JPS6379390A - 半導体レ−ザ装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、高出力半導体レーザの構造及び、その高速変
調の方法に係る。

〔従来の技術〕

従来の高出力半導体レーザの構造Ｓ　、Ｔａｋａｈａｓ
ｈｉ等の報告に（ジャパン・ジャーナル・オブ・アプラ
イド・ブイジツクス、第１７巻、第８６５頁（１９７８
年）　（Ｊ　Ｊ　ＡＰ　ＶＯｌ、７５．　ｐ　８６５（
１９７８）　）に有するようにレーザの出射端面付近の
ダブルへテロ構造を取り除きレーザ光に対し透明な材料
で置き換えることにより端面破壊レベルを向上させるも
のであった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の従来技術では、レーザ端面における光密度が高い
ため、光出力は数百１が限界であった。

これにだいし、本発明ではレーザ端面における光密度を
低下させることにより一層の光出力の増大を計った。ま
た、このような半導体レーザを高速変調する場合、レー
ザの緩和振動周波数が変調速度の限界であったが１本発
明では緩和振動に依存しない高速動作を得るための構造
を端面の透明領域に設けることも考案した。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明では、端面の光非吸収
領域の長さを数十μｍと長くし、端面の形状を、レーザ
ビームが導波路から非吸収領域に出射する点に中心をも
つ円弧とすること、更にはこの非吸収領域にレーザを変
調するための構造を設けることとした。

〔作用〕

本発明のような、端面部分に非吸収領域を持つ構造の場
合、非吸収領域内に導波路構造を設けないかぎリレーザ
光は非吸収領域内を回折効果により広がりながら進む、
この結果、端面においてレーザ光はストライプ内部に比
べて数倍のスポットサイズとなり、端面における光密度
もこれに伴い数分のいちになり、端面破壊レベルの増加
が期待される。ところが、端面の形状が従来のような平
面の場合、端面より反射した光は導波路内部に帰還せず
、しきい値電流の増加及び効率の悪化を招いた。しかし
、本発明のような円形の端面をもつ場合、端面で反射さ
れたレーザ光は再び導波路に戻され、良好な特性で発振
する。さらに１本構造によれば、端面の非吸収領域を従
来構造に比べ長くできるので、この部分にレーザ光を変
調するための構造を設けることができる。

〔発明の実施例〕

以下図に従い本発明の詳細な説明する。

実施例１ 第１図は、本発明による半導体レーザの構造を模式的に
示したものである。導波路領域１の構造は、通常半導体
レーザの導波路構造に用いられるものならどれでも使用
可能であるが、ここではリッジ状のストライプを減圧Ｍ
ＯＣＶＤ法による選択埋込成長を利用して埋込む構造を
例に説明する。

導波路領域の構造は第２図に示すようなダブルへテロ構
造のｐクラッド層８の一部を選択埋込成長によるｎ−Ｇ
ａＡｓ９に置き換えたものである。ｎクラッド内部には
、活性層７から十分距離を置いて今一つのダブルへテロ
構造６があり、基板に予め設けである段差により端面領
域２ではこの第２のダブルへテロ構造が活性層に整合す
る高さに来るようになっている。これは、透明領域に入
った光が縦方向に広がることを防ぐためである。この領
域がレーザ光に対し透明である為にはｎクラッド層中の
ダブルへテロ層は活性層よりも禁制帯幅の広い半導体に
より構成されていなければならない、一方、透明領域に
は横方向の導波機構がないため、この領域を伝播する光
は回折効果により横方向に広がる。レーザ端面が平面で
ある場合には、端面で反射した光は反射後も広がり続け
、導波路に帰還しないため、損失が生じる。しかし、レ
ーザ端面をドライエツチング技術を用いた円弧状の面３
とすることにより、−旦回折により広がった光を再び導
波路に戻すことができ、このような損失は防止できる。

しかも、回折により端面におけるスポットサイズが広が
った結果、端面の光密度が小さくなり端面破壊が起きる
光出力レベルが増大し、従来の透明端面型レーザに比べ
大幅な光出力限界の増大が可能になる。本実施例の構造
により、光出力ＩＷまで端面破壊が発生しない半導体レ
ーザが得られた。

実施例２ 第２の実施例として、円弧状に端面を加工する領域を導
波路内の発振モード、が基本横モードの場合のスポット
サイズに合わせて設計した第３図のような構造の試作も
試みた。端面以外の構造は、実施例１と同様にした。こ
のような構造の場合、導波路に高次モードが発生した場
合には導波路端しこおける光強度分布が変化する結果、
端面における光分布が、基本モードの場合のスポット系
をはみでるため、端面の反射光と導波路のカップリング
が悪くなり、高次°モードに対する抑制の効果がある。

本実施例の半導体レーザは光出力ＩＷまで、電流−光出
力特性の直線性の良い発振特性を示した。

実施例３ 第３の実施例として、端面の透明領域にレーザ光の変調
を行うための逆方向接合を設けた素子の試作を行った。

第４図にこの素子の構造を模式的に示す。この素子の驚
合は、導波路領域の導波機構は、ｐクラッド層の一部を
ｐクラッド層よりも屈折率の小さい半導体により置き換
えることによる実屈折率ガイドと成っている。Ｐクラッ
ド層をガイド層に置き換える手法は、第１第二の実施例
でＰクラッド層をＧ　ａ　Ａ　ｓ層で置き換えたのと同
様に、減圧ＭＯＣＶＤ法によるＧ　ａ　Ａ　１ΔＳの選
択成長を用いた。このＧａＡｌＡｓ層は、実屈折率ガイ
ドを得るために、大部分をクラッド層よりもＡ　Ｉ　Ａ
　ｓ組成の大きいＧａＡｌＡｓにより構成した。端面透
明領域に縦方向の導波機構を設ける必要が有ることは前
記の２実施例の場合と同様であるが、本実施例の場合に
は、ｎクラッド層内のダブルへテロ構造を用いるかわり
に、ＧａＡｌＡｓ選択成長層の中にダブルへテロ構造１
２を設け、透明領域ではｎクラッド層まで埋込成長前に
エツチングを行い、埋込層内のダブルへテロ構造が透明
領域において活性層と整合するようにした。埋込成長層
は、ダブルへテロの下側はｐ型１１、上側はｎ型１３と
した。このことにより、導波路領域ではストライプの外
部に逆方向のｐｎ接合ができるため自己整合的導波路が
形成される、−右端面透明領域では逆バイアスのかかっ
たダブルへテロ構造が導波構造と成る。

埋込層の最後にｎ　−Ｇ　ａ　Ａ　ｓコンタクト層１４
を設け、ｎ電極を付けることにより、透明領域に対する
バイアス電圧を変化させ、ダブルへテロ領域の空乏層幅
を制御し、ダブルへテロを空乏層化したりしなかったり
することにより端面透明領域の実効的屈折率を変調でき
る。この結果 レーザの実効光路長が変化し、発振波長が変調を受る。

しかし、レーザの利得を発生している導波路部分におい
ては、注入キャリア密度になんら変動は無いので、この
方式による変調速度はレーザの緩和振動による制約を受
けず、空乏層幅の変調速度にのみ依存する超高速変調が
可能になる。本実施例による半導体レーザは３０　Ｇ　
ＨＺという超高速で変肩可能であることが確認されてい
る。本実施例では、ｐ　−ｎ接合による空乏層の変調を
例に説明したが、ショットキー接合などの他の接合方式
による変調も可能であることはいうまでもない。また、
変調領域のダブルへテロ構造に超格子構造をもちいれば
、さらに大きな屈折率変調を得ることが可能である。

以上の実施例は、ＧａＡｌＡｓ系の材料を例にのべてき
たが、ＩｎＧａＡｓＰやＩｎＧａＡ］、Ｐ系などの他の
材料系においても全く同様な効果が期待されることはい
うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１による半導体レーザ構造の模
式図、第２図の（ａ）は鳥観図、（ｂ）はストライプの
縦断面、（Ｑ）はストライプの横断面、第３図は本発明
の実施例２の構造の模式図、および第４図の、（、）は
鳥観図、（ｂ）はストライプの縦断面、（ｃ）はストラ
イプの横断面をそれぞれ示す。 １・・・導波路領域、２・・・端面透明領域、３・・・
曲面状端面、４−　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板、５−　ｎ−Ｇ
ａＡｌＡｓクラッド層（Ｘ＝０．４）　、　６−ｎ　−
ＧａＡＩＡｑ透明導波層（ｘ＝Ｑ、２５）、７・・・活
性層（Ｘ＝０．１４）　。 ８−　ｐ−ＧａＡｌＡｓクラッド層（Ｘ＝０．４）、９
−ｎＧ　ａ　Ａ　ｇ埋込層、Ｉ　Ｑ　＝−ｐ　−Ｇ　ａ
　Ａ　ｓキャップ層、１１−　ｐ−ＧａＡｌＡｓ層（Ｘ
＝０．５）、１２−ｐ−ＧａＡｌＡｓ導波層（Ｘ＝０．
２５）、１３−ｎ−ＧａＡｌＡｓ層（ｘ＝０．５）１４
−ｎ−ＧａＡＳ：１２５９８層、１５・・・変調用電極
。 拓／　図 第　Ｚ　口 （ＯＬ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも、共振器の一方の端にレーザ光に対し吸
   収を持たない領域を有し、該非吸収領域の端面が曲面状
   の形状を有することを特徴とする半導体レーザ装置。 ２、特許請求の範囲第１項に記載した半導体レーザ装置
   において、上記光非吸収領域にレーザ光を変調するため
   の構造を有することを特徴とする半導体レーザ装置。