JPH02111091A - 多波長半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業Ｉ−の利用分野〕 本発明は、波長の異なる？ｌ数のレーザ光を出射可能な
゛ｒ：導体レーザに関するものである。

（従来の技４４７　） 従来、１素ｒ−から２波長以上の複数レーザ光を出射す
ることのできる多波長半導体レーザとしては、出射レー
ザ波長が異なるようにその組成を異ならせた複数の活性
層を配列した構成を有するもの：分布帰遷型（Ｄｉｓｔ
ｒｉｂｕｔｅｄ　Ｉ’ｅｅｄ　Ｂａｃｋ、　ＤＢＲ）半
導体レーザ構造、あるいは分布反射型（Ｄｉｓ−ｔ、ｒ
ｉｂｕｔｅｄ　Ｂｒａ）＜ｇＲｅｆｌｅｃｔｏｒ、　Ｄ
ＢＲ）半専体レーザ構造からなるの複数を同一基板上に
配列し、各レーザ構造の回折格子のピッチを異ならせる
ことにより、各回折格子のピッチに対応するブラッグ波
長を異ならせ、各レーザ構造からの出射光の波長を兄な
らせる構成を有するもの等が知られている。

史に、これに対し、近年さらに発振波長を大きく変える
方法として、活性層に晴子井戸型構造を用いこの１１１
子井戸の井戸を通常より深く設定し、２つ以下の量子準
位を持つ構造とし、かつレーザ共振器中の内部損失を活
性ストライブ領域の幅や、共振器長を変えて制御するこ
とによって、選択的に２つ以上の【ｉ−子準位に対応す
る発振波長を選ぶ方法が行なわれている。

〔発明か解決しようとする課題〕

しかしながら、従来の活性層に晴子井戸型構造を用いた
多波長半導体レーザにおいては以下のような問題がある
。

例えば、２以七の量子準位を持つ量子井戸層を活性層と
して利用し、活性ストライブ領域の幅を児ならせて、波
長を制御する構成では、活性ストライブ領域の幅によっ
てニア・フィールド・パターンの形状や、非点収差など
の光学特性が変わってくるため、望ましい光学特性を有
する波ｌ（数に限りがあり、１素ｔから発振できる波長
数が；ｔ＋（＋限されてしまう。

一方、２以上の量子準位を持つ量子井戸層を活性層とし
て利用し、共振器長を変えて、共振器での内部損失特性
を変える構成では、通常のへき開による端面形成法を用
いると、互いに波長の異なる複数のレーザ光を１素ｒ−
に一体化された構成を有するモノリシックに形成された
半導体レーザから得ることができない。

本発明は、以上述べたような従来の多波長半導体レーザ
における問題に鑑みなされたものであり、同一基板トに
複数の活性ストライブ領域を配列可能な構成を有し、良
好、かつバラツキの少ない非点収差やニア・フィールド
・パターン等の光学特性を打する波長の異なる複数のレ
ーザ光を、出射１１［能な多波長半導体レーザを提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の多波長半導体レーザは、２以上のｌｉｊ子準位
を有するｔ子井戸型構造からなる活性層を打し、その両
端面に対向する一対の反射面が設けられた活性ストライ
ブ領域の２以上を基板トに配列し、各活性ストライブ領
域の有する反射面の反射率を太ならせることによって、
各活性ストライブ領域からのレーザ光の波長を％ならせ
たことを特徴とする。

すなわち、従来、２つ以上の量子準位を持つ１’、１を
井戸型構造を活性層とした半導体レーザでは、活性スト
ライプ幅や共振器長を変化させて、共振器としての損失
特性を変化させて選択的に、１つのｌｉｔ子準位に対応
する発振波長を得ていた。

これに対して、本発明の多波長半導体レーザは、各活性
ストライブ領域の打する共振器端面の反射率を児ならせ
ることによって、共振器の損失特性を制御し、選択的に
１つの１１１子準位に対応する発振波長を得るものであ
る。

その結果、本発明の多波長゛詐導体レーザはモノリシッ
クに形成でき、かつその活性ストライブ領域の幅を出射
レーザ光に良好な光学特性を付与できるように設定でき
る。しかも、各活性ストライブ領域の横幅を均一にでき
、各活性ストライブ領域から発振される波長の異、なる
レーザ光の光学特十生を揃えることができる。

〔実施例〕

以上、本発明を実施例により説明する。なお、本発明の
多波Ｌ（半導体レーザを構成する各層は、通常この分野
で利用されている材料及び方７）、によってｊ［ε成で
きるものであり、また、各層の層厚やリッジ構造等のサ
イズなどは適宜変更可能である。

実施例１ 第１図は、本発明の多波長２１！−導体レーザの第１の
実施例の主要部を示す゛上面図であり、第２図は第１図
におけるＡ−１１線での部分断面図である。

本実施例の半導体レーザは　（＋００）面をもつｎＧ　
ａ　八ｓ　Ｊ、を板８（厚さ：１０１０Ｏ４の十にｎ−
ＧａＡｓバツファー層９（厚さ：　０．５　ｐＩｎ）　
、　ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１０（厚さ：　１．５
　ｐ）　、組成が膜厚方向に対して徐々に変化している
ｎ−ＡｌＧａＡｓ　ＳＣ（ＳｅｐａｒａｔｅＣｏｎｆ　
ｉｎｅｍｅｎｔ）層Ｉ＋（厚さ＝１５０人）、活性層と
してのＧａＡｓ　　単一Ｑ１　ｆ井戸型構造　（Ｓｉｎ
ｇｌｅ　Ｑｕａｎｔｕ＋ｎＷｅｌｌ、ＳＱＷ　）を有す
る層１２（厚さ７１００人）、組成がＩＩＱ　１７方向
に対して徐々に変化しているｐ−ＡｌＧａＡｓ　ＳＣＣ
１０１（厚さ：１５０人）、ｐ−＾ｌＧａＡｓクラッド
層！４（リッジ構造内でのＪりさ：　１．５　、）、ｐ
−ＧａＡｓキャップ層＋７（Ｊ！”、Ｉ（さ：０．５ｕ
＋）が順次積層されている。

また、本実施例では電流狭窄および光の閉じ込めをリッ
ジ構造（幅：２．５μ戯、５６層１３のト部とりッジ両
側の底部との距ｍ００３μ）によって行ない、該リッジ
構造が活性ストライプ領域を形成している。

このリッジ構造は、面述の積層構造を形成した後、必要
部分がストライプ状に残るようにエツチングを行ない、
その後ＳｉＮ絶縁膜１５の成膜、次いで八ｕ？１ｉＪ４
１６を成膜することによって形成できる。

なお、Ａｕ電極（共通１゛に極７、個別電極１６）はそ
れぞれｎ−ＧａＡｓＪ、Ｃ板８およびｐ−ＧａＡｓキャ
ップ層１７と合金化されている。

ＧａＡｓ　ＳＱＷ層＋２は、ウェルの組成がＧａＡｓ、
ウェル幅が１００人′、バリアの組成がＧａｏ、　７Ａ
ＩＯ，！ＩＡｓによって構成されており、ｎ・１および
ｎ・２の２つのｍ　＝ｆ準位を有する。ｎｍｌの量子準
位を利用して発振を起こずと、波長８７０ｎｍのレーザ
光を出射することができ、ｎ・２の量子準位での発振に
おいて波長８１０ｎｍのレーザ光の出射が可能となる。

またご同一基板上に設けられた活性ストライプ領域１．
２には、それぞれに独立な電極が設けられており、これ
ら活性ストライプ領域が独立に駆動できるようになワて
いる。

さらに、活性ストライブ領域１の共振器を構成する反射
面の一方となる後輪面には波長８００〜８８０ｎｍで反
射率かおよそ５％の低反射Ｉｌｌが、活性ストライブ領
域２の反射面の一方となる後端面には波長８００〜８８
０ｎｍで反射率がおよそ９０％の高反射膜４がコーティ
ングされている。

また、両溝性ストライプ領域のレーザ光出射端面側には
反射率か３０％の膜５がコーティングされている。

これら反射膜は、電子ビーム蒸着法によって形成するこ
とができる。反射１１Ｑ　３は八１□０３　λ／　４４
１１層１１１Ａ１．反射１（ｑ５はＡｌ２Ｏ３λ／２単
層ＩＩ！２．反射ｊ漠４はＡｌ２Ｏ，、とＳｉのλ／４
交互４層膜によって形成することができる。

また、その反射率は、所望の波長での発振を可能とする
利１１＃を得るのに必要な値に適宜設定すれば良い。

１−記構成での活性ストライブ領域での発掘波長の選択
は以下のようにして行なうことができる。

活性ストライプ領域２では、その端面の一方に高反射１
１Ｑ　３がコーティングされていて反射損失が少ないの
で、そこへの注入電流（例えば：ｌＯｍＡ）が少なくて
も発振が起こるため、エネルギー準位の低いｎ−１の量
子準位での発振が可能である。すなわち、活性ストライ
ブ領域２の端面から波長８７０ｎｍのレーザ光λ２を出
射できる。

方、活性ストライプ領域１の端面には反射率の低い膜か
コーティングされているため、反射損失が大きくなり、
発振を起こすためには多くの電流（例えば８０ｍＡ）の
注入が必要となる。その結果、注入電流晴が多い状態で
は、　ｎ・２の量子準位で発振が起こるようになる。

なお、−度、ｎ・２のｍ子準位での発振が可能となると
、ＳＱＷ中での光に対するゲインはｎ−２の量子準位の
方がｎ−１のに子準位に対して高いので、その結果、ス
トライプｌはｎ＝２の量子べ１位、つまり波長８１０ｎ
ｍで発振し、端面からは波長８１０ｎｍのレーザ光λ１
か出射される。

以１−説明したように、各活性ストライプ領域の方の端
面に％なった反射率を持つ膜をコーティングすることに
よフて、波長の異なる２つのレーザ光を出射する多波長
半導体レーザが構成可能である。

実施例２ 第３図は本発明の多波長半導体レーザの第２の実施例の
主要部の平面図である。

この例における半導体レーザの積層構造や、加工形状は
第１の実施例と全く同一で、端面にコーティングする膜
の構成のみが異なっている。

実施例１では、ｎ・１の量子準位にある活性ストライブ
領域２への電流の注入かを更に増加させると、該領域の
は子順位がｎ＝２にあがってしまうので、大波長のレー
ザ光をこれら活性ストライブ領域のそれぞれから発振さ
せるには、これら活性ストライブ領域２に流す電流の晴
を異ならせる必要がある。その結果、各活性ストライブ
間での熱特性にバラツキが生じる。

そこで、このような熱特性のバラツキについても改善が
必要とされる場合には、本実施例の構成か好適である。

この例においては、第４図および第５図に示す分光反射
率特性を有する反射膜が組み合されて用いられており、
活性ストライブ領域１８には、面端面及び後端面に反射
膜２１．２３がそれぞれコーティングされており、史に
活性ストライブ領域１９の前端面及び後端面には反射膜
２２．２４がそれぞれコーティングされている。

なお、これら反射膜は、電ｆビーム蒸着法により、八１
２０．．　、　ＺｒＯ２，Ｓｉなとの絶縁物を端面に蒸
着することで形成できる。

活性ストライブ領域１８の反射面は、ｒｌ・Ｉの７ｐ　
−ｒ−べｉｉ位で発光する波長８７０曲の光に対して高
反射率を持ち、ｎ・２の１１」子準位で発光する波長８
１０’ｎ　ｍに対しては、はとんど反射しないような反
射１１０がコーディングされているため、レーザ発振は
ロー１の：１１゛了準位で起こり、注入電流を増してい
ても第６図に示す従来例のように発振する！ｉｉｆ準位
がｎ・２に社行することはない。

方、活性ストライブ領域１９は、口・１のｉｉ」子準位
で発光する波長８７０ｎｍの光に対して低反射率である
ので、ｎ−１の）ｔ）子牛イケでは発振は起こらず、高
注入状態となってｎ＝２の量子準位まで、電子が注入さ
れた状態から波長８１０ｎｍの光での発振が開始する。

−Ｈ発振が始まると、ｎ・２の一：：子準位での発光ゲ
インの高さや、後端面反射率の高さが市なって、高い効
率で発振が起こる。

以上の結果［−１，、（電流−光出力）特性は、活性ス
トライブ領域１８および活性ストライブ領域１９に対し
て第７図のようになり、同一の駆動電流でほぼ等しい光
出力Ｐを得ることができる。

以上の構成で、同一の駆動電流約６０ｍＡでストライブ
１１３．１９は波長がそれぞれ８１０ｎｍ　、　８７０
ｎｍの相異なるレーザ光を全損可能である。

この結果、それぞれの活性ストライブにおける熱特性の
ばらつきがなくなった。（すなわちそれぞれの活性スト
ライブにおいて発生する熱呈が均一となった。、） 実施例３ 第８図は、本発明の多波長半導体レーザの第３の実施例
の主要部の平面図である。

本実施例の多波長半導体レーザの構造は、第２図のもの
とほぼ同一であるが、活性層の構造が第９図に示されて
いるウニ１幅８０人、５５人、４０人のＧａＡｓウェル
がＳＣ層の内側に順次積層されている多が子井戸型構造
を存する点で異なる。

なお、それぞれのウェル間には、電子波が互いに］・渉
しないように　１００人の間隔か設けられている。

この活性層に電流（およそ８０ｍＡ）か汀人されると、
各ウェルにおいてそれぞれ８２０．８４０．８６０ｎｍ
での発光が得られる。

また、第１０図に示す穴なる反射率を持つ反射膜２９．
３０、：１１が光出射端面と対向する端面にそれぞれコ
ープインクされ、さらに光出射端面には８２０〜８６０
ｎｍにおいて、低い反射率を持つ反射膜２８がコーティ
ングされている。

なお、これら反射膜は、′１にｆビーム蒸着法により、
Ａｌ２Ｏ，、Ｚｒ［］２、Ｓｉなどの絶縁物を端面に蒸
着することにより形成される。

この゛ｉ導体レーザの活性ストライブ領域２５．２６．
２７に不図示の電流源により電流（８０ｍＡ）を注入す
ると、それぞれ８２０、８４０、８６０ｎｍの波長で最
初の発振条件に憤った。

なお、本発明の多波長半導体レーザの構成は以上述へた
例に／１１−さねたものに限定されるものではなく、共
振器を構成する反射面の反射率を異ならせて、発振波長
を屓ならせることのできる構成のちのであればどのよう
な構成をも取り得る。例えば、埋め込みへテロ構造（Ｂ
Ｈ構造）なと良好な電流狭窄と光の閉じ込め効果が期待
できる構造であればいずれでもかまわない。

〔発明の効果〕

以１−説明したように、本発明によれば、１素子中に半
導体レーザ惟位が一体化された構成とすることができ、
しかも波長の選択に１４′、響されずに、各半導体レー
ザ単イ１７の構造を非点収差やニア・フィールド・パタ
ーンなどの光学特性を良好かつバラツキのないものにす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の多波長半導体レーザの第１の実施例
のＬ要部を示す平面図、第２図は第１図におけるＡ−Ｂ
線での部分断面図、第３図は本発明の多波長半導体レー
ザの第２の実施例の−に接部の平面図、第４図および第
５図は実施例２で用いた反射ＩＱの分光反射率特性を示
すグラフ、第６図は従来例にお、ける光出力、注入電流
は及び量子順位との関係を示すグラフ、第７図は実施例
２の各活性ストライブ領域における光出力と注入ＴＬｔ
ｆＬ量の関係を示すグラフ、第８図は実ｈ’ｆｓ例３の
主安部の・ト面図、第９図は実施例３の活性層の構造を
その組成変化で示した図、第１０１図は実りｂ例３に用
いた反射１１Ｑの反射率を示すグラフである。 １．２．１８．１９．２５．２６．２７：・活性ストラ
イブ領域 ３〜５．２１〜２４．２８〜３１：反射＋１Ｓ１６．８
．２０．２３：レーザ基板 ７．１６：電極 ９　：　ＧａＡｓバッファ層 １０　：　ｎ−ＡｌＧａ八Ｓクへッド層ＩＩ　：　ｎ−
ＡｌＧａＡｓ　ＳＣ層 １２　：　ＧａＡｓ　５０４層 １３　：　ＧａＡｓ　ＳＣ層 １４：ｐ−へ１ＧａＡｓクラ・ンド層 １５　：　ＳｉＮ層 １７　：　ｐ−ＧａＡｓキＹ　ツブ層 第１図 第２図 仮衣（ｎｍ） 第 図 電流Ｉ 第 図 ！ｉＩ 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）２以上の量子準位を有する量子井戸型構造からなる
   活性層を有し、その両端面に対向する一対の反射面が設
   けられた活性ストライプ領域の２以上を基板上に配列し
   、各活性ストライプ領域の有する反射面の反射率を異な
   らせることによって、各活性ストライプ領域からのレー
   ザ光の波長を異ならせたことを特徴とする多波長半導体
   レーザ。 ２）異なる反射率の反射面を、 各活性ストライプ領域端面に反射率の異なる反射膜を設
   けて、各活性ストライプ領域の有する反射面間でその反
   射率を異ならせた請求項１記載の多波長半導体レーザ。 ３）前記活性層が、１つの量子井戸内に２以上の量子準
   位をもつ量子井戸型構造を有する請求項１記載の多波長
   半導体レーザ。 ４）前記活性層が異なる量子準位をもつ２以上の量子井
   戸型構造によって構成されている請求項１記載の多波長
   半導体レーザ。 ５）前記異なる反射率の反射膜が、ある特定の量子準位
   で発光する光に対してのみ高い反射率を持ち、他の量子
   準位で発光する光に対してはそれよりも低い反射率を持
   つ請求項３または４に記載の多波長半導体レーザ。