(57)【要約】【課題】  ヒータにおいて発生した熱によって光導波路を効率よく加熱することができる光半導体装置、レーザチップおよびレーザモジュールを提供する。【解決手段】  光半導体装置（１００）は、半導体基板（１０１）と、半導体基板上に設けられ半導体基板の幅よりも小さい幅を有する光半導体領域（１０２）と、光半導体領域上に設けられたヒータ（１０３）とを備え、光半導体領域は、クラッド領域（１０４）と、クラッド領域内に設けられかつクラッド領域の屈折率よりも大きい屈折率を有する光導波路層（１０５）と、光導波路層と半導体基板との間に設けられかつクラッド領域の熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する低熱伝導率層（１０６）とを含むことを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、前記半導体基板の幅よりも小さい幅を有する光半導体領域と、
前記光半導体領域上に設けられたヒータとを備え、
前記光半導体領域は、クラッド領域と、前記クラッド領域内に設けられかつ前記クラッド領域の屈折率よりも大きい屈折率を有する光導波路層と、前記光導波路層と前記半導体基板との間に設けられかつ前記クラッド領域の熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する低熱伝導率層とを含むことを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】
前記低熱伝導率層の幅は、前記半導体領域の全幅に設けられていることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
【請求項３】
前記低熱伝導率層は、前記クラッド領域の熱伝導率の１０分の１以下の熱伝導率を有する材料からなることを特徴とする請求項１または２記載の光半導体装置。
【請求項４】
前記低熱伝導率層は、前記光導波路層の屈折率よりも小さい屈折率を有する材料からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光半導体装置。
【請求項５】
前記低熱伝導率層は、前記クラッド領域の屈折率の１０６％未満の屈折率を有する材料からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光半導体装置。
【請求項６】
前記低熱伝導率層は、同族元素が２種類以上の材料を含む半導体混晶からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光半導体装置。
【請求項７】
前記クラッド領域は、ＩｎＰからなり、
前記半導体混晶は、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｌＧａＡｓまたはＩｎＡｌＡｓＰからなることを特徴とする請求項６記載の光半導体装置。
【請求項８】
前記ＩｎＧａＡｓＰ半導体混晶は、前記ＩｎＰに略格子整合する範囲で、Ｐに対するＡｓ組成が１５パーセント以上、５５パーセント以下の範囲にあることを特徴とする請求項７記載の光半導体装置。
【請求項９】
前記ＩｎＡｌＧａＡｓ半導体混晶は、前記ＩｎＰに略格子整合する範囲で、ＩｎＧａに対するＡｌ組成が２６パーセント以上の範囲にあることを特徴とする請求項７記載の光半導体装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の光半導体装置と、
前記半導体基板上に設けられ、前記光導波路層と光結合された利得部とを備えることを特徴とする半導体レーザチップ。
【請求項１１】
前記利得部は、前記光半導体領域の幅よりも大きい幅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チップ。
【請求項１２】
前記光導波路層および前記利得部と光結合され、光を吸収または増幅する光強度調整部をさらに備えることを特徴とする請求項１０または１１記載の半導体レーザチップ。
【請求項１３】
請求項１０〜１２のいずれかに記載の半導体レーザチップと、
前記半導体レーザチップの少なくとも一部が載置され、前記半導体レーザチップの少なくとも一部の温度を制御する温度制御装置とを備えることを特徴とするレーザモジュール。
【請求項１４】
少なくとも前記利得部が前記温度制御装置上に載置されていることを特徴とする請求項１３記載のレーザモジュール。
【請求項１５】
前記半導体レーザ全体が前記温度制御装置上に配置されていることを特徴とする請求項１３記載のレーザモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光半導体装置、レーザチップおよびレーザモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
これまでに提案されてきた波長可変半導体レーザは、レーザ発振に対する利得機能と波長選択機能とを備えている。波長を選択する方法としては、共振器内に設けた回折格子、エタロン等の屈折率、角度等を変化させることによって損失もしくは利得の共鳴波長を変化させる方法、ならびに、共振器内部の光路長（共振器内部の屈折率もしくは物理的な長さ）を変化させることによって共振器の共振波長を変化させる方法等があげられる。
【０００３】
ここで、屈折率を変化させる方法は、角度または長さを変化させる方法に比較して機械的な稼動部を必要としないことから、信頼性、製造コスト等の点で有利である。屈折率を変化させる方法には、例えば、光導波路の温度を変化させる方法、電流注入等によって光導波路内のキャリア密度を変化させる方法等がある。光導波路の温度を変化させる方法を採用した波長可変レーザの具体的な例として、例えば、波長選択機能を備えるサンプルドグレーティング分布反射領域（Ｓａｍｐｌｅｄ  Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：ＳＧ−ＤＲ）を備える半導体レーザ等が提案されている。
【０００４】
この半導体レーザにおいては、複数のＳＧ−ＤＲ領域（反射領域）の反射スペクトルを制御することによって、バーニア効果を用いた波長選択が行われてレーザ光が出力される。すなわち、この半導体レーザは、２つのＳＧ−ＤＲ領域の反射ピークが重なった波長でレーザ光を発振する。したがって、個々のＳＧ−ＤＲ領域の反射ピークを制御することによって、発振波長を制御することができる。
【０００５】
上記ＳＧ−ＤＲ領域の素子表面には、ヒータが設置されていることが多い。このヒータに発熱させることによって、ＳＧ−ＤＲ領域の光導波路の温度を変化させることができる。それにより、光導波路の屈折率が変化する。したがって、ヒータの発熱量を制御することによって、ＳＧ−ＤＲ領域の反射ピーク波長を制御することができる。このヒータを発熱させるには電力が必要である。そこで、ヒータに電力を供給することによって反射領域の屈折率を制御する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−９２９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、反射ピーク波長の制御可能範囲は、光導波路の屈折率変化量、すなわち光導波路の温度変化量に比例する。波長制御範囲を大きくするためには、ヒータに供給する電力を増大させる必要がある。しかしながら、上記の半導体レーザは、低電力で制御できることが求められている。したがって、半導体レーザの制御電力ではヒータに十分な発熱をさせることが困難であった。
【０００８】
本発明は、ヒータにおいて発生した熱によって光導波路を効率よく加熱することができる光半導体装置、レーザチップおよびレーザモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る光半導体装置は、半導体基板と、半導体基板上に設けられ半導体基板の幅よりも小さい幅を有する光半導体領域と、光半導体領域上に設けられたヒータとを備え、光半導体領域は、クラッド領域と、クラッド領域内に設けられかつクラッド領域の屈折率よりも大きい屈折率を有する光導波路層と、光導波路層と半導体基板との間に設けられかつクラッド領域の熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する低熱伝導率層とを含むことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明に係る光半導体装置においては、ヒータによって発生した熱がクラッド領域に与えられる。低熱伝導率層が設けられていることから、光導波路層と半導体基板との間の熱抵抗が大きくなる。それにより、ヒータによる発熱によって効率よく光導波路層の温度を制御することができる。したがって、本発明に係る光半導体装置を備える半導体レーザの発振波長を効率よく制御することができる。
【００１１】
低熱伝導率層の幅は、半導体領域の全幅に設けられていてもよい。この場合、光導波路層と半導体基板との間の熱抵抗がより大きくなる。低熱伝導率層は、クラッド領域の熱伝導率の１０分の１以下の熱伝導率を有する材料からなるものであってもよい。この場合、低熱伝導率層の断熱性を向上させることができる。
【００１２】
低熱伝導率層は、光導波路層の屈折率よりも小さい屈折率を有する材料からなるものであってもよい。また、低熱伝導率層は、クラッド領域の屈折率の１０６％未満の屈折率を有する材料からなるものであってもよい。この場合、光導波路層を伝搬する光が低熱伝導率層に漏れることを抑制することができる。さらに、低熱伝導率層は、同族元素が２種類以上の材料を含む半導体混晶からなるものであってもよい。この場合、低熱伝導率層の熱伝導率を小さくすることができる。
【００１３】
クラッド領域はＩｎＰからなり、半導体混晶はＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｌＧａＡｓまたはＩｎＡｌＡｓＰからなるものであってもよい。この場合、半導体混晶の熱伝導率は、クラッド領域の熱伝導率よりも小さくなる。また、ＩｎＧａＡｓＰ半導体混晶は、ＩｎＰに略格子整合する範囲で、Ｐに対するＡｓ組成が１５パーセント以上、５５パーセント以下の範囲にあってもよい。さらに、ＩｎＡｌＧａＡｓ半導体混晶は、ＩｎＰに略格子整合する範囲で、ＩｎＧａに対するＡｌ組成が２６パーセント以上の範囲にあってもよい。
【００１４】
本発明に係る半導体レーザチップは、請求項１〜９のいずれかに記載の光半導体装置と、半導体基板上に設けられ光導波路層と光結合された利得部とを備えることを特徴とするものである。本発明に係る半導体レーザチップにおいては、ヒータによって発生した熱がクラッド領域に与えられる。低熱伝導率層が設けられていることから、光導波路層と半導体基板との間の熱抵抗が大きくなる。それにより、ヒータによる発熱によって効率よく光導波路層の温度を制御することができる。したがって、本発明に係る半導体レーザチップの発振波長を効率よく制御することができる。
【００１５】
利得部は、光半導体領域の幅よりも大きい幅を有していてもよい。また、光導波路層および利得部と光結合され、光を吸収または増幅する光強度調整部をさらに備えていてもよい。
【００１６】
本発明に係るレーザモジュールは、請求項１０〜１２のいずれかに記載の半導体レーザチップと、半導体レーザチップの少なくとも一部が載置され半導体レーザチップの少なくとも一部の温度を制御する温度制御装置とを備えることを特徴とするものである。本発明に係るレーザモジュールにおいては、温度制御装置によって半導体レーザチップの温度を制御することができる。それにより、半導体レーザチップの発振波長を制御することができる。また、ヒータによって発生した熱がクラッド領域に与えられる。低熱伝導率層が設けられていることから、光導波路層と半導体基板との間の熱抵抗が大きくなる。それにより、ヒータによる発熱によって効率よく光導波路層の温度を制御することができる。したがって、本発明に係るレーザモジュールの発振波長を効率よく制御することができる。なお、少なくとも利得部が温度制御装置上に載置されていてもよい。また、半導体レーザ全体が温度制御装置上に配置されていてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ヒータによる発熱によって効率よく光導波路層の温度を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施例に係る分布反射器の模式的断面図である。
【図２】Ｉｎ１−ｘＧａｘＡｓｙＰ１−ｙの組成比とその特性との関係を示す図である。
【図３】Ｉｎ１−ｘ−ｙＡｌｘＧａｙＡｓの組成比とその屈折率との関係を示す図である。
【図４】Ｉｎ１−ｘＡｌｘＡｓｙＰ１−ｙの組成比とその屈折率との関係を示す図である。
【図５】本発明の第２実施例に係る半導体レーザチップの全体構成を示す斜視図である。
【図６】（ａ）は半導体レーザチップの平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図７】本発明の第３実施例に係るレーザモジュールの全体構成を示す模式図である。
【図８】本発明の第４実施例に係るレーザモジュールの全体構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【実施例１】
【００２０】
第１実施例においては、本発明に係る光半導体装置の一例として分布反射器について説明する。図１は、本発明の第１実施例に係る分布反射器１００の模式的断面図である。図１に示すように、分布反射器１００は、半導体基板１０１上の中央部に半導体基板１０１の幅よりも小さい幅を有するメサ状の光半導体領域１０２が設けられた構造を有する。すなわち、光半導体領域１０２は、半導体基板１０１の中央部から突出した構造を有する。
【００２１】
半導体基板１０１は、例えば、ＩｎＰからなる。光半導体領域１０２の上面および側面ならびに半導体基板１０１の露出した上面には、保護膜として機能する絶縁膜（図示せず）が形成されている。この絶縁膜は、例えば、ＳｉＯ２等の絶縁体からなる。光半導体領域１０２上には、ヒータ１０３が配置されている。光半導体領域１０２は、クラッド領域１０４の中央部に光導波路層１０５が形成された構造を有する。また、クラッド領域１０４は、光導波路層１０５と半導体基板１０１との間に、低熱伝導率層１０６を備える。
【００２２】
光半導体領域１０２の上面から光導波路層１０５上面までの距離は、例えば、３μｍ程度である。また、光導波路層１０５の下面から低熱伝導率層１０６までの距離は、例えば、３μｍ程度である。低熱伝導率層１０６の層厚は、例えば、１μｍ程度である。また、光半導体領域１０２の高さは、例えば、２０μｍ程度である。クラッド領域１０４は、例えば、ＩｎＰからなる。また、光導波路層１０５は、例えば、吸収端がレーザ発振波長よりも短波長側にある材料からなる。光導波路層１０５は、例えば、ＩｎＧａＡｓＰ系結晶からなる。
【００２３】
低熱伝導率層１０６は、半導体混晶材料からなる。それにより、低熱伝導率層１０６の熱伝導率は、クラッド領域１０４の熱伝導率よりも小さくなる。本実施例においては、低熱伝導率層１０６は、Ｉｎ１−ｘＧａｘＡｓｙＰ１−ｙ、Ｉｎ１−ｘ−ｙＡｌｘＧａｙＡｓまたはＩｎ１−ｘＡｌｘＡｓｙＰ１−ｙからなる。低熱伝導率層１０６の層厚は、例えば、１μｍ程度である。半導体基板１０１としてＧａＡｓを用いる場合には、低熱伝導率層１０６としてＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ混晶またはＧａ１−ｘＩｎｘＮｙＡｓ１−ｙ混晶を用いることもできる。ヒータ１０３は、ＮｉＣｒ等からなり、与えられる電力に応じて発熱する。
【００２４】
ヒータ１０３によって発生した熱は、クラッド領域１０４に与えられる。本実施例においては低熱伝導率層１０６が設けられていることから、光導波路層１０５と半導体基板１０１との間の熱抵抗が大きくなる。それにより、ヒータ１０３による発熱によって効率よく光導波路層１０５の温度を制御することができる。したがって、分布反射器１００を備える半導体レーザの発振波長を効率よく制御することができる。ここで、低熱伝導率層１０６は、光半導体領域１０２の幅全体に設けられている。
【００２５】
なお、低熱伝導率層１０６の屈折率は小さいことが好ましい。光導波路層１０５を導波する光が低熱伝導率層１０６に漏れることを抑制できるからである。以下、Ｉｎ１−ｘＧａｘＡｓｙＰ１−ｙ、Ｉｎ１−ｘ−ｙＡｌｘＧａｙＡｓおよびＩｎ１−ｘＡｌｘＡｓｙＰ１−ｙの組成比の好ましい範囲について説明する。
【００２６】
図２は、上記半導体基板１０１であるＩｎＰ基板に略格子整合したＩｎ１−ｘＧａｘＡｓｙＰ１−ｙの組成比とその特性との関係を示す図である。図２（ａ）はＩｎ１−ｘＧａｘＡｓｙＰ１−ｙの組成比とその熱伝導率との関係を示す図であり、図２（ｂ）はＩｎ１−ｘＧａｘＡｓｙＰ１−ｙの組成比とその屈折率との関係を示す図である。図２（ａ）および図２（ｂ）の横軸はＡｓ組成比ｙ（ａｔｍ％）を示し、図２（ａ）の縦軸はＩｎ１−ｘＧａｘＡｓｙＰ１−ｙの熱伝導率を示し、図２（ｂ）の縦軸はＩｎ１−ｘＧａｘＡｓｙＰ１−ｙの屈折率とＩｎＰの屈折率との差のＩｎＰの屈折率に対する割合（以下、屈折率差Ｄ１（％）と称する）を示す。
【００２７】
図２（ａ）に示すように、Ａｓ組成比ｙが大きくなるとともに、Ｉｎ１−ｘＧａｘＡｓｙＰ１−ｙの熱伝導率が低下する。これは、半導体を構成する原子の配列の自由度が大きくなるからである。したがって、少なくともＡｓ組成比ｙ＞０であれば、Ｉｎ１−ｘＧａｘＡｓｙＰ１−ｙの熱伝導率はＩｎＰの熱伝導率よりも小さくなる。なお、低熱伝導率層１０６に用いる材の熱伝導率は、クラッド領域１０４の熱伝導率の１０分の１以下であることが好ましい。したがって、Ａｓ組成比ｙは、１５％以上であることが好ましい。
【００２８】
一方、図２（ｂ）に示すように、Ａｓの組成比ｙの増加とともにＩｎ１−ｘＧａｘＡｓｙＰ１−ｙの屈折率は増加する。屈折率差Ｄ１が６％未満であれば、光導波路層１０５を導波する光が低熱伝導率層１０６に漏れることを抑制することができる。したがって、Ａｓ組成比ｙは、５５％以下であることが好ましい。以上のことから、低熱伝導率層１０６としてＩｎ１−ｘＧａｘＡｓｙＰ１−ｙを用いる場合には、０＜Ａｓ組成比ｙ≦５５ａｔｍ％であることが好ましく、１５ａｔｍ％≦Ａｓ組成比ｙ≦５５ａｔｍ％であることがより好ましい。
【００２９】
次に、Ｉｎ１−ｘ−ｙＡｌｘＧａｙＡｓの組成比について説明する。ＩｎＰ基板に略格子整合する範囲では、Ｉｎ１−ｘ−ｙＡｌｘＧａｙＡｓの熱伝導率はＩｎＰの熱伝導率の１０分の１以下になる。したがって、低熱伝導率層１０６としてＩｎ１−ｘ−ｙＡｌｘＧａｙＡｓを用いることができる。続いて、Ｉｎ１−ｘ−ｙＡｌｘＧａｙＡｓの組成比とその屈折率との関係について説明する。
【００３０】
図３は、ＩｎＰ基板に略格子整合するＩｎ１−ｘ−ｙＡｌｘＧａｙＡｓの組成比とその屈折率との関係を示す図である。図３の横軸はＡｌ組成比ｘ（ａｔｍ％）を示し、図３の縦軸はＩｎ１−ｘ−ｙＡｌｘＧａｙＡｓの屈折率とＩｎＰの屈折率との差のＩｎＰの屈折率に対する割合（以下、屈折率差Ｄ２（％）と称する）を示す。図３に示すように、Ａｌ組成比ｘの増加とともに屈折率差Ｄ２は低下する。Ａｌ組成比ｘが２６％以上になると屈折率差Ｄ２が６％未満になる。したがって、Ａｌ組成比ｘは２６％以上であることが好ましい。
【００３１】
次に、Ｉｎ１−ｘＡｌｘＡｓｙＰ１−ｙの組成比について説明する。ＩｎＰ基板に略格子整合する範囲では、Ａｌ組成比ｘ＞０またはＡｓ組成比ｙ＞０であれば、Ｉｎ１−ｘＡｌｘＡｓｙＰ１−ｙの熱伝導率はＩｎＰの熱伝導率よりも小さくなる。したがって、少なくともＡｌ組成比ｘ＞０またはＡｓ組成比ｙ＞０であれば低熱伝導率層１０６としてＩｎ１−ｘＡｌｘＡｓｙＰ１−ｙを用いることができる。続いて、Ｉｎ１−ｘＡｌｘＡｓｙＰ１−ｙの組成比と屈折率との関係について説明する。
【００３２】
図４は、ＩｎＰ基板に略格子整合するＩｎ１−ｘＡｌｘＡｓｙＰ１−ｙの組成比とその屈折率との関係を示す図である。図４の横軸はＡｓ組成比ｙ（ａｔｍ％）を示し、図４の縦軸はＩｎ１−ｘＡｌｘＡｓｙＰ１−ｙの屈折率とＩｎＰの屈折率との差のＩｎＰの屈折率に対する割合（以下、屈折率差Ｄ３（％）と称する）を示す。図４に示すように、Ａｓ組成比ｙの増加とともに屈折率差Ｄ３は増加する。しかしながら、Ａｓ組成比ｙの値にかかわらず、屈折率差Ｄ３が６％を超えることはない。したがって、Ａｓ組成比ｙにかかわらず、Ｉｎ１−ｘＡｌｘＡｓｙＰ１−ｙを低熱伝導率層１０６として用いることができる。なお、ＩｎＰ基板に略格子整合する範囲とは、ＩｎＰ基板と半導体混晶とが歪緩和していない範囲のことである。
【実施例２】
【００３３】
続いて、本発明の第２実施例に係る半導体レーザチップ２００について説明する。図５は半導体レーザチップ２００の全体構成を示す斜視図であり、図６（ａ）は半導体レーザチップ２００の平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。以下、図５、図６（ａ）および図６（ｂ）を参照しつつ半導体レーザチップ２００の説明を行う。
【００３４】
図５、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、半導体レーザチップ２００は、ＳＧ−ＤＲ（Ｓａｍｐｌｅｄ  Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）領域α、ＳＧ−ＤＦＢ（Ｓａｍｐｌｅｄ  Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ）領域βおよびＰＣ（Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）領域γを順に連結させた構造を有する。
【００３５】
ＳＧ−ＤＲ領域αは、半導体基板１上に下部クラッド層５ａ、光導波路層３、上部クラッド層５ｂおよび絶縁層６が順に積層され、絶縁層６上にヒータ９、電源電極１０およびグランド電極１１が積層された構造を有する。ＳＧ−ＤＦＢ領域βは、半導体基板１上に下部クラッド層５ａ、光導波路層４、上部クラッド層５ｂ、コンタクト層７および電極８が順に積層された構造を有する。ＰＣ領域γは、半導体基板１上に下部クラッド層５ａ、光導波路層１２、上部クラッド層５ｂ、コンタクト層１３および電極１４が順に積層された構造を有する。ＳＧ−ＤＲ領域α、ＳＧ−ＤＦＢ領域βおよびＰＣ領域γにおける半導体基板１、下部クラッド層５ａおよび上部クラッド層５ｂは、それぞれ一体的に形成された単一層である。低熱伝導率層５１は、下部クラッド層５ａ内において低反射膜１５から低反射膜１６にかけて形成されている。光導波路層３，４，１２は、同一面上に形成され、光結合している。
【００３６】
ＳＧ−ＤＲ領域α側の半導体基板１、光導波路層３、下部クラッド層５ａおよび上部クラッド層５ｂの端面には、低反射膜１５が形成されている。一方、ＰＣ領域γ側の半導体基板１、光導波路層１２、下部クラッド層５ａおよび上部クラッド層５ｂの端面には、低反射膜１６が形成されている。回折格子２は、光導波路層３，４に所定の間隔をあけて複数形成され、それによってサンプルドグレーティングが形成される。絶縁層６は、電極８と電極１４との境界にも形成されている。
【００３７】
半導体基板１は、例えば、ＩｎＰからなる。光導波路層３は、例えば、吸収端がレーザ発振波長よりも短波長側にあるＩｎＧａＡｓＰ系結晶からなり、１．３μｍ程度のＰＬ波長を有する。光導波路層４は、例えば、目的とする波長でのレーザ発振に対して利得を有するＩｎＧａＡｓＰ系結晶からなる活性層を含み、１．５７μｍ程度のＰＬ波長を有する。光導波路層１２は、光を吸収または増幅することによって出射光出力を変化させるためのＩｎＧａＡｓＰ系結晶からなり、例えば１．５７μｍ程度のＰＬ波長を有する。
【００３８】
光導波路層３には、ＳＧ−ＤＲセグメントが複数形成されている。本実施例においては、光導波路層３にＳＧ−ＤＲセグメントが３つ形成されている。ここで、ＳＧ−ＤＲセグメントとは、光導波路層３において回折格子２が設けられている領域と回折格子２が設けられていないスペース部とがそれぞれ１つ連続する領域である。
【００３９】
下部クラッド層５ａおよび上部クラッド層５ｂは、例えばＩｎＰからなり、光導波路層３，４，１２を伝播するレーザ光を閉じ込める機能を果たす。下部クラッド層５ａ内には、低熱伝導率層５１が設けられている。低熱伝導率層５１は、下部クラッド層５ａの熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する材料からなる。低熱伝導率層５１は、例えば、第１実施例における低熱伝導率層１０６と同様の材料からなる。コンタクト層７，１３は、ＩｎＧａＡｓＰ系結晶からなる。絶縁層６は、ＳｉＮ，ＳｉＯ２等の絶縁体からなる保護膜である。低反射膜１５，１６は、例えばＭｇＦ２およびＴｉＯＮからなる誘電体膜からなり、０．３％以下程度の反射率を有する。
【００４０】
ヒータ９は、ＮｉＣｒ等からなり、絶縁層６上に形成されている。ヒータ９には、電源電極１０およびグランド電極１１が接続されている。電源電極１０、グランド電極１１、電極８，１４は、Ａｕ等の導電性材料からなる。なお、図５に示すように、ヒータ９の両側から光導波路層３の両側を通って半導体基板１にかけてメサ溝２１が光導波路層３と並行に形成されている。本実施例においては、メサ溝２１によって画定され、かつ光導波路層３を含むメサ半導体領域２０が上記第１実施例における光半導体領域１０２に対応する。
【００４１】
続いて、半導体レーザチップ２００の動作について説明する。電極８に所定の電流が供給されると、光導波路層４において光が発生する。発生した光は、光導波路層３，４を伝播しつつ繰り返し反射および増幅されてレーザ発振する。発振したレーザ光の一部は、光導波路層１２において増幅または吸収された後、低反射膜１６を通して外部に出射される。光導波路層１２における増幅率もしくは吸収率は電極１４に流す電流に応じて制御することができる。電極１４に所定の電流が供給されると、出射光出力が一定に維持される。
【００４２】
また、ヒータ９に電流等の電気信号が供給されると、その大きさに応じて各ＳＧ−ＤＲセグメントの温度が調整される。それにより、各ＳＧ−ＤＲセグメントの屈折率が変化する。その結果、光導波路層３の反射ピーク波長が変化する。以上のことから、ヒータ９に供給する電流の大きさを制御することによって、半導体レーザチップ２００の発振波長を制御することができる。
【００４３】
本実施例においては下部クラッド層５ａに低熱伝導率層５１が設けられていることから、光導波路層３と半導体基板１との間の熱抵抗が大きくなる。それにより、ヒータ９による発熱によって効率よく光導波路層３の温度を制御することができる。したがって、半導体レーザチップ２００の発振波長を効率よく制御することができる。なお、低熱伝導率層５１は、ＳＧ−ＤＲ領域αのみに形成されていてもよい。
【実施例３】
【００４４】
続いて、本発明の第３実施例に係るレーザモジュール３００について説明する。図７は、レーザモジュール３００の全体構成を示す模式図である。図７に示すように、レーザモジュール３００は、温度制御装置３０１上に半導体レーザチップ３０２が載置された構造を有する。半導体レーザチップ３０２は、第２実施例に係る半導体レーザチップ２００と同様のものである。
【００４５】
温度制御装置３０１は、半導体レーザチップ３０２全体の温度を制御する。それにより、温度制御装置３０１は、光導波路層４の反射ピーク波長を制御することができる。したがって、本実施例に係るレーザモジュール３００は、ヒータ９による光導波路層３の温度制御および温度制御装置３０１による光導波路層４の温度制御の両方によって、発振波長を制御することができる。
【実施例４】
【００４６】
続いて、本発明の第４実施例に係るレーザモジュール３００ａについて説明する。図８は、レーザモジュール３００ａの全体構成を示す模式図である。レーザモジュール３００ａが図７のレーザモジュール３００と異なる点は、半導体レーザチップ３０２が温度制御装置３０１上において配置される箇所である。図８に示すように、半導体レーザチップ３０２のうちＰＣ領域ＣおよびＳＧ−ＤＦＢ領域βは温度制御装置３０１上に載置され、ＳＧ−ＤＲ領域αは温度制御装置３０１上に載置されていない。
【００４７】
この場合、温度制御装置３０１は、ＳＧ−ＤＦＢ領域βの温度を制御する。それにより、温度制御装置３０１は、光導波路層４の反射ピーク波長を制御することができる。したがって、本実施の形態に係るレーザモジュール３００ａは、ヒータ９による光導波路層３の温度制御および温度制御装置３０１による光導波路層４の温度制御の両方によって、発振波長を制御することができる。このように、ＳＧ−ＤＲ領域αは、温度制御装置３０１上に載置されていなくてもよい。なお、低熱伝導率層５１がＳＧ−ＤＦＢ領域βに形成されていない場合には、温度制御装置３０１による光導波路層４の温度制御が容易になる。
【符号の説明】
【００４８】
１，１０１  半導体基板
３，１０５  光導波路層
５ａ  下部クラッド層
５ｂ  上部クラッド層
９，１０３  ヒータ
２０  メサ半導体領域
５１，１０６  低熱伝導率層
１００  分布反射器
１０２  光半導体領域
１０４  クラッド領域
２００，３０２  半導体レーザチップ
３００，３００ａ  レーザモジュール
３０１  温度制御装置
【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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