JP5326511B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents
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Description
n型クラッド層と、
p型クラッド層と、
前記n型クラッド層と前記p型クラッド層との間に設けられ、その内部に複数の活性層を有しかつ結晶成長方向に3つ以上のモードを許容する光導波部を備え、
前記複数の活性層の個数が、前記3つ以上のモードのうち基本モード以外の1つのモードである特定高次モードが有する電界極値の数以上の個数であり、
前記活性層が、前記光導波部内における前記特定高次モードの複数の電界極値の各々の位置の近傍に、少なくとも1つずつ設けられ、
前記3つ以上のモードのうち前記特定高次モードの活性層の光閉じ込め率が他のモードに比べて大きく、前記特定高次モードのみが発振することを特徴とする。
以下、実施の形態の説明に先立って、実施の形態の理解を容易にするための基本的な説明を行う。図1は、この基本的説明のために示す半導体レーザ装置の斜視図である。この半導体レーザ装置は、発振波長810nm帯の半導体レーザ装置である。図1において、符号と構成の対応は次の通りである。すなわち、1はn電極、2はn型GaAs基板、3はn型(AlxGa1-x)0.51In0.49Pクラッド層(Al組成比xは0.30、厚さは1.5μm)を指す。また、4はn側In0.49Ga0.51Pガイド層(厚さは250nm)、5はGaAs1-yPy活性層(y=0.12、厚さは10nm)、6はIn0.49Ga0.51P バリア層 (厚さは500nm)、7はGaAs1-yPy活性層(y=0.12、厚さは10nm)、 8はp側In0.49Ga0.51Pガイド層(厚さは250nm)、である。また、9はp型(AlxGa1-x)0.51In0.49Pクラッド層(Al組成比xは0.30、厚さは1.5μm)、10はp型GaAsコンタクト層、11はp電極、12はプロトン注入領域である。
図3は、この発明の実施の形態1にかかる、発振波長810nm帯の半導体レーザ装置を示す斜視図である。実施の形態1にかかる半導体レーザ装置は、2次モードまでを許容するものである。また、本実施形態では、活性層を3つ備えている。この3つの活性層が、2次モードの電界の極値位置近傍に配置されている。
先ず、実施の形態1の半導体レーザ装置の構成を、図3を用いて説明する。図3において、13はn側In0.49Ga0.51Pガイド層(厚さは100nm)、14はGaAs1-yPy活性層(y=0.12、厚さは10nm)、15はIn0.49Ga0.51P バリア層 (厚さは500nm)、16はGaAs1-yPy活性層(y=0.12、厚さは10nm)、 17はIn0.49Ga0.51P バリア層 (厚さは500nm)、18はGaAs1-yPy活性層(y=0.12、厚さは10nm)、19はp側In0.49Ga0.51Pガイド層(厚さは100nm)である。その他は、図1と同じである。
次に、実施の形態1の半導体レーザ装置の効果を説明する。比較例として、バリア層15及び17がなく、n側In0.49Ga0.51Pガイド層13及びp側In0.49Ga0.51Pガイド層19の層の厚さがそれぞれ600nmで、活性層がその中心にある単一活性層の半導体レーザ装置を考える。この比較例の場合の光閉じ込め率を求めたところ、1.4%である。
実施の形態2は、実施の形態1と同様に、2次モードまで許容された半導体レーザ装置に関する。しかしながら、実施の形態2は、実施の形態1とは、活性層の数およびその位置が異なっている。すなわち、実施の形態1では活性層の数が3つだったのに対し、実施の形態2では活性層の数は2つである。そして、実施の形態1では2次モードの電界極値位置に合わせて活性層が配置されたのに対し、実施の形態2では1次モードの電界の極値位置の近傍にそれぞれ1つずつ活性層が配置されている。
先ず、実施の形態2の半導体レーザ装置の構成を、図5を用いて説明する。図5は、この発明の実施の形態2にかかる、発振波長810nm帯の半導体レーザ装置を示す斜視図である。図において、20はn側In0.49Ga0.51Pガイド層(厚さは300nm)、21はIn0.49Ga0.51P バリア層 (厚さは600nm)、22はp側In0.49Ga0.51Pガイド層(厚さは300nm)である。尚、その他は図1と同じである。
次に、実施の形態2の半導体レーザ装置の効果を説明する。比較例として、バリア層21がなく、n側In0.49Ga0.51Pガイド層及びp側In0.49Ga0.51Pガイド層の層の厚さがそれぞれ600nmで、活性層がその中心にある、単一活性層の場合を考える。この比較例の場合には、光閉じ込め率は1.4%である。
上記の実施の形態では2次モードまで許容される半導体レーザの例を示した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。更なる高次モード(3次、4次その他の高次モード)が許容される半導体レーザ装置に対しても適用可能である。すなわち、結晶成長方向にm次モード(但し、m>2)まで許容される半導体レーザ装置において、活性層の位置を、n次モード(但し、n≦m)の電界が極値となるn+1箇所の近傍に配置すればよい。その結果、実施の形態1、2で述べたのと同様に、しきい値電流低減および電気変換効率の向上が図れる。また、n次モードのみを選択的に発振させることができ、モード競合は抑制される。
なお、ここでのn次モードは、半導体レーザ装置が許容する3つ以上のモード(少なくとも基本モード、1次モード、2次モードを含む、3つ以上のモード)の中から選択された、基本モード以外の1つのモードである。つまり、1次モード以上の何れかの1つの高次モードである。このn次モードが、前記第1の発明にかかる「特定高次モード」に相当している。
また、本発明は、上記の実施の形態における層の厚さや組成のみに限定されるものではない。
2 n型GaAs基板
3 n型(AlxGa1-x)0.51In0.49Pクラッド層
4 n側In0.49Ga0.51Pガイド層
5 GaAs1-yPy活性層
6 In0.49Ga0.51P バリア層
7 GaAs1-yPy活性層
8 p側In0.49Ga0.51Pガイド層
9 p型(AlxGa1-x)0.51In0.49Pクラッド層
10 p型GaAsコンタクト層
11 p電極
12 プロトン注入領域
13 n側In0.49Ga0.51Pガイド層
14 GaAs1-yPy活性層
15 In0.49Ga0.51P バリア層
16 GaAs1-yPy活性層
17 In0.49Ga0.51P バリア層
18 GaAs1-yPy活性層
19 p側In0.49Ga0.51Pガイド層
20 n側In0.49Ga0.51Pガイド層
21 In0.49Ga0.51P バリア層
22 p側In0.49Ga0.51Pガイド層
Claims (5)
- n型クラッド層と、
p型クラッド層と、
前記n型クラッド層と前記p型クラッド層との間に設けられ、その内部に複数の活性層を有しかつ結晶成長方向に3つ以上のモードを許容する光導波部と、
を備え、
前記複数の活性層の個数が、前記3つ以上のモードのうち基本モード以外の1つのモードである特定高次モードが有する電界極値の数以上の個数であり、
前記活性層が、前記光導波部内における前記特定高次モードの複数の電界極値の各々の位置の近傍に、少なくとも1つずつ設けられ、
前記3つ以上のモードのうち前記特定高次モードの活性層の光閉じ込め率が他のモードに比べて大きく、前記特定高次モードのみが発振することを特徴とする半導体レーザ装置。 - 前記特定高次モードが2次モード以上のいずれかのモードであり、
前記特定高次モードが有する3つ以上の電界極値位置のそれぞれの近傍に、少なくとも1つずつ、前記活性層が設けられたことを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ装置。 - 前記特定高次モードが、許容された3つ以上のモードのうち最も高次のモードであることを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ装置。
- 請求項1に記載の半導体レーザ装置であって、
結晶成長方向に許容されるモードが2次モードまでであり、
前記特定高次モードが2次モードであり、
前記特定高次モードが有する3つの電界極値位置のそれぞれの近傍に、少なくとも1つずつ、前記活性層が設けられたことを特徴とする半導体レーザ装置。 - 前記電界極値の位置と、該電界極値の位置の近傍に設けられた活性層とが、該電界極値の大きさが1/2まで減衰する距離よりも近くに配置されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体レーザ装置。
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