[go: up one dir, main page]

JP2009302416A - Semiconductor laser, semiconductor laser module, and raman amplifier - Google Patents

Semiconductor laser, semiconductor laser module, and raman amplifier Download PDF

Info

Publication number
JP2009302416A
JP2009302416A JP2008157377A JP2008157377A JP2009302416A JP 2009302416 A JP2009302416 A JP 2009302416A JP 2008157377 A JP2008157377 A JP 2008157377A JP 2008157377 A JP2008157377 A JP 2008157377A JP 2009302416 A JP2009302416 A JP 2009302416A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor laser
light
active layer
layer
axis direction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2008157377A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kosuke Watanabe
宏祐 渡邉
Takashi Nakayama
貴司 中山
Hiroshi Mori
浩 森
Masayuki Sawada
昌幸 澤田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Anritsu Corp
Original Assignee
Anritsu Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Anritsu Corp filed Critical Anritsu Corp
Priority to JP2008157377A priority Critical patent/JP2009302416A/en
Publication of JP2009302416A publication Critical patent/JP2009302416A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor laser with a novel structure that projects multi-longitudinal-mode laser light. <P>SOLUTION: A light emission area 10A and a reflection area 10B are formed in series in an optical-axis direction on a semiconductor substrate 11. An active layer 13a which extends in the optical-axis direction is formed in the light emission area 10A. In the reflection area 10B, on the other hand, a plurality of block bodies 13A are formed of the same material with the active layer 13 on an extension of the active layer 13 periodically apart from one another. The plurality of block bodies 13A are surrounded with an upper clad layer 14, a lower clad layer 12, etc., having lower refractive indexes than the block bodies 13A. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は,複数の波長成分を含むレーザ光を出射し,かつその中心波長と帯域幅の制御性に優れた半導体レーザ,半導体レーザモジュールおよびラマン増幅器に関する。   The present invention relates to a semiconductor laser, a semiconductor laser module, and a Raman amplifier that emit laser light including a plurality of wavelength components and that are excellent in controllability of the center wavelength and bandwidth.

特許文献1には,活性層の上方に回折格子が形成されたDFB(Distributed FeedBack)半導体レーザが開示されている。特許文献1には,DFB半導体レーザからマルチ縦モードのレーザ光を出射させるために,回折格子の長さを短くすること,回折格子の周期をチャープさせることなどが記載されている。
特開2002−204024号公報
Patent Document 1 discloses a DFB (Distributed FeedBack) semiconductor laser in which a diffraction grating is formed above an active layer. Patent Document 1 describes shortening the length of the diffraction grating, chirping the period of the diffraction grating, and the like in order to emit multi-longitudinal mode laser light from the DFB semiconductor laser.
JP 2002-204024 A

DFB半導体レーザにおいてマルチ縦モードのレーザ光を得るには,上述の回折格子(共振器)の長さを短くすること,または回折格子の周期をチャープさせることの他に,規格化結合係数κLを小さくすることも知られている(特許文献2)。結合係数κは光軸方向の周期的な屈折率の変化の度合い(単位:cm-1)を,Lは回折格子長(単位:cm)をそれぞれ表す。
特開2003−258375号公報
In order to obtain multi-longitudinal mode laser light in a DFB semiconductor laser, in addition to shortening the length of the above-described diffraction grating (resonator) or chirping the period of the diffraction grating, a normalized coupling coefficient κL is set. It is also known to make it smaller (Patent Document 2). The coupling coefficient κ represents the degree of periodic refractive index change (unit: cm −1 ) in the optical axis direction, and L represents the diffraction grating length (unit: cm).
JP 2003-258375 A

規格化結合係数κLを小さくするには,結合係数κまたは回折格子長Lを小さくすればよい。しかしながら,活性層の上方または下方に回折格子が形成されたDFB半導体レーザにおいて結合係数κを小さく制御するのは困難である。回折格子長Lをあまりに短くすると波長制御が困難になる。   In order to reduce the normalized coupling coefficient κL, the coupling coefficient κ or the diffraction grating length L may be reduced. However, it is difficult to control the coupling coefficient κ small in a DFB semiconductor laser in which a diffraction grating is formed above or below the active layer. If the diffraction grating length L is too short, wavelength control becomes difficult.

この発明は,マルチ縦モードのレーザ光を出射することができる,新しい構造を持つ半導体レーザを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a semiconductor laser having a new structure capable of emitting a laser beam in a multi-longitudinal mode.

この発明による半導体レーザは,半導体基板上に発光領域と反射領域とが光軸方向に直列に形成された,いわゆるDBR(Distributed Bragg Reflector )(分布ブラッグ反射型)半導体レーザである。この発明による半導体レーザは,前記発光領域に前記光軸方向に延びる活性層が形成されており,前記反射領域には,前記活性層の延長上に,前記活性層と同一材料からなる複数のブロック体が互いに離間して周期的に形成されている。そして,前記反射領域中の複数のブロック体は,その周囲が前記ブロック体の屈折率よりも低い屈折率を持つ半導体材料によって取巻かれており,前記発光領域の端面(前記反射領域と接する端面とは反対側の端面であるのは言うまでもない)から,マルチ縦モードのレーザ光が出射されるようになっていることを特徴とする。   The semiconductor laser according to the present invention is a so-called DBR (Distributed Bragg Reflector) semiconductor laser in which a light emitting region and a reflective region are formed in series in the optical axis direction on a semiconductor substrate. In the semiconductor laser according to the present invention, an active layer extending in the optical axis direction is formed in the light emitting region, and a plurality of blocks made of the same material as the active layer are formed on the reflection region on the extension of the active layer. The bodies are formed periodically spaced from each other. The plurality of block bodies in the reflective region are surrounded by a semiconductor material having a refractive index lower than the refractive index of the block body, and the end surfaces of the light emitting regions (end surfaces in contact with the reflective regions) It is needless to say that the end face is on the opposite side from the above), and multi-longitudinal mode laser light is emitted.

この発明によると,反射領域にはブロック体(活性層と同一材料のもの)と半導体材料(活性層よりも小さい屈折率を持つもの)とが光軸方向に交互に形成されているので,光軸方向の媒質の屈折率が周期的に変化する。このため,反射領域では,発光領域の活性層において発生した光のうちの所定波長の光が反射し,あたかもそこに回折格子が形成されているかのように機能する。   According to the present invention, since the block body (made of the same material as the active layer) and the semiconductor material (having a refractive index smaller than that of the active layer) are alternately formed in the optical axis direction, The refractive index of the medium in the axial direction changes periodically. For this reason, in the reflection region, light having a predetermined wavelength out of light generated in the active layer in the light emitting region is reflected, and functions as if a diffraction grating is formed there.

また,この発明によると,反射領域において屈折率に関して周期構造を持つように形成されているのは,活性層と同一材料からなるブロック体である。このため,活性層の上方または下方(光閉込め層部分)に回折格子が形成されている従来の半導体レーザと比べると,光軸方向の媒質の屈折率差が大きい。   Further, according to the present invention, the block formed of the same material as the active layer is formed to have a periodic structure with respect to the refractive index in the reflection region. For this reason, the refractive index difference of the medium in the optical axis direction is larger than that of a conventional semiconductor laser in which a diffraction grating is formed above or below the active layer (light confinement layer portion).

半導体基板上の光軸方向に発光領域と反射領域とが直列に形成された,いわゆるDBR半導体レーザでは,結合係数κが比較的大きいほど反射領域における光の反射率が大きくなり,かつ反射領域において反射される光の波長帯(反射幅)が広くなる。この発明による半導体レーザは反射領域における光軸方向の媒質の屈折率差が大きいので,光軸方向の周期的な屈折率の変化の度合い,すなわち結合係数κは大きい。このため,反射領域では複数の波長の光の反射が高効率で実現され,複数の波長スペクトルを含むレーザ光,すなわちマルチ縦モードのレーザ光を,比較的高いパワーで出射させることができる。   In a so-called DBR semiconductor laser in which a light emitting region and a reflective region are formed in series in the optical axis direction on a semiconductor substrate, the reflectance of light in the reflective region increases as the coupling coefficient κ is relatively large. The wavelength band (reflection width) of the reflected light becomes wider. Since the semiconductor laser according to the present invention has a large refractive index difference of the medium in the optical axis direction in the reflection region, the degree of periodic refractive index change in the optical axis direction, that is, the coupling coefficient κ is large. Therefore, reflection of light of a plurality of wavelengths is realized with high efficiency in the reflection region, and laser light including a plurality of wavelength spectra, that is, laser light in a multi-longitudinal mode can be emitted with relatively high power.

一実施態様では,少なくとも前記ブロック体の上方または下方に,前記半導体レーザの光軸方向に延びる光ガイド層が設けられる。半導体レーザの一端面(反射領域の端面)と反射領域との間の光の進行をガイド(アシスト)することができる。   In one embodiment, an optical guide layer extending in the optical axis direction of the semiconductor laser is provided at least above or below the block body. It is possible to guide (assist) the progress of light between one end face of the semiconductor laser (end face of the reflection area) and the reflection area.

この発明による半導体レーザは,結合係数κが比較的大きい反射領域を有していることによってマルチ縦モードのレーザ光を出射させるものであるが,あまりに結合係数κが大きいと,発振スペクトル幅を制御できず,望ましいスペクトル形状が得られない。   The semiconductor laser according to the present invention emits multi-longitudinal mode laser light by having a reflection region having a relatively large coupling coefficient κ. If the coupling coefficient κ is too large, the oscillation spectrum width is controlled. The desired spectral shape cannot be obtained.

あまりに大きい結合係数κを小さくするには,たとえば,デューティ比a/Λ(a:ブロック体の光軸方向の幅,Λ:ブロック体および半導体層の幅(周期))を小さくすればよい。逆に結合係数κをさらに大きくするには,前記複数のブロック体のそれぞれの上層または下層に,前記ブロック体の屈折率よりも低く,かつブロック体を取巻く半導体材料の屈折率よりも高い屈折率を持つ結合係数調整層を設ければよい。結合係数調整層によって光軸方向の周期的な屈折率の変化の度合いが強められる。いずれにしても,所望の大きさの結合係数κとすることができる。   In order to reduce the coupling coefficient κ that is too large, for example, the duty ratio a / Λ (a: the width of the block body in the optical axis direction, Λ: the width (period) of the block body and the semiconductor layer) may be reduced. Conversely, in order to further increase the coupling coefficient κ, the refractive index lower than the refractive index of the block body and higher than the refractive index of the semiconductor material surrounding the block body is formed on the upper layer or the lower layer of each of the plurality of block bodies. A coupling coefficient adjustment layer having the following may be provided. The degree of periodic refractive index change in the optical axis direction is enhanced by the coupling coefficient adjusting layer. In any case, the coupling coefficient κ having a desired size can be obtained.

半導体レーザの上面および下面のそれぞれには,活性層に電流を流入するための電極(上面電極および下面電極)が形成される。上述のように,光は反射領域ではなく,発光領域の活性層において発生するので,上面電極および下面電極のうち少なくとも一方は,前記発光領域のみに形成するようにしてもよい。   Electrodes (upper surface electrode and lower surface electrode) for allowing current to flow into the active layer are formed on the upper surface and the lower surface of the semiconductor laser, respectively. As described above, since light is generated not in the reflection region but in the active layer of the light emitting region, at least one of the upper surface electrode and the lower surface electrode may be formed only in the light emitting region.

好ましくは,前記反射領域の端面(前記発光領域と接する端面とは反対側の端面)に反射防止膜が設けられる。反射領域の端面にわずかに到達する光の反射が反射防止膜によって抑制されるので,半導体レーザから出射されるマルチ縦モードのレーザ光のスペクトルに,不要なスペクトル成分が含まれるのが防止される。   Preferably, an antireflection film is provided on an end surface of the reflection region (an end surface opposite to the end surface in contact with the light emitting region). Reflection of light that reaches the end face of the reflection region is suppressed by the antireflection film, so that unnecessary spectral components are prevented from being included in the spectrum of the multi-longitudinal mode laser light emitted from the semiconductor laser. .

この発明は,上述した半導体レーザをパッケージングしたモジュールも提供している。この発明によるモジュールは,前記半導体レーザおよび前記半導体レーザから出射されるレーザ光を収束(集光)するレンズが筐体内に格納されており,前記筐体に接続されて前記レーザ光を前記筐体の外部に導く光ファイバを備えたものである。マルチ縦モードのレーザ光を,光ファイバから出射させることができる。   The present invention also provides a module in which the above-described semiconductor laser is packaged. In the module according to the present invention, the semiconductor laser and a lens for converging (condensing) the laser light emitted from the semiconductor laser are stored in a housing, and the laser light is connected to the housing to transmit the laser light to the housing. It is equipped with an optical fiber that leads to the outside. Multi-longitudinal mode laser light can be emitted from the optical fiber.

前記半導体レーザによる発熱を冷却する冷却素子を,前記筐体内に設けるようにしてもよい。   A cooling element for cooling the heat generated by the semiconductor laser may be provided in the casing.

この発明による半導体レーザ(半導体レーザモジュール)は,マルチ縦モードのレーザ光を出射することができるので,ラマン増幅器における励起用光源として利用するのに適している。この発明は,前記半導体レーザモジュール,および前記半導体レーザモジュールからのレーザ光が励起光として入射し,誘導ラマン増幅を生じさせる光ファイバを備えたラマン増幅器を提供している。   The semiconductor laser (semiconductor laser module) according to the present invention can emit multi-longitudinal mode laser light, and is therefore suitable for use as an excitation light source in a Raman amplifier. The present invention provides the semiconductor laser module and a Raman amplifier provided with an optical fiber that causes laser light from the semiconductor laser module to be incident as excitation light and cause stimulated Raman amplification.

図1は半導体レーザの一部破断(省略)斜視図を,図2は半導体レーザの縦断面図をそれぞれ示している。図1および図2において,分かりやすくするために,断面におけるハッチングの図示が省略され,かつn型InP(インジウム−リン)基板11の上に積層されている複数の半導体層の厚さが強調して描かれている。   FIG. 1 is a partially broken (omitted) perspective view of a semiconductor laser, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the semiconductor laser. In FIG. 1 and FIG. 2, for the sake of clarity, hatching in the cross section is omitted, and the thickness of a plurality of semiconductor layers stacked on an n-type InP (indium-phosphorus) substrate 11 is emphasized. It is drawn.

半導体レーザ1は,光軸方向(半導体レーザ1の出射端面1aと後方端面1bを結ぶ方向)に連なって形成された発光領域10Aと反射領域10Bとを含む。発光領域10Aの一端面がレーザ光が出射する出射端面1aである。反射領域10Bの一端面が後方端面1bである。発光領域10Aと反射領域10Bの他端面同士は互いに接している。出射端面1aには好ましくは低反射率の反射膜(反射防止膜)(図示略)がコーティングされる。後方端面1bには高反射率の反射膜(図示略)をコーティングする必要はない。これは,後方端面1bではなく,反射領域10Bにおいて比較的高い反射率によって光を反射させることができるからである(詳細は後述する)。   The semiconductor laser 1 includes a light emitting region 10A and a reflective region 10B formed continuously in the optical axis direction (a direction connecting the emission end surface 1a and the rear end surface 1b of the semiconductor laser 1). One end face of the light emitting region 10A is an emission end face 1a from which laser light is emitted. One end surface of the reflection region 10B is the rear end surface 1b. The other end surfaces of the light emitting region 10A and the reflective region 10B are in contact with each other. The exit end face 1a is preferably coated with a reflection film (antireflection film) (not shown) having a low reflectance. It is not necessary to coat the rear end face 1b with a highly reflective reflective film (not shown). This is because light can be reflected with a relatively high reflectance in the reflection region 10B, not in the rear end face 1b (details will be described later).

発光領域10Aにストライプ状の活性層13aが形成されている。ストライプ状活性層13aは,上部クラッド層14および下部クラッド層12によって上下から挟まれ,かつブロック層15,16によって左右から挟まれることで,光軸方向にストライプ状に(細線状に)延びており,これらの上部クラッド層14,下部クラッド層12,および電流ブロック層15,16によって活性層13aにおいて発生する光が閉じ込められる。半導体レーザ1の上面の電極18と下面の電極19との間に電流を通電することによって,活性層13aにおいて光が発生する。   A stripe-shaped active layer 13a is formed in the light emitting region 10A. The stripe-shaped active layer 13a is sandwiched from above and below by the upper clad layer 14 and the lower clad layer 12 and is sandwiched from the left and right by the block layers 15 and 16, thereby extending in a stripe shape (in a thin line shape) in the optical axis direction. The light generated in the active layer 13a is confined by the upper cladding layer 14, the lower cladding layer 12, and the current blocking layers 15 and 16. Light is generated in the active layer 13a by passing a current between the electrode 18 on the upper surface and the electrode 19 on the lower surface of the semiconductor laser 1.

反射領域10Bにおいても,上部クラッド層14および下部クラッド層12によって上下から挟まれ,かつ電流ブロック層15,16によって左右から挟まれた,ストライプ状活性層13aと同じ組成を持つ半導体層13Aが存在する。この半導体層13Aは,後述するように,ストライプ状活性層13aを,光軸方向に直交する方向に所定間隔ごとに削取ることによって形成され,これにより光軸方向に間欠的に存在している。削取られた部分には,活性層13aの屈折率よりも小さい屈折率を持つ上部クラッド層14が埋込まれている。   Also in the reflective region 10B, there is a semiconductor layer 13A having the same composition as the stripe active layer 13a sandwiched from above and below by the upper cladding layer 14 and the lower cladding layer 12 and sandwiched from the left and right by the current blocking layers 15 and 16 To do. As will be described later, the semiconductor layer 13A is formed by scraping the stripe-shaped active layer 13a at predetermined intervals in a direction orthogonal to the optical axis direction, and thus exists intermittently in the optical axis direction. . An upper cladding layer 14 having a refractive index smaller than that of the active layer 13a is embedded in the cut portion.

間欠的に存在する半導体層13Aは,発光領域10A中のストライプ状活性層13aにおいて発生した光を反射するように機能する。以下,間欠的に存在する半導体層13Aのそれぞれを,ブロック体13Aと呼ぶ。ブロック体13Aと上部クラッド層14とが光軸方向に交互に配列されている部分(反射領域10Bに対応する部分)を,以下,反射構造部13Rと呼ぶ。   The intermittently existing semiconductor layer 13A functions to reflect the light generated in the stripe active layer 13a in the light emitting region 10A. Hereinafter, each of the semiconductor layers 13A present intermittently is referred to as a block body 13A. A portion where the block bodies 13A and the upper cladding layer 14 are alternately arranged in the optical axis direction (a portion corresponding to the reflection region 10B) is hereinafter referred to as a reflection structure portion 13R.

反射構造部13Rでは,上述のように,光軸方向にブロック体13Aと上部クラッド層14が交互に配列されている。そして,上部クラッド層14の屈折率とブロック体13Aの屈折率は互いに異なる(上部クラッド層14の屈折率はブロック体13Aの屈折率よりも小さい)。すなわち,反射構造部13Rでは光軸方向に媒質の屈折率が周期的に変化しており,このため反射構造部13Rはあたかもそこに回折格子が形成されているかのように機能する。なお,ブロック体13Aに接する他の半導体層,すなわち,下部クラッド層12,およびブロック層15,16の屈折率も,ブロック体13Aの屈折率よりも小さい。   In the reflecting structure portion 13R, as described above, the block bodies 13A and the upper cladding layers 14 are alternately arranged in the optical axis direction. The refractive index of the upper cladding layer 14 and the refractive index of the block body 13A are different from each other (the refractive index of the upper cladding layer 14 is smaller than the refractive index of the block body 13A). That is, in the reflecting structure portion 13R, the refractive index of the medium periodically changes in the optical axis direction, and thus the reflecting structure portion 13R functions as if a diffraction grating is formed there. Note that the refractive indexes of the other semiconductor layers in contact with the block body 13A, that is, the lower cladding layer 12 and the block layers 15 and 16, are also smaller than the refractive index of the block body 13A.

反射構造部13Rには,一般的なDFB半導体レーザのように,活性層の上層または下層(光閉込め層)に回折格子が形成されているのではなく,活性層13a自体(ブロック体13A)が屈折率に関して周期構造を持つように形成されている。そして,活性層13a(ブロック体13A)と,活性層13aを取巻く半導体層,特に上部クラッド層14との屈折率差は大きい。このため,反射構造部13Rにおける光軸方向の周期的な屈折率の変化の度合い,すなわち結合係数κは,一般的なDFB半導体レーザ(活性層の上層または下層に回折格子が形成されているもの)と比べて大きくなる。   In the reflecting structure 13R, a diffraction grating is not formed on the upper layer or the lower layer (light confinement layer) of the active layer as in a general DFB semiconductor laser, but the active layer 13a itself (block body 13A). Is formed to have a periodic structure with respect to the refractive index. The refractive index difference between the active layer 13a (block body 13A) and the semiconductor layer surrounding the active layer 13a, particularly the upper clad layer 14, is large. For this reason, the degree of periodic refractive index change in the optical axis direction in the reflecting structure portion 13R, that is, the coupling coefficient κ, is a general DFB semiconductor laser (a diffraction grating is formed in the upper layer or lower layer of the active layer). ) Is larger than

上述のように,半導体レーザ1の上面の電極18と,下面の電極19との間に電流を流すと,発光領域10Aに形成されているストライプ状活性層13aにおいて光が発生する。発生した光はストライプ状活性層13aに沿って進行する。半導体レーザ1の出射端面1aと反射構造部13Rとの間で光反射が繰返され,光が共振してレーザ光となり,出射端面1aから出射される。   As described above, when a current is passed between the upper electrode 18 and the lower electrode 19 of the semiconductor laser 1, light is generated in the stripe-shaped active layer 13a formed in the light emitting region 10A. The generated light travels along the stripe-like active layer 13a. Light reflection is repeated between the emitting end face 1a of the semiconductor laser 1 and the reflecting structure 13R, and the light resonates to become laser light, which is emitted from the emitting end face 1a.

図3に示すように,光軸方向の光の進行をガイドするガイド層20(たとえば,InGaAsP)(インジウム−ガリウム−ヒ素−リン)を,ストライプ状活性層13aおよびブロック体13Aの下方に設けてもよい。ガイド層20は発光領域10Aおよび反射領域10Bの全体(半導体レーザ1Aの光軸方向の全長)にわたって設けられ,これにより出射端面1aと反射構造部13Rとの間の光軸方向の光の進行がガイドされる。なお,ガイド層20はストライプ状活性層13aおよびブロック体13Aの上方に設けてもよく,さらにはブロック体13Aの上方または下方のみに設けてもよい。   As shown in FIG. 3, a guide layer 20 (for example, InGaAsP) (indium-gallium-arsenic-phosphorus) for guiding the progress of light in the optical axis direction is provided below the stripe-shaped active layer 13a and the block body 13A. Also good. The guide layer 20 is provided over the entirety of the light emitting region 10A and the reflecting region 10B (the entire length in the optical axis direction of the semiconductor laser 1A), whereby the light in the optical axis direction travels between the emission end face 1a and the reflecting structure portion 13R. Guided. The guide layer 20 may be provided above the stripe active layer 13a and the block body 13A, and may be provided only above or below the block body 13A.

反射構造部13Rにおいて反射される光の反射率Rは,反射構造部13Rの光軸方向の長さ(以下,反射構造長LG と呼ぶ)および結合係数κに依存して変化する。さらに,反射構造部13Rにおける反射率Rは光の波長によっても異なるものとなる。 Reflectance R of the light reflected at the reflective structure 13R is an optical axis direction of the length of the reflecting structure portion 13R (hereinafter, the reflection structure is referred to as a length L G) vary depending on and coupling coefficient kappa. Further, the reflectance R in the reflective structure 13R varies depending on the wavelength of light.

図4(A)は反射構造長LG が50μmの反射構造部13Rの光の反射率のグラフを,図4(B)は反射構造長LGが100μmの反射構造部13Rの光の反射率のグラフを,それぞれ示している。図4(A),(B)のグラフにおいて,横軸はブラッグ波長からの波長の離調量λ−λB を,縦軸は光の反射率(0〜1)をそれぞれ表している。図4(A)には結合係数κが200cm-1 ,300cm-1および400cm-1であるときの3つのグラフが,破線,細線および太線によってそれぞれ区別されて示されている。図4(B)には,結合係数κが100cm-1 ,200cm-1および300cm-1であるときの3つのグラフが,破線,細線および太線によってそれぞれ区別されて示されている。 FIG. 4 (A) a graph of the reflectance of the light reflecting structure portion 13R of the reflective structure length L G is 50 [mu] m, FIG. 4 (B) light reflectance of the reflection structure portion 13R of the reflective structure length L G is 100μm These graphs are shown respectively. 4A and 4B, the horizontal axis represents the wavelength detuning amount λ-λ B from the Bragg wavelength, and the vertical axis represents the light reflectance (0 to 1). FIG. 4A shows three graphs when the coupling coefficient κ is 200 cm −1 , 300 cm −1 and 400 cm −1 , distinguished from each other by a broken line, a thin line, and a thick line. FIG. 4B shows three graphs when the coupling coefficient κ is 100 cm −1 , 200 cm −1 and 300 cm −1 , distinguished from each other by a broken line, a thin line, and a thick line.

図4(A),図4(B)に示すグラフは,いずれもブラッグ波長λB を1480nm,反射構造部13Rにおける内部損失を0,等価屈折率neqを3.14として,次式を用いてシミュレーションした結果を示している。 The graphs shown in FIGS. 4 (A) and 4 (B) use the following equations, assuming that the Bragg wavelength λ B is 1480 nm, the internal loss in the reflecting structure 13R is 0, and the equivalent refractive index n eq is 3.14. The simulation results are shown.

Figure 2009302416
Figure 2009302416

ここでLGは反射構造長を,λBはブラッグ波長を,αは単位長さあたりの内部損失を,σは離調量(波数単位)を,iは虚数単位を,それぞれ表す。 Here L G is reflected structural length, lambda B is a Bragg wavelength, the internal loss per α is unit length, sigma is detuning the (wave number units), i is the imaginary unit, representing respectively.

式1におけるγは,次式によって表される。

Figure 2009302416
Γ in Equation 1 is expressed by the following equation.
Figure 2009302416

ここでκは結合係数を表す。   Here, κ represents a coupling coefficient.

式1および式2における離調量σは,次式によって表される。

Figure 2009302416
The detuning amount σ in Equation 1 and Equation 2 is expressed by the following equation.
Figure 2009302416

eqは等価屈折率を表す。 n eq represents the equivalent refractive index.

図4(A)および図4(B)を参照して,光の波長λがブラッグ波長λB と等しいとき(λ−λB=0)に,最大の反射率Rを得ることができる。光の波長λがブラッグ波長λBから離れるにしたがって反射率Rは小さくなる。 4A and 4B, the maximum reflectance R can be obtained when the wavelength λ of light is equal to the Bragg wavelength λ B (λ−λ B = 0). The reflectance R decreases as the wavelength of light λ increases from the Bragg wavelength λ B.

離調量λ−λB が所定波長を超えると反射率Rは急激に減少する。図4(A)と図4(B)を対比して,反射構造長LGが短いと(図4(A):反射構造長LG=50μm),反射率Rが急激に減少する離調量λ−λB は大きくなる。すなわち,比較的高い反射率Rで反射される光の波長λの幅(反射幅)が広くなる。他方,反射構造長LG が長いと(図4(B):反射構造長LG=100μm),反射率Rが急激に減少する離調量λ−λB は小さくなる。すなわち,比較的高い反射率Rで反射される光の波長λの幅(反射幅)は狭くなる。複数の波長成分を含むレーザ光を半導体レーザ1から出力させること,すなわち,マルチモード発振を半導体レーザ1に要求する場合,反射構造長LGは短い方が好ましい。 When the detuning amount λ−λ B exceeds the predetermined wavelength, the reflectance R decreases rapidly. 4 by comparison (A) and FIG. 4 (B), the reflective structure length L G is short (Fig. 4 (A): the reflection structural length L G = 50 [mu] m), detuning the reflectance R decreases abruptly The quantity λ−λ B increases. That is, the width (reflection width) of the wavelength λ of light reflected at a relatively high reflectance R is widened. On the other hand, when the reflection structure length L G is long (FIG. 4B: reflection structure length L G = 100 μm), the detuning amount λ−λ B at which the reflectance R decreases rapidly becomes small. That is, the width (reflection width) of the wavelength λ of light reflected at a relatively high reflectance R is narrowed. Thereby outputting a laser beam including a plurality of wavelength components from the semiconductor laser 1, i.e., when requesting a multi-mode oscillation semiconductor laser 1, the reflective structure length L G is preferably short.

反射構造長LG を短くすると(図4(A)参照),上述のように反射幅が広くなるのでマルチモード発振が実現される波長幅の光が反射構造部13Rにおいて反射されやすくなるが,他方において反射構造長LG が長い場合(図4(B)参照)に比べて反射率Rが小さくなる。効率よくレーザ光を出射させるためには,0.9(90%)程度の反射率Rが反射構造部13Rに求められる。光の反射率Rの観点からは,反射構造長LG は長い方が都合がよい。 A shorter reflecting structural length L G (see FIG. 4 (A)), the light having a wavelength width multimode oscillation is realized since the reflection becomes wider as described above is easily reflected in the reflecting structure portion 13R, reflecting structural length L G in the other reflectance R becomes smaller than in the case long (see FIG. 4 (B)). In order to emit laser light efficiently, a reflectance R of about 0.9 (90%) is required for the reflecting structure portion 13R. From the viewpoint of the reflectance R of the light is reflected structural length L G is longer it is convenient.

反射構造長LG を長くすると(図4(B)参照),それに応じて光の発生に寄与するストライプ状活性層13aの長さ(発光領域10Aに対応するストライプ状活性層13aの長さ:図1および図2参照)が相対的に短くなるので,出射されるレーザ光のパワーが減少する。高出力のレーザ光の出射を半導体レーザ1に求める場合には,反射構造長LG は短い方が都合がよい。 A longer reflected structural length L G (see FIG. 4 (B)), it depending on the length of the stripe-shaped active layer 13a contribute to the generation of light (of striped active layer 13a corresponding to the light emitting region 10A Length: 1 and 2) are relatively short, the power of the emitted laser light is reduced. When determining the emission of high-power laser light to the semiconductor laser 1 is reflected structural length L G is shorter it is convenient.

以上のように,マルチモード発振のしやすさ(シングルモード発振のなりにくさ)を半導体レーザ1に求める場合には反射構造長LG は比較的短くされる。反射率Rの大きさを半導体レーザ1に求める場合には反射構造長LG は比較的長くされる。出射されるレーザ光に所定のパワーを求める場合には反射構造長LG は比較的短される。このように,反射構造長LGの長さは,半導体レーザ1に要求する特性に応じて決定される。 As described above, the reflective structure length L G in the case of obtaining ease of multi-mode oscillation (the result difficulty of single mode oscillation) in the semiconductor laser 1 is relatively short. Reflecting structural length L G in the case of obtaining the magnitude of the reflectance R to the semiconductor laser 1 is relatively long. When obtaining a predetermined power to the emitted laser beam is reflected structural length L G is relatively short. Thus, the length of the reflecting structure length L G is determined according to the characteristics required for the semiconductor laser 1.

ここで,反射構造部13Rにおける反射率Rが小さいと,ストライプ状活性層13aにおいて発生した光が,反射構造部13Rではなく半導体レーザ1の後方端面1bにおいて多く反射されることになり,いわゆるファブリペロー発振が支配的になる。これでは,反射構造部13Rによるレーザ光の波長制御(波長選択性)が困難になってしまう。反射構造部13Rにおける波長選択性を確保するため,すなわち所望の波長(中心波長)を持つレーザ光を半導体レーザ1から出射させるためには,反射構造部13Rにおける光の反射率Rの大きさが優先される。   Here, if the reflectance R in the reflecting structure portion 13R is small, a large amount of light generated in the stripe-shaped active layer 13a is reflected not on the reflecting structure portion 13R but on the rear end face 1b of the semiconductor laser 1, so-called Fabry. Perot oscillation becomes dominant. This makes it difficult to control the wavelength of the laser light (wavelength selectivity) by the reflecting structure portion 13R. In order to ensure wavelength selectivity in the reflecting structure portion 13R, that is, in order to emit laser light having a desired wavelength (center wavelength) from the semiconductor laser 1, the magnitude of the reflectance R of the light in the reflecting structure portion 13R is large. have priority.

反射構造部13Rにおける光の反射率Rは,上述の反射構造長LG の長さの他に,結合係数κによって制御することができる。 Reflectance R of the light in the reflection structure portion 13R, in addition to the length of the reflecting structure length L G of the above, can be controlled by the coupling coefficient kappa.

反射構造部13Rに0.9(90%)程度の反射率Rを求めるとすると,図4(A)を参照して,反射構造長LGが50μmの場合には400cm-1程度の結合係数κが求められる。図4(B)を参照して,反射構造長LG が100μmの場合には200cm-1程度の結合係数κが求められる。 When obtaining the reflectance R of about 0.9 (90%) to the reflective structure 13R, with reference to FIG. 4 (A), the coupling coefficient of about 400 cm -1 in the case reflection structural length L G is 50μm κ is required. Referring to FIG. 4 (B), the coupling coefficient of about 200 cm -1 kappa is required if the reflective structural length L G is 100 [mu] m.

半導体レーザ1において,反射構造部13Rは,活性層13aと同じ組成を持つブロック体13Aと上部クラッド層14とが光軸方向に交互に周期的に並ぶ構造を有する。そして,ブロック体13Aと上部クラッド層14との間の屈折率差は比較的大きい。このため,上述のように,半導体レーザ1は,活性層の上層または下層に回折格子が作成されている従来の半導体レーザに比べると光軸方向の屈折率の変化の度合いが大きく,300cm-1 を超える比較的大きな結合係数κを実現することができる。 In the semiconductor laser 1, the reflecting structure portion 13R has a structure in which block bodies 13A having the same composition as the active layer 13a and the upper cladding layer 14 are alternately arranged in the optical axis direction. The refractive index difference between the block body 13A and the upper cladding layer 14 is relatively large. For this reason, as described above, the semiconductor laser 1 has a larger degree of change in the refractive index in the optical axis direction than that of a conventional semiconductor laser in which a diffraction grating is formed in the upper layer or lower layer of the active layer, and is 300 cm −1. A relatively large coupling coefficient κ exceeding can be realized.

ここで,あまりに結合係数κが大きいと(たとえば,図4(B)の太線参照),反射帯域幅が広くなり過ぎ,発振スペクトル幅を制御できなくなってしまう。   Here, if the coupling coefficient κ is too large (see, for example, the thick line in FIG. 4B), the reflection bandwidth becomes too wide and the oscillation spectrum width cannot be controlled.

ブロック体13Aと上部クラッド層14とが光軸方向に交互に周期的に並ぶ構造を採用することによって比較的大きくなる結合係数κを小さくするには,図5(A)に示すように,反射構造部13Rのデューティ比a/Λ(a:ブロック体13Aの光軸方向の幅,Λ:ブロック体13Aおよび上部クラッド層14の幅(周期))を小さくすることが考えられる。デューティ比a/Λを小さくするには,ブロック体13Aの光軸方向の幅aを小さくする,またはブロック体13Aおよび上部クラッド層14の幅Λを大きくすればよいのは言うまでもない。   In order to reduce the relatively large coupling coefficient κ by adopting a structure in which the block bodies 13A and the upper clad layer 14 are alternately arranged periodically in the optical axis direction, as shown in FIG. It is conceivable to reduce the duty ratio a / Λ (a: the width of the block body 13A in the optical axis direction, Λ: the width (period) of the block body 13A and the upper cladding layer 14) of the structure portion 13R. Needless to say, in order to reduce the duty ratio a / Λ, the width a of the block body 13A in the optical axis direction may be reduced, or the width Λ of the block body 13A and the upper cladding layer 14 may be increased.

逆に,結合係数κをより大きくするには,図5(B)に示すように,各ブロック体13Aの上層に,上部クラッド層14よりも高い屈折率を持つ半導体層(κ調整層)21(κ調整層21は,ブロック体13Aの屈折率よりも低い屈折率をもつものであるのは言うまでもない)をさらに積層すればよい(この半導体レーザを符号1Bで示す)。光軸方向の光の屈折率の変化の度合い(結合係数κ)を大きくすることができる。なお,κ調整層21は各ブロック体13Aの下層に設けてもよい。   Conversely, in order to increase the coupling coefficient κ, as shown in FIG. 5B, a semiconductor layer (κ adjustment layer) 21 having a higher refractive index than that of the upper cladding layer 14 is formed above each block body 13A. (It goes without saying that the κ adjusting layer 21 has a refractive index lower than that of the block body 13A) may be further laminated (this semiconductor laser is denoted by reference numeral 1B). The degree of change in the refractive index of light in the optical axis direction (coupling coefficient κ) can be increased. Note that the κ adjustment layer 21 may be provided below each block body 13A.

図6は,反射構造長LG が100μmで,結合係数κが200cm-1の反射構造部13Rを有する半導体レーザ1(図4(B)の実線を参照)から出射されるレーザ光のスペクトルを,横軸をレーザ光の波長,縦軸を光強度とするグラフ上に示している。 Figure 6 is a reflecting structure length L G is 100 [mu] m, the spectrum of the laser light emitted from the semiconductor laser 1, the coupling coefficient κ has a reflective structure 13R of 200 cm -1 (solid line reference in FIG. 4 (B)) The horizontal axis represents the wavelength of the laser beam and the vertical axis represents the light intensity.

図7は半導体レーザの他の例を示している。図7に示す半導体レーザ1Cは,後方端面1bに反射防止膜(無反射膜)22が設けられている点が図1および図2に示す半導体レーザ1と異なる。   FIG. 7 shows another example of a semiconductor laser. The semiconductor laser 1C shown in FIG. 7 is different from the semiconductor laser 1 shown in FIGS. 1 and 2 in that an antireflection film (non-reflection film) 22 is provided on the rear end face 1b.

上述したように,反射構造部13Rにおける反射率を0.9(90%)程度にした場合,わずかではあるが半導体レーザの後方端面1bにも光が到達する。図7に示すように,半導体レーザ1Cの後方端面1bに反射防止膜22を設けることによって,後方端面1bに達した光の反射が抑制されるので,半導体レーザ1Cから出射されるレーザ光のスペクトルに,不要なスペクトル成分が含まれるのを抑制することができる。   As described above, when the reflectance of the reflecting structure portion 13R is about 0.9 (90%), the light reaches the rear end face 1b of the semiconductor laser, though slightly. As shown in FIG. 7, by providing an antireflection film 22 on the rear end face 1b of the semiconductor laser 1C, reflection of light reaching the rear end face 1b is suppressed, so that the spectrum of laser light emitted from the semiconductor laser 1C is reduced. Therefore, it is possible to suppress unnecessary spectral components from being included.

図8(A)〜図11(C)は半導体レーザ1の製造工程を示している。図8(A)〜図8(C),図9(A),(B),(C−1)および(D)は,半導体レーザ1の出射端面1aおよび後方端面1bを結ぶ光軸方向の縦断面図を示している。図9(C−2)は図9(C−1)に対応する平面図を示している。図10(A)〜(D),図11(A)〜(C)は,半導体レーザ1の光軸方向に直交する方向の縦断面図(図9(D)のA−A線に沿う断面)を示している。これらの図面において,断面を示すハッチングの図示は省略されている。   FIGS. 8A to 11C show the manufacturing process of the semiconductor laser 1. 8 (A) to 8 (C), 9 (A), 9 (B), 9 (C-1) and 9 (D) show the optical axis direction connecting the emission end face 1a and the rear end face 1b of the semiconductor laser 1. FIG. A longitudinal sectional view is shown. FIG. 9C-2 is a plan view corresponding to FIG. 9C-1. FIGS. 10A to 10D and FIGS. 11A to 11C are longitudinal sectional views in a direction orthogonal to the optical axis direction of the semiconductor laser 1 (a cross section taken along line AA in FIG. 9D). ). In these drawings, the hatching showing the cross section is omitted.

図8(A)を参照して,n型InP(インジウム−リン)基板11を用意する。図8(B)を参照して,基板11上にn型InP下部クラッド層12を結晶成長し,その後InGaAsP(インジウム−ガリウム−ヒ素−リン)活性層13を結晶成長する。詳細な図示は省略するが,InGaAsP活性層13は,井戸層および障壁層を交互に複数積層した多重量子井戸構造(MQW:Multi Quantum Well)と,この多重量子井戸構造を上下から挟込む分離閉込めヘテロ構造(SCH:Separated Confinement Heterostructure )を有している。   Referring to FIG. 8A, an n-type InP (indium-phosphorus) substrate 11 is prepared. Referring to FIG. 8B, an n-type InP lower cladding layer 12 is crystal-grown on a substrate 11, and then an InGaAsP (indium-gallium-arsenic-phosphorus) active layer 13 is crystal-grown. Although not shown in detail, the InGaAsP active layer 13 includes a multiple quantum well (MQW) structure in which a plurality of well layers and barrier layers are alternately stacked, and a separate closed sandwiching the multiple quantum well structure from above and below. It has an embedded heterostructure (SCH).

図8(C)を参照して,活性層13の上面の全面にレジスト23を塗布する。   Referring to FIG. 8C, a resist 23 is applied to the entire upper surface of the active layer 13.

図9(A)を参照して,レジスト23を電子ビーム描画法によって露光する。露光は後方端面に近い領域にのみ行われ,出射端面付近では行われない。後方端面に近い領域におけるレジスト23が,出射端面および後方端面を結ぶ方向にほぼ直交する方向に,所定間隔をあけて筋状に複数露光される。レジスト23への露光の後,現像を行い,露光によって感光した部分のレジスト23を除去する。   Referring to FIG. 9A, the resist 23 is exposed by an electron beam drawing method. The exposure is performed only in the area close to the rear end face, not near the exit end face. A plurality of resists 23 in a region near the rear end face are exposed in a streak pattern at predetermined intervals in a direction substantially perpendicular to the direction connecting the output end face and the rear end face. After the exposure to the resist 23, development is performed, and the resist 23 in a portion exposed by the exposure is removed.

図9(B)を参照して,全体を硫酸および過酸化水素水を含むエッチング液に浸す。下部クラッド層12を構成するInPは,活性層13を構成するInGaAsPよりもエッチング速度が極端に遅い。このため,下部クラッド層12がエッチ・ストップ層となり,レジスト23が除去された部分では活性層13までがエッチングされる。これによりブロック体13Aが形成される。   Referring to FIG. 9B, the whole is immersed in an etching solution containing sulfuric acid and hydrogen peroxide solution. The etching rate of InP constituting the lower cladding layer 12 is extremely slower than that of InGaAsP constituting the active layer 13. For this reason, the lower cladding layer 12 becomes an etch stop layer, and even the active layer 13 is etched in the portion where the resist 23 is removed. Thereby, the block body 13A is formed.

図9(C−1)およびその平面図である図9(C−2)を参照して,全てのレジスト23を除去する。   Referring to FIG. 9C-1 and FIG. 9C-2, which is a plan view thereof, all the resists 23 are removed.

図9(D)を参照して,p型InP上部クラッド層14を結晶成長する。上述したエッチングによって活性層13が存在しなくなった部分が上部クラッド層14によって埋込まれる。これにより,ブロック体13Aと上部クラッド層14が,光軸方向に交互に配列される(反射構造部13Rの形成)(図1,図2参照)。   Referring to FIG. 9D, the p-type InP upper cladding layer 14 is crystal-grown. The portion where the active layer 13 does not exist due to the etching described above is filled with the upper cladding layer 14. As a result, the block bodies 13A and the upper clad layers 14 are alternately arranged in the optical axis direction (formation of the reflection structure portion 13R) (see FIGS. 1 and 2).

図10(A),(B)(上述のように,図10(A)〜図11(C)は半導体レーザ1の光軸方向に直交する方向の縦断面図(図9(D)のA−A線に沿う断面)である)を参照して,プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition )法によって,上部クラッド層14上にSiNxまたはSiO2絶縁膜24を堆積し,その後,絶縁膜24上にレジスト25を塗布する。 10A and 10B (as described above, FIGS. 10A to 11C are longitudinal sectional views in a direction orthogonal to the optical axis direction of the semiconductor laser 1 (A in FIG. 9D). -A cross section along the line A)), an SiN x or SiO 2 insulating film 24 is deposited on the upper cladding layer 14 by plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method, and then the insulating film 24 is deposited on the insulating film 24. Resist 25 is applied.

図10(C)を参照して,出射端面と後方端面を結ぶ光軸方向に延びるストライプ状のレジスト25aを残してその両側のレジスト25を露光し,露光されたレジスト25を除去する。絶縁膜24上にストライプ状レジスト25aが残る。   Referring to FIG. 10C, the resist 25 on both sides of the resist 25a is exposed except for the striped resist 25a extending in the optical axis direction connecting the emission end face and the rear end face, and the exposed resist 25 is removed. A striped resist 25a remains on the insulating film 24.

図10(D)を参照して,全体をエッチング液に浸して,ストライプ状レジスト25aによってマスクされた部分以外の絶縁膜24を除去する。上部クラッド層14の上面には,ストライプ状絶縁膜24aおよびストライプ状レジスト25aが残る。   Referring to FIG. 10D, the whole is immersed in an etching solution, and the insulating film 24 other than the portion masked by the stripe resist 25a is removed. On the upper surface of the upper cladding layer 14, the striped insulating film 24a and the striped resist 25a remain.

図11(A)を参照して,ストライプ状レジスト25aを除去し,ストライプ状絶縁膜24aをエッチング・マスクとしてエッチングを行う。ストライプ状絶縁膜24aの周囲(左右両側)において,上部クラッド層14,活性層13,下部クラッド層12,基板11がエッチングによって削られ,メサ構造が形成される。これによりストライプ状活性層13a(図1,図2参照)が形成される。   Referring to FIG. 11A, striped resist 25a is removed and etching is performed using striped insulating film 24a as an etching mask. The upper cladding layer 14, the active layer 13, the lower cladding layer 12, and the substrate 11 are removed by etching around the striped insulating film 24a (on the left and right sides) to form a mesa structure. As a result, a stripe-shaped active layer 13a (see FIGS. 1 and 2) is formed.

図11(B)を参照して,p型InP電流ブロック層15およびn型InP電流ブロック層16を順次結晶成長する。メサ構造の両側がこれらの電流ブロック層15,16によって埋込まれる。ストライプ状絶縁膜24aを除去し,その後p型InPクラッド層17を結晶成長する。p型InPクラッド層17の上面に,さらにp型InGaAsコンタクト層を結晶成長してもよい。   Referring to FIG. 11B, a p-type InP current blocking layer 15 and an n-type InP current blocking layer 16 are successively grown. Both sides of the mesa structure are buried by these current blocking layers 15 and 16. Striped insulating film 24a is removed, and then p-type InP cladding layer 17 is crystal-grown. A crystal of a p-type InGaAs contact layer may be further grown on the upper surface of the p-type InP cladding layer 17.

図11(C)を参照して,全体の厚さが 100μm程度になるまでn型InP基板11の下面(裏面)を研磨する。p型InPクラッド層17の上面全体に上面電極(p型電極)18を蒸着し,n型InP基板11の下面全体に下面電極(n型電極)19を蒸着する。その後,両端面(出射端面となるべき位置および後方端面となるべき位置)を劈開する。出射端面には低光反射率の反射防止膜(図示略)をコーティングする。後方端面には必要に応じて反射率が数%程度の反射防止膜(図示略)をコーティングする。チップ1つずつに分離すると,半導体レーザ1が完成する。   Referring to FIG. 11C, the lower surface (back surface) of n-type InP substrate 11 is polished until the total thickness becomes about 100 μm. A top electrode (p-type electrode) 18 is deposited on the entire top surface of the p-type InP cladding layer 17, and a bottom surface electrode (n-type electrode) 19 is deposited on the entire bottom surface of the n-type InP substrate 11. Thereafter, both end faces (the position to be the exit end face and the position to be the rear end face) are cleaved. The exit end face is coated with an antireflection film (not shown) having a low light reflectance. The rear end face is coated with an antireflection film (not shown) having a reflectance of about several percent as necessary. When separated into chips one by one, the semiconductor laser 1 is completed.

上述した実施例では,半導体レーザ1の上面全体に上面電極18が,下面全体に下面電極19がそれぞれ形成されているが,光の発光に寄与するストライプ状活性層13aに対応する範囲,すなわち,発光領域10A(図2参照)のみに上面電極18および下面電極19を形成して,反射領域10Bの範囲には上面電極18および下面電極19を形成しないようにしてもよい。さらには,上面電極18または下面電極19のうちの一方のみを,発光領域10Aのみに形成してもよい。   In the embodiment described above, the upper surface electrode 18 is formed on the entire upper surface of the semiconductor laser 1 and the lower surface electrode 19 is formed on the entire lower surface, but the range corresponding to the stripe-shaped active layer 13a contributing to light emission, that is, The upper surface electrode 18 and the lower surface electrode 19 may be formed only in the light emitting region 10A (see FIG. 2), and the upper surface electrode 18 and the lower surface electrode 19 may not be formed in the range of the reflective region 10B. Furthermore, only one of the upper surface electrode 18 and the lower surface electrode 19 may be formed only in the light emitting region 10A.

図12は,上述した半導体レーザ1を備えた同軸型半導体レーザモジュールの一例の縦断面図を示している。   FIG. 12 shows a longitudinal sectional view of an example of a coaxial semiconductor laser module provided with the semiconductor laser 1 described above.

同軸型半導体レーザモジュール30はCANパッケージ2を含む。CANパッケージ2は,3本のリード3が下方に向けて突出している円盤状ステム4と,この円盤状ステム4上に固定された中空の円筒状キャップ5とによってその外形が形成される。円筒状キャップ5の中に,半導体レーザ1と,半導体レーザ1から出射されるレーザ光を集光するレンズ6とが収められている。なお,2枚のレンズを用いた2枚レンズ系の構成としてもよい。   The coaxial semiconductor laser module 30 includes a CAN package 2. The outer shape of the CAN package 2 is formed by a disk-shaped stem 4 in which three leads 3 protrude downward and a hollow cylindrical cap 5 fixed on the disk-shaped stem 4. A cylindrical cap 5 contains a semiconductor laser 1 and a lens 6 that collects laser light emitted from the semiconductor laser 1. Note that a two-lens system configuration using two lenses may be used.

CANパッケージ2は方形の底板7に固定されて用いられる。底板7の中央には段部7aおよびねじ溝7bが形成されたCAN固定穴があけられており,CAN固定穴の下方から上方に向けてCANパッケージ2を入れると,CANパッケージ2の円盤状ステム4が段部7aに当接する。その後,リード通し穴があけられたストッパねじ8がCAN固定穴のねじ溝7bにねじ止めされ,これによりCANパッケージ2は底板7に確実に固定される。底板7の左右の端部付近にねじ通し穴7cがあけられている。ねじ通し穴7cは,同軸型半導体レーザモジュール30を基板等に固定するときに用いられる。   The CAN package 2 is used by being fixed to a rectangular bottom plate 7. In the center of the bottom plate 7, a CAN fixing hole in which a step 7a and a screw groove 7b are formed is formed. When the CAN package 2 is inserted from the bottom to the top of the CAN fixing hole, the disk-shaped stem of the CAN package 2 is inserted. 4 contacts the stepped portion 7a. Thereafter, the stopper screw 8 with the lead through hole is screwed into the screw groove 7b of the CAN fixing hole, and thereby the CAN package 2 is securely fixed to the bottom plate 7. Screw holes 7 c are formed in the vicinity of the left and right ends of the bottom plate 7. The screw hole 7c is used when the coaxial semiconductor laser module 30 is fixed to a substrate or the like.

CANパッケージ2の円筒状キャップ5の先端部分に中空の円筒状ホルダ31が固定されている。円筒状ホルダ31の先端に,スリーブ35を介して円筒状フェルール32が固定されている。円筒状フェルール32の内部に光ファイバ33が貫通している。CANパッケージ2,円筒状ホルダ31,円筒状フェルール32および光ファイバ33の一部を取囲む円筒状カバー34が底板7に固定されている。CANパッケージ2内の半導体レーザ1から出射されたレーザ光は,レンズ6を通ってCANパッケージ2から出射し,ホルダ31を通って光ファイバ33に入射する。   A hollow cylindrical holder 31 is fixed to the tip portion of the cylindrical cap 5 of the CAN package 2. A cylindrical ferrule 32 is fixed to the tip of the cylindrical holder 31 via a sleeve 35. An optical fiber 33 passes through the cylindrical ferrule 32. A cylindrical cover 34 that surrounds a portion of the CAN package 2, the cylindrical holder 31, the cylindrical ferrule 32, and the optical fiber 33 is fixed to the bottom plate 7. Laser light emitted from the semiconductor laser 1 in the CAN package 2 is emitted from the CAN package 2 through the lens 6 and enters the optical fiber 33 through the holder 31.

図13は半導体レーザ1を備えたバタフライ型半導体レーザモジュール40の一例の側断面図を示している。半導体レーザモジュール40は,内部が中空の直方体状のパッケージ(筐体)を備え,パッケージの内部に,半導体レーザ1,半導体レーザ1から出射されるレーザ光を集光するレンズ41,戻り光を防止するアイソレータ42,半導体レーザ1の後方端面からわずかに出射する光を受光して半導体レーザ1の動作をモニタする受光素子43が格納されている。半導体レーザ1はサブマウント44上に載置され,レンズ41はレンズホルダ45に保持され,受光素子43はPDサブマウント46上に載置されている。サブマウント44,レンズホルダ45,PDサブマウント46およびアイソレータ42が,基板47上に固定されている。   FIG. 13 shows a side sectional view of an example of the butterfly type semiconductor laser module 40 provided with the semiconductor laser 1. The semiconductor laser module 40 includes a rectangular parallelepiped package (housing), a lens 41 for condensing the laser light emitted from the semiconductor laser 1 and the semiconductor laser 1 inside the package, and preventing return light. An isolator 42 that receives light slightly emitted from the rear end face of the semiconductor laser 1 and a light receiving element 43 that monitors the operation of the semiconductor laser 1 are stored. The semiconductor laser 1 is placed on the submount 44, the lens 41 is held by a lens holder 45, and the light receiving element 43 is placed on the PD submount 46. A submount 44, a lens holder 45, a PD submount 46, and an isolator 42 are fixed on a substrate 47.

パッケージ内部の底面にペルチェ素子48が固定されている。このペルチェ素子48上に,上述した半導体レーザ1,レンズ41,アイソレータ42および受光素子43が搭載された基板47が固定されている。   A Peltier element 48 is fixed to the bottom surface inside the package. On the Peltier element 48, a substrate 47 on which the semiconductor laser 1, the lens 41, the isolator 42, and the light receiving element 43 are mounted is fixed.

パッケージの前壁面に,半導体レーザ1から出射されるレーザ光を外部に導くための円形の出射口が形成されており,その手前側には窓ガラス52が取り付けられている。光ファイバ50が中心に配置された円筒状フェルール49が,スリーブ53によってパッケージの前壁面に固定され,さらに円筒状フェルール49の全体および光ファイバ50の一部を取り囲む円筒状のカバー51が,前壁面に固定されている。半導体レーザ1から出射されたレーザ光は,レンズ41,アイソレータ42および窓ガラス52を通ってパッケージの前壁面に達し,光ファイバ50に入射する。   A circular emission port for guiding laser light emitted from the semiconductor laser 1 to the outside is formed on the front wall surface of the package, and a window glass 52 is attached to the front side thereof. A cylindrical ferrule 49 with the optical fiber 50 disposed at the center is fixed to the front wall surface of the package by a sleeve 53, and a cylindrical cover 51 surrounding the entire cylindrical ferrule 49 and a part of the optical fiber 50 is provided at the front. It is fixed on the wall. The laser light emitted from the semiconductor laser 1 reaches the front wall surface of the package through the lens 41, the isolator 42 and the window glass 52, and enters the optical fiber 50.

半導体レーザ1は,上述のように,マルチ縦モードのレーザ光を出射することができる(図6参照)。マルチ縦モードのレーザ光は半導体レーザ1の内部に形成された反射構造部13R(ブロック体13Aと上部クラッド層14の配列構造)における複数波長の光の反射によって実現されるので,出射されるレーザ光の波長安定性は高く,比較的パワーの大きいレーザ光を出射させることができる。このため,半導体レーザ1(半導体レーザ1を備えた同軸型半導体レーザモジュール30またはバタフライ型半導体レーザモジュール40)は,ラマン増幅器,材料分析器等に応用することでができる。   As described above, the semiconductor laser 1 can emit multi-longitudinal mode laser light (see FIG. 6). The laser beam in the multi-longitudinal mode is realized by the reflection of light of a plurality of wavelengths in the reflection structure portion 13R (the arrangement structure of the block body 13A and the upper clad layer 14) formed inside the semiconductor laser 1, so that the emitted laser beam The wavelength stability of the light is high, and laser light with relatively high power can be emitted. Therefore, the semiconductor laser 1 (the coaxial semiconductor laser module 30 or the butterfly semiconductor laser module 40 provided with the semiconductor laser 1) can be applied to a Raman amplifier, a material analyzer, and the like.

図14は,上述した半導体レーザモジュール40を励起光用光源として用いたラマン増幅器のブロック図を示している。   FIG. 14 shows a block diagram of a Raman amplifier using the above-described semiconductor laser module 40 as a pumping light source.

ラマン増幅器60では,半導体レーザモジュール40から出射されたレーザ光は,励起光としてカプラ61を通じて増幅用光ファイバ62に入力する。増幅用光ファイバ62において誘導ラマン散乱が生じ,レーザ光の波長(励起光波長)から約100nm程度長波長側に利得が生じる。増幅用光ファイバ62に信号光が入射すると,増幅用光ファイバ62中に生じた利得によって信号光が増幅される(ラマン増幅)。半導体レーザモジュール40に含まれる半導体レーザ1は,比較的パワーの高いマルチ縦モードのレーザ光を出射することができるので,増幅用光ファイバ62において誘導ブルリアン散乱が生じにくく,信号光を長距離にわたって伝送することができる。   In the Raman amplifier 60, the laser light emitted from the semiconductor laser module 40 is input to the amplification optical fiber 62 through the coupler 61 as excitation light. Stimulated Raman scattering occurs in the amplification optical fiber 62, and a gain is generated on the longer wavelength side by about 100 nm from the wavelength of the laser light (excitation light wavelength). When the signal light enters the amplification optical fiber 62, the signal light is amplified by the gain generated in the amplification optical fiber 62 (Raman amplification). Since the semiconductor laser 1 included in the semiconductor laser module 40 can emit multi-longitudinal mode laser light with relatively high power, the stimulated Brillouin scattering hardly occurs in the amplification optical fiber 62, and the signal light is spread over a long distance. Can be transmitted.

半導体レーザの一部破断斜視図を示す。The partially broken perspective view of a semiconductor laser is shown. 半導体レーザの断面図を示す。1 shows a cross-sectional view of a semiconductor laser. 半導体レーザの他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of a semiconductor laser. (A),(B)は,反射構造部における光の反射率を示すグラフをそれぞれ示す。(A), (B) shows the graph which shows the reflectance of the light in a reflection structure part, respectively. (A)は反射構造部の拡大断面図を,(B)は半導体レーザの他の例を示す断面図を,それぞれ示す。(A) is an enlarged sectional view of the reflecting structure portion, and (B) is a sectional view showing another example of the semiconductor laser. 半導体レーザから出射されるレーザ光のスペクトルを示す。The spectrum of the laser beam emitted from the semiconductor laser is shown. 半導体レーザの他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of a semiconductor laser. (A),(B)および(C)は半導体レーザの製造工程を示す。(A), (B) and (C) show the manufacturing process of the semiconductor laser. (A),(B),(C−1)および(C−2),ならびに(D)は半導体レーザの製造工程を示す。(A), (B), (C-1) and (C-2), and (D) show the semiconductor laser manufacturing process. (A),(B),(C)および(D)は半導体レーザの製造工程を示す。(A), (B), (C) and (D) show the manufacturing process of the semiconductor laser. (A),(B)および(C)は半導体レーザの製造工程を示す。(A), (B) and (C) show the manufacturing process of the semiconductor laser. 同軸型半導体レーザモジュールの縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of a coaxial type semiconductor laser module. バタフライ型半導体レーザモジュールの側断面図である。It is a sectional side view of a butterfly type semiconductor laser module. ラマン増幅器のブロック図を示す。1 shows a block diagram of a Raman amplifier.

符号の説明Explanation of symbols

1,1A,1B,1C 半導体レーザ
10A 発光領域
10B 反射領域
12 下部クラッド層
13a ストライプ状活性層
13A ブロック体
13R 反射構造部
14 上部クラッド層
15,16 電流ブロック層
18 上面電極
19 下面電極
20 ガイド層
21 κ調整層
22 反射防止膜
30,40 半導体レーザモジュール
60 ラマン増幅器
1,1A, 1B, 1C Semiconductor laser
10A light emitting area
10B reflection area
12 Lower cladding layer
13a Striped active layer
13A block body
13R Reflective structure
14 Upper cladding layer
15, 16 Current blocking layer
18 Top electrode
19 Bottom electrode
20 Guide layer
21 κ adjustment layer
22 Anti-reflective coating
30, 40 Semiconductor laser module
60 Raman amplifier

Claims (8)

半導体基板上に,発光領域と反射領域とが光軸方向に直列に形成された半導体レーザであって,
前記発光領域には,前記光軸方向に延びる活性層が形成されており,
前記反射領域には,前記活性層の延長上に,前記活性層と同一材料からなる複数のブロック体が互いに離間して周期的に形成されており,
前記複数のブロック体は,その周囲が前記ブロック体の屈折率よりも低い屈折率を持つ半導体材料によって取巻かれており,
前記発光領域の端面からマルチ縦モードのレーザ光が出射されるようになっていることを特徴とする,
半導体レーザ。
A semiconductor laser in which a light emitting region and a reflective region are formed in series in the optical axis direction on a semiconductor substrate,
An active layer extending in the optical axis direction is formed in the light emitting region,
In the reflection region, a plurality of block bodies made of the same material as the active layer are periodically formed apart from each other on the extension of the active layer,
The plurality of block bodies are surrounded by a semiconductor material having a lower refractive index than the block body.
A multi-longitudinal mode laser beam is emitted from an end face of the light emitting region,
Semiconductor laser.
少なくとも前記ブロック体の上方または下方に,前記半導体レーザの光軸方向に延びる光ガイド層が設けられている,
請求項1に記載の半導体レーザ。
An optical guide layer extending in the optical axis direction of the semiconductor laser is provided at least above or below the block body,
The semiconductor laser according to claim 1.
前記複数のブロック体のそれぞれの上層または下層に,前記ブロック体の屈折率よりも低く,かつ前記半導体材料の屈折率よりも高い屈折率を持つ結合係数調整層が設けられている,
請求項1に記載の半導体レーザ。
A coupling coefficient adjusting layer having a refractive index lower than the refractive index of the block body and higher than the refractive index of the semiconductor material is provided on the upper layer or the lower layer of each of the plurality of block bodies.
The semiconductor laser according to claim 1.
前記活性層において光を発生させるための電流を流入する,前記半導体レーザの上面および下面にそれぞれ形成される上面電極および下面電極のうち,少なくとも一方が前記発光領域のみに形成されている,
請求項1から3のいずれか一項に記載の半導体レーザ。
At least one of an upper electrode and a lower electrode formed on the upper and lower surfaces of the semiconductor laser, respectively, into which current for generating light in the active layer flows is formed only in the light emitting region;
The semiconductor laser according to claim 1.
前記反射領域の端面に反射防止膜が設けられている,
請求項1から4のいずれか一項に記載の半導体レーザ。
An antireflection film is provided on an end face of the reflection region,
The semiconductor laser according to claim 1.
請求項1から5のいずれか一項に記載の半導体レーザ,および前記半導体レーザから出射されるレーザ光を収束するレンズが筐体内に格納されており,
前記筐体に接続され,前記レーザ光を前記筐体の外部に導く光ファイバを備えている,
半導体レーザモジュール。
The semiconductor laser according to any one of claims 1 to 5 and a lens for converging a laser beam emitted from the semiconductor laser are stored in a housing.
An optical fiber that is connected to the housing and guides the laser light to the outside of the housing;
Semiconductor laser module.
前記半導体レーザを冷却する冷却素子をさらに備えた,
請求項6に記載の半導体レーザモジュール。
A cooling element for cooling the semiconductor laser;
The semiconductor laser module according to claim 6.
請求項6または7に記載の半導体レーザモジュール,および
前記半導体レーザモジュールからのレーザ光が励起光として入射し,誘導ラマン増幅を生じさせる光ファイバ,
を備えたラマン増幅器。
The semiconductor laser module according to claim 6 or 7, and an optical fiber that causes the laser light from the semiconductor laser module to be incident as excitation light and to generate stimulated Raman amplification,
Raman amplifier equipped with.
JP2008157377A 2008-06-17 2008-06-17 Semiconductor laser, semiconductor laser module, and raman amplifier Pending JP2009302416A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008157377A JP2009302416A (en) 2008-06-17 2008-06-17 Semiconductor laser, semiconductor laser module, and raman amplifier

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008157377A JP2009302416A (en) 2008-06-17 2008-06-17 Semiconductor laser, semiconductor laser module, and raman amplifier

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009302416A true JP2009302416A (en) 2009-12-24

Family

ID=41548986

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008157377A Pending JP2009302416A (en) 2008-06-17 2008-06-17 Semiconductor laser, semiconductor laser module, and raman amplifier

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009302416A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112600071A (en) * 2019-10-01 2021-04-02 Ii-Vi特拉华有限公司 Double-kappa distributed Bragg reflector laser

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1041578A (en) * 1996-07-26 1998-02-13 Nec Corp Distribution feedback type semiconductor laser
JP2001203422A (en) * 2000-01-18 2001-07-27 Xerox Corp Distributed feedback laser manufactured by lateral over growth of active region
WO2001069735A1 (en) * 2000-03-13 2001-09-20 Sharp Kabushiki Kaisha Gain-coupled distributed feedback semiconductor laser device and production method therefor
JP2002217489A (en) * 2001-01-22 2002-08-02 Fujitsu Ltd Distributed feedback laser diode and method of manufacturing the same
JP2003234538A (en) * 2002-02-08 2003-08-22 Sumitomo Electric Ind Ltd Semiconductor laser device
JP2003347676A (en) * 2001-11-14 2003-12-05 Furukawa Electric Co Ltd:The Semiconductor laser device, semiconductor laser module, and optical fiber amplifier using same
JP2007294883A (en) * 2006-03-30 2007-11-08 Anritsu Corp Semiconductor laser device, semiconductor laser module and raman amplifier fabricated using the same

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1041578A (en) * 1996-07-26 1998-02-13 Nec Corp Distribution feedback type semiconductor laser
JP2001203422A (en) * 2000-01-18 2001-07-27 Xerox Corp Distributed feedback laser manufactured by lateral over growth of active region
WO2001069735A1 (en) * 2000-03-13 2001-09-20 Sharp Kabushiki Kaisha Gain-coupled distributed feedback semiconductor laser device and production method therefor
JP2002217489A (en) * 2001-01-22 2002-08-02 Fujitsu Ltd Distributed feedback laser diode and method of manufacturing the same
JP2003347676A (en) * 2001-11-14 2003-12-05 Furukawa Electric Co Ltd:The Semiconductor laser device, semiconductor laser module, and optical fiber amplifier using same
JP2003234538A (en) * 2002-02-08 2003-08-22 Sumitomo Electric Ind Ltd Semiconductor laser device
JP2007294883A (en) * 2006-03-30 2007-11-08 Anritsu Corp Semiconductor laser device, semiconductor laser module and raman amplifier fabricated using the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112600071A (en) * 2019-10-01 2021-04-02 Ii-Vi特拉华有限公司 Double-kappa distributed Bragg reflector laser
CN112600071B (en) * 2019-10-01 2024-08-09 Ii-Vi特拉华有限公司 Dual-kappa distributed Bragg reflector laser

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5261857B2 (en) Edge-emitting semiconductor laser and semiconductor laser module
JPH09283847A (en) Semiconductor laser module
WO2009116140A1 (en) Optical semiconductor element and its manufacturing method
KR20040066127A (en) Surface emitting dfb laser structures for broadband communication systems and array of same
JPH09283841A (en) Distributed feed back semiconductor laser device, manufacturing method thereof and exposing method
JP2001257422A (en) Semiconductor laser module
JP6247944B2 (en) Horizontal cavity surface emitting laser element
JP4085970B2 (en) External cavity semiconductor laser
JP5022015B2 (en) Semiconductor laser device and optical module using the same
US6816531B1 (en) High-power, kink-free, single mode laser diodes
US20200036162A1 (en) Laser
US6810067B2 (en) Single mode grating-outcoupled surface emitting laser with broadband and narrow-band DBR reflectors
US6888874B2 (en) Single-wavelength, unequal-length-multi-cavity grating-outcoupled surface emitting laser with staggered tuned distributed Bragg reflectors
JP2002299759A (en) Semiconductor laser
US8811447B2 (en) Semiconductor laser with varied-width waveguide and semiconductor laser module including the same
CA2341085A1 (en) High power, kink-free, single mode laser diodes
US7194014B2 (en) Semiconductor laser device, semiconductor laser module, and optical fiber amplifier using the semiconductor laser module
JP5191143B2 (en) Semiconductor laser device, semiconductor laser module, and Raman amplifier using the semiconductor laser module
JP2009302416A (en) Semiconductor laser, semiconductor laser module, and raman amplifier
JP2002374037A (en) Semiconductor laser module, fiber-optic amplifier using the same and optical communication system
EP1437810A1 (en) Semiconductor laser element, laser module using it
JP4297322B2 (en) Semiconductor laser device and laser module using the same
US20040080814A1 (en) Semiconductor laser device, semiconductor laser module, and optical fiber amplifier
JP2008205409A (en) Semiconductor laser, semiconductor laser module and raman amplifier
CN100397734C (en) laser components

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100730

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20111219

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20111227

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120217

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120731

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120924

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20130129