JPH0642578B2 - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents
半導体レ−ザ装置Info
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- JPH0642578B2 JPH0642578B2 JP28340585A JP28340585A JPH0642578B2 JP H0642578 B2 JPH0642578 B2 JP H0642578B2 JP 28340585 A JP28340585 A JP 28340585A JP 28340585 A JP28340585 A JP 28340585A JP H0642578 B2 JPH0642578 B2 JP H0642578B2
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- Japan
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- semiconductor laser
- laser
- laser device
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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
- H01S5/10—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
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- 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
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- H01S5/1053—Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction
- H01S5/1064—Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction varying width along the optical axis
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- 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
- H01S5/2234—Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode having a structured substrate surface
- H01S5/2235—Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode having a structured substrate surface with a protrusion
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は光通信・光情報処理装置に用いることができる
半導体レーザ装置に関するものである。
半導体レーザ装置に関するものである。
従来の技術 近年、半導体レーザ装置は、小型で低消費電力等に利点
のため、光通信や光ディスクメモリ、更にレーザビーム
プリンタ等の光源として非常に重要なものとなってい
る。さて、半導体レーザ装置を、例えば光ディスクメモ
リの光ピックアップの光源として用いる場合、光ディス
ク上に集束されたレーザ光の反射光が、半導体レーザ内
に戻らないように光アイソレータを用いなくてはならな
い。半導体レーザに戻り光があると、レーザの発振縦モ
ードは変動し、しばしばレーザ光の強度雑音が発生する
からである。レーザの縦モードの変動はモードホッピン
グと呼ばれているが、このモードホッピングに伴う雑音
は、アナログ信号を記録しているビデオディスクにおい
ては、再生ビデオ信号に直接影響を与えるために、画質
の低下を引き起こす。半導体レーザが戻り光によりモー
ドホッピングを起こしやすい理由は、レーザ媒質の利得
スペクトル幅が広く、しかも利得ピーク波長が、励起電
流、温度、そして戻り光によって変化しやすいことにあ
る。また共振器の反射率が３０％程度と低く、戻り光が
あることによって、半導体レーザの外部に形成される光
共振器と容易に結合し、不安定な外部共振器の影響を受
けて、レーザの発振状態が不安定となり、これが雑音の
原因にもなる。
のため、光通信や光ディスクメモリ、更にレーザビーム
プリンタ等の光源として非常に重要なものとなってい
る。さて、半導体レーザ装置を、例えば光ディスクメモ
リの光ピックアップの光源として用いる場合、光ディス
ク上に集束されたレーザ光の反射光が、半導体レーザ内
に戻らないように光アイソレータを用いなくてはならな
い。半導体レーザに戻り光があると、レーザの発振縦モ
ードは変動し、しばしばレーザ光の強度雑音が発生する
からである。レーザの縦モードの変動はモードホッピン
グと呼ばれているが、このモードホッピングに伴う雑音
は、アナログ信号を記録しているビデオディスクにおい
ては、再生ビデオ信号に直接影響を与えるために、画質
の低下を引き起こす。半導体レーザが戻り光によりモー
ドホッピングを起こしやすい理由は、レーザ媒質の利得
スペクトル幅が広く、しかも利得ピーク波長が、励起電
流、温度、そして戻り光によって変化しやすいことにあ
る。また共振器の反射率が３０％程度と低く、戻り光が
あることによって、半導体レーザの外部に形成される光
共振器と容易に結合し、不安定な外部共振器の影響を受
けて、レーザの発振状態が不安定となり、これが雑音の
原因にもなる。
発明が解決しようとする問題点 半導体レーザを低雑音の光源として用いるには、光アイ
ソレーションを完全に行なう必要があるが、現実的には
困難で、機器のコスト高につながる。
ソレーションを完全に行なう必要があるが、現実的には
困難で、機器のコスト高につながる。
従って、半導体レーザ装置自体に、戻り光があってもモ
ードホッピングによる雑音が発生しない構造にすること
が必要となってくる。
ードホッピングによる雑音が発生しない構造にすること
が必要となってくる。
問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために、本発明の半導体レーザ装
置は、電流注入のために基板に設けた突起の高さまたは
幅がキャビティ方向に、周期的に変化していることを特
徴としている。
置は、電流注入のために基板に設けた突起の高さまたは
幅がキャビティ方向に、周期的に変化していることを特
徴としている。
作用 この構成により、活性領域への電流注入量が突起の形状
に対応して不均一に変化するため、活性領域内で発光強
度が不均一となり、自励発振（セルフパルセーション）
を起こし、縦多モード発振となる。このため、モードホ
ッピング雑音が抑えられ、さらに、多モード発振により
レーザ光の可干渉性が低下し、外部共振器との結合が弱
くなって、外部共振器の不安定性の影響を受けにくくな
る。
に対応して不均一に変化するため、活性領域内で発光強
度が不均一となり、自励発振（セルフパルセーション）
を起こし、縦多モード発振となる。このため、モードホ
ッピング雑音が抑えられ、さらに、多モード発振により
レーザ光の可干渉性が低下し、外部共振器との結合が弱
くなって、外部共振器の不安定性の影響を受けにくくな
る。
実施例 以下に本発明の一実施例について、図面を参照しながら
説明する。
説明する。
第１図Ａ，Ｂは本発明の実施例における半導体レーザ装
置の構造を示すものであり、ＢＴＲＳ型半導体レーザ
（参考文献：和田他、「埋め込みストライプ型ＴＲＳレ
ザ」応用物理連合大会、昭５９春．２９ａ−Ｍ−１０）
と呼ばれる内部ストライプ型レーザを本発明に基づいて
改良したものである。
置の構造を示すものであり、ＢＴＲＳ型半導体レーザ
（参考文献：和田他、「埋め込みストライプ型ＴＲＳレ
ザ」応用物理連合大会、昭５９春．２９ａ−Ｍ−１０）
と呼ばれる内部ストライプ型レーザを本発明に基づいて
改良したものである。
従来、ＢＴＲＳレーザなどの内部ストライプ構造のもの
では電流ブロック層３によって溝部９で狭窄された電流
が溝直上の活性領域５に効率よく注入されるため低いし
きい値化が容易である。さらに、一定の溝幅のためにキ
ャリアの注入が均一となり、屈折率型導波路構造と相ま
って単一縦モード性に優れている。
では電流ブロック層３によって溝部９で狭窄された電流
が溝直上の活性領域５に効率よく注入されるため低いし
きい値化が容易である。さらに、一定の溝幅のためにキ
ャリアの注入が均一となり、屈折率型導波路構造と相ま
って単一縦モード性に優れている。
ところで、戻り光によるモードホッピングをなくし、雑
音の発生を抑えるには、レーザを縦多モード発振させる
必要がある。多モード発振状態では、個々の縦モードの
ゆらぎは大きいが、全体としての強度ゆらぎは小さいか
らである。一般に戻り光がない時に単一モード発振する
レーザは、戻り光があると、多モード化する。ところ
が、レーザの単一モード性が良すぎると、戻り光が入っ
ても十分に多モード化せず、単一モードから多モードへ
の移行段階において、モードホッピングによる非常に大
きな雑音が発生する。半導体レーザを、光ディスクのピ
ックアップに用いる場合に問題となる戻り光量は、通常
0.1から１％程度であるので、単一モード性の良すぎる
前記内部ストライプ型レーザでは多モード化が不十分で
低雑音を実現することはできない。
音の発生を抑えるには、レーザを縦多モード発振させる
必要がある。多モード発振状態では、個々の縦モードの
ゆらぎは大きいが、全体としての強度ゆらぎは小さいか
らである。一般に戻り光がない時に単一モード発振する
レーザは、戻り光があると、多モード化する。ところ
が、レーザの単一モード性が良すぎると、戻り光が入っ
ても十分に多モード化せず、単一モードから多モードへ
の移行段階において、モードホッピングによる非常に大
きな雑音が発生する。半導体レーザを、光ディスクのピ
ックアップに用いる場合に問題となる戻り光量は、通常
0.1から１％程度であるので、単一モード性の良すぎる
前記内部ストライプ型レーザでは多モード化が不十分で
低雑音を実現することはできない。
半導体レーザの縦多モード化の一つの方法として自励発
振（パルセーション）がある。ＤＣ駆動にもかかわらず
パルス状の発振となるため、スペクトル幅の広い独特な
縦多モード発振が得られる。このパルセーションを起こ
す１つの方法はキャビティ方向に沿って電流注入を不均
一にすることである。具体的には第１図Ａ，Ｂに示すよ
うに電流注入するためのメサ１０の幅または高さを一定
にせず、キャビティ方向に沿って変化させ、電流注入を
不均一にする方法がある。ところが電流注入の不均一化
はキャビティ内のロスを増大させ、発振しきい値の増
大、外部微分量子効率の低下をもたらすため、出来るだ
け小さい方が好ましい。そこで本実施例では上記の理由
を考慮し、メサの形状が周期的に変化するような構造と
した。
振（パルセーション）がある。ＤＣ駆動にもかかわらず
パルス状の発振となるため、スペクトル幅の広い独特な
縦多モード発振が得られる。このパルセーションを起こ
す１つの方法はキャビティ方向に沿って電流注入を不均
一にすることである。具体的には第１図Ａ，Ｂに示すよ
うに電流注入するためのメサ１０の幅または高さを一定
にせず、キャビティ方向に沿って変化させ、電流注入を
不均一にする方法がある。ところが電流注入の不均一化
はキャビティ内のロスを増大させ、発振しきい値の増
大、外部微分量子効率の低下をもたらすため、出来るだ
け小さい方が好ましい。そこで本実施例では上記の理由
を考慮し、メサの形状が周期的に変化するような構造と
した。
第２図及び第３図に本発明のレーザの作製プロセスを簡
略化して示す。レーザ構造はＰ型GaAs基板２を用いる内
部ストライプ型改良ＢＴＲＳレーザである。第２図は基
板２上に本発明の突起（メサ）１０を形成したものであ
る。第２図Ａはメサ１０の幅を周期的に変えたもの、第
２図Ｂはメサ１０の高さを周期的に変えたものである。
両タイプとも、メサ１０の高い部分は２μｍ，幅の広い
部分は15μｍである。このようなメサを形成した基板上
に、第２図Ａ，Ｂで破線で示すようにｎ型GaAsブロック
層３（メサの上で約１μｍ厚）を、表面が平坦となるよ
うに成長させる。この上に第３図に示すような２つの平
行なリッジをエッチングにより形成する。リッジの幅は
２０μｍ、高さは1.5μｍリッジ間の溝の幅は５μｍで
ある。この上にさらに、結晶成長を行ない、第１図Ａ，
Ｂに示すようなダブルヘテロ構造を得る。
略化して示す。レーザ構造はＰ型GaAs基板２を用いる内
部ストライプ型改良ＢＴＲＳレーザである。第２図は基
板２上に本発明の突起（メサ）１０を形成したものであ
る。第２図Ａはメサ１０の幅を周期的に変えたもの、第
２図Ｂはメサ１０の高さを周期的に変えたものである。
両タイプとも、メサ１０の高い部分は２μｍ，幅の広い
部分は15μｍである。このようなメサを形成した基板上
に、第２図Ａ，Ｂで破線で示すようにｎ型GaAsブロック
層３（メサの上で約１μｍ厚）を、表面が平坦となるよ
うに成長させる。この上に第３図に示すような２つの平
行なリッジをエッチングにより形成する。リッジの幅は
２０μｍ、高さは1.5μｍリッジ間の溝の幅は５μｍで
ある。この上にさらに、結晶成長を行ない、第１図Ａ，
Ｂに示すようなダブルヘテロ構造を得る。
上記のような構成にすると、メサ１０の幅を変えるタイ
プＡの場合は第４図と第５図Ａ、メサ１０の高さを変え
るタイプＢの場合は第４図と第５図Ｂの２通りの断面が
周期的に形成されることになる。
プＡの場合は第４図と第５図Ａ、メサ１０の高さを変え
るタイプＢの場合は第４図と第５図Ｂの２通りの断面が
周期的に形成されることになる。
このように、本発明では電流注入領域となるメサ１０の
幅または高さを周期的に変化させることによって、注入
キャリアの不均一性をもたせ、セルフパルセーション動
作を可能とした。
幅または高さを周期的に変化させることによって、注入
キャリアの不均一性をもたせ、セルフパルセーション動
作を可能とした。
第６図に本発明の半導体レーザの典型的な光出力−電流
特性を示す。通常の溝幅が均一なBTRSレーザに比べ、約
１０％の発振しきい値の上昇が見られる。これは、電流
注入の不均一によるものである。
特性を示す。通常の溝幅が均一なBTRSレーザに比べ、約
１０％の発振しきい値の上昇が見られる。これは、電流
注入の不均一によるものである。
第７図に発振スペクトルを示す。スペクトルの線幅は広
がり、短波長側で隣接するモード間が重なっており、セ
ルフパルセーション発振であることがわかる。
がり、短波長側で隣接するモード間が重なっており、セ
ルフパルセーション発振であることがわかる。
第８図は相対雑音強度と戻り光量との関係を示す。本発
明のレーザでがセルフパルセーションによって、戻り光
の影響を受けず、雑音レベルは極めて低いことがわか
る。
明のレーザでがセルフパルセーションによって、戻り光
の影響を受けず、雑音レベルは極めて低いことがわか
る。
発明の効果 以上のように本発明は、内部ストライプ型レーザの電流
注入のためのメサの幅又は高さを変化させて、活性層に
注入されるキャリアを不均一にすることにより、セルフ
パルセーションを起こし、低雑音化を実現でき、その実
用的効果は大なるものがある。
注入のためのメサの幅又は高さを変化させて、活性層に
注入されるキャリアを不均一にすることにより、セルフ
パルセーションを起こし、低雑音化を実現でき、その実
用的効果は大なるものがある。
第１図は本発明の実施例における半導体レーザ装置の構
造図、第２図，第３図は本発明の構造工程を示す斜視
図、第４図，第５図は本発明の実施例の断面図、第６図
は本発明の実施例における半導体レーザ装置の光出力−
電流特性を示す特性図、第７図は同発振スペクトルを示
す特性図、第８図は相対雑音強度の測定結果を示す特性
図である。 １……電極、２……GaAs基板、３……電流ブロック層、
５……活性層、９……溝部、１０……突起（メサ）。
造図、第２図，第３図は本発明の構造工程を示す斜視
図、第４図，第５図は本発明の実施例の断面図、第６図
は本発明の実施例における半導体レーザ装置の光出力−
電流特性を示す特性図、第７図は同発振スペクトルを示
す特性図、第８図は相対雑音強度の測定結果を示す特性
図である。 １……電極、２……GaAs基板、３……電流ブロック層、
５……活性層、９……溝部、１０……突起（メサ）。
Claims (2)
- 【請求項１】表面にストライプ状の突起を有する一導電
型の半導体基板の表面に前記半導体基板と反対導電型の
層が形成され、前記反対導電型の層の表面から前記突起
部に達するように設けられた溝の両側に形成された互い
に平行な二つのリッジからなる電流狭窄層を有するとと
もに、前記突起部の幅または高さがキャビティ方向に周
期的に変化していることを特徴とする半導体レーザ装
置。 - 【請求項２】突起の幅あるいは突起の高さの周期性は一
周期以上存在している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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28340585A JPH0642578B2 (ja) | 1985-12-17 | 1985-12-17 | 半導体レ−ザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28340585A JPH0642578B2 (ja) | 1985-12-17 | 1985-12-17 | 半導体レ−ザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62141795A JPS62141795A (ja) | 1987-06-25 |
| JPH0642578B2 true JPH0642578B2 (ja) | 1994-06-01 |
Family
ID=17665100
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28340585A Expired - Lifetime JPH0642578B2 (ja) | 1985-12-17 | 1985-12-17 | 半導体レ−ザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0642578B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4837775A (en) * | 1985-10-21 | 1989-06-06 | General Electric Company | Electro-optic device having a laterally varying region |
| US6653662B2 (en) | 2000-11-01 | 2003-11-25 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor light-emitting device, method for fabricating the same, and method for driving the same |
-
1985
- 1985-12-17 JP JP28340585A patent/JPH0642578B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62141795A (ja) | 1987-06-25 |
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