JPH0252479A - エッチトミラー型化合物半導体レーザー装置及び集積素子 - Google Patents
エッチトミラー型化合物半導体レーザー装置及び集積素子Info
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- JPH0252479A JPH0252479A JP20352688A JP20352688A JPH0252479A JP H0252479 A JPH0252479 A JP H0252479A JP 20352688 A JP20352688 A JP 20352688A JP 20352688 A JP20352688 A JP 20352688A JP H0252479 A JPH0252479 A JP H0252479A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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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。
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〕
本発明は高利得、高安定度でかつ低雑音の性能を有する
新規なエッチ１−ミラー型化合物半導体レーザー装置に
関するものである。
新規なエッチ１−ミラー型化合物半導体レーザー装置に
関するものである。
一般に、半導体レーザーの共振器を構成する反射鏡（反
射面）は、従来より基板結晶の臂開面を用いたものが作
製も容易で簡便のため広く利用されている。
射面）は、従来より基板結晶の臂開面を用いたものが作
製も容易で簡便のため広く利用されている。
第３図は従来の半導体レーザー装置の構造を示す図であ
る０図中、１１はｎ−ＩｎＰ（基板）、１３はｎ−１ｎ
Ｐ、１５はｐ−ＩｎＰ、１７はｎ−ＩｎＰ、１９はｐ−
１ｎＰ、２１はｐ−Ｇａ［ｎＡＳＰ（活性領域）、２３
はｐ−ＧａｌｎＡｓＰ１２５はｐ−１ｎＰ、２７はｐ−
Ｇａ１ｎＡｓＰ１２９はＺｎ拡散領域、３１はｓｔｏｗ
、３３はＩｎ、３５はＡ ｕ ／ Ｚ ｎ、３７はＡ
ｕ ／ Ｓ ｎである。
る０図中、１１はｎ−ＩｎＰ（基板）、１３はｎ−１ｎ
Ｐ、１５はｐ−ＩｎＰ、１７はｎ−ＩｎＰ、１９はｐ−
１ｎＰ、２１はｐ−Ｇａ［ｎＡＳＰ（活性領域）、２３
はｐ−ＧａｌｎＡｓＰ１２５はｐ−１ｎＰ、２７はｐ−
Ｇａ１ｎＡｓＰ１２９はＺｎ拡散領域、３１はｓｔｏｗ
、３３はＩｎ、３５はＡ ｕ ／ Ｚ ｎ、３７はＡ
ｕ ／ Ｓ ｎである。
図において、ｎ−１ｎＰ１３、ｐ−Ｇａ１ｎＡｓＰ２１
、及びｐ−１ｎＰ２５で二重へテロ構造を構成し、ｎ−
ＩｎＰ１７で横方向への電流制限を行うストライプ構造
を形成している。なお、ｐＧａｌｎＡｓＰ２３は結晶成
長時のメルトバックにより活性領域２１が侵されないよ
うに形成されたＡＭＢ（Ａｎｔｉ Ｍｅｌｔ Ｂａ
ｃｋ）層で、またｐ−１ｎＰ１５は光ガイドを構成して
いる。電極は、十極側がＩｎ層３３とＡ ｕ ／ Ｚ
ｎ層３５で、一種側がＡ ｕ ／ Ｓ ｎ Ｎ ３７で
形成され、また両端面は臂開面により反射ミラーとして
機能し、ファプリベロー型の共振器を構成している。
、及びｐ−１ｎＰ２５で二重へテロ構造を構成し、ｎ−
ＩｎＰ１７で横方向への電流制限を行うストライプ構造
を形成している。なお、ｐＧａｌｎＡｓＰ２３は結晶成
長時のメルトバックにより活性領域２１が侵されないよ
うに形成されたＡＭＢ（Ａｎｔｉ Ｍｅｌｔ Ｂａ
ｃｋ）層で、またｐ−１ｎＰ１５は光ガイドを構成して
いる。電極は、十極側がＩｎ層３３とＡ ｕ ／ Ｚ
ｎ層３５で、一種側がＡ ｕ ／ Ｓ ｎ Ｎ ３７で
形成され、また両端面は臂開面により反射ミラーとして
機能し、ファプリベロー型の共振器を構成している。
このような半導体レーザーにおいて上下の電極間に電流
を流すと、二重へテロ構造により注入キャリアが閉じ込
められ、また横方向においてはストライプ構造により電
流が制限されて大きな電流密度及び内部量子効率が得ら
れる。また光ガイド層により自然発光が有効に閉じ込め
られて小さなしきい値電流でレーザー発振が行われる。
を流すと、二重へテロ構造により注入キャリアが閉じ込
められ、また横方向においてはストライプ構造により電
流が制限されて大きな電流密度及び内部量子効率が得ら
れる。また光ガイド層により自然発光が有効に閉じ込め
られて小さなしきい値電流でレーザー発振が行われる。
第４図は、例えば第３図に示したような半導体レーザー
とフォトダイオードを同一基板上に集積した素子を示す
図で、図中４１は化合物半導体レーザー装置、４３はフ
ォトダイオード、４５，４７は臂開面またはエッチトミ
ラー面、４９はエッチトミラー面である。
とフォトダイオードを同一基板上に集積した素子を示す
図で、図中４１は化合物半導体レーザー装置、４３はフ
ォトダイオード、４５，４７は臂開面またはエッチトミ
ラー面、４９はエッチトミラー面である。
第４図の半導体レーザー装置においては化合物半導体レ
ーザー４１とフォトダイオード４３とを同一基板上に一
体北して形成し、化合物半導体レーザー装置の一方の面
あるいは両方の面をエツチングによりミラー面として形
成し、共振器を構成している。
ーザー４１とフォトダイオード４３とを同一基板上に一
体北して形成し、化合物半導体レーザー装置の一方の面
あるいは両方の面をエツチングによりミラー面として形
成し、共振器を構成している。
しかしながら、第４図に示したような方法では反射率は
実効的に３０〜４０％であり、共振器のＱ値は本質的に
低く、さらに半導体レーザーと他の素子、例えば光出力
検出用フォトダイオードや変調用のトランジスターを同
一基板上に作製するといういわゆるモノリシック集積化
は極めて難しかった。
実効的に３０〜４０％であり、共振器のＱ値は本質的に
低く、さらに半導体レーザーと他の素子、例えば光出力
検出用フォトダイオードや変調用のトランジスターを同
一基板上に作製するといういわゆるモノリシック集積化
は極めて難しかった。
また、第４図に示したような構成の半導体レーザー装置
において、各種エツチング（化学的エツチングおよび気
相エツチング、またプラズマ援用気相エツチング）によ
る端面ミラー化が試みられている（第３５回応用物理学
関係連合講演会、１９８８、講演予稿集２ＢＰ−ＺＰ−
１２，２８ｐ−ＺＰ−１３，２８Ｐ−ＺＰ−１４）が、
これらの方法によっても得られるミラーの反射率は臂開
面によるものと同程度であり、モノリシック化は可能に
なるものの、低い反射率を有する反射ミラーを有する共
振器では本質的にＱ値が低く、そのため戻り光雑音のよ
うな不安定状態の発生は避けられなかった。
において、各種エツチング（化学的エツチングおよび気
相エツチング、またプラズマ援用気相エツチング）によ
る端面ミラー化が試みられている（第３５回応用物理学
関係連合講演会、１９８８、講演予稿集２ＢＰ−ＺＰ−
１２，２８ｐ−ＺＰ−１３，２８Ｐ−ＺＰ−１４）が、
これらの方法によっても得られるミラーの反射率は臂開
面によるものと同程度であり、モノリシック化は可能に
なるものの、低い反射率を有する反射ミラーを有する共
振器では本質的にＱ値が低く、そのため戻り光雑音のよ
うな不安定状態の発生は避けられなかった。
本発明は上記問題点を解決するためのもので、レーザー
ダイオード等地の素子とのモノリシック集積化を容易に
し、かつレーザーダイオード単体においては高利得、高
安定度の性能を有する新規な化合物半導体レーザー装置
を提供することを目的とする。
ダイオード等地の素子とのモノリシック集積化を容易に
し、かつレーザーダイオード単体においては高利得、高
安定度の性能を有する新規な化合物半導体レーザー装置
を提供することを目的とする。
第１図は本発明による化合物半導体レーザー装置とフォ
トダイオードを一体化形成したものである。図中、第４
図と同一番号は同一内容を示しており、５１は本発明に
よる高反射率エッチトミラー面である。
トダイオードを一体化形成したものである。図中、第４
図と同一番号は同一内容を示しており、５１は本発明に
よる高反射率エッチトミラー面である。
本発明においては、エッチトミラー面をウェット法もし
くはドライ法（反応性イオンエツチング等）によって形
成した後、金属（，１１，Ｗ等）の選択的ＣＶＤ （化
学気相堆積法）により金属を付着せしめたエッチトミラ
ー面を形成する。また、エッチトミラー面５１はレーザ
ー装置の屈折率より小さな屈折率を有する２種類以上の
物質を膜厚と屈折率の積がレーザー装置の発振波長の１
／４となるようにして、交互にもしくは順次積層させて
構成する。エッチトミラー面をこのように形成すること
により後述するように反射率を飛躍的に向上させること
ができ、共振器のＱ値を向上させることができる。そし
て、レーザー装置からの光をフォトダイオードで検出し
てその検出出力によりレーザー装置への注入電流を制御
することにより、安定した発振出力を得ることができる
。なお、フォトダイオード側もレーザー装置と同一プロ
セスにより作製するためフォトダイオードの光入射面が
エッチトミラー面として形成される。しかしながらフォ
トダイオード側は必ずしもエッチトミラー面は必要では
ないので、エッチトミラー面を形成しない場合はフォト
ダイオード側をマスクする工程を付加するようにすれば
よい。
くはドライ法（反応性イオンエツチング等）によって形
成した後、金属（，１１，Ｗ等）の選択的ＣＶＤ （化
学気相堆積法）により金属を付着せしめたエッチトミラ
ー面を形成する。また、エッチトミラー面５１はレーザ
ー装置の屈折率より小さな屈折率を有する２種類以上の
物質を膜厚と屈折率の積がレーザー装置の発振波長の１
／４となるようにして、交互にもしくは順次積層させて
構成する。エッチトミラー面をこのように形成すること
により後述するように反射率を飛躍的に向上させること
ができ、共振器のＱ値を向上させることができる。そし
て、レーザー装置からの光をフォトダイオードで検出し
てその検出出力によりレーザー装置への注入電流を制御
することにより、安定した発振出力を得ることができる
。なお、フォトダイオード側もレーザー装置と同一プロ
セスにより作製するためフォトダイオードの光入射面が
エッチトミラー面として形成される。しかしながらフォ
トダイオード側は必ずしもエッチトミラー面は必要では
ないので、エッチトミラー面を形成しない場合はフォト
ダイオード側をマスクする工程を付加するようにすれば
よい。
なお、本発明はＩｎＰ、ＧａＡｓ等任意の材料をベース
にした半導体レーザー装置に適用することが可能である
。
にした半導体レーザー装置に適用することが可能である
。
次に、多層構造による反射率の算出について説明する。
例えば、第２図に示すようなＮ個の層からなる多層膜を
考え、各膜厚をＤよ （ｋ−１，２，・・・Ｎ）、屈折
率をｎｋ （ｋ＝１．２．−、Ｎ）とし、波長λ。の
光が垂直入射（φ−９０°）した場合、各層に対して次
の光学マトリックスＡ１が対応する。
考え、各膜厚をＤよ （ｋ−１，２，・・・Ｎ）、屈折
率をｎｋ （ｋ＝１．２．−、Ｎ）とし、波長λ。の
光が垂直入射（φ−９０°）した場合、各層に対して次
の光学マトリックスＡ１が対応する。
ただし、
２π
δっ − ｎｋ Ｄｋ
λ。
ＷｂコｎｋｃＯ３φ＝ｎｋ
ｔ”−−を
全層に対応する光学マトリックスＡは
Ａ−ＡＩ −Ａｔ −Ａｘ・・・・・・・Ａ、ｌ”
ｒｌ Ａ ＊ とおくと、 Ｗ ６ ” ｎ Ｏ、Ｗ ｌ ”” ｎ
９ として、反射率Ｒムは と表される。
ｒｌ Ａ ＊ とおくと、 Ｗ ６ ” ｎ Ｏ、Ｗ ｌ ”” ｎ
９ として、反射率Ｒムは と表される。
本発明は、化合物半導体レーザー装置のエツチングによ
り形成したミラー面に金属薄膜もしくは多層絶縁層を付
着させ、付着せしめる金属の膜厚あるいは２種類以上の
物質の堆積構造の選択によりエッチトミラー面の反射率
を従来の３０〜４０％より上へ１００％までの範囲で任
意に可変でき、フォトダイオード素子とレーザーダイオ
ード素子とを一体に形成した場合に、反射率を９０％〜
９５％にしてもフォトダイオード側にも若干の光出力が
届き、光出力モニターとしての機能を発揮できるのみな
らず、レーザーダイオード素子側は共振器のＱ（ｉが上
がり、高出力、高安定度を達成することができる。
り形成したミラー面に金属薄膜もしくは多層絶縁層を付
着させ、付着せしめる金属の膜厚あるいは２種類以上の
物質の堆積構造の選択によりエッチトミラー面の反射率
を従来の３０〜４０％より上へ１００％までの範囲で任
意に可変でき、フォトダイオード素子とレーザーダイオ
ード素子とを一体に形成した場合に、反射率を９０％〜
９５％にしてもフォトダイオード側にも若干の光出力が
届き、光出力モニターとしての機能を発揮できるのみな
らず、レーザーダイオード素子側は共振器のＱ（ｉが上
がり、高出力、高安定度を達成することができる。
以下、実施例を説明する。
（実施例１）
エッチトミラーの作製条件は次の通りである。
反応性イオンエツチング（ＲＩＢ）を使用し、エツチン
グガスとしてはＣ１２／ Ａ ｒを用いた。
グガスとしてはＣ１２／ Ａ ｒを用いた。
放電パワーは５０Ｗ１反応圧力は１．０ＸＩＯ−”Ｔｏ
ｒｒであり、エツチング時間８０分で、ミラー面の垂直
部分のエツチング深さは約４μｍであった。
ｒｒであり、エツチング時間８０分で、ミラー面の垂直
部分のエツチング深さは約４μｍであった。
金属の付着条件は化学気相堆積（ＣＶＤ）法を使用し、
Ａｆ膜厚１０００人を形成し、反射率Ｒ−９５％が得ら
れた。
Ａｆ膜厚１０００人を形成し、反射率Ｒ−９５％が得ら
れた。
（実施例２）
エッチトミラーの作製条件は実施例１と同じで、積層膜
の形成条件は次の通りである。
の形成条件は次の通りである。
発振波長８７０ｎｍで、多層膜にＳｉＮｘ／５ｉＮｘｏ
ｙを用いた。
ｙを用いた。
Ｓ ｉＮｘは屈折率ｎ＝２． ０ （膜厚１０１０９ｎ
、５ｉＮｘＯｙは屈折率ｎ−１，７（膜厚また場合、反
射率Ｒ五（２０）は ＝８９．６％ であった。
、５ｉＮｘＯｙは屈折率ｎ−１，７（膜厚また場合、反
射率Ｒ五（２０）は ＝８９．６％ であった。
以上のように本発明によれば、エツチングにより形成し
た端面ミラー面に金属薄膜もしくは多層絶縁層を付着あ
るいは形成させることにより、反射率を向上させること
ができるので、高反射率を有する共振器を作製すること
が可能になり、また各種エツチングを使用して作製する
ことにより集積化を容易にし、高利得、高安定度、低雑
音の化合物半導体レーザー装置を実現することが可能で
ある。
た端面ミラー面に金属薄膜もしくは多層絶縁層を付着あ
るいは形成させることにより、反射率を向上させること
ができるので、高反射率を有する共振器を作製すること
が可能になり、また各種エツチングを使用して作製する
ことにより集積化を容易にし、高利得、高安定度、低雑
音の化合物半導体レーザー装置を実現することが可能で
ある。
第１図は本発明によるエッチトミラー型化合物半導体レ
ーザー装置とフォトダイオードを一体化形成したものの
斜視図、第２図は多層構造の反射率を説明するための図
、第３図は従来の半導体レーザーの構造の一例を示す図
、第４図はエッチトミラー構造を有する半導体レーザー
およびフォトダイオードの集積化素子の一例を示す図で
ある。 ４１・・・化合物半導体レーザー装置、４３・・・フォ
トダイオード、４５．４７・・・臂開面またはエッチト
ミラー面、４９．・・・エッチトミラー面、５１・・・
高反射率エッチトミラー面。 出 願 人 三菱化成株式会社 代理人 弁理士 蛭用昌信（外４名）第３図 第１図 第２図 入。 第４図 に＝Ｎ ｎＮ ↓ＤＮ
ーザー装置とフォトダイオードを一体化形成したものの
斜視図、第２図は多層構造の反射率を説明するための図
、第３図は従来の半導体レーザーの構造の一例を示す図
、第４図はエッチトミラー構造を有する半導体レーザー
およびフォトダイオードの集積化素子の一例を示す図で
ある。 ４１・・・化合物半導体レーザー装置、４３・・・フォ
トダイオード、４５．４７・・・臂開面またはエッチト
ミラー面、４９．・・・エッチトミラー面、５１・・・
高反射率エッチトミラー面。 出 願 人 三菱化成株式会社 代理人 弁理士 蛭用昌信（外４名）第３図 第１図 第２図 入。 第４図 に＝Ｎ ｎＮ ↓ＤＮ
Claims (4)
- （１）化合物半導体レーザー装置において、該レーザー
装置の共振器の端面の一方、あるいは両方をエッチング
により反射面に形成し、該反射面に金属を付着させたこ
とを特徴とするエッチトミラー型化合物半導体レーザー
装置。 - （２）化合物半導体レーザー装置において、該レーザー
装置の共振器の端面の一方、あるいは両方をエッチング
により反射面に形成し、該反射面へレーザー装置を構成
する物質の屈折率より小さい屈折率を有する少なくとも
２種類以上の物質を交互もくしは順次積層したことを特
徴とするエッチトミラー型化合物半導体レーザー装置。 - （３）積層される少なくとも２種類以上の物質は、膜厚
と屈折率の積がレーザー装置の発振波長の１／４または
その奇数倍となるような膜厚で交互に、もしくは順次積
層した請求項３記載のエッチトミラー型化合物半導体レ
ーザー装置。 - （４）化合物半導体レーザー装置と一体に形成され、レ
ーザー光を検出する光検出素子を有する請求項１ないし
３記載のうち何れか１項記載のエッチトミラー型化合物
半導体レーザー装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63203526A JP2991716B2 (ja) | 1988-08-16 | 1988-08-16 | エッチトミラー型化合物半導体レーザー装置及び集積素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63203526A JP2991716B2 (ja) | 1988-08-16 | 1988-08-16 | エッチトミラー型化合物半導体レーザー装置及び集積素子 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11177063A Division JP2000031579A (ja) | 1999-06-23 | 1999-06-23 | エッチトミラ―型化合物半導体レ―ザ―集積素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0252479A true JPH0252479A (ja) | 1990-02-22 |
| JP2991716B2 JP2991716B2 (ja) | 1999-12-20 |
Family
ID=16475613
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63203526A Expired - Lifetime JP2991716B2 (ja) | 1988-08-16 | 1988-08-16 | エッチトミラー型化合物半導体レーザー装置及び集積素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2991716B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015222811A (ja) * | 2014-05-01 | 2015-12-10 | 住友電気工業株式会社 | 量子カスケード半導体レーザ、量子カスケード半導体レーザを作製する方法 |
| US9224082B2 (en) | 2010-05-10 | 2015-12-29 | Swiss Authentication Research And Development Ag | Combination of luminescent substances |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55115386A (en) * | 1979-02-26 | 1980-09-05 | Hitachi Ltd | Semiconductor laser unit |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2991716B2 (ja) | 1999-12-20 |
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