JP2584607B2 - 半導体レ−ザ - Google Patents
半導体レ−ザInfo
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- JP2584607B2 JP2584607B2 JP58173810A JP17381083A JP2584607B2 JP 2584607 B2 JP2584607 B2 JP 2584607B2 JP 58173810 A JP58173810 A JP 58173810A JP 17381083 A JP17381083 A JP 17381083A JP 2584607 B2 JP2584607 B2 JP 2584607B2
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- Japan
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- optical waveguide
- active layer
- longitudinal mode
- cladding
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- 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.)
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/2004—Confining in the direction perpendicular to the layer structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、GaAs基板上にｐ（またはｎ）−AlxGa1−xA
s層（第１クラッド層という）と、ノンドープまたはｐ
またはｎ−活性層と、ｎ（またはｐ）−AlzGa1−zAs層
（第２クラッド層という）とを形成してなるストライプ
形の半導体レーザに関する。
s層（第１クラッド層という）と、ノンドープまたはｐ
またはｎ−活性層と、ｎ（またはｐ）−AlzGa1−zAs層
（第２クラッド層という）とを形成してなるストライプ
形の半導体レーザに関する。
第１図は、従来例の半導体レーザの発光面方向から見
た構造断面図である。第１図において、符号１はｐ（ま
たはｎ）−GaAs基板、２はｐ（またはｎ）−AlxGa1−xA
s層（第１クラッド層という）、３はノンドープまたは
ｐまたはｎ−AlyGa1−yAs層（活性層というただしｙ＜
ｘ、ｙ＜ｚ）、４は、ｎ（またはｐ）−AlzGa1−zAs層
（第２クラッド層という）、５はn+（またはp+）−GaAs
層、６はTi層、７はAu層、８はAuGe層である。このよう
な半導体レーザには、低ノイズレーザとして用いること
が困難であるという問題があった。というのも、このよ
うな半導体レーザは連続発振動作時においてはスペクト
ル的にシングルモードで発振するようになっている。と
ころが、従来のものでは、高速変調時や温度が変化した
時、あるいはレーザ光の戻り光が変化する場合に、前記
シングルモードではレーザ発振が生じない、つまり、レ
ーザ発振の縦モードが不安定になるという不都合があ
り、そのため、従来の半導体レーザはノイズの低減性能
が優れているとはいえなかった。これを解決するものと
して従来から例えば分布帰還型、分布反射型、二重共振
器型等の半導体レーザが開発されている。しかしなが
ら、これら従来のものではいずれも構造が複雑であるた
めに量産には不向きであり、かつ製造コストも高くつと
いう欠点があった。
た構造断面図である。第１図において、符号１はｐ（ま
たはｎ）−GaAs基板、２はｐ（またはｎ）−AlxGa1−xA
s層（第１クラッド層という）、３はノンドープまたは
ｐまたはｎ−AlyGa1−yAs層（活性層というただしｙ＜
ｘ、ｙ＜ｚ）、４は、ｎ（またはｐ）−AlzGa1−zAs層
（第２クラッド層という）、５はn+（またはp+）−GaAs
層、６はTi層、７はAu層、８はAuGe層である。このよう
な半導体レーザには、低ノイズレーザとして用いること
が困難であるという問題があった。というのも、このよ
うな半導体レーザは連続発振動作時においてはスペクト
ル的にシングルモードで発振するようになっている。と
ころが、従来のものでは、高速変調時や温度が変化した
時、あるいはレーザ光の戻り光が変化する場合に、前記
シングルモードではレーザ発振が生じない、つまり、レ
ーザ発振の縦モードが不安定になるという不都合があ
り、そのため、従来の半導体レーザはノイズの低減性能
が優れているとはいえなかった。これを解決するものと
して従来から例えば分布帰還型、分布反射型、二重共振
器型等の半導体レーザが開発されている。しかしなが
ら、これら従来のものではいずれも構造が複雑であるた
めに量産には不向きであり、かつ製造コストも高くつと
いう欠点があった。
本発明は縦モードの安定性を良くして低ノイズレーザ
としても良好な特性が得られ、さらには、簡単な構造で
量産性があって製造コストの低減が図れる半導体レーザ
の提供を目的としている。
としても良好な特性が得られ、さらには、簡単な構造で
量産性があって製造コストの低減が図れる半導体レーザ
の提供を目的としている。
以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説
明する。この実施例は屈折率導波型半導体レーザに適用
して説明する。第２図はこの実施例の構造断面図であ
り、第１図と対応する部分には同一の符号を付す。第２
図において符号１はｐ（またはｎ）−GaAs基板、２はｐ
（またはｎ）−AlxGa1−xAs層（第１クラッド層とい
う）である。この第１クラッド層２は、該第１クラッド
層２と同伝導型でｐ（またはｎ）−Alx′Ga1−ｘ′As層
21と、ｐ（またはｎ）−Alx″Ga1−ｘ″As層22との間に
ｐ（またはｎ）−Aly′Ga1−ｙ′As層23（ただしｙ′＜
ｘ′、ｙ′＜ｘ″、かつ前記活性層の平均的なAl含有量
よりも大となるAl含有量を有する。）を形成して構成さ
れる。３はノンドープまたはｐまたはｎ−多重量子井戸
型活性層である。この活性層３はGaAs層とAlGaAs層とを
交互に積み重ねてなるものであり、多重量子井戸（MQ
W）といわれている。４は第２クラッド層である。この
第２クラット層４は該第２クラッド層４と同伝導型でｎ
（またはｐ）−Alz′Ga1−ｚ′As層41とｎ（またはｐ）
−Alz″Ga1−ｚ″As層42との間にｎ（またはｐ）−Al
y″Ga1−ｙ″As層43（ただしｙ″＜ｚ′、ｙ″＜ｚ″、
ｙ′≠ｙ″、かつ前記活性層の平均的なAl含有量よりも
大となるAl含有量を有する。）を形成してなる。この両
層23,43は光導波層であり、この光導波層23,43はそれぞ
れ活性層３に比して同等幅もしくは狭幅に設けられてい
る。また、光導波層23,43は、活性層３との間で互いに
光学的に作用しあいかつ光導波層23,43が動作電流によ
りレーザ発振を起こさない限り活性層３に近接配置され
ている。したがって、この半導体レーザは３つの光共振
器3,23,43を有することになるとともに、これら光共振
器3,23,43は最大限近接配置されることになるので、光
の分散度は狭くなって、レーザ光は活性層３付近に集中
するようになる。そのため、この半導体レーザは光の発
散角が広くなり、低ノズルレーザとしては優れた性能を
発揮できるようになる。さらに、これら3,23,43はへき
かい面が同一のため同じ共振器長Ｌを有するがAl含有率
が異なるので、屈折率が異なることになる。ここでファ
ブリ・ペロ−反射型半導体レーザの縦モードについて説
明する。縦モードとは波長よりも非常に長い共振器長を
有するレーザ発振器では異なる多数の波長の波が共振可
能になるが、このモードのことを縦モードといい、軸モ
ードともいう。したがって、縦モードにおいては多数の
波長の波が存在するがスペクトル的にシングルモードと
はこれらの波から１つだけの波が選択されているモード
である。各波長の差（縦モード間隔）をΔλとすると、
この縦モード間隔は次式であらわされることが知られて
いる。
明する。この実施例は屈折率導波型半導体レーザに適用
して説明する。第２図はこの実施例の構造断面図であ
り、第１図と対応する部分には同一の符号を付す。第２
図において符号１はｐ（またはｎ）−GaAs基板、２はｐ
（またはｎ）−AlxGa1−xAs層（第１クラッド層とい
う）である。この第１クラッド層２は、該第１クラッド
層２と同伝導型でｐ（またはｎ）−Alx′Ga1−ｘ′As層
21と、ｐ（またはｎ）−Alx″Ga1−ｘ″As層22との間に
ｐ（またはｎ）−Aly′Ga1−ｙ′As層23（ただしｙ′＜
ｘ′、ｙ′＜ｘ″、かつ前記活性層の平均的なAl含有量
よりも大となるAl含有量を有する。）を形成して構成さ
れる。３はノンドープまたはｐまたはｎ−多重量子井戸
型活性層である。この活性層３はGaAs層とAlGaAs層とを
交互に積み重ねてなるものであり、多重量子井戸（MQ
W）といわれている。４は第２クラッド層である。この
第２クラット層４は該第２クラッド層４と同伝導型でｎ
（またはｐ）−Alz′Ga1−ｚ′As層41とｎ（またはｐ）
−Alz″Ga1−ｚ″As層42との間にｎ（またはｐ）−Al
y″Ga1−ｙ″As層43（ただしｙ″＜ｚ′、ｙ″＜ｚ″、
ｙ′≠ｙ″、かつ前記活性層の平均的なAl含有量よりも
大となるAl含有量を有する。）を形成してなる。この両
層23,43は光導波層であり、この光導波層23,43はそれぞ
れ活性層３に比して同等幅もしくは狭幅に設けられてい
る。また、光導波層23,43は、活性層３との間で互いに
光学的に作用しあいかつ光導波層23,43が動作電流によ
りレーザ発振を起こさない限り活性層３に近接配置され
ている。したがって、この半導体レーザは３つの光共振
器3,23,43を有することになるとともに、これら光共振
器3,23,43は最大限近接配置されることになるので、光
の分散度は狭くなって、レーザ光は活性層３付近に集中
するようになる。そのため、この半導体レーザは光の発
散角が広くなり、低ノズルレーザとしては優れた性能を
発揮できるようになる。さらに、これら3,23,43はへき
かい面が同一のため同じ共振器長Ｌを有するがAl含有率
が異なるので、屈折率が異なることになる。ここでファ
ブリ・ペロ−反射型半導体レーザの縦モードについて説
明する。縦モードとは波長よりも非常に長い共振器長を
有するレーザ発振器では異なる多数の波長の波が共振可
能になるが、このモードのことを縦モードといい、軸モ
ードともいう。したがって、縦モードにおいては多数の
波長の波が存在するがスペクトル的にシングルモードと
はこれらの波から１つだけの波が選択されているモード
である。各波長の差（縦モード間隔）をΔλとすると、
この縦モード間隔は次式であらわされることが知られて
いる。
λ＝λ2Δm/2nL［１−（λ/n）（dn/dλ）］ ここで、ｍは次数、ｎは屈折率、λは波長である。この
ように縦モード間隔があらわされるので活性層３と光導
波層23,43とは屈折率が異なることから両者の縦モード
間隔は異なるが、これらが互いに光学的に結合されてい
るので活性層３と光導波層23との両者が一致した波長お
よび活性層３と光導波層43の両者が一致した波長でのみ
共振する。このため、活性層３が戻り光の変化などによ
り他の近接した縦モードへ飛ぼうとしても該縦モードで
は光導波層23,43とは共振できないため該活性層３の縦
モードはこの光導波層23,43のそれぞれにロックされる
ことになる。こうしてこの実施例の半導体レーザでは縦
モードの安定性が図れるようになって、その分、ノイズ
が低減された。
ように縦モード間隔があらわされるので活性層３と光導
波層23,43とは屈折率が異なることから両者の縦モード
間隔は異なるが、これらが互いに光学的に結合されてい
るので活性層３と光導波層23との両者が一致した波長お
よび活性層３と光導波層43の両者が一致した波長でのみ
共振する。このため、活性層３が戻り光の変化などによ
り他の近接した縦モードへ飛ぼうとしても該縦モードで
は光導波層23,43とは共振できないため該活性層３の縦
モードはこの光導波層23,43のそれぞれにロックされる
ことになる。こうしてこの実施例の半導体レーザでは縦
モードの安定性が図れるようになって、その分、ノイズ
が低減された。
以上のように、本発明によれば、多重量子井戸型活性
層を有するストライプ型の半導体レーザにおいて、 第１と第２の各クラッド層をそれぞれ対応するクラッ
ド層と同伝導型の３層構造とするとともに、各クラッド
層内の中間層をそれぞれ光導波層層に形成する、 光導波層を活性層に比して同等幅もしくは狭幅に設け
るとともに、光導波層と活性層とを互いに光学的に作用
しあいかつ光導波層が動作電流によりレーザ発振を起こ
さない限り近接させる、 両光導波層におけるAlの組成比率を互いに異ならしめ
て両光導波層に異なる屈折率を具有させる、 という構成にしたので、活性層と各光導波層とは互い
に異なる縦モード間隔を有することになり、活性層が被
照射体からの反射光のような戻り光の位相変化等によ
り、他の縦モードへ飛ぼうとしても、該他の縦モードで
は、光導波層と共振できないため、該活性層の縦モード
は、光導波層との縦モード間隔で決まる共振波長にロッ
クされることになり、活性層における縦モードの安定性
が図れるようになった。
層を有するストライプ型の半導体レーザにおいて、 第１と第２の各クラッド層をそれぞれ対応するクラッ
ド層と同伝導型の３層構造とするとともに、各クラッド
層内の中間層をそれぞれ光導波層層に形成する、 光導波層を活性層に比して同等幅もしくは狭幅に設け
るとともに、光導波層と活性層とを互いに光学的に作用
しあいかつ光導波層が動作電流によりレーザ発振を起こ
さない限り近接させる、 両光導波層におけるAlの組成比率を互いに異ならしめ
て両光導波層に異なる屈折率を具有させる、 という構成にしたので、活性層と各光導波層とは互い
に異なる縦モード間隔を有することになり、活性層が被
照射体からの反射光のような戻り光の位相変化等によ
り、他の縦モードへ飛ぼうとしても、該他の縦モードで
は、光導波層と共振できないため、該活性層の縦モード
は、光導波層との縦モード間隔で決まる共振波長にロッ
クされることになり、活性層における縦モードの安定性
が図れるようになった。
また、活性層と光導波層との縦モード間隔で決まる共
振波長が数多くあれば、活性層の縦モードがいずれかの
縦モードに移行するおそれがあるが、本発明では、活性
層と一方の光導波層との縦モード間隔を異ならしめたか
ら、これらの縦モード間隔で決まる共振波長は、極めて
少数に限定されることになり、さらに、活性層における
縦モードの安定性が向上した。
振波長が数多くあれば、活性層の縦モードがいずれかの
縦モードに移行するおそれがあるが、本発明では、活性
層と一方の光導波層との縦モード間隔を異ならしめたか
ら、これらの縦モード間隔で決まる共振波長は、極めて
少数に限定されることになり、さらに、活性層における
縦モードの安定性が向上した。
このように、活性層における縦モードの安定性が向上
したので、ノイズの発生は押さえられるようになり、こ
の半導体レーザを低ノイズレーザとして用いても優れた
性能が発揮されることになる。
したので、ノイズの発生は押さえられるようになり、こ
の半導体レーザを低ノイズレーザとして用いても優れた
性能が発揮されることになる。
さらに、光導波層を活性層に比して同等幅もしくは
狭幅に設けるとともに、光導波層と活性層とを、互いに
光学的に作用しあいかつ光導波層が動作電流によりレー
ザ発振を起こさない限り近接させる、という構成を備え
ているので、光の分散度は狭くなり、レーザ光は活性層
付近に集中するようになった。したがって、光の発散角
は広くなり、ノイズの発生はより低減されることになっ
た。そのため、低ノイズレーザとしてさらに優れた性能
が発揮できるようになる。また、活性層を多重量子井戸
型にしたので、スレッシュホールド電流密度を在来の活
性層のそれに比較して1/3程度にまで低下させることが
でき光導波層の発振条件との間で充分な差を持たせるこ
とが可能となり、より高出力領域まで安定した縦モード
制御ができる。
狭幅に設けるとともに、光導波層と活性層とを、互いに
光学的に作用しあいかつ光導波層が動作電流によりレー
ザ発振を起こさない限り近接させる、という構成を備え
ているので、光の分散度は狭くなり、レーザ光は活性層
付近に集中するようになった。したがって、光の発散角
は広くなり、ノイズの発生はより低減されることになっ
た。そのため、低ノイズレーザとしてさらに優れた性能
が発揮できるようになる。また、活性層を多重量子井戸
型にしたので、スレッシュホールド電流密度を在来の活
性層のそれに比較して1/3程度にまで低下させることが
でき光導波層の発振条件との間で充分な差を持たせるこ
とが可能となり、より高出力領域まで安定した縦モード
制御ができる。
第１図は従来例の構造断面図、第２図は本発明の実施例
の構造断面図である。 １……ｐ（またはｎ）−GaAs基板、２……ｐ（または
ｎ）−AlxGa1−xAs層（第１クラッド層）、３……ノン
ドープまたはｐまたはｎ−多重量子井戸型活性層、４…
…ｎ（またはｐ）−AlzGa1−zAs層（第２クラッド
層）、５……n+（またはp+）−GaAs層、６……Ti層、７
……Au層、８……AuGe層、21……ｐ（またはｎ）−Al
x′Ga1−ｘ′As層、22……ｐ（またはｎ）−Alx″Ga1−
ｘ″As層、23……ｐ（またはｎ）−Aly′Ga1−ｙ′As層
（光導波層）、41……ｎ（またはｐ）−Alz′Ga1−ｚ′
As層、42……ｎ（またはｐ）−Alz″Ga1−ｚ″As層、43
……ｎ（またはｐ）−Aly″Ga1−ｙ″As層、
の構造断面図である。 １……ｐ（またはｎ）−GaAs基板、２……ｐ（または
ｎ）−AlxGa1−xAs層（第１クラッド層）、３……ノン
ドープまたはｐまたはｎ−多重量子井戸型活性層、４…
…ｎ（またはｐ）−AlzGa1−zAs層（第２クラッド
層）、５……n+（またはp+）−GaAs層、６……Ti層、７
……Au層、８……AuGe層、21……ｐ（またはｎ）−Al
x′Ga1−ｘ′As層、22……ｐ（またはｎ）−Alx″Ga1−
ｘ″As層、23……ｐ（またはｎ）−Aly′Ga1−ｙ′As層
（光導波層）、41……ｎ（またはｐ）−Alz′Ga1−ｚ′
As層、42……ｎ（またはｐ）−Alz″Ga1−ｚ″As層、43
……ｎ（またはｐ）−Aly″Ga1−ｙ″As層、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−157281（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−15217（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−45296（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−43487（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−96695（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−152178（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】ｐ（またはｎ）−GaAs基板上にｐ（または
ｎ）−AlxGa1−xAs層（第１クラッド層という）と、ノ
ンドープまたはｐまたはｎ−多重量子井戸型活性層と、
ｎ（またはｐ）−AlzGa1−zAs層（第２クラッド層とい
う）とが形成されるストライプ形の半導体レーザにおい
て、 前記第１クラッド層を、いずれもAlxGa1−xAsで表され
る組成でかつ第１クラッド層と同伝導型の３層構造とす
るとともに、前記第２クラッド層を、いずれもAlzGa1−
zAsで表される組成でかつ第２クラッド層と同伝導型の
３層構造とし、各クラッド層内の中間層をそれぞれ光導
波層に形成し、これら光導波層を狭幅に設けるととも
に、光導波層と活性層とを、互いに光学的に作用しあい
かつ光導波層が動作電流によりレーザ発振を起こさない
限り近接させ、さらに、両光導波層におけるAlの組成比
率を互いに異ならしめて両光導波層に異なる屈折率を具
有させ、活性層の縦モードを、活性層と光導波層との縦
モード間隔によって規定される共振波長にロックしてな
る半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58173810A JP2584607B2 (ja) | 1983-09-19 | 1983-09-19 | 半導体レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58173810A JP2584607B2 (ja) | 1983-09-19 | 1983-09-19 | 半導体レ−ザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6064492A JPS6064492A (ja) | 1985-04-13 |
| JP2584607B2 true JP2584607B2 (ja) | 1997-02-26 |
Family
ID=15967574
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58173810A Expired - Lifetime JP2584607B2 (ja) | 1983-09-19 | 1983-09-19 | 半導体レ−ザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2584607B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6353990A (ja) * | 1986-08-22 | 1988-03-08 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レ−ザ |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5245296A (en) * | 1975-10-07 | 1977-04-09 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductive phototransmission pass and semiconductor emission devic e used it |
| JPS55157281A (en) * | 1979-05-25 | 1980-12-06 | Fujitsu Ltd | Semiconductor light emitting device |
| JPS5743487A (en) * | 1980-08-28 | 1982-03-11 | Nec Corp | Semiconductor laser |
| JPS57152178A (en) * | 1981-03-17 | 1982-09-20 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductor light emitting device with super lattice structure |
-
1983
- 1983-09-19 JP JP58173810A patent/JP2584607B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6064492A (ja) | 1985-04-13 |
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