JPS5966185A - 半導体レ−ザ - Google Patents

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＆；ｌ：　１′ｉイモード安定化レーザ、特にシ
ングル縦モード゛１″−導体し−サに係る。

半ｊ、Ｉ’７体レーザのシングル縦モード動作は、多く
の用途にとって望ましい特性である。基本的な４Ｊ７ｉ
モ一ド動作は、各種の横力向レーザ閉じ込め構造を用い
て得られてきた。シングル、］１ｒモード動作は、ファ
プリーペロー空胴共振器を心安としない分布帰還（ＤＦ
Ｂ）構造で：＋ｌＪ　Ｌ：）れた。この型のレーザにつ
いては、米国！ｌ！１．Ｐｌ第：３．６７５．１５７号
に述べられている。

１）　Ｆ　Ｂ機構の梁間的な周期は、光導波路の半分で
あるから、ＤＦＢレーザの製作は非常に唾°しい。加え
て、閾値電流は一般に、空胴共振器を有するレーザより
、はるかに高い。

縦モード制御のもう一つの形は、ピー・ジュイ・ドワー
ド（Ｐ、　　Ｊ、　　ｄｅＷａａｄ　）　　により、彼
の論文＋１ストライプ幅中に周期的変化ケ有する新シン
グルモードレーザ（ゝゝスーパーＤＦｎ“）“オプティ
カル・コミニケーションス・フンファレンスφイン・ア
ムステルダム。

１９７９年９月１７〜１９により述べられている。ドワ
ードが述べたレーザにおいて、空胴共振器と少量の分布
帰還の組合せが用いられている。ＤＦＢ（ｊ−実現する
ために、電極は縦モード動作制御手段として、電極の幅
に３個の周期的変化金倉む。しかし、典型的なりＦＢ溝
構造ｄ：異シ、幅の変化の周期は、光波長の半分の）液
数倍である。電極の寸法のこの比較的大きな変化は、製
作プロセスを簡単にするという利点ケ肩する。しかし、
この技術によシ得られるモード制御が比較的弱いことの
理由の一つは、モード選択機構がレーザの活性領域から
離れすぎており、そのため周期的摂動の商い空間的周期
的成分が、活性領域内で非常に弱いことであることが見
出されている、３ε１′５２の理由は、これらの従：／
ｉ（技術のデバイスが、周」υ１的利得変化に依存し、
動作全成功さぜるためには、利得の犬きｌ変化を必・〃
とすることである。１４られる最大利得が限定されてい
るため、レーサ長のほぼ半分が弱く励起されなければな
らず、それがレーザ全体の利イｌ　’ｘ限定する傾向ケ
もつ。

米国！１テ許第４．２５７．０１１号において、分布４
Ｓ１ｉ還は導波路の複屈折率に変化を導入するブラック
（Ｂｒａｇｇ　）回折格子により得られる。

しかし、格子の所望の空間周期は、この特許に述べられ
ているように、製作プロセスで許容される値より１桁低
い。たとえば、具体的実施例において、０．８３μｍ　
レーザの場合、３桁である。

本発明に従うと、活性媒体、レーザの透過特性に周期的
摂動を含む帰還機構から成る半導体レーザが冥現され、
摂動の空間的周期はレーザにより生ずる光波長のレーザ
内の波長の≧１′′、分の少なくとも１０倍に等しい。

本発明の実施例について、本発明に従うモード安定化半
導体レーザ構造奮示す添伺図面ケ参照して述べる。

説明のため、横モード閉じ込めｋ　’ＩＴｋるため、波
形構造を用いる。しかし、後に明らかになるように、本
発明の原理はストライプ・レーザ及び埋め込みへテロ構
造レーザのような他のレーザ構造にも容易に適用できる
。

基本的な波形し−ザは、図に示されるように、基板層１
０、第１のクラッド層１１、活性層１２、！４２のクラ
ッド層１３、波形負荷層１４及びキャップ１５から成る
。金属１６及び１７がそれぞれ露出された基板及びキャ
ップ表面に沿って配置されている。各種の層は周知の液
相、気相又は他のエピタキシャル技術により、順次形成
される。具体的な実施例において、基板はｎ形ＩｎＰ、
第１のクラッド層ｉＪ：　１．３　μｍの禁制帯をもつ
ｎ形ＩｎＱａＡｓＰ。

活性層は１．５μｍの禁制帯ケ有するアンドープＩｎＧ
ａＡｓＰ　％　第２のクラッド層は１．３１ｒｍの禁制
”ｉ’ｌ：’　ｋ　”ＩＩするｐ形１ｎＧａＡｓＰ、波
形負荷層はｐ形［ｎＰ、、キャップ層にＪ、ｐ　　形Ｉ
ｎＧａＡｓＰである。端ｒｓ＋ｓ表面１８及び１９ケへ
き開し、反射／！Ａ′？Ｌ形成することにより、ファフ
リーペロー共振ごと胴が形成式れた。別の構成において
はファヘリーペロー空胴は、周知の方法ケ用いて鋭の反
射率ケ劣化さぜることによシ、除くことができる。

所イＪの、１（イモード安定化を得るために、波の伝搬
方向に？ｉ＞って、周期的不連続が含捷れる。

この不連続は、基板１０の上部表面に沿って一連の（ｉ
ｌ、′ｉ方向１７ｆｆ（１０−１，１０−２，・・・１
０−ｎ）ｆイオンミリング又は化学エツチングすること
により形成されたブラッグ回折格子から成る。従って、
基板１０及び第１のクラッド１１間の界面の例は、次式
で与えられる空間周期・１を有する矩形波の形をもつ。

Ｎ ここで、ｍは整数、λは光波の自由空間波長、１１よレ
ーザ構造により形成された導波路の実効屈折率である。

しかし一般に、格子は他の周ＪＶｊ分布ケもってもよい
。

第（１）式かられかるように、与えられた任意のＡの値
に対し、式を満すｍ及びλの多くの組合せがある。しか
し、所望のモード安定化を得るために、これらの波長の
一つは、レーザ材料の利得−帯域幅曲線内になければな
らない。イ１；゛域１１リバ’ｋＢとすると、もし第（
１）式を満す光波長間の間隔ΔλがＢに等しいかわずか
に大きいと、これが起る確率は高くなる。しかし、一つ
を越える光波長が利得−帯域幅内にあると、多モード動
作が起りつる。ΔλがＡの異なる値に対し、ｍの関数と
して変る状態ケ決るために、波長の部分的なずれを、整
数ｍに対してとる。ｍは典型的な場合大きな数である。

これにより、次の関係が得られる。

Δｍ　　　　　　２ＮＡ レーザ動作がλ−１，５３μの領域内にあり、ｌＦ、ｌ
ｊ定の拐料に対し、Ｎ　＝　３．５と見積ると、Ａの各
陳の値に対し、第（１）式からｍが割算できる。しかし
、ｍは整数でなければならず、特に矩形波状摂動ケ用い
る場合、ｍは奇数でなければならない。従って、ｍ”ｔ
ｃ計Ｊ？、シだ後＼最も近いル１数が選択され、λはＡ
の各仮定した値に対し、再び言１算される。これらの計
算の結果が第１表に示されている。Δｍ　＝　１及びΔ
ｍ　＝　２に対し、第（２）式で計算された波長変化Δ
λも示されている。一般的な格子分布の場合、非消滅空
同高調波が、すべてのｍに対し存在する。すなわち、Δ
ｍ　＝　１である。

■ 第　　１　　表 上で１ノおべたように、第１近似として、レーザＵ、体
の利イｊｉ　　；ｊｊ＋域幅にほぼ等しいΔλを有する
ことが゛イノ−ましい。レリで用いられる具体的な月料
の場合、約１５０への帯域幅に渡り、強い利１（ｔが１
１Ｉられる。表を参照すると、これはΔが４０　）ｌて
、Δλは１６３八であること’ｌ：　ＩＩ！’ｊ示する
。この設計に伴う可能性のある欠点ｄ１、それが比較的
高次（すなわち１８３次）の？）テ間、ｌ、’６調波を
用いることで、それはあ壕りにも弱ずきる。Δが１６に
等しい時、より低い！！にｌ＋、ｉｌ　）ｊｌ”Ｊ調波
（ずなわぢ７３次）が使用できる３、シかし、この構造
の場合、Δλは４１４八に等しい。これは１５０への利
得−帯域幅よりかなり大きく、その場合所望の空間品調
波が、レーザ媒体の利得−帯域幅のピーク付近にくるよ
うにするためには、熱同調のようなある）１１［の同調
が必侠である。

矩形波格子にＬに〕゛数字間高調波のみケ有するが、第
１表はｔたすべてのｍ（Δｍ＝１）に対するΔλのＨ１
檜も含む。これらは一般的な格子に対して示すことと同
時に、高次ブラッグ回折効果Ｖま存在する格子に１高空
間高調波がないにもかかわらず、レーザ（産油を起しつ
ることを認識するために含めた。弱いブラッグ共振に関
して、ファプリーペロー共振空胴を、荒い格子分布帰還
と同時に用いることができる。ファプリーペロー共振は
分布帰還のモード共振音強め、閾値電流全滅す働き全す
る。

もし空胴の長さがしてあるとすると、ファプリーペロー
空胴モードは次式で与えられる。

空胴モード及び格子共振は、もし で、もし格子の位相がファフリーペロー鏡に対して適す
ノに調整されるならば一致する。

しかし、有限格子長しによる格子共振の幅δλは、次式
で与えられる。

λ２ δλ＝　−（５） ＮＬ これｖ；１フアプリ一ペロー至胴モード間の間隔に等し
い。

従って、空胴及び格子共振のかなりの重畳が常に（ｆイ
１するであろう。

安するに、受動導波機能媒体の伝達特性中の荒い摂動に
より、安定化されたシングル縦モード半２、・ｉ体し−
サ動作が得られる。得られるモード帰還しＪｌ　レーザ
全ファプリーペロー共振′／）と胴内に１１′１゛＜こ
とにより、更に増すことができる。

有オリな効果 摂動が利１）と相対する伝達特性にあるため摂動の効果
は全体の利得に制限を加えることなく強ぐすることがで
きる。摂動の周期が比較的太きいため、製作はより容易
である。

【図面の簡単な説明】

；’ｒ’、　１図は本発明に従う半導体レーザ構造を示
す斜視図である１、 〔主要部分の符号の説明〕 １０−１乃至１０−ｍ　・・・・・・　周期的摂動１１
　　　　・・・・・・・・　第２のクラッド層１２　　
　・・・・・・・・・　活性媒体１６　　　・・・・・
・・・・　第１のクラッド層１８．１９　　・・・・・
・・・　レーザの端部用　　に１！１　　人　　　ウェ
スターン　エレクトリックカムパニー、インコーボレー
テッド

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　活性媒体（１２）及びレーザの伝達特性中に周期
   的摂動（１０−１ないし１０−ｍ）を含む帰還機構から
   成る半導体レーザにおいて、 摂動の空間的周期がレーザにより生じる光波のレーザ内
   での波長の半分の少なくとも１０倍であることケ特徴と
   する半導体レーザ。 ２、特許請求の範囲第１項に記載のレーザにおいて、 帰還機構はレーザの全長に沿って延びること全４−゛徴
   とする半導体レーザ。 ３、　　’ｔａｒ許Ｈｌ！Ｊ求の範囲第１項又は第２項
   に記載のレーザにおいて、 レーザの端部（１（１，１９）ｕファプリーペロー空胴
   共振器を形成することを特徴とする半導体レーザ。 ４、特許請求のｊｊｉＢ囲第１項第１項３項のいずれか
   に記載のレーザにおいて、 該レーザは、ｐ形半導体月利の第１のり、　ランド層（
   １３）及びｎ形半尋体材料の第２のクラッド層（１１）
   間に配置された半鐘体材料の活性層（１２）から成るレ
   ーザであって、 摂動が層（１１）の少なくとも一つの中で波の伝搬方向
   に沿って縦方向に分布する周期的不連続から成ること？
   ％徴とする半２ｒＪ’、体レーザ。 ５、　　荷Ｒ’ｒ請求の範囲第１項乃至第４項のいずわ
   、かにｈ己載のレーザにおいて、 摂動の空間周期Δは、活性媒体の利得幅がほぼΔλに等
   しいようなもので、 生じる光波の自由空間波長、Ｎはレーザにより形成され
   る導波路の実効屈折率、Δｍは１又は２に等しいことを
   特徴とする半導体レーザ。