JPH0268975A - Semiconductor laser - Google Patents
Semiconductor laserInfo
- Publication number
- JPH0268975A JPH0268975A JP21981788A JP21981788A JPH0268975A JP H0268975 A JPH0268975 A JP H0268975A JP 21981788 A JP21981788 A JP 21981788A JP 21981788 A JP21981788 A JP 21981788A JP H0268975 A JPH0268975 A JP H0268975A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rib
- waveguide
- light
- width
- resonator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 11
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 58
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract description 11
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 25
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 12
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 9
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 201000009310 astigmatism Diseases 0.000 description 3
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 3
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 2
- 230000002902 bimodal effect Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- APHUURYOKLLRNZ-UHFFFAOYSA-N C[Se]C.C[Zn]C Chemical compound C[Se]C.C[Zn]C APHUURYOKLLRNZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
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
- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
- H01S5/4031—Edge-emitting structures
- H01S5/4068—Edge-emitting structures with lateral coupling by axially offset or by merging waveguides, e.g. Y-couplers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野]
本発明は、低雑音かつ高光出力発振可能な半導体レーザ
(以下LDと記す、)の構造に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to the structure of a semiconductor laser (hereinafter referred to as LD) capable of oscillating low noise and high optical output.
[従来の技術]
LDを光情報処理装置、特に書き換え・消去可能な光デ
イスクシステム等に応用する際には、LDに対して基本
的な要求事項である、安定した基本横モード発振・低非
点収差特性に加え、以下の項目を満足する必要がある。[Prior Art] When applying an LD to an optical information processing device, especially a rewritable/erasable optical disk system, the basic requirements for the LD are stable fundamental transverse mode oscillation and low noise. In addition to point aberration characteristics, the following items must be satisfied.
1)LDからの出射光の1部が、光デイスク面あるいは
外部光学系等により反射され再度LDの共振器内に戻る
ことで、干渉効果によってLDからの出力光の雑音成分
(以下戻り光雑音と記す、)が増大し、実用に共するこ
とが不可能となる。故にこの戻り光雑音を低減した低雑
音特性。1) A part of the light emitted from the LD is reflected by the optical disk surface or external optical system, etc., and returns to the LD resonator again, resulting in noise components of the output light from the LD (hereinafter referred to as return light noise) due to interference effects. ) increases, making it impossible to put it into practical use. Therefore, it has low noise characteristics that reduce this return optical noise.
2)光デイスク面に、情報を書き込んだりあるいはすで
に書き込まれている情報を消去したりする際には、LD
の光出力に対して、30mWあるいは40mW以上とい
った高光出力が必要となる。2) When writing information on the optical disc surface or erasing information that has already been written,
A high optical output of 30 mW or 40 mW or more is required.
故に高光出力特性。Therefore, it has high light output characteristics.
上記1)の低雑音特性に対しては、LDをコヒーレント
長の短い縦マルチモード発振させる方法が一般に知られ
ている。これを実現する方法には、縦単一モード発振L
Dに数百MHzの高周波電流を駆動電流に加え合わせて
駆動することにより、縦マルチモード発振とする亮周波
重畳法、あるいは、特開昭60−140774、特開昭
60−150682等の様に、LD共振器端面近傍では
、光の導波が屈折率導波によってなされ、中央部分では
、利得導波あるいは屈折率導波と利得導波とが混在した
光導波をさせることにより、共振器中央部の導波機構を
反映した縦マルチモード発振を実現する等といった方法
があった。In order to achieve the above-mentioned low noise characteristic in 1), a method is generally known in which the LD is caused to oscillate in a longitudinal multi-mode with a short coherent length. A method to achieve this includes longitudinal single mode oscillation L
A high-frequency superimposition method that generates longitudinal multi-mode oscillation by driving D by adding a high-frequency current of several hundred MHz to the drive current, or as in JP-A No. 60-140774, JP-A No. 60-150682, etc. In the vicinity of the end face of the LD resonator, light is guided by refractive index guiding, and in the central part, optical waveguiding is performed by gain guiding or a mixture of refractive index guiding and gain guiding. There have been methods such as realizing longitudinal multi-mode oscillation that reflects the waveguide mechanism of the
また高光出力特性を実現する方法に、複数の発光ストラ
イブを有し、各ストライブ間に光結合を生じさせるフェ
ーズドアレイ型LDがあった。公知例としては、第32
回応用物理学関係講演会予稿集149頁に示されている
。Another method for realizing high optical output characteristics is a phased array type LD that has a plurality of light emitting stripes and creates optical coupling between each stripe. As a known example, the 32nd
It is shown on page 149 of the proceedings of a lecture on regenerative physics.
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、前述の従来技術では、共振器の光出射端面近傍
において、安定した基本横モード特性ならびに低非点収
差特性といった要求事項を満足させる為に、LDのクラ
ッド層、活性層等各店の接合に平行な方向にも、光閉じ
込めが有効に行なわれるよう、活性領域とその他の領域
の間に実効的な屈折率段差(△n*tj)を持たせ、か
つ活性領域幅を、1次の横モードがカットオフされる程
度にまで細くしたいわゆる屈折率導波機構となっている
。加えて前述の従来技術で示したLDでは、この屈折率
導波機構を有する領域はただ1ケ所であることから、導
波される光は、活性領域である活性層内に強く閉じ込め
られ、活性層内での光密度は数MW/cm”にも達する
。一方光情報処理用装置で一般に広く利用されているA
l2GaASLDでは光密度が数M W / c m
”に達すると端面破壊が生ずる現象が知られており、高
出力化の上限を決めている。したがって前述の例のLD
では、単体のLDで書き込み消去可能な光デイスクシス
テム等、高出力かつ低雑音特性を必要とするシステムに
搭載することは、書き込み・消去時に必要とされる高光
出力が得られないという理由で実用に供せないという課
題を有する。[Problems to be Solved by the Invention] However, in the prior art described above, in order to satisfy the requirements of stable fundamental transverse mode characteristics and low astigmatism characteristics near the light emitting end face of the resonator, the cladding of the LD is An effective refractive index step (△n*tj) is provided between the active region and other regions so that optical confinement can be effectively performed in the direction parallel to the junction of each layer, active layer, etc., and This is a so-called refractive index waveguide mechanism in which the width of the active region is narrowed to such an extent that the first-order transverse mode is cut off. In addition, in the LD shown in the above-mentioned prior art, since there is only one region that has this refractive index waveguide mechanism, the guided light is strongly confined within the active layer, which is the active region, and the active layer The optical density within the layer reaches several MW/cm''.On the other hand, A, which is generally widely used in optical information processing devices,
In l2GaASLD, the optical density is several M W / cm
It is known that end face destruction occurs when the LD reaches the
Therefore, it is not practical to install a single LD in a system that requires high output and low noise characteristics, such as an optical disk system that can be written and erased, because the high optical output required for writing and erasing cannot be obtained. The problem is that it cannot be used for
また端面部をフェーズドアレイ構造とするだけでは、高
光出力特性は得られるものの高次のスーパーモードが発
振する為に出射ビームは双峰性となり応用上支障を生ず
る。Further, if the end face portion is simply formed into a phased array structure, high optical output characteristics can be obtained, but since a high-order supermode oscillates, the emitted beam becomes bimodal, which causes problems in application.
そこで本発明はこのような課題を解決するもので、その
目的とするところは共振器端面部ではフェーズドアレイ
構造としかつ共振器中央付近にはモードフィルター機能
を持たせかつ利得導波機構とすることで、高光出力特性
・低雑音特性かつ安定した基本横モード発振するLDを
提供することにある。The present invention is intended to solve these problems, and its purpose is to provide a phased array structure at the end face of the resonator, and provide a mode filter function and a gain waveguide mechanism near the center of the resonator. The object of the present invention is to provide an LD with high optical output characteristics, low noise characteristics, and stable fundamental transverse mode oscillation.
〔課題を解決するための手段1
本発明のLDは、リブ状の光導波路を有し、かつ該リブ
状の光導波路側面はII −VI族化合物半導体暦で埋
め込まれてなる半導体レーザにおいて、少な(とも一方
の共振端面近傍では、電流注入幅と該リブ状の光導波路
の幅をほぼ等しくかつ細くして屈折率導波構造とした該
リブ状の光導波路を、相互に光結合を生ずる間隔で複数
本配置し、かつ共振器中央付近では該リブ状の光導波路
の幅を、屈折率導波構造を有する該リブ状の光導波路の
幅より広(かつ共振器端面部に複数本存在する屈折率導
波構造を有する該リブ状の光導波路の両脇間の間隔より
狭い幅として利得導波構造としたことを特徴とする。[Means for Solving the Problems 1] The LD of the present invention has a rib-shaped optical waveguide, and the side surface of the rib-shaped optical waveguide is embedded with a II-VI group compound semiconductor. (In the vicinity of one of the resonant end faces, the current injection width and the width of the rib-shaped optical waveguide are made almost equal and thin to form a refractive index waveguide structure.) A plurality of rib-shaped optical waveguides are arranged near the center of the resonator, and the width of the rib-shaped optical waveguide is wider than the width of the rib-shaped optical waveguide having a refractive index waveguide structure (and the width of the rib-shaped optical waveguide is wider than the width of the rib-shaped optical waveguide having a refractive index waveguide structure). The gain waveguide structure is characterized in that the width is narrower than the distance between both sides of the rib-shaped optical waveguide having the refractive index waveguide structure.
第1図は本発明の実施例における構造図であり第1図(
a)は本発明のLDの上面図で、第1図(b)および(
C)は、各々A−A′およびB−B′での断面構造図で
ある。n型GaAs基板101上のn型GaAsバッフ
ァー層102・n型AffGaAs第1のクラッド層1
03・AffGaAs活性層104−p型Ag、GaA
s第2のクラッド層105・p型GaAsコンタクト層
106よりなる二重異種接合構造(以下り、H構造)に
第1図(a)の斜線の如く形状に第2のタラッド屡の途
中までエツチングを施して形成したリブ状光導波路の側
面をII −VI族化合物半導体たとえばZn5eで埋
め込んだ構造である。108・1゜9は各々n側電極・
n側電極である。FIG. 1 is a structural diagram of an embodiment of the present invention.
a) is a top view of the LD of the present invention, and FIGS. 1(b) and (
C) is a cross-sectional structural view taken along A-A' and B-B', respectively. n-type GaAs buffer layer 102 and n-type AffGaAs first cladding layer 1 on n-type GaAs substrate 101
03・AffGaAs active layer 104-p-type Ag, GaA
s The double heterojunction structure (hereinafter referred to as H structure) consisting of the second cladding layer 105 and the p-type GaAs contact layer 106 is etched to the middle of the second clad layer in the shape shown by the diagonal line in FIG. 1(a). This is a structure in which the side surfaces of a rib-shaped optical waveguide formed by the above process are buried with a II-VI group compound semiconductor, such as Zn5e. 108 and 1゜9 are the n-side electrodes and
This is the n-side electrode.
続いて第2図を用いて説明を加える。Next, an explanation will be added using FIG.
n型GaAs基板201上にn型GaAsバッファー層
202・n型AεGaAs第1のクラッド層203 ・
Af2GaAs活性層204 ・p型Af2GaAs第
2のクラッドJW205・p型GaAsコンタクト層2
06を順次積層してDH構造を形成する。このDH構造
は、液相エピタキシャル成長法、有機金属気相成長法(
以下MOCVD法と記す、)および分子線エピタキシャ
ル成長法(以下MBE法と記す、)等の方法により形成
できる。DH構造形成後二酸化シリコン等誘電体マスク
207を形成する。(第2図(a))続いて通常のフォ
トエツチング工程を経て、まず第2図(c)に斜線で示
す如く形状に誘電体マスク207をバターニングし、さ
らにDH構造を有する基板のp型GaAsコンタクト層
206およびp型Al2GaAs第2のクラッド層の途
中までエツチングを施す、エツチングは硫酸系等エッチ
ャントを用いたウェットエツチング工程あるいは塩素等
ガスを用いたドライエツチング工程により行なえる。(
第2図(b))第2図(b)では本発明のLDの共振器
端面部でのLDの構造しか示していないが、第2図(C
)の斜線部で示す形状はそのままりブ形成時のマスク形
状となっているので、LDの中央部付近では幅広のリブ
となっている。An n-type GaAs buffer layer 202 and an n-type AεGaAs first cladding layer 203 on an n-type GaAs substrate 201.
Af2GaAs active layer 204 ・p-type Af2GaAs second cladding JW 205 ・p-type GaAs contact layer 2
06 are sequentially stacked to form a DH structure. This DH structure can be obtained by liquid phase epitaxial growth method, metal organic vapor phase epitaxy method (
It can be formed by methods such as MOCVD method (hereinafter referred to as MOCVD method) and molecular beam epitaxial growth method (hereinafter referred to as MBE method). After forming the DH structure, a dielectric mask 207 such as silicon dioxide is formed. (FIG. 2(a)) Next, through a normal photoetching process, the dielectric mask 207 is patterned into the shape shown by diagonal lines in FIG. 2(c), and then the p-type of the substrate having the DH structure is Etching is performed halfway through the GaAs contact layer 206 and the p-type Al2GaAs second cladding layer. Etching can be performed by a wet etching process using an etchant such as sulfuric acid or a dry etching process using a gas such as chlorine. (
Fig. 2(b)) Although Fig. 2(b) only shows the structure of the LD at the resonator end face of the LD of the present invention, Fig. 2(C)
The shape indicated by the diagonal lines in ) is the shape of a mask when forming the rib, so the rib is wide near the center of the LD.
加えて、第2図(b)に示した各リブの間隔は、LD発
振させた際隣接リブ間で光の電界の相互作用が生ずる程
度の狭い間隔とする6次ぎに、ウェハ全面にII −V
I族化合物半導体層を積層する。ここではZn5e層と
するが他のII−VI族化合物半導体層の使用も可能で
ある。Zn5e層の成長には、MOCVD法あるいはM
BE法による成長が可能であるが2ここでは、ジメチル
亜鉛−ジメチルセレンよりなる付加体を源料とするMO
CVD法を用いた。この場合リブ上部にはリブエツチン
グの際マスクとした誘電体膜が残在することから、リブ
上部ではZn5e層の結晶性は悪(なり多結晶のZn5
e層が成長する、一方その他の部分では、Zn5eとA
βGaAsの格子不整合度は小さい為、単結晶Zn5e
層が成長する。第2図(d)での斜線部が多結晶Zn5
e層208であり、その他の部分が単結晶Zn5e層2
09である。ここで水酸化ナトリウム水溶液を用いて、
リブ上部の多結晶Zn5eJiil12をエツチング除
去する。水酸化ナトリウム水溶液によるZn5e層のエ
ツチングは、Zn5e層の結晶性によりそのエツチング
レートが異なる。すなわち、結晶性の悪い多結晶Zn5
e層は、単結晶Zn5e層よりエッチレートが早く、Z
n5e層の膜厚を適当に定めることでリブ上部が露出し
、しかもリブ両側のZn5e層厚をリブの高さに等しく
残すことができ平坦化が実現される。(第2図(e))
加えてZn5e層は抵抗率がlXl0’Ωcm以上であ
り電流狭窄層として有効である。またZn5e層は屈折
率がいかなるAR混晶比のAβGaAs層よりも小さい
ことがらレーザ発振に重要な光閉じ込めに対しても有効
である。以後、n側電極の形成、ウェハ裏面のケンマ工
程さらにn側電極形成工程を経てLDのプロセスが完了
する。こうして出来上がったウェハから、共振器長30
0μm程度のLDチップを切り出し、ジャンクションダ
ウンで、シリコンサブマウントを介して銅ヒートシンク
上にボンディングし、特性の測定を行なう0本LDでは
、屈折率導波機構を有するリブ状の光導波路が共振器端
面で複数本存在しておりかつ各リブ間の間隔は狭く設定
されているのでリブ部で発振した光は、リブ間で光結合
を生じフェーズドアレー構造が共振器端面部に形成され
ることになる6したがって共振器端面部での光密度の低
減が実現され高光出力発振が達成される。In addition, the intervals between the ribs shown in FIG. 2(b) are narrow enough to cause interaction of the electric field of light between adjacent ribs during LD oscillation. V
Layering Group I compound semiconductor layers. Although the Zn5e layer is used here, other II-VI group compound semiconductor layers can also be used. For the growth of Zn5e layer, MOCVD method or M
Although it is possible to grow by the BE method,2 here, MO using an adduct consisting of dimethylzinc-dimethylselenium as a source material is used.
CVD method was used. In this case, since the dielectric film used as a mask during rib etching remains above the rib, the crystallinity of the Zn5e layer above the rib is poor (polycrystalline Zn5
The e layer grows, while in other parts, Zn5e and A
Since the degree of lattice mismatch of βGaAs is small, single crystal Zn5e
The layers grow. The shaded area in Figure 2(d) is polycrystalline Zn5
e layer 208, and the other parts are single crystal Zn5e layer 2.
It is 09. Here, using an aqueous sodium hydroxide solution,
The polycrystalline Zn5eJil12 on the upper part of the rib is removed by etching. When etching the Zn5e layer with an aqueous sodium hydroxide solution, the etching rate differs depending on the crystallinity of the Zn5e layer. That is, polycrystalline Zn5 with poor crystallinity
The etch rate of the e layer is faster than that of the single crystal Zn5e layer, and the Z
By appropriately determining the thickness of the n5e layer, the upper part of the rib is exposed, and the thickness of the Zn5e layer on both sides of the rib can be left equal to the height of the rib, achieving flattening. (Figure 2(e))
In addition, the Zn5e layer has a resistivity of 1X10'Ωcm or more and is effective as a current confinement layer. Furthermore, since the Zn5e layer has a refractive index smaller than that of the AβGaAs layer of any AR mixed crystal ratio, it is effective for optical confinement, which is important for laser oscillation. Thereafter, the LD process is completed through the formation of an n-side electrode, a cross-sectional process on the back surface of the wafer, and an n-side electrode formation process. From the wafer thus completed, the resonator length is 30
In the 0-wire LD, the characteristics of which are measured by cutting out an LD chip of about 0 μm and bonding it to a copper heat sink via a silicon submount with a junction down, a rib-shaped optical waveguide with a refractive index waveguide mechanism is used as a resonator. Since there are multiple ribs on the end face and the spacing between each rib is narrow, the light oscillated at the ribs is optically coupled between the ribs, resulting in a phased array structure being formed on the resonator end face. 6. Therefore, the optical density at the end face of the resonator can be reduced, and high optical output oscillation can be achieved.
しかし通常フェーズドアレイLD構造では高次のスーパ
ーモードで発振が生じやすく出射ビームが双峰性となり
応用上支障を生ずる。高次のスーパーモードが選択され
る理由を第3図を用いて説明する。ここで同図(a)に
基本スーパーモードの電界分布を同図(b)に高次スー
パーモードの電界分布を示す、また矢印部分が作りつけ
の光導波路いわゆる本LDでのリブ状の光導波路部で屈
折率が大きく利得の高い部分である。同図より矢印の中
間部分いわゆる損失の大きい部分で基本スーパーモード
の電界分布は零にならないのに対して、高次スーパーモ
ードは零レベルを横ぎる。However, in a normal phased array LD structure, oscillation is likely to occur in a high-order super mode, and the output beam becomes bimodal, which causes problems in application. The reason why the high-order super mode is selected will be explained using FIG. 3. Here, Figure (a) shows the electric field distribution of the fundamental supermode, Figure (b) shows the electric field distribution of the higher-order supermode, and the arrows indicate the built-in optical waveguide, so-called rib-shaped optical waveguide in the main LD. This is the part where the refractive index is large and the gain is high. As can be seen from the figure, the electric field distribution of the fundamental supermode does not reach zero in the middle part of the arrow, that is, the part with large loss, whereas the electric field distribution of the higher-order supermode crosses the zero level.
したがって高次スーパーモードの受ける損失は、基本ス
ーパーモードより小さくなり高次スーパーモードの方が
しきい値利得が低くなり高次スーパーモードでの発振が
選択される。そこで本発明のLDでは基本スーパーモー
ドが選択されるよう共振器方向にくびれ部(第1図(a
)のB−B′部)を設けた。第3図より理解できるよう
に、基本スーパーモードは外側の光導波路はど電界のピ
ーク値は小さくなっているのに対して、高次スーパーモ
ードの電界ピークは光導波路の位置によらずほぼ同じで
ある。したがってこれら両スーパーモードに対して、共
振器中央付近にくびれ部を設けたことで、くびれ部分で
は利得領域となり、(ひれ部外では損失領域となるので
、損失領域で大きなピークを有する高次スーパーモード
の方が、基本スーパーモードよりも損失をより多く受け
ることになる。このため高次スーパーモードは基本スー
パーモードよりもしきい値利得が増大し、基本スーパー
モードが選択されることになる0以上の説明では、共振
器端面部で4本のフェーズドアレーについて説明したが
2本以上複数本でさえあれば同様の構造とすることで同
様の効果が得られる。Therefore, the loss suffered by the higher-order supermode is smaller than that of the basic supermode, the threshold gain is lower in the higher-order supermode, and oscillation in the higher-order supermode is selected. Therefore, in the LD of the present invention, the constriction part (Fig. 1 (a)
) was provided. As can be understood from Figure 3, the electric field peak value of the fundamental supermode is smaller in the outer optical waveguide, whereas the electric field peak value of the higher-order supermode is almost the same regardless of the position of the optical waveguide. It is. Therefore, by providing a constriction near the center of the resonator for both of these supermodes, the constriction becomes a gain region (and the area outside the fin becomes a loss region, so the higher-order supermodes have a large peak in the loss region). mode suffers more loss than the fundamental supermode.Therefore, the higher-order supermodes have increased threshold gain than the fundamental supermode, and the fundamental supermode is selected. In the above explanation, four phased arrays were used at the resonator end face, but the same effect can be obtained by using two or more phased arrays with the same structure.
基本スーパーモードが選択されるが故に、放射されるビ
ームは単峰性であり、かつ非点収差も小さい、一方共振
器中央部付近では幅広のリブ状の光導波路を有している
ので、この領域での光導波は、利得導波あるいは利得導
波と屈折率導波が混在する機構により行なわれることに
なる。したがって利得導波機構を反映し、縦モードはマ
ルチモード化する。故にレーザ光のコヒーレント長が短
くなり戻り光等による干渉効果が低減され低雑音化が実
現されることになる。Because the fundamental supermode is selected, the emitted beam is single-peaked and has small astigmatism. On the other hand, since there is a wide rib-shaped optical waveguide near the center of the cavity, this Optical waveguide in the region is performed by a mechanism that uses gain waveguide or a combination of gain waveguide and refractive index waveguide. Therefore, reflecting the gain waveguide mechanism, the longitudinal mode becomes multimode. Therefore, the coherent length of the laser beam is shortened, the interference effect due to returned light, etc. is reduced, and noise reduction is realized.
実施例に示す4本の)二一ズドアレーを有する本発明の
LDにおいて、屈折率導波機構を有する共振端近傍のリ
ブ状光導波路の幅および中心間距離を3umおよび5μ
mとし、両出射端でのリブ状光導波路の長さを50μm
および100μmとし、かつ共振器中央部のくびれ部の
幅を10um、共振器長250μmとした時、しきい値
電流は90〜loomA、非点収差6μm以下、相対雑
音強度〜6X10”Hz−’さらに100mWをこえる
光出力まで安定した単峰性ビームが得られた0本発明に
よるLDは、AJ2GaAs系以外のレー系材外例えば
InGaAsP系・InGaP系の材料に対しても同様
に適用できる。またLDの構造としては上記実施例で示
した3層導波路を基本にするものに限らず、活性層の片
側に隣接して光ガイド層を設けるLOG構造や、活性層
の両側にそれぞれ隣接して光ガイド層を設けるSCH構
造およびこれらの光ガイド層の圧接率および禁制帯幅が
膜厚方向に分布しているGRIN−3CH構造等に対し
ても同様に適用することができる。さらに活性層が量子
井戸構造をしているものに対しても有効である。また上
記実施例において導電形を全て反対にした構造(pをn
に、nをpに置き換えた構造)においても同様の結果が
得られる。In the LD of the present invention having the four double-sided array shown in the example, the width and center-to-center distance of the rib-shaped optical waveguide near the resonance end having the refractive index waveguide mechanism are set to 3um and 5μ.
m, and the length of the rib-shaped optical waveguide at both output ends is 50 μm.
and 100 μm, the width of the constriction at the center of the resonator is 10 μm, and the resonator length is 250 μm, the threshold current is 90~loomA, the astigmatism is less than 6 μm, and the relative noise intensity is ~6×10”Hz-'. The LD according to the present invention, in which a stable unimodal beam was obtained up to an optical output exceeding 100 mW, can be similarly applied to materials other than AJ2GaAs, such as InGaAsP and InGaP. The structure is not limited to the one based on the three-layer waveguide shown in the above example, but may also include an LOG structure in which a light guide layer is provided adjacent to one side of the active layer, or a structure in which a light guide layer is provided adjacent to both sides of the active layer. It can be similarly applied to the SCH structure in which a guide layer is provided and the GRIN-3CH structure in which the pressure contact ratio and forbidden band width of these optical guide layers are distributed in the film thickness direction. It is also effective for those with a well structure.Also, in the above embodiment, the structure in which all the conductivity types are reversed (p is changed to n
Similar results can be obtained with a structure in which n is replaced with p.
[発明の効果]
以上述べたように本発明のLDによれば以下のような多
大な効果が得られる。[Effects of the Invention] As described above, the LD of the present invention provides the following great effects.
1)光出射端面近傍では、リブ光導波路幅と電流注入幅
を同程度でかつ狭くして屈折率導波機構とししかも複雑
本近接して配置することによりフェーズドアレー構造と
したので、100mWをこえる高光出力発振が可能とな
った。1) Near the light output end face, the rib optical waveguide width and the current injection width are made similar and narrow to create a refractive index waveguide mechanism, and a phased array structure is created by arranging complex waveguides close to each other. High optical power oscillation is now possible.
2)共振器中央部付近ではリブ光導波路幅を広くした構
造とすることで、この部分の光導波は利得導波あるいは
利得導波および屈折率導波が混在したものとなり、縦モ
ードは利得導波機構を反映してマルチモード化する。し
たがってコヒーレント長が短くなり、戻り光との干渉性
が低下し、低雑音化が実現される。2) By making the rib optical waveguide wider near the center of the resonator, the optical waveguide in this part becomes a gain guide or a mixture of gain guide and refractive index guide, and the longitudinal mode is generated by the gain guide. Reflecting the wave mechanism, it becomes multimode. Therefore, the coherent length is shortened, the interference with the returned light is reduced, and noise reduction is achieved.
3)加λて共振中央部付近では、基本スーパーモードが
選択されるようモードフィルタ機能を有する構造とした
ので、単峰性の出射ビームが安定して得られる。3) Since the structure has a mode filter function so that the fundamental supermode is selected near the resonance center by adding λ, a single peaked output beam can be stably obtained.
4)共振器中央部にくびれ部を設けたことから、2)で
述べた縦モードがマルチモード化する条件でこのくびれ
部を細くすることで、共振器中央部付近のリブ状の光導
波路の幅が広い領域でのコンタクト層・クラッド層内で
の注入キャリアの過剰な広がりが抑制され無効電流が減
少ししきい値電流が低減される。4) Since the constriction is provided at the center of the resonator, by narrowing this constriction under the condition that the longitudinal mode becomes a multimode as described in 2), the rib-shaped optical waveguide near the center of the resonator can be Excessive spread of injected carriers in the contact layer/cladding layer in a wide region is suppressed, reducing reactive current and threshold current.
5)共振器中央部の(ひれ部の幅の制御を適切に設定す
ることで、(ひれ部の光導波路部とそれ以外の部分との
間の利得差を大きくできるので、スーパーモード間のし
きい値利得差が大きくなり基本スーパーモードの選択が
容易となる。5) By appropriately controlling the width of the fin at the center of the resonator, it is possible to increase the gain difference between the optical waveguide section of the fin and the rest of the fin, thereby reducing the interference between supermodes. The threshold gain difference becomes large, making it easy to select the basic super mode.
6)通常低雑音特性実現に対しては、高周波重畳法が用
いられているが、その為には高周波発振回路をLDとと
もに搭載する必要がある。しかし本LDではLD自体低
雑音特性を有するものであり、付加回路等不必要となり
、光ヘッドの軽量化、さらにはアクセスタイムの短線等
の効果を有する。6) Usually, a high frequency superposition method is used to achieve low noise characteristics, but for this purpose it is necessary to install a high frequency oscillation circuit together with the LD. However, in this LD, the LD itself has low noise characteristics, and no additional circuits are required, which has the effect of reducing the weight of the optical head and shortening the access time.
7)本LD素子は作製工程、特に各層の成長においてM
OCVD法のみで実現されるものであり、大面積ウェハ
での成長可能・大面積にわたり膜特性が均一かつ膜厚の
制御性に秀れている等のMOCVD法の特徴を生かして
LD素子特性の均一化・高信頼化さらには低価格化が実
現される。7) This LD element has M
This can only be achieved using the OCVD method, and takes advantage of the characteristics of the MOCVD method, such as the ability to grow on large-area wafers, uniform film properties over a large area, and excellent controllability of film thickness. Uniformity, high reliability, and lower prices are achieved.
8)ZnSe層は高抵抗・低屈折率材料でありキャリア
の閉じ込め、光の閉じ込めに有効である。加えてZn5
e層は、二酸化シリコン等誘電体層より熱伝導性に秀れ
ており、LD内部で発生した熱の放射に極めて有効に作
用する。8) The ZnSe layer is a material with high resistance and low refractive index, and is effective in confining carriers and confining light. In addition, Zn5
The e-layer has better thermal conductivity than a dielectric layer such as silicon dioxide, and is extremely effective in radiating heat generated inside the LD.
第1図(a)〜(c)は本発明のLDの1実施例を示す
構造図。
第2図(a)〜(f)は本発明のLDのプロセス工程図
。
第3図(a)(b)は、電界モードを示す図。
101 ・ 201 ・
102 ・ 202 ・ ・
103 ・ 203 ・ ・
104 ・ 204 ・ ・
105 ・ 205 ・ ・
106 ・
107 ・
108 ・
109 ・
207 ・
208 ・
209 ・
n型GaAs基板
n型GaAsバッファー層
n型AgGaAs第1のク
ラッド層
AnGaAs活性層
p型AgGaAs第2のク
ラッド層
・p型GaAsコンタクト層
・Zn5e埋め込み層
・n側電極
・n側電極
・誘電体マスク
多結晶Zn5e層
・単結晶Zn5e層
(Cシン
以上
出願人 セイコーエプソン株式会社
代理人 弁理士 上 柳 雅 誉(他1名)(屓)
芽
2図
(C,)
牛
杢
牛
令FIGS. 1(a) to 1(c) are structural diagrams showing one embodiment of the LD of the present invention. FIGS. 2(a) to 2(f) are process diagrams of the LD of the present invention. FIGS. 3(a) and 3(b) are diagrams showing electric field modes. 101 ・ 201 ・ 102 ・ 202 ・ ・ 103 ・ 203 ・ ・ 104 ・ 204 ・ ・ 105 ・ 205 ・ ・ 106 ・ 107 ・ 108 ・ 109 ・ 207 ・ 208 ・ 209 ・ N-type GaAs substrate n-type Ga As buffer layer n-type AgGaAs First cladding layer AnGaAs active layer p-type AgGaAs second cladding layer p-type GaAs contact layer Zn5e buried layer n-side electrode n-side electrode dielectric mask polycrystalline Zn5e layer single crystal Zn5e layer (C thin Applicant Seiko Epson Co., Ltd. Agent Patent Attorney Masatoshi Kamiyanagi (and 1 other person) (屓) Me 2 diagram (C,) Ushimoku Gyurei
Claims (1)
はII−VI族化合物半導体層で埋め込まれてなる半導体レ
ーザにおいて、少なくとも一方の共振端面近傍では、電
流注入幅と該リブ状の光導波路の幅をほぼ等しくかつ細
くして屈折率導波構造とした該リブ状の光導波路を、相
互に光結合を生ずる間隔で複数本配置し、かつ共振器中
央付近では該リブ状の光導波路の幅を、屈折率導波構造
を有する該リブ状の光導波路の幅より広くかつ共振器端
面部に複数本存在する屈折率導波構造を有する該リブ状
の光導波路の両脇間の間隔より狭い幅として利得導波構
造としたことを特徴とする半導体レーザ。In a semiconductor laser that has a rib-shaped optical waveguide and the side surface of the rib-shaped optical waveguide is embedded with a II-VI group compound semiconductor layer, in the vicinity of at least one resonant end face, the current injection width and the rib-shaped A plurality of rib-shaped optical waveguides are arranged with a refractive index waveguide structure in which the widths of the optical waveguides are approximately equal and thin, and the rib-shaped optical waveguides are arranged at intervals that cause mutual optical coupling. The width of the wave path is wider than the width of the rib-shaped optical waveguide having a refractive index waveguide structure, and a plurality of waveguides are present at the end face of the resonator between both sides of the rib-shaped optical waveguide having a refractive index waveguide structure. A semiconductor laser characterized by having a gain waveguide structure with a width narrower than an interval.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21981788A JPH0268975A (en) | 1988-09-02 | 1988-09-02 | Semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21981788A JPH0268975A (en) | 1988-09-02 | 1988-09-02 | Semiconductor laser |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0268975A true JPH0268975A (en) | 1990-03-08 |
Family
ID=16741501
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21981788A Pending JPH0268975A (en) | 1988-09-02 | 1988-09-02 | Semiconductor laser |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0268975A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0544002A1 (en) * | 1991-05-14 | 1993-06-02 | Seiko Epson Corporation | Image-forming device |
WO1995013639A1 (en) * | 1993-11-12 | 1995-05-18 | British Technology Group Limited | Semiconductor lasers |
US6205163B1 (en) | 1997-08-18 | 2001-03-20 | Nec Corporation | Single-transverse-mode 1×N multi-mode interferometer type semiconductor laser device |
WO2001097349A1 (en) * | 2000-06-15 | 2001-12-20 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Laser resonators comprising mode-selective phase structures |
-
1988
- 1988-09-02 JP JP21981788A patent/JPH0268975A/en active Pending
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0544002A1 (en) * | 1991-05-14 | 1993-06-02 | Seiko Epson Corporation | Image-forming device |
US5610647A (en) * | 1991-05-14 | 1997-03-11 | Seigo Epson Corporation | Image forming apparatus including a plural laser beam scanning apparatus |
EP1134966A2 (en) * | 1991-05-14 | 2001-09-19 | Seiko Epson Corporation | Image forming apparatus |
EP1134966A3 (en) * | 1991-05-14 | 2001-10-10 | Seiko Epson Corporation | Image forming apparatus |
US6326992B1 (en) | 1991-05-14 | 2001-12-04 | Seiko Epson Corporation | Image forming apparatus |
WO1995013639A1 (en) * | 1993-11-12 | 1995-05-18 | British Technology Group Limited | Semiconductor lasers |
US6205163B1 (en) | 1997-08-18 | 2001-03-20 | Nec Corporation | Single-transverse-mode 1×N multi-mode interferometer type semiconductor laser device |
WO2001097349A1 (en) * | 2000-06-15 | 2001-12-20 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Laser resonators comprising mode-selective phase structures |
JP2004503947A (en) * | 2000-06-15 | 2004-02-05 | フラウンホッファー−ゲゼルシャフト ツァー フェーデルング デア アンゲバンテン フォルシュング エー ファー | Laser resonator with mode-selective phase structure |
JP4785327B2 (en) * | 2000-06-15 | 2011-10-05 | フラウンホッファー−ゲゼルシャフト ツァー フェーデルング デア アンゲバンテン フォルシュング エー ファー | Laser resonator for semiconductor laser and method for manufacturing laser resonator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4803691A (en) | Lateral superradiance suppressing diode laser bar | |
JPS6343908B2 (en) | ||
EP0155151B1 (en) | A semiconductor laser | |
JP2723045B2 (en) | Flare structure semiconductor laser | |
JPH0461514B2 (en) | ||
JPH05129720A (en) | Semiconductor laser device | |
JPH0268975A (en) | Semiconductor laser | |
EP0284684B1 (en) | Inverted channel substrate planar semiconductor laser | |
US6707835B2 (en) | Process for producing semiconductor laser element including S-ARROW structure formed by etching through mask having pair of parallel openings | |
JP2000133879A (en) | Semiconductor laser and optical data processing device provided therewith | |
US7050472B2 (en) | Semiconductor laser device and method for manufacturing the same | |
JPH0267777A (en) | Semiconductor laser | |
JPH02135789A (en) | Semiconductor laser | |
JPH0232585A (en) | Semiconductor laser | |
JPH0449273B2 (en) | ||
JPH07106694A (en) | Semiconductor laser | |
JPS625354B2 (en) | ||
JPH0337876B2 (en) | ||
JPS6234473Y2 (en) | ||
JPH0569318B2 (en) | ||
JP3172558B2 (en) | Semiconductor active device | |
JPH0233988A (en) | Semiconductor laser | |
JPH05206567A (en) | Semiconductor laser | |
JPH098414A (en) | Semiconductor laser device and manufacture thereof | |
JPH0440874B2 (en) |