JP6257361B2 - 半導体レーザアレイ - Google Patents

Description

本発明は半導体レーザアレイに関し、特に多波長半導体レーザアレイに関する。

固体光源（例えばＬＥＤ、半導体レーザ、有機ＥＬなど）は、高効率・長寿命といった利点を生かし、現在までに多岐にわたる用途展開がなされている。特に、照明装置や表示装置においては、既存のランプにとって代わる光源として定着しつつある。この固体光源のなかでも、半導体レーザは発光効率が高く、プロジェクタとの親和性が高いため、次世代光源としての期待が大きい。

一方、半導体レーザを表示装置の光源として用いる際に生じる問題として、スペックルノイズが挙げられる。これは、スクリーンでのぎらつき現象であり、半導体レーザの高い可干渉性に起因する。このぎらつき現象は、特に表示装置の画像品位を著しく低下させるため、スペックルノイズを抑制する対策が不可欠である。スペックルノイズを低減する手段は、スクリーン、表示装置内の光学系、そして光源の各段階で講じることができる。

まず、スクリーンにおける対策として、スクリーン自体を振動させることでスペックルノイズを低減する手法がある。しかし、機構が大掛かりなため、使用場所が限定されない可搬プロジェクタへの適用は非現実的である。また、光学系における対策としては、光路内に拡散板を挿入する手法が知られている。これにより簡単な機構でスペックルノイズが低減できる反面、拡散板における光損失が大きいため、より効率的な対策が望まれている。

光源における対策としては、半導体レーザのスペクトル幅を広げることでスペックルノイズを低減することが可能である。これは、スペクトル幅の狭い半導体レーザの波長を多重化することで実現できる。前述のように、スクリーンや光学系におけるスペックルノイズ対策は課題が多く、光源において対策を講じることが望ましい。

さて、半導体レーザの波長を多重化する手段として、異なる波長の光を出射する複数の半導体レーザ光源を用意して、それらの光が同一スクリーン上に同時に照射されるようにプロジェクタを構成すればよい。しかし、この手段では簡易的にスペックルノイズ低減の効果が得られる一方、複数のレーザ光源装置を必要とするために、機構が複雑になるとともに、製造コストの面で大きな制約を受ける。

これを解決する手段として、一つの半導体レーザ光源装置で複数の波長の光を出射する多波長半導体レーザアレイがある。半導体レーザアレイは、１つの導波路とそれを挟み込む１対の反射鏡（すなわち、前端面と後端面）から成る半導体レーザ素子が、複数並列に並んで構成される。多波長半導体レーザアレイは、半導体レーザアレイを構成する複数のレーザ素子が互いに異なる波長の光を出射する光源装置である。

多波長半導体レーザアレイとして、モノリシック半導体レーザアレイが知られている。例えば、特許文献１に記載のモノリシック半導体レーザアレイは、同一のＧａＡｓ基板上に、ＡｌＧａＡｓを活性層とする第１のレーザ素子と、ＩｎＧａＰを活性層とする第２のレーザ素子を備えた多波長半導体レーザアレイである。この構成により、第１、第２のレーザ素子から、それぞれの活性層の組成に対応する異なる波長の光が出射可能となる。このように、異なる２つ以上の組成の活性層を同一半導体基板上に形成することで、多波長半導体レーザが実現可能である。

また、特許文献２に記載の多波長半導体レーザアレイにおいては、半導体レーザアレイの各導波路の配置を、アレイ中央部では密に、両端部では疎にすることで、アレイ内に温度分布を生じさせ多波長化を実現している。すなわち、熱源であるレーザ素子が密集したアレイ中央部では、温度上昇に応じて波長シフト量が増大するため、アレイ端部のレーザ素子よりも長波側で発振する。なお、一般的に半導体レーザは導波路の温度が高くなるほど、波長が長波側にシフトすることが知られている。

特開２０００−１１４１７号公報 特開２００８−４７４３号公報

しかし、特許文献１に見られるような、同一半導体基板上に異なる組成を有する活性層を形成するには、複数回の半導体結晶成長を伴う複雑な製造工程必要となる。複雑な製造工程は工程数を増加させるだけでなく、半導体結晶の品質の劣化をも招くため、生産性および製品の信頼性を損なう要因となる。

また、特許文献２の多波長半導体レーザアレイでは、温度分布を生じさせるためアレイ中央部の導波路が非常に密に配置されている。そのため、幅広なストライプを擁する高出力半導体レーザを形成する際、隣接する導波路間の光的な相互干渉が生じ、レーザの不安定動作につながりうる。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、簡易な構成でスペックルノイズを低減可能な半導体レーザアレイの提供を目的とする。

本発明に係る半導体レーザアレイは、複数のレーザ素子を備える半導体レーザアレイであって、複数のレーザ素子は、レーザ素子の導波路が並行するように配置され、複数のレーザ素子の各々は、導波路の光射出面である前端面に前端面反射膜を備え、複数のレーザ素子の各々は、前端面と導波路を挟んで反対側の面である後端面に後端面反射膜を備え、複数のレーザ素子のうち、少なくとも２つのレーザ素子において、前端面反射膜の反射率が異なり、複数のレーザ素子において、後端面反射膜の反射率が等しく、複数のレーザ素子は単一の電源により駆動され、複数のレーザ素子は、第１グループと第２グループとを含み、第１グループを構成するレーザ素子の前端面反射膜は第１の反射率を有し、第２グループを構成するレーザ素子の前端面反射膜は第２の反射率を有し、第１の反射率は第２の反射率よりも大きいことを特徴とし、レーザ素子の出力が前端面反射膜の反射率の増大に伴って増大する場合、第１グループを構成するレーザ素子の個数は、第２グループを構成するレーザ素子の個数よりも少ないことを特徴とし、レーザ素子の出力が前端面反射膜の反射率の増大に伴って減少する場合、第１グループを構成するレーザ素子の個数は、第２グループを構成するレーザ素子の個数よりも多いことを特徴とする。

本発明に係る半導体レーザアレイによれば、複数のレーザ素子間において前端面反射膜の反射率を異ならせる簡易な構成により半導体レーザアレイを多波長化して、スペックルノイズを低減させることが可能である。前端面反射膜の反射率は、容易かつ正確に調整することが可能であるため、多波長化された半導体レーザアレイを容易に製造することが可能である。また、反射率に応じレーザ素子の個数を第１グループと第２グループとで異ならせることにより、波長の異なる出力光間で、出力の均一化を図ることが可能である。

実施の形態１に係る半導体レーザアレイの斜視図である。 実施の形態１に係る半導体レーザアレイの断面図である。 実施の形態１に係る半導体レーザアレイの前端面反射膜の反射率分布を示す図である。 実施の形態１に係る半導体レーザアレイの製造方法を示す図である。 レーザ素子の電流と出力の関係を示す図である。 レーザ素子の出力および波長シフト量の前端面反射膜の反射率依存性を示す図である。 実施の形態２に係る半導体レーザアレイの前端面反射面膜の反射率分布を示す図である。 実施の形態３に係る半導体レーザアレイの前端面反射膜の反射率分布を示す図である。

＜実施の形態１＞
＜構成＞
図１は、本実施の形態における半導体レーザアレイ１の斜視図である。また、図２は、本実施の形態における半導体レーザアレイ１の断面図（図１中の線分ＡＢにおける断面図）である。図１に示すように、本実施の形態における半導体レーザアレイ１は、複数のレーザ素子（即ち、第１から第５のレーザ素子２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ）を備える。第１から第５のレーザ素子は、アレイ状に配置されている。アレイ状に配置とは、隣接するレーザ素子において、レーザ素子の導波路（図示せず）が互いに並行するように配置されていることを意味する。

第１のレーザ素子２０ａは、導波路の光射出面である前端面に前端面反射膜５を備える。また、第１のレーザ素子２０ａは、導波路を挟んで前端面と反対側の面である後端面に後端面反射膜７を備える。前端面反射膜５の発光点２からレーザ光が射出される。つまり、第１のレーザ素子２０ａは、導波路の両端に反射膜を有する単位共振器構造である。第２のレーザ素子２０ｂも同様に構成される。

第３のレーザ素子２０ｃは、導波路（図示せず）の光射出面である前端面に前端面反射膜６を備える。また、第３のレーザ素子２０ｃは、導波路を挟んで前端面と反対側の面である後端面に後端面反射膜７を備える。前端面反射膜６の発光点３からレーザ光が射出される。つまり、第３のレーザ素子２０ｃは、導波路の両端に反射膜を有する単位共振器構造である。第４のレーザ素子２０ｄおよび第５のレーザ素子２０ｅも同様に構成される。

図１に示すように、半導体レーザアレイ１は、複数の発光点２，３が一直線上に並んだ構造となる。なお、第１から第５のレーザ素子２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ間には物理的な境界が存在しないため、図１および図２では、各レーザ素子に相当する領域を便宜上破線で区切って示している。

前端面反射膜５，６および後端面反射膜７は、導波路の端面保護および反射率制御のための誘電体多層膜である。後端面反射膜７の反射率は、前端面反射膜５，６の反射率よりも大きい。なお、半導体レーザアレイにおいて、光源の高出力動作を目的として前端面反射膜と後端面反射膜とを異なる反射率とする技術は一般に知られている。

さらに、本実施の形態における半導体レーザアレイ１においては、第１、第２のレーザ素子２０ａ，２０ｂの前端面反射膜５と、第３から第５のレーザ素子２０ｃ，２０ｄ，２０ｅの前端面反射膜６とで反射率が異なる。本実施の形態では、前端面反射膜５の反射率の値をＲ_５、前端面反射膜６の反射率の値をＲ_６とすると、Ｒ_５＞Ｒ_６の関係が成り立つ。Ｒ_５は例えば３０％であり、Ｒ_６は例えば３％である。

図３は、本実施の形態における半導体レーザアレイ１の前端面反射膜５，６の反射率分布を示す図である。図３に示すように、第１、２のレーザ素子２０ａ，２０ｂの前端面反射膜５の反射率を３０％とし、第３から第５のレーザ素子２０ｃ，２０ｄ，２０ｅの前端面反射膜６の反射率を３％とする。前端面反射膜５，６の反射率をこのような値とすることにより、スペックルノイズ低減効果を得ることができる。

図２に示すように、半導体レーザアレイ１の各レーザ素子は、ブロードエリアレーザである。基板１４（例えばＧａＡｓ基板）上には下部クラッド層８、活性層９、上部クラッド層１０が順に積層されている。基板１４の下面には下部電極１２が設けられる。また、上部クラッド層１０上面には上部電極１１が設けられる。また、上部電極１１の間には絶縁膜１３が形成される。

一般的にブロードエリアレーザは、図２に示すような単純な構成をしており、上部電極１１の幅に比例した高出力化が可能であることを特徴とする。なお、絶縁膜１３はＳｉＯ_２等で構成され、注入電流の狭窄、リーク電流の阻止、および半導体表面の保護を目的として堆積される。

＜製造方法＞
半導体レーザアレイ１の製造方法について説明する。まず、初期成長を行う基板１４上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）等により下部クラッド層８、活性層９、および上部クラッド層１０を形成する。次に、第１から第５のレーザ素子２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅの導波路に対応した導波路パターンを、フォトリソグラフィにより形成する。なお、導波路パターンは等間隔で形成される。また、隣接する導波路パターンは、光的な相互干渉が生じない距離を設けて形成される。そして、絶縁膜１３および上部電極１１を形成する。以上の工程は、ごく一般的なブロードエリアレーザの製造方法である。

次に、前端面反射膜５，６の形成方法について説明する。前端面反射膜５，６の形成は、第１蒸着工程と第２蒸着工程とからなる。まず、第１蒸着工程において、第１から第５のレーザ素子２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅの前端面に対して、一様に蒸着ビーム１６を照射する。第３から第５のレーザ素子２０ｃ，２０ｄ，２０ｅの前端面反射膜６が所望の反射率（例えば３％）を得られる厚みになるまで照射を行う。この結果、各レーザ素子の前端面に均一な誘電体多層膜（反射率３％）が成膜される。図４（ａ）は、第１蒸着工程における半導体レーザアレイ１の上面図である。第１蒸着工程においては、均一な厚みの誘電体多層膜が成膜されるため、前端面反射膜５と前端面反射膜６の厚みは等しい。

次に、第２蒸着工程を行う。図４（ｂ）は、第２蒸着工程における半導体レーザアレイ１の上面図である。第２蒸着工程においては、第３から第５のレーザ素子２０ｃ，２０ｄ，２０ｅの前端面反射膜６を遮蔽マスク１５で覆った状態で蒸着ビーム１６の照射を行う。第１、第２のレーザ素子２０ａ，２０ｂの前端面反射膜５が所望の反射率（例えば３０％）を得られる厚みになるまで照射を行う。第２蒸着工程において、遮蔽マスク１５により蒸着ビーム１６の一部が遮られているため、前端面反射膜６には誘電体多層膜が蒸着されない。

第１、第２蒸着工程を行った結果、第１、第２のレーザ素子２０ａ，２０ｂの前端面反射膜５（反射率３０％）と、第３から第５のレーザ素子２０ｃ，２０ｄ，２０ｅの前端面反射膜６（反射率３％）とで、反射率に差が生じる。

なお、図４（ａ）および図４（ｂ）において、蒸着ビーム１６の発生源である蒸着源は図中から省いている。また、各レーザ素子の後端面には、所望の反射率（例えば９５％）を得られる厚みになるまで蒸着ビームの照射を行うことにより、誘電体多層膜を均一に蒸着させて、後端面反射膜７を成膜する。

＜動作＞
以下では、説明のし易さのために、第１、第２のレーザ素子２０ａ，２０ｂを第１グループ、第３から第５のレーザ素子２０ｃ，２０ｄ，２０ｅを第２グループとする。本実施の形態の半導体レーザアレイ１において、第１グループの半導体素子の前端面反射膜５と、第２グループの半導体素子の前端面反射膜６とで反射率を異ならせるのは、それぞれの前端面から異なる波長の光を出射させるためである。また、第１グループと、第２グループとでレーザ素子の個数が異なるのは、異なる波長光の出力を均一化するためである。これらの原理について以下で詳しく述べる。

上述のように、半導体レーザアレイ１は、第１グループのレーザ素子と、第２グループのレーザ素子が並列に配置された構造となっている。このため、各レーザ素子を同一条件で駆動した際に、第１、第２のグループのレーザ素子間において、発振しきい値に違いが生じる。これは、レーザのしきい値利得ｇ_ｔｈ（単位［ｃｍ^−１］）が一般的に以下の式で表されることからわかる。

式（１）において、Γは導波路の光閉じ込め係数、α_ｉは導波路損失（単位［ｃｍ^−１］）、Ｌは導波路の共振器長（単位［μｍ^−１］）、Ｒ_ｆおよびＲ_ｒはそれぞれレーザ素子の前端面反射膜５，６の反射率、後端面反射膜７の反射率である。なお、式（１）の右辺第２項は、導波路のミラー損失α_ｍ（単位［ｃｍ^−１］）に相当する。ここで、半導体レーザアレイ１において、各レーザ素子の導波路構造は等しいため、導波路構造に依存するパラメータである光閉じ込め係数Γ、導波路損失α_ｉ、および共振器長Ｌは各レーザ素子間で等しい。また、後端面反射膜７の反射率Ｒ_ｒも各レーザ素子間で等しい。つまり、第１、第２グループのレーザ素子間で前端面反射膜５，６の反射率Ｒ_ｆのみが異なる。従って、第１、第２グループ間において、レーザ素子のしきい値利得ｇ_ｔｈが異なる値となる。しきい値利得ｇ_ｔｈが異なるということは、発振しきい値電流Ｉ_ｔｈ（単位［Ａ］）が異なることに等しい。

ここで、前端面反射膜５の反射率Ｒ_５が前端面反射膜６の反射率Ｒ_６よりも大きい（Ｒ_５＞Ｒ_６）ことを考慮すると、式（１）より、第１グループのレーザ素子のしきい値利得ｇ_ｔｈは、第２グループのレーザ素子のしきい値利得ｇ_ｔｈよりも小さくなる。よって、第１グループのレーザ素子の発振しきい値（これをＩ_５とする）は、第２グループのレーザ素子の発振しきい値（これをＩ_６とする）よりも小さくなる。つまり、Ｉ_５＜Ｉ_６の関係が成立する。

ここで、反射率の変化が出力効率に及ぼす影響を無視すると、第１、第２グループのレーザ素子について、電流と出力の関係は図５のように表される。

なお、半導体レーザアレイ１の各レーザ素子（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ）は、同一条件で駆動される。このことは、各レーザ素子の導波路が同一構造、すなわち等しい抵抗値を有していれば、単一電源での駆動により容易に実現できる。従って、各レーザ素子の駆動条件として駆動電流Ｉ_ｏｐ（単位［Ａ］）を与えると、図５に示したように、第１グループのレーザ素子の出力Ｐ_５（単位［Ｗ］）は、第２グループのレーザ素子の出力Ｐ _６ よりも大きくなる（Ｐ_５＞Ｐ_６）。

半導体レーザアレイ１における各レーザ素子の導波路における発熱量ΔＴ（単位［Ｋ］）は以下の式（２）で表される。

ここで、Ｖ_ｏｐ（単位［Ｖ]）は駆動電圧、Ｒ_ｔｈ（単位［Ｋ／Ｗ］）は導波路の熱抵抗である。駆動条件（すなわちＩ_ｏｐとＶ_ｏｐ）および熱抵抗Ｒ_ｔｈは、各レーザ素子間で等しいため、式（２）の右辺において前端面反射膜５，６の反射率に依存して変化するのは出力Ｐのみである。従って、第１、第２グループのレーザ素子間において、発熱量ΔＴは出力Ｐに対応して異なる値となる。つまり、第１グループのレーザ素子における発熱量ΔＴ_５は、第２グループのレーザ素子における発熱量ΔＴ_６よりも小さくなる（ΔＴ_５＜ΔＴ_６）。

なお、レーザ素子の発振波長は、導波路での発熱量ΔＴに応じてシフトすることが知られている。シフトする波長の度合いは、一般的に、赤色で０．２ｎｍ／Ｋ、青色で０．０５ｎｍ／Ｋ程度である。

つまり、半導体レーザアレイ１を構成する各レーザ素子の前端面反射膜５，６の反射率に分布を与えると、出力光の波長のシフト量に分布が生じる。よって、第１、第２グループのレーザ素子間で異なる波長のレーザ光を出力することが可能となる。第１グループのレーザ素子の波長シフト量Δλ_５は、レーザ光を赤色とすると０．２×ΔＴ_５となる。第２グループのレーザ素子の波長シフト量Δλ_６は、レーザ光を赤色とすると０．２×ΔＴ_６となる。ここで、前述のようにΔＴ_５＜ΔＴ_６の関係があるため、Δλ_５＜Δλ_６の関係が成り立つ。

以上の原理により、半導体レーザアレイ１の前端面反射膜５，６の反射率を異ならせることで、半導体レーザアレイ１の出力光の波長を多重化することが可能となる。また、これによりスペックルノイズの低減が可能となる。

なお、図６で示した出力Ｐの各レーザ素子間でのばらつき量（すなわち、発熱量ΔＴのばらつき量）は、実際には様々な要因の影響を受ける。その主な要因としては、反射率の変化による出力効率への影響がある。

まず、反射率の増大により出力効率が上昇する要因として導波路損失の低減がある。これは上述したように反射率が増大すると発振しきい値が低下し、それによって導波路内に存在する自由キャリア密度の低下が生じ、結果的に光の吸収が抑制されるためである。

一方、反射率の増大により出力効率が低下する要因としては反射率増加によるミラー損失の減少がある。一般的に、レーザの光のミラー（すなわち共振端面）での損失が、出力光として共振器外部に放出される。したがって、反射率が高いということは、それだけ光が外部へ放出されにくいということを意味する。これは、出力効率が低下することに等しい。

以上のように、前端面反射膜５，６の反射率に応じて出力効率が変化するため、第１、第２グループのレーザ素子からの出力を、図５のように互いに平行にすることは実際上難しい。しかし、適切に駆動電流値Ｉ_ｏｐを設定することで、第１、第２グループのレーザ素子の出力にばらつきを生じさせ、第１、第２グループのレーザ素子の導波路における発熱量の差を調整することが可能である。

図６は、レーザ素子の出力Ｐおよび波長シフト量Δλの、前端面反射膜５，６の反射率依存性を示す図である。図６の横軸は前端面反射膜５，６の反射率Ｒ_ｆを表す。図６の縦軸は、波長シフト量Δλと、出力Ｐをそれぞれ表す。図６において、後端面反射膜７の反射率Ｒ_ｒは９５％で一定としている。図４は、前端面反射率Ｒ_ｆの変化が波長シフト量Δλおよび出力Ｐに及ぼす影響をあらわした一例である。

図６から、第１グループのレーザ素子の前端面反射膜５の反射率（Ｒ_５）を３０％とし、第２グループのレーザ素子の前端面反射膜６の反射率（Ｒ_６）を３％とした場合、波長シフト量Δλの差がおよそ２ｎｍとなることがわかる。半導体レーザアレイ１の出力光に２ｎｍのスペクトル幅を持たせることで、十分なスペックルノイズ低減効果が期待できる。

一方、図６に示したように、前端面反射膜５，６の反射率の変化に応じてレーザ素子の出力も大きく変動する。図４に示すように、反射率Ｒ_ｆの増大に伴って出力Ｐが増大している。

本実施の形態のように、半導体レーザアレイ１を多波長化することによりスペックルノイズを低減させる場合、異なる波長の光の出力値は近い値になることが望ましい。そこで、本実施の形態における半導体レーザアレイ１では、第１グループのレーザ素子の個数を、第２グループのレーザ素子の個数よりも少なくする。

つまり、本実施の形態においては、前端面反射膜５の反射率が相対的に大きい第１、第２のレーザ素子２０ａ，２０ｂ（即ち、出力が大きいレーザ素子）の個数を、前端面反射膜６の反射率が相対的に小さい第３から第５のレーザ素子２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ（即ち、出力が小さいレーザ素子）の個数よりも少なくする。これにより、波長の異なる２つの出力光の出力を近づけることが可能である。

本実施の形態の図１に示す半導体レーザアレイ１では、２つのレーザ素子（第１、第２のレーザ素子２０ａ，２０ｂ）の前端面反射膜５に相対的に大きい反射率（例えば３０％）を与え、３つのレーザ素子（第３から第５のレーザ素子２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ）の前端面反射膜６に相対的に小さい反射率（例えば３％）を与えることで、波長の異なる出力光間で、出力の均一化を図っている。

＜効果＞
本実施の形態における半導体レーザアレイ１は、複数のレーザ素子（即ち第１から第５のレーザ素子２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ）を備える半導体レーザアレイ１であって、複数のレーザ素子は、レーザ素子の導波路が並行するように配置され、複数のレーザ素子の各々は、導波路の光射出面である前端面に前端面反射膜５，６を備え、複数のレーザ素子の各々は、前端面と導波路を挟んで反対側の面である後端面に後端面反射膜７を備え、複数のレーザ素子のうち、少なくとも２つのレーザ素子において、前端面反射膜５，６の反射率が異なり、複数のレーザ素子において、後端面反射膜７の反射率が等しく、複数のレーザ素子は単一の電源により駆動されることを特徴とする。

従って、本実施の形態における半導体レーザアレイ１によれば、複数のレーザ素子間において前端面反射膜５，６の反射率を異ならせる簡易な構成により、半導体レーザアレイを多波長化して、スペックルノイズを低減させることが可能である。前端面反射膜５，６の反射率は、容易かつ正確に調整することが可能であるため、半導体レーザアレイ１を容易に得ることが可能である。

前端面反射膜の反射率を変化させて半導体レーザアレイを多波長化させる手法は、レーザ素子として最も簡単な構成の１つであるブロードエリアレーザに適用することが可能である。つまり、レーザ素子の構成としてブロードエリアレーザを採用することで、容易に半導体レーザアレイを多波長化することが可能である。

さらに、本実施の形態の半導体レーザアレイ１は、同一の構造を有する複数のレーザ素子の前端面反射膜５，６の反射率を異ならせることで多波長化を実現するので、多波長化のために半導体レーザアレイの内部構造を変化させる必要がない。つまり、半導体レーザアレイ１の製造過程において特許文献１のように複数回の結晶成長を行う必要がなく、また、特許文献２のように導波路間隔を変調する必要もないため、本実施の形態の半導体レーザアレイ１は生産性に優れている。

また、製造過程において半導体の結晶成長を複数回行う必要が無いことは、信頼性の面でも有利である。即ち、本実施の形態における半導体レーザアレイ１は、格子欠陥の少ない良質な半導体結晶からなる活性層を有するため、長時間の高出力駆動が可能となる。

また、本実施の形態における半導体レーザアレイ１において、複数のレーザ素子は同一構造であり、各レーザ素子の導波路は等間隔で配置される。各レーザ素子の導波路は互いに光的に干渉しない十分な距離を設けて配置することができる。従って、本実施の形態の半導体レーザアレイ１によれば、導波路の間隔の変調による多波長化手法において問題となる、隣接するレーザ素子間の光的干渉による不安定動作を回避することが可能である。

また、本実施の形態の半導体レーザアレイ１は、前端面反射膜５，６の反射率の調整のみで多くの条件を設定できるため、多様な要求仕様に対応可能である。

また、本実施の形態の半導体レーザアレイ１は、各レーザ素子の導波路が互いに等しい構造を有するため、各電極を同一電源に接続することで、それぞれのレーザ素子を同一の条件で駆動することが可能となる。すなわち、複雑な駆動回路を必要としないため、機構面およびコスト面で有利である。ここで、半導体レーザアレイ１が単一電源のみで駆動可能なのは、各レーザ素子の導波路が互いに等しい構造を有しており、半導体レーザアレイ１を、「各レーザ素子の導波路が互いに等しい抵抗値を備えた並列回路」とみなして駆動できるためである。

本実施の形態の半導体レーザアレイ１は、単一電源で発振波長の異なる複数のレーザ素子を同時に駆動できるため、表示装置の光源としての応用上も好ましい。これは、スペックルノイズの低減を実現するにあたっては、スペクトル幅の広い光、すなわち複数波長を多重した光を同時にスクリーンへ照射する必要があるからである。

なお、半導体レーザアレイ１の各レーザ素子は、構造が単純な利得導波型（例えばブロードエリアレーザ）だけでなく、屈折率導波型（例えば、リッジ型レーザ、埋め込みヘテロレーザ）でも構成することができる。ただし、いずれの場合においても、同一基板上に等しい構造の複数のレーザ素子を形成することによって、これら複数のレーザ素子を容易に等しい条件で駆動可能となるため、本発明の効果を十分に発揮できる。

また、本実施の形態における半導体レーザアレイ１において、複数のレーザ素子（即ち第１から第５のレーザ素子２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ）は、第１グループと第２グループとを含み、第１グループを構成するレーザ素子（第１、第２のレーザ素子２０ａ，２０ｂ）の前端面反射膜５は第１の反射率（即ち反射率Ｒ_５）を有し、第２グループを構成するレーザ素子（第３から第５のレーザ素子２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ）の前端面反射膜６は第２の反射率（即ち反射率Ｒ_６）を有し、第１の反射率は第２の反射率よりも大きいことを特徴とし、レーザ素子の出力が前端面反射膜５，６の反射率の増大に伴って増大する場合、第１グループを構成するレーザ素子の個数は、第２グループを構成する前記レーザ素子の個数よりも少ないことを特徴とし、レーザ素子の出力が前端面反射膜５，６の反射率の増大に伴って減少する場合、第１グループを構成するレーザ素子の個数は、第２グループを構成するレーザ素子の個数よりも多いことを特徴とする。

本実施の形態では、第１グループのレーザ素子の前端面反射膜５の反射率Ｒ_５が、第２グループのレーザ素子の前端面反射膜６の反射率Ｒ_６よりも大きい（Ｒ_５＞Ｒ_６）。また、本実施の形態におけるレーザ素子の出力は、図６に示すように、前端面反射膜の反射率の増大に伴って増大する。従って、相対的に出力が大きい第１グループのレーザ素子（第１、第２のレーザ素子２０ａ，２０ｂ）の個数を、相対的に出力が小さい第２グループのレーザ素子（第３から第５のレーザ素子２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ）の個数よりも少なくする。これにより、グループ間の出力の差を小さくすることが可能である。

また、本実施の形態における半導体レーザアレイ１において、複数のレーザ素子（即ち第１から第５のレーザ素子２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ）は、同一基板上に形成されており、複数のレーザ素子は、前端面反射膜５，６の反射率以外の特性が同じであることを特徴とする。

従って、複数のレーザ素子（即ち第１から第５のレーザ素子２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ）を、同一基板上に形成することにより、一般的なレーザアレイと同様の製造方法で、レーザアレイを製造した後、前端面反射膜５，６の反射率だけを異ならせることによって、半導体レーザアレイ１を容易に得ることが可能である。

また、本実施の形態における半導体レーザアレイ１において、複数のレーザ素子（即ち第１から第５のレーザ素子２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ）はブロードエリアレーザであることを特徴とする。

従って、レーザ素子を製造の容易なブロードエリアレーザとすることで、容易に半導体レーザアレイ１を得ることが可能である。

＜実施の形態２＞
図７は、本実施の形態における半導体レーザアレイの前端面反射膜の反射率分布を示す図である。実施の形態１（図３）においては、第１、第２、第３、第４、第５のレーザ素子の順に並べて、複数のレーザ素子を配置した。一方、本実施の形態では、図７に示すように、第３、第１、第４、第２、第５のレーザ素子の順に並べて、複数のレーザ素子を配置する。つまり、前端面反射膜の反射率の異なるレーザ素子を交互に配置する。それ以外の構成は実施の形態１と同じため、説明を省略する。

＜効果＞
本実施の形態における半導体レーザアレイにおいて、前端面反射膜の反射率の異なるレーザ素子が交互に配置されることを特徴とする。

従って、前端面反射膜の反射率の異なるレーザ素子を交互に配置することにより、半導体レーザアレイ１の出力光において、波長の空間分布を均一化することが可能である。

＜実施の形態３＞
図８は、本実施の形態における半導体レーザアレイの前端面反射膜の反射率分布を示す図である。本実施の形態において、半導体レーザアレイは第１から第６のレーザ素子を備える。第１から第６のレーザ素子は、実施の形態１と同様、レーザ素子の導波路が並行するように配置されている。

本実施の形態において、第１のレーザ素子の前端面反射膜は反射率Ｒ_１を有する。第２、第３のレーザ素子の前端面反射膜は反射率Ｒ_２を有する。第４から第６のレーザ素子の前端面反射膜は反射率Ｒ_３を有する。ここで、Ｒ_１＞Ｒ_２＞Ｒ_３の関係であるとする。それ以外の構成は実施の形態１と同じため、説明を省略する。

このように、複数のレーザ素子において前端面反射膜の反射率を３種類にすることで、３つの異なる波長を重畳して半導体レーザアレイを多波長化することができる。よって、実施の形態１と比較して、出力光のスペクトル幅をさらに拡大することが可能なため、スペックルノイズの低減効果をさらに向上させることが可能である。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 半導体レーザアレイ、２，３ 発光点、５，６ 前端面反射膜、７ 後端面反射膜、８ 下部クラッド層、９ 活性層、１０ 上部クラッド層、１１ 上部電極、１２ 下部電極、１３ 絶縁膜、１４ 基板、１５ 遮蔽マスク、１６ 蒸着ビーム、２０ａ 第１のレーザ素子、２０ｂ 第２のレーザ素子、２０ｃ 第３のレーザ素子、２０ｄ 第４のレーザ素子、２０ｅ 第５のレーザ素子。

Claims (4)

1. 複数のレーザ素子を備える半導体レーザアレイであって、
   前記複数のレーザ素子は、前記レーザ素子の導波路が並行するように配置され、
   前記複数のレーザ素子の各々は、前記導波路の光射出面である前端面に前端面反射膜を備え、
   前記複数のレーザ素子の各々は、前記前端面と前記導波路を挟んで反対側の面である後端面に後端面反射膜を備え、
   前記複数のレーザ素子のうち、少なくとも２つの前記レーザ素子において、前記前端面反射膜の反射率が異なり、
   前記複数のレーザ素子において、前記後端面反射膜の反射率が等しく、
   前記複数のレーザ素子は単一の電源により駆動され、
   前記複数のレーザ素子は、
   第１グループと第２グループとを含み、
   前記第１グループを構成する前記レーザ素子の前記前端面反射膜は第１の反射率を有し、
   前記第２グループを構成する前記レーザ素子の前記前端面反射膜は第２の反射率を有し、
   前記第１の反射率は前記第２の反射率よりも大きいことを特徴とし、
   前記レーザ素子の出力が前記前端面反射膜の反射率の増大に伴って増大する場合、前記第１グループを構成する前記レーザ素子の個数は、前記第２グループを構成する前記レーザ素子の個数よりも少ないことを特徴とし、
   前記レーザ素子の出力が前記前端面反射膜の反射率の増大に伴って減少する場合、前記第１グループを構成する前記レーザ素子の個数は、前記第２グループを構成する前記レーザ素子の個数よりも多いことを特徴とする、
   半導体レーザアレイ。
2. 前記複数のレーザ素子は、同一基板上に形成されており、
   前記複数のレーザ素子は、前記前端面反射膜の反射率以外の特性が同じであることを特徴とする、
   請求項１に記載の半導体レーザアレイ。
3. 前記複数のレーザ素子はブロードエリアレーザであることを特徴とする、
   請求項１または請求項２に記載の半導体レーザアレイ。
4. 前記前端面反射膜の反射率の異なる前記レーザ素子が交互に配置されることを特徴とする、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の半導体レーザアレイ。

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