JPH09307181A - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
- Publication number
- JPH09307181A JPH09307181A JP12433396A JP12433396A JPH09307181A JP H09307181 A JPH09307181 A JP H09307181A JP 12433396 A JP12433396 A JP 12433396A JP 12433396 A JP12433396 A JP 12433396A JP H09307181 A JPH09307181 A JP H09307181A
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- JP
- Japan
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- resonator
- refractive index
- region
- effective refractive
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、高出力半導体レーザでストライプ
幅を共振器方向に変化させる構造を有する半導体レーザ
において、モード変換に伴うモード損失が生じず且つ横
モードが安定な半導体レーザを提供することにある。 【解決手段】 共振器方向に沿って幅が指数関数に従っ
て変化しているストライプ、または共振器方向に沿って
幅が指数関数に従って変化し且つ端面近傍では幅が一定
であるストライプを有する半導体レーザにおいて、後端
面側のストライプ幅が３．５μｍ以下、且つ、前端面側
のストライプ幅が５μｍ以上とする。 【効果】 本発明により、ストライプ幅を共振器方向に
変化させる構造を有する半導体レーザにおいて、モード
変換に伴うモード損失が生じず且つ横モードが安定な半
導体レーザを実現した。このため、高出力半導体レーザ
において高信頼化を実現した。
幅を共振器方向に変化させる構造を有する半導体レーザ
において、モード変換に伴うモード損失が生じず且つ横
モードが安定な半導体レーザを提供することにある。 【解決手段】 共振器方向に沿って幅が指数関数に従っ
て変化しているストライプ、または共振器方向に沿って
幅が指数関数に従って変化し且つ端面近傍では幅が一定
であるストライプを有する半導体レーザにおいて、後端
面側のストライプ幅が３．５μｍ以下、且つ、前端面側
のストライプ幅が５μｍ以上とする。 【効果】 本発明により、ストライプ幅を共振器方向に
変化させる構造を有する半導体レーザにおいて、モード
変換に伴うモード損失が生じず且つ横モードが安定な半
導体レーザを実現した。このため、高出力半導体レーザ
において高信頼化を実現した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザの構造
に係り、特に、共振器方向にストライプ幅が変化する構
造を有する半導体レーザに関する。
に係り、特に、共振器方向にストライプ幅が変化する構
造を有する半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、光伝送システムで中継器あるいは
受信器に用いられる希土類添加光ファイバ増幅器励起用
光源として光出力１５０ｍＷ以上の高出力高信頼０．９
８μｍ帯半導体レーザが要求され、盛んに研究されてい
る。半導体レーザでは共振器方向に実効的に屈折率の高
い領域をストライプ状に設けることにより横モード制御
を行っている。このストライプと呼ばれる領域の幅は一
般的に共振器方向に沿って一定である。ところで、安定
な横モード特性を得るためにはこのストライプ幅を狭く
する必要がある。一方、広い光スポットを実現するため
にはストライプ幅を広くすることが有効な方法である。
この２つの相反する要求を満たすために共振器方向にス
トライプ幅を変化させた構造が報告されている。たとえ
ば、ＳＰＩＥ ｖｏｌ．８９３、７９ページに記載のＫ
ｅｎｊｉ ＩＫＥＤＡらによる報告があげられる。
受信器に用いられる希土類添加光ファイバ増幅器励起用
光源として光出力１５０ｍＷ以上の高出力高信頼０．９
８μｍ帯半導体レーザが要求され、盛んに研究されてい
る。半導体レーザでは共振器方向に実効的に屈折率の高
い領域をストライプ状に設けることにより横モード制御
を行っている。このストライプと呼ばれる領域の幅は一
般的に共振器方向に沿って一定である。ところで、安定
な横モード特性を得るためにはこのストライプ幅を狭く
する必要がある。一方、広い光スポットを実現するため
にはストライプ幅を広くすることが有効な方法である。
この２つの相反する要求を満たすために共振器方向にス
トライプ幅を変化させた構造が報告されている。たとえ
ば、ＳＰＩＥ ｖｏｌ．８９３、７９ページに記載のＫ
ｅｎｊｉ ＩＫＥＤＡらによる報告があげられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】図３はＫｅｎｊｉ Ｉ
ＫＥＤＡらにより報告されたストライプ構造を示す平面
図である。ストライプ幅は共振器方向に直線的に増加し
ている。ところが、このような方法によりストライプ幅
を共振器方向に変化させるとストライプ幅の変化に伴う
横モード変換をスムーズに行うことができない。このた
め、変換時にモード損失が生じたり、また、モード変換
不良に帰因する活性層水平方向の遠視野像のサイドピー
ク発生等横モードが不安定となり、実用には不適であっ
た。
ＫＥＤＡらにより報告されたストライプ構造を示す平面
図である。ストライプ幅は共振器方向に直線的に増加し
ている。ところが、このような方法によりストライプ幅
を共振器方向に変化させるとストライプ幅の変化に伴う
横モード変換をスムーズに行うことができない。このた
め、変換時にモード損失が生じたり、また、モード変換
不良に帰因する活性層水平方向の遠視野像のサイドピー
ク発生等横モードが不安定となり、実用には不適であっ
た。
【０００４】本発明は、ストライプ幅を共振器方向に変
化させる構造を有する半導体レーザにおいて、モード変
換に伴うモード損失が生じず且つ横モードが安定な半導
体レーザを提供することにある。
化させる構造を有する半導体レーザにおいて、モード変
換に伴うモード損失が生じず且つ横モードが安定な半導
体レーザを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題は、半導体基板
上に光を発生する活性層と、光を閉じ込める半導体クラ
ッド層と、発生した光からレーザ光を得るための共振器
構造と、共振器方向に沿ってストライプ状に他の部分よ
りも実効屈折率の高い領域とを有し且つ上記実効屈折率
の高い領域の幅が共振器方向に沿って指数関数にしたが
って変化する半導体レーザ装置において、上記実効屈折
率の高い領域の幅が一方の共振器端面側で３．５μｍ以
下且つ他方の共振器端面側で５μｍ以上とすることによ
り解決することができる。また、半導体基板上に光を発
生する活性層と光を閉じ込める半導体クラッド層と発生
した光からレーザ光を得るための共振器構造と共振器方
向に沿ってストライプ状に他の部分よりも実効屈折率の
高い領域を有し且つ上記実効屈折率の高い領域の幅が共
振器方向に沿って指数関数に従って変化する半導体レー
ザ装置において、上記実効屈折率の高い領域の幅が一方
の共振器端面側で３．５μｍ以下且つ他方の共振器端面
側で５μｍ以上とすることにより解決することができ
る。さらに、レーザ光の波長が１．１μｍ以下である場
合に効果が著しい。また、本発明による半導体レーザ装
置を半導体レーザモジュールに用いることによりよりい
っそうの効果を得ることができる。尚、本発明の半導体
レーザ装置において、壁開位置のばらつきによる端面で
のストライプ幅のばらつきを抑制する為に共振器の出射
光端面の少なくとも一方の端面近傍を上記実効屈折率の
高い領域の幅を一定とするのが良い。
上に光を発生する活性層と、光を閉じ込める半導体クラ
ッド層と、発生した光からレーザ光を得るための共振器
構造と、共振器方向に沿ってストライプ状に他の部分よ
りも実効屈折率の高い領域とを有し且つ上記実効屈折率
の高い領域の幅が共振器方向に沿って指数関数にしたが
って変化する半導体レーザ装置において、上記実効屈折
率の高い領域の幅が一方の共振器端面側で３．５μｍ以
下且つ他方の共振器端面側で５μｍ以上とすることによ
り解決することができる。また、半導体基板上に光を発
生する活性層と光を閉じ込める半導体クラッド層と発生
した光からレーザ光を得るための共振器構造と共振器方
向に沿ってストライプ状に他の部分よりも実効屈折率の
高い領域を有し且つ上記実効屈折率の高い領域の幅が共
振器方向に沿って指数関数に従って変化する半導体レー
ザ装置において、上記実効屈折率の高い領域の幅が一方
の共振器端面側で３．５μｍ以下且つ他方の共振器端面
側で５μｍ以上とすることにより解決することができ
る。さらに、レーザ光の波長が１．１μｍ以下である場
合に効果が著しい。また、本発明による半導体レーザ装
置を半導体レーザモジュールに用いることによりよりい
っそうの効果を得ることができる。尚、本発明の半導体
レーザ装置において、壁開位置のばらつきによる端面で
のストライプ幅のばらつきを抑制する為に共振器の出射
光端面の少なくとも一方の端面近傍を上記実効屈折率の
高い領域の幅を一定とするのが良い。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図１〜
２、図４〜８を用いて説明する。
２、図４〜８を用いて説明する。
【０００７】［実施例１］本発明の第１の実施例を図
１、２、７、および８を用いて説明する。図１はストラ
イプ構造を、図２（ａ）は、断面構造を、図２（ｂ）は
活性層の拡大図を示している。まず、図１、７、８によ
り本発明の作用について説明する。はじめに、共振器方
向のストライプ幅変化について述べる。高出力動作を制
限する主要因はキンクの発生である。キンクはビームシ
フトまたは高次モードの発振開始により発生する。いず
れの場合においても実用上問題となる。これらのキンク
は光密度が大きいストライプ中央部のキャリア密度が周
辺部と比較して減少することによりストライプ内部の利
得分布が周辺部で大きくなるために起こる。従って、キ
ンク発生光出力を増大させるためにはキャリアの拡散長
に対して光分布が小さくなるように導波路を形成すれば
よい。すなわち、ストライプ幅を狭くすることが有効で
ある。図７に従来広く用いられている共振器方向でスト
ライプ幅が一定である素子のストライプ幅とキンク発生
光出力の関係を示す。キンク発生光出力を２００ｍＷ以
上にするためにはストライプ幅を３．５μｍ以下とすれ
ばよいことがわかる。一方、高出力動作時の素子劣化原
因は端面部における高光密度部の結晶の溶融である。こ
れをＣＯＤ（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａ
ｌＤａｍａｇｅ）劣化と呼ぶ。このＣＯＤ劣化を抑制す
るためには、端面における動作光密度を低減すればよ
い。すなわち、光スポットサイズを拡大すればよい。こ
のためには、ストライプ幅を広くすることが有効であ
る。図８にストライプ幅と最大光出力との関係を示す。
ストライプ幅が増大するとＣＯＤが起こる光出力が増大
することがわかる。このとき、５μｍ未満の時ＣＯＤが
起こる。ところが、ストライプ幅を５μｍ以上とすると
ＣＯＤは起こらず、最高光出力は熱飽和により制限され
る。また、６００ｍＷ以上の光出力を得ることができ
る。従って、高信頼性を実現するためにはストライプ幅
を５μｍ以上にする必要がある。このように、高出力高
信頼レーザを実現するためには以上で述べた相反する条
件を満足させなければならない。このため、高光密度が
問題となる前面で広ストライプとし光スポットを広げる
ことにより光密度の低減を図り、光密度が比較的小さい
後端面を狭ストライプとすることにより横モードの安定
化を図るといった共振器方向にストライプ幅が変化する
構造は高出力高信頼レーザを実現するためには有効な方
法である。
１、２、７、および８を用いて説明する。図１はストラ
イプ構造を、図２（ａ）は、断面構造を、図２（ｂ）は
活性層の拡大図を示している。まず、図１、７、８によ
り本発明の作用について説明する。はじめに、共振器方
向のストライプ幅変化について述べる。高出力動作を制
限する主要因はキンクの発生である。キンクはビームシ
フトまたは高次モードの発振開始により発生する。いず
れの場合においても実用上問題となる。これらのキンク
は光密度が大きいストライプ中央部のキャリア密度が周
辺部と比較して減少することによりストライプ内部の利
得分布が周辺部で大きくなるために起こる。従って、キ
ンク発生光出力を増大させるためにはキャリアの拡散長
に対して光分布が小さくなるように導波路を形成すれば
よい。すなわち、ストライプ幅を狭くすることが有効で
ある。図７に従来広く用いられている共振器方向でスト
ライプ幅が一定である素子のストライプ幅とキンク発生
光出力の関係を示す。キンク発生光出力を２００ｍＷ以
上にするためにはストライプ幅を３．５μｍ以下とすれ
ばよいことがわかる。一方、高出力動作時の素子劣化原
因は端面部における高光密度部の結晶の溶融である。こ
れをＣＯＤ（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａ
ｌＤａｍａｇｅ）劣化と呼ぶ。このＣＯＤ劣化を抑制す
るためには、端面における動作光密度を低減すればよ
い。すなわち、光スポットサイズを拡大すればよい。こ
のためには、ストライプ幅を広くすることが有効であ
る。図８にストライプ幅と最大光出力との関係を示す。
ストライプ幅が増大するとＣＯＤが起こる光出力が増大
することがわかる。このとき、５μｍ未満の時ＣＯＤが
起こる。ところが、ストライプ幅を５μｍ以上とすると
ＣＯＤは起こらず、最高光出力は熱飽和により制限され
る。また、６００ｍＷ以上の光出力を得ることができ
る。従って、高信頼性を実現するためにはストライプ幅
を５μｍ以上にする必要がある。このように、高出力高
信頼レーザを実現するためには以上で述べた相反する条
件を満足させなければならない。このため、高光密度が
問題となる前面で広ストライプとし光スポットを広げる
ことにより光密度の低減を図り、光密度が比較的小さい
後端面を狭ストライプとすることにより横モードの安定
化を図るといった共振器方向にストライプ幅が変化する
構造は高出力高信頼レーザを実現するためには有効な方
法である。
【０００８】次に、高効率で且つモード変換損失無く共
振器方向にストライプ幅を変化させる方法について述べ
る。ストライプ内に導波されている光電界分布Ｅ（ｘ，
ｙ，ｚ）は以下の式に従う。
振器方向にストライプ幅を変化させる方法について述べ
る。ストライプ内に導波されている光電界分布Ｅ（ｘ，
ｙ，ｚ）は以下の式に従う。
【０００９】Ｅ（ｘ，ｙ，ｚ）＝Ｘ（ｘ，ｚ）Ｙ（ｙ）
ｅｘｐ（ｉ（ωｔ−βｚ）） ここで、ωは角周波数を、βは伝搬定数を表している。
また、ｘ，ｙ，ｚはそれぞれ活性層に水平方向、垂直方
向、共振器方向を示している。また、Ｘ（ｘ，ｚ）はｘ
軸方向の光電界分布を、Ｙ（ｙ）はｙ軸方向の光電界分
布を示している。この式で示すように光電界分布は共振
器方向に指数関数で分布していることがわかる。ストラ
イプ幅の変化に帰因した光電界分布の変化はＸ（ｘ，
ｚ）中に表される。Ｘ（ｘ，ｚ）のｚ方向依存性は主に
ストライプ幅の変化に依存するため、ストライプ幅の変
化を指数関数とすることにより共振器方向にモードをな
めらかに変化させることができる。したがって、モード
変換ロスに帰因したしきい値電流の上昇や遠視野像にお
けるサイドピークの出現を抑制することができる。
ｅｘｐ（ｉ（ωｔ−βｚ）） ここで、ωは角周波数を、βは伝搬定数を表している。
また、ｘ，ｙ，ｚはそれぞれ活性層に水平方向、垂直方
向、共振器方向を示している。また、Ｘ（ｘ，ｚ）はｘ
軸方向の光電界分布を、Ｙ（ｙ）はｙ軸方向の光電界分
布を示している。この式で示すように光電界分布は共振
器方向に指数関数で分布していることがわかる。ストラ
イプ幅の変化に帰因した光電界分布の変化はＸ（ｘ，
ｚ）中に表される。Ｘ（ｘ，ｚ）のｚ方向依存性は主に
ストライプ幅の変化に依存するため、ストライプ幅の変
化を指数関数とすることにより共振器方向にモードをな
めらかに変化させることができる。したがって、モード
変換ロスに帰因したしきい値電流の上昇や遠視野像にお
けるサイドピークの出現を抑制することができる。
【００１０】次に、図２を参酌しながら、素子の作製方
法について述べる。ｎ−ＧａＡｓ基板１上にＧａＡｓバ
ッファ層２、ＧａＡｓ基板に格子整合したｎ−ＩｎＧａ
Ｐクラッド層３、Ｉｎ（１−ｘ）Ｇａ（ｘ）Ａｓ（ｙ）
Ｐ（１−ｙ）障壁層（ｘ＝０．８２、ｙ＝０．６３、障
壁層厚３５ｎｍ）１３及び１５とＩｎ（ｚ）Ｇａ（１−
ｚ）Ａｓ歪量子井戸層（ｚ＝０．１６、井戸層厚７ｎ
ｍ）１４から構成される歪量子井戸活性層４、ＧａＡｓ
基板に格子整合したｐ−ＩｎＧａＰクラッド層５、ｐ−
ＧａＡｓ光導波路層６、ＧａＡｓに格子整合したｐ−Ｉ
ｎＧａＰクラッド層７、ｐ−ＧａＡｓキャップ層８をＭ
ＯＶＰＥ法、またはガスソースＭＢＥ法、またはＣＢＥ
法により順次形成する。次に、酸化膜をマスクに、ホト
エッチング工程により図２（ａ）に示すようなリッジを
形成する。このときのエッチングはウエット、ＲＩＥ、
ＲＩＢＥ、イオンミリング等、方法を問わない。また、
マスクとなる酸化膜は図１で示した形状をしている。エ
ッチングはｐ−ＧａＡｓ光導波路層６を完全に除去し、
且つ歪量子井戸活性層４に達しないようにｐ−ＩｎＧａ
Ｐクラッド層５の途中で止まるようにする。次に、エッ
チングマスクとして用いた酸化膜を選択成長のマスクと
して、図２（ａ）に示すようにｎ−ＩｎＧａＰ電流狭窄
層９をＭＯＶＰＥ法により選択成長する。その後成長炉
からウエファを取りだし、選択成長マスクとして用いた
酸化膜をエッチングにより除去する。その後、ｐ−Ｇａ
Ａｓコンタクト層１０をＭＯＶＰＥ法またはＭＢＥ法に
より形成する。ｐ側電極１１、ｎ側電極１２を形成した
後、劈開法により共振器長約９００μmのレーザ素子を
得た。この後、素子の前面（ｗｓ（Ｌ）側）にλ／４
（λ：発振波長）の厚みのＡｌＯによる低反射膜を、素
子の後面（ｗｓ（０）側）にＳｉＯ２とａ−Ｓｉからな
る６層膜による高反射膜を形成した。各反射膜の構成、
製造方法は周知の方法によってよい。その後、素子を接
合面を下にして、ヒートシンク上にボンディングした。
後端面側のストライプ幅が３．５μｍ以下、前端面側の
ストライプ幅が５．０μｍ以上の素子において、しきい
値電流約１５ｍＡで室温連続発振し、その発振波長は約
０．９８μｍであった。なお、ここで後端面側のストラ
イプ幅は狭くても効果を奏するが製造プロセスの精度に
より最小幅は制限される。また、前端面側のストライプ
幅は、出射ビームの楕円率より所望の値に設計する。本
実施例の場合では、１０μｍ以下が望ましい。また、こ
の素子は５００ｍＷまで安定に横単一モード発振した。
このときの遠視野像にはサイドピークは見られなかっ
た。また、光出力を増加させても端面劣化は起こらず、
最大光出力７００ｍＷは熱飽和により制限された。ま
た、３０素子について環境温度８０℃の条件下で２００
ｍＷ定光出力連続駆動させたところ、初期駆動電流は約
２５０ｍＡであり、全ての素子で２０万時間以上安定に
動作した。一方、同一ウエファから比較のために作製し
た後端面側ストライプ幅４．０μｍ以上の素子は、全て
１５０ｍＷ以下で横モードに変化が生じた。また、同一
ウエファから比較のために作製した前端面側ストライプ
幅が４．５μｍ以下の素子は、環境温度８０℃の条件下
で２００ｍＷ定出力連続駆動させたところ、初期駆動電
流は約２５０ｍＡであったが、全素子とも１万時間で劣
化した。
法について述べる。ｎ−ＧａＡｓ基板１上にＧａＡｓバ
ッファ層２、ＧａＡｓ基板に格子整合したｎ−ＩｎＧａ
Ｐクラッド層３、Ｉｎ（１−ｘ）Ｇａ（ｘ）Ａｓ（ｙ）
Ｐ（１−ｙ）障壁層（ｘ＝０．８２、ｙ＝０．６３、障
壁層厚３５ｎｍ）１３及び１５とＩｎ（ｚ）Ｇａ（１−
ｚ）Ａｓ歪量子井戸層（ｚ＝０．１６、井戸層厚７ｎ
ｍ）１４から構成される歪量子井戸活性層４、ＧａＡｓ
基板に格子整合したｐ−ＩｎＧａＰクラッド層５、ｐ−
ＧａＡｓ光導波路層６、ＧａＡｓに格子整合したｐ−Ｉ
ｎＧａＰクラッド層７、ｐ−ＧａＡｓキャップ層８をＭ
ＯＶＰＥ法、またはガスソースＭＢＥ法、またはＣＢＥ
法により順次形成する。次に、酸化膜をマスクに、ホト
エッチング工程により図２（ａ）に示すようなリッジを
形成する。このときのエッチングはウエット、ＲＩＥ、
ＲＩＢＥ、イオンミリング等、方法を問わない。また、
マスクとなる酸化膜は図１で示した形状をしている。エ
ッチングはｐ−ＧａＡｓ光導波路層６を完全に除去し、
且つ歪量子井戸活性層４に達しないようにｐ−ＩｎＧａ
Ｐクラッド層５の途中で止まるようにする。次に、エッ
チングマスクとして用いた酸化膜を選択成長のマスクと
して、図２（ａ）に示すようにｎ−ＩｎＧａＰ電流狭窄
層９をＭＯＶＰＥ法により選択成長する。その後成長炉
からウエファを取りだし、選択成長マスクとして用いた
酸化膜をエッチングにより除去する。その後、ｐ−Ｇａ
Ａｓコンタクト層１０をＭＯＶＰＥ法またはＭＢＥ法に
より形成する。ｐ側電極１１、ｎ側電極１２を形成した
後、劈開法により共振器長約９００μmのレーザ素子を
得た。この後、素子の前面（ｗｓ（Ｌ）側）にλ／４
（λ：発振波長）の厚みのＡｌＯによる低反射膜を、素
子の後面（ｗｓ（０）側）にＳｉＯ２とａ−Ｓｉからな
る６層膜による高反射膜を形成した。各反射膜の構成、
製造方法は周知の方法によってよい。その後、素子を接
合面を下にして、ヒートシンク上にボンディングした。
後端面側のストライプ幅が３．５μｍ以下、前端面側の
ストライプ幅が５．０μｍ以上の素子において、しきい
値電流約１５ｍＡで室温連続発振し、その発振波長は約
０．９８μｍであった。なお、ここで後端面側のストラ
イプ幅は狭くても効果を奏するが製造プロセスの精度に
より最小幅は制限される。また、前端面側のストライプ
幅は、出射ビームの楕円率より所望の値に設計する。本
実施例の場合では、１０μｍ以下が望ましい。また、こ
の素子は５００ｍＷまで安定に横単一モード発振した。
このときの遠視野像にはサイドピークは見られなかっ
た。また、光出力を増加させても端面劣化は起こらず、
最大光出力７００ｍＷは熱飽和により制限された。ま
た、３０素子について環境温度８０℃の条件下で２００
ｍＷ定光出力連続駆動させたところ、初期駆動電流は約
２５０ｍＡであり、全ての素子で２０万時間以上安定に
動作した。一方、同一ウエファから比較のために作製し
た後端面側ストライプ幅４．０μｍ以上の素子は、全て
１５０ｍＷ以下で横モードに変化が生じた。また、同一
ウエファから比較のために作製した前端面側ストライプ
幅が４．５μｍ以下の素子は、環境温度８０℃の条件下
で２００ｍＷ定出力連続駆動させたところ、初期駆動電
流は約２５０ｍＡであったが、全素子とも１万時間で劣
化した。
【００１１】［実施例２］本発明の第２の実施例を図
４、５を用いて説明する。図４（ａ）は、断面構造を、
図４（ｂ）は活性層の拡大図を、図５はストライプ構造
を示す平面図である。
４、５を用いて説明する。図４（ａ）は、断面構造を、
図４（ｂ）は活性層の拡大図を、図５はストライプ構造
を示す平面図である。
【００１２】次に、素子の作製方法について述べる。ｎ
−ＧａＡｓ基板１６上にＧａＡｓバッファ層１７、ｎ−
Ａｌ（ｘ）Ｇａ（１ーｘ）Ａｓクラッド層（ｘ＝０．３
５）１８、ＧａＡｓ障壁層（障壁層厚１０ｎｍ）２７と
Ｉｎ（ｙ）Ｇａ（１−ｙ）Ａｓ歪量子井戸層（ｙ＝０．
１６、井戸層厚７ｎｍ）２６がＡｌ（ｚ）Ｇａ（１ー
ｚ）Ａｓ光閉じ込め層（ｚ＝０．２）２８により挟まれ
た構造から構成される歪量子井戸活性層１９、ｐ−Ａｌ
（ｘ）Ｇａ（１ーｘ）Ａｓクラッド層（ｘ＝０．３５）
２０、ｐ−ＧａＡｓキャップ層２１をＭＯＶＰＥ法、ま
たはＭＢＥ法により順次形成する。次に、酸化膜をマス
クに、ホトエッチング工程により図４（ａ）に示すよう
なリッジを形成する。このときのエッチングはウエッ
ト、ＲＩＥ、ＲＩＢＥ、イオンミリング等、方法を問わ
ない。また、マスクとなる酸化膜は図５で示した形状を
している。エッチングは歪量子井戸活性層１９に達しな
いようにｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２０の途中で止ま
るように行う。次に、エッチングマスクとして用いた酸
化膜を選択成長のマスクとして、図４（ａ）に示すよう
にｎ−Ａｌ（ｓ）Ｇａ（１ーｓ）Ａｓ（ｓ＝０．６）電
流狭窄層２２をＭＯＶＰＥ法により選択成長する。この
とき、マスク上成長を防止するために、ＨＣｌ添加を行
う。その後成長炉からウエファを取りだし、選択成長マ
スクとして用いた酸化膜をエッチングにより除去する。
その後、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２３をＭＯＶＰＥ法
またはＭＢＥ法により形成する。ｐ側電極２４、ｎ側電
極２５を形成した後、劈開法により共振器長約９００μ
mのレーザ素子を得た。端面近傍でストライプ幅が一定
の領域（Ｌｃ）は５〜５０μｍとした。この後、素子の
前面にλ／４（λ：発振波長）の厚みのＡｌ２Ｏ３によ
る低反射膜を、素子の後面にＳｉＯ２とａ−Ｓｉからな
る６層膜による高反射膜を形成した。その後、素子を接
合面を下にして、ヒートシンク上にボンディングした。
後端面側のストライプ幅が３．５μｍ以下、前端面側の
ストライプ幅が５．０μｍ以上の素子において、しきい
値電流約１５ｍＡで室温連続発振し、その発振波長は約
０．９８μｍであった。また、この素子は５００ｍＷま
で安定に横単一モード発振した。このときの遠視野像に
はサイドピークは見られなかった。また、光出力を増加
させても端面劣化は起こらず、最大光出力７００ｍＷは
熱飽和により制限された。端面近傍にストライプ幅が変
わらない領域を設けたことにより、劈開位置の微妙なず
れによる端面でのストライプ幅のばらつきが抑制された
ため、素子間の特性のばらつきを小さくすることができ
た。また、３０素子について環境温度８０℃の条件下で
２００ｍＷ定光出力連続駆動させたところ、初期駆動電
流は約２５０ｍＡであり、全ての素子で２０万時間以上
安定に動作した。一方、同一ウエファから比較のために
作製した後端面側ストライプ幅４．０μｍ以上の素子
は、全て１５０ｍＷ以下で横モードに変化が生じた。ま
た、同一ウエファから比較のために作製した前端面側ス
トライプ幅が４．５μｍ以下の素子は、環境温度８０℃
の条件下で２００ｍＷ定出力連続駆動させたところ、初
期駆動電流は約２５０ｍＡであったが、全素子とも１万
時間で劣化した。
−ＧａＡｓ基板１６上にＧａＡｓバッファ層１７、ｎ−
Ａｌ（ｘ）Ｇａ（１ーｘ）Ａｓクラッド層（ｘ＝０．３
５）１８、ＧａＡｓ障壁層（障壁層厚１０ｎｍ）２７と
Ｉｎ（ｙ）Ｇａ（１−ｙ）Ａｓ歪量子井戸層（ｙ＝０．
１６、井戸層厚７ｎｍ）２６がＡｌ（ｚ）Ｇａ（１ー
ｚ）Ａｓ光閉じ込め層（ｚ＝０．２）２８により挟まれ
た構造から構成される歪量子井戸活性層１９、ｐ−Ａｌ
（ｘ）Ｇａ（１ーｘ）Ａｓクラッド層（ｘ＝０．３５）
２０、ｐ−ＧａＡｓキャップ層２１をＭＯＶＰＥ法、ま
たはＭＢＥ法により順次形成する。次に、酸化膜をマス
クに、ホトエッチング工程により図４（ａ）に示すよう
なリッジを形成する。このときのエッチングはウエッ
ト、ＲＩＥ、ＲＩＢＥ、イオンミリング等、方法を問わ
ない。また、マスクとなる酸化膜は図５で示した形状を
している。エッチングは歪量子井戸活性層１９に達しな
いようにｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２０の途中で止ま
るように行う。次に、エッチングマスクとして用いた酸
化膜を選択成長のマスクとして、図４（ａ）に示すよう
にｎ−Ａｌ（ｓ）Ｇａ（１ーｓ）Ａｓ（ｓ＝０．６）電
流狭窄層２２をＭＯＶＰＥ法により選択成長する。この
とき、マスク上成長を防止するために、ＨＣｌ添加を行
う。その後成長炉からウエファを取りだし、選択成長マ
スクとして用いた酸化膜をエッチングにより除去する。
その後、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２３をＭＯＶＰＥ法
またはＭＢＥ法により形成する。ｐ側電極２４、ｎ側電
極２５を形成した後、劈開法により共振器長約９００μ
mのレーザ素子を得た。端面近傍でストライプ幅が一定
の領域（Ｌｃ）は５〜５０μｍとした。この後、素子の
前面にλ／４（λ：発振波長）の厚みのＡｌ２Ｏ３によ
る低反射膜を、素子の後面にＳｉＯ２とａ−Ｓｉからな
る６層膜による高反射膜を形成した。その後、素子を接
合面を下にして、ヒートシンク上にボンディングした。
後端面側のストライプ幅が３．５μｍ以下、前端面側の
ストライプ幅が５．０μｍ以上の素子において、しきい
値電流約１５ｍＡで室温連続発振し、その発振波長は約
０．９８μｍであった。また、この素子は５００ｍＷま
で安定に横単一モード発振した。このときの遠視野像に
はサイドピークは見られなかった。また、光出力を増加
させても端面劣化は起こらず、最大光出力７００ｍＷは
熱飽和により制限された。端面近傍にストライプ幅が変
わらない領域を設けたことにより、劈開位置の微妙なず
れによる端面でのストライプ幅のばらつきが抑制された
ため、素子間の特性のばらつきを小さくすることができ
た。また、３０素子について環境温度８０℃の条件下で
２００ｍＷ定光出力連続駆動させたところ、初期駆動電
流は約２５０ｍＡであり、全ての素子で２０万時間以上
安定に動作した。一方、同一ウエファから比較のために
作製した後端面側ストライプ幅４．０μｍ以上の素子
は、全て１５０ｍＷ以下で横モードに変化が生じた。ま
た、同一ウエファから比較のために作製した前端面側ス
トライプ幅が４．５μｍ以下の素子は、環境温度８０℃
の条件下で２００ｍＷ定出力連続駆動させたところ、初
期駆動電流は約２５０ｍＡであったが、全素子とも１万
時間で劣化した。
【００１３】［実施例３］本発明による半導体レーザ素
子をモジュールに組み込んだ例を図６を用いて説明す
る。図６（ａ）は本実施例装置の上面図、（ｂ）はその
サブキャリア付近の拡大図、（ｃ）は側面図である。図
６において、２９は本発明による半導体レーザ素子、３
０は温度測定用のサーミスタ、３１は単一モード光ファ
イバである。半導体レーザ素子２９から出射したレーザ
光は第１レンズ３７により平行光に変換され、第２レン
ズ４２で集光し、フェルール４３付きの光ファイバ３１
に結合する。また、光出力はフォトディテクタ３４によ
りモニタされている。次に、本装置の組立手順について
述べる。まず、サブキャリア３５上に、サブマウント３
３付きの半導体レーザ素子２９、サーミスタ３０、フォ
トディテクタ３４をとりつけた後、レンズホルダ３６と
共に第１レンズ３７を取り付ける。第１レンズ３７は、
半導体レーザ素子を駆動させて、その出力光が平行光と
なるように位置調整してその位置に固定する。ケース３
８内の底面に電子冷却素子４０を取り付け、この電子冷
却素子４０上にサブキャリア３５を取り付ける。ケース
３８の側壁に第２レンズホルダ４１を取り付け、この第
２レンズホルダ４１内に第２レンズ４２を挿入する。フ
ェルール４３付きの光ファイバ３１を挿入したフェルー
ルホルダ３２を第２レンズホルダ４１に取り付ける。こ
の時、半導体レーザ素子２９を駆動させて、光ファイバ
３１をフェルールホルダ３２にソルダ固定し、さらに、
フェルールホルダ３２を第２レンズホルダ４１にＹＡＧ
レーザ溶接する。半導体レーザ素子２９のｎ電極にはリ
ード線３９ｅ、ワイヤボンディング、サブマウント３３
を通して、ｐ電極には、リード線３９ｆ、ワイヤボンデ
ィング、サブキャリア３５を通して電流が供給される。
また、リード線３９ａ、３９ｂを介してサーミスタ３０
の抵抗値を測定し、リード線３９ｃ、３９ｄにより電子
冷却素子４０に電流を流し、サブキャリア３５全体を冷
却できる。このようにして作製したモジュールにおい
て、光ファイバ端から３００ｍＷ以上の出力光を得た。
また、このときの光ファイバとの結合効率は約２．５ｄ
Ｂであった。
子をモジュールに組み込んだ例を図６を用いて説明す
る。図６（ａ）は本実施例装置の上面図、（ｂ）はその
サブキャリア付近の拡大図、（ｃ）は側面図である。図
６において、２９は本発明による半導体レーザ素子、３
０は温度測定用のサーミスタ、３１は単一モード光ファ
イバである。半導体レーザ素子２９から出射したレーザ
光は第１レンズ３７により平行光に変換され、第２レン
ズ４２で集光し、フェルール４３付きの光ファイバ３１
に結合する。また、光出力はフォトディテクタ３４によ
りモニタされている。次に、本装置の組立手順について
述べる。まず、サブキャリア３５上に、サブマウント３
３付きの半導体レーザ素子２９、サーミスタ３０、フォ
トディテクタ３４をとりつけた後、レンズホルダ３６と
共に第１レンズ３７を取り付ける。第１レンズ３７は、
半導体レーザ素子を駆動させて、その出力光が平行光と
なるように位置調整してその位置に固定する。ケース３
８内の底面に電子冷却素子４０を取り付け、この電子冷
却素子４０上にサブキャリア３５を取り付ける。ケース
３８の側壁に第２レンズホルダ４１を取り付け、この第
２レンズホルダ４１内に第２レンズ４２を挿入する。フ
ェルール４３付きの光ファイバ３１を挿入したフェルー
ルホルダ３２を第２レンズホルダ４１に取り付ける。こ
の時、半導体レーザ素子２９を駆動させて、光ファイバ
３１をフェルールホルダ３２にソルダ固定し、さらに、
フェルールホルダ３２を第２レンズホルダ４１にＹＡＧ
レーザ溶接する。半導体レーザ素子２９のｎ電極にはリ
ード線３９ｅ、ワイヤボンディング、サブマウント３３
を通して、ｐ電極には、リード線３９ｆ、ワイヤボンデ
ィング、サブキャリア３５を通して電流が供給される。
また、リード線３９ａ、３９ｂを介してサーミスタ３０
の抵抗値を測定し、リード線３９ｃ、３９ｄにより電子
冷却素子４０に電流を流し、サブキャリア３５全体を冷
却できる。このようにして作製したモジュールにおい
て、光ファイバ端から３００ｍＷ以上の出力光を得た。
また、このときの光ファイバとの結合効率は約２．５ｄ
Ｂであった。
【００１４】
【発明の効果】本発明により、ストライプ幅を共振器方
向に変化させる構造を有する半導体レーザにおいて、モ
ード変換に伴うモード損失が生じず且つ横モードが安定
な半導体レーザを実現した。このため、高出力半導体レ
ーザにおいて高信頼化を実現した。
向に変化させる構造を有する半導体レーザにおいて、モ
ード変換に伴うモード損失が生じず且つ横モードが安定
な半導体レーザを実現した。このため、高出力半導体レ
ーザにおいて高信頼化を実現した。
【図１】本発明による第１のストライプ構造を示した平
面図。
面図。
【図２】本発明による第１の実施例を示した素子断面
図。
図。
【図３】従来構造によるストライプ構造示した平面図。
【図４】本発明による第２の実施例を示した素子断面
図。
図。
【図５】本発明による第２のストライプ構造を示した平
面図。
面図。
【図６】本発明による素子を搭載したモジュールを示し
た図。
た図。
【図７】ストライプ幅とキンク発生光出力の関係を示し
た図。
た図。
【図８】ストライプ幅と最高光出力の関係を示した図。
１ ｎ−ＧａＡｓ基板 ３ ｎ−ＩｎＧａＰクラッド層 ４ 歪量子井戸活性層 ５ ｐ−ＩｎＧａＰクラッド層 ６ ｐ−ＧａＡｓ光導波路層 ７ ｐ−ＩｎＧａＰクラッド層 １６ ｎ−ＧａＡｓ基板 １８ ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層 １９ 量子井戸活性層 ２０ ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層 ２９ 半導体レーザ素子 ３１ 単一モード光ファイバ ３５ サブキャリア ３７ 第１レンズ ３８ ケース ４２ 第２レンズ。
フロントページの続き (72)発明者 紀川 健 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (4)
- 【請求項１】半導体基板上に光を発生する活性層と、光
を閉じ込める半導体クラッド層と、レーザ光を得るため
の共振器構造と、共振器方向に沿ってストライプ状に他
の部分よりも実効屈折率の高い領域とを有し且つ上記実
効屈折率の高い領域の幅が共振器方向に沿って指数関数
にしたがって変化する半導体レーザ装置において、上記
実効屈折率の高い領域の幅が一方の共振器端面側で３．
５μｍ以下且つ他方の共振器端面側で５μｍ以上である
ことを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項２】半導体基板上に光を発生する活性層と光を
閉じ込める半導体クラッド層と発生した光からレーザ光
を得るための共振器構造と共振器方向に沿ってストライ
プ状に他の部分よりも実効屈折率の高い領域を有し且つ
上記実効屈折率の高い領域の幅が共振器方向に沿って指
数関数に従って変化し、且つ端面近傍では上記実効屈折
率の高い領域の幅が一定である半導体レーザ装置におい
て、上記実効屈折率の高い領域の幅が一方の共振器端面
側で３．５μｍ以下且つ他方の共振器端面側で５μｍ以
上であることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項３】請求項１乃至２に記載の半導体レーザ装置
において、レーザ光の波長が１．１μｍ以下であること
を特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体
レーザ装置を用いた半導体レーザモジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12433396A JPH09307181A (ja) | 1996-05-20 | 1996-05-20 | 半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12433396A JPH09307181A (ja) | 1996-05-20 | 1996-05-20 | 半導体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09307181A true JPH09307181A (ja) | 1997-11-28 |
Family
ID=14882752
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12433396A Pending JPH09307181A (ja) | 1996-05-20 | 1996-05-20 | 半導体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09307181A (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002076512A (ja) * | 2000-09-05 | 2002-03-15 | Hitachi Ltd | 半導体レーザ装置及び光システム装置 |
| EP1241751A1 (en) * | 2001-03-13 | 2002-09-18 | SDL, Inc. | High power, kink-free, single mode laser diodes |
| US6816531B1 (en) | 2000-03-03 | 2004-11-09 | Jds Uniphase Corporation | High-power, kink-free, single mode laser diodes |
| JP2005012178A (ja) * | 2003-05-22 | 2005-01-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ |
| US6928097B2 (en) | 2001-09-21 | 2005-08-09 | Nec Corporation | Edge emitting semiconductor laser and semiconductor laser module |
| WO2006013935A1 (ja) * | 2004-08-05 | 2006-02-09 | Hamamatsu Photonics K.K. | 半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子アレイ |
| JP2006093614A (ja) * | 2004-09-27 | 2006-04-06 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子アレイ |
| US7257139B2 (en) | 2004-01-23 | 2007-08-14 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser device and optical pickup apparatus using the same |
| US7301979B2 (en) | 2003-05-22 | 2007-11-27 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser |
| WO2008010374A1 (fr) * | 2006-07-19 | 2008-01-24 | Panasonic Corporation | Dispositif laser semi-conducteur |
| JP2008066506A (ja) * | 2006-09-07 | 2008-03-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ装置 |
| JP2009033009A (ja) * | 2007-07-30 | 2009-02-12 | Panasonic Corp | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
| JP2011151238A (ja) * | 2010-01-22 | 2011-08-04 | Mitsubishi Electric Corp | 多重横モードレーザ |
| JPWO2018003335A1 (ja) * | 2016-06-30 | 2019-04-25 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 半導体レーザ装置、半導体レーザモジュール及び溶接用レーザ光源システム |
-
1996
- 1996-05-20 JP JP12433396A patent/JPH09307181A/ja active Pending
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US7257139B2 (en) | 2004-01-23 | 2007-08-14 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser device and optical pickup apparatus using the same |
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| US7885305B2 (en) | 2004-08-05 | 2011-02-08 | Hamamatsu Photonics K.K. | Semiconductor laser device and semiconductor laser device array |
| JP2006093614A (ja) * | 2004-09-27 | 2006-04-06 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子アレイ |
| WO2008010374A1 (fr) * | 2006-07-19 | 2008-01-24 | Panasonic Corporation | Dispositif laser semi-conducteur |
| US7839911B2 (en) | 2006-07-19 | 2010-11-23 | Panasonic Corporation | Semiconductor laser device |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050201 |