JPH0485891A

JPH0485891A - 外部共振器型半導体レーザ装置

Info

Publication number: JPH0485891A
Application number: JP20069290A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Miyazaki; 啓介宮嵜
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1990-07-26
Filing date: 1990-07-26
Publication date: 1992-03-18

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】【産業上の利用分野】

この発明は、発振波長の温度依存性を安定化した外部共
振器型半導体レーザ装置に関する。

【従来の技術】

５ＥＣ（ショート・エクスターナル・キャビティ；外部
共振器型）レーザは、第８図に示すように、半導体レー
ザチップ１１が後端面１１ａから出射したレーザ光を後
方に設けた反射部材１２の反射面（外部ミラー）＋２ａ
で反射させてレーザチップ１１へ帰還させるもので、載
置部材Ｉ３上においてレーザチップ１１の後端面１１ａ
と外ｉミラー１２ａとで外部共振器１７を構成している
。半導体レーザチップＩＩとしては、一般にＧａＡｓ基
板上に活性層としてＡｌ２ＧａＡｓを成長したＶＳＴＳ
（Ｖチャネルド・サブストレート・インナー・ストライ
プ）構造のものが用いられる。従来、レーザチップ１１
の前後方向のサイズ２Ｌは共振特性の要請から２５０μ
ｌに設定されている。また、反射部材１２の前後方向の
サイズ２Ｍは、アセンブリを容易にするために、レーザ
チップ１１の前後方向のサイズ２Ｌと揃えて２５０μｌ
に設定されている。このＳＥＣレーザの発振軸モードは、第５図に示すよう
に、レーザ媒質の利得分布とレーザ軸モードと外部共振
器１７の共振特性との３つの要因により選択される。第
５図（ａ）は波長に対するレーザ媒質の利得分布を、同
図（ｂ）は波長に対する各軸モードのスペクトルを、同
図（ｃ）は波長に対する外部共振器１７の共振特性（外
部モードλｅ）を、同図（ｄ）は上記（ａ）　、　（ｂ
）　、　（ｃ）に示す各特性を重畳したスーパーラディ
アント状態のスペクトルを示している。第５図（ｄ）に
示す各軸モードのうち、最大ピークを与えるスペクトル
（以下、「ビーク波長Ｊという。）λが発振軸モードと
なる。なお、このスーパーラディアント状態での包絡線
Ｃはリップルを有している。ここで、包絡線Ｃのビーク
波長λの温度係数ｄλ／ｄＴは、外部モードλｅの温係
数ｄλｅ／ｄＴが一般にｄλｅ　　　λｏ　　　　ｄＱｍ−・　−・・・・・・（１）ｄＴ　　　　　ｆｆ　　　　　ｄＴ（ただし、λ０は発振波長を表わす。）と表わされるこ
とから、外部共振器長１２（すなわち、レーザチップ１
１と反射部材Ｉ２とのギャップ長）に依存する。したが
って、発振波長の温度依存性は外部共振器長σを変える
ことにより制御できる。例えば、第６図（ａ）　、　（
ｂ）　、　（ｃ）は、それぞれこのＳＥＣレーザの発振
波長の典型的な温度依存性を示している。いずれの場合
もΔｔという温度範囲では同一の軸モードが維持され、
ΔＴという温度範囲では第５図（ｄ）に示す包絡線Ｃの
同一の山において順次軸モードが最大利得を得て発振軸
モードとなる。ΔＴを越えると発振軸モードが包絡線Ｃ
の隣の山のピークに移行して大きいモードホップが生じ
ている。詳しくは、第６図（ａ）は、上記ピーク波長−
Σ−の温度係数ｄ２．／ｄＴと軸モードの温度係数７と
の間に、ｄλ／ｄＴ　＜γなる関係があるときの特性を
示している。温度Ｔが上昇するにつれて、発振軸モード
が短波長側に隣接する軸モードに順次移行して、ΔＴの
範囲内で発振波長が減少する向きに小さいモードホップ
を起こしている。第６図（ｂ）はｄλ／ｄＴ＝γのとき
の特性を示している。ΔＴ＝Δｔとなって大きいモード
ホップのみが生じる状態を示している。さらに、第５図
（ｃ）は、ｄλ／ｄＴ　＞γのときの特性を示している
。温度Ｔが上昇するにつれて、発振軸モードが長波長側
に隣接する軸モードに順次移行して、発振波長が増加す
る向きに小さいモードホップを生じる状態を示している
。使用上は、当然ながら、大きいモードホップのみを示す
レーザ素子が好ましい。そこで、上記外部共振器長Ｑは
、大きいモードホップのみを示す素子を選別して素子歩
留が最大となる値（以下「最適値」という。）に設定さ
れる。実際に、載置部材１３の組成に対応して、外部共
振器長ｅの最適値とそのときのΔＴ（以下「安定温度幅
」という。）は第７図に示すような値となった。すなわ
ち、載置部材１３がＪＲ（Ｃｕ）からなるとき、外部共
振器長ｇの最適値は６０μ１．安定温度幅ΔＴは２８℃
であった。また載置部材１３が銅とタングステン（Ｗ）
との合金（以下ｒｃｕＷ合金」という。）からなり、そ
の組成比がＷ／Ｃｕ＝９０／１０．８５／１５．８０／
２０であるとき、外部共振器長ａの最適値はそれぞれ３
３μ屑、４０μ１．４５μｌとなり、安定温度幅へＴは
それぞれ４０℃、３６℃、３３℃となった。なお、安定
温度幅ΔＴは、載置部材１３のＣｕＷ合金の組成比をパ
ラメータとしたとき、外部共振器長ρに依存して第４図
中に示す実線に沿って変化する。図中に・印で示す点が
、各組成比において外部共振器長Ｑの最適値に対応する
点である。

【発明が解決しようとする課題】

ところで、載置部材１３がＣｕからなる場合、第７図に
示すように、素子歩留（なお、ΔＴ範囲内で長波長側ま
たは短波長側へのモードホップが１ケ以下のものを良品
とする）は８０％と高い値となる。しかしながら、同図
に示すように、Ｃｕの熱膨張係数が１７．ＯＸ　１０−
１′／”Ｃであってレーザチップ（ＧａＡｓ）１１の熱
膨張係数６．０Ｘ１０−＠／’Ｃに比して極めて大きい
ことから、載置部材１３．レーザチップＩＩ間の熱歪に
よって素子の信頼性が損われるという問題がある。一方
、載置部材１３がＣｕＷ合金からなる場合、組成比Ｗ／
Ｃｕ＝９０／１０，８５／１５，８０／２０のとき熱膨
張係数はそれぞれ６．５ｘｆＯ−”／’Ｃ，７，０ｘｌ
Ｏ−１′／’Ｃ，８，０ｘｌＯ−’／’Ｃであってレー
ザチップ１１の熱膨張係数に近く、素子の信頼性は良好
である。けれども、同図に示すように、外部共振器長ｇ
を最適値に設定したとしても素子歩留がそれぞれ２０％
、４０％、６０％にしか達しないという問題がある。こ
のように素子歩留が低くなる原因としては、外部共振器
長Ｑの設定値（最適値）が小さくなるにつれて第５図（
ｃ）に示した外部共振器１７の共振波形がブロードにな
って、発振軸モードを選択する機能が低下してモードホ
ップが発生し易くなることが考えられる。したがって、
素子歩留を高めるためには、従来のように単にスーパー
ラディアント状態のピーク波長λの温特係数ｄλ／ｄＴ
を軸モードの温度係数γに一致させるというだけではな
く、さらに外部共振器１７の共振波形を良好なものとし
なければならない。そこで、この発明の目的は、良好な信頼性が得られるよ
うに載置部材をＣｕＷ合金で構成したうえ、外部共振器
の共振波形を良好なものとして素子歩留を高めた外部共
振器型半導体レーザ装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、この発明は、第１゜２図に
例示するように、半導体レーザチップｌと反射面２ａを
有する反射部材２とを載置部材３上に固定して、上記レ
ーザチップ１のレーザ光出射端面１ａと上記反射部材２
の反射面２ａとで外部共振器７を構成し、上記レーザチ
ップｌの媒質の利得分布と上記外部共振器７の共振特性
とによって上記レーザチップｌの軸モードを選択して発
振動作する外部共振器型半導体レーザ装置において、上
記載置部材３は銅とタングステンとの合金からなり、上
記反射部材２のレーザ共振方向の寸法２Ｍを上記レーザ
チップＩのレーザ共振方向の寸法２Ｌよりも大きく設定
したことを特徴としている。

【作用】

まず、ピーク波長ｒの温度係数ｄ、１．／ｄＴを定める
外部モードλｅの温度係数ｄλｅ／ｄＴについて考察す
る。温度係数ｄλｅ／ｄＴは既に式（１）に示したよう
に、となる。この式（３）を式（１）に代入することによｄ
Ｔ　　　　　１２　　　　　ｄＴ（ただし、λ０は発振波長を表わす。）と表わされる。この右辺に表された外部共振器長Ｑは、温度変化があっ
た場合、レーザチップ１１反射部材２および載置部材３
のレーザ共振方向の熱変形の合成として変化する。ここ
で、レーザチップ１１反射部材２は、それぞれレーザ共
振方向の中央Ｘ、Ｙに関して対称に熱変形すると考えら
れる。このとき、両中央Ｘ、Ｙ間の距離をＤとすると、
外部共振器長σは、１２＝Ｄ−（Ｌ＋Ｍ）　　　　　　　　・・・（２）と
表わされる。レーザチップｌ１反射部材２．載置部材３
の熱膨張係数（線膨張係数）をそれぞれα１゜α１．α
３とすると、このａの温度係数ｄ１２／ｄ　ＴはＱ −＝α３Ｄ−（ａＩＬ＋α、Ｍ）ｄＴと表わされる。いま、レーザチップｌと反射部材２が同じ材料ＧａＡｓ
で構成されていればα、＝α、＝αと置くことができ、
式（４）はｄＴ　　　　　　　　　　　（と表わされる。この式（５）は、温度係数ｄλｅ／ｄＴを設定したとき
に（Ｌ＋Ｍ）とｅとを同時に変化させる自由度があるこ
とを示している。したがって、モードホップが生じない
条件ｄλ／ｄＴ＝７（既述）が成立する状態で、Ｌ、Ｍ
を変化させることによって外部共振器長Ｑの最適値を変
化させることができる。載置部材１３がＣｕＷ合金からなり、熱膨張係数α、が
Ｃｕよりも小さい場合、従来のように２Ｌ最適値が外部
共振器７の共振波形をブロードにするレベルとなってい
る。したがって、２Ｍを２Ｌ（＝　２５０μｍ）よりも
大きく設定して外部共振器長Ｑの最適値を大きくするこ
とによって、外部共振器７の共振波形が良好なものとな
る。これにより、発振軸モードを選択する機能が向上し
てモードホップが減少し、素子歩留か高くなる。なお、
Ｌを太き（設定することは、レーザチップＩの発振モー
ドの多モード化を招来するため好ましくない。また、載置部材がＣｕＷ合金からなる場合、既に述べた
ように熱膨張係数かＧａＡｓに近いのでＣｕからなる場
合に比してレーザチップとの熱歪が低減して、素子の信
頼性は良好なものとなる。

【実施例］以下、この発明の外部共振器型半導体レーザ装置を図示
の実施例により詳細に説明する。第１図および第２図に示すように、この外部共振器型半
導体レーザ装置は、レーザチップ１と、反射部材２と、
ＣＬＡＷ合金（組成比Ｗ／Ｃｕ＝８０／２０）からなる
載置部材３とからなっている。レーザチップ１は、従来と同様に、ＧａＡｓ基板上に活
性層としてＡりＧ　ａＡｓを成長したＶＳＩＳ構造のも
のであり、１ａはその一方のレーザ光出射端面（後端面
）を示している。反射部材２は、ＧａＡｓからなり、誘
電体コーティングした高反射率（９５％）の反射面２ａ
を有している。載置部材３は、ＧａＡｓと熱膨張係数が
近いＣｕＷ合金（組成比Ｗ／Ｃｕ＝８０／２０）からな
っている。したがって、Ｃｕからなる場合に比してレー
ザチップｌとの熱歪を低減して良好な信頼性を得ること
ができる。レーザチップ１と反射部材２は、レーザ光出
射端面１ａと反射面２ａとを互いに対向させ、距Ｍρ（
外部共振器長）だけ離間させた状態で、それぞれ融着材
を用いて上記載置部材３上に固定している。すなわち、レーザ光出射端面１ａと反射面２ａとで外部
共振器７を構成している。レーザチップ１の前後方向の
サイズ２Ｌは従来と同様に２５０μ夏に設定する一方、
反射部材２の前後方向のサイズ２Ｍは５００　ｐｉ、　
１ｍｍ、２ＩＩＩｍの３種類に設定する。このように、反射部材２の前後方向のサイズ２Ｍをレー
ザチップｌの前後方向のサイズ２Ｌ（＝２５０μ肩）よ
りも大きく設定した場合、モードホップが生じない条件
ｄλ／ｄＴ＝γが成立する状態で既に示した式（５）に
基づいて外部共振器長ｇの最適値を大きくすることがで
きる。したがって、外部共振器長Ｑの共振波形を良好な
ものにすることができ、素子歩留を向上させることがで
きる。実際に、サイズ２Ｍ＝５００μｌ、１．０＋ａｍ、２．
０１に設定した素子を多数作製して外部共振器長Ｑの最
適値を求めたところ、第３図中に・印で示すように、Ｑ
の最適値はそれぞれ４７μに、５０μｍ。５６μｌとなった。なお、第３図は、既に示した式（５
）に基づいて外部モードλｅの温度係数ｄλｅ／ｄＴと
外部共振器長Ｃとの相関をサイズ２Ｍをパラメータとし
て表わしている（参考のため、従来レベル２Ｍ＝２５０
μｌのときの相関を併わせで表わしている）。そして、
ΔＴ範囲内で長波長側または短波長側へのモードホップ
が一ヶ以下のものを良品としたとき、２Ｍ＝　１．０ｍ
ｍ、ｌ！＝　５０μｌのときの素子歩留は８０％となっ
た。このように、従来（６０％）に比して素子歩留を高
めることができた。【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の外部共振器型半導
体レーザ装置は、反射部材のレーザ共振方向の寸法をレ
ーザチップのレーザ共振方向の寸法よりも大きく設定し
ているので、外部共振器長の最適値を大きくして外部共
振器の共振波形を良好なものとすることができる。した
がって、素子歩留を向上させることができる。しかも、
載置部材をＣｕＷ合金で構成しているので良好な信頼性
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はそれぞれこの発明の一実施例の外部共
振器型半導体レーザ装置の構成を示す斜視図、側面図、
第３図は上記外部共振器型半導体レーザ装置の外部モー
ドの温度係数と外部共振器長との相関を示す図、第４図
は安定温度幅と外部共振器長との相関を示す図、第５図
はＳＥＣレーザの発振軸モードの選択性を示す図、第６
図はＳＥＣレーザの発振波長の温度依存性を示す図１．
第７図は従来のＳＥＣレーザの載置部材の組成による素
子歩留を示す図、第８図は従来のＳＥＣレーザの構成を
示す斜視図である。 ■・・レーザチップ、Ｉａ・・・レーザ光出射端面、２
・・反射部材、２ａ・・・反射面、３・・載置部材、７
・・・外部共振器、２Ｌ・・・レーザチップの前後方向の長さ、２Ｍ・・・
反射部材の前後方向の長さ、ρ・・・外部共振器長。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体レーザチップと反射面を有する反射部材と
を載置部材上に固定して、上記レーザチップのレーザ光
出射端面と上記反射部材の反射面とで外部共振器を構成
し、上記レーザチップの媒質の利得分布と上記外部共振
器の共振特性とによって上記レーザチップの軸モードを
選択して発振動作する外部共振器型半導体レーザ装置に
おいて、上記載置部材は銅とタングステンとの合金から
なり、上記反射部材のレーザ共振方向の寸法を上記レーザチッ
プのレーザ共振方向の寸法よりも大きく設定したことを
特徴とする外部共振器型半導体レーザ装置。