JPH08116130A - 面発光レーザ - Google Patents
面発光レーザInfo
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- JPH08116130A JPH08116130A JP25332494A JP25332494A JPH08116130A JP H08116130 A JPH08116130 A JP H08116130A JP 25332494 A JP25332494 A JP 25332494A JP 25332494 A JP25332494 A JP 25332494A JP H08116130 A JPH08116130 A JP H08116130A
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- JP
- Japan
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- emitting laser
- surface emitting
- polarization
- cross
- parallel
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- 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
- H01S2301/00—Functional characteristics
- H01S2301/16—Semiconductor lasers with special structural design to influence the modes, e.g. specific multimode
- H01S2301/166—Single transverse or lateral mode
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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
- H01S5/10—Construction 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
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18344—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] characterized by the mesa, e.g. dimensions or shape of the mesa
- H01S5/1835—Non-circular mesa
-
- 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
- H01S5/10—Construction 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
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18355—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a defined polarisation
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 垂直共振器型面発光レーザの偏光の向きを制
御して揃える。 【構成】 陽極側半導体多層膜２の断面形状を単一モー
ドが得られる６×６μmと十分小さくし、さらに一方の
辺を５μm とした。６×５μm の矩形とすることで、短
辺側の回折損が増加し、長辺に沿ったモードでのみ発振
する。その偏波の向きは短辺に平行なので、これにより
偏光方向は短辺に平行な方向に制御され揃う。
御して揃える。 【構成】 陽極側半導体多層膜２の断面形状を単一モー
ドが得られる６×６μmと十分小さくし、さらに一方の
辺を５μm とした。６×５μm の矩形とすることで、短
辺側の回折損が増加し、長辺に沿ったモードでのみ発振
する。その偏波の向きは短辺に平行なので、これにより
偏光方向は短辺に平行な方向に制御され揃う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザデバイスに
おける面発光レーザに関するものである。
おける面発光レーザに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】垂直共振器型の面発光レーザは、特願平
３−０３４７５４号にあるように上下２組の半導体多層
反射膜で共振器を形成し、基板に対して垂直方向に光を
出射するレーザである。ストライプ型のレーザに較べ
て、出射角が狭い、縦モード間隔が大きい、アレーにし
やすい等の特徴を持つ。一方、偏波に対しては、ストラ
イプ型レーザにおけるＴＥ、ＴＭモードの導波損及び反
射率の差のような偏波決定要因が無いため、その向きは
不確定である。現在、半導体レーザを光源とする光通信
等のシステムでは、偏波の方向に依存するビームスプリ
ッタや偏光子などの使用が不可欠なので、面発光レーザ
においても偏波を制御することが応用上極めて重要であ
る。
３−０３４７５４号にあるように上下２組の半導体多層
反射膜で共振器を形成し、基板に対して垂直方向に光を
出射するレーザである。ストライプ型のレーザに較べ
て、出射角が狭い、縦モード間隔が大きい、アレーにし
やすい等の特徴を持つ。一方、偏波に対しては、ストラ
イプ型レーザにおけるＴＥ、ＴＭモードの導波損及び反
射率の差のような偏波決定要因が無いため、その向きは
不確定である。現在、半導体レーザを光源とする光通信
等のシステムでは、偏波の方向に依存するビームスプリ
ッタや偏光子などの使用が不可欠なので、面発光レーザ
においても偏波を制御することが応用上極めて重要であ
る。
【０００３】垂直共振器型面発光レーザにおいて偏波を
制御しようとする試みはいくつか報告があるが大きく分
けて２種類ある。ひとつは多層反射膜の反射率に異方性
を持たせようという試みについてジャパニーズ ジャー
ナル オブ アプライド フィジックス ３０巻 Ｌ１
０１５−１０１７ページ（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒ
ｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｖｏ
ｌ．３０ ＰＰ．Ｌ１０１５−１０１７，１９９１）に
記載されているが、ここでは上部の半導体多層膜の側面
のうち向かいあう２面のみを高反射率の金属で覆った例
があるが完全な制御に至っていない。
制御しようとする試みはいくつか報告があるが大きく分
けて２種類ある。ひとつは多層反射膜の反射率に異方性
を持たせようという試みについてジャパニーズ ジャー
ナル オブ アプライド フィジックス ３０巻 Ｌ１
０１５−１０１７ページ（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒ
ｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｖｏ
ｌ．３０ ＰＰ．Ｌ１０１５−１０１７，１９９１）に
記載されているが、ここでは上部の半導体多層膜の側面
のうち向かいあう２面のみを高反射率の金属で覆った例
があるが完全な制御に至っていない。
【０００４】もうひとつの方法は、活性層に異方的なス
トレスを与える方法でジャパニーズジャーナル オブ
アプライド フィジックス ３１巻 １３８９−１３９
０ページ（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ
Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，３１，ｐｐ１３８９
−１３９０，ｌ１９９２）に記載されている基板を楕円
に掘りこんで異方的なストレスを与えることで長軸に平
行な偏光を得る。
トレスを与える方法でジャパニーズジャーナル オブ
アプライド フィジックス ３１巻 １３８９−１３９
０ページ（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ
Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，３１，ｐｐ１３８９
−１３９０，ｌ１９９２）に記載されている基板を楕円
に掘りこんで異方的なストレスを与えることで長軸に平
行な偏光を得る。
【０００５】またフォトニクス テクノロジー レター
ズ（ＩＥＥＥ ＰｈｏｔｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ）６
巻 ４０−４２ページに示された方法も、電極のＡｕと
その下のＳｉＯ2 を異方的な形状とすることで、異方的
なストレスが与えられ長軸に平行な偏光が得られたもの
と考えられる。
ズ（ＩＥＥＥ ＰｈｏｔｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ）６
巻 ４０−４２ページに示された方法も、電極のＡｕと
その下のＳｉＯ2 を異方的な形状とすることで、異方的
なストレスが与えられ長軸に平行な偏光が得られたもの
と考えられる。
【０００６】その他では特許公報平１−２６５５８４号
にあるような、光出射部に矩形の高屈折率導波部を設
け、その長辺に平行な偏光を通す試みがあるが、高屈折
率導波部へ有効に光が閉じ込められておらず、それを用
いた偏光制御効果もあまり強くないと考えられる。
にあるような、光出射部に矩形の高屈折率導波部を設
け、その長辺に平行な偏光を通す試みがあるが、高屈折
率導波部へ有効に光が閉じ込められておらず、それを用
いた偏光制御効果もあまり強くないと考えられる。
【０００７】また特開平４−２４２９８９号公報にある
ように、異方形状を有する電極により、異方的な利得を
与える利得閉じこめ型レーザの一種の例があるが、利得
導波型において、電極形状の変化により与えられる利得
の異方性はあまり強くなく、これを利用した偏波制御効
果も小さいと思われる。また特許公報平４−１４４１８
３号公報にある垂直共振器部分を異方的な形状にする試
みも、共振器の断面形状を異方的にしただけで、偏光に
対して何らかの影響があるとは考えられず、長軸に平行
な偏波が得られるとしている。特開平１−１９６８８４
号公報には活性層を楕円にした面発光レーザが記載され
偏波面を安定に保つ効果があると記載されているが、そ
の理由や偏波方向は不明であった。
ように、異方形状を有する電極により、異方的な利得を
与える利得閉じこめ型レーザの一種の例があるが、利得
導波型において、電極形状の変化により与えられる利得
の異方性はあまり強くなく、これを利用した偏波制御効
果も小さいと思われる。また特許公報平４−１４４１８
３号公報にある垂直共振器部分を異方的な形状にする試
みも、共振器の断面形状を異方的にしただけで、偏光に
対して何らかの影響があるとは考えられず、長軸に平行
な偏波が得られるとしている。特開平１−１９６８８４
号公報には活性層を楕円にした面発光レーザが記載され
偏波面を安定に保つ効果があると記載されているが、そ
の理由や偏波方向は不明であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来例は、完全
に偏光を制御しきれていないこと以外にも、以下の２点
について問題がある。ひとつは素子の、光の導波方向に
垂直な断面の径が大きく、横モードが単一ではない。多
モードの場合、偏波は各モードで同じ向きとは限らない
ので、その偏波を正確に扱うのは困難であり、偏光の制
御は単一モードが得られる程度の小さい素子で実現させ
る必要がある。
に偏光を制御しきれていないこと以外にも、以下の２点
について問題がある。ひとつは素子の、光の導波方向に
垂直な断面の径が大きく、横モードが単一ではない。多
モードの場合、偏波は各モードで同じ向きとは限らない
ので、その偏波を正確に扱うのは困難であり、偏光の制
御は単一モードが得られる程度の小さい素子で実現させ
る必要がある。
【０００９】またこれらの例では数個の素子についての
データしか示されていないが実際は同一基板上でも素子
ごとにばらつきがあるので、少なくとも５０素子程度に
ついてその偏波の方向を調べる必要がある。
データしか示されていないが実際は同一基板上でも素子
ごとにばらつきがあるので、少なくとも５０素子程度に
ついてその偏波の方向を調べる必要がある。
【００１０】本発明は以上に述べた問題を解決するもの
で、偏光が正確に取り扱える単一横モードで発振する素
子について、素子の偏波方向を、ある一方向に揃えるこ
とがその課題である。
で、偏光が正確に取り扱える単一横モードで発振する素
子について、素子の偏波方向を、ある一方向に揃えるこ
とがその課題である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明では、屈折率導波
型面発光レーザにおいて、導波方向に垂直な断面が、単
一基本横モード（０次モード）で発振する程度に十分小
さく、かつ、断面内の特定の方向について、その長さを
減じることを特徴とする。
型面発光レーザにおいて、導波方向に垂直な断面が、単
一基本横モード（０次モード）で発振する程度に十分小
さく、かつ、断面内の特定の方向について、その長さを
減じることを特徴とする。
【００１２】
【作用】断面形状を十分小さくすることで単一横モード
で発振する素子が得られる。さらに一方向の長さを減じ
ると長い方の軸に沿ったモードでのみ発振する。この場
合偏波の向きは長い方の軸に垂直すなわち短軸に平行な
ものだけになるので、これにより偏光制御が可能とな
る。
で発振する素子が得られる。さらに一方向の長さを減じ
ると長い方の軸に沿ったモードでのみ発振する。この場
合偏波の向きは長い方の軸に垂直すなわち短軸に平行な
ものだけになるので、これにより偏光制御が可能とな
る。
【００１３】
【実施例】以下実施例を挙げて面発光レーザを説明す
る。
る。
【００１４】図１に本発明の面発光レーザを示す。
【００１５】上下２組の半導体多層反射膜で共振器を形
成し、基板に対して垂直方向に光を出射するレーザであ
る。上側の、陽極側半導体多層反射膜２は反応性イオン
ビームエッチングにより、ポスト形状に加工される。こ
の時、面発光レーザ断面７の形状を６μm ×５μm の矩
形とする。この場合例えば阿部英太郎著「マイクロ波」
（東京大学出版会）５４ページに示されているように、
発振できるモードは図２に示すように長辺に沿ったモー
ドのみとなる。この場合偏波の向きは図３に示すように
短辺に平行となるので、偏波はこの方向に揃うよう制御
される。偏波の向きが短辺に平行になるという点から本
発明における、基本モードにおいて、一方向のサイズを
減少させるという方法が先に示した長辺に平行に偏光す
るとしている偏光制御の従来例と本質的に異なる物理現
象を利用していることが明白である。
成し、基板に対して垂直方向に光を出射するレーザであ
る。上側の、陽極側半導体多層反射膜２は反応性イオン
ビームエッチングにより、ポスト形状に加工される。こ
の時、面発光レーザ断面７の形状を６μm ×５μm の矩
形とする。この場合例えば阿部英太郎著「マイクロ波」
（東京大学出版会）５４ページに示されているように、
発振できるモードは図２に示すように長辺に沿ったモー
ドのみとなる。この場合偏波の向きは図３に示すように
短辺に平行となるので、偏波はこの方向に揃うよう制御
される。偏波の向きが短辺に平行になるという点から本
発明における、基本モードにおいて、一方向のサイズを
減少させるという方法が先に示した長辺に平行に偏光す
るとしている偏光制御の従来例と本質的に異なる物理現
象を利用していることが明白である。
【００１６】この矩形断面面発光レーザの偏光子を通し
た室温、連続発振においての電流−光出力特性を図４に
示す。完全な直線偏光で、短辺に平行な方向の偏波のみ
観測された。さらに５４個の矩形断面面発光についての
偏波の方向を測定した結果を表にまとめたものを図５に
示す。短辺に垂直な偏光を示す素子はひとつもなく完全
な偏光制御が実現した。また短辺に４５°の角をなす方
向に偏光する素子が１４％観察されたが残りの８６％の
素子は短辺に平行な偏光を示した。４５°の角をなす方
向に偏光した素子は、断面形状が長方形なためその対角
線に沿って偏光したものと考えられ、断面形状を楕円等
にすればこの偏光方向は消滅させることが可能である。
た室温、連続発振においての電流−光出力特性を図４に
示す。完全な直線偏光で、短辺に平行な方向の偏波のみ
観測された。さらに５４個の矩形断面面発光についての
偏波の方向を測定した結果を表にまとめたものを図５に
示す。短辺に垂直な偏光を示す素子はひとつもなく完全
な偏光制御が実現した。また短辺に４５°の角をなす方
向に偏光する素子が１４％観察されたが残りの８６％の
素子は短辺に平行な偏光を示した。４５°の角をなす方
向に偏光した素子は、断面形状が長方形なためその対角
線に沿って偏光したものと考えられ、断面形状を楕円等
にすればこの偏光方向は消滅させることが可能である。
【００１７】本実施例では断面は矩形であったが、図６
に示すような楕円、ひし形、多角形などでもかまわな
い。また本実施例のＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ面発光レー
ザでの基本モードが得られるサイズ６μm や回折損が生
じるサイズ５μm という値は、レーザ構造、材料に依存
するので、それらに応じて設計すればよい。
に示すような楕円、ひし形、多角形などでもかまわな
い。また本実施例のＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ面発光レー
ザでの基本モードが得られるサイズ６μm や回折損が生
じるサイズ５μm という値は、レーザ構造、材料に依存
するので、それらに応じて設計すればよい。
【００１８】
【発明の効果】単一横モードで発振し、光の偏波方向を
一方向に揃えた面発光レーザを得ることができる。
一方向に揃えた面発光レーザを得ることができる。
【図１】矩形断面を有する面発光レーザの構造を示す
図。
図。
【図２】矩形断面面発光レーザにおける発振モードを示
す図。
す図。
【図３】矩形断面面発光レーザにおける偏光方向を示す
図。
図。
【図４】矩形断面面発光レーザの電流−光出力特性を示
す図。
す図。
【図５】矩形断面面発光レーザにおける偏光の割合を示
す図。
す図。
【図６】他の偏光制御面発光レーザの断面形状の例を示
す図。
す図。
１ 陽極 ２ 陽極側半導体多層反射膜 ３ 活性層 ４ イオン注入による不活性化領域 ５ 陰極 ６ 陰極側半導体多層反射膜 ７ 面発光レーザ断面 ８ 発振モード
Claims (2)
- 【請求項１】屈折率導波型面発光レーザにおいて、導波
方向に垂直な断面が、単一基本横モード（０次モード）
で発振する程度に十分小さく、かつ、断面内の特定の方
向について長さが減じてあることを特徴とする面発光レ
ーザ。 - 【請求項２】断面が矩形であり、偏光方向が前記矩形の
短辺に平行であることを特徴とする請求項１記載の面発
光レーザ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25332494A JPH08116130A (ja) | 1994-10-19 | 1994-10-19 | 面発光レーザ |
| US08/528,886 US5778018A (en) | 1994-10-13 | 1995-09-15 | VCSELs (vertical-cavity surface emitting lasers) and VCSEL-based devices |
| US09/017,038 US6154479A (en) | 1994-10-13 | 1998-02-02 | VCSELs (vertical-cavity surface emitting lasers) and VCSEL-based devices |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25332494A JPH08116130A (ja) | 1994-10-19 | 1994-10-19 | 面発光レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08116130A true JPH08116130A (ja) | 1996-05-07 |
Family
ID=17249727
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25332494A Pending JPH08116130A (ja) | 1994-10-13 | 1994-10-19 | 面発光レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08116130A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1027937A (ja) * | 1996-07-10 | 1998-01-27 | Fuji Xerox Co Ltd | 面発光型半導体レーザ装置およびその製造方法 |
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| US6751242B2 (en) | 1999-12-28 | 2004-06-15 | Seiko Epson Corporation | Surface emitting semiconductor laser and surface emitting semiconductor laser array |
| US7486713B2 (en) | 2003-09-11 | 2009-02-03 | Seiko Epson Corporation | Surface-emitting type semiconductor laser and method for manufacturing the same |
| US7580436B2 (en) | 2003-09-18 | 2009-08-25 | Seiko Epson Corporation | Surface-emitting type semiconductor laser and method for manufacturing the same |
| JP2009302512A (ja) * | 2008-05-15 | 2009-12-24 | Ricoh Co Ltd | 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置及び画像形成装置 |
| JP2010021521A (ja) * | 2008-06-11 | 2010-01-28 | Ricoh Co Ltd | 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置及び画像形成装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06283818A (ja) * | 1993-01-28 | 1994-10-07 | Seiko Epson Corp | 面発光型半導体レーザ |
-
1994
- 1994-10-19 JP JP25332494A patent/JPH08116130A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06283818A (ja) * | 1993-01-28 | 1994-10-07 | Seiko Epson Corp | 面発光型半導体レーザ |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1027937A (ja) * | 1996-07-10 | 1998-01-27 | Fuji Xerox Co Ltd | 面発光型半導体レーザ装置およびその製造方法 |
| JPH1027938A (ja) * | 1996-07-10 | 1998-01-27 | Fuji Xerox Co Ltd | 面発光型半導体レーザ装置およびその製造方法 |
| US6751242B2 (en) | 1999-12-28 | 2004-06-15 | Seiko Epson Corporation | Surface emitting semiconductor laser and surface emitting semiconductor laser array |
| US7486713B2 (en) | 2003-09-11 | 2009-02-03 | Seiko Epson Corporation | Surface-emitting type semiconductor laser and method for manufacturing the same |
| US7580436B2 (en) | 2003-09-18 | 2009-08-25 | Seiko Epson Corporation | Surface-emitting type semiconductor laser and method for manufacturing the same |
| US7983319B2 (en) | 2003-09-18 | 2011-07-19 | Seiko Epson Corporation | Surface-emitting type semiconductor laser that controls polarization directions of laser light and method for manufacturing the same |
| JP2009302512A (ja) * | 2008-05-15 | 2009-12-24 | Ricoh Co Ltd | 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置及び画像形成装置 |
| JP2010021521A (ja) * | 2008-06-11 | 2010-01-28 | Ricoh Co Ltd | 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置及び画像形成装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19970311 |