JPH02292888A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野１ 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レーザが要求されて
いる。高出力化を制限する要囚は、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
レ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關動
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。（発明が解決しよう
とする課題ｌ しかし、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。連続発振時は
、ス１・ライブ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，パルス恥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１・ライブ領域の両側に
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、その領域はス１へライブ領域とは独立に電流注入で
きる構造とした。即ち、ストライプ領戎の両側にダミー
ス１・ライブ、または、ダミー領域を設け．その部分を
独立に′１１↑流〆ト人てきるようにした。

【作用１ 代表的な１例を第１図（ａ）及び第１レ１（ｂ）に示し
た。第１図（ａ）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。第
１図（ｂ）は素子の断面構造図である。ダミーストライ
プ部はプロトン打ち込みによりス１・ライブ領域とは独
立に電流注入することができる。

発熱の影響を考慮しなければならない連続発振時には、
ダミーストライプ部に電流を注入する。これによりスト
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。発熱の問題を考慮する必要のないパルス廃動時
には，ダミーストライプ領域には電流を流さない。従っ
て，晩動電流を小さくすることができる。

【実施例１ 以下，本発明の実施例について第１図、第３図、及び第
４図を用いて詳細に説明する （実施例１） 実施例１を第１図（ａ）、第１図（ｂ）を用いて説明す
る。

第１図（ａ）は、素子の上面図であり、ストライプ形状
を示している。第１図（ｂ）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？ダミース１・ライブである
。　まず，素子の断ｊＩｎ構造を第１図（ｂ）に示した
。ｒ１型Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基扱結品３の上にｎ型Ａ　１　
−１７　Ｇ　ａ　−６１　Ａ　ｓクラッド層４、Ａ１−
ｏＧＧａ−、Ａｓ活性Ｒ？　５、ｐ型Ａｌ−，７Ｇａ−
，，ＡｓクラッドＷｉ６、ｎ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　ｆＪ１
流狭搾層７をＭＢＥ法により順次形成する。ホトエノチ
ング工程により第１図（ｂ）に示されているように．ｎ
型Ｇ　ａ　Ａ　ｓ電流狭搾層７を完全に除去し、■）型
Ａ　ｌ−３■０　＋ｉ−．．３Ａ　ｓクラノドＮ６の表
面を露出する幅１−・１０μｍの１１クス！・ライプ１
を共振器方向に２−２０本、Ｑ．５−５１ｔｒｎ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Ｉ・ライブの幅は
、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Ａ　１−，，Ｇ　ａ−６３Ａ　ｓ埋
込クラッド暦８、Ｐ型ＧａＡｓキャップ層９を形成する
。その後、ｐ　ＩＴＩＩＩ　７ｆＬ極を形成する。リフ
トオフ法により第１図（ｂ）に示されているようにスト
ライプ領域ｆｉ極１２，ダミーストライプ領域電極１１
を形成する。この電極をマスクに第１図（ｂ）に示され
ているようにプロトン打ち込みを行う。その後，ｎ側電
極１３を形成した後、臂開法により、共振器長約３００
μｍのレーザ素子を得た。試作した素子は、発振波長８
３０ｎｍ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木の場合は２００
ｍＡで、また、１０本の場合は３００ｍＡで，また２０
本の場合は５５０ｍＡであった。連続発振時に、ダミー
ストライプ領域に電流注入を行ったところ、発振横モー
ドは、安定な単一モートとなった。すなわち、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。また、パルス駆動時には、ダミーストライプ領域へ
の電流の注入いかんにかかわらずストライプ領域全体で
位相同期発振をし、安定な横単一モードであった。

（実施例２） 実施例２を第３図（ａ）及び第３図（ｂ）を用いて説明
する。

第３図（ａ）は、素子の上面図であり、ストライプ形状
を示している。第３図（ｂ）は素子の断面図である。

まず、素子の断面構造を第３図（ｂ）に示した。

ｎ型ＧａＡｓ基板結晶１４の上にｎ型Ａｌ−，。

Ｇａ−ｓ，Ａｓクラッド層１５、Ａ　ｌ−１，Ｇ　ａ−
ｓｓＡｓ活性層１６、ｐ型Ａ　１−，。Ｇ　ａ−５０Ａ
　ｓクラッド層１７、ｐ型Ａ　１−３。Ｇ　ａ−７。Ａ
　ｓ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ界面改良層１８、ｎ型ＧａＡｓ電
流狭搾Ｍ１９をＭＯＣＶＤ法により順次形成する。第３
図（ａ）に示したようにホトエッチング工程によりｎ型
ＧａＡｓ電流狭搾暦１９を完全に除去し、ｐ型Ａ１−３
。Ｇａ−７。Ａｓ界面改良層１８の表面を露出する幅１
−１０μｒｎの溝スＩ−ライブを共振器方向に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Ａ１−，ｏＧａ−
，。Ａｓ埋込クラッド層２０、ｐ型ＧａＡｓキャップ層
２１を形成する。その後、ｐ側電極を形成する。リフト
オフ法により第３図（ｂ）に示されているようにストラ
イプ領域電極２３、ダミース１・ライブ領域電極２２を
形成する。

この電極をマスクに第３図（ｂ）に示されているように
ｎ型ＧａＡｓ電流狭搾層７に達するようにエッチングを
行う。エッチングはエッチング１１ヤの垂直性の良いド
ライエッチングにより行う。その後、ｎ側電極２５を形
成した後、臂開法により、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２８（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２７（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２６を施した。

試作した素子は、発振波長７８０ｎｍ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ｌｏｏｍＡで
、また、６本？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。連続発振時に、ダミーストライプ領域に電流注入
を行ったところ、発振横モードは、安定な単一モードと
なった。すなわち、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。また，パルス睡動時に
は、ダミーストライプ領域への電流の注入いかんにかか
わらずストライプ領域全体で位相同期発振をし、安定な
横単一モードであった。

（実施例３） 実施例３を第４図（．ａ）及び第４図（ｂ）を用いて説
明する。

第４図（ａ）は、素子の上面図であり、ストライプ形状
を示している。第４図（ｂ）は第４図（ａ）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４図（ｂ）に示した。

ｎ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板結品２９の上にｎ型ＡｈＳ０Ｇ
ａ−，，Ａｓクラッド層３　０，Ａ　ｌ−■４０　ａ−
Ｉｌ，Ａｓ活性層３１、Ｐ型Ａ　Ｌ−，，Ｇ　ａ−５ｏ
Ａ　ｓクラッド層３２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Ａ　Ｉ−１４Ｇ　
ａ−，，Ａｓ活性層３１を貫通し、ｎ型Ａｌ−，。Ｇａ
−ＳｏＡｓクラッド層３０の途中で止まるようにエッチ
ングを行うことで、第４図（ａ）に示したようなストラ
イプ３９を形成する。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４０）も
また形成する。このダミー領域は、＠４−５μｍで、共
振器長方向の長さとして２０−３０μｍのものを，第４
図（ａ）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。第４図（ａ）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法により高抵抗の（アンドーブでもよい
）Ａｈ，。Ｇａ−，。Ａｓ埋込クラツド層３３、ｎ型Ｇ
ａＡｓキャップ層３４を形成する。その後、第４図（ｂ
）で示したように、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。その後、Ｐ側電極を
形成する。リフトオフ法により第４図（ｂ）に示されて
いるようにストライプ領域電極３７、ダミーストライプ
領域電極３６を形成する。その後、ｎ側電極３８を形成
した後、臂開法により、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７８０ｎｍ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木の場合は２００ｍＡで、また
、１０本の場合は３００ｍＡで，また２０本の場合は５
５０ｍＡであった。連続発振時に、ダミース１へライブ
領域に電流注入を行ったところ、発振横モードは、安定
な単一モードとなった。すなわち、これらの素Ｔはすべ
て、ストライプ領域全体で位相同期発振をした。また、
パルス駆動時には、ダミーストライプ領域への電流の注
入いかんにかかわらずス１−ライブ領域全体で位相同期
発振をし，安定な横単一モードであった。

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ＡＩＧａＡｓ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ＡＩＧａＡｓ／１５を用いたが、ＡＩＧａＡｓ系の超
格子で活性層を形成したＭＱＷ　（Ｍｕｌｔｉ−Ｑｕａ
ｎｔｕｍＷｅｌｌ）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ＬＯＧ（Ｌａｒｇｅ　　Ｏｐｔｉ
ｃａｌ　　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ＯＲ　Ｉ　Ｎ−Ｆ３Ｃ
Ｈ　（Ｇ　ｒ　ａ　ｄ　ｅ　ｄ　−Ｉｎｄｅｘ−Ｓｅｐ
ａｒａｔｅ−Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ−ｈｅｔｅｒｏｓ
ｔｒｕｃｔｕｒｅ）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尋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、Ａ　Ｉ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ系の材料
を用いているが、ＡＩＧａＰ．ＡｓＡＩＩｎＰ、ＡｓＡ
ＩＧａ　Ｉ．ｎＰ，ＡＩＧａ　Ｉ　ｎＡｓ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，発熱の影響を受ける連続発振
時においても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（ａ）は本発明による構造及び実施例１の素子の
上面図、第１図（ｂ）は実施例１の第［図（ａ）におけ
るＡ−Ａ’断面図、．第２図（ａ）および第２図（ｂ）
は各々は従来構造の上面図および断面図、第３図（ａ）
は実施例２の素子の上面図、第３図（ｂ）は実施例３の
断面図、第４図（ａ）は実施例３の素子の上面図，第４
図（ｂ）は実施例３の第４図（ａ）におけるＡ−Ａ’断
面図である９ 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ＡＩＧａＡｓクラ
ッド層、５・・・活性層、６・・・ｐ型ＡＩＧａＡｓク
ラッド層、７・・・ｎ型ＧａＡｓ電流狭搾層，８・・・
ｐ型ＡＩＧａＡｓ埋込クラッド層、９・・・ｐ型ＧａＡ
ｓキャップ層、１０・・・プロトン打ち込み領域，１１
・・・ダミーストライプ領域ｐ側電極、１２・・・スト
ライプ領域ｐ側電極，１３・・・ｎ側電極、１４・・・
ｎ型ＧａＡｓ基板、１　５　−　ｎ型ＡＩＧａＡｓクラ
ッド層、１６・・・活性層、１７・・・ｐ型ＡＩＧａΔ
Ｓクラッド層、１　８−ｐ型ＡＩＧａＡｓ界面改良層、
１９・・ｎ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　Ｍｌ流狭搾層、２　０　
・ｐ型ＡＩＧａＡｓ埋込クラッド層、２１・・・ｐ型Ｇ
ａＡｓキャップ層、２２・・・ダミーストライプ領域ｐ
側゛エ極，２３・・・ストライプ領域ｐ側電極、２４・
・・エッチング溝，２５・ｎ側電極、２６・・・無反射
膜、２７・・・高反射膜、２８・・・低反射膜、２９・
・・ｎ型ＯａＡｓ基板、３　０　−　ｎ型ＡＩＧａＡｓ
クラッド層、３１活性層、３２・・・ｐ型ＡＩＧａＡｓ
クラッド層、３３・・・ｐ型Ａ　Ｉ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ埋
込クラッド漕、３４・・・ｒｉ型ＧａＡｓキャップ層，
３５・・・Ｚｎ拡散領域、３６・・・ダミーストライプ
領域ｐ側電極、３７・・・ストライプ領域ｐ側電極、３
８・・・ｎ　｛ＩＩＩ電極、３９・・・ストライプ、４
０・・・ダミー領域 （ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、共振器長方向にストライプを平行に複数設けそれぞ
   れのストライプ同志で位相同期発振し、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
   有する構造の半導体レーザ装置において、該領域をスト
   ライプ領域とは独立に電流駆動させることを特徴とする
   半導体レーザ装置。 ２、共振器方向にストライプが複数有り、それぞれのス
   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
   し、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有する構造の半導体レーザ装置にお
   いて、該領域をストライプ領域とは独立に電流駆動させ
   ることを特徴とする半導体レーザ装置。 ３、ストライプ領域の両側にダミーストライプを設け、
   ダミーストライプでは、電流が流れるが、レーザ発振は
   しないことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
   ２項記載の半導体レーザ装置。 ４、ダミーストライプの端面の反射率を、ストライプ領
   域よりも低くしたことを特徴とする特許請求の範囲第３
   項記載の半導体レーザ装置。 ５、ダミーストライプ部のみに吸収領域を設けたことを
   特徴とする特許請求の範囲第３項記載の半導体レーザ装
   置。 ６、ダミーストライプのみが共振器方向の途中でストラ
   イプが存在しない部分を有することを特徴とする特許請
   求の範囲第３項または第４項または第５項記載の半導体
   レーザ装置。