(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光の出射端面に設けた第１反射膜と該レーザ光の反射端面に設けた第２反射膜との間に形成された活性層の近傍に部分的に設けられた回折格子を有し、少なくとも該回折格子による波長選択特性によって発振波長スペクトルの半値幅内に２本以上の発振縦モードをもつレーザ光を出力する半導体レーザ装置において、
前記第１反射膜と前記第２反射膜との間に形成された活性層によって形成された共振器の長さは、８００μｍ以上であり、
前記回折格子を含む周囲近傍への注入電流が抑制される非電流注入領域を形成したことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記回折格子の上部を覆う絶縁膜を設け、前記絶縁膜によって前記非電流注入領域が形成され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。
【請求項３】
前記絶縁膜の長さが、前記回折格子の長さよりも長いことを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記注入電流が加えられる電極は、少なくとも前記回折格子の上面を除いて設けられ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。
【請求項５】
前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層と前記注入電流を加える電極との間に設けられ注入電流の抵抗を軽減するコンタクト層を、少なくとも前記回折格子の上面を除いて設け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。
【請求項６】
前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層と前記注入電流を加える電極との間であって、前記回折格子の上部に対応する位置に、前記上部クラッド層に対して前記電極から前記回折格子の方向に向かう電流を阻止するダイオード接合を形成する電流ブロッキング層を設け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。
【請求項７】
前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層と前記注入電流を加える電極との間であって、前記回折格子の上部に対応する位置に、前記電極に対して高い接触抵抗をもつ材質によって形成された高接触抵抗層を設け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。
【請求項８】
前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層の上面に形成されるコンタクト層を、前記回折格子の上部に対応する第１コンタクト層と前記回折格子の上部に対応しない第２コンタクト層とに空間的に分離し、前記第１コンタクト層の上面および前記分離によって形成された溝部を絶縁膜または電流ブロッキング層によって覆い、前記第２コンタクト層および前記絶縁膜または前記電流ブロッキング層の上部全面に前記電極を形成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。
【請求項９】
前記クラッド層のうちの前記回折格子の上面に位置する領域および／または前記第１コンタクト層のキャリア濃度は、前記クラッド層のキャリア濃度に比して小さいことを特徴とする請求項８に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１０】
前記クラッド層のうちの前記回折格子の上面に位置する領域および／または前記第１コンタクト層は、プロトン照射によって高抵抗化されることを特徴とする請求項８に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１１】
前記クラッド層のうちの前記回折格子の上面に位置する領域および／または前記第１コンタクト層は、ｎ型不純物の添加、拡散によって前記クラッド層に対して電流ブロッキング層を形成することを特徴とする請求項８に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１２】
前記回折格子は、前記第１反射膜側あるいは前記第１反射膜近傍に設けられることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項１３】
前記回折格子は、前記第２反射膜側あるいは前記第２反射膜近傍に設けられることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項１４】
前記回折格子は、前記第１反射膜側または前記第１反射膜近傍および前記第２反射膜側または前記第２反射膜近傍に設けられることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項１５】
前記回折格子は、回折格子長が３００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項１６】
前記回折格子の回折格子長は、前記共振器長の（３００／１３００）倍の値以下であることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項１７】
前記回折格子は、該回折格子の結合係数と回折格子長との乗算値が０．３以下であることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項１８】
前記回折格子は、グレーティング周期をランダムあるいは所定周期で変化させたことを特徴とする請求項１〜１７のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項１９】
請求項１〜１８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。
【請求項２０】
前記半導体レーザ装置の温度を制御する温度制御装置と、前記光結合レンズ系内に配置され、光ファイバ側からの反射戻り光の入射を抑制するアイソレータと、をさらに備えたことを特徴とする請求項１９に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項２１】
請求項１〜１８のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置、あるいは請求項１９または２０に記載の半導体レーザモジュールを広帯域ラマン増幅用の励起光源として用いたことを特徴とするラマン増幅器。
【請求項２２】
請求項１〜１８のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置、請求項１９または２０に記載の半導体レーザモジュール、または請求項２１に記載のラマン増幅器を用いたことを特徴とするＷＤＭ通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Erbium Doped Fiber Amplifier）やラマン増幅器などの励起用光源に適した半導体レーザ装置、半導体レーザモジュールおよびこれを用いたラマン増幅器ならびにＷＤＭ通信システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットをはじめとする様々なマルチメディアの普及に伴って、光通信に対する大容量化の要求が大きくなっている。従来、光通信では、光ファイバによる光の吸収が少ない波長である１３１０ｎｍもしくは１５５０ｎｍの帯域において、それぞれ単一の波長による伝送が一般的であった。この方式では、多くの情報を伝達するためには伝送経路に敷設する光ファイバの芯数を増やす必要があり、伝送容量の増加に伴ってコストが増加するという問題点があった。
【０００３】
そこで、高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ：Dense-Wavelength Division Multiplexing）通信方式が用いられるようになった。このＤＷＤＭ通信方式は、主にＥＤＦＡを用い、この動作帯域である１５５０ｎｍ帯において、複数の波長を使用して伝送を行う方式である。このＤＷＤＭ通信方式あるいはＷＤＭ通信方式では、１本の光ファイバを用いて複数の異なる波長の光信号を同時に伝送することから、新たな線路を敷設する必要がなく、ネットワークの伝送容量の飛躍的な増加をもたらすことを可能としている。
【０００４】
このＥＤＦＡを用いた一般的なＷＤＭ通信方式では、利得平坦化の容易な１５５０ｎｍから実用化され、最近では、利得係数が小さいために利用されていなかった１５８０ｎｍ帯にまで拡大している。しかしながら、ＥＤＦＡで増幅可能な帯域に比して光ファイバの低損失帯域の方が広いことから、ＥＤＦＡの帯域外で動作する光増幅器、すなわちラマン増幅器への関心が高まっている。
【０００５】
ラマン増幅器は、エルビウムのような希土類イオンを媒体とした光増幅器がイオンのエネルギー準位によって利得波長帯が決まるのに対し、励起光の波長によって利得波長帯が決まるという特徴を持ち、励起光波長を選択することによって任意の波長帯を増幅することができる。
【０００６】
ラマン増幅では、光ファイバに強い励起光を入射すると、誘導ラマン散乱によって、励起光波長から約１００ｎｍ程度長波長側に利得が現れ、この励起された状態の光ファイバに、この利得を有する波長帯域の信号光を入射すると、この信号光が増幅されるというものである。したがって、ラマン増幅器を用いたＷＤＭ通信方式では、ＥＤＦＡを用いた通信方式に比して、信号光のチャネル数をさらに増加させることができる。
【０００７】
図３４は、ＷＤＭ通信システムに用いられる従来のラマン増幅器の構成を示すブロック図である。図３４において、ファブリペロー型の半導体発光素子１８０ａ〜１８０ｄとファイバグレーティング１８１ａ〜１８１ｄとがそれぞれ対となった半導体レーザモジュール１８２ａ〜１８２ｄは、励起光のもとになるレーザ光を偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂに出力する。各半導体レーザモジュール１８２ａ，１８２ｂが出力するレーザ光の波長は同じであるが、偏波合成カプラ６１ａによって異なる偏波面をもった光を合成している。同様にして、各半導体レーザモジュール１８２ｃ，１８２ｄが出力するレーザ光の波長は同じであるが、偏波合成カプラ６１ｂによって異なる偏波面をもった光を合成している。偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂは、それぞれ偏波合成したレーザ光をＷＤＭカプラ６２に出力する。なお、偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂから出力されるレーザ光の波長は異なる。
【０００８】
ＷＤＭカプラ６２は、アイソレータ６０を介して偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂから出力されたレーザ光を合波し、ＷＤＭカプラ６５を介し、励起光として増幅用ファイバ６４に出力する。この励起光が入力された増幅用ファイバ６４には、増幅対象の信号光が、信号光入力ファイバ６９からアイソレータ６３を介して入力され、励起光と合波してラマン増幅される。
【０００９】
増幅用ファイバ６４内においてラマン増幅された信号光（増幅信号光）は、ＷＤＭカプラ６５およびアイソレータ６６を介してモニタ光分配用カプラ６７に入力される。モニタ光分配用カプラ６７は、増幅信号光の一部を制御回路６８に出力し、残りの増幅信号光を出力レーザ光として信号光出力ファイバ７０に出力する。
【００１０】
制御回路６８は、入力された一部の増幅信号光をもとに各半導体発光素子１８０ａ〜１８０ｄの発光状態、たとえば光強度を制御し、ラマン増幅の利得帯域が平坦な特性となるようにフィードバック制御する。
【００１１】
図３５は、ファイバグレーティングを用いた半導体レーザモジュールの概要構成を示す図である。図３５において、この半導体レーザモジュール２０１は、半導体発光素子２０２と光ファイバ２０３とを有する。半導体発光素子２０２は、活性層２２１を有する。活性層２２１は、一端に光反射面２２２が設けられ、他端に光出射面２２３が設けられる。活性層２２１内で生じた光は、光反射面２２２で反射して、光出射面２２３から出力される。
【００１２】
半導体発光素子２０２の光出射面２２３には、光ファイバ２０３が配置され、光出射面２２３と光結合される。光ファイバ２０３内のコア２３２には、光出射面２２３から所定位置にファイバグレーティング２３３が形成され、ファイバグレーティング２３３は、特性波長の光を選択的に反射する。すなわち、ファイバグレーティング２３３は、外部共振器として機能し、ファイバグレーティング２３３と光反射面２２２との間で共振器を形成し、ファイバグレーティング２３３によって選択された特定波長のレーザ光が増幅されて出力レーザ光２４１として出力される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した半導体レーザモジュール２０１（１８２ａ〜１８２ｄ）は、ファイバグレーティング２３３と半導体発光素子２０２との間隔が長いため、ファイバグレーティング２３３と光反射面２２２との間の共振によって相対強度雑音（ＲＩＮ：Relative Intensity Noise）が大きくなる。ラマン増幅では、増幅の生じる過程が早く起こるため、励起光強度が揺らいでいると、ラマン利得も揺らぐことになり、このラマン利得の揺らぎがそのまま増幅された信号強度の揺らぎとして出力されてしまい、安定したラマン増幅を行わせることができないという問題点があった。
【００１４】
ここで、ラマン増幅器としては、図３４に示したラマン増幅器のように信号光に対して後方から励起する後方励起方式のほかに、信号光に対して前方から励起する前方励起方式および双方向から励起する双方向励起方式がある。現在、ラマン増幅器として多用されているのは、後方励起方式である。その理由は、弱い信号光が強い励起光とともに同方向に進行する前方励起方式では、励起光強度が揺らぐという問題があるからである。したがって、前方励起方式にも適用できる安定した励起光源の出現が要望されている。すなわち、従来のファイバグレーティングを用いた半導体レーザモジュールを用いると、適用できる励起方式が制限されるという問題点があった。
【００１５】
また、上述した半導体レーザモジュール２０１は、ファイバグレーティング２３３を有した光ファイバ２０３と、半導体発光素子２０２とを光結合する必要があり、共振器内における機械的な光結合であるために、レーザの発振特性が機械的振動などによって変化してしまうおそれがあり、安定した励起光を提供することができない場合が生じるという問題点があった。
【００１６】
さらに、ラマン増幅器におけるラマン増幅では、信号光の偏波方向と励起光の偏波方向とが一致することを条件としている。すなわち、ラマン増幅では、増幅利得の偏波依存性があり、信号光の偏波方向と励起光の偏波方向とのずれによる影響を小さくする必要がある。ここで、後方励起方式の場合、信号光は、伝搬中に偏波がランダムとなるため、問題は生じないが、前方励起方式の場合、偏波依存性が強く、励起光の直交偏波合成、デポラライズなどによって偏波依存性を小さくする必要がある。すなわち、偏光度（ＤＯＰ：Degree Of Polarization）を小さくする必要がある。
【００１７】
なお、ラマン増幅などでは、ＷＤＭ通信方式に用いられるため、入力される信号光の波長数などに応じて増幅利得特性を変化させる場合があり、このために広いダイナミックレンジをもった高出力動作が要求される。しかし、この場合、実際にモニタ電流の駆動電流依存性には細かなふらつきが生じ、安定した光増幅制御を行うことが複雑あるいは困難になるという問題点があった。なお、モニタ電流とは、半導体レーザ装置の後方端から漏れた光出力をフォトダイオード（ＰＤ）によって受光した際に得られる電流である。
【００１８】
たとえば、図３６は、モニタ電流（Ｉｍ）の光出力（Ｌｏ）依存性を示す図である。図３６（ａ）に示したモニタ電流の光出力依存性では、ある光出力以上になると、光出力の増加に伴って波を打ち、ふらつきが生じている。この場合、半導体レーザ装置の光増幅制御は、モニタ電流をもとに行われるため、光出力との対応関係が複雑となり、結果として光増幅制御も複雑なものとなる。一方、図３６（ｂ）に示したモニタ電流の光出力依存性では、ある光出力以上になると、モニタ電流が、光出力の増加に伴って段階的に増加している。この場合、半導体レーザ装置の光増幅制御は、モニタ電流をもとに行われるため、不安定なものとなる。
【００１９】
この発明は上記に鑑みてなされたもので、ラマン増幅器などの励起用光源に適し、光出力の変化に伴うモニタ電流の細かなふらつきをなくし、安定かつ高利得増幅を可能にするとともに、簡易かつ容易な増幅制御を可能とする半導体レーザ装置、半導体レーザモジュールおよびこれを用いたラマン増幅器ならびにＷＤＭ通信システムを提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる半導体レーザ装置は、レーザ光の出射端面に設けた第１反射膜と該レーザ光の反射端面に設けた第２反射膜との間に形成された活性層の近傍に全面または部分的に設けられた回折格子を有し、少なくとも該回折格子による波長選択特性によって所望の発振縦モードをもつレーザ光を出力する半導体レーザ装置において、前記回折格子または回折格子の一部を含む周囲近傍への注入電流が抑制される非電流注入領域を形成することを特徴とする。
【００２１】
この請求項１の発明によれば、レーザ光の出射端面に設けた第１反射膜と該レーザ光の反射端面に設けた第２反射膜との間に形成された活性層の近傍に回折格子を全面または部分的に設け、少なくとも該回折格子による波長選択特性によって所望の発振縦モードをもつレーザ光を出力する際、前記回折格子または回折格子の一部を含む周囲近傍への注入電流が抑制される非電流注入領域を形成し、前記回折格子または回折格子の一部を含む近傍の温度上昇を抑制し、光出力の変化に対するモニタ電流の細かなふらつきが発生しないようにしている。
【００２２】
また、請求項２にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記部分的に設けられた回折格子の上部を覆う絶縁膜を設け、前記絶縁膜によって前記非電流注入領域が形成されることを特徴とする。
【００２３】
この請求項２の発明によれば、前記部分的に設けられた回折格子の上部を覆う絶縁膜によって回折格子への注入電流が抑制され、前記非電流注入領域を形成するようにしている。
【００２４】
また、請求項３にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記全面に設けられた前記回折格子のうちの一部所定領域の上部を覆う絶縁膜を設け、前記絶縁膜によって前記非電流注入領域が形成されることを特徴とする。
【００２５】
この請求項３の発明によれば、前記全面に設けられた前記回折格子のうちの一部所定領域の上部を覆う絶縁膜によって回折格子の一部への注入電流が抑制され、前記非電流注入領域を形成するようにしている。
【００２６】
また、請求項４にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記注入電流が加えられる電極は、少なくとも前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上面を除いて設けられることを特徴とする。
【００２７】
この請求項４の発明によれば、前記注入電流が加えられる電極を、少なくとも前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上面を除いて設けるようにし、回折格子あるいは回折格子の一部に注入電流が加えられないようにしている。
【００２８】
また、請求項５にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層と前記注入電流を加える電極との間に設けられ注入電流の抵抗を軽減するコンタクト層を、少なくとも前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上面を除いて設けたことを特徴とする。
【００２９】
この請求項５の発明によれば、前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層と前記注入電流を加える電極との間に設けられ注入電流の抵抗を軽減する機能を有するコンタクト層を、少なくとも前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上面を除いて設け、前記回折格子あるいは回折格子の一部の上部に加えられる前記注入電流の量を少なくするようにしている。
【００３０】
また、請求項６にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層と注入電流を加える電極との間であって、前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上部に対応する位置に、前記上部クラッド層に対して前記電極から前記回折格子の方向に向かう電流を阻止するダイオード接合を形成する電流ブロッキング層を設けたことを特徴とする。
【００３１】
この請求項６の発明によれば、前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層と注入電流を加える電極との間であって、前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上部に対応する位置に、前記上部クラッド層に対して前記電極から前記回折格子の方向に向かう電流を阻止するダイオード接合を形成し、前記回折格子に電流が注入されるのをブロッキングするようにしている。
【００３２】
また、請求項７にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層と前記注入電流を加える電極との間であって、前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上部に対応する位置に、前記電極に対して高い接触抵抗をもつ材質によって形成された高接触抵抗層を設けたことを特徴とする。
【００３３】
この請求項７の発明によれば、前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層と前記注入電流を加える電極との間であって、前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上部に対応する位置に、前記電極に対して高い接触抵抗をもつ材質によって形成された高接触抵抗層を設け、前記回折格子に電流が注入されることを抑制している。
【００３４】
また、請求項８にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層の上面に形成されるコンタクト層を、前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上部に対応する第１コンタクト層と前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上部に対応しない第２コンタクト層とに空間的に分離し、前記第１コンタクト層の上面および前記分離によって形成された溝部を絶縁膜または電流ブロッキング層によって覆い、前記第２コンタクト層および前記絶縁膜または前記電流ブロッキング層の上部全面に前記電極を形成することを特徴とする。
【００３５】
この請求項８の発明によれば、前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層の上面に形成されるコンタクト層を、前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上部に対応する第１コンタクト層と前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上部に対応しない第２コンタクト層とに空間的に分離し、前記第１コンタクト層の上面および前記分離によって形成された溝部を絶縁膜または電流ブロッキング層によって覆い、前記第２コンタクト層および前記絶縁膜または前記電流ブロッキング層の上部全面に前記電極を形成し、前記溝部を含めて前記回折格子への電流注入を抑制するようにしている。
【００３６】
また、請求項９にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層の上面に形成されるコンタクト層を、前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上部に対応する第１コンタクト層と前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上部に対応しない第２コンタクト層とに空間的に分離し、前記第１コンタクト層と前記第２コンタクト層との上面にそれぞれ電極を形成したことを特徴とする。
【００３７】
この請求項９の発明によれば、前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層の上面に形成されるコンタクト層を、前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上部に対応する第１コンタクト層と前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上部に対応しない第２コンタクト層とに空間的に分離し、前記第１コンタクト層と前記第２コンタクト層との上面にそれぞれ電極を形成し、前記分離された第１コンタクト層側に対応する活性層にのみ電流が注入され、回折格子に電流が注入されることを抑制している。
【００３８】
また、請求項１０にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記クラッド層のうちの前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上面に位置する領域および／または前記第１コンタクト層のキャリア濃度は、前記クラッド層のキャリア濃度に比して小さいことを特徴とする。
【００３９】
この請求項１０の発明によれば、前記クラッド層のうちの前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上面に位置する領域および／または前記第１コンタクト層のＺｎなどを添加したことによって得られるキャリア濃度は、前記クラッド層のＺｎなどを添加したことによって得られるキャリア濃度に比して小さくし、前記クラッド層のうちの前記回折格子の上面に位置する領域および／または前記第１コンタクト層を高抵抗化し、前記回折格子への電流をブロッキングするようにしている。
【００４０】
また、請求項１１にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記クラッド層のうちの前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上面に位置する領域および／または前記第１コンタクト層は、プロトン照射によって高抵抗化されることを特徴とする。
【００４１】
この請求項１１の発明によれば、前記クラッド層のうちの前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上面に位置する領域および／または前記第１コンタクト層を、プロトン照射によって高抵抗化し、前記回折格子への電流をブロッキングするようにしている。
【００４２】
また、請求項１２にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記クラッド層のうちの前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上面に位置する領域および／または前記第１コンタクト層は、ｎ型不純物の添加、拡散によって前記クラッド層に対して電流ブロッキング層を形成することを特徴とする。
【００４３】
この請求項１２の発明によれば、前記クラッド層のうちの前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上面に位置する領域および／または前記第１コンタクト層は、ｎ型不純物の添加、拡散によって前記クラッド層に対して電流ブロッキング層を形成し、前記回折格子への電流をブロッキングするようにしている。
【００４４】
また、請求項１３にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記部分的に設けられた回折格子は、前記第１反射膜側あるいは前記第１反射膜近傍に設けられることを特徴とする。
【００４５】
この請求項１３の発明によれば、前記部分的に設けられた回折格子が、前記第１反射膜側あるいは前記第１反射膜近傍に設けられ、発振波長の波長選択と共振器の出射側反射面との機能を持たせるとともに、回折格子近傍への電流の注入を抑止して、所望の発振縦モードのレーザ光を出力するようにしている。
【００４６】
また、請求項１４にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記部分的に設けられた回折格子は、前記第２反射膜側あるいは前記第２反射膜近傍に設けられることを特徴とする。
【００４７】
この請求項１４の発明によれば、前記部分的に設けられた回折格子は、前記第２反射膜側あるいは前記第２反射膜近傍に設けられ、発振波長の波長選択と共振器の後方反射面との機能を持たせるとともに、回折格子近傍への電流の注入を抑止して、所望の発振縦モードのレーザ光を出力するようにしている。
【００４８】
また、請求項１５にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記部分的に設けられた回折格子は、前記第１反射膜側または前記第１反射膜近傍および前記第２反射膜側または前記第２反射膜近傍に設けられることを特徴とする。なお、回折格子が第１反射膜側あるいは第２反射膜側に設けられるとは、回折格子の第１反射膜側端面あるいは第２反射膜端面が、第１反射膜あるいは第２反射膜に接触した状態を意味する。この場合、第１反射膜あるいは第２反射膜と回折格子とが接触することによって多重反射が抑制される。
【００４９】
この請求項１５の発明によれば、前記部分的に設けられた回折格子は、前記第１反射膜側または前記第１反射膜近傍および前記第２反射膜側または前記第２反射膜近傍に設けられ、発振波長の波長選択と共振器の出射側反射面および後方反射面との機能を持たせるとともに、回折格子近傍への電流の注入を抑止して、所望の発振縦モードのレーザ光を出力するようにしている。
【００５０】
また、請求項１６にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記全面に設けられた回折格子は、少なくとも前記第１反射膜側に接触することを特徴とする。
【００５１】
この請求項１６の発明によれば、前記全面に設けられた回折格子が、少なくとも前記第１反射膜側に接触するようにし、回折格子と第１反射膜との間の多重反射を抑制し、安定したレーザ光を出射することができる。
【００５２】
また、請求項１７にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記所望の発振縦モードの本数は、発振波長スペクトルの半値幅内に２本以上含まれることを特徴とする。
【００５３】
この請求項１７の発明によれば、前記回折格子の波長選択特性によって、前記所望の発振縦モードの本数を、発振波長スペクトルの半値幅内に２本以上含まれるようにし、高出力のレーザ光を出力するようにしている。
【００５４】
また、請求項１８にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記部分的に設けられた回折格子は、回折格子長が３００μｍ以下であることを特徴とする。
【００５５】
この請求項１８の発明によれば、第１反射膜側に設けられる前記部分的に設けられた回折格子の回折格子長を、３００μｍ以下としている。
【００５６】
また、請求項１９にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記部分的に設けられた回折格子の回折格子長を、前記共振器長の（３００／１３００）倍の値以下であることを特徴とする。
【００５７】
この請求項１９の発明によれば、第１反射膜側に設けられる前記部分的に設けられた回折格子の回折格子長を、前記共振器長の（３００／１３００）倍の値以下としている。
【００５８】
また、請求項２０にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記部分的に設けられた回折格子は、該回折格子の結合係数と回折格子長との乗算値が０．３以下であることを特徴とする。
【００５９】
この請求項２０の発明によれば、前記部分的に設けられた回折格子は、該回折格子の結合係数と回折格子長との乗算値が０．３以下とし、駆動電流−光出力特性の線形性を良好にし、光出力の安定性を高めるようにしている。
【００６０】
また、請求項２１にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記回折格子は、グレーティング周期をランダムあるいは所定周期で変化させたことを特徴とする。
【００６１】
この請求項２１の発明によれば、前記回折格子のグレーティング周期をランダムあるいは所定周期で変化させ、回折格子の波長選択に揺らぎを発生させ、発振波長スペクトルの半値幅を広げるようにしている。
【００６２】
また、請求項２２にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記第１反射膜と前記第２反射膜との間に形成された活性層によって形成された共振器の長さは、８００μｍ以上であることを特徴とする。
【００６３】
この請求項２２の発明によれば、前記第１反射膜と前記第２反射膜との間に形成された活性層によって形成された共振器の長さを、８００μｍ以上とし、高出力動作を可能としている。
【００６４】
また、請求項２３にかかる半導体レーザモジュールは、上記の発明において、請求項１〜２２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う光結合レンズ系とを備えたことを特徴とする。
【００６５】
この請求項２３の発明によれば、ファイバグレーティングを用いない半導体レーザ装置を用いて該半導体レーザ装置の共振器が物理的に分離されていないため、光軸合わせなどを行う必要がなく、半導体レーザモジュールの組立が容易になるとともに、機械的振動などによってレーザの発振特性が変化しにくくなり、安定したレーザ光を信頼性高く、かつ安定して出力することができる。
【００６６】
また、請求項２４にかかる半導体レーザモジュールは、上記の発明において、前記半導体レーザ装置の温度を制御する温度制御装置と、前記光結合レンズ系内に配置され、光ファイバ側からの反射戻り光の入射を抑制するアイソレータとをさらに備えたことを特徴とする。
【００６７】
この請求項２４の発明によれば、ファイバグレーティングを用いない半導体レーザ装置を用いているため、インライン式のファイバ型と異なり、偏波依存型アイソレータを使用することができ、挿入損失の小さい半導体レーザモジュールを実現することができる。
【００６８】
また、請求項２５にかかるラマン増幅器は、請求項１〜２２に記載の半導体レーザ装置、あるいは請求項２３または２４に記載の半導体レーザモジュールを広帯域ラマン増幅用の励起光源として用いたことを特徴とする。
【００６９】
この請求項２５の発明によれば、請求項１〜２２に記載の半導体レーザ装置、あるいは請求項２３または２４に記載の半導体レーザモジュールを広帯域ラマン増幅用の励起光源として用い、上述した各半導体レーザ装置あるいは各半導体レーザモジュールの作用効果を奏するようにしている。
【００７０】
また、請求項２６にかかるＷＤＭ通信システムは、請求項１〜２２に記載の半導体レーザ装置、請求項２３または２４に記載の半導体レーザモジュール、または請求項２５に記載のラマン増幅器を用いたことを特徴とする。
【００７１】
また、請求項２６の発明によれば、請求項１〜２２に記載の半導体レーザ装置、請求項２３または２４に記載の半導体レーザモジュール、または請求項２５に記載のラマン増幅器を用い、上述した各半導体レーザ装置、各半導体レーザモジュールあるいはラマン増幅器の作用効果を奏するようにしている。
【００７２】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体レーザ装置、半導体レーザモジュールおよびラマン増幅器ならびにＷＤＭ通信システムの好適な実施の形態について説明する。
【００７３】
(実施の形態１)
まず、この発明の実施の形態１について説明する。図１は、この発明の実施の形態１である半導体レーザ装置の長手方向の縦断面図である。また、図２は、図１に示した半導体レーザ装置のＡ−Ａ線断面図である。図１および図２において、この半導体レーザ装置２０は、ｎ−ＩｎＰ基板１の（１００）面上に、順次、ｎ−ＩｎＰによるバッファ層と下部クラッド層とを兼ねたｎ−ＩｎＰクラッド層２、圧縮歪みをもつＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ（Graded Index-Separate Confinement Heterostructure Multi Quantum Well）活性層３、ｐ−ＩｎＰスペーサ層４、ｐ−ＩｎＰクラッド層６、およびＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７が積層された構造を有する。
【００７４】
ｐ−ＩｎＰスペーサ層４内には、膜厚２０ｎｍを有し、出射側反射膜１５から反射膜１４側に向けて長さＬｇ＝５０μｍの回折格子１３が設けられ、この回折格子１３は、ピッチ約２２０ｎｍで周期的に形成され、中心波長１．４８μｍのレーザ光を波長選択する。この回折格子１３を含むｐ−ＩｎＰスペーサ層４、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３、およびｎ−ＩｎＰバッファ層２の上部は、メサストライプ状に加工され、メサストライプの長手方向の両側には、電流ブロッキング層として形成されたｐ−ＩｎＰブロッキング層９ｂとｎ−ＩｎＰブロッキング層９ａとによって埋め込まれている。
【００７５】
ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７の上面であって、出射側反射膜１５から反射膜１４に向けて６０μｍまでには、絶縁膜８が形成される。なお、この絶縁膜８は、ＳｉＮによって形成される。絶縁膜８は、良熱伝導性であることが好ましく、その他、ＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＴｉＯ2などによって構成してもよい。また、絶縁膜８は、絶縁膜８の下方のメサストライプ構造に電流が注入されないようにすれば良いため、メサストライプ構造の幅を越える幅をもつストライプ形状としてもよい。
【００７６】
絶縁膜８の上面、および絶縁膜８によって覆われる以外領域のＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７の上面には、ｐ側電極１０が形成される。なお、ｐ側電極１０には、図示しないボンディングパッドが形成されることが望ましい。このボンディングパッドの厚さは、５μｍ程度の厚さとすることが望ましく、たとえば半導体レーザ装置をジャンクションダウン方式で組み立てる場合、このボンディングパッドは、この厚さによって組立時の衝撃を和らげる緩衝材として機能し、さらにこの厚さによってヒートシンクとの接合時における半田の回り込みが防止され、この半田の回り込みによる短絡を防止することができる（図２２，図２３参照）。一方、ｎ−ＩｎＰ基板１の裏面には、ｎ側電極１１が形成される。これらｐ側電極１０およびｎ側電極１１が半導体ウェハ上に形成された各半導体レーザ装置は、劈開によって分離される。
【００７７】
その後、半導体レーザ装置２０の長手方向の一端面である光反射端面には、反射率８０％以上、好ましくは９８％以上の高光反射率をもつ反射膜１４が形成され、他端面である光出射端面には、反射率が２％以下、好ましくは０．１％以下の低光反射率をもつ出射側反射膜１５が形成される。反射膜１４と出射側反射膜１５とによって形成された光共振器のＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３内に発生した光は、反射膜１４によって反射し、出射側反射膜１５を介し、レーザ光として出射されるが、この際、回折格子１３によって波長選択されて出射される。
【００７８】
この実施の形態１における半導体レーザ装置２０は、ラマン増幅器の励起用光源として用いられることを前提とし、その発振波長λ0は、１１００ｎｍ〜１５５０ｎｍであり、共振器長Ｌは、８００μｍ以上３２００μｍ以下としている。ところで、一般に、半導体レーザ装置の共振器によって発生する縦モードのモード間隔Δλは、実効屈折率を「ｎ」とすると、次式で表すことができる。すなわち、
Δλ＝λ02／（２・ｎ・Ｌ）
である。ここで、発振波長λ0を１４８０μｍとし、実効屈折率を３．５とすると、共振器長Ｌが８００μｍのとき、縦モードのモード間隔Δλは、約０．３９ｎｍとなり、共振器長が３２００μｍのとき、縦モードのモード間隔Δλは、約０．１ｎｍとなる。すなわち、共振器長Ｌを長くすればするほど、縦モードのモード間隔Δλは狭くなり、単一縦モードのレーザ光を発振するための選択条件が厳しくなる。
【００７９】
一方、回折格子１３は、そのブラッグ波長によって縦モードを選択する。この回折格子１３による選択波長特性は、図３に示す発振波長スペクトル３０として表される。
【００８０】
図３に示すように、この実施の形態１では、回折格子１３を有した半導体レーザ装置２０による発振波長スペクトル３０の半値幅Δλｈで示される波長選択特性内に、発振縦モードを複数存在させるようにしている。従来のＤＢＲ（Distributed Bragg Reflrector）半導体レーザ装置あるいはＤＦＢ（Distributed Feedback）半導体レーザ装置では、共振器長Ｌを８００μｍ以上とすると、単一縦モード発振が困難であったため、かかる共振器長Ｌを有した半導体レーザ装置は用いられなかった。しかしながら、この実施の形態１の半導体レーザ装置２０では、共振器長Ｌを積極的に８００μｍ以上とすることによって、発振波長スペクトルの半値幅Δλｈ内に複数の発振縦モードを含ませてレーザ出力するようにしている。図３では、発振波長スペクトルの半値幅Δλｈ内に３つの発振縦モード３１〜３３を有している。
【００８１】
複数の発振縦モードを有するレーザ光を用いると、単一縦モードのレーザ光を用いた場合に比して、レーザ出力のピーク値を抑えて、高いレーザ出力値を得ることができる。たとえば、この実施の形態１に示した半導体レーザ装置では、図４（ｂ）に示すプロファイルを有し、低いピーク値で高レーザ出力を得ることができる。これに対し、図４（ａ）は、同じレーザ出力を得る場合の単一縦モード発振の半導体レーザ装置のプロファイルであり、高いピーク値を有している。
【００８２】
ここで、半導体レーザ装置をラマン増幅器の励起用光源として用いる場合、ラマン利得を大きくするために励起光出力パワーを増大することが好ましいが、そのピーク値が高いと、誘導ブリルアン散乱が発生し、雑音が増加するという不具合が発生する。誘導ブリルアン散乱の発生は、誘導ブリルアン散乱が発生する閾値Ｐthを有し、同じレーザ出力パワーを得る場合、図４（ｂ）に示すように、複数の発振縦モードを持たせ、そのピーク値を抑えることによって、誘導ブリルアン散乱の閾値Ｐth内で、高い励起光出力パワーを得ることができ、その結果、高いラマン利得を得ることが可能となる。
【００８３】
また、発振縦モード３１〜３３の波長間隔（モード間隔）Δλは、０．１ｎｍ以上としている。これは、半導体レーザ装置２０をラマン増幅器の励起用光源として用いる場合、モード間隔Δλが０．１ｎｍ以下であると、誘導ブリルアン散乱が発生する可能性が高くなるからである。この結果、上述したモード間隔Δλの式によって、上述した共振器長Ｌが３２００μｍ以下であることが好ましいことになる。
【００８４】
このような観点から、発振波長スペクトル３０の半値幅Δλｈ内に含まれる発振縦モードの本数は、複数であることが望ましい。ところで、ラマン増幅では、増幅利得に偏波依存性があるため、信号光の偏波方向と励起光の偏波方向とのずれによる影響を小さくする必要がある。このための方法として、励起光を無偏光化（デポラライズ）する方法があり、具体的には、２台の半導体レーザ装置２０からの出力光を方法のほか、デポラライザとして所定長の偏波面保持ファイバを用いて、１台の半導体レーザ装置２０から出射されたレーザ光を、この偏波面保持ファイバに伝搬させる方法がある。無偏光化の方法として、後者の方法を使用する場合には、発振縦モードの本数が増大するに従ってレーザ光のコヒーレンシーが低くなるので、無偏光化に必要な偏波面保持ファイバの長さを短くすることができる。特に、発振縦モードが４，５本となると、急激に、必要な偏波面保持ファイバの長さが短くなる。従って、ラマン増幅器に使用するために半導体レーザ装置２０から出射されるレーザ光を無偏光化する場合に、２台の半導体レーザ装置の出射光を偏波合成して利用しなくても、１台の半導体レーザ装置２０の出射レーザ光を無偏光化して利用することが容易となるので、ラマン増幅器に使用される部品数の削減、小型化を促進することができる。
【００８５】
ここで、発振波長スペクトル幅が広すぎると、波長合成カプラによる合波ロスが大きくなるとともに、発振波長スペクトル幅内における波長の動きによって、雑音や利得変動を発生させることになる。このため、発振波長スペクトル３０の半値幅Δλｈは、３ｎｍ以下、好ましくは２ｎｍ以下とする必要がある。
【００８６】
さらに、従来の半導体レーザ装置では、図２６に示したように、ファイバグレーティングを用いた半導体レーザモジュールとしていたため、ファイバグレーティング２３３と光反射面２２２との間の共振によって相対強度雑音（ＲＩＮ）が大きくなり、安定したラマン増幅を行うことができないが、この実施の形態１に示した半導体レーザ装置２０では、ファイバグレーティング２３３を用いず、出射側反射膜１５から出射したレーザ光をそのまま、ラマン増幅器の励起用光源として用いているため、相対強度雑音が小さくなり、その結果、ラマン利得の揺らぎが小さくなり、安定したラマン増幅を行わせることができる。
【００８７】
また、図２６に示した半導体レーザモジュールでは、共振器内に機械的な結合を必要とするため、振動などによってレーザの発振特性が変化する場合が発生するが、この実施の形態１の半導体レーザ装置では、機械的な振動などによるレーザの発振特性の変化がなく、安定した光出力を得ることができる。
【００８８】
ところで、この実施の形態１では、回折格子１３の上部であって、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７とｐ側電極１０との間に、出射側反射膜１５から反射膜１４に向けて長さＬｉ＝６０μｍの絶縁膜８が形成されている。このため、ｐ側電極１０からｎ側電極１１に向けて加えられる注入電流は、絶縁膜８によって覆われない領域の下方である電流注入領域Ｅ２を流れ、絶縁膜８によって覆われた下方である非電流注入領域Ｅ１への流入が抑制される。
【００８９】
非電流注入領域Ｅ１内の回折格子１３近傍への注入電流の抑制によって、図５に示すように、半導体レーザ装置２０の後方端、すなわち反射膜１４側から漏れたモニタ電流の光出力依存性における細かなふらつきが減少し、光増幅制御が簡易かつ容易となり、結果として、安定した光出力を容易に得ることができる。この結果、この実施の形態１に示した半導体レーザ装置２０は、ラマン増幅器の励起用光源として用いた場合、増幅制御が容易になる。特に、３００ｍＷ程度以上の大出力半導体レーザ装置では、特に注入電流の値が大きくなると、モニタ電流の光出力特性に細かなふらつきが発生しやすくなるが、図５に示すように、３００ｍＷの光出力近傍であっても、モニタ電流に細かなふらつきが発生せず、光増幅制御が簡易かつ容易になる。なお、非電流注入領域が形成されていない従来の半導体レーザ装置では、図５に示したモニタ電流の光出力依存性をもつ半導体レーザ装置を、約２０％程度しか得ることができなかったが、この実施の形態１に示した非電流注入領域を形成することによって、図５に示したモニタ電流の光出力依存性をもつ半導体レーザ装置を、約７０％得ることができた。
【００９０】
また、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３の出射側反射膜１５端面では、ＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage）が発生しやすい。ＣＯＤは、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３の出射側反射膜１５端面において、端面温度の上昇→バンドギャップの縮小→光吸収→再結合電流→端面温度の上昇という帰還サイクルが発生し、このサイクルが正帰還となることによって、端面が溶融し、瞬時にして劣化してしまう現象である。ところで、この実施の形態１では、この出射側反射膜１５端面は、非電流注入領域Ｅ１内であるため、注入電流が抑制され、発熱の抑制によってＣＯＤの発生確率を低減することが期待できる。ここで、ＩｎＰ系の半導体レーザ装置では、ＧａＡｓ系に比してＣＯＤが発生し難いが、３００ｍＷ程度以上の高出力半導体レーザ装置では、たとえＩｎＰ系であったとしても、端面温度上昇が大きくなるため、ＣＯＤが発生し易くなる。
【００９１】
なお、電流注入領域Ｅ２のＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３は、注入電流によって発光する一方、非電流注入領域Ｅ１のＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３は、電流注入領域Ｅ２のＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３からの光によって、フォトンリサイクルを行うため、注入電流がなくても、レーザ光を出射側反射膜１５側に透過出力するバッファアンプとして機能し、レーザ光を減衰させることはない。さらに、絶縁膜８によって形成される非電流注入領域Ｅ１は、たかだか７０μｍであり、共振器長Ｌが、３２００μｍ≧Ｌ≧８００μｍであることを鑑みれば、小さな領域であり、この実施の形態１による半導体レーザ装置２０のレーザ出力は、非電流注入領域Ｅ１が形成されない半導体レーザ装置とほぼ同じレーザ出力を得ることができる。
【００９２】
また、絶縁膜８の長さＬｉは、回折格子１３の長さＬｇを越える長さであることが好ましい。ただし、絶縁膜８の長さＬｉを長くし過ぎると、電流注入領域Ｅ２のＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３部分が少なくなり、レーザ光の出力低下をもたらすことになるため、絶縁膜８の長さＬｉは、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４の反射膜１４側端点からｎ側電極１１に向かう注入電流の拡散が回折格子１３に影響を与えない程度に越える長さとするのが好ましい。このため、この実施の形態１では、絶縁膜８の長さＬｉを、回折格子１３の長さＬｇ＝５０μｍに対して１０μｍ分長い、６０μｍとしている。
【００９３】
さらに、Ｉ−Ｌ特性のキンクの存在は、出射側反射膜１５と回折格子１３の出射側反射膜１５側端面との間の距離Ｘに依存する。図６は、回折格子１３の近傍を示す拡大図である。図６において、回折格子１３の長さは７０μｍである。ここで、図６に示すように、回折格子１３の出射側反射膜１５側端面が出射側反射膜１５に接触していない場合、出射側反射膜１５と回折格子１３の出射側反射膜１５側端面との間で多重反射が発生し、この多重反射は、Ｉ−Ｌ特性におけるキンクを発生させる。このキンクの発生状態は、Ｉ−Ｌ特性を示す曲線の一次微分として計算されるスロープ効率曲線によって一層明らかに知ることができる。
【００９４】
図７〜図９は、距離Ｘと絶縁膜８の長さを変化させた場合におけるスロープ効率曲線を示す図である。図７は、距離Ｘが０であり、回折格子１３と出射側反射膜１５とが接触した状態にあり、絶縁膜８の長さＬｉが１００μｍである場合のスロープ効率曲線を示している。また、図８は、距離Ｘが２０μｍであり、絶縁膜８の長さＬｉが１２０μｍのときのスロープ効率曲線を示している。さらに、図９は、距離Ｘが５０μｍであり、絶縁膜の長さＬｉが１５０μｍのときのスロープ効率曲線を示している。なお、符号Ｋ１〜Ｋ３は、キンクが発生していることを示している。図７に示したスロープ効率曲線では、４００ｍＡ程度の低い駆動電流のときに小さなキンクが発生しているのみである。しかし、図８および図９に示したスロープ効率曲線では、距離Ｘの増大とともに、大きなキンクが発生し、かつキンクの数が多くなっている。また、１０００ｍＡ程度の大きな駆動電流領域においてもキンクが発生している。したがって、回折格子１３と出射側反射膜１５とを接触させることが好ましい。
【００９５】
なお、図１および図２に示した半導体レーザ装置２０では、回折格子１３の長さＬｇ＝５０μｍとし、絶縁膜８の長さＬｉ＝６０μｍとしていたが、回折格子１３の長さを１００μｍと長くし、絶縁膜８の長さＬｉ＝１３０μｍとした場合であっても、一定の効果が得られることがわかった。図１０（ａ）は、回折格子の長さＬｇ＝１００μｍとし、絶縁膜８を設けない場合におけるモニタ電流の光出力依存性を示す図である。この場合、モニタ電流Ｉｍは、光出力Ｐｏの全域にわたり、光出力の増加に伴って段階的に変化するふらつきが生じている。一方、図１０（ｂ）は、回折格子の長さＬｇ＝１００μｍとし、絶縁膜８の長さＬｉ＝１３０μｍとした場合におけるモニタ電流の光出力依存性を示す図である。図１０（ｂ）に示すように、回折格子の長さＬｇが１００μｍと長い場合であっても、絶縁膜８を設けることによって、光出力Ｐｏの高出力領域においてモニタ電流Ｉｍのふらつきがなくなっている。したがって、光出力Ｐｏが低出力領域においては実用に耐えないが、光出力Ｐｏを高出力領域において用いる場合には、実用に適した半導体レーザ装置となる。すなわち、絶縁膜８を設けて非電流注入領域を形成することによって、モニタ電流の光出力依存性が改善されることがわかる。
【００９６】
この実施の形態１では、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３に沿って部分的に設けられた回折格子１３近傍に注入電流の流入を抑制するように、回折格子１３の上部に絶縁膜８を設けるようにしているので、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になる。
【００９７】
また、出射側反射膜１５から、回折格子１３および絶縁膜８が延びる構成としているので、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３の出射側反射膜１５端面に加えられる注入電流も抑制され、ＣＯＤの発生確率を低減することが期待できる。
【００９８】
さらに、半導体レーザ装置２０が回折格子１３によって波長選択を行い、発振波長を１１００μｍ〜１５５０μｍ帯とし、共振器長Ｌを８００μｍ〜３２００μｍ帯とすることによって、発振波長スペクトル３０の半値幅Δλｈ内に複数の発振縦モード、好ましくは４本以上の発振縦モードをもつレーザ光を出力するようにしているので、ラマン増幅器の励起用光源として用いた場合に、誘導ブリルアン散乱を発生せずに、安定し、かつ高いラマン利得を得ることができる。
【００９９】
また、ファイバグレーティングを用いた半導体レーザモジュールのように、ファイバグレーティングをもつ光ファイバと半導体発光素子との光結合を共振器内において行わないので、組立が容易となり、機械的振動などによる不安定出力を回避することができる。
【０１００】
なお、実施の形態１では、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３に沿って、回折格子１３が形成されている半導体レーザ装置２０であったが、これに限らず、活性層に隣接する光導波路を有し、この光導波路に沿って回折格子が形成される半導体レーザ装置においても、同様に適用することができるのは明らかである。
【０１０１】
（実施の形態２）
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、回折格子１３の上部であって、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７とｐ側電極１０との間に絶縁膜８を設け、非電流注入領域Ｅ１を形成し、回折格子１３近傍への電流注入を抑制するようにしていたが、この実施の形態２では、回折格子１３の上部であって、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７の上面にｐ側電極１０を設けないようにし、これによって、非電流注入領域Ｅ１を形成するようにしている。
【０１０２】
図１１は、この発明の実施の形態２である半導体レーザ装置の長手方向の縦断面図である。図１１において、回折格子１３は、実施の形態１と同じであり、長さＬｇ＝５０μｍである。ｐ−ＩｎＰクラッド層６の上面全面には、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７が形成され、このＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７の上面には、ｐ側電極１０が形成されるが、回折格子１３の上部に対応する部分であって、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７の上面には、ｐ側電極１０が形成されない。その他の構成は、実施の形態１と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【０１０３】
このｐ側電極１０が形成されない領域は、実施の形態１に示した絶縁膜８と同じであり、出射側反射膜１５から６０μｍの領域である。したがって、回折格子１３近傍への電流注入が抑制され、実施の形態１と同様に、光増幅制御が簡易かつ容易となり、結果として安定した光出力を得ることができる半導体レーザ装置を実現することができる。
【０１０４】
（実施の形態３）
つぎに、この発明の実施の形態３について説明する。上述した実施の形態１では、回折格子１３の上部であって、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７とｐ側電極１０との間に絶縁膜８を積極的に設け、非電流注入領域Ｅ１を形成し、回折格子１３近傍への電流注入を抑制するようにしていたが、この実施の形態３では、回折格子１３の上部であって、絶縁膜８が形成される領域のＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７を形成しないようにし、これによって、非電流注入領域Ｅ１を形成するようにしている。
【０１０５】
図１２は、この発明の実施の形態３である半導体レーザ装置の長手方向の縦断面図である。図１２において、回折格子１３は、実施の形態１と同じであり、長さＬｇ＝５０μｍである。ｐ−ＩｎＰクラッド層６の上面全面には、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７が形成されず、回折格子１３の上部に対応する部分を除いて形成される。すなわち、実施の形態１に示した絶縁膜８と同じであって、出射側反射膜１５から６０μｍの領域には、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７が形成されない。このＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７が形成されず、ｐ−ＩｎＰクラッド層６が剥き出しになった領域の上面と、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７が形成された領域の上面には、ｐ側電極１０が形成される。その他の構成は、実施の形態１と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【０１０６】
この結果、ｐ側電極１０とｐ−ＩｎＰクラッド層６との間は、直接接合され、高い抵抗値を持つことになるが、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７を介して接合されるｐ側電極１０とｐ−ＩｎＰクラッド層６との間は、低い抵抗値を呈することになる。したがって、回折格子１３近傍への電流注入が抑制され、実施の形態１と同様に、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になる。
【０１０７】
（実施の形態４）
つぎに、この発明の実施の形態４について説明する。上述した実施の形態１では、回折格子１３の上部であって、ｐ型であるＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７とｐ側電極１０との間に絶縁膜８を設け、非電流注入領域Ｅ１を形成し、回折格子１３近傍への電流注入を抑制するようにしていたが、この実施の形態４では、絶縁膜８に代えて、ｎ−ＩｎＰ層１８を形成することによって電流ブロッキング層を形成し、これによって、非電流注入領域Ｅ１を形成するようにしている。
【０１０８】
図１３は、この発明の実施の形態４である半導体レーザ装置の長手方向の縦断面図である。図１３において、回折格子１３は、実施の形態１と同じであり、長さＬｇ＝５０μｍである。ｐ−ＩｎＰクラッド層６の上面全面には、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７が形成され、回折格子１３の上部に対応する部分であるＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７の上面には、ｎ−ＩｎＰ層１８が形成される。すなわち、実施の形態１に示した絶縁膜８と同じ位置にｎ−ＩｎＰ層１８が形成される。ｎ−ＩｎＰ層１８の上面とこのｎ−ＩｎＰ層１８が形成されていないＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７の上面とには、ｐ側電極１０が形成される。その他の構成は、実施の形態１と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【０１０９】
この結果、ｎ−ＩｎＰ層１８とｐ−ＩｎＰクラッド層６との接合は、回折格子１３方向に対してｎｐ接合となり、電流ブロッキング層として機能する。したがって、回折格子１３近傍への電流注入が抑制され、実施の形態１と同様に、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になる。
【０１１０】
ここで、図１４〜図１７は、回折格子長Ｌｇを７０μｍとし、ｎ−ＩｎＰ層１８の長さＬｉを変化させた場合におけるスロープ効率曲線を示す図である。図１４は、回折格子長Ｌｇが７０μｍであって長さＬｉを０とした場合、すなわちｎ−ＩｎＰ層１８を設けない場合におけるスロープ効率曲線を示している。また図１５〜図１７は、回折格子長Ｌｇが７０μｍであって、それぞれ順に長さＬｉを５０μｍ、１００μｍ、１３０μｍとした場合におけるスロープ効率曲線を示している。図１４に示したスロープ効率曲線では、非常に大きく、しかも多くのキンクが発生している。しかしながら、図１５〜図１７に示したスロープ効率曲線では、長さＬｉの増大とともに、キンクの大きさが小さくなり、しかもキンクの数が減っている。したがって、ｎ−ＩｎＰ層１８の長さＬｉを増大させることによって、キンクの発生を防止することができる。
【０１１１】
ところで、図１８は、回折格子長Ｌｇが７０μｍで距離Ｘが０の場合における光出力のｎ−ＩｎＰ層１８の長さＬｉの依存性を示す図である。図１８では、長さＬｉ０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、１３０μｍをもつ４つの半導体レーザ装置に対して異なる３点の駆動電流を印加した場合における光出力をプロットしており、実線は、これらのプロット値の平均を結んだ線である。図８に示すように、ｎ−ＩｎＰ層１８の長さＬｉを長くしても、光出力の低下はほとんどなく、長さＬｉが光出力に与える影響はほとんどないものと言える。
【０１１２】
なお、この実施の形態４の構成では、ｎ−ＩｎＰ層１８と電極１０との間の接触抵抗が大きくなることと、ｎ−ＩｎＰ層１８とＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７との間が逆バイアスになることとによって、ｎ−ＩｎＰ層１８下部への電流注入が抑制されるようになっている。したがって、ｎ−ＩｎＰ層１８と電極１０との間のように、電極１０に対して接触抵抗が大きくなるｎ−ＩｎＰ層１８に代えて、たとえばｉ−ＩｎＰ（真性ＩｎＰ）層、ｐ−ＩｎＰ層、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層、ｉ−ＩｎＧｓＡｓＰ層、ｎ−ＩｎＧａＡｓ層、ｉ−ＩｎＧａＡｓ層を形成し、接触抵抗を大きくして、回折格子１３近傍への電流注入を抑制するようにしてもよい。このような構成であっても、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、簡易かつ容易な光増幅制御が実現できる。
【０１１３】
（実施の形態５）
つぎに、この発明の実施の形態５について説明する。上述した実施の形態４では、回折格子１３の上部であって、ｐ型であるＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７とｐ側電極１０との間にｎ−ＩｎＰ層１８を設けて電流ブロッキング層を形成することによって非電流注入領域Ｅ１を形成し、回折格子１３近傍への電流注入を抑制するようにしていたが、この実施の形態５では、回折格子１３の上部に対応するＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７にｎ型不純物を拡散してｎ型半導体に変化させ、ｐ−ＩｎＰクラッド層６とによって電流ブロッキング層を形成し、これによって、非電流注入領域Ｅ１を形成するようにしている。
【０１１４】
図１９は、この発明の実施の形態５である半導体レーザ装置の長手方向の縦断面図である。図１９において、回折格子１３は、実施の形態１と同じであり、長さＬｇ＝５０μｍである。ｐ−ＩｎＰクラッド層６の上面全面には、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７が形成される。このＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７のうち、回折格子１３に対応するＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７には、ｎ型不純物が添加、拡散され、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７に接するｐ−ＩｎＰクラッド層６領域もｎ型に変化され、ｎ型領域１７ａが形成される。なお、ｎ型不純物の添加、拡散は、イオン注入、アニーリングなどの各種方法の組み合わせによって行うことができる。その後、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７の上面には、ｐ側電極１０が形成される。その他の構成は、実施の形態４と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【０１１５】
この結果、新たにｎ−ＩｎＰ層１８を設けることなく、回折格子１３方向に対してｎｐ接合が形成され、このｎｐ接合は電流ブロッキング層として機能する。したがって、回折格子１３近傍への電流注入が抑制され、実施の形態１と同様に、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になる。
【０１１６】
（実施の形態６）
つぎに、この発明の実施の形態６について説明する。上述した実施の形態５では、ｎ型領域１７ａを形成することによって、ｎ−ＩｎＰ層１８などの新たな半導体層を設けないようにしていたが、この実施の形態６では、ｎ型領域１７ａに対応する領域を高抵抗化することによって、非電流注入領域Ｅ１を形成するようにしている。
【０１１７】
図２０は、この発明の実施の形態６である半導体レーザ装置の長手方向の縦断面図である。図２０において、高抵抗化された高抵抗領域１７ｂは、実施の形態５に示したｎ型領域１７ａと同じ位置に形成される。その他の構成は、実施の形態６と同じであり、同一構成部分には、同一符号を付している。この高抵抗領域１７ｂは、図２１に示すように、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７が形成された後、プロトン（Ｈ+）を、回折格子１３に対応する部分に、上部からイオン注入することによって形成される。
【０１１８】
この結果、ｐ側電極１０から注入された電流は、高抵抗領域１７ｂの存在によって、回折格子１３近傍に流入し難くなり、新たにｎ−ＩｎＰ層１８などを設けることなく、回折格子１３近傍への電流注入が抑制されるので、実施の形態１と同様に、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になる。
【０１１９】
（実施の形態７）
つぎに、この発明の実施の形態７について説明する。上述した実施の形態１では、絶縁膜８を設けて非電流注入領域Ｅ１を形成するようにしていたが、この実施の形態７では、さらに、絶縁膜８の反射膜１４側端部近傍に溝部４０が形成され、一層、注入電流が回折格子１３に流入するのを抑制している。
【０１２０】
図２２は、この発明の実施の形態７である半導体レーザ装置の長手方向の縦断面図である。図２２において、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７は、出射側反射膜１５から６０μｍ近傍で、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７ａ，７ｂに空間的に離隔される。ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７が形成された段階で、横方向の溝部４０が形成され、これによって、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７は分離される。この際、ｐ−ＩｎＰクラッド層６の一部も削られ、溝部４０を形成する。
【０１２１】
この溝部４０が形成された後、絶縁膜８が、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７ａ、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７ｂの出射側反射膜１５側端部、およびこれらに挟まれた溝部４０の各上面に形成される。さらに、絶縁膜８およびＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７ｂの各上面にｐ側電極１０が形成される。
【０１２２】
この結果、ｐ側電極１０から注入された電流は、溝部４１に形成された絶縁膜８の構成によって、回折格子１３方向に対する注入電流の流入が抑制されるので、実施の形態１と同様に、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になる。
【０１２３】
（実施の形態８）
つぎに、この発明の実施の形態８について説明する。上述した実施の形態１〜７では、ｐ側電極１０が、一体化した薄膜として形成されるものであったが、この実施の形態８では、非電流注入領域Ｅ１と電流注入領域Ｅ２とにそれぞれ対応する２つの電極に空間的に分離し、電気的に絶縁するようにしている。
【０１２４】
図２３は、この発明の実施の形態８である半導体レーザ装置の長手方向の縦断面図である。図２３において、非電流注入領域Ｅ１と電流注入領域Ｅ２との間には、ｐ−ＩｎＰクラッド層６の上面の一部から上部側であって、出射側反射膜１５から６０μｍ近傍に、溝部４１が形成されている。ｐ−ＩｎＰクラッド層６の非電流注入領域Ｅ１側上面には、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７ａが形成され、電流注入領域Ｅ２側上面には、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７ｂが形成される。非電流注入領域Ｅ１側では、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７ａの上部にさらに電極８ａが形成され、この電極８ａの上面に、メッキ１２ａが形成される。一方、電流注入領域Ｅ２側では、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７ｂの上面には、さらに電極８ｂが形成され、さらにメッキ１２ｂが形成される。その他の構成は、実施の形態１と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【０１２５】
この溝部４１の形成は、ｐ−ＩｎＰクラッド層６を形成した後、このｐ−ＩｎＰクラッド層６の上面全面にＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７ａ，７ｂに対応するＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７を形成し、その後、出射側反射膜１５から６０μｍ近傍におけるＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７をエッチングすることによって形成される。その後、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７ａ，７ｂの各上面に電極８ａ，８ｂが形成され、さらにメッキ１２ａ，１２ｂが形成される。このメッキ１２ｂは、ｐ側電極を形成する。なお、注入電流を通電する図示しないワイヤは、メッキ１２ｂ側にボンディングされる。したがって、メッキ１２ａは通電されず、注入電流は、メッキ１２ｂ側のＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３に加えられることになる。
【０１２６】
この結果、注入電流がメッキ１２ｂ側のみから加えられることと溝部４１の存在とによって、回折格子１３方向に対する注入電流の流入が抑制されるので、実施の形態１と同様に、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になる。
【０１２７】
ここで、図２３に示した半導体レーザ装置は、通常、図２４に示すように、メッキ１２ａ，１２ｂをヒートシンク５７ａ側に接合（ジャンクションダウン）させて用いる。このジャンクションダウン方式では、半導体レーザ装置全体において、発熱源としてのＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３がメッキ１２ａ，１２ｂ側に配置されるため、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３をヒートシンク５７側に近づけることによって、温度制御が容易になるからである。ただし、図２３に示した半導体レーザ装置の構成をそのままジャンクションダウンさせると、メッキ１２ａ，１２ｂ間が導通してしまうため、ヒートシンク５７ａのメッキ１２ｂ側の接触部分に、Ａｕによる導通パターン１６が形成される。ここで、ヒートシンク５７ａは、高熱伝導率を有するとともに絶縁性材料から形成されるため、メッキ１２ａ側とメッキ１２ｂ側とは絶縁されることになる。なお、メッキ１２ａ、電極８ａ、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７ａは、熱伝導率が高いため、非電流注入領域Ｅ１側の熱をヒートシンク５７ａ側に効率良く伝導することができる。導電パターン１６は、半導体レーザ装置とヒートシンク５７ａとの接合部分以外のヒートシンク５７ａ上に延び、ワイヤ１６ａとボンディングされ、注入電流が供給されることになる。このようなジャンクションダウン方式を採用すると、上述したように、発熱の大きなＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３側をヒートシンク５７ａに近づけることができるため、半導体レーザ装置２０の温度制御が容易になり、一層、出力安定性を保つことができる。
【０１２８】
また、メッキ１２ａ，１２ｂの間に形成される溝１７は、半導体レーザ装置をヒートシンク５７ａに接合する場合に広がった半田Ｓを集める役割をもつ。すなわち、半田Ｓの広がりは溝１７によって止められ、メッキ１２ａとメッキ１２ｂとの短絡が防止される。
【０１２９】
なお、上述した実施の形態１〜７あるいは後述する実施の形態においても、ジャンクションダウン方式を採用することが好ましい。これは、上述したように半導体レーザ装置２０の温度制御が容易になり、一層、出力安定性を保つことができるからである。
【０１３０】
（実施の形態９）
つぎに、この発明の実施の形態９について説明する。上述した実施の形態１〜８では、いずれも出射側反射膜１５側に回折格子１３を設けるようにしていたが、この実施の形態９では、反射膜１４側にも回折格子を設けるようにしている。
【０１３１】
図２５は、この発明の実施の形態９である半導体レーザ装置の長手方向の縦断面図である。図２５において、この半導体レーザ装置は、反射膜１４側にも、反射膜１４側から長さＬｇａを有する回折格子１３ａを設け、この回折格子１３ａの屈折率低下を防ぐため、絶縁膜８ａが設けられている。この絶縁膜８ａは、絶縁膜８と同様に、回折格子１３ａの上部であって、ｐ−ＩｎＰクラッド層６とｐ側電極１０との間に設けられ、長さＬｉａを有する。この長さＬｉａは、長さＬｇと長さＬｉとの関係と同じであり、長さＬｇａを覆うことができる程度であって最小限の長さに設定される。なお、反射膜１４側の回折格子１３ａは、波長選択性を持たせるとともに反射特性とを持たせるため、結合係数κと長さＬｇａとの積は、大きな値、たとえば「２」以上に設定するとよい。
【０１３２】
これによって、回折格子１３ａ側にも非電流注入領域Ｅ３を形成することができ、回折格子１３ａ近傍に対する注入電流の流入が抑制されるので、実施の形態１と同様に、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になる。また、反射膜１４側端面における端面劣化をも防ぐことができる。なお、回折格子１３ａのみを設けた半導体レーザ装置であっても、この実施の形態９を適用することによって、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になる。
【０１３３】
なお、上述した実施の形態１〜９では、回折格子１３あるいは回折格子１３ａが中心波長に対して揺らぎを持つ波長選択性によって、複数本の発振縦モードを出力するようにしていたが、回折格子１３あるいは回折格子１３ａに対して積極的に揺らぎをもたせ、発振縦モードの数を増やすことができる半導体レーザ装置を得るようにしてもよい。
【０１３４】
図２６は、回折格子１３のグレーティング周期の周期的変化を示す図である。この回折格子１３は、グレーティング周期を周期的に変化させたチャープドグレーティングとしている。図２６では、この回折格子１３の波長選択性に揺らぎを発生させ、発振波長スペクトルの半値幅Δλhを広げ、半値幅Δλh内の発振縦モードの本数を増大するようにしている。その他の構成は、実施の形態１〜９と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【０１３５】
図２６に示すように、回折格子１３は、平均周期が２２０ｎｍであり、±０．０２ｎｍの周期揺らぎ（偏差）を周期Ｃで繰り返す構造を有している。この±０．０２ｎｍの周期揺らぎによって、発振波長スペクトルの半値幅Δλh内に３〜６本程度の発振縦モードをもたせることができる。
【０１３６】
たとえば、図２７は、異なる周期Λ1，Λ2の回折格子を有する半導体レーザ装置の発振波長スペクトルを示す図である。図２７において、周期Λ1の回折格子は、波長λ1の発振波長スペクトルを形成し、この発振波長スペクトル内に３本の発振縦モードを選択する。一方、周期Λ2の回折格子は、波長λ2の発振波長スペクトルを形成し、この発振波長スペクトル内に３本の発振縦モードを選択する。したがって、周期Λ1，Λ2の回折格子による複合発振波長スペクトル４５は、この複合発振波長スペクトル４５内に４〜５本の発振縦モードが含まれることになる。この結果、単一の発振波長スペクトルを形成するときに比べ、一層多くの発振縦モードを容易に選択出力することができ、光出力の増大をもたらすことができる。
【０１３７】
なお、回折格子１３の構成としては、一定の周期Ｃでグレーティング周期を変化させるチャープドグレーティングに限らず、グレーティング周期を、周期Λ1（２２０ｎｍ＋０．０２ｎｍ）と周期Λ2（２２０ｎｍ−０．０２ｎｍ）との間でランダムに変化させるようにしてもよい。
【０１３８】
さらに、図２８（ａ）に示すように、周期Λ1と周期Λ2とを一回ずつ交互に繰り返す回折格子として、周期揺らぎを持たせるようにしてもよい。また、図２８（ｂ）に示すように、周期Λ1と周期Λ2とをそれぞれ複数回、交互に繰り返す回折格子として、周期揺らぎを持たせるようにしてもよい。さらに、図２８（ｃ）に示すように、連続する複数回の周期Λ1と連続する複数回の周期Λ2とをもつ回折格子として、周期揺らぎを持たせるようにしてもよい。また、周期Λ1と周期Λ2との間の離散的な異なる値をもつ周期を補完して配置するようにしてもよい。
【０１３９】
なお、上述した実施の形態１〜９では、いずれも部分的に設けた回折格子１３，１３ａを有した半導体レーザ装置について説明したが、これに限らず、回折格子をＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３の上部全面に設け、このＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３の上部の一部所定領域に非電流注入領域Ｅ１を設けるようにしてもよい。たとえば、図２９は、回折格子をＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３の上部全面に設けた半導体レーザ装置の構成を示す図である。この半導体レーザ装置２１は、図１に示した半導体レーザ装置２０に示した回折格子１３を、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３の上部全面に設けた回折格子１３ｂとしている。その他の構成は図１に示した半導体レーザ装置２０と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。この回折格子１３ｂは、上述したように中心波長に対して揺らぎを持つ波長選択性によって、複数本の発振縦モードを出力するようにしている。また、上述したように、回折格子１３ｂは、出射側反射膜１５に接触することが好ましい。これによって、絶縁膜８を設けない場合に比して、光出力の変化に伴うモニタ電流の細かなふらつきをなくし、安定かつ高利得増幅を可能にするとともに、簡易かつ容易な増幅制御が可能になるとともに、特に図２９に示したように絶縁膜８などのように出射側反射膜１５側に非電流注入領域Ｅ１を形成することによって、温度上昇の激しい出射端側の温度上昇を小さくでき、出射側反射膜１５側端面に生じるＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３の端面劣化の発生の減少が期待できる。
【０１４０】
（実施の形態１０）
つぎに、この発明の実施の形態１０について説明する。この実施の形態１０では、上述した実施の形態１〜９に示した半導体レーザ装置をモジュール化したものである。
【０１４１】
図３０は、この発明の実施の形態１０であ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３０において、この半導体レーザモジュール５０は、上述した実施の形態１〜９で示した半導体レーザ装置に対応する半導体レーザ装置５１を有する。なお、この半導体レーザ装置５１は、ｐ側電極がヒートシンク５７ａに接合されるジャンクションダウン構成としている。半導体レーザモジュール５０の筐体として、セラミックなどによって形成されたパッケージ５９の内部底面上に、温度制御装置としてのペルチェ素子５８が配置される。ペルチェ素子５８上にはベース５７が配置され、このベース５７上にはヒートシンク５７ａが配置される。ペルチェ素子５８には、図示しない電流が与えられ、その極性によって冷却および加熱を行うが、半導体レーザ装置５１の温度上昇による発振波長ずれを防止するため、主として冷却器として機能する。すなわち、ペルチェ素子５８は、レーザ光が所望の波長に比して長い波長である場合には、冷却して低い温度に制御し、レーザ光が所望の波長に比して短い波長である場合には、加熱して高い温度に制御する。この温度制御は、具体的に、ヒートシンク５７ａ上であって、半導体レーザ装置５１の近傍に配置されたサーミスタ５８ａの検出値をもとに制御され、図示しない制御装置は、通常、ヒートシンク５７ａの温度が一定に保たれるようにペルチェ素子５８を制御する。また、図示しない制御装置は、半導体レーザ装置５１の駆動電流を上昇させるに従って、ヒートシンク５７ａの温度が下がるようにペルチェ素子５８を制御する。このような温度制御を行うことによって、半導体レーザ装置５１の出力安定性を向上させることができ、歩留まりの向上にも有効となる。なお、ヒートシンク５７ａは、たとえばダイヤモンドなどの高熱伝導率をもつ材質によって形成することが望ましい。これは、ヒートシンク５７ａがダイヤモンドで形成されると、高電流印加時の発熱が抑制されるからである。
【０１４２】
ベース５７上には、半導体レーザ装置５１およびサーミスタ５８ａを配置したヒートシンク５７ａ、第１レンズ５２、および電流モニタ５６が配置される。半導体レーザ装置５１から出射されたレーザ光は、第１レンズ５２、アイソレータ５３、および第２レンズ５４を介し、光ファイバ５５上に導波される。第２レンズ５４は、レーザ光の光軸上であって、パッケージ５９上に設けられ、外部接続される光ファイバ５５に光結合される。なお、電流モニタ５６は、半導体レーザ装置５１の反射膜側から漏れた光をモニタ検出する。
【０１４３】
ここで、この半導体レーザモジュール５０では、他の光学部品などによる反射戻り光が共振器内に戻らないように、半導体レーザ装置５２と光ファイバ５５との間にアイソレータ５３を介在させている。このアイソレータ５３には、ファイバグレーティングを用いた従来の半導体レーザモジュールと異なり、インライン式のファイバ型でなく、半導体レーザモジュール５０内に内蔵できる偏波依存型のアイソレータを用いることができるため、アイソレータによる挿入損失を小さく、さらに低い相対強度雑音（ＲＩＮ）を達成することができ、部品点数も減らすことができる。
【０１４４】
この実施の形態１０では、実施の形態１〜９で示した半導体レーザ装置をモジュール化しているため、偏波依存型のアイソレータを用いることができ、挿入損失を小さくすることができ、低雑音化および部品点数の減少を促進することができる。
【０１４５】
（実施の形態１１）
つぎに、この発明の実施の形態１１について説明する。この実施の形態１１では、上述した実施の形態１０に示した半導体レーザモジュールをラマン増幅器に適用したものである。
【０１４６】
図３１は、この発明の実施の形態１１であるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。このラマン増幅器は、ＷＤＭ通信システムに用いられる。図３１において、このラマン増幅器は、上述した実施の形態１０に示した半導体レーザモジュールと同一構成の半導体レーザモジュール６０ａ〜６０ｄを用い、図３４に示した半導体レーザモジュール１８２ａ〜１８２ｄを、上述した半導体レーザモジュール６０ａ〜６０ｄに置き換えた構成となっている。
【０１４７】
各半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｂは、偏波面保持ファイバ７１を介して、複数の発振縦モードを有するレーザ光を偏波合成カプラ６１ａに出力し、各半導体レーザモジュール６０ｃ，６０ｄは、偏波面保持ファイバ７１を介して、複数の発振縦モードを有するレーザ光を偏波合成カプラ６１ｂに出力する。ここで、半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｂが発振するレーザ光は、同一波長である。また、半導体レーザモジュール６０ｃ，６０ｄが発振するレーザ光は、同一波長であるが半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｂが発振するレーザ光の波長とは異なる。これは、ラマン増幅が偏波依存性を有するためであり、偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂによって偏波依存性が解消されたレーザ光として出力するようにしている。
【０１４８】
各偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂから出力された異なる波長をもったレーザ光は、ＷＤＭカプラ６２によって合成され、合成されたレーザ光は、ＷＤＭカプラ６５を介してラマン増幅用の励起光として増幅用ファイバ６４に出力される。この励起光が入力された増幅用ファイバ６４には、増幅対象の信号光が入力され、ラマン増幅される。
【０１４９】
増幅用ファイバ６４内においてラマン増幅された信号光（増幅信号光）は、ＷＤＭカプラ６５およびアイソレータ６６を介してモニタ光分配用カプラ６７に入力される。モニタ光分配用カプラ６７は、増幅信号光の一部を制御回路６８に出力し、残りの増幅信号光を出力レーザ光として信号光出力ファイバ７０に出力する。
【０１５０】
制御回路６８は、入力された一部の増幅信号光をもとに各半導体レーザモジュール６０ａ〜６０ｄのレーザ出力状態、たとえば光強度を制御し、ラマン増幅の利得帯域が平坦な特性となるようにフィードバック制御する。
【０１５１】
この実施の形態１１に示したラマン増幅器では、たとえば図３４に示した半導体発光素子１８０ａとファイバグレーティング１８１ａとが偏波面保持ファイバ７１ａで結合された半導体レーザモジュール１８２ａを用いず、実施の形態１〜９で示した半導体レーザ装置が内蔵された半導体レーザモジュール６０ａを用いるようにしているので、偏波面保持ファイバ７１ａの使用を削減することができる。なお、上述したように、各半導体レーザモジュール６０ａ〜６０ｄは、複数の発振縦モードを有しているため、偏波面保持ファイバ長を短くすることができる。この結果、ラマン増幅器の小型軽量化とコスト低減を実現することができる。
【０１５２】
なお、図３１に示したラマン増幅器では、偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂを用いているが、図３２に示すように半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｃから、それぞれ偏波面保持ファイバ７１を介して直接ＷＤＭカプラ６２に光出力するようにしてもよい。この場合、半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｃの偏波面は、偏波面保持ファイバ７１に対して４５度となるように入射する。これによって、偏波面保持ファイバ７１から出力される光出力の偏波依存性をなくすことができ、一層、小型かつ部品点数の少ないラマン増幅器を実現することができる。
【０１５３】
また、半導体レーザモジュール６０ａ〜６０ｄ内に内蔵される半導体レーザ装置として発振縦モード数が多い半導体レーザ装置を用いると、必要な偏波面保持ファイバ７１の長さを短くすることができる。特に、発振縦モードが４，５本になると、急激に、必要な偏波面保持ファイバ７１の長さが短くなるため、ラマン増幅器の簡素化と小型化を促進することができる。さらに、発振縦モードの本数が増大すると、コヒーレント長が短くなり、デポラライズによって偏光度（ＤＯＰ：Degree Of Polarization）が小さくなり、偏波依存性をなくすことが可能となり、これによっても、ラマン増幅器の簡素化と小型化とを一層促進することができる。
【０１５４】
また、このラマン増幅器では、ファイバグレーティングを用いた半導体レーザモジュールに比して光軸合わせが容易であり、共振器内に機械的な光結合がないため、この点からも、ラマン増幅の安定性、信頼性を高めることができる。
【０１５５】
さらに、上述した実施の形態１〜９の半導体レーザ装置では、複数の発振モードを有しているため、誘導ブリルアン散乱を発生させずに、高出力の励起光を発生することができるので、安定し、かつ高いラマン利得を得ることができる。
【０１５６】
また、図３１および図３２に示したラマン増幅器は、後方励起方式であるが、上述したように、半導体レーザモジュール６０ａ〜６０ｄが安定した励起光を出力するため、前方励起方式であっても、双方向励起方式であっても、安定したラマン増幅を行うことができる。
【０１５７】
この図３１あるいは図３２に示したラマン増幅器は、上述したようにＷＤＭ通信システムに適用することができる。図３３は、図３１あるいは図３２に示したラマン増幅器を適用したＷＤＭ通信システムの概要構成を示すブロック図である。
【０１５８】
図３３において、複数の送信機Ｔｘ１〜Ｔｘｎから送出された波長λ1〜λnの光信号は、光合波器８０によって合波され、１つの光ファイバ８５に集約される。この光ファイバ８５の伝送路上には、図３１あるいは図３２に示したラマン増幅器に対応した複数のラマン増幅器８１，８３が距離に応じて配置され、減衰した光信号を増幅する。この光ファイバ８５上を伝送した信号は、光分波器８４によって、複数の波長λ1〜λnの光信号に分波され、複数の受信機Ｒｘ１〜Ｒｘｎに受信される。なお、光ファイバ８５上には、任意の波長の光信号を付加し、取り出したりするＡＤＭ（Add/Drop Multiplexer）が挿入される場合もある。
【０１５９】
なお、上述した実施の形態１０では、実施の形態１〜９に示した半導体レーザ装置あるいは実施の形態１１に示した半導体レーザモジュールを、ラマン増幅用の励起光源に用いる場合を示したが、これに限らず、たとえば、９８０ｎｍ，１４８０ｎｍなどのＥＤＦＡ励起用光源として用いることができるのは明らかである。
【０１６０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、レーザ光の出射端面に設けた第１反射膜と該レーザ光の反射端面に設けた第２反射膜との間に形成された活性層の近傍に回折格子を全面または部分的に設け、少なくとも該回折格子による波長選択特性によって所望の発振縦モードをもつレーザ光を出力する際、前記回折格子または回折格子の一部を含む周囲近傍への注入電流が抑制される非電流注入領域を形成し、前記回折格子または回折格子の一部の近傍の温度上昇を抑制し、光出力の変化に対するモニタ電流の細かなふらつきが発生しないようにしているので、高出力の半導体レーザ装置であっても、光出力に対するモニタ電流が安定し、光増幅制御が簡易かつ容易になるという効果を奏する。
【０１６１】
また、請求項２の発明によれば、前記部分的に設けられた回折格子の上部を覆う絶縁膜によって回折格子への注入電流が抑制され、前記非電流注入領域を確実に形成するようにしているので、光出力の変化に対するモニタ電流の細かなふらつきが発生しないようにしているので、高出力の半導体レーザ装置であっても、光出力に対するモニタ電流が安定し、光増幅制御が簡易かつ容易になるという効果を奏する。
【０１６２】
また、請求項３の発明によれば、前記全面に設けられた前記回折格子のうちの一部所定領域の上部を覆う絶縁膜によって回折格子の一部への注入電流が抑制され、前記非電流注入領域を形成するようにしているので、高出力の半導体レーザ装置であっても、光出力に対するモニタ電流が安定し、光増幅制御が簡易かつ容易になるという効果を奏する。
【０１６３】
また、請求項４の発明によれば、前記注入電流が加えられる電極を、少なくとも前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上面を除いて設けるようにし、回折格子あるいは回折格子の一部に注入電流が加えられないようにしているので、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になるという効果を奏する。
【０１６４】
また、請求項５の発明によれば、前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層と前記注入電流を加える電極との間に設けられ注入電流の抵抗を軽減する機能を有するコンタクト層を、少なくとも前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上面を除いて設け、前記回折格子あるいは回折格子の一部の上部に加えられる前記注入電流の量を少なくするようにしているので、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になるという効果を奏する。
【０１６５】
また、請求項６の発明によれば、前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層と注入電流を加える電極との間であって、前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上部に対応する位置に、前記上部クラッド層に対して前記電極から前記回折格子の方向に向かう電流を阻止するダイオード接合を形成し、前記回折格子に電流が注入されるのをブロッキングするようにしているので、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になるという効果を奏する。
【０１６６】
また、請求項７の発明によれば、前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層と前記注入電流を加える電極との間であって、前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上部に対応する位置に、前記電極に対して高い接触抵抗をもつ材質によって形成された高接触抵抗層を設け、前記回折格子に電流が注入されることを抑制しているので、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になるという効果を奏する。
【０１６７】
また、請求項８の発明によれば、前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層の上面に形成されるコンタクト層を、前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上部に対応する第１コンタクト層と前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上部に対応しない第２コンタクト層とに空間的に分離し、前記第１コンタクト層の上面および前記分離によって形成された溝部を絶縁膜または電流ブロッキング層によって覆い、前記第２コンタクト層および前記絶縁膜または前記電流ブロッキング層の上部全面に前記電極を形成し、前記溝部を含めて前記回折格子への電流注入を抑制するようにしているので、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になるという効果を奏する。
【０１６８】
また、請求項９の発明によれば、前記活性層内の光を閉じ込める上部クラッド層の上面に形成されるコンタクト層を、前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上部に対応する第１コンタクト層と前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上部に対応しない第２コンタクト層とに空間的に分離し、前記第１コンタクト層と前記第２コンタクト層との上面にそれぞれ電極を形成し、前記分離された第１コンタクト層側に対応する活性層にのみ電流が注入され、回折格子に電流が注入されることを抑制しているので、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になるという効果を奏する。
【０１６９】
また、請求項１０の発明によれば、前記クラッド層のうちの前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上面に位置する領域および／または前記第１コンタクト層のＺｎなどを添加したことによって得られるキャリア濃度は、前記クラッド層のＺｎなどを添加したことによって得られるキャリア濃度に比して小さし、前記クラッド層のうちの前記回折格子の上面に位置する領域および／または前記第１コンタクト層を高抵抗化し、前記回折格子への電流をブロッキングするようにしているので、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になるという効果を奏する。
【０１７０】
また、請求項１１の発明によれば、前記クラッド層のうちの前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上面に位置する領域および／または前記第１コンタクト層を、プロトン照射によって高抵抗化し、前記回折格子への電流をブロッキングするようにしているので、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になるという効果を奏する。
【０１７１】
また、請求項１２の発明によれば、前記クラッド層のうちの前記部分的に設けられた回折格子の上面または前記全面に設けられた回折格子のうちの一部所定領域の上面に位置する領域および／または前記第１コンタクト層は、ｎ型不純物の添加、拡散によって前記クラッド層に対して電流ブロッキング層を形成し、前記回折格子への電流をブロッキングするようにしているので、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になるという効果を奏する。
【０１７２】
また、請求項１３の発明によれば、前記部分的に設けられた回折格子が、前記第１反射膜側あるいは前記第１反射膜近傍に設けられ、発振波長の波長選択と共振器の出射側反射面との機能を持たせるとともに、回折格子近傍への電流の注入を抑止して、所望の発振縦モードのレーザ光を出力するようにしているので、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になるとともに、活性層の第１反射膜側端面に生じる端面劣化の発生の減少が期待できるという効果を奏する。
【０１７３】
また、請求項１４の発明によれば、前記部分的に設けられた回折格子は、前記第２反射膜側あるいは前記第２反射膜近傍に設けられ、発振波長の波長選択と共振器の後方反射面との機能を持たせるとともに、回折格子近傍への電流の注入を抑止して、所望の発振縦モードのレーザ光を出力するようにしているので、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になるとともに、活性層の第２反射膜側端面に生じる端面劣化の発生の減少が期待できるという効果を奏する。
【０１７４】
また、請求項１５の発明によれば、前記部分的に設けられた回折格子は、前記第１反射膜側または前記第１反射膜近傍および前記第２反射膜側または前記第２反射膜近傍に設けられ、発振波長の波長選択と共振器の出射側反射面および後方反射面との機能を持たせるとともに、回折格子近傍への電流の注入を抑止して、所望の発振縦モードのレーザ光を出力するようにしているので、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になるとともに、活性層の第１反射膜側端面および第２反射側端面に生じる端面劣化の発生の減少が期待できるという効果を奏する。
【０１７５】
また、請求項１６の発明によれば、前記全面に設けられた回折格子が、少なくとも前記第１反射膜側に接触するようにし、回折格子と第１反射膜との間の多重反射を抑制し、安定したレーザ光を出射することができるという効果を奏する。
【０１７６】
また、請求項１７の発明によれば、前記回折格子の波長選択特性によって、前記所望の発振縦モードの本数を、発振波長スペクトルの半値幅内に２本以上含まれるようにし、高出力のレーザ光を出力するようにしているので、光出力に対するモニタ電流が安定し、高出力の半導体レーザ装置であっても、光増幅制御が簡易かつ容易になり、特に、高出力が要求されるラマン増幅励起用光源に適切な半導体レーザ装置を実現することができるという効果を奏する。
【０１７７】
また、請求項１８の発明によれば、第１反射膜側に設けられる前記部分的に設けられた回折格子の回折格子長を、３００μｍ以下としているので、２本以上の発振縦モードを容易に生成でき、かつ光出力の効率を向上させることができるという効果を奏する。
【０１７８】
また、請求項１９の発明によれば、第１反射膜側に設けられる前記部分的に設けられた回折格子の回折格子長を、前記共振器長の（３００／１３００）倍の値以下としているので、任意の発振波長に対しても、２本以上の発振縦モードを容易に生成でき、かつ高出力の光出力効率を向上させることができるという効果を奏する。
【０１７９】
また、請求項２０の発明によれば、前記部分的に設けられた回折格子は、該回折格子の結合係数と回折格子長との乗算値が０．３以下とし、駆動電流−光出力特性の線形性を良好にし、光出力の安定性を高めるようにしているので、さらに、発振波長の駆動電流依存性を小さくすることができ、出力安定性の高い半導体レーザ装置を実現することができるという効果を奏する。
【０１８０】
また、請求項２１の発明によれば、前記回折格子のグレーティング周期をランダムあるいは所定周期で変化させ、回折格子の波長選択に揺らぎを発生させ、発振波長スペクトルの半値幅を広げるようにしているので、発振波長スペクトルの半値幅内に含まれる発振縦モード数の増大を容易に行うことができ、安定かつ高効率の半導体レーザ装置を実現することができるという効果を奏する。
【０１８１】
また、請求項２２の発明によれば、前記第１反射膜と前記第２反射膜との間に形成された活性層によって形成された共振器の長さを、８００μｍ以上とし、高出力動作を可能としているので、光出力に対するモニタ電流が安定し、光増幅制御が簡易かつ容易になる高出力動作の半導体レーザ装置を実現することができるという効果を奏する。
【０１８２】
また、請求項２３の発明によれば、ファイバグレーティングを用いない半導体レーザ装置を用いて該半導体レーザ装置の共振器が物理的に分離されていないため、光軸合わせなどを行う必要がなく、半導体レーザモジュールの組立が容易になるとともに、機械的振動などによってレーザの発振特性が変化しにくくなり、安定したレーザ光を信頼性高く、かつ安定して出力することができる半導体レーザモジュールを実現することができるという効果を奏する。
【０１８３】
また、請求項２４の発明によれば、ファイバグレーティングを用いない半導体レーザ装置を用いて該半導体レーザ装置の共振器が物理的に分離されていないため、光軸合わせなどを行う必要がなく、半導体レーザモジュールの組立が容易になるとともに、機械的振動などによってレーザの発振特性が変化しにくくなり、安定したレーザ光を信頼性高く、かつ安定して出力することができる半導体レーザモジュールを実現することができるという効果を奏する。
【０１８４】
また、請求項２５の発明によれば、請求項１〜２２に記載の半導体レーザ装置、あるいは請求項２３または２４に記載の半導体レーザモジュールを広帯域ラマン増幅用の励起光源として用い、上述した各半導体レーザ装置あるいは各半導体レーザモジュールの作用効果を奏するようにし、安定かつ光利得のラマン増幅を行うことができるという効果を奏する。
【０１８５】
また、請求項２６の発明によれば、請求項１〜２２に記載の半導体レーザ装置、請求項２３または２４に記載の半導体レーザモジュール、または請求項２５に記載のラマン増幅器を用い、上述した各半導体レーザ装置、各半導体レーザモジュールあるいはラマン増幅器の作用効果を奏するようにし、安定かつ光利得のラマン増幅を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１である半導体レーザ装置の構成を示す長手方向の縦断面図である。
【図２】図１に示した半導体レーザ装置のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１に示した半導体レーザ装置の発振波長スペクトルと発振縦モードとの関係を示す図である。
【図４】単一発振縦モードと複数発振縦モードとのレーザ光出力パワーの関係および誘導ブリルアン散乱の閾値を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１である半導体レーザ装置におけるモニタ電流の光出力依存性を示す図である。
【図６】図１に示した半導体レーザ装置の回折格子近傍を示す拡大図である。
【図７】回折格子と出射側反射膜との間の距離が０であって絶縁膜の長さが１００μｍである場合におけるスロープ効率曲線を示す図である。
【図８】回折格子と出射側反射膜との間の距離が２０μｍであって絶縁膜の長さが１２０μｍである場合におけるスロープ効率曲線を示す図である。
【図９】回折格子と出射側反射膜との間の距離が５０μｍであって絶縁膜の長さが１５０μｍである場合におけるスロープ効率曲線を示す図である。
【図１０】回折格子長を１００μｍとした場合における非電流注入領域の有無によるモニタ電流の光出力依存性の違いを示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態２である半導体レーザ装置の構成を示す長手方向の縦断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態３である半導体レーザ装置の構成を示す長手方向の縦断面図である。
【図１３】この発明の実施の形態４である半導体レーザ装置の構成を示す長手方向の縦断面図である。
【図１４】回折格子の長さＬｇが７０μｍであってｎ−ＩｎＰ層の長さＬｉが０である場合におけるスロープ効率曲線を示す図である。
【図１５】回折格子の長さＬｇが７０μｍであってｎ−ＩｎＰ層の長さＬｉが５０μｍである場合におけるスロープ効率曲線を示す図である。
【図１６】回折格子の長さＬｇが７０μｍであってｎ−ＩｎＰ層の長さＬｉが１００μｍである場合におけるスロープ効率曲線を示す図である。
【図１７】回折格子の長さＬｇが７０μｍであってｎ−ＩｎＰ層の長さＬｉが１３０μｍである場合におけるスロープ効率曲線を示す図である。
【図１８】回折格子と出射側反射膜との間の距離が０であって回折格子の長さＬｇが７０μｍである場合における光出力の、ｎ−ＩｎＰ層の長さＬｉ依存性を示す図である。
【図１９】この発明の実施の形態５である半導体レーザ装置の構成を示す長手方向の縦断面図である。
【図２０】この発明の実施の形態６である半導体レーザ装置の構成を示す長手方向の縦断面図である。
【図２１】図１９に示したＩｎＧａＡｓＰコンタクト層の出射側反射膜近傍を拡大した断面図である。
【図２２】この発明の実施の形態７である半導体レーザ装置の構成を示す長手方向の縦断面図である。
【図２３】この発明の実施の形態８である半導体レーザ装置の構成を示す長手方向の縦断面図である。
【図２４】図２２に示した半導体レーザ装置をジャンクションダウンでヒートシンクに接合した場合の構成を示す断面図である。
【図２５】この発明の実施の形態９である半導体レーザ装置の構成を示す長手方向の縦断面図である。
【図２６】回折格子に適用されるチャープドグレーティングの構成を示す図である。
【図２７】回折格子にチャープドグレーティングを適用した場合における発振波長スペクトルを示す図である。
【図２８】周期揺らぎのあるグレーティングの変形例を示す図である。
【図２９】回折格子をＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層の上部全面に設けた半導体レーザ装置の構成を示す図である。
【図３０】この発明の実施の形態１０であ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３１】この発明の実施の形態１１であるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
【図３２】この発明の実施の形態１１の応用例を示す図である。
【図３３】図３１あるいは図３２に示したラマン増幅器を用いたＷＤＭ通信システムの概要構成を示すブロック図である。
【図３４】従来のラマン増幅器の概要構成を示すブロック図である。
【図３５】図３４に示したラマン増幅器に用いた半導体レーザモジュールの構成を示す図である。
【図３６】従来の半導体レーザ装置におけるモニタ電流の光出力依存性を示す図である。
【符号の説明】
１  ｎ−ＩｎＰ基板
２  ｎ−ＩｎＰバッファ層
３  ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層
４  ｐ−ＩｎＰスペーサ層
６  ｐ−ＩｎＰクラッド層
７  ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層
８  絶縁膜
９ａ  ｎ−ＩｎＰブロッキング層
９ｂ  ｐ−ＩｎＰブロッキング層
１０  ｐ側電極
１１  ｎ側電極
１２ａ，１２ｂ  メッキ
１３，１３ａ，１３ｂ  回折格子
１４  反射膜
１５  出射側反射膜
１６  導通パターン
１６ａ  ワイヤ
１７  溝
１７ａ  ｎ型領域
１７ｂ  高抵抗領域
１８  ｎ−ＩｎＰ層
２０，２１，５１  半導体レーザ装置
３０  発振波長スペクトル
３１〜３３  発振縦モード
４０，４１  溝部
４５  複合発振波長スペクトル
５０，６０ａ〜６０ｄ  半導体レーザモジュール
５２  第１レンズ
５３，６３，６６  アイソレータ
５４  第２レンズ
５５  光ファイバ
５６  電流モニタ
５７  ベース
５７ａ  ヒートシンク
５８  ペルチェ素子
５８ａ  サーミスタ
５９  パッケージ
６１ａ，６１ｂ  偏波合成カプラ
６２，６５  ＷＤＭカプラ
６４  増幅用ファイバ
６７  モニタ用光分配カプラ
６８  制御回路
６９  信号光入力ファイバ
７０  信号光出力ファイバ
７１  偏波面保存ファイバ
８１，８３  ラマン増幅器
Ｅ１  非電流注入領域
Ｅ２  電流注入領域
Ｓ  半田
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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