JPS5911690A - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents

半導体レ−ザ装置

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JPS5911690A
JPS5911690A JP11976882A JP11976882A JPS5911690A JP S5911690 A JPS5911690 A JP S5911690A JP 11976882 A JP11976882 A JP 11976882A JP 11976882 A JP11976882 A JP 11976882A JP S5911690 A JPS5911690 A JP S5911690A
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JP
Japan
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layer
semiconductor
laser
thickness
laser device
Prior art date
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Pending
Application number
JP11976882A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigeo Yamashita
茂雄 山下
Naoki Kayane
茅根 直樹
Hirobumi Ouchi
博文 大内
Takashi Kajimura
梶村 俊
Yasutoshi Kashiwada
柏田 泰利
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Priority to JP11976882A priority Critical patent/JPS5911690A/ja
Publication of JPS5911690A publication Critical patent/JPS5911690A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/223Buried stripe structure
    • H01S5/2232Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode
    • H01S5/2234Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode having a structured substrate surface

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、軸モードをマルチ化した半導体レーザ装置に
関するものである。
半導体レーザ装置(1、周知のように優れた各種特徴を
有しており、光通信や光デイスク用ピックアップの光源
として実用化が進められている。
従来の発撮横モードを制御てれた半導体レーザ装置は、
軸モードに関しては何ら積極的な制御をしていない(フ
ァプリーペロ形である)にもかかわらず、傾向としては
軸モードが単一になり易すがった。このような軸モード
単一のレーザ装置は、周囲温度の変動や外部からの反射
による更り光等の外乱により、発振波長や光出力が不安
定になって光ノイズが発生したり、空間的な光強度分布
の変動が生じやすい。このため光通信や光ディスクへの
応用上、大きな障害となることがあった。
本発明は上記のような従来の半導体レーザ装置の問題点
を解決し、レーザ光の反射により戻り光等の外乱に対し
ても安定に動作する、マルチ軸モード半導体レーザ装置
全提供するものである。
上記目的’t4成するために、本発明においては以下に
示す構造を用いる。
第1の半導体層をこの第1の半導体層に比して禁制帯幅
が広く且屈折率が小なる第2および第3の半導体層で挾
み込み、前記第1の半導体層に電流を注入し励起する半
導体レーザ装置において、前記第1及び第2の半導体層
のうちの小なくとも一方に厚での段差を設け、前記厚さ
に段差を設けた半導体層の厚きの薄い部分にはレーザ発
振光を吸収する吸収材料層を設け、さらに前記厚さに段
差を設けた半導体層の厚さの薄い部分の厚さを前記レー
ザ発振光が前記吸収材料層にしみ出し得る厚さとして前
記第1の半導体層内に実質的な光導波路を構成した半導
体レーザ装置であって、且前゛記光導波路をレーザ光の
進行方向に対し不均一性・、を有せしめるものである。
この光導波路の不均一性を持たせるには前記吸収材料層
に挾まれた第2或いは第3の半導体層の幅或いは厚ざの
いずれが一者を変化させることによって実現され目−こ
の幅或いは厚さの変化が完全に規則性−tnさない如く
に構成する。
QaAs−()aAs系半導体レーザを例にとって考え
る。QaAs活性層’kGaAtAs  層ではさみこ
んだ構造のDH(Double  Hetero ) 
v−サでは発振時に元は層厚方向に活性層で最も強く、
両側の()aAtAsへ各々すそをもった滑らかな強度
分布をもって広がっている。ここで所足幅のストライプ
の両側でGaAtAs層の厚きを薄くして光のしみ出し
のすそが吸収層にかけるようにすれば、横方向での損失
が増大し横モードの広がりおよび高次モードの発振を防
止することができる。
この場合、レーザ発振を行なわしめるストライプ状領域
の幅を一定となす、或いはその深さを一足となした場合
、好都合にマルチモードの発振を行なわすことが困難で
ある。そこで前述した様にこのストライブ状領域、即ち
前記吸収材料層に挾まれた第2或いは第3の半導体層の
幅或いは厚をのいずれか一者を変化をせるのである。そ
して、その変化のさせ方はキャビティ全体にわたって完
全に規則性を持たない様に設計をなす必要がある。
こうすることによって安定にマルチモード発振が可能と
なる。
なお、吸収材料層による吸収の程度は、吸収を受ける領
域を吸収を受けない領域における当該レーザ光に対する
実効屈折率の差(Zn)は一般に10−3以上となして
いる。
第1図および第2図は、各々本発明の実施例を示す半纏
体レーザ素子の半導体基板表面図、および完成したレー
ザ素子の光の進行方向に対し直角な方向の断面図である
。第1図に示すように第1の実施例においてfl、n形
QaAs基板1 (siドープ+ n−I X 10”
cm−” 、 (100)面)表面に幅3μm1および
4μmの凹溝2710μm〜15μmの不規則なピッチ
で交互に且連続して形成した。凹溝の深さは1.3μm
とした。この凹溝2の幅は通常2μm〜7μmの程度の
範囲で選択される。そして凹溝2の幅の差UO,5〜2
μm程度の差を持たせて、光の進行方向に変化でせるこ
ととなる。図示した如き矩形の変化を持たせる場合、変
化のピッチは1〜30μm程度の範囲で選択する。次い
で通常の液相エピタキシャル成長法によって、n形oa
o、ff15 At0,45”Asクラッド層3(Te
ドープ、 jl〜5 X 10”crn−3,厚さ溝の
外側で0.3μm)、アンドープGan、s、lA4.
,4As活性層4(厚さ約0.07./jm)、p形G
 ao、fi5A 4.4!l A Sクラッド層5(
Znドープ、P〜3×10”crn−”、厚さ1.6μ
m l +  p−GaAs  キャップ層6 (Ge
ドープp〜5×1o17Crn−3,厚さ0.5μmJ
を連続的に形成した。積層の状態は第2図に示した通り
である。つき゛にCVD(Chemical  Vap
or  Deposition)法によってS i Q
、膜7を形成し、ホトリソグラフィによって中央にスト
ライプ状の開口を設け、表面にp電極8全形成した。半
導体基板の裏面は全体の厚さが約100μmになるまで
、研摩および化学エツチングした後、n側を極9を形成
した。更に、共振器長300μmにへき開ぞ共振器の鏡
面を形成する。次いでスクライブを行ってレーザチップ
を作成した。
本レーザ素子はしきい電流値約80mA、波長約780
 nmで発振した。横モードは20mWまで基本モード
で安定に発振した。第3図は本レーザ素子の発振スペク
トルを示したものである。同図に示すように、本レーザ
素子は軸モードがマルチ化されており、通常4本〜10
本穆度の複数本の発振線が観測された。本レーザ素子の
温度変化や外部からの反射による戻り光に対する安定性
を評価したところ、光出力変動によるノイズや、光強度
分布のゆらぎ等の少さい、非常に安定した特性であるこ
とが判った。また、非点収差は2μm以下であった。
なお、クラッド層3,5の混晶比を非対象としても良い
ことはいうまでも力い。これは他の実施例についても同
様である。
第4図は別な実施例の半導体レーザ装置の半導体基板結
晶表面に形成した凹溝の平面形状を示すものである。本
実施例では、n形GaAS基板1表面に、幅3μm深さ
1.3μmの凹溝を10μm〜15μmの不規則なピッ
チで中心から左右に0.5μmずつずらして形成し+ 
10 )、直線性を乱す構造とした。凹溝の幅の変化の
させ方は前述の例を同様の考え方で良い。他の構成は第
1の実施例と同様である。本実施例の半導体レーザ素子
についても、前框1の実施例とほぼ同様の安定した特性
が得られた。
本発明の更に別な実施例を第5図に示す。第5図は、本
発明の半導体レーザ素子の光の進行方向に対して直角な
方向の断面′図である。11i’ffp形GaAs基板
(Znドープ+ p−t X 10”、>−”/)(1
001面で、この上にまず、n形QaAs層12 (S
nnドープ nm5 X 1017crn−” 、厚さ
0.8μm ) f形成し、つぎにホトリソグランイに
よって、第1の実施例と同様の幅が不規則に変化した凹
溝を作製した(第1図参照)。つぎに、通常の液相成長
法によって、p形G ao、55 Ato、46 As
クラッド層13(Znドープ+ p〜3X 10”Cl
n−’ 。
厚さ溝の外側で0.3μm)、アンドープGao4eA
l−0,+4 As活性層14(厚さ約0.07μml
、n形Qa、、55 A/−o、+5Asクラッド層1
j(Teドープ、nm5 X 10”crn−” 、厚
さ2.0μm)、n形0aAsキャップ層16(snド
ープ、n−1X 10110l8” 、厚さll1m)
f連続的に形成した。つぎに表面[n電極17、裏面に
p電極18全形成した。
本レーザ素子は、基板11表面に形成したn形GaAs
層12によって、レーザ活性部に効率良く電流が狭搾さ
れるため、発振しきい値の低減が可能((なった。本レ
ーザは発振しきい値約30mA。
波長780nmで発振し、20mW4で横基本モードで
安定に発振した。また、発振スペクトルも第3図と同様
のマルチ軸モードが得られ、温度変動や戻り光に対して
も安定に動作し、光通信や光デイスク用光源として適し
ていることが判った。
ま几、横モード制御のための光吸収材料層は第2爾又は
第5図におけるGaAtks層5或いは15に設けても
良い。この例を第6図に示す。第6図はレーザ光の進行
方向に対し垂直な面での断面図である。即ち、n型Ga
As基板21上に連続GaAs層23.1.5〜2.0
 p mのp型A4.3Gao、、As層24を形成し
、次に選択エツチングによりp型Alo、 a G a
o、t A s層24の所定1[6MJ域以外の両側)
約0.5μmの厚きに薄くしてp型Ga、、、 oa、
、、 As  層24に凸状構造を造る。この場合、凸
状構造の幅(レーザ光の進行方向に垂直な方向の幅)を
前述の基板における凹部の幅と同様に、幅3μmおよび
4μmの領域をピッチ10μm〜15μmの不規則性を
持たせて交互に形成する。第6図の点線は幅の狭い凸状
領域を示している。
次に再び液相エピタキシャル法で1〜2μmのn形Qa
As層26を形成する。その後、Znの拡散により凸状
領域にp形GaAs25’に形成し、n側およびn側の
電極27および28を形成して半導体レーザ装置を完成
する。
横モードの制御に関してはn形QaAs層26が凸状領
域の外側にしみ出した光に損失を与え、モードの制罷1
効果を奏すると共にその凸状領域の幅に不規則性が与え
られることによってマルチモードのレーザ発振が確保さ
れる。
更に光導波路の不均一性は吸収効果に不規則性を与えて
も良い。たとえば、基板の凹部の両側の表面に更に段差
を与え、ここにおける吸収量に種種の差を与えても良い
。第7図はこうした例を示す半導体レーザ装置の断面図
である。
半導体層の積IM l1Inは第2図のそれと同様であ
る。
第2図の例では凹部2の幅を変化させたが、第7図の例
でに四部2そのものの幅はストライプ状に一定とシ7、
他方凹部2の両側11.11’の吸収効果の生ずる部分
にも若干の凹部全形成し、半導体層3の領域11,11
.’の厚さに変化を持たせる。第7図の点線は基板の表
面の低い部分を示している。第9図は基板1の平面図で
第7図はAA′断面の断面図である。第8図は第9図の
BB’断面の断面図である。凹部2の深きは実質的に吸
収量 を受けだい程度の深さとするが、0.05μfη〜0.
7μm程度の範囲で当該深さの変化をつける。
深ざに変化をつけるピッチは1〜30μm程度である。
以上の例ではQaAs−GaAtAs系の半導体レーザ
に関して説明したが、Xが活性層Tht”tさむAtx
Qal−xAs層より小をいA、 t x Q a 1
− x A、 Bでも良いことはいう壕でもない。又G
aAs −Oa AtA s系材料によらず、他の相料
、例えば■−■族化族化合物半導体日用半導体レーザに
も適用出来ることはいう寸でもない。
以上述べてきたように、本発明によれば、温度変動や、
外部からの戻り光に対しても安定に動作し、ま念非点収
差が小さい、マルチ軸モードの半導体レーザ装置が得ら
れ、光通信や光デイスク用ピックアップ等への応用に非
常に適している光源が作製できるようになった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例を示す半導体レーザ装置
にの半導体基板表面に形成した凹溝の形状を示す平面図
である。第2図は本発明の第1の実施例の半導体レーザ
装置の、光の進行方向に直角な方向の断面図、第3図は
半導体レーザ素子の発振スペクトルを示す。第4図は本
発明の別な実施例の半導体基板表面に形成した凹溝を示
す平面図である。第5図、第6図、第7図は各々本発明
の更に別な実施例を示す、半導体レーザ装置の断面図で
ある。第8図は半導体基板の断面図、第9図は半導体基
板の凹凸を示す平面図である。 1・・・n形0aAS基板、2.10・・・基板表面に
形成した凹溝、3,5・・・クラッド層、4・・・活性
層、8゜−嘔 第1図 第2図 第3121 ’778  m  78θ −)皮長 λ (7?砿〕 421− ・〒6図 ?ど 第7図 /I    ど   //”/ 第8図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、第1の半導体層をこの第1の半導体層に比して禁制
    帯幅が広ぐ且屈折率が小なる第2および第3の半導体層
    で挾み込み、前記第1の半導体層に電流全注入し励起す
    る半導体レーザ装置において、前記第2及び第3の半導
    体層のうち小なくとも一方に厚さの段差を設け、お前記
    厚さの段差を設けた半導体層の厚さの薄い部分にはレー
    ザ発振:ytk吸収する吸収材料層を設け、さらに前記
    厚きに段差を設けた半導体層の厚さの薄い部分の厚さを
    前記レーザ発振光が前記吸収材料層にしみ出し得る厚さ
    として前記第1の半導体層内に実質的な光導波路を構成
    した半導体レーーザ装置であって、且前記光導波路にレ
    ーザ光の進行方向に対し不均一性を有せしめたことを特
    徴とする半導体レーザ装置。 2、前記第2及び第3の半導体層のうちのいずれか一考
    の厚さの厚い領域がレーザ光の進行方向に幅が変化し、
    前記光導波路に不均一性を与えたことを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の半導体レーザ装置。 3、前記第2及び第3の半導体層のうちのいずれか一考
    の厚さの薄い領域がレーザ光の進行方向にその厚さが変
    化し1.前記光導波路の不拘−性金与えたことを特徴と
    する特、v−1請求の範囲第1項記載の半導体レーザ装
    置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60188047A (ja) * 1984-03-09 1985-09-25 Osaka Kanetetsu Shokuhin Kk 可食フイルムに充填した繊維状かまぼこおよびその製造方法
JPS60201687A (ja) * 1984-03-27 1985-10-12 Sony Corp 半導体レ−ザ−
US4663221A (en) * 1985-02-18 1987-05-05 Kuraray Co., Ltd. Fabric comprising composite sheath-core fibers, fabric comprising bicomponent fiber bundles and process for its preparation
US5436196A (en) * 1993-10-05 1995-07-25 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Method of producing semiconductor laser

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