JPS6360585A - 半導体レ−ザ素子 - Google Patents
半導体レ−ザ素子Info
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- JPS6360585A JPS6360585A JP20488586A JP20488586A JPS6360585A JP S6360585 A JPS6360585 A JP S6360585A JP 20488586 A JP20488586 A JP 20488586A JP 20488586 A JP20488586 A JP 20488586A JP S6360585 A JPS6360585 A JP S6360585A
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- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 20
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Classifications
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- 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
- H01S5/10—Construction 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
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18386—Details of the emission surface for influencing the near- or far-field, e.g. a grating on the surface
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-
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- 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
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- H01S5/18305—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] with emission through the substrate, i.e. bottom emission
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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、光通信や光情報処理に用いられる半導体レー
ザ素子の改良に関する。
ザ素子の改良に関する。
（従来の技術および問題点）
半導体レーザ素子は、小型・軽量で低消費電力・高速動
作可能なコヒーレント光源の一つであシ、光通信や光デ
ィスク等を始めとする光情報処理分野において広く実用
に供されている。従来、開発されてきた半導体レーザ素
子は、半導体基板上く形成された活性領域の両端部をヘ
キ（臂）開してレーザ発振に必要な共振器を構成し、発
振光をヘキ開面から共振器軸方向に出力する構造を基本
としている。半導体レーザ素子を光通信や光情報処理に
用いる為には、発振出力光を他の光デバイスや光導波路
、光ファイバ、光ディスク、光学部品等に効率よく結合
し入射する必要があシ、光学的集束レンズの装着が不可
欠である。半導体レーザを応用した光システムの低価格
、高信頼性化、さらにアレイ化等のシステム構成の高度
化の方向に対応する為には、この出力光集束用レンズの
モノリシック集積化が必要となるが、共振器端面ヘキ開
によるファプリ・ベロ型半導体レーザではレンズのモノ
リシック集積化は極めて困難である。
作可能なコヒーレント光源の一つであシ、光通信や光デ
ィスク等を始めとする光情報処理分野において広く実用
に供されている。従来、開発されてきた半導体レーザ素
子は、半導体基板上く形成された活性領域の両端部をヘ
キ（臂）開してレーザ発振に必要な共振器を構成し、発
振光をヘキ開面から共振器軸方向に出力する構造を基本
としている。半導体レーザ素子を光通信や光情報処理に
用いる為には、発振出力光を他の光デバイスや光導波路
、光ファイバ、光ディスク、光学部品等に効率よく結合
し入射する必要があシ、光学的集束レンズの装着が不可
欠である。半導体レーザを応用した光システムの低価格
、高信頼性化、さらにアレイ化等のシステム構成の高度
化の方向に対応する為には、この出力光集束用レンズの
モノリシック集積化が必要となるが、共振器端面ヘキ開
によるファプリ・ベロ型半導体レーザではレンズのモノ
リシック集積化は極めて困難である。
一方、共振器軸に垂直な方向へ光を出力できる半導体レ
ーザ素子の一構造として、発振光取出し用の回折格子を
集積した半導体レーザが考えられティる（ ＩＥＥＥ、
ｖｏｌ、ＱＥ−１１，ＰＰ４５１〜４５７．１９７５）
。
ーザ素子の一構造として、発振光取出し用の回折格子を
集積した半導体レーザが考えられティる（ ＩＥＥＥ、
ｖｏｌ、ＱＥ−１１，ＰＰ４５１〜４５７．１９７５）
。
しかしながら、これまでに検討されている半導体レーザ
では外部微分量子効率が著しく小さく、また出力光も大
きくひろがってしまう欠点を有し、いずれも不十分なも
のであった。
では外部微分量子効率が著しく小さく、また出力光も大
きくひろがってしまう欠点を有し、いずれも不十分なも
のであった。
本発明の目的は、上述の欠点を除去し、共振器軸方向以
外の方向に発振光を効率よく集束する機能をもつ半導体
レーザ素子を提供することにある。
外の方向に発振光を効率よく集束する機能をもつ半導体
レーザ素子を提供することにある。
（問題点を解決するための手段）
本発明の半導体レーザ素子は、活性領域の両端部に形成
してありレーザ発振の共振器をなす元金反射鏡と、前記
活性領域の内部に形成された発振光を前記共振器の軸と
は異なる方向へ前記活性領域から取り出す回折格子と、
この回折格子で取り出された前記発振光を集束せしめる
モノリシック果ηレンズとを有することを特徴とする。
してありレーザ発振の共振器をなす元金反射鏡と、前記
活性領域の内部に形成された発振光を前記共振器の軸と
は異なる方向へ前記活性領域から取り出す回折格子と、
この回折格子で取り出された前記発振光を集束せしめる
モノリシック果ηレンズとを有することを特徴とする。
（作用）
本発明は、レーザ発振を活性領域両端部に形成された元
金反射鏡で行ない、発振光の出力を活性領域内部に形成
された回折格子で、共振器軸とは異なる方向（例えば共
振軸に垂直な方向）に取出上の高い反射率をもつ元金反
射鏡を用いれば、レーザ発振条件は、元金反射鏡によシ
ー意に定められる。そして活性領域内部に形成された回
折格子は、その周期がいかなる値をとっても、回折格子
の結合係数と長さで決まる実効反射率が小さい為サイズ
にレーザ発振光を集束することができる。
金反射鏡で行ない、発振光の出力を活性領域内部に形成
された回折格子で、共振器軸とは異なる方向（例えば共
振軸に垂直な方向）に取出上の高い反射率をもつ元金反
射鏡を用いれば、レーザ発振条件は、元金反射鏡によシ
ー意に定められる。そして活性領域内部に形成された回
折格子は、その周期がいかなる値をとっても、回折格子
の結合係数と長さで決まる実効反射率が小さい為サイズ
にレーザ発振光を集束することができる。
このように、レーザ発振と、発振光の取出し・集束を互
いに独立ＫＪｔ適化することにより、従来になく高効率
で所要の方向に発振光を出力し集束する機能をもつ半導
体レーザ素子が得られる。
いに独立ＫＪｔ適化することにより、従来になく高効率
で所要の方向に発振光を出力し集束する機能をもつ半導
体レーザ素子が得られる。
（実施例）
次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第１図は、本発明に基づく一実施例の、共振器軸む半導
体基板ＩＫエピタキシャル成長されたバッファ層２、回
折格子３１を含む光導波層３、活性層４、クラッド層５
及び電極形成層６、並びＫＰ側電極７、光取出し窓８１
を含むｎ側電極８、絶縁膜９及び光反射膜１０から構成
されている。半導体基板１は（１００）方位を有し、Ｓ
ｎが１×１０１８ ｃｍ−３ドーグされた面積３００μ
ｍ角、厚さ６０μｍのＩｎＰから成り、バッファ層２は
ＳｎがＩ Ｘ １０１８ｃｍ”−３ドープされた厚さ１
μｍのＩｎＰから成シ、光導波層３は３ｎがＩ Ｘ １
０１８ｃｍ−３ドープされたＩ ｎ Ｏ，８４Ｇ ａ
Ｏ，１６Ａ Ｓ Ｏ，３６Ｐ０．６４から成シ、厚さ０
．１５μｍである。活性層４はアンドープのＩ ｎ Ｏ
，７４Ｇ ａＯ，２６Ａ Ｓ Ｏ，５６Ｐ Ｏ，４４か
ら成り厚さ０．１μｍ１クラツド層５はＺｎが５×１０
ｃｍ ドープされた厚さ１μｍのＩｎＰから成り、
電極形成層６はＺｎが５×１０１８ｃｍ−３ドープされ
たＩ ｎＯ，８４Ｇ ａ Ｏ，１６Ａ Ｓ Ｏ，３６Ｐ
Ｏ，６４から成シ厚さ０．５μｍである。光導波層３
の中央部に位置する回折格子３１は二光束干渉法によシ
形成され、長さ２０μｍ、周期は３７５ ｏＡ、格子の
深さは４００λである。ｐ側電極７はＡ Ｌｌ −７，
ｎ合金から成シ厚さ０．３μｍ、ｎ側電極８はＡ ｕ
−Ｇｅ−Ｎｉ合金から成シ、厚さ０．３μｍで化学エツ
チングによシ直径１００μｍの円状に部分的に除去され
た光取出し窓８１を含む。活性層４を含む共振器積構造
は、電流ブロック構造を含むＩｎＰ系半導体で埋め込ま
れた巾１．５μｍのストライプ構造を有し、また共振器
軸方向構造は、共振器長５０μｍとして、エツチングに
よシ垂直加工された共振器両端部に厚さ０．２μｍのＳ
ｉ Ｑ２から成る絶縁膜９と、厚さ０．５μｍのＡｕ
から成る光反射鏡１０が形成された構造を有する。モノ
リシック集積レンズ１１は、鏡面研磨された半導体基板
１の底面に活性領域ストライプに目合わせして形成され
た＠１００ ｔｔ ｍのストライプ状レジストマスクを
用いて化学エツチングによシ形成された曲率半径４２μ
ｍのシリンドリカルレンズである。
体基板ＩＫエピタキシャル成長されたバッファ層２、回
折格子３１を含む光導波層３、活性層４、クラッド層５
及び電極形成層６、並びＫＰ側電極７、光取出し窓８１
を含むｎ側電極８、絶縁膜９及び光反射膜１０から構成
されている。半導体基板１は（１００）方位を有し、Ｓ
ｎが１×１０１８ ｃｍ−３ドーグされた面積３００μ
ｍ角、厚さ６０μｍのＩｎＰから成り、バッファ層２は
ＳｎがＩ Ｘ １０１８ｃｍ”−３ドープされた厚さ１
μｍのＩｎＰから成シ、光導波層３は３ｎがＩ Ｘ １
０１８ｃｍ−３ドープされたＩ ｎ Ｏ，８４Ｇ ａ
Ｏ，１６Ａ Ｓ Ｏ，３６Ｐ０．６４から成シ、厚さ０
．１５μｍである。活性層４はアンドープのＩ ｎ Ｏ
，７４Ｇ ａＯ，２６Ａ Ｓ Ｏ，５６Ｐ Ｏ，４４か
ら成り厚さ０．１μｍ１クラツド層５はＺｎが５×１０
ｃｍ ドープされた厚さ１μｍのＩｎＰから成り、
電極形成層６はＺｎが５×１０１８ｃｍ−３ドープされ
たＩ ｎＯ，８４Ｇ ａ Ｏ，１６Ａ Ｓ Ｏ，３６Ｐ
Ｏ，６４から成シ厚さ０．５μｍである。光導波層３
の中央部に位置する回折格子３１は二光束干渉法によシ
形成され、長さ２０μｍ、周期は３７５ ｏＡ、格子の
深さは４００λである。ｐ側電極７はＡ Ｌｌ −７，
ｎ合金から成シ厚さ０．３μｍ、ｎ側電極８はＡ ｕ
−Ｇｅ−Ｎｉ合金から成シ、厚さ０．３μｍで化学エツ
チングによシ直径１００μｍの円状に部分的に除去され
た光取出し窓８１を含む。活性層４を含む共振器積構造
は、電流ブロック構造を含むＩｎＰ系半導体で埋め込ま
れた巾１．５μｍのストライプ構造を有し、また共振器
軸方向構造は、共振器長５０μｍとして、エツチングに
よシ垂直加工された共振器両端部に厚さ０．２μｍのＳ
ｉ Ｑ２から成る絶縁膜９と、厚さ０．５μｍのＡｕ
から成る光反射鏡１０が形成された構造を有する。モノ
リシック集積レンズ１１は、鏡面研磨された半導体基板
１の底面に活性領域ストライプに目合わせして形成され
た＠１００ ｔｔ ｍのストライプ状レジストマスクを
用いて化学エツチングによシ形成された曲率半径４２μ
ｍのシリンドリカルレンズである。
本実施例は、共振器長５０μｍで、反射率約９５％の光
反射鏡１０を有する７７プリ・ベロー共振型半導体レー
ザとして動作する。光反射鏡１０の反射率、共振器長、
活性領域の光学損失等から計算される発振しきい値電流
は約１ｍＡ、回折格子３１から取出される光出力の外部
微分量子効率は約４０％となる。一方、回折格子３１は
、発振波長の導波路波長にほぼ等しい周期を有する為、
発振光を共振器軸に垂直な方向に出力し、その拡がシ角
はストライプ軸方向は０．５度以下のほぼ集束されたビ
ームと々るが、ストライプ横方向は約１２度の拡がシを
もつ。発振出力光はさらに、活性領域から６０μｍの位
置にある曲率半径４２μｍのシリンドリカルレンズから
成るモノリシックレンズ１１によシ、ストライプ横方向
にも集束され、結局、半導体レーザ素子の発振光出力と
して共振器軸方向とは垂直な方向にビーム・サイズ２０
μｍ角の集束された光ビームが得られる。
反射鏡１０を有する７７プリ・ベロー共振型半導体レー
ザとして動作する。光反射鏡１０の反射率、共振器長、
活性領域の光学損失等から計算される発振しきい値電流
は約１ｍＡ、回折格子３１から取出される光出力の外部
微分量子効率は約４０％となる。一方、回折格子３１は
、発振波長の導波路波長にほぼ等しい周期を有する為、
発振光を共振器軸に垂直な方向に出力し、その拡がシ角
はストライプ軸方向は０．５度以下のほぼ集束されたビ
ームと々るが、ストライプ横方向は約１２度の拡がシを
もつ。発振出力光はさらに、活性領域から６０μｍの位
置にある曲率半径４２μｍのシリンドリカルレンズから
成るモノリシックレンズ１１によシ、ストライプ横方向
にも集束され、結局、半導体レーザ素子の発振光出力と
して共振器軸方向とは垂直な方向にビーム・サイズ２０
μｍ角の集束された光ビームが得られる。
なお、半導体レーザ素子の材料及び組成は、上述の実施
例に限定する必要はなく、半導体レーザ素子として動作
させることのできるものであるならば、他の半導体材料
、誘電体材料、金属材料を用いてよい。回折格子３１は
均一な周期のグレーティングに限らず、出力光を集束す
る機能を合わせもつチャープドグレーティングであって
もよい。
例に限定する必要はなく、半導体レーザ素子として動作
させることのできるものであるならば、他の半導体材料
、誘電体材料、金属材料を用いてよい。回折格子３１は
均一な周期のグレーティングに限らず、出力光を集束す
る機能を合わせもつチャープドグレーティングであって
もよい。
モノリシック集積レンズ１１のレンズパラメータも、目
的とする出力光の集束位置、スポットサイズに対応した
いかなる値であっても↓く、さらに、シリンドリカルレ
ンズに限らず、半球レンズ、ダ円球レンズ、ホログラム
レンズ等、集光する機能をもつレンズならばいか々るも
のであってもよい。
的とする出力光の集束位置、スポットサイズに対応した
いかなる値であっても↓く、さらに、シリンドリカルレ
ンズに限らず、半球レンズ、ダ円球レンズ、ホログラム
レンズ等、集光する機能をもつレンズならばいか々るも
のであってもよい。
また、−半導体基板上に複数組の活性領域、光合反射鏡
、回折格子、モノリシック集束レンズが集積された構成
であってもよい。
、回折格子、モノリシック集束レンズが集積された構成
であってもよい。
（発明の効果）
最後に本発明が有する効果を要約すれば、光合反射鏡で
７アプリ・ペロ共振器を構成し、活性領域に近接して設
けられた回折格子と、半導体基板に設けられたモノリシ
ック集積レンズにより発振光の出力の集光を行なうとと
Ｋより、高効率に所要の方向に発振出力光を集束する機
能をもつ半導体レーザ素子が得られることである。
７アプリ・ペロ共振器を構成し、活性領域に近接して設
けられた回折格子と、半導体基板に設けられたモノリシ
ック集積レンズにより発振光の出力の集光を行なうとと
Ｋより、高効率に所要の方向に発振出力光を集束する機
能をもつ半導体レーザ素子が得られることである。
第一図は本発明の一実施例の断面図である。図中、１・
・・・・・半導体基板、１１・・・・・・モノリシック
集積レンズ、２・・・・・・バッファ層、３−・・・・
・光導波層、３１・・−・・・回折格子、４・・・・・
・活性層、５・・・・・・クラッド層、６・・・・・・
電極形成層、７・・・・・・ｐ側電極、８・・・・・・
ｎ側電極、８１・・・・・・光取出し窓、９・・・・・
・絶縁膜、１０・・・・・・光反射膜である。 代理人 弁理士 本 庄 伸 介 Ｏ判」）手 第１図
・・・・・半導体基板、１１・・・・・・モノリシック
集積レンズ、２・・・・・・バッファ層、３−・・・・
・光導波層、３１・・−・・・回折格子、４・・・・・
・活性層、５・・・・・・クラッド層、６・・・・・・
電極形成層、７・・・・・・ｐ側電極、８・・・・・・
ｎ側電極、８１・・・・・・光取出し窓、９・・・・・
・絶縁膜、１０・・・・・・光反射膜である。 代理人 弁理士 本 庄 伸 介 Ｏ判」）手 第１図
Claims (1)
- 活性領域の両端部に形成してありレーザ発振の共振器を
なす光全反射鏡と、前記活性領域の内部に形成してあり
発振光を前記共振器の軸とは異なる方向へ前記活性領域
から取り出す回折格子と、この回折格子で取り出された
前記発振光を集束せしめるモノリシック集積レンズとを
有することを特徴とする半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20488586A JPS6360585A (ja) | 1986-08-29 | 1986-08-29 | 半導体レ−ザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20488586A JPS6360585A (ja) | 1986-08-29 | 1986-08-29 | 半導体レ−ザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6360585A true JPS6360585A (ja) | 1988-03-16 |
Family
ID=16498007
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20488586A Pending JPS6360585A (ja) | 1986-08-29 | 1986-08-29 | 半導体レ−ザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6360585A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0423380A (ja) * | 1990-05-14 | 1992-01-27 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体レーザ |
| US5617436A (en) * | 1995-06-07 | 1997-04-01 | Cornell Research Foundation, Inc. | Strain-compensated multiple quantum well laser structures |
-
1986
- 1986-08-29 JP JP20488586A patent/JPS6360585A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0423380A (ja) * | 1990-05-14 | 1992-01-27 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体レーザ |
| US5617436A (en) * | 1995-06-07 | 1997-04-01 | Cornell Research Foundation, Inc. | Strain-compensated multiple quantum well laser structures |
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