JP2001244571A - 高出力レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の半導体レーザから発せられたレーザビ
ームを集中させて高い光出力を得る高出力レーザ装置に
おいて、複数の発光スポットを互いに近接した小さな形
状にし、また安価に形成可能とし、さらに小型化を容易
にする。 【解決手段】 互いに間隔を置いて配設されたｎ個（２
≦ｎ）の半導体レーザ21と、共通の基板にｎ本の光導波
路31が形成された光導波路素子30とを設け、ｎ本の光導
波路31の各一端をｎ個の半導体レーザ21のうちの１つに
結合し、これらの光導波路31の各他端同士を、ｎ個の半
導体レーザ21の配設間隔よりも短い間隔で並ぶ状態に配
置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高出力レーザ装置に
関し、さらに詳しくは、複数の半導体レーザから発せら
れたレーザビームを、１つの狭小領域から集中出射する
ように光導波路で導いて高出力化したレーザ装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近時、半導体レーザの用途は著しく拡大
している。特に0.7〜1.6μｍ帯に発振波長を有する幅広
ストライプ半導体レーザは、その高出力化に伴って、固
体レーザやファイバレーザの励起用光源、２次高調波発
生の１次光源、印刷等における熱書込み感材へのレーザ
サーマル方式による画像形成用光源、医療用光源、レー
ザ加工や半田付け等の加工用光源として広く用いられる
ようになってきた。これらの応用においては、半導体レ
ーザのさらなる高出力化が求められている。

【０００３】半導体レーザの高出力化を実現するため
に、半導体レーザ素子そのものの構造を改良する提案が
既に種々なされている。例えば特願平11-239119号に
は、Alフリー活性層および、ドーピングによる低抵抗化
を行った光ガイド層の層厚を増大させることにより、ピ
ーク光密度および光出射端面の温度上昇を低減させて、
高出力、高信頼性を実現する技術が示されている。

【０００４】また文献：H.Horie, H.Ohta, and T.Fujim
ori, IEEE J. Selected Topics inQuantum Electronic
s, vol.5, p.832 (1999)に示されるように、光出射端面
に特殊な処理をしたり、あるいは保護膜を形成して高出
力、高信頼性を実現する方法も提案されている。

【０００５】さらには、文献：D. F. Welch, W. Streif
er, R. L. Thornton, and T. Paoli: Electron. Lett.
Vol.23 , p. 525 (1987)に示されるように、光出射端面
付近の光吸収係数を減少させて高出力、高信頼性を実現
する方法も提案されている。

【０００６】しかし、以上のように、半導体レーザ素子
そのものの構造を改良して高出力化を図る場合は、レー
ザ端面での光密度が高くなり、狭い領域で発熱するため
に光出射端面の温度上昇が大きく、高出力化には限界が
ある。

【０００７】そこで最近は、複数の半導体レーザを用
い、それらから出射した各レーザビームを集中させて、
高出力のレーザビームを得る構造についても広く研究が
なされている。具体的には、複数の幅広ストライプレー
ザを１ｃｍ程度の幅に集積化して、全体で40〜100Ｗ程
度の高出力を得る方法が知られている。その場合、一例
としてストライプ幅が50μｍの広幅ストライプレーザ
が、100μｍピッチで100個集積化される。

【０００８】このように複数の半導体レーザから出射し
た各レーザビームを集中させるために、従来は、多モー
ド光ファイバに各ストライプからの発光を結合し、その
光ファイバをバンドルして、バンドル部から断面円形の
ビームを出射させるようにしていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このバンドル
した光ファイバを用いて高出力化するレーザ装置におい
ては、複数の発光スポットが一方向に連なった形とな
り、極めて使い難いという問題が認められる。また、フ
ァイバの光出射端がバンドルで太くなるために光スポッ
ト径が大きくなり、画像応用等で40〜60μｍ程度の光ス
ポット径が必要とされる場合には、適用が困難となって
いる。さらにこの高出力レーザ装置には、特殊なファイ
バを用いたファイバモジュールの構造が複雑であるた
め、コストが高くなりがちで、小型化が困難であるとい
う問題もある。

【００１０】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、複数の半導体レーザを用いて高い光出力を得る
高出力レーザ装置において、複数の発光スポットを互い
に近接した小さな形状にし、また安価に形成可能とし、
さらに小型化を容易にすることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による高出力レー
ザ装置は、互いに間隔を置いて配設されたｎ個（２≦
ｎ）の半導体レーザと、共通の基板にｎ本の光導波路が
形成され、これらの光導波路の各一端が前記ｎ個の半導
体レーザのうちの１つに結合され、これらの光導波路の
各他端同士が前記ｎ個の半導体レーザの配設間隔よりも
短い間隔で並ぶ状態に配置されてなる光導波路素子とか
ら構成されたことを特徴とするものである。

【００１２】なお上記構成の高出力レーザ装置におい
て、前記ｎ本の光導波路は基板に垂直な方向に互いに重
ねて形成され、これらの光導波路の前記一端は、基板表
面に平行な方向において互いにずれた状態に配置される
とともに、これらの光導波路の前記他端は、基板に垂直
な方向に略一列に並ぶ状態に配置されるのが望ましい。

【００１３】また上記の光導波路素子は、ＳｉＯ_２クラ
ッドと、ＳｉＯ_２に所定のドーパントがドープされた材
料からなる光導波路とから構成されたものであることが
望ましい。そのようなドーパントの好ましい例しては、
ＧｅＯ_２、ＴｉＯ_２およびＰ _２Ｏ_５等が挙げられる。

【００１４】さらに上記の光導波路素子としては、Ｓｉ
Ｏ_２クラッドと、窒化硅素あるいは酸窒化硅素からなる
光導波路とから構成されたものも好適に用いられ得る。

【００１５】他方、ｎ個の半導体レーザとしては、共通
の基板に形成されてレーザアレイを構成するものを好適
に用いることができる。

【００１６】このようなレーザアレイを適用する場合、
前記ｎ本の光導波路は基板に垂直な方向に互いに重ねて
形成され、これらの光導波路の前記一端は、基板表面に
平行な方向において互いにずれた状態に配置されるとと
もに、これらの光導波路の前記他端は、基板に垂直な方
向に略一列に並ぶ状態に配置され、そしてレーザアレイ
は、ｎ個の半導体レーザがそれぞれ光導波路の前記一端
に結合するように、光導波路基板の表面に対して傾けて
配置されるのが望ましい。

【００１７】このようにレーザアレイを光導波路基板の
表面に対して傾けて配置する場合は、光導波路基板の表
面と平行に形成された一面と、この一面に対して傾斜し
た取付面とを有するアレイ支持体が設けられ、このアレ
イ支持体の上記取付面にレーザアレイが固定されるのが
好ましい。

【００１８】なお上記のアレイ支持体は、レーザアレイ
から放熱させるヒートシンクであることが望ましい。

【００１９】またｎ個の半導体レーザとして、それぞれ
別体に形成されたレーザチップからなるものを用い、こ
れらのレーザチップを共通のチップ支持体に固定して使
用することもできる。

【００２０】このようなレーザチップを適用する場合、
ｎ本の光導波路は基板に垂直な方向に互いに重ねて形成
され、これらの光導波路の前記一端は、基板表面に平行
な方向において互いにずれた状態に配置されるととも
に、これらの光導波路の前記他端は、基板に垂直な方向
に略一列に並ぶ状態に配置され、上記チップ支持体にお
いてｎ個のレーザチップは、それぞれ光導波路の前記一
端に結合するように、光導波路基板に垂直な方向に互い
にずれた状態に固定されるのが望ましい。

【００２１】そして、上述のようにレーザチップを共通
のチップ支持体に固定した構造を用いる場合には、この
チップ支持体の一面は光導波路基板の表面と平行に形成
され、このチップ支持体においてｎ個の半導体レーザ
は、該チップ支持体の前記一面に対して傾斜した取付面
に固定されるのが望ましい。

【００２２】また、上述したようにレーザチップを共通
のチップ支持体に固定した構造を用いる場合、このチッ
プ支持体の一面は前記光導波路基板の表面と平行に形成
され、このチップ支持体においてｎ個のレーザチップ
は、該チップ支持体の前記一面に対して段階的に距離を
変えるように形成された階段状の取付面に固定されても
よい。

【００２３】なお上記のチップ支持体は、レーザチップ
から放熱させるヒートシンクであることが望ましい。

【００２４】また本発明の高出力レーザ装置において、
複数の半導体レーザは、幅が10〜500μｍの範囲にある
幅広ストライプを有するものであることが望ましい。

【００２５】そして、このような幅広ストライプを有す
る半導体レーザを用いる場合は、その幅広ストライプの
幅方向が、光導波路の他端の並び方向と垂直な方向に対
応するように、ｎ個の半導体レーザが配設されることが
望ましい。

【００２６】

【発明の効果】本発明による高出力レーザ装置は、光導
波路素子のｎ本（２≦ｎ）の光導波路の各一端に半導体
レーザが結合され、これらの光導波路の各他端同士が複
数の半導体レーザの配設間隔よりも短い間隔で並ぶ状態
に配置された構成を有するので、まとめられた光導波路
の上記他端から、集中して高出力化したレーザビームを
出射させることができる。すなわち上記光導波路素子
は、光スポット変換器として作用する。

【００２７】そして、ｎ本の光導波路は共通の基板に形
成されたものであるので、複数の光ファイバの光出射端
をバンドル化して用いる従来装置と比べれば構造が簡単
になる。したがって本発明の高出力レーザ装置は、この
種の従来装置と比べれば安価に形成可能で、また容易に
小型化できるものとなる。

【００２８】特に、上記構成の高出力レーザ装置におい
て、ｎ本の光導波路が基板に垂直な方向に互いに重ねて
形成され、これらの光導波路の前記一端（光入射端）
が、基板表面に平行な方向において互いにずれた状態に
配置されるとともに、これらの光導波路の前記他端（光
出射端）が、基板に垂直な方向に略一列に並ぶ状態に配
置されてなるものは、各光導波路の他端（光出射端）を
最大限近接させた状態にすることができる。よってこの
構成の高出力レーザ装置は、複数の発光スポットを互い
に最大限近接した極めて小さな形状にすることができ、
画像応用等で小さな光スポット径が必要とされる場合に
も容易に適用可能となる。

【００２９】なお、この高出力レーザ装置の光出力を高
める上では、当然、個々の半導体レーザとして高出力タ
イプのものを用いるのが有利である。そのような半導体
レーザとしては、前述した、幅が10〜500μｍの範囲に
ある幅広ストライプが好適である。

【００３０】そして、このような幅広ストライプを有す
る半導体レーザを用いる場合に、その幅広ストライプの
幅方向が、光導波路の他端の並び方向と垂直な方向に対
応するようにｎ個の半導体レーザが配設されていれば、
半導体レーザからの扁平な発振スポットが主に小さいス
ポット径の方向に積み重ねられることになり、より等方
的な集中ビーム形状が得られるようになる。

【００３１】本発明による高出力化の程度は、使用する
半導体レーザの個数、半導体レーザから発せられたレー
ザビームと導波光との結合効率等に応じて定まるもので
あるが、各半導体レーザの出力が共通であるとして、一
般には、その出力の２倍近くから十数倍までの高出力化
は容易に可能である。

【００３２】このような高出力レーザ装置は、例えば印
刷において熱書き込みモードの露光光源として用いれ
ば、高速書き込みや低感度の感材対応、無処理化等の効
果をもたらすものである。また、固体レーザの励起光源
として用いる場合は、単位面積からの出力が高い励起光
が得られるため、簡便に固体レーザの高出力化が図れ
る。さらに、本発明の高出力レーザ装置が奏する高出
力、高信頼化の効果は、その他、加工・医療などの応用
において、システムの信頼性向上に大きく貢献するもの
である。

【００３３】また前述したようにＳｉＯ_２クラッドと、
ＳｉＯ_２にＧｅＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｐ _２Ｏ_５等のドーパン
トがドープされた材料からなる光導波路とから構成され
た光導波路素子や、ＳｉＯ_２クラッドと、窒化硅素ある
いは酸窒化硅素からなる光導波路とから構成された光導
波路素子は、光導波路での導波損失が著しく低いものと
なる。そこで、本発明の高出力レーザ装置においてこの
タイプの光導波路素子を適用すれば、特に顕著な高出力
化の効果が得られるようになる。

【００３４】なお、前述したようにレーザアレイをアレ
イ支持体に固定した構造を用いる場合、このアレイ支持
体の一面が光導波路基板の表面と平行に形成されていれ
ば、これらアレイ支持体の一面および光導波路基板の表
面を互いに共通のマウント等に容易に固定可能となり、
装置の組立作業が能率化される。

【００３５】また、前述したようにレーザチップを共通
のチップ支持体に固定した構造を用いる場合において
も、このチップ支持体の一面が光導波路基板の表面と平
行に形成されていれば、これらチップ支持体の一面およ
び光導波路基板の表面を互いに共通のマウント等に容易
に固定可能となり、装置の組立作業が能率化される。

【００３６】そして、上述のアレイ支持体やチップ支持
体がヒートシンクとされていれば、レーザアレイやレー
ザチップの放熱専用の手段を別途設けなくても、レーザ
アレイあるいはレーザチップから効率良く放熱させるこ
とができる。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図７は、本発明の第１の実
施形態による高出力レーザ装置を示すものであり、この
高出力レーザ装置は半導体レーザアレイ20と、この半導
体レーザアレイ20に結合されて光スポット変換器として
作用する光導波路素子30とから構成されている。

【００３８】まず図１および図２を参照して、半導体レ
ーザアレイ20について説明する。図１の(a)および(b)は
それぞれ、この半導体レーザアレイ20の平面形状、正面
形状を示しており、また図２はこの半導体レーザアレイ
20の一部、すなわち図１(a)中の破線で囲まれた部分の
概略断面形状を拡大して示している。

【００３９】図１に示すように本例の半導体レーザアレ
イ20は、ストライプ幅Ｗの幅広ストライプレーザ21をピ
ッチＰで７つ並設してアレイ化したものである。図１
(a)中のＬは共振器長である。本例では、Ｗ＝50μｍ、
Ｐ＝150μｍ、Ｌ＝1.5ｍｍとしている。

【００４０】なお一般には、Ｗ＝50〜500μｍの幅広ス
トライプ素子を好適に採用できる。また、Cu、ダイアモ
ンド、SiN_Ｘ、AlN、SiC、Si等の材料からなる通常のヒ
ートシンクを用いる場合は、ピッチＰをストライプ幅Ｗ
の２〜10倍程度に設定すれば、効果的な放熱効果が得ら
れる。ピッチＰを大きくするほど、発光部の間の発熱し
ない箇所が増えるため放熱に有利であるが、チップサイ
ズが大きくなることと、後に詳述する光導波路素子30の
光導波路31の曲げを大きくするか、長さを大きくする必
要が出てくるため、ピッチＰは上記の範囲が適当であ
る。

【００４１】次にこの半導体レーザアレイ20の構成を、
図２を用いてその作製法とともに説明する。先ず、減圧
MOCVD法によりｎ-GaAs基板１(Si＝2x10^１８ｃｍ^−３ド
ープ)上にｎ-GaAsバッファ層２(Si＝5x10^１７ｃｍ^−３
ドープ、0.5μｍ) 、ｎ-Al_ｘGa _１−ｘAsグレーデッドバ
ッファ層３(Si＝5x10^１７ｃｍ^−３ドープ、ｘ＝0.1から
0.63まで徐々に増加、0.2μｍ)、ｎ-Al_０．６３Ga
_０．３７Asクラッド層４(Si＝5x10^１７ｃｍ^−３ドー
プ、1.5μｍ)、SCH活性層５、ｐ−Al_０．６３Ga
_０．３７Asクラッド層６(Zn＝7x10^１７ｃｍ^−３ドー
プ、2μｍ)、ｐ−GaAsキャップ層７(Zn＝2x10^１９ｃｍ
^−３ドープ、0.1 μｍ)を順次積層する。

【００４２】ここでSCH活性層５はｎ-In_０．４８Ga
_０．５２P光導波層(Si＝5x10^１７ｃｍ^{− ３}ドープ、0.15
μｍ)、In_０．４８Ga_０．５２P光導波層(アンドープ、
0.1μｍ)、In_０．１３Ga_０．８７As_０．７５P_０．２５
量子井戸層(アンドープ、10 ｎｍ)、In_０．４８Ga
_０．５２P光導波層(アンドープ、0.1μｍ)、ｐ−In
_０．４８Ga_{０ ．５２}P光導波層(Zn＝7x10^１７ｃｍ^−３ド
ープ、0.15μｍ)からなる。

【００４３】次に、フォトリソグラフィとH_２SO_４:H_２O
_２:H_２O＝20:1:1混合液を用いた化学エッチングによ
り、幅10μｍのストライプ状溝のペアを形成して、溝間
に底の幅が50μｍ幅のリッジストライプ構造を形成す
る。この時、溝部において選択的にｐ−Al_０．６３Ga
_０．３７Asクラッド層６がエッチングされ、SCH活性層
５上にてエッチングが停止する。その後、プラズマCVD
によりSiO_２を絶縁膜８として形成し、フォトリソグラ
フィと希釈したHFを用いて、メサの上面のメサの両端か
ら1〜5μｍの内側のSiO_２をエッチング除去する。

【００４４】次に、ｐ側電極９（Ti/Pt/Ti/Pt/Au）を蒸
着および熱処理により形成し、ｎ-GaAs基板１の底面を
研磨して、全体の厚みが100μｍ程度になるまで薄くす
る。最後に、ｎ側電極10（AuGe/Ni/Au）を蒸着および熱
処理により形成する。このウエハから、共振器長1.5ｍ
ｍのレーザバーをダイアモンド針によるスクライブと劈
開により切り出し、光出射面は5％、裏面は95％以上と
なるように光学膜をコーティングする。最後にダイアモ
ンド針によるスクライブと劈開により、幅約1.2ｍｍの
半導体レーザアレイ20を切り出す。

【００４５】光導波路素子30は図３に示すような平面形
状を有し、また、その半導体レーザアレイ20に結合され
る側の端面、およびそれと反対側の端面はそれぞれ図４
(a)、(b)に示す形状となっている。すなわち図４(a)、
(b)はそれぞれ、図３のA-A'線、B-B'線に沿った端面形
状を示している。

【００４６】図４(a)に示す、半導体レーザアレイ20に
結合される側の端面では、半導体レーザアレイ20の幅広
ストライプレーザ21と同様に、50μｍ幅の７本の光導波
路31が、ピッチＰ１＝150μｍで並ぶように形成されて
いる。この光導波路31の並び方向は、Si基板32の表面に
対して角度θで傾斜している。また図４(b)に示す反対
側の端面（光出射側の端面）では、７本の光導波路31が
互いに近接して、Si基板32の表面に垂直な方向に略一列
に並ぶ状態となっている。

【００４７】なお本実施形態では、曲がり導波路の損失
を低減するため、各光導波路31は長さ1ｃｍとして、中
央の直線状のものを除いて0.5〜0.8ｃｍの長さにおいて
ゆるやかに曲げて形成されている。本例では、Si基板32
上にCVD（Chemical Vapor Deposition）法やFHD（Flame
Hydrolyis Deposition）法などの気相堆積法と一般的
な半導体プロセスにより、７層のプレーナ光導波路が作
製される。

【００４８】クラッド33および光導波路31としては、導
波損失が低く抑えられる、SiO_２クラッド33およびGeO_２
ドープSiO_２（SiO_２- GeO_２と表記）光導波路31が最も
適しているが、光導波路材料としてはその他にSiO_２-Ti
O_２、SiO_２-P_２O_５などを用いることもできる（参考文
献：ｍ.Kawachi, Optical and Quantum Electronics,Vo
l.22, p.391-416 (1990)）。

【００４９】ここで、一つの光導波路31を作製する様子
を図５に示す。まず同図(1)に示すように、Si基板32の
上にSiO_２クラッド層（50μｍ厚）33とSiO_２- GeO_２層
（1μｍ厚）31’とを順次積層する。次にSiO_２- GeO_２
層31’の上にフォトレジスト34を塗布し、次いでフォト
リソグラフィにより同図(2)に示すように、フォトレジ
スト34による導波路パターンを形成する。次に同図(3)
に示すように、フォトレジスト34をマスクとして、RIE
（反応性イオンエッチング）によりSiO_２- GeO_２層31’
を導波路形状にエッチングし、その後フォトレジスト34
を除去する。

【００５０】次に同図(4)に示すように、SiO_２クラッド
層33（1.5μｍ厚）を積層すると、一つの光導波路31が
完成する。その後同様のプロセスにより、他の６つの光
導波路を形成する。最上部のSiO_２クラッド層33は10μ
ｍ厚とやや厚めとする。

【００５１】これらの光導波路31にそれぞれ、半導体レ
ーザアレイ20の各幅広ストライプレーザ21の発振光を結
合導波させる。図４(a)に示すように、光導波路素子30
の光入射側の端面において光導波路31の並び方向は、Si
基板32の表面に対して角度θで傾斜している。この角度
θは、光導波路31の厚み方向のピッチＰ２が2μｍ程
度、並び方向のピッチＰ１が150μｍであるため、θ＝s
in^−１(2/150)より約0.8゜である。

【００５２】この光導波路素子30の形状に合わせるた
め、図６に示すようなくさび形状のCuヒートシンク40が
アレイ支持体として用いられる。このヒートシンク40
は、その一面40ａに対して角度θをなすように斜めに研
磨された取付面40ｂを有するものであり、この取付面40
ｂに、Inはんだ (厚み4〜5μｍ)を用いて半導体レーザ
アレイ20のｐ電極９（図２参照）側が固定される。

【００５３】このようにすれば、ヒートシンク40と光導
波路素子30とを、ほぼ水平位置にてアライメントでき
る。すなわち、ヒートシンク40の一面40ａとSi基板32の
裏面32ａ（図４参照）とを、図示外のマウントの１つの
水平な固定面にアライメント固定することもできるし、
あるいは、それぞれ水平で互いに段差が付いた２つの固
定面に各々アライメント固定することもできる。このよ
うにアライメント固定を、上記角度θについて考慮する
必要なく、簡単な形状のマウントを用いて、簡便に行な
うことが可能となる。

【００５４】以上の工程により、図７に平面形状を示す
ように、半導体レーザアレイ20と光導波路素子30とが結
合されてなる高出力レーザ装置が完成する。この状態で
は、光導波路素子30の７本の光導波路31の各端面が、半
導体レーザアレイ20の７つの幅広ストライプレーザ21の
各々と光学的に結合する。なお図７においては前述した
ヒートシンク40や、光導波路素子30のSi基板32が適宜固
定される支持体等は省略してある。

【００５５】図７に示す本実施形態の高出力レーザ装置
において、半導体レーザアレイ20の７つの幅広ストライ
プレーザ21は、それぞれ発振波長810ｎｍ程度にて発振
したレーザビームを発する。発振したレーザビームＬは
各々光導波路31を導波モードで伝搬し、７本の光導波路
31の光出射側の端面、つまり該光導波路31が近接配置さ
れている側の端面（図４(b)に示す端面）から集中して
出射する。本実施形態の場合、出射光スポットサイズは
50μｍ（光導波路幅方向）×12μｍ（光導波路積層方
向）程度と十分に小さい。また幅広ストライプレーザ21
の各々から1.5Ｗの実用出力が得られ、レーザ装置とし
ては8〜10Ｗ程度の光出力が得られる。

【００５６】またこの高出力レーザ装置は全体の大きさ
も1.2ｍｍ(長さ)×0.12ｍｍ(幅)×1ｍｍ(厚み)程度と小
型であるため、単体の50μｍ幅広ストライプレーザ等と
ほとんど同様に取り扱え、従来の数倍以上の出力を有す
る高出力化光源として極めて有用である。本高出力レー
ザ装置をさらに並べて、アレイ光源を構成することも容
易である。さらに、50μｍ径程度の多モード光ファイバ
へ結合することにより、サーマルCTPなどに有用な高出
力のファイバ出力レーザ光源を構成することができる。

【００５７】なお上記の実施形態では、SiO_２クラッド
とSiO_２- GeO_２光導波路との組み合わせを採用している
が、さらに半導体レーザとのモードマッチングを高める
構成として、SiO_２ と比べて屈折率の高い窒化硅素を光
導波路材料として用いることが可能である。また、SiO
_２ と窒化硅素との間の屈折率を有する酸窒化硅素を光
導波路材料として用いる、あるいは光導波路とクラッド
との間に設ける層の材料として用いることによって、光
のモード形状を制御することができる。これらの材料は
プラズマＣＶＤ等の方法によって容易に積層が可能であ
り、ドライエッチングによる光導波路の形成も、上記実
施形態におけるのと同様の手法によって可能である。

【００５８】また上記実施形態では波長810ｎｍの半導
体レーザを説明したが、本発明は全ての半導体レーザに
対応できることは言うまでもない。例えば、GaAs基板を
用いた場合、InGaAsP活性層では720〜880ｎｍ程度、InG
aAs活性層で880〜1100ｎｍ程度、AlGaInP活性層で630〜
700ｎｍ程度、サファィアなどの基板を用いてInGaN活性
層で380〜500ｎｍ程度の発振波長となる。

【００５９】また、上記では７つのレーザストライプに
ついて示したが、２つ以上の任意の複数のストライプ数
を設定することができる。ストライプ幅についても、10
〜500μｍ程度の通常の幅広ストライプレーザで用いら
れている範囲の幅を用いることができる。また、この幅
のレーザ素子をさらに小さな幅のレーザアレイにより構
成してもよい。そのような具体例としては、例えば5μ
ｍ幅のレーザ素子を10μｍピッチで10素子アレイ化した
もの等が挙げられる。

【００６０】また光導波路の光出射端の構成について
は、同一位置に重ねた例を示したが、その他様々な配置
をとることが可能である。例えば図８に示す第２実施形
態の光導波路素子50では、複数の光導波路31を光出射端
側において、１つおきに微小距離ずつずれるようにし
て、Si基板32の表面と垂直な方向に重ねて配置してい
る。なおこの図８において、図４中の要素と同等の要素
には同番号を付してあり、それらについての重複した説
明は省略する（以下、同様）。

【００６１】さらに、光導波路の幅を変化させることも
できる。このように本発明の高出力レーザ装置は、設計
の自由度が高いので、応用に合わせて適切な発光スポッ
ト形状を得ることができる。また半導体レーザのストラ
イプ構造についてはリッジ導波路型を示したが、種々の
利得導波型構造や、内部ストライプ型の屈折率導波構造
等、その他の多くの構造を採用可能である。

【００６２】次に図９および図１０を参照して、本発明
の第３の実施形態について説明する。図９は、この第３
の実施形態に用いられる光導波路素子60の両端面の形状
を示すものであり、(a)が半導体レーザ光入射側、(b)が
光出射側の端面形状を示している。本例では７つの光導
波路31を、並び方向ピッチＰ１＝700μｍ、幅Ｗ１＝100
μｍ、基板表面に垂直な方向のピッチＰ２＝2.5μｍで
構成している。したがって、光導波路31の並び方向の基
板表面に対する傾きθはsin^−１(2.5/700)＝0.2°であ
る。

【００６３】半導体レーザとしては、図１０に示すよう
に７個の半導体レーザチップ65が用いられ、これらの半
導体レーザチップ65はヒートシンク40の斜めの取付面40
ｂにそれぞれ固定されている。この取付面40ｂは、該ヒ
ートシンク40の一面40ａに対して角度θ＝0.2°で斜め
研磨されている。

【００６４】個々の半導体レーザチップ65はストライプ
幅が100μｍの素子で、チップ幅400μｍ、共振器長1ｍ
ｍの素子をピッチ700μｍで実装して、図９(a)に示す光
導波路素子60の端面形状と合致するように構成する。

【００６５】なお、上述のような半導体レーザチップ65
を複数用いる場合は、ヒートシンク40に代わるチップ支
持体として、図１２に示すヒートシンク70を用いること
もできる。このヒートシンク70は、その一面70ａが光導
波路基板の表面と平行に形成されるとともに、この一面
70ａに対して段階的に距離を変えるように形成された階
段状の取付面70ｂを有するものであり、個々の半導体レ
ーザチップ65はこの取付面70ｂに１つずつ固定される。

【００６６】次に図１２を参照して、本発明の第４の実
施形態について説明する。図１２は、この第４の実施形
態に用いられる光導波路素子80の両端面の形状を示すも
のであり、(a)が半導体レーザ光入射側、(b)が光出射側
の端面形状を示している。本例では５つの光導波路31
を、並び方向ピッチＰ１＝120μｍ、幅Ｗ１＝30μｍ、
基板表面に垂直な方向のピッチＰ２＝１μｍで構成して
いる。したがって、光導波路31の並び方向の基板表面に
対する傾きθはsin^−１(1/120)＝0.5°である。

【００６７】また本実施形態では、光導波路31の厚みを
0.8μｍ、光導波路31のクラッド厚みを0.2μｍ程度とな
るよう積層している。このようにSiO_２クラッド層33を
薄くすることにより、光出射端で積層された隣接する光
導波路31の間で光が結合するように構成することができ
る。それにより、出射端における光強度をより均一化で
きる。

【００６８】なお上記実施形態においては、気相薄膜形
成法により光導波路31を作成したが、フェムト秒レーザ
照射による方法（参考文献：K.miura, J.Qui, H.Inoue,
T.mitsuyu and K.Hirao, Appl. Phys. Lett. Vol.71,
p.3329 (1997)）など他の方法を用いて光導波路を形成
してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態における半導体レーザ
アレイの概略平面図(a)および、概略正面図(b)

【図２】図１の半導体レーザアレイにおけるリッジ導波
路型半導体レーザの断面模式図

【図３】上記第１の実施形態における光導波路素子の平
面図

【図４】図３の光導波路素子の光入射側(a)および、光
出射側(b)の端面形状を示す概略正面図

【図５】図４の光導波路素子の作製工程を示す説明図

【図６】上記第１の実施形態における半導体レーザアレ
イの実装状態を示す概略正面図

【図７】本発明の第１の実施形態による高出力レーザ装
置の平面図

【図８】本発明の第２の実施形態における光導波路素子
の光出射側の端面形状を示す概略正面図

【図９】本発明の第３の実施形態における光導波路素子
の光入射側(a)および、光出射側(b)の端面形状を示す概
略正面図

【図１０】上記第３の実施形態における半導体レーザチ
ップの実装状態を示す概略正面図

【図１１】本発明における半導体レーザチップの実装状
態の他の例を示す概略正面図

【図１２】本発明の第４の実施形態における光導波路素
子の光入射側(a)および、光出射側(b)の端面形状を示す
概略正面図

【符号の説明】

１ ｎ-GaAs基板 ２ ｎ-GaAsバッファ層 ３ ｎ-Al_ｘGa_１−ｘAsグレーデッドバッファ層 ４ ｎ-Al_０．６３Ga_０．３７Asクラッド層 ５ SCH活性層 ６ ｐ−Al_０．６３Ga_０．３７Asクラッド層 ７ ｐ−GaAsキャップ層 ８ SiO_２絶縁膜 ９ ｐ側電極 10 ｎ側電極 20 半導体レーザアレイ 21 幅広ストライプレーザ 30 光導波路素子 31 光導波路 32 Si基板 32ａ Si基板の裏面 33 SiO_２クラッド層 40 ヒートシンク 40ａ ヒートシンクの一面 40ｂ ヒートシンクのレーザ取付面 50、60、80 光導波路素子 65 半導体レーザチップ 70 ヒートシンク 70ａ ヒートシンクの一面 70ｂ ヒートシンクのレーザ取付面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA05 BA24 CA34 2H047 KA04 KA12 LA11 MA05 MA07 PA05 PA14 PA24 5F073 AA45 AA73 AA82 AB02 AB21 BA04 CA13 CB02 DA05 DA22 DA32 DA33 EA24 FA06 FA23

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに間隔を置いて配設されたｎ個（２
   ≦ｎ）の半導体レーザと、 共通の基板にｎ本の光導波路が形成され、これらの光導
   波路の各一端が前記ｎ個の半導体レーザのうちの１つに
   結合され、これらの光導波路の各他端同士が前記ｎ個の
   半導体レーザの配設間隔よりも短い間隔で並ぶ状態に配
   置されてなる光導波路素子とからなる高出力レーザ装
   置。
2. 【請求項２】 前記ｎ本の光導波路が基板表面に垂直な
   方向に互いに重ねて形成され、 これらの光導波路の前記一端が、基板表面に平行な方向
   において互いにずれた状態に配置されるとともに、 これらの光導波路の前記他端が、基板表面に垂直な方向
   に略一列に並ぶ状態に配置されていることを特徴とする
   請求項１記載の高出力レーザ装置。
3. 【請求項３】 前記光導波路素子が、ＳｉＯ_２クラッド
   と、ＳｉＯ_２に所定のドーパントが加えられた材料、窒
   化硅素あるいは酸窒化硅素からなる光導波路とから構成
   されたものであることを特徴とする請求項１または２記
   載の高出力レーザ装置。
4. 【請求項４】 前記ドーパントが、ＧｅＯ_２、ＴｉＯ_２
   およびＰ_２Ｏ_５のいずれかであることを特徴とする請求
   項３記載の高出力レーザ装置。
5. 【請求項５】 前記ｎ個の半導体レーザが、共通の基板
   に形成されてレーザアレイを構成するものであることを
   特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の高出力レ
   ーザ装置。
6. 【請求項６】 前記ｎ本の光導波路が基板表面に垂直な
   方向に互いに重ねて形成され、 これらの光導波路の前記一端が、基板表面に平行な方向
   において互いにずれた状態に配置されるとともに、 これらの光導波路の前記他端が、基板表面に垂直な方向
   に略一列に並ぶ状態に配置され、 前記レーザアレイが、そのｎ個の半導体レーザがそれぞ
   れ前記光導波路の前記一端に結合するように、光導波路
   基板の表面に対して傾けて配置されていることを特徴と
   する請求項５記載の高出力レーザ装置。
7. 【請求項７】 前記光導波路基板の表面と平行に形成さ
   れた一面と、この一面に対して傾斜した取付面とを有す
   るアレイ支持体が設けられ、 このアレイ支持体の前記取付面に前記レーザアレイが固
   定されていることを特徴とする請求項６記載の高出力レ
   ーザ装置。
8. 【請求項８】 前記アレイ支持体が、前記レーザアレイ
   から放熱させるヒートシンクであることを特徴とする請
   求項７記載の高出力レーザ装置。
9. 【請求項９】 前記ｎ個の半導体レーザが、それぞれ別
   体に形成されたレーザチップからなり、 これらのレーザチップが共通のチップ支持体に固定され
   ていることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記
   載の高出力レーザ装置。
10. 【請求項１０】 前記ｎ本の光導波路が基板表面に垂直
    な方向に互いに重ねて形成され、 これらの光導波路の前記一端が、基板表面に平行な方向
    において互いにずれた状態に配置されるとともに、 これらの光導波路の前記他端が、基板表面に垂直な方向
    に略一列に並ぶ状態に配置され、 前記チップ支持体においてｎ個の前記レーザチップが、
    それぞれ前記光導波路の前記一端に結合するように、光
    導波路基板に垂直な方向に互いにずれた状態に固定され
    ていることを特徴とする請求項９記載の高出力レーザ装
    置。
11. 【請求項１１】 前記チップ支持体の一面が光導波路基
    板の表面と平行に形成され、 このチップ支持体において前記ｎ個の半導体レーザが、
    該チップ支持体の前記一面に対して傾斜した取付面に固
    定されていることを特徴とする請求項１０記載の高出力
    レーザ装置。
12. 【請求項１２】 前記チップ支持体の一面が光導波路基
    板の表面と平行に形成され、 このチップ支持体においてｎ個の前記レーザチップが、
    該チップ支持体の前記一面に対して段階的に距離を変え
    るように形成された階段状の取付面に固定されているこ
    とを特徴とする請求項１０記載の高出力レーザ装置。
13. 【請求項１３】 前記チップ支持体が、前記レーザチッ
    プから放熱させるヒートシンクであることを特徴とする
    請求項１１または１２記載の高出力レーザ装置。
14. 【請求項１４】 前記半導体レーザが、幅が10〜500μ
    ｍの範囲にある幅広ストライプを有するものであること
    を特徴とする請求項１から１３いずれか１項記載の高出
    力レーザ装置。
15. 【請求項１５】 前記幅広ストライプの幅方向が、前記
    光導波路の他端の並び方向と垂直な方向に対応するよう
    に、前記ｎ個（２≦ｎ）の半導体レーザが配設されてい
    ることを特徴とする請求項１４記載の高出力レーザ装
    置。