JPS6159554B2 - - Google Patents
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- JPS6159554B2 JPS6159554B2 JP51068704A JP6870476A JPS6159554B2 JP S6159554 B2 JPS6159554 B2 JP S6159554B2 JP 51068704 A JP51068704 A JP 51068704A JP 6870476 A JP6870476 A JP 6870476A JP S6159554 B2 JPS6159554 B2 JP S6159554B2
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- semiconductor laser
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 13
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 8
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
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- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
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- 230000010356 wave oscillation Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、共振器長L1＋L2の半導体レーザ素
子と共振器長L1の半導体レーザ素子とを一体構
成した縦モード（細モード）制御型半導体レーザ
素子に関するものである。
子と共振器長L1の半導体レーザ素子とを一体構
成した縦モード（細モード）制御型半導体レーザ
素子に関するものである。
半導体レーザ素子は、レーザ光線特有の利点を
極めて微小な半導体素子によつて享受し得るた
め、広大な用途を有している。半導体レーザ素子
から発せられたレーザ光線をそのまま利用するに
してもあるいは光フアイバー等々の光伝送体に導
出して利用するにしても、光源としての長寿命化
を達成しつつ、発振モードを所望のものに安定し
て得ることが望まれている。
極めて微小な半導体素子によつて享受し得るた
め、広大な用途を有している。半導体レーザ素子
から発せられたレーザ光線をそのまま利用するに
してもあるいは光フアイバー等々の光伝送体に導
出して利用するにしても、光源としての長寿命化
を達成しつつ、発振モードを所望のものに安定し
て得ることが望まれている。
かかる課題をほぼ満足する半導体レーザ素子の
１つに埋め込みヘテロ構造と称されている構造の
ものがあり、その構造の概略は第１図に模式的斜
視図をもつて示したようになつている。発振モー
ドは大別して、フアブリペロー共振器の軸方向に
立つ安定波がどれだけ安定しているかという縦モ
ード（軸モードとも称する）と、フアブリペロー
共振器の軸を垂直に切つた断面に表われる強度分
布の山がどの場所に幾つあるか更にはそれが安定
しているかという横モードとに分けられると云つ
てよい。第１図に示した従来構造の代表格である
埋め込みヘテロ構造は、長寿命な横モード制御型
半導体レーザ素子として優れていることは既に広
く知られている。
１つに埋め込みヘテロ構造と称されている構造の
ものがあり、その構造の概略は第１図に模式的斜
視図をもつて示したようになつている。発振モー
ドは大別して、フアブリペロー共振器の軸方向に
立つ安定波がどれだけ安定しているかという縦モ
ード（軸モードとも称する）と、フアブリペロー
共振器の軸を垂直に切つた断面に表われる強度分
布の山がどの場所に幾つあるか更にはそれが安定
しているかという横モードとに分けられると云つ
てよい。第１図に示した従来構造の代表格である
埋め込みヘテロ構造は、長寿命な横モード制御型
半導体レーザ素子として優れていることは既に広
く知られている。
ここで第１図の埋め込みヘテロ構造についてそ
の構成材料等々の一例を具体的に例示しながら説
明しておくと、次のようである。例えば１ａは
GaAsで構成された活性層であり、それより屈曲
率の小さな例えばｎ型AlGaAs層１ｂ及びｐ型
AlGaAs層１ｃよりなるクラツド層に包囲され
て、発光領域であると共に誘電体導波路を構成し
ている。１ｆは例えばGaAs基板であり、１ｄは
ｎ型GaAs層で、その一部は例えばZnをプレーナ
拡散して構成した電流路１ｅが設けられている。
の構成材料等々の一例を具体的に例示しながら説
明しておくと、次のようである。例えば１ａは
GaAsで構成された活性層であり、それより屈曲
率の小さな例えばｎ型AlGaAs層１ｂ及びｐ型
AlGaAs層１ｃよりなるクラツド層に包囲され
て、発光領域であると共に誘電体導波路を構成し
ている。１ｆは例えばGaAs基板であり、１ｄは
ｎ型GaAs層で、その一部は例えばZnをプレーナ
拡散して構成した電流路１ｅが設けられている。
このように構成された埋め込み構造において
は、発光領域兼誘電体導波路を構成している
GaAs活性層１ａが、屈折率の小さなクラツド層
で包囲されているので発光の閉じ込めはほぼ完全
に行われており、横モードはよく制御されてい
る。特に第１図において上下方向に分布する横モ
ードは、実質的に活性層１ａの厚みで制御される
ため単一モードにすることは容易である。第１図
において基板１ｆの表面に平行な方向に分布する
横モードは、活性層１ａの幅が通常は前記厚みよ
りは広いため無条件に単一モードが立つわせでは
ないが、動作電流の小さい領域ではほぼ安定な単
一モードが得られるし、仮に動作電流を増加させ
た場合でも、更に古い所謂プレーナストライプ構
造などの活性層幅に制約がない構造のものに比較
してずつと安定して低次の横モードが実現でき
る。しかしフアブリペロー共振器の軸方向に立つ
安定波の状態を定義する縦モードの方は、プレー
ナストライプ構造等々の旧来の構造のものと特段
の差異はなく、残念ながら不安定である。いま共
振器を構成している媒質の屈折率をｎとすると、
そこでの光の波長は真空中での光の波長λの1/2
即ちλ/nになつているから、共振器長をＬとす
ると ｍ・λ／２ｎ＝Ｌ (1) なる関係を保つことになり、ｍを縦モードの次数
と称しているのである。半導体レーザ素子の場
合、ｍの値は通常2000程度になつている。したが
つて共振器中にｍ個の半波長が入つている場合
（ｍ次モード）と（ｍ＋１）個入つている場合
（ｍ＋１）次モード）との波長差Δλは波長λに
比してはるかに小さい。即ちΔλ≪λである。し
たがつて(1)式のλの代りに（λ−Δλ）を入れ、
ｍの代りに（ｍ＋１）を入れ、Δλ≫λであると
すると、ｍ次モードと（ｍ＋１）次モードの波長
差Δλは(2)式で示すことができる。
は、発光領域兼誘電体導波路を構成している
GaAs活性層１ａが、屈折率の小さなクラツド層
で包囲されているので発光の閉じ込めはほぼ完全
に行われており、横モードはよく制御されてい
る。特に第１図において上下方向に分布する横モ
ードは、実質的に活性層１ａの厚みで制御される
ため単一モードにすることは容易である。第１図
において基板１ｆの表面に平行な方向に分布する
横モードは、活性層１ａの幅が通常は前記厚みよ
りは広いため無条件に単一モードが立つわせでは
ないが、動作電流の小さい領域ではほぼ安定な単
一モードが得られるし、仮に動作電流を増加させ
た場合でも、更に古い所謂プレーナストライプ構
造などの活性層幅に制約がない構造のものに比較
してずつと安定して低次の横モードが実現でき
る。しかしフアブリペロー共振器の軸方向に立つ
安定波の状態を定義する縦モードの方は、プレー
ナストライプ構造等々の旧来の構造のものと特段
の差異はなく、残念ながら不安定である。いま共
振器を構成している媒質の屈折率をｎとすると、
そこでの光の波長は真空中での光の波長λの1/2
即ちλ/nになつているから、共振器長をＬとす
ると ｍ・λ／２ｎ＝Ｌ (1) なる関係を保つことになり、ｍを縦モードの次数
と称しているのである。半導体レーザ素子の場
合、ｍの値は通常2000程度になつている。したが
つて共振器中にｍ個の半波長が入つている場合
（ｍ次モード）と（ｍ＋１）個入つている場合
（ｍ＋１）次モード）との波長差Δλは波長λに
比してはるかに小さい。即ちΔλ≪λである。し
たがつて(1)式のλの代りに（λ−Δλ）を入れ、
ｍの代りに（ｍ＋１）を入れ、Δλ≫λであると
すると、ｍ次モードと（ｍ＋１）次モードの波長
差Δλは(2)式で示すことができる。
Δλ＝λ２／２ｎＬ (2)
このΔλを縦モード間隔又は軸モード間隔と称
しており、第１図のような埋め込みヘテロ構造で
は、λ＝8500Å、ｎ＝3.6、Ｌ＝200〜400μｍと
云う典型的な例を考えれば、Δλ＝2.5〜５Å程
度にしかならないことが判る。即ち、従来構造で
縦モードを安定に発振されるためには共振器長を
2.5〜５Åという精度でＬの全長を実効的に制御
しなければならないと云うことであり、これは至
難な技である。しかし数10Km〜数1000Kmもの長い
距離をデータ伝送しようという光通信などでは、
このΔλのゆらぎが重要になつてくるので、何と
かしてΔλを制御したいわけである。
しており、第１図のような埋め込みヘテロ構造で
は、λ＝8500Å、ｎ＝3.6、Ｌ＝200〜400μｍと
云う典型的な例を考えれば、Δλ＝2.5〜５Å程
度にしかならないことが判る。即ち、従来構造で
縦モードを安定に発振されるためには共振器長を
2.5〜５Åという精度でＬの全長を実効的に制御
しなければならないと云うことであり、これは至
難な技である。しかし数10Km〜数1000Kmもの長い
距離をデータ伝送しようという光通信などでは、
このΔλのゆらぎが重要になつてくるので、何と
かしてΔλを制御したいわけである。
かかる命題を少しでも現実のものとするために
なした発明が本発明であり、埋め込みヘテロ構造
の利点はそのまま活用し、その上で１つの活性層
を２つの共振器の構成媒体として共用するように
工夫し、共振器長L1として発振する部位と共振
器長L1＋L2として発振する部位とを重畳させて
構成したものとなつている。
なした発明が本発明であり、埋め込みヘテロ構造
の利点はそのまま活用し、その上で１つの活性層
を２つの共振器の構成媒体として共用するように
工夫し、共振器長L1として発振する部位と共振
器長L1＋L2として発振する部位とを重畳させて
構成したものとなつている。
第２図に示したのが本発明の典型例であり、基
本的には第１図に示した埋め込みヘテロ構造であ
るが、その活性層１の形状が異つていることが判
るであろう。即ち本発明の活性層１は、幅がW1
で長さがL1の矩形板と幅がW2（W1＞W2）で長さ
L2（L1〓L2）の矩形板とを長手方向に接し全長が
L1＋L2となるように略羽子板状に連結させた形
状をなし、略羽子板状の両端面８及び９によつて
共振器長L1＋L2のフアブリペロー反射鏡を構成
し、共振器長L1のフアブリペロー反射鏡は前出
の８と本発明で初めて導入されたクラツド層３と
の接合面７とによつて構成されている。接合面７
で反射鏡として機能する幅はほぼW1−W2であ
る。１，２，３，４，５，６の構成材料は、例え
ば第１図の従来の埋め込みヘテロ構造における１
ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆとそれぞれ同
等のものでよく、その機能も基本的には一致して
いる。
本的には第１図に示した埋め込みヘテロ構造であ
るが、その活性層１の形状が異つていることが判
るであろう。即ち本発明の活性層１は、幅がW1
で長さがL1の矩形板と幅がW2（W1＞W2）で長さ
L2（L1〓L2）の矩形板とを長手方向に接し全長が
L1＋L2となるように略羽子板状に連結させた形
状をなし、略羽子板状の両端面８及び９によつて
共振器長L1＋L2のフアブリペロー反射鏡を構成
し、共振器長L1のフアブリペロー反射鏡は前出
の８と本発明で初めて導入されたクラツド層３と
の接合面７とによつて構成されている。接合面７
で反射鏡として機能する幅はほぼW1−W2であ
る。１，２，３，４，５，６の構成材料は、例え
ば第１図の従来の埋め込みヘテロ構造における１
ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆとそれぞれ同
等のものでよく、その機能も基本的には一致して
いる。
さて、ここで共振器長L1＋L2の部位は、典型
的には第１図の共振器長Ｌの場合と大差がない。
しかし共振器長L1の部位については縦モード制
御は格段に楽になる。例えばL1＝L2のときは前
記Ｌが1/2になつた場合と考えられるからΔλは
２倍になり、Δλ／L1の相対値制御では実に４
倍も楽になる。9L1＝L2即ちL1＝Ｌ／10にするな
らば、Δλ／L1の制御はなんと100倍も楽になる
のである。現在第１図の埋め込みヘテロ構造では
活性層の厚さｄは高々0.2μｍ程度に制御してい
るし、一般の集積回路パターンも最小線幅２μｍ
ルールの設計がなされているのが、半導体素子製
造技術の水準であるから、Ｌ＝200μｍであつた
として、L1＝20μｍにすることは極めて容易で
ある。さてこのように構成したとき、幅W1の部
位では共振器長L1＋L2に合わせて立つ安在波と
共振器長L1に合わせて立つ安在波とが共存する
ことになる。このような場合、両者の波長は無関
係ではあり得ず、一方は他方の整数倍となる。そ
の典型は同一波長に勝手にそろつてしまうことに
なる。このようにして本発明によるときは、従来
全く無可能であつた縦モードの制御を極めて単純
な構造で、しかも現在一般化している程度の楽な
製造技術によつて実現することができるのであ
る。
的には第１図の共振器長Ｌの場合と大差がない。
しかし共振器長L1の部位については縦モード制
御は格段に楽になる。例えばL1＝L2のときは前
記Ｌが1/2になつた場合と考えられるからΔλは
２倍になり、Δλ／L1の相対値制御では実に４
倍も楽になる。9L1＝L2即ちL1＝Ｌ／10にするな
らば、Δλ／L1の制御はなんと100倍も楽になる
のである。現在第１図の埋め込みヘテロ構造では
活性層の厚さｄは高々0.2μｍ程度に制御してい
るし、一般の集積回路パターンも最小線幅２μｍ
ルールの設計がなされているのが、半導体素子製
造技術の水準であるから、Ｌ＝200μｍであつた
として、L1＝20μｍにすることは極めて容易で
ある。さてこのように構成したとき、幅W1の部
位では共振器長L1＋L2に合わせて立つ安在波と
共振器長L1に合わせて立つ安在波とが共存する
ことになる。このような場合、両者の波長は無関
係ではあり得ず、一方は他方の整数倍となる。そ
の典型は同一波長に勝手にそろつてしまうことに
なる。このようにして本発明によるときは、従来
全く無可能であつた縦モードの制御を極めて単純
な構造で、しかも現在一般化している程度の楽な
製造技術によつて実現することができるのであ
る。
一般に、活性層の厚さｄをパラメータにし、活
性層の屈折率n1とクラツド層の屈折率n2との差の
大きさΔｎ＝（n1−n2）／n1を変数したとき、その
接合面での反射率Ｒを例えばこの接合面で平行な
TE波について見ると、第３図のような傾向が見
られる。これからも、活性層の厚さｄが小さい
程、TE波の発振が発生し易いことがわかる。
又、活性層の厚さｄやその幅が大きい程、より高
次のモードが発生し易いことも、反射率の解析か
ら定性的に理解することが出来る。なお、動作電
流を増加させた場合も高次モードに移行し易い傾
向がある。従つて前にも述べたように従来の埋め
込みヘテロ接合構造の場合でも活性層の厚さｄは
0.2μｍ程度に薄くしていたし、その幅も数μｍ
〜数10μｍ程度と細くしていた。本発明の構成で
は、共振器長L1のフアブリペロー反射鏡の一方
をクラツド層３との接合面７で構成する以上、幅
W1は従来の埋め込みヘテロ構造の場合よりも広
くならざるを得ず、横モード制御の面からは一見
不利を招くかのように見える。しかしその心配は
実はない。共振器長L1＋L2部分の実効的な共振
器幅がW2の方で制約される結果、横モードの方
も極めてきれいに制御することがきるのである。
性層の屈折率n1とクラツド層の屈折率n2との差の
大きさΔｎ＝（n1−n2）／n1を変数したとき、その
接合面での反射率Ｒを例えばこの接合面で平行な
TE波について見ると、第３図のような傾向が見
られる。これからも、活性層の厚さｄが小さい
程、TE波の発振が発生し易いことがわかる。
又、活性層の厚さｄやその幅が大きい程、より高
次のモードが発生し易いことも、反射率の解析か
ら定性的に理解することが出来る。なお、動作電
流を増加させた場合も高次モードに移行し易い傾
向がある。従つて前にも述べたように従来の埋め
込みヘテロ接合構造の場合でも活性層の厚さｄは
0.2μｍ程度に薄くしていたし、その幅も数μｍ
〜数10μｍ程度と細くしていた。本発明の構成で
は、共振器長L1のフアブリペロー反射鏡の一方
をクラツド層３との接合面７で構成する以上、幅
W1は従来の埋め込みヘテロ構造の場合よりも広
くならざるを得ず、横モード制御の面からは一見
不利を招くかのように見える。しかしその心配は
実はない。共振器長L1＋L2部分の実効的な共振
器幅がW2の方で制約される結果、横モードの方
も極めてきれいに制御することがきるのである。
第１図は、従来知られており本発明においても
その基本構成を利用した所謂埋め込みヘテロ構造
の概略を模式的に示した斜視図である。第２図
は、本発明の典型例を平面図及び両側面図で示し
たものである。第３図は、活性層厚さｄをパラメ
ータにし、活性層の屈折率n1とクラツド層の屈折
率n2との差の大きさΔｎ＝（n1−n2）／n1を変数と
したときの、その接合面での反射率Ｒの傾向を示
したものである。図中の符号はそれぞれ次のもの
を典型的な材料と共に示せば次のようである。 １ａ，１…GaAs活性層、１ｂ，２…ｎ型
AlGaAsクラツド層、１ｃ，３……ｐ型AlGaAs
クラツド層、１ｄ，４…ｎ型GaAs層、１ｅ，５
…Znプレーナ拡散による電流路、１ｆ，６…
GaAs基板。
その基本構成を利用した所謂埋め込みヘテロ構造
の概略を模式的に示した斜視図である。第２図
は、本発明の典型例を平面図及び両側面図で示し
たものである。第３図は、活性層厚さｄをパラメ
ータにし、活性層の屈折率n1とクラツド層の屈折
率n2との差の大きさΔｎ＝（n1−n2）／n1を変数と
したときの、その接合面での反射率Ｒの傾向を示
したものである。図中の符号はそれぞれ次のもの
を典型的な材料と共に示せば次のようである。 １ａ，１…GaAs活性層、１ｂ，２…ｎ型
AlGaAsクラツド層、１ｃ，３……ｐ型AlGaAs
クラツド層、１ｄ，４…ｎ型GaAs層、１ｅ，５
…Znプレーナ拡散による電流路、１ｆ，６…
GaAs基板。
Claims (1)
- １ 埋め込みヘテロ構造の半導体レーザ素子にお
いて、埋め込んで形成する活性層の形状を、幅が
W1で長さがL1の矩形板と幅がW2（W1＞W2）で長
さがL2（L1〓L2）の矩形板とを長手方向に接し全
長がL1＋L2となるように略羽子板状に連結させ
た形状となし、略羽子板状の両端面によつて共振
器長L1＋L2のフアブリペロー反射鏡を構成し、
共振器長L1のフアブリペロー反射鏡の一方は幅
がW1である方の端面で構成し他の一方は両矩形
板接合面にはみ出して形成される合計幅W1−W2
の埋め込まれた端面で構成することによつて、共
振器長L1＋L2の半導体レーザ素子と共振器長L1
の半導体レーザ素子とを複合構成したことを特徴
とする半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6870476A JPS52152182A (en) | 1976-06-14 | 1976-06-14 | Semiconductor light emitting element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6870476A JPS52152182A (en) | 1976-06-14 | 1976-06-14 | Semiconductor light emitting element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS52152182A JPS52152182A (en) | 1977-12-17 |
| JPS6159554B2 true JPS6159554B2 (ja) | 1986-12-17 |
Family
ID=13381414
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6870476A Granted JPS52152182A (en) | 1976-06-14 | 1976-06-14 | Semiconductor light emitting element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS52152182A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS603177A (ja) * | 1983-06-21 | 1985-01-09 | Toshiba Corp | 半導体レ−ザ装置 |
| JPS61142785A (ja) * | 1984-12-15 | 1986-06-30 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ装置 |
| JP2697539B2 (ja) * | 1993-01-07 | 1998-01-14 | ソニー株式会社 | 半導体レーザー |
| JP4847764B2 (ja) * | 2006-02-23 | 2011-12-28 | 株式会社石亀工業 | ワーク取付け具 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4924084A (ja) * | 1972-06-26 | 1974-03-04 | ||
| JPS4971884A (ja) * | 1972-11-10 | 1974-07-11 | ||
| JPS5029283A (ja) * | 1973-07-19 | 1975-03-25 |
-
1976
- 1976-06-14 JP JP6870476A patent/JPS52152182A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4924084A (ja) * | 1972-06-26 | 1974-03-04 | ||
| JPS4971884A (ja) * | 1972-11-10 | 1974-07-11 | ||
| JPS5029283A (ja) * | 1973-07-19 | 1975-03-25 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS52152182A (en) | 1977-12-17 |
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