JPS5830754B2 - semiconductor laser - Google Patents

semiconductor laser

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JPS5830754B2
JPS5830754B2 JP52052220A JP5222077A JPS5830754B2 JP S5830754 B2 JPS5830754 B2 JP S5830754B2 JP 52052220 A JP52052220 A JP 52052220A JP 5222077 A JP5222077 A JP 5222077A JP S5830754 B2 JPS5830754 B2 JP S5830754B2
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JP
Japan
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layer
guide layer
semiconductor
active region
type
Prior art date
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JP52052220A
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Japanese (ja)
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JPS53136986A (en
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渉 須崎
博文 浪崎
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体レーザに関するものである。[Detailed description of the invention] The present invention relates to a semiconductor laser.

一般に半導体レーザの出力を取出す方法としては、半導
体レーザの一対向面を臂開面とし、これを反射鏡と同様
の作用をもたせることによって共振器を構成し、一方の
骨間面からの透過光を出力とするもの(ファブリペロ−
共振器)と、介層された活性領域の内部あるいは近傍に
レーザビーム出力方向と直角に波状の境界面を設け、こ
れにより光の屈折率や損失の周期構造(コルゲーション
と称す)を形成することによってレーザ発振を生じさせ
るようにしたものがある。
In general, the method for extracting the output of a semiconductor laser is to make one opposing surface of the semiconductor laser an arm-opening surface, and create a resonator by making this have the same effect as a reflecting mirror. (Fabry-Perot
A wavy boundary surface is provided inside or near the intervening active region (resonator) and the interlayered active region at right angles to the laser beam output direction, thereby forming a periodic structure of optical refractive index and loss (referred to as corrugation). There is a device that generates laser oscillation.

ところで、このような構成からなる半導体レーザの活性
領域は、はぼ室温状態で連続発振をさせる必要があるこ
とから、その層厚は通常1.、、m以下で形成されてい
る。
By the way, since the active region of a semiconductor laser having such a structure needs to be continuously oscillated at approximately room temperature, its layer thickness is usually 1. ,, m or less.

このため、活性領域の層厚方向へのレーザビーム広がり
半値角は大きくほぼ50度程度である。
Therefore, the half-value angle of laser beam spread in the layer thickness direction of the active region is large, approximately 50 degrees.

そして、一般に半導体レーザは結晶内に欠陥等が存在す
るとフィラメント発振が生ずることから、レーザビーム
取出し方向は利得を犬ならしめるため比較的長さを犬と
し、レーザビーム取出し面の幅を短かくし、全体として
半導体レーザの占有面積を小としている。
In general, in a semiconductor laser, filament oscillation occurs when defects etc. exist in the crystal, so the laser beam extraction direction is made relatively long in order to make the gain uniform, and the width of the laser beam extraction surface is shortened. Overall, the area occupied by the semiconductor laser is kept small.

したがってレーザビーム取出し面の活性領域幅は小とな
ることから活性領域を含む平面内におけるレーザビーム
は平行とならず若干の広がり半値角を有している。
Therefore, since the width of the active region on the laser beam extraction surface is small, the laser beam within the plane containing the active region is not parallel but has a slight spread half-value angle.

このため、他の光部品に出力の結合を容易ならしめるた
め、従来レンズを用いてレーザビームを平行光線にして
いるが、縦方向および横方向それぞれ広がり半値角の異
なるレーザビームを平行にすることから、特種な形状を
有するレンズを必要とし、その製作および取付けは極め
て困難であった。
For this reason, in order to easily couple the output to other optical components, conventional lenses are used to make the laser beam into parallel beams, but it is now possible to make laser beams that spread in the vertical and horizontal directions and have different half-value angles into parallel beams. Therefore, a lens with a special shape was required, and its manufacture and installation were extremely difficult.

さらに従来の半導体レーザは一個の素子で変調を行なう
ことはできず、他の変調素子等を兼備させなげればなら
ないものであった。
Furthermore, conventional semiconductor lasers cannot perform modulation with a single element, and must also be equipped with other modulation elements.

それ数本発明の目的はレーザビームを平行にするための
レンズの製作および取付けを容易にした半導体レーザを
提供するものである。
Another object of the present invention is to provide a semiconductor laser in which it is easy to manufacture and attach a lens for collimating a laser beam.

また本発明の他の目的は一個の素子で変調ができる半導
体レーザを提供するものである。
Another object of the present invention is to provide a semiconductor laser that can be modulated with a single element.

このような目的を構成するために本発明は、半導体基板
上面に活性領域とこれと異なる半導体層(光ガイド層)
とが形成され、この活性領域上面と前記光ガイド層上面
に隔絶された半導体層が形成され、前記活性領域および
光ガイド層の内部あるいは近傍に光の屈折率や損失の周
期構造が形成されるとともに、前記活性領域から光ガイ
ド層ヘレーザビームが照射されるように前記周期構造の
周期方向へ0度または90度でない所定の角度を有する
ようにし、前記光ガイド層に逆バイアスの変調電圧を印
加するようにしたものである。
In order to accomplish this purpose, the present invention provides an active region and a different semiconductor layer (light guide layer) on the top surface of a semiconductor substrate.
A semiconductor layer is formed on the top surface of the active region and the top surface of the optical guide layer, and a periodic structure of optical refractive index and loss is formed inside or near the active region and the optical guide layer. At the same time, the optical guide layer is made to have a predetermined angle other than 0 degrees or 90 degrees in the periodic direction of the periodic structure so that the laser beam is irradiated from the active region to the optical guide layer, and a reverse bias modulation voltage is applied to the optical guide layer. This is how it was done.

以下、実施例を用いて本発明の詳細な説明する。Hereinafter, the present invention will be explained in detail using Examples.

第1図は本発明に係る半導体レーザの一実施例を示すた
めの=部破断構成図である。
FIG. 1 is a partially broken configuration diagram showing an embodiment of a semiconductor laser according to the present invention.

例えばn型Ga1 、AlxAs層1からなる基板上
面にエピタキシャル成長法等で活性領域となるP型Ga
As層2が一辺近傍部にそして光ガイド層となるn型G
aA s層3が他の領域に形成され、前記P型GaAs
層2上面およびこの対向辺近傍部のn型GaAs層3上
面にはP型Ga1 、AlyAs層4゜4′が形成され
ている。
For example, p-type Ga1, which becomes the active region, is grown by epitaxial growth on the upper surface of the substrate consisting of n-type Ga1 and AlxAs layer 1.
As layer 2 is located near one side, and n-type G serves as a light guide layer.
An aAs layer 3 is formed in another region, and the P-type GaAs
A P-type Ga1 and AlyAs layer 4°4' is formed on the upper surface of the layer 2 and the upper surface of the n-type GaAs layer 3 in the vicinity of the opposite side.

P型Ga1 、AlyAs層4゜4′の表面はレーザ干
渉光を用いた写真蝕刻技術による選択エツチングにより
、各対向するP型G a 1 、 yA l y A
s 4.4’の長手方向に対し45度の角度を有する方
向へそれぞれ凹凸面5.!l/が形成されている。
The surfaces of the P-type Ga1 and AlyAs layers 4°4' are selectively etched by photolithography using laser interference light to form opposing P-type Ga1 and yAlyA layers.
s 4. Concave and convex surfaces 5. ! l/ is formed.

そしてこのように加工されたP型Ga1−yAlyAs
層4,4′上面はやはりエピタキシャル成長法等でP型
Ga1−2AlzAs層6゜σが形成され、またこの上
面および前記n型Ga1−XAlxAs層1の裏面は金
属が蒸着されて電極7,7′および8が形成されている
And P-type Ga1-yAlyAs processed in this way
On the upper surfaces of the layers 4 and 4', a p-type Ga1-2AlzAs layer 6°σ is formed by epitaxial growth, etc., and on this upper surface and the back surface of the n-type Ga1-XAlxAs layer 1, metal is deposited to form the electrodes 7 and 7'. and 8 are formed.

さらにこのように形成された半導体チップ9において各
P型Gal 、AlyAs層4,4′の断面が現われ
る側の両端面10および1σは骨間が施こされて共振器
が構成されている。
Further, in the semiconductor chip 9 thus formed, both end surfaces 10 and 1σ on the sides where the cross sections of the P-type Gal and AlyAs layers 4 and 4' appear are provided with a bone gap to form a resonator.

このような構成からなる半導体レーザの電極7および8
間に励起電流を順方向に流すと骨間面である端面10お
よび10′間の活性領域にレーザ発振が生じ、その後P
型Ga、 AlyAs層4とP型Ga1−、Z、A
lxAs層6との界面である凹凸面5で形成される光の
屈折率や損失の周期構造(コルゲーション)の影響で、
レーザビームはP型Ga、 、AlyAs層4の長手
方向と垂直方向へ照射する。
Electrodes 7 and 8 of a semiconductor laser having such a configuration
When an excitation current is passed in the forward direction between them, laser oscillation occurs in the active region between the end surfaces 10 and 10', which are the interosseous surfaces, and then P
Type Ga, AlyAs layer 4 and P type Ga1-, Z, A
Due to the influence of the periodic structure (corrugation) of the refractive index and loss of light formed on the uneven surface 5 which is the interface with the lxAs layer 6,
The laser beam is irradiated in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the P-type Ga, AlyAs layer 4.

一方、電極7′および8間には逆バイアスの変調電圧を
印加しておくと、フランツ・ケルディシュ効果やポッケ
ルス効果により誘電率の変化が生ずるのでレーザ出力に
振幅および位相の変調が加わる。
On the other hand, if a reverse bias modulation voltage is applied between the electrodes 7' and 8, a change in dielectric constant occurs due to the Franz-Keldysh effect or the Pockels effect, so that amplitude and phase modulation is added to the laser output.

コルゲーションの方向とレーザビームの照射角度との関
係は、第2図で示すようにコルゲーションの周期間隔A
をレーザ発振波長λに対してθ:P型Ga1−yAly
As層4の長手方向に対するコルゲーションの周期方向
角度。
The relationship between the direction of the corrugations and the irradiation angle of the laser beam is determined by the periodic interval A of the corrugations, as shown in Figure 2.
θ for the laser oscillation wavelength λ: P-type Ga1-yAly
An angle in the periodic direction of corrugation with respect to the longitudinal direction of the As layer 4.

を選ふと、レーザビームはP型Ga 1−yAlyAs
層4の長手方向に対し2θの角度で照射される関係があ
ることが判明した。
If you choose , the laser beam will be P-type Ga 1-yAlyAs
It has been found that there is a relationship in which the radiation is irradiated at an angle of 2θ with respect to the longitudinal direction of the layer 4.

したがってθ−45度とした場合、レーザビームはP型 Gal yAlyAs層4の長手方向に対し垂直(2
θ−−R)に取出されることが判る。
Therefore, in the case of θ-45 degrees, the laser beam is perpendicular to the longitudinal direction of the P-type Gal yAlyAs layer 4 (2
It can be seen that it is taken out at θ--R).

このように、レーザビームをP型 Gal 、AlyAs層4の長手方向端面から取出すよ
うにすればこの広がり半値角は極めて少なくなる。
In this way, if the laser beam is taken out from the end face in the longitudinal direction of the P-type Gal, AlyAs layer 4, the half-value angle of spread becomes extremely small.

例えばP型Ga1 yAlyAs層4の長手方向距離
をd−約300μ扉、レーザ発振波長λ0.9μmとす
る場合、従来の数〜10度に対し0.2度程度になるこ
とが判った。
For example, when the longitudinal distance of the P-type Ga1 yAlyAs layer 4 is set to d-approximately 300 μm and the laser oscillation wavelength is set to λ0.9 μm, it has been found that the distance becomes about 0.2 degrees, compared to the conventional several to 10 degrees.

したがってレーザビームを平行光として取出す場合にお
いて、活性領域となるP型G a A s層2の層厚方
向に対する広がりのみを考慮すればよいことから、円柱
レンズを用いることができる。
Therefore, when extracting the laser beam as parallel light, it is only necessary to consider the spread in the layer thickness direction of the P-type GaAs layer 2, which becomes the active region, so that a cylindrical lens can be used.

この円柱レンズは一方のみの曲率を決定すればよいこと
から、製作上も容易でかつ取付けも簡単になる。
Since it is only necessary to determine the curvature of one side of this cylindrical lens, it is easy to manufacture and easy to install.

また、このような構成にすることによって一個の素子中
でレーザ発振および変調をもできるようになる。
Further, by adopting such a configuration, laser oscillation and modulation can be performed in one element.

なお、このような構成は利得に関係するP型Ga 1−
yA IyAs層4の長手方向距離は従来と比較してほ
ぼ同様とし、前記P型 Ga1−yAlyAs層4の長手方向と垂直にレーザビ
ームを取出せる結果、このレーザビーム照射方向部に変
調素子を組込むことができるので、半導体チップ9の占
有面積を小とすることができる。
Note that such a configuration has P-type Ga 1- which is related to gain.
The longitudinal distance of the yA IyAs layer 4 is almost the same as that of the conventional one, and the laser beam can be taken out perpendicular to the longitudinal direction of the P-type Ga1-yAlyAs layer 4. As a result, a modulation element is incorporated in this laser beam irradiation direction part. Therefore, the area occupied by the semiconductor chip 9 can be reduced.

本実施例では、活性領域となるP型GaAs層2と光ガ
イド層となるn型GaAs層3とをn型Ga1−XAI
XAs層1上面に層成上面ものであるが、第3図で示す
如く、n型Ga 1−XAlxAs層1上面全域にn型
GaAs層3を形成し、P型Ga AlyAs層
4とのバンドギャップの相違−y から実効上の活性領域を形成するようにしてもよいこと
はもちろんである。
In this example, the P-type GaAs layer 2 serving as the active region and the n-type GaAs layer 3 serving as the optical guide layer are made of n-type Ga1-XAI.
As shown in FIG. 3, an n-type GaAs layer 3 is formed over the entire upper surface of the n-type Ga1-XAlxAs layer 1, and the band gap with the P-type GaAlyAs layer 4 is Of course, the effective active region may be formed from the difference -y.

さらに本実施例で掲げた半導体レーザはダブルへテロ接
合構造であるが、シングルへテロ接合構造、あるいはホ
モへテロ接合構造であってもよく、また半導体材料は限
定されるものではない。
Further, although the semiconductor laser described in this embodiment has a double heterojunction structure, it may have a single heterojunction structure or a homoheterojunction structure, and the semiconductor material is not limited.

そしてコルゲーションは活性領域の上方に設けたもので
あるが、活性領域内に設けても同様な効果を奏するもの
である。
Although the corrugation is provided above the active region, the same effect can be obtained even if the corrugation is provided within the active region.

以上述べたように、本発明に係る半導体レーザによれば
、レーザビームを平行にするためのレンズの製作および
取付けを容易にし、かつ−個の素子で変調もできるもの
が得られる。
As described above, according to the semiconductor laser according to the present invention, it is possible to easily manufacture and attach a lens for collimating a laser beam, and also to be able to modulate the laser beam using only one element.

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

第1図は本発明に係る半導体レーザの一実施例を示す一
部破断構成図、第2図は前記半導体レーザの効果を導く
ための説明図、第3図は本発明に係る半導体レーザの他
の実施例を示す=部破断構成図である。 1・・・−・・n型Ga 、 −xAlxAs層、2・
・・・・・P型GaAs層、3 =−n型GaAs層、
4 、4’・−・・−P型Ga、 AlyAs層、
5 、5’・−−−−−凹凸面、6,6′・・・・・・
P型Ga A1zAs層、7,7’、8・・・・・
・電1−7゜ 極、9−・−・・・半導体チップ。
FIG. 1 is a partially cutaway configuration diagram showing an embodiment of the semiconductor laser according to the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram for illustrating the effects of the semiconductor laser, and FIG. 3 is a diagram showing other semiconductor lasers according to the present invention. FIG. 2 is a partially cutaway configuration diagram showing an embodiment of the present invention. 1...--n-type Ga, -xAlxAs layer, 2...
...P-type GaAs layer, 3=-n-type GaAs layer,
4, 4'...-P-type Ga, AlyAs layer,
5, 5'-----uneven surface, 6, 6'...
P-type Ga A1zAs layer, 7, 7', 8...
・Electrical 1-7° pole, 9---- semiconductor chip.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 半導体基板上面に活性領域とこれと異なる半導体層
(光ガイド層)とが形成され、この活性領域上面と前記
光ガイド層上面に隔絶された半導体層が形成され、前記
活性領域および光ガイド層の内部あるいは近傍に光の屈
折率や損失の周期構造が形成されるとともに、前記活性
領域から光ガイド層ヘレーザビームが照射されるように
前記周期構造の周期方向へ0度または90度でない所定
の角度を有するようにし、前記光ガイド層に逆バイアス
の変調電圧を印加するようにしたことを特徴とする半導
体レーザ。 2 半導体基板上面全域に光ガイド層が形成され、この
光ガイド層上面において分離された半導体層が形成され
、前記光ガイド層の内部あるいは近傍に光の屈折率や損
失の周期構造が形成されるとともに前記半導体層の対向
方向ヘレーザビームを取出せるように前記周期構造の周
期方向に0度または90度でない所定の角度を有するよ
うにし、一方の半導体層下の光ガイド層に逆バイアスの
変調電圧を印加するようにしたことを特徴とする半導体
レーザ。
[Scope of Claims] 1. An active region and a different semiconductor layer (light guide layer) are formed on the upper surface of a semiconductor substrate, an isolated semiconductor layer is formed on the upper surface of the active region and the upper surface of the optical guide layer, and A periodic structure of optical refractive index and loss is formed inside or near the active region and the optical guide layer, and the periodic structure is tilted at 0 degrees or in the periodic direction of the periodic structure so that the laser beam is irradiated from the active region to the optical guide layer. A semiconductor laser having a predetermined angle other than 90 degrees and applying a reverse bias modulation voltage to the light guide layer. 2. A light guide layer is formed over the entire upper surface of the semiconductor substrate, a separated semiconductor layer is formed on the upper surface of the light guide layer, and a periodic structure of optical refractive index and loss is formed inside or near the light guide layer. At the same time, the periodic structure has a predetermined angle other than 0 degrees or 90 degrees to the periodic direction of the periodic structure so that a laser beam can be taken out in the opposite direction of the semiconductor layer, and a reverse bias modulation voltage is applied to the optical guide layer under one of the semiconductor layers. A semiconductor laser characterized in that it is configured to apply voltage.
JP52052220A 1977-05-06 1977-05-06 semiconductor laser Expired JPS5830754B2 (en)

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JPS53136986A JPS53136986A (en) 1978-11-29
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