(57)【要約】【課題】充分なモニタ光量を確保しながら、送信光の光出力効率を高くすることができ、高温・高出力動作が可能な半導体レーザを提供する。【解決手段】半導体レーザ４は、前方側の共振器面３０Ｓから送信光である前方光１７を出射し、後方側の共振器面３１Ｓからモニタ光である後方光１８を出射するものである。半導体レーザ４は、前方光１７の水平放射角度をθｆ１、垂直放射角度をθｆ２とし、後方光１８の水平放射角度をθｒ１、垂直放射角度をθｒ２とし、前方側の共振器面３０Ｓの光反射率をＲｆ、後方側の共振器面３１Ｓの光反射率をＲｒとし、前方スロープ効率をＳ１、後方スロープ効率をＳ２としたとき、下記式（Ｘ）又は（Ｙ）を充足する。θｆ１×θｆ２＞θｒ１×θｒ２、かつＲｒ＞Ｒｆ・・・（Ｘ）、θｆ１×θｆ２＞θｒ１×θｒ２、かつＳ１＞Ｓ２・・・（Ｙ）【選択図】図２
2011192909.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に活性層を含む複数の半導体層と電極と一対の共振器面とを備え、
前記一対の共振器面のうち前方側の共振器面から送信光である前方光を出射し、後方側の共振器面からモニタ光である後方光を出射する半導体レーザであって、
前記前方光の水平放射角度をθｆ１、垂直放射角度をθｆ２とし、前記後方光の水平放射角度をθｒ１、垂直放射角度をθｒ２とし（ここで、水平方向は基板面に平行な方向、垂直方向は基板面に垂直方向を示し、光放射角度は遠視野像（ＦＦＰ：Far Field Pattern）測定により測定するものとする。））、
前記前方側の共振器面の光反射率をＲｆ、前記後方側の共振器面の光反射率をＲｒとしたとき、
θｆ１×θｆ２＞θｒ１×θｒ２、かつＲｒ＞Ｒｆを充足する半導体レーザ。
【請求項２】
Ｒｒ（％）≧８５である請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項３】
基板上に活性層を含む複数の半導体層と電極と一対の共振器面とを備え、
前記一対の共振器面のうち前方側の共振器面から送信光である前方光を出射し、後方側の共振器面からモニタ光である後方光を出射する半導体レーザであって、
前記前方光の水平放射角度をθｆ１、垂直放射角度をθｆ２とし、前記後方光の水平放射角度をθｒ１、垂直放射角度をθｒ２とし（ここで、水平方向は基板面に平行な方向、垂直方向は基板面に垂直方向を示し、光放射角度は遠視野像（ＦＦＰ：Far Field Pattern）測定により測定するものとする。））、
前方スロープ効率をＳ１、後方スロープ効率をＳ２としたとき、
θｆ１×θｆ２＞θｒ１×θｒ２、かつＳ１＞Ｓ２を充足する半導体レーザ。
【請求項４】
前記複数の半導体層には、前記後方の共振器面側に、発光された光のスポットサイズを大きくするスポットサイズ変換部が設けられた請求項１〜３のいずれかに記載の半導体レーザ。
【請求項５】
前記複数の半導体層には、前記一対の共振器面と交差する方向に延びるストライプ状の光導波路が形成されており、
前記光導波路の前記前方側の共振器面におけるストライプ幅をＷｆ、前記後方側の共振器面におけるストライプ幅をＷｒとしたとき、
Ｗｆ＞Ｗｒを充足する請求項１〜３のいずれかに記載の半導体レーザ。
【請求項６】
前記光導波路は、
前記前方側の共振器面側に形成されたストライプ幅がＷｆである太幅部と、
前記後方側の共振器面側に形成されたストライプ幅がＷｒである細幅部と、
前記太幅部と前記細幅部との間に設けられ、ストライプ幅がＷｆからＷｒに変化する幅変化部とを有する請求項５に記載の半導体レーザ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の半導体レーザと、前記後方光を受光するモニタ用受光素子とが、同一パッケージに収容されたレーザパッケージ。
【請求項８】
前記モニタ用受光素子が導波路型受光素子である請求項７に記載のレーザパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、前方から送信光を出射し、後方からモニタ光を出射する半導体レーザ、及びこの半導体レーザとモニタ光を受光するモニタ用受光素子とを備えたレーザパッケージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
急速に拡大するインターネットのスムーズな進展を支えるのは、光ファイバにおける通信容量の拡大技術である。光ファイバ通信網では、幹線系はもとより、アクセス系、加入者系へと、その適用範囲が世界的に広がってきており、特に光ファイバを各加入者までつなぐファイバ・トゥ・ザ・ホーム（ＦＴＴＨ：Fiber-To-The-Home）においては、高温動作にも耐え、かつ安価な半導体レーザモジュールが求められている。
【０００３】
半導体レーザを搭載したレーザパッケージの一例として、ＴＯ（transistor outline）−ＣＡＮとよばれる円筒形金属パッケージがある（特許文献１の図１及び図２等）。
図面を参照して、従来のＴＯ−ＣＡＮパッケージの構造について説明する。図１３はレーザパッケージの内部上面図、図１４はレーザパッケージの内部側面図である。
【０００４】
図１３及び図１４に示すように、従来のレーザパッケージ２００は、半導体レーザ（ＬＤ）２０４と、ＬＤ２０４から出射された後方光２１８を受光するモニタ用受光素子であるフォトダイオード（モニタＰＤ）２０６とが、金属ステム２０１とキャップ２１６とからなるパッケージに収容されたものである。
金属ステム２０１から金属製台座２０２が前方（図示右方向）へ突設され、台座２０２上にヒートシンク２０３に融着されたＬＤ２０４が固定されている。ＬＤ２０４の後方側（図示左側）には別のヒートシンク２０５に融着されたモニタＰＤ２０６が設けられている。
キャップ２１６には、ＬＤ２０４から出射された送信光２１７を集光する集光レンズ２１５が嵌め込まれている。図中、符号２１９で示す部材は、レーザパッケージ２００からの送信光２１７が入射される光ファイバ等の光送信部材である。
【０００５】
ＬＤ２０４の前方から出射された送信光２１７は、ＬＤ２０４の前方に設置された集光レンズ２１５によって光送信部材２１９へ集光される。
ＬＤ２０４の後方から出射されたモニタ光２１８は、ＬＤ２０４の後方に設置されたモニタＰＤ２０６に入射し、受光される。ＬＤ２０４の前方から出射される送信光２１７と後方から出射されるモニタ光２１８とは一定の比率を有するため、モニタ光２１８をモニタＰＤ２０６で受光することで得られる光電流（モニタ電流）値が一定になるようＬＤ２０４の駆動電流値を制御することにより、送信光２１７の光出力を一定に保つことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第2002/063730号
【特許文献２】特開2000-101200号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＬＤからの光出力は環境温度や長期使用で変動するため、モニタＰＤを用いたＬＤ駆動電流制御はＬＤを搭載した光送信器に不可欠である。安定した光出力制御のためには、充分なモニタ光量がモニタＰＤへ入射される必要がある。充分なモニタ光量をモニタＰＤへ入射させる方法としては、ＬＤとモニタＰＤとの間に集光レンズを設けたり、ＬＤとモニタＰＤとを近接させる方法があるが、パッケージの大型化や実装コストの増大を招くため、実用的ではない。
【０００８】
図１５及び図１６に示すように、従来のＬＤ２０４は、活性層の膜厚、活性層の幅、及び活性層の組成は前方端面から後方端面まで一様であり、送信光２１７及びモニタ光２１８はいずれも同じ放射角度で出射される。図１５は図１３に対応する図であり、図１６は図１４に対応する図である。図中、θｆ１は前方光の水平放射角度、θｆ２は前方光の垂直放射角度、θｒ１は後方光の水平放射角度、θｒ２は後方光の垂直放射角度である。
送信光２１７は集光レンズ２１５により光送信部材２１９に集光されるが、モニタ光２１８側には集光する機構がないため出射光の一部しかモニタＰＤ２０６へ入射されない。そのため、従来はＬＤの後方光出力を大きくして、充分なモニタ光が得られるようにしている。
【０００９】
ＦＴＴＨ等に用いられる光送信器には、高温動作にも耐え、かつ安価であることが要求されており、できる限り効率良く送信光を取り出し、駆動電流を低く抑える必要がある。ＬＤの出射端面には誘電体保護膜がコーティングされており、誘電体保護膜の材質や層構造により様々な反射率を持たせることができる。送信光強度を高くするためには、前方端面反射率は後方端面反射率よりも低く設定されることが好ましい。
【００１０】
ＬＤの送信光の出力効率とモニタ光の出力効率には相反関係にあり、高温・高出力動作と安定した光出力制御の両立は難しい。送信光の出力効率を高めるため後方端面反射率を高くすると、モニタ光の出力効率が低下してしまい充分なモニタ光強度を得られなくなる。逆にモニタ光の出力効率を高くするため後方端面反射率を低くすると、送信光の出力効率が低下してしまう。
従来は、ＬＤの後方端面の反射率は７０％程度に抑えてＬＤの後方光出力を大きくして、充分なモニタ光量を確保している。後方光出力を大きくすれば、その分送信光の光出力が低下することとなり、本来取り出したい送信光の出力効率が低下する。
本発明の関連技術として特許文献２があるが、詳細については後述する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の半導体レーザは、
基板上に活性層を含む複数の半導体層と電極と一対の共振器面とを備え、
前記一対の共振器面のうち前方側の共振器面から送信光である前方光を出射し、後方側の共振器面からモニタ光である後方光を出射する半導体レーザであって、
前記前方光の水平放射角度をθｆ１、垂直放射角度をθｆ２とし、前記後方光の水平放射角度をθｒ１、垂直放射角度をθｒ２とし（ここで、水平方向は基板面に平行な方向、垂直方向は基板面に垂直方向を示し、光放射角度は遠視野像（ＦＦＰ：Far Field Pattern）測定により測定するものとする。））、
前記前方側の共振器面の光反射率をＲｆ、前記後方側の共振器面の光反射率をＲｒとしたとき、
θｆ１×θｆ２＞θｒ１×θｒ２、かつＲｒ＞Ｒｆを充足するものである。
【００１２】
本発明の第２の半導体レーザは、
基板上に活性層を含む複数の半導体層と電極と一対の共振器面とを備え、
前記一対の共振器面のうち前方側の共振器面から送信光である前方光を出射し、後方側の共振器面からモニタ光である後方光を出射する半導体レーザであって、
前記前方光の水平放射角度をθｆ１、垂直放射角度をθｆ２とし、前記後方光の水平放射角度をθｒ１、垂直放射角度をθｒ２とし（ここで、水平方向は基板面に平行な方向、垂直方向は基板面に垂直方向を示し、光放射角度は遠視野像（ＦＦＰ：Far Field Pattern）測定により測定するものとする。））、
前方スロープ効率をＳ１、後方スロープ効率をＳ２としたとき、
θｆ１×θｆ２＞θｒ１×θｒ２、かつＳ１＞Ｓ２を充足するものである。
【００１３】
本発明のレーザパッケージは、上記の本発明の第１又は第２の半導体レーザと、前記後方光を受光するモニタ用受光素子とが、同一パッケージに収容されたものである。
【００１４】
本発明では、Ｒｒ＞Ｒｆ、あるいはＳ１＞Ｓ２として、送信光の出力効率を高めている。また、後方側の光放射角を狭くすることで、Ｒｒ＞Ｒｆ、あるいはＳ１＞Ｓ２の条件においても、充分なモニタ光量を確保している。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、充分なモニタ光量を確保しながら、送信光の光出力効率を高くすることができ、高温・高出力動作が可能な半導体レーザを提供することができる。
本発明では、従来と同じ駆動電流の条件であれば、従来よりも送信光の光出力を高くすることができ、従来と同じ送信光の光出力の条件であれば、従来よりも駆動電流を下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る一実施形態の半導体レーザの斜視図である。
【図２】（ａ）〜（ｆ）は図１の半導体レーザの製造工程図である。
【図３】ストライプマスク２３の平面図である。
【図４】本発明に係る第１実施形態のレーザパッケージの内部上面図である。
【図５】本発明に係る第１実施形態のレーザパッケージの内部側面図である。
【図６】本発明に係る第１実施形態のレーザパッケージの内部端面図である。
【図７】第１実施形態のレーザパッケージからの光の放射角度を示す図である。
【図８】第１実施形態のレーザパッケージからの光の放射角度を示す図である。
【図９】本発明に係る第２実施形態のレーザパッケージの内部上面図である。
【図１０】本発明に係る第２実施形態のレーザパッケージの内部側面図である。
【図１１】第２実施形態のレーザパッケージからの光の放射角度を示す図である。
【図１２】第２実施形態のレーザパッケージからの光の放射角度を示す図である。
【図１３】従来のレーザパッケージの内部上面図である。
【図１４】従来のレーザパッケージの内部側面図である。
【図１５】従来のレーザパッケージからの光の放射角度を示す図である。
【図１６】従来のレーザパッケージからの光の放射角度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
「半導体レーザ」
図面を参照して、本発明に係る一実施形態の半導体レーザの構成について説明する。図１は本実施形態の半導体レーザの斜視図、図２（ａ）〜（ｆ）は本実施形態の半導体レーザの製造工程図、図３はストライプマスク２３の平面図である。図面上は視認しやすくするため、各部材の縮尺や位置は適宜、実際のものとは異ならせてある。
【００１８】
本実施形態においては、発振波長１．３１μｍのファブリ・ペロ型半導体レーザ（ＦＰ−ＬＤ）を例として説明する。
図１及び図２（ａ）〜（ｆ）に示すように、本実施形態の半導体レーザ（ＬＤ）４は、基板２０上に、活性層２１を含む複数の半導体層２０ａ，２１，２２，２４〜２６と、一対の電極２８，２９と、一対の共振器面３０Ｓ，３１Ｓとを備えている。
【００１９】
ＬＤ４は、前方側の共振器面３０Ｓから送信光である前方光１７を出射し、後方側の共振器面３１Ｓからモニタ光である後方光１８を出射する。
ＬＤ４は、前方光１７の水平放射角度をθｆ１、垂直放射角度をθｆ２とし、後方光１８の水平放射角度をθｒ１、垂直放射角度をθｒ２とし、前方側の共振器面３０Ｓの光反射率をＲｆ、後方側の共振器面３１Ｓの光反射率をＲｒとし、前方スロープ効率をＳ１、後方スロープ効率をＳ２としたとき、下記式（Ｘ）又は（Ｙ）を充足するものである。
θｆ１×θｆ２＞θｒ１×θｒ２、かつＲｒ＞Ｒｆ・・・（Ｘ）、
θｆ１×θｆ２＞θｒ１×θｒ２、かつＳ１＞Ｓ２・・・（Ｙ）
【００２０】
本明細書において、「水平方向」は基板面に平行な方向、「垂直方向」は基板面に垂直方向を示し、光放射角度は遠視野像（ＦＦＰ：Far Field Pattern）測定により測定するものとする。光の放射角度については、図７及び図８を参照されたい。
【００２１】
本実施形態においては、複数の半導体層２０ａ，２１，２２，２４〜２６内に、後方の共振器面３１Ｓ側に、発光された光のスポットサイズを大きくするスポットサイズ変換部が設けられており、これによって、後方側の端面における活性層２１への光閉じ込めを小さくし、θｆ１×θｆ２＞θｒ１×θｒ２が実現されている。
【００２２】
出射端面からの光放射角は、出射端面における活性層２１への光閉じ込めの大小で決まり、光閉じ込めが大きい程放射角度は広くなり、光閉じ込めが小さい程放射角度は狭くなる。
活性層２１への光閉じ込めは、（１）活性層２１の膜厚が厚い程大きくなる傾向があり、（２）活性層２１のストライプ幅（光導波路のストライプ幅）が広い程大きくなる傾向があり、一般的には膜厚の効果の方がストライプ幅の効果よりも大きい傾向にある。
活性層２１への光閉じ込めは、活性層２１の膜厚及びストライプ幅以外にも、活性層２１の組成等によっても変わる。
「スポットサイズ変換部」は、活性層２１の膜厚、活性層２１のストライプ幅（光導波路のストライプ幅）、及び活性層２１の組成等、活性層２１への光閉じ込めに影響を与える種々のファクターのうち、少なくとも１つのファクターを前方側と後方側との間で変化させて、後方側の端面における活性層２１への光閉じ込めを小さくし、後方側からの光放射角を狭くする部分である。
本実施形態では例として、活性層２１のストライプ幅（光導波路のストライプ幅）を前方側と後方側との間で変化させることで、θｆ１×θｆ２＞θｒ１×θｒ２を実現している。
【００２３】
図２（ａ）〜（ｆ）を参照して、ＬＤ４の製造工程と内部構造の詳細について説明する。
図２（ａ）に示すように、ｎ−ＩｎＰ半導体基板２０に、ｎ−ＩｎＰバッファ層２０ａ、多層構造のＩｎＧａＡｓＰ活性層２１（フォトルミネッセンスピーク波長１．３１μｍ）、及びｐ−ＩｎＰクラッド層２２を順次積層形成する。
【００２４】
次に、図２（ｂ）及び図３に示す平面パターンのＳｉＯ２ストライプマスク２３を形成する。図３に拡大するように、ストライプマスク２３は、前方側の共振器面３０Ｓ側に形成されたストライプ幅がＷｆである相対的に太い太幅部２３Ａと、後方側の共振器面３１Ｓ側に形成されたストライプ幅がＷｒである相対的に細い細幅部２３Ｃと、太幅部２３Ａと細幅部２３Ｃとの間に設けられ、ストライプ幅がＷｆからＷｒに変化する幅変化部２３Ｂとを備えている。本実施形態において、Ｗｆ＞Ｗｒであり、Ｗｆ＝１．６μｍ、Ｗｒ＝０．４μｍである。
上記のＳｉＯ２ストライプマスク２３をマスクとして、ｐ−ＩｎＰ層２２、活性層２１、ｎ−ＩｎＰ層２０ａ、及びｎ−ＩｎＰ基板２０の一部をエッチングして、図２（ｃ）に示すメサストライプ構造を形成する。
図２（ｂ）、（ｃ）、（ｆ）中のＡ−Ａ線は太幅部２３Ａを通る線、Ｂ−Ｂ線は細幅部２３Ｃを通る線である。
【００２５】
次に、図２（ｄ）に示すように、メサストライプ構造の非形成領域にｐ−ＩｎＰ層２４及びｎ−ＩｎＰ層２５の積層構造からなる電流ブロック層を形成する。
次に、図２（ｅ）に示すように、ＳｉＯ２マスク２３を除去した後、全面にｐ−ＩｎＰオーバークラッド層２６、及びｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層２７を順次積層形成する。
次に、図２（ｆ）に示すように、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層２７上にｐ型電極２８を形成し、ｎ−ＩｎＰ基板２０の下面にｎ型電極２９を形成した後、３００μｍ長に切り出す。最後に、前方側の端面に反射率Ｒｆ＝３０％の誘電体保護膜３０、後方側の端面に反射率Ｒｒ＝９５％の誘電体保護膜（高反射膜、ＨＲ膜）３１を形成して、ＬＤ４が製造される。
本実施形態において、後方側の共振器面３１Ｓの光反射率Ｒｒ＞前方側の共振器面３０Ｓの光反射率Ｒｆである。
本実施形態では、ＬＤ４の端面反射率は送信側が３０％、モニタ側が９５％に設定されているので、送信側／モニタ側の光出力比率が大きく、高い送信光出力が得られる。
【００２６】
ＬＤ４においては、ｐ型電極２８及びｎ型電極２９から電流が注入され、注入されたホールと電子とが活性層２１内で再結合することにより発生する光が、前方側の端面と後方側の端面との間の共振器構造により増幅されレーザ発振にいたる。
本実施形態では、前方側の共振器面３０Ｓは誘電体保護膜３０の面、後方側の共振器面３１Ｓは誘電体保護膜３１の面である。なお、視認しやすくするため、図１及び図２（ｆ）中においては、誘電体保護膜３０，３１を厚く、かつ透視に図示してある。
【００２７】
本実施形態において、複数の半導体層２０ａ，２１，２２，２４〜２６内に、活性層２１を中心として光導波路が形成されている。本実施形態では、上記平面パターンのＳｉＯ２ストライプマスク２３を用いて、バッファ層２０ａ、活性層２１、及びクラッド層２２をエッチングして、これらをメサストライプ構造としているので、これら半導体層２０ａ，２１，２２及び光導波路のパターンはＳｉＯ２ストライプマスク２３と同様である。
すなわち、複数の半導体層２０ａ，２１，２２，２４〜２６内には、一対の共振器面３０Ｓ，３１Ｓと交差する方向に延びるストライプ状の光導波路が形成されており、
光導波路の前方側の共振器面３０Ｓにおけるストライプ幅がＷｆ、後方側の共振器面３１Ｓにおけるストライプ幅がＷｒであり、Ｗｆ＞Ｗｒを充足している。
光導波路は、前方側の共振器面３０Ｓ側に形成されたストライプ幅がＷｆである太幅部と、後方側の共振器面３１Ｓ側に形成されたストライプ幅がＷｒである細幅部と、太幅部と細幅部との間に設けられ、ストライプ幅がＷｆからＷｒに変化する幅変化部とを有している（図３のストライプマスク２３のパターンと同様）。
【００２８】
光導波路のパターンは、光導波路の前方側の共振器面３０Ｓにおけるストライプ幅がＷｆ、後方側の共振器面３１Ｓにおけるストライプ幅がＷｒであれば、一対の共振器面３０Ｓ，３１Ｓ間の幅変化は図示するパターンに限らず、適宜設計できる。
本実施形態では、光導波路を上記のようなパターンとすることで、複数の半導体層２０ａ，２１，２２，２４〜２６内の後方の共振器面３１Ｓ側に、発光された光のスポットサイズを大きくするスポットサイズ変換部が設けられている。本実施形態において、スポットサイズ変換部は光導波路の幅変化部及び細幅部である。
【００２９】
本発明者が実際に作製したＬＤ４について、２５℃及び９５℃のＩ−Ｌ特性を測定したところ、レーザ発振しきい値電流は５ｍＡ（２５℃）、１８ｍＡ（９５℃）、送信側スロープ効率Ｓ１は０．５５０Ｗ／Ａ（２５℃）、０．４２０Ｗ／Ａ（９５℃）、モニタ側スロープ効率は０．０２５Ｗ／Ａ（２５℃）、０．０１９Ｗ／Ａ（９５℃）であり、高温９５℃でも高い送信光スロープ効率が得られた。
これは、モニタ側の端面反射率を９５％と高めたことにより、送信側へ光出力が集中すると共にミラーロスが低減したためである。かかる構成では、モニタ側のスロープ効率Ｓ２は低くなってしまう。本実施形態では、送信側とモニタ側の光出力比率が２２と大きく、送信側から１０ｍＷを出力させた時のモニタ光出力は１０ｍＷ／２２＝０．４５ｍＷまで低下する。
【００３０】
従来一般的な１．３１μｍ帯のＦＰ−ＬＤでは送信側端面反射率は３０％、モニタ側端面反射率は７０％程度に設定されるので、送信側とモニタ側の光出力比率は３．５程度と小さく、送信側から１０ｍＷを出力させた時のモニタ光出力は１０ｍＷ／３．５＝２．８６ｍＷと充分な出力がある。したがって、従来のＬＤでモニタ側の端面反射率を本実施形態のように９５％のような高い値に設定してしまうと、モニタ光出力が低くなるためモニタＰＤに入射される光量が不足し、光出力制御用モニタ電流を充分大きく確保できない。
【００３１】
本実施形態では、モニタ光出力の低下を補う機構が導入されている。図２（ａ）〜（ｆ）のように作製したＬＤ４の遠視野像（ＦＦＰ：Far Field Pattern）を測定すると、前方光の水平放射角度θｆ１＝２８°、前方光の垂直放射角度θｆ２＝３０°、後方光の水平放射角度θｒ１＝１０°、後方光の垂直放射角度θｒ２＝１１°であった。すなわち、θｆ１＞θｒ１、かつθｆ２＞θｒ２であり、θｆ１×θｆ２＞θｒ１×θｒ２を充足していた（光の放射角度については図７及び図８を参照）。
【００３２】
送信側のＦＦＰは従来のＦＰ−ＬＤと同等であるが、モニタ側のＦＦＰは送信側の１／２．６程度まで狭くなっている。これは図２（ｃ）に示したように、活性層２１（光導波路）の幅が後方側で狭くなるパターンで形成されているため、光閉じ込めが弱まりスポットサイズが拡大した結果である。このような半導体レーザはスポットサイズ変換レーザ（ＳＳＣ（Spot-size converted）レーザ）と呼ばれる。通常のＳＳＣレーザはＳＳＣ構造を送信光側に導入し、光ファイバ等からなる光送信部材へ集光するためのレンズ系を無くすために用いられるが、本実施形態では逆にモニタ側にＳＳＣ構造に導入することによって、モニタ光出力の低下を補う効果を得ている。
なお、本実施形態では、θｆ１＞θｒ１、かつθｆ２＞θｒ２であるが、θｆ１×θｆ２＞θｒ１×θｒ２を充足すれば、本実施形態の効果は得られる。
【００３３】
「背景技術」において、図１５及び図１６を参照して説明したように、従来の半導体レーザは送信光及びモニタ光は、いずれも同じ放射角度を有する。送信光は集光レンズにより光送信部材に集光されるが、モニタ光側には集光する機構がないため出射光の一部しかモニタＰＤへ入射されない。
これに対して、本実施形態では、モニタ光１８側の放射角度は送信光１７の放射角度の１／２．６と狭いため、後記モニタＰＤ６に入射される光量は１／２．６のマイナス２乗、つまり６．８倍に増えることとなる。したがって上述の通り、ＳＳＣ構造をモニタ側に導入した本実施形態の構造により、モニタ側の端面反射率Ｒｒを９５％と高く設定して、モニタ光出力が低下しても、モニタＰＤ６に入射される光量は従来レベル以上に維持される。
従来の半導体レーザのモニタ側の端面反射率Ｒｒは７０％程度であるのに対して、本実施形態では、Ｒｒ（％）＝９５でも、モニタＰＤ６に入射される光量は従来と同等レベル以上に維持される。
【００３４】
本実施形態におけるＲｒは９５％に限定されず、Ｒｒ＞Ｒｆを充足していればよい。従来と同等以上の送信光１７の出力効率を得るためには、Ｒｒ（％）≧７０であればよく、Ｒｒ（％）が高い程送信光１７の出力効率は高まる。従来よりも送信光１７の出力効率を顕著に高めるためにはＲｒ（％）≧８５が好ましい。本実施形態では、Ｒｒ（％）≧８５でも、モニタＰＤ６に入射される光量は従来と同等レベル以上に維持される。
【００３５】
「背景技術」の項に挙げた特許文献２においては、一見、本実施形態と同様のストライプ構造が記載されている（図３）。
しかしながら、特許文献２では、「ＳＤＨレーザでは、ストライプ幅を狭くするとレーザ光の広がり角が広くなり、ストライプ幅を広くするとレーザ光の広がり角が狭くなる」旨の記載がある（段落０００５、００１０等）。
特許文献２の段落００３０に記載されているように、ＳＤＨレーザはストライプ幅を狭くするほど活性層の膜厚が厚くなるため、後方側では、膜厚が厚く、光閉じ込めが大きく、放射角が広く、前方側では、膜厚が薄く、光閉じ込めが小さく、放射角が狭くなっている。
特許文献２の段落００３４には、後方端面の反射率を前方端面の反射率より低くする構成、及びその構成において、後方光の出射角を大とする構成が記載されている。かかる構成は、後方光の出射角を小さくし、後方側の反射率を高くする本実施形態とは、構成が逆である。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態では、Ｒｒ＞Ｒｆ、あるいはＳ１＞Ｓ２として、送信光１７の出力効率を高めている。本実施形態では、かかる条件で後方側の光放射角を狭くすることで、Ｒｒ＞Ｒｆ、あるいはＳ１＞Ｓ２の条件においても、充分なモニタ光量を確保している。
すなわち、本実施形態によれば、充分なモニタ光量を確保しながら、送信光１７の光出力効率を高くすることができ、高温・高出力動作が可能なＬＤ４を提供することができる。
本実施形態では、従来と同じ駆動電流の条件であれば、従来よりも送信光１７の光出力を高くすることができ、従来と同じ送信光１７の光出力の条件であれば、従来よりも駆動電流を下げることができる。
本実施形態では、高温・高出力動作と安定した光出力制御の両立が可能である。
【００３７】
「第１実施形態のレーザパッケージ」
図面を参照して、上記実施形態のＬＤ４を備えたレーザパッケージの第１実施形態の構造について説明する。図４はレーザパッケージの内部上面図、図５はレーザパッケージの内部側面図、図６はレーザパッケージの内部端面図である。本実施形態では、ＴＯ（transistor outline）−ＣＡＮパッケージを例として説明する。
【００３８】
図４〜図６に示すように、本実施形態のレーザパッケージ１０１は、ＬＤ４と、ＬＤ４から出射された後方光１８を受光するモニタ用受光素子であるフォトダイオード（モニタＰＤ）６とが、円盤形の金属ステム１と円筒形のキャップ１６とからなるパッケージに収容されたものである。
【００３９】
金属ステム１から金属製台座２が前方（図４及び図５において図示右方向）へ突設され、台座２上にヒートシンク３に融着されたＬＤ４が固定されている。ＬＤ４の後方側（図４及び図５において図示左側）には別のヒートシンク５に融着された平面入射型のモニタＰＤ６が設けられている。本実施形態において、ＬＤ４は台座２上に固定され、モニタＰＤ６はステム１に固定されており、ヒートシンク３のＬＤ搭載面と、ヒートシンク５のＰＤ搭載面とは、互いに垂直となっている。
ＬＤ４及びモニタＰＤ６は金線１１〜１４によって、リードピン７〜９と接続されている。また、リードピン１０は金属ステム１と接続されている。
【００４０】
キャップ１６には、ＬＤ４から出射された送信光１７を集光する集光レンズ１５が嵌め込まれている。図中、符号１９で示す部材は、本実施形態のレーザパッケージ１０１からの送信光１７が入射される光ファイバ等の光送信部材である。
【００４１】
ＬＤ４の前方から出射された送信光１７は、ＬＤ４の前方に設置された集光レンズ１５によって光送信部材１９へ集光される。
ＬＤ４の後方から出射されたモニタ光１８は、ＬＤ４の後方に設置されたモニタＰＤ６に入射し、受光される。ＬＤ４の前方から出射される送信光１７と後方から出射されるモニタ光１８とは一定の比率を有するため、モニタ光１８をモニタＰＤ６で受光することで得られる光電流（モニタ電流）値が一定になるようＬＤ４の駆動電流値を制御することにより、送信光１７の光出力を一定に保つことができる。
【００４２】
ＬＤ４は、Ｒｒ＞Ｒｆ、あるいはＳ１＞Ｓ２として、送信光１７の出力効率を高めたものである。ＬＤ４はかかる条件で、前方光の水平放射角度をθｆ１、垂直放射角度をθｆ２とし、後方光の水平放射角度をθｒ１、垂直放射角度をθｒ２としたとき、θｆ１＞θｒ１、かつθｆ２＞θｒ２であり、θｆ１×θｆ２＞θｒ１×θｒ２を充足するように、後方側にＳＳＣ構造を導入したものである。前方光及び後方光の放射角度を図７及び図８に示す。図７は図４に対応する図、図８は図５に対応する図である。
【００４３】
本実施形態では、上記ＬＤ４を用いたものであるので、充分なモニタ光量を確保しながら、送信光１７の光出力効率を高くすることができ、高温・高出力動作が可能なレーザパッケージ１０１を提供することができる。
本実施形態では、従来と同じ駆動電流の条件であれば、従来よりも送信光１７の光出力を高くすることができ、従来と同じ送信光１７の光出力の条件であれば、従来よりも駆動電流を下げることができる。
本実施形態では、高温・高出力動作と安定した光出力制御の両立が可能である。
【００４４】
「第２実施形態のレーザパッケージ」
図面を参照して、上記実施形態のＬＤ４を備えたレーザパッケージの第２実施形態の構造について説明する。図９はレーザパッケージの内部上面図、図１０はレーザパッケージの内部側面図である。上記第１実施形態と同じ構成要素については同じ参照符号を付して、説明を省略する。
【００４５】
本実施形態のレーザパッケージ１０２は、基本構成は第１実施形態と同様であり、後方光１８を受光するモニタ用受光素子として、導波路型受光素子であるフォトダイオード（モニタＰＤ）６ａが用いられている。本実施形態において、台座２上にヒートシンク３、５が並んで配置され、それらの上にそれぞれＬＤ４とモニタＰＤ６ａがそれぞれ搭載されている。
【００４６】
ＬＤ４は、Ｒｒ＞Ｒｆ、あるいはＳ１＞Ｓ２として、送信光１７の出力効率を高めたものである。ＬＤ４はかかる条件で、前方光の水平放射角度をθｆ１、垂直放射角度をθｆ２とし、後方光の水平放射角度をθｒ１、垂直放射角度をθｒ２としたとき、θｆ１＞θｒ１、かつθｆ２＞θｒ２であり、θｆ１×θｆ２＞θｒ１×θｒ２を充足するように、後方側にＳＳＣ構造を導入したものである。前方光及び後方光の放射角度を図１１及び図１２に示す。図１１は図９に対応する図、図１２は図１０に対応する図である。
【００４７】
本実施形態においても、上記ＬＤ４を用いたものであるので、充分なモニタ光量を確保しながら、送信光１７の光出力効率を高くすることができ、高温・高出力動作が可能なレーザパッケージ１０２を提供することができる。
本実施形態では、従来と同じ駆動電流の条件であれば、従来よりも送信光１７の光出力を高くすることができ、従来と同じ送信光１７の光出力の条件であれば、従来よりも駆動電流を下げることができる。
本実施形態では、高温・高出力動作と安定した光出力制御の両立が可能である。
【００４８】
さらに、本実施形態では、モニタＰＤ６ａとして導波路型ＰＤを用いている。
導波路型ＰＤは半導体レーザと同様に光の入出力を端面で行う素子であるため、半導体レーザのモニタＰＤとして用いた場合は、半導体レーザと同一平面上に組み立てることが可能であり、実装コストの低減が可能となる。しかしながら、導波路型ＰＤ６ａは図１〜図３で用いた平面入射型のＰＤ６と比べ、受光面積が小さいため、従来の半導体レーザとの組み合わせでは充分なモニタ電流が取れない。
【００４９】
本実施形態では、モニタ光側にＳＳＣ構造を導入したＬＤ４を用いているので、モニタ光強度を従来レベルと同等としてもモニタＰＤ６ａへ入射される光量を高くすることが可能となる。
図１及び図２に示したように、ＬＤ４はモニタ光の出射端面側にＳＳＣ構造が導入されているため、モニタ光１８の放射角は水平θｒ１＝１０°、垂直θｒ２＝１１°と従来型の１／２．６程度まで狭くなっている。これにより、モニタＰＤ６ａに入射される光強度は１／２．６のマイナス２乗、つまり６．８倍に高まる。さらに同一平面に実装できる利点を生かし、ＬＤ４とモニタＰＤ６ａとの距離を近づけることができる。これら２つの効果により、導波路型ＰＤであっても充分なモニタ電流を確保することが可能となる。
なお、本実施形態では、充分なモニタ電流を確保するために、後方側の端面の光反射率Ｒｒは第１実施形態より低く、例えば７０％程度に設定することが好ましい。
【００５０】
以上のように、本実施形態は、第１実施形態のレーザパッケージ１０１と同様の効果が得られ、さらに実装コストの低減が可能なものである。
【００５１】
「設計変更」
本発明は上記実施形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において適宜設計変更可能である。
上記実施形態では、活性層２１のストライプ幅（光導波路のストライプ幅）を前方側と後方側との間で変化させることで、θｆ１×θｆ２＞θｒ１×θｒ２を実現した態様について説明したが、上記したように、活性層２１の膜厚、活性層２１のストライプ幅（光導波路のストライプ幅）、及び活性層２１の組成等、活性層２１への光閉じ込めに影響を与えるファクターのうち、少なくとも１つのファクターを前方側と後方側との間で変化させることで、後方側の端面における活性層２１への光閉じ込めを小さくして、後方側からの光放射角を狭くし、θｆ１×θｆ２＞θｒ１×θｒ２を実現することができる。
【００５２】
上記実施形態では、半導体レーザとしてＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系材料についてのみ説明したが、これに限定されるものではなく、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、及びＧａＡｓ等の半導体レーザを構成可能な材料系全てに適用可能である。また半導体レーザとして埋め込み型レーザのみを説明したが、リッジ構造、埋め込みリッジ構造、ブロードエリア構造等、レーザ光放射角度を送信側、モニタ側で異ならしめることが可能な構造全てに適用可能である。
【実施例】
【００５３】
本発明に係る実施例及び比較例について説明する。
【００５４】
（実施例１、比較例１）
図２（ａ）〜（ｆ）で説明したように、後方側にＳＳＣ構造を設け、モニタ側端面反射率を９５％とした上記実施形態の半導体レーザ４を作製した。このＬＤ４を用いて、図４〜図６に示した第１実施形態のＴＯ−ＣＡＮパッケージ１０１を組み立てた（実施例１）。別途、比較のため、ＳＳＣ構造を有さず、モニタ側端面反射率を７０％とした従来のＬＤ２０４を用いて、図１３〜図１４に示したＴＯ−ＣＡＮパッケージ２００を組み立てた（比較例１）。実施例１と比較例１はＬＤを変える以外は同一条件とした。
各レーザパッケージについて、２５℃と９５℃にてＩ−Ｌ特性を測定した。送信光の出力が１０ｍＷになる駆動条件での駆動電流値（Ｉｏｐ）とモニタ電流値（Ｉｍ）、及び駆動連流を３０ｍＡとした時の送信光出力（Ｐｏｐ）の測定結果を表１に示す。
比較例１のＬＤのＩｍが４２０μＡであるのに対し、実施例１のＬＤでも４３０μＡと同等以上の値であり、かつ、Ｉｏｐは比較例１のＬＤに比べ、実施例１のＬＤでは２５℃で４ｍＡ低い結果、９５℃で１５ｍＡ低い結果が得られた。実施例１のＬＤでは、Ｐｏｐは２５℃では２０％高い値、９５℃では７７％高い値が得られた。したがって、光出力制御用モニタ電流（Ｉｍ）を充分大きく確保しながら、高温、高出力特性が格段に向上していることが分かった。
【００５５】
（実施例２、比較例２）
図２（ａ）〜（ｆ）で説明したように、後方側にＳＳＣ構造を設け、モニタ側端面反射率を７０％とした上記実施形態の半導体レーザ４を作製した。このＬＤ４を用いて、図９〜図１０に示した導波路型ＰＤを用いた第２実施形態のＴＯ−ＣＡＮパッケージ１０２を組み立てた（実施例２）。別途、比較のため、ＳＳＣ構造を有さず、モニタ側端面反射率を７０％とした従来のＬＤ２０４を用いた以外は実施例２と同様のＴＯ−ＣＡＮパッケージを組み立てた（比較例２）。
各レーザパッケージについて、２５℃と９５℃にてＩ−Ｌ特性を測定した。送信光の出力が５ｍＷになる駆動条件での駆動電流値（Ｉｏｐ）とモニタ電流値（Ｉｍ）の測定結果を表２に示す。実施例２のＬＤと比較例２のＬＤで、送信光の特性は同じであるためＩｏｐに違いは見られないが、比較例２のＬＤを搭載した場合のＩｍが６０μＡ程度と充分なモニタ電流を得ることができなかったのに対し、実施例２のＬＤでは４００μＡ以上のモニタ電流が得られた。したがって、モニタＰＤを導波路型ＰＤとしても充分な光出力制御用モニタ電流（Ｉｍ）を確保できることが分かった。
【００５６】
【表１】
2011192909.tif 000003
【００５７】
【表２】
2011192909.tif 000004
【符号の説明】
【００５８】
１，１６  パッケージ
４  半導体レーザ（ＬＤ）
６，６ａ  モニタ用受光素子（ＰＤ）
１７  前方光／送信光
１８  後方光／モニタ光
２０  基板
２０ａ  バッファ層（半導体層）
２１  活性層（半導体層）
２２  クラッド層（半導体層）
２３  ストライプマスク
２３Ａ    太幅部
２３Ｂ    幅変化部
２３Ｃ    細幅部
２４  電流ブロック層（半導体層）
２５  電流ブロック層（半導体層）
２６  クラッド層
２８，２９  電極
３０Ｓ，３１Ｓ    共振器面
１０１，１０２  レーザパッケージ
θｆ１    前方光の水平放射角度
θｆ２    前方光の垂直放射角度
θｒ１    後方光の水平放射角度
θｒ２    後方光の垂直放射角度
【図１】
2011192909.tif 000005
【図２】
2011192909.tif 000006
【図３】
2011192909.tif 000007
【図４】
2011192909.tif 000008
【図５】
2011192909.tif 000009
【図６】
2011192909.tif 000010
【図７】
2011192909.tif 000011
【図８】
2011192909.tif 000012
【図９】
2011192909.tif 000013
【図１０】
2011192909.tif 000014
【図１１】
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【図１２】
2011192909.tif 000016
【図１３】
2011192909.tif 000017
【図１４】
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【図１５】
2011192909.tif 000019
【図１６】
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