JPS6255989A - 複合半導体レ−ザ - Google Patents
複合半導体レ−ザInfo
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- JPS6255989A JPS6255989A JP19702485A JP19702485A JPS6255989A JP S6255989 A JPS6255989 A JP S6255989A JP 19702485 A JP19702485 A JP 19702485A JP 19702485 A JP19702485 A JP 19702485A JP S6255989 A JPS6255989 A JP S6255989A
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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。
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)
本発明は光情報処理などに用いられる複合半導体レーザ
に関するものである。
に関するものである。
(従来の技術)
光情報処理に用いられる半導体レーザを、ビデオディス
クや光デイスク上の読み取り用光源として使用する場合
には、雑音特性、特に戻シ光に誘起される雑音の特性が
問題となる。この半導体レーザの戻り光誘起雑音を低減
するために、種々の方法が試みられているが、中でも出
力コヒーレンスの低減が特に有効である。
クや光デイスク上の読み取り用光源として使用する場合
には、雑音特性、特に戻シ光に誘起される雑音の特性が
問題となる。この半導体レーザの戻り光誘起雑音を低減
するために、種々の方法が試みられているが、中でも出
力コヒーレンスの低減が特に有効である。
この方法のひとつとして、高周波重畳による半導体レー
ザの低雑音化が、大石、茅根、中村1尾島による「19
83年秋季応用物理学関連合講演会予稿集」102頁2
6a−P−6の論文厖周波重畳による半導体レーザの低
雑音化と縦モード特性」において提案され有効である事
が示されている。
ザの低雑音化が、大石、茅根、中村1尾島による「19
83年秋季応用物理学関連合講演会予稿集」102頁2
6a−P−6の論文厖周波重畳による半導体レーザの低
雑音化と縦モード特性」において提案され有効である事
が示されている。
これに対して自励振動を生じさせ縦モードをマルチ化し
て低雑音化する方法が、銘木、松本、田村、渡辺、栗原
による「電子通信学会技術報告。
て低雑音化する方法が、銘木、松本、田村、渡辺、栗原
による「電子通信学会技術報告。
光量子エレクトロニクス0QE84−57 J39頁の
論文「l5SSレーザの雑音特性と自己パルス変調の機
構」において提案され試みられている。
論文「l5SSレーザの雑音特性と自己パルス変調の機
構」において提案され試みられている。
更に覗1在ではより多機能化をねらい光ディスク等の読
み取シ用光源だけでなく、光ディスク等への光書きこみ
用光源をかねそなえた光情報用複合半導体レーザ素子が
要求されつつある。特に、光ディスク等への光書きこみ
用光源として用いる場合には、安定fx基本横モード発
振でかつ大光出力発振に耐える必要がある。
み取シ用光源だけでなく、光ディスク等への光書きこみ
用光源をかねそなえた光情報用複合半導体レーザ素子が
要求されつつある。特に、光ディスク等への光書きこみ
用光源として用いる場合には、安定fx基本横モード発
振でかつ大光出力発振に耐える必要がある。
この複合半導体レーザ素子としては、例えば用野、遠藤
、伊藤、桑村、上野、古瀬による「1984年秋季第4
5回応用物理学会学術講演予稿集」190頁15a−R
−7の論文[AlGaAs BCλfCmザアレイ」
で発表された如く電極を分離した独立駆動の二個のレー
ザをそなえた素子が提案され試作されている。
、伊藤、桑村、上野、古瀬による「1984年秋季第4
5回応用物理学会学術講演予稿集」190頁15a−R
−7の論文[AlGaAs BCλfCmザアレイ」
で発表された如く電極を分離した独立駆動の二個のレー
ザをそなえた素子が提案され試作されている。
(発明が解決しようとする問題点)
このような従来の高周波重畳を用いる方法では、高周波
駆動回路の付加が必要であるばかりでなく、外部機構へ
高周波が漏れる等の弊害を伴なっている。また、自励振
動を生じさせる方法では、層厚や溝幅などのレーザ構造
に対して自励振動の特性が極めて敏感に依存する事が予
想され、このため安定な自励振動を示すデバイスの収率
は低くなる欠点がある。
駆動回路の付加が必要であるばかりでなく、外部機構へ
高周波が漏れる等の弊害を伴なっている。また、自励振
動を生じさせる方法では、層厚や溝幅などのレーザ構造
に対して自励振動の特性が極めて敏感に依存する事が予
想され、このため安定な自励振動を示すデバイスの収率
は低くなる欠点がある。
また、複合半導体レーザ素子としてこれまで提案された
ものは、単に二つのレーザを並べただけであり、光情報
用複合半導体レーザ素子に要求されている光書きこみ用
としての大光出力発振光源と、低雑音特性を有する読み
取シ用光源との特性を兼ねそなえていなかった。
ものは、単に二つのレーザを並べただけであり、光情報
用複合半導体レーザ素子に要求されている光書きこみ用
としての大光出力発振光源と、低雑音特性を有する読み
取シ用光源との特性を兼ねそなえていなかった。
本発明の目的は、これらの欠点を除去し、安定な自励振
動を生じ低雑音特性を持つと共に基本横モード発振を維
持する制御性および再現性のすぐれた複合半導体レーザ
を提供する事にある。
動を生じ低雑音特性を持つと共に基本横モード発振を維
持する制御性および再現性のすぐれた複合半導体レーザ
を提供する事にある。
(問題点を解決するための手段)
本発明の複合半導体レーザの構成は、活性層をこの活性
層よりもバンドギャップの大きい半導体で挟みこんだ多
層構造の前記活性層内に共振器の長で方向に両度射面に
接しない様に設けられこの活性層より小さいバンドギャ
ップを有しかつこの活性層に対し正の実効的な屈折率差
を有するストライプ状の第1の活性領域と、この第1の
活性領域の共振器の長二方向延長上の一方の反射面近傍
に設けられた吸収領域と、この吸収領域と平行に前記一
方の反射面近傍にこの反射面に接しないように設けられ
た第2の活性領域とを備え、前記吸収領域の長さと前記
第1の活性領域の長さとの比をh/(1−h )(0<
h<1)とし、前記吸収領域の損失αを共振器損失Fに
より規格化した損失を収領域とにおける利得係数の比、
!i’ t /jl 2およびキャを特徴とする。
層よりもバンドギャップの大きい半導体で挟みこんだ多
層構造の前記活性層内に共振器の長で方向に両度射面に
接しない様に設けられこの活性層より小さいバンドギャ
ップを有しかつこの活性層に対し正の実効的な屈折率差
を有するストライプ状の第1の活性領域と、この第1の
活性領域の共振器の長二方向延長上の一方の反射面近傍
に設けられた吸収領域と、この吸収領域と平行に前記一
方の反射面近傍にこの反射面に接しないように設けられ
た第2の活性領域とを備え、前記吸収領域の長さと前記
第1の活性領域の長さとの比をh/(1−h )(0<
h<1)とし、前記吸収領域の損失αを共振器損失Fに
より規格化した損失を収領域とにおける利得係数の比、
!i’ t /jl 2およびキャを特徴とする。
(実施例)
以下図面を用いて本発明の詳細な説明する。
第1図は本発明の一実施例の斜視図、第2図はその上面
図、第3図は第1図のA−A’の断面図、第4図は第1
図のB−B/の断面図である。本実施例の半導体レーザ
を製造する場合、まず、第5図に示すように、n型Ga
As基板10上に3μm厚のn型A 10.45 Ga
045 A s第1クラッド層11゜0、2 p m厚
のn型Al(14sGao、5sAS活性層12(キャ
リア濃度n=3 x 10”Cm−” ) 、 2 μ
m厚のn型A16.4g、 Ga0.51 As第2ク
ラッド層13を成長させる。
図、第3図は第1図のA−A’の断面図、第4図は第1
図のB−B/の断面図である。本実施例の半導体レーザ
を製造する場合、まず、第5図に示すように、n型Ga
As基板10上に3μm厚のn型A 10.45 Ga
045 A s第1クラッド層11゜0、2 p m厚
のn型Al(14sGao、5sAS活性層12(キャ
リア濃度n=3 x 10”Cm−” ) 、 2 μ
m厚のn型A16.4g、 Ga0.51 As第2ク
ラッド層13を成長させる。
次に、第2クラッド層13の上につけた5i02膜14
中にフォトレジスト技術で臂関面に対し垂直にSffた
幅4μm長さ25μmのストライブを通してZnを高濃
度拡散する(高濃度拡散領域15)。
中にフォトレジスト技術で臂関面に対し垂直にSffた
幅4μm長さ25μmのストライブを通してZnを高濃
度拡散する(高濃度拡散領域15)。
この拡散フロントは、活性層12をつきぬけ第1クラッ
ド層11内部でとどまるように制御する。
ド層11内部でとどまるように制御する。
この時、活性層12中Znの高濃度拡散された領域16
け、p型に変換されp=5 x l □”c/IL−3
〜l x l Q20crI!−”になる(第6図)。
け、p型に変換されp=5 x l □”c/IL−3
〜l x l Q20crI!−”になる(第6図)。
次に、8i0z膜14を除去し、新たに第2クラッド層
13の上に8i0z膜17をつける。この5i02膜1
7中に7オトレジスト技術で高濃度拡散領域15のスト
ライプの中心を通った共振器の長て方向に幅3μm長さ
250μmの第1ストライプを高濃度拡散領域15のス
トライプ端から10μmはなしてあけるとともに、この
高濃度拡散領域15から5μm離して平行に幅3μm長
さ25μmの第2ストライプを同時にあける。この時第
1および第2ストライプともにミラー面側のストライプ
端がミラー面から20μm離れているようにする。
13の上に8i0z膜17をつける。この5i02膜1
7中に7オトレジスト技術で高濃度拡散領域15のスト
ライプの中心を通った共振器の長て方向に幅3μm長さ
250μmの第1ストライプを高濃度拡散領域15のス
トライプ端から10μmはなしてあけるとともに、この
高濃度拡散領域15から5μm離して平行に幅3μm長
さ25μmの第2ストライプを同時にあける。この時第
1および第2ストライプともにミラー面側のストライプ
端がミラー面から20μm離れているようにする。
次に、この二つのストライプを通してZnを低濃度拡散
すると、第1ストライプからは第1低濃度拡散領域18
.第2ストライプからは第2低濃度拡散領域19がそれ
ぞれ形成される。この拡散フロントは、共に活性層12
と第1クラッド層11との境界に接するか、もしくは第
1クラッド層11内部にとどまるように制御する。この
時、n型活性層12内において第1ストライプからZn
を低濃度拡散して形成した?if、1活性領域20と、
第2ストライプからZnを低濃度拡散して形成した第2
活性領域21とは、共にキャリア濃度4〜6×101s
函−3のpmに変換され不純物補償されたp形になって
いる。
すると、第1ストライプからは第1低濃度拡散領域18
.第2ストライプからは第2低濃度拡散領域19がそれ
ぞれ形成される。この拡散フロントは、共に活性層12
と第1クラッド層11との境界に接するか、もしくは第
1クラッド層11内部にとどまるように制御する。この
時、n型活性層12内において第1ストライプからZn
を低濃度拡散して形成した?if、1活性領域20と、
第2ストライプからZnを低濃度拡散して形成した第2
活性領域21とは、共にキャリア濃度4〜6×101s
函−3のpmに変換され不純物補償されたp形になって
いる。
こうしてZnを低濃度拡散した活性層は、それぞれ活性
領域になると共に、この領域の屈折率よりも高くなり、
正の屈折率分布が形成される。この時、Znを高濃度拡
散して形成した活性層内の領域16は活性領域よりもバ
ンドギャップが縮少しており光の吸収領域になる。
領域になると共に、この領域の屈折率よりも高くなり、
正の屈折率分布が形成される。この時、Znを高濃度拡
散して形成した活性層内の領域16は活性領域よりもバ
ンドギャップが縮少しており光の吸収領域になる。
その後、第1ストライプの部分に第1p型オーミツクコ
ンタクト22.第2ストライプの部分に第2p型オーミ
ツクコンタクト23をそれぞれ分離して形成し、基板1
0Kn型オーミツクコンタクト24を形成して本実施例
の半導体レーザが得られる(第1図〜第3図)。
ンタクト22.第2ストライプの部分に第2p型オーミ
ツクコンタクト23をそれぞれ分離して形成し、基板1
0Kn型オーミツクコンタクト24を形成して本実施例
の半導体レーザが得られる(第1図〜第3図)。
(発明の作用と原庁)
本発明の構造において、活性層内まで低濃度拡散して形
成したストライプ状の第1活性領域20と第2活性領域
21とは次の様な特性を持つ。雑誌「・ジュルナル・オ
プ拳ザ・アプライド・フィシイックス(Journal
of the Applied physics)J
の45巻(1974年)、2650〜2657頁に掲載
されたセル(D、D、5ell)氏等の報告のように、
p型Ga A s 、及びn型G a A sの屈折率
は不純物濃度と共に変化する。特に、n型G a A
sの屈折率はその濃度がl x l Q ” CIrL
−3以上になると急激に減少する。これに対しp型G
a A sの屈折率は同濃度に対して緩やかに減少する
。従って、不純物がn型かp型かの相違及び濃度の相違
による屈折率の変化を利用することにより、ダブルへテ
ロ接合ウェハに不純嗣をストライプ状に拡散させ、その
拡散フロントを活性層まで到らしめて不純物補償又は高
濃度不純物を導入することにより、ストライプ状活性領
域の屈折率をその外部f0域に対して大きくする事がで
きる。
成したストライプ状の第1活性領域20と第2活性領域
21とは次の様な特性を持つ。雑誌「・ジュルナル・オ
プ拳ザ・アプライド・フィシイックス(Journal
of the Applied physics)J
の45巻(1974年)、2650〜2657頁に掲載
されたセル(D、D、5ell)氏等の報告のように、
p型Ga A s 、及びn型G a A sの屈折率
は不純物濃度と共に変化する。特に、n型G a A
sの屈折率はその濃度がl x l Q ” CIrL
−3以上になると急激に減少する。これに対しp型G
a A sの屈折率は同濃度に対して緩やかに減少する
。従って、不純物がn型かp型かの相違及び濃度の相違
による屈折率の変化を利用することにより、ダブルへテ
ロ接合ウェハに不純嗣をストライプ状に拡散させ、その
拡散フロントを活性層まで到らしめて不純物補償又は高
濃度不純物を導入することにより、ストライプ状活性領
域の屈折率をその外部f0域に対して大きくする事がで
きる。
こうして活性層内に導入された屈折率ステップの高さは
レーザ発振時においてはストライプ状活性領域へのキャ
リア注入によって生じるプラズマ効果及びバンド間遷移
等の負の屈折率の寄与のために減小する。従って、レー
ザ発振時における実効的な屈折率は不純物拡散によって
導入した正の屈折率ステップにキャリア注入による屈折
率の減少を加えたものである。
レーザ発振時においてはストライプ状活性領域へのキャ
リア注入によって生じるプラズマ効果及びバンド間遷移
等の負の屈折率の寄与のために減小する。従って、レー
ザ発振時における実効的な屈折率は不純物拡散によって
導入した正の屈折率ステップにキャリア注入による屈折
率の減少を加えたものである。
ところでp型、n型不純物の組合わせによって104の
オーダーの正の屈折率ステップを導入することができる
のに対し、負の屈折率効果は10−3のオーダーである
から、実効的な屈折率差を5×10−3以上につけるこ
とができる。正の大きな屈折率ステップを導入するには
高濃度n型活性層に高濃度のp型不純物をストライプ状
に拡散させ不純物補償させるのがもっとも効果的である
。
オーダーの正の屈折率ステップを導入することができる
のに対し、負の屈折率効果は10−3のオーダーである
から、実効的な屈折率差を5×10−3以上につけるこ
とができる。正の大きな屈折率ステップを導入するには
高濃度n型活性層に高濃度のp型不純物をストライプ状
に拡散させ不純物補償させるのがもっとも効果的である
。
本発明の発明者は活性層n型濃度を3.lX10”cm
−” 、 2.OX I Q”cm−’ 、及びl、Q
X I Ql’ff1−3と変化させたウェハーを用
い各ウェハーごとにストライプ状のZn拡散を行い、ス
トライプ状Zn拡散活性領域のp型濃度を不純物補償し
た状態から1〜l、 5 x l Q ”CIrL−3
に変化させてストライプ型ダブルへテロ接合レーザ素子
を製作し、レーザ発振時における各素子の実効的な屈折
率ステップの高さを測定すると共に、レーザ発振機構を
観測した。
−” 、 2.OX I Q”cm−’ 、及びl、Q
X I Ql’ff1−3と変化させたウェハーを用
い各ウェハーごとにストライプ状のZn拡散を行い、ス
トライプ状Zn拡散活性領域のp型濃度を不純物補償し
た状態から1〜l、 5 x l Q ”CIrL−3
に変化させてストライプ型ダブルへテロ接合レーザ素子
を製作し、レーザ発振時における各素子の実効的な屈折
率ステップの高さを測定すると共に、レーザ発振機構を
観測した。
その結果、活性層のn型濃度が3.lX10”α″″3
の場合には、ストライプ状Zn拡散活性領域のp型濃度
を3.5 x l Q ”Cm−”から1〜1.5 x
l Q ”cm−”に変化させた場合、3X10−”
から〜5 X t O−”にわたる正の実効的な屈折率
差(NI−NII)を生じることができた。このときレ
ーザ素子は屈折率ガイディングを行ない閾値電流値の2
.5〜3倍の電流範囲にわたって安定な基本モード発振
を行なった0 これに対し活性層のn型濃度2X10”α−3以下にし
た場合には、ストライプ状活性領域のp型濃度を不純物
補正から1〜1,5 x I QlllcIn−3にわ
たって変化させても、実効的な屈折率(NI−NU)は
10″″4以下かもしくは負になる。
の場合には、ストライプ状Zn拡散活性領域のp型濃度
を3.5 x l Q ”Cm−”から1〜1.5 x
l Q ”cm−”に変化させた場合、3X10−”
から〜5 X t O−”にわたる正の実効的な屈折率
差(NI−NII)を生じることができた。このときレ
ーザ素子は屈折率ガイディングを行ない閾値電流値の2
.5〜3倍の電流範囲にわたって安定な基本モード発振
を行なった0 これに対し活性層のn型濃度2X10”α−3以下にし
た場合には、ストライプ状活性領域のp型濃度を不純物
補正から1〜1,5 x I QlllcIn−3にわ
たって変化させても、実効的な屈折率(NI−NU)は
10″″4以下かもしくは負になる。
実効的な屈折率差(NI−Nil)が10″″4以下の
場合には、ゲインガイディングが支配的でsb注入電流
と共にモード変形が生じた。
場合には、ゲインガイディングが支配的でsb注入電流
と共にモード変形が生じた。
また、実効的な屈折率ステップが負の場合にはリーキモ
ード(アンタイガイディング)となり、大きなモードロ
スを生じると共に遠視野像が双峰性になシ、ファイバー
結合効率が大幅に減少するなどレーザ特性上きわめて不
都合である事がわかった0 従って本実施例の如く高濃度のn型活性層12に不純物
補償する程度の低濃度拡散して形成したストライプ状の
第1活性領域20と第2活性領域21とは共に正のガイ
ディング機構を有する。
ード(アンタイガイディング)となり、大きなモードロ
スを生じると共に遠視野像が双峰性になシ、ファイバー
結合効率が大幅に減少するなどレーザ特性上きわめて不
都合である事がわかった0 従って本実施例の如く高濃度のn型活性層12に不純物
補償する程度の低濃度拡散して形成したストライプ状の
第1活性領域20と第2活性領域21とは共に正のガイ
ディング機構を有する。
特に、本実施例の構造では、第1活性領域20の共損器
の長二方向に高濃度のZnを拡散した吸収領域16が存
在するが、第2活性領域21にパルス源26からパルス
状の電流を注入し利得を上昇させると、第1活性領域2
1で発生したレーザ光は損失の大きい吸収領域ではなく
、これに隣近する利得の高い第2活性領域21へ伝播し
、正の屈折率ガイディング機構に基づく安定な基本横モ
ード発振が得られる。
の長二方向に高濃度のZnを拡散した吸収領域16が存
在するが、第2活性領域21にパルス源26からパルス
状の電流を注入し利得を上昇させると、第1活性領域2
1で発生したレーザ光は損失の大きい吸収領域ではなく
、これに隣近する利得の高い第2活性領域21へ伝播し
、正の屈折率ガイディング機構に基づく安定な基本横モ
ード発振が得られる。
ところで、G a A s半導体結晶では高濃度のn型
結晶にすると、バンドギャップが実効的に拡大するバー
スタインシフトという効果が生じる。従って、本実施例
において、高濃度のn型活性層12は実効的にバンドギ
ャップが拡大している。これに対して不純物補償して形
成した第1および第2の活性領域では、パントチイルの
ためにバンドギャップは実効的に縮少している。従って
、本実施例の如くミラー面近傍をn型活性層12の′4
!まにしておけばストライプ状活性領域で発生した光は
ほとんど吸収される事なく伝播する。本発明者の実験結
果によれば、高濃度n型活性層に対して不純物補償して
形成したストライプ状活性領域で発生した光量子の受け
る吸収損失は20α″″1〜30Cm″″1である事が
明らかになった。
結晶にすると、バンドギャップが実効的に拡大するバー
スタインシフトという効果が生じる。従って、本実施例
において、高濃度のn型活性層12は実効的にバンドギ
ャップが拡大している。これに対して不純物補償して形
成した第1および第2の活性領域では、パントチイルの
ためにバンドギャップは実効的に縮少している。従って
、本実施例の如くミラー面近傍をn型活性層12の′4
!まにしておけばストライプ状活性領域で発生した光は
ほとんど吸収される事なく伝播する。本発明者の実験結
果によれば、高濃度n型活性層に対して不純物補償して
形成したストライプ状活性領域で発生した光量子の受け
る吸収損失は20α″″1〜30Cm″″1である事が
明らかになった。
本実施例では、第2活性領域21を励起すると光は、前
記の如く第1活性領域20から第2活性領域21へと伝
播するが、光が反射される両反射面近傍は非励起領域の
高温度n型活性層の11になっているので、以下説明す
る理由によって大光出力発振をする事ができる。
記の如く第1活性領域20から第2活性領域21へと伝
播するが、光が反射される両反射面近傍は非励起領域の
高温度n型活性層の11になっているので、以下説明す
る理由によって大光出力発振をする事ができる。
すなわち、励起領域が直接反射面に露出している通常の
ダブルへテロ接合レーザに比べて、外気との化学反応が
起り難いため、反射面の光学反応による劣化を阻止する
ことができる。又、通常のレーザでは反射面に露出した
活性層の表面付近は表面準位の存在等により空乏層化し
ている。従って、レーザ光の吸収領域になるため大出力
のレーザ発振を行うと、レーザ光を吸収して発熱し、更
には光学損傷を生じることになる。
ダブルへテロ接合レーザに比べて、外気との化学反応が
起り難いため、反射面の光学反応による劣化を阻止する
ことができる。又、通常のレーザでは反射面に露出した
活性層の表面付近は表面準位の存在等により空乏層化し
ている。従って、レーザ光の吸収領域になるため大出力
のレーザ発振を行うと、レーザ光を吸収して発熱し、更
には光学損傷を生じることになる。
これに対し反射面に接する活性層をレーザ光の吸収の小
さい非励起領域にしておけば、光学損傷は非常に発生し
にくくなり、ストライプ幅を狭くしても高出力発振がで
きる。その他励起領域が直接反射面に鉢出していないの
でレーザ発振の特性を劣化させることなく反射面の加工
を行うことができる等の利点をあわせもつ。
さい非励起領域にしておけば、光学損傷は非常に発生し
にくくなり、ストライプ幅を狭くしても高出力発振がで
きる。その他励起領域が直接反射面に鉢出していないの
でレーザ発振の特性を劣化させることなく反射面の加工
を行うことができる等の利点をあわせもつ。
更に、本実施例の構造では、光が第1および第2の活性
領域間を伝播するが、この時各活性領域において利得の
高くなったいくつかの軸モードのうち両活性領域で一致
する軸モードの利得が共振器内では一番犬きくなるので
、レーザはこの軸モードで発振する。こうした一致する
軸モードはほぼ一本であるので、本実施例のレーザ素子
は単一軸モードで光書きこみに必要な大光出力発振がで
きるという利点をもつ。
領域間を伝播するが、この時各活性領域において利得の
高くなったいくつかの軸モードのうち両活性領域で一致
する軸モードの利得が共振器内では一番犬きくなるので
、レーザはこの軸モードで発振する。こうした一致する
軸モードはほぼ一本であるので、本実施例のレーザ素子
は単一軸モードで光書きこみに必要な大光出力発振がで
きるという利点をもつ。
一方、これに対して第1活性領域20の共振器の長て方
向の一部に高濃度拡散して活性層に形成した高濃度のZ
n領域16では、高濃度のn型活性層に高濃度のp型ド
ーバン)(Zn)を拡散しているためバンドギャップが
著しく縮少している。
向の一部に高濃度拡散して活性層に形成した高濃度のZ
n領域16では、高濃度のn型活性層に高濃度のp型ド
ーバン)(Zn)を拡散しているためバンドギャップが
著しく縮少している。
ストライブ状の第1活性領域20も不純物補償されたp
型になっているので、そのバンドギャップはその外部の
活性層より縮少しているが、高濃度のZni域16とく
らべると広がっている。従って、活性領域20からのレ
ーザ発振光は高濃度のZn領域16では吸収され、この
領域16は吸収領域になる。これは共振器内に可飽和吸
収体を導入した事と等価になる。このような場合に出現
する現象と各種パラメータとの関係は充分明らかになっ
ていない。
型になっているので、そのバンドギャップはその外部の
活性層より縮少しているが、高濃度のZni域16とく
らべると広がっている。従って、活性領域20からのレ
ーザ発振光は高濃度のZn領域16では吸収され、この
領域16は吸収領域になる。これは共振器内に可飽和吸
収体を導入した事と等価になる。このような場合に出現
する現象と各種パラメータとの関係は充分明らかになっ
ていない。
そこで本発明者は第7図の様なパイセフシラン(bis
ect ion )レーザを考えて解析した。
ect ion )レーザを考えて解析した。
共振器長をLとし、励起領域(領域1)と吸収領域(領
域2)との長さの比を(1−h ): hとする。ただ
し、O<h<1とする。
域2)との長さの比を(1−h ): hとする。ただ
し、O<h<1とする。
各領域へのキャリア注入速度をPbF2とし、励起キャ
リア密度をm 1 、 m !とすれば、レーザ7オト
ン密度Nとキャリア密度との時間変化は、次のレート方
程式で近似的に記述できる。
リア密度をm 1 、 m !とすれば、レーザ7オト
ン密度Nとキャリア密度との時間変化は、次のレート方
程式で近似的に記述できる。
これらの式において、 Gi(ni)は各領域における
利得?−1−1は各領域のキャリアの自然寿命、rは共
振器損失を示す。
利得?−1−1は各領域のキャリアの自然寿命、rは共
振器損失を示す。
また、利得Giとキャリア密度niとの関係は次式のよ
うに近似できる。
うに近似できる。
Gt(nt)=gt(nt no1) ・−・”
−−・(4)Gz(nz)=g2(nt n。2)
・・・・・・・・・・・・・・・・・・(5)但シ
、no、 td、 G i = 0の時のキャリア密度
。双安定や非定常の出現に本質的に重要な非線形性は、
それぞれの領域のGiとniとの間の微係数gi(=&
Gi/θni)に異なる値を入れて導入した。
−−・(4)Gz(nz)=g2(nt n。2)
・・・・・・・・・・・・・・・・・・(5)但シ
、no、 td、 G i = 0の時のキャリア密度
。双安定や非定常の出現に本質的に重要な非線形性は、
それぞれの領域のGiとniとの間の微係数gi(=&
Gi/θni)に異なる値を入れて導入した。
これらの式を用いて、自励振動および双安定動作の発生
条件を求めた。吸収領域の損失αを共振器損失rで規格
化した値をβ(=hα/7’)とする。
条件を求めた。吸収領域の損失αを共振器損失rで規格
化した値をβ(=hα/7’)とする。
主な領域になる事がわかった。
従って、本実施例では、第2活性領域21を励起せず第
1活性領域20においてのみレーザ発振する時自励振動
を生じ、その結果雑音を低減でき、またその許容範囲も
かなシ広く再現性よくできると考えられる。特に、本実
施例では吸収領域の損失αは(1=−5Q QCm−’
であシ、7’=5QcrrL−1とするh=0.1より
β=−1,0となる。また、吸収領域での1m = 0
.5μm、一方活性領域では、τt=1.5μm〜2.
0μmと測定されたので、τ菫/τ2=3〜4であシi
t/g鵞=o、s〜0.8と予想され充分自励振動が発
生し、その結果縦モードが多モード化し低雑音特性が得
られる。
1活性領域20においてのみレーザ発振する時自励振動
を生じ、その結果雑音を低減でき、またその許容範囲も
かなシ広く再現性よくできると考えられる。特に、本実
施例では吸収領域の損失αは(1=−5Q QCm−’
であシ、7’=5QcrrL−1とするh=0.1より
β=−1,0となる。また、吸収領域での1m = 0
.5μm、一方活性領域では、τt=1.5μm〜2.
0μmと測定されたので、τ菫/τ2=3〜4であシi
t/g鵞=o、s〜0.8と予想され充分自励振動が発
生し、その結果縦モードが多モード化し低雑音特性が得
られる。
このように本実施例のレーザ素子は読み取りに必要な低
雑音特性を持つことがわかる。
雑音特性を持つことがわかる。
このように本発明の構造によれば、第1活性領域20の
反射面から大光出力発振および低雑音レーザ発振ともに
行うことができる。
反射面から大光出力発振および低雑音レーザ発振ともに
行うことができる。
従来発表された複数半導体レーザ素子は、二つのレーザ
を並べただけであるので、光を集光するには大きなレン
ズを必要としたが、本実施例の構造では出射面が同じな
ので、小さいレンズで一点に集光させる事ができ、より
コンパクトな機構となる。
を並べただけであるので、光を集光するには大きなレン
ズを必要としたが、本実施例の構造では出射面が同じな
ので、小さいレンズで一点に集光させる事ができ、より
コンパクトな機構となる。
また、本実施例の構造では、第1活性領域20に定[流
を注入しておけば、第2活性領域21にパルス状の電流
をON、OFFするだけで、大光出力光書きこみと低雑
音読み出しと自由に変化させる事ができる。
を注入しておけば、第2活性領域21にパルス状の電流
をON、OFFするだけで、大光出力光書きこみと低雑
音読み出しと自由に変化させる事ができる。
(発明の効果)
以上説明したように、本発明の構造によれば、光書きこ
み用光源に要求される基本梗モード大光出力発振が可能
であり、更に単一軸モード発振をし光書きこみ効果が有
効にでき、自励振動が可能であり、光読みとシに必要な
低雑音特性を有する。
み用光源に要求される基本梗モード大光出力発振が可能
であり、更に単一軸モード発振をし光書きこみ効果が有
効にでき、自励振動が可能であり、光読みとシに必要な
低雑音特性を有する。
この光書きこみ、光読み取りの切換えは、第2活性領域
へのパルス状の電流のON、OFFで可能でアシ、高速
な切勺かえができる。また、大光出力レーザ発振と低雑
音レーザ発振との出射面が同一なので、小さなレンズで
両市射光を一点に集光させる事ができ、さらに、両活性
領域が反射面近傍からはなれているので、反射面保護の
効果があシレーザ素子の信頼性を向上きせる事ができる
。
へのパルス状の電流のON、OFFで可能でアシ、高速
な切勺かえができる。また、大光出力レーザ発振と低雑
音レーザ発振との出射面が同一なので、小さなレンズで
両市射光を一点に集光させる事ができ、さらに、両活性
領域が反射面近傍からはなれているので、反射面保護の
効果があシレーザ素子の信頼性を向上きせる事ができる
。
更に、成長ウェハに高濃度と低濃度との2回拡散するだ
けで製作できるため、再現性歩留シにすぐれている。
けで製作できるため、再現性歩留シにすぐれている。
本実施例は、A I G a A s/G a A s
ダブルへテロ接合結晶材料について説明したが、その他
の結晶材料、例えばInGaP/AIInP、InGa
AsP/InGaP 、 I nGaAsP/I nP
、 AlGaAs S b/GaAs S b等数多
くの結晶材料に適用する事ができる。
ダブルへテロ接合結晶材料について説明したが、その他
の結晶材料、例えばInGaP/AIInP、InGa
AsP/InGaP 、 I nGaAsP/I nP
、 AlGaAs S b/GaAs S b等数多
くの結晶材料に適用する事ができる。
第1図は本発明の一実施例の斜視図、第2図は第1図の
上面図、第3図は第1図のA−A’の共振器長二方向に
切った断面図、第4図は第1図のB−B’の共振器長二
方向に切った断面図、第5図は第1図の実施例に用いた
成長ウニへの断面図、第6図は第5図の成長ウェハに高
濃度のZn拡散をしたプロセス過程の断面図、第7図は
本実施例の解析に用いたモデル図である。 10 = n型G a A s基板、11・・・・・・
n型A lo 、45Gal)、ssA’第1クラッド
層、12 = n型AJo、tsGa、、、、A、活性
層、13 = n型A10.4B G a63HA s
@ 2クラッド層、14・・・・・・SiO雪膜、1
5・・・・・・高濃度拡散領域、16・・・・・・高濃
度拡散された活性領域(吸収領域)17・・・・・・S
in、膜、18・・・・・・第1低濃度拡散領域、19
・・・・・・第2低濃度拡散領域、20・・・・・・第
1活性領域、21・・・・・・第2活性領域、22・・
・・・・第1p型オーミツクコンタクト、23・・・・
・・第2p型オーミツクコンタクト、24・・・・・・
n型オーミックコンタクト、25・・・・・・電源、2
6・・・・・・パルス源。 第 6 図 奉7 フ
上面図、第3図は第1図のA−A’の共振器長二方向に
切った断面図、第4図は第1図のB−B’の共振器長二
方向に切った断面図、第5図は第1図の実施例に用いた
成長ウニへの断面図、第6図は第5図の成長ウェハに高
濃度のZn拡散をしたプロセス過程の断面図、第7図は
本実施例の解析に用いたモデル図である。 10 = n型G a A s基板、11・・・・・・
n型A lo 、45Gal)、ssA’第1クラッド
層、12 = n型AJo、tsGa、、、、A、活性
層、13 = n型A10.4B G a63HA s
@ 2クラッド層、14・・・・・・SiO雪膜、1
5・・・・・・高濃度拡散領域、16・・・・・・高濃
度拡散された活性領域(吸収領域)17・・・・・・S
in、膜、18・・・・・・第1低濃度拡散領域、19
・・・・・・第2低濃度拡散領域、20・・・・・・第
1活性領域、21・・・・・・第2活性領域、22・・
・・・・第1p型オーミツクコンタクト、23・・・・
・・第2p型オーミツクコンタクト、24・・・・・・
n型オーミックコンタクト、25・・・・・・電源、2
6・・・・・・パルス源。 第 6 図 奉7 フ
Claims (1)
- 活性層をこの活性層よりもバンドギャップの大きい半導
体で挾みこんだ多層構造の前記活性層内に共振器の長て
方向に両反射面に接しない様に設けられこの活性層より
小さいバンドギャップを有しかつこの活性層に対し正の
実効的な屈折率差を有するストライプ状の第1の活性領
域と、この第1の活性領域の共振器の長て方向延長上の
一方の反射面近傍に設けられた吸収領域と、この吸収領
域と平行に前記一方の反射面近傍にこの反射面と接しな
い様に設けられた第2の活性領域とを備え、前記吸収領
域の長さと前記第1の活性領域の長さとの比をh/(1
−h)(0<h<1)とし、前記吸収領域の損失αを共
振器損失Γにより規格化した損失をβ(≡hα/Γ)と
した時、前記第1の活性領域と前記吸収領域とにおける
利得係数の比g_1/g_2およびキャリア寿命の比τ
_1/τ_2がτ_1/τ_2・g_1/g_2>−β
/(1−β)でかつτ_1/τ_2>{1/(1−h)
}{(1−β)/−β}(g_1/g_2)+1となる
関係を有する事を特徴とする複合半導体レーザ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19702485A JPS6255989A (ja) | 1985-09-05 | 1985-09-05 | 複合半導体レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19702485A JPS6255989A (ja) | 1985-09-05 | 1985-09-05 | 複合半導体レ−ザ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6255989A true JPS6255989A (ja) | 1987-03-11 |
Family
ID=16367485
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19702485A Pending JPS6255989A (ja) | 1985-09-05 | 1985-09-05 | 複合半導体レ−ザ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6255989A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7069569B2 (en) * | 2000-02-01 | 2006-06-27 | Research Investment Network, Inc. | Near-field optical head system with integrated slider and laser |
-
1985
- 1985-09-05 JP JP19702485A patent/JPS6255989A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7069569B2 (en) * | 2000-02-01 | 2006-06-27 | Research Investment Network, Inc. | Near-field optical head system with integrated slider and laser |
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