JP2009302416A - 半導体レーザ，半導体レーザモジュールおよびラマン増幅器 - Google Patents

Abstract

【目的】マルチ縦モードのレーザ光を出射することができる，新しい構造を持つ半導体レーザを提供する。
【構成】半導体基板11上の光軸方向に，発光領域10Ａと反射領域10Ｂとが直列に形成されている。発光領域10Ａには前記光軸方向に延びる活性層13ａが形成されている。他方，反射領域10Ｂには，活性層13の延長上に，前記活性層13と同一材料からなる複数のブロック体13Ａが互いに離間して周期的に形成されている。複数のブロック体13Ａは，その周囲が前記ブロック体13Ａの屈折率よりも低い屈折率を持つ上部クラッド層14，下部クラッド層12等によって取巻かれている。
【選択図】図２

Description

この発明は，複数の波長成分を含むレーザ光を出射し，かつその中心波長と帯域幅の制御性に優れた半導体レーザ，半導体レーザモジュールおよびラマン増幅器に関する。

特許文献１には，活性層の上方に回折格子が形成されたＤＦＢ(Distributed FeedBack)半導体レーザが開示されている。特許文献１には，ＤＦＢ半導体レーザからマルチ縦モードのレーザ光を出射させるために，回折格子の長さを短くすること，回折格子の周期をチャープさせることなどが記載されている。
特開２００２−２０４０２４号公報

ＤＦＢ半導体レーザにおいてマルチ縦モードのレーザ光を得るには，上述の回折格子（共振器）の長さを短くすること，または回折格子の周期をチャープさせることの他に，規格化結合係数κＬを小さくすることも知られている（特許文献２）。結合係数κは光軸方向の周期的な屈折率の変化の度合い（単位：ｃｍ^-1）を，Ｌは回折格子長（単位：ｃｍ）をそれぞれ表す。
特開２００３−２５８３７５号公報

規格化結合係数κＬを小さくするには，結合係数κまたは回折格子長Ｌを小さくすればよい。しかしながら，活性層の上方または下方に回折格子が形成されたＤＦＢ半導体レーザにおいて結合係数κを小さく制御するのは困難である。回折格子長Ｌをあまりに短くすると波長制御が困難になる。

この発明は，マルチ縦モードのレーザ光を出射することができる，新しい構造を持つ半導体レーザを提供することを目的とする。

この発明による半導体レーザは，半導体基板上に発光領域と反射領域とが光軸方向に直列に形成された，いわゆるＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector ）（分布ブラッグ反射型）半導体レーザである。この発明による半導体レーザは，前記発光領域に前記光軸方向に延びる活性層が形成されており，前記反射領域には，前記活性層の延長上に，前記活性層と同一材料からなる複数のブロック体が互いに離間して周期的に形成されている。そして，前記反射領域中の複数のブロック体は，その周囲が前記ブロック体の屈折率よりも低い屈折率を持つ半導体材料によって取巻かれており，前記発光領域の端面（前記反射領域と接する端面とは反対側の端面であるのは言うまでもない）から，マルチ縦モードのレーザ光が出射されるようになっていることを特徴とする。

この発明によると，反射領域にはブロック体（活性層と同一材料のもの）と半導体材料（活性層よりも小さい屈折率を持つもの）とが光軸方向に交互に形成されているので，光軸方向の媒質の屈折率が周期的に変化する。このため，反射領域では，発光領域の活性層において発生した光のうちの所定波長の光が反射し，あたかもそこに回折格子が形成されているかのように機能する。

また，この発明によると，反射領域において屈折率に関して周期構造を持つように形成されているのは，活性層と同一材料からなるブロック体である。このため，活性層の上方または下方（光閉込め層部分）に回折格子が形成されている従来の半導体レーザと比べると，光軸方向の媒質の屈折率差が大きい。

半導体基板上の光軸方向に発光領域と反射領域とが直列に形成された，いわゆるＤＢＲ半導体レーザでは，結合係数κが比較的大きいほど反射領域における光の反射率が大きくなり，かつ反射領域において反射される光の波長帯（反射幅）が広くなる。この発明による半導体レーザは反射領域における光軸方向の媒質の屈折率差が大きいので，光軸方向の周期的な屈折率の変化の度合い，すなわち結合係数κは大きい。このため，反射領域では複数の波長の光の反射が高効率で実現され，複数の波長スペクトルを含むレーザ光，すなわちマルチ縦モードのレーザ光を，比較的高いパワーで出射させることができる。

一実施態様では，少なくとも前記ブロック体の上方または下方に，前記半導体レーザの光軸方向に延びる光ガイド層が設けられる。半導体レーザの一端面（反射領域の端面）と反射領域との間の光の進行をガイド（アシスト）することができる。

この発明による半導体レーザは，結合係数κが比較的大きい反射領域を有していることによってマルチ縦モードのレーザ光を出射させるものであるが，あまりに結合係数κが大きいと，発振スペクトル幅を制御できず，望ましいスペクトル形状が得られない。

あまりに大きい結合係数κを小さくするには，たとえば，デューティ比ａ／Λ（ａ：ブロック体の光軸方向の幅，Λ：ブロック体および半導体層の幅（周期））を小さくすればよい。逆に結合係数κをさらに大きくするには，前記複数のブロック体のそれぞれの上層または下層に，前記ブロック体の屈折率よりも低く，かつブロック体を取巻く半導体材料の屈折率よりも高い屈折率を持つ結合係数調整層を設ければよい。結合係数調整層によって光軸方向の周期的な屈折率の変化の度合いが強められる。いずれにしても，所望の大きさの結合係数κとすることができる。

半導体レーザの上面および下面のそれぞれには，活性層に電流を流入するための電極（上面電極および下面電極）が形成される。上述のように，光は反射領域ではなく，発光領域の活性層において発生するので，上面電極および下面電極のうち少なくとも一方は，前記発光領域のみに形成するようにしてもよい。

好ましくは，前記反射領域の端面（前記発光領域と接する端面とは反対側の端面）に反射防止膜が設けられる。反射領域の端面にわずかに到達する光の反射が反射防止膜によって抑制されるので，半導体レーザから出射されるマルチ縦モードのレーザ光のスペクトルに，不要なスペクトル成分が含まれるのが防止される。

この発明は，上述した半導体レーザをパッケージングしたモジュールも提供している。この発明によるモジュールは，前記半導体レーザおよび前記半導体レーザから出射されるレーザ光を収束（集光）するレンズが筐体内に格納されており，前記筐体に接続されて前記レーザ光を前記筐体の外部に導く光ファイバを備えたものである。マルチ縦モードのレーザ光を，光ファイバから出射させることができる。

前記半導体レーザによる発熱を冷却する冷却素子を，前記筐体内に設けるようにしてもよい。

この発明による半導体レーザ（半導体レーザモジュール）は，マルチ縦モードのレーザ光を出射することができるので，ラマン増幅器における励起用光源として利用するのに適している。この発明は，前記半導体レーザモジュール，および前記半導体レーザモジュールからのレーザ光が励起光として入射し，誘導ラマン増幅を生じさせる光ファイバを備えたラマン増幅器を提供している。

図１は半導体レーザの一部破断（省略）斜視図を，図２は半導体レーザの縦断面図をそれぞれ示している。図１および図２において，分かりやすくするために，断面におけるハッチングの図示が省略され，かつｎ型ＩｎＰ（インジウム−リン）基板11の上に積層されている複数の半導体層の厚さが強調して描かれている。

半導体レーザ１は，光軸方向（半導体レーザ１の出射端面１ａと後方端面１ｂを結ぶ方向）に連なって形成された発光領域10Ａと反射領域10Ｂとを含む。発光領域10Ａの一端面がレーザ光が出射する出射端面１ａである。反射領域10Ｂの一端面が後方端面１ｂである。発光領域10Ａと反射領域10Ｂの他端面同士は互いに接している。出射端面１ａには好ましくは低反射率の反射膜（反射防止膜）（図示略）がコーティングされる。後方端面１ｂには高反射率の反射膜（図示略）をコーティングする必要はない。これは，後方端面１ｂではなく，反射領域10Ｂにおいて比較的高い反射率によって光を反射させることができるからである（詳細は後述する）。

発光領域10Ａにストライプ状の活性層13ａが形成されている。ストライプ状活性層13ａは，上部クラッド層14および下部クラッド層12によって上下から挟まれ，かつブロック層15，16によって左右から挟まれることで，光軸方向にストライプ状に（細線状に）延びており，これらの上部クラッド層14，下部クラッド層12，および電流ブロック層15，16によって活性層13ａにおいて発生する光が閉じ込められる。半導体レーザ１の上面の電極18と下面の電極19との間に電流を通電することによって，活性層13ａにおいて光が発生する。

反射領域10Ｂにおいても，上部クラッド層14および下部クラッド層12によって上下から挟まれ，かつ電流ブロック層15，16によって左右から挟まれた，ストライプ状活性層13ａと同じ組成を持つ半導体層13Ａが存在する。この半導体層13Ａは，後述するように，ストライプ状活性層13ａを，光軸方向に直交する方向に所定間隔ごとに削取ることによって形成され，これにより光軸方向に間欠的に存在している。削取られた部分には，活性層13ａの屈折率よりも小さい屈折率を持つ上部クラッド層14が埋込まれている。

間欠的に存在する半導体層13Ａは，発光領域10Ａ中のストライプ状活性層13ａにおいて発生した光を反射するように機能する。以下，間欠的に存在する半導体層13Ａのそれぞれを，ブロック体13Ａと呼ぶ。ブロック体13Ａと上部クラッド層14とが光軸方向に交互に配列されている部分（反射領域10Ｂに対応する部分）を，以下，反射構造部13Ｒと呼ぶ。

反射構造部13Ｒでは，上述のように，光軸方向にブロック体13Ａと上部クラッド層14が交互に配列されている。そして，上部クラッド層14の屈折率とブロック体13Ａの屈折率は互いに異なる（上部クラッド層14の屈折率はブロック体13Ａの屈折率よりも小さい）。すなわち，反射構造部13Ｒでは光軸方向に媒質の屈折率が周期的に変化しており，このため反射構造部13Ｒはあたかもそこに回折格子が形成されているかのように機能する。なお，ブロック体13Ａに接する他の半導体層，すなわち，下部クラッド層12，およびブロック層15，16の屈折率も，ブロック体13Ａの屈折率よりも小さい。

反射構造部13Ｒには，一般的なＤＦＢ半導体レーザのように，活性層の上層または下層（光閉込め層）に回折格子が形成されているのではなく，活性層13ａ自体（ブロック体13Ａ）が屈折率に関して周期構造を持つように形成されている。そして，活性層13ａ（ブロック体13Ａ）と，活性層13ａを取巻く半導体層，特に上部クラッド層14との屈折率差は大きい。このため，反射構造部13Ｒにおける光軸方向の周期的な屈折率の変化の度合い，すなわち結合係数κは，一般的なＤＦＢ半導体レーザ（活性層の上層または下層に回折格子が形成されているもの）と比べて大きくなる。

上述のように，半導体レーザ１の上面の電極18と，下面の電極19との間に電流を流すと，発光領域10Ａに形成されているストライプ状活性層13ａにおいて光が発生する。発生した光はストライプ状活性層13ａに沿って進行する。半導体レーザ１の出射端面１ａと反射構造部13Ｒとの間で光反射が繰返され，光が共振してレーザ光となり，出射端面１ａから出射される。

図３に示すように，光軸方向の光の進行をガイドするガイド層20（たとえば，ＩｎＧａＡｓＰ）（インジウム−ガリウム−ヒ素−リン）を，ストライプ状活性層13ａおよびブロック体13Ａの下方に設けてもよい。ガイド層20は発光領域10Ａおよび反射領域10Ｂの全体（半導体レーザ１Ａの光軸方向の全長）にわたって設けられ，これにより出射端面１ａと反射構造部13Ｒとの間の光軸方向の光の進行がガイドされる。なお，ガイド層20はストライプ状活性層13ａおよびブロック体13Ａの上方に設けてもよく，さらにはブロック体13Ａの上方または下方のみに設けてもよい。

反射構造部13Ｒにおいて反射される光の反射率Ｒは，反射構造部13Ｒの光軸方向の長さ（以下，反射構造長Ｌ_G と呼ぶ）および結合係数κに依存して変化する。さらに，反射構造部13Ｒにおける反射率Ｒは光の波長によっても異なるものとなる。

図４（Ａ）は反射構造長Ｌ_G が50μｍの反射構造部13Ｒの光の反射率のグラフを，図４（Ｂ）は反射構造長Ｌ_Gが100μｍの反射構造部13Ｒの光の反射率のグラフを，それぞれ示している。図４（Ａ），（Ｂ）のグラフにおいて，横軸はブラッグ波長からの波長の離調量λ−λ_B を，縦軸は光の反射率（０〜１）をそれぞれ表している。図４（Ａ）には結合係数κが200ｃｍ^-1 ，300ｃｍ^-1および400ｃｍ^-1であるときの３つのグラフが，破線，細線および太線によってそれぞれ区別されて示されている。図４（Ｂ）には，結合係数κが100ｃｍ^-1 ，200ｃｍ^-1および300ｃｍ^-1であるときの３つのグラフが，破線，細線および太線によってそれぞれ区別されて示されている。

図４（Ａ），図４（Ｂ）に示すグラフは，いずれもブラッグ波長λ_B を1480ｎｍ，反射構造部13Ｒにおける内部損失を０，等価屈折率ｎ_eqを３．１４として，次式を用いてシミュレーションした結果を示している。

ここでＬ_Gは反射構造長を，λ_Bはブラッグ波長を，αは単位長さあたりの内部損失を，σは離調量（波数単位）を，ｉは虚数単位を，それぞれ表す。

式１におけるγは，次式によって表される。

ここでκは結合係数を表す。

式１および式２における離調量σは，次式によって表される。

ｎ_eqは等価屈折率を表す。

図４（Ａ）および図４（Ｂ）を参照して，光の波長λがブラッグ波長λ_B と等しいとき（λ−λ_B＝０）に，最大の反射率Ｒを得ることができる。光の波長λがブラッグ波長λ_Bから離れるにしたがって反射率Ｒは小さくなる。

離調量λ−λ_B が所定波長を超えると反射率Ｒは急激に減少する。図４（Ａ）と図４（Ｂ）を対比して，反射構造長Ｌ_Gが短いと（図４（Ａ）：反射構造長Ｌ_G＝50μｍ），反射率Ｒが急激に減少する離調量λ−λ_B は大きくなる。すなわち，比較的高い反射率Ｒで反射される光の波長λの幅（反射幅）が広くなる。他方，反射構造長Ｌ_G が長いと（図４（Ｂ）：反射構造長Ｌ_G＝100μｍ），反射率Ｒが急激に減少する離調量λ−λ_B は小さくなる。すなわち，比較的高い反射率Ｒで反射される光の波長λの幅（反射幅）は狭くなる。複数の波長成分を含むレーザ光を半導体レーザ１から出力させること，すなわち，マルチモード発振を半導体レーザ１に要求する場合，反射構造長Ｌ_Gは短い方が好ましい。

反射構造長Ｌ_G を短くすると（図４（Ａ）参照），上述のように反射幅が広くなるのでマルチモード発振が実現される波長幅の光が反射構造部13Ｒにおいて反射されやすくなるが，他方において反射構造長Ｌ_G が長い場合（図４（Ｂ）参照）に比べて反射率Ｒが小さくなる。効率よくレーザ光を出射させるためには，０．９（９０％）程度の反射率Ｒが反射構造部13Ｒに求められる。光の反射率Ｒの観点からは，反射構造長Ｌ_G は長い方が都合がよい。

反射構造長Ｌ_G を長くすると（図４（Ｂ）参照），それに応じて光の発生に寄与するストライプ状活性層13ａの長さ（発光領域10Ａに対応するストライプ状活性層13ａの長さ：図１および図２参照）が相対的に短くなるので，出射されるレーザ光のパワーが減少する。高出力のレーザ光の出射を半導体レーザ１に求める場合には，反射構造長Ｌ_G は短い方が都合がよい。

以上のように，マルチモード発振のしやすさ（シングルモード発振のなりにくさ）を半導体レーザ１に求める場合には反射構造長Ｌ_G は比較的短くされる。反射率Ｒの大きさを半導体レーザ１に求める場合には反射構造長Ｌ_G は比較的長くされる。出射されるレーザ光に所定のパワーを求める場合には反射構造長Ｌ_G は比較的短される。このように，反射構造長Ｌ_Gの長さは，半導体レーザ１に要求する特性に応じて決定される。

ここで，反射構造部13Ｒにおける反射率Ｒが小さいと，ストライプ状活性層13ａにおいて発生した光が，反射構造部13Ｒではなく半導体レーザ１の後方端面１ｂにおいて多く反射されることになり，いわゆるファブリペロー発振が支配的になる。これでは，反射構造部13Ｒによるレーザ光の波長制御（波長選択性）が困難になってしまう。反射構造部13Ｒにおける波長選択性を確保するため，すなわち所望の波長（中心波長）を持つレーザ光を半導体レーザ１から出射させるためには，反射構造部13Ｒにおける光の反射率Ｒの大きさが優先される。

反射構造部13Ｒにおける光の反射率Ｒは，上述の反射構造長Ｌ_G の長さの他に，結合係数κによって制御することができる。

反射構造部13Ｒに０．９（９０％）程度の反射率Ｒを求めるとすると，図４（Ａ）を参照して，反射構造長Ｌ_Gが50μｍの場合には400ｃｍ^-1程度の結合係数κが求められる。図４（Ｂ）を参照して，反射構造長Ｌ_G が100μｍの場合には200ｃｍ^-1程度の結合係数κが求められる。

半導体レーザ１において，反射構造部13Ｒは，活性層13ａと同じ組成を持つブロック体13Ａと上部クラッド層14とが光軸方向に交互に周期的に並ぶ構造を有する。そして，ブロック体13Ａと上部クラッド層14との間の屈折率差は比較的大きい。このため，上述のように，半導体レーザ１は，活性層の上層または下層に回折格子が作成されている従来の半導体レーザに比べると光軸方向の屈折率の変化の度合いが大きく，300ｃｍ^-1 を超える比較的大きな結合係数κを実現することができる。

ここで，あまりに結合係数κが大きいと（たとえば，図４（Ｂ）の太線参照），反射帯域幅が広くなり過ぎ，発振スペクトル幅を制御できなくなってしまう。

ブロック体13Ａと上部クラッド層14とが光軸方向に交互に周期的に並ぶ構造を採用することによって比較的大きくなる結合係数κを小さくするには，図５（Ａ）に示すように，反射構造部13Ｒのデューティ比ａ／Λ（ａ：ブロック体13Ａの光軸方向の幅，Λ：ブロック体13Ａおよび上部クラッド層14の幅（周期））を小さくすることが考えられる。デューティ比ａ／Λを小さくするには，ブロック体13Ａの光軸方向の幅ａを小さくする，またはブロック体13Ａおよび上部クラッド層14の幅Λを大きくすればよいのは言うまでもない。

逆に，結合係数κをより大きくするには，図５（Ｂ）に示すように，各ブロック体13Ａの上層に，上部クラッド層14よりも高い屈折率を持つ半導体層（κ調整層）21（κ調整層21は，ブロック体13Ａの屈折率よりも低い屈折率をもつものであるのは言うまでもない）をさらに積層すればよい（この半導体レーザを符号１Ｂで示す）。光軸方向の光の屈折率の変化の度合い（結合係数κ）を大きくすることができる。なお，κ調整層21は各ブロック体13Ａの下層に設けてもよい。

図６は，反射構造長Ｌ_G が100μｍで，結合係数κが200ｃｍ^-1の反射構造部13Ｒを有する半導体レーザ１（図４（Ｂ）の実線を参照）から出射されるレーザ光のスペクトルを，横軸をレーザ光の波長，縦軸を光強度とするグラフ上に示している。

図７は半導体レーザの他の例を示している。図７に示す半導体レーザ１Ｃは，後方端面１ｂに反射防止膜（無反射膜）22が設けられている点が図１および図２に示す半導体レーザ１と異なる。

上述したように，反射構造部13Ｒにおける反射率を０．９（９０％）程度にした場合，わずかではあるが半導体レーザの後方端面１ｂにも光が到達する。図７に示すように，半導体レーザ１Ｃの後方端面１ｂに反射防止膜22を設けることによって，後方端面１ｂに達した光の反射が抑制されるので，半導体レーザ１Ｃから出射されるレーザ光のスペクトルに，不要なスペクトル成分が含まれるのを抑制することができる。

図８（Ａ）〜図１１（Ｃ）は半導体レーザ１の製造工程を示している。図８（Ａ）〜図８（Ｃ），図９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ−１）および（Ｄ）は，半導体レーザ１の出射端面１ａおよび後方端面１ｂを結ぶ光軸方向の縦断面図を示している。図９（Ｃ−２）は図９（Ｃ−１）に対応する平面図を示している。図１０（Ａ）〜（Ｄ），図１１（Ａ）〜（Ｃ）は，半導体レーザ１の光軸方向に直交する方向の縦断面図（図９（Ｄ）のＡ−Ａ線に沿う断面）を示している。これらの図面において，断面を示すハッチングの図示は省略されている。

図８（Ａ）を参照して，ｎ型ＩｎＰ（インジウム−リン）基板11を用意する。図８（Ｂ）を参照して，基板11上にｎ型ＩｎＰ下部クラッド層12を結晶成長し，その後ＩｎＧａＡｓＰ（インジウム−ガリウム−ヒ素−リン）活性層13を結晶成長する。詳細な図示は省略するが，ＩｎＧａＡｓＰ活性層13は，井戸層および障壁層を交互に複数積層した多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Multi Quantum Well）と，この多重量子井戸構造を上下から挟込む分離閉込めヘテロ構造（ＳＣＨ：Separated Confinement Heterostructure ）を有している。

図８（Ｃ）を参照して，活性層13の上面の全面にレジスト23を塗布する。

図９（Ａ）を参照して，レジスト23を電子ビーム描画法によって露光する。露光は後方端面に近い領域にのみ行われ，出射端面付近では行われない。後方端面に近い領域におけるレジスト23が，出射端面および後方端面を結ぶ方向にほぼ直交する方向に，所定間隔をあけて筋状に複数露光される。レジスト23への露光の後，現像を行い，露光によって感光した部分のレジスト23を除去する。

図９（Ｂ）を参照して，全体を硫酸および過酸化水素水を含むエッチング液に浸す。下部クラッド層12を構成するＩｎＰは，活性層13を構成するＩｎＧａＡｓＰよりもエッチング速度が極端に遅い。このため，下部クラッド層12がエッチ・ストップ層となり，レジスト23が除去された部分では活性層13までがエッチングされる。これによりブロック体13Ａが形成される。

図９（Ｃ−１）およびその平面図である図９（Ｃ−２）を参照して，全てのレジスト23を除去する。

図９（Ｄ）を参照して，ｐ型ＩｎＰ上部クラッド層14を結晶成長する。上述したエッチングによって活性層13が存在しなくなった部分が上部クラッド層14によって埋込まれる。これにより，ブロック体13Ａと上部クラッド層14が，光軸方向に交互に配列される（反射構造部13Ｒの形成）（図１，図２参照）。

図１０（Ａ），（Ｂ）（上述のように，図１０（Ａ）〜図１１（Ｃ）は半導体レーザ１の光軸方向に直交する方向の縦断面図（図９（Ｄ）のＡ−Ａ線に沿う断面）である）を参照して，プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法によって，上部クラッド層14上にＳｉＮ_xまたはＳｉＯ₂絶縁膜24を堆積し，その後，絶縁膜24上にレジスト25を塗布する。

図１０（Ｃ）を参照して，出射端面と後方端面を結ぶ光軸方向に延びるストライプ状のレジスト25ａを残してその両側のレジスト25を露光し，露光されたレジスト25を除去する。絶縁膜24上にストライプ状レジスト25ａが残る。

図１０（Ｄ）を参照して，全体をエッチング液に浸して，ストライプ状レジスト25ａによってマスクされた部分以外の絶縁膜24を除去する。上部クラッド層14の上面には，ストライプ状絶縁膜24ａおよびストライプ状レジスト25ａが残る。

図１１（Ａ）を参照して，ストライプ状レジスト25ａを除去し，ストライプ状絶縁膜24ａをエッチング・マスクとしてエッチングを行う。ストライプ状絶縁膜24ａの周囲（左右両側）において，上部クラッド層14，活性層13，下部クラッド層12，基板11がエッチングによって削られ，メサ構造が形成される。これによりストライプ状活性層13ａ（図１，図２参照）が形成される。

図１１（Ｂ）を参照して，ｐ型ＩｎＰ電流ブロック層15およびｎ型ＩｎＰ電流ブロック層16を順次結晶成長する。メサ構造の両側がこれらの電流ブロック層15，16によって埋込まれる。ストライプ状絶縁膜24ａを除去し，その後ｐ型ＩｎＰクラッド層17を結晶成長する。ｐ型ＩｎＰクラッド層17の上面に，さらにｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層を結晶成長してもよい。

図１１（Ｃ）を参照して，全体の厚さが 100μｍ程度になるまでｎ型ＩｎＰ基板11の下面（裏面）を研磨する。ｐ型ＩｎＰクラッド層17の上面全体に上面電極（ｐ型電極）18を蒸着し，ｎ型ＩｎＰ基板11の下面全体に下面電極（ｎ型電極）19を蒸着する。その後，両端面（出射端面となるべき位置および後方端面となるべき位置）を劈開する。出射端面には低光反射率の反射防止膜（図示略）をコーティングする。後方端面には必要に応じて反射率が数％程度の反射防止膜（図示略）をコーティングする。チップ１つずつに分離すると，半導体レーザ１が完成する。

上述した実施例では，半導体レーザ１の上面全体に上面電極18が，下面全体に下面電極19がそれぞれ形成されているが，光の発光に寄与するストライプ状活性層13ａに対応する範囲，すなわち，発光領域10Ａ（図２参照）のみに上面電極18および下面電極19を形成して，反射領域10Ｂの範囲には上面電極18および下面電極19を形成しないようにしてもよい。さらには，上面電極18または下面電極19のうちの一方のみを，発光領域10Ａのみに形成してもよい。

図１２は，上述した半導体レーザ１を備えた同軸型半導体レーザモジュールの一例の縦断面図を示している。

同軸型半導体レーザモジュール30はＣＡＮパッケージ２を含む。ＣＡＮパッケージ２は，３本のリード３が下方に向けて突出している円盤状ステム４と，この円盤状ステム４上に固定された中空の円筒状キャップ５とによってその外形が形成される。円筒状キャップ５の中に，半導体レーザ１と，半導体レーザ１から出射されるレーザ光を集光するレンズ６とが収められている。なお，２枚のレンズを用いた２枚レンズ系の構成としてもよい。

ＣＡＮパッケージ２は方形の底板７に固定されて用いられる。底板７の中央には段部７ａおよびねじ溝７ｂが形成されたＣＡＮ固定穴があけられており，ＣＡＮ固定穴の下方から上方に向けてＣＡＮパッケージ２を入れると，ＣＡＮパッケージ２の円盤状ステム４が段部７ａに当接する。その後，リード通し穴があけられたストッパねじ８がＣＡＮ固定穴のねじ溝７ｂにねじ止めされ，これによりＣＡＮパッケージ２は底板７に確実に固定される。底板７の左右の端部付近にねじ通し穴７ｃがあけられている。ねじ通し穴７ｃは，同軸型半導体レーザモジュール30を基板等に固定するときに用いられる。

ＣＡＮパッケージ２の円筒状キャップ５の先端部分に中空の円筒状ホルダ31が固定されている。円筒状ホルダ31の先端に，スリーブ35を介して円筒状フェルール32が固定されている。円筒状フェルール32の内部に光ファイバ33が貫通している。ＣＡＮパッケージ２，円筒状ホルダ31，円筒状フェルール32および光ファイバ33の一部を取囲む円筒状カバー34が底板７に固定されている。ＣＡＮパッケージ２内の半導体レーザ１から出射されたレーザ光は，レンズ６を通ってＣＡＮパッケージ２から出射し，ホルダ31を通って光ファイバ33に入射する。

図１３は半導体レーザ１を備えたバタフライ型半導体レーザモジュール40の一例の側断面図を示している。半導体レーザモジュール40は，内部が中空の直方体状のパッケージ（筐体）を備え，パッケージの内部に，半導体レーザ１，半導体レーザ１から出射されるレーザ光を集光するレンズ41，戻り光を防止するアイソレータ42，半導体レーザ１の後方端面からわずかに出射する光を受光して半導体レーザ１の動作をモニタする受光素子43が格納されている。半導体レーザ１はサブマウント44上に載置され，レンズ41はレンズホルダ45に保持され，受光素子43はＰＤサブマウント46上に載置されている。サブマウント44，レンズホルダ45，ＰＤサブマウント46およびアイソレータ42が，基板47上に固定されている。

パッケージ内部の底面にペルチェ素子48が固定されている。このペルチェ素子48上に，上述した半導体レーザ１，レンズ41，アイソレータ42および受光素子43が搭載された基板47が固定されている。

パッケージの前壁面に，半導体レーザ１から出射されるレーザ光を外部に導くための円形の出射口が形成されており，その手前側には窓ガラス52が取り付けられている。光ファイバ50が中心に配置された円筒状フェルール49が，スリーブ53によってパッケージの前壁面に固定され，さらに円筒状フェルール49の全体および光ファイバ50の一部を取り囲む円筒状のカバー51が，前壁面に固定されている。半導体レーザ１から出射されたレーザ光は，レンズ41，アイソレータ42および窓ガラス52を通ってパッケージの前壁面に達し，光ファイバ50に入射する。

半導体レーザ１は，上述のように，マルチ縦モードのレーザ光を出射することができる（図６参照）。マルチ縦モードのレーザ光は半導体レーザ１の内部に形成された反射構造部13Ｒ（ブロック体13Ａと上部クラッド層14の配列構造）における複数波長の光の反射によって実現されるので，出射されるレーザ光の波長安定性は高く，比較的パワーの大きいレーザ光を出射させることができる。このため，半導体レーザ１（半導体レーザ１を備えた同軸型半導体レーザモジュール30またはバタフライ型半導体レーザモジュール40）は，ラマン増幅器，材料分析器等に応用することでができる。

図１４は，上述した半導体レーザモジュール40を励起光用光源として用いたラマン増幅器のブロック図を示している。

ラマン増幅器60では，半導体レーザモジュール40から出射されたレーザ光は，励起光としてカプラ61を通じて増幅用光ファイバ62に入力する。増幅用光ファイバ62において誘導ラマン散乱が生じ，レーザ光の波長（励起光波長）から約１００ｎｍ程度長波長側に利得が生じる。増幅用光ファイバ62に信号光が入射すると，増幅用光ファイバ62中に生じた利得によって信号光が増幅される（ラマン増幅）。半導体レーザモジュール40に含まれる半導体レーザ１は，比較的パワーの高いマルチ縦モードのレーザ光を出射することができるので，増幅用光ファイバ62において誘導ブルリアン散乱が生じにくく，信号光を長距離にわたって伝送することができる。

半導体レーザの一部破断斜視図を示す。 半導体レーザの断面図を示す。 半導体レーザの他の例を示す断面図である。 （Ａ），（Ｂ）は，反射構造部における光の反射率を示すグラフをそれぞれ示す。 （Ａ）は反射構造部の拡大断面図を，（Ｂ）は半導体レーザの他の例を示す断面図を，それぞれ示す。 半導体レーザから出射されるレーザ光のスペクトルを示す。 半導体レーザの他の例を示す断面図である。 （Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）は半導体レーザの製造工程を示す。 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ−１）および（Ｃ−２），ならびに（Ｄ）は半導体レーザの製造工程を示す。 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ）および（Ｄ）は半導体レーザの製造工程を示す。 （Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）は半導体レーザの製造工程を示す。 同軸型半導体レーザモジュールの縦断面図である。 バタフライ型半導体レーザモジュールの側断面図である。 ラマン増幅器のブロック図を示す。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 半導体レーザ
10Ａ 発光領域
10Ｂ 反射領域
12 下部クラッド層
13ａ ストライプ状活性層
13Ａ ブロック体
13Ｒ 反射構造部
14 上部クラッド層
15，16 電流ブロック層
18 上面電極
19 下面電極
20 ガイド層
21 κ調整層
22 反射防止膜
30，40 半導体レーザモジュール
60 ラマン増幅器

Claims (8)

1. 半導体基板上に，発光領域と反射領域とが光軸方向に直列に形成された半導体レーザであって，
   前記発光領域には，前記光軸方向に延びる活性層が形成されており，
   前記反射領域には，前記活性層の延長上に，前記活性層と同一材料からなる複数のブロック体が互いに離間して周期的に形成されており，
   前記複数のブロック体は，その周囲が前記ブロック体の屈折率よりも低い屈折率を持つ半導体材料によって取巻かれており，
   前記発光領域の端面からマルチ縦モードのレーザ光が出射されるようになっていることを特徴とする，
   半導体レーザ。
2. 少なくとも前記ブロック体の上方または下方に，前記半導体レーザの光軸方向に延びる光ガイド層が設けられている，
   請求項１に記載の半導体レーザ。
3. 前記複数のブロック体のそれぞれの上層または下層に，前記ブロック体の屈折率よりも低く，かつ前記半導体材料の屈折率よりも高い屈折率を持つ結合係数調整層が設けられている，
   請求項１に記載の半導体レーザ。
4. 前記活性層において光を発生させるための電流を流入する，前記半導体レーザの上面および下面にそれぞれ形成される上面電極および下面電極のうち，少なくとも一方が前記発光領域のみに形成されている，
   請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体レーザ。
5. 前記反射領域の端面に反射防止膜が設けられている，
   請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体レーザ。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体レーザ，および前記半導体レーザから出射されるレーザ光を収束するレンズが筐体内に格納されており，
   前記筐体に接続され，前記レーザ光を前記筐体の外部に導く光ファイバを備えている，
   半導体レーザモジュール。
7. 前記半導体レーザを冷却する冷却素子をさらに備えた，
   請求項６に記載の半導体レーザモジュール。
8. 請求項６または７に記載の半導体レーザモジュール，および
   前記半導体レーザモジュールからのレーザ光が励起光として入射し，誘導ラマン増幅を生じさせる光ファイバ，
   を備えたラマン増幅器。

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