JP2003283046A

JP2003283046A - 半導体レーザ素子

Info

Publication number: JP2003283046A
Application number: JP2002081016A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Miki; 淳三木
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-03-22
Filing date: 2002-03-22
Publication date: 2003-10-03

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
の上面には下部中間層１５ａが被着されている。下部中
間層１５ａの上面には、上部中間層１５ｂが被着されて
いる。上部中間層１５ｂの上面には、上部クラッド層１
６が被着されている。上部中間層１５ｂとクラッド層１
６との界面には、活性層４５に沿って均一回折格子３６
が設けられている。本発明の半導体レーザ素子は、マル
チモード発振をするので、その出力光は光ファイバ内で
散乱しにくい。また、本発明の半導体レーザ素子は、Ｒ
ＩＮが低く、波長安定性にも優れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ発振を行う
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
ファセットを低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】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
励起光源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】本発明の半導体レーザ素
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た下部中間層
と、（ｇ）下部中間層の上面に被着された上部中間層
と、（ｈ）上部中間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、（ｉ）上部クラッド層の上に設けられた上部電極
と、（ｊ）基板の下面側に設けられた下部電極とを備え
ている。

【０００６】下部中間層は、上部分離閉じ込めヘテロ構
造層よりも低い屈折率を有している。上部中間層は、下
部中間層および上部クラッド層よりも高い屈折率を有し
ている。上部中間層と上部クラッド層との界面には、活
性層に沿って回折格子が設けられている。この回折格子
は、活性層の全長に沿っていてもよいし、活性層の長さ
の一部分のみに沿っていてもよい。また、この回折格子
は、均一回折格子であってもよいし、チャープ回折格子
であってもよい。本発明の半導体レーザ素子は、発振縦
モードが２本以上の発光スペクトラムを有する。つま
り、本発明の半導体レーザ素子は、マルチモード（縦多
モード）のレーザ発振をする。

【０００７】本発明の半導体レーザ素子は、０．８未満
の規格化結合係数を有していてもよい。また、本発明の
半導体レーザ素子は、低反射コートが施された前端面
と、前端面に対向し、高反射コートが施された後端面を
更に備えていてもよい。基板、下部クラッド層、下部中
間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、上部分離閉じ込め
ヘテロ構造層および上部中間層がＩｎＧａＡｓＰから構
成されていてもよい。下部分離閉じ込めヘテロ構造層、
活性層、上部分離閉じ込めヘテロ構造層、下部中間層お
よび上部中間層はメサ構造を有していてもよい。

【０００８】

【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。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】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、低い規格化
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。特に、規格化結合係数が０．８未満だと、マル
チモード発振しやすい。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。

【００１２】本発明の半導体レーザ素子は、分離閉じ込
めヘテロ（ＳＣＨ）構造を有している。このとき、ＳＣ
Ｈ層とクラッド層との界面に回折格子を形成することが
考えられる。しかし、この場合、ＳＣＨ構造への十分な
光閉じ込めを達成し、なおかつ規格化結合係数κＬを小
さい値に制御することは容易ではない。ＳＣＨ層とクラ
ッド層との屈折率差が小さいと、両者の界面に設けられ
た回折格子のκＬは小さくなるが、同時に光閉じ込め率
も低下するからである。

【００１３】そこで、本発明者は、光閉じ込めを劣化さ
せることなくκＬを小さい値に容易に制御できる構造を
考案した。すなわち、本発明では、ＳＣＨ層とクラッド
層との間に下部中間層および上部中間層を設け、上部中
間層とクラッド層との界面に回折格子を設ける。下部中
間層は、ＳＣＨ層よりも屈折率が低い。このため、ＳＣ
Ｈ構造への光閉じ込めが強化される。上部中間層は、下
部中間層およびクラッド層よりも高い屈折率を有してい
る。このため、上部中間層に光の一部が閉じ込められ
る。ただし、ＳＣＨ構造への光閉じ込めが強化されてい
るため、上部中間層への光結合は強くない。したがっ
て、上部中間層に回折格子を設けると、小さなκＬが得
られる。このように、本発明は、ＳＣＨ構造への良好な
光閉じ込めと小さなκＬの双方を達成できる。

【００１４】本発明の半導体レーザ素子では、活性層に
沿って回折格子が設けられている。このため、マルチモ
ードではあるが線幅（発光スペクトラム幅）の十分に狭
いレーザ光を生成できる。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、ＲＩＮ
が低い。マルチモード発振するから、光ファイバ内のブ
ルリアン散乱も抑えられる。したがって、本発明の半導
体レーザ素子は、ラマンアンプの励起光源として好適で
ある。

【００１５】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。

【００１６】図１は、本実施形態の半導体レーザ素子１
００の構造を示す斜視図である。半導体レーザ素子１０
０は、基板１０の上面に順次に被着された下部クラッド
層１２、多重量子井戸−分離閉じ込め構造（ＭＱＷ−Ｓ
ＣＨ）層１４、下部中間層１５ａ、上部中間層１５ｂ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。ＭＱＷ−ＳＣＨ層１４および上部中間層１５ｂ
は、４元化合物半導体のＩｎＧａＡｓＰから構成されて
いる。下部中間層１５ａおよび第１上部クラッド層１６
は、ｐ−ＩｎＰから構成されている。下部クラッド層１
２の厚さは５０００Åであり、第１上部クラッド層１６
の厚さは１０００Åである。ＭＱＷ−ＳＣＨ層１４、お
よび中間層１５ａ、１５ｂの詳細については、後述す
る。

【００１７】下部クラッド層１２、ＭＱＷ−ＳＣＨ層１
４、中間層１５ａ、１５ｂおよび第１上部クラッド層１
６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２０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の厚さ
は、約１５０００Åである。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２
２とｐ型の埋め込み層１８との間に介在している。

【００１８】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の厚
さは、約５０００Åである。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１
０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。

【００１９】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および上部
中間層１５ｂ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お
よび上部中間層１５ｂよりも低い屈折率を有している。

【００２０】以下では、図２を参照しながら、ＭＱＷ−
ＳＣＨ層１４、下部中間層１５ａ、および上部中間層１
５ｂの構造を詳細に説明する。図２は、ＭＱＷ−ＳＣＨ
層１４および中間層１５ａ、１５ｂ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１００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。

【００２１】図２に示されるように、ＭＱＷ−ＳＣＨ層
１４は、下部クラッド層１２から下部中間層１５ａ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。

【００２２】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。本実施形態では、第１ＳＣＨ層４２と第
４ＳＣＨ層５２は、ともに１．０５μｍのバンドギャッ
プ波長を有している。

【００２３】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。本実施形態では、第２ＳＣＨ層４４と第
３ＳＣＨ層５０は、ともに１．１μｍのバンドギャップ
波長を有している。

【００２４】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、１．２μ
ｍのバンドギャップ波長を有する。各井戸層４８は、所
望の発振波長に応じたバンドギャップ波長を有する。本
実施形態では、各井戸層４８は、１．４８μｍのバンド
ギャップ波長を有している。井戸層４８の個数は、３〜
５であることが好ましい。井戸層４８は、圧縮歪みを有
していてもよい。具体的には、井戸層４８は、１％以上
１．５％以下の圧縮歪みを有していてもよい。

【００２５】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。

【００２６】具体的に述べると、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。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。

【００２７】下部中間層１５ａは、第４ＳＣＨ層５２の
上面に被着されている。下部中間層１５ａは、上部クラ
ッド層１６と同じく、ｐ−ＩｎＰから構成されている。
下部中間層１５ａのバンドギャップは、第４ＳＣＨ層５
２のバンドギャップよりも広い。下部中間層１５ａのバ
ンドギャップ波長は、１．０μｍである。下部中間層１
５ａの屈折率は、第４ＳＣＨ層５２の屈折率よりも低
い。下部中間層１５ａは、３．１００の屈折率を有して
いる。

【００２８】上部中間層１５ｂは、下部中間層１５ａの
上面に被着されている。上部中間層１５ｂは、ＭＱＷ−
ＳＣＨ層１４と同様に、ＩｎＧａＡｓＰから構成されて
いる。上部中間層１５ｂのバンドギャップは、下部中間
層１５ａおよび第１上部クラッド層１６のバンドギャッ
プよりも狭い。上部中間層１５ｂは、１．０５μｍのバ
ンドギャップ波長を有している。上部中間層１５ｂの屈
折率は、下部中間層１５ａおよび第１上部クラッド層１
６の屈折率よりも高い。上部中間層１５ｂは、３．２０
６の屈折率を有している。

【００２９】上記のようなバンドギャップ波長分布と屈
折率分布は、ＩｎＰおよびＩｎＧａＡｓＰの組成を調整
することにより実現できる。

【００３０】以下では、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１００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。

【００３１】半導体レーザ素子１００の前端面３２に
は、活性層４５で発生した光に対する反射率が結晶へき
開面より小さくなるように、ＡＲ（Anti-Reflection：
低反射）コートが施されている。前端面３２の反射率
（ＡＲ反射率）は、０％以上５％以下であることが好ま
しい。本実施形態では、ＡＲ反射率は０．５％である。
半導体レーザ素子１００の後端面３４には、活性層で発
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 Reflection：高反射）コートが施
されている。後端面３４の反射率（ＨＲ反射率）は、８
０％以上９５％以下であることが好ましい。本実施形態
では、ＨＲ反射率は９０％である。半導体レーザ素子１
００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。

【００３２】上部中間層１５ｂと第１上部クラッド層１
６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、半導体レーザ素子１の縦方向（図１のｚ方
向）に沿って中間層１５ｂの上面に設けられた周期的構
造である。本実施形態では、回折格子３６は正弦波形状
を有している。図４に示されるように、回折格子３６の
形状は、水平方向（図１のｙ方向）に沿って一様であ
る。

【００３３】回折格子３６は、活性層４５の全長に沿っ
て形成されている。また、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。回折格子３６の深さａ（回折格子３
６の最上部と最下部との距離）は、３００Åである。

【００３４】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。
回折格子３６の長さは、９００μｍである。半導体レー
ザ素子１００の組成では、共振器長が６００μｍを超え
ることが好ましく、特に共振器長が９００〜１８００μ
ｍであることが好ましい。

【００３５】再び図２を参照し、ＭＱＷ−ＳＣＨ層１４
を構成する各層、下部中間層１５ａおよび上部中間層１
５ｂの寸法について説明する。第１〜第４ＳＣＨ層４
２、４４、５０、５２の厚さは、それぞれ１５０Åであ
る。各バリア層４６の厚さは、１００Åである。各井戸
層４８の厚さは５０Åである。

【００３６】下部中間層１５ａの厚さは、３０００Åで
ある。上部中間層１５ｂの基本厚は、１５０Åである。
上述のように、上部中間層１５ｂの上面には、周期的な
構造を有する回折格子３６（深さ３００Å）が設けられ
ている。したがって、上部中間層１５ｂの厚さは縦方向
（ｚ方向）に沿って周期的に変動する。本明細書におい
て「基本厚」は、上部中間層１５ｂのうち回折格子３６
を除いた部分の厚さをいう。これは、上部中間層１５ｂ
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、上
部中間層１５ｂ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。

【００３７】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。

【００３８】本実施形態の半導体レーザ素子１００の規
格化結合係数は、０．８未満である。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。

【００３９】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の値を求められる。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。

【００４０】上部電極層２８および下部電極層３０を介
して半導体レーザ素子１００に順方向電圧を印加する
と、半導体レーザ素子１００はレーザ発振をする。レー
ザ発振の原理は、ＤＦＢレーザと同様である。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
より誘導放出が促され、レーザ発振が起こる。

【００４１】図５は、半導体レーザ素子１００の出力レ
ーザ光のスペクトラムを示している。図５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。これは、κＬが０．８未満と小さ
いことに起因する。

【００４２】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。

【００４３】以下では、小さなκＬが得られる理由を説
明する。第４ＳＣＨ層５２よりも屈折率の低い下部中間
層１５ａを第４ＳＣＨ層５２の上に設けることで、光は
ＭＱＷ−ＳＣＨ層１４に強く閉じ込められる。上部中間
層１５ｂは、下部中間層１５ａおよび上部クラッド層１
６よりも高い屈折率を有しているので、第２の導波路と
して機能する。しかし、上部中間層１５ｂの光閉じ込め
率は低い。これは、ＭＱＷ−ＳＣＨ層１４（第１の導波
路）への光閉じ込めが強いこと、および上部中間層１５
ｂが活性層４５から比較的遠く離れていることに起因す
る。上部中間層１５ｂの光閉じ込め率が低いと、上部中
間層１５ｂに設けられた回折格子３６のκＬも小さくな
る。

【００４４】活性層４５と回折格子３６との垂直方向
（ｘ方向）に沿った距離は、下部および上部中間層１５
ａ、１５ｂの厚みに応じて変化する。κＬは、この距離
に応じて決まる。したがって、下部および上部中間層１
５ａ、１５ｂの厚みを調整することにより、κＬを精度
良く制御できる。

【００４５】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１００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。

【００４６】半導体レーザ素子１００は、製造が容易と
いう利点も有している。これは、低κＬを達成するため
に浅い回折格子を形成する必要がないからである。回折
格子３６を浅く（薄く）することによってもκＬを小さ
くできるが、浅い回折格子を広い面積に均一に形成する
ことは難しい。また、κＬの制御も困難であり、歩留ま
りが悪い。本実施形態では、下部および上部中間層１５
ａ、ｂの厚さを調整すれば低κＬを達成できる。したが
って、回折格子３６には、製造が困難にならない程度に
十分な深さを与えられる。一般に膜厚は精度よく制御で
きるので、中間層１５ａ、ｂの厚みを調整する方が、浅
い回折格子３６の深さを制御するよりも容易である。し
たがって、本実施形態の半導体レーザ素子１００は、規
格化結合係数κＬを小さな値に精度良く制御しながら製
造できる。

【００４７】半導体レーザ素子１００は、その電気抵抗
および熱抵抗を低く抑えることができるという利点も有
している。電気抵抗および熱抵抗は、活性層４５および
回折格子３６間の距離が大きくなるにつれて大きくな
る。本実施形態では、活性層４５と回折格子３６との距
離が比較的短くても、十分に低いκＬとマルチモード発
振を達成できる。これにより、電気抵抗および熱抵抗を
抑えられる。本実施形態では、ＭＱＷ−ＳＣＨ層１４上
に、これよりも屈折率の低い下部中間層１５ａが設けら
れている。これにより、ＭＱＷ−ＳＣＨ層１４への光閉
じ込めが強くなる。これに応じて、回折格子３６への光
結合が弱くなる。このため、活性層４５および回折格子
３６間の距離が比較的短くても、十分にκＬが低くな
り、マルチモード発振を達成できる。この結果、活性層
４５および回折格子３６間の距離を短くできるので、半
導体レーザ素子１の電気抵抗および熱抵抗を抑えられ
る。

【００４８】対照的に、中間層１５ａ、１５ｂを設けず
に、第４ＳＣＨ層５２の上面に回折格子３６を設けるこ
とも考えられる。この場合、低いκＬを得るためには、
活性層４５および回折格子３６間の距離を大きくして、
回折格子３６への光結合を弱めないといけない。そのた
めには、第３、第４ＳＣＨ層５０、５２の少なくとも一
方を厚くする必要がある。しかし、活性層４５および回
折格子３６間の距離が大きくなるにつれて、半導体レー
ザ素子の電気抵抗および熱抵抗も大きくなる。これは好
ましくない。

【００４９】以上、本発明をその実施形態に基づいて詳
細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定さ
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。

【００５０】上記の実施形態では、回折格子３６は、活
性層４５の全長に沿って設けられている。しかし、回折
格子３６は、活性層４５の長さの一部分のみに沿って設
けられていてもよい。上記の実施形態では、回折格子３
６は、均一の周期を有している。しかし、回折格子３６
は、長手方向に沿って連続的に変化する周期を有するチ
ャープ回折格子であってもよい。

【００５１】

【発明の効果】本発明の半導体レーザ素子は、マルチモ
ード発振をするので、光ファイバ内で散乱しにくいレー
ザ光を発する。また、本発明の半導体レーザ素子は、そ
の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。ま
た、ＳＣＨ層の上に下部中間層を設けることでＳＣＨ構
造への光閉じ込めが強化される。このため、本発明の半
導体レーザ素子は、製造が容易であり、電気抵抗および
熱抵抗を抑えやすい。

【図面の簡単な説明】

【図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および中間層１５ａ、ｂ
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】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。

【符号の説明】

１０…基板、１２…下部クラッド層、１４…ＭＱＷ−Ｓ
ＣＨ層、１５…中間層、１６…第１上部クラッド層、１
８…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、４２…第１ＳＣＨ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、１０
０…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の導電型の半導体か
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た
下部中間層と、前記下部中間層の上面に被着された上部中間層と、前記上部中間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、前記下部中間層は、前記上部分離閉じ込めヘテロ構造層
よりも低い屈折率を有し、前記上部中間層は、前記下部中間層および前記上部クラ
ッド層よりも高い屈折率を有し、前記上部中間層と前記上部クラッド層との界面には、前
記活性層に沿って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】規格化結合係数が０．８未満である請求
項１記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】低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４】前記基板、下部クラッド層、下部中間層
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、上部分離
閉じ込めヘテロ構造層および前記上部中間層はＩｎＧａ
ＡｓＰから構成されている請求項１記載の半導体レーザ
素子。