JPH03257888A

JPH03257888A - 面発光半導体レーザ

Info

Publication number: JPH03257888A
Application number: JP5378490A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Uko; 宇高　勝之; Kazuo Sakai; 堺　和夫; Yukitoshi Kushiro; 久代　行俊; Yuichi Matsushima; 松島　裕一; Masatoshi Suzuki; 正敏鈴木
Original assignee: Kokusai Denshin Denwa KK
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 1990-03-07
Filing date: 1990-03-07
Publication date: 1991-11-18

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】（発明の技術分野）本発明は、高出力でかつビーム放射角の狭い光出力が得
られる面発光半導体レーザに関するものである。

（従来技術）単一のストライプからなる半導体レーザとして、第６図
に示すように電極幅を広くして発光断面積を大きくした
ブロード電極構造の単一のレーザ共振器からなる半導体
レーザと、第７図に示すように二次の回折格子によりレ
ーザ共振器内の光の進行方向に対して垂直に出射させる
構造を持った単一のレーザ共振器からなる半導体レーザ
か知られている。

（本発明が解決しようとする課題）単一のストライプからなる半導体レーザは、発光層断面
積か微少なためその光出力は百数十ｍＷに限られている
。

また、発光断面積を大きくしたブロード電極構造の単一
のレーザ共振器からなる半導体レーザは、発光層の均一
性か良くないと放射パターンが良好な単峰性とならず、
高効率な光ファイバの結合や有限の開口を有する次段の
デバイスや受光器での高効率な集光が出来ないという問
題かあった。このため、成長層の均一性が優れたＭＯ−
ＶＰＥ法（有機金属気相成長法）を駆使したデバイス作
製が試みられているか、それてもレーザ共振器のストラ
イプ幅は約５０μｍに留まっており、出力も３５０ｍＷ
程度しか得られていない。

第７図に示した半導体レーザは、二次の回折格子により
レーザ共振器内の光の進行方向に対して垂直に出射させ
る構造により狭出射角化が行われ、光の進行方向には回
折限界に近い約０．５°という狭山射角が得られている
が、その垂直の方向の出射パターン制御には問題が残さ
れているのか現状である。

本発明の目的は、かかる従来技術の問題点を解決して、
高出力でかつ放射パターンの良好な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）この目的を達成するための本発明の特徴は、活性層を含
む活性領域と共振器とを備えたレーザ共振器を有する半
導体レーザにおいて、該レーザ共振器内の中央の位置に
、光出力取り出し用に凹凸が同心円に沿って円形状に形
成された回折格子（以後、これをリング状回折格子と呼
ぶ）を設けたことにある。該レーザ共振器の形態により
、第１及び第２の２種類の面発光半導体レーザの形態が
ある。

第１の面発光半導体レーザは、複数のレーザ共振器をそ
れぞれの中央の位置で交差するように配置し、リング状
回折格子を該中央の位置に配置したことを特徴とする。

第２の面発光半導体レーザは、レーザ共振器内の中央の
位置にリング状回折格子を配置し、該レーザ共振器を円
形状もしくは各々対向する複数のファセット面からなる
偶数多角形状を有しかつ前記中央の位置に中心を有する
ように形成されたことを特徴とする。これにより実質的
に該リング状回折格子を横切るように複数のレーザ共振
器を配置したことになる。

以下図面により本発明の詳細な説明する。

（実施例１）第１の実施例を第１図に示す。（ａ）は素子全体の斜視
図、（ｂ）はＡ−Ａ’　断面図、（Ｃ）はＢ−Ｂ’　断
面図である。

第１図において、材料として、ＩｎＧａＡｓＰ系を用い
た例について述べる。ｎ−１ｎＰ基板１の上に、約１．
３μｍ波長組成のｎ−１ｎＧａＡｓＰ導波路層２、約１
．５５μｍ波長組成のアンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層
３、ｐ−１ｎＰクラッド層４、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャ
ップ層５か順次積層されていると共に、各々ｐ型及びｎ
型の電極６及び７が形成されている。これらの層はＬＰ
Ｅ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｐｈａｓｅ　Ｅｐｉｔａｘｙ）のみ
ならずＭＯ−ＶＰＥ、ＭＢＥ等の方法で成長させること
かできる。

共振器は、へき開もしくはエツチングにより形成された
ファセット面８及び８゛により構成され、これらのファ
セット面８，８′は絶縁膜９を介した金属膜１０もしく
は誘電体膜により高反射端面となっている。金属膜１０
は、円形をなし活性層３を取り囲んでいる。なお、円形
の直径は５０μｍから１ｍｍ程度である。レーザ共振器
は、活性層２を含む活性領域と共振器とより構成される
。

レーザ共振器の内部に設けられた光出力取り出し用のリ
ング状回折格子１１は、その次数を周期約５０００人の
二次とすることにより面に垂直方向に光を出射させるこ
とができる。リング状回折格子１１の直径は、５０μｍ
から２００μｍ程度である。尚、リング状回折格子１１
は、活性層３を削除した低損失導波路層２上に形成する
ことにより、光出射以外の過剰な損失を回避することか
できる。また、リング状回折格子１１による光出射は、
面の上下方向に成されるが、電極７に反射膜の役割を持
たせるかもしくは別に下方に形成する高反射膜により、
全ての光出力を上方から得ることができる。

本実施例の特徴は、回折格子をリング状にすることによ
り、その周囲にレーザストライプ形状の複数のレーザ共
振器を放射状に配置し、それらからの全ての光出力を１
つの開口から得ることを可能にしたことにもある。その
場合の素子構造を第１図（ａ）に示しである。すなわち
、中央にはリング状回折格子１１が設けられ、リング状
回折格子１１を横切るように４本のレーザストライプ形
状のレーザ共振器２０．２１．２２．２３が放射状に配
置されている。個々のレーザ共振器は第１図（ｂ）に示
したような断面となっており、各々のレーザ発振器の出
力かリング状回折格子１１がらのみ上方に出射されるた
め、レーザ共振器の数に比例した高出力を単一の開口か
ら得ることができる。しかも、リング状回折格子による
出射であるため、その出射パターンも単峰性に優れ、出
射角も小さい。この場合、４本のレーザ共振器について
示したが、その数を増やすことにより一層の高出力化が
可能である。

第１図（Ｃ）はＢ−Ｂ’断面、即ちレーザ共振器２２の
横断面を示す。レーザ共振器２０，２１゜２２．２３の
幅は横モード制御のためには１〜２μｍとされ、その周
囲は例えば半絶縁性ＩｎＰ１２に埋め込まれ、不要なリ
ーク電流が除去される。

（実施例２）第２図は本発明による第２の実施例である。本実施例の
特徴は、実施例１と違ってレーザ共振器の活性層がスト
ライブ状でなく、円形−面に設けられた、いわゆるブロ
ード構造となっていることである。第２図のＡ−Ａ’断
面は、実施例１における第１図（ｂ）と同じである。基
本的にレーザ共振器は対向するファセット面対で構成さ
れる。

すなわち見かけ上は１個の円形のレーザ共振器により本
実施例は構成されるが、実質的にはリング状回折格子１
１を通る直径線の全てかレーザ共振器と見なされ、複数
のレーザ共振器により構成されていると考えることがで
きる。従って、本実施例はブロード構造であるため、円
形−面の活性層３で発振した光出力はリング状回折格子
１１が設けられた開口のみから出射されるため、さらに
高出力化を図ることかできる。その出射パターンも、出
射角が小さい単峰性であることは言うまでもない。

尚、レーザ共振器は円形に限らず、各々対向する複数の
ファセット面から成る偶数多角形でもよい。

（実施例３）第３図は、一方の面に対し下方への出力を上方へ反射す
る反射器として半導体多層膜からなる分布反射（ＤＢＲ
）構造を設けると共に、活性層に量子井戸構造を用いた
実施例である。ここに、１３はＩｎＧａＡｓＰとＩｎＰ
の多層膜から成るＤＢＲ構造で、前述の電極を兼ねた反
射器に比へ高い反射率を得ることかでき、従って、より
多くの光出力を上方に出射させることができる。また、
１４は単一量子井戸（ＳＱＷ）もしくは多重量子井戸（
ＭＱＷ）を含む活性層で、回折格子が形成された領域は
非励起と成るか、同一のＳＱＷもしくはＭＱＷの発振波
長に対しては損失か小さいという性質かあるため、別に
導波路を設けなくてもそのままＳＱＷもしくはＭＱＷ自
体も光吸収が小さく、高出力化にきわめて有効である。

（実施例４）第４図は、レーザ共振器が対向するファセット面でなく
分布帰還構造を用いた実施例である。Ｉ５及び１５′は
分布帰還用の一次回折格子で、単−波長性を良くさせる
ために左右の回折格子１５及び１５°の位相か例えばλ
／４程度シフトしている。１６は反射防止用のＡＲコー
トである。１１は本発明による面方向出射用の二次のリ
ング状回折格子であり、分布帰還用の一次回折格子と並
列に設けてあっても良い。本実施例では、レーザ共振器
用に位相シフト回折格子を用いているため、単一波長で
高出力特性が得られる。

（実施例５）第５図は、分布帰還構造の代わりに分布反射器（ＤＢＲ
）を用いた実施例であり、実施例４とほとんど同じ動作
特性か得られる。

以上の実施例では、すべてウェハ表面から光を出射させ
る例について示したが、基板側からでも光を取り出すこ
とも可能である。また、回折格子はリング状を前提に述
べたか、所望の機能か得られればリングが連続的につな
がっている必要はなく、間欠的に配置されても良い。こ
のようなリング状の回折格子の作製法であるが、フォロ
グラフィック手法のみならずマスクを用いた紫外線露光
やＸ線露光、電子ビーム露光などによっても作製可能で
ある。尚、材料についてはＩｎＧａＡｓＰ／　Ｉ　ｎ　
Ｐを用いて説明したか、その他ＩｎＧａＡｌＡｓ系や短
波長帯のＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡＩＰ系なども適用
可能である。

（発明の効果）本発明は、以上説明したように構成されるので、次のよ
うな効果が得られる。

請求項１の面発光半導体レーザは、単峰性か優れた良好
な出射パターンを持つ高出力なレーザとなる。従って、
本発明はファイバレーザや固体レーザの励起光源、空間
伝搬光通信用の光源として極めて有望である。

請求項２の面発光半導体レーザは、請求項１における効
果に加え、複数のレーザ共振器を作製しなくてもよいの
で構成か簡単であり、さらに高い光出力が得られる。

請求項３の面発光半導体レーザは、請求項】における効
果に加え、さらに高い光出力が得られる。

請求項４の面発光半導体レーザは、請求項Ｉにおける効
果に加え、さらに良い単一波長性が得られる。

請求項５の面発光半導体レーザは、請求項１における効
果に加え、さらに良い単一波長性が得られる。

請求項６の面発光半導体レーザは、請求項１における効
果に加え、さらに高い光出力が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、本発明によるリング状の回折格子の周
囲に複数のレーザストライプを配置した第１の実施例を
示す斜視図、第１図（ｂＸｃ）は第１図（ａ）のＡ−Ａ
’断面図及びＢ−Ｂ’　断面図、第２図はブロード構造
を用いた第２の実施例を示す斜視図、第３図、第４図及
び第５図は活性層の下方に分布反射器を設けた他の実施
例を示す断面図、第６図は従来のブロード電極レーザの
斜視図、第７図は面と垂直方向に出射するために回折格
子を用いた従来の面発光レーザの断面図である。１−ｎ−ＩｎＰ基板、　２・ｎ−１ｎＧａＡｓＰ導波路
層、　　３−・・アンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層、　
　４・・・ｐ−ＩｎＰクラッド層、　　５・・・ｐ−１
ｎＧａＡｓＰキャップ層、　　６，７・・・各々ｐ側及
びｎ側電極、　　８，８°・・・ファセット面、９・・
・絶縁膜、　　１０・・・金属膜、　　１１・・・リン
グ状回折格子、　　１２・・・半絶縁ＩｎＰ層、　　１
３・・・分布反射器、　　１４・・・ＳＱＷもしくはＭ
ＱＷ活性層、１５．１５’　・・・分布帰還用−次回折
格子、１６．１６°・・・反射防止膜、　　１７・・・
分布反射器、Ｉ８・・・ＩｎＰ層、　　１９・・・直線
状二次回折格子、２０．２１．２２．２３・・・レーザ
ストライプ形状のレーザ共振器。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）活性層を含む活性領域と共振器とを備えたレーザ
共振器を有する半導体レーザにおいて、該レーザ共振器
が複数個設けられ、該複数のレーザ共振器はそれぞれの
中央の位置で互いに交差するように配置され、かつ凹凸
が同心円に沿うように形成された回折格子が該中央の位
置に配置されたことを特徴とする面発光半導体レーザ。
（２）活性層を含む活性領域と共振器とを備えたレーザ
共振器を有する半導体レーザにおいて、該レーザ共振器
内の中央の位置に凹凸が同心円に沿うように形成された
回折格子が配置され、該レーザ共振器を円形状もしくは
各々対向する複数のファセット面からなる偶数多角形状
を有しかつ前記中央の位置に中心を有するように形成さ
れたことを特徴とする面発光半導体レーザ。
（３）前記回折光の出射方向を一方向とするために相反
する二つの出射方向のうち一方が他方と同一方向になる
ように第２の反射器を配置したことを特徴とする特許請
求の範囲第１項又は第２項記載の面発光半導体レーザ。
（４）前記レーザ共振器が分布帰還構造から成ることを
特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項記
載の面発光半導体レーザ。
（５）前記レーザ共振器が分布反射器構造からなること
を特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項
記載の面発光半導体レーザ。
（６）前記活性層に量子井戸構造を用いたことを特徴と
する特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項又
は第５項記載の面発光半導体レーザ。