(57)【要約】【課題】広帯域において高強度なレーザ光を出力できる半導体レーザ素子、半導体レーザモジュール、および波長可変レーザアセンブリを提供すること。【解決手段】半導体レーザ素子は、互いに異なる発振波長で単一モード発振する複数の半導体レーザを備え、各半導体レーザは、交互に積層した複数の井戸層と障壁層とを有する多重量子井戸構造を含む活性層と、該活性層を厚さ方向より挟んで形成され、該活性層の障壁層よりもバンドギャップエネルギーの大きなｎ側分離閉じ込めヘテロ構造層およびｐ側分離閉じ込めヘテロ構造層とを備え、活性層には、ｎ型不純物がドーピングされている。【選択図】図１
2019083351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる発振波長で単一モード発振する複数の半導体レーザと、
前記複数の前記半導体レーザから出力されたいずれかのレーザ光が入力され、該レーザ光を増幅する半導体光増幅器と、を備え、
前記各半導体レーザおよび前記半導体光増幅器は、
交互に積層した複数の井戸層と障壁層とを有する多重量子井戸構造を含む活性層と、
該活性層を厚さ方向より挟んで形成され、該活性層の前記障壁層よりもバンドギャップエネルギーの大きなｎ側分離閉じ込めヘテロ構造層およびｐ側分離閉じ込めヘテロ構造層と、を備え、
前記活性層には、ｎ型不純物がドーピングされている
ことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記ｎ型不純物のドーピング濃度は、１×１０17以上３×１０18以下ｃｍ-3であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記ｎ型不純物は、Ｓ、Ｓｅ、およびＳｉのうち、少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記ｐ側分離閉じ込めヘテロ構造層は、前記ｎ側分離閉じ込めヘテロ構造層よりも厚く、
前記ｐ側分離閉じ込めヘテロ構造層のバンドギャップエネルギーは、前記活性層から離れるにしたがって大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記ｐ側分離閉じ込めヘテロ構造層のバンドギャップエネルギーは、前記活性層から離れるにしたがって直線的に大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記各半導体レーザの共振器長が１２００μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記各半導体レーザは、前記各発振波長に対応する周期を有する回折格子を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記各半導体レーザの前記回折格子の結合係数と前記各半導体レーザの共振器長との積が１．３以上１．７以下であることを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記複数の前記半導体レーザから出力されたレーザ光を合流させることができる光合流器をさらに備え、
前記半導体光増幅器は、前記光合流器からの出力光を増幅し、
前記複数の前記半導体レーザのうち動作させる前記半導体レーザの切り替えおよび前記半導体レーザの温度変化によって前記半導体レーザから出力されるレーザ光の波長を変化させることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一つに記載の半導体レーザ素子と、
該半導体レーザ素子が出力するレーザ光を外部へ出射する光ファイバと、
前記半導体レーザ素子が出力するレーザ光を前記光ファイバに結合する光学部品と、
を備えることを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項１１】
請求項１０に記載の半導体レーザモジュールを駆動制御する電子基板上に実装したことを特徴とする波長可変レーザアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子、半導体レーザモジュール、および波長可変レーザアセンブリに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＤＷＤＭ（Ｄｅｎｓｅ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）光通信用の波長可変光源として、互いにレーザ発振波長が異なる複数の半導体レーザを集積した半導体レーザアレイが開示されている（たとえば特許文献１参照）。この種の半導体レーザアレイは、動作させる半導体レーザを切り替えて、出力するレーザ光の波長を変化させることによって波長可変レーザとして機能する半導体レーザ素子に利用される。
【０００３】
この半導体レーザ素子は、半導体レーザアレイ、光導波路アレイ、光合流器、半導体光増幅器（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＳＯＡ）を順次接続した構成を有する。この半導体レーザ素子では、動作させる半導体レーザからのレーザ光が光合流器を通過した後、ＳＯＡによって光増幅されて素子の出力端から出力される。
【０００４】
そして、このような半導体レーザ素子は、たとえばピグテイルファイバ付きの半導体レーザモジュールに組み込まれて使用される。
【０００５】
さらに、このような半導体レーザモジュールは、外部変調器と組み合わせた波長可変レーザアセンブリとして利用され、たとえばＤＷＤＭ光通信ネットワークシステムにおける長距離光伝送のための信号光源として使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３４９６９２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、伝送速度が４０、１００、４００Ｇｂｐｓのデジタルコヒーレント伝送用途の信号光源または局発光源として、広帯域において高強度なレーザ光を出力できる波長可変レーザが必要である。
【０００８】
たとえば、一般的な例として、ＤＰ−ＱＰＳＫ（Ｄｕａｌ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）方式の１００Ｇｂｐｓ伝送で用いられる光源としては、半導体レーザモジュールのピグテイルファイバからの出力光強度が４０ｍＷ以上、スペクトル線幅が５００ｋＨｚ以下であることが要求される。また別の例として、ＤＰ−１６ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式の４００Ｇｂｐｓ伝送では、半導体レーザモジュールのピグテイルファイバからの出力光強度が４０ｍＷ以上、スペクトル線幅が１００ｋＨｚ以下であることが要求される。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、広帯域において高強度なレーザ光を出力できる半導体レーザ素子、半導体レーザモジュール、および波長可変レーザアセンブリ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】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る半導体レーザ素子は、互いに異なる発振波長で単一モード発振する複数の半導体レーザと、前記複数の前記半導体レーザから出力されたいずれかのレーザ光が入力され、該レーザ光を増幅する半導体光増幅器と、を備え、前記各半導体レーザおよび前記半導体光増幅器は、交互に積層した複数の井戸層と障壁層とを有する多重量子井戸構造を含む活性層と、該活性層を厚さ方向より挟んで形成され、該活性層の前記障壁層よりもバンドギャップエネルギーの大きなｎ側分離閉じ込めヘテロ構造層およびｐ側分離閉じ込めヘテロ構造層と、を備え、前記活性層には、ｎ型不純物がドーピングされていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の一態様に係る半導体レーザ素子は、前記ｎ型不純物のドーピング濃度は、１×１０17以上３×１０18以下ｃｍ-3であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の一態様に係る半導体レーザ素子は、前記ｎ型不純物は、Ｓ、Ｓｅ、およびＳｉのうち、少なくとも１つを含むことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の一態様に係る半導体レーザ素子は、前記ｐ側分離閉じ込めヘテロ構造層は、前記ｎ側分離閉じ込めヘテロ構造層よりも厚く、前記ｐ側分離閉じ込めヘテロ構造層のバンドギャップエネルギーは、前記活性層から離れるにしたがって大きくなるように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の一態様に係る半導体レーザ素子は、前記ｐ側分離閉じ込めヘテロ構造層のバンドギャップエネルギーは、前記活性層から離れるにしたがって直線的に大きくなるように構成されていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の一態様に係る半導体レーザ素子は、前記各半導体レーザの共振器長が１２００μｍ以上であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の一態様に係る半導体レーザ素子は、前記各半導体レーザは、前記各発振波長に対応する周期を有する回折格子を備えることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の一態様に係る半導体レーザ素子は、前記各半導体レーザの前記回折格子の結合係数と前記各半導体レーザの共振器長との積が１．３以上１．７以下であることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の一態様に係る半導体レーザ素子は、前記複数の前記半導体レーザから出力されたレーザ光を合流させることができる光合流器をさらに備え、前記半導体光増幅器は、前記光合流器からの出力光を増幅し、前記複数の前記半導体レーザのうち動作させる前記半導体レーザの切り替えおよび前記半導体レーザの温度変化によって前記半導体レーザから出力されるレーザ光の波長を変化させることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、半導体レーザ素子と、該半導体レーザ素子が出力するレーザ光を外部へ出射する光ファイバと、前記半導体レーザ素子が出力するレーザ光を前記光ファイバに結合する光学部品と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の一態様に係る波長可変レーザアセンブリは、半導体レーザモジュールを駆動制御する電子基板上に実装したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、広帯域において高強度なレーザ光を出力できる半導体レーザ素子、半導体レーザモジュール、および波長可変レーザアセンブリを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザアレイおよび半導体レーザ素子の模式的な平面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザアレイの断面の一部を示す図である。
【図３】図３は、図１に示す半導体レーザアレイの活性層周辺のエネルギーバンドダイヤグラムを表す図である。
【図４】図４は、図１に示す半導体レーザ素子の光合流器の断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態２に係る半導体レーザモジュールおよび波長可変レーザアセンブリの模式的な平面図である。
【図６】図６は、比較例、実施例１−１、実施例１−２の半導体レーザ素子におけるＰＬ発光スペクトルを表す図である。
【図７】図７は、比較例、実施例１−１、実施例１−２の半導体レーザ素子における波長と光利得との関係を表す図である。
【図８】図８は、比較例と実施例１−１との半導体レーザ素子の出力レーザ光をレンズ系を介して、光ファイバに結合させた半導体レーザモジュールの光出力特性を表す図である。
【図９】図９は、比較例、実施例１−１における半導体レーザアレイ素子の光出力と半導体レーザ素子の光出力との関係を表す図である。
【図１０】図１０は、比較例、実施例１−１、実施例１−２、実施例２の半導体レーザ素子を同一光出力で駆動した際のレーザ発振スペクトルを表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、図面を参照して本発明に係る半導体レーザアレイ、半導体レーザ素子、半導体レーザモジュール、および波長可変レーザアセンブリの実施の形態を説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各層の厚みと幅との関係、各層の比率などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
【００２４】
（実施の形態１）
まず、本実施の形態１に係る半導体レーザアレイおよび半導体レーザ素子について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザアレイおよび半導体レーザ素子の模式的な平面図である。図１に示すように、半導体レーザアレイ１は、複数の半導体レーザとしてのＤＦＢ（分布帰還型：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ）レーザ１１−１〜１１−Ｎ（Ｎは２以上の整数）を有する半導体レーザアレイである。半導体レーザ素子１００は、半導体レーザアレイ１と、半導体レーザアレイ１の各ＤＦＢレーザからの出力光が入力される光導波路アレイ２と、光導波路アレイ２から入力された光を合流させて出力する光合流器３と、光合流器３からの出力光を増幅する半導体光増幅器としてのＳＯＡ４とを備える半導体レーザ素子である。また、半導体レーザ素子１００は、これらを１つの半導体基板上に集積し、埋め込み部５により埋め込んでメサ構造としている。
【００２５】
はじめに、半導体レーザアレイ１の構成を詳細に説明する。ＤＦＢレーザ１１−１〜１１−Ｎは、各々がたとえば幅１．５μｍ〜３μｍのストライプ状の埋め込み構造を有する端面発光型レーザであり、幅方向にたとえば２５μｍピッチで形成されている。また、図１に示すように、ＤＦＢレーザ１１−１〜１１−Ｎの長さを共振器長Ｌｄｆｂとすると、共振器長Ｌｄｆｂは、たとえば１２００μｍ以上１５００μｍ以下である。さらに、ＤＦＢレーザ１１−１〜１１−Ｎ間の埋め込み部５には、トレンチ溝１６−１〜１６−Ｍ（Ｍ＝Ｎ―１）が設けられている。
【００２６】
ＤＦＢレーザ１１−１〜１１−Ｎは、各ＤＦＢレーザの発振波長に対応する周期を有する回折格子を備える。そして、各ＤＦＢレーザに備えられた回折格子の周期を互いに異ならせることにより、出力光が単一モード発振のレーザ光となり、そのレーザ発振波長が約１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍの範囲で互いに相違するように構成されている。また、ＤＦＢレーザ１１−１〜１１−Ｎの各発振波長は、半導体レーザアレイ１の設定温度を変化させることにより微調整することができる。すなわち、半導体レーザアレイ１は、駆動するＤＦＢレーザの切り替えと温度制御とにより、広い波長可変範囲を実現している。
【００２７】
なお、温度調整によるＤＦＢレーザ１１−１〜１１−Ｎのそれぞれのレーザ発振波長の微調整の範囲は、３ｎｍ程度以下とすることが好ましい。したがって、約１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍの波長範囲をカバーするためには、ＤＦＢレーザ１１−１〜１１−Ｎの個数は１２以上が好ましく、たとえば１６である。ただし、Ｎの値は特に限定されない。また、ＤＦＢレーザ１１−１〜１１−Ｎの発振波長の範囲は、たとえば約１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍとしてもよく、特に限定されない。
【００２８】
図２は、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザアレイの断面の一部を示す図である。すなわち、図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面の一部を示す図である。図２に示すように、たとえばＤＦＢレーザ１１−２は、ｎ型ＩｎＰ基板２１上に、順次積層した、下部クラッドを兼ねるｎ型ＩｎＰバッファ層２２、ＩｎＧａＡｓＰからなるｎ側ＳＣＨ（Ｓｅｐａｒａｔｅ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層２３、ＭＱＷ（多重量子井戸構造：Ｍｕｌｔｉ−Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）構造の活性層２４、ＩｎＧａＡｓＰからなるｐ側ＳＣＨ層２５、ＩｎＰスペーサ層２６、ＩｎＧａＡｓＰまたはＡｌＧａＩｎＡｓからなるグレーティング層２７、およびｐ型ＩｎＰ層２８を備えている。グレーティング層２７には回折格子が形成されている。
【００２９】
ｐ型ＩｎＰ層２８からｎ型ＩｎＰバッファ層２２の一部に到るまでの層はストライプ状のメサ構造を有している。このメサ構造は、ｐ型ＩｎＰ埋め込み層３２とｎ型ＩｎＰ電流ブロッキング層３３により埋め込まれている。また、ｐ型ＩｎＰ層２８とｎ型ＩｎＰ電流ブロッキング層３３との上には、ｐ型ＩｎＰクラッド層３４、ＩｎＧａＡｓコンタクト層３５が順次積層している。また、各半導体層の外側表面はＳｉＮ保護膜３８により保護されている。さらに、ＳｉＮ保護膜３８はＩｎＧａＡｓコンタクト層３５上でその一部が開口している。この開口部にはｐ側電極３９が形成されている。また、ｎ型ＩｎＰ基板２１上の裏面にはｎ側電極４０が形成されている。
【００３０】
活性層２４は、交互に積層した複数の井戸層と障壁層とを有している。井戸層および障壁層は、ＩｎＧａＡｓＰ系半導体材料、またはＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体材料からなる。活性層２４は、基板との格子不整合度が正となる圧縮歪み量子井戸構造がより好適である。ただし、障壁層は、格子不整合度が負となる引っ張り歪み量子井戸を導入した歪補償構造であってもよい。
【００３１】
活性層２４の組成は、ＤＦＢレーザ１１−１〜１１−Ｎの発振波長およびＳＯＡ４の光増幅に対応する帯域である、たとえば１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍの中央近傍、すなわち１５５０ｎｍ近傍に利得ピークの波長を有するように設定されている。この組成の設定による半導体レーザおよびＳＯＡの利得ピークの波長は、素子の動作温度範囲によって最適化されるものである。
【００３２】
さらに、活性層２４の井戸層と障壁層とには、均一にｎ型不純物であるＳ原子がドーピングされている。ｎ型不純物としてはＳ原子以外にＳｅ、Ｓｉを用いることもできる。不純物を添加する目的は、レーザ作製工程における熱過程で、熱によりｐ型不純物が活性層に拡散し、光の吸収損失が増加することを防ぐためである。ｎ型不純物のドーピング濃度は、１×１０１７以上３×１０１８以下ｃｍ−３であることが好ましい。ドーピング濃度が１×１０１７ｃｍ−３より低くなると、上述したドーピングの効果が得られず、高光出力化が不充分となり、また３×１０１８ｃｍ−３より高くなると、活性層２４の結晶性が劣化し、非発光成分が増加し、高光出力動作を妨げるとともに信頼性の確保が困難になる。
【００３３】
また、活性層２４の幅は、たとえば１．４μｍ以上１．７μｍ以下である。他のＤＦＢレーザ１１−１、１１−３〜１１−Ｎについては、活性層２４の組成や厚さを含めて、ＤＦＢレーザ１１−２と略同一の構造を有する。
【００３４】
ｎ側ＳＣＨ層２３およびｐ側ＳＣＨ層２５は、活性層２４を厚さ方向より挟んで形成され、活性層２４の障壁層よりもバンドギャップエネルギーが大きくなるように組成を段階的に変化させたＧＲＩＮ（Ｇｒａｄｅｄ  Ｉｎｄｅｘ）−ＳＣＨ構造を有する。
【００３５】
図３は、図１に示す半導体レーザアレイの活性層周辺のエネルギーバンドダイヤグラムを表す図である。図３に示すように、ｎ側ＳＣＨ層２３には、組成波長が異なるＩｎＧａＡｓＰバルクによって、３段のＳＣＨ構造が形成されている。そして、ｎ側ＳＣＨ層２３は、破線ＬＮ１、破線ＬＮ３が活性層２４から離れるにつれてバンドギャップエネルギーの変化率が大きくなるようなバンドダイヤグラムを形成している。なお、ホールの注入効率を改善するにはｎ側ＳＣＨ層２３のバンドギャップエネルギーは、直線状に配置されていなくてもよく、破線ＬＮ１が上に凸、破線ＬＮ３が下に凸になるように活性層２４から離れるにしたがってバンドギャップエネルギーが大きくなるように構成されていればよい。
【００３６】
これに対し、ｐ側ＳＣＨ層２５は、ｎ側ＳＣＨ層２３より厚く、組成波長が異なるＩｎＧａＡｓＰバルクによって、７段のＳＣＨ構造が形成されている。ｐ側ＳＣＨ層２５は、破線ＬＮ２および破線ＬＮ４に示すような直線状に各層のバンドギャップが配置されるように膜厚が設定されている。
これは、擬似的にリニアＳＣＨ構造を実現するためであり、活性層２４へのキャリア、特に、電子の注入効率を高くするためである。なお、ｐ側ＳＣＨ層２５のバンドギャップエネルギーは、直線状に配置されていなくてもよく、破線ＬＮ２が上に凸、破線ＬＮ４が下に凸になるように活性層２４から離れるにしたがってバンドギャップエネルギーが大きくなるように構成されていればよい。
このとき、ｐ側ＳＣＨ層２５は、電子のオーバーフローを抑制し、活性層２４へのキャリア注入効率を改善する効果を有する。
さらに、厳密な組成制御が可能で格子整合状態が実現できれば、ＳＣＨ層を構成するＩｎＧａＡｓＰのＩＩＩ族原子とＶ族原子とが連続的に変化するリニアＳＣＨ構造を用いてもよい。
【００３７】
なお、ｎ側ＳＣＨ層２３は、キャリア注入効率を改善するには多段であることが好ましく、ｎ側ＳＣＨ層２３をｐ側ＳＣＨ層２５と同様の構造にしてもよい。ただし、ｎ側ＳＣＨ層２３は、多段化による結晶欠陥等の影響を抑制するためには、たとえば２〜３段のＳＣＨ構造であることが好ましい。一方、ｐ側ＳＣＨ層２５は、結晶品質を維持しながら、複雑な組成制御を行うことなく簡便な構造でキャリア注入効率を改善するには多段であることが好ましく、たとえば６〜７段のＳＣＨ構造であることが好ましい。
【００３８】
このように、ｎ側ＳＣＨ層２３とｐ側ＳＣＨ層２５との構造が異なり、ｎ側ＳＣＨ層２３とｐ側ＳＣＨ層２５とのバンドギャップエネルギーが活性層２４を挟んで非対称とされていることにより、所望の特性を有するＤＦＢレーザを設計することができる。
【００３９】
つぎに、半導体レーザ素子１００の構成を詳細に説明する。図１に戻り、光導波路アレイ２は、半導体レーザアレイ１のＤＦＢレーザ１１−１〜１１−Ｎからの出力光がそれぞれ入力されるＮ個の光導波路１２−１〜１２−Ｎを有する。光導波路１２−１〜１２−Ｎは、半導体レーザアレイ１と光合流器３との間に形成されており、後述する光合流器３と同様の埋め込みメサ構造を有しており、半導体レーザアレイ１の各ＤＦＢレーザと光合流器３のＮ個の入力ポートとを光学的に接続している。
【００４０】
光合流器３は、Ｎ個の入力ポートと１つの出力ポートとを有するＭＭＩ（Ｍｕｌｔｉ−Ｍｏｄｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）型光カプラである。図４は、図１に示す半導体レーザ素子の光合流器の断面図である。すなわち、図４は、図１におけるＢ−Ｂ線断面を示す図である。図４に示すように、光合流器３は、半導体レーザアレイ１の各ＤＦＢレーザと同様の埋め込みメサ構造を有するが、ｎ側ＳＣＨ層２３からｐ型ＩｎＰ層２８までの積層構造を、ＩｎＧａＡｓＰコア層３０とｉ型ＩｎＰ層３１との積層構造に置き換えた構造を有している。また、光合流器３は、メサ幅が半導体レーザアレイ１の各ＤＦＢレーザよりも幅広く形成されている。また、光合流器３においては、ＳｉＮ保護膜３８の開口部とｐ側電極３９とは形成されていない。
【００４１】
なお、光合流器３は、ＭＭＩ型光カプラに限定されず、たとえばフレネルカプラのような他のＮ×１光カプラでもよい。
【００４２】
ＳＯＡ４は、光合流器３の１つの出力ポート３ａに接続している。ＳＯＡ４は、半導体レーザアレイ１の各ＤＦＢレーザと同様の埋め込みメサ構造を有する。ただし、ＳＯＡ４はＤＦＢレーザとは異なりグレーティング層２７を有さず、その代わりにｐ型ＩｎＰ層が形成されている。また、製造プロセスの効率化の観点から、半導体レーザアレイ１の各ＤＦＢレーザとＳＯＡ４との活性層構造は同一の構造を適用したが、構造が異なるものであってもよい。ＳＯＡ４においても、活性層の幅は、たとえば１．４μｍ以上１．７μｍ以下であるが、半導体レーザアレイ１が出力するレーザ光を単一モードで導波できる幅であれば特に限定はされない。
【００４３】
つぎに、半導体レーザアレイ１および半導体レーザ素子１００の動作を説明する。まず、半導体レーザアレイ１のＤＦＢレーザ１１−１〜１１−Ｎの中から選択した１つのＤＦＢレーザを駆動し、所望の波長の単一モードレーザ光を出力させる。トレンチ溝１６−１〜１６−ＭはＤＦＢレーザ１１−１〜１１−Ｎ間を電気的に分離するのでＤＦＢレーザ間の分離抵抗が大きくなり、ＤＦＢレーザ１１−１〜１１−Ｎの中の１つを選択して駆動することが容易にできる。
【００４４】
つぎに、複数の光導波路１２−１〜１２−Ｎのうち、駆動したＤＦＢレーザと光学的に接続している光導波路は、そのＤＦＢレーザからのレーザ光を単一モードで導波する。光合流器３は、光導波路を導波したレーザ光を通過させて出力ポート３ａから出力する。ＳＯＡ４は、出力ポート３ａから入力されたレーザ光を増幅して、出力端４ａから半導体レーザ素子１００の外部に出力する。ここで、ＳＯＡ４は、半導体レーザアレイ１からのレーザ光の光合流器３による光の損失を補うとともに、出力端４ａから所望の強度の光出力を得るために用いられる。なお、光合流器３がＮ個の入力ポートと１個の出力ポートを有する場合、半導体レーザアレイ１からのレーザ光の強度は、光合流器３によって約１／Ｎに減衰される。
【００４５】
（実施の形態２）
つぎに、本実施の形態２に係る半導体レーザモジュールおよび波長可変レーザアセンブリについて説明する。図５は、本発明の実施の形態２に係る半導体レーザモジュールおよび波長可変レーザアセンブリの模式的な平面図である。図５に示すように、半導体レーザモジュール１５０は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子１００を用いた半導体レーザモジュールであり、波長可変レーザアセンブリ２００は、この半導体レーザモジュール１５０を用いた波長可変レーザアセンブリである。
【００４６】
半導体レーザモジュール１５０は、筐体１０１に収容されたペルチェ素子１０２と、ペルチェ素子１０２上に載置されたペルチェ素子１０３と、ペルチェ素子１０３上にサブマウント１０４を介して載置された半導体レーザ素子１００およびサーミスタ１０５と、ペルチェ素子１０３上に載置されたコリメータレンズ１０６と、ペルチェ素子１０２上に載置されたビームスプリッタ１０７、フォトダイオード１０８、エタロンフィルタ１０９、およびフォトダイオード１１０と、筐体１０１の突出部に収容された光アイソレータ１１１、光学部品としての集光レンズ１１２、および光ファイバ１１３とを備えている。
【００４７】
波長可変レーザアセンブリ２００は、電子基板２０１上に実装された、半導体レーザモジュール１５０と、半導体レーザモジュール１５０を駆動制御する制御装置２０２とを備えている。
【００４８】
つぎに、半導体レーザモジュール１５０および波長可変レーザアセンブリ２００の構成を詳細に説明する。半導体レーザ素子１００は、実施の形態１で説明した構成と同一の構成であってよいが、ＳＯＡ４の出力端４ａには曲げ導波路が接続されている。半導体レーザ素子１００は、所定の波長、所定の光強度の単一モード発振のレーザ光Ｌを出力する。
【００４９】
サーミスタ１０５は、半導体レーザ素子１００の近傍に配置されており、半導体レーザ素子１００の温度をモニタするために使用される。コリメータレンズ１０６は、半導体レーザ素子１００が出力したレーザ光Ｌを平行光にする。ビームスプリッタ１０７は、レーザ光Ｌの大部分（たとえば９０％以上）を透過しつつ、一部の光を反射光ＲＬとして反射する。フォトダイオード１０８は、反射光ＲＬの光路の一部を遮るように配置されており、反射光ＲＬの一部を受光し、その受光量に応じた電流を出力する。エタロンフィルタ１０９は、波長に対して周期的に変化する透過波長特性を有しており、フォトダイオード１０８により遮られなかった反射光ＲＬをその波長に応じた透過率で透過する。フォトダイオード１１０は、エタロンフィルタ１０９が透過した反射光ＲＬを受光し、その受光量に応じた電流を出力する。なお、フォトダイオード１０８はレーザ光Ｌの強度をモニタするために使用される。また、エタロンフィルタ１０９とフォトダイオード１１０とはレーザ光Ｌの波長をモニタするために使用される。
【００５０】
また、光アイソレータ１１１は、ビームスプリッタ１０７を透過したレーザ光Ｌを透過しつつ、光ファイバ１１３側から半導体レーザ素子１００へ戻る光を遮断する。集光レンズ１１２は、光アイソレータ１１１を透過したレーザ光Ｌを光ファイバ１１３に結合させる。光ファイバ１１３は、レーザ光Ｌを半導体レーザモジュール１５０の外部へ導波して出力するピグテイルファイバである。
【００５１】
ペルチェ素子１０２は、半導体レーザ素子１００を冷却するとともに、エタロンフィルタ１０９の温度を調整するために使用される。ペルチェ素子１０３は、半導体レーザ素子１００の温度調整のために使用される。また、制御装置２０２は、電子基板２０１上に設けられた配線を介して、サーミスタ１０５の電気抵抗値を測定し、フォトダイオード１０８、フォトダイオード１１０からの電流を受付けるとともに、ペルチェ素子１０２、ペルチェ素子１０３、および半導体レーザ素子１００に駆動電流を供給する。
【００５２】
つぎに、半導体レーザモジュール１５０および波長可変レーザアセンブリ２００の動作について説明する。はじめに、出力すべきレーザ光Ｌの波長および光強度に応じて、半導体レーザ素子１００の複数のＤＦＢレーザから、駆動すべきＤＦＢレーザを選択し、選択したＤＦＢレーザの温度および駆動電流、ならびに半導体レーザ素子１００のＳＯＡ４の駆動電流を決定する。なお、この選択および決定は、たとえば、外部からの指令に基づき、制御装置２０２に記憶された各ＤＦＢレーザおよびＳＯＡ４の温度と駆動電流との関係を示すテーブルに基づいて実行することができる。
【００５３】
つぎに、制御装置２０２は、決定したＤＦＢレーザの温度および駆動電流、ならびにＳＯＡ４の駆動電流に基づき、ペルチェ素子１０２、ペルチェ素子１０３に駆動電流を供給して選択したＤＦＢレーザの温度を調整するとともに、選択したＤＦＢレーザおよびＳＯＡ４に駆動電流を供給する。駆動電流を供給したＤＦＢレーザは、所望の波長のレーザ光Ｌを出力する。
【００５４】
レーザ光Ｌは、光導波路アレイ２、光合流器３を介してＳＯＡ４に入力され、ＳＯＡ４で増幅されて曲げ導波路に入力される。曲げ導波路は、増幅されたレーザ光Ｌを、出射端面に対し約７度だけ傾斜させて出力する。なお、レーザ光Ｌの出射端面に対する傾斜角度は、６〜１２度の範囲に調整することが望ましい。これにより、レーザ光Ｌのうち、出射端面での反射によってＤＦＢレーザ側へ戻る光の量を減少させることができる。
【００５５】
半導体レーザ素子１００が出力したレーザ光Ｌは、コリメータレンズ１０６、ビームスプリッタ１０７、光アイソレータ１１１、集光レンズ１１２を順次通過して光ファイバ１１３に結合し、半導体レーザモジュール１５０の外部に出力される。
【００５６】
なお、制御装置２０２は、サーミスタ１０５によりモニタした半導体レーザ素子１００の温度、およびフォトダイオード１０８、フォトダイオード１１０およびエタロンフィルタ１０９によりモニタしたレーザ光Ｌの光強度および波長に基づいて、ペルチェ素子１０２、ペルチェ素子１０３、選択したＤＦＢレーザ、およびＳＯＡ４の駆動電流を調整することによって、レーザ光Ｌの光強度および波長が一定になるようにフィードバック制御する。
【００５７】
（実施例）
つぎに、実施例として、実施の形態１に係る半導体レーザアレイ１、半導体レーザ素子１００、および実施の形態２に係る半導体レーザモジュール１５０、波長可変レーザアセンブリ２００について種々の特性を測定した結果を示す。具体的には、表１に記載した実施例１−１、実施例１−２（実施例１）、実施例２、比較例の構造を有するＤＦＢレーザと、このＤＦＢレーザを用いたデバイスを作製し、特性の比較を行った。
【００５８】
【表１】
2019083351.tif 000003
【００５９】
表１は、本実施例のＤＦＢレーザの特徴的な素子構造を示している。まず、実施例のＤＦＢレーザは、活性層２４の井戸層と障壁層とに均一にｎ型不純物であるＳ原子をドーピングした構造である。実施例１では、不純物濃度の低い構造を実施例１−１、不純物濃度の高い構造実施例１−２とした。実施例２は、実施例１−１と同じ不純物濃度とした。一方、比較例のＤＦＢレーザは、実施例１−１の活性層２４と異なり、活性層にｎ型不純物をドーピングしていない。
【００６０】
また、実施例のＤＦＢレーザと比較例のＤＦＢレーザとは、活性層２４を挟んで形成されたＳＣＨ層に構造的な違いがある。比較例のＤＦＢレーザは、ｎ側およびｐ側に３段のＳＣＨ構造が形成されている。これに対し、実施例のＤＦＢレーザは、ｎ側に３段、ｐ側に７段のＳＣＨ構造が形成されている。
【００６１】
実施例において、ｎ側のＳＣＨ構造、すなわちｎ側ＳＣＨ層２３は、組成波長が１．１５μｍ、１．２μｍ、および１．２５μｍのＩｎＧａＡｓＰバルクの３段で構成され、総厚が３０ｎｍである。一方、ｐ側のＳＣＨ構造、すなわちｐ側ＳＣＨ層２５は、組成波長が０．９５μｍ、１．００μｍ、１．０５μｍ、１．１０μｍ、１．１５μｍ、１．２０μｍ、および１．２５μｍのＩｎＧａＡｓＰバルクの７段構造で、総厚が６１ｎｍである。一方、比較例においては、ｐ側のＳＣＨ構造は、組成波長が１．１５μｍ、１．２μｍ、および１．２５μｍのＩｎＧａＡｓＰバルクの３段で構成され、総厚が３０ｎｍである。
【００６２】
また、比較例および実施例１では、活性層の井戸層の数を６層とし、同等の光閉じ込め係数を有する構造とした。これに対し、実施例２では、井戸数を５層と低減させ、比較例および実施例１よりも光閉じ込め係数の小さい構造とした。
【００６３】
また、比較例および実施例の構造において、光ファイバとの結合効率が同程度になるように、垂直方向および水平方向の遠視野像の比がほぼ一定となるように素子設計を行った。
【００６４】
また、比較例および実施例の構造において、後述するようにＤＦＢレーザの結合係数κを調整するため、ＤＦＢレーザのグレーティング層とＩｎＰスペーサ層との厚さを各々の構造で調整した。
【００６５】
つぎに、上述したＤＦＢレーザを用いた比較例および実施例の半導体レーザ素子１００の評価を行った。図６は、比較例、実施例１−１、実施例１−２の半導体レーザ素子におけるＰＬ発光スペクトルを表す図である。図６から、実施例１−１、実施例１−２では、比較例と比較してＰＬ発光スペクトルの強度が小さく、ＰＬ発光スペクトルの帯域が広いことがわかる。このことから、実施例１−１、実施例１−２の半導体レーザ素子１００では、発振波長と利得ピークとの差で定義されるデチューニングの影響が小さく、異なる波長で発振するＤＦＢレーザの特性のばらつきを小さくできるという効果を奏する。
【００６６】
【表２】
2019083351.tif 000004
【００６７】
表２は、図６のＰＬ発光スペクトルの半値全幅を表す表である。表２に示すとおり、実施例１−１、実施例１−２では、比較例より半値全幅が２倍以上拡大していることがわかる。これは、実施例１の活性層２４にｎ型不純物濃度が添加されていることによる。さらに、表２に示すとおり、実施例１−２では、半値全幅が実施例１−１の１５１．２ｎｍから１７８．８ｎｍへと拡大したことがわかる。これは、実施例１−２の活性層２４に添加したｎ型不純物濃度が２倍高いことによる。つまり、活性層２４のｎ型不純物の濃度を制御することにより、ＰＬ発光スペクトルの全幅および半値全幅を制御できる効果がある。
【００６８】
図７は、比較例、実施例１−１、実施例１−２の半導体レーザ素子における波長と光利得との関係を表す図である。図７から、実施例１−１、実施例１−２では、比較例と比較して広帯域で光利得が大きいことがわかる。これは、実施例１においてＤＦＢレーザの活性層２４にｎ型不純物がドーピングされているためである。活性層２４にｎ型不純物がドーピングされると、活性層２４のキャリア数が増大し、反転分布が起きやすい状態となる。この状態では、より高次の準位からも遷移が起こるため、広帯域において光利得が大きくなる。すなわち、活性層２４にｎ型不純物がドーピングされた実施例１の構造により、広帯域で出力光強度の高いＤＦＢレーザを実現できることが示された。したがって、このＤＦＢレーザ用いた半導体レーザアレイ１、半導体レーザ素子１００、半導体レーザモジュール１５０、および波長可変レーザアセンブリ２００は、広帯域において高強度なレーザ光を出力できるデバイスである。
【００６９】
さらに、本実施例の各光デバイスは以下に説明する有利な特性を有する。図８は、比較例と実施例１−１との半導体レーザ素子の出力レーザ光をレンズ系を介して、光ファイバに結合させた半導体レーザモジュールの光出力特性を表す図である。図８では、半導体レーザ素子１００の駆動温度を６５℃に設定し、ＤＦＢレーザの駆動電流を一定電流とし、ＳＯＡ４の印加電流を掃引することで測定を行った。
【００７０】
図８に示すとおり、実施例１−１では、比較例よりも１５％程度の高出力動作が得られることが示された。また、半導体レーザモジュール１５０から５０ｍＷの光出力を得るためのＳＯＡ４の駆動電流は、実施例１−１が約３６０ｍＡであるのに対し、比較例が約４４０ｍＡである。すなわち、実施例１−１の方が８０ｍＡ程度低く、より低消費電力の半導体レーザ素子および半導体レーザモジュールを実現できることが示された。
また、実施例１−１と比較例とにおいて、半導体レーザモジュールの光ファイバからの出力が２２．４ｍＷ時の線幅を測定した。実施例１−１の線幅は、比較例よりも９０ｋＨｚ程度小さい４１０ｋＨｚであり、より狭線幅の半導体レーザ素子および半導体レーザモジュールを実現できることが示された。これは、実施例１−１においてＳＯＡ４での駆動電流が比較例よりも低減することでＳＯＡ４からＤＦＢレーザアレイ領域への戻り光が低減したためである。
【００７１】
さらに、この半導体レーザ素子１００を用いて半導体レーザモジュール１５０を作製した場合に、半導体レーザ素子１００からの光出力を光ファイバ１１３に結合させるときの結合損失として１ｄＢ程度を想定する。このとき、半導体レーザ素子１００からの光出力強度が５０ｍＷ以上であると、半導体レーザモジュール１５０からの光出力強度を約４０ｍＷ以上とできる。これによって、上述したデジタルコヒーレント伝送用途の信号光源としての適用上好ましい光出力強度を有する半導体レーザモジュールを実現できる。
【００７２】
また、半導体レーザモジュール１５０を駆動回路に実装した波長可変レーザアセンブリ２００では、今後、小サイズ化が要求されるが、このとき半導体レーザ素子１００の消費電力の低減が重要な課題になる。本実施例１−１に係る半導体レーザ素子１００は、低消費電力であるため、小型ＩＴＬＡ（Ｉｎｔｅｇｒａｂｌｅ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｌａｓｅｒ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）に用いて好適な素子である。
【００７３】
図９は、比較例、実施例１−１における半導体レーザアレイ素子の光出力と半導体レーザ素子の光出力との関係を表す図である。図９では、半導体レーザ素子１００の駆動温度を３１℃に設定し、ＤＦＢレーザへの注入電流を１５０ｍＡ、ＳＯＡ４への注入電流を１７５ｍＡとした。
【００７４】
比較例と実施例１−１とを比較すると、実施例１−１では、半導体レーザアレイ１からの出力が比較例よりも高出力であり、かつ、半導体レーザ素子１００からの出力も比較例より高出力であるという結果が得られた。ＳＯＡ４の増幅率は１３ｄＢと構造によらずほぼ一定であるので、半導体レーザアレイ１の高出力化により半導体レーザ素子１００の高出力化を実現できたことがわかる。
【００７５】
図１０は、比較例、実施例１−１、実施例１−２、実施例２の半導体レーザ素子を同一光出力で駆動した際のレーザ発振スペクトルを表す図である。図１０から、実施例の方が比較例よりもＳＯＡ４のＡＳＥ成分が小さいことが分かる。すなわち、実施例においてＳＳＥＲ（信号光対自然放出光比：Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｒａｔｉｏ）が改善する。これは、実施例の半導体レーザアレイ１が高出力化されたことにより、ＳＯＡ４の駆動電流が小さくなったためである。
【００７６】
さらに、実施例１−１と実施例１−２とでは、活性層２４に添加した不純物濃度の大きい実施例１−２の方がＳＯＡ４でのＡＳＥ成分のピーク強度が低減している。実施例１−２は、ＰＬ発光スペクトルの半値全幅が実施例１−１よりも広く、同一駆動条件での光出力が低い。このことから、活性層２４に添加する不純物濃度を調整することにより、ＡＳＥの抑制効果を制御できるという効果があることが示された。
【００７７】
また、ＳＳＥＲを改善するには、光閉じ込め係数が小さい方がよい。実施例２では、活性層の井戸数が少なく、光閉じ込め係数が小さいことにより、さらにＡＳＥを抑制することができ、ＳＳＥＲが改善されている。
【００７８】
ところで、上述したようにデジタルコヒーレント伝送用途の信号光源または局発光源として、高強度かつ狭線幅なレーザ光を出力できる波長可変レーザが必要である。波長可変レーザにおいて、狭線幅特性を実現するためには、一般的に半導体レーザの狭線幅化が行われる。
【００７９】
ここで、半導体レーザアレイ１において、駆動するＤＦＢレーザが出力するレーザ光のスペクトル線幅は、各ＤＦＢレーザの共振器長Ｌｄｆｂと、回折格子の結合係数κとに依存して変化する。具体的には、共振器長Ｌｄｆｂを長くしたり、結合係数κを大きくしたりするとスペクトル線幅を狭くすることができる。
【００８０】
しかしながら、各ＤＦＢレーザの共振器長Ｌｄｆｂが短い場合、狭線幅特性を得るために結合係数κを大きく設定すると、サイドモード抑圧比（Ｓｉｄｅ−Ｍｏｄｅ  Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ  Ｒａｔｉｏ：ＳＭＳＲ）が劣化し、単一モード発振する確率が低くなる。このため、半導体レーザアレイ１の歩留まりが低下し、コスト高となる。
【００８１】
一方、各ＤＦＢレーザの共振器長が長い場合、電流−光変換効率（Ｗ／Ａ）が低下する。それによって所望のスペクトル線幅を得るためのＤＦＢレーザの駆動電流が上昇し、消費電力が大きくなる場合がある。
【００８２】
したがって、各ＤＦＢレーザにおいてκＬｄｆｂは１．５程度にすることが好ましいが、たとえば１．３以上１．７以下であることが良好な単一モード発振特性と狭線幅特性とを両立する上で好ましい。
【００８３】
ここで、良好な単一モード発振特性を維持するためには、Ｌｄｆｂ≧１２００μｍであることが好ましい。また、共振器長Ｌｄｆｂが大きい場合は、ＳＯＡ４の増幅率を大きくしてもスペクトル線幅が大きくなりにくいのでこの点からも好ましい。また、たとえばκＬｄｆｂ＝１．５の場合において、Ｌｄｆｂ＞１５００μｍよりさらに共振器長Ｌｄｆｂを長尺化しても、さらなるスペクトル線幅の低減の効果は得られない。このような観点から、Ｌｄｆｂ≦１５００μｍにすることにより、半導体レーザ素子１００の面積を必要以上に大きくすることなく所望のスペクトル線幅を得ることができる。これにより、一枚のウェハから獲得できる半導体レーザ素子１００の数量を大きくでき、製造コストを低減することができる。
【００８４】
また、共振器長Ｌｄｆｂが長く電流−光変換効率が問題となる場合、各ＤＦＢレーザのメサ幅（または活性層２４の幅）を狭くすることによって、活性層２４に注入される電流の電流密度を上げ、電流−光変換効率の低下を抑制することができる。このため、活性層２４の幅は、たとえば１．７μｍ以下であることが好ましい。活性層２４の幅を狭くすることによって、レーザ光の狭線幅化のために好適なだけでなく、結合係数κが小さくなることによりＳＭＳＲを改善することもできる。ただし、活性層２４の幅を狭くしすぎると、各ＤＦＢレーザの電気抵抗が増加するため、発熱により素子特性が劣化する場合がある。これを防止するため、活性層２４の幅は、１．４μｍ以上であることが好ましい。
【００８５】
また、本実施例および比較例のＤＦＢレーザでは、ＩｎＧａＡｓＰで構成されるグレーティング層を用いている。このとき、グレーティング層の層厚が厚いほど、また、ＩｎＰスペーサ層の層厚が薄いほど、ＤＦＢレーザの結合係数κが大きくなる傾向がある。表１に示すように、実施例１は、比較例と比較してＩｎＰスペーサ層が薄く、グレーティング層が厚くなっている。結合係数κの設計値とＤＦＢレーザの共振器長Ｌｄｆｂとの積κＬｄｆｂを比較すると、比較例は、κＬｄｆｂ＝１．３であるのに対して、実施例１は、κＬｄｆｂ＝１．７であった。このように、ＩｎＰスペーサ層とグレーティング層との構造を変化させることでκＬｄｆｂが大きくなっている。なお、実施例２の結合係数κの設計値は、κＬｄｆｂ＝１．７であった。実施例２では、実施例１よりも活性層２４の井戸層の数が１層少ない構造となっているが、κＬｄｆｂが変わるほど、光の電界分布の広がりに大きな違いがなかったと考えられる。このように、ＩｎＰスペーサ層とグレーティング層との層厚を調整することにより、所望の結合係数κとすることができる。
【００８６】
以上のように、狭線幅化されたＤＦＢレーザを用いた本発明に係る半導体レーザ素子、半導体レーザモジュール、および波長可変レーザアセンブリは、デジタルコヒーレント伝送用途の信号光源または局発光源に利用して好適なものである。
【００８７】
また、Ｓｉフォトニクス用アレイ光源では、Ｓｉ導波路への挿入損失が１０ｄＢ以上あり、より高出力の光源が要求される。上述したＤＦＢレーザは、レーザアレイ単体としても高出力動作が可能であるため、小型なＳｉフォトニクス用アレイ光源を実現する技術としても有効である。
【００８８】
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。たとえば、上記実施の形態では、ＩｎＧａＡｓＰ系の材料について説明したが、本発明は活性層にｎ型の不純物をドーピングすることにより他の材料系においても適用することができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
以上のように、本発明に係る半導体レーザ素子、半導体レーザモジュール、および波長可変レーザアセンブリは、主に光通信の用途に利用して好適なものである。
【符号の説明】
【００９０】
１  半導体レーザアレイ
２  光導波路アレイ
３  光合流器
３ａ  出力ポート
４  ＳＯＡ
４ａ  出力端
５  埋め込み部
１１−１〜１１−Ｎ  ＤＦＢレーザ
１２−１〜１２−Ｎ  光導波路
１６−１〜１６−Ｍ  トレンチ溝
２１  ｎ型ＩｎＰ基板
２２  ｎ型ＩｎＰバッファ層
２３  ｎ側ＳＣＨ層
２４  活性層
２５  ｐ側ＳＣＨ層
２６  ＩｎＰスペーサ層
２７  グレーティング層
２８  ｐ型ＩｎＰ層
３０  ＩｎＧａＡｓＰコア層
３１  ｉ型ＩｎＰ層
３２  ｐ型ＩｎＰ埋め込み層
３３  ｎ型ＩｎＰ電流ブロッキング層
３４  ｐ型ＩｎＰクラッド層
３５  ＩｎＧａＡｓコンタクト層
３８  ＳｉＮ保護膜
３９  ｐ側電極
４０  ｎ側電極
１００  半導体レーザ素子
１０１  筐体
１０２、１０３  ペルチェ素子
１０４  サブマウント
１０５  サーミスタ
１０６  コリメータレンズ
１０７  ビームスプリッタ
１０８、１１０  フォトダイオード
１０９  エタロンフィルタ
１１１  光アイソレータ
１１２  集光レンズ
１１３  光ファイバ
１５０  半導体レーザモジュール
２００  波長可変レーザアセンブリ
２０１  電子基板
２０２  制御装置
Ｌｄｆｂ  共振器長
ＬＮ１、ＬＮ２、ＬＮ３、ＬＮ４  破線
Ｌ  レーザ光
【図１】
2019083351.tif 000005
【図２】
2019083351.tif 000006
【図３】
2019083351.tif 000007
【図４】
2019083351.tif 000008
【図５】
2019083351.tif 000009
【図６】
2019083351.tif 000010
【図７】
2019083351.tif 000011
【図８】
2019083351.tif 000012
【図９】
2019083351.tif 000013
【図１０】
2019083351.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成31年4月2日(2019.4.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交互に積層した複数の井戸層と障壁層とを有する多重量子井戸構造を含む活性層と、
該活性層を厚さ方向より挟んで形成され、該活性層の前記障壁層よりもバンドギャップエネルギーの大きなｎ側分離閉じ込めヘテロ構造層およびｐ側分離閉じ込めヘテロ構造層と、を備え、
前記活性層には、ｎ型不純物がドーピングされている
ことを特徴とする半導体光増幅器。
【請求項２】
前記ｎ型不純物のドーピング濃度は、１×１０17以上３×１０18以下ｃｍ-3である
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体光増幅器。
【請求項３】
前記ｎ型不純物は、Ｓ、Ｓｅ、およびＳｉのうち、少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体光増幅器。
【請求項４】
前記ｐ側分離閉じ込めヘテロ構造層は、前記ｎ側分離閉じ込めヘテロ構造層よりも厚く、
前記ｐ側分離閉じ込めヘテロ構造層のバンドギャップエネルギーは、前記活性層から離れるにしたがって大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体光増幅器。
【請求項５】
前記ｐ側分離閉じ込めヘテロ構造層のバンドギャップエネルギーは、前記活性層から離れるにしたがって直線的に大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体光増幅器。
【請求項６】
複数の半導体レーザから出力されたレーザ光を合流させることができる光合流器からの出力光を増幅し、
前記複数の前記半導体レーザのうち動作させる前記半導体レーザの切り替えおよび前記半導体レーザの温度変化によって前記半導体レーザから出力されるレーザ光の波長が変化する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体光増幅器。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体光増幅器と、
該半導体光増幅器が出力するレーザ光を外部へ出射する光ファイバと、
前記半導体光増幅器が出力するレーザ光を前記光ファイバに結合する光学部品と、を備える
ことを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体レーザモジュールを駆動制御する電子基板上に実装した
ことを特徴とする波長可変レーザアセンブリ。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、半導体光増幅器、半導体レーザモジュール、および波長可変レーザアセンブリに関するものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る半導体光増幅器は、交互に積層した複数の井戸層と障壁層とを有する多重量子井戸構造を含む活性層と、該活性層を厚さ方向より挟んで形成され、該活性層の前記障壁層よりもバンドギャップエネルギーの大きなｎ側分離閉じ込めヘテロ構造層およびｐ側分離閉じ込めヘテロ構造層と、を備え、前記活性層には、ｎ型不純物がドーピングされていることを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
また、本発明の一態様に係る半導体光増幅器は、前記ｎ型不純物のドーピング濃度は、１×１０17以上３×１０18以下ｃｍ-3であることを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
また、本発明の一態様に係る半導体光増幅器は、前記ｎ型不純物は、Ｓ、Ｓｅ、およびＳｉのうち、少なくとも１つを含むことを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
また、本発明の一態様に係る半導体光増幅器は、前記ｐ側分離閉じ込めヘテロ構造層は、前記ｎ側分離閉じ込めヘテロ構造層よりも厚く、前記ｐ側分離閉じ込めヘテロ構造層のバンドギャップエネルギーは、前記活性層から離れるにしたがって大きくなるように構成されていることを特徴とする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
また、本発明の一態様に係る半導体光増幅器は、前記ｐ側分離閉じ込めヘテロ構造層のバンドギャップエネルギーは、前記活性層から離れるにしたがって直線的に大きくなるように構成されていることを特徴とする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
また、本発明の一態様に係る半導体レーザ素子は、複数の半導体レーザから出力されたレーザ光を合流させることができる光合流器からの出力光を増幅し、前記複数の前記半導体レーザのうち動作させる前記半導体レーザの切り替えおよび前記半導体レーザの温度変化によって前記半導体レーザから出力されるレーザ光の波長が変化することを特徴とする。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
また、本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、半導体光増幅器と、該半導体光増幅器が出力するレーザ光を外部へ出射する光ファイバと、前記半導体光増幅器が出力するレーザ光を前記光ファイバに結合する光学部品と、を備えることを特徴とする。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
本発明によれば、広帯域において高強度なレーザ光を出力できる半導体光増幅器、半導体レーザモジュール、および波長可変レーザアセンブリを実現することができる。