JPH0337877B2 - - Google Patents

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JPH0337877B2
JPH0337877B2 JP60140048A JP14004885A JPH0337877B2 JP H0337877 B2 JPH0337877 B2 JP H0337877B2 JP 60140048 A JP60140048 A JP 60140048A JP 14004885 A JP14004885 A JP 14004885A JP H0337877 B2 JPH0337877 B2 JP H0337877B2
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JP
Japan
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semiconductor laser
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film
laser array
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JP60140048A
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JPS61296785A (ja
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Kaneki Matsui
Mototaka Tanetani
Akihiro Matsumoto
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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Priority to DE19863621198 priority patent/DE3621198A1/de
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/028Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031Edge-emitting structures
    • H01S5/4068Edge-emitting structures with lateral coupling by axially offset or by merging waveguides, e.g. Y-couplers

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は高出力動作を可能とした0°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。
[従来技術とその問題点] 半導体レーザを高出力で動作させる場合、単体
の半導体レーザでは現在のところ実用性を考慮す
るとレーザ光の最大出力値は50mW程度で限界と
なる。
そこで、複数の半導体レーザを同一基板上に平
行に並べることにより高出力化を計る半導体レー
ザアレイの研究が進められている。
しかしながら、複数本の屈折率導波型半導体レ
ーザを平行に光学的結合を持たせて並べ、各レー
ザに均一な利得を与えても、各半導体レーザによ
る光は、0°位相で同期する状態よりもむしろ位相
が反転した180°位相モードの方が光の電界分布と
利得分布が良く一致するので発振域値利得が小さ
くなり、定常状態において、発振してしまう。こ
れを避けるためには、180°位相モードの発振域値
利得を大きくして180°位相モードの抑制を行なう
必要があり、第5図aに示すように両へき開面5
0に分岐結合型の導波路51を有する構造の半導
体レーザアレイが提案されている。この導波路は
2本の導波路を進んできた0°位相モードの光は1
本の導波路部に進行する際に位相が同相であるた
め互に強め合うが、180°位相モードの光は逆相に
なるため互に弱められ、放射モードとなつて導波
路外に放射していくことを利用して180°位相モー
ドの損失を増大させ、その結果、180°位相モード
の発振域値利得を増大させている。
しかしながら、導波路の本数が増大していく
と、0°位相モードと180°位相モードの中間モード
の発振或値利得が最も小さくなつてしまい、0°位
相モードによる発振が出来なくなる。例えば第5
図bのレーザアレにおける0°位相モードa、180°
位相モードd、各中間モードb,cの電界Eの分
布をそれぞれ第6図a〜dに示す。
この図からわかるように、0°位相同期モードa
の電界Eは中央部に分布したレーザ光となり、一
方、他のアレモードb,c,dの電界Eは周辺部
に分布したレーザ光となる。
半導体レーザアレイから放射されるレーザ光の
遠視野像は0°位相同期状態では単峰性の強度分布
を示し、レンズで単一の微小スポツトに絞ること
ができるが、180°位相同期モード及び各中間モー
ド状態では遠視野像が複数の双峰性のピークとな
りレンズで単一のスポツトに絞ることはできな
い。
レーザ光を単一のスポツトに絞れないと各種光
学系との結合に不都合が生じ、光通信、光デイス
クシステム等の光源としての実用性が阻害される
ことになる。
従つて半導体レーザアレイが0°位相同期して発
振するように、即ち0°位相周期モードの発振利得
が180°位相同期モード及び中間モードよりも高く
なるように技術的手段を駆使して通信用光源等と
しての利用価値を確保することが半導体レーザア
レイ装置に対して強く要望されている。
[発明の目的] 本発明は平行にならびかつ互いがなめらかに結
合された複数本の屈折率導波型半導体レーザが0°
位相同期して発振し、単峰性の放射パターンで高
出力のレーザ光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] 本発明の半導体レーザアレイ装置は複数の屈折
率導波型活性導波路を有し、且つ前記導波路が互
いになめらかに光学的に平行結合されている半導
体レーザアレイ装置であつて、少なくとも一方の
活性導波路のへき開面の中央部における反射率を
周辺部における反射率よりも大きくしたことを特
徴とする。
[実施例] 以下、本発明の1実施例を第1図に示すような
平坦な活性層を有するGaAs−GaAlAs系半導体
レーザアレイを用いて説明する。
p−GaAs基板1上にLPE(液相エピキシヤル
成長)法などの結晶成長法により、逆極性接合と
なるn−GaAs電流阻止層2を成長させる。次に
フオトリソグラフイとエツチング技術により、V
字形溝3を電流阻止層2表面から基板1内へ達す
る深さ迄形成する。V字形溝3を形成することに
より基板1上から電流阻止層2の除去された部分
が電流の通路となる。再度、LPE法を用いて溝
付きの基板1上にp−AlxGa1−xAsクラツド層
4、pまたはn−AlyGa1−yAs活性層5、n−
AlxGa1−xAsクラツド層6を順次成長させダブ
ルヘテロ接合を介する活性層5を得る。ただし、
上記クラツド層4,6において、x>yである。
さらに、この上にn+GaAsキヤツプ層7を連続的
に成長させてレーザ動作用の多層結晶構造を構成
し、基板側にp型抵抗性電極8を、成長層側即ち
キヤツプ層7上にn型抵抗性電極9を形成した
後、共振器長が200〜300μmとなるように前記溝
3と直角にへき(劈)開する。
次に両へき開面にAl2O3膜あるいはアモルフア
スSi膜を電子ビーム蒸着法で被覆して、レーザ面
ミラーを形成する。この時単層のAl2O3膜あるい
は多層のAl2O3膜とアモルフアスSi膜で構成され
る反射膜における各層の厚さを適当に変えること
によつて反射膜の反射率を約2%〜95%まで任意
に設定することができる。本実施例ではλ/4厚
(λ:発振波長)のAl2O3膜とλ/4厚のAl2O3
を用いていて、それぞれの反射率を約2%と約32
%としている。このために、まず、第2図で示す
ように、両へき開面10にλ/4厚のAl2O3膜1
1を電子ビーム蒸着法で形成し、次に周知のホト
リソグラフイ技術によつてAl2O3膜11のコーテ
イングされたへき開面上の周辺部の活性導波路部
w1,w2,w3,w4にレジスト膜12を形成した
後、再度λ/4厚のAl2O3膜13を被覆する。次
に第3図に示すように、レジスト膜12をリムー
バーで除去することによつて、中央部の活性導波
路w2,w3,wbの両へき開面10上にはλ/4厚
のAl2O3膜(反射率32%)、そして、周辺部の活
性導波路w1,w4,wa,wc上にはλ/4厚の
Al2O3膜(反射率2%)の共振器ミラーが形成さ
れることになる。
このようにへき開面10上に異なる誘電膜を形
成することにより、へき開面10の反射率が活性
導波路Wの中央部で高く、活性導波路Wの周辺部
で低くなる。
従つて、共振器ミラーによる損失は、0°位相同
期モードでは第6図aに示したように中央部の活
性導波路Wに分布する電界の割合が大きいので、
共振器ミラーによる損失は少なく、一方他のアレ
イモードにおいては周辺部の活性導波路Wに多く
分布しているので、損失は大きくなる。
この結果、0°位相同期モードの全体としての損
失は他のアレイモードに比べて少なく、発振域値
利得も小さくなるため、第4図で示すように、0°
位相で同期したレーザ光を安定して出力すること
ができる。
この時、各導波路間のエバネツセント波を利用
して光学的に結合している方が安定な0°位相同期
モードが得られるが、各活性導波路が均一にでき
ていれば、エバネツセント波を利用した光学的結
合は必ずしも必要ではない。
第5図bに示す活性導波路構造のアレイで、活
性導波路Wが4μm、中間領域幅Wsが1μm、中央
部の活性導波路部のへき開端面反射率32%、周辺
部の活性導波路部のへき開端面反射率2%に設定
した半導体レーザアレイ装置を試作した場合、発
振域値電流は120〜150mA、出力130mWまで0°
位相同期モードで発振し、他の位相同期モードの
発振を抑制することができた。
尚、本発明の半導体レーザアレイは上述した屈
折率型導波路構造に限らずリツヂ構造型あるいは
埋込み構造型等の屈折率型導波路に適用できるこ
とはいうまでもない。さらにGaAlAs−GaAs系
に限らずInP−InGaAsP系、その他の材料を用い
た半導体レーザに適用することができる。
[発明の効果] 以上説明したように、この発明は、半導体レー
ザアレイ装置のへき開面における中央部での反射
率が周辺部における反射率よりも高くなるように
し、たとえば0°位相同期モードの発振域値利得を
他のアレイモードにおける利得よりも小さくした
ので0°位相で同期したレーザ光を安定して放射す
ることができる。これによりレンズ等により微小
面積の単一のスポツトに絞ることができ、解像度
のすぐれた各種のレーザ光応用機器の実現が可能
となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の1実施例を示す半導体レーザ
アレイ装置の断面図、第2図及び第3図は第1図
におけるへき開面上に反射膜を形成する過程を示
す平面図、第4図は本発明の実施例により得られ
たレーザ光の強度分布を示す図、第5図a,bは
従来の半導体レーザアレイ装置における分岐結合
型導波路を示す図、第6図は第5図bにおける各
位相同期モードの電界分布を示す図である。 10……へき開面、11,13……Al2O3膜、
12……レジスト膜、W……活性導波路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 複数の屈折率導波型活性導波路を有し、且つ
    前記導波路が互いになめらかに光学的に平行結合
    されている半導体レーザアレイ装置であつて、少
    なくとも一方の活性導波路のへき開面の中央部に
    おける反射率を周辺部における反射率よりも大き
    くしたことを特徴とする半導体レーザアレイ装
    置。
JP60140048A 1985-06-25 1985-06-25 半導体レ−ザアレイ装置 Granted JPS61296785A (ja)

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US06/876,223 US4772082A (en) 1985-06-25 1986-06-19 Semiconductor laser array device
GB08614932A GB2176939B (en) 1985-06-25 1986-06-19 A semiconductor laser array device
DE19863621198 DE3621198A1 (de) 1985-06-25 1986-06-25 Halbleiter-laseranordnung

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JPS61296785A (ja) 1986-12-27

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