JP2000049412A - 半導体レーザ素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 広い波長範囲で連続チューニングの可能な半
導体レーザ素子を提供する。 【解決手段】 半導体レーザ素子１００は，均一な格子
周期を持つ第１ブラッグ回折格子１５０ａが形成された
第１受動導波路１１０ａと，不均一な格子周期を持つ第
２ブラッグ回折格子１５０ｃが形成された第２受動導波
路１１０ｃと，第１受動導波路１１０ａと第２受動導波
路１１０ｃとを接続する活性導波路１１０ｂにを備えて
いる。ここで，第２ブラッグ回折格子１５０ｃの格子周
期は，活性導波路１１０ｂから離れるに連れて長くなっ
ている。したがって，第２受動導波路１１０ｃでの光Ｐ
１の反射位置が波長依存性を示し，モード飛びを起こさ
ずに波長チューニングが可能となる。結果として，連続
チューニング可能な波長範囲が拡大する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，半導体レーザ素子
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年，光通信技術や光情報処理技術の発
展に伴って，発振波長可変型の半導体レーザ素子には，
広い波長範囲で連続的にチューニングできる波長可変機
能が要求されている。かかる状況において，従来，例え
ば，Ｓ．Ｍｕｒａｔａ ｅｔａｌ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
Ｌｅｔｔ．ｖｏｌ２３．Ｎｏ８，１９８７（ｐ４０３〜
ｐ４０５）には，７〜８ｎｍ程度の波長範囲で波長チュ
ーニングを行うことができる半導体レーザ素子が開示さ
れている。

【０００３】ここで，上記文献に開示されている従来の
半導体レーザ素子について，図９を参照しながら，半導
体レーザ素子４００を例示して簡単に説明する。図９に
示すように，半導体レーザ素子４００は，活性領域４０
０ａとＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ
Ｒｅｆｒｅｃｔｏｒ；分布ブラッグ反射）領域４００ｃ
との間に位相調整領域４００ｂを設けた構成を有するＤ
ＢＲレーザである。

【０００４】かかる半導体レーザ素子４００において，
活性領域４００ａには活性導波路４１０ａが形成されて
いる。活性領域４００ａでは，かかる活性導波路４１０
ａに第１電極４６０ａを介して電流Ｉ４ａを注入するこ
とで，光Ｐ４を発生させることができる。

【０００５】また，位相調整領域４００ｂには位相調整
導波路４１０ｂが形成されている。位相調整領域４００
ｂでは，かかる位相調整導波路４１０ｂに第２電極４６
０ｂを介して電流Ｉ４ｂを注入することで，光Ｐ４の位
相調整をすることができる。

【０００６】さらに，ＤＢＲ領域４００ｃには受動導波
路４１０ｃが形成されている。ＤＢＲ領域４００ｃで
は，かかる受動導波路４１０ｃに形成されたブラッグ回
折格子４５０ｃの作用によって，光Ｐ４の選択的反射に
よりレーザ光Ｌ４を形成することができる。

【０００７】かかる構成を有する半導体レーザ素子４０
０の発振波長は，光Ｐ４が伝搬する光路長とブラッグ回
折格子４５０ｃの格子周期とに依存して変化する。した
がって，位相調整導波路４１０ｂに注入する電流Ｉ４ｂ
と受動導波路４１０ｃに第３電極を介して注入する電流
Ｉ４ｃとを調整することによって，波長チューニングを
行うことができる。特に，電流Ｉ４ｂと電流Ｉ４ｃとの
比を最適化した場合には，発振波長の連続チューニング
を実現することが可能である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，上記従
来の半導体レーザ素子４００では，位相調整領域４００
ｂにおける光Ｐ４の位相調整を十分に行うことができな
かった。したがって，離散チューニングは７〜８ｎｍ程
度の波長範囲で実施できるにもかかわらず，連続チュー
ニングは４ｎｍ程度の波長範囲でしか実施することがで
きなかった。

【０００９】さらに，半導体レーザ素子４００において
は，波長チューニングに際して，電流Ｉ４ｂと電流Ｉ４
ｃとをそれぞれ調整する必要がある。特に，連続チュー
ニングに際しては，電流Ｉ４ｂと電流Ｉ４ｃとを，両者
の比を最適化しながらそれぞれ調整する必要がある。結
果として，従来の半導体レーザ素子４００は，波長チュ
ーニングの操作が複雑化せざるを得ない。

【００１０】また，従来において，特開平７−２８４７
３には，光の進行方向に対して周期の変化した回折格子
が形成された一方の導波路を有する方向性結合器と，半
導体レーザ素子とが，導電型の同一基板上に集積され
た，半導体レーザ素子が開示されている。しかし，かか
る従来の半導体レーザ素子は，構成が大型化し，コスト
的にも不利であった。

【００１１】本発明は，従来の半導体レーザ素子が有す
る上記問題点に鑑みてなされたものであり，広い波長範
囲において発振波長の連続チューニングを実施すること
ができる，新規かつ改良された半導体レーザ素子を提供
することを目的とする。さらに，本発明の他の目的は，
簡素な構成を持ち，簡単な操作で波長チューニングを実
施することができる，新規かつ改良された半導体レーザ
素子を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に，請求項１に記載の発明は，実効的な格子周期が実質
的に均一な第１のブラッグ回折格子を有する，第１の反
射導波路と；実効的な格子周期が不均一な第２のブラッ
グ回折格子を有する，第２の反射導波路と；第２の反射
導波路と第１の反射導波路とを相互に接続する活性導波
路とを備える構成を採用する。

【００１３】かかる構成を有する請求項１に記載の発明
は，活性領域の両側にＤＢＲ反射鏡を形成したＤＢＲレ
ーザであり，その発振原理は，導波型ＦＰ（Ｆａｂｒｙ
−Ｐｅｒｏｔ；ファブリー・ペロ）共振器レーザに近い
ものを持つ。かかる請求項１に記載の発明においては，
内部を共振しながら往復伝搬する導波モードの光がレー
ザ発振され，その発振波長は，レーザ共振器の有効共振
器長に依存する。

【００１４】請求項１に記載の発明において，共振中の
光は，（ａ）第２の反射導波路内での反射位置から
（ｂ）活性導波路を介して（ｃ）第１の反射導波路内で
の反射位置に至る経路を往復伝搬する。ここで，第２の
ブラッグ回折格子の格子周期が不均一なために，第２の
反射導波路での光の反射位置は波長によって変化する。

【００１５】したがって，請求項１に記載の発明におい
ては，有効共振器長が異なる複数のレーザの機能が，一
の光経路上に実現される。結果として，請求項１に記載
の発明によれば，発振条件の自由度が向上し，広い波長
範囲において安定した発振動作が可能な半導体レーザ素
子を提供することが可能となる。

【００１６】かかる請求項１に記載の発明においては，
請求項２に記載の発明のように，第２のブラッグ回折格
子の実効的な格子周期が第２の反射導波路に沿って活性
導波路から離れる程長くなる構成を採用することが好適
である。かかる構成においては，第２のブラッグ回折格
子の実効的な格子周期の変化量を適切に設定することに
よって，モード飛びを起こさずに発振波長を順次変化さ
せることができる。結果として，請求項２に記載の発明
によれば，広い波長範囲での連続チューニングが可能と
なる。

【００１７】さらに，第２のブラッグ回折格子の実効的
な格子周期は，請求項３に記載の発明のように，活性導
波路と接続された端部の反対側の端部において，第１の
ブラッグ回折格子の実効的な格子周期と実質的に等しく
なる構成が好適である。

【００１８】なお，第２のブラッグ回折格子の実効的な
格子周期を不均一にするには，例えば，請求項４に記載
の発明のように，実際の格子周期を不均一に形成するこ
とによって実現することが可能である。かかる構成にお
いては，他の構成要素を追加せずに，第２のブラッグ回
折格子の実効的な格子周期を不均一にすることができ
る。結果として，請求項４に記載の発明によれば，製造
工程数を増やさずに装置構成が小型で簡素な，発振波長
の調整自由度が高い波長可変型の半導体レーザ素子を提
供することが可能となる。

【００１９】また，第２のブラッグ回折格子の実効的な
格子周期を不均一にするには，請求項５に記載の発明の
ように，上述の構成要素に加え，さらに，進行方向に沿
った第２の反射導波路の屈折率分布を調整するための屈
折率調整手段を備えることによっても実現することがで
きる。

【００２０】かかる構成においては，第２の反射導波路
で不均一な屈折率分布を達成することによって，第２の
ブラッグ回折格子の実効的な格子周期を不均一化するこ
とができる。したがって，実際の格子周期を不均一に形
成する必要はなく，第２のブラッグ回折格子の形成工程
を簡素に行うことができる。

【００２１】ここで，屈折率調整手段としては，請求項
６に記載の発明のように，電力供給手段を用いることが
可能である。かかる構成によれば，ＥＯ効果（Ｅｌｅｃ
ｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃ ｅｆｆｅｃｔ；電気光学効果）に
よって第２の反射導波路に不均一な屈折率分布を生じさ
せることができ，その結果，第２ブラッグ回折格子の実
効的な格子周期の不均一化が実現される。ここで，具体
的な電力供給手段としては，例えば，請求項７に記載の
発明に適用されている，櫛歯が不均一に分布した櫛形電
極を使用することが可能である。

【００２２】さらに，屈折率調整手段としては，請求項
８に記載の発明のように，発熱手段を用いることが可能
である。かかる構成においては，ＴＯ効果（Ｔｈｅｒｍ
ｏ−Ｏｐｔｉｃ ｅｆｆｅｃｔ；熱光学効果）によって
第２の反射導波路に不均一な屈折率分布を生じさせるこ
とができ，その結果，第２ブラッグ回折格子の実効的な
格子周期の不均一化が実現される。ここで，具体的な発
熱手段としては，例えば，請求項９に記載の発明に適用
されている，断面積が不均一に分布した抵抗膜を使用す
ることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下に，添付図面を参照しなが
ら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明す
る。なお，以下の説明及び添付図面において，略同一の
機能及び構成を有する構成要素については，同一符号を
付することにより，重複説明を省略する。

【００２４】（第１の実施の形態）最初に，第１の実施
の形態について，主に図１及び図２を参照しながら説明
する。ここで，図１は，本実施の形態にかかる半導体レ
ーザ素子１００の概略構成を示す断面図であり，図２
は，半導体レーザ素子１００の発振特性についての説明
図である。

【００２５】まず，図１を参照しながら本実施の形態に
かかる半導体レーザ素子１００の構成について説明す
る。図１に示すように，半導体レーザ素子１００には，
第１素子端面１００Ａから第２素子端面１００Ｂに渡っ
て光導波路１１０が形成されている。かかる光導波路１
１０においては，コア層１３０への光閉じ込めを実現す
るために，下部クラッド層１２０とコア層１３０と上部
クラッド層１４０とを素子裏面１００Ｃ側から素子表面
１００Ｄ側に向かって順次積層する積層構造が採用され
ている。

【００２６】なお，本実施の形態においては，下部クラ
ッド層１２０を例えばｎ−ＩｎＰから形成するとともに
上部クラッド層１４０を例えばｐ−ＩｎＰから形成する
ことができる。かかる材料から下部クラッド層１２０と
上部クラッド層１４０とを形成した場合，コア層１３０
に対して，順バイアスによる電流注入や逆バイアスによ
る電界印加が可能となる。

【００２７】本実施の形態にかかる半導体レーザ素子１
００は，以上説明した基本構造の光導波路１１０に沿っ
て，３つの領域に分けられている。かかる３つの領域
は，第１素子端面１００Ａ側の第１ＤＢＲ領域１００ａ
と，第２素子端面１００Ｂ側の第２ＤＢＲ領域１００ｃ
と，第２ＤＢＲ領域１００ｃと第１ＤＢＲ領域１００ａ
とに挟まれた活性領域１００ｂとである。

【００２８】活性領域１００ｂから説明すると，活性領
域１００ｂは，印加された電気エネルギを光エネルギに
変換する機能を主機能として備えている。そのため，活
性領域１００ｂに形成された光導波路１１０（以下，
「活性導波路１１０ｂ」という。）には，コア層１３０
として，活性材料から成る活性層１３０ｂが適用されて
いる。本実施の形態において，かかる活性層１３０ｂ
は，例えばバンドギャップ波長が約１．５５μｍの組成
を持つＩｎＧａＡｓＰから形成することができる。

【００２９】また，第１ＤＢＲ領域１００ａは，活性領
域１００ｂで発生し導かれて来た光Ｐ１の所定波長成分
を反射して再び活性領域１００ｂに戻す機能を主機能と
して備えている。そのため，第１ＤＢＲ領域１００ａの
光導波路１１０（以下，「第１受動導波路１１０ａ」と
いう。）には，第１ブラッグ回折格子１５０ａが形成さ
れている。

【００３０】より詳しくは，第１受動導波路１１０ａに
は，コア層１３０として第１導波層１３０ａが適用され
ており，第１ブラッグ回折格子１５０ａは，かかる第１
導波層１３０ａに略均一な格子周期で形成されている。
なお，本実施の形態において，第１導波層１３０ａは，
例えば，バンドギャップ波長が１．３μｍの非活性材料
から形成することができる。

【００３１】また，第２ＤＢＲ領域１００ｃにおいて
は，第１ＤＢＲ領域１００ａと類似した構成によって，
活性領域１００ｂに光を反射する機能が実現されてい
る。すなわち，第２ＤＢＲ領域１００ｃの光導波路１１
０（以下，「第２受動導波路１１０ｃ」という。）は，
第１受動導波路１１０ａと類似の構成で形成されてお
り，かかる第２受動導波路１１０ｃには，第１導波層１
３０ａと類似の構成の第２導波層１３０ｃが適用されて
いる。

【００３２】ただし，本実施の形態にかかる第２ＤＢＲ
領域１００ｃは，第２導波層１３０ｃに格子周期の不均
一な第２ブラッグ回折格子１５０ｃが形成されていると
いう特徴を有している。かかる第２ブラッグ回折格子１
５０ｃの不均一な格子周期について説明すると，第２ブ
ラッグ回折格子１５０ｃは，活性領域１００ｂとの境界
部付近では第１ＤＢＲ領域１００ａの第１ブラッグ回折
格子１５０ａよりも短い格子周期で形成されており，第
２素子端面１００Ｂ付近では第１ブラッグ回折格子１５
０ａと略同一の格子周期で形成されている。すなわち，
かかる第２ブラッグ回折格子１５０ｃは，活性領域１０
０ｂから離れて第２素子端面１００Ｂに近付くに従って
格子周期が長くなるように形成されている。

【００３３】以上の３つの領域から構成される本実施の
形態にかかる半導体レーザ素子１００には，素子裏面１
００Ｃ全面を覆うように共通電極１６０が設置されてい
る。さらに，半導体レーザ素子１００には，素子表面１
００Ｄの活性領域１００ｂ部分に電極１６０ｂが設置さ
れている。半導体レーザ素子１００においては，かかる
電極１６０ｂを介して，活性層１３０ｂへの電流Ｉ１ｂ
の注入が可能となる。

【００３４】さらにまた，素子表面１００Ｄの第１ＤＢ
Ｒ領域１００ａ部分には，受動導波路１１０ａを覆うよ
うに電極１６０ａが設置されている。半導体レーザ素子
１００においては，かかる電極１６０ａを介して，第１
受動導波路１１０ａの導波層１３０ａへの電流Ｉ１ａの
注入が可能となる。なお，本実施の形態において，これ
ら共通電極１６０と電極１６０ｂと電極１６０ａとは，
例えばＡｕから形成することができる。

【００３５】次に，本実施の形態にかかる半導体レーザ
素子１００の発振動作について，引き続き図１を参照し
ながら説明する。図１に示すように，半導体レーザ素子
１００の光導波路１１０は，第１受動導波路１１０ａと
第２受動導波路１１０ｃとによって進行方向から活性導
波路１１０ｂを挟み込んだ構成になっている。また，半
導体レーザ素子１００において，第１受動導波路１１０
ａと第２受動導波路１１０ｃとは，ブラッグ反射による
逆方向結合によって光を反射する機能を備えている。

【００３６】したがって，電流Ｉ１ｂの注入によって活
性導波路１１０ｂで発生した光Ｐ１は，共振条件を満た
す場合に，光導波路１１０内を往復伝搬しながらその光
波パワーが蓄積される。かかる蓄積された光波パワー
に，更に，電流Ｉ１ｂの注入によって活性導波路１１０
ｂで利得が与えられて，第１素子端面１００Ａ又は第２
素子端面１００Ｂからレーザ光Ｌ１が出力される。

【００３７】本実施の形態にかかる半導体レーザ素子１
００において，かかるレーザ光Ｌ１の波長は，電極１６
０ａから注入する電流Ｉ１ａによってチューニングする
ことができる。これは，電極１６０ａから電流Ｉ１ａを
注入すると，注入キャリアによるプラズマ効果によって
第１導波層１３０ａの屈折率が低下し，第１ブラッグ回
折格子１５０ａの実効的な格子周期が変化するためであ
る。

【００３８】次に，半導体レーザ素子１００のかかる波
長チューニングについて，図２と図１０とを比較しなが
ら詳細に説明する。ここで，図２は，上述したように半
導体レーザ素子１００の発振特性についての説明図であ
り，図１０は，図９に示す従来の半導体レーザ素子４０
０の発振特性についての説明図である。

【００３９】発明者の知見によれば，共振器として構成
された半導体レーザ素子中では，発振波長と共振器長と
の間に， Ｌ／ｎλ＝Ｎ ・・・ （１） の関係が成立する。ここで，Ｌは，共振器の有効共振器
長を示しており，ｎは，共振中に光が伝搬する光路の屈
折率を示している。また，λは，半導体レーザ素子の発
振波長を示しており，Ｎは整数を示している。

【００４０】図９に示す従来の半導体レーザ素子４００
において，波長チューニングのために電流Ｉ４ｂを注入
すると，受動導波路４１０ｃのコア層の屈折率が低下
し，受動導波路４１０ｃの反射特性と半導体レーザ素子
４００の発振波長とが短波長側へシフトする。図１０中
においては，受動導波路４１０ｃの反射特性は，図１０
中で曲線４７０から曲線４７０’へと変化するものとし
て示されており，半導体レーザ素子４００の発振波長
は，点４８０から点４８０’へと変化するものとして示
されている。

【００４１】この時，受動導波路４１０ｃの反射特性の
変化量は，受動導波路４１０ｃ自身の屈折率変化のみで
決まる。これに対して，半導体レーザ素子４００の発振
波長の変化量は，半導体レーザ素子４００の共振器長に
依存するため，受動導波路４１０ｃ以外の他の領域にも
関係して決まる。

【００４２】したがって，受動導波路４１０ｃの屈折率
変化は，半導体レーザ素子４００の発振波長よりも受動
導波路４１０ｃの反射特性に対して大きな影響を与え
る。結果として，図１０に示すように，半導体レーザ素
子４００の発振波長の波長変化幅は，受動導波路４１０
ｃの反射特性の波長変化幅よりも小さくなる。

【００４３】以上説明したことから，図９に示す従来の
半導体レーザ素子４００においては，受動導波路４１０
ｃの反射特性の変化が大きくなると，発振波長の変化が
追従し切れなくなる。したがって，従来の半導体レーザ
素子４００では，発振波長をある程度以上変化させる
と，Ｎを変化させなければ上記（１）の関係を満たすこ
とができなくなり，その結果，モード飛びが起きて連続
チューニングができなくなる。

【００４４】一方，図１に示す本実施の形態にかかる半
導体レーザ素子１００においては，第２受動導波路１１
０ｃに形成されている第２ブラッグ回折格子１５０ｃの
格子周期が変化しているため，第２受動導波路１１０ｃ
での光Ｐ１の反射点が波長により変化する。すなわち，
光Ｐ１の短波長成分は，活性領域１００ｂに近いところ
で反射するが，光Ｐ１の長波長成分は，活性領域１００
ｂから遠いところで反射する。このことは，本実施の形
態にかかる半導体レーザ素子１００は，波長により有効
共振器長が変化することを意味している。

【００４５】以上のことから，図２に示すように，本実
施の形態にかかる半導体レーザ素子１００においては，
第１ブラッグ格子１５０ａの格子周期の変化の大きさを
適当に制御すれば，第１ブラッグ格子１５０ａの反射特
性の変化幅と発振波長の変化幅とを等しくできることが
分かる。なお，図２には，第１ブラッグ格子１５０ａの
反射特性は，曲線１７０から曲線１７０’へ変化したも
のとして示しており，レーザ光Ｌの波長は，点１８０か
ら点１８０’へ変化したものとして示している。結果と
して，本実施の形態にかかる半導体レーザ素子１００に
おいては，Ｎを一定に保ったまま上記（１）式の関係を
満たすことが可能となり，モード飛びを起こすことなく
大きな連続波長可変動作を実現することができる。

【００４６】以上説明したように，本実施の形態によれ
ば，１の制御電流（図１中の電流Ｉ１ａがこれに相当す
る。）のみで連続波長可変を実現することが出来る。ま
た，本実施の形態によれば，少なくとも，従来の３電極
ＤＢＲレーザの離散的波長可変幅である約７〜８ｎｍ
は，連続的波長可変幅として確保することができる。

【００４７】（第２の実施の形態）次に，第２の実施の
形態について図３及び図４を参照しながら説明する。こ
こで，図３は，本実施の形態にかかる半導体レーザ素子
２００の概略構成を示す断面図であり，図４は，半導体
レーザ素子２００の概略構成を示す平面図である。

【００４８】図３に示すように，本実施の形態にかかる
半導体レーザ素子２００は，図１に示す上記第１の実施
の形態にかかる半導体レーザ素子１００と同様に，３つ
の領域から構成されている。本実施の形態にかかる半導
体レーザ素子２００を構成する３つの領域は，それぞれ
図１に示す半導体レーザ素子１００の対応する各領域と
略同一の機能を持つ。

【００４９】しかし，構成については，かかる３つの領
域のうち第１ＤＢＲ領域２００ａと活性領域２００ｂと
は図１に示す半導体レーザ素子１００のそれぞれに対応
する領域と略同一であるが，残りの第２ＤＢＲ領域２０
０ｃは本実施の形態にかかる特徴的な構成を有する。

【００５０】３つの領域についてそれぞれ説明すると，
まず，中間に位置する活性領域２００ｂは，図１に示す
活性領域１００ｂと略同一の構成を有しており，活性層
２３０ｂが適用された活性導波路２１０ｂを備えてい
る。かかる活性導波路２１０ｂにおいては，電極２６０
ｂからの電流Ｉ２ｂの注入によって活性層２３０ｂでの
光Ｐ２の発生及び光Ｐ２への利得の付与を行うことがで
きる。

【００５１】また，第１素子端面２００Ａ側の第１ＤＢ
Ｒ領域２００ａは，図１に示す第１ＤＢＲ領域１００ａ
と略同一の構成を有しており，均一な格子周期を持つ第
１ブラッグ回折格子２５０ａが形成された第１受動導波
路２１０ａを備えている。かかる第１ＤＢＲ領域２００
ａにおいては，電極２６０ａから電流Ｉ２ａを注入する
ことによって，第１ブラッグ回折格子２５０ａが形成さ
れた第１導波層２３０ａの実効的な格子周期を変化させ
て，第１受動導波路２１０ａでの反射波長を調節するこ
とができる。

【００５２】さらに，第２素子端面２００Ｂ側に位置す
る第２ＤＢＲ領域２００ｃは，均一な格子周期で第２ブ
ラッグ回折格子２５０ｃが形成されている第２受動導波
路２５０ｃを備えている。なお，これに対し，図１に示
す上記第１の実施の形態においては，第２ＤＢＲ領域１
００ｃの第２受動導波路１５０ｃには，不均一な格子周
期で第２ブラッグ回折格子１５０ｃが形成されてた。

【００５３】図４に示すように，かかる第２ＤＢＲ領域
２００ｃにおいては，光Ｐ２の反射位置に波長依存性を
持たせるため，櫛形の形状をした櫛形電極２６０ｃが，
第２受動導波路２１０ｃ上を覆うように素子表面２００
Ｄに設けられている。かかる櫛形電極２６０ｃは，活性
領域２００ｂに近い部分程櫛歯の割合が大きく逆に第２
素子端面２００Ｂに近い部分程櫛歯の割合が小さくなっ
ている。

【００５４】図３に示すように，以上のように構成され
た半導体レーザ素子２００での発振波長のチューニング
においては，まず櫛形電極２６０ｃに一定電流Ｉ２ｃが
注入される。この時，櫛形電極２６０ｃの櫛歯が不均一
に分布した櫛形形状のために，活性領域２００ｂに近い
部分には多くのキャリヤが注入され，活性領域２００ｂ
から遠い部分には少しのキャリヤしか注入されない。

【００５５】したがって，第２受動導波路２１０ｃで
は，第２導波層２３０ｃに注入されるキャリヤが不均一
になり，第２導波層２３０ｃに不均一な屈折率分布が生
じる。結果として，第２ブラッグ回折格子２５０ｃの実
効的な格子周期が不均一化して，第２受動導波路２１０
ｃ各部でのブラッグ波長が変化し，周期変調回折格子が
実効的に実現できる。

【００５６】本実施の形態にかかる半導体レーザ素子２
００においては，さらに，電極２６０ａに電流Ｉ２ａを
注入することによって第１受動導波路２１０ａでの反射
波長を変化させて，モード飛びのない連続波長チューニ
ングをすることが可能となる。

【００５７】以上説明したように，本実施の形態におい
ても，上記第１の実施の形態と同様の原理によって，大
きな連続波長チューニングが可能となる。さらに，本実
施の形態において，必要なブラッグ回折格子は均一な格
子周期を持つ構成であるため，通常の干渉露光法を用い
て極めて容易な製造プロセスで形成することができる。
したがって，本実施の形態によれば，上記第１の実施の
形態にかかる半導体レーザ素子と比較して，製造の容易
な半導体レーザ素子を提供することができる。

【００５８】（第３の実施の形態）次に，第３の実施の
形態について図５及び図６を参照しながら説明する。こ
こで，図５は，本実施の形態にかかる半導体レーザ素子
３００の概略構成を示す断面図であり，図６は，半導体
レーザ素子３００の概略構成を示す平面図である。

【００５９】図５に示すように，本実施の形態にかかる
半導体レーザ素子３００も，図１に示す上記第１の実施
の形態にかかる半導体レーザ素子１００や図３に示す上
記第２の実施の形態にかかる半導体レーザ素子２００と
同様に，３つの領域から構成されている。本実施の形態
にかかる半導体レーザ素子３００の３つの領域は，図２
に示す半導体レーザ素子２００のそれぞれに対応する各
領域と略同一の機能を持つ。

【００６０】しかし，構成に関しては，かかる３つの領
域のうち活性領域３００ｂは，図３に示す半導体レーザ
素子２００の対応する領域と略同一の構成を有するが，
残りの第１ＤＢＲ領域３００ａと第２ＤＢＲ領域３００
ｃとは，それぞれ本実施の形態にかかる特徴的な構成を
有する。

【００６１】３つの領域についてそれぞれ説明すると，
中間に位置する活性領域３００ｂは，図３に示す活性領
域２００ｂと略同一の構成を有しており，活性層３３０
ｂが適用された活性導波路３１０ｂを備えている。かか
る活性導波路３１０ｂにおいては，電極３６０ｂからの
電流Ｉ３ｂの注入によって活性層３３０ｂでの光Ｐ３の
発生及び光Ｐ３への利得の付与を行うことができる。

【００６２】また，第１素子端面３００Ａ側の第１ＤＢ
Ｒ領域３００ａは，均一な格子周期で第１ブラッグ回折
格子３５０ａが形成された第１受動導波路３１０ａを備
えている。さらに，第１ＤＢＲ領域３００ａは，かかる
第１受動導波路３１０ａを覆うように素子表面３００Ｄ
に設置された電極３６０ａを備えている。さらにまた，
第１ＤＢＲ領域３００ａにおいては，かかる電極３６０
ａを覆うように，絶縁膜３７０ａを介して第１抵抗加熱
膜３８０ａが設置されている。

【００６３】したがって，第１ＤＢＲ領域３００ａにお
いては，電極３６０ａからの電流Ｉ３ａの注入と第１抵
抗加熱膜３８０ａの発熱とによって，第１ブラッグ回折
格子３５０ａが形成された第１導波層３３０ａの実効的
な格子周期を変化させて，第１受動導波路３１０ａでの
反射波長を調節することができる。

【００６４】また，第２素子端面３００Ｂ側の第２ＤＢ
Ｒ領域３００ｃは，均一な格子周期を持つ第２ブラッグ
回折格子３５０ｃが形成された第２受動導波路３１０ｃ
を備えている。さらに，かかる第２ＤＢＲ領域３００ｃ
において，素子表面３００Ｄには，第２受動導波路３１
０ｃ上を覆うように電極３６０ｃが設置されている。

【００６５】第２ＤＢＲ領域３００ｃにおいて，かかる
電極３６０ｃには，更に絶縁膜３７０ｃを介して本実施
の形態にかかる第２抵抗加熱膜３８０ｃが設置されてい
る。第２抵抗加熱膜３８０ｃは，活性領域３００ｂ側程
幅広になるように，例えば略三角形の形状に形成されて
いる。

【００６６】したがって，第２ＤＢＲ領域３００ｃにお
いては，電極３６０ｃからの電流Ｉ３ｃの注入で第２ブ
ラッグ回折格子３５０ｃが形成された第２導波層３３０
ｃの実効的な格子周期を変化させて，第２受動導波路３
１０ｃでの反射波長を調節することができる。さらに，
第２抵抗加熱膜３８０ｃの発熱によって，第２導波層３
３０ｃの屈折率分布が不均一化し，反射位置の波長依存
性が実現される。

【００６７】なお，本実施の形態において，抵抗加熱膜
３８０ａ及び抵抗加熱膜３８０ｃは，例えば白金（Ｐ
ｔ）から形成することができる。また，抵抗加熱膜と半
導体部分とを電気的に分離する絶縁膜３７０ａ及び絶縁
膜３７０ｃは，例えばＳｉ０_２から形成することができ
る。さらに，ワイヤボンディングのための電極パッドで
ある電極３６０ａ等は，例えばＡｕから形成することが
できる。

【００６８】以上のように形成された本実施の形態にか
かる半導体レーザ素子３００において，抵抗加熱膜３８
０ｃに電流を流すと，ジュール熱による発熱で第２導波
層３３０ｃの屈折率が大きくなる。

【００６９】発明者の知見によれば，電流を流した際の
抵抗体の発熱量Ｑは， Ｑ＝Ｉ^２Ｒ・・・（２） で表される。ここで，Ｒは抵抗体の抵抗を表しており，
Ｉは抵抗体に流れる電流を表している。さらに，抵抗体
の抵抗は， Ｒ＝ρＬ／Ｓ・・・（３） で表される。ここで，ρは抵抗体の抵抗率を表してお
り，Ｌは抵抗体の長さを表している。また，Ｓは抵抗体
の断面積を表している。

【００７０】かかる（２）及び（３）の関係式から，抵
抗体の単位長さ当たりの発熱量は，抵抗体の断面積に反
比例することが分かる。したがって，本実施の形態にか
かる半導体レーザ素子３００に適用された抵抗加熱膜３
８０ｃでは，活性領域３００ｂに近い部分の発熱が小さ
く活性領域３００ｂから遠い部分の発熱が大きいことが
分かる。

【００７１】ここで，図７には，第２受動導波路３１０
ｃの各位置でのブラッグ波長の特性を模式的に示す。図
７によれば，抵抗加熱膜３８０ｃへの電流注入時におけ
る第２受動導波路３１０ｃにおいては，第２素子端面１
００Ｂ付近（図７中では，「位置Ｂ」として示す。）で
のブラッグ波長λＢの方が，活性領域３００ｂと第２Ｄ
ＢＲ領域３００ｃとの境界部付近（図７中では，「位置
Ａ」として示す。）でのブラッグ波長λＡよりも長いこ
とが分かる。また，図８には，半導体レーザ素子３００
の実効共振長の波長特性を模式的に示す。図８によれ
ば，半導体レーザ素子３００の共振器長は，波長λＡに
対しての方が波長λＢに対してよりも短いことが分か
る。

【００７２】以上説明したように，本実施の形態におい
ては，抵抗加熱膜に電流を流すために抵抗加熱膜の電極
に電流を注入することによって，第１の実施の形態や第
２の実施の形態と同じ原理により，モード飛びのない連
続波長チューニングを行うことができる。さらに，本実
施の形態においては，上記第２の実施の形態と同様に，
均一な格子周期のブラッグ回折格子を形成するだけでよ
く，上記第１の実施の形態と比較して製造が容易な半導
体レーザ素子を提供することができる。

【００７３】さらにまた，発明者の知見によれば，本実
施の形態においては，連続チューニング幅が２０ｎｍ以
上と極めて大きな値を得ることができる。これは，第１
及び第２の実施の形態の場合には電流注入のプラズマ効
果による屈折率変化を用いるために，キャリヤ数の飽和
の効果でチューニング幅が最大でも８ｎｍ程度に抑えら
れるのに対して，本実施の形態においては熱の効果を用
いるためである。実際には，最大で２０ｎｍ以上のチュ
ーニングが可能であることが確認された。

【００７４】以上，本発明の好適な実施の形態につい
て，添付図面を参照しながら説明したが，本発明はかか
る構成に限定されない。特許請求の範囲に記載された技
術的思想の範疇において，当業者であれば，各種の変更
例及び修正例に想到し得るものであり，それら変更例及
び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと
了解される。

【００７５】例えば，上記実施の形態においては，Ａｕ
で形成される電極を適用した半導体レーザ素子を例に挙
げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されない。
本発明は，金属を一として他の様々な導電材料から形成
される電極を適用した半導体レーザ素子に対しても適用
することができる。

【００７６】また，上記実施の形態においては，電流注
入により屈折率調整を行う受動導波路を反射導波路とし
て適用した半導体レーザ素子を例に挙げて説明したが，
本発明はかかる構成に限定されない。本発明は，他の様
々な反射導波路，例えば電圧を印加して屈折率を調整す
る受動導波路等を適用した半導体レーザ素子に対しても
適用することができる。

【００７７】さらに，上記実施の形態においては，三角
形状の抵抗加熱膜を抵抗膜として適用した半導体レーザ
素子を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限
定されない。本発明は，他の様々な形状の抵抗膜を適用
した半導体レーザ素子に対しても適用することができ
る。

【００７８】さらにまた，上記実施の形態においては，
Ｐｔで形成される抵抗加熱膜を適用した半導体レーザ素
子を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定
されない。本発明は，他の様々な材料から形成される抵
抗膜を適用した半導体レーザ素子に対しても適用するこ
とができる。

【００７９】また，上記実施の形態においては，２の反
射導波路を活性導波路によって直接接続した構成の半導
体レーザ素子を例に挙げて説明したが，本発明はかかる
構成に限定されない。本発明は，２の反射導波路を活性
導波路によって間接的に接続した構成の半導体レーザ素
子に対しても適用することができる。すなわち，本発明
においては，活性導波路と反射導波路との間に，他の様
々な機能導波路，例えば位相調整導波路等を介装しても
構わない。

【００８０】

【発明の効果】本発明によれば，光導波路内にブラッグ
回折格子を形成したいわゆるブラッグ反射鏡において，
ブラッグ回折格子を周期変調格子として形成すること
で，光の反射位置に波長依存性を持たせている。これに
よって，波長毎に異なる共振光路を形成して，発振波長
の波長変調特性を向上させるとともに，複雑な制御を行
わずに発振波長の調整を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用可能な半導体レーザ素子の概略構
成を示す断面図である。

【図２】図１に示す半導体レーザ素子の発振特性につい
ての説明図である。

【図３】本発明を適用可能な他の半導体レーザ素子の概
略構成を示す断面図である。

【図４】図３に示す半導体レーザ素子の概略構成を示す
平面図である。

【図５】本発明を適用可能な他の半導体レーザ素子の概
略構成を示す断面図ある。

【図６】図５に示す半導体レーザ素子の概略構成を示す
平面図である。

【図７】図５に示す半導体レーザ素子内部のブラッグ波
長の特性の模式図である。

【図８】図５に示す半導体レーザ素子の実効共振長の波
長特性の模式図である。

【図９】従来の半導体レーザ素子の概略構成を示す断面
図である。

【図１０】図９に示す半導体レーザ素子の発振特性につ
いての説明図である。

【符号の説明】

１００，２００，３００ 半導体レーザ素子 １１０ａ，１１０ｃ 受動導波路 １１０ｂ 活性導波路 １５０ａ，１５０ｃ ブラッグ回折格子 ２６０ｃ 櫛形電極 ３８０ｃ 抵抗加熱膜

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 実効的な格子周期が実質的に均一な第１
   のブラッグ回折格子を有する，第１の反射導波路と；実
   効的な格子周期が不均一な第２のブラッグ回折格子を有
   する，第２の反射導波路と；前記第２の反射導波路と前
   記第１の反射導波路とを相互に接続する活性導波路と
   を；備えることを特徴とする，半導体レーザ素子。
2. 【請求項２】 前記第２のブラッグ回折格子の実効的な
   格子周期は，前記第２の反射導波路に沿って前記活性導
   波路から離れる程長くな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。
3. 【請求項３】 前記第２のブラッグ回折格子の実効的な
   格子周期は，前記活性導波路と接続された端部の反対側
   の端部において，前記第１のブラッグ回折格子の実効的
   な格子周期と実質的に等しくなることを特徴とする，請
   求項２に記載の半導体レーザ素子。
4. 【請求項４】 前記第２のブラッグ回折格子は，実際の
   格子周期が不均一に形成されていることを特徴とする，
   請求項１，２又は３のいずれかに記載の半導体レーザ素
   子。
5. 【請求項５】 さらに，進行方向に沿った前記第２の反
   射導波路の屈折率分布を調整するための屈折率調整手段
   を備えることを特徴とする，請求項１，２又は３のいず
   れかに記載の半導体レーザ素子。
6. 【請求項６】 前記屈折率調整手段は，電力供給手段で
   あることを特徴とする，請求項５に記載の半導体レーザ
   素子。
7. 【請求項７】 前記電力供給手段は，櫛歯が不均一に分
   布した櫛形電極であることを特徴とする，請求項６に記
   載の半導体レーザ素子。
8. 【請求項８】 前記屈折率調整手段は，発熱手段である
   ことを特徴とする，請求項５に記載の半導体レーザ素
   子。
9. 【請求項９】 前記発熱手段は，断面積が不均一に分布
   した抵抗膜であることを特徴とする，請求項８に記載の
   半導体レーザ素子。