JPH0220089A - Semiconductor laser device - Google Patents
Semiconductor laser deviceInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、半導体レーザ装置に係、特に高出力でかつ
基本モード発振を得ることに関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a semiconductor laser device, and particularly to obtaining high output and fundamental mode oscillation.
第９図は従来のフレア型の半導体レーザ装置を示す図で
あり、第９図（ａ）はその構造を示す斜視図、第９図（
ｂ）はその活性層のストライプ形状を示す図である。図
において、７はＰ側電極、８は基板、９はバッファ層、
１０は電流ブロック層、１１は下クラッド層である。１
２は活性層であり、１２ａは基本モードのみが許容され
る狭いストライプ領域、１２ｂはテーパ領域、１２ｃは
広いストライプ領域である。１３は上クラッド層、１４
はキャップ層、１５はｎ側電極、１６は高反射率膜であ
る。FIG. 9 is a diagram showing a conventional flare type semiconductor laser device, FIG. 9(a) is a perspective view showing its structure, and FIG.
b) is a diagram showing the stripe shape of the active layer. In the figure, 7 is a P-side electrode, 8 is a substrate, 9 is a buffer layer,
10 is a current blocking layer, and 11 is a lower cladding layer. 1
2 is an active layer, 12a is a narrow stripe region where only the fundamental mode is allowed, 12b is a tapered region, and 12c is a wide stripe region. 13 is the upper cladding layer, 14
15 is a cap layer, 15 is an n-side electrode, and 16 is a high reflectance film.
次に動作について説明する。活性層のストライプ形状は
第９図（ｂ）に示す様に、狭いストライプ領域１２ａ、
テーパ領域１２ｂ、広いストライプ領域１２ｃから成っ
ている。光学損傷を引きおこす光出力レベルを向として
高出力を得る目的で一方の端面付近のストライプ幅１２
ｃを拡げ、もう−方の端面の反射率を高反射率膜１６に
よって上げている。全てが広いストライプの場合には高
次モードが発生してしまうのでストライプ中の一部に基
本モードのみが許容される狭いストライプ領域１２ａを
設けている。途中はモード変換が起こらないようにゆる
やかなテーパ領域１２ｂとなっている。Next, the operation will be explained. As shown in FIG. 9(b), the stripe shape of the active layer includes narrow stripe regions 12a,
It consists of a tapered region 12b and a wide striped region 12c. A stripe width of 12 mm near one end face is used to obtain high output power to reduce the optical output level that causes optical damage.
c is widened, and the reflectance of the other end face is increased by a high reflectance film 16. If all the stripes are wide, higher-order modes will occur, so a narrow stripe region 12a is provided in a part of the stripe where only the fundamental mode is allowed. There is a gentle taper region 12b in the middle so that mode conversion does not occur.
従来のフレア型の半導体レーザ装置は以上のように構成
されているので、基本モードを得るのに必ず基本モード
のみが許容される狭いストライプ領域を設ける必要があ
った。また、テーバ領域でのモード変換が起こらないよ
うにテーパの拡がり角を約２度以下にする必要があり、
共振器長が長くなるという問題点があった。Since the conventional flare type semiconductor laser device is constructed as described above, in order to obtain the fundamental mode, it is necessary to provide a narrow stripe region in which only the fundamental mode is allowed. In addition, it is necessary to keep the taper spread angle to about 2 degrees or less to prevent mode conversion in the taper region.
There was a problem that the resonator length became long.
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、高出力でかつ基本モード発振する半導体レー
ザ装置を得ることを目的とする。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to obtain a semiconductor laser device with high output and fundamental mode oscillation.
この発明に係る半導体レーザ装置は、一方の端面部又は
内部の少なくとも１ケ所に基本モード以外の高次モード
を放射する角度を有するテーパ型あるいは折れ曲がり型
の光導波構造を備えたものである。The semiconductor laser device according to the present invention is provided with a tapered or bent optical waveguide structure having an angle at which a higher-order mode other than the fundamental mode is emitted at one end face portion or at least one location inside the device.
この発明においては、基本モード以外の高次モードを放
射する角度を有するテーパ型あるいは折れ曲がり型の光
導波構造を備えた構成としたから、広いストライプ領域
から基本モード発振するレーザ光を得ることができる。In this invention, since the configuration includes a tapered or bent optical waveguide structure having an angle for emitting higher-order modes other than the fundamental mode, it is possible to obtain laser light that oscillates in the fundamental mode from a wide stripe area. .
以下、この発明の実施例を図について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第１図は本発明の第１の実施例による半導体レーザ装置
の活性層のストライプ形状を示す図であり、図において
、１ａはストライプ幅がＷ、屈折率がｎ、の広いストラ
イプ領域であり２次以上の高次モードが許容されている
。１ｂは角度がθｐ。FIG. 1 is a diagram showing the stripe shape of the active layer of the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention. In the figure, 1a is a wide stripe region with a stripe width of W and a refractive index of n; Higher order modes are allowed. The angle of 1b is θp.
屈折率がｎｌ＋長さがＬのテーバ領域である。２は屈折
率がｎ２のクラツデイング領域である。It is a Taber region with a refractive index of nl+a length of L. 2 is a cladding region with a refractive index of n2.
第２図はスラブ導波路における導波モードと放射モード
の概念を示す図である。ここで角度θ。FIG. 2 is a diagram showing the concept of waveguide mode and radiation mode in a slab waveguide. Here the angle θ.
は、
θｃ ＝ ｓ ｉ ｎ−’ （ｎ＋ ／ｎｚ ） −
（１１で表され、この角度θ。より小さい角度で入射す
る光線は放射モードとなる。このθ。は臨界角と呼ばれ
、該角度θ。より大きい角度で入射する光線のうち活性
層とクラッド間の境界条件を考慮したマックスウェルの
方程式を満たすものが導波モードとなる。これらのもの
のうち入射角の大きいものから０次モード（基本モード
）、１次モード、３次モード・・・となる。is θc = sin-' (n+ /nz) -
(Represented by 11, this angle θ. Light rays incident at a smaller angle become a radiation mode. This θ. The waveguide mode is one that satisfies Maxwell's equations considering the boundary conditions between them.Among these, the one with the largest angle of incidence is the 0th mode (fundamental mode), the 1st mode, the 3rd mode, etc. Become.
第３図はテーバ領域に前記の導波モードが達したときの
概念図である。テーパの角度θ、を適当に調整すること
で基本モードのみを伝搬させ１次以上の高次モードを放
射させることが可能である。FIG. 3 is a conceptual diagram when the waveguide mode reaches the Taber region. By appropriately adjusting the taper angle θ, it is possible to propagate only the fundamental mode and radiate higher-order modes higher than the first order.
前記の概念（第２図と第３図）を半導体レーザに適用し
た一例が第１図に示す半導体レーザ装置である。以下、
幾何光学を用いて説明する。基本モードの入射角を（９
０°−θ。）、１次モードの入射角を（９０°−θ、）
とする。テーバ領域で１回以上反射する必要があるため
を満足する必要がある。An example of applying the above concept (FIGS. 2 and 3) to a semiconductor laser is the semiconductor laser device shown in FIG. 1. below,
This will be explained using geometric optics. The angle of incidence of the fundamental mode is (9
0°−θ. ), the incident angle of the first mode is (90°−θ, )
shall be. It is necessary to satisfy the requirement that it is reflected at least once in the Taber region.
テーバ領域において、端面方向（ストライプが狭くなる
方向）に向かって、ｍ回の反射で基本モード以外の高次
モードを放射させるためには、次式を満足するテーパ角
θ９を用いれば良い。In order to radiate higher-order modes other than the fundamental mode by m reflections toward the end face direction (the direction in which the stripes become narrower) in the Taper region, a taper angle θ9 that satisfies the following equation may be used.
−例として、端面方向に向かっての１回反射で１次以上
の高次モードを放射させる場合について述べる。 Ｗ
−６μｍ、 ｎ＋ ＝３．４６０ 、 ｎ２ ＝３
．４４５としたとき、θ。＝８４．６６３°、θ。＝０
．９８７０、 ＝１．９６５ °となる（ただし波長
は０．８１μｍとした）。よってテーパ角θ、は、
１．１２４ °〈θｐ〈１．４５”
とすれば良い。そのときのテーパ領域長しはつまり、
６４．２μｍ ＜ Ｌ ＜７０．８．ｃｒ ｍとすれば
良い。ただしθ、 ＝１．４５’として計算した。- As an example, a case will be described in which a higher-order mode higher than the first order is emitted by one reflection toward the end face. W
-6μm, n+ =3.460, n2 =3
．． 445, θ. =84.663°, θ. =0
．． 9870, = 1.965° (however, the wavelength was set to 0.81 μm). Therefore, the taper angle θ may be set to 1.124°〈θp〈1.45''. In other words, the length of the taper region at this time may be set to 64.2 μm < L < 70.8.cr m. However, the calculation was performed using θ = 1.45'.
以上のように、本実施例では適切な角度θ、を有するテ
ーパ領域を端面部又は内部に設けたから、基本モードで
発振する半導体レーザ装置を得ることができる。As described above, in this embodiment, since the tapered region having an appropriate angle θ is provided at the end face portion or inside, a semiconductor laser device that oscillates in the fundamental mode can be obtained.
第４図は、本発明の第２の実施例を示す図であり、図に
おいて、第１図と同一符号は同−又は相当部分であり、
ＩＣは角度θ、Ｉを有する片側テーパ領域である。本実
施例はストライプの片側のみに角度θ２．のテーパ部を
備えたテーパ導波路ＩＣを用いたものである。この実施
例のようにストライプの片側のみにテーパ部を設けるこ
とによっても上記第１の実施例と同様の効果を奏する。FIG. 4 is a diagram showing a second embodiment of the present invention, and in the figure, the same reference numerals as in FIG. 1 indicate the same or corresponding parts,
IC is a one-sided tapered region with angles θ,I. In this embodiment, the angle θ2 is applied only to one side of the stripe. This uses a tapered waveguide IC with a tapered portion. Even by providing a tapered portion only on one side of the stripe as in this embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
第５図は本発明の第３の実施例を示す図であり、図にお
いて、３ａは幅Ｗ３．を有するストライプ領域、３ｂは
角度θ、！を有する両側テーパ領域、３Ｃは幅Ｗ３Ｃを
有するストライプ領域、３ｄは角度θ、３を有する両側
テーパ領域、３ｅは幅Ｗ１．を有するストライプ領域で
ある。本実施例は角度がそれぞれθ０．θ９．のテーパ
部をストライプの両側に持つ２箇所のテーパ導波路３ｂ
、３ｄ設けたものである。ここで角度θ９．とθ、３は
同一もしくは異なる角度であり、この実施例のように必
ずしもそれぞれのテーパ部で１次以上のモード全てを放
射する必要はな（全体として１次モード以上を放射すれ
ば良い。FIG. 5 is a diagram showing a third embodiment of the present invention, and in the diagram, 3a is a width W3. 3b is the angle θ, ! 3C is a striped area having a width W3C, 3d is a both side tapered area having an angle θ, 3, 3e is a width W1. This is a striped area with . In this example, the angles are θ0. θ9. Two tapered waveguides 3b having tapered portions on both sides of the stripe.
, 3d are provided. Here, the angle θ9. and θ, 3 are the same or different angles, and it is not necessarily necessary to radiate all modes higher than the first order at each tapered portion as in this embodiment (it is sufficient to radiate the modes higher than the first order as a whole).
第６図は本発明の第４の実施例を示す図であり、図にお
いて、４ａは幅Ｗ、、を有するストライプ領域、４ｂは
角度０．４を有する片側テーパ領域、４Ｃは幅ＷＬＣを
有するストライプ領域、４ｄは角度θ９．を有する片側
テーパ領域、４ｅは幅ＷａＳを有するストライプ領域で
ある。本実施例は片側のみに角度がそれぞれθ、４．θ
９．のテーパ部を備えた２箇所のテーパ導波路４ｂ、４
ｄを設けたものである。ここで角度θ、４とθ９．は同
一もしくは異なる角度であり、この実施例でも上記第３
の実施例と同様必ずしもそれぞれのテーパ部で１次以上
のモード全てを放射する必要はなく全体として１次モー
ド以上を放射すれば良い。FIG. 6 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention, in which 4a is a striped region having a width W, 4b is a one-sided tapered region having an angle of 0.4, and 4C is a striped region having a width WLC. Stripe area, 4d is angle θ9. 4e is a striped region having a width WaS. In this embodiment, the angles are θ, 4. θ
9. Two tapered waveguides 4b, 4 each having a tapered portion of
d. Here angles θ, 4 and θ9. are the same or different angles, and in this embodiment as well, the third angle is the same or different.
As in the embodiment described above, it is not necessarily necessary to radiate all modes higher than the first order in each tapered portion, but it is sufficient to radiate the modes higher than the first order as a whole.
第７図は本発明の第５の実施例を示す図であり、図にお
いて、５ａはＷＳａを有するストライプ領域、５ｂは角
度θ２．とθ、７を有する両側テーパ領域である。この
実施例はテーパの角度がストライプの両側で異なる（θ
、６≠θ２．）テーパ導波路５ｂを設けたものであり、
この場合も、角度θ、、とθ、？の両方で１次モード以
上を放射するように角度を設定することにより基本モー
ドで発振するものが得られる。さらに本実施例において
テーパ部を２箇所以上設けそれら全体で１次モード以上
を放射するようにしても良い。FIG. 7 is a diagram showing a fifth embodiment of the present invention, in which 5a is a stripe region having WSa, and 5b is an angle θ2. and θ, which are tapered regions on both sides. In this example, the taper angle is different on both sides of the stripe (θ
, 6≠θ2. ) A tapered waveguide 5b is provided,
In this case as well, the angles θ, , and θ, ? By setting the angle so that the first-order mode or higher is emitted in both directions, one that oscillates in the fundamental mode can be obtained. Furthermore, in this embodiment, two or more taper portions may be provided so that the entire tapered portion radiates the primary mode or higher.
第８図は本発明の第６の実施例を示す図であり、図にお
いて、６ａは幅Ｗ、、ｍを有するストライプ領域、６ｂ
は角度θ９．を有する折れ曲がり領域、６ＣはＷ＆Ｃを
有するストライプ領域である。この実施例は角度θ９．
の折れ曲がり導波路を設け、この部分で基本モード以外
の高次モードを放射させるようにしたものである。この
実施例のように導波路の形状は必ずしもテーパ型である
必要はなく、折れ曲がり型であうでも良（、上記実施例
と同様の効果を奏する。またこの実施例において折れ曲
がり部を２箇所以上設け、全体で１次モード以上を放射
するように構成しても良い。FIG. 8 is a diagram showing a sixth embodiment of the present invention, in which 6a is a striped region having a width W, , m, 6b
is the angle θ9. 6C is a striped area having W&C. In this embodiment, the angle θ9.
A bent waveguide is provided in which higher-order modes other than the fundamental mode are radiated. The shape of the waveguide does not necessarily have to be a tapered shape as in this embodiment, but may be a bent shape (the same effect as in the above embodiment can be obtained. Also, in this embodiment, two or more bent portions are provided, It may be configured to radiate the primary mode or higher as a whole.
以上のように、この発明によれば基本モード以外の高次
モードを放射する角度を有するテーパ型あるいは折れ曲
がり型の光導波構造を備えた構成としたから、装置が小
型になり、しかも高出力でかつ基本モード発振する半導
体レーザが得られる効果がある。As described above, according to the present invention, since the configuration includes a tapered or bent type optical waveguide structure having an angle that radiates higher-order modes other than the fundamental mode, the device can be made smaller and moreover, it can achieve high output. Moreover, there is an effect that a semiconductor laser that oscillates in the fundamental mode can be obtained.
第１図はこの発明の一実施例による半導体レニザ装置の
活性層のストライプ形状を示す図、第２図は導波モード
と放射モードの概念を示すスラブ導波路、第３図はテ、
−パ型の光導波路に導波モードが入射したときの導波お
よび放射を表わす概念図、第４図、第５図、第６図、第
７図、第８図はこの１明の他の実施例による半導体レー
ザ装置の活性層のストライプ形状を示す図、第９図は従
来のフレア型半導体レーザ装置を示す図である。
ｌａは幅Ｗのストライプ領域、１ｂは角度θ、。
長さしを有する両側テーパ領域、ＩＣは角度θ、１を有
する片側テーパ領域、２はクラツデイング領域、３ａは
幅Ｗ３ｍを有するストライブ領域、３ｂは角度θ、ｔを
有する両側テーパ領域、３Ｃは幅Ｗ、Ｃを有するストラ
イブ領域、３ｄは角度θ２．を有する両側テーパ領域、
３ｅは幅ＷＳＳを有するストライブ領域、４ａは幅Ｗａ
ａを有するストライブ領域、４ｂは角度θｐ４を有する
片側テーパ領域、４Ｃは幅Ｗ４ｃを有するストライブ領
域、４ｄは角度θ２．を有する片側テーパ領域、４ｅは
幅Ｗ４．を有するストライブ領域、５ａはＷｌ、を存す
るストライブ領域、５ｂは角度θ９．とθ９．を有する
両側テーパ領域、６ａは幅Ｗ４ｍを有するストライブ領
域、６ｂは角度０．８を有する折れ曲がり領域、６Ｃは
Ｗｔｈｃを有するストライブ領域、７はＰ側電極、８は
基板、９はバッファ層、ｌＯは電流ブロック層、１１は
下クラッド層、１２は活性層、１２ａは狭いストライブ
領域、１２ｂはテーパ領域、１２ｃは広いストライブ領
域、１３は上クラッド層、１４はキャップ層、１５はｎ
側電極、１６は高反射率膜である。
第
図
第
図
第
図
１４： Ｐ〆り・ノ７７FIG. 1 is a diagram showing the stripe shape of the active layer of a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a slab waveguide showing the concept of waveguide mode and radiation mode, and FIG.
- Conceptual diagrams showing waveguide and radiation when a waveguide mode enters a para-type optical waveguide, Figures 4, 5, 6, 7, and 8 are other examples of this 1. FIG. 9 is a diagram showing the stripe shape of the active layer of the semiconductor laser device according to the embodiment, and FIG. 9 is a diagram showing a conventional flare type semiconductor laser device. la is a stripe area with a width W, and 1b is an angle θ. IC is a tapered region on one side with an angle θ, 1; 2 is a cladding region; 3a is a striped region with a width W3m; 3b is a tapered region on both sides with an angle θ, t; 3C is a striped region with a width W3m; A stripe region having widths W and C, 3d is an angle θ2. Both sides tapered area, with
3e is a stripe area having a width WSS, 4a is a width Wa
4b is a one-sided tapered region having an angle θp4, 4C is a stripe region having a width W4c, 4d is an angle θ2. 4e has a width W4. 5a is a stripe region having Wl, 5b is a stripe region having an angle θ9. and θ9. 6a is a stripe region having a width W4m, 6b is a bending region having an angle of 0.8, 6C is a stripe region having Wthc, 7 is a P-side electrode, 8 is a substrate, 9 is a buffer layer , lO is a current blocking layer, 11 is a lower cladding layer, 12 is an active layer, 12a is a narrow stripe region, 12b is a tapered region, 12c is a wide stripe region, 13 is an upper cladding layer, 14 is a cap layer, 15 is a n
The side electrode 16 is a high reflectance film. Figure Figure Figure 14: P〆・ノ77
Claims (1)
において、 一方の端面部又は内部の少なくとも１ヶ所に基本モード
以外の高次モードを放射する角度を有するテーパ型ある
いは折れ曲がり型の光導波構造を備えたことを特徴とす
る半導体レーザ装置。(1) A semiconductor laser device having at least two end faces, which is provided with a tapered or bent optical waveguide structure having an angle that radiates a higher-order mode other than the fundamental mode on one end face or at least one location inside the device. A semiconductor laser device characterized by:
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