JP2889626B2 - Semiconductor laser - Google Patents
Semiconductor laserInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は光情報処理、レーザ加工等に用いる高出力の
半導体レーザに関する。The present invention relates to a high-output semiconductor laser used for optical information processing, laser processing, and the like.
（ロ）従来の技術 近年、半導体レーザが普及し、その応用分野が拡大す
るにつれて、光情報処理や、レーザ加工等に用いられる
高出力の半導体レーザが要求されている。(B) Conventional technology In recent years, as semiconductor lasers have become widespread and their application fields have expanded, high-power semiconductor lasers used for optical information processing, laser processing, and the like have been required.
現在、高出力半導体レーザには、ブロードエリアレー
ザと半導体レーザアレイがある。この中でブロードエリ
アレーザは、例えば雑誌「電子材料」1987年６月号103
〜106頁に示されている如く、通常電流狭窄層によって
数μｍの幅に制限される電流通路幅を数十〜数百μｍに
広げたものであり、これによりレーザ光を広い範囲に分
布させ、活性層端面において光集中による端面破壊を防
ぎ、高出力化を可能としたものである。At present, high-power semiconductor lasers include broad-area lasers and semiconductor laser arrays. Among them, the broad area laser is described, for example, in the magazine “Electronic Materials”, June 1987, 103
As shown on pages 106 to 106, the current path width, which is usually limited to a width of several μm by the current constriction layer, is increased to several tens to several hundred μm, thereby distributing the laser light over a wide range. In addition, the end face of the active layer is prevented from being destroyed due to light concentration, and high output is enabled.
しかし乍ら、斯るブロードエリアレーザでは、レーザ
共振器内においてレーザ光がその接合面と平行な方向に
広く分布するため、レーザ光の横モードに高次モードが
立ちやすくマルチモード化したり、あるいはレーザ光の
光分布に急激な立ち上がりが生じるフィラメント発振と
なったりする。このため、レーザ光を小さなスポットに
集光できないといった問題があった。However, in such a broad-area laser, since the laser light is widely distributed in a direction parallel to the bonding surface in the laser resonator, a higher-order mode is easily generated in the transverse mode of the laser light, and the laser is multi-moded. Filament oscillation occurs in which the light distribution of the laser light suddenly rises. Therefore, there is a problem that the laser light cannot be focused on a small spot.
そこで、斯るブロードエリアレーザにおいて横モード
を制御する方法として、例えばレーザ学会研究会報告
（1988）、RTM−88−25に開示されている様に、レーザ
共振器端面の電流通路中央部分に高反射部を設ける方法
がある。Therefore, as a method of controlling the transverse mode in such a broad area laser, as disclosed in, for example, RTM-88-25, Report of the Laser Society of Japan (1988), a high current is applied to the center of the current path at the end face of the laser resonator. There is a method of providing a reflection part.
しかし乍ら、斯る方法では微小なチップのレーザ共振
器端面に部分的に反射膜を形成しなければならないた
め、製造が難しく、工程が煩雑になる、といった問題が
生じる。However, in such a method, since a reflective film must be partially formed on the end face of the laser resonator of a small chip, there is a problem that manufacturing is difficult and the process becomes complicated.
（ハ）発明が解決しようとする課題 したがって、本発明は製造が容易で、且つ横モードが
制御できるブロードエリアレーザを提供するものであ
る。(C) Problems to be Solved by the Invention Accordingly, the present invention provides a broad area laser that is easy to manufacture and can control the transverse mode.
（ニ）課題を解決するための手段 本発明は、活性層に実効的な屈折率差を形成するリッ
ジがレーザ共振器方向に沿って設けられた半導体レーザ
であって、上記課題を解決するため、上記リッジの幅が
その直下の活性層の領域内で高次モード発振を許容する
様に設定されると共に上記リッジの中にプロトン照射さ
れた高抵抗部分が前記活性層には及ばないように形成さ
れ、上記リッジの幅よりも狭い幅を有する電流通路が設
けられていることを特徴とする。(D) Means for Solving the Problems The present invention is a semiconductor laser in which a ridge that forms an effective refractive index difference in an active layer is provided along a laser resonator direction. The width of the ridge is set so as to allow higher-order mode oscillation in a region of the active layer immediately below the ridge, and a high-resistance portion irradiated with protons in the ridge does not reach the active layer. A current path is formed and has a width smaller than the width of the ridge.
（ホ）作用 本発明によれば、リッジの中に、リッジの幅より狭い
幅を有する電流通路を設けることによって、電流通路の
幅に対応した基本モードの光のみが発振し、生じた光は
リッジ直下の活性層の直上にリッジが形成された領域内
に広がって導波する。(E) Function According to the present invention, by providing a current path having a width smaller than the width of the ridge in the ridge, only the light of the fundamental mode corresponding to the width of the current path oscillates, and the generated light is The light propagates in the region where the ridge is formed immediately above the active layer immediately below the ridge.
（ヘ）実施例 第１図に本発明の一実施例を示す。図において、
（１）はｎ型GaAsからなる基板、（２）はｎ型Al0.42Ga
0.58Asからなり、層厚が1.5μｍのｎ型クラッド層、
（３）はアンドープAl0.07Ga0.93Asからなり、層厚が0.
07μｍの活性層、（４）はｐ型Al0.42Ga0.58Asからな
り、層厚が1.2μｍのｐ型クラッド層、（５）はｐ型GaA
sからなり、層厚が0.6μｍのキャップ層で、これらの層
は例えば周知のMOCVD法を用いて基板（１）の一主面上
に順次エピタキシャル形成される。また、（６）はｐ型
クラッド層（４）及びキャップ層（５）を、幅30μｍの
中央の領域W1を残すと共に、領域W1の両外側のｐ型クラ
ッド層（４）の厚さが0.2μｍになるまでエッチング除
去して形成されたリッジで、このリッジ（６）には、幅
15μｍの中央の領域W2を残して、1015cm-3プロトン照射
された図中斜線で示す高抵抗部分（７）が活性層（３）
には及ばないように形成されている。(F) Embodiment FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. In the figure,
(1) a substrate made of n-type GaAs, (2) n-type Al 0.42 Ga
An n-type cladding layer made of 0.58 As and having a thickness of 1.5 μm,
(3) is composed of undoped Al 0.07 Ga 0.93 As, and has a layer thickness of 0.
07 μm active layer, (4) p-type Al 0.42 Ga 0.58 As, p-type cladding layer with 1.2 μm thickness, (5) p-type GaAs
The cap layer is made of s and has a thickness of 0.6 μm. These layers are sequentially epitaxially formed on one main surface of the substrate (1) using, for example, a well-known MOCVD method. The thickness of (6) is p-type cladding layer (4) and the cap layer (5), with leaving a region W 1 of the center in the width 30 [mu] m, both outer sides of the p-type cladding layer in the region W 1 (4) Is a ridge formed by etching until the thickness becomes 0.2 μm. The ridge (6) has a width of
Leaving a central area W 2 of 15μm, 10 15 cm -3 proton irradiated figure high resistance portion indicated by hatching (7) an active layer (3)
It is formed so as not to exceed.
（８）は露出したｐ型クラッド層（４）表面及びリッ
ジ（６）の高抵抗部分（７）表面上に形成されたSiO2か
らなう絶縁膜、（９）はｐ側電極、（10）はｎ側電極で
ある。(8) is an insulating film made of SiO 2 formed on the exposed surface of the p-type cladding layer (4) and the high resistance portion (7) of the ridge (6), (9) is a p-side electrode, (10) ) Is an n-side electrode.
斯る実施例において、活性層（３）における実効的な
屈折率の分布は第２図（ａ）の如くなる。即ち、活性層
（３）の、その上にリッジ（６）が形成された領域W1に
おいては屈折率が大となり、発生するレーザ光は領域W1
の活性層（３）内に閉じ込められる。斯る領域W1内にお
いては第２図（ｂ）に示す如く、基本モード以外に多く
の高次モードが存在可能である。In such an embodiment, the effective refractive index distribution in the active layer (3) is as shown in FIG. That is, the active layer (3), next to the refractive index large in area W 1 which ridge (6) is formed thereon, a laser beam generated in a region W 1
In the active layer (3). In斯Ru area W 1 as shown in FIG. 2 (b), it is possible there are many higher order modes other than the fundamental mode.
ところで、ブロードエリアレーザにおける多モード発
振は、このように存在可能な高次モードに利得を与える
ことによって生じる。したがって、レーザ光が存在する
領域内で基本モードに対して高く、高次モードに対して
低い利得分布を形成することによって、基本モードのみ
を選択的に発振させることが可能である。また、利得ｇ
は、利得定数をβ、注入電流密度をＪ、利得が０になる
ときの注入電流密度をJ0として、ｇ＝β（Ｊ−J0）で表
わされるので、利得分布は注入電流分布を制御すること
によって制御できる。即ち本実施例では、リッジ（６）
に高抵抗部分（７）が形成されているため、電流は、リ
ッジ（６）内で領域W1の中に閉じ込められて流れる。こ
れに従って活性層（３）内においても領域W2内を多く電
流が流れ、活性層（３）における利得分布は第２図
（ｃ）の如くなる。第２図（ｂ）及び第２図（ｃ）から
明らかなように、本実施例では基本モードで利得が高
く、高次モードで利得が低いため、高次モードの発振が
抑えられ、基本モードのみが発振し易くなる。By the way, multi-mode oscillation in a broad area laser is caused by giving a gain to such a higher-order mode that can exist. Therefore, it is possible to selectively oscillate only the fundamental mode by forming a gain distribution higher in the fundamental mode and lower in the higher-order mode in the region where the laser beam exists. Also, the gain g
Is represented by g = β (J−J 0 ), where β is the gain constant, J is the injection current density, and J 0 is the injection current density when the gain becomes 0. Therefore, the gain distribution controls the injection current distribution. Can be controlled by That is, in the present embodiment, the ridge (6)
Since the high-resistance portion (7) is formed on, current flows trapped in the region W 1 in the ridge (6). Accordingly many current flows through the area W 2 even in the active layer (3) in the gain distribution in the active layer (3) is as FIG. 2 (c). As is clear from FIGS. 2 (b) and 2 (c), in the present embodiment, the gain is high in the basic mode and the gain is low in the higher-order mode. Only oscillates easily.
（ト）発明の効果 本発明によれば、活性層内に高次モードを許容する幅
を有するリッジの中に、前記活性層には及ばないように
プロトン照射された高抵抗部分を形成し、上記リッジの
幅よりも狭い幅を有する電流通路を設けることによっ
て、横モードを基本モードに制御出来、しかも活性層の
結晶性が悪化しないため、動作電流が小さく寿命の長く
なる。また、本発明装置の電流通路は周知の技術である
プロトン照射によって容易に形成できる。(G) Effects of the Invention According to the present invention, a high-resistance portion irradiated with protons is formed in a ridge having a width allowing a higher-order mode in an active layer so as not to reach the active layer. By providing a current path having a width smaller than the width of the ridge, the transverse mode can be controlled to the fundamental mode, and the crystallinity of the active layer does not deteriorate, so that the operating current is small and the life is long. The current path of the device of the present invention can be easily formed by proton irradiation, which is a well-known technique.
第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図（ａ）
乃至（ｃ）は夫々本実施例装置における屈折率分布図、
許容する各横モードの光強度分布図、利得分布図であ
る。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention, and FIG.
(C) is a refractive index distribution diagram in the apparatus of the present embodiment,
It is a light intensity distribution diagram and a gain distribution diagram of each allowable transverse mode.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 伸彦 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−281389（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−208292（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−126884（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued from the front page (72) Nobuhiko Hayashi 2-18-18 Keihanhondori, Moriguchi-shi, Osaka Sanyo Electric Co., Ltd. (56) References JP-A-62-281389 (JP, A) JP-A Sho 63-208292 (JP, A) JP-A-60-128684 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01S 3/18
Claims (1)
ジがレーザ共振器方向に沿って設けられた半導体レーザ
において、上記リッジの幅がその直下の活性層の領域内
で高次モード発振を許容する様に設定されると共に、上
記リッジの中にプロトン照射された高抵抗部分が前記活
性層には及ばないように形成され、上記リッジの幅より
も狭い幅を有する電流通路が設けられていることを特徴
とする半導体レーザ。In a semiconductor laser in which a ridge forming an effective refractive index difference is provided in an active layer along a laser cavity direction, the width of the ridge is higher than that of a higher order mode in a region of the active layer immediately below the ridge. A current path having a width smaller than the width of the ridge is provided so as to allow oscillation, and a high-resistance portion irradiated with protons is formed in the ridge so as not to reach the active layer. A semiconductor laser characterized in that:
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