JPH06268312A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
- Publication number
- JPH06268312A JPH06268312A JP4972093A JP4972093A JPH06268312A JP H06268312 A JPH06268312 A JP H06268312A JP 4972093 A JP4972093 A JP 4972093A JP 4972093 A JP4972093 A JP 4972093A JP H06268312 A JPH06268312 A JP H06268312A
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- Japan
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- low
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体レーザに関し，AR-HR コーティングを
行ったレーザの高出力化を目的とする。 【構成】 端面反射により共振器を構成する半導体レー
ザであって，一方の端面に設けられた高反射率(HR)膜
と, 他方の端面に設けられた低反射率(AR)膜と, 少なく
とも高反射率膜側と低反射率膜側に分割された上部電極
とを有し, 低反射率膜側に多く電流を注入するように
し，式(1) で与えられる関数 F(R1,αi L)を最大にする
R1 をAR膜の反射率とするように構成する。 F(R1,αi L)＝ [ln(1/R1)/ (2αi L ＋ln(1/R1))] T
h (R1,ΔI/ Iav) ・・(1) ここで， R1 はAR膜の反射率, L はレーザの共振器長，
αi はレーザの内部損失， Iavは平均注入電流値，HR側
の電極への注入電流値 I2 ＝ Iav−ΔI , AR側の電極へ
の注入電流値 I1 ＝ Iav＋ΔI （ΔI ＞ 0 )である。
行ったレーザの高出力化を目的とする。 【構成】 端面反射により共振器を構成する半導体レー
ザであって，一方の端面に設けられた高反射率(HR)膜
と, 他方の端面に設けられた低反射率(AR)膜と, 少なく
とも高反射率膜側と低反射率膜側に分割された上部電極
とを有し, 低反射率膜側に多く電流を注入するように
し，式(1) で与えられる関数 F(R1,αi L)を最大にする
R1 をAR膜の反射率とするように構成する。 F(R1,αi L)＝ [ln(1/R1)/ (2αi L ＋ln(1/R1))] T
h (R1,ΔI/ Iav) ・・(1) ここで， R1 はAR膜の反射率, L はレーザの共振器長，
αi はレーザの内部損失， Iavは平均注入電流値，HR側
の電極への注入電流値 I2 ＝ Iav−ΔI , AR側の電極へ
の注入電流値 I1 ＝ Iav＋ΔI （ΔI ＞ 0 )である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高出力半導体レーザに関
する。近年, 長距離光ファイバ通信において, 光ファイ
バ増幅器が従来の中継器に代わって用いられるようにな
ってきた。それに伴い, 光ファイバ増幅器を励起するた
めに必要な1.48μｍ帯の高出力レーザの開発が急がれて
いる。
する。近年, 長距離光ファイバ通信において, 光ファイ
バ増幅器が従来の中継器に代わって用いられるようにな
ってきた。それに伴い, 光ファイバ増幅器を励起するた
めに必要な1.48μｍ帯の高出力レーザの開発が急がれて
いる。
【０００２】
【従来の技術】一般にレーザの高出力特性を得るため
に, レーザ端面に, 前面にAR (低反射率) 膜−後面にHR
(高反射率) 膜コーティングを行い, 光出力がすべてレ
ーザ前面に出るようにしている。この場合, HR側は反射
率ができる限り 100％に近づくようにコーティングを行
い, AR側は発振しきい値電流が異常に上昇しない程度に
反射率を十分低く 0.5％以下にしていた。
に, レーザ端面に, 前面にAR (低反射率) 膜−後面にHR
(高反射率) 膜コーティングを行い, 光出力がすべてレ
ーザ前面に出るようにしている。この場合, HR側は反射
率ができる限り 100％に近づくようにコーティングを行
い, AR側は発振しきい値電流が異常に上昇しない程度に
反射率を十分低く 0.5％以下にしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら，励起用
光源では低いデバイスチップでより多くの光出力が得ら
れることが求められている。
光源では低いデバイスチップでより多くの光出力が得ら
れることが求められている。
【０００４】本発明はAR-HR コーティングを行ったFP(F
abry-Perot) レーザの高効率化を目的とする。
abry-Perot) レーザの高効率化を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題の解決は，１）
端面反射により共振器を構成する半導体レーザであっ
て，該共振器の一方の端面に設けられた高反射率(HR)膜
と, 他方の端面に設けられた低反射率(AR)膜と, 共振器
長方向に分割された複数の上部電極とを有し, 各電極に
独立に電流を注入できるように構成されている半導体レ
ーザ，あるいは２）端面反射により共振器を構成する半
導体レーザであって，該共振器の一方の端面に設けられ
た高反射率(HR)膜と, 他方の端面に設けられた低反射率
(AR)膜と, 少なくとも高反射率膜側と低反射率膜側に
分割された上部電極とを有し, 低反射率膜側に多く電流
を注入するようにし，式(1) で与えられる関数F(R1,α
i L)を最大にする R11をを求め，低反射率膜の反射率 R
を R11/2≦ R1 ≦ 2R11 とする半導体レーザにより達成される。
端面反射により共振器を構成する半導体レーザであっ
て，該共振器の一方の端面に設けられた高反射率(HR)膜
と, 他方の端面に設けられた低反射率(AR)膜と, 共振器
長方向に分割された複数の上部電極とを有し, 各電極に
独立に電流を注入できるように構成されている半導体レ
ーザ，あるいは２）端面反射により共振器を構成する半
導体レーザであって，該共振器の一方の端面に設けられ
た高反射率(HR)膜と, 他方の端面に設けられた低反射率
(AR)膜と, 少なくとも高反射率膜側と低反射率膜側に
分割された上部電極とを有し, 低反射率膜側に多く電流
を注入するようにし，式(1) で与えられる関数F(R1,α
i L)を最大にする R11をを求め，低反射率膜の反射率 R
を R11/2≦ R1 ≦ 2R11 とする半導体レーザにより達成される。
【０００６】 F(R1,αi L)＝ [ln(1/R1)/ (2αi L ＋ln(1/R1))] Th (R1,ΔI/ Iav) ・・・・・(1) ここで， R1 は低反射率膜の反射率, L はレーザの共振
器長，αi はレーザの内部損失， Iavは平均注入電流
値，高反射率膜側の電極への注入電流値 I2 ＝ Iav−Δ
I ,低反射率膜側の電極への注入電流値 I1 ＝ Iav＋ΔI
（ΔI ＞ 0 )である。
器長，αi はレーザの内部損失， Iavは平均注入電流
値，高反射率膜側の電極への注入電流値 I2 ＝ Iav−Δ
I ,低反射率膜側の電極への注入電流値 I1 ＝ Iav＋ΔI
（ΔI ＞ 0 )である。
【０００７】
【作用】まず，図３を用いて低反射率膜を十分低くした
ときに生ずる空間的ホールバーニング現象によるレーザ
の効率低下について説明する。
ときに生ずる空間的ホールバーニング現象によるレーザ
の効率低下について説明する。
【０００８】図３はレーザのAR-HR コーティングによる
空間的ホールバーニング現象の説明図である。図は，注
入電流 ID がしきい値電流 Ithの５倍で，AR膜の反射率
R1＝0.1 ％,HR膜の反射率R2＝ 100％の場合について，
共振器のAR膜側端面よりの距離を示す位置 z (μｍ) に
対する光強度 S(z)(任意単位) およびゲインg(cm-1) の
関係を示す図である。
空間的ホールバーニング現象の説明図である。図は，注
入電流 ID がしきい値電流 Ithの５倍で，AR膜の反射率
R1＝0.1 ％,HR膜の反射率R2＝ 100％の場合について，
共振器のAR膜側端面よりの距離を示す位置 z (μｍ) に
対する光強度 S(z)(任意単位) およびゲインg(cm-1) の
関係を示す図である。
【０００９】AR-HR コーティングを行ったレーザにおい
ては，レーザの共振器方向での光強度分布は, 図の破線
で示されるようにAR側端面近傍で大きくなる。このと
き，AR側の光強度の強い部分では誘導放出された光子に
より多くのキャリアが失われてしまい, 所謂軸方向空間
的ホールバーニング現象により，ゲインは図に示される
ように低下し，ちょうど光強度分布と鏡像関係のような
分布となる。この結果，光とキャリアの相互作用が小さ
くなり，光強度は実線で示されるように破線より小さく
なる。
ては，レーザの共振器方向での光強度分布は, 図の破線
で示されるようにAR側端面近傍で大きくなる。このと
き，AR側の光強度の強い部分では誘導放出された光子に
より多くのキャリアが失われてしまい, 所謂軸方向空間
的ホールバーニング現象により，ゲインは図に示される
ように低下し，ちょうど光強度分布と鏡像関係のような
分布となる。この結果，光とキャリアの相互作用が小さ
くなり，光強度は実線で示されるように破線より小さく
なる。
【００１０】この効果を考慮すると，レーザの光強度の
増分／注入電流の増分で表されるスロープ効率ηD は式
(2) で与えられる。 ηD ＝ηi [ln(1/R1R2)/ (2αi L ＋ln(1/R1R2))] Th (R1,R2) ・・・(2) ここで，ηi は内部量子効率, R2はHR膜側の反射率, T
h (R1,R2) は空間的ホールバーニングの影響を表す係数
で，軸方向の強度分布を考慮した光子密度およびキャリ
ア密度の増減のレート方程式を解くことにより求めるこ
とができる。
増分／注入電流の増分で表されるスロープ効率ηD は式
(2) で与えられる。 ηD ＝ηi [ln(1/R1R2)/ (2αi L ＋ln(1/R1R2))] Th (R1,R2) ・・・(2) ここで，ηi は内部量子効率, R2はHR膜側の反射率, T
h (R1,R2) は空間的ホールバーニングの影響を表す係数
で，軸方向の強度分布を考慮した光子密度およびキャリ
ア密度の増減のレート方程式を解くことにより求めるこ
とができる。
【００１１】図４は Th (R1,R2) の計算結果を示す図
で，高反射膜の反射率R2＝ 100％とし, ΔI/ Iavをパラ
メータとして 0, 25, 50, 75, 100 ％と振った場合, 低
反射膜側の反射率R1に対する係数 Th (R1,R2) の関係を
示す図である。
で，高反射膜の反射率R2＝ 100％とし, ΔI/ Iavをパラ
メータとして 0, 25, 50, 75, 100 ％と振った場合, 低
反射膜側の反射率R1に対する係数 Th (R1,R2) の関係を
示す図である。
【００１２】ΔI/ Iav＝ 0 の場合が, 共振器方向で均
一に電流を注入した場合である。低反射膜側の反射率R1
を小さくしていくと空間的ホールバーニング効果によ
り,Th (R1,R2) が小さくなり効率を低減していることが
わかる。
一に電流を注入した場合である。低反射膜側の反射率R1
を小さくしていくと空間的ホールバーニング効果によ
り,Th (R1,R2) が小さくなり効率を低減していることが
わかる。
【００１３】ここで，レーザ電極を前半分 (低反射率膜
側) と後半分 (高反射率膜側) に分け, 注入する電流値
を前半分で大きくなるようにした場合を考える。注入電
流の前後の不均一の度合い (ΔI/ Iav) を大きくしてい
くと, 空間的ホールバーニングによる Th (R1,R2) の低
下が小さくなり, 効率の低下を抑えていることがわか
る。これは，注入電流を不均一にすることにより, 空間
的ホールバーニングにより生じた共振器長方向のキャリ
アの不均一を平坦化するようにしているためである。
側) と後半分 (高反射率膜側) に分け, 注入する電流値
を前半分で大きくなるようにした場合を考える。注入電
流の前後の不均一の度合い (ΔI/ Iav) を大きくしてい
くと, 空間的ホールバーニングによる Th (R1,R2) の低
下が小さくなり, 効率の低下を抑えていることがわか
る。これは，注入電流を不均一にすることにより, 空間
的ホールバーニングにより生じた共振器長方向のキャリ
アの不均一を平坦化するようにしているためである。
【００１４】ΔI/ Iav＝ 100％にした場合でも，完全に
空間的ホールバーニング効果はなくならず, また，低反
射率膜側の反射率R1を下げすぎると効率の再低下が生じ
てしまう。そこで, 効率が最大になるように低反射率膜
側の反射率R1を最適化する必要があり，式(1) の関数 F
(R1,αi L)が最大値をとるようなR1を求める。
空間的ホールバーニング効果はなくならず, また，低反
射率膜側の反射率R1を下げすぎると効率の再低下が生じ
てしまう。そこで, 効率が最大になるように低反射率膜
側の反射率R1を最適化する必要があり，式(1) の関数 F
(R1,αi L)が最大値をとるようなR1を求める。
【００１５】
【実施例】図１は本発明の実施例によるレーザの斜視図
である。図において， 1はn-InP 基板， 2はInGaAs/InG
aAsPからなる歪みMQW[SL(Strained Layer)-MQW], 3は埋
込層でp-InP 層, 4は埋込層でn-InP 層, 5はクラッド
層でp-InP 層, 6はコンタクト層でp-InGaAsP 層, 7は
絶縁膜, 8は低反射率(AR)膜, 9は高反射率(HR)膜, 10
は低反射率膜側電極, 11は高反射率膜側電極,12は底面
電極である。
である。図において， 1はn-InP 基板， 2はInGaAs/InG
aAsPからなる歪みMQW[SL(Strained Layer)-MQW], 3は埋
込層でp-InP 層, 4は埋込層でn-InP 層, 5はクラッド
層でp-InP 層, 6はコンタクト層でp-InGaAsP 層, 7は
絶縁膜, 8は低反射率(AR)膜, 9は高反射率(HR)膜, 10
は低反射率膜側電極, 11は高反射率膜側電極,12は底面
電極である。
【００１６】歪みMQW 2 はウエル層 (活性層) として膜
厚 Wa ＝2nm のInx Ga1-x As(x＝0.62) 層を 5層と, バ
リア層として膜厚 Wb ＝10nmのInGaAsP (組成は波長表
示でλg ＝1.3 μｍ) 層とが６層交互に積層された構造
である。歪みMQW の上下に光閉じ込め用のSCH(Separate
d Confinement Heterostructure)層として膜厚 Wg ＝10
0nmのInGaAsP (組成はλSCH ＝1.1 μｍ）が成長され
たウエハをメサ加工し，FBH 構造 (平坦化埋込ヘテロ構
造) に埋め込み, AR側とHR側に２分された電極10, 11を
形成する。
厚 Wa ＝2nm のInx Ga1-x As(x＝0.62) 層を 5層と, バ
リア層として膜厚 Wb ＝10nmのInGaAsP (組成は波長表
示でλg ＝1.3 μｍ) 層とが６層交互に積層された構造
である。歪みMQW の上下に光閉じ込め用のSCH(Separate
d Confinement Heterostructure)層として膜厚 Wg ＝10
0nmのInGaAsP (組成はλSCH ＝1.1 μｍ）が成長され
たウエハをメサ加工し，FBH 構造 (平坦化埋込ヘテロ構
造) に埋め込み, AR側とHR側に２分された電極10, 11を
形成する。
【００１７】HR側端面には二酸化シリコン(SiO2)膜／ア
モルファスシリコン(a-Si)膜をそれぞれ３層交互に積層
したHRコーティングを行う。AR側端面に窒化シリコン(S
iN)膜またはSiO2膜により反射率の低いコーティングを
行う。
モルファスシリコン(a-Si)膜をそれぞれ３層交互に積層
したHRコーティングを行う。AR側端面に窒化シリコン(S
iN)膜またはSiO2膜により反射率の低いコーティングを
行う。
【００１８】実施例の R1 値は〜 0.5％ (ΔI/ Iav＝10
0 ％) であるが，分割電極数を増やして注入電流をさら
に細かく制御すれば, R1 の最適値を原理的に無限小に
下げることができる。
0 ％) であるが，分割電極数を増やして注入電流をさら
に細かく制御すれば, R1 の最適値を原理的に無限小に
下げることができる。
【００１９】図２は実施例の素子のバンド構造図を示
す。図において，SL-MQWの両側にあって, エネルギーギ
ャップが波長表示でλg ＝1.1 μｍ, 厚さが100nm の層
がSCH 層を示している。
す。図において，SL-MQWの両側にあって, エネルギーギ
ャップが波長表示でλg ＝1.1 μｍ, 厚さが100nm の層
がSCH 層を示している。
【００２０】実施例の低反射率側の反射率 R1 値は, 丁
度 F(R1,αi L)を最大にする R11値を用いたが, 図４の
なだらかな凸状の曲線より分かるように， R1 値はR11/
2≦ R1 ≦ 2R11 の範囲内にあれば高効率化が達成でき
る。
度 F(R1,αi L)を最大にする R11値を用いたが, 図４の
なだらかな凸状の曲線より分かるように， R1 値はR11/
2≦ R1 ≦ 2R11 の範囲内にあれば高効率化が達成でき
る。
【００２１】
【発明の効果】本発明により，低反射率膜側の反射率を
十分に小さくした場合に生ずるホールバーニング効果に
よりFPレーザのスロープ効率が低下することを抑制した
状態で, スロープ効率を最大にすることができ高出力化
が実現できた。
十分に小さくした場合に生ずるホールバーニング効果に
よりFPレーザのスロープ効率が低下することを抑制した
状態で, スロープ効率を最大にすることができ高出力化
が実現できた。
【図１】 本発明の実施例によるレーザの斜視図
【図２】 実施例の素子のバンド構造図
【図３】 レーザのAR-HR コーティングによる空間的ホ
ールバーニング現象の説明図
ールバーニング現象の説明図
【図４】 Th (R1,R2) のAR反射率依存性を示す図
1 n-InP 基板 2 InGaAs/InGaAsPからなるSL-MQW 3 埋込層でp-InP 層 4 埋込層でn-InP 層 5 クラッド層でp-InP 層 6 コンタクト層でp-InGaAsP 層 7 絶縁膜 8 低反射率(AR)膜 9 高反射率(HR)膜 10 低反射率膜側電極 11 高反射率膜側電極 12 底面電極
Claims (1)
- 【請求項１】 端面反射により共振器を構成する半導体
レーザであって，該共振器の一方の端面に設けられた高
反射率(HR)膜と, 他方の端面に設けられた低反射率(AR)
膜と, 少なくとも高反射率膜側と低反射率膜側に分割さ
れた上部電極とを有し, 低反射率膜側に多く電流を注入
するようにし，式(1) で与えられる関数 F(R1,αi L)を
最大にする R11を求め，低反射率膜の反射率 Rを R11/2≦ R1 ≦ 2R11 とすることを特徴とする半導体レーザ。 F(R1,αi L)＝ [ln(1/R1)/ (2αi L ＋ln(1/R1))] Th (R1,ΔI/ Iav) ・・・・・(1) ここで， R1 は低反射率膜の反射率, L はレーザの共振
器長，αi はレーザの内部損失， Iavは平均注入電流
値，高反射率膜側の電極への注入電流値 I2 ＝ Iav−Δ
I ,低反射率膜側の電極への注入電流値 I1 ＝ Iav＋ΔI
（ΔI ＞ 0 )である。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4972093A JPH06268312A (ja) | 1993-03-11 | 1993-03-11 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4972093A JPH06268312A (ja) | 1993-03-11 | 1993-03-11 | 半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06268312A true JPH06268312A (ja) | 1994-09-22 |
Family
ID=12839032
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4972093A Withdrawn JPH06268312A (ja) | 1993-03-11 | 1993-03-11 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06268312A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6618419B1 (en) | 1999-11-18 | 2003-09-09 | Nec Electronics Corporation | Semiconductor laser |
| JP2014165414A (ja) * | 2013-02-27 | 2014-09-08 | Seiko Epson Corp | 半導体発光装置、スーパールミネッセントダイオード、およびプロジェクター |
-
1993
- 1993-03-11 JP JP4972093A patent/JPH06268312A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6618419B1 (en) | 1999-11-18 | 2003-09-09 | Nec Electronics Corporation | Semiconductor laser |
| JP2014165414A (ja) * | 2013-02-27 | 2014-09-08 | Seiko Epson Corp | 半導体発光装置、スーパールミネッセントダイオード、およびプロジェクター |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000530 |