JPS62179187A - 半導体レ−ザ素子 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は半導体レーザ素子に関し、特に半導体レーザ
素子と、この半導体レーザ素子のレーザ光出力強度を監
視するためのホトダイオードとを一体化した半導体レー
ザ素子に関する。

（従来の技術） 従莱から、半導体レーザ素子を所望とする出力強度で安
定に動作させる目的のため、光出力量を監視（モニター
）することが行わゎている。このようなモニターの方法
としては、以下、第２図に示す模式図を参照して説明す
るような方法が一般的であった。

この方法は、半導体レーザ素子ＩＩに形成された共振器
１３の両端面１１ａ及び＋３ｂがらそれぞれ放射される
レーザ光のうち、一方のレーザ光１５を出射用として用
い、他方のレーザ光１７を光出力量のモニター用として
用い、このモニター仰１のレーザ光１７の光量をホトダ
イオード２１で検出して出射側のレーザ光出力強度の監
視を行おうとするものである。このような方法では使用
トの便利さを図るため、単導体レーザ素子１１のモニタ
ー用の光が得られる共振器端面１３ｂの近傍にホトダイ
オード２１を設け、これら半導体レーザ素子及びホトダ
イオードを同一パッケージに実装して用いていた。

ところで、半導体レーザ素子を高出力まで動作させるた
め、共振器の出射側端面に例えば適切な層厚の誘電体多
層膜で反射防止膜を形成すると共に、モニター側端面に
適切な層厚の誘電体多層膜で反射増加膜を形成すること
によってモニター側端面から放射される光を抑制し、そ
れによって出射側端面から放射される光の出力を増大さ
せる方法かある。このような方法によって出射側がらの
光出力の増加を図るためには、モニター側端面では反射
増加膜によって光を共振器内部に完全に閉じ込め、よっ
てモニター側端面がら共振器外部への光出力を好ましく
は実質的に零にすること（以下、完全反射と称すること
もある）が望ましい。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、第２図を参照して説明した構成では、モ
ニター側端面に達した光のうち、少なくともホトダイオ
ードを駆動してレーザ光出力強度のモニターが可能な程
度の光をホトダイオードに供給する必要がある。このた
め、この端面で共振器側に反射させることが出来る光量
は最大でも９０％程度に押える必要があり、これがため
完全反射の反射増加膜を備えることが出来ないという問
題点があった。

この発明の目的は、上述した問題点を解決し、共振器の
一方の端面に完全又はほぼ完全に反射する反射増加膜を
設けても、レーザ出力をモニターすることが出来る構造
を有した半導体レーザ素子を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この発明によれば、半導体
レーザ素子を内部電流狭窄構造の素子とする。

そして、この半導体レーザ素子の共振器の上側にこの共
振器からの光の一部を検出するホトダイオードを具える
。

この発明の実施に当り、前述した共振器の一方の反射面
を、この反射面から共振器外部へ出力されるレーザ光を
実質的に零にすることが出来るような完全反射面とする
のが好適である。

さらに、この発明の実施に当り、前述した半導体レーザ
素子は溝内に設けられた下側クラット層、活性層及び上
側クラット層から成るダブルヘテロ接合構造と、この上
側クラッド層の、前述した共振器の上側の部分領域に設
けられこのト側りラッド層とｐ−ｎ接合を形成する半導
体層と、この北側クラット層上に設けられた第一電極と
、前述した半導体層上に設けられた第二電極とを具え、
これら第一電極、上側クラッド層、半導体層及び第二電
極を以って前述したホトダイオードを形成し、及び前述
した第一電極を半導体レーザ素子の上側電極として共用
して成るのが好適である。

（作用） このように構成すれば、ホトダイオードが共振器から出
力されたレーザ光の光軸上或はこの光軸の近傍から外れ
た個所に位置する構造となる。然も、このホトダイオー
ドは共振器がらの光の一部を検出するので、このホトダ
イオードはこの共振器から出力されるレーザ光の強度に
応じた電気信号を検出する。。

又、上述したようにホトダイオードを共振器から出力さ
れたレーザ光の光１袖上に設けなくともレーザ光をモニ
ター−４−ることか出来るので、共振器の一方の反射面
を、この反射面から共振器外部へ出力されるレーザ光を
実質的に雰にすることが出来るような完全反射面として
形成することが出来る。従って、完全反射面とした側の
反射面がらの共振器外部への光の放射を抑制することが
出来るため、出射側となる他方の反射面からの光出力を
増大させることが出来る。

（実施例） 以下、図面を参照してこの発明の実施例につき説明する
。尚、この図はこの発明が理解出来る程度に概略的に示
しであるにすぎず、その形状、寸法及び配置関係は図示
例に限定されるものではない。

第１図はこの発明の半導体レーザ素子の要部を示す斜視
図であり、この実施例では、内部電流狭窄構造の半導体
レーザを例えば■溝を有した埋込み型半導体レーザ素子
とし、このレーザ素子とホトダイオードとをモノリシッ
クに一体化した半導体レーザ素子を示している。

先ず、半導体レーザの部分につき説明する。

尚、このようなＶ溝を有した構造の半導体レーザは例え
ば文献（アプライド　フィジックス　レターズ（Ａｐｐ
ｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ　）　４５
　［３］（＋９８４）　Ｐ、２８２〜２８３）に開示さ
れているのでその構造の詳細な説明は省略する。

第１図において、３１は下地としての例えば２型ｒｎＰ
基板（以Ｆ、基板と称することもある）を示す。基板３
１上に、内部′澄流狭窄層としてのｎ型ＩｎＰ層３３及
びｐ型１ｎＰ層３５を順次に具えている。ところで、こ
れら各層３１．３３及び３５で構成するρ−ｎ−ｐ接合
構造はこれら接合間に高い電圧を印加した場合でもこの
接合間に電流はほとんど流れない。ここで、このｐ−ｎ
−ｐ接合構造の一部領域に、ストライブ方向を第１図中
Ｓで示す方向とし、さらに、ｐ型１ｎＰ層３５表面から
基板３１に至る深さで、かつ、ストライブ方向と直交す
る断面がＶ字形状の溝３７を具えている。この結果、こ
の溝３７部分のみに電流を流すことが出来るいわゆる内
部電流狭窄構造を構成することが出来る。

又、この溝３７及びｐ型１ｎＰ層３５上に、下側クラッ
ド層としてのｐ型１ｎＰ層３９と、活性層としてのＩｎ
ＧａＡｓＰｎＧａＡｓ層５１上ド層としてのｎ型１ｎＧ
ａＡｓＰ層４３とを具えている。

又、基板３１の下側面に下側電極４５を具え及び上側ク
ラッド層４３の上側面に、この上側クラッド層４３の■
溝上方の上側面の一部分を露出させるように、設けた第
一電極（上側電極と称することもある）４７を具えてい
る。尚、この実施例では上側クラッド層の上側面を露出
させる領域４３ａを、半導体レーザ素子のレーザ光の出
力が得られる（詳細は後述する）共振器の一方の端面側
の端部領域としである。

ところで、下側電極４５と第一電極（上側電極）４７と
の間に電圧を印加した場合電流狭窄作用によってＶ溝内
に効率良く電流が注入される。従って、■溝内の下側ク
ラッド層３９、活性層４１及び北側クラッド層４３から
成るダブルヘテロ接合構造の活性層部分でレーザ発振す
る。

さらに、この発明の半導体レーザ素子はレーザ出力を監
視するため共振器上側にホトダイオードを具える構造と
なっており、このホトダイオードにつき以下説明する。

この場合、第一電極４７の設けられていない前述したｎ
型ＩｎＰ上側クラッド層４３の露出領域４３ａ上に設け
た例えばｐ型ＩｎＧａＡｓ層５１と、ｎ型１ｎＰ上側ク
ラット層４３とで構成されるｐ−ｎ接合を用いホトダイ
オード５３の主要部を構成する。又、このホトダイオー
ド５３の一方の電極としてｐ型１　ｎＧａＡｓ層５１上
に第二電極５５を具えいる。又、このホトダイオードの
他方の電極は半導体レーザの上側電極４７を共用してい
る。このような構造において、ホトダイオード５３の下
側にある活性層（共振器）４１で発した光の一部が上側
クラッド層４３を通りｐ−ｎ接合に入射してこのホトダ
イオード５３によって受光される。この受光光量はレー
ザ光出力に応じ変化するため、第一電極４７と第二電極
５５との間にはレーザ光出力の大小に応じた電圧が生じ
る。これがため、半導体レーザの出力光の強度をモニタ
ーすることが出来る。

ところで、共振器の活性層４１て発したレーザ光をホト
ダイオード５３によって効率良く光電変換するためには
、上側クラッド層４３上に設けられこの層４３とｐ−ｎ
接合を構成する半導体層を適切な材料とする必要がある
。この半導体層の条件とじては活性層４１のバンドギャ
ップよりも小さいバンドギャップを有した材料を選定す
る必要がある。この実施例てはＰ型１ｎＧａＡｓ層から
成る三元層を用いた例で説明したか、この半導体層は他
の好適な材料、例えばＩ　ｎＧａＡｓ層のような四元層
としてもレーザ光を効率良く受光することが出来る。尚
、例えば半導体層を三元層又は四元層とした場合、その
層の組成比は設計に応じて設定する。

又、第１図において、６１ａ及び６２ｂは半導体レーザ
素子の共振器の端面に設けた反射面をそれぞれ示し、一
方の反射面６１ａに反射防止膜を及び他方の反射面６１
ｂに反射増加膜をそれぞれ具えている。

１述したようなこの発明の半導体レーザ素子においては
、反射防止膜の設けられた反射面６１ａ側からレーザ光
を取り出すが、第２図を参照し既に説明したようにこの
半導体レーザ素子の光出力を大きくするため、反射面６
１ｂでは活性層で発した光を共振器内部に閉じ込めるこ
とが出来るように反射増加膜を完全反射が可能な膜とす
るのが好適である。尚、このような反射防止膜及び反射
増加膜は、例えば誘電体多層膜を用い反射防止又は反射
増加の目的に応じて多層膜の積層数を制御することによ
って形成することが出来る。

このように構成した半導体レーザ素子においては、共振
器の一方の端面にレーザ光を完全反射することが出来る
反射増加膜を設けても、共Ｓ器と直交する方向の共振器
の上側に設けたホトダイオードによってレーザ光出力を
モニターすることが出来る。

尚、上述した実施例はｐ型ｔｎＰ基板を下地として用い
た例について説明した。この理由は、ＩｎＰを材料とし
て用いた長波長レーザにおいてこの発明が有用であるた
めと、ｐ型ＩｎＰ基板を用いた場合に構成されるｐ−ｎ
−ｐ電流狭窄構造がｎ型基板を用いた場合より印加電圧
に対する耐圧に優れ高出力が得られるためである。

しかし、この発明は上述した実施例に限定されるもので
はない。

例えば、下地をｎ型１ｎＰ基板とし各層の導電型を反対
導電型としてもこの発明の効果が期待出来る。

又、この実施例ではＩｎＰ系材系材用いて素子を構成し
た例で説明したが、他の材料例えばＧａＡｓ系材料を用
いてもこの発明の効果が期待出来る。

又、ホトダイオードを設ける位置は上述した実施例に限
定されるものではなくストライブ状の活性層（共振器）
のストライプ方向の中央部上側或いはレーザ光出力の得
られる端面とは反対側の端面（第１図中、６１ｂで示す
反射面を有する端面）に近い活性層の上側等、設計に応
じ所望とする位置とすることが出来る。

又、ホトダイオードと一体化して好適な半導体レーザは
Ｖ溝を有した構造の半導体レーザに限定されるものでは
なく、溝の形状、溝の有無或いは層構造に係りなく内部
電流狭窄構造を有した半導体レーザであれば良い。

さらに、を導体レーザ素ｆ及びホトダイオード用の電極
配置等は実施例に限定されるものではなく、設計に応じ
て変更することが出来る。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明の半導体
レーザ素子によれば、半導体レーザ素子の共振器の上側
に共振器からの光の一部を検出するホトダイオードを具
えた構造となっているから、このホトダイオードによっ
てレーザ光の出力強度の大小に応じた電気信号が得られ
る。

これがため、レーザ共振器の一方の端面に完全反射可能
な反射増加膜を形成しても、レーザ出力をモニターする
ことが出来る構造を有した半導体レーザ素子を提供する
ことが出来る。

従って、共振器の一方の端面にレーザ光を完全反射する
ことが出来る反射増加膜を設けこの端面では反射増加膜
によって光を完全に閉じ込めて（完全反射）共振番外部
への光出力を実質的に零にすることが出来ると共に、レ
ーザ光の出力をモニターすることが出来るから２半導体
レーザ素子を高出力で、かつ、所望とする出力て安定に
動作させることか出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の半導体レーザ素子の要部を示す斜視
図、 第２図は従来技術の説明に供する模式図である。 ３１・・・ｐ型１ｎＰ基板 ３３−−−ｎ型１ｎＰ電流狭窄層 ３５・Ｐ型ＩｎＰ層 ３７・・・ストライブ状Ｖ溝 ３９・・・ｐ型１ｎＰ下側クラッド層 ４１・・・ＩｎＧａＡｓＰ活性層 ４３−−−ｎ型１ｎＰ上側クラッド層 ４３ａ”・上側クラッド層の露出領域 ４５−・・下側電極 ４７−・・第一電極（上側電極） ５１−ｐ型１ｎＧａＡｓ層 ５３・・・ホトダイオード ５５・・・第二電極 ６１ａ、６１ｂ・・・共振器の反射面。 特許出願人　　　　沖電気工業株式会社柳 Ｊｆ　：　ｐ４：！ＩｎＰ＠Ｊ＆　　　　　　　　　　
４５　°下４コリｔＢし３Ｊ　：　　ｎ型１ｎＰｆ；ｉ
！Ｌ秋’ｉｋ　　　　　　４’ｌ”Ｉｙ−’ｔイシν（
」−イＩｌ’ｌｔり３５　Ｐ型１ｎＰ／ｉ　　　　　　
　　ｆｆ：ｐ型Ｉｎ１ｌｒａＡｓ／’）３７　　ストア
づｒＫＶ！Ｊ　　　　　　　５Ｊ　　、ｒ４−ｙ”／１
７−’ｒ’３Ｑ：ｐ型ＩｎＰＴイ則クク、Ｆ″／９　　
　　．５５＝’ｆＪ二ｔＪ、＞４／　：　Ｉｎ（ｒａＡ
ｓＰｓｔｙｔ％ｌｉ　　　　　　　　６ｆａ、６ｆし　
共’に＃のＪｉｃｔｉ。 ４ｊ　　ｎイ則ｂｖＰ二１則７ラー、　Ｆ／９４シ上１
’＋２り７トＡのｌＫ島循多或この発明の−Ｆ−Ｊ！！
停ルー′７′希チを〒４ｔ＋絹図第１図 勺を來羊支分ケの盲０月（：枳ずろ様へ圓第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部電流狭窄構造の半導体レーザ素子において、 該半導体レーザ素子の共振器の上側に該共振器からの光
   の一部を検出するホトダイオードを具えて成ることを特
   徴とする半導体レーザ素子。
2. （２）前記共振器の一方の反射面を完全反射面としたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体レー
   ザ素子。
3. （３）前記半導体レーザ素子は溝内に設けられた下側ク
   ラッド層、活性層及び上側クラッド層から成るダブルヘ
   テロ接合構造と、 該上側クラッド層の前記共振器の上側の部分領域に設け
   られ該上側クラッド層とｐ−ｎ接合を形成する半導体層
   と、 該上側クラッド層上に設けられた第一電極と、前記半導
   体層上に設けられた第二電極とを具え、 前記第一電極、上側クラッド層、半導体層及び第二電極
   を以って前記ホトダイオードを形成し、及び 前記第一電極を半導体レーザ素子の上側電極として共用
   して成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   半導体レーザ素子。