JPH0147029B2 - - Google Patents
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- JPH0147029B2 JPH0147029B2 JP10135684A JP10135684A JPH0147029B2 JP H0147029 B2 JPH0147029 B2 JP H0147029B2 JP 10135684 A JP10135684 A JP 10135684A JP 10135684 A JP10135684 A JP 10135684A JP H0147029 B2 JPH0147029 B2 JP H0147029B2
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- Japan
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- semiconductor laser
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- gaas
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
- H01S5/4031—Edge-emitting structures
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
<技術分野>
本発明は単一ビーム形半導体レーザアレイ装置
の構造に関するものである。
の構造に関するものである。
<従来技術>
半導体レーザを高出力動作させる場合、1個の
半導体レーザ素子では現在のところ実用性を考慮
すると、せいぜい50mWが限度である。そこで、
複数個の半導体レーザを同一基板上に並べて、大
光出力化をはかる半導体レーザアレイの研究がな
されている。しかしながら、ただ単に、半導体レ
ーザを並べただけでは出射ビームがいくつもピー
クをもつので、レンズを用いてレーザ光を絞つて
も1個のレーザスポツトにすることができない。
半導体レーザ素子では現在のところ実用性を考慮
すると、せいぜい50mWが限度である。そこで、
複数個の半導体レーザを同一基板上に並べて、大
光出力化をはかる半導体レーザアレイの研究がな
されている。しかしながら、ただ単に、半導体レ
ーザを並べただけでは出射ビームがいくつもピー
クをもつので、レンズを用いてレーザ光を絞つて
も1個のレーザスポツトにすることができない。
そこで、複数個のレーザを光学的に位相同期さ
せて、単一ピークをもつレーザビームを得ようと
する試みがなされている。しかし、利得導波型半
導体レーザは発振領域のみに電流注入による利得
があり、その両側では損失領域となつている。こ
のような半導体レーザを並列に並べても、各半導
体レーザの中間領域で電界が零になり隣り合つた
レーザの位相が180゜反転してしまう。従つて、利
得導波型半導体レーザアレイでは単一ビームを得
るのは困難である。
せて、単一ピークをもつレーザビームを得ようと
する試みがなされている。しかし、利得導波型半
導体レーザは発振領域のみに電流注入による利得
があり、その両側では損失領域となつている。こ
のような半導体レーザを並列に並べても、各半導
体レーザの中間領域で電界が零になり隣り合つた
レーザの位相が180゜反転してしまう。従つて、利
得導波型半導体レーザアレイでは単一ビームを得
るのは困難である。
さて、屈折率導波型半導体レーザの場合は必ず
しも発振領域にのみ電流を流す必要がないので、
上記に述べた180゜位相同期の他に、各レーザが同
一位相(0゜位相同期)で発振する単一ビームが得
られる可能性がある。
しも発振領域にのみ電流を流す必要がないので、
上記に述べた180゜位相同期の他に、各レーザが同
一位相(0゜位相同期)で発振する単一ビームが得
られる可能性がある。
半導体レーザに作り付けの屈折率差をつける方
法は種々考案されている。例えば、埋め込みヘテ
ロ(BH)レーザ、CSPレーザ、VSIS
(Vchannelled Substrate lnner Stipe)レーザ等
である。ここでは、第2図Aに示すようなVSIS
レーザを5個アレイ化した場合について述べる。
このVSISレーザアレイは次のようにして製作さ
れる。
法は種々考案されている。例えば、埋め込みヘテ
ロ(BH)レーザ、CSPレーザ、VSIS
(Vchannelled Substrate lnner Stipe)レーザ等
である。ここでは、第2図Aに示すようなVSIS
レーザを5個アレイ化した場合について述べる。
このVSISレーザアレイは次のようにして製作さ
れる。
p−GaAs基板1上にn−GaAs電流阻止層2
を堆積して、基板1に対する電流遮断機能を付与
した後、電流阻止層2表面より幅w1のV字形溝
9をピツチDで5本、p−GaAs基板1に達する
ようにエツチングにより形成する。
を堆積して、基板1に対する電流遮断機能を付与
した後、電流阻止層2表面より幅w1のV字形溝
9をピツチDで5本、p−GaAs基板1に達する
ようにエツチングにより形成する。
この基板上にp−GaAlAsクラツド層3、
GaAlAs活性層4、n−GaAlAsクラツド層5、
及びn−GaAsキヤツプ層6からなるダブルヘテ
ロ構造をエピタキシヤル成長させる。なお、7,
8はn側電極、p側電極である。この半導体レー
ザアレイを駆動させた場合、各レーザは屈折率導
波機構で発振するが、V字形溝9の外側領域10
上での活性層4からの光はn−GaAs層2に吸収
され損失領域となる。この吸収係数は100〜10000
cm-1と大きなものである。第2図Aには活性層4
に垂直方向のV字形溝9中央部および溝9,9間
の中央部における光強度分布を夫々A,Bで示し
てある。従つて、電界強度分布は第2図Bに示す
ようになる。即ち隣り合つた領域の位相は180゜反
転し、その中間領域で電界は零となる。従つて、
このVSISレーザアレイの出射ビームの接合に平
行方向の遠視野像は第2図Cに示すような複数の
ピークをもつものとなる。
GaAlAs活性層4、n−GaAlAsクラツド層5、
及びn−GaAsキヤツプ層6からなるダブルヘテ
ロ構造をエピタキシヤル成長させる。なお、7,
8はn側電極、p側電極である。この半導体レー
ザアレイを駆動させた場合、各レーザは屈折率導
波機構で発振するが、V字形溝9の外側領域10
上での活性層4からの光はn−GaAs層2に吸収
され損失領域となる。この吸収係数は100〜10000
cm-1と大きなものである。第2図Aには活性層4
に垂直方向のV字形溝9中央部および溝9,9間
の中央部における光強度分布を夫々A,Bで示し
てある。従つて、電界強度分布は第2図Bに示す
ようになる。即ち隣り合つた領域の位相は180゜反
転し、その中間領域で電界は零となる。従つて、
このVSISレーザアレイの出射ビームの接合に平
行方向の遠視野像は第2図Cに示すような複数の
ピークをもつものとなる。
<発明の目的>
本発明は同一基板上の複数個の半導体レーザが
すべて同一位相で発振し、単一ピークで大出力の
レーザビームを放射する半導体レーザアレイ装置
を提供することを目的とする。
すべて同一位相で発振し、単一ピークで大出力の
レーザビームを放射する半導体レーザアレイ装置
を提供することを目的とする。
<発明の構成>
このため、本発明は、基板上に形成された複数
個の側の両側にクラツド層よりも屈折率の低い層
を堆積し、その直上の活性層の実効屈折率が溝上
のそれより低くなるようにして形成された複数個
の屈折率導波路を備え、各レーザ光が同一位相で
発振するように構成したものである。
個の側の両側にクラツド層よりも屈折率の低い層
を堆積し、その直上の活性層の実効屈折率が溝上
のそれより低くなるようにして形成された複数個
の屈折率導波路を備え、各レーザ光が同一位相で
発振するように構成したものである。
<実施例>
本発明の実施例にかかる半導体レーザアレイに
ついて、第1図を参照しながら説明する。
ついて、第1図を参照しながら説明する。
第1図Aはその断面図である。11はp−
GaAs基板、12はn−GaAs電流阻止層、13
はp−Ga1−yAlyAsクラツド層、14はp−Ga1
−xAlAs活性層、15はn−Ga1−yAlyAsクラ
ツド層、16はn−GaAsキヤツプ層、17はn
側電極、18はp側電極、19,19,…はV字
形溝である。また、20,20,…は各V字形溝
19の両側において電流阻止層12上に形成した
p−Ga1−zAlzAs層である。各層のAlAsモル比
は0≦x<y<z<1なる関係を満足するように
する。第1図Aには活性層14に垂直な方向のV
字形溝19部および上記p−Ga1−zAlzAs層2
0部における光強度分布を夫々C,Dで示す。V
字形溝19の外側にはp−クラツド層13より
AlAsモル比の大きい(屈折率の低い)層20が
存在するため、光強度分布はn−クラツド層15
へ押しやられたような非対称形となり、実効屈折
率が低下する。その結果、溝19上に屈折率導波
路が形成される。また、p−Ga1−zAlzAs層2
0は、活性層14と電流阻止層12との距離を遠
ざけることによつて、光の吸収を減少させる。同
時に、内部ストライプから注入される電流分布を
拡げることにより、活性層内キヤリア分布を均一
にし、バンド端吸収を減少させる働きもする。従
つて、各半導体レーザの中間領域の損失が減少す
る結果、第2図Bで示したような180゜位相同期
(位相反転)は起りにくくなり、第1図Bで示す
ように、各レーザは同一位相で発振する。そし
て、第1図Cで示すように、接合に平行方向の遠
視野像はほとんど単一ピークとなる。
GaAs基板、12はn−GaAs電流阻止層、13
はp−Ga1−yAlyAsクラツド層、14はp−Ga1
−xAlAs活性層、15はn−Ga1−yAlyAsクラ
ツド層、16はn−GaAsキヤツプ層、17はn
側電極、18はp側電極、19,19,…はV字
形溝である。また、20,20,…は各V字形溝
19の両側において電流阻止層12上に形成した
p−Ga1−zAlzAs層である。各層のAlAsモル比
は0≦x<y<z<1なる関係を満足するように
する。第1図Aには活性層14に垂直な方向のV
字形溝19部および上記p−Ga1−zAlzAs層2
0部における光強度分布を夫々C,Dで示す。V
字形溝19の外側にはp−クラツド層13より
AlAsモル比の大きい(屈折率の低い)層20が
存在するため、光強度分布はn−クラツド層15
へ押しやられたような非対称形となり、実効屈折
率が低下する。その結果、溝19上に屈折率導波
路が形成される。また、p−Ga1−zAlzAs層2
0は、活性層14と電流阻止層12との距離を遠
ざけることによつて、光の吸収を減少させる。同
時に、内部ストライプから注入される電流分布を
拡げることにより、活性層内キヤリア分布を均一
にし、バンド端吸収を減少させる働きもする。従
つて、各半導体レーザの中間領域の損失が減少す
る結果、第2図Bで示したような180゜位相同期
(位相反転)は起りにくくなり、第1図Bで示す
ように、各レーザは同一位相で発振する。そし
て、第1図Cで示すように、接合に平行方向の遠
視野像はほとんど単一ピークとなる。
各レーザの屈折率導波路の屈折率分布Δnは、
注入キヤリア密度変動に伴う、屈折率変化約2×
10-3よりも十分大きい方が安定な出力ビームが得
られる。即ち、Δn=5×10-3〜1×10-2程度が
良い。このような大きなΔnは単体のレーザの場
合には高次横モードを発生させるが、複数個のレ
ーザを位相同期させた場合には、高次横モードは
発生しないことがわかつた。
注入キヤリア密度変動に伴う、屈折率変化約2×
10-3よりも十分大きい方が安定な出力ビームが得
られる。即ち、Δn=5×10-3〜1×10-2程度が
良い。このような大きなΔnは単体のレーザの場
合には高次横モードを発生させるが、複数個のレ
ーザを位相同期させた場合には、高次横モードは
発生しないことがわかつた。
<製作例>
第1図に示す半導体レーザアレイの製作例につ
いて説明する。
いて説明する。
まず、p−GaAs基板(Znドープ、1×1019cm
-3)11上にn−GaAs層(Teドープ、3×1018
cm-3)12、及びp−Ga0.6Al0.4As(Mgドープ、
1×1018cm-3)20を各々0.5μm、0.3μmの厚さ
に、液相エピタキシヤル成長させた。次に、層2
0をホトリソグラフイ技術とケミカル・エツチン
グによつて幅w2=32μmのストリツプ状に残し
た。その上に幅w3=4μmのV字形溝19を5本
ピツチD=6μmで上述の方法により形成した。こ
の基板上に再び液相エピタキシヤル法により、p
−Ga0.7Al0.3Asクラツド層13、pGa0.95Al0.05As
活性層14、n−Ga0.7Al0.3Asクラツド層15、
及びn−GaAsキヤツプ層16をそれぞれ0.2μm、
0.08μm、1μm及び2μmの厚さに連続成長させた。
即ち、各層のAlAsモル比はx=0.05、y=0.3、
z=0.4である。
-3)11上にn−GaAs層(Teドープ、3×1018
cm-3)12、及びp−Ga0.6Al0.4As(Mgドープ、
1×1018cm-3)20を各々0.5μm、0.3μmの厚さ
に、液相エピタキシヤル成長させた。次に、層2
0をホトリソグラフイ技術とケミカル・エツチン
グによつて幅w2=32μmのストリツプ状に残し
た。その上に幅w3=4μmのV字形溝19を5本
ピツチD=6μmで上述の方法により形成した。こ
の基板上に再び液相エピタキシヤル法により、p
−Ga0.7Al0.3Asクラツド層13、pGa0.95Al0.05As
活性層14、n−Ga0.7Al0.3Asクラツド層15、
及びn−GaAsキヤツプ層16をそれぞれ0.2μm、
0.08μm、1μm及び2μmの厚さに連続成長させた。
即ち、各層のAlAsモル比はx=0.05、y=0.3、
z=0.4である。
成長前に露出しているn−Ga0.6Al0.4As層20
の面積は狭いのでGa溶液の濡れに問題はなく、
ピンホール等の欠陥のない良孔な成長層が得られ
た。
の面積は狭いのでGa溶液の濡れに問題はなく、
ピンホール等の欠陥のない良孔な成長層が得られ
た。
基板裏面をラツピングすることにより、ウエハ
ーを約100μmとした後、n−GaAsキヤツプ層1
6表面にはn側電極としてAu−Ge−Niを、ま
た、p−GaAs基板11裏面にはp側電極18と
して、Au−Znを蒸着し、450℃に加熱して合金
化した。その後、共振器長が250μmになるように
劈開して素子化を完了させた。この素子を銅ヒー
トシンクIn金属を介してn側を下にしてマウント
した。
ーを約100μmとした後、n−GaAsキヤツプ層1
6表面にはn側電極としてAu−Ge−Niを、ま
た、p−GaAs基板11裏面にはp側電極18と
して、Au−Znを蒸着し、450℃に加熱して合金
化した。その後、共振器長が250μmになるように
劈開して素子化を完了させた。この素子を銅ヒー
トシンクIn金属を介してn側を下にしてマウント
した。
この半導体レーザアレイは、しきい値電流約
100mA波長820nmで発振し、接合に平行方向の
遠視野像は第1図Cに示すように単一ピークを持
ち、その半値全幅は2.5゜であつた。従つて、この
半導体レーザアレイは完全に同一位相で発振して
いることがわかる。また、微分量子効率は片面で
52%と非常に高かつた。これは、多発振領域の両
側での光損失がほとんどないためであつた。
100mA波長820nmで発振し、接合に平行方向の
遠視野像は第1図Cに示すように単一ピークを持
ち、その半値全幅は2.5゜であつた。従つて、この
半導体レーザアレイは完全に同一位相で発振して
いることがわかる。また、微分量子効率は片面で
52%と非常に高かつた。これは、多発振領域の両
側での光損失がほとんどないためであつた。
<発明の効果>
以上述べたように、本発明の半導体レーザアレ
イ装置は、各屈折率導波路の中間領域の光損失が
ないので、単一ピーク発振、高微分効率、高出力
動作が可能となつた。
イ装置は、各屈折率導波路の中間領域の光損失が
ないので、単一ピーク発振、高微分効率、高出力
動作が可能となつた。
なお、本発明の半導体レーザアレイは上述した
GaAs−GaAlAs系に限定されず、InP−InGaAs
系等その他のヘテロ接合レーザにも適用できる。
GaAs−GaAlAs系に限定されず、InP−InGaAs
系等その他のヘテロ接合レーザにも適用できる。
第1図Aは本発明の半導体レーザアレイの断面
説明図、第1図Bはその電界強度分布、第1図C
は活性層に平行方向の遠視野像、第2図Aは従来
のVSISレーザアレイの断面説明図、第2図Bは
その電界強度分布、第2図Cは活性層に平行方向
の遠視野像である。 11……p−GaAs基板、12……n−GaAs
電流阻止層、13……p−Ga1−yAlyAsクラツ
ド層、14……p−Ga1−xAlxAs活性層(0≦
x<y)、15……n−Ga1−yAlyAsクラツド
層、16……n−GaAsキヤツプ層、17……n
側電極、18……p側電極、19……V字形溝、
10……V字形溝外側領域、20……p−Ga1−
zAlzAs(z>y)。
説明図、第1図Bはその電界強度分布、第1図C
は活性層に平行方向の遠視野像、第2図Aは従来
のVSISレーザアレイの断面説明図、第2図Bは
その電界強度分布、第2図Cは活性層に平行方向
の遠視野像である。 11……p−GaAs基板、12……n−GaAs
電流阻止層、13……p−Ga1−yAlyAsクラツ
ド層、14……p−Ga1−xAlxAs活性層(0≦
x<y)、15……n−Ga1−yAlyAsクラツド
層、16……n−GaAsキヤツプ層、17……n
側電極、18……p側電極、19……V字形溝、
10……V字形溝外側領域、20……p−Ga1−
zAlzAs(z>y)。
Claims (1)
- 1 基板上に形成された複数個の溝の両側にクラ
ツド層よりも屈折率の低い層を堆積し、その直上
の活性層の実効屈折率が溝上のそれよりも低くな
るようにして形成された複数個の屈折率導波路を
備え、各レーザ光が同一位相で発振するようにし
た単一ビーム形半導体レーザアレイ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10135684A JPS60245191A (ja) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | 単一ビ−ム形半導体レ−ザアレイ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10135684A JPS60245191A (ja) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | 単一ビ−ム形半導体レ−ザアレイ装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60245191A JPS60245191A (ja) | 1985-12-04 |
JPH0147029B2 true JPH0147029B2 (ja) | 1989-10-12 |
Family
ID=14298552
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10135684A Granted JPS60245191A (ja) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | 単一ビ−ム形半導体レ−ザアレイ装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60245191A (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4624000A (en) * | 1984-11-01 | 1986-11-18 | Xerox Corporation | Phased array semiconductor lasers with preferred emission in a single lobe |
JPH0646668B2 (ja) * | 1987-07-28 | 1994-06-15 | シャープ株式会社 | 半導体レ−ザアレイ素子 |
-
1984
- 1984-05-18 JP JP10135684A patent/JPS60245191A/ja active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS60245191A (ja) | 1985-12-04 |
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