JPH0766995B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents

半導体レーザ装置

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JPH0766995B2
JPH0766995B2 JP60130559A JP13055985A JPH0766995B2 JP H0766995 B2 JPH0766995 B2 JP H0766995B2 JP 60130559 A JP60130559 A JP 60130559A JP 13055985 A JP13055985 A JP 13055985A JP H0766995 B2 JPH0766995 B2 JP H0766995B2
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    • 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
    • H01S5/14External cavity lasers

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Description

【発明の詳細な説明】 〈技術分野〉 本発明は通信、計測、情報処理等種々の分野に利用され
る発振波長の安定化された半導体レーザ装置に関するも
のである。
〈従来技術〉 光通信、光計測、光情報処理等の分野における半導体レ
ーザの用途拡大とともに発振波長の安定化された半導体
レーザが必要とされる様になってきた。通常の半導体レ
ーザは温度変化や電流変化によって発振波長が連続的あ
るいは不連続に変化し、また同時に大きな光出力雑音が
発生する。この様な問題を解決するために、従来よりDF
BもしくはDBR等の回折格子型レーザ、内部反射干渉型レ
ーザ、複合共振器型レーザ、外部共振器型レーザ等の波
長安定化を企図したレーザ素子構造がされている。しか
し、DFB及びDBRレーザは導波路内に回折格子を形成して
いるため、優れた波長安定性を示すものの製造工程が煩
雑であり、また半導体レーザの材質によっては製作その
ものが困難であったりする。共振器内部に一部実効屈折
率の異なる領域を設けて内部反射を生起させその干渉効
果で縦モードの選択性を得る内部反射干渉型レーザは再
現性及び強い内部反射が得られず、十分に実用化される
に到っていない。劈開面を介して2つの半導体レーザを
配置した構造の通称C3(cleaved coupled cavity)レー
ザやエッチングにより2つの半導体レーザに分離した上
記C3レーザと類似の構造をもつレーザ等の謂ゆる複合共
振器レーザはそれぞれ独立して各半導体レーザをレーザ
駆動することができるため、波長を同調させることがで
き、発振波長の安定性が期待されるが、その駆動方法に
は高度な技術を要し、制御を行なわなければかえって、
微小な縦モード変化を生じ、光出力雑音が発生するとい
った欠点がある。従来の外部共振器型半導体レーザの一
例を第2図に示す。半導体レーザ素子1はマウントベー
ス2に固着されており、前方発光端面より出射されたレ
ーザ光は出射窓4より外部に放射される。マウントベー
ス2は出射窓4と台5及び側壁6により構成されている
外囲器に固着されており、また外部鏡3も外囲器に固着
され、レーザ素子1の後方出射光の一部が外部鏡3で反
射されてレーザ素子1に帰還される。
この構成において半導体レーザ1の後方出射端面と、外
部鏡3との距離Lで定まる謂ゆる外部縦モード が生じる。このため、半導体レーザ1はその共振器長l
で決まるレーザ縦モードλ=2l/mと上記外部縦モー
ドλの合致する(又は近似する)利得分布のピーク近
傍の縦モードでのみ安定に発振することになる。m,meは
整数、は半導体レーザ導波路の実効屈折率である。通
常、nl(2〜20)×Lと設定される。例えば、l=25
0μm,n=4.0のとき、外部共振器長Lを50μm〜0.5mmに
設定する。良く知られている様にレーザ縦モード間隔Δ
λ=▲λ2 0▼/2lで表わされ外部モードの縦モード間
隔ΔZeはΔZe=▲λ2 0▼/2Lで表わされる。ここでλ
は発振波長である。従って上述の例ではレーザ縦モード
と外部モードの合致する縦モード間隔は7800Å近傍では
6〜60Åとなり、利得分布のピークがこの波長差変化す
るまで半導体レーザ1は1つの縦モードで安定に発振す
る。
しかし、第2図の構造では半導体レーザ1の端面と外部
鏡3を平行に対向させるのに困難を有し、また製造工程
が複雑となる欠点を有した。
第2図の構造を改良したものとして第3図に示す如く外
部鏡3の代りに劈開面上にAu等の金属8を蒸着した半導
体チップ7を半導体レーザチップ1の後方に配置した構
造が提案されている。この構造では外部鏡として用いた
Au等の金属8により得られるレーザ光の反射率は、金属
の光吸収のため上限に限界がありまた酸化等により反射
率が漸次減少する場合もあった。また、外部鏡として用
いた半導体チップは単に反射面を形成する作用のみを得
るために設けられていた。
〈発明の目的〉 本発明は上記現状に鑑み、製造工程が簡単で、発振波長
の安定性に優れたかつレーザ光の強度を検知する機能を
有する半導体レーザ装置を提供することを目的とする。
〈発明の概要〉 本発明は上述の目的を達成するために、レーザ光を反射
帰還させる外部鏡として半導体レーザ素子近傍に配置さ
れる光検出器の機能を有する半導体素子の劈開面を使用
する。その劈開面には少なくとも一部分に半導体レーザ
からのレーザ光をより良く反射させるために反射率を向
上させる様な誘電体からなる反射膜の被覆を施す。これ
により、外部鏡を半導体レーザ端面と平行に配置させる
ことが容易となり、半導体レーザからの距離も正確に設
定することができ、高反射率の誘電体膜の被覆がなされ
ている為、波長安定性の優れた種々の機能を有する半導
体レーザを簡単と製造することができる。
〈実施例〉 以下、本発明を第1図に示す1実施例に従って詳細に説
明する。第1図において第3図と同一の機能を有するも
のは同一符号にて記載している。半導体レーザ素子1は
p型GaAs基板11上に順次液相エピタキシャル成長法によ
り成長されたダブルヘテロ接合構造のレーザ発振用多層
半導体層より形成されている。即ち、多層半導体層はGa
As基板11側より順次n型GaAs電流阻止層12P型GaAlAsク
ラッド層13、GaAlAs活性層14、n型クラッド層15、n型
GaAlAsキャップ層16より成る。また電流阻止層12にはV
字状ストライプ溝17が形成され、この部分が電流通路と
なる。キャップ層16及びGaAs11には各々、n側電極18、
p側電極19が形成されている。この半導体レーザ素子1
は真空ピンセット等でマウントベース2の所定の位置に
In等の融着材26で固着されている。そして、半導体レー
ザ素子1が固着されるマウントベース2と同一平面上
に、半導体レーザ素子1に対向して光検出器としての機
能を有する半導体チップ7が配置される。この半導体チ
ップ7は、P型GaAs層20とn型GaAs層21及び各層に形成
されたn側電極22をp側電極23より構成される。またそ
の側面の1つは劈開により形成された受光面24であり、
この受光面24は半導体レーザ素子1の後方のレーザ光出
射面に対面している。またその一部に電子ビーム蒸着法
あるいはスパッタ法によりAl2O3とa−Si(アモルファ
スシリコン)の誘電体多層膜が縦長帯状に被覆され、こ
の誘電体多層膜でレーザ光を反射する反射膜25が形成さ
れている。
この様にして製作された半導体チップ7は半導体レーザ
素子1の後方に配置されるが、その際受光面24と半導体
レーザ素子1の光出射面との平行度を維持するため受光
面24を半導体レーザ素子1の後方レーザ光出射面と接触
させたのち、後方へ所定の距離だけ移動させてマウント
ベース2にIn等の融着材26を介して固着される。n側電
極18,22には電流注入取出のためAu等から成るリード線2
7,28が接続されている。後端面からの出射光は後端面と
上述の様にして平行に対向する反射膜25により効率よく
反射されて半導体レーザ素子に帰還し、波長の安定なレ
ーザとなる。一方反射膜25の被覆されていない面はレー
ザ光が照射される受光面24となり、半導体チップ7は受
光器としてはたらく。
リード線27を介してn側電極18とp側電極19から半導体
レーザ素子1に駆動電流を注入すると、注入された電流
はGaAs基板11上から電流阻止層12の除去されたストライ
プ溝17のみを電流通路として流れ、その直上の活性層14
内で横モードの安定なレーザ発振が開始される。レーザ
光は半導体レーザ素子1の前面方向と後面方向の双方向
へ出射されるが、後方へ出射された光は半導体チップ7
の受光面24及び反射膜25に照射される。半導体レーザ素
子1より出射されるレーザ光は光軸に対して一定の拡が
り角(光軸に対し片方向へ約20°〜25°)を有してい
る。従って、出射面と受光面24の距離を適当に設定する
ことにより、受光面24へ照射されるレーザ光は反射膜25
とその構方向の受光面24領域へ拡がって存在する。反射
膜25に照射されたレーザ光光はこの面で反射され、半導
体レーザ素子1へ帰還される。反射膜25以外の受光面24
へ照射されたレーザ光は半導体チップ7で光電変換さ
れ、レーザ光強度に対応した電気信号が半導体チップ7
のリード線28を介して取り出される。反射膜25は反射率
が高く設定されているため反射膜25へ照射されたレーザ
光は効率良く反射されて半導体レーザ素子1へ帰還さ
れ、波長の安定なレーザ光が半導体レーザ素子1の前面
より出射される。また半導体チップ7の、p−n接合を
有する劈開面はこの前面からのレーザ光に対するモニタ
ー用受光面となる。従って半導体チップ7からの電気信
号により半導体レーザ素子1の駆動電流を調整し、レー
ザ出力強度を一定に保持するように制御することが可能
となる。半導体チップ7の受光面24で反射膜25が形成さ
れていない部分に低反射膜を被覆するとレーザ光が半導
体チップ7内へ効率良く入射され受光感度が向上する。
尚、一般に受光素子の入射面は効率を向上させるために
低反射膜が被覆されることが多いが、本実施例の場合、
半導体レーザ素子1から近い距離に半導体チップ7を置
くことが可能であるため全面に適当な反射率をもつ膜を
被覆して、半導体レーザ素子1への帰還光を得るととも
に半導体チップ7内へもレーザ光を入射させて光検出器
として機能させるようにすることもできる。また、半導
体レーザ素子1の駆動等を目的としてSiや化合物半導体
から成る集積回路素子等を半導体レーザ素子1の近傍に
配置し、これら集積回路素子の一端面を反射鏡とする構
成も可能である。
〈発明の効果〉 以上のように本発明は、半導体チップの劈開面を外部共
振器型半導体レーザの反射鏡として利用するものであっ
て、半導体チップを半導体レーザ素子の出射端面と平行
に配置させることが容易となり、半導体レーザ素子から
の距離を正確に設定することができ、しかも誘電体から
なる安定で高反射率の膜を有し、出射端面に近接した位
置に配置して外部共振器長を十分短くし、外部モードの
縦モード間隔が大きいかつ経時変化のない安定した発振
波長を得ることができる。さらに、半導体チップはp−
n接合を有する前記劈開面を受光面とするが、誘電体の
反射膜でこの電気的なp−n接合に何ら支障を与えるこ
となく、高反射率で、効率のよい半導体レーザ素子への
光帰還が達成できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の1実施例を示す半導体レーザ装置の構
成斜視図である。第2図及び第3図は従来の半導体レー
ザ装置の構成を示す模式図である。 1……半導体レーザ、2……マウントベース、3……外
部鏡、5……台、7……半導体チップ、8……反射膜、
11……p型GaAs基板、12……n型GaAs電流阻止層、13…
…p型GaAlAsクラッド層、14……GaAlAs活性層、15……
n型GaAlAsクラッド層、16……n型GaAlAsキャップ層、
17……ストライプ溝、18,22……n側電極、19,23……p
側電極、20……p型半導体層、21……n型半導体層、24
……受光面、25……反射膜、26……融着材、27,28……
リード線。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 三郎 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ヤープ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−205784(JP,A) 特開 昭58−143594(JP,A) 特開 昭55−38063(JP,A) 特開 昭55−141773(JP,A) 特開 昭51−60182(JP,A) 特開 昭54−14180(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】マウントベースと、 該マウントベースの同一平面上に固着される半導体レー
    ザ素子と光検出器をなす半導体チップとを有し、 前記半導体チップは、前記半導体レーザ素子の出射端面
    と数mm以内の距離を隔てて対向配置され、 前記半導体チップの前記半導体レーザ素子光出射端面と
    対向する面がp−n接合面を有する劈開面からなり、前
    記半導体レーザ素子からの出射発散光が直接入射される
    受光面であり、 また、前記受光面の少なくとも一部分には、前記半導体
    レーザ素子と外部共振器型半導体レーザを構成する誘電
    体反射膜を被覆したことを特徴とする半導体レーザ装
    置。
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