JP2846668B2 - ブロードエリアレーザ - Google Patents
ブロードエリアレーザInfo
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- JP2846668B2 JP2846668B2 JP1213248A JP21324889A JP2846668B2 JP 2846668 B2 JP2846668 B2 JP 2846668B2 JP 1213248 A JP1213248 A JP 1213248A JP 21324889 A JP21324889 A JP 21324889A JP 2846668 B2 JP2846668 B2 JP 2846668B2
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、数十〜数百μｍの発光幅を有し光情報処置
およびレーザ加工等に用いられる半導体レーザに関す
る。
およびレーザ加工等に用いられる半導体レーザに関す
る。
従来の技術 上記半導体レーザの応用分野が拡大するにつれて、近
年、半導体レーザの高出力化の要求が高まっている。現
在ワットクラスの光出力が得られるものとしては、半導
体レーザアレイとブロードエリアレーザとが知られてい
る。
年、半導体レーザの高出力化の要求が高まっている。現
在ワットクラスの光出力が得られるものとしては、半導
体レーザアレイとブロードエリアレーザとが知られてい
る。
ここで、前者は導波路間の距離を短くして導波路を多
数並設し、隣接する導波路間でレーザ光をカップリング
させ、すべての導波路の位置を同期させることによって
高出力化を図るものである。しかしながら、このような
構成では、ファーフィールドパターンが双峰となるもの
が多く、且つ製造工程が複雑化するという課題を有して
いた。
数並設し、隣接する導波路間でレーザ光をカップリング
させ、すべての導波路の位置を同期させることによって
高出力化を図るものである。しかしながら、このような
構成では、ファーフィールドパターンが双峰となるもの
が多く、且つ製造工程が複雑化するという課題を有して
いた。
一方、後者は導波路幅を数十〜数百μｍと広くとり、
レーザ出射端面の発光面積を大きくすることにより高出
力化を図っている。このように簡単な構造であるので、
前者に比べて製造工程が簡略化できるという利点があ
る。しかしながら、発振横モードがマルチモード或いは
フィラメント発振となるため、小さなスポットに集光で
きないという課題を有していた。このため、応用面では
エネルギー源等への利用に限定されていた。
レーザ出射端面の発光面積を大きくすることにより高出
力化を図っている。このように簡単な構造であるので、
前者に比べて製造工程が簡略化できるという利点があ
る。しかしながら、発振横モードがマルチモード或いは
フィラメント発振となるため、小さなスポットに集光で
きないという課題を有していた。このため、応用面では
エネルギー源等への利用に限定されていた。
そこで、ブロードエリアレーザの発振横モードを制御
（基本モード化）すべく、前端面中央部に高反射部を設
けるようなものが提案されている（レーザ学会研究会報
告RTM−88−25）。
（基本モード化）すべく、前端面中央部に高反射部を設
けるようなものが提案されている（レーザ学会研究会報
告RTM−88−25）。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、このような構造では、端面において微
細加工が必要となるため、構造が難しくなり、量産性に
欠けるという課題を有していた。
細加工が必要となるため、構造が難しくなり、量産性に
欠けるという課題を有していた。
本発明はかかる現状に鑑みてなされたものであり、発
振横モードの制御を可能とし且つ量産性に優れたブロー
ドエリアレーザを提供することを目的とする。
振横モードの制御を可能とし且つ量産性に優れたブロー
ドエリアレーザを提供することを目的とする。
課題を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するために、導波路の電流注
入幅内において中央部から両側に向かって等価屈折率が
ステップ状に小さくなるように第１の領域、第２の領
域、第３の領域が順に形成されているブロードエリアレ
ーザであって、前記第３の領域のクラッド層よりも前記
第２の領域のクラッド層の厚みを厚くすることにより、
前記第３の領域よりも前記第２の領域の等価屈折率を大
きくし、前記第２の領域のクラッド層よりも屈折率が大
きく、且つ前記電流注入幅よりも幅狭の光ガイド層を前
記第１の領域に設けることにより、前記第２の領域より
も前記第１の領域の等価屈折率を大きくしたことを特徴
とする。
入幅内において中央部から両側に向かって等価屈折率が
ステップ状に小さくなるように第１の領域、第２の領
域、第３の領域が順に形成されているブロードエリアレ
ーザであって、前記第３の領域のクラッド層よりも前記
第２の領域のクラッド層の厚みを厚くすることにより、
前記第３の領域よりも前記第２の領域の等価屈折率を大
きくし、前記第２の領域のクラッド層よりも屈折率が大
きく、且つ前記電流注入幅よりも幅狭の光ガイド層を前
記第１の領域に設けることにより、前記第２の領域より
も前記第１の領域の等価屈折率を大きくしたことを特徴
とする。
また、本発明は、導波路の活性層上にクラッド層が形
成されたブロードエリアレーザにおいて、前記導波路の
中央部を除く前記クラッド層から約0.4〜0.7μｍ上方位
置に、前記活性層に電流注入が可能な導電型で且つ発振
波長に対して大きな吸収係数をもつ半導体層を形成した
ことを特徴とする。
成されたブロードエリアレーザにおいて、前記導波路の
中央部を除く前記クラッド層から約0.4〜0.7μｍ上方位
置に、前記活性層に電流注入が可能な導電型で且つ発振
波長に対して大きな吸収係数をもつ半導体層を形成した
ことを特徴とする。
作用 従来のブロードエリアレーザは導波路内でpn接合に平
行な方向には屈折率の差を設けていないので、第４図に
示すように、基本横モードに加え多数の横モードで発振
する所謂多モード発振となるか、或いは組成や膜厚の僅
かなムラによってフィラメント状の発振となる。
行な方向には屈折率の差を設けていないので、第４図に
示すように、基本横モードに加え多数の横モードで発振
する所謂多モード発振となるか、或いは組成や膜厚の僅
かなムラによってフィラメント状の発振となる。
ところが、上記第１発明の如く導波路中央部から両端
部に向かって等価屈折率がステップ状に小さくなってい
れば、電流注入幅が例えば数十〜数百μｍの構成のもの
においても、第２図に示すように、発生した光は導波路
中央部に集まりやすくなり、かつフィラメント発振を防
止することが可能となる。また、クラッド層等の半導体
層の層厚が大きくなるのを抑えることが出来る。
部に向かって等価屈折率がステップ状に小さくなってい
れば、電流注入幅が例えば数十〜数百μｍの構成のもの
においても、第２図に示すように、発生した光は導波路
中央部に集まりやすくなり、かつフィラメント発振を防
止することが可能となる。また、クラッド層等の半導体
層の層厚が大きくなるのを抑えることが出来る。
また、第２発明によれば、以下に示す理由により基本
横モードによる発振が起こりやすくなる。
横モードによる発振が起こりやすくなる。
即ち、一般にｍ次横モード利得は下記（１）式により
表されるが、第１図に示すように高次モードの光強度は
導波路中央部よりも端に近い領域で大きなピークを有し
ている。
表されるが、第１図に示すように高次モードの光強度は
導波路中央部よりも端に近い領域で大きなピークを有し
ている。
Im（ｙ）：接合に対し水平方向の活性層で光強度分布
（ｍ次モード） ｇ（ｙ）：接合に対し水平方向の活性層内の利得分布 この場合、本第２発明の如く導波路端部における活性
層から所定距離だけ離れた部位に、発振波長に対して大
きな吸収係数を有する半導体層が設けられていれば、導
波路内の両端に近い領域で発生した光の一部は上記半導
体材料によって吸収される。したがって、第３図に示す
ように、これらの領域では利得が抑えられるので、高次
モードのモード利得は基本モードよりも小さくなり、基
本横モードによる発振が起こりやすくなる。
（ｍ次モード） ｇ（ｙ）：接合に対し水平方向の活性層内の利得分布 この場合、本第２発明の如く導波路端部における活性
層から所定距離だけ離れた部位に、発振波長に対して大
きな吸収係数を有する半導体層が設けられていれば、導
波路内の両端に近い領域で発生した光の一部は上記半導
体材料によって吸収される。したがって、第３図に示す
ように、これらの領域では利得が抑えられるので、高次
モードのモード利得は基本モードよりも小さくなり、基
本横モードによる発振が起こりやすくなる。
本第３発明の如く、導波路中央部のキャリア注入量が
他の領域よりも大きくしてあれば、導波路中央部は電流
流入量が大きくなって発振しやすくなる。しかもこの
際、上記第４図に示すように、導波路中央部に基本横モ
ードの光強度のピークが存在する。したがって、第３発
明により基本横モードが最も発振しやすい状態となる。
他の領域よりも大きくしてあれば、導波路中央部は電流
流入量が大きくなって発振しやすくなる。しかもこの
際、上記第４図に示すように、導波路中央部に基本横モ
ードの光強度のピークが存在する。したがって、第３発
明により基本横モードが最も発振しやすい状態となる。
実 施 例 本発明の一実施例を、第１図に基づいて、以下に説明
する。
する。
第１図に示すように、面方位（100）のｎ型GaAsから
成る基板１の表面には、厚み2.0μｍのｎ型Ga0.58Al
0.42Asから成るクラッド層〔Seドープ,n＝５×1018c
m-3〕２と厚み0.08μｍのGa0.94Al0.06Asから成る活性
層〔ノンドープ〕３と、厚み0.2μｍのｐ型Ga0.58Al
0.42Asから成るクラッド層〔Znドープ,p＝２×1018c
m-3〕４とが順に形成されている。上記クラッド層４上
の一部には、ｐ型Ga0.70Al0.35Asから成る光ガイド層
〔Znドープ,p＝２×1018cm-3〕５が形成されており、こ
の光ガイド層５と上記クラッド層４上にはｐ型Ga0.58Al
0.42Asから成るクラッド層〔Znドープ,p＝２×1018c
m-3〕６が設けられている。このクラッド層６は、図中
中央部（光ガイド層５の近傍）の厚み（t2＝2.0μｍ）
が図中端部の厚み（t1＝0.4μｍ）より大きくなるよう
に形成されている。上記クラッド層６上には厚み0.5μ
ｍのｐ型GaAsから成るキャップ層〔Znドープ,p＝５×10
18cm-3〕７が形成されており、このキャップ層７におけ
る電流注入部分以外の部位にはSiO2から成る絶縁層８が
設けられている。この絶縁層８と絶縁層８が設けられて
いないキャップ層７との表面には表電極９が設けられて
おり、また前記基板１の裏面には裏電極10が形成されて
いる。
成る基板１の表面には、厚み2.0μｍのｎ型Ga0.58Al
0.42Asから成るクラッド層〔Seドープ,n＝５×1018c
m-3〕２と厚み0.08μｍのGa0.94Al0.06Asから成る活性
層〔ノンドープ〕３と、厚み0.2μｍのｐ型Ga0.58Al
0.42Asから成るクラッド層〔Znドープ,p＝２×1018c
m-3〕４とが順に形成されている。上記クラッド層４上
の一部には、ｐ型Ga0.70Al0.35Asから成る光ガイド層
〔Znドープ,p＝２×1018cm-3〕５が形成されており、こ
の光ガイド層５と上記クラッド層４上にはｐ型Ga0.58Al
0.42Asから成るクラッド層〔Znドープ,p＝２×1018c
m-3〕６が設けられている。このクラッド層６は、図中
中央部（光ガイド層５の近傍）の厚み（t2＝2.0μｍ）
が図中端部の厚み（t1＝0.4μｍ）より大きくなるよう
に形成されている。上記クラッド層６上には厚み0.5μ
ｍのｐ型GaAsから成るキャップ層〔Znドープ,p＝５×10
18cm-3〕７が形成されており、このキャップ層７におけ
る電流注入部分以外の部位にはSiO2から成る絶縁層８が
設けられている。この絶縁層８と絶縁層８が設けられて
いないキャップ層７との表面には表電極９が設けられて
おり、また前記基板１の裏面には裏電極10が形成されて
いる。
尚、クラッド層６とキャップ層７における光ガイド層
５に対応する部位には、Zn拡散によってキャリア濃度を
高くしたZn拡散領域11が形成されており、このZn拡散領
域11の深さは0.5〜0.7μｍとなるように構成されてい
る。
５に対応する部位には、Zn拡散によってキャリア濃度を
高くしたZn拡散領域11が形成されており、このZn拡散領
域11の深さは0.5〜0.7μｍとなるように構成されてい
る。
また、上記実施例においては、電流注入幅（SiO2層８
が設けられていない部位の幅）W1は150μｍとし、且つ
クラッド層６が盛り上がっている部位の幅（吸収損失が
少ない領域の幅）W2は90μｍ、光ガイド層５に対応する
部位の幅W3は25μｍとしている。
が設けられていない部位の幅）W1は150μｍとし、且つ
クラッド層６が盛り上がっている部位の幅（吸収損失が
少ない領域の幅）W2は90μｍ、光ガイド層５に対応する
部位の幅W3は25μｍとしている。
更に、実施例のエピタキシャル結晶成長法としては薄
厚の均一性がよいMO−CVD法やMBE法を用い、これに加え
てフォトリソグラフィーの技術を用いて素子を作製し
た。
厚の均一性がよいMO−CVD法やMBE法を用い、これに加え
てフォトリソグラフィーの技術を用いて素子を作製し
た。
ここで本実施例によれば、等価屈折率は領域Ｃ（クラ
ッド層６の薄い部位）＜領域Ｂ（クラッド層６の厚い部
位のうち光ガイド層５が無い部位）＜領域Ａ（光ガイド
層５が設けられている部位）の順となる。このように導
波路中央部から両端部に向かって等価屈折率がステップ
状に小さくなっていれば、発生した光は導波路中央部に
集まりやすくなり、かつフィラメント発振を防止するこ
とができる。
ッド層６の薄い部位）＜領域Ｂ（クラッド層６の厚い部
位のうち光ガイド層５が無い部位）＜領域Ａ（光ガイド
層５が設けられている部位）の順となる。このように導
波路中央部から両端部に向かって等価屈折率がステップ
状に小さくなっていれば、発生した光は導波路中央部に
集まりやすくなり、かつフィラメント発振を防止するこ
とができる。
また、上記領域Ｃでは活性層３で発生した光がキャッ
プ層７に僅かにしみ出して吸収されることとなる。ここ
で、上記キャップ層７下に設けられたクラッド層６の厚
みt1は、上記実施例では0.4μｍとしているが、これ以
上t1を小さくすると領域Ｃでの光吸収が増加して発振し
きい値の増加と外部微分量子効果の低下を招く。一方、
t1を0.7μｍより大きくすると、光はキャップ層７に達
せず領域Ｂと実質的に差がなくなる。したがって、t1は
0.4μｍ以上0.7μｍ以下にするのが良い。
プ層７に僅かにしみ出して吸収されることとなる。ここ
で、上記キャップ層７下に設けられたクラッド層６の厚
みt1は、上記実施例では0.4μｍとしているが、これ以
上t1を小さくすると領域Ｃでの光吸収が増加して発振し
きい値の増加と外部微分量子効果の低下を招く。一方、
t1を0.7μｍより大きくすると、光はキャップ層７に達
せず領域Ｂと実質的に差がなくなる。したがって、t1は
0.4μｍ以上0.7μｍ以下にするのが良い。
更に、領域Ａでは活性層における光の閉じ込めが悪い
が、Zn拡散領域11を設けることにより領域Ａにおける利
得が減少するのを防ぐことができ且つキャリアの高注入
状態を作り出すことができる。これにより、基本横モー
ドのピークが存在する領域Ａにおいて発振し易くなるの
で、ブロードエリアレーザにおいて基本横モードが発振
し易くなる。
が、Zn拡散領域11を設けることにより領域Ａにおける利
得が減少するのを防ぐことができ且つキャリアの高注入
状態を作り出すことができる。これにより、基本横モー
ドのピークが存在する領域Ａにおいて発振し易くなるの
で、ブロードエリアレーザにおいて基本横モードが発振
し易くなる。
尚、光ガイド層５の厚みは、領域A,Bの間の屈折率差
や，垂直横モードの高次モードのカットオフ条件等を考
慮して0.4μｍに形成するのが望ましい。
や，垂直横モードの高次モードのカットオフ条件等を考
慮して0.4μｍに形成するのが望ましい。
また、本実施例ではGaAlAs系DHレーザを例にとり説明
したが、これに限定するものではなく、InGaAlP系,InGa
AsP系等他の材料の半導体レーザや、量子井戸構造,SCH
構造の半導体レーザにも応用することができる。
したが、これに限定するものではなく、InGaAlP系,InGa
AsP系等他の材料の半導体レーザや、量子井戸構造,SCH
構造の半導体レーザにも応用することができる。
発明の効果 以上説明したように本発明によれば、数百〜数千mWの
光出力を得ることができ、且つ横モードの制御が可能で
ある。したがって、大出力のレーザ光をレンズ等により
１点に集光できるので、レーザを用いた微細加工、光情
報処理等幅広い分野への応用が可能となるという効果を
奏する。
光出力を得ることができ、且つ横モードの制御が可能で
ある。したがって、大出力のレーザ光をレンズ等により
１点に集光できるので、レーザを用いた微細加工、光情
報処理等幅広い分野への応用が可能となるという効果を
奏する。
第１図は本発明の一実施例のブロードエリアレーザを示
す断面図、第２図は本発明のブロードエリアレーザのpn
接合と水平方向の屈折率分布を示すグラフ、第３図は本
発明のレーザの吸収損失と利得との分布を示すグラフ、
第４図は従来のブロードエリアレーザの横モード分布を
示すグラフである。 １……基板、２……クラッド層、３……活性層、４……
クラッド層、５……光ガイド層、６……クラッド層、７
……キャップ層、８……絶縁層、9,10……電極、11……
Zn拡散領域。
す断面図、第２図は本発明のブロードエリアレーザのpn
接合と水平方向の屈折率分布を示すグラフ、第３図は本
発明のレーザの吸収損失と利得との分布を示すグラフ、
第４図は従来のブロードエリアレーザの横モード分布を
示すグラフである。 １……基板、２……クラッド層、３……活性層、４……
クラッド層、５……光ガイド層、６……クラッド層、７
……キャップ層、８……絶縁層、9,10……電極、11……
Zn拡散領域。
Claims (2)
- 【請求項１】導波路の電流注入幅内において中央部から
両側に向かって等価屈折率がステップ状に小さくなるよ
うに第１の領域、第２の領域、第３の領域が順に形成さ
れているブロードエリアレーザであって、 前記第３の領域のクラッド層よりも前記第２の領域のク
ラッド層の厚みを厚くすることにより、前記第３の領域
よりも前記第２の領域の等価屈折率を大きくし、前記第
２の領域のクラッド層よりも屈折率が大きく、且つ前記
電流注入幅よりも幅狭の光ガイド層を前記第１の領域に
設けることにより、前記第２の領域よりも前記第１の領
域の等価屈折率を大きくしたことを特徴とするブロード
エリアレーザ。 - 【請求項２】導波路の活性層上にクラッド層が形成され
たブロードエリアレーザにおいて、 前記導波路の中央部を除く前記クラッド層から約0.4〜
0.7μｍ上方位置に、前記活性層に電流注入が可能な導
電型で且つ発振波長に対して大きな吸収係数をもつ半導
体層を形成したことを特徴とするブロードエリアレー
ザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1213248A JP2846668B2 (ja) | 1989-08-18 | 1989-08-18 | ブロードエリアレーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1213248A JP2846668B2 (ja) | 1989-08-18 | 1989-08-18 | ブロードエリアレーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0376287A JPH0376287A (ja) | 1991-04-02 |
| JP2846668B2 true JP2846668B2 (ja) | 1999-01-13 |
Family
ID=16635963
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1213248A Expired - Fee Related JP2846668B2 (ja) | 1989-08-18 | 1989-08-18 | ブロードエリアレーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2846668B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001230493A (ja) | 2000-02-21 | 2001-08-24 | Sony Corp | 半導体レーザ発光装置 |
| JP2011124610A (ja) * | 2000-03-27 | 2011-06-23 | Tadashi Takano | 半導体レーザ装置およびそれを用いた通信システム |
| JP4749582B2 (ja) * | 2000-03-27 | 2011-08-17 | 忠 高野 | 半導体レーザ装置およびそれを用いた通信システム |
| JP2003031906A (ja) * | 2001-07-16 | 2003-01-31 | Sony Corp | 半導体レーザ |
| DE102017112242B4 (de) | 2016-06-20 | 2019-10-24 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Kantenemittierender Halbleiterlaser |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6116593A (ja) * | 1984-12-07 | 1986-01-24 | Hitachi Ltd | 半導体レ−ザ |
| JPS6396988A (ja) * | 1986-10-14 | 1988-04-27 | Sony Corp | 半導体レ−ザ |
-
1989
- 1989-08-18 JP JP1213248A patent/JP2846668B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0376287A (ja) | 1991-04-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |