JPH04253387A - 半導体レーザ - Google Patents

半導体レーザ

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JPH04253387A
JPH04253387A JP3025234A JP2523491A JPH04253387A JP H04253387 A JPH04253387 A JP H04253387A JP 3025234 A JP3025234 A JP 3025234A JP 2523491 A JP2523491 A JP 2523491A JP H04253387 A JPH04253387 A JP H04253387A
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JP
Japan
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waveguide
semiconductor laser
mode
face
stable
Prior art date
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Pending
Application number
JP3025234A
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English (en)
Inventor
Hidenao Tanaka
秀尚 田中
Fusao Shimokawa
房男 下川
Yuji Uenishi
祐司 上西
Junichi Shimada
純一 嶋田
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.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication of JPH04253387A publication Critical patent/JPH04253387A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H01S5/04254—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction 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
    • H01S5/1003—Waveguide having a modified shape along the axis, e.g. branched, curved, tapered, voids
    • H01S5/1017—Waveguide having a void for insertion of materials to change optical properties
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    • H01S5/1053—Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction
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    • H01S5/10—Construction 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
    • H01S5/16—Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface

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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、大出力の半導体レーザ
に関する。
【従来の技術】半導体レーザの高出力化は光情報処理装
置における処理速度の高速化や、レーザを用いた加工技
術への応用のために重要である。１Ｗ程度の光出力を得
る半導体レーザでは、高出力化による光出射密度の上昇
による端面の光損傷を避けるため、活性層に平行な方向
の光導波路幅を広くするワイドストライプ化が図られて
いる。しかし、ワイドストライプ半導体レーザでは、活
性層に平行な方向で多モード発振を起こすので、集光特
性が悪化する欠点がある。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の欠点
を解決し、集光特性の優れた高出力の半導体レーザを提
供することにある。
【０００３】
【課題を解決するための手段】従来の半導体レーザは、
共振器端面を主に劈開で形成した平面鏡を用いていたの
で、活性層に平行な面内で導波モードの反射損失に大き
な差はなく、また電界分布形状は端面からの距離によら
ず一定である。このため、導波路の高次モードと低次モ
ードの利得差は大きくならず、注入電流の増加とともに
高次横モードも発振してしまうことは避けられなかった
。
【０００４】これに対し、本発明では凹面鏡を端面に用
いているので、凹面鏡の回折損失により、高次のモード
の損失が基底モードより大きくなる。また、導波路内で
ビームの集中が起き、端面から離れた位置では、活性層
に平行な面内で導波モードの電界分布は狭くなり、最低
次モードを選択する構造が、導波路が狭くてよいから安
定になる。
【０００５】
【実施例】以下、図面により本発明の実施例を詳細に説
明する。 実施例１ 図１は本発明の一実施例の斜視図であり、凹面鏡を持つ
レーザダイオードを示す。この素子を例として、その製
作法を以下に述べる。
【０００６】■　　ｎ型ＣａＡｓ基板１の上に有機金属
気相成長法により、膜厚１．５　μｍ　のＳｅドープＡ
ｌＧａＡａクラッド層２、膜厚０．１　μｍ　のＡｌＧ
ａＡｓ活性層３、膜厚１．５　μｍ　のＺｎドープＡｌ
ＧａＡｓクラッド層４、膜厚０．５　μｍ　のＺｎドー
プＧａＡｓキャップ層５からなるレーザダイオード構造
を一度の成長で形成する。■　　電極パターンのフォト
リソグラフィ工程と、Ａｕの蒸着と、リフトオフにより
、中央が細くなった鼓型の上部Ａｕ電極６を形成する。 ■　　フォトリソグラフィ工程によりレジストパターン
を形成し、これをマスクとして、反応性イオンビームエ
ッチングや反応性高速原子線エッチングなどにより、深
さ５μｍ　程度、基板に垂直なエッチングを行い、導波
路構造部７と端面の凹面ミラー８を形成する。■　　基
板を膜厚１００　μｍ　まで研磨した後、蒸着で裏面Ａ
ｕ電極９を形成し、熱処理を行う。■この後、劈開によ
り、チップを形成する。以上の工程で作製した素子で、
全長が３００　μｍ　で、端部は５０μｍ　なのに対し
中央部が６μｍ　と細くなった電極で、半径が３１０　
μｍ　の凹面形状をもったものは、通常の半導体レーザ
と同様の実装と配線を行うことにより、閾値電流１１０
ｍＡ　で室温連続発振し、１Ｗ以上の光学損傷（ＣＯＤ
）　レベルがあり、かつ１００ｍＷ　の出力まで単一横
モードの発振が得られた。
【０００７】実施例２ 図２は本発明の他の実施例の斜視図であり、リッジ導波
路構造により明確な電流狭搾構造を形成したレーザーダ
イオードを示す。この素子の製作法を以下に述べる。■
　　ｎ型ＣａＡｓ基板１０の上に有機金属気相成長法に
より、膜厚１．５　μｍ　のＳｅドープＡｌＧａＡａク
ラッド層１１、膜厚０．１　μｍ　のＡｌＧａＡｓ活性
層１２、膜厚１．５　μｍ　のＺｎドープＡｌＧａＡｓ
クラッド層１３、膜厚０．５　μｍ　のＺｎドープＧａ
Ａｓキャップ層１４からなるレーザーダイオード構造を
一度の成長で形成する。■　　導波路パターンのフォト
リソグラフィ工程と、エッチングにより、導波路パター
ン１５を形成する。導波路パターン１５は、最も細い所
で横方向の基底状態の半値全幅２ω０　をきめ、矢印で
示す中心軸方向をＺ方向とした場合、導波路パターンの
幅２ωを次式によってきまる値とする。 ２ω（ｚ）＝２ω０　（１＋（ｚ／ｚ０）２　）１／２
　ｚ０　＝πω０　２　ｎ／λ ここで、ｎは半導体導波路の透過屈折率、λはレーザの
発振波長である。また導波路パターンの最も細い所をｚ
＝０と定義する。■　　電流パターンのフォトリソグラ
フィ工程と、Ａｕの蒸着と、リフトオフにより、導波路
パタン１５より狭い上部電極１６を形成する。■　　フ
ォトリソグラフィ工程と反応性イオンビームエッチング
や反応性高速原子線エッチングなどにより、深さ５μｍ
程度、基板に垂直なエッチングを行い、凹面ミラー１７
を形成する。 ミラー半径Ｒは端面がＺにある場合、次式できまる値と
する。 Ｒ（ｚ）＝（ｚ２　＋ｚ０　２　）／ｚ■　　基板を膜
厚１００　μｍ　まで研磨した後、蒸着で裏面Ａｕ電極
１８を形成し、熱処理を行う。■　　この後、劈開によ
り、チップを形成する。以上の工程で作製した素子で、
ω０　＝６μｍ　、ｚ＝１５０　μｍ　（全長３００　
μｍ　）　のものは、通常の半導体レーザと同様の実装
と配線を行うことにより、閾値電流９０ｍＡと低閾値で
室温連続発振し、１Ｗ以上のＣＯＤ　レベルがあり、か
つ３００ｍＷ　までの単一横モード出力が得られた。
【０００８】実施例３ 図３は本発明の別の実施例の斜視図であり、レーザ導波
路中央部でリッジ導波路構造により、明確なモード選択
構造を形成した凹面鏡レーザダイオードを示す。この素
子の製作法を以下に述べる。■　　ｎ型ＧａＡｓ基板１
９の上に有機金属気相成長法により、膜厚１．５　μｍ
　のＳｅドープＡｌＧａＡｓクラッド層２０、膜厚０．
１　μｍ　ＡｌＧａＡｓ活性層２１、膜厚１．５　μｍ
　のＺｎドープＡｌＧａＡｓクラッド層２２、膜厚０．
５　μｍ　のＺｎドープＧａＡｓキャップ層２３からな
るレーザダイオード構造を一度の成長で形成する。■　
　電極パターンのフォトリソグラフィ工程と、Ａｕの蒸
着と、リフトオフにより、中央が細くなった鼓型の上部
Ａｕ電流２４を形成する。 パターン形状は実施例２の導波路パターンに準じて決定
する。■　　フォトリソグラフィ工程によりレジストパ
ターンを形成し、これをマスクとして、反応性イオンビ
ームエッチングや、反応性高速原子線エッチングなどに
より、深さ５μｍ　程度、基板に垂直なエッチングを行
い、太い導波路構造部２５と端面の凹面ミラー２６を形
成する。 凹面ミラーの形状は、実施例２と同様に決定する。■　
　■と同様のフォトリソグラフィ工程とエッチングによ
り、電極が細くなった中央部付近に、モード選択構造部
２７を形成する。モード選択構造部２７では、基底モー
ド以外がカットオフ条件になる範囲の、リッジ幅と深さ
を選択する。■　　基板を膜厚１００　μｍ　まで研磨
した後、蒸着で裏面Ａｕ電極２８を形成し、熱処理を行
う。■　　この後、劈開により、チップを形成する。以
上の工程で作製した素子で、ω０　＝６μｍ　、ｚ＝１
５０　μｍ　（全長３００　μｍ　）　のものは、通常
の半導体レーザと同様の実装と配線を行うことにより、
閾値電流１００ｍＡ　で室温連続発振し、１Ｗ以上のＣ
ＯＤ　レベルがあり、５００ｍＷ　までの単一横モード
出力が得られた。
【０００９】以上、実施例として、素子の基板にＧａＡ
ｓを用いたＡｌＧａＡｓ系レーザの場合を示したが、基
板としてＩｎＰ　等の他の基板を用いたものや、他の材
料系の半導体レーザダイオードでもよいことは言うまで
もない。また、レーザダイオードの膜厚方向の構造は、
実施例に示した単純なダブルヘテロ構造でなくともよい
ことは言うまでもない。また、導波路構造や電流注入構
造の形成方法に、レーザダイオード作製に用いられてい
る不純物拡散や、埋め込み成長の手法を応用することは
容易に考え得ることである。これらのレーザチップを中
央部で劈開し、片端面を平面としても安定な共振器とし
て発振することは言うまでもない。
【００１０】
【発明の効果】平面のミラーからなるワイドストライプ
半導体レーザでは、横方向単一モード動作させることは
困難である。これに対して、本発明の実施例に示したよ
うに、凹面ミラーを持つものは、数１００ｍＷ　まで安
定したモード選択性が得られる。また、等しい光出射端
を持った平面ミラーのレーザダイオードに比べ、利得を
与える電流注入領域が狭くてよいので、低閾値で発振す
る効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の斜視図である。
【図２】本発明の他の実施例斜視図である。
【図３】本発明の別の実施例の斜視図である。
【符号の説明】
１　　ＧａＡｓ基板 ２　　ＡｌＧａＡｓクラッド層 ３　　ＧａＡｓ活性層 ４　　ＡｌＧａＡｓクラッド層 ５　　ＧａＡｓキャップ層 ６　　上部Ａｕ電極 ７　　導波路構造部 ８　　凹面ミラー ９　　裏面Ａｕ電極 １０　　ＧａＡｓ基板 １１　　ＡｌＧａＡｓクラッド層 １２　　ＧａＡｓ活性層 １３　　ＡｌＧａＡｓクラッド層 １４　　ＧａＡｓキャップ層 １５　　導波路パターン １６　　上部Ａｕ電極 １７　　凹面ミラー １８　　裏面Ａｕ電極 １９　　ＧａＡｓ基板 ２０　　ＡｌＧａＡｓクラッド層 ２１　　ＧａＡｓ活性層 ２２　　ＡｌＧａＡｓクラッド層 ２３　　ＧａＡｓキャップ層 ２４　　上部Ａｕ電極 ２５　　導波路構造部 ２６　　凹面ミラー ２７　　モード選択構造部 ２８　　裏面Ａｕ電極

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　光出射端面の一方または両方が、基板
    に垂直な凹面からなる安定共振器型の光導波路構造とな
    っており、凹面の端面から導波路が離れた程度が大きい
    位置の部分の導波路と電流注入部分の少なくとも一方を
    狭くしたことを特徴とする半導体レーザ。
  2. 【請求項２】　　請求項１に記載の半導体レーザにおい
    て、導波路の一部または全部を、基板に平行な方向での
    導波モードの基底モード以外をカットオフする屈折率導
    波路構造にしたことを特徴とする半導体レーザ。
JP3025234A 1991-01-28 1991-01-28 半導体レーザ Pending JPH04253387A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3025234A JPH04253387A (ja) 1991-01-28 1991-01-28 半導体レーザ

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JP3025234A JPH04253387A (ja) 1991-01-28 1991-01-28 半導体レーザ

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JPH04253387A true JPH04253387A (ja) 1992-09-09

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ID=12160291

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JP3025234A Pending JPH04253387A (ja) 1991-01-28 1991-01-28 半導体レーザ

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JP (1) JPH04253387A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0613222A1 (en) * 1993-02-22 1994-08-31 Koninklijke Philips Electronics N.V. Semiconductor diode laser and method of manufacturing such a diode
WO1995013639A1 (en) * 1993-11-12 1995-05-18 British Technology Group Limited Semiconductor lasers

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0613222A1 (en) * 1993-02-22 1994-08-31 Koninklijke Philips Electronics N.V. Semiconductor diode laser and method of manufacturing such a diode
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