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    公开号:WO1984003398A1
    申请号:PCT/JP1984/000063
    申请日:1984-02-22
    公开日:1984-08-30
    发明作者:Takayoshi Mamine；Osamu Yoneyama
    申请人:Sony Corp；
    IPC主号:H01S5-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] 発明の名称 半導体 レーザ ー
    [0003] 技術分野
    [0004] 本発明は例えば光学式 ビ デ オ デ ィ ス ク 、 デ 'ク タ ル 才 —デ ィ 才デ ィ ス ク 等の記録、 或いは再生装置に お い て、 その記録及び （ または ） 再生用の光源 と して用い られ て好適な半導体 レ ー ザ一に係る 。
    [0005] 背景技術
    [0006] 従来一般の半導体 レ ーザ一は、 その垂直方 向の モ ー ドの閉 じ込め機構、 すな わ ち導波機構に よ って 屈折率 ガ ド （ イ ン デ ッ ク ス ガ イ ド ） 型 と 禾 [J得ガ ィ ド （ ゲ ィ ン ガ イ ド ） 型に大別 される 。
    [0007] 屈折率 ガ イ ド型の半導体 レーザー の例 と しては、 例 えば第 1 図にその略線的拡大平面図 を示 し、 第 2 図 に 第 1 図の A - A線上の断面図 を示す構成 を と る半導体 レーザ一（10)が挙げ られる 。 こ の半導体 レ ー ザ一 GO)は、 N型の GaAs 基板（1)上に、 N 型の AfiyGa — yAs よ ] なる 第 1 ク ラ ッ ド層（2) と、 N型の AiJxGa;L— xAs よ ] なる活性 層（3) と 、 N 型の 同様に AfiyGai— yAs よ な る 第 2 のク ラ. ッ ド層（4) と N型の GaAs キ ャ ッ プ層（'5)が順次 ェ ビ タ キ シ ャ ル成長 され、 その例えば中央に 1 方向に 延長す る ス 卜 ラ イ プ状の、 P 型の不純物の Zn が選択的拡散等 に よ って導入 されてな る .高屈折率層（6)が形成 されてな る。 この高屈折率層（6)の深 さは、 活性層（3)中 に入 ]9 込む深 W U
    [0008] γ7 さか或いは これ よ 数千え だけ第 1 の ク ラ ッ ド、層（2)に 入 ！） 込む程度の深さに選定される。 半導体層（5)の表面 には S i 02 等の絶縁層（7)が形成 され、 これに穿設 され た電極窓 を通 じて高屈折率層（6)上に ォ 一 ミ ッ ク に一方 5 の電極（8)が被着され、 基板（1)の裏面に他方の電極（9)が
    [0009] 同様にォ一 ミ ッ ク に被着されてな る 。 こ の よ う に して 活性層（3)に層（6)が存在する 部分 と存在 しない部分 と-の 間に屈折率差を形成 して こ れに よって光の発振領域が ス ト ラ イ プ状に規制 される 。
    [0010] 10 また、 利得ガ イ ド、型の半導体レ ーザ一の プ レー ナ ス ト ラ イ ： 7°型の例 と しては、 例えば第 3 図 に示すも の力'； 挙げ られる 。 この場合において も例えば N型の Ga A s 基板（1)上に N型の yGa i— yAs よ な る第 1 の ク ラ ッ ド 層（2)が形成されこれの上に N型若 し く は P 型の
    [0011] i s AH xGa i-xAs よ なる活性層 ）、 更にこ れの上に P型の A fiyGa i -yAs よ ]9なる第 2 の ク ラッ ド層 (4)、 更にこれの上 に P型の GaA s キ ヤ ップ層（5)が夫々順次 ェ ビ タ キ シ ャ ル 成長されて形成され、 例えば中央には同様に第 2 図 に おいて紙面 と直交する 方向 に延在する ス ト ラ イ プ状の
    [0012] 20 電極（8)が半導体層（5)上に被着形成 した絶緣層（7)に穿設 されたス ト ラ イ プ状の電極窓を通 じてォ 一 ミ ッ ク 接触 を も って被着 され、 また基板 の裏面に他方の電極（9) がォ一 ミ ッ ク 接触を も って被着されてな る。 この よ う な構成に よ る半導体 レーザーにおい ては、 そのス ト ラ
    [0013] O PI ィ プ状電極（8)に よって動作電流の集中がな されこ の ス 卜 ラ ィ プ直下付近に注入される動作電流に よ ] 活性層 内 で同様にス ト ラ イ プ状の発振領域が形成される よ う にな される。 すなわち活性層の注入キャ リ アの横方向 の濃度分布に起因するゲイ ン分布が横 モ 一 ドを決め る よ う にな されている。
    [0014] 尚、 従来一般の この種ス ト ラ イ プ構造に よ る半導体 レーザ一におけるそのス ト ラ イ プ状の発振領域の は、 第 1 図に示す よ う に各部一様の幅 s と される。
    [0015] 上述 した屈折率ガイ ド型の半導体レーザ一及び利得 ガ イ ド、型半導体レーザ一は、 夫 々利点を有する反.面夫 夫欠点を有する。 すなわち、 屈折率ガ イ ド型に よ る も のにおいては、 その縦モ一 ド、が単一モ一 ドであ るため 例えば光学式 ビデオ デ ィ ス ク等においてのその書込み ( 記録 ） 或いは読出 し （ 再生 ） 用光源 と して用いた場 合に戻 ]9 光に よ る ノ イ ズに弱い と い う欠点があ る反面、 いわゆる ビ ー ム ウ ェ ス ト 位置 ( be am wa i s t pos ι t i on ) 、 すなわち仮想光源位置が光端面 （ 半導体レーザ一か ら の光発射面 ） 近傍に存するために実際の使用に当って の焦点位置の設定が し易い と い う利点を有する。 更に また接合に平行方向に関する靳面における遠視野像、 いわゆる フ ァ ー フ ィ —ル ド 0 タ ー ン ( f a r f i e l d pa t t ern ) が左右対称的であって-同様に例えば実際の使用におけ る読出 し或いは書込み光 と して対物 レ ン ズ等の光学系
    [0016] O PI
    [0017] ¾ WIPO に よって集光 して微小ス ボッ ト を得る場合に、 歪みの
    [0018] 小さいス ボ ッ ト形状を得易い とい う利点がある。 これ
    [0019] に比 し上述 した利得ガイ ド、型半導体レーザ一における
    [0020] 仮想光源位置は、 接合に垂直方向の光に関 しては発光
    [0021] 領域の光端面上に存在するが、 接合に平行方向の光に
    [0022] 関 しては発光領域の光端面 よ IT内側 2 0 m程度のと こ
    [0023] ろに存在 して しまい、 更に また フ ァ ー フ ィ 一ル ドハ。タ
    [0024] ー ンが左右非対称であ 、 かつ非点収差-が大で、 これ
    [0025] がため、 歪の小 さい微小ス ボ ッ ト を得る上で不利とな
    [0026] る欠点力 ^あ る。 しか しな力 ら こ の利得ガイ ド型半導体
    [0027] レ —ザ —においては、 その 縦 モ — ド カ マ ル チ モー ドで
    [0028] あって前述 した戻 ]9光に よ る ノ イ ズや、 モー ドホ ツ ビ
    [0029] ン グ ノ ィ ズの影響が少ない とい う利点を有する。
    [0030] 本発明は、 利得ガ イ ド型半導体レーザー の利点を有
    [0031] し、 しかも非点収差の改善をはかる よ う に して例えば
    [0032] 光学式 ビ デ オ デ ィ ス ク或いはデ ジ タ ル ォ 一デ ィ オ デ イ
    [0033] ス ク等の書込み或いは読出 し光源 と して用いてその光
    [0034] 学レ ン ズ等の設計を容易に し、 優れた ビ ー ム ス ボ ッ ト
    [0035] 形状が容易に得られる よ う に した半導体レ ーザ一を提
    [0036] 供する ものである。
    [0037] 発明の開示
    [0038] 本発明は、 ス ト ラ イ プ構造に よ る利得ガイ ド、型構成
    [0039] を採る。 本発明においては、 例えば第 3 図で説明 した
    [0040] よ うな基体上に、 第 1 の ク ラ ッ ド層、 活性層、 第 2 の ΟΜΡΙ ， ク ラ ッ ド、層及びキ ャ ッ プ層等が順次ェ ピタ キ シャ ル成 長されて成 ] 、 そのキャ ップ層に対する電極のォ一 ミ ッ ク接触部のハ。タ ー ンを、 第 4 図に符号 αΐ)を付 し斜線 を付 して示す よ う に、 ス ト ラ イ プ状 となすも特に、 そ
    [0041] 5 のス ト ラ イ プ幅が光端面 (12) よ 離れた と ころで S i 、 光端面で S 2 であ ] 、 その間でなめ らかに変化する テ一 ハ0— 3)を形成 したプ レーナ · テ一 ハ0 — · ·ス ト ラ イ プ構 造を採 ！） 、 特にこの構造の ものにおいて、 接合面に平 行な光の仮想的光源の、 光端面 (12)か らの距離を D、 こ
    [0042] 10 の光端面 (12)か ら出射する光の等位相面の曲率半径を R、 光端面 12)での光の近視野像 の半値幅を W とする と、 W をハ。 ラ メ 一タ に して D力 Rのあ る値において極大 とな ]) 、 Wが大き いほ ど Dが大きい こ と に よ ] 、 またほぼ 独立に S i が大きいほ ど Rが大き く 、 S2 が大きいほど i s Wが大 きい こ と に よ ])、 D を小 さ く するために S i を 極大値を境界 と して大き く 、 又は小さ く 設定 し、 且つ S 2 を小さ く して Rを大き く 、 Wを小さ く する。
    [0043] 本発明は、 電極の実質的 ¾着ハ0 タ ー ン をス ト ラ イ プ 状 とする こ とに よって電流集中を行わ しめる電極ス ト 0 ラ イ プ型、 或いは不純物の選択的 イ オ ン注入若 し く は 選択的拡散に よってス ト ラ イ プ状の接合を形成する ヅ ヤ ン ク ッ シ ョ ン ス ト ラ イ プ型、 または、 プ 口 ト ン照射 によって高抵抗領域を形成 してス ト ラ イ プ状の電流通 路を形成する プ π ト ン照射型等、 種々 の構成を採 得 る。
    [0044] 本発明に よる半導体レーザーの特徵は以下に述べる 説明に よって理解されよ う 。 すなわち、 第 3 図で説明 した よ うな利得ガイ ド型 レ一ザ一における出射ビ ー ム は、 一般に非点収差を有する 。 すなわち、 この レーザ 一においては接合に垂直方向の光は、 その ビ ー ム ゥ ェ ス ト、 すなわ.ち仮想光源は レーザ一の光出射端面 （光 端面 ） に存在するが接合に平行方向の光に関する仮想 光源は、 光端面 よ ） 内側に存在し、 この仮想光源の光 端面か らの距離を D とする と、 この距離 Dは非点収差 量に対応する量であ ] 、 この Dは、
    [0045] λ R
    [0046] D = R Γ 1 + ( π w2 ■) z〕 (1) で与え られる。 こ こに wは、 光端面での近視野像の半 値幅 （ 幅の 1/e2 ) で、 Rは光端面直近における空気中 に出射された光の等位相面の曲率半径、 はその光の 波長である。
    [0047] この（1)式に基いて半値幅 Wをハ。 ラ メ 一タ と して距離 D を曲率半径 Rの関数でプ ロ ッ ト する と、 第 5 図にお ける例えば曲線 a ， b に示す よ う に距離 Dが或る値の 曲率半径 Rで極大値を と る こ とがわかる 。 こ こに曲線 b は曲線 a に比 し、 Wが大である場合で、 これよ ]9 明 らかな よ う に、 非点収差、 したがって距離 D を小さ く するには、 ( I ) 半値幅 Wを小さ く し、 且つ曲率半径 R を充分犬に する
    [0048] ( D) 半値幅 Wを小 さ く し、 且つ曲率半径 Rを充分小に する
    [0049] こ との 2 つの方法がある こ と力 わかる。
    [0050] と ころが実際上、 ス ト ラ イ プ型のゲ イ ン ガ イ ド、型 レ
    [0051] —ザ一の場合、 半値幅 と、 曲率半径 R .は夫 々
    [0052] 1
    [0053] W oe S 2 . R oc s な るス ト ラ イ プ幅 S に よ る依存性があるために、 上記
    [0054] ( I ) の方法を即座に採用する こ とはでき ない。 すな わ ち、 R を大 とするためにス ト ラ イ プ幅 S を大にする と それに伴って Wが大となつて しま う。 これに比 し、 （II : の方法では、 ス ト ラ イ プ幅 S を狭 く 設計すれば、 W及 び Rの双方に関 して これ らを小さ く する こ とができ る の で非点収差を小さ く する こ とができ る こ と にな る。 しかしなが ら この よ う にそのス ト ラ イ プ幅を狭 く する とい う こ と は、 光 -電流特性において、 閾値電流密度 の増大、 微分効率の低下等を招来する。 したがって、 非点収差が小さ く 、 しかも光 -電流特性にす ぐれた高 信頼性の ものは実際上得難い もの である。
    [0055] これに比 し 、 第 4 図に示 した よ う に、 わば互いに 異なる ス ト ラ ィ プ幅 及び S2 を有する 2 個の共振器 を直列に配置した構成に よ る利得ガ イ ド、型レーザーに おいては、 '
    [0056] (a) 近視野像の大き さは、 光端面 (12)におけるス ト ラ イ プ幅 S 2 で決定される。
    [0057] (b) 等位相面の曲率半径 Rは、 中央部側のス ト ラ イ：° 幅 S 1 で決定される。
    [0058] こ と を知った。
    [0059] そ して、 これら（a)及び（b)の事柄から、
    [0060] (ィ) 中央のス ト ラ イ プ幅 S i を充分大き く し、 端面のス ト ラ イ プ幅 S 2 を小とする と、 前述した非点収差を 小さ く するための （I )の方法に合致する。
    [0061] (口） 幅 S 1 を、 S 1 ≥ 5 〜 10 m で実用上問題のない
    [0062] 程度に小さい幅に し、 かつ幅 S 2を充分小さい幅の 例えば 0.5〜 4 m とする と前述 した非点収差を小 さ く するため の ) の方法と合致する。
    [0063] とい う結杲を得た。
    [0064] すなわち、 一般の利得ガイ 型構成に よ る場合、 近 視野像の大き さは、 電流の接合に平行な方向へのいわ ゆる ラ テ ラ ル方向への流れに よ ]) 生じる利得ガ イ ド幅 に よって決定されるので、 この近視野像の大き さは、 ス ト ラ イ プ幅よ ] 大き ぐ なる傾向がある。 これに比 し 上記 (ィ）の構成によ る場合、 上記（a) (b)に よ ] 近視野像が 小さ く 、 且つ等位相面の曲率半径 Rが大である とい う 点で屈折率ガイ ド型の レーザーに類似 した結果が得ら れ、 その非点収差は小さ く 1 0 A m 以下とな し得る もの
    [0065] O PI であ る。 また、 上記 (口）の構成に よ る場合、 利得ガイ ド、 型構成に よ る も のの、 その光端面か ら出射する光の等 位相面の 曲率半径 Rが小さ く な るがために、 その非点 収差 Dは、 10〜； の範囲にあ ] 、 しかも前述 した よ うな狭ス ト ラ イ プ型レーザーにおいて問題 となる特 性劣化 も少な く な く 、 利得ガイ ド、型レーザー と してす ぐれた特性を示す。
    [0066] 本発明は、 上記（a) (b)の考察に基づいてな された発明 であるが、 次に、 これら（a) (b)について説明する。
    [0067] 第 4 図に示 した よ う に、 発振領域のス ト ラ イ プ幅が、 その光端面 (12)における部分 と これ よ 離れた部分 と で 夫 々 異な る幅 S 2 と Si と を有 し、 両者間でなめ らかに その幅が変化する いわゆ る テ一ハ。一 ス ト ラ イ プ型の半 導体レーザ一において、 その接合面に.平行な面内にお いて、 ス ト ラ イ プの延長方向 を Z 、 これと直交する方 向を X と し、 これ ら X 及び z と直交する方向 を y とす る。 こ こに空間的利得分布は、 X と z に依存する と仮 定する。 ま た、 電磁波の ソ ースは、 ス ト ラ イ プ領域 αΐ) の中央にあ ] ス ト ラ イ プ幅は充分広い もの と し、 そ の結果、 こ こ で発生 した Τ Ε波は、 ほほ'平面波 と して テ 。一部に伝播 してい く も の とする。 こ こに解かれ る べき波動方程式は、
    [0068] ▽ 2 Ε + k 2 ( X ) Ε = 0 (2) である。 今、 解析的にこれの解を求めるために、 波動
    [0069] OMPI ぺク ト ル kの x依存性を、
    [0070] k 2 ( x) = k2 - k k 2 2
    [0071] ( k2 は複素数 ） (3) と して扱 う場合のみを考える 。
    [0072] そ して、 これらの仮定に基づいて、
    [0073] E = i^ ( x， y， z ) Q ~ 1 Ά Ζ (4) とお て、 （2)式の波動方程式を解 ぐ と、
    [0074] ▽ t2 ー 2 i し kkり X2 = 0 (5)
    [0075] 一 32 d
    [0076] ( vt2 +
    [0077] d r2 d )
    [0078] r が得られる。
    [0079] この ）式で、 が、
    [0080] Ψ { χ, γ , ζ) =exp -i {P(z)+^Q(z) · χ2 } (6) と書ける と して（5)式を（4)式に代入する と、
    [0081] — Q2X2— 2 i Q— kx2Q,— 2 kP -kk2x2= 0 (7) が得られる。 今、 （7)式が恒等的に成 ])立っためには
    [0082] Q 2 + k Q7 + kk2 = 0
    [0083] (8) Ρ' = - i Q/k この（8)式を解く ために、 Q = k S S とおいて、 Qにつ いての微分方程式に代入する と、
    [0084] S^+ S ( k2/ k ) = 0 (9) が得られる。 この（9)式の解は、
    [0085] OMPI と なる。 それ故、 また となる。
    [0086] よ って、 Q(z)は、
    [0087] とな る。 今、 新 しい関数 q (z)≡ kZQ (Z) を導入 し、 q-!(z) を実数部分と虚数部分 と に分ける こ とができた とする と、
    [0088] となる。 こ こ で R ( は、 光の z 方向先端の等位相面の 曲率半径、 W(z)は z 軸方向の光ビー ム ス ボ ッ 卜 幅 （ 半 値幅 ） となる。 今、 q (z)の具体的形を求め、 R (z)， W(z) の振舞を解析する 。 こ こ で波動ベ ク ト ル k 力 X2 に依 存する ものである と仮定 して
    [0089] κ (x) = k + i ( gp Ί X 2 ' (12) と書ける と仮定する しこ こに gp ， Λ は実数 (3)式及 び（12)式に よって k (X) = ( k2 - k k2 X2 ) 2 k _ i- k 2 X 2
    [0090] とな 、 これら（12)式及び（13)式を比較する こ とに よって、
    [0091] k 2 = 10:2 ( )
    [0092] が得られる。 こ こ に び 2 の具体的な形は、 たとえば ' 1 4
    [0093] - α2 = ( gp + 0： ) - (15) である こ とを想定 しても よい ( s はス ト ラ イ プ幅 ） 。
    [0094] (14)式を dO)式に代入 し、 更に q (z) を求める と、 (L6)
    [0095] ( ここに q0 = - L)
    [0096] 人 となる。 今、 z ^三 Q と おいて tt6)式 q (z)の分母を A、
    [0097] 分子を B と して夫々 計算する と、
    [0098] A = - (qo/z) (1 + i) Qsm{ (1+i) Θ } -i-cos (1+i ) 9 = ― (qo/z) (1 + i) Θ (sk^cosh ^ - 1 COS Θ sm d )
    [0099] + (cos ^cosii ^一 i sia ^ sin h. ^ )
    [0100] 1 z
    [0101] B = q0cos (1+i ) ^-{-— (1-i) sin (1+i ) Θ
    [0102] = Qo (cos <9 cosh (9— sin ^sin Θ )
    [0103] + (sk^cosh(9 + icos^sinh^ ) 後の概略的数値計算から解る よ う に、 0 < ι とみなせ るので、 上記 A 及び B は次の よ う に簡単化する こ とが でき る。
    [0104] A = - (q0/z) + (1— i (92)
    [0105] = - (q 0/z ) 2 Ί θ2 + 1-i θ2
    [0106] Β q0 ( l-i ^2) + ^ ( ζΖ （1一 i )
    [0107] 2
    [0108] = q。（l— 2)+ z
    [0109] = q0 + z— i ( q0 (92) とな ！） 、 したがって、 q0 + z— iq0 Θ2
    [0110] q (z) = (17)
    [0111] -i d2 (1+ 2qQ と なる。 そ して、
    [0112] q0 ョ i πψ0 2 / ョ i Z o
    [0113] と して Zo を定義する と、 と な 、 故に
    [0114] Θ2
    [0115] q-l(Z) = z
    [0116] 1 z0
    [0117] I 、 WIPCT ^ . z+2z0^2 (l+¾ z -i {^-(z+2zo02)+^2 (z+zo52) } z+z0 2 + z0
    [0118] 故に
    [0119]
    [0120] (L9) 次に、 ビ ー ム ウ ェ ス ト位置、 すなわち仮想光源位置 の光端面か らの実効的距離！） についてみる。
    [0121] 先ず、 こ の距離 Dの考察に当たって、 実際の空洞共 振器内部における ビ 一 ム ス ボ ッ ト サ イ ズ の最小脆 与 える位置と 、 測定に よって与えら= _る位置との対応関 係についてみる に、 半導体レーザー の非点収差量は、 光端面での近視野像の半値罹 Wとその出射角 Θ とが与 え られれぱ、 ガ ウ シ ア ン ビ 一 ム カ ^自 由空間を伝播 して 行 く と い う モデルで一意的に決定する こ とができ、 空 洞共振器内部の導波機-構に依存 しない。 したがって、 例えば弱い屈折率ガ イ ド型 レ一ザ一、 すなわち発射さ れる光の等位相面の曲率半径 Rが有限のレーザーにお いても この近視野像の半値幅 Wと 出射角 Θ と で仮想光 源距離 Dが測定される こ とが当然予想され、 また実際 上現時点で一般に入手可能な屈折率ガ イ ド型 レーザー における仮想光源距離 Dは、 4 ~ 8 の非点収差を有 している こ とが実'験的に明 らかとなっている。 すなわ ち、 屈折率ガ イ ド型レーザ一においては、 非点収差が 利得ガ イ ド型 レーザ一のそれに比 して小さい と い う事 実は、 屈折率ガ イ ド、型レーザーにおける近視野像のス ポ ッ ト 幅 （ 半値幅 ） が利得ガ イ ド型 レーザーのそれ よ
    [0122] ]9小 さい こ と に よって決定される も の と考え られる。 また接合に直交する方向すなわち縦方向の ビ ー ム ゥ ェ ス ト位置が、 ほほ'光端面位置に あ 、 こ の方向の半値 幅が、 0. 3 程度と い う、 接合と平行なすなわち横方 向におけるそれに比 し、 格段に小さい こ と、 並びに こ の横方向の屈折率差に比 し、 縦方向に関 しては充分大 きな屈折率差が存在する こ とか ら容易に理解される と こ ろ であ る。 そ して各 レーザ一の導波機構が ビ ー ム ゥ ェス ト に どの よ う に関与するかは、 具体的には各導波 機構に対応する波動方程式を解 く こ と に よ ])、 光端面 での ビ一ム ス ポ ッ 卜 の半値幅 Wとその光の等位相面の 曲率半径 R とが独立に決定される。 そ して、 こ の よ う に して光端面での ビ一ム ス ボ ッ ト サ イ ズの幅 wと、 光 の前方端の等位相面の曲率半径 R とが定まれば、 まず R= ( π 2/ ) ( ^Wtaa θ^ ) 一 1〕 (20) に よって、 光の出射角 3 が定ま 、 We と （9から光源距 離 Dが最終的に
    [0123] D= ( /π ^ θ ) Γ ( π ^ θ/λ ) 2-1 2 (21) が決定される。 …
    [0124] 上述 した考察に よれば一旦導波機構が与え られかつ 電極ス ト ラ イ プ形状が与え られれば、 距離 Dは一意的 に決定される こ とが理解されよ う 。.
    [0125] また上述した解析に よ ]9初めて共振空洞内の光 （ 或 いは Τ Ε波） の実際的な分布 と、 測定に よ る実効的な非 点収差と の対応関係が明 らかになる。
    [0126] 今、 上述の解析に基づいて決定されたテー ハ。 一 ス ト ラ イプ形のレーザ一、 すなわち第 4 図で示 した よ う に、 ス ト ラ イ °の幅が中央部で 、 光端面 (12)で S2 を有し、 幅 S i を有する部分から幅 S2 に、--テ一ハ。一 (13)に よって、 その幅が漸次変化する よ う に した も のにおいて、 S2 = 3 A どした と き < S i と光源距離 D との関係の計算結 果を第 6 図中 +印の点で示す。 同図中 X印はス ト ラ イ プ幅を一様の幅 Si と した場合の従来一般の搆造の場合 を示すも のである。 尚、 この場合、 qp +0^ ^ 100 ^_ 1 、 る (Δηρ ) = 1.1 X 10~3 と置いたもの であ 、 D の値はこ れらのハ。 ラ メ 一タ の と 方で、 可成 異なった値を有 するが、 これ らの計算結果は本発明者等に よ る測定デ —タ一をほぼ再現 している も のであ ] 、 こ の よ う に、 テーハ。一 . ス ト ラ ィ プ構造の場合の仮想光源、 すなわ ち ビ ー ム ウ ェ ス ト位置の光端面か らの距離 Dは、 こ の 光端面、 すなわち光出射部におけるス ト ラ イ プ幅 S2を 制御する こ と に よ ]9 、 中央側:の'ス ト ライプ幅 Si に余 ！） 依存 しないで、 約 10 程度に小さ く する こ とができ る こ と （ 前掲の (a)の事柄 ） がわかる。 この計算結果に よ る物理的根拠は、
    [0127] (i) 近視野像'の半値幅 wが小。
    [0128] (ii) 光端面近傍での光の等位相面の曲率半径 Rが小 c である こ と に因る。
    [0129] (ii)についてみる に、 光源の距離 D は、 物理的には、 光端面における半値幅 W と、 曲率半径 Rに よ 、
    [0130] D= (R/n ) 〔 1+ ( R/ri W2) 2〕_ 1 (1)" で記述される こ とは容易に確かめ られる。 （ RZnは、 光端面直近の空気中 を伝播する光の等位相面の曲率半 そ して式（1 による RZn と Dと の関係は、 第 5 図で示 す曲線とな ] 、 これよ ] 、 Dは
    [0131] (I ') RZnく では、 Rの減少 と共に減少 し (D ) RZn > ^ Z W2 では Rの増大 と共に減少.
    [0132] する こ とが理解される こ の こ とは前掲（I) (II)に対応 し ている。 以上の解析に よ れば、 テ一ハ° — ス ト ラ イ プ構 造において、 テー ハ。一長 L を適当に設計する こ とに よ ) Ώ≤, 1 0 i mの非点収差を有する利得ガ イ ド型半導体レ 一ザ一が得られる こ とが分る。
    [0133] 図面の簡単な説明
    [0134] 第 1 図は従来一般の半導体レーザーの拡大平面図、 第 2 図はその拡大断面図、 第 3 図は他の例の拡大断面 図、 第 4 図は本発明の半導体レーザー のス ト ラ イ : 7°構 造のハ。タ ー ンを示す図、 第 5 図は仮想光源の前方の等 位相面の曲率半径と光源の光端面か らの距離と の関係 を示す図、 第 6 図は本発明の説明に供する計算結果図. 第 7 図は本発明に よる半導体レーザ一の一例の拡大断 面図、 第 8 図はそのス ト ラ イ プ構造のハ。 ター ンを示す 図、 第 9 図はテ一ハ。一長 と収差量の関係の測定結果を 示す図、 第 1 0図は本発明の他の例のス ト ラ イプの一部 のハ。 タ ー ン図 であ る 。
    [0135] 発明を実施するための最良の形態
    [0136] 実施例 1
    [0137] 第 7 図に示す よ う に、 第 3 図で説明 したと同様に GaAs基板 (1)上に各半導体層を順次ェ ビ タ キ シャ ル法、 例えば熱分解に よ る気相成長法に よって連続的にェ ビ タ キ シ ャルする。 第 7 図において第 3 図 と対応する部 分には同一符号を付して重複説明を省略するが、 こ の 場合、 キ ヤ ッ：°層（5)に対する電極（8)のォー ミ ッ ク被着 部、 すなわち、 絶緣層（7)の電極窓 （7 a ) のハ。ター ンを第
    [0138] O PI 8 図に示す よ う に中央部において幅 Si とな し、 端面（12) に いて幅 S2 と し、 両者を直線的にテー ー部（13)に よ つて連結 した。 そ して、 こ のテ一ハ。一部（13)の長さ を L と して、 Sl = 8 i77l 、 S2 = 3 〃OT、 ス ト ライ プ の全長を 250 、 幅 S2 を有する部分の長さを 10 i m に選定 し た も：のにおいて、 その L を夫々 10 、 20 、 40 ii 、 80 " iro , 125 に選定したフ。 レーナ · ス 卜 ラ イ プ型の レーザ一を作成 した。
    [0139] 実施例 2
    [0140] 実施例 1 と 同様の構成に よ る も、 Si S iTT^ S2 = 3 u ス ト ラ イ プの全長を 250 とした も のにおい て、 その L を夫々 同様に 10 im 、 20 t m , 40 m 80 と した。
    [0141] 実施例 3 ； .
    [0142] 実施例 1 と同様の構成に よ る も、 Si - ZO ^ S2 = と し、 ス ト ラ イ プの全長を と し、 L = 80 m と した。
    [0143] いずれの実施例に よ る も のも 、 閾値電流、 非点収差、 遠視野像、 寿命等において れた半導体レーザ一であ つ十こ 。
    [0144] また、 非点収差量 D と長さ L と の関係を測定 した と ころ第 9 図に示す結果が得 られた。 これに よれば、 L 100 ^ とすることが非点収 を小さ く する上で望ま し (^ こ と力 ゎカ る。 また、 上述の本発明によ る半導体レーザ一は閾値電 流密度 （ 閾値電流 Z電極面積 ） が減少 し、 その結臬、 寿命テ ス ト においても通常の 5 の一様のス ト ラ イ プ 幅を有する半導体レーザー よ も劣化率が減少する こ とが確認された。
    [0145] テ 。一部 (13)は、 直線、 放物線、 双曲線な どの形状 をとる こ と；^でき、 ス ト ラ イ プ部（LUとテ一ハ。一部 (13)の 間はなめ らかに接続 しても 良い。 また、 テ 。一部 (13) の端部は S 2の一定の幅を もつ部分を有 しても 良い。
    [0146] 尚、 上述した例におい ては夫々 一様の幅 S iを有する 部分と、 これとは異なる幅ではあるが一様の幅 S 2を有 する部分 とがテー ハ。一部（L3)に よ って連結された構成 と した場合ではあるが、 第 10図に示すよ う にス ト ラ イ プ 部（L1)のハ。タ ー ン を例えば、ク グザグハ。 タ ー ン と してその 両側突起部の包絡線がテ °—を形成する よ う になす こ と も でき る。
    [0147] また、 上述 した例では S i 〉 S 2 と した場合であるが S i < S2 の構成とする こ と も でき る。
    权利要求:
    Claims
    5¾
    δ冃 求 の 範 囲
    ス ト ラ イ プ幅が光端面よ 離れた と ころで S i、 光端 面で S 2であ ])、 その間で連続的に変化する よ うなプ レ
    —ナ 。 ス 卜 ラ イ プ構造のも のにおいて、 接合面に平行 な光の仮想的光源の、 上記光端面か らの距離を D、 該 光端面か ら出射する光の等位相面の曲率半径を R、 '上 記光端面での光の近視野像の半値幅を W とする と、 W をハ。 ラ メ ータ に して D力 ^ Rのあ る値において極大 とな 、 Wが大き いほ ど Dが大きい こ と に よ ] 、 またほぼ 独立に S iが大きいほ ど Rが大き く 、 S 2が大きいほど W が大き い こ と に よ 、 D を小さ く するために S i を D力 大きい値を も つ範囲 よ も大き く 又は小さ く し、 且つ S 2 を小さく して Rを大き く 又は小 さ く し、 Wを小さ く する こ と を特徵とする半導体レーザ一。
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    公开号 | 公开日
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    引用文献:
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    法律状态:
    1984-08-30| AK| Designated states|Designated state(s): US |
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP2837983A|JPS59154089A|1983-02-22|1983-02-22|Semiconductor laser|DE19843485698| DE3485698D1|1983-02-22|1984-02-22|Halbleiterlaser.|
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