JPH0223038B2 - - Google Patents
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- JPH0223038B2 JPH0223038B2 JP56112489A JP11248981A JPH0223038B2 JP H0223038 B2 JPH0223038 B2 JP H0223038B2 JP 56112489 A JP56112489 A JP 56112489A JP 11248981 A JP11248981 A JP 11248981A JP H0223038 B2 JPH0223038 B2 JP H0223038B2
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 6
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/223—Buried stripe structure
- H01S5/2238—Buried stripe structure with a terraced structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、半導体レーザに関するものであり、
光強度のゆらぎが低減され、安定した特性の得ら
れる半導体レーザを提供することを目的とする。
光強度のゆらぎが低減され、安定した特性の得ら
れる半導体レーザを提供することを目的とする。
半導体レーザは、超小型でかつ効率が高く、低
電圧で動作させることができるため、光通信、光
情報処理などの応用分野において重要な光源とな
つている。こうした応用分野において、レーザ光
を変調して、情報を伝達する場合、光強度のゆら
ぎ（雑音）は、大きな問題となる。
電圧で動作させることができるため、光通信、光
情報処理などの応用分野において重要な光源とな
つている。こうした応用分野において、レーザ光
を変調して、情報を伝達する場合、光強度のゆら
ぎ（雑音）は、大きな問題となる。
従来のCW発振半導体レーザは、ダブルヘテロ
（DH）構造をもち、このDH構造に沿つて平行方
向におりる導波機構として、利得ガイドあるい
は、屈折率ガイドが用いられ、キヤビライ端面に
は、半導体結晶のへき開面を使用している。利得
ガイド形の半導体レーザの例としては第１図に示
すようなプレーナストライプ（planar stripe）
形レーザがあり、屈折率ガイド形の半導体レーザ
の例としては、第２図に示すようなチヤネルドサ
ブストレイト（Channelled Substrate；略して
CS）ストライプ形レーザがあげられる。
（DH）構造をもち、このDH構造に沿つて平行方
向におりる導波機構として、利得ガイドあるい
は、屈折率ガイドが用いられ、キヤビライ端面に
は、半導体結晶のへき開面を使用している。利得
ガイド形の半導体レーザの例としては第１図に示
すようなプレーナストライプ（planar stripe）
形レーザがあり、屈折率ガイド形の半導体レーザ
の例としては、第２図に示すようなチヤネルドサ
ブストレイト（Channelled Substrate；略して
CS）ストライプ形レーザがあげられる。
なお、これらの図において１はｎ型GaAs基
板、２はｎ型Ga1-yAlyAsクラツド層、３はノン
ドープGa1-xAlxAs活性層、４はｐ型Ga1-yAlyAs
クラツド層、５はｎ型GaAs層、６は正電極、７
は負電極、８はZn拡散領域である。
板、２はｎ型Ga1-yAlyAsクラツド層、３はノン
ドープGa1-xAlxAs活性層、４はｐ型Ga1-yAlyAs
クラツド層、５はｎ型GaAs層、６は正電極、７
は負電極、８はZn拡散領域である。
このような従来の半導体レーザを直流で一定光
出力の条件のもとで発振させた場合、特徴のある
雑音特性を示すことが知られている。第３図は、
上記２つの形のレーザの、定光出力動作させた場
合の雑音の温度による変化を示しており、Ａがプ
レーナストライプレーザーの場合、ＢがCSレー
ザの場合を示している。
出力の条件のもとで発振させた場合、特徴のある
雑音特性を示すことが知られている。第３図は、
上記２つの形のレーザの、定光出力動作させた場
合の雑音の温度による変化を示しており、Ａがプ
レーナストライプレーザーの場合、ＢがCSレー
ザの場合を示している。
なお、第３図において、横軸は周囲温度、軸に
３ｍＷ光出力と雑音電力の比（Ｓ／Ｎ比）をとつ
てある。雑音は周波数3MHz、バンド幅300KHzで
測定した。
３ｍＷ光出力と雑音電力の比（Ｓ／Ｎ比）をとつ
てある。雑音は周波数3MHz、バンド幅300KHzで
測定した。
プレーナストライプ形のような利得ガイド形レ
ーザでは、全体的に雑音レベルは大きいことがわ
かる。これは、利得ガイド形では、横モードが安
定化されておらず、レーザ内部における光分布と
キヤリア分布が不安定で、これらの相互作用によ
る雑音が大きいためである。しかし、利得ガイド
形では、縦モードが多モードとなるため、各縦モ
ード間の結合による分配雑音は小さく、温度変化
によつて利得スペクトルが変化しても、分配雑音
による雑音レベルの変動は小さくなつている。
ーザでは、全体的に雑音レベルは大きいことがわ
かる。これは、利得ガイド形では、横モードが安
定化されておらず、レーザ内部における光分布と
キヤリア分布が不安定で、これらの相互作用によ
る雑音が大きいためである。しかし、利得ガイド
形では、縦モードが多モードとなるため、各縦モ
ード間の結合による分配雑音は小さく、温度変化
によつて利得スペクトルが変化しても、分配雑音
による雑音レベルの変動は小さくなつている。
一方CSレーザのような屈折率ガイド形レーザ
では、横モードが安定化されているため、雑音レ
ベルの安定領域では、利得ガイド形に比べ雑音レ
ベルは小さい。ところが、一般に、横モード安定
化レーザでは、単一縦モード発振となるため、温
度変化によつて利得スペクトル分布が変化した場
合、縦モードが跳び移り、隣接する二つの縦モー
ド間で競合状態がおこり大きな分配雑音を生じ、
温度変化によつて雑音レベルの大きな領域が出現
する。
では、横モードが安定化されているため、雑音レ
ベルの安定領域では、利得ガイド形に比べ雑音レ
ベルは小さい。ところが、一般に、横モード安定
化レーザでは、単一縦モード発振となるため、温
度変化によつて利得スペクトル分布が変化した場
合、縦モードが跳び移り、隣接する二つの縦モー
ド間で競合状態がおこり大きな分配雑音を生じ、
温度変化によつて雑音レベルの大きな領域が出現
する。
ピデオデイスクの再生用光源などに、これらの
従来の半導体レーザを使用した場合、大きな雑音
を有するため、Ｓ／Ｎの低下をおこし、実用に耐
えない。
従来の半導体レーザを使用した場合、大きな雑音
を有するため、Ｓ／Ｎの低下をおこし、実用に耐
えない。
本発明による、半導体レーザでは、従来の作り
方、例えばpn接合面に沿つて平行方向に横モー
ドの屈折率ガイド機構を有する半導体レーザ構造
を用いて共振器（キヤビテイ）を形成する場合、
そのpn接合に垂直な２つのキヤビテイ端面での
光の反射率を従来のへき開によつてのみ形成した
場合の反射率よりもそれぞれ低くなるようにす
る。
方、例えばpn接合面に沿つて平行方向に横モー
ドの屈折率ガイド機構を有する半導体レーザ構造
を用いて共振器（キヤビテイ）を形成する場合、
そのpn接合に垂直な２つのキヤビテイ端面での
光の反射率を従来のへき開によつてのみ形成した
場合の反射率よりもそれぞれ低くなるようにす
る。
本発明のような前記２つのキヤビテイ面を作る
にはへき開によつて端面を形成した後、端面に誘
電体膜を付ける方法や、化学エツチングによつて
端面を作製する方法を用いる。
にはへき開によつて端面を形成した後、端面に誘
電体膜を付ける方法や、化学エツチングによつて
端面を作製する方法を用いる。
このようにして、端面の反射率を低下させた半
導体レーザにおいては、キヤビテイ端での透過損
失が大きくなる。このためレーザ発振に必要な利
得が大きくなり、キヤリア密度および利得スペク
トル幅が増大し、縦多モード発振に近づき、分配
雑音が減少する。
導体レーザにおいては、キヤビテイ端での透過損
失が大きくなる。このためレーザ発振に必要な利
得が大きくなり、キヤリア密度および利得スペク
トル幅が増大し、縦多モード発振に近づき、分配
雑音が減少する。
さらに、内部構造は、屈折率ガイドによつて横
モードが安定化されているため、不安定横モード
に起因する雑音は小さい。このようにして、雑音
レベルの温度依存性は、全体的に低雑音で、変動
の少ない特性が得られる。
モードが安定化されているため、不安定横モード
に起因する雑音は小さい。このようにして、雑音
レベルの温度依存性は、全体的に低雑音で、変動
の少ない特性が得られる。
以下に本明の実施例における半導体レーザを説
明する。基体となる半導体レーザには、段差基板
（Terraced Substrate；略してTS）型レーザを
使用する。（GaAl）As系TSレーザの光の進行方
行に垂直な断面を第４図に示す。なお、第４図に
おいて、第２図の従来例と同一材料を用いている
部分には同一番号を付している。TSレーザでは、
第４図に示すように活性層３が、段差部において
その両側の平坦部よりやや厚くなつて、リブ導波
路を形成するため、横モードの屈折率ガイド機構
ができ、横モードが安定化される。このような半
導体レーザでは、横モードの不安定現象に起因す
る雑音はない。次に、TSレーザの光の進行方向
に垂直な結晶面をへき開によつて作成し、キヤビ
テイ端面とする。二つのキヤビテイ端面間の距離
すなわちキヤビテイ長Ｌは0.02cmとした。へき開
によつて形成した二つのキヤビテイ端面には、第
５図に示すようにスパツタリングあるいは、電子
ビーム蒸着により、SiO2膜９をλ／4nおよび
λ／8nの膜厚につけた。なお、第５図は第４図
におけるＡ−A′断面図、すなわちレーザ光の進
行方向に平行な方向の第７面図である。ここでλ
は、レーザの発振波長、ｎは、SiO2の波長λに
おける屈折率である。このように膜厚を選ぶこと
により、端面における内部光の反射率R1、R2は、
それぞれ約３％および約16％となり、へき開した
だけの場合の反射率約31％より低下している。そ
して、キヤビテイ端の透過損失（1/2Ｌ）lo（１／
R1R2）は約134cm-1である。
明する。基体となる半導体レーザには、段差基板
（Terraced Substrate；略してTS）型レーザを
使用する。（GaAl）As系TSレーザの光の進行方
行に垂直な断面を第４図に示す。なお、第４図に
おいて、第２図の従来例と同一材料を用いている
部分には同一番号を付している。TSレーザでは、
第４図に示すように活性層３が、段差部において
その両側の平坦部よりやや厚くなつて、リブ導波
路を形成するため、横モードの屈折率ガイド機構
ができ、横モードが安定化される。このような半
導体レーザでは、横モードの不安定現象に起因す
る雑音はない。次に、TSレーザの光の進行方向
に垂直な結晶面をへき開によつて作成し、キヤビ
テイ端面とする。二つのキヤビテイ端面間の距離
すなわちキヤビテイ長Ｌは0.02cmとした。へき開
によつて形成した二つのキヤビテイ端面には、第
５図に示すようにスパツタリングあるいは、電子
ビーム蒸着により、SiO2膜９をλ／4nおよび
λ／8nの膜厚につけた。なお、第５図は第４図
におけるＡ−A′断面図、すなわちレーザ光の進
行方向に平行な方向の第７面図である。ここでλ
は、レーザの発振波長、ｎは、SiO2の波長λに
おける屈折率である。このように膜厚を選ぶこと
により、端面における内部光の反射率R1、R2は、
それぞれ約３％および約16％となり、へき開した
だけの場合の反射率約31％より低下している。そ
して、キヤビテイ端の透過損失（1/2Ｌ）lo（１／
R1R2）は約134cm-1である。
こうして作成した波長780nｍの半導体レーザ
の３ｍＷ定光出力時の雑音レベルの温度変化を第
６図に示す。
の３ｍＷ定光出力時の雑音レベルの温度変化を第
６図に示す。
この図からわかるように、本実施例による半導
体レーザの雑音レベルは、広い温度範囲にわたつ
て低い値で安定しており、温度による大きな変動
は現われず、すぐれた特性を示していた。
体レーザの雑音レベルは、広い温度範囲にわたつ
て低い値で安定しており、温度による大きな変動
は現われず、すぐれた特性を示していた。
さらに、第４図に示すような構造をもつ
（GaAl）As系のTSレーザのウエハから、へき開
によつて端面を形成した、キヤビテイ長が0.02、
0.025、0.03cmの３種類のTSレーザを用い、２つ
のへき開端面に種々の膜厚のSiO2膜をスパツタ
リング法によつて付け、キヤビテイ端による透過
損失を変化させ、各々のレーザについて光出力と
雑音の比（Ｓ／Ｎ）を測定した結果を第７図に示
す。同図には光出力３ｍＷにおける周波数3MHz
の雑音をバンド幅300KHzで測定し、温度を０℃
から60℃まで変化させたときのＳ／Ｎの変動幅が
示されている。Ｓ／Ｎは透過損失が90cm-1よりも
大きくなると、十分大きな値となり変動幅も小さ
くなつている。このように、２つの端面の反射率
を、キヤビテイ長に従つて適当に低下させること
によつて実用上十分低雑音の素子を作ることがで
きる。
（GaAl）As系のTSレーザのウエハから、へき開
によつて端面を形成した、キヤビテイ長が0.02、
0.025、0.03cmの３種類のTSレーザを用い、２つ
のへき開端面に種々の膜厚のSiO2膜をスパツタ
リング法によつて付け、キヤビテイ端による透過
損失を変化させ、各々のレーザについて光出力と
雑音の比（Ｓ／Ｎ）を測定した結果を第７図に示
す。同図には光出力３ｍＷにおける周波数3MHz
の雑音をバンド幅300KHzで測定し、温度を０℃
から60℃まで変化させたときのＳ／Ｎの変動幅が
示されている。Ｓ／Ｎは透過損失が90cm-1よりも
大きくなると、十分大きな値となり変動幅も小さ
くなつている。このように、２つの端面の反射率
を、キヤビテイ長に従つて適当に低下させること
によつて実用上十分低雑音の素子を作ることがで
きる。
以上説明したように、本発明の半導体装置は光
強度のゆらぎが小さく、安定な特接が得られるも
ので光通信、光情報等の分野での利用価値が大き
い。
強度のゆらぎが小さく、安定な特接が得られるも
ので光通信、光情報等の分野での利用価値が大き
い。
第１図は従来の半導体レーザの正面断面図、第
２図は他の従来の半導体レーザの正面断面図、第
３図は前記２つの半導体レーザの雑音の温度変化
を示した図、第４図は本発明の一実施例における
半導体レーザの正面断面図、第５図は第４図のＡ
−A′断面図、第６図は同半導体レーザにおける
Ｓ／Ｎの温度依存性を示す図、第７図は本発明の
実施例の半導体レーザにおける透過損失とＳ／Ｎ
の関係を調べた実験結果を示す図である。 １……ｎ−GaAs基板、２……ｎ−Ga1-yAlyAs
クラツド層、３……アンドープGa1-xAlxAs活性
層、４……ｐ−Ga1-yAlyAsクラツド層、５……
ｎ−GaAs層、６……正電極、７……負電極、８
……Zn拡散領域、９……SiO2膜。
２図は他の従来の半導体レーザの正面断面図、第
３図は前記２つの半導体レーザの雑音の温度変化
を示した図、第４図は本発明の一実施例における
半導体レーザの正面断面図、第５図は第４図のＡ
−A′断面図、第６図は同半導体レーザにおける
Ｓ／Ｎの温度依存性を示す図、第７図は本発明の
実施例の半導体レーザにおける透過損失とＳ／Ｎ
の関係を調べた実験結果を示す図である。 １……ｎ−GaAs基板、２……ｎ−Ga1-yAlyAs
クラツド層、３……アンドープGa1-xAlxAs活性
層、４……ｐ−Ga1-yAlyAsクラツド層、５……
ｎ−GaAs層、６……正電極、７……負電極、８
……Zn拡散領域、９……SiO2膜。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 半導体基板上に活性層を含む多層半導体層が
形成され、前記活性層に沿つて実効屈折率が変化
している半導体レーザにおいて、前記活性層に垂
直な２つの共振器端面の光反射率が、いずれも前
記半導体層をへき開したままの前記共振器端面の
有する光反射率よりも小さく、かつ、前記２つの
共振器端面の光反射率をそれぞれR1、R2とし、
前記共振器の長さをＬとしたとき、（１／2L）ln （１／R1R2）で表わされる共振器損失が90cm-1以上 であることを特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56112489A JPS5814590A (ja) | 1981-07-17 | 1981-07-17 | 半導体レ−ザ |
| US06/754,195 US4651322A (en) | 1981-07-17 | 1985-07-10 | Semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56112489A JPS5814590A (ja) | 1981-07-17 | 1981-07-17 | 半導体レ−ザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5814590A JPS5814590A (ja) | 1983-01-27 |
| JPH0223038B2 true JPH0223038B2 (ja) | 1990-05-22 |
Family
ID=14587918
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56112489A Granted JPS5814590A (ja) | 1981-07-17 | 1981-07-17 | 半導体レ−ザ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4651322A (ja) |
| JP (1) | JPS5814590A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0644663B2 (ja) * | 1987-03-31 | 1994-06-08 | 三菱電機株式会社 | 半導体レ−ザ |
| DE3834929A1 (de) * | 1988-10-13 | 1990-04-19 | Siemens Ag | Wellenleiterreflektor fuer optoelektronische anwendungen und laser |
| US5043991A (en) * | 1989-12-28 | 1991-08-27 | General Dynamics Corp. Electronics Division | Device for compensating for thermal instabilities of laser diodes |
| US6810063B1 (en) * | 1999-06-09 | 2004-10-26 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Semiconductor laser device |
| US20050041433A1 (en) * | 2003-08-18 | 2005-02-24 | Visteon Global Technologies, Inc. | Automotive lighting system |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5434689A (en) * | 1977-08-23 | 1979-03-14 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Formation of protective film for fight draw-out end surface of luminous element |
| JPS5760884A (en) * | 1980-09-30 | 1982-04-13 | Fujitsu Ltd | Semiconductor laser |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3838359A (en) * | 1973-11-23 | 1974-09-24 | Bell Telephone Labor Inc | Gain asymmetry in heterostructure junction lasers operating in a fundamental transverse mode |
-
1981
- 1981-07-17 JP JP56112489A patent/JPS5814590A/ja active Granted
-
1985
- 1985-07-10 US US06/754,195 patent/US4651322A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5434689A (en) * | 1977-08-23 | 1979-03-14 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Formation of protective film for fight draw-out end surface of luminous element |
| JPS5760884A (en) * | 1980-09-30 | 1982-04-13 | Fujitsu Ltd | Semiconductor laser |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4651322A (en) | 1987-03-17 |
| JPS5814590A (ja) | 1983-01-27 |
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| JP2723045B2 (ja) | フレア構造半導体レーザ | |
| JPH0468798B2 (ja) | ||
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