JPH0422184A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

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］ 本発明は、半導体レーザチップの反射ミラーと対向させ
て外部反射鏡を配置した複合共振器型の半導体レーザ装
置に関する。

［背景技術とその問題点］ 通常の半導体レーザチップは、波長安定性がＣＧａＡｓ
系の場合）０．２２ｎｍ／”Ｃ程度である。しかし、波
長が光学系に与える影響は大きく、各種の波長安定化の
ための試みが行なわれており、レーザ光の波長を安定化
させるための構造としては、従来より回折格子型、ヒヌ
テリシス型及び複合共振器型の半導体レーザ装置が知ら
れてぃζ。

第３図に示すものは、回折格子型の半導体レーザチップ
３１であって、化合物半導体基板３２、回折格子３３を
形成された層３４、活性層３５、クラッド層３６及びキ
ャップ層３７を積層し、両端に誘電体膜等を形成して反
射ミラー３８　＋’　３９としたものであり、半導体レ
ーザチップ３１の内部に回折格子３３を加工しておくこ
とにより、波長選択性を持たせている。この回折格子型
の半導体レーザにあっては、半導体結晶自身の屈折率温
度依存性及び熱膨張係数のため、温度が変化するとレー
ザ光の波長がわずかに変化するが、オーダー的には０．
Ｏ５ｎｍ／”Ｃ程度と小さく、波長安定性では最も優れ
ている。

しかしながら、この回折格子型の半導体レーザでは、製
造工程において結晶層表面に回折格子を形成するための
加工が必要であり、このため製造が困難で量産しに＜＜
、非常に高価であった。

ヒステリシス型の半導体レーザは、半導体レーザチップ
の両端面に高反射率の誘電体膜を成膜することによって
反射ミラーな設け、しかもそれぞれの反射率を非対称と
することにより、利得分布を非対称にし、波長安定性を
高めたものである。

第４図（ａ）に示すものは、ＷＪ端の反射ミラーの反射
率・が等しい（非ヒステリシス型の）半導体レーザの波
長温度依存性を示す図であり、第４図（ｂ）は、ヒステ
リシス型の半導体レーザの波長温度依存性を示す図であ
る。これらを比較すると、第４図（ｂ）では、許容され
る波長間の間隔が、第４図（ａ）の場合よりも大きくな
っており、波長安定性が高くなっている。

しかしながら、このようなヒステリシス型の半導体レー
ザにあっては、昇温時と冷却時とでレーザ光の波長変化
にヒステリシスが表われるという問題がある。つまり、
通常の半導体レーザでは、第４図（ａ）に示すように昇
温時と冷却時とで等しい波長温度依存性を示している。

これに対し、ヒステリシス型の場合には、第４図（ｂ）
に示すように、昇温時（黒丸で示す。）の波長温度依存
性と冷却時（白丸で示す。）の波長温度依存性とが異な
り、同じ温度でも昇温時と冷却時で波長が異なるという
欠点がある。また、ヒステリシス型の半導体レーザは、
波長安定性の点でも回折格子型の半導体レーザに劣って
いる。

第５図に示すものは、従来の複合共振器型半導体レーザ
装置４１の概略図であり、両端に反射ミラー４３．４４
を設けられた半導体レーザチップ４２の端に、距離Ｌ２
を隔てて外部反射鏡４５を対向させたものである。

しかして、半導体レーザチップ４２の後方の反射ミラー
４４を透過した光線は、外部反射鏡４５で反射して再び
半導体レーザチップ１に戻され、反射ミラー４４と外部
反射鏡４５とにより共振器長Ｌ２の光共振器が構成され
ている。一方、半導体レーザチップ１の反射ミラー４３
．４４によっても共振器長Ｌ１の光共振器が構成されて
おり、半導体レーザチップ１の前方の反射ミラー４３か
らは、発振周波数λ。のレーザ光が射出される。

この複合共振器型半導体レーザ装置４１は、２つの共振
器長１１＋　Ｌｓによって波長選択性を持たせ、波長安
定性？向上させたものである。つまり、軸モードのレー
ザ発振出力の波長間隔Δλは、２ｎ、、、Ｌ で与えられる。ここに、ｎ、１．は実効屈折率、Ｌは共
振器長、λ。は発振波長である。したがって、発振波長
λｏ＝７８０ｎｍ、実効屈折率ｎｅｒｒ＝４．３、共振
器長Ｌ＝Ｌｔ＝２５０ＬｎのＧａＡｓ系の半導体レーザ
チップ４２について、■式を用いると、波長間隔はΔλ
ｔ＝ｏ、２８ｎｍとなる。一方、反射ミラー４４と外部
反射鏡４５の間の光共振器に■式を適用すると、共振器
長し＝Ｌ２＝３０Ｌｎとして、波長間隔は、Δλ２＝２
．３６ｎｍとなる。したがって、半導体レーザチップ４
２単体の場合には、波長間隔がΔλ、＝０．２８ｎｍと
小さく、隣接する発振出力へのシフトが生じ易いのに対
し、外部反射鏡４５を用いて複合共振器型とすると、第
６図に示すように、２つの光共振器の働ぎで、狭い波長
間隔△λ１と広い波長間隔Δλ２の一致した位置に大き
なレーザ発振強度が表われ、実質的に波長間隔は広い波
長間隔△λ２となる。この結果、波長間隔が広くなって
波長のシフトが発生しにくくなり、波長安定性が向上さ
せられている。

さらに、複合共振器型の半導体レーザ装置は、構造が簡
単であるために製作が容易であり、またヒステリシスも
小さい。

しかし、複合共振器型半導体レーザ装置は、波長安定性
の面で回折格子型の半導体レーザ装置に劣り、例えば上
記数値例でいえば、１６℃の温度上昇により波長のシフ
トが発生する。また、発振波長の間隔が広くなり、波長
安定性は増すものの、波長のシフトが起きた場合には、
大きな強度で表われるため、波長安定性をより高めるこ
とが望まれる。

［発明が解決しようとする課題］ しかして、本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、複合共振器型
の半導体レーザ装置において、簡単な構造によって、そ
の波長安定性を向上させることにある。

［課題を解決するための手段］ このため、本発明の半導体レーザ装置は、半導体レーザ
チップの端部に設けられた反射ミラーと対向させて外部
反射鏡を配置した複合共振器型の半導体レーザ装置にお
いて、温度上昇時に前記外部反射鏡の反射面が対向する
反射ミラーに接近するように、外部反射鏡を、熱膨張係
数の大きな材料を介して固定、もしくは熱膨張係数の大
きな材料により作製したことを特徴としている。

［作用］ 本発明にあっては、外部反射鏡を熱膨張係数の大きな材
料を介して固定し、あるいは熱膨張係数の大きな材料に
よって作製し、温度が上昇すると、半導体レーザチップ
の反射ミラーと外部反射鏡の距１ｍ（共振器長）が小さ
くなるようにしたので、温度が上昇すると、レーザ光の
発振波長の間隔が広がるように補正される。この結果、
温度が上昇しても、レーザ光の波長のシフトが発生しに
くくなる。

したがって、本発−明によれば、簡単な構造により、複
合共振器型の半導体レーザの波長安定性、をより向上さ
せることができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を添付図に基づいて詳述する。

第１図に示すものは、本発明の一実施例の半導体レーザ
装置１１である。ステム３に一端を固定されたヒートシ
ンク４の上面には、半導体レーザチップ１が搭載されて
いる。この半導体レーザチップ１の両端面には、反射率
の等しい誘電体膜等を形成することにより一部透過性（
ハーフミラ−）の反射ミラー６．７を設けている。また
、ヒートシンク４の上面側では、半導体レーザチップ１
に向けてステム３から熱膨張係数の大きな材料によって
形成された支持部５が突出させられており、支持部５の
先端面には、半導一体レーザチップ１の反射ミラー７と
対向させて外部反射鏡２が形成されている。支持部５を
形成している材料の熱膨張係数としては、１０−’／’
Ｃ以上が好ましく、例えば熱膨張係数１０−’／”Ｃ以
上のプラスチック材料によって支持部を形成するとよい
。

しかして、半導体レーザチップ１の両反射ミラー６．７
によって光共振器が構成される。また、半導体レーザチ
ップ１から後方へ射出された光線は、外部反射鏡２で反
射されて半導体レーザチップ１へ戻り、反射ミラー７と
外部反射鏡２によっても光共振器が構成されており、複
合共振器型となっている。外部反射鏡２は、熱膨張係数
の大ぎな材料によって形成された支持部５の端面に設け
られているので、温度が上昇すると支持部５が熱膨張し
て半導体レーザチップ１の端面と外部反射鏡２の間隔（
共振器長）Ｌｍが小さくなり、温度が下がると、支持部
５が熱収縮して間隔（共振器長）Ｌ２が大きくなる。

次に、上記のような構造によって波長安定性を向上させ
ることができる理由を、従来例の場合と比較しながら説
明する。

温度変化ΔＴによる波長の変化Δλ、は、次式によって
与えられる。

ここで、λ。は禁制帯幅によって決まる発振波長、λ、
は共振条件を満たすｍ次の波長である。ｍは、ｍλｏ／
ｎ＝ｔｔ＝２Ｌによって決まる約２０００〜３０００程
度の整数である。また、ＧａＡｓ系の半導体レーザの場
合は、 ｄλｏ／　ｄ　Ｔ　＝　０　、２２　ｎｍ／　”Ｃｄλ
、／　ｄ　Ｔ　＝　０．０７３　ｎｍ／、”Ｃである。

したがって、共振器長し２の温度変化を無視できる（あ
るいは、通常の温度変化の範囲内では、共振器長Ｌ２の
変化が有意値を持たない）ような従来例の複合共振器型
の半導体レーザ装置では、発振波長λ。からΔλ、＝２
．３６ｎｍだけ離れた発振波長までシフトを生じさせる
ための温度上昇は、■式よりΔＴ＝１８℃となる。

これに対し、支持部を例えば熱膨張係数１．ｌＸｌ０−
’／”Ｃのプラスチック材料を用いて厚さ２鵬に形成し
た場合を考えると、温度上昇がΔＴ＝１９°Ｃの時に波
長のシフトが発生する。つまり、温度が１９℃上昇する
と、初めに３０ｕｒｒあった半導体レーザチップと外部
反射鏡の距離（共振器長）し２は、短くなって Ｌ２＝３０　２Ｘ１．ｌＸ１０−’Ｘ１９＝２５．８側 になる。この結果、■式の波長間隔Δλは、Δλ２＝２
．７４ｎｍ に変化する。一方、■式において温度上昇をΔＴ＝１９
℃とすると、この温度上昇による波長変化Δλ、も２．
７４ｎｍとなる。したがって、温度が１９℃上昇するま
で発振波長のシフトが発生しない。

すなわち、本発明の実施例によれば、従来例よりも３℃
分だけ温度上昇に対する波長安定性が向上させられてい
る。

なお、上記説明から明らかなように、波長の安定性は、
支持部の熱膨張係数が大きければ大きいほど安定する。

第２図に示すものは、本発明の別な実施例の半導体レー
ザ装置１２である。この実施例では、ヒートシンク４の
上面側において、ステム３から半導体レーザチップ１に
向けて延出された熱膨張係数の大きな材料によって形成
された支持部５の先端にフォトダイオード等のモニター
用受光素子８を設けである。このモニター用受光素子８
は、外部反射鏡２を兼ねており、表面で入射光の一部を
反射させるようにしている。

したがって、半導体レーザチップ１とモニター用受光素
子８の表面（外部反射鏡２）とによって複合共振器型の
半導体レーザ装置１２が構成されている。また、モニタ
ー用受光素子８は、半導体レーザチップ１から後方へ射
出されたレーザ光をモニターしており、半導体レーザチ
ップ１から出力されているレーザ光の出力強度が一定と
なるように、半導体レーザチップ１を間接的にフィード
バック制御している。

なお、上記実施例では、外部反射鏡を熱膨張係数の大ぎ
な材料で形成された支持部を介してステムに固定した例
を示したが、外部反射鏡そのものを熱膨張係数の大ぎな
材料によって形成し、外部反射鏡の反射面が温度変化に
伴って移動するようにしてもよい。

［発明の効果］ 本発明によれば、外部反射鏡を構成している材料もしく
は外部反射鏡を固定している材料の熱膨張により、半導
体レーザチップの反射ミラーと反射鏡との距離を補正さ
せることができる。従って、簡単かつ安価な手段によっ
て、複合共振器型半導体レーザ装置の波長安定低をより
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す側面図、第２図は本発
明の別な実施例を示す側面図、第３図は従来例の回折格
子型の半導体レーザを示す断面図、第４図（ａ）（ｂ）
は通常の半導体レーザ及びヒステリシヌ型の半導体レー
ザにおける出力波長と温度との関係を示す図、第５図は
従来の複合共振器型半導体レーザ装置の構造を示す概略
側面図、第６図は同上のレーザ光の強度と波長との関係
（スペクトル）を示す図である。 １・・・半導体レーザチップ ２・・・外部反射鏡 ５・・・支持部 ６．７・・・反射ミラー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体レーザチップの端部に設けられた反射ミラ
   ーと対向させて外部反射鏡を配置した複合共振器型の半
   導体レーザ装置において、 温度上昇時に前記外部反射鏡の反射面が対向する反射ミ
   ラーに接近するように、外部反射鏡を、熱膨張係数の大
   きな材料を介して固定、もしくは熱膨張係数の大きな材
   料により作製したことを特徴とする半導体レーザ装置。