JPH05206567A - 半導体レーザ - Google Patents

半導体レーザ

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JPH05206567A
JPH05206567A JP1076792A JP1076792A JPH05206567A JP H05206567 A JPH05206567 A JP H05206567A JP 1076792 A JP1076792 A JP 1076792A JP 1076792 A JP1076792 A JP 1076792A JP H05206567 A JPH05206567 A JP H05206567A
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JP
Japan
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stripe
width
layer
semiconductor
region
Prior art date
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Pending
Application number
JP1076792A
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English (en)
Inventor
Shinichi Nakatsuka
慎一 中塚
Kenji Uchida
憲治 内田
Misuzu Sagawa
みすず 佐川
Shinichiro Yano
振一郎 矢野
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】本発明は光ディスク装置や固体レーザ励起、フ
ァイバ励起等に用いる高出力半導体レーザに関する。 【構成】幅の広いストライプ10と幅の狭いストライプ
8の間に中間のストライプ幅9の領域を設ける。幅の広
いストライプ10を端面に設けることにより高出力化す
る。また、端面を窓構造としストライプ幅の広い中央領
域との中間のストライプ幅の領域を解して光結合する。 【効果】本発明によればストライプ幅の異なるストライ
プ間の光結合が大幅に改善するため、端面でのストライ
プ幅が広い高出力レーザや端面に幅の狭い窓構造を有す
る高品位高出力半導体レーザが容易に形成可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光ディスク装置や固体レ
ーザ励起、ファイバ励起等に用いる高出力半導体レーザ
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来高出力半導体レーザは例えば図5に
示すWelch等の文献(Appl. Phys. Lett. Vol. 50 (5) 23
3p (1987))にあるような導波路幅を端面近傍において素
子中央領域よりも広くしたものであった。これにより端
面近傍における光スポット径が大きくなり光密度が下が
るため、従来の半導体レーザの光出力の限界であった端
面光破壊現象を防止でき高出力動作が可能となった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の高出力半導
体レーザは、素子中央部の導波路幅が狭いため光の拡が
り角が大きく端面近傍の広い導波路領域の長さは短くと
も十分であった。しかし、さらに高出力の半導体レーザ
を得るためには、より光密度を下げる必要がある他に光
出力の熱飽和をさける必要もあるため素子中央、端面近
傍ともより広い導波路幅が必要となる。しかし、導波路
幅が広くなると光の拡がり角が小さくなり、導波路幅の
広い領域をより長くする必要がある。しかし導波路幅の
広い領域が長くなると無効な電流成分が多くなり発熱が
大きくなるため熱飽和防止には逆効果であり、またこの
領域で高次モードが発生するためこのような方法では従
来構造以上の高出力を得ることは困難であった。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記従来の構造の問題点
を解決するために本発明ではストライプの幅が狭い領域
と広い領域を有する半導体レーザにおいて、これら2種
類のストライプ幅の領域の間に中間の第3のストライプ
幅を有する領域を設けた。ストライプ幅の広い領域を反
射面近傍に設けることにより光出力の増大が可能であっ
た。このとき狭いストライプの幅は2μm以上10μm
以内であり、中間のストライプの幅と狭いストライプの
幅の差は1μm以上5μm以内、広いストライプの幅と
狭いストライプ幅の差は5μm以上とした。また、中間
のストライプ幅の導波路の長さは該導波路に同時に入射
した基本モード光と2次モード光の位相差が4分のパイ
だけずれる長さに設定した。
【0005】また、本発明はストライプ幅が反射面近傍
で他の領域よりも狭くし、かつ狭いストライプのへき開
面にかかる部分は発生するレーザ光に対し吸収のない窓
構造とする構造にも応用も可能であった。窓構造は導電
型の異なる半導体層からなるクラッド層とこれに挟まれ
た該クラッド層よりも狭い禁制帯幅を有する単一又は複
数の半導体層からなる活性層を、素子中央部においては
活性層を挟んで基板と反対側のクッラッド層の一部がス
トライプ状の領域をのこしてこのクラッド層と逆導電型
の半導体層を含む半導体層に置き変え、素子端部におい
ては活性層をレーザ光に対し透明な半導体層に置き換え
かつ活性層よりも基板に近いクラッド層の一部をストラ
イプ状の領域をのこしてこのクラッド層と逆導電型の半
導体層を含む半導体層に置き変えることにより形成し
た。
【0006】
【作用】導波路内部の光電界強度の分布は与えられた導
波路の境界条件に対しマックスウエル方程式の解として
求められる。この方程式の解は半導体レーザに通常用い
られる導波路の幅では複数個の解を持つが導波路内に摂
動のない通常の導波路では最も発振条件が有利である基
本モードのみが発振する。しかし、導波路の幅が変化
し、光がより幅の狭い導波路から広い導波路に進む場合
には高じモード成分の混ざったモードとなる。このと
き、マックスウエル方程式が電界強度に対し1次の式で
あるため重ねの理が成立ち広い導波路内での電界強度分
布は狭い導波路から入射した光の電界強度分布を広い導
波路の電界強度の重ね合わせとして展開することにより
求めることができる。二つの導波路の幅の差が比較的小
さい場合には狭い導波路の基本モード光が広い導波路に
入射した時の電界分布は広い導波路の2次までのモード
の重ね合わせでほぼ記述できる。この時広い導波路の中
での電界の形状の変化は基本モードと2次モードの伝搬
定数の差によって記述されることになり、基本モードと
2次モードの伝搬定数の差が大きいほど急速に光分布が
変化することになる。このような導波路においてビーム
の拡がる速度が最も早くなる基本モードと2次モードの
ずれがλ/4になる位置で導波路幅をさらに大きくする
と比較的短い距離でビーム径を大幅に広げることができ
る。この場合の利点は導波路幅が最大の領域が短くて良
いので無効電流が少なく、また無効電流からエネルギー
を受けて発振する高次モードを抑制することもできる点
である。しかも中間の導波路幅の領域を加えても狭い導
波路から直接最大の導波路に結合した場合に比べても半
分程度の距離で光スポットを十分に拡大することができ
る。このような効果は中間の幅の導波路と最も狭い導波
路の幅の差が1〜5μm程度の時に最も強く表れる。
【0007】さらにこの技術を端面部分において活性層
を光吸収のない半導体層に置き換えた窓構造半導体レー
ザに応用することもできる。この場合には、素子中央部
ではストライプ幅を広くすることにより素子の熱的負荷
および電流注入密度を低下させ素子端部においてはスト
ライプ幅を狭くすることにより放射ビームの楕円率や非
点収差を改善できる。上記の端面近傍でストライプ幅の
拡がったレーザの場合と同様にストライプ幅の広い領域
と狭い領域の間に中間のストライプ幅の部分を設けるこ
とにより両領域の光結合を効率良く行うことができる。
【0008】
【実施例】〈実施例1〉本発明第1の実施例を図1に従
い説明する。本構造ではまずn-GaAs基板1上にn-Al0.5Ga
0.5Asクラッド層2、GaAs活性層3、p-Al0.5Ga0.5Asクラ
ッド層4、p-GaAsコンタクト層5を順次結晶成長した後、
気相化学成長法およびホトリソグラフ技術を用いて図1
(a)に示すような形状のSiO2膜を形成しこれをマス
クとしてp-GaAsコンタクト層5及びp-Al0.5Ga0.5Asクラ
ッド層4の一部をエッチングしさらに有機金属気相成長
法によりn-GaAsブロック層6をSiO2膜のない領域に選
択的に成長した。素子の直列抵抗低減のため、SiO2
膜を除去した後p-GaAs埋込層7を形成しウエハの表面及
び裏面に電極を形成して図1(a)の破線の位置でへき開
してレーザチップとした。レーザの断面構造を図1(b)
にしめす。SiO2膜を設けた領域が光導波路となるが
本構造の場合この光導波路は標準幅の導波路8、幅広導
波路10、及び中間導波路9の3領域にわかれ、素子の端
面近傍は幅広導波路10となっている素子。端面での光密
度と中間導波路9の長さの関係を計算した例を図2に示
す。ここで、標準幅の導波路8の幅は7μmとし中間導
波路の幅は標準幅より2μm広い9μmとし、長さを1
50μmとした。幅広導波路は導波路幅20μmとし長
さを40μmとした。本構造の幅広導波路側端面に反射
率10%の低反射コートを逆側の端面に反射率90%の
高反射コートを行いレーザ構造を完成した。
【0009】〈実施例2〉本発明第2の実施例として中
間導波路の幅を一定とせずに標準導波路側8μm、幅広
導波路側12μmまで徐々に増加した図3のような構造
を考案した。本構造のレーザの断面形状は実施例1と同
様であるが中間導波路の幅が徐々に増えているのでより
短い距離でビームを広げることが可能になり、100μ
mの中間導波路で実施例1と同程度の光出力の増大が見
られた。
【0010】〈実施例3〉本発明第3の実施例を図4に
従い説明する。本構造ではまずn-GaAs基板1上にn-Al0.5
Ga0.5Asクラッド層2、n-Al0.4Ga0.6As光ガイド層13、Ga
As活性層3、p-Al0.5Ga0.5Asクラッド層4、p-GaAsコンタ
クト層5を順次結晶成長した後、レーザ端面となる領域
においてはp-Al0.5Ga0.5Asクラッド層4及びp-GaAsコン
タクト層5を選択エッチングしたのち気相化学成長法お
よびホトリソグラフ技術を用いて図3(a)に示すような
形状のSiO2膜を形成しこれをマスクとして素子中央
領域においてはp-GaAsコンタクト層5及びp-Al0.5Ga0.5A
sクラッド層4の一部を端面領域においてはGaAs活性層
3、n-Al0.5Ga0.5As光ガイド層13、及びn-Al0.5Ga0.5As
クラッド層2の一部をエッチングしさらに有機金属気相
成長法によりp-GaAs14、及びn-GaAsブロック層6をSi
O2膜のない領域に選択的に成長した。端面領域におい
てはGaAs層による光損失を避けるためn-GaAsブロック層
6の一部を除去し、さらにストライプ部のGaAs活性層3を
除去したのち、素子全体のSiO2膜を除去した。再び
有機金属気相成長法によりp-Al0.4Ga0.6As層15、p-Al
0.5Ga0.5As層16、p-GaAs層17を形成しウエハの表面及び
裏面に電極を形成して図3(a)の破線の位置でへき開し
てレーザ構造とした。レーザの断面構造は素子中央では
図3(b)のようになり端面近傍では図3(c)のようにな
った。端面領域のストライプ幅が3μmと狭いため本レ
ーザの出射光はほぼ真円に近い形状となりしかも端面に
おいて光吸収がないため端面光破壊も発生しない。素子
中央部においてはストライプ幅が約10μmと広いため
電流密度が小さく発熱や電流注入による素子劣化が遅く
信頼性の良い半導体レーザが形成可能であった。幅5μ
mの中間導波路によりストライプ幅の異なる導波路の結
合による結合ロスを小さくでき、低しきい値高出力動作
が可能となった。
【0011】〈実施例4〉本発明第4の実施例として実
施例2と同様の構造をAlGaInP系半導体により形成した
図5(a),(b)のような構造を考案した。本構造の
作成方法は実施例2と同様であり、波長670nmにおいて1
00mW以上の安定動作が可能であった。
【0012】
【発明の効果】本発明によれば、半導体レーザのストラ
イプの異なる領域間の光結合効率が改善され、端面領域
でストライプ幅の広い高出力レーザや窓領域のストライ
プ幅が狭く高品位のレーザ光を出射する半導体レーザが
容易に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明第1の実施例のレーザ構造。
【図2】狭い導波路から広い導波路に進行するビームの
光密度の計算例。
【図3】本発明第2の実施例のレーザ構造。
【図4】本発明第3の実施例のレーザ構造。
【図5】本発明第4の実施例のレーザ構造。
【図6】従来の高出力半導体レーザ。
【符号の説明】
1…n-GaAs基板、2…n-Al0.5Ga0.5Asクラッド層、3…
GaAs活性層、4…p-Al0.5Ga0.5Asクラッド層、5…p-Ga
Asコンタクト層、6…n-GaAsブロック層、7…p-GaAs埋
込層、8…標準幅の導波路、9…中間導波路、10…幅広
導波路、11…中間導波路の長さを変えた場合、12…幅広
導波路の長さを変えた場合、13…n-Al0.4Ga0.6As光ガイ
ド層、14…p-GaAs、15…p-Al0.4Ga0.6As層、16…p-Al
0.5Ga0.5As層、17…p-GaAs層、18…n-(Al0.7Ga0.3)In
0.5Pクラッド層、19…n-(Al0.5Ga0.5)In0.5P光ガイド
層、20…Ga0.5In0.5P活性層、21…p-(Al0.7Ga0.3)In0.5
Pクラッド層、22…p-Ga0.5In0.5Pコンタクト層、23…p-
(Al0.5Ga0.5)In0.5P層、24…p-(Al0.7Ga0.3)In0.5P層、
25…p-Al0.5Ga0.5As層、26…n-Al0.5Ga0.5As層、27…窓
領域。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢野 振一郎 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】導電型の異なる2層の半導体層とこれに挟
    まれた該2層の半導体層よりも狭い禁制帯幅を有する単
    一又は複数の半導体層を少なくとも有し通電により光利
    得を発生する機能を持つ構造と該構造に光を反射する少
    なくとも1対の反射面を有し、これらの層に平行な空間
    内において光を閉じ込めるためのストライプ状の構造を
    有し、該ストライプの幅が狭い領域と広い領域を少なく
    とも有する半導体レーザで、該2種類のストライプの間
    に該2種類のストライプの幅の中間の第3のストライプ
    幅を有する領域を設けたことを特徴とする半導体レー
    ザ。
  2. 【請求項2】上記ストライプ幅の広い領域は反射面近傍
    に位置することを特徴とする請求項1記載の半導体レー
    ザ。
  3. 【請求項3】上記ストライプ幅の狭い領域は反射面近傍
    に位置し該狭いストライプの少なくともへき開面にかか
    る部分は発生するレーザ光に対し吸収のない構造である
    ことを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ。
  4. 【請求項4】半導体基板上に形成した互いに導電型の異
    なる半導体層からなるクラッド層とこれに挟まれた該ク
    ラッド層よりも狭い禁制帯幅を有する単一又は複数の半
    導体層からなる活性層を少なくとも有し、素子中央部に
    おいては活性層を挟んで基板と反対側のクッラッド層の
    一部がストライプ状の領域をのこして少なくとも該クラ
    ッド層と逆導電型の半導体層を含む半導体層に置き変わ
    っており、素子端部においては上記活性層がレーザ光に
    対し透明な半導体層に置き換えられかつ活性層よりも基
    板に近いクラッド層の一部がストライプ状の領域をのこ
    して少なくとも該クラッド層と逆導電型の半導体層を含
    む半導体層に置き変えたことを特徴とする半導体レー
    ザ。
  5. 【請求項5】上記狭いストライプの幅は2μm以上10
    μm以内であり、上記中間のストライプの幅と狭いスト
    ライプの幅の差は1μm以上5μm以内、上記広いスト
    ライプの幅と狭いストライプ幅の差は5μm以上である
    ことを特徴とする半導体レーザ。
  6. 【請求項6】上記中間のストライプ幅の導波路の長さは
    該導波路に同じに入射した基本モードの光と2次モード
    の光の位相差が4分のパイだけずれる長さに設定したこ
    とを特徴とする半導体レーザ。
JP1076792A 1992-01-24 1992-01-24 半導体レーザ Pending JPH05206567A (ja)

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JP (1) JPH05206567A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002076512A (ja) * 2000-09-05 2002-03-15 Hitachi Ltd 半導体レーザ装置及び光システム装置
JP2007305635A (ja) * 2006-05-09 2007-11-22 Sharp Corp 窒化物半導体発光素子

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002076512A (ja) * 2000-09-05 2002-03-15 Hitachi Ltd 半導体レーザ装置及び光システム装置
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