JP5552793B2 - 半導体回折格子素子、及び、半導体レーザ - Google Patents

Description

本発明は、半導体回折格子素子、及び、半導体レーザに関する。

特許文献１には、波長可変レーザが記載されている。この波長可変レーザは、ブラッグ回折格子を含む反射部と、チャープ回折格子部と、反射部とチャープ回折格子部との間に配置された利得部と、を備えている。チャープ回折格子部におけるチャープ回折格子は、チャープ回折格子全幅にわたって振幅が一定の正弦関数により規定されている。

米国特許７１４５９２３号明細書

上記の文献によれば、このチャープ回折格子の反射スペクトルは、以下のような特徴を有している。即ち、この反射スペクトルは、中央部の波長帯域では反射率が概ね平坦であると共に、中央部の波長帯域と両端部の波長帯域との境界近傍では反射率が滑らかに減少している。

しかしながら、発明者らの詳細な検証によれば、上記のような従来のチャープ回折格子の反射スペクトルにおいては、中央部の波長帯域と両端部の波長帯域との境界近傍に、比較的大きなフリンジが生じてしまうことが明らかになった。

そこで、本発明は、フリンジが低減された反射スペクトルを実現可能な半導体回折格子素子、及び、半導体レーザを提供することを目的とする。

本発明に係る半導体回折格子素子は、主面を有する半導体基板と、該半導体基板の主面上に設けられた半導体コア層及び半導体クラッド層と、半導体コア層と半導体クラッド層との間に設けられたチャープ回折格子構造と、を備え、チャープ回折格子構造は、所定の軸の方向に順に配置された第１〜第３の領域を含むと共に、該第１〜３の領域内にチャープ回折格子のための複数の凸部を有し、凸部は、チャープ回折格子のピッチで所定の軸の方向に配列された設置位置に設けられ、チャープ回折格子の結合係数κの変化は、第１の領域において所定の軸の方向に所定の値まで単調に増加すると共に、第２の領域において平坦であり、且つ、第３の領域において所定の軸の方向に所定の値から単調に減少するものである、ことを特徴とする。

本発明の半導体回折格子素子によれば、チャープ回折格子の結合係数κの変化が第２の領域において平坦であるので、当該半導体回折格子素子の反射スペクトルは、反射率が概ね平坦である波長帯域を有する。一方で、第２の領域は第１の領域と第３の領域との間に配置されている。そして、チャープ回折格子の結合係数κの変化が第１の領域において単調に増加すると共に第３の領域において単調に減少するものとなっている。その結果、本発明の半導体回折格子素子によれば、反射率が概ね平坦である波長帯域とその両側の波長帯域との境界近傍においてフリンジが低減された反射スペクトルが実現できる。

本発明に係る半導体回折格子素子では、第１の領域内の凸部の高さは、所定の軸の方向に単調に高くなっており、第３の領域内の凸部の高さは、所定の軸の方向に単調に低くなっている、ことが好ましい。

この場合、凸部の高さは、第１の領域内において所定の軸の方向に単調に高くなっていると共に、第３の領域内において所定の軸の方向に単調に低くなっている。このため、確実に、当該チャープ回折格子の結合係数κの変化を、第１の領域内において単調に増加すると共に第３の領域において単調に減少するようなものとすることができる。

或いは、本発明に係る半導体回折格子素子では、第１の領域内の設置位置のうちの少なくとも一つの位置には、チャープ回折格子のための凸部が設けられておらず、第３の領域内の設置位置のうちの少なくとも一つの位置には、チャープ回折格子のための凸部が設けられていない、ことが好ましい。

この場合、第１及び第３領域内の設置位置のうちの所定の位置に凸部を設けないことによって、当該チャープ回折格子の結合係数κの変化を、第１の領域内において単調に増加すると共に第３の領域において単調に減少するようなものとすることができる。この場合には、所定の位置に凸部を設けないことによって、第１及び第３の領域における結合係数κの変化を調整するので、凸部を設ける場合に比べて容易に当該素子を作製できる。

また、本発明に係る半導体回折格子素子では、チャープ回折格子構造上に所定の軸の方向に配列された複数の電極を更に備える、ことが好ましい。

この場合、複数の電極のうちの少なくとも一つの電極に所定の電流又は電圧を印加することによって、当該半導体回折格子素子の反射スペクトルを変化させ、所望の反射スペクトルを得ることができる。

本発明に係る半導体レーザは、主面を有する半導体基板と、半導体基板の主面上に設けられており光共振器のための第１及び第２の反射部と、半導体基板の主面上において第１の反射部と第２の反射部との間に配置されておりキャリア注入による光学利得を有する利得部と、を備え、第１の反射部、第２の反射部及び利得部は、半導体基板の主面に沿って配列されており、第２の反射部は、半導体基板の主面上に設けられた半導体コア層及び半導体クラッド層と、半導体コア層と半導体クラッド層との間に設けられたチャープ回折格子構造と、該チャープ回折格子構造上に所定の軸の方向に配列された複数の電極と、を含み、チャープ回折格子構造は、所定の軸の方向に順に配置された第１〜第３の領域を含むと共に、該第１〜３の領域内にチャープ回折格子のための複数の凸部を有し、凸部は、チャープ回折格子のピッチで所定の軸の方向に配列された設置位置に設けられ、チャープ回折格子の結合係数κの変化は、第１の領域において所定の軸の方向に所定の値まで単調に増加すると共に、第２の領域において平坦であり、且つ、第３の領域において所定の軸の方向に所定の値から単調に減少するものである、ことを特徴とする。

本発明に係る半導体レーザにおいて、第２の反射部におけるチャープ回折格子の結合係数κの変化は、第１の領域において単調に増加すると共に第２の領域において平坦であり、且つ、第３の領域において単調に減少するものである。このため、第２の反射部では、反射率が概ね平坦である波長帯域とその両側の波長帯域との境界近傍においてフリンジが低減された反射スペクトルを実現できる。その結果、本発明に係る半導体レーザによれば、フリンジの影響が低減された良好なレーザ特性を得ることができる。

フリンジが低減された反射スペクトルを実現可能な半導体回折格子素子、及び、半導体レーザを提供できる。

本実施形態に係る半導体レーザの構成を概略的に示す断面図である。 図１に示された第２の反射部３の構成を概略的に示す拡大断面図である。 図２に示されたチャープ回折格子及び従来のチャープ回折格子の回折格子ピッチ及び結合係数の変化を示す図である。 図２に示されたチャープ回折格子及び従来のチャープ回折格子の反射スペクトルを示す図である。 図２に示されたチャープ回折格子の反射スペクトルの変化を示す図である。 図２に示されたチャープ回折格子構造の他の実施形態の構成を示す断面図である。 図６に示されたチャープ回折格子の反射スペクトルを示す図である。 図２に示されたチャープ回折格子の変形例の反射スペクトルを示す図である。

本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。

図１は、本実施形態に係る半導体レーザの構成を概略的に示す断面図である。図１には、直交座標系Ｓが示されている。図１に示されるように、半導体レーザ１０は、半導体基板１を備えている。半導体基板１は主面１ａと裏面１ｂとを有している。半導体基板１は、例えば、ＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体からなることができる。直行座標系Ｓのｙ軸は、半導体基板１の主面１ａに直交する方向に沿った座標軸である。

半導体レーザ１０は、第１の反射部２、第２の反射部３、位相調整部４、利得部５及び裏面電極６を備えている。第１の反射部２、位相調整部４、利得部５及び第２の反射部３は、半導体基板１の主面１ａ上に設けられていると共に、半導体基板１の主面１ａに沿って所定の軸の方向に順に配列されている。所定の軸は、直交座標系Ｓのｘ軸である。位相調整部４及び利得部５は、第１の反射部２と第２の反射部３との間に配置されている。第１の反射部２及び第２の反射部３は、当該半導体レーザ１０の共振器を構成している。半導体基板１、裏面電極６及び第２の反射部３は、半導体回折格子素子を構成している。裏面電極６は、半導体基板１の裏面１ｂ上に設けられている。裏面電極６は、第１の反射部２、第２の反射部３、位相調整部４及び利得部５に共通した電極となっている。裏面電極６は、例えば、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕよりなることができる。

第１の反射部２は、下部クラッド層２１、コア層２２、回折格子層２３、上部クラッド層２４、コンタクト層２５及び電極２６を備えている。下部クラッド層２１、コア層２２、回折格子層２３、上部クラッド層２４及びコンタクト層２５は、半導体基板１の主面１ａ上に順次積層されている。電極２６はコンタクト層２５上に設けられている。回折格子層２３は、分布ブラッグ反射器のための回折格子を含む。第１の反射部２は、所定の波長の光を反射するための反射鏡として用いられる。第１の反射部２の各層は、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなることができる。また、下部クラッド層２１及び上部クラッド層２４の屈折率は、コア層２２の屈折率よりも低い。

第２の反射部３は、下部クラッド層３１、コア層（半導体コア層）３２、回折格子層３３、上部クラッド層（半導体クラッド層）３４、コンタクト層３５及び電極３６を備えている。下部クラッド層３１、コア層３２、回折格子層３３、上部クラッド層３４及びコンタクト層３５は、半導体基板１の主面１ａ上に順次積層されている。電極３６は、上部クラッド層３４上にｘ軸の方向に配列されて設けられている。第２の反射部３は、所定の波長の光を反射するための反射鏡として用いられる。第２の反射部３の各層は、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなることができる。また、下部クラッド層３１及び上部クラッド層３４の屈折率は、コア層３２の屈折率よりも低い。

位相調整部４は、下部クラッド層４１、コア層４２、上部クラッド層４３、コンタクト層４４及び電極４５を備えている。下部クラッド層４１、コア層４２、上部クラッド層４３及びコンタクト層４４は、半導体基板１の主面１ａ上に順次積層されている。電極４５はコンタクト層４４上に設けられている。位相調整部４は、電極４５に印加される信号によって、コア層４２を伝播する光の位相を調整する。電極４５に印加される信号としては、電圧信号又は電流信号が例示される。位相調整部４の各層は、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなることができる。

利得部５は、下部クラッド層５１、活性層５２、上部クラッド層５３、コンタクト層５４及び電極５５を備えている。下部クラッド層５１、活性層５２、上部クラッド層５３及びコンタクト層５４は、半導体基板１の主面１ａ上に順次積層されている。活性層５２は、例えば、量子井戸構造を含む。電極５５は、コンタクト層５４上に設けられている。利得部５は、電極５５からのキャリア注入による光学利得を有する。利得部５の各層は、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなることができる。

第１の反射部２のコア層２２、位相調整部４のコア層４２、利得部５の活性層５２及び第２の反射部３のコア層３２は互いに光学的に接続されている。

ここで、半導体レーザ１０の各部の材料は、以下のように例示される。
半導体基板１：Ｓｉ−ＩｎＰ
下部クラッド層２１，３１，４１，５１：Ｓｉ−ＩｎＰ
コア層２２，３２，４２：ＧａＩｎＡｓＰ
回折格子層２３，３３：ＧａＩｎＡｓＰ及びＩｎＰ
上部クラッド層２４，３４，４３，５３：Ｚｎ−ＩｎＰ
コンタクト層２５，３５，４４，５４：Ｚｎ−ＧａＩｎＡｓ
活性層５２：ＧａＩｎＡｓＰ

続いて、図２を参照して第２の反射部３について詳細に説明する。図２は、第２の反射部３の構成を概略的に示す拡大断面図である。図２には、直交座標系Ｓが示されている。図２に示されるように、回折格子層３３は、チャープ回折格子構造７を有する。

チャープ回折格子構造７は、第１の領域７１、第２の領域７２及び第３の領域７３を含む。第１の領域７１、第２の領域７２及び第３の領域７３は、ｘ軸の方向にこの順に配置されている。チャープ回折格子構造７は、第１の領域７１〜第３の領域７３内に複数の凸部７４を有する。凸部７４の個数は、例えば、第１の領域７１では１８０個程度であり、第２の領域７２では１１００個程度であり、第３の領域７３では１７０個程度である。

複数の凸部７４は、チャープ回折格子のピッチでｘ軸の方向に配列された設置位置Ｐ_１〜Ｐ_ｎにそれぞれ設けられている。このピッチは、隣接する２つの設置位置の間の距離（例えば、設置位置Ｐ_ｍと設置位置Ｐ_ｍ＋１との間の距離Ｄ）であって、ｘ軸の方向に単調に増加している。したがって、複数の凸部７４は、回折格子ピッチがｘ軸の方向に変化するチャープ回折格子８を構成している。ここで、回折格子ピッチは、隣接する凸部同士の間隔で規定される。

凸部７４の各々は、柱状の半導体領域であって、その一端部７４ａは、コア層３２にそれぞれ接続されている。凸部７４の各々は、コア層３２から上部クラッド層３４へ向けて延在しているが上部クラッド層３４には到達していない。凸部７４の各々は互いに離間しており、隣接する凸部７４の間には、凸部７４の屈折率と異なる屈折率を有する半導体領域７５が存在している。凸部７４は、例えば、ＧａＩｎＡｓＰより構成することができる。半導体領域７５は、例えば、ＩｎＰより構成することができる。

第１の領域７１内の凸部７４の高さは、ｘ軸の方向に所定の高さｈまで単調に高くなっている。第２の領域７２内の凸部７４の高さは、所定の高さｈで概ね一定となっている。ここで、第２の領域７２内の凸部７４の高さは、好ましくは一定であるが、製造ばらつきによる誤差を含んでいてもよい。第３の領域７３内の凸部７４の高さは、ｘ軸の方向に所定の高さｈから単調に低くなっている。このように凸部７４の高さを調整することによって、チャープ回折格子８の結合係数κは、図３（ａ）に示されるように変化することとなる。換言すれば、チャープ回折格子８の結合係数κが、図３（ａ）に示されるような変化をするように、第１の領域７１〜第３の領域７３内の凸部７４の高さが調整されている。

ここで、結合係数κは、コア層を伝搬する光と回折格子との結合の強さを示すパラメータであり、長さＬの回折格子による光のパワー反射率は、ブラッグ波長において、Ｒ＝ｔａｎｈ^２（κＬ）で表される。

図３（ａ）は、チャープ回折格子８の結合係数κ及び回折格子ピッチを表す図である。図３（ａ）において、横軸はチャープ回折格子８におけるｘ軸の方向の位置（μｍ）を示しており、左側の縦軸はチャープ回折格子８の回折格子ピッチ（μｍ）を示しており、右側の縦軸はチャープ回折格子８の結合係数κ（ｃｍ^−１）を示している。また、図３（ａ）では、実線でチャープ回折格子８の回折格子ピッチの変化を表しており、破線でチャープ回折格子８の結合係数κの変化を表している。

図３（ａ）によれば、回折格子ピッチは、ｘ軸の方向に直線的に増加するように変化している。チャープ回折格子８の結合係数κの変化は、第１の領域７１においては、ｘ軸の方向に所定の値Ａ（図３（ａ）の実施例では７０ｃｍ^−１）まで単調に増加している。具体的には、結合係数κの変化は、第１の領域７１内においては誤差関数によって規定されており、ｘ軸の方向に単調且つ非線形に所定の値Ａまで増加している。また、結合係数κの変化は、第２の領域７２においては、平坦（所定の値Ａで一定）であるものとなっている。そして、結合係数κの変化は、第３の領域７３においては、ｘ軸の方向に所定の値Ａから単調に減少するものとなっている。具体的には、結合係数κの変化は、第３の領域７３内においては誤差関数によって規定されており、ｘ軸の方向に単調且つ非線形に所定の値Ａから減少している。

なお、第１の領域７１及び第３の領域７３内における結合係数κの変化は、誤差関数に限らず、例えば、一次関数等、単調に変化する関数によって規定することができる。また、第１の領域７１及び第３の領域７３内における結合係数κの変化は、上記の関数に限らず、階段関数、或いは、区分線形関数等で規定してもよい。

ここで、従来のチャープ回折格子の結合係数κと回折格子ピッチとを図３（ｂ）に示す。図３（ｂ）は、従来のチャープ回折格子の結合係数κ及び回折格子ピッチを表す図である。図３（ｂ）において、横軸はチャープ回折格子におけるｘ軸の方向の位置（μｍ）を示しており、左側の縦軸はチャープ回折格子の回折格子ピッチ（μｍ）を示しており、右側の縦軸はチャープ回折格子の結合係数κ（ｃｍ^−１）を示している。また、図３（ｂ）では、実線でチャープ回折格子の回折格子ピッチの変化を表しており、破線でチャープ回折格子の結合係数κの変化を表している。

従来のチャープ回折格子は、図３（ｂ）に示されるように、回折格子ピッチが位置の増加に伴って単調に増加しおり、結合係数κが所定の値Ｂ（ここでは７０ｃｍ^−１）で一定である。このような従来のチャープ回折格子の反射スペクトルを図４（ａ）に示す。また、本実施形態のチャープ回折格子８による反射スペクトルを図４（ｂ）に示す。

図４（ａ）は従来のチャープ回折格子の反射スペクトルを表す図であり、図４（ｂ）は本実施形態のチャープ回折格子８の反射スペクトルを表す図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）において、横軸は波長（μｍ）を示しており、縦軸は反射率を示している。従来のチャープ回折格子の反射スペクトルは、図４（ａ）に示されるように、中央部の波長帯域Ｒ_１とその両端の波長帯域Ｒ_２，Ｒ_３との境界近傍に、比較的大きなフリンジＸを有する。これに対して、本実施形態のチャープ回折格子８の反射スペクトルは、図４（ｂ）に示されるように、反射率が概ね平坦である波長帯域Ｒ_１０を有すると共に、波長帯域Ｒ_１０とその両側の波長帯域Ｒ_２０，Ｒ_３０との境界近傍においてフリンジが低減されている（フリンジが生じていない）。

これは、チャープ回折格子８の結合係数κの変化が、第２の領域７２において平坦であると共に、第１の領域７１においてｘ軸の方向に所定の値Ａまで単調に増加しており、且つ、第３の領域７３においてｘ軸の方向に所定の値Ａから単調に減少するものとなっているためである。ここでは、一実施例として、チャープ回折格子８の全長Ｌ_Ｔを３７４μｍとし、第１の領域７１の長さと第２の領域７２の長さとの和Ｌ_Ａを４４μｍとした。ここで、第１の領域７１及び第３の領域７３は、結合係数κが誤差関数によってアポダイズされた領域であるので、以下では、第１の領域７１と第３の領域７３とを併せてアポダイズ領域と称することとする。この場合、チャープ回折格子８の全長Ｌ_Ｔが３７４μｍであり、アポダイズ領域の長さＬ_Ａが４４μｍであるので、全長とアポダイズ領域の長さとの比（Ｌ_Ａ／Ｌ_Ｔ）は、およそ１１．８％である。

ここで、第２の反射部３は、電極３６のうちの少なくとも一つの電極に電流或いは電圧を印加することによって、回折格子層３３の対応する領域に屈折率変化を誘起することができる。これにより、チャープ回折格子８における光学的なピッチを変化させて、チャープ回折格子８の反射スペクトルを変化させることができる。続いて、このような反射スペクトルの変化の様子を、図５を参照して説明する。

図５（ａ）に示されるように、例えば、第２の反射部３の電極３６のうちの第ｎ番目の電極３６_ｎに電流を印加して、回折格子層３３の対応する領域３３_ｎの屈折率を変化させた場合、領域３３_ｎ内のチャープ回折格子８で反射される波長が、例えば、短波長側にシフトする。その結果、チャープ回折格子８の反射スペクトルは、図５（ｂ）に示されるように特定の波長にピークを有するものとなる。チャープ回折格子８は、図４（ｂ）に示されるようなフリンジが低減された反射スペクトルを有しているので、電流を印加することにより生じたピーク波長Ｃと他の波長との選択非が良好となっている。したがって、本実施形態の半導体レーザ１０によれば、フリンジの影響が低減された良好なレーザ特性を得ることができる。

ここで、チャープ回折格子構造７は、例えば、図６に示されるようなチャープ回折格子構造７ａとすることができる。チャープ回折格子構造７ａは、第１の領域７１及び第３の領域７３内の凸部７４の数を調整することで、図３（ａ）に示したような結合係数κの変化を有するチャープ回折格子８ａを構成している。

チャープ回折格子構造７ａにおいては、第１の領域７１内の設置位置のうちの少なくとも一つの位置（例えば、設置位置Ｐ_２や設置位置Ｐ_５）には凸部７４が設けられておらず、また、第３の領域７３内の設置位置のうちの少なくとも一つの位置（例えば、設置位置Ｐ_ｎ−１）には凸部７４が設けられていない。つまり、チャープ回折格子構造７ａのチャープ回折格子８ａは、第１の領域７１及び第３の領域７３内の複数の凸部７４のうちの所定の凸部７４が間引かれたものとなっている。このように、第１の領域７１及び第３の領域７３内の凸部７４の数を調整する（凸部７４を間引く）ことによって、図３（ａ）に示したような結合係数κの変化を有するチャープ回折格子８ａを構成することができる。なお、第１の領域７１内の間引かれる凸部７４の個数は、例えば、９０個程度であり、第３の領域７３内の間引かれる凸部７４の個数は、例えば、８５個程度である。また、第２の領域７２内の設置位置には、もれなく凸部７４が設けられている（第２の領域７２内の凸部７４は間引かれていない）。一方、凸部７４の高さは、第１の領域７１〜第３の領域７３の全域にわたって、所定の高さｈで概ね一定である。

第１の領域７１及び第３の領域７３内の凸部７４を設けない設置位置は、設置位置Ｐ_１〜Ｐ_ｎの配列のうちから不規則的でありに選ばれることが好ましい。即ち、第１の領域７１及び第３の領域７３内の凸部７４を設けない設置位置が、設置位置Ｐ_１〜Ｐ_ｎの配列において周期的でないことが望ましい。より具体的には、例えば、所望する結合係数κに対して所定の乱数を掛けた結果に基づいて、凸部７４を設けない設置位置を選択する（凸部７４を設けない設置位置をランダムに選択する）ことが好ましい。一方、例えば、第１の領域７１内において、凸部７４を設けない設置位置が、Ｐ_１，Ｐ_３，Ｐ_５，Ｐ_７…といったように規則的に選ばれることは好ましくない。

なお、図３（ａ）に示されるような結合係数κの変化をより好適に実現するために、第１の領域７１内においては、第１の領域７１と第２の領域７２との境界から第１の領域７１の端部へ向かって、単位長さ当たりの凸部７４の個数（個数密度）が少なくなるように、凸部７４を設けない設置位置が選択されることが望ましい。また、同様の理由から、第３の領域７３内においては、第３の領域７３と第２の領域７２との境界から第３の領域７３の端部へ向かって、単位長さ当たりの凸部７４の個数が少なくなるように、凸部７４を設けない設置位置が選択されることが望ましい。

このようにして設置数が調整された凸部７４より構成されるチャープ回折格子８ａの反射スペクトルを図７に示す。図７は、チャープ回折格子８ａの反射スペクトルを表す図である。図７において、横軸は波長（μｍ）を示しており、縦軸は反射率を示している。図７に示されるように、このチャープ回折格子８ａの反射スペクトルは、反射率が概ね平坦な波長帯域Ｒ_１１を有している。また、図４（ａ）に示された従来のチャープ回折格子の反射スペクトルと比較すると、チャープ回折格子８ａの反射スペクトルでは、反射率が概ね平坦な波長帯域Ｒ_１１とその両端の波長帯域Ｒ_２１，Ｒ_３１との境界近傍においてフリンジが低減されている。特に、凸部７４の間引きの規則性に起因する反射率の大きな変化が抑制されている。

一方、チャープ回折格子８の全長Ｌ_Ｔとアポダイズ領域の長さＬ_Ａとの割合を変化させてもよい。図８（ａ）は、全長Ｌ_Ｔを３７４μｍとし、アポダイズ領域の長さＬ_Ａを２２μｍとした場合のチャープ回折格子８の反射スペクトルを表している。この場合、全長Ｌ_Ｔとアポダイズ領域の長さＬ_Ａとの比は、およそ５．９％である。また、図８（ｂ）は、全長Ｌ_Ｔを３７４μｍとし、アポダイズ領域の長さＬ_Ａを８８μｍとした場合のチャープ回折格子８の反射スペクトルを示している。この場合、全長Ｌ_Ｔとアポダイズ領域の長さＬ_Ａとの比は、およそ２３．５％である。

図８（ａ）及び図８（ｂ）において、横軸は波長（μｍ）を示しており、縦軸は反射率を示している。図８（ａ）及び図８（ｂ）に示される反射スペクトルによれば、全長Ｌ_Ｔとアポダイズ領域の長さＬ_Ａとの比がおよそ５．９％であるチャープ回折格子８は、全長Ｌ_Ｔとアポダイズ領域の長さＬ_Ａとの比がおよそ２３．５％であるチャープ回折格子８に比べて、反射率が概ね平坦である中央部の波長帯域Ｒ_１２が広くなっている。一方、全長Ｌ_Ｔとアポダイズ領域の長さＬ_Ａとの比がおよそ２３．５％であるチャープ回折格子８は、全長Ｌ_Ｔとアポダイズ領域の長さＬ_Ａとの比がおよそ５．９％であるチャープ回折格子８に比べて、中央の波長帯域Ｒ_１２とその両脇の波長帯域Ｒ_２３，Ｒ_３２との境界のフリンジが低減されている。

全長Ｌ_Ｔとアポダイズ領域の長さＬ_Ａとの比がおよそ５．９％であるチャープ回折格子８、全長Ｌ_Ｔとアポダイズ領域の長さＬ_Ａとの比がおよそ１１．８％であるチャープ回折格子８、及び、全長Ｌ_Ｔとアポダイズ領域の長さＬ_Ａとの比がおよそ２３．５％であるチャープ回折格子８は、図４（ｂ）、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示されるように、いずれも、図４（ａ）に示される従来のチャープ回折格子の反射スペクトルに比べて、フリンジが十分に低減されている。フリンジを一層好適に低減するためには、全長Ｌ_Ｔとアポダイズ領域の長さＬ_Ａとの比をおよそ１０％以上とすることが一層好ましい。また、反射率が概ね平坦な中央部の波長帯域を広くするためには、全長Ｌ_Ｔとアポダイズ領域の長さＬ_Ａとの比をおよそ２０％以下とすることが一層好ましい。

なお、上記実施形態において、チャープ回折格子８の回折格子ピッチは、直線的に変化するものとしたが、これに限らない。チャープ回折格子８の回折格子ピッチは、例えば、階段関数に基づいて段階的に変化させてもよいし、任意の非線形の関数に基づいて変化させてもよい。

また、上記実施形態では、凸部７４は互いに離間した柱状の半導体領域であるとしたが、これに限らない。例えば、凸部７４の一端部７４ａ同士を互いに接続するための接続部をコア層３２上に設けることができる。このとき、凸部７４一端部７４ａはこの接続部によって接続され、凸部７４の他端部７４ｂは互いに離間している。接続部は凸部７４と同一の材料より構成される。つまり、互いに離間した柱状の凸部７４の配列に換えて、表面に凹凸の配列を有する層構造とすることができる。

さらに、上記実施形態において、回折格子層２３，３３は、コア層２２，３２と上部クラッド層２４，３４との間にそれぞれ配置されるものとしたが、これに限らず、例えば、下部クラッド層２１，３１とコア層２２，３２との間にそれぞれ配置することもできる。

以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

１…半導体基板、１ａ…主面、１ｂ…裏面、２…第１の反射部、３…第２の反射部、４…位相調整部、５…利得部、６…裏面電極、７，７ａ…チャープ回折格子構造、８，８ａ…チャープ回折格子、１０…半導体レーザ、２１，３１，４１，５１…下部クラッド層、２２，３２，４２，５２…コア層、２３，３３…回折格子層、２４，３４，４３，５３…上部クラッド層、２５，３５，４４，５４…コンタクト層、２６，３６，４５，５５…電極、７１…第１の領域、７２…第２の領域、７３…第３の領域、７４…凸部、７４ａ…一端部、７４ｂ…他端部、７５…半導体領域。

Claims (5)

1. 主面を有する半導体基板と、
   該半導体基板の前記主面上に設けられた半導体コア層と及び半導体クラッド層と、
   前記半導体コア層と前記半導体クラッド層との間に設けられたチャープ回折格子構造と、を備え、
   前記チャープ回折格子構造は、所定の軸の方向に順に配置された第１〜第３の領域を含むと共に、該第１〜３の領域内にチャープ回折格子のための複数の凸部を有し、
   前記凸部は、前記チャープ回折格子のピッチで前記所定の軸の方向に配列された設置位置に設けられ、
   前記チャープ回折格子の結合係数κの変化は、前記第１の領域において前記所定の軸の方向に所定の値まで単調に増加すると共に、前記第２の領域において平坦であり、且つ、前記第３の領域において前記所定の軸の方向に前記所定の値から単調に減少するものであり、
   前記所定の軸の方向について、前記第１の領域の長さと前記第３の領域の長さとの和は、前記チャープ回折格子の全長の５．９％以上２３．５％以下であり、
   前記チャープ回折格子構造上に前記所定の軸の方向に配列された複数の電極を更に備える、ことを特徴とする半導体回折格子素子。
2. 前記第１の領域内の前記凸部の高さは、前記所定の軸の方向に単調に高くなっており、
   前記第３の領域内の前記凸部の高さは、前記所定の軸の方向に単調に低くなっている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体回折格子素子。
3. 前記第１の領域内の前記設置位置のうちの少なくとも一つの位置には、前記チャープ回折格子のための凸部が設けられておらず、
   前記第３の領域内の前記設置位置のうちの少なくとも一つの位置には、前記チャープ回折格子のための凸部が設けられていない、ことを特徴とする請求項１に記載の半導体回折格子素子。
4. 前記所定の軸の方向について、前記第１の領域の長さと前記第３の領域の長さとの和は、前記チャープ回折格子の全長の１０％以上２０％以下の範囲である、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体回折格子素子。
5. 主面を有する半導体基板と、
   前記半導体基板の前記主面上に設けられており光共振器のための第１及び第２の反射部と、
   前記半導体基板の前記主面上において前記第１の反射部と前記第２の反射部との間に配置されておりキャリア注入による光学利得を有する利得部と、を備え、
   前記第１の反射部、前記第２の反射部及び前記利得部は、前記半導体基板の前記主面に沿って配列されており、
   前記第２の反射部は、前記半導体基板の前記主面上に設けられた半導体コア層及び半導体クラッド層と、前記半導体コア層と前記半導体クラッド層との間に設けられたチャープ回折格子構造と、該チャープ回折格子構造上に所定の軸の方向に配列された複数の電極と、を含み、
   前記チャープ回折格子構造は、前記所定の軸の方向に順に配置された第１〜第３の領域を含むと共に、該第１〜３の領域内にチャープ回折格子のための複数の凸部を有し、
   前記凸部は、チャープ回折格子のピッチで前記所定の軸の方向に配列された設置位置に設けられ、
   前記チャープ回折格子の結合係数κの変化は、前記第１の領域において前記所定の軸の方向に所定の値まで単調に増加すると共に、前記第２の領域において平坦であり、且つ、前記第３の領域において前記所定の軸の方向に前記所定の値から単調に減少するものであり、
   前記所定の軸の方向について、前記第１の領域の長さと前記第３の領域の長さとの和は、前記チャープ回折格子の全長の５．９％以上２３．５％以下である、ことを特徴とする半導体レーザ。

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