JPH09129979A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

半導体レーザ装置

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JPH09129979A
JPH09129979A JP28695795A JP28695795A JPH09129979A JP H09129979 A JPH09129979 A JP H09129979A JP 28695795 A JP28695795 A JP 28695795A JP 28695795 A JP28695795 A JP 28695795A JP H09129979 A JPH09129979 A JP H09129979A
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JP
Japan
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layer
refractive index
semiconductor laser
laser device
thickness
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JP28695795A
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English (en)
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Norihiro Iwai
則広 岩井
Akihiko Kasukawa
秋彦 粕川
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 活性層の温度が変動しても、発振波長が変化
しない半導体レーザ装置を提供することを課題とする。 【解決手段】 温度上昇に応答して反射率が低下する反
射鏡(下限使用温度における反射率が約80%である干
渉型波長フィルタ)を、共振器端面の少なくとも一方に
有する半導体レーザ装置である。具体的には、干渉型波
長フィルタは、厚さがλ/4n1 である高屈折率層(ア
モルファスシリコン層)と厚さがλ/4n 2 である低屈
折率層(二酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化アル
ミニウム層、二酸化チタン層、または、酸化マグネシウ
ム層)とがこの順序に積層された積層体が複数積層され
ており、低屈折率層のうちおゝむね中央に積層される1
枚の厚さはλ/2n2 とされている。但し、λは発振波
長であり、n1 は高屈折率層の屈折率であり、n2 は低
屈折率層の屈折率である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ装置
の改良に関する。特に、温度が変化しても波長が変化し
ないようにする改良に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の技術に係る半導体レーザ装置の1
例の断面図(導波路に沿って切断された断面を示す断面
図)を図11に示す。図において、11はn型のInP
基板であり、12は、電荷を活性層に閉じ込めて再結合
を促進するとゝもに光を活性層に閉じ込める機能を有す
る下部クラッド層であり、電荷を活性層に閉じ込めるた
めに禁制帯幅を活性層の禁制帯幅より大きくし、光を活
性層に閉じ込めるために屈折率を活性層の屈折率より小
さくする必要があるため、n型のInP層が使用され
る。13は、混晶比が相互に相違するため禁制帯幅が相
互に相違する2種の半導体(InGaAsP)層が交互
に積層されている量子井戸層よりなり、その実効禁制帯
幅が下部クラッド層12の禁制帯幅より小さく選択され
ている。14は、電荷を活性層に閉じ込めて再結合を促
進するとゝもに光を活性層に閉じ込める機能を有する上
部クラッド層であり、電荷を活性層に閉じ込めるために
禁制帯幅を活性層より大きくし、光を活性層に閉じ込め
るために屈折率を活性層より小さくする必要があるた
め、p型のInP層が使用される。15は負側電極であ
り、Au−Ge−Ni/Auが使用される。16は正側
電極であり、Ti−Pt−Auが使用される。17は、
高反射膜よりなる反射鏡であり、厚さが230nmの二
酸化シリコン層と厚さが100nmのアモルファスシリ
コン層との積層体で構成される。
【0003】活性層13中では、プランクの定数を活性
層13の実効禁制帯幅をもって除して得られる値に近い
値を波長とする光が発光し、この光が、長さが300μ
mになるように劈開された活性層13(共振器)中を反
射往復して、図にLをもって示す方向に誘導放出され
て、レーザとして作動する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】半導体レーザ装置の活
性層の実効禁制帯幅はその温度の変動に応答して変動す
るため、1例を上記した従来技術に係る半導体レーザ装
置の発振波長は、温度の変動に応答して0.5nm/℃
の変化率をもって変動するという欠点がある。
【0005】この欠点は、活性層の温度変化に応答して
活性層の実効禁制帯幅が変化することに起因するもので
あり、本質的なものである。この欠点は、分布帰還型構
造を使用すれば、ある程度解消できないこともないが、
その製造方法が繁雑であるため、歩留りが悪く、現実的
ではない。
【0006】本発明の目的は、この欠点を解消すること
にあり、活性層の温度が変動しても、発振波長が変化し
ない半導体レーザ装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る半導体レーザ装置においては、温度
上昇に応答して反射率が低下する反射鏡を、共振器端面
の少なくとも1方に設けることゝしてある。
【0008】上記の特性を有する反射鏡は、原理的に
は、幾何光学上公知の干渉型波長フィルタである。
【0009】上記の干渉型波長フィルタは、高屈折率層
と低屈折率層とがこの順序に複数層積層されており、発
振波長をλとし、高屈折率層の屈折率をn1 とし、低屈
折率層の屈折率をn2 とするとき、高屈折率層の厚さは
λ/4n1 とされ、低屈折率層の厚さはλ/4n2 とさ
れるが、低屈折率層のうちおゝむね中央に積層される1
層のみの厚さがλ/2n2 とされている積層体によって
形成される。
【0010】以上のように構成されたフィルタは、図2
に示すように、波長λの光に対して反射率が極小になる
特性を示すので、室温における発振波長がλより小さい
レーザ装置、好ましくは30〜50nm小さいレーザ装
置に用いることで、温度上昇に応答して反射率が低下す
る反射鏡として機能する。
【0011】また、上記の高屈折率層と低屈折率層との
厚さは、λ/8n1 、λ/2n1 、または、λ/16n
1 とされ、低屈折率層の厚さは、λ/8n2 、λ/2n
2 、または、λ/16n2 とされ、おゝむね中央に積層
される厚さの厚い低屈折率層の厚さは、それぞれ上記の
組に対して、3λ/8n2 、3λ/4n2 、または、5
λ/16n2 としても、前記した構成の干渉型波長フィ
ルタとほゞ同等の特性が得られる。
【0012】一般的に表せば、aを4以上の整数とし、
bをaより小さい自然数とし、λを波長とし、n1 を高
屈折率層の屈折率とし、n2 を低屈折率層の屈折率とし
たとき、高屈折率層の厚さがbλ/an1 であり、低屈
折率層の厚さが(a−2b)λ/2an2 であり、この
厚さを有する高屈折率層と低屈折率層とがこの順序に積
層された積層体が複数積層されており、低屈折率層のう
ちおゝむね中央に積層される1枚の厚さが(3a−4
b)λ/4an2 である場合である。
【0013】上記の干渉型波長フィルタを構成する高屈
折率層の材料にはアモルファスシリコンが好適であり、
低屈折率層の材料には、二酸化シリコン、窒化シリコ
ン、酸化アルミニュウム、二酸化チタン、または、酸化
マグネシウムが好適である。
【0014】共振器をなす活性層の少なくとも1方の端
面に、活性層の温度上昇に応答して反射率が低下する反
射鏡が設けられていると、活性層の温度が上昇したと
き、実効禁制帯幅が減少して活性層の発光波長は増加す
るが、反射鏡の反射率が低下するのでミラー損失が増大
し、これにより、しきい値電流密度が増大してバンドフ
ィリング現象が発生して短波長化する。そのため、活性
層の温度が上昇して活性層の実効禁制帯幅が減少して
も、発振波長の増大は発生せず、温度の変動に拘らず発
振波長が安定することになる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつゝ、本発明
の実施の形態の1例に係る半導体レーザ装置について説
明する。
【0016】図3参照 MBE法、ガスソースMBE法、CBE法、または、M
OCVD法を使用して、n型InP基板11上に、下記
の半導体層を順次形成する。 イ.n型InP層よりなるn側クラッド層12。 ロ.組成を異にするのInGaAsP層の組よりなる歪
量子井戸活性層13。歪量子井戸はInGaの混晶比と
AsPの混晶比とを調整して、禁制帯幅の小さな井戸層
と禁制帯幅の大きなバリヤ層とを交互に積層すれば形成
できる。 ハ.p型InP層よりなる上部クラッド14層。
【0017】上部クラッド14上に SiNx層を形成
し、これを、レーザの光路となるストライプに沿って伸
延する幅2μmの領域上以外から除去して、マスク18
を形成する。
【0018】図4参照 上記のマスク18を使用してなすフォトリソグラフィー
法を使用して、ストライプ領域以外から、上部クラッド
14と活性層13と下部クラッド層12の上部とをエッ
チング除去する。
【0019】図5参照 p型InP層19とn型InP層20とを順次形成し
て、電流狭窄層を形成し、その後、使用済みのマスク1
8をを除去する。
【0020】n型InP基板11の厚さを100μm程
度に減少した後、このn型InP層11の下面に負電極
15を形成し、上部クラッド14と電流狭窄層を構成す
るn型InP層20との上面に正電極16を形成する。
負電極15の材料にはAu−Ge−Ni/Auが適当で
あり、正電極16の材料はTi−Pt−AuまたはAu
−Znが適当である。
【0021】図6参照 ストライプに沿う方向の長さ(共振器長)が300μm
になるように劈開して、レーザダイオードバーを形成
し、その1方の端面に、本発明の要旨に係る反射鏡21
を形成する。
【0022】図1参照 図は本発明の要旨に係る反射鏡21の層構造を示す。図
において、211、213、215、217は、高屈折
率層であり、アモルファスシリコンよりなり、その厚さ
はλ/4n1 である。但し、λは発振波長であり、n1
はアモルファスシリコンの屈折率である。212、21
4、216、218は低屈折率層であり、SiO2 、S
iNx、Al2 3 、TiO2 、または、MgOよりな
り、層214を除き、厚さはλ/4n2 である。但し、
λは発振波長であり、n2 低屈折率層(SiO2 、Si
Nx、Al2 3 、TiO2 、または、MgO)の屈折
率である。層214の厚さのみはλ/2n2 である。
【0023】この反射鏡はエレクトロンビーム蒸着法を
使用すれば形成できる。
【0024】図2参照 上記の反射鏡(幾何光学上公知の干渉型波長フィルタ)
の、波長に対する反射率は、図に示すようになり、波長
が1250nm〜1300nmの範囲において、反射率
は温度上昇に応答して低下する。そこで、おゝむね12
70nmにおいて反射率は80%であるから1270n
m〜1300nmの範囲を使用すればよい。
【0025】図7・図8参照 図7・図8は、上記の工程をもって製造した、本発明の
実施の形態の2例に係る半導体レーザ装置(図7は波長
1.3μm埋め込み型の場合であり、図8は波長1.5
5μm埋め込み型の場合である。)の温度に対する発振
波長の関係を表す。図において、Aは本発明の結果であ
り、Bは従来技術の結果である。図より、温度変化に対
して発振波長が安定していることが明らかである。
【0026】図9・図10参照 図9・図10は、上記の工程をもって製造した、本発明
の実施の形態の2例に係る半導体レーザ装置(図7は波
長1.3μm埋め込み型の場合であり、図8は波長1.
55μm埋め込み型の場合である。)のしきい値電流対
活性層温度の関係を示す。図において、Cは本発明の結
果であり、Dは従来技術の例である。図より明らかなよ
うに、しきい値電流対活性層温度の傾向には、本発明と
従来技術との間に変化はない。
【0027】以上の説明は埋め込み型半導体レーザ装置
についてなされているが、埋め込み型半導体レーザ装置
に限らず、リッジ導波路型半導体レーザ装置、埋め込み
型リッジ導波路型半導体レーザ装置、VSIS型半導体
レーザ装置、SAS型半導体レーザ装置にも本発明は使
用できる。
【0028】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明に係る半導
体レーザ装置は、その少なくとも一方の共振器端面に、
温度上昇に応答して反射率が低下する反射膜が設けられ
ているので、活性層の温度が上昇し、実効禁制帯幅が減
少してその発振波長が長くなっても、反射鏡の反射率が
低下するのでミラー損失が増大し、これにより、しきい
値電流密度が増大してバンドフィリング現象が発生して
短波長化するので、活性層の温度が上昇して活性層の実
効禁制帯幅が減少しても、発振波長の増大は発生せず、
活性層の温度の変動に拘らず発振波長は安定する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の要旨に係る反射鏡を構成する干渉型波
長フィルタの層構造を示す概念図である。
【図2】本発明の要旨に係る反射鏡を構成する干渉型波
長フィルタの反射率対波長特性を示すグラフである。
【図3】本発明の実施の形態の1例に係る半導体レーザ
装置の製造工程を示す図(正面図)である。
【図4】本発明の実施の形態の1例に係る半導体レーザ
装置の製造工程を示す図(正面図)である。
【図5】本発明の実施の形態の1例に係る半導体レーザ
装置の製造工程を示す図(正面図)である。
【図6】本発明の実施の形態の1例に係る半導体レーザ
装置の製造工程を示す図(側断面図)である。
【図7】本発明に係る半導体レーザ装置と従来技術に係
る半導体レーザ装置(波長1.3μm埋め込み型)の発
振波長対活性層温度特性を比較して示すグラフである。
【図8】本発明に係る半導体レーザ装置と従来技術に係
る半導体レーザ装置(波長1.55μm埋め込み型)の
発振波長対活性層温度特性を比較して示すグラフであ
る。
【図9】本発明に係る半導体レーザ装置と従来技術に係
る半導体レーザ装置(波長1.3μm埋め込み型)のし
きい値電流対活性層温度特性を比較して示すグラフであ
る。
【図10】本発明に係る半導体レーザ装置と従来技術に
係る半導体レーザ装置(波長1.55μm埋め込み型)
のしきい値電流対活性層温度特性を比較して示すグラフ
である。
【図11】従来技術に係る半導体レーザ装置の側断面図
である。
【符号の説明】
11 n型InP層(基板) 12 n型InP下部クラッド層 13 活性層(InGaAsP歪量子井戸層) 14 p型InP上部クラッド層 15 負電極 16 正電極 17 従来技術に係る反射鏡 18 マスク 19 p型InP電流狭窄層 20 n型InP電流狭窄層 21 本発明に係る反射鏡 211、213、215、217 高屈折率層(λシ
リコン層) 212、214、216、218 低屈折率層(Si
2 層)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】温度上昇に応答して反射率が低下する反射
    鏡を、共振器端面の少なくとも一方に有することを特徴
    とする半導体レーザ装置。
  2. 【請求項2】前記反射鏡は、下限使用温度における反射
    率が約80%である干渉型波長フィルタであることを特
    徴とする請求項1記載の半導体レーザ装置。
  3. 【請求項3】前記干渉型波長フィルタは、厚さがλ/4
    1 である高屈折率層と厚さがλ/4n2 である低屈折
    率層とがこの順序に積層された積層体が複数積層されて
    なり、前記低屈折率層のうちおゝむね中央に積層される
    1枚の厚さはλ/2n2 であり、室温における発振波長
    がλより小さいことを特徴とする請求項2記載の半導体
    レーザ装置。但し、 λは波長であり、 n1 は高屈折率層の屈折率であり、 n2 は低屈折率層の屈折率である。
  4. 【請求項4】前記干渉型波長フィルタは、厚さがbλ/
    an1 である高屈折率層と厚さが(a−2b)λ/2a
    2 である低屈折率層とがこの順序に積層された積層体
    が複数積層されてなり、前記低屈折率層のうちおゝむね
    中央に積層される1枚の厚さは(3a−4b)λ/4a
    2 であることを特徴とする請求項2記載の半導体レー
    ザ装置。但し、 aは4以上の整数であり、 bはaより小さい自然数であり、 λは波長であり、 n1 は高屈折率層の屈折率であり、 n2 は低屈折率層の屈折率である。
  5. 【請求項5】前記高屈折率層はアモルファスシリコン層
    であり、前記低屈折率層は、二酸化シリコン層、窒化シ
    リコン層、酸化アルミニウム層、二酸化チタン層、また
    は、酸化マグネシウム層であることを特徴とする請求項
    3または4記載の半導体レーザ装置。
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