JP3885978B2 - 利得結合分布帰還型半導体レーザ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光ディスク装置、光通信装置、光計測装置等の光源として利用される半導体レーザ装置に関し、特に活性層の近傍に吸収性回折格子を設けた利得結合分布帰還型半導体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
誘導放出光を発生する活性層の近傍に回折格子を設け、これによって単一波長でレーザ発振が発生するようにした半導体レーザ装置を分布帰還型半導体レーザ装置（ＤＦＢ：Distributed FeedBack Laser Diode）と称する。更に、この様な単一波長のレーザ発振が回折格子による屈折率の周期分布に起因するものを屈折率結合分布帰還型半導体レーザ装置と称し、回折格子による利得並びに吸収の周期分布に起因するものを利得結合分布帰還型半導体レーザ装置と称する。両者のうちの後者の方が安定な単一波長のレーザ発振を得易く、より優れた特徴を有する。
【０００３】
図６は、従来の利得結合分布帰還型半導体レーザ装置をその一部分を破断して示している。この半導体レーザ装置１０１は、リッジ型構造を有し、下側の本体部１０２と上側のリッジ部１０３からなる。この装置１０１では、基板１０４に、下クラッド層１０５、活性層１０６、キャリアバリア層１０７、第１ガイド層１０８、第２ガイド層１０９、上クラッド層１１０、コンタクト層１１１、絶縁膜１１２を順次形成し、その上下に各電極１１３，１１４を設けてなる。
【０００４】
リッジ型構造の上側のリッジ部１０３は、上クラッド層１１０からなり、幅２μｍの領域Ａに重なる。
【０００５】
第１ガイド層１０８と第２ガイド層１０９間には、複数の格子を並設した吸収性回折格子１１６を形成し、この吸収性回折格子１１６の各突部には、光吸収層１１７を設けている。
【０００６】
この様な半導体レーザ装置１０１の各部の構成材料、厚さ等は、次の通りである。
この様な構成において、各電極１１３，１１４に電流を流すと、活性層１０６で誘導放出光が発生し、この誘導放出光が導波路１１５に沿って、つまり矢印Ｃに沿って導かれ、この半導体レーザ装置の端面から出射される。吸収性回折格子１１６の各凸部の光吸収層１１７は、導波路１１５に沿って周期的に配置されているので、誘導放出光に対して、周期的な吸収並びに損失として作用し、これによって利得が周期的に分布し、単一波長でのレーザ発振が発生する。
【０００７】
例えば、吸収性回折格子１１６（第１ガイド層１０８）の各凸部は、誘導放出光の導波方向に沿って、一定周期（ピッチ３５０ｎｍ）で形成され、これらの凸部に光吸収層１１７を配置している。各光吸収層１１７を構成するＧａＡｓは、活性層１０６から誘導放出される光のエネルギーよりも小さな禁制帯幅を有している。このため、各光吸収層１１７は、活性層１０６で発生される波長７８０μｍの誘導放出光を周期的に吸収する吸収性回折格子１１６としての役目を果たし、単一波長でのレーザ発振を発生させる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の利得結合分布帰還型半導体レーザ装置においては、出力１０ｍＷを越える様な高い光出力でレーザ発振を行った場合、吸収性回折格子１１６の光吸収層１１７に吸収飽和が生じる。この吸収飽和が生じると、吸収性回折格子１１６による利得結合が十分に行われないために、単一波長でのレーザ発振特性が劣化すると言う問題が発生する。また、駆動電流に対する光出力の特性が線形でなくなると言う問題も発生する。
【０００９】
そこで、この発明は、この様な従来の課題を解決するためのものであって、光出力が高いレベルに至るまで、吸収性回折格子の光吸収層の吸収飽和による影響を抑制して、安定した単一波長のレーザ発振を実現し、かつ駆動電流に対する光出力の特性を線形にし、これらの利点にもかかわらず、新たに別の特性劣化を伴うことがなく、更には構造が簡単で容易に製造可能な利得結合分布帰還型半導体レーザ装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の利得結合分布帰還型半導体レーザ装置は、誘導放出光を発生する活性層と、この活性層に沿って設けられ、前記誘導放出光を周期的に吸収する吸収性回折格子と、前記誘導放出光を前記吸収性回折格子に沿って導く導波路とを備える利得結合分布帰還型半導体レーザ装置において、前記導波路は、幅の広い部分及び幅の狭い部分を有し、この導波路の幅の広い部分の幅は、幅の狭い部分の幅の１．５倍以上であって、該幅の広い部分の長さが前記導波路の長さの２０％以上６０％以下に設定されていることを特徴とする。
【００１１】
好ましくは、前記導波路は、前記活性層及び前記吸収性回折格子を含む本体部と、この本体部の前記吸収性回折格子に隣接し、幅の広い部分及び幅の狭い部分を有するリッジ部からなるリッジ型構造を有し、前記リッジ型構造の前記リッジ部の幅の狭い部分によって前記誘導放出光の高次水平横モードがカットオフされる。
【００１２】
好ましくは、前記導波路の幅の広い部分は、該導波路における光密度が高い領域に設けられている。
【００１３】
好ましくは、前記導波路の幅の広い部分が該導波路の長手方向の中央部に設けられ、該導波路の幅の狭い部分が該導波路におけるレーザ光の出射端面近傍に設けられている。
【００１４】
好ましくは、前記導波路の幅の広い部分が該導波路の長手方向の中央部及び該導波路におけるレーザ光の出射端面近傍にそれぞれ設けられており、これらの幅の広い部分の間に、該導波路の幅の狭い部分が設けられている。
【００１５】
好ましくは、前記導波路の幅の広い部分及び幅の狭い部分が滑らかに繋がっている。
【００１６】
好ましくは、前記導波路の幅の広い部分の長さＬは、次式（１）の関係を満たす。
Δβ・Ｌ＝ｍ・π …（１）
ただし、ｍ＝±１，±２，±３，……
Δβは、導波路の幅の広い部分を伝搬する光の伝搬定数と、狭い部分を伝播 する光の伝搬定数との差である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は、この発明の利得結合分布帰還型半導体レーザ装置の第１実施形態をその一部分を破断して示している。この第１実施形態の半導体レーザ装置１においては、導波路２は、その幅が一定でなく、図２（ａ）に示す様に略中央の広い部分２ａと、両端の各狭い部分２ｂを有し、広い部分２ａの幅Ｗwideが２.５μｍ、各狭い部分２ｂの幅Ｗnarrowが１.５μｍである。また、この導波路２の長さが３００μｍ、広い部分２ａの長さが９０μｍである。
【００２５】
この導波路２は、基板３に形成され、電流狭窄層４によって囲まれる範囲に、下クラッド層５、キャリアバリア層６、活性層７、上クラッド層８、コンタクト層９を順次積層してなる。また、基板４の下面及びコンタクト層９の上面には、それぞれの電極１１及び１２を形成している。
【００２６】
下クラッド層５とキャリアバリア層６間には、複数の格子を並設した吸収性回折格子１３を形成しており、これらの格子は、断面形状が三角形の各溝にそれぞれの光吸収層１４を設けてなる。
【００２７】
この半導体レーザ装置１のレーザ光の出射端面には、誘電体膜コーティング等の特別な処理を施してはいない。
【００２８】
この様な半導体レーザ装置１の各部の構成材料、厚さ等は、次の通りである。なお、次の表記において、例えば「Ｑ（ｙ＝０.５）」とあるのは、ＩｎＰに格子整合するＧａxＩｎ1-xＡｓyＰ1-y４元混晶において、ｙ＝０.５であることを示す。
【００２９】
この様な構成において、各電極１１，１２に電流を流すと、活性層７で誘導放出光が発生し、この誘導放出光が導波路２に沿って導かれ、この半導体レーザ装置の端面から出射される。
【００３０】
吸収性回折格子１３の各光吸収層１４は、誘導放出光に対して、周期的な吸収並びに損失として作用し、これによって利得が周期的に分布し、単一波長でのレーザ発振が発生する。例えば、吸収性回折格子１３の各光吸収層１４は、０.２３μｍのピッチで形成されている。これらの光吸収層１４を構成するＧａＩｎＡｓＰは、活性層７から誘導放出される波長１.３μｍの光のエネルギーよりも小さな禁制帯幅を有している。このため、各光吸収層１４は、活性層７で発生される誘導放出光を周期的に吸収する吸収性回折格子１３としての役目を果たし、単一波長でのレーザ発振を発生させる。
【００３１】
図３（ａ）のグラフは、この第１実施形態の半導体レーザ装置１の駆動電流に対するレーザ光出力特性を示している。また、図３（ｂ）のグラフには、この第１実施形態と比較するために、従来の半導体レーザ装置（導波路２を一定幅の１.５μｍに設定したもの）の駆動電流に対するレーザ光出力特性を示している。
【００３２】
図３（ａ）のグラフから明らかな様に、この第１実施形態の半導体レーザ装置１によれば、駆動電流１０ｍＡのときにレーザ光出力が立ち上がり、駆動電流１５０ｍＡのときにレーザ光出力が５０ｍＷに至り、その間、駆動電流−レーザ光出力特性が線形である。また、このレーザ光出力の範囲においては、吸収性回折格子１３の各光吸収層１４の周期に基づく単一波長でのレーザ発振を得ることができる。
【００３３】
これに対して、図３（ｂ）のグラフから明らかな様に、従来の半導体レーザ装置においては、レーザ光出力１０ｍＷの近傍で、駆動電流−レーザ光出力特性が折れ曲がる（以下折れ曲がった位置をキンク点と称する）。また、このキンク点よりも低いレーザ光出力のときには、単一波長でのレーザ発振を得ることができるものの、このキンク点を境に、それ以上のレーザ光出力のときには、２つの波長でのレーザ発振（２モード発振）が発生する。
【００３４】
この発明者等は、図３（ｂ）の特性におけるキンク点が発生するのは、レーザ光出力の増加に伴って、吸収回折格子１３の各光吸収層１４によって吸収される光密度が増加し、キンク点を境に、これらの光吸収層１４で吸収飽和を起こすためであると考えた。特に、第１実施形態の装置１においては、レーザ出射端面近傍よりも、導波路２の中央部の方が光密度が高くなるので、この中央部で各光吸収層４の吸収飽和が発生し易い。
【００３５】
この様な考察を踏まえて、光密度が高くなる導波路２の中央部で、その幅を広げて、この中央部の光密度を低下させたものが第１実施形態の装置１であり、これによって各光吸収層１４の吸収飽和を回避することができると言う新たな効果を見出した。
【００３６】
一方、導波路２の全体を一定の広い幅に設定し、導波路２の全体で光密度下げた場合にも、各光吸収層１４の吸収飽和を回避することができるものの、高次の水平横モードが生じると言う不都合があった。これと比較しても、第１実施形態の装置１の様に、狭い幅の部分２ｂを導波路２に残して、水平横モードの安定化を図りつつ、光密度の高い部分、つまり導波路２の中央だけ幅を広げて、各光吸収層１４の吸収飽和を回避するのが最も好ましいことが分かる。特に、吸収飽和を防ぐ為に設けた幅の広い部分の幅は、横モードを安定させる為に設けた狭い部分の幅に対して１.５倍以上の幅にする必要があった。
【００３７】
また、この第１実施形態の装置１においては、レーザ光の出射端面に誘電体膜コーティング等の特別な処理を施しておらず、このために導波路２の略中央で光密度が最も高くなる傾向にある。一方、例えばレーザ光の対向する各出射端面に、反射率の異なるそれぞれのコーティングを施すと、光密度の分布が変化し、この光密度の最も高くなる位置が導波路２の中央からずれる。この場合は、光密度の最も高くなる位置に重なる様に、導波路２の広い幅の部分２ａの位置を変更すれば良い。あるいは、レーザ光の対向する各出射端面のうちの一方に低反射率の反射膜を設けると共に、他方に高反射率の反射膜を設けた場合は、高反射率の反射膜の近傍で光密度が高くなるので、高反射率の反射膜を設けた側の出射端近傍で、導波路２の幅を広くする必要がある。
【００３８】
また、ここでは、導波路２の長さを３００μｍに、広い部分２ａの長さを９０μｍに設定している。これは、広い部分２ａの長さが導波路２の全体の長さの２０パーセント以上でないと、各光吸収層１４の吸収飽和を回避する効果が見られず、また６０パーセント以下でないと、基本水平横モードでの安定したレーザ発振が得られないためである。
【００３９】
更に、第１実施形態の装置１においては、導波路２の幅の広い部分の長さＬを次式（１）に基づいて定める。
【００４０】
Δβ・Ｌ＝ｍ・π ……（１）
ただし、ｍ＝±１，±２，±３，……
Δβは、導波路の幅の広い部分を伝搬する光の伝搬定数と、狭い部分を伝搬する光の伝搬定数との差である
この装置１では、導波路２の幅の広い部分２ａと狭い部分２ｂ間で、等価屈折率に約７.３×１０-3の差があるので、これによって幅の広い部分２ａと狭い部分２ｂ間で、誘導放出光の位相ずれを生じさせないために、上式（１）が満たされる様に、幅の広い部分２ａと狭い部分２ｂの分布を設定する。これと比較するために、上式（１）の関係から大きく外れた装置を作製してみたが、ブラッグ波長における単一波長でのレーザ発振を得ることができなかった。
【００４１】
図４は、この発明の利得結合分布帰還型半導体レーザ装置の第２実施形態をその一部分を破断して示している。この半導体レーザ装置２１は、リッジ型構造を有し、下側の本体部２２と上側のリッジ部２３からなる。
【００４２】
導波路２４は、本体部２２とリッジ部２３に形成され、リッジ部２３での該導波路２４の幅が一定でなく、図２（ｂ）の様に両端近傍の各広い部分２４ａと、略中央の狭い部分２４ｂを有し、各広い部分２４ａの幅Ｗwideが３.０μｍ、狭い部分２４ｂの幅Ｗnarrowが１.０μｍであり、各広い部分２４ａと狭い部分２４ｂ間は、滑らかに繋がっている。また、この導波路２４の長さが３００μｍ、狭い部分２４ｂの長さが１３０μｍである。
【００４３】
この装置２１では、基板２５に、下クラッド層２６、活性層２７、キャリアバリア層２８、第１ガイド層２９、第２ガイド層３０、上クラッド層３１、コンタクト層３２、絶縁膜３３を順次形成し、その上下に各電極３４，３５を設けてなる。
【００４４】
リッジ型構造の上側のリッジ部２３は、上クラッド層３１からなり、幅３μｍの領域Ａに重なる。
【００４５】
第１ガイド層２８と第２ガイド層２９間には、複数の格子を並設した吸収性回折格子３６を形成し、この吸収性回折格子３６（第１ガイド層２８）の各突部には、光吸収層３７を設けている。
【００４６】
この半導体レーザ装置１のレーザ光の出射端面には、Ａｌ2Ｏ3誘電体膜のコーティングを施し、両端面の反射率を７０パーセントにしている。
【００４７】
この様な半導体レーザ装置２１の各部の構成材料、厚さ等は、次の通りである。
この様な構成において、各電極３４，３５に電流を流すと、活性層２７で誘導放出光が発生し、この誘導放出光が導波路２４に沿って導かれ、この半導体レーザ装置の端面から出射される。
【００４８】
第１ガイド層２９（吸収性格子３６）には、一定周期（ピッチ３５０ｎｍ）で、デューティ比２０パーセントの矩形状の凹凸を形成し、各凸部に光吸収層３７を配置している。各光吸収層３７を構成するＧａＡｓは、活性層２７から誘導放出される光のエネルギーよりも小さな禁制帯幅を有し、活性層２７で発生される波長７８０μｍの誘導放出光を周期的に吸収する吸収性回折格子３６としての役目を果たし、単一波長でのレーザ発振を発生させる。
【００４９】
この第２実施形態の装置２１においては、レーザ出射端面付近で内部の光密度が最も高くなることに基づいて導波路２４の端面付近の幅を広くしており、少なくとも駆動電流２０ｍＡまでの範囲で、駆動電流−レーザ光出力特性が線形となり、図３（ｂ）のグラフに示す様なキンク点が発生することはない。
【００５０】
また、導波路２４の略中央の狭い部分２４ｂは、高次水平横モードをカットオフする作用を果たし、この高次水平横モードの発生を抑制する。
【００５１】
一方、リッジ部２３において、導波路２４を一定の広い幅に設定し、この導波路２４の全体で光密度下げた場合にも、各光吸収層３７の吸収飽和を回避することができるものの、数ｍＷ程度のレーザ光出力であっても、高次の水平横モードが生じた。この第２実施形態の装置２１の様に、狭い幅の部分２４ａを導波路２４に残して、水平横モードの安定化を図りつつ、導波路２４に幅の広い部分を設けて、各光吸収層３７の吸収飽和を回避するのが最も好ましい。
【００５２】
また、導波路２４の各広い部分２４ａと狭い部分２４ｂ間を滑らかに繋げているので、特に効果的に吸収飽和を抑制することができた。これは、各広い部分２４ａと狭い部分２４ｂとが滑らかに繋げられていないものでは幅の異なる領域の境界部で光散乱が生じ、特に光密度が高くなる為、吸収飽和を誘発しやすかったのに対し、滑らかに繋げられたものでは境界部での光散乱が生じない為に吸収飽和を抑制する為にはより効果的であったものと推測できる。
【００５３】
また、導波路２４の各広い部分２４ａを導波路２４の両端に設けたので、レーザ光の各出射端面近傍での光密度が低くなり、レーザ光による該各出射端面の損傷が小さくなる。
【００５４】
また、この第２実施形態の装置２１おいても、導波路２４の各広い部分２４ａと狭い部分２４ｂ間で、誘導放出光の位相ずれが生じない様に、上式（１）の関係を満たす。
【００５５】
特に、屈折率結合の成分を含まない真性利得結合分布帰還型半導体レーザ装置の場合には、上式（１）の関係を満たす必要性がより高くなる。一方、屈折率結合と利得結合の両方を含む部分利得結合分布帰還型半導体レーザ装置の場合には、この発明者等が特願平８−９２８５４号で提案した様に、利得結合と屈折率結合の比率に応じて位相ずれを適宜に設定するのが望ましい。
【００５６】
ところで、この第２実施形態の装置２１においては、導波路２４の狭い部分２４ｂの幅を１.０μｍに設定しており、高次水平横モードをカットオフする様に、この幅を非常に狭くしている。
【００５７】
これは、リッジ型構造を有する通常の半導体レーザ装置においては、導波路の幅を適宜に広く設定し、高次水平横モードをカットオフしなくても、基本水平横モードのレーザ発振が達成されるの対して、この第２実施形態の装置２１においては、導波路２４をリッジ型構造とし、リッジ部２３と活性層２７間に、吸収性回折格子３６以外の光吸収部材を持たないので、高次水平横モードが発生し易く、この高次水平横モードを十分にカットオフするためである。この点を図５を参照して更に詳しく述べる。
【００５８】
図５（ａ）は、第２実施形態の装置２１の断面を示し、図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるａ−ａ’に沿う光密度分布を示し、図５（ｃ）は、図５（ａ）におけるｂ−ｂ’に沿う光密度分布を示している。
【００５９】
図５（ａ），（ｂ），（ｃ）から明らかな様に、リッジ部２３に重なる領域Ａよりも、両外側の各領域Ｂの方が、吸収性回折格子３６に重なる光密度が小さい。したがって、吸収性回折格子３６による実効吸収係数は、領域Ｂの方が小さく、このために吸収損失の小さな領域Ｂへと光密度分布が偏ったり、高次横モードが発生し易くなる。
【００６０】
第２実施形態の装置２１においては、利得結合のために、非常に大きな吸収量を有する光吸収層を活性層の近傍に配置する必要があるので、先の様な高次水平横モードが発生し易いと言う傾向が顕著であり、導波路２４の狭い部分２４ｂの幅を十分に狭くして、高次水平横モードを確実にカットオフしなければ、基本水平横モードでのレーザ発振によって、数ｍＷ程度のレーザ光出力でさえも得ることができず、長距離光通信等、光源として数十ｍＷ以上のレーザ光出力が要求される用途には実用化に到底及ばない。したがって、導波路２４の狭い部分２４ｂの幅を十分に狭くする必要がある。
【００６１】
なお、この発明は、上記各実施形態に限定されるものでなく、多様に変形することができる。例えば、図２（ｃ）に示す様に導波路４１は、３つの幅の広い部分４１ａと２つの幅の狭い部分４１ｂを有するものでも良い。この場合、導波路４１の略中央の幅の広い部分４１ａによって吸収飽和を抑制すると共に、導波路４１の両端の各幅の広い部分４１ａによってレーザ光の出射端面の破壊を防止することができる。また、上式（１）おけるＬは、同じ幅の各部分の長さの和として与えられる。
【００６２】
更に、導波路の各幅を２段階に設定するのではなく、３段階以上に設定したり、あるいは図２（ｄ）に示す様に導波路４２の両縁を曲線状に形成して、この導波路４２の幅を滑らかに変化させても良い。特に、図２（ｄ）の様に、幅の広い領域と狭い領域とが曲率の大きな曲線で滑らかに繋げられたものでは、幅の広い領域と狭い領域との境界部での光散乱を最小に出来る為、吸収飽和を抑制する為には最も効果的であった。
【００６３】
また、この発明の半導体レーザ装置を構成する材料、あるいはレーザ光の発振波長は、上記各実施形態に例示されているものに限らず、III族元素としてＡｌ，Ｇａ，Ｉｎ等を含み、かつＶ族元素としてＰ，Ａｓ，Ｎ等を含むIII−Ｖ族混晶半導体材料、またII族元素としてＺｎ，Ｍｇ，Ｃｄ等を含み、かつVI族元素としてＳ，Ｓｅ，Ｔｅ等を含むII−VI族混晶半導体材料等の様々な材料からなる利得結合分布帰還型半導体レーザ装置に対しても、この発明を適用することができる。また、結晶成長の方法として種々の公知技術を適用し、この発明の半導体レーザ装置を製造することができる。あるいは、半導体レーザ装置を構成する各層の結晶性を良好なものとするために、基板と下クラッド層間にバッファ層（緩衝層）を用いることも可能である。
【００６４】
また、この発明の半導体レーザ装置における導波路の構造や製造方法、並びに吸収性回折格子の構造や製造方法に関しても、様々な公知技術を適用することができる。
【００６５】
また、レーザ光の出射端面の処理方法、もしくはコーティング材料とその形成方法に関して、上記各実施形態では言及していないが、様々な公知技術を適用して、レーザ装置の構成を変形することは容易に行い得る。
【００６６】
更に、利得結合分布帰還型半導体レーザ装置は、そのレーザ光の出射端面が劈開で形成されていなくても、レーザ発振が可能であることから、光集積回路等におけるモノリシック光源として有望視されており、この発明の半導体レーザ装置を上記各実施形態で示した単体のものとしてだけでなく、光集積回路のレーザ光源として適用することができる。
【００６７】
また、この発明は、光ディスク装置、光通信装置、光計測装置等の光源として利用される利得結合分布帰還型半導体レーザ装置について述べたが、この装置と構成が類似し、吸収性回折格子を適用した波長フィルタ等にも適用することができる。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明した様に、請求項１に記載の装置によれば、導波路を幅の広い部分及び幅の狭い部分から構成していることから、基本水平横モードでの安定なレーザ発振を保ちつつ吸収層の吸収飽和を低減することができる。
【００６９】
また、請求項２に記載の装置によれば、リッジ型構造の導波路を適用しても、高次水平横モードが励起され易いと言う問題点を解消しつつ、吸収性回折格子による吸収飽和を緩和することができる。
【００７０】
また、請求項３に記載の装置によれば、導波路の幅の広い部分を導波路における光密度が高くなる傾向の領域に設けており、例えば光密度が導波路の略中央で高くなる傾向にあれば、請求項４に記載の様に、導波路の幅の広い部分を該導波路の略中央に設け、この導波路の幅の狭い部分を該導波路におけるレーザ光の出射端面近傍に設ける。これによって、請求項１及び２に基づく作用並びに効果を十分に達成することが可能となる。
【００７１】
請求項５に記載の装置によれば、レーザ光の出射端面近傍で、導波路の幅を広くして、この出射端面近傍で、光密度が高くならない様にし、レーザ光による該出射端面の破壊を防止することができる。
【００７２】
本発明では、導波路の幅の広い部分の長さを該導波路の全体の長さに対して２０パーセント以上６０パーセント以下に設定している。これによって、請求項１及び２に基づく作用並びに効果を十分に達成することが可能となる。
【００７３】
また、導波路の幅の広い部分及び幅の狭い部分を滑らかに繋げることによって、請求項１及び２に基づく作用並びに効果を十分に達成することが可能となる。
【００７４】
また、一定でない幅の導波路を伝搬する際に生じる導波光の位相ずれが無くなるか、または適切な量に設定することにより、一定でない幅の導波路であっても、利得結合による単一波長のレーザ発振特性が損なわれない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の利得結合分布帰還型半導体レーザ装置の第１実施形態をその一部分を破断して示す斜視図
【図２】この発明の利得結合分布帰還型半導体レーザ装置の導波路を上方から見て示す平面図であって、（ａ）は図１の装置における導波路を示し、（ｂ）は図４の装置における導波路を示し、（ｃ）は導波路の変形例を示し、（ｄ）は導波路の他の変形例を示す
【図３】半導体レーザ装置の駆動電流に対するレーザ光出力特性を示すグラフであって、（ａ）は図１の半導体レーザ装置の特性を示し、（ｂ）は従来の半導体レーザ装置の特性を示す
【図４】この発明の利得結合分布帰還型半導体レーザ装置の第２実施形態をその一部分を破断して示す斜視図
【図５】（ａ）は図４の装置の断面を示し、（ｂ）は（ａ）におけるａ−ａ’に沿う光密度分布を示し、（ｃ）は（ａ）におけるｂ−ｂ’に沿う光密度分布を示す
【図６】従来の利得結合分布帰還型半導体レーザ装置をその一部分を破断して示す斜視図
【符号の説明】
１，２１ 半導体レーザ装置
２，２４，４１，４２ 導波路
３，２５ 基板
４ 電流狭窄層
５，２６ 下クラッド層
６，２８ キャリアバリア層
７，２７ 活性層
８，３１ 上クラッド層
９，３２ コンタクト層
１１，１２，３４，３５ 電極
１３，３６ 吸収性回折格子
１４，３７ 光吸収層
２２ 本体部
２３ リッジ部
２９ 第１ガイド層
３０ 第２ガイド層
３３ 絶縁膜
【発明の属する技術分野】
この発明は、光ディスク装置、光通信装置、光計測装置等の光源として利用される半導体レーザ装置に関し、特に活性層の近傍に吸収性回折格子を設けた利得結合分布帰還型半導体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
誘導放出光を発生する活性層の近傍に回折格子を設け、これによって単一波長でレーザ発振が発生するようにした半導体レーザ装置を分布帰還型半導体レーザ装置（ＤＦＢ：Distributed FeedBack Laser Diode）と称する。更に、この様な単一波長のレーザ発振が回折格子による屈折率の周期分布に起因するものを屈折率結合分布帰還型半導体レーザ装置と称し、回折格子による利得並びに吸収の周期分布に起因するものを利得結合分布帰還型半導体レーザ装置と称する。両者のうちの後者の方が安定な単一波長のレーザ発振を得易く、より優れた特徴を有する。
【０００３】
図６は、従来の利得結合分布帰還型半導体レーザ装置をその一部分を破断して示している。この半導体レーザ装置１０１は、リッジ型構造を有し、下側の本体部１０２と上側のリッジ部１０３からなる。この装置１０１では、基板１０４に、下クラッド層１０５、活性層１０６、キャリアバリア層１０７、第１ガイド層１０８、第２ガイド層１０９、上クラッド層１１０、コンタクト層１１１、絶縁膜１１２を順次形成し、その上下に各電極１１３，１１４を設けてなる。
【０００４】
リッジ型構造の上側のリッジ部１０３は、上クラッド層１１０からなり、幅２μｍの領域Ａに重なる。
【０００５】
第１ガイド層１０８と第２ガイド層１０９間には、複数の格子を並設した吸収性回折格子１１６を形成し、この吸収性回折格子１１６の各突部には、光吸収層１１７を設けている。
【０００６】
この様な半導体レーザ装置１０１の各部の構成材料、厚さ等は、次の通りである。
【０００７】
例えば、吸収性回折格子１１６（第１ガイド層１０８）の各凸部は、誘導放出光の導波方向に沿って、一定周期（ピッチ３５０ｎｍ）で形成され、これらの凸部に光吸収層１１７を配置している。各光吸収層１１７を構成するＧａＡｓは、活性層１０６から誘導放出される光のエネルギーよりも小さな禁制帯幅を有している。このため、各光吸収層１１７は、活性層１０６で発生される波長７８０μｍの誘導放出光を周期的に吸収する吸収性回折格子１１６としての役目を果たし、単一波長でのレーザ発振を発生させる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の利得結合分布帰還型半導体レーザ装置においては、出力１０ｍＷを越える様な高い光出力でレーザ発振を行った場合、吸収性回折格子１１６の光吸収層１１７に吸収飽和が生じる。この吸収飽和が生じると、吸収性回折格子１１６による利得結合が十分に行われないために、単一波長でのレーザ発振特性が劣化すると言う問題が発生する。また、駆動電流に対する光出力の特性が線形でなくなると言う問題も発生する。
【０００９】
そこで、この発明は、この様な従来の課題を解決するためのものであって、光出力が高いレベルに至るまで、吸収性回折格子の光吸収層の吸収飽和による影響を抑制して、安定した単一波長のレーザ発振を実現し、かつ駆動電流に対する光出力の特性を線形にし、これらの利点にもかかわらず、新たに別の特性劣化を伴うことがなく、更には構造が簡単で容易に製造可能な利得結合分布帰還型半導体レーザ装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の利得結合分布帰還型半導体レーザ装置は、誘導放出光を発生する活性層と、この活性層に沿って設けられ、前記誘導放出光を周期的に吸収する吸収性回折格子と、前記誘導放出光を前記吸収性回折格子に沿って導く導波路とを備える利得結合分布帰還型半導体レーザ装置において、前記導波路は、幅の広い部分及び幅の狭い部分を有し、この導波路の幅の広い部分の幅は、幅の狭い部分の幅の１．５倍以上であって、該幅の広い部分の長さが前記導波路の長さの２０％以上６０％以下に設定されていることを特徴とする。
【００１１】
好ましくは、前記導波路は、前記活性層及び前記吸収性回折格子を含む本体部と、この本体部の前記吸収性回折格子に隣接し、幅の広い部分及び幅の狭い部分を有するリッジ部からなるリッジ型構造を有し、前記リッジ型構造の前記リッジ部の幅の狭い部分によって前記誘導放出光の高次水平横モードがカットオフされる。
【００１２】
好ましくは、前記導波路の幅の広い部分は、該導波路における光密度が高い領域に設けられている。
【００１３】
好ましくは、前記導波路の幅の広い部分が該導波路の長手方向の中央部に設けられ、該導波路の幅の狭い部分が該導波路におけるレーザ光の出射端面近傍に設けられている。
【００１４】
好ましくは、前記導波路の幅の広い部分が該導波路の長手方向の中央部及び該導波路におけるレーザ光の出射端面近傍にそれぞれ設けられており、これらの幅の広い部分の間に、該導波路の幅の狭い部分が設けられている。
【００１５】
好ましくは、前記導波路の幅の広い部分及び幅の狭い部分が滑らかに繋がっている。
【００１６】
好ましくは、前記導波路の幅の広い部分の長さＬは、次式（１）の関係を満たす。
Δβ・Ｌ＝ｍ・π …（１）
ただし、ｍ＝±１，±２，±３，……
Δβは、導波路の幅の広い部分を伝搬する光の伝搬定数と、狭い部分を伝播 する光の伝搬定数との差である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は、この発明の利得結合分布帰還型半導体レーザ装置の第１実施形態をその一部分を破断して示している。この第１実施形態の半導体レーザ装置１においては、導波路２は、その幅が一定でなく、図２（ａ）に示す様に略中央の広い部分２ａと、両端の各狭い部分２ｂを有し、広い部分２ａの幅Ｗwideが２.５μｍ、各狭い部分２ｂの幅Ｗnarrowが１.５μｍである。また、この導波路２の長さが３００μｍ、広い部分２ａの長さが９０μｍである。
【００２５】
この導波路２は、基板３に形成され、電流狭窄層４によって囲まれる範囲に、下クラッド層５、キャリアバリア層６、活性層７、上クラッド層８、コンタクト層９を順次積層してなる。また、基板４の下面及びコンタクト層９の上面には、それぞれの電極１１及び１２を形成している。
【００２６】
下クラッド層５とキャリアバリア層６間には、複数の格子を並設した吸収性回折格子１３を形成しており、これらの格子は、断面形状が三角形の各溝にそれぞれの光吸収層１４を設けてなる。
【００２７】
この半導体レーザ装置１のレーザ光の出射端面には、誘電体膜コーティング等の特別な処理を施してはいない。
【００２８】
この様な半導体レーザ装置１の各部の構成材料、厚さ等は、次の通りである。なお、次の表記において、例えば「Ｑ（ｙ＝０.５）」とあるのは、ＩｎＰに格子整合するＧａxＩｎ1-xＡｓyＰ1-y４元混晶において、ｙ＝０.５であることを示す。
【００２９】
【００３０】
吸収性回折格子１３の各光吸収層１４は、誘導放出光に対して、周期的な吸収並びに損失として作用し、これによって利得が周期的に分布し、単一波長でのレーザ発振が発生する。例えば、吸収性回折格子１３の各光吸収層１４は、０.２３μｍのピッチで形成されている。これらの光吸収層１４を構成するＧａＩｎＡｓＰは、活性層７から誘導放出される波長１.３μｍの光のエネルギーよりも小さな禁制帯幅を有している。このため、各光吸収層１４は、活性層７で発生される誘導放出光を周期的に吸収する吸収性回折格子１３としての役目を果たし、単一波長でのレーザ発振を発生させる。
【００３１】
図３（ａ）のグラフは、この第１実施形態の半導体レーザ装置１の駆動電流に対するレーザ光出力特性を示している。また、図３（ｂ）のグラフには、この第１実施形態と比較するために、従来の半導体レーザ装置（導波路２を一定幅の１.５μｍに設定したもの）の駆動電流に対するレーザ光出力特性を示している。
【００３２】
図３（ａ）のグラフから明らかな様に、この第１実施形態の半導体レーザ装置１によれば、駆動電流１０ｍＡのときにレーザ光出力が立ち上がり、駆動電流１５０ｍＡのときにレーザ光出力が５０ｍＷに至り、その間、駆動電流−レーザ光出力特性が線形である。また、このレーザ光出力の範囲においては、吸収性回折格子１３の各光吸収層１４の周期に基づく単一波長でのレーザ発振を得ることができる。
【００３３】
これに対して、図３（ｂ）のグラフから明らかな様に、従来の半導体レーザ装置においては、レーザ光出力１０ｍＷの近傍で、駆動電流−レーザ光出力特性が折れ曲がる（以下折れ曲がった位置をキンク点と称する）。また、このキンク点よりも低いレーザ光出力のときには、単一波長でのレーザ発振を得ることができるものの、このキンク点を境に、それ以上のレーザ光出力のときには、２つの波長でのレーザ発振（２モード発振）が発生する。
【００３４】
この発明者等は、図３（ｂ）の特性におけるキンク点が発生するのは、レーザ光出力の増加に伴って、吸収回折格子１３の各光吸収層１４によって吸収される光密度が増加し、キンク点を境に、これらの光吸収層１４で吸収飽和を起こすためであると考えた。特に、第１実施形態の装置１においては、レーザ出射端面近傍よりも、導波路２の中央部の方が光密度が高くなるので、この中央部で各光吸収層４の吸収飽和が発生し易い。
【００３５】
この様な考察を踏まえて、光密度が高くなる導波路２の中央部で、その幅を広げて、この中央部の光密度を低下させたものが第１実施形態の装置１であり、これによって各光吸収層１４の吸収飽和を回避することができると言う新たな効果を見出した。
【００３６】
一方、導波路２の全体を一定の広い幅に設定し、導波路２の全体で光密度下げた場合にも、各光吸収層１４の吸収飽和を回避することができるものの、高次の水平横モードが生じると言う不都合があった。これと比較しても、第１実施形態の装置１の様に、狭い幅の部分２ｂを導波路２に残して、水平横モードの安定化を図りつつ、光密度の高い部分、つまり導波路２の中央だけ幅を広げて、各光吸収層１４の吸収飽和を回避するのが最も好ましいことが分かる。特に、吸収飽和を防ぐ為に設けた幅の広い部分の幅は、横モードを安定させる為に設けた狭い部分の幅に対して１.５倍以上の幅にする必要があった。
【００３７】
また、この第１実施形態の装置１においては、レーザ光の出射端面に誘電体膜コーティング等の特別な処理を施しておらず、このために導波路２の略中央で光密度が最も高くなる傾向にある。一方、例えばレーザ光の対向する各出射端面に、反射率の異なるそれぞれのコーティングを施すと、光密度の分布が変化し、この光密度の最も高くなる位置が導波路２の中央からずれる。この場合は、光密度の最も高くなる位置に重なる様に、導波路２の広い幅の部分２ａの位置を変更すれば良い。あるいは、レーザ光の対向する各出射端面のうちの一方に低反射率の反射膜を設けると共に、他方に高反射率の反射膜を設けた場合は、高反射率の反射膜の近傍で光密度が高くなるので、高反射率の反射膜を設けた側の出射端近傍で、導波路２の幅を広くする必要がある。
【００３８】
また、ここでは、導波路２の長さを３００μｍに、広い部分２ａの長さを９０μｍに設定している。これは、広い部分２ａの長さが導波路２の全体の長さの２０パーセント以上でないと、各光吸収層１４の吸収飽和を回避する効果が見られず、また６０パーセント以下でないと、基本水平横モードでの安定したレーザ発振が得られないためである。
【００３９】
更に、第１実施形態の装置１においては、導波路２の幅の広い部分の長さＬを次式（１）に基づいて定める。
【００４０】
Δβ・Ｌ＝ｍ・π ……（１）
ただし、ｍ＝±１，±２，±３，……
Δβは、導波路の幅の広い部分を伝搬する光の伝搬定数と、狭い部分を伝搬する光の伝搬定数との差である
この装置１では、導波路２の幅の広い部分２ａと狭い部分２ｂ間で、等価屈折率に約７.３×１０-3の差があるので、これによって幅の広い部分２ａと狭い部分２ｂ間で、誘導放出光の位相ずれを生じさせないために、上式（１）が満たされる様に、幅の広い部分２ａと狭い部分２ｂの分布を設定する。これと比較するために、上式（１）の関係から大きく外れた装置を作製してみたが、ブラッグ波長における単一波長でのレーザ発振を得ることができなかった。
【００４１】
図４は、この発明の利得結合分布帰還型半導体レーザ装置の第２実施形態をその一部分を破断して示している。この半導体レーザ装置２１は、リッジ型構造を有し、下側の本体部２２と上側のリッジ部２３からなる。
【００４２】
導波路２４は、本体部２２とリッジ部２３に形成され、リッジ部２３での該導波路２４の幅が一定でなく、図２（ｂ）の様に両端近傍の各広い部分２４ａと、略中央の狭い部分２４ｂを有し、各広い部分２４ａの幅Ｗwideが３.０μｍ、狭い部分２４ｂの幅Ｗnarrowが１.０μｍであり、各広い部分２４ａと狭い部分２４ｂ間は、滑らかに繋がっている。また、この導波路２４の長さが３００μｍ、狭い部分２４ｂの長さが１３０μｍである。
【００４３】
この装置２１では、基板２５に、下クラッド層２６、活性層２７、キャリアバリア層２８、第１ガイド層２９、第２ガイド層３０、上クラッド層３１、コンタクト層３２、絶縁膜３３を順次形成し、その上下に各電極３４，３５を設けてなる。
【００４４】
リッジ型構造の上側のリッジ部２３は、上クラッド層３１からなり、幅３μｍの領域Ａに重なる。
【００４５】
第１ガイド層２８と第２ガイド層２９間には、複数の格子を並設した吸収性回折格子３６を形成し、この吸収性回折格子３６（第１ガイド層２８）の各突部には、光吸収層３７を設けている。
【００４６】
この半導体レーザ装置１のレーザ光の出射端面には、Ａｌ2Ｏ3誘電体膜のコーティングを施し、両端面の反射率を７０パーセントにしている。
【００４７】
この様な半導体レーザ装置２１の各部の構成材料、厚さ等は、次の通りである。
【００４８】
第１ガイド層２９（吸収性格子３６）には、一定周期（ピッチ３５０ｎｍ）で、デューティ比２０パーセントの矩形状の凹凸を形成し、各凸部に光吸収層３７を配置している。各光吸収層３７を構成するＧａＡｓは、活性層２７から誘導放出される光のエネルギーよりも小さな禁制帯幅を有し、活性層２７で発生される波長７８０μｍの誘導放出光を周期的に吸収する吸収性回折格子３６としての役目を果たし、単一波長でのレーザ発振を発生させる。
【００４９】
この第２実施形態の装置２１においては、レーザ出射端面付近で内部の光密度が最も高くなることに基づいて導波路２４の端面付近の幅を広くしており、少なくとも駆動電流２０ｍＡまでの範囲で、駆動電流−レーザ光出力特性が線形となり、図３（ｂ）のグラフに示す様なキンク点が発生することはない。
【００５０】
また、導波路２４の略中央の狭い部分２４ｂは、高次水平横モードをカットオフする作用を果たし、この高次水平横モードの発生を抑制する。
【００５１】
一方、リッジ部２３において、導波路２４を一定の広い幅に設定し、この導波路２４の全体で光密度下げた場合にも、各光吸収層３７の吸収飽和を回避することができるものの、数ｍＷ程度のレーザ光出力であっても、高次の水平横モードが生じた。この第２実施形態の装置２１の様に、狭い幅の部分２４ａを導波路２４に残して、水平横モードの安定化を図りつつ、導波路２４に幅の広い部分を設けて、各光吸収層３７の吸収飽和を回避するのが最も好ましい。
【００５２】
また、導波路２４の各広い部分２４ａと狭い部分２４ｂ間を滑らかに繋げているので、特に効果的に吸収飽和を抑制することができた。これは、各広い部分２４ａと狭い部分２４ｂとが滑らかに繋げられていないものでは幅の異なる領域の境界部で光散乱が生じ、特に光密度が高くなる為、吸収飽和を誘発しやすかったのに対し、滑らかに繋げられたものでは境界部での光散乱が生じない為に吸収飽和を抑制する為にはより効果的であったものと推測できる。
【００５３】
また、導波路２４の各広い部分２４ａを導波路２４の両端に設けたので、レーザ光の各出射端面近傍での光密度が低くなり、レーザ光による該各出射端面の損傷が小さくなる。
【００５４】
また、この第２実施形態の装置２１おいても、導波路２４の各広い部分２４ａと狭い部分２４ｂ間で、誘導放出光の位相ずれが生じない様に、上式（１）の関係を満たす。
【００５５】
特に、屈折率結合の成分を含まない真性利得結合分布帰還型半導体レーザ装置の場合には、上式（１）の関係を満たす必要性がより高くなる。一方、屈折率結合と利得結合の両方を含む部分利得結合分布帰還型半導体レーザ装置の場合には、この発明者等が特願平８−９２８５４号で提案した様に、利得結合と屈折率結合の比率に応じて位相ずれを適宜に設定するのが望ましい。
【００５６】
ところで、この第２実施形態の装置２１においては、導波路２４の狭い部分２４ｂの幅を１.０μｍに設定しており、高次水平横モードをカットオフする様に、この幅を非常に狭くしている。
【００５７】
これは、リッジ型構造を有する通常の半導体レーザ装置においては、導波路の幅を適宜に広く設定し、高次水平横モードをカットオフしなくても、基本水平横モードのレーザ発振が達成されるの対して、この第２実施形態の装置２１においては、導波路２４をリッジ型構造とし、リッジ部２３と活性層２７間に、吸収性回折格子３６以外の光吸収部材を持たないので、高次水平横モードが発生し易く、この高次水平横モードを十分にカットオフするためである。この点を図５を参照して更に詳しく述べる。
【００５８】
図５（ａ）は、第２実施形態の装置２１の断面を示し、図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるａ−ａ’に沿う光密度分布を示し、図５（ｃ）は、図５（ａ）におけるｂ−ｂ’に沿う光密度分布を示している。
【００５９】
図５（ａ），（ｂ），（ｃ）から明らかな様に、リッジ部２３に重なる領域Ａよりも、両外側の各領域Ｂの方が、吸収性回折格子３６に重なる光密度が小さい。したがって、吸収性回折格子３６による実効吸収係数は、領域Ｂの方が小さく、このために吸収損失の小さな領域Ｂへと光密度分布が偏ったり、高次横モードが発生し易くなる。
【００６０】
第２実施形態の装置２１においては、利得結合のために、非常に大きな吸収量を有する光吸収層を活性層の近傍に配置する必要があるので、先の様な高次水平横モードが発生し易いと言う傾向が顕著であり、導波路２４の狭い部分２４ｂの幅を十分に狭くして、高次水平横モードを確実にカットオフしなければ、基本水平横モードでのレーザ発振によって、数ｍＷ程度のレーザ光出力でさえも得ることができず、長距離光通信等、光源として数十ｍＷ以上のレーザ光出力が要求される用途には実用化に到底及ばない。したがって、導波路２４の狭い部分２４ｂの幅を十分に狭くする必要がある。
【００６１】
なお、この発明は、上記各実施形態に限定されるものでなく、多様に変形することができる。例えば、図２（ｃ）に示す様に導波路４１は、３つの幅の広い部分４１ａと２つの幅の狭い部分４１ｂを有するものでも良い。この場合、導波路４１の略中央の幅の広い部分４１ａによって吸収飽和を抑制すると共に、導波路４１の両端の各幅の広い部分４１ａによってレーザ光の出射端面の破壊を防止することができる。また、上式（１）おけるＬは、同じ幅の各部分の長さの和として与えられる。
【００６２】
更に、導波路の各幅を２段階に設定するのではなく、３段階以上に設定したり、あるいは図２（ｄ）に示す様に導波路４２の両縁を曲線状に形成して、この導波路４２の幅を滑らかに変化させても良い。特に、図２（ｄ）の様に、幅の広い領域と狭い領域とが曲率の大きな曲線で滑らかに繋げられたものでは、幅の広い領域と狭い領域との境界部での光散乱を最小に出来る為、吸収飽和を抑制する為には最も効果的であった。
【００６３】
また、この発明の半導体レーザ装置を構成する材料、あるいはレーザ光の発振波長は、上記各実施形態に例示されているものに限らず、III族元素としてＡｌ，Ｇａ，Ｉｎ等を含み、かつＶ族元素としてＰ，Ａｓ，Ｎ等を含むIII−Ｖ族混晶半導体材料、またII族元素としてＺｎ，Ｍｇ，Ｃｄ等を含み、かつVI族元素としてＳ，Ｓｅ，Ｔｅ等を含むII−VI族混晶半導体材料等の様々な材料からなる利得結合分布帰還型半導体レーザ装置に対しても、この発明を適用することができる。また、結晶成長の方法として種々の公知技術を適用し、この発明の半導体レーザ装置を製造することができる。あるいは、半導体レーザ装置を構成する各層の結晶性を良好なものとするために、基板と下クラッド層間にバッファ層（緩衝層）を用いることも可能である。
【００６４】
また、この発明の半導体レーザ装置における導波路の構造や製造方法、並びに吸収性回折格子の構造や製造方法に関しても、様々な公知技術を適用することができる。
【００６５】
また、レーザ光の出射端面の処理方法、もしくはコーティング材料とその形成方法に関して、上記各実施形態では言及していないが、様々な公知技術を適用して、レーザ装置の構成を変形することは容易に行い得る。
【００６６】
更に、利得結合分布帰還型半導体レーザ装置は、そのレーザ光の出射端面が劈開で形成されていなくても、レーザ発振が可能であることから、光集積回路等におけるモノリシック光源として有望視されており、この発明の半導体レーザ装置を上記各実施形態で示した単体のものとしてだけでなく、光集積回路のレーザ光源として適用することができる。
【００６７】
また、この発明は、光ディスク装置、光通信装置、光計測装置等の光源として利用される利得結合分布帰還型半導体レーザ装置について述べたが、この装置と構成が類似し、吸収性回折格子を適用した波長フィルタ等にも適用することができる。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明した様に、請求項１に記載の装置によれば、導波路を幅の広い部分及び幅の狭い部分から構成していることから、基本水平横モードでの安定なレーザ発振を保ちつつ吸収層の吸収飽和を低減することができる。
【００６９】
また、請求項２に記載の装置によれば、リッジ型構造の導波路を適用しても、高次水平横モードが励起され易いと言う問題点を解消しつつ、吸収性回折格子による吸収飽和を緩和することができる。
【００７０】
また、請求項３に記載の装置によれば、導波路の幅の広い部分を導波路における光密度が高くなる傾向の領域に設けており、例えば光密度が導波路の略中央で高くなる傾向にあれば、請求項４に記載の様に、導波路の幅の広い部分を該導波路の略中央に設け、この導波路の幅の狭い部分を該導波路におけるレーザ光の出射端面近傍に設ける。これによって、請求項１及び２に基づく作用並びに効果を十分に達成することが可能となる。
【００７１】
請求項５に記載の装置によれば、レーザ光の出射端面近傍で、導波路の幅を広くして、この出射端面近傍で、光密度が高くならない様にし、レーザ光による該出射端面の破壊を防止することができる。
【００７２】
本発明では、導波路の幅の広い部分の長さを該導波路の全体の長さに対して２０パーセント以上６０パーセント以下に設定している。これによって、請求項１及び２に基づく作用並びに効果を十分に達成することが可能となる。
【００７３】
また、導波路の幅の広い部分及び幅の狭い部分を滑らかに繋げることによって、請求項１及び２に基づく作用並びに効果を十分に達成することが可能となる。
【００７４】
また、一定でない幅の導波路を伝搬する際に生じる導波光の位相ずれが無くなるか、または適切な量に設定することにより、一定でない幅の導波路であっても、利得結合による単一波長のレーザ発振特性が損なわれない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の利得結合分布帰還型半導体レーザ装置の第１実施形態をその一部分を破断して示す斜視図
【図２】この発明の利得結合分布帰還型半導体レーザ装置の導波路を上方から見て示す平面図であって、（ａ）は図１の装置における導波路を示し、（ｂ）は図４の装置における導波路を示し、（ｃ）は導波路の変形例を示し、（ｄ）は導波路の他の変形例を示す
【図３】半導体レーザ装置の駆動電流に対するレーザ光出力特性を示すグラフであって、（ａ）は図１の半導体レーザ装置の特性を示し、（ｂ）は従来の半導体レーザ装置の特性を示す
【図４】この発明の利得結合分布帰還型半導体レーザ装置の第２実施形態をその一部分を破断して示す斜視図
【図５】（ａ）は図４の装置の断面を示し、（ｂ）は（ａ）におけるａ−ａ’に沿う光密度分布を示し、（ｃ）は（ａ）におけるｂ−ｂ’に沿う光密度分布を示す
【図６】従来の利得結合分布帰還型半導体レーザ装置をその一部分を破断して示す斜視図
【符号の説明】
１，２１ 半導体レーザ装置
２，２４，４１，４２ 導波路
３，２５ 基板
４ 電流狭窄層
５，２６ 下クラッド層
６，２８ キャリアバリア層
７，２７ 活性層
８，３１ 上クラッド層
９，３２ コンタクト層
１１，１２，３４，３５ 電極
１３，３６ 吸収性回折格子
１４，３７ 光吸収層
２２ 本体部
２３ リッジ部
２９ 第１ガイド層
３０ 第２ガイド層
３３ 絶縁膜
Claims (7)
- 誘導放出光を発生する活性層と、この活性層に沿って設けられ、前記誘導放出光を周期的に吸収する吸収性回折格子と、前記誘導放出光を前記吸収性回折格子に沿って導く導波路とを備える利得結合分布帰還型半導体レーザ装置において、
前記導波路は、幅の広い部分及び幅の狭い部分を有し、
この導波路の幅の広い部分の幅は、幅の狭い部分の幅の１．５倍以上であって、該幅の広い部分の長さが前記導波路の長さの２０％以上６０％以下に設定されていることを特徴とする利得結合分布帰還型半導体レーザ装置。 - 前記導波路は、前記活性層及び前記吸収性回折格子を含む本体部と、この本体部の前記吸収性回折格子に隣接し、幅の広い部分及び幅の狭い部分を有するリッジ部からなるリッジ型構造を有し、
前記リッジ型構造の前記リッジ部の幅の狭い部分によって前記誘導放出光の高次水平横モードがカットオフされる請求項１に記載の利得結合分布帰還型半導体レーザ装置。 - 前記導波路の幅の広い部分は、該導波路における光密度が高い領域に設けられている請求項１又は２に記載の利得結合分布帰還型半導体レーザ装置。
- 前記導波路の幅の広い部分が該導波路の長手方向の中央部に設けられ、該導波路の幅の狭い部分が該導波路におけるレーザ光の出射端面近傍に設けられている請求項１乃至３のうちのいずれかに記載の利得結合分布帰還型半導体レーザ装置。
- 前記導波路の幅の広い部分が該導波路の長手方向の中央部及び該導波路におけるレーザ光の出射端面近傍にそれぞれ設けられており、これらの幅の広い部分の間に、該導波路の幅の狭い部分が設けられている請求項１乃至３のうちのいずれかに記載の利得結合分布帰還型半導体レーザ装置。
- 前記導波路の幅の広い部分及び幅の狭い部分が滑らかに繋がっている請求項１乃至５のいずれかに記載の利得結合分布帰還型半導体レーザ装置。
- 前記導波路の幅の広い部分の長さＬは、次式（１）の関係を満たす請求項１乃至６のうちのいずれかに記載の利得結合分布帰還型半導体レーザ装置。
Δβ・Ｌ＝ｍ・π …（１）
ただし、ｍ＝±１，±２，±３，……
Δβは、導波路の幅の広い部分を伝搬する光の伝搬定数と、狭い部分を伝播 する光の伝搬定数との差である。
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