JPH08195525A - Semiconductor laser - Google Patents

Semiconductor laser

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JPH08195525A
JPH08195525A JP7005875A JP587595A JPH08195525A JP H08195525 A JPH08195525 A JP H08195525A JP 7005875 A JP7005875 A JP 7005875A JP 587595 A JP587595 A JP 587595A JP H08195525 A JPH08195525 A JP H08195525A
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    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031Edge-emitting structures

Abstract

PURPOSE: To enhance power-optical output conversion efficiency and to obtain a large output in a small light emitting region by allowing the width of a flared structure semiconductor laser in which the widths of a ridge waveguide are varied in a resonator direction to alternately approach at wide and narrow parts and disposing it in an array state. CONSTITUTION: A p-type InP ridge clad layer 20 and a p-type InGaAs contact layer 7 in which wide and narrow parts of a taped shape with varying widths are made to approach in the longitudinal direction are formed on a semiconductor wafer. Then, an insulating film 21 is formed at the epitaxially grown layer side except the surface on the contact layer, and an n-type ohmic electrode 9 and a p-type ohmic electrode 8 are respectively formed at the substrate side and the grown layer. Subsequently, it is quarried in array laser chips, a highly reflecting film 10 is formed at the terminal surface of the wide side of the entire light emitting width, and a lowly reflecting film 15 is formed at the end face of the narrow side of the entire light emitting width as a flared structure semiconductor laser array.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はワットクラスの大出力ま
での動作が可能な半導体レーザに関し、特に狭い光出射
領域において大出力が得られる半導体レーザに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser capable of operating up to a high output in the watt class, and more particularly to a semiconductor laser capable of obtaining a high output in a narrow light emitting region.

【0002】[0002]

【従来の技術】光計測等の分野において、ある点までの
距離を計測するポイント測距装置が開発されるようにな
ってきており、光源として、ワット級の光出力を発生す
る高出力レーザダイオードの研究開発が活発化してい
る。
2. Description of the Related Art In the field of optical measurement and the like, a point range finder for measuring a distance to a certain point has been developed, and a high-power laser diode that generates a watt-class optical output as a light source. R & D is becoming active.

【0003】ワット級の光出力を発生する高出力レーザ
ダイオードの第1の従来例としては、単体のレーザダイ
オードチップの場合の高出力化のために、発光領域の幅
を広げ、いわゆるブロードエリアレーザダイオードにす
ることが行われており、山中氏らにより発光領域幅60
0μm で、6Wの光出力が得られている(山中ら、レー
ザ研究、第18巻、第555頁、1990年)。
As a first conventional example of a high-power laser diode that generates a watt-class optical output, a so-called broad area laser is used in which the width of the light emitting region is widened in order to increase the output of a single laser diode chip. It has been made into a diode, and the light emitting area width 60 by Yamanaka et al.
At 0 μm, an optical output of 6 W is obtained (Yamanaka et al., Laser Research, Vol. 18, p. 555, 1990).

【0004】また、多数のレーザ素子をアレー状に配置
することなどが行われており、ハルナゲイ(Harna
gei)らにより、全発光領域幅7200μm で、10
0W以上の光出力が得られている(アプライド・フィジ
ックスレター誌 第49巻1418頁、1986年、
G.L.Harnagei et al.,Appl.
Phys Lett.,vol.49,pp.141
8,1986.)。
Further, many laser elements are arranged in an array, and the like.
gei) et al.
A light output of 0 W or more is obtained (Applied Physics Letter, Vol. 49, page 1418, 1986,
G. L. Harnagei et al. , Appl.
Phys Lett. , Vol. 49, pp. 141
8, 1986. ).

【0005】また第2の従来例としては、活性層幅が共
振器方向に広がった形状を有するフレア構造の半導体レ
ーザで、ワットクラスまでの安定な横基本モードの大出
力動作をさせる方法がある。このような半導体レーザは
光計測システム等、種々の応用が期待されている。
As a second conventional example, there is a method in which a semiconductor laser with a flare structure having a shape in which the active layer width is widened in the cavity direction is used to perform a stable large output operation in the transverse fundamental mode up to the watt class. . Such semiconductor lasers are expected to have various applications such as optical measurement systems.

【0006】図12に鴨原氏らによって報告された(1
988年発行のエレクトロニクスレターズ誌、第24
巻、第18号、第1182頁から第1183頁)フレア
構造半導体レーザの斜視図を示す。この例では基板1上
にバッファ層2、電流ブロック層3を成長した後、電流
ブロック層の一部を図のように共振器方向に幅が変化す
るような形状にエッチングして除去し、その上に全面に
下部クラッド層4、活性層5、上部クラッド層6、コン
タクト層7を順次積層し、基板側、エピ成長層側に電極
8、9を、また電流ブロック層3の除去された幅の狭い
側の端面に高反射膜を形成して所望のフレア構造半導体
レーザを得ている。
FIG. 12 shows a report by Kamohara et al. (1
Electronics Letters Magazine, 1988, No. 24
Vol. 18, No. 18, pp. 1182 to 1183) shows a perspective view of a flare structure semiconductor laser. In this example, after the buffer layer 2 and the current blocking layer 3 are grown on the substrate 1, a part of the current blocking layer is etched and removed into a shape whose width changes in the cavity direction as shown in FIG. A lower clad layer 4, an active layer 5, an upper clad layer 6, and a contact layer 7 are sequentially laminated on the entire surface, electrodes 8 and 9 are formed on the substrate side and the epi growth layer side, and the width of the current block layer 3 is removed. A high-reflection film is formed on the end face on the narrow side of to obtain a desired flare structure semiconductor laser.

【0007】電流ブロック層3の除去された部分にのみ
電流注入されるため、図13に示す素子平面図でみると
発光領域11は光の共振方向に幅が変化する(光の出射
方向に向かって広がる)形状となっている。このような
素子を用いて、幅200μmの光出射領域で、4Wの光
出力が得られている(1993年発行、アイイーイーイ
ーフォトニクステクノロジーレターズ誌第5巻605
頁、E.S.Kintzer et al.,IEEE
Photon.Technol.Lett.,5,p
p.605,1993.)。特に、この方法において
は、活性領域幅が広い部分と狭い部分の光出力が同等で
あるため、活性領域幅が狭い領域を光出射端とすること
により、狭い発光領域において大出力が得られる。
Since the current is injected only into the removed portion of the current blocking layer 3, the width of the light emitting region 11 changes in the resonance direction of light in the plan view of the device shown in FIG. Spread) shape. Using such a device, a light output of 4 W was obtained in a light emitting region having a width of 200 μm (issued in 1993, IE Photonics Technology Letters, Vol. 5, 605).
Page, E. S. Kintzer et al. , IEEE
Photon. Technol. Lett. , 5, p
p. 605, 1993. ). In particular, in this method, since the light output of a portion having a wide active region is equal to that of a narrow portion, a large output can be obtained in a narrow light emitting region by setting the region having a narrow active region as a light emitting end.

【0008】さらに第3の従来例として、アンプを集積
するマスターオシレータパワーアンプ(Master
Oscillator Power Amplifie
r:MOPA:例えば文献アイイーイーイー フォトニ
クステクノロジーレターズ誌第5巻297−300頁、
R.Parke et al.,IEEE Photo
n.Tech.Lett.vol.5,pp.297−
300.に記載されているように)の構造にすることな
どが行われており、幅200μm の光出射領域で、2W
以上の光出力が得られている。
Further, as a third conventional example, a master oscillator power amplifier (Master) in which an amplifier is integrated is provided.
Oscillator Power Amplifier
r: MOPA: For example, literature EE Photonics Technology Letters, Vol. 5, pp. 297-300,
R. Parke et al. , IEEE Photo
n. Tech. Lett. vol. 5, pp. 297-
300. 2) in a light emitting region with a width of 200 μm.
The above optical output is obtained.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】第1の従来例の半導体
レーザの光出射領域幅を広げることやアレイ状に配置す
る半導体レーザの数を増大することによって光出力を増
大する方法、あるいは、第3の従来例のようなアレイの
光出射領域幅を広げることによって光出力を増大する方
法では、主に発光領域が大きくなってしまうため、光計
測用途の装置を構成するに際して、光学系が大きくなっ
てしまうという欠点があった。
A method of increasing the light output by widening the light emitting region width of the semiconductor laser of the first conventional example or increasing the number of semiconductor lasers arranged in an array, or In the method of increasing the light output by increasing the width of the light emitting area of the array as in the conventional example of 3, the light emitting area is mainly increased. Therefore, when the device for optical measurement is configured, the optical system is large. There was a drawback that it would be.

【0010】第2の従来例のフレア構造半導体レーザで
は、活性領域幅が狭い部分より光を取り出し、活性領域
幅が広い部分の発光領域幅を拡大することによって光出
力を増大させるために、共振器を長くする必要があり、
電力−光出力の変換効率が低下してしまう。したがって
光計測用途の装置を構成するに際して、レーザ駆動用の
電流源の容量が大きくなってしまうという欠点があっ
た。
In the flare structure semiconductor laser of the second conventional example, light is extracted from a portion having a narrow active region width and the light emitting region width of the portion having a wide active region width is expanded to increase the light output, so that the resonance occurs. You need to make the vessel longer,
The power-light output conversion efficiency is reduced. Therefore, when constructing a device for optical measurement, there is a drawback that the capacity of the current source for driving the laser increases.

【0011】本発明の半導体レーザは、光計測などへの
応用を念頭に置き、電力−光出力の変換効率が高いこ
と、また狭い光出射領域において大出力が得られる半導
体レーザを提供することを目的としている。
The semiconductor laser of the present invention is intended to be applied to optical measurement and the like, and to provide a semiconductor laser having a high power-light output conversion efficiency and a large output in a narrow light emitting region. The purpose is.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ
は、活性導波路がリッジ導波路構造であり、前記リッジ
導波路の幅が共振器方向で変化するフレア構造半導体レ
ーザを、幅が広い部分と狭い部分を互いに近接させてア
レイ状に配置することを特徴とする。また前記活性導波
路の外側を一部除去した放射モード防止領域を有するこ
とを特徴とする。
In the semiconductor laser of the present invention, the active waveguide has a ridge waveguide structure, and the flare structure semiconductor laser in which the width of the ridge waveguide changes in the cavity direction is used. And narrow portions are arranged in close proximity to each other in an array. Further, it is characterized by having a radiation mode prevention region in which the outside of the active waveguide is partially removed.

【0013】また活性層の幅が共振器方向で変化するフ
レア構造半導体レーザを、幅が広い部分と狭い部分を互
いに近接させてアレイ状に配置することを特徴とする。
また活性層あるいはリッジ導波路部分の幅が変化するフ
レア構造半導体レーザの幅が狭い方に回折格子が形成さ
れ、前記フレア構造半導体レーザの狭い部分同士を近接
させて配置することを特徴とする。
[0013] The semiconductor laser having a flare structure in which the width of the active layer changes in the direction of the resonator is arranged in an array such that a wide portion and a narrow portion are close to each other.
Further, a diffraction grating is formed in the narrower width of the flare structure semiconductor laser in which the width of the active layer or the ridge waveguide part changes, and the narrow parts of the flare structure semiconductor laser are arranged close to each other.

【0014】さらに本発明の集積型半導体レーザは半導
体基板上に、半導体レーザと、前記半導体レーザから光
を増幅しスポットサイズを拡大する光増幅装置と、前記
拡大されたスポットサイズをレーザ強度を低下させない
でスポットサイズを縮小するスポットサイズ変換装置と
を集積したことを特徴とする。
Further, the integrated semiconductor laser of the present invention has a semiconductor laser, an optical amplifier for amplifying light from the semiconductor laser to enlarge a spot size, and a laser intensity for the enlarged spot size on a semiconductor substrate. It is characterized in that a spot size conversion device that reduces the spot size without being integrated is integrated.

【0015】[0015]

【作用】本発明の半導体レーザは、複数のフレア構造半
導体レーザを、フレア構造半導体レーザの広い部分と狭
い部分を互い違いに近接させてアレイ状に配置してい
る。中央のフレア構造半導体の発光領域の出射幅の大き
い部分の光とその両側のフレア構造半導体の発光領域の
出射幅の小さい部分の光を合わせた光出力が得られる。
したがって発光領域は中央のフレア構造半導体の発光領
域と比べてわずかに大きくなっているだけで多くの光出
力が得られるようになっている。
According to the semiconductor laser of the present invention, a plurality of flared semiconductor lasers are arranged in an array in such a manner that wide portions and narrow portions of the flared semiconductor laser are alternately brought close to each other. An optical output is obtained by combining the light from the large emission width of the light emitting region of the central flare structure semiconductor and the light from the small emission width of the light emitting region of the flare structure semiconductor on both sides thereof.
Therefore, the light emitting region can obtain a large amount of light output only by being slightly larger than the light emitting region of the central flare structure semiconductor.

【0016】また活性導波路がリッジ導波路構造となっ
ているフレア構造半導体レーザをもちいた半導体レーザ
では、リッジ構造の活性導波路に沿って少なくともその
外側の一部に活性導波路が除去された放射モード防止領
域を形成している。これにより活性導波路中で放射モー
ドを防止し、電力−光出力の変換効率を向上している。
In a semiconductor laser using a flare structure semiconductor laser in which the active waveguide has a ridge waveguide structure, the active waveguide is removed along at least a part of the outside of the ridge structure active waveguide. A radiation mode prevention region is formed. This prevents radiation modes in the active waveguide and improves the power-to-light output conversion efficiency.

【0017】本発明の半導体レーザは、複数のフレア構
造半導体レーザを活性層幅が狭い部分を近接させて配置
し、狭い部分に回折格子を形成することにより、狭い発
光領域を一部に集中させ、大出力光を基板に対して垂直
方向に出射している。この構造により従来よりも大出力
な光を狭い発光領域で出射できるようにしている。
According to the semiconductor laser of the present invention, a plurality of flare structure semiconductor lasers are arranged close to each other in a portion having a narrow active layer width, and a diffraction grating is formed in the narrow portion, whereby a narrow light emitting region is concentrated in a part. , A large output light is emitted in a direction perpendicular to the substrate. With this structure, light with a larger output than in the past can be emitted in a narrow light emitting region.

【0018】また、本発明の半導体レーザは、高出力動
作が可能であるテーパ電極構造半導体光増幅器と半導体
レーザを集積させたMOPAにおいて、前記光増幅器集
積型半導体レーザの光出射端にテーパ状のスポットサイ
ズ変換器を集積している。レーザ、光増幅装置及びスポ
ットサイズ変換器にそれぞれ独立に順方向の直流電流を
流し、レーザで発生したレーザ光を光増幅装置でレーザ
光の強度を増幅するとともにそのスポットサイズを拡大
させる。その後、スポットサイズ変換器において増幅さ
れたレーザ光の強度を低下させないようにスポットサイ
ズを縮小し出射している。このようにすることにより、
狭い光出射領域において大出力が得られる半導体レーザ
が提供できる。
Further, the semiconductor laser of the present invention is a MOPA in which a semiconductor laser having a taper electrode structure capable of high-power operation is integrated with a semiconductor laser, and the semiconductor laser of the present invention has a tapered laser emitting end at the light emitting end. Integrated spot size converter. A direct current in the forward direction is independently applied to the laser, the optical amplifier, and the spot size converter to amplify the intensity of the laser light generated by the laser and increase the spot size of the laser light. After that, the spot size is reduced and emitted so that the intensity of the laser beam amplified by the spot size converter is not reduced. By doing this,
A semiconductor laser capable of obtaining a large output in a narrow light emitting region can be provided.

【0019】[0019]

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings.

【0020】(実施例1)図1に本発明によるフレア構
造半導体レーザの素子平面図、及び図2に図1中A−
A′部分での断面構造図をそれぞれ示す。このような素
子は以下の要領で作製することができる。まずn−In
P基板1上にn−InPバッファ層2(厚さ0.2μm
)、活性層5、クラッド層6(厚さ0.3μm )を順
次成長する。ここで活性層5は図3にそのエネルギーバ
ンド構造を示すような多重量子井戸構造とし、+0.8
%の圧縮歪を導入したInGaAsPウェル層25(厚
さ8nm)5層、発光波長1.2μm 組成のInGaAs
Pバリア層26(厚さ6nm)、発光波長1.2μm 組成
のInGaAsP SCH層27(厚さ50nm)からな
る構成とした。活性層5での発光波長は1.5μm であ
る。このような半導体ウェハ上にSiO2 絶縁膜を成膜
した後、長さ方向に幅が変化するテーパ形状をアレイ配
置にパターニングして選択的にp−InPリッジクラッ
ド層20(厚さ2.5μm )、発光波長1.64μm の
p−InGaAsコンタクト層7(厚さ0.5μm )を
成長する。リッジ導波構造は幅の狭い領域、広い領域で
幅がそれぞれ4μm 、100μm とし、長さ900μm
にわたって幅が4μm から100μmに変化する形状と
した。アレイの間隔は10μm とした。この後エピ成長
層側にコンタクト層上面を除いて絶縁膜21を形成し、
さらに基板側、成長層側にそれぞれn型オーミック電極
9、p型オーミック電極8を形成する。最後にアレイの
レーザチップに切り出し、全発光幅の広い側の端末面に
高反射膜10(反射率90%)、全発光幅の狭い側の端
面に低反射膜15(反射率10%)をそれぞれ形成して
所望のフレア構造半導体レーザアレイを得る。素子全長
は1mmとし、900μm 長のテーパ領域の両側に50μ
m ずつの直線導波路が形成された構成とした。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a plan view of an element of a flare structure semiconductor laser according to the present invention, and FIG.
The sectional structural views at the A 'portion are respectively shown. Such an element can be manufactured by the following procedure. First, n-In
An n-InP buffer layer 2 (0.2 μm thick) is formed on a P substrate 1.
), The active layer 5, and the cladding layer 6 (thickness 0.3 μm) are sequentially grown. Here, the active layer 5 has a multiple quantum well structure whose energy band structure is shown in FIG.
% InGaAsP well layers 25 (thickness: 8 nm) with a compressive strain of 5%, InGaAs with an emission wavelength of 1.2 μm
The P barrier layer 26 (thickness: 6 nm) and the InGaAsP SCH layer 27 (thickness: 50 nm) having an emission wavelength of 1.2 μm were used. The emission wavelength of the active layer 5 is 1.5 μm. After forming an SiO 2 insulating film on such a semiconductor wafer, a taper shape whose width changes in the length direction is patterned into an array arrangement to selectively form the p-InP ridge cladding layer 20 (thickness: 2.5 μm). ), A p-InGaAs contact layer 7 (having a thickness of 0.5 μm) having an emission wavelength of 1.64 μm is grown. The ridge waveguide structure has widths of 4 μm and 100 μm in a narrow region and a wide region, respectively, and a length of 900 μm.
The width was changed from 4 μm to 100 μm. The array spacing was 10 μm. After that, the insulating film 21 is formed on the epitaxial growth layer side except the contact layer upper surface,
Further, an n-type ohmic electrode 9 and a p-type ohmic electrode 8 are formed on the substrate side and the growth layer side, respectively. Finally, the laser chip of the array was cut out, and the high reflection film 10 (reflectance 90%) was formed on the terminal surface on the side where the total emission width was wide, and the low reflection film 15 (reflection rate 10%) was formed on the end surface on the side where the total emission width was narrow. Each is formed to obtain a desired flare structure semiconductor laser array. The total length of the element is 1 mm, and 50 μm on both sides of the 900 μm long tapered region.
The configuration is such that m linear waveguides are formed.

【0021】このような半導体レーザにおいて幅20n
s,繰り返し10kHzのパルス電流を印加することに
より、ピーク光出力50Wまでの単峰性でリップルの無
い発光遠視野像を得た。発振しきい値電流、スロープ効
率はそれぞれ3A、0.25W/Aで、全発光領域幅は
128μm であった。
In such a semiconductor laser, the width is 20n.
By applying a pulse current of 10 kHz repeatedly at s, a luminescence far-field image with a single peak and no ripple up to a peak light output of 50 W was obtained. The oscillation threshold current and slope efficiency were 3 A and 0.25 W / A, respectively, and the total light emitting region width was 128 μm.

【0022】従来の発光領域幅128μm ブロードエリ
アレーザでは、共振器長1000μm の素子において、
スロープ効率0.25W/Aで最大光出力は33Wであ
り、最大光出力が1.5倍向上した。また、共振器長1
500μm の素子において、スロープ効率0.18W/
Aで最大光出力は50Wであり、効率が1.4倍向上し
た。
In a conventional broad area laser having a light emitting region width of 128 μm, in a device having a cavity length of 1000 μm,
The maximum light output was 33 W at a slope efficiency of 0.25 W / A, and the maximum light output was improved by 1.5 times. In addition, resonator length 1
Slope efficiency of 0.18 W / in a device of 500 μm
The maximum light output at A was 50 W, and the efficiency was improved by 1.4 times.

【0023】(実施例2)図4に本発明によるフレア構
造半導体レーザの素子平面図、及び図5に図4中B−
B′部分での断面構造図をそれぞれ示す。このような素
子は以下の要領で作製することができる。まずn−In
P基板1上にn−InPバッファ層2(厚さ0.2μm
)、活性層5、クラッド層6(厚さ0.3μm )を順
次成長する。ここで活性層5は図3にそのエネルギーバ
ンド構造を示すような多重量子井戸構造とし、+0.8
%の圧縮歪を導入したInGaAsPウェル層25(厚
さ8nm)5層、発光波長1.2μm 組成のInGaAs
Pバリア層26(厚さ6nm)、発光波長1.2μm 組成
のInGaAsP SCH層27(厚さ50nm)からな
る構成とした。活性層5での発光波長は1.5μm であ
る。このような半導体ウェハ上にSiO2 絶縁膜を成膜
した後、長さ方向に幅が変化するテーパ形状をアレイ配
置にパターニングして選択的にp−InPリッジクラッ
ド層20(厚さ2.5μm )、発光波長1.64μm の
p−InGaAsコンタクト層7(厚さ0.5μm )を
成長する。リッジ導波構造は幅の狭い領域、広い領域で
幅がそれぞれ4μm 、100μm とし、長さ900μm
にわたって幅が4μm から100μmに変化する形状と
した。アレイの間隔は25μm とした。この後リッジク
ラッド層20の外側領域を10μm ずつ残して、活性層
5までエッチング除去する。この後エピ成長層側にコン
タクト層上面を除いて絶縁膜21を形成し、さらに基板
側、成長層側にそれぞれn型オーミック電極9、p型オ
ーミック電極8を形成する。最後にアレイのレーザチッ
プに切り出し、全発光幅の広い側の端末面に高反射膜1
0(反射率90%)、全発光幅の狭い側の端面に低反射
膜15(反射率10%)をそれぞれ形成して所望のフレ
ア構造半導体レーザアレイを得る。素子全長は1mmと
し、900μm 長のテーパ領域の両側に50μm ずつの
直線導波路が形成された構成とした。
(Embodiment 2) FIG. 4 is a plan view of an element of a flare structure semiconductor laser according to the present invention, and FIG. 5 is B- in FIG.
The cross-sectional structural views at the portion B'are respectively shown. Such an element can be manufactured by the following procedure. First, n-In
An n-InP buffer layer 2 (0.2 μm thick) is formed on a P substrate 1.
), The active layer 5, and the cladding layer 6 (thickness 0.3 μm) are sequentially grown. Here, the active layer 5 has a multiple quantum well structure whose energy band structure is shown in FIG.
% InGaAsP well layers 25 (thickness: 8 nm) with a compressive strain of 5%, InGaAs with an emission wavelength of 1.2 μm
The P barrier layer 26 (thickness: 6 nm) and the InGaAsP SCH layer 27 (thickness: 50 nm) having an emission wavelength of 1.2 μm were used. The emission wavelength of the active layer 5 is 1.5 μm. After forming an SiO 2 insulating film on such a semiconductor wafer, a taper shape whose width changes in the length direction is patterned into an array arrangement to selectively form the p-InP ridge cladding layer 20 (thickness: 2.5 μm). ), A p-InGaAs contact layer 7 (having a thickness of 0.5 μm) having an emission wavelength of 1.64 μm is grown. The ridge waveguide structure has widths of 4 μm and 100 μm in a narrow region and a wide region, respectively, and a length of 900 μm.
The width was changed from 4 μm to 100 μm. The spacing between the arrays was 25 μm. Then, the active layer 5 is removed by etching while leaving the outer region of the ridge cladding layer 20 by 10 μm each. Thereafter, an insulating film 21 is formed on the epitaxial growth layer side except for the upper surface of the contact layer, and further, an n-type ohmic electrode 9 and a p-type ohmic electrode 8 are formed on the substrate side and the growth layer side, respectively. Finally, the laser chip of the array is cut out, and a high-reflection film 1
The desired flare structure semiconductor laser array is obtained by forming the low reflection film 15 (reflectance 10%) on the end face of 0 (reflectance 90%) and the side where the total emission width is narrow. The total length of the device was 1 mm, and linear waveguides of 50 μm each were formed on both sides of a 900 μm long tapered region.

【0024】このような半導体レーザにおいて幅20n
s,繰り返し10kHzのパルス電流を印加することに
より、ピーク光出力50Wまでの単峰性でリップルの無
い発光遠視野像を得た。発振しきい値電流、スロープ効
率はそれぞれ3A、0.25W/Aで、全発光領域幅は
158μm であった。
In such a semiconductor laser, the width is 20n.
By applying a pulse current of 10 kHz repeatedly at s, a luminescence far-field image with a single peak and no ripple up to a peak light output of 50 W was obtained. The oscillation threshold current and the slope efficiency were 3 A and 0.25 W / A, respectively, and the total light emitting region width was 158 μm.

【0025】(実施例3)図6に本発明によるフレア構
造半導体レーザの素子平面図、及び図7に図6中C−
C′部分での断面構造図をそれぞれ示す。このような素
子は以下の要領で作製することができる。まずn−In
P基板1上にn−InPバッファ層2(厚さ0.2μm
)、活性層5、クラッド層6(厚さ2μm )、発光波
長1.64μmのp−InGaAsコンタクト層7(厚
さ0.5μm )を順次成長する。ここで活性層5は図3
にそのエネルギーバンド構造を示すような多重量子井戸
構造とし、+0.8%の圧縮歪を導入したInGaAs
Pウェル層25(厚さ8nm)5層、発光波長1.2μm
組成のInGaAsPバリア層26(厚さ6nm)、発光
波長1.2μm 組成のInGaAsP SCH層27
(厚さ50nm)からなる構成とした。活性層5での発光
波長は1.5μm である。このような半導体ウェハ上に
SiO2 絶縁膜を成膜した後、長さ方向に幅が変化する
テーパ形状をアレイ配置にパターニングしてSiO2
ッチングマスクを形成する。テーパ導波路の構造は幅の
狭い領域、広い領域で幅がそれぞれ4μm 、100μm
とし、長さ900μm にわたって幅が4μm から100
μm に変化する形状とした。アレイの間隔は25μm と
した。この後テーパ形状マスクの外側領域を活性層5ま
でエッチング除去し、p型InP層31、n型InP層
30を埋め込み再成長する。次にSiO2 エッチングマ
スクを除去して、エピ成長層側にコンタクト層上面を除
いて絶縁膜21を形成し、さらに基板側、成長層側にそ
れぞれn型オーミック電極9、p型オーミック電極8を
形成する。最後にアレイのレーザチップに切り出し、全
発光幅の広い側の端末面に高反射膜10(反射率90
%)、全発光幅の狭い側の端面に低反射膜15(反射率
10%)をそれぞれ形成して所望のフレア構造半導体レ
ーザアレイを得る。素子全長は1mmとし、900μm 長
のテーパ領域の両側に50μm ずつの直線導波路が形成
された構成とした。
(Embodiment 3) FIG. 6 is a plan view of an element of a flare structure semiconductor laser according to the present invention, and FIG. 7 shows C- in FIG.
The sectional structural views at the C 'portion are respectively shown. Such an element can be manufactured by the following procedure. First, n-In
An n-InP buffer layer 2 (0.2 μm thick) is formed on a P substrate 1.
), The active layer 5, the cladding layer 6 (thickness 2 μm), and the p-InGaAs contact layer 7 (thickness 0.5 μm) having an emission wavelength of 1.64 μm are sequentially grown. Here, the active layer 5 is shown in FIG.
InGaAs with + 0.8% compressive strain and multiple quantum well structure showing its energy band structure
5 P-well layers 25 (8 nm thick), emission wavelength 1.2 μm
InGaAsP SCH layer 27 having composition of InGaAsP barrier layer 26 (thickness: 6 nm) and emission wavelength of 1.2 μm
(Thickness: 50 nm). The emission wavelength of the active layer 5 is 1.5 μm. After an SiO 2 insulating film is formed on such a semiconductor wafer, a taper shape whose width changes in the length direction is patterned into an array arrangement to form an SiO 2 etching mask. The structure of the tapered waveguide is 4 μm and 100 μm in the narrow and wide regions, respectively.
And a width of 4 μm to 100 over a length of 900 μm.
The shape changed to μm. The spacing between the arrays was 25 μm. After that, the outer region of the tapered mask is removed by etching down to the active layer 5, and the p-type InP layer 31 and the n-type InP layer 30 are buried and regrown. Next, the SiO 2 etching mask is removed, the insulating film 21 is formed on the epi growth layer side except the contact layer upper surface, and the n-type ohmic electrode 9 and the p-type ohmic electrode 8 are further formed on the substrate side and the growth layer side, respectively. Form. Finally, the laser chip of the array was cut out, and the high reflection film 10 (with a reflectance of 90
%), And the low reflection film 15 (reflectance 10%) is formed on the end face on the side where the total emission width is narrow, to obtain a desired flare structure semiconductor laser array. The total length of the device was 1 mm, and linear waveguides of 50 μm each were formed on both sides of a 900 μm long tapered region.

【0026】このような半導体レーザにおいて幅20n
s,繰り返し10kHzのパルス電流を印加することに
より、ピーク光出力50Wまでの単峰性でリップルの無
い発光遠視野像を得た。発振しきい値電流、スロープ効
率はそれぞれ3A、0.25W/Aで、全発光領域幅は
158μm であった。
In such a semiconductor laser, the width is 20n.
By applying a pulse current of 10 kHz repeatedly at s, a luminescence far-field image with a single peak and no ripple up to a peak light output of 50 W was obtained. The oscillation threshold current and the slope efficiency were 3 A and 0.25 W / A, respectively, and the total light emitting region width was 158 μm.

【0027】(実施例4)図8に本発明の第4の実施例
によるフレア構造半導体レーザの素子平面図、及び図9
に図8中D−D′及びE−E′部分での断面構造図をそ
れぞれ示す。このような素子は以下の要領で作製するこ
とができる。まずn−InP基板1上に2次の回折格子
12を形成し、発光波長1.2μm 組成のInGaAs
P光ガイド層13(厚さ0.1μm )、n−InPスペ
ーサ層14(厚さ40nm)、活性層5、クラッド層6
(厚さ0.3μm )を順次成長する。ここで活性層5は
図3にそのエネルギーバンド構造を示すような多重量子
井戸構造とし、+0.8%の圧縮歪を導入したInGa
AsPウェル層25(厚さ8nm)5層、発光波長1.2
μm 組成のInGaAsPバリア層26(厚さ6nm)、
発光波長1.2μm 組成のInGaAsP SCH層2
7(厚さ50nm)からなる構成とした。活性層5での発
光波長は1.5μm である。このような半導体ウェハ上
にSiO2 絶縁膜を成膜した後、長さ方向に幅が変化す
るテーパ形状をアレイ配置にパターニングして選択的に
p−InPリッジクラッド層20(厚さ2.5μm )、
発光波長1.64μm のp−InGaAsコンタクト層
7(厚さ0.5μm )を成長する。リッジ導波構造は幅
の狭い領域、広い領域で幅がそれぞれ4μm 、100μ
m とし、長さ900μm にわたって幅が4μm から10
0μm に変化する形状とした。
(Embodiment 4) FIG. 8 is a plan view of an element of a flare structure semiconductor laser according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG.
8A and 8B show cross-sectional structural views at DD 'and EE' portions in FIG. 8, respectively. Such an element can be manufactured by the following procedure. First, a second-order diffraction grating 12 is formed on the n-InP substrate 1 and InGaAs having an emission wavelength of 1.2 μm composition is formed.
P light guide layer 13 (thickness 0.1 μm), n-InP spacer layer 14 (thickness 40 nm), active layer 5, clad layer 6
(Thickness 0.3 μm) is successively grown. Here, the active layer 5 has a multi-quantum well structure whose energy band structure is shown in FIG. 3, and InGa with a compressive strain of + 0.8% is introduced.
AsP well layer 25 (thickness 8 nm) 5 layers, emission wavelength 1.2
InGaAsP barrier layer 26 (thickness 6 nm) of μm composition,
InGaAsP SCH layer 2 with an emission wavelength of 1.2 μm
7 (thickness: 50 nm). The emission wavelength of the active layer 5 is 1.5 μm. After forming an SiO 2 insulating film on such a semiconductor wafer, a taper shape whose width changes in the length direction is patterned into an array arrangement to selectively form the p-InP ridge cladding layer 20 (thickness: 2.5 μm). ),
A p-InGaAs contact layer 7 (thickness 0.5 μm) having an emission wavelength of 1.64 μm is grown. The ridge waveguide structure has widths of 4 μm and 100 μm in narrow and wide areas, respectively.
m, with a width of 4 μm to 10 over a length of 900 μm
The shape was changed to 0 μm.

【0028】この後エピ成長層側にコンタクト層上面を
除いて絶縁膜21を形成し、さらに基板側、成長層側に
それぞれn型オーミック電極9、p型オーミック電極8
を形成する。最後にアレイのレーザチップに切り出し、
端面に高反射膜10(反射率90%)を形成して所望の
フレア構造半導体レーザアレイを得る。個々の素子の全
長は1mmとし、900μm 長のテーパ領域の両側に50
μm ずつの直線導波路が形成された構成とした。光出射
は基板1に対して垂直方向に出射する。個々の素子の光
出射領域は4μm ×20μm であり、50μm ×50μ
m の領域内に4個の光出射領域が納まるように4個の素
子を集積させた。
Thereafter, an insulating film 21 is formed on the epi-growth layer side except for the upper surface of the contact layer, and an n-type ohmic electrode 9 and a p-type ohmic electrode 8 are formed on the substrate side and the growth layer side, respectively.
To form. Finally cut out into laser chips of the array,
A highly reflective film 10 (having a reflectance of 90%) is formed on the end face to obtain a desired flare structure semiconductor laser array. The total length of each element is 1 mm, and 50 mm on each side of the 900 μm long tapered region.
The configuration is such that a linear waveguide of each μm is formed. The light is emitted in the direction perpendicular to the substrate 1. The light emitting area of each element is 4μm × 20μm, 50μm × 50μ
Four elements were integrated so that four light emitting areas were accommodated in the area of m 2.

【0029】このような半導体レーザにおいて幅20n
s,繰り返し10kHzのパルス電流を印加することに
より、ピーク光出力70Wまでの単峰性でリップルの無
い発光遠視野像を得た。発振しきい値電流、スロープ効
率はそれぞれ4A、0.25W/Aであった。
In such a semiconductor laser, the width is 20n
By applying a pulse current of 10 kHz repeatedly at s, a luminescence far-field image with a single peak and no ripple up to a peak light output of 70 W was obtained. The oscillation threshold current and slope efficiency were 4 A and 0.25 W / A, respectively.

【0030】(実施例5)図10に本発明の第5の実施
例によるフレア構造半導体レーザの素子平面図、及び図
11に図10中F−F′部分での断面構造図をそれぞれ
示す。このような素子は以下の要領で作製することがで
きる。まずn−InP基板1上に1次の回折格子12を
形成し、発光波長1.2μm 組成のInGaAsP光ガ
イド層13(厚さ0.1μm )、n−InPスペーサ層
14(厚さ40nm)、活性層5、クラッド層6(厚さ2
μm )、発光波長1.64μm のp−InGaAsコン
タクト層7(厚さ0.5μm )を順次成長する。ここで
活性層5は図3にそのエネルギーバンド構造を示すよう
な多重量子井戸構造とし、+0.8%の圧縮歪を導入し
たInGaAsPウェル層25(厚さ8nm)5層、発光
波長1.2μm 組成のInGaAsPバリア層26(厚
さ6nm)、発光波長1.2μm 組成のInGaAsP
SCH層27(厚さ50nm)からなる構成とした。活性
層5での発光波長は1.5μm である。この後DFBレ
ーザ32、光増幅装置33及びスポットサイズ変換器3
4の部分以外を光ガイド層5まで選択的に除去し、p型
InP層31、n型InP層30を埋め込み再成長す
る。次にp側のコンタクト層8及びn型InP埋め込み
再成長層10の表面に、絶縁膜21を形成し、DFBレ
ーザ32、光増幅装置33及びスポットサイズ変換器3
4の領域をそれぞれエッチングにより除去する。次にp
側電極8を形成し、電極を分離する。n側の基板を研磨
して厚さを100μm 程度にした後、n側電極9を形成
する。最後に、光出射側端面に低反射膜15を形成し、
チップに切り出す。
(Embodiment 5) FIG. 10 shows a plan view of an element of a flare structure semiconductor laser according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 11 shows a sectional structure view at a portion FF ′ in FIG. Such an element can be manufactured by the following procedure. First, a first-order diffraction grating 12 is formed on an n-InP substrate 1, an InGaAsP optical guide layer 13 (thickness 0.1 μm) having an emission wavelength of 1.2 μm, an n-InP spacer layer 14 (thickness 40 nm), Active layer 5, clad layer 6 (thickness 2
.mu.m), and a p-InGaAs contact layer 7 (thickness 0.5 .mu.m) having an emission wavelength of 1.64 .mu.m is sequentially grown. Here, the active layer 5 has a multiple quantum well structure whose energy band structure is shown in FIG. 3, 5 layers of InGaAsP well layers 25 (thickness 8 nm) into which compressive strain of + 0.8% is introduced, emission wavelength 1.2 μm InGaAsP barrier layer 26 (thickness: 6 nm) having a composition, InGaAsP having an emission wavelength of 1.2 μm
The SCH layer 27 (thickness: 50 nm) was used. The emission wavelength of the active layer 5 is 1.5 μm. Thereafter, the DFB laser 32, the optical amplifier 33, and the spot size converter 3
The portion other than the portion 4 is selectively removed up to the optical guide layer 5, and the p-type InP layer 31 and the n-type InP layer 30 are buried and regrown. Next, an insulating film 21 is formed on the surfaces of the p-side contact layer 8 and the n-type InP buried regrowth layer 10, and the DFB laser 32, the optical amplification device 33, and the spot size converter 3 are formed.
4 regions are removed by etching. Then p
The side electrode 8 is formed and the electrodes are separated. After polishing the n-side substrate to a thickness of about 100 μm, the n-side electrode 9 is formed. Finally, a low-reflection film 15 is formed on the light-emitting side end face,
Cut into chips.

【0031】構造は、DFBレーザ32の幅は2μm 、
長さは500μm とし、光増幅装置33の長さは200
0μm 、DFBレーザ32との接続部の幅を2μm 、ス
ポットサイズ変換器34との接続部の幅を200μm と
した。スポットサイズ変換器34は長さ2000μm と
し、光出射領域幅は2μm とした。
The structure is such that the width of the DFB laser 32 is 2 μm,
The length is 500 μm, and the length of the optical amplifier 33 is 200 μm.
The width of the connection with the DFB laser 32 was 2 μm, and the width of the connection with the spot size converter 34 was 200 μm. The spot size converter 34 had a length of 2000 μm and a light emitting area width of 2 μm.

【0032】次に、第5の実施例の半導体レーザの駆動
方法及び動作について説明する。
Next, the driving method and operation of the semiconductor laser of the fifth embodiment will be described.

【0033】DFBレーザ32、光増幅装置33及びス
ポットサイズ変換器34にそれぞれ独立に順方向の直流
電流を流すことによって、DFBレーザ32においてレ
ーザ光が発生し、光増幅装置33においてレーザ光の強
度を増幅するとともにそのスポットサイズを拡大させ
る。その後、スポットサイズ変換器34において、増幅
されたレーザ光の強度を低下させないように、スポット
サイズを縮小し、光出射領域35より大出力光を得る。
このとき、DFBレーザ32、光増幅装置33及びスポ
ットサイズ変換器34に流す電流をそれぞれ、300m
A、20A、2Aとすることにより、発光領域幅2μm
において、ピーク光出力10Wまでの単峰性でリップル
の無い発光遠視野像を得た。
By supplying a direct current in the forward direction to each of the DFB laser 32, the optical amplifier 33 and the spot size converter 34 independently, a laser beam is generated in the DFB laser 32, and the intensity of the laser beam in the optical amplifier 33 is increased. And amplify the spot size. Then, in the spot size converter 34, the spot size is reduced so as not to reduce the intensity of the amplified laser light, and a large output light is obtained from the light emitting region 35.
At this time, the currents flowing through the DFB laser 32, the optical amplification device 33, and the spot size converter 34 are each 300 m.
By setting A, 20A, and 2A, the emission area width is 2 μm
In the above, a luminescence far-field image with a single peak and no ripple up to a peak light output of 10 W was obtained.

【0034】本発明における第1から第5の実施例にお
いてはInPを基板とする波長1.5μm 付近の素子を
示したが、用いる材料はこれに限るものではなく、Ga
As系、InGaAlAs系など種々の材料を用いて何
等差し支えない。
In the first to fifth embodiments of the present invention, an element having a wavelength of about 1.5 μm with InP as a substrate is shown, but the material used is not limited to this and Ga is used.
Various materials such as an As-based material and an InGaAlAs-based material can be used.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明の半導体レーザによれば、電力−
光出力の変換効率が高く、かつ狭い光出射領域において
大出力が得られる半導体レーザが実現できる。また発光
領域を狭くできるので光学系が小さくでき小型な光測距
装置を構成することが可能である。
According to the semiconductor laser of the present invention, the power consumption is
It is possible to realize a semiconductor laser that has a high light output conversion efficiency and can obtain a large output in a narrow light emitting region. Further, since the light emitting area can be narrowed, the optical system can be made small and a compact optical distance measuring device can be constructed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例のエネルギーバンド構造を示す
図である。
FIG. 3 is a diagram showing an energy band structure of an example of the present invention.

【図4】本発明の第2の実施例を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2の実施例を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第3の実施例を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3の実施例を示す模式図である。FIG. 7 is a schematic view showing a third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第4の実施例を示す模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing a fourth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第4の実施例を示す模式図である。FIG. 9 is a schematic view showing a fourth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第5の実施例を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic view showing a fifth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第5の実施例を示す模式図である。FIG. 11 is a schematic view showing a fifth embodiment of the present invention.

【図12】従来技術を示す模式図である。FIG. 12 is a schematic view showing a conventional technique.

【図13】従来技術を示す模式図である。FIG. 13 is a schematic diagram showing a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 バッファ層 3 電流ブロック層 4 下部クラッド層 5 活性層 6 クラッド層 7 コンタクト層 8 電極 9 電極 10 高反射膜 11 発光領域 12 回折格子 13 光ガイド層 14 スペーサ層 15 低反射膜 20 リッジクラッド層 21 絶縁膜 25 ウェル層 26 バリア層 27 SCH層 30 n−InP層 31 p−InP層 32 DFBレーザ 33 光増幅装置 34 スポットサイズ変換器 35 光出射領域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Buffer layer 3 Current block layer 4 Lower cladding layer 5 Active layer 6 Cladding layer 7 Contact layer 8 Electrode 9 Electrode 10 High reflection film 11 Light emitting area 12 Diffraction grating 13 Light guide layer 14 Spacer layer 15 Low reflection film 20 Ridge clad Layer 21 Insulating film 25 Well layer 26 Barrier layer 27 SCH layer 30 n-InP layer 31 p-InP layer 32 DFB laser 33 Optical amplifier 34 Spot size converter 35 Light emission area

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】活性導波路がリッジ導波路構造であり、前
記リッジ導波路の幅が共振器方向で変化するフレア構造
半導体レーザを、幅が広い部分と狭い部分を互いに近接
させてアレイ状に配置することを特徴とする半導体レー
ザ。
1. A flare structure semiconductor laser in which an active waveguide has a ridge waveguide structure, and a width of the ridge waveguide changes in a cavity direction, and a wide portion and a narrow portion are arranged close to each other in an array form. A semiconductor laser characterized by being arranged.
【請求項2】前記活性導波路の外側を一部除去した放射
モード防止領域を有することを特徴とする請求項1記載
の半導体レーザ。
2. The semiconductor laser according to claim 1, further comprising a radiation mode prevention region formed by removing a part of the outside of the active waveguide.
【請求項3】活性層の幅が共振器方向で変化するフレア
構造半導体レーザを、幅が広い部分と狭い部分を互いに
近接させてアレイ状に配置することを特徴とする半導体
レーザ。
3. A semiconductor laser comprising flare structure semiconductor lasers in which the width of an active layer changes in the cavity direction, and the wide and narrow portions are arranged close to each other in an array.
【請求項4】活性層あるいはリッジ導波路部分の幅が変
化するフレア構造半導体レーザの幅が狭い方に回折格子
が形成され、前記フレア構造半導体レーザの狭い部分同
士を近接させて配置することを特徴とする半導体レー
ザ。
4. A flare structure semiconductor laser in which a width of an active layer or a ridge waveguide part changes has a narrower diffraction grating, and the narrow parts of the flare structure semiconductor laser are arranged close to each other. Characteristic semiconductor laser.
【請求項5】半導体基板上に、半導体レーザと、前記半
導体レーザから光を増幅しスポットサイズを拡大する光
増幅装置と、前記拡大されたスポットサイズをレーザ強
度を低下させないでスポットサイズを縮小するスポット
サイズ変換装置とを集積したことを特徴とする集積型半
導体レーザ。
5. A semiconductor laser on a semiconductor substrate, an optical amplifying device that amplifies light from the semiconductor laser and enlarges the spot size, and a spot size of the enlarged spot size that is reduced without reducing the laser intensity. An integrated semiconductor laser characterized by integrating a spot size conversion device.
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