JPS621295A

JPS621295A - 半導体レ−ザ

Info

Publication number: JPS621295A
Application number: JP14137585A
Authority: JP
Inventors: Osamu Yamamoto; 修山本; Hiroshi Hayashi; 寛林; Saburo Yamamoto; 三郎山本
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1985-06-26
Filing date: 1985-06-26
Publication date: 1987-01-07

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］本発明は発振波長の不規則な変化や大きな変化を抑制し
た半導体レーザに関する。

［従来技術とその問題点］半導体レーザ光を用いた光学機器やその光路を偏向して
使用するレーザプリンタ装置等においては、半導体レー
ザの発振波長の変化が精度や記録性能を著しく劣化させ
る。例えばレーザプリンタ装置の場合、記録中にその発
振波長が変化すると、その偏向角が、波長依存性をもっ
ている為に光路が変化し、記録点が重なったり不自然に
広がることとなり、記録性能に重大な悪影響を及ぼす。

通常の半導体レーザは第５図に示す様に温度変化に対し
てその発振波長は不規則に変化する。特に出力されたレ
ーザ光の一部が光学部品等で反射されてレーザ素子に帰
還した場合は顕著である。

この様な問題を解決する為に、従来より縦モード（発振
波長）を安定化させる為、縦モードの変化、すなわち、
モードホッピングをかなりの温度範囲にわたって抑制す
る方法が試みられていた。ここでそれらの方法を列挙す
ると、第１に半導体装置ザ素子における共振器両端面を
高反射率化し、レーザ内部光密度を上昇させて非発振モ
ードを抑制し、温度変化に対して１つの縦モードを安定
して発振させる方法がある。

第２に半導体レーザのｎ形りラッド層にドープするテル
ル（Ｔｅ）等の濃度を多くし、過飽和吸収体による損失
グレーティングを形成させ、非発振モードを抑制する方
法がある。これら第１．第２の方法はある程度の温度範
囲では、１つの縦モードで発振するが、第６図で示すよ
うに、温度上昇に伴いある温度で大きな波長変化が生じ
、逆に温度下降時には別の温度で波長が変化するいわゆ
るヒステリシスを呈し、また、電流変化に対しても同様
に大きなヒステリシスを示す。図中の矢印は温度変化の
方向を示している。この様なレーザ素子ではある温度で
大きなモードホッピングを生じるため、温度及び電流条
件をモードホッピングの生じる条件から離れたところで
使用する必要があった。また、モードホッピングの生じ
る温度、電流を制御することが出来ず、逆に言えば波長
の安定域を制御することが出来ない欠点を有していた。

第３には導波路内部に回折格子を形成した分布帰還型（
ＤＦＢ）レーザ、分布反射型（ＤＢＲ）レーザが挙げら
れる。これらは強い波長選択性をもたせているため広い
温度範囲にわたって優れた縦モードの安定性を示すが、
製造工程が煩雑であったり半導体レーザの材質によって
は製作そのものが困難であったりする。

第４にはへき開面を介して２つの半導体レーザを配置し
た構造の通称ｃ３（クリ−ブト、カップルド　キャビテ
ィ）レーザや、エツチングにより２つのレーザに分離し
たＣ３と類似のレーザ素子がある°。これらは、それぞ
れを独立に駆動出来る為、波長を同調させることが出来
、縦モードの安定性が期待されるが、その駆動方法には
高度の技術が必要であり、また２つの間隙の微小な変化
が縦モードの変化を生じる欠点があった。

第５には内部に反射部を持つ内部干渉型レーザが挙げら
れる。これは導波路の一部に実効屈折率の異なる部分を
設け、その部分での反射による干渉効果を利用して、縦
モードの選択性を得るものであり、このため活性層厚を
部分的に変化させたり、混晶比の異なった材質を埋め込
む方法がとられている。この内部反射部は、従来、端面
に近い位置におき、すなわち、一方の端面から内部反射
部までの第１のレーザ動作部と他方の端面から内部反射
部までの第２のレーザ動作部のそれぞれの長さの比を大
きくとり、出来るだけモードホッピングを抑える方法が
とられていた。この様にしである温度範囲内で安定な縦
モードで発振する特性を得ている。

しかし、この方法によってもある温度条件、電流条件で
は大きなモードホッピングが生じ、またこの温度、電流
条件を制御することは困難であった。

［発明の目的］本発明の目的は、上記問題点に鑑み、温度、電流変化に
より生じるモードホッピング時の波長変化を極力小さく
する事により、実質的に波長変化を抑えた半導体レーザ
を提供することにある。

［発明の構成］上記目的を達成するために、半導体レーザに２つの機能
を具備させる。

第１には、縦モードの利得差を縦モード間隔１本置きに
規則的に大きくし、温度変化等に対して等間隔に積極的
にモードホッピングを生じさせる。

この為に、一方の端面から内部反射部までの長さがＱｌ
でこの部分における導波路屈折率をｎ１、他方の端面か
ら内部反射部までの長さσ７、導波路屈折率をｎ、とし
、Ｑｒｎ＋”ｔＱｔｎｔの関係を持たせた内部干渉型レ
ーザとする。第２には縦モード間隔を極力小さくするこ
とにより、１回のホッピングによる波長変化を小さく抑
制する。この為に全体の共振器長を極力長くする。

［発明の原理］本発明の理論的根拠は以下の通りである。

第２図に示す様な内部反射部ＩＯを有する導波路を考え
ると実効的な反射率ｒｅｆｆはシー・ワン等により次式
で示されている。（Ａｐｐ１、　Ｐｈｙｓ、　ＬｅＩＴ
、　４０（７）５７１　（１９８２））（ｒｅｆｒ）”
＝ｒ＋ｒｔ（Ｓ　１ｔＳ　！ｌ　　Ｓ　＋＋Ｓ　ｔ２）
　十（Ｓ　＋＋ｒ＋ｅ　　　　＋　Ｓ　Ｈｒｔｅ−２’
　１１２’）−２ｒ、１２゜・・・・・・・・・（＋）ここでｒｅｆｆは実効的な電界反射率、ｒｌ＋ｒ２は共
振器端面の電界反射率であり、端面のパワ反射率をＲｔ
　、　ＲｔとするとＲ１＝　ｒ　ｒ　”　＋　Ｒｔ　＝
　ｒ　ｔ　’となる。またＳ１１は内部反射部ｌＯの第
１レーザ動作部８側の電界反射率、Ｓｔ２は内部反射部
ＩＯの第２レーザ動作部９側の電界反射率である。また
ＳＩ！は内部反射部１０の第１レーザ動作部８から第２
レーザ動作部９へ向かう電界透過率、Ｓｔ＋は第２レー
ザ動作部９から第１レーザ動作部８へ向かう電界透過率
、ｆｆ＋、Ｉ２ｇハ第１．第２レーザ動作部８．９の導
波路の共振器長、ｒ、、ｒ、は第１．第２のレーザ動作
部における伝播定数でありｒ”　１＝９ｉ／　２　＋ｊ
（２πｎｉ／λ）である（ｉ＝１，２）。そして９１は
内部損失、ｎｉは導波路屈折率、λは波長である。ここ
でＩ２１ｎ１＝Ｑｘｎｔとすると、（１）式より次式が
導き出される。

ｒｅｆｆ＝　１ｆｉ（Ｓ＋ｔＳｔ＋　　Ｓｔ＋ＳｔＪ＋
４Ｗｔ（ｂ　　　　　　−２９１８２（Ｓｔ　＋　Ｉｒｅ　　　＋　Ｓｔｚ伍ｅ　　　’　
）　”ｃｏｓ（４ｙｒ　ｎ＋Ｌ／λ）１・・・・・・・
・・（２）波長選択性は（２）式第２項の周期関数によ
って生ずる。

一方半導体レーザの縦モードは良く知られている様に４πｎＬ／λ＝２ｎπ　・・・・・・・・・（３）の条
件で発振する、ここでｍは整数である。またｎ１Ｌは導
波路屈折率及び導波路の共振器長である。

（３）式で　ｎＬ　＝　Ｃｎ、ＱＩ＋　ｎｔ１２ｔ）と
考えるととなる。また（２）式によると周期のピークは
４πｎ＋Ｌ／λ＝２ｍπとなり、すなわちとなることがわかる。ここでｍｏは整数である。（４）
式と（５）式を比較して顕らかな様に本発明による構造
では縦モードが１本置きに選択性を持っていることか判
る。なお１２＋ｎｔと１２１ｎｔが近似している場合も
同様の効果が期待される。

一方、半導体レーザの縦モード間隔Δλは、良く知られ
ている様に次式で示される。

ｎＬすなわち（ｎ＋Ｑ＋＋ｎｔム）が大きい程、縦モー
ド間隔は小さくなる。一般に導波路屈折率ｎｌ＋ｎｌは
材料、構造によりほぼ決定されるので共振器長しが長い
程、縦モード間隔が小さくなると言える。

この様に共振器長を長くすると縦モード間隔が狭くなる
が、通常の半導体レーザのように単に共振器長のみを長
くすると、第６図によって既に記述したレーザと類似な
特性すなわち非発振モードが抑制され、ヒステリシスを
伴う特性を示し、ある温度で大きなモードホッピングを
生じることになるので、本発明においては、上述した２
つの機能を具備することが要件となっている。

［実施例］以下の発明を第１図に示す実施例により詳細に説明する
。

第１図において、ｌはＰ型基板、２はＰ型クラッド層、
３は活性層、４はＮ型クラッド層、５はＮ型キャップ層
、６はＮ型電流狭さく層、７は内部ストライブ溝、１１
．１２はＮ側及びＰ側の電極である。内部反射部は点線
ｌＯで示した導波路部分にあり、本実施例ではこの部分
の活性層厚を変化させて構成している。８は第１レーザ
動作部、９は第２レーザ動作部であり、各導波路におけ
る屈折率をｎｌ＋ｎ！とする。

上記第１レーザ動作部８の共振器長Ｑ、と第２レーザ動
作部９の共振器長６及び導波路屈折率ｎｌ＋ｎｆｆ１め
関係をＱ＋　ｎ　ｔ　＃Ｑ　ｔ　ｎ　ｔとする。

上記レーザの全体の共振器長しＣ”Ｃ＋＋Ｑｔ＞と縦モ
ード間隔の関係を調べた結果を第３図に示す。

図に示す様に共振器長５００μｍで約１．５人の間隔で
あった。この共振器長５００μｍのレーザの動作温度を
変えて発振波長を調べると第４図に示す様に温度変化に
対して等間隔にモードホッピングを繰り返し、そのホッ
ピング前後の波長差は、約３人と縦モード２本分である
ことが確認された。

なお共振器長が長い程効果が大きいことは萌述のとうり
である。

［発明の効果］以上説明したように、本発明による半導体レーザは、所
定の機能を有する第１のレーザ動作部と第２のレーザ動
作部とを設けるとともに全体の共振器長を極力長くなる
ように構成したので微小な温度変化に対してモードホッ
ピングが生じるようになるが、そのモードホッピングに
よる波長変化は微小となる。従って、温度変化に対して
、安定した波長光のレーザを出力することができ、又、
波長は直線状に変化するので所望の波長光を出力するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す斜視図、第２図は本発
明の原理を示す図、第３図は共振器長と縦モード間隔の
関係を示す図、第４図は第１図の半導体レーザにおける
温度変化に対する発振波長変化を示す図、第５図は従来
の半導体レーザの温度変化に対する発振波長変化を示す
図、第６図は両端面を高反射率化した従来の半導体レー
ザの温度変化に対する発振波長変化を示す図である。１・・・Ｐ型基板、２・・・Ｐ型りラッド層、３・・・
活性層、４・・・Ｎ型クラッド層、５・・・Ｎ型キャッ
プ層、６・・・Ｎ型電流狭さく層、７・・・内部ストラ
イブ溝、訃・・第１レーザ動作部、９・・・第２レーザ
動作部、１０・・・内部反射部、ｌ！・・・Ｎ側電極、
１２・・・Ｐ側電極、乙、ａ、・・・共振器長。特許出願人　　シャープ株式会社代理人弁理士　青白　葆　外２名第１図第２図第５図− 二　度　（０ｃ）第６図Ｌ　慶　　（’Ｃ１発＃液長試）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）導波路に設けられた内部の反射部を境界として、
一方の端面から内部反射部までの第１のレーザ動作部と
、他方の端面から内部反射部までの第２のレーザ動作部
を有する半導体レーザであって、上記第１のレーザ動作
部の共振器長ｌ＿１、導波路屈折率ｎ＿１、第２のレー
ザ動作部の共振器長ｌ＿２、導波路屈折率ｎ＿２との間
にｎ＿１ｌ＿１≒ｎ＿２ｌ＿２の関係を有し、かつ、全
体の共振器長ｌ＿１＋ｌ＿２を、この共振器長に対して
現れる縦モードの間隔が所定値よりも小さくなるように
、長くしたことを特徴とする半導体レーザ。
（２）上記共振器長ｌ＿１＋ｌ＿２における縦モード間
隔が２Å以下となる特許請求の範囲第１項に記載の半導
体レーザ。