JPS61172388A - モニタ−用光検出器内蔵半導体レ−ザ素子 - Google Patents

モニタ−用光検出器内蔵半導体レ−ザ素子

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JPS61172388A
JPS61172388A JP1264785A JP1264785A JPS61172388A JP S61172388 A JPS61172388 A JP S61172388A JP 1264785 A JP1264785 A JP 1264785A JP 1264785 A JP1264785 A JP 1264785A JP S61172388 A JPS61172388 A JP S61172388A
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英章 野尻
Toshitami Hara
利民 原
Seiichi Miyazawa
宮沢 誠一
Yoshinobu Sekiguchi
芳信 関口
Akira Shimizu
明 清水
Isao Hakamata
袴田 勲
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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
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0262Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices
    • H01S5/0264Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices for monitoring the laser-output

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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光通信用に適したモニター用光検出器内蔵半導
体レーザ素子に関する。
〔従来の技術〕
従来、半導体レーザ素子とレーザ光モニター用光検出器
をモノリシックに製作する場合、その構成は大半が半導
体レーザ素子と光検出器が並置されることとなる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
半導体レーザ素子の共振器に直列に光検出器を設置する
と、光検出器にはレーザ光発光部から横方向へ入射する
ため、レーザ光の拡がシと光検出器側の光吸収層厚の関
係から光検出器の光検出効率は著じるしく低くなる。さ
らに、光検出器にょシ吸収されず、逆に反射してきた戻
シ光にょシ半導体レーザ素子の動作特性を不安定にする
欠点を生じる。また、このように設置した場合にはレー
ザ共振器として臂開面が作製できず、ファブリペロ−形
共振器は形成できないので、他の形態の共振器を形成早
なくてはならず、その結果として半導体レーザ素子と光
検出器のモノリシックな作製は難しくなるという問題点
があった。
一方、前述の配置とは異なシ、共振器方向と並列方向に
光検出器を設置した場合、前述した欠点の検出器端面に
よる戻シ光による動作の不安定性や共振器ミラーとして
の臂開面の形成が出来ないといったような問題は解決さ
れる。しかしこの並列方向に光検出器を設置した場合光
検出器に入射する光は、レーザ発光部からの散乱光と自
然放出光との和しかな(、その光エネルギーは小さい。
さらに、これらの光は指向性がないため光検出器で横方
向より効率良く受光する事は極めて難かしい。さらに、
これらの光が自然放出光とレーザ光の散乱成分の和であ
るためにレーザ発振の閾値とはかなシの誤差があるとい
う問題点がある。
本発明の目的は、光検出器による効率を高(し、正確な
発振閾値条件をモニターできると同時に、レーザ発振部
に基板の微小な凸凹の影響を与えないような構造のモニ
ター用光検出器内蔵半導体レーザ素子を提供することで
ある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明のモニター用光検出器内蔵半導体レーザ素子は、
半導体基板と活性層の間に禁制帯幅の異なる2種類以上
の半導体を周期的に積層することにより、この半導体レ
ーザ光発光素子からのレーザ光の一部が周期構造を有す
る多層薄膜により反射又は偏光されて光検出素子に受光
されるように配置されたことを特徴とする。
〔実施例〕
図面が参照して本発明の詳細な説明する。
第1図は本発明によるモニター用光検出器内蔵半導体レ
ーザ素子の一実施例の断面図である。本実施例は、N側
電極1、基板2、バッファ層3、多層薄膜4、N側クラ
ッド領域5、活性領域6aおよび6b、P側りラッド領
域7aおよび7b、電極コンタクト層8aおよび8b、
電極ストライプ用絶縁層9a%P側電極10aおよび1
0b、電気的、光学的絶縁溝11より構成されている。
基板2は面方向(100)のシリコンドープのN形G 
a A s基板で厚さ約100〜150μmである。バ
ッファ層3はGaAlをシリコイドープあるいはすずド
ープしたもので、厚みは2.0〜5.0μmでする。多
層薄膜4はGaAsとGaAJAs のシリコンドープ
あるいはすずドープしたものである。N側クラッド領域
5にはGa1−xAJxAs のシリコンあるいはすず
ドープし、厚みは1.0〜2.0μmのものである。を
用いる。活性領域6a及び6bはノンドープのGaAs
  あるいはノンドープのGaAs  とGa 1−7
 Aly As の多重量子井戸構造、あるいはGaA
l とGa1−yAA!yAsの単一量子井戸構造であ
シ、厚みは0.05μm〜 0.1μm である。ここ
で1.7の混晶比を表わす。P側りラッド領域7a及び
7bはGa1−xAJxAs のベリリウムドープした
もので厚さ1〜2μm1電極コンタクト層8a及び8b
はベリリウムドープのGaAsを用い、厚みは0.1μ
m〜0.5μmである。本実施例では、電極ストライプ
構造のため、レーザ発光部側には絶縁層9aが用いられ
、紙面に垂直方向に約7〜10μm幅のストライプが設
けられている。さらにその上部にP側電極10a及び1
0bが形成されている。本実施例では、N側電極1は金
、ゲルマニウム−ニッケル合金、P形電極10a及び1
0bは金−クロム合金より形成されている。電気的・光
学的絶縁溝11は幅5μm、深さ約5μmで、化学エツ
チング、イオンエツチング等により形成される。この絶
縁溝1iにより半導体レーザ素子として動作する発光領
域と、モニター用光検出器として動作する受光領域に分
離されている。
動作時には、N側電・極1に接地電位、P側電極10a
に適当な正電位、P側電極10bK!i当な負電位が加
えられる。したがって、活性領域6aには順方向バイア
スが加わることで、半導体レーザ素子として動作する。
一方活性領域6bには逆方向バイアスが印加されること
になるので活性領域6b内に空乏層が形成され、活性領
域6bは面受光形のモニター用光検出器として動作する
。第1図において活性領域6aよシレーザ光は紙面に垂
直かつ手前方向に発光する。
第2図は、多層薄膜4のエネルギーバンド構造を示す図
である。本実施例では、バッファ層3とクラッド領域5
0間の多層薄膜4はGaAsとGaAlAsル積層する
ことにより形成されている。この多層薄膜4は高さVB
Iの障壁を任意回数N回重畳することによりある特定の
波長の光に対して高い反射率を有することとなる。ここ
で、GaAs  の量子井戸の幅Lzxおよび障壁の幅
LBIおよび高さVBIは、等測的に示したもので、こ
の第2図のGa AJ Asの各障壁は第3図のような
超格子構造となっておシ、この超格子構造から算出され
た実効的バンドギャップが第2図の障壁の高さVBIで
あシ、超格子構造の周期幅が障壁の幅LBIに相当して
いる。
いま、第3図においてGa AA! Asの障壁層の幅
LBO= 80A 、混晶比Xを0,36、GaA1層
の量子井戸幅1.z□= 10λとすると、との層を等
測的にGa AA! As層と見做した場合、その組成
は!=0.3となる。いま、半導体レーザ素子からの自
然放出光の波長を900nmと仮定すると、Ga 1−
 X AAix As層(x=0.3)とG3As層の
幅LBi 、 LZIは、各々1/4媒質内波長に相当
するLB1=66nm eLz1= 900X7 X丁
)。多層薄膜4の電界反射率は、薄膜の重畳回数Nの増
加に伴ない単調に増加し、N=60で0.996に達す
る。このときの多層薄膜4の厚みの合計は約8μmと厚
いが、99.6%という高い反射率を有する膜が得られ
る。
本実施例の電極ストライプ形半導体レーザ素子の発光出
力には、自然放出発光成分と誘導放出発光成分がある。
誘導放出成分はレーザ発振の閾値を超えると急激に増加
するが、自然放出光成分は、注入電流が閾値電流以上で
は反転状態にある注入キャリア濃度が一定に保たれるた
め、光出力の自然放出光成分は一定となシ得る。また、
この場合、モニタ一部には自然放出光成分のみが検出さ
れることが必要であるが、一般に半導体レーザ素子にお
いては、ストライプ方向に垂直でかつ活性層面外に放射
される発光成分は自然放出光成分のみから成っているの
で、この特性を利用すれば、半導体レーザ素子からの自
然発光成分は殆んど多層薄膜4で反射されて光検出器で
検出されることにょシ、半導体レーザ素子の発振閾値電
流条件を正確に検出することができる。
さらに、本実施例において、半導体レーザ素子からの自
然放出光成分の波長を900 nmとして多層薄膜4の
厚みを算出したが、一般にはレーザ光を短波長で発振す
るような構造にするため、その自然放出光成分も短波長
になる。本実施例に用いたGa As / Ga AJ
 As系の半導体レーザにおいては、自然放出光成分は
最短波長側で6300m最長波長側で900 nmであ
るので、これらの自然放出光波長に合致する障壁幅LB
Iと量子井戸幅Lztにすれば良い。この場合にもそれ
ぞれの幅LBI、LZIは、本実施例で示したようにχ
/4nで与えられる値となる。ただし、λは自然放出光
成分波長、nは媒質内の屈折率を示す。
本発明においては、本実施例に示した波長領域に限定す
る事はなく、0.4〜1.6μm帯の広い波長範囲に於
て適用可能であり、また、半導体レーザ素子の構造もプ
レーナ・ストライプ構造に限定する必要はなく埋込み型
構造を含むあらゆるストライプ構造に適用可能である。
第4図は本発明の他の実施例である。第1図に示す実施
例ではレーザ光が活性領域6aよシ紙面に垂直な手前方
向に発光するものとしたが、これに限定する必要はなく
、レーザ光を活性領域6aよシ紙面に水平に発光せしめ
ても差支えない。この場合には、半導体レーザ素子と光
検出器の間の分離溝11に反射膜12を蒸着す−ること
により誘導放出成分が光検出器に入射することを防ぎ、
さらに、この反射膜120反射率を制御することにより
、閾値以上でレーザ光が発振するときに反射膜12の誘
過率に依存したレーザ光の出力を光検出器で検出するこ
とも可能である。
〔発明の効果〕
以上説明したように、モノリシックに半導体レーザ素子
にモニター用光検出器を内蔵させることKよシ、半導体
レーザ素子の自然放出光成分をモニター用光検出器に受
光させも光経路において、多層薄膜の光反射を有効に利
用した高効率かつ誘導放出発光成分を含まない正確な発
振閾値条件のモニターが可能であシ、多層薄膜内に超格
子構造を含める事で、半導体レーザ素子を形成する層の
結晶品質を向上させる事が出来るモニター用光検吊器内
蔵半導体レーザ素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明のモニター用光検出器内蔵半導体レー
ザ素子の一実施例の断面図、第2図は第1図の実施例に
おける多層薄膜構造のエネルギーバンド構造図、第3図
は第2図のエネルギーバンド構造の一部詳細図、第4図
は本発明の他の実施例である。 2・・・基板、      3・・・バッファ層、4・
・・多層薄膜、 5t7a、7b・・・クラッド層、6
a 、6b・・・活性層、  8a 、8b・・・電極
形成層、11・・・絶縁溝。 第  1  @ 第 2  図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、レーザ光発光素子と光検出素子がモノリシックに形
    成された半導体レーザ素子において、半導体基板と活生
    層の間に禁制帯幅の異なる2種類以上の半導体を周期的
    に積層することにより、前記レーザ光発光素子からのレ
    ーザ光の一部が前記の周期構造を有する多層薄膜により
    反射または偏向され、前記光検出素子に受光されるよう
    に配置されたことを特徴とする、モニター用光検出器内
    蔵半導体レーザ素子。 2、活性領域、クラッド領域および該クラッド領域上部
    の電極が、発光領域と受光領域とに分離されている特許
    請求の範囲第1項記載のモニター用光検出器内蔵半導体
    レーザ素子。
JP1264785A 1985-01-28 1985-01-28 モニタ−用光検出器内蔵半導体レ−ザ素子 Expired - Lifetime JPH067625B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9407063B2 (en) 2007-12-21 2016-08-02 Osram Opto Semiconductors Gmbh Laser light source and method for producing a laser light source

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9407063B2 (en) 2007-12-21 2016-08-02 Osram Opto Semiconductors Gmbh Laser light source and method for producing a laser light source
US9531158B2 (en) 2007-12-21 2016-12-27 Osram Opto Semiconductors Gmbh Laser light source
US9559496B2 (en) 2007-12-21 2017-01-31 Osram Opto Semiconductors Gmbh Laser light source
US9559497B2 (en) 2007-12-21 2017-01-31 Osram Opto Semiconductors Gmbh Laser light source

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