JP2003258377A

JP2003258377A - 半導体レーザ素子

Info

Publication number: JP2003258377A
Application number: JP2002059105A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Nakatani; 洋幸中谷
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-03-05
Filing date: 2002-03-05
Publication date: 2003-09-12

Abstract

(57)【要約】【課題】ラマンアンプの順方向励起光源に適した半導
体レーザ素子を提供する。【解決手段】本発明の半導体レーザ素子１００は、多
重量子井戸構造の活性層４５と、その上下に設けられた
分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ）層４２、４４、５
０、５２を備えている。最も上に位置するＳＣＨ層５２
の上面にはクラッド層１６が設けられている。ＳＣＨ層
５２とクラッド層１６との界面には、活性層４５の全長
に沿って、その界面幅Ｍよりも小さい幅Ｇを有する均一
回折格子３６が設けられている。この回折格子３６によ
り、素子全体の規格化結合係数を任意に低下させること
ができ、マルチモード発振が可能となる。よって、その
出力光は光ファイバ内で散乱し難く、しかも、内部共振
器型であるのでＲＩＮが低く且つ波長安定性にも優れ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ素子
に関し、特に、ラマンアンプの励起光源に適した半導体
レーザ素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】ラマンアンプの励起光源としては、外部
グレーティング共振器型の半導体レーザが知られてい
る。これは、ファブリペロー（ＦＰ）型レーザの一方の
ファセットを無反射コーティングし、他方のファセット
とＦＰ型レーザの外部に配置されたグレーティング（回
折格子）とで外部共振器を構成するレーザである。最近
では、外部グレーティングとして、ファイバブラッググ
レーティング（ＦＢＧ）がしばしば使用されている。こ
のような外部ＦＢＧ共振器型レーザには、波長選択性が
よいという利点がある。また、外部ＦＢＧ共振器型レー
ザには、ＦＰ型レーザに比べて発振波長の電流依存性・
温度依存性が小さいという利点もある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ラマンアン
プの高性能化のためには、信号光に対して順方向と逆方
向の双方から励起光を加える双方向励起方式が望まし
い。順方向励起では、励起光源の雑音特性が信号光に強
く影響する。したがって、相対雑音強度（ＲＩＮ）の極
めて低い励起光源が必要となる。外部ＦＢＧ共振器型レ
ーザは、優れた波長安定性を有するが、ラマンアンプの
順方向励起に十分なほどＲＩＮを低くすることは難し
い。実際、そのような低ＲＩＮの外部ＦＢＧ共振器型レ
ーザは、いまだ実現されていない。

【０００４】そこで、本発明は、ラマンアンプの順方向
励起に適した半導体レーザ素子の提供を課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明による半導体レー
ザ素子は、（ａ）第１の導電型の半導体からなる基板
と、（ｂ）基板の上面側に設けられ、第１導電型の半導
体からなる下部クラッド層と、（ｃ）下部クラッド層の
上に設けられた下部分離閉じ込めヘテロ構造層と、
（ｄ）下部分離閉じ込めヘテロ構造層の上に設けられ、
多重量子井戸構造を有する活性層と、（ｅ）活性層の上
に設けられた上部分離閉じ込めヘテロ構造層と、（ｆ）
上部分離閉じ込めヘテロ構造層の上面に被着され、第１
導電型と異なる第２の導電型の半導体からなる上部クラ
ッド層と、（ｇ）上部クラッド層の上に設けられた上部
電極と、（ｈ）基板の下面側に設けられた下部電極とを
備えており、上部分離閉じ込めヘテロ構造層と上部クラ
ッド層との界面の一部に、活性層の延在方向に沿って均
一回折格子が設けられている。

【０００６】なお、活性層の「延在方向」とは、当該半
導体レーザ素子の全長方向つまり長軸方向を示し、上記
界面の「幅」とは、その長軸方向に直交する川幅方向つ
まり短軸方向に沿う全幅を示す。また、「界面の一部に
設けられている」とは、界面の延在方向または幅方向に
おいて、その界面領域の一部に均一回折格子が形成され
ていることをいう。

【０００７】具体的には、均一回折格子の少なくとも一
部が、界面の最大幅よりも小さい（狭い）幅を有するよ
うに設けられて成ると好ましい。この場合、例えば、均
一回折格子が活性層の全長にわたって形成されており、
その幅が全長にわたって界面の最大幅よりも狭くされて
いてもよく、或いは、界面の最大幅よりも狭い均一回折
格子が、全長方向の少なくとも一部に設けられていても
よい。この場合、均一回折格子が当該レーザ半導体素子
の後端面側に設けられると好ましい。

【０００８】さらに、界面の一部に均一回折格子が設け
られていれば、必ずしもその幅が界面の最大幅よりも狭
くなくとも構わない。例えば、界面幅と同幅の均一回折
格子が活性層の延在方向の一部に形成されていても好適
である。この場合、活性層幅つまり界面幅が部分的に狭
くされて成るとより好ましい。こうすれば、横方向（活
性層の幅方向）の光の閉じ込めが小さくされる。この場
合、均一回折格子が当該レーザ半導体素子の後端面側に
設けられる一方で、前端面側の活性層幅が後端面側より
も小さいと一層好ましい。

【０００９】また、本発明の半導体レーザ素子は、無反
射コートが施された前端面と、前端面に対向し且つ高反
射コートが施された後端面を更に備えていても好まし
い。さらに、基板、下部クラッド層および上部クラッド
層がＩｎＰから構成され、下部分離閉じ込めヘテロ構造
層、活性層、および上部分離閉じ込めヘテロ構造層がＩ
ｎＧａＡｓＰから構成されていても好ましい。具体的に
は、下部分離閉じ込めヘテロ構造層、活性層、および上
部分離閉じ込めヘテロ構造層がメサ構造を有していても
よい。この場合、上部分離閉じ込めヘテロ構造層と上部
クラッド層との界面の幅は、その界面におけるメサ幅と
なる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を説明する前
に、本発明の概要を説明する。

【００１１】分布帰還型（ＤＦＢ）半導体レーザは、波
長安定性が高く、ＲＩＮが低いという特性を有してい
る。この点は、ラマンアンプの順方向励起光源に適して
いる。しかし、既存のＤＦＢレーザをラマンアンプの励
起光源として実際に使用すると、十分な励起光パワーを
維持できない。これは、ＤＦＢレーザ光が光ファイバの
内部でブルリアン散乱を起こすからである。

【００１２】ＤＦＢレーザ光のブルリアン散乱が顕著な
のは、ＤＦＢレーザがシングルモード発振（縦単一モー
ド発振）するからである。そこで、本発明者は、ＤＦＢ
レーザと同じように回折格子を有し、それでいてマルチ
モード発振（縦多モード発振）をする半導体レーザ素子
を考案した。これが、本発明の半導体レーザ素子であ
る。

【００１３】本発明者は、既存のＤＦＢレーザと同様の
構造を有する半導体レーザ素子であっても、素子全体と
して一定値未満の規格化結合係数を有するものはマルチ
モード発振することを見出した。規格化結合係数はκＬ
と表されることが多い。ここで、κは結合係数、Ｌは回
折格子の長さである。「半導体レーザ」（応用物理学会
編／伊賀健一編著、オーム社）によれば、結合係数
κは、おのおの反対方向に伝搬する光が回折格子により
回折されて単位長さ当たりに結合し合う程度を示す。

【００１４】また、本発明者は、かかるκＬを一定値未
満とするには、回折格子を浅く（薄く）すること、上部
分離閉じ込めヘテロ構造層とこれに接するクラッド層と
の屈折率差を小さくすること、上部分離閉じ込めヘテロ
構造層に接するクラッド層の基本厚を大きくすること、
等が有効であることを見出した。これらのなかでも、回
折格子を浅くすることがκＬの低下効果が極めて高い。
しかし、従来のＤＦＢレーザの回折格子深さは数１００
Å程度であり、κＬを一層低下させるには、回折格子深
さを１００Å以下好ましくは７０〜８０Å以下とするこ
とが望まれる。

【００１５】このような極薄い回折格子を、上記界面全
体の広い面積に均一に設けるには成形・加工が難しく、
しかも、その結果としてκＬの制御が困難となり、素子
の歩留まりが悪化するおそれがある。これに対し、本発
明の半導体レーザ素子には、上述の如く、上部分離閉じ
込めヘテロ構造層と上部クラッド層との界面において、
活性層の延在方向に沿って、界面幅よりも狭小な幅を有
する均一回折格子が設けられている。これにより、回折
格子と光の相互作用が素子全体として減弱され、光の閉
じ込め効果が弱くなり、分離閉じ込めヘテロ構造におけ
る光子密度を有意に低下させ得る。よって、回折格子を
極端に薄くすることなく、例えば、従来と同等の深さと
しても、半導体レーザ素子全体のκＬを所望の値未満に
抑え、縦方向にマルチモード発振させることが可能とな
る。

【００１６】したがって、本発明の半導体レーザ素子
は、ＤＦＢレーザと同様に、波長安定性が高く且つＲＩ
Ｎが低く、しかも、マルチモード発振するので、光ファ
イバ内のブルリアン散乱も抑えられる。これらより、本
発明による半導体レーザ素子は、ラマンアンプの励起光
源として好適である。

【００１７】以下、添付図面を参照しながら本発明の実
施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同
一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略す
る。また、図示の便宜上、図面の寸法比率は説明のもの
と必ずしも一致しない。

【００１８】図１は、本発明に係る第１実施形態の半導
体レーザ素子１００の構造を示す斜視図である。半導体
レーザ素子１００は、縦方向（図１のｚ方向）に沿って
一様な構造を有している。半導体レーザ素子１００は、
基板１０の上面に順次に被着された下部クラッド層１
２、多重量子井戸−分離閉じ込め構造（ＭＱＷ−ＳＣ
Ｈ）層１４、および第１上部クラッド層１６を備えてい
る。これらは、いずれもメサ型の半導体層である。基板
１０および下部クラッド層１２は、いずれもｎ−ＩｎＰ
から構成されている。一方、ＭＱＷ−ＳＣＨ層１４は、
４元化合物半導体のＩｎＧａＡｓＰから構成されてい
る。他方、第１上部クラッド層１６は、ｐ−ＩｎＰから
構成されている。

【００１９】下部クラッド層１２、ＭＱＷ−ＳＣＨ層１
４、および第１上部クラッド層１６の両側面は、埋め込
み層１８によって覆われている。埋め込み層１８はｐ−
ＩｎＰから構成されている。埋め込み層１８の上には、
電流ブロック層２０が設けられている。電流ブロック層
２０は、ｎ−ＩｎＰから構成されている。第１上部クラ
ッド層１６、埋め込み層１８、および電流ブロック層２
０の上には、第２上部クラッド層２２が被着されてい
る。第２上部クラッド層２２は、ｐ−ＩｎＰから構成さ
れている。このように、ｎ型の電流ブロック層２０が、
ｐ型の第２上部クラッド層２２とｐ型の埋め込み層１８
との間に介在している。

【００２０】第２上部クラッド層２２の上面には、コン
タクト層２４が被着されている。コンタクト層２４は、
ｐ⁺−ＩｎＧａＡｓから構成されている。コンタクト層
２４の上面には、上部電極層２８が被着されている。基
板１０の下面には、下部電極層３０が被着されている。
コンタクト層２４に隣接する第２上部クラッド層２２
は、第１上部クラッド層１６よりも高いｐ型導電性を有
していてもよい。下部電極層３０に隣接する基板１０
は、下部クラッド層１２よりも高いｎ型導電性を有して
いてもよい。

【００２１】第１上部クラッド層１６、第２上部クラッ
ド層２２および下部クラッド層１２は、ＭＱＷ−ＳＣＨ
層１４で発生した光をＭＱＷ−ＳＣＨ層１４内に閉じ込
めるためのものである。したがって、これらのクラッド
層は、ＭＱＷ−ＳＣＨ層１４よりも低い屈折率を有して
いる。

【００２２】以下、図２を参照しながら、ＭＱＷ−ＳＣ
Ｈ層１４の構造を詳細に説明する。図２は、ＭＱＷ−Ｓ
ＣＨ層１４のバンドギャップ波長の分布を示す図であ
る。図２において、縦軸（ｘ）は半導体レーザ素子１０
０の垂直方向（厚さ方向）距離を示し、横軸（λ_g）は
バンドギャップ波長を示している。

【００２３】図２に示されるように、ＭＱＷ−ＳＣＨ層
１４は、下部クラッド層１２から第１上部クラッド層１
６へ向かって、第１ＳＣＨ層４２、第２ＳＣＨ層４４、
活性層４５、第３ＳＣＨ層５０および第４ＳＣＨ層５２
が順次に積層された多層半導体である。各層は、４元化
合物半導体のＩｎＧａＡｓＰで構成されている。

【００２４】第１ＳＣＨ層４２と第４ＳＣＨ層５２は、
対になって分離閉じ込めヘテロ構造を形成している。第
１ＳＣＨ層４２と第４ＳＣＨ層５２は、同じバンドギャ
ップを有する。具体的には、第１ＳＣＨ層４２と第４Ｓ
ＣＨ層５２は、例えば、ともに１．０５μｍのバンドギ
ャップ波長を有している。

【００２５】第２ＳＣＨ層４４と第３ＳＣＨ層５０も、
対になって分離閉じ込めヘテロ構造を形成している。第
２ＳＣＨ層４４と第３ＳＣＨ層５０は、同じバンドギャ
ップを有する。具体的には、第２ＳＣＨ層４４と第３Ｓ
ＣＨ層５０は、例えば、ともに１．１μｍのバンドギャ
ップ波長を有している。

【００２６】活性層４５は、複数のバリア層４６および
複数の井戸層４８が交互に積層された多重量子井戸（Ｍ
ＱＷ）構造を有している。各バリア層４６は、例えば、
１．２μｍのバンドギャップ波長を有し、各井戸層４８
は、例えば、１．４８μｍのバンドギャップ波長を有し
ている。

【００２７】ＭＱＷ−ＳＣＨ層１４は、バンドギャップ
波長分布と同様の屈折率分布を有している。すなわち、
井戸層４８、バリア層４６、ＳＣＨ層４４および５０、
ＳＣＨ層４２および５２の順に高い屈折率を有してい
る。第２ＳＣＨ層４４と第３ＳＣＨ層５０は同じ屈折率
を有する。また、第１ＳＣＨ層４２と第４ＳＣＨ層５２
は同じ屈折率を有する。このような屈折率分布により、
活性層４５で生じた光は、ＭＱＷ−ＳＣＨ層１４内に良
好に閉じ込められる。

【００２８】具体的に述べると、上述のバンドギャップ
波長の場合、各井戸層４８は、３．５０６の屈折率を有
している。各バリア層４６は、３．３１２の屈折率を有
している。第２ＳＣＨ層４４および第３ＳＣＨ層５０
は、それぞれ３．２４４の屈折率を有している。また、
第１ＳＣＨ層４２および第４ＳＣＨ層５２は、それぞれ
３．２０６の屈折率を有している。下部クラッド層１２
および第１上部クラッド層１６は、それぞれ３．１００
の屈折率を有している。このようなバンドギャップ波長
分布と屈折率分布は、ＩｎＧａＡｓＰの組成を適宜調整
することにより実現できる。

【００２９】次に、図３および図４を参照しながら、半
導体レーザ素子１００の構造について更に説明する。図
３は、図１の３−３線に沿った、半導体レーザ素子１０
０の縦断面図である。図４は、図３の４−４線に沿っ
た、半導体レーザ素子１００の平面断面図である。

【００３０】半導体レーザ素子１００の前端面３２に
は、活性層４５（図２参照）で発生した光に対する反射
率が結晶へき開面より小さくなるように、ＡＲ（Anti-R
eflection：無反射）コートが施されている。本実施形
態では、前端面３２の反射率（ＡＲ反射率）は、例えば
０．５％である。半導体レーザ素子１００の後端面３４
には、活性層４５で発生した光に対する反射率が結晶へ
き開面より大きくなるように、ＨＲ（High Reflectio
n：高反射）コートが施されている。本実施形態では、
後端面３４の反射率（ＨＲ反射率）は、例えば９０％で
ある。半導体レーザ素子１００で生成されたレーザ光
は、矢印６０で示されるように、前端面３２から出射す
る。

【００３１】ＭＱＷ−ＳＣＨ層１４と第１上部クラッド
層１６との界面、より具体的には、第４ＳＣＨ層５２
（図２参照）と第１上部クラッド層１６との界面には、
回折格子３６が設けられている。回折格子３６は、第４
ＳＣＨ層５２の上面に設けられた正弦波形状の構造であ
る。

【００３２】ここで、図４に示す如く、回折格子３６の
形状は、水平方向（図１，４のｙ方向）に沿って一様で
あり、且つ、回折格子３６の幅Ｇは、ＭＱＷ−ＳＣＨ層
１４と第１上部クラッド層１６との界面幅Ｍ（すなわ
ち、界面の最大幅であり且つ界面におけるメサ幅）より
小さくされている。また、回折格子３６は、活性層４５
の全長に沿って形成されている。さらに、回折格子３６
は、均一の周期（図３の符号Λ）と均一の深さ（図３の
符号ａ）を有する均一回折格子である。つまり、回折格
子３６は、位相シフトを有さない。本実施形態では、回
折格子３６の深さａ（回折格子３６の最上部と最下部と
の距離）は、例えば従来と同等の１００〜２００Å程
度、好ましくはそれ未満である。

【００３３】かかる回折格子３６はレーザ共振器を構成
する。したがって、回折格子３６の長さは共振器長に等
しい。本実施形態では、回折格子３６の長さは、例えば
９００μｍであるが、半導体レーザ素子１００の組成に
よっては、共振器長が６００μｍを超えることが好まし
く、特に共振器長が９００〜１８００μｍであると一層
好ましい。

【００３４】再び図２を参照し、ＭＱＷ−ＳＣＨ層１４
を構成する各層の寸法の一例について説明する。第１お
よび第２ＳＣＨ層４２、４４の厚さは、それぞれ１５０
Åである。各バリア層４６の厚さは１００Åであり、各
井戸層４８の厚さは５０Åである。第３ＳＣＨ層５０の
厚さは１５０Åであり、第４ＳＣＨ層５２の基本厚は１
００Åである。上述のように、第４ＳＣＨ層５２の上面
の一部には、正弦波状の回折格子３６が設けられてい
る。したがって、回折格子３６が設けられている部分の
第４ＳＣＨ層５２の厚さは、縦方向（図示ｚ方向）に沿
って周期的に変動する。

【００３５】なお、本明細書において「基本厚」は、第
４ＳＣＨ層５２のうち回折格子３６を除いた部分の厚さ
をいう。これは、第４ＳＣＨ層５２の下面から回折格子
３６の最下部（最深部）までの距離に当たる。基本厚
は、縦方向の位置によらず一定である。基本厚をｄ、回
折格子３６の深さをａとすると、第４ＳＣＨ層５２の厚
さは、縦方向に沿ってｄとｄ＋ａの間で周期的に変動す
る。

【００３６】また、活性層４５の幅を調整すると、横モ
ードを単一にできる。横方向のシングルモード化のため
には、活性層４５の幅は約１〜約５μｍであることが好
ましい。本実施形態では、活性層４５の幅は、例えば約
４μｍである。横モードが単一であると、ファーフィー
ルドパターン（ＦＦＰ）が安定するので、半導体レーザ
素子１００と光ファイバと結合が容易になる。これは、
半導体レーザ素子１００をラマンアンプの励起光源とし
て使用するうえで有益である。

【００３７】さらに、半導体レーザ素子１００の規格化
結合係数は、全体として０．８未満であることが望まし
い。先に述べたように、規格化結合係数は、理論的には
κＬで表される。ここで、κは結合係数であり、Ｌは回
折格子３６の長さである。上述のように、回折格子３６
は共振器を構成するので、Ｌは共振器長に等しい。

【００３８】この規格化結合係数κＬは、半導体レーザ
素子１００の出力光のスペクトラムを測定することによ
り求められる。具体的には、スペクトラムからストップ
バンド（「禁止帯」とも呼ばれる）の幅を求め、そのス
トップバンド幅と、モード結合方程式に基づく発振条件
とを用いれば、κＬの値を求めることができる。発振条
件を表す式は、ＤＦＢレーザと同じである。なお、規格
化結合係数および発振条件は、「半導体レーザの基礎」
（栖原利明著、共立出版）や「半導体レーザ」（応用
物理学会編／伊賀健一編著、オーム社）に説明され
ている。

【００３９】このような構成を有する半導体レーザ素子
１００に対し、上部電極層２８および下部電極層３０を
介して順方向電圧を印加すると、半導体レーザ素子１０
０はレーザ発振をする。レーザ発振の原理は、ＤＦＢレ
ーザと同じである。すなわち、回折格子３６がレーザ共
振器として機能することにより誘導放出が促進され、レ
ーザ発振が引き起こされる。図７は、半導体レーザ素子
１００の発光スペクトラムの一例を示す。同図に示され
るように、半導体レーザ素子１００はマルチモード発振
（縦多モード発振）する。

【００４０】なお、本発明の半導体レーザ素子の発光ス
ペクトラムに含まれる縦モードの数は任意であり、特に
上限を定める必要はない。また、発光スペクトラム幅
は、約１０ｎｍ以下であることが好ましい。ここで、
「発光スペクトラム幅」は、発光スペクトラムに含まれ
る複数の縦モードの包絡線の幅を指す。本発明の半導体
レーザ素子では、規格化結合係数κＬが小さいほど発光
スペクトラム幅が広がる。

【００４１】このように構成された半導体レーザ素子１
００によれば、回折格子３６の幅Ｇが、ＭＱＷ−ＳＣＨ
層１４と第１上部クラッド層１６との界面幅Ｍより小さ
くされているので、回折格子３６の深さａを従来よりも
浅くすることなく、素子全体の規格化結合係数κＬを有
意に低下させることができる。よって、規格化結合係数
κＬを低下させるべく極めて浅い凹凸を有する回折格子
を界面全体の広い面積に均一に形成する場合に比して、
生産性を向上できる。また、界面幅Ｍに対して、この幅
Ｇを適宜選択することにより、深さａに応じた所望の規
格化結合係数κＬを簡便に達成できる。よって、素子の
規格化結合係数κＬの制御性に優れたものとなる。

【００４２】そして、かかる半導体レーザ素子１００
は、ラマンアンプの順方向励起光源として好適に使用で
きる。これには、四つの理由がある。第１に、半導体レ
ーザ素子１００のレーザ発振光は光ファイバ内で散乱し
にくい。これは、半導体レーザ素子１００がマルチモー
ド発振するからである。第２に、半導体レーザ素子１０
０は、外部ファイバブラッググレーティング共振器型レ
ーザに比べて、相対雑音強度（ＲＩＮ）が小さい。これ
は、半導体レーザ素子１００は内部共振器型であるた
め、共振器内に外乱が入り込みにくいからである。第３
に、半導体レーザ素子１００は優れた波長安定性を有す
る。半導体レーザ素子１００のレーザ発振波長は、回折
格子３６の周期によって実質的に定まる。したがって、
既存のＤＦＢレーザと同様に、波長の電流依存性・温度
依存性が小さい。第４に、半導体レーザ素子１００は、
ラマンアンプの順方向励起光源として十分に狭い線幅を
有する。これは、回折格子３６の回折作用により、発振
波長が限定されるからである。

【００４３】図５は、本発明に係る第２実施形態の半導
体レーザ素子２００の構造を示す縦断面図（図１におけ
る５−５線断面図に相当）であり、図６は、図５の４−
４線に沿った、半導体レーザ素子２００の平面断面図で
ある。半導体レーザ素子２００は、回折格子３６の代わ
りに回折格子３７が形成されていること以外は、図１に
示す半導体レーザ素子１００と同等の構成を有するもの
である。

【００４４】この回折格子３７は、ＭＱＷ−ＳＣＨ層１
４と第１上部クラッド層１６との界面において、活性層
４５の延在方向（全長方向）の少なくとも一部に形成さ
れており、具体的には、後端面３４から素子の中央部付
近の手前までの第４ＳＣＨ層５２の上面に均一格子が形
成されたものである。

【００４５】このような構成を有する半導体レーザ素子
２００においても、界面の一部に回折格子３７が設けら
れることにより、光の閉じ込め性が低下して格子密度が
減少するので、回折格子と光との相互作用が減弱され
る。よって、素子全体の規格化結合係数κＬが平均化さ
れて有意に低下する。したがって、回折格子３７の深さ
ａを浅くすることなく、前出の図７に示されるのと同様
な発光スペクトラムを有する所望のマルチモード発振を
実現できる。また、ＨＲコートが施された後端面３４側
に回折格子３７を設けることにより、矢印６０で示され
る光出力が向上する。

【００４６】なお、半導体レーザ素子２００において
も、活性層４５の幅を好ましくは約１〜約５μｍとする
ことにより、横モードの単一化が可能である。こうすれ
ば、ファーフィールドパターン（ＦＦＰ）が安定化させ
得るので、半導体レーザ素子２００と光ファイバとの結
合が容易となり、ラマンアンプの励起光源として有用で
ある。

【００４７】図８は、本発明に係る第３実施形態の半導
体レーザ素子３００の構造を示す平面断面図であり、図
５における６−６線断面図に相当するものである。半導
体レーザ素子３００は、基板１０の上面に積層された下
部クラッド層１２、ＭＱＷ−ＳＣＨ層１４、および第１
上部クラッド層１６のメサ構造の形状が異なること、お
よび、回折格子３７の代わりに回折格子３８が形成され
ていること以外は、図５および６に示す半導体レーザ素
子２００と同等に構成されたものである。

【００４８】すなわち、回折格子３８は、ＭＱＷ−ＳＣ
Ｈ層１４と第１上部クラッド層１６との界面において、
活性層４５の延在方向（全長方向）の少なくとも一部、
具体的には、後端面３４から素子の中央部付近の手前ま
での第４ＳＣＨ層５２の上面部位に形成されている。

【００４９】また、メサ構造の全長のうち回折格子３８
が設けられている部位に相当する深さ方向（ｘ方向）に
延在する部分が、回折格子３８が設けられていない部位
に相当する部分よりも狭小に形成されている。つまり、
回折格子３８が設けられている領域のメサ幅（ストライ
プ幅）が短縮されている。より具体的には、後端面３４
側に位置する回折格子３８のメサ幅Ｈが、前端面３２側
のメサ幅Ｍよりも小さくされている。

【００５０】このような構成を有する半導体レーザ素子
３００においては、回折格子３８が形成されている部位
の活性層自体の容積領域が減少するので、活性層を伝播
する光の拡がりが縮小されて光の閉じ込め性が弱まる傾
向となる。したがって、前述の半導体レーザ素子１０
０，２００と同等またはそれ以上に規格化結合係数κＬ
の低減効果が向上される。なお、半導体レーザ素子３０
０においても、活性層４５の幅を好ましくは約１〜約５
μｍとすることにより、横モードの単一化が可能であ
り、これにより、ＦＦＰの安定化が図られ、半導体レー
ザ素子３００と光ファイバとの結合が容易となってラマ
ンアンプの励起光源として有用である。

【００５１】以上、本発明をその実施形態に基づいて詳
細に説明したが、本発明は上記の各実施形態に限定され
るものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲
で様々な変形が可能である。例えば、形成加工上の不都
合が生じない程度に回折格子３６の深さａを従来よりも
小さくしても構わない。こうすれば、回折格子の厚さを
薄くする効果が重畳され、規格化結合係数κＬをより一
層低下させることができる。

【００５２】また、第４ＳＣＨ層５２と上部クラッド層
１６との屈折率差を一層小さくしてもよい。例えば、第
４ＳＣＨ層５２の屈折率を第１実施形態と異なり３．１
２６未満としてもよい。この場合、上部クラッド層１６
の屈折率を第１実施形態と同じく３．１００とすれば、
第４ＳＣＨ層５２と上部クラッド層１６との屈折率差は
０．０２６未満となる。こうしても、かかる屈折率差を
小さくする効果が重畳され、規格化結合係数κＬをより
一層低下させることができる。また、この場合、回折格
子３６，３７，３８の深さａをより一層厚くして（例え
ば３００Å程度として）、生産制御性の一層の向上を図
り得る。

【００５３】さらに、第４ＳＣＨ層５２の基本厚を一層
大きくしてもよい。例えば、第４ＳＣＨ層５２の基本厚
を７７００Å超とすることも可能である。こうしても、
第４ＳＣＨ層５２を厚くする効果が重畳され、規格化結
合係数κＬをより一層低下させることができる。また、
この場合、回折格子３６，３７，３８の深さａをより一
層厚くして（例えば３００Å程度として）、生産制御性
の一層の向上を図り得る。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体レ
ーザ素子によれば、上部分離閉じ込めヘテロ構造層と上
部クラッド層との界面の一部に均一回折格子が設けられ
ているので、素子全体の規格化結合係数が十分に小さく
され、これによりマルチモード発振が可能となる。よっ
て、光ファイバ内で散乱され難いレーザ光を発する。ま
た、素子内部に設けられた回折格子によってレーザ共振
器が構成されているので、ＲＩＮが低く、波長安定性に
優れている。したがって、本発明の半導体レーザ素子
は、ラマンアンプの順方向励起光源として好適に使用で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施形態の半導体レーザ素子
１００の構造を示す斜視図である。

【図２】ＭＱＷ−ＳＣＨ層１４のバンドギャップ波長の
分布を示す図である。

【図３】半導体レーザ素子１００の縦断面図である。

【図４】半導体レーザ素子１００の平面断面図である。

【図５】本発明に係る第２実施形態の半導体レーザ素子
の構造を示す縦断面図である。

【図６】半導体レーザ素子２００の平面断面図である。

【図７】半導体レーザ素子１００の発光スペクトラムを
示す図である。

【図８】半導体レーザ素子３００の平面断面図である。

【符号の説明】

１０…基板、１２…下部クラッド層、１４…ＭＱＷ−Ｓ
ＣＨ層、１６…第１上部クラッド層、１８…埋め込み
層、２０…電流ブロック層、２２…第２上部クラッド
層、２４…コンタクト層、２８…上部電極層、３０…下
部電極層、３６，３７，３８…回折格子、４２…第１Ｓ
ＣＨ層、４４…第２ＳＣＨ層、４５…活性層、４６…バ
リア層、４８…井戸層、５０…第３ＳＣＨ層、５２…第
４ＳＣＨ層、１００，２００，３００…半導体レーザ素
子。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の導電型の半導体からなる基板と、前記基板の上面側に設けられ、第１導電型の半導体から
なる下部クラッド層と、前記下部クラッド層の上に設けられた下部分離閉じ込め
ヘテロ構造層と、前記下部分離閉じ込めヘテロ構造層の上に設けられ、多
重量子井戸構造を有する活性層と、前記活性層の上に設けられた上部分離閉じ込めヘテロ構
造層と、前記上部分離閉じ込めヘテロ構造層の上面に被着され、
前記第１導電型と異なる第２の導電型の半導体からなる
上部クラッド層と、前記上部クラッド層の上に設けられた上部電極と、前記基板の下面側に設けられた下部電極と、を備え、前記上部分離閉じ込めヘテロ構造層と前記上部クラッド
層との界面の一部に、前記活性層の延在方向に沿って均
一回折格子が設けられており、発振縦モードが２本以上の発光スペクトラムを有する半
導体レーザ素子。
【請求項２】前記均一回折格子の少なくとも一部が、
前記界面の最大幅よりも小さい幅を有するように設けら
れて成る、請求項１記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】前記活性層の幅が部分的に狭くされて成
る、請求項１記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】無反射コートが施された前端面と、前記前端面に対向し、高反射コートが施された後端面
と、を更に備える請求項１記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】前記基板、下部クラッド層および上部ク
ラッド層はＩｎＰから構成され、前記下部分離閉じ込めヘテロ構造層、活性層、および上
部分離閉じ込めヘテロ構造層はＩｎＧａＡｓＰから構成
されている、請求項１記載の半導体レーザ素子。