JP3149961B2

JP3149961B2 - 多波長半導体レーザ素子及びその駆動方法

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Publication number: JP3149961B2
Application number: JP02963391A
Authority: JP
Inventors: 外充池田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-01-30
Filing date: 1991-01-30
Publication date: 2001-03-26
Anticipated expiration: 2016-03-26
Also published as: JPH04245493A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、波長多重光通信、波長
多重光記録、光演算等の光源として期待される半導体レ
ーザ素子及びその駆動方法に関し、特に、素子に流す電
流の大きさを調整することにより、異なる複数の波長の
レーザ光を同時に多波長、又は１波長発すること等がで
きる多波長半導体レーザ素子及びその駆動方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、光通信や光学的情報処理の分野に
おける半導体レーザ素子の需要は急激に増大してきてお
り、それに伴って素子の機能に対する要求も多様化しつ
つある。特に、多波長発振の可能な半導体レーザ素子は
波長多重通信等の光源として重要である。例えば、光カ
ードや光ディスク等の媒体にレーザ光を照射して情報の
記録及び再生を行なう場合、通常、再生光の出力を記録
光よりも低くすることによって、再生光による書き込み
を防止している。ここで、波長可変の半導体レーザ素子
を用い、再生光の波長を媒体感度の低い領域に設定すれ
ば、再生光の出力をそれほど低下させることなく上記書
き込みを防止でき、Ｓ／Ｎ比の高い情報の再生が可能と
なる。

【０００３】こうした要求等を満たす波長可変の半導体
レーザの第１の従来例として、共振器を構成する反射器
としてグレーティングを利用した所謂分布反射型（ＤＢ
Ｒ）半導体レーザ又は分布帰還型半導体レーザで、各波
長に対してグレーティングのピッチを異ならせることに
よって発振波長を異ならせている多波長レーザ素子が提
案されている。この場合、発光層等の構造は、通常の半
導体レーザと同じである。

【０００４】第２の従来例としては、各々の波長を発振
する半導体レーザの活性層の組成等を変化させて、詰ま
りエッチングと再成長のプロセスを重ねて複数の異なる
エネルギーギャップを持つ活性層の半導体レーザを並べ
て多波長レーザとするものがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術は次の様な問題点を有している。まず、第１の従
来例では、同一の活性層を用いグレーティングのピッチ
を変えるだけであった為、活性層の利得の波長に対する
スペクトルが狭いので、精々発振波長の１パーセント程
度しか変化させることができなかった。

【０００６】また、第２の従来例では、エッチングと再
成長のプロセスを重ねて複数の半導体レーザを作製する
為、その作製方法は複雑で、加工時にダメージが入り易
く歩留まりが悪かった。

【０００７】従って、本発明の目的は、上記従来例の問
題点を解決し、波長可変範囲が広く、作製プロセスも容
易な多波長半導体レーザ素子及びその駆動方法を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決する為の手段】上記目的を達成する本発明
では、互いに異なる複数のバンドギャップを有する発光
層構造を含む光導波路構造、及び該光導波路構造を挟ん
で積層されたクラッド層から成る半導体レーザ素子にお
いて、前記発光層構造の各々のバンドギャップに対応す
る波長の光を発振する様に複数の異なる長さの共振器長
を有する共振器が共振方向に沿って設定されており、該
共振器に各々独立に電流注入できる様に構成されている
こと、前記おのおのの共振器が同一の発光層構造を有す
ること、及び、前記複数の共振器が直列に形成されてお
り、光を出射させる前面から順に共振器長が長くなる様
に設定されており、より短波長光を発振させる共振器
は、より出射前面の近くに設定されていることを特徴と
する。

【０００９】より具体的には、前記発光層構造が互いに
基底準位のバンドギャップが異なる複数の発光層と該発
光層の間に設けられたこれらの発光層よりもバンドギャ
ップの大きい障壁層とを含んでいたり、前記障壁層のバ
ンドギャップと厚さが、前記発光層にキャリアを注入し
た時に、障壁層が無い場合に比べて、基底準位のバンド
ギャップの大きい方の発光層のキャリア濃度をより高く
し、基底準位のバンドギャップの小さい方の発光層のキ
ャリア濃度をより低くする様に設定されていたり、前記
発光層構造が、発振可能な複数の量子準位を有する少な
くとも１つの発光層から成っていたり、前記クラッド層
と発光層との間に、バンドギャップがクラッド層より小
さく発光層より大きな中間層が設けられていたり、前記
障壁層、発光層、中間層の発光層に近接する部分及びク
ラッド層の発光層に近接する部分のうち少なくとも１つ
が、少なくとも部分的に不純物のドーピングによってｐ
型又はｎ型を有していたり、前記障壁層のバンドギャッ
プの大きさが、前記発光層との境界付近における前記中
間層のバンドギャップの大きさよりも大きかったり、前
記障壁層のバンドギャップの大きさが、前記クラッド層
のバンドギャップの大きさよりも大きかったり、当該素
子に発振しきい値の電流を注入した時に、基底準位のバ
ンドギャップの小さい方の発光層において、基底準位の
バンドギャップの大きい方の発光層における基底準位の
バンドギャップに対応する発光波長の利得が正になって
いたり（これは、短波長で発振する時に、基底準位のバ
ンドギャップの小さい方の発光層における高次準位のバ
ンドギャップに対応するこの短波長での利得が食われ
て、長波長の光が発振を停止する様にして、発振波長の
スイッチングが完全にできる様にする為である）、前記
共振器長の異なる各々の半導体レーザ素子の端面に各々
の半導体レーザ素子が発振する光の波長に対し反射率が
高く他の半導体レーザ素子が発振する光の波長に対し反
射率が低くなる様なコーティングが施されていたりす
る。その他の具体的構成については、実施例の説明から
明らかとなる。

【００１０】本発明におけるバンドギャップとは、量子
井戸の場合には、量子化エネルギーを含めた、価電子帯
の或る準位から伝導帯の或る準位への遷移エネルギーを
指す。

【００１１】また、１つのバンドギャップに相当する波
長とは、注入キャリアの量子井戸内におけるエネルギー
広がりに対応して波長広がりを生じることから、一般に
或る波長域のことを意味する。よって、１つのバンドギ
ャップに相当する波長光を選択的に選び出す共振器長は
唯一とは限らず、異なる共振器長の複数の共振器であっ
てもよい。つまり、発光層のバンドギャップの数と共振
器の数は等しい必要はなく、各々のバンドギャップへの
電流注入により形成される利得スペクトルが十分正で大
きい波長ないし波長領域をカバーするだけの共振器の数
が設定されてもよい。

【００１２】上記構成の本発明によれば、上記従来例の
問題点は、全て解決される。まず、第１の従来例の問題
点である活性層の利得スペクトルの帯域の狭さは、本発
明の活性層を用いることによって利得スペクトルの帯域
は拡大される。即ち、異なる複数のエネルギーギャップ
を有する単一又は複数の発光層ないし量子井戸層を活性
層とする為に、活性層全体での利得スペクトルは全量子
井戸層からの利得スペクトルの和になり広帯域となるの
で広い波長域で発振可能となる。例えば、Ａｌx Ｇａ1-
x Ａｓを発光層に用いた場合、数十ｎｍから百数十ｎｍ
程度は発振波長を変化させることができる。

【００１３】第２の従来例の問題点である作製プロセス
の複雑さは本発明では無く、共振器長を所望の各発振波
長に対応させて設定するだけなので容易に作製できる。

【００１４】ここで、共振器長の設計の方法について説
明する。共振器長をＬ、端面の反射率を前後、夫々、Ｒ
f 、Ｒb 、光の内部損失をαi とすると、発振しきい状
態でのしきい利得ｇthは以下の式で示される。ｇth＝αi ＋１／Ｌ・ｌｎ（１／Ｒf Ｒb ）つまり、Ｌが短い方がｇthは大きくなることが分かる。
本発明の半導体レーザの活性層の利得スペクトルは、注
入電流の変化に対して著しく変化する為、共振器長Ｌを
適当に設定してしきい利得を変化させればその時の発振
波長は大きく変化することができる。よって、Ｌを適切
に選ぶことによって所望の波長の光を発振させることが
できることになる。

【００１５】活性層付近の構造は次の様に工夫すること
によって、より一層低しきい値、高効率化が可能とな
る。即ち、例えば、隣り合う、バンドギャップの異なる
発光層の中間に、それらの発光層よりも大きいバンドギ
ャップを持つ障壁層を設け、その障壁層のバンドギャッ
プと厚さを、該発光層にキャリアを注入した時に、障壁
層がない時と比べて、バンドギャップの大きい方の発光
層のキャリア濃度がそれより高く、バンドギャップの小
さい方の発光層のキャリア濃度がそれより低くならしめ
るに足る、十分な大きさを持つ様にすることで、少ない
キャリア注入量下において、利得スペクトル分布が短波
長側に伸びた形になる。そのため、電流密度をそれ程大
きくしなくても短波長光を発振できる様になる。以上の
様に、本発明によれば、容易な作製プロセスによって、
複数のバンドギャップに対応する波長の光が発振する様
に複数の異なる長さの共振器長が設定され、各々独立に
電流注入することで異なる複数の波長光を発振できる多
波長半導体レーザを実現することができる。

【００１６】

【実施例】以下、実施例で詳しく説明する。なお、説明
を分かり易くする為、以下の説明では波長は２種類と
し、量子井戸発光層は２層又は１層とし共振器は２つと
する。３種類以上の場合も本質的には同様であるから、
以下の説明から容易に類推できよう。

【００１７】図１は、本発明の半導体レーザ素子の第１
実施例の共振方向断面図である。この様な素子は、分子
線エピタキシャル（ＭＢＥ）法や有機金属気相成長（Ｍ
ＯＣＶＤ）法等の原子層オーダーで制御できるエピタキ
シャル成膜により作製することができるが、その過程は
通常の半導体レーザの作製と同様であるので詳しい説明
は省略する。

【００１８】図中、１はｎ+ −ＧａＡｓ基板、２はｎ+
−ＧａＡｓバッファ層、３はｎ−ＡｌxcＧａ1-xcＡｓク
ラッド層、４は光導波路構造部、５はｐ−ＡｌxcＧａ1-
xcＡｓクラッド層、６はｐ+ −ＧａＡｓキャップ層、７
はＡｕ／Ｃｒ電極、８はＡｕ−Ｇｅ／Ａｕ電極である。

【００１９】図２は光導波路構造部４のエネルギーバン
ド図を模式的に示す。同図において、１０ａ、１０ｂは
それぞれｐ型、ｎ型のＡｌxcＧａ1-xcＡｓ光・電子の閉
じ込め層（ｓｅｐａｒａｔｅ−ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎ
ｔ、略してＳＣ層と呼ぶ）、１１ａはＡｌxaＧａ1-xaＡ
ｓ発光層、１１ｂがＡｌxbＧａ1-xbＡｓ発光層、１２が
ｐ+ −ＡｌxBＧａ1-xBＡｓ障壁層である。

【００２０】本発明の本質はＳＣ構造と無関係である
が、発光層１１ａ、１１ｂが非対称である為、キャリア
の注入効率を上げ、光の強度分布をきれいに整えるのに
はＳＣ構造は有効である。本実施例では、ＳＣ構造は、
光・電子閉じ込め層１０ａ、１０ｂのエネルギーギャッ
プ即ち屈折率が徐々に変化するＧＲＩＮ（ｇｒａｄｅｄ
ｉｎｄｅｘ）組成を用いているが、階段状に変化するス
テップインデックスタイプ（ｓｔｅｐｉｎｄｅｘ））
組成でも、直線的に変化する組成などでもよい。

【００２１】この例では、ｎ型クラッド層３側に短波長
（λ2 ）の発光層１１ｂを設けｐ型クラッド層５側に長
波長（λ1 ）の発光層１１ａを設けてあるので、クラッ
ド層５側から注入された正孔ｈが短波長（λ2 ）の発光
層１１ｂに達するのが、（逆向きに移動する場合に比べ
て）困難である。そこで、障壁層１２を高濃度のｐ型に
ドープして、予め正孔を補給してある。

【００２２】この様に正孔を予め十分補給してあると、
電流を流さない時は、適当に両発光層１１ａ、１１ｂに
正孔が分布する。このような場合には、レーザ発振を論
ずるのに、主として電子の分布のみを考えればよい。以
下の動作説明はこの場合について行なうが、他の場合
（本実施例のｐとｎとを入れ換えた場合等）も容易に類
推できよう。このｐとｎを入れ換えた例については、次
のことが言える。室温でのＧａＡｓの正孔ｈの移動度は
４００ｃｍ2 ／Ｖ・ｓであり、電子ｅの移動度８８００
ｃｍ2 ／Ｖ・ｓに比べて小さいことを考慮すると、正孔
の方の不均一注入がし易いと言えるので、ｐとｎを入れ
換えた例が好適である。

【００２３】また、障壁層１２の厚さとポテンシャルの
高さ（深さ）は十分な大きさに設定して、通常の半導体
レーザのしきい電流密度程度において、各々の発光層な
いし量子井戸層１１ａ、１１ｂのキャリア分布が不均一
に配分され高エネルギーギャップ側の井戸１１ｂの利得
を増大させる様になっている（即ち、図２の斜線で示す
様に、バンドギャップの大きい方の発光層１１ｂのキャ
リア濃度が大きくなっている）。障壁層１２が薄すぎる
か低すぎる場合には、障壁層１２がない時と同様の均一
なキァリア分布になるが、図１の例では、その場合より
も、短波長（λ2 ）の井戸層１１ｂの方に電子ｅが大き
い割合で分配される様に障壁層１２が設定されている。
ただし、障壁層１２を厚く及び／又は高くし過ぎると長
波長（λ1 ）の井戸層１１ａの方に電子が来なくなって
しまうので、障壁層１２の設定には最適化が必要であ
る。

【００２４】図３には、こうした活性層（即ち、異なる
発光層１１ａ、１１ｂを合わせたもの）の利得スペクト
ルの注入電流依存性を示す。曲線１、２、３は徐々に注
入電流を増加させた時の夫々の利得スペクトルである。
図３より、注入電流が小さい場合は長波長光λ1 でもっ
とも利得が大きいが、注入電流が大きくなると、短波長
光λ2 でもっとも利得が大きくなることが分かる。この
様に、本発明の半導体レーザの活性層は注入電流によっ
て利得スペクトルが大きく変化するので、しきい利得を
制御すると発振波長を大きな範囲において変化させるこ
とができる。

【００２５】具体例として、ＡｌＧａＡｓ系半導体レー
ザにおいて発光層１１ａとして厚さ８０ÅのＧａＡｓ、
発光層１１ｂとして厚さ６０ÅのＡｌ0.12Ｇａ0.88Ａ
ｓ、障壁層１２として厚さ１５０ÅのＡｌ0.4 Ｇａ0.6
Ａｓ、光・電子閉じ込め層１０ａ、１０ｂとして厚さ５
００ÅのＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ〜Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ
（ＧＲＩＮ構造）とした場合の共振器長Ｌを変化させ
て、しきい利得を変化させた時の発振波長の変化の実験
結果を図４に示す。

【００２６】共振器長Ｌの減少につれて発振波長は徐々
に短波長化する様子が分かる。この理由は、キャリア注
入量の増加に連れて高エネルギー側にキャリア密度のピ
ークがシフトしていくことによる。更に、本実施例の活
性層の場合、約８３０ｎｍと約７８０ｎｍの間に不連続
がＬ≒１８０〜２００μｍにおいて見られた。この理由
は、図４に示した様に、Ｌの減少に伴うしきい利得の増
加が利得スペクトルのピークのλ1 →λ2 の不連続をも
たらしたからである。

【００２７】図５（ａ）、（ｂ）に、図１に示した構造
においてＬ＝３００μｍ（１／Ｌ＝３３ｃｍ-1）、Ｌ＝
１５０μｍ（１／Ｌ＝６７ｃｍ-1）の共振器のレーザと
した場合の発振しきい状態での利得スペクトルを模式的
に示す。図５（ａ）では、Ｌ＝３００μｍでのしきい利
得ｇth1 が発振条件を決めており、この場合のしきい電
流密度において利得スペクトルのピークはλ1 にあるの
で波長λ1 の光が発振する。同様にして、図５（ｂ）で
はＬ＝１５０μｍでのしきい利得ｇth2 が発振条件を決
めており、波長λ2 の光が発振する。

【００２８】以上のことから、図１に示した第１実施例
の２つの共振器長Ｌ1、Ｌ2 は決定され、前記の活性層
の構造では、Ｌ1 ≧２００μｍ、１８０μｍ≧Ｌ2 程度
が適当となる。

【００２９】ここで図１の２つの共振器［１］と［２］
の作製方法について述べると、半導体レーザ構造作製
後、フォトレジスト塗布、パターニング等のプロセスの
後、反応性イオンビームエッチング等のドライエッチン
グ法により、垂直に溝１５をエッチングして共振器
［１］と［２］を作製する。これにより２つの異なる共
振器の半導体レーザが共振方向に沿って直列に形成でき
る。光と電流を狭窄する構造としては、通常の半導体レ
ーザで用いられているどの方法でも良い。

【００３０】各領域［１］、［２］へ注入される電流密
度Ｊ1 、Ｊ2 で各領域［１］、［２］からλ1 、λ2 の
光が発振する時、図５より分かる様に領域［１］のλ2
における利得は小さいが、領域［２］のλ1 における利
得は十分大きいので、光の取り出し側は短波長光を発振
する［２］側の出射面とした方がよい。

【００３１】また、領域［１］、［２］が一緒になって
１つの共振器となるのを防ぐ為には、領域［１］の前
（後）面をλ2 に対して無反射コーティングＡＲ1 、
［２］の（前）後面をλ1 に対して無反射コーティング
ＡＲ2 するのが有効である（図１では、領域［１］の前
面と領域［２］の後面に夫々無反射コーティングＡＲ1
、ＡＲ2 が施されている）。

【００３２】以上の構成において、各領域［１］、
［２］への電流を独立に制御すれば、波長λ1 、波長λ
2 の光を同時に又は選択的に発振可能な多波長半導体レ
ーザを実現できる。

【００３３】次に、第２実施例を説明する。第２実施例
では、活性層がＳＣＨ層を持つ単一量子井戸層（ＳＱ
Ｗ）となっている。図６はＳＱＷ層内のバンド構造を模
式的に示し、ｎ＝１の遷移により波長λ3 の光が、ｎ＝
２の遷移により波長λ4 の光が発振する。レーザ構造は
第１実施例と同じでも、また別の形態でも良い。図７
は、波長に対する利得曲線の注入キャリア密度依存性を
示している。よく知られている様に注入キャリア密度が
小さい時は、基底準位に対応する光において利得は大き
いが、更にキャリア密度が増加すると、高次準位にも利
得のピークが生じ始め、ついには基底準位の利得は飽和
して高次準位の利得が増加していくことになる。

【００３４】図１の光導波路構造部４をこの様なＳＱＷ
構造の活性層にしても、本発明による複数波長同時又は
選択的発振可能な半導体レーザ素子が可能となる。即
ち、本実施例では、共振器長Ｌ1 が短い方は共振器内の
発振しきい利得が大きく、高次準位に対する波長λ4 を
発振する様にする様に構成されている。この場合の利得
曲線は図７においてｎ0 で示した様に、λ4 の波長にお
いて最も利得が大きい状態なので、注入電流を適当に制
御してここで発振することになる。共振器長Ｌ2 が長い
方は共振器内の発振しきい利得が小さく、低次準位に対
する波長λ3 を発振する様にする様に構成されている。
この場合の利得曲線は図７においてｎ- で示した様に、
λ3 の波長において最も利得が大きい状態なので、この
領域への注入電流を適当に制御してここで発振すること
になる。他の点は第１実施例と実質的に同じである。

【００３５】ところで、上記において各々の共振器への
電流注入は単一の電極で行なっても良いし、共振方向に
異なる電流密度で電流注入することができる様に複数の
電極を設けてそれで行なってもよい。

【００３６】以上の実施例では、説明の都合上、半導体
として、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓを用いた場合について説明
したが、ヘテロ構造を作れる半導体材料なら、何でもよ
いことは明らかであろう。また、光と電流を狭窄する構
造としては、リッジ型導波路を用いた場合について説明
したが、これもまた、通常の半導体レーザに使われてい
るどの方法でも良い。また、発光層の数や種類、及び共
振器は上記の様に１つ又は２つに限る訳でもなく、３つ
以上でも良いことは明らかであろう。発光層の数や種類
については前記した特開昭６３−２１１７８６号公報を
参照されたい。

【００３７】また、本発明のレーザ素子は、広い波長範
囲で動作する高効率の光増幅器として使うことも出来
る。即ち、本発明の半導体レーザ素子に、レーザ発振す
るしきい電流値よりも、僅かに少ない電流を注入し、外
部の光源から、該素子の一方の端面を通してレーザ発振
する光の波長の付近の波長を持つ光を入射し、該入射光
と同一の波長を持つ光をもう一方の端面から取り出すの
である。

【００３８】本発明によるレーザ素子は、従来の素子よ
りも広い波長範囲で利得を持つので、広い波長範囲で動
作すると共に短波長光の発振し易い高効率の光増幅器と
して使うこともできる。

【００３９】また、本発明のレーザ素子を、広い波長範
囲で動作する高効率の光波長変換器として使うことも出
来る。即ち、本発明の半導体レーザ素子に、レーザ発振
するしきい電流値よりも僅かに少ない電流を注入し、外
部の光源から該素子に、発光層のバンドギャップより大
きい光子エネルギーを持つ光を入射する。すると、キャ
リアが生成されるので、該素子の発光層から入射光とは
異なる波長を持つ光が発光し、端面から出射する。この
出射光は、予めバイアスしてある電流が波長λ1 の光の
しきい電流値に近ければλ1 （に近い）設定波長にな
り、λ2 の光のしきい電流値に近ければλ2 （に近い）
設定波長になる。本素子を用いると、従来の素子よりも
広い波長範囲で動作すると共に短波長光の発振し易い高
効率の光波長変換器として使うことが出来る。

【００４０】

【発明の効果】以上で説明した様に、本発明の多波長半
導体レーザ素子では複数の共振器の活性層構造が共通と
なっているので、容易な作製プロセスで同一基板上にモ
ノリシックに複数の半導体レーザ素子を形成でき、大き
く波長の異なる光を同時又は選択的に出射することがで
きる。

【００４１】また、活性層付近の構造、特に障壁層のバ
ンドギャップと厚さを適当に設定することにより、共振
器長をそれほど短くしてしきい利得を増加しなくても短
波長光を発振できるので、レーザ効率も高く、室温連続
発振も容易に達成できた。以上の様な効果により、本レ
ーザ素子は波長多重光通信や波長多重光記録等の波長多
重システム用の光源として適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体レーザ素子の第１実施例の共振
方向断面図である。

【図２】第１実施例である半導体レーザ素子の活性層付
近のバンド図である。

【図３】本発明の図２の活性層へキャリア注入を行なっ
た際の利得スペクトルの注入電流に依る変化を示す図で
ある。

【図４】本発明を実施した半導体レーザ素子のしきい状
態での発振波長の共振器長依存性を示す図である。

【図５】図５（ａ）は波長λ1 の光を発振する場合のし
きい利得と利得スペクトルを示し、図５（ｂ）は波長λ
2 の光を発振する場合のしきい利得と利得スペクトルを
示す図である。

【図６】第２実施例であるＳＱＷ型半導体レーザ素子の
活性層付近のバンド図である。

【図７】第２実施例の活性層へキャリア注入を行なった
際の利得スペクトルの注入電流に依る変化を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ｎ+ −ＧａＡｓ基板、２ｎ+ −ＧａＡｓバッファ
層、３ｎ−ＡｌxcＧａ1-xcＡｓ
クラッド層、４光導波路構造部、５ｐ−ＡｌxcＧａ1-xcＡｓ
クラッド層、６ｐ+ −ＧａＡｓキャップ
層、７Ａｕ／Ｃｒ電極、８Ａｕ−Ｇｅ／Ａｕ電極、１０ａ，１０ｂ光・電子閉じ込め層１１ａ，１１ｂ量子井戸層１２障壁層１５溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 5/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに異なる複数のバンドギャップを有す
る発光層構造を含む光導波路構造、及び該光導波路構造
を挟んで積層されたクラッド層から成る半導体レーザ素
子において、前記発光層構造の各々のバンドギャップに
対応する波長の光を発振する様に複数の異なる長さの共
振器長を有する共振器が共振方向に沿って設定されてお
り、該共振器に各々独立に電流注入できる様に構成され
ていること、前記各々の共振器が同一の発光層構造を有
すること、及び、前記複数の共振器が直列に形成されて
おり、光を出射させる前面から順に共振器長が長くなる
様に設定されており、より短波長光を発振させる共振器
は、より出射前面の近くに設定されていることを特徴と
する多波長半導体レーザ素子。
【請求項２】前記発光層構造が互いに基底準位のバンド
ギャップが異なる複数の発光層と該発光層の間に設けら
れたこれらの発光層よりもバンドギャップの大きい障壁
層とを含む請求項１記載の多波長半導体レーザ素子。
【請求項３】前記障壁層のバンドギャップと厚さが、前
記発光層にキャリアを注入した時に、障壁層が無い場合
に比べて、基底準位のバンドギャップの大きい方の発光
層のキャリア濃度をより高くし、基底準位のバンドギャ
ップの小さい方の発光層のキャリア濃度をより低くする
様に設定されている請求項２記載の多波長半導体レーザ
素子。
【請求項４】前記発光層構造が、発振可能な複数の量子
準位を有する少なくとも１つの発光層から成る請求項１
記載の多波長半導体レーザ素子。
【請求項５】前記クラッド層と発光層との間に、バンド
ギャップがクラッド層より小さく発光層より大きな中間
層が設けられている請求項２又は４記載の多波長半導体
レーザ素子。
【請求項６】前記障壁層、発光層、中間層の発光層に近
接する部分及びクラッド層の発光層に近接する部分のう
ち少なくとも１つが、少なくとも部分的に不純物のドー
ピングによってｐ型又はｎ型を有している請求項２又は
３記載の多波長半導体レーザ素子。
【請求項７】前記障壁層のバンドギャップの大きさが、
前記発光層との境界付近における前記中間層のバンドギ
ャップの大きさよりも大きい請求項５記載の多波長半導
体レーザ素子。
【請求項８】前記障壁層のバンドギャップの大きさが、
前記クラッド層のバンドギャップの大きさよりも大きい
請求項２又は３記載の多波長半導体レーザ素子。
【請求項９】当該素子に発振しきい値の電流を注入した
時に、基底準位のバンドギャップの小さい方の発光層に
おいて、基底準位のバンドギャップの大きい方の発光層
における基底準位のバンドギャップに対応する発光波長
の利得が正になっている請求項２又は３記載の多波長半
導体レーザ素子。
【請求項１０】前記共振器長の異なる各々の半導体レー
ザ素子の端面に各々の半導体レーザ素子が発振する光の
波長に対し反射率が高く他の半導体レーザ素子が発振す
る光の波長に対し反射率が低くなる様なコーティングが
施されている請求項１記載の多波長半導体レーザ素子。
【請求項１１】請求項１記載の半導体レーザ素子に順方
向に電流注入を行ない、その電流量を制御することによ
り前記発光層構造における少なくともいずれかのバンド
ギャップに対応する波長の光をレーザ発振させることを
特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子の駆動方
法。
【請求項１２】請求項１記載の半導体レーザ素子に、レ
ーザ発振するしきい電流値よりも僅かに少ない電流を注
入し、外部の光源から該素子の一方の端面を通してレー
ザ発振する光の波長の付近の波長を持つ光を入射し、該
入射光と同一の波長を持つ光をもう一方の端面から取り
出すことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子
の駆動方法。
【請求項１３】請求項１記載の半導体レーザ素子に、レ
ーザ発振するしきい電流値よりも僅かに少ない電流を注
入し、外部の光源から該素子の一方の端面を通してレー
ザ発振する光の波長の付近の波長を持つ光を入射し、該
素子の端面から入射光とは異なる波長を持つ光を出射さ
せることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子
の駆動方法。