JPS6359552B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6359552B2 JPS6359552B2 JP56155595A JP15559581A JPS6359552B2 JP S6359552 B2 JPS6359552 B2 JP S6359552B2 JP 56155595 A JP56155595 A JP 56155595A JP 15559581 A JP15559581 A JP 15559581A JP S6359552 B2 JPS6359552 B2 JP S6359552B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- active region
- laser
- noise
- mode
- modes
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/223—Buried stripe structure
- H01S5/2238—Buried stripe structure with a terraced structure
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は光強度のゆらぎを低減させ、かつ、安
定化した半導体レーザを提供することを目的とす
る。
定化した半導体レーザを提供することを目的とす
る。
半導体レーザは、超小型でかつ効率が高く、低
電圧で動作させることができ、光通信、光情報処
理などの応用分野において重要な光源となつてい
る。こうした応用分野において、レーザ光を変調
して情報を伝達する場合、光強度のゆらぎ（雑
音）は、大きな問題となる。
電圧で動作させることができ、光通信、光情報処
理などの応用分野において重要な光源となつてい
る。こうした応用分野において、レーザ光を変調
して情報を伝達する場合、光強度のゆらぎ（雑
音）は、大きな問題となる。
従来のCW発振半導体レーザは、ダブルヘテロ
（DH）構造をもち、このDH構造に沿つて平行方
向における導波機構として、利得ガイドあるいは
屈折率ガイドが用いられ、キヤビテイ端面には、
半導体結晶のへき開面を使用している。利得ガイ
ド形の半導体レーザの例としては、第１図に示す
ようなプレーナストライプ（Planar Stripe）形
レーザがあり、屈折率ガイド形の半導体レーザの
例としては、第２図に示すような基板１に溝を設
けたChannelled Substrate（CS）ストライプ形レ
ーザがあげられる。第１，第２図において、１は
ｎ―GaAs基板、２はｎ―Ga1-yAlyAsクラツド
層、３はアンドープGa1-xAlxAs活性層、４はＰ
―Ga1-yAlyAsクラツド層、５はｎ―GaAs層、６
は正電極、７は負電極、８はZn拡散電極である。
このようなレーザを直流で一定光出力の条件のも
とで発振させた場合、特徴のある雑音特性を示
す。
（DH）構造をもち、このDH構造に沿つて平行方
向における導波機構として、利得ガイドあるいは
屈折率ガイドが用いられ、キヤビテイ端面には、
半導体結晶のへき開面を使用している。利得ガイ
ド形の半導体レーザの例としては、第１図に示す
ようなプレーナストライプ（Planar Stripe）形
レーザがあり、屈折率ガイド形の半導体レーザの
例としては、第２図に示すような基板１に溝を設
けたChannelled Substrate（CS）ストライプ形レ
ーザがあげられる。第１，第２図において、１は
ｎ―GaAs基板、２はｎ―Ga1-yAlyAsクラツド
層、３はアンドープGa1-xAlxAs活性層、４はＰ
―Ga1-yAlyAsクラツド層、５はｎ―GaAs層、６
は正電極、７は負電極、８はZn拡散電極である。
このようなレーザを直流で一定光出力の条件のも
とで発振させた場合、特徴のある雑音特性を示
す。
第３図に、上記２つの形のレーザの定光出力動
作させた場合の雑音の温度による変化を示す。Ａ
はプレーナストライプレーザの特性、ＢはCSレ
ーザの特性を示す。プレーナストライプ形のよう
な利得ガイド形レーザでは、全体的に雑音レベル
は大きい。これは、利得ガイド形では横モードが
安定化されておらず、レーザ内部における光分布
とキヤリア分布が不安定でこれらの相互作用によ
る雑音が大きいためである。しかし、利得ガイド
形では、縦モードが多モードとなるため、各縦モ
ード間の競合による分配雑音は小さく、温度変化
によつて利得スペクトルが変化しても分配雑音に
よる雑音レベルの変動は小さくなつている。
作させた場合の雑音の温度による変化を示す。Ａ
はプレーナストライプレーザの特性、ＢはCSレ
ーザの特性を示す。プレーナストライプ形のよう
な利得ガイド形レーザでは、全体的に雑音レベル
は大きい。これは、利得ガイド形では横モードが
安定化されておらず、レーザ内部における光分布
とキヤリア分布が不安定でこれらの相互作用によ
る雑音が大きいためである。しかし、利得ガイド
形では、縦モードが多モードとなるため、各縦モ
ード間の競合による分配雑音は小さく、温度変化
によつて利得スペクトルが変化しても分配雑音に
よる雑音レベルの変動は小さくなつている。
一方CSレーザのような屈折率ガイド形レーザ
では、横モードが安定化されているため、雑音レ
ベルの安定領域では、利得ガイド形に比べ雑音レ
ベルは小さい。ところが、一般に、横モード安定
化レーザでは、単一純モード発振となるため、温
度変化によつて利得スペクトル分布が変化した場
合、縦モードが跳び移り、隣接する二つの縦モー
ド間で競合状態がおこり大きな分配雑音を生じ、
温度変化によつて雑音レベルの大きな領域が出現
する。たとえばビデオデイスクの再生用光源など
にこれらの半導体レーザを使用した場合、大きな
雑音を有するため、Ｓ／Ｎの低下をおこし実用に
耐えない。たとえば、ビデオデイスク再生用に半
導体レーザを用いた場合、前記Ｓ／Ｎ比が75
（dB）以上では映像中に人間の目に感じる雑音が
顕著になり好ましくない。
では、横モードが安定化されているため、雑音レ
ベルの安定領域では、利得ガイド形に比べ雑音レ
ベルは小さい。ところが、一般に、横モード安定
化レーザでは、単一純モード発振となるため、温
度変化によつて利得スペクトル分布が変化した場
合、縦モードが跳び移り、隣接する二つの縦モー
ド間で競合状態がおこり大きな分配雑音を生じ、
温度変化によつて雑音レベルの大きな領域が出現
する。たとえばビデオデイスクの再生用光源など
にこれらの半導体レーザを使用した場合、大きな
雑音を有するため、Ｓ／Ｎの低下をおこし実用に
耐えない。たとえば、ビデオデイスク再生用に半
導体レーザを用いた場合、前記Ｓ／Ｎ比が75
（dB）以上では映像中に人間の目に感じる雑音が
顕著になり好ましくない。
本発明の目的は屈折率ガイド形でありかつ温度
変化によつても雑音レベルの大きな領域が出現し
ない半導体レーザ装置を提供することにある。即
ち本発明者らの詳しい解析の結果、温度変化によ
る大きな分配雑音は縦モードの移り変りが瞬間的
に起こるために生じることがわかつた。縦モード
が移り変る温度においては２つのモードが現われ
るが、時間的に見ると同一の時間に２つのモード
が共存することはあり得ず、絶えずどちらかのモ
ードが立つている。従つて交互に一本のモードが
現われるためにモード間を跳ぶ時に大きな雑音が
発生するのである。この雑音を減らす方法として
は、モード間を移り変わる時点で２つのモードが
共存し、一つのモードからもう一つのモードへ滑
らかに移り変るようにすれば良いことが判明し
た。
変化によつても雑音レベルの大きな領域が出現し
ない半導体レーザ装置を提供することにある。即
ち本発明者らの詳しい解析の結果、温度変化によ
る大きな分配雑音は縦モードの移り変りが瞬間的
に起こるために生じることがわかつた。縦モード
が移り変る温度においては２つのモードが現われ
るが、時間的に見ると同一の時間に２つのモード
が共存することはあり得ず、絶えずどちらかのモ
ードが立つている。従つて交互に一本のモードが
現われるためにモード間を跳ぶ時に大きな雑音が
発生するのである。この雑音を減らす方法として
は、モード間を移り変わる時点で２つのモードが
共存し、一つのモードからもう一つのモードへ滑
らかに移り変るようにすれば良いことが判明し
た。
しかしこのような特性をもつたレーザは一般の
屈折率ガイド形レーザでは実現しにくい。半導体
レーザを温度変化させたときの雑音レベルが、活
性領域の不純物濃度、活性領域の吸収損失、活性
領域とそれを取りまく非活性領域との屈折率差に
よつてどのように変化するかを実験によつて検討
した結果をそれぞれ第４，５，６図に示す。これ
らの図から、 (1) 活性領域の不純物濃度（ｎ）が２×1016cm-3
以下、 (2) 活性領域中の吸収損失(a)が10cm-1以下、 (3) 活性領域とそれを取りまく非活性領域との屈
折率差（Δn）が１％以上、 の３つの条件が満足されれば、Ｓ／Ｎの値を
75dB以上にすることができることがわかる。こ
れらの条件が満たされたとき、スペクトルの利得
巾が相対的に広くなつて多モード化しやすくな
り、特に単一モードが切り変わる時点においては
二つのモードが共存してお互いにそれら競合し、
一方のモードから他方のモードへ滑らかに移行す
る。
屈折率ガイド形レーザでは実現しにくい。半導体
レーザを温度変化させたときの雑音レベルが、活
性領域の不純物濃度、活性領域の吸収損失、活性
領域とそれを取りまく非活性領域との屈折率差に
よつてどのように変化するかを実験によつて検討
した結果をそれぞれ第４，５，６図に示す。これ
らの図から、 (1) 活性領域の不純物濃度（ｎ）が２×1016cm-3
以下、 (2) 活性領域中の吸収損失(a)が10cm-1以下、 (3) 活性領域とそれを取りまく非活性領域との屈
折率差（Δn）が１％以上、 の３つの条件が満足されれば、Ｓ／Ｎの値を
75dB以上にすることができることがわかる。こ
れらの条件が満たされたとき、スペクトルの利得
巾が相対的に広くなつて多モード化しやすくな
り、特に単一モードが切り変わる時点においては
二つのモードが共存してお互いにそれら競合し、
一方のモードから他方のモードへ滑らかに移行す
る。
本発明の一実施例にかかるレーザ装置として第
７図に示した段差基板型（TS）レーザを作製し
た。第７図において、第１図、第２図と同一部分
には同一番号を付す。このレーザはｎ―GaAs基
板１に段差をつけその上にｎ―Ga1-yAlyAsクラ
ツド層２およびアンドープGa1-xAlxAs活性層３、
ｐ―Ga1-yAlyAsクラツド層４、ｎ―GaAs層を形
成したもので、活性層３は折れ曲り間のいわゆる
活性領域３′だけ他の領域より厚さが20％程度厚
くなつているので、水平方向にも５％程度の屈折
率差がついており、またクラツド層と活性層の屈
折率差もその材料の性質上５％にできるので、前
述の条件３を満たしている。また活性層３をアン
ドープの低不純物濃度にすることにより２×1016
cm-3以下にでき、界面を平坦にしかつ活性領域の
厚さを制御することにより回折損と吸収損を減ら
して吸収損失も10cm-1になつた。
７図に示した段差基板型（TS）レーザを作製し
た。第７図において、第１図、第２図と同一部分
には同一番号を付す。このレーザはｎ―GaAs基
板１に段差をつけその上にｎ―Ga1-yAlyAsクラ
ツド層２およびアンドープGa1-xAlxAs活性層３、
ｐ―Ga1-yAlyAsクラツド層４、ｎ―GaAs層を形
成したもので、活性層３は折れ曲り間のいわゆる
活性領域３′だけ他の領域より厚さが20％程度厚
くなつているので、水平方向にも５％程度の屈折
率差がついており、またクラツド層と活性層の屈
折率差もその材料の性質上５％にできるので、前
述の条件３を満たしている。また活性層３をアン
ドープの低不純物濃度にすることにより２×1016
cm-3以下にでき、界面を平坦にしかつ活性領域の
厚さを制御することにより回折損と吸収損を減ら
して吸収損失も10cm-1になつた。
このようにして作製したTSレーザのＳ／Ｎの
温度特性を第８図に示す。第８図から分かるよう
に縦モードの変化点でもＳ／Ｎの変化は従来の屈
折率ガイド形レーザに比べると小さく、Ｓ／Ｎは
最悪でも76dBあり、たとえばビデオデイスクの
再生用光源として用いられることが証明された。
温度特性を第８図に示す。第８図から分かるよう
に縦モードの変化点でもＳ／Ｎの変化は従来の屈
折率ガイド形レーザに比べると小さく、Ｓ／Ｎは
最悪でも76dBあり、たとえばビデオデイスクの
再生用光源として用いられることが証明された。
以上のように、本発明は単一モード発振をする
半導体レーザにおいて、温度、入力電流などの外
的要因により縦モードが移り変わる際に二つの縦
モードが共存し、一方の縦モードが次第に増加す
るとともに、他方の縦モードが次第に減少して縦
モードの移り変わりが完了するレーザであつて、
Ｓ／Ｎ比が大きく実用性の高いレーザを実現する
ことが可能となるすぐれた価値を奏するものであ
る。
半導体レーザにおいて、温度、入力電流などの外
的要因により縦モードが移り変わる際に二つの縦
モードが共存し、一方の縦モードが次第に増加す
るとともに、他方の縦モードが次第に減少して縦
モードの移り変わりが完了するレーザであつて、
Ｓ／Ｎ比が大きく実用性の高いレーザを実現する
ことが可能となるすぐれた価値を奏するものであ
る。
第１図はGaAlAs系プレーナストライプ形半導
体レーザの断面図、第２図はチヤンネルドサブス
トレートストライプ形半導体レーザの断面図、第
３図はプレーサストライプ形およびチヤンネルド
サブストレートストライプ形半導体レーザの雑音
の温度変化を示した図、第４図は温度変化による
雑音レベルと活性領域の不純物濃度との関係を示
す図、第５図は温度変化による雑音レベルと活性
領域の吸収損失との関係を示す図、第６図は温度
変化による雑音レベルと活性領域の非活性領域に
対する屈折率差との関係を示す図、第７図は本発
明の一実施例にかかるTSレーザの断面図、第８
図は本発明の半導体レーザの雑音レベルの温度依
存性を示す図である。 ２……ｎ―Ga1-yAlyAsクラツド層、３……ア
ンドーブGa1-xAlxAs活性層、４……ｐ―Ga1-y
AlyAsクラツド層、ｎ……活性領域の不純物濃
度、ａ……活性領域の吸収損失、Δn……活性領
域とそれを取りまく非活性領域との屈折率差。
体レーザの断面図、第２図はチヤンネルドサブス
トレートストライプ形半導体レーザの断面図、第
３図はプレーサストライプ形およびチヤンネルド
サブストレートストライプ形半導体レーザの雑音
の温度変化を示した図、第４図は温度変化による
雑音レベルと活性領域の不純物濃度との関係を示
す図、第５図は温度変化による雑音レベルと活性
領域の吸収損失との関係を示す図、第６図は温度
変化による雑音レベルと活性領域の非活性領域に
対する屈折率差との関係を示す図、第７図は本発
明の一実施例にかかるTSレーザの断面図、第８
図は本発明の半導体レーザの雑音レベルの温度依
存性を示す図である。 ２……ｎ―Ga1-yAlyAsクラツド層、３……ア
ンドーブGa1-xAlxAs活性層、４……ｐ―Ga1-y
AlyAsクラツド層、ｎ……活性領域の不純物濃
度、ａ……活性領域の吸収損失、Δn……活性領
域とそれを取りまく非活性領域との屈折率差。
Claims (1)
- １ 活性領域の不純物濃度が２×1016cm-3以下、
前記活性領域中の吸収損失が10cm-1以下、前記活
性領域と前記活性領域を取り巻く非活性領域との
屈折率差が１％以上の三条件を満すことを特徴と
する半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56155595A JPS5856377A (ja) | 1981-09-29 | 1981-09-29 | 半導体レ−ザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56155595A JPS5856377A (ja) | 1981-09-29 | 1981-09-29 | 半導体レ−ザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5856377A JPS5856377A (ja) | 1983-04-04 |
| JPS6359552B2 true JPS6359552B2 (ja) | 1988-11-21 |
Family
ID=15609458
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56155595A Granted JPS5856377A (ja) | 1981-09-29 | 1981-09-29 | 半導体レ−ザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5856377A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6091692A (ja) * | 1983-10-25 | 1985-05-23 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ装置 |
| JPH07296543A (ja) | 1994-04-26 | 1995-11-10 | Tdk Corp | カートリッジ |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5783079A (en) * | 1980-11-12 | 1982-05-24 | Sharp Corp | Driving method of semiconductor laser |
-
1981
- 1981-09-29 JP JP56155595A patent/JPS5856377A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5856377A (ja) | 1983-04-04 |
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