JPS63117480A - 半導体レ−ザ - 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〉 本発明は、光通信、光計測、光情報処理システム等のコ
ヒーレント光源として用いられる内部反射干渉型の半導
体レーザ装置に関するものである。

〈従来の技術〉 光通信や光情報処理システム等のコヒーレント光源とし
て半導体レーザを適用する場合、周囲温度やレーザ光出
力或いは外部系で反射されたレーザ光の帰還光に対して
影響を受けることなく安定に発振することが強く要求さ
れる。これは、前述のような諸パラメータの変動によっ
て半導体レーザの発振状態が不安定になるような場合に
は、レーザ縦モード間或いはレーザ縦モードと外部モー
ドとの相互作用によってモード競合雑音や帰還光誘起雑
音が発生し、またファイバを用いた光伝送ではモーダル
雑音を招来し、システムの能力低下に重大な影響を及ぼ
すからである。従って、従来からこの半導体レーザにお
ける発振縦モード特性の安定化には種々の提案や試みが
なされてきた。

ここに代表的な例を列挙すると、第１には、導波路内部
にグレーティング（回折格子）を形成ずろ分布帰還型（
ＤＦＩ３）レーザやブラッグ反射型（ＤＩ３Ｒ）レーザ
があげられろ。これらのレーザは導波路内部にグレーテ
ィングを形成することにより強い波長選択性を付与して
いるため、擾乱に対して優れた縦モードの安定性を有す
るが、製造工程が複雑であったり、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２に、弁開面を介して２つの半導体レーザ若しくは導
波路を並置した構造の通称Ｃ３（Ｃ１ｅａｖｅｄＣｏｕ
ｐｌｅｄ　　Ｃａｖｉｔｙ）レーザがある。このレーザ
は２つのレーザ軸モードの結合により安定化を計るもの
であるが、この場合の難点は２つのレーザ注入を個別に
制御して幅広い領域モードの安定性を実現するために高
度な技術を必要とする点にある。

このように、前記各半導体レーザはその製造技術或いは
特性制御技術か簡便でなく、再現性よく優れた縦モード
特性を得るには至っていない。

発振縦モード特性を改善した他のものとして、内部反射
干渉型レーザは、１個の半導体レーザの導波路内部に一
つまたは複数の屈折率の異なる領域つまり反射部を形成
することにより全体の導波路を複数に分割して内部反射
を生じさせ、分割された各導波路における縦モード間の
干渉効果によりて縦モードの安定化を計る。このレーザ
は、内部反射部を簡便に作製することができれば製造工
程に特別な技術を必要とせず、また縦モードの安定性に
も優れる可能性がある。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、前記内部反射干渉型レーザは、シー・ワ
ンらによって１９８２年に提案されて以来、内部の反射
部を簡便に作製するのが困難であるとともに、強い内部
反射が得られ難いため、十分に実用化されるに至ってい
ない。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたもの
で、簡便な手法により有効な内部反射を得ることのでき
る内部反射部を備え、発振縦モードの改善された内部反
射干渉型の半導体レーザ装置を提供することを目的とす
るものである。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明の半導体レーザ装置は、該基板の一生面上に形成
したストライプ状溝の内側と外側の間に基板による光吸
収の差に基づく実効屈折率差を作りつけた屈折率導波型
半導体レーザの導波型内部に反射領域を設けて内部反射
干渉型に構成したものである。

さらに具体的には、たとえば、半導体成長基板の一生面
を結晶成長の最も容易な結晶面よりわずかに傾けた基板
を使用する。前記半導体基板には、前記ストライプ状溝
に対して直交する様に、浅いストライプ状溝が形成され
ている。基板の一生面が上記の結晶面よりわずかに傾け
である事により、浅いストライプ状溝の位置で、活性層
下のクラッド層が段差を生じる。この上に活性層を成長
すると同位置で活性層厚が他の部分より厚くなり、内部
反射部が形成される。

く作　用〉 前記構成としたことにより、−様な深さを有するストラ
イプ状溝を形成した基板上に活性層を含む積層構造が形
成されるものであり、ストライプ状溝の内外に作りつけ
られた実効屈折率差に基づいて出射ビームは安定な基本
横モードとなり、且つ単一縦モードとなる。更に活性層
厚が導波路内で部分的に厚くなって有効な内部反射部を
形成する。従って極めて簡便に内部反射部を形成するこ
とができ、周囲温度や駆動電流の変動に際してもモード
ホッピングの生じない安定な単一縦モード発振を得るこ
とができる。

〈実施例〉 第１図に本発明の実施例を示す。本実施例では、第２図
（ａ）に示す様な一生面が（１００）面より〈０１丁〉
方向に士Ｖ以内に傾いたｐ−ＧａＡｓ基板！Ｏを成長基
板に使用する。

この基板１０上に、液相エピタキシャル成長法、或いは
ＭＯＣＶＤ法やＭＩ３Ｅ法で、第２図（ｂ）　１．：示
すように、厚さ０．８μｍの均一なｎ型ＧａＡｓ層１１
を積層する。

この後、第２図（ｃ）に示す様に、＜０１１＞方向に幅
４μｍ深さＩｕｍのＶ字断面を有するストライプ状’ｔ
７りｌを、また、＜０１１＞方向に幅８μｍ、深さ０．
４μｍの浅い矩形断面のストライプ状溝２を形成する。

ストライプ溝Ｉは、基板１０に達する。

続いて、液相エピタキシャル成長法によりｐ型ＧａＡ１
２Ａｓ第１クラッド層１２、ｐ型ＧａＡｆ２Ａｓ活性層
１３、ｎ型ＧａＡ１２Ａｓ第２クラッド層Ｉ４、ｎ型Ｇ
ａＡｓキャップ層１５を順次形成する（第２図（ｄ）〜
（ｒ））。

この際、第１クラッド層！２の成長時に成長融液の過飽
和度を小さくして成長を行なうと、液相エピタキシャル
成長法の特徴としてエピタキシャル成長面が（１００）
面となる傾向が強くなる。この結果、浅いストライプ溝
２の両面でそれぞれ独立に（１００）面が成長するので
、第２図（ｄ）に示す様にストライプ状溝２に沿った段
差２１が形成されろ事になる。

この第１クラッド層１２上に、引き続いて活性層１３の
成長を行なうと、第２図（ｅ）に示す様に段差２！の部
分で活性層１３を厚−く成長させる事が出来、内部反射
部１３Ａが形成出来る。

この結果、第１図に示す様に長さム、及びＱ、の２つの
共振器が形成されている。

この半導体レーザは、Ｖ形ストライプ状溝（チャネル）
ｌの内側と外側との間で半導体基板１０と電流阻止層ｌ
！による光吸収層の差に基づく実効屈折率差を活性層に
もうけた屈折率導波型の半導体レーザである。

いまＱ、を２００μｍ、１２ｚを１００μｍとすると発
振閾値電流’ｔｈは６５ｍＡで光出力１ｍＷ以上で単一
軸モード発振を示した。さらに軸モードの温度特性にお
いて約１５℃の間、軸モードはホッピングせず安定に作
動した。

第３図は本発明の他の実施例を示したものである。

本実施例においては第１クラッド層表面に段差を形成さ
けるための、発光に係るストライプ状溝に直交する浅い
ストライプ状溝３．４が２本あり、レーザ内部に２つの
反射部１３Ａ、１３Ｂが形成されている。さらに同様の
手法によりレーザ内部に複数の反射部を形成する事も可
能である。

本発明は前記実施例に限定されるものではなく、請求の
範囲に基づいて種々の実施態様が考えられるのは、勿論
である。例えば、成長基板の一生面を（１００）面から
＜０１１＞方向に傾は発光に係るストライプ状溝を＜０
１１＞方向に、第一クラッド層表面に段差を形成する浅
いストラ、イブ状溝を＜０１丁〉方向に形成した場合に
も同様な効果を得る事ができる。

また、前記実施例ではＡ＆ＧａＡｓ系半導体レーザにつ
いて説明したが、本発明は半導体レーザ素子の構成材料
に対し限定を加えるものではなく、また内部電流狭窄手
段においても前記実施例に限定されるものではない。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明の半導体レーザ装置は屈折
率導波型半導体レーザの導波路内部に反射領域を設けて
内部反射干渉型に構成するものである。その反射領域の
形成手段として成長基板の一生面を（１００）面から傾
け、さらに発光に係るストライプ状溝と直交させて浅い
ストライプ状溝を形成する事により、レーザ内部で活性
層厚の厚い領域を有効に形成する事が出来る。したがっ
て、軸モードの安定性に優れた内部反射干渉型レーザを
極めて簡易な構成により得られる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体レーザ装置の一実施例の斜視図
である。 第２図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）　、　（ｄ）　
、　（ｅ）　、　（ｆ）は、それぞれ、第１図に示す半
導体レーザ装置の製造工程図である。 第３図は本発明の他の実施例の斜視図である。 １．２．３・・・ストライプ状溝、 １０・＝ｐ−ＧａＡｓ基板、 １１−ｎ　−ＧａＡｆ２Ａｓ電流阻止層、１２−ｐ−Ｇ
ａＡ１２Ａｓ　　第１クラッド層、１３　＝−ｐ　−Ｇ
　ａＡＱＡｓ　　活性層、１４−−−ｎ　−ＧａＡｌ２
Ａｓ　　第２クラッド層、１５−ｎ−ＧａＡｓ　　キャ
ップ層、 ２１・・・第１クラッド層表面の段差。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板の一主面に形成したレーザ発光に係る
   ストライプ状溝の内側と外側との間で半導体基板による
   光吸収の差に基づく実効屈折率差を活性層にもうけた屈
   折率導波型の半導体レーザにおいて、 前記の半導体基板上に形成する第１クラッド層表面に前
   記のチャネルの方向に１箇所以上の段差を形成せしめ、
   その後成長形成する活性層の層厚を前記の段差の位置で
   厚くすることにより、１箇所以上の内部反射部が形成さ
   れていることを特徴とする半導体レーザ。