JPH0821753B2 - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents
半導体レ−ザ装置Info
- Publication number
- JPH0821753B2 JPH0821753B2 JP22352986A JP22352986A JPH0821753B2 JP H0821753 B2 JPH0821753 B2 JP H0821753B2 JP 22352986 A JP22352986 A JP 22352986A JP 22352986 A JP22352986 A JP 22352986A JP H0821753 B2 JPH0821753 B2 JP H0821753B2
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- JP
- Japan
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- layer
- waveguide
- region
- laser
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、高出力半導体レーザの構造及び、その高速
変調の方法に係る。
変調の方法に係る。
従来の高出力半導体レーザの構造S.Takahashi等の報
告に（ジヤパン・ジヤーナル・オブ・アプライド・フイ
ジツクス，第17巻，第865頁（1978年）（JJAP Vol.75,p
865（1978））に有するようにレーザの出射端面付近の
ダブルヘテロ構造を取り除きレーザ光に対し透明な材料
で置き換えることにより端面破壊レベルを向上させるも
のであつた。
告に（ジヤパン・ジヤーナル・オブ・アプライド・フイ
ジツクス，第17巻，第865頁（1978年）（JJAP Vol.75,p
865（1978））に有するようにレーザの出射端面付近の
ダブルヘテロ構造を取り除きレーザ光に対し透明な材料
で置き換えることにより端面破壊レベルを向上させるも
のであつた。
上記の従来技術では、レーザ端面における光密度が高
いため、光出力は数百mwが限界であつた。これにたい
し、本発明ではレーザ端面における光密度を低下させる
ことにより一層の光出力の増大を計つた。また、このよ
うな半導体レーザを高速変調する場合、レーザの緩和振
動周波数が変調速度の限界であつたが、本発明では緩和
振動に依存しない高速動作を得るための構造を端面の透
明領域に設けることも考案した。
いため、光出力は数百mwが限界であつた。これにたい
し、本発明ではレーザ端面における光密度を低下させる
ことにより一層の光出力の増大を計つた。また、このよ
うな半導体レーザを高速変調する場合、レーザの緩和振
動周波数が変調速度の限界であつたが、本発明では緩和
振動に依存しない高速動作を得るための構造を端面の透
明領域に設けることも考案した。
上記目的を達成するため、本発明では、端面の光非吸
収領域の長さを数十μｍと長くし、端面の形状を、レー
ザビームが導波路から非吸収領域に出射する点に中心を
もつ円弧とすること、更にはこの非吸収領域にレーザを
変調するための構造を設けることとした。
収領域の長さを数十μｍと長くし、端面の形状を、レー
ザビームが導波路から非吸収領域に出射する点に中心を
もつ円弧とすること、更にはこの非吸収領域にレーザを
変調するための構造を設けることとした。
本発明のような、端面部分に非吸収領域を持つ構造の
場合、非吸収領域内に導波路構造を設けないかぎりレー
ザ光は非吸収領域内を回折効果により広がりながら進
む。この結果、端面においてレーザ光はストライプ内部
に比べて数倍のスポツトサイズとなり、端面における光
密度もこれに伴い数分のいちになり、端面破壊レベルの
増加が期待される。ところが、端面の形状が従来のよう
な平面の場合、端面より反射した光は導波路内部に帰還
せず、しきい値電流の増加及び効率の悪化を招いた。し
かし、本発明のような円形の端面をもつ場合、端面で反
射されたレーザ光は再び導波路に戻され、良好な特性で
発振する。さらに、本構造によれば、端面の非吸収領域
を従来構造に比べ長くできるので、この部分にレーザ光
を変調するための構造を設けることができる。
場合、非吸収領域内に導波路構造を設けないかぎりレー
ザ光は非吸収領域内を回折効果により広がりながら進
む。この結果、端面においてレーザ光はストライプ内部
に比べて数倍のスポツトサイズとなり、端面における光
密度もこれに伴い数分のいちになり、端面破壊レベルの
増加が期待される。ところが、端面の形状が従来のよう
な平面の場合、端面より反射した光は導波路内部に帰還
せず、しきい値電流の増加及び効率の悪化を招いた。し
かし、本発明のような円形の端面をもつ場合、端面で反
射されたレーザ光は再び導波路に戻され、良好な特性で
発振する。さらに、本構造によれば、端面の非吸収領域
を従来構造に比べ長くできるので、この部分にレーザ光
を変調するための構造を設けることができる。
以下図に従い本発明の実施例を説明する。
実施例１ 第１図は、本発明による半導体レーザの構造を模式的
に示したものである。導波路領域１の構造は、通常半導
体レーザの導波路構造に用いられるものならどれでも使
用可能であるが、ここではリツジ状のストライプを減圧
MOCVD法による選択埋込成長を利用して埋込む構造を例
に説明する。導波路領域の構造は第２図に示すようなダ
ブルヘテロ構造のｐクラツド層８の一部を選択埋込成長
によるｎ−GaAs9に置き換えたものである。ｎクラツド
内５には、活性層７から十分距離を置いて今一つのダブ
ルヘテロ構造６があり、基板に予め設けてある段差によ
り端面領域２ではこの第２のダフルヘテロ構造が活性層
に整合する高さに来るようになつている。これは、透明
領域に入つた光が縦方向に広がることを防ぐためであ
る。この領域がレーザ光に対し透明である為にはｎクラ
ツド層中のダブルヘテロ層は活性層よりも禁制帯幅の広
い半導体により構成されていなければならない。一方、
透明領域には横方向の導波機構がないため、この領域を
伝播する光は回折効果により横方向に広がる。レーザ端
面が平面である場合には、端面で反射した光は反射後も
広がり続け、導波路に帰還しないため、損失が生じる。
しかし、レーザ端面をドライエツチング技術を用いた円
弧状の面３とすることにより、一旦回折により広がつた
光を再び導波路に戻すことができ、このような損失は防
止できる。しかも、回折により端面におけるスポツトサ
イズが広がつた結果、端面の光密度が小さくなり端面破
壊が起きる光出力レベルが増大し、従来の透明端面型レ
ーザに比べ大幅な光出力限界の増大が可能になる。本実
施例の構造により、光出力1Wまで端面破壊が発生しない
半導体レーザが得られた。
に示したものである。導波路領域１の構造は、通常半導
体レーザの導波路構造に用いられるものならどれでも使
用可能であるが、ここではリツジ状のストライプを減圧
MOCVD法による選択埋込成長を利用して埋込む構造を例
に説明する。導波路領域の構造は第２図に示すようなダ
ブルヘテロ構造のｐクラツド層８の一部を選択埋込成長
によるｎ−GaAs9に置き換えたものである。ｎクラツド
内５には、活性層７から十分距離を置いて今一つのダブ
ルヘテロ構造６があり、基板に予め設けてある段差によ
り端面領域２ではこの第２のダフルヘテロ構造が活性層
に整合する高さに来るようになつている。これは、透明
領域に入つた光が縦方向に広がることを防ぐためであ
る。この領域がレーザ光に対し透明である為にはｎクラ
ツド層中のダブルヘテロ層は活性層よりも禁制帯幅の広
い半導体により構成されていなければならない。一方、
透明領域には横方向の導波機構がないため、この領域を
伝播する光は回折効果により横方向に広がる。レーザ端
面が平面である場合には、端面で反射した光は反射後も
広がり続け、導波路に帰還しないため、損失が生じる。
しかし、レーザ端面をドライエツチング技術を用いた円
弧状の面３とすることにより、一旦回折により広がつた
光を再び導波路に戻すことができ、このような損失は防
止できる。しかも、回折により端面におけるスポツトサ
イズが広がつた結果、端面の光密度が小さくなり端面破
壊が起きる光出力レベルが増大し、従来の透明端面型レ
ーザに比べ大幅な光出力限界の増大が可能になる。本実
施例の構造により、光出力1Wまで端面破壊が発生しない
半導体レーザが得られた。
実施例２ 第２の実施例として、円弧状に端面を加工する領域を
導波路内の発振モードが基本横モードの場合のスポツト
サイズに合わせて設計した第３図のような構造の試作も
試みた。端面以外の構造は、実施例１と同様にした。こ
のような構造の場合、導波路に高次モードが発生した場
合には導波路端における光強度分布が変化する結果、端
面における光分布が、基本モードの場合のスポツト系を
はみでるため、端面の反射光と導波路のカツプリングが
悪くなり、高次モードに対する抑制の効果がある。本実
施例の半導体レーザは光出力1Wまで、電流−光出力特性
の直線性の良い発振特性を示した。
導波路内の発振モードが基本横モードの場合のスポツト
サイズに合わせて設計した第３図のような構造の試作も
試みた。端面以外の構造は、実施例１と同様にした。こ
のような構造の場合、導波路に高次モードが発生した場
合には導波路端における光強度分布が変化する結果、端
面における光分布が、基本モードの場合のスポツト系を
はみでるため、端面の反射光と導波路のカツプリングが
悪くなり、高次モードに対する抑制の効果がある。本実
施例の半導体レーザは光出力1Wまで、電流−光出力特性
の直線性の良い発振特性を示した。
実施例３ 第３の実施例として、端面の透明領域にレーザ光の変
調を行うための逆方向接合を設けた素子の試作を行つ
た。第４図にこの素子の構造を模式的に示す。この素子
の場合は、導波路領域の導波機構は、ｐクラツド層の一
部をｐクラツド層よりも屈折率の小さい半導体により置
き換えることによる実屈折率ガイドと成つている。ｐク
ラツド層をガイド層に置き換える手法は、第１、第２の
実施例でｐクラツド層をGaAs層で置き換えたのと同様
に、減圧MOCVD法によるGaAlAsの選択成長を用いた。こ
のGaAlAs層は、実屈折率ガイドを得るために、大部分を
クラツド層よりもAlAs組成の大きいGaAlAsにより構成し
た。端面透明領域に縦方向の導波機構を設ける必要が有
ることは前記の２実施例の場合と同様であるが、本実施
例の場合には、ｎクラツド層内のダブルヘテロ構造を用
いるかわりに、GaAlAs選択成長層の中にダブルヘテロ構
造12を設け、透明領域ではｎクラツド層まで埋込成長前
にエツチングを行い、埋込層内のダブルヘテロ構造が透
明領域において活性層と整合するようにした。埋込成長
層は、ダブルヘテロの下側はｐ型11、上側はｎ型13とし
た。このことにより、導波路領域ではストライプの外部
に逆方向のpn接合ができるため自己整合的導波路が形成
される、一方端面透明領域では逆バイアスのかかつたダ
ブルヘテロ構造が導波構造と成る。埋込層の最後にｎ−
GaAsコンタクト層14を設け、ｎ電極を付けることによ
り、透明領域に対するバイアス電圧を変化させ、ダブル
ヘテロ領域の空乏層幅を制御し、ダブルヘテロを空乏層
化したりしなかつたりすることにより端面透明領域の実
効的屈折率を変調できる。この結果レーザの実効光路長
が変化し、発振波長が変調を受る。しかし、レーザの利
得を発生している導波路部分においては、注入キヤリア
密度になんら変動は無いので、この方式による変調速度
はレーザの緩和振動による制約を受けず、空乏層幅の変
調速度にのみ依存する超高速変調が可能になる。本実施
例による半導体レーザは30GHzという超高速で変調可能
であることが確認されている。本実施例では、ｐ−ｎ接
合による空乏層の変調を例に説明したが、シヨツトキー
接合などの他の接合方式による変調も可能であることは
いうまでもない。また、変調領域のダブルヘテロ構造に
超格子構造をもちいれば、さらに大きな屈折率変調を得
ることが可能である。
調を行うための逆方向接合を設けた素子の試作を行つ
た。第４図にこの素子の構造を模式的に示す。この素子
の場合は、導波路領域の導波機構は、ｐクラツド層の一
部をｐクラツド層よりも屈折率の小さい半導体により置
き換えることによる実屈折率ガイドと成つている。ｐク
ラツド層をガイド層に置き換える手法は、第１、第２の
実施例でｐクラツド層をGaAs層で置き換えたのと同様
に、減圧MOCVD法によるGaAlAsの選択成長を用いた。こ
のGaAlAs層は、実屈折率ガイドを得るために、大部分を
クラツド層よりもAlAs組成の大きいGaAlAsにより構成し
た。端面透明領域に縦方向の導波機構を設ける必要が有
ることは前記の２実施例の場合と同様であるが、本実施
例の場合には、ｎクラツド層内のダブルヘテロ構造を用
いるかわりに、GaAlAs選択成長層の中にダブルヘテロ構
造12を設け、透明領域ではｎクラツド層まで埋込成長前
にエツチングを行い、埋込層内のダブルヘテロ構造が透
明領域において活性層と整合するようにした。埋込成長
層は、ダブルヘテロの下側はｐ型11、上側はｎ型13とし
た。このことにより、導波路領域ではストライプの外部
に逆方向のpn接合ができるため自己整合的導波路が形成
される、一方端面透明領域では逆バイアスのかかつたダ
ブルヘテロ構造が導波構造と成る。埋込層の最後にｎ−
GaAsコンタクト層14を設け、ｎ電極を付けることによ
り、透明領域に対するバイアス電圧を変化させ、ダブル
ヘテロ領域の空乏層幅を制御し、ダブルヘテロを空乏層
化したりしなかつたりすることにより端面透明領域の実
効的屈折率を変調できる。この結果レーザの実効光路長
が変化し、発振波長が変調を受る。しかし、レーザの利
得を発生している導波路部分においては、注入キヤリア
密度になんら変動は無いので、この方式による変調速度
はレーザの緩和振動による制約を受けず、空乏層幅の変
調速度にのみ依存する超高速変調が可能になる。本実施
例による半導体レーザは30GHzという超高速で変調可能
であることが確認されている。本実施例では、ｐ−ｎ接
合による空乏層の変調を例に説明したが、シヨツトキー
接合などの他の接合方式による変調も可能であることは
いうまでもない。また、変調領域のダブルヘテロ構造に
超格子構造をもちいれば、さらに大きな屈折率変調を得
ることが可能である。
以上の実施例は、GaAlAs系の材料を例にのべてきた
が、InGaAsPやInGaAlP系などの他の材料系においても全
く同様な効果が期待されることはいうまでもない。
が、InGaAsPやInGaAlP系などの他の材料系においても全
く同様な効果が期待されることはいうまでもない。
第１図は本発明の実施例１による半導体レーザ構造の模
式図、第２図の（ａ）は鳥観図、（ｂ）はストライプの
縦断面、（ｃ）はストライプの横断面、第３図は本発明
の実施例２の構造の模式図、および第４図の、（ａ）は
鳥観図、（ｂ）はストライプの縦断面、（ｃ）はストラ
イプの横断面をそれぞれ示す。 １……導波路領域、２……端面透明領域、３……曲面状
端面、４……GaAs基板、５……ｎ−GaAlAsクラツド層
（ｘ＝0.4）、６……ｎ−GaAlAs透明導波層（ｘ＝0.2
5）、７……活性層（ｘ＝0.14）、８……ｐ−GaAlAsク
ラツド層（ｘ＝0.4）、９……ｎ−GaAs埋込層、10……
ｐ−GaAsキヤツプ層、11……ｐ−GaAlAs層（ｘ＝0.
5）、12……ｐ−GaAlAs導波層（ｘ＝0.25）、13……ｎ
−GaAlAs層（ｘ＝0.5）14……ｎ−GaAsコンタクト層、1
5……変調用電極。
式図、第２図の（ａ）は鳥観図、（ｂ）はストライプの
縦断面、（ｃ）はストライプの横断面、第３図は本発明
の実施例２の構造の模式図、および第４図の、（ａ）は
鳥観図、（ｂ）はストライプの縦断面、（ｃ）はストラ
イプの横断面をそれぞれ示す。 １……導波路領域、２……端面透明領域、３……曲面状
端面、４……GaAs基板、５……ｎ−GaAlAsクラツド層
（ｘ＝0.4）、６……ｎ−GaAlAs透明導波層（ｘ＝0.2
5）、７……活性層（ｘ＝0.14）、８……ｐ−GaAlAsク
ラツド層（ｘ＝0.4）、９……ｎ−GaAs埋込層、10……
ｐ−GaAsキヤツプ層、11……ｐ−GaAlAs層（ｘ＝0.
5）、12……ｐ−GaAlAs導波層（ｘ＝0.25）、13……ｎ
−GaAlAs層（ｘ＝0.5）14……ｎ−GaAsコンタクト層、1
5……変調用電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 俊明 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 茅根 直樹 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−225678（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−107289（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−80185（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−69643（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】少なくとも共振器の一方の端にレーザ光に
対して吸収を持たない端面透明領域を有し、上記端面透
明領域が曲面形状を有する半導体レーザ装置において、
上記端面透明領域は、印加電圧を変化させることによっ
て上記端面透過領域の屈折率を変調できるダブルヘテロ
構造を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22352986A JPH0821753B2 (ja) | 1986-09-24 | 1986-09-24 | 半導体レ−ザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22352986A JPH0821753B2 (ja) | 1986-09-24 | 1986-09-24 | 半導体レ−ザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6379390A JPS6379390A (ja) | 1988-04-09 |
| JPH0821753B2 true JPH0821753B2 (ja) | 1996-03-04 |
Family
ID=16799577
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22352986A Expired - Lifetime JPH0821753B2 (ja) | 1986-09-24 | 1986-09-24 | 半導体レ−ザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0821753B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4570712B2 (ja) * | 1999-10-14 | 2010-10-27 | Ｏｋｉセミコンダクタ株式会社 | 半導体導波路素子及びその製造方法 |
| JP5184804B2 (ja) * | 2007-03-28 | 2013-04-17 | 株式会社国際電気通信基礎技術研究所 | 半導体レーザ、それを備えたレーザモジュールおよび半導体レーザの製造方法 |
| JP2008294426A (ja) * | 2007-04-26 | 2008-12-04 | Sharp Corp | 半導体レーザ素子及び電磁界発生素子 |
-
1986
- 1986-09-24 JP JP22352986A patent/JPH0821753B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6379390A (ja) | 1988-04-09 |
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