JP2569087B2 - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
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- JP2569087B2 JP2569087B2 JP62297547A JP29754787A JP2569087B2 JP 2569087 B2 JP2569087 B2 JP 2569087B2 JP 62297547 A JP62297547 A JP 62297547A JP 29754787 A JP29754787 A JP 29754787A JP 2569087 B2 JP2569087 B2 JP 2569087B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ビデオデイスク等，光デイスク用ピツクア
ツプに用いる半導体レーザ素子に関する。
ツプに用いる半導体レーザ素子に関する。
半導体レーザをビデオデイスク等，光デイスク用ピツ
クアツプに用いる場合、例えば発振スペクトル（横モー
ド）が単一波長で発振する、いわゆるシングルモード半
導体レーザでは、コヒーレンシーが良好であることが逆
に障害となつて、半導体レーザへの戻り光によつて光出
力が不安定になり、ノイズを発生することが知られてい
る。したがつて、光デイスク用ピツクアツプとして用い
る半導体レーザとしては、コヒーレンシーの比較的悪い
ものが望まれる。
クアツプに用いる場合、例えば発振スペクトル（横モー
ド）が単一波長で発振する、いわゆるシングルモード半
導体レーザでは、コヒーレンシーが良好であることが逆
に障害となつて、半導体レーザへの戻り光によつて光出
力が不安定になり、ノイズを発生することが知られてい
る。したがつて、光デイスク用ピツクアツプとして用い
る半導体レーザとしては、コヒーレンシーの比較的悪い
ものが望まれる。
上記の特性を実現している半導体レーザの例として
は、応用物理学会講演会予稿集9P−Ｋ−7p.170（1981年
秋）において論じられている形のもので、構造パラメー
タを適切に設定することにより、自励発振（パルセーシ
ヨン）現象が発生し、マルチ軸モード発振で、かつ、各
スペクトル線幅の広い、すなわち、コヒーレンシーの適
度に悪いものが得られている。
は、応用物理学会講演会予稿集9P−Ｋ−7p.170（1981年
秋）において論じられている形のもので、構造パラメー
タを適切に設定することにより、自励発振（パルセーシ
ヨン）現象が発生し、マルチ軸モード発振で、かつ、各
スペクトル線幅の広い、すなわち、コヒーレンシーの適
度に悪いものが得られている。
しかしながら、上記従来技術は半導体レーザの光放出
角、特に活性層に水平な方向については配慮がなされて
おらず、光デイスクピツクアツプ光学系との結合上で問
題があつた。光デイスクピツクアツプ光学系では、レン
ズの開口角等の関係より、活性層に水平方向のビーム広
がり角が12度程度以下の半導体レーザ素子が要求されて
いる。半導体レーザのビーム広がり角は、半導体レーザ
のスポツトサイズ、したがつて光導波路の形状や屈折率
分布に密接に関連している。しかしながら上記従来構造
の半導体レーザ素子では、ビーム広がり角を狭めようと
して構造パラメータを設定すると、パルセーシヨン現象
が抑制されてしまい、結果的には半導体レーザのノイズ
が大きくなつてしまうという問題があつた。
角、特に活性層に水平な方向については配慮がなされて
おらず、光デイスクピツクアツプ光学系との結合上で問
題があつた。光デイスクピツクアツプ光学系では、レン
ズの開口角等の関係より、活性層に水平方向のビーム広
がり角が12度程度以下の半導体レーザ素子が要求されて
いる。半導体レーザのビーム広がり角は、半導体レーザ
のスポツトサイズ、したがつて光導波路の形状や屈折率
分布に密接に関連している。しかしながら上記従来構造
の半導体レーザ素子では、ビーム広がり角を狭めようと
して構造パラメータを設定すると、パルセーシヨン現象
が抑制されてしまい、結果的には半導体レーザのノイズ
が大きくなつてしまうという問題があつた。
本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、パル
セーシヨン動作して、コヒーレンシーが適度に悪く、か
つ水平方向のビーム広がり角の狭い、低ノイズ半導体レ
ーザを提供することにある。
セーシヨン動作して、コヒーレンシーが適度に悪く、か
つ水平方向のビーム広がり角の狭い、低ノイズ半導体レ
ーザを提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は以下のような半
導体レーザの構造を提供する。
導体レーザの構造を提供する。
本発明の半導体レーザは、平坦な半導体活性層の両側
に半導体クラツド層を形成し、該クラツド層のどちらか
一方の厚さが、光導波部において、その外側よりも厚く
なつているような、ストライプ状凸形状、あるいは逆凸
形状を有し、かつ、該光導波部ストライプ状領域に沿つ
て、開口を有するような電流狭窄用半導体層を有し、前
記ストライプ状凸形状、あるいは逆凸形状の幅が、半導
体レーザの少なくとも光ビーム取出側の反射面近傍で広
くなつており、かつその変化がなめらかである構造とす
る。
に半導体クラツド層を形成し、該クラツド層のどちらか
一方の厚さが、光導波部において、その外側よりも厚く
なつているような、ストライプ状凸形状、あるいは逆凸
形状を有し、かつ、該光導波部ストライプ状領域に沿つ
て、開口を有するような電流狭窄用半導体層を有し、前
記ストライプ状凸形状、あるいは逆凸形状の幅が、半導
体レーザの少なくとも光ビーム取出側の反射面近傍で広
くなつており、かつその変化がなめらかである構造とす
る。
本発明の半導体レーザの光導波領域の模式図を第２図
に示す。第２図は平面模式図であり、点線はストライプ
状光導波領域を示す。本発明はレーザの中央部は光導波
部の幅がW1で、この領域をパルセーシヨン現象が効果的
に発生するような構造とし、少なくとも一方の反射面近
傍は幅を広げてW2＞W1とし、この領域でビーム広がり角
を補正させる。また、幅W1からW2への遷移はゆるやかに
行う。
に示す。第２図は平面模式図であり、点線はストライプ
状光導波領域を示す。本発明はレーザの中央部は光導波
部の幅がW1で、この領域をパルセーシヨン現象が効果的
に発生するような構造とし、少なくとも一方の反射面近
傍は幅を広げてW2＞W1とし、この領域でビーム広がり角
を補正させる。また、幅W1からW2への遷移はゆるやかに
行う。
本発明の半導体レーザでは、反射面近傍部を除く、内
部領域の構造パラメータを、パルセーシヨン現象が発生
し易いような構造に設定することが可能になり、また、
反射面近傍部は光導波路構造を広げて、導波路内レーザ
スポツトサイズを拡大することが可能になる。反射面近
傍のレーザスポツトサイズ拡大により、反射面より出射
されるビームの広がり角を従来よりも狭くすることがで
きる。ビームの広がり角は、反射面近傍部の光導波路の
幅W2、すなわち、前記半導体クラツド層に設けられてい
るストライプ状凸形状（または逆凸形状）の幅を変える
ことで、任意に設定することが可能である。また、本発
明では、内部と反射面近傍部との該ストライプ状凸形状
（あるいは逆凸形状）の変化をゆるやかにすること、お
よび、全領域にわたつて活性層はほぼ平坦にしておくこ
とにより、この間の光の伝播をなめらかにすることが可
能で、結合部での有害な光の散乱，反射損失等がなく、
発振しきい値の増大等もない。したがつて、本発明によ
り、パルセーシヨン現象が有効に発生して、コヒーレン
シーが適度に悪く、かつ、レーザから出射された光ビー
ムが狭いという両方を満足した、低ノイズの半導体レー
ザ素子が得られる。
部領域の構造パラメータを、パルセーシヨン現象が発生
し易いような構造に設定することが可能になり、また、
反射面近傍部は光導波路構造を広げて、導波路内レーザ
スポツトサイズを拡大することが可能になる。反射面近
傍のレーザスポツトサイズ拡大により、反射面より出射
されるビームの広がり角を従来よりも狭くすることがで
きる。ビームの広がり角は、反射面近傍部の光導波路の
幅W2、すなわち、前記半導体クラツド層に設けられてい
るストライプ状凸形状（または逆凸形状）の幅を変える
ことで、任意に設定することが可能である。また、本発
明では、内部と反射面近傍部との該ストライプ状凸形状
（あるいは逆凸形状）の変化をゆるやかにすること、お
よび、全領域にわたつて活性層はほぼ平坦にしておくこ
とにより、この間の光の伝播をなめらかにすることが可
能で、結合部での有害な光の散乱，反射損失等がなく、
発振しきい値の増大等もない。したがつて、本発明によ
り、パルセーシヨン現象が有効に発生して、コヒーレン
シーが適度に悪く、かつ、レーザから出射された光ビー
ムが狭いという両方を満足した、低ノイズの半導体レー
ザ素子が得られる。
以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第
１図は本発明の実施例であるところの半導体レーザ素子
の構造分解図である。１はｐ型GaAs基板（Znドープ,p〜
１×1018cm-3）で、この上にｎ型GaAs電流狭窄層２（Te
ドープ,n〜４×1018cm-3,厚さ約１μｍ）を液相成長法
により形成した。つぎに、フオトリソグラフイ法とウエ
ツトエツチング法を並用して、前記GaAs電流狭窄層２上
にストライプ状溝３をｐ型GaAs基板１に達するように形
成した。ここで、本発明の重要な点であるが、該ストラ
イプ状溝３は一方の共振器反射面近傍では出来上がり約
５μｍ、素子内部では約3.7μｍとした。また、その間
の接続部はゆるやかにつなげた。つぎに、再度液相成長
を行つて、ｐ型Ga0.55Al0.45Asクラツド層４（Znドー
プ,p〜６×1017cm-3,厚さ，溝の外側で0.35μｍ）、ア
ンドープGa0.86Al0.14As活性層５厚さ約0.08μｍ、全域
にわたつて平坦に形成）、ｎ型Ga0.55Al0.45Asクラツド
層６（Teドープ,n〜８×1017cm-3,厚さ約1.8μｍ）、ｎ
型GaAsキヤツプ層７（Teドープ,n〜４×1018cm-3,厚さ
約４μｍ）を形成した。８はｎ側オーミツク電極で、真
空蒸着法によつて形成した。裏面はGaAs基板１を厚さ約
80μｍに研磨、エツチングした後、ｐ側オーミツク電極
９を、真空蒸着法で形成した。電極形成後、共振器長約
250μｍにチツプ化し、組立てを行つた。本レーザはし
きい電流値約50mA、波長約780nmで発振し、光出力6mWま
でパルセーシヨン現象が歩留り良く得られ、相対雑音強
度は10-14Hz-1の低ノイズレーザが得られた。また、活
性層に水平方向のビーム広がり角θ″は約10゜と光デイ
スクピツクアツプ光学系に適したものが得られた。
１図は本発明の実施例であるところの半導体レーザ素子
の構造分解図である。１はｐ型GaAs基板（Znドープ,p〜
１×1018cm-3）で、この上にｎ型GaAs電流狭窄層２（Te
ドープ,n〜４×1018cm-3,厚さ約１μｍ）を液相成長法
により形成した。つぎに、フオトリソグラフイ法とウエ
ツトエツチング法を並用して、前記GaAs電流狭窄層２上
にストライプ状溝３をｐ型GaAs基板１に達するように形
成した。ここで、本発明の重要な点であるが、該ストラ
イプ状溝３は一方の共振器反射面近傍では出来上がり約
５μｍ、素子内部では約3.7μｍとした。また、その間
の接続部はゆるやかにつなげた。つぎに、再度液相成長
を行つて、ｐ型Ga0.55Al0.45Asクラツド層４（Znドー
プ,p〜６×1017cm-3,厚さ，溝の外側で0.35μｍ）、ア
ンドープGa0.86Al0.14As活性層５厚さ約0.08μｍ、全域
にわたつて平坦に形成）、ｎ型Ga0.55Al0.45Asクラツド
層６（Teドープ,n〜８×1017cm-3,厚さ約1.8μｍ）、ｎ
型GaAsキヤツプ層７（Teドープ,n〜４×1018cm-3,厚さ
約４μｍ）を形成した。８はｎ側オーミツク電極で、真
空蒸着法によつて形成した。裏面はGaAs基板１を厚さ約
80μｍに研磨、エツチングした後、ｐ側オーミツク電極
９を、真空蒸着法で形成した。電極形成後、共振器長約
250μｍにチツプ化し、組立てを行つた。本レーザはし
きい電流値約50mA、波長約780nmで発振し、光出力6mWま
でパルセーシヨン現象が歩留り良く得られ、相対雑音強
度は10-14Hz-1の低ノイズレーザが得られた。また、活
性層に水平方向のビーム広がり角θ″は約10゜と光デイ
スクピツクアツプ光学系に適したものが得られた。
第３図は、本発明の半導体レーザで、素子中央部の溝
幅W1（第２図参照）とパルセーシヨン素子の発生率との
関係を示した。本結果は、素子中央部の幅を５μｍ以上
に広げると、パルセーシヨン素子の発生率が著しく下が
り、低ノイズレーザが得られ難いことを示している。し
たがつて、溝幅W1は3.5±１μｍ程度にすることが望ま
しい。
幅W1（第２図参照）とパルセーシヨン素子の発生率との
関係を示した。本結果は、素子中央部の幅を５μｍ以上
に広げると、パルセーシヨン素子の発生率が著しく下が
り、低ノイズレーザが得られ難いことを示している。し
たがつて、溝幅W1は3.5±１μｍ程度にすることが望ま
しい。
第４図は、本発明の半導体レーザで、素子の反射面近
傍の溝幅W2（第２図参照）と、活性層に水平方向のビー
ム広がり角θ″との相関を示したものである。W2を大と
するに従つて、θ″が小さくできることがこれより判
る。光デイスクピツクアツプ用として適したθ″（12
゜）を得るには、W2を４μｍ程度以上とすることが望ま
しい。
傍の溝幅W2（第２図参照）と、活性層に水平方向のビー
ム広がり角θ″との相関を示したものである。W2を大と
するに従つて、θ″が小さくできることがこれより判
る。光デイスクピツクアツプ用として適したθ″（12
゜）を得るには、W2を４μｍ程度以上とすることが望ま
しい。
本発明によれば、半導体レーザ素子の内部構造をパル
セーシヨン現象が効果的に発生するような光導波部幅W1
に設計でき、かつ光を取り出す側の反射面近傍の光導波
部の幅W2は、外部光学系に適したビーム広がり角θ″が
得られるように設計できる。また、光導波部の幅がW1か
らW2に変わる領域は、ゆるやかに幅を変化させることに
より、この間での光の伝播における損失を著しく小さく
でき、しきい電流値の上昇等もほとんどない。また、共
振器全域において活性層をほぼ平坦に形成しておくこと
により、同様に光導波部の幅が変わる領域においての光
の伝播損失を著しく低減できる。したがつて、本発明に
よれば、パルセーシヨン現象が効果的に発生して、コヒ
ーレンシーが適度に悪く、かつ、光学系との結合に適し
た、狭いビーム広がり角を持ち、また、しきい電流値も
低い、非常に優れた低ノイル半導体レーザ素子が歩留り
良く得られる。また、本発明はGaAlAs系半導体レーザ素
子のみならず、他の材料系、例えばInGaAsP系にも応用
可能で、その技術的効果は非常に大である。
セーシヨン現象が効果的に発生するような光導波部幅W1
に設計でき、かつ光を取り出す側の反射面近傍の光導波
部の幅W2は、外部光学系に適したビーム広がり角θ″が
得られるように設計できる。また、光導波部の幅がW1か
らW2に変わる領域は、ゆるやかに幅を変化させることに
より、この間での光の伝播における損失を著しく小さく
でき、しきい電流値の上昇等もほとんどない。また、共
振器全域において活性層をほぼ平坦に形成しておくこと
により、同様に光導波部の幅が変わる領域においての光
の伝播損失を著しく低減できる。したがつて、本発明に
よれば、パルセーシヨン現象が効果的に発生して、コヒ
ーレンシーが適度に悪く、かつ、光学系との結合に適し
た、狭いビーム広がり角を持ち、また、しきい電流値も
低い、非常に優れた低ノイル半導体レーザ素子が歩留り
良く得られる。また、本発明はGaAlAs系半導体レーザ素
子のみならず、他の材料系、例えばInGaAsP系にも応用
可能で、その技術的効果は非常に大である。
第１図は、本発明の一実施例を示す半導体レーザ素子の
構造分解図である。 第２図は、本発明の半導体レーザの光導波領域を示す平
面模式図である。 第３図は、本発明の半導体レーザで、素子中央部の溝幅
W1とパルセーシヨン素子の発生率との関係を示した図で
ある。 第４図は、本発明の半導体レーザで、素子の反射面近傍
の溝幅W2と活性層に水平方向のビーム広がり角θ″との
相関を示す図である。 １……ｐ型GaAs基板、２……ｎ型GaAs電流狭窄層、３…
…光導波用ストライプ状溝、４……ｐ型Ga0.55Al0.45As
クラツド層、５……Ga0.86Al0.14As活性層、６……ｎ型
Ga0.55Al0.45Asクラツド層、７……ｎ型GaAsキヤツプ
層、８……ｎ側オーミツク電極。
構造分解図である。 第２図は、本発明の半導体レーザの光導波領域を示す平
面模式図である。 第３図は、本発明の半導体レーザで、素子中央部の溝幅
W1とパルセーシヨン素子の発生率との関係を示した図で
ある。 第４図は、本発明の半導体レーザで、素子の反射面近傍
の溝幅W2と活性層に水平方向のビーム広がり角θ″との
相関を示す図である。 １……ｐ型GaAs基板、２……ｎ型GaAs電流狭窄層、３…
…光導波用ストライプ状溝、４……ｐ型Ga0.55Al0.45As
クラツド層、５……Ga0.86Al0.14As活性層、６……ｎ型
Ga0.55Al0.45Asクラツド層、７……ｎ型GaAsキヤツプ
層、８……ｎ側オーミツク電極。
Claims (3)
- 【請求項１】平坦な形状をもつ半導体活性層の両側を、
活性層よりも禁制帯幅が大きく、かつ屈折率の小さな半
導体クラツド層でサンドウイツチした構造を有し、少な
くとも一方のクラツド層の厚さが、光導波部において、
その外側よりも厚くなつているような、ストライプ状凸
形状、あるいは逆凸形状を有し、かつ該クラツド層のス
トライプ状凸形状、あるいは逆凸形状の外側の領域に該
クラツド層と反対導電型の半導体電流狭窄層を有する半
導体レーザ素子において、該ストライプ状凸形状、ある
いは逆凸形状の幅が半導体レーザ素子の少なくとも光ビ
ーム取出側の反射面近傍で広くなつており、かつ、その
変化がなめらかであることを特徴とする、半導体レーザ
素子。 - 【請求項２】第Ｉの導電型の半導体基板上に第II導電型
の第１半導体電流狭窄層を形成した後、光導波部となる
べきところに沿つて該半導体基板まで達するような単一
のストライプ状溝を形成し、この上に、第Ｉ導電型の第
２半導体クラツド層、第３半導体活性層，第II導電型の
第４半導体を形成した半導体レーザ素子において、該ス
トライプ状溝の幅が、レーザ素子の少なくとも光ビーム
取出側の反射面近傍で広くなつており、かつ活性層は全
域にわたつてほぼ平坦な形状を有しておることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項３】半導体レーザ素子中央部の溝幅が3.5±１
μｍ、光ビーム取出側の反射面近傍の溝幅が４μｍ以上
であることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の半
導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62297547A JP2569087B2 (ja) | 1987-11-27 | 1987-11-27 | 半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62297547A JP2569087B2 (ja) | 1987-11-27 | 1987-11-27 | 半導体レーザ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01140787A JPH01140787A (ja) | 1989-06-01 |
| JP2569087B2 true JP2569087B2 (ja) | 1997-01-08 |
Family
ID=17847951
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62297547A Expired - Lifetime JP2569087B2 (ja) | 1987-11-27 | 1987-11-27 | 半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2569087B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6903391B2 (en) | 2003-09-10 | 2005-06-07 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Solid state image pickup device |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62195722A (ja) * | 1986-02-20 | 1987-08-28 | Hitachi Maxell Ltd | 磁気記録媒体 |
| JPH01132191A (ja) * | 1987-08-04 | 1989-05-24 | Sharp Corp | 半導体レーザ素子 |
-
1987
- 1987-11-27 JP JP62297547A patent/JP2569087B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62195722A (ja) * | 1986-02-20 | 1987-08-28 | Hitachi Maxell Ltd | 磁気記録媒体 |
| JPH01132191A (ja) * | 1987-08-04 | 1989-05-24 | Sharp Corp | 半導体レーザ素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01140787A (ja) | 1989-06-01 |
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