JPH03108390A - ブロードエリアレーザ - 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】 皮果よ立肌且分互 本発明は、数十〜数百μｍの発光幅を有し光情報処置お
よびレーザ加工等に用いられる半導体レーザに関し、特
にブロードエリアレーザに関する。

従来汝及止 上記半導体レーザの応用分野が拡大するにつれて、近年
、半導体レーザの高出力化の要求が高まっている。現在
ワットクラスの光出力が得られるものとしては、半導体
レーザアレイとブロードエリアレーザとが知られている
。

ここで、前者は導波路間の距離を短くして導波路を多数
並設し、隣接する導波路間でレーザ光をカップリングさ
せ、すべての導波路の位置を同期させることによって高
出力化を図るものである。

しかしながら、このような構成では、ファーフィールド
パターンが双峰となるためレーザ光を１点に集中できず
、且つ構造が複雑であるため製造工程が複雑化するとい
う課題を有していた。

一方、後者は導波路幅を数十〜数百μｍと広くとり、レ
ーザ光出射端面の発光面積を大きくすることにより高出
力化を図っている。このように簡単な構造であるので、
前者に比べて製造工程が簡略化できるという利点がある
。しかしながら、発振横モードがマルチモード或いはフ
ィラメント発振となるため、小さなスポットに集光でき
ないという課題を有していた。このため、応用面ではエ
ネルギー源等への利用に限定されていた。

そこで、ブロードエリアレーザの発振横モードを制御（
基本モード化）すべく、前端面中央部に高反射部を設け
るようなものが提案されている（レーザ学会研究会報告
ＲＴＭ−８８−２５）。

”しよ°と　る しかしながら、このような構造では、レーザ端面におい
て微細加工が必要となるため、製造が難しくなり、量産
性に欠けるという課題を有していた。

本発明はかかる現状に鑑みてなされたものであり、発振
横モードの制御を可能とし且つ量産性に優れたブロード
エリアレーザを提供することを目的とする。

ｆ　　　”ゞ　るための 本発明は上記目的を達成するために、導波路幅が広く且
つ活性層を有するレーザ素子がヒートシンクに固定され
たブロードエリアレーザにおいて、前記活性層とヒート
シンクとの間の熱抵抗が、前記導波路の中央部よりも導
波路の端部の方が大きくなるように構成されていること
を特徴とする。

作−Ｕ 従来のブロードエリアレーザは導波路内でｐｎ接合に平
行な方向には屈折率の差を設けていないので、第５図に
示すように、基本横モードに加え多数の横モードで発振
する所謂多モード発振となるか、或いは組成や膜厚の僅
かなムラによってフィラメント状の発振となる。

ところが本発明によれば、以下に示す理由により基本横
モードによる発振が起こりやすくなる。

即ち、一般に０次横モード利得は下記（１）式により表
されるが、第５図に示すように高次モードの光強度は導
波路中央部よりも端に近い領域で大きなピークを有して
いる。

この場合、本発明の如く活性層とヒートシンクとの間の
熱抵抗が、導波路の中央部より導波路の端部が大きく構
成されていれば、発振状態においてｐｎｎ接合合部発生
した熱は導波路の端部より導波路の中央部の方がヒート
シンクに伝わり易くなるので、活性層における温度分布
は第３図に示すように導波路中央部が凹状となったプロ
ファイルを示す。一方、電流注入時に活性層で発生する
利得は温度の関数であり、温度が高い状態では利得が減
少し、温度が低い状態では利得が増加する。

したがって、ブロードエリアレーザのように導波路内に
略均−に電流注入を行い、且つ第３図のような温度分布
を示す場合には、レーザー内の利得の分布は、第４図に
示すように導波路の中央部の利得が導波路の端部より高
くなる。

一方、屈折率は温度により変化するものであり、温度が
上昇すれば屈折率が大きくなり、温度が下降すれば屈折
率が小さくなる。具体的には、温度が１℃上昇すれば屈
折率は約４Ｘ１０−’変化することが認められた。した
がって、上記のような温度分布を有するブロードエリア
レーザの屈折率の分布は、第４図に示すように、導波路
の中央部が凹状となる。

以上示すように、本発明のブロードエリアレーザでは、
導波路の中央部が凹状の屈折率分布と、導波路の中央部
の利得が導波路の端部より高くなるような利得分布とを
有するため、高次モードの利得は基本モードの利得より
小さくなる。したがって、多モード発振を十分に抑制す
ることができ、基本横モードによる発振が起こり易くな
る。

加えて、例えば活性層とヒートシンクとの間における導
波路中央部を除いた領域に、半導体レーザに用いられる
材料中で比較灼熱電導の悪い材料（ｅｘ、ＧａＡ　１八
Ｓ）を配置すれば、活性層とヒートシンクとの間の熱抵
抗が導波路の中央部よりも導波路の端部の方が大きくな
る。このように簡単な構造であるので、容易に製造でき
量産性に優れることになる。

スー」にＡ 本発明の一実施例を、第１図及び第２図（ａ）〜（ｃ）
に基づいて、以下に説明する。

第１図に示すように、面方位（１００）のｎ型ＧａＡｓ
から成る基板ｌの表面には、厚み２．０μｍのｎ型Ｇａ
ｏ、　５Ｂ７１１　ｏ、　４Ｊｓから成る第１クラッド
層（Ｓｅドープ、　　ｎ　＝　５　ＸＩＯ”ｃｎ＋−’
）　　２と、厚み０．０８μｍのＧａｏ、　９４Ａ　ｌ
　ｏ、　ｏｈＡｓから成る活性層〔ノンドープ〕　３と
、厚み１．８μｍのｐ型Ｇａｏ。

、ｓＡ　１゜、４□Ａｓから成る第２クラッド層（Ｚｎ
ドープ。

ｐ　＝　２　ＸＩＯ”０１１−”）　４と、厚み０．５
μｍのｐ型ＧａＡｓから成る第１キャップ層（Ｚｎドー
プ、ｐ＝　２　Ｘ１０１９ｃｍ−’）　　５とが順に形
成されている。上記キャップＭ５上には、厚み１．０μ
ｍのｐ型Ｇａａ、　ｓｓＡ　ｌ！　ｏ、　ａｚＡｓから
成る低熱電導層（Ｚｎドープ。

ｐ　＝　５　ＸＩＯＩ８ａｍ−３）　６と、厚み０．５
μｍのｐ型ＧａＡｓから成る第２キャップ層（Ｚｎドー
プ、ｐ＝５　ＸＩＯ”ｅｌｌ−’）　７とが形成されて
おり、これら低熱電４層６と第２キャップ層７との中央
部には蝕刻部８が形成されている。上記第２キャップ層
７上の図中端部にはＳ　ｉ　Ｏｚから成る絶縁層９が設
けられている。この絶縁層９と第２キャップ層７と蝕刻
部８内の第１キャップ層５上には表電極１０が、また前
記基板１の裏面には裏電極１１がそれぞれ形成されてい
る。

尚、上記実施例においては、電流注入幅（絶縁層９が設
けられていない部位の幅）ｗｌは１５０μｍとし、且つ
蝕刻部８の幅Ｗ２は２５μｍとしている。

ここで、上記構造の素子の製造方法を、第２図（ａ）〜
（ｃ）に基づいて、以下に説明する。

先ず、同図（ａ）に示すように、エピタキシャル結晶成
長法により基板１の表面に、第１クラツドＮ２と活性層
３と第２クラッド層４と第１キャップ層５と低熱電導層
６と第２キャップ層７とを形成する。尚、上記エピタキ
シャル結晶成長法としては、膜厚の均一なＭＯ−ＣＶＤ
法やＭＢＥ法を用いるのが望ましい。次に、ＣＶＤ或い
は蒸着法を用いて第２キャップ層７上に絶縁層９を形成
した後、幅Ｗ、となるように絶縁層９をストライプ状に
エツチングする。これにより、同図（ｂ）に示すように
、電極ストライプが形成される。次いで、同図（ｃ）に
示すように、低熱電導層６と第２キャップ層７とを幅ｗ
２となるようにエツチングする。この後、基板１の厚み
を１００μｍまで削った後、基板１の裏面に裏電極１１
を、第２キャップ層７等の表面に表電極１０を形成する
。

これにより、第１図に示す素子が作製される。

しかる後、ジャンクションダウン方式により、上記素子
の表電極１０側の面をヒートシンクに融着させる。尚、
この場合の融着材料としては、ＧａＡｓやＡｌＧａＡｓ
よりも熱電導の良いものを使用することが望ましい。こ
れは、導波路の中央部は凹状となっているため導波路の
端部より融着材料が多く存在するが、融着材料がＧａＡ
ｓ等よりも熱電導が悪ければヒートシンクから放熱され
ず、導波路の中央部の温度が上昇するからである。

ここで、上記実施例では発光幅は略Ｗ、となるが、Ｗｌ
で示す領域中でもＷ２で示される領域は低熱電導層６（
熱電導率：０　、　１２　Ｗ／ｃｍ−ｄｅｇ）と第２キ
ャップ層７（熱電導率＝　０　、　５　Ｗ／ｃ＋ｗ・ｄ
ｅｇ　）とが存在しないため、Ｗ２で示される領域はＷ
１中のＷ２を除く領域より熱抵抗が小さくなって活性層
３の温度が低くなる。したがって、Ｗ２で示される領域
はＷ、中のＷ２を除く領域より屈折率が低くなると共に
利得が多くなるので、多モード発振を十分に抑制するこ
とができ、基本横モードによる発振が起こり易くなる。

尚、本実施例ではＧａＡｊｌＡｓ系ＤＨレーザを例にと
り説明したが、これに限定するものではなく、ＩｎＧａ
ＡｓＰ系、ＩｎＧａＡｓＰ系等他の材料の半導体レーザ
や、量子井戸構造、ＳＣＨ構造の半導体レーザにも応用
することができる。

また、絶縁層９は上記実施例の如＜ＳｉＯ□に限定され
るものではなく、Ｓｉ３Ｎ４やポリイミド等、半導体に
通常用いられる絶縁材料を用いることも可能である。

更に、本実施例では熱電導率の小さな低熱電導層６を通
常よりも多く積層しているので、素子の大きさは通常よ
り若干大きくなるよう（具体的には５００〜７５０μｍ
）に構成することが望ましい。このように構成すれば、
発熱による光出力の熱飽和を緩和することができるので
、光出力の変動を防止することができる。

４゜ 溌１とカニ果 以上説明したように本発明によれば、簡単な構造で横モ
ードを制御しつつ、数百〜数千ｍＷの光出力を得ること
ができる。したがって、量産性に優れると共に、大出力
のレーザ光を容易にレンズ等により１点に集光できるの
で、レーザを用いた微細加工、光情報処理等幅広い分野
への応用が可能となるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロードエリアレーザを示
す断面図、第２図（ａ）〜（Ｃ）はブロードエリアレー
ザの製造工程を示す断面図、第３図は本発明のブロード
エリアレーザの活性層の温度分布を示すグラフ、第４図
は本発明のレーザの屈折率と利得との分布を示すグラフ
、第５図は従来のブロードエリアレーザの横モード分布
を示すグラフである。 １・・・基板、３・・・活性層、６・・・低熱電導層、
７・・・第２キャップ層。 第２ 図 第１ ４Ｌ！ イＬ　：ｆＬ イ１１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）導波路幅が広く且つ活性層を有するレーザ素子が
   ヒートシンクに固定されたブロードエリアレーザにおい
   て、 前記活性層とヒートシンクとの間の熱抵抗が、前記導波
   路の中央部よりも導波路の端部の方が大きくなるように
   構成されていることを特徴とするブロードエリアレーザ
   。