特開 2024-143962 半導体レーザ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024143962

(43)【公開日】2024-10-11

(54)【発明の名称】半導体レーザ

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/12 20210101AFI20241003BHJP

   H01S 5/11 20210101ALI20241003BHJP

   H01S 5/16 20060101ALI20241003BHJP

   H01S 5/042 20060101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

H01S5/12

H01S5/11

H01S5/16

H01S5/042 612

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023102676

(22)【出願日】2023-06-22

(31)【優先権主張番号】P 2023054498

(32)【優先日】2023-03-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】515288122

【氏名又は名称】ルーメンタム オペレーションズ エルエルシー

【氏名又は名称原語表記】Ｌｕｍｅｎｔｕｍ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ ＬＬＣ

(74)【代理人】

【識別番号】110000154

【氏名又は名称】弁理士法人はるか国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中村 厚

【テーマコード（参考）】

5F173

【Ｆターム（参考）】

5F173AA05

5F173AB15

5F173AB16

5F173AB23

5F173AB73

5F173AL03

5F173AR03

5F173AR14

(57)【要約】      （修正有）

【課題】半導体レーザの高出力特性と単一波長性の向上。
【解決手段】半導体レーザは、基板と、基板上に形成された活性層と、主λ／４位相シフト部を備え、第１端部から主λ／４位相シフト部までの第１領域及び逆側の第２領域を含む回折格子層と、第１領域と第２領域に共通して設けられた第１及び第２電極と、を備え、第１領域は、ブラッグ波長の光に対して高反射率をもつ回折パターンが配置され、第２領域は、第１領域の位相に対して位相がπシフトしているπシフト領域、副λ／４シフト部、第１領域と位相が同一である同一位相領域、副λ／４シフト部が第２端部に向かってこの順で配置された領域と、πシフト領域を含み、回折格子層が延伸する方向において、πシフト領域は同一位相領域より長く、第１領域の長さは、πシフト領域と同一位相領域の差分より大きく、両側の端面に低反射端面コーティング膜が形成される。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板上に形成された活性層と、
主λ／４位相シフト部を備え、第１端部から主λ／４位相シフト部までの第１領域と、前記第１端部の逆側の第２端部から前記主λ／４位相シフト部までの第２領域と、を含む回折格子層と、
前記第１領域と前記第２領域に共通して前記基板の下方に設けられた第１電極と、
前記第１領域と前記第２領域に共通して前記回折格子層の上方に設けられた第２電極と、
を備え、
前記第１領域は、ブラッグ波長の光に対して高反射率をもつ回折パターンが配置され、
前記第２領域は、前記第１領域の位相に対して位相がπシフトしているπシフト領域、副λ／４シフト部、前記第１領域と位相が同一である同一位相領域、副λ／４シフト部が前記第２端部に向かってこの順で配置された領域と、該領域の前記第２端部側に配置された前記πシフト領域と、含み、
前記回折格子層が延伸する方向において、前記πシフト領域の合計の長さは、前記同一位相領域の長さより長く、
前記回折格子層が延伸する方向において、前記第１領域の長さは、前記πシフト領域の合計の長さと前記同一位相領域の長さの差分より大きく、
前記第２端部に近い前方端面と、前記第１端部に近い後方端面には低反射端面コーティング膜が形成される、半導体レーザ。

【請求項2】

請求項１に記載の半導体レーザであって、
前記第１領域は、前記回折格子層が延伸する方向に同じの長さの第１屈折率領域及び第２屈折率領域が交互に配置され、
前記第２領域の前記πシフト領域は、前記第１領域の位相に対して位相がπシフトするように、前記第１領域と同じ長さの前記第１屈折率領域と前記第２屈折率領域が交互に配置され、
前記第２領域の前記同一位相領域は、前記第１領域の位相と同じ位相となるように、前記第１領域と同じ長さの前記第１屈折率領域と前記第２屈折率領域が交互に配置される、半導体レーザ。

【請求項3】

請求項１に記載の半導体レーザであって、
前記第１領域の規格化結合係数は、前記第２領域の規格化結合係数より大きい、半導体レーザ。

【請求項4】

請求項１に記載の半導体レーザであって、
前記第１領域と前記第２領域の前記回折格子層が延伸する方向の長さの比は、３：７～９：１である、半導体レーザ。

【請求項5】

請求項１に記載の半導体レーザであって、
前記第２領域は、前記πシフト領域、前記副λ／４シフト部、前記同一位相領域、前記副λ／４シフト部がこの順で配置された領域を複数含み、
前記πシフト領域の各長さは同一であり、
前記同一位相領域の各長さは同一である、半導体レーザ。

【請求項6】

請求項１に記載の半導体レーザであって、
前記第２領域は、前記πシフト領域、前記副λ／４シフト部、前記同一位相領域、前記副λ／４シフト部がこの順で配置された領域を複数含み、
前記πシフト領域の各長さは異なり、
前記同一位相領域の各長さは異なる、半導体レーザ。

【請求項7】

請求項１に記載の半導体レーザであって、
前記第１端部と前記後方端面は、略同一箇所であり、
前記第２端部と前記前方端面は、略同一箇所である、半導体レーザ。

【請求項8】

請求項１に記載の半導体レーザであって、
前記第１端部と前記後方端面との間に窓構造を含み、
前記第２端部と前記前方端面との間に窓構造を含む、半導体レーザ。

【請求項9】

請求項２に記載の半導体レーザであって、
前記活性層の上にクラッド層を含み、
前記回折格子層の前記第１屈折率領域は、前記クラッド層より屈折率の高い層であり、
前記回折格子層の前記第２屈折率領域は、前記クラッド層と同じ屈折率である、半導体レーザ。

【請求項10】

請求項１に記載の半導体レーザであって、
前記活性層に電流を注入するためのスルーホールを備える、半導体レーザ。

【請求項11】

請求項１０に記載の半導体レーザであって、
前記スルーホールは、前記第１領域および前記第２領域に跨って配置される、半導体レーザ。

【請求項12】

請求項１０に記載の半導体レーザであって、
前記スルーホールは、前記第１領域において、離散的に配置される、半導体レーザ。

【請求項13】

請求項１２に記載の半導体レーザであって、
前記スルーホールは、前記第１領域において、平面視で、前記第１領域全体の５０％以下２０％以上の領域に配置される、半導体レーザ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体レーザに関する。

【背景技術】

【0002】

光通信に用いられる光源として半導体レーザが広く使われている。半導体レーザの一つに、分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）が知られている。ＤＦＢレーザは回折格子を備えている。また特性向上のために、回折格子に位相シフト部を備えた構造が知られている。半導体レーザの両端面に無反射膜（低反射膜）を形成し、回折格子にλ／４シフト部を配置することで安定した単一波長動作が得られる（特許文献１）。

【0003】

また複数のλ／４シフト部を配置した構造が知られている（特許文献２、３）

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開昭６１－４７６８５

【特許文献2】特開平１－２３９８９２

【特許文献3】特開２０１８－９８４１９

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

共振器の両端面に低反射膜が形成され、λ／４シフト部が共振器の中央にある場合、単一波長性は非常に高く、例えばサイドモード抑圧比（ＳＭＳＲ）の歩留まりは理論上１００％になる。しかし、両端面からの光出力強度は理論上は同一となり、共振器の端面を高反射膜と低反射膜とした半導体レーザと比較すると、低反射膜が配置された端面から出力される光強度が小さい。一方、低反射膜と高反射膜で構成された半導体レーザは、製造上のばらつきによって、端面位相がばらつくために、ＳＭＳＲ歩留まりは両端面が低反射膜の場合と比較して低下する。

【0006】

上記のように高い波長単一性（高いＳＭＳＲ歩留まり）と高出力特性の両立に課題がある。

【0007】

本発明は、高出力特性と高い単一波長性を両立した半導体レーザを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本願の第１態様による半導体レーザは、基板と、前記基板上に形成された活性層と、主λ／４位相シフト部を備え、第１端部から主λ／４位相シフト部までの第１領域と、前記第１端部の逆側の第２端部から前記主λ／４位相シフト部までの第２領域と、を含む回折格子層と、前記第１領域と前記第２領域に共通して前記基板の下方に設けられた第１電極と、前記第１領域と前記第２領域に共通して前記回折格子層の上方に設けられた第２電極と、を備え、前記第１領域は、ブラッグ波長の光に対して高い反射率をもつ回折パターンが配置され、前記第２領域は、前記第１領域の位相に対して位相がπシフトしているπシフト領域、副λ／４シフト部、前記第１領域と位相が同一である同一位相領域、副λ／４シフト部が前記第２端部に向かってこの順で配置された領域と、該領域の前記第２端部側に配置された前記πシフト領域と、含み、前記回折格子層が延伸する方向において、前記πシフト領域の合計の長さは、前記同一位相領域の長さより長く、前記回折格子層が延伸する方向において、前記第１領域の長さは、前記πシフト領域の合計の長さと前記同一位相領域の長さの差分より大きく、前記第２端部に近い前方端面と、前記第１端部に近い後方端面には低反射端面コーティング膜が形成される、ことを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１の実施形態にかかる半導体レーザの上面図の例である。

【図2】図１に示す半導体レーザのII－II線に沿う概略断面図である。

【図3】図１に示す半導体レーザのIII－III線に沿う概略断面図である。

【図4】第１の実施形態の変形例１に係る半導体光レーザのII－II線に沿う概略断面図である。

【図5】第１の実施形態の変形例２に係る半導体光レーザのII－II線に沿う概略断面図である。

【図6】第２の実施形態にかかる半導体レーザの上面図の例である。

【図7】図６に示す半導体レーザのVII－VII線に沿う概略断面図である。

【図8】第３の実施形態にかかる半導体レーザの上面図の例である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、図面に基づき、本発明の実施形態を具体的かつ詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、以下に示す図は、あくまで、実施形態の実施例を説明するものであって、図の大きさと本実施例記載の縮尺は必ずしも一致するものではない。

【0011】

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態にかかる半導体レーザ１の上面図である。図２は、図１のII-II線に沿う概略断面図を表す。図３は、図１のIII-III線に沿う概略断面図を表す。半導体レーザ１は、裏面に第１電極２、表面に第２電極３を備える。第１電極２は、第１領域２０（後述）と第２領域３０（後述）に共通して基板５の下方に設けられる。第２電極３は、第１領域２０と第２領域３０に共通して回折格子層１１（後述）の上方に設けられる。第１電極２及び第２電極３は金属層である。第１電極２と第２電極３との間に電流を注入することで、前方端面４０（図１で左側の端面）から光が出射される。前方端面４０、および後方端面５０（図１で右側の端面）には低反射端面コーティング膜４が形成されている。

【0012】

半導体レーザ１は、第１導電型の基板５の上に第１導電型光閉じ込め層（ＳＣＨ層）６、活性層７、第２導電型光閉じ込め層８（ＳＣＨ層）、第２導電型クラッド層９、第２導電型コンタクト層１０の順で半導体層が積層されている。また第２導電型クラッド層９には回折格子層１１が形成されている。半導体レーザ１は、ＤＦＢレーザである。活性層７は、例えば多重量子井戸層で形成されている。また多重量子井戸層は、真性半導体もしくはｎ型半導体であってよい。なお、ここでは第１導電型はｎ型、第２導電型はｐ型であるが、逆であっても構わない。また、これらの半導体層は、メサ構造１５を有している。メサ構造１５は、光を取り出す方向（第１方向Ｄ１）に延伸している。なおメサ構造１５の下部は基板５の一部である。メサ構造１５の両側は半絶縁性の埋め込み層１２で覆われている。なお埋め込み層１２はｐ型、ｎ型の半導体層の積層体であっても構わない。図１の点線は、メサ構造１５の上部と埋め込み層１２の境界の位置を示している。

【0013】

半導体レーザ１は、表面に絶縁膜１４を備える。絶縁膜１４は一部を除いて半導体レーザ１の表面を覆っている。絶縁膜１４は、メサ構造１５の上部に相当する領域に開口（スルーホール）１８を含む。スルーホール１８にて第２電極３と第２導電型コンタクト層１０が接続され、メサ構造１５に電気信号が印加される（電流が注入される）。ここでスルーホール１８は第１方向Ｄ１に沿って設けられている。また第１方向Ｄ１に垂直な第２方向Ｄ２において、スルーホール１８の幅はメサ構造１５の幅より広い。ただし、両者は同じ幅であっても構わない。

【0014】

具体的には、回折格子層１１はフローティング型であり、第２導電型クラッド層９と第２導電型クラッド層９の屈折率とは異なる第１屈折率の領域で構成されている。ここで第２導電型クラッド層９の屈折率を第２屈折率としたとき、回折格子層１１は第１屈折率領域１１Ａと第２屈折率領域１１Ｂが交互に配置された構造である。ここでは第１屈折率は第２屈折率より高い。ただし、屈折率の関係は逆であっても構わない。回折格子層１１は、第１方向Ｄ１に沿って配置されている。回折格子層１１は、回折格子周期が部分的に異なる位相シフト部を複数含む。ここでは５個の位相シフト部１３を備え、すべてλ／４位相シフト部である。

【0015】

回折格子層１１は、第１端部１６から主λ／４位相シフト部１３までの第１領域２０と、第１端部１６の逆側の第２端部１７から主λ／４位相シフト部１３までの第２領域３０を含む。第１領域２０は、ブラッグ波長の光に対して高い反射率となる周期の回折パターンが配置され、第２領域３０は、第１領域２０の位相に対して位相がπシフトしているπシフト領域３２、副λ／４シフト部１３、第１領域２０と位相が同一である同一位相領域、副λ／４シフト部１３が第２端部１７に向かってこの順で配置された領域と、該領域の第２端部１７側に配置されたπシフト領域３２と、含む。具体的には、回折格子層１１は、後方端面５０と後方端面５０に最も近い位相シフト部１３－１（主λ／４位相シフト部）との間の第１領域２０を含む。第１領域２０の第１方向Ｄ１の長さはＬ１である。第１領域２０は、回折格子層１１が延伸する方向に同じの長さの第１屈折率領域１１Ａ及び第２屈折率領域１１Ｂが交互に配置される。すなわち、第１領域２０の回折格子層は、第１屈折率領域１１Ａと第２屈折率領域１１Ｂが周期的に配置され均一回折格子構造である。回折格子層１１は、位相シフト部１３－１から前方端面４０までの領域である第２領域３０を含む。第２領域３０のπシフト領域は、第１領域の位相に対して位相がπシフトするように、第１領域２０と同じ長さの第１屈折率領域１１Ａと第２屈折率領域１１Ｂが交互に配置される。また、第２領域３０の同一位相領域は、第１領域２０の位相と同じ位相となるように、第１領域２０と同じ長さの第１屈折率領域１１Ａと第２屈折率領域１１Ｂが交互に配置される。具体的には、第２領域３０は、複数の位相シフト部１３を含む。以下、第２領域３０に含まれる位相シフト部１３と、第１領域２０と第２領域３０の間に配置された位相シフト部とは、材料及び長さも同一である例について説明するが、両者を区別するために第２領域３０に含まれる位相シフト部１３については副位相シフト部（または副λ／４位相シフト部）とも呼称する。位相シフト部１３以外の領域は、第１屈折率領域１１Ａと第２屈折率領域１１Ｂが周期的に配置され均一回折格子構造であり、その格子周期は第１領域２０の回折格子構造と同一である。ここで回折格子層１１の格子周期は１．３μｍ帯もしくは１．５５μｍ帯の波長を発振するように設定される。ただし、他の波長帯であっても構わない。ここで位相シフト部１３－１から前方端面４０側に向かって配置された位相シフト部１３を順に、位相シフト部１３－２、１３－３、１３－４、１３－５とする。第２領域３０には、第１領域２０の回折格子の位相に対して、位相がπシフトしたπシフト領域と、位相が２πシフトした同一位相領域が交互に配置されることとなる。同一位相領域は、第１領域２０の回折格子の位相に対して位相が２πシフトしているため、第１領域２０と位相が同一である。具体的には、位相シフト部１３－１と位相シフト部１３－２で挟まれる領域はπシフト領域であり、位相シフト部１３－２と位相シフト部１３－３で挟まれる領域は同一位相領域となる。同様に、位相シフト部１３－３と位相シフト部１３－４で挟まれる領域がπシフト領域であり、位相シフト部１３－４と位相シフト部１３－５で挟まれる領域が同一位相領域であり、位相シフト部１３－５と前方端面４０で挟まれる領域がπシフト領域となる。換言すると、第１領域２０から前方端面４０に向かって、第１のπシフト領域３２－１、第１の同一位相領域３４－１、第２のπシフト領域３２－２、第２の同一位相領域３４－２、第３のπシフト領域３２－３の順で並んでいる。ここで、第１のπシフト領域３２－１と第２のπシフト領域３２－２の第１方向Ｄ１の長さはＬａであり、第１の同一位相領域３４－１と第２の同一位相領域３４－２の第１方向Ｄ１の長さはＬｂである。またＬａはＬｂより長い。第３のπシフト領域３２－３の長さはＬｃである。

【0016】

以降、説明の便宜上第１方向Ｄ１に沿った方向を前後と表記する。前方向は前方端面４０に向かう方向と定義する。半導体レーザ１は、大きく見ると第１領域２０と第２領域３０とで構成されている。第１領域２０のブラッグ波長において、第２領域３０でπシフトして反射した光が結合することで半導体レーザ１全体の光特性（波長単一性や光強度）が決定される。ここで、回折格子層１１は第１領域２０から第２領域３０に跨って形成されているが、第１屈折率領域１１Ａの第１領域２０と第２領域３０は同じ材料（同じ屈折率）であり、第２屈折率領域１１Ｂの第１領域２０と第２領域３０は同じ材料（同じ屈折率）である。また第１屈折率領域１１Ａと第２屈折率領域１１Ｂの面積比（デューティ）は同じである。

【0017】

第１領域２０から伝達される光は、第１領域２０から見て、第２領域３０の第１のπシフト領域３２－１で位相がπシフトした反射光として見える。また第１のπシフト領域３２－１を通り過ぎた光は第１の同一位相領域３４－１で位相が２πシフト、つまり位相反転せずに反射した光と見える。ここで第１の同一位相領域３４－１で反射した光と第１のπシフト領域３２－１で反射した光の位相は反転しているため打ち消しあう。しかし、第１のπシフト領域３２－１は第１の同一位相領域３４－１より長いために、第１のπシフト領域３２－１で反射した光の全てが打ち消されるわけではなく、ＬａとＬｂの長さの差分に対応した領域の反射光が第１領域２０に戻ってくる。つまり、第１のπシフト領域３２－１において位相シフト部１３－２から後方にＬｂ進んだ領域までの間で反射した光は、打ち消される。これは第１領域２０から見た時に、反射が発生していない、つまり透過していると等価になる。反射が起こらないということは、第１領域２０のブラッグ波長に対して、規格化結合係数κLが０であるとみなすことができる。つまり、位相シフト部１３－２を中心に前後にＬｂだけ進んだ領域のκLは０とみなすことができる。一方、第１のπシフト領域３２－１のＬａとＬｂの差分の領域は反射に寄与するため、第１のπシフト領域３２－１および第１の同一位相領域３４－１全体の規格化結合係数はκ×（Ｌａ－Ｌｂ）と見なすことができる。

【0018】

同様に第２のπシフト領域３２－２と第２の同一位相領域３４－２は位相シフト部１３－４を中心に前後にＬｂの領域の反射光は打ち消しあう。従って、第２のπシフト領域３２－２と第２の同一位相領域３４－２全体の規格化結合係数は、κ×（Ｌａ－Ｌｂ）となる。

【0019】

最後に、第３のπシフト領域３２－３の規格化結合係数はκ×Ｌｃとなる。第２領域３０の全体の規格化結合係数は、κ×（２Ｌａ－２Ｌｂ＋Ｌｃ）となる。ここで第１領域２０の規格化結合係数はκＬ１であり、第２領域３０の規格化結合係数より大きくなるようにＬ１は設定されている。そのため、前方端面４０から出力される光強度は、後方端面５０から出力される光強度より大きくすることができる。換言すると、両端面に低反射端面コーティング膜が形成され、中央部にλ／４位相シフト部が配置された半導体レーザと比較して、光出力の前後比を大きくすることができる。

【0020】

さらに、本実施形態では位相シフト部１３－１は半導体レーザ１の共振器長（回折格子層１１が形成されている第１方向Ｄ１の長さ）の中央より、後方端面５０側に配置されている点が特徴である。例えば、特許文献１に開示されているように、一つの位相シフト部だけを含む場合は、位相シフト部は前方側に配置したほうが前方側の光出力強度を大きくできる。しかし、複数の位相シフト部と含み、かつ両端面に低反射端面コーティング膜を形成した構造においては、本実施形態のように第１領域と第２領域の境目となる位相シフト部は後方側に配置する方が好ましい。我々がシミュレーションで検討した結果、高光出力特性と高波長単一性を両立するためには、第１領域２０と第２領域３０の長さの比は、３：７～９：１となるように位相シフト部１３－１が配置されていることが好ましい。

【0021】

なお、第５の同一位相領域３４の長さＬｃは、第２領域３０全体の規格化結合係数が第１領域２０の規格化結合係数より小さくなるのであれば、ＬａやＬｂより長くても短くても構わない。波長単一性の観点では、ＬｃはＬ１より短い方がよい。また第２領域３０に含まれる位相シフト部１３（副λ／４位相シフト部）の個数も任意である。一つの位相シフト部１３の前後において、反射光が打ち消しあう領域と反射光が残る領域があり、第２領域３０全体の規格化結合係数が第１領域２０の規格化結合係数より小さくなっていれば良い。またＬａ、Ｌｂの長さも任意である。また図２では位相シフト部１３は第１屈折率領域１１Ａが連続して配置された構造で示したが、これに限定されず第２屈折率領域１１Ｂが二つ連続した構造であっても構わない。

【0022】

なお、ここでは第１領域２０および第２領域３０は半導体レーザ１の端面を起点に定義したが、厳密には回折格子層１１の端部を起点に定義される。つまり本実施形態では第１領域２０は回折格子層１１の後方側の端部（第１端部１６）から位相シフト部１３までの間で定義され、第２領域３０は位相シフト部１３から前方側の回折格子層１１の端部（第２端部１７）で定義される。本実施形態においては、回折格子層１１の端部は、略前方端面４０もしくは後方端面５０と略同一の位置である。また回折格子層１１は、第１導電型のＳＣＨ層（第１導電型光閉じ込め層６）の下側に配置してもよい。

【0023】

[変形例１]
図４は、第１の実施形態の半導体レーザ１の変形例１にかかるII-II線に沿う概略断面図である。第１領域２０は第１の実施形態と同じ構造である。第２領域３０は、５個の副位相シフト部１３－２～１３－６を含む。各位相シフト部１３はλ／４位相シフト部である。第１の実施形態同様に第２領域３０には、第１領域２０の回折格子層１１の位相に対するπシフト領域と同一位相領域が交互に配置されている。第１のπシフト領域３２－１、第２のπシフト領域３２－２、そして第３のπシフト領域３２－３の第１方向Ｄ１の長さはそれぞれ、Ｌａ１、Ｌａ２、そしてＬａ３である。ここでそれぞれの長さは異なる。第１の同一位相領域３４－１、第２の同一位相領域３４－２、そして第３の同一位相領域３４－３の第１方向Ｄ１の長さはそれぞれ、Ｌｂ１、Ｌｂ２、そしてＬｂ３である。ここでそれぞれの長さは異なる。また、Ｌａ１はＬｂ１より長く、Ｌａ２はＬｂ２より長く、そしてＬａ３はＬｂ３より長い。

【0024】

第１の実施形態同様に位相シフト部１３の前後で反射波が打ち消しあうため、第２領域３０全体の規格化結合係数は、κ×（Ｌａ１－Ｌｂ１＋Ｌａ２－Ｌｂ２＋Ｌａ３－Ｌｂ３）となる。この規格化結合係数は第１領域２０の規格化結合係数κＬ１より小さい。そのため、前方端面４０からの光出力強度を大きくすることができる。さらに両端面が低反射であること及びλ／４シフト構造による高い単一波長性を維持することができる。

【0025】

[変形例２]
図５は、第１の実施形態の半導体レーザ１の変形例２にかかるII-II線に沿う概略断面図である。第１領域２０は第１の実施形態と同じ構造である。第２領域３０は、６個の副位相シフト部１３－２～１３－７を含む。各位相シフト部１３はλ／４位相シフト部である。第１の実施形態同様に第２領域３０には、第１領域２０の回折格子層１１の位相に対するπシフト領域と同一位相領域が交互に配置されている。第１のπシフト領域３２－１、第２のπシフト領域３２－２、第３のπシフト領域３２－３、そして第４のπシフト領域３２－４の第１方向Ｄ１の長さはそれぞれ、Ｌａ１、Ｌａ２、Ｌａ３、Ｌａ４である。第１の同一位相領域３４－１、第２の同一位相領域３４－２、そして第３の同一位相領域３４－３の第１方向Ｄ１の長さはそれぞれ、Ｌｂ１、Ｌｂ２、そしてＬｂ３である。ここでＬａ１はＬｂ１より短く、Ｌａ２はＬｂ２より長く、Ｌａ３とＬｂ３の長さは同じである。位相シフト部１３－２の付近だけに着目した場合、πシフトする第１のπシフト領域３２－１の長さＬａは第１の同一位相領域３４－１の長さＬｂより短いために、第１のπシフト領域３２－１からのπシフトした反射光は第１領域２０まで戻らない。しかし、第２領域３０全体で見た場合は、位相がπシフトしている領域の合計の長さが、位相が同一である領域の合計の長さより長く、かつその差分が第１領域２０の長さＬ１より短ければ本発明の効果を得ることができる。具体的には、第２領域３０のπシフトしている領域の合計の長さＬａｔはＬａ１＋Ｌａ２＋Ｌａ３＋Ｌａ４となる。第２領域３０の同一位相の領域（第１領域２０の回折格子と同一の位相である領域）の合計の長さＬｂｔはＬｂ１＋Ｌｂ２＋Ｌｂ３となる。この時、実効的な第２領域３０の規格化結合係数はκ×（Ｌａｔ－Ｌｂｔ）となる。ここでＬａｔはＬｂｔより大きい。そして第１領域２０の規格化結合係数κＬ１はκ×（Ｌａｔ－Ｌｂｔ）より大きい。

【0026】

［第２の実施形態］
図６は、第２の実施形態にかかる半導体レーザ２０１の上面図である。図７は、図６のVII-VII線に沿う概略断面図を表す。半導体レーザ２０１は、窓構造６０を備えている点で第１の実施形態の半導体レーザ１と異なる。窓構造６０は、メサ構造２１５と前方端面４０および後方端面５０との間に配置されている。窓構造６０は、活性層７より屈折率が低く、前方端面４０または後方端面５０からの戻り光を低減し、高いＳＭＳＲ歩留まりを実現する。

【0027】

回折格子層１１は、窓構造６０に配置されない。回折格子層１１の第１端部２１６は、後方側の窓構造６０とメサ構造２１５が接する位置にある。回折格子層１１の第２端部２１７は、前方側の窓構造６０とメサ構造２１５が接する位置にある。第１領域２２０は第１端部２１６から位相シフト部１３－１までの間で定義される。また第２領域２３０は、位相シフト部１３－１から第２端部２１７までの間で定義される。第２領域２３０は、図２と同様に、複数の位相シフト部１３と、第１領域２２０の回折格子の位相に対して、位相がπシフトしている領域と同一位相の領域が交互に配置されている。

【0028】

第１領域２２０の規格化結合係数κＬ１は、第２領域２３０の実効的な規格化結合係数はκ×（２Ｌａ－２Ｌｂ＋Ｌｃ）となる。そして第１領域２２０の規格化結合係数は第２領域の規格化結合係数より大きい。

【0029】

上記のように、ここでは共振器長は前方端面と後方端面の間の長さで定義されるのではなく、回折格子層１１が配置されている長さで定義される。回折格子層１１の一方の端部は、回折格子層１１と後方側の窓構造６０が接する面であり、逆端は回折格子層１１と前方側の窓構造６０が接する面である。この範囲において、位相シフト部１３－１は、中央部より後方側に配置されていることで、高光出力特性と高波長単一性を両立する。

【0030】

［第３の実施形態］
図８は、第４の実施形態にかかる半導体レーザ３０１の上面図である。スルーホール３１８の形状以外は、第１の実施形態の半導体レーザ１と同じ構造である。図８では説明のために、メサ構造３１５を破線、スルーホール３１８は二点鎖線で示している。また第２電極３は図示していない。

【0031】

スルーホール３１８は絶縁膜３１４に設けられた開口である。スルーホール３１８は第１領域３２０において、メサ構造３１５の上面の一部には配置されていない。換言すると第１領域３２０においては、メサ構造３１５の上面の一部には絶縁膜３１４が配置されている。第２領域３３０においては、スルーホール３１８は全体に設けられている。なお第２電極３はスルーホール３１８全体を覆っている。

【0032】

第１の実施形態で説明したように、第１領域３２０の規格化結合係数は第２領域３３０の規格化結合係数より大きい。また第１領域３２０と第２領域３３０の境、つまり位相シフト部１３（図８には図示なし）は、半導体レーザ３０１の中央部より後方側（図８の右側）に配置されている。そのため、第１領域３２０の光子密度は第２領域３３０の光子密度よりも小さくなる。誘導放出によるキャリアの消費は光子密度が大きいほど大きくなるため、第１領域３２０と第２領域３３０の注入電流密度が等しい場合は、第１領域３２０のキャリア密度は第２領域３３０のキャリア密度より大きくなる。キャリア密度の増大は半導体レーザの特性、例えば相対雑音強度特性を劣化させる要因となる。キャリア密度は注入される電流量に依存する。そこで、本実施形態では、第１領域３２０において、電流が注入される領域を制限することでキャリア密度の増大を低減する。電流が注入される領域を制限するために、第１領域３２０のスルーホール３１８は、メサ構造３１５の上面全体ではなく、一部に配置されない構造を備える。換言すると第１領域３２０のメサ構造３１５の上面は、第１方向Ｄ１に沿って開口部（スルーホール３１８）と非開口部（絶縁膜３１４）が交互に配置されている。非開口部（絶縁膜３１４）が配置されている領域には電流は注入されないため、第１領域３２０全体のキャリア密度を低減することができる。

【0033】

第１領域３２０全体に対する開口部が設けられた割合は、６０％以下が好ましい。より好ましくは５０％以下２０％以上が好ましい。

【0034】

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、実施形態を説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。また埋め込み型の半導体レーザに限定されず、リッジ型の半導体レーザあっても適用できる。半導体レーザは、ＣＷ光源であっても直接変調型レーザあっても構わない。

【0035】

本発明は、位相シフト部を有するＤＦＢレーザにおいて高光出力特性と高波長単一性を両立する。本発明の実施形態は、均一回折格子構造を備える第１領域と、複数のλ／４シフト部を備える第２領域と、第１領域と第２領域をつなぐλ／４位相シフト部を含む構造とすることでこれを達成する。第２領域は、第１領域の回折格子の位相に対して、πシフトしている領域と同一の位相の回折格子が交互に配置されている。πシフト領域の合計の長さは、同一位相領域の合計の長さより長い。また第２領域のπシフト領域と同一位相領域の差分の長さは、第１領域の長さより短い。そのため第１領域の規格化結合係数は、第２領域の規格化結合係数より大きい。第２領域において、各πシフト領域の長さは同一で、かつ各同一位相領域の長さは同一であってもよい。また各πシフト領域の長さは異なり、かつ各同一位相領域の長さは異なっていてもよい。回折格子層と両端面の間に窓構造を備えていてもよい。回折格子層構造は、活性層の上にあっても下にあってもよい。回折格子構造は光閉じ込め層に形成されていてもよいし、光閉じ込め層とは別に形成されていてもよい。半導体レーザは、メサ構造が半導体で埋め込まれた埋め込み型でもよいし、メサ構造が半導体層で埋め込まれていないリッジ型であってもよい。さらに第１領域のキャリア密度を低減することで特性を向上できる。キャリア密度を低減するために、第１領域のスルーホールの開口割合は６０％以下、好ましくは５０％以下～２０％以上がよい。本発明のＤＦＢレーザは１．３μｍ帯もしくは１．５５μｍ帯の波長を発振する。ただし、他の波長帯であっても構わない。

【符号の説明】

【0036】

１ 半導体レーザ
２ 第１電極
３ 第２電極
４ 低反射端面コーティング膜
５ 基板
６ 第１導電型光閉じ込め層
７ 活性層
８ 第２導電型光閉じ込め層
９ 第２導電型クラッド層
１０ 第２導電型コンタクト層
１１ 回折格子層
１１Ａ 第１屈折率領域
１１Ｂ 第２屈折率領域
１２ 埋め込み層
１３ 位相シフト部
１４ 絶縁膜
１５ メサ構造
１６ 第１端部
１７ 第２端部
１８ スルーホール
２０ 第１領域
３０ 第２領域
３２ πシフト領域
３４ 同一位相領域
４０ 前方端面
５０ 後方端面
６０ 窓構造
２０１ 半導体レーザ
２１１ 回折格子層
２１５ メサ構造
２１６ 第１端部
２１７ 第２端部
２２０ 第１領域
２３０ 第２領域
３０１ 半導体レーザ
３１４ 絶縁膜
３１５ メサ構造
３１８ スルーホール
３２０ 第１領域
３３０ 第２領域
Ｄ１ 第１方向
Ｄ２ 第２方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】