JP2008047692A - Self-induced oscillating semiconductor laser and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、注入されたキャリアによって発せられた発光光を増幅する利得領域と、その利得領域で発光した光を吸収する可飽和吸収領域との相互作用により自励発振する自励発振型半導体レーザに関する。 The present invention relates to a self-pulsation type semiconductor laser that self-oscillates by interaction between a gain region that amplifies emitted light emitted by injected carriers and a saturable absorption region that absorbs light emitted from the gain region. About.
近年、低ノイズ半導体レーザ(LD;laser diode )として自励発振型半導体レーザ(パルセーションレーザ)が注目されている。自励発振型半導体レーザは、自励振動をしながら発振しているレーザであり、コヒーレンスが低く、戻り光ノイズが低いため、特に光ディスクの用途で有用である。この自励発振型半導体レーザは、例えば、特許文献1に記載されているように、共振器方向に電極分離された2つのp側電極を備えており、一方のp側電極をアース(接地)したり、そのp側電極に逆バイアスを印加し、他方のp側電極に順バイアスを印加することにより、第1電極に対応する領域に可飽和吸収領域が、第2電極に対応する領域に利得領域がそれぞれ形成され、これらの領域が相互作用を起こすことにより、自励発振するようになっている。 In recent years, self-pulsation type semiconductor lasers (pulsation lasers) have attracted attention as low-noise semiconductor lasers (LDs). The self-excited oscillation type semiconductor laser is a laser that oscillates while undergoing self-excited oscillation, has low coherence and low return light noise, and is particularly useful for optical disc applications. This self-excited oscillation type semiconductor laser includes, for example, two p-side electrodes separated in the direction of the resonator as described in Patent Document 1, and one p-side electrode is grounded (grounded). Or by applying a reverse bias to the p-side electrode and applying a forward bias to the other p-side electrode, a saturable absorption region is formed in a region corresponding to the first electrode, and a region corresponding to the second electrode. Gain regions are formed, and self-oscillation is caused by interaction between these regions.
なお、自励発振型半導体レーザでは、自励発振によって光出力のレベルが低下するので、前端面側の反射率を高くすると、前端面からのレーザ光の取り出しが困難になる。そのため、前端面側の反射率をへき開面の反射率以下にするのが一般的である。 In a self-excited oscillation type semiconductor laser, the level of light output decreases due to self-excited oscillation. Therefore, if the reflectance on the front end face side is increased, it becomes difficult to extract laser light from the front end face. For this reason, the reflectance on the front end face side is generally set to be equal to or lower than the reflectance of the cleavage plane.
ところで、光ディスク用途では、通常、電流値の制御により光出力を一定に保つAPC(Auto Power Control) 駆動が行われており、APC駆動が安定に行われるためには、I−L特性における駆動パワー近傍の電流の変動に対する光出力の変動(ΔL/ΔI)が緩やかであることが必須である。 By the way, in an optical disc application, APC (Auto Power Control) driving that keeps the light output constant by controlling the current value is usually performed. In order to perform the APC driving stably, the driving power in the IL characteristic is used. It is essential that the fluctuation (ΔL / ΔI) of the light output with respect to the fluctuation of the nearby current is gentle.
しかし、自励発振型半導体レーザは、一般的に、I−L特性におけるしきい値電流近傍に、立ち上がりの非常に急峻なキンクを有するので、駆動パワーがそのキンクの変曲点でのパワーを下回ると、電流の変化に対する光出力の変化が大きくなり、APC駆動が不安定になってしまうという問題がある。 However, since a self-pulsation type semiconductor laser generally has a very steep kink in the vicinity of the threshold current in the IL characteristic, the drive power has a power at the inflection point of the kink. If it falls below, the change in the optical output with respect to the change in the current becomes large, and there is a problem that the APC drive becomes unstable.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、安定したAPC駆動を行うことの可能な自励発振型半導体レーザおよびその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a self-pulsation type semiconductor laser capable of performing stable APC driving and a method for manufacturing the same.
本発明の自励発振型半導体レーザは、第1導電型層、活性層、および上部にストライプ状の電流狭窄構造を含む第2導電型層をこの順に積層してなる半導体層を備えたものである。この半導体層のうち電流狭窄構造の延在方向に対して垂直な前端面に出射側反射膜が形成されており、前端面側の反射率はP2<Pop<P1を満たすように調整されている。 A self-pulsation type semiconductor laser according to the present invention includes a semiconductor layer formed by laminating a first conductivity type layer, an active layer, and a second conductivity type layer including a stripe-shaped current confinement structure thereon in this order. is there. An outgoing side reflective film is formed on the front end surface of the semiconductor layer perpendicular to the extending direction of the current confinement structure, and the reflectance on the front end surface side is adjusted to satisfy P2 <Pop <P1. .
ここで、Popは駆動パワー、P1は前端面に出射側反射膜が設けられていない、すなわち前端面がへき開面となっているときの、I−L特性のしきい値電流近傍に生じるキンクの変曲点でのパワー、P2は前端面に出射側反射膜が設けられているときの、I−L特性のしきい値電流近傍に生じるキンクの変曲点でのパワーをそれぞれ表している。 Here, Pop is the driving power, and P1 is the kink of the kink generated in the vicinity of the threshold current of the IL characteristic when the exit-side reflecting film is not provided on the front end face, that is, when the front end face is a cleavage plane. The power at the inflection point, P2, represents the power at the inflection point of the kink that occurs in the vicinity of the threshold current of the IL characteristic when the output side reflection film is provided on the front end face.
本発明の自励発振型半導体レーザでは、P2<Pop<P1を満たすように前端面側の反射率が調整されているので、I−L特性におけるしきい値電流近傍に発生する、立ち上がりの非常に急峻なキンクの変曲点でのパワーが駆動パワーを下回るようになる。 In the self-excited oscillation type semiconductor laser of the present invention, the reflectance on the front end face side is adjusted so as to satisfy P2 <Pop <P1, and therefore, an extremely high rise that occurs near the threshold current in the IL characteristic. The power at the inflection point of the steep kink becomes lower than the driving power.
本発明の自励発振型半導体レーザの製造方法は、以下の工程を含むものである。
(A)基板上に、第1導電型層、活性層、および上部にストライプ状の電流狭窄構造を含む第2導電型層をこの順に積層して半導体層を形成したのち、電流狭窄構造の延在方向に対して垂直な一対のへき開面を形成する工程
(B)へき開面のうち前側の端面のI−L特性を測定する工程
(C)測定により得られたI−L特性に基づいてP2<Pop<P1を満たす反射率の出射側反射膜を前側の端面に形成する工程
The self-pulsation type semiconductor laser manufacturing method of the present invention includes the following steps.
(A) A semiconductor layer is formed by laminating a first conductivity type layer, an active layer, and a second conductivity type layer including a stripe-shaped current confinement structure on the substrate in this order, and then extending the current confinement structure. Step (B) of forming a pair of cleavage planes perpendicular to the current direction Step (C) of measuring the IL characteristics of the front end face among the cleavage planes (C) P2 based on the IL characteristics obtained by the measurement <Pop <P1> The process of forming the output side reflective film of the reflectance which satisfy | fills on the front end surface
本発明の自励発振型半導体レーザの製造方法では、測定により得られたI−L特性に基づいてP2<Pop<P1を満たす反射率の出射側反射膜が前側の端面に形成される。そのため、I−L特性におけるしきい値電流近傍に発生する、立ち上がりの非常に急峻なキンクの変曲点でのパワーが駆動パワーを下回るようになる。 In the method for manufacturing a self-excited oscillation type semiconductor laser according to the present invention, an output-side reflective film satisfying P2 <Pop <P1 based on the IL characteristic obtained by measurement is formed on the front end face. For this reason, the power at the inflection point of the kink that occurs in the vicinity of the threshold current in the IL characteristic and has a very steep rise becomes lower than the drive power.
本発明の自励発振型半導体レーザおよびその製造方法によれば、P2<Pop<P1を満たすように前端面側の反射率を調整するようにしたので、上記キンクの変曲点でのパワーが駆動パワーを下回るようになる。これにより、駆動パワー近傍におけるI−L特性の傾き(ΔL/ΔI)、すなわち、電流の変化に対する光出力の変化が緩やかになるので、APC駆動を安定させることが可能となる。 According to the self-excited oscillation type semiconductor laser of the present invention and the manufacturing method thereof, the reflectance at the front end face side is adjusted so as to satisfy P2 <Pop <P1, and therefore the power at the inflection point of the kink is It becomes less than the driving power. As a result, the slope of the IL characteristic (ΔL / ΔI) in the vicinity of the drive power, that is, the change in the optical output with respect to the change in the current becomes moderate, and the APC drive can be stabilized.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ1の構造を斜視的に表すものである。図2は図1のA−A矢視方向の断面構成を、図3はB−B矢視方向の断面構成をそれぞれ表すものである。また、図1ないし図3は模式的に表したものであり、実際の寸法、形状とは異なっている。この半導体レーザ1は、共振器方向に配列された2つの電極をリッジ部上に備えた自励発振型の半導体レーザである。 FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a semiconductor laser 1 according to an embodiment of the present invention. 2 shows a cross-sectional configuration in the direction of arrows AA in FIG. 1, and FIG. 3 shows a cross-sectional configuration in the direction of arrows BB. Moreover, FIG. 1 thru | or FIG. 3 is represented typically and differs from an actual dimension and shape. This semiconductor laser 1 is a self-excited oscillation type semiconductor laser having two electrodes arranged in a cavity direction on a ridge portion.
この半導体レーザ1は、基板10上に、半導体層20を成長させたものである。この半導体層20は、n型クラッド層21,活性層22,p型クラッド層23、n型バッファ層24、p側コンタクト層25、エッチングストップ層26およびキャップ層27をこの順に積層してなるレーザ構造を有する。ここでは、n型クラッド層21が本発明の「第1導電型層」に、p型クラッド層23、p側コンタクト層25、エッチングストップ層26およびキャップ層27が本発明の「第2導電型層」にそれぞれ対応する。以下、上記各半導体層を積層した方向を縦方向、レーザ光の射出方向を軸方向、軸方向と縦方向とに垂直な方向を横方向と称する。
The semiconductor laser 1 is obtained by growing a
ここで、半導体層20は、特に限定されないが、例えばAlGaAs系(780nm帯)、AlGaInP系(650nm帯)、またはAlGaInN系(405nm帯)の化合物半導体からなる。なお、上記各層は、必要に応じてSi(シリコン),Ge(ゲルマニウム),O(酸素),Se(セレン)などのIV族およびVI族元素からなるn型不純物、または、Mg(マグネシウム),Zn(亜鉛),C(炭素)などのII族およびIV族元素からなるp型不純物を含有している。
Here, the
p型クラッド層23、n型バッファ層24、p側コンタクト層25、エッチングストップ層26およびキャップ層27を含んで構成された層には、軸方向に延在する帯状の埋込リッジ部28(電流狭窄構造)が設けられている。p型クラッド層23には帯状のリッジが形成されており、そのリッジを覆うようにn型バッファ層24およびp側コンタクト層25がこの順に積層されている。また、p側コンタクト層25のうちリッジの側面からリッジの形成されていない面に渡ってエッチングストップ層26およびキャップ層27がこの順に積層されている。
A layer including the p-
半導体層20上に、埋込リッジ部28をまたいで軸方向に垂直に延在する帯状の溝部29が設けられている。この溝部29は、p側電極30およびp側電極31が互いに電気的に短絡するのを防止するためのものである。
On the
また、p側コンタクト層25およびキャップ層27の表面のうち、溝部29を基準として後述の出射側反射膜33側にp側電極30が形成され、後述の後側反射膜34側にp側電極31が形成されている。これらp側電極30およびp側電極31は、例えば、Ti(チタン),Pt(白金)およびAu(金)をこの順に積層した構造を有する。
Further, of the surfaces of the p-
上記p側電極31は、p側コンタクト層25およびキャップ層27のうち後側反射膜34側の部分と電気的に接続されると共にワイヤ(図示せず)を介して直流電流源(図示せず)に接続されており、順バイアスによる電流を半導体層20に供給するようになっている。これより、p側電極31は、半導体層20に対してレーザ発振させる役割を有するので、p側電極31のうちp側コンタクト層25と電気的に接触している部分を接触部31Aとすると、活性層22のうち接触部31Aと対応する領域が、いわゆる利得領域22aとして機能する。
The p-
一方、p側電極30は、p側コンタクト層25およびキャップ層27のうち出射側反射膜33側の部分と電気的に接続されると共にワイヤ(図示せず)を介して直流電圧源(図示せず)に接続されており、ゼロバイアスまたは逆バイアスによる電圧を半導体層20に印加するようになっている。これより、p側電極30は、半導体層20に対して自励発振させる役割を有するので、p側電極30のうちp側コンタクト層25と電気的に接触している部分を接触部30Aとすると、活性層22のうち接触部30Aと対応する領域が、いわゆる可飽和吸収領域22bとして機能する。
On the other hand, the p-
ここで、接触部30Aの面積は、半導体層20での自励発振が継続可能な大きさの範囲内に設定されており、その軸方向の長さは、例えば1μm〜100μmとなっている。一方、接触部31Aの面積は、半導体層20でのレーザ発振が継続可能な大きさの範囲内に設定されており、その軸方向の長さは、例えば150μm〜1mmとなっている。
Here, the area of the contact portion 30A is set within a range in which the self-excited oscillation in the
また、接触部30Aは、出射側反射膜33および後側反射膜34からなる共振器に挟まれた領域内にあればよいので、埋込リッジ部28の上部のいずれの部位に対応して形成されていてもよいが、本実施の形態のように、埋込リッジ部28の上部のうち出射側反射膜33側に対応して形成されていることが好ましい。
Further, the contact portion 30A only needs to be in a region sandwiched between the resonators composed of the emission-
埋込リッジ部28の延在方向(軸方向)に対して垂直な側面(へき開面)のうち前端面に出射側反射膜33が、後端面に後側反射膜34がそれぞれ形成されている。出射側反射膜33および後側反射膜34は、例えばSiO2 (酸化シリコン)、Al2 O3 (アルミナ)、α−Si(アモルファスシリコン)、TiO2 (酸化チタン)、TiNbO2 (チタン酸ニオブ)、HfO2(ハフニウムオキサイド)およびZrO2(ジルコニウムオキサイド)のうち少なくとも1種類以上を含んでそれぞれ構成されている。ここで、出射側反射膜33は、前端面側の反射率Rfがへき開面の反射率R1より高くなるように調整されており、後側反射膜34は、後端面側の反射率Rrが前端面側の反射率Rfよりも高くなるように調整されている。すなわち、前端面側の反射率Rfおよび後端面側の反射率Rrは、以下の式を満たすようにそれぞれ調整されている。これにより、活性層22の利得領域で発生した光は一対の出射側反射膜33および後側反射膜34の間を往復して増幅され、出射側反射膜33および後側反射膜34からビームとして射出されるようになっている。
Of the side surface (cleavage surface) perpendicular to the extending direction (axial direction) of the embedded
R1<Rf<Rr…(1) R1 <Rf <Rr (1)
一方、基板10の裏面には、n側電極32が全体に渡って設けられており、基板10およびn型クラッド層21と電気的に接続されている。このn側電極32は、例えば、AuおよびGe(ゲルマニウム)の合金、Ni(ニッケル)、およびAuをこの順に積層した構造を有する。n側電極32は、半導体レーザ1をヒートシンク(図示せず)上に実装する際に、ヒートシンクと電気的に接続されるので、ヒートシンクに電気的に接続されるアース(図示せず)と同電位(ゼロボルト)となる。
On the other hand, an n-
このような構成の自励発振型半導体レーザ1は、次のようにして製造することができる。 The self-excited oscillation type semiconductor laser 1 having such a configuration can be manufactured as follows.
図4(A),(B)はその製造方法を工程順に表したものである。自励発振型半導体レーザ1を製造するためには、基板10A上の半導体層20Aを、例えば、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition :有機金属気相成長)法により形成する。
4A and 4B show the manufacturing method in the order of steps. In order to manufacture the self-excited oscillation type semiconductor laser 1, the semiconductor layer 20A on the
具体的には、まず、基板10A上に、n型クラッド層21A,活性層22A,p型クラッド層23Aをこの順に積層する(図4(A)参照)。
Specifically, first, an n-
次に、p型クラッド層23A上にフォトレジストを成膜し、フォトリソグラフィ技術に基づき、リッジを形成することとなる領域にフォトレジスト層(図示せず)を形成する。続いて、このフォトレジスト層をマスクとして、ドライエッチング法によりp型クラッド層23Aの一部を選択的に除去する。その後、フォトレジスト層を除去する。これにより、p型クラッド層23Aにリッジが形成される。
Next, a photoresist is formed on the p-
次に、表面全体にn型バッファ層24A、p側コンタクト層25A、エッチングストップ層26Aおよびキャップ層27Aをこの順に積層する。次いで、p側コンタクト層25Aが露出するまで表面全体を研磨する。これにより、軸方向に延在する帯状の埋込リッジ部28が形成される(図4(B)参照)。
Next, the n-
次に、表面全体にフォトレジストを成膜し、フォトリソグラフィ技術に基づき、溝部29を形成することとなる領域に開口を有するフォトレジスト層(図示せず)を形成する。続いて、例えばエッチング法により、溝部29を形成することとなる領域を高抵抗化する。その後、このフォトレジスト層を除去する。
Next, a photoresist is formed on the entire surface, and a photoresist layer (not shown) having an opening in a region where the
次に、表面全体に渡ってフォトレジストを成膜し、フォトリソグラフィ技術に基づき、溝部29を形成することとなる領域にフォトレジスト層(図示せず)を形成する。続いて、例えば蒸着法を用いてTi,PtおよびAuをこの順に積層する。その後、そのフォトレジスト層を除去する。これにより、前端面側にp側電極30が、後端面側にp側電極31がそれぞれ形成される。
Next, a photoresist is formed over the entire surface, and a photoresist layer (not shown) is formed in a region where the
次に、必要に応じて基板10の裏面を研磨し、その面に例えば蒸着法を用いてAu、Ge、NiおよびAuをこの順に積層する。これにより、n側電極32が形成される。次いで、埋込リッジ部28の延在方向に対して垂直な一対のへき開面(前端面および後端面)を形成したのち、例えばスパッタ法により、後端面に後側反射膜34を成膜する。
Next, if necessary, the back surface of the
次に、前端面がへき開面の状態で、前端面側のI−L特性を測定し、後述の手順に従って前端面側の反射率Rfを決定したのち、前端面側がそのような反射率Rfとなるように、前端面に出射側反射膜33を成膜する。そして、最後にチップ化することにより、自励発振型半導体レーザ1が製造される。
Next, after measuring the IL characteristic on the front end face side in a state where the front end face is a cleavage plane, and determining the reflectance Rf on the front end face side according to the procedure described later, the front end face side has such reflectance Rf. In this manner, the exit
この半導体レーザ1では、p側電極31とn側電極32との間に順バイアスによる電流が供給されると、埋込リッジ部28により電流狭窄された電流が活性層22の利得領域22a(発光領域)に注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、一対の反射鏡膜により反射され、一往復したときの位相の変化が2πの整数倍となる波長でレーザ発振を生じ、ビームとして外部に出射される。
In this semiconductor laser 1, when a forward biased current is supplied between the p-
このとき、p側電極30とn側電極32との間にゼロバイアスまたは逆バイアスによる電圧が印加されると、利得領域22aで発光した発光光が活性層22のうちp側電極30に対応する可飽和吸収領域22bで吸収され、電流(フォトカレント)に変換される。この電流はp側電極30に接続されたワイヤ(図示せず)介して外部に掃き出される。そして、利得領域22aと可飽和吸収領域22bとが相互作用を起こすことにより、自励発振が生じる。
At this time, when a voltage of zero bias or reverse bias is applied between the p-
図5(A)は比較例に係る自励発振型半導体レーザと本実施の形態の自励発振型半導体レーザ1とのそれぞれのI−L特性を表すものであり、図5(B)は図5(A)で破線で囲まれた領域を拡大して表すものである。ここで、比較例に係る自励発振型半導体レーザは、反射率Rfがへき開面の反射率R1以下になるように調整された出射側反射膜を備えている点で、反射率Rfがへき開面の反射率R1より大きくなるように調整された出射側反射膜33を備える本実施の形態の自励発振型半導体レーザ1と相違する。
FIG. 5A shows the IL characteristics of the self-pulsation type semiconductor laser according to the comparative example and the self-pulsation type semiconductor laser 1 of the present embodiment, and FIG. An area surrounded by a broken line in FIG. Here, the self-pulsation type semiconductor laser according to the comparative example is provided with an emission-side reflection film adjusted so that the reflectance Rf is equal to or less than the reflectance R1 of the cleavage plane, and the reflectance Rf is a cleavage plane. This is different from the self-pulsation type semiconductor laser 1 of the present embodiment, which includes the exit-
比較例に係る自励発振型の半導体レーザでは、図5(A),(B)に示したように、I−L特性のしきい値電流近傍に、立ち上がりの非常に急峻なキンクが発生する。このとき、キンクの変曲点aが、光ディスクの用途での光出力Popを上回る場合がある。 In the self-oscillation type semiconductor laser according to the comparative example, as shown in FIGS. 5A and 5B, a very steep kink occurs in the vicinity of the threshold current of the IL characteristic. . At this time, the kink inflection point a may exceed the optical output Pop in the use of the optical disk.
ここで、光ディスク用の半導体レーザでは、通常、電流値の制御により光出力を一定に保つAPC(Auto Power Control) 駆動が行われており、APC駆動が安定に行われるためには、I−L特性における電流値に対する光出力の傾き(ΔL/ΔI)が緩やかであることが必須である。しかし、自励発振型半導体レーザは、一般的に、図5(A),(B)に示したように、I−L特性におけるしきい値電流近傍に、立ち上がりの非常に急峻なキンクを有するので、そのキンクの変曲点aでのパワーP1が駆動パワーPopを上回ると、I−L特性の傾き(ΔL/ΔI)、すなわち、電流の変化に対する光出力の変化が大きくなり、APC駆動が不安定になってしまう。 Here, in a semiconductor laser for an optical disk, APC (Auto Power Control) driving that keeps a light output constant by controlling a current value is usually performed. In order to perform APC driving stably, IL is used. It is essential that the slope (ΔL / ΔI) of the light output with respect to the current value in the characteristics is gentle. However, as shown in FIGS. 5A and 5B, the self-pulsation type semiconductor laser generally has a very steep kink rising in the vicinity of the threshold current in the IL characteristic. Therefore, when the power P1 at the inflection point a of the kink exceeds the drive power Pop, the slope of the IL characteristic (ΔL / ΔI), that is, the change in the optical output with respect to the change in current becomes large, and the APC drive is performed. It becomes unstable.
一方、本実施の形態の自励発振型半導体レーザ1では、前端面側の反射率Rfがへき開面の反射率R1より高くなるようにしたので、そのキンクの変曲点bでのパワーが駆動パワーPopを下回るようにすることも可能となり、その結果、駆動パワーと対応する電流の範囲におけるI−L特性の傾き(ΔL/ΔI)、すなわち、電流の変化に対する光出力の変化を緩やかにすることが可能となる。これにより、安定したAPC駆動を行うことが可能となるので、光ディスクの用途にも好適に適用可能である。 On the other hand, in the self-pulsation type semiconductor laser 1 of the present embodiment, the reflectance Rf on the front end face side is made higher than the reflectance R1 of the cleaved surface, so that the power at the inflection point b of the kink is driven. It is also possible to make it lower than the power Pop, and as a result, the slope of the IL characteristic (ΔL / ΔI) in the current range corresponding to the driving power, that is, the change in the light output with respect to the change in the current is made gentle. It becomes possible. As a result, stable APC driving can be performed, and therefore it can be suitably applied to the use of optical discs.
以下、光出力PopにおけるI−L特性の傾き(ΔL/ΔI)を緩やかにすることの可能な反射率Rfの策定方法について具体的に説明する。 Hereinafter, a method of formulating the reflectance Rf that can moderate the slope of the IL characteristic (ΔL / ΔI) in the light output Pop will be specifically described.
キンクの変曲点aでのパワーP1が駆動パワーPopを上回っていると、図5(A),(B)の実線で示したように、駆動パワーPop近傍のI−L特性の傾き(ΔL/ΔI)が急峻になってしまう。 When the power P1 at the inflection point a of the kink exceeds the drive power Pop, as shown by the solid lines in FIGS. 5A and 5B, the slope of the IL characteristic in the vicinity of the drive power Pop (ΔL / ΔI) becomes steep.
しかし、前端面側の反射率Rfを徐々に高くして、前端面側から出射される光の出射パワーを低下させると、キンクの変曲点aでのパワーも低下していく。そして、前端面側の反射率Rfがある値を超えると、キンクの変曲点bでのパワーが駆動パワーPopを下回るようになる。これにより、図5(B)におけるキンクの変曲点をaからbへと変化させることで、図5(A),(B)の一点鎖線で示したように、駆動パワーPopと対応する電流の範囲におけるI−L特性の傾き(ΔL/ΔI)が緩やかになる。 However, if the reflectance Rf on the front end face side is gradually increased to reduce the emission power of light emitted from the front end face side, the power at the kink inflection point a also decreases. When the reflectance Rf on the front end face side exceeds a certain value, the power at the inflection point b of the kink becomes lower than the driving power Pop. As a result, by changing the inflection point of the kink in FIG. 5B from a to b, the current corresponding to the drive power Pop as shown by the one-dot chain line in FIG. 5A and FIG. The slope (ΔL / ΔI) of the IL characteristic in this range becomes gentle.
このことから、前端面に出射側反射膜が設けられているときの、I−L特性のしきい値電流近傍に生じるキンクの変曲点bでのパワーをP2とすると、以下の式を満たすように、前端面側の反射率Rfを策定すればよいことがわかる。 From this, when the power at the inflection point b of the kink that occurs in the vicinity of the threshold current of the IL characteristic when the output side reflection film is provided on the front end face is P2, the following equation is satisfied. Thus, it can be seen that the reflectance Rf on the front end face side may be established.
P2<Pop<P1…(2) P2 <Pop <P1 (2)
一般に、出射パワー(Pout)と、前端面側の反射率Rfとの関係は、以下の式のようになる。 In general, the relationship between the emission power (Pout) and the reflectance Rf on the front end face side is expressed by the following equation.
Pout=(1/2)×(C0 /neq)×In(1/(RfRf))×{(1−Rf)/((1−Rf)+(1−Rr))}×S…(3)
Pout = (1/2) × (
ここで、C0 は光速であり、neqは活性層22の透過屈折率であり、hνは活性層22のバンドギャップエネルギーであり、Wは埋込リッジ部28の軸方向の幅であり、dは活性層22の縦方向の厚さであり、Sは内部光子密度である。
Here, C 0 is the speed of light, n eq is the transmission refractive index of the
このとき、例えば、後端面側の反射率Rrを80%、内部光子密度Sを一定、自励発振型半導体レーザ1の材料をAlGaAs系またはAlGaInP系とすると、Pout−Rf曲線は図6に示したようになり、自励発振型半導体レーザ1の材料をAlGaInN系とすると、Pout−Rf曲線は図7に示したようになる。なお、図6および図7の縦軸は、前端面に出射側反射膜が設けられていない、すなわち前端面がへき開面となっているときの、前端面側からの出射パワーの値を1として規格化した値を示している。 At this time, for example, if the reflectivity Rr on the rear end face side is 80%, the internal photon density S is constant, and the material of the self-excited oscillation semiconductor laser 1 is AlGaAs or AlGaInP, the Pout-Rf curve is shown in FIG. Thus, when the material of the self-excited oscillation type semiconductor laser 1 is AlGaInN, the Pout-Rf curve is as shown in FIG. 6 and FIG. 7, the vertical axis of FIG. 6 and FIG. 7 assumes that the output power from the front end face side is 1 when the front end face is not provided with the exit side reflection film, that is, the front end face is a cleavage plane. The normalized value is shown.
図6、7より、例えば、前端面に出射側反射膜が設けられていない場合のキンクの変曲点における光出力が5mWであり、APC駆動の駆動パワーが4mWであるとする。このとき、4mW/5mW=0.8より、図6、7において光出力が0.8より小さくなるように反射率を設定すればよいことがわかる。したがって、自励発振型半導体レーザ1の材料をAlGaAs系またはAlGaInP系としたときは、図6のように前端面側の反射率Rfを40%より大きくすればよく、一方、自励発振型半導体レーザ1の材料をAlGaInN系としたときは、図7のように前端面側の反射率Rfを27%より大きくすればよいことがわかる。 6 and 7, for example, it is assumed that the light output at the inflection point of the kink when the exit-side reflecting film is not provided on the front end face is 5 mW, and the driving power for APC driving is 4 mW. At this time, from 4 mW / 5 mW = 0.8, it can be seen that the reflectance should be set so that the light output becomes smaller than 0.8 in FIGS. Therefore, when the material of the self-excited oscillation type semiconductor laser 1 is AlGaAs-based or AlGaInP-based, the reflectance Rf on the front end face side may be made larger than 40% as shown in FIG. When the material of the laser 1 is AlGaInN, it can be seen that the reflectance Rf on the front end face side should be larger than 27% as shown in FIG.
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。 While the present invention has been described with reference to the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
例えば、上記実施の形態では、p側電極を2つ設けていたが、分離せずに1つだけ設けたり、3つ以上設てもよい。 For example, in the above embodiment, two p-side electrodes are provided, but only one may be provided without separation, or three or more may be provided.
また、上記実施の形態では、半導体層20上部にインデックスガイド型の電流狭窄構造(埋込リッジ部28)を設けていたが、ゲインガイド型などの他の電流狭窄構造を設けてもよい。
In the above embodiment, the index guide type current confinement structure (embedded ridge portion 28) is provided on the
また、上記実施の形態および変形例では、半導体層20の上部をp型、下部をn型の極性としていたが、その逆の極性とすることも可能である。
Moreover, in the said embodiment and modification, although the upper part of the
また、本発明は、上記実施の形態で具体的に説明した製造方法に限定されるものではなく、他の製造方法であってもよい。 Further, the present invention is not limited to the manufacturing method specifically described in the above embodiment, and may be another manufacturing method.
1…自励発振型半導体レーザ、10…基板、20…半導体層、21…n型クラッド層、22…活性層、22A…利得領域、22B…可飽和吸収領域、23…p型クラッド層、24…n型バッファ層、25…p側コンタクト層、26…エッチングストップ層、27…キャップ層、28…埋込リッジ部、29…溝部、30,31…p側電極、30A,31A…接触部、32…n側電極、33…出射側反射膜、34…後側反射膜。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Self-oscillation type semiconductor laser, 10 ... Substrate, 20 ... Semiconductor layer, 21 ... N-type cladding layer, 22 ... Active layer, 22A ... Gain region, 22B ... Saturable absorption region, 23 ... P-type cladding layer, 24 ... n-type buffer layer, 25 ... p-side contact layer, 26 ... etching stop layer, 27 ... cap layer, 28 ... buried ridge portion, 29 ... groove portion, 30, 31 ... p-side electrode, 30A, 31A ... contact portion, 32... N-side electrode, 33... Exit-side reflecting film, 34.
Claims (4)
前記半導体層のうち前記電流狭窄構造の延在方向に対して垂直な前端面に形成された出射側反射膜と
を備え、
前記前端面側の反射率は、P2<Pop<P1を満たすように調整されている
ことを特徴とする自励発振型半導体レーザ。
Pop:駆動パワー
P1:前記前端面に前記出射側反射膜が設けられていないときの、I−L特性のしきい値電流近傍に生じるキンクの変曲点でのパワー
P2:前記前端面に前記出射側反射膜が設けられているときの、I−L特性のしきい値電流近傍に生じるキンクの変曲点でのパワー A semiconductor layer formed by laminating a first conductivity type layer, an active layer, and a second conductivity type layer including a stripe-shaped current confinement structure thereon in this order;
An emission-side reflective film formed on a front end surface of the semiconductor layer perpendicular to the extending direction of the current confinement structure;
The reflectance on the front end face side is adjusted so as to satisfy P2 <Pop <P1.
Pop: Drive power P1: Power at the inflection point of a kink that occurs in the vicinity of the threshold current of the IL characteristic when the exit-side reflection film is not provided on the front end surface P2: The power on the front end surface The power at the inflection point of the kink that occurs in the vicinity of the threshold current of the IL characteristic when the output side reflection film is provided
前記前端面側および後端面側の反射率が、R1<Rf<Rrを満たすようにそれぞれ調整されている
ことを特徴とする請求項1に記載の自励発振型半導体レーザ。
R1:へき開面の反射率
Rf:前端面側の反射率
Rr:後端面側の反射率 A rear reflective film formed on the rear end surface of the semiconductor layer perpendicular to the extending direction of the current confinement structure;
2. The self-pulsation type semiconductor laser according to claim 1, wherein reflectivities on the front end face side and the rear end face side are adjusted so as to satisfy R1 <Rf <Rr, respectively.
R1: Cleaved surface reflectance Rf: Front end surface side reflectance Rr: Rear end surface side reflectance
ことを特徴とする請求項1に記載の自励発振型半導体レーザ。 The exit side reflective film is made of SiO 2 (silicon oxide), Al 2 O 3 (alumina), α-Si (amorphous silicon), TiO 2 (titanium oxide), TiNbO 2 (niobium titanate), HfO 2 (hafnium oxide). ) And ZrO 2 (zirconium oxide). The self-pulsation type semiconductor laser according to claim 1, wherein at least one kind is included.
前記へき開面のうち前側の端面のI−L特性を測定する工程と、
前記測定により得られたI−L特性に基づいてP2<Pop<P1を満たす反射率の出射側反射膜を前記前側の端面に形成する工程と
を含むことを特徴とする自励発振型半導体レーザの製造方法。
Pop:駆動パワー
P1:前記前側の端面に前記出射側反射膜が設けられていないときの、I−L特性のしきい値電流近傍に生じるキンクの変曲点でのパワー
P2:前記前側の端面に前記出射側反射膜が設けられているときの、I−L特性のしきい値電流近傍に生じるキンクの変曲点でのパワー
A semiconductor layer is formed by laminating a first conductivity type layer, an active layer, and a second conductivity type layer including a stripe-shaped current confinement structure on the substrate in this order, and then the extending direction of the current confinement structure Forming a pair of cleavage planes perpendicular to
Measuring the IL characteristic of the front end face of the cleavage plane;
A step of forming, on the front end face, an exit-side reflecting film having a reflectance satisfying P2 <Pop <P1 based on the IL characteristic obtained by the measurement. Manufacturing method.
Pop: Drive power P1: Power at the inflection point of the kink generated near the threshold current of the IL characteristic when the exit-side reflection film is not provided on the front end face P2: the front end face The power at the inflection point of the kink that occurs in the vicinity of the threshold current of the IL characteristic when the exit-side reflecting film is provided
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