KR100608965B1 - Semiconductor light emitting device - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 반도체 발광 장치는 비점수차를 수정할 수 있으며 또한 고출력 동작시에 안정적으로 발진할 수 있다. 이 반도체 발광 장치에서, 중앙 부분의 도파관 스트라이프 폭은 일정하며, 릿지들 사이에 위치하는 오목부의 폭(릿지 분리 폭)은 스트라이프의 중앙 부분(공진기 중앙 부분)에서 좁게 설정되며, 단부면 근처에서의 릿지 분리 폭은 중앙 부분에서의 릿지 분리 폭보다 넓게 설정된다. 이것에 의해, 스트라이프 중앙 부분의 도파관 모드는 가로 방향으로 확산되며 또한 전류는 좁은 영역 내에 유지됨으로써, 포화 흡수 영역이 활성층 내측에 있는 가로 방향 영역에 형성되고, 발진이 안정적으로 유도될 수 있으며, 단부면 근처의 유효 굴절률(△n)이 크게 되어 인덱스 가이드형 도파관이 얻어질 수 있게 되므로, 비점수차가 0에 가깝게 감소될 수 있다. The semiconductor light emitting device according to the present invention can correct astigmatism and can stably oscillate during high output operation. In this semiconductor light emitting device, the width of the waveguide stripe in the center portion is constant, and the width (ridge separation width) of the concave portion located between the ridges is set narrow in the center portion (resonator center portion) of the stripe, The ridge separation width is set wider than the ridge separation width at the center portion. Thereby, the waveguide mode of the center portion of the stripe is spread in the transverse direction and the current is kept in a narrow region, whereby a saturated absorption region is formed in the transverse region inside the active layer, and oscillation can be stably induced. Since the effective refractive index Δn near the plane becomes large so that an index guide waveguide can be obtained, astigmatism can be reduced to near zero.
도파관, 유효 굴절률, 발광 장치, 반도체 레이저, 릿지 구조 Waveguide, effective refractive index, light emitting device, semiconductor laser, ridge structure
Description
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 레이저의 평면도.1 is a plan view of a semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 A-A 선에 따른 단면도.2 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.
도 3은 도 1의 B-B 선에 따른 단면도.3 is a cross-sectional view taken along the line B-B of FIG.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 레이저의 단면도.4 is a cross-sectional view of a semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention.
도 5는 도 4의 A-A 선에 따른 단면도.5 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반도체 레이저의 단면도.6 is a cross-sectional view of a semiconductor laser according to a third embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 반도체 레이저의 평면도.7 is a plan view of a semiconductor laser according to a fourth embodiment of the present invention.
도 8은 도 7의 A-A 선에 따른 단면도.8 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.
도 9는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 반도체 레이저의 사시도.9 is a perspective view of a semiconductor laser according to a fifth embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 반도체 레이저의 평면도.10 is a plan view of a semiconductor laser according to a fifth embodiment of the present invention.
도 11은 도 10의 A-A 선에 따른 단면도.11 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.
도 12는 하이브리드 도파관의 이득 인덱스 및 도파관 표면의 변화에 대한 상태도.12 is a state diagram for changes in gain index and waveguide surface of a hybrid waveguide.
도 13의 (a) 내지 (d)는 이득 가이드 부분과 인덱스 가이드 부분의 연결 부분에 대한 구조를 설명하기 위한 도면.13A to 13D are diagrams for explaining the structure of the connection portion between the gain guide portion and the index guide portion;
도 14는 제 5 실시예에 따른 반도체 레이저를 제조하는 방법을 설명하기 위 한 도면.14 is a view for explaining a method for manufacturing a semiconductor laser according to the fifth embodiment.
도 15는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 반도체 레이저의 평면도.15 is a plan view of a semiconductor laser according to a sixth embodiment of the present invention.
도 16은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 반도체 레이저의 평면도.16 is a plan view of a semiconductor laser according to a seventh embodiment of the present invention.
도 17은 본 발명의 제 8 실시예에 따른 반도체 레이저의 평면도.17 is a plan view of a semiconductor laser according to an eighth embodiment of the present invention.
도 18은 본 발명의 제 9 실시예에 따른 반도체 레이저의 평면도.18 is a plan view of a semiconductor laser according to a ninth embodiment of the present invention.
도 19는 본 발명의 제 10 실시예에 따른 반도체 레이저의 사시도.19 is a perspective view of a semiconductor laser according to a tenth embodiment of the present invention.
도 20은 본 발명의 제 10 실시예에 따른 반도체 레이저의 평면도.20 is a plan view of a semiconductor laser according to a tenth embodiment of the present invention.
도 21은 도 20의 A-A 선에 따른 단면도.21 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.
도 22는 본 발명의 제 11 실시예에 따른 반도체 레이저의 평면도.22 is a plan view of a semiconductor laser according to an eleventh embodiment of the present invention.
도 23은 본 발명의 제 12 실시예에 따른 반도체 레이저의 평면도.23 is a plan view of a semiconductor laser according to a twelfth embodiment of the present invention.
도 24는 본 발명의 제 13 실시예에 따른 반도체 레이저의 사시도.24 is a perspective view of a semiconductor laser according to a thirteenth embodiment of the present invention.
도 25는 제 13 실시예에 따른 반도체 레이저의 파면 수정 메카니즘을 설명하기 위한 도면.Fig. 25 is a view for explaining a wavefront correction mechanism of the semiconductor laser according to the thirteenth embodiment.
도 26은 본 발명의 제 14 실시예에 따른 반도체 레이저의 사시도.26 is a perspective view of a semiconductor laser according to a fourteenth embodiment of the present invention.
도 27A 내지 27B는 본 발명의 제 14 실시예에 따른 반도체 레이저의 파면 수정 메카니즘을 설명하기 위한 도면.27A to 27B are diagrams for explaining the wavefront correction mechanism of the semiconductor laser according to the fourteenth embodiment of the present invention.
도 28은 관련 기술 분야의 자려 발진형 반도체 레이저의 구조에 대한 예들을 도시하는 단면도.28 is a cross-sectional view showing examples of the structure of a self-oscillating semiconductor laser of the related art.
도 29는 도 28에 도시한 자려 발진형 반도체 레이저의 굴절률 분포에 대한 개략적인 그래프도.FIG. 29 is a schematic graph of the refractive index distribution of the self-oscillating semiconductor laser shown in FIG. 28.
도 30은 관련 기술 분야의 자려 발진형 반도체 레이저의 이득 폭과 광 스폿간의 관계를 도시한 도면.30 is a diagram showing a relationship between a gain width and an optical spot of a self-oscillating semiconductor laser of the related art.
도 31은 관련 기술 분야의 이득 가이드형 반도체 레이저의 구성에 대한 일 예를 도시하는 사시도.31 is a perspective view illustrating an example of a configuration of a gain guide type semiconductor laser of the related art.
도 32는 관련 기술 분야의 이득 가이드형 반도체 레이저의 구성에 대한 일 예를 도시하는 평면도.32 is a plan view illustrating an example of a configuration of a gain guide semiconductor laser of the related art.
도 33은 관련 기술 분야의 이득 가이드형 반도체 레이저의 구성에 대한 일 예를 도시하는 단면도.33 is a cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a gain guide semiconductor laser of the related art.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100, 200, 300, 400 : 반도체 레이저 100, 200, 300, 400: semiconductor laser
101, 201, 301, 401 : 기판101, 201, 301, 401: substrate
102, 202, 302, 402, 104, 204, 304, 404 : 클래딩층102, 202, 302, 402, 104, 204, 304, 404: cladding layer
103, 203, 303, 403 : 활성층103, 203, 303, 403: active layer
105, 205, 305, 405 : 캡층105, 205, 305, 405: cap layer
106, 206, 306, 406, 306a : 스트라이프 부분106, 206, 306, 406, 306a: stripe portion
107, 207, 307, 407 : 전류 협착층107, 207, 307, 407: current constriction layer
108, 109, 208, 209, 308, 309, 408, 409 : 전극108, 109, 208, 209, 308, 309, 408, 409
110, 111, 112 : 릿지 부분110, 111, 112: ridge portion
120 : 절연막120: insulating film
130 : 전류 주입 부분130: current injection portion
210, 211 : 홈210, 211: home
310, 310b : 전류 비주입 부분310, 310b: non-current injection portion
311, 312 : 도파관311, 312: waveguide
410, 411 : 광 흡수층410 and 411: light absorbing layer
FT : 전방 단부면FT: front end face
GNA : 이득 가이드 영역GNA: Gain Guide Area
IDA : 인덱스 가이드 영역IDA: Index Guide Area
RT : 후방 단부면RT: rear end face
본 발명은 반도체 발광 장치에 관한 것으로서, 특히 반도체 레이저에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor light emitting device, and more particularly to a semiconductor laser.
도 28은 소위 매립형 릿지 구조(buried ridge)를 사용하는 종래의 자려 발진형(self-pulsation type) 반도체 레이저 구성에 대한 일 예를 단면도로서 도시한 것이다.FIG. 28 shows, as a cross-sectional view, an example of a conventional self-pulsation type semiconductor laser configuration using a so-called buried ridge.
여기서는, 자려 발진형 반도체 레이저를 AlGaAs계 재료로 구성한 경우를 도시한다.Here, a case where the self-oscillating semiconductor laser is composed of AlGaAs-based material is shown.
도 28에 도시한 바와 같이, 자려 발진형 반도체 레이저(10)에서, n형 GaAs 기판(11)상에는 n형 AlGaAs 클래딩층(12), AlGaAs 활성층(13), p형 AlGaAs 클래딩층(14) 및 p형 GaAs 캡층(15)이 순서적으로 적층된다.As shown in FIG. 28, in the self-oscillating
p형 AlGaAs 클래딩층(14) 및 p형 GaAs 캡층(15)은 한 방향으로 연장하는 메사형 스트라이프(mesa-type stripe) 형상을 갖는다. The p-type
즉, 스트라이프 부분(16)은 p형 AlGaAs 클래딩층(14)의 상부층 부분과 p형 GaAs 캡층(15)으로 구성된다. That is, the
이 스트라이프 부분(16)의 양측 부분에는 GaAs 전류 협착층(17)이 매립되어 GaAs 전류 협착 구조가 형성된다. GaAs
p형 GaAs 캡층(15) 및 GaAs 전류 협착층(17) 상에는 예를 들어 Ti/Pt/Au 전극과 같은 P형 전극(18)이 제공된다.On the p-type
한편, n형 GaAs 기판(11)의 배면 상에는 예를 들어 AuGe/Ni/Au 전극과 같은 n형 전극이 제공된다.On the other hand, an n-type electrode such as, for example, an AuGe / Ni / Au electrode is provided on the back surface of the n-
도 29는 도 28에 도시한 자려 발진형 반도체 레이저(10)의 굴절률 분포를 그래프로서 도시한 것이다.FIG. 29 is a graph showing the refractive index distribution of the self-oscillating
여기에는, 자려 발진형 반도체 레이저(10)의 pn 접합에 평행하며 공진기 길이 방향에 수직한 방향(이하에서는 이 방향을 가로 방향이라 함)으로 광을 안내하는 영역의 굴절률 분포가 도 28에 대응하게 도시된다.Here, the refractive index distribution of the region guiding light in a direction parallel to the pn junction of the self-oscillating
도 29에 도시한 바와 같이, 자려 발진형 반도체 레이저(10)는 가로 방향으로 소위 계단형의 굴절률 분포를 갖는데, 여기서 스트라이프 부분(16)에 대응하는 부분의 굴절률(n1)은 높고 스트라이프 부분(16)의 양측 부분에 대응하는 부분의 굴절률(n2)은 낮다.As shown in Fig. 29, the self-oscillating
이와 같이 가로 방향으로 단차 부분의 굴절률을 변경시키면, 광은 자려 발진형 반도체 레이저(10)의 가로 방향으로 안내된다. When the refractive index of the stepped portion is changed in the horizontal direction in this manner, the light is guided in the horizontal direction of the oscillation
이 경우, 스트라이프 부분(16)에 대응하는 부분과 스트라이프 부분(16)의 양측 부분간의 굴절률 차이는 약 0.003 이하로 설정되며, AlGaAs 활성층(13)의 가로 방향에서의 광 제한이 완화되어 있다.In this case, the difference in refractive index between the portion corresponding to the
이런 식으로 구성된 자려 발진형 반도체 레이저(10)의 동작시, 도 28에 도시한 바와 같이, 광 도파관 영역(22)의 폭(WP)은 AlGaAs 활성층(13) 내측에 있는 이득 영역(21)의 폭(WG)보다 크게 된다. 이득 영역(21) 외측에 있는 광 도파관 영역(22)은 포화가능 흡수 영역(23)으로 된다.In operation of the self-oscillating
이같은 자려 발진형 반도체 레이저에서는, 가로 방향의 굴절률 변화를 작게 하면, 가로 방향의 광 침투가 증가된다. 광과 AlGaAs 활성층(13) 내측에 있는 포화가능 흡수 영역(23)간의 상호작용을 크게 하면, 자려 발진이 구현된다. 이를 위해서는, 충분한 포화가능 흡수 영역(23)을 확보해야 한다.In such a self-oscillating semiconductor laser, when the change in the refractive index in the horizontal direction is made small, the light penetration in the horizontal direction is increased. When the interaction between light and the
상술한 바와 같이, 자려 발진형 반도체 레이저(10)는 도 30에 도시한 바와 같은 릿지 구조를 갖는데, 여기서 포화가능 흡수 영역들은 활성층 내측에 있는 광 도파관의 양측 부분에 제공되어 자려 발진을 수행한다. As described above, the self-oscillating
이 경우, 도 30에 도시한 바와 같이, 활성층 내측에 있는 이득 영역(그의 폭은 G로서 정의된다.)을 전류 확산에 의해서 가능한 좁게 하고 이와는 반대로 광 도파관 스풋 사이즈(그의 폭은 P로서 정의된다.)를 비교적 크게 하여 P>G의 관계를 충족시키면, 그 차이 부분이 포화가능 흡수 영역으로서 작용하여 자려 발진을 일으킨다.In this case, as shown in Fig. 30, the gain region (its width is defined as G) inside the active layer is made as narrow as possible by current diffusion, and on the contrary, the optical waveguide output size (its width is defined as P). ) Is made relatively large so that the relationship of P> G is satisfied, the difference portion acts as a saturable absorption region, causing self-oscillation.
이 관계는 도파관의 굴절률 차이(△n)를 약 0.005 내지 0.001의 인덱스 가이드와 이득 가이드간의 중간 가이드로서 사용하는 것에 의해 충족된다.This relationship is satisfied by using the refractive index difference Δn of the waveguide as an intermediate guide between the index guide and the gain guide of about 0.005 to 0.001.
도 31은 관련 기술 분야의 이득 가이드형 반도체 레이저 구성에 대한 일 예를 사시도로서 도시한 것이고, 도 32는 관련 기술 분야의 이득 가이드형 반도체 레이저 구성에 대한 일 예를 평면도로서 도시한 것이며, 도 33은 관련 기술 분야의 이득 가이드형 반도체 레이저 구성에 대한 일 예를 단면도로서 도시한 것이다.FIG. 31 is a perspective view illustrating an example of a configuration of a gain guide semiconductor laser in the related art, and FIG. 32 is a plan view of an example of a gain guided semiconductor laser in the related art, and FIG. 33. Is a cross-sectional view showing an example of the configuration of a gain guide type semiconductor laser in the related art.
이들 도면에 도시한 바와 같이, 이득 가이드형 반도체 레이저(30)는 n형 GaAs 기판(31)상에 n형 AlGaAs 클래딩층(32), AlGaAs 활성층(33), p형 AlGaAs 클래딩층(34) 및 p형 GaAs 캡층(35)을 순서적으로 적층하는 것에 의해 구성된다.As shown in these figures, the gain guide
스트라이프 부분(36)의 양측 부분 상에는 전류 협착층(37)이 형성되며, 이 전류 협착층은 예를 들어 B+ 이온의 이온 주입에 의해서 높은 저항성이 부여된다.A
p형 GaAs 캡층(35) 및 전류 협착층(17) 상에는 예를 들어 Ti/Pt/Au 전극과 같은 P형 전극(18)이 제공된다.On the p-type
한편, n형 GaAs 기판(11)의 배면 상에는 예를 들어 AuGe/Ni/Au 전극과 같은 n형 전극(19)이 제공된다.On the other hand, on the back surface of the n-
이같은 이득 가이드형 반도체 레이저의 경우에는, 실용적인 관점에서, 도파관을 도 32에 도시한 바와 같이 중앙 부분의 넓은 스트라이프 폭이 단부 근처에서 좁아지는 테이퍼를 형성하는 테이퍼형 도파관으로서 구성한다. In the case of such a gain guide type semiconductor laser, from a practical point of view, the waveguide is constituted as a tapered waveguide which forms a taper in which the wide stripe width of the center portion is narrowed near the end as shown in FIG.
주목할 것은, 도 32에서, L이 전체 공진기 길이를 나타내며, l1이 테이퍼 영역 길이를 나타내며, l3이 중앙 부분의 넓은 스트라이프 영역 길이를 나타내며, w1이 단부면 근처의 스트라이프 폭을 나타내며, w3이 중앙 부분의 스트라이프 폭을 나타낸다는 것이다.Note that in Figure 32, L represents the total resonator length, l1 represents the tapered region length, l3 represents the wide stripe region length of the central portion, w1 represents the stripe width near the end face, and w3 represents the central portion. It represents the stripe width of.
이러한 구성의 이득 가이드형 반도체 레이저(30)에 있어서는, 동작시, 전류가 스트라이프 부분(36)을 통해 활성층(33)내로 흐르나, 전류 협착층(27)이 제공되므로 활성층(33)의 양측 부분으로의 전류 흐름이 억제된다.In the gain guide
그 결과, 사전설정된 폭의 발광 영역이 형성되고 레이저 발진이 행해진다.As a result, a light emitting region having a predetermined width is formed and laser oscillation is performed.
가로 방향의 어떠한 굴절률 차이(△n)도 없는 이득 가이드형 반도체 레이저의 경우에는, 수직 다중모드 발진이 행해지므로, 상대적 귀환 광 노이즈 특성이 양호하며 또한 정전기 내성 전압이 높아 서지(surge)에 강하다.In the case of a gain guide type semiconductor laser having no refractive index difference Δn in the lateral direction, vertical multi-mode oscillation is performed, so that the relative feedback optical noise characteristic is good and the static resistance voltage is high, which is strong against surge.
이러한 이득 가이드형 반도체 레이저의 경우, 반도체 레이저의 요구되는 노이즈 레벨은 상대적 세기 노이즈(relative intensity noise : RIN)의 면에 볼 때 귀환 광량의 약 1%이며 수 mW의 출력에서 약 -120㏈ 내지 -125㏈이므로 그 레이저는 CD 또는 다른 광 디스크의 광원으로서 적합할 수 있다.In the case of such a gain guided semiconductor laser, the required noise level of the semiconductor laser is about 1% of the amount of feedback light in terms of relative intensity noise (RIN) and is about -120 GHz to-at an output of several mW. Since it is 125 GHz, the laser may be suitable as a light source for a CD or other optical disk.
본 발명이 해결하고자 하는 문제점들을 요약하면, 전술한 반도체 레이저들은 다음과 같은 문제점들을 갖는다. To summarize the problems to be solved by the present invention, the above-described semiconductor lasers have the following problems.
즉, 전술한 바와 같이 0.003 근방의 굴절률 차이(△n)를 가지며 활성층 내측에 가로 방향의 자려 발진을 야기하는 자려 발진형 반도체 레이저에 있어서는, 비점수차가 약 10㎛로서 비교적 크며 그 광 출력으로 인해 파 필드 패턴(far field pattern: FFP)의 평행 방향 비임 확산 각도(θ//)가 변하므로, 광 디스크의 광학 시스템에 대한 적용이 곤란하다는 문제점이 발생된다. That is, in the self-oscillating semiconductor laser having a refractive index difference (Δn) around 0.003 as described above and causing a self-oscillation in the transverse direction inside the active layer, the astigmatism is relatively large as about 10 μm, and due to the light output Since the parallel beam diffusion angle [theta] // of the far field pattern (FFP) is changed, a problem arises that application of the optical disk to the optical system is difficult.
또한, 설명하지 않은 인덱스 가이드형 반도체 레이저에 있어서는, FFP의 평행 방향 비임 확산 각도(θ//)가 커지는 경우, 도파관 모드 폭을 좁게 해야 하나, 도파관 모드는 기본적으로 항상 일정하게 형성되므로 그 모드를 전체 영역에 걸쳐 좁게 해야만 한다. 소위 홀 번잉(hole buring: HB)이 발생하기 쉬워 COD 레벨이 낮아지므로, 높고 안정적인 결함 레벨의 고 출력 동작을 얻는 것이 어렵다는 문제점이 발생된다.In addition, in the case of the index guide type semiconductor laser which is not described, when the parallel beam diffusion angle (θ //) of the FFP becomes large, the waveguide mode width should be narrowed. It must be narrowed over the whole area. Since so-called hole buring (HB) is likely to occur and the COD level is lowered, a problem arises that it is difficult to obtain a high output operation with a high and stable defect level.
또한, 수직 모드가 단일 모드로 되므로, 귀환 광 노이즈의 영향을 받기 쉽다. 특히, 그 시스템을 광 디스크에 사용하는 경우에는 수백 ㎒의 높은 주파수 변조를 수행해야만 한다. 이러한 이유로, 광 픽업 구조가 이득 가이드형 반도체 레이저의 경우보다 복잡하게 된다. 또한, 적어도 2개의 결정 성장이 필요하고 전극 표면 평탄화 공정이 추가되므로, 공정상의 부하가 가중된다.In addition, since the vertical mode is a single mode, it is susceptible to feedback optical noise. In particular, when the system is used for an optical disk, high frequency modulation of several hundred MHz must be performed. For this reason, the optical pickup structure becomes more complicated than that of the gain guide type semiconductor laser. In addition, at least two crystal growths are required and an electrode surface planarization process is added, thereby increasing the process load.
또한, 굴절률 차이(△n)가 거의 없는 이득 가이드형 반도체 레이저의 경우에는, 수 십 ㎛의 비교적 큰 비점수차 및 FFP의 평행 방향 비임 확산 각도(θ//)의 이중 피크 특성이 발생하기 쉽다. 따라서, 도 32에 도시한 바와 같은 테이퍼형 도파관을 채택하지 않으면 실용적이지 못하다. In addition, in the case of a gain guide type semiconductor laser having almost no refractive index difference Δn, a relatively large astigmatism of several tens of micrometers and a double peak characteristic of the parallel beam diffusion angle θ // of FFP are likely to occur. Therefore, it is not practical unless a tapered waveguide as shown in FIG. 32 is employed.
그러나, 테이퍼형 도파관은 손실 가능성이 크므로, 테이퍼 형상을 적절히 조절하여 노이즈를 작게 하고 비점수차를 작게 하며 단일 피크를 얻는 것이 곤란하다. 또한, 이온 주입법의 이득 가이드에 있어서는, 굴절률 차이(△n)를 제어하는 것이 거의 불가능하므로, 더 이상의 특성 향상이 용이하지 않다.However, since the tapered waveguide has a high possibility of loss, it is difficult to appropriately adjust the tapered shape to reduce noise, reduce astigmatism, and obtain a single peak. In addition, in the gain guide of the ion implantation method, since it is almost impossible to control the refractive index difference Δn, further improvement of characteristics is not easy.
수 십 ㎛의 큰 비점수차를 수정하고 포커스 스폿을 충분히 작게 하기 위해서는, 경사형 판 유리와 같은 비점수차 수정 광학 시스템을 사용해야 하나, 이러한 광학 시스템의 추가로 인해서 부재들을 추가해야 하고 조정 비용이 추가되므로 부적절하다.In order to correct large astigmatism of several tens of micrometers and to make the focus spot small enough, an astigmatism correcting optical system such as inclined plate glass should be used, but the addition of such an optical system adds members and adds adjustment costs. Inappropriate
또한, 코마와 같은 다른 수차가 발생할 가능성이 있으므로, 상기한 종래 기술들은 장래의 고 밀도 광학 디스크에 적합하다고 말하기 어렵다. In addition, since other aberrations such as coma are likely to occur, the above-mentioned prior arts are hardly said to be suitable for future high density optical disks.
따라서, 본 발명의 목적은 귀환 광 노이즈에 대해 내성을 갖고 비점수차를 양호하게 수정 또는 감소시킬 수 있으며 고 출력 동작시에도 발진이 안정적인 반도체 레이저를 제공하고자 하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a semiconductor laser which is resistant to feedback light noise, can correct or reduce astigmatism well and is stable in oscillation even at high output operation.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 도전형의 제 1 클래딩층과, 상기 제 1 클래딩층 상에 형성된 활성층과, 상기 활성층 상에 형성된 제 2 도전형의 제 2 클래딩층과, 스트라이프 형상의 전류 주입 구조 부분을 가지며, 상기 제 2 클래딩층의 중앙 부분은 릿지 구조를 형성하는, 반도체 발광 장치에 있어서, 제 2 릿지 구조는 릿지 분리 부분을 사이에 두고 상기 제 2 클래딩층의 상기 스트라이프 구조 부분 양측에 위치하는 상기 제 2 클래딩층에 형성되고, 상기 릿지 분리 부분은 상기 제 1 클래딩층, 상기 활성층 및 상기 제 2 클래딩층을 적층하는 방향의 두께가 상기 릿지 구조의 두께보다 작게 형성되며, 상기 중앙 부분의 도파관 스트라이프 폭은 일정하며, 상기 적층 방향에 수직한 방향의 상기 릿지 분리 부분의 폭은 공진기 방향의 중앙 부분과 단부면 근처에서 서로 상이하도록 설정되는 반도체 발광 장치가 제공된다.In order to achieve the above object, according to an embodiment of the present invention, the first cladding layer of the first conductivity type, the active layer formed on the first cladding layer, the second conductive type formed on the active layer 2. A semiconductor light emitting device having a second cladding layer and a stripe-shaped current injection structure portion, wherein a central portion of the second cladding layer forms a ridge structure, wherein the second ridge structure has the ridge separation portion therebetween. 2 is formed in the second cladding layer positioned on both sides of the stripe structure portion of the cladding layer, and the ridge separation portion has a thickness in a direction in which the first cladding layer, the active layer, and the second cladding layer are laminated. It is formed smaller than the thickness of the waveguide stripe of the central portion is constant, the width of the ridge separation portion in the direction perpendicular to the stacking direction is a resonator The semiconductor light emitting device is provided, which is set to be different from each other near the center of the face with the end face.
본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 제 1 도전형의 제 1 클래딩층과, 상기 제 1 클래딩층 상에 형성된 활성층과, 상기 활성층 상에 형성된 제 2 도전형의 제 2 클래딩층과, 스트라이프 형상의 전류 주입 구조 부분을 가지며, 상기 제 2 클래딩층의 중앙 부분은 릿지 구조를 형성하는, 반도체 발광 장치에 있어서, 제 2 릿지 구조는 릿지 분리 부분을 사이에 두고 상기 제 2 클래딩층의 상기 스트라이프 구조 부분 양측에 위치하는 상기 제 2 클래딩층에 형성되고, 상기 제 1 클래딩층, 상기 릿지 분리 부분은 상기 활성층 및 상기 제 2 클래딩층을 적층하는 방향의 두께가 상기 릿지 구조의 두께보다 작게 형성되며, 상기 중앙 부분의 도파관 스트라이프 폭은 일정하며, 상기 적층 방향에 수직한 방향의 상기 릿지 분리 부분의 폭은 공진기 방향의 중앙 부분에서는 좁고 단부면 근처에서는 상기 중앙 부분의 것보다 넓도록 설정되는 반도체 발광 장치가 제공된다.According to a second embodiment of the present invention, a first cladding layer of a first conductivity type, an active layer formed on the first cladding layer, a second cladding layer of a second conductivity type formed on the active layer, and a stripe shape A semiconductor light emitting device having a portion of a current injection structure in which a central portion of the second cladding layer forms a ridge structure, wherein the second ridge structure has the ridge separation portion between the stripe structure of the second cladding layer. The first cladding layer and the ridge separating portion are formed in the second cladding layer positioned at both sides of the portion, and a thickness in a direction in which the active layer and the second cladding layer are stacked is smaller than the thickness of the ridge structure. The waveguide stripe width of the center portion is constant, and the width of the ridge separation portion in the direction perpendicular to the stacking direction is narrow in the center portion of the resonator direction. Near the end face, a semiconductor light emitting device is provided which is set wider than that of the central portion.
본 발명의 제 3 실시예에 따르면, 제 1 도전형의 제 1 클래딩층과, 상기 제 1 클래딩층 상에 형성된 활성층과, 상기 활성층 상에 형성된 제 2 도전형의 제 2 클래딩층과, 스트라이프 형상의 전류 주입 구조 부분을 가지며, 상기 제 2 클래딩층의 중앙 부분은 릿지 구조를 형성하는, 반도체 발광 장치에 있어서, 제 2 릿지 구조는 릿지 분리 부분을 사이에 두고 상기 제 2 클래딩층의 상기 스트라이프 구조 부분 양측에 위치하는 상기 제 2 클래딩층에 형성되고, 상기 릿지 분리 부분은 상기 제 1 클래딩층, 상기 활성층 및 상기 제 2 클래딩층을 적층하는 방향의 두께가 상기 릿지 구조의 두께보다 작게 형성되며, 상기 중앙 부분의 도파관 스트라이프 폭은 일정하며, 상기 적층 방향에 수직한 방향의 상기 릿지 분리 부분의 폭은 공진기 방향의 중앙 부분에서는 넓고 단부면 근처에서는 상기 중앙 부분의 것보다 좁도록 설정되는 반도체 발광 장치가 제공된다.According to a third embodiment of the present invention, a first cladding layer of a first conductivity type, an active layer formed on the first cladding layer, a second cladding layer of a second conductivity type formed on the active layer, and a stripe shape A semiconductor light emitting device having a portion of a current injection structure in which a central portion of the second cladding layer forms a ridge structure, wherein the second ridge structure has the ridge separation portion between the stripe structure of the second cladding layer. It is formed in the second cladding layer located on both sides of the portion, the ridge separation portion is formed in the thickness of the direction of stacking the first cladding layer, the active layer and the second cladding layer is smaller than the thickness of the ridge structure, The waveguide stripe width of the center portion is constant, and the width of the ridge separating portion in the direction perpendicular to the stacking direction is wide in the center portion of the resonator direction. Near the end face, a semiconductor light emitting device is provided which is set narrower than that of the central portion.
양호하게는, 본 발명의 상기한 실시예들에서, 상기 릿지 분리 부분을 형성하는 상기 제 2 클래딩층의 적어도 리세스 부분은 상기 제 1 도전형의 전류 협착층이 매립되는 전류 협착 구조를 갖는다.Preferably, in the above embodiments of the present invention, at least the recessed portion of the second cladding layer forming the ridge separating portion has a current confinement structure in which the current confinement layer of the first conductivity type is embedded.
또한, 양호하게는, 절연막이 상기 중앙 부분의 상기 릿지 구조를 형성하는 상기 제 2 클래딩층의 상부 표면을 제외한 상기 클래딩층의 상부 표면의 적어도 일부에 형성된다.Also preferably, an insulating film is formed on at least a portion of the upper surface of the cladding layer except for the upper surface of the second cladding layer forming the ridge structure of the central portion.
또한, 양호하게는, 전류 주입용 캡층이 상기 중앙 부분의 상기 릿지 구조를 형성하는 상기 제 2 클래딩층의 상부 표면 상에 또한 상기 제 2 릿지 구조를 형성하는 상기 제 2 클래딩층의 상부 표면의 일부에 형성된다.Also preferably, a portion of the upper surface of the second cladding layer that forms the second ridge structure also on the upper surface of the second cladding layer that forms the ridge structure of the central portion. Is formed.
본 발명의 제 4 실시예에 따르면, 제 1 도전형의 제 1 클래딩층과, 상기 제 1 클래딩층 상에 형성된 활성층과, 상기 활성층 상에 형성된 제 2 도전형의 제 2 클래딩층과, 스트라이프 형상의 전류 주입 구조 부분을 가지며, 상기 제 2 클래딩층의 중앙 부분은 릿지 구조를 형성하는, 반도체 발광 장치에 있어서, 레이저 비임의 발광을 위한 전방 단부면 근처 위치와 후방 단부면 근처 위치 중의 한 위치에 형성되고 공진기의 길이 방향에 수직한 가로 방향에서 내부 굴절률 차이를 가진 인덱스 가이드 영역과, 상기 인덱스 영역을 제외한 영역에 형성되고 상기 내부 굴절률 차이를 갖지 않는 이득 가이드 영역을 포함하는 도파관 메카니즘을 포함하는 반도체 발광 장치가 제공된다.According to the fourth embodiment of the present invention, a first cladding layer of a first conductivity type, an active layer formed on the first cladding layer, a second cladding layer of a second conductivity type formed on the active layer, and a
본 발명의 이 실시예에서는, 양호하게는, 상기 인덱스 가이드 영역에서의 인덱스 가이드 메카니즘은 상기 굴절률 차이가 상기 이득 가이드 영역과의 연결 부분으로부터 상기 발광 전방 단부면까지의 범위에 걸쳐 점차적으로 증가되도록 구성된다.In this embodiment of the present invention, preferably, the index guide mechanism in the index guide region is configured such that the refractive index difference is gradually increased over the range from the connecting portion with the gain guide region to the light emitting front end face. do.
또한, 양호하게는, 상기 인덱스 가이드 메카니즘은 상기 스트라이프 부분의 양측에 형성된 홈들에 의해서 구성되며, 또한 상기 인덱스 가이드 메카니즘은 그의 홈 폭이 상기 이득 가이드 영역과의 연결 부분으로부터 상기 발광 전방 단부면까지의 범위에 걸쳐 점차적으로 증가되도록 형성된다.Further, preferably, the index guide mechanism is constituted by grooves formed on both sides of the stripe portion, and the index guide mechanism further has a groove width from the connecting portion with the gain guide region to the light emitting front end surface. It is formed to increase gradually over the range.
또한, 양호하게는, 상기 인덱스 가이드 메카니즘은 상기 스트라이프 부분의 양측에 형성된 홈들에 의해서 구성되며, 또한 상기 인덱스 가이드 메카니즘은 상기 홈의 하부 표면으로부터 상기 활성층까지의 거리가 상기 이득 가이드 영역과의 연결 부분으로부터 상기 발광 전방 단부면까지의 범위에 걸쳐 점차적으로 감소되도록 형성된다.Further, preferably, the index guide mechanism is constituted by grooves formed on both sides of the stripe portion, and the index guide mechanism has a distance from the lower surface of the groove to the active layer in connection with the gain guide region. And gradually decrease over the range from the light emitting front end surface.
또한, 양호하게는, 상기 인덱스 가이드 메카니즘은 상기 스트라이프 부분의 양측에 형성된 홈들에 의해서 구성되며, 또한 상기 인덱스 가이드 메카니즘은 그의 홈 폭이 상기 이득 가이드 영역과의 연결 부분으로부터 상기 발광 전방 단부면까지 의 범위에 걸쳐 점차적으로 증가되도록 형성되며, 상기 홈의 하부 표면으로부터 상기 활성층까지의 거리는 상기 이득 가이드 영역과의 연결 부분으로부터 상기 발광 전방 단부면까지의 범위에 걸쳐 점차적으로 감소되도록 형성된다.Further, preferably, the index guide mechanism is constituted by grooves formed on both sides of the stripe portion, and the index guide mechanism further has a groove width extending from the connecting portion with the gain guide region to the light emitting front end surface. It is formed to gradually increase over the range, and the distance from the lower surface of the groove to the active layer is formed to gradually decrease over the range from the connecting portion with the gain guide region to the light emitting front end face.
또한, 양호하게는, 상기 스트라이프 부분은 상기 중앙 부분에서는 넓고 상기 단부면 근처에서는 좁아지는 폭을 가진 테이퍼 형상을 형성한다.Also preferably, the stripe portion forms a tapered shape having a width that is wider at the central portion and narrower at the end surface.
또한, 양호하게는, 상기 스트라이프 부분은 그의 전체 폭에 걸쳐서 개략적으로 균일하다.Also preferably, the stripe portion is approximately uniform over its entire width.
본 발명의 제 5 실시예에 따르면, 제 1 도전형의 제 1 클래딩층과, 상기 제 1 클래딩층 상에 형성된 활성층과, 상기 활성층 상에 형성된 제 2 도전형의 제 2 클래딩층과, 스트라이프 형상의 전류 주입 구조 부분을 가지는 반도체 발광 장치에 있어서, 전류 비주입 부분이 상기 스트라이프 부분의 중앙 영역에 형성되는 반도체 발광 장치가 제공된다.According to a fifth embodiment of the present invention, a first cladding layer of a first conductivity type, an active layer formed on the first cladding layer, a second cladding layer of a second conductivity type formed on the active layer, and a stripe shape A semiconductor light emitting device having a portion of a current injection structure in which a current non-injection portion is formed in a central region of the stripe portion is provided.
또한, 본 발명의 제 6 실시예에 따르면, 제 1 도전형의 제 1 클래딩층과, 상기 제 1 클래딩층 상에 형성된 활성층과, 상기 활성층 상에 형성된 제 2 도전형의 제 2 클래딩층과, 스트라이프 형상의 전류 주입 구조 부분을 가지는 반도체 발광 장치에 있어서, 상기 제 1 클래딩층, 상기 활성층 및 상기 제 2 클래딩층의 적층 방향에서 광 제한 모드로 상기 활성층에 대해 대칭적인 위치들의 광을 흡수하는 층들을 또한 구비하는 반도체 발광 장치가 제공된다.Further, according to the sixth embodiment of the present invention, there is provided a first cladding layer of a first conductivity type, an active layer formed on the first cladding layer, a second cladding layer of a second conductivity type formed on the active layer, A semiconductor light emitting device having a stripe-shaped current injection structure portion, the layer absorbing light at positions symmetrical with respect to the active layer in a light limiting mode in a stacking direction of the first cladding layer, the active layer, and the second cladding layer. There is also provided a semiconductor light emitting device having the same.
양호하게는, 본 발명의 이 실시예에서, 상기 광을 흡수하는 층들은 상기 제 1 도전형의 제 1 클래딩층과 상기 제 2 도전형의 제 2 클래딩층 내의 상기 활성층에 대해 대칭적인 위치들에 형성된 제 1 및 제 2 흡수층들이다.Preferably, in this embodiment of the invention, the light absorbing layers are located at positions symmetrical with respect to the active layer in the first cladding layer of the first conductivity type and the second cladding layer of the second conductivity type. Formed first and second absorbent layers.
또한, 양호하게는, 상기 반도체 발광 장치가 전방 표면 영역에 형성된 상기 제 1 클래딩층을 가진 반도체 기판과 상기 제 2 클래딩층 상에 형성된 캡층을 또한 구비하며, 상기 제 1 및 제 2 클래딩층들의 두께는 수직 방향에서 광 제한 모드의 적어도 가장자리(자락)가 상기 반도체 기판 및 상기 캡층에 이르도록 하는 값들로 설정되며, 상기 반도체 기판 및 상기 캡층은 광을 흡수하는 층들이다.Also preferably, the semiconductor light emitting device further comprises a semiconductor substrate having the first cladding layer formed in the front surface region and a cap layer formed on the second cladding layer, wherein the thickness of the first and second cladding layers Is set to values such that at least an edge (hem) of the light limiting mode reaches the semiconductor substrate and the cap layer in the vertical direction, wherein the semiconductor substrate and the cap layer are layers that absorb light.
본 발명에 따르면, 예를 들어, 상기 중앙 부분의 도파관 스트라이프 폭이 일정하며 상기 적층 방향에 수직한 방향의 상기 릿지 분리 부분의 폭이 공진기 방향의 중앙 부분에서는 좁고 단부면 근처에서는 상기 중앙 부분의 것보다 넓도록 설정되는 자려 발진형 반도체 레이저의 경우, 가로 방향의 광 확산이 제 2 클래딩층의 스트라이프 폭보다 크게 된다. 즉, 도파관 부분의 중앙에서, 광이 가로 방향으로 확산하나 실제로 좁게 유지되므로 발진에 유효한 포화가능 흡수 영역이 안정적으로 얻어질 수 있다. 따라서, 광이 소위 인덱스 가이드와 같이 포커싱되고 발진이 더 이상 발생되지 않는 상태가 발생되지 않으며, 발진이 안정적으로 연속 발생된다.According to the invention, for example, the width of the waveguide stripe of the center portion is constant and the width of the ridge separation portion in the direction perpendicular to the stacking direction is narrow in the center portion in the resonator direction and of the center portion near the end face. In the case of the self-oscillating semiconductor laser set to be wider, the light diffusion in the lateral direction becomes larger than the stripe width of the second cladding layer. That is, in the center of the waveguide portion, the light diffuses in the transverse direction but is actually kept narrow so that a saturable absorption region effective for oscillation can be obtained stably. Therefore, a state in which light is focused like a so-called index guide and no oscillation is generated does not occur, and oscillation is stably generated continuously.
한편, 단부면 근처에서, 광 모드가 중앙에 포커싱되고 유효 굴절률 차이(△n)가 커지기 시작하여, 그 결과는 인덱스형 도파관의 것에 가깝게 된다. 따라서, 비점수차가 수정되며, FFP의 평행 방향 비임 확산 각도(θ//)가 커진다.On the other hand, near the end face, the optical mode is focused in the center and the effective refractive index difference Δn starts to increase, and the result is closer to that of the indexed waveguide. Thus, astigmatism is corrected and the parallel beam diffusion angle [theta] // of the FFP becomes large.
또한, 상기 중앙 부분의 도파관 스트라이프 폭이 일정하며 상기 적층 방향에 수직한 방향의 상기 릿지 분리 부분의 폭이 공진기 방향의 중앙 부분에서는 좁고 단부면 근처에서는 상기 중앙 부분의 것보다 넓도록 설정되는 반도체 레이저의 경우, 도파관 모드가 중앙 부분에서는 좁고 단부면 근처에서는 넓어진다.In addition, the waveguide stripe width of the center portion is constant and the semiconductor laser is set such that the width of the ridge separation portion in the direction perpendicular to the stacking direction is narrower in the center portion of the resonator direction and wider than that of the center portion near the end face. In the case of, the waveguide mode is narrower in the central part and wider near the end face.
단부면에서의 품질 저하를 초래하는 재료 및 높은 단부면 광학 밀도를 가진 고출력 레이저에 있어서는, 단부면의 광학적 밀도를 낮추어 신뢰성을 확보해야만 한다.In a high power laser having a high end face optical density and a material causing quality deterioration at the end face, the optical density of the end face must be lowered to ensure reliability.
이러한 이유에서, 단부면 근처에서 스트라이프 폭이 확대되는 소위 나팔 형상의 구조를 사용했는데, 이 구조는 직선 스트라이프의 형상을 유지시키면서 동일한 효과를 얻을 수 있게 한다.For this reason, a so-called trumpet-shaped structure in which the stripe width is enlarged near the end face is used, which makes it possible to obtain the same effect while maintaining the shape of the straight stripe.
또한, 본 발명에 따르면, 인덱스 가이드 영역이 이득 가이드 영역에 연결되는 도파관 메카니즘이 제공되므로, 비점수차를 감소시킬 수 있으면서도 이득 가이드의 수직 다중 모드 특성을 양호하게 사용할 수 있다. 즉, 포커스 스폿 시스템을 작게 할 수 있으면서도 귀환 광에 대해 내성을 갖는 낮은 노이즈 특성을 얻을 수 있다.Further, according to the present invention, since the waveguide mechanism in which the index guide region is connected to the gain guide region is provided, it is possible to reduce astigmatism and to make good use of the vertical multi-mode characteristic of the gain guide. In other words, it is possible to reduce the focus spot system and to obtain a low noise characteristic that is resistant to the feedback light.
또한, 본 발명은 굴절률 차이가 이득 가이드 영역과의 연결 부분으로부터 인덱스 가이드 영역까지의 범위에 걸쳐 점차적으로 증가되도록 구성되므로, 이득 가이드 영역의 도파관 표면 즉 곡면 파면이 점차적으로 인덱스 가이드 영역의 평면 파면으로 전환된다. 따라서, 파면이 원활하게 전환되고 비점수차가 레이저 내부에서 수정되면서도 에너지 손실이 감소된다.Further, the present invention is configured such that the difference in refractive index is gradually increased over the range from the connecting portion with the gain guide region to the index guide region, so that the waveguide surface, that is, the curved wavefront, of the gain guide region gradually becomes a planar wavefront of the index guide region. Is switched. Thus, energy loss is reduced while the wavefront is smoothly switched and astigmatism is corrected inside the laser.
또한, 본 발명에 따르면, 전류 비주입 부분이 스트라이프의 중앙 영역에 형성되는 반도체 레이저의 경우, 전류 비주입 부분이 형성되는 스트라이프의 중앙 영 역에서 도파관 손실이 커진다.Further, according to the present invention, in the case of the semiconductor laser in which the current non-injection portion is formed in the center region of the stripe, the waveguide loss is large in the center region of the stripe in which the current non-injection portion is formed.
따라서, 도파관 표면이 광 진행 방향에 대해 곡면을 이룰 것이므로, 큰 손실을 가진 스트라이프 중앙 부분과 스트라이프의 양 단부 부분 사이에서 지연이 발생된다.Thus, since the waveguide surface will be curved with respect to the light propagation direction, a delay occurs between the stripe center portion with a large loss and both end portions of the stripe.
또한, 광 흡수층들을 갖추고 있는 반도체 레이저의 경우, 수직 방향의 파면이 리세스형 파면으로부터 볼록 파면으로 수정된다. Further, in the case of a semiconductor laser equipped with light absorbing layers, the wavefront in the vertical direction is corrected from the recessed wavefront to the convex wavefront.
본 발명의 이들 및 다른 목적과 다른 특징들은 도면을 참조한 다음의 상세 설명으로부터 더욱 잘 이해될 것이다.These and other objects and other features of the present invention will be better understood from the following detailed description with reference to the drawings.
제1 실시예First embodiment
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 레이저를 평면도로서 도시한 것이고, 도 2는 도 1의 A-A선에 따른 단면도이고, 도 3은 도 1의 B-B선에 따른 단면도이다.1 is a plan view of a semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line B-B of FIG.
여기서는, 포화가능 흡수 영역들이 활성층의 양측 부분에 형성된 자려 발진형 반도체 레이저를 AlGaAs계 재료로 구성한 경우를 도시한다.Here, a case where the self-oscillating semiconductor laser formed in the saturable absorption regions on both sides of the active layer is made of AlGaAs-based material is shown.
도 1에 도시한 바와 같이, 자려 발진형 반도체 레이저(100)에서, n형(제 1 도전형) GaAs 기판(101)상에는 n형 AlGaAs 클래딩층(제 1 클래딩층)(102), AlGaAs 활성층(103), p형(제 2 도전형) AlGaAs 클래딩층(제 2 클래딩층)(104) 및 p형 GaAs 캡층(105)이 순서적으로 적층된다.As shown in Fig. 1, in the self-oscillating
p형 AlGaAs 클래딩층(104) 및 p형 GaAs 캡층(105)은 한 방향으로 연장하는 메사형 스트라이프(mesa-type stripe) 형상을 갖는다. The p-type
즉, 스트라이프 부분(106)은 p형 AlGaAs 클래딩층(104)의 상부층과 p형 GaAs 캡층(105)으로 구성된다. That is, the
이 스트라이프 부분(106)의 양측 부분에는 n형 GaAs 전류 협착층(107)이 매립되어 전류 협착 구조가 형성된다. N-type GaAs current confinement layers 107 are embedded in both side portions of the
p형 GaAs 캡층(105) 및 n형 GaAs 전류 협착층(107) 상에는 예를 들어 Ti/Pt/Au 전극과 같은 P형 전극(108)이 제공된다.On the p-type
한편, n형 GaAs 기판(101)의 배면 상에는 예를 들어 AuGe/Ni/Au 전극과 같은 n형 전극(109)이 제공된다.On the other hand, an n-
통상의 릿지 구조는 중앙 도파관 부분이 상승하는 단일 피크 구조를 가지나, 도 1 내지 3에 도시한 바와 같이, 자려 발진형 반도체 레이저(100)는 두 부분이 상승하는 이중 피크 구조의 소위 W형 릿지로서 구성된다.A typical ridge structure has a single peak structure in which the center waveguide portion rises, but as shown in FIGS. 1 to 3, the self-oscillating
또한, 스트라이프 부분(106) 중앙의 도파관 스트라이프 폭이 일정하도록, 또한 클래딩층의 릿지들 사이에 위치하는 리세스 부분의 폭 즉 p형 AlGaAs 클래딩층(104)내에 매립된 전류 협착층(107)의 가장 깊은 부분의 폭이 일정한 것이 아니라 좁은 부분을 가진(제 1 실시예의 경우, 공진기 중앙 부분은 좁게 형성됨) 비균일 상태로 되도록 한다.Further, the width of the recess portion located between the ridges of the cladding layer, that is, the width of the recess portion located between the ridges of the cladding layer, that is, the width of the
구체적으로 말해서, 자려 발진형 반도체 레이저(100)에서는, 메사 형상 하부 부분의 스트라이프 폭(W1)을 4㎛ 이하로 설정하고, 릿지들 사이에 위치하는 리세스 부분의 폭(릿지 분리 부분의 폭(이하에서는 릿지 분리 폭이라 함))(W2)을 스트라이프 부분(106)의 중앙 부분(공진기 중앙 부분)에서 예를 들어 5㎛ 이하로 설정하며, 단부면측 근처의 릿지 분리 폭(W2')을 중앙 부분의 릿지 분리 폭(W2)보다 넓게 설정한다.Specifically, in the self-oscillating
스트라이프 부분(106)의 중앙 부분의 릿지 분리 폭(W2)을 5㎛ 이하로 설정하면, 그 폭은 중앙 릿지 부분(110)의 스트라이프 폭(W1)(약 4㎛, 도 2 및 3에서는 도파관 모드 폭 등의 설명을 명료하게 하기 위해 W1을 W2보다 크게 도시했음)과 거의 동일하게 되며, 도파관 모드의 가장자리(skirt)들은 양측 릿지 부분(111, 112)의 굴절률 부분에 대해 작용하기 시작한다.When the ridge separation width W2 of the center portion of the
이러한 상태가 나타나면, 유효 굴절률 차이(△n)는 작아지기 시작하며 도파관모드는 넓어지는 경향이 있다.When this condition appears, the effective refractive index difference DELTA n starts to decrease and the waveguide mode tends to widen.
이런 식으로, 굴절률 차이(△n)에 대한 제어는 용이한 에칭 공정에 의해서 형성될 수 있는 릿지 분리 폭(W2)의 제어에 의해 가능하게 된다. 공진기 방향으로 도파관 상태를 자유로이 변경시킬 수 있는 능력 덕분에 스트라이프 부분(106)의 중앙 부분의 형상을 변경시키지 않으면서 즉 전류 분포를 제한하고 유지시키면서 도파관 모드를 변경시킬 수 있게 된다. In this way, control of the refractive index difference Δn is made possible by the control of the ridge separation width W2, which can be formed by an easy etching process. The ability to freely change the waveguide state in the direction of the resonator makes it possible to change the waveguide mode without changing the shape of the center portion of the
또한, 발진을 안정하게 발생시키기 위해 AlGaAs 활성층(103)과 전류 협착층(107) 사이에 위치하는 p형 AlGaAs 클래딩층(104)의 두께를 예를 들어 d≤400㎚ 양호하게는 d≤350㎚로 설정하거나, 전류가 활성층의 가로 방향으로 확산되지 않도록 광 스폿을 확대하고 그들 간의 차이를 크게 하며 넓은 포화가능 흡수 영역을 확보한다.In addition, the thickness of the p-type
또한, 스트라이프 부분(106)에 대응하는 부분과 스트라이프 부분(106)의 양측 부분간의 굴절률 차이(△n=n1-n2)를 약 0.003 이하로 설정하며, AlGaAs 활성층(13)의 가로 방향에서의 광 제한을 용이하게 한다.In addition, the refractive index difference (Δn = n1-n2) between the portion corresponding to the
자려 발진형 반도체 레이저(100)는 다음과 같이 제조한다.The self-oscillating
먼저, n형 GaAs 기판(11)상에 n형 AlGaAs 클래딩층(102), AlGaAs 활성층(103), p형 AlGaAs 클래딩층(104) 및 p형 GaAs 캡층(105)을 예를 들어 금속 유기 화학적 증착(MOCVD)에 의해 순서적으로 성장시킨다.First, an n-type
다음, p형 GaAs 캡층(105) 상에 사전설정된 형상의 레지스터 패턴을 형성한 다음에 이 레지스트 패턴을 에칭 마스크로서 사용하여 p형 GaAs 캡층(105) 및 p형 AlGaAs 클래딩층(104)을 p형 AlGaAs 클래딩층(104)의 두께 방향으로 사전설정된 깊이까지 브롬산계 에칭액 등을 사용하는 에칭 공정에 의해 에칭해서, 중앙 릿지 부분(110) 및 양측 릿지 부분(제 2 릿지 구조)(111, 112)을 형성하고, 양측 릿지 부분(111, 112)과 중앙 릿지 부분(110) 사이에 있는 p형 AlGaAs 클래딩층(104)의 두께가 얇은 영역의 폭(릿지 분리 폭)을 중앙 부분에서는 좁게 하되 단부면 근처에서는 넓게 한다.Next, a resist pattern having a predetermined shape is formed on the p-type
이 때문에, p형 AlGaAs 클래딩층(104) 및 p형 GaAs 캡층(105)의 상부 층 부분이 한 방향으로 연장되는 스트라이프 형상으로 패터닝된다. 즉, 스트라이프 부분(106)이 형성된다.For this reason, the upper layer portions of the p-type
다음, 에칭 마스크로서 사용한 레지스트 패턴을 성장 마스크로서 사용하여, n형 GaAs 전류 협착층(107)을 스트라이프 부분(106)의 양측 부분에 형성한다.Next, using a resist pattern used as an etching mask as a growth mask, n-type GaAs current confinement layers 107 are formed on both side portions of the
다음, 성장 마스크로서 사용한 레지스트 패턴을 제거한 다음, p형 전극(108)을 p형 GaAs 캡층(105) 및 n형 GaAs 전류 협착층(107) 상에 형성한 후, n형 전극(109)을 n형 GaAs 기판(101)의 배면 상에 형성한다.Next, after removing the resist pattern used as the growth mask, the p-
이렇게 해서, 자려 발진형 반도체 레이저(100)가 제조된다.In this way, the self-oscillating
다음, 상기한 구성에 의한 동작에 대해 설명한다.Next, the operation by the above configuration will be described.
자려 발진형 반도체 레이저(100)의 동작시, 전류는 스트라이프(106)를 통해 흐르나, 이 경우, AlGaAs 활성층(103)과 전류 협착층(107) 사이에 위치하는 p형 AlGaAs 클래딩층(104)의 두께(d)를 400㎚ 이하의 충분히 작은 값으로 설정하여, 가로 방향의 전류 확산을 대략 p형 AlGaAs 클래딩층(104)의 스트라이프 폭(W1)으로 억제한다.In the operation of the self-oscillating
한편, 릿지들 사이의 리세스 부분 폭(릿지 분리 폭)(W2)을 스트라이프 부분(106)의 중앙 부분(공진기 중앙 부분)에서 예를 들어 5㎛ 이하로 설정하며, 단부면측 근처의 릿지 분리 폭(W2')을 중앙 부분의 릿지 분리 폭(W2)보다 넓게 설정하고, 스트라이프 부분(106)에 대응하는 부분과 스트라이프 부분(106)의 양측 부분간의 굴절률 차이(△n)를 약 0.003 이하로 설정하며, AlGaAs 활성층(103)의 가로 방향에서의 광 제한을 용이하게 한다.On the other hand, the recess portion width (ridge separation width) W2 between the ridges is set to, for example, 5 μm or less at the center portion (resonator center portion) of the
따라서, 중앙 도파관 부분에서는, 가로 방향의 광 확산은 p형 AlGaAs 클래딩층(104)의 스트라이프 폭(W1)보다 크게 된다. 즉, 중앙 도파관 부분에서, 광은 가로 방향으로 확산하나, 전류가 실제 제한되므로, 발진에 충분한 포화가능 흡수 영역을 얻을 수 있다. 이 때문에, 광이 소위 인덱스 가이드와 같이 포커싱되며 및 펄스가 더 이상 발생되지 않는 상태가 발생하지 않으며 발진이 안정적으로 연속 발생된다.Therefore, in the center waveguide portion, the light diffusion in the horizontal direction is larger than the stripe width W1 of the p-type
한편, 단부면 근방에서는, 광 모드가 중앙에 포커싱되며 유효 굴절률 차이(△n)가 커지므로, 인덱스형 도파관에 가깝게 된다. 즉, 평면파 도파관에 가깝게 되므로, 비점수차가 발생하기 어렵고 비점수차가 수정되며 FFP의 평행 방향 비임 확산 각도(θ//)가 커진다.On the other hand, in the vicinity of the end face, since the optical mode is focused at the center and the effective refractive index difference Δn becomes large, it is closer to the index type waveguide. That is, since it is close to the planar waveguide, astigmatism is less likely to occur, astigmatism is corrected, and the parallel beam diffusion angle θ // of the FFP is increased.
상술한 바와 같이, 제 1 실시예에 따르면, 자려 발진형 반도체 레이저(100)에서는, 스트라이프 부분(106) 중앙의 도파관 스트라이프 폭이 일정하고, 스트라이프 부분(106)의 중앙 부분(공진기 중앙부)에서 릿지간 오목부 폭(릿지 분리 폭)(W2)을 좁게 설정하고, 단부면측 근처의 릿지 분리폭(W2')을 중앙부의 릿지 분리폭(W2)보다 넓게 설정하고, 또한 스트라이프부(106)에 대응하는 부분과 그 양측에 대응하는 부분과의 굴절율차(△n)은 0.003 정도 이하로 하여, AlGaAs 활성층(103)의 가로 방향에서의 광의 제한을 완화시켰으므로, 스트라이프 중앙 부분의 도파 모드를 가로로 넓히고, 또한 전류는 좁은 영역으로 보존할 수 있다. As described above, according to the first embodiment, in the self-oscillating
따라서, 활성층 내부의 가로 방향 영역에서 가포화 흡수 영역을 형성하여 안정되게 발진을 유기시킬 수 있다.Therefore, the oscillation can be stably induced by forming a saturable absorption region in the horizontal region inside the active layer.
또한, 비점수차에 관하여는, 단부면 근처의 실효적인 굴절률 차이(△n)를 크게하여, 인덱스 가이드형 도파관으로 사용할 수 있으므로, 그 비점수차를 0에 가깝게 할 수 있다. 또한, 단부면에서의 모드를 일정하게 하면 출력에 의해서 FFP의 평행 방향 비임 확산 각도(θ//)의 변동을 억제할 수 있다. Regarding astigmatism, since the effective refractive index difference Δn near the end face can be increased and used as an index guide waveguide, the astigmatism can be made close to zero. In addition, if the mode at the end face is made constant, variations in the parallel beam diffusion angle (θ //) of the FFP can be suppressed by the output.
그 결과, 제 1 실시예의 레이저를 광 디스크용의 광학 시스템에 적용할 수 있고 호환성이 높아지는 장점이 제공된다. As a result, the laser of the first embodiment can be applied to an optical system for an optical disk, and the advantage of high compatibility is provided.
또한, 그 레이저를 통상의 공정과 유사한 아주 용이한 공정에 의해 형성할 수 있다. In addition, the laser can be formed by a very easy process similar to a conventional process.
주목할 것은, 제 1 실시예의 경우, AlGaAs/GaAs계 자려 발진형 반도체 레이저를 일 예로서 설명하였으나, 본 발명을 AlGaInP/GaInP, AlGaN/InGaN 및 ZnMgSSe/ZnS 레이저와 같은 각종 레이저에 적용할 수 있음은 말할 필요가 없다는 것이다.Note that, in the case of the first embodiment, the AlGaAs / GaAs-based self-oscillating semiconductor laser has been described as an example, but the present invention can be applied to various lasers such as AlGaInP / GaInP, AlGaN / InGaN, and ZnMgSSe / ZnS lasers. There is no need to say.
제2 실시예Second embodiment
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 레이저를 평면도로서 도시한 것이고, 도 5는 도 4의 A-A선에 따른 단면도이다.4 is a plan view showing a semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.
제 2 실시예가 제 1 실시예와 다른 점은, 전류 협착층을 매립층으로 형성하는 대신에, 에칭에 의해서 형성되는 W-릿지 형상의 분리 부분을 구성하는 홈 부분 즉 양측 릿지 부분(111, 112)과 중앙 릿지 부분(110) 사이에 있는 p형 AlGaAs 클래딩층(104)의 두께가 얇은 영역 상에, 또한 중앙 릿지 부분의 측벽 부분 상에, 또한 양측 클래딩층(104)의 상부 표면 상에 예를 들어 SiO2 또는 Si3N4의 절연막(120)을 적층한다는 것이다.The second embodiment differs from the first embodiment in that, instead of forming the current blocking layer as a buried layer, groove portions, i.e., both
이 경우에는, 에피택셜 성장을 한 번에 수행할 수 있고 또한 손실이 거의 없는 실제 인덱스 가이드형 반도체 레이저를 형성할 수 있다는 장점이 제공된다.In this case, an advantage is provided that an epitaxial growth can be performed at once and an actual index guided semiconductor laser can be formed with little loss.
이 경우에는, 이온 주입 등을 사용하지 않고서 메사형 에칭에 의해 도파관을 형성하는 것이 공정면에서 용이하고 편리하다. 또한, 내부적인 작은(약한) 굴절률 차이(△n)를 p형 AlGaAs 클래딩층(104)의 절연막(120)과 활성층(103)간의 두께(d)에 의해 제어할 수 있으므로, 특성을 향상시킬 수 있다.In this case, it is easy and convenient to form the waveguide by mesa etching without using ion implantation or the like. In addition, since the internal small (weak) refractive index difference Δn can be controlled by the thickness d between the insulating
예를 들어, 제 1 실시예에 의한 것보다 약간 큰 굴절률을 부여하면, 임계 전류를 감소시키고 비점수차를 감소시키며 발진을 발생하는 것 등이 가능하게 된다.For example, giving a refractive index slightly larger than that according to the first embodiment makes it possible to reduce the critical current, reduce the astigmatism, generate oscillation, and the like.
제3 실시예Third embodiment
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반도체 레이저를 평면도로서 도시한 것이다.6 is a plan view showing a semiconductor laser according to a third embodiment of the present invention.
제 3 실시예가 제 1 및 제 2 실시예와 다른 점은, 소위 축방향 변조의 것과 역의 형상을 가진 변조 구조를 채택한다는 것이다.The third embodiment differs from the first and second embodiments in that it adopts a modulation structure having a shape inverse to that of the so-called axial modulation.
구체적으로 말해서, 스트라이프 부분(106) 중앙의 도파관 스트라이프 폭이 일정하나 릿지 사이의 리세스 부분 폭(릿지 분리 폭)이 스트라이프 중앙 부분(공진기 중앙 부분)에서는 넓고 단부면측 근처에서는 좁은 구조로 된다.Specifically, the width of the waveguide stripe at the center of the
이러한 구성의 경우, 도파관 모드는 도 5에 도시한 바와 같이 중앙 부분에서는 좁고 단부면측 근처에서는 넓게 된다.In this configuration, the waveguide mode is narrow in the center portion and wide near the end face side as shown in FIG.
단부면에서의 품질 저하를 초래하는 재료 및 높은 단부면 광학 밀도를 가진 고출력 레이저에 있어서는, 단부면의 광학적 밀도를 낮추어 신뢰성을 확보해야만 한다.In a high power laser having a high end face optical density and a material causing quality deterioration at the end face, the optical density of the end face must be lowered to ensure reliability.
이러한 이유에서, 단부면 근처에서 스트라이프 폭이 확대되는 소위 나팔 형상의 구조를 사용했는데, 이 구조는 직선 스트라이프의 형상을 유지시키면서 동일한 효과를 얻을 수 있게 한다.For this reason, a so-called trumpet-shaped structure in which the stripe width is enlarged near the end face is used, which makes it possible to obtain the same effect while maintaining the shape of the straight stripe.
제4 실시예Fourth embodiment
도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 반도체 레이저를 평면도로서 도시한 것이고, 도 8은 도 4의 A-A선에 따른 단면도이다.FIG. 7 is a plan view showing a semiconductor laser according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.
제 4 실시예가 제 2 실시예와 다른 점은, 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, SiO2 또는 Si3N4와 같은 절연막(120)이 양측 릿지 부분(111, 112)의 외측 부분에 형성되고, 그 절연막이 에칭에 의해서 형성되는 W-릿지 형상의 분리 부분을 구성하는 홈 부분 즉 양측 릿지 부분(111, 112)과 중앙 릿지 부분(110) 사이에 있는 p형 AlGaAs 클래딩층(104)의 두께가 얇은 영역 상에 또한 중앙 릿지 부분의 측벽 부분 상에 또한 양측 클래딩층(104)의 상부 표면 상에는 형성되지 않으며, 캡층(접점층)(105)이 클래딩층(104) 상부 표면의 일부분에 형성되며, 소위 전류 주입 부분(130)이 스트라이프 부분(106) 뿐만 아니라 W-릿지 양측 부분에 제공된다는 것이다.The fourth embodiment differs from the second embodiment in that an insulating
제 4 실시예는 발진의 개념과 완전히 반대의 개념에 입각한 것이나, 홀 번잉(HB)의 억제 및 FFP의 안정화를 위해 광학 모드의 영역에서의 이득을 가능한 균일하게 한다.The fourth embodiment is based on the concept completely opposite to the concept of oscillation, but makes the gain in the area of the optical mode as uniform as possible for suppressing hole burning (HB) and stabilizing FFP.
또한, 제 4 실시예에서와 같이 넓은 이득 영역을 가진 구조는 도파관 손실을 더욱 감소시키고 효율을 향상시키므로 중요하다.In addition, a structure having a wide gain area as in the fourth embodiment is important because it further reduces waveguide losses and improves efficiency.
이 구조는 무효 전류를 거침없이 통과시키는 레이저이므로, 임계 전류 값이 높으나, 예를 들어 효율이 향상되고 FFP가 안정화되는 효과를 얻을 수 있다.Since this structure is a laser which passes the reactive current without passing through, the threshold current value is high, but, for example, the efficiency is improved and the effect of stabilizing the FFP can be obtained.
주목할 것은, 상술한 구조는 일반적으로 모든 반도체 레이저에 적용될 수 있다. 또한, 공진기의 전단과 후단 사이의 변조 구조를 반드시 대칭적으로 만들 필요가 없다. 또한, 양측의 변조 구조도 반드시 대칭적으로 만들 필요가 없다. 이러한 비대칭적 구조에 의해서도 상술한 것과 유사한 효과를 얻을 수 있다. Note that the above-described structure can generally be applied to all semiconductor lasers. In addition, it is not necessary to make the modulation structure between the front end and the rear end of the resonator symmetrical. In addition, it is not necessary to make both modulation structures symmetrical. Similar effects to those described above can be obtained by such an asymmetrical structure.
특히, 적색 시스템 레이저에 자주 사용되는 OFF 각도 기판을 사용하는 레이저에서는, 릿지 형상이 비대칭적이므로, 변조 구조를 그에 대응하여 비대칭적으로 만드는 것이 효과적인 경우가 있다.In particular, in lasers using OFF angle substrates, which are often used in red system lasers, since the ridge shape is asymmetrical, it is sometimes effective to make the modulation structure correspondingly asymmetrical.
제5 실시예Fifth Embodiment
도 9는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 반도체 레이저를 사시도로서 도시한 것이고, 도 10은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 반도체 레이저를 평면도로서 도시한 것이며, 도 11은 도 10의 A-A선에 따른 단면도이다.9 is a perspective view showing a semiconductor laser according to a fifth embodiment of the present invention, FIG. 10 is a plan view showing a semiconductor laser according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 11 is an AA line of FIG. In accordance with the cross-sectional view.
여기서는, 도파관 메카니즘에서 굴절률 차이를 갖지 않는 스트라이프 부분이 테이퍼 형상을 가지며 그 부분에서 반도체 레이저의 발광성 전방 단부면 근처에 AlGaAs계 재료에 의해 인덱스 가이드 구조가 제공되는 소위 테이퍼 스트라이프형의 이득 가이드형 반도체 레이저를 도시한다.Here, a so-called tapered stripe-type gain guide type semiconductor laser, in which a stripe portion having no refractive index difference in the waveguide mechanism has a tapered shape, in which an index guide structure is provided by an AlGaAs-based material near the luminescent front end surface of the semiconductor laser. Shows.
이들 도면에 도시한 바와 같이, 이득 가이드형 반도체 레이저(200)는 n형 GaAs 기판(201)상에 n형 AlGaAs 클래딩층(202), AlGaAs 활성층(203), p형 AlGaAs 클래딩층(204) 및 p형 GaAs 캡층(205)을 순서적으로 적층함으로써 구성된다.As shown in these figures, the gain guide
이 반도체 레이저는 한 방향으로 연장하는 스트라이프 부분(206)을 갖는다. This semiconductor laser has a
스트라이프 부분(206)의 양측 부분에는 예를 들어 B+ 이온의 이온 주입에 의해 고저항으로 전류 협착층(207)이 형성된다. On both sides of the
p형 GaAs 캡층(205) 및 전류 협착층(207) 상에는 예를 들어 Ti/Pt/Au 전극과 같은 P형 전극(208)이 제공된다.On the p-type
한편, n형 GaAs 기판(201)의 배면 상에는 예를 들어 AuGe/Ni/Au 전극과 같은 n형 전극(209)이 제공된다.On the other hand, an n-
주목할 것은, 본 발명에 따른 반도체 레이저(200) 내에 있는 n형 AlGaAs 클래딩층(202), AlGaAs 활성층(203) 및 p형 AlGaAs 클래딩층(204) 부분들의 화합물 비가 예를 들어 n형 클래딩층(202) 및 P형 클래딩층(204)의 경우에는 Al0.5Ga0.5As로 또한 활성층(203)경우에는 Al0.12Ga0.88As로 되게 설정한다는 것이다.Note that the compound ratio of portions of the n-type
또한, 반도체 레이저(200)의 경우, 기본적인 레이저 구조는 주로 이득 가이드형 반도체 레이저의 구조이므로, 도 10에 도시한 바와 같이, 도파관은 스트라이프 폭이 중앙 부분에서는 넓고 단부면 근처에서는 좁게 되는 테이퍼를 형성하는 테이퍼형 도파관으로서 구성된다.Further, in the case of the
주목할 것은, L이 전체 공진기 길이를 나타내며, w1이 단부면 근처의 스트라이프 폭을 나타내며, w3이 중앙 부분의 스트라이프 폭을 나타낸다는 것이다.Note that L represents the total resonator length, w1 represents the stripe width near the end face, and w3 represents the stripe width of the central portion.
이 반도체 레이저(200)에서는, 인덱스 가이드의 비점수차 특성을 수 ㎛ 이내로 감소시키고 이득 가이드의 수직 모드 특성을 양호하게 사용하기 위해서, 웨지형(wedge-type) 홈(210, 211)을 전방 단부면(발광 단부면)(FT) 근처에서 스트라이프 부분(206)의 양측에 형성하고, 인덱스 가이드 영역(IDA)을 구성한다.In this
즉, 이 반도체 레이저(200)의 도파관 메카니즘은 전방 단부면 근처의 인덱스 가이드 영역(IDA) 및 이 영역에 연결되며 후방 단부면(RT)에 이르는 이득 가이드 영역(GNA)에 의해서 구성된다.That is, the waveguide mechanism of the
이와 같이, 제 5 실시예의 도파관 메카니즘은 인덱스 가이드가 이득 가이드 구조를 갖는 반도체 레이저에 전방 단부면 근처에서 연결되는(부가되는) 식으로 구성되나, 그들 둘이 단순히 결합되면 특성이 서로 다른 이득 가이드와 인덱스 가이드간의 연결 부분에서 원활한 에너지 전달이 어렵게 되며 반사 또는 산란과 같은 손실이 발생한다.As such, the waveguide mechanism of the fifth embodiment is constructed such that the index guide is connected (added) near the front end surface to the semiconductor laser having the gain guide structure, but when they are simply combined, gain guides and indexes having different characteristics are different. Smooth energy transfer at the connection between the guides is difficult and losses such as reflection or scattering occur.
따라서, 제 5 실시예의 도파관 메카니즘에서는, 인덱스 가이드 영역(IDA)의 릿지 구조를 웨지형 홈으로서 구성하여 특성이 다른 이득 가이드와 인덱스 가이드를 원활하게 연결한다.Therefore, in the waveguide mechanism of the fifth embodiment, the ridge structure of the index guide region IDA is formed as a wedge-shaped groove to smoothly connect the gain guide and the index guide having different characteristics.
이하에서는, 그러한 연결 메카니즘을 포함하는 구조에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a structure including such a linking mechanism will be described in detail.
도 12에 도시한 바와 같이, 이득 가이드 영역(GNA)에서는 도파관 표면이 곡면을 이루는데, 이는 비점수차 때문이다. 이러한 곡면 파면을 비점수차로부터 자유로운 인덱스의 평면 파면으로 전환하는 것이 필요하나, 이들을 단순히 연결하면 고유 파면 상태들이 서로 다르기 때문에 평면 파면으로 원활하게 전환할 수 없다.As shown in Fig. 12, in the gain guide region GNA, the waveguide surface is curved because of astigmatism. It is necessary to convert these curved wavefronts into planar wavefronts of index free from astigmatism, but simply connecting them can not be smoothly converted to planar wavefronts because the unique wavefront states are different.
이러한 이유에서, 반사 또는 산란이 연결 부분에서 발생하며 에너지 손실이 발생한다. For this reason, reflection or scattering occurs at the connection and energy losses occur.
이를 해결하기 위해, 단순한 릿지 구조가 아니라 홈(210, 211)이 스트라이프 부분(206)의 전방 단부면(FT) 근처에서 양측에 형성된 대략 W-형 릿지 구조를 적용한다.To solve this, it applies a substantially W-shaped ridge structure in which
홈(210, 211)에서, 도 13에 도시한 바와 같이, 활성층과 홈 하부 표면간의 거리(d2)를 이득 가이드 영역(GNA)과 인덱스 영역(IDA)간의 연결 부위에서 약간 크게 하고 홈 폭(w2)을 좁게 하는 것에 의해, 가로 방향(공진기 길이 방향에 수직한 방향)의 유효 굴절률 차이(△n)를 작게 하고 이득 가이드 영역(GNA)의 굴절률 차이(△n)로부터의 차이를 작게 한다.In the
거리(d2)를 점차적으로 변경시켜 약간 작아지게 하고 홈 폭(w2)을 약간씩 넓혀 전방 단부면(FT)에 가까워지게 하는 것에 의해, 굴절률 차이(△n)가 증가되어 최종 인덱스 가이드의 값 즉 약 0.01에 가까워지게 한다.By gradually changing the distance d2 to make it slightly smaller and slightly increasing the groove width w2 to approach the front end surface FT, the refractive index difference Δn is increased to give the value of the final index guide, i.e. Get close to about 0.01.
이렇게 하는 것에 의해, 파면이 원활하게 전환되고 비점수차가 레이저 내부에서 수정되면서도 에너지 손실이 감소되는 구성을 얻을 수 있다.By doing so, it is possible to obtain a configuration in which the wavefront is smoothly switched and energy loss is reduced while astigmatism is corrected inside the laser.
전체 단부면 근처 릿지 구조에서의 원리적인 파라미터로서는 도 9 및 10에 도시한 바와 같이 단부면의 스트라이프 폭(w1), 홈 폭(w2), 활성층과 홈간의 거리(d2) 및 이득 가이드로부터 인덱스 가이드로의 전환 영역 길이(Lf)가 있다.As a principle parameter in the ridge structure near the entire end surface, as shown in Figs. 9 and 10, the index guide from the stripe width (w1), the groove width (w2), the distance between the active layer and the groove (d2) and the gain guide There is a switching area length Lf.
이하에서는, 설정 조건에 대해 설명한다.The setting conditions will be described below.
고차 모드가 컷 오프되도록 단부면의 스트라이프 폭(w1)을 너무 넓게 하지 않는 것이 필요하다.It is necessary not to make the stripe width w1 of the end face too wide so that the higher order mode is cut off.
또한, 그것은 FFP의 평행 방향 비임 확산 각도(θ//)를 결정하는 주 요인이므로 사양을 충족시키도록 결정한다. 그것은 단부면에서 통상적인 인덱스 가이드와 동일할 수도 있는 것으로서 약 2㎛ 내지 4㎛로 설정된다.It is also a key factor in determining the parallel beam diffusion angle (θ //) of the FFP, so it is determined to meet the specification. It is set at about 2 μm to 4 μm as may be the same as a conventional index guide at the end face.
그 폭은 이득 가이드와의 연결 부분에서 더 넓어지는 것으로서 약 2㎛ 내지 4㎛로 설정된다. 이 값은 넓은 폭 스트라이프 부분의 폭(w3)과 대략 동일하다.The width is set to about 2 탆 to 4 탆 as wider at the connection portion with the gain guide. This value is approximately equal to the width w3 of the wide width stripe portion.
주목할 것은, 순수 이득 가이드형 반도체 레이저에 필요한 테이퍼 스트라이프 구조가 본 실시예에서와 같은 소위 하이브리드 가이드에 항상 필요한 것은 아니다라는 것이다.Note that the tapered stripe structure required for pure gain guided semiconductor lasers is not always necessary for the so-called hybrid guide as in this embodiment.
홈 폭(w2)이 넓으면, 유효 굴절률 차이(△n)가 클 수 있다. 도파관 상태 인덱스 가이드의 가로 방향 모드 확산 각도로부터, 홈 폭(w2)이 약 5㎛이면, 실제적으로 충분한 굴절률 인덱스 차이를 얻을 수 있으며 홈은 인덱스 가이드로서 작용한다.If the groove width w2 is wide, the effective refractive index difference Δn may be large. From the transverse mode diffusion angle of the waveguide state index guide, if the groove width w2 is about 5 mu m, a practically sufficient refractive index index difference can be obtained and the groove acts as an index guide.
홈 폭(w2)은 단부면으로부터 먼 위치에서 좁으며 이득 가이드에 연결되는데, 이는 이득 가이드로의 원활한 전환이 0㎛≤w2≤5㎛ 범위에서 이루어질 수 있기 때문이다.The groove width w2 is narrow at a position distant from the end face and is connected to the gain guide since a smooth transition to the gain guide can be made in the range of 0 μm ≦ w 2 ≦ 5 μm.
주목할 것은, 이러한 전환이 선형적일 수도 있다는 것이다.Note that this transition may be linear.
또한, 활성층과 홈 하부 표면간의 거리(d2) 값은 굴절률 차이(△n)를 변경시킨다. 그 거리(d2)가 클수록 굴절률 차이(△n)가 작아진다.In addition, the value of the distance d2 between the active layer and the groove lower surface changes the refractive index difference Δn. The larger the distance d2 is, the smaller the refractive index difference DELTA n is.
따라서, 홈 폭(w2)의 그같은 변경에 의해서 다룰 수 없는 결과가 작은 굴절 률 차이를 필요로 하는 영역에서 나타난다.Therefore, the result which cannot be handled by such a change in the groove width w2 is seen in the area requiring a small difference in refractive index.
간단한 구조를 위해, 거리(d2)를 일정하게 할 수도 있으나, 홈 폭(w2)을 0으로 한 후에 거리(d2)를 점차적으로 증가시켜 이득 가이드와의 연결을 원활하게 하는 것이 바람직하다.For a simple structure, the distance d2 may be made constant, but it is preferable to smoothly connect the gain guide by gradually increasing the distance d2 after the groove width w2 is zero.
이득 가이드로부터 인덱스 가이드로의 전환 영역 길이(Lf)가 너무 짧으면, 전환 손실이 증가된다.If the switching area length Lf from the gain guide to the index guide is too short, the switching loss is increased.
일반적으로, 그 손실은 테이퍼 스트라이프 구조로서 사용되는 다음의 관계가 충족되는 한 무시될 수 있다.In general, the loss can be neglected as long as the following relationship used as the tapered stripe structure is satisfied.
Lf≥w3(w3/w1-1)/sin-1(n1/n2)Lf≥w3 (w3 / w1-1) / sin -1 (n1 / n2)
여기서, n1은 도파관 외측 부분의 굴절률을 나타내며, n2는 도파관 내측의 굴절률을 나타내고, w1은 단부면의 스트라이프 폭을 나타내며, w3은 이득 가이드 영역의 스트라이프 폭을 나타낸다.Here, n1 represents the refractive index of the waveguide outer portion, n2 represents the refractive index inside the waveguide, w1 represents the stripe width of the end face, and w3 represents the stripe width of the gain guide region.
이 조건은 도파관 내부에서 발생되는 광이 완전 반사 조건을 충족시켜야 한다는 필요에 따라 얻어진다.This condition is obtained according to the necessity that the light generated inside the waveguide must satisfy the perfect reflection condition.
대표적인 값들로서, w3=8㎛이고, w1=4㎛이고, n1=3.456이면 Lf는 12㎛보다 크게 된다. 통상, 알 수 있듯이 Lf는 수십 ㎛이면 충분하다.As representative values, when w3 = 8 mu m, w1 = 4 mu m, and n1 = 3.456, Lf becomes larger than 12 mu m. Usually, as can be seen, Lf of several tens of micrometers is enough.
예를 들어 다음과 같은 식으로 이득 가이드로부터 인덱스 가이드로의 원활한 전환을 위해 그러한 웨지형 홈을 가진 릿지 구조를 제조할 수 있다.For example, such a wedge-shaped ridge structure can be manufactured for smooth transition from the gain guide to the index guide in the following manner.
예를 들어, 리소그라피에 의해 홈에 대응하는 윈도우(개구)를 형성하고 화학적 에칭에 의해 릿지 홈을 형성하는 것에 의해, 재현성이 양호한 원하는 구조를 형성할 수 있다.For example, a desired structure having good reproducibility can be formed by forming a window (opening) corresponding to the groove by lithography and forming a ridge groove by chemical etching.
특정의 제조 방법을 도 14에 도시한다.A specific manufacturing method is shown in FIG.
먼저, 웨이퍼 상태로 릿지 홈을 에칭할 부분 내에 리소그라피 단계에 의해서 윈도우를 개방하고 그 부분을 에칭한다.First, the window is opened and the part is etched by a lithography step in the part where the ridge groove is to be etched in the wafer state.
다음, 단부면 부분을 벽개법에 의해 형성한다.Next, the end face portion is formed by cleavage.
이는 인덱스 가이드 메카니즘을 전방 단부면 영역에 형성하기에 충분하므로, 에칭된 릿지 부분이 간격을 두고 형성될 수 있다.This is sufficient to form the index guide mechanism in the front end face region, so that etched ridge portions can be formed at intervals.
이런 식으로 웨이퍼 공정에 의해서 의도하는 부분 내에 릿지를 용이하게 형성할 수 있으므로, 통상적인 이득 가이드와 비교해 볼 때 제조 수율이 떨어지게 하는 복잡한 단계들의 수가 증가되지 않는다.In this way, the ridges can be easily formed in the intended portion by the wafer process, so that the number of complicated steps leading to poor manufacturing yields as compared to conventional gain guides is not increased.
상술한 바와 같이, 제 5 실시예에 따르면, 홈(210, 21)이 스트라이프 부분(206)의 전방 단부면(FT) 근처에서 양측에 형성된다. 홈(210, 211)은 활성층과 홈 하부 표면간의 거리(d2)를 이득 가이드 영역(GNA)과 인덱스 가이드 영역(IDA)간의 연결 부분에서 약간 크게 하며 홈 폭(w2)을 좁게 하여 가로 방향(공진기 길이 방향에 수직한 방향)의 유효 굴절률 차이(△n)가 약간 작아지게 하며, 이득 가이드 영역(GNA)의 굴절률 차이(n=0)로부터의 차이를 작게 하며, 거리(d2)를 점차적으로 약간 작아지게 하며, 홈 폭(w2)을 약간 넓게 하여 전방 단부면(FT)에 가까워지게 한다. 굴절률 차이(△n)는 인덱스 가이드의 최종값 즉 약 0.01에 가까워지게 증가되며, 파면은 원활하게 전환되며, 비점수차는 레이저 내부에서 수정되면서도 에너지 손실은 감소된다.As described above, according to the fifth embodiment, the
즉, 인덱스 가이드의 비점수차를 수 ㎛ 이내로 감소시킬 수 있으면서도 이득 가이드의 수직 다중 모드 특성을 양호하게 사용할 수 있다.That is, while the astigmatism of the index guide can be reduced to within several micrometers, the vertical multi-mode characteristic of the gain guide can be used well.
즉, 포커스 스폿 시스템을 작게 할 수 있으면서도 귀환 광에 대해 내성을 갖는 낮은 노이즈 특성을 얻을 수 있다.In other words, it is possible to reduce the focus spot system and to obtain a low noise characteristic that is resistant to the feedback light.
따라서, 레이저를 광 디스크 장치의 광원으로 사용하는 경우, 이제까지의 것보다 양호하게 지터를 감소시킬 수 있다.Therefore, when using a laser as a light source of the optical disk apparatus, jitter can be reduced better than ever.
또한, 통상적인 이득 가이드형 반도체 레이저를 제조하는 공정에 거의 추가적인 공정 부하를 부과하지 않고서도 본 발명에 따른 구조를 구현할 수 있다. 따라서, 관련 기술 분야의 제품의 것에 필적하는 제조 수율 또는 특성 향상에 의한 향상된 제조 수율이 예상되므로, 고품질 및 저비용을 실현할 수 있다.In addition, the structure according to the present invention can be implemented with almost no additional process load on the process of manufacturing a conventional gain guide type semiconductor laser. Therefore, an improved production yield is expected, which is comparable to that of a product of the related art, or an improved production yield, so that high quality and low cost can be realized.
또한, 통상적인 이득 가이드형 반도체 레이저의 임계치 및 특이 효과를 향상시킬 수 있으며 신뢰성을 향상시킬 수 있다.In addition, the threshold and the specific effect of the conventional gain guide type semiconductor laser can be improved and the reliability can be improved.
제6 실시예Sixth embodiment
도 15는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 반도체 레이저를 평면도로서 도시한 것이다.15 is a plan view showing a semiconductor laser according to a sixth embodiment of the present invention.
제 6 실시예가 제 5 실시예와 다른 점은, 이득 가이드로부터 인덱스 가이드로의 전환 영역 길이(Lf)(인덱스 가이드 영역(IDA))를 더 길게 설정한다는 것이다.The sixth embodiment differs from the fifth embodiment in that the switching area length Lf (index guide area IDA) from the gain guide to the index guide is set longer.
이와 같이, 인덱스 가이드 영역(IDA)을 약간 더 길게 하면, 인덱스 가이드의 특성이 레이저 특성으로 강하게 나타난다. In this manner, when the index guide region IDA is made slightly longer, the characteristics of the index guide appear strongly as the laser characteristics.
즉, 비점수차가 더욱 작아지고 수직 단일 모드 특성이 강화된다.That is, the astigmatism becomes smaller and the vertical single mode characteristic is enhanced.
이러한 이유에서, 양자 노이즈가 순수 이득 가이드형 반도체 레이저의 것으로부터 감소되나, 레이저는 귀환 광 노이즈에 대해 약간 약하게 된다.For this reason, the quantum noise is reduced from that of the pure gain guided semiconductor laser, but the laser is slightly weakened against the feedback light noise.
주목할 것은 전환 영역 길이(Lf)가 짧으면, 이득 가이드형 특성이 강화된다.Note that if the switching area length Lf is short, the gain guide type characteristic is enhanced.
이 길이를 레이저의 적용 목적에 따라 조정하면, 최적 특성을 구현할 수 있다.By adjusting this length according to the application purpose of the laser, an optimum characteristic can be realized.
제7 실시예Seventh embodiment
도 16은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 반도체 레이저를 평면도로서 도시한 것이다.16 is a plan view showing a semiconductor laser according to a seventh embodiment of the present invention.
제 7 실시예가 제 6 실시예와 다른 점은, 테이퍼 스트라이프가 아니라 직선 스트라이프를 채용한다는 것이다.The seventh embodiment differs from the sixth embodiment in that it employs straight stripes instead of tapered stripes.
이득 가이드에서 비교적 좁은 폭을 갖는 직선 스트라이프의 장점은 수직 다중 모드가 용이하게 얻어지고 비점수차가 작으며 결함 레벨이 높아지며 FFP의 평행 방향 비임 확산 각도(θ//)가 커진다는 것이나, 임계 전류(Ith) 레벨이 높아지고 특이 효율이 저하된다는 단점도 있다.The advantage of a straight stripe with a relatively narrow width in the gain guide is that the vertical multiple mode is easily obtained, the astigmatism is small, the defect level is high, and the parallel beam diffusion angle (θ //) of the FFP is large, but the critical current ( There is also a disadvantage that the Ith) level is higher and the specific efficiency is lowered.
그러나, 본 발명의 이 장치에서는, 릿지 구조를 단부면 근처에 도입하므로, 도파관 손실이 감소될 수 있고 임계 전류(Ith)의 상승 및 특이 효율의 감소가 완화되어 상기한 단점이 해소될 수 있다.However, in this apparatus of the present invention, since the ridge structure is introduced near the end face, the waveguide loss can be reduced, the rise of the threshold current Ith and the decrease in the specific efficiency can be alleviated so that the aforementioned disadvantage can be solved.
주목할 것은, 제 5, 6 및 7 실시예에서는, 인덱스 가이드 영역을 발광 전방 단부면에 제공한 예에 대해서 설명했으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 인덱 스 가이드를 후방 단부면이나 전방 및 후방 단부면 모두에 제공하는 것도 가능하다. 이들 경우에서도 제 5, 6 및 7 실시예에 의해서 동일한 효과를 얻을 수 있다.Note that, in the fifth, sixth and seventh embodiments, an example in which the index guide region is provided on the light emitting front end surface has been described, but the present invention is not limited thereto. It is also possible to provide an index guide on the rear end face or on both the front and rear end faces. In these cases, the same effects can be obtained by the fifth, sixth and seventh embodiments.
제8 실시예Eighth embodiment
도 17은 본 발명의 제 8 실시예에 따른 반도체 레이저를 평면도로서 도시한 것이다.17 is a plan view showing a semiconductor laser according to an eighth embodiment of the present invention.
제 8 실시예가 제 5 실시예와 다른 점은, 인덱스 가이드 영역(IDA)을 발광 단부면까지 형성하지 않고 그 대신에 공진기의 중앙과 전방 단부면(FT) 사이의 중간 영역에 배치하며 또한 발광 단부면 근처의 위치가 이득 가이드 영역(GNA)으로서 작용한다는 것이다.The eighth embodiment differs from the fifth embodiment in that the index guide region IDA is not formed to the light emitting end surface, but instead is disposed in the middle region between the center of the resonator and the front end surface FT and the light emitting end. The location near the plane acts as the gain guide region (GNA).
제 5 실시예에서와 같이, 인덱스 가이드 영역(IDA)을 발광 단부면에 이르기 까지 형성하면, 가로 방향 도파관은 인덱스 가이드 구조의 존재로 인해서 평면파의 것에 가깝게 된다.As in the fifth embodiment, when the index guide region IDA is formed up to the light emitting end face, the lateral waveguide becomes close to that of the plane wave due to the presence of the index guide structure.
그러나, 수직 방향에 관하여는, 가로 방향의 인덱스 가이드 영역이 광의 손실(산란) 영역으로서 감지되므로 단부면 근처에서 강한 리세스형 곡면이 생기기 쉽다.However, with respect to the vertical direction, since the index guide region in the horizontal direction is sensed as a loss (scattering) region of light, a strong recessed curved surface is likely to occur near the end surface.
그러므로, 제 8 실시예에서는, 인덱스 가이드 영역(IDA)을 도파관의 내부로 약간 전위시키고 그 내부 인덱스 가이드 영역(IDA)을 활성 가로 방향 모드 필터로서 동작케 하고 이를 가로 방향의 가로 방향 모드 결정 영역으로서 사용한다.Therefore, in the eighth embodiment, the index guide area IDA is slightly displaced into the inside of the waveguide, and the inner index guide area IDA is operated as an active transverse mode filter, which is used as a transverse transverse mode decision area. use.
이 덕분에, 단부면 근처 뿐만 아니라 전체 공진기에 대한 수직 방향을 생각해 볼 때, 활성층은 큰 손실 영역으로 되지 않으며 리세스형 곡면이 감소된다.Thanks to this, considering the vertical direction not only near the end face but also with respect to the entire resonator, the active layer does not become a large loss area and the recessed curved surface is reduced.
제9 실시예9th Example
도 18은 본 발명의 제 9 실시예에 따른 반도체 레이저를 평면도로서 도시한 것이다.18 is a plan view showing a semiconductor laser according to a ninth embodiment of the present invention.
제 9 실시예가 제 8 실시예와 다른 점은, 인덱스 가이드 영역(IDA)과 발광 단부면간의 이득 가이드 영역을 직선 스트라이프 구조를 형성한다는 것이다.The ninth embodiment differs from the eighth embodiment in that the gain guide region between the index guide region IDA and the light emitting end face forms a straight stripe structure.
이러한 구성을 채택하면, 손실이 감소될 수 있고 수직 방향의 파 구조의 효과가 확실하게 된다.By adopting such a configuration, the loss can be reduced and the effect of the wave structure in the vertical direction is assured.
제10 실시예Tenth embodiment
도 19는 본 발명의 제 10 실시예에 따른 이득 가이드형 반도체 레이저를 사시도로서 도시한 것이고, 도 20은 본 발명의 제 10 실시예에 따른 이득 가이드형 반도체 레이저를 평면도로서 도시한 것이고, 도 21은 도 19의 A-A선에 따른 단면도이다.19 is a perspective view illustrating a gain guide semiconductor laser according to a tenth embodiment of the present invention, and FIG. 20 is a plan view illustrating a gain guide semiconductor laser according to a tenth embodiment of the present invention, and FIG. 21. Sectional drawing along the AA line of FIG.
이들 도면에 도시한 바와 같이, 이득 가이드형 반도체 레이저(300)는 n형 GaAs 기판(301)상에 n형 AlGaAs 클래딩층(302), AlGaAs 활성층(303), p형 AlGaAs 클래딩층(304) 및 p형 GaAs 캡층(305)이 순서적으로 적층된다.As shown in these figures, the gain guide
이 반도체 레이저는 한 방향으로 연장하는 스트라이프 부분(306)을 갖는다.This semiconductor laser has a
스트라이프 부분(306)의 양측 부분에는 예를 들어 B+ 이온의 이온 주입에 증가된 저항성을 가진 전류 협착층(307)이 형성된다.On both sides of the
p형 GaAs 캡층(305) 및 전류 협착층(307) 상에는 예를 들어 Ti/Pt/Au 전극과 같은 P형 전극(308)이 제공된다.On the p-type
한편, n형 GaAs 기판(301)의 배면 상에는 예를 들어 AuGe/Ni/Au 전극과 같은 n형 전극(309)이 제공된다.On the other hand, an n-
주목할 것은, 제 10 실시예에 따른 반도체 레이저(300) 내에 있는 n형 AlGaAs 클래딩층(302), AlGaAs 활성층(303) 및 p형 AlGaAs 클래딩층(304) 부분들의 화합물 비가 예를 들어 n형 클래딩층(302) 및 P형 클래딩층(304)의 경우에는 Al0.5Ga0.5As로 또한 활성층(303)경우에는 Al0.12Ga0.88As로 되게 설정한다는 것이다.Note that the compound ratio of portions of the n-type
또한, 반도체 레이저(300)의 경우, 기본적인 레이저 구조는 주로 이득 가이드형 반도체 레이저의 구조이므로, 도 20에 도시한 바와 같이, 도파관은 스트라이프 폭이 중앙 부분에서는 넓고 단부면 근처에서는 좁게 되는 테이퍼를 형성하는 테이퍼형 도파관으로서 구성된다.Further, in the case of the
제 10 실시예에서는, 도 20에 도시한 바와 같이, 테이퍼 스트라이프 구조를 가진 반도체 레이저(300)를 사전설정된 폭을 가진 전류 비주입 부분(310)이 스트라이프 부분의 중앙 영역에서 공진기 길이 방향으로 사전설정된 길이에 걸쳐 형성되고 가로 방향으로의 파면의 볼록 곡률이 작게 되도록 구성한다.In the tenth embodiment, as shown in Fig. 20, the
주목할 것은, 예를 들어 p형 GaAs 캡층(305) 및 P형 전극(308)이 형성되지 않는 리세스된 상태로 전류 비주입 부분(310)이 제공된다는 것이다.Note that, for example, the
이하에서는, 도 20을 참조하여 스트라이프 부분의 중앙 영역에 전류 비주입 부분(310)을 제공하는 것에 의해서 동작을 수정하는 파면에 대해 설명한다.Hereinafter, a wavefront for correcting the operation by providing the
곡면 파면은 도파관 손실이 존재하는 위치의 파면 위상 지연으로 인해서 발 생한다. Curved wavefronts are caused by wavefront phase delays where waveguide losses exist.
이 반도체 레이저(300)의 경우, 전류 비주입 부분(310)이 형성되는 스트라이프 부분(306)의 중앙 영역에서 도파관 손실이 크게 된다.In the case of this
따라서, 이 반도체 레이저(300)의 경우, 도 20에 도시한 바와 같이, 도파관 표면은 손실이 큰 스트라이프 부분과 스트라이프 단부 부분간의 지연을 야기할 것이며, 광 진행 방향에 관하여 휘어질 것이다.Thus, for this
광이 단부면 근처에 도달할 때, 두 단부 부분들간의 지연 부분이 테이퍼 구조의 효과에 의해 컷트되며, 또한, 중앙 부분의 지연만이 유지되는 소위 리세스형 곡면 파면이 나타난다.When the light reaches near the end face, the retarded portion between the two end portions is cut by the effect of the tapered structure, and a so-called recessed curved wavefront appears in which only the delay of the central portion is maintained.
한편, 리세스형 곡면 파면은 어떤 것이 수직 방향에 관하여 행해지지 않는 한 유지된다. On the other hand, the recessed curved wavefront is maintained unless something is done with respect to the vertical direction.
따라서, 리세스형 곡면 파면이 수직 방향 및 가로 방향 모두에서 나타나며 비점수차의 제거 방향으로 진행한다.Thus, the recessed curved wavefront appears in both the vertical and horizontal directions and proceeds in the direction of elimination of astigmatism.
제 10 실시예에 따르면, 테이퍼 스트라이프 구조를 가진 반도체 레이저(300)에서는, 사전설정된 폭을 가진 전류 비주입 부분(310)이 스트라이프 부분의 중앙 영역에서 공진기 길이 방향으로 사전설정된 길이에 걸쳐 형성되고 가로 방향으로의 파면이 볼록 상태로부터 리세스형 상태로 수정될 수 있으며 비점수차도 마찬가지로 수정될 수 있다.According to the tenth embodiment, in a
제11 실시예Eleventh embodiment
도 22는 본 발명의 제 11 실시예에 따른 이득 가이드형 반도체 레이저를 평 면도로서 도시한 것이다.Fig. 22 shows the gain guide type semiconductor laser according to the eleventh embodiment of the present invention as a flat shape.
제 11 실시예가 제 10 실시예와 다른 점은 스트라이프 중앙 부분의 도파관 손실을 야기하는 전류 비주입 부분(310a)이 공진기 길이 방향의 중앙 부분이 아니라 전방 단부면측에 제공된다는 것이다.The difference between the eleventh embodiment and the tenth embodiment is that the
주목할 것은, 전류 비주입 부분(310a)을 포함하는 발광 단부면(FT)과 소위 곡면 파면 제어 영역 사이의 스트라이프 부분(306a)은 폭이 점차적으로 작아져 단부면측에 가까워지는 테이퍼 상태로 형성된다는 것이다.Note that the
이러한 구성에 따르면, 곡면 파면이 더욱 효과적으로 수정될 수 있으며 곡면 파면 제어 영역과 발광 단부면(FT) 사이의 테이퍼 부분이 NFP를 조정하기 위한 도파관 영역으로서 작용한다. 이 덕분에, FFP의 특정 평행 방향 비임 확산 각도(θ//)의 값이 유지될 수 있게 된다.According to this configuration, the curved wavefront can be more effectively corrected, and the tapered portion between the curved wavefront control region and the light emitting end face FT acts as a waveguide region for adjusting the NFP. This allows the value of a particular parallel beam diffusion angle [theta] // of the FFP to be maintained.
제12 실시예12th Example
도 23은 본 발명의 제 12 실시예에 따른 반도체 레이저를 평면도로서 도시한 것이다.23 is a plan view showing a semiconductor laser according to a twelfth embodiment of the present invention.
제 12 실시예가 제 11 실시예와 다른 점은, 스트라이프 중앙 부분의 도파관 손실을 야기하는 전류 비주입 부분(310b)은 공진기 길이 방향의 중앙 부분에 제공되는 것이 아니라 Y-형상 도파관이 형성되도록 전방 단부면측으로 확개되는 형태로 분기되며, 또한, 전류 비주입 부분(310b)을 포함하는 발광 단부면(FT)과 소위 곡면 파면 제어 영역 사이의 테이퍼형 부분이 형성되지 않고 Y-형상 도파관(311, 312)의 단부면들이 발광 표면으로서 사용된다는 것이다.The twelfth embodiment differs from the eleventh embodiment in that the
제 12 실시예에 따르면, 파면의 리세스형 상태 곡면의 효과가 더욱 향상될 수 있다.According to the twelfth embodiment, the effect of the wavefront recessed state curved surface can be further improved.
주목할 것은, NFP가 변형되기 쉬우나 이 실시예의 레이저는 바-코드 또는 레이저 프린터와 같은 응용에서 문제를 야기하지 않는 응용에 유효하다는 것이다. Note that the NFP is susceptible to deformation but the laser of this embodiment is effective for applications that do not cause problems in applications such as bar-codes or laser printers.
제13 실시예Thirteenth embodiment
도 24는 본 발명의 제 13 실시예에 따른 반도체 레이저를 사시도로서 도시한 것이다.24 is a perspective view showing a semiconductor laser according to a thirteenth embodiment of the present invention.
이 도면에 도시한 바와 같이, 이득 가이드형 반도체 레이저(400)는 n형 GaAs 기판(401)상에 n형 AlGaAs 클래딩층(402), AlGaAs 활성층(403), p형 AlGaAs 클래딩층(404) 및 p형 GaAs 캡층(405)을 순서적으로 적층하는 것에 의해 구성된다.As shown in this figure, the gain guide
이 반도체 레이저는 한 방향으로 연장하는 스트라이프 부분(406)을 갖는다.This semiconductor laser has a
스트라이프 부분(406)의 양측 부분에는 예를 들어 B+ 이온의 이온 주입에 증가된 저항성을 가진 전류 협착층(407)이 형성된다.On both sides of the
p형 GaAs 캡층(405) 및 전류 협착층(407) 상에는 예를 들어 Ti/Pt/Au 전극과 같은 P형 전극(408)이 제공된다.On the p-type
한편, n형 GaAs 기판(401)의 배면 상에는 예를 들어 AuGe/Ni/Au 전극과 같은 n형 전극(409)이 제공된다.On the other hand, an n-
제 13 실시예에 따른 반도체 레이저(300)에서는, 수직 방향의 리세스형 곡면을 볼록 곡면으로 수정할 때 광학 모드의 외측 가장자리 부분에 대칭적인 수직 방향의 손실을 형성하기 위해, 활성층(403) 내의 광을 흡수하기 위한 n형 광 흡수층(410) 및 p형 광 흡수층(411)을 활성층(403)이 중간에 삽입된 n형 AlGaAs 클래딩층(402)과 p형 AlGaAs 클래딩층(404) 내의 대칭 위치들에 형성한다.In the
주목할 것은, n형 광 흡수층(410)이 n형 AlGaAs 클래딩층(402)보다 작은 Al 비를 가진 AlGaAs 층으로서 형성된다는 것이다. Note that the n-type
마찬가지로, p형 광 흡수층(411)은 p형 AlGaAs 클래딩층(404)보다 작은 Al 비를 가진 AlGaAs 층으로서 형성된다.Similarly, the p-type
이 반도체 레이저(400)의 경우, 파면은 광 흡수층(410, 411)에서 그들 층의 손실 효과로 인해 지연되므로, 도 25에 도시한 바와 같이, 리세스형 파면은 평면에 가까운 파면으로 되어 손실이 더욱 커질 때에 볼록 곡면으로 된다.In the case of this
제 13 실시예에 따르면, 파면을 상술한 바와 같이 형상화하는 것에 의해, 가로 방향 곡면 파면에 가까운 곡면이 형성될 수 있으며 비점수차가 제거될 수 있다.According to the thirteenth embodiment, by shaping the wavefront as described above, a curved surface close to the horizontal curved wavefront can be formed and astigmatism can be eliminated.
제14 실시예Fourteenth embodiment
도 26은 본 발명의 제 14 실시예에 따른 반도체 레이저를 사시도로서 도시한 것이다.26 is a perspective view of a semiconductor laser according to a fourteenth embodiment of the present invention.
제 14 실시예가 제 13 실시예와 다른 점은 광 흡수층을 제공하는 대신에 n형 GaAs 기판(401) 및 p형 GaAs 캡층(405)을 광 흡수층으로서 작용하도록 구성한다는 것이다.The fourteenth embodiment differs from the thirteenth embodiment in that the n-
통상적인 이득 가이드형 반도체 레이저에서는, 이들 층에의 광 흡수를 피하고 손실을 감소시키기 위해, 도 27B에 도시한 바와 같이, n형 AlGaAs 클래딩층(402) 및 p형 AlGaAs 클래딩층(404)을 충분히 두껍게 하여 수직 방향 광 제한의 외측 가장자리 부분이 n형 GaAs 기판(401) 및 p형 GaAs 캡층(405)에 이르지 못하도록 한다.In a typical gain guide type semiconductor laser, the n-type
이와는 반대로, 제 14 실시예는 n형 AlGaAs 클래딩층(402) 및 p형 AlGaAs 클래딩층(404)을 형성하도록 구성됨으로써, 수직 방향 광 제한 모드의 외측 가장자리가 도 27A에 도시한 바와 같이 n형 GaAs 기판(401) 및 p형 GaAs 캡층(405)에 이른다.In contrast, the fourteenth embodiment is configured to form the n-type
이 덕분에, 제 13 실시예에 의한 것과 동등한 효과를 얻을 수 있고, 수직 방향의 파면이 리세스형 곡면으로부터 볼록 곡면으로 수정될 수 있다.Thanks to this, an effect equivalent to that of the thirteenth embodiment can be obtained, and the wavefront in the vertical direction can be corrected from the recessed curved surface to the convex curved surface.
본 발명을 설명 목적상 특정 실시예를 참조해서 설명하였으나, 당업자라면 명백히 알 수 있듯이, 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 수많은 변형이 가능할 수도 있을 것이다.While the invention has been described with reference to specific embodiments for purposes of illustration, it will be apparent to those skilled in the art that many modifications may be possible without departing from the spirit and scope of the invention.
본 발명의 효과를 요약하면, 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 다음과 같은 효과들을 얻을 수 있다.Summarizing the effects of the present invention, as described above, the following effects can be obtained according to the present invention.
1) 인덱스 가이드형 반도체 레이저의 경우1) In the case of index guide type semiconductor laser
광학 모드를 단부면 근처에서만 좁게 만들 수 있으므로, FFP의 평행 방향 비임 확산 각도가 커질 수 있다. 또한, 중앙 도파관 영역에서, 광학 모드가 실제로 넓게 유지될 수 있으므로, 홀 번잉(HB)이 쉽게 발생하지 않으며 높은 결함 레벨의 안정적인 고 출력 동작이 용이하게 얻어질 수 있다.Since the optical mode can be made narrow only near the end face, the parallel beam diffusion angle of the FFP can be large. In addition, in the center waveguide region, since the optical mode can be kept substantially wide, hole burning (HB) does not easily occur and stable high output operation of a high defect level can be easily obtained.
2) 자려 발진형 반도체 레이저의 경우2) In the case of self-oscillating semiconductor laser
스트라이프 중앙 부분의 도파관 모드가 가로 방향으로 확산되며 또한 전류가 좁은 영역에 유지될 수 있다. 따라서, 포화가능 흡수 영역이 활성층 내측에 있는 가로 방향 영역에 형성되고 발진이 안정적으로 유도될 수 있다.The waveguide mode in the center portion of the stripe spreads in the transverse direction and can also be maintained in a narrow current region. Therefore, a saturable absorption region is formed in the transverse region inside the active layer and the oscillation can be stably induced.
또한, 비점수차에 관하여는, 단부면 근처의 유효 굴절률 차이(△n)를 크게 하는 것에 의해, 인덱스 가이드형 도파관을 얻을 수 있으므로, 그 비점수차가 0에 가깝게 될 수 있다. 또한, 단부면의 모드를 일정하면 출력에 의해서 FFP의 평행 방향 비임 확산 각도(θ//)의 변동을 억제할 수 있다. Regarding astigmatism, the index guide waveguide can be obtained by increasing the effective refractive index difference Δn near the end face, so that the astigmatism can be close to zero. In addition, if the mode of the end face is constant, variations in the parallel beam diffusion angle (θ //) of the FFP can be suppressed by the output.
그 결과, 그 반도체 레이저를 광 디스크용의 광학 시스템에 적용할 수 있고 호환성이 높아지는 장점이 제공된다.As a result, the semiconductor laser can be applied to an optical system for an optical disk, and the advantage of high compatibility is provided.
3) 이득 가이드형 반도체 레이저의 경우3) Gain guide type semiconductor laser
릿지 분리 폭을 작게 설정하여 중앙 부분에서 자려 발진형 반도체 레이저에 대한 섹션에서 언급한 굴절률 차이가 거의 발생되지 않게 하면, 중앙이 이득 가이드이고 단부면 부분들이 인덱스 가이드인 레이저가 용이하게 구성될 수 있으며 비점수차가 작으며 단일 피크 FFP 특성을 가진 다중 모드 이득 가이드가 구현될 수 있다. 또한, 굴절률 인덱스 차이가 제어될 수 있으므로, 발진을 발생시킬 수 있거나 포화가능 흡수 영역이 발진을 발생하게 할 수 있다.By setting the ridge separation width small so that the refractive index difference mentioned in the section for the oscillating semiconductor laser is hardly generated in the center part, the laser with the center of the gain guide and the end face portions of the index guide can be easily configured. Multimode gain guides with small astigmatism and single peak FFP characteristics can be implemented. In addition, since the refractive index index difference can be controlled, it can generate an oscillation or cause the saturable absorption region to generate an oscillation.
또한, 나팔형을 구현할 수 있어 고 출력을 또한 다룰 수 있다.In addition, the trumpet can be implemented to handle high power as well.
또한, 전방 단부면 근처 부분을 인덱스 가이드로서 사용하고 나머지 부분을 이득 가이드로서 사용하는 본 발명의 반도체 레이저에 따르면, 인덱스 가이드의 비점수차 특성이 수 ㎛ 이내로 감소시킬 수 있으면서도 이득 가이드의 수직 다중 모드 특성을 양호하게 사용할 수 있으며, 포커스 스폿 시스템을 작게 할 수 있으면서도 귀환 광에 대해 강한 낮은 노이즈 특성을 얻을 수 있다.In addition, according to the semiconductor laser of the present invention using a portion near the front end face as an index guide and the remaining portion as a gain guide, the astigmatism characteristic of the index guide can be reduced to within several micrometers while the vertical multi-mode characteristic of the gain guide can be reduced. Can be used satisfactorily, and while the focus spot system can be made small, a strong low noise characteristic with respect to the feedback light can be obtained.
따라서, 레이저를 광 디스크 장치의 광원으로 사용하는 경우, 이제까지의 것보다 양호하게 지터를 감소시킬 수 있다.Therefore, when using a laser as a light source of the optical disk apparatus, jitter can be reduced better than ever.
또한, 통상적인 이득 가이드형 반도체 레이저를 제조하는 공정에 거의 추가적인 공정 부하를 부과하지 않고서도 본 발명에 따른 구조를 구현할 수 있다. 따라서, 관련 기술 분야의 제품의 것에 필적하는 제조 수율 또는 특성 향상에 의한 향상된 제조 수율이 예상되므로, 고품질 및 저비용을 실현할 수 있다. 또한, 통상적인 이득 가이드형 반도체 레이저의 임계치 및 특이 효과를 향상시킬 수 있으며 신뢰성을 향상시킬 수 있다.In addition, the structure according to the present invention can be implemented with almost no additional process load on the process of manufacturing a conventional gain guide type semiconductor laser. Therefore, an improved production yield is expected, which is comparable to that of a product of the related art, or an improved production yield, so that high quality and low cost can be realized. In addition, the threshold and the specific effect of the conventional gain guide type semiconductor laser can be improved and the reliability can be improved.
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