JPH08264884A - 利得導波型半導体レーザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低光出力から高光出力までの広い光出力範囲
で、接合面に平行な方向の遠視野像を単峰形にする。 【構成】 ストライプ状の電流注入領域の端部または途
中に非電流注入領域を設けた非連続ストライプ形状と、
幅の異なるストライプ状の電流注入領域を組み合わせた
複合ストライプ形状と、ストライプ状の電流注入領域の
片端または両端をテーパー状に形成したテーパーストラ
イプ形状との内の少なくとも一つの形状の電流狭窄構造
を有し、それによって接合面に平行な方向の遠視野像を
広い光出力範囲で単峰形とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、利得導波型半導体レ
ーザに関し、特に、レーザ出力として数百ｍＷから数Ｗ
以上の出力を要求される高出力利得導波型半導体レーザ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種のＤＨ（ダブルヘテロ）構
造、又は量子井戸構造を有する高出力利得導波型半導体
レーザの構成の一例を図８に示す。この図において、２
１はｎ側電極、２２はｎ−ＧａＡｓ（ガリュウム・砒
素）からなる基板結晶、２３はｎ−ＧａＡｌＡｓ（ガリ
ュウム・アルミニュウム・砒素）からなるクラッド層、
２４はｎ形又はＰ形のＧａＡｓからなる活性層、２５は
ｐ−ＧａＡｌＡｓからなるクラッド層、２６はｐ−Ｇａ
Ａｓからなるキャップ層、２７はＳｉＯ₂（二酸化シリ
コン）の酸化膜で形成された絶縁膜、２８はｐ側電極で
ある。

【０００３】図９はこのような高出力利得導波型半導体
レーザのストライプの形状を簡略化して示す図であり、
半導体レーザを接合面に平行に絶縁膜２７の位置で切断
した平面断面図である。

【０００４】図中、２９は絶縁膜２７の形成領域であ
る。３０は電極２８がキャップ層２６と接触する領域で
あり、絶縁膜２７で電流の流れる領域をストライプ状に
限定していることから、通常、この領域はストライプと
呼ばれている。このストライプ３０は、電流注入によっ
て励起される電流注入領域である。Ａはレーザ光が出射
される側、つまりフロント側であり、Ｂはリア側であ
る。

【０００５】従来、このような高出力利得導波型半導体
レーザにおいては、充分大きなパワー（レーザ光出力）
を得るには、ストライプ幅の広いブロードストライプレ
ーザがよく用いられていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のブロードストライプレーザにおいては、接合
面に平行な方向の遠視野像（以下、ＦＦＰ（Far Field
Pattern ）‖と略記する）が、高光出力では単峰形にな
り易いものの、低〜中光出力では単峰形になりにくいと
いう問題があった。

【０００７】この従来のブロードストライプレーザにお
ける低光出力から高光出力までのＦＦＰ‖を図１０のグ
ラフに示す。これらの図において、（ａ）は半導体レー
ザを低出力駆動した低光出力時のＦＦＰ‖を示し、
（ｂ）は中出力駆動した中光出力時のＦＦＰ‖を示し、
（ｃ）は高出力駆動した高光出力時のＦＦＰ‖を示して
いる。ここで、低出力駆動は約５００ｍＷ程度、中出力
駆動は約１０００ｍＷ程度、高出力駆動は約１５００ｍ
Ｗ程度の出力としている。

【０００８】これらの図に示すように、従来のブロード
ストライプレーザにおいては、ＦＦＰ‖は、高光出力で
は単峰形であるが、低光出力では双峰形に、中光出力で
は多峰形になっている。

【０００９】これを解決する方法として、従来において
は、（１）利得を幅方向に連続的に変化させる、（２）
共振器の端面を曲面に加工する、（３）テーパー状の共
振器とエッチング溝を組み合わせる、（４）共振器端面
の反射率に分布を持たせる、……等の方法が提案されて
きた。

【００１０】しかし、上記の提案されてきた方法では、
ＦＦＰ‖は単峰形となるものの、半導体レーザの作製が
困難で工業化が難しい、出射光の角度が駆動出力に応じ
て変わる、共振器長が非常に長くなる、……等の問題が
あった。

【００１１】この発明は、このような事情を考慮してな
されたもので、低光出力から高光出力までの広い光出力
範囲でＦＦＰ‖を単峰形にすることが可能な利得導波型
半導体レーザを提供するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明は、ストライプ
状の電流注入領域の端部または途中に非電流注入領域を
設けた非連続ストライプ形状と、幅の異なるストライプ
状の電流注入領域を組み合わせた複合ストライプ形状
と、ストライプ状の電流注入領域の片端または両端をテ
ーパー状に形成したテーパーストライプ形状との内の少
なくとも一つの形状の電流狭窄構造を有し、それによっ
て接合面に平行な方向の遠視野像を広い光出力範囲で単
峰形とすることを特徴とする利得導波型半導体レーザで
ある。

【００１３】この発明において、ストライプ状の電流注
入領域とは、帯状に形成された、電流注入によって励起
される領域であり、非電流注入領域とは、例えば、ＤＨ
構造を有する高出力利得導波型半導体レーザであれば、
絶縁膜によって覆われた、あるいはプロトンなどのイオ
ン注入により絶縁化された、電流が注入されない、つま
り励起されない領域である。

【００１４】ストライプ状の電流注入領域の端部とは、
帯状の電流注入領域の長手方向における端部であり、こ
の端部は、立方体の形状をした半導体レーザのレーザ光
が出射される側面をフロント側、その反対側面をリア側
とすれば、帯状の電流注入領域の長手方向におけるフロ
ント側の端部とリア側の端部とのいずれの端部であって
もよい。

【００１５】ストライプ状の電流注入領域の途中とは、
帯状の電流注入領域の長手方向における端部以外の部分
であり、帯状の電流注入領域の途中であればどの位置で
あってもよい。

【００１６】幅の異なるストライプ状の電流注入領域を
組み合わせた複合ストライプ形状としては、幅の異なる
２つのストライプ状の電流注入領域を組み合わせた構成
（２段形）であってもよく、また、幅の異なる３つのス
トライプ状の電流注入領域を組み合わせた構成（３段
形）、あるいはそれ以上の多段形の構成の複合ストライ
プ形状であってもよい。

【００１７】ストライプ状の電流注入領域の片端または
両端とは、帯状の電流注入領域の長手方向における片側
の端部または両側の端部であり、テーパー状に形成する
とは、山形に形成することを意味し、山形に形成してい
れば、山形の先端の角度は鋭角であっても鈍角であって
もよく、どのような角度を有した山形であってもよい。
また、先端の切れた台形状になっている場合も含む。

【００１８】本発明の利得導波型半導体レーザにおいて
は、上記のストライプ形状の内、少なくとも一つのスト
ライプ形状又はこれらと類似の形状を有していればよ
い。すなわち、非連続ストライプ形状と、複合ストライ
プ形状と、テーパーストライプ形状の三つの形状の内、
いずれか一つの形状の電流狭窄構造を有していてもよ
く、あるいはいずれか二つの形状を組み合わせた形状の
電流狭窄構造を有していてもよく、あるいは三つ全ての
形状を組み合わせた形状の電流狭窄構造を有していても
よい。

【００１９】

【作用】この発明によれば、ストライプ状の電流注入領
域の幅方向における中央部の利得が、縁部に比べて相対
的に大きくなり、ストライプ状の電流注入領域の中央部
から縁部に行くにつれて、相対的に損失が大きくなる。
このため、ストライプ状の電流注入領域の中央部で、強
いパワーを持つようなモードが優先的に発振し、その結
果として、接合面に平行な方向の遠視野像が広い光出力
範囲で単峰形となる。

【００２０】

【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明
を詳述する。なお、これによってこの発明が限定される
ものではない。

【００２１】図１はこの発明の利得導波型半導体レーザ
の一実施例の構成を示す斜視図であり、ＤＨ（ダブルヘ
テロ）構造を有する高出力利得導波型半導体レーザを示
したものである。

【００２２】この図において、１はｎ側電極、２はｎ−
ＧａＡｓ（ガリュウム・砒素）からなる基板結晶、３は
ｎ−ＧａＡｌＡｓ（ガリュウム・アルミニュウム・砒
素）からなるクラッド層、４はｎ形又はＰ形のＧａＡｓ
からなる活性層、５はｐ−ＧａＡｌＡｓからなるクラッ
ド層、６はｐ−ＧａＡｓからなるキャップ層、７はＳｉ
Ｏ₂（二酸化シリコン）の酸化膜で形成された絶縁膜、
８はｐ側電極である。

【００２３】図２はこのような高出力利得導波型半導体
レーザのストライプの形状を簡略化して示す図であり、
半導体レーザを接合面に平行に絶縁膜７の位置で切断し
た平面断面図である。

【００２４】図中、９は絶縁膜７の形成領域である。１
０は電極８がキャップ層６と接触する領域であり、絶縁
膜７で電流の流れる領域をストライプ状に限定している
ことから、通常、この領域をストライプと呼び、電流注
入によって励起される電流注入領域である。Ａはレーザ
光が出射される側、つまりフロント側であり、Ｂはリア
側である。

【００２５】この図に示すように、本実施例の利得導波
型半導体レーザでは、フロントＡ側とリアＢ側とで幅の
異なるストライプ状の電流注入領域を複合ストライプ１
０として形成し、リアＢ側には、非電流注入領域Ｃを設
けている。このため、複合ストライプ１０は、非連続ス
トライプともなっている。

【００２６】この半導体レーザは、複合ストライプ１０
と非電流注入領域Ｃとを組み合わせた非連続複合ストラ
イプ形の電流狭窄構造を有する利得導波型半導体レーザ
である。この複合ストライプ１０の幅は、約１００μｍ
と約５０μｍの２段階の幅で形成されている。この複合
ストライプ１０は、３段階又はそれ以上の多段階の幅で
形成されていてもよい。

【００２７】この複合ストライプ１０では、複合ストラ
イプ１０の幅方向において、中央部の利得が縁部に比べ
て相対的に大きくなるように設計されているために、ス
トライプ１０の中央部で、強いパワーを持つようなモー
ドが優先的に発振し、このため、接合面に平行な方向の
遠視野像（以下、ＦＦＰ（Far Field Pattern ）‖と略
記する）が単峰形になりやすい。

【００２８】また、出射角度の大きな光は、リアＢ側に
設けられた非電流注入領域Ｃがあるために、複合ストラ
イプ１０内に戻りにくく、これもＦＦＰ‖を単峰形にす
るのに貢献する。その結果として、ＦＦＰ‖は、低〜高
光出力の広い領域にわたり単峰形となる。

【００２９】図３〜図６はこの発明の利得導波型半導体
レーザの他の実施例のストライプの形状を示す図であ
り、図２と同様に、半導体レーザを接合面に平行に絶縁
膜７の位置で切断した平面断面図である。

【００３０】これらの図に示すように、本発明の利得導
波型半導体レーザにおいては、適切な条件を選ぶことに
より、ストライプが図３〜図６に示すような構造であっ
ても同様の効果を得ることができる。

【００３１】これらの図の内、図３に示した半導体レー
ザは、通常のストライプ１１と非電流注入領域Ｃとを組
み合わせた非連続ストライプ形の電流狭窄構造を有する
利得導波型半導体レーザである。

【００３２】図４に示した半導体レーザは、リアＢ側の
端部がテーパー状になったテーパーストライプ１２と非
電流注入領域Ｃとを組み合わせた非連続テーパーストラ
イプ形の電流狭窄構造を有する利得導波型半導体レーザ
である。

【００３３】図５に示した半導体レーザは、複合ストラ
イプ１３のみを設けた複合ストライプ形の電流狭窄構造
を有する利得導波型半導体レーザである。この複合スト
ライプ１３の形状は、幅の狭いストライプの部分に非電
流注入領域Ｃが設けられていると考えることができる。

【００３４】図６に示した半導体レーザは、リアＢ側の
端部がテーパー状になったテーパーストライプ１４のみ
を設けたテーパーストライプ形の電流狭窄構造を有する
利得導波型半導体レーザである。このテーパーストライ
プ１４の形状は、テーパー状になったストライプの部分
に非電流注入領域Ｃが設けられていると考えることがで
きる。

【００３５】これらの実施例において、非電流注入領域
Ｃは、ストライプのリアＢ側に設けた構成となっている
が、フロントＡ側に設けていても、また途中に設けてい
てもよく、どの位置に設けていてもよい（フロントＡ側
のみならず真中の方でもよい）。

【００３６】また、複合ストライプ１０，１３は２段階
の幅で形成しているが、３段階又はそれ以上の多段階の
幅で形成してもよい。さらに、テーパーストライプ１
２，１４は、ストライプの片端のみをテーパー状に形成
しているが、ストライプの両端をテーパー状に形成して
もよい。そして、半導体レーザの端面近傍に、ＣＯＤ
（Catastrophic Optical Damage）レベルを上げるため
の非電流注入領域（ウインドウ）を設けてもよい。

【００３７】図７は本発明の利得導波型半導体レーザに
おける低光出力から高光出力までのＦＦＰ‖を示すグラ
フである。これらの図において、（ａ）は半導体レーザ
を低出力駆動した低光出力時のＦＦＰ‖を示し、（ｂ）
は中出力駆動した中光出力時のＦＦＰ‖を示し、（ｃ）
は高出力駆動した高光出力時のＦＦＰ‖を示している。
ここで、低出力駆動は約５００ｍＷ程度、中出力駆動は
約１０００ｍＷ程度、高出力駆動は約１５００ｍＷ程度
の出力としている。

【００３８】これらの図に示すように、本発明の利得導
波型半導体レーザにおいては、ＦＦＰ‖は、低光出力、
中光出力、高光出力の広い領域にわたり単峰形となって
いる。

【００３９】このように、非電流注入領域を設けて、出
射角度の大きな光については、ストライプ内に戻りにく
くし、また、ストライプの幅方向において、中央部の利
得が縁部に比べて相対的に大きくなるようにすることに
より、ストライプの中央部で、強いパワーを持つような
モードを優先的に発振させることができる。

【００４０】これにより、従来型のブロードストライプ
レーザにおいては、低〜中光出力駆動時に、ＦＦＰ‖が
双峰形あるいは多峰形になりがちであったが、本実施例
の半導体レーザでは、低〜高光出力の広い領域にわたり
単ＦＦＰ‖を単峰形にすることができる。

【００４１】

【発明の効果】この発明によれば、接合面に平行な方向
の遠視野像を広い光出力範囲で単峰形とすることができ
る。また、作製が簡単で分留りが良く、共振器が比較的
短くてすみ、光出力が変わっても出射光の角度を一定と
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の利得導波型半導体レーザの一実施例
の構成を示す斜視図である。

【図２】この発明の利得導波型半導体レーザのストライ
プの形状を簡略化して示す平面断面図である。

【図３】この発明の利得導波型半導体レーザの他の実施
例のストライプの形状を示す平面断面図である。

【図４】この発明の利得導波型半導体レーザの他の実施
例のストライプの形状を示す平面断面図である。

【図５】この発明の利得導波型半導体レーザの他の実施
例のストライプの形状を示す平面断面図である。

【図６】この発明の利得導波型半導体レーザの他の実施
例のストライプの形状を示す平面断面図である。

【図７】本発明の利得導波型半導体レーザにおける低光
出力から高光出力までのＦＦＰ‖を示すグラフである。

【図８】従来の高出力利得導波型半導体レーザの構成の
一例を示す斜視図である。

【図９】従来の高出力利得導波型半導体レーザのストラ
イプの形状を簡略化して示す平面断面図である。

【図１０】従来のブロードストライプレーザにおける低
光出力から高光出力までのＦＦＰ‖を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１ ｎ側電極 ２ 基板結晶 ３，５ クラッド層 ４ 活性層 ６ キャップ層 ７ 絶縁膜 ８ ｐ側電極 ９ 絶縁膜の形成領域 １０，１３ 複合ストライプ １１ 通常のストライプ １２，１４ テーパーストライプ Ａ フロント側 Ｂ リア側 Ｃ 非電流注入領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 裕 京都市中京区西ノ京桑原町１番地 株式会 社島津製作所三条工場内 (72)発明者 樫原 稔 京都市中京区西ノ京桑原町１番地 株式会 社島津製作所三条工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ストライプ状の電流注入領域の端部また
   は途中に非電流注入領域を設けた非連続ストライプ形状
   と、幅の異なるストライプ状の電流注入領域を組み合わ
   せた複合ストライプ形状と、ストライプ状の電流注入領
   域の片端または両端をテーパー状に形成したテーパース
   トライプ形状との内の少なくとも一つの形状の電流狭窄
   構造を有し、それによって接合面に平行な方向の遠視野
   像を広い光出力範囲で単峰形とすることを特徴とする利
   得導波型半導体レーザ。