(57)【要約】【課題】ＤＦＢを用いた波長制御を実用レベルで達成したブロードエリア型の半導体レーザを提供する。【解決手段】基板１０とｎ型クラッド層１１との界面に２つの回折格子２３Ａ，２３Ｂが形成されている。これら回折格子２３Ａ，２３Ｂは、リッジ部１９と対応する帯状の光導波領域２４（図示せず）の両端であって、かつリッジ部１９の延在方向に延在する帯状の領域に形成されている。光導波領域２４の両端ではインデックスガイドに起因して波面が平坦になっているので、光導波領域２４の両端において回折格子２３Ａ，２３Ｂによるフィードバックにより所定の波長での発振が生じ、光導波領域２４の両端での発振に伴って光導波領域２４の中央で発振が誘起される。【選択図】図２
2009272470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、幅が１０μｍ以上の１または複数の帯状のリッジ部を有する積層構造を備え、
前記積層構造は、前記リッジ部と対応する帯状の光導波領域の一部であって、かつ前記リッジ部の延在方向に延在する帯状の領域に回折格子を有する半導体レーザ。
【請求項２】
前記回折格子は、前記光導波領域のうち、当該光導波領域の幅方向の両端に形成されている請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項３】
前記各回折格子のピッチおよび幅の双方が互いに等しい請求項２に記載の半導体レーザ。
【請求項４】
前記各回折格子のピッチおよび幅のいずれか一方だけが互いに等しい請求項２に記載の半導体レーザ。
【請求項５】
前記回折格子は、前記光導波領域のうち、当該光導波領域の幅方向の両端および当該光導波路の幅方向の中央に別個に形成されている請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項６】
前記各回折格子の幅が互いに等しく、
前記光導波領域の両端に形成された回折格子のピッチが互いに等しく、
前記光導波領域の中央に形成された回折格子のピッチが前記光導波領域の両端に形成された回折格子のピッチと異なる請求項５に記載の半導体レーザ。
【請求項７】
前記各回折格子のピッチが互いに等しく、
前記光導波領域の両端に形成された回折格子の幅が互いに等しく、
前記光導波領域の中央に形成された回折格子の幅が前記光導波領域の両端に形成された回折格子の幅と異なる請求項５に記載の半導体レーザ。
【請求項８】
前記回折格子は、前記光導波領域のうち、当該光導波領域の幅方向の中央に形成されている請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項９】
前記積層構造は、第１導電型クラッド層、第１光ガイド層、活性層、第２光ガイド層および第２導電型クラッド層を前記半導体基板側から順に含み、
前記回折格子は、前記第２光ガイド層と前記第２導電型クラッド層との界面または前記第１光ガイド層と前記第１導電型クラッド層との界面に形成されている請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項１０】
前記回折格子は、前記半導体基板と前記積層構造との界面に形成されている請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項１１】
前記回折格子は、前記積層構造のうち前記リッジ部の両脇に形成されている請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項１２】
前記回折格子の幅は、２μｍ以上５μｍ以下である請求項１に記載の半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に高出力の用途に好適なブロードエリア型の半導体レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
導波路の幅、すなわちストライプ幅を広げた、いわゆるブロードエリア型の半導体レーザは、小型・高信頼性で低コストの高出力レーザ光源として、固体レーザ励起、ファイバレーザ励起、ディスプレイ、印刷機器、光ディスク初期化装置、材料加工または医療などさまざまな分野に利用されている。一般に、ブロードエリア型と呼ばれる半導体レーザでは、ストライプ幅が少なくとも５μｍ以上で、そのほとんどは１０μｍ以上、最大で数百μｍ程度となっている。
【０００３】
最近では、これらの応用分野においては出力が高いだけでなく、波長制御がなされていることが望ましい場合が多く、波長制御された高出力半導体レーザに対する要望が高まっている。例えば、固体レーザやファイバレーザ励起用としては、特定吸収波長への波長安定性が求められている。また、ディスプレイ用としては、スペックル抑制のために、スペクトル幅の広い低コヒーレンス光が求められている。
【０００４】
例えば、波長を安定化するものとして、共振器端面に対して傾斜した回折格子を備えたα−ＤＦＢ（Distributed Feedback）（非特許文献１参照）を用いるものや、フレア型ＭＯＰＡ(Master Oscillator Power Amplifier)を用いるもの、外部回折格子によるフィードバックを用いるものなどが提案されている。
【０００５】
【非特許文献１】S.D.DeMars, A.Schoenfelder, V.Wong and R.J.Lang: ”Optical properties of angled-grating distributed feedback lasers” Digest of Int. Semiconductor Laser Conf., Nara(1998)pp.57-58
【０００６】
しかし、α−ＤＦＢレーザは、ロスが大きいなどの諸々の理由により今のところ実用化に至っていない。また、フレア型ＭＯＰＡを用いたレーザでは、ナロウストライプで生じたモードをテーパーストライプにおいて均等に拡げる必要があり、テーパーストライプのテーパー角を高精度に作り込むことが必要となる。また、戻り光に弱いという問題もある。外部回折格子を用いたレーザでは、外部回折格子を高精度に位置決めすることが必要となる。また、外部回折格子は非常に高価であり、コンシューマ向けの製品には向かないという問題もある。
【０００７】
一方、低コヒーレンス化を実現するものは、従来から多数提案されているが、ＤＦＢレーザでは低コヒーレンス化は実現されていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、ブロードエリア型の半導体レーザでは、ＤＦＢを用いた波長制御がいまだに実用化に至っていない。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＤＦＢを用いた波長制御を実用レベルで達成したブロードエリア型の半導体レーザを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の半導体レーザは、半導体基板上に、幅が１０μｍ以上の１または複数の帯状のリッジ部を有する積層構造を備えたものである。積層構造は、リッジ部と対応する帯状の光導波領域の一部であって、かつリッジ部の延在方向に延在する帯状の領域に回折格子を有している。
【００１１】
本発明の半導体レーザでは、まず、実効的な屈折率分布においてインデックス性を示す領域（光導波領域の両端）でインデックスガイド的なモードが生じ、続いて、実効的な屈折率分布においてゲインガイド性を示す領域（光導波領域の中央）でゲインガイド的なモードが誘起される。その後、光導波領域の両端において形成されたモードが、光導波領域の中央において誘起されたモードと融合し、光導波領域の中央のモードを制御しながら、全体として最も閾値が低く、安定なモードを形成する。
【００１２】
ところで、本発明では、リッジ部と対応する帯状の光導波領域の一部であって、かつリッジ部の延在方向に延在する帯状の領域に回折格子が形成されている。ここで、光導波領域の両端ではインデックスガイドに起因して波面が平坦になっているので、回折格子が光導波領域の両端にだけ形成されている場合には、光導波領域の両端において回折格子によるフィードバックにより所定の波長での発振が生じる。一方、光導波領域の中央ではゲインガイドに起因して波面が曲がっており、光導波領域の両端の波面とは異なる位相となっている。しかし、回折格子が光導波領域の両端にだけ形成されている場合には、回折格子が光導波領域の全体に形成されているときのようなロスは生じないので、光導波領域の中央において容易に発振が誘起される。その結果、縦モードが安定化するので、光導波領域の中央の発振波長を光導波領域の両端の発振波長と同一の波長に固定したり、光導波領域の両端の発振波長と異なる波長に固定したりすることが可能となる。
【００１３】
もっとも、上記回折格子のピッチや幅を適切に設定することにより、上記回折格子を、光導波領域の両端だけでなく、光導波領域の中央にも、光導波領域の両端の回折格子とは別体に設けた場合であっても、縦モードを安定化することが可能である。そのようにした場合には、上記の場合と同様、光導波領域の中央の発振波長を光導波領域の両端の発振波長と同一の波長に固定したり、光導波領域の両端の発振波長と異なる波長に固定したりすることが可能となる。
【００１４】
また、上記回折格子を、光導波領域の中央にだけ設けた場合であっても、縦モードを安定化することが可能である。そのようにした場合には、光導波領域の両端において活性層のバンドギャップに応じた波長で発振が生じ、光導波領域の中央において上記回折格子によるフィードバックにより所定の波長での発振が生じる。このとき、活性層のバンドギャップは素子の温度や注入電流量などに応じて変化するので、光導波領域の中央の発振波長を固定しつつ、付帯状況によって光導波領域の両端の発振波長を変化させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の半導体レーザによれば、リッジ部と対応する帯状の光導波領域の一部であって、かつリッジ部の延在方向に延在する帯状の領域に回折格子を形成するようにしたので、ブロードエリア型の半導体レーザにおいて縦モードを安定化させることができる。その結果、ＤＦＢを用いた波長制御をブロードエリア型の半導体レーザにおいて実用レベルで達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザ１の上面構成を表すものである。図２は、図１の半導体レーザ１のＡ−Ａ矢視方向の断面構成を表すものである。本実施の形態の半導体レーザ１は、基板１０上に積層構造２０を備えたものである。この半導体レーザ１は、積層構造２０の上部にリッジ部１９が形成されたインデックスガイド型のレーザであり、リッジ部２９の幅ＷＲの広いブロードエリア型のレーザである。リッジ部２９の幅ＷＲは、少なくとも１０μｍ以上あり、最大で数百μｍ程度となっている。
【００１８】
積層構造２０は、下部クラッド層１１、第１下部ガイド層１２、第２下部ガイド層１３、活性層１４、上部ガイド層１５、上部クラッド層１６、中間層１７、コンタクト層１８を基板１０側からこの順に積層して構成されている。リッジ部１９は、積層構造２０の上部、具体的には、上部クラッド層１６の上部、中間層１７およびコンタクト層１８に設けられており、レーザ光の射出方向（軸方向）に延在するストライプ状の凸形状を有している。なお、本実施の形態において、下部クラッド層１１が本発明の「第１導電型クラッド層」の一具体例に相当する。第１下部ガイド層１２および第２下部ガイド層１３が本発明の「第１光ガイド層」の一具体例に相当する。上部ガイド層１５が本発明の「第２光ガイド層」の一具体例に相当する。上部クラッド層１６、中間層１７およびコンタクト層１８が本発明の「第２導電型クラッド層」の一具体例に相当する。
【００１９】
基板１０は、例えばｎ型ＧａＡｓ基板であり、図３（基板１０の上面図）、図４（図３のＡ−Ａ矢視方向の断面図）に模式的に示したように、積層構造２０側の表面の所定の部位に複数の凹部１０Ａを有する加工基板である。なお、ｎ型不純物は、例えばケイ素（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）などである。
【００２０】
複数の凹部１０Ａは、リッジ部１９と対応する帯状の光導波領域２４（リッジ部１９との対向領域を含む、幅ＷＩの帯状の領域）の一部であって、かつリッジ部１９の延在方向に延在する帯状の領域に、リッジ部１９の延在方向に連続して並列配置されている。各凹部１０Ａの、リッジ部１９の延在方向の断面が、例えば、図４に示したように、ほぼ三角形状となっている。従って、帯状の領域に並列配置された複数の凹部１０Ａは、後述の複数の凸部１１Ａとの組み合わせにより、リッジ部１９の延在方向において対向する一対の反射ミラー（前端面Ｓ１，後端面Ｓ２）で反射され、発振する光を波長選択する回折格子（２３Ａ，２３Ｂ）として機能する。
【００２１】
回折格子２３Ａ，２３Ｂは、図１に示したように、基板１０と下部クラッド層１１との界面に形成されている。これら回折格子２３Ａ，２３Ｂは、例えば、図３に示したように、光導波領域２４のうち、当該光導波領域２４の幅方向の両端に形成されている。回折格子２３Ａ，２３Ｂの幅Ｗ１，Ｗ２は、光導波領域２４の幅ＷＩよりも十分に狭く、例えば、２μｍ以上５μｍ以下となっている。回折格子２３Ａと回折格子２３Ｂとの間（光導波領域２４の中央）には、他の回折格子は形成されておらず、平坦面が広がっている。なお、図３では、回折格子２３Ａ，２３Ｂの外側（光導波領域２４の外側）に平坦面が広がっている場合が例示されているが、回折格子２３Ａ，２３Ｂが連続して形成されていてもよい。ただし、その場合には、回折格子２３Ａ，２３Ｂのうち光導波領域２４の両端に対応する部分の幅がそれぞれ、例えば、２μｍ以上５μｍ以下となっている。
【００２２】
回折格子２３Ａ，２３Ｂの幅Ｗ１，Ｗ２は互いに等しくなっていてもよいし、互いに異なっていてもよい。また、回折格子２３Ａ，２３ＢのピッチＰ１，Ｐ２についても、互いに等しくなっていてもよいし、互いに異なっていてもよい。なお、回折格子２３Ａ，２３Ｂの幅Ｗ１，Ｗ２を互いに等しくしつつ、回折格子２３Ａ，２３ＢのピッチＰ１，Ｐ２も互いに等しくした場合には、光導波領域２４全体において、単一波長で動作させることが可能である。また、回折格子２３Ａ，２３Ｂの幅Ｗ１，Ｗ２を互いに等しくしつつ、回折格子２３Ａ，２３ＢのピッチＰ１，Ｐ２を互いに異ならせた場合や、回折格子２３Ａ，２３ＢのピッチＰ１，Ｐ２を互いに等しくしつつ、回折格子２３Ａ，２３Ｂの幅Ｗ１，Ｗ２を互いに異ならせた場合には、光導波領域２４全体において、強制的にマルチモードで動作させることが可能である。
【００２３】
下部クラッド層１１は、例えばｎ型ＡｌＩｎＰからなり、基板１０の各凹部１０Ａに対応する領域に、複数の凸部１１Ａを有している。凸部１１Ａは、基板１０の凹部１０Ａを埋め込むようにして形成されている。そのため、複数の凸部１１Ａは、基板１０側（活性層１４とは反対側）に突出した凸形状となっており、リッジ部１９の延在方向に連続して並列配置されている。下部クラッド層１１は、結晶成長法を用いて基板１０上に下部クラッド層１１、第１下部ガイド層１２、第２下部ガイド層１３、活性層１４を順に形成したときに活性層１４が凹凸の無い平坦な面内に形成される程度の厚さとなっている。
【００２４】
第１下部ガイド層１２は、例えばｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなる。第２下部ガイド層１３は、例えばｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなり、凹部１０Ａの直上においても凹凸のほとんど無い平坦な形状となっている。
【００２５】
活性層１４は、例えばアンドープのＧａＩｎＰからなり、平坦な第２下部ガイド層１３上に形成されたものである。従って、活性層１４についても凹凸のほとんど無い平坦な形状となっている。この活性層１４において、リッジ部１９との対向領域が発光領域１４Ａとなる。発光領域１４Ａは、対向するリッジ部１９の底部（上部クラッド層１６の部分）と同等の大きさのストライプ幅を有しており、リッジ部１９で狭窄された電流が注入される電流注入領域に対応している。
【００２６】
上部ガイド層１５は、例えばｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなり、活性層１４と同様、凹凸のほとんど無い平坦な形状となっている。なお、ｐ型不純物は、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）などである。
【００２７】
上部クラッド層１６は、例えばｐ型ＡｌＩｎＰからなる。中間層１７は、例えばｐ型ＧａＩｎＰからなる。また、コンタクト層１８は、例えばｐ型ＧａＡｓからなる。ここで、上記したように、上部クラッド層１６の上部、中間層１７およびコンタクト層１８によってリッジ部１９が構成されており、リッジ部１９の上面全体に渡ってコンタクト層１８が形成されている。
【００２８】
また、この半導体レーザ１には、リッジ部１９（コンタクト層１８）の上面に上部電極２１が形成されており、リッジ部１９の側面と、上部クラッド層１６のうちリッジ部１９の形成されていない表面とに渡って保護層（図示せず）が形成されている。なお、上部電極２１は、保護層の表面上にまで延在して形成されていてもよい。また、基板１０の裏面（積層構造２０とは反対側の表面）には、下部電極２２が形成されている。
【００２９】
上部電極２１は、例えば、チタン（Ｔｉ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）をコンタクト層１８上にこの順に積層したものであり、コンタクト層１８と電気的に接続されている。また、下部電極２２は、例えば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金，ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）とを基板１０側からこの順に積層した構造を有しており、基板１０と電気的に接続されている。
【００３０】
このような構成の半導体レーザ１は、例えば次のようして製造することができる。
【００３１】
まず、基板１０の表面に、所定の幅および深さを有する複数の凹部１０Ａを一の方向に連続して形成する。次に、結晶成長法を用いて、基板１０の凹部１０Ａ側の表面上に、下部クラッド層１１、第１下部ガイド層１２、第２下部ガイド層１３、活性層１４、上部ガイド層１５、上部クラッド層１６、中間層１７、コンタクト層１８を基板１０側からこの順に積層する。これにより、基板１０と下部クラッド層１１との界面に回折格子２３Ａ，２３Ｂが形成されると共に、平坦な第２下部ガイド層１３上に活性層１４が形成される。次に、例えばドライエッチング法を用いて、上部クラッド層１６の上部、中間層１７およびコンタクト層１８を選択的にエッチングする。これにより、積層構造２０の上部にリッジ部１９が形成される。その後、絶縁層、上部電極２１、下部電極２２を形成したのち、基板１０をリッジ部１９の延在方向と直交する方向にへき開して、前端面Ｓ１および後端面Ｓ２を形成する。このようにして、本実施の形態の半導体レーザ１が製造される。
【００３２】
次に、本実施の形態の半導体レーザ１の作用について説明する。半導体レーザ１では、上部電極２１と下部電極２２との間に所定の電圧が印加されると、リッジ部１９により電流狭窄され、活性層１４の電流注入領域（発光領域１４Ａ）に電流が注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、リッジ部１９によって形成される屈折率分布に対応した導波機構によって積層構造２０内を導波すると共に、リッジ部１９の延在方向（軸方向）において対向する、一対のへき開面（前端面Ｓ１、後端面Ｓ２）(図１参照)により反射される。そして、一対のへき開面の間を往復するうちに所定の波長でレーザ発振が生じ、レーザビームとしてへき開面から外部に射出される。
【００３３】
ところで、リッジ構造を備えた一般的な半導体レーザでは、活性層の発光領域で発光した光は、リッジ構造による横方向の屈折率差によって、光導波路内に横方向から閉じ込められる。このとき、リッジ幅の狭い（５μｍ未満の）ナローストライプ型の場合には、横方向の屈折率分布はインデックスガイド型（図５（Ａ）参照）となる。このときの波面は、図６（Ａ）に示したように光導波領域ａ１において平坦となるので、回折格子との相性が良く、光導波領域全体に回折格子を設けた場合には、単一波長での発振を簡単に実現することができる。
【００３４】
しかし、リッジ幅の広いブロードエリア型の場合には、図５（Ｂ）に示したように、発光領域への電流注入によるプラズマ効果によって、リッジ構造によって形成された横方向の屈折率分布の中央領域の屈折率が減少し、屈折率分布の中央領域が下に湾曲してしまう。そのため、この場合には、横方向の屈折率分布は全領域においてインデックスガイド型とはならず、中央領域において弱いアンチガイド的な要素のあるゲインガイド型となっている。従って、半導体レーザが駆動されると、まず、実効的な屈折率分布においてインデックス性を示す領域ａ２（図５（Ｃ），図６（Ｂ）参照）でインデックスガイド的なモードが生じ、続いて、実効的な屈折率分布においてゲインガイド性を示す領域ａ３（図５（Ｃ），図６（Ｂ）参照）でゲインガイド的なモードが誘起される。その後、光導波領域の両端において形成されたモードが、光導波領域の中央において誘起されたモードと融合し、光導波領域の中央のモードを制御しながら、全体として最も閾値が低く、安定なモードを形成する（T.Asatsuma et al., Proceedings of SPIE, Vol.61040C(2006)参照）。このときの波面は、例えば、図６（Ｂ）に示したように曲がっているので、回折格子との相性が悪い。そのため、光導波領域全体に回折格子を設けた場合には、ロスが多く、不安定となるので、発振させることが極めて難しい。
【００３５】
一方、本実施の形態では、例えば、リッジ部１９と対応する帯状の光導波領域２４の両端であって、かつリッジ部１９の延在方向に延在する帯状の領域に、２つの回折格子２３Ａ，２３Ｂが形成されている。回折格子２３Ａ，２３Ｂの形成されている光導波領域２４の両端では、図６（Ｂ）に示したようにインデックスガイドに起因して波面が平坦になっている。そのため、ブロードエリア型でありながら、回折格子２３Ａ，２３Ｂによるフィードバックにより、まず、光導波領域２４の両端において所定の波長での発振が生じる。
【００３６】
このとき、回折格子２３Ａ，２３Ｂの幅Ｗ１，Ｗ２を互いに等しくしつつ、回折格子２３Ａ，２３ＢのピッチＰ１，Ｐ２も互いに等しくした場合には、光導波領域２４の両端において、単一波長で発振させることが可能である。また、回折格子２３Ａ，２３Ｂの幅Ｗ１，Ｗ２を互いに等しくしつつ、回折格子２３Ａ，２３ＢのピッチＰ１，Ｐ２を互いに異ならせた場合や、回折格子２３Ａ，２３ＢのピッチＰ１，Ｐ２を互いに等しくしつつ、回折格子２３Ａ，２３Ｂの幅Ｗ１，Ｗ２を互いに異ならせた場合には、光導波領域２４の両端において、異なる波長で独立に動作させることが可能である。
【００３７】
一方、光導波領域２４の中央ではゲインガイドに起因して波面が曲がっており、光導波領域２４の両端の波面とは異なる位相となっている。しかし、回折格子２３Ａ，２３Ｂは光導波領域２４の全体に形成されている訳ではなく、光導波領域２４の両端にだけ形成されているので、光導波領域２４全体に回折格子を設けたときのようなロスが生じることはない。そのため、光導波領域２４の両端における発振に引きずられて、光導波領域２４の中央において発振が誘起され、縦モードが安定化する。
【００３８】
このとき、半導体レーザ１が例えばＣＷ駆動されている場合には、光導波領域２４の中央の発振波長を光導波領域２４の両端の発振波長と同一の波長に固定することができる。例えば、回折格子が設けられていないタイプのブロードエリア型の半導体レーザ１をＣＷ駆動し、図７に示したようなＮＦＰとなっているときに、図中のａ〜ｇの各点における波長分布を計測してみた。すると、例えば、図８に示したように、ａ〜ｇのいずれの点においても、波長がほぼ同一となっており、光導波領域２４全体においてコヒーレントな発振が生じていることがわかった。このことから、本実施の形態において、半導体レーザ１をＣＷ駆動し、かつ回折格子２３Ａ，２３Ｂによって光導波領域２４の両端の発振波長を互いに等しい波長（単一波長）に固定した場合には、光導波領域２４全体においてコヒーレントな発振を生じさせることが可能である。
【００３９】
また、半導体レーザ１が例えばパルス駆動されている場合には、光導波領域２４の中央での発振波長を光導波領域２４の両端での発振波長と異ならせることができる。例えば、回折格子が設けられていないタイプのブロードエリア型の半導体レーザ１をパルス駆動し、図９に示したようなＮＦＰとなっているときに、図中のａ〜ｇの各点における波長分布を計測してみた。すると、例えば、図１０に示したように、光導波領域２４の中央に対応するｃ〜ｆ点での波長が光導波領域２４の両端に対応するａ，ｂ，ｇ点での波長よりも短くなっており、インコヒーレントな発振が生じていることがわかった。このことから、本実施の形態において、半導体レーザ１をパルス駆動し、かつ回折格子２３Ａ，２３Ｂによって光導波領域２４の両端を互いに異なる波長で独立に動作させた場合には、光導波領域２４全体においてインコヒーレントな発振を生じさせることが可能である。
【００４０】
以上のことから、リッジ部１９と対応する帯状の光導波領域２４の一部（両端）であって、かつリッジ部２４の延在方向に延在する帯状の領域に、回折格子２３Ａ，２３Ｂを形成することにより、ブロードエリア型の半導体レーザにおいて縦モードを安定化させることができる。その結果、ＤＦＢを用いた波長制御を、ブロードエリア型の半導体レーザにおいて実用レベルで達成することができる。
【００４１】
また、ブロードエリア型の半導体レーザにおいて、波長制御をすることができるようになったことから、以下のようなメリットが得られる。まず、本実施の形態の半導体レーザ１を固体レーザ励起に用いる場合には、その吸収波長域に半導体レーザ１の発振波長を合せることが容易になるので、ポンピング効率を高く、安定化することができる。また、本実施の形態の半導体レーザ１を加工や医療応用に用いる場合には、被照射試料の吸収波長に半導体レーザ１の発振波長を合せることが容易になるので、加工効率や加工精度、信頼性を向上させることができる。また、本実施の形態の半導体レーザ１をディスプレイ応用に用いる場合には、波長をマルチモード化し、波長幅を拡大することにより、スペックルノイズの発生を抑えることができるので、よりスムースで美しい画像を表現することができる。また、光導波領域２４の両端のインデックスガイドの存在によって、横モードの安定性も増すので、フィラメント形成が抑制され、不安定な発振や、戻り光または注入光によるフィラメント形成による不安定性が抑制される。その結果、レーザ動作を安定化することができる。また、横モードや縦モードの不安定性に起因するモードの揺らぎが抑制されるので、その点からもレーザ動作を安定化することができる。
【００４２】
[第１の変形例]
上記実施の形態では、回折格子２３Ａ，２３Ｂを、光導波領域２４の両端にだけ形成した場合について説明したが、例えば、図１１（断面図）、図１２（基板１０の上面図）に示したように、さらに、回折格子２３Ａ，２３Ｂとは別個に、回折格子２３Ｃを光導波領域２４の中央に形成することも可能である。
【００４３】
回折格子２３Ｃは、回折格子２３Ａ，２３Ｂと同様、基板１０に形成された複数の凹部１０Ａと、下部クラッド層１１に形成された複数の凸部１１Ａとの組み合わせにより形成されている。この回折格子２３Ｃは、基板１０とｎ型クラッド層１１との界面に形成されており、かつ、光導波領域２４のうち、当該光導波領域２４の幅方向の中央に形成されている。回折格子２３Ｃの幅Ｗ３は、光導波領域２４の幅ＷＩよりも十分に狭く、例えば、２μｍ以上５μｍ以下となっている。回折格子２３Ｃと、回折格子２３Ａまたは回折格子２３Ｂとの間には、他の回折格子は形成されておらず、平坦面が広がっている。
【００４４】
回折格子２３Ｃの幅Ｗ３は、回折格子２３Ａの幅Ｗ１または回折格子２３Ｂの幅Ｗ２と実効的に互いに等しくなっていてもよいし、実効的に互いに異なっていてもよい。また、回折格子２３ＣのピッチＰ３についても、回折格子２３ＡのピッチＰ１または回折格子２３ＢのピッチＰ２と実効的に互いに等しくなっていてもよいし、実効的に互いに異なっていてもよい。なお、回折格子２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃの幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を実効的に互いに等しくしつつ、回折格子２３Ａ，２３Ｂ，２３ＣのピッチＰ１，Ｐ２，Ｐ３を実効的に互いに等しくした場合には、光導波領域２４全体においてコヒーレントな発振を生じさせることが可能である。また、回折格子２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃの幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を実効的に互いに等しくしつつ、回折格子２３ＣのピッチＰ３を回折格子２３Ａ，２３ＢのピッチＰ１，Ｐ２（Ｐ１＝Ｐ２、またはＰ１≠Ｐ２）と実効的に互いに異ならせた場合や、回折格子２３Ａ，２３Ｂ，２３ＣのピッチＰ１，Ｐ２，Ｐ３を実効的に互いに等しくしつつ、回折格子２３Ｃの幅Ｗ３を回折格子２３Ａ，２３Ｂの幅Ｗ１，Ｗ２（Ｗ１＝Ｗ２、またはＷ１≠Ｗ２）と実効的に互いに異ならせた場合には、光導波領域２４全体においてインコヒーレントな発振を生じさせることができる。
【００４５】
例えば、半導体レーザ１が例えばパルス駆動されている場合には、光導波領域２４の中央での発振波長を光導波領域２４の両端での発振波長と異ならせることができる。例えば、本変形例において、半導体レーザ１をＣＷ駆動し、かつ回折格子２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃによってそれぞれの領域の発振波長を互いに等しい波長（単一波長）に固定した場合には、光導波領域２４全体においてコヒーレントな発振を生じさせることが可能である。また、本変形例において、半導体レーザ１をパルス駆動し、かつ回折格子２３Ａ，２３Ｂによって光導波領域２４の両端の発振波長を互いに等しい波長（単一波長）に固定し、回折格子２３Ｃによって光導波領域２４の中央の発振波長を光導波領域２４の両端の発振波長とは異なる波長（例えば短波長）に固定した場合や、回折格子２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃによってそれぞれの領域の発振波長を互いに異なる波長で独立に動作させた場合には、光導波領域２４全体においてインコヒーレントな発振を生じさせることが可能である。
【００４６】
以上のことから、リッジ部１９と対応する帯状の光導波領域２４の一部（両端および中央）であって、かつリッジ部２４の延在方向に延在する帯状の領域に、回折格子２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃを形成することにより、ブロードエリア型の半導体レーザにおいて縦モードを安定化させることができる。その結果、ＤＦＢを用いた波長制御を、ブロードエリア型の半導体レーザにおいて実用レベルで達成することができる。
【００４７】
[第２の変形例]
上記実施の形態および第１の変形例では、回折格子２３Ａ，２３Ｂを、光導波領域２４の両端に形成した場合について説明したが、例えば、図１３（断面図）、図１４（基板１０の上面図）に示したように、回折格子２３Ｃを光導波領域２４の中央にだけ形成することも可能である。
【００４８】
そのようにした場合には、光導波領域２４の両端において活性層１４のバンドギャップに応じた波長で発振が生じ、光導波領域２４の中央において回折格子２３Ｃによるフィードバックにより所定の波長での発振が生じる。このとき、活性層１４のバンドギャップは素子の温度や注入電流量などに応じて変化するので、光導波領域２４の中央の発振波長を固定しつつ、付帯状況によって光導波領域２４の両端の発振波長を変化させることができる。例えば、パワーを上げることにより光導波領域２４の中央と両端との波長差を大きくすることができる場合には、注入電流量を制御することにより、半導体レーザ１をコヒーレントに動作させたり、インコヒーレントに動作させたりするスイッチングが可能となる。このようなスイッチングは加工やディスプレイ応用において有用となる可能性がある。
【００４９】
このように、リッジ部１９と対応する帯状の光導波領域２４の一部（中央）であって、かつリッジ部２４の延在方向に延在する帯状の領域に、回折格子２３Ｃを形成することにより、ブロードエリア型の半導体レーザにおいて縦モードを安定化させることができる。その結果、ＤＦＢを用いた波長制御を、ブロードエリア型の半導体レーザにおいて実用レベルで達成することができる。
【００５０】
［第２の実施の形態］
図１５は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザ２の断面構成を表すものである。図１６は、図１５の半導体レーザ２の上部ガイド層１５の上面構成を表すものである。
【００５１】
本実施の形態の半導体レーザ２は、上部ガイド層１５の上面の所定の部位に複数の凹部１５Ａを有している点で、基板１０の上面の所定の部位に複数の凹部１０Ａを有していた上記実施の形態の半導体レーザ１の構成と相違する。そこで、以下、上記実施の形態との相違点について主に説明し、上記実施の形態との共通点についての説明を適宜省略する。
【００５２】
複数の凹部１５Ａは、リッジ部１９と対応する帯状の光導波領域２４（リッジ部１９との対向領域を含む、幅ＷＩの帯状の領域）の一部であって、かつリッジ部１９の延在方向に延在する帯状の領域に、リッジ部１９の延在方向に連続して並列配置されている。各凹部１５Ａの、リッジ部１９の延在方向の断面が、例えば、上記実施の形態の凹部１０Ａと同様、ほぼ三角形状となっている。従って、帯状の領域に並列配置された複数の凹部１５Ａは、後述の複数の凸部１６Ａとの組み合わせにより、リッジ部１９の延在方向において対向する一対の反射ミラー（前端面Ｓ１，後端面Ｓ２）で反射され、発振する光を波長選択する回折格子（２５Ａ，２５Ｂ）として機能する。
【００５３】
回折格子２５Ａ，２５Ｂは、図１５に示したように、上部ガイド層１５と上部クラッド層１６との界面に形成されている。これら回折格子２５Ａ，２５Ｂは、例えば、図１６に示したように、光導波領域２４のうち、当該光導波領域２４の幅方向の両端に形成されている。回折格子２５Ａ，２５Ｂの幅Ｗ１，Ｗ２は、光導波領域２４の幅ＷＩよりも十分に狭く、例えば、２μｍ以上５μｍ以下となっている。回折格子２５Ａと回折格子２５Ｂとの間（光導波領域２４の中央）には、他の回折格子は形成されておらず、平坦面が広がっている。なお、図１６では、回折格子２５Ａ，２５Ｂの外側（光導波領域２４の外側）に平坦面が広がっている場合が例示されているが、回折格子２５Ａ，２５Ｂが連続して形成されていてもよい。ただし、その場合には、回折格子２５Ａ，２５Ｂのうち光導波領域２４の両端に対応する部分の幅がそれぞれ、例えば、２μｍ以上５μｍ以下となっている。
【００５４】
回折格子２５Ａ，２５Ｂの幅Ｗ１，Ｗ２は互いに等しくなっていてもよいし、互いに異なっていてもよい。また、回折格子２５Ａ，２５ＢのピッチＰ１，Ｐ２についても、互いに等しくなっていてもよいし、互いに異なっていてもよい。なお、回折格子２５Ａ，２５Ｂの幅Ｗ１，Ｗ２を互いに等しくしつつ、回折格子２５Ａ，２５ＢのピッチＰ１，Ｐ２も互いに等しくした場合には、光導波領域２４全体において、単一波長で動作させることが可能である。また、回折格子２５Ａ，２５Ｂの幅Ｗ１，Ｗ２を互いに等しくしつつ、回折格子２５Ａ，２５ＢのピッチＰ１，Ｐ２を互いに異ならせた場合や、回折格子２５Ａ，２５ＢのピッチＰ１，Ｐ２を互いに等しくしつつ、回折格子２５Ａ，２５Ｂの幅Ｗ１，Ｗ２を互いに異ならせた場合には、光導波領域２４全体において、強制的にマルチモードで動作させることが可能である。
【００５５】
上部クラッド層１６は、上部ガイド層１５の各凹部１５Ａに対応する領域に、複数の凸部１６Ａを有している。凸部１６Ａは、上部ガイド層１５の凹部１５Ａを埋め込むようにして形成されている。そのため、複数の凸部１６Ａは、基板１０側に突出した凸形状となっており、リッジ部１９の延在方向に連続して並列配置されている。
【００５６】
本実施の形態では、上述したように、例えば、リッジ部１９と対応する帯状の光導波領域２４の両端であって、かつリッジ部１９の延在方向に延在する帯状の領域に、２つの回折格子２５Ａ，２５Ｂが形成されている。回折格子２５Ａ，２５Ｂの形成されている光導波領域２４の両端では、図６（Ｂ）に示したようにインデックスガイドに起因して波面が平坦になっている。そのため、ブロードエリア型でありながら、回折格子２５Ａ，２５Ｂによるフィードバックにより、まず、光導波領域２４の両端において所定の波長での発振が生じる。
【００５７】
このとき、回折格子２５Ａ，２５Ｂの幅Ｗ１，Ｗ２を互いに等しくしつつ、回折格子２５Ａ，２５ＢのピッチＰ１，Ｐ２も互いに等しくした場合には、光導波領域２４の両端において、単一波長で発振させることが可能である。また、回折格子２５Ａ，２５Ｂの幅Ｗ１，Ｗ２を互いに等しくしつつ、回折格子２５Ａ，２５ＢのピッチＰ１，Ｐ２を互いに異ならせた場合や、回折格子２５Ａ，２５ＢのピッチＰ１，Ｐ２を互いに等しくしつつ、回折格子２５Ａ，２５Ｂの幅Ｗ１，Ｗ２を互いに異ならせた場合には、光導波領域２４の両端において、異なる波長で独立に動作させることが可能である。
【００５８】
一方、光導波領域２４の中央ではゲインガイドに起因して波面が曲がっており、光導波領域２４の両端の波面とは異なる位相となっている。しかし、回折格子２５Ａ，２５Ｂは光導波領域２４の全体に形成されている訳ではなく、光導波領域２４の両端にだけ形成されているので、光導波領域２４全体に回折格子を設けたときのようなロスが生じることはない。そのため、光導波領域２４の両端における発振に引きずられて、光導波領域２４の中央において発振が誘起される。
【００５９】
このとき、半導体レーザ２をＣＷ駆動し、かつ回折格子２５Ａ，２５Ｂによって光導波領域２４の両端の発振波長を互いに等しい波長（単一波長）に固定した場合には、光導波領域２４全体においてコヒーレントな発振を生じさせることが可能である。また、半導体レーザ２をパルス駆動し、かつ回折格子２５Ａ，２５Ｂによって光導波領域２４の両端を互いに異なる波長で独立に動作させた場合には、光導波領域２４全体においてインコヒーレントな発振を生じさせることが可能である。
【００６０】
以上のことから、リッジ部１９と対応する帯状の光導波領域２４の一部（両端）であって、かつリッジ部２４の延在方向に延在する帯状の領域に、回折格子２５Ａ，２５Ｂを形成することにより、ブロードエリア型の半導体レーザにおいて縦モードを安定化させることができる。その結果、ＤＦＢを用いた波長制御を、ブロードエリア型の半導体レーザにおいて実用レベルで達成することができる。
【００６１】
[第１の変形例]
上記第２の実施の形態では、回折格子２５Ａ，２５Ｂを、光導波領域２４の両端にだけ形成した場合について説明したが、例えば、図１７（断面図）、図１８（上部ガイド層１５の上面図）に示したように、さらに、回折格子２５Ａ，２５Ｂとは別個に、回折格子２５Ｃを光導波領域２４の中央に形成することも可能である。
【００６２】
回折格子２５Ｃは、回折格子２５Ａ，２５Ｂと同様、上部ガイド層１５に形成された複数の凹部１５Ａと、上部クラッド層１６に形成された複数の凸部１６Ａとの組み合わせにより形成されている。この回折格子２５Ｃは、上部ガイド層１５と上部クラッド層１６との界面に形成されており、かつ、光導波領域２４のうち、当該光導波領域２４の幅方向の中央に形成されている。回折格子２５Ｃの幅Ｗ３は、光導波領域２４の幅ＷＩよりも十分に狭く、例えば、２μｍ以上５μｍ以下となっている。回折格子２５Ｃと、回折格子２５Ａまたは回折格子２５Ｂとの間には、他の回折格子は形成されておらず、平坦面が広がっている。
【００６３】
回折格子２５Ｃの幅Ｗ３は、回折格子２５Ａの幅Ｗ１または回折格子２５Ｂの幅Ｗ２と実効的に互いに等しくなっていてもよいし、実効的に互いに異なっていてもよい。また、回折格子２５ＣのピッチＰ３についても、回折格子２５ＡのピッチＰ１または回折格子２５ＢのピッチＰ２と実効的に互いに等しくなっていてもよいし、実効的に互いに異なっていてもよい。なお、回折格子２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃの幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を実効的に互いに等しくしつつ、回折格子２５Ａ，２５Ｂ，２５ＣのピッチＰ１，Ｐ２，Ｐ３を実効的に互いに等しくした場合には、光導波領域２４全体においてコヒーレントな発振を生じさせることが可能である。また、回折格子２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃの幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を実効的に互いに等しくしつつ、回折格子２５ＣのピッチＰ３を回折格子２５Ａ，２５ＢのピッチＰ１，Ｐ２（Ｐ１＝Ｐ２、またはＰ１≠Ｐ２）と実効的に互いに異ならせた場合や、回折格子２５Ａ，２５Ｂ，２５ＣのピッチＰ１，Ｐ２，Ｐ３を実効的に互いに等しくしつつ、回折格子２５Ｃの幅Ｗ３を回折格子２５Ａ，２５Ｂの幅Ｗ１，Ｗ２（Ｗ１＝Ｗ２、またはＷ１≠Ｗ２）と実効的に互いに異ならせた場合には、光導波領域２４全体においてインコヒーレントな発振を生じさせることができる。
【００６４】
例えば、半導体レーザ２が例えばパルス駆動されている場合には、光導波領域２４の中央での発振波長を光導波領域２４の両端での発振波長と異ならせることができる。例えば、本変形例において、半導体レーザ２をＣＷ駆動し、かつ回折格子２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃによってそれぞれの領域の発振波長を互いに等しい波長（単一波長）に固定した場合には、光導波領域２４全体においてコヒーレントな発振を生じさせることが可能である。また、本変形例において、半導体レーザ２をパルス駆動し、かつ回折格子２５Ａ，２５Ｂによって光導波領域２４の両端の発振波長を互いに等しい波長（単一波長）に固定し、回折格子２５Ｃによって光導波領域２４の中央の発振波長を光導波領域２４の両端の発振波長とは異なる波長（例えば短波長）に固定した場合や、回折格子２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃによってそれぞれの領域の発振波長を互いに異なる波長で独立に動作させた場合には、光導波領域２４全体においてインコヒーレントな発振を生じさせることが可能である。
【００６５】
以上のことから、リッジ部１９と対応する帯状の光導波領域２４の一部（両端および中央）であって、かつリッジ部２４の延在方向に延在する帯状の領域に、回折格子２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃを形成することにより、ブロードエリア型の半導体レーザにおいて縦モードを安定化させることができる。その結果、ＤＦＢを用いた波長制御を、ブロードエリア型の半導体レーザにおいて実用レベルで達成することができる。
【００６６】
[第２の変形例]
上記第２の実施の形態およびその変形例では、回折格子２５Ａ，２５Ｂを、光導波領域２４の両端に形成した場合について説明したが、例えば、図１９（断面図）、図２０（上部ガイド層１５の上面図）に示したように、回折格子２５Ｃを光導波領域２４の中央にだけ形成することも可能である。
【００６７】
そのようにした場合には、光導波領域２４の両端において活性層１４のバンドギャップに応じた波長で発振が生じ、光導波領域２４の中央において回折格子２５Ｃによるフィードバックにより所定の波長での発振が生じる。このとき、活性層１４のバンドギャップは素子の温度や注入電流量などに応じて変化するので、光導波領域２４の中央の発振波長を固定しつつ、付帯状況によって光導波領域２４の両端の発振波長を変化させることができる。例えば、パワーを上げることにより光導波領域２４の中央と両端との波長差を大きくすることができる場合には、注入電流量を制御することにより、半導体レーザ２をコヒーレントに動作させたり、インコヒーレントに動作させたりするスイッチングが可能となる。このようなスイッチングは加工やディスプレイ応用において有用となる可能性がある。
【００６８】
このように、リッジ部１９と対応する帯状の光導波領域２４の一部（中央）であって、かつリッジ部２４の延在方向に延在する帯状の領域に、回折格子２５Ｃを形成することにより、ブロードエリア型の半導体レーザにおいて縦モードを安定化させることができる。その結果、ＤＦＢを用いた波長制御を、ブロードエリア型の半導体レーザにおいて実用レベルで達成することができる。
【００６９】
[第３の変形例]
上記第２の実施の形態およびその変形例では、回折格子２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃは、上部ガイド層１５と上部クラッド層１６との界面に形成されていたが、例えば、図示しないが、第１下部ガイド層１３と第２下部ガイド層１４との界面や、下部クラッド層１１と第１下部ガイド層１３との界面に形成されていてもよい。
【００７０】
［第３の実施の形態］
図２１は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体レーザ３の断面構成を表すものである。図２２は、図２１の半導体レーザ３の上部クラッド層１６の上面構成を表すものである。
【００７１】
本実施の形態の半導体レーザ３は、上部クラッド層１６の上面の所定の部位に複数の凹部１６Ａを有している点で、基板１０の上面の所定の部位に複数の凹部１０Ａを有していた上記第１の実施の形態の半導体レーザ１の構成と相違する。そこで、以下、上記実施の形態との相違点について主に説明し、上記実施の形態との共通点についての説明を適宜省略する。
【００７２】
複数の凹部１６Ａは、積層構造２０のうちリッジ部１９の両脇（裾野）であって、かつリッジ部１９の延在方向に延在する帯状の領域に、リッジ部１９の延在方向に連続して並列配置されている。各凹部１６Ａの、リッジ部１９の延在方向の断面が、例えば、上記実施の形態の凹部１０Ａと同様、ほぼ三角形状となっている。従って、帯状の領域に並列配置された複数の凹部１６Ａは、上部クラッド層１６のうちリッジ部１９の両脇の表面に接する媒体（例えば、保護膜や空気など）との組み合わせにより、リッジ部１９の延在方向において対向する一対の反射ミラー（前端面Ｓ１，後端面Ｓ２）で反射され、発振する光を波長選択する回折格子（２６Ａ，２６Ｂ）として機能する。
【００７３】
回折格子２６Ａ，２６Ｂは、図２１に示したように、上部クラッド層１６のうちリッジ部１９の両脇の表面に形成されている。これら回折格子２６Ａ，２６Ｂは、例えば、図２２に示したように、光導波領域２４のうち、当該光導波領域２４の幅方向の両端に形成されている。回折格子２６Ａ，２６Ｂの幅Ｗ１，Ｗ２は、光導波領域２４の幅ＷＩよりも十分に狭く、例えば、２μｍ以上５μｍ以下となっている。回折格子２６Ａと回折格子２６Ｂとの間（光導波領域２４の中央）には、他の回折格子は形成されていない。なお、図２２では、回折格子２６Ａ，２６Ｂの外側（光導波領域２４の外側）に平坦面が広がっている場合が例示されているが、回折格子２６Ａ，２６Ｂが連続して形成されていてもよい。ただし、その場合には、回折格子２６Ａ，２６Ｂのうち光導波領域２４の両端に対応する部分の幅がそれぞれ、例えば、２μｍ以上５μｍ以下となっている。
【００７４】
回折格子２６Ａ，２６Ｂの幅Ｗ１，Ｗ２は互いに等しくなっていてもよいし、互いに異なっていてもよい。また、回折格子２６Ａ，２６ＢのピッチＰ１，Ｐ２についても、互いに等しくなっていてもよいし、互いに異なっていてもよい。なお、回折格子２６Ａ，２６Ｂの幅Ｗ１，Ｗ２を互いに等しくしつつ、回折格子２６Ａ，２６ＢのピッチＰ１，Ｐ２も互いに等しくした場合には、光導波領域２４全体において、単一波長で動作させることが可能である。また、回折格子２６Ａ，２６Ｂの幅Ｗ１，Ｗ２を互いに等しくしつつ、回折格子２６Ａ，２６ＢのピッチＰ１，Ｐ２を互いに異ならせた場合や、回折格子２６Ａ，２６ＢのピッチＰ１，Ｐ２を互いに等しくしつつ、回折格子２６Ａ，２６Ｂの幅Ｗ１，Ｗ２を互いに異ならせた場合には、光導波領域２４全体において、強制的にマルチモードで動作させることが可能である。
【００７５】
本実施の形態では、上述したように、例えば、リッジ部１９と対応する帯状の光導波領域２４の両端であって、かつリッジ部１９の延在方向に延在する帯状の領域に、２つの回折格子２６Ａ，２６Ｂが形成されている。回折格子２６Ａ，２６Ｂの形成されている光導波領域２４の両端では、図６（Ｂ）に示したようにインデックスガイドに起因して波面が平坦になっている。そのため、ブロードエリア型でありながら、回折格子２６Ａ，２６Ｂによるフィードバックにより、まず、光導波領域２４の両端において所定の波長での発振が生じる。
【００７６】
このとき、回折格子２６Ａ，２６Ｂの幅Ｗ１，Ｗ２を互いに等しくしつつ、回折格子２６Ａ，２６ＢのピッチＰ１，Ｐ２も互いに等しくした場合には、光導波領域２４の両端において、単一波長で発振させることが可能である。また、回折格子２６Ａ，２６Ｂの幅Ｗ１，Ｗ２を互いに等しくしつつ、回折格子２６Ａ，２６ＢのピッチＰ１，Ｐ２を互いに異ならせた場合や、回折格子２６Ａ，２６ＢのピッチＰ１，Ｐ２を互いに等しくしつつ、回折格子２６Ａ，２６Ｂの幅Ｗ１，Ｗ２を互いに異ならせた場合には、光導波領域２４の両端において、異なる波長で独立に動作させることが可能である。
【００７７】
一方、光導波領域２４の中央ではゲインガイドに起因して波面が曲がっており、光導波領域２４の両端の波面とは異なる位相となっている。しかし、回折格子２６Ａ，２６Ｂは光導波領域２４の全体に形成されている訳ではなく、光導波領域２４の両端にだけ形成されているので、光導波領域２４全体に回折格子を設けたときのようなロスが生じることはない。そのため、光導波領域２４の両端における発振に引きずられて、光導波領域２４の中央において発振が誘起される。
【００７８】
このとき、半導体レーザ３をＣＷ駆動し、かつ回折格子２６Ａ，２６Ｂによって光導波領域２４の両端の発振波長を互いに等しい波長（単一波長）に固定した場合には、光導波領域２４全体においてコヒーレントな発振を生じさせることが可能である。また、半導体レーザ３をパルス駆動し、かつ回折格子２６Ａ，２６Ｂによって光導波領域２４の両端を互いに異なる波長で独立に動作させた場合には、光導波領域２４全体においてインコヒーレントな発振を生じさせることが可能である。
【００７９】
以上のことから、リッジ部１９と対応する帯状の光導波領域２４の一部（両端）であって、かつリッジ部２４の延在方向に延在する帯状の領域に、回折格子２６Ａ，２６Ｂを形成することにより、ブロードエリア型の半導体レーザにおいて縦モードを安定化させることができる。その結果、ＤＦＢを用いた波長制御を、ブロードエリア型の半導体レーザにおいて実用レベルで達成することができる。
【００８０】
以上、実施の形態およびその変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形可能である。
【００８１】
例えば、上記実施の形態等では、半導体レーザに含まれるリッジ部１９の数が１つとなっている場合について説明したが、例えば、図２３に示したように、２つ以上となっていてもよい。この場合には、リッジ部１９ごとに回折格子を設けることになる。
【００８２】
ところで、回折格子を設けていないブロードエリア型の半導体レーザアレイでは、個々のエミッタは光学的には独立に（インコヒーレント）に動作しており、発振波長はエミッタごとに少しずつ異なっている。そのため、通常は、マルチモードのレーザになっている。しかし、ブロードエリア型の半導体レーザアレイに対して本発明の回折格子を適用した場合であって、かつエミッタごとの回折格子の幅およびピッチを互いに等しくしたときには、波長がほぼ単一波長に制御されたコヒーレントなレーザビームを高出力で射出することが可能となる。また、その逆に、ブロードエリア型の半導体レーザアレイに対して本発明の回折格子を適用した場合であって、かつそれぞれの回折格子の幅およびピッチの少なくとも一方を互いに異ならせたときには、アレイ全体としての発振波長の幅を制御することが可能となる。その結果、コヒーレンシーの低い、ＬＥＤに似た光を生成することも可能である。そのようにした場合には、スペックルを低減することができるので、ディスプレイ応用などに非常に有用である。
【００８３】
また、上記実施の形態等では、ＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体レーザを例にして本発明を説明したが、他の化合物半導体レーザ、例えばＡｌＩｎＰ系、ＧａＩｎＡｓＰ系などの赤色半導体レーザ、ＧａＩｎＮ系およびＡｌＧａＩｎＮ系などの窒化ガリウム系の半導体レーザ、ＺｎＣｄＭｇＳＳｅＴｅなどのＩＩ−ＶＩ族の半導体レーザにも適用可能である。また、ＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＩｎＰ系、ＧａＩｎＡｓＮＰ系などの、発振波長が可視域とは限らないような半導体レーザにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの上面図である。
【図２】図１の半導体レーザのＡ−Ａ矢視方向の断面図である。
【図３】図１の基板の上面図である。
【図４】図３の基板のＡ−Ａ矢視方向の断面図である。
【図５】リッジ構造を備えた一般的な半導体レーザの横方向の屈折率分布の一例を表した分布図である。
【図６】波面について説明するための概念図である。
【図７】ブロードエリア型の半導体レーザをＣＷ駆動したときのＮＦＰの一例について表した分布図である。
【図８】図７のａ〜gの各点における波長分布を表した分布図である。
【図９】ブロードエリア型の半導体レーザをパルス駆動したときのＮＦＰの一例について表した分布図である。
【図１０】図９のａ〜gの各点における波長分布を表した分布図である。
【図１１】図１の半導体レーザの一変形例の断面図である。
【図１２】図１１の基板の上面図である。
【図１３】図１の半導体レーザの他の変形例の断面図である。
【図１４】図１３の基板の上面図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザの断面図である。
【図１６】図１の上部ガイド層の上面図である。
【図１７】図１５の半導体レーザの一変形例の断面図である。
【図１８】図１７の上部ガイド層の上面図である。
【図１９】図１５の半導体レーザの他の変形例の断面図である。
【図２０】図１９の上部ガイド層の上面図である。
【図２１】本発明の第３の実施の形態に係る半導体レーザの断面図である。
【図２２】図２１の上部クラッド層の上面図である。
【図２３】図１の半導体レーザのその他の変形例の断面図である。
【符号の説明】
【００８５】
１，２，３…半導体レーザ、１０…基板、１０Ａ…凹部、１１…下部クラッド層、１１Ａ…凸部、１２…第１下部ガイド層、１３…第２下部ガイド層、１４…活性層、１４Ａ…発光領域、１５…上部ガイド層、１６…上部クラッド層、１７…中間層、１８…コンタクト層、１９…リッジ部、２０…積層構造、２１…上部電極、２２…下部電極、２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２６Ａ，２６Ｂ…回折格子、２４…光導波領域、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…ピッチ、Ｓ１…前端面、Ｓ２…後端面、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，ＷＩ，ＷＲ…幅。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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