JP2003318492A - Semiconductor laser device and semiconductor laser module - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor laser device for achieving a stable and high output by making active layer width wider than that of the conventional model while suppressing the excitation of a higher-order lateral mode. <P>SOLUTION: In a semiconductor laser device having a GRIN-SCH-MQW (Graded Index-Separate Confinement Heterostructure-Multiquantum Well) structure, attention is paid to correlations between the oscillation wavelength, difference between the effective refractive index of a region including an active layer 4 and that of a region including a current blocking layer 8, and the composition of a quantum well structure barrier layer. A suitable combination of the three parameters is found out for the width of the active layer 4 to be wider than that of the conventional model without incurring a lateral mode kink. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ＥＤＦＡやラマン
増幅器といった光ファイバ増幅器用に用いられる高出力
の半導体レーザ装置および半導体レーザモジュールに関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-power semiconductor laser device and a semiconductor laser module used for optical fiber amplifiers such as EDFAs and Raman amplifiers.

【０００２】[0002]

【従来の技術】近年においては、インターネットの急速
な普及や企業内ＬＡＮ間接続の急増等によって、データ
トラヒックの増大が問題となっている。そこで、その問
題を解決すべく、ＷＤＭ（波長分割多重）伝送システム
がめざましい発展を遂げ普及している。2. Description of the Related Art In recent years, the increase in data traffic has become a problem due to the rapid spread of the Internet and the rapid increase in connections between corporate LANs. Therefore, in order to solve the problem, a WDM (wavelength division multiplex) transmission system has made remarkable progress and has become widespread.

【０００３】ＷＤＭ伝送システムでは、複数の光信号を
それぞれ異なる波長に乗せることにより１本のファイバ
で従来の１００倍にも及ぶ大容量伝送を実現している。
特に既存のＷＤＭ伝送システムは、エルビウム添加ファ
イバアンプ（以下、ＥＤＦＡ）やラマンアンプ等の光フ
ァイバアンプが必須であり、これにより広帯域・長距離
伝送を可能としている。ここで、ＥＤＦＡは、エルビウ
ムという元素を添加した特殊な光ファイバに波長１４８
０ｎｍ、あるいは波長９８０ｎｍの励起レーザで励起し
た際に、伝送信号である波長１５５０ｎｍ帯の光が上記
特殊ファイバの中で増幅されるという原理を応用した光
ファイバアンプである。In the WDM transmission system, a plurality of optical signals are put on different wavelengths, respectively, so that a single fiber can realize a large capacity transmission up to 100 times that of the conventional one.
Particularly, an existing WDM transmission system requires an optical fiber amplifier such as an erbium-doped fiber amplifier (hereinafter referred to as EDFA) or a Raman amplifier, which enables wideband / long-distance transmission. Here, the EDFA has a wavelength of 148 in a special optical fiber to which an element called erbium is added.
It is an optical fiber amplifier that applies the principle that light in the 1550 nm wavelength band, which is a transmission signal, is amplified in the special fiber when excited by a 0 nm or 980 nm wavelength excitation laser.

【０００４】また、ラマン増幅器は、ＥＤＦＡのように
エルビウム添加ファイバといった特殊なファイバを必要
とせずに、通常の伝送路ファイバを利得媒体とする分布
型の光ファイバアンプであり、従来のＥＤＦＡをベース
としたＷＤＭ伝送システムに比べ広帯域で平坦な利得を
有する伝送帯域を実現することができるという特徴を有
している。The Raman amplifier is a distributed optical fiber amplifier that uses a normal transmission line fiber as a gain medium without requiring a special fiber such as an erbium-doped fiber unlike the EDFA, and is based on the conventional EDFA. Compared with the WDM transmission system described above, it is possible to realize a transmission band having a wide band and a flat gain.

【０００５】よって、ＷＤＭ伝送システムの安定性向上
や中継数の低減を実現するためには、光ファイバアンプ
に、単一水平横モードで安定動作する高出力の半導体励
起レーザが必要となる。この励起レーザとして、上記し
た量子井戸構造の活性層、好適には複数の量子井戸とバ
リア層で構成された多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造：Mu
lti-Quantum Well構造）を活性層に有する埋め込みヘテ
ロ型半導体レーザ装置（ＢＨレーザ）が有効であり、実
際に、その半導体レーザ装置をパッケージした半導体レ
ーザモジュールが光ファイバアンプの励起光源として用
いられている。Therefore, in order to improve the stability of the WDM transmission system and reduce the number of relays, the optical fiber amplifier requires a high-power semiconductor-pumped laser that operates stably in a single horizontal transverse mode. As the excitation laser, an active layer having the above-mentioned quantum well structure, preferably a multiple quantum well structure (MQW structure: Mu) composed of a plurality of quantum wells and barrier layers is used.
It is effective to use a buried hetero semiconductor laser device (BH laser) having an (ti-Quantum Well structure) in the active layer. In practice, a semiconductor laser module packaged with the semiconductor laser device is used as an excitation light source for an optical fiber amplifier. There is.

【０００６】半導体レーザ装置において高出力化を実現
する技術として、活性層を多重量子井戸（ＭＱＷ）構
造、特に歪ＭＱＷ構造で形成することが知られている。
ＭＱＷ構造は、半導体材料で作成された井戸層とバリア
層が交互にヘテロ接合されることで実現され、特に各へ
テロ接合において、バリア層は、井戸層よりも広いバン
ドギャップエネルギーを有している。また、歪ＭＱＷ構
造は、井戸層の半導体材料の格子定数と半導体基板の格
子定数とが異なる構造であり、一層の高性能化が可能で
あることが知られている。As a technique for achieving high output in a semiconductor laser device, it is known to form an active layer with a multiple quantum well (MQW) structure, particularly a strained MQW structure.
The MQW structure is realized by alternately hetero-junctioning well layers and barrier layers made of a semiconductor material. Particularly, in each heterojunction, the barrier layer has a bandgap energy wider than that of the well layers. There is. Further, the strained MQW structure is a structure in which the lattice constant of the semiconductor material of the well layer is different from the lattice constant of the semiconductor substrate, and it is known that further improvement in performance is possible.

【０００７】さらに、ＭＱＷ構造の活性層を有する半導
体レーザ装置では、ＭＱＷ構造の活性層に隣接した下部
と上部に光導波路として機能する分離閉じ込めヘテロ構
造（ＳＣＨ）を採用することが多い。このＳＣＨの採用
により、活性層内に発生したレーザ光の閉じ込めをより
効率的に行なうことができ、高出力動作が実現できる。Further, in a semiconductor laser device having an active layer of MQW structure, a separate confinement heterostructure (SCH) which functions as an optical waveguide is often adopted in a lower portion and an upper portion adjacent to the active layer of MQW structure. By adopting this SCH, the laser light generated in the active layer can be more efficiently confined, and a high output operation can be realized.

【０００８】また、半導体レーザ装置においては、ＧＲ
ＩＮ−ＳＣＨ（Graded Index-Separate Confinement He
terostructure）構造を採用することによってレーザの
いっそうの高出力化を可能とする技術が知られている。Further, in the semiconductor laser device, GR
IN-SCH (Graded Index-Separate Confinement He
A technology is known that enables higher output of a laser by adopting a terostructure) structure.

【０００９】[0009]

【特許文献１】特許第３２３４２８２号公報[Patent Document 1] Japanese Patent No. 3234282

【００１０】[0010]

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体レー
ザ装置において、よりいっそうの高光出力化を実現する
ための手段として、長共振器構造を採用することが知ら
れている。共振器を長くすることは、半導体レーザの素
子抵抗、すなわち電気抵抗と素子の熱抵抗とをともに低
減させることになり、発熱による光の出力飽和（熱飽
和）が改善される。このことは、最大光出力だけでな
く、飽和出力（最大光出力）を与える駆動電流値（飽和
駆動電流）も大きくなることを意味する。結局、長共振
器の半導体レーザ装置は、従前の半導体レーザ装置と比
較して、大電流駆動時において、低消費電力で高出力動
作が可能となる。但し、ある駆動電流の制限下では、長
共振器構造である程、内部損失の影響が支配的となり、
外部微分量子効率の低下とともに光出力が低下するとい
った問題がある。By the way, it is known to employ a long resonator structure as a means for realizing an even higher light output in a semiconductor laser device. The lengthening of the resonator reduces both the element resistance of the semiconductor laser, that is, the electrical resistance and the thermal resistance of the element, and the output saturation (heat saturation) of light due to heat generation is improved. This means that not only the maximum light output but also the drive current value (saturation drive current) that gives a saturated output (maximum light output) increases. After all, the long-cavity semiconductor laser device is capable of high power operation with low power consumption when driven with a large current, as compared with the conventional semiconductor laser device. However, under the limitation of a certain drive current, the influence of internal loss becomes more dominant in the longer resonator structure,
There is a problem that the optical output decreases with the decrease of the external differential quantum efficiency.

【００１１】また、高光出力化を実現するための他の手
段としては、半導体レーザ装置の活性層の幅を広くする
ことが知られている。活性層の幅を広くすることで、半
導体レーザ装置の電気抵抗と熱抵抗を下げて大電流によ
る高出力を可能にすることができる。Further, as another means for realizing high light output, it is known to widen the width of the active layer of the semiconductor laser device. By widening the width of the active layer, the electric resistance and thermal resistance of the semiconductor laser device can be lowered to enable high output by a large current.

【００１２】よって、比較的に長い共振器を有するＧＲ
ＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ構造の半導体レーザ装置におい
て、活性層の幅をできるだけ広くすることが、さらなる
高出力化を実現する鍵となる。しかしながら、ＳＣＨを
含んだ活性層は光導波路としても機能するため、その幅
を広げることは、高次の水平横モードの発生を促し、レ
ーザ駆動時に駆動電流を増加させたときに、ある駆動電
流値で光出力が不連続となるキンクの発生を助長させる
ことになる。半導体レーザ装置の安定動作および製造歩
留まりを向上させるためには、このキンクの発生は避け
なければならない。例えば、特開平８−３３０６７１号
公報では、キンクの発生を避けるために、活性層幅が
１．８μｍよりも小さいことが必要であることが開示さ
れている。Therefore, a GR having a relatively long resonator
In the semiconductor laser device having the IN-SCH-MQW structure, making the width of the active layer as wide as possible is a key for realizing higher output. However, since the active layer containing SCH also functions as an optical waveguide, widening its width promotes the generation of a higher-order horizontal transverse mode, and when a drive current is increased during laser driving, a certain drive current is increased. The value promotes the generation of kinks where the light output becomes discontinuous. In order to improve the stable operation and manufacturing yield of the semiconductor laser device, the occurrence of this kink must be avoided. For example, JP-A-8-330671 discloses that the active layer width needs to be smaller than 1.8 μm in order to avoid the occurrence of kinks.

【００１３】本発明は上記に鑑みてなされたものであっ
て、高次の横モードの発生を抑制しつつ活性層の幅を従
来よりも広くすることで安定した高出力を実現する半導
体レーザ装置および半導体レーザモジュールを提供する
ことを目的とする。The present invention has been made in view of the above, and a semiconductor laser device which realizes stable high output by suppressing the generation of higher-order transverse modes and widening the width of the active layer as compared with the prior art. Another object is to provide a semiconductor laser module.

【００１４】[0014]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１にかかる半導体レーザ装置は、埋め込みヘ
テロ構造の半導体レーザ装置において、少なくとも一つ
以上の量子井戸構造を有するとともに、１．８μｍより
大きい幅を有する活性層と、前記活性層の両側に該活性
層を挟みこむように配置されるとともに、少なくともＩ
ｎＰを含んで形成される電流ブロッキング層と、前記活
性層の上下に該活性層を挟みこむように配置されるＧＲ
ＩＮ−ＳＣＨ構造の光閉じ込め層と、を備え、前記活性
層を含む領域の等価屈折率と前記電流ブロッキング層を
含む領域の等価屈折率との屈折率差が０．０２以下であ
ることを特徴としている。In order to achieve the above object, a semiconductor laser device according to a first aspect of the present invention is a semiconductor laser device having a buried hetero structure, which has at least one quantum well structure. An active layer having a width of more than 8 μm, disposed on both sides of the active layer so as to sandwich the active layer, and at least I
A current blocking layer formed containing nP, and GR arranged above and below the active layer so as to sandwich the active layer.
An optical confinement layer having an IN-SCH structure, wherein the refractive index difference between the equivalent refractive index of the region including the active layer and the equivalent refractive index of the region including the current blocking layer is 0.02 or less. I am trying.

【００１５】また、請求項２にかかる半導体レーザ装置
は、上記発明において、前記活性層は、所定の発振波長
範囲内の各発振波長における最大光出力のうち最も大き
な最大光出力を示す発振波長を含んだ発振波長帯域と、
所定の屈折率差範囲内の各屈折率差における最大光出力
のうち最も大きな最大光出力の近傍に対応する屈折率差
とで定められた活性層幅を有することを特徴としてい
る。In the semiconductor laser device according to a second aspect of the present invention, in the above invention, the active layer has an oscillation wavelength exhibiting the largest maximum optical output among the maximum optical outputs at the respective oscillation wavelengths within a predetermined oscillation wavelength range. The included oscillation wavelength band,
It is characterized by having an active layer width defined by a refractive index difference corresponding to the vicinity of the largest maximum optical output among the maximum optical outputs in each refractive index difference within a predetermined refractive index difference range.

【００１６】また、請求項３にかかる半導体レーザ装置
は、上記発明において、前記屈折率差は、所定の組成波
長からなるバリア層を有する前記量子井戸構造と前記Ｇ
ＲＩＮ−ＳＣＨ構造の光閉じ込め層の構造とに基づいて
定められ、前記所定の組成波長は、所定の発振波長範囲
内の各発振波長の最大光出力のうち最も大きな最大光出
力を示す発振波長を含んだ発振波長帯域に基づいて定め
られたことを特徴としている。According to a third aspect of the present invention, there is provided the semiconductor laser device according to the above invention, wherein the refractive index difference has a quantum well structure having a barrier layer having a predetermined composition wavelength and the G layer.
RIN-SCH structure of the optical confinement layer, and the predetermined composition wavelength is an oscillation wavelength showing the largest maximum optical output of the maximum optical output of each oscillation wavelength within a predetermined oscillation wavelength range. It is characterized by being determined based on the included oscillation wavelength band.

【００１７】また、請求項４にかかる半導体レーザ装置
は、所定の組成波長の少なくとも一つ以上のバリア層を
含んだ量子井戸構造を有する活性層と、前記活性層の上
下に該活性層を挟みこむように配置されるＧＲＩＮ−Ｓ
ＣＨ構造の光閉じ込め層と、を備え、前記所定の組成波
長は、所定の発振波長範囲内の各発振波長の最大光出力
のうち最も大きな最大光出力を示す発振波長を含んだ発
振波長帯域に基づいて定められたことを特徴としてい
る。According to a fourth aspect of the semiconductor laser device, an active layer having a quantum well structure including at least one barrier layer having a predetermined composition wavelength, and the active layer sandwiched above and below the active layer. GRIN-S arranged so as to bend
An optical confinement layer having a CH structure, and the predetermined composition wavelength is in an oscillation wavelength band including an oscillation wavelength showing the largest maximum optical output among the maximum optical outputs of the respective oscillation wavelengths within a predetermined oscillation wavelength range. It is characterized by being determined based on.

【００１８】また、請求項５にかかる半導体レーザ装置
は、埋め込みヘテロ構造の半導体レーザ装置において、
少なくとも一つ以上の量子井戸構造を有するとともに、
１．８μｍより大きい幅を有する活性層と、前記活性層
の両側に該活性層を挟みこむように配置されるととも
に、少なくともＩｎＰを含んで形成される電流ブロッキ
ング層と、前記活性層の上下に該活性層を挟みこむよう
に配置されるＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造の光閉じ込め層と、
を備え、前記量子井戸構造を構成するバリア層の組成波
長をｘ１（μｍ）とし、発振波長をｙ１（ｎｍ）とする
と、−１７６．５９ｘ１＋１５７６．１≦ｙ1≦１７
６．５９ｘ１＋１３１９．１の関係を満たすことを特徴
としている。A semiconductor laser device according to a fifth aspect is a semiconductor laser device having a buried hetero structure,
While having at least one quantum well structure,
An active layer having a width greater than 1.8 μm, a current blocking layer formed on both sides of the active layer so as to sandwich the active layer, and containing at least InP; An optical confinement layer having a GRIN-SCH structure arranged so as to sandwich the active layer;
And the composition wavelength of the barrier layer constituting the quantum well structure is x1 (μm) and the oscillation wavelength is y1 (nm), −176.59 × 1 + 1576.1 ≦ y1 ≦ 17
The feature is that the relationship of 6.59 × 1 + 1319.1 is satisfied.

【００１９】また、請求項６にかかる半導体レーザ装置
は、上記発明において、さらに、前記光閉じ込め層の上
下に該光閉じ込め層を挟みこむように配置されるクラッ
ド層を備え、前記活性層から前記クラッド層に至るまで
の複数の層の各バンドギャップエネルギーは、正方向ま
たは負方向に増加することを特徴としている。A semiconductor laser device according to a sixth aspect of the present invention is the semiconductor laser device according to the above invention, further comprising a cladding layer disposed above and below the optical confinement layer so as to sandwich the optical confinement layer. Each of the band gap energies of the plurality of layers up to the layer is characterized by increasing in the positive direction or the negative direction.

【００２０】また、請求項７にかかる半導体レーザ装置
は、上記発明において、さらに、前記光閉じ込め層の上
下に該光閉じ込め層を挟みこむように配置されるクラッ
ド層を備え、前記活性層から前記クラッド層に至るまで
の複数の層の各バンドギャップエネルギーは、正方向ま
たは負方向に線形増加することを特徴としている。A semiconductor laser device according to a seventh aspect of the present invention is the semiconductor laser device according to the above-mentioned invention, further comprising a cladding layer disposed above and below the light confinement layer so as to sandwich the light confinement layer. Each bandgap energy of the layers up to the layer is characterized by a linear increase in the positive or negative direction.

【００２１】また、請求項８にかかる半導体レーザ装置
は、上記発明において、前記光閉じ込め層は、３０〜４
０ｎｍの厚みを有することを特徴としている。According to an eighth aspect of the present invention, in the semiconductor laser device according to the above invention, the optical confinement layer has a thickness of 30-4.
It is characterized by having a thickness of 0 nm.

【００２２】また、請求項９にかかる半導体レーザ装置
は、上記発明において、前記光閉じ込め層は、ＩｎＧａ
ＡｓＰを含んで形成されたことを特徴としている。According to a ninth aspect of the present invention, in the semiconductor laser device according to the above invention, the optical confinement layer is InGa.
It is characterized in that it is formed by including AsP.

【００２３】また、請求項１０にかかる半導体レーザ装
置は、上記発明において、前記量子井戸構造を構成する
井戸層およびそれに隣接したバリア層からなるペアのす
べてまたは一部に、不純物がドーピングされたことを特
徴としている。Further, in the semiconductor laser device according to a tenth aspect of the present invention, in the above invention, impurities are doped into all or a part of a pair of the well layer and the barrier layer adjacent to the quantum well structure. Is characterized by.

【００２４】また、請求項１１にかかる半導体レーザモ
ジュールは、請求項１〜１０に記載の半導体レーザ装置
と、その半導体レーザ装置から出射されたレーザ光を外
部に導波する光ファイバと、その半導体レーザ装置と光
ファイバとの光結合を行なう光結合レンズ系と、を備え
たことを特徴としている。A semiconductor laser module according to claim 11 is the semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 10, an optical fiber for guiding the laser light emitted from the semiconductor laser device to the outside, and a semiconductor thereof. An optical coupling lens system for optically coupling the laser device and the optical fiber is provided.

【００２５】[0025]

【発明の実施の形態】以下に、本発明にかかる半導体レ
ーザ装置および半導体レーザモジュールの実施の形態を
図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態
により本発明が限定されるものではない。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a semiconductor laser device and a semiconductor laser module according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to this embodiment.

【００２６】（実施の形態１）まず、実施の形態１にか
かる半導体レーザ装置について説明する。実施の形態１
にかかる半導体レーザ装置は、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱ
Ｗ構造を有するＢＨ型半導体レーザ装置において、発振
波長、ＭＱＷ構造のバリア層の組成、活性層を含む領域
の等価屈折率と電流ブロッキング層を含む領域の等価屈
折率との屈折率差（Δｎ）についての相関に注目し、こ
れら３つのパラメータの最適な組み合わせを見出すこと
で、高次の水平横モードに起因するキンクの発生しない
高出力動作が実現できる条件を検討した。なお、本実施
の形態では、ｎ型ＩｎＰ基板上にＧａＩｎＡｓＰ系の材
料を用いた圧縮歪多重量子井戸レーザを一例として説明
する。(First Embodiment) First, a semiconductor laser device according to the first embodiment will be described. Embodiment 1
The semiconductor laser device according to the present invention is a GRIN-SCH-MQ
In a BH type semiconductor laser device having a W structure, an oscillation wavelength, a composition of a barrier layer having an MQW structure, a refractive index difference (Δn) between an equivalent refractive index of a region including an active layer and an equivalent refractive index of a region including a current blocking layer. By paying attention to the correlation of the above, and by finding the optimum combination of these three parameters, the conditions under which high output operation without kink caused by the higher-order horizontal transverse mode can be realized were examined. In this embodiment, a compressive strain multiple quantum well laser using a GaInAsP-based material on an n-type InP substrate will be described as an example.

【００２７】図１は、実施の形態１にかかる半導体レー
ザ装置の断面図である。特に、図１（ａ）は、長手方向
の縦断面図を示し、図１（ｂ）は、光出射面に平行な断
面図を示す。図１に示すように、実施の形態１にかかる
半導体レーザ装置は、ｎ型ＩｎＰ半導体基板１上に、ｎ
型の下部ＩｎＰクラッド層２Ａ、アンドープの下部光閉
じ込め層３Ａ、活性層４、アンドープの上部光閉じ込め
層３Ｂ、ｐ型の上部ＩｎＰクラッド層２Ｂ、ｐ型のＧａ
ＩｎＡｓＰコンタクト層５が順に積層された構造であ
る。これらの層は、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic
Chemical Vapor Deposition）やＭＢＥ（Molecular Bea
m Epitaxy）といったよく知られたエピタキシー結晶成
長技術によってｎ型ＩｎＰ半導体基板１上に順に形成さ
れる。なお、本実施の形態では、ＭＯＣＶＤを用いて素
子の作成を行った。FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor laser device according to the first embodiment. In particular, FIG. 1A shows a longitudinal sectional view in the longitudinal direction, and FIG. 1B shows a sectional view parallel to the light emitting surface. As shown in FIG. 1, the semiconductor laser device according to the first embodiment has an n-type InP semiconductor substrate 1 on which n
-Type lower InP cladding layer 2A, undoped lower optical confinement layer 3A, active layer 4, undoped upper optical confinement layer 3B, p-type upper InP cladding layer 2B, p-type Ga
This is a structure in which the InAsP contact layers 5 are sequentially stacked. These layers are, for example, MOCVD (Metal Organic).
Chemical Vapor Deposition) and MBE (Molecular Bea)
m Epitaxy), which are sequentially formed on the n-type InP semiconductor substrate 1 by a well-known epitaxy crystal growth technique. Note that in this embodiment mode, an element is formed using MOCVD.

【００２８】また、ｎ型の下部電極６Ｂがｎ型ＩｎＰ半
導体基板１の下側表面上に形成され、ｐ型の上部電極６
Ａがコンタクト層５上に形成される。図１（ｂ）に示す
ｐ型の電流ブロッキング層８とｎ型の半導体層９は、フ
ォトリソグラフィ技術とエッチングプロセスで形成され
たメサ構造（上記下部光閉じ込め層３Ａ、活性層４、上
部光閉じ込め層３Ｂ）の隣接領域に形成される。これら
ｐ型の電流ブロッキング層８とｎ型の半導体層９の存在
によって、活性層４は、注入電流に対する狭窄領域とし
て機能するとともに、安定した単一水平横モードを実現
する。An n-type lower electrode 6B is formed on the lower surface of the n-type InP semiconductor substrate 1, and a p-type upper electrode 6 is formed.
A is formed on the contact layer 5. The p-type current blocking layer 8 and the n-type semiconductor layer 9 shown in FIG. 1B are mesa structures (the lower light confinement layer 3A, the active layer 4, the upper light confinement layer 3) formed by the photolithography technique and the etching process. Formed in an adjacent region of layer 3B). Due to the presence of the p-type current blocking layer 8 and the n-type semiconductor layer 9, the active layer 4 functions as a confinement region for the injection current and realizes a stable single horizontal transverse mode.

【００２９】さらに、図１に示すように、この半導体レ
ーザ装置は、光が出射される面でありかつ劈開面で形成
される前端面とそれに対向した劈開面で形成される後端
面とによって共振器長Ｌが規定される。前端面上には、
共振器の前面からの光射出が容易となるように、低反射
膜１１が被覆されており、後端面上には後面からの光射
出が抑制されるように高反射膜１２が被覆される。Further, as shown in FIG. 1, this semiconductor laser device resonates by a front end face which is a face from which light is emitted and which is formed by the cleavage face, and a rear end face which is formed by the cleavage face opposite thereto. The length L is specified. On the front face,
A low reflection film 11 is coated so as to facilitate light emission from the front surface of the resonator, and a high reflection film 12 is coated on the rear end face so as to suppress light emission from the rear surface.

【００３０】高出力動作を実現するには、低反射膜１１
の反射率を、共振器長に応じて最適化する必要があり、
５％以下の反射率が好ましく、より好ましくは１．５％
以下である。本実施の形態では、共振器長を１３００μ
ｍとし、低反射膜１１の反射率を１．５％とした。な
お、ファイバブラッググレーティング等の外部共振器が
具備される場合は、その反射率を１％以下とすることが
望ましく、より好ましくは０．１％以下である。一方、
高反射膜１２の反射率は、光出力動作のためには９０％
以上が望ましいが、本実施の形態では９８％とした。In order to realize high output operation, the low reflection film 11
The reflectivity of the must be optimized according to the cavity length,
A reflectance of 5% or less is preferable, and more preferably 1.5%
It is the following. In this embodiment, the resonator length is set to 1300 μ.
m, and the reflectance of the low reflection film 11 was 1.5%. When an external resonator such as a fiber Bragg grating is provided, its reflectance is preferably 1% or less, more preferably 0.1% or less. on the other hand,
The reflectance of the high reflection film 12 is 90% for light output operation.
Although the above is desirable, it is 98% in the present embodiment.

【００３１】ここで特に、活性層４は、多重量子井戸
（ＭＱＷ）構造であり、その活性層４を挟むように配置
された光閉じ込め層３Ａと３Ｂは、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ構
造である。図２は、実施の形態１にかかる半導体レーザ
装置のＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ構造内での伝導帯と価
電子帯との間のバンドギャップダイヤグラムを示す図で
ある。図２に示すように、活性層４は、井戸層４Ａとバ
リア層４Ｂが交互に隣接してヘテロ接合される。特に図
２は、活性層４が５つの井戸を有するＭＱＷ構造で形成
された状態を示している。活性層４とクラッド層２Ａ，
２Ｂの間に位置する光閉じ込め層３Ａおよび３Ｂは、活
性層４に対し、位置だけでなく、その厚みや組成までも
対称となるように形成される。なお、光閉じ込め層は、
下側の光閉じ込め層３Ａを上側の光閉じ込め層３Ｂより
厚くした非対称構造にしてもよい。Here, in particular, the active layer 4 has a multiple quantum well (MQW) structure, and the optical confinement layers 3A and 3B arranged so as to sandwich the active layer 4 have a GRIN-SCH structure. FIG. 2 is a diagram showing a band gap diagram between the conduction band and the valence band in the GRIN-SCH-MQW structure of the semiconductor laser device according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, in the active layer 4, the well layers 4A and the barrier layers 4B are alternately adjacent to each other to form a heterojunction. In particular, FIG. 2 shows a state in which the active layer 4 is formed in the MQW structure having five wells. Active layer 4 and cladding layer 2A,
The light confinement layers 3A and 3B located between 2B are formed so that not only the position but also the thickness and composition thereof are symmetrical with respect to the active layer 4. The light confinement layer is
The lower optical confinement layer 3A may be made thicker than the upper optical confinement layer 3B to have an asymmetric structure.

【００３２】光閉じ込め層３Ａ，３Ｂはそれぞれ、図２
に示すように、各層のバンドギャップエネルギーが活性
層４から離れるにつれて階段状に増加する複数の層３Ａ
₁，３Ａ₂，．．．，３Ａ_nと３Ｂ₁，３Ｂ₂，．．．，３
Ｂ_nを有したＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造である。なお、光閉
じ込め層３Ａおよび３Ｂは、いわゆる線形なＧＲＩＮ−
ＳＣＨ構造を有するのが好ましい。すなわち、図２の直
線ＬＮに示すように、例えば、複数の層３Ａ₁，３
Ａ₂，．．．，３Ａ_nのエネルギーバンドエッジを繋ぐ包
絡線が一直線となるように設計する。ここでは、製造コ
ストや良質の結晶を得るといった観点から、５層または
６層から構成される比較的少ない総数のＧＲＩＮ−ＳＣ
Ｈ構造を用いた。The light confinement layers 3A and 3B are respectively shown in FIG.
As shown in FIG. 3, the plurality of layers 3A in which the band gap energy of each layer increases stepwise as the distance from the active layer 4 increases.
₁ , 3A ₂ ,. ． ． , 3A _n and 3B ₁ , 3B ₂ ,. ． ． , 3
It is a GRIN-SCH structure having B _n . The light confinement layers 3A and 3B are so-called linear GRIN-.
It preferably has an SCH structure. That is, as shown by the straight line LN in FIG. 2, for example, a plurality of layers 3A ₁ , 3A
A ₂ ,. ． ． , 3A _n are designed so that the envelope connecting the energy band edges is a straight line. Here, from the viewpoint of manufacturing cost and obtaining a good quality crystal, a relatively small total number of GRIN-SC composed of 5 layers or 6 layers is used.
The H structure was used.

【００３３】また、活性層４、光閉じ込め層３Ａ，３
Ｂ、クラッド層２Ａ，２Ｂの間のエネルギーバンド関係
は、活性層４内（ＭＱＷ構造）の井戸層のバンドギャッ
プが最も小さく、つぎに活性層４内のバリア層のバンド
ギャップが大きく、そのつぎに光閉じ込め層３Ａ，３Ｂ
内のバンドギャップが大きく、クラッド層２Ａ，２Ｂの
バンドギャップが最も大きい。光閉じ込め層３Ａ，３Ｂ
のそれぞれの全体の厚みは、３０〜４０ｎｍとするのが
好ましく、また、光閉じ込め層３Ａ，３Ｂを構成する複
数の層としては、例えば少なくとも組成が異なるＩｎＧ
ａＡｓＰを用いることができる。Further, the active layer 4 and the light confinement layers 3A, 3
Regarding the energy band relationship between the B and the clad layers 2A and 2B, the band gap of the well layer in the active layer 4 (MQW structure) is smallest, the band gap of the barrier layer in the active layer 4 is large, and Optical confinement layers 3A and 3B
The inner band gap is large, and the band gaps of the cladding layers 2A and 2B are the largest. Light confinement layer 3A, 3B
The total thickness of each of the above is preferably 30 to 40 nm, and the plurality of layers forming the optical confinement layers 3A and 3B are, for example, InG having at least different compositions.
aAsP can be used.

【００３４】本実施の形態では、井戸層に層厚４ｎｍで
歪量１％のＧａＩｎＡｓＰ圧縮歪量子井戸層と層厚１０
ｎｍのＧａＩｎＡｓＰバリア層とからなる歪多重量子井
戸構造を採用した。なお、歪量０．５％以上であれば圧
縮歪でも引っ張り歪でも高出力動作が可能となる。より
好ましくは１．５％以上の高い歪量の量子井戸とし、井
戸層を圧縮歪としてバリア層を引っ張り歪とするよう
に、バリア層には井戸層とは符号の異なる歪補償構造が
高出力動作には有利である。In this embodiment, a GaInAsP compressive strain quantum well layer having a layer thickness of 4 nm and a strain amount of 1% and a layer thickness of 10 are formed in the well layer.
A strained multiple quantum well structure composed of a GaInAsP barrier layer with a thickness of 0.3 nm was adopted. If the strain amount is 0.5% or more, a high output operation can be performed regardless of compression strain or tensile strain. More preferably, a quantum well having a high strain amount of 1.5% or more is used, and a strain compensation structure having a sign different from that of the well layer has a high output so that the well layer has a compressive strain and the barrier layer has a tensile strain. It is advantageous for operation.

【００３５】特に、本実施の形態では、同出願人による
特願２００１−３０３７３２に開示されているように、
活性層領域にｎ型不純物を１×１０¹⁷〜３×１０¹⁸ｃｍ
^-3ドープすることで、素子抵抗および熱抵抗を低減さ
せ、高い注入電流時においても、低消費電力高出力動作
が可能なレーザ構造とした。ｎ型不純物としては、硫黄
（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、Ｓｉ（シリコン）を用いるこ
とができる。また、ｎ型不純物に替えて、亜鉛（Ｚ
ｎ）、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）など
のｐ型不純物を用いてもよい。なお、不純物ドーピング
を行なう領域は、特願２００１−３０３７３２に開示さ
れているように、多重量子井戸構造を構成する井戸層お
よびそれに隣接したバリア層からなるペアのすべてでは
なく、一部であってもよい。なお、所望の光出力によっ
ては、活性層に不純物をドーピングしない構造であって
も問題はない。In particular, in this embodiment, as disclosed in Japanese Patent Application No. 2001-303732 by the same applicant,
An n-type impurity is added to the active layer region at 1 × 10 ^{17 to} 3 × 10 ¹⁸ cm
^{By using -3} doping, the device resistance and thermal resistance are reduced, and the laser structure enables low power consumption and high output operation even at high injection current. Sulfur (S), selenium (Se), or Si (silicon) can be used as the n-type impurity. Further, instead of n-type impurities, zinc (Z
You may use p-type impurities, such as n), beryllium (Be), and magnesium (Mg). As disclosed in Japanese Patent Application No. 2001-303732, the region where impurity doping is performed is not a part of a pair of well layers constituting a multiple quantum well structure and a barrier layer adjacent thereto, but a part thereof. Good. Depending on the desired light output, there is no problem even if the active layer is not doped with impurities.

【００３６】本実施の形態では、発振波長、バリア組成
および活性層幅の相互の関係を見出すために、以下に示
す第１の半導体レーザ装置と第２の半導体レーザ装置を
試作した。第１の半導体レーザ装置は、活性層４のバリ
ア組成波長を１．２μｍとし、ＧａＩｎＡｓＰの光閉じ
込め層３Ａ，３Ｂをそれぞれ、組成波長０．９５μｍ、
１．０μｍ、１．０５μｍ、１．１μｍ、１．１５μ
ｍ、１．２μｍからなる層厚４０ｎｍのＧＲＩＮ−ＳＣ
Ｈ構造とした。In this embodiment, the first semiconductor laser device and the second semiconductor laser device described below were prototyped in order to find out the mutual relationship among the oscillation wavelength, the barrier composition and the active layer width. In the first semiconductor laser device, the barrier composition wavelength of the active layer 4 is 1.2 μm, and the light confinement layers 3A and 3B of GaInAsP are each 0.95 μm in composition wavelength.
1.0 μm, 1.05 μm, 1.1 μm, 1.15 μ
GRIN-SC with a layer thickness of 40 nm consisting of m and 1.2 μm
It has an H structure.

【００３７】また、第２の半導体レーザ装置は、活性層
４のバリア組成波長を１．１５μｍとし、ＧａＩｎＡｓ
Ｐの光閉じ込め層３Ａ，３Ｂをそれぞれ、組成波長０．
９５μｍ、１．０μｍ、１．０５μｍ、１．１μｍ、
１．１５μｍからなる層厚３２ｎｍのＧＲＩＮ−ＳＣＨ
構造とした。なお、第１の半導体レーザ装置と第２の半
導体レーザ装置はともに、活性層４を、活性層幅２．７
μｍのＧａＩｎＡｓＰ層で形成した。In the second semiconductor laser device, the barrier composition wavelength of the active layer 4 is 1.15 μm, and GaInAs is used.
The optical confinement layers 3A and 3B of P have a composition wavelength of 0.
95 μm, 1.0 μm, 1.05 μm, 1.1 μm,
GRIN-SCH with a layer thickness of 32 nm consisting of 1.15 μm
With the structure. In both the first semiconductor laser device and the second semiconductor laser device, the active layer 4 has an active layer width of 2.7.
It was formed of a GaInAsP layer of μm.

【００３８】図３（ａ）は、実施の形態１にかかる半導
体レーザ装置の発振波長依存性を表わすグラフであり、
図３（ｂ）は、図３（ａ）のプロット値を示した表であ
る。特に、これら図３（ａ）および（ｂ）は、活性層４
の組成比を変えることで変化する発振波長と最大光出力
との関係を示している。また、図４は、バリア組成波長
と所定範囲の光出力となる発振波長との関係を示す。な
お、図３（ａ）において、□はバリア組成波長が１．２
μｍの第１の半導体レーザ装置についてプロットを表わ
し、○はバリア組成波長が１．１５μｍの第２の半導体
レーザ装置についてプロットを表わす。また、これら実
験データを得るのに用いた半導体レーザ装置の共振器長
は１３００μｍであり、低反射膜の反射率を１．５％と
し、高反射膜の反射率を９８％とした。FIG. 3A is a graph showing the oscillation wavelength dependence of the semiconductor laser device according to the first embodiment,
FIG. 3B is a table showing the plotted values of FIG. In particular, these FIGS.
3 shows the relationship between the oscillation wavelength and the maximum optical output that change by changing the composition ratio of. Further, FIG. 4 shows the relationship between the barrier composition wavelength and the oscillation wavelength that gives an optical output within a predetermined range. In FIG. 3A, □ indicates that the barrier composition wavelength is 1.2.
The plot represents the first semiconductor laser device having a thickness of μm, and the circle represents the plot of the second semiconductor laser device having a barrier composition wavelength of 1.15 μm. The cavity length of the semiconductor laser device used to obtain these experimental data was 1300 μm, the reflectance of the low reflection film was 1.5%, and the reflectance of the high reflection film was 98%.

【００３９】図３（ａ）に示すように、バリア組成波長
が１．２μｍの第１の半導体レーザ装置では、発振波長
が１４５０ｎｍの時に最大の光出力が得られ、その前後
で光出力は低下する傾向を示した。この原因は、１４５
０ｎｍよりも短波長側では、量子井戸層とバリア層との
エネルギー差が小さくなるために、光注入キャリア動作
時、すなわち大電流駆動時にキャリアが井戸に十分に注
入されず、キャリアのオーバーフローの影響が現われて
くるためと考えられる。一方、１４５０ｎｍより長波長
側では、光の閉じ込めが小さくなるために導波路損失が
増大するためであると考えられる。As shown in FIG. 3A, in the first semiconductor laser device having the barrier composition wavelength of 1.2 μm, the maximum optical output is obtained when the oscillation wavelength is 1450 nm, and the optical output decreases before and after that. Showed a tendency to This cause is 145
On the shorter wavelength side than 0 nm, the energy difference between the quantum well layer and the barrier layer becomes small, so that carriers are not sufficiently injected into the well during photoinjection carrier operation, that is, at the time of high current driving, and the influence of carrier overflow occurs. Is thought to appear. On the other hand, it is considered that, on the wavelength side longer than 1450 nm, the confinement of light becomes small and the waveguide loss increases.

【００４０】また、他の考えられる原因として、井戸層
とバリア層のエネルギー差が大きくなるものの、このこ
とにより結晶成長技術の問題で界面急峻性が得られなく
なり、非発光再結合成分が増加することなども考えられ
る。さらに、１５００ｎｍより長波長になるとオージェ
再結合による吸収の影響が顕著となり、高出力動作がい
っそう困難になるものとも考えられる。As another possible cause, although the energy difference between the well layer and the barrier layer becomes large, this makes it impossible to obtain the interface steepness due to the problem of the crystal growth technique and increases the non-radiative recombination component. Things can be considered. Further, if the wavelength becomes longer than 1500 nm, the influence of absorption due to Auger recombination becomes remarkable, and it is considered that high output operation becomes more difficult.

【００４１】結局、図３（ａ）によれば、バリア組成波
長が１．２μｍの第１の半導体レーザ装置では、最大光
出力から１０ｍＷ低下したレベルまでを最適範囲に設定
した場合、発振波長１４１０〜１４８５ｎｍがその最適
範囲に該当する。すなわち、バリア組成波長１．２μｍ
に対して、最適発振波長範囲が存在することになる。な
お、この発振波長の最適範囲の判断基準は、最大光出力
から１０ｍＷ低下したレベルと設定せずとも、最大光出
力から２０ｍＷ低下したレベルや５％、１０％低下した
レベルなど、この半導体レーザ装置を光ファイバ励起光
源として使用する際の要求出力に応じて変えることがで
きる。After all, according to FIG. 3A, in the first semiconductor laser device having the barrier composition wavelength of 1.2 μm, when the optimum range is set from the maximum optical output to the level reduced by 10 mW, the oscillation wavelength 1410 is obtained. .About.1485 nm corresponds to the optimum range. That is, the barrier composition wavelength is 1.2 μm
However, there is an optimum oscillation wavelength range. It should be noted that, even if the criterion for determining the optimum range of the oscillation wavelength is not set to the level at which the maximum optical output is reduced by 10 mW, the level at which the maximum optical output is reduced by 20 mW, the level at which the optical output is reduced by 5%, or 10%, etc. Can be changed according to the required output when used as an optical fiber pumping light source.

【００４２】一方、バリア組成波長が１．１５μｍの第
２の半導体レーザ装置では、図３（ａ）に示すように、
発振波長が１４３０ｎｍよりも短波長領域で、上記した
バリア組成波長１．２μｍの第１の半導体レーザ装置よ
りも高出力動作が達成され、特に、高い光出力が要求さ
れるラマン増幅器用励起光源に適したレーザが達成でき
た。On the other hand, in the second semiconductor laser device having a barrier composition wavelength of 1.15 μm, as shown in FIG.
Higher power operation than that of the first semiconductor laser device having a barrier composition wavelength of 1.2 μm is achieved in an oscillation wavelength region shorter than 1430 nm, and particularly, as a pumping light source for Raman amplifier which requires high light output. A suitable laser could be achieved.

【００４３】特に、最大光出力から１０ｍＷ低下したレ
ベルで発振波長の最適範囲を設定した場合には、発振波
長１３５０〜１４３５ｎｍがその最適範囲に該当する。
なお、下限は、後述するように外挿値をプロットするこ
とで得た。また、図３（ａ）に示す結果から、発振波長
１４３０ｎｍにおいては、バリア組成波長が１．２μｍ
であっても１．１５μｍであっても同等の出力が得られ
るので、どちらの構造を採用しても問題ないことがわか
る。Particularly, when the optimum range of the oscillation wavelength is set at a level which is 10 mW lower than the maximum optical output, the oscillation wavelength of 1350 to 1435 nm corresponds to the optimum range.
The lower limit was obtained by plotting extrapolated values as described later. From the result shown in FIG. 3A, the barrier composition wavelength is 1.2 μm at the oscillation wavelength of 1430 nm.
Or 1.15 μm, the same output can be obtained, and it is understood that there is no problem in adopting either structure.

【００４４】結局、第１の半導体レーザ装置と第２の半
導体レーザ装置において、それぞれ上記した発振波長の
最適範囲を採用すると、図４に示すように、斜線部分に
該当する発振波長とバリア組成波長を有する半導体レー
ザ装置が、安定した高出力を実現する。After all, in the first semiconductor laser device and the second semiconductor laser device, if the optimum ranges of the above-mentioned oscillation wavelengths are adopted, as shown in FIG. 4, the oscillation wavelength and the barrier composition wavelength corresponding to the shaded portion are obtained. The semiconductor laser device having the above structure realizes stable high output.

【００４５】図５は、ある最大光出力に対するバリア組
成波長と発振波長の関係を示すグラフである。ここで、
図３（ｂ）に示した発振波長と最大光出力の関係から、
バリア組成波長１．２μｍと１．１５μｍのそれぞれに
ついての上記関係を表わす方程式を求め、その方程式を
用いて図３（ａ）および（ｂ）に示されていない最大光
出力に対する発振波長を外挿値および内挿値として求め
た。以下の式（１）が、バリア組成波長１．２μｍにつ
いての方程式であり、以下の式（２）が、バリア組成波
長１．１５μｍについての方程式である。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the barrier composition wavelength and the oscillation wavelength for a certain maximum light output. here,
From the relationship between the oscillation wavelength and the maximum optical output shown in FIG.
An equation expressing the above relation for each of the barrier composition wavelengths of 1.2 μm and 1.15 μm is obtained, and the oscillation wavelength for the maximum optical output not shown in FIGS. 3A and 3B is extrapolated using the equation. Values and interpolated values were obtained. The following equation (1) is an equation for the barrier composition wavelength of 1.2 μm, and the following equation (2) is an equation for the barrier composition wavelength of 1.15 μm.

【００４６】[0046]

【数１】 [Equation 1]

【数２】 [Equation 2]

【００４７】図５では、横軸をバリア組成波長とし、縦
軸を発振波長として、範囲２３０ｍＷ〜３７０ｍＷの１
０ｍＷ間隔の最大光出力と図３（ａ）に示す両グラフの
交点の最大光出力に相当するＰmax値３７４．８ｎＷと
に対するそれぞれのグラフが示されている。In FIG. 5, the horizontal axis represents the barrier composition wavelength and the vertical axis represents the oscillation wavelength, and 1 in the range of 230 mW to 370 mW is used.
Respective graphs are shown for the maximum light output at 0 mW intervals and the Pmax value 374.8 nW corresponding to the maximum light output at the intersection of both graphs shown in FIG. 3 (a).

【００４８】図６は、図５に示した各グラフのプロット
値と近似式とを示した表である。図６に示した各近似式
から、例えば図３（ａ）に示された実測の最大光出力範
囲２０ｍＷ〜Ｐmax値においては、 −１７６．５９ｘ＋１５７６．１≦ｙ≦１７６．５９ｘ
＋１３１９．１ １．１５≦ｘ≦１．２０ が成り立つ。なお、ｘはバリア組成波長（μｍ）であ
り、ｙは発振波長（ｎｍ）である。FIG. 6 is a table showing plot values and approximate expressions of the graphs shown in FIG. From the approximate expressions shown in FIG. 6, for example, in the actually measured maximum light output range of 20 mW to Pmax shown in FIG. 3A, −176.59x + 1576.1 ≦ y ≦ 176.59x
+1319.1 1.15 ≦ x ≦ 1.20 holds. Note that x is the barrier composition wavelength (μm) and y is the oscillation wavelength (nm).

【００４９】すなわち、少なくともこの範囲を条件とし
て満たす半導体レーザ装置は、効率良くかつ大きな光出
力を実現することができる。例えば、最大光出力３７０
ｍＷ以上の半導体レーザ装置を実現するには、バリア発
振波長が１．２μｍの場合、発振波長１４２２．９〜１
４７２．２ｎｍの範囲での光出力となり、バリア発振波
長が１．１５μｍの場合は、発振波長１４１０．４〜１
４８４．７ｎｍの範囲での光出力となる。なお、上記に
おいては、最大光出力Ｐｍａｘに基づいて最適な発振波
長範囲を決定しているが、一定の駆動電流での光出力が
最大となる条件に基づいて最適な発振波長範囲を決定し
てもよい。That is, a semiconductor laser device satisfying at least this range as a condition can efficiently realize a large optical output. For example, maximum light output 370
In order to realize a semiconductor laser device of mW or more, when the barrier oscillation wavelength is 1.2 μm, the oscillation wavelength is 1422.9 to 1
The light output is in the range of 472.2 nm, and when the barrier oscillation wavelength is 1.15 μm, the oscillation wavelengths 1410.4 to 1
The light output is in the range of 484.7 nm. In the above description, the optimum oscillation wavelength range is determined based on the maximum optical output Pmax, but the optimum oscillation wavelength range is determined based on the condition that the optical output at a constant drive current is maximum. Good.

【００５０】次に、半導体レーザ装置の活性層４を含む
領域の等価屈折率と電流ブロッキング層を含む領域の等
価屈折率との差を屈折率差Δｎと定義し、本実施の形態
にかかる半導体レーザ装置における屈折率差Δｎの特性
依存性について説明する。Next, the difference between the equivalent refractive index of the region including the active layer 4 of the semiconductor laser device and the equivalent refractive index of the region including the current blocking layer is defined as a refractive index difference Δn, and the semiconductor according to the present embodiment. The characteristic dependence of the refractive index difference Δn in the laser device will be described.

【００５１】図７は、上記屈折率差Δｎの算出モデルを
説明するための説明図である。図７は、図１（ｂ）に示
した半導体レーザ装置の断面図の一部を表わしている。
図７に示すように、本算出モデルでは、半導体レーザ装
置のクラッド層２Ａおよび２Ｂとそれらに挟まれた層に
おいて、活性層４を含む領域２と含まない領域１と３
（すなわち電流ブロッキング層８を含む領域）に分け、
領域２において結晶の成長方向（図中のｙ方向）に対し
て１次元光スラブ導波路として等価屈折率を求め、領域
１または領域３の屈折率との差を屈折率差Δｎとして算
出している。ここでは、クラッド層３Ａおよび３Ｂの層
厚をそれぞれ２μｍとして計算している。なお、等価屈
折率を求める際に用いた上記屈折率は、ＭＳＥＯ（Modi
fied Single Effective Oscillator）法を用いた以下の
式によって算出した。FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the calculation model of the refractive index difference Δn. FIG. 7 shows a part of a sectional view of the semiconductor laser device shown in FIG.
As shown in FIG. 7, in this calculation model, in the cladding layers 2A and 2B of the semiconductor laser device and the layers sandwiched between them, the region 2 including the active layer 4 and the regions 1 and 3 not including the active layer 4 are included.
(That is, a region including the current blocking layer 8),
In the region 2, the equivalent refractive index is obtained as a one-dimensional optical slab waveguide with respect to the crystal growth direction (y direction in the figure), and the difference from the refractive index of the region 1 or the region 3 is calculated as the refractive index difference Δn. There is. Here, the thickness of each of the cladding layers 3A and 3B is calculated to be 2 μm. The refractive index used for obtaining the equivalent refractive index is MSEO (Modi
It was calculated by the following formula using the fied Single Effective Oscillator method.

【００５２】[0052]

【数３】 [Equation 3]

【００５３】ここで、yはＧａ_xＩｎ_1-xＡｓ_yＰ_1-yのＡ
ｓの組成、Ｅはフォトンエネルギー、Ｅｇ（ｙ）はＧａ
ＩｎＡｓＰのバンドギャップエネルギーである。例え
ば、１４８０ｎｍの光に対し、バンドギャップ組成波長
１．２μｍのＧａＩｎＡｓＰの屈折率ｎは、上式から、
３．３５３４と求まり、ＩｎＰの屈折率ｎは３．１７９
２と求まる。したがって、所定の波長のフォトンエネル
ギーと材料の組成波長が決まれば、屈折率を上式より求
めることができる。Here, y is A of Ga _x In _1-x As _y P _1-y .
s composition, E is photon energy, Eg (y) is Ga
It is the band gap energy of InAsP. For example, for light of 1480 nm, the refractive index n of GaInAsP having a bandgap composition wavelength of 1.2 μm is
It was found to be 3.3534, and the refractive index n of InP was 3.179.
2 is obtained. Therefore, if the photon energy of a predetermined wavelength and the composition wavelength of the material are determined, the refractive index can be obtained from the above equation.

【００５４】図８（ａ）は、実施の形態１にかかる半導
体レーザ装置の屈折率差依存性を表わすグラフであり、
図８（ｂ）は、図８（ａ）のプロット値を示した表であ
る。特に、これら図８（ａ）および（ｂ）は、屈折率差
Δｎと最大光出力との関係を示している。また、図９
は、バリア組成波長と屈折率差Δｎとの関係を示す。な
お、図８（ａ）において、□はバリア組成波長が１．２
μｍの上記第１の半導体レーザ装置についてのプロット
を表わし、○はバリア組成波長が１．１５μｍの上記第
２の半導体レーザ装置についてのプロットを表わす。FIG. 8A is a graph showing the refractive index difference dependence of the semiconductor laser device according to the first embodiment.
FIG. 8B is a table showing the plotted values of FIG. 8A. In particular, FIGS. 8A and 8B show the relationship between the refractive index difference Δn and the maximum optical output. In addition, FIG.
Indicates the relationship between the barrier composition wavelength and the refractive index difference Δn. In FIG. 8A, □ indicates that the barrier composition wavelength is 1.2.
represents the plot for the first semiconductor laser device of μm, and ◯ represents the plot for the second semiconductor laser device of which the barrier composition wavelength is 1.15 μm.

【００５５】図８（ａ）に示すように、屈折率差Δｎに
関しても、バリア組成波長によって最大光出力を与える
最適値が存在することがわかり、バリア組成波長が１．
２μｍの第１の半導体レーザ装置では、Δｎ＝０．０１
５８で最大の光出力を示し、バリア組成波長が１．１５
μｍの第２の半導体レーザ装置では、Δｎ＝０．０１２
５で最大の光出力を示す。また、上記同様に、最大光出
力から１０ｍＷ低下したレベルで屈折率差Δｎの最適範
囲を設定すると、バリア組成波長１．２μｍの第１の半
導体レーザ装置では、Δｎ＝０．０１５２〜０．０１６
５がその最適範囲に該当し、バリア組成波長１．１５μ
ｍの第２の半導体レーザ装置では、Δｎ＝０．０１１８
〜０．０１３０がその最適範囲に該当する。As shown in FIG. 8A, it was found that there is an optimum value that gives the maximum light output depending on the barrier composition wavelength, also regarding the refractive index difference Δn, and the barrier composition wavelength is 1.
In the 2 μm first semiconductor laser device, Δn = 0.01
The maximum light output is 58 and the barrier composition wavelength is 1.15.
In the second semiconductor laser device of μm, Δn = 0.012
5 shows the maximum light output. Further, similarly to the above, when the optimum range of the refractive index difference Δn is set at a level that is 10 mW lower than the maximum optical output, Δn = 0.0152 to 0.016 in the first semiconductor laser device having the barrier composition wavelength of 1.2 μm.
5 corresponds to the optimum range, and the barrier composition wavelength is 1.15μ.
In the second semiconductor laser device of m, Δn = 0.118
.About.0.0130 corresponds to the optimum range.

【００５６】なお、上述したように、この屈折率差Δｎ
の最適範囲の判断基準は、最大光出力から１０ｍＷ低下
したレベルと設定せずとも、最大光出力から２０ｍＷ低
下したレベルや５％、１０％低下したレベルなど、この
半導体レーザ装置を光ファイバ励起光源として使用する
際の要求出力に応じて変えることができる。As described above, this refractive index difference Δn
Even if the criterion for determining the optimum range of the above is not set as a level that is 10 mW lower than the maximum optical output, a level that is 20 mW lower than the maximum optical output, or a level that is 5% or 10% lower than the maximum optical output It can be changed according to the required output when used as.

【００５７】結局、第１の半導体レーザ装置と第２の半
導体レーザ装置において、それぞれ上記した屈折率差Δ
ｎの最適範囲を採用すると、図９に示すように、斜線部
分に該当するバリア組成波長と屈折率差Δｎを有する半
導体レーザ装置が、安定した高出力を実現する。After all, in the first semiconductor laser device and the second semiconductor laser device, the above-mentioned difference in refractive index Δ
When the optimum range of n is adopted, as shown in FIG. 9, the semiconductor laser device having the barrier composition wavelength corresponding to the shaded portion and the refractive index difference Δn realizes stable high output.

【００５８】以上に示した図４および図９の結果から、
長波長領域では長波長組成のバリア組成波長を適用し、
短波長領域では短波長組成のバリア組成波長を適用すれ
ば高出力動作に有効であることがわかる。From the results of FIGS. 4 and 9 shown above,
In the long wavelength region, the barrier composition wavelength of long wavelength composition is applied,
It can be seen that in the short wavelength region, applying a barrier composition wavelength of a short wavelength composition is effective for high output operation.

【００５９】次に、本実施の形態にかかる半導体レーザ
装置における高次の横モードキンク発生電流に対する活
性層幅依存性について説明する。図１０は、実施の形態
１にかかる半導体レーザ装置の活性層幅依存性を表わす
グラフである。特に、図１０（ａ）は、活性層幅とキン
ク発生電流との関係を示し、図１０（ｂ）は、活性層幅
と最大光出力との関係を示す。また、図１１は、図１０
（ｂ）のプロット値と各プロット値に対応する屈折率差
Δｎを示した表である。なお、図１０において、□はバ
リア組成波長が１．２μｍの上記第１の半導体レーザ装
置についてのプロットを表わし、○はバリア組成波長が
１．１５μｍの上記第２の半導体レーザ装置についての
プロットを表わす。但し、活性層幅については、図１０
（ａ）、（ｂ）の横軸に示すように異なる。ここでいう
活性層幅とは、図１（ｂ）に示した断面図において、活
性層の最上面から最下面に至る間までの幅の平均値また
はその間の中心近傍の幅である。また、第１の半導体レ
ーザ装置の発振波長を１４８０ｎｍ近傍とし、第２の半
導体レーザ装置の発振波長を１４３５ｎｍ近傍としてそ
れぞれ設計されている。Next, the dependence of the active layer width on the higher-order transverse mode kink generation current in the semiconductor laser device according to the present embodiment will be described. FIG. 10 is a graph showing the active layer width dependence of the semiconductor laser device according to the first embodiment. In particular, FIG. 10A shows the relationship between the active layer width and the kink generation current, and FIG. 10B shows the relationship between the active layer width and the maximum light output. In addition, FIG.
It is a table which showed the plot value of (b), and the refractive index difference (DELTA) n corresponding to each plot value. In FIG. 10, □ represents a plot of the first semiconductor laser device having a barrier composition wavelength of 1.2 μm, and ◯ represents a plot of the second semiconductor laser device having a barrier composition wavelength of 1.15 μm. Represent. However, regarding the width of the active layer, FIG.
Different as shown on the horizontal axes of (a) and (b). The active layer width referred to here is the average value of the width from the uppermost surface to the lowermost surface of the active layer in the cross-sectional view shown in FIG. Further, the oscillation wavelength of the first semiconductor laser device is designed to be near 1480 nm, and the oscillation wavelength of the second semiconductor laser device is designed to be near 1435 nm.

【００６０】図１０（ａ）に示すように、バリア組成波
長１．２μｍの第１の半導体レーザ装置では、活性層幅
が３．６μｍ以上で高次の横モード発振によるキンクが
発生し、バリア組成波長１．１５μｍの第２の半導体レ
ーザ装置では、活性層幅が４．２μｍ以上で高次の横モ
ード発振によるキンクが発生している。ここで、バリア
組成波長１．２μｍの第１の半導体レーザ装置の方が高
次の横モードキンクが発生する活性層が狭いのは、上記
した屈折率差Δｎが、バリア組成波長１．１５μｍの第
２の半導体レーザ装置よりも大きく、高次モードのカッ
トオフがより狭い活性層幅で生じているためである。す
なわち、活性層幅を広くして高出力化を実現するために
は、屈折率差Δｎをより小さくすることが望ましい。As shown in FIG. 10A, in the first semiconductor laser device having the barrier composition wavelength of 1.2 μm, the active layer width is 3.6 μm or more, and a kink is generated due to high-order transverse mode oscillation, and the barrier is generated. In the second semiconductor laser device having a composition wavelength of 1.15 μm, the active layer width is 4.2 μm or more, and kinks are generated due to high-order transverse mode oscillation. Here, in the first semiconductor laser device having a barrier composition wavelength of 1.2 μm, the active layer in which higher-order transverse mode kinks are generated is narrower because the above-mentioned refractive index difference Δn is when the barrier composition wavelength is 1.15 μm. This is because the cutoff of the higher-order mode, which is larger than that of the second semiconductor laser device, occurs in the narrower active layer width. That is, it is desirable to make the refractive index difference Δn smaller in order to increase the width of the active layer and achieve higher output.

【００６１】一方、最大光出力は、図１０（ｂ）に示す
ように、活性層幅の増加とともに増加する傾向にある。
特に、高次の横モードが発生しない範囲で、最大３８０
ｍＷ程度の高出力化が達成されている。特に、図１０
（ｂ）および図１１に示すように、活性層幅が１．８以
下であった従来構造の半導体レーザ装置では、いずれの
バリア組成波長であっても３００ｍＷ以下の小さな光出
力しか得ることができていない。これに対して本実施の
形態にかかる半導体レーザ装置では、十分に大きな光出
力を得ることができるとともに、キンクの発生もが抑制
されている。なお、キンクについては、上述したよう
に、バリア組成波長１．２μｍの場合に活性層幅３．６
μｍ以上で顕著となり、バリア組成波長１．１５μｍの
場合に活性層幅４．２μｍ以上で顕著となるが、これら
観測結果は製品の歩留まりに影響を与えるものの、高効
率な光出力の可能性を否定するものではない。よって、
図１１に示した表からも明らかなように、高効率の光出
力を実現するためには、活性層幅は２．１〜５．４μｍ
であることが好ましく、より好ましくは３．０〜５．４
μｍであり、さらにより好ましくは４．０〜５．４μｍ
である。On the other hand, the maximum light output tends to increase as the active layer width increases, as shown in FIG.
Especially, within the range where high-order transverse mode does not occur, maximum 380
Higher output of about mW has been achieved. In particular, FIG.
As shown in (b) and FIG. 11, the conventional semiconductor laser device having an active layer width of 1.8 or less can obtain a small optical output of 300 mW or less at any barrier composition wavelength. Not not. On the other hand, in the semiconductor laser device according to the present embodiment, a sufficiently large optical output can be obtained, and the occurrence of kinks is suppressed. Regarding the kink, as described above, the active layer width of 3.6 when the barrier composition wavelength is 1.2 μm.
It becomes remarkable when the barrier composition wavelength is 1.15 μm, and it becomes remarkable when the active layer width is 4.2 μm or more. Although these observation results affect the yield of the product, there is a possibility of high efficient light output. I do not deny it. Therefore,
As is clear from the table shown in FIG. 11, in order to realize highly efficient light output, the active layer width is 2.1 to 5.4 μm.
Is preferable, and more preferably 3.0 to 5.4.
μm, and even more preferably 4.0 to 5.4 μm
Is.

【００６２】図１２は、上記した図３〜１１に示した結
果をまとめた表である。図１２に示すように、少なくと
も、バリア組成波長１．２μｍ、発振波長１４４７．５
±３７．５ｎｍ、屈折率差０．０１５８５±０．０００
６５、活性層幅２．７±０．９μｍを満たす半導体レー
ザ装置と、バリア組成波長１．１５μｍ、発振波長１３
９２．５±４２．５ｎｍ、屈折率差０．０１２４±０．
０００６、活性層幅３．０±１．２μｍを満たす半導体
レーザ装置とが、高次の横モードの発生が抑制された安
定した高出力励起光源として最適であることがわかっ
た。FIG. 12 is a table summarizing the results shown in FIGS. As shown in FIG. 12, at least a barrier composition wavelength of 1.2 μm and an oscillation wavelength of 1447.5.
± 37.5 nm, refractive index difference 0.01585 ± 0.000
65, a semiconductor laser device satisfying an active layer width of 2.7 ± 0.9 μm, a barrier composition wavelength of 1.15 μm, and an oscillation wavelength of 13
92.5 ± 42.5 nm, refractive index difference 0.0124 ± 0.
It has been found that a semiconductor laser device satisfying an active layer width of 3.0 ± 1.2 μm is optimal as a stable high-power pumping light source in which generation of higher-order transverse modes is suppressed.

【００６３】以上に説明したとおり、実施の形態１にか
かる半導体レーザ装置によれば、発振波長帯域に応じて
バリア組成波長の最適化と活性層幅の最適化を図ること
で、ファイバ増幅器励起光源に適した高出力の半導体レ
ーザ装置を実現することができる。特に、活性層幅を広
げることは、駆動電圧の低下により低消費電力動作に有
効である。さらに、熱抵抗も低減することから駆動時に
おける活性層温度の上昇が抑制され、半導体レーザ装置
の高信頼性動作に有効である。特に高出力化が困難な１
５００ｎｍ以上の波長帯においてその効果を発揮すると
考えられる。As described above, according to the semiconductor laser device of the first embodiment, the fiber composition pumping light source is optimized by optimizing the barrier composition wavelength and the active layer width according to the oscillation wavelength band. It is possible to realize a high-power semiconductor laser device suitable for. In particular, widening the width of the active layer is effective for low power consumption operation due to the reduction in driving voltage. Further, since the thermal resistance is also reduced, the rise of the active layer temperature during driving is suppressed, which is effective for highly reliable operation of the semiconductor laser device. Particularly difficult to achieve high output 1
It is considered that the effect is exhibited in the wavelength band of 500 nm or more.

【００６４】なお、上述した実施の形態１の説明におい
て、活性層４や下部および上部の光閉じ込め層３Ａおよ
び３Ｂは、基板１をＩｎＰとしてＩｎＧａＡｓＰを用い
て形成されるのが好ましいが、他の種々の材料、例えば
基板１をＩｎＰとして、ＡｌＧａＩｎＡｓＰやＴｌＩｎ
ＧａＡｓを用いたり、基板１をＧａＡｓとしてＡｌＧａ
ＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＮＡｓＰ、ＧａＩｎＮＡｓＰＳ
ｂ、またはＧａＩｎＡｓＰなどを用いて形成してもよ
く、その材料については限定しない。さらに、その基板
１についての導電型をｎ型としたが、これをｐ型に換え
て、上層の各層の導電型をそれに合わせて変更すること
もできる。In the above description of the first embodiment, the active layer 4 and the lower and upper optical confinement layers 3A and 3B are preferably formed by using InGaAsP with the substrate 1 being InP. AlGaInAsP or TlIn, using various materials such as the substrate 1 as InP
GaAs is used or AlGa is used as the substrate 1
InP, AlGaInNAsP, GaInNAsPS
It may be formed using b, GaInAsP, or the like, and the material thereof is not limited. Furthermore, although the conductivity type of the substrate 1 is n-type, it may be changed to p-type and the conductivity type of each upper layer may be changed accordingly.

【００６５】さらに、本実施の形態にかかる半導体レー
ザ装置は、活性層４に少なくとも一つ以上の量子井戸構
造を有していれば、他の種々の積層構造で実現される半
導体レーザ装置に対して適用することができる。例え
ば、分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ、分布ブラッグ反射型
（ＤＢＲ）レーザ、量子細線レーザ、量子ドットレー
ザ、活性層の近傍に形成されたグレーティングの波長選
択特性によって所定出力値以下の複数の発振縦モードの
レーザ光を生成する半導体レーザなどに適用することが
できる。特に、共振器長が８００μｍ〜３２００μｍの
半導体レーザに適用するのが好適である。Further, the semiconductor laser device according to the present embodiment is different from the semiconductor laser devices realized by various other laminated structures as long as the active layer 4 has at least one quantum well structure. Can be applied. For example, a distributed feedback type (DFB) laser, a distributed Bragg reflection type (DBR) laser, a quantum wire laser, a quantum dot laser, and a plurality of oscillation lengths below a predetermined output value depending on the wavelength selection characteristics of a grating formed near the active layer. It can be applied to a semiconductor laser or the like that generates a mode laser beam. Particularly, it is suitable to be applied to a semiconductor laser having a cavity length of 800 μm to 3200 μm.

【００６６】（実施の形態２）つぎに、実施の形態２に
かかる半導体レーザモジュールについて説明する。実施
の形態２にかかる半導体レーザモジュールは、実施の形
態１に説明した半導体レーザ装置を、種々の光学部品と
ともにパッケージに封入した形態であり、半導体レーザ
装置で生成されたレーザ光を光ファイバに容易に入射さ
せることを目的としてモジュール化されたものである。(Second Embodiment) Next, a semiconductor laser module according to a second embodiment will be described. The semiconductor laser module according to the second embodiment is a form in which the semiconductor laser device described in the first embodiment is enclosed in a package together with various optical components, and laser light generated by the semiconductor laser device can be easily transmitted to an optical fiber. It is modularized for the purpose of being incident on.

【００６７】図１３は、実施の形態２にかかる半導体レ
ーザモジュールの構成を示す縦断面図である。図１３に
おいて、半導体レーザモジュール１００は、セラミック
などによって形成されたパッケージ１１０の内部底面上
に、ペルチェ素子等の熱電素子から構成される冷却装置
１０９が配置される。冷却装置１０９上にはベース１０
８が配置され、このベース１０８上に、半導体レーザ装
置１０１が配置される。この半導体レーザ装置１０１
が、実施の形態１で示した半導体レーザ装置に相当す
る。FIG. 13 is a vertical sectional view showing the structure of the semiconductor laser module according to the second embodiment. 13, in the semiconductor laser module 100, a cooling device 109 composed of a thermoelectric element such as a Peltier element is arranged on the inner bottom surface of a package 110 formed of ceramic or the like. The base 10 is on the cooling device 109.
8 is arranged, and the semiconductor laser device 101 is arranged on this base 108. This semiconductor laser device 101
Corresponds to the semiconductor laser device shown in the first embodiment.

【００６８】また、図１３において、ベース１０８上に
は、半導体レーザ装置１０１以外にも、光モニタ用フォ
トディテクタ１１３や第１レンズ１１１ａが配置され
る。なお、活性層幅が広いほど、出射ビームの楕円率
（縦、横のアスペクト比）が大きくなるが、構成される
レンズの最適化により高い結合効率を実現することがで
きる。また、光ファイバ１１２が装填されるフェルール
の近傍に第２レンズ１１１ｂが配置される。In FIG. 13, an optical monitor photodetector 113 and a first lens 111a are arranged on the base 108 in addition to the semiconductor laser device 101. The wider the active layer, the larger the ellipticity (vertical and horizontal aspect ratio) of the emitted beam. However, by optimizing the lenses to be constructed, high coupling efficiency can be realized. The second lens 111b is arranged near the ferrule in which the optical fiber 112 is loaded.

【００６９】半導体レーザ装置１０１から出射されたレ
ーザ光は、第１レンズ１１１ａおよび第２レンズ１１１
ｂを介し、光ファイバ１１２内に結合される。また、光
モニタ用フォトディテクタ１１３は、半導体レーザ装置
１０１の後端面側から漏れた光をモニタ検出する。ま
た、図示していないが、第１レンズ１１１ａと第２レン
ズ１１１ｂの間等の位置に、アイソレータを設けてもよ
い。The laser light emitted from the semiconductor laser device 101 has a first lens 111a and a second lens 111.
It is coupled into the optical fiber 112 via b. Further, the optical monitor photodetector 113 monitors and detects light leaked from the rear end face side of the semiconductor laser device 101. Although not shown, an isolator may be provided at a position such as between the first lens 111a and the second lens 111b.

【００７０】以上に説明したとおり、実施の形態２にか
かる半導体レーザモジュールによれば、実施の形態１に
示した半導体レーザ装置から出射されたレーザ光と光フ
ァイバ１１２への光結合を高効率かつ容易とするように
パッケージ化したので、実施の形態１にかかる半導体レ
ーザ装置を、ＥＤＦＡやラマンアンプ等の光ファイバア
ンプの励起光源として容易に利用することができ、実施
の形態１で説明した高出力化等の利点を光ファイバアン
プにもたらすことができる。ここでは、２つのレンズを
用いたモジュールを開示したが、１レンズ系、レンズフ
ァイバを用いたＬＤモジュールでも同様の効果があるこ
とは言うまでもない。As described above, according to the semiconductor laser module of the second embodiment, the laser light emitted from the semiconductor laser device shown in the first embodiment and the optical coupling to the optical fiber 112 can be efficiently coupled. Since it is packaged for ease, the semiconductor laser device according to the first embodiment can be easily used as a pumping light source for an optical fiber amplifier such as an EDFA or a Raman amplifier. Advantages such as output can be brought to the optical fiber amplifier. Here, a module using two lenses is disclosed, but it goes without saying that an LD module using one lens system and a lens fiber has the same effect.

【００７１】[0071]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明にかかる
半導体レーザ装置によれば、少なくとも一つ以上の量子
井戸構造を有する活性層について、活性層を含む領域の
等価屈折率と電流ブロッキング層を含む領域の等価屈折
率との屈折率差、量子井戸構造のバリア組成を示すバン
ドギャップ組成波長を、高次の横モードが発生しない条
件、換言すれば横モードキンクを発生させない条件で、
活性層幅が最大となるように適切な値に設計することが
できるので、従来よりも半導体レーザ装置の電気抵抗お
よび熱抵抗を下げることができ、結果的に低消費電力で
高出力動作が可能になるという効果を奏する。As described above, according to the semiconductor laser device of the present invention, with respect to the active layer having at least one quantum well structure, the equivalent refractive index of the region including the active layer and the current blocking layer. The refractive index difference with the equivalent refractive index of the region containing, the bandgap composition wavelength showing the barrier composition of the quantum well structure, under the condition that high-order transverse mode does not occur, in other words, the condition that does not cause transverse mode kink,
Since the active layer width can be designed to an appropriate value so that it can be maximized, the electrical resistance and thermal resistance of the semiconductor laser device can be reduced compared to the past, resulting in low power consumption and high output operation. Has the effect of becoming.

【００７２】また、本発明にかかる半導体レーザモジュ
ールによれば、上記した半導体レーザ装置を、パッケー
ジ筐体に封入して、光ファイバアンプの励起光源として
最適な形態で提供することができるという効果を奏す
る。Further, according to the semiconductor laser module of the present invention, it is possible to provide the semiconductor laser device described above in a form optimal as a pumping light source for an optical fiber amplifier by enclosing it in a package housing. Play.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の長手
方向の断面図および光出射面に平行な断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a semiconductor laser device according to a first embodiment and a sectional view parallel to a light emitting surface.

【図２】実施の形態１にかかる半導体レーザ装置のＧＲ
ＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ構造内での伝導帯と価電子帯との
間のバンドギャップダイヤグラムを示す図である。FIG. 2 is a GR of the semiconductor laser device according to the first embodiment.
It is a figure which shows the band gap diagram between a conduction band and a valence band in an IN-SCH-MQW structure.

【図３】実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の発振
波長依存性を表わすグラフである。FIG. 3 is a graph showing the oscillation wavelength dependence of the semiconductor laser device according to the first embodiment.

【図４】実施の形態１にかかる半導体レーザ装置におい
て、バリア組成波長と所定範囲の光出力となる発振波長
との関係を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a relationship between a barrier composition wavelength and an oscillation wavelength that provides a light output in a predetermined range in the semiconductor laser device according to the first embodiment.

【図５】実施の形態１にかかる半導体レーザ装置におい
て、ある最大光出力に対するバリア組成波長と発振波長
の関係を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing a relationship between a barrier composition wavelength and an oscillation wavelength with respect to a certain maximum light output in the semiconductor laser device according to the first embodiment.

【図６】図５に示した各グラフのプロット値と近似式と
を示した図表である。FIG. 6 is a chart showing plot values and approximate expressions of the graphs shown in FIG.

【図７】屈折率差Δｎの算出モデルを説明するための説
明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a calculation model of a refractive index difference Δn.

【図８】実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の屈折
率差依存性を表わすグラフである。FIG. 8 is a graph showing the refractive index difference dependency of the semiconductor laser device according to the first embodiment.

【図９】実施の形態１にかかる半導体レーザ装置のバリ
ア組成波長と屈折率差Δｎとの関係を示すグラフであ
る。FIG. 9 is a graph showing the relationship between the barrier composition wavelength and the refractive index difference Δn of the semiconductor laser device according to the first embodiment.

【図１０】実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の活
性層幅依存性を表わすグラフである。FIG. 10 is a graph showing active layer width dependence of the semiconductor laser device according to the first embodiment.

【図１１】図１０に示したグラフのプロット値と各プロ
ット値に対応する屈折率差Δｎを示した図表である。11 is a table showing plotted values of the graph shown in FIG. 10 and a refractive index difference Δn corresponding to each plotted value.

【図１２】実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の設
計パラメータをまとめた図表である。FIG. 12 is a table summarizing design parameters of the semiconductor laser device according to the first embodiment.

【図１３】実施の形態２にかかる半導体レーザモジュー
ルの構成を示す縦断面図である。FIG. 13 is a vertical sectional view showing a configuration of a semiconductor laser module according to a second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 半導体基板 ２Ａ 下部クラッド層 ２Ｂ 上部クラッド層 ４ 活性層 ４Ｂ バリア層 ４Ａ 井戸層 ５ コンタクト層 ６Ａ 上部電極 ６Ｂ 下部電極 ８ 電流ブロッキング層 ９ 半導体層 １１ 低反射膜 １２ 高反射膜 １００ 半導体レーザモジュール １０１ 半導体レーザ装置 １０８ ベース １０９ 冷却装置 １１０ パッケージ １１１ａ 第１レンズ １１１ｂ 第２レンズ １１２ 光ファイバ １１３ 光モニタ用フォトディテクタ 1 Semiconductor substrate 2A Lower clad layer 2B Upper clad layer 4 Active layer 4B barrier layer 4A Well layer 5 Contact layer 6A upper electrode 6B lower electrode 8 Current blocking layer 9 Semiconductor layer 11 Low reflective film 12 High reflective film 100 Semiconductor laser module 101 semiconductor laser device 108 base 109 Cooling device 110 packages 111a first lens 111b Second lens 112 optical fiber 113 Photodetectors for optical monitors

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｓ 5/026 ６１８ Ｈ０１Ｓ 5/026 ６１８ 5/20 ６１０ 5/20 ６１０ 5/22 5/22 5/323 5/323 5/343 5/343 5/50 ６１０ 5/50 ６１０ Ｆターム(参考） 5F073 AA05 AA07 AA43 AA46 AA75 AB13 AB14 AB15 AB27 AB28 AB30 BA01 CA12 DA05 DA06 EA11 EA12 FA02 FA07 FA08─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. ⁷ Identification code FI theme code (reference) H01S 5/026 618 H01S 5/026 618 5/20 610 5/20 610 5/22 5/22 5/323 5/323 5/343 5/343 5/50 610 5/50 610 F term (reference) 5F073 AA05 AA07 AA43 AA46 AA75 AB13 AB14 AB15 AB27 AB28 AB30 BA01 CA12 DA05 DA06 EA11 EA12 FA02 FA07 FA08

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 埋め込みヘテロ構造の半導体レーザ装置
において、 少なくとも一つ以上の量子井戸構造を有するとともに、
１．８μｍより大きい幅を有する活性層と、 前記活性層の両側に該活性層を挟みこむように配置され
るとともに、少なくともＩｎＰを含んで形成される電流
ブロッキング層と、 前記活性層の上下に該活性層を挟みこむように配置され
るＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造の光閉じ込め層と、 を備え、 前記活性層を含む領域の等価屈折率と前記電流ブロッキ
ング層を含む領域の等価屈折率との屈折率差が０．０２
以下であることを特徴とする半導体レーザ装置。1. A semiconductor laser device having a buried hetero structure, comprising at least one quantum well structure,
An active layer having a width of more than 1.8 μm; a current blocking layer formed on both sides of the active layer so as to sandwich the active layer; and a current blocking layer containing at least InP. An optical confinement layer having a GRIN-SCH structure arranged so as to sandwich the active layer, and a difference in refractive index between an equivalent refractive index of a region including the active layer and an equivalent refractive index of a region including the current blocking layer. 0.02
A semiconductor laser device characterized by the following. 【請求項２】 前記活性層は、所定の発振波長範囲内の
各発振波長における最大光出力のうち最も大きな最大光
出力を示す発振波長を含んだ発振波長帯域と、所定の屈
折率差範囲内の各屈折率差における最大光出力のうち最
も大きな最大光出力の近傍に対応する屈折率差とで定め
られた活性層幅を有することを特徴とする請求項１に記
載の半導体レーザ装置。2. The active layer is within a predetermined refractive index difference range and an oscillation wavelength band including an oscillation wavelength showing the largest maximum optical output among the maximum optical outputs at respective oscillation wavelengths within a predetermined oscillation wavelength range. 2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the semiconductor laser device has an active layer width defined by a refractive index difference corresponding to the vicinity of the maximum maximum optical output among the maximum optical outputs in the respective refractive index differences. 【請求項３】 前記屈折率差は、所定の組成波長からな
るバリア層を有する前記量子井戸構造と前記ＧＲＩＮ−
ＳＣＨ構造の光閉じ込め層の構造とに基づいて定めら
れ、 前記所定の組成波長は、所定の発振波長範囲内の各発振
波長の最大光出力のうち最も大きな最大光出力を示す発
振波長を含んだ発振波長帯域に基づいて定められたこと
を特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。3. The GRIN- and the quantum well structure having a barrier layer having a predetermined composition wavelength.
The structure wavelength of the optical confinement layer of the SCH structure is determined based on the structure of the optical confinement layer, and the predetermined composition wavelength includes an oscillation wavelength exhibiting the largest maximum optical output among the maximum optical outputs of the respective oscillation wavelengths within a predetermined oscillation wavelength range. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the semiconductor laser device is defined based on an oscillation wavelength band. 【請求項４】 所定の組成波長の少なくとも一つ以上の
バリア層を含んだ量子井戸構造を有する活性層と、 前記活性層の上下に該活性層を挟みこむように配置され
るＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造の光閉じ込め層と、 を備え、 前記所定の組成波長は、所定の発振波長範囲内の各発振
波長の最大光出力のうち最も大きな最大光出力を示す発
振波長を含んだ発振波長帯域に基づいて定められたこと
を特徴とする半導体レーザ装置。4. An active layer having a quantum well structure including at least one barrier layer having a predetermined composition wavelength, and a GRIN-SCH structure disposed above and below the active layer so as to sandwich the active layer. An optical confinement layer, wherein the predetermined composition wavelength is determined based on an oscillation wavelength band including an oscillation wavelength showing the largest maximum optical output among the maximum optical outputs of the respective oscillation wavelengths within a predetermined oscillation wavelength range. A semiconductor laser device characterized by the above. 【請求項５】 埋め込みヘテロ構造の半導体レーザ装置
において、 少なくとも一つ以上の量子井戸構造を有するとともに、
１．８μｍより大きい幅を有する活性層と、 前記活性層の両側に該活性層を挟みこむように配置され
るとともに、少なくともＩｎＰを含んで形成される電流
ブロッキング層と、 前記活性層の上下に該活性層を挟みこむように配置され
るＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造の光閉じ込め層と、 を備え、 前記量子井戸構造を構成するバリア層の組成波長をｘ１
（μｍ）とし、発振波長をｙ１（ｎｍ）とすると、 −１７６．５９ｘ１＋１５７６．１≦ｙ1≦１７６．５
９ｘ１＋１３１９．１ の関係を満たすことを特徴とする半導体レーザ装置。5. A semiconductor laser device having a buried hetero structure, having at least one quantum well structure,
An active layer having a width greater than 1.8 μm; a current blocking layer formed on both sides of the active layer so as to sandwich the active layer; and a current blocking layer containing at least InP. An optical confinement layer having a GRIN-SCH structure arranged so as to sandwich the active layer, and the composition wavelength of the barrier layer forming the quantum well structure is x1.
(Μm) and the oscillation wavelength is y1 (nm): −176.59 × 1 + 1576.1 ≦ y1 ≦ 176.5
A semiconductor laser device characterized by satisfying a relationship of 9 × 1 + 1319.1. 【請求項６】 さらに、前記光閉じ込め層の上下に該光
閉じ込め層を挟みこむように配置されるクラッド層を備
え、 前記活性層から前記クラッド層に至るまでの複数の層の
各バンドギャップエネルギーは、正方向または負方向に
増加することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つ
に記載の半導体レーザ装置。6. A clad layer is disposed above and below the light confinement layer so as to sandwich the light confinement layer, and band gap energies of a plurality of layers from the active layer to the clad layer are 6. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the semiconductor laser device increases in the positive direction or the negative direction. 【請求項７】 さらに、前記光閉じ込め層の上下に該光
閉じ込め層を挟みこむように配置されるクラッド層を備
え、 前記活性層から前記クラッド層に至るまでの複数の層の
各バンドギャップエネルギーは、正方向または負方向に
線形増加することを特徴とする請求項１〜５のいずれか
一つに記載の半導体レーザ装置。7. A clad layer is disposed above and below the light confinement layer so as to sandwich the light confinement layer, and band gap energies of a plurality of layers from the active layer to the clad layer are equal to each other. 6. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the semiconductor laser device linearly increases in a positive direction or a negative direction. 【請求項８】 前記光閉じ込め層は、３０〜４０ｎｍの
厚みを有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか
一つに記載の半導体レーザ装置。8. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the light confinement layer has a thickness of 30 to 40 nm. 【請求項９】 前記光閉じ込め層は、ＩｎＧａＡｓＰを
含んで形成されたことを特徴とする請求項１〜８のいず
れか一つに記載の半導体レーザ装置。9. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the optical confinement layer is formed containing InGaAsP. 【請求項１０】 前記量子井戸構造を構成する井戸層お
よびそれに隣接したバリア層からなるペアのすべてまた
は一部に、不純物がドーピングされたことを特徴とする
請求項１〜９のいずれか一つに記載の半導体レーザ装
置。10. An impurity is doped in all or a part of a pair of a well layer and a barrier layer adjacent to the well layer constituting the quantum well structure, and impurities are doped therein. The semiconductor laser device according to 1. 【請求項１１】 請求項１〜１０に記載の半導体レーザ
装置と、 前記半導体レーザ装置から出射されたレーザ光を外部に
導波する光ファイバと、 前記半導体レーザ装置と前記光ファイバとの光結合を行
なう光結合レンズ系と、 を備えたことを特徴とする半導体レーザモジュール。11. The semiconductor laser device according to claim 1, an optical fiber for guiding the laser light emitted from the semiconductor laser device to the outside, and an optical coupling between the semiconductor laser device and the optical fiber. A semiconductor laser module comprising: an optical coupling lens system for performing.