JP2912717B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
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- JP2912717B2 JP2912717B2 JP2731091A JP2731091A JP2912717B2 JP 2912717 B2 JP2912717 B2 JP 2912717B2 JP 2731091 A JP2731091 A JP 2731091A JP 2731091 A JP2731091 A JP 2731091A JP 2912717 B2 JP2912717 B2 JP 2912717B2
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- Japan
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- layer
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- low refractive
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- semiconductor laser
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光を用いた各種
の情報処理や通信，計測のための光源として用いること
のできる半導体レーザ装置に関する。
の情報処理や通信，計測のための光源として用いること
のできる半導体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、光ディスク装置や光通信装置の光
源として半導体レーザ装置の需要が急速に高まってき
た。この要求を満たすべく各種の構造を有する半導体レ
ーザ装置が研究開発され実用化されている。
源として半導体レーザ装置の需要が急速に高まってき
た。この要求を満たすべく各種の構造を有する半導体レ
ーザ装置が研究開発され実用化されている。
【０００３】半導体レーザ装置を実用化する際の問題と
して半導体レーザ装置から出射されるレーザ光の拡がり
角がガスレーザや固体レーザと比べ非常に大きくしかも
縦横の比が１よりもかなり大きくなるため焦光のための
光学系が複雑になるという点がある。
して半導体レーザ装置から出射されるレーザ光の拡がり
角がガスレーザや固体レーザと比べ非常に大きくしかも
縦横の比が１よりもかなり大きくなるため焦光のための
光学系が複雑になるという点がある。
【０００４】これは活性領域を形成するダブルヘテロ接
合面に対し平行方向のビーム拡がり角（以下、水平拡が
り角という）はストライプ幅を制御することにより１０
°以下程度を容易に得ることができるのに対し、ダブル
ヘテロ接合面に対し垂直方向のビーム拡がり角（以下、
垂直拡がり角という）は従来構造の半導体レーザ装置の
場合、約２０°以下にすることが困難であることによ
る。
合面に対し平行方向のビーム拡がり角（以下、水平拡が
り角という）はストライプ幅を制御することにより１０
°以下程度を容易に得ることができるのに対し、ダブル
ヘテロ接合面に対し垂直方向のビーム拡がり角（以下、
垂直拡がり角という）は従来構造の半導体レーザ装置の
場合、約２０°以下にすることが困難であることによ
る。
【０００５】以下図面を参照しながら従来構造の半導体
レーザ装置における垂直拡がり角について説明する。
レーザ装置における垂直拡がり角について説明する。
【０００６】従来構造の半導体レーザ装置の活性層近傍
での屈折率分布を図６に示す。図６において、ｎ 1 およ
びｎ 2 はそれぞれクラッド層および活性層の屈折率、ｄ
は活性層３の厚みを示す。
での屈折率分布を図６に示す。図６において、ｎ 1 およ
びｎ 2 はそれぞれクラッド層および活性層の屈折率、ｄ
は活性層３の厚みを示す。
【０００７】図６に示した光導波路に対する垂直拡がり
角θｖは近似的に次式で表すことができる。
角θｖは近似的に次式で表すことができる。
【０００８】 θｖ≒４・（ｎ2 2−ｎ1 2）・ｄ／λ 0 (rad) ここで、λ0は真空中での波長である。
【０００９】この式より発振波長λ0の半導体レーザ装
置において垂直拡がり角θｖを小さくするためには活性
層３の厚みｄを小さくするか、あるいはクラッド層２，
４の屈折率ｎ1を大きくして（ｎ2 2−ｎ1 2）の値を小さ
くすればよいことになる（活性層３の屈折率ｎ2は発振
波長λ0からほぼ一義的に決まりほとんど変えることが
できない）。
置において垂直拡がり角θｖを小さくするためには活性
層３の厚みｄを小さくするか、あるいはクラッド層２，
４の屈折率ｎ1を大きくして（ｎ2 2−ｎ1 2）の値を小さ
くすればよいことになる（活性層３の屈折率ｎ2は発振
波長λ0からほぼ一義的に決まりほとんど変えることが
できない）。
【００１０】ところが、上記の方法により垂直拡がり角
θｖを小さくすると活性層３への光の閉じ込めの程度が
低下するため発振の閾値電流密度が上昇するという問題
が生じてしまう。
θｖを小さくすると活性層３への光の閉じ込めの程度が
低下するため発振の閾値電流密度が上昇するという問題
が生じてしまう。
【００１１】活性層３への光の閉じ込め係数Γｖはこの
構造に対し近似的に次式で表すことができる。
構造に対し近似的に次式で表すことができる。
【００１２】 Γｖ≒２π2・（ｎ2 2−ｎ1 2）・（ｄ／λ0）2 図７はＡｌＧａＡｓ系の＝８３０nmの半導体レーザ装置
において活性層の厚みｄ、およびクラッド層のＡｌ組成
ｘ 1 （したがってクラッド層屈折率ｎ 1 ）を変化させたと
きの垂直拡がり角θｖと光の閉じ込め係数Γｖの変化を
示したものである。
において活性層の厚みｄ、およびクラッド層のＡｌ組成
ｘ 1 （したがってクラッド層屈折率ｎ 1 ）を変化させたと
きの垂直拡がり角θｖと光の閉じ込め係数Γｖの変化を
示したものである。
【００１３】図７から明らかなように活性層の厚みｄ、
クラッド層の屈折率ｎ1のいずれを変化させてもθｖ＜
２０°を実現するときのΓｖの値はθｖ＞３０°を実現
するときのΓｖの値の数分の一以下にまで減少し、しき
い値電流密度が著しく上昇してしまう。
クラッド層の屈折率ｎ1のいずれを変化させてもθｖ＜
２０°を実現するときのΓｖの値はθｖ＞３０°を実現
するときのΓｖの値の数分の一以下にまで減少し、しき
い値電流密度が著しく上昇してしまう。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】このように上述の構成
では、たとえ活性層の厚みｄおよびクラッド層の屈折率
ｎ1を変化させて小さな垂直拡がり角θｖを実現できた
としても、それに伴って光の閉じ込め係数Γｖが低下す
るためしきい値電流密度が著しく上昇してしまい、実用
上問題があった。
では、たとえ活性層の厚みｄおよびクラッド層の屈折率
ｎ1を変化させて小さな垂直拡がり角θｖを実現できた
としても、それに伴って光の閉じ込め係数Γｖが低下す
るためしきい値電流密度が著しく上昇してしまい、実用
上問題があった。
【００１５】本発明は上記欠点に鑑み、高い光の閉じ込
め係数Γｖを有しつつ２０°以下の小さな垂直拡がり角
θｖを容易に実現することが可能な半導体レーザ装置を
提供することを目的とする。
め係数Γｖを有しつつ２０°以下の小さな垂直拡がり角
θｖを容易に実現することが可能な半導体レーザ装置を
提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明による半導体レーザ装置は、一導電型を有する
半導体基板と、この半導体基板の上に形成されたレーザ
構造とを備え、このレーザ構造は前記半導体基板の上に
順次形成された、前記半導体基板と同一の導電型を有す
る第１の導電領域、活性層および前記第１の導電領域と
は逆の導電型を有する第２の導電領域とを含み、前記第
１の導電領域は前記活性層側より順に第１の隣接層、こ
の第１の隣接層よりも屈折率の小さい第１の低屈折率
層、およびこの第１の低屈折率層よりも屈折率の大きい
第１のクラッド層を含み、前記第２の導電領域は前記活
性層側より順に第２の隣接層、この第２の隣接層よりも
屈折率の小さい第２の低屈折率層、およびこの第２の低
屈折率層よりも屈折率の大きい第２のクラッド層を含
み、前記第１の低屈折率層および前記第２の低屈折率層
と前記活性層との各々の間隔が、前記活性層より放射さ
れる光の波長よりも小さいものである。
に本発明による半導体レーザ装置は、一導電型を有する
半導体基板と、この半導体基板の上に形成されたレーザ
構造とを備え、このレーザ構造は前記半導体基板の上に
順次形成された、前記半導体基板と同一の導電型を有す
る第１の導電領域、活性層および前記第１の導電領域と
は逆の導電型を有する第２の導電領域とを含み、前記第
１の導電領域は前記活性層側より順に第１の隣接層、こ
の第１の隣接層よりも屈折率の小さい第１の低屈折率
層、およびこの第１の低屈折率層よりも屈折率の大きい
第１のクラッド層を含み、前記第２の導電領域は前記活
性層側より順に第２の隣接層、この第２の隣接層よりも
屈折率の小さい第２の低屈折率層、およびこの第２の低
屈折率層よりも屈折率の大きい第２のクラッド層を含
み、前記第１の低屈折率層および前記第２の低屈折率層
と前記活性層との各々の間隔が、前記活性層より放射さ
れる光の波長よりも小さいものである。
【００１７】
【作用】この構成によると、活性層近傍での光分布は屈
折率の小さい第１の低屈折率層および第２の低屈折率層
を導入することにより次のように変化する。
折率の小さい第１の低屈折率層および第２の低屈折率層
を導入することにより次のように変化する。
【００１８】第１の低屈折率層および第２の低屈折率層
における光強度の分布が抑えられ、相対的に第１の隣接
層、第２の隣接層、第１のクラッド層および第２のクラ
ッド層に光強度が増大し、第１の隣接層と第２の隣接層
とに分布した光強度は活性層への光閉じ込め係数Γｖを
増加させ、一方第１のクラッド層と第２のクラッド層と
に分布した光強度は近視野分布を広げ、その結果垂直拡
がり角θｖを著しく減少させることができる。
における光強度の分布が抑えられ、相対的に第１の隣接
層、第２の隣接層、第１のクラッド層および第２のクラ
ッド層に光強度が増大し、第１の隣接層と第２の隣接層
とに分布した光強度は活性層への光閉じ込め係数Γｖを
増加させ、一方第１のクラッド層と第２のクラッド層と
に分布した光強度は近視野分布を広げ、その結果垂直拡
がり角θｖを著しく減少させることができる。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。
照しながら説明する。
【００２０】図１は本発明の一実施例における半導体レ
ーザ装置の断面図を、図２はその活性層近傍での屈折率
分布をそれぞれ示すものである。
ーザ装置の断面図を、図２はその活性層近傍での屈折率
分布をそれぞれ示すものである。
【００２１】図１において、１１はｎ−ＧａＡｓ（１０
０）からなる半導体基板、１２は厚み２μｍのｎ−Ａｌ
0.5Ｇａ0.5Ａｓからなる第１のクラッド層、１３は厚み
０．３μｍのｎ−Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓからなる低屈折率
層、１４は第１のクラッド層１２と同一成分からなる厚
み０．０７５μｍの層、１５は厚み０．０５μｍのアン
ドロープＡｌ0.06Ｇａ0.94Ａｓからなる活性層、１６は
厚み０．０７５μｍのｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓからなる
第２のクラッドと同一成分からなる層、１７は厚み０．
３μｍのｐ−Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓからなる低屈折率層、
１８は厚み２μｍのｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓからなる第
２のクラッド層、１９は厚み３μｍのｐ−ＧａＡｓから
なるキャップ層である。
０）からなる半導体基板、１２は厚み２μｍのｎ−Ａｌ
0.5Ｇａ0.5Ａｓからなる第１のクラッド層、１３は厚み
０．３μｍのｎ−Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓからなる低屈折率
層、１４は第１のクラッド層１２と同一成分からなる厚
み０．０７５μｍの層、１５は厚み０．０５μｍのアン
ドロープＡｌ0.06Ｇａ0.94Ａｓからなる活性層、１６は
厚み０．０７５μｍのｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓからなる
第２のクラッドと同一成分からなる層、１７は厚み０．
３μｍのｐ−Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓからなる低屈折率層、
１８は厚み２μｍのｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓからなる第
２のクラッド層、１９は厚み３μｍのｐ−ＧａＡｓから
なるキャップ層である。
【００２２】この構成によれば、計算により求められる
垂直拡がり角θｖは１３．２°で、光の閉じ込め係数Γ
ｖは０．１３９である。一方低屈折率層１３および１７
を有さない従来構造の半導体レーザ装置の場合にはθｖ
＝３０．２°，Γｖ＝０．１４１であるから、Γｖをほ
とんど減少させることなくθｖをめざましく減少させる
ことができることになる。
垂直拡がり角θｖは１３．２°で、光の閉じ込め係数Γ
ｖは０．１３９である。一方低屈折率層１３および１７
を有さない従来構造の半導体レーザ装置の場合にはθｖ
＝３０．２°，Γｖ＝０．１４１であるから、Γｖをほ
とんど減少させることなくθｖをめざましく減少させる
ことができることになる。
【００２３】事実、本実施例に基づいてＭＯＣＶＤ法に
より結晶成長を行い試作したストライプ幅２０μｍのブ
ロードエリア型半導体レーザ装置の垂直拡がり角θｖは
図３に示すように１２．８°であった。このときの閾値
電流密度は１５３０Ａ／cm2であり、低屈折率層を有さ
ない従来構造の半導体レーザ装置（θｖ＝３０．５°）
の閾値電流密度１４５０Ａ／cm2とほとんど等しい値が
得られた。
より結晶成長を行い試作したストライプ幅２０μｍのブ
ロードエリア型半導体レーザ装置の垂直拡がり角θｖは
図３に示すように１２．８°であった。このときの閾値
電流密度は１５３０Ａ／cm2であり、低屈折率層を有さ
ない従来構造の半導体レーザ装置（θｖ＝３０．５°）
の閾値電流密度１４５０Ａ／cm2とほとんど等しい値が
得られた。
【００２４】また本実施例に基づいて製作したストライ
プ幅２μｍの屈折率導波型の半導体レーザ装置では水平
拡がり角θｈが１３．０°となり、図４に示すように遠
視野像の縦横比（楕円率）がほぼ１の半導体レーザ装置
を実現することができた。
プ幅２μｍの屈折率導波型の半導体レーザ装置では水平
拡がり角θｈが１３．０°となり、図４に示すように遠
視野像の縦横比（楕円率）がほぼ１の半導体レーザ装置
を実現することができた。
【００２５】なお、上記の実施例では特定の膜厚，組成
を有する構造について述べたが、次に述べるように膜
厚，組成を変化させることによりかなり自由に光閉じ込
め係数Γｖと垂直拡がり角θｖを選定することができ
る。
を有する構造について述べたが、次に述べるように膜
厚，組成を変化させることによりかなり自由に光閉じ込
め係数Γｖと垂直拡がり角θｖを選定することができ
る。
【００２６】図５は図２の構造において低屈折率層１
３，１７の膜厚ｄ1、活性層１５と低屈折率層１３，１
７との距離ｄ2を変化させたときの光閉じ込め係数Γｖ
と垂直拡がり角θｖの値を示したものである。この図か
ら明らかなように低屈折率層１３，１７の膜厚，位置を
適当に選定することにより従来構造の半導体レーザ装置
では実現できなかった高い光閉じ込め係数と小さい垂直
拡がり角の両方を同時に達成できる。
３，１７の膜厚ｄ1、活性層１５と低屈折率層１３，１
７との距離ｄ2を変化させたときの光閉じ込め係数Γｖ
と垂直拡がり角θｖの値を示したものである。この図か
ら明らかなように低屈折率層１３，１７の膜厚，位置を
適当に選定することにより従来構造の半導体レーザ装置
では実現できなかった高い光閉じ込め係数と小さい垂直
拡がり角の両方を同時に達成できる。
【００２７】上述の効果は低屈折率層１３，１７の存在
場所での光分布強度の抑圧に起因するものである。した
がって低屈折率層１３，１７が存在しない状態での光分
布強度が大きい領域、すなわち活性層１５からの距離が
波長の大きさ以内の領域にこの低屈折率層１３，１７を
導入したとき上述の効果が顕著に現れることになる。
場所での光分布強度の抑圧に起因するものである。した
がって低屈折率層１３，１７が存在しない状態での光分
布強度が大きい領域、すなわち活性層１５からの距離が
波長の大きさ以内の領域にこの低屈折率層１３，１７を
導入したとき上述の効果が顕著に現れることになる。
【００２８】なお、本実施例では、低屈折率層１３，１
７が第１および第２のクラッド層１２，１８のそれぞれ
の材料の混晶比を変えた場合について述べたが、材料そ
のものを変えることも可能である。
７が第１および第２のクラッド層１２，１８のそれぞれ
の材料の混晶比を変えた場合について述べたが、材料そ
のものを変えることも可能である。
【００２９】また本実施例では、ＡｌＧａＡｓ系半導体
レーザ装置について述べたが、この系以外の半導体レー
ザ装置についても同様の効果を得ることができる。
レーザ装置について述べたが、この系以外の半導体レー
ザ装置についても同様の効果を得ることができる。
【００３０】また本実施例では、ＭＯＣＶＤ法により結
晶成長を行ったが、これ以外の結晶成長方法によっても
当然のことながら本発明による効果を実現することがで
きる。
晶成長を行ったが、これ以外の結晶成長方法によっても
当然のことながら本発明による効果を実現することがで
きる。
【００３１】
【発明の効果】以上のように本発明は、第１の低屈折率
層および第２の低屈折率層における光強度の分布が抑え
られることにより、相対的に第１の隣接層、第２の隣接
層、第１のクラッド層および第２のクラッド層の光強度
が増大し、第１の隣接層と第２の隣接層とに分布した光
強度は活性層への光閉じ込め係数を増加させて半導体レ
ーザ装置のしきい値電流密度を低減させ、一方第１のク
ラッド層と第２のクラッド層とに分布した光強度は近視
野分布を広げ、その結果垂直拡がり角を著しく減少させ
ることができる半導体レーザ装置を提供できる。
層および第２の低屈折率層における光強度の分布が抑え
られることにより、相対的に第１の隣接層、第２の隣接
層、第１のクラッド層および第２のクラッド層の光強度
が増大し、第１の隣接層と第２の隣接層とに分布した光
強度は活性層への光閉じ込め係数を増加させて半導体レ
ーザ装置のしきい値電流密度を低減させ、一方第１のク
ラッド層と第２のクラッド層とに分布した光強度は近視
野分布を広げ、その結果垂直拡がり角を著しく減少させ
ることができる半導体レーザ装置を提供できる。
【図１】本発明の一実施例における半導体レーザ装置の
断面図
断面図
【図２】同半導体レーザ装置の活性層近傍での屈折率分
布図
布図
【図３】同半導体レーザ装置でストライプ幅２０μｍの
場合の垂直拡がり角θｖと光強度の関係を示す図
場合の垂直拡がり角θｖと光強度の関係を示す図
【図４】同半導体レーザ装置でストライプ幅２μｍの場
合の垂直拡がり角θｖと光強度の関係、遠視野像を示す
図
合の垂直拡がり角θｖと光強度の関係、遠視野像を示す
図
【図５】同半導体レーザ装置の低屈折率層の膜厚ｄ1と
活性層と低屈折率層との距離ｄ2を変化させたときの光
閉じ込め係数Γｖと垂直拡がり角θｖの変化を示す図
活性層と低屈折率層との距離ｄ2を変化させたときの光
閉じ込め係数Γｖと垂直拡がり角θｖの変化を示す図
【図６】従来の半導体レーザ装置の活性層近傍での屈折
率分布図
率分布図
【図７】同半導体レーザ装置の活性層の厚みｄとクラッ
ド層のＡｌ組成ｘ 1 （すなわちクラッド層屈折率ｎ 1 ）を
パラメータとして、垂直拡がり角θｖと光の閉じ込め係
数Гｖの関係を示す図
ド層のＡｌ組成ｘ 1 （すなわちクラッド層屈折率ｎ 1 ）を
パラメータとして、垂直拡がり角θｖと光の閉じ込め係
数Гｖの関係を示す図
１１ 半導体基板 １２ 第１のクラッド層 １３ 低屈折率層 １４ 第１のクラッド層と同一成分からなる層 １５ 活性層 １６ 第２のクラッド層と同一成分からなる層 １７ 低屈折率層 １８ 第２のクラッド層 １９ キャップ層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18
Claims (5)
- 【請求項１】 一導電型を有する半導体基板と、この半
導体基板の上に形成されたレーザ構造とを備え、このレ
ーザ構造は前記半導体基板の上に順次形成された、前記
半導体基板と同一の導電型を有する第１の導電領域、活
性層および前記第１の導電領域とは逆の導電型を有する
第２の導電領域とを含み、前記第１の導電領域は前記活
性層側より順に第１の隣接層、この第１の隣接層よりも
屈折率の小さい第１の低屈折率層、およびこの第１の低
屈折率層よりも屈折率の大きい第１のクラッド層を含
み、前記第２の導電領域は前記活性層側より順に第２の
隣接層、この第２の隣接層よりも屈折率の小さい第２の
低屈折率層、およびこの第２の低屈折率層よりも屈折率
の大きい第２のクラッド層を含み、前記第１の低屈折率
層および前記第２の低屈折率層と前記活性層との各々の
間隔が、前記活性層より放射される光の波長よりも小さ
いことを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項２】 前記第１の導電領域が同一の材料系より
なり、かつ前記第１の低屈折率層の組成が前記第１の隣
接層および前記第１のクラッド層の組成と異なることを
特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項３】 前記第２の導電領域が同一の材料系より
なり、かつ前記第２の低屈折率層の組成が前記第２の隣
接層および前記第２のクラッド層の組成と異なることを
特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項４】 前記第１の低屈折率層を構成する材料系
が前記第１の隣接層および前記第１のクラッド層を構成
する材料系と異なることを特徴とする請求項１記載の半
導体レーザ装置。 - 【請求項５】 前記第２の低屈折率層を構成する材料系
が前記第２の隣接層および前記第２のクラッド層を構成
する材料系と異なることを特徴とする請求項１記載の半
導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2731091A JP2912717B2 (ja) | 1991-02-21 | 1991-02-21 | 半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2731091A JP2912717B2 (ja) | 1991-02-21 | 1991-02-21 | 半導体レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04266079A JPH04266079A (ja) | 1992-09-22 |
| JP2912717B2 true JP2912717B2 (ja) | 1999-06-28 |
Family
ID=12217515
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2731091A Expired - Lifetime JP2912717B2 (ja) | 1991-02-21 | 1991-02-21 | 半導体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2912717B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3489878B2 (ja) * | 1993-10-22 | 2004-01-26 | シャープ株式会社 | 半導体レーザ素子およびその自励発振強度の調整方法 |
-
1991
- 1991-02-21 JP JP2731091A patent/JP2912717B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04266079A (ja) | 1992-09-22 |
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