JPH05226765A - 半導体レーザアレイ装置 - Google Patents

半導体レーザアレイ装置

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JPH05226765A
JPH05226765A JP2490292A JP2490292A JPH05226765A JP H05226765 A JPH05226765 A JP H05226765A JP 2490292 A JP2490292 A JP 2490292A JP 2490292 A JP2490292 A JP 2490292A JP H05226765 A JPH05226765 A JP H05226765A
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JP
Japan
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layer
semiconductor layer
semiconductor
type
laser array
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Pending
Application number
JP2490292A
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English (en)
Inventor
Masahiro Kume
雅博 粂
Hiroki Naito
浩樹 内藤
Kazunari Ota
一成 太田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electronics Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電流ブロック層にクラッド層よりも屈折率が
小さいかまたは禁制帯幅が大きい半導体層を用い、かつ
活性層に量子井戸構造を用いて半導体レーザレーザアレ
イを構成することにより、低動作電流で位相同期発振さ
せ、大出力化を実現する。 【構成】 n型GaAs基板1の上に、n型AlGaA
s層からなるクラッド層3と、量子井戸活性層4と、p
型AlGaAs層からなるクラッド層5が形成されてお
り、その上にクラッド層5よりAlAs混晶比が大きく
ストライプ状の溝を有するブロック層7が形成されてお
り、かつその溝の中にはブロック層7よりAlAs混晶
比の小さなAlGaAs層からなるクラッド層6が形成
された構成を有する。この構成により、隣合うストライ
プ間のレーザ光の位相を同期させ、ストライプ間でのレ
ーザ光の損失をなくして高効率発振を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光記録、固体レーザ励
起、光通信、加工等に用いられる超高出力の半導体レー
ザアレイ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】以下に従来の半導体レーザアレイ装置に
ついて説明する。図5(a)は従来の半導体レーザアレ
イ装置の要部断面図、図5(b)は図5(a)のA部の
拡大図である。これらの図に示すように、n型GaAs
基板1の上に、n型GaAs層からなるバッファ層2
と、n型Ga0.5Al0.5As層からなるクラッド層3
と、Ga0.7Al0.3As層(バリア層;厚さ5nm)3
層とGa 0.95Al0.05As層(活性層;厚さ10nm)
2層からなる量子井戸活性層4と、p型Ga0.5Al0.5
As層からなるクラッド層5と、p型Ga0.5Al0.5
s層からなるクラッド層6とが形成されており、このク
ラッド層6の中にn型GaAs層からなる電流ブロック
層14が形成されている。なお8はp型GaAs層から
なるコンタクト層、9はp側オーミック電極、10はn
側オーミック電極、11はストライプ状の電流チャネル
である。
【0003】以上の構造において、電流がコンタクト層
8から電流チャネル11を流れ、その下の量子井戸活性
層4においてレーザ発振が起こる。この量子井戸活性層
4内で発生したレーザ光は両側のクラッド層3、5へと
広がるが、電流ブロック層14がレーザ光を吸収するの
で、電流チャネル11の下の量子井戸活性層4内にレー
ザ光は閉じ込められる。クラッド層5の厚さを厚くする
と、電流ブロック層14の吸収効果が小さくなり、レー
ザ光が横方向に広がる。その結果、隣合うストライプの
レーザ光が重なり合うようになり、ある位相差を持って
発振するようになる。このような発振状態は位相同期発
振と呼ばれ、半導体レーザアレイ装置からの出射ビーム
パターンは隣合うストライプのレーザ光の位相差によっ
て大きく変化することになる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、図5に示す電流ブロック層14がレーザ
光を吸収し、ストライプ間の電流ブロック層14の下の
領域ではレーザ光の損失が大きくなるため、損失が最も
小さくなる光分布(モード)で発振が起こるが、そのよ
うなモードは隣合うストライプのレーザ光の位相差が1
80゜となり、出射されるレーザビームのパターンは2
つの山を持った強度分布を示すことになり、1点にレー
ザ光を集光することが難しくなるという課題を有してい
た。
【0005】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、隣合うリッジ間でレーザ光の位相差が0゜となるモ
ードで発振させ、出射されるビームパターンが山が1つ
の強度分布となり、1点に集光することができる半導体
レーザアレイ装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の半導体レーザアレイ装置は、電流経路を制限
する電流ブロック層のAl/As混晶比をこの電流ブロ
ック層を上下から挟んでいるクラッド層よりも大きくし
た構成を有している。
【0007】
【作用】この構成によって、電流チャネルのレーザ光に
対する屈折率が大きくなり、レーザ光はこの部分に閉じ
込められる。また電流ブロック層の禁制帯幅がクラッド
層よりも大きいので、レーザ光は電流ブロック層に吸収
されなくなる。すなわち、電流ブロック層の下の領域で
のレーザ光の損失がなくなるため、隣合うリッジのレー
ザ光の位相差が0゜となるモードで発振させることがで
きる。その結果、出射されるビームパターンは山が1つ
の強度分布となり、1点に集光することが可能となる。
【0008】さらに、レーザ光の損失がないためしきい
電流が低く、微分効率が高くなり、電気から光への変換
効率の優れたレーザ装置を実現することができる。
【0009】
【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。図1(a)は本発明の一実施例にお
ける半導体レーザアレイ装置の断面図、図1(b)は図
1(a)のA部の拡大図である。これらの図に示すよう
に、n型GaAs基板1の上に、n型GaAs層からな
るバッファ層2と、n型Ga0.5Al0 .5As層からなる
クラッド層3と、Ga0.7Al0.3As層(バリア層;厚
さ5nm)3層とGa0.95Al0.05As層(活性層;厚
さ10nm)2層からなる量子井戸活性層4と、p型G
0.5Al0.5As層からなるクラッド層5,6とが形成
されており、電流狭窄のための後述の電流チャネル11
以外の領域にはn型Ga 0.4Al0.6As層からなる電流
ブロック層7が形成されている。なお8はp型GaAs
層からなるコンタクト層、9はp側のオーミック電極、
10はn側のオーミック電極、11はストライプ状の電
流チャネル、12はp型GaAs層からなる保護層であ
る。
【0010】以上の構造において、コンタクト層8から
注入される電流は電流チャネル11内に閉じ込められ、
電流チャネル11の下部の量子井戸活性層4でレーザ発
振が生じる。ここで、n型Ga0.4Al0.6As層からな
る電流ブロック層7の屈折率は、電流チャネル11の内
部のp型Ga0.5Al0.5As層からなるクラッド層5の
屈折率より小さいので、レーザ光はこの屈折率差により
電流チャネル11内に閉じ込められる。またn型Ga
0.4Al0.6As層からなる電流ブロック層7の禁制帯幅
は量子井戸活性層4の発振波長のエネルギーよりも大き
いので、従来の構造のような電流ブロック層による光吸
収がなく、大幅にレーザ光の損失を低減することができ
る。さらに、光吸収がないためレーザ光がn型Ga0.4
Al0.6As層からなる電流ブロック層7の下部にも広
がり、隣合うストライプ間のレーザ光の位相差が0゜に
なるモードで発振させることができる。また光出力を増
大させるとレーザ光の強度の大きい電流チャネル11の
電子密度が減少するが、量子井戸活性層4を用いている
ために電子密度に対する屈折率の変化が小さく、安定な
モードを高出力まで維持することができる。また一般に
レーザ発振する活性層内での自由電子による光の吸収が
小さいのが量子井戸の特徴であり、低しきい値・高効率
発振が可能となる。なお保護層12はクラッド層5上の
結晶成長を容易にするための薄いGaAs層である。
【0011】次に本発明の一実施例における半導体レー
ザアレイ装置の製造方法について、説明する。図2
(a)〜(d)は本発明の一実施例における半導体レー
ザアレイ装置の製造工程図である。まず図2(a)に示
すように、n型GaAs基板1の上にMOCVDまたは
MBE成長法により、n型GaAs層からなるバッファ
層2(厚さ0.5μm)、n型Ga0.5Al0.5As層か
らなるクラッド層3(厚さ1μm)、量子井戸活性層
4、p型Ga0.5Al0.5As層からなるクラッド層5
(厚さ0.15μm)、p型GaAs層からなる保護層
12(厚さ0.05μm)、n型Ga0.4Al0.6As層
からなる電流ブロック層7(1μm)を形成する。次に
図2(b)に示すように、レジスト13をマスクとし
て、ストライプ状に溝エッチングを行う。この時、選択
エッチング液を用い、保護層12でエッチングをストッ
プさせる。次に図2(c)に示すように、MOCVD反
応管内でガスエッチングを行い、溝内の保護層12を除
去する。次に図2(d)に示すように、MOCVD成長
法によりp型Ga0.5Al0.5As層からなるクラッド層
6とp型GaAs層からなるコンタクト層8とを形成す
る。最終的に、コンタクト層8側にp側オーミック電極
9を、n型GaAs基板1側にn側オーミック電極10
をそれぞれ形成することによって図1に示す断面構造を
有する半導体レーザアレイ装置となる。 図3は本発明
の一実施例における半導体レーザアレイ装置の電流−光
出力特性図である。比較のために、従来の半導体レーザ
アレイ装置の特性も併せて示した。本発明の半導体レー
ザアレイ装置では、レーザ光のリッジ間での損失が小さ
いためしきい電流が低く、微分効率が高くなり、大幅に
動作電流値が小さくなっている。すなわち、室温で0.
6Wのレーザ光を放出するのに必要な動作電流値を従来
の0.85Aから0.5Aに低減できた。
【0012】また図4(a)に本発明の一実施例におけ
る半導体レーザアレイ装置の出射レーザビームの強度パ
ターンを、図4(b)に従来の半導体レーザアレイ装置
の出射レーザビームの強度パターンをそれぞれ示す。図
4(a)に示すように、本発明による構造では、強度パ
ターンは山が1つであり位相差が0゜の位相同期発振に
なっている。一方、図4(b)に示すように、従来例の
場合の強度パターンは山が2つあり、位相が0゜の同期
発振が得られていない。
【0013】なお、半導体層の導電型が本実施例とは逆
となる構造においても同様の性能を有する半導体レーザ
アレイ装置を実現することができる。この場合は、半導
体基板がp型GaAs基板になり、電流ブロック層はp
型となるが、AlAs混晶比が高いので電子の拡散長が
短くなり、電流を狭窄することができる。
【0014】
【発明の効果】以上のように本発明の半導体レーザアレ
イ装置は、電流から光への変換効率が高く、アレイ間の
各レーザ光の位相が揃った位相同期発振が得られ、高出
力で集光性の良いレーザ光を得ることができ、光記録や
固体レーザ励起の光源等の応用において、大なる効果を
有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の一実施例における半導体レー
ザアレイ装置の断面図 (b)は図1(a)のA部の要部拡大図
【図2】(a)〜(d)は本発明の一実施例における半
導体レーザアレイ装置の製造工程図
【図3】本発明の一実施例における半導体レーザアレイ
装置の電流−光出力特性図
【図4】(a)は本発明の一実施例における半導体レー
ザアレイ装置の出射レーザビームの強度パターン図 (b)は従来の半導体レーザアレイ装置の出射レーザビ
ームの強度パターン図
【図5】(a)は従来の半導体レーザアレイ装置の要部
断面図 (b)は図5(a)のA部の拡大図
【符号の説明】
1 n型GaAs基板(半導体基板) 3 クラッド層(第1の半導体層) 4 量子井戸活性層(第2の半導体層) 5 クラッド層(第3の半導体層) 6 クラッド層(第4の半導体層) 7 電流ブロック層(第5の半導体層)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の上に、前記半導体基板と同
    じ導電型の第1の半導体層と、第1の半導体層より禁制
    帯幅が小さく厚さが20nm以下で組成比の異なる2つ
    の半導体層を交互に複数層積層した第2の半導体層と、
    第1の半導体層とは反対の導電型で第2の半導体層より
    禁制帯幅が大きい第3の半導体層と、第3の半導体層と
    同じ導電型の第4の半導体層と、第4の半導体層の中に
    2本以上ストライプ状に形成された導電型が前記半導体
    基板と同じかまたは高抵抗であってかつメサ形状の第5
    の半導体層とを有し、第5の半導体層の屈折率が第3の
    半導体層の屈折率より小さいかまたは第5の半導体層の
    禁制帯幅が第3の半導体層の禁制体幅より大きいかのど
    ちらかであることを特徴とする半導体レーザアレイ装
    置。
  2. 【請求項2】 半導体基板の上に、前記半導体基板と同
    じ導電型の第1の半導体層と、第1の半導体層より禁制
    帯幅が小さく厚さが20nm以下で組成比の異なる2つ
    の半導体層を交互に複数層積層した第2の半導体層と、
    第1の半導体層とは反対の導電型で第2の半導体層より
    禁制帯幅が大きい第3の半導体層と、第3の半導体層と
    同じ導電型の第4の半導体層と、第4の半導体層の中に
    2本以上ストライプ状に形成された導電型が前記半導体
    基板と同じかまたは高抵抗であってかつメサ形状の第5
    の半導体層とを有し、第5の半導体層の屈折率が第3の
    半導体層の屈折率より小さく、かつ第5の半導体層の禁
    制帯幅が第3の半導体層の禁制体幅より大きいことを特
    徴とする半導体レーザアレイ装置。
  3. 【請求項3】 第3の半導体層と第5の半導体層との間
    に保護層が挿入されていることを特徴とする請求項1ま
    たは2記載の半導体レーザアレイ装置。
  4. 【請求項4】 半導体基板がn型GaAs基板であり、
    第1の半導体層がn型Ga1-yAlyAs層であり、第2
    の半導体層がGa1-x1Alx1As層とGa1-x2Alx2
    s層とを交互に複数個積層し、かつ各層の厚さが20n
    m以下であり、第3の半導体層がp型Ga1-zAlzAs
    層であり、第4の半導体層がp型Ga1- vAlvAs層で
    あり、第5の半導体層がn型Ga1-wAlwAsであり、
    かつy>x1,x2、z>x1,x2、v>x1,x2かつw>z,vであることを
    特徴とする請求項1または2記載の半導体レーザアレイ
    装置。
  5. 【請求項5】 半導体基板およびその上に形成されてい
    る各半導体層のn型とp型を全て逆にした構成を特徴と
    する請求項4記載の半導体レーザアレイ装置。
JP2490292A 1991-04-22 1992-02-12 半導体レーザアレイ装置 Pending JPH05226765A (ja)

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JP2490292A JPH05226765A (ja) 1992-02-12 1992-02-12 半導体レーザアレイ装置
US07/871,913 US5297158A (en) 1991-04-22 1992-04-21 Semiconductor laser device including a gallium-aluminum arsenic compound

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001284732A (ja) * 2000-03-31 2001-10-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 多波長レーザ発光装置、当該装置に用いられる半導体レーザアレイ素子及び当該半導体レーザアレイ素子の製造方法
JP2005531135A (ja) * 2002-05-22 2005-10-13 カビタル オイ 高光学出力密度を生成するための方法およびレーザ装置
JP2022520738A (ja) * 2019-01-31 2022-04-01 フェルディナント-ブラウン-インスティツット ゲーゲーエムベーハー, ライプニッツ-インスティツット フュー ヘーヒストフレクエンツテヒニク レーザ照射生成装置

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