JPH0587035B2 - - Google Patents
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- JPH0587035B2 JPH0587035B2 JP60289034A JP28903485A JPH0587035B2 JP H0587035 B2 JPH0587035 B2 JP H0587035B2 JP 60289034 A JP60289034 A JP 60289034A JP 28903485 A JP28903485 A JP 28903485A JP H0587035 B2 JPH0587035 B2 JP H0587035B2
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- 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
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/223—Buried stripe structure
- H01S5/2232—Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode
-
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-
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- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
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-
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、安定した単一横モード発振が可能
な半導体レーザ装置に関するものである。
な半導体レーザ装置に関するものである。
第8図は例えばアプライド フイジクス レタ
ーズ、第37巻 第3号(1980)第262頁〜第263頁
(Appl.Phys.Lett.vol.37,No.3(1980)p262〜263)
に示された従来の半導体レーザ装置を示す断面図
であり、図において、1bは表面が平坦なn形
GaAs基板、2cはこの基板1b上に成長された
n形AlGaAsの下クラツド層、4は活性層、5a
はp形AlGaAsの上クラツド層、6はストライプ
状に溝形成されたn形GaAsの電流ブロツク層、
7はこの電流ブロツク層6を埋込むように成長さ
れたp形AlGaAs層、8はp形GaAsのコンタク
ト層、9はn側電極、10はp側電極である。
ーズ、第37巻 第3号(1980)第262頁〜第263頁
(Appl.Phys.Lett.vol.37,No.3(1980)p262〜263)
に示された従来の半導体レーザ装置を示す断面図
であり、図において、1bは表面が平坦なn形
GaAs基板、2cはこの基板1b上に成長された
n形AlGaAsの下クラツド層、4は活性層、5a
はp形AlGaAsの上クラツド層、6はストライプ
状に溝形成されたn形GaAsの電流ブロツク層、
7はこの電流ブロツク層6を埋込むように成長さ
れたp形AlGaAs層、8はp形GaAsのコンタク
ト層、9はn側電極、10はp側電極である。
次に動作について説明する。活性層4から発生
した光は、活性層4とこれに隣接する上下クラツ
ド層2c,5aとの間の屈折率差により活性層4
に閉じ込められ、さらに電流ブロツク層6の光の
吸収および電流狭搾により活性層4に平行な方
向、すなわち横方向の光の広がりを制限されて導
波される。
した光は、活性層4とこれに隣接する上下クラツ
ド層2c,5aとの間の屈折率差により活性層4
に閉じ込められ、さらに電流ブロツク層6の光の
吸収および電流狭搾により活性層4に平行な方
向、すなわち横方向の光の広がりを制限されて導
波される。
従来の半導体レーザ装置は以上のように構成さ
れており、n形GaAsブロツク層6の光を吸収と
電流狭搾とにより横方向の光の広がりを制限して
いるので、横モードを制御して単一横モードで発
振させるためにはストライプ幅を5μm以下にしな
ければならず、また注入電流を増加させるとスト
ライプ内の屈折率分布がわずかに変化し、その結
果としてレーザビームがわずかに移動し、電流−
光出力特性の直線性の低下およびキンクの発生
や、遠視野像のピークのずれが生じるなどの問題
点があつた。
れており、n形GaAsブロツク層6の光を吸収と
電流狭搾とにより横方向の光の広がりを制限して
いるので、横モードを制御して単一横モードで発
振させるためにはストライプ幅を5μm以下にしな
ければならず、また注入電流を増加させるとスト
ライプ内の屈折率分布がわずかに変化し、その結
果としてレーザビームがわずかに移動し、電流−
光出力特性の直線性の低下およびキンクの発生
や、遠視野像のピークのずれが生じるなどの問題
点があつた。
この発明は上記のような問題点を解消するため
になされたもので、レーザビームのゆらぎをなく
すことができ、安定した単一横モード発振を実現
することができる半導体レーザ装置を得ることを
目的とする。
になされたもので、レーザビームのゆらぎをなく
すことができ、安定した単一横モード発振を実現
することができる半導体レーザ装置を得ることを
目的とする。
この発明に係る半導体レーザ装置は、発振領域
となる活性層の下または上の層に周期的なストラ
イプ状の凹凸構造を設け、光導波路の幅方向に周
期的に幅wの屈折率の高い領域と幅dの屈折率の
低い領域をm組繰り返して配置した構造とし、か
つ上記w,d,mを基本モードのみが許容される
値に設定したものである。
となる活性層の下または上の層に周期的なストラ
イプ状の凹凸構造を設け、光導波路の幅方向に周
期的に幅wの屈折率の高い領域と幅dの屈折率の
低い領域をm組繰り返して配置した構造とし、か
つ上記w,d,mを基本モードのみが許容される
値に設定したものである。
この発明においては、光導波路の幅方向に周期
的に幅wの屈折率の高い領域と幅dの屈折率の低
い領域をm組繰り返して配置した構造とし、かつ
上記w,d,mを基本モードのみが許容される値
に設定したから、高次モードがカツト・オフされ
て、基本モード(単一横モード)のみで発振が行
なわれ、又光導波路領域が周期的な屈折率分布を
もつため、注入電流の増加による屈折率の変動が
ほとんどなくなつてレーザビームのゆらぎがなく
なり、電流−光出力特性の直線性が向上し、光出
力を増しても遠視野像のピークのずれが生じず、
さらには単一横モード発振する光導波路の幅を従
来のレーザよりも広くすることができるため、光
出力の高出力も可能となる。
的に幅wの屈折率の高い領域と幅dの屈折率の低
い領域をm組繰り返して配置した構造とし、かつ
上記w,d,mを基本モードのみが許容される値
に設定したから、高次モードがカツト・オフされ
て、基本モード(単一横モード)のみで発振が行
なわれ、又光導波路領域が周期的な屈折率分布を
もつため、注入電流の増加による屈折率の変動が
ほとんどなくなつてレーザビームのゆらぎがなく
なり、電流−光出力特性の直線性が向上し、光出
力を増しても遠視野像のピークのずれが生じず、
さらには単一横モード発振する光導波路の幅を従
来のレーザよりも広くすることができるため、光
出力の高出力も可能となる。
以下、本発明の実施例を図について説明する。
第1図は本発明の一実施例による半導体レーザ
装置を示す。図において、1aはストライプ状の
凹凸が周期的に形成されたn形GaAs基板、2a
はこの基板1a上にその溝形状を維持するように
成長されたn形AlGaAs下クラツド層、3aは下
クラツド層2aよりも禁制帯幅が小さく、凹凸を
埋め込むように成長された、n形AlGaAs光ガイ
ド層、4はGaAs活性層、5aはp形AlGaAs上
クラツド層、6はストライプ状に溝が形成された
n形GaAs電流ブロツク層、7はこの電流ブロツ
ク層6を埋め込むように成長された上クラツド層
5aと同じ組成のp形AlGaAs層、8はp形
GaAsコンタクト層、9はn側電極、10はp側
電極である。
装置を示す。図において、1aはストライプ状の
凹凸が周期的に形成されたn形GaAs基板、2a
はこの基板1a上にその溝形状を維持するように
成長されたn形AlGaAs下クラツド層、3aは下
クラツド層2aよりも禁制帯幅が小さく、凹凸を
埋め込むように成長された、n形AlGaAs光ガイ
ド層、4はGaAs活性層、5aはp形AlGaAs上
クラツド層、6はストライプ状に溝が形成された
n形GaAs電流ブロツク層、7はこの電流ブロツ
ク層6を埋め込むように成長された上クラツド層
5aと同じ組成のp形AlGaAs層、8はp形
GaAsコンタクト層、9はn側電極、10はp側
電極である。
次に動作について説明する。
本装置においては、活性層4とこれに隣接する
上クラツド層5a、光ガイド層3aおよび光ガイ
ド層3aに隣接する下クラツド層2aとの間の屈
折率差、電流ブロツク層6の光の吸収および電流
狭搾により結合導波路が形成され、活性層4から
発生した光は導波される。この光導波路には、第
2図に示すように、基板1a上部に周期的に形成
されたストライプ状の凹凸により、活性層4に平
行な方向すなわち横方向に周期的な屈折率分布が
形成される。
上クラツド層5a、光ガイド層3aおよび光ガイ
ド層3aに隣接する下クラツド層2aとの間の屈
折率差、電流ブロツク層6の光の吸収および電流
狭搾により結合導波路が形成され、活性層4から
発生した光は導波される。この光導波路には、第
2図に示すように、基板1a上部に周期的に形成
されたストライプ状の凹凸により、活性層4に平
行な方向すなわち横方向に周期的な屈折率分布が
形成される。
ここで日本学術振興会、光電相互変換、第125
委員会、第114回研究会(1985年5月21日開催)
の「位相同期高出力集積レーザ」予稿記載の第1
図によれば、第2図a,bに示す屈折率分布のモ
デルにおいて、横方向の屈折率差ΔNeff/Neff
を0.1%とした場合の一次モードのカツトオフ条
件は、溝部のストライプ数をパラメータとし凹部
の幅dと凸部の幅wの関数として第3図のように
表わされる。各ストライプの曲線の内側(図示の
左下側)が基本モードのみが許されるdとwの領
域である。第3図において、溝部のストライプ数
が9本の場合、例えば、d=1.0μm,w=0.12μm
は基本モードのみが許される領域にあり、このと
きの光導波路の幅は(1.0+0.12)×9=10.08μm
となる。したがつて、約10μmの発振領域をもつ
光導波路において、基本モードのみが許されるこ
とになる。また発振領域が広いため高出力のレー
ザ光が得られる。
委員会、第114回研究会(1985年5月21日開催)
の「位相同期高出力集積レーザ」予稿記載の第1
図によれば、第2図a,bに示す屈折率分布のモ
デルにおいて、横方向の屈折率差ΔNeff/Neff
を0.1%とした場合の一次モードのカツトオフ条
件は、溝部のストライプ数をパラメータとし凹部
の幅dと凸部の幅wの関数として第3図のように
表わされる。各ストライプの曲線の内側(図示の
左下側)が基本モードのみが許されるdとwの領
域である。第3図において、溝部のストライプ数
が9本の場合、例えば、d=1.0μm,w=0.12μm
は基本モードのみが許される領域にあり、このと
きの光導波路の幅は(1.0+0.12)×9=10.08μm
となる。したがつて、約10μmの発振領域をもつ
光導波路において、基本モードのみが許されるこ
とになる。また発振領域が広いため高出力のレー
ザ光が得られる。
以上のような本実施例の装置では、基板上に周
期的なストライプ状の凹凸を形成し、光導波路に
活性層に平行な方向に周期的な屈折率分布を設け
るようにしたので、高次モードをカツトオフして
基本モードのみで発振でき、又注入電流増加によ
る屈折率の変動はほとんどなく、レーザビームの
ゆらぎがなくなり、電流−光出力特性の直線性を
向上できるとともに、光出力を増しても遠視野像
のピークのずれが生じない。
期的なストライプ状の凹凸を形成し、光導波路に
活性層に平行な方向に周期的な屈折率分布を設け
るようにしたので、高次モードをカツトオフして
基本モードのみで発振でき、又注入電流増加によ
る屈折率の変動はほとんどなく、レーザビームの
ゆらぎがなくなり、電流−光出力特性の直線性を
向上できるとともに、光出力を増しても遠視野像
のピークのずれが生じない。
また本装置では、単一横モード発振する光導波
路の幅を従来の半導体レーザ装置よりも広くする
ことができるので、光出力の高出力化を実現でき
る。
路の幅を従来の半導体レーザ装置よりも広くする
ことができるので、光出力の高出力化を実現でき
る。
なお、上記実施例では基板1a上部に周期的な
凹凸を形成しかつ上クラツド層5a上にブロツク
層6を形成したものを示したが、第4図に示すよ
うに下クラツド層2a上にブロツク層6を形成し
てもよい。また周期的な凹凸は、これを第5図に
示すように、下クラツド層2b上部に形成しても
よい。
凹凸を形成しかつ上クラツド層5a上にブロツク
層6を形成したものを示したが、第4図に示すよ
うに下クラツド層2a上にブロツク層6を形成し
てもよい。また周期的な凹凸は、これを第5図に
示すように、下クラツド層2b上部に形成しても
よい。
また上実施例では下クラツド層2aが周期的な
凹凸構造を有するものについて示したが、第6図
に示すように活性層4と上クラツド層5bとの間
に光ガイド層3bを設け、この光ガイド層3bに
周期的な凹凸構造を形成してもよい。
凹凸構造を有するものについて示したが、第6図
に示すように活性層4と上クラツド層5bとの間
に光ガイド層3bを設け、この光ガイド層3bに
周期的な凹凸構造を形成してもよい。
また上記実施例ではn形GaAs層を電流ブロツ
ク層6として使用した場合について説明したが、
上クラツド層5aよりも禁制帯幅の大きなn形
AlGaAs層を電流ブロツク層6として用いてもよ
く、上記実施例と同様の効果を奏する。
ク層6として使用した場合について説明したが、
上クラツド層5aよりも禁制帯幅の大きなn形
AlGaAs層を電流ブロツク層6として用いてもよ
く、上記実施例と同様の効果を奏する。
また上記実施例では活性層4を平坦な構造のも
のを示したが、第7図に示すように、活性層4が
凹凸になつていてもよく、この場合には横方向の
比屈折率差(ΔNeff/Neff)が大きくなるだけ
であり、上記実施例と同様の効果を奏する。
のを示したが、第7図に示すように、活性層4が
凹凸になつていてもよく、この場合には横方向の
比屈折率差(ΔNeff/Neff)が大きくなるだけ
であり、上記実施例と同様の効果を奏する。
また上記実施例では活性層の材料としてGaAs
を用いた場合について説明したが、これは
AlGaAsであつてもよく、又AlGaInP又は
InGaAsP系の四元混晶を用いるようにしてもよ
い。
を用いた場合について説明したが、これは
AlGaAsであつてもよく、又AlGaInP又は
InGaAsP系の四元混晶を用いるようにしてもよ
い。
以上のように、この発明によれば、光導波路の
幅方向に周期的に幅wの屈折率の高い領域と幅d
の屈折率の低い領域をm組繰り返して配置した構
造とし、かつ上記w,d,mを基本モードのみが
許容される値に設定したので、広い光導波路幅で
基本横モード発振を実現でき、また高出力のレー
ザ光が得られる効果がある。
幅方向に周期的に幅wの屈折率の高い領域と幅d
の屈折率の低い領域をm組繰り返して配置した構
造とし、かつ上記w,d,mを基本モードのみが
許容される値に設定したので、広い光導波路幅で
基本横モード発振を実現でき、また高出力のレー
ザ光が得られる効果がある。
第1図はこの発明の一実施例による半導体レー
ザ装置を示す断面図、第2図a,bはともに上記
装置の動作を説明するための計算モデルを示す
図、第3図は第2図に示したモデルを用いて計算
した1次モードのカツトオフ条件を示す図、第4
図、第5図、第6図及び第7図は各々この発明の
他の実施例による半導体レーザ装置の断面図、第
8図は従来の半導体レーザ装置を示す断面図であ
る。 1aは基板、2a,2b,2cは下クラツド
層、3a,3bは光ガイド層、4は活性層、5
a,5bは上クラツド層、6は電流ブロツク層、
7は埋込み層、8はコンタクト層、なお図中同一
符号は同一又は相当部分を示す。
ザ装置を示す断面図、第2図a,bはともに上記
装置の動作を説明するための計算モデルを示す
図、第3図は第2図に示したモデルを用いて計算
した1次モードのカツトオフ条件を示す図、第4
図、第5図、第6図及び第7図は各々この発明の
他の実施例による半導体レーザ装置の断面図、第
8図は従来の半導体レーザ装置を示す断面図であ
る。 1aは基板、2a,2b,2cは下クラツド
層、3a,3bは光ガイド層、4は活性層、5
a,5bは上クラツド層、6は電流ブロツク層、
7は埋込み層、8はコンタクト層、なお図中同一
符号は同一又は相当部分を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 半導体基板上に、半導体活性層、この活性層
に隣接し活性層より禁制帯幅の大きな半導体光ガ
イド層、これらの層を挟むように接し上記光ガイ
ド層よりも禁制帯幅の大きな第1、第2半導体ク
ラツド層を設けてなる半導体レーザ装置におい
て、 一つの光導波路内において該光導波路の幅方向
に周期的に幅wの屈折率の高い領域と幅dの屈折
率の低い領域をm組繰り返して配置した構造と
し、かつ上記w,d,mを基本モードのみが許容
される値に設定したことを特徴とする半導体レー
ザ装置。 2 半導体基板上に周期的にストライプ状の凹凸
を形成し、該基板上に第1クラツド層、光ガイド
層、活性層、第2クラツド層を順次エピタキシヤ
ル成長させることにより、上記周期的に幅wの屈
折率の高い領域と幅dの屈折率の低い領域をm組
繰り返して配置した構造を形成したことを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載の半導体レーザ装
置。 3 半導体基板上に第1クラツド層をエピタキシ
ヤル成長させ、該第1クラツド層に周期的にスト
ライプ状の凹凸を形成し、該第1クラツド層上に
光ガイド層、活性層、第2クラツド層を順次エピ
タキシヤル成長させることにより、上記周期的に
幅wの屈折率の高い領域と幅dの屈折率の低い領
域をm組繰り返して配置した構造を形成したこと
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体
レーザ装置。 4 半導体基板上に第1クラツド層、活性層、光
ガイド層を順次エピタキシヤル成長させ、上記光
ガイド層に周期的にストライプ状の凹凸を形成
し、該光ガイド層上に第2クラツド層をエピタキ
シヤル成長させることにより、上記周期的に幅w
の屈折率の高い領域と幅dの屈折率の低い領域を
m組繰り返して配置した構造を形成したことを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体レー
ザ装置。 5 半導体材料として、基板にGaAs、活性層に
GaAsまたはAlGaAs、クラツド層と光ガイド層
にAlGaAsを用いたことを特徴とする特許請求の
範囲第1項ないし第4項のいずれかに記載の半導
体レーザ装置。 6 半導体材料として、活性層にAlGaInPまた
はInGaAsP系の四元混晶を用いたことを特徴と
する特許請求の範囲第1項ないし第4項のいずれ
かに記載の半導体レーザ装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60289034A JPS62147794A (ja) | 1985-12-20 | 1985-12-20 | 半導体レ−ザ装置 |
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JP60289034A JPS62147794A (ja) | 1985-12-20 | 1985-12-20 | 半導体レ−ザ装置 |
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Citations (2)
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Patent Citations (2)
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JPS60157283A (ja) * | 1983-12-26 | 1985-08-17 | Oki Electric Ind Co Ltd | 半導体レ−ザ素子の製造方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH06336742A (ja) * | 1993-05-27 | 1994-12-06 | Kaihatsu Concrete Kk | マンホール用のインバートブロックおよびその組み立て方法 |
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