JP2889628B2 - Broad area laser - Google Patents

Broad area laser

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JP2889628B2
JP2889628B2 JP1340821A JP34082189A JP2889628B2 JP 2889628 B2 JP2889628 B2 JP 2889628B2 JP 1340821 A JP1340821 A JP 1340821A JP 34082189 A JP34082189 A JP 34082189A JP 2889628 B2 JP2889628 B2 JP 2889628B2
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英幸 野中
忠夫 戸田
寿 阿部
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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ブロード
エリアレーザに関する。
The present invention relates to a broad area 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, a report of the Laser Society of Japan (1988), the current path central portion of the laser resonator end face is used. There is a method of providing a high reflection portion.

しかし乍ら、斯る方法では、微少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 formed partially 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、レーザ共振器に沿って延在するストライプ
状の電流通路の幅が高次横モードの発振を許容するブロ
ードエリアレーザであって、上記課題を解決するため、
上記電流通路上に、前記電流通路内の半導体層に該電流
通路の端部で接触する第1電極部と、前記半導体層に前
記電流通路の中央部で接触する第2電極部とを設け、前
記電流通路内において前記第1電極部と前記半導体層と
の接触抵抗を前記第2電極部と前記半導体層との接触抵
抗よりも高くしたことを特徴とする。
(D) Means for Solving the Problems The present invention is a broad area laser in which the width of a stripe-shaped current path extending along a laser resonator permits oscillation in a higher-order transverse mode. To solve,
On the current path, a first electrode portion that contacts a semiconductor layer in the current path at an end of the current path, and a second electrode portion that contacts the semiconductor layer at a center portion of the current path, A contact resistance between the first electrode portion and the semiconductor layer in the current path is higher than a contact resistance between the second electrode portion and the semiconductor layer.

(ホ)作用 本発明によれば、電流通路上に、電流通路内の半導体
層に該電流通路の端部で接触する第1電極部と、前記半
導体層に前記電流通路の中央部で接触する第2電極部と
を設け、前記第1電極部と前記半導体層との接触抵抗を
前記第2電極部と前記半導体層との接触抵抗よりも高く
することによって、電流通路の中で、その幅方向におけ
る中央部分で高く、端部で低い電流強度分布が形成され
る。
(E) Function According to the present invention, the first electrode portion contacts the semiconductor layer in the current path at the end of the current path on the current path, and contacts the semiconductor layer at the center of the current path. A second electrode portion, wherein a contact resistance between the first electrode portion and the semiconductor layer is made higher than a contact resistance between the second electrode portion and the semiconductor layer, so that a width of the second electrode portion in the current path is reduced. A current intensity distribution that is high at the center in the direction and low at the ends is formed.

(ヘ)実施例 先ず、本発明の原理について説明する。(F) Embodiment First, the principle of the present invention will be described.

一般に広い電流通路を有するブロードエリアレーザに
おける多モード発振は、電流通路内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、
斯る電流通路内で、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。
In general, multimode oscillation in a broad area laser having a wide current path is caused by giving a gain to a higher-order mode that can exist in the current path. Therefore,
By forming a high gain distribution for the fundamental mode and a low gain distribution for the higher-order mode in such a current path, it is possible to selectively oscillate only the fundamental mode.

ここで、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)と表わせる。即ち、利得分布は電流分布
を制御することによって制御できる。また、斯る電流分
布は電流通路における抵抗値を変えることによって制御
できる。本発明では電流通路における種々の抵抗の中
で、半導体層と電極との接触抵抗を変え、電流分布を制
御するものである。
Here, the gain g is g, 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.
= Β (J−J 0 ). That is, the gain distribution can be controlled by controlling the current distribution. Also, such a current distribution can be controlled by changing the resistance value in the current path. According to the present invention, the current distribution is controlled by changing the contact resistance between the semiconductor layer and the electrode among various resistances in the current path.

次に、半導体層と電極との接触抵抗を変える方法につ
いて説明する。先ずGaAlAs系半導体レーザのp側電極と
して、半導体層上にSn層、Zn層、Au層を順次被着し、こ
れを400℃で10〜15分程度熱処理する。この時、Zn層の
層厚を変えて、種々の半導体レーザ素子を作製し、夫々
の素子抵抗を測定した。その結果を第3図に示す。ま
た、Sn層、Au層の層厚は夫々150Å、2500Åで一定とし
た。図から明らかな如く、素子抵抗は電極内のZn層の層
厚に対して変化し、1850Åで最低値をとっていることが
わかる。次に、各素子抵抗値に対して素子に流れる電流
を測定した。その結果を第4図に示す。図ではZn層の層
厚を1850Åとしたときに素子に流れる電流に対する相対
値を示した。
Next, a method for changing the contact resistance between the semiconductor layer and the electrode will be described. First, an Sn layer, a Zn layer, and an Au layer are sequentially deposited on a semiconductor layer as a p-side electrode of a GaAlAs-based semiconductor laser, and this is heat-treated at 400 ° C. for about 10 to 15 minutes. At this time, various semiconductor laser devices were manufactured by changing the thickness of the Zn layer, and the device resistances were measured. FIG. 3 shows the results. The thicknesses of the Sn layer and the Au layer were constant at 150 ° and 2500 °, respectively. As is clear from the figure, the element resistance changes with the thickness of the Zn layer in the electrode, and takes the lowest value at 1850 °. Next, a current flowing through the element was measured for each element resistance value. The result is shown in FIG. In the figure, relative values with respect to the current flowing through the element when the thickness of the Zn layer is 1850 ° are shown.

以上から、p側電極をSn層、Zn層、Au層り三層構造と
し、Zn層の層厚を変えることによって、電極と半導体層
との接触抵抗を変えることができ、素子中を流れる電流
を制御できることがわかる。
From the above, it is possible to change the contact resistance between the electrode and the semiconductor layer by changing the layer thickness of the Zn layer by changing the p-side electrode to the three-layer structure of the Sn layer, the Zn layer, and the Au layer. Can be controlled.

次に斯る原理を利用した本発明装置を説明する。第1
図は本発明装置の一実施例を示し、(1)はn型GaAsか
らなる基板、(2)はn型Al0.42Ga0.58Asからなり、層
厚が1.5μmのn型クラッド層、(3)はアンドープAl
0.06Ga0.94Asからなり、層厚が0.07μmの活性層、
(4)はp型Al0.42Ga0.58Aからなり、層厚が1.2μmの
p型クラッド層、(5)はp型GaAsからなり、層厚が0.
6μmのキャップ層で、これらの層は基板(1)の一主
面上に順次積層される。(6)はキャップ層(5)上に
被着されたSiO2からなる絶縁層で、その中央部には、レ
ーザ共振器方向(紙面垂直方向)に沿って、幅30μmの
ストライプ状開口部(図中W)が設けられている。
(7)は絶縁層上(6)及び露出したキャップ層(5)
上に、層厚150ÅのSn層、層厚1550ÅのZn層、層厚2500
ÅのAu層をこの順に蒸着したp側第1電極で、その中央
には、レーザ共振器方向に沿って幅14μmのストライプ
状開口部(図中B)が周知のフォトリソ技術を用いて設
けられている。(8)はp側第1電極(7)上及び露出
したキャップ層(5)上に、層厚150ÅのSn層、層厚185
0ÅのZn層、層厚2500ÅのAu層をこの順に蒸着したp側
第2電極である。また、p側第1電極(7)及びp側第
2電極(8)はp側第2電極(8)の蒸着の後、400℃
で10〜15分程度熱処理される。また、(9)は基板
(1)の他主面上に形成されたn側電極である。
Next, the device of the present invention utilizing the above principle will be described. First
The figure shows one embodiment of the device of the present invention, wherein (1) is a substrate made of n-type GaAs, (2) is an n-type cladding layer made of n-type Al 0.42 Ga 0.58 As and having a layer thickness of 1.5 μm, (3) ) Is undoped Al
An active layer made of 0.06 Ga 0.94 As and having a thickness of 0.07 μm,
(4) is a p-type cladding layer of p-type Al 0.42 Ga 0.58 A with a thickness of 1.2 μm, and (5) is a p-type GaAs with a layer thickness of 0.1 μm.
With a 6 μm cap layer, these layers are sequentially laminated on one main surface of the substrate (1). (6) is an insulating layer made of SiO 2 deposited on the cap layer (5), and has a stripe-shaped opening (30 μm wide) in the center along the laser cavity direction (perpendicular to the paper). (W) in the figure is provided.
(7) is on the insulating layer (6) and the exposed cap layer (5)
On top, a Sn layer with a thickness of 150 mm, a Zn layer with a thickness of 1550 mm, and a layer thickness of 2500
The Au layer is a p-side first electrode on which a Au layer is deposited in this order. At the center thereof, a stripe-shaped opening (B in the figure) having a width of 14 μm is provided along the laser resonator direction by using a well-known photolithography technique. ing. (8) shows a Sn layer having a thickness of 150 ° and a layer thickness of 185 on the p-side first electrode (7) and the exposed cap layer (5).
The p-side second electrode is formed by depositing a Zn layer of 0 ° and an Au layer of 2500 ° in thickness in this order. Further, the p-side first electrode (7) and the p-side second electrode (8) are 400 ° C. after the deposition of the p-side second electrode (8).
For about 10 to 15 minutes. Reference numeral (9) denotes an n-side electrode formed on the other main surface of the substrate (1).

而して本実施例装置においては、絶縁膜(6)のスト
ライプ状開口部からなる領域Wが電流通路となる。さら
に本実施例装置ではストライプ状開口部の幅方向、即ち
領域W内において、キャップ層(5)に、p側第1電極
(7)が接する領域(図中A)と、p側第2電極(8)
が接する領域(図中B)とで上述した如く接触抵抗が異
なる。また本実施例装置ではp側第1電極(7)の上に
はp側第2電極(8)が存在するが、p側第1電極
(7)の厚さが十分に厚いため、p側第1電極(7)上
のp側第2電極(8)はキャップ層(5)との接触抵抗
に影響を及ぼさない。この結果、本実施例装置の領域W
内における利得は第2図(a)に示すように領域Wの中
央で高く、端部で低く分布する。
Thus, in the device of the present embodiment, the region W formed by the stripe-shaped openings of the insulating film (6) serves as a current path. Further, in the device of the present embodiment, in the width direction of the stripe-shaped opening, that is, in the region W, the region (A in the drawing) where the p-side first electrode (7) is in contact with the cap layer (5) and the p-side second electrode (8)
As described above, the contact resistance is different between the contact region (B in the drawing) and the region where B contacts. Further, in the device of this embodiment, the p-side second electrode (8) exists on the p-side first electrode (7). However, the p-side first electrode (7) has a sufficiently large thickness. The p-side second electrode (8) on the first electrode (7) does not affect the contact resistance with the cap layer (5). As a result, the region W of the device of this embodiment is
As shown in FIG. 2 (a), the gain is distributed at the center of the region W and low at the end.

ところで、本実施例装置の電流通路である領域W内で
は、第2図(b)に示すように、基本モードの他に多く
の高次モードが存在可能となる。しかし乍ら、本実施例
装置では第2図(a)に示す如く、領域W中央で高い利
得分布を有するので、領域W端部に高い光強度分布を示
す高次モードへの利得の寄与よりも、領域W中央に高い
光強度分布を示す基本モードへの利得の寄与が大きくな
る。その結果、高次モードの発振が抑えられ、基本モー
ドのみの発振が行われることとなる。
Meanwhile, as shown in FIG. 2 (b), many higher-order modes can exist in addition to the basic mode in the region W which is the current path of the device of the present embodiment. However, since the device of this embodiment has a high gain distribution at the center of the region W as shown in FIG. 2A, the contribution of the gain to the higher-order mode showing a high light intensity distribution at the end of the region W Also, the contribution of the gain to the fundamental mode showing a high light intensity distribution at the center of the region W increases. As a result, oscillation in the higher-order mode is suppressed, and oscillation in only the fundamental mode is performed.

(ト)発明の効果 本発明によれば、電流通路上に、電流通路内の半導体
層に該電流通路の端部で接触する第1電極部と、前記半
導体層に前記電流通路の中央部で接触する第2電極部と
を設け、前記電流通路内において前記第1電極部と前記
半導体層との接触抵抗を前記第2電極部と前記半導体層
との接触抵抗よりも高くすることによって、電流通路の
幅が高次横モードの発振を許容するブロードエリアレー
ザにおいて、基本モードのみの発振を行うことができ
る。また斯る電極は周知のフォトリソ技術と2回の電極
蒸着工程で容易に形成できる。
(G) Effects of the Invention According to the present invention, a first electrode portion that contacts a semiconductor layer in a current path at an end of the current path on the current path, and a central portion of the current path that contacts the semiconductor layer. A second electrode portion that is in contact with the first electrode portion, and a contact resistance between the first electrode portion and the semiconductor layer in the current path is higher than a contact resistance between the second electrode portion and the semiconductor layer. In a broad area laser in which the width of a passage permits oscillation in a higher-order transverse mode, oscillation in only the fundamental mode can be performed. Such an electrode can be easily formed by a well-known photolithography technique and two electrode deposition steps.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例を示す断面図、第2図(a)
は本実施例装置の利得分布図、第2図(b)は本実施例
装置の電流通路内に存在可能なモードの光強度分布図、
第3図及び第4図は夫々、本発明の原理を説明するため
の特性図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 2B is a gain distribution diagram of the present embodiment device, FIG. 2B is a light intensity distribution diagram of a mode that can exist in the current path of the present embodiment device,
3 and 4 are characteristic diagrams for explaining the principle of the present invention.

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55−91189(JP,A) 特開 昭59−67684(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01S 3/18 Continuation of the front page (72) Nobuhiko Hayashi 2-18-18 Keihanhondori, Moriguchi-shi, Osaka Sanyo Electric Co., Ltd. (56) References JP-A-55-91189 (JP, A) JP-A-59-67684 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) H01S 3/18

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】レーザ共振器に沿って延在するストライプ
状の電流通路の幅が高次横モードの発振を許容するブロ
ードエリアレーザにおいて、上記電流通路上に、前記電
流通路内の半導体層に該電流通路の端部で接触する第1
電極部と、前記半導体層に前記電流通路の中央部で接触
する第2電極部とを設け、前記電流通路内において前記
第1電極部と前記半導体層との接触抵抗を前記第2電極
部と前記半導体層との接触抵抗よりも高くしたことを特
徴とするブロードエリアレーザ。
1. A broad area laser in which the width of a stripe-shaped current path extending along a laser resonator permits oscillation in a higher-order transverse mode, wherein the current path is formed on a semiconductor layer in the current path. A first contact at the end of the current path
An electrode portion, and a second electrode portion that is in contact with the semiconductor layer at a central portion of the current path, wherein a contact resistance between the first electrode portion and the semiconductor layer in the current path is reduced by the second electrode portion. A broad area laser characterized by having a contact resistance higher than the contact resistance with the semiconductor layer.
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