JPH07501424A - 半導体レーザーアレー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 半導体レーザーアレー 技術分野 本発明は半導体レーザーアレーに関する。半導体レーザーアレーは光通信、光ポ ンピング、材料処理などに用いられる。

背景技術 モードの不安定やエミッタフィラメントの制御不良が生ずるので、単に活性面を 大きくするだけでは半導体レーザーのパワーを増すことはできない。従って、横 寸法の小さい活性帯域によって構成される素子エミッタを限定することが必要と なる。このようにすれば、素子ニックの数を増加することによってパワーを強く することができる。

、エミッタを相互に結合し、エミッタ間の光学的位相を揃えることにより光質を 著しく増することができる。一番簡単な結合は消失し易い波によって得られる（ 即ち、２個の隣接する素子エミッタのモードの消失し易い部分を被覆する）。こ の型の結合は２個の隣接するニックに逆位相の振動を生じさせ、マルチローブ放 射パターンを生じさせる。光波が半導体の表面と平行に伝播するマルチストリッ プレーザーの場合には、同位相結合を行う種々の手段が提案されているが、これ らの手段は出射面に対して垂直な単一ローブを生じさせる（一般に襞間（分裂） によって得られる）。例えば、ジエイ・カッ７（Ｊ、Ｋａｔｚ）らによる［回折 結合（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ　ｃｏｕｐｌｅｄ　ｐｈａｓｅ　１ｏｃｋｅｄ　 ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　１ａｓｅｒ　ａｒｒａｙ）Ｊの５５４〜５５６ペ ージ（応用物理通信、４２、（７）、１９８３年４月１日）やエル・ジエイ・マ ウスト（Ｌ、　Ｊ、　ＭＡＷＳＴ）らによる「ダイオード、レーザーの共振光学 導波管アレーからのＣＷハイパワー回折制限ビームの働き（ＣＷ　ｈｉｇｈ−ｐ ｏｗｅｒ　ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ−！ｉｍｉｔｅｄ−ｂｅａｍ　ｏｐｅｒａｔ ｉｏｎ　ｆｒｏｍ　ｒｅｓｏｎａｎｔ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｗａｖｅｇｕｉｄｅ　 ａｒｒａｙｓ　ｏｆ　ｄｉｏｄｅ　１ａｓｅｒｓ）　Ｊの２２〜２４ページ（応 用物理通信、５８　（１）　、１９９１年１月７日）に説明されている。

表面から発する縦空洞レーザーの最近の発達により、発光線ではなく発光点のマ トリックスを、また半導体チップの縁部ではなく面に垂直な発光を見ることがで きるようになったが、これには技術の複雑化を要しない。

これらのマトリックスはエム・オレシュタイン（Ｍ、　０ｒｅｓｔｅｉｎ）らに よる「ミラー反射率変調による垂直空洞半導体レーザーの２次元位相ロックアレ ー（Ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｐｈａｓｅ−１ｏｃｋｅｄ　ａｒｒａｙ ｓ　ｏｆ　ｖｅｒｔｉｃａｌ−ｃａｖｉｔｙ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　１ ａｓｅｒｓ　ｂｙ　ｍ１ｒｒｏｒ　ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙ　ｍｏｄｕｌａｔ ｉｏｎ）　Ｊ　（応用物理通信、５８（８）、８０４〜８０６ヘージ、１９９１ 年２月２５日）に説明されている。

一般に、この種のレーザーマトリックスは、半導体基材と、この基材上に設けら れた下部ミラーと、活性層（閉じ込め層で囲んでもよい）と、反射帯域のマトリ ックス（例えば４×４帯域のマトリックスを含んでいる。縦素子の間の結合は反 射帯域の縁部ての回折によって行われる。構造全体としては、相互に僅かに結合 した複数のレーザー（４×４のマトリックスの場合は１６）のように振舞う。

このような構造にはいくつかの利点があるが、マルチローブが生じるので、はん の僅かではあるが方向性を持つという点で不利である。結合が生しると隣接する 素子レーザーの間で位相が逆になり、反対称型の放射が生じるために、上記の不 利が生れるのである。

発明の開示 本発明の目的はこの不利を是正することにある。この目的を達成するため、本発 明ではやはり縦空洞アレー構造を用いるが、その放射ビームはマルチローブては なくモノローブである。この結果は主として上部ミラーの新規な構造によって得 られる。本発明によれば、このミラーは低反射帯域によって囲まれている複数の 高反射帯域を含み、更に電流リードとして働く金属化された帯域を含むが、この 金属化帯域は低反射率帯域の上方に位置している。高反射率帯域はマトリックス の形に構成できる。

従って、本発明による構成では、注入される電流の密度は均質ではなく、最大電 流密度が上部ミラーの最低反射率に対応するように分布する。この条件下では、 光学結合によって異なるレーザーエレメントの位相が揃い、そのためにモノロー ブ放射パターンが生ずることを出願人は観察した。低反射率帯域は単一モード共 振素子を分離するために用いられる。

従って、本発明によれば主として２つの利点が得られる。

−同相結合型のマルチス！・リップレーザーと比較した場合、線ではなく放射面 を持つ可能性があるために、円筒光学素子を導入せずとも角度ずれが少なくなり 、出射面上のパワー密度が制限されて信頼性が高まる。

−従来の縦空洞型レーザーマトリックスと比較した場合、同相結合により直接ま たは単純な光学素子を介して使用できる幾何光学的に良質の光束が生ずる。

図面の簡単な説明 第１図は本発明によるレーザーアレーの変形例を示す断面図である。

第２図はその構造を示す上面図である。

発明を実施するための最良の形態 第１図は、レーザーアレー構造の高反射率ミラーの直径を通る平面（第２図のＡ −Ａ線）に沿った断面を示す。この構造は以下のものを含む。

−放射波長に対して透明で、電流リードとして働く電気結線Ｉ８を備えている単 結晶質（例えばｎ゛型ＧａＡｓ）の導電性基材ｌ、−例えば厚さλ／４（λは使 用波長）で、基材と同種の濃液（例えば３〜ｆａｘ　ｌ０１８ｃｍ”’にｎ型の Ｇａ、Ａｌ　ｌ　−ｘＡｓ／　Ｇａ、Ａｌ　ｌ−、Ａｓを１５乃至２５周期）を 含浸（て処理）した高屈折率層と　低屈折率層を交互に堆積した低部ミラー２、 −　屈折率が漸次変化する閉じ込め層３、−　例えば所望の波長に適した組成と 厚さく例えばＧａＡｓ障壁の間の８ｎｍのＧｏｏ、　５ｌｎｏ２）を持ち、含浸 率が限定されているかまたはゼロの単数または複数の量子井戸によって構成され る活性層４、一層３とほぼ対称な閉じ込め層５、 −　下部ミラー２と構造上同一だが層の数が少く、含浸の型が逆（例えばＰ型の Ｇａ、ＡＩ＋　−、Ａｓ／　Ｇａ、ＡＩ＋−、Ａｓを３乃至１０Ｘ　１０１８ｃ ＋＋＋−”まで８乃至１２周期）である共通の上部ミラ一部６、−　上部ミラー の補足部７（例えば上部ミラー６と等価構造で５乃至１０周期またはＳｉ／５ｉ ０２を厚さλ／４に噴霧により２乃至５周期（回）沈積させたもの）、 −金属被覆８ 従って、金属被覆８の下方には低反射率帯域１２があり、その外側に高反射率帯 域１４の金属被覆がある。

このような構造または等価構造を得るには２種の方法、即ち全エビタクシ−法と 混合法を用いることができる。

ａ）全エビタクシ−法 全エビタクシ−法では、第一位相において、下部ミラーと単数ま・　たは複数の 活性層と上部ミラー（共通部及び補足部）とを含む完全多層系のエビタクシ−が 生ずる。この一群の動作は、先行技術に従い、分子ビームエビタクシ−または化 学蒸気エビタクシ−のようなエビタクシ−法によって行われる。エビタクシ−枠 から得られたウェハは標準的な平版手段（樹脂の沈積、マスキングのための焼付 、ミラーの上部−共通部と補足部−に必要な溝をあけるための化学的掘削または プラズマ掘削）によった処理される。金属沈積に続き２回目のマスキングを行っ た電極の限定が完了する。

ｂ）混合法 混合法においては、上部ミラーの共通部までのエビタクシ−された層の堆積が同 様にして得られ。次にエビタクシ−枠からウニ／％から取り出し、金属化を行っ て電流リードの写真平版を施す。これに続き補足ミラーの沈積を行う。この沈積 は陰極噴霧または真空蒸着のような従来法により何らの不都合なく行うことがで き、シリコンや珪素のような活性部に使用されている合金とは異る材料にも適用 し得るので、光学的屈折率を飛躍的に高め、従って層の数を少くすることができ る。マスキングと平版を更に補足すれば電気的に見れば殆ど金属被覆ができるが 、電極系に金属被覆は不必要なので、この補足段階をつけ加えるかどうかはほと んど問題にならない。

ミラー６及び７、基材及びこれら２枚のミラー、または基材だけを通して光放射 が行われるようにミラー６と７を設計することができるが、後者２つのケースで は基材は放射波長に対して透明でなければならない。

第２図は高反射率帯域１４の上面図であるが、これらの帯域の周囲には金属被覆 ８があり、図示した例では金属被覆８が一体になっている。

第２図には電流リードとして働く結線１６も示しである。　言うまでもなく、高 反射率帯域１４は円形でなく、正方形または長方形でもよい。

ミラー中のλ／４の層を、例えば導電性を高めるような更に複雑な反射性の堆積 に置き換えても本発明の範囲を逸脱しないことは言うまでもない。更に、構造自 体は変更せずに電流リードの少くとも何本かに独立した電気的アクセス（接触手 段）を設けることにより、対応する結合をチェックし、レーザーアレーの放射を 確認することができる。

更にまた、複数の高反射率ミラーを厳密にはマトリックスとして構成せずに、意 図する適用法に応じた適当なパターン（例えば円形）にした装置を制作すること もできる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．半導体基材（１）と、上記基材上に順次配置された低部ミラー（２）と、光 学的活性層（４）と、上部ミラー（６、７、１２、１４）を含み、 上部ミラーが低反射率帯域（１２）に囲まれた複数の高反射率帯域と、電流リー ドとして働く金属化された帯域（８）とを含み、上記金属化された帯域が低反射 率帯域（１２）の上方に位置していることを特徴とする半導体レザーアレー。 ２．上部ミラーが高屈折率層と低屈折率層との交互堆積体を含み、低反射率帯域 （１２）の層の数が高反射率帯域の層の数よりも少いことを特徴とする第一項記 載のレーザーアレー。 ３．上部ミラーが高屈折率層と低屈折率層との交互堆積体（６、７）と、高反射 率帯域（１４）内に上記反射率を増大させる補足反射手段を含んでいることを特 徴とする第一項記載の半導体レーザーアレー。 ４．上部ミラーが高屈折率層と低屈折率層との交互堆積体（６、７）を含み、上 記堆積体が低反射率帯域を限定する蝕刻（エッチングされた）帯域（８）を有し ていることを特徴とする第一項記載の半導体レーザーアレー。 ５．活性層（４）が２つの閉じ込め層（３、５）によって囲まれていることを特 徴とする第一項記載の半導体レーザーアレー。 ６．活性層（４）が多数の量子井戸の型（マルチプルクォンタムウェルタイプ） であることを特徴とする第一項記載の半導体レーザーアレー。 ７．基質（１）が透明であることを特徴とする第一項記載の半導体レーザーアレ ー。