JP2003060317A

JP2003060317A - 半導体レーザモジュールと、光帰還機能を有する半導体レーザ素子

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Publication number: JP2003060317A
Application number: JP2002028398A
Authority: JP
Inventors: Norio Okubo; 典雄大久保; Yasushi Oki; 泰大木
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2001-02-06
Filing date: 2002-02-05
Publication date: 2003-02-28
Anticipated expiration: 2022-02-05
Also published as: JP4329978B2

Abstract

(57)【要約】【課題】時間安定性に優れた励起用レーザ光を出射す
る半導体レーザモジュールを提供する。【解決手段】ＧａとＡｓを含む半導体材料から成る井
戸層とそれを囲む障壁層を形成した活性層を有する層構
造ＡがＧａＡｓ基板の上に形成されている半導体レーザ
素子Ｂ₁と、光帰還機能を有する要素５ａとを光結合し
た半導体レーザモジュールＡにおいて、その半導体レー
ザモジュールは、縦モードがマルチモードで発振し、か
つ、活性層における井戸層の厚みが１０nm以上になって
いる。

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モジュ
ールと、光帰還機能を有する半導体レーザ素子に関し、
更に詳しくは、出力するレーザ光が９４０〜９９０nmの
波長域にあり、かつそのレーザ光の光出力が時間的に安
定している半導体レーザモジュールと光帰還機能を有す
る半導体レーザ素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】波長分割多重（Wavelength Division Mu
ltiplexing：ＷＤＭ）通信方式が複数の信号光を伝送す
る光通信システムとして発展している。このシステムで
は、光線路の所定箇所に例えばＥｒドープ光ファイバ増
幅器（ＥＤＦＡ）を配置し、ここに半導体レーザ素子を
励起用光源とするポンピングレーザモジュールを接続
し、このレーザモジュールから励起用レーザ光を前記Ｅ
ＤＦＡに入射して、信号光源から伝送されてきた信号光
を光増幅することにより、光増幅した信号光が再び下流
側へ伝送される。

【０００３】その場合、レーザモジュールに組み込まれ
ている半導体レーザ素子に対しては、信号光源の光出力
の変動に追随して注入電流値を変化させることにより、
励起用レーザ光の光出力を制御するような処置が採られ
ている。発振波長が１４８０nm波長域にある半導体レー
ザ素子の場合はＥＤＦＡにおける利得帯域が広いので上
記したような処置は有効である。しかしながら、発振波
長が９８０nm波長域にある半導体レーザ素子の場合に
は、ＥＤＦＡにおける利得帯域が狭いので、上記したよ
うな処置を採用することはできない。

【０００４】このようなことから、発振波長が９８０nm
波長域にある半導体レーザ素子を用いてレーザモジュー
ルを構成する場合には、そこからの励起用レーザ光の波
長を、狭い利得帯域に対応する波長に特定することが必
要になる。そのために、光源である半導体レーザ素子の
出射端面（前端面）に、所定の反射帯域幅を有する例え
ばファイバブラッググレーティングのような、波長選択
機能を備え、同時に光帰還機能を有する要素を光結合し
て光帰還構造を形成することにより、レーザモジュール
から出射する励起用レーザ光の波長を例えばファイバブ
ラッググレーティングの反射帯域幅内で特定し、かつ安
定化させることが検討されている。

【０００５】しかしながら、発振波長が９８０nm波長域
にある代表的な半導体レーザ素子であるＧａＡｓ系レー
ザ素子の場合、ファイバブラッググレーティングと光結
合させてレーザモジュールを組み立てると、得られる励
起用レーザ光の波長はファイバブラッググレーティング
の反射帯域幅内にあるとはいえ、例えばレーザ素子への
注入電流の変動や、レーザモジュールに加えられるわず
かな機械的な振動や、またはレーザモジュールに対する
光ファイバの配置が変化すると、そのレーザモジュール
から得られる励起用レーザ光にはノイズが含まれてくる
という問題がある。

【０００６】これは、ＧａＡｓ系レーザ素子の場合、発
振縦モードがシングルモードになりやすく、その光出力
は数％のオーダで変動しやすいからであると考えられ
る。レーザモジュールから出射する励起用レーザ光にお
ける光出力の変動は、通常、０.５％以下におさめるこ
とが規格化されていることを考えると、上記した問題は
不都合である。

【０００７】したがって、上記したレーザモジュールに
おいて、ファイバブラッググレーティングの反射帯域幅
内で安定した励起用レーザ光を得ようとする場合には、
光源であるＧａＡｓ系レーザ素子の発振レーザ光は、マ
ルチモード化していることが必要であると考えられる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、発振波長が
９８０nm波長域にあるＧａＡｓ系レーザ素子とファイバ
ブラッググレーティングを光結合してレーザモジュール
を組み立てたときにおける上記した問題を解決し、励起
用レーザ光の波長はファイバブラッググレーティングの
反射帯域幅内に存在すると同時に時間的に安定してい
て、ノイズの発生が抑制されている半導体レーザモジュ
ールの提供を目的とする。具体的には、ファイバブラッ
ググレーティングのような光帰還機能を有する要素の反
射帯域幅内でマルチモード化した励起用レーザ光を発振
し、励起用レーザ光の光出力が特定波長で時間的に安定
しているレーザモジュールが提供される。また、それ自
体で光帰還機能を有しているので励起用光源として使用
可能な半導体レーザ素子が提供される。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、少なくともＧａとＡｓを含
む半導体材料から成る井戸層とそれを囲む障壁層を形成
した活性層を有する層構造がＧａＡｓ基板の上に形成さ
れ、前記基板に平行に光が共振する半導体レーザ素子
と、光帰還機能を有する要素とを光結合した励起用光源
に用いられる半導体レーザモジュールにおいて、前記半
導体レーザモジュールは、縦モードがマルチモードで発
振し、かつ、前記活性層における井戸層の厚みが１０nm
以上であることを特徴とする半導体レーザモジュールが
提供される。

【００１０】また、本発明においては、前記半導体レー
ザ素子の少なくとも前記活性層には、不純物、とりわけ
Ｓｉを好適とするｎ型不純物がドーピングされている
か、または／および、前記層構造のｎ型クラッド層には
Ｓｉを好適とするｎ型不純物がドーピングされており、
更には、前記量子井戸構造において、井戸層の厚みの方
が障壁層の厚みよりも厚いことを好適とする半導体レー
ザモジュールが提供される。

【００１１】更に、本発明において、少なくともＧａと
Ａｓを含む半導体材料から成る量子井戸構造の活性層を
有する層構造がＧａＡｓ基板の上に形成されていて、前
記半導体レーザ素子の前記活性層における井戸層の厚み
が厚く、かつ、前記活性層近傍にグレーティングを形成
することにより光帰還機能を有する要素を形成した半導
体レーザモジュールが提供される。

【００１２】また、前記半導体レーザ素子における前記
基板に平行に光が共振する共振器の長さをＬ（μｍ）と
したとき、前記半導体レーザモジュールの光出力は、Ｌ
×０.１mW／μｍ以上となる半導体レーザモジュールが
提供される。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の半導体レーザモジュール
は、後述する半導体レーザ素子と光帰還機能を有する要
素とを光結合して構成されるが、そのときに用いる要素
は、波長選択機能を有し、かつ特定波長に対して特定の
反射率を示すものであれば何であってもよく、例えば、
ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）、誘電体多
層膜フィルタ、分布ブラック反射鏡（ＤＢＲ）などをあ
げることができる。

【００１４】本発明のレーザモジュールの１例Ａを図１
に示す。このレーザモジュールＡでは、パッケージ１の
底板１ａの上に後述するレーザ素子Ｂ₁を冷却するため
のペルチェモジュール２が配置され、更にペルチェモジ
ュール２の上には例えばコバールから成るベース材３が
配置されている。ベース材３の上には、チップキャリア
４を介してレーザ素子Ｂ₁が配置され、このレーザ素子
Ｂ₁と光軸を一致させた状態で、ファイバブラッググレ
ーティング５ａを有する光ファイバ５が光結合されてい
る。

【００１５】光ファイバ５はファイバ固定部材６でベー
ス材３の上に固定され、また、その出射端側はパッケー
ジ１の筒状孔部１ｂ内に気密に取り付けられたスリーブ
７を介してパッケージ１から引き出されている。また、
レーザ素子Ｂ₁の背面側にはフォトダイオード８が配置
され、レーザモジュールの光出力の大小をモニタできる
ようになっている。

【００１６】なお、レーザ素子と光ファイバとの光結合
効率を高めるためには、光ファイバとしてその先端がレ
ンズ形状になっているものを用いることが好ましいが、
先端がレンズ形状でなくても、途中にレンズを介在させ
ることにより両者間の光結合効率を高めることができ
る。また、光ファイバとして楔形光ファイバを用いる
と、組み立てたレーザモジュールは、光結合効率が高
く、また組み立てに要する部品点数も低減し、総合的な
製造コストが低減する。

【００１７】このレーザモジュールＡに組み込まれる本
発明のレーザ素子の１例Ｂ₁を図２に示す。このレーザ
素子Ｂ₁は上部がリッジ導波路形状になっていて、全体
は所定の共振器長（Ｌ）を有している。そして、ｎ−Ｇ
ａＡｓから成る基板１０の上に、後述する層構造Ｃが形
成され、基板１０の裏面には例えばＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ
から成る下部電極１２が形成され、前記層構造Ｃの上面
には例えば窒化ケイ素（ＳｉＮx）から成る保護膜１３
を介して例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕから成る上部電極１４
が形成されている。

【００１８】層構造Ｃは、少なくともＧａとＡｓを含む
半導体材料のエピタキシャル結晶成長層で構成されてい
て、共振器内における導波方向はｎ−ＧａＡｓ基板１０
の表面と平行している。この層構造Ｃは、具体的には、
例えばｎ−ＡｌＧａＡｓから成る下部クラッド層１５、
例えばｉ−ＡｌＧａＡｓから成る下部ＧＲＩＮ−ＳＣＨ
層１６ａ、後述する活性層１７、例えばｉ−ＡｌＧａＡ
ｓから成る上部ＧＲＩＮ−ＳＣＨ層１６ｂ、例えばｐ−
ＡｌＧａＡｓから成る上部クラッド層１８、および例え
ばｐ−ＧａＡｓから成るキャップ層１９がこの順序で積
層された構造になっている。

【００１９】なお、層構造Ｃの上部表面を被覆して形成
される保護膜１３は、リッジ導波路の上面の一部を被覆
していない。そして保護膜１３の非被覆箇所から表出す
るキャップ層１９には、直接上部電極１４が接触してい
て、ここから層構造Ｃの活性層１７に注入電流が供給で
きるようになっている。そして、出射端面（前端面）は
例えば反射率が５％である誘電体膜（図示しない）で被
覆され、他の端面（後端面）は例えば反射率が９２％の
誘電体膜（図示しない）で被覆されていて、共振器で発
振したレーザ光の光出力を効率よく取り出せるようにな
っている。

【００２０】ここで、活性層１７は、１個または複数の
井戸層とそれを囲む障壁層で形成されている。とくに、
レーザモジュールＡからの励起用レーザ光の時間的安定
性の点からすると、１個の井戸層とその両側にそれぞれ
障壁層を有している量子井戸構造が好適である。井戸層
は通常例えば、発振波長が９８０nm波長域の場合はＩｎ
ＧａＡｓ，ＧａＡｓＳｂ，ＩｎＧａＡｓＳｂ，ＩｎＧａ
ＡｓＰ，ＩｎＧａＡｓＳｂＰ，ＧａＡｓＳｂＰなどで形
成されるが、発振波長が８７０nm波長域の場合はｉ−Ｇ
ａＡｓで形成されていてもよい。また、障壁層は発振波
長が９８０nm波長域の場合は通常ｉ−ＩｎＧａＡｓで形
成されるが、発振波長の関係で上記した他の半導体材料
で形成されていてもよい。

【００２１】この半導体レーザ素子は、上記した層構造
Ｃにおいて、下記の条件を満たしていることを特徴とす
る。（１）第１の条件：まず、井戸層が従来に比べて厚くな
っていることである。具体的には、１０nm以上になって
いる。これが基本的で必須な条件である。その場合、井
戸層の厚みの上限は、当該井戸層の形成に用いる半導体
材料の臨界膜厚で制限されることはいうまでもないが、
その上限値は概ね２０nm程度である。

【００２２】このような層構造Ｃを有する本発明のレー
ザ素子は、上部電極１４からの注入電流がしきい値電流
（Ｉth）以上である場合には９４０〜９８０nmの波長域
のレーザ光を前端面から発振する。そして、このレーザ
素子が組み込まれているレーザモジュールからの励起用
レーザ光は、後述する光帰還機能との相互作用により、
所定のファブリ・ペロー間隔を置く複数本の縦モードで
構成されるマルチモードになり、その時間的な変動は抑
制されてそのスペクトルは時間的に安定化する。

【００２３】なお、ＧａＡｓ系レーザ素子における従来
からの研究動向は、レーザ素子における利得スペクトル
を制御するために、井戸層の厚みを実質的に１０nmより
薄くすることが追求されていた。しかしながら、そのよ
うなレーザ素子に例えばファイバブラッググレーティン
グ（ＦＢＧ）を光結合してレーザモジュールを組み立て
ても、ファイバブラッググレーティングからの帰還光は
シングルモード化して、そのレーザモジュールから出力
する励起用レーザ光のスペクトルは時間的に変動して不
安定化する傾向を示していた。

【００２４】本発明者らは、上記した問題を解決すべく
鋭意研究を重ねたところ、従来とは全く逆に、レーザ素
子における井戸層の厚みを１０nm以上に厚くすると、そ
れが組み込まれているＦＢＧ付きレーザモジュールから
の励起用レーザ光は、マルチモード化し、その時間的安
定性は向上するとの知見を得るに至り、更に研究を重ね
た結果、層構造Ｃにおける上記した第１の条件を確定し
たのである。

【００２５】（２）第２の条件：上記した第１の条件の
充足を前提としたうえで、量子井戸構造の少なくとも１
層には、不純物がドーピングされていることである。そ
の場合、不純物は井戸層または障壁層のいずれかにドー
ピングされていてもよく、また井戸層と障壁層の両方に
ドーピングされていてもよい。更には、複数の井戸層ま
たは複数の障壁層にドーピングされていてもよい。ドー
ピングは、均質に行われていてもよく、変化させて行わ
れてもよい（例えば、傾斜ドーピング、またはあるドー
プ層とアンドープ層の組み合わせ）。いずれの場合であ
っても、井戸層にはキャリアが貯め込まれたことにな
る。

【００２６】活性層に、上記した態様のいずれかで不純
物がドーピングされていると、そのレーザ素子が組み込
まれているレーザモジュールからの励起用レーザ光は時
間的な変動が少なくその安定化が更に向上する。その場
合の不純物としては、ｎ型不純物、ｐ型不純物のいずれ
をも用いることができる。ｎ型不純物としては、例え
ば、Ｓｉ，Ｓ，Ｓｅの１種または２種以上を用いること
ができ、またｐ型不純物としては、例えば、Ｂｅ，Ｍ
ｇ，Ｚｎの１種または２種以上を用いることができる。

【００２７】これら不純物のうち、ｎ型不純物、その中
でもとりわけＳｉを少なくとも１層にドーピングする
と、そのレーザ素子からの発振レーザ光は確実にマルチ
モード化して、そのレーザ素子が組み込まれているレー
ザモジュールからの励起用レーザ光の時間的な変動は確
実に抑制されて安定化するので好適である。その場合、
Ｓｉの井戸層へのドーピング濃度を１×１０¹⁶／cm³〜
５×１０¹⁶／cm³に設定すると、上記した効果が顕著に
発現して有効である。Ｓｉのドーピング濃度が１×１０
¹⁶／cm³より低い場合は、上記した効果の発現が不充分
であり、逆にドーピング濃度が５×１０¹⁶／cm³より高
濃度になると、井戸層や障壁層の純度低下をきたし、量
子井戸層としての機能を喪失するようになる。

【００２８】（３）第３の条件：上記した第１の条件の
充足を前提とした上で、活性層の上または下に位置して
いて、活性層で生成したレーザ光を閉じ込める１層以上
の層のいずれかに不純物がドーピングされていることで
ある。これらの層は、光閉じ込め層（例えば、ＧＲＩＮ
−ＳＣＨ層）および／またはクラッド層であってもよ
い。

【００２９】図２で示したレーザ素子Ｂ₁の場合、具体
的には、ｎ−ＡｌＧａＡｓから成る下部クラッド層１
５、ｉ−ＡｌＧａＡｓから成る下部ＧＲＩＮ−ＳＣＨ層
１６ａ、ｉ−ＡｌＧａＡｓから成る上部ＧＲＩＮ−ＳＣ
Ｈ層１６ｂ、ｐ−ＡｌＧａＡｓから成る上部クラッド層
１８のいずれかまたは全部に不純物がドーピングされて
いる。

【００３０】とくに、クラッド層、それもｎ型の下部ク
ラッド層に、ｎ型不純物であるＳｉがドーピングされて
いると、発振レーザ光のマルチモード化を確実に実現す
ることができて好適である。その場合、Ｓｉのドーピン
グ濃度は１×１０¹⁷／cm³〜４×１０¹⁷／cm³程度である
ことが好ましい。より好ましくは２×１０¹⁷／cm³〜４
×１０¹⁷／cm³である。

【００３１】このレーザ素子Ｂ₁の場合、上記した３つ
の条件のうち、第１の条件は必須条件として充足してい
なければならない。組み立てたレーザモジュールからの
励起用レーザ光の時間的安定性を実現することができな
くなるからである。その上で、第２の条件、第３の条件
のいずれか、または両方が充足していると、第１の条件
のみの場合よりも励起用レーザ光の時間的安定性が向上
するので好適である。とくに、両方の条件を充足してい
る場合、すなわち、第１〜第３の条件を全て充足してい
る場合は、励起用レーザ光の時間的安定性が顕著に向上
するので更に好適である。

【００３２】また、このレーザ素子Ｂ₁は次のような特
性を備えている。それを以下に説明する。その説明に先
立ち、レーザ素子のしきい値電流（Ith）、自然放出（A
mplifiedSpantaneous Emission ：ＡＳＥ）スペクト
ル、およびＡＳＥスペクトルのスペクトル幅（Δλ）に
ついて定義する。

【００３３】駆動電流（Ｉ）で作動するレーザ素子の光
出力（Ｌ_OPT）をプロットしてＬ_OPT−Ｉのグラフを描く
と、ある電流値（Ｉ_A）より上では、光出力は電流値
（Ｉ）とともに線形に増大していく。このグラフを図３
に示す。直線は、上記した線形特性のセグメントに適合
している。そして、Ｉ軸（Ｌ_OP _T＝０のとき）がこの直
線を遮断している電流値をしきい値電流（Ｉth）と定義
する。

【００３４】まず、このレーザ素子にしきい値電流（Ｉ
th）より小さい値（Ｉ）の電流を注入するとレーザ素子
は自然放出光を出射する。自然放出光としてＡＳＥ（Am
plified Spontaneous Emmision：ＡＳＥ）に基づく出射
端面（前端面）からの自然放出光を選択し、縦軸に光出
力、横軸に波長をとり、各モードの光出力の包絡線から
上記した自然放出光のスペクトル曲線を描く。得られた
スペクトル曲線は、通常、図４で示したように、光出力
の最大出力（Ｐ_O）を有する非対称曲線になり、そして
この曲線の中には複数本のファブリ・ペロー型の縦モー
ドが包含されている。

【００３５】このスペクトル曲線において、まず、最大
出力（Ｐ_O）よりも３dB低い光出力（Ｐ₁）を示すスペク
トル曲線上の点（Ｓ₁，Ｓ₂）をそれぞれ把握し、つい
で、各点Ｓ₁，Ｓ₂に相当する自然放出光の波長（λ₁，
λ₂，単位はnm）をそれぞれ把握する。点Ｓ₁から点Ｓ₂
までの自然放出光のスペクトル幅をここではΔλと定義
する。そして、それは、スペクトル曲線の最大出力（Ｐ
_O）とそれよりも３dB低い両脇の出力（Ｐ₁，Ｐ₂）の範
囲を含んでいる。図から明らかなように、Δλは（λ₂
−λ₁）と等価である。

【００３６】このレーザ素子Ｂ₁が第１の条件を充足
し、また、注入電流（Ｉ）が０.２≦Ｉ／Ｉth≦０.８の
関係を満足する場合には、レーザ素子Ｂ₁には、そのＩ
値の全てにおいて、上記したΔλ値が１５nm以上となる
ような自然放出光を出射するという特性を備えている。
ここで、上記Δλ値が１５nmより小さい場合には、その
レーザ素子をＩth値以上の注入電流で駆動してレーザ光
を発振させると、そのΔλ値内に包含されている縦モー
ド（Ｆ−Ｐモード）の本数は少なくなる。そして、その
レーザ素子に例えばファイバブラッググレーティングを
光結合してレーザモジュールを組み立ててそれを駆動す
ると、そこからの励起用レーザ光はシングルモードまた
はシングルモードとマルチモードが時間的に交替する状
態となり、その光出力は不安定化してノイズが発生す
る。

【００３７】しかしながら、Δλ値が１５nmより大きい
場合には、レーザ素子Ｂ₁から発振するレーザ光のスペ
クトル曲線において、Δλ値内に包含されている縦モー
ドの本数が多く、発振レーザ光は常にマルチモード化し
ている。そのため、上記したレーザモジュールから得ら
れる励起用レーザ光は、モジュール運転時に例えば光フ
ァイバを動かしたり、またはモジュールの機械的な振動
などの多少の外乱を受けても、ファイバブラッググレー
ティングの反射帯域幅内で安定な状態を保持する。すな
わち、励起用レーザ光の不安定化は大幅に抑制される。

【００３８】ここで、レーザ素子Ｂ₁の発振レーザ光が
上記した特性を示す理由は、基本的には、井戸層の厚み
が１０nm以上（第１の条件）に設定されているからであ
る。すなわち、井戸層の厚みは、前記したΔλ値の大小
に影響を与え、またそれを律速する因子と規定すること
ができると考えてよい。この厚みを１０nmより薄くする
と、ＡＳＥ時におけるΔλ値は１５nmより小さくなって
発振レーザ光のマルチモード化は実現されにくくなり、
その結果、レーザモジュールからの励起用レーザ光は変
動してその時間的安定性が低下する。

【００３９】なお、レーザ素子Ｂ₁の場合、ＡＳＥ時に
おける自然放出光のスペクトル曲線の形状は、前記した
第１の条件〜第３の条件の関係で様々に変化するが、そ
の変化する形状は便宜的に次のように区別立てすること
ができる。それを以下に説明する。まず、第１の条件〜第３の条件のいずれをも充足しな
い従来のレーザ素子の場合、ＡＳＥ時における自然放出
光のスペクトル曲線は、傾向的に、図５で示したような
形状になりやすい。すなわち、光出力の最大強度付近に
おけるスペクトル曲線の形状が、図中の⇔印で示したよ
うに若干凹形状になりやすい。このような傾向を示すス
ペクトル曲線のタイプを、以後、タイプ１という。

【００４０】第１の条件と第２の条件を充足せず、第
３の条件のみを充足しているレーザ素子の場合のＡＳＥ
時における自然放出光のスペクトル曲線は、傾向的に、
図６で示したような形状になりやすい。すなわち、光出
力の最大強度付近におけるスペクトル曲線の形状が、図
中の丸印で示したように若干の凸形状になりやすい。こ
のような傾向を示すスペクトル曲線のタイプを、以後、
タイプ２という。

【００４１】第１の条件を必ず充足していて、第２の
条件と第３の条件のいずれか一方のみを充足している
か、または第２の条件と第３の条件のいずれをも充足し
ていないレーザ素子Ｂ₁の場合、そのＡＳＥ時における
自然放出光のスペクトル曲線は、傾向的に、図７で示し
たような形状になりやすい。すなわち、光出力の最大強
度付近におけるスペクトル曲線の形状は、図の⇔印で示
したように、最大強度の箇所を跨いで全体が丸みを帯び
た凸形状になりやすい。このような傾向を示すスペクト
ル曲線のタイプを、以後、タイプ３という。

【００４２】第１の条件〜第３の条件を同時に充足し
ているレーザ素子Ｂ₁の場合、そのＡＳＥ時における自
然放出光のスペクトル曲線は、傾向的に図８で示したよ
うな形状になりやすい。すなわち、タイプ２とタイプ３
を合成したような形状になっていて、最大強度の箇所を
跨いで全体が丸みを帯びた凸形状になっていると同時
に、最大強度付近におけるスペクトル曲線の形状は凸形
状になりやすい。このような傾向を示すスペクトル曲線
のタイプを、以後、タイプ４という。

【００４３】すなわち、レーザ素子Ｂ₁は、ＡＳＥ時に
おける自然放出光のスペクトル曲線を描くと、そのスペ
クトル曲線はタイプ３またはタイプ４のいずれかの形状
を示すという特性を備えているのである。観点を変えれ
ば、ＡＳＥ時における自然放出光のスペクトル曲線を描
き、それがタイプ３またはタイプ４の形状を示すレーザ
素子は、少なくとも前記した第１の条件を充足したレー
ザ素子Ｂ₁になっている。したがって、それを用いて組
み立てたレーザモジュールからの励起用レーザ光は時間
的安定性が良好であることになる。すなわち、ＡＳＥ時
における自然放出光のスペクトル曲線から、そのレーザ
素子が励起用レーザ光の時間的安定性にとって有効か否
かを判定することができる。

【００４４】また、レーザ素子Ｂ₁は次のような特性も
備えていることが好ましい。それを図９に則して説明す
る。まず、レーザ素子Ｂ₁からレーザ光を発振させる。
ここで、レーザ素子Ｂ₁の長手方向（レーザ光の出射方
向）をｘ軸方向、厚み方向、すなわち層構造Ｃにおける
積層方向をｚ軸方向、幅方向をｙ軸方向とする３次元座
標軸を仮定して、出射光のｚ軸方向成分に着目して説明
する。

【００４５】出射光はレーザ素子Ｂ₁から出射し、光軸
との直交面に遠視野像（Far-Feild Pattern：ＦＦＰ）
が生ずる。この遠視野像（ＦＦＰ）のｚ軸成分は、最大
出力Ｐ ₀を有する光出力分布曲線となっている。このと
き、半分の出力水準（１／２Ｐ₀）のところに遠視野像
ＦＦＰの垂直（ｚ軸）方向に沿って２個の点が認めら
れ、また、レーザ素子の前端面から出射した光の上記２
個の点のそれぞれに対する広がり角度θが認められる。

【００４６】角度θは、半値幅角度（full-width half
maximum angle）としても知られている。なぜならば、
この角度は、前端面と、半分の出力水準である垂直軸上
の２点間の全体の幅との間に形成されているからであ
る。レーザ素子Ｂ₁は、上記した広がり角度θが２５°
以下であることが好ましい。この広がり角度θが２５°
以下になっていることにより、レーザ素子Ｂ₁は光ファ
イバとの結合効率が充分に高くなり、ファイバ端光出力
を高めることができるだけではなく、活性層への光閉じ
込め係数が充分に小さくなっているため高効率になって
いる。

【００４７】なお、以上の説明はリッジ導波路型レーザ
素子の場合で行ったが、レーザ素子Ｂ₁はそのような構
造に限定されるものではなく、前記した第１の条件を満
足する層構造を有するものであれば、自己整合型（ＳＡ
Ｓ型）の構造のものであってもよい。上記したように、
レーザ素子Ｂ₁は、当該素子Ｂ₁が形成されている半導体
チップにとっては外在物である光帰還機能を有する要素
５ａとともに、パッケージの中に組み込まれる。しかし
ながら、本発明は、光帰還機能を有する要素がレーザ共
振器としての半導体チップ上に集積されている場合のレ
ーザ素子に対しても等しく適用される。

【００４８】そのような、集積された光帰還機能を有す
る要素を備えた本発明のレーザ素子について説明する。
このレーザ素子の１例Ｂ₂を部分切欠斜視図として図１
０に示す。このレーザ素子Ｂ₂は、図２で示したレーザ
素子Ｂ₁の層構造Ｃにおいて、上部ＧＲＩＮ−ＳＣＨ層
１６ｂと上部クラッド層１８の間にスペーサ層２０を介
装し、このスペーサ層２０の中に所定周期のグレーティ
ング２１を配置し、あわせて活性層１７の両側にｐ型層
２２ａとｎ型層２２ｂを積層して成る電流ブロッキング
層２２を形成したものである。

【００４９】このレーザ素子Ｂ₂は、活性層１７の近傍
に、光帰還機能と波長選択特性を有する要素としてのグ
レーティング２１が配置されているので、それ自体とし
て光帰還機能を備えており、グレーティング２１の反射
帯域幅で規定される特定波長のレーザ光を出力する。そ
の場合、活性層１７は少なくとも前記した第１の条件を
充足しており、また、第２の条件、第３の条件も充足さ
せることにより、レーザ素子Ｂ₂からのレーザ光は、図
１で示した本発明のレーザモジュールの場合と同様に、
マルチモード化していて、その光出力が時間的変動の少
ない状態になる。

【００５０】すなわち、このレーザ素子Ｂ₂は、それ自
体で図１で示したレーザモジュールＡと同等の機能を発
揮することができる。もち論、このレーザ素子Ｂ₂を光
源にして図１で示したレーザモジュールを組み立てるこ
ともできる。なお、本発明における半導体レーザモジュ
ールの最大光出力はＬ×０.１mW／μｍ以上であり、よ
り好ましくはＬ×０.２５mW／μｍ以上である。ここ
で、Ｌは本発明において使用される半導体レーザ素子の
共振器の長さ（単位：μｍ）である。以上の関係によ
り、本発明における半導体レーザモジュールの最大光出
力は、共振器長が８００μｍのときは８０mW、より好ま
しくは２００mWとなる。また、共振器長が１２００μｍ
のときの最大光出力は１２０mW、より好ましくは３００
mWとなり、共振器長（Ｌ）が１８００μｍのときの最大
光出力は１８０mW、より好ましくは４５０mWとなる。

【００５１】

【実施例】１．レーザ素子Ｂ₁の製造ｎ−ＧａＡｓから成る基板の上に、表１、表２で示した
各層を成膜して図２の層構造Ｃを形成した。形成された
層構造の上面に、フォトリソグラフィー技術とエッチン
グ技術を適用して幅４μｍ、高さ１.２μｍのリッジ導
波路を形成したのち、その上にＳｉＮから成る保護膜１
３を形成した。

【００５２】ついで、基板１０の裏面を研磨してそこに
ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕから成る下部電極１２を形成し、ま
たキャップ層１９の上面の保護膜の一部を除去したのち
層構造の上面全体にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕから成る上部電極
１４を形成した。そして、基板を劈開して共振器長
（Ｌ）が８００μｍであるバーにしたのち、一方の端面
にＳｉＮから成る反射率０.８％の低反射膜を成膜して
前端面を形成し、他方の端面にＳｉＯ₂／Ｓｉから成る
反射率９２％の高反射膜を成膜して後端面を形成した。
そして最後に、このバーを加工してチップとし、図２で
示したレーザ素子Ｂ₁を製造した。

【００５３】

【表１】

【００５４】

【表２】

【００５５】なお、レーザ素子１の伝導帯バンド模式図
を図１１に、またレーザ素子４の伝導帯バンド模式図を
図１２にそれぞれ示す。図中の数字はいずれも図２で示
した各層を示している。

【００５６】２．レーザ素子の特性表１、表２で示したレーザ素子に対し、ＡＱ６３１７
（ＡＮＤＯ社製のOptical Spectrum Analyzer）を用い
てＡＳＥ自然放出光を出射させ、それぞれのスペクトル
曲線を求め、その形状を観察した。その結果を表３に示
した。また、各レーザ素子をレーザ発振させ、その発振
レーザ光の遠視野像を、フォトダイオードを用いて測定
し、スペクトル曲線の半値幅に対応する垂直方向の広が
り角度θを求めた。その結果も表３に示した。

【００５７】

【表３】

【００５８】また、レーザ素子１、レーザ素子３、レー
ザ素子４については、注入電流（Ｉ）を変化させて自然
放出光を出射させてそれぞれのスペクトル曲線を描き、
その最大出力（Ｐ₀）よりも３dB低い出力の場合の２個
の波長間で示されるスペクトル幅（Δλ値）を求めた。
そして、Ｉ／Ｉth値とスペクトル幅（Δλ値）をプロッ
トした。結果を図１３に示した。

【００５９】以上の結果から次のことが明らかである。（１）まず、図１３から明らかなように、レーザ素子
１，３，４は、いずれも、Ｉ／Ｉth値が１以上、すなわ
ち、注入電流がしきい値電流以上になればレーザ発振す
る。しかしながら、自然放出光が出射するＩ値の注入電
流の領域において、レーザ素子１の場合は、Ｉ値がＩth
値に向かって増加するにつれて実質的に線形をなして減
少している自然放出光におけるスペクトル幅（Δλ値）
を有している。

【００６０】これに反し、レーザ素子４のスペクトル幅
（Δλ値）は、０.２と０.６の間のＩ／Ｉth値では概ね
実質的に同じ値のままであり、そして、Ｉ／Ｉth値が
０.６から約１.０に増加していくと、大きな傾きでゼロ
に向かって減少していく。レーザ素子３の場合も、レー
ザ素子４の場合と略同じ挙動を示しているが、スペクト
ル幅（Δλ値）は減少する２つの顕著なステージを有
し、そのステージ間には平坦領域がある。第１の減少ス
テージは比較的小さく、Ｉ／Ｉth値が０.２から約０.４
までに増加する間で起こっている。第２の減少ステージ
は大きく、そしてＩ／Ｉth値が０.８から約１.０５に増
加する間で起こっている。平坦領域はＩ／Ｉth値が約
０.４と約０.８の間で起こっており、その場合のスペク
トル幅Δλは実質的に一定である。

【００６１】（２）いずれにしても、レーザ素子３とレ
ーザ素子４の場合、Ｉ／Ｉth値の広い範囲（０.４と０.
８の間）において、Δλ値は安定した値を示している。
このことは、この範囲内でＩ値が変動しても、自然放出
光のスペクトル曲線の形状はわずかに変化するのみであ
り、安定しているということを意味している。これは、
しきい値よりも大きい注入電流（Ｉ）で駆動させたとき
の発振レーザ光の安定性を予告する指標であると考えら
れる。

【００６２】そして、レーザ素子３とレーザ素子４のΔ
λ値を対比すると、Ｉ／Ｉth値が０.２と０.９の間（す
なわち平坦領域）に対してはレーザ素子４の場合の方が
大きい値を示しているが、このことは、レーザ素子４の
方が駆動安定性に優れていることを示唆しているものと
考えられる。

【００６３】（３）ここで、表１、表２および表３を参
照すると、井戸層の厚みが７nmで２層構造の量子井戸構
造になっているレーザ素子１の場合、その自然放出光に
おけるスペクトル曲線の形状はタイプ１であり、そのΔ
λ値は図１３で示したように変化しているが、井戸層の
厚みを１２nmと厚くして第１の条件を充足させ、また量
子井戸構造を単層構造にしたレーザ素子３では、スペク
トル曲線の形状はタイプ３に変化し、またΔλ値も安定
している。

【００６４】そして、第１の条件を満たすと同時に、第
２の条件と第３の条件のいずれをも満たしているレーザ
素子４の場合は、スペクトル曲線の形状はタイプ４とな
り、かつΔλ値も高位水準で安定化している。

【００６５】（４）すなわち、井戸層の厚みを厚くする
と、自然放出光のスペクトル曲線の形状はタイプ３に変
化し、同時にΔλ値はＩ／Ｉth値の広い範囲で安定化す
る。そして、上記した第１の条件の充足を前提として、
更に井戸層にＳｉドーピングを行い（第２の条件の充
足）、またｎ型クラッド層に３×１０¹⁷／cm³の高濃度
でＳｉドーピングを行う（第３の条件の充足）と、自然
放出光のスペクトル曲線の形状は、タイプ２とタイプ３
を合体した形状、すなわちタイプ４へと変化し、同時
に、Δλ値はＩ／Ｉth値の広い範囲において高位水準で
安定化するということが明らかとなった。

【００６６】なお、上記した説明は、前端面の反射率が
０.８％であるレーザ素子の場合についてであるが、こ
の前端面の反射率を０.５〜１５％の範囲内で変化させ
た場合でも、それぞれのレーザ素子はいずれも上記した
と同様の特性を示すことが確認された。また、実施例で
は基板としてｎ型のものを用いたが、ｐ型であっても同
様の特性が得られる。ただし、その場合、層構造Ｃにお
ける各層の導電型は実施例と逆にする。

【００６７】３．レーザモジュールの組立て表１および表２で示した各レーザ素子のうち、レーザ素
子１とレーザ素子４を選択し、それぞれを、ファイバブ
ラッググレーティングが形成されている光ファイバとレ
ンズを介して光結合し、図１で示したレーザモジュール
Ａを組み立てた。

【００６８】レーザ素子１が組み込まれている装置を装
置Ａ₁（従来装置）、レーザ素子４が組み込まれている
装置を装置Ａ₂（実施例装置）とする。なお、レーザ素
子１に光結合されたファイバブラッググレーティング
は、反射率７％、反射帯域幅１.５nm、中心波長９７９n
mの波長選択特性を有するように設計されており、ま
た、レーザ素子４に光結合されたファイバブラッググレ
ーティングは、反射率７％、反射帯域幅１.５nm、中心
波長９７６nmの波長選択特性を有するように設計されて
いる。

【００６９】４．レーザモジュールの性能（１）励起用レーザ光の時間安定性装置Ａ₁、装置Ａ₂に２５０mAの電流を注入して、励起用
レーザ光を出射させた。そして、そのレーザ光の光出力
（Ｐｆ）を、Lightwave multimeter 8153A（アジレンド
社製）, Power Sensor Module 81533B（アジレンド社
製）, およびOptical Head 81525Aから成るシステムで
測定し、またモニタ光強度（Ｉｍ）を、ADVANTEST Digi
tal Electrometer R8240（アドバンテスト社製）とＩＬ
Ｘ Lightwave Laser Diode Controller LDC-3744B（Ｉ
ＬＸライトウェーブ社製）から成るシステムで測定し
た。ついで、約１分間の時間間隔を超えて、ＰｆとＩｍ
の測定値の変化率（％）を０.４秒間隔で算出した。

【００７０】装置Ａ₁の場合の結果を図１４に、装置Ａ₂
の場合の結果を図１５にそれぞれ示す。図１４と図１５
を対比して明らかなように、装置Ａ₂は装置Ａ₁に比べて
発振レーザ光の時間的安定性が著しく優れている。

【００７１】（２）駆動電流値に対する発振レーザ光の
安定性装置Ａ₁と装置Ａ₂への駆動電流をしきい値Ｉthから５mA
間隔で増加させていき、その都度、（１）で用いた測定
システムにより、励起用レーザ光の光出力（Ｐｆ）とモ
ニタ光強度（Ｉｍ）の変化率（％）を算出した。装置Ａ
₁の場合の結果を図１６に、装置Ａ₂の場合の結果を図１
７に示した。図１６と図１７を対比して明らかなよう
に、装置Ａ₁の場合は駆動電流が変化するとＰｆ，Ｉｍ
はいずれも大きく変動しているが、装置Ａ₂の場合は全
く変動しておらず、この装置は駆動電流が変化したとし
ても極めて安定な励起用レーザ光を発振している。図１
６と図１７から、許容できる最大変化率は０.５％であ
ることがわかる。

【００７２】（３）励起用レーザ光のスペクトルの時間
安定性装置Ａ₁と装置Ａ₂に２５０mAの駆動電流を注入して励起
用レーザ光を出射させた。そして、駆動開始時点と、そ
れから１０秒後、２０秒後、３０秒後、４０秒後におけ
るスペクトルを観察した。その結果を、装置Ａ₁の場合
は図１８〜図２２に、装置Ａ₂の場合は図２３〜図２７
に示した。

【００７３】以上の結果から次のことが明らかである。装置Ａ₁と装置Ａ₂の駆動開始直後における励起用レー
ザ光のスペクトル図（図１８と図２３）を対比すると、
装置Ａ₁の場合は、その中心波長がファイバブラッググ
レーティングの中心波長（９７９nm）付近でシングル縦
モードで発振している。これに反し、装置Ａ₂の場合
は、ファイバブラッググレーティングの中心波長（９７
６nm）付近でマルチ縦モードが発振している。

【００７４】また、装置Ａ₁の励起用レーザ光は、時
間が経過するにつれて、その発振スペクトルが変動して
いる。しかしながら、装置Ａ₂の場合は、駆動時間が経
過しても、その発振スペクトルは駆動開始時点（図１
８）の場合と実質的に同じである。すなわち、装置Ａ₂は、時間安定性に優れた励起用レ
ーザ光を出射している。

【００７５】（４）光出力と光ファイバの状態との関係装置Ａ₂において、光ファイバを直径約１００mmで３タ
ーンした状態にしてレーザ発振させた。そのときの発振
スペクトルを図２８に示す。ついで、光ファイバを前記
した巻回状態から直径約１００mmで３ターンの巻回状態
に巻き直し、同じ条件でレーザ発振させた。そのときの
発振スペクトルを図２９に示す。

【００７６】図２８と図２９から明らかなように、光フ
ァイバの巻回状態が変化しても、装置Ａ₂からの励起用
レーザ光の発振スペクトルの変動は起こっていない。一
方、装置Ａ₁において、光ファイバを直径１００mmで５
ターンした状態にしてレーザ発振させた。そのときの発
振スペクトルは図３０で示すようにマルチモードの発振
になっていた。

【００７７】ついで、光ファイバを上記した巻回状態か
ら直径１００mmで４ターンの巻回状態に巻き直し、同じ
条件でレーザ発振させた。そのときの発振スペクトルを
図３１に示した。図３０と図３１を対比して明らかなよ
うに、装置Ａ₁の場合、光ファイバの巻回状態が変化す
ると、励起用レーザ光の発振スペクトルが変化してしま
う。

【００７８】このように、装置Ａ₂は、光ファイバの巻
回状態、より一般化していえば、光ファイバがどのよう
な状態になっていても、出射するその励起用レーザ光は
安定していることが判明した。

【００７９】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
レーザモジュールは、井戸層の厚みを１０nm以上と従来
に比べて厚くし、更には井戸層に不純物をドーピングし
ており、またクラッド層にｎ型不純物をドーピングして
いることにより、発振レーザ光はマルチモード化するレ
ーザ素子とファイバブラッググレーティングを光結合し
て組み立てられているので、まず、出射する励起用レー
ザ光の時間安定性に優れている。また、レーザ素子の駆
動電流が変動しても出射する励起用レーザ光は安定して
いる。更には、光ファイバの例えば巻回状態を変えても
出射する励起用レーザ光は安定していて実用的な信頼性
が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体レーザモジュールの１例Ａを示
す断面図である。

【図２】本発明のレーザ素子の１例Ｂ₁を示す斜視図で
ある。

【図３】レーザ素子のしきい値電流を定義するためのグ
ラフである。

【図４】自然放出光のスペクトル曲線を示すグラフであ
る。

【図５】レーザ素子の自然放出光におけるタイプ１のス
ペクトル曲線図である。

【図６】レーザ素子の自然放出光におけるタイプ２のス
ペクトル曲線図である。

【図７】レーザ素子の自然放出光におけるタイプ３のス
ペクトル曲線図である。

【図８】レーザ素子の自然放出光におけるタイプ４のス
ペクトル曲線図である。

【図９】遠視野像の広がり角度θを説明するための説明
図である。

【図１０】本発明の半導体レーザ素子の１例Ｂ₂を示す
部分切欠斜視図である。

【図１１】レーザ素子１，２の伝導帯バンド模式図であ
る。

【図１２】レーザ素子４の伝導帯バンド模式図である。

【図１３】レーザ素子におけるＩ／Ｉth値とスペクトル
幅（Δλ）との関係を示すグラフである。

【図１４】装置ＡのＰｆ変化率とＩｍ変化率を示すグラ
フである。

【図１５】装置ＢのＰｆ変化率とＩｍ変化率を示すグラ
フである。

【図１６】装置Ａの駆動電流に対するＰｆとＩｍ変化率
を示すグラフである。

【図１７】装置Ｂの駆動電流に対するＰｆとＩｍ変化率
を示すグラフである。

【図１８】装置Ａの駆動開始時における励起用レーザ光
のスペクトル図である。

【図１９】装置Ａの駆動開始後１０秒経過時における励
起用レーザ光のスペクトル図である。

【図２０】装置Ａの駆動開始後２０秒経過時における励
起用レーザ光のスペクトル図である。

【図２１】装置Ａの駆動開始後３０秒経過時における励
起用レーザ光のスペクトル図である。

【図２２】装置Ａの駆動開始後４０秒経過時における励
起用レーザ光のスペクトル図である。

【図２３】装置Ｂの駆動開始時における励起用レーザ光
のスペクトル図である。

【図２４】装置Ｂの駆動開始後１０秒経過時における励
起用レーザ光のスペクトル図である。

【図２５】装置Ｂの駆動開始後２０秒経過時における励
起用レーザ光のスペクトル図である。

【図２６】装置Ｂの駆動開始後３０秒経過時における励
起用レーザ光のスペクトル図である。

【図２７】装置Ｂの駆動開始後４０秒経過時における励
起用レーザ光のスペクトル図である。

【図２８】光ファイバを直径１００mmで３ターンの巻回
状態にしたときにおける装置Ａの励起用レーザ光のスペ
クトル図である。

【図２９】光ファイバを直径１００mmで３ターンの巻回
状態に変えたときにおける装置Ａの励起用レーザ光のス
ペクトル図である。

【図３０】光ファイバを直径１００mmで５ターンの巻回
状態にしたときにおける装置Ｂの励起用レーザ光のスペ
クトル図である。

【図３１】光ファイバを直径１００mmで５ターンから４
ターンの巻回状態に変えたときにおける装置Ｂの励起用
レーザ光のスペクトル図である。

【符号の説明】

１パッケージ１ａパッケージ１０の底板１ｂパッケージ１０の筒状孔部２ペルチェモジュール３ベース材４チップキャリア５光ファイバ５ａファイバブラッググレーティング６ファイバ固定部材７スリーブ１０基板１２下部電極１３保護膜１４上部電極Ｃ層構造１５下部クラッド層１６ａ下部ＧＲＩＮ−ＳＣＨ層１７量子井戸構造の活性層１６ｂ上部ＧＲＩＮ−ＳＣＨ層１８上部クラッド層１９キャップ層２０スペーサ層２１グレーティング２２電流ブロッキング層

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくともＧａとＡｓを含む半導体材料
から成る井戸層とそれを囲む障壁層を形成した活性層を
有する層構造がＧａＡｓ基板の上に形成され、前記基板
に平行に光が共振する半導体レーザ素子と、光帰還機能
を有する要素とを光結合した励起用光源に用いられる半
導体レーザモジュールにおいて、前記半導体レーザモジ
ュールは、縦モードがマルチモードで発振し、かつ、前
記活性層における井戸層の厚みが１０nm以上であること
を特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項２】少なくとも前記活性層には、不純物がド
ーピングされている請求項１の半導体レーザモジュー
ル。
【請求項３】前記不純物がｎ型不純物である請求項２
の半導体レーザモジュール。
【請求項４】前記ｎ型不純物がＳｉである請求項３の
半導体レーザモジュール。
【請求項５】前記Ｓｉのドーピング濃度が１×１０¹⁶
／cm³〜５×１０¹⁸／cm³である請求項４の半導体レーザ
モジュール。
【請求項６】前記層構造のｎ型クラッド層には、少な
くともＳｉがドーピングされている請求項１〜５のいず
れかの半導体レーザモジュール。
【請求項７】前記活性層における井戸層の数が１つで
ある請求項１〜６のいずれかの半導体レーザモジュー
ル。
【請求項８】前記井戸層の厚みは、前記障壁層の厚み
よりも厚くなっている請求項１〜７のいずれかの半導体
レーザモジュール。
【請求項９】前記活性層を構成する半導体材料が、Ｇ
ａＡｓ，ＩｎＧａＡｓ，ＧａＡｓＳｂ、またはＩｎＧａ
ＡｓＳｂである請求項１〜８のいずれかの半導体レーザ
モジュール。
【請求項１０】前記半導体レーザ素子の発振レーザ光
の発振波長が９４０〜９９０nmである請求項１〜９のい
ずれかの半導体レーザモジュール。
【請求項１１】前記半導体レーザ素子が、リッジ導波
路型、または自己整合型のいずれかである請求項１〜１
０のいずれかの半導体レーザモジュール。
【請求項１２】前記半導体レーザ素子の発振レーザ光
の光出力分布曲線の半値幅における垂直方向の広がり角
度が２５°以下である請求項１〜１１のいずれかの半導
体レーザモジュール。
【請求項１３】前記半導体レーザ素子が、次式：０.
２≦Ｉ／Ｉth≦０.８（式中、Ｉは注入電流、Ｉthはレ
ーザ発振を開始するときの注入電流を表す）の関係を満
たす電流を注入したときに出射する自然放出光のスペク
トル曲線において、その最大強度から３dB低い強度を示
す箇所のスペクトル幅が１５nm以上になる請求項１〜１
２のいずれかの半導体レーザモジュール。
【請求項１４】前記光帰還機能を有する要素が、ファ
イバブラッググレーティング、誘電体多層膜フィルタ、
または分布ブラッグ反射鏡のいずれかである請求項１〜
１３のいずれかの半導体レーザモジュール。
【請求項１５】前記光帰還機能を有する要素が、楔形
光ファイバに形成されたファイバブラッググレーティン
グである請求項１〜１４の半導体レーザモジュール。
【請求項１６】前記半導体レーザ素子における前記活
性層近傍にグレーティングを形成することにより前記光
帰還機能を有する要素を形成した請求項１〜１３のいず
れかの半導体レーザモジュール。
【請求項１７】前記半導体レーザ素子における前記基
板に平行に光が共振する共振器の長さをＬ（μｍ）とし
たとき、前記半導体レーザモジュールの光出力は、Ｌ×
０.１mW／μｍ以上となる請求項１〜１６のいずれかの
半導体レーザモジュール。