JPS5856992B2 - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents
半導体レ−ザ装置Info
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- JPS5856992B2 JPS5856992B2 JP4934179A JP4934179A JPS5856992B2 JP S5856992 B2 JPS5856992 B2 JP S5856992B2 JP 4934179 A JP4934179 A JP 4934179A JP 4934179 A JP4934179 A JP 4934179A JP S5856992 B2 JPS5856992 B2 JP S5856992B2
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- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
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- H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は高出力で単一モード発振をする半導体レーザ装
置の構造に関する。
置の構造に関する。
半導体レーザの構造には種々のものが知られている。
なかでも、動作電流を下げかつ発振モードを制御するた
めストライプ構造といわれる構造が一般的に用いられて
いる。
めストライプ構造といわれる構造が一般的に用いられて
いる。
ストライプ構造にも各種のものがあり、それぞれ特性的
に一長一短があるが、一般的に安定な発振モードの得ら
れる構造では、レーザ発振に直接寄与する活性領域が小
さいため出力が小さく、逆に出力の大きな構造では発振
モードが不安定となる欠点があった。
に一長一短があるが、一般的に安定な発振モードの得ら
れる構造では、レーザ発振に直接寄与する活性領域が小
さいため出力が小さく、逆に出力の大きな構造では発振
モードが不安定となる欠点があった。
本発明はこれを解決する新しいレーザ装置を提供するも
のであって、安定な発振モードを維持しつつ出力の増大
をもたらすものである。
のであって、安定な発振モードを維持しつつ出力の増大
をもたらすものである。
以下図面を用い、従来のストライプ構造と対比させなが
ら本発明を詳述する。
ら本発明を詳述する。
第１図ａはストライプ構造の原形であり、かつきわめて
一般的に用いられている電極ストライプ構造を模式的に
示した斜視図である。
一般的に用いられている電極ストライプ構造を模式的に
示した斜視図である。
次にこれを用いてレーザ動作を簡単に説明する。
ｐ型、ｎ型またはアンドープ（ｕｎｄｏｐｅ ） Ｇａ
Ａｓ活性層１の両側にそれぞれｐ−ＧａＡ７Ａｓ層２お
よび、ｎＧａＡＡＡｓＧａＡｌＡｓ層３おり、ｎ−Ｇａ
ＡＡＡｓ層３の裏面には全面にｎ電極５が、またｐ −
ＧａＡｌＡｓ層２上には帯状のｐｔ電極が共振器となる
結晶端面１０１および１０２に直交スルように設けられ
ている。
Ａｓ活性層１の両側にそれぞれｐ−ＧａＡ７Ａｓ層２お
よび、ｎＧａＡＡＡｓＧａＡｌＡｓ層３おり、ｎ−Ｇａ
ＡＡＡｓ層３の裏面には全面にｎ電極５が、またｐ −
ＧａＡｌＡｓ層２上には帯状のｐｔ電極が共振器となる
結晶端面１０１および１０２に直交スルように設けられ
ている。
通常各寸法は、共振器間隔３００μｍ、ｐ電極巾１０μ
ｍ、活性層の厚み０．３μｍ８度に設定される。
ｍ、活性層の厚み０．３μｍ８度に設定される。
さて、この装置に電流を流すと、ａ図矢印のようにｐｔ
極極子下の中央部分が最も密度が高く、外側にいくほど
密度が低くなるように電流が流れる。
極極子下の中央部分が最も密度が高く、外側にいくほど
密度が低くなるように電流が流れる。
このため第１図すに示すようにレーザ発振のための利得
ｇは水平方向Ｘに対して山形の分布をもっている。
ｇは水平方向Ｘに対して山形の分布をもっている。
一方垂直方向ｙに対しては、ＧａＡｓ の禁制帯巾が
ＧａＡｌＡｓのそれより小さいために屈折率ｎがｂ図の
ようＫＧａＡｓ 活性層で高くなっている。
ＧａＡｌＡｓのそれより小さいために屈折率ｎがｂ図の
ようＫＧａＡｓ 活性層で高くなっている。
この２つの効果のために発振光は第１図ａのごとく、活
性層中のｐ−を極４直下の部分に閉じ込められ、レーザ
光はこの部分を２方向に伝搬し外部に放射される。
性層中のｐ−を極４直下の部分に閉じ込められ、レーザ
光はこの部分を２方向に伝搬し外部に放射される。
これは丁姪導波管中に電磁波が閉じ込められる機構と同
じであり、ストライプ構造は光の導波路を形成する手法
であるとも言うことができる。
じであり、ストライプ構造は光の導波路を形成する手法
であるとも言うことができる。
さてレーザが安定なモードで発振するためには、この導
波路を伝搬するモードが安定でなげればならない。
波路を伝搬するモードが安定でなげればならない。
第１図の電極ストライプ構造は必ずしも安定なモードで
発振しない。
発振しない。
それはＸ方向の閉じ込めを利得分布によって得ているか
らである。
らである。
すなわち利得は光出力によって飽和するので、出力の増
加に伴いその分布が変化し、それに伴って導波されるモ
ードも変化するわけである。
加に伴いその分布が変化し、それに伴って導波されるモ
ードも変化するわけである。
これな改善する従来構造の活性領域近傍の断面図を第２
図、第３図に示す。
図、第３図に示す。
第２図はいわゆるＢＨ構造と呼ばれるもので、Ｘ方向も
、ｙ方向と同じく、ＧａＡｓ とＧａＡＡＡｓの屈折
率差を利用した閉じ込め効果を持たせるようにしたもの
である。
、ｙ方向と同じく、ＧａＡｓ とＧａＡＡＡｓの屈折
率差を利用した閉じ込め効果を持たせるようにしたもの
である。
ここＶｃｌｏはＧａＡｓ 活性領域である。このよう
にすると導波路が作りつげであるため、電極ストライプ
構造のように導波路自体が出力や電流によって変形をう
けることがない。
にすると導波路が作りつげであるため、電極ストライプ
構造のように導波路自体が出力や電流によって変形をう
けることがない。
第３図はいわゆるＴＪＳ構造として知られる構造であっ
て、ここでＧａＡ ｓ 活性領域１０はｐ型、また１
１はｎ−ＧａＡｓ、１２はｐ十−ＧａＡｌＡｓ、１３は
ｐ十−ＧａＡｓ である。
て、ここでＧａＡ ｓ 活性領域１０はｐ型、また１
１はｎ−ＧａＡｓ、１２はｐ十−ＧａＡｌＡｓ、１３は
ｐ十−ＧａＡｓ である。
この場合Ｘ方向にはｎ−ＧａＡｓ１１、ｐ −ＧａＡｓ
１０、ｐ＋−ＧａＡｓ１３とならんでおり、導電形お
よびキャリヤ密度が活性領域１０とその両側の領域で異
っている。
１０、ｐ＋−ＧａＡｓ１３とならんでおり、導電形お
よびキャリヤ密度が活性領域１０とその両側の領域で異
っている。
このため屈折率が異り、やはり作りつけの導波路構造と
なっている。
なっている。
第２図、第３図の構造は作りっげ導波路のため導波路の
変形はほとんどないが、これだけで安定な発振モードが
得られるというわけではない。
変形はほとんどないが、これだけで安定な発振モードが
得られるというわけではない。
なぜなら、導波路を伝搬しうるモードは一般には一つで
なく多数存在し、どのモードが励振されるかは別の要因
で決定されるからである。
なく多数存在し、どのモードが励振されるかは別の要因
で決定されるからである。
実験的には複数のモードが同時に発振したり、’ｔｆＪ
＆や出力によって発振モードが変化するなどの現象が観
測されており、この場合は安定な発振たり得ない。
＆や出力によって発振モードが変化するなどの現象が観
測されており、この場合は安定な発振たり得ない。
このため前記２者の構造においては屈折率差に見合うよ
う活性領域の巾と厚さを設定し、最低次のモードのみを
伝搬し、その他の高次モードはすべてカットオフ状態と
なるようにしている。
う活性領域の巾と厚さを設定し、最低次のモードのみを
伝搬し、その他の高次モードはすべてカットオフ状態と
なるようにしている。
すなわち特定の屈折率差に対して巾および厚さの最大値
があるわけで、いずれかがこの最大値を越えると高次モ
ードが伝搬し得るようになり、発振モードが不安定とな
る。
があるわけで、いずれかがこの最大値を越えると高次モ
ードが伝搬し得るようになり、発振モードが不安定とな
る。
ちなみに第２図のＢＨ構造においてはＧａＡｓとＧａＡ
ｌＡｓの屈折率差を利用しているため、その差をあまり
小さくすることはできず、通常０．４Ｘ１μｍ２ 程度
の活性領域断面が許容できる最大値である。
ｌＡｓの屈折率差を利用しているため、その差をあまり
小さくすることはできず、通常０．４Ｘ１μｍ２ 程度
の活性領域断面が許容できる最大値である。
第３図のＴＪＳ構造ではＸ方向に不純物分布による屈折
率差を用いているため屈折率差の小さい分布を容易に作
ることができ０．４Ｘ３μｍ２ 程度が屈折領域断面の
最大値となる。
率差を用いているため屈折率差の小さい分布を容易に作
ることができ０．４Ｘ３μｍ２ 程度が屈折領域断面の
最大値となる。
さて単位断面積当りの最大出力は破壊点で決定されてい
るので、全出力は断面積に比例して得られ、上述の構造
ではそれぞれ１ｍＷ、３ｍＷ程題となり、これ以上の出
力を得ることは困難である。
るので、全出力は断面積に比例して得られ、上述の構造
ではそれぞれ１ｍＷ、３ｍＷ程題となり、これ以上の出
力を得ることは困難である。
本発明は上述のような従来構造の欠点を解消するもので
あって、安定な単一モード発振を得ながら出力を大巾に
大きくできる構造な与えるものである。
あって、安定な単一モード発振を得ながら出力を大巾に
大きくできる構造な与えるものである。
第４図は本発明の一実施例を示したもので、第２図、第
３図と同じく活性領域近傍のＸ−ｙ断面図である。
３図と同じく活性領域近傍のＸ−ｙ断面図である。
ここに１０はｐ ＧａＡｓ 活性領域、２はｐ
ＧａＡＡＡｓ ｓ １１はｎ ＧａＡｓ である
。
ＧａＡＡＡｓ ｓ １１はｎ ＧａＡｓ である
。
このようにすると、Ｘ方向、ｙ方向とも同一機構で閉じ
込めが生ずる。
込めが生ずる。
四辺形の活性領域の相隣る二辺をなす境界はＧａＡｓ
とＧａＡｌＡｓのへテロ接合であり、相対する他の二
辺をなす境界はＧａＡｓ のｐ−ｎ接合となる。
とＧａＡｌＡｓのへテロ接合であり、相対する他の二
辺をなす境界はＧａＡｓ のｐ−ｎ接合となる。
従ってこれら境界における屈折率段差は、前者では比較
的大きいＧａＡｓとＧａＡＡＡｓによるもの、後者では
小さい導電型の違いによるものとなっている。
的大きいＧａＡｓとＧａＡＡＡｓによるもの、後者では
小さい導電型の違いによるものとなっている。
相対する二辺のうち一方の屈折率段差が小さければ、活
性領賊巾が比較的に広くても高次モードは立ち得ない。
性領賊巾が比較的に広くても高次モードは立ち得ない。
Ｘ又はｙ方向のいずれか一方向の相対する２境界をＧａ
Ａｓ−ＧａＡ７Ａｓヘテロ接合とするために巾を広くで
きない従来のストライプレーザに比べて本発明において
はＸ、７両方向とも巾を広くできるため断面積を大巾に
増大することができる。
Ａｓ−ＧａＡ７Ａｓヘテロ接合とするために巾を広くで
きない従来のストライプレーザに比べて本発明において
はＸ、７両方向とも巾を広くできるため断面積を大巾に
増大することができる。
最低次モードのみを伝搬させる活性領域の最大の断面積
は、キャリヤ濃度やＧａＡＡＡｓ中のＡｌ濃題にもよる
が、例えば、活性領域のｐ−ＧａＡｓ１０のキャリヤ濃
度ｌ×１０１９／ｃｒｎ３、ｎＧａＡｓ １１のキャリ
ヤ濃度２×１０１８／ＣｒｒＩ３、ＡＡ濃１１３０％の
場合には、ｐ −ＧａＡｓ １０、ｐ−ＧａＡｌＡｓ
２の間の屈折率差が５優程度、ｐ−ＧａＡｓ１０、ｎ−
ＧａＡｓ １１ 間のそれが０．５咎程度となり、３×
３μｍ２ 程度となる。
は、キャリヤ濃度やＧａＡＡＡｓ中のＡｌ濃題にもよる
が、例えば、活性領域のｐ−ＧａＡｓ１０のキャリヤ濃
度ｌ×１０１９／ｃｒｎ３、ｎＧａＡｓ １１のキャリ
ヤ濃度２×１０１８／ＣｒｒＩ３、ＡＡ濃１１３０％の
場合には、ｐ −ＧａＡｓ １０、ｐ−ＧａＡｌＡｓ
２の間の屈折率差が５優程度、ｐ−ＧａＡｓ１０、ｎ−
ＧａＡｓ １１ 間のそれが０．５咎程度となり、３×
３μｍ２ 程度となる。
このため出力も２０ｍＷ以上を得ることができる。
第５図は本発明による装置を実際に製作する方法を説明
するための図である。
するための図である。
基板として段差のあるｎ−ＧａＡｓ１１を用い、液相成
長法によってｎ −ＧａＡｌＡｓ ３を成長させる。
長法によってｎ −ＧａＡｌＡｓ ３を成長させる。
次にＳｉ３Ｎ４等の絶縁膜８を成長層表面に設け、写真
製版技術によって帯状にエッチし窓をあける。
製版技術によって帯状にエッチし窓をあける。
ここからＺｎ等のｐ型不純物を拡散し、斜線部をｐ型に
変換し、ｐ−ＧａＡｌＡｓ２、ｐ−ＧａＡｓ（活性領域
）を形成する。
変換し、ｐ−ＧａＡｌＡｓ２、ｐ−ＧａＡｓ（活性領域
）を形成する。
最後にｐｉ電極、ｎ電極５を蒸着等によって形成する。
このように本発明による装置は従来技術によってきわめ
て容易に製作することができ、実用性も高い。
て容易に製作することができ、実用性も高い。
向、以上の説明は便宜上ＧａＡｓｐ ＧａＡＡＡｓＹ材
料とした装置を例にしたが、本発明はこれら材料に限定
されるものでないことは上述の説明より明らかである。
料とした装置を例にしたが、本発明はこれら材料に限定
されるものでないことは上述の説明より明らかである。
以上のように本発明によれば単一モードで安定に動作し
、かつ従来のものに比べ大巾に高い出力の得られる半導
体レーザ装置が得られる。
、かつ従来のものに比べ大巾に高い出力の得られる半導
体レーザ装置が得られる。
またこの装置は製作も容易でかつ特性が優れているため
実用的で応用分野も従来品にくらべ広い利点がある。
実用的で応用分野も従来品にくらべ広い利点がある。
第１図は従来構造を示す図であり、ａは装置の斜視図、
ｂは活性領域近傍のｘ −ｙ面断面および屈折率、利得
分布を示す。 第２図は別の従来構造の活性領域近傍のｘ −ｙ面断面
および屈折率分布を示す図である。 第３図はさらに別の従来構造の活性領域近傍ｘ −ｙ面
断面および屈折率分布を示す図である。 第４図は本発明による一実施例の活性領域近傍のｘ−ｙ
細断面および屈折率分布を示す図である。 第５図は本発明の一実施例の製造工程を説明するための
装置の断面図である。 図中１０はＧａＡｓ 活性領域、２は ｐ−ＧａＡＡＡｓ領域、１１はｎ ＧａＡｓ 領域
を示す。 同各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
ｂは活性領域近傍のｘ −ｙ面断面および屈折率、利得
分布を示す。 第２図は別の従来構造の活性領域近傍のｘ −ｙ面断面
および屈折率分布を示す図である。 第３図はさらに別の従来構造の活性領域近傍ｘ −ｙ面
断面および屈折率分布を示す図である。 第４図は本発明による一実施例の活性領域近傍のｘ−ｙ
細断面および屈折率分布を示す図である。 第５図は本発明の一実施例の製造工程を説明するための
装置の断面図である。 図中１０はＧａＡｓ 活性領域、２は ｐ−ＧａＡＡＡｓ領域、１１はｎ ＧａＡｓ 領域
を示す。 同各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (1)
- １ 活性領域となる断面が四辺形をなす第１の伝導型を
有する第１の半導体領域と、上記四辺形の隣接する二辺
を境界として上記第１の半導体領域に接する第１の伝導
型を有し、禁制帯巾が第１の半導体領域より大きな材料
で作られた第２の半導体領域と、上記四辺形の別の一組
の隣接する二辺を境界として上記第１の半導体領域に接
する第２の伝導型を有する第１の半導体領域と同一材料
で作られた第３の半導体領域を有することを特徴とした
半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4934179A JPS5856992B2 (ja) | 1979-04-20 | 1979-04-20 | 半導体レ−ザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4934179A JPS5856992B2 (ja) | 1979-04-20 | 1979-04-20 | 半導体レ−ザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS55141775A JPS55141775A (en) | 1980-11-05 |
| JPS5856992B2 true JPS5856992B2 (ja) | 1983-12-17 |
Family
ID=12828291
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4934179A Expired JPS5856992B2 (ja) | 1979-04-20 | 1979-04-20 | 半導体レ−ザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5856992B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6239346Y2 (ja) * | 1983-12-01 | 1987-10-07 | ||
| JPH0527029Y2 (ja) * | 1987-12-02 | 1993-07-08 |
-
1979
- 1979-04-20 JP JP4934179A patent/JPS5856992B2/ja not_active Expired
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6239346Y2 (ja) * | 1983-12-01 | 1987-10-07 | ||
| JPH0527029Y2 (ja) * | 1987-12-02 | 1993-07-08 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS55141775A (en) | 1980-11-05 |
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