JPH0637402A - 半導体レーザ光反射素子 - Google Patents
半導体レーザ光反射素子Info
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- JPH0637402A JPH0637402A JP19183892A JP19183892A JPH0637402A JP H0637402 A JPH0637402 A JP H0637402A JP 19183892 A JP19183892 A JP 19183892A JP 19183892 A JP19183892 A JP 19183892A JP H0637402 A JPH0637402 A JP H0637402A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体レーザの出射光ビームの水平、垂直両
方向への拡がりを反射光学系により２次元的に整形、集
光あるいはコリメートすることができる半導体レーザ光
反射素子を提供すること。 【構成】 半導体レーザ基板２またはヒートシンク基板
に、半導体レーザＬＤの光出射点を焦点の１つとする楕
円、放物線あるいは双曲線等による２次曲面形状を形成
して、半導体レーザ光反射素子１とする。
方向への拡がりを反射光学系により２次元的に整形、集
光あるいはコリメートすることができる半導体レーザ光
反射素子を提供すること。 【構成】 半導体レーザ基板２またはヒートシンク基板
に、半導体レーザＬＤの光出射点を焦点の１つとする楕
円、放物線あるいは双曲線等による２次曲面形状を形成
して、半導体レーザ光反射素子１とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光通信、光情報処理、光
学測定等に用いる半導体レーザ光反射素子に関する。
学測定等に用いる半導体レーザ光反射素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザは活性層をコアとした光導
波路構造を有している。そのため、半導体レーザ出射端
面からの光は、回折により大きく拡がる。更に、この拡
がり角が水平方向と垂直方向で大きく異なるため、出射
光ビームの形状も非点隔差を有する楕円形となる。従っ
て、半導体レーザの実際の使用に当っては、複数のレン
ズ等により、ビーム整形、コリメートあるいは集光を行
う必要があった。
波路構造を有している。そのため、半導体レーザ出射端
面からの光は、回折により大きく拡がる。更に、この拡
がり角が水平方向と垂直方向で大きく異なるため、出射
光ビームの形状も非点隔差を有する楕円形となる。従っ
て、半導体レーザの実際の使用に当っては、複数のレン
ズ等により、ビーム整形、コリメートあるいは集光を行
う必要があった。
【０００３】一方、半導体レーザと外部ミラーとをモノ
リシックに形成したデバイスとして、文献（Z.L.Liau
and J.N.Walpole, “Surface emittiing GaInAsp/In
P laser with low threshold current and high
efficiency ”，Appl.Phys.Lett. ，vol. ４６，１
１５（１９８５））には、半導体レーザの端面外側に４
５度傾斜ミラーを形成し、基板垂直方向に光ビームを出
射した例が知られている。しかしこれは、前述の半導体
レーザ出射光の水平・垂直両方向への拡がりを解決した
ものではない。従って、依然として、出射光ビームの拡
がりやビーム形状の問題は解決されていない。
リシックに形成したデバイスとして、文献（Z.L.Liau
and J.N.Walpole, “Surface emittiing GaInAsp/In
P laser with low threshold current and high
efficiency ”，Appl.Phys.Lett. ，vol. ４６，１
１５（１９８５））には、半導体レーザの端面外側に４
５度傾斜ミラーを形成し、基板垂直方向に光ビームを出
射した例が知られている。しかしこれは、前述の半導体
レーザ出射光の水平・垂直両方向への拡がりを解決した
ものではない。従って、依然として、出射光ビームの拡
がりやビーム形状の問題は解決されていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した従来
の問題点を解決するため、出射光ビームを２次元的に整
形、集束、コリメートすることができる半導体レーザ光
反射素子を提供することを目的とする。
の問題点を解決するため、出射光ビームを２次元的に整
形、集束、コリメートすることができる半導体レーザ光
反射素子を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する請求
項１の半導体レーザ光反射素子は、半導体レーザ基板と
同一基板上に形成された、半導体レーザのエッチドミラ
ー端面の光出射点を焦点の１つとする２次曲面形状面を
有することを特徴とするものである。
項１の半導体レーザ光反射素子は、半導体レーザ基板と
同一基板上に形成された、半導体レーザのエッチドミラ
ー端面の光出射点を焦点の１つとする２次曲面形状面を
有することを特徴とするものである。
【０００６】また、上記目的を達成する請求項２の半導
体レーザ光反射素子は、半導体レーザのヒートシンク基
板と同一基板上に形成された、半導体レーザの光出射点
を焦点の１つとする２次曲面形状面を有することを特徴
とするものである。
体レーザ光反射素子は、半導体レーザのヒートシンク基
板と同一基板上に形成された、半導体レーザの光出射点
を焦点の１つとする２次曲面形状面を有することを特徴
とするものである。
【０００７】
【作用】半導体レーザの出射光のビーム拡がり角と反射
後の所望のビーム形状とに応じて、半導体レーザ光反射
素子の反射面形状を楕円（円も含む）、放物線、双曲線
等の２次曲線とし、光出射点を焦点の１つとして半導体
レーザ基板あるいはヒートシンク基板に形成することに
より、２次元的にビームの整形、焦光あるいはコリメー
ト等を行う。
後の所望のビーム形状とに応じて、半導体レーザ光反射
素子の反射面形状を楕円（円も含む）、放物線、双曲線
等の２次曲線とし、光出射点を焦点の１つとして半導体
レーザ基板あるいはヒートシンク基板に形成することに
より、２次元的にビームの整形、焦光あるいはコリメー
ト等を行う。
【０００８】
【実施例】以下、実施例を示す図面を参照して本発明を
詳細に説明する。図１は請求項１の発明に係る半導体レ
ーザ光反射素子の一実施例を示す。図１に示す実施例で
は、半導体レーザ光反射素子１を半導体レーザＬＤの基
板、即ち半導体レーザ基板２に形成してある。詳しく
は、半導体レーザＬＤの片端面をエッチドミラー面３と
し、このエッチドミラー面３の先に、外部凹面鏡として
半導体レーザ光反射素子１をモノリシックに形成してあ
る。この半導体レーザ光反射素子１の反射面１Ａの水平
及び垂直面形状は、半導体レーザＬＤの出射端面のビー
ムウェスト（光出射点）を焦点の１つとした２次曲線と
してあり、出射ビーム４を９０°上方に反射して空中に
集光スポット５を結ばせるようにしてある。図１中の符
号で６は活性層、７は電極ストライプであり、半導体レ
ーザＬＤは活性層６をコアとした光導波路構造を有す
る。
詳細に説明する。図１は請求項１の発明に係る半導体レ
ーザ光反射素子の一実施例を示す。図１に示す実施例で
は、半導体レーザ光反射素子１を半導体レーザＬＤの基
板、即ち半導体レーザ基板２に形成してある。詳しく
は、半導体レーザＬＤの片端面をエッチドミラー面３と
し、このエッチドミラー面３の先に、外部凹面鏡として
半導体レーザ光反射素子１をモノリシックに形成してあ
る。この半導体レーザ光反射素子１の反射面１Ａの水平
及び垂直面形状は、半導体レーザＬＤの出射端面のビー
ムウェスト（光出射点）を焦点の１つとした２次曲線と
してあり、出射ビーム４を９０°上方に反射して空中に
集光スポット５を結ばせるようにしてある。図１中の符
号で６は活性層、７は電極ストライプであり、半導体レ
ーザＬＤは活性層６をコアとした光導波路構造を有す
る。
【０００９】ここで、半導体レーザ光反射素子１の２次
曲線とは例えば、ｘｙ直交座標系において、ａ，ｂを定
数とすると、 （１）楕円（円も含む）：（ｘ2 ／ａ2 ）＋（ｙ2 ／ｂ2 ）＝１ （２）放物線：ｙ＝ａｘ2 （３）双曲線：（ｘ2 ／ａ2 ）−（ｙ2 ／ｂ2 ）＝１ 等がある。例えば、反射光をコリメートする場合は、半
導体レーザ光反射素子１を放物線形状とする。また、集
光する場合は、楕円形状とすることにより、もう一方の
焦点に集光するビームが得られる。このように、２次曲
線形状は、半導体レーザＬＤの出射光ビームの拡がり角
と、反射後の所望のビーム形状とにより、水平及び垂直
について独立な設計が可能である。
曲線とは例えば、ｘｙ直交座標系において、ａ，ｂを定
数とすると、 （１）楕円（円も含む）：（ｘ2 ／ａ2 ）＋（ｙ2 ／ｂ2 ）＝１ （２）放物線：ｙ＝ａｘ2 （３）双曲線：（ｘ2 ／ａ2 ）−（ｙ2 ／ｂ2 ）＝１ 等がある。例えば、反射光をコリメートする場合は、半
導体レーザ光反射素子１を放物線形状とする。また、集
光する場合は、楕円形状とすることにより、もう一方の
焦点に集光するビームが得られる。このように、２次曲
線形状は、半導体レーザＬＤの出射光ビームの拡がり角
と、反射後の所望のビーム形状とにより、水平及び垂直
について独立な設計が可能である。
【００１０】次に、図２〜図５は請求項１の発明の実施
例として回転楕円体の一部内面など楕円曲面を有する半
導体レーザ光反射素子１を示す。この半導体レーザ光反
射素子１では、図３に示すように出射光の垂直面内のビ
ーム４Ａに対して楕円形状８Ａを決定すると共に図４に
示すように水平面内のビーム４Ｂに対して楕円形状８Ｂ
を決定し、それぞれの半導体レーザＬＤの出射端面での
ビームウェストが各楕円の焦点９Ａ，９Ｂとなるように
し、更に、楕円８Ｂのもう一方の焦点９Ｂ′（図４参
照）をその楕円８Ｂで反射後の焦点９Ｂ″（図４，図５
参照）と楕円８Ａのもう一方の焦点９Ａ′（図３参照）
どうしが一致するように設計することにより、空間中で
一点（９Ａ′＝９Ｂ″）に集光するスポット５が得られ
る。これらの図中で、ＬＤは半導体レーザ、１Ａは反射
面、２は半導体レーザ基板、３はエッチドミラー面、６
は活性層、７は電極ストライプを示し、半導体レーザ光
反射素子１は半導体レーザ基板２上に形成されている。
例として回転楕円体の一部内面など楕円曲面を有する半
導体レーザ光反射素子１を示す。この半導体レーザ光反
射素子１では、図３に示すように出射光の垂直面内のビ
ーム４Ａに対して楕円形状８Ａを決定すると共に図４に
示すように水平面内のビーム４Ｂに対して楕円形状８Ｂ
を決定し、それぞれの半導体レーザＬＤの出射端面での
ビームウェストが各楕円の焦点９Ａ，９Ｂとなるように
し、更に、楕円８Ｂのもう一方の焦点９Ｂ′（図４参
照）をその楕円８Ｂで反射後の焦点９Ｂ″（図４，図５
参照）と楕円８Ａのもう一方の焦点９Ａ′（図３参照）
どうしが一致するように設計することにより、空間中で
一点（９Ａ′＝９Ｂ″）に集光するスポット５が得られ
る。これらの図中で、ＬＤは半導体レーザ、１Ａは反射
面、２は半導体レーザ基板、３はエッチドミラー面、６
は活性層、７は電極ストライプを示し、半導体レーザ光
反射素子１は半導体レーザ基板２上に形成されている。
【００１１】なお図６に示すように、楕円の場合、（ｘ
2 ／ａ2 ）＋（ｙ2 ／ｂ2 ）＝１より、離心率ε＝（ａ
2 −ｂ2 ）1/2 ／ａであるから、焦点座標は（ａε，
０）及び（−ａε，０）となる。
2 ／ａ2 ）＋（ｙ2 ／ｂ2 ）＝１より、離心率ε＝（ａ
2 −ｂ2 ）1/2 ／ａであるから、焦点座標は（ａε，
０）及び（−ａε，０）となる。
【００１２】図７は請求項２の発明に係る半導体レーザ
光反射素子の一実施例を示す。図７に示す実施例では、
半導体レーザ光反射素子１を半導体レーザＬＤのヒート
シンク基板１０上に形成してある。具体的には、例えば
シリコン（Ｓｉ）等のヒートシンク基板１０上に半導体
レーザ光反射素子１として所望の２次曲面を持つ外部凹
面鏡を形成した後、半導体レーザＬＤをヒートシンク基
板１０上に実装してある。言うまでもないが、半導体レ
ーザＬＤの光出射点を半導体レーザ光反射素子１の焦点
の１つとしてある。この場合も、半導体レーザ光反射素
子１は半導体レーザＬＤの出射ビーム４を９０°上方に
反射して焦光スポット５を得るように２次曲面を形成し
てある。１Ａは反射面を示す。
光反射素子の一実施例を示す。図７に示す実施例では、
半導体レーザ光反射素子１を半導体レーザＬＤのヒート
シンク基板１０上に形成してある。具体的には、例えば
シリコン（Ｓｉ）等のヒートシンク基板１０上に半導体
レーザ光反射素子１として所望の２次曲面を持つ外部凹
面鏡を形成した後、半導体レーザＬＤをヒートシンク基
板１０上に実装してある。言うまでもないが、半導体レ
ーザＬＤの光出射点を半導体レーザ光反射素子１の焦点
の１つとしてある。この場合も、半導体レーザ光反射素
子１は半導体レーザＬＤの出射ビーム４を９０°上方に
反射して焦光スポット５を得るように２次曲面を形成し
てある。１Ａは反射面を示す。
【００１３】上述した各種半導体レーザ光反射素子１の
作製方法の一例を図８に示す。まず、図８（ａ）に示す
ように、半導体レーザ基板２上にミラーパターンマスク
１１を形成して、半導体レーザ光反射素子の水平方向の
２次曲線のマスクパターニングを行う。次に、図８
（ｂ）に示すように、マスクパターニング済みのサンプ
ル１２をドライエッチング装置１３（例えばイオンビー
ムエッチング装置あるいは反応性イオンビームエッチン
グ装置など）の傾斜可能なエッチングステージ１４に設
置し、時間とともにエッチングステージ１４の傾斜角θ
を変化させながらドライエッチング装置１３により垂直
方向の半導体レーザ光反射素子の２次曲線を加工する。
更に、反射率を制御するには、この後で、単層あるいは
多層反射膜を蒸着等で形成して反射率制御を行う。な
お、エッチングステージ１４の傾斜角θの制御は、この
エッチングステージ１４に連結したステッピングモータ
１５のドライバ１６をコンピュータ１７で制御すること
により行っている。図８中、１８はエッチングガス、１
９はイオンガン、２０はイオンビームをそれぞれ示す。
作製方法の一例を図８に示す。まず、図８（ａ）に示す
ように、半導体レーザ基板２上にミラーパターンマスク
１１を形成して、半導体レーザ光反射素子の水平方向の
２次曲線のマスクパターニングを行う。次に、図８
（ｂ）に示すように、マスクパターニング済みのサンプ
ル１２をドライエッチング装置１３（例えばイオンビー
ムエッチング装置あるいは反応性イオンビームエッチン
グ装置など）の傾斜可能なエッチングステージ１４に設
置し、時間とともにエッチングステージ１４の傾斜角θ
を変化させながらドライエッチング装置１３により垂直
方向の半導体レーザ光反射素子の２次曲線を加工する。
更に、反射率を制御するには、この後で、単層あるいは
多層反射膜を蒸着等で形成して反射率制御を行う。な
お、エッチングステージ１４の傾斜角θの制御は、この
エッチングステージ１４に連結したステッピングモータ
１５のドライバ１６をコンピュータ１７で制御すること
により行っている。図８中、１８はエッチングガス、１
９はイオンガン、２０はイオンビームをそれぞれ示す。
【００１４】図９は、GaAs基板上に形成した開口長８０
μｍの半導体レーザ光反射素子による焦光スポットのプ
ロファイル２１を示す。この結果、焦点距離が６μｍ，
２０μｍいずれの場合も、半値全幅０．６μｍの微小ス
ポットが得られた。
μｍの半導体レーザ光反射素子による焦光スポットのプ
ロファイル２１を示す。この結果、焦点距離が６μｍ，
２０μｍいずれの場合も、半値全幅０．６μｍの微小ス
ポットが得られた。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体レ
ーザ光反射素子は、半導体レーザ基板と同一基板又は半
導体レーザのヒートシンク基板に形成された、半導体レ
ーザの光出射点を焦点の１つとする２次曲面形状を有す
るものであるから以下の効果を奏する。 （１）半導体レーザの出射光の拡がりを２次元的に制御
でき、所望のビーム整形、集光、コリメート等が可能で
ある。 （２）また、半導体レーザ光反射素子の水平、垂直形状
の設計、作製を独立して行えるので、半導体レーザ光反
射素子の最適設計が可能である。 （３）また、反射光学系を使用しているので、レンズの
ように色収差を生じることがない。 （４）更に、半導体レーザ光反射素子の作製方法とし
て、プレーナ技術を用いることができるので、量産が可
能で経済性を有するという効果がある。
ーザ光反射素子は、半導体レーザ基板と同一基板又は半
導体レーザのヒートシンク基板に形成された、半導体レ
ーザの光出射点を焦点の１つとする２次曲面形状を有す
るものであるから以下の効果を奏する。 （１）半導体レーザの出射光の拡がりを２次元的に制御
でき、所望のビーム整形、集光、コリメート等が可能で
ある。 （２）また、半導体レーザ光反射素子の水平、垂直形状
の設計、作製を独立して行えるので、半導体レーザ光反
射素子の最適設計が可能である。 （３）また、反射光学系を使用しているので、レンズの
ように色収差を生じることがない。 （４）更に、半導体レーザ光反射素子の作製方法とし
て、プレーナ技術を用いることができるので、量産が可
能で経済性を有するという効果がある。
【図１】半導体レーザと半導体レーザ光反射素子とをモ
ノリシックに形成した実施例を示す斜視図。
ノリシックに形成した実施例を示す斜視図。
【図２】半導体レーザと楕円曲面を有する半導体レーザ
光反射素子とをモノリシックに形成した実施例を示す斜
視図。
光反射素子とをモノリシックに形成した実施例を示す斜
視図。
【図３】楕円曲面形成の設計例を示す図２のIII 方向か
ら見た側面図。
ら見た側面図。
【図４】楕円曲面形成の設計例を示す図２のIV方向から
見た上面図。
見た上面図。
【図５】楕円曲面形成の設計例を示す図２のＶ方向から
見た正面図。
見た正面図。
【図６】楕円の例を示す図。
【図７】半導体レーザ光反射素子付きヒートシンク基板
に半導体レーザを実装したハイブリッドな実施例を示す
斜視図。
に半導体レーザを実装したハイブリッドな実施例を示す
斜視図。
【図８】半導体レーザ光反射素子の作製方法例を示す
図。
図。
【図９】半導体レーザ光反射素子の集光スポットの結果
例を示す図。
例を示す図。
ＬＤ 半導体レーザ １ 半導体レーザ光反射素子 １Ａ 反射面 ２ 半導体レーザ基板 ３ エッチドミラー面 ４ 出射ビーム ４Ａ 垂直面内の出射ビーム ４Ｂ 水平面内の出射ビーム ５ 集光スポット ６ 活性層 ７ 電極ストライプ ８Ａ 垂直方向の楕円 ８Ｂ 水平方向の楕円 ９Ａ，９Ａ′ 垂直方向楕円の焦点 ９Ｂ，９Ｂ′，９Ｂ″ 水平方向楕円の焦点 １０ ヒートシンク基板 １１ ミラーパターンマスク １２ マスクパターニング済みサンプル １３ ドライエッチング装置 １４ エッチングステージ １５ ステッピングモータ １６ ドライバ １７ エッチングステージ傾斜制御用コンピュータ １８ エッチングガス １９ イオンガン ２０ イオンビーム ２１ 集光スポットのプロファイル
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体レーザ基板と同一基板上に形成さ
れた、半導体レーザのエッチドミラー端面の光出射点を
焦点の１つとする２次曲面形状面を有することを特徴と
する半導体レーザ光反射素子。 - 【請求項２】 半導体レーザのヒートシンク基板と同一
基板上に形成された、半導体レーザの光出射点を焦点の
１つとする２次曲面形状面を有することを特徴とする半
導体レーザ光反射素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19183892A JPH0637402A (ja) | 1992-07-20 | 1992-07-20 | 半導体レーザ光反射素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19183892A JPH0637402A (ja) | 1992-07-20 | 1992-07-20 | 半導体レーザ光反射素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0637402A true JPH0637402A (ja) | 1994-02-10 |
Family
ID=16281360
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19183892A Withdrawn JPH0637402A (ja) | 1992-07-20 | 1992-07-20 | 半導体レーザ光反射素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0637402A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1992
- 1992-07-20 JP JP19183892A patent/JPH0637402A/ja not_active Withdrawn
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