JPH0337876B2 - - Google Patents
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- JPH0337876B2 JPH0337876B2 JP60105472A JP10547285A JPH0337876B2 JP H0337876 B2 JPH0337876 B2 JP H0337876B2 JP 60105472 A JP60105472 A JP 60105472A JP 10547285 A JP10547285 A JP 10547285A JP H0337876 B2 JPH0337876 B2 JP H0337876B2
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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
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/14—External cavity lasers
-
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- 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
- H01S5/4062—Edge-emitting structures with an external cavity or using internal filters, e.g. Talbot filters
-
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- 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/08081—Unstable resonators
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- H01S5/022—Mountings; Housings
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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、最大出力は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
ることによつて大出力化を図る半導体レーザアレ
イの研究が注目されるようになつてきた。第３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字状のストライプ溝１２が複数本並設
され、この上にｎ−GaAlAsクラツド層１３、レ
ーザ発振用のｐ−GaAs活性層１４、ｐ−
GaAlAsクラツド層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、最大出力は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
ることによつて大出力化を図る半導体レーザアレ
イの研究が注目されるようになつてきた。第３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字状のストライプ溝１２が複数本並設
され、この上にｎ−GaAlAsクラツド層１３、レ
ーザ発振用のｐ−GaAs活性層１４、ｐ−
GaAlAsクラツド層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、通常の屈折率導波型半導体レー
ザアレイでは第３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３図Ｂに示すような横方向の実効屈折
率（neff）分布が形成される。尚、発振領域及び
この中間領域の光強度分布を夫々第３図Ａ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
領域で光強度の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３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３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。
ザアレイでは第３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３図Ｂに示すような横方向の実効屈折
率（neff）分布が形成される。尚、発振領域及び
この中間領域の光強度分布を夫々第３図Ａ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
領域で光強度の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３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３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４図Ａ，Ｂの如くとなる。第４
図Ａは180°位相モード、第４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４図Ａに示すようなものとなり、
高注入領域では第４図Ａと第４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
ムの光源としては使用することができない。
ムの遠視野像は第４図Ａ，Ｂの如くとなる。第４
図Ａは180°位相モード、第４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４図Ａに示すようなものとなり、
高注入領域では第４図Ａと第４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
ムの光源としては使用することができない。
＜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半導体アレ
イ装置において、少なくとも一方の共振劈開面反
射率を劈開時の値よりも低減させかつ、この劈開
面に相対面する位置に限定された開口の反射鏡を
設置し、0°位相モードで放射されたレーザ光が主
にこの反射鏡で反射されてレーザアレイ素子に再
入射するように構成することにより、半導体レー
ザアレイ装置を0°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。
イ装置において、少なくとも一方の共振劈開面反
射率を劈開時の値よりも低減させかつ、この劈開
面に相対面する位置に限定された開口の反射鏡を
設置し、0°位相モードで放射されたレーザ光が主
にこの反射鏡で反射されてレーザアレイ素子に再
入射するように構成することにより、半導体レー
ザアレイ装置を0°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３図Ａに示すような平坦な活
性層をもつGaAs−GaAlAs系半導体レザアレイ
を例にとつて本発明の１実施例を説明する。第３
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Ｖ字状ストライプ溝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１
３、ｐ（又はｎ）−GaAs（又はGaAlAs）活性層１
４、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、オーミツクコンタクトをとるため
のｐ−GaAsキヤツプ層１６上に電流狭窄のため
のSi3N4から成る絶縁膜１７をパターン形成した
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系半導体レザアレイ
を例にとつて本発明の１実施例を説明する。第３
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Ｖ字状ストライプ溝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１
３、ｐ（又はｎ）−GaAs（又はGaAlAs）活性層１
４、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、オーミツクコンタクトをとるため
のｐ−GaAsキヤツプ層１６上に電流狭窄のため
のSi3N4から成る絶縁膜１７をパターン形成した
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になるように劈開し、劈
開端面でフアブリ・ペロー共振器を形成する。次
に、一方の劈開面に膜厚がλ/4（λ：発振波長）
程度になるようにAl2O3膜を電子ビーム蒸着法で
被覆する。この劈開面の反射率は約数％となる。
次に反対側の劈開面にはλ/2の膜厚のAl2O3膜蒸
着し、この劈開面の反射率を約30％とする。尚、
劈開面に被覆する薄膜としてはAl2O3以外の酸化
膜やアモルフアスシリコン膜を利用することもで
きる。更に各半導体レーザアレイ素子単位に分割
する。以上により、本実施例に用いられる半導体
レーザアレイ装置の基本素子が作製される。
ーを共振器長が250μｍになるように劈開し、劈
開端面でフアブリ・ペロー共振器を形成する。次
に、一方の劈開面に膜厚がλ/4（λ：発振波長）
程度になるようにAl2O3膜を電子ビーム蒸着法で
被覆する。この劈開面の反射率は約数％となる。
次に反対側の劈開面にはλ/2の膜厚のAl2O3膜蒸
着し、この劈開面の反射率を約30％とする。尚、
劈開面に被覆する薄膜としてはAl2O3以外の酸化
膜やアモルフアスシリコン膜を利用することもで
きる。更に各半導体レーザアレイ素子単位に分割
する。以上により、本実施例に用いられる半導体
レーザアレイ装置の基本素子が作製される。
第１図は、上記工程を介して作製された半導体
レーザアレイ素子を組み込んだ本発明の１実施例
を示す半導体レーザアレイ装置の基本構成図であ
る。
レーザアレイ素子を組み込んだ本発明の１実施例
を示す半導体レーザアレイ装置の基本構成図であ
る。
上記工程を介して作製された半導体レーザアレ
イ素子３０の共振方向の劈開面にはλ/4の膜厚の
Al2O3膜３１とλ/2の膜厚のAl2O3膜３２が被覆さ
れている。このレーザアレイ素子３０を銅または
ダイヤモンド等の熱伝導率の良好な放熱体３３に
インジウムでロウ付けし支持台３４に取り付け
る。次に反射率が数％の劈開面即ちλ/4の膜厚の
Al2O3膜３１が被覆された端面側に凹面鏡３５を
相対面して設置する。この場合、半導体レーザア
レイ素子３０の活性領域から出射したレーザ光が
凹面鏡３５によつて反射され、再度半導体レーザ
アレイ素子３０活性領域に再入射するように精度
良く半導体レーザアレイ素子３０と凹面鏡３５の
位置関係を設定する。凹面鏡３５の大きさは、活
性領域からみた開口角が半導体レーザアレイ素子
３０のＰ−Ｎ接合面に平行方向で約4°、垂直方向
で約50°とすることによつて0°位相モードの出射
光はほぼ完全にまた選択的に活性層領域に戻すこ
とができる。このため、0°位相モードの共振器面
の損失は180°位相モードの共振器面の損失に比べ
てはるかに少なくなる。その結果、0°位相モード
のレーザアレイ素子３０内部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、外部共
振器によつて構成される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。
イ素子３０の共振方向の劈開面にはλ/4の膜厚の
Al2O3膜３１とλ/2の膜厚のAl2O3膜３２が被覆さ
れている。このレーザアレイ素子３０を銅または
ダイヤモンド等の熱伝導率の良好な放熱体３３に
インジウムでロウ付けし支持台３４に取り付け
る。次に反射率が数％の劈開面即ちλ/4の膜厚の
Al2O3膜３１が被覆された端面側に凹面鏡３５を
相対面して設置する。この場合、半導体レーザア
レイ素子３０の活性領域から出射したレーザ光が
凹面鏡３５によつて反射され、再度半導体レーザ
アレイ素子３０活性領域に再入射するように精度
良く半導体レーザアレイ素子３０と凹面鏡３５の
位置関係を設定する。凹面鏡３５の大きさは、活
性領域からみた開口角が半導体レーザアレイ素子
３０のＰ−Ｎ接合面に平行方向で約4°、垂直方向
で約50°とすることによつて0°位相モードの出射
光はほぼ完全にまた選択的に活性層領域に戻すこ
とができる。このため、0°位相モードの共振器面
の損失は180°位相モードの共振器面の損失に比べ
てはるかに少なくなる。その結果、0°位相モード
のレーザアレイ素子３０内部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、外部共
振器によつて構成される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。
第２図Ａ，Ｂは本発明の他の実施例を示す半導
体レーザアレイ装置の構成図であり、第２図Ａは
側面図、第２図Ｂは平面図である。本実施例では
先の実施例で使用した凹面鏡の代わりに凸レンズ
３６と平面鏡３７を用いて同様な作用効果を得て
いる。第２図Ａに半導体レーザアレイ素子のＰ−
Ｎ接合に垂直方向の出射光の光路、同図ＢにＰ−
Ｎ接合に平行方向の出射光の光路を示す。半導体
レーザアレイ素子３０から出射したレーザ光は凸
レンズ３６を通過して平行光束となり、平面鏡３
７で反射されて元の光路を逆に進行し、レーザア
レイ素子３０へ帰還される。このように凸レンズ
３６と平面鏡３７を使用しても本発明の半導体レ
ーザアレイ装置を構成することができる。活性層
が５本で、活性導波路幅Ｗが4μｍ、中間領域幅
Wsが1μｍ、一方の劈開面の反射率が約30％、他
方の反射率が３％、凹面鏡の反射率が約95％に設
定した半導体レーザアレイ装置を作製し、その特
性を調べると発振閾値電流は約150ｍＡであり、
光出力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ができた。
体レーザアレイ装置の構成図であり、第２図Ａは
側面図、第２図Ｂは平面図である。本実施例では
先の実施例で使用した凹面鏡の代わりに凸レンズ
３６と平面鏡３７を用いて同様な作用効果を得て
いる。第２図Ａに半導体レーザアレイ素子のＰ−
Ｎ接合に垂直方向の出射光の光路、同図ＢにＰ−
Ｎ接合に平行方向の出射光の光路を示す。半導体
レーザアレイ素子３０から出射したレーザ光は凸
レンズ３６を通過して平行光束となり、平面鏡３
７で反射されて元の光路を逆に進行し、レーザア
レイ素子３０へ帰還される。このように凸レンズ
３６と平面鏡３７を使用しても本発明の半導体レ
ーザアレイ装置を構成することができる。活性層
が５本で、活性導波路幅Ｗが4μｍ、中間領域幅
Wsが1μｍ、一方の劈開面の反射率が約30％、他
方の反射率が３％、凹面鏡の反射率が約95％に設
定した半導体レーザアレイ装置を作製し、その特
性を調べると発振閾値電流は約150ｍＡであり、
光出力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ができた。
尚、本発明の半導体アレイは上述した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装置に適用する
ことができる。
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装置に適用する
ことができる。
＜発明の効果＞
本発明は以上詳説した如く半導体レーザアレイ
素子において、一方の劈開面の反射率を低減しか
つこの劈開面に相対面して0°位相モードの出射光
を選択的に反射し、活性領域へ再入射させること
ができる外部共振面を形成したものであり、0°位
相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４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。
素子において、一方の劈開面の反射率を低減しか
つこの劈開面に相対面して0°位相モードの出射光
を選択的に反射し、活性領域へ再入射させること
ができる外部共振面を形成したものであり、0°位
相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４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図は本発明の１実施例を示す半導体レーザ
アレイ装置の基本構成図である。第２図Ａ，Ｂは
本発明の他の実施例を示す半導体レーザアレイ装
置の側面図及び平面図である。第３図Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄは屈折率導波型半導体レーザアレイ素子の
基本構造及び屈折率と電界強度分布を示す説明図
である。第４図は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。 １１……GaAs基板、１２……溝、１３……ｎ
−クラツド層、１４……活性層、１５……ｐ−ク
ラツド層、１６……キヤツプ層、３０……半導体
レーザアレイ素子、３１，３２……Al2O3膜、３
５……凹面鏡、３６……凸レンズ、３７……平面
鏡。
アレイ装置の基本構成図である。第２図Ａ，Ｂは
本発明の他の実施例を示す半導体レーザアレイ装
置の側面図及び平面図である。第３図Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄは屈折率導波型半導体レーザアレイ素子の
基本構造及び屈折率と電界強度分布を示す説明図
である。第４図は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。 １１……GaAs基板、１２……溝、１３……ｎ
−クラツド層、１４……活性層、１５……ｐ−ク
ラツド層、１６……キヤツプ層、３０……半導体
レーザアレイ素子、３１，３２……Al2O3膜、３
５……凹面鏡、３６……凸レンズ、３７……平面
鏡。
Claims (1)
- １ レーザ発振用共振器を構成する一対の劈開端
面間に複数本の平行な活性導波路を並設し、一方
の前記劈開端面に光反射率を低減する薄膜を形成
しかつ該劈開端面に対面する位置に0°位相モード
の出射光を選択的に反射して前記活性導波路へ再
入射せしめる外部共振面を付設したことを特徴と
する半導体レーザアレイ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60105472A JPS61263185A (ja) | 1985-05-16 | 1985-05-16 | 半導体レ−ザアレイ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60105472A JPS61263185A (ja) | 1985-05-16 | 1985-05-16 | 半導体レ−ザアレイ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61263185A JPS61263185A (ja) | 1986-11-21 |
| JPH0337876B2 true JPH0337876B2 (ja) | 1991-06-06 |
Family
ID=14408533
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60105472A Granted JPS61263185A (ja) | 1985-05-16 | 1985-05-16 | 半導体レ−ザアレイ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61263185A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR900009229B1 (ko) * | 1988-04-28 | 1990-12-24 | 한국 과학기술원 | 선택적 에피택시법에 의한 표면 방출형 AlGaAs/GaAs 반도체 레이저 다이오드의 제조방법 |
| CN110412544A (zh) * | 2019-08-23 | 2019-11-05 | 上海禾赛光电科技有限公司 | 激光发射系统以及包括所述激光发射系统的激光雷达 |
-
1985
- 1985-05-16 JP JP60105472A patent/JPS61263185A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61263185A (ja) | 1986-11-21 |
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| JPH0334875B2 (ja) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |