WO2023135629A1 - 半導体レーザおよびモジュール素子 - Google Patents

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WO2023135629A1
WO2023135629A1 PCT/JP2022/000487 JP2022000487W WO2023135629A1 WO 2023135629 A1 WO2023135629 A1 WO 2023135629A1 JP 2022000487 W JP2022000487 W JP 2022000487W WO 2023135629 A1 WO2023135629 A1 WO 2023135629A1
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WO
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layer
semiconductor laser
wavelength
heater
guide layer
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PCT/JP2022/000487
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English (en)
French (fr)
Inventor
学 満原
亘 小林
Original Assignee
日本電信電話株式会社
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    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/024—Arrangements for thermal management
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor laser and a module element capable of wavelength sweeping at high speed and in a wide range.
  • Gas measurement systems that use light are capable of high-precision concentration measurement in real time. It is used in various fields such as inspection.
  • a gas measurement system that uses light basically utilizes the phenomenon that gas molecules absorb light at a wavelength determined for each gas type.
  • Gas absorption lines can be broadly divided into fundamental tones involving only one vibrational energy and overtones and combination tones involving multiple vibrational energies.
  • fundamental tones exhibit large optical absorption in the wavelength region of 4 ⁇ m or more, whereas overtones and combination tones exhibit large optical absorption in the wavelength region of 3 ⁇ m or less.
  • FIG. 4 shows the wavelength range and intensity of the absorption line for gas species that show large light absorption in the wavelength range from 1.6 ⁇ m to 2.4 ⁇ m (hereinafter referred to as the "2 ⁇ m peripheral wavelength range").
  • the wavelength region around 2 ⁇ m there are many absorption lines of gas species related to the greenhouse effect and environmental pollution, such as methane, carbon dioxide, nitrous oxide, carbon monoxide, hydrochloric acid, water, and ammonia.
  • gas species surrounded by dashed lines are related to the greenhouse effect
  • gas species surrounded by dotted lines are related to environmental pollution.
  • the shaded area indicates the optical communication wavelength band.
  • the absorption lines of gases have a narrow line width, and multiple absorption lines are concentrated in a narrow wavelength region for each gas type. Since one absorption line is used in normal gas measurement, it is desirable that the light from the light source used in gas measurement has a narrow line width and a single wavelength.
  • a semiconductor laser is widely used as a light source for gas measurement because it is relatively easy to obtain light emission at a single wavelength, is compact, and consumes less power than gas lasers and solid-state lasers. .
  • a semiconductor laser on an InP substrate that oscillates at a single wavelength (hereinafter referred to as a “2 ⁇ m peripheral wavelength band laser”) has been researched and developed in order to apply it to the 2 ⁇ m peripheral wavelength region in the semiconductor laser used for gas measurement.
  • Some lasers have already been put into practical use and are on the market (for example, Non-Patent Document 1, Non-Patent Document 2, and Non-Patent Document 4).
  • a multiple quantum well structure with a well layer of InGaAs or InGaAsP to which compressive strain is applied on an InP substrate is used as an active layer, so that it can operate in a wavelength band longer than that of the optical fiber communication band.
  • Oscillation at a single wavelength is made possible by applying the structure of DFB lasers and DBR lasers, which have been proven as lasers for optical fiber communication.
  • a laser with an oscillation wavelength of 2.3 ⁇ m can be produced (for example, Non-Patent Document 3). Furthermore, if a structure in which InGaAsSb is used as a well layer is used, a wavelength range of 2.2 ⁇ m to 2.4 ⁇ m can be covered. Details are described below.
  • a conventional semiconductor laser 30 that oscillates at a wavelength of around 2 ⁇ m on an InP substrate includes an n-type InP substrate 301, an n-type InP clad layer 302, InGaAsP guide layers 303_1 and 303_2, and an active layer 304, InGaAsP guide layers 305_2 and 305_1, a p-type InP cladding layer 306, a p-type InGaAs contact layer 307, and an n-type electrode 308 and a p-type electrode 309.
  • FIG. 1 an n-type InP substrate 301
  • an n-type InP clad layer 302 InGaAsP guide layers 303_1 and 303_2
  • an active layer 304 InGaAsP guide layers 305_2 and 305_1
  • a p-type InP cladding layer 306 a p-type InGaAs contact layer 307
  • the active layer 304 uses MQW in which well layers and barrier layers are made of InGaAs or InGaAsSb, and a large compressive strain is applied to the well layers.
  • MQW in which well layers and barrier layers are made of InGaAs or InGaAsSb, and a large compressive strain is applied to the well layers.
  • the layer structure other than the MQW is substantially the same as the layer structure of the laser used in optical fiber communication, the 2 ⁇ m band laser on the InP substrate can be manufactured in the same manner as the laser for optical fiber communication.
  • the emission wavelength is lengthened by using MQW having a well layer to which a large compressive strain is applied as described above.
  • the emission wavelength of MQW is basically around the bandgap wavelength of the well layer.
  • FIG. 6 shows changes in the bandgap wavelength when the film thickness of the MQW well layer of the 2 ⁇ m band laser on the InP substrate is changed.
  • the barrier layer is lattice-matched to InP, and the Sb molar composition ratio of the barrier layer is equal to the Sb molar composition ratio of the well layer.
  • a bandgap wavelength of 2.2 ⁇ m to 2.4 ⁇ m can be obtained.
  • Lasers and DBR lasers can be made.
  • FIG. 7 shows the oscillation spectrum of a DFB laser with an active layer of InGaAs/InGaAs MQW fabricated on an InP substrate (injection current: 60 mA).
  • the line width of the oscillation peak is about 0.1 to 0.2 nm, and the mode suppression ratio (SMSR) is 30 dB.
  • SMSR mode suppression ratio
  • Solid line in the figure has a narrow line width near a wavelength of 2.05 ⁇ m, and many absorption lines are observed densely in a narrow wavelength range.
  • absorption lines were obtained using HITRAN (High-resolution transmission molecular absorption database). The interval between absorption lines is about 0.5 nm for carbon dioxide and about 2 to 3 nm for water.
  • the line width of the oscillation spectrum of a semiconductor laser is narrower than the wavelength interval of this absorption line.
  • the change in light transmittance can be analyzed by sweeping (changing) the oscillation wavelength of the laser near the absorption line.
  • the oscillation wavelength of a semiconductor laser changes depending on the temperature of the heat sink on which the semiconductor laser is mounted and the current injected into the semiconductor laser.
  • the time response of the wavelength change of the laser is faster with the injected current than with the temperature of the heat sink. Therefore, in gas measurement, the laser wavelength is usually swept by changing the injection current.
  • Fig. 9 shows the change in the oscillation wavelength due to the heat sink temperature of the DFB laser and the injection current.
  • the DFB laser had a cavity length of 900 ⁇ m, an active layer of InGaAs/InGaAs MQW on an InP substrate, and an oscillation wavelength of about 2.05 ⁇ m.
  • the oscillation wavelength shifts to the long wavelength side by about 0.2 nm.
  • the wavelength can be swept for one gas absorption line with a shift amount of about 0.2 nm for a semiconductor laser. It is possible to select and measure only one of the gas absorption lines.
  • the change in the oscillation wavelength due to this injection current is mainly caused by the Joule heat generated by the current, which raises the temperature near the active layer and changes the effective refractive index.
  • the oscillation wavelength of the laser changes in a shorter time than when changing the temperature of the heat sink.
  • FIG. 10 shows changes in the oscillation wavelength when the injection current to the DFB laser is kept constant and the temperature of the heat sink is changed.
  • the oscillation wavelength of the laser is changed by about 2 nm by changing the temperature of the heat sink by 20.degree.
  • This change in the oscillation wavelength due to temperature is mainly due to the change in effective refractive index due to temperature, and the same is true for materials that can be produced on an InP substrate. Therefore, even in lasers having different oscillation wavelengths, the rate of change of the oscillation wavelength due to the temperature of the heat sink is about the same as that of the laser that oscillates at a wavelength near 2.05 ⁇ m.
  • not only one gas absorption line but also a plurality of gas absorption lines can be measured by changing the temperature of the heat sink.
  • the temperature of the heat sink was changed and the light from the DFB laser was made incident on the gas cell filled with carbon dioxide, and the change in transmittance was observed (the solid line in the figure).
  • a comparison with the spectrum of gas absorption lines (dotted line in the figure) reveals that the transmittance changes according to the wavelength and intensity of the gas absorption lines, indicating that a plurality of gas absorption lines can be measured.
  • the oscillation wavelength of the DFB laser is set to around 2.047 ⁇ m at a heat sink temperature of 15° C., and the oscillation wavelength is changed with the heat sink temperature to obtain the absorption lines of both carbon dioxide and water (Fig. 8). can be measured.
  • a semiconductor laser, a heat sink, a submount, and a Peltier element are mounted in this order.
  • the temperature of the semiconductor laser is measured by a thermistor placed on the heat sink.
  • the temperature change of the semiconductor laser involves not only the heat capacity of the semiconductor laser but also the heat capacity of the heat sink, submount, and Peltier element.
  • the total heat capacity from the semiconductor laser to the Peltier element increases, making it difficult to change the temperature of the laser in a short period of time. Therefore, gas measurement takes a long time, which is a problem.
  • the f-detection method or the 2f-detection method is used for gas concentration measurement, it takes time to stabilize the temperature of the semiconductor laser (active layer) by changing the temperature of the heat sink. It is difficult to measure.
  • the wavelength range that can be swept by the laser can be expanded, but on the other hand, it is difficult to perform high-speed measurement and high-frequency modulation measurement.
  • a semiconductor laser according to the present invention includes, on a substrate, a first clad layer, an active layer, and a second clad layer in this order. It is characterized by comprising a ridge portion arranged in the waveguide direction in the layer and a heater arranged in the vicinity of the ridge portion, and having an oscillation wavelength of 1.6 ⁇ m to 2.4 ⁇ m.
  • FIG. 1A is a schematic perspective view showing the configuration of a semiconductor laser according to a first embodiment of the invention.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line IB-IB' showing the configuration of the semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1C is a schematic top view showing the configuration of the semiconductor laser according to the first embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the semiconductor laser according to the first embodiment of the invention.
  • FIG. 3A is a schematic perspective view showing the configuration of an optical semiconductor device according to a second embodiment of the present invention;
  • FIG. 3B is a schematic top view showing the configuration of the optical semiconductor device according to the second embodiment of the present invention;
  • FIG. 4 is a diagram for explaining gas measurement by a conventional semiconductor laser.
  • FIG. 5 is a sectional view showing the configuration of a conventional semiconductor laser for gas measurement.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a conventional semiconductor laser for gas measurement.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a conventional semiconductor laser for gas measurement.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a conventional semiconductor laser for gas measurement.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a conventional semiconductor laser for gas measurement.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a conventional semiconductor laser for gas measurement.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a conventional semiconductor laser for gas measurement.
  • FIG. 1A A semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A to 2.
  • FIG. 1A A semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A to 2.
  • FIG. 1A A semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A to 2.
  • FIG. 1A A semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A to 2.
  • the semiconductor laser 10 has a ridge waveguide structure having a ridge portion. 103 , an active layer 104 , a second guide layer 105 and a second clad layer 106 .
  • a diffraction grating 112 is provided at the boundary between the second guide layer 105 and the second clad layer 106 .
  • the Bragg wavelength of the diffraction grating 112 is 2.33 ⁇ m.
  • n-type InP substrate is used for the substrate 101, and AuGeNi and Au, for example, are provided as the n-type electrode 108 on the back surface.
  • the first clad layer 102 is n-type InP, and the first guide layer 103 is InGaAsP (bandgap wavelength 1.15 ⁇ m, film thickness 0.1 ⁇ m).
  • the active layer 104 is a multiple quantum well (MQW), consists of well layers of compressive strained InGaAsSb and barrier layers of tensile strained InGaAsSb, and has a layer thickness of 6 to 7 nm in four periods.
  • the photoluminescence emission wavelength of MQW is about 2.33 ⁇ m, which is near the absorption line of carbon monoxide ( 12 C 16 O 2 ) (FIG. 2, described later).
  • the second guide layer 105 is InGaAsP (bandgap wavelength 1.15 ⁇ m, film thickness 0.1 ⁇ m).
  • the second cladding layer 106 is p-type InP, and has a convex portion extending in the waveguide direction (the Y direction in the drawing) and forming a ridge portion.
  • a p-type electrode 109 such as AuZnNi, Au, etc. and a pad electrode (for example, Au) 110 are provided in this order on the second cladding layer 106 via a contact layer 107 such as p-type InGaAs.
  • An insulating film (for example, SiO 2 ) 111 is formed on the surface of the semiconductor laser 10 except for the portion where the p-type electrode 109 is formed.
  • a heater 113 is arranged on the surface of the insulating film 111 on the second guide layer 105, in the vicinity of the ridge and parallel to the ridge. It also has a pad electrode (for example, Au) 114 electrically connected to the heater 113 and is connected to an external power source (not shown) to apply a voltage.
  • Pt is used for the heater 113, and the film thickness is 0.6 ⁇ m and the width is 15 ⁇ m.
  • the distance between the heater 113 and the ridge is 0.2 ⁇ m.
  • the heater 113 is arranged in parallel with the ridge portion is shown, but it does not have to be arranged in parallel and may be arranged in the vicinity of the ridge portion.
  • a semiconductor laser 10 according to the present embodiment is mounted on a semiconductor laser module.
  • the semiconductor laser module includes, in order, the semiconductor laser 10 according to this embodiment, a heat sink, a submount, and a Peltier element.
  • the wavelength of the gas absorption line is determined by the type of gas, so it is necessary to match the oscillation wavelength of the semiconductor laser to the wavelength of the gas absorption line to be measured and stabilize it by temperature control.
  • the oscillation wavelength is changed by locally changing the temperature around the active layer 104 of the laser by the heater 113 while the temperature of the heat sink is kept constant by the Peltier element.
  • the change in the oscillation wavelength of the DFB laser due to temperature is mainly due to the temperature change in the effective refractive index around the active layer, that is, around the diffraction grating (resonant structure). Therefore, the longer the region through which the temperature from the heat source such as a heat sink or heater propagates, the longer it takes for the temperature around the active layer of the semiconductor laser to stabilize.
  • the semiconductor laser 10 is provided with the heater 113, which makes the dependence of the temperature change around the active layer 104 on the heat capacity of the heat sink, submount, and Peltier element relatively higher than in the conventional semiconductor laser. , and the dependence on the heat capacity of the body of the semiconductor laser 10 can be increased. As a result, the time required for temperature change and stabilization around the active layer 104 can be shortened, and the time required for wavelength sweeping can be shortened, enabling high-speed gas measurement.
  • the heater is arranged near the surface of the second clad layer, so the distance between the heater and the active layer is long. , and the area through which the heater temperature propagates becomes longer. As a result, it takes a long time to stabilize the temperature around the active layer of the semiconductor laser.
  • the heater 113 can be arranged near the surface of the second guide layer 105 in the ridge waveguide structure. Temperatur can be reduced. As a result, the time required for the temperature around the active layer 104 of the semiconductor laser to stabilize can be shortened, and the time required for wavelength sweeping can be shortened, enabling high-speed gas measurement.
  • the first The cladding layer (n-type InP) 102 or part of the n-type InP substrate 101 may be removed.
  • the second guide layer 105, the active layer 104, and the first guide layer 103 do not exist in the area outside the area where the pad electrodes 110 and 114 are arranged.
  • “outside the region where the pad electrodes are arranged” refers to the sides opposite to the ridge portion with respect to the pad electrodes 110 and 114, respectively.
  • the volume of the semiconductor laser 10 can be reduced, the heat capacity can be reduced, and the heat from the heater 113 can be suppressed from propagating outside the laser region serving as the active layer.
  • the heat conduction from the heater 113 to the laser region serving as the active layer is improved, and the time required for wavelength sweeping can be shortened, enabling high-speed gas measurement.
  • the oscillation threshold current at a heat sink temperature of 20° C. is 30 mA
  • the oscillation wavelength at an injection current of 100 mA is 2.330 ⁇ m.
  • the injection current to the semiconductor laser 10 is kept constant at 100 mA, and the temperature of the heat sink is increased from 20°C to 50°C.
  • the oscillation wavelength changes from 2.330 ⁇ m to 2.333 ⁇ m in approximately 500 milliseconds.
  • the oscillation wavelength is changed only by the current supplied to the heater 113 while maintaining the injection current to the laser at 100 mA and the temperature of the heat sink at 20°C.
  • the oscillation wavelength changes from 2.330 ⁇ m to 2.333 ⁇ m in approximately 5 milliseconds.
  • the absorption spectrum of carbon monoxide ( 12 C 16 O 2 ) has many absorption lines in the wavelength range of 2.325-2.345. Therefore, when carbon monoxide ( 12 C 16 O 2 ) is measured, the oscillation wavelength of the semiconductor laser 10 is swept from 2.330 ⁇ m to 2.333 ⁇ m as described above, and carbon monoxide ( 12 C 16 At least one of the absorption lines of O 2 ) can be swept, and the gas concentration can be obtained by analyzing the change in light transmittance due to the light absorption.
  • the wavelength can be swept in a short time compared to the conventional control by the temperature of the heat sink.
  • the gas can be measured by sweeping the wavelength in a wide wavelength range at high speed.
  • the time required for gas measurement can be greatly reduced. Furthermore, in gas measurement, the light source can be modulated at a high frequency, and measurement can be performed with high sensitivity and high accuracy using the f-detection method or the 2f-detection method.
  • the temperature of the heat sink is also affected, and the oscillation wavelength stabilizes when the laser, and more specifically the vicinity of the active layer, reaches a state of thermal equilibrium.
  • the time required to reach this thermal equilibrium state can be shortened by the positional relationship between the ridge portion of the semiconductor laser and the heater, the shape of the heater, the configuration of the separation groove for suppressing heat conduction, and the like.
  • the interval (distance) between the heater Pt and the ridge portion is 0.2 ⁇ m
  • the interval (distance) between the heater and the ridge portion can be narrowed to about 0.1 ⁇ m by shortening the wavelength of the light source for exposure, improving the positioning accuracy between the photomask and the wafer, and improving the etching technique.
  • the distance (distance) between the heater and the ridge portion is long, the conduction of heat from the heater to the waveguide is reduced.
  • n-type InP substrate 101 a first clad layer (n-type InP) 102, a first guide layer (InGaAsP) 103, an active layer (MQW) 104, A second guide layer (InGaAsP) 105 and an InP protective layer are crystal-grown.
  • the upper surface of the second guide layer (InGaAsP) 105 is etched to fabricate a diffraction grating 112 having a Bragg wavelength of 2.33 ⁇ m at room temperature.
  • a second cladding layer (p-type InP) 106, a contact layer (p-type InGaAs) 107, and an InP protective layer are regrown on the diffraction grating 112 using metal-organic vapor phase epitaxy.
  • the second clad layer (p-type InP) 106, the contact layer (p-type InGaAs) 107, and the InP protective layer are processed by dry etching and wet etching to form a ridge portion.
  • the region outside the region where the pad electrode is arranged in the later-described process is replaced with the first cladding layer (n-type InP) 102.
  • the first cladding layer (n-type InP) 102 is removed.
  • the insulating film and the InP protective layer on the contact layer (p-type InGaAs) 107 are removed.
  • a metal (AuZnNi, Au) that will become the p-type electrode 109 is vapor-deposited on the contact layer (p-type InGaAs) 107 by resistance heating.
  • a heater 113 made of Pt is formed on the insulating film 111 near the ridge by lithography and electron beam evaporation.
  • the p-type electrode 109 and the pad electrodes 110 and 114 of the heater 113 made of Au are formed.
  • a metal (AuGeNi, Au) to be the n-type electrode 108 is vapor-deposited and annealed for electrode formation.
  • a ridge waveguide structure with a resonator length of 450 ⁇ m is formed by cleavage.
  • a highly reflective film is vapor-deposited on one of the cleaved surfaces, and an antireflection film is vapor-deposited on the other cleaved surface.
  • the semiconductor laser 10 is manufactured.
  • the metal used for the heater may be a conductor with a large resistance, and for example, a metal such as titanium tungsten alloy (TiW) may be used.
  • TiW titanium tungsten alloy
  • the optical semiconductor device 20 has a ridge waveguide structure having a ridge portion, and includes a semiconductor laser 20_1 and a semiconductor optical amplifier (SOA) 20_2.
  • SOA semiconductor optical amplifier
  • the semiconductor laser 20_1 includes, in order, a substrate 201, a first clad layer 202, a first guide layer 203_1, an active layer 204_1, a second guide layer 205_1, and a second clad layer 206, and the first clad layer 202 to the second clad layer 206 form a ridge waveguide.
  • the second clad layer 206 has a convex portion forming a ridge portion.
  • n-type electrode 208 is provided on the back surface of the substrate 201, and a p-type electrode 209_1 and a pad electrode 210_1 are provided in this order on the second clad layer 206 via a contact layer 207_1.
  • a diffraction grating 212 is provided at the boundary between the second guide layer 205_1 and the second clad layer 206, and a heater 213 and a pad electrode 214 are provided near the second clad layer 206.
  • the active layer 204_1 is a multiple quantum well (MQW), consists of compressively strained InGaAs well layers and InGaAsP barrier layers substantially lattice-matched with InP, and has four periods.
  • the photoluminescence emission wavelength of MQW is about 1.80 ⁇ m, which is a wavelength near the absorption lines of hydrogen chloride ( 1 H 28 Cl) and water ( 1 H 2 16 O).
  • the diffraction grating 212 of the semiconductor laser 20_1 has a Bragg wavelength of 1.80 ⁇ m at room temperature.
  • a semiconductor optical amplifier (SOA) 20_2 includes, in order, a substrate 201, a first clad layer 202, a third guide layer 203_2, an SOA active layer 204_2, a fourth guide layer 205_2, and a second clad layer. 206, and the first clad layer 202 to the second clad layer 206 form a ridge waveguide.
  • An n-type electrode 208 is provided on the back surface of the substrate 201, and a p-type electrode 209_2 and a pad electrode 210_2 are provided in this order on the second clad layer 206 via a contact layer 207_2.
  • the contact layers 207_1 and 207_2, the p-type electrodes 209_1 and 209_2, the pad electrodes 210_1 and 210_2 are separated, and the second cladding is formed. A portion of layer 206 near the top surface is removed.
  • the substrate 201, the first clad layer 202, the second clad layer 206, and the n-type electrode 208 are common to the semiconductor laser 20_1.
  • the SOA active layer 204_2 is a multiple quantum well (MQW) and consists of compression-strained InGaAs well layers and InGaAsP barrier layers substantially lattice-matched with InP, and has four periods.
  • the photoluminescence emission wavelength of MQW4 is about 1.85 ⁇ m.
  • the ridge waveguide of the semiconductor laser 20_1 and the ridge waveguide of the SOA 20_2 are optically coupled and connected in the waveguide direction (the Y direction in the figure).
  • An optical semiconductor element 20 according to the present embodiment is mounted on an optical semiconductor module.
  • the optical semiconductor module includes, in order, an optical semiconductor element 20 according to this embodiment, a heat sink, a submount, and a Peltier element.
  • the temperature of the heat sink of the optical semiconductor module is set to 20° C.
  • the injection current to the semiconductor laser 20_1 is 100 mA
  • the injection current to the semiconductor optical amplifier is 250 mA.
  • the wavelength emitted from the semiconductor optical amplifier changes from 1.800 ⁇ m to 1.804 ⁇ m in about 5 milliseconds.
  • the optical output is reduced from 12 mW to 10 mW. In this way, the decrease in optical output during wavelength sweeping can be suppressed to about 2 mW.
  • the oscillation wavelength of the optical semiconductor element 20 is swept from 1.800 ⁇ m to 1.804 ⁇ m as described above.
  • at least one of the absorption lines of hydrogen chloride ( 1 H 28 Cl) and water ( 1 H 2 16 O) can be swept, and the change in light transmittance due to the light absorption can be analyzed. to obtain the gas concentration.
  • a single laser can be used to measure a plurality of gas species.
  • the change in optical output due to wavelength change is small.
  • the semiconductor laser 10 according to the first embodiment when the temperature around the active layer increases, not only the oscillation wavelength but also the optical output decreases.
  • the SOA compensates for the decrease in the optical output during wavelength sweep due to the increase in the temperature around the active layer of the semiconductor laser 20_1, thereby suppressing the change in the optical output.
  • the same effect as in the first embodiment can be obtained, and the wavelength can be swept in a wide wavelength range at high speed, and the change in optical output can be suppressed, so gas measurement can be performed with high accuracy. can do.
  • a first waveguide other than the ridge waveguide is provided between the vicinity of the heater of the semiconductor laser and the SOA.
  • the first and/or third guide layer, the active layer and/or the SOA active layer, and the second and/or fourth guide layer are removed, and a groove 215 is provided.
  • a first cladding layer (n-type InP) 202, a first guide layer (InGaAsP) 203_1, an active layer (MQW) 204_1, a second guide layer (InGaAsP) 205_1, a second cladding layer (n-type InP) 206, and an InP protective layer are crystal-grown. .
  • the first guide layer (InGaAsP) to the InP protective layer in regions other than the portion constituting the semiconductor laser 20_1 are removed by etching.
  • a third guide layer (InGaAsP) 203_2 and an SOA active layer (MQW) are sequentially formed in the etched region using a metal organic vapor phase epitaxy method as a layer structure constituting a semiconductor optical amplifier (SOA) 20_2.
  • SOA semiconductor optical amplifier
  • 204_2 the fourth guide layer (InGaAsP) 205_2, and part of the second clad layer (p-type InP) are regrown.
  • a diffraction grating 212 is formed by etching on the upper surface of the second guide layer (InGaAsP) 205_1 in this portion.
  • a second cladding layer (p-type InP) 206, a contact layer (p-type InGaAs), and an InP protective layer are regrown over the entire surface of the wafer using metalorganic vapor phase epitaxy.
  • the second cladding layer (p-type InP) 206, the contact layer (p-type InGaAs), and the InP protective layer are processed by dry etching and wet etching to form ridges in the semiconductor laser 20_1 and SOA 20_2.
  • the region outside the region where the pad electrode is arranged in the later-described process is replaced with the first cladding layer (n-type InP) 202 Alternatively, even part of the n-type InP substrate 201 is removed.
  • a groove 215 is formed by removing the active layer and/or SOA active layer 204_1, 204_2 and the second and/or fourth guide layer 205_1, 205_2.
  • a portion of the second clad layer (p-type InP) 206 near the boundary (periphery) between the semiconductor laser 20_1 and the SOA 20_2 and the contact layer are formed.
  • the (p-type InGaAs) and InP protective layers are removed.
  • the contact layer (p-type InGaAs) 207_1 of the semiconductor laser 20_1 and the contact layer (p-type InGaAs) 207_2 of the SOA are separated from each other.
  • the insulating film 211 and the InP protective layer on the contact layers (p-type InGaAs) 207_1 and 207_2 of the semiconductor laser 20_1 and SOA 20_2 are removed.
  • metals (AuZnNi, Au) to be p-type electrodes 209_1 and 209_2 are deposited on the contact layers (p-type InGaAs) 207_1 and 207_2 by resistance heating.
  • a heater 213 made of Pt is formed on the insulating film 211 near the ridge by lithography and electron beam evaporation.
  • pad electrodes 210_1 and 210_2 of the p-type electrode 209 and a pad electrode 214 of the heater 213 made of Au are formed.
  • an n-type electrode 208 is deposited and annealed for electrode formation.
  • a ridge waveguide structure in which the semiconductor laser 20_1 has a cavity length of 450 ⁇ m and the SOA 20_2 has a length of 600 ⁇ m is formed by cleavage.
  • a highly reflective film is vapor-deposited on the cleaved surface on the semiconductor laser 20_1 side, and an antireflection film is vapor-deposited on the cleaved surface on the SOA 20_2 side.
  • the optical semiconductor device 20 is manufactured.
  • the oscillation wavelength may be changed by changing both the current applied to the heater and the injection current.
  • carbon monoxide 12 C 16 O 2
  • an MQW having a photoluminescence emission wavelength of about 2.33 ⁇ m is used for the active layer, and the oscillation wavelength is 2.330 ⁇ m to 2.333 ⁇ m.
  • hydrogen chloride 1 H 28 Cl
  • water 1 H 2 16 O
  • an MQW having a photoluminescence emission wavelength of about 1.80 ⁇ m is used in the active layer to determine the emission (oscillation) wavelength.
  • 1.800 ⁇ m to 1.804 ⁇ m has been shown, it is not limited to these.
  • Other gases may be measured, and the oscillation wavelength of the semiconductor laser may be in another wavelength band of 1.6 to 2.4 ⁇ m.
  • any one of InGaAs, InAs, and InGaAsSb can be used for the well layer, and any one of InGaAs, InGaAsP, and InGaAsSb can be used for the barrier layer. It suffices if it can correspond to the oscillation wavelength of the laser. Also, the layer thickness and period may be within a range in which lattice relaxation does not occur.
  • substantially lattice-matched to InP means a state in which lattice relaxation does not occur on InP.
  • the substrate is not limited to the InP substrate, and a dielectric substrate such as SiO 2 substrate, a Si substrate, an SOI substrate, etc. can also be used using wafer bonding or the like.
  • the diffraction grating is arranged at the boundary between the second clad layer and the second guide layer, it may be arranged at the boundary between the first clad layer and the first guide layer. Also, the configuration (depth, period, etc.) of the diffraction grating may be set according to the oscillation wavelength of the semiconductor laser.
  • the present invention relates to wavelength-swept semiconductor lasers and module devices, and can be applied to gas measurement.

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Abstract

本発明の半導体レーザ（１０）は基板（１０１）上に、順に、第１のクラッド層（１０２）と、活性層（１０４）と、第２のクラッド層（１０６）とを備え、第２のクラッド層において導波方向に配置されるリッジ部と、リッジ部の近傍に配置されるヒーター（１１３）とを備え、発振波長が１．６μｍから２．４μｍである。さらに、第１のクラッド層と活性層、活性層と第２のクラッド層それぞれとの間に第１のガイド層（１０３）、第２のガイド層（１０５）と、第１のクラッド層と第１のガイド層との境界又は第２のクラッド層と第２のガイド層との境界に回折格子（１１２）と、リッジ部以外の第２のガイド層の表面上に絶縁膜（１１１）とを備え、ヒーターが絶縁膜上に配置される。　これにより、本発明は、高速かつ広波長範囲で波長掃引する半導体レーザを提供できる。

Description

半導体レーザおよびモジュール素子
　本発明は、高速で広い範囲で波長掃引できる半導体レーザおよびモジュール素子に関する。
　光を用いたガス計測システムは、リアルタイムに高精度な濃度計測が可能であり、工場から排出するガスや大気中のガスの成分分析、装置や配管からのガス漏えいの検査、医療におけるピロリ菌の検査など、様々な分野で用いられている。
　光を用いたガス計測システムは、基本的にはガス分子がガス種ごとに決まった波長で光吸収が起こる現象を利用したものである。ガスの吸収線は、１つの振動エネルギーだけが関与する基本音と、複数の振動エネルギーが関与する倍音や結合音に大別できる。多くのガス種において、基本音は４μｍ以上の波長領域で大きな光吸収が見られるのに対し、倍音や結合音では３μｍ以下の波長領域で大きな光吸収が見られる。
　図４に、波長が１．６μｍから２．４μｍの波長域（以下、「２μｍ周辺波長域」という。）で大きな光吸収が見られるガス種について、その吸収線の波長域と強度を示す。２μｍ周辺波長域には、メタン、二酸化炭素、亜酸化窒素、一酸化炭素、塩酸、水、アンモニアなどの温室効果や環境汚染に関係があるガス種の吸収線が多数存在する。図中、破線で囲まれるガス種が温室効果に関係があり、点線で囲まれるガス種が環境汚染に関係がある。また、斜線部が光通信波長帯を示す。
　ガスの吸収線は、線幅が狭く、ガス種ごとに狭い波長領域に複数の吸収線が密集する。通常のガス計測では１本の吸収線を利用するので、ガス計測で用いる光源による光は、線幅が狭く単一波長であることが望まれる。半導体レーザは、単一波長での発光を得ることが比較的容易であり、小型であり、さらにガスレーザや固体レーザに比べて低消費電力であるため、ガス計測用の光源として広く利用されている。
　ガス計測に用いる半導体レーザにおいて、２μｍ周辺波長域に適用するために、単一波長で発振するＩｎＰ基板上の半導体レーザ（以下、「２μｍ周辺波長帯レーザ」という。）が研究・開発されており、すでに実用化、市販されているレーザもある（例えば、非特許文献１、非特許文献２、非特許文献４）。
　２μｍ周辺波長帯レーザでは、ＩｎＰ基板上で圧縮歪を印加したＩｎＧａＡｓやＩｎＧａＡｓＰを井戸層とする多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を活性層とすることにより、光ファイバ通信帯よりも長い波長帯での発振を可能にし、さらに光ファイバ通信用レーザで実績のあるＤＦＢレーザやＤＢＲレーザの構造を適用することで単一波長での発振を可能にしている。
　また、井戸層にＩｎＡｓを用いることにより、発振波長が２．３μｍのレーザを作製することもできる（例えば、非特許文献３）。さらに、ＩｎＧａＡｓＳｂを井戸層する構造を用いれば、２．２μｍから２．４μｍの波長領域をカバーすることができる。以下に、詳細を説明する。
　従来のＩｎＰ基板上の２μｍ付近の波長で発振する半導体レーザ３０は、図５に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板３０１と、ｎ型ＩｎＰクラッド層３０２と、ＩｎＧａＡｓＰガイド層３０３＿１、３０３＿２と、活性層３０４と、ＩｎＧａＡｓＰガイド層３０５＿２、３０５＿１と、ｐ型ＩｎＰクラッド層３０６と、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層３０７とを備え、ｎ型電極３０８とｐ型電極３０９とを備える。
　活性層３０４に、井戸層と障壁層がＩｎＧａＡｓ又はＩｎＧａＡｓＳｂからなるＭＱＷが用いられ、井戸層に大きな圧縮歪が印加される。ここで、ＭＱＷ以外の層構成は光ファイバ通信で用いられるレーザの層構成と略同様であるので、ＩｎＰ基板上の２μｍ帯レーザは光ファイバ通信用レーザと同様に作製できる。
　半導体レーザ３０では、前述したように大きな圧縮歪が印加された井戸層を有するＭＱＷを用いることで発光波長を長波長化させている。ＭＱＷの発光波長は、基本的には井戸層のバンドギャップ波長付近となる。
　図６に、ＩｎＰ基板上の２μｍ帯レーザのＭＱＷの井戸層の膜厚を変化させたときのバンドギャップ波長の変化を示す。ここで、井戸層と障壁層それぞれにＩｎＧａＡｓあるいはＩｎＧａＡｓＳｂ（Ｓｂモル組成比＝０．１、０．２、０．３）を用い、井戸層の圧縮歪を２％とする。また、障壁層はＩｎＰに格子整合し、障壁層のＳｂモル組成比は井戸層のＳｂモル組成比と等しいものとする。
　図６に示すように、ＩｎＧａＡｓＳｂを井戸層に用いることにより、２．２μｍから２．４μｍのバンドギャップ波長を得られる。このＩｎＧａＡｓＳｂ井戸層を含むＭＱＷを活性層とし、バンドギャップ波長付近で発振波長が得られるような回折格子を設けることで、２．２μｍから２．４μｍまでの波長領域において単一波長で発振するＤＦＢレーザやＤＢＲレーザを作製できる。
　図７に、ＩｎＰ基板上に作製したＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ ＭＱＷを活性層とするＤＦＢレーザの発振スペクトルを示す（注入電流：６０ｍＡ）。発振ピークの線幅は、０．１～０．２ｎｍ程度であり、モード抑圧比（Ｓｉｄｅ　Ｍｏｄｅ　Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ　Ｒａｔｉｏ、ＳＭＳＲ）は３０ｄＢである。
　一方、計測対象であるガス種において、図８に示すように、例えば、二酸化炭素（１２Ｃ１６Ｏ２）の吸収線（図中、点線）と水（１Ｈ２ １６Ｏ）の吸収線（図中、実線）は、波長２．０５μｍ付近で線幅が狭く、多数の吸収線が狭い波長範囲に密集して観測される。ここで、吸収線はＨＩＴＲＡＮ（Ｈｉｇｈ－ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｄａｔａｂａｓｅ）を用いて取得された。吸収線の間隔は、二酸化炭素では０．５ｎｍ程度、水では２～３ｎｍ程度である。
　このように、ガス計測において、半導体レーザの発振スペクトルの線幅は、この吸収線の波長間隔より狭いので、半導体レーザによるガス計測では、吸収線のうち１本の吸収線を対象として、ガスの吸収線付近でレーザの発振波長を掃引（変化）して、光の透過率の変化を解析できる。
　半導体レーザの発振波長は、半導体レーザが搭載されるヒートシンクの温度と、半導体レーザへの注入電流により変化する。レーザの波長変化の時間応答は、ヒートシンクの温度よりも注入電流の方が速い。そこで、ガス計測では、通常、注入電流を変化させてレーザの波長を掃引する。
　図９に、ＤＦＢレーザのヒートシンク温度と注入電流による発振波長の変化を示す。ここで、ＤＦＢレーザは、共振器長が９００μｍであり、ＩｎＰ基板上のＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ ＭＱＷを活性層とし、発振波長が２．０５μｍ付近に設定された。それぞれのヒートシンク温度（１５℃、２５℃、３５℃、４５℃）において、レーザへの注入電流を５０ｍＡから１５０ｍＡまで増加させることで、発振波長は０．２ｎｍ程度、長波長側にシフトする。
　ガス吸収線の線幅とレーザの発振スペクトルの線幅両方が狭いので、半導体レーザの０．２ｎｍ程度のシフト量で１本のガス吸収線に対して波長掃引でき、この透過率の変化より対象のガスの吸収線の１本だけを選択して計測できる。
　この注入電流による発振波長の変化は、主に電流で発生するジュール熱により活性層付近の温度が上昇して実効屈折率が変化することに起因する。このとき、レーザ単体の熱容量は小さいので、ヒートシンクの温度を変える場合よりもレーザの発振波長が短時間で変化する。さらに、微量のガス濃度を計測する場合、光源を一定の周波数で変調し、検出器からの信号をその周波数の整数倍の周波数で位相敏感検波するｆ検波法や２ｆ検波法などを用いることができる。
　一方、ヒートシンクの温度を変化させる場合の方が、注入電流を変化させる場合よりも広範囲で温度を変えることができる。図１０に、ＤＦＢレーザへの注入電流を一定とし、ヒートシンクの温度を変化させた際の発振波長の変化を示す。レーザの発振波長は、ヒートシンクの温度を２０℃変えることで２ｎｍ程度の波長を変化させ、発振波長の変化率は０．１ｎｍ／℃程度である。
　この発振波長の温度による変化は、主として実効屈折率の温度による変化によるものであり、ＩｎＰ基板上で作製できる材料であれば同程度である。したがって、発振波長が異なるレーザにおいてもヒートシンクの温度による発振波長の変化率は、この２．０５μｍ付近波長で発振するレーザと同程度である。
　図１１に示すように、ヒートシンクの温度変化により、１本のガスの吸収線だけでなく、複数のガス吸収線を測定できる。ここで、二酸化炭素を封入したガスセルにヒートシンクの温度を変えてＤＦＢレーザから光を入射し、透過率の変化が観測された（図中、実線）。ガス吸収線のスペクトル（図中、点線）と比較すると、ガス吸収線の波長と強度に応じて透過率が変化していることから、複数のガス吸収線を測定できることがわかる。
　このように、レーザ光を広い波長範囲で掃引することにより、１つのガス種に対して複数の吸収線を測定でき、ガス計測の精度を向上できる。さらに、掃引できる波長範囲を拡大することにより、１台のレーザで複数のガス種を対象として計測できる。例えば、ＤＦＢレーザの発振波長をヒートシンクの温度が１５℃で２．０４７μｍ付近と設定して、ヒートシンクの温度で発振波長を変化させて、二酸化炭素と水の両方のガスの吸収線（図８）を測定できる。
　以上のように、半導体レーザによるガス計測において、掃引できる波長範囲を拡大することは有用である。
M. Mitsuhara and M. Oishi, "Chapter2: 2 μm wavelength lasers employing InP-based strained-layer quantum wells," in "Long-wavelength infrared semiconductor lasers (ed. H. K. Choi,)," Wiley, New Jersey, 2004. T. Sato, M. Mitsuhara, T. Watanabe, K. Kasaya, T. Takeshita and Y. Kondo, "2.1-μm-wavelength InGaAs multiple-quantum-well distributed feedback lasers grown by MOVPE,"IEEE Journal of Selected Topics in QUuantum Electronics, VOL. 13, NO. 5, 2007, 1079-1082. T. Sato, M. Mitsuhara, N. Nunoya, T. Fujisawa, K. Kasaya, F. Kano and Y. Kondo,"2.33-μm-wavelength distributed feedback lasers with InAs-In0.53Ga0.47As multiple-quantum wells on InP substrates,"IEEE Photonics Technology Letters, VOL. 20, NO. 12, 2008, 1045-1047. https://www.ntt-electronics.com/product/gas_sensing/gas_sensing.html
　しかしながら、ガス計測システムにおいて、ヒートシンクの温度を変えて波長掃引する場合、高速での計測が困難になる。詳細を、以下に説明する。
　一般的なレーザモジュールの場合、順に、半導体レーザと、ヒートシンクと、サブマウントと、ペルチェ素子とが実装される。半導体レーザの温度は、ヒートシンク上に配置したサーミスタにより測定される。ヒートシンクの温度を変える場合、半導体レーザの温度変化には、半導体レーザの熱容量だけでなく、ヒートシンクとサブマウントとペルチェ素子の熱容量も関与する。その結果、半導体レーザからペルチェ素子までの合計の熱容量は大きくなるため、短時間でレーザの温度を変化させることが困難になる。したがって、ガス計測に多大な時間を要するので問題となる。
　さらに、ガスの濃度計測にｆ検波法や２ｆ検波法を用いる場合、ヒートシンクの温度を変えて半導体レーザ（活性層）の温度が安定させるのに時間を要するので、高い周波数で光源を変調させて計測することは困難である。
　このように、ヒートシンクの温度変化により波長掃引する計測では、レーザの掃引できる波長範囲を拡大できる反面、高速での計測および高周波数での変調計測が困難となる。
　上述の通り、電流注入により波長掃引する計測では、高速での計測が可能である反面、波長範囲の拡大が困難である。
　以上のように、半導体レーザを用いたガス計測において、高速かつ広波長範囲での計測が課題である。
　上述したような課題を解決するために、本発明に係る半導体レーザは、基板上に、順に、第１のクラッド層と、活性層と、第２のクラッド層とを備え、前記第２のクラッド層において導波方向に配置されるリッジ部と、前記リッジ部の近傍に配置されるヒーターとを備え、発振波長が１．６μｍから２．４μｍであることを特徴とする。
　本発明によれば、高速かつ広波長範囲で波長掃引する半導体レーザおよびモジュール素子を提供できる。
図１Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの構成を示す概要斜視図である。 図１Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの構成を示すＩＢ－ＩＢ’断面図である。 図１Ｃは、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの構成を示す概要上面図である。 図２は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの動作を説明するための図である。 図３Ａは、本発明の第２の実施の形態に係る光半導体素子の構成を示す概要斜視図である。 図３Ｂは、本発明の第２の実施の形態に係る光半導体素子の構成を示す概要上面図である。 図４は、従来の半導体レーザによるガス計測を説明するための図である。 図５は、従来のガス計測用半導体レーザの構成を示す断面図である。 図６は、従来のガス計測用半導体レーザを説明するための図である。 図７は、従来のガス計測用半導体レーザを説明するための図である。 図８は、従来のガス計測用半導体レーザを説明するための図である。 図９は、従来のガス計測用半導体レーザを説明するための図である。 図１０は、従来のガス計測用半導体レーザを説明するための図である。 図１１は、従来のガス計測用半導体レーザを説明するための図である。
＜第１の実施の形態＞
　本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザについて、図１Ａ～図２を参照して説明する。
＜半導体レーザの構成＞
　本実施の形態に係る半導体レーザ１０は、図１Ａ～Ｃに示すように、リッジ部を有するリッジ導波路構造であり、順に、基板１０１と、第１のクラッド層１０２と、第１のガイド層１０３と、活性層１０４と、第２のガイド層１０５と、第２のクラッド層１０６とを備える。
　また、回折格子１１２を、第２のガイド層１０５と第２のクラッド層１０６との境界に備える。回折格子１１２のブラッグ波長は２．３３μｍである。
　基板１０１に、ｎ型ＩｎＰ基板を用い、裏面にｎ型電極１０８として、例えば、ＡｕＧｅＮｉ、Ａｕを備える。
　第１のクラッド層１０２はｎ型ＩｎＰであり、第１のガイド層１０３はＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長が１．１５μｍ、膜厚が０．１μｍ）である。
　活性層１０４は、多重量子井戸（ＭＱＷ）であり、圧縮歪ＩｎＧａＡｓＳｂの井戸層と、引張歪ＩｎＧａＡｓＳｂの障壁層からなり、４周期で層厚が６～７ｎｍである。ＭＱＷのホトルミネセンス発光波長は２．３３μｍ程度であり、一酸化炭素（１２Ｃ１６Ｏ２）の吸収線（図２、後述）近傍の波長である。
　第２のガイド層１０５はＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長が１．１５μｍ、膜厚が０．１μｍ）である。
　第２のクラッド層１０６は、ｐ型ＩｎＰであり、導波方向（図中、Ｙ方向）に延在しリッジ部を構成する凸部を有する。
　第２のクラッド層１０６上に、ｐ型ＩｎＧａＡｓ等のコンタクト層１０７を介して、順に、ＡｕＺｎＮｉ、Ａｕ等のｐ型電極１０９と、パッド電極（例えば、Ａｕ）１１０とを備える。
　半導体レーザ１０の表面において、ｐ型電極１０９を形成する部分以外の部分に絶縁膜（例えば、ＳｉＯ２）１１１が形成される。
　さらに、ヒーター１１３が、第２のガイド層１０５上の絶縁膜１１１の表面で、リッジ部の近傍に、リッジ部と平行に配置される。また、ヒーター１１３に電気的に接続するパッド電極（例えば、Ａｕ）１１４を備え、外部電源（図示せず）に接続して電圧を印加する。ヒーター１１３にＰｔを用い、膜厚は０．６μｍ、幅は１５μｍである。ここで、ヒーター１１３とリッジ部との間隔は、０．２μｍである。
　ここで、ヒーター１１３がリッジ部と平行に配置される例を示したが、平行に配置されなくてもよく、リッジ部の近傍に配置されればよい。
＜半導体レーザの動作＞
　本実施の形態に係る半導体レーザ１０は、半導体レーザモジュールに搭載される。半導体レーザモジュールは、順に、本実施の形態に係る半導体レーザ１０と、ヒートシンクと、サブマウントと、ペルチェ素子とを備える。
　ガス計測では、ガス吸収線の波長はガス種により決まっているため、半導体レーザの発振波長を、計測対象のガス吸収線の波長に合わせ、温度制御により安定させる必要がある。本実施の形態では、ペルチェ素子によりヒートシンクの温度が一定に保持された状況において、ヒーター１１３によりレーザの活性層１０４周辺の温度を局所的に変化させることで発振波長を変化させる。
　半導体レーザにおいて、温度によるＤＦＢレーザの発振波長の変化は、主として活性層周辺すなわち回折格子（共振構造）周辺の実効屈折率の温度変化によるものである。したがって、ヒートシンクやヒーター等の熱源からの温度が伝搬する領域が長くなるほど、半導体レーザの活性層周辺の温度が安定するまで長時間を要する。
　従来の半導体レーザでヒートシンクの温度を変えて波長掃引する場合、活性層周辺の温度変化と安定化に半導体レーザの熱容量だけでなく、ヒートシンクとサブマウントとペルチェ素子の熱容量も関与するため、波長掃引に長時間を要する。
　一方、本実施の形態では、半導体レーザ１０にヒーター１１３が配置され、これにより従来の半導体レーザよりも活性層１０４周辺の温度変化のヒートシンクとサブマウントとペルチェ素子の熱容量への依存性を相対的に小さくでき、半導体レーザ１０本体の熱容量への依存性を大きくすることができる。その結果、活性層１０４周辺の温度変化および安定化の時間を短縮でき、波長掃引に要する時間を短縮できるので、高速でのガス計測が可能になる。
　さらに、従来ＩｎＰ基板上の半導体レーザで用いられる埋込構造のレーザにおいてヒーターを用いるとすれば、ヒーターが第２のクラッド層の表面近傍に配置されるので、ヒーターと活性層との距離が長くなり、ヒーターの温度が伝搬する領域が長くなる。その結果、半導体レーザの活性層周辺の温度が安定するまで長時間を要する。
　一方、本実施の形態に係る半導体レーザ１０では、リッジ導波路構造においてヒーター１１３を第２のガイド層１０５の表面近傍に配置できるので、ヒーター１１３と活性層１０４との距離を低減でき、ヒーター１１３の温度が伝搬する領域を低減できる。その結果、半導体レーザの活性層１０４周辺の温度が安定するまでの時間を短縮でき、波長掃引に要する時間を短縮できるので、高速でのガス計測が可能になる。
　また、本実施の形態に係る半導体レーザ１０では、リッジ部以外の領域で露出される第２のガイド層（ＩｎＧａＡｓＰ）１０５において、パッド電極１１０、１１４を配置する領域の外側の領域で、第１のクラッド層（ｎ型ＩｎＰ）１０２又はｎ型ＩｎＰ基板１０１の一部までが除去されてもよい。その結果、パッド電極１１０、１１４を配置する領域の外側の領域では、第２のガイド層１０５と活性層１０４と第１のガイド層１０３とを有さない。ここで、「パッド電極を配置する領域の外側」とは、パッド電極１１０、１１４それぞれに対してリッジ部の反対側をいう。
　これにより、半導体レーザ１０の体積が低減され、熱容量が低減されるとともに、ヒーター１１３からの熱が活性層となるレーザの領域外に伝搬することを抑制することができる。その結果、ヒーター１１３からの活性層となるレーザの領域への熱伝導が向上して、波長掃引に要する時間を短縮できるので、高速でのガス計測が可能になる。
＜半導体レーザの効果＞
　本実施の形態に係る半導体レーザ１０の効果を説明する。比較のために、従来のヒートシンクの温度変化で波長を変化させる（掃引する）半導体レーザすなわち半導体レーザ１０においてヒーターに電流を流さない場合についても説明する。
　まず、半導体レーザ１０において、ヒートシンクの温度が２０℃における発振しきい値電流は３０ｍＡであり、注入電流１００ｍＡにおける発振波長は２．３３０μｍである。
　従来のヒートシンクの温度変化で波長を変化させる場合を想定して、半導体レーザ１０への注入電流を１００ｍＡで一定とし、ヒートシンクの温度を２０℃から５０℃まで増加させる。その結果、発振波長が２．３３０μｍから２．３３３μｍまで約５００ミリ秒で変化する。
　一方、本実施の形態に係る半導体レーザ１０において、レーザへの注入電流を１００ｍＡ、ヒートシンクの温度を２０℃に保持した状態で、ヒーター１１３に流す電流だけで発振波長を変化させる。ヒーター１１３に流す電流を０ｍＡから２１０ｍＡまで増加させることにより、発振波長が２．３３０μｍから２．３３３μｍまで約５ミリ秒で変化する。
　例えば、図２に示すように、一酸化炭素（１２Ｃ１６Ｏ２）の吸収スペクトルは２．３２５～２．３４５の波長域で多数の吸収線を有する。そこで、一酸化炭素（１２Ｃ１６Ｏ２）を対象として計測する場合、上述のように半導体レーザ１０の発振波長を２．３３０μｍから２．３３３μｍまで掃引することにより、一酸化炭素（１２Ｃ１６Ｏ２）の吸収線のうち、少なくとも１本の吸収線に対して掃引でき、その光吸収による光の透過率の変化を解析してガス濃度を取得できる。
　このように、本実施の形態に係る半導体レーザによれば、活性層近傍にヒーターを配置することにより、従来のヒートシンクの温度により制御する場合に比べて、短時間で波長掃引することができる。これにより、高速で広い波長範囲で波長掃引してガス計測することができる。
　したがって、本実施の形態に係る半導体レーザによれば、ガス計測に要する時間を大幅に短縮できる。さらに、ガス計測において高い周波数で光源を変調でき、ｆ検波法や２ｆ検波法を用いて高感度、高精度で計測できる。
　ヒーターを用いてレーザの温度を変化させる場合は、ヒートシンクの温度も影響し、レーザ、さらに限定すると活性層付近が熱平衡状態に達した時点で発振波長が安定する。この熱平衡状態に達するまでの時間は、半導体レーザのリッジ部とヒーターとの位置関係、ヒーター形状、熱伝導を抑制するための分離溝などの構成により短縮できる。
　例えば、本実施の形態では、ヒーターであるＰｔとリッジ部との間隔（距離）を０．２μｍとする例を示したが、これに限らない。ヒーターとリッジ部との間隔（距離）は、露光用光源の短波長化、フォトマスクとウェハの位置決め精度の向上、エッチッグ技術の改良等により、０．１μｍ程度まで狭くできる。
　また、ヒーターとリッジ部との間隔（距離）が長い場合、ヒーターから導波路への熱の伝導が低下するため、この間隔（距離）を５μｍ程度以下にすることが望ましい。
＜半導体レーザの製造方法＞
　本実施の形態に係る半導体レーザ１０の製造方法の一例を、以下に説明する。
　初めに、有機金属分子線エピタキシー法を用いて、ｎ型ＩｎＰ基板１０１の上に第１のクラッド層（ｎ型ＩｎＰ）１０２、第１のガイド層（ＩｎＧａＡｓＰ）１０３、活性層（ＭＱＷ）１０４、第２のガイド層（ＩｎＧａＡｓＰ）１０５、ＩｎＰ保護層を結晶成長する。
　次に、ＩｎＰ保護層を除去した後、第２のガイド層（ＩｎＧａＡｓＰ）１０５の上面にエッチングにより室温におけるブラッグ波長が２．３３μｍとなる回折格子１１２を作製する。
　次に、有機金属気相エピタキシー法を用いて、回折格子１１２上に、第２のクラッド層（ｐ型ＩｎＰ）１０６とコンタクト層（ｐ型ＩｎＧａＡｓ）１０７、ＩｎＰ保護層を再成長する。
　次に、第２のクラッド層（ｐ型ＩｎＰ）１０６とコンタクト層（ｐ型ＩｎＧａＡｓ）１０７とＩｎＰ保護層を、ドライエッチングとウェットエッチングで加工して、リッジ部を形成する。
　次に、リッジ部以外の領域で露出される第２のガイド層（ＩｎＧａＡｓＰ）１０５において、後述の工程でパッド電極を配置する領域の外側の領域を、第１のクラッド層（ｎ型ＩｎＰ）１０２又はｎ型ＩｎＰ基板１０１の一部まで除去する。
　次に、ウェハ上面の全面に絶縁膜を堆積させた後、コンタクト層（ｐ型ＩｎＧａＡｓ）１０７上の絶縁膜とＩｎＰ保護層を除去する。
　次に、コンタクト層（ｐ型ＩｎＧａＡｓ）１０７上にｐ型電極１０９となる金属（ＡｕＺｎＮｉ、Ａｕ）を、抵抗加熱により蒸着する。
　次に、Ｐｔをからなるヒーター１１３を、リッジ部近傍の絶縁膜１１１上に、リソグラフィと電子ビーム蒸着により形成する。
　次に、Ａｕからなる、ｐ型電極１０９とヒーター１１３のパッド電極１１０、１１４を形成する。
　次に、ｎ型ＩｎＰ基板１０１の裏面を研磨した後、ｎ型電極１０８となる金属（ＡｕＧｅＮｉ、Ａｕ）を蒸着して、電極形成のためにアニールする。
　次に、劈開により共振器長が４５０μｍのリッジ導波路構造を形成する。
　最後に、一方の劈開面に高反射膜、他方の劈開面に反射防止膜を蒸着する。
　以上より、半導体レーザ１０が製造される。
　本実施の形態では、ＤＦＢレーザの構成を用いる例を示したが、ＤＦＢレーザと同様に発振波長の制御に屈折率の変化を用いるＤＢＲレーザの構成を用いてもよい。
　本実施の形態では、ヒーターにＰｔを用いる例を示したが、ヒーターに用いる金属としては抵抗の大きな導体であればよく、例えば、チタンタングステン合金（ＴｉＷ）等の金属を用いてもよい。
＜第２の実施の形態＞
　本発明の第２の実施の形態に係る光半導体素子について、図３Ａ、Ｂを参照して説明する。
＜光半導体素子の構成＞
　本実施の形態に係る光半導体素子２０は、図３Ａ、Ｂに示すように、リッジ部を有するリッジ導波路構造であり、半導体レーザ２０＿１と半導体光増幅器（ＳＯＡ）２０＿２とを備える。
　半導体レーザ２０＿１は、第１の実施の形態と同様に、順に、基板２０１と、第１のクラッド層２０２と、第１のガイド層２０３＿１と、活性層２０４＿１と、第２のガイド層２０５＿１と、第２のクラッド層２０６とを備え、第１のクラッド層２０２～第２のクラッド層２０６がリッジ導波路を構成する。ここで、第２のクラッド層２０６がリッジ部を構成する凸部を有する。
　基板２０１の裏面にｎ型電極２０８を備え、第２のクラッド層２０６上にコンタクト層２０７＿１を介して、順に、ｐ型電極２０９＿１と、パッド電極２１０＿１とを備える。
　また、第２のガイド層２０５＿１と第２のクラッド層２０６との境界に回折格子２１２を備え、第２のクラッド層２０６近傍に、ヒーター２１３とパッド電極２１４とを備える。
　活性層２０４＿１は、多重量子井戸（ＭＱＷ）であり、圧縮歪ＩｎＧａＡｓの井戸層と、ＩｎＰとほぼ格子整合するＩｎＧａＡｓＰの障壁層からなり、４周期である。ＭＱＷのホトルミネセンス発光波長は１．８０μｍ程度であり、塩化水素（１Ｈ２８Ｃｌ）と水（１Ｈ２ １６Ｏ）の吸収線近傍の波長である。
　また、半導体レーザ２０＿１の回折格子２１２は、室温におけるブラッグ波長が１．８０μｍである。
　半導体レーザ２０＿１において、その他の構成は第１の実施の形態と略同様である。
　半導体光増幅器（ＳＯＡ）２０＿２は、順に、基板２０１と、第１のクラッド層２０２と、第３のガイド層２０３＿２と、ＳＯＡ活性層２０４＿２と、第４のガイド層２０５＿２と、第２のクラッド層２０６とを備え、第１のクラッド層２０２～第２のクラッド層２０６がリッジ導波路を構成する。基板２０１の裏面にｎ型電極２０８を備え、第２のクラッド層２０６上にコンタクト層２０７＿２を介して、順に、ｐ型電極２０９＿２と、パッド電極２１０＿２とを備える。
　ここで、半導体レーザ２０＿１への注入電流とＳＯＡ２０＿２への注入電流とを狭窄するために、コンタクト層２０７＿１、２０７＿２、ｐ型電極２０９＿１、２０９＿２、パッド電極２１０＿１、２１０＿２それぞれが分離され、第２のクラッド層２０６の上面近傍の一部が除去される。
　また、基板２０１と、第１のクラッド層２０２と、第２のクラッド層２０６と、ｎ型電極２０８は、半導体レーザ２０＿１と共通である。
　ＳＯＡ２０＿２において、ＳＯＡ活性層２０４＿２は、多重量子井戸（ＭＱＷ）であり、圧縮歪ＩｎＧａＡｓの井戸層と、ＩｎＰとほぼ格子整合するＩｎＧａＡｓＰの障壁層からなり、４周期である。ＭＱＷ４のホトルミネセンス発光波長は１．８５μｍ程度である。
　光半導体素子２０において、半導体レーザ２０＿１のリッジ導波路とＳＯＡ２０＿２のリッジ導波路とが、導波方向（図中、Ｙ方向）に、光学的に結合して接続する。
＜光半導体素子の効果＞
　本実施の形態に係る光半導体素子２０は、光半導体モジュールに搭載される。光半導体モジュールは、順に、本実施の形態に係る光半導体素子２０と、ヒートシンクと、サブマウントと、ペルチェ素子とを備える。
　まず、光半導体モジュールのヒートシンクの温度を２０℃に設定し、半導体レーザ２０＿１への注入電流を１００ｍＡ、半導体光増幅器への注入電流を２５０ｍＡとする。次に、ヒーター電流を０ｍＡから１８０ｍＡまで増加させることにより、半導体光増幅器から出射される波長は、１．８００μｍから１．８０４μｍまで約５ミリ秒で変化する。
　このとき、光出力は１２ｍＷから１０ｍＷに減少する。このように、波長掃引時の光出力の低下を２ｍＷ程度に抑制することができる。
　例えば、塩化水素（１Ｈ２８Ｃｌ）と水（１Ｈ２ １６Ｏ）を対象として計測する場合、上述のように光半導体素子２０の発振波長を１．８００μｍから１．８０４μｍまで掃引することにより、塩化水素（１Ｈ２８Ｃｌ）と水（１Ｈ２ １６Ｏ）の吸収線のうち、それぞれについて少なくとも１本の吸収線に対して掃引でき、その光吸収による光の透過率の変化を解析してガス濃度を取得できる。このように、１台のレーザで複数のガス種を対象として計測できる。
　ガス計測用の半導体レーザでは、波長変化に伴う光出力の変化が小さいことが望まれる。しかしながら、第１の実施の形態に係る半導体レーザ１０では、活性層周辺の温度が増加すると、発振波長だけでなく光出力が低下する。
　一方、本実施の形態に係る光半導体素子２０では、半導体レーザ２０＿１の活性層周辺の温度の増加による波長掃引時の光出力の低下を、ＳＯＡにより補填して、光出力の変化を抑制できる。
　本実施の形態に係る光半導体素子によれば、第１の実施の形態と同様の効果を奏し、高速で広い波長範囲で波長掃引できるとともに、光出力の変化を抑制できるので高精度でガス計測することができる。
　また、本実施の形態では、図３Ａ、Ｂに示すように、半導体レーザのヒーターからＳＯＡへの熱伝導を抑制するために、半導体レーザのヒーター近傍とＳＯＡ間で、リッジ導波路以外の第１のクラッド層の一部と、第１および／又は第３のガイド層と、活性層および／又はＳＯＡ活性層と、第２および／又は第４のガイド層とが除去され、溝２１５を備える構成としてもよい。
　これにより、ＳＯＡはヒーターによる温度増加の影響を受け難くなり、ヒートシンクの温度での制御が容易になる。このため、半導体レーザの出力を効率よく増幅でき光出力の変化を抑制できるので、高精度でガス計測することができる。
＜光半導体素子の製造方法＞
　本実施の形態に係る光半導体素子２０の製造方法の一例を、以下に説明する。
　初めに、半導体レーザ２０＿１を構成する層構造として、有機金属気相エピタキシー法により、第１の実施の形態と同様に、ｎ型ＩｎＰ基板２０１の上に、順に、第１のクラッド層（ｎ型ＩｎＰ）２０２、第１のガイド層（ＩｎＧａＡｓＰ）２０３＿１、活性層（ＭＱＷ）２０４＿１、第２のガイド層（ＩｎＧａＡｓＰ）２０５＿１、第２のクラッド層（ｎ型ＩｎＰ）２０６、ＩｎＰ保護層を結晶成長する。
　次に、半導体レーザ２０＿１を構成する部分以外の領域における第１のガイド層（ＩｎＧａＡｓＰ）～ＩｎＰ保護層をエッチングにより除去する。
　次に、有機金属気相エピタキシー法を用いて、エッチングした領域に、半導体光増幅器（ＳＯＡ）２０＿２を構成する層構造として、順に、第３のガイド層（ＩｎＧａＡｓＰ）２０３＿２、ＳＯＡ活性層（ＭＱＷ）２０４＿２、第４のガイド層（ＩｎＧａＡｓＰ）２０５＿２、第２のクラッド層（ｐ型ＩｎＰ）の一部を再成長する。
　次に、半導体レーザ２０＿１を構成する部分のＩｎＰ保護層を除去した後、この部分の第２のガイド層（ＩｎＧａＡｓＰ）２０５＿１の上面にエッチングにより回折格子２１２を作製する。
　次に、有機金属気相エピタキシー法を用いて、ウェハ全面に、第２のクラッド層（ｐ型ＩｎＰ）２０６とコンタクト層（ｐ型ＩｎＧａＡｓ）、ＩｎＰ保護層を再成長する。
　次に、第２のクラッド層（ｐ型ＩｎＰ）２０６とコンタクト層（ｐ型ＩｎＧａＡｓ）、ＩｎＰ保護層をドライエッチングとウェットエッチングで加工して、半導体レーザ２０＿１とＳＯＡ２０＿２にリッジ部を形成する。
　　次に、リッジ部以外の領域で露出される第２のガイド層（ＩｎＧａＡｓＰ）２０５＿１において、後述の工程でパッド電極を配置する領域の外側の領域を、第１のクラッド層（ｎ型ＩｎＰ）２０２又はｎ型ＩｎＰ基板２０１の一部まで除去する。
　次に、半導体レーザ２０＿１のヒーター２１３近傍とＳＯＡ２０＿２との間の領域で、リッジ導波路以外の第１のクラッド層２０２の一部と、第１および／又は第３のガイド層２０３＿１、２０３＿２と、活性層および／又はＳＯＡ活性層２０４＿１、２０４＿２と、第２および／又は第４のガイド層２０５＿１、２０５＿２とを除去して、溝２１５を形成する。
　次に、電流注入において半導体レーザ２０＿１とＳＯＡ２０＿２を電気的に分離するために、半導体レーザ２０＿１とＳＯＡ２０＿２との境界近傍（周辺）の第２のクラッド層（ｐ型ＩｎＰ）２０６の一部とコンタクト層（ｐ型ＩｎＧａＡｓ）とＩｎＰ保護層を除去する。その結果、半導体レーザ２０＿１のコンタクト層（ｐ型ＩｎＧａＡｓ）２０７＿１とＳＯＡのコンタクト層（ｐ型ＩｎＧａＡｓ）２０７＿２となる領域が切り離されて形成される。
　次に、ウェハ上面の全面に絶縁膜２１１を堆積させた後、半導体レーザ２０＿１とＳＯＡ２０＿２のコンタクト層（ｐ型ＩｎＧａＡｓ）２０７＿１、２０７＿２上の絶縁膜２１１とＩｎＰ保護層を除去する。
　次に、コンタクト層（ｐ型ＩｎＧａＡｓ）２０７＿１、２０７＿２上にｐ型電極２０９＿１、２０９＿２となる金属（ＡｕＺｎＮｉ、Ａｕ）を、抵抗加熱により蒸着する。
　次に、Ｐｔをからなるヒーター２１３を、リッジ部近傍の絶縁膜２１１上に、リソグラフィと電子ビーム蒸着により形成する。
　次に、Ａｕからなる、ｐ型電極２０９のパッド電極２１０＿１、２１０＿２とヒーター２１３のパッド電極２１４を形成する。
　次に、ｎ型ＩｎＰ基板２０１の裏面を研磨した後、ｎ型電極２０８を蒸着して、電極形成のためにアニールする。
　次に、劈開により半導体レーザ２０＿１の共振器長が４５０μｍ、ＳＯＡ２０＿２の長さが６００μｍであるリッジ導波路構造を形成する。
　最後に、半導体レーザ２０＿１側の劈開面に高反射膜、ＳＯＡ２０＿２側の劈開面に反射防止膜を蒸着する。
　以上より、光半導体素子２０が製造される。
　本発明の実施の形態では、ヒーターに流す電流だけを変化させる例を示したが、ヒーターに流す電流と注入電流の両方を変えて発振波長を変えてもよい。
　本発明の実施の形態では、一酸化炭素（１２Ｃ１６Ｏ２）を計測対象として活性層にホトルミネセンス発光波長が２．３３μｍ程度のＭＱＷを用いて発振波長を２．３３０μｍから２．３３３μｍとする例と、塩化水素（１Ｈ２８Ｃｌ）と水（１Ｈ２ １６Ｏ）を計測対象として活性層にホトルミネセンス発光波長が１．８０μｍ程度のＭＱＷを用いて出射（発振）波長を１．８００μｍから１．８０４μｍとする例を示したが、これらに限らない。他のガスを計測対象として、半導体レーザの発振波長を１．６～２．４μｍにおける他の波長帯としてもよい。
　また、ＭＱＷにおいて、井戸層にＩｎＧａＡｓと、ＩｎＡｓと、ＩｎＧａＡｓＳｂとのいずれかを用い、障壁層にＩｎＧａＡｓと、ＩｎＧａＡｓＰと、ＩｎＧａＡｓＳｂとのいずれかを用いることができ、１．６～２．４μｍのレーザの発振波長に対応できればよい。また、層厚、周期も格子緩和が生じない範囲であればよい。
　また、クラッド層およびガイド層には、ＩｎＰに略格子整合して、クラッド層およびガイド層それぞれの機能を有する材料を用いればよい。ここで、「ＩｎＰに略格子整合」とは、ＩｎＰ上で格子緩和が生じない状態をいう。
　また、基板はＩｎＰ基板に限らず、ウェハボンディング等を用いて、ＳｉＯ２等の誘電体基板、Ｓｉ基板、ＳＯＩ基板などを用いることもできる。
　また、回折格子を、第２のクラッド層と第２のガイド層との境界に配置する例を示したが、第１のクラッド層と第１のガイド層との境界に配置してもよい。また、回折格子の構成（深さ、周期など）は半導体レーザの発振波長に合わせて設定されればよい。
　本発明の実施の形態では、半導体レーザの構成、製造方法などにおいて、各構成部の構造、寸法、材料等の一例を示したが、これに限らない。半導体レーザの機能を発揮し効果を奏するものであればよい。
  本発明は、波長掃引する半導体レーザおよびモジュール素子に関するものであって、ガス計測に適用することができる。
１０　半導体レーザ
１０１　基板
１０２　第１のクラッド層
１０４　活性層
１０６　第２のクラッド層
１１３　ヒーター

Claims (8)

  1. 　基板上に、順に、第１のクラッド層と、活性層と、第２のクラッド層とを備え、
    　前記第２のクラッド層において導波方向に配置されるリッジ部と、
    　前記リッジ部の近傍に配置されるヒーターと
    　を備え、
    　発振波長が１．６μｍから２．４μｍである
    　ことを特徴とする半導体レーザ。
  2. 　前記第１のクラッド層と前記活性層との間に配置される第１のガイド層と、
    　前記活性層と前記第２のクラッド層との間に配置される第２のガイド層と、
    　前記第１のクラッド層と前記第１のガイド層との境界と前記第２のクラッド層と前記第２のガイド層との境界とのいずれか一方に配置される回折格子と、
    　前記リッジ部以外の前記第２のガイド層の表面上に配置される絶縁膜とを備え、
    　前記ヒーターが、前記第２のガイド層の表面上の前記絶縁膜上に配置される
    　ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ。
  3. 　前記ヒーターに電気的に接続し、前記絶縁膜を介して前記第２のガイド層の表面上に配置されるパッド電極を備え、
    　前記パッド電極の外側の領域で、前記第２のガイド層と、前記活性層と、前記第１のガイド層とを有さない
    　ことを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ。
  4. 　前記活性層が、多重量子井戸構造であって、
    　前記多重量子井戸構造において、井戸層がＩｎＧａＡｓと、ＩｎＡｓと、ＩｎＧａＡｓＳｂとのいずれかからなり、障壁層がＩｎＧａＡｓと、ＩｎＧａＡｓＰと、ＩｎＧａＡｓＳｂとのいずれかからなる
    　ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の半導体レーザ。
  5. 　前記ヒーターが、前記リッジ部に平行に配置される
    　ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の半導体レーザ。
  6. 　前記導波方向に半導体光増幅器を備える
    　ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の半導体レーザ。
  7. 　前記ヒーターと前記半導体光増幅器との間に溝を備える
    　ことを特徴とする請求項６に記載の半導体レーザ。
  8. 　請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の半導体レーザと、
    　ヒートシンクと、
    　ペルチェ素子と
    　を備えるモジュール素子。
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