(57)【要約】  残留反射を相当の程度有する面型の波長可変反射構造を用いても良好に波長可変機能を果たせる外部共振器型波長可変レーザ装置を実現する。  反射スペクトルピーク波長を可変できる面型の反射構造と半導体利得媒質である半導体素子とを含む外部共振器型波長可変レーザ装置である。この半導体利得媒質は、利得層の光閉じこめ定数Γと半導体利得媒質長Ｌ（μｍ）との積Γ・Ｌが、２５μｍ以上、４０μｍ以下であり、かつ、半導体利得媒質の内部損失と等しい最大モード利得を有するキャリア密度注入時における利得ピーク波長λ０（ｎｍ）が、−３×ΔＲ／２＋（λｃ＋３５）よりも大きく、かつ、（−（Γ・Ｌ）／７＋８）×ΔＲ＋（−（Γ・Ｌ）＋λｃ＋４５）よりも小さい多重量子井戸で構成されているものである。ここで、ΔＲ（ｄＢ）は反射率差、λｃ（ｎｍ）は波長可変レーザ装置の動作波長範囲の中央の波長とする。
2008152893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射スペクトルピーク波長を可変できる面型の反射構造と半導体利得媒質とを少なくとも含む外部共振器型波長可変レーザ装置であって、
該面型の反射構造の反射率差ΔＲ（ｄＢ）を、前記面型の反射構造の反射スペクトルピーク波長λ１（ｎｍ）における前記反射構造の反射率Ｒ１（％）と、レーザ発振時に前記半導体利得媒質の利得が最大となる波長λ２（ｎｍ）における前記反射構造の反射率Ｒ２（％）を用いて、ΔＲ＝１０×ｌｏｇ（Ｒ１／Ｒ２）とし、かつ、該波長可変レーザ装置の動作波長範囲の中央の波長をλｃ（ｎｍ）とすると、
前記半導体利得媒質の利得層の光閉じこめ定数Γと前記半導体利得媒質の領域長Ｌ（μｍ）との積Γ・Ｌが、２５μｍ以上、４０μｍ以下であり、前記半導体利得媒質の内部損失と等しい最大モード利得を有するキャリア密度注入時における、利得ピーク波長λ０（ｎｍ）が、
−３×ΔＲ／２＋（λｃ＋３５）よりも大きく、かつ、
（−（Γ・Ｌ）／７＋８）×ΔＲ＋（−（Γ・Ｌ）＋λｃ＋４５）よりも小さい多重量子井戸で構成されている前記半導体利得媒質を内蔵する、外部共振器型波長可変レーザ装置。
【請求項２】
前記面型の反射構造の反射率差ΔＲが６ｄＢ以上、１６ｄＢ以下である、請求項１に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置。
【請求項３】
前記半導体利得媒質は、前記外部共振器型波長可変レーザ装置の共振器内の光の位相を変化させることができる受動領域を集積している半導体光増幅器により形成されている、請求項１または２に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置。
【請求項４】
前記半導体利得媒質は、前記反射構造側の端面近傍の導波路がその端面に対して垂直な方向とは異なる方向にある半導体光増幅器により形成されている、請求項１、２または３に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置。
【請求項５】
発振閾電流密度Ｊｔｈが３０ｋＡ／ｃｍ２以下になるような前記光閉じこめ定数Γおよび前記領域長Ｌを有する前記半導体利得媒質を有する、請求項１、２、３、または４に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射スペクトルピーク波長を可変できる面型の反射構造を有する外部共振器型波長可変レーザ装置および、該波長可変レーザ装置に半導体利得媒質として内蔵した半導体光増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、急速なインターネットの普及に伴って通信トラフィックの更なる大容量化が求められている。それに対応するため、光通信システムにおいても、単チャンネルあたりの伝送速度の向上、ならびに光波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式を用いることによるチャンネル数の拡大が進んでいる。【０００３】
ＷＤＭは、異なる搬送波長（チャンネル）の複数の光信号を同時に伝送する方式で、１つの光ファイバで伝送することができるため、チャンネル数の増加に応じて通信容量を拡大することが可能になる。【０００４】
例えば、１チャンネル当たり１０ギガビット／秒で変調し、１００チャンネル分を１つの共通な光ファイバで伝送すれば、通信容量は１テラビット／秒にも達する。【０００５】
近年の中長距離光通信では、光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ、エルビウム・ドープ・ファイバ・アンプリファイア）によって増幅することのできるＣ帯（１５３０〜１５７０ナノメートル）が広く用いられている。また、さらなる通信容量の拡大のために、Ｌ帯（１５７０〜１６１０ナノメートル）が用いられることもある。【０００６】
一般に、ＷＤＭシステムでは波長毎に異なるレーザ装置が必要となる。そのため、ＷＤＭシステムの製造者および使用者は、標準チャンネルの各波長に応じたレーザ装置を準備しておく必要があった。例えば、１００チャンネルであれば１００種類のレーザ装置が必要であり、そのため在庫管理および棚卸しコストが増大する。【０００７】
そこでＷＤＭシステムの特に中長距離通信システムにおいて、Ｃ帯（またはＬ帯）の波長全体を１台のレーザ装置でカバーすることができる波長可変レーザ装置の実用化が求められている。１台のレーザ装置でＣ帯（またはＬ帯）の全体をカバーできれば、製造者および使用者は、単一のレーザ装置を準備しておけばよく、在庫管理や棚卸しのコストを大幅に削減することができる。【０００８】
このような大容量、高機能、および高信頼性を有する光通信ネットワークを構築するためには、発光デバイスが波長を自在に変更でき、制御できる技術が必要不可欠である。そして、波長の制御には、通信システム内に組み込まれる波長可変レーザ装置が極めて重要なキーデバイスとなる。【０００９】
これらの要求を満たす波長可変レーザ装置として、これまで多くの方法が提案されている。【００１０】
その一つとして、レーザ発振波長をずらした複数の分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）素子を並列に備え、それらのレーザ素子を切り替えて用いることで粗調し、さらに温度による屈折率変化を利用して微調する構造が特開２００３−０２３２０８号公報（以下、特許文献１と呼ぶ。）に記載されている。【００１１】
しかし、この構造では複数のレーザ素子の出力ポートを１つにして光ファイバに結合するために光結合器が必要である。そのため、並列のレーザ素子数が増加すればその分だけ結合器での損失が増大する。よって、波長の可変範囲と光出力がトレードオフの関係にあった。【００１２】
一方、このトレードオフから脱却し、波長制御の要求を満たす波長可変レーザ装置として、外部共振器型波長可変レーザ装置があり、盛んに研究開発が行われている。【００１３】
外部共振器型波長可変レーザ装置は、半導体利得領域である、半導体光増幅器（ＳＯＡ：セミコンダクター・オプティカル・アンプリファイア）と外部反射鏡を用いて共振器を形成し、波長を可変できる反射構造（波長可変反射構造）を共振器内に挿入することによって波長の選択を実現する。この外部共振器型波長可変レーザ装置によれば、比較的容易にＣ帯の全域をカバーする波長可変幅が得られる。【００１４】
このタイプの波長可変レーザ装置は、基本特性の大部分が波長可変反射構造によって決まるため、優れた特性を有する様々な波長可変構造が開発されている。例えば、特開平０４−６９９８７号公報（以下、特許文献２と呼ぶ。）や特開２０００−２６１０８６号公報（以下、特許文献３と呼ぶ。）に示されるような音響工学フィルタや誘電体フィルタ、エタロンなどを用いた反射構造などがある。【００１５】
そのような波長可変構造を用いて構成された外部共振器型波長可変レーザ装置にも様々なものがある。特に高性能な光源を実現するために、特許文献３に示されたような、利得媒質に加えて、周期的なチャンネル選択フィルタ、波長可変フィルタ、および反射ミラーを備えた構成が有効である。【００１６】
例えば、周期的なチャンネル選択フィルタとして、周期的な周波数特性を有するエタロンが用いられる。また、波長可変フィルタとして音響工学フィルタが用いられ、波長可変反射構造として電気制御型波長可変反射構造が用いられる。【００１７】
低コスト化、高信頼で小型の外部共振器型波長可変レーザ装置を実現するためには、電気的に駆動可能な面型の波長可変反射構造が有効である。このような構造は例えば、下記の非特許文献１に示されたようなものがある。【００１８】
［非特許文献１］Ｊ．Ｄｅ．Ｍｅｒｌｉｅｒ  ｅｔ．ａｌ．  、「ＦｕｌｌＣ−Ｂａｎｄ  Ｅｘｔｅｒｎａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｌｉｑｕｉｄ―Ｃｒｙｓｔａｌ−Ｂａｓｅｄ  ＴｕｎａｂｌｅＭｉｒｒｏｒ」  、フォトニック・テクノロジー・レターズ（ＩＥＥＥ  ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ  ＬＥＴＴＥＲＳ）  、２００５年３月  、第１７巻  、第３号  、６８１頁から６８３頁（図１（ａ））
一方、半導体光増幅器と波長固定反射鏡を組み合わせた外部共振器型レーザ装置として、ファイバーブラッググレーティングレーザが知られている。例えば、特開平１１−２１４７９９号公報（以下、特許文献４と呼ぶ。）などにその原理が詳しく示されている。【００１９】
ファイバーブラッググレーティング（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ）の反射ピーク波長と、半導体光増幅器の利得ピーク波長が異なっていても、二つのピーク波長が近ければ、ファイバーブラッググレーティングの反射ピーク波長でレーザ装置を発振させることができる。一方、二つのピーク波長が離れすぎていると、半導体光増幅器の利得ピーク波長でレーザ装置が発振してしまう。【００２０】
ファイバーブラッググレーティングの反射ピーク波長で発振できるために満たすべき半導体光増幅器の利得ピーク波長差の範囲は、波長引き込み範囲と呼ばれている。【００２１】
しかしながら、面型の波長可変反射構造を用いて外部共振器型波長可変レーザ装置を構成し、波長可変特性を得ようとすると、用いた波長可変反射構造の反射スペクトルピークと異なる波長でレーザ装置が発振する場合があるという問題が生じることがわかった。【００２２】
その原因を調べたところ、面型の波長可変反射構造には、反射スペクトルピーク以外の波長においても、相当の程度の反射（以後、残留反射と呼ぶ）が存在することがわかった。【００２３】
この波長可変反射構造の反射スペクトルピーク波長をλ１とし、波長λ１における波長可変反射構造の反射率がＲ１（％）、波長λ１以外の波長λ２における波長可変反射構造の反射率がＲ２（％）のときに、反射率差ΔＲ（ｄＢ）をΔＲ＝１０×ｌｏｇ（Ｒ１／Ｒ２）と定義すると、ΔＲとして６ｄＢ〜８ｄＢ程度しかない装置もあった。【００２４】
これまで外部共振器型レーザ（例えばファイバーブラッググレーティングレーザ）と組み合わされる半導体利得領域である半導体光増幅器は、外部共振器の損失が一般に大きいため、通常、６〜１０層程度の多めの量子井戸数と、１０００μｍ以上の長い素子長を有していた。【００２５】
例えば、活性層が８層の多重量子井戸（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）、素子長が１０００μｍである半導体光増幅器と、６ｄＢ〜８ｄＢの反射率差を有する面型の反射構造とを組み合わせてファイバーブラッググレーティングレーザを構成した場合、波長範囲は３０ｎｍ〜３５ｎｍ程度になる。【００２６】
ファイバーブラッググレーティングレーザのような単一波長レーザの場合、その波長範囲が、波長引き込み範囲となるので、ファイバーブラッググレーティングで規定された目的の波長λＢでレーザ装置を発振させることができる、半導体光増幅器の利得ピーク波長λｐの取り得る波長範囲となる。つまり、あらかじめ求められた波長引き込み範囲に利得ピーク波長λｐが入るようにレーザ装置を作製すればよく、３０ｎｍ〜３５ｎｍの範囲は充分広い許容誤差（トレランス）といえ、容易に実現可能である。【００２７】
しかし、波長可変レーザ装置の場合には課題が生じる。この点について、さらに図１〜３を用いて以下に説明する。【００２８】
図１に波長引き込み範囲を端的に説明したグラフを示す。このように、横軸に示す半導体光増幅器の利得ピーク波長λｐと関係なく、波長選択反射構造（ファイバーブラッググレーティング）で選択された光波長λＢでレーザ装置が発振する利得ピーク波長λｐの範囲（波長引き込み範囲）が存在する。【００２９】
この様子を以下の説明でわかりやすくするために図２のように簡略化して示す。【００３０】
図２の表記は、波長引き込み範囲として矢印で示した範囲内に半導体光増幅器の利得ピーク波長が入った場合、矢印で示した光波長λＢでレーザ装置が発振することができるという意味である。図２を用いて、波長可変レーザ装置に内蔵する半導体光増幅器の利得ピーク波長の取り得る範囲を検討した図が図３である。【００３１】
波長可変レーザ装置は、目的とする波長可変範囲があり、その間の全ての選択した波長で発振できなければならない。すなわち、図３に示すように所望の波長可変範囲の最短波長λ５と最長波長λ６でそれぞれ図３に示した波長引き込み範囲を考え、最短波長λ５と最長波長λ６の波長引き込み範囲のそれぞれの重なった範囲の利得ピーク波長λｐを実現すると、一つの半導体光増幅器でこの波長可変レーザ装置を動作させることができる。【００３２】
この図３から明らかなように、波長引き込み範囲が狭いほど、また、波長可変範囲が広い（λ５とλ６の波長差が大きい）ほど、利得ピーク波長λｐの取り得る範囲は狭く実現が難しくなることがわかる。【００３３】
例としてあげた、８層のＭＱＷで構成され素子長が１０００μｍである半導体光増幅器と、反射率差ΔＲが６ｄＢ〜８ｄＢである面型の波長可変反射構造とを内蔵した波長可変レーザ装置は、前述したように３０ｎｍ〜３５ｎｍの波長引き込み範囲しか持たない。【００３４】
そのため、３０ｎｍ〜３５ｎｍ以上の波長可変範囲の波長可変レーザ装置では半導体光増幅器の利得ピーク波長λｐの取り得る範囲が存在しない。すなわち、波長可変レーザ装置として所望の波長可変範囲が実現できないということになる。【００３５】
上記条件は、波長可変レーザ装置における新たな制限条件であって、半導体光増幅器の利得ピーク波長λｐのみの制御では、所望の波長可変範囲を持った波長可変レーザ装置を実現することは極めて難しいといえる。【００３６】
この課題は、波長可変レーザ装置の波長可変範囲を、一般に１通信波長帯におけるフルバンド動作となる３０ｎｍ〜３５ｎｍ程度以上の範囲にしたい場合に、特に顕著に現れる。【００３７】
このように残留反射を有する波長可変反射構造を用いた外部共振器型波長可変レーザ装置は、前記波長可変反射構造によって選択した波長付近以外の波長で発振してしまうという課題があった。【００３８】
この課題を解決するためには、波長可変反射構造の残留反射を低減すれば良いのであるが、面型の反射構造では、ΔＲを２０ｄＢ以上にすることは極めて難しい。考えられるミラー作製プロセス技術を考慮すると、ΔＲは１６ｄＢ未満になってしまうことが多い。
【発明の開示】
【００３９】
本発明の目的は、上記のような課題の少なくとも一つを解決できる外部共振器型波長可変レーザ装置を提供することである。その目的の一例は、残留反射を相当の程度有する面型の波長可変反射構造を用いても良好に波長可変機能を果たせる外部共振器型波長可変レーザ装置を実現することである。その他の目的は、該波長可変レーザ装置を実現するために、その構成要素となる半導体利得媒質である半導体光増幅器を提供することである。
【００４０】
本発明の一態様は、反射スペクトルピーク波長を可変できる面型の反射構造と半導体利得媒質とを少なくとも含む外部共振器型波長可変レーザ装置である。
【００４１】
この外部共振器型波長可変レーザ装置が内蔵する半導体利得媒質は、半導体利得媒質の利得層の光閉じこめ定数Γと半導体利得媒質長Ｌ（μｍ）との積Γ・Ｌが、２５μｍ以上、４０μｍ以下であり、かつ、半導体利得媒質の内部損失と等しい最大モード利得を有するキャリア密度注入時における利得ピーク波長λ０（ｎｍ）が、−３×ΔＲ／２＋（λｃ＋３５）よりも大きく、かつ、（−（Γ・Ｌ）／７＋８）×ΔＲ＋（−（Γ・Ｌ）＋λｃ＋４５）よりも小さい多重量子井戸で構成されているものである。
【００４２】
上記の式では、面型の反射構造の反射率差ΔＲ（ｄＢ）を、その面型の反射構造の反射スペクトルピーク波長における該反射構造の反射率Ｒ１（％）と、レーザ発振時に半導体利得媒質の利得が最大となる波長における反射構造の反射率Ｒ２（％）を用いて、ΔＲ＝１０×ｌｏｇ（Ｒ１／Ｒ２）とし、かつ、該波長可変レーザ装置の動作波長範囲の中央の波長をλｃ（ｎｍ）とする。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】ファイバーブラッググレーティングレーザにおける波長引き込み範囲を示す図である。
【図２】波長引き込み範囲を端的に説明した図である。
【図３】波長可変レーザ装置に内蔵された半導体光増幅器の利得ピークの取り得る範囲を示す図である。
【図４】本発明による半導体光増幅器を内蔵する波長可変レーザ装置において、波長可変反射構造の損失と半導体光増幅器の利得との関係を示す図である。
【図５】残留反射がある場合に、所望の波長でレーザ装置が発振できない場合の、波長可変反射構造損失と半導体光増幅器の利得の関係を示す図である。
【図６】ΔＲ＝１０ｄＢ、外部共振器型波長可変レーザ装置の１周回における光損失が２０ｄＢから２５ｄＢの場合、波長可変範囲として１５３０ｎｍから１５７０ｎｍを得るために満たすべき半導体光増幅器の条件の範囲を示す図である。
【図７】従来条件で作製された半導体光増幅器と、本発明で開示した半導体光増幅器に対して、本発明で開示した指標に基づき作製された条件の範囲を示す図である。
【図８】ΔＲ＝８ｄＢ、外部共振器型波長可変レーザ装置の１周回における光損失が２０ｄＢから２５ｄＢの場合、波長可変範囲として１５３０ｎｍから１５７０ｎｍを得るために満たすべき半導体光増幅器の条件の範囲を示す図である。
【図９】ΔＲ＝６ｄＢ、外部共振器型波長可変レーザ装置の１周回における光損失が２０ｄＢから２５ｄＢの場合、波長可変範囲として１５３０ｎｍから１５７０ｎｍを得るために満たすべき半導体光増幅器の条件の範囲を示す図である。
【図１０】ΔＲ＝１６ｄＢ、外部共振器型波長可変レーザ装置の１周回における光損失が２０ｄＢから２５ｄＢの場合、波長可変範囲として１５３０ｎｍから１５７０ｎｍを得るために満たすべき半導体光増幅器の条件の範囲を示す図である。
【図１１】Γ・Ｌをパラメータとし、許容されるλ０の最大値λ０，ｍａｘ、及び、最小値λ０，ｍｉｎのΔＲ依存性を抽出した図である。
【図１２】本発明を実施するための最良の形態による外部共振器型波長可変レーザ装置の構成を示す図である。
【図１３】本発明の第１、第２、及び、第３の実施例における外部共振器型波長可変レーザ装置の構成を示す図である。
【図１４】本発明の第４の実施例における外部共振器型波長可変レーザ装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  半導体素子
２  波長可変反射構造
３  半導体光増幅器
４  位相調整領域
５  低反射コーティング膜
６  無反射コーティング膜
７  コリメートレンズ
８  波長選択フィルタ
９  サブキャリア
１０  波長可変フィルタ
１１  全反射ミラー
１２  波長可変反射鏡
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、本発明の外部共振器型波長可変レーザ装置について詳細に説明する。【００４６】
本発明で開示する外部共振器型波長可変レーザ装置は、半導体利得媒質と、反射スペクトルピーク波長を可変できる面型の反射構造とを含むものである。【００４７】
前述のとおり、面型の反射構造は一般に残留反射を持ち、波長可変反射構造の反射率差ΔＲを１６ｄＢ以上にすることは極めて難しい。よって、本発明も、概ね１６ｄＢ以下で大きな効果を有する。【００４８】
従来の外部共振器型レーザ装置が内蔵する半導体利得領域としての半導体光増幅器は、外部共振器の損失が一般に大きい。そのため、閾値電流低減のために光閉じこめ係数Γを大きく、素子長Ｌを長くすることが多い。このような半導体光増幅器を、波長可変範囲３０ｎｍ〜３５ｎｍ以上を目標とした外部共振器型波長可変レーザ装置に適用しても所望の波長可変範囲を実現できないため、このような半導体光増幅器に対して本発明は効果を有する。【００４９】
ここで、本発明の原理を詳細に説明する。【００５０】
外部共振器型レーザ装置は、その外部共振器における損失と半導体利得媒質における利得とが等しくなると、その波長で発振する。【００５１】
外部反射鏡に波長可変反射構造を用いた場合には、波長によって外部共振器の損失が異なり、その反射構造で選択した波長において、損失が一番低くなる。それは、その反射構造において選択した波長における反射率が一番高くなり、共振器にフィードバックされる光の量も多くなるからである。【００５２】
上記の波長可変反射構造を用いた外部共振器型波長可変レーザ装置では、波長可変反射構造において選択した波長λ１における損失と半導体光増幅器の利得ピーク波長λ２における損失との差の絶対値ΔＬｏｓｓと、波長λ１および波長λ２における半導体利得媒質の利得差Δｇとの大小関係が重要である。【００５３】
このとき、発振時におけるΔｇがΔＬｏｓｓよりも小さくなるようにできれば、レーザ装置は波長λ２で発振せず、所望の波長λ１で安定に発振することが可能となる。【００５４】
この関係を図４に示す。この条件は、図３の波長引き込み範囲という概念で記述すれば、各波長での波長引き込み範囲を広くすることと等価である。なお、ΔＬｏｓｓとΔｇの大小関係が入れ替わると図５のようになり、選択した波長λ１ではレーザ装置は発振できない。【００５５】
以上のことから、ΔＬｏｓｓに対して発振時のΔｇが小さいことが、所望の波長λ１でレーザ装置を発振させる上で重要である。【００５６】
ΔｇとΔＬｏｓｓの大小関係を考えるにあたり、それを表す半導体利得領域の指標を見いだすことが重要である。【００５７】
一般に半導体利得領域は、半導体の持つ性質から、電流注入を行うとその増幅器のモード利得の波長依存性は井戸のキャリア密度に応じて変化する。そのため、閾値電流でのキャリア密度に関係する指標が重要である。そこで、本発明者らは、半導体利得領域の利得層（活性層）の規格化体積に対応する値である、活性層の厚さに関係する光閉じこめ係数Γと、長さに関係する素子長Ｌとを掛け合わせたΓ・Ｌを指標として用いると、利得カーブの平滑性を反映できることを見い出した。【００５８】
そして本発明者らは、このΓ・Ｌと、該半導体光増幅器の内部損失と等しい最大モード利得を有するときにおける発光層の利得ピーク波長λ０の両者を、適切な範囲になるように規定することにより、所望の絶対波長範囲で動作する外部共振器型波長可変レーザ装置を実現することが可能であることを見い出した。【００５９】
なお、活性層の幅については、単一横モード実現と素子抵抗などの観点からほとんど自由度がないためパラメータとしては不向きである。【００６０】
また、波長可変レーザ装置の動作可否を示す指標としてΓ・Ｌが有効ではないかと考えるに至ったのは、次のような考えによってである。【００６１】
レーザ発振条件の式から、図４の状況が成り立つための条件を導出する。波長λ１で成立する条件は、
Γ・ｇｍ（λ１）−αi ＝ （１／Ｌ）×Ｌｎ（１／（Ｒ１×Ｒｆ））  である。【００６２】
この条件式にて、αｉは内部損失、Ｒｆは、反射構造とは反対側の端面の反射率、Ｒ１は波長λ１での反射構造の反射率、ｇｍ（λ１）は波長λ１での活性層のマテリアル利得を示す。【００６３】
同様に波長λ２で成立すべき条件は、λ２での活性層のマテリアル利得ｇｍ（λ２）を用いると、
Γ・ｇｍ（λ２）−αi ＜ （１／Ｌ）×Ｌｎ（１／（Ｒ２×Ｒｆ））
である。これにより、レーザ装置は波長λ２で発振することなく、波長λ１で発振することができる。上記の２つの式の左右を引き算すると、
Γ・（ｇｍ（λ２）― ｇｍ（λ１））＜ （１／Ｌ）×Ｌｎ（Ｒ１／Ｒ２）
となる。さらに、ｇｍ（λ２）― ｇｍ（λ１）＝ Δｇｍとすると、ΔＲを用いて、
Γ・Ｌ ＜ ΔＲ／Δｇｍ × １／（１０×ｌｏｇ（ｅ））
となる。【００６４】
そのため、波長可変反射構造によって決まる反射率差ΔＲと、半導体利得媒質の活性層構成物によって決まるマテリアル利得差Δｇｍに応じて、図５の状況を成立させることができるユニバーサルな指標として、Γ・Ｌを用いることができるのではないかと考えた。【００６５】
次に、本発明者らは、実験によって、上記Γ・Ｌを波長可変レーザ装置の動作可否を示す指標として実際に利用可能であるかどうかを検証した。【００６６】
ΔＲが１０ｄＢであり、外部共振器型波長可変レーザ装置の１周回における光損失が２０ｄＢから２５ｄＢの場合、光通信で用いられるＣ帯、いわゆる１５３０ｎｍから１５７０ｎｍを波長可変範囲とするために満たすべき半導体利得媒質としての半導体光増幅器について調べた。【００６７】
まず、本発明者らは、適用する活性層のマテリアル利得スペクトルｇｍ（λ、Ｊ）の電流密度Ｊへの依存性を実験で求め、数式化した。【００６８】
この利得カーブは、利得カーブの形をほぼ保ったまま目標のλ０を実現することが可能である。そのためには、活性層の歪み量を変えずに波長のみを変化させればよく、例えば、ＩｎＧａＡｓＰであれば、ＩｎＧａ比、ＡｓＰ比を変更することで行える。【００６９】
次に、本発明者らは、共振器内の内部損失αiを、レーザ装置を構成する外部共振器と活性層構造から見積もった。そして、ΔＲ＝１０ｄＢの面型の波長可変反射構造の特性から、半導体光増幅器の素子長Ｌを用いてミラー損失αｍの波長依存性を算出した。【００７０】
これらの各数値を、レーザ発振の原理を示す、Γ・ｇｍ（λ、Ｊ）＝αｉ＋αｍ（λ） に代入して、選択した波長λｓでレーザ装置が発振できる範囲、すなわち、波長引き込み範囲を、最短波長λ５、及び、最長波長λ６において求める。そして、それら波長引き込み範囲が重なった領域を求める。【００７１】
この領域は利得ピーク波長λｐの範囲を示す（図３）が、よりユニバーサルな値にするため、このλｐの範囲は、半導体利得媒質の、内部損失と等しい最大モード利得を有するキャリア密度注入時における利得ピーク波長λ０に置き換えた。このようにして求めた範囲が図６に示されている。【００７２】
図６に示すように１５３０ｎｍから１５７０ｎｍの波長可変範囲が得られるために必要なΓ・Ｌおよびλ０は、斜線の範囲に含まれていることがわかった。【００７３】
次に、実際にΔＲ＝１０ｄＢの面型の波長可変ミラーを用いた外部共振器型波長可変レーザ装置を作製し、この図の範囲で、半導体利得媒質である半導体光増幅器のΓ・Ｌの値を変えた場合に、所望の波長可変範囲が実現できた点を○、出来なかった点を×で示した。この斜線の範囲内に入る条件では所望の波長可変範囲が実現できており、その外側では実現できていないことがわかる。【００７４】
すなわち、以上の検証から、Γ・Ｌを指標として用いることが有効であると考えることができる。【００７５】
なお、例として前述した８層のＭＱＷで構成され素子長が１０００μｍである半導体光増幅器では、光閉じこめ係数が０．０６６程度となることから、Γ・Ｌは６６μｍとなる。この値は、図６に示す範囲を大きく逸脱しており、所望の波長可変範囲を実現できないことがわかる。【００７６】
従来の半導体光増幅器によるΓ・Ｌとλ０の範囲と、本発明の構成による範囲を図７に示す。【００７７】
この図のように、ファイバーブラッググレーティング等の外部共振器型のレーザと組み合わせる従来の考え方、すなわち光閉じこめ係数Γを大きく、素子長Ｌを長くした半導体光増幅器で実現されていたΓ・Ｌで規定された範囲は、本発明において開示した範囲とは異なっている。【００７８】
以上のことから、ここまでの考察により、前記Γ・ＬとΔｇ、ΔＬｏｓｓとの関係は、次のような仮説をたてることができる。【００７９】
前記Γ・Ｌが大きい活性層構造においては、同じ利得を出すための電流密度は少なくて良いため、少ない電流密度でレーザ発振が起こる。その場合、利得カーブの波長依存性が大きくなっていることが考えられる。また、ミラー損失も小さくなることが考えられる。つまり、ΔｇとΔＬｏｓｓの関係は、相対的にΔｇが大きくなってしまうため、該Δｇが、ΔＬｏｓｓを上回り、所望の波長でレーザ装置が発振しなくなっていると考えられる。【００８０】
逆に、Γ・Ｌが小さい活性層構造においては、外部共振器型波長可変レーザ装置の共振器の損失を上回る利得を出すために、電流密度は高くする。この場合は、上記とは逆の現象が起きるため、ΔｇはΔｌｏｓｓと比較して小さくなり、よって、所望の波長λ１でレーザ装置が発振するという点においては望ましい。【００８１】
しかし、閾値に達する電流密度Ｊｔｈが過剰に高いことは、素子の発熱やリーク電流などの影響が顕著になる。また、電流注入に対する光出力の飽和も早くなり、最高光出力が減少してしまう。さらには素子寿命が短くなるといった問題も生じてしまう。【００８２】
よって、Γ・Ｌには、最適な範囲が存在する。この値は、量子井戸からなる活性層を用いている場合、Γは、一般には、井戸層の数によって、その値を変化させることが可能である。また、Ｌは、半導体光増幅器の利得領域長であるので、素子サイズを調整することで、その値を変化させることが可能である。【００８３】
全く同様の考察をΔＲ＝８ｄＢ、ΔＲ＝６ｄＢ、ΔＲ＝１６ｄＢに対して行った。これらはΔＲを変化させたのみであるため、ΔＲ＝１０ｄＢで行った方法のΔＲを変化させるのみで良く、λ０の最大値λ０，ｍａｘ及び最小値λ０，ｍｉｎを各Γ・ＬにおいてΔＲ＝１０ｄＢの場合と同等の精度をもって求めることができる。それぞれの結果を図８、図９、図１０に示す。【００８４】
図６及び図８から図１０の結果を基に、λ０，ｍａｘおよび、λ０，ｍｉｎを各Γ・Ｌにおいて求めることができる。これによるとΔＲが６ｄＢ以上、１６ｄＢ以下の範囲は、λ０のΔＲ依存性はほぼ１次式（直線）で表せることがわかった。その結果を図１１に示す。【００８５】
これらの結果を基に、所望の可変範囲の中心波長がλｃ（μｍ）である外部共振器型波長可変レーザ装置において、内蔵する面型の波長可変反射構造の反射率差がΔＲ（ｄＢ）、内蔵する半導体利得媒質の利得層（活性層）が多重量子井戸（ＭＱＷ）で構成されている。【００８６】
さらに、Γ×Ｌが、２５μｍ  ＜  ΓＬ  ＜  ４０μｍを満たし、かつ、該半導体利得媒質の内部損失と等しい最大モード利得を有するキャリア密度注入時における利得ピーク波長λ０（ｎｍ）が、
−３×ΔＲ／２＋（λｃ＋３５）よりも大きく、かつ、
（−（Γ・Ｌ）／７＋８）×ΔＲ＋（−（Γ・Ｌ）＋λｃ＋４５）よりも小さい範囲であることを満たすことで、残留反射を有する面型の光反射構造によって構成されていても、外部共振器型波長可変レーザ装置が実現できることがわかった。【００８７】
ここで、Γ・Ｌ及びΔＲに掛け合わされている係数は単位を含む値であり、Γ・Ｌ及びΔＲが前記単位で記述された場合において成立する係数であることに注意が必要である。すなわち、上記の式は、Γ・Ｌ及びΔＲを、前記単位（μｍ
及び ｄＢ）で記述した際にのみ成立する式である。【００８８】
内蔵する面型の波長可変反射構造の特性として、６ｄＢ≦ΔＲ≦１６ｄＢの範囲で、この効果は顕著になる。これよりも大きなΔＲでは、適用可能なλ０の範囲が１波長帯（Ｃ帯あるいはＬ帯）の波長可変範囲４０ｎｍを上回るため、ΔＲが大きくなると本明細書で述べる課題自体が存在しなくなる。また、これよりも小さなΔＲでは、波長可変範囲４０ｎｍを実現するために許容できるΓ・Ｌ及びλ０の値が極めて狭小となるため、大きな最大光出力パワーを有する良好な波長可変レーザ装置の実現が困難となる。【００８９】
また、これらの半導体光増幅器に、外部共振器型波長可変レーザ装置の共振器内の光の位相を変化させることができる受動領域を集積した構造が好ましい。【００９０】
この構造をとると、受動領域に電流を注入するもしくは電圧を印加する事で、外部共振器によるファブリペローモードを所望の波長に正確に合わせることが可能となる。そのため、光通信システムで決められている波長グリッドに波長を正確にあわせることが可能となり、外部共振器型波長可変レーザ装置をより高性能化することができる。【００９１】
また、半導体光増幅器は、外部共振器側の端面近傍の導波路がその端面に対して垂直な方向とは異なる方向にあるものとしても良い。【００９２】
外部共振器型レーザ装置では、その内部に反射点があると複合共振器が形成されるため、レーザ発振波長を制御する事が難しくなる。外部共振器側の端面近傍の導波路をその端面に対して垂直でないものとすると、その端面での反射率を下げる事ができる。その結果、より波長制御の容易化、および、より高性能化を図ることができる。【００９３】
また、発振閾電流密度Ｊｔｈが３０ｋＡ／ｃｍ２以下になるような前記光閉じこめ定数Γおよび前記半導体利得媒質長Ｌを有する半導体利得領域とすると、動作時の電流密度を３０ｋＡ／ｃｍ２以下とすることができる。これにより、該波長可変光源の素子寿命を十分長くする効果を得ることができる。【００９４】
なお、λ０は、半導体利得媒質の利得層（活性層）が量子井戸で構成されていれば、量子井戸の歪み量、層厚と障壁層の半導体組成（ＩｎＧａＡｓＰであれば、ＩｎとＧａの比及びＡｓとＰの比）によって、その値を変化させることが可能である。【００９５】
（本発明の実施の形態例）
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。【００９６】
図１２は、一の実施形態例による外部共振器型波長可変レーザ装置の構成を示す図である。【００９７】
外部共振器型波長可変レーザ装置は、基本構成として、半導体利得媒質である半導体素子１と、反射スペクトルピーク波長を可変できる面型の反射構造である波長可変反射構造２と、を有し、これらを組み合わせて外部共振器１００を形成している。【００９８】
半導体素子１は、能動素子である半導体光増幅器３の領域と、共振器内の光の位相を変化させることができる受動素子が形成された位相調整領域４とを有する。【００９９】
半導体素子１は、半導体光増幅器３側を光出力側としており、その端面には、低反射コーティング膜５（１％から１０％の反射率）が形成されている。また、半導体素子１は、位相調整領域４側を外部共振器側としており、その端面には無反射コーティング膜６（１％以下の反射率）が形成されている。なお、位相調整領域４側を光出力側とした半導体素子１であってもよい。【０１００】
半導体光増幅器３は、多重量子井戸（ＭＱＷ）で構成されており、電流注入を行うことによって、光を発生、及び光を増幅する。【０１０１】
位相調整領域４はバルク組成または多重量子井戸で構成されており、レーザ発振光を吸収しない程度にバンドギャップが広く設定されている。この位相調整領域４は、電流注入または電圧印加により屈折率が変化し、レーザ共振器の位相を変化させることができる。【０１０２】
半導体光増幅器３と位相調整領域４とは、電気的に十分に隔離されており、お互いに干渉しないように配慮されている。具体的には、半導体光増幅器３と位相調整領域４とは１キロオーム以上の分離抵抗で隔離されている。【０１０３】
半導体素子１の光出力方向とは反対側に、面型の波長可変反射構造２が配置されている。波長可変反射構造２と半導体素子１の間にコリメートレンズ７が配置されている。コリメートレンズ７は、半導体素子１からの光ビームを平行光に変換する。そして、コリメートレンズ７で平行になったビームは次に波長可変反射構造２にあたって反射され、もとの半導体素子１にフィードバックされる。【０１０４】
このように構成された外部共振器型波長可変レーザ装置において、半導体素子１に含まれる半導体光増幅器３に本発明の手法を適用することにより、反射スペクトルピーク波長を可変できる面型の反射構造を用いていても、光ファイバ通信におけるＣ帯、Ｌ帯のいずれか１つの波長可変範囲を有することができる。【０１０５】
面型の波長可変反射構造２を用いて構成された外部共振器型波長可変レーザ装置を、波長可変反射構造の反射スペクトルピーク近傍の波長λ１で発振させるために半導体光増幅器が満たすべき条件は、波長可変反射構造の波長λ１における損失と波長λ２における損失との差の絶対値ΔＬｏｓｓが、波長λ１における半導体光増幅器の利得と波長λ２における半導体光増幅器の利得との差Δｇよりも大きくすることである。【０１０６】
反射率差ΔＲが一般に６ｄＢ≦ΔＲ≦１６ｄＢである波長可変反射構造を用いて外部共振器型波長可変レーザ装置を実現するには、本明細書で示したΓ・Ｌとλ０を有する半導体光増幅器を作製すればよい。【０１０７】
具体的には、Γ・Ｌが、２５μｍ  ＜  Γ・Ｌ  ＜  ４０μｍを満たし、かつ、該半導体利得媒質の内部損失と等しい最大モード利得を有するキャリア密度注入時における利得ピーク波長λ０（ｎｍ）が、−３×ΔＲ／２＋（λｃ＋３５）よりも大きく、かつ、（−（Γ・Ｌ）／７＋８）×ΔＲ＋（−（Γ・Ｌ）＋λｃ＋４５）よりも小さい範囲とすればよい。【０１０８】
より具体的なΔＲについては、本件出願で示した図の範囲に従えばよく、その範囲は、
ΔＲ＝１６ｄＢの場合に、Ｃ帯（１５３０〜１５７０ｎｍ）の波長可変範囲を得られるΓ・Ｌとλ０の範囲は図１０に示されている。【０１０９】
ΔＲ＝１０ｄＢの場合に同様に得られる範囲は図６に示されている。【０１１０】
ΔＲ＝８ｄＢの場合に同様に得られる範囲は図８に示されている。【０１１１】
ΔＲ＝６ｄＢの場合に同様に得られる範囲は図９に示されている。使用する波長可変反射構造のΔＲの値に応じて、この範囲に含まれるΓ・Ｌおよびλ０となる半導体光増幅器を用いればよい。【０１１２】
なお、本実施の形態例では、レーザ発振波長を、波長可変反射構造２の最大反射ピーク波長に完全に一致させることで、光通信システムで決められている波長グリッドに波長を正確にあわせることが可能である。レーザ発振波長を一致させるには、半導体素子１に設けられた位相調整領域４に電流を流して屈折率を変化させることによって実現する。【０１１３】
また、本実施の形態において、光出力側の低反射コーティング膜５の反射率を１〜１０％とした理由は、反射率が１％未満になると、レーザしきい値が上昇して、高い光出力が得られなくなるからである。さらに、反射率を１０％より高くした場合には、低反射コーティング膜４の透過率が９０％未満となって、やはり高い光出力が得られないためである。【０１１４】
［製法の説明］
次に、一の実施形態例による外部共振器型波長可変レーザ装置の製造方法を説明する。【０１１５】
最初に、半導体素子１の製造方法を説明する。半導体素子１は、半導体光増幅器３を構成する回路と位相調整領域４に使用される回路とを半導体基板に集積したものである。この集積には、公知のバットジョイント技術を用いてもよいし、公知の選択成長技術を用いてもよい。バットジョイント技術を用いる場合は例えば次のような作製方法を行う。【０１１６】
まず半導体光増幅器３として用いるＭＱＷ構造を成長する。その際、用いる波長可変反射構造２の残留反射率ΔＲを基に、前記Γ・Ｌ、λ０の範囲を満たすようなＭＱＷ構造になるように成長を行う。【０１１７】
Γの値は、光閉じこめ構造から導波モードを計算して求められるため、必要な量子井戸幅や井戸層数を決定できる。通常、井戸層数として３〜１０程度を用いることができる。Ｌの値をΓの値に応じて設定すればよいが、あまり短いと飽和光出力が下がったり、動作時の電流密度が高くなるなどの問題がある。そのため、Ｌの値はおおよそ３００μｍから１５００μｍの間とすることが多い。【０１１８】
また、ＭＱＷ構造を成長する際、通常、ＰＬ（フォトルミネッセンス）のピーク波長を基準に、このＭＱＷ構造の活性層の利得の絶対波長λ０を推定する。ＰＬ波長は、その測定系の励起光源の強さやＭＱＷの発光効率などによって異なるので、あらかじめλ０との相関を調べておく必要がある。通常、ＰＬ波長のほうがλ０よりも２０〜３０ｎｍ程度短いことが多い。【０１１９】
こうして、作製したＭＱＷ構造の一部を、ウェットエッチングもしくはドライエッチングによって取り除き、位相調整領域となる、光導波路構造を成長する。この構造は、半導体光増幅器が出す光から十分に短波長化し、この領域での吸収を小さくする必要がある。その構造は、バルク構造でもＭＱＷ構造でも良い。【０１２０】
なお、最初に位相調整領域を成長し、不必要な部分を取り除いた後、半導体光増幅器のＭＱＷ構造を成長して良い。【０１２１】
次に、ＳｉＯ２などの誘電体をマスクにしてドライエッチングもしくはウェットエッチングで、光導波路となる領域を残して不要な領域を取り除く。光導波路の幅はおおよそ０．５μｍから２μｍ程度が望ましい。この際、ブロック構造にリークした電子やホールを再結合させる領域を残しても良い。【０１２２】
次に、ＩｎＰによるｐｎｐブロック構造を成長し、必要に応じてｐ型ＩｎＰクラッド成長を行う。【０１２３】
成長後、電気抵抗の小さな層をエッチングなどで取り除く事で半導体光増幅器と位相調整領域を電気的に分離する。【０１２４】
次に、ＳｉＯ２などの誘電体を堆積した後、エッチングなどにより電流注入領域（ストライプ部）を作製する。【０１２５】
その後、ｐ電極を堆積し、不要な領域の電極を取り除いた後、基板を研磨で薄くし、裏面にｎ電極を堆積する。【０１２６】
上記のようにして複数の半導体素子１が製造された基板を、劈開によりバー状態、すなわち半導体素子１が複数個横に接続された状態に切断する。【０１２７】
その際、前記Γ・Ｌが所望の値を満たす共振器長（半導体利得媒質長）Ｌになるように切断し、劈開端面にコーティングを行う。【０１２８】
半導体光増幅器３側を光出力側とする場合、その端面には、誘電体の多層膜を堆積する事で低反射コーティング膜５を施す。反対側の位相調整領域４側を外部共振器側とする場合、その端面にも別の誘電体の多層膜を堆積する事で無反射コーティング膜６を施す。【０１２９】
その後、半導体素子を１つずつに分割し、波長可変反射構造２と、コリメートレンズ７と共に、サブキャリア上に搭載する。その際、半導体素子１に電流を流して光を放出させ、光線が直線的に進行するように各構成部品を正確に配置する。【０１３０】
以上の工程をもって外部共振器型波長可変レーザ装置を作製することができる。【０１３１】
（本発明の他の態様）
前述した以外の構成群によって本発明の外部共振器型波長可変レーザ装置を実現する場合も、反射スペクトルピーク波長を可変できる面型の反射構造を用いると、上記同様に本発明による効果が期待できる。【０１３２】
また、波長可変範囲としてＣ帯（１５３０〜１５７０ｎｍ）を例にとって説明したが、本発明はその他の波長帯、たとえばＳ帯やＬ帯の光通信においても同様に適用できる。【０１３３】
半導体素子１に集積された位相調整領域４の回路は、半導体光増幅器３とモノリシック集積されている必要はなく、独立した部品として外部共振器内に存在してもよい。あるいは、位相調整機能は、半導体光増幅器もしくは波長可変反射構造を公知であるピエゾ素子などによってわずかに移動させることで実現することも可能である。【０１３４】
また、半導体光増幅器３は、外部共振器側の端面近傍の導波路がその端面に対して垂直な方向とは異なる方向にあるものとしてもよい。【０１３５】
外部共振器型レーザでは、その内部に反射点があると複合共振器が形成されるため、レーザ発振波長を制御することが難しくなる。そのため、半導体光増幅器３における外部共振器側の端面近傍の導波路をその端面に対して垂直でないものとすると、その端面での反射率を下げることができるため、より高性能化が可能である。【０１３６】
（第１の実施例）
以下、本発明の第１の実施例について図面を参照して説明する。【０１３７】
図１３は本発明の第１の実施例となる外部共振器型波長可変レーザ装置の構成を示す図である。この図において、前述した構成要素と同一のものには同じ符号を付してある。【０１３８】
本実施例の外部共振器型波長可変レーザ装置は、半導体光増幅器３を含む半導体素子１と、コリメートレンズ７、面型の波長選択フィルタ８、Ｃ帯（１５３０〜１５７０ｎｍ）付近を動作範囲とする波長可変反射鏡１２とから構成されている。この波長可変反射鏡１２の反射率差ΔＲは８ｄＢである。【０１３９】
半導体素子１は、モノリシック集積された、半導体光増幅器３を構成する回路と位相調整領域４に使用される回路とを有する。この集積はバットジョイント技術を用いた。【０１４０】
まず半導体光増幅器３として用いるＭＱＷ構造を成長する。このとき、成長圧力９８．６ｋＰａ、成長温度６２５℃で、６層のＭＱＷ層（井戸は１．５８μｍ組成圧縮歪ＩｎＧａＡｓＰ、障壁は１．２μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ）を成長した。この層の前後にＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure：分離閉じこめヘテロ構造）を配し、井戸領域のΓは０．０５である。共振器長Ｌを６００μｍとすることで、Γ・Ｌを３０μｍとすることができる。【０１４１】
事前の検討により、このＭＱＷ構造から得られるＰＬ波長λＰＬとλ０の差は、λ０―λＰＬ＝２６ｎｍであることがわかっている。そこで、ＭＱＷ層のＰＬ波長を、１５６０ｎｍとなるように成長を行った。【０１４２】
このようにする事で、図８に示される斜線部分の半導体光増幅器を得る事ができる。【０１４３】
次に、作製したＭＱＷ構造の一部を、ドライエッチングによって取り除き、位相調整領域４となる光導波路構造を成長圧力９８．６ｋＰａ、成長温度６２５℃の条件で成長した。光導波路構造はコアとしてバルク構造を有し、その厚さを１７０ｎｍとし、ＰＬ波長１．３μｍの組成とした。【０１４４】
その後、ＳｉＯ２などの誘電体を堆積し、光導波路となるストライプ部分（電流注入領域）と、ブロック構造にリークした電子やホールを再結合させる部分をマスクとして、ドライエッチングによって深さ２μｍの溝をエッチングし不要な領域を取り除いた。光導波路の幅は１．５μｍとした。【０１４５】
次に、ＩｎＰによる層厚２μｍのｐｎｐブロック構造を成長し、ＳＩＯ２マスクを除去後、全面成長により層厚２μｍのｐ型ＩｎＰクラッド層、層厚０．３μｍのｐ＋型ＩｎＧａＡｓコンタクト層を成長圧力１３．３ｋＰａにおいて成長した。【０１４６】
その後、半導体光増幅器３と位相調整領域４を電気的に分離するため、コンタクト層を除去し、全面にＳｉＯ２膜を成膜し、電流注入用窓を形成し、Ｃｒ／Ａｕ上部ｐ電極をスパッタ法で堆積し、パターニングにより領域毎に電極を分離した。基板を研磨後、ＡｕＧｅＮｉ下部電極をスパッタ法で成膜した。【０１４７】
その後、半導体光増幅器領域６００μｍ、位相調整領域２００μｍとなるように半導体素子１を劈開法で形成した。【０１４８】
その後、半導体光増幅器３側を光出力側とするために、その端面には、誘電体の多層膜を堆積する事で低反射コーティング膜５を施した。反対側の位相調整領域４側を外部共振器側とするために、その端面にも別の誘電体の多層膜を堆積する事で無反射コーティング膜６を施した。【０１４９】
最後に、半導体素子１を１つずつに分割し、波長可変反射鏡１２、コリメートレンズ７、波長選択フィルタ８と共に、サブキャリア９上に搭載する。その際、半導体素子１に電流を流して光を放出させ、光線が直線的に進行するように各構成部品を正確に配置し、外部共振器型波長可変レーザ装置を作製した。【０１５０】
この外部共振器型波長可変レーザ装置は、１５２５ｎｍ〜１５６８ｎｍの間で波長を可変することができ、すべての波長域で、閾値２０ｍＡ以下で発振した。【０１５１】
位相調整領域４に電流を８ｍＡ程度注入することにより、光通信システムで定められた波長において光強度を最大に調整することができた。また、最大光出力はファイバ結合光出力で３２ｍＷと良好な特性を示し、本発明による方法で十分な波長可変機能を得ることができた。【０１５２】
（第２の実施例）
以下、本発明の第２の実施例について図面を参照して説明する。【０１５３】
本発明の第２の実施例となる外部共振器型波長可変レーザ装置の構成は実施例１と同じ（図１３）である。【０１５４】
本実施例の外部共振器型波長可変レーザ装置は、半導体光増幅器３を含む半導体素子１と、コリメートレンズ７、面型の波長選択フィルタ８、Ｃ帯（１５３０〜１５７０ｎｍ）付近を動作範囲とする波長可変反射鏡１２とから構成されている。この波長可変反射鏡１２の反射率差ΔＲは８ｄＢである。【０１５５】
半導体素子１は、モノリシック集積された、半導体光増幅器３を構成する回路と位相調整領域４に使用される回路とを有する。この集積はバットジョイント技術を用いた。【０１５６】
まず半導体光増幅器３として用いるＭＱＷ構造を成長する。このとき、成長圧力９８．６ｋＰａ、成長温度６２５℃で、８層のＭＱＷ層（井戸は１．５８μｍ組成圧縮歪ＩｎＧａＡｓＰ、障壁は１．２μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ）を成長した。この層の前後にＳＣＨを配し、井戸領域のΓは０．０６６である。共振器長Ｌを４５０μｍとすることで、Γ・Ｌを２９．７μｍとすることができる。【０１５７】
事前の検討により、このＭＱＷ構造から得られるＰＬ波長λＰＬとλ０の差は、λ０―λＰＬ＝２６ｎｍであることがわかっている。そこで、ＭＱＷ層のＰＬ波長を、１５６０ｎｍとなるように成長を行った。【０１５８】
このようにする事で、図８に示される斜線部分の半導体光増幅器を得る事ができる。【０１５９】
次に、作製したＭＱＷ構造の一部を、ドライエッチングによって取り除き、位相調整領域４となる光導波路構造を成長圧力９８．６ｋＰａ、成長温度６２５℃の条件で成長した。光導波路構造はコアとしてバルク構造を有し、その厚さを１７０ｎｍとし、ＰＬ波長１．３μｍの組成とした。【０１６０】
その後、ＳｉＯ２などの誘電体を堆積し、光導波路となるストライプ部分（電流注入領域）と、ブロック構造にリークした電子やホールを再結合させる部分をマスクとして、ドライエッチングによって深さ２μｍの溝をエッチングし不要な領域を取り除いた。光導波路の幅は１．５μｍとし、劈開位置で導波路が共振器端面（劈開面）から７度傾くように曲率半径１ｍｍで滑らかに導波路を曲げている。【０１６１】
次に、ＩｎＰによる層厚２μｍのｐｎｐブロック構造を成長し、ＳＩＯ２マスクを除去後、全面成長により層厚２μｍのｐ型ＩｎＰクラッド層、層厚０．３μｍのｐ＋型ＩｎＧａＡｓコンタクト層を成長圧力１３．３ｋＰａにおいて成長した。【０１６２】
その後、半導体光増幅器３と位相調整領域４を電気的に分離するため、コンタクト層を除去し、全面にＳｉＯ２膜を成膜し、電流注入用窓を形成し、Ｃｒ／Ａｕ上部ｐ電極をスパッタ法で堆積し、パターニングにより領域毎に電極を分離した。基板を研磨後、ＡｕＧｅＮｉ下部電極をスパッタ法で成膜した。【０１６３】
その後、半導体光増幅器領域４５０μｍ、位相調整領域２００μｍとなるように半導体素子１を劈開法で形成した。【０１６４】
その後、半導体光増幅器３側を光出力側とするために、その端面には、誘電体の多層膜を堆積する事で低反射コーティング膜５を施した。反対側の位相調整領域４側を外部共振器側とするために、その端面にも別の誘電体の多層膜を堆積する事で無反射コーティング膜６を施した。【０１６５】
最後に、半導体素子１を１つずつに分割し、波長可変反射鏡１２、コリメートレンズ７、波長選択フィルタ８と共に、サブキャリア９上に搭載する。その際、半導体素子１に電流を流して光を放出させ、光の損失が最小限になるように各構成部品を正確に配置し、外部共振器型波長可変レーザ装置を作製した。【０１６６】
この外部共振器型波長可変レーザ装置は、１５２７ｎｍ〜１５７０ｎｍの間で波長を可変することができ、すべての波長域で、閾値２０ｍＡ以下で発振した。【０１６７】
位相調整領域４に電流を８ｍＡ程度注入することにより、光通信システムで定められた波長において光強度を最大に調整することができた。また、最大光出力はファイバ結合光出力で３０ｍＷと良好な特性を示し、本発明による方法で十分な波長可変機能を得ることができた。【０１６８】
（第３の実施例）
以下、本発明の第３の実施例について図面を参照して説明する。【０１６９】
本発明の第３の実施例となる外部共振器型波長可変レーザ装置の構成は実施例１と同じ（図１３）である。【０１７０】
本実施例の外部共振器型波長可変レーザ装置は、半導体光増幅器３を含む半導体素子１と、コリメートレンズ７、波長選択フィルタ８、１５６５〜１６１５ｎｍ付近を動作範囲とする波長可変反射鏡１２とから構成されている。この波長可変反射鏡１２のΔＲは１６ｄＢである。【０１７１】
半導体素子１は、モノリシック集積された、半導体光増幅器３を構成する回路と位相調整領域４に使用される回路とを有する。この集積はバットジョイント技術を用いた。【０１７２】
まず半導体光増幅器３として用いるＭＱＷ構造を成長する。このとき、成長圧力９８．６ｋＰａ、成長温度６２５℃で、６層のＭＱＷ層（井戸は１．６２μｍ組成圧縮歪ＩｎＧａＡｓＰ、障壁は１．２４μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ）を成長した。この層の前後にＳＣＨを配し、井戸領域のΓは０．０５１である。共振器長Ｌを６００μｍとすることで、Γ・Ｌを３０．６μｍとすることができる。ＭＱＷ層のＰＬ波長を、１６００ｎｍとなるように成長を行った。【０１７３】
事前の検討により、このＭＱＷ構造から得られるＰＬ波長λＰＬとλ０の差は、λ０―λＰＬ＝２６ｎｍであることがわかっているので、λ０＝１６２６ｎｍである。【０１７４】
このように、λ０＝１６２６ｎｍ、Γ・Ｌ＝３０．６μｍとなるように作製すると、λｃ＝１５９０ｎｍ、ΔＲ＝１６ｄＢである。したがって、
Γ・Ｌが、２５μｍ  ＜  Γ・Ｌ  ＜  ４０μｍを満たし、かつ、
λ０（ｎｍ）が、−３×ΔＲ／２＋（λｃ＋３５）＝  １６０１ （ｎｍ）よりも大きく、かつ、
（−（Γ・Ｌ）／７＋８）×ΔＲ＋（−（Γ・Ｌ）＋λｃ＋４５）＝１６６２（ｎｍ）よりも小さくなるため、本特許で示した範囲に含まれ、本特許で示す効果が得られることとなる。【０１７５】
次に、作製したＭＱＷ構造の一部を、ドライエッチングによって取り除き、位相調整領域４となる光導波路構造を成長圧力９８．６ｋＰａ、成長温度６２５℃の条件で成長した。光導波路構造はコアとしてバルク構造を有し、その厚さを１７０ｎｍとし、ＰＬ波長１．４μｍの組成とした。【０１７６】
その後、ＳｉＯ２などの誘電体を堆積し、光導波路となるストライプ部分（電流注入領域）と、ブロック構造にリークした電子やホールを再結合させる部分をマスクとして、ドライエッチングによって深さ２μｍの溝をエッチングし不要な領域を取り除いた。光導波路の幅は１．５μｍとした。【０１７７】
次に、ＩｎＰによる層厚２μｍのｐｎｐブロック構造を成長し、ＳＩＯ２マスクを除去後、全面成長により層厚２μｍのｐ型ＩｎＰクラッド層、層厚０．３μｍのｐ＋型ＩｎＧａＡｓコンタクト層を成長圧力１３．３ｋＰａにおいて成長した。【０１７８】
その後、半導体光増幅器３と位相調整領域４を電気的に分離するため、コンタクト層を除去し、全面にＳｉＯ２膜を成膜し、電流注入用窓を形成し、Ｃｒ／Ａｕ上部ｐ電極をスパッタ法で堆積し、パターニングにより領域毎に電極を分離した。基板を研磨後、ＡｕＧｅＮｉ下部電極をスパッタ法で成膜した。【０１７９】
その後、半導体光増幅器領域６００μｍ、位相調整領域２００μｍとなるように半導体素子１を劈開法で形成した。【０１８０】
その後、半導体光増幅器３側を光出力側とするために、その端面には、誘電体の多層膜を堆積する事で低反射コーティング膜５を施した。反対側の位相調整領域４側を外部共振器側とするために、その端面にも別の誘電体の多層膜を堆積する事で無反射コーティング膜６を施した。【０１８１】
最後に、半導体素子１を１つずつに分割し、波長可変反射鏡１２、コリメートレンズ７、波長選択フィルタ８と共に、サブキャリア９上に搭載する。その際、半導体素子１に電流を流して光を放出させ、光線が直線的に進行するように各構成部品を正確に配置し、外部共振器型波長可変レーザ装置を作製した。【０１８２】
この外部共振器型波長可変レーザ装置は、１５７１ｎｍ〜１６１１ｎｍの間で波長を可変することができ、すべての波長域で、閾値２５ｍＡ以下で発振した。【０１８３】
位相調整領域４に電流を１０ｍＡ程度注入することにより、光通信システムで定められた波長において光強度を最大に調整することができた。また、最大光出力はファイバ結合光出力で２０ｍＷ以上と良好な特性を示し、本発明による方法で十分な波長可変機能を得ることができた。【０１８４】
（第４の実施例）
以下、本発明の第４の実施例について図面を参照して説明する。【０１８５】
図１４は本発明の第４の実施例となる外部共振器型波長可変レーザ装置の構成を示す図である。この図において、前述した構成要素と同一のものには同じ符号を付してある。【０１８６】
本実施例の外部共振器型波長可変レーザ装置は、半導体光増幅器３を含む半導体素子１と、コリメートレンズ７、波長選択フィルタ８、Ｌ帯（１５７０〜１６１０ｎｍ）付近を動作範囲とする波長可変フィルタ１０および全反射ミラー１１とから構成されている。この波長可変フィルタ１０と全反射ミラー１１で形成される波長可変反射構造２の反射率差ΔＲは６ｄＢである。【０１８７】
半導体素子１は、モノリシック集積された、半導体光増幅器３を構成する回路と位相調整領域４に使用される回路とを有する。この集積はバットジョイント技術を用いた。【０１８８】
まず半導体光増幅器３として用いるＭＱＷ構造を成長する。このとき、成長圧力９８．６ｋＰａ、成長温度６２５℃で、６層のＭＱＷ層（井戸は１．６２μｍ組成圧縮歪ＩｎＧａＡｓＰ、障壁は１．２４μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ）を成長した。この層の前後にＳＣＨを配し、井戸領域のΓは０．０５１である。共振器長Ｌを５００μｍとすることで、Γ・Ｌを２５．５μｍとすることができる。【０１８９】
事前の検討により、このＭＱＷ構造から得られるＰＬ波長λＰＬとλ０の差は、λ０―λＰＬ＝２６ｎｍであることがわかっている。そこで、ＭＱＷ層のＰＬ波長を、１６００ｎｍとなるように成長を行った。【０１９０】
このように、Γ・Ｌ＝２５．５μｍ、λ０＝１６２６ｎｍとなるように作製すると、λｃ＝１５９０ｎｍ、ΔＲ＝６ｄＢである。したがって、
Γ・Ｌが、２５μｍ  ＜  Γ・Ｌ  ＜  ４０μｍを満たし、かつ、
λ０（ｎｍ）が、−３×ΔＲ／２＋（λｃ＋３５）＝  １６１６ （ｎｍ）よりも大きく、かつ、
（−（Γ・Ｌ）／７＋８）×ΔＲ＋（−（Γ・Ｌ）＋λｃ＋４５）＝１６３５（ｎｍ）よりも小さくなるため、本特許で示した範囲に含まれ、本特許で示す効果が得られることとなる。【０１９１】
次に、作製したＭＱＷ構造の一部を、ドライエッチングによって取り除き、位相調整領域４となる光導波路構造を成長圧力９８．６ｋＰａ、成長温度６２５℃の条件で成長した。光導波路構造はコアとしてバルク構造を有し、その厚さを１７０ｎｍとし、ＰＬ波長１．４μｍの組成とした。【０１９２】
その後、ＳｉＯ２などの誘電体を堆積し、光導波路となるストライプ部分（電流注入領域）と、ブロック構造にリークした電子やホールを再結合させる部分をマスクとして、ドライエッチングによって深さ２μｍの溝をエッチングし不要な領域を取り除いた。光導波路の幅は１．５μｍとした。【０１９３】
次に、ＩｎＰによる層厚２μｍのｐｎｐブロック構造を成長し、ＳＩＯ２マスクを除去後、全面成長により層厚２μｍのｐ型ＩｎＰクラッド層、層厚０．３μｍのｐ＋型ＩｎＧａＡｓコンタクト層を成長圧力１３．３ｋＰａにおいて成長した。【０１９４】
その後、半導体光増幅器３と位相調整領域４を電気的に分離するため、コンタクト層を除去し、全面にＳｉＯ２膜を成膜し、電流注入用窓を形成し、Ｃｒ／Ａｕ上部ｐ電極をスパッタ法で堆積し、パターニングにより領域毎に電極を分離した。基板を研磨後、ＡｕＧｅＮｉ下部電極をスパッタ法で成膜した。【０１９５】
その後、半導体光増幅器領域５００μｍ、位相調整領域２００μｍとなるように半導体素子１を劈開法で形成した。【０１９６】
その後、半導体光増幅器３側を光出力側とするために、その端面には、誘電体の多層膜を堆積する事で低反射コーティング膜５を施した。反対側の位相調整領域４側を外部共振器側とするために、その端面にも別の誘電体の多層膜を堆積する事で無反射コーティング膜６を施した。【０１９７】
最後に、半導体素子１を１つずつに分割し、波長可変フィルタ１０、全反射ミラー１１、コリメートレンズ７、波長選択フィルタ８と共に、サブキャリア９上に搭載する。その際、半導体素子１に電流を流して光を放出させ、光線が直線的に進行するように各構成部品を正確に配置し、外部共振器型波長可変レーザ装置を作製した。【０１９８】
この外部共振器型波長可変レーザ装置は、１５７５ｎｍ〜１６１５ｎｍの間で波長を可変することができ、すべての波長域で、閾値２５ｍＡ以下で発振した。【０１９９】
位相調整領域４に電流を１０ｍＡ程度注入することにより、光通信システムで定められた波長において光強度を最大に調整することができた。また、最大光出力はファイバ結合光出力で２０ｍＷと良好な特性を示し、本発明による方法で十分な波長可変機能を得ることができた。【０２００】
以上のように本発明について幾つかの実施例及び実施形態を示して説明したが、本願発明はこれらに限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変更して実施することが可能であることは言うまでもない。【０２０１】
なお、本発明の活用例として、幹線系、アクセス系に使用される波長多重通信用の中長距離光源が挙げられる。【０２０２】
この出願は、２００７年６月１３日に出願された日本出願特願2007-156214を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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