JPS60245191A - 単一ビ−ム形半導体レ−ザアレイ装置 - Google Patents
単一ビ−ム形半導体レ−ザアレイ装置Info
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- JPS60245191A JPS60245191A JP10135684A JP10135684A JPS60245191A JP S60245191 A JPS60245191 A JP S60245191A JP 10135684 A JP10135684 A JP 10135684A JP 10135684 A JP10135684 A JP 10135684A JP S60245191 A JPS60245191 A JP S60245191A
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- Japan
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- semiconductor laser
- laser array
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- 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
- H01S5/40—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
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
く技術分野〉
本発明は単一ビーム形半導体レーザアレイ装置の構造に
関するものである。
関するものである。
〈従来技術〉
半導体レーザを高出力動作させる場合、1個の半導体レ
ーザ素子では現在のところ実用性を考慮すると、せいぜ
い50mWが限度である。そこで、複数個の半導体レー
ザを同一基板上に並べて、大光出力化をはかる半導体レ
ーザアレイの研究がなされている。しかしながら、ただ
単に、半導体レーザを並べただけでは出射ビームがいく
つものピークをもつので、レンズを用いてレーザ光を絞
っても1個のレーザスポットにすることかで外ない。
ーザ素子では現在のところ実用性を考慮すると、せいぜ
い50mWが限度である。そこで、複数個の半導体レー
ザを同一基板上に並べて、大光出力化をはかる半導体レ
ーザアレイの研究がなされている。しかしながら、ただ
単に、半導体レーザを並べただけでは出射ビームがいく
つものピークをもつので、レンズを用いてレーザ光を絞
っても1個のレーザスポットにすることかで外ない。
そこで、複数個のレーザを光学的に位相同期させて、単
一ピークをもつレーザビームを得ようとする試みがなさ
れている。しかし、利得導波型半導体レーザは発振領域
のみに電流注入による利得があり、その両側では損失領
域となっている。このような半導体レーザを並列に並べ
ても、各半導体レーザの中間領域で電界が零になり隣り
合ったレーザの位相力弓80°反転してしまう。従って
、利得導波型半導体レーザアレイでは単一ビームを得る
のは困難である。
一ピークをもつレーザビームを得ようとする試みがなさ
れている。しかし、利得導波型半導体レーザは発振領域
のみに電流注入による利得があり、その両側では損失領
域となっている。このような半導体レーザを並列に並べ
ても、各半導体レーザの中間領域で電界が零になり隣り
合ったレーザの位相力弓80°反転してしまう。従って
、利得導波型半導体レーザアレイでは単一ビームを得る
のは困難である。
さて、屈折率導波型半導体レーザの場合は必ずしも発振
領域にのみ電流を流す必要がないので、上記に述べた1
80°位相同期の他に、各レーザが同一位相(0°位相
同期)で発振する単一ビームが得られる可能性がある。
領域にのみ電流を流す必要がないので、上記に述べた1
80°位相同期の他に、各レーザが同一位相(0°位相
同期)で発振する単一ビームが得られる可能性がある。
半導体レーザに作り付けの屈折率差をつける方法は種々
考案されている。例えば、埋め込みへテロ(BH)レー
ザ、C3F’レーザ、\7SIS い・°−chann
elled SL山5traLe I nner S
Lr1pe) レーザ等である。ここでは、第2図()
いに示すようなりsrsレーザを5個アレイ化した場合
について述べる。この\7SISレーザアレイは次のよ
うにして製作される。
考案されている。例えば、埋め込みへテロ(BH)レー
ザ、C3F’レーザ、\7SIS い・°−chann
elled SL山5traLe I nner S
Lr1pe) レーザ等である。ここでは、第2図()
いに示すようなりsrsレーザを5個アレイ化した場合
について述べる。この\7SISレーザアレイは次のよ
うにして製作される。
p (x a A s基板1」二にn−GaAs電流阻
止層2を堆積して、基板1に対する電流遮断(幾能を付
与した後、電流阻止層2表面より幅ll11の\・′字
形溝9をピッチDで5本、l]−GaAs基板1に達す
るようにエツチングにより形成する。
止層2を堆積して、基板1に対する電流遮断(幾能を付
与した後、電流阻止層2表面より幅ll11の\・′字
形溝9をピッチDで5本、l]−GaAs基板1に達す
るようにエツチングにより形成する。
この基板」二にp−GaAlAsクラッド層3、C’=
aA (Q As活性層4、n−GaAp、Asクラッ
ド層5、及びn−GaAsキャップ層6からなるダブル
へテロ構造をエピタキシャル成長させる。なお、°7,
8はIl側電極、1〕側電極である。この半導体レーザ
アレイを駆動させた場合、各レーザは屈折率導波機構で
発振するが、\11字形溝9外側領域10」−での活性
層4からの光はn −Ga A s層2に吸収され損失
領域となる。この吸収係数は1 f’) 0−1000
(’)cm ’ と大きなものである。第2図(A)に
は活性層4に垂直方向の\・”字形溝5〕中央部および
溝9,9間の中央部における光強度分布を夫々A、Bで
示しである。従って、電界強度分布は第2図(B)に示
すようになる。即ち、隣り合ったレーザの位相は18(
1’反転し、その中間領域で電界は零となる。従って、
このvsrsレーザアレイの出射ビームの接合に平行方
向の遠視野像は第2図(C)に示すような複数のピーク
をもつものとなる。
aA (Q As活性層4、n−GaAp、Asクラッ
ド層5、及びn−GaAsキャップ層6からなるダブル
へテロ構造をエピタキシャル成長させる。なお、°7,
8はIl側電極、1〕側電極である。この半導体レーザ
アレイを駆動させた場合、各レーザは屈折率導波機構で
発振するが、\11字形溝9外側領域10」−での活性
層4からの光はn −Ga A s層2に吸収され損失
領域となる。この吸収係数は1 f’) 0−1000
(’)cm ’ と大きなものである。第2図(A)に
は活性層4に垂直方向の\・”字形溝5〕中央部および
溝9,9間の中央部における光強度分布を夫々A、Bで
示しである。従って、電界強度分布は第2図(B)に示
すようになる。即ち、隣り合ったレーザの位相は18(
1’反転し、その中間領域で電界は零となる。従って、
このvsrsレーザアレイの出射ビームの接合に平行方
向の遠視野像は第2図(C)に示すような複数のピーク
をもつものとなる。
〈発明の目的〉
本発明は同一基板上の複数個の半導体レーザがすべて同
一位相で発振し、争−ピーク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。
一位相で発振し、争−ピーク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〉
このため、本発明は、基板」二に形成された複数個の溝
の両側にクラッド層よりも屈折率の低い層を堆積し、そ
の直上の活性層の実効屈折率が溝上3− のそれより低くなるようにして形成された複数個の屈折
率導波路を備え、各レーザ光が同一位相で発振するよう
に構成したものである。
の両側にクラッド層よりも屈折率の低い層を堆積し、そ
の直上の活性層の実効屈折率が溝上3− のそれより低くなるようにして形成された複数個の屈折
率導波路を備え、各レーザ光が同一位相で発振するよう
に構成したものである。
〈実施例〉
本発明の実施例にかかる半導体レーザアレイについて、
第1図を参照しながら説明する。
第1図を参照しながら説明する。
第1図(A)はその断面図である。11はp−GaAs
基板、12はn−GaAs電流阻止層、13はp Ga
p−yA、jyAsクラッド層、14は11−Gap−
xA、(xAs活性層、15はn−Ga +−yA 1
yAsクラッド層、16はn−GaAsキ+ツブ層、1
7はn側電極、18はn側電極、19,19.・・・は
■字形溝である。また、20,20.・・・は各■字形
溝19の両側において電流阻止層12上に形成した+1
−Gap−zA、(zAs層である。各層のAでAsモ
ル比はO≦X<St<2<1なる関係を満足するように
する。第1図(A)には活性層14に垂直な方向の■字
形溝19部および上記p−Ga1−zA(!ZAS層2
0層上0部る光強度分布を夫々CIDて示す。11字形
溝19の外側にはp−クラッド4一 層13よりA、(Asモル比の大きい(屈折率の低い)
層20が存在するため、光強度分布はn−クラッド層1
5へ押しやられたような非対称形となり、実効屈折率が
低下する。その結果、溝19上に屈折率導波路が形成さ
れる。また、p−Gap−zA、czAszAs層、活
性層14と電流■止層12との距離を遠ざけることによ
って、光の吸収を減少させる。同時に、内部ストライプ
から注入される電流分布を拡げることにより、活性層内
キャリア分布を均一にし、バンド端吸収を減少させる働
ぎもする。従って、各半導体レーザの中間領域の損失が
減少する結果、第2図(B)で示したような180゜位
相同期(位相反転)は起こりにくくなり、第1図(B)
で示すように、各レーザは同一位相で発振する。そして
、第1図(C)で示すように、接合に平行方向の遠視野
像はほとんど単一ピークとなる。
基板、12はn−GaAs電流阻止層、13はp Ga
p−yA、jyAsクラッド層、14は11−Gap−
xA、(xAs活性層、15はn−Ga +−yA 1
yAsクラッド層、16はn−GaAsキ+ツブ層、1
7はn側電極、18はn側電極、19,19.・・・は
■字形溝である。また、20,20.・・・は各■字形
溝19の両側において電流阻止層12上に形成した+1
−Gap−zA、(zAs層である。各層のAでAsモ
ル比はO≦X<St<2<1なる関係を満足するように
する。第1図(A)には活性層14に垂直な方向の■字
形溝19部および上記p−Ga1−zA(!ZAS層2
0層上0部る光強度分布を夫々CIDて示す。11字形
溝19の外側にはp−クラッド4一 層13よりA、(Asモル比の大きい(屈折率の低い)
層20が存在するため、光強度分布はn−クラッド層1
5へ押しやられたような非対称形となり、実効屈折率が
低下する。その結果、溝19上に屈折率導波路が形成さ
れる。また、p−Gap−zA、czAszAs層、活
性層14と電流■止層12との距離を遠ざけることによ
って、光の吸収を減少させる。同時に、内部ストライプ
から注入される電流分布を拡げることにより、活性層内
キャリア分布を均一にし、バンド端吸収を減少させる働
ぎもする。従って、各半導体レーザの中間領域の損失が
減少する結果、第2図(B)で示したような180゜位
相同期(位相反転)は起こりにくくなり、第1図(B)
で示すように、各レーザは同一位相で発振する。そして
、第1図(C)で示すように、接合に平行方向の遠視野
像はほとんど単一ピークとなる。
各レーザの屈折率導波路の屈折率導波路〇は、注入キャ
リア密度変動に伴う、屈折率導波路2×10−3よりも
十分大トい方が安定な出力ビームが得られる。即ち、Δ
n = 5 Xl0−3〜IX1.O−2程度が良い。
リア密度変動に伴う、屈折率導波路2×10−3よりも
十分大トい方が安定な出力ビームが得られる。即ち、Δ
n = 5 Xl0−3〜IX1.O−2程度が良い。
このような大すなΔ11は単体のレーザの場合には高次
横モードを発生させるが、複数個のレーザを位相同期さ
せた場合には、高次横モードは発生しないことがわかっ
た。
横モードを発生させるが、複数個のレーザを位相同期さ
せた場合には、高次横モードは発生しないことがわかっ
た。
〈製作例〉
第1図に示す半導体レーザアレイの製作例について説明
する。
する。
まず、p−GaAs基板(Znドープ、IXI(119
cm−3)11上に n−GaAs層(Teドープ、3
×1018cm−3)12、及びp Ga□、6 A
16.i、 As(Mgドープ、lXl0”’cm−3
)20を各々0.5μm、0.3μ「0の厚さに、液相
エピタキシャル成長させた。次に、層20をホトリソグ
ラフィ技術とケミカル・エツチングによって幅u+2=
32μmnのストリップ状に残した。その上に幅111
3=4μIllのV字形溝19を5本ピッチD=6μI
IIで」二述の方法により形成した。この基板上に再び
液相エピタキシャル法により、p−Ga007 A +
70.3 Asクラッド層13.1l−GaO,95A
、e o、os As活性層14、 n (’;a□
、7 Ap□、3 Asクラッド層15、及びn −G
a A sキャップ層16をそれぞれ0.2μJ (
:l 、 i’l 8μm、]μm11及び2μI11
の厚さに連続成長させた。即ち、各層のAeAsモル比
はX=0.05、y=+11.3、z=(’)、4であ
る。
cm−3)11上に n−GaAs層(Teドープ、3
×1018cm−3)12、及びp Ga□、6 A
16.i、 As(Mgドープ、lXl0”’cm−3
)20を各々0.5μm、0.3μ「0の厚さに、液相
エピタキシャル成長させた。次に、層20をホトリソグ
ラフィ技術とケミカル・エツチングによって幅u+2=
32μmnのストリップ状に残した。その上に幅111
3=4μIllのV字形溝19を5本ピッチD=6μI
IIで」二述の方法により形成した。この基板上に再び
液相エピタキシャル法により、p−Ga007 A +
70.3 Asクラッド層13.1l−GaO,95A
、e o、os As活性層14、 n (’;a□
、7 Ap□、3 Asクラッド層15、及びn −G
a A sキャップ層16をそれぞれ0.2μJ (
:l 、 i’l 8μm、]μm11及び2μI11
の厚さに連続成長させた。即ち、各層のAeAsモル比
はX=0.05、y=+11.3、z=(’)、4であ
る。
成長前に露出しているn−Ga0.6Aθ0.4As層
2()の面積は狭いのでGa溶液の濡れ9題はなく、ピ
ンホール等の欠陥のない長孔な成長層が′得られた。
2()の面積は狭いのでGa溶液の濡れ9題はなく、ピ
ンホール等の欠陥のない長孔な成長層が′得られた。
基板裏面をラッピングすることにより、ウェハーを約1
00μo1とした後、 n −G a A sギヤ2フ
層16表面にはIl側電極17としてAu−Ge−Ni
を、また、+1−GaAs基板11裏面にはn側電極1
8として、Au−Znを蒸着し450 °cに加熱して
合金化した。その後、共振器長が25C)μIllにな
るように骨間して素子化を完了させた。この素子を銅ヒ
ートシンクにIn金属を介して【l側を下にしてマウン
トした。
00μo1とした後、 n −G a A sギヤ2フ
層16表面にはIl側電極17としてAu−Ge−Ni
を、また、+1−GaAs基板11裏面にはn側電極1
8として、Au−Znを蒸着し450 °cに加熱して
合金化した。その後、共振器長が25C)μIllにな
るように骨間して素子化を完了させた。この素子を銅ヒ
ートシンクにIn金属を介して【l側を下にしてマウン
トした。
この半導体レーザアレイは、しきい値電流約] 00
mA波長820nmで発振し、接合に平行方向の遠視野
像は第1図(C)に示すように、単一ピ7− −りをもち、その半値全幅は2.5°であった。
mA波長820nmで発振し、接合に平行方向の遠視野
像は第1図(C)に示すように、単一ピ7− −りをもち、その半値全幅は2.5°であった。
従って、この半導体レーザアレイは完全に同一位相で発
振していることがわかる。また、微分量子効率は片面で
52%と非常に高かった。これは、各発振領域の両側で
の光損失がほとんどないためであった。
振していることがわかる。また、微分量子効率は片面で
52%と非常に高かった。これは、各発振領域の両側で
の光損失がほとんどないためであった。
〈発明の効果〉
以」二述べたように、本発明の半導体レーザアレイ装置
は、各屈折率導波路の中間領域の光損失がないので、単
一ピーク発振、高微分効率、高出力動作が可能となった
。
は、各屈折率導波路の中間領域の光損失がないので、単
一ピーク発振、高微分効率、高出力動作が可能となった
。
なお、本発明の半導体レーザアレイは上述したGaAs
−GaAlAs系に限定されず、InP−InGaAs
P系等のその他のへテロ接合レーザにも適用で外る。
−GaAlAs系に限定されず、InP−InGaAs
P系等のその他のへテロ接合レーザにも適用で外る。
第1図(A)は本発明の半導体レーザアレイの断面説明
図。 第1図(B)はその電界強度分布。 第1図(C)は活性層に平行方向の遠視野像。 8− 第2図(A)は従来のVSISレーザアレイの断面説明
図。 第2図(B)はその電界強度分布。 、第2図(C)は活性層に平行方向の遠視野像である。 11−=−p−GaAs基板、 12・・・・・・n−GaAs電流阻止層、13 ・・
・・・・p−Gat−yA 、gyAsクラッド層、1
4 ・=・ p−Gat−XAlxAs活性層(0≦x
<y)15・−・−・−n−Gat−yAf!、yAs
クラッド層、16・・・・・・n−GaAsキャップ層
、17・・・・・・n側電極、 18・・・・・・n側電極、 19・・・・・・■字形溝、 10・・・・・・V字形溝外側領域、 2(1−・・ p−Gat−zAjzAs(z>y)。 特許出願人 シャープ株式会社
図。 第1図(B)はその電界強度分布。 第1図(C)は活性層に平行方向の遠視野像。 8− 第2図(A)は従来のVSISレーザアレイの断面説明
図。 第2図(B)はその電界強度分布。 、第2図(C)は活性層に平行方向の遠視野像である。 11−=−p−GaAs基板、 12・・・・・・n−GaAs電流阻止層、13 ・・
・・・・p−Gat−yA 、gyAsクラッド層、1
4 ・=・ p−Gat−XAlxAs活性層(0≦x
<y)15・−・−・−n−Gat−yAf!、yAs
クラッド層、16・・・・・・n−GaAsキャップ層
、17・・・・・・n側電極、 18・・・・・・n側電極、 19・・・・・・■字形溝、 10・・・・・・V字形溝外側領域、 2(1−・・ p−Gat−zAjzAs(z>y)。 特許出願人 シャープ株式会社
Claims (1)
- (1)基板上に形成された複数個の溝の両側にクラッド
層よりも屈折率の低い層を堆積し、その直上の活性層の
実効屈折率が溝上のそれよりも低くなるようにして形成
された複数個の屈折率導波路を備え、各レーザ光が同一
位相で発振するようにした単一ビーム形半導体レーザア
レイ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10135684A JPS60245191A (ja) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | 単一ビ−ム形半導体レ−ザアレイ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10135684A JPS60245191A (ja) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | 単一ビ−ム形半導体レ−ザアレイ装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60245191A true JPS60245191A (ja) | 1985-12-04 |
JPH0147029B2 JPH0147029B2 (ja) | 1989-10-12 |
Family
ID=14298552
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10135684A Granted JPS60245191A (ja) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | 単一ビ−ム形半導体レ−ザアレイ装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60245191A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61108190A (ja) * | 1984-11-01 | 1986-05-26 | ゼロツクス コーポレーシヨン | フェーズドアレイ半導体レーザ |
EP0301818A2 (en) * | 1987-07-28 | 1989-02-01 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser array device |
-
1984
- 1984-05-18 JP JP10135684A patent/JPS60245191A/ja active Granted
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61108190A (ja) * | 1984-11-01 | 1986-05-26 | ゼロツクス コーポレーシヨン | フェーズドアレイ半導体レーザ |
EP0301818A2 (en) * | 1987-07-28 | 1989-02-01 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser array device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0147029B2 (ja) | 1989-10-12 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |