JPH02213186A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

半導体レーザ装置

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JPH02213186A
JPH02213186A JP3418289A JP3418289A JPH02213186A JP H02213186 A JPH02213186 A JP H02213186A JP 3418289 A JP3418289 A JP 3418289A JP 3418289 A JP3418289 A JP 3418289A JP H02213186 A JPH02213186 A JP H02213186A
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JP
Japan
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type
face
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semiconductor laser
layer
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Pending
Application number
JP3418289A
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English (en)
Inventor
Yutaka Mihashi
三橋 豊
Yutaka Nagai
豊 永井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/16Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface
    • H01S5/162Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface with window regions made by diffusion or disordening of the active layer

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は半導体レーザ装置に係り特に、基本横モード
で高出力動作をするブロードエリア型半導体レーザに関
するものである。
〔従来の技術〕
半導体レーザを高出力化するためにはレーザ光出射端面
の破壊が高出力まで生じない様にする必要がある。この
方法としては共振器端面近傍の活性領域のバンドギャッ
プを内部より実効的に大きくシ、端面での光吸収、発熱
を押えるいわゆる窓構造を形成する方法、活性層自体を
薄く(例えば0.04μm以下)し、光が活性層からに
じみ出しやすくして発光・スポット径を広げ、端面光密
度を下げる方法、発振領域自体の幅を広げ光密度を下げ
る方法(ブロードエリア型レーザ)等がある。この最後
のブロードエリア型の方法は数100mW以上の高出力
半導体レーザを実現するのに有効であるが、この方法で
は発振横モードが高次(多)モード発振となるため、レ
ンズで小さいスポットに絞ることが困難で、光デイスク
書込用や、レーザビームブリンク用等の用途には使用で
きない。この様な用途には集光可能な基本横モード発振
が不可欠であり、そのためには発振領域の幅は数μm以
下に押える必要がある。このため、従来の基本横モード
レーザの高出力化は50mW程度が限界であり、半導体
レーザの用途拡大のためには基本横モードでかつ、高出
力動作が可能なレーザの実現が望まれていた。
上記のブロードエリア型半導体レーザの横基本モード化
を実現するレーザ構造として不安定共振器型(Unst
able Re5onator 、以下UR型とイウ)
半導体レーザが知られている。第3図は例えば’ El
ectronics Leffers 、 vol 、
 21 p lV&L2 s P、 62 (1988
)″に示されている従来のUR型半導体レーザの基本構
造を示す斜視図である。図に於いて、(1)はGaAs
半導体基板、(3)は活性層、(6月よ!極、(ロ)は
円弧状の共振器端面、@は平面状の共振器端面である。
次に動作について説明する。このUR型半導体レーザに
於ける電子、ホールの注入による再結合発光から、誘導
放出、発振に至るまでの動作は通常の平行な平面の共振
器ミララーを有するダブルヘテロ半導体レーザ(ファブ
リペロ型レーザ)の場合と同様である。すなわち、活性
層(3)にn型クラッド層(4)から電子が、p型クラ
ッド層(4)からホールが注入され、両者の再結合発光
、誘導放出の過程を経てレーザ発振が生じる。第4図に
レーザチップ内外の光の経路を示す。図に示されている
様にレーザ光の出射端面ば1曲面共振器端面qυが凹状
になっているため後面の平面状共振器端面(6)で垂直
に反射し共振軸方向に平行に戻った光は、前面のチップ
中央部ではほぼ垂直に反射しチップ内部に再び戻るが、
中央部から離れるにつれ共振器軸に対し、次第に深い角
度で外側に反射されるため、後面の共振器端面@に戻る
割合が減少する。
従って、このUR型半導体レーザに於いては共振器の中
心軸上から離れたところに、電界強度分布のピークを有
する発振横モードはすなわち1次以上の高次モードは放
射され立ちにくくなり、中心軸上に最大電界強度分布を
持つ基本モードが立ちやすくなる。すなわち、UR型半
導体レーザの構造はブロードエリア型半導体レーザの基
本横モード化を得るのに有効な方法である。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来のUR型半導体レーザでは円弧状の共振器端面は、
湿式エツチング法や、RI E (RiactivlI
on Etching )法等で加工するためへき開で
形成する方法に比べ、表面荒れが生じ易く、滑らかな鏡
面が得られにくいため、充分なレーザ特性が得られない
という問題があり、また、共振器端面は何ら窓構造の様
な端面破壊に対する構造的対策を講じていないため、C
OD (Catastrophic OpticalD
amage )破壊を生じ易く、長寿命化、高信頼性化
が困難であるという問題点があった。
この発明は上記の様な問題点を解決するためになされた
もので、高出力まで基本横モード発振が可能であるとと
もに、長寿命、高信頼性化が実現可能な半導体レーザ装
置を得ることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
この発明に係る半導体レーザ装置は量子井戸活性層を備
え、レーザ光が出射する前面の共振器端面近傍に円弧状
の境界をなす様なp又はn型の不純物を拡散して、無秩
序化して、屈折率が共振器内部より実効的に低くバンド
ギャップが大きな窓領域を形成したものである。
〔作用〕
この発明における円弧状の不純物拡散領域は曲面ミラー
を共振器内部に形成し、一種の不安定共振器を構成する
こととなり、これにより幅の広い活性領域を有する半導
体レーザの横基本モード発振が実現される。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第1
図において、(1)はn型GaAs基板、(2)はn型
AixGax−xAsクラッド層(3)はn型Any 
Gax −y As からなる厚さ100λ程度の量子
井戸活性層、(4)はp型AlxGax−xAsクラッ
ド層、(5)はp型GaAs :] ンタクト層、(6
)はp型GaAsコンタクト層表面からZn等のp型不
純物を拡散して形成した@面方向に対し凹形となる様な
n型AlGa1−xAs層まで到達する円弧状の境界領
域を有する不純物拡散領域、(7)はp側電極、(8)
はSin、とアモルファスSiの多層膜により形成され
た例えば反射率90チ以上の高反射率を有する反射膜%
(9)は不純物拡散領域(6)の境界、 C1,0はA
I、O,の1/4波長膜等により形成された低反射率(
例えば0.1%以下)の反射防止膜である。
n型Al”yGal−3/As量子井量子性層(3)は
Znノ高濃度拡散により、無秩序化されA1組成比はA
lXGa1−XAsクラッド層(4)との中間的な値に
変化することば良く知られている。
例えば、クラッド層(4)のAI組成比Xを0.7とし
、活性層(3)のAI組成比yを0.1とすると、Zn
拡散により、無秩序化された活性層のA1組成比は0.
4程度となる・ 次に動作について説明する。半導体レーザとしての基本
的動作すなわち、レーザ発振に至る動作は通常のファブ
リペロ型半導体レーザや、端面をエツチングにより曲面
状に加工した従来のURW半導体レーザと同一である。
本実施例の半導体レーザに於いては前述の様にZnの拡
散により活性層は光出射端面近傍で円弧状の境界を形成
される様に無秩序化され、A1組成比が共振器内部に比
べて大きくなっている。このようにA1組成比が大きく
なると、バンドギャップが大きくなるとともに屈折率が
小さくなる。例えばAI 組成比x = 0.1のAl
GaAsのバンドギャップは約1.55eV、屈折率は
3,52で、x=0.4のAlGaAs (F) /<
ンドギャップは約1.92eV、屈折率は3.32とな
る。
屈折率が異なる媒質がある境界線を隔てて隣接するとき
、両者の間で反射、及び屈折が生じる。このときのレー
ザチップ内外の光の経路を第2図に示す。図から分る様
に、活性層(3)の無秩序化領域は共振器端面方向に対
し凹形の曲面状の境界(9)を有しているため、この境
界で、光の反射屈折は従来UR型半導体レーザ(第4図
)とほぼ同様となる。すなわち、共振器の中央部ではほ
ぼ垂直に反射し、中央部から離れるに従い次第に深い角
度で外側に反射される。従って共振器の中心軸上から離
れたところに電界強度のピークを有する横モード(高次
モード)は放射されて損失が大きくなるため、1次以上
の高次モードは立ちにくくなり、基本モード(0次)の
みでレーザ発振する。また、本実施例の半導体レーザで
は発振波長は、共振器の大部分を占める無秩序化されて
いないA1組成比の小さい(X=0.1)領域の活性層
(3)のバンドギャップに相当する波長近傍の発振波長
で発振し、レーザ光出射端面ば無秩序化されたバンドギ
ャップの広い領域を有しているため、端面での光吸収が
押えられ、端面破壊を起こしにくくなり、いわゆる窓構
造を持つことになる。
なお、上記実施例ではn型GaAs基板(1)上にn型
AlGaAsクラッド層、活性層%p 型AlxGa1
−xAsクラッド層(2) t (4)を順次形成し、
表面よりp型不純物としてZnを拡散して形成した半導
体レーザの場合について示したが、Znの代りに、Cd
 (カドミウム)等のp型不純物を用いても良く、p型
GaAs基板(1)上にp型AI GaAsクラッド層
、活性層。
n型AlGaAsクラッド層を順次形成し表面より、S
l等のn型不純物を拡散して、円弧状の拡散領域を設け
ても良い。
またAI GaAs系材料以外例えばInGaAs p
系長波長材料や、AIGaInp系可視光材料全可視光
材料した半導体レーザについても、同様にこの本発明が
適用できることは言うまでもない。
また、本実施例では不純物拡散による円弧状の無秩序化
領域を一方の共振器端面近傍にのみ形成した場合を示し
たが1前後、両面の共振器端面近傍に形成しても同様の
効果を得ることができる。
〔発明の効果〕
以上の様にこの発明によれば、共振器端面近傍に円弧状
に不純物拡散による量子井戸活性層の無秩序化領域を形
成し、屈折率を下げてバンドギャップを広くしたので、
基本横モード発振をするとともに、サージ破壊に対し強
く長寿命で高信頼性の高出力半導体レーザ装置を得るこ
とができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例による半導体レーザ装置を
示す斜視図、第2図は第1図の共振器内外の光の反射・
屈折の光の経路を示す模式図、第3図は従来の不安定共
振器UR型半導体レーザ装置を示す斜視図、第4図(a
) (b)は第3図の共振器内外の光の反射・屈折の光
の経路と基本横モード(0次)と1次横モードの電界強
度分布を示す模式図および分布図である。 図中、(1)はn型GaAs基板、(2)はn型AIx
Gat −xAsAsクララ、(3)はn型AlyGa
1−yAs量子井戸活性層、(4)はp 型A1xGa
t−xAsクラッド層、(5)はp型GaAsコンタク
ト層、(6)はp型不純物拡散領域、(7)はp側電極
、(8)は高反射率の反射膜、(9)は拡散領域と非拡
散領域の境界、OQは低反射率の反射防止膜である。な
お1図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  量子井戸活性層を有するダブルヘテロ構造半導体レー
    ザにおいて、少くとも一方の共振器端面近傍に円弧状の
    境界をなす様なp又はn形の高濃度不純物を拡散して形
    成した高濃度不純物拡散領域を有し、この不純物拡散に
    より共振器端面近傍で活性層が無秩序化された窓領域を
    有する事を特徴とする半導体レーザ装置。
JP3418289A 1989-02-13 1989-02-13 半導体レーザ装置 Pending JPH02213186A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005123603A (ja) * 2003-09-26 2005-05-12 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 発光装置
JP2008244216A (ja) * 2007-03-28 2008-10-09 Advanced Telecommunication Research Institute International 半導体レーザおよびそれを備えたレーザモジュール
JP2018046118A (ja) * 2016-09-13 2018-03-22 三菱電機株式会社 ブロードエリア半導体レーザ素子

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005123603A (ja) * 2003-09-26 2005-05-12 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 発光装置
JP2008244216A (ja) * 2007-03-28 2008-10-09 Advanced Telecommunication Research Institute International 半導体レーザおよびそれを備えたレーザモジュール
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