JPH08181390A

JPH08181390A - 短波長光源

Info

Publication number: JPH08181390A
Application number: JP32517494A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Kitaoka; 康夫北岡; Kazuhisa Yamamoto; 和久山本; Isao Kidoguchi; 勲木戸口; Masahiro Kito; 雅弘鬼頭
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-12-27
Filing date: 1994-12-27
Publication date: 1996-07-12
Anticipated expiration: 2019-11-04
Also published as: JP3584508B2

Abstract

(57)【要約】【目的】光ディスクの高密度記録や画像処理等で要求
されている小型且つ安定で高効率な短波長光源を提供す
る。【構成】可飽和吸収領域と光フィードバック領域を有
するＤＢＲ自励発振半導体レーザー１２から得られた光
を、コリメートレンズ１３およびフォーカシングレンズ
１５を通して、周期的分極反転領域１８を有する導波路
型波長変換デバイス１６に結合させる。これにより、安
定で高効率の波長変換を実現でき、高出力短波長光源が
実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コヒ−レント光を利用
する光情報処理分野、あるいは光応用計測制御分野、光
通信分野に使用する半導体レーザ装置および短波長光源
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザーを光源として高効率波長
変換によりグリーン、ブルー光源を得ることが、光ディ
スクの高密度記録や画像処理等で要求されているが、こ
こで得られる出力光の横モードがガウシアンで回折限界
近くまで集光でき、且つ出力が10mW程度で周波数的にも
時間的にも安定であることが必要である。

【０００３】半導体レーザーを光源としてブルー光を得
るには、波長変換素子として擬位相整合（ＱＰＭ）方式
の分極反転型導波路デバイスを用いるのが有力である
（山本他、オプティクス・レターズ Optics Letters V
ol.16, No.15, 1156 (1991)）。

【０００４】まず、分極反転型導波路デバイスの作製方
法について述べる。非線形光学結晶であるＬｉＴａＯ₃
基板１９にＴａのパターンを蒸着とフォトにより幅数μ
ｍの周期で形成する。次に２６０℃の温度でプロトン交
換を行った後、５５０℃程度の温度で熱処理を行いLiTa
O₃基板１９と分極が反対向きに反転した分極反転領域２
０を形成する。次に再びＴａによるスリットを形成した
後、ピロ燐酸（２６０℃）中で１４分プロトン交換を行
った後、４２０℃で１分間アニールを行い光導波路２１
を形成する。作製される分極反転型導波路デバイスは波
長860nmの基本波Ｐ１に対して、光導波路の長さを１０
ｍｍ、基本波Ｐ１のパワーを50ｍＷにしたとき高調波Ｐ
２のパワー3ｍＷが得られた。しかしながら、分極反転
型導波路デバイスの基本波波長に対する許容幅は0.1nm
と狭く、半導体レーザのモードホップ、波長広がりを許
すことはできない。

【０００５】また光通信分野では半導体レーザの発振波
長をロックするために、グレーティングフィードバック
を用いた光学系が提案されている（特許
）。

【０００６】図２５において、２２は0.86μm帯の100mW
級GaAlAs半導体レーザ、２３はコリメートレンズ、２４
は半導体レーザーの光軸に対してθだけ傾斜して設置さ
れた外部共振器鏡である。外部共振器鏡２４上には直線
形状の回折格子が形成されている。回折格子は波長分散
効果をもっていて、ある特定の波長を１次回折光とし
て、半導体レーザ２２の活性層２５に結合するので、半
導体レーザー２２の発振波長をロックすることができ
る。

【０００７】一方、半導体レーザに過飽和吸収領域を形
成し、レーザ発振の縦モードをマルチモード化し、光の
可干渉性を低減する事を目的として、自励発振（Self-s
ustained pulsation）する半導体レーザが報告されてい
る。（T. Takayama et.al.,14th IEEE International S
emiconductor Laser Conference, Th4.1, 1994）図２
に、その構造図を示す。ＧａＡｌＡｓのOptical confin
ement layerが非常に小さな屈折率差を産みだし、レー
ザ発振領域が電流注入幅よりも大きくなっている。それ
ゆえ、Optical confinement layerの下の活性領域に、
大きな過飽和吸収が起こる。この結果、125ps程度の半
値幅を有し、ピークパワー800mW程度の自励発振が起こ
る。しかしながら、自励発振状態では発振縦モードスペ
クトルは3〜10nm程度に広がる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】半導体レーザの信頼性
を考えると１００ｍＷ以上で使用することは困難であ
り、レンズの損失および光導波路との結合損失を考える
と利用できる基本波出力は５０〜７０ｍＷ程度である。
そのため高調波出力は２〜４ｍＷしか得られず短波長レ
−ザ光源の光情報処理分野での実用レベルである１０ｍ
Ｗ以上の高調波を安定に得ることが困難である。波長変
換によるブルー光発生は、基本波のピークパワーの２乗
に比例するため、基本波をパルス駆動することで、大き
な変換効率が得られる。しかしながら、半導体レーザを
高周波駆動し、高いピークパワーを得、ブルー光への変
換効率を向上されるためには、いくつかの課題がある。
第１に、電力消費量と電波障害である。高周波発生モジ
ュールは５ｖで駆動する。コンパクトディスク用の低出
力半導体レーザであれば、低電力駆動も可能であるが、
100ｍＷの高出力半導体レーザを駆動しようとすると電
力消費が大きく、周辺への電磁波の影響も大きくなり、
電波障害の対策も必要となる。第２に、コストである。
高周波発生モジュールは半導体レーザと同程度かそれ以
上の価格であり、価格上昇は免れない。さらに、量産化
を考えた場合、半導体レーザ波長安定化用グレーティン
グの調整は困難であり、グレーティングの調整精度はμ
ｍオーダーを必要とするため、グレーティングの集積化
は重要である。

【０００９】一方、自励発振する半導体レーザは発振縦
モードスペクトルが広がっているため、波長変換素子に
より波長変換しようとすると、単一縦モードの半導体レ
ーザに比べ変換効率の低下を生じる。

【００１０】本発明は以上示したような分極反転型導波
路デバイスを用いた短波長光源の課題を克服し、高効率
且つ安定な高調波出力を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、（１）少なくとも過飽和吸収領域と活性層を有する半導
体レーザに、光フィードバック用外部共振器鏡を備える
ことにより、半導体レーザが外部共振器鏡により光フィ
ードバックされた波長近傍で自励発振（self-sustained
pulsation）するため、縦モードスペクトルが狭帯化さ
れたパルス発振光を供給する半導体レーザ装置を得よう
とするものである。

【００１２】また本発明は、（２）少なくとも過飽和吸収領域と活性層を有する半導
体レーザに、光フィードバック用外部共振器鏡を備える
ことにより、半導体レーザが外部共振器鏡により光フィ
ードバックされた波長近傍で自励発振（self-sustained
pulsation）し、且つ発振波長が波長変換素子の波長許
容度内に固定されるため、高効率かつ安定な波長変換お
よび短波長光発生装置を得ようとするものである。

【００１３】さらに本発明は、（３）過飽和吸収領域と、活性層を有する活性領域と、
光フィードバック領域を同一基板上に集積化することに
より、光フィードバックされた波長近傍で自励発振（se
lf-sustained pulsation）し、縦モードスペクトルが狭
帯化されたパルス発振光を供給する半導体レーザを得よ
うとするものである。

【００１４】さらに本発明は、（４）過飽和吸収領域と、活性層を有する活性領域と、
光フィードバック領域を同一基板上に集積化することに
より、光フィードバックされた波長近傍で自励発振（se
lf-sustained pulsation）し、且つ発振波長が波長変換
素子の波長許容度内に固定されるため、高効率かつ安定
な波長変換および短波長光発生装置を得ようとするもの
である。

【００１５】

【作用】本発明は、可飽和吸収領域を設けた半導体レー
ザに、外部に備えられた光フィードバック用外部共振器
または半導体レーザに集積化された光フィードバック領
域により、ある特定の波長を半導体レーザの活性層に帰
還し、狭帯化された発振縦モードスペクトルのパルス光
発生を実現するものである。

【００１６】また、本発明は半導体レーザをパルス動作
させるため、出射される基本波の平均パワーを上げるこ
となく、基本波のピークパワーを大幅に向上させること
が可能となる。これにより、波長変換素子の高調波との
変換効率をアップし高調波の平均出力の大幅向上が実現
できる。すなわち本発明は、小型で高効率の短波長光発
生装置を実現するものである。

【００１７】

【実施例】

（実施例１）本発明の光フィードバック用外部共振器鏡
を備えた自励発振半導体レーザの概略構成図を図１に示
す。

【００１８】図１はコリメートレンズを用いた概略構成
図で、１は0.86μm帯の100mW級GaAlAsの自励発振半導体
レーザー、２はN.A.=0.6のコリメートレンズ、３は半導
体レーザーの光軸に対してθだけ傾斜して設置された外
部共振器鏡であり、その基板上には反射型回折格子が形
成されている。

【００１９】自励発振半導体レーザ１の構造を図２に示
す。ｎ型のGaAs基板Ａ１上に、n-GaAsのバッファー層Ａ
２とn-Ga_0.6Al_0.4Asクラッド層Ａ、GaAlAsとGaAsの多重
量子井戸からなる活性層Ａ４、p-Ga_0.6Al_0.4Asクラッド
層Ａ５、n-Ga_0.5Al_0.4As電流ブロック層Ａ６をMOVPE法
により順次堆積する。次にSiO₂を堆積し、ホトリソグラ
フィー技術とエッチング技術を用いて、約4μｍのSiO₂
のストライプを形成する。化学的ウェットエッチングに
より、電流ブロック層Ａ６を図２のように形成する。Si
O₂をエッチング除去し、再びMOVPE法によりp-Ga_0.6Al
_0.4Asクラッド層Ａ７およびp-GaAsコンタクト層Ａ８を
堆積する。最後に、ｐ側電極Ａ１０とｎ側電極Ａ１１を
形成する。

【００２０】自励発振半導体レーザ１の電流ブロック層
Ａ６はレーザー光に透明であり、屈折率が周りより少し
低くなっていてため、実屈折率導波路を形成している。
またレーザ発振領域が電流注入幅よりも大きくなってい
るため、電流ブロック層Ａ６下の活性層Ａ４に、大きな
過飽和吸収が起こり、この結果図３に示すような125ps
程度の半値幅を有し、ピークパワー800mW程度の自励発
振が起こった。端面反射率は、後端面が90％、前端面が
3%である。

【００２１】自励発振半導体レーザー１から出射したレ
ーザー光はN.A.=0.6のコリメートレンズ２により平行光
にされ外部共振器鏡３に導かれる。外部共振器鏡３上の
反射型回折格子の波長分散効果によりある特定の波長だ
けが自励発振半導体レーザー１の後端面に集光され活性
層４に光帰還して自励発振半導体レーザー１の波長が固
定される。回折格子は、次式ピッチｄを持つ直線形状の
回折格子である。

【００２２】ｄ＝λ／（２sinθ）（１）本実施例においては、λ（ＬＤの発振波長）＝0.86μm
に対し、ｄ＝0.86μm、θ＝30゜とした。外部共振器鏡
３の回折効率は10％程度である。

【００２３】光フィードバックがない状態では図４のよ
うに、縦モードスペクトルは5nm程度に広がっていた
が、外部共振器鏡３により特定の波長を帰還すること
で、図５のように縦モードスペクトルの狭帯化（単一
化）を図ることができた。この状態においても自励発振
は起き、この時のピークパワー600ｍＷ程度が外部共振
器鏡３の反射光として得られた。

【００２４】（実施例２）実施例１では、光フィードバ
ック用外部共振器鏡３を自励発振半導体レーザ１の出射
側に設置したが、図６のように自励発振半導体レーザ１
の後ろ側に設置しても同様の効果が得られた。この場
合、外部共振器鏡３の角度を変化させて、発振波長をチ
ューニングしても、光軸が変化しないので、自励発振半
導体レーザ１から得られた光を他の光学系に容易に結合
できる。

【００２５】実施例２では、実施例１と同様の構造を有
する自励発振半導体レーザを用いているが、後端面の反
射率が0.5%、出射側の反射率が3%と仕様を変更し、自励
発振半導体レーザ１の端面間の発振を抑圧している。

【００２６】自励発振半導体レーザー１の後端面から出
射したレーザー光はN.A.=0.6のコリメートレンズ２によ
り平行光にされ外部共振器鏡３に導かれる。外部共振器
鏡３上の反射型回折格子の波長分散効果によりある特定
の波長だけが自励発振半導体レーザー１の後端面に集光
され活性層４に光帰還して自励発振半導体レーザー１の
波長が固定される。回折格子は、次式ピッチｄを持つ直
線形状の回折格子である。

【００２７】ｄ＝λ／（２sinθ）（１）本実施例においては、λ（ＬＤの発振波長）＝0.86μm
に対し、ｄ＝0.86μm、θ＝30゜とした。本実施例では
外部共振器鏡３の回折効率は90％程度である。

【００２８】自励発振半導体レーザ１は自励発振を起こ
し、図５のような単一縦モードが得られ、ピークパワー
600mW程度のパルス発振光が得られた。

【００２９】（実施例３）実施例２では、コリメートレ
ンズを用いた光学系のため外部共振器鏡３上には、直線
形状の反射型回折格子が形成されている。実施例３では
コリメートレンズを省いた構成について説明する。構成
図７において、外部共振器鏡３上の反射型回折格子の形
状は直線形状でなく円群の一部からなる。この場合部品
点数が１つ減り、共振器長も短くなりコンパクトな構成
となる。

【００３０】図８を用いて外部共振器鏡の設計原理を示
す。回折格子の形成される平面基板上にｘ，ｙの直交座
標系を仮定し、光の発散点及び集光点となる活性層端面
Ｐが前記座標の原点からの垂線に対し、ｙ軸方向にθの
角をなす線上に存在し、且つ距離ｆの位地に存在すると
する。Ｐから放射した光は回折格子上の点Ｇに到達し反
射されてＰ点に戻る時、その光の位相が揃うように回折
格子が形成されているとき外部共振器鏡として働く。即
ち、２ＰＧ＝ｍλ＋（定数）（２）ここでＰＧは点Ｐと点Ｇの距離、λは半導体レーザーの
波長、ｍは整数である。

【００３１】原点における前記定数の零とすると次式の
ようになる。ｘ²＋（ｙ−ｆsinθ）²＝（ｍλ／２＋ｆ）²−（ｆcosθ）² （３）ここでｘ，ｙは回折素子の形成される平面基板上の直交
座標であり、ｆは活性層端面と直交座標の原点との距
離、θは活性層端面と原点を結ぶ軸と回折格子の形成さ
れた平面基板の垂線とのなす角、λは半導体レーザーの
発振波長、ｍは整数である。λ＝0.86μm、ｆ＝2mm、θ
＝45゜を用いて外部共振器鏡を作製したところ、電子ビ
ームの描画可能領域が1mm角程度であり、フィードバッ
ク効率は30％程度であった。得られたレーザー光はピー
クパワー400mW程度のパルス発振光が得られた。

【００３２】本実施例１、２、及び３では、活性層とし
てGaAlAsを用いた800nm帯の半導体レーザについて説明
したが、活性層にInGaAsPを用いた1μm帯の半導体レー
ザ、AlGaInPの赤色半導体レーザ、ZnSSeの青緑色半導体
レーザに応用しても、同様の効果が得られた。

【００３３】（実施例４）本発明の光フィードバック用
外部共振器鏡を有する自励発振半導体レーザーと波長変
換素子を備えた短波長光発生装置の概略構成図を図９に
示す。本実施例では、波長変換素子として、LiTaO₃結晶
を基板とした周期的分極反転構造を有する導波路型波長
変換デバイスを用いた。

【００３４】分極反転型導波路デバイス６の作製方法に
ついて説明する。非線形光学結晶であるＬｉＴａＯ₃基
板７にＴａのパターンを蒸着とフォトにより幅数μｍの
周期で形成する。次に２６０℃の温度でプロトン交換を
行った後、５５０℃程度の温度で熱処理を行いLiTaO₃基
板７と分極が反対向きに反転した分極反転領域８を形成
する。次に再びＴａによるスリットを形成した後、ピロ
燐酸（２６０℃）中で１４分プロトン交換を行った後、
４２０℃で１分間アニールを行い光導波路９を形成す
る。作製される分極反転型導波路デバイス７は波長860n
mの基本波Ｐ１に対して、光導波路の長さを１０ｍｍ、
基本波Ｐ１のパワーを50ｍＷにしたとき高調波Ｐ２のパ
ワー3ｍＷが得られた。

【００３５】自励発振半導体レーザ１と外部共振器鏡３
は、実施例１と同じ構成であり、自励発振半導体レーザ
１の発振波長は反射型回折格子により860nmに固定され
ている。外部共振器鏡３の０次回折光（反射光）はフォ
ーカシングレンズ５により分極反転型導波路デバイス６
中の光導波路９に結合され、周期的分極反転領域８によ
り波長変換され、光導波路９の出射端面よりブルー光が
得られた。自励発振半導体レーザ１は自励発振してい
て、ピークパワー600mWに対し、平均パワー15mWのブル
ー光が得られた。連続発振の半導体レーザと比較して、
５倍程度の変換効率向上が図れた。

【００３６】（実施例５）本発明の自励発振半導体レー
ザーと光フィードバック用外部共振器鏡の間に、波長変
換素子を備えた短波長光発生装置の概略構成図を図１０
に示す。本実施例では、波長変換素子として、LiTaO₃結
晶を基板とした周期的分極反転構造を有する導波路型波
長変換デバイスを用いた。

【００３７】自励発振半導体レーザー１から出射したレ
ーザー光はN.A.=0.6のコリメートレンズ２により平行光
にされ、分極反転型導波路デバイス７に導かれる。光導
波路９中で半導体レーザ光は、周期的分極反転領域８に
より波長変換され、波長変換された高調波と波長変換さ
れなかった半導体レーザ光が、光導波路９の端面より得
られる。高調波は波長選択ミラー１０により分離され、
半導体レーザ光は外部共振器鏡３に導かれる。外部共振
器鏡３上の回折格子の波長分散効果によりある特定の波
長だけが分極反転型導波路デバイス７の光導波路９に結
合し、自励発振半導体レーザー１の端面に集光され活性
層４に光帰還して自励発振半導体レーザー１の波長が固
定される。回折格子は、次式ピッチｄを持つ直線形状の
回折格子である。

【００３８】ｄ＝λ／（２sinθ）（１）本実施例においては、λ（ＬＤの発振波長）＝0.86μm
に対し、ｄ＝0.86μm、θ＝30゜とした。本実施例では
外部共振器鏡３の回折効率は90％程度である。

【００３９】この時自励発振半導体レーザ１は自励発振
を起こし、図４(b)のような単一縦モードが得られ、ピ
ークパワー600mW程度のパルス発振光が得られ、平均パ
ワー20mWのブルー光が得られた。

【００４０】実施例４と比較すると実施例５では、外部
共振器鏡３の損失がなく光導波路９に半導体レーザ光を
結合できるため、より高い変換効率が得られた。

【００４１】（実施例６）実施例４及び５では、光フィ
ードバック用外部共振器として、反射型回折格子を用い
たが、本実施例では分極反転型導波路デバイスの光導波
路上に形成された分布ブラッグ反射器（distributed Br
agg reflector：ＤＢＲ）を光フィードバック用外部共
振器として用いた構成について図１１を用いて説明す
る。

【００４２】まず分布ブラッグ反射器の作製方法につい
て説明する。分極反転領域８と光導波路９が形成された
LiTaO₃基板７上にSiO₂をスパッタで蒸着する。その上に
レジストを塗布し、Arレーザを用いた干渉露光により、
周期4μｍの２次のグレーティングを形成する。現像し
た後、ドライエッチングでSiO2をエッチングし、分布ブ
ラッグ反射器を形成する。

【００４３】自励発振半導体レーザ１から出射された光
はフォーカシングレンズ５により分極反転型導波路デバ
イス６中の光導波路９に結合される。光導波路９中を伝
播する光は分布ブラッグ反射器１１で、ある特定の波長
が反射し、再び光導波路９を伝播し、自励発振半導体レ
ーザ１の活性層４に光帰還し、発振波長は固定される。
光導波路９を伝播する光は周期的分極反転領域８により
波長変換され、光導波路９の出射端面よりブルー光が得
られた。自励発振半導体レーザ１は自励発振していて、
ピークパワー600mWに対し、平均パワー15mWのブルー光
が得られた。連続発振の半導体レーザと比較して、５倍
程度の変換効率向上が図れた。

【００４４】本実施例では、光フィードバック用外部共
振器が分極反転型導波路デバイス上に集積化されている
ため、機械的にも安定に光フィードバックが行える。ま
た、光学調整も容易である。

【００４５】本実施例４、５、及び６では、活性層とし
てGaAlAsを用いた800nm帯の半導体レーザについて説明
したが、活性層にInGaAsPを用いた1μm帯の半導体レー
ザ、AlGaInPの赤色半導体レーザ、ZnSSeの青緑色半導体
レーザに応用しても、同様の効果が得られた。この場
合、波長変換素子である分極反転構造を有する導波路型
波長変換デバイスの分極反転周期を変更する必要があ
る。それぞれの半導体レーザ光の波長と位相整合波長が
一致するように、分極反転領域の周期を設計することに
より、800nm帯と同様に、変換効率の向上が図れた。

【００４６】実施例７以降では、過飽和吸収領域と、活
性層を有する活性領域と、光フィードバック領域を同一
基板上に集積化した半導体レーザについて説明する。

【００４７】（実施例７）本発明の可飽和吸収領域と、
活性層を有する活性領域と、光フィードバック領域を備
えたＤＢＲ自励発振半導体レーザの構造を図１２に示
す。活性層Ｂ５を有する活性領域と、光導波層Ｂ１２と
ＤＢＲ部Ｂ１３を有する光フィードバック部から構成さ
れる。

【００４８】作製方法を図１３を用いて説明する。ｎ型
のGaAs基板Ｂ１上に、n-GaAsのバッファー層Ａ２、n-ク
ラッド層Ａ３、活性層Ｂ４、p-クラッド層Ｂ５、p-GaAl
As層Ｂ６および電流ブロック層Ｂ７を順次MOVPE法によ
り堆積する。活性層Ａ４はGaAlAsとGaAsの多重量子井戸
（ＭＱＷ）構造になっている。（参照(a)）次に、SiN_x
Ｂ１６を堆積し、ホトリソグラフィー技術とエッチング
技術を用いて、約4μｍのSiN_xのストライプを形成す
る。（参照(b)）化学的ウェットエッチングにより、電
流ブロック層Ｂ７を図(c)のように形成する。（参照
(c)）活性層Ｂ４はGaAlAsとGaAsの多重量子井戸構造に
なっているため、レーザ発振光に対して吸収がある。そ
のため、光フィードバック領域Ｂ１５での活性層Ｂ４の
吸収を取り除く必要がある。図(d)(e)において、さらに
SiO₂Ｂ１７を堆積し、ホトリソグラフィー技術とエッチ
ング技術を用いて光フィードバック領域Ｂ１５のみSiO₂
Ｂ１７を取り除く。SiO₂とSiN_xのHF:NH₄Fに対するエッ
チングレートはそれぞれ200nm/min、20nm/minであるこ
とを利用している。次に、Ｚｎを気相拡散または固相拡
散する。（参照(f)）Ｚｎが活性層Ｂ４に拡散すると、
活性層Ｂ４内のGaAlAs／GaAs多重量子井戸が無秩序化さ
れる。そのため、レーザ発振光に対して透明な光導波層
Ｂ１２が形成される。次にHe-Cdレーザを用いた干渉露
光法により、波長860nmに対する２次のグレーティング
（ＤＢＲ部Ｂ１３）をp-GaAlAs層上に形成する。（参照
(g)）以上の工程が終わると、SiN_xをエッチングにより
除去し、再びMOVPE法により、クラッド層Ｂ８およびコ
ンタクト層Ｂ９を堆積する。最後に、ｐ側電極Ｂ１０と
ｎ側電極Ｂ１１を形成する（参照(h)）。

【００４９】本実施例のＤＢＲ自励発振半導体レーザ
は、電流ブロック層Ｂ７はレーザー発振光に対し透明で
あり、また屈折率が周りより小さく、実屈折率導波路を
形成している。また非常に小さな屈折率差であるため、
レーザ発振領域が電流注入幅よりも大きくなっている。
それゆえ、電流ブロック層Ｂ７下の活性層Ｂ４に、大き
な過飽和吸収が起こる。活性層Ｂ４に電流が注入される
と、端面と光フィードバック領域Ｂ１５の間の活性領域
Ｂ１４で自励発振が起こった。得られた半導体レーザの
特性は、図３に示すような125ps程度の半値幅を有し、
ピークパワー600mW程度であった。発振縦モードスペク
トルは図５に示すような、単一縦モードであった。

【００５０】（実施例８）本発明の可飽和吸収領域と、
活性層を有する活性領域と、光フィードバック領域を備
えたＤＢＲ自励発振半導体レーザの構造を図１４に示
す。活性層Ｂ５を有する活性領域と、光導波層Ｂ１２と
ＤＢＲ部Ｂ１３を有する光フィードバック部から構成さ
れる。本実施例では、ＤＢＲ部Ｂ１３を電流ブロック層
上に形成した構成について説明する。

【００５１】作製方法を図１５を用いて説明する。ｎ型
のGaAs基板Ｂ１上に、n-GaAsのバッファー層Ｂ２、n-ク
ラッド層Ｂ３、活性層Ｂ４、p-クラッド層Ｂ５、および
電流ブロック層Ｂ７を順次MOVPE法により堆積する。活
性層Ｂ４はGaAlAsとGaAsの多重量子井戸構造になってい
る。（参照(a)）次に、SiO₂Ｂ１８を堆積し、ホトリソ
グラフィー技術とエッチング技術を用いて、約4μｍのS
iO₂のストライプを形成する。（参照(b)）化学的ウェッ
トエッチングにより、電流ブロック層Ｂ７を図(c)のよ
うに形成する。（参照(c)）活性層Ｂ４はGaAlAsとGaAs
のＭＱＷ構造になっているため、レーザ発振光に対して
吸収がある。そのため、光フィードバック領域Ｂ１５で
の活性層Ｂ４の吸収を取り除く必要がある。図(d)(e)に
おいて、再びSiO₂Ｂ１９を堆積し、ホトリソグラフィー
技術とエッチング技術を用いて光フィードバック領域Ｂ
１５のみSiO₂を取り除く。次に、Ｚｎを気相拡散または
固相拡散する。（参照(f)）Ｚｎが活性層Ｂ４に拡散す
ると、活性層Ｂ４内のGaAlAs／GaAs多重量子井戸構造が
無秩序化される。そのため、レーザ発振光に対して透明
な光導波層Ｂ１２が形成される。次にHe-Cdレーザを用
いた干渉露光法により、波長860nmに対する２次のグレ
ーティング（ＤＢＲ部Ｂ１３）を電流ブロック層Ｂ７に
形成する。P-クラッド層Ｂ５上に形成されたグレーティ
ングはクラード層Ｂ８により埋められるため、グレーテ
ィングとして機能しない。（参照(g)）以上の工程が終
わると、SiO₂をエッチングにより除去し、再びMOVPE法
により、クラッド層Ｂ８およびコンタクト層Ｂ９を堆積
する。最後に、ｐ側電極Ｂ１０とｎ側電極Ｂ１１を形成
する（参照(h)）。

【００５２】本実施例のＤＢＲ自励発振半導体レーザ
は、電流ブロック層Ｂ７はレーザー発振光に対し透明で
あり、また屈折率が周りより小さく、実屈折率導波路を
形成している。また非常に小さな屈折率差であるため、
レーザ発振領域が電流注入幅よりも大きくなっている。
それゆえ、電流ブロック層Ｂ７下の活性層Ｂ４に、大き
な過飽和吸収が起こる。活性層Ｂ４に電流が注入される
と、端面と光フィードバック領域Ｂ１５の間の活性領域
Ｂ１４で自励発振が起こった。得られた半導体レーザの
特性は、図３に示すような125ps程度の半値幅を有し、
ピークパワー600mW程度であった。発振縦モードスペク
トルは図５に示すような、単一縦モードであった。

【００５３】本実施例で形成されるＤＢＲ部は、実施例
７で形成されるＤＢＲ部よりも、モードの結合が小さい
ため、フィードバック効率も小さい。そのため、ＤＢＲ
部を長くできる。結果として、ＤＢＲの波長許容度を狭
くできるため、より安定な単一縦モードが達成できた。

【００５４】（実施例９）実施例８及び実施例９では、
光フィードバック領域Ｂ１５の活性層Ｂ４がレーザ発振
光に対する損失を低減するため、Ｚｎを拡散させ多重量
子井戸を無秩序化させ、光導波層Ｂ１２を形成した。

【００５５】本実施例では、ＤＢＲ部Ｂ１３のフィード
バック波長を活性層Ｂ４のゲインピーク波長より長波長
側にデチューニングさせることにより、光フィードバッ
ク領域Ｂ１５の活性層の損失を低減し光導波層を形成し
た構成について、図１６および図１７を用いて説明す
る。

【００５６】作製方法は、図１３において、図(f)のＺ
ｎ拡散工程と図(g)ＤＢＲ部作製工程以外を除いて、実
施例７の図１２の自励発振半導体レーザと同じである。
図１６の自励発振半導体レーザの作製において、Ｚｎ拡
散工程を介さない。また、本実施例のＤＢＲ部Ｂ１３作
製において、He-Cdレーザを用いた干渉露光法により、
波長875nmに対する２次のグレーティング（ＤＢＲ部Ｂ
１３）をp-GaAlAs層上に形成する。この時、活性層Ｂ４
のゲインピーク波長は、860nmであった。この様子を、
図１７(a)に示す。この時の波長に対する活性層Ｂ４の
損失を図１７(b)に示す。このように、発振波長を光フ
ィードバック領域Ｂ１５のＤＢＲ部Ｂ１３により長波長
側にシフトさせると、光導波層Ｂ２０内の損失を低減で
きた。

【００５７】本実施例のＤＢＲ自励発振半導体レーザの
活性層Ｂ４に電流注入されると、端面と光フィードバッ
ク領域Ｂ１５の間の活性領域Ｂ１４で自励発振が起こっ
た。得られた半導体レーザの特性は、図３に示すような
125ps程度の半値幅を有し、ピークパワー400mW程度であ
った。発振縦モードスペクトルは図５に示すような、単
一縦モードであった。

【００５８】実施例７および実施例８の光導波層に比べ
て、本実施例の光導波層の損失は少し大きいため、得ら
れるパワーが低減した。しかしながら、本実施例では、
Ｚｎ拡散工程がないため、容易に光導波層を作製でき、
自励発振半導体レーザを実現できた。

【００５９】（実施例１０）実施例７、実施例８および
実施例９では、可飽和吸収領域と、活性層を有する活性
領域と、光フィードバック領域を備えたＤＢＲ自励発振
半導体レーザにおいて、電流ブロック層がn-GaAlAsから
成り、実屈折率導波路を有する構成について説明した。
本実施例では、電流ブロック層がn-GaAsから成るロスガ
イドを有する図１８に示すＤＢＲ自励発振半導体レーザ
について説明する。

【００６０】作製方法を図１９を用いて説明する。ｎ型
のGaAs基板Ｃ１上に、n-GaAsのバッファー層Ｃ２、n-ク
ラッド層Ｃ３、活性層Ｃ４、およびp-クラッド層Ｃ５を
順次MOVPE法により堆積する。活性層Ｃ４はGaAlAsとGaA
sのＭＱＷ構造になっている（参照(a)）。

【００６１】次に、SiN_xＣ１６を堆積し、ホトリソグラ
フィー技術とエッチング技術を用いて、約4μｍのSiN_x
のストライプを形成する（参照(b)）。化学的ウェット
エッチングにより、p-クラッド層Ｃ５を図(c)のように
形成する（参照(c)）。活性層Ｃ４はGaAlAsとGaAsの多
重量子井戸構造になっているため、レーザ発振光に対し
て吸収がある。そのため、光フィードバック領域Ｃ１５
での活性層Ｃ４の吸収を取り除く必要がある。図(d)(e)
において、SiO₂Ｃ１６を堆積し、ホトリソグラフィー技
術とエッチング技術を用いて光フィードバック領域Ｃ１
５のみSiO₂を取り除く。次に、Ｚｎを気相拡散または固
相拡散する（参照(f)）。Ｚｎが活性層Ｃ４に拡散する
と、活性層Ｃ４内のGaAlAs／GaAs多重量子井戸構造が無
秩序化される。そのため、レーザ発振光に対して透明な
光導波層Ｃ１１が形成される。次にHe-Cdレーザを用い
た干渉露光法により、波長860nmに対する２次のグレー
ティング（ＤＢＲ部Ｂ１２）をp-クラッド層Ｃ５上に形
成する（参照(g)）。その上にn-GaAs電流ブロック層Ｃ
６を堆積する。n-GaAsとp-GaAlAsの屈折率差によりグレ
ーティングが形成される（参照(h)）。

【００６２】以上の工程が終わると、SiN_xをエッチング
により除去し、再びMOVPE法により、Ｃ７クラッド層お
よびコンタクト層Ｃ８を堆積する。最後に、ｐ側電極Ｃ
９とｎ側電極Ｃ１０を形成する（参照(i)）。本実施例
の構成では、電流ブロック層下に可飽和吸収領域が得ら
れないので、可飽和吸収領域を作製する必要がある。可
飽和吸収領域を得るための方法として、図１８に示すよ
うに、電極Ｃ９およびＣ１０を活性領域よりも小さな領
域に作製することにより活性層Ｃ４内に可飽和吸収領域
Ｃ１３を形成することができた。

【００６３】本実施例のＤＢＲ自励発振半導体レーザの
活性層Ｃ４に電流注入されると、端面と光フィードバッ
ク領域Ｃ１５の間の活性領域Ｂ１４で自励発振が起こっ
た。得られた半導体レーザの特性は、図３に示すような
125ps程度の半値幅を有し、ピークパワー400mW程度であ
った。発振縦モードスペクトルは図５に示すような、単
一縦モードであった。

【００６４】また光フィードバック領域Ｃ１５中の光導
波層Ｃ１１をＺｎ拡散により作製したが、実施例９のよ
うにＤＢＲ部Ｃ１２のフィードバック波長を活性層Ｃ４
のゲインピーク波長より長波長側に設計することでも、
光導波層が形成でき、本実施例と同様の効果が得られ
た。

【００６５】（実施例１１）実施例１０では、p-クラッ
ド層Ｃ５とn-GaAs電流ブロック層Ｃ６の屈折率差を利用
して、ＤＢＲ部Ｃ１２のグレーティングを作製した。本
実施例では、p-クラッド層Ｃ５上に組成の異なるp-GaAl
As層Ｃ１６を堆積し、この屈折率差を利用してＤＢＲ部
Ｃ１２を形成した構成について図２０を用いて説明す
る。

【００６６】作製方法は、実施例１０の自励発振半導体
レーザの作製方法（参照図１９）と同じである。異なる
点は、図(g)においてp-クラッド層Ｃ５上にＤＢＲ部Ｃ
１２を作製後、図(h)においてＤＢＲ部Ｃ１２上にまずp
-GaAlAs層Ｃ１６を堆積し、その上に電流ブロック層Ｃ
６を形成した。ここで、GaAlAsの組成比は、０＜ｘ＜
ｚ，０＜ｙ＜ｚ、とする。

【００６７】実施例１０と同様に、ＤＢＲ自励発振半導
体レーザの活性層Ｃ４に電流注入されると、端面と光フ
ィードバック領域Ｃ１５の間の活性領域Ｂ１４で自励発
振が起こった。得られた半導体レーザの特性は、図３に
示すような125ps程度の半値幅を有し、ピークパワー600
mW程度であった。発振縦モードスペクトルは図５に示す
ような、単一縦モードであった。実施例１０ではGaAsと
GaAlAsのグレーティングを形成しているため、GaAlAsの
吸収が存在する。本実施例では、GaAlAsの組成を変え
て、グレーティングを形成しているため、レーザ発振光
に対する吸収はなく、得られるパワーも向上した。

【００６８】また光フィードバック領域Ｃ１５中の光導
波層Ｃ１１をＺｎ拡散により作製したが、実施例９のよ
うにＤＢＲ部Ｃ１２のフィードバック波長を活性層Ｃ４
のゲインピーク波長より長波長側に設計することでも、
光導波層が形成でき、本実施例と同様の効果が得られ
た。

【００６９】（実施例１２）実施例７から１１に示した
ように、光フィードバック領域中のの光導波層の損失を
低減することが必要である。本実施例では、図２１に示
すような光フィードバック領域にあらためて光導波層を
形成し、活性領域中の活性層と光結合した構成について
説明する。

【００７０】作製方法を図２２を用いて説明する。ｎ型
のGaAs基板Ｂ１上に、n-GaAsのバッファー層Ｂ２、n-ク
ラッド層Ｂ３、活性層Ｂ４、p-クラッド層Ｂ５、p-GaAl
As層Ｂ６および電流ブロック層Ｂ７を順次MOVPE法によ
り堆積する。活性層Ｂ４はGaAlAsとGaAsのＭＱＷ構造に
なっている（参照(a)）。次にSiN_xＢ２２を堆積し、ホ
トリソグラフィー技術とエッチング技術を用いて、活性
領域Ｂ１４上のみSiN₂を形成する（参照(b)(c)）。化学
的ウェットエッチングにより、光フィードバック領域Ｂ
１５上の電流ブロック層Ｂ７、p-GaAlAs層Ｂ６、p-クラ
ッド層Ｂ５、活性層Ｂ４およびn-クラッド層Ｂ３の途中
まで除去する（参照(c)）。再び、n-クラッド層Ｂ３、
光導波層Ｂ２１、p-クラッド層Ｂ５、p-GaAlAs層Ｂ６お
よび電流ブロック層Ｂ７を順次MOVPE法により堆積す
る。光導波層Ｂ２１はGa_0.85Al_0.15Asの組成であり、ク
ラッド層Ｂ３およびＢ５よりも屈折率が大きくなってい
る（参照(d)）。活性領域上のSiN_xＢ２２をエッチング
除去し、今度はSiN_xＢ２３を堆積し、ホトリソグラフィ
ー技術とエッチング技術を用いて、約4μｍのSiN_xのス
トライプを形成する（参照(f)）。化学的ウェットエッ
チングにより、電流ブロック層Ｂ７を図(g)のように形
成する（参照(g)）。SiO₂Ｂ２４を堆積し、ホトリソグ
ラフィー技術とエッチング技術を用いて光フィードバッ
ク領域Ｂ１５のみSiO₂Ｂ２４を取り除く（参照(h)
(i)）。SiO₂とSiN_xのHF:NH₄Fに対するエッチングレート
はそれぞれ200nm/min、20nm/minであることを利用して
いる。次にHe-Cdレーザを用いた干渉露光法により、波
長860nmに対する２次のグレーティング（ＤＢＲ部Ｂ１
３）をp-GaAlAs層Ｂ６上に形成する（参照(j)）。

【００７１】以上の工程が終わると、SiN_xをエッチング
により除去し、再びMOVPE法により、クラッド層Ｂ８お
よびコンタクト層Ｂ９を堆積する。最後に、ｐ側電極Ｂ
１０とｎ側電極Ｂ１１を形成する（参照(k)）。

【００７２】本実施例のＤＢＲ自励発振半導体レーザ
は、電流ブロック層Ｂ７はレーザー発振光に対し透明で
あり、また屈折率が周りより小さく、実屈折率導波路を
形成している。また非常に小さな屈折率差であるため、
レーザ発振領域が電流注入幅よりも大きくなっている。
それゆえ、電流ブロック層Ｂ７下の活性層Ｂ４に、大き
な過飽和吸収が起こる。活性層Ｂ４に電流が注入される
と、端面と光フィードバック領域Ｂ１５の間の活性領域
Ｂ１４で自励発振が起こった。得られた半導体レーザの
特性は、図３に示すような125ps程度の半値幅を有し、
ピークパワー600mW程度であった。発振縦モードスペク
トルは図５に示すような、単一縦モードであった。

【００７３】本実施例のＤＢＲ自励発振半導体レーザ
は、作製上多くの工程を有するが、Ga _0.85Al_0.15As光導
波層２１はレーザ発振光に対し透明であるうえ、大きな
屈折率変化を有するため損失の小さな閉じ込めのよい光
導波層が形成でき、得られるパワーも向上できる。

【００７４】本実施例７、８、９、１０、１１及び１２
では、活性層としてGaAlAsを用いた800nm帯の半導体レ
ーザについて説明したが、活性層にInGaAsPを用いた1μ
m帯の半導体レーザ、AlGaInPの赤色半導体レーザ、ZnSS
eの青緑色半導体レーザに応用しても、同様の効果が得
られた。

【００７５】（実施例１３）実施例７から１２に示すＤ
ＢＲ自励発振半導体レーザは、活性領域と光フィードバ
ック領域を有するため、縦モードスペクトルが単一で且
つ、自励発振するため大きなピークパワーが得られる。
波長変換素子は、ピークパワーの２乗に比例した変換効
率が得られる。また、実施例４に示すような、LiTaO₃結
晶を基板とした周期的分極反転構造を有する導波路型波
長変換デバイスは、位相整合に対する波長許容度が0.1n
m程度と小さい。このため、基本波として光フィードバ
ック領域を有するＤＢＲ自励発振半導体レーザを用いる
と、容易に高出力の短波長光が得られる。図２３に光フ
ィードバック領域を有するＤＢＲ自励発振半導体レーザ
と、波長変換素子としてLiTaO₃を基板とした導波路型波
長変換デバイスから構成される短波長光発生装置を示
す。

【００７６】図２３において、１２はＤＢＲ自励発振半
導体レーザ、１３はコリメートレンズ、１４は半波長
板、１５はフォーカシングレンズ、１６はLiTaO₃を基板
とした周期的分極反転構造を有する導波路型波長変換デ
バイスである。

【００７７】ＤＢＲ自励発振半導体レーザ１２より出射
された波長860nmの光は、コリメートレンズ１３とフォ
ーカシングレンズ１５により、導波路型波長変換デバイ
ス１６の光導波路１７に結合する。半波長板１４は、Ｄ
ＢＲ自励発振半導体レーザと光導波路１７の横モードマ
ッチングを最大にするよう設置されている。光導波路１
７に結合された光は、周期的分極反転領域１８により波
長430nmの光に波長変換される。ＤＢＲ自励発振半導体
レーザ１２は、光フィードバック領域により発振波長が
固定されているため、戻り光などに対しても安定であ
る。そのため、導波路型波長変換素子の位相整合波長86
0nmに安定に固定されているため、ブルー光出力も安定
に得られた。ＤＢＲ自励発振半導体レーザ１２は自励発
振し、ピークパワー600mWに対し、平均パワー20mWのブ
ルー光が得られた。連続発振の半導体レーザと比較し
て、５倍程度の変換効率向上が図れた。

【００７８】本実施例では実施例４および５とは異な
り、外部にグレーティングを持たず、光フィードバック
領域が半導体レーザに集積化されているため、機械的振
動に対しても長時間安定にブルー光が得られた。

【００７９】なお実施例では、導波路型波長変換デバイ
スとして、LiTaO₃基板上に作製されたものを用いたが、
基板としてLiNbO₃やKTiOPO₄結晶を用いても同様の効果
が得られた。また、導波路型波長変換デバイスの代わり
に、バルク型波長変換デバイスを用いても同様の効果が
得られた。

【００８０】本実施例４、５、及び６では、活性層とし
てGaAlAsを用いた800nm帯の半導体レーザについて説明
したが、活性層にInGaAsPを用いた1μm帯の半導体レー
ザ、AlGaInPの赤色半導体レーザ、ZnSSeの青緑色半導体
レーザに応用しても、同様の効果が得られた。この場
合、波長変換素子である分極反転構造を有する導波路型
波長変換デバイスの分極反転周期を変更する必要があ
る。それぞれの半導体レーザ光の波長と位相整合波長が
一致するように、分極反転領域の周期を設計することに
より、800nm帯と同様に、変換効率の向上が図れた。

【００８１】

【発明の効果】本発明は、外部共振器鏡やＤＢＲを光フ
ィードバックさせ、自励発振半導体レーザの縦モード単
一化を実現できるため、容易に単一縦モードのパルス発
振光が得られる。パルス駆動用高周波モジュールを必要
とせずにパルス発振光が得られ、低コスト化、低電力化
も実現できる。

【００８２】また、光フィードバック用ＤＢＲ部を自励
発振半導体レーザに集積化したり、半導体レーザに可飽
和吸収領域と光フィードバック用ＤＢＲ部を集積化する
ことで、小型で機械的振動にも安定な単一縦モードのパ
ルス発振光が容易に得られる。

【００８３】光フィードバックを有する自励発振半導体
レーザやＤＢＲ自励発振半導体レーザは、波長許容度が
狭く、変換効率向上のためピークパワーを必要とする、
波長変換の基本波光源として用いると、高出力且つ低ノ
イズの短波長光現を実現でき、その実用的効果は大き
い。特にLiTaO₃やLiNbO₃やKTiOPO₄を基板とした周期的
分極反転領域を有する導波路型波長変換デバイスに、Ｄ
ＢＲ自励発振半導体レーザから得られる光を結合する
と、２０ｍＷ程度のブルー出力を容易に得ることがで
き、録再用光ディスクにも応用できるため、利用範囲は
非常に広い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の外部共振器鏡を有する自励発振半導体
レーザの概略構成図

【図２】自励発振半導体レーザの構造図

【図３】本発明の自励発振半導体レーザの時間スペクト
ル図

【図４】従来の自励発振半導体レーザの縦モードスペク
トル図

【図５】本発明の自励発振半導体レーザの縦モードスペ
クトル図

【図６】本発明の外部共振器鏡を有する自励発振半導体
レーザーの概略構成図

【図７】本発明の外部共振器鏡を有する自励発振半導体
レーザーの概略構成図

【図８】本発明の外部共振器鏡基板上の回折格子の設計
原理図

【図９】本発明の外部共振器鏡を有する自励発振半導体
レーザーと導波路型波長変換デバイスを備えた短波長光
発生装置概略構成図

【図１０】本発明の外部共振器鏡を有する自励発振半導
体レーザーと導波路型波長変換デバイスを備えた短波長
光発生装置の概略構成図

【図１１】本発明の自励発振半導体レーザーと分布ブラ
ッグ反射器を有する導波路型波長変換デバイスを備えた
短波長光発生装置概略構成図

【図１２】本発明の光フィードバック領域を有するＤＢ
Ｒ自励発振半導体レーザーの構造図

【図１３】本発明の光フィードバック領域を有するＤＢ
Ｒ自励発振半導体レーザーの作製方法を説明する図

【図１４】本発明の光フィードバック領域を有するＤＢ
Ｒ自励発振半導体レーザーの構造図

【図１５】本発明の光フィードバック領域を有するＤＢ
Ｒ自励発振半導体レーザーの作製方法を説明する図

【図１６】本発明の光フィードバック領域を有するＤＢ
Ｒ自励発振半導体レーザーの構造図

【図１７】本発明のデチューニングにより光フィードバ
ック領域内の光導波層の損失を低減する方法を説明する
図

【図１８】本発明の光フィードバック領域を有するＤＢ
Ｒ自励発振半導体レーザーの構造図

【図１９】本発明の光フィードバック領域を有するＤＢ
Ｒ自励発振半導体レーザーの作製方法を説明する図

【図２０】本発明の光フィードバック領域を有するＤＢ
Ｒ自励発振半導体レーザーの構造図

【図２１】本発明の光フィードバック領域を有するＤＢ
Ｒ自励発振半導体レーザーの構造図

【図２２】本発明の光フィードバック領域を有するＤＢ
Ｒ自励発振半導体レーザーの作製方法を説明する図

【図２３】本発明のＤＢＲ自励発振半導体レーザと導波
路型波長変換デバイスを備えた短波長光発生装置の概略
構成図

【図２４】周期的分極反転領域を有する導波路型波長変
換デバイスの構造図

【図２５】外部共振器鏡を有する半導体レーザの概略構
成図

【符号の説明】

１自励発振半導体レーザ２コリメートレンズ３外部共振器鏡４活性層５外部共振器鏡６フォーカシングレンズ７ LiTaO₃基板８分極反転領域９光導波路１０波長選択ミラー１１分布ブラッグ反射器１２ＤＢＲ自励発振半導体レーザ１３コリメートレンズ１４半波長板１５フォーカシングレンズ１６導波路型波長変換デバイス１７光導波路１８分極反転領域１９ LiTaO₃基板２０分極反転領域２１光導波路２２半導体レーザ２３コリメートレンズ２４外部共振器鏡２５活性層Ａ１ n-GaAs基板Ａ２ n-GaAsバッファー層Ａ３ n-Ga_0.6Al_0.4Asクラッド層Ａ４ＭＱＷ活性層Ａ５ p-Ga_0.6Al_0.4Asクラッド層Ａ６ n-Ga_0.55Al_0.45As電流ブロック層Ａ７ p-Ga_0.6Al_0.4Asクラッド層Ａ８ p-GaAsコンタクト層Ａ９ｎ側電極Ａ１０ｐ側電極Ｂ１ n-GaAs基板Ｂ２ n-GaAsバッファー層Ｂ３ n-Ga_0.6Al_0.4Asクラッド層Ｂ４ＭＱＷ活性層Ｂ５ p-Ga_0.6Al_0.4Asクラッド層Ｂ６ p-Ga_0.85Al_0.15As層Ｂ７ n-Ga_0.55Al_0.45As電流ブロック層Ｂ８ p-Ga_0.6Al_0.4Asクラッド層Ｂ９ p-GaAsコンタクト層Ｂ１０ｐ側電極Ｂ１１ｎ側電極Ｂ１２光導波層Ｂ１３ＤＢＲ部Ｂ１４活性領域Ｂ１５光フィードバック領域Ｂ１６ SiN_x Ｂ１７ SiO₂ Ｂ１８ SiO₂ Ｂ１９ SiO₂ Ｂ２０光導波層Ｂ２１ Ga_0.8Al_0.2As光導波層Ｂ２２ SiN_x Ｂ２３ SiN_x Ｂ２４ SiO₂ Ｃ１ n-GaAs基板Ｃ２ n-GaAsバッファー層Ｃ３ n-Ga_xAl_1-xAsクラッド層Ｃ４ＭＱＷ活性層Ｃ５ p-Ga_xAl_1-xAsクラッド層Ｃ６ n-GaAs電流ブロック層Ｃ７ p-Ga_yAl_1-yAsクラッド層Ｃ８ p-GaAsコンタクト層Ｃ９ｐ側電極Ｃ１０ｎ側電極Ｃ１１光導波層Ｃ１２ＤＢＲ部Ｃ１３可飽和吸収領域Ｃ１４活性領域Ｃ１５光フィードバック領域Ｃ１６ SiN_x Ｃ１７ SiO₂ Ｃ１ n-GaAs基板Ｃ２ n-GaAsバッファー層Ｃ３ n-Ga_xAl_1-xAsクラッド層Ｃ４ＭＱＷ活性層Ｃ５ p-Ga_xAl_1-xAsクラッド層Ｃ６ n-GaAs電流ブロック層Ｃ７ p-Ga_yAl_1-yAsクラッド層Ｃ８ p-GaAsコンタクト層Ｃ９ｐ側電極Ｃ１０ｎ側電極Ｃ１１光導波層Ｃ１２ＤＢＲ部Ｃ１３可飽和吸収領域Ｃ１４活性領域Ｃ１５光フィードバック領域Ｃ１６ SiN_x Ｃ１７ SiO₂

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鬼頭雅弘大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも過飽和吸収領域と活性層を有す
る半導体レーザと、光フィードバック用外部共振器を備
えたことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】半導体レーザが自励発振（self-sustained
pulsation）し、且つ外部共振器鏡により光フィードバ
ックされた波長近傍で発振することを特徴とする請求項
１記載の半導体レーザー装置。
【請求項３】活性層の組成が、Ｇａ_xＡｌ_1-xＡｓである
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】活性層の組成が、ＡｌＧａＩｎＰであるこ
とを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】活性層の組成が、ＩｎＧａＡｓＰであるこ
とを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】活性層の組成が、ＺｎＳＳｅであることを
特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】光フィードバック用外部共振器が、反射型
グレーティングであることを特徴とする請求項１記載の
半導体レーザ装置。
【請求項８】光フィードバック用外部共振器が、分布ブ
ラッグ反射器（distributed Bragg reflector:ＤＢＲ）
であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装
置。
【請求項９】少なくとも過飽和吸収領域と活性層を有す
る半導体レーザと、光フィードバック用外部共振器と、
波長変換素子とを備えたことを特徴とする短波長光発生
装置。
【請求項１０】半導体レーザが自励発振（self-sustain
ed pulsation）し、且つ外部共振器鏡により光フィード
バックされた波長近傍で発振することを特徴とする請求
項９記載の短波長光発生装置。
【請求項１１】活性層の組成が、Ｇａ_xＡｌ_1-xＡｓであ
ることを特徴とする請求項９記載の短波長光発生装置。
【請求項１２】活性層の組成が、ＡｌＧａＩｎＰである
ことを特徴とする請求項９記載の短波長光発生装置。
【請求項１３】活性層の組成が、ＩｎＧａＡｓＰである
ことを特徴とする請求項９記載の短波長光発生装置。
【請求項１４】活性層の組成が、ＺｎＳＳｅであること
を特徴とする請求項９記載の短波長光発生装置。
【請求項１５】光フィードバック用外部共振器が、反射
型グレーティングであることを特徴とする請求項９記載
の短波長光発生装置。
【請求項１６】光フィードバック用外部共振器が、分布
ブラッグ反射器（distributed Bragg reflector:ＤＢ
Ｒ）であることを特徴とする請求項９記載の短波長光発
生装置。
【請求項１７】波長変換素子が周期的分極反転構造を有
し、擬位相整合方式（ＱＰＭ）の位相整合により、半導
体レーザ光が波長変換されることを特徴とする請求項９
記載の短波長光発生装置。
【請求項１８】波長変換素子の基板がＬｉＮｂ_xＴａ_1ーx
O₃（０≦ｘ≦１）結晶であることを特徴とする請求項１
７記載の短波長光発生装置。
【請求項１９】少なくとも過飽和吸収領域と、活性層を
有する活性領域と、光フィードバック領域を備え、前記
可飽和吸収領域と前記活性領域と前記光フィードバック
領域が同一基板上に集積化されていることを特徴とする
半導体レーザ。
【請求項２０】自励発振（self-sustained pulsation）
し、且つ光フィードバック領域により光フィードバック
された波長近傍で単一縦モードで発振することを特徴と
する請求項１９記載の半導体レーザー。
【請求項２１】活性層の組成が、Ｇａ_xＡｌ_1-xＡｓであ
ることを特徴とする請求項１９記載の半導体レーザ。
【請求項２２】活性層の組成が、ＡｌＧａＩｎＰである
ことを特徴とする請求項１９記載の半導体レーザ。
【請求項２３】活性層の組成が、ＩｎＧａＡｓＰである
ことを特徴とする請求項１９記載の半導体レーザ。
【請求項２４】活性層の組成が、ＺｎＳＳｅであること
を特徴とする請求項１９記載の半導体レーザ。
【請求項２５】光フィードバック領域に、周期構造を有
する分布ブラッグ反射器（distributed Bragg reflecto
r:ＤＢＲ）が形成されていることを特徴とする請求項１
９記載の半導体レーザ。
【請求項２６】少なくとも過飽和吸収領域と、活性層を
有する活性領域と、光フィードバック領域を備え、前記
可飽和吸収領域と前記活性領域と前記光フィードバック
領域が同一基板上に集積化された半導体レーザと、波長
変換素子を備えたことを特徴とする短波長光発生装置。
【請求項２７】半導体レーザが自励発振（self-sustain
ed pulsation）し、且つ光フィードバック領域により光
フィードバックされた波長近傍で単一縦モードで発振す
ることを特徴とする請求項２６記載の短波長光発生装
置。
【請求項２８】活性層の組成が、Ｇａ_xＡｌ_1-xＡｓであ
ることを特徴とする請求項２６記載の短波長光発生装
置。
【請求項２９】活性層の組成が、ＡｌＧａＩｎＰである
ことを特徴とする請求項２６記載の短波長光発生装置。
【請求項３０】活性層の組成が、ＩｎＧａＡｓＰである
ことを特徴とする請求項２６記載の短波長光発生装置。
【請求項３１】活性層の組成が、ＺｎＳＳｅであること
を特徴とする請求項２６記載の短波長光発生装置。
【請求項３２】光フィードバック領域に、周期構造を有
する分布ブラッグ反射器（distributed Bragg reflecto
r:ＤＢＲ）が形成されていることを特徴とする請求項第
２６記載の短波長光発生装置。
【請求項３３】波長変換素子が分極反転構造を有し、擬
位相整合方式（ＱＰＭ）の位相整合により、半導体レー
ザ光が波長変換されることを特徴とする請求項２６記載
の短波長光発生装置。
【請求項３４】波長変換素子の基板がＬｉＮｂ_xＴａ_1ーx
O₃（０≦ｘ≦１）結晶であることを特徴とする請求項３
３記載の短波長光発生装置。
【請求項３５】活性領域と光フィードバック領域を有す
る自励発振半導体レーザにおいて、ｎ型のGaAs基板上
に、n-GaAsのバッファー層、n-クラッド層、活性層、p-
クラッド層、p-GaAlAs層および電流ブロック層を堆積す
る第１の工程と、電流ブロック層をエッチングする第２
の工程と、前記光フィードバック領域にＺｎを気相拡散
または固相拡散して光導波層を形成する第３の工程と、
干渉露光法によりＤＢＲ部をp-GaAlAs層に形成する第４
の工程と、クラッド層およびコンタクト層を堆積する第
５の工程と、ｐ側電極及びｎ側電極を形成する第６の工
程を有することを特徴とする自励発振半導体レーザの製
造方法。
【請求項３６】活性領域と光フィードバック領域を有す
る自励発振半導体レーザにおいて、ｎ型のGaAs基板上
に、n-GaAsのバッファー層、n-クラッド層、活性層、p-
クラッド層、および電流ブロック層を堆積する第１の工
程と、電流ブロック層をエッチングする第２の工程と、
前記光フィードバック領域にＺｎを気相拡散または固相
拡散して光導波層を形成する第３の工程と、干渉露光法
によりＤＢＲ部を電流ブロック層に形成する第４の工程
と、クラッド層およびコンタクト層を堆積する第５の工
程と、ｐ側電極及びｎ側電極を形成する第６の工程を有
することを特徴とする自励発振半導体レーザの製造方
法。
【請求項３７】活性領域と光フィードバック領域を有す
る自励発振半導体レーザにおいて、前記光フィードバッ
ク領域に形成されたＤＢＲ部のフィードバック波長が、
前記活性領域の活性層のゲインピーク波長よりも長波長
側に有ることを特徴とする自励発振半導体レーザ。
【請求項３８】活性領域と光フィードバック領域を有す
る自励発振半導体レーザにおいて、ｎ型のGaAs基板上
に、n-GaAsのバッファー層、n-クラッド層、活性層、お
よびp-クラッド層を堆積する第１の工程と、p-クラッド
層Ｃ５をエッチングする第２の工程と、前記光フィード
バック領域にＺｎを気相拡散または固相拡散して光導波
層を形成する第３の工程と、干渉露光法によりＤＢＲ部
をp-クラッド層上に形成する第４の工程と、n-GaAs電流
ブロック層を堆積する第５の工程と、クラッド層および
コンタクト層を堆積する第６の工程と、ｐ側電極とｎ側
電極を形成する第７の工程を有することを特徴とする自
励発振半導体レーザの製造方法。
【請求項３９】活性領域と光フィードバック領域を有す
る自励発振半導体レーザにおいて、ｎ型のGaAs基板上
に、n-GaAsのバッファー層、n-クラッド層、活性層、お
よびp-クラッド層を堆積する第１の工程と、p-クラッド
層Ｃ５をエッチングする第２の工程と、前記光フィード
バック領域にＺｎを気相拡散または固相拡散して光導波
層を形成する第３の工程と、干渉露光法によりＤＢＲ部
をp-クラッド層上に形成する第４の工程と、p-GaAlAs層
およびn-GaAs電流ブロック層を堆積する第５の工程と、
クラッド層およびコンタクト層を堆積する第６の工程
と、ｐ側電極とｎ側電極を形成する第７の工程を有する
ことを特徴とする自励発振半導体レーザの製造方法。
【請求項４０】活性領域と光フィードバック領域を有す
る自励発振半導体レーザにおいて、ｎ型のGaAs基板上
に、n-GaAsのバッファー層、n-クラッド層、活性層、p-
クラッド層、p-GaAlAs層および電流ブロック層を堆積す
る第１の工程と、前記光フィードバック領域の電流ブロ
ック層、p-GaAlAs層、p-クラッド層、活性層およびn-ク
ラッド層をエッチングにより除去する第２の工程と、前
記光フィードバック領域にn-クラッド層、GaAlAsの光導
波層、p-クラッド層、p-GaAlAs層および電流ブロック層
を堆積する第３の工程と、電流ブロック層をエッチング
する第４の工程と、干渉露光法によりＤＢＲ部をp-GaAl
As層に形成する第５の工程と、クラッド層およびコンタ
クト層を堆積する第６の工程と、ｐ側電極及びｎ側電極
を形成する第７の工程を有することを特徴とする自励発
振半導体レーザの製造方法。