JP3974852B2 - 半導体レーザ素子 - Google Patents
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Description
Optical Damage)であることが知られている。光学損傷破壊は以下の過程により引き起こされる。まず端面近傍の欠陥により非発光再結合が生じ温度上昇を引き起こす。またこの温度上昇によってバンドギャップが縮小し光の再吸収が起こり、これによってさらに温度が上昇するという悪循環に陥る。これらの過程により端面の溶融等が誘起され光出力が低下し、非可逆的な破壊が起こることになる。
Γ 1d Inj ection>Γ 1d Non-injection
となるように端面近傍の電流ブロック層の位置、幅および屈折率を設計することにより、端面での活性層付近のビームエネルギー密度を低減させ、端面光損傷(COD)レベルを高めることができることを見出した。たとえば後述の実施例において、電流注入領域位置での光閉じ込め係数Γ 1d Injectionは0.0084に対して、端面付近の電流非注入領域位置での膜厚方向の光閉じ込め係数Γ 1d Non-injectionは0.0071となっており端面付近の活性層付近のビームエネルギー密度が低減されている。
このとき用いた1次元スラブ導波路の光閉じ込め係数Γの計算式は以下の通りである。
Γ 2d Injection>Γ 2d Facet
となるように導波層中に埋め込まれた端面近傍の電流ブロック層の位置、幅および屈折率を設計して導波モードを制御することにより、端面光学損傷破壊レベルを高くすることができることを見出した。さらに端面の活性層付近のビームエネルギー密度が極小値を含む隣り合う変曲点の間になるように設計すれば端面光学損傷破壊レベルがより高い半導体レーザ素子が得られる。たとえば、図7は後述の実施例の図3に示した構造で、前端部に設けられた電流ブロック層23の両側部のうち、前端面40に接する側部とは反対側の側部(図3Cの23a)での伝搬モードに対する活性層の光強度比(光閉じ込め係数)Γと、電流ブロック層23(電流非注入領域)の幅Wとの関係についてビーム伝搬法を用いたコンピュータシュミレーション(Optiwave Corporation 製 BPM_CAD)により解析したものである。このとき用いた光閉じ込め係数Γの計算式は以下の通りである。
21 p側クラッド層
22 p側導波層
23 電流ブロック層
24 p側導波層
25 p側キャリアブロック層
26 p側サイドバリア層
27 活性層
28 n側サイドバリア層
29 n側キャリアブロック層
30 n側導波層
31 n側クラッド層
32 バッファ層
33 n−GaAs基板
35 活性層領域
Claims (13)
- 活性層を挟むようにn型とp型導波層が形成され、かつこれらの導波層の外側を挟むようにn型とp型クラッド層が形成され、またレーザ光の出射する前端面とこれに対向する後端面とを結ぶ方向に延びるストライプ状の電流注入領域を画定する第一の電流ブロック層を備えた半導体レーザ素子であって、
前記前端面近傍で前記ストライプ状電流注入領域を横切るように形成された第二の電流ブロック層を備え、第一電流ブロック層と第二電流ブロック層は同一の層で構成され、該電流注入領域と第一および第二電流ブロック層が存在する領域との間に等価屈折率差を設けることによって実屈折率導波構造を形成し、
前記第一および第二電流ブロック層が導波層の中に形成され、
電流注入領域位置での光閉じ込め係数Г2d Injectionと電流注入領域の導波モードを電流非注入領域にビーム伝搬法を用いて伝搬させたときの前端面での活性層における伝搬モードに対する光強度比Г2d Facetの関係が、
Г2d Injcetion>Г2d Facet
となるように第二電流ブロック層が形成され、
第二電流ブロック層の位置、厚さ、及び幅は、前記Г2d Facetが互いに隣り合う変曲点の間の領域であって、極小値のうちの、端面での第二電流ブロック層の幅が狭い順に1番目および2番目のいずれか一方の極小値を含む領域に含まれるように構成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。 - 活性層を挟むようにn型とp型導波層が形成され、かつこれらの導波層の外側を挟むようにn型とp型クラッド層が形成され、またレーザ光の出射する前端面とこれに対向する後端面とを結ぶ方向に延びるストライプ状の電流注入領域を画定する第一の電流ブロック層を備えた半導体レーザ素子であって、
前記前端面近傍で前記ストライプ状電流注入領域を横切るように形成された第二の電流ブロック層を備え、第一電流ブロック層と第二電流ブロック層は同一の層で構成され、該電流注入領域と第一および第二電流ブロック層が存在する領域との間に等価屈折率差を設けることによって実屈折率導波構造を形成し、
前記第一および第二電流ブロック層が導波層に隣接して形成され、
電流注入領域位置での光閉じ込め係数Г2d Injectionと電流注入領域の導波モードを電流非注入領域にビーム伝搬法を用いて伝搬させたときの前端面での活性層における伝搬モードに対する光強度比Г2d Facetの関係が、
Г2d Injcetion>Г2d Facet
となるように第二電流ブロック層が形成され、
第二電流ブロック層の位置、厚さ、及び幅は、前記Г2d Facetが互いに隣り合う変曲点の間の領域であって、極小値のうちの、端面での第二電流ブロック層の幅が狭い順に1番目および2番目のいずれか一方の極小値を含む領域に含まれるように構成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。 - 導波層より大きなエネルギーギャップを有するキャリヤブロック層が活性層とn型導波層、p型導波層の両方または片側一方の間に設けられたことを特徴とする請求の範囲第1項または第2項記載の半導体レーザ素子。
- 活性層がInGaAsからなり、かつ導波層がAlを含まないGaAsからなることを特徴とする請求の範囲第1項または第2項記載の半導体レーザ素子。
- 活性層がInGaAsP層を含む多層からなり、かつ導波層がAlを含まないGaAsからなることを特徴とする請求の範囲第1項または第2項記載の半導体レーザ素子。
- 第二の電流ブロック層の幅が2μm〜25μmの範囲であることを特徴とする請求の範囲第1項〜第4項のいずれか1つに記載の半導体レーザ素子。
- 活性層を挟むようにn型とp型導波層が形成され、かつこれらの導波層の外側を挟むようにn型とp型クラッド層が形成され、またレーザ光の出射する前端面とこれに対向する後端面とを結ぶ方向に延びるストライプ状の電流注入領域を画定する第一の電流ブロック層を備えた半導体レーザ素子であって、
前記前端面近傍で前記ストライプ状電流注入領域を横切るように形成された第二の電流ブロック層を備え、電流注入領域位置での光閉じ込め係数Г2d Injectionと電流注入領域の導波モードを電流非注入領域にビーム伝搬法を用いて伝搬させたときの前端面での活性層における伝搬モードに対する光強度比Г2d Facetの関係が、
Г2d Injection>Г2d Facet
となるように第二電流ブロック層が形成され、
前記第一および第二電流ブロック層が導波層の中に形成され、
第二電流ブロック層の位置、厚さ、及び幅は、前記Г2d Facetが互いに隣り合う変曲点の間の領域であって、極小値のうちの、端面での第二電流ブロック層の幅が狭い順に1番目および2番目のいずれか一方の極小値を含む領域に含まれるように構成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。 - 活性層を挟むようにn型とp型導波層が形成され、かつこれらの導波層の外側を挟むようにn型とp型クラッド層が形成され、またレーザ光の出射する前端面とこれに対向する後端面とを結ぶ方向に延びるストライプ状の電流注入領域を画定する第一の電流ブロック層を備えた半導体レーザ素子であって、
前記前端面近傍で前記ストライプ状電流注入領域を横切るように形成された第二の電流ブロック層を備え、電流注入領域位置での光閉じ込め係数Г2d Injectionと電流注入領域の導波モードを電流非注入領域にビーム伝搬法を用いて伝搬させたときの前端面での活性層における伝搬モードに対する光強度比Г2d Facetの関係が、
Г2d Injection>Г2d Facet
となるように第二電流ブロック層が形成され、
前記第一および第二電流ブロック層が導波層に隣接して形成され、
第二電流ブロック層の位置、厚さ、及び幅は、前記Г2d Facetが互いに隣り合う変曲点の間の領域であって、極小値のうちの、端面での第二電流ブロック層の幅が狭い順に1番目および2番目のいずれか一方の極小値を含む領域に含まれるように構成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。 - 第二の電流ブロック層の幅が2μm〜25μmの範囲であることを特徴とする請求の範囲第7項または第8項記載の半導体レーザ素子。
- 該電流注入領域と第一および第二電流ブロック層が存在する領域との間に等価屈折率差を設けて実屈折率導波構造を形成したことを特徴とする請求の範囲第7項〜第9項のいずれか1つに記載の半導体レーザ素子。
- 導波層より大きなエネルギーギャップを有するキャリヤブロック層が活性層とn型導波層、p型導波層の両方または片側一方の間に設けられたことを特徴とする請求の範囲第7項〜第9項のいずれか1つに記載の半導体レーザ素子。
- 活性層がInGaAsからなり、かつ導波層がAlを含まないGaAsからなることを特徴とする請求の範囲第7項〜第11項のいずれか1つに記載の半導体レーザ素子。
- 活性層がInGaAsP層を含む多層からなり、かつ導波層がAlを含まないGaAsからなることを特徴とする請求の範囲第7項〜第12項のいずれか1つに記載の半導体レーザ素子。
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