｎｍとなる。すなわち、共振器長Ｌを長くすればするほど、縦モードのモード間隔Δλは狭くなり、単一縦モードのレーザ光を発振するための選択条件が厳しくなる。
【００７９】
一方、回折格子１３は、そのブラッグ波長によって縦モードを選択する。この回折格子１３による選択波長特性は、図３に示す発振波長スペクトル３０として表される。
【００８０】
図３に示すように、この実施の形態１では、回折格子１３を有した半導体レーザ装置２０による発振波長スペクトル３０の半値幅Δλｈで示される波長選択特性内に、発振縦モードを複数存在させるようにしている。従来のＤＢＲ（Distributed Bragg Reflrector）半導体レーザ装置あるいはＤＦＢ（Distributed Feedback）半導体レーザ装置では、共振器長Ｌを８００μｍ以上とすると、単一縦モード発振が困難であったため、かかる共振器長Ｌを有した半導体レーザ装置は用いられなかった。しかしながら、この実施の形態１の半導体レーザ装置２０では、共振器長Ｌを積極的に８００μｍ以上とすることによって、発振波長スペクトルの半値幅Δλｈ内に複数の発振縦モードを含ませてレーザ出力するようにしている。図３では、発振波長スペクトルの半値幅Δλｈ内に３つの発振縦モード３１〜３３を有している。
【００８１】
複数の発振縦モードを有するレーザ光を用いると、単一縦モードのレーザ光を用いた場合に比して、レーザ出力のピーク値を抑えて、高いレーザ出力値を得ることができる。たとえば、この実施の形態１に示した半導体レーザ装置では、図４（ｂ）に示すプロファイルを有し、低いピーク値で高レーザ出力を得ることができる。これに対し、図４（ａ）は、同じレーザ出力を得る場合の単一縦モード発振の半導体レーザ装置のプロファイルであり、高いピーク値を有している。
【００８２】
ここで、半導体レーザ装置をラマン増幅器の励起用光源として用いる場合、ラマン利得を大きくするために励起光出力パワーを増大することが好ましいが、そのピーク値が高いと、誘導ブリルアン散乱が発生し、雑音が増加するという不具合が発生する。誘導ブリルアン散乱の発生は、誘導ブリルアン散乱が発生する閾値Ｐthを有し、同じレーザ出力パワーを得る場合、図４（ｂ）に示すように、複数の発振縦モードを持たせ、そのピーク値を抑えることによって、誘導ブリルアン散乱の閾値Ｐth内で、高い励起光出力パワーを得ることができ、その結果、高いラマン利得を得ることが可能となる。
【００８３】
また、発振縦モード３１〜３３の波長間隔（モード間隔）Δλは、０．１ｎｍ以上としている。これは、半導体レーザ装置２０をラマン増幅器の励起用光源として用いる場合、モード間隔Δλが０．１ｎｍ以下であると、誘導ブリルアン散乱が発生する可能性が高くなるからである。この結果、上述したモード間隔Δλの式によって、上述した共振器長Ｌが３２００μｍ以下であることが好ましいことになる。
【００８４】
このような観点から、発振波長スペクトル３０の半値幅Δλｈ内に含まれる発振縦モードの本数は、複数であることが望ましい。ところで、ラマン増幅では、増幅利得に偏波依存性があるため、信号光の偏波方向と励起光の偏波方向とのずれによる影響を小さくする必要がある。このための方法として、励起光を無偏光化（デポラライズ）する方法があり、具体的には、２台の半導体レーザ装置２０からの出力光を方法のほか、デポラライザとして所定長の偏波面保持ファイバを用いて、１台の半導体レーザ装置２０から出射されたレーザ光を、この偏波面保持ファイバに伝搬させる方法がある。無偏光化の方法として、後者の方法を使用する場合には、発振縦モードの本数が増大するに従ってレーザ光のコヒーレンシーが低くなるので、無偏光化に必要な偏波面保持ファイバの長さを短くすることができる。特に、発振縦モードが４，５本となると、急激に、必要な偏波面保持ファイバの長さが短くなる。従って、ラマン増幅器に使用するために半導体レーザ装置２０から出射されるレーザ光を無偏光化する場合に、２台の半導体レーザ装置の出射光を偏波合成して利用しなくても、１台の半導体レーザ装置２０の出射レーザ光を無偏光化して利用することが容易となるので、ラマン増幅器に使用される部品数の削減、小型化を促進することができる。
【００８５】
ここで、発振波長スペクトル幅が広すぎると、波長合成カプラによる合波ロスが大きくなるとともに、発振波長スペクトル幅内における波長の動きによって、雑音や利得変動を発生させることになる。このため、発振波長スペクトル３０の半値幅Δλｈは、３ｎｍ以下、好ましくは２ｎｍ以下とする必要がある。
【００８６】
さらに、従来の半導体レーザ装置では、図２６に示したように、ファイバグレーティングを用いた半導体レーザモジュールとしていたため、ファイバグレーティング２３３と光反射面２２２との間の共振によって相対強度雑音（ＲＩＮ）が大きくなり、安定したラマン増幅を行うことができないが、この実施の形態１に示した半導体レーザ装置２０では、ファイバグレーティング２３３を用いず、出射側反射膜１５から出射したレーザ光をそのまま、ラマン増幅器の励起用光源として用いているため、相対強度雑音が小さくなり、その結果、ラマン利得の揺らぎが小さくなり、安定したラマン増幅を行わせることができる。
【００８７】
また、図２６に示した半導体レーザモジュールでは、共振器内に機械的な結合を必要とするため、振動などによってレーザの発振特性が変化する場合が発生するが、この実施の形態１の半導体レーザ装置では、機械的な振動などによるレーザの発振特性の変化がなく、安定した光出力を得ることができる。
【００８８】
ところで、この実施の形態１では、回折格子１３の上部であって、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７とｐ側電極１０との間に、出射側反射膜１５から反射膜１４に向けて長さＬｉ＝６０μｍの絶縁膜８が形成されている。このため、ｐ側電極１０からｎ側電極１１に向けて加えられる注入電流は、絶縁膜８によって覆われない領域の下方である電流注入領域Ｅ２を流れ、絶縁膜８によって覆われた下方である非電流注入領域Ｅ１への流入が抑制される。
【００８９】
非電流注入領域Ｅ１内の回折格子１３近傍への注入電流の抑制によって、図５に示すように、半導体レーザ装置２０の後方端、すなわち反射膜１４側から漏れたモニタ電流の光出力依存性における細かなふらつきが減少し、光増幅制御が簡易かつ容易となり、結果として、安定した光出力を容易に得ることができる。この結果、この実施の形態１に示した半導体レーザ装置２０は、ラマン増幅器の励起用光源として用いた場合、増幅制御が容易になる。特に、３００ｍＷ程度以上の大出力半導体レーザ装置では、特に注入電流の値が大きくなると、モニタ電流の光出力特性に細かなふらつきが発生しやすくなるが、図５に示すように、３００ｍＷの光出力近傍であっても、モニタ電流に細かなふらつきが発生せず、光増幅制御が簡易かつ容易になる。なお、非電流注入領域が形成されていない従来の半導体レーザ装置では、図５に示したモニタ電流の光出力依存性をもつ半導体レーザ装置を、約２０％程度しか得ることができなかったが、この実施の形態１に示した非電流注入領域を形成することによって、図５に示したモニタ電流の光出力依存性をもつ半導体レーザ装置を、約７０％得ることができた。
【００９０】
また、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３の出射側反射膜１５端面では、ＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage）が発生しやすい。ＣＯＤは、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３の出射側反射膜１５端面において、端面温度の上昇→バンドギャップの縮小→光吸収→再結合電流→端面温度の上昇という帰還サイクルが発生し、このサイクルが正帰還となることによって、端面が溶融し、瞬時にして劣化してしまう現象である。ところで、この実施の形態１では、この出射側反射膜１５端面は、非電流注入領域Ｅ１内であるため、注入電流が抑制され、発熱の抑制によってＣＯＤの発生確率を低減することが期待できる。ここで、ＩｎＰ系の半導体レーザ装置では、ＧａＡｓ系に比してＣＯＤが発生し難いが、３００ｍＷ程度以上の高出力半導体レーザ装置では、たとえＩｎＰ系であったとしても、端面温度上昇が大きくなるため、ＣＯＤが発生し易くなる。
【００９１】
なお、電流注入領域Ｅ２のＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３は、注入電流によって発光する一方、非電流注入領域Ｅ１のＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３は、電流注入領域Ｅ２のＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３からの光によって、フォトンリサイクルを行うため、注入電流がなくても、レーザ光を出射側反射膜１５側に透過出力するバッファアンプとして機能し、レーザ光を減衰させることはない。さらに、絶縁膜８によって形成される非電流注入領域Ｅ１は、たかだか７０μｍであり、共振器長Ｌが、３２００μｍ≧Ｌ≧８００μｍであることを鑑みれば、小さな領域であり、この実施の形態１による半導体レーザ装置２０のレーザ出力は、非電流注入領域Ｅ１が形成されない半導体レーザ装置とほぼ同じレーザ出力を得ることができる。
【００９２】
また、絶縁膜８の長さＬｉは、回折格子１３の長さＬｇを越える長さであることが好ましい。ただし、絶縁膜８の長さＬｉを長くし過ぎると、電流注入領域Ｅ２のＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３部分が少なくなり、レーザ光の出力低下をもたらすことになるため、絶縁膜８の長さＬｉは、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４の反射膜１４側端点からｎ側電極１１に向かう注入電流の拡散が回折格子１３に影響を与えない程度に越える長さとするのが好ましい。このため、この実施の形態１では、絶縁膜８の長さＬｉを、回折格子１３の長さＬｇ＝５０μｍに対して１０μｍ分長い、６０μｍとしている。
【００９３】
さらに、Ｉ−Ｌ特性のキンクの存在は、出射側反射膜１５と回折格子１３の出射側反射膜１５側端面との間の距離Ｘに依存する。図６は、回折格子１３の近傍を示す拡大図である。図６において、回折格子１３の長さは７０μｍである。ここで、図６に示すように、回折格子１３の出射側反射膜１５側端面が出射側反射膜１５に接触していない場合、出射側反射膜１５と回折格子１３の出射側反射膜１５側端面との間で多重反射が発生し、この多重反射は、Ｉ−Ｌ特性におけるキンクを発生させる。このキンクの発生状態は、Ｉ−Ｌ特性を示す曲線の一次微分として計算されるスロープ効率曲線によって一層明らかに知ることができる。
【００９４】
図７〜図９は、距離Ｘと絶縁膜８の長さを変化させた場合におけるスロープ効率曲線を示す図である。図７は、距離Ｘが０であり、回折格子１３と出射側反射膜１５とが接触した状態にあり、絶縁膜８の長さＬｉが１００μｍである場合のスロープ効率曲線を示している。また、図８は、距離Ｘが２０μｍであり、絶縁膜８の長さＬｉが１２０μｍのときのスロープ効率曲線を示している。さらに、図９は、距離Ｘが５０μｍであり、絶縁膜の長さＬｉが１５０μｍのときのスロープ効率曲線を示している。なお、符号Ｋ１〜Ｋ３は、キンクが発生していることを示している。図７に示したスロープ効率曲線では、４００ｍＡ程度の低い駆動電流のときに小さなキンクが発生しているのみである。しかし、図８および図９に示したスロープ効率曲線では、距離Ｘの増大とともに、大きなキンクが発生し、かつキンクの数が多くなっている。また、１０００ｍＡ程度の大きな駆動電流領域においてもキンクが発生している。したがって、回折格子１３と出射側反射膜１５とを接触させることが好ましい。
【００９５】
なお、図１および図２に示した半導体レーザ装置２０では、回折格子１３の長さＬｇ＝５０μｍとし、絶縁膜８の長さＬｉ＝６０μｍとしていたが、回折格子１３の長さを１００μｍと長くし、絶縁膜８の長さＬｉ＝１３０μｍとした場合であっても、一定の効果が得られることがわかった。図１０（ａ）は、回折格子の長さＬｇ＝１００μｍとし、絶縁膜８を設けない場合におけるモニタ電流の光出力依存性を示す図である。この場合、モニタ電流Ｉｍは、光出力Ｐｏの全域にわたり、光出力の増加に伴って段階的に変化するふらつきが生じている。一方、図１０（ｂ）は、回折格子の長さＬｇ＝１００μｍとし、絶縁膜８の長さＬｉ＝１３０μｍとした場合におけるモニタ電流の光出力依存性を示す図である。図１０（ｂ）に示すように、回折格子の長さＬｇが１００μｍと長い場合であっても、絶縁膜８を設けることによって、光出力Ｐｏの高出力領域においてモニタ電流Ｉｍのふらつきがなくなっている。したがって、光出力Ｐｏが低出力領域においては実用に耐えないが、光出力Ｐｏを高出力領域において用いる場合には、実用に適した半導体レーザ装置となる。すなわち、絶縁膜８を設けて非電流注入領域を形成することによって、モニタ電流の光出力依存性が改善されることがわかる。
【００９６】
この実施の形態１では、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３に沿って部分的に設けられた回折格子１３近傍に注入電流の流入を抑制するように、回折格子１３の上部に絶縁膜８を設けるようにしているので、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になる。
【００９７】
また、出射側反射膜１５から、回折格子１３および絶縁膜８が延びる構成としているので、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３の出射側反射膜１５端面に加えられる注入電流も抑制され、ＣＯＤの発生確率を低減することが期待できる。
【００９８】
さらに、半導体レーザ装置２０が回折格子１３によって波長選択を行い、発振波長を１１００μｍ〜１５５０μｍ帯とし、共振器長Ｌを８００μｍ〜３２００μｍ帯とすることによって、発振波長スペクトル３０の半値幅Δλｈ内に複数の発振縦モード、好ましくは４本以上の発振縦モードをもつレーザ光を出力するようにしているので、ラマン増幅器の励起用光源として用いた場合に、誘導ブリルアン散乱を発生せずに、安定し、かつ高いラマン利得を得ることができる。
【００９９】
また、ファイバグレーティングを用いた半導体レーザモジュールのように、ファイバグレーティングをもつ光ファイバと半導体発光素子との光結合を共振器内において行わないので、組立が容易となり、機械的振動などによる不安定出力を回避することができる。
【０１００】
なお、実施の形態１では、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３に沿って、回折格子１３が形成されている半導体レーザ装置２０であったが、これに限らず、活性層に隣接する光導波路を有し、この光導波路に沿って回折格子が形成される半導体レーザ装置においても、同様に適用することができるのは明らかである。
【０１０１】
（実施の形態２）
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、回折格子１３の上部であって、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７とｐ側電極１０との間に絶縁膜８を設け、非電流注入領域Ｅ１を形成し、回折格子１３近傍への電流注入を抑制するようにしていたが、この実施の形態２では、回折格子１３の上部であって、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７の上面にｐ側電極１０を設けないようにし、これによって、非電流注入領域Ｅ１を形成するようにしている。
【０１０２】
図１１は、この発明の実施の形態２である半導体レーザ装置の長手方向の縦断面図である。図１１において、回折格子１３は、実施の形態１と同じであり、長さＬｇ＝５０μｍである。ｐ−ＩｎＰクラッド層６の上面全面には、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７が形成され、このＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７の上面には、ｐ側電極１０が形成されるが、回折格子１３の上部に対応する部分であって、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７の上面には、ｐ側電極１０が形成されない。その他の構成は、実施の形態１と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【０１０３】
このｐ側電極１０が形成されない領域は、実施の形態１に示した絶縁膜８と同じであり、出射側反射膜１５から６０μｍの領域である。したがって、回折格子１３近傍への電流注入が抑制され、実施の形態１と同様に、光増幅制御が簡易かつ容易となり、結果として安定した光出力を得ることができる半導体レーザ装置を実現することができる。
【０１０４】
（実施の形態３）
つぎに、この発明の実施の形態３について説明する。上述した実施の形態１では、回折格子１３の上部であって、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７とｐ側電極１０との間に絶縁膜８を積極的に設け、非電流注入領域Ｅ１を形成し、回折格子１３近傍への電流注入を抑制するようにしていたが、この実施の形態３では、回折格子１３の上部であって、絶縁膜８が形成される領域のＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７を形成しないようにし、これによって、非電流注入領域Ｅ１を形成するようにしている。
【０１０５】
図１２は、この発明の実施の形態３である半導体レーザ装置の長手方向の縦断面図である。図１２において、回折格子１３は、実施の形態１と同じであり、長さＬｇ＝５０μｍである。ｐ−ＩｎＰクラッド層６の上面全面には、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７が形成されず、回折格子１３の上部に対応する部分を除いて形成される。すなわち、実施の形態１に示した絶縁膜８と同じであって、出射側反射膜１５から６０μｍの領域には、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７が形成されない。このＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７が形成されず、ｐ−ＩｎＰクラッド層６が剥き出しになった領域の上面と、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７が形成された領域の上面には、ｐ側電極１０が形成される。その他の構成は、実施の形態１と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【０１０６】
この結果、ｐ側電極１０とｐ−ＩｎＰクラッド層６との間は、直接接合され、高い抵抗値を持つことになるが、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７を介して接合されるｐ側電極１０とｐ−ＩｎＰクラッド層６との間は、低い抵抗値を呈することになる。したがって、回折格子１３近傍への電流注入が抑制され、実施の形態１と同様に、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になる。
【０１０７】
（実施の形態４）
つぎに、この発明の実施の形態４について説明する。上述した実施の形態１では、回折格子１３の上部であって、ｐ型であるＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７とｐ側電極１０との間に絶縁膜８を設け、非電流注入領域Ｅ１を形成し、回折格子１３近傍への電流注入を抑制するようにしていたが、この実施の形態４では、絶縁膜８に代えて、ｎ−ＩｎＰ層１８を形成することによって電流ブロッキング層を形成し、これによって、非電流注入領域Ｅ１を形成するようにしている。
【０１０８】
図１３は、この発明の実施の形態４である半導体レーザ装置の長手方向の縦断面図である。図１３において、回折格子１３は、実施の形態１と同じであり、長さＬｇ＝５０μｍである。ｐ−ＩｎＰクラッド層６の上面全面には、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７が形成され、回折格子１３の上部に対応する部分であるＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７の上面には、ｎ−ＩｎＰ層１８が形成される。すなわち、実施の形態１に示した絶縁膜８と同じ位置にｎ−ＩｎＰ層１８が形成される。ｎ−ＩｎＰ層１８の上面とこのｎ−ＩｎＰ層１８が形成されていないＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７の上面とには、ｐ側電極１０が形成される。その他の構成は、実施の形態１と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【０１０９】
この結果、ｎ−ＩｎＰ層１８とｐ−ＩｎＰクラッド層６との接合は、回折格子１３方向に対してｎｐ接合となり、電流ブロッキング層として機能する。したがって、回折格子１３近傍への電流注入が抑制され、実施の形態１と同様に、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になる。
【０１１０】
ここで、図１４〜図１７は、回折格子長Ｌｇを７０μｍとし、ｎ−ＩｎＰ層１８の長さＬｉを変化させた場合におけるスロープ効率曲線を示す図である。図１４は、回折格子長Ｌｇが７０μｍであって長さＬｉを０とした場合、すなわちｎ−ＩｎＰ層１８を設けない場合におけるスロープ効率曲線を示している。また図１５〜図１７は、回折格子長Ｌｇが７０μｍであって、それぞれ順に長さＬｉを５０μｍ、１００μｍ、１３０μｍとした場合におけるスロープ効率曲線を示している。図１４に示したスロープ効率曲線では、非常に大きく、しかも多くのキンクが発生している。しかしながら、図１５〜図１７に示したスロープ効率曲線では、長さＬｉの増大とともに、キンクの大きさが小さくなり、しかもキンクの数が減っている。したがって、ｎ−ＩｎＰ層１８の長さＬｉを増大させることによって、キンクの発生を防止することができる。
【０１１１】
ところで、図１８は、回折格子長Ｌｇが７０μｍで距離Ｘが０の場合における光出力のｎ−ＩｎＰ層１８の長さＬｉの依存性を示す図である。図１８では、長さＬｉ０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、１３０μｍをもつ４つの半導体レーザ装置に対して異なる３点の駆動電流を印加した場合における光出力をプロットしており、実線は、これらのプロット値の平均を結んだ線である。図８に示すように、ｎ−ＩｎＰ層１８の長さＬｉを長くしても、光出力の低下はほとんどなく、長さＬｉが光出力に与える影響はほとんどないものと言える。
【０１１２】
なお、この実施の形態４の構成では、ｎ−ＩｎＰ層１８と電極１０との間の接触抵抗が大きくなることと、ｎ−ＩｎＰ層１８とＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７との間が逆バイアスになることとによって、ｎ−ＩｎＰ層１８下部への電流注入が抑制されるようになっている。したがって、ｎ−ＩｎＰ層１８と電極１０との間のように、電極１０に対して接触抵抗が大きくなるｎ−ＩｎＰ層１８に代えて、たとえばｉ−ＩｎＰ（真性ＩｎＰ）層、ｐ−ＩｎＰ層、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層、ｉ−ＩｎＧｓＡｓＰ層、ｎ−ＩｎＧａＡｓ層、ｉ−ＩｎＧａＡｓ層を形成し、接触抵抗を大きくして、回折格子１３近傍への電流注入を抑制するようにしてもよい。このような構成であっても、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、簡易かつ容易な光増幅制御が実現できる。
【０１１３】
（実施の形態５）
つぎに、この発明の実施の形態５について説明する。上述した実施の形態４では、回折格子１３の上部であって、ｐ型であるＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７とｐ側電極１０との間にｎ−ＩｎＰ層１８を設けて電流ブロッキング層を形成することによって非電流注入領域Ｅ１を形成し、回折格子１３近傍への電流注入を抑制するようにしていたが、この実施の形態５では、回折格子１３の上部に対応するＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７にｎ型不純物を拡散してｎ型半導体に変化させ、ｐ−ＩｎＰクラッド層６とによって電流ブロッキング層を形成し、これによって、非電流注入領域Ｅ１を形成するようにしている。
【０１１４】
図１９は、この発明の実施の形態５である半導体レーザ装置の長手方向の縦断面図である。図１９において、回折格子１３は、実施の形態１と同じであり、長さＬｇ＝５０μｍである。ｐ−ＩｎＰクラッド層６の上面全面には、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７が形成される。このＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７のうち、回折格子１３に対応するＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７には、ｎ型不純物が添加、拡散され、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７に接するｐ−ＩｎＰクラッド層６領域もｎ型に変化され、ｎ型領域１７ａが形成される。なお、ｎ型不純物の添加、拡散は、イオン注入、アニーリングなどの各種方法の組み合わせによって行うことができる。その後、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７の上面には、ｐ側電極１０が形成される。その他の構成は、実施の形態４と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【０１１５】
この結果、新たにｎ−ＩｎＰ層１８を設けることなく、回折格子１３方向に対してｎｐ接合が形成され、このｎｐ接合は電流ブロッキング層として機能する。したがって、回折格子１３近傍への電流注入が抑制され、実施の形態１と同様に、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になる。
【０１１６】
（実施の形態６）
つぎに、この発明の実施の形態６について説明する。上述した実施の形態５では、ｎ型領域１７ａを形成することによって、ｎ−ＩｎＰ層１８などの新たな半導体層を設けないようにしていたが、この実施の形態６では、ｎ型領域１７ａに対応する領域を高抵抗化することによって、非電流注入領域Ｅ１を形成するようにしている。
【０１１７】
図２０は、この発明の実施の形態６である半導体レーザ装置の長手方向の縦断面図である。図２０において、高抵抗化された高抵抗領域１７ｂは、実施の形態５に示したｎ型領域１７ａと同じ位置に形成される。その他の構成は、実施の形態６と同じであり、同一構成部分には、同一符号を付している。この高抵抗領域１７ｂは、図２１に示すように、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７が形成された後、プロトン（Ｈ+）を、回折格子１３に対応する部分に、上部からイオン注入することによって形成される。
【０１１８】
この結果、ｐ側電極１０から注入された電流は、高抵抗領域１７ｂの存在によって、回折格子１３近傍に流入し難くなり、新たにｎ−ＩｎＰ層１８などを設けることなく、回折格子１３近傍への電流注入が抑制されるので、実施の形態１と同様に、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になる。
【０１１９】
（実施の形態７）
つぎに、この発明の実施の形態７について説明する。上述した実施の形態１では、絶縁膜８を設けて非電流注入領域Ｅ１を形成するようにしていたが、この実施の形態７では、さらに、絶縁膜８の反射膜１４側端部近傍に溝部４０が形成され、一層、注入電流が回折格子１３に流入するのを抑制している。
【０１２０】
図２２は、この発明の実施の形態７である半導体レーザ装置の長手方向の縦断面図である。図２２において、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７は、出射側反射膜１５から６０μｍ近傍で、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７ａ，７ｂに空間的に離隔される。ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７が形成された段階で、横方向の溝部４０が形成され、これによって、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７は分離される。この際、ｐ−ＩｎＰクラッド層６の一部も削られ、溝部４０を形成する。
【０１２１】
この溝部４０が形成された後、絶縁膜８が、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７ａ、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７ｂの出射側反射膜１５側端部、およびこれらに挟まれた溝部４０の各上面に形成される。さらに、絶縁膜８およびＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７ｂの各上面にｐ側電極１０が形成される。
【０１２２】
この結果、ｐ側電極１０から注入された電流は、溝部４１に形成された絶縁膜８の構成によって、回折格子１３方向に対する注入電流の流入が抑制されるので、実施の形態１と同様に、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になる。
【０１２３】
（実施の形態８）
つぎに、この発明の実施の形態８について説明する。上述した実施の形態１〜７では、ｐ側電極１０が、一体化した薄膜として形成されるものであったが、この実施の形態８では、非電流注入領域Ｅ１と電流注入領域Ｅ２とにそれぞれ対応する２つの電極に空間的に分離し、電気的に絶縁するようにしている。
【０１２４】
図２３は、この発明の実施の形態８である半導体レーザ装置の長手方向の縦断面図である。図２３において、非電流注入領域Ｅ１と電流注入領域Ｅ２との間には、ｐ−ＩｎＰクラッド層６の上面の一部から上部側であって、出射側反射膜１５から６０μｍ近傍に、溝部４１が形成されている。ｐ−ＩｎＰクラッド層６の非電流注入領域Ｅ１側上面には、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７ａが形成され、電流注入領域Ｅ２側上面には、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７ｂが形成される。非電流注入領域Ｅ１側では、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７ａの上部にさらに電極８ａが形成され、この電極８ａの上面に、メッキ１２ａが形成される。一方、電流注入領域Ｅ２側では、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７ｂの上面には、さらに電極８ｂが形成され、さらにメッキ１２ｂが形成される。その他の構成は、実施の形態１と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【０１２５】
この溝部４１の形成は、ｐ−ＩｎＰクラッド層６を形成した後、このｐ−ＩｎＰクラッド層６の上面全面にＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７ａ，７ｂに対応するＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７を形成し、その後、出射側反射膜１５から６０μｍ近傍におけるＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７をエッチングすることによって形成される。その後、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７ａ，７ｂの各上面に電極８ａ，８ｂが形成され、さらにメッキ１２ａ，１２ｂが形成される。このメッキ１２ｂは、ｐ側電極を形成する。なお、注入電流を通電する図示しないワイヤは、メッキ１２ｂ側にボンディングされる。したがって、メッキ１２ａは通電されず、注入電流は、メッキ１２ｂ側のＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３に加えられることになる。
【０１２６】
この結果、注入電流がメッキ１２ｂ側のみから加えられることと溝部４１の存在とによって、回折格子１３方向に対する注入電流の流入が抑制されるので、実施の形態１と同様に、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になる。
【０１２７】
ここで、図２３に示した半導体レーザ装置は、通常、図２４に示すように、メッキ１２ａ，１２ｂをヒートシンク５７ａ側に接合（ジャンクションダウン）させて用いる。このジャンクションダウン方式では、半導体レーザ装置全体において、発熱源としてのＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３がメッキ１２ａ，１２ｂ側に配置されるため、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３をヒートシンク５７側に近づけることによって、温度制御が容易になるからである。ただし、図２３に示した半導体レーザ装置の構成をそのままジャンクションダウンさせると、メッキ１２ａ，１２ｂ間が導通してしまうため、ヒートシンク５７ａのメッキ１２ｂ側の接触部分に、Ａｕによる導通パターン１６が形成される。ここで、ヒートシンク５７ａは、高熱伝導率を有するとともに絶縁性材料から形成されるため、メッキ１２ａ側とメッキ１２ｂ側とは絶縁されることになる。なお、メッキ１２ａ、電極８ａ、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７ａは、熱伝導率が高いため、非電流注入領域Ｅ１側の熱をヒートシンク５７ａ側に効率良く伝導することができる。導電パターン１６は、半導体レーザ装置とヒートシンク５７ａとの接合部分以外のヒートシンク５７ａ上に延び、ワイヤ１６ａとボンディングされ、注入電流が供給されることになる。このようなジャンクションダウン方式を採用すると、上述したように、発熱の大きなＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３側をヒートシンク５７ａに近づけることができるため、半導体レーザ装置２０の温度制御が容易になり、一層、出力安定性を保つことができる。
【０１２８】
また、メッキ１２ａ，１２ｂの間に形成される溝１７は、半導体レーザ装置をヒートシンク５７ａに接合する場合に広がった半田Ｓを集める役割をもつ。すなわち、半田Ｓの広がりは溝１７によって止められ、メッキ１２ａとメッキ１２ｂとの短絡が防止される。
【０１２９】
なお、上述した実施の形態１〜７あるいは後述する実施の形態においても、ジャンクションダウン方式を採用することが好ましい。これは、上述したように半導体レーザ装置２０の温度制御が容易になり、一層、出力安定性を保つことができるからである。
【０１３０】
（実施の形態９）
つぎに、この発明の実施の形態９について説明する。上述した実施の形態１〜８では、いずれも出射側反射膜１５側に回折格子１３を設けるようにしていたが、この実施の形態９では、反射膜１４側にも回折格子を設けるようにしている。
【０１３１】
図２５は、この発明の実施の形態９である半導体レーザ装置の長手方向の縦断面図である。図２５において、この半導体レーザ装置は、反射膜１４側にも、反射膜１４側から長さＬｇａを有する回折格子１３ａを設け、この回折格子１３ａの屈折率低下を防ぐため、絶縁膜８ａが設けられている。この絶縁膜８ａは、絶縁膜８と同様に、回折格子１３ａの上部であって、ｐ−ＩｎＰクラッド層６とｐ側電極１０との間に設けられ、長さＬｉａを有する。この長さＬｉａは、長さＬｇと長さＬｉとの関係と同じであり、長さＬｇａを覆うことができる程度であって最小限の長さに設定される。なお、反射膜１４側の回折格子１３ａは、波長選択性を持たせるとともに反射特性とを持たせるため、結合係数κと長さＬｇａとの積は、大きな値、たとえば「２」以上に設定するとよい。
【０１３２】
これによって、回折格子１３ａ側にも非電流注入領域Ｅ３を形成することができ、回折格子１３ａ近傍に対する注入電流の流入が抑制されるので、実施の形態１と同様に、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になる。また、反射膜１４側端面における端面劣化をも防ぐことができる。なお、回折格子１３ａのみを設けた半導体レーザ装置であっても、この実施の形態９を適用することによって、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になる。
【０１３３】
なお、上述した実施の形態１〜９では、回折格子１３あるいは回折格子１３ａが中心波長に対して揺らぎを持つ波長選択性によって、複数本の発振縦モードを出力するようにしていたが、回折格子１３あるいは回折格子１３ａに対して積極的に揺らぎをもたせ、発振縦モードの数を増やすことができる半導体レーザ装置を得るようにしてもよい。
【０１３４】
図２６は、回折格子１３のグレーティング周期の周期的変化を示す図である。この回折格子１３は、グレーティング周期を周期的に変化させたチャープドグレーティングとしている。図２６では、この回折格子１３の波長選択性に揺らぎを発生させ、発振波長スペクトルの半値幅Δλhを広げ、半値幅Δλh内の発振縦モードの本数を増大するようにしている。その他の構成は、実施の形態１〜９と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【０１３５】
図２６に示すように、回折格子１３は、平均周期が２２０ｎｍであり、±０．０２ｎｍの周期揺らぎ（偏差）を周期Ｃで繰り返す構造を有している。この±０．０２ｎｍの周期揺らぎによって、発振波長スペクトルの半値幅Δλh内に３〜６本程度の発振縦モードをもたせることができる。
【０１３６】
たとえば、図２７は、異なる周期Λ1，Λ2の回折格子を有する半導体レーザ装置の発振波長スペクトルを示す図である。図２７において、周期Λ1の回折格子は、波長λ1の発振波長スペクトルを形成し、この発振波長スペクトル内に３本の発振縦モードを選択する。一方、周期Λ2の回折格子は、波長λ2の発振波長スペクトルを形成し、この発振波長スペクトル内に３本の発振縦モードを選択する。したがって、周期Λ1，Λ2の回折格子による複合発振波長スペクトル４５は、この複合発振波長スペクトル４５内に４〜５本の発振縦モードが含まれることになる。この結果、単一の発振波長スペクトルを形成するときに比べ、一層多くの発振縦モードを容易に選択出力することができ、光出力の増大をもたらすことができる。
【０１３７】
なお、回折格子１３の構成としては、一定の周期Ｃでグレーティング周期を変化させるチャープドグレーティングに限らず、グレーティング周期を、周期Λ1（２２０ｎｍ＋０．０２ｎｍ）と周期Λ2（２２０ｎｍ−０．０２ｎｍ）との間でランダムに変化させるようにしてもよい。
【０１３８】
さらに、図２８（ａ）に示すように、周期Λ1と周期Λ2とを一回ずつ交互に繰り返す回折格子として、周期揺らぎを持たせるようにしてもよい。また、図２８（ｂ）に示すように、周期Λ1と周期Λ2とをそれぞれ複数回、交互に繰り返す回折格子として、周期揺らぎを持たせるようにしてもよい。さらに、図２８（ｃ）に示すように、連続する複数回の周期Λ1と連続する複数回の周期Λ2とをもつ回折格子として、周期揺らぎを持たせるようにしてもよい。また、周期Λ1と周期Λ2との間の離散的な異なる値をもつ周期を補完して配置するようにしてもよい。
【０１３９】
なお、上述した実施の形態１〜９では、いずれも部分的に設けた回折格子１３，１３ａを有した半導体レーザ装置について説明したが、これに限らず、回折格子をＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３の上部全面に設け、このＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３の上部の一部所定領域に非電流注入領域Ｅ１を設けるようにしてもよい。たとえば、図２９は、回折格子をＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３の上部全面に設けた半導体レーザ装置の構成を示す図である。この半導体レーザ装置２１は、図１に示した半導体レーザ装置２０に示した回折格子１３を、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３の上部全面に設けた回折格子１３ｂとしている。その他の構成は図１に示した半導体レーザ装置２０と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。この回折格子１３ｂは、上述したように中心波長に対して揺らぎを持つ波長選択性によって、複数本の発振縦モードを出力するようにしている。また、上述したように、回折格子１３ｂは、出射側反射膜１５に接触することが好ましい。これによって、絶縁膜８を設けない場合に比して、光出力の変化に伴うモニタ電流の細かなふらつきをなくし、安定かつ高利得増幅を可能にするとともに、簡易かつ容易な増幅制御が可能になるとともに、特に図２９に示したように絶縁膜８などのように出射側反射膜１５側に非電流注入領域Ｅ１を形成することによって、温度上昇の激しい出射端側の温度上昇を小さくでき、出射側反射膜１５側端面に生じるＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３の端面劣化の発生の減少が期待できる。
【０１４０】
（実施の形態１０）
つぎに、この発明の実施の形態１０について説明する。この実施の形態１０では、上述した実施の形態１〜９に示した半導体レーザ装置をモジュール化したものである。
【０１４１】
図３０は、この発明の実施の形態１０である半導体レーザモジュールの構成を示す縦断面図である。図３０において、この半導体レーザモジュール５０は、上述した実施の形態１〜９で示した半導体レーザ装置に対応する半導体レーザ装置５１を有する。なお、この半導体レーザ装置５１は、ｐ側電極がヒートシンク５７ａに接合されるジャンクションダウン構成としている。半導体レーザモジュール５０の筐体として、セラミックなどによって形成されたパッケージ５９の内部底面上に、温度制御装置としてのペルチェ素子５８が配置される。ペルチェ素子５８上にはベース５７が配置され、このベース５７上にはヒートシンク５７ａが配置される。ペルチェ素子５８には、図示しない電流が与えられ、その極性によって冷却および加熱を行うが、半導体レーザ装置５１の温度上昇による発振波長ずれを防止するため、主として冷却器として機能する。すなわち、ペルチェ素子５８は、レーザ光が所望の波長に比して長い波長である場合には、冷却して低い温度に制御し、レーザ光が所望の波長に比して短い波長である場合には、加熱して高い温度に制御する。この温度制御は、具体的に、ヒートシンク５７ａ上であって、半導体レーザ装置５１の近傍に配置されたサーミスタ５８ａの検出値をもとに制御され、図示しない制御装置は、通常、ヒートシンク５７ａの温度が一定に保たれるようにペルチェ素子５８を制御する。また、図示しない制御装置は、半導体レーザ装置５１の駆動電流を上昇させるに従って、ヒートシンク５７ａの温度が下がるようにペルチェ素子５８を制御する。このような温度制御を行うことによって、半導体レーザ装置５１の出力安定性を向上させることができ、歩留まりの向上にも有効となる。なお、ヒートシンク５７ａは、たとえばダイヤモンドなどの高熱伝導率をもつ材質によって形成することが望ましい。これは、ヒートシンク５７ａがダイヤモンドで形成されると、高電流印加時の発熱が抑制されるからである。
【０１４２】
ベース５７上には、半導体レーザ装置５１およびサーミスタ５８ａを配置したヒートシンク５７ａ、第１レンズ５２、および電流モニタ５６が配置される。半導体レーザ装置５１から出射されたレーザ光は、第１レンズ５２、アイソレータ５３、および第２レンズ５４を介し、光ファイバ５５上に導波される。第２レンズ５４は、レーザ光の光軸上であって、パッケージ５９上に設けられ、外部接続される光ファイバ５５に光結合される。なお、電流モニタ５６は、半導体レーザ装置５１の反射膜側から漏れた光をモニタ検出する。
【０１４３】
ここで、この半導体レーザモジュール５０では、他の光学部品などによる反射戻り光が共振器内に戻らないように、半導体レーザ装置５２と光ファイバ５５との間にアイソレータ５３を介在させている。このアイソレータ５３には、ファイバグレーティングを用いた従来の半導体レーザモジュールと異なり、インライン式のファイバ型でなく、半導体レーザモジュール５０内に内蔵できる偏波依存型のアイソレータを用いることができるため、アイソレータによる挿入損失を小さく、さらに低い相対強度雑音（ＲＩＮ）を達成することができ、部品点数も減らすことができる。
【０１４４】
この実施の形態１０では、実施の形態１〜９で示した半導体レーザ装置をモジュール化しているため、偏波依存型のアイソレータを用いることができ、挿入損失を小さくすることができ、低雑音化および部品点数の減少を促進することができる。
【０１４５】
（実施の形態１１）
つぎに、この発明の実施の形態１１について説明する。この実施の形態１１では、上述した実施の形態１０に示した半導体レーザモジュールをラマン増幅器に適用したものである。
【０１４６】
図３１は、この発明の実施の形態１１であるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。このラマン増幅器は、ＷＤＭ通信システムに用いられる。図３１において、このラマン増幅器は、上述した実施の形態１０に示した半導体レーザモジュールと同一構成の半導体レーザモジュール６０ａ〜６０ｄを用い、図３４に示した半導体レーザモジュール１８２ａ〜１８２ｄを、上述した半導体レーザモジュール６０ａ〜６０ｄに置き換えた構成となっている。
【０１４７】
各半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｂは、偏波面保持ファイバ７１を介して、複数の発振縦モードを有するレーザ光を偏波合成カプラ６１ａに出力し、各半導体レーザモジュール６０ｃ，６０ｄは、偏波面保持ファイバ７１を介して、複数の発振縦モードを有するレーザ光を偏波合成カプラ６１ｂに出力する。ここで、半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｂが発振するレーザ光は、同一波長である。また、半導体レーザモジュール６０ｃ，６０ｄが発振するレーザ光は、同一波長であるが半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｂが発振するレーザ光の波長とは異なる。これは、ラマン増幅が偏波依存性を有するためであり、偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂによって偏波依存性が解消されたレーザ光として出力するようにしている。
【０１４８】
各偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂから出力された異なる波長をもったレーザ光は、ＷＤＭカプラ６２によって合成され、合成されたレーザ光は、ＷＤＭカプラ６５を介してラマン増幅用の励起光として増幅用ファイバ６４に出力される。この励起光が入力された増幅用ファイバ６４には、増幅対象の信号光が入力され、ラマン増幅される。
【０１４９】
増幅用ファイバ６４内においてラマン増幅された信号光（増幅信号光）は、ＷＤＭカプラ６５およびアイソレータ６６を介してモニタ光分配用カプラ６７に入力される。モニタ光分配用カプラ６７は、増幅信号光の一部を制御回路６８に出力し、残りの増幅信号光を出力レーザ光として信号光出力ファイバ７０に出力する。
【０１５０】
制御回路６８は、入力された一部の増幅信号光をもとに各半導体レーザモジュール６０ａ〜６０ｄのレーザ出力状態、たとえば光強度を制御し、ラマン増幅の利得帯域が平坦な特性となるようにフィードバック制御する。
【０１５１】
この実施の形態１１に示したラマン増幅器では、たとえば図３４に示した半導体発光素子１８０ａとファイバグレーティング１８１ａとが偏波面保持ファイバ７１ａで結合された半導体レーザモジュール１８２ａを用いず、実施の形態１〜９で示した半導体レーザ装置が内蔵された半導体レーザモジュール６０ａを用いるようにしているので、偏波面保持ファイバ７１ａの使用を削減することができる。なお、上述したように、各半導体レーザモジュール６０ａ〜６０ｄは、複数の発振縦モードを有しているため、偏波面保持ファイバ長を短くすることができる。この結果、ラマン増幅器の小型軽量化とコスト低減を実現することができる。
【０１５２】
なお、図３１に示したラマン増幅器では、偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂを用いているが、図３２に示すように半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｃから、それぞれ偏波面保持ファイバ７１を介して直接ＷＤＭカプラ６２に光出力するようにしてもよい。この場合、半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｃの偏波面は、偏波面保持ファイバ７１に対して４５度となるように入射する。これによって、偏波面保持ファイバ７１から出力される光出力の偏波依存性をなくすことができ、一層、小型かつ部品点数の少ないラマン増幅器を実現することができる。
【０１５３】
また、半導体レーザモジュール６０ａ〜６０ｄ内に内蔵される半導体レーザ装置として発振縦モード数が多い半導体レーザ装置を用いると、必要な偏波面保持ファイバ７１の長さを短くすることができる。特に、発振縦モードが４，５本になると、急激に、必要な偏波面保持ファイバ７１の長さが短くなるため、ラマン増幅器の簡素化と小型化を促進することができる。さらに、発振縦モードの本数が増大すると、コヒーレント長が短くなり、デポラライズによって偏光度（ＤＯＰ：Degree Of Polarization）が小さくなり、偏波依存性をなくすことが可能となり、これによっても、ラマン増幅器の簡素化と小型化とを一層促進することができる。
【０１５４】
また、このラマン増幅器では、ファイバグレーティングを用いた半導体レーザモジュールに比して光軸合わせが容易であり、共振器内に機械的な光結合がないため、この点からも、ラマン増幅の安定性、信頼性を高めることができる。
【０１５５】
さらに、上述した実施の形態１〜９の半導体レーザ装置では、複数の発振モードを有しているため、誘導ブリルアン散乱を発生させずに、高出力の励起光を発生することができるので、安定し、かつ高いラマン利得を得ることができる。
【０１５６】
また、図３１および図３２に示したラマン増幅器は、後方励起方式であるが、上述したように、半導体レーザモジュール６０ａ〜６０ｄが安定した励起光を出力するため、前方励起方式であっても、双方向励起方式であっても、安定したラマン増幅を行うことができる。
【０１５７】
この図３１あるいは図３２に示したラマン増幅器は、上述したようにＷＤＭ通信システムに適用することができる。図３３は、図３１あるいは図３２に示したラマン増幅器を適用したＷＤＭ通信システムの概要構成を示すブロック図である。
【０１５８】
図３３において、複数の送信機Ｔｘ１〜Ｔｘｎから送出された波長λ1〜λnの光信号は、光合波器８０によって合波され、１つの光ファイバ８５に集約される。この光ファイバ８５の伝送路上には、図３１あるいは図３２に示したラマン増幅器に対応した複数のラマン増幅器８１，８３が距離に応じて配置され、減衰した光信号を増幅する。この光ファイバ８５上を伝送した信号は、光分波器８４によって、複数の波長λ1〜λnの光信号に分波され、複数の受信機Ｒｘ１〜Ｒｘｎに受信される。なお、光ファイバ８５上には、任意の波長の光信号を付加し、取り出したりするＡＤＭ（Add/Drop Multiplexer）が挿入される場合もある。
【０１５９】
なお、上述した実施の形態１０では、実施の形態１〜９に示した半導体レーザ装置あるいは実施の形態１１に示した半導体レーザモジュールを、ラマン増幅用の励起光源に用いる場合を示したが、これに限らず、たとえば、９８０ｎｍ，１４８０ｎｍなどのＥＤＦＡ励起用光源として用いることができるのは明らかである。
【０１６０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、レーザ光の出射端面に設けた第１反射膜と該レーザ光の反射端面に設けた第２反射膜との間に形成された活性層の近傍に回折格子を全面または部分的に設け、少なくとも該回折格子による波長選択特性によって所望の発振縦モードをもつレーザ光を出力する際、前記回折格子または回折格子の一部を含む周囲近傍への注入電流が抑制される非電流注入領域を形成し、前記回折格子または回折格子の一部の近傍の温度上昇を抑制し、光出力の変化に対するモニタ電流の細かなふらつきが発生しないようにしているので、高出力の半導体レーザ装置であっても、光出力に対するモニタ電流が安定し、光増幅制御が簡易かつ容易になるという効果を奏する。
【０１６１】
また、請求項２の発明によれば、前記部分的に設けられた回折格子の上部を覆う絶縁膜によって回折格子への注入電流が抑制され、前記非電流注入領域を確実に形成するようにしているので、光出力の変化に対するモニタ電流の細かなふらつきが発生しないようにしているので、高出力の半導体レーザ装置であっても、光出力に対するモニタ電流が安定し、光増幅制御が簡易かつ容易になるという効果を奏する。
【０１６２】
また、請求項３の発明によれば、前記全面に設けられた前記回折格子のうちの一部所定領域の上部を覆う絶縁膜によって回折格子の一部への注入電流が抑制され、前記非電流注入領域を形成するようにしているので、高出力の半導体レーザ装置であっても、光出力に対するモニタ電流が安定し、光増幅制御が簡易かつ容易になるという効果を奏する。
【０１６３】
また、請求項４の発明によれば、前記注入電流が加えられる電極を、少なくとも前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上面を除いて設けるようにし、回折格子あるいは回折格子の一部に注入電流が加えられないようにしているので、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になるという効果を奏する。
【０１６４】
また、請求項５の発明によれば、前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層と前記注入電流を加える電極との間に設けられ注入電流の抵抗を軽減する機能を有するコンタクト層を、少なくとも前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上面を除いて設け、前記回折格子あるいは回折格子の一部の上部に加えられる前記注入電流の量を少なくするようにしているので、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になるという効果を奏する。
【０１６５】
また、請求項６の発明によれば、前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層と注入電流を加える電極との間であって、前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上部に対応する位置に、前記上部クラッド層に対して前記電極から前記回折格子の方向に向かう電流を阻止するダイオード接合を形成し、前記回折格子に電流が注入されるのをブロッキングするようにしているので、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になるという効果を奏する。
【０１６６】
また、請求項７の発明によれば、前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層と前記注入電流を加える電極との間であって、前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上部に対応する位置に、前記電極に対して高い接触抵抗をもつ材質によって形成された高接触抵抗層を設け、前記回折格子に電流が注入されることを抑制しているので、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になるという効果を奏する。
【０１６７】
また、請求項８の発明によれば、前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層の上面に形成されるコンタクト層を、前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上部に対応する第１コンタクト層と前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上部に対応しない第２コンタクト層とに空間的に分離し、前記第１コンタクト層の上面および前記分離によって形成された溝部を絶縁膜または電流ブロッキング層によって覆い、前記第２コンタクト層および前記絶縁膜または前記電流ブロッキング層の上部全面に前記電極を形成し、前記溝部を含めて前記回折格子への電流注入を抑制するようにしているので、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になるという効果を奏する。
【０１６８】
また、請求項９の発明によれば、前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層の上面に形成されるコンタクト層を、前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上部に対応する第１コンタクト層と前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上部に対応しない第２コンタクト層とに空間的に分離し、前記第１コンタクト層と前記第２コンタクト層との上面にそれぞれ電極を形成し、前記分離された第１コンタクト層側に対応する活性層にのみ電流が注入され、回折格子に電流が注入されることを抑制しているので、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になるという効果を奏する。
【０１６９】
また、請求項１０の発明によれば、前記クラッド層のうちの前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上面に位置する領域および／または前記第１コンタクト層のＺｎなどを添加したことによって得られるキャリア濃度は、前記クラッド層のＺｎなどを添加したことによって得られるキャリア濃度に比して小さし、前記クラッド層のうちの前記回折格子の上面に位置する領域および／または前記第１コンタクト層を高抵抗化し、前記回折格子への電流をブロッキングするようにしているので、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になるという効果を奏する。
【０１７０】
また、請求項１１の発明によれば、前記クラッド層のうちの前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上面に位置する領域および／または前記第１コンタクト層を、プロトン照射によって高抵抗化し、前記回折格子への電流をブロッキングするようにしているので、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になるという効果を奏する。
【０１７１】
また、請求項１２の発明によれば、前記クラッド層のうちの前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上面に位置する領域および／または前記第１コンタクト層は、ｎ型不純物の添加、拡散によって前記クラッド層に対して電流ブロッキング層を形成し、前記回折格子への電流をブロッキングするようにしているので、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になるという効果を奏する。
【０１７２】
また、請求項１３の発明によれば、前記部分的に設けられた回折格子が、前記第１反射膜側あるいは前記第１反射膜近傍に設けられ、発振波長の波長選択と共振器の出射側反射面との機能を持たせるとともに、回折格子近傍への電流の注入を抑止して、所望の発振縦モードのレーザ光を出力するようにしているので、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になるとともに、活性層の第１反射膜側端面に生じる端面劣化の発生の減少が期待できるという効果を奏する。
【０１７３】
また、請求項１４の発明によれば、前記部分的に設けられた回折格子は、前記第２反射膜側あるいは前記第２反射膜近傍に設けられ、発振波長の波長選択と共振器の後方反射面との機能を持たせるとともに、回折格子近傍への電流の注入を抑止して、所望の発振縦モードのレーザ光を出力するようにしているので、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になるとともに、活性層の第２反射膜側端面に生じる端面劣化の発生の減少が期待できるという効果を奏する。
【０１７４】
また、請求項１５の発明によれば、前記部分的に設けられた回折格子は、前記第１反射膜側または前記第１反射膜近傍および前記第２反射膜側または前記第２反射膜近傍に設けられ、発振波長の波長選択と共振器の出射側反射面および後方反射面との機能を持たせるとともに、回折格子近傍への電流の注入を抑止して、所望の発振縦モードのレーザ光を出力するようにしているので、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になるとともに、活性層の第１反射膜側端面および第２反射側端面に生じる端面劣化の発生の減少が期待できるという効果を奏する。
【０１７５】
また、請求項１６の発明によれば、前記全面に設けられた回折格子が、少なくとも前記第１反射膜側に接触するようにし、回折格子と第１反射膜との間の多重反射を抑制し、安定したレーザ光を出射することができるという効果を奏する。
【０１７６】
また、請求項１７の発明によれば、前記回折格子の波長選択特性によって、前記所望の発振縦モードの本数を、発振波長スペクトルの半値幅内に２本以上含まれるようにし、高出力のレーザ光を出力するようにしているので、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になり、特に、高出力が要求されるラマン増幅励起用光源に適切な半導体レーザ装置を実現することができるという効果を奏する。
【０１７７】
また、請求項１８の発明によれば、第１反射膜側に設けられる前記部分的に設けられた回折格子の回折格子長を、３００μｍ以下としているので、２本以上の発振縦モードを容易に生成でき、かつ光出力の効率を向上させることができるという効果を奏する。
【０１７８】
また、請求項１９の発明によれば、第１反射膜側に設けられる前記部分的に設けられた回折格子の回折格子長を、前記共振器長の（３００／１３００）倍の値以下としているので、任意の発振波長に対しても、２本以上の発振縦モードを容易に生成でき、かつ高出力の光出力効率を向上させることができるという効果を奏する。
【０１７９】
また、請求項２０の発明によれば、前記部分的に設けられた回折格子は、該回折格子の結合係数と回折格子長との乗算値が０．３以下とし、駆動電流−光出力特性の線形性を良好にし、光出力の安定性を高めるようにしているので、さらに、発振波長の駆動電流依存性を小さくすることができ、出力安定性の高い半導体レーザ装置を実現することができるという効果を奏する。
【０１８０】
また、請求項２１の発明によれば、前記回折格子のグレーティング周期をランダムあるいは所定周期で変化させ、回折格子の波長選択に揺らぎを発生させ、発振波長スペクトルの半値幅を広げるようにしているので、発振波長スペクトルの半値幅内に含まれる発振縦モード数の増大を容易に行うことができ、安定かつ高効率の半導体レーザ装置を実現することができるという効果を奏する。
【０１８１】
また、請求項２２の発明によれば、前記第１反射膜と前記第２反射膜との間に形成された活性層によって形成された共振器の長さを、８００μｍ以上とし、高出力動作を可能としているので、光出力に対するモニタ電流が安定し、光増幅制御が簡易かつ容易になる高出力動作の半導体レーザ装置を実現することができるという効果を奏する。
【０１８２】
また、請求項２３の発明によれば、ファイバグレーティングを用いない半導体レーザ装置を用いて該半導体レーザ装置の共振器が物理的に分離されていないため、光軸合わせなどを行う必要がなく、半導体レーザモジュールの組立が容易になるとともに、機械的振動などによってレーザの発振特性が変化しにくくなり、安定したレーザ光を信頼性高く、かつ安定して出力することができる半導体レーザモジュールを実現することができるという効果を奏する。
【０１８３】
また、請求項２４の発明によれば、ファイバグレーティングを用いない半導体レーザ装置を用いて該半導体レーザ装置の共振器が物理的に分離されていないため、光軸合わせなどを行う必要がなく、半導体レーザモジュールの組立が容易になるとともに、機械的振動などによってレーザの発振特性が変化しにくくなり、安定したレーザ光を信頼性高く、かつ安定して出力することができる半導体レーザモジュールを実現することができるという効果を奏する。
【０１８４】
また、請求項２５の発明によれば、請求項１〜２２に記載の半導体レーザ装置、あるいは請求項２３または２４に記載の半導体レーザモジュールを広帯域ラマン増幅用の励起光源として用い、上述した各半導体レーザ装置あるいは各半導体レーザモジュールの作用効果を奏するようにし、安定かつ光利得のラマン増幅を行うことができるという効果を奏する。
【０１８５】
また、請求項２６の発明によれば、請求項１〜２２に記載の半導体レーザ装置、請求項２３または２４に記載の半導体レーザモジュール、または請求項２５に記載のラマン増幅器を用い、上述した各半導体レーザ装置、各半導体レーザモジュールあるいはラマン増幅器の作用効果を奏するようにし、安定かつ光利得のラマン増幅を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１である半導体レーザ装置の構成を示す長手方向の縦断面図である。
【図２】図１に示した半導体レーザ装置のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１に示した半導体レーザ装置の発振波長スペクトルと発振縦モードとの関係を示す図である。
【図４】単一発振縦モードと複数発振縦モードとのレーザ光出力パワーの関係および誘導ブリルアン散乱の閾値を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１である半導体レーザ装置におけるモニタ電流の光出力依存性を示す図である。
【図６】図１に示した半導体レーザ装置の回折格子近傍を示す拡大図である。
【図７】回折格子と出射側反射膜との間の距離が０であって絶縁膜の長さが１００μｍである場合におけるスロープ効率曲線を示す図である。
【図８】回折格子と出射側反射膜との間の距離が２０μｍであって絶縁膜の長さが１２０μｍである場合におけるスロープ効率曲線を示す図である。
【図９】回折格子と出射側反射膜との間の距離が５０μｍであって絶縁膜の長さが１５０μｍである場合におけるスロープ効率曲線を示す図である。
【図１０】回折格子長を１００μｍとした場合における非電流注入領域の有無によるモニタ電流の光出力依存性の違いを示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態２である半導体レーザ装置の構成を示す長手方向の縦断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態３である半導体レーザ装置の構成を示す長手方向の縦断面図である。
【図１３】この発明の実施の形態４である半導体レーザ装置の構成を示す長手方向の縦断面図である。
【図１４】回折格子の長さＬｇが７０μｍであってｎ−ＩｎＰ層の長さＬｉが０である場合におけるスロープ効率曲線を示す図である。
【図１５】回折格子の長さＬｇが７０μｍであってｎ−ＩｎＰ層の長さＬｉが５０μｍである場合におけるスロープ効率曲線を示す図である。
【図１６】回折格子の長さＬｇが７０μｍであってｎ−ＩｎＰ層の長さＬｉが１００μｍである場合におけるスロープ効率曲線を示す図である。
【図１７】回折格子の長さＬｇが７０μｍであってｎ−ＩｎＰ層の長さＬｉが１３０μｍである場合におけるスロープ効率曲線を示す図である。
【図１８】回折格子と出射側反射膜との間の距離が０であって回折格子の長さＬｇが７０μｍである場合における光出力の、ｎ−ＩｎＰ層の長さＬｉ依存性を示す図である。
【図１９】この発明の実施の形態５である半導体レーザ装置の構成を示す長手方向の縦断面図である。
【図２０】この発明の実施の形態６である半導体レーザ装置の構成を示す長手方向の縦断面図である。
【図２１】図１９に示したＩｎＧａＡｓＰコンタクト層の出射側反射膜近傍を拡大した断面図である。
【図２２】この発明の実施の形態７である半導体レーザ装置の構成を示す長手方向の縦断面図である。
【図２３】この発明の実施の形態８である半導体レーザ装置の構成を示す長手方向の縦断面図である。
【図２４】図２２に示した半導体レーザ装置をジャンクションダウンでヒートシンクに接合した場合の構成を示す断面図である。
【図２５】この発明の実施の形態９である半導体レーザ装置の構成を示す長手方向の縦断面図である。
【図２６】回折格子に適用されるチャープドグレーティングの構成を示す図である。
【図２７】回折格子にチャープドグレーティングを適用した場合における発振波長スペクトルを示す図である。
【図２８】周期揺らぎのあるグレーティングの変形例を示す図である。
【図２９】回折格子をＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層の上部全面に設けた半導体レーザ装置の構成を示す図である。
【図３０】この発明の実施の形態１０である半導体レーザモジュールの構成を示す縦断面図である。
【図３１】この発明の実施の形態１１であるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
【図３２】この発明の実施の形態１１の応用例を示す図である。
【図３３】図３１あるいは図３２に示したラマン増幅器を用いたＷＤＭ通信システムの概要構成を示すブロック図である。
【図３４】従来のラマン増幅器の概要構成を示すブロック図である。
【図３５】図３４に示したラマン増幅器に用いた半導体レーザモジュールの構成を示す図である。
【図３６】従来の半導体レーザ装置におけるモニタ電流の光出力依存性を示す図である。
【符号の説明】
１ ｎ−ＩｎＰ基板
２ ｎ−ＩｎＰバッファ層
３ ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層
４ ｐ−ＩｎＰスペーサ層
６ ｐ−ＩｎＰクラッド層
７ ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層
８ 絶縁膜
９ａ ｎ−ＩｎＰブロッキング層
９ｂ ｐ−ＩｎＰブロッキング層
１０ ｐ側電極
１１ ｎ側電極
１２ａ，１２ｂ メッキ
１３，１３ａ，１３ｂ 回折格子
１４ 反射膜
１５ 出射側反射膜
１６ 導通パターン
１６ａ ワイヤ
１７ 溝
１７ａ ｎ型領域
１７ｂ 高抵抗領域
１８ ｎ−ＩｎＰ層
２０，２１，５１ 半導体レーザ装置
３０ 発振波長スペクトル
３１〜３３ 発振縦モード
４０，４１ 溝部
４５ 複合発振波長スペクトル
５０，６０ａ〜６０ｄ 半導体レーザモジュール
５２ 第１レンズ
５３，６３，６６ アイソレータ
５４ 第２レンズ
５５ 光ファイバ
５６ 電流モニタ
５７ ベース
５７ａ ヒートシンク
５８ ペルチェ素子
５８ａ サーミスタ
５９ パッケージ
６１ａ，６１ｂ 偏波合成カプラ
６２，６５ ＷＤＭカプラ
６４ 増幅用ファイバ
６７ モニタ用光分配カプラ
６８ 制御回路
６９ 信号光入力ファイバ
７０ 信号光出力ファイバ
７１ 偏波面保存ファイバ
８１，８３ ラマン増幅器
Ｅ１ 非電流注入領域
Ｅ２ 電流注入領域
Ｓ 半田[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor laser device suitable for an excitation light source such as an erbium-doped fiber amplifier (EDFA) and a Raman amplifier, a semiconductor laser module, a Raman amplifier using the semiconductor laser module, and a WDM communication system.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the spread of various multimedia including the Internet, a demand for a large capacity for optical communication has been increasing. Conventionally, in optical communication, transmission using a single wavelength is generally performed in a band of 1310 nm or 1550 nm, which is a wavelength with less light absorption by an optical fiber. In this method, in order to transmit a large amount of information, it is necessary to increase the number of optical fibers laid on the transmission path, and there is a problem that the cost increases as the transmission capacity increases.
[0003]
Accordingly, a dense wavelength division multiplexing (DWDM) communication system has come to be used. This DWDM communication system is a system in which EDFA is mainly used and transmission is performed using a plurality of wavelengths in the 1550 nm band which is the operation band. In this DWDM communication system or WDM communication system, optical signals of a plurality of different wavelengths are transmitted simultaneously using a single optical fiber, so there is no need to lay a new line and the transmission capacity of the network is dramatically increased. It is possible to bring about an increase.
[0004]
A general WDM communication system using this EDFA has been put into practical use from 1550 nm where gain flattening is easy, and has recently been extended to the 1580 nm band which has not been used because the gain coefficient is small. However, since the low loss band of the optical fiber is wider than the band that can be amplified by the EDFA, there is a growing interest in an optical amplifier that operates outside the band of the EDFA, that is, a Raman amplifier.
[0005]
The Raman amplifier is characterized in that the gain wavelength band is determined by the wavelength of the pumping light, while the gain wavelength band is determined by the energy level of the ion in an optical amplifier using rare earth ions such as erbium as a medium. Any wavelength band can be amplified by selecting.
[0006]
In Raman amplification, when strong excitation light is incident on an optical fiber, a gain appears on the longer wavelength side by about 100 nm from the excitation light wavelength due to stimulated Raman scattering, and this excited optical fiber has a wavelength band with this gain. When this signal light is incident, this signal light is amplified. Therefore, in the WDM communication system using the Raman amplifier, the number of signal light channels can be further increased as compared with the communication system using the EDFA.
[0007]
FIG. 34 is a block diagram showing a configuration of a conventional Raman amplifier used in a WDM communication system. In FIG. 34, semiconductor laser modules 182a to 182d in which Fabry-Perot type semiconductor light emitting elements 180a to 180d and fiber gratings 181a to 181d are paired respectively convert the laser light that is the source of the excitation light into a polarization beam combiner 61a. , 61b. The wavelengths of the laser beams output from the respective semiconductor laser modules 182a and 182b are the same, but light having different polarization planes are synthesized by the polarization synthesis coupler 61a. Similarly, the wavelengths of the laser beams output from the respective semiconductor laser modules 182c and 182d are the same, but lights having different polarization planes are synthesized by the polarization synthesis coupler 61b. The polarization combining couplers 61 a and 61 b output the laser light combined with the polarization to the WDM coupler 62. Note that the wavelengths of the laser beams output from the polarization combining couplers 61a and 61b are different.
[0008]
The WDM coupler 62 combines the laser beams output from the polarization combining couplers 61 a and 61 b via the isolator 60, and outputs the multiplexed light to the amplification fiber 64 via the WDM coupler 65. To the amplification fiber 64 to which the excitation light is input, the signal light to be amplified is input from the signal light input fiber 69 through the isolator 63, and is combined with the excitation light and is Raman-amplified.
[0009]
The signal light (amplified signal light) Raman-amplified in the amplification fiber 64 is input to the monitor light distribution coupler 67 through the WDM coupler 65 and the isolator 66. The monitor light distribution coupler 67 outputs a part of the amplified signal light to the control circuit 68 and outputs the remaining amplified signal light to the signal light output fiber 70 as output laser light.
[0010]
The control circuit 68 controls the light emission state, for example, the light intensity, of each of the semiconductor light emitting elements 180a to 180d based on a part of the input amplified signal light, and provides feedback so that the gain band of Raman amplification has a flat characteristic. Control.
[0011]
FIG. 35 is a diagram showing a schematic configuration of a semiconductor laser module using a fiber grating. In FIG. 35, this semiconductor laser module 201 has a semiconductor light emitting element 202 and an optical fiber 203. The semiconductor light emitting device 202 has an active layer 221. The active layer 221 is provided with a light reflecting surface 222 at one end and a light emitting surface 223 at the other end. The light generated in the active layer 221 is reflected by the light reflecting surface 222 and output from the light emitting surface 223.
[0012]
An optical fiber 203 is disposed on the light emitting surface 223 of the semiconductor light emitting element 202 and is optically coupled to the light emitting surface 223. A fiber grating 233 is formed on the core 232 in the optical fiber 203 at a predetermined position from the light emitting surface 223, and the fiber grating 233 selectively reflects light having a characteristic wavelength. That is, the fiber grating 233 functions as an external resonator, forms a resonator between the fiber grating 233 and the light reflecting surface 222, and a laser beam having a specific wavelength selected by the fiber grating 233 is amplified to output laser. Output as light 241.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the semiconductor laser module 201 (182a to 182d) described above has a long interval between the fiber grating 233 and the semiconductor light emitting element 202, the relative intensity noise (RIN :) is caused by resonance between the fiber grating 233 and the light reflecting surface 222. Relative Intensity Noise) increases. In Raman amplification, the process of amplification occurs early, so if the excitation light intensity fluctuates, the Raman gain also fluctuates, and this fluctuation of Raman gain is output as fluctuation of the amplified signal intensity as it is, There was a problem that stable Raman amplification could not be performed.
[0014]
Here, as the Raman amplifier, in addition to the backward pumping method for pumping the signal light from the rear as in the Raman amplifier shown in FIG. 34, the forward pumping method for pumping the signal light from the front and the bidirectional pumping method. There is a bidirectional excitation system that excites. At present, the backward pumping method is widely used as a Raman amplifier. The reason is that there is a problem that the excitation light intensity fluctuates in the forward excitation method in which weak signal light travels in the same direction together with strong excitation light. Therefore, there is a demand for the appearance of a stable excitation light source that can be applied to the forward excitation method. That is, when a conventional semiconductor laser module using a fiber grating is used, there is a problem that applicable pumping methods are limited.
[0015]
Further, since the semiconductor laser module 201 described above needs to optically couple the optical fiber 203 having the fiber grating 233 and the semiconductor light emitting element 202, and is a mechanical optical coupling in the resonator, There is a possibility that the oscillation characteristics may change due to mechanical vibration or the like, and there is a problem that stable excitation light may not be provided.
[0016]
Furthermore, the Raman amplification in the Raman amplifier is based on the condition that the polarization direction of the signal light and the polarization direction of the pumping light match. That is, in the Raman amplification, the amplification gain has a polarization dependency, and it is necessary to reduce the influence of the deviation between the polarization direction of the signal light and the polarization direction of the pumping light. Here, in the case of the backward pumping method, there is no problem because the polarization of the signal light is random during propagation, but in the case of the forward pumping method, the polarization dependence is strong, and the orthogonal polarization synthesis of the pumping light Therefore, it is necessary to reduce the polarization dependence by depolarization or the like. That is, it is necessary to reduce the degree of polarization (DOP: Degree Of Polarization).
[0017]
Since Raman amplification is used for WDM communication systems, the amplification gain characteristic may be changed depending on the number of wavelengths of the input signal light, etc., and this makes high output operation with a wide dynamic range possible. Required. However, in this case, there is a problem that the actual fluctuation of the dependence of the monitor current on the drive current actually occurs and it becomes complicated or difficult to perform stable optical amplification control. The monitor current is a current obtained when light output leaked from the rear end of the semiconductor laser device is received by a photodiode (PD).
[0018]
For example, FIG. 36 is a diagram illustrating the dependence of the monitor current (Im) on the optical output (Lo). In the dependence of the monitor current on the light output shown in FIG. 36A, when the light output exceeds a certain light output, a wave is generated as the light output is increased, and a fluctuation occurs. In this case, since the optical amplification control of the semiconductor laser device is performed based on the monitor current, the correspondence with the optical output is complicated, and as a result, the optical amplification control is also complicated. On the other hand, in the dependence of the monitor current on the optical output shown in FIG. 36B, the monitor current increases stepwise as the optical output increases when the optical output exceeds a certain optical output. In this case, since the optical amplification control of the semiconductor laser device is performed based on the monitor current, it becomes unstable.
[0019]
The present invention has been made in view of the above, and is suitable for an excitation light source such as a Raman amplifier, eliminates a slight fluctuation of the monitor current accompanying a change in optical output, enables stable and high gain amplification, and is simple and simple. It is an object of the present invention to provide a semiconductor laser device, a semiconductor laser module, a Raman amplifier using the semiconductor laser module, and a WDM communication system that allow easy amplification control.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a semiconductor laser device according to claim 1 is formed between a first reflective film provided on a laser light emitting end face and a second reflective film provided on the laser light reflective end face. In a semiconductor laser device which has a diffraction grating provided in the vicinity of an active layer or partially, and at least outputs a laser beam having a desired oscillation longitudinal mode by wavelength selection characteristics of the diffraction grating, the diffraction grating or diffraction A non-current injection region in which an injection current near the periphery including a part of the lattice is suppressed is formed.
[0021]
According to the first aspect of the present invention, a diffraction grating is provided in the vicinity of the active layer formed between the first reflective film provided on the laser light emitting end face and the second reflective film provided on the laser light reflective end face. When a laser beam having a desired oscillation longitudinal mode is output at least by the wavelength selection characteristic of the diffraction grating, the injection current to the vicinity including the diffraction grating or a part of the diffraction grating is suppressed. The non-current injection region is formed, the temperature rise in the vicinity including the diffraction grating or a part of the diffraction grating is suppressed, and the fine fluctuation of the monitor current with respect to the change in the optical output is prevented from occurring.
[0022]
According to a second aspect of the present invention, there is provided the semiconductor laser device according to the above invention, wherein an insulating film is provided to cover an upper portion of the partially provided diffraction grating, and the non-current injection region is formed by the insulating film. Features.
[0023]
According to the second aspect of the invention, the non-current injection region is formed by suppressing the injection current to the diffraction grating by the insulating film covering the upper part of the diffraction grating provided partially.
[0024]
According to a third aspect of the present invention, there is provided the semiconductor laser device according to the above invention, wherein an insulating film that covers a part of a predetermined region of the diffraction grating provided on the entire surface is provided, and the non-current injection is performed by the insulating film. A region is formed.
[0025]
According to the invention of claim 3, the non-current injection is performed by suppressing the injection current to a part of the diffraction grating by the insulating film covering the upper part of the predetermined region of the diffraction grating provided on the entire surface. A region is formed.
[0026]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the semiconductor laser device according to the above invention, wherein the electrode to which the injection current is applied is at least one of the diffraction gratings provided on the upper surface or the entire surface of the diffraction grating provided partially. It is characterized by being provided excluding the upper surface of a part of the predetermined region.
[0027]
According to the fourth aspect of the present invention, the electrode to which the injection current is applied is at least an upper surface of the diffraction grating provided partially or an upper surface of a predetermined region of the diffraction grating provided on the entire surface. The injection current is not applied to the diffraction grating or a part of the diffraction grating.
[0028]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the semiconductor laser device according to the above invention, wherein the contact layer is provided between the upper cladding layer for confining the light in the active layer and the electrode for applying the injection current, and reduces the resistance of the injection current. Is provided except for at least the upper surface of the partially provided diffraction grating or the upper surface of a predetermined region of the diffraction grating provided on the entire surface.
[0029]
According to the invention of claim 5, at least the contact layer provided between the upper clad layer that confines light in the active layer and the electrode to which the injection current is applied has a function of reducing the resistance of the injection current. The injection current applied to the upper part of the diffraction grating or a part of the diffraction grating provided on the upper surface of the diffraction grating provided partially or a part of the upper surface of the predetermined region of the diffraction grating provided on the entire surface. I try to reduce the amount of.
[0030]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the semiconductor laser device according to the above invention, wherein the partially provided diffraction grating is between the upper clad layer confining light in the active layer and the electrode for applying an injection current. A diode junction that blocks current from the electrode toward the diffraction grating with respect to the upper cladding layer at a position corresponding to an upper portion of a predetermined region of the diffraction grating provided on the upper surface or the entire surface of A current blocking layer to be formed is provided.
[0031]
According to the invention of claim 6, it is provided between the upper clad layer for confining light in the active layer and the electrode for applying an injection current, on the upper surface of the partially provided diffraction grating or on the entire surface. A diode junction that blocks current from the electrode toward the diffraction grating is formed with respect to the upper cladding layer at a position corresponding to an upper part of a predetermined region of the diffraction grating. It blocks the injection of current.
[0032]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the semiconductor laser device according to the above invention, wherein the diffraction is provided between the upper cladding layer confining light in the active layer and the electrode to which the injection current is applied. A high contact resistance layer formed of a material having a high contact resistance with respect to the electrode is provided at a position corresponding to an upper portion of a predetermined region of the diffraction grating provided on the upper surface of the grating or the entire surface. It is characterized by.
[0033]
According to the invention of claim 7, between the upper cladding layer that confines light in the active layer and the electrode to which the injection current is applied, on the upper surface of the partially provided diffraction grating or on the entire surface. A high contact resistance layer formed of a material having a high contact resistance with respect to the electrode is provided at a position corresponding to an upper part of a predetermined region of the provided diffraction grating, and current is injected into the diffraction grating. Is suppressed.
[0034]
In the semiconductor laser device according to claim 8, in the above invention, a contact layer formed on an upper surface of an upper clad layer that confines light in the active layer is formed on the upper surface of the partially provided diffraction grating or The first contact layer corresponding to the upper part of a predetermined region of the diffraction grating provided on the entire surface and the upper surface of the partially provided diffraction grating or a part of the diffraction grating provided on the entire surface. Spatial separation into a second contact layer that does not correspond to an upper portion of a predetermined region, an upper surface of the first contact layer and a groove formed by the separation are covered with an insulating film or a current blocking layer, and the second contact layer and The electrode is formed on the entire upper surface of the insulating film or the current blocking layer.
[0035]
According to the eighth aspect of the present invention, a contact layer formed on the upper surface of the upper clad layer that confines light in the active layer is formed on the upper surface of the partially provided diffraction grating or on the entire surface of the diffraction grating. The first contact layer corresponding to the upper part of the predetermined region of the grating and the upper surface of the diffraction grating provided partially or not corresponding to the upper part of the predetermined region of the diffraction grating provided on the entire surface Spatially separated from the second contact layer, the upper surface of the first contact layer and the groove formed by the separation are covered with an insulating film or current blocking layer, and the second contact layer and the insulating film or current blocking are covered. The electrode is formed on the entire upper surface of the layer, and current injection into the diffraction grating including the groove is suppressed.
[0036]
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the semiconductor laser device according to the above invention, wherein the contact layer formed on the upper surface of the upper clad layer that confines the light in the active layer is formed on the upper surface of the partially provided diffraction grating. The first contact layer corresponding to the upper part of a predetermined region of the diffraction grating provided on the entire surface and the upper surface of the partially provided diffraction grating or a part of the diffraction grating provided on the entire surface. Spatial separation into a second contact layer that does not correspond to the upper part of the predetermined region and electrodes are formed on the upper surfaces of the first contact layer and the second contact layer, respectively.
[0037]
According to the ninth aspect of the present invention, a contact layer formed on the upper surface of the upper clad layer that confines light in the active layer is provided on the upper surface of the partially provided diffraction grating or on the entire surface of the diffraction grating. The first contact layer corresponding to the upper part of the predetermined region of the grating and the upper surface of the diffraction grating provided partially or not corresponding to the upper part of the predetermined region of the diffraction grating provided on the entire surface Spatial separation into a second contact layer, electrodes are formed on the upper surfaces of the first contact layer and the second contact layer, respectively, and current is applied only to the active layer corresponding to the separated first contact layer side. Is suppressed, and current is not injected into the diffraction grating.
[0038]
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided the semiconductor laser device according to the above invention, wherein a part of the diffraction grating provided on the entire upper surface or the entire surface of the partially provided diffraction grating in the cladding layer or a predetermined region. The carrier concentration of the region located on the upper surface and / or the first contact layer is lower than the carrier concentration of the cladding layer.
[0039]
According to the invention of claim 10, a region located on an upper surface of a partial predetermined region of an upper surface of the partially provided diffraction grating of the clad layer or a diffraction grating provided on the entire surface, and The carrier concentration obtained by adding Zn or the like of the first contact layer is made smaller than the carrier concentration obtained by adding Zn or the like of the cladding layer, and the The region located on the upper surface of the diffraction grating and / or the first contact layer is increased in resistance so as to block the current to the diffraction grating.
[0040]
The semiconductor laser device according to an eleventh aspect of the present invention is the semiconductor laser device according to the above invention, wherein a part of the diffraction grating provided on the upper surface of the partially provided diffraction grating or the entire surface of the cladding layer is a predetermined region. The region located on the upper surface of the semiconductor layer and / or the first contact layer is increased in resistance by proton irradiation.
[0041]
According to the eleventh aspect of the present invention, there is a region located on an upper surface of a predetermined region of the upper surface of the diffraction grating provided partially or the entire surface of the diffraction grating provided on the entire surface of the cladding layer, and / Or the resistance of the first contact layer is increased by proton irradiation to block the current to the diffraction grating.
[0042]
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided the semiconductor laser device according to the above invention, wherein a part of the diffraction grating provided on the entire upper surface or the entire surface of the partially provided diffraction grating in the cladding layer is a predetermined region. The region located on the upper surface of the semiconductor layer and / or the first contact layer is characterized in that a current blocking layer is formed on the cladding layer by addition and diffusion of n-type impurities.
[0043]
According to the twelfth aspect of the present invention, the region located on the upper surface of the predetermined diffraction region provided on the upper surface of the partially provided diffraction grating or the entire surface of the cladding layer, and In the first contact layer, a current blocking layer is formed on the cladding layer by addition and diffusion of an n-type impurity so as to block a current to the diffraction grating.
[0044]
The semiconductor laser device according to a thirteenth aspect of the present invention is characterized in that, in the above invention, the partially provided diffraction grating is provided on the first reflective film side or in the vicinity of the first reflective film.
[0045]
According to the thirteenth aspect of the present invention, the partially provided diffraction grating is provided on the first reflecting film side or in the vicinity of the first reflecting film to select the wavelength of the oscillation wavelength and to reflect the emission side of the resonator. In addition to providing a function with the surface, injection of current into the vicinity of the diffraction grating is suppressed, and laser light of a desired oscillation longitudinal mode is output.
[0046]
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the above invention, the partially provided diffraction grating is provided on the second reflecting film side or in the vicinity of the second reflecting film.
[0047]
According to the fourteenth aspect of the invention, the partially provided diffraction grating is provided on the second reflecting film side or in the vicinity of the second reflecting film, and selects the wavelength of the oscillation wavelength and the rear reflecting surface of the resonator. In addition to suppressing the injection of current into the vicinity of the diffraction grating and outputting laser light of a desired oscillation longitudinal mode.
[0048]
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the semiconductor laser device according to the above invention, the partially provided diffraction grating includes the first reflection film side or the vicinity of the first reflection film and the second reflection film side or the It is provided in the vicinity of the second reflective film. Note that the diffraction grating is provided on the first reflecting film side or the second reflecting film side means that the first reflecting film side end face or the second reflecting film end face of the diffraction grating contacts the first reflecting film or the second reflecting film. Means the state. In this case, multiple reflection is suppressed by contact between the first reflective film or the second reflective film and the diffraction grating.
[0049]
According to the fifteenth aspect of the present invention, the partially provided diffraction grating is provided on the first reflecting film side or in the vicinity of the first reflecting film and on the second reflecting film side or in the vicinity of the second reflecting film. In addition to having the functions of the wavelength selection of the oscillation wavelength and the functions of the exit-side reflection surface and the back-reflection surface of the resonator, the injection of current to the vicinity of the diffraction grating is suppressed, and the desired oscillation longitudinal mode laser light is output. Like to do.
[0050]
The semiconductor laser device according to claim 16 is characterized in that, in the above invention, the diffraction grating provided on the entire surface is in contact with at least the first reflective film side.
[0051]
According to the invention of claim 16, the diffraction grating provided on the entire surface is in contact with at least the first reflective film side, and multiple reflection between the diffraction grating and the first reflective film is suppressed, A stable laser beam can be emitted.
[0052]
According to a seventeenth aspect of the present invention, there is provided the semiconductor laser device according to the above invention, wherein two or more desired oscillation longitudinal modes are included in a half-value width of an oscillation wavelength spectrum.
[0053]
According to the seventeenth aspect of the present invention, two or more desired oscillation longitudinal modes are included within the half-value width of the oscillation wavelength spectrum according to the wavelength selection characteristics of the diffraction grating. Is output.
[0054]
The semiconductor laser device according to claim 18 is characterized in that, in the above invention, the partially provided diffraction grating has a diffraction grating length of 300 μm or less.
[0055]
According to this aspect of the invention, the diffraction grating length of the partially provided diffraction grating provided on the first reflective film side is set to 300 μm or less.
[0056]
According to a nineteenth aspect of the present invention, there is provided the semiconductor laser device according to the above invention, wherein a diffraction grating length of the partially provided diffraction grating is equal to or less than (300/1300) times the resonator length. Features.
[0057]
According to the nineteenth aspect of the present invention, the diffraction grating length of the partially provided diffraction grating provided on the first reflective film side is set to a value not more than (300/1300) times the resonator length.
[0058]
According to a twentieth aspect of the present invention, in the semiconductor laser device according to the above invention, the partially provided diffraction grating has a multiplication value of a coupling coefficient of the diffraction grating and a diffraction grating length of 0.3 or less. It is characterized by.
[0059]
According to the twentieth aspect of the present invention, the partially provided diffraction grating has a multiplication value of a coupling coefficient of the diffraction grating and a diffraction grating length of 0.3 or less, and has a linear drive current-light output characteristic. To improve the stability of the light output.
[0060]
According to a twenty-first aspect of the present invention, in the semiconductor laser device according to the above invention, the diffraction grating has a grating period changed randomly or at a predetermined period.
[0061]
According to the twenty-first aspect of the present invention, the grating period of the diffraction grating is changed randomly or at a predetermined period to generate fluctuations in the wavelength selection of the diffraction grating, thereby widening the half-value width of the oscillation wavelength spectrum.
[0062]
According to a twenty-second aspect of the present invention, in the semiconductor laser device according to the above invention, the length of the resonator formed by the active layer formed between the first reflective film and the second reflective film is 800 μm or more. It is characterized by being.
[0063]
According to the twenty-second aspect of the present invention, the length of the resonator formed by the active layer formed between the first reflective film and the second reflective film is set to 800 μm or more, and high output operation is possible. It is said.
[0064]
According to a twenty-third aspect of the present invention, there is provided the semiconductor laser module according to the first aspect, wherein the semiconductor laser device according to the first to twenty-second aspects and an optical fiber that guides laser light emitted from the semiconductor laser device to the outside, An optical coupling lens system for optically coupling the semiconductor laser device and the optical fiber is provided.
[0065]
According to the invention of claim 23, since the resonator of the semiconductor laser device is not physically separated using a semiconductor laser device that does not use a fiber grating, there is no need to perform optical axis alignment or the like, and the semiconductor laser Assembling of the module becomes easy, and the oscillation characteristics of the laser are hardly changed by mechanical vibration, and stable laser light can be output with high reliability and stability.
[0066]
According to a twenty-fourth aspect of the present invention, there is provided the semiconductor laser module according to the above invention, wherein the semiconductor laser module is disposed in the optical coupling lens system and a temperature control device that controls the temperature of the semiconductor laser device, and reflects reflected light from the optical fiber side. An isolator for suppressing incidence is further provided.
[0067]
According to the twenty-fourth aspect of the present invention, since the semiconductor laser device that does not use the fiber grating is used, a polarization-dependent isolator can be used unlike the inline fiber type, and the semiconductor laser has a small insertion loss. Modules can be realized.
[0068]
A Raman amplifier according to claim 25 is characterized in that the semiconductor laser device according to claims 1 to 22 or the semiconductor laser module according to claim 23 or 24 is used as an excitation light source for broadband Raman amplification. To do.
[0069]
According to the invention of claim 25, each of the semiconductor lasers described above, using the semiconductor laser device according to claims 1 to 22 or the semiconductor laser module according to claim 23 or 24 as an excitation light source for broadband Raman amplification. The effects of the apparatus or each semiconductor laser module are exhibited.
[0070]
A WDM communication system according to claim 26 uses the semiconductor laser device according to claims 1 to 22, the semiconductor laser module according to claim 23 or 24, or the Raman amplifier according to claim 25. Features.
[0071]
According to a twenty-sixth aspect of the present invention, the semiconductor laser device according to the first to twenty-second aspects, the semiconductor laser module according to the twenty-third or twenty-fourth aspect, or the Raman amplifier according to the twenty-fifth aspect is used. The effects of the semiconductor laser device, each semiconductor laser module, or the Raman amplifier are exhibited.
[0072]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Exemplary embodiments of a semiconductor laser device, a semiconductor laser module, a Raman amplifier, and a WDM communication system according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[0073]
(Embodiment 1)
First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a longitudinal sectional view in the longitudinal direction of a semiconductor laser device according to Embodiment 1 of the present invention. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor laser device shown in FIG. 1 and 2, the semiconductor laser device 20 includes an n-InP cladding layer 2 that serves as both a buffer layer and a lower cladding layer made of n-InP on the (100) plane of an n-InP substrate 1 in sequence. GRIN-SCH-MQW (Graded Index-Separate Confinement Heterostructure Multi Quantum Well) active layer 3, p-InP spacer layer 4, p-InP clad layer 6, and InGaAsP contact layer 7 having a compressive strain are laminated. .
[0074]
In the p-InP spacer layer 4, a diffraction grating 13 having a thickness of 20 nm and having a length Lg = 50 μm is provided from the exit-side reflection film 15 toward the reflection film 14. The diffraction grating 13 has a pitch of A laser beam having a center wavelength of 1.48 μm, which is periodically formed at about 220 nm, is selected. The upper portions of the p-InP spacer layer 4, the GRIN-SCH-MQW active layer 3, and the n-InP buffer layer 2 including the diffraction grating 13 are processed into a mesa stripe shape, and on both sides in the longitudinal direction of the mesa stripe, The p-InP blocking layer 9b and the n-InP blocking layer 9a formed as a current blocking layer are buried.
[0075]
An insulating film 8 is formed on the upper surface of the InGaAsP contact layer 7 up to 60 μm from the exit-side reflective film 15 toward the reflective film 14. The insulating film 8 is made of SiN. The insulating film 8 preferably has good thermal conductivity, AlN, Al2OThree, MgO, TiO2You may comprise by these. The insulating film 8 may have a stripe shape having a width exceeding the width of the mesa stripe structure, as long as current is not injected into the mesa stripe structure below the insulating film 8.
[0076]
A p-side electrode 10 is formed on the upper surface of the insulating film 8 and the upper surface of the InGaAsP contact layer 7 in a region other than the region covered with the insulating film 8. It is desirable that a bonding pad (not shown) is formed on the p-side electrode 10. The thickness of this bonding pad is preferably about 5 μm. For example, when a semiconductor laser device is assembled by the junction down method, this bonding pad functions as a buffer material that softens the shock during assembly. Further, the thickness prevents the solder from wrapping around when joining to the heat sink, thereby preventing a short circuit due to the solder wrapping (see FIGS. 22 and 23). On the other hand, an n-side electrode 11 is formed on the back surface of the n-InP substrate 1. Each semiconductor laser device in which the p-side electrode 10 and the n-side electrode 11 are formed on a semiconductor wafer is separated by cleavage.
[0077]
Thereafter, a reflection film 14 having a high light reflectance of 80% or more, preferably 98% or more is formed on the light reflecting end face which is one end face in the longitudinal direction of the semiconductor laser device 20, and the light emission which is the other end face is formed. On the end face, an exit side reflection film 15 having a low light reflectance of 2% or less, preferably 0.1% or less is formed. The light generated in the GRIN-SCH-MQW active layer 3 of the optical resonator formed by the reflection film 14 and the emission-side reflection film 15 is reflected by the reflection film 14, and passes through the emission-side reflection film 15 to be laser light. In this case, the wavelength is selected by the diffraction grating 13 and emitted.
[0078]
The semiconductor laser device 20 according to the first embodiment is assumed to be used as an excitation light source for a Raman amplifier, and has an oscillation wavelength λ.0Is 1100 nm to 1550 nm, and the resonator length L is 800 μm or more and 3200 μm or less. By the way, in general, the mode interval Δλ of the longitudinal mode generated by the resonator of the semiconductor laser device can be expressed by the following equation where the effective refractive index is “n”. That is,
Δλ = λ0 2/ (2 ・ n ・ L)
It is. Where the oscillation wavelength λ0Is 1480 μm and the effective refractive index is 3.5, when the resonator length L is 800 μm, the longitudinal mode mode spacing Δλ is about 0.39 nm, and when the resonator length is 3200 μm, the longitudinal mode mode spacing is Δλ is about 0.1 nm. That is, the longer the resonator length L, the narrower the longitudinal mode mode interval Δλ, and the stricter the selection conditions for oscillating single longitudinal mode laser light.
[0079]
On the other hand, the diffraction grating 13 selects the longitudinal mode according to its Bragg wavelength. The selected wavelength characteristic by the diffraction grating 13 is expressed as an oscillation wavelength spectrum 30 shown in FIG.
[0080]
As shown in FIG. 3, in the first embodiment, a plurality of oscillation longitudinal modes are present in the wavelength selection characteristic indicated by the half-value width Δλh of the oscillation wavelength spectrum 30 by the semiconductor laser device 20 having the diffraction grating 13. I have to. In a conventional DBR (Distributed Bragg Reflrector) semiconductor laser device or DFB (Distributed Feedback) semiconductor laser device, it is difficult to oscillate a single longitudinal mode when the resonator length L is 800 μm or more. The semiconductor laser device was not used. However, in the semiconductor laser device 20 of the first embodiment, by making the resonator length L positively 800 μm or more, laser output is performed with a plurality of oscillation longitudinal modes included in the half-value width Δλh of the oscillation wavelength spectrum. Like that. In FIG. 3, there are three oscillation longitudinal modes 31 to 33 within the half-value width Δλh of the oscillation wavelength spectrum.
[0081]
When laser light having a plurality of oscillation longitudinal modes is used, a peak value of laser output can be suppressed and a high laser output value can be obtained as compared with the case where laser light of a single longitudinal mode is used. For example, the semiconductor laser device shown in the first embodiment has a profile shown in FIG. 4B and can obtain a high laser output with a low peak value. On the other hand, FIG. 4A shows a profile of a semiconductor laser device of single longitudinal mode oscillation when the same laser output is obtained, and has a high peak value.
[0082]
Here, when the semiconductor laser device is used as a pumping light source of a Raman amplifier, it is preferable to increase the pumping light output power in order to increase the Raman gain, but when its peak value is high, stimulated Brillouin scattering occurs, There is a problem that noise increases. The generation of stimulated Brillouin scattering has a threshold value Pth at which stimulated Brillouin scattering occurs. When the same laser output power is obtained, a plurality of oscillation longitudinal modes are provided as shown in FIG. By suppressing, a high pumping light output power can be obtained within the threshold Bth of stimulated Brillouin scattering, and as a result, a high Raman gain can be obtained.
[0083]
Further, the wavelength interval (mode interval) Δλ of the oscillation longitudinal modes 31 to 33 is set to 0.1 nm or more. This is because, when the semiconductor laser device 20 is used as a pump light source for a Raman amplifier, if the mode interval Δλ is 0.1 nm or less, there is a high possibility of stimulated Brillouin scattering. As a result, it is preferable that the resonator length L described above is 3200 μm or less by the above-described equation of the mode interval Δλ.
[0084]
From such a viewpoint, it is desirable that the number of oscillation longitudinal modes included in the half-value width Δλh of the oscillation wavelength spectrum 30 is plural. By the way, in Raman amplification, since the amplification gain has polarization dependence, it is necessary to reduce the influence of the deviation between the polarization direction of the signal light and the polarization direction of the pumping light. As a method for this purpose, there is a method of depolarizing the excitation light. Specifically, in addition to the method of using the output light from the two semiconductor laser devices 20, a polarization maintaining fiber having a predetermined length as a depolarizer There is a method of propagating laser light emitted from one semiconductor laser device 20 to the polarization maintaining fiber. When the latter method is used as a method for depolarizing, the coherency of the laser beam decreases as the number of longitudinal oscillation modes increases, so the length of the polarization maintaining fiber required for depolarization is shortened. can do. In particular, when the oscillation longitudinal mode is 4 or 5, the required length of the polarization maintaining fiber is abruptly shortened. Therefore, when depolarizing the laser light emitted from the semiconductor laser device 20 for use in the Raman amplifier, one unit can be used without using the outgoing light of the two semiconductor laser devices by combining the polarized light. This makes it easy to make the outgoing laser light of the semiconductor laser device 20 non-polarized and use it, so that the number of parts used in the Raman amplifier can be reduced and the size can be reduced.
[0085]
Here, if the oscillation wavelength spectrum width is too wide, the multiplexing loss due to the wavelength synthesis coupler increases, and noise and gain fluctuations are generated by the movement of the wavelength within the oscillation wavelength spectrum width. For this reason, the half width Δλh of the oscillation wavelength spectrum 30 needs to be 3 nm or less, preferably 2 nm or less.
[0086]
Further, since the conventional semiconductor laser device is a semiconductor laser module using a fiber grating as shown in FIG. 26, the relative intensity noise (RIN) is caused by the resonance between the fiber grating 233 and the light reflecting surface 222. The semiconductor laser device 20 shown in the first embodiment does not use the fiber grating 233 and does not use the fiber grating 233, and the Raman amplifier is used as it is without being able to perform stable Raman amplification. Therefore, the relative intensity noise is reduced. As a result, the fluctuation of the Raman gain is reduced and stable Raman amplification can be performed.
[0087]
In addition, since the semiconductor laser module shown in FIG. 26 requires mechanical coupling in the resonator, there are cases where the oscillation characteristics of the laser change due to vibration or the like. In the apparatus, there is no change in the oscillation characteristics of the laser due to mechanical vibration or the like, and a stable light output can be obtained.
[0088]
By the way, in the first embodiment, the length of Li = 60 μm, which is the upper part of the diffraction grating 13 and between the InGaAsP contact layer 7 and the p-side electrode 10 from the emitting side reflecting film 15 to the reflecting film 14. An insulating film 8 is formed. For this reason, the injection current applied from the p-side electrode 10 toward the n-side electrode 11 flows through the current injection region E2 below the region not covered by the insulating film 8 and is below the insulating film 8. Inflow to the non-current injection region E1 is suppressed.
[0089]
By suppressing the injection current in the vicinity of the diffraction grating 13 in the non-current injection region E1, as shown in FIG. 5, the dependency of the monitor current leaked from the rear end of the semiconductor laser device 20, that is, the reflection film 14 side on the light output dependency. Minor fluctuations are reduced, and light amplification control is simple and easy. As a result, stable light output can be easily obtained. As a result, when the semiconductor laser device 20 shown in the first embodiment is used as an excitation light source of a Raman amplifier, amplification control becomes easy. In particular, in a high-power semiconductor laser device of about 300 mW or more, if the value of the injection current is large, fine fluctuations in the light output characteristics of the monitor current are likely to occur. However, as shown in FIG. Even in the vicinity, the monitor current does not fluctuate finely, and the optical amplification control becomes simple and easy. In the conventional semiconductor laser device in which the non-current injection region is not formed, the semiconductor laser device having the optical output dependency of the monitor current shown in FIG. 5 can be obtained only about 20%. By forming the non-current injection region shown in the first embodiment, about 70% of the semiconductor laser device having the optical output dependency of the monitor current shown in FIG. 5 can be obtained.
[0090]
Further, COD (Catastrophic Optical Damage) is likely to occur on the end face of the emission side reflection film 15 of the GRIN-SCH-MQW active layer 3. The COD has a feedback cycle in which the end face temperature rises → band gap shrinkage → light absorption → recombination current → end face temperature rise at the end face of the exit-side reflection film 15 of the GRIN-SCH-MQW active layer 3. This is a phenomenon that the end face melts and deteriorates instantaneously due to the positive feedback. By the way, in the first embodiment, since the end face of the emission side reflection film 15 is in the non-current injection region E1, it is expected that the injection current is suppressed and the probability of COD generation is reduced by suppressing heat generation. Here, in an InP-based semiconductor laser device, COD is less likely to occur than in a GaAs-based device. However, in a high-power semiconductor laser device of about 300 mW or more, even if the InP-based semiconductor laser device is an InP-based device, the end face temperature rise is large. Therefore, COD is likely to occur.
[0091]
The GRIN-SCH-MQW active layer 3 in the current injection region E2 emits light by an injection current, while the GRIN-SCH-MQW active layer 3 in the non-current injection region E1 is GRIN-SCH-MQW in the current injection region E2. Since photon recycling is performed by the light from the active layer 3, even if there is no injection current, it functions as a buffer amplifier that transmits and outputs the laser light to the emission side reflection film 15 side, and does not attenuate the laser light. Further, the non-current injection region E1 formed by the insulating film 8 is at most 70 μm, and is a small region in view of the resonator length L being 3200 μm ≧ L ≧ 800 μm. The laser output of the semiconductor laser device 20 can obtain substantially the same laser output as that of the semiconductor laser device in which the non-current injection region E1 is not formed.
[0092]
The length Li of the insulating film 8 is preferably longer than the length Lg of the diffraction grating 13. However, if the length Li of the insulating film 8 is excessively long, the GRIN-SCH-MQW active layer 3 portion of the current injection region E2 is reduced and the output of the laser beam is reduced. The length Li is preferably set to a length exceeding the extent that the diffusion of the injection current from the end point on the reflection film 14 side of the InGaAsP contact layer 4 toward the n-side electrode 11 does not affect the diffraction grating 13. Therefore, in the first embodiment, the length Li of the insulating film 8 is 60 μm, which is 10 μm longer than the length Lg = 50 μm of the diffraction grating 13.
[0093]
Furthermore, the presence of the IL characteristic kink depends on the distance X between the exit-side reflection film 15 and the end face of the diffraction grating 13 on the exit-side reflection film 15 side. FIG. 6 is an enlarged view showing the vicinity of the diffraction grating 13. In FIG. 6, the length of the diffraction grating 13 is 70 μm. Here, as shown in FIG. 6, when the output-side reflection film 15 side end face of the diffraction grating 13 is not in contact with the emission-side reflection film 15, the emission-side reflection film 15 and the emission-side reflection film 15 side of the diffraction grating 13 Multiple reflection occurs with the end face, and this multiple reflection generates a kink in the IL characteristic. The state of occurrence of this kink can be more clearly known from the slope efficiency curve calculated as the first derivative of the curve showing the IL characteristic.
[0094]
7 to 9 are diagrams showing slope efficiency curves when the distance X and the length of the insulating film 8 are changed. FIG. 7 shows a slope efficiency curve in the case where the distance X is 0, the diffraction grating 13 and the exit-side reflection film 15 are in contact, and the length Li of the insulating film 8 is 100 μm. FIG. 8 shows a slope efficiency curve when the distance X is 20 μm and the length Li of the insulating film 8 is 120 μm. Further, FIG. 9 shows a slope efficiency curve when the distance X is 50 μm and the length Li of the insulating film is 150 μm. Note that the symbols K1 to K3 indicate that kinks are generated. In the slope efficiency curve shown in FIG. 7, only a small kink is generated at a driving current as low as about 400 mA. However, in the slope efficiency curves shown in FIGS. 8 and 9, as the distance X increases, large kinks occur and the number of kinks increases. Further, kinks are also generated in a large drive current region of about 1000 mA. Therefore, it is preferable that the diffraction grating 13 and the exit side reflection film 15 are brought into contact with each other.
[0095]
In the semiconductor laser device 20 shown in FIGS. 1 and 2, the length Lg of the diffraction grating 13 is 50 μm and the length Li of the insulating film 8 is 60 μm. However, the length of the diffraction grating 13 is as long as 100 μm. Even when the length Li of the insulating film 8 was 130 μm, it was found that a certain effect was obtained. FIG. 10A is a diagram showing the light output dependency of the monitor current when the length Lg of the diffraction grating is 100 μm and the insulating film 8 is not provided. In this case, the monitor current Im fluctuates in a stepwise manner as the optical output increases over the entire optical output Po. On the other hand, FIG. 10B is a diagram showing the optical output dependence of the monitor current when the length Lg of the diffraction grating is 100 μm and the length Li of the insulating film 8 is 130 μm. As shown in FIG. 10B, even when the length Lg of the diffraction grating is as long as 100 μm, by providing the insulating film 8, the monitor current Im does not fluctuate in the high output region of the light output Po. Yes. Therefore, although the optical output Po cannot withstand practical use in the low output region, the semiconductor laser device is suitable for practical use when the optical output Po is used in the high output region. That is, it can be seen that the dependency of the monitor current on the optical output is improved by providing the insulating film 8 to form the non-current injection region.
[0096]
In the first embodiment, the insulating film 8 is provided on the upper part of the diffraction grating 13 so as to suppress the inflow of the injection current in the vicinity of the diffraction grating 13 partially provided along the GRIN-SCH-MQW active layer 3. As a result, the monitor current with respect to the optical output is stable, and the optical amplification control is simple and easy even with a high-power semiconductor laser device.
[0097]
In addition, since the diffraction grating 13 and the insulating film 8 extend from the exit-side reflection film 15, the injection current applied to the end face of the exit-side reflection film 15 of the GRIN-SCH-MQW active layer 3 is also suppressed, and COD is generated. It can be expected to reduce the probability.
[0098]
Further, the semiconductor laser device 20 performs wavelength selection by the diffraction grating 13, sets the oscillation wavelength in the 1100 μm to 1550 μm band, and sets the resonator length L in the 800 μm to 3200 μm band, so that a plurality of values within a half-value width Δλh of the oscillation wavelength spectrum 30 Therefore, when used as a pumping light source for a Raman amplifier, it is stable without causing stimulated Brillouin scattering. In addition, a high Raman gain can be obtained.
[0099]
In addition, unlike a semiconductor laser module using a fiber grating, optical coupling between an optical fiber having a fiber grating and a semiconductor light emitting element is not performed in the resonator, making assembly easier and unstable output due to mechanical vibration. Can be avoided.
[0100]
In the first embodiment, the semiconductor laser device 20 has the diffraction grating 13 formed along the GRIN-SCH-MQW active layer 3. However, the present invention is not limited to this, and an optical waveguide adjacent to the active layer is used. Obviously, the present invention can be similarly applied to a semiconductor laser device having a diffraction grating formed along the optical waveguide.
[0101]
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment described above, the insulating film 8 is provided above the diffraction grating 13 between the InGaAsP contact layer 7 and the p-side electrode 10 to form the non-current injection region E1, and to the vicinity of the diffraction grating 13. However, in the second embodiment, the p-side electrode 10 is not provided on the upper surface of the InGaAsP contact layer 7 above the diffraction grating 13. An implantation region E1 is formed.
[0102]
FIG. 11 is a longitudinal sectional view in the longitudinal direction of a semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 11, the diffraction grating 13 is the same as that of the first embodiment, and the length Lg = 50 μm. An InGaAsP contact layer 7 is formed on the entire upper surface of the p-InP cladding layer 6, and a p-side electrode 10 is formed on the upper surface of the InGaAsP contact layer 7, but at a portion corresponding to the upper portion of the diffraction grating 13. Thus, the p-side electrode 10 is not formed on the upper surface of the InGaAsP contact layer 7. Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same reference numerals are given to the same components.
[0103]
The region where the p-side electrode 10 is not formed is the same as the insulating film 8 shown in the first embodiment, and is a region 60 μm from the exit-side reflective film 15. Therefore, current injection into the vicinity of the diffraction grating 13 is suppressed, and similarly to the first embodiment, the optical amplification control is simple and easy, and as a result, a semiconductor laser device capable of obtaining a stable optical output can be realized. it can.
[0104]
(Embodiment 3)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment described above, the insulating film 8 is actively provided above the diffraction grating 13 between the InGaAsP contact layer 7 and the p-side electrode 10 to form the non-current injection region E1, and the diffraction grating In the third embodiment, the InGaAsP contact layer 7 in the region above the diffraction grating 13 where the insulating film 8 is formed is not formed. Thereby, the non-current injection region E1 is formed.
[0105]
FIG. 12 is a longitudinal sectional view in the longitudinal direction of a semiconductor laser device according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 12, the diffraction grating 13 is the same as that of the first embodiment, and the length Lg = 50 μm. The InGaAsP contact layer 7 is not formed on the entire upper surface of the p-InP clad layer 6, except for the portion corresponding to the upper part of the diffraction grating 13. That is, the InGaAsP contact layer 7 is not formed in the region 60 μm from the exit-side reflective film 15, which is the same as the insulating film 8 shown in the first embodiment. A p-side electrode 10 is formed on the upper surface of the region where the InGaAsP contact layer 7 is not formed and the p-InP cladding layer 6 is exposed and on the upper surface of the region where the InGaAsP contact layer 7 is formed. Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same reference numerals are given to the same components.
[0106]
As a result, the p-side electrode 10 and the p-InP clad layer 6 are directly joined and have a high resistance value. However, the p-side electrode 10 joined to the p-side electrode 10 via the InGaAsP contact layer 7 and the p− A low resistance value is exhibited between the InP cladding layer 6 and the InP cladding layer 6. Therefore, current injection in the vicinity of the diffraction grating 13 is suppressed, and the monitor current for the optical output is stabilized as in the first embodiment, and the optical amplification control is simple and easy even in a high-power semiconductor laser device. Become.
[0107]
(Embodiment 4)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment described above, the insulating film 8 is provided above the diffraction grating 13 between the p-type InGaAsP contact layer 7 and the p-side electrode 10 to form the non-current injection region E1, and diffraction is performed. In the fourth embodiment, the current blocking layer is formed by forming the n-InP layer 18 instead of the insulating film 8 in the fourth embodiment. A non-current injection region E1 is formed.
[0108]
FIG. 13 is a longitudinal sectional view in the longitudinal direction of a semiconductor laser device according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 13, the diffraction grating 13 is the same as that of the first embodiment, and the length Lg = 50 μm. An InGaAsP contact layer 7 is formed on the entire upper surface of the p-InP cladding layer 6, and an n-InP layer 18 is formed on the upper surface of the InGaAsP contact layer 7 corresponding to the upper part of the diffraction grating 13. That is, the n-InP layer 18 is formed at the same position as the insulating film 8 shown in the first embodiment. A p-side electrode 10 is formed on the upper surface of the n-InP layer 18 and the upper surface of the InGaAsP contact layer 7 where the n-InP layer 18 is not formed. Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same reference numerals are given to the same components.
[0109]
As a result, the junction between the n-InP layer 18 and the p-InP cladding layer 6 becomes an np junction with respect to the direction of the diffraction grating 13 and functions as a current blocking layer. Therefore, current injection in the vicinity of the diffraction grating 13 is suppressed, and the monitor current for the optical output is stabilized as in the first embodiment, and the optical amplification control is simple and easy even in a high-power semiconductor laser device. Become.
[0110]
Here, FIGS. 14 to 17 are diagrams showing slope efficiency curves when the diffraction grating length Lg is 70 μm and the length Li of the n-InP layer 18 is changed. FIG. 14 shows a slope efficiency curve when the diffraction grating length Lg is 70 μm and the length Li is 0, that is, when the n-InP layer 18 is not provided. 15 to 17 show slope efficiency curves when the diffraction grating length Lg is 70 μm and the length Li is 50 μm, 100 μm, and 130 μm, respectively. The slope efficiency curve shown in FIG. 14 is very large and many kinks are generated. However, in the slope efficiency curves shown in FIGS. 15 to 17, as the length Li increases, the size of the kink decreases, and the number of kinks decreases. Therefore, the occurrence of kink can be prevented by increasing the length Li of the n-InP layer 18.
[0111]
FIG. 18 is a diagram illustrating the dependence of the light output on the length Li of the n-InP layer 18 when the diffraction grating length Lg is 70 μm and the distance X is zero. In FIG. 18, the optical output when three different driving currents are applied to four semiconductor laser devices having lengths of Li 0 μm, 50 μm, 100 μm, and 130 μm is plotted, and the solid line shows the plot values of these plot values. It is a line connecting the averages. As shown in FIG. 8, it can be said that even if the length Li of the n-InP layer 18 is increased, the light output is hardly reduced and the length Li has little influence on the light output.
[0112]
In the configuration of the fourth embodiment, the contact resistance between the n-InP layer 18 and the electrode 10 is increased, and the reverse bias is applied between the n-InP layer 18 and the InGaAsP contact layer 7. As a result, current injection into the lower portion of the n-InP layer 18 is suppressed. Therefore, for example, an i-InP (intrinsic InP) layer or a p-InP layer instead of the n-InP layer 18 whose contact resistance increases with respect to the electrode 10 as between the n-InP layer 18 and the electrode 10. , An n-InGaAsP layer, an i-InGsAsP layer, an n-InGaAs layer, and an i-InGaAs layer may be formed to increase the contact resistance and suppress current injection near the diffraction grating 13. Even with such a configuration, the monitor current with respect to the optical output is stable, and simple and easy optical amplification control can be realized even with a high-power semiconductor laser device.
[0113]
(Embodiment 5)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. In the above-described fourth embodiment, the current blocking layer is formed by providing the n-InP layer 18 between the p-type InGaAsP contact layer 7 and the p-side electrode 10 above the diffraction grating 13. Although the non-current injection region E1 is formed and current injection near the diffraction grating 13 is suppressed, in the fifth embodiment, an n-type impurity is added to the InGaAsP contact layer 7 corresponding to the upper part of the diffraction grating 13. A current blocking layer is formed with the p-InP clad layer 6 by diffusing and changing to an n-type semiconductor, thereby forming a non-current injection region E1.
[0114]
FIG. 19 is a longitudinal sectional view in the longitudinal direction of a semiconductor laser device according to the fifth embodiment of the present invention. In FIG. 19, the diffraction grating 13 is the same as that of the first embodiment, and the length Lg = 50 μm. An InGaAsP contact layer 7 is formed on the entire upper surface of the p-InP cladding layer 6. Of the InGaAsP contact layer 7, n-type impurities are added and diffused in the InGaAsP contact layer 7 corresponding to the diffraction grating 13, and the p-InP cladding layer 6 region in contact with the InGaAsP contact layer 7 is also changed to n-type. N-type region 17a is formed. Note that the addition and diffusion of n-type impurities can be performed by a combination of various methods such as ion implantation and annealing. Thereafter, the p-side electrode 10 is formed on the upper surface of the InGaAsP contact layer 7. Other configurations are the same as those of the fourth embodiment, and the same components are denoted by the same reference numerals.
[0115]
As a result, an np junction is formed in the direction of the diffraction grating 13 without providing a new n-InP layer 18, and this np junction functions as a current blocking layer. Therefore, current injection in the vicinity of the diffraction grating 13 is suppressed, and the monitor current for the optical output is stabilized as in the first embodiment, and the optical amplification control is simple and easy even in a high-power semiconductor laser device. Become.
[0116]
(Embodiment 6)
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. In the fifth embodiment described above, a new semiconductor layer such as the n-InP layer 18 is not provided by forming the n-type region 17a. However, in the sixth embodiment, the n-type region 17a is formed in the n-type region 17a. The non-current injection region E1 is formed by increasing the resistance of the corresponding region.
[0117]
FIG. 20 is a longitudinal sectional view in the longitudinal direction of a semiconductor laser device according to the sixth embodiment of the present invention. In FIG. 20, the high resistance region 17b having a high resistance is formed at the same position as the n-type region 17a shown in the fifth embodiment. Other configurations are the same as those of the sixth embodiment, and the same components are denoted by the same reference numerals. As shown in FIG. 21, the high resistance region 17b is formed by implanting protons (H +) into the portion corresponding to the diffraction grating 13 from above after the InGaAsP contact layer 7 is formed. .
[0118]
As a result, the current injected from the p-side electrode 10 does not easily flow into the vicinity of the diffraction grating 13 due to the presence of the high resistance region 17b, and to the vicinity of the diffraction grating 13 without newly providing the n-InP layer 18 or the like. Therefore, as in the first embodiment, the monitor current for the optical output is stable, and the optical amplification control is simple and easy even in a high-power semiconductor laser device.
[0119]
(Embodiment 7)
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment described above, the insulating film 8 is provided to form the non-current injection region E1, but in the seventh embodiment, a groove portion is further provided in the vicinity of the end of the insulating film 8 on the reflective film 14 side. 40 is formed to further suppress the injection current from flowing into the diffraction grating 13.
[0120]
FIG. 22 is a longitudinal sectional view in the longitudinal direction of a semiconductor laser device according to the seventh embodiment of the present invention. In FIG. 22, the InGaAsP contact layer 7 is spatially separated from the InGaAsP contact layers 7 a and 7 b in the vicinity of 60 μm from the emission side reflection film 15. At the stage where the InGaAsP contact layer 7 is formed, a lateral groove 40 is formed, whereby the InGaAsP contact layer 7 is separated. At this time, a part of the p-InP clad layer 6 is also scraped to form the groove 40.
[0121]
After the formation of the groove 40, the insulating film 8 is formed on the InGaAsP contact layer 7a, the end of the InGaAsP contact layer 7b on the side of the emission-side reflective film 15, and on each upper surface of the groove 40 sandwiched therebetween. Further, the p-side electrode 10 is formed on each upper surface of the insulating film 8 and the InGaAsP contact layer 7b.
[0122]
As a result, since the current injected from the p-side electrode 10 is suppressed from flowing in the direction of the diffraction grating 13 by the configuration of the insulating film 8 formed in the trench 41, as in the first embodiment, The monitor current for the optical output is stable, and the optical amplification control is simple and easy even for a high-power semiconductor laser device.
[0123]
(Embodiment 8)
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described. In the first to seventh embodiments described above, the p-side electrode 10 is formed as an integrated thin film. However, in the eighth embodiment, the non-current injection region E1 and the current injection region E2 are respectively provided. The two corresponding electrodes are spatially separated and electrically insulated.
[0124]
FIG. 23 is a longitudinal sectional view in the longitudinal direction of a semiconductor laser device according to the eighth embodiment of the present invention. In FIG. 23, between the non-current injection region E1 and the current injection region E2, a groove portion 41 is located on the upper side from a part of the upper surface of the p-InP clad layer 6 and in the vicinity of 60 μm from the emission-side reflective film 15. Is formed. An InGaAsP contact layer 7a is formed on the upper surface of the p-InP cladding layer 6 on the non-current injection region E1 side, and an InGaAsP contact layer 7b is formed on the upper surface of the current injection region E2 side. On the non-current injection region E1 side, an electrode 8a is further formed on the InGaAsP contact layer 7a, and a plating 12a is formed on the upper surface of the electrode 8a. On the other hand, on the current injection region E2 side, an electrode 8b is further formed on the upper surface of the InGaAsP contact layer 7b, and a plating 12b is further formed. Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same reference numerals are given to the same components.
[0125]
The groove 41 is formed by forming the p-InP clad layer 6 and then forming the InGaAsP contact layer 7 corresponding to the InGaAsP contact layers 7a and 7b on the entire upper surface of the p-InP clad layer 6, and then the emission side. It is formed by etching the InGaAsP contact layer 7 in the vicinity of 60 μm from the reflective film 15. Thereafter, electrodes 8a and 8b are formed on the upper surfaces of the InGaAsP contact layers 7a and 7b, and platings 12a and 12b are further formed. This plating 12b forms a p-side electrode. Note that a wire (not shown) through which an injection current is passed is bonded to the plating 12b side. Therefore, the plating 12a is not energized, and the injection current is applied to the GRIN-SCH-MQW active layer 3 on the plating 12b side.
[0126]
As a result, since the injection current is applied only from the side of the plating 12b and the presence of the groove 41, the inflow of the injection current in the direction of the diffraction grating 13 is suppressed, so that the monitor current for the optical output is the same as in the first embodiment. Even if the semiconductor laser device is stable and has a high output, the optical amplification control is simple and easy.
[0127]
Here, as shown in FIG. 24, the semiconductor laser device shown in FIG. 23 is usually used by bonding (junctioning down) the plating 12a and 12b to the heat sink 57a side. In this junction down method, since the GRIN-SCH-MQW active layer 3 as a heat source is disposed on the plating 12a, 12b side in the entire semiconductor laser device, the GRIN-SCH-MQW active layer 3 is brought closer to the heat sink 57 side. This is because temperature control is facilitated. However, if the configuration of the semiconductor laser device shown in FIG. 23 is junctioned down as it is, the conduction between the platings 12a and 12b will be established, so that the conduction pattern 16 made of Au is formed at the contact portion on the plating 12b side of the heat sink 57a. The Here, since the heat sink 57a has a high thermal conductivity and is formed of an insulating material, the plating 12a side and the plating 12b side are insulated. Since the plating 12a, the electrode 8a, and the InGaAsP contact layer 7a have high thermal conductivity, heat on the non-current injection region E1 side can be efficiently conducted to the heat sink 57a side. The conductive pattern 16 extends on the heat sink 57a other than the junction between the semiconductor laser device and the heat sink 57a, is bonded to the wire 16a, and is supplied with an injection current. When such a junction down method is employed, the GRIN-SCH-MQW active layer 3 side that generates a large amount of heat can be brought closer to the heat sink 57a, as described above, so that the temperature control of the semiconductor laser device 20 becomes easier. , Output stability can be kept.
[0128]
The groove 17 formed between the platings 12a and 12b has a role of collecting the solder S that has spread when the semiconductor laser device is joined to the heat sink 57a. That is, the spread of the solder S is stopped by the groove 17, and a short circuit between the plating 12a and the plating 12b is prevented.
[0129]
In addition, also in Embodiment 1-7 mentioned above or Embodiment mentioned later, it is preferable to employ | adopt a junction down system. This is because the temperature control of the semiconductor laser device 20 becomes easy as described above, and the output stability can be further maintained.
[0130]
(Embodiment 9)
Next, a ninth embodiment of the present invention will be described. In Embodiments 1 to 8 described above, the diffraction grating 13 is provided on the exit-side reflection film 15 side. However, in Embodiment 9, a diffraction grating is provided also on the reflection film 14 side. Yes.
[0131]
FIG. 25 is a longitudinal sectional view in the longitudinal direction of a semiconductor laser device according to the ninth embodiment of the present invention. In FIG. 25, in this semiconductor laser device, a diffraction grating 13a having a length Lga from the reflection film 14 side is also provided on the reflection film 14 side, and an insulating film 8a is provided to prevent a decrease in the refractive index of the diffraction grating 13a. It has been. Similar to the insulating film 8, the insulating film 8a is provided above the diffraction grating 13a, between the p-InP cladding layer 6 and the p-side electrode 10, and has a length Lia. This length Lia is the same as the relationship between the length Lg and the length Li, and is set to a minimum length that can cover the length Lga. Since the diffraction grating 13a on the reflective film 14 side has wavelength selectivity and reflection characteristics, the product of the coupling coefficient κ and the length Lga is set to a large value, for example, “2” or more. Good.
[0132]
As a result, the non-current injection region E3 can be formed also on the diffraction grating 13a side, and the inflow of the injection current to the vicinity of the diffraction grating 13a is suppressed. Therefore, as in the first embodiment, the monitor current for the optical output is reduced. Even in a stable and high-power semiconductor laser device, optical amplification control is simple and easy. In addition, it is possible to prevent end face deterioration at the end face on the reflective film 14 side. Even in the case of a semiconductor laser device provided only with the diffraction grating 13a, by applying the ninth embodiment, the monitor current for the optical output is stabilized, and even in the case of a high output semiconductor laser device, optical amplification is possible. Control is simple and easy.
[0133]
In the first to ninth embodiments described above, the diffraction grating 13 or the diffraction grating 13a outputs a plurality of oscillation longitudinal modes based on wavelength selectivity having fluctuations with respect to the center wavelength. 13 or the diffraction grating 13a may be positively fluctuated to obtain a semiconductor laser device capable of increasing the number of oscillation longitudinal modes.
[0134]
FIG. 26 is a diagram showing a periodic change in the grating period of the diffraction grating 13. The diffraction grating 13 is a chirped grating in which the grating period is periodically changed. In FIG. 26, the wavelength selectivity of the diffraction grating 13 is fluctuated, the half-value width Δλh of the oscillation wavelength spectrum is widened, and the number of longitudinal oscillation modes within the half-value width Δλh is increased. Other configurations are the same as those of the first to ninth embodiments, and the same components are denoted by the same reference numerals.
[0135]
As shown in FIG. 26, the diffraction grating 13 has a structure in which the average period is 220 nm and the period fluctuation (deviation) of ± 0.02 nm is repeated in the period C. By this period fluctuation of ± 0.02 nm, about 3 to 6 oscillation longitudinal modes can be provided within the half-value width Δλh of the oscillation wavelength spectrum.
[0136]
For example, FIG. 27 shows different periods Λ1, Λ2It is a figure which shows the oscillation wavelength spectrum of the semiconductor laser apparatus which has this diffraction grating. In FIG. 27, the period Λ1Has a wavelength λ1The oscillation wavelength spectrum is formed, and three oscillation longitudinal modes are selected within the oscillation wavelength spectrum. On the other hand, the period Λ2Has a wavelength λ2The oscillation wavelength spectrum is formed, and three oscillation longitudinal modes are selected within the oscillation wavelength spectrum. Therefore, the period Λ1, Λ2In the composite oscillation wavelength spectrum 45 by the diffraction gratings, 4 to 5 oscillation longitudinal modes are included in the composite oscillation wavelength spectrum 45. As a result, as compared with the case where a single oscillation wavelength spectrum is formed, a larger number of oscillation longitudinal modes can be easily selected and output, and the optical output can be increased.
[0137]
The configuration of the diffraction grating 13 is not limited to the chirped grating in which the grating period is changed at a constant period C, and the grating period is a period Λ.1(220nm + 0.02nm) and period Λ2You may make it change at random between (220nm-0.02nm).
[0138]
Further, as shown in FIG.1And period Λ2As a diffraction grating that alternately repeats the above and the like once, periodic fluctuations may be provided. In addition, as shown in FIG.1And period Λ2As a diffraction grating that alternately repeats a plurality of times, periodic fluctuations may be provided. Further, as shown in FIG. 28 (c), a plurality of consecutive periods Λ1Multiple consecutive periods Λ2As a diffraction grating having the above, periodic fluctuations may be provided. Also, the period Λ1And period Λ2The period having discrete and different values may be complemented and arranged.
[0139]
In the first to ninth embodiments described above, the semiconductor laser device having the diffraction gratings 13 and 13a partially provided has been described. However, the present invention is not limited to this, and the diffraction grating is a GRIN-SCH-MQW active layer. The non-current injection region E1 may be provided in a part of a predetermined region above the GRIN-SCH-MQW active layer 3. For example, FIG. 29 is a diagram showing a configuration of a semiconductor laser device in which a diffraction grating is provided on the entire upper surface of the GRIN-SCH-MQW active layer 3. In this semiconductor laser device 21, the diffraction grating 13 shown in the semiconductor laser device 20 shown in FIG. 1 is used as a diffraction grating 13 b provided on the entire upper surface of the GRIN-SCH-MQW active layer 3. Other configurations are the same as those of the semiconductor laser device 20 shown in FIG. 1, and the same components are denoted by the same reference numerals. As described above, the diffraction grating 13b outputs a plurality of oscillation longitudinal modes by wavelength selectivity having fluctuation with respect to the center wavelength. Further, as described above, it is preferable that the diffraction grating 13 b is in contact with the emission side reflection film 15. As a result, as compared with the case where the insulating film 8 is not provided, fine fluctuation of the monitor current accompanying the change in the optical output is eliminated, stable and high gain amplification is possible, and simple and easy amplification control is possible. In addition, as shown in FIG. 29, by forming the non-current injection region E1 on the exit-side reflection film 15 side, such as the insulating film 8, the temperature rise on the exit end side where the temperature rises greatly can be reduced. It can be expected that the degradation of the end face degradation of the GRIN-SCH-MQW active layer 3 occurring on the end face on the emission side reflection film 15 side will be reduced.
[0140]
(Embodiment 10)
Next, a tenth embodiment of the present invention will be described. In the tenth embodiment, the semiconductor laser device shown in the first to ninth embodiments is modularized.
[0141]
FIG. 30 is a longitudinal sectional view showing the structure of the semiconductor laser module according to the tenth embodiment of the present invention. In FIG. 30, this semiconductor laser module 50 has a semiconductor laser device 51 corresponding to the semiconductor laser device shown in the first to ninth embodiments. The semiconductor laser device 51 has a junction-down configuration in which the p-side electrode is joined to the heat sink 57a. As a housing of the semiconductor laser module 50, a Peltier element 58 as a temperature control device is disposed on the inner bottom surface of a package 59 formed of ceramic or the like. A base 57 is disposed on the Peltier element 58, and a heat sink 57 a is disposed on the base 57. The Peltier element 58 is supplied with a current (not shown) and is cooled and heated depending on its polarity, but mainly functions as a cooler in order to prevent the oscillation wavelength shift due to the temperature rise of the semiconductor laser device 51. That is, the Peltier element 58 is cooled and controlled to a lower temperature when the laser beam has a longer wavelength than the desired wavelength, and when the laser beam has a shorter wavelength than the desired wavelength. Is heated and controlled at a high temperature. This temperature control is specifically controlled based on the detection value of the thermistor 58a disposed on the heat sink 57a and in the vicinity of the semiconductor laser device 51. Is controlled to be kept constant. A control device (not shown) controls the Peltier element 58 so that the temperature of the heat sink 57a is lowered as the drive current of the semiconductor laser device 51 is increased. By performing such temperature control, the output stability of the semiconductor laser device 51 can be improved, which is also effective in improving the yield. The heat sink 57a is preferably formed of a material having high thermal conductivity such as diamond. This is because if the heat sink 57a is formed of diamond, heat generation when a high current is applied is suppressed.
[0142]
On the base 57, the heat sink 57a in which the semiconductor laser device 51 and the thermistor 58a are arranged, the first lens 52, and the current monitor 56 are arranged. Laser light emitted from the semiconductor laser device 51 is guided onto the optical fiber 55 through the first lens 52, the isolator 53, and the second lens 54. The second lens 54 is provided on the package 59 on the optical axis of the laser beam, and is optically coupled to an optical fiber 55 that is externally connected. The current monitor 56 monitors and detects light leaking from the reflective film side of the semiconductor laser device 51.
[0143]
Here, in this semiconductor laser module 50, an isolator 53 is interposed between the semiconductor laser device 52 and the optical fiber 55 so that reflected return light from other optical components or the like does not return into the resonator. Unlike the conventional semiconductor laser module using a fiber grating, the isolator 53 can be a polarization-dependent isolator that can be built in the semiconductor laser module 50 instead of an inline fiber type. Insertion loss can be reduced, lower relative intensity noise (RIN) can be achieved, and the number of components can be reduced.
[0144]
In the tenth embodiment, since the semiconductor laser device shown in the first to ninth embodiments is modularized, a polarization-dependent isolator can be used, insertion loss can be reduced, and noise can be reduced. In addition, the reduction in the number of parts can be promoted.
[0145]
(Embodiment 11)
Next, an eleventh embodiment of the present invention will be described. In the eleventh embodiment, the semiconductor laser module shown in the tenth embodiment described above is applied to a Raman amplifier.
[0146]
FIG. 31 is a block diagram showing a configuration of a Raman amplifier according to the eleventh embodiment of the present invention. This Raman amplifier is used in a WDM communication system. In FIG. 31, this Raman amplifier uses semiconductor laser modules 60a to 60d having the same configuration as the semiconductor laser module shown in the tenth embodiment, and the semiconductor laser modules 182a to 182d shown in FIG. The laser modules 60a to 60d are replaced.
[0147]
Each of the semiconductor laser modules 60a and 60b outputs laser light having a plurality of oscillation longitudinal modes to the polarization beam combining coupler 61a via the polarization plane holding fiber 71, and each of the semiconductor laser modules 60c and 60d includes the polarization plane holding fiber. A laser beam having a plurality of oscillation longitudinal modes is output to the polarization beam combining coupler 61b via 71. Here, the laser beams oscillated by the semiconductor laser modules 60a and 60b have the same wavelength. The laser beams oscillated by the semiconductor laser modules 60c and 60d have the same wavelength, but are different from the wavelengths of the laser beams oscillated by the semiconductor laser modules 60a and 60b. This is because Raman amplification has polarization dependency, and is output as laser light whose polarization dependency is eliminated by the polarization combining couplers 61a and 61b.
[0148]
The laser beams having different wavelengths output from the respective polarization beam combining couplers 61 a and 61 b are combined by the WDM coupler 62, and the combined laser light is amplified as pumping light for Raman amplification via the WDM coupler 65. It is output to the fiber 64. Amplifying fiber 64 to which the excitation light is input receives the signal light to be amplified and is Raman amplified.
[0149]
The signal light (amplified signal light) Raman-amplified in the amplification fiber 64 is input to the monitor light distribution coupler 67 through the WDM coupler 65 and the isolator 66. The monitor light distribution coupler 67 outputs a part of the amplified signal light to the control circuit 68 and outputs the remaining amplified signal light to the signal light output fiber 70 as output laser light.
[0150]
The control circuit 68 controls the laser output state of each of the semiconductor laser modules 60a to 60d, for example, the light intensity based on a part of the input amplified signal light, so that the gain band of Raman amplification becomes flat. Feedback control.
[0151]
In the Raman amplifier shown in the eleventh embodiment, for example, the semiconductor laser module 182a in which the semiconductor light emitting element 180a and the fiber grating 181a shown in FIG. Since the semiconductor laser module 60a in which the semiconductor laser device 9 is incorporated is used, the use of the polarization-maintaining fiber 71a can be reduced. As described above, since each of the semiconductor laser modules 60a to 60d has a plurality of oscillation longitudinal modes, the length of the polarization-maintaining fiber can be shortened. As a result, the Raman amplifier can be reduced in size and weight and cost can be reduced.
[0152]
In the Raman amplifier shown in FIG. 31, the polarization combining couplers 61a and 61b are used. However, as shown in FIG. 32, the WDM couplers are directly connected from the semiconductor laser modules 60a and 60c through the polarization plane holding fibers 71, respectively. The light may be output to 62. In this case, the polarization planes of the semiconductor laser modules 60 a and 60 c are incident on the polarization plane holding fiber 71 at 45 degrees. As a result, the polarization dependence of the optical output output from the polarization maintaining fiber 71 can be eliminated, and a Raman amplifier with a smaller size and a smaller number of parts can be realized.
[0153]
Further, when a semiconductor laser device having a large number of oscillation longitudinal modes is used as a semiconductor laser device incorporated in the semiconductor laser modules 60a to 60d, the required length of the polarization plane holding fiber 71 can be shortened. In particular, when the oscillation longitudinal mode is 4 or 5, the required polarization plane maintaining fiber 71 is abruptly shortened, so that the simplification and miniaturization of the Raman amplifier can be promoted. Furthermore, when the number of oscillation longitudinal modes increases, the coherent length is shortened, and the degree of polarization (DOP: Degree Of Polarization) is reduced by depolarization, which also makes it possible to eliminate the polarization dependence. Simplification and miniaturization can be further promoted.
[0154]
In addition, this Raman amplifier is easier to align with the optical axis than a semiconductor laser module using a fiber grating, and there is no mechanical optical coupling in the resonator. , Can increase the reliability.
[0155]
Furthermore, since the semiconductor laser devices according to the first to ninth embodiments described above have a plurality of oscillation modes, high-output excitation light can be generated without generating stimulated Brillouin scattering, which is stable. In addition, a high Raman gain can be obtained.
[0156]
The Raman amplifier shown in FIGS. 31 and 32 is a backward pumping method, but as described above, since the semiconductor laser modules 60a to 60d output stable pumping light, Even with the bidirectional excitation method, stable Raman amplification can be performed.
[0157]
The Raman amplifier shown in FIG. 31 or FIG. 32 can be applied to the WDM communication system as described above. FIG. 33 is a block diagram showing a schematic configuration of a WDM communication system to which the Raman amplifier shown in FIG. 31 or FIG. 32 is applied.
[0158]
In FIG. 33, the wavelength λ transmitted from a plurality of transmitters Tx1 to Txn.1~ ΛnAre combined by an optical multiplexer 80 and collected in one optical fiber 85. On the transmission path of the optical fiber 85, a plurality of Raman amplifiers 81 and 83 corresponding to the Raman amplifier shown in FIG. 31 or FIG. 32 are arranged according to the distance to amplify the attenuated optical signal. The signal transmitted on the optical fiber 85 is transmitted by the optical demultiplexer 84 to a plurality of wavelengths λ.1~ ΛnAre demultiplexed into a plurality of optical signals and received by a plurality of receivers Rx1 to Rxn. An ADM (Add / Drop Multiplexer) may be inserted on the optical fiber 85 to add and take out an optical signal having an arbitrary wavelength.
[0159]
In the tenth embodiment described above, the semiconductor laser device shown in the first to ninth embodiments or the semiconductor laser module shown in the eleventh embodiment is used as an excitation light source for Raman amplification. It is obvious that the light source can be used as an EDFA excitation light source such as 980 nm and 1480 nm.
[0160]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the active layer formed between the first reflective film provided on the laser light emitting end face and the second reflective film provided on the laser light reflective end face. When a laser beam having a desired oscillation longitudinal mode is output at least by the wavelength selective characteristic of the diffraction grating, the diffraction grating or a part of the diffraction grating is included in the vicinity of the periphery. A non-current injection region in which the injection current is suppressed, temperature rise in the vicinity of the diffraction grating or a part of the diffraction grating is suppressed, and a fine fluctuation of the monitor current with respect to a change in light output is not generated. Therefore, even in a high-power semiconductor laser device, the monitor current with respect to the optical output is stable, and the optical amplification control is simple and easy.
[0161]
According to a second aspect of the present invention, an injection current to the diffraction grating is suppressed by the insulating film covering the upper portion of the partially provided diffraction grating, so that the non-current injection region is formed reliably. Therefore, since the monitor current does not fluctuate finely with respect to changes in the optical output, the monitor current for the optical output is stable and the optical amplification control is simple and easy even in a high-power semiconductor laser device. Has the effect of becoming.
[0162]
According to a third aspect of the present invention, an injection current to a part of the diffraction grating is suppressed by the insulating film covering an upper part of a predetermined region of the diffraction grating provided on the entire surface, and the non-current Since the injection region is formed, even in a high-power semiconductor laser device, the monitor current with respect to the optical output is stabilized, and the optical amplification control is simplified and facilitated.
[0163]
According to a fourth aspect of the present invention, the electrode to which the injection current is applied is at least an upper surface of the diffraction grating provided partially or an upper surface of a predetermined region of the diffraction grating provided on the entire surface. Since the injection current is not applied to the diffraction grating or part of the diffraction grating, the monitor current for the optical output is stable, and even in a high-power semiconductor laser device, optical amplification There exists an effect that control becomes simple and easy.
[0164]
According to the invention of claim 5, at least a contact layer provided between the upper cladding layer that confines light in the active layer and the electrode to which the injection current is applied and having a function of reducing the resistance of the injection current, The implantation applied to the upper part of the diffraction grating or a part of the diffraction grating provided on the upper surface of the diffraction grating provided partially or a part of the upper surface of a predetermined region of the diffraction grating provided on the entire surface. Since the amount of current is reduced, the monitor current with respect to the optical output is stabilized, and even with a high-power semiconductor laser device, the optical amplification control is simple and easy.
[0165]
According to a sixth aspect of the present invention, between the upper cladding layer for confining light in the active layer and the electrode for applying an injection current, on the upper surface of the partially provided diffraction grating or on the entire surface. A diode junction that blocks a current from the electrode toward the diffraction grating is formed on the upper cladding layer at a position corresponding to an upper portion of a predetermined region of the provided diffraction grating, and the diffraction grating Therefore, even if the semiconductor laser device has a high output, the optical amplification control is simple and easy.
[0166]
According to a seventh aspect of the present invention, the upper surface of the partially provided diffraction grating or the entire surface is between the upper cladding layer that confines light in the active layer and the electrode to which the injection current is applied. A high contact resistance layer formed of a material having a high contact resistance with respect to the electrode is provided at a position corresponding to an upper portion of a predetermined region of the diffraction grating provided on the substrate, and current is injected into the diffraction grating. Therefore, the monitor current with respect to the optical output is stabilized, and even with a high-power semiconductor laser device, the optical amplification control is simple and easy.
[0167]
According to the invention of claim 8, a contact layer formed on the upper surface of the upper clad layer that confines light in the active layer is provided on the upper surface or the entire surface of the partially provided diffraction grating. Corresponding to the first contact layer corresponding to the upper part of the predetermined region of the diffraction grating and the upper surface of the partial predetermined region of the diffraction grating provided on the upper surface or the entire surface of the partially provided diffraction grating The first contact layer and the groove formed by the separation are covered with an insulating film or a current blocking layer, and the second contact layer and the insulating film or the current are separated. Since the electrode is formed on the entire upper surface of the blocking layer and current injection into the diffraction grating including the groove is suppressed, monitoring for optical output Flow is stable, even in the semiconductor laser device of high output, there is an effect that the optical amplification control becomes simple and easy.
[0168]
According to a ninth aspect of the present invention, a contact layer formed on the upper surface of the upper clad layer that confines light in the active layer is provided on the upper surface or the entire surface of the partially provided diffraction grating. Corresponding to the first contact layer corresponding to the upper part of the predetermined region of the diffraction grating and the upper surface of the partial predetermined region of the diffraction grating provided on the upper surface or the entire surface of the partially provided diffraction grating Spatially separated into a second contact layer not formed, electrodes are formed on the upper surfaces of the first contact layer and the second contact layer, respectively, and only on the active layer corresponding to the separated first contact layer side Since the current is injected and the current is suppressed from being injected into the diffraction grating, the monitor current with respect to the optical output is stable, and the optical amplification control is simple and easy even in a high-power semiconductor laser device. There is an effect that.
[0169]
According to the invention of claim 10, a region located on the upper surface of the partially provided diffraction grating of the cladding layer or a partial predetermined region of the diffraction grating provided on the entire surface. And / or the carrier concentration obtained by adding Zn or the like of the first contact layer is smaller than the carrier concentration obtained by adding Zn or the like of the cladding layer. Since the region located on the upper surface of the diffraction grating and / or the first contact layer is made to have a high resistance and the current to the diffraction grating is blocked, the monitor current with respect to the optical output is stabilized, and the high output semiconductor Even in the case of a laser device, the optical amplification control can be easily and easily performed.
[0170]
According to the invention of claim 11, the region located on the upper surface of the partially provided diffraction grating of the cladding layer or the partial predetermined region of the diffraction grating provided on the entire surface. And / or the first contact layer is made to have a high resistance by proton irradiation and the current to the diffraction grating is blocked, so that the monitor current with respect to the optical output is stable, and a high-power semiconductor laser device is provided. Also, there is an effect that the optical amplification control is simple and easy.
[0171]
According to the twelfth aspect of the present invention, the region located on the upper surface of the partially provided diffraction grating of the cladding layer or the partial predetermined region of the diffraction grating provided on the entire surface. And / or the first contact layer forms a current blocking layer with respect to the cladding layer by addition and diffusion of n-type impurities, and blocks the current to the diffraction grating. Even in a semiconductor laser device having a stable current and a high output, there is an effect that the optical amplification control is simple and easy.
[0172]
According to a thirteenth aspect of the present invention, the partially provided diffraction grating is provided on the first reflection film side or in the vicinity of the first reflection film, and the wavelength selection of the oscillation wavelength and the emission side of the resonator are performed. In addition to providing a function with the reflecting surface, it suppresses injection of current into the vicinity of the diffraction grating and outputs laser light of a desired oscillation longitudinal mode, so that the monitor current for light output is stable and high. Even in the output semiconductor laser device, it is possible to easily and easily perform the optical amplification control and to reduce the occurrence of end face deterioration occurring on the end face of the active layer on the first reflecting film side.
[0173]
According to a fourteenth aspect of the present invention, the partially provided diffraction grating is provided on the second reflecting film side or in the vicinity of the second reflecting film to select the oscillation wavelength and to reflect the back of the resonator. In addition to providing a function with the surface, it suppresses injection of current into the vicinity of the diffraction grating and outputs laser light of the desired oscillation longitudinal mode, so the monitor current for light output is stable and high output Even in this semiconductor laser device, it is possible to easily and easily perform the optical amplification control and to expect the reduction in the occurrence of the end face deterioration occurring on the end face on the second reflecting film side of the active layer.
[0174]
According to a fifteenth aspect of the present invention, the partially provided diffraction grating is on the first reflecting film side or in the vicinity of the first reflecting film and on the second reflecting film side or in the vicinity of the second reflecting film. Provided with the function of the wavelength selection of the oscillation wavelength and the function of the exit-side reflection surface and the back-reflection surface of the resonator, while suppressing the injection of current to the vicinity of the diffraction grating, the laser beam of the desired oscillation longitudinal mode Since the output current is stable, the monitor current for the optical output is stable, and even in a high-power semiconductor laser device, the optical amplification control is simple and easy, and the active layer side end face of the first reflective film and the first 2 There is an effect that it is possible to expect a reduction in the occurrence of end face deterioration occurring on the end face on the reflection side.
[0175]
According to a sixteenth aspect of the present invention, the diffraction grating provided on the entire surface is in contact with at least the first reflective film side to suppress multiple reflection between the diffraction grating and the first reflective film. There is an effect that a stable laser beam can be emitted.
[0176]
According to a seventeenth aspect of the present invention, two or more desired oscillation longitudinal modes are included in the half-value width of the oscillation wavelength spectrum according to the wavelength selection characteristic of the diffraction grating, and a high-power laser Since the light is output, the monitor current for the light output is stable, and even in a high-power semiconductor laser device, the optical amplification control is simple and easy. Especially, the Raman amplification that requires high output. The semiconductor laser device suitable for the excitation light source can be realized.
[0177]
According to the invention of claim 18, since the diffraction grating length of the partially provided diffraction grating provided on the first reflection film side is set to 300 μm or less, two or more oscillation longitudinal modes can be easily formed. This produces the effect that it can be generated and the efficiency of light output can be improved.
[0178]
According to the nineteenth aspect of the invention, the diffraction grating length of the partially provided diffraction grating provided on the first reflecting film side is set to a value not more than (300/1300) times the resonator length. Therefore, it is possible to easily generate two or more oscillation longitudinal modes for any oscillation wavelength, and to improve the high output light output efficiency.
[0179]
According to a twentieth aspect of the invention, the partially provided diffraction grating has a multiplication value of a coupling coefficient of the diffraction grating and a diffraction grating length of 0.3 or less, and has a drive current-light output characteristic. Since the linearity is improved and the stability of the optical output is increased, the dependency of the oscillation wavelength on the driving current can be further reduced, and a semiconductor laser device with high output stability can be realized. There is an effect.
[0180]
According to the invention of claim 21, since the grating period of the diffraction grating is changed randomly or at a predetermined period, the wavelength selection of the diffraction grating is caused to fluctuate and the half width of the oscillation wavelength spectrum is widened. The number of oscillation longitudinal modes included in the half width of the oscillation wavelength spectrum can be easily increased, and a stable and highly efficient semiconductor laser device can be realized.
[0181]
According to the invention of claim 22, the length of the resonator formed by the active layer formed between the first reflective film and the second reflective film is set to 800 μm or more, and high output operation is performed. Therefore, there is an effect that it is possible to realize a semiconductor laser device having a high output operation in which the monitor current for the optical output is stable and the optical amplification control is simple and easy.
[0182]
According to the invention of claim 23, since the resonator of the semiconductor laser device is not physically separated using a semiconductor laser device that does not use a fiber grating, there is no need to perform optical axis alignment or the like. Realizing a semiconductor laser module that facilitates assembly of a laser module, makes it difficult for laser oscillation characteristics to change due to mechanical vibration, etc., and can stably output a stable laser beam with high reliability. There is an effect that can be.
[0183]
According to the invention of claim 24, since the resonator of the semiconductor laser device is not physically separated using a semiconductor laser device that does not use a fiber grating, it is not necessary to perform optical axis alignment or the like. Realizing a semiconductor laser module that facilitates assembly of a laser module, makes it difficult for laser oscillation characteristics to change due to mechanical vibration, etc., and can stably output a stable laser beam with high reliability. There is an effect that can be.
[0184]
According to a twenty-fifth aspect of the present invention, the semiconductor laser device according to the first to twenty-second aspect or the semiconductor laser module according to the twenty-third or twenty-fourth aspect is used as an excitation light source for broadband Raman amplification, and each of the semiconductors described above. The effect of the laser device or each semiconductor laser module is exhibited, and the effect is obtained that Raman amplification of the optical gain can be performed stably.
[0185]
According to a twenty-sixth aspect of the present invention, the semiconductor laser device according to the first to twenty-second aspects, the semiconductor laser module according to the twenty-third or twenty-fourth aspect, or the Raman amplifier according to the twenty-fifth aspect is used. The effects of the semiconductor laser device, each semiconductor laser module, or the Raman amplifier can be obtained, and the effect that stable and optical gain Raman amplification can be performed is achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view in a longitudinal direction showing a configuration of a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention;
2 is a cross-sectional view taken along line AA of the semiconductor laser device shown in FIG.
3 is a diagram showing a relationship between an oscillation wavelength spectrum and an oscillation longitudinal mode of the semiconductor laser device shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between laser light output power in a single oscillation longitudinal mode and a plurality of oscillation longitudinal modes and a threshold of stimulated Brillouin scattering.
FIG. 5 is a diagram showing the optical output dependence of the monitor current in the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention.
6 is an enlarged view showing the vicinity of the diffraction grating of the semiconductor laser device shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 7 is a diagram showing a slope efficiency curve when the distance between the diffraction grating and the exit-side reflecting film is 0 and the length of the insulating film is 100 μm.
FIG. 8 is a diagram showing a slope efficiency curve when the distance between the diffraction grating and the exit-side reflection film is 20 μm and the length of the insulating film is 120 μm.
FIG. 9 is a diagram showing a slope efficiency curve when the distance between the diffraction grating and the exit-side reflection film is 50 μm and the length of the insulating film is 150 μm.
FIG. 10 is a diagram showing the difference in the optical output dependency of the monitor current depending on the presence or absence of a non-current injection region when the diffraction grating length is 100 μm.
FIG. 11 is a longitudinal sectional view in the longitudinal direction showing a configuration of a semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention;
FIG. 12 is a longitudinal sectional view in the longitudinal direction showing a configuration of a semiconductor laser device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a longitudinal sectional view in the longitudinal direction showing the configuration of a semiconductor laser device according to a fourth embodiment of the present invention.
14 is a diagram showing a slope efficiency curve when the length Lg of the diffraction grating is 70 μm and the length Li of the n-InP layer is 0. FIG.
FIG. 15 is a diagram showing a slope efficiency curve when the length Lg of the diffraction grating is 70 μm and the length Li of the n-InP layer is 50 μm.
FIG. 16 is a diagram showing a slope efficiency curve when the length Lg of the diffraction grating is 70 μm and the length Li of the n-InP layer is 100 μm.
FIG. 17 is a diagram showing a slope efficiency curve when the length Lg of the diffraction grating is 70 μm and the length Li of the n-InP layer is 130 μm.
FIG. 18 is a diagram showing the dependence of the optical output on the length Li of the n-InP layer when the distance between the diffraction grating and the exit-side reflection film is 0 and the length Lg of the diffraction grating is 70 μm. It is.
FIG. 19 is a longitudinal sectional view in the longitudinal direction showing the structure of a semiconductor laser device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a longitudinal sectional view in the longitudinal direction showing a configuration of a semiconductor laser apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.
21 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the exit-side reflection film of the InGaAsP contact layer shown in FIG.
FIG. 22 is a longitudinal sectional view in the longitudinal direction showing the structure of a semiconductor laser device according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a longitudinal sectional view in the longitudinal direction showing the structure of a semiconductor laser device according to an eighth embodiment of the present invention;
24 is a cross-sectional view showing a configuration when the semiconductor laser device shown in FIG. 22 is joined to a heat sink by junction down.
FIG. 25 is a longitudinal sectional view in the longitudinal direction showing the structure of a semiconductor laser device according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 26 is a diagram showing a configuration of a chirped grating applied to a diffraction grating.
FIG. 27 is a diagram showing an oscillation wavelength spectrum when a chirped grating is applied to a diffraction grating.
FIG. 28 is a diagram showing a modification of a grating having periodic fluctuations.
FIG. 29 is a diagram showing a configuration of a semiconductor laser device in which a diffraction grating is provided on the entire upper surface of a GRIN-SCH-MQW active layer.
FIG. 30 is a longitudinal sectional view showing the structure of a semiconductor laser module according to a tenth embodiment of the present invention.
FIG. 31 is a block diagram showing a configuration of a Raman amplifier according to an eleventh embodiment of the present invention.
FIG. 32 shows an application example of the eleventh embodiment of the present invention.
33 is a block diagram showing a schematic configuration of a WDM communication system using the Raman amplifier shown in FIG. 31 or FIG. 32;
FIG. 34 is a block diagram showing a schematic configuration of a conventional Raman amplifier.
35 is a diagram showing a configuration of a semiconductor laser module used in the Raman amplifier shown in FIG. 34. FIG.
FIG. 36 is a diagram showing the dependence of monitor current on optical output in a conventional semiconductor laser device.
[Explanation of symbols]
1 n-InP substrate
2 n-InP buffer layer
3 GRIN-SCH-MQW active layer
4 p-InP spacer layer
6 p-InP cladding layer
7 InGaAsP contact layer
8 Insulating film
9a n-InP blocking layer
9b p-InP blocking layer
10 p-side electrode
11 n-side electrode
12a, 12b plating
13, 13a, 13b diffraction grating
14 Reflective film
15 Output side reflective film
16 conduction pattern
16a wire
17 Groove
17a n-type region
17b High resistance region
18 n-InP layer
20, 21, 51 Semiconductor laser device
30 Oscillation wavelength spectrum
31-33 Longitudinal oscillation mode
40, 41 groove
45 Compound oscillation wavelength spectrum
50, 60a to 60d Semiconductor laser module
52 1st lens
53, 63, 66 Isolator
54 Second lens
55 Optical fiber
56 Current monitor
57 base
57a heat sink
58 Peltier element
58a thermistor
59 packages
61a, 61b Polarization combining coupler
62,65 WDM coupler
64 Amplifying fiber
67 Optical distribution coupler for monitor
68 Control circuit
69 Signal light input fiber
70 Signal light output fiber
71 Polarization plane preserving fiber
81,83 Raman amplifier
E1 Non-current injection region
E2 Current injection region
S solder

Claims (22)

レーザ光の出射端面に設けた第１反射膜と該レーザ光の反射端面に設けた第２反射膜との間に形成された活性層の近傍に部分的に設けられた回折格子を有し、少なくとも該回折格子による波長選択特性によって発振波長スペクトルの半値幅内に２本以上の発振縦モードをもつレーザ光を出力する半導体レーザ装置において、
前記第１反射膜と前記第２反射膜との間に形成された活性層によって形成された共振器の長さは、８００μｍ以上であり、
前記回折格子を含む周囲近傍への注入電流が抑制される非電流注入領域を形成したことを特徴とする半導体レーザ装置。A diffraction grating partially provided in the vicinity of the active layer formed between the first reflection film provided on the laser light emission end face and the second reflection film provided on the laser light reflection end face; In a semiconductor laser device that outputs laser light having two or more oscillation longitudinal modes within a half-value width of an oscillation wavelength spectrum by at least the wavelength selection characteristic of the diffraction grating,
The length of the resonator formed by the active layer formed between the first reflective film and the second reflective film is 800 μm or more,
A semiconductor laser device comprising a non-current injection region in which an injection current to the vicinity of the periphery including the diffraction grating is suppressed. 前記回折格子の上部を覆う絶縁膜を設け、前記絶縁膜によって前記非電流注入領域が形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。  The semiconductor laser device according to claim 1, wherein an insulating film that covers an upper portion of the diffraction grating is provided, and the non-current injection region is formed by the insulating film. 前記絶縁膜の長さが、前記回折格子の長さよりも長いことを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ装置。  The semiconductor laser device according to claim 2, wherein a length of the insulating film is longer than a length of the diffraction grating. 前記注入電流が加えられる電極は、少なくとも前記回折格子の上面を除いて設けられることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。  The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the electrode to which the injection current is applied is provided except at least an upper surface of the diffraction grating. 前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層と前記注入電流を加える電極との間に設けられ注入電流の抵抗を軽減するコンタクト層を、少なくとも前記回折格子の上面を除いて設けたことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。  A contact layer provided between the upper clad layer for confining light in the active layer and the electrode for applying the injection current is provided except for at least the upper surface of the diffraction grating. The semiconductor laser device according to claim 1. 前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層と前記注入電流を加える電極との間であって、前記回折格子の上部に対応する位置に、前記上部クラッド層に対して前記電極から前記回折格子の方向に向かう電流を阻止するダイオード接合を形成する電流ブロッキング層を設けたことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。  Between the upper clad layer that confines light in the active layer and the electrode to which the injection current is applied, at a position corresponding to the upper part of the diffraction grating, the diffraction grating from the electrode to the upper clad layer. 2. The semiconductor laser device according to claim 1, further comprising a current blocking layer that forms a diode junction that blocks current flowing in a direction. 前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層と前記注入電流を加える電極との間であって、前記回折格子の上部に対応する位置に、前記電極に対して高い接触抵抗をもつ材質によって形成された高接触抵抗層を設けたことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。  It is formed between the upper clad layer that confines light in the active layer and the electrode to which the injection current is applied, at a position corresponding to the upper part of the diffraction grating by a material having a high contact resistance with respect to the electrode. 2. The semiconductor laser device according to claim 1, further comprising a high contact resistance layer. 前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層の上面に形成されるコンタクト層を、前記回折格子の上部に対応する第１コンタクト層と前記回折格子の上部に対応しない第２コンタクト層とに空間的に分離し、前記第１コンタクト層の上面および前記分離によって形成された溝部を絶縁膜または電流ブロッキング層によって覆い、前記第２コンタクト層および前記絶縁膜または前記電流ブロッキング層の上部全面に前記電極を形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。  A contact layer formed on the upper surface of the upper cladding layer that confines light in the active layer is spatially divided into a first contact layer corresponding to the upper part of the diffraction grating and a second contact layer not corresponding to the upper part of the diffraction grating. The upper surface of the first contact layer and the groove formed by the separation are covered with an insulating film or a current blocking layer, and the electrode is applied to the entire upper surface of the second contact layer and the insulating film or the current blocking layer. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the semiconductor laser device is formed. 前記クラッド層のうちの前記回折格子の上面に位置する領域および／または前記第１コンタクト層のキャリア濃度は、前記クラッド層のキャリア濃度に比して小さいことを特徴とする請求項８に記載の半導体レーザ装置。The carrier concentration of the region located on the upper surface of the diffraction grating and / or said first contact layer of said cladding layer, according to claim 8, wherein the smaller than the carrier concentration of said clad layer Semiconductor laser device. 前記クラッド層のうちの前記回折格子の上面に位置する領域および／または前記第１コンタクト層は、プロトン照射によって高抵抗化されることを特徴とする請求項８に記載の半導体レーザ装置。9. The semiconductor laser device according to claim 8 , wherein the region of the cladding layer located on the upper surface of the diffraction grating and / or the first contact layer is increased in resistance by proton irradiation. 前記クラッド層のうちの前記回折格子の上面に位置する領域および／または前記第１コンタクト層は、ｎ型不純物の添加、拡散によって前記クラッド層に対して電流ブロッキング層を形成することを特徴とする請求項８に記載の半導体レーザ装置。A region of the cladding layer located on the upper surface of the diffraction grating and / or the first contact layer forms a current blocking layer with respect to the cladding layer by addition and diffusion of n-type impurities. The semiconductor laser device according to claim 8 . 前記回折格子は、前記第１反射膜側あるいは前記第１反射膜近傍に設けられることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the diffraction grating is provided on the first reflecting film side or in the vicinity of the first reflecting film. 前記回折格子は、前記第２反射膜側あるいは前記第２反射膜近傍に設けられることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。The semiconductor laser device according to claim 1 , wherein the diffraction grating is provided on the second reflecting film side or in the vicinity of the second reflecting film. 前記回折格子は、前記第１反射膜側または前記第１反射膜近傍および前記第２反射膜側または前記第２反射膜近傍に設けられることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。  The diffraction grating is provided on the first reflective film side or in the vicinity of the first reflective film, and on the second reflective film side or in the vicinity of the second reflective film. The semiconductor laser device described in 1. 前記回折格子は、回折格子長が３００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。The semiconductor laser device according to claim 1 , wherein the diffraction grating has a diffraction grating length of 300 μm or less. 前記回折格子の回折格子長は、前記共振器長の（３００／１３００）倍の値以下であることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。The semiconductor laser device according to claim 1 , wherein a diffraction grating length of the diffraction grating is equal to or less than (300/1300) times the resonator length. 前記回折格子は、該回折格子の結合係数と回折格子長との乗算値が０．３以下であることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。17. The semiconductor laser device according to claim 1 , wherein the diffraction grating has a multiplication value of a coupling coefficient of the diffraction grating and a diffraction grating length of 0.3 or less. 前記回折格子は、グレーティング周期をランダムあるいは所定周期で変化させたことを特徴とする請求項１〜１７のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。The semiconductor laser device according to claim 1 , wherein the diffraction grating has a grating period changed randomly or at a predetermined period. 請求項１〜１８に記載の半導体レーザ装置と、前記半導体レーザ装置から出射されたレーザ光を外部に導波する光ファイバと、前記半導体レーザ装置と前記光ファイバとの光結合を行う光結合レンズ系と、を備えたことを特徴とする半導体レーザモジュール。19. The semiconductor laser device according to claim 1 , an optical fiber that guides laser light emitted from the semiconductor laser device to the outside, and an optical coupling lens that optically couples the semiconductor laser device and the optical fiber. And a semiconductor laser module. 前記半導体レーザ装置の温度を制御する温度制御装置と、前記光結合レンズ系内に配置され、光ファイバ側からの反射戻り光の入射を抑制するアイソレータと、をさらに備えたことを特徴とする請求項１９に記載の半導体レーザモジュール。 Claims wherein the semiconductor temperature control device for controlling the temperature of the laser device, disposed in said optical coupling lens system, and that suppresses the isolator incidence of the reflected return light from the optical fiber side, and further comprising a Item 20. The semiconductor laser module according to Item 19 . 請求項１〜１８のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置、あるいは請求項１９または２０に記載の半導体レーザモジュールを広帯域ラマン増幅用の励起光源として用いたことを特徴とするラマン増幅器。 A Raman amplifier comprising the semiconductor laser device according to claim 1 or the semiconductor laser module according to claim 19 or 20 as an excitation light source for broadband Raman amplification. 請求項１〜１８のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置、請求項１９または２０に記載の半導体レーザモジュール、または請求項２１に記載のラマン増幅器を用いたことを特徴とするＷＤＭ通信システム。A WDM communication system using the semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 18 , the semiconductor laser module according to claim 19 or 20 , or the Raman amplifier according to claim 21 .
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