(57)【要約】【課題】  モードホッピングをより確実に抑制しながら出力するレーザ光の波長を変更可能な半導体レーザ素子及び半導体光集積素子を提供する。【解決手段】  半導体レーザ素子１０は、レーザ光波長を変更可能な分布帰還型のものであり、基板１２と、基板の主面１２ｂ上に設けられ活性層２２と回折格子２８を含む光導波路構造部１６であって第１のＤＦＢレーザ部１６Ａ、波長制御部１６Ｂ及び第２のＤＦＢレーザ部１６Ｃをこの順に有する光導波路構造部と、第１のＤＦＢレーザ部内の活性層へのキャリア注入用第１の電極３０Ａと、第２のＤＦＢレーザ部内の活性層へのキャリア用第２の電極３０Ｃと、波長制御部への波長制御用の信号供給用の第３の電極３０Ｂとを備え、回折格子は、第１のＤＦＢレーザ部、波長制御部及び第２のＤＦＢレーザ部に渡って延在しており、波長制御部の光閉じ込め係数は、第１及び第２のＤＦＢレーザ部の光閉じ込め係数より小さい。【選択図】  図１
2009289993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力するレーザ光の波長を変更可能な分布帰還型の半導体レーザ素子であって、
基板と、
前記基板の主面上に設けられており活性層と前記活性層に光学的に結合した回折格子とを含む光導波路構造部であって、光軸方向に第１のＤＦＢレーザ部、波長制御部及び第２のＤＦＢレーザ部をこの順に有する前記光導波路構造部と、
前記第１のＤＦＢレーザ部上に設けられており、前記第１のＤＦＢレーザ部内の前記活性層にキャリアを注入するための第１の電極と、
前記第２のＤＦＢレーザ部上に設けられており、前記第２のＤＦＢレーザ部内の前記活性層にキャリアを注入するための第２の電極と、
前記波長制御部上に設けられており前記波長制御部に波長制御用の信号を供給するための第３の電極と、
を備え、
前記回折格子は、前記活性層に対して前記主面と略直交する方向に設けられ、前記第１のＤＦＢレーザ部、波長制御部及び第２のＤＦＢレーザ部に渡って延在しており、
前記波長制御部での光閉じ込め係数は、前記第１及び第２のＤＦＢレーザ部での光閉じ込め係数よりも小さい、
半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記回折格子の結合係数が、１００ｃｍ−１以上である、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記第３の電極は、前記光軸方向において前記光導波路構造部の中央部に形成されている、請求項１又は２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記第３の電極の前記光軸方向の長さが、前記光導波路構造部の前記光軸方向の長さの１／１０以下である、請求項１〜３の何れか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記光導波路構造部は、前記主面に略直交する方向において前記活性層に隣接して設けられており前記活性層の屈折率より小さい屈折率を有する層状の光閉じ込め層部を有し、
前記波長制御部内の前記光閉じ込め層部の屈折率が前記第１及び第２のＤＦＢレーザ部内の前記光閉じ込め層部の屈折率より小さい、
請求項１〜４の何れか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記波長制御部内の前記活性層の前記主面と前記光軸方向とに略直交する所定方向の長さが、前記第１及び第２のＤＦＢレーザ部内の前記活性層の前記所定方向の長さより短い、
請求項１〜４の何れか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載の複数の半導体レーザ素子と、
前記複数の半導体レーザ素子に光学的に結合されており、前記複数の半導体レーザ素子から出力されるレーザ光を合波して出力する半導体光合波部と、
前記半導体光合波部に光学的に結合しており、前記半導体光合波部からの出力光を光増幅して出力する半導体光増幅部と、
を備え、
前記複数の半導体レーザ素子の各々が有する前記回折格子の空間周期は異なっており、
前記複数の半導体レーザ素子が有する各前記基板は共通の基板であり、
前記半導体光合波部及び前記半導体光増幅部は、前記共通の基板上に設けられている、
半導体光集積素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分布帰還型の半導体レーザ素子及び半導体光集積素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術としては、非特許文献１に記載されている半導体レーザ素子が知られている、この半導体レーザ素子は、回折格子を有する２つのＤＦＢ領域と、位相シフト領域とを有し、半導体レーザ素子の光軸方向において、一方のＤＦＢ領域、位相シフト領域、他方のＤＦＢ領域がこの順に配置され光学的に結合されている。この構成では、位相シフト領域を挟む２つのＤＦＢ領域で分布帰還動作をさせた場合に、位相シフト領域に電流を注入することよって、ＤＦＢ領域が有する回折格子のストップバンド内で、レーザ発振波長を変えることが可能となっている。より詳細に説明する。上記構成の半導体レーザ素子では、位相シフト領域に対して設けられた波長調整用電極を介して位相シフト領域に電流を注入すると、位相シフト領域の屈折率が変わることから、位相シフト領域の光路長が変わる。よって、半導体レーザ素子の駆動時に、位相シフト領域へ注入する電流量を変えて位相シフト量を調整すると、ストップバンド内で発振波長が変わることになる。
【非特許文献１】布谷伸浩他、「高結合係数回折格子を有する位相制御波長可変ＤＦＢレーザ」、電子情報通信総合大会論文集、Ｃ−４−２０、ｐ２８２、２００７年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した回折格子の位相シフト領域側の端部の形状で決まる初期位相によっては発振波長が不連続に変わってしまう（モードホッピングが生じる）場合があった。
【０００４】
そこで、本発明は、モードホッピングをより確実に抑制しながら出力するレーザ光の波長を変更可能な半導体レーザ素子及び半導体光集積素子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】
【０００５】
本発明に係る半導体レーザ素子は、出力するレーザ光の波長を変更可能な分布帰還型の半導体レーザ素子であって、基板と、基板の主面上に設けられており活性層と活性層に光学的に結合した回折格子とを含む光導波路構造部であって、光軸方向に第１のＤＦＢレーザ部、波長制御部及び第２のＤＦＢレーザ部をこの順に有する光導波路構造部と、第１のＤＦＢレーザ部上に設けられており、第１のＤＦＢレーザ部内の活性層にキャリアを注入するための第１の電極と、第２のＤＦＢレーザ部上に設けられており、第２のＤＦＢレーザ部内の活性層にキャリアを注入するための第２の電極と、波長制御部上に設けられており波長制御部に波長制御用の信号を供給するための第３の電極と、を備える。そして、回折格子は、活性層に対して主面と略直交する方向に設けられ、第１のＤＦＢレーザ部、波長制御部及び第２のＤＦＢレーザ部に渡って延在しており、波長制御部での光閉じ込め係数は、第１及び第２のＤＦＢレーザ部での光閉じ込め係数よりも小さくなっている。
【０００６】
この半導体レーザ素子では、光導波路構造部内の活性層に対して光学的に結合した回折格子が設けられている。そのため、第１及び第２の電極を介して第１及び第２のＤＦＢレーザ部内の活性層にキャリアを注入して半導体レーザ素子を駆動したとき、分布帰還動作を実現することができる。このように半導体レーザ素子を駆動する際、第３の電極を介して波長制御部に波長制御用の信号を供給すると、屈折率変化により、第１及び第２のＤＦＢレーザ部間に位置している波長制御部で位相シフトが生じることになる。その結果、回折格子の反射波長帯域（ストップバンド）内で位相シフトに応じたレーザ発振波長を選択できる。位相シフト量は、第３の電極を介して波長制御部に供給する信号の量により調整できるので、出力するレーザ光の波長を変更することが可能である。
【０００７】
また、半導体レーザ素子の構成では、第１及び第２のＤＦＢレーザ部の光閉じ込め係数より、波長制御部の光閉じ込め係数の方が小さい。そのため、第１及び第２のＤＦＢレーザ部におけるレーザ発振のための閾値電流より波長制御部のレーザ発振のための閾値電流の方が大きくなる。波長制御部内の活性層においてレーザ発振が生じるとキャリア密度が固定され更なる位相シフトを生じさせることができない場合が生じるが、前述したように、光閉じ込め係数を小さくすることで波長制御部における閾値電流は大きくなっているため、波長可変範囲を広くすることができている。
【０００８】
更に、上記構成では、回折格子が光導波路構造部の光軸方向に延びており第１のＤＦＢレーザ部、波長制御部及び第２のＤＦＢレーザ部に渡って設けられている。そのため、半導体レーザ素子内部において第１及び第２のＤＦＢレーザ部と、波長制御部との境界部分に回折格子の端部は存在しない。よって、上記端部の形状で決まる初期位相に起因するモードホッピングが生じない。すなわち、本発明に係る半導体レーザ素子では、モードホッピングをより確実に抑制しながらレーザ発振波長を変えることができる。
【０００９】
上記回折格子部の結合係数が、１００ｃｍ−１以上であることが好ましい。結合係数をこの範囲にすることで、レーザ発振波長の変更幅を３ｎｍ以上とすることができる。
【００１０】
上記第３の電極は、光軸方向において光導波路構造部の中央部に形成されていることが好適である。このような構成により、より低い閾値でレーザ発振が可能である。
【００１１】
更に、上記第３の電極の光軸方向の長さが、光導波路構造部の光軸方向の長さの１／１０以下であることが好ましい。この場合、波長制御部での位相シフト効果をより確実に得ることができる。また、上記構成を採用することで、より確実に単一波長のレーザ光を生成することができる。
【００１２】
上記光導波路構造部は、主面に略直交する方向において活性層に隣接して設けられており活性層の屈折率より小さい屈折率を有する層状の光閉じ込め層部を有し、波長制御部内の光閉じ込め層部の屈折率が第１及び第２のＤＦＢレーザ部内の光閉じ込め層部の屈折率より小さいことが好ましい。或いは、上記光導波路構造部は、波長制御部内の活性層の主面と光軸方向とに略直交する所定方向の長さが、第１及び第２のＤＦＢレーザ部内の活性層の上記所定方向の長さより短い、ことが好適である。
【００１３】
これにより、光導波路構造部の光閉じ込め係数を、第１及び第２のＤＦＢレーザ部の光閉じ込め係数より小さくすることができる。
【００１４】
また、本発明に係る半導体光集積素子は、本発明に係る複数の半導体レーザ素子と、複数の半導体レーザ素子に光学的に結合されており、複数の半導体レーザ素子から出力されるレーザ光を合波して出力する半導体光合波部と、半導体光合波部に光学的に結合しており、半導体光合波部からの出力光を光増幅して出力する半導体光増幅部とを備える。そして、複数の半導体レーザ素子の各々が有する回折格子の空間周期は異なっており、複数の半導体レーザ素子が有する各基板は共通の基板であり、半導体光合波部及び半導体光増幅部は、上記共通の基板上に設けられている。
【００１５】
この半導体光集積素子では、各半導体レーザ素子から出力されるレーザ光は、半導体合波部をとおった後に、半導体光増幅部で光増幅されて出力される。各半導体レーザ素子は、前述した本発明に係る半導体レーザ素子であるため、モードホッピングを生じさせずにレーザ発振波長を回折格子のストップバンド内で変更可能である。各半導体レーザ素子が有する回折格子の周期が異なっていることから、各回折格子の回折波長も異なり、結果として、各半導体レーザ素子の発振波長の可変範囲が異なっている。よって、半導体光集積素子では、半導体レーザ素子を有する場合よりもより広い範囲で出力光の波長を変えることができる。また、各半導体レーザ素子は、共通の基板を有し、その基板上に半導体光合波部及び半導体光増幅部が形成されているため、小型化が図られている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、モードホッピングをより確実に抑制しながら出力するレーザ光の波長を変更可能な半導体レーザ素子及び半導体光集積素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明に係る半導体レーザ素子及び半導体光集積素子の実施形態について説明する。以下の説明においては、同一の要素には同一の符号を用いることとし、重複する説明は省略する。また、図中の寸法比率は必ずしも説明中のものとは一致していない。
【００１８】
図１は、本発明に係る半導体レーザ素子の一実施形態の断面図である。図１では、半導体レーザ素子の光軸方向に沿った断面構成を示している。図１に示した半導体レーザ素子１０は、出力するレーザ光の波長を変更可能な波長可変のものであり、波長分割多重（ＷＤＭ）伝送システムや分光システム等に好適に利用される。
【００１９】
半導体レーザ素子１０は、第１導電型（例えば、ｎ型）の半導体基板１２を有する。半導体基板１２の裏面１２ａ上には裏面電極１４が設けられており、半導体基板１２の表面（主面）１２ｂ上には活性層２２を含む光導波路構造部１６が設けられている。光導波路構造部１６は、光軸方向に第１のＤＦＢレーザ部１６Ａ、波長制御部１６Ｂ及び第２のＤＦＢレーザ部１６Ｃを有する。図１に示すように、波長制御部１６Ｂは、第１及び第２のＤＦＢレーザ部１６Ａ，１６Ｃの間に位置し、第１及び第２のＤＦＢレーザ部１６Ａ，１６Ｃと光学的に結合している。第１のＤＦＢレーザ部１６Ａ及び第２のＤＦＢレーザ部１６Ｃ上には、活性層２２にキャリアを注入するための電極（第１の電極）３０Ａ及び電極（第２の電極）３０Ｃが設けられており、波長制御部１６Ｂ上には波長制御用の制御電流（信号）を波長制御部１６Ｂに供給するための電極（第３の電極）３０Ｂが設けられている。電極３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃは、コンタクト層３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃを介してクラッド層２６上に設けられている。
【００２０】
光導波路構造部１６は、半導体基板１２の表面１２ｂ上に順に積層された第１導電型のクラッド層１８、層状の光閉じ込め層部２０、活性層２２、光閉じ込め層２４及び第２導電型（例えば、ｐ型）のクラッド層２６を有する。この構成では、活性層２２は層状の光閉じ込め層部２０上に一様に形成されており、光導波路コア層としても機能する。以下の説明では、記載を簡潔にするために、活性層２２のうち第１及び第２のＤＦＢ部１６Ａ，１６Ｃ及び波長制御部１６Ｂ内の領域を、第１及び第２のＤＦＢ部１６Ａ，１６Ｃ及び波長制御部１６Ｂ内の活性層２２とも称す。光導波路構造部１６を構成する他の構成要素（例えば、光閉じ込め層部２０や、光閉じ込め層２４等）についても同様とする。
【００２１】
表面１２ｂの法線方向において活性層２２に隣接する光閉じ込め層部２０は、図１に示すように、活性層２２より屈折率が小さい光閉じ込め層２０ａと、波長制御用の半導体層である制御用光閉じ込め層２０ｂとを有し、光閉じ込め層２０ａのうち波長制御部１６Ｂ内の領域に制御用光閉じ込め層２０ｂが埋設されて構成されている。制御用光閉じ込め層２０ｂの屈折率は、光閉じ込め層２０ａの屈折率より小さい。よって、波長制御部１６Ｂ内の光閉じ込め層部２０の屈折率は、第１及び第２のＤＦＢレーザ部１６Ａ，１６Ｃ内の光閉じ込め層部２０の屈折率より小さい。その結果、波長制御部１６Ｂにおける光閉じ込め係数は、第１及び第２のＤＦＢレーザ部１６Ａ，１６Ｃの光閉じ込め係数より小さくなる。図１に示すように波長制御部１６Ｂ内の光閉じ込め層部２０が光閉じ込め層２０ａと制御用光閉じ込め層２０ｂとから構成される場合には、波長制御部１６Ｂ内の光閉じ込め層部２０の屈折率は、光閉じ込め層２０ａの屈折率と制御用光閉じ込め層２０ｂの屈折率の平均とすることができる。
【００２２】
また、活性層２２からみて光閉じ込め層部２０と反対側に位置する光閉じ込め層２４の表面（クラッド層２６との界面）には周期的な凹凸構造が形成されている。これにより、光導波路構造部１６は、光閉じ込め層２４とクラッド層２６との間の屈折率差により屈折率分布が周期的に繰り返してなる回折格子２８を有する。回折格子２８は、図１に示すように、光導波路構造部１６の端面１６ａと端面１６ｂとの間に渡って形成されており、活性層２２に光学的に結合している。
【００２３】
上記のように、光導波路構造部１６は、クラッド層１８、層状の光閉じ込め層部２０、活性層２２等の半導体からなる複数の層が積層されたものである。そして、光閉じ込め層部２０内に波長制御層としての制御用光閉じ込め層２０ｂが埋設されている領域が波長制御部１６Ｂとなっており、波長制御部１６Ｂの両側の領域をそれぞれ第１及び第２のＤＦＢレーザ部１６Ａ，１６Ｃとなっている。
【００２４】
半導体レーザ素子１０の構成について更に詳細に説明する。ここでは、上記半導体基板１２を一例としてｎ型ＩｎＰからなる基板とする。
【００２５】
半導体基板１２としてｎ型ＩｎＰからなる基板を採用した場合、クラッド層１８もｎ型ＩｎＰから構成することができる。クラッド層１８の厚さとしては、０．２μｍ〜２μｍが例示される。ドーピング濃度は、１×１０１７ｃｍ−３〜１×１０１８ｃｍ−３とすることができる。
【００２６】
光閉じ込め層部２０が有する光閉じ込め層２０ａは、ノンドープのＧａＩｎＡｓＰ混晶又はＡｌＧａＩｎＡｓ混晶からなるものとすることができる。光閉じ込め層２０ａ（又は光じ込め層部２０）の厚さｔ１としては０．０２μｍ〜０．５μｍが例示される。光閉じ込め層２０ａに埋設される制御用光閉じ込め層２０ｂは、クラッド層１８と同じ材料から構成することができ、例えば、ＩｎＰが例示される。制御用光閉じ込め層２０ｂは、光閉じ込め層２０aより小さい屈折率を有するＧａＩｎＡｓＰ混晶或いはＡｌＧａＩｎＡｓ混晶からなるものとすることもできる。制御用光閉じ込め層２０ｂの厚さｔ２は０．０２μｍ〜０．２μｍとすることができる。図１では、制御用光閉じ込め層２０ｂと活性層２２とは接していないが、制御用光閉じ込め層２０ｂは活性層２２と接していてもよい。
【００２７】
活性層２２はノンドープＧａＩｎＡｓＰ混晶系の多重量子井戸構造、又はＡｌＧａＩｎＡｓ混晶系の多重量子井戸構造を含むものとすることができる。
【００２８】
光閉じ込め層２４は、光閉じ込め層２０ａと同じ材料から構成することができる。光閉じ込め層２４の厚さｔ３としては０．０２μｍ〜０．５μｍが例示される。また、光閉じ込め層２４の表面に形成された凹凸構造に基づいた回折格子２８の周期Λは、回折波長が１．２８μｍ〜１．６５μｍ帯になるように設定されていることが好ましく、典型的な回折波長としては１．５５μｍが例示される。回折格子２８の結合係数κとしては１００ｃｍ−１〜６００ｃｍ−１が例示される。結合係数κは回折格子２８の厚さｔ４を変えることで調整することができる。例えば、結合係数κが１００ｃｍ−１である場合、回折格子２８の厚さｔ４は１００ｎｍ程度となる。
【００２９】
光閉じ込め層２４上に設けられるクラッド層２６は、ｐ型ＩｎＰから構成することができ、ドーピング濃度は、１×１０１７ｃｍ−３〜１×１０１８ｃｍ−３が例示される。
【００３０】
電極３０Ａ〜３０Ｃに対応してそれぞれ設けられたコンタクト層３２Ａ〜３２Ｃは、ｐ型ＧａＩｎＡｓから構成することができる。コンタクト層３２Ａ〜３２Ｃのドーピング濃度としては１×１０１８ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３が例示される。図１に示すように、電極３０Ａ〜３０Ｃは互いに分離されており、それらの間にはコンタクト層３２Ａ〜３２Ｃは形成されていない。
【００３１】
図１に示した半導体レーザ素子１０の光軸方向の全長Ｌとしては例えば１００μｍ〜１２００μｍである。後述するように、電極３０Ｂ及び制御用光閉じ込め層２０ｂは、それらの光軸方向の中心が、半導体レーザ素子１０の中央部、すなわち、光導波路構造部１６の端面１６ａからＬ／２の場所に位置するように設けられていることが好ましい。また、電極３０Ｂの光軸方向の長さｌは、半導体レーザ素子１０の全長Ｌの１／１０程度が好ましい。例えば、半導体レーザ素子１０の全長Ｌが２５０μｍの場合、電極３０Ｂの長さｌとしては１０μｍが例示される。制御用光閉じ込め層２０ｂの光軸方向の長さは、電極３０Ｂの長さｌとはほぼ同じ長さとすることもできるが、クラッド層２６での電流広がりを考慮して、電極３０Ｂの長さより例えば２倍程度まで長くすることもできる。
【００３２】
光導波路構造部１６の端面１６ａを光出射面としたとき、端面１６ａには、誘電体多層膜（不図示）で低反射コーティングされていることが好ましい。これにより、端面１６ａ，１６ｂでの位相のバラツキが低減される。また、境界条件の影響が小さくなる。その結果、出力されるレーザ光の波長の再現性の向上が図ることができる。低反射コーティング用の誘電体多層膜を施した端面の反射率は０．１％以下が好ましい。また、光出射面としての端面１６ａと反対側の端面１６ｂ上には誘電体膜（不図示）で高反射コーティングを施してもよいが、この場合、高い光出力が得られる反面、端面１６ｂでの位相のバラツキの影響を受ける。
【００３３】
上記半導体レーザ素子１０は例えば次のようにして製造することができる。先ず、半導体基板１２の表面１２ｂ上に、クラッド層１８を成長させる。次いで、クラッド層１８の所定領域上に制御用光閉じ込め層２０ｂを形成した後、クラッド層１８上に光閉じ込め層２０ａを成長させて層状の光閉じ込め層部２０とする。なお、制御用光閉じ込め層２０ｂは、クラッド層１８上に選択的に成長させてもよいし、クラッド層１８上に一様に活性層２２を構成する半導体からなる層を形成した後、所定領域のみ残して他の部分をエッチングなどにより除去して形成することもできる。また、制御用光閉じ込め層２０ｂがクラッド層１８と同じ材料からなる場合には、クラッド層１８を構成する半導体からなる層をクラッド層１８より厚く形成した後、所定領域のみ残して他の部分をエッチングなどにより除去して制御用光閉じ込め層２０ｂとすることもできる。
【００３４】
上記のように光閉じ込め層部２０を形成した後では、活性層２２及び光閉じ込め層２４を順に成長させる。そして、例えばドライエッチング等を利用して光閉じ込め層２４の表面に凹凸構造を形成し、次いで、クラッド層２６を成長させる。その後、クラッド層２６上であって制御用光閉じ込め層２０ｂの直上の部分にコンタクト層３２Ｂ及び電極３０Ｂを形成すると共に、光軸方向において電極３０Ｂの両側に、コンタクト層３２Ａと電極３０Ａ及びコンタクト層３２Ｃと電極３０Ｃとをそれぞれ形成する。また、半導体基板１２の裏面１２ａにも電極１４を形成する。これにより、半導体レーザ素子１０を得ることができる。
【００３５】
上記半導体レーザ素子１０の構成では、活性層２２に光学的に結合した回折格子２８を備えている。そのため、電極３０Ａ，３０Ｃを介して第１及び第２のＤＦＢレーザ部１６Ａ，１６Ｃにレーザ駆動用の電流（ＤＦＢ注入電流）を供給して活性層２２にキャリアを注入することで分布帰還動作が可能である。半導体レーザ素子１０では、半導体レーザ素子１０を駆動する際、波長制御部１６Ｂに電極３０Ｂから波長制御用信号としての制御電流を供給する。これにより、第１及び第２のＤＦＢレーザ部１６Ａ、１６Ｃの間に位置する波長制御部１６Ｂの屈折率がプラズマ効果により変化するので、位相シフトの効果を得ることができる。よって、半導体レーザ素子１０の発振波長は、回折格子２８の反射帯域（ストップバンド）内の波長領域において、波長制御部１６Ｂでの位相シフト量によって決定された所定の波長となる。そして、電極３０Ｂからの電流注入量の調整により位相シフト量を変化させることで、発振波長をストップバンド内で変化させることが可能である。
【００３６】
図２は、半導体レーザ素子の発振特性のシミュレーション結果を示す図面である。縦軸は透過率を示している。なお、「透過」とは、第１及び第２のＤＦＢレーザ部１６Ａ，１６Ｃにおいて発生した光が回折格子２８による干渉により存在可能、すなわち、光導波路構造部１６内を光軸方向に透過可能という意味であり、透過率の高い波長の光においてレーザ発振が生じることになる。横軸は波長を示している。
【００３７】
シミュレーション条件は次のとおりである。
（ａ）クラッド層１８：ｎ型ＩｎＰ、厚さ２μｍ
（ｂ）クラッド層２６：ｐ型ＩｎＰ、厚さ２μｍ
（ｃ）活性層２２：発光波長１．５５μｍのノンドープＧａＩｎＡｓＰ量子井戸構造、厚さ１００ｎｍ
（ｄ）光閉じ込め層部２０（光閉じ込め層２０ａ，制御用光閉じ込め層２０ｂ）：
（ｄ１）光閉じ込め層２０ａ：ノンドープＧａＩｎＡｓＰ、厚さｔ１＝１００ｎｍ
（ｄ２）制御用光閉じ込め層２０ｂ：ノンドープＩｎＰ、厚さｔ２＝５０ｎｍ
（ｅ）光閉じ込め層２４：ノンドープＧａＩｎＡｓＰ、厚さｔ４＝１４０ｎｍ
（ｆ）回折格子：厚さｔ３＝８０ｎｍ、結合係数κ＝３２０ｃｍ−１、
（ｇ）半導体レーザ素子１０の全長Ｌ＝２５０μｍ
（ｈ）電極３０Ｂの長さｌ＝１０μｍ
電極３０Ｂは、端面１６ａからＬ／２の位置に配置している。
【００３８】
上記条件では、回折格子２８の回折波長の中心波長（ストップバンドの中心波長）は１．５５μｍである。この場合、回折格子２８のストップバンド幅は約７ｎｍである。なお、シミュレーションでは、制御用光閉じ込め層２０ｂの光軸方向の長さは、電極３０Ｂの長さｌとほぼ同じとした。
【００３９】
シミュレーションでは、電極３０Ｂにより注入電流の値を、０．５mＡ，１ｍＡ，２ｍＡ，・・・１７ｍＡ，１８ｍＡと変化させている。図２中、右側（長波長側）から順に現れている透過率のピークを示す波長が、電流値を上記のように順に変化させた場合の透過波長（又は発振波長）に対応する。図２に示すように、注入する電流値を変化させることで、透過波長、すなわち、発振波長が回折格子２８のストップバンド内で変化していることが分かり、半導体レーザ素子１０では、波長制御部１６Ｂに供給する波長制御用の電流量により、発振波長を変化可能である。
【００４０】
ここで、半導体レーザ素子１０の作用効果を、図３に示した従来技術の半導体レーザ素子の場合と比較して更に説明する。
【００４１】
図３は、従来の半導体レーザ素子の構成の一例である。図３に示した半導体レーザ素子１００は、半導体基板１２を有し、半導体基板１２の裏面１２ａ上に裏面電極１４が設けられている。半導体基板１２の表面１２ｂ上には、光軸方向に第１のＤＦＢレーザ部１１０Ａ、波長制御部１１０Ｂ及び第２のＤＦＢレーザ部１１０Ｃを有する光導波路部１１０が設けられている。
【００４２】
第１のＤＦＢレーザ部１１０Ａは、表面１２ｂから順にクラッド層１１２Ａ、光閉じ込め層１１４Ａ、活性層１１６Ａ、光閉じ込め層１１８Ａ、回折格子１２２Ａ及びクラッド層１２０Ａが設けられて構成されている。波長制御部１１０Ｂは、表面１２ｂから順にクラッド層１１２Ｂ、光閉じ込め層１１４Ｂ、活性層１１６Ｂ、クラッド層１２０Ｂが設けられて構成されている。第２のＤＦＢレーザ部１１０Ｃは、表面１２ｂから順にクラッド層１１２Ｃ、光閉じ込め層１１４Ｃ、活性層１１６Ｃ、光閉じ込め層１１８Ｃ、回折格子１２２Ｃ及びクラッド層１２０Ｃが設けられて構成されている。ここでは、便宜的に第１のＤＦＢレーザ部１１０Ａ、波長制御部１１０Ｂ及び第２のＤＦＢレーザ部１１０Ｃの構成を、それぞれがクラッド層１１２Ａ〜１１２Ｃ、光閉じ込め層１１８Ａ〜１１８Ｃ及びクラッド層１２０Ａ〜１２０Ｃを有するとして説明している。しかしながら、図４に示すように、クラッド層１１２Ａ〜１１２Ｃ、光閉じ込め層１１８Ａ〜１１８Ｃ及びクラッド層１２０Ａ〜１２０Ｃはそれぞれ一つの層からなるものである。
【００４３】
活性層１１６Ａ，１１６Ｃは、発光波長１．５５μｍのＧａＩｎＡｓＰ量子井戸構造を有する。活性層１１６Ｂは、発光波長１．４５μｍのＩｎＧａＡｓＰからなり、活性層１１６Ｂはバルク構造を有している。すなわち、活性層１１６Ｂは単一のＩｎＧａＡｓＰから構成されている。活性層１１６Ａ，１１６Ｃに対応して設けられた回折格子１２２Ａ，１２２Ｃの周期及び結合係数は同じである。回折格子１２２Ａ，１２２Ｃは分布帰還動作のためのものである。また、第１のＤＦＢレーザ部１１０Ａ、波長制御部１１０Ｂ及び第２のＤＦＢレーザ部１１０Ｃ上には、コンタクト層３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃを介して電極３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃが設けられている。
【００４４】
半導体レーザ素子１００においても、電極３０Ａ，３０Ｃを介して活性層１１６Ａ，１１６Ｃにキャリアを注入して半導体レーザ素子１００を駆動する際、電極３０Ｂを介して波長制御部１１０Ｂに波長制御用の電流を供給する。波長制御部１１０Ｂに波長制御用の電流を供給すると、屈折率変化により活性層１１６Ｂの光路長が変化するため、位相シフトが生じる。その結果、レーザ発振波長を回折格子１２２Ａ，１２２Ｃのストップバンド内で変えることができる。
【００４５】
半導体レーザ素子１００では、活性層１１６Ａ，１１６Ｃに対応してそれぞれ回折格子１２２Ａ，１２２Ｃが設けられる一方、活性層１１６Ｂ上には回折格子が設けられていない。この場合、回折格子１２２Ａ，１２２Ｃの端部１２２Ａａ，１２２Ｃａの形状で決まる初期位相によっては発振波長が不連続に変わる、すなわち、モードホッピングが生じることが考えられる。また、回折格子１２２Ａ，１２２Ｃの周期は例えば約０．２μｍ程度であることから、端部１２２Ａａ，１２２Ｃａの形状に再現性をもたせることは技術的に困難である。その結果、半導体レーザ素子１００毎に発振特性が異なるものが製造されるおそれがある。更に、活性層１１６Ａ，１１６Ｃの光軸方向の長さが活性層１１６Ｂの同方向の長さに対して長い場合、第１及び第２のＤＦＢレーザ部１１０Ａ，１１０Ｃがそれぞれ別々のＤＦＢレーザとして発振することで、単一モードの発振波長を得ることが困難であると考えられる。更にまた、図３に示した構成では、活性層１１６Ａ，１１６Ｃの間にそれらとは異なる構成の活性層１１６Ｂを設けている。このような構成は、例えば、活性層１１６Ａ，１１６Ｃとなる半導体層を光閉じ込め層１１４Ａ〜１１４Ｃ上に一様に形成した後、光閉じ込め層１１４Ｂ上の部分を取り除いてそこに活性層１１６Ｂを再成長して形成することが考えられる。しかし、この場合、活性層１１６Ｂと、活性層１１６Ａ，１１６Ｃとの界面に格子欠陥が生じてレーザの信頼性が劣化する場合がある。
【００４６】
これに対して、図１に示した半導体レーザ素子１０では、回折格子２８は、端面１６ａ，１６ｂ間に渡って切れ目無く形成されている。この場合、半導体レーザ素子１００のときのように端部１２２Ａａ，１２２Ｃａ（図３参照）が存在しないため、前述したようなモードホッピングが生じることがない。また、端面１６ａ，１６ｂ間に回折格子２８が切れ目無く形成されていることから、前述したような切れ目部分の形状に起因する製造誤差も生じない。その結果、半導体レーザ素子１０の製造歩留まりも低減する。更に、半導体レーザ素子１０の構成では、活性層２２を層状の光閉じ込め層部２０上に一様に形成しているため、第１及び第２のＤＦＢレーザ部１６Ａ，１６Ｃが、別個のＤＦＢレーザとして発振することもない。これにより、所望の波長のレーザ光を安定して出力することが可能である。更にまた、光閉じ込め層部２０上に活性層２２が上記のように形成されていることから、半導体レーザ素子１００について説明したような格子欠陥が生じない。その結果、半導体レーザ素子としての信頼性が劣化しないし、製造も容易になっている。
【００４７】
また、半導体レーザ素子１０では、図３に示した従来の構成とは異なり光閉じ込め層部２０上に一様に活性層２２を形成していてもストップバンド内での波長可変範囲をより広く確保することができている。この点について説明する。
【００４８】
半導体レーザ素子１０では、前述したように、波長制御部１６Ｂに波長制御用の電流を供給して生じる屈折率変化を利用してレーザ発振波長の変更を実現している。そのため、電極３０Ｂから波長制御部１６Ｂに電流を供給するときには、波長制御部１６Ｂ内の活性層２２の閾値電流より小さい電流を供給する。波長制御部１６Ｂ内の活性層２２においてレーザ発振が生じると、キャリア密度が固定され屈折率変化を生じさせることが困難になるからである。よって、制御電流の最大値は、波長制御部１６Ｂ内の活性層２２の閾値電流に対応し、波長可変範囲もその最大値に応じて決まることになる。
【００４９】
本実施形態の構成では、光閉じ込め層２０ａの屈折率より小さい屈折率を有する制御用光閉じ込め層２０ｂが波長制御部１６Ｂ内には電極３０Ｂの直下に設けられている。これにより、波長制御部１６Ｂの光閉じ込め係数は第１及び第２のＤＦＢレーザ部１６Ａ，１６Ｃの光閉じ込め係数より小さくなっている。そのため、活性層２２のうち波長制御部１６Ｂ内の領域の閾値電流は、他の領域の閾値電流より大きい。そして、波長制御部１６Ｂでの閾値電流より小さい電流ではレーザ発振が生じないので注入電流のクランプが起こらない。よって、半導体レーザ素子１０では、光閉じ込め層部２０上に一様に活性層２２を形成していても波長可変範囲を広くすることができている。
【００５０】
また、上記発振波長の可変範囲は、例えば制御用光閉じ込め層２０ｂの厚さｔ２を調整することで容易に調整することができる。図４を利用して説明する。図４は、制御用光閉じ込め層２０ｂの厚さｔ２と、電極３０Ｂから供給される制御電流の最大値との関係を示す図面である。なお、制御電流の最大値は、波長制御部１６Ｂにおける閾値電流に対応するものである。図４の横軸は制御用光閉じ込め層２０ｂの厚さｔ２を示し、縦軸は最大制御電流を示している。縦軸に示す最大制御電流は、厚さｔ２が０（すなわち、光閉じ込め層２０ｂがない場合）のときの最大制御電流を１として規格化してある。シミュレーション条件は、制御用光閉じ込め層２０ｂの厚さｔ２を変化させている以外は、図２の場合と同様である。
【００５１】
図４に示すように、厚さｔ２が大きくなるほど最大制御電流が大きくなる。これは、厚さｔ２を大きくするほど波長可変範囲が広がることを意味する。図４に示した例では、最大で約１．８倍の制御電流を得ることができているため、波長可変範囲も約１．８倍に変えることができる。よって、図１に示した半導体レーザ素子１０の構成では、厚さｔ２を変えることで、発振波長可変範囲を調整することができることになる。
【００５２】
更に、半導体レーザ素子１０において第１及び第２のＤＦＢレーザ部１６Ａ，１６Ｃ内の活性層２２へのバイアス電流を直流電流とする場合、すなわち、変調しない場合には、例えば、回折格子２８の結合係数κを大きくすることが可能である。結合係数κが大きい場合、ストップバンドが広くなることから、半導体レーザ素子１０の波長可変範囲を広げることができる。このため、ＷＤＭ伝送システム等に好適に利用することができる。
【００５３】
半導体レーザ素子１０においては、電極３０Ｂは、レーザ共振器の対称中心、換言すれば、半導体レーザ素子１０の光軸方向において中心に位置することが好ましい。これにより、効率的にレーザ光を出力することができるからである。
【００５４】
図５は、電極（第３の電極）３０Ｂの位置を変化させた場合のシミュレーション結果を示す図面である。図５は、図２のシミュレーション結果を得るためのシミュレーションにおいて、電極３０Ｂから供給する制御電流を６ｍＡに固定し、電極３０Ｂの中心位置を、
（ｉ）半導体レーザ素子１０の中心、すなわち、Ｌ／２の位置にした場合（図中、実線で示すスペクトル参照）、
（ｉｉ）半導体レーザ素子１０の中心から１０μｍずらした場合（図中、一点鎖線で示すスペクトル参照）、
（ｉｉｉ）半導体レーザ素子１０の中心から２０μｍずらした場合（図中、破線で示すスペクトル参照）、
の透過率の変化を示している。なお、図５では、一つの透過波長近傍を拡大して示している。
【００５５】
図５に示すように、半導体レーザ素子１０の中心からの電極３０Ｂのズレ量が大きくなるにつれて、透過率は小さくなる傾向にある。この場合、半導体レーザ素子１０における閾値電流が上がり、レーザ発振の効率が悪くなる。よって、閾値利得を下げて単一モードで好適にレーザ発振を生じさせるために、電極３０Ｂは、その中心が半導体レーザ素子１０の光軸方向における中心に位置するように配置されていることが好ましい。
【００５６】
また、電極３０Ｂの長さｌは、半導体レーザ素子１０の長さLの１／１０以下であることが好ましい。これにより、より確実に単一波長でレーザ発振させることが可能となるからである。電極３０Ｂの長さｌに対する上記条件を満たさない場合の例と比較して、具体的に説明する。
【００５７】
図６は、電極（第３の電極）３０Ｂの長さが半導体レーザ素子の光軸方向の長さの１／１０より大きい場合のシミュレーション結果を示す図面である。電極３０Ｂの長さｌは３０μｍとし、電極３０Ｂから供給する電流値は１５mＡとしている。この場合、図６に示すように、一つの注入電流に対してストップバンド内に２つのピークが生じることから、半導体レーザ素子１０は、単一波長で発振しないことになる。
【００５８】
一方、図２に示したシミュレーション結果を得るためのシミュレーション条件では、半導体レーザ素子１０の長さＬが２５０μｍに対して、電極３０Ｂの長さｌは１０μｍであり、上記条件を満たしている。この場合、図２に示したように、電極３０Ｂから供給する注入電流に応じて一つの波長の光が透過するため、単一波長で確実に発振可能である。よって、電極３０Ｂの長さｌは、半導体レーザ素子１０の全長（長さ）Ｌの１／１０以下が好ましい。また、このような条件を満たすことにより、位相シフト効果をより確実に得ることができている。
【００５９】
（第２の実施形態）
図７は、本発明に係る半導体レーザ素子の平面図である。図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面図であり、図９（ａ）は、図７のＩＸａ−ＩＸａ線に沿った断面図であり、図９（ｂ）は、図７のＩＸｂ−ＩＸｂに沿った断面図である。
【００６０】
半導体レーザ素子３４は、第１導電型（例えば、ｎ型）の半導体基板１２を有する。半導体基板１２の裏面１２ａ上には裏面電極１４が設けられており、半導体基板１２の表面１２ｂ上には活性層２２を含むストライプ状の光導波路構造部３６が設けられている。
【００６１】
光導波路構造部３６は、図８に示すように、第１のＤＦＢレーザ部３６Ａと、波長制御部３６Ｂと、第２のＤＦＢレーザ部３６Ｃとを光軸方向に有する。波長制御部３６Ｂは、第１及び第２のＤＦＢレーザ部３６Ａ，３６Ｃの間に位置し、第１及び第２のＤＦＢレーザ部３６Ａ，３６Ｃと光学的に結合している。第１のＤＦＢレーザ部３６Ａ及び第２のＤＦＢレーザ部３６Ｃ上には電極３０Ａ，３０Ｃが設けられており、波長制御部３６Ｂ上には電極３０Ｂが設けられている。
【００６２】
光導波路構造部３６は、図８に示すように、半導体基板１２の表面１２ｂから順に積層されたクラッド層１８、光閉じ込め層３８、活性層２２、光閉じ込め層２４、クラッド層２６を有する。光閉じ込め層２４の表面（クラッド層２６との界面）には、第１の実施形態の場合と同様に周期的な凹凸構造が形成されており、光導波路構造部３６は回折格子２８を有する。回折格子２８は、光導波路構造部３６の光軸方向に切れ目無く形成されており活性層２２に光学的に結合している。光閉じ込め層３８は、光閉じ込め層２４と同じ材料から構成することができ、厚さとしては、例えば、３０ｎｍから１００ｎｍである。
【００６３】
また、ストライプ状の光導波路構造部３６は、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、埋め込み層４０で埋め込まれている。これにより、半導体レーザ素子３４において、表面１４ｂの法線方向及び光軸方向に直交する方向を幅方向（所定方向）としたとき、幅方向の光閉じ込めが可能となっている。埋め込み層４０は、例えば、ＦｅドープしたＩｎＰから構成することができる。
【００６４】
電極３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃは、上記クラッド層２６のうち第１のＤＦＢレーザ部３６Ａ、波長制御部３６Ｂ及び第２のＤＦＢレーザ部３６Ｃのそれぞれの領域上にコンタクト層３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃを介して設けられている。クラッド層２６においてコンタクト層３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃが設けられていない領域及び埋め込み層４０上には、絶縁層４２が設けられていることが好ましい。
【００６５】
上記構成の半導体レーザ素子３４においても、第１の実施形態の半導体レーザ素子１０の場合と同様に、電極３０Ｂを介して波長制御部３６Ｂに波長制御用の電流を供給することで、位相シフトを生じさせることできる。よって、半導体レーザ素子３４の発振波長は、第１及び第２のＤＦＢレーザ部３６Ａ，３６Ｃにおける反射帯域（ストップバンド）内の波長領域において、波長制御部３６Ｂでの位相シフト量によって決定された所定の波長となり、電極からの電流注入量の調整により位相シフト量を変化させることで、発振波長をストップバンド内で変化させることが可能である。
【００６６】
半導体レーザ素子３４では、図７、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、波長制御部３６Ｂの幅ｗ１を、第１及び第２のＤＦＢレーザ部３６Ａ，３６Ｃの幅ｗ２より狭くすることによって、波長可変範囲を広くしている。この点について説明する。
【００６７】
幅ｗ１が幅ｗ２より狭いため、活性層２２のうち波長制御部３６Ｂ内の領域の幅が、活性層２２のうち第１及び第２のＤＦＢレーザ部３６Ａ，３６Ｃ内の領域の幅より狭くなる。これにより、波長制御部３６Ｂでの光閉じ込め係数は、第１及び第２のＤＦＢレーザ部３６Ａ，３６Ｃでの光閉じ込め係数より小さくなっている。そのため、第１の実施形態の場合と同様に、半導体レーザ素子３４では、波長可変範囲を広くすることができている。よって、半導体レーザ素子３４においても、より広い波長可変範囲内で出力するレーザ光の波長を変えることができる。
【００６８】
本実施形態では、波長可変範囲は、波長制御部３６Ｂの幅ｗ１を変えることにより調整することができる。図１０を利用して説明する。図１０は、波長制御部の幅を変えた場合のシミュレーション結果である。図１０の横軸は波長制御部の幅を示しており、縦軸は最大制御電流の値を示している。なお、縦軸の最大制御電流の値はｗ１＝ｗ２＝１のときの最大制御電流を１として規格化した値である。
【００６９】
シミュレーション条件は次のとおりである。
（ａ）クラッド層１８：ｎ型ＩｎＰ、厚さ２μｍ
（ｂ）クラッド層２６：ｐ型ＩｎＰ、厚さ２μｍ
（ｃ）活性層２２：発光波長１．５５μｍのノンドープＧａＩｎＡｓＰ量子井戸構造、厚さ７０ｎｍ
（ｄ）光閉じ込め層３８：ノンドープＧａＩｎＡｓＰ、厚さ１００ｎｍ
（ｅ）光閉じ込め層２４：ノンドープＧａＩｎＡｓＰ、厚さｔ３＝１４０ｎｍ
（ｆ）回折格子２８：厚さｔ４＝８０ｎｍ、結合係数κ＝３２０ｃｍ−１、
（ｇ）半導体レーザ素子１０の全長Ｌ＝２５０μｍ
（ｈ）電極３０Ｂの長さｌ＝１０μｍ
電極３０Ｂは、端面１６ａからＬ／２の位置に配置している。
【００７０】
図１０に示すように、幅ｗ１を狭くするほど最大制御電流が大きくなることがわかる。これは、幅ｗ１が狭くなるほど波長可変範囲が広がることを意味している。図１０に示した例では、最大で２．４倍の制御電流をとることができるので、波長可変範囲も最大で約２．４倍になる。このように、半導体レーザ素子３４では、幅ｗ１を変えることによって、発振波長可変範囲を調整することができる。
【００７１】
なお、本実施形態では、波長制御部３６Ｂの幅ｗ１を狭くしているが、少なくとも波長制御部３６Ｂ内の活性層２２の幅が第１及び第２のＤＦＢレーザ部３６Ａ，３６Ｃ内の活性層２２の幅より狭くなっていればよい。
【００７２】
（第３の実施形態）
図１１は、本発明に係る半導体光集積素子の一実施形態の構成を模式的に示す平面図である。図１１では半導体光集積素子の構成要素を模式的に示している。図１１に示すように、半導体光集積素子４４は、図１に示した半導体レーザ素子１０がアレイ化されたものであり、波長多重通信（ＷＤＭ）システムにおける光源として好適に適用することができる。
【００７３】
半導体光集積素子４４は８個の半導体レーザ素子１０，１０，１０，１０，１０，１０，１０，１０を有する。以下、説明のために８個の半導体レーザ素子１０を、半導体レーザ素子１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８とも表し、それに対応して各半導体レーザ素子１０１〜１０８が有する構成要素にも同様の表記法を採用する場合もある。
【００７４】
半導体レーザ素子１０１〜１０８は並列に配置されており、共通の半導体基板１２を有する。換言すれば、半導体基板１２の表面１２ｂの８つの所定領域上に図１に示した光導波路構造部１６及び電極３０Ａ〜３０Ｃが設けられている。各半導体レーザ素子１０１〜１０８が有する回折格子２８１〜２８８の周期Λ１〜Λ８は異なっている。すなわち、各回折格子２８１〜２８８の回折波長λ１〜λ８が異なっている。これにより、各半導体レーザ素子１０１〜１０８からは異なるストップバンド内からそれぞれレーザ発振波長を選択してレーザ光を出力することが可能である。
【００７５】
半導体光集積素子４４は、各半導体レーザ素子１０１〜１０８から出力されたレーザ光を合波するために、半導体光合波部４６を有する。半導体光合波部４６としてはＭＭＩが例示される。半導体光合波部４６と、各半導体レーザ素子１０１〜１０８とは、それぞれ半導体光導波路４８により光学的に結合されている。
【００７６】
また、半導体光集積素子４４は、半導体光合波部４６による挿入損失を補うために半導体光増幅部５０を更に備えており、半導体光増幅部５０は、半導体光合波部４６の後段に光学的に結合されている。
【００７７】
図１１に示すように、半導体光合波部４６と、半導体光導波路４８と、半導体光増幅部５０とは、各半導体レーザ素子１０１〜１０８が有する半導体基板１２上に形成されて集積化されている。換言すれば、半導体基板１２の表面１２ｂ上に、半導体光合波部４６、半導体光導波路４８及び半導体光増幅部５０をそれぞれ構成する公知の半導体積層構造が形成されている。
【００７８】
上記構成では、各半導体レーザ素子１０１〜１０８から出力されたレーザ光は、各半導体光導波路４８を通って半導体光合波部４６に入力される。そして、半導体光合波部４６により合波された後、半導体光増幅部５０で光増幅された後に出力される。
【００７９】
各半導体レーザ素子１０１〜１０８は、それぞれ図１に示した半導体レーザ素子１０と同じ構成を有する。よって、各半導体レーザ素子１０１〜１０８は、それぞれ出力されるレーザ光の波長を各回折格子２８１〜２８８のストップバンド内において変えることができる。各半導体レーザ素子１０１〜１０８が有する各回折格子２８１〜２８８の回折波長λ１〜λ８は異なっていることから、各回折格子２８１〜２８８のストップバンドも異なり、結果として、各半導体レーザ素子１０１〜１０８のレーザ発振波長の可変範囲も異なるものとすることができる。よって、各半導体レーザ素子１０１〜１０８をアレイ化した半導体光集積素子４４では更に広い範囲で波長を変えることができる。
【００８０】
なお、隣接する半導体レーザ素子１０１〜１０８が有する回折格子２８１〜２８８のストップバンドは、一部重なっていることが好ましい。これにより、半導体光集積素子４４からの出力光の波長を連続的に変えることが可能である。
【００８１】
図１１では、８つの半導体レーザ素子１０を有する場合を例示したが、半導体光集積素子４４は複数の半導体レーザ素子１０を有していればよい。また、半導体光集積素子４４が有する半導体レーザ素子としては、図１に示した半導体レーザ素子１０の代わりに図７に示した半導体レーザ素子３４を用いることも可能である。
【００８２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、図１に示した半導体レーザ素子１０では、活性層２２からみた場合に、半導体基板１２と反対側に回折格子２８を設けているが、図１２に示した半導体レーザ素子５２の構成としてもよい。
【００８３】
半導体レーザ素子５２は、図１に示した光導波路構造部１６の代わりに光導波路構造部５４を有する。光導波路構造部５４は、活性層２２からみた場合に半導体基板１２側に回折格子２８を設けている点で光導波路構造部１６の構成と主に相違する。この場合、図１２に示すように、層状の光閉じ込め層部２０は活性層２２からみてクラッド層２６側に設ければよい。この光導波路構造部５２でも、光軸方向において制御用光閉じ込め層２０ｂが設けられている領域が波長制御部５４Ｂであり、その両側の領域が第１及び第２のＤＦＢレーザ部５４Ａ，５４Ｃとなる。半導体レーザ素子５２を製造する場合には、クラッド層１８の表面に周期的な凹凸構造を形成した後、光閉じ込め層５６を成長させればよい。
【００８４】
ここでは、活性層２２に対して半導体基板１２側に回折格子２８を設けて良い旨を図１の半導体レーザ素子１０の他の実施形態として説明したが、図７に示した半導体レーザ素子３４の場合でも、同様に、活性層２２に対して半導体基板１２側に回折格子２８を設けても良い。
【００８５】
また、半導体レーザ素子１０，３４，５２の説明では、半導体基板１２としてＩｎＰ基板を使用した場合を例示したが、例えば、ＧａＡｓからなる基板を用いることもできる。この場合には、半導体基板１２の材質に応じて、他の層の材料を適宜選択すればよい。例えば、半導体基板１２がＧａＡｓからなる場合には、ＧａＡｓや、ＡｌＧａＡｓ混晶を利用して光導波路構造部１６，３６，５４を構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明に係る半導体レーザ素子の一実施形態の断面図である。
【図２】半導体レーザ素子の特性のシミュレーション結果を示す図面である。
【図３】比較用の半導体レーザ素子の構成の一例を示す断面図である。
【図４】制御用光閉じ込め層の厚さを変えた場合の最大制御電流の変化を示す図面である。
【図５】第３の電極の位置を変化させた場合のシミュレーション結果を示す図面である。
【図６】第３の電極の長さが半導体レーザ素子の光軸方向の長さの１／１０より大きい場合のシミュレーション結果を示す図面である。
【図７】本発明に係る半導体レーザ素子の他の実施形態の平面図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図９】図７に示した半導体レーザ素子の光軸方向に略直交する断面の構成を示す図面である。
【図１０】波長制御部の幅を変えた場合の最大制御電流の変化を示す図面である。
【図１１】本発明に係る半導体光集積素子の一実施形態の構成を模式的に示す平面図である。
【図１２】本発明に係る半導体レーザ素子の他の実施形態の断面図である。
【符号の説明】
【００８７】
１０，１０１〜１０８，３４，５２…半導体レーザ素子、１２…半導体基板（基板）、１２ｂ…表面（基板の主面）、１６，３６，５４…光導波路構造部、１６Ａ，３６Ａ…第１のＤＦＢレーザ部、１６Ｂ，３６Ｂ…波長制御部、１６Ｃ，３６Ｃ…第２のＤＦＢレーザ部、２０…光閉じ込め層部、２２…活性層、２８…回折格子、３０Ａ…第１の電極、３０Ｂ…第３の電極、３０Ｃ…第２の電極、４４…半導体光集積素子、４６…半導体光合波部、５０…半導体光増幅部。
【図１】
2009289993.tif 000003
【図２】
2009289993.tif 000004
【図３】
2009289993.tif 000005
【図４】
2009289993.tif 000006
【図５】
2009289993.tif 000007
【図６】
2009289993.tif 000008
【図７】
2009289993.tif 000009
【図８】
2009289993.tif 000010
【図９】
2009289993.tif 000011
【図１０】
2009289993.tif 000012
【図１１】
2009289993.tif 000013
【図１２】
2009289993.tif 000014