JP2695440B2 - Semiconductor laser device - Google Patents
Semiconductor laser deviceInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体レーザ装置に係、特に高出力でか
つ基本モード発振を得ることに関するものである。The present invention relates to a semiconductor laser device, and more particularly to obtaining a high output and fundamental mode oscillation.
第９図は従来のフレア型の半導体レーザ装置を示す図
であり、第９図（ａ）はその構造を示す斜視図、第９図
（ｂ）はその活性層のストライプ形状を示す図である。
図において、７はＰ側電極、８は基板、９はバッファ
層、10は電流ブロック層、11は下クラッド層である。12
は活性層であり、12aは基本モードのみが許容される狭
いストライプ領域、12bはテーパ領域、12cは広いストラ
イプ領域である。13は上クラッド層、14はキャップ層、
15はｎ側電極、16は高反射率膜である。FIG. 9 is a view showing a conventional flare type semiconductor laser device, FIG. 9 (a) is a perspective view showing its structure, and FIG. 9 (b) is a view showing a stripe shape of its active layer. .
In the figure, 7 is a P-side electrode, 8 is a substrate, 9 is a buffer layer, 10 is a current blocking layer, and 11 is a lower cladding layer. 12
Is an active layer, 12a is a narrow stripe region that allows only the fundamental mode, 12b is a tapered region, and 12c is a wide stripe region. 13 is the upper clad layer, 14 is the cap layer,
Reference numeral 15 is an n-side electrode, and 16 is a high reflectance film.
次に動作について説明する。活性層のストライプ形状
は第９図（ｂ）な示す様に、狭いストライプ領域12a、
テーパ領域12b、広いストライプ領域12cから成ってい
る。光学損傷を引きおこす光出力レベルを向上して高出
力を得る目的で一方の端面付近のストライプ幅12cを拡
げ、もう一方の端面の反射率を高反射率膜16によって上
げている。全てが広いストライプの場合には高次モード
が発生してしまうのでストライプ中の一部に基本モード
のみが許容される狭いストライプ領域12aを設けてい
る。途中はモード変換が起こらないようにゆるやかなテ
ーパ領域12bとなっている。Next, the operation will be described. The stripe shape of the active layer is, as shown in FIG. 9 (b), a narrow stripe region 12a,
It is composed of a tapered region 12b and a wide stripe region 12c. The stripe width 12c near one end face is expanded and the reflectance of the other end face is increased by the high reflectance film 16 for the purpose of improving the optical output level that causes optical damage and obtaining a high output. If the stripes are all wide, a high-order mode is generated, so a narrow stripe region 12a that allows only the basic mode is provided in a part of the stripe. A gentle taper region 12b is formed in the middle so that mode conversion does not occur.
従来のフレア型の半導体レーザ装置は以上のように構
成されているので、基本モードを得るのに必ず基本モー
ドのみが許容される狭いストライプ領域を設ける必要が
あった。また、テーパ領域でのモード変換が起こらない
ようにテーパの拡がり角を約２度以下にする必要があ
り、共振器長が長くなるという問題点があった。Since the conventional flare type semiconductor laser device is configured as described above, it is necessary to provide a narrow stripe region in which only the fundamental mode is allowed in order to obtain the fundamental mode. Further, there is a problem in that the divergence angle of the taper needs to be about 2 degrees or less so that mode conversion does not occur in the taper region, and the resonator length becomes long.
この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、高出力でかつ基本モード発振する半導体レ
ーザ装置を得ることを目的とする。The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to obtain a semiconductor laser device having a high output and oscillating in a fundamental mode.
この発明に係る半導体レーザ装置は、一方の端面部又
は内部の少なくとも１ヶ所に基本モード以外の高次モー
ドを放射する角度を有するテーパ型あるいは折れ曲がり
型の光導波構造を備えたものである。The semiconductor laser device according to the present invention is provided with a taper-type or bending-type optical waveguide structure having an angle for emitting a higher-order mode other than the fundamental mode at least at one end face portion or inside thereof.
この発明においては、基本モード以外の高次モードを
放射する角度を有するテーパ型あるいは折れ曲がり型の
光導波構造を備えた構成としたから、広いストライプ領
域から基本モード発振するレーザ光を得ることができ
る。In the present invention, since the taper type or bent type optical waveguide structure having an angle for emitting a higher-order mode other than the fundamental mode is provided, it is possible to obtain laser light oscillating in the fundamental mode from a wide stripe region. .
以下、この発明の実施例を図について説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図は本発明の第１の実施例による半導体レーザ装
置の活性層のストライプ形状を示す図であり、図におい
て、1aはストライプ幅がW,屈折率がn1の広いストライプ
領域であり２次以上の高次モードが許容されている。1b
は角度がθp,屈折率がn1,長さがＬのテーパ領域であ
る。２は屈折率がn2のクラッディング領域である。FIG. 1 is a diagram showing a stripe shape of an active layer of a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1a is a wide stripe region having a stripe width W and a refractive index n 1. Higher modes higher than the next are allowed. 1b
Is a tapered region having an angle of θ p , a refractive index of n 1 , and a length of L. Reference numeral 2 is a cladding region having a refractive index of n 2 .
第２図はスラブ導波路における導波モードと放射モー
ドの概念を示す図である。ここで角度θｃは、 θｃ＝sin-1（n1/n2） …（１） で表され、この角度θｃより小さい角度で入射する光線
は放射モードとなる。このθｃは臨界角と呼ばれ、該角
度θｃより大きい角度で入射する光線のうち活性層とク
ラッド間の境界条件を考慮したマックスウェルの方程式
を満たすものが導波モードとなる。これらのもののうち
入射角の大きいものから０次モード（基本モード）、１
次モード、３次モード…となる。FIG. 2 is a diagram showing the concept of guided modes and radiation modes in the slab waveguide. Here, the angle θ c is represented by θ c = sin −1 (n 1 / n 2 ) ... (1), and a light ray incident at an angle smaller than this angle θ c becomes a radiation mode. This θ c is called a critical angle, and among the light rays incident at an angle larger than the angle θ c , one that satisfies the Maxwell's equation considering the boundary condition between the active layer and the clad is the guided mode. Of these, the one with the largest incident angle is the 0th-order mode (basic mode), 1
Next mode, third mode ...
第３図はテーパ領域に前記の導波モードが達したとき
の概念図である。テーパの角度θｐを適当に調整するこ
とで基本モードのみを伝搬させ１次以上の高次モードを
放射させることが可能である。FIG. 3 is a conceptual diagram when the waveguide mode reaches the tapered region. By properly adjusting the taper angle θ p , it is possible to propagate only the fundamental mode and radiate the higher-order modes higher than the first order.
前記の概念（第２図と第３図）を半導体レーザに適用
した一例が第１図に示す半導体レーザ装置である。以
下、幾何光学を用いて説明する。基本モードの入射角を
（90゜−θ０）、１次モードの入射角を（90゜−θ１）
とする。テーパ領域で１回以上反射する必要があるた
め、次式を満足する必要がある。An example in which the above concept (FIGS. 2 and 3) is applied to a semiconductor laser is a semiconductor laser device shown in FIG. Hereinafter, description will be made using geometrical optics. The incident angle of the fundamental mode is (90 ° -θ 0 ) and the incident angle of the primary mode is (90 ° -θ 1 )
And Since it is necessary to reflect at least once in the tapered region, it is necessary to satisfy the following equation.
Ｌ・tan（π/2−θｃ）＞Ｗ−L tanθｐ この式を整理すると、 となる。L · tan (π / 2−θ c )> W−L tan θ p Becomes
テーパ領域において、端面方向（ストライプが狭くな
る方向）に向かって、ｍ（ｍ≧２以上の整数）回の反射
で基本モード以外の高次モードを放射させるためには、
次式を満足するテーパ角θｐを用いれば良い。In the taper region, in order to radiate a higher-order mode other than the fundamental mode by reflecting m (m ≧ 2 or more) times toward the end face direction (direction in which the stripe becomes narrow),
The taper angle θ p that satisfies the following equation may be used.
一例として、端面方向に向かっての２回反射で１次以
上の高次モードを放射させる場合について述べる。Ｗ＝
６μm,n1＝3.460,n2＝3.445としたとき、θｃ＝84.663
゜，θ０＝0.987゜，θ１＝1.965゜となる（ただし波長
は0.81μｍとした）。よってテーパ角θｐは、 1.124゜＜θｐ＜1.45゜ とすれば良い。 As an example, a case will be described in which higher-order modes of the first order or higher are emitted by twice reflection toward the end face direction. W =
When 6 μm, n 1 = 3.460, n 2 = 3.445, θ c = 84.663
And θ 0 = 0.987 ° and θ 1 = 1.965 ° (however, the wavelength was 0.81 μm). Therefore, the taper angle θ p should be set to 1.124 ° <θ p <1.45 °.
以上のように、本実施例では適切な角度θｐを有する
テーパ領域を端面部又は内部に設けたから、基本モード
で発振する半導体レーザ装置を得ることができる。As described above, in this embodiment, since the tapered region having the appropriate angle θ p is provided in the end face portion or inside, the semiconductor laser device that oscillates in the fundamental mode can be obtained.
第４図は、本発明の第２の実施例を示す図であり、図
において、第１図と同一符号は同一又は相当部分であ
り、1cは角度θp1を有する片側テーパ領域である。本実
施例はストライプの片側のみに角度θp1のテーパ部を備
えたテーパ導波路1cを用いたものである。この実施例の
ようにストライプの片側のみにテーパ部を設けることに
よっても上記第１の実施例と同様の効果を奏する。FIG. 4 is a diagram showing a second embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as in FIG. 1 are the same or corresponding parts, and 1c is a one-side tapered region having an angle θ p1 . In this embodiment, a tapered waveguide 1c having a tapered portion with an angle θ p1 on only one side of the stripe is used. By providing the taper portion only on one side of the stripe as in this embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
第５図は本発明の第３の実施例を示す図であり、図に
おいて、3aは幅W3aを有するストライプ領域、3bは角度
θp2を有する両側テーパ領域、3cは幅W3cを有するスト
ライプ領域、3dは角度θp3を有する両側テーパ領域、3e
は幅W3eを有するストライプ領域である。本実施例は角
度がそれぞれθp2,θp3のテーパ部をストライプの両側
に持つ２箇所のテーパ導波路3b,3d設けたものである。
ここで角度θp2とθp3は同一もしくは異なる角度であ
り、この実施例のように必ずしもそれぞれのテーパ部で
１次以上のモード全てを放射する必要はなく全体として
１次モード以上を放射すれば良い。FIG. 5 is a diagram showing a third embodiment of the present invention, in which 3a is a stripe region having a width W 3a , 3b is a double-sided tapered region having an angle θ p2 , and 3c is a stripe having a width W 3c. Region, 3d is a double-sided tapered region with an angle θ p3 , 3e
Is a stripe region having a width W 3e . In this embodiment, two tapered waveguides 3b and 3d having tapered portions with angles of θ p2 and θ p3 on both sides of the stripe are provided.
Here, the angles θ p2 and θ p3 are the same or different, and it is not always necessary to radiate all modes of the first order and higher in each taper portion as in this embodiment. good.
第６図は本発明の第４の実施例を示す図であり、図に
おいて、4aは幅W4aを有するストライプ領域、4bは角度
θp4を有する片側テーパ領域、4cは幅W4cを有するスト
ライプ領域、4dは角度θp5を有する片側テーパ領域、4e
は幅W4eを有するストライプ領域である。本実施例は片
側のみに角度がそれぞれθp4,θp5のテーパ部を備えた
２箇所のテーパ導波路4b,4dを設けたものである。ここ
で角度θp4とθp5は同一もしくは異なる角度であり、こ
の実施例でも上記第３の実施例と同様必ずしもそれぞれ
のテーパ部で１次以上のモード全てを放射する必要はな
く全体として１次モード以上を放射すれば良い。FIG. 6 is a view showing a fourth embodiment of the present invention, in which 4a is a stripe region having a width W 4a , 4b is a one-side tapered region having an angle θ p4 , and 4c is a stripe having a width W 4c. Region, 4d is a one-sided tapered region with an angle θ p5 , 4e
Is a stripe region having a width W 4e . In the present embodiment, two tapered waveguides 4b and 4d having tapered portions with angles of θ p4 and θ p5 respectively on only one side are provided. Here, the angles θ p4 and θ p5 are the same or different, and in this embodiment as well as in the third embodiment, it is not always necessary to radiate all modes of the first order and higher in each tapered portion, and the first order as a whole. It suffices to radiate more than the mode.
第７図は本発明の第５の実施例を示す図であり、図に
おいて、5aはW5aを有するストライプ領域、5bは角度θ
p6とθp7を有する両側テーパ領域である。この実施例は
テーパの角度がストライプの両側で異なる（θp6≠
θp7）テーパ導波路5bを設けたものであり、この場合
も、角度θp6とθp7を両方で１次モード以上を放射する
ように角度を設定することにより基本モードで発振する
ものが得られる。さらに本実施例においてテーパ部を２
箇所以上設けそれら全体で１次モード以上を放射するよ
うにしても良い。FIG. 7 is a diagram showing a fifth embodiment of the present invention, in which 5a is a stripe region having W 5a and 5b is an angle θ.
A double-sided tapered region having p6 and θ p7 . In this embodiment, the taper angle is different on both sides of the stripe (θ p6 ≠
θ p7 ) The taper waveguide 5b is provided, and in this case as well, by setting the angles so that both the angles θ p6 and θ p7 radiate the first-order mode or more, the one that oscillates in the fundamental mode can be obtained. To be Further, in this embodiment, the taper portion is 2
You may make it radiate | emits a 1st-order mode or more by providing them in one or more places.
第８図は本発明の第６の実施例を示す図であり、図に
おいて、6aは幅W6aを有するストライプ領域、6bは角度
θp8を有する折れ曲がり領域、6cはW6cを有するストラ
イプ領域である。この実施例は角度θp8の折れ曲がり導
波路を設け、この部分で基本モード以外の高次モードを
放射させるようにしたものである。この実施例のように
導波路の形状は必ずしもテーパ型である必要はなく、折
れ曲がり型であっても良く、上記実施例と同様の効果を
奏する。またこの実施例において折れ曲がり部を２箇所
以上設け、全体で１次モード以上を放射するように構成
しても良い。FIG. 8 is a diagram showing a sixth embodiment of the present invention, in which 6a is a stripe region having a width W 6a , 6b is a bent region having an angle θ p8 , and 6c is a stripe region having W 6c. is there. In this embodiment, a bent waveguide having an angle θ p8 is provided, and higher order modes other than the fundamental mode are radiated in this part. The shape of the waveguide does not necessarily have to be a taper type as in this embodiment, and may be a bent type, and the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained. Further, in this embodiment, two or more bent portions may be provided to radiate the primary mode or higher as a whole.
以上のように、この発明によれば基本モード以外の高
次モードを放射する角度を有するテーパ型あるいは折れ
曲がり型の高導波構造を備えた構成としたから、装置が
小型になり、しかも高出力でかつ基本モード発振する半
導体レーザが得られる効果がある。As described above, according to the present invention, since the structure is provided with the high waveguide structure of the taper type or the bending type having the angle of radiating the higher-order modes other than the fundamental mode, the device can be downsized and the high output can be obtained. In addition, a semiconductor laser that oscillates in the fundamental mode can be obtained.
第１図はこの発明の一実施例による半導体レーザ装置の
活性層のストライプ形状を示す図、第２図は導波モード
と放射モードの概念を示すスラブ導波路、第３図はテー
パ型の光導波路に導波モードが入射したときの導波およ
び放射を表わす概念図、第４図，第５図，第６図，第７
図，第８図はこの発明の他の実施例による半導体レーザ
装置の活性層のストライプ形状を示す図、第９図は従来
のフレア型半導体レーザ装置を示す図である。 1aは幅Ｗのストライプ領域、1bは角度θp,長さＬを有す
る両側テーパ領域、1cは角度θp1を有する片側テーパ領
域、２はクラッディング領域、3aは幅W3aを有するスト
ライプ領域、3bは角度θp2を有する両側テーパ領域、3c
は幅W3cを有するストライプ領域、3dは角度θp3を有す
る両側テーパ領域、3eは幅W3eを有するストライプ領
域、4aは幅W4aを有するストライプ領域、4bは角度θp4
を有する片側テーパ領域、4cは幅W4cを有するストライ
プ領域、4dは角度θp5を有する片側テーパ領域、4eは幅
W4eを有するストライプ領域、5aはW5aを有するストライ
プ領域、5bは角度θp6とθp7を有する両側テーパ領域、
6aは幅W6aを有するストライプ領域、6bは角度θp8を有
する折れ曲がり領域、6cはW6cを有するストライプ領
域、７はＰ側電極、８は基板、９はバッファ層、10は電
流ブロック層、11は下クラッド層、12は活性層、12aは
狭いストライプ領域、12bはテーパ領域、12cは広いスト
ライプ領域、13は上クラッド層、14はキャップ層、15は
ｎ側電極、16は高反射率膜である。FIG. 1 is a diagram showing a stripe shape of an active layer of a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a slab waveguide showing the concept of a waveguide mode and a radiation mode, and FIG. 3 is a tapered optical waveguide. Conceptual diagram showing waveguiding and radiation when guided mode is incident on the waveguide, FIG. 4, FIG. 5, FIG. 6, and FIG.
8 and 9 are diagrams showing the stripe shape of the active layer of a semiconductor laser device according to another embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a diagram showing a conventional flare type semiconductor laser device. 1a is a stripe region having a width W, 1b is a double-sided taper region having an angle θ p and a length L, 1c is a single-sided taper region having an angle θ p1 , 2 is a cladding region, 3a is a stripe region having a width W 3a , 3b is a double-sided tapered region with an angle θ p2 , 3c
Is a stripe region having a width W 3c , 3d is a double-sided taper region having an angle θ p3 , 3e is a stripe region having a width W 3e , 4a is a stripe region having a width W 4a , and 4b is an angle θ p4.
4c is a stripe region having a width W 4c , 4d is a taper region having an angle θ p5 , and 4e is a width.
A stripe region having W 4e , 5a a stripe region having W 5a , 5b a double-sided taper region having angles θ p6 and θ p7 ,
6a is a stripe region having a width W 6a , 6b is a bent region having an angle θ p8 , 6c is a stripe region having W 6c , 7 is a P-side electrode, 8 is a substrate, 9 is a buffer layer, 10 is a current blocking layer, 11 is a lower clad layer, 12 is an active layer, 12a is a narrow stripe region, 12b is a tapered region, 12c is a wide stripe region, 13 is an upper clad layer, 14 is a cap layer, 15 is an n-side electrode, 16 is a high reflectance It is a film.
Claims (1)
ザ装置において、 テーパ長あるいは折れ曲り長Ｌとテーパ角あるいは折れ
曲り角θｐが、ストライプ幅をW,臨界角をθc,基本モー
ド入射角をθ0,一次モードの入射角をθ1,テーパ領域あ
るいは折れ曲り領域での一次モードの反射回数をｍ（ｍ
≧２の整数）としたとき、 を満足するテーパ型あるいは折れ曲り型の光導波路構造
を一方の端面部又は内部の少なくとも１ヶ所に具備した
ことを特徴とする半導体レーザ装置。1. A semiconductor laser device having at least two end faces, wherein the taper length or bending length L and the taper angle or bending angle θ p are the stripe width W, the critical angle θ c , and the fundamental mode incident angle θ. 0 , the incident angle of the primary mode is θ 1 , the number of reflections of the primary mode in the tapered region or the bent region is m (m
≧ 2), A semiconductor laser device comprising a tapered or bent optical waveguide structure satisfying the above requirement at least at one end surface or inside thereof.
Priority Applications (1)
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| JP63171371A JP2695440B2 (en) | 1988-07-07 | 1988-07-07 | Semiconductor laser device |
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