JPS6155276B2 - - Google Patents
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- JPS6155276B2 JPS6155276B2 JP55102962A JP10296280A JPS6155276B2 JP S6155276 B2 JPS6155276 B2 JP S6155276B2 JP 55102962 A JP55102962 A JP 55102962A JP 10296280 A JP10296280 A JP 10296280A JP S6155276 B2 JPS6155276 B2 JP S6155276B2
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 20
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 claims 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 claims 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 25
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 9
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 4
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、大出力半導体レーザのしきい値電
流の低下とビームの広がり角の狭窄化を実現する
構造に関するものである。
流の低下とビームの広がり角の狭窄化を実現する
構造に関するものである。
第１図ａは従来用いられているこの種の半導体
レーザの一例を示す平面図、同図ｂはそのＡ−
A′断面図である。同図において、ｎ−GaAs層１
の上下を第１および第２のｎ−GaAlAs層２，３
によつて挟んだ３層構造が形成されており、この
うち第１のｎ−GaAlAs層２およびｎ−GaAs層
１の一部分が、不純物拡散法などによつてｐ型に
変換されて、それぞれストライプ状のｐ−
GaAlAs領域２ｐ、ｐ−GaAs領域１ｐを形成し
ている。これらのｐ領域の両端は、結晶のへき開
面によつて構成される共振器端面４，５にまでは
到達していない。該ｐ−GaAlAs領域２ｐの上面
にはｐ電極６が、またｎ−GaAlAs層３ｐの下面
にはｎ電極７が配設されている。
レーザの一例を示す平面図、同図ｂはそのＡ−
A′断面図である。同図において、ｎ−GaAs層１
の上下を第１および第２のｎ−GaAlAs層２，３
によつて挟んだ３層構造が形成されており、この
うち第１のｎ−GaAlAs層２およびｎ−GaAs層
１の一部分が、不純物拡散法などによつてｐ型に
変換されて、それぞれストライプ状のｐ−
GaAlAs領域２ｐ、ｐ−GaAs領域１ｐを形成し
ている。これらのｐ領域の両端は、結晶のへき開
面によつて構成される共振器端面４，５にまでは
到達していない。該ｐ−GaAlAs領域２ｐの上面
にはｐ電極６が、またｎ−GaAlAs層３ｐの下面
にはｎ電極７が配設されている。
このような構造を有する半導体レーザに電流を
流した場合、GaAsはGaAlAsに比較して禁制帯
幅が狭いことから、ｐ−GaAs領域１ｐに電子が
注入されていて、この部分で発光が行なわれる。
GaAsまたはGaAlAsに比べて高い屈折率を有し
ているため、断面図においてｘ方向にGaAlAs−
GaAs−GaAlAsと連なる層の中央部で膨らんだ
凸状の屈折率分布をもち、これが光が導波路を形
成している。従つて発生した光の一部はこの導波
路に導かれて増幅され、かつ共振器端面４，５で
反射を繰り返してレーザ発振が行なわれる。他
方、ｐ−GaAsはｎ−GaAsに比べてわずかに禁制
帯幅が狭く、屈折率が高いことから、平面図のｙ
方向においても、ｎ−GaAs−ｐ−GaAs−ｎ−
GaAsの中央部に膨らんだ凸状の屈折率分布が形
成されており、光はこれに導かれて周縁部に広が
ることはない。しかしながら、共振器端面４，５
の近傍ではこの導波路がないため、光は同図ａに
示すように広がり、該共振器端面４，５で反射し
た光の一部は再び元の導波路に戻ることができず
に損失となつて失われる。この結果、発振しきい
値が高くなり、また放射ビームの広がり角が極め
て大きくなる。
流した場合、GaAsはGaAlAsに比較して禁制帯
幅が狭いことから、ｐ−GaAs領域１ｐに電子が
注入されていて、この部分で発光が行なわれる。
GaAsまたはGaAlAsに比べて高い屈折率を有し
ているため、断面図においてｘ方向にGaAlAs−
GaAs−GaAlAsと連なる層の中央部で膨らんだ
凸状の屈折率分布をもち、これが光が導波路を形
成している。従つて発生した光の一部はこの導波
路に導かれて増幅され、かつ共振器端面４，５で
反射を繰り返してレーザ発振が行なわれる。他
方、ｐ−GaAsはｎ−GaAsに比べてわずかに禁制
帯幅が狭く、屈折率が高いことから、平面図のｙ
方向においても、ｎ−GaAs−ｐ−GaAs−ｎ−
GaAsの中央部に膨らんだ凸状の屈折率分布が形
成されており、光はこれに導かれて周縁部に広が
ることはない。しかしながら、共振器端面４，５
の近傍ではこの導波路がないため、光は同図ａに
示すように広がり、該共振器端面４，５で反射し
た光の一部は再び元の導波路に戻ることができず
に損失となつて失われる。この結果、発振しきい
値が高くなり、また放射ビームの広がり角が極め
て大きくなる。
このような損失を無くすためにはｐ領域のスト
ライプを共振器端面まで延ばせばよいが、そうし
た場合、該共振器端面付近で光の吸収が生じるこ
とが知られており、このような状態で装置を大出
力で動かせると極めて短時間に結晶自体が破壊し
てしまう。
ライプを共振器端面まで延ばせばよいが、そうし
た場合、該共振器端面付近で光の吸収が生じるこ
とが知られており、このような状態で装置を大出
力で動かせると極めて短時間に結晶自体が破壊し
てしまう。
この発明の目的は、大出力に耐えかつ低いしき
い値と狭い放射ビーム角とを有する半導体レーザ
装置を提供することにある。
い値と狭い放射ビーム角とを有する半導体レーザ
装置を提供することにある。
このような目的を達成するために、この発明に
よる半導体レーザ装置は、光の導波路の等価的に
他と屈折率を異にする領域を設けたものである。
以下、図面を用いてこの発明による半導体レーザ
装置を詳細に説明する。
よる半導体レーザ装置は、光の導波路の等価的に
他と屈折率を異にする領域を設けたものである。
以下、図面を用いてこの発明による半導体レーザ
装置を詳細に説明する。
第２図ａ，ｂおよびｃはこの発明による半導体
レーザ装置の一実施例を示す平面図、そのＡ−
A′断面図および側面図であり、第１図と同一部
分は同一記号を用いてその詳細説明は省略してあ
る。なお、平面図およびそのＡ−A′断面図は共
にｚ方向に対称形の半分のみを示してある。この
装置を第１図に示すものと比較して見た場合、第
１のｎ−GaAlAs層２が、共振器端面４，５の近
傍において、その一部のレンズ体８のみを残して
除去されている。このレンズ体８は、下側のｎ−
GaAs層１と接する平面およびそれに対向する平
面ならびにこれらの平面に垂直でｚ方向に凸の２
曲面によつて構成されており、yz平面内におい
てはｚ方向に凸の凸レンズ状を呈している。以
下、上記構成を有する半導体装置の光に対する作
用を詳細に説明する。
レーザ装置の一実施例を示す平面図、そのＡ−
A′断面図および側面図であり、第１図と同一部
分は同一記号を用いてその詳細説明は省略してあ
る。なお、平面図およびそのＡ−A′断面図は共
にｚ方向に対称形の半分のみを示してある。この
装置を第１図に示すものと比較して見た場合、第
１のｎ−GaAlAs層２が、共振器端面４，５の近
傍において、その一部のレンズ体８のみを残して
除去されている。このレンズ体８は、下側のｎ−
GaAs層１と接する平面およびそれに対向する平
面ならびにこれらの平面に垂直でｚ方向に凸の２
曲面によつて構成されており、yz平面内におい
てはｚ方向に凸の凸レンズ状を呈している。以
下、上記構成を有する半導体装置の光に対する作
用を詳細に説明する。
上述したように第１のｎ−GaAlAs層が除去さ
れた部分においても、空気の屈折率が小さいこと
から、立面図において空気−GaAs−GaAlAsと
連なるｘ方向に中央部で膨らんだ凸形の光の導波
路が形成されている。このため光はｘ，ｚ平面内
においてはやはりｎ−GaAs層１に閉じ込められ
て伝搬する。他方でｙ方向においては閉じ込めが
ないため、ｐ−GaAs領域１ｐを出た光はyz平面
内においては同図ａに示すように広がつて進む。
この場合、ｎ−GaAsと空気とでは屈折率差が非
常に大きいために光は空気中にはほとんどしみ出
すことはなく、従つて伝搬定数は小さい。これに
対し、前記レンズ体８が設けられた部分において
は、光はこのレンズ体８を構成するｎ−GaAlAs
中にもわずかながら広がる。従つてこの部分で伝
搬定数が大きくなる。この伝搬定数βの屈折率ｎ
との間には、β＝２πｎ／λ０（λ０は光の真空
中における波長）の関係があるから、このレンズ
体８が設けられた部分は、等価的に屈折率が大き
いこととなり、yz平面内においてまさにレンズ
の作用を呈する。従つて、このレンズ部を通過し
た光が平行光線となるように構成し、共振器端面
４，５で反射した光が入射経路と全く同じ経路を
たどつて戻るようにすることができる。この結
果、反射光が有効に元の導波路に帰還されるため
に損失が小さくなり、しきい値が低下する。また
放射ビームも、レンズ部以降はyz平面内でほぼ
平行を保つため、従来の装置において３〜10度程
度の放射角で広がつて行なつた場合に比べ、著し
く狭窄化することができる。
れた部分においても、空気の屈折率が小さいこと
から、立面図において空気−GaAs−GaAlAsと
連なるｘ方向に中央部で膨らんだ凸形の光の導波
路が形成されている。このため光はｘ，ｚ平面内
においてはやはりｎ−GaAs層１に閉じ込められ
て伝搬する。他方でｙ方向においては閉じ込めが
ないため、ｐ−GaAs領域１ｐを出た光はyz平面
内においては同図ａに示すように広がつて進む。
この場合、ｎ−GaAsと空気とでは屈折率差が非
常に大きいために光は空気中にはほとんどしみ出
すことはなく、従つて伝搬定数は小さい。これに
対し、前記レンズ体８が設けられた部分において
は、光はこのレンズ体８を構成するｎ−GaAlAs
中にもわずかながら広がる。従つてこの部分で伝
搬定数が大きくなる。この伝搬定数βの屈折率ｎ
との間には、β＝２πｎ／λ０（λ０は光の真空
中における波長）の関係があるから、このレンズ
体８が設けられた部分は、等価的に屈折率が大き
いこととなり、yz平面内においてまさにレンズ
の作用を呈する。従つて、このレンズ部を通過し
た光が平行光線となるように構成し、共振器端面
４，５で反射した光が入射経路と全く同じ経路を
たどつて戻るようにすることができる。この結
果、反射光が有効に元の導波路に帰還されるため
に損失が小さくなり、しきい値が低下する。また
放射ビームも、レンズ部以降はyz平面内でほぼ
平行を保つため、従来の装置において３〜10度程
度の放射角で広がつて行なつた場合に比べ、著し
く狭窄化することができる。
第３図ａは、この発明による半導体レーザ装置
をいわゆるTJSレーザ装置に応用した場合の他の
実施例を示す平面図、同図ｂ，ｃ，ｄはそれぞれ
そのＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図、Ｃ−Ｃ断面図
である。この場合にも、結晶は、ｎ−GaAs層１
並びにそれを上下から挟む第１および第２のｎ−
GaAlAs層２，３からなる３層構造を有してい
る。そして各層の一部分がｐ型に変換されてそれ
ぞれｐ−GaAs領域１ｐ並びに第１および第２の
ｐ−GaAlAs領域２ｐ，３ｐを形成している。こ
れらのｐ領域はxy平面内においてｙ方向の一方
に偏在しており、これに伴つてｐ領域側のｐ電極
６およびｎ領域側のｎ電極７とが同一のyz主面
上に、それぞれｐ−GaAs領域９ｐおよびｎ−
GaAs層９を介して配設されている。第１のｎ−
GaAlAs層２の、共振器端面４，５の近傍部分
は、第２図と同様に除去され、レンズ体８のみが
残されている。ｐ−ｎ接合はyz平面上でクラン
ク形に構成されている。
をいわゆるTJSレーザ装置に応用した場合の他の
実施例を示す平面図、同図ｂ，ｃ，ｄはそれぞれ
そのＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図、Ｃ−Ｃ断面図
である。この場合にも、結晶は、ｎ−GaAs層１
並びにそれを上下から挟む第１および第２のｎ−
GaAlAs層２，３からなる３層構造を有してい
る。そして各層の一部分がｐ型に変換されてそれ
ぞれｐ−GaAs領域１ｐ並びに第１および第２の
ｐ−GaAlAs領域２ｐ，３ｐを形成している。こ
れらのｐ領域はxy平面内においてｙ方向の一方
に偏在しており、これに伴つてｐ領域側のｐ電極
６およびｎ領域側のｎ電極７とが同一のyz主面
上に、それぞれｐ−GaAs領域９ｐおよびｎ−
GaAs層９を介して配設されている。第１のｎ−
GaAlAs層２の、共振器端面４，５の近傍部分
は、第２図と同様に除去され、レンズ体８のみが
残されている。ｐ−ｎ接合はyz平面上でクラン
ク形に構成されている。
上述したような構成を有する半導体レーザ装置
において、GaAsの禁制帯がGaAlAsの禁制帯よ
り小さいことから、ｎ−GaAs層１とｐ−GaAs領
域１ｐとの間に生じたｐ−ｎ接合部にのみ電流が
集中する。その際、発光部がこの接合のｐ側の２
μｍ程度の幅に収まるように、ｎ−GaAs層１お
よびｐ−GaAs領域１ｐのキヤリヤ濃度が設定さ
れている。クランクの中央部を出た光は、yz平
面内においては初め同図ａに示すように広がりな
がら進むが、レンズ体８が設けられている部分
で、レンズ効果によつて平行光線に変換される。
従つて、第２図の場合と全く同様にしきい値を低
下させかつ放射ビーム角を狭めることができる。
なおこの場合、クランクの中央部以外の部分にお
いては、発光は行なわれるが帰還回路がないため
にレーザ発振は生じない。従つてレーザ光は何ら
悪影響を受けない。
において、GaAsの禁制帯がGaAlAsの禁制帯よ
り小さいことから、ｎ−GaAs層１とｐ−GaAs領
域１ｐとの間に生じたｐ−ｎ接合部にのみ電流が
集中する。その際、発光部がこの接合のｐ側の２
μｍ程度の幅に収まるように、ｎ−GaAs層１お
よびｐ−GaAs領域１ｐのキヤリヤ濃度が設定さ
れている。クランクの中央部を出た光は、yz平
面内においては初め同図ａに示すように広がりな
がら進むが、レンズ体８が設けられている部分
で、レンズ効果によつて平行光線に変換される。
従つて、第２図の場合と全く同様にしきい値を低
下させかつ放射ビーム角を狭めることができる。
なおこの場合、クランクの中央部以外の部分にお
いては、発光は行なわれるが帰還回路がないため
にレーザ発振は生じない。従つてレーザ光は何ら
悪影響を受けない。
なお、上述した実施例においては、光の導波路
に屈折率の異なる部分を設定するために、GaAs
層上にGaAlAsをレンズ形に残したものを利用し
たが、この発明はこれに限定されるものではな
く、伝搬定数を変化させることによつて等価的に
屈折率を変化させるものであればよい。例えば導
波路自体の厚み寸法を変えることによつても等価
屈折率は変化するし、また他の誘電体物質を導波
路上に設けることによつても等価的に屈折率を変
化させることができる。
に屈折率の異なる部分を設定するために、GaAs
層上にGaAlAsをレンズ形に残したものを利用し
たが、この発明はこれに限定されるものではな
く、伝搬定数を変化させることによつて等価的に
屈折率を変化させるものであればよい。例えば導
波路自体の厚み寸法を変えることによつても等価
屈折率は変化するし、また他の誘電体物質を導波
路上に設けることによつても等価的に屈折率を変
化させることができる。
また、上述した実施例においてはGaAs、
GaAlAsの組合わせによつて導波路を形成する場
合について説明したが、この発明はこれに限定さ
れるものではなく、禁制帯幅の異なる他の２種の
半導体材料を組合わせても、母体結晶として用い
ることができることは勿論である。
GaAlAsの組合わせによつて導波路を形成する場
合について説明したが、この発明はこれに限定さ
れるものではなく、禁制帯幅の異なる他の２種の
半導体材料を組合わせても、母体結晶として用い
ることができることは勿論である。
更に、上述した実施例においては放射ビームを
平行にして共振器端面に入射させる場合について
のみ説明したが、この発明はこれに限定されるも
のではなく、レンズ機能の利用の仕方によつて、
例えば共振器端面上の１点に集光するためにも用
いることができる。また、平行なへき開面以外の
面を共振器端面として用いるためにビームを曲げ
ることも利用することができ、この場合は、レン
ズ機能の代りにプリズム機能を用いればよい。
平行にして共振器端面に入射させる場合について
のみ説明したが、この発明はこれに限定されるも
のではなく、レンズ機能の利用の仕方によつて、
例えば共振器端面上の１点に集光するためにも用
いることができる。また、平行なへき開面以外の
面を共振器端面として用いるためにビームを曲げ
ることも利用することができ、この場合は、レン
ズ機能の代りにプリズム機能を用いればよい。
以上説明したようにこの発明による半導体レー
ザ装置によれば、光の導波路に、該光に対して等
価的に、屈折率の異なる領域を設けたことによ
り、その部分が有するレンズ機能を利用して放射
ビーム角の広がりを抑え、光を有効に帰還させる
ことによつて損失を減じ、発振しきい値を低下さ
せることができる。また該屈折率の異なる領域に
プリズム機能を持たせることによつて放射ビーム
の径路を変更することも可能である等の種々優れ
た効果を有する。
ザ装置によれば、光の導波路に、該光に対して等
価的に、屈折率の異なる領域を設けたことによ
り、その部分が有するレンズ機能を利用して放射
ビーム角の広がりを抑え、光を有効に帰還させる
ことによつて損失を減じ、発振しきい値を低下さ
せることができる。また該屈折率の異なる領域に
プリズム機能を持たせることによつて放射ビーム
の径路を変更することも可能である等の種々優れ
た効果を有する。
第１図ａ，ｂは従来の半導体レーザ装置の一例
を示す平面図、断面図、第２図ａ，ｂ，ｃはこの
発明による半導体レーザ装置の一実施例を示す平
面図、断面図、側面図、第３図ａ，ｂ，ｃ，ｄは
この発明による半導体レーザ装置の他の実施例を
示す平面図、Ａ−A′断面図、Ｂ−B′断面図、Ｃ
−C′断面図である。 １……ｎ−GaAs層、１ｐ……ｐ−GaAs層、
２，３……ｎ−GaAlAs層、２ｐ，３ｐ……ｐ−
GaAlAs層、８……レンズ体。
を示す平面図、断面図、第２図ａ，ｂ，ｃはこの
発明による半導体レーザ装置の一実施例を示す平
面図、断面図、側面図、第３図ａ，ｂ，ｃ，ｄは
この発明による半導体レーザ装置の他の実施例を
示す平面図、Ａ−A′断面図、Ｂ−B′断面図、Ｃ
−C′断面図である。 １……ｎ−GaAs層、１ｐ……ｐ−GaAs層、
２，３……ｎ−GaAlAs層、２ｐ，３ｐ……ｐ−
GaAlAs層、８……レンズ体。
Claims (1)
- １ ｐ型領域およびｎ型領域を有する第１の半導
体層と、該第１の半導体層を両側から挟む第２お
よび第３の半導体層とを備え、該ｐ型領域に電子
を注入することによつて発光を生ぜしめかつ該ｎ
型領域内に伝搬せしめる半導体レーザ装置におい
て、該ｎ型領域に、該ｎ型領域を伝搬する光を該
ｎ型領域平面内において集束、発散または偏向さ
せる、該ｎ型領域を伝搬する光に対して等価的に
他の部分と異なる屈折率を有する領域を設けたこ
とを特徴とする半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10296280A JPS5727097A (en) | 1980-07-25 | 1980-07-25 | Semiconductor laser device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10296280A JPS5727097A (en) | 1980-07-25 | 1980-07-25 | Semiconductor laser device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5727097A JPS5727097A (en) | 1982-02-13 |
| JPS6155276B2 true JPS6155276B2 (ja) | 1986-11-27 |
Family
ID=14341403
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10296280A Granted JPS5727097A (en) | 1980-07-25 | 1980-07-25 | Semiconductor laser device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5727097A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6415379U (ja) * | 1987-06-30 | 1989-01-26 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58225678A (ja) * | 1982-06-23 | 1983-12-27 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体レ−ザ装置 |
| JP2532449B2 (ja) * | 1987-03-27 | 1996-09-11 | 株式会社日立製作所 | 半導体レ−ザ装置 |
| KR100393057B1 (ko) | 2000-10-20 | 2003-07-31 | 삼성전자주식회사 | 마이크로 렌즈 일체형 표면광 레이저 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS546790A (en) * | 1977-06-17 | 1979-01-19 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor laser unit and its manufacture |
-
1980
- 1980-07-25 JP JP10296280A patent/JPS5727097A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS546790A (en) * | 1977-06-17 | 1979-01-19 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor laser unit and its manufacture |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6415379U (ja) * | 1987-06-30 | 1989-01-26 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5727097A (en) | 1982-02-13 |
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