JP2862889B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents

半導体レーザ装置

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JP2862889B2 JP5643889A JP5643889A JP2862889B2 JP 2862889 B2 JP2862889 B2 JP 2862889B2 JP 5643889 A JP5643889 A JP 5643889A JP 5643889 A JP5643889 A JP 5643889A JP 2862889 B2 JP2862889 B2 JP 2862889B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
本発明は半導体レーザ装置の構造に係り、特に民生用
において、要求される高出力半導体レーザ装置に関す
る。
【従来の技術】
第2次高調波発生の光源として用いるため、横単一モ
ードで且つ出力ビームが単峰の高出力カレーザが要求さ
れている。高出力化を制限する要因は、単面における光
密度である。即ち、端面での光スポットサイズを広げな
ければならない。エレクトロニクスレター9号169ペー
ジに示されているように、サイフレス等は、ストライプ
を共振器方向に複数本並べることにより、高出力化を図
っている。発熱の問題を考慮しなくてもよいパルス駆動
の場合は、すべてのストライプで位相同期することがで
きる。この場合を第2図に示した。 なお、共振器方向に複数のストライプを設けた半導体
レーザ装置は、特開昭61−69187号公報、特開昭61−691
88号公報、特開昭62−54989号公報、特開昭62−62579号
公報、特開昭62−145791号公報、及び特開昭62−145792
号公報にも開示されている。
【発明が解決しようとする課題】
しかし、第3図で示したように、発熱の問題を考慮し
なければならない連続発振時には中央のストライプのみ
で位相同期発振をしてしまい。外側のストライプでは位
相同期が起こらない。従って、出力光のコヒーレンシー
が低下する。このことは、第4図を用いて以下のように
説明できる。連続発振時は、第4図(b)に示したよう
に、ストライプ領域の中央部では温度上昇が著しいが、
ストライプの端に近い部分では発熱した熱がストライプ
の両側に逃げることができるために温度上昇は小さい。
従って、ストライプ領域で温度分布が生じてしまい、そ
の結果ストライプ領域の結晶の光学的な性質が不均一に
なる。そのために、ストライプ全体で位相同期発振する
ことができないのである。 本発明は、パルス駆動の場合のみではなく、連続発振
時においてもストライプ領域全体で位相同期発振するフ
ェーズドアレイ型半導体レーザ装置を提供することを目
的とする。
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、ストライプ領域の両側に
近接した部分に、発振に寄与しない電流が流れる構造と
した。即ち、ストライプ領域の両側にダミーストライ
プ、または、ダミー領域を設けた。 本発明によれば、共振器長方向にストライプを平行に
複数設け、夫々のストライプ同志で位相同期発振する構
造の半導体レーザ装置や、共振器方向にストライプが複
数有り、夫々のストライプ同志でカップリング領域を介
して位相同期発振する構造の半導体レーザ装置におい
て、複数のストライプからなるストライプ領域に隣接し
てレーザ発振に寄与しない電流が流れる領域を設ける。
この領域をダミーストライプとして構成する場合、ダミ
ーストライプの端面の反射率をストライプ領域のそれよ
り低くすると良く、ダミーストライプ部のみに吸収領域
を設けても良い。また、ダミーストライプのみが共振器
方向の途中でストライプが存在しない領域を有するよう
にしても良い。
【作用】
代表的な1例を第1図に示した。これは、素子の上面
図である。ストライプ領域の両側にダミーストライプを
設けた。これにより、第4図(a)に示したように、発
熱の影響を考慮しなければならない連続発振時において
もストライプ領域内では温度分布が均一になる。このた
め、ストライプ全体で安定に位相同期発振をする。従っ
て、連続発振時においてもコヒーレンス性のよいレーザ
光が得られる。
【実施例】
以下、本発明の実施例について第1図及び第5−10図
を用いて詳細に説明する。 [実施例1] 実施例1を第1図及び第5図(a)、第5図(b)を
用いて説明する。 第1図は、素子の上面図であり、ストライプ形状を示
している。第5図(a)は、第1図におけるA−A′断
面図、即ち、ダミーストライプが存在する部分の断面図
で、両端のストライプはダミーストライプである。第5
図(b)は、第1図におけるB−B′断面図、即ち、ダ
ミーストライプのない部分の断面図である。 まず、素子の断面構造を第5図(a)及び第5図
(b)に示した。n型GaAs基板結晶3の上にn型Al0.37
Ga0.63Asクラッド層4、Al0.06Ga0.94As活性層5、p型
Al0.37Ga0.63Asクラッド層6、n型GaAs電流狭搾層7を
MBE法により順次形成する。ホトエッチング工程により
第1図に示されているように、n型GaAs電流狭搾層7を
完全に除去し、p型Al0.37Ga0.63Asクラッド層6の表面
を露出する幅1−10μmの溝ストライプ1を共振器方向
に2−10本、0.5−5μmの間隔で形成する。また、ス
トライプ領域の外側にダミーストライプ2を設ける。こ
の時、ダミーストライプの幅は、4−6μmとし、ま
た、両端のストライプとの間隔は、4−6μmとした。
また、両端面近傍にダミーストライプの存在しない領域
を、20−40μm設けた。次にMBE法によりp型Al0.37Ga
0.63As埋込クラッド層8、p型GaAsキャップ層9を形成
する。その後、p側電極10、n側電極11を形成した後、
劈開法により、共振器長約300μmのレーザ素子を得
た。 試作した素子は、発振波長830nmにおいて、室温連続
発振した。しきい値電流は3本の場合は100mAで、ま
た、6本の場合は200mAで、また、10本の場合は300mA
で,また20本の場合は550mAであった。発振横モード
は、安定な単一モードであった。これらの素子はすべ
て、ストライプ領域全体で位相同期発振をした。 [実施例2] 実施例2を第6図及び第6図を用いて説明する。 第6図は、素子の上面図であり、ストライプ形状を示
している。第7図は素子の断面図である。 まず、素子の断面構造を第8図に示した。n型GaAs基
板結晶3の上にn型Al0.50Ga0.50Asクラッド層15、Al
0.14Ga0.86As活性層16、p型Al0.50Ga0.50Asクラッド層
17、p型Al0.30Ga0.70As界面改良層18、n型GaAs電流狭
搾層7をMOCVD法により順次形成する。第6図に示した
ようにホトエッチング工程によりn型GaAs電流狭搾層7
を完全に除去し、p型Al0.30Ga0.70As界面改良層18の表
面を露出する幅1−10μmの溝ストライプを共振器方向
に2−20本、0.5−5μmの間隔で形成する。また、ス
トライプ領域の両側にダミーストライプ2を形成する。
この時、ダミーストライプの幅は、4−6μmとし、ま
た、両端のストライプとの間隔は、4−6μmとした。
次にMOCVD法によりp型Al0.60Ga0.40As埋込クラッド層1
9、p型GaAsキャップ層9を形成する。その後、p側電
極10、n側電極11を形成した後、劈開法により、共振器
長約300μmのレーザ素子を得た。この後、素子の端面
に、前面には低反射膜コーティング(反射率をRLとす
る。)を施した。また、後面には、ストライプ領域には
高反射膜コーティング(反射率をRHとする。)を施し
た。さらに、ダミーストライプ部には反射率が少なくと
もRHよりも小さくなるように反射膜コーティングを施し
た。 試作した素子は、発振波長830nmにおいて、室温連続
発振した。しきい値電流は3本の場合は100mAで、ま
た、6本の場合は200mAで、また、10本の場合は300mA
で、また20本の場合は550mAであった。発振横モード
は、安定な単一モードであった。これらの素子はすべ
て、ストライプ領域全体で位相同期発振をした。あっ
た。 [実施例3] 実施例3を第8図及び第9図を用いて説明する。 第8図は、素子の上面図であり、ストライプ形状を示
している。第9図は第8図における素子のA−A′断面
図である。 まず、素子の断面構造を第9図に示した。n型GaAs基
板結晶3の上にn型Al0.50Ga0.50Asクラッド層22、Al
0.14Ga0.86As活性層23をMOCVD法により順次形成する。
次に、ホトエッチング工程によりAl0.14Ga0.86As活性層
23を貫通し、n型Al0.50Ga0.50Asクラッド層22の途中で
止まるようにエッチングを行うことで、第8図に示した
ようなストライプを形成する。ストライプ領域の外側に
は、ダミーストライプ2を形成する。この時、ダミース
トライプの幅は、4−6μmとし、また、両端のストラ
イプとの間隔は、4−6μmとした。第8図ではストラ
イプが4本と5本のY状のものを示したが、ストライプ
の本数は、2−20本のいずれでもよい。また、ストライ
プの幅は1−10μmとする。次にMOCVD法によりp型Al
0.50Ga0.50As埋込クラッド層24、n型GaAsキャップ層25
を形成する。その後、ストライプ領域及びダミーストラ
イプ領域の上部に、Znを拡散する(第9図Zn拡散領域2
6)。その後、p側電極10、n側電極11を形成した後、
劈開法により、共振器長約300μmのレーザ素子を得
た。 試作した素子は、発振波長830nmにおいて、室温連続
発振した。しきい値電流は3本の場合は100mAで、ま
た、6本の場合は200mAで、また、10本の場合は300mA
で、また20本の場合は550mAであった。発振横モード
は、安定な単一モードであった。これらの素子はすべ
て、ストライプ領域全体で位相同期発振をした。あっ
た。 [実施例4] 実施例4を第10図及び第11図を用いて説明する。 第10図は、素子の上面図であり、スラライプ形状を示
している。第11図は第10図における素子のA−A′断面
図である。 まず、素子の断面構造を第11図に示した。p型GaAs基
板結晶28の上にn型GaAs電流狭搾層29をMOCVD法により
形成する。次に、第10図に示したように、ホトエッチン
グ工程により、n型GaAs電流狭搾層29を貫通し、p型Ga
As基板に達する幅1−10μmのストライプを2−20本形
成する。また、ストライプ領域の両側に発振に寄与しな
い電流の流れる領域(ダミー領域27)もまた形成する。
このダミー領域は、幅4−5μmで、共振器長方向の長
さとして20−39μmのものを、第10図で示したようにス
トライプ領域より4−6μm離して、10μm間隔に設け
てある。次に、p型Al0.50Ga0.50Asクラッド層30、Al
0.14Ga0.86As活性層31をLPE法により順次形成する。そ
の後、n側電極34、p側電極35を形成した後、劈開法に
より、共振器長約300μmのレーザ素子を得た。 試作した素子は、発振波長830nmにおいて、室温連続
発振した。しきい値電流は3本の場合は100mAで、ま
た、6本の場合は200mAで、また、10本の場合は300mA
で、また20本の場合は550mAであった。発振横モード
は、安定な単一モードであった。これらの素子はすべ
て、ストライプ領域全体で位相同期発振をした。あっ
た。 なお、本発明は、実施例に示した波長830nm前後に限
らず、波長680−890nmのAlGaAs系半導体レーザ装置で、
室温連続発振できる全範囲にわたり、同様な結果が得ら
れた。本実施例では活性層として単一のAlGaAs層を用い
たが、AlGaAs系の超格子で活性層を形成したMQW(Multi
−Quantum Well)構造の場合も同様の結果が得られた。
また、レーザの構造としては前記実施例で示した3層導
波路を基本とするものに限らず、活性層の片側に隣接し
て光ガイド層を設けるLOC(Large Optical Cavity)構
造や、活性層の両側にそれぞれ隣接して光ガイド層を設
けるGRIN−SCH(Graded−Index−Separate−Confinemen
t−heterostructure)構造にも本発明を適用することが
できた。 また、前記実施例において導電型をすべて反対にした
構造(p型をn型に、n型をp型に置き換えた構造)に
おいても、同様な結果が得られた。 また、本実施例では、AlGaAs系の材料を用いている
が、AlGaP,AsAlInP,AaAlGaInP,AlGaInAsなど、すべての
材料系に適応できることはいうまでもない。
【発明の効果】
ストライプ領域の両側に発振に寄与しない電流が流れ
る領域を設けたことにより、ストライプ領域の温度分布
を均一にすることができた。これにより、連続発振時に
おいても、ストライプ領域全体でフェーズカップリング
したコヒーレンス性の優れた、横単一モードのフェーズ
ドアレイ半導体レーザを得ることができた。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明による構造及び実施例1の素子の上面
図、第2図は従来構造のフェーズアレイレーザをパルス
で駆動した場合を示す図、第3図は従来構造のフェーズ
ドアレイレーザを連続発振駆動した場合を示す図、第4
図(a)は、ダミーストライプを設けた場合の温度分布
を示した図、第4図(b)は従来構造の温度分布を示し
た図、第5図(a)は実施例1の第1図におけるA−
A′断面図を示した図、第5図(b)は実施例1の第1
図におけるB−B′断面図を示した図、第6図は実施例
2の素子の上面図、第7図は実施例2の素子の断面図、
第8図は実施例3の素子の上面図、第9図は実施例3の
第8図における素子のA−A′断面図、第10図は実施例
4の素子の上面図、第11図は実施例4の素子の第10図に
おけるA−A′断面図を示した図である。 符号の説明 1……ストライプ、2……ダミーストライプ、3……n
型GaAs基板、4……n型AlGaAsクラッド層、5……活性
層、6……p型AlGaAsクラッド層、7……n型GaAs電流
狭搾層、8……p型AlGaAs埋込クラッド層、9……p型
GaAsキャップ層、10……p側電極、11……n側電極、12
……無反射膜、13……高反射膜、14……低反射膜、15,1
6……活性層、17……p型AlGaAsクラッド層、18……p
型AlGaAs界面改良層、19……p型AlGaAs埋込クラッド
層、20……ストライプ、21……ダミーストライプ領域、
22……n型AlGaAsクラッド層、23……活性層、24……p
型AlGaAsクラッド層、25……n型GaAsキャップ層、26…
…Zn拡散領域、27……ダミー領域、28……p型GaAs基
板、29……n型GaAs電流狭搾層、30……p型AlGaAsクラ
ッド層、31……活性層、32……n型AlGaAsクラッド層、
33……n型GaAsキャップ層、34……n側電極、35……p
側電極。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01S 3/18

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】活性層又はクラッド層にレーザ光出射端面
    から該出射端面の反対側の端面まで延伸した複数のスト
    ライプ状の電流注入部が設けられた第1領域と、上記第
    1領域の両側に上記活性層の一部に電流を注入する電流
    注入部を夫々設けた第2領域と、上記第1領域及び上記
    第2領域に電流を注入するように設けられた一対の電極
    とを含み、上記第2領域に設けられた電流注入部は上記
    レーザ光出射端面から離間して形成されていることを特
    徴とする半導体レーザ装置。
  2. 【請求項2】上記第2領域に設けられた電流注入部は、
    前記光出射端面から当該光出射端面の反対側の端面の方
    向に略対応した列状に配された複数領域を有してなるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の半導体レ
    ーザ装置。
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