JPH03235390A - 半導体レーザ - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は半導体レーザに関し、特に単一モードで発振す
る半導体レーザ素子に関するものである。

［従来の技術］ 従来、この種の半導体レーザ素子構造としては、第２図
に示す分布帰還形半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）が知ら
れている。このＤＦＢ−ＬＤは、ｎ型基板１上に、ｎ型
バッファ層２．アンドープの活性層３、厚さが周期的に
変化する構造をもったガイド層４．ｐ型クラッド層５お
よび電極とオーミック性コンタクトを取るためのｐ３型
キャップ層６が順次形成された構造を有する。図中の矢
印しは出射光を示す。このような構造を有するＤＢＦ−
ＬＤは良（知られているように、ガイド層６の周期構造
で決まるストップバンドの両端辺（の周波数で均等に発
振閾値利得が小さくなるため、発振が単一とはなりにく
い。これを避けるために周期構造を不均等にするとか、
途中で位相をλ／４ずらした構造にすることによって単
一モード化する方法があるが、このような周期構造の作
製が難しいことや、外部からの反射光注入に対して発振
モードが変動すると言った欠点があった。

この欠点を克服するために、第３図に示す構造の半導体
レーザが考えられている。このレーザの構造が第２図の
叶Ｂ−ＬＤと異なる点は、周期的に厚さの変化するガイ
ド層４に賛えて、平坦なｐ型クラッド層７の上にｎ型の
ブロック領域８が周期的に設けられている点である。

今、第２図の構造で順方向電流が注入されるように電源
が接続されると、ｎ型領域８とｐ型クラッド層７のｎｐ
接合部は逆バイアスとなり、ｎ型領域８の下部は順方向
電流がブロックされて注入されない領域となる。従って
、注入キャリアに周期性があると利得に周期性が生じ、
その結果利得分布型叶Ｂ−ＬＤ構造となる。利得分布型
ＤＦＢ−ＬＤは通常の屈折率分布型ＤＦＢ−ＬＤとは異
なり、ブラッグ波長の中心周波数で発振閾値利得が最小
となることがＫｏｇｅｌｎｉｋ等によって指摘されてい
る（参考文献、Ｈ，Ｋｏｇｅｌｎｉｋ　ａｎｄ　Ｃ，Ｖ
、５ｈａｎｋ、　”Ｃｏｕｐｌｅｄ−ｗａｖｅｔｈｅｏ
ｒｙ　ｏｆ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｆｅｅｄｂａｃ
ｋ　１ａｓｅｒｓ、　Ｊ。

Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、、　ｖｏｌ、　４３　、Ｎｏ、
５．　ｐｐ、　２３２７−２３２５゜１９７２、　）。

従って、第３図に示した半導体レーザは、原理的には発
振モードは単一モードとなるが、以下に示す理由によっ
て現実には発振させることが困難である。

第４図は活性層の、少数注入キャリア量に対する吸収係
数の変化を表わしたものである。曲線Ａは第２図の構造
の活性層における変化、曲線Ｂは第３図の構造における
活性層での吸収係数の変化を表わしている。第３図の構
造では活性層の半分の領域、すなわちｎ型のブロック領
域８の下部に当る領域ではキャリアが注入されないため
、この部分は第４図における注入量がＯの吸収係数とな
り、非常に大きな損失となる。その結果、曲線Ｂにしめ
すように、注入キャリア量を増加させても利得状態とな
らず、発振させることが困難であった。

１発明が解決しようとする課題１ 上述したように、従来の屈折率分布型叶Ｂレーザは周期
構造の作製が難しく、外部からの反射光注入に対して発
振モード変動するという欠点をもち、利得分布型ＤＦＢ
レーザでは発振させること自体が困難であった。

本発明の目的は、単純な周期構造で単一モード発振を起
こさせ、反射光に対して強い半導体レーザ素子を提供す
ることにある。

［課題を解決するための手段１ このような目的を達成するために、本発明半導体レーザ
は、互いに異なる第１および第２の導電形領域の接合を
有する半導体レーザの光の伝搬方向に沿って周期的に配
された第２および第１の導電形領域の接合部を宵する半
導体レーザにおいて、活性層が量子井戸構造を有するこ
とを特徴とする。

１作　用１ 本発明に係る半導体レーザは活性層における順方向電流
の注入領域が周期性をもち、かつ活性層が量子井戸構造
を有するので、利得係数が高く、さらに、周期構造のブ
ラッグ波長を活性層の吸収端波長より長波長側に設定す
ることによって安定な単一モードの発振が可能である。

［実施例１ 以下に実施例によって本発明を説明する。

第１図は本発明の実施例の構造を説明する断面図である
。本実施例は、ｎ型のＩｎＰ基板１上に、ｎ型ＩｎＧａ
ＡｓＰ（んｇ＝１．３　ｕｍ）のバッファ層２゜ＩｎＧ
ａＡｓＰとＩｎＰとの積層構造からなり１．５５μｍに
吸収端波長を持つ量子井戸構造の活性層９およびｐ型！
ｎＧａＡｓＰ（λｇ＝１．３　μｍ）のクラッド層７を
順次設けた後、ｎ型ＩｎＰ領域８をクラッド層７上に周
期的に形成し、さらにｐ型のＩｎＰクラッド層５および
ｐ″″型ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ（バンドギャップ波長
λｇ＝１．５５μｍ）のキャップ層６を形成したもので
ある。

第５図は活性層にキャリアを注入した場合と注入しない
場合の利得と吸収の波長特性を、活性層が量子井戸構造
の場合、および通常のバルク構造の場合について比較し
たものである。曲線Ｅ１およびＦ２はそれぞれ量子井戸
構造の活性層にキャリアを注入した場合および注入しな
い場合の特性を、曲線Ｆ１およびＦ２はそれぞれバルク
構造の活性層にキャリアを注入した場合および注入しな
い場合の特性を示す。曲線Ｅ１は、第１図に示した実施
例に順方向電流を流した場合の量子井戸活性層の、ｎ型
領域８の下部以外の部分の特性に相当し、曲線Ｅ２はｎ
型領域８の下部の特性に相当する。同様に曲線Ｆ１は第
３図の従来例のバルク活性層のｎ型領域８の下部以外の
、曲線Ｆ２はｎ型領域８の下部の特性に相当する、今、
第１図に示した実施例の構造で順方向電流を流すと、第
３図について説明したように注入電流は周期性をもつ。

ところで、量子井戸構造の活性層にキャリアを注入した
場合の利得−波長特性は第５図の曲線Ｅ、で示すように
、バンド縮小効果がバルク構造の場合より顕著になり利
得のピーク波長が、キャリア注入がないときの吸収端波
長丸えより長波長側になる場合がある。一方、従来のバ
ルク構造の場合には曲線Ｆ、およびＦ２で示したように
、利得のピーク波長ではｎ型領域８の下部における吸収
係数が太き（なり、大きい損失を示すこととなる。これ
に対し、本実施例においては、曲線Ｅ１における利得の
ピーク波長での吸収（曲線Ｅ２に示される）は小さい。

従って、もし周期構造のブラッグ波長を吸収端波長λ１
より長波長に設定しておけば、発振波長はこのブラッグ
波長で一義的に決定される。しかもこの波長では吸収損
失は非常に小さ（、はとんど無視できる。

従来例との比較のため、本発明実施例における注入キャ
リアに対する吸収係数の変化を曲線Ｃとして第４図中に
示す。本実施例ではキャリア注入量Ｎｃで発振閾値利得
に達するため発振が可能となり、曲線Ｂで示される従来
例との差が顕著である。しかも活性層が量子井戸構造と
なっているため利得係数自体が大きくなり、曲線Ａで示
したバルク構造で利得に周期性がない従来例の発振閾値
電流ＮＡとくらべても発振閾値電流には大差がない。

なお、以上ではｎ型基板を用いた例について説明したが
、ｐ型基板を用い、第１図の実施例と全（逆の導電形の
構造としても、その特性は全く同様である。さらにＩｎ
Ｐ、　ＩｎＧａＡｓＰ以外の化合物半導体を用いたレー
ザに本発明を適用できることも明らかである。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のＤＦＢ−ＬＤは非注入領
域で損失が小さいため、（１）単一モードで容易に発振
する。（２）発振閾値電流が小さい、（３）周期構造が
単純で製造が容易である。（４）外部からの擾乱光に対
して強い、　（５）　２次元状に容易に集積化できる。

という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明素子の実施例の構造を示す断面図、 第２図および第３図は従来のＤＦＢ−ＬＤの構造を示す
断面図、 第４図は活性層の少数注入キャリア量に対する吸収係数
の変化を表わす特性図、 第５図は利得と損失の波長特性を表わす特性図である。 １・・・ｎ型基板、 ２・・・ｎ型バッファ層、 ３・・・活性層、 ４・・・周期構造をもったｐ型ガイド層、５・・・ｐ型
クラッド層、 ６・・・ｐゝ型キャップ層、 ７・・・ｐ型クラッド層、 ８・・・ｎ型周期的ブロック領域、 ９・・・量子井戸構造を持った活性層。 本発明ス免例０橘１凛も竹面匡 第１図 第３図 イ芝来のＤＦＢ−ＬＤ／）４鳥ｊ１すホす鱈洒Ｈハ第２
図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）互いに異なる第１および第２の導電形領域の接合を
   有する半導体レーザの光の伝搬方向に沿って周期的に配
   された第２および第１の導電形領域の接合部を有する半
   導体レーザにおいて、活性層が量子井戸構造を有するこ
   とを特徴とする半導体レーザ。 ２）前記第２および第１の導電形領域の接合部の周期の
   ブラッグ波長が、前記活性層の吸収端より長波長である
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ。