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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