JPS601881A - 半導体レ−ザ素子 - Google Patents

半導体レ−ザ素子

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JPS601881A
JPS601881A JP10984483A JP10984483A JPS601881A JP S601881 A JPS601881 A JP S601881A JP 10984483 A JP10984483 A JP 10984483A JP 10984483 A JP10984483 A JP 10984483A JP S601881 A JPS601881 A JP S601881A
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JP
Japan
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layer
current
semiconductor laser
window
electrode
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Pending
Application number
JP10984483A
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English (en)
Inventor
Saburo Yamamoto
三郎 山本
Hiroshi Hayashi
寛 林
Shinji Kaneiwa
進治 兼岩
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
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Publication of JPS601881A publication Critical patent/JPS601881A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/50Amplifier structures not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/062Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
    • H01S5/0625Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in multi-section lasers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/16Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0265Intensity modulators

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

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】 く技術分野〉 本発明はレーザ光の吸収の少ない窓領域を有する半導体
レーザ素子の構造に関するものである。
〈従来技術〉 半導体レーサ素子の動作寿命を制限する要因の1つとし
て、レーザ光出射面となるファブリ・ベロー共振器端面
の劣化があることはよく知られている。また、半導体レ
ーザ素子は一般に高出力動作させるとこの共振器端面が
破壊され易くなり、レーザ動作が不可能な事態を招くと
いった問題点を有している。このときの端面破壊出力P
maxは従来の半導体レーザ素子ではおおよそIQ’W
/C112程度であった。
レーザ光を安定に高出力発振させるためには、レーザ光
出射端面の劣化を抑制するとともにPmaXを増大させ
ることが必要である。この観点に立って、レーザ光出射
端面でのレーザ光の吸収を少なくして端面劣化を防止す
るとともにPmaXを有効に増加せしめた端面窓形半導
体し−サ素子として例えばAppl、Phys、Let
t、15May 1979P637に記載されたWSレ
ーザ素子や端面近傍を活性層よりもバンドギャップの広
い物質で埋め込んだ構造の半導体レーザ素子が開発され
、動作特性の向上が確かめられている。しかしながら、
これらの窓形半導体レーザ素子は、その窓領域において
接合に平行な方向に光導波路か形成されていない。従っ
て、窓領域ではレーザ光か拡がって伝播するため、共振
器反射面で反射してレーザ発振領域に戻る光の量が少な
くなり、発振の効率が低下して発振閾値電流が高くなる
といった欠点を有する。また、レーザビームの焦点(ビ
ームウェスト)は、接合に平行な方向ではレーザ発振領
域端に存在し、接合に垂直な方向では共振器端面に存在
する、この非点収差はレンズ等により光学的結合を行な
う−して非常に不都合なものとなる。
〈発明の目的〉 本発明は上述した従来の窓形半導体レーザ素子の有する
欠点を克服したものであり、発振閾値電流が低く光学系
への結合に適する構造を有する新規有用な半導体レーザ
素子を提供することを目的とする。
〈構成及び効果〉 本発明は、接合に平行な方向にストライプ状の屈折率導
波路を有する半導体レーザ素子の共振器端面近傍に共振
器内部よりも多くの電流を流すこ電子の数を多くしかつ
その吸収端波長を共振器内部で発生するレーザ光の波長
よりも大きくするように窓形半導体レーザ素子を構成し
ている。電子の蓄積による吸収端波長の高エネルギー側
への移動はバンドフィリング効果あるいはバースタイン
効果と呼ばれている。共振器端面近傍と共振器中央部と
は別個に設けられた電極を介して通電されまた共振器端
面近傍に流れる電流を制御することにより閾値電流を変
化させてスイッチンク動作を行なうように構成すること
ができる。
以上の如く窓形半導体レーザ素子に技術的改良を伺与す
ることにより、閾値電流を上けることなく高出力動作を
得ることが可能となり、また光学系に対しても結合が容
易な半導体レーザ素子が得られる。
〈実施例〉 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
成斜視図である。第2図(A I LB +は第1図に
示す半導体レーザ素子の共振方向断面図及び共振方向に
垂直方向の端面図である。
P −G a A s基板1上にn−GaAs電流阻止
層2を0,8μmの厚さに液相エピタキシャル成長させ
た後、幅4μmで深さ1.2μmのV字形断面を有する
溝10をエツチングにより形成し、溝lO内の上記電流
阻止層2が除去された領域で電流通路を形成する。次に
、再度液晶エピタキシャル成長法てp−AjByGal
−yAsクラ・ノド層3、p(またはn ) −Aノx
Ga1−)(As活性層4、n−AiyGal−yAs
クラッド層5、n −G a A sキャラプ層6を順
次積層成長させ、ダブルへテロ接合型のレーザ動作用多
層結晶構造を形成する。
尚、本実施例ではx=0.15 、 y=0.43とし
た。
また、溝10以外の部分での厚さはp−クラ・ノド層3
が0.2μm、活性層4が0.1pm、n−クラッド層
5が1.0μm1キヤツプ層6か2.0μmとなるよう
に設定した1、キャップ層61にはn側電極7としてA
 u −G e−N iを、またGaAs基板1の裏面
にはn側電極8としてA u −Z nを蒸着形成する
。次に、対向する両端面近くでかつ溝lOのストライプ
方向と直交する方向にn側電極7からn−クラッド層5
1こ達する溝幅の細い2木のメサエッチ溝9,9′を形
成する。各メサエッチ溝9.9′と端面間の距離Lwは
約25μm程度、メサエッチ溝9,9′間の距離Laは
約200μm程度に設定する。これによってLwに対応
する活性層4領域は機能−L窓領域となって分離され、
両端面位置の窓領域で挾まれた内部のL aに対応する
活性層4領域が実質的な活性領域となる。活性領域でレ
ーザ発振動作を行なうためには活性領域の長さLaはl
、a > 2 L wとなるように条件設定することが
必要である。
直流電源Eより上記半導体レーザ素子+(二流す電流を
可変抵抗RLによって制御し、更に窓領域に流す電流1
wと活性領域に流す電流1aの比率を可変抵抗Rw及び
Raで調整する。n側電極7(4メサエッチ溝9,9′
によって活性領域直上に位置する中央電極12と窓領域
直−Lに位置する端電極13に分割されており、1wは
n側電極8と端電極13、Iaはn側電極8と中央電極
12を介してそれぞれ素子内へ注入される。
I a ) I wの場合には、窓領域の活性層4は活
性領域の活性層4て発生するレーザ光に対して吸収作用
を有し、レーザ発振がなされないかあるいはレーザ発振
の閾値電流1thが上昇して消費電力が増加した( I
 th>40mA)。Ia=Iwの場合には、メサエッ
チ溝9,9′を設けない場合の半導体レーザ素子と同様
のIth=40mAなる値で発振しその発振波長λは7
80nmてあった。l a < I wの場合には、窓
領域の活性層4に活性領域の活性層4よりも多くの電子
が蓄積しt子の擬フエルミレベルが上昇する。その結果
、窓領域の活性層4の吸収端波長が高エネルギー側へ移
動し、完全な窓機能か形成される。この場合の吸収端波
長の移動はバンドフィリング効果又はバースタイン効果
と呼ばれている。レーザ発振させた場合、λ−780n
mてのパルス破壊限界出力は200mW以上に上昇した
、また、Iwを増加していくと、窓領域の活性層4は光
増幅器としても作用し、結果的に1thが減少してI 
th<40mAとなった。即ち、上記半導体レーザ素子
は高出力動作用としてのみならずTwを制御することに
よりレーザ発振のスイッチング動作を行なうことができ
、端電極13を変調入力電極とする光スイツチング素子
として利用することができる。
上記実施例に於いて、メサエッチ溝9,9′を形成して
窓領域を分離する代わりにプロトン注入によって高抵抗
部をメサエッチ溝9,9′の部分に形成しても同様の効
果が達成される。この場合プロトンを活性層4内にまで
注入すると活性層4で活性領域と窓領域間の光学的結合
が妨げられるため、プロトンはn側電極7からn−クラ
ッド層5の途中まで注入するようにイオン注入条件を設
定する。
第3図(AltBl(C1は本発明の他の実施例を示す
半導体レーザ素子の共振方向断面図、X −X断面図及
びY−Y断面図である。
本実施例に於いては、窓領域に対応する電流通路の溝l
Oは第3図tc+に示す如くV字型にエツチング成形さ
れており、活性層4は平坦に層設されている。一方、活
性領域に対応する部分の溝10は第3図[Blに示す如
く窓領域のそれより幅か広く加工成形されており、その
直上の活性層4は下面が下方へ湾曲して層厚が窓領域よ
り厚く層設されている。窓領域での活性層4を活性領域
よりも薄くすると、注入キャリアか窓領域にそれたけ多
く蓄積してフェルミレベルが上昇することとなり、窓効
果が生じる。この場合、活性領域と窓領域が共通電極に
よって通電されると、高出力動作時に窓領域での電流の
流れが一定とならず、横モードの不安定なレーザ発振を
呈する。従って、第3図(A+の如くn側電極7はメサ
エッチ溝9,9′で活性領域への通電用中央電極12と
窓領域への通電用端電極13に分割され、相互に独立し
て通電されるように構成されている。
本実施例では、100mWの高出力まで安定な横基本モ
ードのレーザ発振を得ることができた。
第4図(AltBl(C1は本発明の更に他の実施例を
示す半導体レーザ素子の共振方向断面図、X−X断面図
及びY−Y断面図である。
本実施例に於いては、p−クラッド層3と活性層4の間
にp A i z G a 1− z A s光ガイド
層14(x<z<y)を挿入し、その層厚を窓領域に対
応する部分で厚く層設している。即ち、活性領域に対応
する電流通路の溝10を第4図(Blに示す如くv字形
にエツチング成形してその直−りの光ガイド層14を平
坦に層設する。一方、窓領域に対応する電流通路の溝]
0は活性領域のそれよりも幅広に成形され、従ってその
直−Lの光ガイド層14は下方に湾曲して層厚が厚くな
るように層設される。これによって形成される活性領域
と罫領域での光強度分布が図中に示されている。接合に
垂直方向に閉じ込められる光強度分布のピークは活性領
域では活性層4内に存在し、窓領域では光ガイド層14
内に存在する。従って、端面で活性層4内に存在する光
の割合が減少し、しかも窓効果によって端面ての光吸収
も減少する。その結果、端面破壊出力は更に増大する。
実際にパルス動作で700mW、連続動作で200rr
+Wの値を得ることができた。
第1図及び第3図で示される構造の窓形半導体レーザ素
子を発振波長780nm、出力30mW、50℃で連続
動作させたところいずれも4000時間経過した時点で
閾値電流の上昇は観察されていない。また素子の端面劣
化も皆無であった。
尚、本発明の半導体レーザ素子は上述したAiG a 
A s系に限定されるものではなく、1np−I n 
G a A s P 系やその他のへテロ接合レーザ素
子に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
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
成斜視図である。第2図(AltBlは第1図に示す半
導体レーザ素子の共振方向断面図及び共振方向に垂直方
向の端面図である。 第3図[AltBl(C1は本発明の他の実施例を示す
半導体レーザ素子の共振方向断面図、X−X断面図及び
Y−Y断面図である。 第4図(Al(Bl(C+は本発明の更に他の実施例を
示す半導体レーザ素子の共振方向断面図、X−X断面図
及びY−Y断面図である。 1・・・GaAs基板、 2・・・電流阻止層、3・・
・p−クラッド層、 4・・・活性層、5・・・n−ク
ラッド層、6・・・キャップ層、7・・・n側電極、 
8・・・p側電極、9.9′・・・メサエッチ溝、 1
0・・・溝、12・・・中央電極、 13・・・端電極
、14・・・光ガイド層。 代理人 弁理士 福 士 愛 彦(他2名)第7図 (A) U 第2図 第3図 (B) (C) 第41121

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 共振器端面近傍に流れる電流と共振器中央部に流れ
    る電流を各々独立の電極を介して注入するようにしたこ
    とを特徴とする半導体レーザ素子。 2 共振器端面近傍に流れる電流を多くして窓効果を形
    成した特許請求の範囲第1項記載の半導体レーザ素子。 3 共振器端面近傍に流れる電流を制御してレーザ発振
    をスイッチングするようにした特許請求の範囲第1項記
    載の半導体レーザ素子。
JP10984483A 1983-06-17 1983-06-17 半導体レ−ザ素子 Pending JPS601881A (ja)

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