JP2877857B2 - 半導体レーザー装置 - Google Patents

半導体レーザー装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は動作電圧印加用の第１接触と第２接触を備
える放射発生のためのレーザー区域と、放射の伝搬方向
に関して横方向および垂直方向に導く導波路と、鏡面化
された第１共振器境界面と、放射放出面とを持つ半導体
レーザー装置に関する。
〔従来の技術〕
AlGaAsレーザーの最大出力電力は一般に特定の光電力
密度においてはじまる不可逆的の鏡面損傷によって限定
される。出力電力の増大に対しては放出面を活性領域に
平行に拡げることができる。これによって最大電力密度
を等しくして平均光電力が上昇する。これを実現する方
法としては例えば多数の光結合された単独ストライプレ
ーザーから成るレーザー配列構造又は広幅ストライプレ
ーザーと呼ばれているものが挙げられる。このレーザー
構造は一般に多数の広幅構造の横モードが伝搬可能であ
り、同時に振動するという特性を示す。この場合多数の
放射ローブを持つ広い横遠隔場となる。最小斑点直径へ
の回折によって限定された投影はこのような多モード構
造によっては不可能である。
横ベースモードに対して強いモード選択作用のある一
連の配列構造が公知である。しかし技術的に生じる不均
一性および光電力と光波伝送との強い交互作用により安
定な横モードを広い出力範囲に亘って確保することは困
難である。
米国特許第4713821号明細書には活性レーザーストラ
イプを備えるレーザー区域および狭い結合区域によって
レーザー区域から分離された増幅区域から成る半導体レ
ーザーが記載されている。増幅区域では活性層が台形に
拡げられている。増幅区域内に出結合された放射は横向
きに拡張され、前面を通してデバイスから放出される。
このデバイスはまず基板がその上に成長した半導体層と
共に平面の基準面に固定された後レーザー区域と増幅区
域の境界を形成する格子面に沿って分割されることによ
って製作される。
米国特許第4773076号明細書には貫通して導かれた導
波路が活性層として幅を異にする２つの区域を形成して
いる半導体レーザーが記載されている。この明細書の第
1b図には活性層の側面構成が破線で示されている。存在
する２つの区域はここでは増幅区域ではなく、第１レー
ザー共振器に結合された第２レーザー共振器となってい
る。貫通して導かれた活性層とそれに対応する共振器終
端面のためこれは実質上互いに異なる共振器特性を示す
２つの区域に分割されたレーザーとなっている。
〔発明が解決しようとする課題〕
この発明の課題は、横基本モードが安定であり放射面
ができるだけ大きい製作簡単な半導体レーザー構造を提
供することである。
〔課題を解決するための手段〕
この課題は特許請求の範囲の請求項１に特徴として挙
げた構成の半導体レーザー装置によって達成される。
〔実施例〕
第１図ないし第５図についてこの発明による半導体レ
ーザー装置を詳細に説明する。
この発明の半導体レーザー装置では共通基板１上に次
のものが集積されている。
（１） レーザー区域Ａ。この区域は第１図と第２図に
示した実施例においては横方向ならびに垂直方向に光波
を導く個別ストライプレーザーから成る。
（２） 結合区域Ｂ。
（３） 横方向光波伝送が抑制されている増幅区域Ｃ。
ここで説明する実施例の場合個別レーザーは例えばBH
レーザー（埋込みヘテロ構造レーザー）あるいはMCRWレ
ーザーとして構成される。横方向導波は適当な半導体材
料の側方区域９が光導波路の横の境界となることによっ
て実現する。光導波路４とその内部の活性層５は発生し
たレーザー放射が伝搬方向に垂直な両方向、即ち横方向
と垂直方向において基本モードで振動するように調節さ
れている。
増幅区域Ｃでは横方向導波が行われないか少なくとも
著しく低減され、導波は垂直方向即ち活性層５に垂直に
行われる。レーザー区域Ａと増幅区域Ｃの間には比較的
狭い結合区域Ｂが置かれる。この結合区域Ｂは一方では
レーザーストライプにおける共振条件が終端面即ち第１
図の第１共振器境界面２と第２共振器境界面３において
確保されるために、他方では要求される結合度に対応す
るレーザー放射部分が増幅区域Ｃに入結合されるように
するために必要となるものである。
この発明による結合区域Ｂの構成には次の３つの実施
形態が考えられる。
第２図に１つの結合区域Ｂの縦断面を示す。この場合
レーザー区域Ａと結合区域Ｂの間の境界面（即ち第２共
振器境界面）および結合区域Ｂと増幅区域Ｃの間の境界
面（即ち増幅区域Ｃへの放射入射面７）がそれぞれ放射
伝搬方向に垂直に広がる鏡面となっている。これらの鏡
面は半導体層構造のエッチングによって作ることができ
る。レーザー区域Ａと増幅区域Ｃは完全には互いに分離
されず、横導波路構造の部分的なエッチング除去によっ
て１つの切り込みが作られ、貫通する光導波路４の縦方
向の障害となっている。これによって光電力の一部分が
レーザー区域Ａを部分的に限定する反射性の第２共振器
境界面３によってレーザーストライプに向かって逆反射
される。残りの光電力部分は効果的に増幅区域Ｃに入結
合される。
目的とする部分反射は光波伝送区域に縦格子構造を形
成することによっても達成される。この種の光導波路４
に組込まれたDBR反射器格子10を第４図に示す。この種
のDBR反射器（分布ブラッグ反射器）は更に波長選択性
帰還結合を持ち、可能であれば狭いレーザーストライプ
が縦の単モード振動を行うようにする。格子10の深さと
その他の形態により所望の反射率を設定することができ
る。
第５図に示した第３の実施形態では結合区域Ｂを増幅
区域Ｃから少なくとも部分的に限定する入射面17が放射
の伝搬方向に対して斜めに広がっている。入射面17の平
面が第２共振器境界面３の平面に相対的に伝搬方向の垂
線の回りに上記の向きに回転し、結合区域Ｂの幅が基板
１から離れる方向に増大している。増幅部分Ｃのこのよ
うな斜めの実施形態により入結合に際しての光波の反射
が避けられる。この反射は結合区域Ｂにおいて望ましく
ないファブリ・ペロー共振を引き起こすものである。傾
斜入射面17は例えばイオンビーム・エッチングによって
作ることができる。
前記の実施形態の特徴を互いに組合わせることも可能
である。例えば第２図の実施形態に第４図に示すような
格子10を付加することができる。その上レーザー区域Ａ
の共振器境界面３と増幅区域Ｃ内の入射面７が例えば誘
電材料の層を備えることも可能である。この場合結合区
域Ｂが数％の充分大きな反射をレーザー区域Ａ内の狭い
ストライプ・レーザーに対して示し、それによってレー
ザーではレーザー発振の起動に対する帰還結合条件が満
たされるだけでよい。他方レーザー区域Ａから放出され
る光電力が効果的に増幅区域Ｃに入結合されなければな
らない。
レーザー区域Ａ内のレーザー共振器は第１共振器境界
面２上に高反射率の層（例えば金属、Al2Ｏ3−Si層の誘
電鏡面）を備えている。第２共振器境界面３において結
合区域Ｂから放出された光は入射面７を通して増幅区域
Ｃに入結合される。この増幅区域Ｃにおいて横導波は少
なくとも低減される。この増幅区域Ｃにおいて構成の全
幅に亘って導波路層が広がることも可能である。
第１金属接触11はレーザー区域Ａの表面に取り付けら
れ、第２金属接触12は基板１の下面にあり、第３接触13
は増幅区域Ｃ上に取り付けられる。この第３接触13はレ
ーザーから来た光が拡がりながら伝搬する区域への電流
注入が可能であるように構成されている。増幅区域Ｃの
放出面８は誘電被覆層（例えばAl2Ｏ3層）によって非鏡
面化され、レーザー活性区域への放射の反射は起こらな
い。
レーザー区域内の狭いレーザーストライプから結合区
域Ｂを通して増幅区域Ｃに入結合された光波はレーザー
区域Ａにおいての光導波路４の寸法により横ベース・モ
ードで振動し、準自由ビーム（開き角５ないし10°）と
して拡がる。これは増幅区域Ｃが横導波を行わないか、
行っても僅かであることによるものである。放射ビーム
が放出面８に達するまで拡がる際横ベースモードは保持
される（第３図）。垂直方向では光波は光導波路４の層
構造によって導かれる。この案内は増幅区域Ｃにおいて
も存在する。第３接触13を通して増幅区域Ｃに適当な電
流注入が行われることによりレーザー区域Ａと同じ垂直
層構造を持つこの増幅区域Ｃにおいて誘導放射による光
増幅が行われ、貫通する光波を放出面８に向かって増幅
する。この原理と波の横拡がりにより光波は横ベース・
モードを保持しながら高い出力電力を示すようになる。
〔発明の効果〕
この発明のレーザー装置はレーザー区域（Ａ）と増幅
区域（Ｃ）が共通の基板１上に成長し、結合区域（Ｂ）
は後からのエッチング工程又はDBR格子の組込みにより
容易に所定の機能に対して最適の形態に形成することが
できるから、特に簡単に製作可能である。従ってこの発
明のレーザー装置は改善された機能の外に機能に好適の
デバイスの収量を従来の実施形態の製作に際してよりも
高い比率で期待できる。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の半導体レーザー装置の光導波路に沿
った断面、第２図はこの発明の第１実施形態の縦断面、
第３図はこの発明の半導体レーザーにおけるレーザー放
射の波面の拡がり、第４図と第５図はそれぞれこの発明
の第２と第３の実施形態の断面を示す。 １……基板 Ａ……レーザー区域 Ｂ……結合区域 Ｃ……増幅区域 ２……第１共振器境界面 ４……光導波路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−244783（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−116489（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−217384（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−55086（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−117481（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−101887（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−4599（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】動作電圧印加用の第１接触（11）と第２接
    触（12）を備える放射発生のためのレーザー区域（Ａ）
    と、放射の伝搬方向に関して横方向および垂直方向に導
    く導波路（４）と、鏡面化された第１共振器境界面
    （２）と、放射放出面（８）とを持つ半導体レーザー装
    置において、 第１共振器境界面（２）と放出面（８）との間にレーザ
    ー区域（Ａ）に境を接する結合区域（Ｂ）とこの結合区
    域に境を接する増幅区域（Ｃ）とがあること、 この増幅区域（Ｃ）において横方向導波が放射フィール
    ドの所定の横拡がりに必要とする程度まで抑制されるこ
    と、 レーザー区域（Ａ）からの放射に対する結合区域（Ｂ）
    の伝送率が所定の限界内にあるように結合区域（Ｂ）が
    構成されていること、 導波路（４）がレーザー区域（Ａ）から結合区域（Ｂ）
    を越えて増幅区域（Ｃ）に至るまで連続して形成されて
    いること、 導波路（４）のレーザー区域（Ａ）内に置かれた部分の
    寸法は、レーザー光がその伝搬方向に垂直に基本モード
    振動するように設計されていること、 増幅区域（Ｃ）に電流を注入する第３接触（13）が設け
    られていることを特徴とする半導体レーザー装置。
  2. 【請求項２】結合区域（Ｂ）が第２共振器境界面（３）
    によってレーザー区域（Ａ）に向かって、入射面（７）
    によって増幅区域に向かって限定されていることを特徴
    とする請求項１記載の半導体レーザー装置。
  3. 【請求項３】伝送率の調整のため第２共振器境界面
    （３）と入射面（７）とが被覆層を備えていることを特
    徴とする請求項２記載の半導体レーザー装置。
  4. 【請求項４】入射面（17）が第２共振器境界面（３）に
    相対的に斜めに拡がって設けられていることを特徴とす
    る請求項２又は３記載の半導体レーザー装置。
  5. 【請求項５】結合区域（Ｂ）において１つの格子（10）
    がDBR（分布ブラッグ反射器）として構成されているこ
    とを特徴とする請求項１ないし４の１つに記載の半導体
    レーザー装置。
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