Semiconductor laser element
专利汇可以提供Semiconductor laser element专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且PURPOSE: To provide a semiconductor laser element having an InGaAs distorted quantum well structure formed on a GaAs substrate which can produce a basic transverse mode even when the width of ridge is as wide as 4-5μm.
CONSTITUTION: In a ridge waveguide type semiconductor laser element having an active layer 25 of InGaAs distorted quantum well formed on a GaAs substrate 22, a ridge mesa is filled, on the opposite sides thereof, with an insulator 29 containing ions 31 of rear earth element absorbing the oscillation wavelength.
COPYRIGHT: (C)1994,JPO&Japio，下面是Semiconductor laser element专利的具体信息内容。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、０．９〜１．１μｍで発振する半導体レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来技術】ＧａＡｓ基板上に形成されるＩｎＧａＡｓ
／ＧａＡｓ歪量子井戸半導体レーザ素子は、格子整合系半導体レーザ素子で発振が困難であった波長０．９〜
１．１μｍの領域の光源として有望である。 この波長領域は、希土類イオンをドープした光ファイバアンプの励起光源や、非線型光学素子と組み合わせて、０．４５〜
０．５５μｍの短波長光源として使うことができる。 このような用途においては、数十ｍＷのレーザ光を光ファイバなどの小口径導波路に結合させることが必要である。 このため、この用途に使用する半導体レーザ素子は、単峰性の出射ビームをもつこと、即ち、基本横モード発振することが必要である。
【０００３】従来の基本横モード発振させるための半導体レーザ素子の構造の一例を図３に示す。 図中、１はｎ
側電極、２はｎ−ＧａＡｓ基板、３はｎ−Ａｌ 0.4 Ｇａ
0.6 Ａｓクラッド層、４はＧａＡｓ光閉じ込め層、５は厚さ７０ÅのＩｎ 0.2 Ｇａ 0.8 Ａｓ歪量子井戸層、６は厚さ７０ÅのＧａＡｓ障壁層、７はｐ−Ａｌ 0.4 Ｇａ
0.6 Ａｓクラッド層、８はｐ + −ＧａＡｓコンタクト層、９はＳｉＯ 2からなる絶縁層、１０はｐ側電極である。 この例において、歪量子井戸層５のＩｎ含有量、厚さおよび層数を変えることが可能であり、また、その他の層の組成についても多くのバリエーションが可能である。
【０００４】図４は、基本横モード発振するレーザのビーム形状の説明図である。 この図において、垂直横モードのＦＦＰ⊥（Far-Field Pattern)は、エピタキシャル成長層の層構造で決まり、図３の光閉じ込め層４、歪量子井戸層５、障壁層６からなる活性層領域の厚さが０．
４μｍ以下ならば、通常単峰性を有する。 一方、水平横モードのＦＦＰ‖を制御する方法は、半導体レーザ素子の構造によって種々の方法がある。 図３に示したリッジ導波路型半導体レーザ素子の場合には、クラッド層７よりも絶縁層９の方が屈折率が低いので、リッジ部は周辺分よりも実効的に屈折率が大きくなり、リッジ部に光が閉じ込められる。 このとき、リッジ幅が十分に狭ければ、ＦＦＰ‖の基本モードが得られる。 基本モードが得られるリッジ幅は、リッジ部と周辺部との実効屈折率差が０．５％程度のとき、約２．５μｍ程度である。 これ以上にリッジ幅が広いと、高次モードが発生して、ＦＦ
Ｐ‖は多峰性となり、集光することが困難になる。
【０００５】図５は、基本横モード発振する半導体レーザ素子の他の例で、比較的幅が広いリッジ部の場合にも０．８μｍ帯で基本モードが得られるものである。 図中、１１はｎ側電極、１２はｎ−ＧａＡｓ基板、１３はｎ−Ａｌ 0.4 Ｇａ 0.6 Ａｓクラッド層、１４はＡｌ 0.1
Ｇａ 0.9 Ａｓ活性層、１５はｐ−Ａｌ 0.4 Ｇａ 0.6 Ａｓ
クラッド層、１６はｐ + −ＧａＡｓコンタクト層、１７
はＧａＡｓ吸収層兼電流ブロッキング層、１８はｐ電極である。 Ａｌ 0.1 Ｇａ 0.9 Ａｓ活性層１４のバンドギャップ波長は、０．８μｍであり、この素子はこの波長近傍で発振する。 ＧａＡｓ吸収層兼電流ブロッキング層１
７は、バンドギャップ波長が０．８７μｍであり、活性層１４で発する光に対して不透明であり、吸収層となる。 この吸収層兼電流ブロッキング層１７は、リッジメサの両側を埋め込むため、リッジメサのストライプ内を導波する基本モードに対しては吸収が小さく、ストライプからの広がりが大きな高次モードに対しては、吸収は大きいので、４〜６μｍという幅の広いストライプでも安定した基本横モード発振が得られる。 このような基本横モード発振させる原理は、ＩｎＧａＰ活性層を用いた赤色レーザ、ＡｌＧａＡｓ活性層を用いた赤色レーザ、
ＡｌＧａＡｓ活性層を用いた０．７〜０．８７μｍ波長のレーザ素子において広く用いられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、０．９
〜１．１μｍの波長範囲で発振する半導体レーザ素子においては、ＧａＡｓ基板に格子整合し、かつ０．９〜
１．１μｍの波長範囲の光を吸収する半導体が存在しないので、前記の光吸収を利用して基本横モード発振をするストライプ型半導体レーザ素子を製作することは不可能であった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、４〜５μｍと比較的にリッジ幅が広い場合にも基本横モード発振が得られる、ＧａＡｓ基板上にＩｎＧａＡｓ歪量子井戸構造を有する半導体レーザ素子を提供するもので、ＧａＡｓ基板上にＩｎＧａＡｓ歪量子井戸からなる活性層を有するリッジ導波路型半導体レーザ素子において、リッジメサの両側が発振波長を吸収する希土類元素のイオンを含む絶縁物で埋め込まれていることを特徴とするものである。
【０００８】
【作用】上述のように、リッジメサの両側を発振波長を吸収する希土類元素のイオンを含む絶縁物で埋め込むと、比較的広いリッジ幅でも基本横モード発振が得られる。 また、希土類元素のイオンには、０．９〜１．１μ
ｍの波長範囲を吸収するものがあるので、この範囲の基本横モード発振を得ることが可能になる。
【０００９】
【実施例】以下、図面に示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。 図１は本発明にかかる半導体レーザ素子の一実施例の断面図である。 図中、２１はｎ側電極、２２はｎ−ＧａＡｓ基板、２３はｎ−Ａｌ 0.4 Ｇａ
0.6 Ａｓクラッド層、２４はＧａＡｓ光閉じ込め層、２
５は厚さ７０ÅのＩｎ 0.2 Ｇａ 0.8 Ａｓ歪量子井戸層、
２６は厚さ７０ÅのＧａＡｓ障壁層、２７はｐ−Ａｌ
0.4 Ｇａ 0.6 Ａｓクラッド層、２８はｐ + −ＧａＡｓコンタクト層、２９は希土類イオンＥｒ +3 ３１を含むＳｉ
Ｏ 2からなる絶縁層、３０はｐ側電極である。 即ち、本実施例は、従来技術の説明に用いた図３において、絶縁層９の材質を希土類イオンＥｒ +3を含むものに代えたものである。 ＳｉＯ 2中のＥｒ +3は、０．９８μｍの光に対して強い吸収を有する。 従って、本実施例では、光の広がりの大きい高次横モードは吸収を受け易く、光の広がりが小さくて吸収層の影響を受けにくい基本モードだけが安定して存在する。 上記実施例において、リッジメサ幅を５μｍとした場合のＦＦＰ‖と、同じリッジメサ幅のＥｒ +3を含まない従来例（図３に示したもの）のＦ
ＦＰ‖を、それぞれ図２ａ、２ｂに示す。 図２からわかるように、本実施例では、リッジメサ幅を５μｍのように広くしても、基本横モード発振を得ることができる。
なお、本発明は上記実施例に限定されず、ＧａＡｓ基板、ＩｎＧａＡｓ活性層を除いて、その他のクラッド層、光閉じ込め層、コンタクト層には、既に報告されている多くのバリエーションを用いることができる。 また、絶縁物はＳｉＯ 2に限らず、ＳｉＮ X 、ポリイミドなどでもよい。 さらに、希土類元素のイオンはＥｒ +3に限定されず、例えば、１．０２μｍの発振波長に対してはＰｒ +3を選択する。
【００１０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Ｇ
ａＡｓ基板上にＩｎＧａＡｓ歪量子井戸からなる活性層を有するリッジ導波路型半導体レーザ素子において、リッジメサの両側が発振波長を吸収する希土類元素のイオンを含む絶縁物で埋め込まれているため、０．９〜１．
１μｍの波長範囲で基本横モード発振をする半導体レーザ素子が得られるという優れた効果がある。
【図１】本発明にかかる半導体レーザ素子の一実施例の断面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ上記実施例および従来例のＦＦＰ‖である。
【図３】従来の基本横モード発振させるための半導体レーザ素子の断面図である。
【図４】基本横モード発振するレーザのビーム形状の説明図である。
【図５】従来の他の基本横モード発振させるための半導体レーザ素子の断面図である。
２１ ｎ側電極 ２２ ｎ−ＧａＡｓ基板 ２３ ｎ−Ａｌ 0.4 Ｇａ 0.6 Ａｓクラッド層 ２４ ＧａＡｓ光閉じ込め層 ２５ Ｉｎ 0.2 Ｇａ 0.8 Ａｓ歪量子井戸層 ２６ ＧａＡｓ障壁層 ２７ ｐ−Ａｌ 0.4 Ｇａ 0.6 Ａｓクラッド層 ２８ ｐ + −ＧａＡｓコンタクト層 ２９ 絶縁層 ３０ ｐ側電極 ３１ Ｅｒ +3
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