JP4390495B2 - 半導体レーザアレイ - Google Patents

半導体レーザアレイ Download PDF

Info

Publication number
JP4390495B2
JP4390495B2 JP2003270399A JP2003270399A JP4390495B2 JP 4390495 B2 JP4390495 B2 JP 4390495B2 JP 2003270399 A JP2003270399 A JP 2003270399A JP 2003270399 A JP2003270399 A JP 2003270399A JP 4390495 B2 JP4390495 B2 JP 4390495B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
face
refractive index
semiconductor laser
laser array
type cladding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2003270399A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2005026610A (ja
Inventor
博文 菅
明佳 渡邉
秀訓 北島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hamamatsu Photonics KK filed Critical Hamamatsu Photonics KK
Priority to JP2003270399A priority Critical patent/JP4390495B2/ja
Publication of JP2005026610A publication Critical patent/JP2005026610A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4390495B2 publication Critical patent/JP4390495B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

本発明は半導体レーザアレイに関する。
レーザ光を出射する発光領域が長手方向に沿って並列に配列された半導体レーザアレイを備えた半導体レーザ装置は、固体レーザ励起、印刷、材料加工、医療等、広い分野で利用されている。しかし、半導体レーザアレイの各発光領域から出射されるレーザ光はビーム拡散角が大きい。例えば、出射されるレーザ光の、長手方向(以下「水平方向」という)のビーム拡散角は約8°程度であり、レーザ光の出射方向と長手方向の双方に垂直な方向(以下「水平方向」という)の拡散角は30〜35°程度である。このような拡散角を有するので、高い光密度を得るためには、レーザ光の整形が必要であり、整形を容易にするため半導体レーザアレイから出射されるレーザ光を、光学系を用いて水平方向及び垂直方向へ平行化している(例えば、非特許文献1参照。)。
菅博文、宮島博文等、レーザ加工学会誌9、2002年、18
レーザアレイ光の垂直方向における平行化は、円柱状のコリメートレンズ等を使用し、比較的容易に行うことができる。しかし、水平方向には複数の発光領域が隣り合って配列されるため、レーザ光を水平方向に集光する水平コリメートレンズとしては、各発光領域ごとに対応する集光部(例えば凸レンズ部)を設けたレンズを設置することが必要である。半導体レーザアレイの発光領域配列密度を大きくすれば、水平コリメートレンズの対応する集光部の配列密度もまた大きくする必要がある。ところが、集光部の配列密度を大きくしようとすれば集光部もそれに合わせて小さくする必要があるので水平コリメートレンズの製作が困難になる。このため、水平コリメートレンズの集光部の配列密度の向上には限界があり、この限界が、対応する発光領域の配列密度向上の限界ともなっているので、発光領域の配列密度を高くして光密度の向上を図ることができないという問題点があった。
そこで、本発明は上記問題点を解決し、発光領域の配列密度を高くし光密度の向上を図ることが可能な半導体レーザアレイを提供することを課題とする。
上記課題を解決するため、本発明の半導体レーザアレイは、第1導電型クラッド層と、第2導電型クラッド層と、第1導電型クラッド層と第2導電型クラッド層との間に設けられた活性層と、を備え、活性層に複数の屈折率導波路が長手方向に配列されて形成される半導体レーザアレイであって、それぞれの屈折率導波路は、長手方向に直交する仮想対称面に対して面対称な形状に形成され、光出射面と平行な光反射面上に位置する1つの反射端面と、光出射面上に位置し、少なくとも反射端面と対向する領域において途切れるように、分断されて不連続に形成される2つの出射端面と、反射端面から出射端面まで伸びて当該屈折率導波路の長手方向での領域を規定する一対の側面と、を含み、側面は、光出射面側から当該光出射面に垂直な方向から入射する光を反射端面に向けてそれぞれ全反射させるように仮想対称面に対し傾斜して形成され、一方の出射端面から当該一方の出射端面に垂直な方向から一方の側面に入射した光は、当該一方の側面で全反射され、反射端面で反射されて他方の側面に入射した後、当該他方の側面に全反射されて、他方の出射端面に垂直に入射することを特徴とする。
上記半導体レーザアレイによれば、屈折率導波路の側面は光出射面側から当該光出射面に垂直な方向から入射する光を反射端面へ向かうように全反射させるようになっている。よって、屈折率導波路内で発生した光のうち、光出射面に垂直な方向から側面に入射する光は側面で全反射され、反射端面で反射され、もう一方の側面で全反射され、出射端面で反射された後、さらに、側面、反射端面、もう一方の側面、出射端面を順に結ぶ光路を往復し、共振させることができる。
一方、出射端面は、反射端面に対向する位置において不連続であるので、反射端面及び出射端面を両端面に垂直な直線で結ぶような光路は存在せず、活性層の両端面を直接往復して共振する光は存在しない。
このように、上記半導体レーザアレイによれば、屈折率導波路の構造上、共振が起こるレーザ光の光路を限定することができるため、レーザ発振の光の角度成分が制限され、高次横モードが抑制され単一横モードとなり、出射されるレーザ光の水平方向の拡散角を小さくすることができる。上述のとおり上記半導体レーザアレイによれば、レーザ光の水平方向の光品質が向上し拡散角が小さいので、レーザ光を水平方向へ集光するための水平コリメートレンズが不要となる。したがって半導体レーザアレイの発光領域の配列密度を、水平コリメートレンズの集光部の配列密度限界に合わせる必要もなくなり、発光領域の配列密度を向上することができ、大きな光出力、高い信頼性を得ることができる。
また、本発明の半導体レーザアレイは、屈折率導波路が、反射端面側から出射端面側へ向かう途中で、出射端面に対応して分岐するように設けられたことを特徴としてもよい。
また、第1導電型クラッド層には、活性層側とは反対側の面で一部領域が突出することで、長手方向に直交する仮想対称面に対して面対称な形状に形成されたリッジ部が、長手方向に複数配列されて形成されており、それぞれのリッジ部は、光反射面を含む平面上に位置する1つの第1の端面と、光出射面を含む平面上に位置し、少なくとも第1の端面と対向する領域において途切れるように、分断されて不連続に形成された2つの第2の端面と、第1の端面から第2の端面まで伸びて当該リッジ部の長手方向での領域を規定する一対のリッジ部側面と、を有し、それぞれの屈折率導波路は、第1導電型クラッド層、第2導電型クラッド層、及び活性層の積層方向から見て、リッジ部の位置及び形状に対応して形成され、出射端面は第2の端面に対応して形成され、反射端面は第1の端面に対応して形成され、側面はリッジ部側面に対応して形成されることとしてもよい。
また、第1導電型クラッド層の一部領域には、周囲よりも低い屈折率を有する第2導電型のブロック層が埋め込まれており、それぞれの屈折率導波路は、第1導電型クラッド層、第2導電型クラッド層、及び活性層の積層方向から見て、ブロック層が不在である非埋め込み領域の位置及び形状に対応して形成されることとしてもよい。
また、本発明の半導体レーザアレイは、第1導電型クラッド層と、第2導電型クラッド層と、第1導電型クラッド層と第2導電型クラッド層との間に設けられた活性層と、を備え、第1導電型クラッド層は長手方向に沿って並列に配列された複数のリッジ部を有しており、活性層にはリッジ部に対応して屈折率導波路が形成される半導体レーザアレイであって、それぞれのリッジ部は、活性層側とは反対側の面で第1導電型クラッド層の一部領域が突出することで、長手方向に直交する仮想対称面に対して面対称な形状に形成され、 光出射面と平行な光反射面を含む平面上に位置する1つの第1の端面と、光出射面を含む平面上に位置し、少なくとも第1の端面と対向する領域において途切れるように、分断されて不連続に形成された2つの第2の端面と、第1の端面から第2の端面まで伸びて当該リッジ部の長手方向での領域を規定する一対のリッジ部側面と、を有し、リッジ部のリッジ部側面は、当該リッジ部側面に対応して形成される屈折率導波路の側面が、光出射面側から当該光出射面に垂直な方向から入射する光を第1の端面に対応して形成される屈折率導波路の反射端面に向けてそれぞれ全反射させるように、仮想対称面に対し傾斜して形成され、2つの第2の端面にそれぞれ対応して形成される屈折率導波路の2つの出射端面のうちの一方の出射端面から当該一方の出射端面に垂直な方向から一方の屈折率導波路の側面に入射した光は、当該一方の屈折率導波路の側面で全反射され、屈折率導波路の反射端面で反射されて他方の屈折率導波路の側面に入射した後、当該他方の屈折率導波路の側面に全反射されて、他方の出射端面に垂直に入射することを特徴とする。
上記半導体レーザアレイによれば、第1クラッド層のリッジ部に電流が注入されることによりリッジ部に対応する活性層の領域が活性領域となる。このとき、リッジ部とその外部との屈折率差によって、活性層には実効的な屈折率差が生じているため、リッジ部の平面視形状(リッジ部を第1クラッド層の厚み方向から見た形状)に沿った形状の屈折率導波路が形成されている。この屈折率導波路はリッジ部の第1の端面に対応する位置に反射面を有することとなる。また、リッジ部の第2の端面に対応する位置に不連続な反射面を有することとなる。また、屈折率導波路は、リッジ部の側面に対応した形状の一対の側面を有することとなる。この側面は上記の実効的な屈折率差によって反射面として機能する。
屈折率導波路の側面は光出射面側から当該光出射面に垂直な方向から入射する光を屈折率導波路の第1の端面に対応する位置の反射面へ向かうように全反射させるようになっている。よって、屈折率導波路内で発生した光のうち、第2端面に対応する位置の反射面側から光出射面に垂直な方向から側面に入射する光は側面で全反射され、第1端面に対応する位置の反射面で反射され、もう一方の側面で全反射され、第2端面に対応する位置の反射面で反射された後、さらに、側面、第1端面に対応する位置の反射面、もう一方の側面、第2端面に対応する位置の反射面を順に結ぶ光路を往復し、共振させることができる。
一方、リッジ部の第2の端面は、第1の端面に対向する位置において不連続であるので、第1端面に対応する位置の反射面及び第2端面に対応する位置の反射面を両反射面に垂直な直線で結ぶような光路は存在せず、活性層の両端面を直接往復して共振する光は存在しない。
このように、上記半導体レーザアレイによれば、屈折率導波路の構造上、共振が起こるレーザ光の光路を限定することができるため、レーザ発振の光の角度成分が制限され、高次横モードが抑制され単一モードに近くなり、出射されるレーザ光の水平方向の拡散角を小さくすることができる。上述のとおり上記半導体レーザアレイによれば、レーザ光の水平方向の光品質が向上し拡散角が小さいので、レーザ光を水平方向へ集光するための水平コリメートレンズが不要となる。したがって半導体レーザアレイの発光領域の配列密度を、水平コリメートレンズの集光部の配列密度限界に合わせる必要もなくなり、発光領域の配列密度を向上することができ、大きな光出力、高い信頼性を得ることができる。
また、本発明の半導体レーザアレイは、リッジ部が、第1の端面側から第2の端面側へ向かう途中で、第2の端面に対応して分岐するように設けられたことを特徴とするとしてもよい。
また、本発明の半導体レーザアレイでは、屈折率導波路は、活性層で発生したレーザ光を、一方の出射端面から反射端面への光路と、他方の出射端面から反射端面への光路と、を交互に往復させて共振させることとしてもよい。
上記半導体レーザアレイによれば、レーザ発振の横モードが単一モードに近くなり、光出射面から出射されるレーザ光の水平方向の拡散角を小さくすることができる。上述のとおり上記半導体レーザアレイによれば、レーザ光の拡散角が小さいので、レーザ光を水平方向へ集光するための水平コリメートレンズが不要となる。したがって半導体レーザアレイの発光領域の配列密度を、水平コリメートレンズの集光部の配列密度限界に合わせる必要もなくなり、発光領域の配列密度を向上することができ、大きな光出力、高い信頼性を得ることができる。
本発明によれば、発光領域の配列密度を高くし光密度の向上を図ることが可能な半導体レーザアレイを提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
(第1実施形態)
本発明の第1の実施形態について図1、図2、図3を参照し説明する。図1は、本実施形態に係る半導体レーザアレイ1の概略斜視図、図2は半導体レーザアレイ1の平面図、図3は、そのIII-III断面図である。半導体レーザアレイ1は活性層13でレーザ光を発生し、レーザ光を光出射面4に配列された発光領域5から出射する半導体デバイスである。半導体レーザアレイ1には表面にV字型の凸部2が設けられ、長手方向に複数配列されている。それぞれ凸部2に対応する活性層13内に屈折率導波路3が形成され、凸部2に対応する光出射面4上に発光領域5が形成される。このように、屈折率導波路3及び発光領域5は凸部2に対応して長手方向に複数配列される。
以下、レーザ光が出射される方向をz方向、発光領域5の配列方向をx方向、z方向及びx方向の双方に垂直な方向をy方向として図のように座標軸(x軸、y軸、z軸)を設定し、以下の説明に用いる。
半導体レーザアレイ1は、基板7上に、3層の半導体層がy方向に積層された積層体9を備えている。積層体9は、p型クラッド層(第1導電型クラッド層)11、活性層13、n型クラッド層(第2導電型クラッド層)15の3つの半導体層が積層されて構成されている。p型クラッド層11にはV字型のリッジ部23がx方向に複数配列して設けられている。各リッジ部23の外側の層にはp型クラッド層11と電気的に接続されるキャップ層17が設けられており、リッジ部23とキャップ層17とで凸部2を構成している。
更に外側の層には外部からの電流を注入するp側電極層19が設けられている。p型クラッド層11及びキャップ層17とp側電極層19との間には絶縁層21が設けられており、絶縁層21はキャップ層17の凸部に対応する部分に開口部が設けられている。p側電極層19は開口部においてキャップ層17にのみ電気的に接触するようになっているので、外部からの電流注入はキャップ層17にのみ限定してなされる。また、基板7の積層体9と反対側にはn側電極層18が形成されている。基板7はn-GaAsからなる。p型クラッド層11はp-AlGaAsからなり、n型クラッド層15はn-AlGaAsからなり、活性層13はGaInAs/AlGaAsからなる。またキャップ層17はp-GaAsからなり、p側電極層19はTi/Pt/Auからなり、n側電極層18はAuGe/Auからなり、絶縁層21はSiNからなる。
図4、図5を参照しp型クラッド層11について説明する。図4はp型クラッド層11を含む積層体9の斜視図、図5(a)は積層体9の平面図、図5(b)は積層体9のVb−Vb断面図、図5(c)はそのVc−Vc断面図である。上述のとおり、積層体9は、p型クラッド層11、活性層13、n型クラッド層15の3つの半導体層が積層されて構成されている。
p型クラッド層11には発光領域5に対応してリッジ部23が設けられており、半導体レーザアレイ1はいわゆるリッジ構造を有している。p型クラッド層11のリッジ部23以外の領域は、層が薄化された薄肉領域24が形成されている。リッジ部23は、平面視形状が光反射面6から光出射面4へ向かう途中で、点G1の位置から二股に分岐したV字型となっている。換言すれば、光出射面4に平行で点G1よりも、光出射面4側にある平面(例えばVb−Vb)におけるリッジ部23の断面は図5(b)に示すように不連続となっており、光反射面6側にある平面(例えばVc−Vc)におけるリッジ部23の断面は図5(c)に示すように連続した形状となっている。
リッジ部23は第1端面25、不連続な第2端面27、及び側面29a、29b、内側面31a、31b、33a、33bを有しており、側面29a、29b、内側面31a、31b、33a、33bはリッジ部23と薄肉領域24との境界面となっている。リッジ部23は、zy平面に平行な仮想面Gについて面対照の形状をなしている。第1端面25は光出射面4と平行に対向する光反射面6上にある。第2端面27は光出射面4上にあり、第1端面25と対向する位置26において途切れた不連続な形状に形成されており、第2端面27a、27bに分かれている。このとき、第2端面は少なくとも第1端面25と対向する位置26において途切れていればよく、途切れている範囲が位置26の範囲を含んでいれば、当該範囲よりも広い範囲であってもよい。第2端面27aと第2端面27bとが途切れた領域は薄肉領域24となっている。
側面29aは第1端面25の一端から第2端面27aの一端まで伸び、側面29bは第1端面25の他の一端から第2端面27bの一端まで伸びている。側面29a及び29bは、それぞれリッジ部23のy方向での領域を規定しており、リッジ部23と薄肉領域24との境界となっている。側面29a、29bはy方向から見た平面図において光出射面4と角度θをなすように設けられている。
活性層13にはリッジ部23の形状に対応した屈折率導波路3が形成され、屈折率導波路3にはリッジ部23の第1端面25に対応して反射面35が形成され、側面29a、29bそれぞれに対応して反射面39a、39bが形成される。リッジ部23における角度θは、リッジ部23に対応して形成される屈折率導波路3の反射面39a、39bが、光出射面4側からz方向に垂直な方向から入射する光を反射面35へ向けて全反射させるように設定される。換言すると、屈折率導波路3においてこのような反射面39a、39bを形成するようにリッジ部23の側面29a、29bが形成される。
内側面31a、31b、33a、33bは、リッジ部23の領域を規定している。内側面31a、31b、33a、33b、及び光出射面4で囲まれた薄肉領域24は第1端面25と、当該第1端面25に対向する光出射面4上の位置との間に挟まれる位置に設けられている。この薄肉領域24はリッジ部23の点G1よりも光出射面4に近い側を不連続に分割している。
例えば半導体レーザアレイ1の場合、第1端面25のx方向の長さは40μm、第2端面27a、27bのx方向の長さはそれぞれ40μm、第2端面27aと27bとの間の不連続部分のx方向の長さは50μm、角度θは85°に形成される。
半導体レーザアレイ1の製造方法について図6を参照し説明する。図6は各製造工程における半導体レーザアレイ1の断面図を示している。まず、n型GaAsの基板7を準備しその上に順に、n型AlGaAsを2.0μm、GaInAs/AlGaAsを0.3μm、p型AlGaAsを2.0μm、p型GaAsを0.1μmエピタキシャル成長させ、それぞれn型クラッド層15、量子井戸活性層13、p型クラッド層11、キャップ層17を形成する(図6(a)参照)。次に、キャップ層17側にフォトワークによりリッジ部23に対応する形状に保護マスクをし、キャップ層17及びp型クラッド層11をエッチングする。エッチングは活性層13に達しない深さで停止する(図6(b)参照)。次に、SiN膜を結晶表面全体に堆積し、フォトワークによりリッジ部23に対応する位置のSiN膜を除去し、絶縁層21を形成する(図6(c)参照)。さらに上層にTi/Pt/Au膜でp側電極層を形成する。次に基板7側の表面の研磨、化学処理を行い、AuGe/Auによりn側電極層18を形成する(図6(d)参照)。
半導体レーザアレイ1の、電流注入時の動作について説明する。電流は各リッジ部23にキャップ層17(図3参照)を介して注入される。リッジ部23に電流が注入されたときには、半導体レーザアレイ1のリッジ構造によって、リッジ部23と、当該リッジ部23と側面29a、29b、内側面31a、31b、33a、33bで仕切られたそれ以外の領域との屈折率の相違により、活性層13に屈折率導波路3が形成される。屈折率導波路3は、上記屈折率の相違のため、各リッジ部23に対応する活性層13の領域に形成され、当該リッジ部23の形状に沿った形状に形成される。その結果、半導体レーザアレイ1の屈折率導波路3は、平面視形状(y方向から見た形状)が二股に分岐したV字型となった構造を有し、活性層13で発生したレーザ光はこの屈折率導波路3内に閉じ込められる。
図7は、各リッジ部23に対応して形成される屈折率導波路3の形状を示す斜視図である。屈折率導波路3は、平面視形状がリッジ部23と同じ形状となる。屈折率導波路3は、y方向には活性層13とp型クラッド層11の境界面、及び活性層13とn型クラッド層15の境界面で規定される。屈折率導波路3は、リッジ部23の第2端面27a、27bに対応する位置に反射面(出射端面)37a、37b、を有している。また、屈折率導波路3は、リッジ部23の側面29a、29bに対応する位置に反射面39a、39b、及び第1端面25に対応する位置に反射面35を有している。また、屈折率導波路3は、リッジ部23の内側面31a、31b、33a、33bに対応する位置に内側面41a、41b、43a、43bを有している。これらの面は屈折率導波路3内で発生したレーザ光を当該反射面への入射角度によって選択的に透過又は反射させる反射面として機能する。
図8は、屈折率導波路3をy方向から見た平面図である。反射面37a、37bは活性層13のへき開面の一部であり、リッジ部23における第2端面27a、27bに対応する位置に形成され、レーザ光の一部を反射する反射面、及びレーザ光の他の一部を外部へ出射する発光領域5として機能する。
半導体レーザアレイ1のリッジ構造によって、屈折率導波路3の反射面39a、39bの外側と内側では実効的な屈折率差が生じる。前述のとおり、反射面39a、39bは、リッジ部23の側面29a、29bに対応した位置に形成され、屈折率導波路3内からz方向に平行な向きで入射するレーザ光を反射面35へ向けて全反射する角度に形成される。
図8に示すように、z軸に平行な向きで反射面39aに入射するレーザ光L1はレーザ光L2として全反射される。レーザ光L2は反射面35でL3として反射されるとともに、一部は反射面35を透過してレーザ光L11として外部へ出射される。屈折率導波路3の形状の対称性から、レーザ光L3はL1と同じ入射角度で反射面39bへ入射するので、反射面37bへ向けてレーザ光L4として全反射される。レーザ光L4は反射面37bへ垂直に入射するので、反射面37bでレーザ光L5として正反対に反射される。レーザ光L5のうち一部は反射面37bを透過してレーザ光L12として外部へ出射される。レーザ光L5は、レーザ光L4の光路を全く正反対に進み、レーザ光L6として反射面39bで全反射され、レーザ光L6は反射面35でレーザ光L7として反射されるとともに、一部は反射面35を透過してレーザ光L13として外部へ出射される。レーザ光L7は反射面39aによって全反射されてレーザ光L8となる。レーザ光L8は反射面37aによって正反対に反射されレーザ光L9となるとともに、一部は反射面37aを透過してレーザ光L14として外部へ出射される。レーザ光L9はレーザ光L1と同一の光路上にあるので、レーザ光L9は再び上記レーザ光L1〜L9の光路を進み、その後結局、反射面37a、反射面35、反射面37b、反射面35、反射面37aの順に同一光路を往復し、共振することとなる。
上記のように、反射面37a、37bはそれぞれレーザ光L14、L12を出射しており、反射面37a、37bは発光領域5に対応する。すなわち、1つのリッジ部23に対応して1つの屈折率導波路3が形成され、1つの屈折率導波路3に対応してレーザ光を出射する2つの発光領域5が形成される。なお、反射面35もレーザ光L11、L13をそれぞれ違う出射方向へ出射している。
上記のように、半導体レーザアレイ1は、屈折率導波路3内で発生した光のうちz軸に垂直に反射面39aに入射するレーザ光を、反射面37a(光出射面上のスポット)から反射面35(光反射面上のスポット)への光路と、反射面37b(光出射面上の別のスポット)から反射面35(光反射面上のスポット)への光路とを交互に往復させて共振させる共振器構造を有している。
一方、z軸方向と大きくずれた角度で反射面39aに入射するレーザ光の例について図9(a)、(b)、(c)に示す。図9(a)におけるレーザ光L22は反射面39aに全反射角度よりも深い角度で入射し、反射面39aを透過してしまう例を示したものである。図9(b)におけるレーザ光L21は図8のレーザ光L1よりも浅い角度で反射面39aに入射し、結局、反射面39bに全反射角度よりも深い角度で入射することとなり、反射面39bを透過してしまう例を示したものである。図9(c)におけるレーザ光L23は図8のレーザ光L1よりも深い角度、かつ全反射角度の範囲内で入射し、結局、反射面39bを透過してしまう例を示したものである。上記のように、z軸方向と大きくずれた角度で反射面39aに入射するレーザ光については、往復光路を構成することができず、共振することができない。
また、反射面37a、37bは反射面35に対向する位置において途切れているので、反射面37a又は37bと反射面35との間を両反射面に垂直な直線で結ぶような光路は存在せず、反射面37a又は37bと反射面35の間を直接往復して共振する光は存在しない。
上述のように、半導体レーザアレイ1においては、屈折率導波路3内で発生したレーザ光が往復して共振するための光路が、反射面37aから反射面35への光路と、反射面37bから反射面35への光路とを交互に往復する光路に構造上限定されている。よって、z軸とほぼ平行な方向から反射面39a、39bに入射し、上記の限定された光路で共振するレーザ光のみがレーザ発振に寄与することとなる。よって、レーザ光の角度成分が限定され空間横モードが単一であるレーザ発振(空間横シングルモード)が得られ、発光領域5から出射されるレーザ光の強度分布はz軸に平行な方向付近に偏ることとなり、方向拡散角が小さいレーザ光を得ることができる。
半導体レーザアレイ1によって得られた遠視野像を図10に示す。図10(a)は光出射面4側から出射されたレーザ光のx方向についての遠視野像を示したものである。図10(a)に示すとおり、光出射面4側から出射されたレーザ光は強度分布がz軸に平行な方向(0°)に偏っており、x方向についての拡散角が小さいことがわかる。図10(a)によれば、ピークの半値幅は2°程度となっている。また、半導体レーザアレイ1の電流−光出力特性を図11に示す。図11によれば、半導体レーザアレイ1に供給した電流と光出力とが直線的な相関関係を示しているので、半導体レーザアレイ1においては安定した空間横シングルモードが得られていることがわかる。また、光反射面6側から得られたレーザ光の遠視野像を図10(b)に示す。図に見られるように2つの細いピークが偏角をもってz軸に対称に出射していることが分かる。このことは導波路内の光路が図8に示した経路をたどっていることを表している。
上記半導体レーザアレイ1によれば、x方向の拡散角が小さいレーザ光を得ることができるので、半導体レーザ装置へ実装する際にx方向へ集光するための水平コリメートレンズが不要となる。したがって半導体レーザアレイ1においては、発光領域の配列密度を水平コリメートレンズの集光部の配列密度限界に合わせる必要もなくなり、発光領域の配列密度を向上することができる。
また、上記半導体レーザアレイ1は、図12に示すように、z軸に平行なレーザ光のうち広い範囲のもの(例えばL21〜L23)を往復させる光路を有している。このため、半導体レーザアレイ1は、空間横シングルモードが得られる半導体レーザアレイとしては発光領域5のx方向の長さが長く、高い出力を得ることが可能となる。
(第2実施形態)
本発明の第2の実施形態について図13、図14、図15を参照し説明する。図13は本実施形態に係る半導体レーザアレイ61の構造を示す斜視図である。図14は半導体レーザアレイ61を図13における線XIV-XIVに沿ってxy平面に平行に切断した断面図である。また、図15は半導体レーザアレイ61を図13における線XV-XVに沿ってxz平面に平行に切断した断面図である。
半導体レーザアレイ61のp型クラッド層11には図13に示すようにn型の半導体AlGaAsからなるn型ブロック層65が埋め込まれている。n型ブロック層65はp型クラッド層11よりも低い屈折率を有している。p型クラッド層11のうちn型ブロック層65が埋め込まれた領域以外の領域(以下「非埋め込み領域」という)67は、半導体レーザアレイ1のリッジ部23と同じ平面視形状をなしている(図15参照)。換言すると、n型ブロック層65はp型クラッド層11内に、非埋め込み領域67がリッジ部23と同じ平面視形状となるように埋め込まれている。
半導体レーザアレイ61においては、n型ブロック層65とp型クラッド層11との屈折率差によって、活性層13には非埋め込み領域67と同様の平面視形状を有する屈折率導波路63が形成される。但し、形成される屈折率導波路3の反射面39a、39bがz軸方向から入射するレーザ光を全反射するように、導波路内外の活性層部の屈折率に応じて改めて角度θの値を設定することが必要である。よって、半導体レーザアレイ61によれば、半導体レーザアレイ1の屈折率導波路3と同様の構成を有する屈折率導波路63が形成され、上述した半導体レーザアレイ1と同様の作用、効果を得ることができる。
なお、本発明は上記した実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、上記した半導体レーザアレイ1では、薄肉領域24に対応する部分には層を設けないこととしたが、図16に断面図を示す半導体レーザアレイ51のように、薄肉領域24に対応する部分にp型クラッド層11よりも屈折率が低い埋込層53を埋め込み、いわゆる埋込みリッジ構造としてもよい。但しこの場合、形成される屈折率導波路3の反射面39a、39bがz軸方向から入射するレーザ光を全反射するように、埋込層53の屈折率に応じて改めて角度θの値を設定することが必要である。
また、上記した半導体レーザアレイ1では、p型クラッド層11にリッジ部23を設けリッジ構造とすることでいわゆるリッジ型屈折率導波路を形成している。半導体レーザアレイ61では、p型クラッド層に屈折率の低いn型ブロック層を埋め込むことによっていわゆるプレーナ型屈折率導波路を形成している。しかし本発明はこれらに限られず、屈折率導波路構造を有する半導体レーザアレイ全般に適用することが可能である。
実施形態に係る半導体レーザアレイの概略斜視図である。 実施形態に係る半導体レーザアレイの平面図である。 実施形態に係る半導体レーザアレイのIII−III断面図である。 p型クラッド層を含む積層体の斜視図である。 (a)は積層体の平面図、(b)は積層体のVb−Vb断面図、(c)は積層体のVc−Vc断面図である 半導体レーザアレイの製造工程を説明する図である。 屈折率導波路の形状を示す斜視図である。 屈折率導波路の形状を示す平面図である。 (a)、(b)、(c)は屈折率導波路内で発生したレーザ光の光路を説明する図である。 (a)は光出射面側から出射されたレーザ光のx方向についての遠視野像を示したものである。(b)は光反射面側から出射されたレーザ光のx方向についての遠視野像を示したものである。 半導体レーザアレイの電流−光出力特性を示したグラフである。 屈折率導波路内で発生したレーザ光の光路を説明する図である。 実施形態に係る半導体レーザアレイの構造を示す斜視図である。 半導体レーザアレイを線XIV―XIVに沿ってxy平面に平行に切断した断面図である。 半導体レーザアレイを線XV-XVに沿ってxz平面に平行に切断した断面図である。 半導体レーザアレイの変形例を示す断面図である。
符号の説明
1…半導体レーザアレイ、3…屈折率導波路、4…光出射面、5…発光領域、6…光反射面、11…p型クラッド層、13…活性層、15…n型クラッド層、23…リッジ部、25…第1端面、27…第2端面、29…側面、35、37a、37b、39a、39b…反射面。

Claims (7)

  1. 第1導電型クラッド層と、第2導電型クラッド層と、前記第1導電型クラッド層と前記第2導電型クラッド層との間に設けられた活性層と、を備え、前記活性層に複数の屈折率導波路が長手方向に配列されて形成される半導体レーザアレイであって、
    それぞれの前記屈折率導波路は、
    前記長手方向に直交する仮想対称面に対して面対称な形状に形成され、
    光出射面と平行な光反射面上に位置する1つの反射端面と、
    前記光出射面上に位置し、少なくとも前記反射端面と対向する領域において途切れるように、分断されて不連続に形成される2つの出射端面と、
    前記反射端面から前記出射端面まで伸びて当該屈折率導波路の前記長手方向での領域を規定する一対の側面と、を含み、
    前記側面は、
    前記光出射面側から当該光出射面に垂直な方向から入射する光を前記反射端面に向けてそれぞれ全反射させるように前記仮想対称面に対し傾斜して形成され
    一方の前記出射端面から当該一方の前記出射端面に垂直な方向から一方の前記側面に入射した光は、当該一方の前記側面で全反射され、前記反射端面で反射されて他方の前記側面に入射した後、当該他方の前記側面に全反射されて、他方の前記出射端面に垂直に入射する
    ことを特徴とする半導体レーザアレイ。
  2. 前記屈折率導波路は、
    前記反射端面側から前記出射端面側へ向かう途中で、前記出射端面に対応して分岐するように設けられたことを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザアレイ。
  3. 前記第1導電型クラッド層には、
    前記活性層側とは反対側の面で一部領域が突出することで、前記長手方向に直交する仮想対称面に対して面対称な形状に形成されたリッジ部が、前記長手方向に複数配列されて形成されており、
    それぞれの前記リッジ部は、
    前記光反射面を含む平面上に位置する1つの第1の端面と、
    前記光出射面を含む平面上に位置し、少なくとも前記第1の端面と対向する領域において途切れるように、分断されて不連続に形成された2つの第2の端面と、
    前記第1の端面から前記第2の端面まで伸びて当該リッジ部の前記長手方向での領域を規定する一対のリッジ部側面と、を有し、
    それぞれの前記屈折率導波路は、
    前記第1導電型クラッド層、前記第2導電型クラッド層、及び前記活性層の積層方向から見て、前記リッジ部の位置及び形状に対応して形成され、前記出射端面は前記第2の端面に対応して形成され、前記反射端面は前記第1の端面に対応して形成され、前記側面は前記リッジ部側面に対応して形成される
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体レーザアレイ。
  4. 前記第1導電型クラッド層の一部領域には、
    周囲よりも低い屈折率を有する第2導電型のブロック層が埋め込まれており、
    それぞれの前記屈折率導波路は、
    前記第1導電型クラッド層、前記第2導電型クラッド層、及び前記活性層の積層方向から見て、前記ブロック層が不在である非埋め込み領域の位置及び形状に対応して形成されることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体レーザアレイ。
  5. 第1導電型クラッド層と、第2導電型クラッド層と、前記第1導電型クラッド層と前記第2導電型クラッド層との間に設けられた活性層と、を備え、前記第1導電型クラッド層は長手方向に沿って並列に配列された複数のリッジ部を有しており、前記活性層には前記リッジ部に対応して屈折率導波路が形成される半導体レーザアレイであって、
    それぞれの前記リッジ部は、
    前記活性層側とは反対側の面で前記第1導電型クラッド層の一部領域が突出することで、前記長手方向に直交する仮想対称面に対して面対称な形状に形成され、
    光出射面と平行な光反射面を含む平面上に位置する1つの第1の端面と、
    前記光出射面を含む平面上に位置し、少なくとも前記第1の端面と対向する領域において途切れるように、分断されて不連続に形成された2つの第2の端面と、
    前記第1の端面から前記第2の端面まで伸びて当該リッジ部の前記長手方向での領域を規定する一対のリッジ部側面と、を有し、
    前記リッジ部の前記リッジ部側面は、
    当該リッジ部側面に対応して形成される前記屈折率導波路の側面が、前記光出射面側から当該光出射面に垂直な方向から入射する光を前記第1の端面に対応して形成される前記屈折率導波路の反射端面に向けてそれぞれ全反射させるように、前記仮想対称面に対し傾斜して形成され
    2つの前記第2の端面にそれぞれ対応して形成される前記屈折率導波路の2つの出射端面のうちの一方の前記出射端面から当該一方の出射端面に垂直な方向から一方の前記屈折率導波路の側面に入射した光は、当該一方の前記屈折率導波路の側面で全反射され、前記屈折率導波路の反射端面で反射されて他方の前記屈折率導波路の側面に入射した後、当該他方の前記屈折率導波路の側面に全反射されて、他方の前記出射端面に垂直に入射する
    ことを特徴とする半導体レーザアレイ。
  6. 前記リッジ部は、
    前記第1の端面側から前記第2の端面側へ向かう途中で、前記第2の端面に対応して分岐するように設けられたことを特徴とする請求項5に記載の半導体レーザアレイ。
  7. 前記屈折率導波路は、前記活性層で発生したレーザ光を、
    一方の前記出射端面から前記反射端面への光路と、他方の前記出射端面から前記反射端面への光路と、を交互に往復させて共振させることを特徴とする請求項1〜6に記載の半導体レーザアレイ。
JP2003270399A 2003-07-02 2003-07-02 半導体レーザアレイ Expired - Fee Related JP4390495B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003270399A JP4390495B2 (ja) 2003-07-02 2003-07-02 半導体レーザアレイ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003270399A JP4390495B2 (ja) 2003-07-02 2003-07-02 半導体レーザアレイ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005026610A JP2005026610A (ja) 2005-01-27
JP4390495B2 true JP4390495B2 (ja) 2009-12-24

Family

ID=34190356

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003270399A Expired - Fee Related JP4390495B2 (ja) 2003-07-02 2003-07-02 半導体レーザアレイ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4390495B2 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008013896A1 (de) * 2007-12-21 2009-06-25 Osram Opto Semiconductors Gmbh Laserlichtquelle
WO2022172679A1 (ja) * 2021-02-10 2022-08-18 パナソニックホールディングス株式会社 半導体レーザ素子
DE112022001045T5 (de) * 2021-02-10 2024-03-07 Panasonic Holdings Corporation Halbleiterlaserelement

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005026610A (ja) 2005-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2023454B1 (en) Structure having photonic crystal and surface-emitting laser
US7447248B2 (en) Semiconductor laser element and semiconductor laser element array
US7885305B2 (en) Semiconductor laser device and semiconductor laser device array
US10587095B2 (en) Vertical cavity surface emitting laser including meta structure reflector and optical device including the vertical cavity surface emitting laser
US11664642B2 (en) Vertical cavity surface emitting laser including meta structure reflector and optical device including the vertical cavity surface emitting laser
CN1987674A (zh) 用大氧化孔径垂直腔面发射激光器件的光学数据处理装置
US20080273564A1 (en) Semiconductor Laser Element and Semiconductor Laser Element Array
KR101870593B1 (ko) 모서리 방출 반도체 레이저
US9787059B2 (en) Semiconductor light emitting element
JP4390495B2 (ja) 半導体レーザアレイ
JP2005026611A (ja) 半導体レーザ素子
CN113451886A (zh) 量子级联激光器
US7577174B2 (en) Semiconductor laser device and semiconductor laser element array
JP2007299985A (ja) レーザダイオード
JP2009177058A (ja) 半導体レーザ装置
JP2004087564A (ja) 半導体レーザ素子及びその製造方法
JP4545502B2 (ja) 半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子アレイ
JP2023000925A (ja) 半導体光出射器
JP2006093614A (ja) 半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子アレイ
JP2004207646A (ja) 半導体レーザ素子及び半導体レーザアレイ
JPS62268180A (ja) 半導体レ−ザ装置
JPS62268186A (ja) 半導体レ−ザ装置
JPH0482197B2 (ja)
KR20000019197A (ko) 광증폭용 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법
JPS62268183A (ja) 半導体レ−ザ装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060216

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090514

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090526

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090724

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090929

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20091006

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121016

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees