JPH0936493A - 半導体レーザおよび複合半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザおよび複合半導体レーザInfo
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- JPH0936493A JPH0936493A JP19928895A JP19928895A JPH0936493A JP H0936493 A JPH0936493 A JP H0936493A JP 19928895 A JP19928895 A JP 19928895A JP 19928895 A JP19928895 A JP 19928895A JP H0936493 A JPH0936493 A JP H0936493A
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 電力−光出力変換効率が高く、かつ、狭い光
出射領域において大出力が得られる半導体レーザを提供
する。 【構成】 半導体基板上にバッファ層、活性層、クラッ
ド層及びコンタクト層を形成し、活性層への電流注入領
域が共振器の長さ方向に沿って直線的に変化するように
する。これにより、テーパ状に変化する発光領域９が得
られる。発光領域９の広い側の端面に高反射膜１０を形
成し、発光領域の狭い側の端面に低反射膜１１を形成す
る。
出射領域において大出力が得られる半導体レーザを提供
する。 【構成】 半導体基板上にバッファ層、活性層、クラッ
ド層及びコンタクト層を形成し、活性層への電流注入領
域が共振器の長さ方向に沿って直線的に変化するように
する。これにより、テーパ状に変化する発光領域９が得
られる。発光領域９の広い側の端面に高反射膜１０を形
成し、発光領域の狭い側の端面に低反射膜１１を形成す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光計測用や固体レ
ーザ励起用光源として用いられる数十ワットクラスの大
出力の動作が可能な半導体レーザに関し、特に狭い光出
射領域において大出力が得られる半導体レーザおよび複
合半導体レーザに関するものである。
ーザ励起用光源として用いられる数十ワットクラスの大
出力の動作が可能な半導体レーザに関し、特に狭い光出
射領域において大出力が得られる半導体レーザおよび複
合半導体レーザに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光計測等の分野において、ある点までの
距離を計測するポイント測距装置が開発され、光源とし
て、ワット級ないし数十ワット級の光出力を発生する高
出力レーザダイオードが求められるようになってきてい
る。
距離を計測するポイント測距装置が開発され、光源とし
て、ワット級ないし数十ワット級の光出力を発生する高
出力レーザダイオードが求められるようになってきてい
る。
【０００３】その第１の従来例としては、単体のレーザ
ダイオードチップの場合の高出力化のために、発光領域
の幅を広げ、いわゆるブロードエリアレーザダイオード
にすることが行われており（図９（ｂ）参照）、山中他
により発光領域幅６００μｍにおいて、６Ｗの光出力が
得られている（山中他、レーザ研究、第１８巻、第５５
５頁、１９９０年）。また、多数のレーザ素子をアレイ
状に配置することなどが行われてきており、ハルナゲイ
（Harnagei）他により、全発光領域幅７２００μｍにお
いて、１００Ｗ以上の光出力が得られている（アプライ
ド・フィジックスレター誌 第４９巻 １４１８頁、１
９８６年、G.L.Harnagei et al.,Appl.Phys. Lett., vo
l.49, p.1418, 1986 ）。
ダイオードチップの場合の高出力化のために、発光領域
の幅を広げ、いわゆるブロードエリアレーザダイオード
にすることが行われており（図９（ｂ）参照）、山中他
により発光領域幅６００μｍにおいて、６Ｗの光出力が
得られている（山中他、レーザ研究、第１８巻、第５５
５頁、１９９０年）。また、多数のレーザ素子をアレイ
状に配置することなどが行われてきており、ハルナゲイ
（Harnagei）他により、全発光領域幅７２００μｍにお
いて、１００Ｗ以上の光出力が得られている（アプライ
ド・フィジックスレター誌 第４９巻 １４１８頁、１
９８６年、G.L.Harnagei et al.,Appl.Phys. Lett., vo
l.49, p.1418, 1986 ）。
【０００４】また、第２の従来例としては、活性層幅が
共振器方向に広がった形状を有するフレア構造の半導体
レーザで、ワットクラスまでの安定な横基本モードの大
出力動作をさせる方法がある。このような半導体レーザ
は光計測システム等、種々の応用が期待されている。図
１１に鴫原他によって報告された（１９８８年発行のエ
レクトロニクスレターズ誌、第２４巻、第１８号、第１
１８２頁から第１１８３頁）フレア構造半導体レーザの
斜視図を示す。
共振器方向に広がった形状を有するフレア構造の半導体
レーザで、ワットクラスまでの安定な横基本モードの大
出力動作をさせる方法がある。このような半導体レーザ
は光計測システム等、種々の応用が期待されている。図
１１に鴫原他によって報告された（１９８８年発行のエ
レクトロニクスレターズ誌、第２４巻、第１８号、第１
１８２頁から第１１８３頁）フレア構造半導体レーザの
斜視図を示す。
【０００５】この例では、基板２１上にバッファ層２
２、電流ブロック層２３を成長させた後、電流ブロック
層２３の一部を共振器方向に幅が変化するような形状に
エッチングして除去し、その上に全面に下部クラッド層
２４、活性層２５、上部クラッド層２６、コンタクト層
２７を順次積層し、エピ成長層側、基板側に電極２８、
２９を形成し、また電流ブロック層２３の除去された幅
の狭い側の端面に高反射膜１０を形成して所望のフレア
構造半導体レーザを得ている。電流は、電流ブロック層
２３の除去された部分にのみ注入されるため、図１２に
示す素子平面図でみると発光領域９は光の共振方向に幅
が変化する（光の出射方向に向かって広がる）形状とな
っている。
２、電流ブロック層２３を成長させた後、電流ブロック
層２３の一部を共振器方向に幅が変化するような形状に
エッチングして除去し、その上に全面に下部クラッド層
２４、活性層２５、上部クラッド層２６、コンタクト層
２７を順次積層し、エピ成長層側、基板側に電極２８、
２９を形成し、また電流ブロック層２３の除去された幅
の狭い側の端面に高反射膜１０を形成して所望のフレア
構造半導体レーザを得ている。電流は、電流ブロック層
２３の除去された部分にのみ注入されるため、図１２に
示す素子平面図でみると発光領域９は光の共振方向に幅
が変化する（光の出射方向に向かって広がる）形状とな
っている。
【０００６】このような素子を用いて、幅２００μｍの
光出射領域において、４Ｗの光出力が得られている（１
９９３年発行、アイイーイーイーフォトニクステクノロ
ジーレターズ誌第５巻６０５項、E.S.Kintzer et al.,
IEEE Photon. Technol. Lett., 5, p.605, 1993 ）。
光出射領域において、４Ｗの光出力が得られている（１
９９３年発行、アイイーイーイーフォトニクステクノロ
ジーレターズ誌第５巻６０５項、E.S.Kintzer et al.,
IEEE Photon. Technol. Lett., 5, p.605, 1993 ）。
【０００７】さらに、第３の従来例として、アンプを集
積化したマスターオシレータパワーアンプ（Master Osc
illator Power Amplifier ：ＭＯＰＡ：例えば文献アイ
イーイーイーフォトニクステクノロジーレターズ誌 第
５巻 第２９７−３００頁、R.Parke et al., IEEE Pho
ton. Tech. Lett. Vol.5, pp.297-300）の構造にするこ
とが行われており〔図９（ｄ）参照〕、幅２００μｍの
光出射領域において、２Ｗ以上の光出力が得られてい
る。
積化したマスターオシレータパワーアンプ（Master Osc
illator Power Amplifier ：ＭＯＰＡ：例えば文献アイ
イーイーイーフォトニクステクノロジーレターズ誌 第
５巻 第２９７−３００頁、R.Parke et al., IEEE Pho
ton. Tech. Lett. Vol.5, pp.297-300）の構造にするこ
とが行われており〔図９（ｄ）参照〕、幅２００μｍの
光出射領域において、２Ｗ以上の光出力が得られてい
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】半導体レーザを光計測
装置等に応用する場合、レーザからの出力をレンズで平
行ビームにすることが必要となってくるが、光学系を一
定のサイズ内に抑える必要があるため、半導体レーザの
発光領域の幅が制限される。このため、狭い発光領域に
おいて、大出力が得られる半導体レーザが必要となって
くる。
装置等に応用する場合、レーザからの出力をレンズで平
行ビームにすることが必要となってくるが、光学系を一
定のサイズ内に抑える必要があるため、半導体レーザの
発光領域の幅が制限される。このため、狭い発光領域に
おいて、大出力が得られる半導体レーザが必要となって
くる。
【０００９】第１の従来例のように、半導体レーザの光
出射領域幅を広げることやアレイ状に配置する半導体レ
ーザの数を増加させることによって光出力を増大する方
法では、発光領域が大きくなってしまうため、光計測用
途の装置を構成するに際して、光学系が大きくなってし
まうという欠点があった。
出射領域幅を広げることやアレイ状に配置する半導体レ
ーザの数を増加させることによって光出力を増大する方
法では、発光領域が大きくなってしまうため、光計測用
途の装置を構成するに際して、光学系が大きくなってし
まうという欠点があった。
【００１０】第２の従来例のフレア構造半導体レーザに
おいては、活性領域幅が狭い部分より光を取り出し、活
性領域幅が広い部分の発光領域幅を拡大することによっ
て光出力を増大させる方法にて大出力を得ているが、モ
ード制御のために発光領域の広がり角に制限があるた
め、出力増大のためには、共振器を長くする必要があ
り、そのため、出力を増大させようとすると電力−光出
力の変換効率が低減してしまう。このため、この従来例
では光計測用途の装置を構成するに際して、レーザ駆動
用の電流源の容量が大きくなってしまうという欠点があ
った。
おいては、活性領域幅が狭い部分より光を取り出し、活
性領域幅が広い部分の発光領域幅を拡大することによっ
て光出力を増大させる方法にて大出力を得ているが、モ
ード制御のために発光領域の広がり角に制限があるた
め、出力増大のためには、共振器を長くする必要があ
り、そのため、出力を増大させようとすると電力−光出
力の変換効率が低減してしまう。このため、この従来例
では光計測用途の装置を構成するに際して、レーザ駆動
用の電流源の容量が大きくなってしまうという欠点があ
った。
【００１１】第３の従来例においては、アンプ領域での
発振を抑えるために電流密度を上げることができず、出
力増大のためには、アンプ領域を長くしたりアンプの光
出射領域幅を広げたりすることによって対応することに
なる。前者では、アンプ領域での損失が増大するため、
第２の従来例と同様にレーザ駆動用の電流源の容量が大
きくなってしまう。また、後者では、発光領域が大きく
なってしまうため、光計測用途の装置を構成するに際し
て、光学系が大きくなってしまうという欠点があった。
発振を抑えるために電流密度を上げることができず、出
力増大のためには、アンプ領域を長くしたりアンプの光
出射領域幅を広げたりすることによって対応することに
なる。前者では、アンプ領域での損失が増大するため、
第２の従来例と同様にレーザ駆動用の電流源の容量が大
きくなってしまう。また、後者では、発光領域が大きく
なってしまうため、光計測用途の装置を構成するに際し
て、光学系が大きくなってしまうという欠点があった。
【００１２】本発明は従来例のこのような問題点に鑑み
てなされたものであって、その目的とするところは、電
力−光出力の変換効率が高く、また狭い光出射領域にお
いて発光遠視野像が単峰で大出力が得られる半導体レー
ザを提供することである。
てなされたものであって、その目的とするところは、電
力−光出力の変換効率が高く、また狭い光出射領域にお
いて発光遠視野像が単峰で大出力が得られる半導体レー
ザを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による半導体レーザは、第１導電型半導体基
板（１）上に、第１導電型バッファ層（２）、活性層
（３）および第２導電型クラッド層（４）がこの順に積
層され、活性層の電流が注入される領域の幅が共振器長
手方向に沿って直線的に変化している半導体レーザにお
いて、電流が注入される活性層の幅の広い側の端面に高
反射膜（１０）が形成されており、高反射膜が形成され
ていない側の端面から高次モードの発振光が放射される
ことを特徴としている。また、上記の目的を達成するた
めの本発明による複合半導体レーザは、上記構成の半導
体レーザ（１５）を含んで半導体レーザが多段に積層さ
れたものである。
めの本発明による半導体レーザは、第１導電型半導体基
板（１）上に、第１導電型バッファ層（２）、活性層
（３）および第２導電型クラッド層（４）がこの順に積
層され、活性層の電流が注入される領域の幅が共振器長
手方向に沿って直線的に変化している半導体レーザにお
いて、電流が注入される活性層の幅の広い側の端面に高
反射膜（１０）が形成されており、高反射膜が形成され
ていない側の端面から高次モードの発振光が放射される
ことを特徴としている。また、上記の目的を達成するた
めの本発明による複合半導体レーザは、上記構成の半導
体レーザ（１５）を含んで半導体レーザが多段に積層さ
れたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の半導体レーザは、図９
（ａ）に示すように構成される。すなわち、発光領域９
がフレア構造に形成されており、そして、発光領域の広
がった方の端面高反射膜１０が、発光領域の狭まった側
の端面に低反射膜１１が形成される。発光領域９は、活
性層の電流の注入される領域に対応している。この本発
明によるフレア構造半導体レーザと、従来例との特性を
比較するために、ここでは、光出射側の活性領域幅は１
００μｍ、後端側の活性領域幅は２００μｍ、活性領域
長は１０００μｍとする。本発明によるレーザでは、こ
のように活性領域幅が大きく設定されているため、放射
光は高次モードの光を含むことになる。
（ａ）に示すように構成される。すなわち、発光領域９
がフレア構造に形成されており、そして、発光領域の広
がった方の端面高反射膜１０が、発光領域の狭まった側
の端面に低反射膜１１が形成される。発光領域９は、活
性層の電流の注入される領域に対応している。この本発
明によるフレア構造半導体レーザと、従来例との特性を
比較するために、ここでは、光出射側の活性領域幅は１
００μｍ、後端側の活性領域幅は２００μｍ、活性領域
長は１０００μｍとする。本発明によるレーザでは、こ
のように活性領域幅が大きく設定されているため、放射
光は高次モードの光を含むことになる。
【００１５】図９（ｂ）〜（ｄ）に、光出射領域幅を１
００μｍとした各従来例の半導体レーザの上面図を示
す。図９（ｂ）は、第１の従来例として説明したブロー
ドエリアレーザダイオードである。活性領域の幅は１０
０μｍ、活性領域長は１０００μｍである。図９（ｃ）
は、第２の従来例として説明したフレア構造の半導体レ
ーザであって、光出射側の活性領域幅は１００μｍ、後
端側の活性領域幅は４μｍ、活性領域長は１０００μｍ
である。図９（ｄ）は、第３の従来例として説明したア
ンプ集積型レーザであって、光出射側の活性領域幅は１
００μｍ、後端側の活性領域幅は４μｍ、アンプ部分の
活性領域長は１０００μｍである。すなわち、この従来
例では、ＤＦＢレーザ領域１６にて形成されたレーザ光
がアンプ領域１７で増幅された後、無反射膜１８を介し
て出射される。
００μｍとした各従来例の半導体レーザの上面図を示
す。図９（ｂ）は、第１の従来例として説明したブロー
ドエリアレーザダイオードである。活性領域の幅は１０
０μｍ、活性領域長は１０００μｍである。図９（ｃ）
は、第２の従来例として説明したフレア構造の半導体レ
ーザであって、光出射側の活性領域幅は１００μｍ、後
端側の活性領域幅は４μｍ、活性領域長は１０００μｍ
である。図９（ｄ）は、第３の従来例として説明したア
ンプ集積型レーザであって、光出射側の活性領域幅は１
００μｍ、後端側の活性領域幅は４μｍ、アンプ部分の
活性領域長は１０００μｍである。すなわち、この従来
例では、ＤＦＢレーザ領域１６にて形成されたレーザ光
がアンプ領域１７で増幅された後、無反射膜１８を介し
て出射される。
【００１６】図１０に図９の各素子の電流−光出力特性
についてまとめて示す。図９の（ａ）、（ｂ）および
（ｃ）の半導体レーザは反射鏡の反射率がそれぞれ同様
で、内部損失もそれぞれほぼ同様であると考えられるの
で、効率はほぼ同等であると考えられる。また、光出力
は電流の注入とともに増大するが、ある電流密度より光
出力の飽和が顕著になってくるため光出力に制限があ
る。実験的にはこの電流密度は６６ｋＡ／ｃｍ2 程度と
見積もられた（図中の▽印にて、電流密度６６ｋＡ／ｃ
ｍ2 の点を示した）。電流密度および効率が同じであれ
ば発光領域の広い本発明のレーザで高い出力が得られ
る。実際、光出力が飽和が始まる電流密度６６ｋＡ／ｃ
ｍ2 で、本発明の半導体レーザでは５０Ｗの光出力が得
られるのに対し、第１、第２の従来例では、それぞれ３
２Ｗ、２７Ｗ程度である。
についてまとめて示す。図９の（ａ）、（ｂ）および
（ｃ）の半導体レーザは反射鏡の反射率がそれぞれ同様
で、内部損失もそれぞれほぼ同様であると考えられるの
で、効率はほぼ同等であると考えられる。また、光出力
は電流の注入とともに増大するが、ある電流密度より光
出力の飽和が顕著になってくるため光出力に制限があ
る。実験的にはこの電流密度は６６ｋＡ／ｃｍ2 程度と
見積もられた（図中の▽印にて、電流密度６６ｋＡ／ｃ
ｍ2 の点を示した）。電流密度および効率が同じであれ
ば発光領域の広い本発明のレーザで高い出力が得られ
る。実際、光出力が飽和が始まる電流密度６６ｋＡ／ｃ
ｍ2 で、本発明の半導体レーザでは５０Ｗの光出力が得
られるのに対し、第１、第２の従来例では、それぞれ３
２Ｗ、２７Ｗ程度である。
【００１７】図９（ｄ）のアンプ集積型レーザでは、光
出力はアンプ部分の飽和出力によって制限を受ける。こ
こでは端面の反射率を０．００１％とし、最大注入電流
を４Ａとした。この構造の半導体レーザでは、十ワット
以上の出力を得ることは困難である。以上から、本発明
のフレア構造半導体レーザにより、狭い光出射領域にお
いて各従来例に比較して大出力が得られることが分か
る。
出力はアンプ部分の飽和出力によって制限を受ける。こ
こでは端面の反射率を０．００１％とし、最大注入電流
を４Ａとした。この構造の半導体レーザでは、十ワット
以上の出力を得ることは困難である。以上から、本発明
のフレア構造半導体レーザにより、狭い光出射領域にお
いて各従来例に比較して大出力が得られることが分か
る。
【００１８】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。 （実施例１）図１は、本発明によるフレア構造半導体レ
ーザの模式平面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ′線で
の断面図である。この構造の半導体レーザは以下のよう
にして作製することができる。まず、ｎ−ＩｎＰ基板１
上にｎ−ＩｎＰバッファ層２（厚さ０．２μｍ）、活性
層３、ｐ−ＩｎＰクラッド層４（厚さ０．３μｍ）を順
次成長させる。ここで、活性層３は、図３にそのエネル
ギーバンド構造を示すような多重量子井戸構造とし、＋
０．８％の圧縮歪を導入したＩｎＧａＡｓＰウェル層３
ａ（厚さ８ｎｍ）５層、発光波長１．２μｍ組成のＩｎ
ＧａＡｓＰバリア層３ｂ（厚さ６ｎｍ）、発光波長１．
２μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ（Separate Confi
nement Hetero-structure)３ｃ（厚さ５０ｎｍ）からな
る構成とした。活性層３での発光波長は１．５μｍであ
る。
て説明する。 （実施例１）図１は、本発明によるフレア構造半導体レ
ーザの模式平面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ′線で
の断面図である。この構造の半導体レーザは以下のよう
にして作製することができる。まず、ｎ−ＩｎＰ基板１
上にｎ−ＩｎＰバッファ層２（厚さ０．２μｍ）、活性
層３、ｐ−ＩｎＰクラッド層４（厚さ０．３μｍ）を順
次成長させる。ここで、活性層３は、図３にそのエネル
ギーバンド構造を示すような多重量子井戸構造とし、＋
０．８％の圧縮歪を導入したＩｎＧａＡｓＰウェル層３
ａ（厚さ８ｎｍ）５層、発光波長１．２μｍ組成のＩｎ
ＧａＡｓＰバリア層３ｂ（厚さ６ｎｍ）、発光波長１．
２μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ（Separate Confi
nement Hetero-structure)３ｃ（厚さ５０ｎｍ）からな
る構成とした。活性層３での発光波長は１．５μｍであ
る。
【００１９】このような半導体ウェハ上にＳｉＯ2 絶縁
膜を成膜した後、長さ方向に幅が変化する開口を形成
し、この開口部に選択的にｐ−ＩｎＰリッジクラッド層
４ａ（厚さ２．５μｍ）、発光波長１．６４μｍのｐ−
ＩｎＧａＡｓコンタクト層５（厚さ０．５μｍ）を成長
させる。リッジ導波構造は幅の狭い領域、広い領域で幅
がそれぞれ１００μｍ、２００μｍとし、長さ９００μ
ｍにわたって幅が直線的に変化する形状とした。この
後、エピタキシャル成長層上に絶縁膜６を成膜し、コン
タクト層５上を窓開けした後、コンタクト層５上にｐ側
電極７を形成し、また基板裏面にｎ側電極８を形成し
た。
膜を成膜した後、長さ方向に幅が変化する開口を形成
し、この開口部に選択的にｐ−ＩｎＰリッジクラッド層
４ａ（厚さ２．５μｍ）、発光波長１．６４μｍのｐ−
ＩｎＧａＡｓコンタクト層５（厚さ０．５μｍ）を成長
させる。リッジ導波構造は幅の狭い領域、広い領域で幅
がそれぞれ１００μｍ、２００μｍとし、長さ９００μ
ｍにわたって幅が直線的に変化する形状とした。この
後、エピタキシャル成長層上に絶縁膜６を成膜し、コン
タクト層５上を窓開けした後、コンタクト層５上にｐ側
電極７を形成し、また基板裏面にｎ側電極８を形成し
た。
【００２０】最後にレーザチップに切り出し、全発光幅
の広い側の端面に高反射膜１０（反射率９０％）、全発
光幅の狭い側の端面に低反射膜１１（反射率１０％）を
それぞれ形成して所望のフレア構造半導体レーザを得
る。９００μｍ長のテーパ領域の両側に５０μｍずつの
直線導波路が形成された構成とし、素子全長は１０００
μｍとした。
の広い側の端面に高反射膜１０（反射率９０％）、全発
光幅の狭い側の端面に低反射膜１１（反射率１０％）を
それぞれ形成して所望のフレア構造半導体レーザを得
る。９００μｍ長のテーパ領域の両側に５０μｍずつの
直線導波路が形成された構成とし、素子全長は１０００
μｍとした。
【００２１】このようにして作製された半導体レーザに
おいて、幅２０ｎｓ、繰り返し１０ｋＨｚのパルス電流
を印加することにより、ピーク光出力５０Ｗまで、半値
全幅２０°の単峰性でリップルの無い水平方向の発光遠
視野像を得た。発振しきい値電流、スロープ効率はそれ
ぞれ３Ａ、０．２５Ｗ／Ａで、光出射領域における、全
発光領域幅は１００μｍであった。
おいて、幅２０ｎｓ、繰り返し１０ｋＨｚのパルス電流
を印加することにより、ピーク光出力５０Ｗまで、半値
全幅２０°の単峰性でリップルの無い水平方向の発光遠
視野像を得た。発振しきい値電流、スロープ効率はそれ
ぞれ３Ａ、０．２５Ｗ／Ａで、光出射領域における、全
発光領域幅は１００μｍであった。
【００２２】従来の発光領域幅１００μｍブロードエリ
アレーザでは、共振器長１０００μｍの素子において、
スロープ効率０．２５Ｗ／Ａで最大光出力は３３Ｗであ
り、本実施例では最大光出力が１．５倍向上した。ま
た、共振器長を１５００μｍとした第１の従来例では、
最大光出力５０Ｗが得られるが、この場合スロープ効率
は０．１８Ｗ／Ａであり、これに比較して本実施例のレ
ーザでは効率が１．４倍向上している。
アレーザでは、共振器長１０００μｍの素子において、
スロープ効率０．２５Ｗ／Ａで最大光出力は３３Ｗであ
り、本実施例では最大光出力が１．５倍向上した。ま
た、共振器長を１５００μｍとした第１の従来例では、
最大光出力５０Ｗが得られるが、この場合スロープ効率
は０．１８Ｗ／Ａであり、これに比較して本実施例のレ
ーザでは効率が１．４倍向上している。
【００２３】（実施例２）図４は、本発明の第２の実施
例のフレア構造半導体レーザを示す模式平面図であり、
図５は、図４の中Ｂ−Ｂ′線での断面図である。この構
造の素子は以下のようにして作製することができる。ま
ず、ｎ−ＩｎＰ基板１上にｎ−ＩｎＰバッファ層２（厚
さ０．２μｍ）、活性層３、ｐ−ＩｎＰクラッド層４
（厚さ０．３μｍ）を順次成長させる。ここで、活性層
３は、図３にそのエネルギーバンド構造を示す、第１の
実施例と同様なＳＣＨ多重量子井戸構造とした。
例のフレア構造半導体レーザを示す模式平面図であり、
図５は、図４の中Ｂ−Ｂ′線での断面図である。この構
造の素子は以下のようにして作製することができる。ま
ず、ｎ−ＩｎＰ基板１上にｎ−ＩｎＰバッファ層２（厚
さ０．２μｍ）、活性層３、ｐ−ＩｎＰクラッド層４
（厚さ０．３μｍ）を順次成長させる。ここで、活性層
３は、図３にそのエネルギーバンド構造を示す、第１の
実施例と同様なＳＣＨ多重量子井戸構造とした。
【００２４】このような半導体ウェハ上にＳｉＯ2 絶縁
膜を成膜した後、共振器長さ方向に幅が変化する開口部
を形成し、この開口部に選択的にｐ−ＩｎＰリッジクラ
ッド層４ａ（厚さ２．５μｍ）、発光波長１．６４μｍ
のｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層５（厚さ０．５μｍ）
を順次成長させる。リッジ導波構造は幅の狭い領域、広
い領域での幅がそれぞれ１００μｍ、２００μｍとし、
長さ９００μｍにわたって幅が直線的に変化する形状と
した。この後リッジクラッド層４ａの外側領域を１０μ
ｍずつ残して、ｐ−ＩｎＰクラッド層４、活性層３をエ
ッチング除去する。
膜を成膜した後、共振器長さ方向に幅が変化する開口部
を形成し、この開口部に選択的にｐ−ＩｎＰリッジクラ
ッド層４ａ（厚さ２．５μｍ）、発光波長１．６４μｍ
のｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層５（厚さ０．５μｍ）
を順次成長させる。リッジ導波構造は幅の狭い領域、広
い領域での幅がそれぞれ１００μｍ、２００μｍとし、
長さ９００μｍにわたって幅が直線的に変化する形状と
した。この後リッジクラッド層４ａの外側領域を１０μ
ｍずつ残して、ｐ−ＩｎＰクラッド層４、活性層３をエ
ッチング除去する。
【００２５】この後、エピタキシャル成長層上に絶縁膜
６を成膜し、コンタクト層５上を窓開けした後、コンタ
クト層５上にｐ側電極７を形成し、また基板裏面にｎ側
電極８を形成する。最後に、レーザチップに切り出し、
全発光幅の広い側の端面に高反射膜１０（反射率９０
％）、全発光幅の狭い側の端面に低反射膜１１（反射率
１０％）をぞれぞれ形成して所望のフレア構造半導体レ
ーザを得る。９００μｍ長のテーパ領域の両側に５０μ
ｍずつの直線導波路が形成された構成とし、素子全長は
１０００μｍとした。
６を成膜し、コンタクト層５上を窓開けした後、コンタ
クト層５上にｐ側電極７を形成し、また基板裏面にｎ側
電極８を形成する。最後に、レーザチップに切り出し、
全発光幅の広い側の端面に高反射膜１０（反射率９０
％）、全発光幅の狭い側の端面に低反射膜１１（反射率
１０％）をぞれぞれ形成して所望のフレア構造半導体レ
ーザを得る。９００μｍ長のテーパ領域の両側に５０μ
ｍずつの直線導波路が形成された構成とし、素子全長は
１０００μｍとした。
【００２６】このようにして作製された半導体レーザに
おいて、幅２０ｎｓ、繰り返し１０ｋＨｚのパルス電流
を印加することにより、ピーク光出力５０Ｗまで、半値
全幅２０°の単峰性でリップルの無い水平方向の発光遠
視野像を得た。発振しきい値電流、スロープ効率はそれ
ぞれ３Ａ、０．２５Ｗ／Ａで、光出射領域における全発
光領域幅は１００μｍであった。
おいて、幅２０ｎｓ、繰り返し１０ｋＨｚのパルス電流
を印加することにより、ピーク光出力５０Ｗまで、半値
全幅２０°の単峰性でリップルの無い水平方向の発光遠
視野像を得た。発振しきい値電流、スロープ効率はそれ
ぞれ３Ａ、０．２５Ｗ／Ａで、光出射領域における全発
光領域幅は１００μｍであった。
【００２７】（実施例３）図６は、本発明の第３の実施
例のフレア構造半導体レーザを示す模式平面図であり、
図７は、図６の中Ｃ−Ｃ′線での断面図である。この構
造の素子は以下のようにして作製することができる。ま
ず、ｎ−ＩｎＰ基板１上にｎ−ＩｎＰバッファ層２（厚
さ０．２μｍ）、活性層３、ｐ−ＩｎＰクラッド層４
（厚さ２μｍ）、発光波長１．６４μｍのｐ−ＩｎＧａ
Ａｓコンタクト層５（厚さ０．５μｍ）を順次成長させ
る。ここで、活性層３は、図３にそのエネルギーバンド
構造を示す、第１の実施例と同様なＳＣＨ多重量子井戸
構造とした。
例のフレア構造半導体レーザを示す模式平面図であり、
図７は、図６の中Ｃ−Ｃ′線での断面図である。この構
造の素子は以下のようにして作製することができる。ま
ず、ｎ−ＩｎＰ基板１上にｎ−ＩｎＰバッファ層２（厚
さ０．２μｍ）、活性層３、ｐ−ＩｎＰクラッド層４
（厚さ２μｍ）、発光波長１．６４μｍのｐ−ＩｎＧａ
Ａｓコンタクト層５（厚さ０．５μｍ）を順次成長させ
る。ここで、活性層３は、図３にそのエネルギーバンド
構造を示す、第１の実施例と同様なＳＣＨ多重量子井戸
構造とした。
【００２８】このような半導体ウェハ上にＳｉＯ2 絶縁
膜を成膜した後、共振器長さ方向に幅が変化するテーパ
パターンに加工してＳｉＯ2 エッチングマスクを形成す
る。テーパ導波路の構造は幅の狭い領域、広い領域での
幅がそれぞれ１００μｍ、２００μｍとし、長さ９００
μｍにわたって幅が直線的に変化する形状とした。
膜を成膜した後、共振器長さ方向に幅が変化するテーパ
パターンに加工してＳｉＯ2 エッチングマスクを形成す
る。テーパ導波路の構造は幅の狭い領域、広い領域での
幅がそれぞれ１００μｍ、２００μｍとし、長さ９００
μｍにわたって幅が直線的に変化する形状とした。
【００２９】この後、テーパ形状のマスクの外側領域を
活性層３までエッチング除去し、このエッチング領域
に、ｐ−ＩｎＰ埋め込み層１２、ｎ−ＩｎＰ埋め込み層
１３を成長させる。次に、ＳｉＯ2 エッチングマスクを
除去し、エピタキシャル成長層上に絶縁膜６を成膜し、
コンタクト層５上を窓開けした後、コンタクト層５上に
ｐ側電極７を形成し、また基板裏面にｎ側電極８を形成
する。最後に、レーザチップに切り出し、全発光幅の広
い側の端面に高反射膜１０（反射率９０％）、全発光幅
の狭い側の端面に低反射膜１１（反射率１０％）をそれ
ぞれ形成して所望のフレア構造半導体レーザを得る。素
子全長は１０００μｍとし、９００μｍ長のテーパ領域
の両側に５０μｍずつの直線導波路が形成された構成と
した。
活性層３までエッチング除去し、このエッチング領域
に、ｐ−ＩｎＰ埋め込み層１２、ｎ−ＩｎＰ埋め込み層
１３を成長させる。次に、ＳｉＯ2 エッチングマスクを
除去し、エピタキシャル成長層上に絶縁膜６を成膜し、
コンタクト層５上を窓開けした後、コンタクト層５上に
ｐ側電極７を形成し、また基板裏面にｎ側電極８を形成
する。最後に、レーザチップに切り出し、全発光幅の広
い側の端面に高反射膜１０（反射率９０％）、全発光幅
の狭い側の端面に低反射膜１１（反射率１０％）をそれ
ぞれ形成して所望のフレア構造半導体レーザを得る。素
子全長は１０００μｍとし、９００μｍ長のテーパ領域
の両側に５０μｍずつの直線導波路が形成された構成と
した。
【００３０】このようにして製作された半導体レーザに
おいて、幅２０ｎｓ、繰り返し１０ｋＨｚのパルス電流
を印加することにより、ピーク光出力５０Ｗまで、半値
全幅２０°の単峰性でリップルの無い水平方向の発光遠
視野像を得た。発振しきい値電流、スロープ効率はそれ
ぞれ３Ａ、０．２５Ｗ／Ａで、光出射領域における全発
光領域幅は１００μｍであった。
おいて、幅２０ｎｓ、繰り返し１０ｋＨｚのパルス電流
を印加することにより、ピーク光出力５０Ｗまで、半値
全幅２０°の単峰性でリップルの無い水平方向の発光遠
視野像を得た。発振しきい値電流、スロープ効率はそれ
ぞれ３Ａ、０．２５Ｗ／Ａで、光出射領域における全発
光領域幅は１００μｍであった。
【００３１】（実施例４）図８は、本発明の第４の実施
例を示す複合半導体レーザの模式斜視図である。この実
施例では、第１乃至第３の実施例でのフレア構造半導体
レーザ１４が４個電気的に直列になるような配置で積層
されている。フレア構造半導体レーザ１４は電気的には
ｐｎダイオードである。そこで、個々のフレア構造半導
体レーザ１４をｐ側電極７側（またはｎ側電極８側）が
上に来るようにし、かつ個々のフレア構造半導体レーザ
１４の発光領域９、光出射領域１５が積層方向に互いに
ほぼ重なるように配置した上で、導電性の融材を用いて
互いに張り合わせることにより電気的な直列接続を行
う。個々のフレア構造半導体レーザ１４の厚さは約５０
μｍ程度であるため、本実施例により全光出射領域面積
が小さな半導体レーザを構成することができる。
例を示す複合半導体レーザの模式斜視図である。この実
施例では、第１乃至第３の実施例でのフレア構造半導体
レーザ１４が４個電気的に直列になるような配置で積層
されている。フレア構造半導体レーザ１４は電気的には
ｐｎダイオードである。そこで、個々のフレア構造半導
体レーザ１４をｐ側電極７側（またはｎ側電極８側）が
上に来るようにし、かつ個々のフレア構造半導体レーザ
１４の発光領域９、光出射領域１５が積層方向に互いに
ほぼ重なるように配置した上で、導電性の融材を用いて
互いに張り合わせることにより電気的な直列接続を行
う。個々のフレア構造半導体レーザ１４の厚さは約５０
μｍ程度であるため、本実施例により全光出射領域面積
が小さな半導体レーザを構成することができる。
【００３２】このような半導体レーザにおいて幅２０ｎ
ｓ、繰り返し１０ｋＨｚのパルス電流を印加することに
より、ピーク光出力２００Ｗまで、半値全幅２０°の単
峰性でリップルの無い水平方向の発光遠視野像を得た。
発振しきい値電流、スロープ効率はそれぞれ３Ａ、１Ｗ
／Ａで、光出射領域１５は１００μｍ×１５０μｍであ
った。
ｓ、繰り返し１０ｋＨｚのパルス電流を印加することに
より、ピーク光出力２００Ｗまで、半値全幅２０°の単
峰性でリップルの無い水平方向の発光遠視野像を得た。
発振しきい値電流、スロープ効率はそれぞれ３Ａ、１Ｗ
／Ａで、光出射領域１５は１００μｍ×１５０μｍであ
った。
【００３３】（実施例の変更）以上好ましい実施例につ
いて説明したが、本発明はこれら実施例に限定されるも
のではなく特許請求の範囲に記載された範囲内において
適宜の変更が可能である。例えば、実施例では、ＩｎＰ
基板を用い発振波長を１．５μｍ付近とする素子につい
て説明したが、ＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｌＡｓ系など他
の材料を用い適宜の波長において発振を行わせることが
できる。また、半導体層中に電流ブロック層を作り込む
ことによって電流狭窄を行うようにしてもよい。
いて説明したが、本発明はこれら実施例に限定されるも
のではなく特許請求の範囲に記載された範囲内において
適宜の変更が可能である。例えば、実施例では、ＩｎＰ
基板を用い発振波長を１．５μｍ付近とする素子につい
て説明したが、ＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｌＡｓ系など他
の材料を用い適宜の波長において発振を行わせることが
できる。また、半導体層中に電流ブロック層を作り込む
ことによって電流狭窄を行うようにしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体レ
ーザによれば、電力−光出力の変換効率が高く、かつ狭
い光出射領域において大出力が得られる半導体レーザを
提供することができる。
ーザによれば、電力−光出力の変換効率が高く、かつ狭
い光出射領域において大出力が得られる半導体レーザを
提供することができる。
【図１】 本発明の第１の実施例の模式平面図。
【図２】 本発明の第１の実施例の断面図。
【図３】 本発明の第１の実施例のバンドエネルギーダ
イアグラム。
イアグラム。
【図４】 本発明の第２の実施例の模式平面図。
【図５】 本発明の第２の実施例の断面図。
【図６】 本発明の第３の実施例の模式平面図。
【図７】 本発明の第３の実施例の断面図。
【図８】 本発明の第４の実施例の模式斜視図。
【図９】 従来例と本発明の実施形態を示す模式平面
図。
図。
【図１０】 従来例と本発明の実施形態との動作説明
図。
図。
【図１１】 従来例の斜視図。
【図１２】 従来例の模式平面図。
１ ｎ−ＩｎＰ基板 ２ ｎ−ＩｎＰバッファ層 ３ 活性層 ３ａ ＩｎＧａＡｓＰウェル層 ３ｂ ＩｎＧａＡｓＰバリア層 ３ｃ ＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ層 ４ ｐ−ＩｎＰクラッド層 ４ａ ｐ−ＩｎＰリッジクラッド層 ５ ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層 ６ 絶縁膜 ７ ｐ側電極 ８ ｎ側電極 ９ 発光領域 １０ 高反射膜 １１ 低反射膜 １２ ｐ−ＩｎＰ埋め込み層 １３ ｎ−ＩｎＰ埋め込み層 １４ フレア構造半導体レーザ １５ 光出射領域 １６ ＤＦＢレーザ領域 １７ アンプ領域 １８ 無反射膜 ２１ 基板 ２２ バッファ層 ２３ 電流ブロック層 ２４ 下部クラッド層 ２５ 活性層 ２６ 上部クラッド層 ２７ コンタクト層 ２８、２９ 電極
Claims (5)
- 【請求項１】 第１導電型半導体基板上に、第１導電型
バッファ層、活性層および第２導電型クラッド層がこの
順に積層され、活性層の電流が注入される領域の幅が共
振器長手方向に沿って直線的に変化している半導体レー
ザにおいて、電流が注入される活性層の幅の広い側の端
面に高反射膜が形成されており、高反射膜が形成されて
いない側の端面から高次モードの発振光が放射されるこ
とを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項２】 前記第２導電型クラッド層が、前記活性
層の電流注入領域のパターンにほぼ倣う平面形状のリッ
ジ構造を有していることを特徴とする請求項１記載の半
導体レーザ。 - 【請求項３】 前記第２導電型クラッド層が、前記活性
層の電流注入領域のパターンにほぼ倣う平面形状のリッ
ジ構造を有しており、前記活性層および前記第２導電型
クラッド層の残りの部分が前記リッジ構造と同じ平面形
状若しくはそれより幾分幅広になるように加工されてお
り、かつ、前記活性層および前記第２導電型クラッド層
の側面が絶縁膜または半導体層により覆われていること
を特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。 - 【請求項４】 前記活性層が、多重量子井戸構造、また
は、多重量子井戸構造およびこれを両側から挟むＳＣＨ
層を有していることを特徴とする請求項１記載の半導体
レーザ。 - 【請求項５】 請求項１に記載された半導体レーザを含
んで半導体レーザが多段に積層されていることを特徴と
する複合半導体レーザ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7199288A JP3037111B2 (ja) | 1995-07-13 | 1995-07-13 | 半導体レーザおよび複合半導体レーザ |
| US08/587,913 US6075801A (en) | 1995-01-18 | 1996-01-17 | Semiconductor laser with wide side of tapered light gain region |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7199288A JP3037111B2 (ja) | 1995-07-13 | 1995-07-13 | 半導体レーザおよび複合半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0936493A true JPH0936493A (ja) | 1997-02-07 |
| JP3037111B2 JP3037111B2 (ja) | 2000-04-24 |
Family
ID=16405313
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7199288A Expired - Fee Related JP3037111B2 (ja) | 1995-01-18 | 1995-07-13 | 半導体レーザおよび複合半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3037111B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000312052A (ja) * | 1999-02-23 | 2000-11-07 | Mitsubishi Chemicals Corp | 半導体光デバイス装置 |
| JP2000340891A (ja) * | 1999-03-19 | 2000-12-08 | Mitsubishi Chemicals Corp | 半導体光デバイス装置 |
| JP2011151238A (ja) * | 2010-01-22 | 2011-08-04 | Mitsubishi Electric Corp | 多重横モードレーザ |
| JP2016129244A (ja) * | 2011-11-30 | 2016-07-14 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＯｓｒａｍ Ｏｐｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ＧｍｂＨ | 半導体レーザダイオード |
| WO2016129618A1 (ja) * | 2015-02-12 | 2016-08-18 | 古河電気工業株式会社 | 半導体レーザ素子およびレーザ光照射装置 |
| JP2017228772A (ja) * | 2016-06-20 | 2017-12-28 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＯｓｒａｍ Ｏｐｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ＧｍｂＨ | 端面発光型半導体レーザおよび端面発光型半導体レーザの動作方法 |
| WO2024171681A1 (ja) | 2023-02-15 | 2024-08-22 | 株式会社フジクラ | 半導体レーザチップ |
| WO2024171718A1 (ja) | 2023-02-15 | 2024-08-22 | 株式会社フジクラ | チップオンサブマウント構造 |
-
1995
- 1995-07-13 JP JP7199288A patent/JP3037111B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000312052A (ja) * | 1999-02-23 | 2000-11-07 | Mitsubishi Chemicals Corp | 半導体光デバイス装置 |
| JP2000340891A (ja) * | 1999-03-19 | 2000-12-08 | Mitsubishi Chemicals Corp | 半導体光デバイス装置 |
| JP2011151238A (ja) * | 2010-01-22 | 2011-08-04 | Mitsubishi Electric Corp | 多重横モードレーザ |
| JP2016129244A (ja) * | 2011-11-30 | 2016-07-14 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＯｓｒａｍ Ｏｐｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ＧｍｂＨ | 半導体レーザダイオード |
| US9722394B2 (en) | 2011-11-30 | 2017-08-01 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Semiconductor laser diode |
| US10439361B2 (en) | 2015-02-12 | 2019-10-08 | Furukawa Electric Co., Ltd. | Semiconductor laser device and laser light irradiation apparatus |
| WO2016129618A1 (ja) * | 2015-02-12 | 2016-08-18 | 古河電気工業株式会社 | 半導体レーザ素子およびレーザ光照射装置 |
| JP2017228772A (ja) * | 2016-06-20 | 2017-12-28 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＯｓｒａｍ Ｏｐｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ＧｍｂＨ | 端面発光型半導体レーザおよび端面発光型半導体レーザの動作方法 |
| US10177533B2 (en) | 2016-06-20 | 2019-01-08 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Edge-emitting semiconductor laser and method for operating a semiconductor laser |
| US10931084B2 (en) | 2016-06-20 | 2021-02-23 | Osram Oled Gmbh | Edge-emitting semiconductor laser and method for operating a semiconductor laser |
| WO2024171681A1 (ja) | 2023-02-15 | 2024-08-22 | 株式会社フジクラ | 半導体レーザチップ |
| WO2024171718A1 (ja) | 2023-02-15 | 2024-08-22 | 株式会社フジクラ | チップオンサブマウント構造 |
| JPWO2024171718A1 (ja) * | 2023-02-15 | 2024-08-22 | ||
| EP4668504A1 (en) | 2023-02-15 | 2025-12-24 | Fujikura Ltd. | Chip-on-submount structure |
| EP4668507A1 (en) | 2023-02-15 | 2025-12-24 | Fujikura Ltd. | Semiconductor laser chip |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3037111B2 (ja) | 2000-04-24 |
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