JPH067625B2 - モニタ−用光検出器内蔵半導体レ−ザ素子 - Google Patents

モニタ−用光検出器内蔵半導体レ−ザ素子

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JPH067625B2
JPH067625B2 JP1264785A JP1264785A JPH067625B2 JP H067625 B2 JPH067625 B2 JP H067625B2 JP 1264785 A JP1264785 A JP 1264785A JP 1264785 A JP1264785 A JP 1264785A JP H067625 B2 JPH067625 B2 JP H067625B2
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semiconductor laser
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laser device
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light
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JP1264785A
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英章 野尻
利民 原
誠一 宮沢
芳信 関口
明 清水
勲 袴田
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Canon Inc
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0262Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices
    • H01S5/0264Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices for monitoring the laser-output

Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 本発明は光通信用に適したモニター用光検出器内蔵半導
体レーザ素子に関する。 〔従来の技術〕 従来、半導体レーザ素子とレーザ光モニター用光検出器
をモノリシツクに製作する場合、その構成は大半が半導
体レーザ素子と光検出器が並置されることとなる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 半導体レーザ素子の共振器に直列に光検出器を設置する
と、光検出器にはレーザ光発光部から横方向へ入射する
ため、レーザ光の拡がりと光検出器側の光吸収層厚の関
係から光検出器の光検出効率は著じるしく低くなる。さ
らに、光検出器により吸収されず、逆に反射してきた戻
り光により半導体レーザ素子の動作特性を不安定にする
欠点を生じる。また、このように設置した場合にはレー
ザ共振器として壁開面が作製できず、ファブリペロー形
共振器は形成できないので、他の形態の共振器を形成し
なくてはならず、その結果として半導体レーザ素子と光
検出器のモノリシツくな作製は難しくなるという問題点
があつた。 一方、前述の配置とは異なり、共振器方向と並列方向に
光検出器を設置した場合、前述した欠点の検出器端面に
よる戻り光による動作の不安定性や共振器ミラーとして
の劈開面の形成が出来ないといつたような問題は解決さ
れる。しかしこの並列方向に光検出器を設置した場合光
検出器に入射する光は、レーザ発光部からの散乱光と自
然放出光との和しかなく、その光エネルギーは小さい。
さらに、これらの光は指向性がないため光検出器で横方
向より効率良く受光する事は極めて難かしい。さらに、
これらの光が自然放出光とレーザ光の散乱成分の和であ
るためレーザ発振の閾値とはかなりの誤差があるという
問題点がある。 本発明の目的は、光検出器による効率を高くし、正確な
発振閾値条件をモニターできると同時に、レーザ発振部
に基板の微小な凸凹の影響を与えないような構造のモニ
ター光検出器内蔵半導体レーザ素子を提供することであ
る。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明のモニター用光検出器内蔵半導体レーザー素子
は、半導体基板と活性層の間に禁制帯幅の異なる2種類
以上の半導体を周期的に積層することにより、この半導
体レーザ光発光素子からの自然放出光の一部が周期構造
を有する多層薄膜により反射又は偏向されて光検出素子
に受光されるように配置したことを特徴とする。 〔実施例〕 図面を参照して本発明の実施例を説明する。 第1図は本発明によるモニター用光検出器内蔵半導体レ
ーザ素子の一実施例の断面図である。本実施例は、N側
電極1、基板2、バッフア層3、多層薄膜4、N側クラ
ッド領域5、活性領域6aおよび6b、P側クラツド領
域7aおよび7b、電極コンタクト層8aおよび8b、
電極ストライプ用絶縁層9a、P側電極10aおよび1
0b、電気的、光学的絶縁溝11より構成されている。 基板2は面方向(100)のシリコンドープのN形Ga
As基板で厚さ約100〜150μmである。バツファ
層3はGaAsにシリコンドープあるいはスズドープし
たもので、厚みは2.0〜5.0μmである。多層薄膜
4はGaAsとGaAlAsのシリコンドープあるいはスズド
ープしたものである。N側クラツド領域5にはGa1-xAlx
Asのシリコンあるいはすずドープし、厚みは1.0〜
2.0μmのものである。活性領域6a及び6bはノン
ドープのGaAsあるいはノンドープのGaAsとGa1-yAlyAsの
多重量子井戸構造、あるいはGaAsとGa1-yAlyAsの単一量
子井戸構造であり、厚みは0.05μm〜0.1μmで
ある。ここでx,yはAlの混晶比を表わす。P側クラ
ツド領域7a及び7bはGa1-xAlxAsのベリリウムドープ
したもので厚さ1〜2μm、電極コンタクト層8a及び
8bはベリリウムドープのGaAsを用い、厚みは0.1μ
m〜0.5μmである。本実施例では、電極ストライプ構
造のため、レーザ発光部側には絶縁層9aが用いられ、
紙面に垂直方向に約7〜10μm幅のストライプが設けら
れている。さらにその上部にP側電極10a及び10bが形
成されている。本実施例では、N側電極1は金−ゲルマ
ニウム合金層とニッケル層とを積層し、P形電極10a及
び10bは金層とクロム層とを積層することによって形成
される。電気的・光学的絶縁溝11は幅5μm,深さ約
5μmで、化学エッチング、イオンエツチング等により
形成される。この絶縁溝11により半導体レーザ素子と
して動作する発光領域と、モニター用光検出器として動
作する受光領域に分離されている。 動作時には、N側電極1に接地電位,P側電極10aに適
当な正電位,P側電極10bに適当な負電位が加えられ
る。したがつて,活性領域6aには順方向バイアスが加
わることで、半導体レーザ素子として動作する。一方活
性領域6bには逆方向バイアスが印加されることになる
ので活性領域6b内に空乏層が形成され、活性領域6b
は面受光形のモニター用光検出器として動作する。第1
図において活性領域6aよりレーザ光は紙面に垂直かつ
手前方向に発光する。 第2図は、多層薄膜4のエネルギーバンド構造を示す図
である。本実施例では、バツフア層3とクラツド領域5
の間の多層薄膜4はGaAsとGaAlAsを積層することにより
形成されている。この多層薄膜4は高さVB1の障壁を任意
回数N回重畳することによりある特定の波長の光に対し
て高い反射率を有することとなる。ここで、GaAsの量子
井戸の幅Lz1および障壁の幅LB1おおよび高さVB1は、
等価的に示したもので、この第2図のGaAlAsの各障壁は
第3図のような超格子構造となつており、この超格子構
造から算出された実効的バンドギヤツプが第2図の障壁
の高さVB1であり、超格子構造の周期幅が障壁の幅LB1
に相当している。 いま、第3図においてGaAlAsの障壁層の幅LBO=80
Å、A1の混晶比を0.36、GaAs層の量子井戸幅LZO
=10Åとすると、この層を等価的にGaAlAs層と見倣し
た場合、A1の混晶比は0.3となる。いま、半導体レ
ーザ素子からの自然放出光の波長を900nmと仮定する
と、Ga1-xAlAs層(x=0.3)とGaAs層の幅LB1,L
Z1は、各々1/4媒質内波長に相当するLB1=66n
Z1=63nとなる。 。多層薄膜4の電解反射率は、薄膜の重畳回数Nの増加
に伴ない単調に増加し、N=60で0.996に達する。こ
のときの多層薄膜4の厚みの合計は約8μmと厚いが、
99.6%という高い反射率を有する膜が得られる。 本実施例の電極ストライプ形半導体レーザ素子の発光出
力には、自然放出発光成分と誘導放出発光成分がある。
誘導放出成分はレーザ発振の閾値を超えると急激に増加
するが、自然放出光成分は、注入電流が閾値電流以上で
は反転状態にある注入キヤリア濃度が一定に保たれるた
め、光出力の自然放出光成分は一定となり得る。また、
この場合、モニター部には自然放出光成分のみが検出さ
れることが必要であるが、一般に半導体レーザ素子にお
いては、ストライプ方向に垂直でかつ活性層面外に放射
される発光成分は自然放出光成分のみから成つているの
で、この特性を利用すれば、半導体レーザ素子からの自
然発光成分は殆んど多層薄膜4で反射されて光検出器で
検出されることにより、半導体レーザ素子の発振閾値電
流条件を正確に検出することができる。 さらに、本実施例において、半導体レーザ素子からの自
然放出成分の波長を900nmとして多層薄膜4の厚みを算
出したが、一般にはレーザ光を短波長で発振するような
構造にするため、その自然放出光成分も短波長になる。
本実施例に用いたGaAs/GaAlAs系の半導体レーザにおい
ては、自然放出光成分は最短波長側で630nm最長波長側
で900mmであるので、これらの自然放出光波長に合致す
る障壁幅LB1と量子井戸幅LZ1にすれば良い。この場合
にもそれぞれの幅LB1,LZ1は、本実施例で示したよう
にλ/4nで与えられる値となる。ただし、λは自然放
出光成分波長、nは媒質内の屈折率を示す。 本発明においては、本実施例に示した波長領域に限定す
る事はなく、0.4〜1.6μm帯の広い波長範囲に於
て適用可能であり、また、半導体レーザ素子の構造もプ
レーナ・ストライプ構造に限定する必要はなく埋込み型
構造を含むあらゆるストライプ構造に適用可能である。 第4図は本発明の他の実施例である。第1図に示す実施
例ではレーザ光が活性領域6aより紙面に垂直な手前方
向に発光するものとしたが、これに限定する必要はな
く、レーザ光を活性領域6aより紙面に水平に発光せし
めても差支えない。この場合には、半導体レーザ素子と
光検出器の間の分離溝11に反射膜12を蒸着すること
により誘導放出成分が光検出器に入射することを防ぎ、
さらに、この反射膜12の反射率を制御することによ
り、閾値以上でレーザ光が発振するときに反射膜12の
透過率に依存したレーザ光の出力を光検出器で検出する
ことも可能である。 〔発明の効果〕 以上説明したように、モノリシツクに半導体レーザ素子
にモニター用光検出器を内蔵させることにより、半導体
レーザ素子の自然放出光成分をモニター用光検出器に受
光させる光経路において、多層薄膜の光反射を有効に利
用した高効率かつ誘導放出発光成分を含まない正確な発
振閾値条件のモニターが可能であり、多層薄膜内に超格
子構造を含める事で、半導体レーザ素子を形成する層の
結晶品質を向上させる事が出来るモニター用光検出器内
蔵半導体レーザ素子を得ることができる。
【図面の簡単の説明】
第1図は、本発明のモニター用光検出器内蔵半導体レー
ザ素子の一実施例の断面図、第2図は第1図の実施例に
おける多層薄膜構造のエネルギーバンド構造図、第3図
は第2図のエネルギーバンド構造の一部詳細図、第4図
は本発明の他の実施例である。 2…基板、 3…バツフア層、 4…多層薄膜、 5,7a,7b…クラツド層、 6a,6b…活性層、 8a,8b…電極形成層、 11…絶縁溝。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関口 芳信 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 清水 明 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 袴田 勲 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭53−137686(JP,A) 特開 昭58−196085(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板と、該基板上にレーザ活性層を含む半
    導体層を積層することによって形成された半導体レーザ
    と、該半導体レーザのレーザ共振方向と垂直方向に半導
    体レーザと並列に配置され、且つ、前記基板上に半導体
    レーザとモノリシックに形成された光検出器と、前記基
    板とレーザ活性層との間に互いに禁制帯幅の異なる2種
    類以上の半導体層を周期的に積層することによって形成
    され、レーザ活性層から基板側に放出される自然放出光
    を反射または偏向して前記光検出器に入射させる多層薄
    膜とから成るモニター用光検出器内蔵半導体レーザ素
    子。
JP1264785A 1985-01-28 1985-01-28 モニタ−用光検出器内蔵半導体レ−ザ素子 Expired - Lifetime JPH067625B2 (ja)

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DE102008012859B4 (de) 2007-12-21 2023-10-05 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Laserlichtquelle mit einer Filterstruktur

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