(57)【要約】【課題】  アレイ化分布反射型（DBR : Distributed Bragg Reflector）レーザにおいて、十分な光出力を得るために半導体光増幅器（SOA : Semiconductor Optical Amplifier）に電流を流すと、スペクトル純度が劣化するという問題がある。また、アレイ導波路格子レーザでは、光の漏れ出しによりスペクトル純度が劣化するという問題がある。【解決手段】  各レーザチャネルの出力端にバイアス印加により制御可能なゲート（コア層）に設ける。レーザチャンネル動作時には光を増幅し、レーザチャンネル非動作時には光を吸収するという機能を、そのゲートに持たせる。【選択図】図５
2006147777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の半導体レーザと、前記第１および第２の半導体レーザの出力にそれぞれ接続された第１、第２の光導波路と、前記第１および第２の光導波路の出力を合波する光合波器と、前記光合波器からの出力光が入力される半導体光増幅器とを有し、
前記第１の半導体レーザ、前記第１光導波路および前記光合波器のそれぞれのコア層は光学的に接続され、前記第２半導体レーザ、前記第２光導波路および前記光合波器のそれぞれのコア層は光学的に接続され、
前記第１の半導体レーザのゲイン領域(a)と、前記第１の光導波路の前記合波部分よりも前の部分のコア層(b)との間には第１の領域が設けられ、
前記半導体増幅器のコア層のバンドギャップ値をESOA、前記第１の半導体レーザの第１の信号光のエネルギ値をESIG1、前記第１の領域のコア層のバンドギャップ値をE1とするとき、ESOA＞E1として前記半導体増幅器からの光を前記第１の領域の第１のコア層で吸収させ、ESIG1＞E1とし、かつ、前記第１の領域に電流を注入することにより前記第１のコア層で第１の信号光を増幅することを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記第２の半導体レーザのゲイン領域(c)と、前記第２の光導波路の前記合波部分よりも前の部分のコア層(d)との間には第２の領域が設けられ、
前記第２の半導体レーザの第２の信号光のエネルギ値をESIG2、前記第２の領域のコア層のバンドギャップ値をE2とするとき、ESOA＞E2として前記半導体増幅器からの光を前記第２の領域の第２のコア層で吸収させ、ESIG2＞E2とし、かつ、前記第２の領域に電流を注入することにより前記第２のコア層で第２の信号光を増幅するように構成され、
前記第１のコア層で前記第１の信号光を増幅するときには前記半導体増幅器からの光を前記第２のコア層で吸収させ、前記第２のコア層で前記第２の信号光を増幅するときには前記半導体増幅器からの光を前記第１のコア層で吸収させることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記第１の半導体レーザの発光に基づいて信号光を発生させ、かつ、前記第２の半導体レーザに基づく信号光を停止させるときには、前記第１の領域では信号光を伝播させ、かつ、前記第２の領域では前記半導体増幅器からの光を吸収するように制御することを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記第１および第２の半導体レーザはDBRレーザであることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記第１および第２の半導体レーザ、前記第１および第２の光導波路、前記光合波器および前記半導体増幅器は同一基板上の集積化されていることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記基板はアース電位とされており、前記第１の領域の近傍には第１の電極が設けられ、前記第２の領域の近傍には第２の電極が設けられていることを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記第１および第２のコア層には多重量子井戸層またはバルク層を有することを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】
第３の半導体レーザと、前記第３の半導体レーザの出力に接続された第３の光導波路とを有し、前記前記第３の半導体レーザ、前記第３の光導波路および前記光合波器のそれぞれのコア層は光学的に接続され、
前記第１の半導体レーザの発光に基づいて信号光を発生させ、かつ、前記第２および第３の半導体レーザに基づく信号光を停止させるときには、前記第１の領域では信号光を伝播させ、かつ、前記第２および第３の領域では前記半導体増幅器からの光を吸収し、
前記第２の半導体レーザの発光に基づいて信号光を発生させ、かつ、前記第１および第３の半導体レーザに基づく信号光を停止させるときには、前記第２の領域では信号光を伝播させ、かつ、前記第１および第３の領域では前記半導体増幅器からの光を吸収し、
前記第３の半導体レーザの発光に基づいて信号光を発生させ、かつ、前記第１および第２の半導体レーザに基づく信号光を停止させるときには、前記第３の領域では信号光を伝播させ、かつ、前記第１および第２の領域では前記半導体増幅器からの光を吸収するように制御することを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ装置。
【請求項９】
第１および第２の半導体レーザと、前記第１および第２の半導体レーザの出力にそれぞれ接続された第１、第２の光導波路と、前記第１および第２の光導波路の出力を合波する光合波器と、前記光合波器からの出力光が入力される半導体増幅器とを有し、
前記第１の半導体レーザ、前記第１光導波路および前記光合波器のそれぞれのコア層は光学的に接続され、前記第２半導体レーザ、前記第２光導波路および前記光合波器のそれぞれのコア層は光学的に接続され、
前記第１の半導体レーザのゲイン領域(a)と、前記第１の光導波路の前記合波部分よりも前の部分のコア層(b)との間には第１の領域が設けられ、
前記半導体増幅器のコア層のバンドギャップ値をESOA、前記第１の半導体レーザの第１の信号光のエネルギ値をESIG1、前記第１の領域のコア層のバンドギャップ値をE1とするとき、ESOA＞E1として前記半導体増幅器からの光を前記第１の領域の第１のコア層で吸収させ、ESIG1＜E1として前記第１のコア層で第１の信号光を通過させることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１０】
前記第２の半導体レーザのゲイン領域(c)と、前記第２の光導波路の前記合波部分よりも前の部分のコア層(d)との間には第２の領域が設けられ、
前記第２の半導体レーザの第２の信号光のエネルギ値をESIG2、前記第２の領域のコア層のバンドギャップ値をE2とするとき、ESOA＞E2として前記半導体増幅器からの光を前記第２の領域の第２のコア層で吸収させ、ESIG2＜E2として前記第２のコア層で第２の信号光を通過させるように構成され、
前記第１のコア層で前記第１の信号光を増幅するときには前記半導体増幅器からの光を前記第２のコア層で吸収させ、前記第２のコア層で前記第２の信号光を増幅するときには前記半導体増幅器からの光を前記第１のコア層で吸収させることを特徴とする請求項９記載の半導体レーザ装置。
【請求項１１】
前記第１の半導体レーザの発光に基づいて信号光を発生させ、前記第２の半導体レーザに基づく信号光を停止させるときには、前記第１の領域では信号光を伝播させ、かつ、前記第２領域では前記半導体増幅器からの光を吸収するように制御することを特徴とする請求項１０記載の半導体レーザ装置。
【請求項１２】
前記第１および第２の半導体レーザはDBRレーザであることを特徴とする請求項９記載の半導体レーザ装置。
【請求項１３】
前記第１および第２の半導体レーザ、前記第１および第２の光導波路、前記光合波器および前記半導体増幅器は同一基板上の集積化されていることを特徴とする請求項９記載の半導体レーザ装置。
【請求項１４】
前記基板はアース電位とされており、前記第１の領域の近傍には第１の電極が設けられ、前記第２の領域の近傍には第２の電極が設けられていることを特徴とする請求項１０記載の半導体レーザ装置。
【請求項１５】
前記第１および第２のコア層には多重量子井戸層またはバルク層を有することを特徴とする請求項１０記載の半導体レーザ装置。
【請求項１６】
第３の半導体レーザと、前記第３の半導体レーザの出力に接続された第３の光導波路とを有し、前記前記第３の半導体レーザ、前記第３の光導波路および前記光合波器のそれぞれのコア層は光学的に接続され、
前記第１の半導体レーザの発光に基づいて信号光を発生させ、かつ、前記第２および第３の半導体レーザに基づく信号光を停止させるときには、前記第１の領域では信号光を伝播させ、かつ、前記第２および第３の領域では前記半導体増幅器からの光を吸収し、
前記第２の半導体レーザの発光に基づいて信号光を発生させ、かつ、前記第１および第３の半導体レーザに基づく信号光を停止させるときには、前記第２の領域では信号光を伝播させ、かつ、前記第１および第３の領域では前記半導体増幅器からの光を吸収し、
前記第３の半導体レーザの発光に基づいて信号光を発生させ、かつ、前記第１および第２の半導体レーザに基づく信号光を停止させるときには、前記第３の領域では信号光を伝播させ、かつ、前記第１および第２の領域では前記半導体増幅器からの光を吸収するように制御することを特徴とする請求項１０記載の半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体レーザ装置に係り、特に任意の波長に設定可能な波長可変半導体レーザを実現するアレイ化分布反射型（DBR : Distributed Bragg Reflector）の半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長領域多重(WDM : Wavelength Division Multiplexer)システムで用いられる波長帯であるCバンド全体の波長を任意に得ることができる波長可変レーザとして、SG(Sampled Grating)、SSG(super Structure Grating)等の特殊な回折格子をもつDBRレーザが開発されてきた。それらのDBRレーザで所望の波長でのレーザ発振のためには、波長調整のための電流制御の他に光の位相調整のための電流制御が必要であり、制御系が複雑になる上、長期的な波長信頼性の確保が難しかった。上記課題を克服するため、光の位相調整が不要な短共振器DBRレーザが最近開発されている(例えば、非特許文献１参照)。この短共振器DBRレーザでは単チャンネルあたりの波長可変幅は10nm以下に制限されるため、Cバンド全体をカバーするためには複数のDBRレーザをアレイ化する必要がある。上記を実現する形態として、DBRレーザアレイを多モード干渉器(MMI : Multi-Mode Interferometer)で合波し、半導体光増幅器（SOA : Semiconductor Optical Amplifier）で増幅する半導体レーザが知られている。図1にDBRレーザアレイ、MMI、SOAをモノリシック集積したレーザチップの例を示す。レーザチップは、InP基板100に表面にゲイン電極101,102,103,104、DBR電極105,106,107,108、SOA電極114が形成されている。導波路構造としては、DBRレーザチャンネルch1である115、DBRレーザチャンネルch2である116、DBRレーザチャンネルch3である117、DBRレーザチャンネルch4である118が並び、それぞれ光出力側に光導波路109,110,111,112が接続されている。光導波路109,110,111,112はMMI合波器113に接続され、さらにSOA電極114下のSOA導波路に接続される。図2Aに図1に示したチップの上面図を示す。レーザチップは後方DBR領域138、ゲイン領域139、前方DBR領域140、S字導波路領域141、MMI領域142、SOA領域143が集積されている。また前端面114、後端面115は低反射膜コートされている。図2Bに図2Aに示したチップのABCDE断面図を示す。ここで、ABCDE断面とは、図2Aの一番上に図示した半導体レーザから、光導波路および複数の光導波路を合波する光合波器および半導体光増幅器までに至る光の経路となる部分の断面である。DBRレーザ部はゲイン領域のコア層132、後方DBR領域の屈折率制御コア層134、前方DBR領域の屈折率制御コア層135が接続され、後方DBR領域の屈折率制御コア層134、及び前方DBR領域の屈折率制御コア層135の上部には回折格子供給層136がある。前方DBR領域の屈折率制御コア層135は、S字導波路領域141、及びMMI領域142を形成する低損失光導波路のコア層137に接続される。さらに、SOA領域のコア層133が接続されている。
【０００３】
図3に図1のレーザチップの波長特性の例を示す。ch1、ch2、ch3、ch4の4チャンネルのDBRレーザがそれぞれ異なる波長領域をカバーし、4チャンネルでCバンド全体をカバーする。例えば波長1540nmを得るためには、ch2のゲイン層とSOA層に電流を注入し、かつDBR層に100mAの電流を注入する。このとき他のチャンネルのDBRレーザのゲイン層、DBR層には電流を流さない。
【０００４】
【非特許文献１】「セレクテッド・トピックス・イン・カンタム・エレクトロニクス（Selected Topics in Quantum Electronics）」、IEEE Journal、９巻、２００３年９／１０月、ｐ．１１３２―１１３７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、十分な光出力を得るためにSOAに電流を流すと、スペクトル純度が劣化するという問題があった。図4に、図1のレーザチップを動作した場合のスペクトルを示す。DBRレーザチャンネルch4である118を選択した場合であり、ゲイン電極102に20mA、DBR電極106に5mA、SOA電極114に200mAの電流を注入した。1560nmの主信号301に加えて、狭い波長範囲のバックグランド光302と広い波長範囲のバックグランド光303が発生し、スペクトル純度が劣化している。この結果、主信号とバックグランド光の強度比(ここではSNR : Signal Noise Ratioと呼ぶこととする)が35dBであり、一般に光通信に必要とされる40dBを満たさない。
【０００６】
狭い波長範囲のバックグランド光302が発生する原因を次のように考える。SOA領域のコア層133への電流注入時に発生する自然放出光がMMI領域142、及びS字導波路領域141を通り、各DBRレーザチャンネルの前方DBR領域の屈折率制御コア層135へ達する。各DBRレーザチャンネルの前方DBR領域の屈折率制御コア層135はそれぞれ自然放出光を反射し、SOA領域のコア層133へ戻り増幅され、端面144より出射されるのである。また、広い範囲のバックグランド光303が発生する原因を次のように考える。DBRレーザ118で発生した信号光がMMIで損失するため、SOA領域のコア層133へ入力する信号光強度が弱い。このため入力光を増幅するために用いられない電流量が多く、その余分の電流が広い波長範囲のバックグランド光303を発生する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記考察から、狭い波長範囲のバックグランド光302を抑制するためには、前方DBR領域140での反射を抑制する必要があることがわかる。広い波長範囲のバックグランド光303を抑制するためには、DBRレーザが発する信号光強度を向上する必要があることがわかる。そこで図5に示す通り、従来の構成に対して、各DBRレーザチャンネルの出射端面側にゲート領域のコア層405（本願明細書、請求の範囲中では特にゲート領域と言わずに、コア層と呼ぶ場合もある。）及びゲート電極401,402,403,404を追加する。このゲートは、レーザチャンネル動作時には電流を注入することにより半導体光増幅器として動作することにより光出力を増大させる。DBRレーザチャンネル非動作時には、このゲートに電流を注入しないことにより、ゲートで光を吸収させ、SOA領域のコア層133からの自然放出光が前方DBR領域の屈折率制御コア層135で反射しSOA領域のコア層133へ戻ることを防ぐ、という機能を果たす。この結果、スペクトル純度が改善したレーザ動作を達成する。
【０００８】
次に、図6A、図6Bを用いて具体的な構成内容、制御方法を説明する。SOA領域のコア層133のバンドギャップ値をESOA、DBRレーザチャンネルch1(115)からの信号光のエネルギ値をEsig1、DBRレーザチャンネルch1(115)と光学的に接続された第1のゲート領域のコア層405のバンドギャップ値をE1と定義する。DBRレーザチャンネルch1(115)が動作しない（信号光を出力させない）ときにはESOA＞E1としてSOA からの光を第1のゲート領域のコア層で吸収させる。また、DBRレーザチャンネルch1(115)が動作するときには、ESIG1＞E1とし、かつ、ゲート電極を通して第1のゲート領域のコア層405に電流を注入することによりDBRレーザチャンネルch1(115)からの信号光を増幅する。さらに、DBRレーザチャンネルch2(116)からの信号光のエネルギ値をEsig2、DBRレーザチャンネルch2(116)と光学的に接続された第2のゲート領域のコア層405のバンドギャップ値をE2と定義し、DBRレーザチャンネルch2(116)が動作しない（信号光を出力させない）ときにはESOA＞E2としてSOA からの光を第2のゲート領域のコア層で吸収させる。DBRレーザチャンネルch2(116)が動作するときには、ESIG2＞E2とし、かつ、ゲート電極を通して第2のゲート領域のコア層405に電流を注入することによりDBRレーザチャンネルch2(116)からの信号光を増幅するように構成する。
【０００９】
次に制御方法を述べる。DBRレーザチャンネルch1(115)が動作するときには、第1のゲート領域は信号光を増幅させるように動作し、第2のゲート領域はSOA からの光を吸収させるように動作する。逆にDBRレーザチャンネルch2(116)が動作するときには、第2のゲート領域は信号光を増幅させるように動作し、第1のゲート領域はSOA からの光を吸収させるように動作する。以上のような構成、制御方法により、スペクトル純度が改善したレーザ動作を達成できる。
【００１０】
ここまでは、DBRレーザチャンネルch1(115)が動作するときには第1のゲート領域はDBRレーザチャンネルch1(115)からの信号光を増幅し、DBRレーザチャンネルch2(116)が動作するときには第2のゲート領域はDBRレーザチャンネルch2(116)からの信号光を増幅する場合について述べた。しかしながらゲート領域は必ずしも信号光を増幅する必要はなく、損失なく通過すればよい。以下に上記とは別方式についての具体的な構成内容、制御方法を説明する。
DBRレーザチャンネルch1(115)が動作しない（信号光を出力させない）ときにはESOA＞E1としてSOA からの光を第1のゲート領域のコア層で吸収させ、DBRレーザチャンネルch1(115)が動作する（信号光を出力させる）ときには、ESIG1＜E1とし、DBRレーザチャンネルch1(115)からの信号光を通過する。コア層での増幅作用は実質的に無い。さらにDBRレーザチャンネルch2(116)が動作しないときにはESOA＞E2としてSOA からの光を第2のゲート領域のコア層で吸収させ、DBRレーザチャンネルch2(116)が動作するときには、ESIG2＜E2とし、DBRレーザチャンネルch2(116)からの信号光を通過する構成とする。この場合も、コア層での増幅作用は実質的に無い。制御方法は、上記したゲート領域が増幅する場合と同じである。このような構成、制御方法により、スペクトル純度が改善したレーザ動作を達成できる。
【００１１】
上記の両方の場合で、ゲート電極が増えると制御電極が多くなり制御が複雑になるという問題がある。しかし、動作するDBRチャンネルのゲイン電極とゲート電極は必ず同時に電流が流さるため、ゲイン電極とゲート電極は共通化することが可能となり、現状の電極数を維持できる。
【００１２】
また、ゲート層を特別に設置しない場合にも、DBRレーザチャンネル非動作時に前方DBR領域140をマイナスバイアスすることにより、SOA領域のコア層133からの自然放出光をDBR層に吸収させ反射を防止することにより、スペクトル純度を改善することが可能である。
また前記DBRレーザ、ゲート領域、光導波路、光合波器、SOAがモノリシック集積されていると、装置が小型となり、なおよい。
一般には、基板をアース電位にし、第1のゲート領域と第2のゲート領域にそれぞれ電極を設けることにより、それぞれ制御可能となる。
【００１３】
また第1のゲート領域と第2のゲート領域それぞれのコア層は、多重量子井戸層でもバルク層でもよい。
これまではDBRレーザを例にとり説明してきた。より一般的なレーザとして、複数チャンネルのレーザと、複数チャンネルのレーザ出力光を合波する光合波器と、複数チャンネルのレーザの出力端と光合波器を接続する導波路と、光増幅器をもつレーザにおいて、接続する導波路中にゲートを設置することにより、同様にスペクトル純度改善の効果が得られる。
【００１４】
なお、ここまでのレーザが２つの場合を記したが、レーザの数は複数個であれば、いくつでもよい。本発明の実施例に示すように４つでもよい。一つのレーザが信号光を出力するとき、他のレーザは信号光を出力しないように制御する。一つのレーザが信号光を出力するときには、そのレーザに接続されたコア層は信号光を単に通過するか、または信号光を増幅するように制御される。このとき、他のレーザ（一つまたは複数個）に接続された個々のコア層は半導体増幅器からの光を吸収するように制御される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の実施例に係る半導体レーザ装置よれば、スペクトル純度の高い、高出力で動作する波長可変レーザを容易な手法で実現できる。本発明の実施例を用いれば、素子性能、歩留まりが飛躍的に向上するだけでなく、この半導体レーザ装置を適用した光通信システムの低価格化、大容量化、長距離化を容易に実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、発明の実施例を詳細に述べる。
【実施例１】
【００１７】
図5、図6A、図6B は本発明を用いて、屈折率制御層への電流注入、およびDBRレーザチャンネルの選択により発振波長を変化できる機能を持った、1550nm帯の半導体レーザを作製した例である。図5が俯瞰図、図6Aが上面図、図6Bが図6A中FGHIJ断面である。ここで、FGHIJ断面とは、図6Aの一番上に図示した半導体レーザから、ゲート領域、光導波路、複数の光導波路を合波する光合波器および半導体光増幅器までに至る光の経路となる部分の断面である。チャンネルDBRレーザアレイ、MMI合波器、SOAをモノリシック集積化している。
【００１８】
作製法を以下に述べる。n型(100)InP半導体基板131上に有機金属気相成長法により、歪InGaAsP材料からなる10周期の多重量子井戸からなるのゲイン領域のコア層132、SOA領域のコア層133、ゲート領域のコア層405を成長する。多重量子井戸の発光波長は約1550nｍである。後に、132はDBRレーザのゲイン領域のコア層、405はゲート領域のコア層、133はSOA領域のコア層となる。続いて、いずれも公知の選択エッチングと異種導波路の直接結合技術を用いて、0.4μｍ厚の組成波長1.40μｍのInGaAsP後方DBR領域の屈折率制御コア層134、前方DBR領域の屈折率制御コア層135、50nm厚のInGaAsP（組成波長1.3μｍ）回折格子供給層136を順次有機金属気相成長法により形成する。次に均一回折格子を公知の手法により回折格子供給層136に刻印する。DBRレーザチャンネルch1（115）、ch2（116）、ch3（117）、ch4（118）で異なる発振波長を得るため、回折格子周期は、それぞれ236.6、238.1、239.7、241.2nmとし、それぞれのレーザチャンネルの後方DBR領域の周期と前方DBR領域の周期とは同じとした。続いて、いずれも公知の選択エッチングと異種導波路の直接結合技術を用いて、後方DBR領域の屈折率制御コア層134、ゲイン領域のコア層132、前方DBR領域の屈折率制御コア層135、ゲート領域のコア層405、SOA領域のコア層133を保護して、InGaAsP（組成波長1.3μｍ）低損失光導波路のコア層137を順次有機金属気相成長法により形成する。次に、1.5μm厚のp型InPクラッド層、0.2μｍ厚の高濃度p型InGaAsキャップ層を順次有機金属気相成長法により形成する。
【００１９】
次に絶縁ストライプ形状のマスクを用いて公知の選択的ドライエッチング技術により導波路を形成し、続いて有機金属気相成長法によりFeドープInPで選択的に埋め込んだ。メサ幅は1.3μmとした。後方DBR領域138、ゲイン領域139、前方DBR領域140、ゲート領域406、S字導波路領域141、MMI領域142、SOA領域143が形成され、それぞれの長さはそれぞれ300μm、35μm、120μm、100μm、500μm、200μm、600μmである。各領域の間には5μm分離領域を設けた。全レーザチップ長は2000μmである。この後、図6Aに示すとおり各領域に電流を供給するためにチップ表面に電極を形成した。チップ裏面には共通の電極を形成した。レーザチップ長2000μmに切り出した後、レーザチップ前端面144、後端面145にそれぞれ、反射率0.01%の低反射膜を形成した。
【００２０】
作製した分布反射型レーザは、全4チャンネルで1550nm帯で単一軸モード発振した。ゲイン電流20mA、ゲート電流50ｍA、SOA層電流200mAで、チップ光出力約30mWの光通信用途に対し十分な出力を得た。図3に示す通り、DBR電流を変化させ、動作レーザチャンネルを選択することにより、1530nmから1570nmの広い波長範囲の発振をえた。このときのSNRは40dB以上であり、光通信用途に対し十分な値であった。
【００２１】
次に制御方法を述べる。図7に本発明に基づく半導体レーザ装置の構成を表すブロック図を示す。半導体レーザ装置501中には、波長可変レーザチップ502が設置されており、波長可変レーザチップ502上には、DBR層電極503-506、ゲイン層電極507-510、ゲート層電極511-514、SOA電極515が形成されている。また、波長調整電流を注入するDRBレーザチャンネルを選択するDBR電源切替スイッチ516、DBR電源517、ゲイン電流を注入するチャンネルを選択するゲイン電源切替スイッチ518、ゲイン電源519、ゲート電源522-525、外部通信ポート526、内部メモリ527、インターフェース部528から構成されている。
【００２２】
外部からの波長、光出力設定信号が、外部通信ポート526に入力され、ルックアップテーブルをもつ内部メモリ527に転送される。内蔵メモリ527は波長設定信号に従い、動作するDBRレーザチャンネル、DBR電流、ゲイン電流を設定する。内蔵メモリの設定に従い、DBR電源517、及びゲイン電源519が電流を発生し、DBR電源切替スイッチ516、及びゲイン電源切替スイッチ518が電極を選択する。また内蔵メモリは光出力設定信号に従いSOA電流を決定し、SOA電源520が電流を発生する。ゲート電源522、523、524、525は、動作するDBRレーザチャンネルにはゲイン電源519から電流が注入され、他の動作しない3チャンネルは、SOAからの自然放出光を吸収するように短絡するかマイナスにバイアスする。
本構成では制御方法が簡略化されているため、小型のモジュール中に本半導体レーザ装置を設置することが可能となる。
【００２３】
以上はチャンネル数4のDBRレーザアレイについて述べたが、チャンネル数は2以上、例えば6,8,10でもよい。また、本発明の典型的な実施の形態として、InGaAsP材料を用いた埋め込み型レーザ構造により説明した。本発明は、InGaAlAs、GaInNAs、InGaAs、InGaAlP等全ての半導体レーザ材料について同様に適用可能である。また、埋め込み型レーザだけでなく、いわゆるリッジ導波路構造、埋め込みリッジ構造を用いたレーザにも同様に適用可能である。また、波長帯は1550nm帯としたが、通信用によく利用される1300nm帯でもよい。またDBRレーザアレイについて述べたが、分布帰還型（Distributed Feedback : DFB）レーザアレイでもよい。
【実施例２】
【００２４】
図8はDBRレーザチャンネルごとにゲイン電極とゲート電極を共通化した、1550nm帯の半導体レーザを作製した例である。図7との違いは、DBRレーザチャンネルごとにゲイン電極とゲート電極を共通化し、ゲイン,ゲート共通電極601、602、603、604を形成した点である。実施例１ではゲート電極が増えるために、しかし、必ず動作するDBRチャンネルのゲイン電極とゲート電極は同時に電流が流されるため、ゲイン電極と共通化することが可能となり、このとき現状の電極数を維持できる。図9に、図8に基づく半導体レーザ装置の構成を表すブロック図を示す。ゲイン電極とゲート電極の共通化に伴い、ゲイン電源、ゲート電源を共通化し、ゲイン、ゲート共通電極701,702,703,704を設置し、同時にゲイン、ゲート共通電源705,706,707,708を設置した。
【００２５】
外部からの波長、光出力設定信号が、外部通信ポート526に入力され、ルックアップテーブルをもつ内部メモリ527に転送される。内蔵メモリは波長設定信号に従い、動作するDBRレーザチャンネル、DBR電流、ゲイン電流、ゲート電流を設定する。内蔵メモリの設定に従い、DBR電源517が電流を発生し、DBR電源切替スイッチ516が電極を選択する。また内部メモリは光出力設定信号に従いSOA電流を決定し、SOA電源520が電流を発生する。動作するDBRレーザチャンネルのゲイン、ゲート層には、ゲイン、ゲート電源から電流が供給され、他の動作しない3チャンネルのゲイン、ゲート層は短絡するかマイナスにバイアスする。
作製した分布反射型レーザは、全4チャンネルで1550nm帯で単一軸モード発振した。ゲイン電流とゲート電流の和が70ｍA、SOA電流が200mAでチップ光出力約30mWの光通信用途に対し十分な出力を得た。図3に示す通り、DBR電流を変化させ、動作レーザチャンネルを選択することにより、1530nmから1570nmの広い波長範囲の発振をえた。このときのSNRは40dB以上であり、光通信用途に対し十分である。
【実施例３】
【００２６】
図10は、図１の従来型の(ゲート層の無い)1550nm帯のレーザチップを用いて、制御方法を工夫することによりSNRを改善する場合の半導体レーザ装置の構成を表すブロック図を示す。本構成では、動作しない3チャンネルのDBR電極をマイナスにバイアスし、シュタルク効果によりDBR層のバンドギャップを長波長化することにより、SOA領域のコア層133からの自然放出光を吸収し、スペクトル純度を改善する。本構成では、DBR電源801,802,803,804を設置した。
【００２７】
外部からの波長、光出力設定信号が、外部通信ポート526に入力され、ルックアップテーブルをもつ内部メモリ527に転送される。内蔵メモリは波長設定信号に従い、ゲイン電流を設定する。また内蔵メモリは光出力設定信号に従いSOA電流を決定し、SOA電源520が電流を発生する。動作するチャンネルのDBR電源は、内蔵メモリの設定に従い、所定の電流を発生する。他の動作しない3チャンネルのDBR電源は、マイナスバイアス(例えば−１０V)を発生する。
【００２８】
作製した分布反射型レーザは、全4チャンネルで1550nm帯で単一軸モード発振した。ゲイン電流とゲート電流の和が70ｍA、SOA電流200mAでチップ光出力約30mWの光通信用途に対し十分な出力を得た。図3に示す通り、DBR電流を変化させ、動作レーザチャンネルを選択することにより、1530nmから1570nmの広い波長範囲の発振をえた。このときのSNRは40dB以上であり、光通信用途に対し十分である。
【実施例４】
【００２９】
本実施例では、実施例1を一般化した場合で、ゲート構造がスペクトル純度の向上に役立つ例を示す。構成としては、複数チャンネルのレーザと、複数チャンネルのレーザ出力光を合波する光合波器と、複数チャンネルのレーザの出力端と光合波器を接続する導波路をもつ半導体レーザ装置において、接続する導波路中にゲート構造を形成する場合である。
【００３０】
上記構造の例として、16本の波長選択可能な波長可変アレイ導波路格子(Arrayed Waveguide Grating  : AWG)レーザを示す。図11は、波長可変AWGレーザにゲート電極を追加したレーザの構成を示す図である。波長可変AWGレーザ901は、光合波器902、ゲート電極903,904,905,906、前方ゲイン電極907,908,909,910、4×4AWG911、後方ゲイン電極912,913,914,915より形成される。動作原理を以下に説明する。例えば、前方ゲイン電極907と後方ゲイン電極912に電流を注入すると、4×4AWG 911を介してレーザ発振する。ここでAWGは波長選択性を持っており、前方ゲイン電極907と後方ゲイン電極912はある特定の波長のみを通過する。このため特定波長でシングルモード発振する。この発振光の一部を光カップラにより取り出し、ゲート電極906、光合波器902を通して出力する。このとき、907、915からの自然放出光がAWGの他のチャンネルに漏れ出し、他のチャンネルを通り出力され、信号光のSNRを劣化するという問題が発生する。そこで、発振に関与しないゲート電極904,905,906を短絡するかマイナスにバイアスすることにより、自然放出光が出力されることを防ぐことができる。
作製した波長可変アレイ導波路格子レーザは、1550nm帯で全16波長で単一軸モード発振した。このときのSNRは40dB以上であり、光通信用途に対し十分な値であった。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】DBRレーザアレイ、MMI、SOAをモノリシック集積したレーザチップの斜視図。
【図２Ａ】図１に示すレーザチップの上面図。
【図２Ｂ】図１に示すレーザチップの断面図。
【図３】図1のレーザチップの波長特性の例。
【図４】図1のレーザチップのスペクトルの例。
【図５】本発明に基づくレーザチップの斜視図。
【図６Ａ】図５に示すレーザチップの上面図。
【図６Ｂ】図５に示すレーザチップの断面図。
【図７】本発明の実施例に係る半導体レーザ装置の構成を示すブロック図。
【図８】本発明の実施例レーザチップの上面図。
【図９】本発明に基づく半導体レーザ装置の構成を示すブロック図。
【図１０】本発明に基づく半導体レーザ装置の構成を示すブロック図。
【図１１】本発明の実施例に係る半導体レーザの構成図。
【符号の説明】
【００３２】
100…IｎP基板、101,102,103,104…ゲイン電極、105,106,107,108…DBR電極、109,110,111,112…光導波路、113…MMI合波器、114…SOA電極、115…DBRレーザチャンネルch1、116…DBRレーザチャンネルch2、117…DBRレーザチャンネルch3、118…DBRレーザチャンネルch4、131…n型(100)InP半導体基板、132…ゲイン領域のコア層、133…SOA領域のコア層、134…後方DBR領域の屈折率制御コア層、135…前方DBR領域の屈折率制御コア層、136…回折格子供給層、137…低損失光導波路のコア層、138…後方DBR領域、139…ゲイン領域、140…前方DBR領域、141…S字導波路領域、142…MMI領域、143…SOA領域、144…前端面、145…後端面、301…主信号、302…狭い波長範囲のバックグランド光、303…広い波長範囲のバックグランド光、401,402,403,404…ゲート電極、405…ゲート領域のコア層、406…ゲート領域、501…半導体レーザ装置、502…波長可変レーザチップ、503-506…DBR電極、507-510…ゲイン電極、511-514…ゲート電極、515…SOA電極、516…DBR電源切替スイッチ、517…DBR電源、518…ゲイン電源切替スイッチ、519…ゲイン電源、522-525…ゲート電源、526…外部通信ポート、527…内部メモリ、528…インターフェース部、601,602,603,604…ゲイン,ゲート共通電極、701,702,703,704…ゲイン,ゲート共通電極、705,706,707,708…ゲイン,ゲート共通電源、801,802,803,804…DBR電源、901…波長可変AWGレーザ、902…光合波器、903,904,905,906…ゲート電極、907,908,909,910…前方ゲイン電極、911…4×4AWG、912,913,914,915…後方ゲイン電極、916…AWG中の光路。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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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