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JPH06310803A - Semiconductor laser device - Google Patents

Semiconductor laser device

Info

Publication number
JPH06310803A
JPH06310803A JP12330993A JP12330993A JPH06310803A JP H06310803 A JPH06310803 A JP H06310803A JP 12330993 A JP12330993 A JP 12330993A JP 12330993 A JP12330993 A JP 12330993A JP H06310803 A JPH06310803 A JP H06310803A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layers
semiconductor laser
laser device
quantum well
reflectance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP12330993A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koji Iwamoto
浩治 岩本
Osamu Matsuda
修 松田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP12330993A priority Critical patent/JPH06310803A/en
Publication of JPH06310803A publication Critical patent/JPH06310803A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To form a high-output and low-noise semiconductor laser by a method wherein the reflectivity of the end face of the front of a resonator is specified and quantum well active layers are provided in an active layer. CONSTITUTION:The reflectivity of the end face of the front of a resonator is set at 20% or higher and 40% or lower, quantum well active layers 3a to 3c are sectioned by barrier layers 4a and 4b and light guide layers 2a and 2b are respectively provided on the outsides of the layers 3a and 3c. It is generally desirable that the thickness of the layers 3a to 3c is 1 to 20nm and a part consisting of the layers 3a to 3c, the layers 4a and 4b and the layers 2a and 2b is formed as an MQW layer. Thereby, a high output and low noise are reconciled and the laser can be formed as a high-output and low-noise laser without causing any problem in the life and the like of the laser.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザー装置に
関し、特に、低ノイズで高出力を可能とした半導体レー
ザー装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser device, and more particularly to a semiconductor laser device capable of high output with low noise.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体レーザー装置は各種の分野で用い
られているが、半導体レーザー装置のノイズを低減する
ことは、ほとんどの適用分野において要請される重要な
事項である。ノイズ低減の手法として、フロント端面反
射率Rfを上げることは、従来から行われていた。
2. Description of the Related Art Semiconductor laser devices are used in various fields, but reducing noise in semiconductor laser devices is an important item required in most fields of application. As a method of reducing noise, increasing the front end face reflectance Rf has been conventionally performed.

【0003】一方、高出力化のためには、反射率Rfを
下げる必要がある。従って、高出力化と低ノイズ化は、
互いに相反する要請であり、いわゆるトレードオフの関
係にあるものであった。
On the other hand, in order to increase the output, it is necessary to reduce the reflectance Rf. Therefore, high output and low noise are
The requests were conflicting with each other and were in a so-called trade-off relationship.

【0004】従来、例えば高出力半導体レーザー装置で
は反射率Rfを5〜10%とし、一方低ノイズ化のため
には反射率Rfを20〜30%としていた。
Conventionally, for example, in a high-power semiconductor laser device, the reflectance Rf is set to 5 to 10%, while the reflectance Rf is set to 20 to 30% in order to reduce noise.

【0005】高出力レーザーにおいては、反射率Rfを
上げることは設計上困難であり、反射率Rfを上げてノ
イズ(量子ノイズ)を抑制しようとすると、共振器内の
光密度が増加して、寿命に重大な影響を与える。
In a high-power laser, it is difficult to increase the reflectance Rf in terms of design, and if the reflectance Rf is increased to suppress noise (quantum noise), the optical density in the resonator increases, Have a significant impact on life.

【0006】[0006]

【発明の目的】本発明は、半導体レーザー装置におい
て、高出力と低ノイズを両立させ、寿命等に問題の生じ
ることなく、高出力・低ノイズとした半導体レーザー装
置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a semiconductor laser device which has both a high output and a low noise and has a high output and a low noise without causing a problem in the life. .

【0007】[0007]

【問題点を解決するための手段】本出願の請求項1の発
明は、半導体レーザー装置において、フロント端面反射
率を20%以上40%以下とし、かつ量子井戸活性層を
備える構成としたことを特徴とする半導体レーザー装置
であって、これにより上記目的を達成するものである。
According to a first aspect of the present invention, a semiconductor laser device has a front end facet reflectance of 20% or more and 40% or less and a quantum well active layer. A characteristic semiconductor laser device which achieves the above object.

【0008】本出願の請求項2の発明は、光とじこめ構
造がロスガイド構造であることを特徴とする上記請求項
1記載の半導体レーザー装置であって、これにより上記
目的を達成するものである。
The invention according to claim 2 of the present application is the semiconductor laser device according to claim 1 characterized in that the optical confinement structure is a loss guide structure, and thereby achieves the above object. .

【0009】[0009]

【作用】本発明によれば、フロント端面反射率を20%
以上40%以下にしてノイズを低減し、かつ量子井戸活
性層を用いて、高出力動作時の特性を改善することがき
た。
According to the present invention, the front end face reflectance is 20%.
It has been possible to reduce the noise to 40% or less and improve the characteristics at the time of high output operation by using the quantum well active layer.

【0010】即ち、本発明においては、高出力レーザー
半導体装置の活性層に量子井戸を用いることにより、光
密度に対して従来構造(DH活性層)より高いトレラン
スを得ることができた。これにより、高出力レーザーに
おいても反射率Rfを上げることが可能になり、高出力
と低ノイズを両立させることができた。これは光記録デ
ィスク、SHG励起等のアプリケーションにとって重要
なことであり、かかる用途にとってきわめて有利であ
る。
That is, in the present invention, by using the quantum well in the active layer of the high-power laser semiconductor device, it was possible to obtain a higher tolerance to the light density than the conventional structure (DH active layer). As a result, the reflectance Rf can be increased even in a high-power laser, and both high output and low noise can be achieved. This is important for applications such as optical recording disks, SHG excitation, etc. and is extremely advantageous for such applications.

【0011】[0011]

【実施例】以下本発明の実施例について図面を参照して
説明する。但し、当然のことではあるが、本発明は実施
例により限定されるものではない。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, as a matter of course, the present invention is not limited to the embodiments.

【0012】実施例1 本実施例の半導体レーザー装置の構造の概略を図1に示
し、このフロント端面の拡大図を図2に示す。この半導
体レーザー装置は、GaAlAs系半導体レーザー装置
に本発明を適用した例である。
Embodiment 1 FIG. 1 shows an outline of the structure of a semiconductor laser device of this embodiment, and FIG. 2 shows an enlarged view of this front end face. This semiconductor laser device is an example in which the present invention is applied to a GaAlAs semiconductor laser device.

【0013】この半導体レーザー装置は、そのフロント
端面の反射率を20%以上40%以下としたものであ
り、かつ活性層5Eに、量子井戸活性層(図3の3a〜
3c)を備える構成としたものである。図1中、6はp
側オーミック電極を示し、7はn側オーミック電極を示
す。5A〜5Gの構造については、図2を参照して後に
詳述する。
This semiconductor laser device has a front end face whose reflectance is 20% or more and 40% or less, and the active layer 5E has a quantum well active layer (see 3a to 3a in FIG. 3).
3c). In FIG. 1, 6 is p
A side ohmic electrode is shown, and 7 is an n side ohmic electrode. The structure of 5A to 5G will be described later in detail with reference to FIG.

【0014】本実施例の半導体レーザー装置の量子井戸
活性層の構造を図3に示す。量子井戸活性層3a,3
b,3cは、バリア層4a,4bに区切られている。そ
の外側に、光ガイド層2a,2bがある。
The structure of the quantum well active layer of the semiconductor laser device of this embodiment is shown in FIG. Quantum well active layers 3a, 3
b and 3c are divided into barrier layers 4a and 4b. Light guide layers 2a and 2b are provided on the outer side thereof.

【0015】図3中、xは該当位置のAlx 1-x As
のxの値(即ちAlの含有比)を示したものである。1
0a,10bはクラッド層である。
In FIG. 3, x is Al x G 1-x As at the corresponding position.
The value of x (that is, the Al content ratio) is shown. 1
0a and 10b are clad layers.

【0016】量子井戸活性層3a,3b,3cの厚さは
1〜20nmが一般に好ましく、本実施例の半導体レー
ザー装置は、波長790nmの一般的なレーザー発生で
設計したもので、量子井戸幅は20nm以下が好まし
い。本実施例では、量子井戸活性層3a,3b,3cは
10nm、バリア層4a,4bは6nm、光ガイド層2
a,2bは20nmとした。本実施例では、この量子井
戸活性層3a,3b,3c、バリア層4a,4b、光ガ
イド層2a,2bから成る部分をMQW層として形成し
た。
Generally, the thickness of the quantum well active layers 3a, 3b, 3c is preferably 1 to 20 nm, and the semiconductor laser device of this embodiment is designed for general laser generation with a wavelength of 790 nm, and the quantum well width is 20 nm or less is preferable. In this embodiment, the quantum well active layers 3a, 3b and 3c are 10 nm, the barrier layers 4a and 4b are 6 nm, and the optical guide layer 2 is
The thicknesses a and 2b were set to 20 nm. In this embodiment, the portion formed of the quantum well active layers 3a, 3b and 3c, the barrier layers 4a and 4b, and the optical guide layers 2a and 2b is formed as an MQW layer.

【0017】量子井戸活性層の数は、高出力タイプでは
1〜5枚が好ましく、本実施例では3枚とした。
The number of quantum well active layers is preferably 1 to 5 for the high output type, and 3 in this embodiment.

【0018】次に図2を参照して、本実施例のレーザー
構造について説明する。図2は、へきかい端面よりレー
ザー装置を見た図である。
Next, the laser structure of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a view of the laser device as seen from the end face of the hollow.

【0019】本実施例の半導体レーザー装置は、次のよ
うにして形成される。n−GaAs基板5G上に、MO
(メタルオルガニック)CVD法により、Nクラッド層
5Fを成長し、次に活性層5EとしてMQW構造の活性
層5E(図3の2a,2b,3a〜3c,4a,4bか
ら成る)及び、第1Pクラッド層5D、n−GaAs電
流狭さく層5Cを成長する。この電流狭さく層5Cは、
本例では光閉じこめと電流閉じこめとを兼ねた層として
形成したものである。これはロスガイド構造をなしてい
る。ここでロスガイド構造とは、発振波長よりも小さな
バンドギャップをもつ半導体を閉じこめ材料とすること
を言い、ここでは主にGaAs(Ga0.9 Al0.1 As
なども可)によりこの機能を果たせている。次に、フォ
トリソグラフィーとRIEまたはウエットエッチングを
用いて電流狭さく層5Cの一部を取り除きストライプと
する。次に、2回目のMOCVD成長によって、第2P
クラッド層5Bと、Pキャップ層5Aを成長する。この
後、p側とn側にオーミック電極を形成する。
The semiconductor laser device of this embodiment is formed as follows. MO on the n-GaAs substrate 5G
An N clad layer 5F is grown by a (metal organic) CVD method, and then an active layer 5E (comprising 2a, 2b, 3a to 3c, 4a and 4b in FIG. 3) of MQW structure is formed as an active layer 5E, and A 1P clad layer 5D and an n-GaAs current narrowing layer 5C are grown. This current narrowing layer 5C is
In this example, it is formed as a layer that serves as both light confinement and current confinement. This has a loss guide structure. Here, the loss guide structure means that a semiconductor having a band gap smaller than the oscillation wavelength is used as a confining material, and here, mainly, GaAs (Ga 0.9 Al 0.1 As) is used.
And so on) can fulfill this function. Next, a part of the current narrowing layer 5C is removed by using photolithography and RIE or wet etching to form stripes. Next, by the second MOCVD growth, the second P
The clad layer 5B and the P cap layer 5A are grown. After that, ohmic electrodes are formed on the p-side and the n-side.

【0020】図2中、符号8で示す部分から、光出射が
行われる。
In FIG. 2, light is emitted from a portion indicated by reference numeral 8.

【0021】図4に、端面にコートする光学薄膜の構造
を示す。フロント端面1の反射率は、Al2 3 膜1
1、またはAl2 3 膜を含む積層膜を蒸着またはスパ
ッターによって形成することにより、コントロールす
る。
FIG. 4 shows the structure of the optical thin film coated on the end face. The reflectance of the front end face 1 is equal to that of the Al 2 O 3 film 1
This is controlled by forming a laminated film containing 1 or Al 2 O 3 film by vapor deposition or sputtering.

【0022】リア端面1aの反射率については、符号1
2で示すように、ここに1/4λのAl2 3 /Siを
2周期または3周期形成することにより、高反射率ミラ
ーを形成する。発振波長λ=790nmのレーザーを例
にすると、Al2 3 膜厚とフロント端面反射率の関係
は図5のようになる。したがって、20〜30%の反射
率を得るには、1900〜2950Åの膜を形成すれば
よいことになる(図5の斜線を付した部分参照)。30
%を超える反射率とするには、SiO2 を併用すること
ができる。波長λが異なる場合は、膜厚は0.24λ〜
0.38λの間で目的の反射率になるよう選べばよい。
なお、フロント端面で30%以上の反射率を得るには、
一般にリアと同様の多層コートとすることが望ましい。
Regarding the reflectance of the rear end face 1a, reference numeral 1
As shown by 2, a high-reflectance mirror is formed by forming 1 / 4λ Al 2 O 3 / Si in two or three cycles. Taking a laser having an oscillation wavelength λ = 790 nm as an example, the relationship between the Al 2 O 3 film thickness and the front facet reflectance is as shown in FIG. Therefore, in order to obtain the reflectance of 20 to 30%, it is sufficient to form the film of 1900 to 2950Å (see the hatched portion in FIG. 5). Thirty
SiO 2 can be used together for a reflectance of more than%. When the wavelength λ is different, the film thickness is 0.24λ ~
The desired reflectance may be selected in the range of 0.38λ.
In order to obtain a reflectance of 30% or more on the front end face,
Generally, it is desirable to use a multilayer coat similar to that for the rear.

【0023】横シングルモード(光強度分布が1ピーク
の光ディスクなどに用いるもの)の高出力レーザーの場
合、光密度の高い所で電子eが消費され、レーザー発振
に寄与しない空間的ホールバーニングによる出力低下
や、端面破壊出力の低下が生じるため、40%がフロン
ト反射率の実用的な上限である。
In the case of a high-power laser of a transverse single mode (used for an optical disc having a light intensity distribution of 1 peak), electrons e are consumed at a high light density, and output by spatial hole burning that does not contribute to laser oscillation. 40% is the practical upper limit of the front reflectivity, because of a decrease in the output and the end surface destruction output.

【0024】本発明を適用したこの実施例に係るレーザ
ーのI−L特性(電流−光特性)を図6に示す。これ
は、或る量の電流(mA)を与えたとき、どの位の光
(mw)が出力するかをグラフにしたものである。
FIG. 6 shows the IL characteristic (current-optical characteristic) of the laser according to this embodiment to which the present invention is applied. This is a graph showing how much light (mw) is output when a certain amount of current (mA) is applied.

【0025】量子井戸レーザー(MQW)構造は従来構
造(DH)と比較して、Rf=30%の反射率において
も、良好な特性を示している。
The quantum well laser (MQW) structure shows better characteristics than the conventional structure (DH) even at a reflectance of Rf = 30%.

【0026】次に、本実施例におけるフロント端面反射
率RfとレーザーノイズRIN(Relative I
ntenrity Noise)の関係について述べれ
ば、反射率30%にて、本実施例のMQW構造では−1
37.0(dB/Hz)、従来のDH構造では−13
5.7(dB/Hz)であった(なお、データは高周波
重畳ありで、Po≒5mw)。
Next, the front facet reflectivity Rf and the laser noise RIN (Relative I) in the present embodiment.
The relationship of (Nenity Noise) will be described. At a reflectance of 30%, the MQW structure of this embodiment has a value of -1.
37.0 (dB / Hz), -13 in the conventional DH structure
It was 5.7 (dB / Hz) (note that the data has high frequency superimposition, Po≈5 mw).

【0027】この検討より、高出力時(書き込み)特性
と、低出力(5mw〜読みとり、通常3〜5mw)時の
ノイズ特性を両立するには、量子井戸構造(MQW構
造)及びフロント端面高反射率の組み合わせが最適であ
ることがわかる。
From this study, in order to achieve both high output (writing) characteristics and low output (5 mw to reading, usually 3 to 5 mw) noise characteristics, the quantum well structure (MQW structure) and the front end face high reflection are considered. It turns out that the combination of rates is optimal.

【0028】なお上記実施例において、端面コートに用
いる誘電体膜は、Al2 3 以外にもSiO2 、SiN
等を用いることができる。
In the above embodiment, the dielectric film used for the end face coating is not limited to Al 2 O 3 , but SiO 2 and SiN.
Etc. can be used.

【0029】変形例 次に変形例を述べる。量子井戸構造(MQW構造)とし
ては、図3に示したもの以外にも、図7(a)のように
1層(3a)、図7(b)のように4層(3a〜3d)
でもよく、また、光ガイド層2a,2bは、図6(c)
に示すようなGRIN型でも可能である。
Modified Example Next, a modified example will be described. As the quantum well structure (MQW structure), in addition to the structure shown in FIG. 3, one layer (3a) as shown in FIG. 7A and four layers (3a to 3d) as shown in FIG. 7B.
Alternatively, the light guide layers 2a and 2b may be formed as shown in FIG.
It is also possible to use the GRIN type as shown in FIG.

【0030】[0030]

【発明の効果】本発明によれば、半導体レーザー装置に
おいて、高出力と低ノイズを両立させ、寿命等に問題の
生じることなく、高出力・低ノイズとした半導体レーザ
ー装置を提供することができた。
According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor laser device which has both high output and low noise, and which has high output and low noise without causing a problem in life. It was

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例1の半導体レーザー装置の概略構成図で
ある。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a semiconductor laser device according to a first embodiment.

【図2】実施例1の半導体レーザー装置のフロント端面
拡大図である。
FIG. 2 is an enlarged view of a front end surface of the semiconductor laser device according to the first embodiment.

【図3】実施例1の半導体レーザー装置の量子井戸活性
層の構造である。
FIG. 3 is a structure of a quantum well active layer of the semiconductor laser device of Example 1.

【図4】実施例1における半導体レーザー装置の端面に
用いる光学薄膜の説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of an optical thin film used for an end surface of the semiconductor laser device according to the first embodiment.

【図5】Al2 3 膜厚と端面反射率の関係を示す図で
ある。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between Al 2 O 3 film thickness and end face reflectance.

【図6】DH活性層とMQW活性層を用いたレーザーの
I−L活性を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing IL activity of a laser using a DH active layer and an MQW active layer.

【図7】変形例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a modified example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 フロント端面 3a〜3d 量子井戸活性層 3E 活性層 1 Front end face 3a-3d Quantum well active layer 3E Active layer

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体レーザー装置において、 フロント端面反射率を20%以上40%以下とし、 かつ量子井戸活性層を備える構成としたことを特徴とす
る半導体レーザー装置。
1. A semiconductor laser device having a front end facet reflectance of 20% or more and 40% or less and a quantum well active layer.
【請求項2】光とじこめ構造がロスガイド構造であるこ
とを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザー装置。
2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the optical confinement structure is a loss guide structure.
JP12330993A 1993-04-27 1993-04-27 Semiconductor laser device Pending JPH06310803A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP12330993A JPH06310803A (en) 1993-04-27 1993-04-27 Semiconductor laser device

Applications Claiming Priority (1)

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JP12330993A JPH06310803A (en) 1993-04-27 1993-04-27 Semiconductor laser device

Publications (1)

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ID=14857355

Family Applications (1)

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Country Status (1)

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JP (1) JPH06310803A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000042685A1 (en) * 1999-01-11 2000-07-20 The Furukawa Electric Co., Ltd. n-TYPE MODULATION DOPE MULTIPLE QUANTUM WELL SEMICONDUCTOR LASER
US6396861B1 (en) 1999-01-11 2002-05-28 The Furukawa Electric Co., Ltd. N-type modulation-doped multi quantum well semiconductor laser device
US8722941B2 (en) 2009-11-05 2014-05-13 Rhodia Operations Process for preparing alkyl hydroperoxide compounds

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