JPH0318086A - 半導体放射素子の放射光結合システムおよびこれを用いた放射光処理アレイ - 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］ 本発明は、半導体発光素子への放射光と半導体発光素子
からの放射光との結合のためのシステムに関する． ［発明の詳細な説明］ 半導体レーザアレイは一般に平面基板上に形成された複
数の半導体インジェクションレーザを含む．あるレーザ
装置においては、放射光はレーザ素子（以下、素子と称
する）から放射光の光軸が一般に基板の平面にほぼ垂直
となるように放射される．レーザアレイの形成において
、各レーザの出力がその他のレーザの出力とコヒーレン
トになり、アレイが単一の光源として作用するように、
レーザが位相ロックされていることが一般に望ましい．
エバネッセントカップリングは、隣接する平行な素子を
位相ロックする１つの技法であるが、この技法は、放射
光カップリングが通常隣り合う素子の間だけに発生する
という点で制限がある．その他のアレイの配置としては
、第１の素子の出力端の一部を、第１の素子の光出力端
と一列に並べられている第２の素子の入力端に結合する
ことにより形成された直線アレイが含まれる．後者の配
置は１次元のアレイに限られる。

本発明者は、すべての素子が、隣り合わない場合、ある
いは単に直線状に排列されていない場合にも放射光が結
合されるように、素子が１つ以上の７レイに構成された
位相ロックされるレーザの２次元の列を形成することが
望ましく、それによってより多くの素子が基板の比較的
狭い領域中で効率的に結合されることを認識している．
本発明による、半導体発光素子により放射された放射光
を結合するための光結合システムは、広い表面を有する
基板を含む．間隔を置いた複数のノジュールを含む光学
格子は，基板の広い表面上に重なっている．格子は、広
い表面の平面に平行な平面中にある光軸に沿って放射さ
れた放射光を受けるようになっている．ノジュールは格
子中に配置され、受けられた放射光の第１の部分が格子
から光軸に沿った方向に反射し、かつ受けられた放射光
の第２の部分が格子により第１の方向とは異なる第２の
方向に偏向されるように配置されている．その結果、そ
れによって受けられた放射光を処理するようになってい
る多数の発光素子が、素子により放射された放射光の位
相ロックを行なうために結合される． ［実施例］ 第１図は本発明の１実施例による放射光結合システムの
等角斜視図、第２図は第１図のシステムの典型的なレー
ザゲインセクションの断面立面図、第３図は第１図のシ
ステムの格子部分の平面図、第４図は本発明の原理のい
くつかを説明するのに有効な第１図のシステムと同様の
システムの図式平面図、第５図は第４図に示した型の複
数の結合システムの図式平面図、第６図および第７図は
第５図のシステムと同様のシステムの部分の図式平面図
であり、アレイ中の様々なレーザゲインセクションへの
様々な接触接続を示す図である。

第１図において、システム１０は広い表面１４を有する
半導体基板ｌ２を含む．広い表面１４上に重なっている
のはＮ型クラッドＮ１５で、クラッド層１５上にはラー
ジオブティカルキャビティ層（以下、ＬＯＣ層と称する
）１６が重なっている，ＬＯＣ層１６上に重なっている
のは、レーザダイオードゲインセクション１７〜１９す
べてを含む第１の直線７レイである．セクション１７〜
ｌ９は軸線２０に平行に一列に並べられている．セクシ
ョン１７〜１９は軸線２ｏに垂直で表面１４に平行な第
２の軸線２２に平行に放射光を放射する．軸線２０およ
び２２は、広い表面１４に平行な平面を定める．レーザ
ダイオードゲインセクション１７′〜１９′すべてを含
む第２のアレイはＬＯＣ層１６上でセクション１７〜１
９から間隔を置き、かつそれぞれそれらと一列に並べら
れている．セクション１７’〜１９′はすべて軸線２０
に平行に一列に並べられ、各々が軸線２２に平行な方向
に放射光を放射する。ダイオードセクション１７′は軸
線２２に平行な軸線上でセクション１７と一列に並べら
れている．セクション１７〜１７′は互いに向かって放
射光を放射するように配置されている。同様にセクショ
ン１８′はセクション１８と、セクション１９′はセク
ション１９と、軸線２２に平行な方向に一列に並べられ
ている．セクション１８〜１８’　もセクション１９〜
１９′も、それぞれ互いに向かって放射光を放射する． レーザダイオードセクション２４〜２４′の第２の７レ
イはＬＯＣＮ上にある，セクション２４は軸線２０に平
行な方向にセクション２４′と一列に並べられている．
セクション２４〜２４′はそれぞれ互いに向かって放射
光を放射する．実施例としては、セクション２４はセク
ション１９〜１９′の並びの（図面の）左側の直線上に
あり、セクション２４′はセクション１７〜１７′の並
びの右側に調整されている．レーザダイオードセクショ
ン１７〜１９、１７′〜１９′および２４〜２４′は、
中央のほぼ正方形の領域２６の範囲を定める。領域２６
中のＬＯＣ層１６上に配置されているのは本発明の１実
施例による光学格子である．セクション１７からセクシ
ョン１８およびセクション１８からセクションｌ９まで
の間隔は、ほぼ同じである．セクション２４〜２４′か
らセクション！７〜ｌ９および１７’〜１９’のアレイ
までの間隔もほぼ同じである。レーザダイオードセクシ
ョンの配置は対称的であることが好適であるが、例とし
て示しているにすぎない．その他の実施例においては、
セクションは与えられた実施例にしたがって一列には並
べられない．例えば、セクション２４〜２４゛は軸線２
０に平行な軸線に関して一列に並べられず、同様に素子
１７〜ｌ９のどれも、セクション１７′〜１９′のどれ
に関しても軸線２２に平行な方向に一列に並べられない
．各セクションは、本実施例の第２図の典型的なセクシ
ョン２４′と同一であるが、セクションは当然、様々な
実施例により異なる．格子２８は基板１２の広い表面１
４上に重なる領域全体にわたって、ＬＯＣ層１６表面上
に重なっている．各セクションの光軸は表面１４に平行
である．格子２８は、各素子ゲインセクションから格子
領域を通過して一列に並べられた向い側の素子ゲインセ
クションに光を伝達させるものである．例えばセクショ
ン２４′からの放射光は格子２８に向かって放射され、
かつ格子２８によりセクション２４に伝達されるし、ま
た逆も同様である．同様に、セクション１７からの光は
、レーザダイオードセクション１７’に向かって放射さ
れ、セクション１７′に入射し、かつ受け入れられ、そ
の他同様である．格子２８は、一列に並べられたダイオ
ードセクションに直接的に光を伝達させるほか、放射素
子にプラグ反射を引き起し、放射方向に垂直な横方向に
光を偏向させる。

格子２８は複数のノジュールを含み、各ノジュールは谷
に取り囲まれている．第２図においては、例えばノジュ
ール４０は中間の谷４６および４８により、ノジュール
４２および４４からそれぞれ間隔を置いて配置されてい
る．格子２８中のノジュールのアレイは対称的に配置さ
れている．第３図においてはノジュール５１の第１のア
レイ５０におけるノジュールの配列は、軸線５２上に一
列に並べられている．ノジュール５５の第２のアレイ５
４は、軸線５２に平行な軸線５６上に一列に並べられて
いる。格子２８のノジュールはすべて軸線５２および５
６に平行な軸線上に一列に並べられている． セクション１８’により形成された代表的な素子は光軸
５８を有する。光軸５８は第１図の軸線２２に平行であ
る．光軸５８は各アレイ５０、５４の軸線５２および５
６その他に対して４５°で配置されているが、格子のノ
ジュールもアレイ６０、６２、６４その他のように、第
２の７レイに一列に並べられている．アレイ６０、６２
および６４は互いに平行であるが、軸線５２および５６
に直角な各軸線６１、６３、６５その他の上に一列に並
べられている。軸線６０、６２、６４も軸線２２に対し
て４５°の角度である．軸線６１、６３、６５は素子セ
クション１８’の軸線５８に対して４５°である．ノジ
ュール６６のような、すぐ隣の４つのノジュールからな
るアレイは、本実施例では対称的に正方形のアレイにな
っている．すべてのノジュールは同様の４つのノジュー
ルからなるアレイを形成する．ノジュールはやや丸みの
ある山、または半球形の形状をしており、それらの間に
は谷がある．第３図の円形はノジュールの形状の特定の
というより代表的な記載であり、ノジュールの前記円形
は説明および図の単純化のために示したにすぎない．ノ
ジュール間の相互接続部分は、第２図に示すようにほぼ
正弦曲線のような曲線である． 第３図のアレイ２８中のノジュール５１は、周期Ａ１を
有する第１の格子を形成するためにその他のノジュール
と一列に並べられている．例えば、アレイ５０のノジュ
ールは、アレイ５４のノジュールとの組み合わせにおい
てＡ１の格子周期を有する．アレイ５０および５４に垂
直な方向のアレイの間の間隔が等しいので、アレイ５０
および５４に平行な７レイの各ノジュール間の空間は一
定の格子周期Ａ１である．ノジュールのアレイが対称的
であるため、アレイ６０のノジュールは７レイ６２のノ
ジュールから間隔を置いて配置され、アレイ６２はアレ
イ６４から第２の周期Ａ２の間隔を置いて配置されてい
る．ノジュールの間隔は格子の７レイ全体にわたって等
しく、Ａ，はＡ２に等しい． 格子周期へ１は、放射された放射光を、例えば光軸５８
に沿ったセクション１８′に対応する素子から光軸５８
に垂直な、例えば方向７０に偏向させるような周期であ
る．すなわちセクション１８′から方向７２に放射され
た光子が、光軸５８上に一列に並べられている各ノジュ
ールに入射するとき、周期Ａ１が存在することによって
、前記ノジュールにより方向７０に平行な方向に偏向さ
れる．このように光軸５８上に一列に並べられているノ
ジュール５ｌは、方向７０に平行な方向に光子のいくら
かを偏向させる傾向がある．同様に軸線５８上のノジュ
ール５５も、光軸５８上に一列に並べられている残りの
各ノジュール７４および７６その他のように、いくらか
の光子を方向７０に偏向させる傾向がある．格子により
偏向された光子は光軸５８と一列に並ぶ方向および光軸
５８に垂直な方向に伝播させられる。

同様に軸線６１、６３、６５のそれぞれの上のアレイ６
０、６２および６４などに平行に配置されている前記ノ
ジュールの周期Ａ２は、ノジュールがセクション１８’
　により光軸５８に沿って放射された光子を、軸線２０
に平行で方向７０とは反対の方向７８に反射するような
数値である．光軸５８上に一列に並べられている各ノジ
ュールは、格子の周期へ２によりいくらかの光子を方向
７８に偏向させる．第３の格子周期Ａ３は格子アレイ２
日のノジュールにより形成されている．周期Ａ３は、光
子が、例えば軸線５８上のセクション１８′のようなダ
イオード素子の光の径路に沿って、従来の分布ブラッグ
反射器（以下、ＤＢＲと略記）モードで反射させられる
分布ブラッグ反躬器格子を形成する．周期Ａ，は、軸線
５８に対して４５＠の周期Ａ１およびＡ２の角度配置に
より、ｆＴＡＩまたはｆ丁Ａ２である．周期Ａ＋および
Ａ２は、ＤＢＲ周期Ａ，に比較して、以後分布ブラッグ
偏向器（以下、ＤＢＤと略記）周期と呼ぶ．従って格子
アレイ２８は２つのＤＢＤ周期へ１およびＡ２ならびに
第３のＤＢＲ周期へ，を形成する．直線の格子要素を利
用するＤＢＤシステムの一般的な分析は、エイチ．エム
．ストールによる「分布ブラック反射器：多機能集積光
学素子Ｊ　　［Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｏｐｔｉｃｓ，　Ｖｏ
１、ｌ７，　Ａｕｇ、１５．１９７８，　ｐ２５６３−
２５６９コの論文でより詳細に論じられている． Ａ＋およびＡ３の大きさによって異なる次数の光がＤＢ
Ｒ反射として反射されたり、ＤＢＤ反射として偏向され
たりして、格子は光を格子表面から、および／または基
板中の方向に放射するような配列をとることができる．
例えば光は９０”で屈折されると、セクション１８′に
対して９０”で配置されているレーザアレイの光によっ
てセクション１８’のレーザ光が固定され、レーザ発振
のための２次のフィードバックが生じ、かつ格子アレイ
の表面から基板１２中への１次の光が結合される．例え
ば１！１図においてセクション１８′はセクション２４
〜２４′およびセクション１８に光学的に結合されてい
る．セクション１８’からの光子は、格子領域分野２６
を通ってセクション１８に達する．光子はまた、Ａ．お
よびＡ，のＤＢＤ偏向型格子周期により、セクション２
４〜２４′に対して９０’偏向される．さらにその他の
光子は、格子の表面から基板１２の表面１４の平面に平
行でない方向に放射される． セクション１８′からの光子は、アレイのその他のセク
ションからの光子と同様に結合されることが示されてい
る．例えば第４図でレーザダイオード４００は光子を放
射し、光子は格子アレイを通ってレーザダイオード４０
２に直接伝達される．細い実線４０４は屈折され、かつ
、レーザバンク４０６のレーザに偏向される光子を示す
．実線４０４により示される光子は、矢印４０８により
示された複数の平行な光子の径路に分散される．点線４
１０は、ＤＢＤ格子周期八２により矢印４１２の方向に
偏向される別の組の光子を示すが、高い次数の光子は小
さな円の７レイによって示される多数の異なる径路中の
格子ノジュールにより屈折される。１つの径路は光子を
径路４１０から、レーザダイオード素子４１６および４
１８に分岐する径路４１４に分配し、径路４２０は、径
路４２２および４２４をたどってそれぞれレーザダイオ
ード素子４２６および４２８に達する光子を含む．径路
４３０からの光子はダイオード４３２に送られるだけで
はなく、径路４２２および４２４に分岐する．図示した
分岐は、与えられた素子からの光子が本実施例のアレイ
中の個々のあらゆる素子に結合される例によるものであ
る．所定のレーザダイオード素子により受けられた光子
は、前記レーザダイオード素子により増幅され、かつ、
さらに種々のレーザ素子間での分配のために格子アレイ
中に再び放射され、その結果位相ロック作用が生ずる．
第４図の光子の分配は光子を放射するレーザダイオード
素子４００を用いた例によってのみ示されているが、実
際上は第４図に示すすべてのレーザ素子が受けた光子を
放射し、かつ、増幅する．結果として、その他のすべて
のレーザダイオード素子は光学的に結合され、かつ位相
ロックされた放射光信号を生ずる．分布回折角度θ。、
格子の波長ベクトルＫ、および自由空間の波長ベクトル
Ｋ０の間の関係は次に示される． Ｋ＝２Ｋｏ　ｓ　ｉ　ｎ　（θ，／２）Ｋ０＝２π／λ
。、Ｋ＝２π／Ａ，λ。は自由空間の波長であり、Ａは
機械的な格子周期である．第３図のブラッグ回折角度（
θ，）は、方向７０および７８への光子の偏向角度で、
この場合の周期Ａ，およびＡ２に関しては９０’である
．Ａ３に対するブラッグ回折角度は当然各素子に関して
１８００である．従って、第４図の素子のアレイの両者
の次元、例えばアレイ４０６は１つの次元にあり、アレ
イ４３０は第２の次元にあるが、同じ光学的ロックメカ
ニズムにより結合されている．１つの次元にロックする
ためのエバネツセントカップリングまたはＹ字形導波路
によるアレイは、最終的には第１のアレイの要素から最
後の要素までコヒレーンスを維持する能力により制限さ
れる．さらにエバネツセントおよびＹ字形導波路のカッ
プリングは最も近くの素子間にしか生じないが、第１図
の格子アレイのＤＢＲ−ＤＢＤ結合メカニズムは、単位
セル中で各レーザからの光子を、その他のすべてのレー
ザ中に偏向させる．単位セルは第１図に示したようなも
ので、中央の格子と周縁のレーザ素子より構成されてい
る． 第４図にその一つが示されているレーザ素子の多数のセ
ルの比較的大きなアレイが第５図に示されている．７レ
イの各レーザのために格子中には多数の散乱径路があり
、それにより連絡が可能とされ、その結果、原則的にア
レイ中の他のどのレーザともロック可能となる．図の太
さの異なる線は、レーザ径路のいくつかを示している．
例えば径路５００はレーザ５０２からレーザ５０４に延
び、レーザ５０８への第２の径路５０６を形成し、最後
は横のレーザ５１０および５１２中に回折される．レー
ザ５１６により形成された第２の径路５１４は、レーザ
５１８および５２０に分岐する．第５図のアレイの種々
のセルの種々の格子を通る光子の直接的な伝達および偏
向による散乱は、高次元の紋乱と同様複雑で、比較的高
出力の光の比較的大きなコヒーレントビームを形成する
ために、または大きな開きの狭いビームを得るために、
レーザ発光する素子のすべてを光学的に結合する傾向が
ある．ある実施例においては表面放射型格子は、第５図
のアレイを利用した光回路増幅器を提供するために使用
される必要はない．いかなる数のセルも第１図の基板ｌ
２のような単一の基板上に組み入れられ、格子アレイは
第３図の周期ＡＩ．Ａ！およびＡｓに対応する単一の格
子範囲中のすべてのセルにわたって配置されている． エバネッセント結合、Ｙ字形導波路結合または導波路ベ
ントに相互のロック機構を与えることに加えて、第５図
の複合セル中のレーザ素子の垂直および水平の列により
、ウェーハ基板に機械的な剛性が加わる．それにより、
基板のロスを減少させるため、またはＥＰＩ層の両側へ
の接触を備えるため、格子領域中のウエーハ基板を薄く
することができる．格子アレイ２８は、互いに直角で、
第３図の周期ハコの明らかに２次のＤＢＲ格子をつくる
２つの２次の９０＠のＤＢＤ格子を含む．周期Ａ３の明
らかな２次のＤＢＲ格子の存在は、ＧａＡｓ基板中にエ
ッチングされている交差したＤＢＤ格子上で測定された
格子の回折により証明された．２次のＤＢＲ格子は、約
４０００オングストロームと測定された． 格子は、従来のＢＤＲ格子の線が互いに９０”で交差し
て製造されていることを除き、従来の格子加工技術を利
用してＬＯＣ層ｌ６上に形成される．例えば、ＬＯＧ層
ｌ６の表面にはフォトレジストが使用され、露出されて
いる．露出は、第３図の光軸５８に対して４５°に配置
されている従来のＤＢＲ格子の平行な線を示すように行
われる．第２のＤＢＲ格子は第１の格子に対して９０゜
で配置された線を持つよう露出され、それによって第３
図の２つの格子周期八１およびＡ２を形成する．２つの
交差した格子の線の露出後、フォトレジストは第１図お
よび第３図に示したような格子の山またはノジュールを
露出するために処理される。フォトレジストが処理され
た後には、従来の方法でパターンがイオンビームエッチ
ングされる．その結果として生ずるエッチングパターン
がノジュールのアレイを示す．格子のノジュールの周期
によって、種々の次数の放射光が望むように格子から回
折されるか、反射されるか、または放射される． 第３図においては、各アレイ６０および６２の典型的な
軸線６１および６３ならびに各アレイ５０および５４の
典型的な軸線５２および５６は、軸線２０および２２な
らびにセクション１８′の光軸５８のようなレーザダイ
才一ドセクションの軸線に対して４５＠で配置されてい
る．あるいは軸線６ｌおよび６３は軸線２０に対して平
行で、その結果セクション２４および２４′の軸線に対
して平行とすることもできる．さらに、この場合の軸線
５２および５６は第１図の軸線２２ならびにダイ才一ド
セクション１７〜１９および１７′〜１９′に対して平
行である．すなわち、第３図においてノジュールのアレ
イの配置が図示されている配置から４５゜回転される．
ノジュールの間隔はこれとは異なって元のまま変わらな
いと想定すれば、回転されたアレイは周期ハ１およびＡ
２の値に対応するＤＢＲ周期の値ならびにＡ３の値に対
応するＤＢＤ周期を有する．そのように回転された場合
、ＤＢＤ周期八の値はｒ′ｒＡＤ　Ｂ　Ｒ周Ｍトｆ！’
）、換言すればＡＤＢＤ＝ＰｒＡＤＢＲとなる． 第５図の大形セルアレイでは、格子周期は、与えられた
実施例にしたがい種々のグループに種々の特徴を与える
ため、セルまたはセルのグループによって異なるようさ
れている．例えば、１つの格子アレイはアレイの外部結
合を行なうため光子を表面放射し、その他の格子アレイ
は表面放射を行なわず、光子が格子アレイ内のみを通る
ように、回折および反射させるようにできる。また、光
子が望みの種々の方向に増幅されるように異なる様々な
径路も作られている．第２図に示すＬＯＣ層とは異なる
構造も本発明の格子に使用されている．そのような異な
る構造には、グレーディドインデックス分離閉じ込めヘ
テロ構造、単一または多重量子ウェル構造、あるいは従
来の分離閉じ込めヘテロ構造、単一または多重量子ウェ
ル構造が含まれる。

表ｌは、アルミニウムガリウム砒化物およびインジウム
ガリウム砒化燐化物材料システムに対する１次および２
次のＤＦ．Ｂ／ＤＢＲおよびＤＢＤ格子の周期を示す． ｃ以下余白） 衣ユ 権土里遡 ＡＩＧａＡｓ　　　　　ＩｎＧａＡｓＰ１次ＤＦＢ／Ｄ
ＢＲ　　　　１２００　　　２２５０１次ＤＢＤ １６９７　　　　３１８２ ２次ＤＦＢ／ＤＢＲ　　　　２４００　　　４５００２
次ＤＢＤ ３３９４　　　　６３６４ 表１において、１次Ｄ　Ｆ　Ｂ／Ｄ　Ｂ　ＲはＤＢＲフ
ィードバック格子周期Ａ３を指す。１次ＤＢＤは八．お
よびＡ１のようなＤＢＤ周期に必要とされる格子周期を
指す．周期Ａ！のような２次ＤＢＤ／Ｄ　Ｂ　Ｒ格子周
期に必要とされる格子周期は、異なる素材に対する２次
ＤＢＤ格子周期同様に示されている．ＤＢＲ−ＤＢＤの
組み合わせ格子７レイの最も単純な入り組んでいない形
状は、フィードバックおよび出力光の結合のために２次
ＤＢＤ格子およびその結果としての「明らかな」２次Ｄ
ＢＲ格子を利用するものである．別の方法は、２次ＤＢ
Ｒ格子から物理的に分離され得る１次ＤＢＤ格子を使用
するものである．例えば、ＤＢＤ格子は導波路と上部ク
ラッド層との間のインタフェースに配置され、ＤＢＲ格
子は導波路と底部クラッド層との間のインタフェースに
配置されている．この構成には、（１）ＤＢＲ格子が分
布帰還型（ＤＦＢ）構造中に連続的に延長され、それが
出力の開きに最大の充足要因となり、（２）ＤＢＤ格子
およびＤＢＲ格子はフィードバックおよび出力の結合の
二重の役割のため、独自に最適化されるという２つの追
加利点がある．第２図においては、基板１２は典型的に
厚さ約２５０μｍで、（１００）結晶面に平行な、また
はそれからわずかに狂った方向に配置されている第１の
主要表面１４を有するＮ型ＧａＡｓからなる．第１のク
ラッド領域３２は典型的に厚さ約１．２６μｍで、典型
的にＰ型Ａｌｇ　Ｇａｒ−ｔ　Ａｓで、Ｘが約０．４で
ある．第１の電気接触１’ｉ３８は好適には連続的に被
着されたゲルマニウム、金ニッケルおよび金の層からな
る．第２の電気接触層３９は、好適にはＺｎまたはＣｄ
の拡散された表面上に連続的に被着されたチタニウム、
白金および金の層からなる．表面格子を使用した他の表
面放射型素子の構造は、本発明にも同様に適用できるこ
とは理解されよう．遷移セクション４１は任意で、ジー
．エイ．エバンスその他による論文「動的波長安定性お
よび０．２５゜のファーフィールド角度を有する表面放
射型２次ＤＢＲレーザ」　［＾　１、ＰｈＳ．Ｌｅｔｔ
．４９　（６）　，Ａｕｇ．１１，　１９８６，　ｐｐ
．　３１４−３１５　］およびエヌ．ダブリュ．カール
ソンその他による論文「格子表面放射型ダイオードレー
ザアレイの位相ロック作用」　［＾　１、Ｐｈ　ｓ．Ｌ
ｅｔｔ．　５０（＋９）．Ｍａｙ　ＩＩ，＋９８７．　
ｐｐ．１３０１−１３０３］でより詳細に論じられてい
る． システム１０は、各層および各領域を成層させるために
標準的な液相エビタキシャル法を利用して製造されてい
る．適切な液相エビタキシャル法は、米国特許第３，７
５３，８０１号にロックウッドその他によって開示され
ており、本文中に参照として組み入れられている．フォ
トレジストはダイ才−ドゲインセクションｌｌ上に形成
され、第２の電気接触層３９がダイオードゲインセクシ
ョンの外側にイオンによる切削によって形成される．キ
ャップ層３６、第２のクラツド領域３２および活性層１
８は、次に、典型的にはＨＦ緩衝液およびＨ＊Ｓ０４：
　　Ｈ＊Ｏｘ　　：　　ＨＪのような化学的手段により
ダイオードゲインセクションの外側で取り除かれる．格
子領域は標準的なホログラフィーおよびエッチング技術
を利用することにより、ダイオードゲインセクションの
放射光の光軸から約４５゜の２つの直角の方向に複数の
ほぼ平行な直線要素を形成することによって形成される
． 動作において、適切な極性のバイアス電圧が第１および
第２の電気接触層３８および３９のそれぞれに加えられ
、活性領域３０中に放射光が発生する．前記放射光の一
部は格子領域により放射される．実施例によっては、格
子領域は基板の平面にほぼ垂直に放射光を放射するか、
あるいはその他の実施例においては放射光をＬＯＣ層１
６の平面に局限するが、格子領域も光学的フィードバッ
クを行なうので、それによって素子２８のあるものがレ
ーザ光を放射することが可能になる。さらに光がその他
の素子のすべてに結合されるように、光の一部が典型的
には９０”の角度で、ＬＯＣＨ１６の平面中の種々の方
向に回折される。それによってアレイの両ディメンショ
ンが共通の光学的位相ロック機構を有することが可能に
なる．それとは対照的に、エバネッセント結合または直
線アレイのようなその他の標準的な種類の結合によるそ
の他の素子は、アレイ中の第１の素子から最後の素子ま
でコヒーレンスを維持する能力により制限される．これ
らの後者の素子においては、結合は隣接する素子間に生
じるが、本発明では各素子からその他のすべての素子中
への放射光の結合を行なう． 第６図および第７図は、第５図のセルのアレイを使用す
る異なる他の電極の構成を示している．第６図では、図
示の電極のアレイは、例として熱伝導体および電気絶縁
体である酸化ベリリウムヒートシンク層上に成層されて
いる．電極のアレイ６００は、セル６０２、６０４、６
０６その他のような電極セルを含む．セル６０２は例え
ば第５図のセル５２０に対応する。また例としてセル６
０４はセル５２２に対応し、セル６０６はセル５２４に
対応する．電極のセル６０６は電極６０８、６１０、６
１２および６１４の対称アレイおよび鏡像となっている
電極アレイ６１６を含む。

電極６０８および６１０は６１４および６１２の各電極
の鏡像である．電極６０８中の直線６１８は第５図のセ
ル５２４の種々のレーザセクションの位置を示す．電極
６０８は、第５図のレーザアレイ５２６に対応するレー
ザのＰ型接触層３９（第２図）に対応し、かつ、対とな
る。第５図にはレーザアレイ５２６中に５つのレーザセ
クションしか示されていない．それは説明としてそうな
っているのであり、実際には与えられたアレイにレーザ
がより多数の場合も、より少数の場合もある．より多数
の、例えば１０のレーザがある場合には、電極６０８は
前記７レイの半数、あるいは電極の接触層３９の５つの
レーザに接触することとなる．同様に電極６１０は第５
図のアレイ５２８と電気的に接触する．アレイ５２８も
５つのレーザセクションとして示されているが、実際に
は先に述べたようにより多数のレーザセクションを含む
場合もある．このレーザ７レイの半数は第６図の電極６
１０と電気的接触をする。残りの電極は第５図のレーザ
セルアレイ５２４中のレーザセクションの対応するアレ
イに接触する。

第５図のレーザセルと組み合わせた第６図の電極アレイ
の動作において、光子に対するかじとり能力を備えるた
めに、電極の異なるものに異なる値の電流が流される．
代りの方法としては、電流が、すべてのアレイのすべて
の電極、または７レイ６００のいくつかのサブセルに加
えられるものと同一とされる．第６図の電極を利用する
ことの他の方法として、第５図のセルのレーザ接触は、
ワイヤボンディング工程により外部端子に接続されてい
る第６図の電極に対応する各セルのサブアレイのアレイ
にワイヤボンディングすることによって、電気的に接続
され得る． 第７図は，第５図のレーザ素子セクションに接続されて
いる電極の、さらに異なる他の構造を示す．例えば、電
極のセル７００は４つの電極７０２、７０４、７０６お
よび７０８を含む．１ｔ極７０２および７０８は電極７
００および７０４の鏡像である。電極７０２は、第５図
のレーザセクションアレイ５２６のレーザ素子のすべて
と接続する．電極７０４は、セクションアレイ５２８そ
の他のレーザのすべてと接続する． 電極アレイ７１０は電極アレイ７００と同一である．電
極７１２は電極７０２の鏡像であり、電極７０２と同じ
レーザ素子に接触する．アレイ７１４は、電極７０４と
同じレーザ素子に接触し、かつ前記電極の鏡像であるｉ
％７　１　６を有する．異なるセルアレイの残りの電極
は図示するように鏡像である．一定の実施目的により、
同じ、または異なるレーザセクションに異なる電流が加
えられる．電極上の直線、例えばセル７１０の電極上の
直線７１１は、第５図のアレイ５２７のレーザダイオー
ドセクションを示す． 第１図および第３図の格子７レイの特定の方位および配
置は、限定ではなく例として示しているものである．第
１図の格子２８の格子ノジュールの種々の部分は、望ま
しい実施により種々の結合効果を提供するために、種々
の大きさを有する場合もある．また、第５図の多数のセ
ルアレイのうち１つのセルの格子が、アレイのその他の
セルとは異なった大きさである場合もある．さら番こ格
子の方位は、望みの特定の結合効果を達成するために、
異なる領域で幾分異なる場合もある．本文中の記載事項
は、限定によるのではなく、説明により与えられるもの
である．

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の１実施例による放射光結合システムの
等角斜視図、第２図は第１図のシステムの典型的なレー
ザゲインセクションの断面立面図、第３図は第１図のシ
ステムの格子部分の平面図、第４図は本発明の原理のい
くつかを説明するのに有効な第１図のシステムと同様の
システムの図式平面図、第５図は第４図に示した型の複
数の結合システムの図式平面図、第６図および第７図は
第５図のシステムと同様のシステムの部分の図式平面図
であり、アレイ中の様々なレーザゲインセクションへの
様々な接触接続を示す．・・放射光結合システム、 ・・基板、 ・・広い表面、 ・・Ｎ型クラッド層、 ・・ＬＯＣ層、 １７′．１８、１８’．１９、１９′ ・・レーザダイオードゲインセクション、２０、２２・
・・軸線、 １０　　・ ｌ　２ １　４　・ １　５　・ １　６　・ １　７、 ２４、２４′　・・・レーザダイオードセクション２６
・・・領域、 ２８・・・格子、 ３０・・・活性層、 ３２・・・Ｐ型クラッド層、 ３６・・・Ｐ型キャップ層、 ３８・・・Ｎ型接触層、 ３９′　・・・接触層、 ４０、４２、４４・・・ノジュール、 ４１・・・遷移セクション、 ４６、４８・・・谷、 ５０・・・アレイ、 ５ｌ・・・ノジュール、 ５２・・・軸線、 ５４・・・アレイ、 ５５・・・ノジュール、 ５６・・・軸線、 ５８・・・光軸、 ６０・・・アレイ、 ６１・・・軸線、 ６２・・・アレイ、 ６３・・・軸線、 ６４・・・アレイ、 ６５・・・軸線、 ６６・・・ノジュール、 ７０、７２・・・方向 ７４、７６・・・ノジュール、 ７８・・・方向、 ４００、４０２・・・レーザダイオード素子、４０４・
・・実線、 ４０６・・・アレイ、 ４０８・・・矢印、 ４１０・・・点線、 ４１２・・・矢印、 ４１４・・・径路、 ４１６、４１８・・・レーザダイオード素子、４２０、
４２２、４２４・・・径路、 ４２６、４２８・・・レーザダイ才一ド素子、４３０・
・・径路、 ４３２・・・レーザダイオード素子、 ５００・・・径路、 ５０２、５０４・・　・レーザ、 ５０６・・・径路、 ５０８、５ｌ○、５１２・　・　・レーザ、５１４・・
・径路、 ５１６、５１８、５２０・　・　・レーザ、５２２、５
２４・・・セル、 ５２６、５２７、５２８・・・アレイ、６００・・・ア
レイ、 ６０２、６０４、６０６・・・セル、 ６０８、６１０、６１２、６１４・　・　・電極、６１
６・・・７レイ、 ６１８・・・直線、 ７００・・・セル、 ７０２、７０４、７０６、７０８−−−電極、７１０・
・・アレイ、 ７１１・・・直線、 ７１２・・・電極、 ７１４・・・アレイ、 ７１６・・・電極。 ＝甲年 ｈク．／ Ｆ７ｇ．２ ｈす．４ ー　イ云↓１】♂、 Ｆ７ｇ．６ 八ク？ −４９９−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体放射素子により放射された放射光を結合する
   ための放射光結合システムであって、広い平面の表面を
   有する半導体基板と該基板の広い表面上に重なっている
   光学格子を含み、前記格子は、格子状に配置され、かつ
   前記広い表面の平面に平行な平面内にある光軸に沿った
   前記放射光を受けるように構成された複数の分離したノ
   ジュールを含み、該ノジュールは、受けられた前記放射
   光の第１の部分が格子から前記光軸に沿う第１の方向に
   反射し、受けられた放射光の第２の部分が格子により前
   記第１の方向と異なる第２の方向に偏向されるように配
   置されている放射光結合システム。 ２、前記ノジュールが直線の平行な横の列および直線の
   平行な縦の列に並べられ、横の列が前記縦の列に直角に
   、かつ、前記光軸に関して一定の角度で配置されている
   請求項１記載の放射光結合システム。 ３、前記ノジュールがそれぞれ凸状でほぼ均一な寸法と
   相互間隔を有している請求項１記載の放射光結合システ
   ム。 ４、ノジュールが、前記光軸に沿って受けられた前記放
   射光を反射するための第１の格子周期および前記光軸を
   横切る前記第２の方向に受けられた前記放射光を偏向さ
   せるための第２の格子周期を形成するように格子中に配
   置されている請求項１記載の放射光結合システム。 ５、前記ノジュールが前記広い表面の平面を横切る前記
   格子の表面から、受けられた前記放射光の第３の部分を
   放射するために配置されている請求項４記載の放射光結
   合システム。 ６、格子が１つの層中に、前記受けられた放射光の第３
   の部分が第１の方向とは反対の第３の方向に該層中を通
   過するように配置されている請求項１記載の放射光結合
   システム。７、さらに、前記第２の格子中の放射光を前
   記光軸に平行な方向に放射するために前記格子に結合さ
   れている少なくとも１つの第１の半導体発光素子と、前
   記異なる方向に放射光を放射するために前記格子に結合
   されている少なくとも１つの第２の半導体発光素子とを
   含み、前記格子がそれぞれの素子により放射された放射
   光を互に他の素子に偏向させるように配置されている請
   求項１記載の放射光結合システム。 ８、格子が、前記少なくとも１つの第１および第、２の
   素子により放射された放射光の位相ロックを行なうよう
   に寸法構成されている請求項７記載の放射光結合システ
   ム。 ９、前記少なくとも１つの第１の素子の第１の複数個と
   、前記少なくとも１つの第２の素子の第２の複数個とを
   含み、第１の複数個の各素子が光軸に平行に放射光を放
   射し、第２の複数個の各素子が横方向に平行に放射光を
   放射する請求項７記載の半導体発光素子の放射光結合シ
   ステム。 １０、格子が、各素子の放射光がその他の各素子に結合
   されるように配置されている請求項９記載の放射光結合
   システム。 １１、平面の主要表面を有する半導体基板と、基板上に
   形成され、主要表面の平面に平行な第１の放射光の径路
   を第１の方向に定める第１の光軸を有する第１の半導体
   発光素子と、 前記第１の径路から放射光を受けるために結合され、ま
   た受けられた放射光の少なくとも一部を前記第１の方向
   と異なり、かつ、前記第１の主要表面に平行な第２の方
   向に偏向させるように配置された、前記基板上に重なっ
   ている複数のノジュールの格子要素と、 前記基板上に第１の素子から間隔を置いて形成され、前
   記第２の方向に平行な第２の放射光の径路を定める第２
   の光軸を有し、前記偏向された放射光の少なくとも一部
   を受け、前記第２の径路中を第２の複数の前記要素に対
   して放射光を放射する第２の半導体発光素子とを含み、
   第２の半導体発光素子から放射された放射光の少なくと
   も一部が、前記第２の複数の要素により第１の方向に平
   行な方向に偏向される放射光処理アレイ。 １２、前記第１および第２の素子からの放射光の少なく
   とも一部が、前記要素により前記主要表面の平面と交差
   する方向に放射される請求項１１記載の放射光処理アレ
   イ。 １３、前記第１および第２の素子が位相ロックされたレ
   ーザである請求項１１記載の放射光処理アレイ。 １４、前記要素が２つの直角の方向に互いに間隔を置い
   て配置されている請求項１１記載の放射光処理アレイ。 １５、要素がほぼ均一な寸法で、かつ、対称な格子中に
   配置されている請求項１４記載の放射光処理アレイ。 １６、前記要素が前記主要表面の平面に平行な２つの交
   差する方向に並べられている格子アレイ状に配置された
   請求項１４記載の放射光処理アレイ。 １７、要素が格子アレイ中にあり、前記第１および第２
   の光軸の方向に対して約４５°の前記直角の方向に並べ
   られている請求項１４記載の放射光処理アレイ。 １８、さらに複数の前記素子を含み、第１の前記複数の
   素子が、放射光を受け、かつ、前記第１および第２の複
   数の要素の各々に放射光を放射するために、第１および
   第２の複数の前記要素間の領域中に配置されている請求
   項１１記載の放射光処理アレイ。 １９、さらに第２および第３の複数の前記素子を含み、
   前記第２および第３の複数の素子の光軸が前記第１の複
   数の素子の光軸を横切って配置されている請求項１８記
   載の放射光処理アレイ。 ２０、平面の主要表面を有する半導体基板と、基板上に
   間隔を置いて形成された複数の半導体レーザ発光素子で
   、第１の複数の素子が与えられた方向に伝播する光を放
   射し、かつ、処理するために、少なくとも第１および第
   ２の間隔を置いて配置された平行な横の列に並べられ、
   前記列が前記与えられた方向を横切る第１の方向に延び
   ている複数の半導体レーザ発光素子と、 第２の複数の前記素子で、少なくとも第１およ　び第２
   の間隔を置いて配置された平行な縦の列に並べられてお
   り、前記縦の列および横の列が中央領域の範囲を定め、
   前記第２の複数の素子が前記第１の方向に伝播する光を
   放射し、かつ、処理し、前記縦の列が前記与えられた方
   向に延びる第２の複数の前記素子と、 前記横の列中の１つの少なくとも１つの第１の素子から
   、少なくとも１つの縦の列中の少なくとも１つの第２の
   素子に放射された光を偏向させるために、基板上、前記
   横の列と縦の列との間の前記中央領域中に形成され、か
   つ、複数の前記素子に光学的に結合されている格子構造
   とを含む半導体光処理アレイ。 ２１、複数の中央領域を形成する複数の前記横の列およ
   び縦の列を含み、前記領域の１つが前記横の列および縦
   の列の１つにより第２の領域から分離され、各領域が前
   記基板上に形成された前記格子構造を含む請求項２０記
   載の半導体光処理アレイ。 ２２、格子構造が、間隔を置いて配置されている格子ノ
   ジュールの格子を含む請求項２０記載の半導体光処理ア
   レイ。 ２３、格子が、前記与えられた方向と横の方向とに対し
   て約４５°に調整された与えられた方向を有する請求項
   ２２記載の半導体光処理アレイ。 ２４、少なくとも１つの格子構造が、主要表面の平面を
   横切る方向に放射光を表面放射するように寸法構成され
   ている請求項２３記載の半導体光処理アレイ。 ２５、格子構造が、アレイ中の各素子からその他の各素
   子への光を光学的に結合するように間隔を置いて寸法構
   成されている請求項２０記載の半導体光処理アレイ。 ２６、平面の基板と、 基板の平面に平行な方向の半導体レーザ放射光を受け、
   かつ、受けた放射光を受けた方向と異なる方向に偏向さ
   せるようになっている、基板上に間隔を置いて配置され
   たノジュールの光学的要素からなる格子とを含む光学格
   子。