JP2798720B2 - Semiconductor laser array - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光情報処理またはレーザ加工等に使用する
半導体レーザアレイに関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor laser array used for optical information processing or laser processing.
一般に半導体レーザでは、光出力を高めるべく駆動電
流を増加させると、pn接合部が発熱し、しきい値電流密
度の増加と外部微分量子効率の低下とによって、光出力
が熱的に飽和する。各半導体レーザの最大光出力は、こ
の熱的飽和または光出力の増加に伴う光学的な端面破壊
により決定される。Generally, in a semiconductor laser, when the drive current is increased to increase the optical output, the pn junction generates heat, and the optical output is thermally saturated due to an increase in the threshold current density and a decrease in the external differential quantum efficiency. The maximum light output of each semiconductor laser is determined by this thermal saturation or optical end face breakdown accompanying the increase in light output.
半導体レーザから出射されるレーザ光の応用範囲の拡
大化に伴って、高出力なレーザ光の要求が高まってお
り、高出力なレーザ光を得る手段として、導波路を有す
る複数の半導体レーザを並設させてなる半導体レーザア
レイがある(K.Hamada etal.Solid−State Electronics
Vol.30,No.1 pp33−37,1987)。このような半導体レー
ザアレイには、各半導体レーザからのレーザ光の位相が
そろった位相同期型のものと、各半導体レーザからのレ
ーザ光の位相がそろっていない非位相同期型のものとの
2種類がある。With the expansion of the application range of laser light emitted from a semiconductor laser, the demand for high-power laser light is increasing. As a means for obtaining high-power laser light, a plurality of semiconductor lasers having a waveguide are arranged in parallel. Semiconductor laser array (K. Hamada et al. Solid-State Electronics)
Vol. 30, No. 1 pp. 33-37, 1987). Such semiconductor laser arrays include two types: a phase-locked type in which the laser light from each semiconductor laser has the same phase, and a non-phase-locked type in which the laser light from each semiconductor laser has the same phase. There are types.
上述した位相同期型の半導体レーザアレイでは、各導
波路に発生したレーザ光が位相同期するために、隣合う
導波路間の距離を約5μm以下に設定する必要がある。
ところがこのような構成では、各半導体レーザが密に並
設しているので、各半導体レーザから発生する熱に対し
て相互に影響されやすく、pn接合部の温度上昇が大きい
ので、光出力の飽和が生じやすくなって高出力のレーザ
光が得られない。In the above-described phase-locked semiconductor laser array, the distance between adjacent waveguides needs to be set to about 5 μm or less in order for the laser light generated in each waveguide to be phase-locked.
However, in such a configuration, since the semiconductor lasers are closely arranged side by side, the semiconductor lasers are susceptible to each other with respect to heat generated from the semiconductor lasers, and the temperature rise of the pn junction is large. Is likely to occur, and a high output laser beam cannot be obtained.
このような各半導体レーザ間相互からの発熱の影響を
防止するためには、アレイ内の各半導体レーザを数十μ
m以上離隔させた構成(各半導体レーザ間において位相
同期はかけられない非位相同期型の半導体レーザアレ
イ)とすればよい。ところがこの構成では、隣合う半導
体レーザが離れすぎているので、各半導体レーザから出
射されるビーム光を、レンズ等を用いて1点に集光させ
ることができないという難点がある。In order to prevent the influence of heat generated from each other between the semiconductor lasers, each semiconductor laser in the array must be tens of μm.
A configuration in which the semiconductor lasers are separated by m or more (a non-phase-locked semiconductor laser array in which phase synchronization cannot be applied between the semiconductor lasers) may be employed. However, in this configuration, since the adjacent semiconductor lasers are too far apart, there is a drawback that the beam light emitted from each semiconductor laser cannot be focused on one point using a lens or the like.
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、導
波路の間隔を、端面近傍では短くして中央部では長くす
ることにより、各半導体レーザからの発熱の影響を低減
でき、しかもレンズ等を用いて各半導体レーザからのビ
ーム光を1点に集光させることができる半導体レーザア
レイを提供することを目的とする。The present invention has been made in view of such circumstances, and the effect of heat generated from each semiconductor laser can be reduced by shortening the distance between the waveguides near the end face and increasing the distance between the waveguides in the center, and furthermore, the lens and the like can be reduced. It is an object of the present invention to provide a semiconductor laser array capable of condensing beam light from each semiconductor laser at one point using the same.
本発明に係る半導体レーザアレイは、複数の導波路が
並設形成されているレーザチップよりなる半導体レーザ
アレイにおいて、前記レーザチップは、隣合った前記導
波路の間隔が第1の距離である一方の端面近傍の第1の
領域と、隣合った前記導波路の間隔が前記一方の端面か
ら他方の端面に向かうに従い拡がる中央の第2の領域
と、隣合った前記導波路の間隔が前記第1の距離よりも
広い第2の距離である他方の端面近傍の第3の領域とか
らなり、前記第1、第3の領域における前記導波路は前
記第2の領域における前記導波路よりもレーザチップ端
面に対して直交する方向に延在していることを特徴とす
る。The semiconductor laser array according to the present invention is a semiconductor laser array including a laser chip having a plurality of waveguides formed in parallel, wherein the laser chip has a distance between adjacent waveguides equal to a first distance. A first region near the end face of the first and second central regions where the distance between the adjacent waveguides increases from the one end surface toward the other end surface, and the distance between the adjacent waveguides is the first region. A third region near the other end face that is a second distance wider than the first region, wherein the waveguides in the first and third regions are more laser than the waveguides in the second region. It is characterized in that it extends in a direction perpendicular to the chip end face.
本発明の半導体レーザアレイにあっては、端面近傍で
は隣合う導波路の間隔が狭く、各導波路を経て端面から
出射される各レーザ光はレンズ等により1点に集光され
る。また中央部では隣合う導波路の間隔が広く、各半導
体レーザから発生される熱が隣合う半導体レーザに与え
る影響は少なくなり、光出力は熱的に飽和され難く、し
かも端面近傍では中央部よりも導波路がレーザチップ端
面に対して直交しているため、導波路内を伝わるレーザ
光はレーザチップ端面で効率良く反射され、光出力を大
きくできる。In the semiconductor laser array of the present invention, the distance between adjacent waveguides is small near the end face, and each laser beam emitted from the end face via each waveguide is condensed to one point by a lens or the like. In the central portion, the distance between adjacent waveguides is large, the influence of heat generated from each semiconductor laser on the adjacent semiconductor lasers is reduced, and the optical output is hardly thermally saturated. Also, since the waveguide is orthogonal to the laser chip end face, the laser light propagating in the waveguide is efficiently reflected by the laser chip end face, and the light output can be increased.
以下、本発明をその実施例を示す図面に基づいて具体
的に説明する。Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings showing the embodiments.
第1図は本発明に係る半導体レーザアレイの平面図、
第2図は第1図のII−II線における部分断面図である。FIG. 1 is a plan view of a semiconductor laser array according to the present invention,
FIG. 2 is a partial sectional view taken along line II-II of FIG.
第1図において10はレーザチップを示し、このレーザ
チップ10は平面視で、両端面11,12間の長さ(共振長)
が750μm,幅が600μmである矩形状をなし、各半導体レ
ーザに対応させて計3本の導波路1を両端面11,12間に
並設形成してある。なお図中左側の端面11の反射率が90
%、右側の端面12の反射率が8%になるように、端面コ
ーティングを施している。In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a laser chip, and the length of the laser chip 10 in plan view (resonance length) between both end surfaces 11 and 12 is shown.
Has a rectangular shape with a width of 750 μm and a width of 600 μm, and a total of three waveguides 1 are formed between both end faces 11 and 12 in correspondence with each semiconductor laser. Note that the reflectance of the left end face 11 in the figure is 90.
% And the reflectance of the right end surface 12 is 8%.
ここで第2図に基づき、本実施例の素子構造について
説明する。第2図において2はn−GaAs基板(Siドー
プ,n=2×1018cm-3)であり、基板2上には、n−Ga
0.58Al0.42Asクラッド層(Seドープ,n=5×1018cm-3,
膜厚2.0μm)3、Ga0.58Al0.42As活性層(ノンドー
プ,膜厚0.07μm)4、p−Ga0.58Al0.42Asクラッド層
(Znドープ,p=2×1018cm-3,膜厚1.5μm)5、p−Ga
Asキャップ層(Znドープ,p=1×1019cm-3,膜厚0.5μ
m)6がこの順に積層形成されている。p−クラッド層
5及びキャップ層6は、所定ピッチにて逆メサ状に除去
されており、この除去部分にn−GaAsブロック層(Seド
ープ,n=5×1018cm-3,膜厚1.0μm)7が形成されてい
る。本実施例では、各導波路1はリッジ状のストライプ
をなしている。なお、各導波路1において安定した基本
横モードを得るために、ブロック層7下端から活性層4
上面までの距離(t)をt=0.1〜0.2μmとし、導波路
の幅(W)をW=3〜4μmとした。Here, the device structure of this embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 2, reference numeral 2 denotes an n-GaAs substrate (Si-doped, n = 2 × 10 18 cm −3 ).
0.58 Al 0.42 As cladding layer (Se-doped, n = 5 × 10 18 cm -3 ,
Ga 0.58 Al 0.42 As active layer (non-doped, film thickness 0.07 μm) 4, p-Ga 0.58 Al 0.42 As clad layer (Zn doped, p = 2 × 10 18 cm −3 , film thickness 1.5) μm) 5, p-Ga
As cap layer (Zn doped, p = 1 × 10 19 cm -3 , thickness 0.5μ)
m) 6 are laminated in this order. The p-cladding layer 5 and the cap layer 6 are removed in a reverse mesa shape at a predetermined pitch, and an n-GaAs block layer (Se-doped, n = 5 × 10 18 cm −3 , film thickness 1.0) μm) 7 is formed. In this embodiment, each waveguide 1 forms a ridge-shaped stripe. In order to obtain a stable fundamental transverse mode in each waveguide 1, the active layer 4 extends from the lower end of the block layer 7.
The distance (t) to the upper surface was set to t = 0.1 to 0.2 μm, and the width (W) of the waveguide was set to W = 3 to 4 μm.
各導波路1の並設形成パターンは、レーザチップ10の
長手方向における3領域において異なっている。端面11
近傍の領域Aでは隣合う導波路1,1間の間隔が狭くなっ
ており、中央の領域Bでは導波路1が放射状に拡がり、
隣合う導波路1、1間の間隔が徐々に拡がっており、端
面12近傍の領域Cでは隣合う導波路1,1間の間隔が広く
なっている。また、導波路1は領域Aでは端面11に対し
て略直交する方向に延在しており、領域Cでは端面12に
対して略直交する方向に延在している。導波路1のリッ
ジ状ストライプの具体的な形状は、以下の通りである。The juxtaposed formation pattern of each waveguide 1 is different in three regions in the longitudinal direction of the laser chip 10. End face 11
In the nearby region A, the interval between the adjacent waveguides 1 and 1 is narrow, and in the central region B, the waveguide 1 radially expands,
The interval between the adjacent waveguides 1 and 1 is gradually widening, and in the region C near the end face 12, the interval between the adjacent waveguides 1 and 1 is wide. The waveguide 1 extends in a direction substantially perpendicular to the end face 11 in the region A, and extends in a direction substantially perpendicular to the end face 12 in the region C. The specific shape of the ridge-shaped stripe of the waveguide 1 is as follows.
領域Aの長さL1=50μm, 領域Bの長さL2=550μm, 領域Cの長さL3=150μm, 領域Aにおける導波路間距離D1=3μm, 領域Cにおける導波路間距離D2=100μm ここで、導波路1の屈曲部(領域A,B及びB,Cの境界)
は、放射損失を小さくするために円弧状をなし、この円
弧の曲率半径を少なくとも1〜2mm以上とすることが望
ましい。また両端に位置する導波路1,1からの放熱を良
好にするために、領域Cにおける両端の導波路1から側
面までの距離(第1図D3)はできるだけ長く(150μm
程度)とすることが望ましい。なお、端面11近傍におけ
る隣合った導波路の間隔D1を8μm以下にすれば、レン
ズ等により各導波路からのレーザ光を一点に集光でき
る。The length L 1 = 50 [mu] m area A, length L 2 = 550 .mu.m region B, the length L 3 = 150 [mu] m area C, between the waveguides in the region A distance D 1 = 3 [mu] m, between the waveguides in the region C the distance D 2 = 100 μm Here, the bent portion of the waveguide 1 (the boundary between the regions A and B and B and C)
Is preferably formed in an arc shape in order to reduce radiation loss, and the radius of curvature of this arc is preferably at least 1 to 2 mm or more. In order to improve the heat radiation from the waveguides 1 and 1 located at both ends, the distance (D 3 in FIG. 1) from the waveguides 1 at both ends to the side surface in the region C is as long as possible (150 μm).
Degree). Incidentally, if the distance D 1 of the next matching waveguide at the end face 11 near to 8μm or less, condensing at one point the laser beam from the waveguide by a lens or the like.
次に、本発明と従来例とにおける電流−光出力特性の
比較について説明する。第3図は両例の特性を示すグラ
フであり、図中(a)は第1,2図に示す前述した本発明
例の場合の特性を表し、図中(b)は第4図に示すよう
な従来例の場合の特性を表している。第4図はここに用
いた従来例の平面図であり、端面間の距離が750μmの
レーザチップ20には、3本の導波路21が両端面間に並設
形成されており、隣合う導波路21,21の間隔はどの領域
においても同じ(6μm)である。Next, comparison of current-light output characteristics between the present invention and the conventional example will be described. FIG. 3 is a graph showing the characteristics of both examples. FIG. 3 (a) shows the characteristics in the case of the above-described present invention example shown in FIGS. 1 and 2, and FIG. 3 (b) shows the characteristics in FIG. The characteristics in the case of such a conventional example are shown. FIG. 4 is a plan view of a conventional example used here. In a laser chip 20 having a distance between end faces of 750 μm, three waveguides 21 are formed in parallel between both end faces, and adjacent waveguides are formed. The interval between the wave paths 21 and 21 is the same (6 μm) in any region.
第3図から理解されるように、従来例(b)では光出
力が190mWにて飽和している。これに対して本発明例
(a)では、中央のレーザと両端のレーザとの間にて発
振にずれが生じるので、電流−光出力特性を示す曲線は
折れ曲がるが、240mWまで光出力は飽和しない。このよ
うに本発明の半導体レーザアレイでは従来に比して光出
力が熱的に飽和されにくい。As understood from FIG. 3, in the conventional example (b), the light output is saturated at 190 mW. On the other hand, in the example (a) of the present invention, since the oscillation is shifted between the laser at the center and the laser at both ends, the curve showing the current-light output characteristic is bent, but the light output is not saturated up to 240 mW. . As described above, in the semiconductor laser array of the present invention, the light output is less likely to be thermally saturated than in the conventional case.
本発明の半導体レーザアレイでは、以上のように中央
部において隣合う導波路の間隔が広いので、各半導体レ
ーザ相互間から放出される熱による影響を低減でき、光
出力を増加することができる。また端面近傍では隣合う
導波路の間隔を狭くしているので、レンズ等を用いて各
半導体レーザからのレーザ光を一点に集光することがで
きる。In the semiconductor laser array of the present invention, since the distance between the adjacent waveguides is large at the center as described above, the influence of heat emitted from each semiconductor laser can be reduced, and the light output can be increased. Further, since the distance between adjacent waveguides is reduced near the end face, laser light from each semiconductor laser can be focused on one point using a lens or the like.
以上詳述した如く本発明の半導体レーザアレイでは、
レーザチップは、隣合った前記導波路の間隔が第1の距
離である一方の端面近傍の第1の領域と、隣合った前記
導波路の間隔が前記一方の端面から他方の端面に向かう
に従い拡がる中央の第2の領域と、隣合った前記導波路
の間隔が前記第1の距離よりも広い前記第2の距離であ
る他方の端面近傍の第3の領域とからなり、前記第1、
第3の領域における前記導波路は前記第2の領域におけ
る前記導波路よりもレーザチップ端面に対して直交する
方向に延在しているので、レンズ等を使用して各半導体
レーザから出射されるレーザ光を一点に集光することが
できると共に、光出力が熱的に飽和されにくくなり、し
かもレーザチップ端面で効率良く反射されるため、レー
ザ光の高出力化を達成することができる。従って、光情
報処理,レーザ光加工における光源としての応用範囲の
一層の拡大を図れる等、本発明は優れた効果を奏する。As described in detail above, in the semiconductor laser array of the present invention,
The laser chip includes a first region near one end face where the distance between the adjacent waveguides is the first distance, and a distance between the adjacent waveguides from the one end face toward the other end face. A central second region that extends, and a third region near the other end face where the distance between adjacent waveguides is the second distance that is greater than the first distance, and
Since the waveguide in the third region extends in a direction perpendicular to the end face of the laser chip more than the waveguide in the second region, light is emitted from each semiconductor laser using a lens or the like. The laser light can be focused at one point, and the light output is less likely to be thermally saturated, and the laser light is efficiently reflected at the end face of the laser chip, so that a higher output of the laser light can be achieved. Therefore, the present invention has excellent effects such as further expanding the range of application as a light source in optical information processing and laser beam processing.
第1図は本発明に係る半導体レーザアレイの平面図、第
2図は第1図のII−II線における部分断面図、第3図は
電流−光出力特性を示すグラフ、第4図は従来の半導体
レーザアレイの平面図である。 1……導波路、2……基板、3……n−クラッド層、4
……活性層、5……p−クラッド層、6……キャップ
層、7……ブロック層、10……レーザチップ、11,12…
…端面1 is a plan view of a semiconductor laser array according to the present invention, FIG. 2 is a partial cross-sectional view taken along line II-II of FIG. 1, FIG. 3 is a graph showing current-light output characteristics, and FIG. 3 is a plan view of the semiconductor laser array of FIG. 1 ... waveguide, 2 ... substrate, 3 ... n-cladding layer, 4
... active layer, 5 ... p-clad layer, 6 ... cap layer, 7 ... block layer, 10 ... laser chip, 11, 12 ...
…End face
Claims (1)
チップよりなる半導体レーザアレイにおいて、 前記レーザチップは、隣合った前記導波路の間隔が第1
の距離である一方の端面近傍の第1の領域と、隣合った
前記導波路の間隔が前記一方の端面から他方の端面に向
かうに従い拡がる中央の第2の領域と、隣合った前記導
波路の間隔が前記第1の距離よりも広い第2の距離であ
る他方の端面近傍の第3の領域とからなり、前記第1、
第3の領域における前記導波路は前記第2の領域におけ
る前記導波路よりもレーザチップ端面に対して直交する
方向に延在していることを特徴とする半導体レーザアレ
イ。1. A semiconductor laser array comprising a laser chip having a plurality of waveguides formed side by side, wherein the laser chip has an interval between adjacent waveguides of a first type.
A first region in the vicinity of one end face, which is a distance between the first and second end faces, and a central second area in which the distance between the adjacent waveguides increases from the one end face toward the other end face; And a third area near the other end face, wherein the distance between the first and second distances is a second distance wider than the first distance.
The semiconductor laser array according to claim 1, wherein the waveguide in the third region extends in a direction orthogonal to the end face of the laser chip than the waveguide in the second region.
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