JPS6276585A - 半導体レ−ザ素子 - Google Patents

半導体レ−ザ素子

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JPS6276585A
JPS6276585A JP60215781A JP21578185A JPS6276585A JP S6276585 A JPS6276585 A JP S6276585A JP 60215781 A JP60215781 A JP 60215781A JP 21578185 A JP21578185 A JP 21578185A JP S6276585 A JPS6276585 A JP S6276585A
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JP
Japan
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type
laser
resonator
optical waveguide
layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP60215781A
Other languages
English (en)
Inventor
Nobuyuki Miyauchi
宮内 伸幸
Hiroshi Hayashi
寛 林
Osamu Yamamoto
修 山本
Saburo Yamamoto
三郎 山本
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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Priority to GB08623226A priority patent/GB2181892B/en
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Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/081Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
    • H01S3/083Ring lasers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/1071Ring-lasers

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 く技術分野〉 本発明は、リング型共振器タイプの半導体レーザに関す
るものである。
〈従来技術とその問題点〉 半導体レーザは通常、共振器内部に導波路を兼用する活
性媒質を含み、2つの対向する結晶臂開面を反射鏡とす
る導波路構造の77プリ・ペロー共振器によってレーザ
発振器が構成され、結晶臂開面を介してレーザ発振が行
なわれる。このタイプのレーザ発振器の長所の1つは、
結晶の骨間を利用することにより互いに平行な反射鏡を
容易にかつ再現性良く作製できることにある。また、一
枚の半導体基板上にエピタキシャル成長により素子炸裂
を行なうために量産性にも秀れてい、る。しかしながら
、その短所は反射鏡からの光の透過ロスが常に存在して
おり、発振閾値電流の低減には自ずから限界があること
である。閾値電流の低減は、半導体レーザの信頼性の向
上のみならず、特に光集積回路技術にとっては不可欠な
課題の一つである。この目的を達成するために、AtG
aAs系のリング型半導体レーザが開発されその報告が
既GCJapanese Journal of Ap
plied Physics。
Vol、 I 6. No、 8. pp、 1395
−] 398. August 。
1977にてなされた。しかしながら報告されたリング
レーザはエツチングにより、メサ型導波路を円型に作製
するために湾曲部からの放射ロス及びエツチング面の凸
凹による散乱ロスが生じる。
このため安定な電流−光出力特性が得られない。
さらにこの半導体レーザ素子にはレーザ光を共振器外部
に取り出すための結合器が具備されていない等の欠点が
あり、充分に実用に耐え得る素子とは言い難いものであ
った。
〈発明の概要〉 本発明は、上述の問題点を解消するために開発されたリ
ング型共振器レーザの改良技術である。
即ち、互いに対向する光導波路が平行となるような四角
形をしだ光導波路を構成し、4箇所の交叉部では交叉角
を二等分する角度にて反射鏡を形成する。この光導波路
をリング状レーザ共振器としかつ4本の導波路のうち少
なくとも1本の導波路の一部分あるいは全体に光を共振
器外部に取り出す手段を付設したことを特徴とする。
この構造により、従来半導体リングレーザで困難とされ
てきた導波路からの放射損失および散乱損失の低減が達
成され、さらにレーザ光の外部取り出しが可能となり、
閾値電流の充分低い半導体リングレーザを再現性良く作
製することができることとなる。
〈実施例〉 以下、図面を参照にしながら本発明の1実施例について
詳説する。第1図は、本発明の1実施例を示す半導体レ
ーザ素子の一部切欠斜視図である。
p型GaAs基板lの(00)面上にn−GaAs電流
阻止層2を約0.8μmの厚さで成長させた後、電流通
路及びその直上に導波路を形成するためのストライブ状
の溝3をエツチングにより作製する。
このエツチングは、ウェットエツチングあるいはドライ
エツチングのいずれの手法を用いてもよい。
エツチングによりGaAs基板1から電流阻止層2の除
去された溝3が電流通路となる。第2図は、上記溝3を
形成した基板を上方から見た平面図である。互いに直交
する(001>方向の溝101と<0 ] 0>方向の
溝102を等間隔の格子状に作製する。図中斜め方向に
互いに直交する破線104.105は骨間を行なう方向
であり、襞間面はそれぞれ(0〒1)面と(011)面
が現われる。破線で囲まれた部分が1つの素子を構成す
る。溝101.102に対応して形成される光導波路の
みでは、リング型共振器を形成する光導波路外に光を取
υ出すことはできないため、光を外部へ取り出すことの
できる結合導波路を形成するために溝103を作製する
。この溝103は襞間面付近で僅かに曲率がつけられて
いる。このようにして、作製された基板上にp型GaA
tAs第1クラッド層4、p型G a AtA s活性
層5、n型GaAtAs第2クラッド層6、n型GaA
Sキャップ層7を順次液相エピタキシャル成長させてダ
ブルへテロ接合型のレーザ発振用多層結晶構造を形成す
る。レーザ発振のための共振器は内部電流狭′ゼ機構を
有するVSIS型構造の光導波路を基本として形成され
る。その後p型基板1側にはn側電極8、n型キャップ
層7上にはn側電極9を真空蒸着法により形成する。こ
のようにして、作製したウェハを第2図に示す破線10
4,105に沿って骨間し何個の素子に分割する。得ら
れた半導体レーザ素子は4つの襞間面10にて囲まれて
いる。
次に第3図を用いてこの素子内を伝搬するレーザ光の様
子を説明する。この図は上方から見た図である。溝10
1,102,103に対応して活性層5に屈折率分布が
付与され、溝101,102,103直上の活性層5内
が光導波路となる。4本の直線状光導波路201は四角
形をなし、その交差部には反射鏡として作用する襞間面
202が位置してリング状光共振器を構成している。G
aAtAsより構成される活性層3の屈折率はAt混晶
比0.08(発振波長82 Onm K相当)の場合3
6、空気の屈折率は1であるため、骨関節との交差角度
450の光導波路より構成されるリング状共振器内を伝
搬するレーザ光はすべて骨関節では全反射される。また
リング状共振器内金伝搬するレーザ光は、光導波路20
1に近接して形成された元取り出し用の光導波路203
と相互結合作用を起すことにより、同光導波路203に
結合され、両端の襞開面より外部にレーザ放射光204
として取υ出される。
この光導波路203の端部は襞間面に対して垂直方向に
屈曲されている。
本実施例にて作製した半導体レーザ素子をDC駆動シて
よって動作させたところ、閾値電流30 mA 。
外部微分量子効率04(mw/mA)発振波長825n
m単−縦モード発振が確認された。この場合の動作特性
は、十分な最適化が行なわれていない状態での値であり
、成長法や素子構造等の最適化により更に向上を計るこ
とが可能である。またこの半導体レーザ素子の構造を用
いると、レーザの動作特性の向上のみならず、複雑な外
部変調器や光学部品を用いることなく、通信、情報処理
等幅広い応用分野への半導体レーザの適用が可能となる
。即ち、リング状共振器内を伝搬するレーザ光は互いに
反対方向であり、外部に取り出されるレーザ光も互いに
反対方向の光が独立して取り出されることkてなる。従
って例えばリング状レーザジャイロとして回転センサを
容易に構成することが可能となる。また別の応用例とし
て、リング状共振器と外部取り出し用導波路を電極分割
により電気的に分離させることにより、レーザ光の取り
出しを任意に制御することが可能となり、Qスイッチレ
ーザが構成される。更に、他の応用例として、本実施例
では光取り出し用光導波路は1つであるが、共振器全構
成する4つの各光導波路のすべてに設置した場合、1つ
のレーザ共振器から同時に8本のレーザ光を得ることが
可能となり、複数の場所に同時に情報を送ることができ
る。
上記実施例においては、襞間により4つの反射鏡の形成
を行なったが反射鏡の形成法は弁開法に限定されるもの
でなく、化学エツチング、反応性イオン・エツチング(
RIE)あるいは反応性イオンビーム・エツチング(R
IBE)等として知られている種々のエツチング技術を
用いることによっても容易に実現し得る。また上記実施
例では液相エピタキシャル成長により二重へテロ接合構
造を作製することにより光導波路を形成したがこの光導
波路は気相エピタキシャル成長によっても実現されるも
のである。さらに、分子線エピタキシー(MBE)技術
や有機金属気相エピタキシー(MOCVD)技術などの
薄膜結晶成長技術により多重量子井戸構造を形成し光導
波路をよシ低損失とすることも可能であり、この場合半
導体レーザ素子の低閾値発据化が実現される。
リング状共振器から外部にレーザ光を取り出す手段とし
て上記実施例においては共振器を構成する光導波路20
+に別の光導波路203を近接させたが、この手段に限
定されるものではない。即ち、光導波路の一部あるいは
全体に回折格子を形成したり、音響光変調器を具備する
ことにより、光測光機能や波長選択機能を実現させレー
ザ光をリング状共振器外部に取り出すことも可能である
尚、上記実施例はGaAs−GaAjAs系の半導体レ
ーザについて説明したが、他の半導体材料を用いても適
用可能であることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の1実施例を示すリング共振器型半導体
レーザ素子の要部切欠斜視図である。 第2図は第1図に示す半導体レーザ素子の基板」二に形
成された溝のパターンを示す平面図である。 第3図は第1図に示す半導体レーザ素子内部でのレーザ
光の伝搬の様子を説明する平面説明図である。 1・・p型GaA3基板、2・・・n型GaAs電流阻
止層、3・・・溝、4・・・p型GaAAAs第1クラ
ッド、層、5−p型GaAtAs 活性層、6−n型G
aAtAs第2クラッド層、7・・・n型GaASキャ
ップ層、8・・・n側電極、9・・n側電極、IO・・
・襞間面、Iol。 102.103・・溝、104.105・・・骨間方向
、201リング共振器用光導波路、202・・・襞間面
、203・レーザ光取り出し用光導波路、204・・レ
ーザ光。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、互いに対向する辺の光導波路が平行となる四角形状
    に配置された4本のリング型光導波路を有し、該光導波
    路の4隅交差部では交差角を二等分する角度にて反射鏡
    面が形成され、 前記4本の光導波路のうち少なくとも1本の光導波路の
    一部分あるいは全体に近接配置された光取出用導波路が
    具備されていることを特徴とする半導体レーザ素子。
JP60215781A 1985-09-28 1985-09-28 半導体レ−ザ素子 Pending JPS6276585A (ja)

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US06/910,529 US4792962A (en) 1985-09-28 1986-09-23 A ring-shaped resonator type semiconductor laser device
DE19863632585 DE3632585A1 (de) 1985-09-28 1986-09-25 Halbleiterlaser
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