JPH0730199A - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
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- JPH0730199A JPH0730199A JP5348149A JP34814993A JPH0730199A JP H0730199 A JPH0730199 A JP H0730199A JP 5348149 A JP5348149 A JP 5348149A JP 34814993 A JP34814993 A JP 34814993A JP H0730199 A JPH0730199 A JP H0730199A
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- laser device
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/223—Buried stripe structure
- H01S5/2231—Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 安定した横モードを得ることのできる半導体
レーザ素子を提供する。 【構成】 リッジ型半導体レーザ素子においてレーザ動
作時に基本横モードを発振させるために、厚さ（ｄ）＝
０．２５〜０．５０μｍの上部クラッド層１５が活性層
１３の上部に残されており、底部幅（Ｗ）＝２．０〜
３．５μｍのリブ型クラッド層１６が活性層１３の発光
領域と対応して上部クラッド層１５の上面より突出して
いる。 【効果】 ｄおよびＷが上記の範囲内にあるので、安定
した横モードを得ることができる。
レーザ素子を提供する。 【構成】 リッジ型半導体レーザ素子においてレーザ動
作時に基本横モードを発振させるために、厚さ（ｄ）＝
０．２５〜０．５０μｍの上部クラッド層１５が活性層
１３の上部に残されており、底部幅（Ｗ）＝２．０〜
３．５μｍのリブ型クラッド層１６が活性層１３の発光
領域と対応して上部クラッド層１５の上面より突出して
いる。 【効果】 ｄおよびＷが上記の範囲内にあるので、安定
した横モードを得ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信、光増幅、光計
測などの光技術分野において、波長０．９〜１．１μｍ
帯の光源として用いることのできる半導体レーザ素子に
関する。
測などの光技術分野において、波長０．９〜１．１μｍ
帯の光源として用いることのできる半導体レーザ素子に
関する。
【０００２】
【従来の技術】波長０．９〜１．１μｍ帯の光源として
期待されている半導体レーザ素子の一つに、ＧａＡｓ半
導体基板上の活性層がＩｎＧａＡｓ歪量子井戸層からな
るものがある。この半導体レーザ素子の場合、希土類イ
オンがドープされた光増幅ファイバの励起光源として実
用化が進められているほか、非線型光学素子と組み合わ
される０．４５〜０．５５μｍ帯の短波長光源としても
実用化が進められている。これらのうち、最も実用化が
近いとされているのは、エルビウムイオンをドープされ
た光増幅ファイバ（波長１．５μｍ帯）用の励起光源
（波長０．９８μｍ帯）である。
期待されている半導体レーザ素子の一つに、ＧａＡｓ半
導体基板上の活性層がＩｎＧａＡｓ歪量子井戸層からな
るものがある。この半導体レーザ素子の場合、希土類イ
オンがドープされた光増幅ファイバの励起光源として実
用化が進められているほか、非線型光学素子と組み合わ
される０．４５〜０．５５μｍ帯の短波長光源としても
実用化が進められている。これらのうち、最も実用化が
近いとされているのは、エルビウムイオンをドープされ
た光増幅ファイバ（波長１．５μｍ帯）用の励起光源
（波長０．９８μｍ帯）である。
【０００３】上述した半導体レーザ素子と光ファイバの
ような小口径の光導波路とは、半導体レーザ素子から出
射した数十ミリワットの高出力を光導波路に入射させる
ために、これらが光学的に結合される。この場合の半導
体レーザ素子は、安定した単峰性の出射ビームすなわち
基本横モードを発振するものでなければならない。基本
横モード発振させるためのレーザ構造としては、種々の
ものがすでに提案されており、ＩｎＧａＡｓ歪量子井戸
型の半導体レーザ素子においては、リッジ型レーザ構造
がよく用いられる。上記においてリッジ型レーザ構造が
多用される理由は、歪の入った活性層を露出させたり、
露出した活性層を他の半導体層で埋めこむ必要がなく、
既述の用途に適しているからである。
ような小口径の光導波路とは、半導体レーザ素子から出
射した数十ミリワットの高出力を光導波路に入射させる
ために、これらが光学的に結合される。この場合の半導
体レーザ素子は、安定した単峰性の出射ビームすなわち
基本横モードを発振するものでなければならない。基本
横モード発振させるためのレーザ構造としては、種々の
ものがすでに提案されており、ＩｎＧａＡｓ歪量子井戸
型の半導体レーザ素子においては、リッジ型レーザ構造
がよく用いられる。上記においてリッジ型レーザ構造が
多用される理由は、歪の入った活性層を露出させたり、
露出した活性層を他の半導体層で埋めこむ必要がなく、
既述の用途に適しているからである。
【０００４】最近、ＩｎＧａＡｓ歪量子井戸型の半導体
レーザ素子において、ＡｌＧａＡｓクラッド層に代え、
ＩｎＧａＰクラッド層を用いた報告例が多くみられる。
この半導体レーザ素子においてＩｎＧａＰクラッド層を
用いた場合の利点は、下記の文献１〜４に詳しく記載さ
れており、このようなクラッド層をもつ半導体レーザ素
子も、特開平３−２２２４８８号公報に開示されてい
る。 文献１：J. P. Wittkc and I. Ladany, J. Appl. phy
s., 48(1977)3122. 文献２：J. Buns, IEEE J-QE QE-19(1983)953. 文献３：T. Ohtoshi et al., Solid-State Electron.,
30(1987)627. 文献４：R. Lang, IEEE J-QE QE-15(1979)718-726. これらの文献から明らかなように、ＩｎＧａＰクラッド
層をもつＩｎＧａＡｓ歪量子井戸型半導体レーザ素子の
場合は、ＩｎＧａＰとＩｎＧａＡｓとをきわめて高い選
択比でウエットエッチングすることができる。したがっ
て、かかるレーザ素子をつくるとき、ＩｎＧａＰクラッ
ド層の一部に極薄膜のＧａＡｓ層を挿入しておき、その
上部のＩｎＧａＰクラッド層を選択的にエッチングする
ことにより、高精度のリッジ型レーザ構造が得られる。
レーザ素子において、ＡｌＧａＡｓクラッド層に代え、
ＩｎＧａＰクラッド層を用いた報告例が多くみられる。
この半導体レーザ素子においてＩｎＧａＰクラッド層を
用いた場合の利点は、下記の文献１〜４に詳しく記載さ
れており、このようなクラッド層をもつ半導体レーザ素
子も、特開平３−２２２４８８号公報に開示されてい
る。 文献１：J. P. Wittkc and I. Ladany, J. Appl. phy
s., 48(1977)3122. 文献２：J. Buns, IEEE J-QE QE-19(1983)953. 文献３：T. Ohtoshi et al., Solid-State Electron.,
30(1987)627. 文献４：R. Lang, IEEE J-QE QE-15(1979)718-726. これらの文献から明らかなように、ＩｎＧａＰクラッド
層をもつＩｎＧａＡｓ歪量子井戸型半導体レーザ素子の
場合は、ＩｎＧａＰとＩｎＧａＡｓとをきわめて高い選
択比でウエットエッチングすることができる。したがっ
て、かかるレーザ素子をつくるとき、ＩｎＧａＰクラッ
ド層の一部に極薄膜のＧａＡｓ層を挿入しておき、その
上部のＩｎＧａＰクラッド層を選択的にエッチングする
ことにより、高精度のリッジ型レーザ構造が得られる。
【０００５】図１は上記に基づいて作製された半導体レ
ーザ素子の一例を示している。かかる半導体レーザ素子
の場合は、ｎ−ＧａＡｓ半導体基板１１上において、ｎ
−ＩｎＧａＰ下部クラッド層１２と、ＩｎＧａＡｓ歪量
子井戸層からなる活性層１３と、ＧａＡｓエッチングス
トップ層１４と、ｐ−ＩｎＧａＰ上部クラッド層１５
と、リッジ用のｐ−ＩｎＧａＰリブ型クラッド層１６
と、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１７と、ポリイミド樹脂
クラッド層１８ａ、１８ｂとが順次形成されたものであ
る。上記において、金属導体製のｐ電極１９はコンタク
ト層１７から樹脂クラッド層１８ａ、１８ｂにわたる上
面に設けられており、金属導体製のｎ電極２０は半導体
基板１１の下面に設けられている。
ーザ素子の一例を示している。かかる半導体レーザ素子
の場合は、ｎ−ＧａＡｓ半導体基板１１上において、ｎ
−ＩｎＧａＰ下部クラッド層１２と、ＩｎＧａＡｓ歪量
子井戸層からなる活性層１３と、ＧａＡｓエッチングス
トップ層１４と、ｐ−ＩｎＧａＰ上部クラッド層１５
と、リッジ用のｐ−ＩｎＧａＰリブ型クラッド層１６
と、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１７と、ポリイミド樹脂
クラッド層１８ａ、１８ｂとが順次形成されたものであ
る。上記において、金属導体製のｐ電極１９はコンタク
ト層１７から樹脂クラッド層１８ａ、１８ｂにわたる上
面に設けられており、金属導体製のｎ電極２０は半導体
基板１１の下面に設けられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図１に例示された半導
体レーザ素子の場合、その発光領域ＬZ から出射される
ビームの水平横モード（ＦＦＰ‖）、垂直横モード（Ｆ
ＦＰ⊥）が図３のような分布を呈する。このような半導
体レーザ素子において単峰性の出射ビームを得ようとす
るときは、リッジたるリブ型クラッド層１６の底部幅Ｗ
を小さくするのが有効であるとされている。ちなみに、
Ｗ＝３μｍの場合は図６（ａ）のごとく基本横モード発
振するが、Ｗ＝６μｍの場合は、図６（ｂ）のごとく高
次モードが発生するために、これと小口径光導波路とを
集光レンズにより結合するのが困難になる。単峰性の横
モードを得るためのＷの値（Ｗｃ）が水平方向の屈折率
分布により変化することは、この種の技術分野で知られ
ており、リッジとその他部との実効屈折率差が１％以下
であるリッジ型レーザ構造の場合は、Ｗ＜４μｍにおい
て単峰性横モードが得られる。しかし、リッジ型レーザ
構造において、レーザ構成材料の発振波長に対応する屈
折率を用いてＷｃの値を計算することは、これが可能で
あるとしても実際的には容易でなく、その計算値の妥当
性も問題になる。
体レーザ素子の場合、その発光領域ＬZ から出射される
ビームの水平横モード（ＦＦＰ‖）、垂直横モード（Ｆ
ＦＰ⊥）が図３のような分布を呈する。このような半導
体レーザ素子において単峰性の出射ビームを得ようとす
るときは、リッジたるリブ型クラッド層１６の底部幅Ｗ
を小さくするのが有効であるとされている。ちなみに、
Ｗ＝３μｍの場合は図６（ａ）のごとく基本横モード発
振するが、Ｗ＝６μｍの場合は、図６（ｂ）のごとく高
次モードが発生するために、これと小口径光導波路とを
集光レンズにより結合するのが困難になる。単峰性の横
モードを得るためのＷの値（Ｗｃ）が水平方向の屈折率
分布により変化することは、この種の技術分野で知られ
ており、リッジとその他部との実効屈折率差が１％以下
であるリッジ型レーザ構造の場合は、Ｗ＜４μｍにおい
て単峰性横モードが得られる。しかし、リッジ型レーザ
構造において、レーザ構成材料の発振波長に対応する屈
折率を用いてＷｃの値を計算することは、これが可能で
あるとしても実際的には容易でなく、その計算値の妥当
性も問題になる。
【０００７】さらに、図１のごとき半導体レーザ素子に
おいては、閾値電流を注入した直後に単峰性のビームが
得られたとしても、その後の注入電流が増すことにより
水平横モードが変化する。これは本発明者らの実験にお
いて判明した事象であり、この際の実験では、図１の半
導体レーザ素子として、つぎのような仕様のものが用い
られた。ｐ−ＩｎＧａＰ上部クラッド層１５は、これの
厚さｄが０．２μｍをわずかに下回り、ｐ−ＩｎＧａＰ
リブ型クラッド層１６は、これの底部幅Ｗが３．５μｍ
となっている。共振器長は１０００μｍであり、後部共
振器ミラーとして反射率９５％のコーティング反射膜が
用いられ、前部共振器ミラーとして反射率１０％のコー
ティング反射膜が用いられた。
おいては、閾値電流を注入した直後に単峰性のビームが
得られたとしても、その後の注入電流が増すことにより
水平横モードが変化する。これは本発明者らの実験にお
いて判明した事象であり、この際の実験では、図１の半
導体レーザ素子として、つぎのような仕様のものが用い
られた。ｐ−ＩｎＧａＰ上部クラッド層１５は、これの
厚さｄが０．２μｍをわずかに下回り、ｐ−ＩｎＧａＰ
リブ型クラッド層１６は、これの底部幅Ｗが３．５μｍ
となっている。共振器長は１０００μｍであり、後部共
振器ミラーとして反射率９５％のコーティング反射膜が
用いられ、前部共振器ミラーとして反射率１０％のコー
ティング反射膜が用いられた。
【０００８】図８（ａ）、図８（ｂ）は上記実験例にお
ける半導体レーザ素子の水平横モード（ＦＦＰ‖）、垂
直横モード（ＦＦＰ⊥）について、これらの電流依存特
性を示したものである。かかる半導体レーザ素子の場
合、出射ビームの単峰性を保持しながらも、注入電流１
１０〜１４０ｍＡ間において、ビームの中心が図８
（ａ）のように約５度変化している。図７は上記実験例
における半導体レーザ素子の光出力−電流（Ｉ−Ｌ）特
性図である。図７において、実線はフリースペースでの
Ｉ−Ｌを示し、点線は、当該半導体レーザ素子と光導波
路（コア直径８μｍφの光ファイバ）とが水平および垂
直の２レンズ系を介して結合された場合の光ファイバ端
の出力を示している。図８を参照して明らかなように、
上記実験例の半導体レーザ素子は、フリースペースでも
水平横モードの変化にともなってキンクがあらわれ、し
かも、光ファイバ端の出力までが水平横モードの変化後
に大きく低下している。これはレンズ集光した像が水平
横モードの変化に起因して動き、半導体レーザ素子と光
導波路との結合効率が低下したからである。ゆえに、こ
の種の半導体レーザ素子として、閾値電流の注入直後は
もちろんのこと、その後に注入電流を増した場合でも水
平横モードの単峰性を保持することができ、かつ、ビー
ム中心の動かないものが要求される。
ける半導体レーザ素子の水平横モード（ＦＦＰ‖）、垂
直横モード（ＦＦＰ⊥）について、これらの電流依存特
性を示したものである。かかる半導体レーザ素子の場
合、出射ビームの単峰性を保持しながらも、注入電流１
１０〜１４０ｍＡ間において、ビームの中心が図８
（ａ）のように約５度変化している。図７は上記実験例
における半導体レーザ素子の光出力−電流（Ｉ−Ｌ）特
性図である。図７において、実線はフリースペースでの
Ｉ−Ｌを示し、点線は、当該半導体レーザ素子と光導波
路（コア直径８μｍφの光ファイバ）とが水平および垂
直の２レンズ系を介して結合された場合の光ファイバ端
の出力を示している。図８を参照して明らかなように、
上記実験例の半導体レーザ素子は、フリースペースでも
水平横モードの変化にともなってキンクがあらわれ、し
かも、光ファイバ端の出力までが水平横モードの変化後
に大きく低下している。これはレンズ集光した像が水平
横モードの変化に起因して動き、半導体レーザ素子と光
導波路との結合効率が低下したからである。ゆえに、こ
の種の半導体レーザ素子として、閾値電流の注入直後は
もちろんのこと、その後に注入電流を増した場合でも水
平横モードの単峰性を保持することができ、かつ、ビー
ム中心の動かないものが要求される。
【０００９】［発明の目的］本発明はこのような技術的
課題に鑑み、安定した横モードを得ることのできる半導
体レーザ素子を提供しようとするものである。
課題に鑑み、安定した横モードを得ることのできる半導
体レーザ素子を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板の
上に下部クラッド層と上部クラッド層とで覆われた活性
層を備えた半導体レーザ素子において、レーザ動作時に
基本横モードを発振させるために、厚さ０．２５〜０．
５０μｍの上部クラッド層が活性層の上部に残されてい
るとともに、底部幅２．０〜３．５μｍのリブ型クラッ
ド層が活性層の発光領域と対応して上部クラッド層の上
面より突出していることを特徴として、所期の目的を達
成する。
上に下部クラッド層と上部クラッド層とで覆われた活性
層を備えた半導体レーザ素子において、レーザ動作時に
基本横モードを発振させるために、厚さ０．２５〜０．
５０μｍの上部クラッド層が活性層の上部に残されてい
るとともに、底部幅２．０〜３．５μｍのリブ型クラッ
ド層が活性層の発光領域と対応して上部クラッド層の上
面より突出していることを特徴として、所期の目的を達
成する。
【００１１】上記における一例として、半導体基板はＧ
ａＡｓからなり、下部クラッド層と上部クラッド層とリ
ブ型クラッド層は、それぞれＩｎＧａＰからなる。上記
における一例として、活性層はＩｎＧａＡｓ歪量子井戸
層からなる。この場合の活性層は、ＳＣＨ構造、ＧＲＩ
Ｎ−ＳＣＨ構造のいずれか、および／または、ＱＷ構
造、ＭＱＷ構造のいずれかを含んでいることがある。
ａＡｓからなり、下部クラッド層と上部クラッド層とリ
ブ型クラッド層は、それぞれＩｎＧａＰからなる。上記
における一例として、活性層はＩｎＧａＡｓ歪量子井戸
層からなる。この場合の活性層は、ＳＣＨ構造、ＧＲＩ
Ｎ−ＳＣＨ構造のいずれか、および／または、ＱＷ構
造、ＭＱＷ構造のいずれかを含んでいることがある。
【００１２】
【作用】周知のとおり、リッジ型レーザ構造をもつ半導
体レーザ素子においては、注入電流の増加にともなって
光出力が増大するときに、活性層内のキャリアが消費さ
れるが、これに際して、フーリエ変化である水平横モー
ドが変化する。これの原因としては、光密度の高いメサ
中央部において特にキャリアが減少しやすく、その両側
での利得が高くなるためにホールバーニングが生じるこ
と、および、このような利得分布の変化にともない、高
次モードが励起されて光密度分布が変化することが考え
られる。
体レーザ素子においては、注入電流の増加にともなって
光出力が増大するときに、活性層内のキャリアが消費さ
れるが、これに際して、フーリエ変化である水平横モー
ドが変化する。これの原因としては、光密度の高いメサ
中央部において特にキャリアが減少しやすく、その両側
での利得が高くなるためにホールバーニングが生じるこ
と、および、このような利得分布の変化にともない、高
次モードが励起されて光密度分布が変化することが考え
られる。
【００１３】本発明に係る半導体レーザ素子は、厚さ
０．２５〜０．５０μｍの上部クラッド層が活性層の上
部に残されており、底部幅２．０〜３．５μｍのリブ型
クラッド層が活性層の発光領域と対応して上部クラッド
層の上面より突出している。
０．２５〜０．５０μｍの上部クラッド層が活性層の上
部に残されており、底部幅２．０〜３．５μｍのリブ型
クラッド層が活性層の発光領域と対応して上部クラッド
層の上面より突出している。
【００１４】上部クラッド層の厚さが０．２５〜０．５
０μｍの場合、これが水平方向の実効屈折率差を減少さ
せることとなり、高次モードがカットオフされやすくな
るので、光密度が減少し、ホールバーニングも起こりが
たくなる。
０μｍの場合、これが水平方向の実効屈折率差を減少さ
せることとなり、高次モードがカットオフされやすくな
るので、光密度が減少し、ホールバーニングも起こりが
たくなる。
【００１５】リブ型クラッド層の底部幅が２．０〜３．
５μｍの場合、高次モードがカットオフになるだけでな
く、キャリアの消費に対して拡散によるキャリアの注入
が追従するために、ホールバーニングが起こりがたくな
る。したがって、本発明に係る半導体レーザ素子の場合
は、水平横モードが変化せず、安定した横モードを得る
ことができる。
５μｍの場合、高次モードがカットオフになるだけでな
く、キャリアの消費に対して拡散によるキャリアの注入
が追従するために、ホールバーニングが起こりがたくな
る。したがって、本発明に係る半導体レーザ素子の場合
は、水平横モードが変化せず、安定した横モードを得る
ことができる。
【００１６】
【実施例】本発明に係る半導体レーザ素子の基本的な構
成は、図１に例示されたものと同様である。すなわち、
本発明に係る半導体レーザ素子は、ｎ−ＧａＡｓ半導体
基板１１上において、ｎ−ＩｎＧａＰ下部クラッド層１
２と、ＩｎＧａＡｓ歪量子井戸層からなる活性層１３
と、ＧａＡｓエッチングストップ層１４と、ｐ−ＩｎＧ
ａＰ上部クラッド層１５と、ｐ−ＩｎＧａＰリブ型クラ
ッド層１６と、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１７と、ポリ
イミド樹脂クラッド層１８ａ、１８ｂとが順次形成され
てたものであり、かつ、コンタクト層１７から樹脂クラ
ッド層１８ａ、１８ｂにわたる上面には金属導体製のｐ
電極１９が設けられ、半導体基板１１の下面には金属導
体製のｎ電極２０が設けられている。上記における活性
層１３は、図２を参照して明らかなように、ＩｎＧａＰ
からなるＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造１３ａ、１３ｂを含んで
いる。
成は、図１に例示されたものと同様である。すなわち、
本発明に係る半導体レーザ素子は、ｎ−ＧａＡｓ半導体
基板１１上において、ｎ−ＩｎＧａＰ下部クラッド層１
２と、ＩｎＧａＡｓ歪量子井戸層からなる活性層１３
と、ＧａＡｓエッチングストップ層１４と、ｐ−ＩｎＧ
ａＰ上部クラッド層１５と、ｐ−ＩｎＧａＰリブ型クラ
ッド層１６と、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１７と、ポリ
イミド樹脂クラッド層１８ａ、１８ｂとが順次形成され
てたものであり、かつ、コンタクト層１７から樹脂クラ
ッド層１８ａ、１８ｂにわたる上面には金属導体製のｐ
電極１９が設けられ、半導体基板１１の下面には金属導
体製のｎ電極２０が設けられている。上記における活性
層１３は、図２を参照して明らかなように、ＩｎＧａＰ
からなるＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造１３ａ、１３ｂを含んで
いる。
【００１７】本発明に係る半導体レーザ素子は、既述の
とおり、上部クラッド層１５の厚さｄが０．２５〜０．
５０μｍの範囲内にあり、リブ型クラッド層１６の底部
幅Ｗが２．０〜３．５μｍの範囲内にある。ちなみに、
ｄ＝０．３μｍ、Ｗ＝２．７μｍである半導体レーザ素
子の水平横モードについて、これの電流依存特性を示す
と図４のようになる。ｄ＝０．３μｍ、Ｗ＝２．７μｍ
の半導体レーザ素子は、図４を参照して明らかなよう
に、これのビームが単峰性を保持しており、ビームの中
心も変動していない。
とおり、上部クラッド層１５の厚さｄが０．２５〜０．
５０μｍの範囲内にあり、リブ型クラッド層１６の底部
幅Ｗが２．０〜３．５μｍの範囲内にある。ちなみに、
ｄ＝０．３μｍ、Ｗ＝２．７μｍである半導体レーザ素
子の水平横モードについて、これの電流依存特性を示す
と図４のようになる。ｄ＝０．３μｍ、Ｗ＝２．７μｍ
の半導体レーザ素子は、図４を参照して明らかなよう
に、これのビームが単峰性を保持しており、ビームの中
心も変動していない。
【００１８】つぎに、本発明に係る半導体レーザ素子の
有効性を確認するための実験例について説明する。下記
の表は、図１のごとき半導体レーザ素子として、ｄとＷ
とをパラメータにして種々のものをつくり、それぞれ評
価素子数５０以上においてビームの安定した半導体レー
ザ素子が得られる確率、より具体的には、注入電流２０
０ｍＡまでにおいてビーム中心に変動のない素子が得ら
れる確率を示したものである。
有効性を確認するための実験例について説明する。下記
の表は、図１のごとき半導体レーザ素子として、ｄとＷ
とをパラメータにして種々のものをつくり、それぞれ評
価素子数５０以上においてビームの安定した半導体レー
ザ素子が得られる確率、より具体的には、注入電流２０
０ｍＡまでにおいてビーム中心に変動のない素子が得ら
れる確率を示したものである。
【００１９】 Ｗ＼ｄ 0.10μｍ 0.15μｍ 0.20μｍ 0.25μｍ 0.30μｍ 2.0μｍ 0.05 0.05 0.20 0.80 0.75 2.5μｍ 〜 0 〜 0 0.05 0.80 0.80 3.0μｍ 〜 0 〜 0 〜 0 0.50 0.60 3.5μｍ −− −− 〜 0 0.30 0.40 4.0μｍ −− −− −− 0.10 0.10
【００２０】上記の表を参照して明らかなように、ｄ＞
０．２５μｍ、Ｗ≦３．５μｍを満足させる半導体レー
ザ素子の場合は、高い確率で安定した横モードを得るこ
とができる。
０．２５μｍ、Ｗ≦３．５μｍを満足させる半導体レー
ザ素子の場合は、高い確率で安定した横モードを得るこ
とができる。
【００２１】本発明に係る半導体レーザ素子は、エピタ
キシャル成長法のごとき結晶成長技術、メサ形成のため
の選択エッチング工程を含むフォトリソグラフィ技術な
どを利用して作製することができる。この場合、結晶成
長の膜厚制御レベル（±３％程度）でｄを制御すること
ができ、かつ、フォトマスクの制度レベル（±０．１μ
ｍ程度）でＷを制御することができるために、前記表に
示すデータの信頼性は高い。
キシャル成長法のごとき結晶成長技術、メサ形成のため
の選択エッチング工程を含むフォトリソグラフィ技術な
どを利用して作製することができる。この場合、結晶成
長の膜厚制御レベル（±３％程度）でｄを制御すること
ができ、かつ、フォトマスクの制度レベル（±０．１μ
ｍ程度）でＷを制御することができるために、前記表に
示すデータの信頼性は高い。
【００２２】図５は本発明に係る半導体レーザ素子のＩ
−Ｌ特性図であり、実線はフリースペースでのＩ−Ｌを
示し、点線は、前記図７で述べたと同様、光ファイバ端
の出力を示している。図５を参照して明らかなように、
本発明に係る半導体レーザ素子は、フリースペース、光
ファイバ端とも、キンクがあらわれておらず、半導体レ
ーザ素子と光ファイバとの高結合状態が得られている。
−Ｌ特性図であり、実線はフリースペースでのＩ−Ｌを
示し、点線は、前記図７で述べたと同様、光ファイバ端
の出力を示している。図５を参照して明らかなように、
本発明に係る半導体レーザ素子は、フリースペース、光
ファイバ端とも、キンクがあらわれておらず、半導体レ
ーザ素子と光ファイバとの高結合状態が得られている。
【００２３】本発明に係る半導体レーザ素子は、図１に
例示されたものに限定されない。たとえば、活性層がＳ
ＣＨ構造、ＭＱＷ構造を含む半導体レーザ素子でも、本
発明の技術は有効である。その他、本発明半導体レーザ
素子におけるクラッド層１８ａ、１８ｂは、絶縁体（誘
電体）でＩｎＧａＰよりも屈折率が小さいものであれ
ば、ポリイミド樹脂以外のものも採用することができ
る。これの具体例として、ＳｉＯ2 、ＳｉＮx 、Ａｌ2
Ｏ3 、合成樹脂一般、さらに、ＡｌＩｎＧａＰのごとき
化合物半導体をあげることができる。
例示されたものに限定されない。たとえば、活性層がＳ
ＣＨ構造、ＭＱＷ構造を含む半導体レーザ素子でも、本
発明の技術は有効である。その他、本発明半導体レーザ
素子におけるクラッド層１８ａ、１８ｂは、絶縁体（誘
電体）でＩｎＧａＰよりも屈折率が小さいものであれ
ば、ポリイミド樹脂以外のものも採用することができ
る。これの具体例として、ＳｉＯ2 、ＳｉＮx 、Ａｌ2
Ｏ3 、合成樹脂一般、さらに、ＡｌＩｎＧａＰのごとき
化合物半導体をあげることができる。
【００２４】
【発明の効果】本発明は、リッジ型半導体レーザ素子に
おいてレーザ動作時に基本横モードを発振させるため
に、厚さ０．２５〜０．５０μｍの上部クラッド層が活
性層の上部に残されているとともに、底部幅２．０〜
３．５μｍのリブ型クラッド層が活性層の発光領域と対
応して上部クラッド層の上面より突出しているから、安
定した横モードを得ることができる。
おいてレーザ動作時に基本横モードを発振させるため
に、厚さ０．２５〜０．５０μｍの上部クラッド層が活
性層の上部に残されているとともに、底部幅２．０〜
３．５μｍのリブ型クラッド層が活性層の発光領域と対
応して上部クラッド層の上面より突出しているから、安
定した横モードを得ることができる。
【図１】本発明半導体レーザ素子の一実施例を示した断
面図である。
面図である。
【図２】本発明半導体レーザ素子における活性層のＧＲ
ＩＮ−ＳＣＨ構造を、これのバンドギャップエネルギ、
膜厚と共に略示した図である。
ＩＮ−ＳＣＨ構造を、これのバンドギャップエネルギ、
膜厚と共に略示した図である。
【図３】本発明半導体レーザ素子におけるレーザビーム
の横モード分布図である。
の横モード分布図である。
【図４】本発明半導体レーザ素子における水平横モード
の電流依存特性図である。
の電流依存特性図である。
【図５】本発明半導体レーザ素子の光出力−電流特性図
である。
である。
【図６】Ｗ＝３μｍ、Ｗ＝６μｍの各半導体レーザ素子
について、閾値電流注入直後の水平横モードを示した図
である。
について、閾値電流注入直後の水平横モードを示した図
である。
【図７】既存の半導体レーザ素子における光出力−電流
特性図である。
特性図である。
【図８】既存の半導体レーザ素子における水平横モー
ド、垂直横モードについて、これらの電流依存特性を示
した図である。
ド、垂直横モードについて、これらの電流依存特性を示
した図である。
【符号の説明】 １１ 半導体基板 １２ 下部クラッド層 １３ 活性層 １４ エッチングストップ層 １５ 上部クラッド層 １６ リブ型クラッド層 １７ コンタクト層 １８ａ 樹脂クラッド層 １８ｂ 樹脂クラッド層 １９ ｐ電極 ２０ ｎ電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ランジット エス マンド アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95060サンタクララ ラファイエットスト リート900 スイート401 ザフルカワエレ クトリックテクノロジーインコーポレイテ ッド内 (72)発明者 ジミー スー カナダ エル６ジェイ７ピー１ オンタリ オ州 オークビル ビーチナットロード 1073
Claims (8)
- 【請求項１】 半導体基板の上に下部クラッド層と上部
クラッド層とで覆われた活性層を備えた半導体レーザ素
子において、レーザ動作時に基本横モードを発振させる
ために、厚さ０．２５〜０．５０μｍの上部クラッド層
が活性層の上部に残されているとともに、底部幅２．０
〜３．５μｍのリブ型クラッド層が活性層の発光領域と
対応して上部クラッド層の上面より突出していることを
特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 半導体基板がＧａＡｓからなる請求項１
記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項３】 下部クラッド層、上部クラッド層、およ
び、リブ型クラッド層がそれぞれＩｎＧａＰからなる請
求項１記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項４】 活性層がＩｎＧａＡｓ歪量子井戸層から
なる請求項１記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項５】 活性層がＳＣＨ構造を含んでいる請求項
１記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項６】 活性層がＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造を含んで
いる請求項１記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項７】 活性層がＱＷ構造を含んでいる請求項１
記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項８】 活性層がＭＱＷ構造を含んでいる請求項
１記載の半導体レーザ素子。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/091,719 US5394424A (en) | 1993-07-14 | 1993-07-14 | Semiconductor laser device |
| US08/091719 | 1993-07-14 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0730199A true JPH0730199A (ja) | 1995-01-31 |
Family
ID=22229326
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5348149A Pending JPH0730199A (ja) | 1993-07-14 | 1993-12-25 | 半導体レーザ素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5394424A (ja) |
| JP (1) | JPH0730199A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10112566A (ja) * | 1996-10-07 | 1998-04-28 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体レーザ |
| US6560260B1 (en) | 1998-11-30 | 2003-05-06 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Ridge waveguide semiconductor laser diode |
| US6618417B2 (en) | 1998-11-30 | 2003-09-09 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Ridge waveguide semiconductor laser diode |
| US7072373B2 (en) | 1998-11-30 | 2006-07-04 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Ridge waveguide semiconductor laser diode |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09246654A (ja) * | 1996-03-01 | 1997-09-19 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置 |
| US6731663B1 (en) | 2000-03-28 | 2004-05-04 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Ridge waveguide type semiconductor laser device |
| JP2002083999A (ja) * | 2000-06-21 | 2002-03-22 | Sharp Corp | 半導体発光素子 |
-
1993
- 1993-07-14 US US08/091,719 patent/US5394424A/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-12-25 JP JP5348149A patent/JPH0730199A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10112566A (ja) * | 1996-10-07 | 1998-04-28 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体レーザ |
| US6560260B1 (en) | 1998-11-30 | 2003-05-06 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Ridge waveguide semiconductor laser diode |
| US6618417B2 (en) | 1998-11-30 | 2003-09-09 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Ridge waveguide semiconductor laser diode |
| US7072373B2 (en) | 1998-11-30 | 2006-07-04 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Ridge waveguide semiconductor laser diode |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5394424A (en) | 1995-02-28 |
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