JP4372377B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体レーザ装置、特にリッジ型光導波路を有する半導体レーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は、IEEE J.Quantum Electron,vol.27,pp.1560〜1567,June,1991 (H.Jaeckle,G.L.Bone,P.Buchmann,H.P.Meier,P.Vettiger,W.J.Kozlovsky,and W.Lenth,"Very high power(450mW) AlGaAs SQW-GRINSCH ridge laser with frequency doubled output(41mW at 428 nm)")で開示された従来のリッジ型半導体レーザ装置の構成を示す断面図である。
この図において、１０１はn-GaAs基板、１０２は基板の一面に形成されたGe-Au-Niのｎ側電極、１０３は基板の他面側に形成された超格子バッファ層、１０４はn-AlGaAsクラッド層、１０５はn-AlGaAsグレーディッドガイド層、１０６はGaAs量子井戸活性層、１０７はp-AlGaAsグレーディッドガイド層、１０８はp-AlGaAsクラッド層で、リッジ型光導波路１０８Ａを有する。
１０９はＳｉ３Ｎ４絶縁膜で、リッジ領域１０８Ａの上面を除くクラッド層１０８の上面に形成されている。１１０はリッジ領域１０８Ａの上面に形成されたp-GaAsキャップ層、１１１はTi-Pt-Auのｐ側電極、１１２はリッジ領域の外側でｐ側電極１１１に設けられた金線である。
【０００３】
図１３に示すように、金線１１２は屈折率の低いリッジ部分の外側に設けられている。これは、通常のリッジ幅が数μｍであるのに対して金線１１２のワイヤボンド時におけるボール部分の直径が１００μｍ程度と大きいので、リッジ上に打つことができないためである。一方、GaAs量子井戸活性層１０６はチップ全体にわたって存在するため、リッジ部分とその外側では、量子井戸活性層１０６までの距離が異なる。このため、リッジ部分の外側で金線１１２をワイヤボンドすると、ワイヤボンド時に発生したダメージが容易に金線下の量子井戸活性層１０６に達し、その後、発光領域の量子井戸活性層まで進行して劣化が発生しやすくなることがあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体レーザ装置は以上のように構成されているので、金線１１２のワイヤボンド時に発生したダメージが容易に量子井戸活性層１０６に達し、半導体レーザ装置の劣化を引き起こすという問題点があった。
また、上記劣化を抑制するために、低屈折率領域の外側に高い屈折率の領域を設けた構成の半導体レーザ装置が見られるが、この場合には、基本モード自身がカットオフされるという問題点があった。
さらに、基本モードが導波されるようにした構成の半導体レーザで、ファイバーグレーティングを設けて波長安定化を図った半導体レーザモジュールにおいて、光出力特性に非線形性（キンク）が生じるという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、金線をワイヤボンドした際のダメージを低減すると共に、半導体レーザの基本モードをカットオフすることなく伝搬し、また、ファイバーグレーティングを設けて半導体レーザの発振波長の安定化を図った半導体レーザモジュールにおいて、光出力キンクを抑制することができる半導体レーザ装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る半導体レーザ装置は、リッジ型光導波路の外側に所定幅の低屈折率領域を設けると共に、上記低屈折率領域の更に外側に上記低屈折率領域の屈折率より高い屈折率の高屈折率領域を設けた半導体レーザ装置において、上記リッジ型光導波路に設けられた上部クラッド層と、上記高屈折率領域に設けられた上部クラッド層とが、同じ層からなり、上記リッジ型光導波路と上記低屈折率領域で決まる正規化周波数をπ／４以下にし、かつ上記低屈折率領域と高屈折率領域の境界における光の電界強度を、上記リッジ型光導波路の中央部における光の電界強度の５／１０００以下としたものである。
【０００７】
この発明に係る半導体レーザ装置は、リッジ型光導波路の外側に所定幅の低屈折率領域を設けると共に、上記低屈折率領域の更に外側に上記低屈折率領域の屈折率より高い屈折率の高屈折率領域を設けた半導体レーザ装置において、上記リッジ型光導波路に設けられた上部クラッド層と、上記高屈折率領域に設けられた上部クラッド層とが、同じ層からなり、上記リッジ型光導波路と上記低屈折率領域で決まる正規化周波数をπ／４以下にし、かつ上記低屈折率領域の幅を発振波長の１０倍以上としたものである。
【０００８】
この発明に係る半導体レーザ装置は、リッジ型光導波路の外側に所定幅の低屈折率領域を設けると共に、上記低屈折率領域の更に外側に上記低屈折率領域の屈折率より高い屈折率の高屈折率領域を設けた半導体レーザ装置において、上記リッジ型光導波路に設けられた上部クラッド層と、上記高屈折率領域に設けられた上部クラッド層とが、同じ層からなり、上記リッジ型光導波路と上記低屈折率領域で決まる正規化周波数をπ／４以下にし、かつ上記低屈折率領域と高屈折率領域の境界における光の電界強度を、上記リッジ型光導波路の中央部における光の電界強度の５／１０００以下にすると共に、上記半導体レーザからの出射光を導入するファイバーと、このファイバー内に設けられ、上記半導体レーザと共に共振器を構成するファイバーグレーティングとを備えたものである。
【０００９】
この発明に係る半導体レーザ装置は、リッジ型光導波路の外側に所定幅の低屈折率領域を設けると共に、上記低屈折率領域の更に外側に上記低屈折率領域の屈折率より高い屈折率の高屈折率領域を設けた半導体レーザ装置において、上記リッジ型光導波路に設けられた上部クラッド層と、上記高屈折率領域に設けられた上部クラッド層とが、同じ層からなり、上記リッジ型光導波路と上記低屈折率領域で決まる正規化周波数をπ／４以下にし、かつ上記低屈折率領域の幅を発振波長の１０倍以上にすると共に、上記半導体レーザからの出射光を導入するファイバーと、このファイバー内に設けられ、上記半導体レーザと共に共振器を構成するファイバーグレーティングとを備えたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下，この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。図１は、実施の形態１の構成を示す断面図である。この図において、１はｎ-GaAs基板、２は基板の一面に形成されたｎ側電極、３は基板の他面に形成されたn-AlGaAsクラッド層、４はアンドープｎ側AlGaAsガイド層、５はアンドープｎ側GaAsガイド層、６はアンドープInGaAs量子井戸活性層、７はアンドープGaAsバリア層、８はアンドープｐ側GaAsガイド層、９はアンドープｐ側AlGaAsガイド層、１０はｐ−AlGaAsクラッド層、１１はｐ−GaAsキャップ層で、クラッド層１０及びキャップ層１１の一部をエッチングすることによってリッジ型光導波路領域１５及びその外側に低屈折率領域１６を形成している。１２はキャップ層１１及びクラッド層１０の上部に形成されたSi3N4 絶縁膜、１３はｐ側電極、１７は低屈折率領域１６の外側に形成された高屈折率領域、１４は高屈折率領域１７にワイヤボンド接続された金線である。各領域の境界については後述する。
【００１１】
この実施の形態は、リッジ領域１５の外側に低屈折率領域１６を設けているので、レーザ光をリッジ領域に効率的に閉じ込めることができる。
また、電流の閉じ込めはSi3N4 絶縁膜１２に図示のような開口１２Ａを設けることで可能となる。
また、低屈折率領域１６の外側に高屈折率領域１７を設け、高屈折率領域１７の上に金線１４をワイヤボンドする構成としているため、低屈折率領域１６における量子井戸活性層６までの距離はｔｌであるのに対して，高屈折率領域１７での量子井戸活性層６までの距離はｔ２と大きくなっている。このため、金線１４をワイヤボンドした時に生じるダメージは、金線１４の直下の量子井戸活性層６まで進行しにくくなり、ひいては量子井戸活性層６を伝搬してリッジ領域１５の直下の量子井戸活性層６を劣化させることを抑制することが可能となる。
なお、この実施の形態では、リッジ領域１５と高屈折率領域１７の構造を同一とし、p-GaAsキャップ層１１及びｐ-AlGaAsクラッド層１０の一部をエッチング することで、低屈折率領域１６を形成しているが、リッジ領域１５と高屈折率領域１７の構造が同一でなくても同様な効果を期待することができる。
【００１２】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。図２は、実施の形態２の説明図で、（ａ）は実施の形態２の構成を示す断面図、（ｂ）は（ａ）におけるｙ方向の光の電界強度（以下、単に電界強度と云う）分布を示す図である。
この図において、図１と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。図２において、１８はレーザ光の発光パターン（パワー）を示すものである。また、図３は、実施の形態２における半導体レーザの図２（ａ）におけるｙ方向の屈折率分布、電界強度分布及び伝搬定数の関係を示す図である。
この図において、太い実線が屈折率分布、破線が電界強度分布、βが伝搬定数をそれぞれ示す。また、yo及び−yoは低屈折率領域１６と高屈折率領域１７との境界を示し、yoより大きいyの範囲及び−yoより小さいyの範囲が高屈折率領域１７となる。
【００１３】
レーザ光は、ｙ方向に関してはリッジ領域１５と低屈折率領域１６との屈折率差により、また、ｘ方向に関しては量子井戸活性層６、バリア層７、ガイド層４、５、８、９及びクラッド層３、１０の屈折率差により閉じ込められ、図２（ａ）に示すような楕円形状となる。ｙ方向のみを見ると、リッジ領域１５の電界強度は余弦(cosine)形で変化する。一方、低屈折率領域１６は指数関数(exponential)で低下するが、有限な距離においては決してゼロとなることはない。
このため、図３に示すように、低屈折率領域１６の外側に高屈折率領域１７を設けると、高屈折率領域で余弦(cosine)あるいは正弦 (sine)の振動解を有することとなり、光がｚ方向に伝搬するに従いその電力（パワー）を失い、終いにはモードとして存在し得なくなる。このことは、以下の波動方程式（１）からも理解することが可能である。
【００１４】
【数１】
【００１５】
つまり、（１）式において、k0 2n2(y)-β２＞0 の領域では振動解が存在し、k0 2n2(y)-β２＜0の領域では減衰解となる。
このため、高屈折率領域１７では振動解となる。
高屈折率領域１７がない場合の基本モードを算出し、y＝０つまりリッジ領域１５の中央における電界強度のピークＡに対して、低屈折率領域１６と高屈折率領域１７の境界ｙ＝±yoでの電界強度ＢがＡの８／１０００である場合に、高屈折率領域１７が存在する屈折率構造の電界分布をＢＰＭ(Beam Propagation Method)により計算したところ、Ｚ方向に伝搬するに従い電界強度は小さくなって減衰し，終いには消滅することを確認した。
一方、ｙ＝±yoでの電界強度ＢがＡの５／１０００以下である場合には、Ｚ方向に伝搬しても電界強度の減衰は殆どなく安定な固有モードが存在することが分かった。従って、この実施の形態は、低屈折率領域１６と高屈折率領域１７の境界における電界強度をリッジ領域中央における電界強度の５／１０００以下にして、安定な基本モードを存在させようとするものである。
なお、後述するように、リッジ領域１５とその外側の低屈折率領域１６で決まる正規化周波数をπ／４以下とし、かつ電界強度を上述のようにすれば、高次モードの抑圧が可能となる。
【００１６】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３を図にもとづいて説明する。図４は、実施の形態３の構成を示す断面図である。この図において、１８ａは発振波長がλの半導体レーザの発光パターンである。また、Ｗｂは、低屈折率領域１６の幅を示し、２Ｔはリッジ領域１５の底部幅を示す。即ち、２Ｔの範囲がリッジ領域であり、２Ｔの外側は低屈折率領域となる。図５は、リッジ領域１５及び低屈折率領域１６の屈折率分布を示す図である。
通常、低屈折率領域１６と高屈折率領域１７の境界における電界強度がリッジ領域１５の中央における電界強度に比べてどの程度になるかは、リッジ領域１５の２次元屈折率分布及び低屈折率領域１６の２次元屈折率分布に依存するため、その値を正確に予測することは数値解析によらなければ難しい。そこで半導体レーザの発振波長λとの関係で、基本モードがカットオフされない条件の算出を行なった。図５に示すように、リッジ領域１５は台形であるため、その屈折率分布も破線で示すような台形分布となる。この場合、リッジ領域１５の底部幅２Ｔ（Ｔ＋Ｔ）で、かつそのピークの屈折率がna effである矩形屈折率分布で近似することが可能である。
このような矩形屈折率分布の場合のｙ方向電界分布は、次式のように表せる。ただし、これらの式は周知の式である。
【００１７】
【数２】
【００１８】
基本モードのみが許容され高次モードが伝搬されないためには、正規化周波数ｖはπ／４以下であることが必要である。v=π／４はtan(u)が発散する最初の枝であり、式（３）と（４）の交点として求められる。vがπ／４以下の場合には式（３）と（４）の交点は１個所となり、基本モードのみが発振する。また、光密度をできるだけ低減し、かつ動作電圧を低下させるため、リッジ領域１５の底部幅２Ｔは可能な限り大きくすることが望ましいので、通常はｖ≒π／４程度にする場合が多い。
よって、リッジ領域の幅２Ｔ、低屈折率領域１６の屈折率ｎｃが既知の場合、リッジ領域１５の等価屈折率na effが分かる。上記の式（３）及び（４）を解くことにより、電界分布が式（２）から得られる。次に、この電界分布を次式に示すスポットサイズωoのガウス波で近似することとする。
【００１９】
【数３】
パワーが一定となるように近似すると、スポットサイズωoは次式のようになる。
【００２０】
【数４】
【００２１】
２Ｔ＝3.5μｍ、na eff＝3.4554、ｎｃ＝3.4524 の時、スポットサイズωoは2.46μｍとなる。よって、低屈折率領域１６の幅Ｗb＝１０μｍのときの低屈折率領域１６と高屈折率領域１７の境界ｙｏにおける電界強度分布は、 式（５）より求まり、リッジ領域中央部の１０−１０以下となり十分に小さくなることが分かる。
よって、実施の形態３は、低屈折率領域１６の幅を発振波長の１０倍以上とすることにより、安定な基本モードのみを得るようにしたものである。因みに、ＢＰＭによる計算でも安定な基本モードが確認できている。
【００２２】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４を図にもとづいて説明する。図６は、実施の形態４を説明するための従来型半導体レーザモジュールを示す概略図である。
この図において、２０は半導体レーザ、２１は反射率がRrである半導体レーザの後端面、２２は反射率がRfである半導体レーザの前端面、２３は半導体レーザの光導波路領域、２４はレンズ、２５は光ファイバー、２６は反射率がRfgであるファイバーグレーティングである。図７は、半導体レーザ及び半導体レーザモジュールの光出力電流特性を示す特性図、図８は、ファイバーグレーティング２６からの戻り光が半導体レーザ２０に位置ズレして入射する様子を示した図で、（ａ）は断面構造、（ｂ）はｙ方向の屈折率分布を示す。図９は、実施の形態４の半導体レーザモジュールの構成を示す概略図である。
【００２３】
この図において、２０ａは低屈折率領域１６と高屈折率領域１７の境界における電界強度が、リッジ領域１５の中央部における電界強度の５／１０００以下である半導体レーザ、あるいはリッジ領域１５と低屈折率領域１６とで決まる正規化周波数をπ／４以下にし、かつ低屈折率領域１６と高屈折率領域１７の境界における電界強度が、リッジ領域１５の中央部における電界強度の５／１０００以下である半導体レーザである。
【００２４】
図６に示すように、半導体レーザの発振波長を安定化するため、ファイバー２５内にファイバーグレーティング２６を設けて特定の波長を反射させ、かつ半導体レーザ前端面２２を低反射率、半導体レーザ後端面２１を高反射率とすることで、ファイバーグレーティング２６と半導体レーザ後端面２１間で共振器を構成する。レンズ２４は、半導体レーザ２０からの出射光を効率良くファイバー２５に入れるためのもので、このときの結合効率をηで表わす。
図７に示すように、半導体レーザ２０のみからの光出力は、半導体レーザ２０ に注入する電流に比例して増加する。ただし、注入電流を増加すると、半導体レーザ２０の量子井戸活性層近傍の温度が上昇することで屈折率の増加を招く。
この結果、量子井戸活性層近傍と周囲との屈折率差が大きくなって高次モードが発生し、光出力に非線形な変化、つまり半導体レーザキンクを生じる。
一方、半導体レーザモジュールをみると、半導体レーザキンク以下では半導体レーザ出力のη倍がモジュールから出力されるが、半導体レーザキンク以上では半導体レーザ内で発生した高次モードはファイバー２５に結合しにくいので、最早結合効率ηを保つことができない。さらに、半導体レーザキンク以下においても、モジュールキンクが生じる場合がある。
【００２５】
上記のモジュールキンクは、図８に示すように、ファイバーグレーティング２６ からの戻り光が位置ズレして半導体レーザ２０に入射する場合に、半導体レーザ２０の基本モード以外の無限に存在する放射モード( 伝搬定数ρ) に結合することによっても発生すると考えられている。よって、この放射モードに結合する割合を低減すれば、モジュールキンクを抑制することが可能となる。
図９は、この発明の実施の形態４の半導体レーザモジュールを示す図である。低屈折率領域１６と高屈折率領域１７の境界における電界強度が、リッジ領域１５の中央部における電界強度の５／１０００以下である半導体レーザあるいはリッジ領域１５と低屈折率領域１６とで決まる正規化周波数をπ／４以下にし、かつ低屈折率領域１６と高屈折率領域１７の境界における電界強度がリッジ領域１５の中央部における電界強度の５／１０００以下である半導体レーザとファイバーグレーティング２６とを組み合わせたものである。
【００２６】
実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５を図にもとづいて説明する。図１０は、実施の形態５の半導体レーザモジュールの構成を示す概略図である。
この図において、２０ｂは低屈折率領域１６の幅が発振波長の１０倍以上である半導体レーザ、あるいはリッジ領域１５と低屈折率領域１６とで決まる正規化周波数をπ／４以下にし、かつ低屈折率領域１６の幅が発振波長の１０倍以上である半導体レーザである。図１１は、ファイバーグレーティング２６からの戻り光が角度ズレして入射する様子を示した図であり、（ａ）は半導体レーザの断面構造を示す図、（ｂ）はｙ方向の屈折率分布を示す図、（ｃ）は入射光の状況を示したもので、θは半導体レーザ内での波面の傾きを示すものである。
図１２は、低屈折率領域１６の幅が発振波長の１０倍以上である半導体レーザにおいて、ファイバーグレーティング２６からの戻り光が角度ズレして入射した場合の基本モードへの結合効率を角度ズレ量の関数としてＢＰＭ法により求めた結果を示した図である。
低屈折率領域の幅が発振波長の１０倍以上の時は、これ以上低屈折率領域の幅を広げても高屈折率領域の影響を受けることがないので、これ以上結合効率が増加することはない。低屈折率領域の幅が発振波長の１０倍以下の特性は一例を示したものである。
【００２７】
モジュールキンクは、図１１に示すように、ファイバーグレーティング２６からの戻り光が角度ズレして半導体レーザ２０ｂに入射する場合に、半導体レーザ２０ｂの基本モード以外の無限に存在する放射モード( 伝搬定数ρ)に結合するときにも生じると考えられる。従って、この放射モードに結合する割合を低減すれば、モジュールキンクを抑制することが可能となる。
図１０は、実施の形態５の半導体レーザモジュールの構成を示す概略図である。低屈折率領域１６の幅が発振波長の１０倍以上である半導体レーザ２０ｂ、あるいはリッジ領域１５と低屈折率領域１６とで決まる正規化周波数をπ／４以下にし、かつ低屈折率領域１６の幅が発振波長の１０倍以上である半導体レーザ２０ｂとファイバーグレーティング２６とを組み合わせたものである。
図１２に示すように、低屈折率領域１６の幅を発振波長の１０倍以上にすると、戻り光が半導体レーザの基本モードに結合する割合が増加する。つまり放射モードに結合する量が減少するため、半導体レーザモジュールのモジュールキンクを抑制することが可能となる。
【００２８】
【発明の効果】
この発明に係る半導体レーザ装置は、リッジ型光導波路を有する半導体レーザ装置において、リッジ型光導波路の外側に低屈折率領域を設けると共に、低屈折率領域の更に外側に低屈折率領域の屈折率より高い屈折率の高屈折率領域を設けたものであるため、高屈折率領域は、量子井戸活性層からの距離を低屈折率領域よりも大きくすることができる結果、高屈折率領域に金線をワイヤボンドした時に生じるダメージを低減することができる。
【００２９】
この発明に係る半導体レーザ装置は、また、リッジ型光導波路の外側に低屈折率領域を設けると共に、低屈折率領域の更に外側に低屈折率領域の屈折率より高い屈折率の高屈折率領域を設けた半導体レーザ装置において、リッジ型光導波路と低屈折率領域で決まる正規化周波数をπ／４以下にし、かつ低屈折率領域と高屈折率領域の境界における電界強度を、リッジ型光導波路の中央部における電界強度の５／１０００以下としたため、半導体レーザの基本モードをカットオフすることなく伝搬することができる。
【００３０】
この発明に係る半導体レーザ装置は、また、リッジ型光導波路の外側に低屈折率領域を設けると共に、低屈折率領域の更に外側に低屈折率領域の屈折率より高い屈折率の高屈折率領域を設けた半導体レーザ装置において、リッジ型光導波路と低屈折率領域で決まる正規化周波数をπ／４以下にし、かつ低屈折率領域の幅を発振波長の１０倍以上としたため、半導体レーザの基本モードをカットオフすることなく伝搬することができる。
【００３１】
この発明に係る半導体レーザ装置は、また、リッジ型光導波路の外側に低屈折率領域を設けると共に、低屈折率領域の更に外側に低屈折率領域の屈折率より高い屈折率の高屈折率領域を設けた半導体レーザ装置において、低屈折率領域と高屈折率領域の境界における電界強度を、リッジ型光導波路と低屈折率領域で決まる正規化周波数をπ／４以下にし、かつ低屈折率領域と高屈折率領域の境界における電界強度を、リッジ型光導波路の中央部における電界強度の５／１０００以下にすると共に、半導体レーザからの出射光を導入するファイバーと、このファイバー内に設けられ、半導体レーザと共に共振器を構成するファイバーグレーティングとを備えたものであるため、半導体レーザの発振波長の安定化を図ると共に、半導体レーザモジュールの光出力キンクを抑制することができる。
【００３２】
この発明に係る半導体レーザ装置は、また、リッジ型光導波路の外側に低屈折率領域を設けると共に、低屈折率領域の更に外側に低屈折率領域の屈折率より高い屈折率の高屈折率領域を設けた半導体レーザ装置において、リッジ型光導波路と低屈折率領域で決まる正規化周波数をπ／４以下にし、かつ低屈折率領域の幅を発振波長の１０倍以上にすると共に、半導体レーザからの出射光を導入するファイバーと、このファイバー内に設けられ、半導体レーザと共に共振器を構成するファイバーグレーティングとを備えたものであるため、半導体レーザの発振波長の安定化を図ると共に、半導体レーザモジュールの光出力キンクを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１の構成を示す断面図である。
【図２】 この発明の実施の形態２の説明図で、（ａ）は実施の形態２の構成を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の図におけるｙ方向の電界強度分布を示す図である。
【図３】 この発明の実施の形態２における半導体レーザのｙ方向の屈折率分布、電界強度分布及び伝搬定数の関係を示す図である。
【図４】 この発明の実施の形態３の説明図で、半導体レーザの構成を示す断面図である。
【図５】 リッジ領域及び低屈折率領域の屈折率分布を示す図である。
【図６】 この発明の実施の形態４を説明するための従来型半導体レーザモジュールを示す概略図である。
【図７】 半導体レーザ及び半導体レーザモジュールの光出力電流特性を示す図である。
【図８】 ファイバーグレーティングからの戻り光が半導体レーザに位置ズレして入射する様子を示した図で、（ａ）は断面構造、（ｂ）はｙ方向の屈折率分布を示す。
【図９】 この発明の実施の形態４の半導体レーザモジュールの構成を示す概略図である。
【図１０】 この発明の実施の形態５の半導体レーザモジュールの構成を示す概略図である。
【図１１】 ファイバーグレーティングからの戻り光が角度ズレして入射する様子を示した図で、（ａ）は半導体レーザの断面構造を示す図、（ｂ）はｙ方向の屈折率分布を示す図、（ｃ）は入射光の状況を示すものである。
【図１２】 低屈折率領域幅が発振波長の１０倍以上である半導体レーザ において、ファイバーグレーティングからの戻り光が角度ズレして入射した場合の基本モードへの結合効率を角度ズレ量の関数として示した図である。
【図１３】 従来のリッジ型半導体レーザの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ｎ-GaAs基板、 ６ アンドープInGaAs量子井戸活性層、 １４ 金線、 １５ リッジ領域、 １６ 低屈折率領域、 １７ 高屈折率領域、 １８ レーザ光の発光パターン、 ２０ 半導体レーザ、 ２１ 半導体レーザの後端面、 ２２ 半導体レーザの前端面、 ２５ 光ファイバー、 ２６ ファイバーグレーティング。
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体レーザ装置、特にリッジ型光導波路を有する半導体レーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は、IEEE J.Quantum Electron,vol.27,pp.1560〜1567,June,1991 (H.Jaeckle,G.L.Bone,P.Buchmann,H.P.Meier,P.Vettiger,W.J.Kozlovsky,and W.Lenth,"Very high power(450mW) AlGaAs SQW-GRINSCH ridge laser with frequency doubled output(41mW at 428 nm)")で開示された従来のリッジ型半導体レーザ装置の構成を示す断面図である。
この図において、１０１はn-GaAs基板、１０２は基板の一面に形成されたGe-Au-Niのｎ側電極、１０３は基板の他面側に形成された超格子バッファ層、１０４はn-AlGaAsクラッド層、１０５はn-AlGaAsグレーディッドガイド層、１０６はGaAs量子井戸活性層、１０７はp-AlGaAsグレーディッドガイド層、１０８はp-AlGaAsクラッド層で、リッジ型光導波路１０８Ａを有する。
１０９はＳｉ３Ｎ４絶縁膜で、リッジ領域１０８Ａの上面を除くクラッド層１０８の上面に形成されている。１１０はリッジ領域１０８Ａの上面に形成されたp-GaAsキャップ層、１１１はTi-Pt-Auのｐ側電極、１１２はリッジ領域の外側でｐ側電極１１１に設けられた金線である。
【０００３】
図１３に示すように、金線１１２は屈折率の低いリッジ部分の外側に設けられている。これは、通常のリッジ幅が数μｍであるのに対して金線１１２のワイヤボンド時におけるボール部分の直径が１００μｍ程度と大きいので、リッジ上に打つことができないためである。一方、GaAs量子井戸活性層１０６はチップ全体にわたって存在するため、リッジ部分とその外側では、量子井戸活性層１０６までの距離が異なる。このため、リッジ部分の外側で金線１１２をワイヤボンドすると、ワイヤボンド時に発生したダメージが容易に金線下の量子井戸活性層１０６に達し、その後、発光領域の量子井戸活性層まで進行して劣化が発生しやすくなることがあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体レーザ装置は以上のように構成されているので、金線１１２のワイヤボンド時に発生したダメージが容易に量子井戸活性層１０６に達し、半導体レーザ装置の劣化を引き起こすという問題点があった。
また、上記劣化を抑制するために、低屈折率領域の外側に高い屈折率の領域を設けた構成の半導体レーザ装置が見られるが、この場合には、基本モード自身がカットオフされるという問題点があった。
さらに、基本モードが導波されるようにした構成の半導体レーザで、ファイバーグレーティングを設けて波長安定化を図った半導体レーザモジュールにおいて、光出力特性に非線形性（キンク）が生じるという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、金線をワイヤボンドした際のダメージを低減すると共に、半導体レーザの基本モードをカットオフすることなく伝搬し、また、ファイバーグレーティングを設けて半導体レーザの発振波長の安定化を図った半導体レーザモジュールにおいて、光出力キンクを抑制することができる半導体レーザ装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る半導体レーザ装置は、リッジ型光導波路の外側に所定幅の低屈折率領域を設けると共に、上記低屈折率領域の更に外側に上記低屈折率領域の屈折率より高い屈折率の高屈折率領域を設けた半導体レーザ装置において、上記リッジ型光導波路に設けられた上部クラッド層と、上記高屈折率領域に設けられた上部クラッド層とが、同じ層からなり、上記リッジ型光導波路と上記低屈折率領域で決まる正規化周波数をπ／４以下にし、かつ上記低屈折率領域と高屈折率領域の境界における光の電界強度を、上記リッジ型光導波路の中央部における光の電界強度の５／１０００以下としたものである。
【０００７】
この発明に係る半導体レーザ装置は、リッジ型光導波路の外側に所定幅の低屈折率領域を設けると共に、上記低屈折率領域の更に外側に上記低屈折率領域の屈折率より高い屈折率の高屈折率領域を設けた半導体レーザ装置において、上記リッジ型光導波路に設けられた上部クラッド層と、上記高屈折率領域に設けられた上部クラッド層とが、同じ層からなり、上記リッジ型光導波路と上記低屈折率領域で決まる正規化周波数をπ／４以下にし、かつ上記低屈折率領域の幅を発振波長の１０倍以上としたものである。
【０００８】
この発明に係る半導体レーザ装置は、リッジ型光導波路の外側に所定幅の低屈折率領域を設けると共に、上記低屈折率領域の更に外側に上記低屈折率領域の屈折率より高い屈折率の高屈折率領域を設けた半導体レーザ装置において、上記リッジ型光導波路に設けられた上部クラッド層と、上記高屈折率領域に設けられた上部クラッド層とが、同じ層からなり、上記リッジ型光導波路と上記低屈折率領域で決まる正規化周波数をπ／４以下にし、かつ上記低屈折率領域と高屈折率領域の境界における光の電界強度を、上記リッジ型光導波路の中央部における光の電界強度の５／１０００以下にすると共に、上記半導体レーザからの出射光を導入するファイバーと、このファイバー内に設けられ、上記半導体レーザと共に共振器を構成するファイバーグレーティングとを備えたものである。
【０００９】
この発明に係る半導体レーザ装置は、リッジ型光導波路の外側に所定幅の低屈折率領域を設けると共に、上記低屈折率領域の更に外側に上記低屈折率領域の屈折率より高い屈折率の高屈折率領域を設けた半導体レーザ装置において、上記リッジ型光導波路に設けられた上部クラッド層と、上記高屈折率領域に設けられた上部クラッド層とが、同じ層からなり、上記リッジ型光導波路と上記低屈折率領域で決まる正規化周波数をπ／４以下にし、かつ上記低屈折率領域の幅を発振波長の１０倍以上にすると共に、上記半導体レーザからの出射光を導入するファイバーと、このファイバー内に設けられ、上記半導体レーザと共に共振器を構成するファイバーグレーティングとを備えたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下，この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。図１は、実施の形態１の構成を示す断面図である。この図において、１はｎ-GaAs基板、２は基板の一面に形成されたｎ側電極、３は基板の他面に形成されたn-AlGaAsクラッド層、４はアンドープｎ側AlGaAsガイド層、５はアンドープｎ側GaAsガイド層、６はアンドープInGaAs量子井戸活性層、７はアンドープGaAsバリア層、８はアンドープｐ側GaAsガイド層、９はアンドープｐ側AlGaAsガイド層、１０はｐ−AlGaAsクラッド層、１１はｐ−GaAsキャップ層で、クラッド層１０及びキャップ層１１の一部をエッチングすることによってリッジ型光導波路領域１５及びその外側に低屈折率領域１６を形成している。１２はキャップ層１１及びクラッド層１０の上部に形成されたSi3N4 絶縁膜、１３はｐ側電極、１７は低屈折率領域１６の外側に形成された高屈折率領域、１４は高屈折率領域１７にワイヤボンド接続された金線である。各領域の境界については後述する。
【００１１】
この実施の形態は、リッジ領域１５の外側に低屈折率領域１６を設けているので、レーザ光をリッジ領域に効率的に閉じ込めることができる。
また、電流の閉じ込めはSi3N4 絶縁膜１２に図示のような開口１２Ａを設けることで可能となる。
また、低屈折率領域１６の外側に高屈折率領域１７を設け、高屈折率領域１７の上に金線１４をワイヤボンドする構成としているため、低屈折率領域１６における量子井戸活性層６までの距離はｔｌであるのに対して，高屈折率領域１７での量子井戸活性層６までの距離はｔ２と大きくなっている。このため、金線１４をワイヤボンドした時に生じるダメージは、金線１４の直下の量子井戸活性層６まで進行しにくくなり、ひいては量子井戸活性層６を伝搬してリッジ領域１５の直下の量子井戸活性層６を劣化させることを抑制することが可能となる。
なお、この実施の形態では、リッジ領域１５と高屈折率領域１７の構造を同一とし、p-GaAsキャップ層１１及びｐ-AlGaAsクラッド層１０の一部をエッチング することで、低屈折率領域１６を形成しているが、リッジ領域１５と高屈折率領域１７の構造が同一でなくても同様な効果を期待することができる。
【００１２】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。図２は、実施の形態２の説明図で、（ａ）は実施の形態２の構成を示す断面図、（ｂ）は（ａ）におけるｙ方向の光の電界強度（以下、単に電界強度と云う）分布を示す図である。
この図において、図１と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。図２において、１８はレーザ光の発光パターン（パワー）を示すものである。また、図３は、実施の形態２における半導体レーザの図２（ａ）におけるｙ方向の屈折率分布、電界強度分布及び伝搬定数の関係を示す図である。
この図において、太い実線が屈折率分布、破線が電界強度分布、βが伝搬定数をそれぞれ示す。また、yo及び−yoは低屈折率領域１６と高屈折率領域１７との境界を示し、yoより大きいyの範囲及び−yoより小さいyの範囲が高屈折率領域１７となる。
【００１３】
レーザ光は、ｙ方向に関してはリッジ領域１５と低屈折率領域１６との屈折率差により、また、ｘ方向に関しては量子井戸活性層６、バリア層７、ガイド層４、５、８、９及びクラッド層３、１０の屈折率差により閉じ込められ、図２（ａ）に示すような楕円形状となる。ｙ方向のみを見ると、リッジ領域１５の電界強度は余弦(cosine)形で変化する。一方、低屈折率領域１６は指数関数(exponential)で低下するが、有限な距離においては決してゼロとなることはない。
このため、図３に示すように、低屈折率領域１６の外側に高屈折率領域１７を設けると、高屈折率領域で余弦(cosine)あるいは正弦 (sine)の振動解を有することとなり、光がｚ方向に伝搬するに従いその電力（パワー）を失い、終いにはモードとして存在し得なくなる。このことは、以下の波動方程式（１）からも理解することが可能である。
【００１４】
【数１】
つまり、（１）式において、k0 2n2(y)-β２＞0 の領域では振動解が存在し、k0 2n2(y)-β２＜0の領域では減衰解となる。
このため、高屈折率領域１７では振動解となる。
高屈折率領域１７がない場合の基本モードを算出し、y＝０つまりリッジ領域１５の中央における電界強度のピークＡに対して、低屈折率領域１６と高屈折率領域１７の境界ｙ＝±yoでの電界強度ＢがＡの８／１０００である場合に、高屈折率領域１７が存在する屈折率構造の電界分布をＢＰＭ(Beam Propagation Method)により計算したところ、Ｚ方向に伝搬するに従い電界強度は小さくなって減衰し，終いには消滅することを確認した。
一方、ｙ＝±yoでの電界強度ＢがＡの５／１０００以下である場合には、Ｚ方向に伝搬しても電界強度の減衰は殆どなく安定な固有モードが存在することが分かった。従って、この実施の形態は、低屈折率領域１６と高屈折率領域１７の境界における電界強度をリッジ領域中央における電界強度の５／１０００以下にして、安定な基本モードを存在させようとするものである。
なお、後述するように、リッジ領域１５とその外側の低屈折率領域１６で決まる正規化周波数をπ／４以下とし、かつ電界強度を上述のようにすれば、高次モードの抑圧が可能となる。
【００１６】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３を図にもとづいて説明する。図４は、実施の形態３の構成を示す断面図である。この図において、１８ａは発振波長がλの半導体レーザの発光パターンである。また、Ｗｂは、低屈折率領域１６の幅を示し、２Ｔはリッジ領域１５の底部幅を示す。即ち、２Ｔの範囲がリッジ領域であり、２Ｔの外側は低屈折率領域となる。図５は、リッジ領域１５及び低屈折率領域１６の屈折率分布を示す図である。
通常、低屈折率領域１６と高屈折率領域１７の境界における電界強度がリッジ領域１５の中央における電界強度に比べてどの程度になるかは、リッジ領域１５の２次元屈折率分布及び低屈折率領域１６の２次元屈折率分布に依存するため、その値を正確に予測することは数値解析によらなければ難しい。そこで半導体レーザの発振波長λとの関係で、基本モードがカットオフされない条件の算出を行なった。図５に示すように、リッジ領域１５は台形であるため、その屈折率分布も破線で示すような台形分布となる。この場合、リッジ領域１５の底部幅２Ｔ（Ｔ＋Ｔ）で、かつそのピークの屈折率がna effである矩形屈折率分布で近似することが可能である。
このような矩形屈折率分布の場合のｙ方向電界分布は、次式のように表せる。ただし、これらの式は周知の式である。
【００１７】
【数２】
基本モードのみが許容され高次モードが伝搬されないためには、正規化周波数ｖはπ／４以下であることが必要である。v=π／４はtan(u)が発散する最初の枝であり、式（３）と（４）の交点として求められる。vがπ／４以下の場合には式（３）と（４）の交点は１個所となり、基本モードのみが発振する。また、光密度をできるだけ低減し、かつ動作電圧を低下させるため、リッジ領域１５の底部幅２Ｔは可能な限り大きくすることが望ましいので、通常はｖ≒π／４程度にする場合が多い。
よって、リッジ領域の幅２Ｔ、低屈折率領域１６の屈折率ｎｃが既知の場合、リッジ領域１５の等価屈折率na effが分かる。上記の式（３）及び（４）を解くことにより、電界分布が式（２）から得られる。次に、この電界分布を次式に示すスポットサイズωoのガウス波で近似することとする。
【００１９】
【数３】
【００２０】
【数４】
２Ｔ＝3.5μｍ、na eff＝3.4554、ｎｃ＝3.4524 の時、スポットサイズωoは2.46μｍとなる。よって、低屈折率領域１６の幅Ｗb＝１０μｍのときの低屈折率領域１６と高屈折率領域１７の境界ｙｏにおける電界強度分布は、 式（５）より求まり、リッジ領域中央部の１０−１０以下となり十分に小さくなることが分かる。
よって、実施の形態３は、低屈折率領域１６の幅を発振波長の１０倍以上とすることにより、安定な基本モードのみを得るようにしたものである。因みに、ＢＰＭによる計算でも安定な基本モードが確認できている。
【００２２】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４を図にもとづいて説明する。図６は、実施の形態４を説明するための従来型半導体レーザモジュールを示す概略図である。
この図において、２０は半導体レーザ、２１は反射率がRrである半導体レーザの後端面、２２は反射率がRfである半導体レーザの前端面、２３は半導体レーザの光導波路領域、２４はレンズ、２５は光ファイバー、２６は反射率がRfgであるファイバーグレーティングである。図７は、半導体レーザ及び半導体レーザモジュールの光出力電流特性を示す特性図、図８は、ファイバーグレーティング２６からの戻り光が半導体レーザ２０に位置ズレして入射する様子を示した図で、（ａ）は断面構造、（ｂ）はｙ方向の屈折率分布を示す。図９は、実施の形態４の半導体レーザモジュールの構成を示す概略図である。
【００２３】
この図において、２０ａは低屈折率領域１６と高屈折率領域１７の境界における電界強度が、リッジ領域１５の中央部における電界強度の５／１０００以下である半導体レーザ、あるいはリッジ領域１５と低屈折率領域１６とで決まる正規化周波数をπ／４以下にし、かつ低屈折率領域１６と高屈折率領域１７の境界における電界強度が、リッジ領域１５の中央部における電界強度の５／１０００以下である半導体レーザである。
【００２４】
図６に示すように、半導体レーザの発振波長を安定化するため、ファイバー２５内にファイバーグレーティング２６を設けて特定の波長を反射させ、かつ半導体レーザ前端面２２を低反射率、半導体レーザ後端面２１を高反射率とすることで、ファイバーグレーティング２６と半導体レーザ後端面２１間で共振器を構成する。レンズ２４は、半導体レーザ２０からの出射光を効率良くファイバー２５に入れるためのもので、このときの結合効率をηで表わす。
図７に示すように、半導体レーザ２０のみからの光出力は、半導体レーザ２０ に注入する電流に比例して増加する。ただし、注入電流を増加すると、半導体レーザ２０の量子井戸活性層近傍の温度が上昇することで屈折率の増加を招く。
この結果、量子井戸活性層近傍と周囲との屈折率差が大きくなって高次モードが発生し、光出力に非線形な変化、つまり半導体レーザキンクを生じる。
一方、半導体レーザモジュールをみると、半導体レーザキンク以下では半導体レーザ出力のη倍がモジュールから出力されるが、半導体レーザキンク以上では半導体レーザ内で発生した高次モードはファイバー２５に結合しにくいので、最早結合効率ηを保つことができない。さらに、半導体レーザキンク以下においても、モジュールキンクが生じる場合がある。
【００２５】
上記のモジュールキンクは、図８に示すように、ファイバーグレーティング２６ からの戻り光が位置ズレして半導体レーザ２０に入射する場合に、半導体レーザ２０の基本モード以外の無限に存在する放射モード( 伝搬定数ρ) に結合することによっても発生すると考えられている。よって、この放射モードに結合する割合を低減すれば、モジュールキンクを抑制することが可能となる。
図９は、この発明の実施の形態４の半導体レーザモジュールを示す図である。低屈折率領域１６と高屈折率領域１７の境界における電界強度が、リッジ領域１５の中央部における電界強度の５／１０００以下である半導体レーザあるいはリッジ領域１５と低屈折率領域１６とで決まる正規化周波数をπ／４以下にし、かつ低屈折率領域１６と高屈折率領域１７の境界における電界強度がリッジ領域１５の中央部における電界強度の５／１０００以下である半導体レーザとファイバーグレーティング２６とを組み合わせたものである。
【００２６】
実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５を図にもとづいて説明する。図１０は、実施の形態５の半導体レーザモジュールの構成を示す概略図である。
この図において、２０ｂは低屈折率領域１６の幅が発振波長の１０倍以上である半導体レーザ、あるいはリッジ領域１５と低屈折率領域１６とで決まる正規化周波数をπ／４以下にし、かつ低屈折率領域１６の幅が発振波長の１０倍以上である半導体レーザである。図１１は、ファイバーグレーティング２６からの戻り光が角度ズレして入射する様子を示した図であり、（ａ）は半導体レーザの断面構造を示す図、（ｂ）はｙ方向の屈折率分布を示す図、（ｃ）は入射光の状況を示したもので、θは半導体レーザ内での波面の傾きを示すものである。
図１２は、低屈折率領域１６の幅が発振波長の１０倍以上である半導体レーザにおいて、ファイバーグレーティング２６からの戻り光が角度ズレして入射した場合の基本モードへの結合効率を角度ズレ量の関数としてＢＰＭ法により求めた結果を示した図である。
低屈折率領域の幅が発振波長の１０倍以上の時は、これ以上低屈折率領域の幅を広げても高屈折率領域の影響を受けることがないので、これ以上結合効率が増加することはない。低屈折率領域の幅が発振波長の１０倍以下の特性は一例を示したものである。
【００２７】
モジュールキンクは、図１１に示すように、ファイバーグレーティング２６からの戻り光が角度ズレして半導体レーザ２０ｂに入射する場合に、半導体レーザ２０ｂの基本モード以外の無限に存在する放射モード( 伝搬定数ρ)に結合するときにも生じると考えられる。従って、この放射モードに結合する割合を低減すれば、モジュールキンクを抑制することが可能となる。
図１０は、実施の形態５の半導体レーザモジュールの構成を示す概略図である。低屈折率領域１６の幅が発振波長の１０倍以上である半導体レーザ２０ｂ、あるいはリッジ領域１５と低屈折率領域１６とで決まる正規化周波数をπ／４以下にし、かつ低屈折率領域１６の幅が発振波長の１０倍以上である半導体レーザ２０ｂとファイバーグレーティング２６とを組み合わせたものである。
図１２に示すように、低屈折率領域１６の幅を発振波長の１０倍以上にすると、戻り光が半導体レーザの基本モードに結合する割合が増加する。つまり放射モードに結合する量が減少するため、半導体レーザモジュールのモジュールキンクを抑制することが可能となる。
【００２８】
【発明の効果】
この発明に係る半導体レーザ装置は、リッジ型光導波路を有する半導体レーザ装置において、リッジ型光導波路の外側に低屈折率領域を設けると共に、低屈折率領域の更に外側に低屈折率領域の屈折率より高い屈折率の高屈折率領域を設けたものであるため、高屈折率領域は、量子井戸活性層からの距離を低屈折率領域よりも大きくすることができる結果、高屈折率領域に金線をワイヤボンドした時に生じるダメージを低減することができる。
【００２９】
この発明に係る半導体レーザ装置は、また、リッジ型光導波路の外側に低屈折率領域を設けると共に、低屈折率領域の更に外側に低屈折率領域の屈折率より高い屈折率の高屈折率領域を設けた半導体レーザ装置において、リッジ型光導波路と低屈折率領域で決まる正規化周波数をπ／４以下にし、かつ低屈折率領域と高屈折率領域の境界における電界強度を、リッジ型光導波路の中央部における電界強度の５／１０００以下としたため、半導体レーザの基本モードをカットオフすることなく伝搬することができる。
【００３０】
この発明に係る半導体レーザ装置は、また、リッジ型光導波路の外側に低屈折率領域を設けると共に、低屈折率領域の更に外側に低屈折率領域の屈折率より高い屈折率の高屈折率領域を設けた半導体レーザ装置において、リッジ型光導波路と低屈折率領域で決まる正規化周波数をπ／４以下にし、かつ低屈折率領域の幅を発振波長の１０倍以上としたため、半導体レーザの基本モードをカットオフすることなく伝搬することができる。
【００３１】
この発明に係る半導体レーザ装置は、また、リッジ型光導波路の外側に低屈折率領域を設けると共に、低屈折率領域の更に外側に低屈折率領域の屈折率より高い屈折率の高屈折率領域を設けた半導体レーザ装置において、低屈折率領域と高屈折率領域の境界における電界強度を、リッジ型光導波路と低屈折率領域で決まる正規化周波数をπ／４以下にし、かつ低屈折率領域と高屈折率領域の境界における電界強度を、リッジ型光導波路の中央部における電界強度の５／１０００以下にすると共に、半導体レーザからの出射光を導入するファイバーと、このファイバー内に設けられ、半導体レーザと共に共振器を構成するファイバーグレーティングとを備えたものであるため、半導体レーザの発振波長の安定化を図ると共に、半導体レーザモジュールの光出力キンクを抑制することができる。
【００３２】
この発明に係る半導体レーザ装置は、また、リッジ型光導波路の外側に低屈折率領域を設けると共に、低屈折率領域の更に外側に低屈折率領域の屈折率より高い屈折率の高屈折率領域を設けた半導体レーザ装置において、リッジ型光導波路と低屈折率領域で決まる正規化周波数をπ／４以下にし、かつ低屈折率領域の幅を発振波長の１０倍以上にすると共に、半導体レーザからの出射光を導入するファイバーと、このファイバー内に設けられ、半導体レーザと共に共振器を構成するファイバーグレーティングとを備えたものであるため、半導体レーザの発振波長の安定化を図ると共に、半導体レーザモジュールの光出力キンクを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１の構成を示す断面図である。
【図２】 この発明の実施の形態２の説明図で、（ａ）は実施の形態２の構成を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の図におけるｙ方向の電界強度分布を示す図である。
【図３】 この発明の実施の形態２における半導体レーザのｙ方向の屈折率分布、電界強度分布及び伝搬定数の関係を示す図である。
【図４】 この発明の実施の形態３の説明図で、半導体レーザの構成を示す断面図である。
【図５】 リッジ領域及び低屈折率領域の屈折率分布を示す図である。
【図６】 この発明の実施の形態４を説明するための従来型半導体レーザモジュールを示す概略図である。
【図７】 半導体レーザ及び半導体レーザモジュールの光出力電流特性を示す図である。
【図８】 ファイバーグレーティングからの戻り光が半導体レーザに位置ズレして入射する様子を示した図で、（ａ）は断面構造、（ｂ）はｙ方向の屈折率分布を示す。
【図９】 この発明の実施の形態４の半導体レーザモジュールの構成を示す概略図である。
【図１０】 この発明の実施の形態５の半導体レーザモジュールの構成を示す概略図である。
【図１１】 ファイバーグレーティングからの戻り光が角度ズレして入射する様子を示した図で、（ａ）は半導体レーザの断面構造を示す図、（ｂ）はｙ方向の屈折率分布を示す図、（ｃ）は入射光の状況を示すものである。
【図１２】 低屈折率領域幅が発振波長の１０倍以上である半導体レーザ において、ファイバーグレーティングからの戻り光が角度ズレして入射した場合の基本モードへの結合効率を角度ズレ量の関数として示した図である。
【図１３】 従来のリッジ型半導体レーザの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ｎ-GaAs基板、 ６ アンドープInGaAs量子井戸活性層、 １４ 金線、 １５ リッジ領域、 １６ 低屈折率領域、 １７ 高屈折率領域、 １８ レーザ光の発光パターン、 ２０ 半導体レーザ、 ２１ 半導体レーザの後端面、 ２２ 半導体レーザの前端面、 ２５ 光ファイバー、 ２６ ファイバーグレーティング。
Claims (4)
- リッジ型光導波路の外側に所定幅の低屈折率領域を設けると共に、上記低屈折率領域の更に外側に上記低屈折率領域の屈折率より高い屈折率の高屈折率領域を設けた半導体レーザ装置において、上記リッジ型光導波路に設けられた上部クラッド層と、上記高屈折率領域に設けられた上部クラッド層とが、同じ層からなり、上記リッジ型光導波路と上記低屈折率領域で決まる正規化周波数をπ／４以下にし、かつ上記低屈折率領域と高屈折率領域の境界における光の電界強度を、上記リッジ型光導波路の中央部における光の電界強度の５／１０００以下としたことを特徴とする半導体レーザ装置。
- リッジ型光導波路の外側に所定幅の低屈折率領域を設けると共に、上記低屈折率領域の更に外側に上記低屈折率領域の屈折率より高い屈折率の高屈折率領域を設けた半導体レーザ装置において、上記リッジ型光導波路に設けられた上部クラッド層と、上記高屈折率領域に設けられた上部クラッド層とが、同じ層からなり、上記リッジ型光導波路と上記低屈折率領域で決まる正規化周波数をπ／４以下にし、かつ上記低屈折率領域の幅を発振波長の１０倍以上としたことを特徴とする半導体レーザ装置。
- リッジ型光導波路の外側に所定幅の低屈折率領域を設けると共に、上記低屈折率領域の更に外側に上記低屈折率領域の屈折率より高い屈折率の高屈折率領域を設けた半導体レーザ装置において、上記リッジ型光導波路に設けられた上部クラッド層と、上記高屈折率領域に設けられた上部クラッド層とが、同じ層からなり、上記リッジ型光導波路と上記低屈折率領域で決まる正規化周波数をπ／４以下にし、かつ上記低屈折率領域と高屈折率領域の境界における光の電界強度を、上記リッジ型光導波路の中央部における光の電界強度の５／１０００以下にすると共に、上記半導体レーザからの出射光を導入するファイバーと、このファイバー内に設けられ、上記半導体レーザと共に共振器を構成するファイバーグレーティングとを備えたことを特徴とする半導体レーザ装置。
- リッジ型光導波路の外側に所定幅の低屈折率領域を設けると共に、上記低屈折率領域の更に外側に上記低屈折率領域の屈折率より高い屈折率の高屈折率領域を設けた半導体レーザ装置において、上記リッジ型光導波路に設けられた上部クラッド層と、上記高屈折率領域に設けられた上部クラッド層とが、同じ層からなり、上記リッジ型光導波路と上記低屈折率領域で決まる正規化周波数をπ／４以下にし、かつ上記低屈折率領域の幅を発振波長の１０倍以上にすると共に、上記半導体レーザからの出射光を導入するファイバーと、このファイバー内に設けられ、上記半導体レーザと共に共振器を構成するファイバーグレーティングとを備えたことを特徴とする半導体レーザ装置。
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