(57)【要約】【課題】本発明の目的は、反射戻り光による影響を受けることなく、かつ高い単一波長発振確率を有する分布帰還型（ＤＦＢ）半導体レーザ装置を提供可能とすることである。【解決手段】本発明に係る分布帰還型半導体レーザ装置は，基板１と、基板上に形成された多層構造とを備え、多層構造は、少なくとも活性層５を有する光導波領域と、光導波領域の共振方向に周期構造を有しており、当該光導波領域の略全面に形成される第１の回折格子２と、光導波領域の共振方向に周期構造を有しており、当該光導波領域のレーザ光を出射する端面近傍に形成される第２の回折格子９とを含み、第１の回折格子２は、部分的に周期構造の位相が不連続である位相シフト部１８を有している。【選択図】        図１
2004356571.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された多層構造とを備え、
前記多層構造は、
少なくとも活性層を有する光導波領域と、
前記光導波領域の共振方向に周期構造を有しており、当該光導波領域の略全面に形成される第１の回折格子と、
前記光導波領域の共振方向に周期構造を有しており、当該光導波領域のレーザ光を出射する端面近傍に形成される第２の回折格子とを含み、
前記第１の回折格子は、部分的に周期構造の位相が不連続である位相シフト部を有する、分布帰還型半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記位相シフト部における位相シフト量が前記第１の回折格子の基準周期に対して発振波長の４分の１に相当する量であることを特徴とする、請求項１に記載の分布帰還型半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記第１の回折格子と、前記第２の回折格子とは、前記活性層を挟むように形成されることを特徴とする、請求項１に記載の分布帰還型半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記第１の回折格子の周期と前記第２の回折格子の周期とは、略同一であることを特徴とする、請求項１に記載の分布帰還型半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記第１の回折格子の位相と前記第２の回折格子の位相とは、互いに異なることを特徴とする、請求項４に記載の分布帰還型半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記活性層は、ＩｎＧａＡｓＰで作成され、
前記基板および前記活性層を挟む層は、ＩｎＰで作成されることを特徴とする、請求項１に記載の分布帰還型半導体レーザ装置．
【請求項７】
基板と、
前記基板上に形成された多層構造とを備え、
前記多層構造は、
少なくとも活性層を有する光導波領域と、
前記光導波領域の共振方向に周期構造を有しており、当該光導波領域の略全面に形成される回折格子とを含み、
前記回折格子は、
前記光導波領域のレーザ光を出射する端面近傍に位置し、第１の結合係数を有する第１の領域と、
前記第１の結合係数よりも小さな結合係数を有する第２の領域と、
部分的に周期構造の位相が不連続である位相シフト部とを有する、分布帰還型半導体レーザ装置。
【請求項８】
前記回折格子は、前記光導波領域のレーザ光を出射する端面に対向する端面近傍に位置し、前記第１の結合係数と略同等の結合係数を有する第３の領域をさらに有することを特徴とする、請求項７に記載の分布帰還型半導体レーザ装置。
【請求項９】
前記回折格子の結合係数が、各前記領域の境界において滑らかに変化していることを特徴とする、請求項７に記載の分布帰還型半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分布帰還型半導体レーザ装置に関する発明である。
【０００２】
【従来の技術】
分布帰還型半導体レーザ装置（ＤＦＢレーザ装置）は、その内部に形成された回折格子により、単一波長で発振できることから、長距離光ファイバ通信の光源として広く用いられている。
【０００３】
ここで、一般的なＤＦＢレーザ装置では、出射したレーザ光が、外部の反射点において反射し、戻り光として当該装置に入射することがある。このように、戻り光がＤＦＢレーザ装置に入射すると、レーザ光の発振状態が戻り光の影響を受けて変化して、当該ＤＦＢレーザ装置内で雑音が発生してしまう。
【０００４】
このため、通常では、戻り光がＤＦＢレーザ装置に入射するのを防止するために、ＤＦＢレーザ装置と光ファイバとの間に光アイソレータが挿入される。当該光アイソレータは、ＤＦＢレーザ装置から出射する方向に進行する光のみを透過し、ＤＦＢレーザ装置に入射する方向に進行する光を透過しない性質を有する。これにより、ＤＦＢレーザ装置に戻り光が入射することが防止される。
【０００５】
しかしながら、上記光アイソレータが適用されると、その分だけ、ＤＦＢレーザ装置と光ファイバとを実装した光モジュールのコスト増を招くという問題が存在する。そこで、戻り光が入射した場合においても、雑音の増大が生じにくいＤＦＢレーザ装置、すなわち、反射戻り光耐性の強いＤＦＢレーザ装置が実現できれば、光アイソレータを必要としない低コストな光モジュールが実現できることになる。
【０００６】
上述した光モジュールを実現するために、レーザ光が出射する端面（以下、前端面と称す）の近傍にのみ回折格子が設けられたＤＦＢレーザ装置が存在する。以下に、当該ＤＦＢレーザ装置について、図面を参照しながら説明する。図６は、当該ＤＦＢレーザ装置のレーザ光の共振方向に沿った方向の断面構造を示した図である。
【０００７】
図６に示すＤＦＢレーザ装置は、半導体基板１０１、回折格子１０２、光ガイド層１０３、活性層１０４、クラッド層１０５、無反射（ＡＲ）コーティング膜１０６および高反射（ＨＲ）コーティング膜１０７を備える。
【０００８】
まず、半導体基板１０１上は、ｎ型半導体のＩｎ（インジウム）Ｐ（リン）基板により形成される。当該半導体基板１０１のレーザが出射する側の端面（以下、前端面と称す）近傍には、回折格子１０２が形成されている。当該回折格子１０２は、その周期に応じた波長のレーザ光をＤＦＢレーザ装置に発振させる役割を果たす。さらに、当該回折格子１０２が、前端面近傍に形成されることにより、外部からの当該ＤＦＢレーザ装置に入射するレーザ光に対する当該前端面における反射率が等価的に高くなる。
【０００９】
次に、回折格子１０２が形成された半導体基板１０１上には、光ガイド層１０３と、活性層１０４と、クラッド層１０５とが順次形成されている。光ガイド層１０３は、ＩｎＧａ（ガリウム）Ａｓ（砒素）Ｐで作成されるｎ型半導体である。活性層１０４は、ＩｎＰよりもバンドギャップの小さい半導体材料で形成される。クラッド層１０５は、ＩｎＰのｐ型半導体で形成される。このように、活性層１０４よりも大きなバンドギャップをもつＩｎＰのｎ型半導体である半導体基板１０１と、活性層１０４よりも大きなバンドギャップをもつＩｎＰのｐ型半導体であるクラッド層１０５とに、活性層１０４が挟まれることにより、ＤＦＢレーザ装置は、いわゆるダブルへテロ（ＤＨ）構造を構成している。
【００１０】
また、ＤＦＢレーザ装置の前端面には無反射（ＡＲ）コーティング膜１０６が形成されている。さらに、ＤＦＢレーザ装置のレーザが出射する反対の面側（以下、後端面）には高反射（ＨＲ）コーティング膜１０７が形成されている。当該ＨＲコーティング膜１０７は、ＤＦＢレーザ装置内で発生したレーザ光を前端面方向に反射して、回折格子１０２との間で発振レーザ光の定在波を発生させる役割を果たす。
【００１１】
以上のように構成された従来のＤＦＢレーザ装置について、その動作について簡単に説明する。まず、図６に示すＤＦＢレーザ装置は、回折格子１０２とＨＲコーティング膜１０７との間で生じた共振により、その前端面からレーザ光を出射する。当該ＤＦＢレーザ装置から出射したレーザ光の一部は、外部の反射点において反射し、当該ＤＦＢレーザ装置に入射する。
【００１２】
これに対して、当該ＤＦＢレーザ装置の前端面近傍には、回折格子１０２が設けられている。上述したように、回折格子１０２が設けられることにより、前端面でのレーザ光に対する反射率が等価的に高くなっている。そのため、上記戻り光は、当該前端面において反射される。その結果、ＤＦＢレーザ装置内部に戻り光が入射することが抑制され、当該ＤＦＢレーザ装置内で雑音が発生することが抑制される（例えば、特許文献１または非特許文献１参照）。
【００１３】
【特許文献１】
特開平６−３１０８０６号公報
【非特許文献１】
黄、他３名，「ＰＣ−ＬＤの反射戻り光耐性の回折格子長依存性」，１９９８年電子情報通信学会総合大会プログラム，１９９８年，ｐ．４０５
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のＤＦＢレーザ装置は、ＨＲコーティング膜１０７を有するので、単一波長を発振しにくい（以下、このことを単一波長発振確率が低いという）という問題を有する。以下に、詳しく説明する。
【００１５】
図７に示すような、共振器長方向全面に形成された回折格子２０１とＨＲコーティング膜２０２とを備えるＤＦＢレーザ装置では、当該ＨＲコーティング膜２０２に接触する部分２０４の回折格子２０１の位相が変化すると、ＤＦＢレーザ装置内で発生しているレーザ光のモード利得が変化してしまう。そして、レーザ光のモード利得の変化の仕方によっては、当該ＤＦＢレーザ装置が単一波長のレーザ光を発振することができなくなってしまう。かかる問題は、図６に示すような、回折格子１０２がＨＲコーティング膜１０７に接触していないＤＦＢレーザ装置においても存在する。具体的には、ＤＦＢレーザ装置で発生しているレーザ光の利得は、回折格子１０２がＤＦＢレーザ装置のＨＲコーティング膜１０７まで延長されたと仮定した場合において、当該延長された回折格子１０２のＨＲコーティング膜１０７における位相に依存する。
【００１６】
ここで、回折格子１０２の周期は、約２００ｎｍ程度と非常に小さな値である。そのため、ＨＲコーティング膜１０７における回折格子１０２の位相が常に一定となるように、ＤＦＢレーザ装置をへき開することは、非常に困難である。そのため、ＤＦＢレーザ装置の製造時に、ＨＲコーティング膜１０７における回折格子１０２の位相がばらつき、図６に示すＤＦＢレーザ装置内のレーザ光の利得がばらついてしまう。その結果、ＤＦＢレーザ装置は、常に、単一波長のレーザ光を発振できなくなってしまう。
【００１７】
そこで、本発明の目的は、反射戻り光による影響を受けることなく、かつ高い単一波長発振確率を有する分布帰還型（ＤＦＢ）半導体レーザ装置を提供可能とすることである。
【００１８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明に係る分布帰還型半導体レーザ装置は、基板と、基板上に形成された多層構造とを備え、多層構造は、少なくとも活性層を有する光導波領域と、光導波領域の共振方向に周期構造を有しており、当該光導波領域の略全面に形成される第１の回折格子と、光導波領域の共振方向に周期構造を有しており、当該光導波領域のレーザ光を出射する端面近傍に形成される第２の回折格子とを含み、第１の回折格子は、部分的に周期構造の位相が不連続である位相シフト部を有している。第２の回折格子が光導波領域のレーザ光を出力する端面近傍に形成されることにより、当該レーザ光を出力する端面近傍の結合係数が大きくなる。その結果、反射戻り光がレーザ光を出力する端面に入力してきても、当該端面において反射されるようになり、分布帰還型半導体レーザ装置の反射戻り光耐性が高くなる。また、第１の回折格子には、位相シフト部が設けられているので、装置内でブラッグ波長のレーザ光が共振条件を満たしやすくなる。その結果、分布帰還型半導体レーザ装置は、高い確率で単一波長のレーザ光を発振することが可能となる。
【００１９】
位相シフト部における位相シフト量が第１の回折格子の基準周期に対して発振波長の４分の１に相当する量であることが望ましい。位相シフト部がこのような構成をとることにより、ブラッグ波長のレーザ光が共振条件をより満たしやすくなるので、分布帰還型半導体レーザ装置は、より高い確率で単一波長のレーザ光を発振することが可能となる。
【００２０】
第１の回折格子と、前記第２の回折格子とは、活性層を挟むように形成されることが望ましい。
【００２１】
また、第１の回折格子の周期と前記第２の回折格子の周期とは、略同一であることが望ましい。第１の回折格子は、発振するレーザ光の波長を選択する役割を果たしており、第２の回折格子は、反射するレーザ光の波長を選択している。ここで、分布帰還型半導体レーザ装置に反射戻り光として入力してくるレーザ光の波長と当該分布帰還型半導体レーザ装置から発振されるレーザ光の波長とは、略同じである。そのため、自機が発振したレーザ光が反射戻り光として入力してきた場合に、当該反射戻り光を端面において反射することが可能となる。
【００２２】
また、第１の回折格子の位相と前記第２の回折格子の位相とは、互いに異なることが望ましい。これは、第１の回折格子と第２の回折格子の位相が一致していると、分布帰還型半導体レーザ装置の発振波長が単一波長になりにくくなるからである。具体的には、分布帰還型半導体レーザ装置の起動時には、第１の回折格子において共振が発生すると共に、第２の回折格子においても共振が発生する。この場合において、第２の回折格子が第１の回折格子と位相が一致するように形成されていると、前端面近傍では第１の回折格子と第２の回折格子とにより光の帰還が生じ、上記前端面近傍以外の領域では第１の回折格子のみにより光の帰還が生じる。そのため、前端面側の光の帰還量が後端面側の光の帰還量よりも大きくなってしまう。その結果として、第１の回折格子で発生しているレーザ光が単一波長で出力されることが妨げられてしまうからである。
【００２３】
また、活性層は、ＩｎＧａＡｓＰで作成され、基板および活性層を挟む層は、ＩｎＰで作成されることが望ましい。
【００２４】
なお、本発明のその他の局面の分布帰還型半導体レーザ装置は、基板と、基板上に形成された多層構造とを備え、多層構造は、少なくとも活性層を有する光導波領域と、光導波領域の共振方向に周期構造を有しており、当該光導波領域の略全面に形成される回折格子とを含み、回折格子は、光導波領域のレーザ光を出射する端面近傍に位置し、第１の結合係数を有する第１の領域と、第１の結合係数よりも小さな結合係数を有する第２の領域と、部分的に周期構造の位相が不連続である位相シフト部とを有するようにしている。このような構成によっても、反射戻り光耐性が強く、かつ高い単一波長発振確率を有する分布帰還型半導体装置を提供することができる。
【００２５】
なお、回折格子は、光導波領域のレーザ光を出射する端面に対向する端面近傍に位置し、第１の結合係数と略同等の結合係数を有する第３の領域をさらに有していてもよい。このような構成をとることにより、前端面側からのレーザ光の帰還量と、後端面側からのレーザ光の帰還量とを等しくすることができる。その結果、分布帰還型半導体レーザ装置の単一波長発振確率がより向上する。
【００２６】
また、回折格子の結合係数が、各領域の境界において滑らかに変化していることが望ましい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。以下の図面においては、説明の簡潔さのため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００２８】
（第１の実施形態）
以下に、本発明の第１の実施形態に係る分布帰還型半導体（ＤＦＢ）レーザ装置について、図面を参照しながら説明する。本実施形態に係るＤＦＢレーザ装置は、高い確率で単一波長のレーザ光を出射することができると共に、反射戻り光に対して高い耐性を有するものである。図１は、本実施形態に係るＤＦＢレーザ装置の構造を示した図である。具体的には、図１（ａ）は、当該ＤＦＢレーザ装置の共振器長方向に対する垂直断面図である。図１（ｂ）は、当該ＤＦＢレーザ装置の共振器長方向に沿った断面図である。なお、図１に示す半導体レーザ装置の発振波長は、光通信用レーザに用いられる１．３μｍ近傍である。また、共振器長は３００μｍとしている。
【００２９】
図１に示す半導体レーザ装置は、基板１、第１の回折格子層２、ｎ型バッファ層３、第１の光閉じ込め層４、活性層５、第２の光閉じ込め層６、第１のｐ型クラッド層７、第２のｐ型クラッド層８、第２の回折格子層９、ｐ型電流ブロック層１０、ｎ型電流ブロック層１１、ｐ型埋め込み層１２、ｐ型コンタクト層１３、ｎ型電極１４、絶縁膜１５、ｐ型電極１６、無反射コート膜１７およびλ／４位相シフト部１８を備える。
【００３０】
基板１は、Ｉｎ（インジウム）Ｐ（リン）からなるｎ型半導体の基板である。当該基板１の上には、共振器長方向に伸びるストライプ構造（３〜７）が形成される。当該ストライプ構造は、図１（ａ）の下から順番に、ｎ型バッファ層３、第１の光閉じ込め層４、活性層５、第２の光閉じ込め層６および第１のｐ型クラッド層７が積層されたものである。また、ストライプ構造の両側方には、ｐ型電流ブロック層１０およびｎ型電流ブロック層１１が形成される。さらに、ストライプ構造上に、第２のｐ型クラッド層８が形成され、その上に、ｐ型埋め込み層１２等が形成される。以下に、本実施形態に係るＤＦＢレーザ装置についてさらに詳しく説明する。
【００３１】
まず、基板１上に、ｎ型バッファ層３が形成される。当該ｎ型バッファ層３は、ＩｎＰからなるｎ型半導体であって、約１００ｎｍの厚さを有する。基板１とｎ型バッファ層３との間には、第１の回折格子層２が形成される。当該第１の回折格子層２は、ＩｎＧａ（ガリウム）Ａｓ（砒素）Ｐからなり、厚さが約７０ｎｍ、λｇが約１．２μｍ、周期が約２０３ｎｍとなるように形成される。当該第１の回折格子層２は，ＤＦＢレーザ装置が発振するレーザ光の波長を選択する役割を果たす。当該第１の回折格子層２の中央部付近には、図１（ｂ）に示すように、λ／４位相シフト部１８が形成されている。当該λ／４位相シフト部１８は、部分的に周期構造の位相が不連続になっているものであり、位相シフト量は第１の回折格子の基準周期に対して発振波長の４分の１に相当する量であり、ブラッグ波長で発振を生じさせる役割を果たす。
【００３２】
ｎ型バッファ層３上には、第１の光閉じ込め層４が形成される。当該第１の光閉じ込め層４は、ＩｎＧａＡｓＰからなり、λｇが約１．０５μｍ、厚さが６０ｎｍとなるように形成される。当該第１の光閉じ込め層４上には、活性層５が形成される。当該活性層５は、多重量子井戸活性層であり、１０対の井戸層及び障壁層から構成されている。井戸層は、約０．６％の範囲で圧縮歪が導入された厚さ約６ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ井戸層であり、障壁層は、意図的に歪は導入されていない厚さが約１０ｎｍ、λｇが約１．０５μｍのＩｎＧａＡｓＰ障壁層である。
【００３３】
活性層５上には、第２の光閉じ込め層６が形成される。当該第２の光閉じ込め層６は、ＩｎＧａＡｓＰからなり、λｇが約１．０５μｍ、厚さが約６０ｎｍとなるように形成される。当該第２の光閉じ込め層６上には、第１のｐ型クラッド層７が形成される。当該第１のｐ型クラッド層７は、ＩｎＰからなるｐ型半導体であって、厚さが約１００ｎｍとなるように形成される。
【００３４】
上記ストライプ構造の上部には、第２のｐ型クラッド層８が形成される。当該ｐ型クラッド層８は、ＩｎＰからなり、厚さが約３００ｎｍとなるように形成される。このように、活性層５を、当該活性層５よりも大きなバンドギャップを有する材質からなるｎ型バッファ層３および第１のｐ型クラッド層７で挟むことにより、ＤＨ構造を形成している。
【００３５】
また、当該ストライプ構造の最上層である第１のｐ型クラッド層７と第２のｐ型クラッド層８との境界であって、ＤＦＢレーザ装置の前端面から約５０μｍの領域には、図１（ｂ）に示すように、第２の回折格子層９が形成されている。当該第２の回折格子層９は、ＩｎＧａＡｓＰからなり、厚さが約１００ｎｍ、λｇが約１．２μｍ、周期が約２０３ｎｍとなるように形成される。
【００３６】
ここで、上記第２の回折格子層９について詳しく説明する。当該第２の回折格子層９は、ＤＦＢレーザ装置の前端面近傍の結合係数を増大させて、当該前端面における反射率を等価的に大きし、外部から入力してくるレーザ光を反射する役割を果たす。当該前端面に外部から入力してくるレーザ光は、ＤＦＢレーザ装置が出力したレーザ光の反射戻り光であるので、出力したレーザ光と略同じ波長のレーザ光である。そのため、第２の回折格子層９の周期は、出力レーザ光を発生するために設けられている第１の回折格子層２の周期と同一又は実質的に同一である。なお、ここでの実質的に同一の幅は、ＤＦＢレーザ装置の発振波長が有するスペクトル線幅程度の幅である。
【００３７】
また、上記第２の回折格子層９は、第１の回折格子層２と位相が一致していないことが好ましい。これは、第１の回折格子層２と第２の回折格子層９の位相が一致していると、ＤＦＢレーザ装置の発振波長が単一波長になりにくくなるからである。具体的には、ＤＦＢレーザ装置の起動時には、第１の回折格子層２において共振が発生すると共に、第２の回折格子層９においても共振が発生する。この場合において、第２の回折格子層９が第１の回折格子層２と位相が一致するように形成されていると、前端面近傍では第１の回折格子層２と第２の回折格子層９とにより光の帰還が生じ、上記前端面近傍以外の領域では第１の回折格子層２のみにより光の帰還が生じる。そのため、前端面側の光の帰還量が後端面側の光の帰還量よりも大きくなってしまう。その結果として、第１の回折格子層２で発生しているレーザ光が単一波長で出力されることが妨げられてしまうからである。
【００３８】
ストライプ構造および第２のｐ型クラッド層８の両側には、ｐ型電流ブロック層１０およびｎ型電流ブロック層１１が形成されている。ｐ型電流ブロック層１０は、ＩｎＰからなるｐ型半導体である。また、ｎ型電流ブロック層１１は、ＩｎＰからなるｎ型半導体である。ｐ型電流ブロック層１０およびｎ型電流ブロック層１１は、活性層５に電流を閉じ込める役割を果たしている。
【００３９】
ｎ型電流ブロック層１１および第２のｐ型クラッド層８上には、ｐ型埋め込み層１２が形成され、当該ｐ型埋め込み層１２の上には、ｐ型コンタクト層１３が形成される。ｐ型埋め込み層１２は、ＩｎＰからなり、ｐ型半導体である。また、ｐ型コンタクト層１３は、ＩｎＧａＡｓからなり、ｐ型半導体である。
【００４０】
ｐ型コンタクト層１３上には、絶縁膜１５が形成される。当該絶縁膜１５は、シリコン酸化膜により形成され、ストライプ構造の上部の領域に窓が開口されている。そして、当該窓には、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ合金からなるｐ側電極１６が形成される。当該ｐ側電極１６は、当該窓を介して、ｐ型コンタクト層１３に接触している。一方、基板１の下には、Ａｕ／Ｓｎ合金からなるｎ型電極１４が形成されている。
【００４１】
また、本実施形態に係るＤＦＢレーザ装置の前端面および後端面のそれぞれには、反射率が１％以下の無反射コート膜１７が形成されている。これは、反射率が１％を超える値になると、前端面および後端面における回折格子の位相のばらつきの問題が発生し、単一波長発振確率が著しく低下するためである。
【００４２】
以下に、本実施形態に係るＤＦＢレーザ装置の単一波長発振確率および反射戻り光耐性について図面を参照しながら説明する。図２は、本実施形態に係るＤＦＢレーザ装置の効果を示す図である。
【００４３】
まず、単一波長発振確率について説明する。本実施形態に係るＤＦＢレーザ装置では、両端面に無反射コート膜１７が形成されているので、高反射コート膜が存在しない。そのため、本実施形態に係るＤＦＢレーザ装置では、高反射コート膜における回折格子の位相がばらつき、単一波長のレーザ光の発振の妨げられるという問題がなくなる。さらに、本実施形態に係るＤＦＢレーザ装置は、λ／４位相シフト部１８を備える。当該λ／４位相シフト部１８は、ＤＦＢレーザ装置内において、ブラッグ波長のレーザ光に共振条件を満たさせる役割を果たす。そのため、本実施形態に係るＤＦＢレーザ装置は、高い確率でブラッグ波長における単一波長のレーザ光を発振することが可能となる。
【００４４】
次に、反射戻り光耐性について説明する。図２に示すように、当該ＤＦＢレーザ装置の前端面からは、出射光が出力される。当該出射光の一部は、ＤＦＢレーザ装置の外部の反射端において反射され、反射戻り光として当該ＤＦＢレーザ装置の前端面に入力してくる。ここで、当該ＤＦＢレーザ装置の前端面近傍には、第２の回折格子層９が形成されている。当該第２の回折格子層９は、前端面近傍に形成されることにより、当該前端面における反射率を等価的に高くする役割を果たしている。そのため、前端面に入力してくる反射戻り光は、図２に示すように反射され、ＤＦＢレーザ装置の内部まで入力してこない。その結果、ＤＦＢレーザ装置が高い反射戻り耐性を有することができ、当該ＤＦＢレーザ装置内で雑音が発生することが防止される。
【００４５】
ここで、従来のＤＦＢレーザ装置と本実施形態に係るＤＦＢレーザ装置とを比較する。従来のＤＦＢレーザ装置としては、従来技術において説明した前端面近傍にのみ回折格子が形成されたものの他に、回折格子が共振器長方向の全面に形成され、さらに当該回折格子の略中心部にλ／４位相シフト部が設けられた位相シフトＤＦＢレーザ装置が存在する。当該位相シフトＤＦＢレーザ装置は、λ／４位相シフト部が設けられていることにより、高い確率で単一波長のレーザ光を発振できるものである。
【００４６】
しかしながら、当該位相シフトＤＦＢレーザ装置は、前端面における実効的な反射率が本実施形態に係るＤＦＢレーザ装置よりも低い。そのため、反射点から反射した反射戻り光は、ＤＦＢレーザ装置内に入射してしまい、当該ＤＦＢレーザ装置内に雑音が発生させてしまう。
【００４７】
これに対して、本実施形態に係るＤＦＢレーザ装置によれば、前端面の反射率が相対的に高くなっているので、反射戻り光が前端面で反射されて、ＤＦＢレーザ装置内に入力することがない。その結果、ＤＦＢレーザ装置内において、雑音が発生することが抑制される。具体的には、本実施形態に係るＤＦＢレーザ装置は、上記従来の位相シフトＤＦＢレーザ装置よりも、相対強度雑音を約１０ｄＢ低減できる。
【００４８】
なお、第１の回折格子層２及び第２の回折格子層９には、埋込型が用いられているが、それ以外の構成が採用されてもよい。
【００４９】
また、本実施形態では、第１の回折格子層２は、基板１上の共振器長方向の全面に形成されているが、当該第１の回折格子層２は、必ずしも全面に形成される必要はない。具体的には、前端面近傍および後端面近傍に第１の回折格子層２が形成されていない領域があってもよい。ただし、この場合においても、第１の回折格子層２は、ＤＦＢレーザ装置の共振器長方向の中心からみて前後方向に対称な長さに形成されている必要がある。
【００５０】
また、本実施形態では、第１の回折格子層２と第２の回折格子層９とが形成されているが、形成される回折格子層はこれに限らない。すなわち、これらの回折格子層以外にさらに別の回折格子層が形成されていてもよい。
【００５１】
また、本実施形態では、第１の回折格子層２と第２の回折格子層９とは、活性層５を挟むようにして配置されているが、これらの回折格子層の位置関係はこれに限らない。例えば、第１の回折格子層２と第２の回折格子層９とは、共にｎ型バッファ層３中に上下に平行して形成されてもよいし、共に第１のｐ型クラッド層７および第２のｐ型クラッド層８中に上下に平行して形成されてもよい。
【００５２】
（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態に係るＤＦＢレーザ装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態に係るＤＦＢレーザ装置は、第１の実施形態に係るＤＦＢレーザ装置と、回折格子層おいて相違点を有する。具体的には、第１の実施形態では、第１の回折格子層２と第２の回折格子層９とが設けられているが、本実施形態では、図３に示すように、設けられる回折格子は一つである。なお、回折格子の設置以外については、第１の実施形態と同様である。ここで、図３は、本実施形態に係るＤＦＢレーザ装置の構造を示した図である。具体的には、図３（ａ）は、当該ＤＦＢレーザ装置の共振器長方向に対する垂直断面図である。図３（ｂ）は、当該ＤＦＢレーザ装置の共振器長方向に沿った断面図である。なお、図３に示す半導体レーザ装置の発振波長は、光通信用レーザに用いられる１．３μｍ近傍である。また、共振器長は３００μｍとしている。
【００５３】
本実施形態に係るＤＦＢレーザ装置は、基板１、ｎ型バッファ層３、第１の光閉じ込め層４、活性層５、第２の光閉じ込め層６、ｐ型クラッド層２８、ｐ型電流ブロック層１０、ｎ型電流ブロック層１１、ｐ型埋め込み層１２、ｐ型コンタクト層１３、ｎ型電極１４、絶縁膜１５、ｐ型電極１６、無反射コート膜１７、λ／４位相シフト部１８および回折格子層２０を備える。
【００５４】
ここで、ｐ型クラッド層２８および回折格子層２０以外については、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。そこで、以下に、本実施形態と第１の実施形態との相違点であるｐ型クラッド層２８および回折格子層２０について、図３を用いて詳しく説明する。
【００５５】
まず、ｐ型クラッド層２８は、図１の第１のｐ型クラッド層７と第２のｐ型クラッド層８とを合わせた膜厚を有するｐ型半導体膜である。
【００５６】
回折格子層２０は、ＩｎＧａＡｓＰからなり、λｇが約１．２μｍ、周期が約２０３ｍとなるように、基板１上の共振器長方向の全面に形成される。当該回折格子層２０は、図３（ｂ）に示すように、互いに層厚の異なる領域ＡおよびＢの２つの領域を有する。領域Ａは、前端面から約５０μｍの領域に形成されており、約１００ｎｍの層厚を有する。また、領域Ｂは、領域Ａの終端から後端面まで形成されており、約７０ｎｍの層厚を有する。なお、領域ＡとＢとの境界においては、層厚は滑らかに変化している（図では、反映されていない）。なお、回折格子層２０の略中央部には、第１の実施形態と同様に、λ／４位相シフト部１８が設けられている。
【００５７】
以上のように構成された本実施形態に係るＤＦＢレーザ装置の単一波長発振確率および反射戻り光耐性について図面を参照しながら説明する。図４は、本実施形態に係るＤＦＢレーザ装置の効果を示す図である。
【００５８】
まず、単一波長発振確率について説明する。本実施形態に係るＤＦＢレーザ装置は、両端面に無反射コート膜１７が形成されており、かつλ／４位相シフト部１８が設けられているので、第１の実施形態と同様に、高い確率でブラッグ波長における単一波長のレーザ光を発振することが可能となる。
【００５９】
次に、反射戻り光耐性について説明する。図４に示すように、当該ＤＦＢレーザ装置の前端面からは、出射光が出力される。当該出射光の一部は、ＤＦＢレーザ装置の外部の反射点において反射され、反射戻り光として当該ＤＦＢレーザ装置の前端面に入力してくる。
【００６０】
ここで、当該ＤＦＢレーザ装置の前端面近傍には、層厚の大きな領域Ａが存在する。このように、前端面近傍の回折格子層２０の層厚を大きくすることで、領域Ａにおける結合係数を大きくすることが可能となる。そして、前端面近傍において結合係数が大きくなると、前端面における反射率が等価的に高くなったものとみなすことができる。そのため、本実施形態に係るＤＦＢレーザ装置は、第１の実施形態と同様に、入力してきた反射戻り光を前端面において反射することが可能となる。その結果、当該ＤＦＢレーザ装置の反射戻り光耐性が向上し、雑音が発生することが防止される。具体的には、本実施形態に係るＤＦＢレーザ装置は、第１の実施形態に係るＤＦＢレーザ装置と同様に、従来の位相シフトＤＦＢレーザ装置よりも、相対強度雑音を約１０ｄＢ低減できる。
【００６１】
また、本実施形態に係るＤＦＢレーザ装置では、回折格子が一つしか形成されないので、第１の実施形態に係るＤＦＢレーザ装置のように複数の回折格子が形成されたＤＦＢレーザ装置に比べて、回折格子のマスク工程を減らすことができる。ここで、回折格子のマスク工程は、複雑な工程であるので、かかる工程の処理回数を減らすことにより、ＤＦＢレーザ装置を簡単に作成することが可能となる。
【００６２】
ここで、位相シフトＤＦＢレーザ装置において戻り反射光の反射効果向上させるためには、回折格子の層厚を全て領域Ａと同じ層厚（約１００ｎｍ）にすることが考えられる。このような方法によっても、本実施形態と同様の戻り光を反射する効果を得ることが可能となる。
【００６３】
しかしながら、上記のような位相シフトＤＦＢレーザ装置では、共振器全体における結合係数が大きくなりすぎてしまって、ＤＦＢレーザ装置内部における光の帰還量が過剰になってしまう。その結果、共振器長方向の中央部での光強度が著しく増加し、軸方向ホールバーニングと呼ばれる現象が生じ、単一波長発振の確率が低下する問題が生じる。
【００６４】
これに対して、本実施形態に係るＤＦＢレーザ装置では、共振器長の５０％以上の領域を占める領域Ｃにおいて、軸方向ホールバーニングが生じない結合係数となっている。そのため、本実施形態に係るＤＦＢレーザ装置は、高い単一波長発振の確率を維持したままで、高い反射戻り光に対する耐性を有することが可能である。
【００６５】
なお、本実施形態では、図３に示すように、回折格子層は、領域ＡおよびＢを有するものであったが、回折格子層の形状はこれに限らない。具体的には、図５に示すように、回折格子層は、領域ＡおよびＢに加えてさらに領域Ｃを有するものであってもよい。以下に、当該図５に示すＤＦＢレーザ装置について説明する。
【００６６】
図５に示すＤＦＢレーザ装置は、図３に示すＤＦＢレーザ装置の回折格子層が３つの領域に分けられている点において相違点を有する。なお、回折格子層が３つの領域に分けられている点以外については、図５に示すＤＦＢレーザ装置は、図３に示すレーザ装置と同じである。
【００６７】
ここで、図５に示すＤＦＢレーザ装置の回折格子層２１は、領域Ａ、ＢおよびＣを含んでいる。領域Ａは、前端面から約５０μｍの領域に形成されており、約１００ｎｍの層厚を有する。領域Ｃは、後端面から約５０μｍの領域に形成されており、約１００ｎｍの層厚を有する。領域Ｂは、領域Ａと領域Ｃとの間に設けられ、約７０ｎｍの層厚を有する。
【００６８】
このように、領域Ａと領域ＣとがＤＦＢレーザ装置の中心に対して前後対象に設けられることで、前端面側からのレーザ光の帰還量と、後端面側からのレーザ光の帰還量とを等しくすることができる。その結果、ＤＦＢレーザ装置の単一波長発振確率がより向上する。
【００６９】
なお、第１および第２の実施形態に係るＤＦＢレーザ装置の発振波長は１．３μｍ帯であるが、１．５５μｍ帯或いはその他の発振波長であってもよい。
【００７０】
また、第２の実施形態では、回折格子層２０および２１には、埋込型が用いられているが、それ以外の構成を採用されてもよい。
【００７１】
また、第１および第２の実施形態では、半導体レーザ装置はいわゆる埋め込みヘテロ（ＢＨ）構造であるが、それ以外の、例えばリッジ構造であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＤＦＢレーザ装置の断面構造を示した図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るＤＦＢレーザ装置の効果を説明するための図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るＤＦＢレーザ装置の断面構造を示した図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るＤＦＢレーザ装置の効果を説明するための図である。
【図５】本発明の第２の実施形態のその他の一例に係るＤＦＢレーザ装置の断面構造を示した図である。
【図６】従来のＤＦＢレーザ装置の断面構造を示した図である。
【図７】従来のＤＦＢレーザ装置の断面構造を示した図である。
【符号の説明】
１  基板
２  第１の回折格子層
３  ｎ型バッファ層
４  第１の光閉じ込め層
５  活性層
６  第２の光閉じ込め層
７  第１のｐ型クラッド層
８  第２のｐ型クラッド層
９  第２の回折格子層
１０  ｐ型電流ブロック層
１１  ｎ型電流ブロック層
１２  ｐ型埋め込み層
１３  ｐ型コンタクト層
１４  ｎ型電極
１５  絶縁膜
１６  ｐ型電極
１７  無反射コート膜
１８  λ／４位相シフト部
２０，２１  回折格子層
２８  ｐ型クラッド層
【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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