JP5142803B2

JP5142803B2 - 半導体レーザ装置

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Publication number: JP5142803B2
Application number: JP2008114074A
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Inventors: 英生有本; 雅博青木
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Description

本発明は、半導体レーザ装置に関し、特に、通信用途または光計測を目的とする波長可変レーザに適用して有効な技術に関するものである。

光通信の伝送容量は年々急速に増加しており、これに応える安価、高速かつ大容量の伝送技術として波長多重通信（Wavelength Division Multiplex；ＷＤＭ）が実用されている。ＷＤＭは、周波数が５０ＧＨｚや１００ＧＨｚだけ異なる多数の単色光（数１０〜１００波長）を同時に用い、各波長で異なる信号を伝送する技術であり、ファイバ１本当りの伝送容量を数１０倍以上にできるので、ファイバの敷設費用を大きく減らすことができる。

従来、ＷＤＭの光源は、波長の異なる多種類の半導体レーザと、それを駆動するモジュール化された装置（以下、モジュールと略す）が必要であった。レーザを製造するには波長ごとに結晶を作る必要があり、また、モジュールも波長ごとに製造しなければならず、コストの点で問題があった。これに対応して、波長を自由に変えられる波長可変モジュールが開発された。この波長可変モジュールは、光波長が４０ｎｍ程度の範囲で可変であるため、数種の波長の発光素子とモジュールとを製造すればよく、モジュールを安価に供することが出来るため、ＷＤＭの主要な光源となっている。

光計測分野では、特に生体光計測分野において、観測する物質の多様化に伴い、約０．７〜１．６μｍの広い範囲での波長可変光源が必要になっている。具体的な応用分野として、非線形光学イメージング、ガンや免疫系を可視化する光トモグラフィ、及び光音響技術などが挙げられる。

波長可変レーザは、様々な方式が検討されてきた。通信用途では、液晶フィルタを用いた外部共振器型の波長可変レーザの例があげられる。図１２にその構成を示す（非特許文献１参照）。この図１２に示した波長可変レーザは、液晶フィルタ１０１、ガラスエタロン１０２、レンズ１０３およびゲインチップ１０４から構成されている。ゲインチップ１０４は、ＩｎＰ（インジウムリン）基板１０５上に光学利得を発生するゲイン多層１０６、位相調整多層１０７、裏面電極１０８、ゲイン電流用電極１０９、位相調整電流用電極１１０が形成された構造となっている。ゲインチップ１０４から出射した光がレンズ１０３により平行光に変換され、ガラスエタロン１０２と液晶フィルタ１０１とに入射する。液晶フィルタ１０１で反射され、元の光路を通り、ゲインチップ１０４に入射し、レーザ共振器を構成する。液晶フィルタ１０１及びガラスエタロン１０２に波長選択性があり、かつ液晶フィルタ１０１の反射波長が電圧印加により調整できるため、波長可変レーザとなる。本波長可変レーザでは、光通信に使用されるいわゆるＣバンド帯の波長域をすべて出射可能である。

また、光計測用途の波長可変レーザとしては、チタンサファイアレーザおよび光パラメトリック発振器等が用いられてきた。
JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 24, NO. 8, AUGUST 2006, P3202-3209

通信用途では、通信モジュールの小型化が強く望まれており、波長可変レーザの小型化が強く望まれている。図１に示した例では、レンズ１０３のサイズや、レンズ１０３とゲインチップ１０４間の距離を考えると、共振器長を１０ｍｍ以下とするような小型化は難しい。また、半導体を用いた波長可変レーザは、ゲインチップ１０４のゲイン帯域により波長が決定されており、１００ｎｍを超える波長可変を実現することは難しかった。

光計測用途では、線形光学イメージング、光トモグラフィ、光音響技術および光トポグラフィにおいて、３次元のイメージングへと発展している。この時、３次元イメージを短時間に得るためには、多数の光源が必要となる。現状用いられているチタンサファイアレーザおよび光パラメトリック発振器等は、モジュールレベルの大きさであり、多数の光源を同時に用いることは不可能である。

本発明の目的は、波長可変レーザを小型化できる技術を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、複数のゲインチップからの出射光を合波することにより、超広帯域の波長可変レーザを実現できる技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

本発明による半導体レーザ装置は、
第１の半導体基板と、
前記第１の半導体基板の第１の平面の一部に形成された活性層を含む光導波路層と、
前記光導波路層の一端に設けられた第１の反射鏡と、
前記光導波路層の前記一端とは反対側の他端に設けられ、前記光導波路層の延在方向に対して４５度傾いた４５度ミラーである第２の反射鏡と、
前記第１の半導体基板の第１の平面の裏面にある第２の平面で、前記第２の反射鏡の光軸上に設けられた第１の凸レンズと、
前記第２の平面上方に設けられ、第３の反射鏡を備えた第１の基板および前記第１の基板上にて第４の反射鏡を備えた第２の基板を含むエタロンと、
前記エタロンの前記第４の反射鏡上方に設けられた第５の反射鏡と、
を有し、
前記第５の反射鏡が、前記第１の凸レンズから出射される光線の光軸に対して垂直に設けられ、前記第１の反射鏡と前記第５の反射鏡との間でレーザ共振器が構成されるものである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

レーザ共振器を垂直に曲げて構成することができるので、共振器長を短くでき、半導体レーザモジュールを小型化できる。更に、複数のゲインチップを組み合わせることにより、超広帯域の波長可変レーザを実現することができる。

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。

また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、実施例等において構成要素等について、「Ａからなる」、「Ａよりなる」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。

同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。

また、材料等について言及するときは、特にそうでない旨明記したとき、または、原理的または状況的にそうでないときを除き、特定した材料は主要な材料であって、副次的要素、添加物、付加要素等を排除するものではない。

また、本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

本実施の形態では、波長可変レーザを小型化するために、レーザの光路を垂直に曲げる構造を実現する。図１は、小型の波長可変レーザを実現する基本構成図である。図１に示すように、この基本構成は、ＡｌＮのサブマウント１上にゲインチップ（第１の半導体基板）２、エタロンフィルタ３および反射鏡（第５の反射鏡）４が配置された構造となっている。レーザ共振器５は、光がゲインチップ２の端面で実現される反射鏡（第１の反射鏡）６から活性層７を通り、４５度ミラー（第２の反射鏡）８で４５°の角度で反射されレンズ（第１の凸レンズ）９を通る構造を形成する。レンズ９を通った光は平行光に変換され、エタロンフィルタ３を通り、反射鏡４に到達し、反射される。反射された光は、元の光路を戻り、ゲインチップ２の端面で実現される反射鏡６に到達する。なお、レンズ９の表面には、無反射コーティング１０が施されている。本実施の形態では、レーザ共振器５を直角に曲げる構造とすることにより、レーザ長を短くすることが可能で、最小１ｍｍまで短くすることができる。

次に、図２および図３を用いて本実施の形態のレーザでシングルモード発振を実現する原理を説明する。

図２にエタロンフィルタ３の透過率の波長特性を示す。厚さＴ、屈折率ｎ_ｅｑ、反射率Ｒの反射鏡（第３の反射鏡）１１及び反射鏡（第４の反射鏡）１２を備え、シリコン基板（第１の基板）１３及びシリコン基板（第２の基板）１４がスペーサ１５、１６を介して貼り合わされてなるエタロンフィルタ３は、Ｎを整数とすると、λ_Ｎ＝ｎ_ｅｑ×Ｔ／（２×Ｎ）で共鳴的に光が透過する。また、その半値幅ＦＷＨＭは、ＦＷＨＭ＝（１−Ｒ）／πＲ^１／２×λ_Ｎ ^２／（２ｎ_ｅｑＴ）となる。例えば、Ｒ＝０．９５、ｎ_ｅｑ＝１、Ｔ＝１５μｍ、λ_Ｎ＝１．５５ｕｍの場合、ＦＷＨＭ＝１．３ｎｍとなり、高い波長選択性を有することになる。また、Free Spectral Range（ＦＳＲ）＝８０ｎｍとなる。このとき、図３のような反射スペクトルをもつ反射鏡４と組み合わせれば、波長λ_Ｎでシングルモード発振することが期待できる。ここで、波長λ_Ｎは、ｎ_ｅｑまたはＴを変えることにより調整することができる。以下に、波長可変レーザを実現する構成として、ｎ_ｅｑを変える原理を実現する液晶エタロンを使う場合と、Ｔを変える原理を実現するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を使う場合とを示す。

図４に、液晶エタロンフィルタを用いたレーザの構成例を示す。この構成は、図２に示した基本構成に、液晶２１、配向膜２２、２３及び透明電極２４、２５が追加されている。液晶エタロンフィルタでは、電圧を印加することで液晶の屈折率が変わり、λ_Ｎを変化させることによってレーザ発振波長を変化することができる。

図５に、ＭＥＭＳエタロンフィルタを用いたレーザの構成例を示す。この構成は、図２の基本構成において、シリコン基板１４をシリコン基板２６と分離した構造とし、さらにスペーサ１５、１６の代わりにアクチュエータ２７、２８を配置することにより、アクチュエータ２７、２８により反射膜１２を移動可能とした構成となっている。なお、シリコン基板２６の下面及び上面にはそれぞれ無反射膜２９及び反射膜４が形成され、シリコン基板１４の上面には無反射膜３０が形成され、反射鏡３１を成している。この構造により、エタロンフィルタ３の厚さＴを変えられ、発振波長が可変となる。

ここで、ゲインチップ２の端面の反射鏡６側に光ファイバを結合して光を取り出すことも可能であり、反射鏡３１側に光ファイバを結合して光を取り出すことも可能である。

次に、図６を用いて、本実施の形態のエタロンフィルタの配置方法について説明する。図６に示す構成は、入射光４１および反射光７３が示される以外は、図１と同様である。エタロンフィルタの入射光４１は反射鏡１１で反射し、反射光４２となる。この反射光４２が元の入射光４１と重なって活性層７に戻ってしまうと、図２及び図３に示したような波長選択性は無くなってしまう。このため、反射鏡１１は、入射光４１に対して垂直方向からずらさなければならない。

次に、角度について考察する。入射光４１の強度が光軸上の強度の１／ｅ^２になる光軸から垂直方向での距離、いわゆる光線の半径をｒとし、レンズ９と前記反射鏡１１との間の距離をＬと置き、反射鏡１１の垂直方向と入射光の光軸の間の角度をθ１とおく。レンズ９の位置で入射光４１と反射光４２とが重ならなければよいので、Ｌ×ｔａｎ（２×θ１）＞２×ｒの関係を満たせばよい。

次に、図７を用いて超広帯域の波長可変レーザを実現する手段を示す。図７は、その構成を示す要部断面図である。図７に示すように、この超広帯域の波長可変レーザは、サブマウント５１上にゲインチップ５２、５３が搭載された構造となっている。ゲインチップ５２、５３が有するゲイン波長帯域は、それぞれ異なっている。ゲインチップ５２、５３上には、図４を用いて前述したエタロンフィルタ３と同様の構造のエタロンフィルタ５４および反射鏡５５、５６が配置され、ゲインチップ５２のチップ端面と反射鏡５５との間、及びゲインチップ５３のチップ端面と反射鏡５６との間で、それぞれレーザ共振器を形成し、レーザ光５７、５８を出射している。反射鏡５５、５６上には、ガラス基板５９の表面に無反射膜６０、波長選択膜（第１の波長選択フィルタ）６１、高反射膜（ミラー）６２及び低反射膜６３が形成されてなる光合波器６４を備え、この光合波器（光合分波器）６４にてレーザ光５７、５８は合波され、光ファイバ６５から出力される。図２及び図３に示したように、エタロンフィルタは波長に対して繰り返しの特性を有しているので、異なる波長帯域を出射するレーザに対しても、共通仕様で作製することができる。すなわち、それぞれのレーザの出射光を光合波器６４で合波することにより、同一の光ファイバ６５から出力することが可能となる。その結果、１つのゲインチップでは達成できない超広帯域の波長可変レーザを実現することができる。

（実施の形態１）
本実施の形態１について、図４および図８〜図１１を用いて説明する。本実施の形態１は、液晶エタロンフィルタを用いた１．５５μｍ帯の波長可変レーザである。図４を用いて前述したように、本実施の形態１の波長可変レーザは、ＡｌＮのサブマウント１上にゲインチップ２、エタロンフィルタ３及び反射鏡４が配置された構造となっている。

図８〜図１１にゲインチップ２の構造を示す。図８〜図１１は、本実施の形態１のゲインチップ２のそれぞれ断面斜視図、光の進行方向に平行な面での断面図、下面図、及び光の進行方向に交差する面での断面図である。図８及び図１１に示すように、ゲインチップ２の光導波路（光導波路層）部分はストライプ状に加工され、埋込みヘテロ型（ＢＨ：Buried Hetero）構造を有する。この例では、埋込みへテロ構造におけるストライプ状の光導波路部分の周囲は、鉄をドープした高抵抗の半絶縁性のＩｎＰ７１が埋め込まれている。

ゲインチップ２は、以下のようにして作製することができる。ここで作製プロセスを説明する。レーザ部分の構造を形成するために、ｎ型ＩｎＰ基板７２（図１、図５及び図６も参照）の主面（第１の平面）上に、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層、ＩｎＧａＡｌＡｓ歪多重量子井戸層、及びｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層からなる活性層７と、ｐ型ＩｎＰクラッド層７３と、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層とを形成する。このような多層構造を有するＩｎＰウエハ上に、二酸化珪素膜を被覆して保護マスクとする。この二酸化珪素マスクを用いて、ｐ型ＩｎＰクラッド層７３、活性層７、そしてｎ型ＩｎＰ基板７２の一部までをエッチングすることにより、光導波路を形成する。エッチングには、例えば塩素系ガスによる反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）等のドライエッチング、臭素系溶液等によるウエットエッチング、あるいは両者の併用等、いずれの手法を用いても良い。

次に、上記の処理が施された本試料を結晶成長炉に搬入し、ＭＯＶＰＥ法を用いて約６００℃でＦｅをドープした半絶縁性のＩｎＰ層７１を埋め込み成長させる。これらのエッチング工程および埋込み層を再成長させるプロセスにより、埋込みヘテロ構造を形成する。この埋込みへテロ構造は、光導波路の光の進行方向の両側を、光を閉じ込め得る材料で埋め込んだ構造である。この閉じ込めに用いる材料は、たとえば高抵抗の材料とし、本実施の形態１では、Ｆｅをドープした高抵抗の半絶縁性のＩｎＰ７１を用いている。図１１は、素子の光の進行方向と交差する面でのゲインチップ２の断面図である。

なお、この埋込み構造形成工程においては、光導波路の光の進行方向の両側を埋め込むと同時に、光導波路の光出射側の端も半絶縁性のＩｎＰ７１で埋め込んでいる。光導波路の先端をＩｎＰ７１で埋め込んだ理由は、４５°傾斜ミラー（４５度ミラー８）をエッチング加工する部分がＩｎＰ材料だけで構成されるようにすることができ、エッチングで形成するミラーを完全に平滑に加工することが容易になるからである。

その後、埋込み成長のための選択成長マスクとして用いた二酸化珪素膜を除去してエッチングマスク用の窒化珪素膜を形成し、４５°の傾斜角度となるようにＦｅがドープされた半絶縁性のＩｎＰ層７１をエッチングする。この傾斜エッチングには、塩素およびアルゴンガスを用いた化学アシストイオンビームエッチング（ＣＡＩＢＥ：Chemically Assisted Ion Beam Etching）を用い、ウエハ表面を４５°の角度に傾斜させてエッチングすることにより４５°のエッチング面を実現できる。なお、本実施の形態１では、ＣＡＩＢＥを用いたエッチング方法について記載したが、塩素系ガスの反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ：Reactive Ion Beam Etching）や、ウエットエッチングを用いても良い。

次に、窒化珪素膜を除去した後、上記ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層の上部にｐ側電極７４を蒸着する。さらに、ｎ型ＩｎＰ基板７２の裏面（第２の平面）を１００μｍ程度の厚さになるまで研磨した後、ｎ型ＩｎＰ基板７２裏面に窒化珪素マスクを形成する。続いて、メタンと水素との混合ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、レンズとする部分の周囲をリング状に深さ１６μｍ程度までエッチングする。ここで、リング状パタンの形状は、図１０に示すように円形状とした。続いて、リング状形状に掘り込んだ部分に囲まれた柱状部分の上部の窒化珪素マスクを除去し、臭化水素酸と過酸化水素と水との混合溶液によりウエットエッチングを行う。これにより、柱状部分は、表面から食刻されて角が除去され、ｎ型ＩｎＰ基板７２の裏面に凸状のレンズ９を形成することができる。

次に、窒化珪素マスクを完全に除去し、レンズ９の表面に窒化酸化珪素からなる低反射コーティング膜７６（無反射コーティング１０）を形成する。さらに、ｎ型ＩｎＰ基板７２の裏面には、ｎ側電極７７を形成する。又、素子の後端面となる部分には、半導体光素子で用いられる低反射膜７８を形成することで、ゲインチップ２を完成することができる。

液晶エタロンフィルタは、下記のように作製することができる。まず、シリコン基板１３、１４をウエットエッチングし、３度だけ傾けた面を形成する。次に、シリコン基板１３、１４上に、スパッタリング法によりＳｉＯ_２膜を成膜し、さらにＳｉＯ_２膜上にスパッタリング法によりＴａＯ_２膜を成膜することにより、無反射膜４、７９（図１、図５および図６も参照）を形成する。次に、シリコン基板１３、１４の逆側の面に、反射鏡１１、１２を形成する。次に、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）からなる透明電極２４、２５をスパッタリング法により形成する。続いて、配向膜２２、２３を塗布法により形成する。次に、配向膜２２、２３上に、液晶をシールドするためのスペーサ１５、１６を形成する。次に、シリコン基板１３、１４を配向膜２２、２３が対向するように貼り合わせ、液晶２１を注入することで、液晶エタロンフィルタは完成する。

波長可変レーザの作製方法は、例えば下記の通りである。まず、サブマウント１のゲイン電流用電極８０上にゲインチップ２を固定する。次に、レンズ９と無反射膜７９をおおよそ対向させた後、レーザ発振するように液晶エタロンフィルタの位置を微調整し、ゲインチップ２のグランド電極８１、８２上に液晶エタロンフィルタを搭載する。

本実施の形態１の波長過変レーザは、液晶エタロンフィルタへの印加電圧の調整と、ゲイン多層への電流注入とにより、１．５３μｍから１．５７μｍの広い波長範囲で、シングルモード発振させることができる。

また、本実施の形態１では、液晶エタロンフィルタの基板としてシリコン基板を用いたが、ガラス基板でもよい。

また、本実施の形態１では、ゲインチップ２の基板としてＩｎＰ基板を用いたが、ＧａＡｓ、ＧａＮ、またはＺｎＳｅ等の基板でもよい。

また、本実施の形態１では、波長過変レーザの発振波長を１．５５μｍ帯に限定したが、１．３μｍ帯でもよい。また、液晶エタロンフィルタの基板としてガラス基板を用いる場合には、波長０．４μｍ〜０．９μｍの可視光領域での発振も可能である。

（実施の形態２）
本実施の形態２について、図５および図８〜図１１を用いて説明する。本実施の形態２は、ＭＥＭＳエタロンを用いた１．５５μｍ帯の波長可変レーザである。ＡｌＮのサブマウント１上にゲインチップ２、ＭＥＭＳエタロンフィルタ、及び反射鏡４を配置する。

本実施の形態２のゲインチップ２の製法は、前記実施の形態１と同様の製法である。

本実施の形態２のＭＥＭＳエタロンフィルタは、シリコン基板上に公知の方法で反射鏡１１、１２を作成する。ここで、反射鏡１２は電圧により移動可能となる構造とする。

本実施の形態２の波長可変レーザは、ＭＥＭＳエタロンフィルタへの印加電圧の調整と、ゲイン多層への電流注入により、１．５３μｍから１．５７μｍの広い波長範囲で、シングルモード発振させることができる。

また、本実施の形態２では、波長可変レーザの発振波長を１．５５μｍ帯に限定したが、１．３μｍ帯でもよい。

（実施の形態３）
本実施の形態３について、図７および図８〜図１１を用いて説明する。本実施の形態３は、液晶エタロンフィルタを用いた波長１．５３μｍ〜１．６２μｍの波長可変レーザである。

ＡｌＮのサブマウント５１上にゲインチップ５２、５３、エタロンフィルタ５４、及び反射鏡５５、５６を配置する。更に、ガラス基板５９からなる光合波器６４、及び光ファイバ６５を配置する。

本実施の形態３のゲインチップ５２、５３の製法は、前記実施の形態１と同様の製法である。ただし、ゲインチップ５２は、波長１．５３μｍ〜１．５７μｍで利得を有し、ゲインチップ５３は、波長１．５７μｍ〜１．６２μｍで利得を有するよう、ＩｎＧａＡｓＰ活性層の組成を変えている。液晶エタロンフィルタ（エタロンフィルタ５４）の製法は、前記実施の形態１と同様の製法である。ただし、反射鏡５５は、波長１．５３μｍ〜１．５７μｍの範囲で反射率が９０％以上であり、反射鏡５６は、波長１．５７μｍ〜１．６２μｍの範囲で反射率が９０％以上である。

光合波器６４は、透明なガラス基板５９を支持基板とし、一方の面に反射率０．１％以下の無反射膜６０と波長選択膜６１とが隣接して蒸着されている。また、この無反射膜６０および波長選択膜６１が蒸着された面と平行な反対側の面には、高反射膜６２と反射率０．１％以下の無反射膜６３とが隣接して蒸着されている。波長選択膜６１は、ゲインチップ５２から出たレーザ光５７を反射して、ゲインチップ５３から出たレーザ光５８を透過して、２つの光の合波を行う。

本実施の形態３の波長可変レーザは、エタロンフィルタ５４への印加電圧の調整と、ゲインチップ５２上のゲイン多層への電流注入により、１．５３μｍから１．５７μｍの広い波長範囲で、シングルモード発振させることができる。またゲインチップ５３上のゲイン多層への電流注入により、１．５７μｍから１．６２μｍの広い波長範囲で、シングルモード発振させることができる。この結果、光ファイバ６５からは、１．５３μｍから１．６２μｍの範囲の光を出力することが可能となる。

本実施の形態２では、波長可変レーザの発振波長は１．５５μｍ帯に限定したが、１．３μｍ帯でもよい。また、波長０．４μｍ〜０．９μｍの可視光領域での発振も可能である。

液晶エタロンフィルタ（エタロンフィルタ５４）の基板はガラス基板でもよい。また、エタロンフィルタ５４は、ＭＥＭＳエタロンフィルタとしてもよい。

また、本実施の形態３では、ゲインチップ５２、５３の基板としてＩｎＰを用いているが、ＧａＡｓ、ＧａＮ、あるいはＺｎＳｅでもよい。

また、本実施の形態３では、ゲインチップを２つ配置した例について説明したが、３つ以上であってもよい。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

本発明の半導体レーザ装置は、例えば波長可変レーザに適用することができる。

本発明の一実施の形態である波長可変レーザの基本構成図である。本発明の一実施の形態である波長可変レーザの動作原理を示す説明図である。本発明の一実施の形態である波長可変レーザの動作原理を示す説明図である。本発明の一実施の形態である波長可変レーザの構成例を示す要部断面図である。本発明の一実施の形態である波長可変レーザの構成例を示す要部断面図である。本発明の一実施の形態である波長可変レーザの構成例を示す要部断面図である。本発明の一実施の形態である波長可変レーザの構成例を示す要部断面図である。本発明の一実施の形態である波長可変レーザが備えるゲインチップの構造を説明する一部破断図である。本発明の一実施の形態である波長可変レーザが備えるゲインチップの構造を説明する要部断面図である。本発明の一実施の形態である波長可変レーザが備えるゲインチップの構造を説明する要部平面図である。本発明の一実施の形態である波長可変レーザが備えるゲインチップの構造を説明する要部断面図である。液晶フィルタを用いた外部共振器型の波長可変レーザの構成を示す説明図である。

符号の説明

１サブマウント
２ゲインチップ（第１の半導体基板）
３エタロンフィルタ
４反射鏡（第５の反射鏡）
５レーザ共振器
６反射鏡（第１の反射鏡）
７活性層
８４５度ミラー（第２の反射鏡）
９レンズ（第１の凸レンズ）
１０無反射コーティング
１１反射鏡（第３の反射鏡）
１２反射鏡（第４の反射鏡）
１３シリコン基板（第１の基板）
１４シリコン基板（第２の基板）
１５、１６スペーサ
２１液晶
２２、２３配向膜
２４、２５透明電極
２６シリコン基板
２７、２８アクチュエータ
２９、３０無反射膜
３１反射鏡
４１入射光
４２反射光
５１サブマウント
５２ゲインチップ
５３ゲインチップ
５４エタロンフィルタ
５５反射鏡
５６反射鏡
５７レーザ光
５８レーザ光
５９ガラス基板
６０無反射膜
６１波長選択膜（第１の波長選択フィルタ）
６２高反射膜（ミラー）
６３低反射膜
６４光合波器（光合分波器）
６５光ファイバ
７１ＩｎＰ
７２ｎ型ＩｎＰ基板
７３ｐ型ＩｎＰクラッド層
７４ｐ側電極
７６低反射コーティング膜
７７ｎ側電極
７８低反射膜
７９無反射膜
８０ゲイン電流用電極
８１、８２グランド電極
１０１液晶フィルタ
１０２ガラスエタロン
１０３レンズ
１０４ゲインチップ
１０５ＩｎＰ基板
１０６ゲイン多層
１０７位相調整多層
１０８裏面電極
１０９ゲイン電流用電極
１１０位相調整電流用電極

Claims

第１の半導体基板と、
前記第１の半導体基板の第１の平面の一部に形成された活性層を含む光導波路層と、
前記光導波路層の一端に設けられた第１の反射鏡と、
前記光導波路層の前記一端とは反対側の他端に設けられ、前記光導波路層の延在方向に対して４５度傾いた４５度ミラーである第２の反射鏡と、
前記第１の半導体基板の第１の平面の裏面にある第２の平面で、前記第２の反射鏡の光軸上に設けられた第１の凸レンズと、
前記第２の平面上方に設けられ、第３の反射鏡を備えた第１の基板および前記第１の基板上にて第４の反射鏡を備えた第２の基板を含むエタロンと、
前記エタロンの前記第４の反射鏡上方に設けられた第５の反射鏡と、
を有し、
前記第５の反射鏡が、前記第１の凸レンズから出射される光線の光軸に対して垂直に設けられ、前記第１の反射鏡と前記第５の反射鏡との間でレーザ共振器が構成され、
前記第１の凸レンズから出射される光が前記第３の反射鏡に入射する光軸と前記第３の反射鏡の垂直方向の間の角度をθ１とし、前記第１の凸レンズから出射する光線の強度が前記光線の光軸上の強度の１／ｅ^２になる前記光線の光軸と垂直方向の距離である前記光線の半径をｒ、前記第１の凸レンズと前記第３の反射鏡の間の距離をＬと定義したときに、
Ｌ×ｔａｎ（２×θ１）＞２×ｒ
の関係を満たすことを特徴とする半導体レーザ装置。
請求項１記載の半導体レーザ装置において、
前記第３及び第４の反射鏡の間に液晶が閉じ込められ、
前記第３及び第４の反射鏡上に前記液晶に電圧を印加するための電極が設けられていることを特徴とする半導体レーザ装置。
請求項１記載の半導体レーザ装置において、
前記第３の反射鏡または前記第４の反射鏡が、前記第１の凸レンズから出射される光線の光軸方向に移動可能な手段を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
請求項１記載の半導体レーザ装置において、
前記第１の反射鏡に隣接して光ファイバを備えていることを特徴とする半導体レーザ装置。
請求項１記載の半導体レーザ装置において、
前記第５の反射鏡に隣接して光ファイバを備えていることを特徴とする半導体レーザ装置。