JPH0334875B2 - - Google Patents
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- JPH0334875B2 JPH0334875B2 JP4175585A JP4175585A JPH0334875B2 JP H0334875 B2 JPH0334875 B2 JP H0334875B2 JP 4175585 A JP4175585 A JP 4175585A JP 4175585 A JP4175585 A JP 4175585A JP H0334875 B2 JPH0334875 B2 JP H0334875B2
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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
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〈技術分野〉
本発明は位相同期型半導体レーザアレイ装置の
構造に関するものである。
構造に関するものである。
〈従来技術とその問題点〉
半導体レーザを高出力動作させる場合、実用性
を考慮すると単体の半導体レーザ素子では現在の
ところ、最大出力50mW程度が限界である。そこ
で、複数個の半導体レーザを同一基板上に並べて
大出力化を図る半導体レーザアレイの研究がなさ
れている。第１図に屈折率導波路型半導体レーザ
アレイの基本構造及び屈折率と電界強度分布を示
す。ｎ−GaAs基板１１にＶ字状の溝１２が並設
され、この上にｎ−GaAlAsクラツド層１３，ｐ
−GaAs活性層１４，ｐ−GaAlAs層１５，ｐ−
GaAsキヤツプ層１６が順次堆積され、電流狭窄
用絶縁膜１７とｎ側電極１８及びｐ側電極１９が
形成されて駆動用電流が注入される。
を考慮すると単体の半導体レーザ素子では現在の
ところ、最大出力50mW程度が限界である。そこ
で、複数個の半導体レーザを同一基板上に並べて
大出力化を図る半導体レーザアレイの研究がなさ
れている。第１図に屈折率導波路型半導体レーザ
アレイの基本構造及び屈折率と電界強度分布を示
す。ｎ−GaAs基板１１にＶ字状の溝１２が並設
され、この上にｎ−GaAlAsクラツド層１３，ｐ
−GaAs活性層１４，ｐ−GaAlAs層１５，ｐ−
GaAsキヤツプ層１６が順次堆積され、電流狭窄
用絶縁膜１７とｎ側電極１８及びｐ側電極１９が
形成されて駆動用電流が注入される。
しかしながら、通常の屈折率導波路型半導体レ
ーザアレイでは第１図Ａに示すように溝１２の両
側へにじみ出た光はｎ−GaAs基板１１に吸収さ
れる結果、第１図Ｂに示すように横方向の実効屈
折率（neff）分布が形成される。尚、発振領域及
び中間領域の光強度分布を夫々第１図にＡ，Ｂで
示している。ここで発振領域は溝１２直上の活性
層１４に対応しており、中間領域はその中間に位
置する非発振領域である。図より明らかなように
中間領域は損失領域となる。このとき、中間領域
で光強度に割合が少なくなるモードの発振閾値利
得が最も小さくなる。従つて、第１図Ｃに示すよ
うに隣り合つたレーザ発振領域の電界の位相が
180゜反転し、その中間領域で零となる180゜位相モ
ードの発振閾値利得は、第１図Ｄに示すような隣
り合つた半導体レーザの電界位相が0゜となり中間
領域でも電界が存在する0゜位相モードに比べて小
さくなる。その結果、ｐ側電極１９及びｎ側電極
１８を介して注入電流を漸次増加するとまずこの
180゜位相モードが発振し、さらに注入電流を増加
すると0゜位相モードが発振することになる。
ーザアレイでは第１図Ａに示すように溝１２の両
側へにじみ出た光はｎ−GaAs基板１１に吸収さ
れる結果、第１図Ｂに示すように横方向の実効屈
折率（neff）分布が形成される。尚、発振領域及
び中間領域の光強度分布を夫々第１図にＡ，Ｂで
示している。ここで発振領域は溝１２直上の活性
層１４に対応しており、中間領域はその中間に位
置する非発振領域である。図より明らかなように
中間領域は損失領域となる。このとき、中間領域
で光強度に割合が少なくなるモードの発振閾値利
得が最も小さくなる。従つて、第１図Ｃに示すよ
うに隣り合つたレーザ発振領域の電界の位相が
180゜反転し、その中間領域で零となる180゜位相モ
ードの発振閾値利得は、第１図Ｄに示すような隣
り合つた半導体レーザの電界位相が0゜となり中間
領域でも電界が存在する0゜位相モードに比べて小
さくなる。その結果、ｐ側電極１９及びｎ側電極
１８を介して注入電流を漸次増加するとまずこの
180゜位相モードが発振し、さらに注入電流を増加
すると0゜位相モードが発振することになる。
上記半導体レーザアレイ装置における出射ビー
ムの遠視野像は第２図Ａ，Ｂの如くとなる。第２
図Ａは180゜位相モード、第２図Ｂは0゜位相モード
を示す。すなわち、低注入領域でのレーザアレイ
の遠視野像は第２図Ａに示すようなものとなり、
高注入領域では第２図Ａと第２図Ｂの両モードが
混在した形状となる。180゜位相モードはレンズを
用いて集光した場合に２つのビームの位相が180゜
ずれているため１個の微少なレーザスポツトに集
光することができず、光デイスクシステム等の微
少なレーザスポツトを必要とする光情報処理シス
テムの光源として使用できない。
ムの遠視野像は第２図Ａ，Ｂの如くとなる。第２
図Ａは180゜位相モード、第２図Ｂは0゜位相モード
を示す。すなわち、低注入領域でのレーザアレイ
の遠視野像は第２図Ａに示すようなものとなり、
高注入領域では第２図Ａと第２図Ｂの両モードが
混在した形状となる。180゜位相モードはレンズを
用いて集光した場合に２つのビームの位相が180゜
ずれているため１個の微少なレーザスポツトに集
光することができず、光デイスクシステム等の微
少なレーザスポツトを必要とする光情報処理シス
テムの光源として使用できない。
〈発明の目的〉
本発明は、同一基板上に形成された複数個のレ
ーザ発振領域が全て同一位相で同時に発振しかつ
単一ピークの放射パターン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。
ーザ発振領域が全て同一位相で同時に発振しかつ
単一ピークの放射パターン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〉
本発明は複数の活性導波路を有する屈折率導波
路型半導体レーザアレイ装置において、活性導波
路間の中間領域の劈開端面反射率を活性導波路の
共振器端面反射率に比べて大きく制御し各活性導
波路より出力されるレーザ光を同一位相で同期発
振させるように設定したことを特徴としている。
路型半導体レーザアレイ装置において、活性導波
路間の中間領域の劈開端面反射率を活性導波路の
共振器端面反射率に比べて大きく制御し各活性導
波路より出力されるレーザ光を同一位相で同期発
振させるように設定したことを特徴としている。
〈実施例〉
以下、ここでは第１図Ａに示すような平坦な活
性層をもつGaAs−GaAlAs系半導体レーザアレ
イを用いて本発明の１実施例を説明する。第１図
Ａに示す半導体レーザアレイ装置は、次のように
して製作される。ｎ−GaAs基板１１上に幅Ｗの
溝１２を平行にピツチＤでエツチングにより計５
本形成する。この溝１２を有する基板１１面上に
ｎ−GaAlAsクラツド層１３、ｐ（又はｎ）−
GaAs（又はGaAlAs）活性層１４、ｐ−GaAlAs
クラツド層１５及びｐ−GaAsキヤツプ層１６か
らなるダブルヘテロ接合構造のレーザ動作用多層
結晶層をエピタキシヤル成長させる。その後、ｐ
−GaAsキヤップ層１６上に電流挾窄のための
Si3N4から成る絶縁膜１７を形成した後、Au，
Ge，Ni等の金属から成るｎ側電極１８及びｐ側
電極１９をそれぞれGaAs基板１１及びキヤツプ
層１６上に形成する。
性層をもつGaAs−GaAlAs系半導体レーザアレ
イを用いて本発明の１実施例を説明する。第１図
Ａに示す半導体レーザアレイ装置は、次のように
して製作される。ｎ−GaAs基板１１上に幅Ｗの
溝１２を平行にピツチＤでエツチングにより計５
本形成する。この溝１２を有する基板１１面上に
ｎ−GaAlAsクラツド層１３、ｐ（又はｎ）−
GaAs（又はGaAlAs）活性層１４、ｐ−GaAlAs
クラツド層１５及びｐ−GaAsキヤツプ層１６か
らなるダブルヘテロ接合構造のレーザ動作用多層
結晶層をエピタキシヤル成長させる。その後、ｐ
−GaAsキヤップ層１６上に電流挾窄のための
Si3N4から成る絶縁膜１７を形成した後、Au，
Ge，Ni等の金属から成るｎ側電極１８及びｐ側
電極１９をそれぞれGaAs基板１１及びキヤツプ
層１６上に形成する。
以上により得られた半導体レーザアレイウエハ
ーを共振器長が250μmになるように劈開端面でフ
アブリ・ペロー共振器を形成する。次に第３図Ａ
に示す如く両劈開端面にAl2O3膜３１を電子ビー
ム蒸着法で被覆する。この時の膜厚をλ／４から
λ／２（λ：発振波長）まで変えることによつて
劈開面の反射率は数％から30％程度まで任意に変
化させることができ、通常は所望の光出力を得る
ために最適な反射率が選定される。
ーを共振器長が250μmになるように劈開端面でフ
アブリ・ペロー共振器を形成する。次に第３図Ａ
に示す如く両劈開端面にAl2O3膜３１を電子ビー
ム蒸着法で被覆する。この時の膜厚をλ／４から
λ／２（λ：発振波長）まで変えることによつて
劈開面の反射率は数％から30％程度まで任意に変
化させることができ、通常は所望の光出力を得る
ために最適な反射率が選定される。
次に周知のホトリソグラフイ技術によつて
Al2O3膜３１のコーテングされた劈開面上の活性
導波路部３２上にレジスト膜３３を形成した後、
第３図Ａに示すようにAl2O3膜３４とアモルフア
スシリコン膜３５を膜厚λ／４程度に設定して交
互に４層重畳被覆し、更に最外層のアモルフアス
シリコン３５を保護するために膜厚λ／２程度の
Al2O3膜３６を被覆する。次にレジストをリムー
バーで除去することによつて、第３図Ｂに示すよ
うに、活性導波路３２の劈開面上には単層の
Al2O3膜（通常10〜30％の反射率）、活性導波路
３２間の中間領域にはAl2O3膜とアモルフアスシ
リコン膜の多層膜（反射率60〜95％）が形成され
ることになる。このように劈開面上に異なる保護
膜を被覆することにより劈開面の反射率が活性導
波路３２即ち発振領域で低く中間領域で高くな
る。従つて、0゜位相モードの共振器ミラー（劈開
面）による損失は、中間領域に分布する電界の割
合が180゜位相モードに比べて大きいため、180゜位
相モードに比べて大幅に減少する。その結果、0゜
位相モードの中間領域での基板吸収による損失は
180゜位相モードに比べて大きいが、中間領域の劈
開面上に高反射率の多層膜があるため、共振器ミ
ラーによる損失が180゜位相モードに比べて少なく
なる。このため、0′位相モードの全体としての損
失は180゜位相モードに比べて少なくなり、発振閾
値利得も小さくなる。
Al2O3膜３１のコーテングされた劈開面上の活性
導波路部３２上にレジスト膜３３を形成した後、
第３図Ａに示すようにAl2O3膜３４とアモルフア
スシリコン膜３５を膜厚λ／４程度に設定して交
互に４層重畳被覆し、更に最外層のアモルフアス
シリコン３５を保護するために膜厚λ／２程度の
Al2O3膜３６を被覆する。次にレジストをリムー
バーで除去することによつて、第３図Ｂに示すよ
うに、活性導波路３２の劈開面上には単層の
Al2O3膜（通常10〜30％の反射率）、活性導波路
３２間の中間領域にはAl2O3膜とアモルフアスシ
リコン膜の多層膜（反射率60〜95％）が形成され
ることになる。このように劈開面上に異なる保護
膜を被覆することにより劈開面の反射率が活性導
波路３２即ち発振領域で低く中間領域で高くな
る。従つて、0゜位相モードの共振器ミラー（劈開
面）による損失は、中間領域に分布する電界の割
合が180゜位相モードに比べて大きいため、180゜位
相モードに比べて大幅に減少する。その結果、0゜
位相モードの中間領域での基板吸収による損失は
180゜位相モードに比べて大きいが、中間領域の劈
開面上に高反射率の多層膜があるため、共振器ミ
ラーによる損失が180゜位相モードに比べて少なく
なる。このため、0′位相モードの全体としての損
失は180゜位相モードに比べて少なくなり、発振閾
値利得も小さくなる。
活性導波路３１が５本で、活性導波路幅Ｗが
3μm中間領域幅Wsが2μm、活性導波路部の劈開
端面反射率10％、中間領域の劈開端面反射率95％
に設定した半導体レーザアレイ装置を試作した場
合、発振閾値電流は100〜130mA、出力150mW
まで0゜位相モードで発振し、180゜位相モードの発
振を抑制することできた。
3μm中間領域幅Wsが2μm、活性導波路部の劈開
端面反射率10％、中間領域の劈開端面反射率95％
に設定した半導体レーザアレイ装置を試作した場
合、発振閾値電流は100〜130mA、出力150mW
まで0゜位相モードで発振し、180゜位相モードの発
振を抑制することできた。
尚、本発明の半導体レーザアレイは上述した
GaAs−GaAlAs系に限らず、InP−InGaAsP系
その他の材料を用いた半導体レーザアレイに適用
することができる。また電流狭窄はSi3N4絶縁膜
を利用する以外に種々のストライプ構造が利用さ
れる。
GaAs−GaAlAs系に限らず、InP−InGaAsP系
その他の材料を用いた半導体レーザアレイに適用
することができる。また電流狭窄はSi3N4絶縁膜
を利用する以外に種々のストライプ構造が利用さ
れる。
〈発明の効果〉
本発明は以上の構成からなり、屈折率導波型半
導体レーザアレイにおいて、中間領域の劈開面上
に多層膜を形成することにより、活性導波路部の
反射率に比べて中間領域の反射率を大きくするこ
とができる。この結果、0゜位置モードの共振器ミ
ラー損失を180゜位相モードの共振器ミラー損失に
比べて大幅に低減することができ、0゜位相モード
の損失を180゜位相モードに比べて少なくできるた
め、0゜位相モードの発振閾値利得を180゜位相モー
ドに比べて小さくすることができる。この結果、
0゜位相で同期したレーザ光を放射する半導体レー
ザアレイ装置が実現でき、高注入領域まで第２図
Ｂに示すような１本の遠視野像の高出力レーザ光
を得ることが可能となる。
導体レーザアレイにおいて、中間領域の劈開面上
に多層膜を形成することにより、活性導波路部の
反射率に比べて中間領域の反射率を大きくするこ
とができる。この結果、0゜位置モードの共振器ミ
ラー損失を180゜位相モードの共振器ミラー損失に
比べて大幅に低減することができ、0゜位相モード
の損失を180゜位相モードに比べて少なくできるた
め、0゜位相モードの発振閾値利得を180゜位相モー
ドに比べて小さくすることができる。この結果、
0゜位相で同期したレーザ光を放射する半導体レー
ザアレイ装置が実現でき、高注入領域まで第２図
Ｂに示すような１本の遠視野像の高出力レーザ光
を得ることが可能となる。
第１図Ａは屈折率導波路型半導体レーザアレイ
の基本構造を示す断面図、同Ｂはその屈折率分布
を示す説明図、同Ｃはその180゜位相モードの電界
強度分布を示す説明図、同Ｄはその0゜位相モード
の電界強度分布を示す説明図である。第２図Ａ，
Ｂは活性層に平行方向の遠視野像を示す説明図で
ある。第３図Ａ，Ｂは本発明の１実施例である半
導体レーザアレイ装置の劈開端面の製作工程を示
す要部構成図である。 １１……ｎ−GaAs基板、１２……溝、１３…
…ｎ−クラツド層、１４……ｐ−活性層、１５…
…ｐ−クラツド層、１６……キヤツプ層、３１…
…Al2O3膜、３２……活性導波路、３３……レジ
スト、３４……λ／４−Al2O3膜、３５…λ／４
−アモルフアスシリコン膜。
の基本構造を示す断面図、同Ｂはその屈折率分布
を示す説明図、同Ｃはその180゜位相モードの電界
強度分布を示す説明図、同Ｄはその0゜位相モード
の電界強度分布を示す説明図である。第２図Ａ，
Ｂは活性層に平行方向の遠視野像を示す説明図で
ある。第３図Ａ，Ｂは本発明の１実施例である半
導体レーザアレイ装置の劈開端面の製作工程を示
す要部構成図である。 １１……ｎ−GaAs基板、１２……溝、１３…
…ｎ−クラツド層、１４……ｐ−活性層、１５…
…ｐ−クラツド層、１６……キヤツプ層、３１…
…Al2O3膜、３２……活性導波路、３３……レジ
スト、３４……λ／４−Al2O3膜、３５…λ／４
−アモルフアスシリコン膜。
Claims (1)
- １ レーザ発振用共振器を構成する一対の劈開端
面間に複数個の隣設した活性導波路を並設し、該
活性導波路間に位置する中間領域部の前記劈開器
面における反射率が前記活性導波路の前記劈開端
面における反射率に比べて大きくなるような端面
反射率分布を付与し、前記活性導波路より出力さ
れる各レーザ光を同一位相で同期発振させるよう
にしたことを特徴とする半導体レーザアレイ装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4175585A JPS61222187A (ja) | 1985-02-28 | 1985-02-28 | 半導体レ−ザアレイ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4175585A JPS61222187A (ja) | 1985-02-28 | 1985-02-28 | 半導体レ−ザアレイ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61222187A JPS61222187A (ja) | 1986-10-02 |
| JPH0334875B2 true JPH0334875B2 (ja) | 1991-05-24 |
Family
ID=12617232
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4175585A Granted JPS61222187A (ja) | 1985-02-28 | 1985-02-28 | 半導体レ−ザアレイ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61222187A (ja) |
-
1985
- 1985-02-28 JP JP4175585A patent/JPS61222187A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61222187A (ja) | 1986-10-02 |
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