JPH10223966A

JPH10223966A - 利得結合分布帰還型半導体レーザ装置

Info

Publication number: JPH10223966A
Application number: JP9019433A
Authority: JP
Inventors: Koji Takahashi; 幸司高橋
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-01-31
Filing date: 1997-01-31
Publication date: 1998-08-21
Anticipated expiration: 2017-01-31
Also published as: JP3885978B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光出力が高いレベルに至るまで、吸収性回折格
子の光吸収層の吸収飽和による影響を抑制して、安定し
た単一波長のレーザ発振を実現し、かつ駆動電流に対す
る光出力の特性を線形にすることが可能な利得結合分布
帰還型半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】導波路２は、その幅が一定でなく、広い部
分と、両端の各狭い部分を有する。この導波路２は、基
板３に形成され、電流狭窄層４によって囲まれる範囲
に、下クラッド層５、キャリアバリア層６、活性層７、
上クラッド層８、コンタクト層９を順次積層してなる。
また、基板４の下面及びコンタクト層９の上面には、そ
れぞれの電極１１及び１２を形成している。下クラッド
層５とキャリアバリア層６間には、複数の格子を並設し
た吸収性回折格子１３を形成しており、各格子は、断面
形状が三角形の各溝にそれぞれの光吸収層１４を設けて
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光ディスク装
置、光通信装置、光計測装置等の光源として利用される
半導体レーザ装置に関し、特に活性層の近傍に吸収性回
折格子を設けた利得結合分布帰還型半導体レーザ装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】誘導放出光を発生する活性層の近傍に回
折格子を設け、これによって単一波長でレーザ発振が発
生するようにした半導体レーザ装置を分布帰還型半導体
レーザ装置（ＤＦＢ：Distributed FeedBack Laser Dio
de）と称する。更に、この様な単一波長のレーザ発振が
回折格子による屈折率の周期分布に起因するものを屈折
率結合分布帰還型半導体レーザ装置と称し、回折格子に
よる利得並びに吸収の周期分布に起因するものを利得結
合分布帰還型半導体レーザ装置と称する。両者のうちの
後者の方が安定な単一波長のレーザ発振を得易く、より
優れた特徴を有する。

【０００３】図６は、従来の利得結合分布帰還型半導体
レーザ装置をその一部分を破断して示している。この半
導体レーザ装置１０１は、リッジ型構造を有し、下側の
本体部１０２と上側のリッジ部１０３からなる。この装
置１０１では、基板１０４に、下クラッド層１０５、活
性層１０６、キャリアバリア層１０７、第１ガイド層１
０８、第２ガイド層１０９、上クラッド層１１０、コン
タクト層１１１、絶縁膜１１２を順次形成し、その上下
に各電極１１３，１１４を設けてなる。

【０００４】リッジ型構造の上側のリッジ部１０３は、
上クラッド層１１０からなり、幅２μｍの領域Ａに重な
る。

【０００５】第１ガイド層１０８と第２ガイド層１０９
間には、複数の格子を並設した吸収性回折格子１１６を
形成し、この吸収性回折格子１１６の各突部には、光吸
収層１１７を設けている。

【０００６】この様な半導体レーザ装置１０１の各部の
構成材料、厚さ等は、次の通りである。基板１０４：ｎ型ＧａＡｓ，層厚１００μｍ下クラッド層１０５：ｎ型Ａｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓ，層厚１μｍ活性層１０６：不純物無添加の３重量子井戸Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓの井戸層Ａｌ_0.35Ｇａ_0.65ＡｓのバリアＳＣＨ層キャリアバリア層１０７：ｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ，層厚０.２μｍ第１ガイド層１０８：ｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ，層厚０.０５μｍ（最厚部）光吸収層１１７：ｎ型ＧａＡｓ，層厚０.０３μｍ（最厚部）第２ガイド層１０９：ｐ型Ａｌ_0.25Ｇａ_0.75Ａｓ，層厚０.０８μｍ（最厚部）上クラッド層１１０：ｐ型Ａｌ_0.75Ｇａ_0.25Ａｓ，層厚０.８μｍ（領域Ａのみ）コンタクト層１１１：ｐ⁺型ＧａＡｓ，層厚０.５μｍ（領域Ａのみ）絶縁膜１１２：ＳｉＮｘ各電極１１３，１１４：ＡｕＺｎ，ＡｕＧｅこの様な構成において、各電極１１３，１１４に電流を
流すと、活性層１０６で誘導放出光が発生し、この誘導
放出光が導波路１１５に沿って、つまり矢印Ｃに沿って
導かれ、この半導体レーザ装置の端面から出射される。
吸収性回折格子１１６の各凸部の光吸収層１１７は、導
波路１１５に沿って周期的に配置されているので、誘導
放出光に対して、周期的な吸収並びに損失として作用
し、これによって利得が周期的に分布し、単一波長での
レーザ発振が発生する。

【０００７】例えば、吸収性回折格子１１６（第１ガイ
ド層１０８）の各凸部は、誘導放出光の導波方向に沿っ
て、一定周期（ピッチ３５０ｎｍ）で形成され、これら
の凸部に光吸収層１１７を配置している。各光吸収層１
１７を構成するＧａＡｓは、活性層１０６から誘導放出
される光のエネルギーよりも小さな禁制帯幅を有してい
る。このため、各光吸収層１１７は、活性層１０６で発
生される波長７８０μｍの誘導放出光を周期的に吸収す
る吸収性回折格子１１６としての役目を果たし、単一波
長でのレーザ発振を発生させる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の利得結合分布帰還型半導体レーザ装置においては、
出力１０ｍＷを越える様な高い光出力でレーザ発振を行
った場合、吸収性回折格子１１６の光吸収層１１７に吸
収飽和が生じる。この吸収飽和が生じると、吸収性回折
格子１１６による利得結合が十分に行われないために、
単一波長でのレーザ発振特性が劣化すると言う問題が発
生する。また、駆動電流に対する光出力の特性が線形で
なくなると言う問題も発生する。

【０００９】そこで、この発明は、この様な従来の課題
を解決するためのものであって、光出力が高いレベルに
至るまで、吸収性回折格子の光吸収層の吸収飽和による
影響を抑制して、安定した単一波長のレーザ発振を実現
し、かつ駆動電流に対する光出力の特性を線形にし、こ
れらの利点にもかかわらず、新たに別の特性劣化を伴う
ことがなく、更には構造が簡単で容易に製造可能な利得
結合分布帰還型半導体レーザ装置を提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は、特許請求の範囲における請求項１に記
載の様に、誘導放出光を発生する活性層と、この活性層
に沿って設けられ、誘導放出光を周期的に吸収する吸収
性回折格子と、誘導放出光を該吸収性回折格子に沿って
導く導波路を備える利得結合分布帰還型半導体レーザ装
置において、導波路は、幅の広い部分及び幅の狭い部分
を有し、この導波路の幅の広い部分及び幅の狭い部分の
分布は、基本水平横モードでのレーザ発振が生じ、かつ
吸収性回折格子による誘導放出光の吸収飽和を生じない
様に設定されている。

【００１１】すなわち、この発明によれば、導波路を幅
の広い部分及び幅の狭い部分から構成していることか
ら、基本水平横モードでの安定なレーザ発振を保ちつつ
吸収層の吸収飽和を低減することができる。

【００１２】請求項２に記載の様に、導波路は、活性層
及び吸収性回折格子を含む本体部と、この本体部の吸収
性回折格子に隣接し、幅の広い部分及び幅の狭い部分を
有するリッジ部からなるリッジ型構造を有し、誘導放出
光が届く範囲内では、誘導放出光を活性層及び吸収性回
折格子のみによって吸収し、リッジ型構造のリッジ部の
幅の狭い部分によって誘導放出光の高次水平横モードを
カットオフする。

【００１３】この様なリッジ型構造の導波路を採用すれ
ば、高次水平横モードが励起され易いと言う問題点を解
消しつつ、吸収性回折格子による吸収飽和を緩和するこ
とができる。

【００１４】請求項３に記載の様に、導波路の幅の広い
部分は、導波路における光密度が高くなる傾向の領域に
設ける。例えば、光密度が導波路の略中央で高くなる傾
向にあるので、請求項４に記載の様に、導波路の幅の広
い部分を該導波路の略中央に設け、この導波路の幅の狭
い部分を該導波路におけるレーザ光の出射端面近傍に設
ける。これによって、請求項１及び２に基づく作用並び
に効果を十分に達成することが可能となる。

【００１５】請求項５に記載の様に、導波路の幅の広い
部分を該導波路の略中央及び該導波路におけるレーザ光
の出射端面近傍にそれぞれ設け、これらの幅の広い部分
の間に、この導波路の幅の狭い部分を設けても良い。

【００１６】この場合、レーザ光の出射端面近傍で、導
波路の幅を広くしているので、この出射端面近傍で、光
密度が高くならずに済み、レーザ光による該出射端面の
破壊を招かずに済む。

【００１７】請求項６に記載の様に、導波路の幅の広い
部分の長さは、この導波路の全体の長さに対して２０パ
ーセント以上６０パーセント以下に設定すれば、、請求
項１及び２に基づく作用並びに効果を十分に達成するこ
とが可能となる。

【００１８】請求項７に記載の様に、導波路の幅の広い
部分及び幅の狭い部分を滑らかに繋げれば、請求項１及
び２に基づく作用並びに効果を十分に達成することが可
能となる。

【００１９】請求項８に記載の様に、導波路の幅の広い
部分及び幅の狭い部分の分布を誘導放出光の位相シフト
量が減少する様に設定する。

【００２０】また、請求項９に記載の様に、導波路の幅
の広い部分及び幅の狭い部分のうちの少なくとも一方の
長さＬは、次式（１）の関係を満たす。

【００２１】Δβ・Ｌ＝ｍ・π ……（１）ただし、ｍ＝±１，±２，±３，…… Δβは、導波路の幅の広い部分を伝搬する光の伝搬定数
と、狭い部分を伝搬する光の伝搬定数との差であるあるいは請求項１０に記載の様に、導波路の幅の広い部
分及び幅の狭い部分の分布によって発生する誘導放出光
の位相シフト量は、単一波長でのレーザ発振が最も発生
し易い様に設定される。

【００２２】これらの請求項８，９，１０によれば、一
定でない幅の導波路を伝搬する際に生じる導波光の位相
ずれが無くなるか、または適切な量に設定されるので、
一定でない幅の導波路であっても、利得結合による単一
波長のレーザ発振特性が損なわれない。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を添付
図面を参照して説明する。

【００２４】図１は、この発明の利得結合分布帰還型半
導体レーザ装置の第１実施形態をその一部分を破断して
示している。この第１実施形態の半導体レーザ装置１に
おいては、導波路２は、その幅が一定でなく、図２
（ａ）に示す様に略中央の広い部分２ａと、両端の各狭
い部分２ｂを有し、広い部分２ａの幅Ｗwideが２.５μ
ｍ、各狭い部分２ｂの幅Ｗnarrowが１.５μｍである。
また、この導波路２の長さが３００μｍ、広い部分２ａ
の長さが９０μｍである。

【００２５】この導波路２は、基板３に形成され、電流
狭窄層４によって囲まれる範囲に、下クラッド層５、キ
ャリアバリア層６、活性層７、上クラッド層８、コンタ
クト層９を順次積層してなる。また、基板４の下面及び
コンタクト層９の上面には、それぞれの電極１１及び１
２を形成している。

【００２６】下クラッド層５とキャリアバリア層６間に
は、複数の格子を並設した吸収性回折格子１３を形成し
ており、これらの格子は、断面形状が三角形の各溝にそ
れぞれの光吸収層１４を設けてなる。

【００２７】この半導体レーザ装置１のレーザ光の出射
端面には、誘電体膜コーティング等の特別な処理を施し
てはいない。

【００２８】この様な半導体レーザ装置１の各部の構成
材料、厚さ等は、次の通りである。なお、次の表記にお
いて、例えば「Ｑ（ｙ＝０.５）」とあるのは、ＩｎＰ
に格子整合するＧａ_xＩｎ_1-xＡｓ_yＰ_1-y４元混晶におい
て、ｙ＝０.５であることを示す。

【００２９】基板３：ｎ型ＩｎＰ，層厚１００μｍ下クラッド層５：ｎ型ＩｎＰ，層厚１μｍ光吸収層１４：ｎ型Ｑ（ｙ＝０.６２），層厚０.１μｍ（最厚部）キャリアバリア層６：ｎ型ＩｎＰ，層厚０.３３μｍ（最厚部）活性層７：不純物無添加の４重量子井戸ＳＣＨ層Ｑ（ｙ＝０.０６５），層厚３０ｎｍＱ（ｙ＝０.１６），層厚３０ｎｍＱ（ｙ＝０.２４），層厚３０ｎｍＱ（ｙ＝０.３３），層厚３０ｎｍ井戸層Ｑ（ｙ＝０.６２），層厚１５ｎｍバリア層Ｑ（ｙ＝０.３３），層厚１５ｎｍ上クラッド層８：ｐ型ＩｎＰ，層厚１μｍコンタクト層９：ｐ⁺型ＩｎＧａＡｓ，層厚０.５μｍ各電極１１，１２：ＡｕＣｒ，ＡｕＧｅ電流狭窄層３：Ｆｅをドーピングした高抵抗ＩｎＰ層この様な構成において、各電極１１，１２に電流を流す
と、活性層７で誘導放出光が発生し、この誘導放出光が
導波路２に沿って導かれ、この半導体レーザ装置の端面
から出射される。

【００３０】吸収性回折格子１３の各光吸収層１４は、
誘導放出光に対して、周期的な吸収並びに損失として作
用し、これによって利得が周期的に分布し、単一波長で
のレーザ発振が発生する。例えば、吸収性回折格子１３
の各光吸収層１４は、０.２３μｍのピッチで形成され
ている。これらの光吸収層１４を構成するＧａＩｎＡｓ
Ｐは、活性層７から誘導放出される波長１.３μｍの光
のエネルギーよりも小さな禁制帯幅を有している。この
ため、各光吸収層１４は、活性層７で発生される誘導放
出光を周期的に吸収する吸収性回折格子１３としての役
目を果たし、単一波長でのレーザ発振を発生させる。

【００３１】図３（ａ）のグラフは、この第１実施形態
の半導体レーザ装置１の駆動電流に対するレーザ光出力
特性を示している。また、図３（ｂ）のグラフには、こ
の第１実施形態と比較するために、従来の半導体レーザ
装置（導波路２を一定幅の１.５μｍに設定したもの）
の駆動電流に対するレーザ光出力特性を示している。

【００３２】図３（ａ）のグラフから明らかな様に、こ
の第１実施形態の半導体レーザ装置１によれば、駆動電
流１０ｍＡのときにレーザ光出力が立ち上がり、駆動電
流１５０ｍＡのときにレーザ光出力が５０ｍＷに至り、
その間、駆動電流−レーザ光出力特性が線形である。ま
た、このレーザ光出力の範囲においては、吸収性回折格
子１３の各光吸収層１４の周期に基づく単一波長でのレ
ーザ発振を得ることができる。

【００３３】これに対して、図３（ｂ）のグラフから明
らかな様に、従来の半導体レーザ装置においては、レー
ザ光出力１０ｍＷの近傍で、駆動電流−レーザ光出力特
性が折れ曲がる（以下折れ曲がった位置をキンク点と称
する）。また、このキンク点よりも低いレーザ光出力の
ときには、単一波長でのレーザ発振を得ることができる
ものの、このキンク点を境に、それ以上のレーザ光出力
のときには、２つの波長でのレーザ発振（２モード発
振）が発生する。

【００３４】この発明者等は、図３（ｂ）の特性におけ
るキンク点が発生するのは、レーザ光出力の増加に伴っ
て、吸収回折格子１３の各光吸収層１４によって吸収さ
れる光密度が増加し、キンク点を境に、これらの光吸収
層１４で吸収飽和を起こすためであると考えた。特に、
第１実施形態の装置１においては、レーザ出射端面近傍
よりも、導波路２の中央部の方が光密度が高くなるの
で、この中央部で各光吸収層４の吸収飽和が発生し易
い。

【００３５】この様な考察を踏まえて、光密度が高くな
る導波路２の中央部で、その幅を広げて、この中央部の
光密度を低下させたものが第１実施形態の装置１であ
り、これによって各光吸収層１４の吸収飽和を回避する
ことができると言う新たな効果を見出した。

【００３６】一方、導波路２の全体を一定の広い幅に設
定し、導波路２の全体で光密度下げた場合にも、各光吸
収層１４の吸収飽和を回避することができるものの、高
次の水平横モードが生じると言う不都合があった。これ
と比較しても、第１実施形態の装置１の様に、狭い幅の
部分２ｂを導波路２に残して、水平横モードの安定化を
図りつつ、光密度の高い部分、つまり導波路２の中央だ
け幅を広げて、各光吸収層１４の吸収飽和を回避するの
が最も好ましいことが分かる。特に、吸収飽和を防ぐ為
に設けた幅の広い部分の幅は、横モードを安定させる為
に設けた狭い部分の幅に対して１.５倍以上の幅にする
必要があった。

【００３７】また、この第１実施形態の装置１において
は、レーザ光の出射端面に誘電体膜コーティング等の特
別な処理を施しておらず、このために導波路２の略中央
で光密度が最も高くなる傾向にある。一方、例えばレー
ザ光の対向する各出射端面に、反射率の異なるそれぞれ
のコーティングを施すと、光密度の分布が変化し、この
光密度の最も高くなる位置が導波路２の中央からずれ
る。この場合は、光密度の最も高くなる位置に重なる様
に、導波路２の広い幅の部分２ａの位置を変更すれば良
い。あるいは、レーザ光の対向する各出射端面のうちの
一方に低反射率の反射膜を設けると共に、他方に高反射
率の反射膜を設けた場合は、高反射率の反射膜の近傍で
光密度が高くなるので、高反射率の反射膜を設けた側の
出射端近傍で、導波路２の幅を広くする必要がある。

【００３８】また、ここでは、導波路２の長さを３００
μｍに、広い部分２ａの長さを９０μｍに設定してい
る。これは、広い部分２ａの長さが導波路２の全体の長
さの２０パーセント以上でないと、各光吸収層１４の吸
収飽和を回避する効果が見られず、また６０パーセント
以下でないと、基本水平横モードでの安定したレーザ発
振が得られないためである。

【００３９】更に、第２実施形態の装置１においては、
導波路２の幅の広い部分の長さＬを次式（１）に基づい
て定める。

【００４０】Δβ・Ｌ＝ｍ・π ……（１）ただし、ｍ＝±１，±２，±３，…… Δβは、導波路の幅の広い部分を伝搬する光の伝搬定数
と、狭い部分を伝搬する光の伝搬定数との差であるこの装置１では、導波路２の幅の広い部分２ａと狭い部
分２ｂ間で、等価屈折率に約７.３×１０^-3の差がある
ので、これによって幅の広い部分２ａと狭い部分２ｂ間
で、誘導放出光の位相ずれを生じさせないために、上式
（１）が満たされる様に、幅の広い部分２ａと狭い部分
２ｂの分布を設定する。これと比較するために、上式
（１）の関係から大きく外れた装置を作製してみたが、
ブラッグ波長における単一波長でのレーザ発振を得るこ
とができなかった。

【００４１】図４は、この発明の利得結合分布帰還型半
導体レーザ装置の第２実施形態をその一部分を破断して
示している。この半導体レーザ装置２１は、リッジ型構
造を有し、下側の本体部２２と上側のリッジ部２３から
なる。

【００４２】導波路２４は、本体部２２とリッジ部２３
に形成され、リッジ部２３での該導波路２４の幅が一定
でなく、図２（ｂ）の様に両端近傍の各広い部分２４ａ
と、略中央の狭い部分２４ｂを有し、各広い部分２４ａ
の幅Ｗwideが３.０μｍ、狭い部分２４ｂの幅Ｗnarrow
が１.０μｍであり、各広い部分２４ａと狭い部分２４
ｂ間は、滑らかに繋がっている。また、この導波路２４
の長さが３００μｍ、狭い部分２４ｂの長さが１３０μ
ｍである。

【００４３】この装置２１では、基板２５に、下クラッ
ド層２６、活性層２７、キャリアバリア層２８、第１ガ
イド層２９、第２ガイド層３０、上クラッド層３１、コ
ンタクト層３２、絶縁膜３３を順次形成し、その上下に
各電極３４，３５を設けてなる。

【００４４】リッジ型構造の上側のリッジ部２３は、上
クラッド層３１からなり、幅３μｍの領域Ａに重なる。

【００４５】第１ガイド層２８と第２ガイド層２９間に
は、複数の格子を並設した吸収性回折格子３６を形成
し、この吸収性回折格子３６（第１ガイド層２８）の各
突部には、光吸収層３７を設けている。

【００４６】この半導体レーザ装置１のレーザ光の出射
端面には、Ａｌ₂Ｏ₃誘電体膜のコーティングを施し、両
端面の反射率を７０パーセントにしている。

【００４７】この様な半導体レーザ装置２１の各部の構
成材料、厚さ等は、次の通りである。基板２５：ｎ型ＧａＡｓ，層厚１００μｍ下クラッド層２６：ｎ型Ａｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓ，層厚１μｍ活性層２７：不純物無添加の３重量子井戸Ａｌ_0.35Ｇａ_0.65ＡｓのＳＣＨ層，層厚７０μｍＡｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓの井戸層，層厚８ｎｍＡｌ_0.35Ｇａ_0.65Ａｓのバリア層，８ｎｍＡｌ_0.35Ｇａ_0.65ＡｓのＳＣＨ層，層厚７０μｍキャリアバリア層２８：ｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ，層厚０.２μｍ第１ガイド層２９：ｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ，層厚０.０５μｍ（最厚部）光吸収層３７：ｎ型ＧａＡｓ，層厚０.０３μｍ（最厚部）第２ガイド層３０：ｐ型Ａｌ_0.25Ｇａ_0.75Ａｓ，層厚０.０８μｍ（最厚部）上クラッド層３１：ｐ型Ａｌ_0.75Ｇａ_0.25Ａｓ，層厚０.８μｍ（領域Ａのみ）コンタクト層３２：ｐ⁺型ＧａＡｓ，層厚０.５μｍ（領域Ａのみ）絶縁膜３３：ＳｉＮｘ各電極３４，３５：ＡｕＺｎ，ＡｕＧｅこの様な構成において、各電極３４，３５に電流を流す
と、活性層２７で誘導放出光が発生し、この誘導放出光
が導波路２４に沿って導かれ、この半導体レーザ装置の
端面から出射される。

【００４８】第１ガイド層２９（吸収性格子３６）に
は、一定周期（ピッチ３５０ｎｍ）で、デューティ比２
０パーセントの矩形状の凹凸を形成し、各凸部に光吸収
層３７を配置している。各光吸収層３７を構成するＧａ
Ａｓは、活性層２７から誘導放出される光のエネルギー
よりも小さな禁制帯幅を有し、活性層２７で発生される
波長７８０μｍの誘導放出光を周期的に吸収する吸収性
回折格子３６としての役目を果たし、単一波長でのレー
ザ発振を発生させる。

【００４９】この第２実施形態の装置２１においては、
レーザ出射端面付近で内部の光密度が最も高くなること
に基づいて導波路２４の端面付近の幅を広くしており、
少なくとも駆動電流２０ｍＡまでの範囲で、駆動電流−
レーザ光出力特性が線形となり、図３（ｂ）のグラフに
示す様なキンク点が発生することはない。

【００５０】また、導波路２４の略中央の狭い部分２４
ｂは、高次水平横モードをカットオフする作用を果た
し、この高次水平横モードの発生を抑制する。

【００５１】一方、リッジ部２３において、導波路２４
を一定の広い幅に設定し、この導波路２４の全体で光密
度下げた場合にも、各光吸収層３７の吸収飽和を回避す
ることができるものの、数ｍＷ程度のレーザ光出力であ
っても、高次の水平横モードが生じた。この第２実施形
態の装置２１の様に、狭い幅の部分２４ａを導波路２４
に残して、水平横モードの安定化を図りつつ、導波路２
４に幅の広い部分を設けて、各光吸収層１４の吸収飽和
を回避するのが最も好ましい。

【００５２】また、導波路２４の各広い部分２４ａと狭
い部分２４ｂ間を滑らかに繋げているので、特に効果的
に吸収飽和を抑制することができた。これは、各広い部
分２４ａと狭い部分２４ｂとが滑らかに繋げられていな
いものでは幅の異なる領域の境界部で光散乱が生じ、特
に光密度が高くなる為、吸収飽和を誘発しやすかったの
に対し、滑らかに繋げられたものでは境界部での光散乱
が生じない為に吸収飽和を抑制する為にはより効果的で
あったものと推測できる。

【００５３】また、導波路２４の各広い部分２４ａを導
波路２４の両端に設けたので、レーザ光の各出射端面近
傍での光密度が低くなり、レーザ光による該各出射端面
の損傷が小さくなる。

【００５４】また、この第２実施形態の装置２１おいて
も、導波路２４の各広い部分２４ａと狭い部分２４ｂ間
で、誘導放出光の位相ずれが生じない様に、上式（１）
の関係を満たす。

【００５５】特に、屈折率結合の成分を含まない真性利
得結合分布帰還型半導体レーザ装置の場合には、上式
（１）の関係を満たす必要性がより高くなる。一方、屈
折率結合と利得結合の両方を含む部分利得結合分布帰還
型半導体レーザ装置の場合には、この発明者等が特願平
８−９２８５４号で提案した様に、利得結合と屈折率結
合の比率に応じて位相ずれを適宜に設定するのが望まし
い。

【００５６】ところで、この第２実施形態の装置２１に
おいては、導波路２４の狭い部分２４ｂの幅を１.０μ
ｍに設定しており、高次水平横モードをカットオフする
様に、この幅を非常に狭くしている。

【００５７】これは、リッジ型構造を有する通常の半導
体レーザ装置においては、導波路の幅を適宜に広く設定
し、高次水平横モードをカットオフしなくても、基本水
平横モードのレーザ発振が達成されるの対して、この第
２実施形態の装置２１においては、導波路２４をリッジ
型構造とし、リッジ部２３と活性層２７間に、吸収性回
折格子３６以外の光吸収部材を持たないので、高次水平
横モードが発生し易く、この高次水平横モードを十分に
カットオフするためである。この点を図５を参照して更
に詳しく述べる。

【００５８】図５（ａ）は、第２実施形態の装置２１の
断面を示し、図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるａ−
ａ’に沿う光密度分布を示し、図５（ｃ）は、図５
（ａ）におけるｂ−ｂ’に沿う光密度分布を示してい
る。

【００５９】図５（ａ），（ｂ），（ｃ）から明らかな
様に、リッジ部２３に重なる領域Ａよりも、両外側の各
領域Ｂの方が、吸収性回折格子３６に重なる光密度が小
さい。したがって、吸収性回折格子３６による実効吸収
係数は、領域Ｂの方が小さく、このために吸収損失の小
さな領域Ｂへと光密度分布が偏ったり、高次横モードが
発生し易くなる。

【００６０】第２実施形態の装置２１においては、利得
結合のために、非常に大きな吸収量を有する光吸収層を
活性層の近傍に配置する必要があるので、先の様な高次
水平横モードが発生し易いと言う傾向が顕著であり、導
波路２４の狭い部分２４ｂの幅を十分に狭くして、高次
水平横モードを確実にカットオフしなければ、基本水平
横モードでのレーザ発振によって、数ｍＷ程度のレーザ
光出力でさえも得ることができず、長距離光通信等、光
源として数十ｍＷ以上のレーザ光出力が要求される用途
には実用化に到底及ばない。したがって、導波路２４の
狭い部分２４ｂの幅を十分に狭くする必要がある。

【００６１】なお、この発明は、上記各実施形態に限定
されるものでなく、多様に変形することができる。例え
ば、図２（ｃ）に示す様に導波路４１は、３つの幅の広
い部分４１ａと２つの幅の狭い部分４１ｂを有するもの
でも良い。この場合、導波路４１の略中央の幅の広い部
分４１ａによって吸収飽和を抑制すると共に、導波路４
１の両端の各幅の広い部分４１ａによってレーザ光の出
射端面の破壊を防止することができる。また、上式
（１）おけるＬは、同じ幅の各部分の長さの和として与
えられる。

【００６２】更に、導波路の各幅を２段階に設定するの
ではなく、３段階以上に設定したり、あるいは図２
（ｄ）に示す様に導波路４２の両縁を曲線状に形成し
て、この導波路４２の幅を滑らかに変化させても良い。
特に、図２（ｄ）の様に、幅の広い領域と狭い領域とが
曲率の大きな曲線で滑らかに繋げられたものでは、幅の
広い領域と狭い領域との境界部での光散乱を最小に出来
る為、吸収飽和を抑制する為には最も効果的であった。

【００６３】また、この発明の半導体レーザ装置を構成
する材料、あるいはレーザ光の発振波長は、上記各実施
形態に例示されているものに限らず、III族元素として
Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ等を含み、かつＶ族元素としてＰ，Ａ
ｓ，Ｎ等を含むIII−Ｖ族混晶半導体材料、またII族元
素としてＺｎ，Ｍｇ，Ｃｄ等を含み、かつVI族元素とし
てＳ，Ｓｅ，Ｔｅ等を含むII−VI族混晶半導体材料等の
様々な材料からなる利得結合分布帰還型半導体レーザ装
置に対しても、この発明を適用することができる。ま
た、結晶成長の方法として種々の公知技術を適用し、こ
の発明の半導体レーザ装置を製造することができる。あ
るいは、半導体レーザ装置を構成する各層の結晶性を良
好なものとするために、基板と下クラッド層間にバッフ
ァ層（緩衝層）を用いることも可能である。

【００６４】また、この発明の半導体レーザ装置におけ
る導波路の構造や製造方法、並びに吸収性回折格子の構
造や製造方法に関しても、様々な公知技術を適用するこ
とができる。

【００６５】また、レーザ光の出射端面の処理方法、も
しくはコーティング材料とその形成方法に関して、上記
各実施形態では言及していないが、様々な公知技術を適
用して、レーザ装置の構成を変形することは容易に行い
得る。

【００６６】更に、利得結合分布帰還型半導体レーザ装
置は、そのレーザ光の出射端面が劈開で形成されていな
くても、レーザ発振が可能であることから、光集積回路
等におけるモノリシック光源として有望視されており、
この発明の半導体レーザ装置を上記各実施形態で示した
単体のものとしてだけでなく、光集積回路のレーザ光源
として適用することができる。

【００６７】また、この発明は、光ディスク装置、光通
信装置、光計測装置等の光源として利用される利得結合
分布帰還型半導体レーザ装置について述べたが、この装
置と構成が類似し、吸収性回折格子を適用した波長フィ
ルタ等にも適用することができる。

【００６８】

【発明の効果】以上説明した様に、請求項１に記載の装
置によれば、導波路を幅の広い部分及び幅の狭い部分か
ら構成していることから、基本水平横モードでの安定な
レーザ発振を保ちつつ吸収層の吸収飽和を低減すること
ができる。

【００６９】また、請求項２に記載の装置によれば、リ
ッジ型構造の導波路を適用しても、高次水平横モードが
励起され易いと言う問題点を解消しつつ、吸収性回折格
子による吸収飽和を緩和することができる。

【００７０】また、請求項３に記載の装置によれば、導
波路の幅の広い部分を導波路における光密度が高くなる
傾向の領域に設けており、例えば光密度が導波路の略中
央で高くなる傾向にあれば、請求項４に記載の様に、導
波路の幅の広い部分を該導波路の略中央に設け、この導
波路の幅の狭い部分を該導波路におけるレーザ光の出射
端面近傍に設ける。これによって、請求項１及び２に基
づく作用並びに効果を十分に達成することが可能とな
る。

【００７１】請求項５に記載の装置によれば、レーザ光
の出射端面近傍で、導波路の幅を広くして、この出射端
面近傍で、光密度が高くならない様にし、レーザ光によ
る該出射端面の破壊を防止することができる。

【００７２】請求項６に記載の装置によれば、導波路の
幅の広い部分の長さを該導波路の全体の長さに対して２
０パーセント以上６０パーセント以下に設定している。
これによって、請求項１及び２に基づく作用並びに効果
を十分に達成することが可能となる。

【００７３】請求項７に記載の装置によれば、導波路の
幅の広い部分及び幅の狭い部分を滑らかに繋げている。
これによって、請求項１及び２に基づく作用並びに効果
を十分に達成することが可能となる。

【００７４】また、各請求項８，９，１０に記載の装置
によれば、一定でない幅の導波路を伝搬する際に生じる
導波光の位相ずれが無くなるか、または適切な量に設定
されるので、一定でない幅の導波路であっても、利得結
合による単一波長のレーザ発振特性が損なわれない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の利得結合分布帰還型半導体レーザ装
置の第１実施形態をその一部分を破断して示す斜視図

【図２】この発明の利得結合分布帰還型半導体レーザ装
置の導波路を上方から見て示す平面図であって、（ａ）
は図１の装置における導波路を示し、（ｂ）は図４の装
置における導波路を示し、（ｃ）は導波路の変形例を示
し、（ｄ）は導波路の他の変形例を示す

【図３】半導体レーザ装置の駆動電流に対するレーザ光
出力特性を示すグラフであって、（ａ）は図１の半導体
レーザ装置の特性を示し、（ｂ）は従来の半導体レーザ
装置の特性を示す

【図４】この発明の利得結合分布帰還型半導体レーザ装
置の第２実施形態をその一部分を破断して示す斜視図

【図５】（ａ）は図４の装置の断面を示し、（ｂ）は
（ａ）におけるａ−ａ’に沿う光密度分布を示し、
（ｃ）は（ａ）におけるｂ−ｂ’に沿う光密度分布を示
す

【図６】従来の利得結合分布帰還型半導体レーザ装置を
その一部分を破断して示す斜視図

【符号の説明】

１，２１半導体レーザ装置２，２４，４１，４２導波路３，２５基板４電流狭窄層５，２６下クラッド層６，２８キャリアバリア層７，２７活性層８，３１上クラッド層９，３２コンタクト層１１，１２，３４，３５電極１３，３６吸収性回折格子１４，３７光吸収層２２本体部２３リッジ部２９第１ガイド層３０第２ガイド層３３絶縁膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘導放出光を発生する活性層と、この活
性層に沿って設けられ、誘導放出光を周期的に吸収する
吸収性回折格子と、誘導放出光を該吸収性回折格子に沿
って導く導波路を備える利得結合分布帰還型半導体レー
ザ装置において、導波路は、幅の広い部分及び幅の狭い部分を有し、この導波路の幅の広い部分及び幅の狭い部分の分布は、
基本水平横モードでのレーザ発振が生じ、かつ吸収性回
折格子による誘導放出光の吸収飽和を生じない様に設定
される利得結合分布帰還型半導体レーザ装置。
【請求項２】導波路は、活性層及び吸収性回折格子を
含む本体部と、この本体部の吸収性回折格子に隣接し、
幅の広い部分及び幅の狭い部分を有するリッジ部からな
るリッジ型構造を有し、誘導放出光が届く範囲内では、誘導放出光を活性層及び
吸収性回折格子のみによって吸収し、リッジ型構造のリッジ部の幅の狭い部分によって誘導放
出光の高次水平横モードをカットオフする請求項１に記
載の利得結合分布帰還型半導体レーザ装置。
【請求項３】導波路の幅の広い部分は、導波路におけ
る光密度が高くなる傾向の領域に設けた請求項１又は２
に記載の利得結合分布帰還型半導体レーザ装置。
【請求項４】導波路の幅の広い部分を該導波路の略中
央に設け、この導波路の幅の狭い部分を該導波路におけ
るレーザ光の出射端面近傍に設けた請求項１乃至３のう
ちのいずれかに記載の利得結合分布帰還型半導体レーザ
装置。
【請求項５】導波路の幅の広い部分を該導波路の略中
央及び該導波路におけるレーザ光の出射端面近傍にそれ
ぞれ設け、これらの幅の広い部分の間に、この導波路の
幅の狭い部分を設けた請求項１乃至３のうちのいずれか
に記載の利得結合分布帰還型半導体レーザ装置。
【請求項６】導波路の幅の広い部分の長さは、この導
波路の全体の長さに対して２０パーセント以上６０パー
セント以下に設定した請求項１乃至５のうちのいずれか
に記載の利得結合分布帰還型半導体レーザ装置。
【請求項７】導波路の幅の広い部分及び幅の狭い部分
を滑らかに繋げた請求項１乃至６に記載の利得結合分布
帰還型半導体レーザ装置。
【請求項８】導波路の幅の広い部分及び幅の狭い部分
の分布を誘導放出光の位相シフト量が減少する様に設定
した請求項１乃至７に記載の利得結合分布帰還型半導体
レーザ装置。
【請求項９】導波路の幅の広い部分及び幅の狭い部分
のうちの少なくとも一方の長さＬは、次式（１）の関係
を満たす請求項１乃至８のうちのいずれかに記載の利得
結合分布帰還型半導体レーザ装置。 Δβ・Ｌ＝ｍ・π ……（１）ただし、ｍ＝±１，±２，±３，…… Δβは、導波路の幅の広い部分を伝搬する光の伝搬定数
と、狭い部分を伝搬する光の伝搬定数との差である
【請求項１０】導波路の幅の広い部分及び幅の狭い部
分の分布によって発生する誘導放出光の位相シフト量
は、単一波長でのレーザ発振が最も発生し易い様に設定
された請求項１乃至９のうちのいずれかに記載の利得結
合分布帰還型半導体レーザ装置。