JPS606554B2 - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は一般的には半導体レーザ、より具体的には多放
射能力を有する半導体レーザ装置に関する。

発明の背景 光学フアィバ伝送、光学ディスク書込み、ならびに集積
光学素子および回路に必要な要件を満たす半導体接合レ
ーザにおいて、より高いパワー出力が探求されている。

レーザから高出力パワーを得るために、例えば幅２０仏
仇以上のコンタクトストライプが周知の２重へテロ接合
や単一へテロ接合の注入レーザに使用されているように
、幅の広いコンタクトストライプが提案されている。こ
のようなストライプの幅は電流密度をレーザ装置の光導
波層のより大きな範囲にわたって広がらせ、それにより
パワーを広い放射領域に分散できるようになった。この
ことはまた、幅の狭いストライプが使用される場合に生
じる高い電流密度やパワー密度によるレーザ装置の構造
損傷や劣化の可能性を減少させた。ストライプ幅が約７
５仏ののものでパルス状出力パワーが約６５０肌Ｗに達
する注入レーザがすでに知られている。

しかしながら、これら広幅ストライプレーザの欠点はｐ
−ｎ接合の面に沿った横モード動作が不安定なことであ
る。

また、これら広幅ストライプレーザは発散（広がり）度
合が大きくてかつそれが時間あるいは駆動電流とともに
変動するようなビームを遠視野放射パターン（遠視野像
）で生じさせる１つ以上の高次の横モードで動作するし
、また、通常、レーザビーム中に制御できない光学干渉
縞を生じる多重フィラメント状発振が光導波活性層のポ
ンピング領域に同時に生じる。複数のコンタクトストラ
イプが同一のレーザ装置に使用できる場合にはより大き
なパワー出力が実現され、また、もしそれらのストライ
プ間隔が十分小さければ、藤光波の重畳により光学的結
合を得ることができる。

このことは米国特許第３７０１０４４号およびＡｐｐｌ
ｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ にｔｔｅ岱、Ｖｏｌ．１７、
Ｎｏ．９の３７１〜３７３頁に開示されている。このよ
うな重畳によって、２つの設定されたレーザ部はポンピ
ング時に位相ロック状態で動作する。しかしながら、上
記文献に述べられているように「いくつかの横モードが
存在したため、安定したビーム出力は得られなかった。
２〃机のような非常に狭い幅のストライプを用いれば、
最低次すなわち基本横モードが少なくともしきし、値付
近の電流ポンピングレベルで得られることはすでに知ら
れている（応用物理、第１６巻、第４号、１９７７年４
月号の６０１〜６０７頁参照）。

このような狭いストライプは多ストライプ形状で使用で
きるだろうが、高い電流レベルで高次の横モードが現わ
れるだろうし、また遠視野パターンでは、駆動電流とと
もに発散度合が変わるビームがポンピング電流の広い範
囲にわたって生じるだろう。発明の要約 本発明の一般的目的は、半導体接合レーザ装置のパワー
出力レベルを向上させることである。

本発明の他の目的は、ビームの発散度合がポンピング電
流の広い範囲にわたって小さいような多放射半導体レー
ザ装置を提供することである。本発明によれば、レーザ
装置の活性層内に形成される光波の一部を該活性層内の
別の空間的に離れた領域中に偏向・結合させる手段が提
供される。該手段は活性層内の任意の１つの空間的に設
定された放射（レーザ）領域または空洞に形成される光
波の一部を該活性層内の１つ以上の隣鞍した空間的に設
定された放射（レーザ）領域または空洞中に偏向・結合
させるものである。このような光の強い直接偏向‘結合
は、｛１’遠視野光学干渉縞パターンでのビームの広が
り度合がポンピング電流の広い範囲にわたって小さいも
のとなる良好なコヒーレンスを与え、また、■所与の電
流しきい値ではいくつかの放射領域での発振を同時にか
つ一様に与える。「直接光偏向結合」という言葉により
、光波のある部分が活性層内の１つの放射（レーザ）領
域から隣接放射（レーザ）領域中に直接的に分裂、分岐
、転向、操舵または偏向されることを意味するものとす
る。以下で説明する実施例の全てにおいて、使用される
偏向手段はしーザ装置中で屈折率の変化を与える。

その効果は上に定義したような直接光偏向結合を与える
ことである。放射空洞の直接光偏向結合は、相互連結用
の電流閉じ込め形体、相互連結用の不純物ブロフイル、
装置基板中に設けた多チャネル形体、偏向格子、あるい
は、装置のへき開様面に対してある角度で位置させた電
流閉じ込め形体をもって達成することができる。

本発明の上記ならびに他の目的および効果は、添付図面
に関連した以下の記載から明らかになるだろう。

発明の実施態様 これから説明するレーザ装置は２重へテロ構造型のもの
であるが、ここで開示する光偏向結合手段は分布帰還型
、埋込みへテロ構造型、単一へブロ構造型、ホモ接合型
、大形光学空洞型、２重導波型、横接合ストライプ型な
らびに当業界で周知の他の型のレーザ装置に用いること
ができることが注意されるべきである。

第１図を参照すると、本発明の１つの例示的実施例によ
るモノリシック半導体レーザ装置１０が概略的に示され
ている。

このレーザ装置１０は、後で説明する別の構造のものと
同様に、当業界で周知の液相ェピタキシャル法、分子線
ェピタキシャル法あるいは「有機金属（熱分解）プロセ
スによって製造することができる。基板１２上には層１
４，１６，１８および２０が枕積されており、基板１
２としてはｎ−Ｇａ船、層１ ４にはｎ‐Ｇａ，−ｚＡ
１２船、層１ ６にはｐ−Ｇａ，‐ｙＮｙＡｓ、層１８
にはｐ−ＧａｒＸＮＸＡｓ、層２０‘こはｎ−Ｇａふを
用いることができる。ここで、ｘとｚはｙより大きいが
、ｘとｚは等しくてもよい。例えば、層１４と１ ８は
それぞれｎ一〇ａｏ．捷ＡＩ小３５ＡＳとｐ−ｐも．６
５ＡＩｏ．３５瓜、層１６はｐ−Ｇ恥．９Ｎｏ．，でよ
く、こうすると層１６は最も高い屈折率および最も低い
バンドギャップを有する活性層となって、レーザ発振条
件下でｐ−ｎヘテロ結合２２の面に沿って光波伝播のた
めの導波管となる。厚さは、例えば、層１４，１８，２
０１よ約２山仇、活性層１６は０．１山肌である。当業
者には明らかなように、これらの層の導電型は逆にして
もよく、このことは後で説明する実施例においても同様
である。

窒化シリコン層２４が層１８上に枕積される。

所望のコンタクトストライプ形状は、まず、プラズマエ
ッチング法によりフオトリトグラフイ用マスクを用いて
設けられる。この後、第１図に２８で示されているよう
に、ｎ型層２４を通して層１８中まで亜鉛を拡散する。
この拡散によってポンピング時に電流閉じ込めが可能に
なる。次に、選択的にエッチングされた層２４上に導電
層２６が汝積されて、電極接続および電流ポンピング用
の金属化層とされる。

層２６は金、クロムでよい。また、基板１２の底面も金
属化されて別の電極接続用コンタクト３０とされる。こ
のコンタクト層３０は金一錫合金でよい。コンタクト形
成後、装置１０の両端が３７５仏のなどの所望の長さと
なるようにへき開される。

第１図に示されている電流閉じ込めチャネル形体は１川
固の平行なコンタクトストライプ３２から成っている。
ストライプ３２の数は所望されるパワー出力の点から重
要である。ストライプ３２の数が増加すれば、これに比
例して光学的パワー出力も増加する。同様に、放射空洞
３３の数が多くなればなるほど、得られるピークパワー
出力も高くなり、また遠視野でのビビーム発散角は小さ
くなる。装置１０の電流ポンピング時、放射空洞３３が
各コンタクトストライプ３２の下の活性層１６内に生じ
る。

ストライプの中心間間隔３６は典型的には２〆のから２
５仏の、ストライプ幅３４はｌＡｍから６山のでよい。

第１図の装置の製造を、ストライプ幅３４を３山肌とし
ストライプ間隔３６を１０ム肌として行なった。もしス
トライプ間隔が狭く約８仏の以下であるならば、各スト
ライプ３２の下の放射空洞３３における基本横モードの
横方向広がりが車畳して１つのストライプ３２の下で発
生した光波の一部が隣接ストライプ３２に結合するので
、光学的結合が生じるだろう。

そして、その結果、活性層で発生した全ての光波の動作
モードの位相ロッキングが起こるだろう。しかしながら
、活性層１６内の各空洞で生じる光波の一部を１つ以上
の隣接空洞中に直接偏向・結合させる手段を装置１０と
ともに使用すれば、コヒーレンスを高め、ビーム発散を
改善し、より高いピークを有するパワー出力ビームを提
供することができる。このような偏向手段はいくつかの
形態をとることができるが、その１つが第１図に示され
ている。

すなわち、コンタクトストライプ３２の各々は相互連結
用コンタクトストライプ３８によって直授精合されてい
る。相互連結用ストライプ３８はストライプ３２を形成
するために実施されるフオトリトグラフィおよびエッチ
ング過程で層２４に形成される。相互連結用ストライプ
３８は第ｉ図に示されているように誉曲したものでよい
。

あるいは、藤方向に延びた直線状のものでもよい。しか
しながら、第５ａ図から第５ｄ図を参照して後で説明す
るように、多くの別の形体とすることができる。賞曲状
の相互連結用ストライプ３８は、例えば、１つの平行な
ストライプ３２から隣りの平行なストライプ３２までそ
の曲率半径を１肌としたものでよい。隣接ストライプ３
２間の轡曲状の相互連結用ストライプ３８は、活性層１
６内に形成される放射空洞３３間に非常に強い光学的結
合をもたらす。

この結合が強いのは「１つの特定の空洞中の光波の一部
が分裂して別の空間的に離れた放射空洞中に偏向される
からである。このような光波部分は隣りの空洞３３ある
いはそれよりさらに空間的に離れた１つ以上の空洞３３
中に偏向され得る。、空洞３３中に形成された光波の一
部のこの偏向は、後で説明する別の実施例の全てにおい
ても同様である。相互連結用ストライプ３８によって得
られる利点である基本モードの重畳を得るには、ストラ
イプ３２は必ずしも互いに近接して位置させる必要はな
いことが注意されるべきである。

相互連結用ストライプ３８は「 ストライプ間隔が８〆
の以下のような近接したストライプ形体でない構造の場
合であっても光偏向結合を与える。なお、ストライプ幅
としては２山肌〜４仏ののように狭い方が基本モード動
作を安定させるのに有利である。装置１０の典型的なポ
ンピング動作は、３００Ｋにおいてパルス幅８００ナノ
秒、周波数１０Ｋ位の電流パルスによって起こすことが
できる。各空洞３３についての電流しきい値ｌｈは、全
ての空洞３２において蓮せられるしきし・値が最初のレ
ーザ発振空洞についての初期しきし、値電流の５％以内
である状態で、３５０〜４５０肌Ａの範囲である。電流
ポンピングの代りに、放熱板あるいは熱電冷却機を使用
しながら比較的デューティサィクルの大きい波あるいは
連続波でレーザ装置を動作させてもよい。要約すると、
第１図の多ストライプレーザ装置１０はコンタクトスト
ライプ３２および３８によって画定される電流閉じ込め
を行ない、それによって複数の光ビーム４０を近視野に
発生させ、また、向上された高いパワーと低いビーム発
散性を有する遠視野光学干渉縞パターンを与える。

空洞がＩＮ固であるともパワー出力も単一の放射空洞の
パワー出力の約ｉ併音であることがわかった。６５％の
量子効率（り）における約ＩＷの出力パワーでは、遠視
野発散はポンピング電流の広い範囲にわたって２〜３度
以内であった。第６図に、第１図のレーザ装置１０につ
いての端面当たりのパワーくれＷ）対ポンピング電流（
ｍＡ）特性を示した。

図示されているようにトしきい値電流ｌｔｈは約４００
〃しＡである。特性曲線４２は直線であり、電流のキン
クまたは折れ曲り（すなわち、ポンピング電流の一様な
増加に対するパワー出力の急激な変化）は全くない。第
７図には「第貴図のレーザ装置１０の出力についての遠
視野光学干渉縞パターン４４を示した。

このパターンは穴あき光パイプをｐ−ｎへプロ接合２２
に平行でかつそこに中心を持つ弧を描いて回転させるこ
とによって得られる。パターン４４を得る間に使用した
動作電流は４２０ｍＡで、しきい値電流の約５％であっ
た。複数のピーーク４６が存在している事実は興味深い
。ピーク４６の数は放射空洞３３の数に等しく〜 この
ことは全ての空洞３３の位相ロック動作を示している。
また、約５ｏ〜６ｏの角度で分離した２つの主要な回折
強度ローブ４７，４８が存在している。これらの主ロー
ブは約一２０と十４０のところに存在しており、これら
は設定された放射空洞３３の周期性により生じる異なっ
た回折次数のものである。最小強度点がｏｏのところに
観測される。最大ロープ４８の放射は隣接空洞３３間の
固有の位相遅れによるものと思われる。第８図は、３つ
の異なる型の多ストライプ（多放射）レーザ装置につい
てのフルバワー半値幅ビーム発散角（全半値角）の比較
を相対的ポンピング電流１／１仇（１は実際のポンピン
グ電流、ｌｔｈはしきし・値電流）の関数として示した
。

曲線５０は、相互連結用コンタクトストライプ３８を備
えた第１図に示した本発明の実施例による装置１０（ス
トライプ間隔ｌｏＡｍ）についてのものである。曲線５
２は、相互連結用ストライプ３８を備えていないという
こと以外は第１図に示したのと同様な構造の装置につい
てのものである。

すなわち、この曲線５２に対応する装置は第１図の装置
１０と同一の平行なストライプ３３を備えていて、その
ストライプ幅は３仏の、ストリィプ間隔はｌＯＡＭであ
る。相互連結用ストライプを備えていないので、光波の
結合やその結果としての位相ロック動作は、単に横モー
ド波の重畳に依存しているだけで、第１図の本発明の実
施例による装置１川こおいてなされる光波の偏向および
結合によるものではない。曲線５４も第１図に示したも
のと同機の構造の装置についてのものであるが、この装
置も曲線５５２の場合の装置と同様に相互連結用ストラ
イプは備えておらず、さらに、ストライプ幅を３．５山
肌、ストライプ間隔を８ムのとしたものである。

曲線５４の装置での横モード波の重畳は、曲線５２の装
置と比較してストライプ間隔が小さくなっているために
顕著である。パワー半値幅発散角は遠視野において測定
されたもので、レーザ装置のへき開端面から測定した角
度であり、これは第７図に示した型の遠視野パターンの
半値幅出力に対するものである。

曲線５０で表わされた本発明の実施例による装置１０‘
こおいては、しきし、値電流（１／ｌｔｈ＝１．０のと
ころ）でのビーム発散は約１．９ｏと小さく、しかも比
較的小さい発散角（約２ｏ〜５ｏ）をポンピング電流の
広い範囲にわたって（すなわち、しきし、値電流ｌｍの
約４．５倍まで）保持していることは興味深い。他方、
曲線５２と５４で表わされた装置の発散角幅は（しさし
、値電流近くでの曲線５４は除いて）全体として広く、
またポンピング電流の広い範囲にわたって大きく変化し
ている。第８図から、放射空洞間の光学的結合が小さい
ほど、コヒーレンスは低くなり、それゆえ、遠視野にお
けるビーム発散度合も大きくなるという事実も重要であ
る。

レーザ装置の活性層内の放射領域または空洞の設定は、
前述とは別の方法を用いて達成してもよい。

それらは拡散、イオン注入、化学的エッチング、選択的
結晶成長、スパッタリング、あるいはイオンビームミリ
ングによって設定することができる。次に第ｌａ図を参
照するに、そこにし−ザ装置５１は、窒化シリコン層２
４を備えておらずコンタクト層２６がｎ型層２０を均一
に被覆しているということを除け‘ま、第１図のレーザ
装置１０と同−の基板および層を備えている。

導波を与えそして活性層１６内に放射空洞３３を設定す
るために、拡散（例えば亜鉛の）あるいはイオン注入な
どによる不純物プロフィル５３を層１８を通して活性層
１６まで延在させている。不純物プロフィル５３は層１
６と１８の面内で屈折率の変化を作り出す。装置５１の
へき関端面５５のところに示されているような不純物プ
ロフィル５３は、該装置中に延在している。不純物プロ
フィルの形体は層２６の表面上に点線５７，５９で表わ
されている。形体５７，５９は第１図に示したコンタク
トストライプ３２，３８の形体と同一である。５９で示
されている形体５７の相互連結部は、設定された放射空
洞３３間の直接光偏光結合を与えるための装置５１内の
相互連結用不純物プロフィルを表わしている。不純物プ
ロフィル５３は、放射空洞３３に形成された光波が該プ
ロフィル中に車畳して該プロフィルと相互作用するのを
十分可能にするよう装置５１中で下方へ延在しているこ
とだけが必要である。不純物プロフィルは屈折率（実数
部と虚数部のいずれも）に変化を起こさせて形体５７に
従って光波を刺激し導波する。５９で示した相互連結用
プロフィルは伝播する光波の一部ための操舵機構をなし
、１つ以上の隣接放射空洞３３中に偏向・結合させる。

次に第２図を参照すると、図示のレーザ装置６０‘ま、
基板６２とその上に順次沈積された層６４，６６，６８
，７０，７２を備えている。

基板６２としては、ｎ−Ｇａ船、層６４にはｎ−Ｇａ，
‐ｚＡ１ｚ偽（例えばｎ−Ｇら．６５ＡＩ船５Ａｓ）、
層６６ には ｐ −ＧａｒｚＡ１ｙＡｓ（例えば ｐ
一Ｇ念．９ぷｌｏ．ｏ５船）、層６ ８にはｐ−Ｇａ
，‐ｘＡ１ｘＡｓ（列えばｐ−Ｇら総ＡＩか濁Ａｓ）、
層７０にはｐ−ＧａＡＳを用いることができるが、×と
ｚはｙより大きい。頂部金属化層７川ま金ークロム合金
でよい。底部金属化コンタクト７４は金一錫合金でよい
。複数の平行チャネル７６が、層６４〜７２の成長ある
し、は沈積に先立って基板６２にイオンミルあるいはエ
ッチングにより形成されている。

チャネル７６はそれらの間にメサ７８を有している。第
３図に最もよく示されているように、チャネル７６の長
さ方向に沿ったある点で、隣接チャネル７６間に一連の
相互連結用チャネル８０が設けられている。これらの相
互連結用チャネル８川ま、第１図の相互連結用ストライ
プ３８の場合のように轡曲してし、てもよい。重要なの
は、発生された光波の一部を１つの放射空洞８２から１
つ以上の別の隣接空洞８２中に分裂、偏向させて導波す
るようにチャネル７６が相互に連結されることである。
第２図の装置６０では、典型的には、活性層６６の厚さ
Ｔは２００Ａから０．４仏のあるいはそれ以上、メサ７
８の上の層６４の厚さＳは０．２山肌、チャネル７６の
深さ日はＩＡ川、チャネルーメサ組合せの周期幅Ｄは約
１０山肌でよく、チャネル底幅ＷはＤよりもわずかに小
さくて８仏の以下のようなものでなければならない。

電流ポンピング時、活性層６６のチャネル７６の上の部
分はしーザ発振条件下で光波伝播のための導波管を形成
する（すなわち、放射空洞８２を設定する）。

チャネルＴ６とメサ７８の効果はｐ−ｎ接合２２の面に
沿った横方向屈折率プロフイルを与えることである。層
６４のメサ７８の上の領域はチャネルＴ６の上の領域よ
りも薄い。放射空洞８２内を伝播する光波は、空洞８２
の両側のメサ７８の上の隣接領域では基本横モードで安
定する。高次モードはこれら隣接領域中で吸収され、ま
た伝播する光波は空洞８２の境界内に留まるよう誘導さ
れるので、高次モードの発振はない。同じ誘導損失と光
導波が相互連結用チャネル８０を通しても得られ、その
結果、任意の特定の空洞８２において生じた光波の一部
は分裂して１つ以上の隣接空洞８２中に偏向され位相ロ
ック動作と強いコヒーレンスがもたらされる。

次に、第４図を参照するに、図示のレーザ装置９０は、
半導体材料と鰭流チャネリングにおいては第１図に示し
たものと同様であるが、放射空洞９１がＩＮ固ではなく
たった４個である点と、隣接空洞間に間隙１０２を設け
るように製造されている点で異なっている。

装置９０の製造は以下のようにしてなされる。層９４，
９６，９８，１００は、すでに説明したような周知の技
術を用いて、基板９２上に順次枕積される。基板９２と
してはｎ−ＧａＡｓ、層９４にはｎ−ＧａＭＡ１ｚ松、
層９６にはｐ −ＧａｒｙＡ１ｙＡｓ、層９ ８ には
ｐ −Ｇａ，〜山ｘＡｓ「層１００にはｐ−ＧａＡｓ
を用いることができる。層１００上に絶縁層やコンタク
ト層を形成する必要はない。周知のフオトリトグラフイ
技術を用いてマスクが層１００上に備えられて滋光され
、その後制御されたエッチングによって間隙１０２が設
けられる。間隙１０２の深さ１０４は活性層９６に隣接
した層９４内になるように調節される。その結果、相互
連結用メサ構造体１０３で結合された複数個の平行なメ
サ構造体１０１ができる。適当なコンタクトを層１００
の頂部上および基板９２の底部上に設けてもよい。

そのようにして得られた構造は第１図の装置１０と同じ
態様で動作する。間隙１０２は第１図の装置１０の場合
よりも有効な電流閉じ込め特性を与える。間隙１０２は
活性層９６よりも低い屈折率を有する空気媒体で満たさ
れる。

この間隙は、成長の第２段階中に沈積される半導体材料
で充填してもよい。この場合に選ばれる半導体材料は屈
折率が活性層９６よりも低いものでなければならない。
第１図の装置１０と第４図の装置９川ま電流閉じ込めチ
ャネルを形成して放射空洞を設定し、第ｌａ図の装置５
１は不純物プロフィルを形成して放射空洞を設定し、ま
た第２図の装置６川ま材料の厚さに変化を与えて放射空
洞を設定しているが、いずれの場合にも、有効に行なわ
れているのは、放射空洞が作り出される領域での屈折率
（実数部と虚数部の両方）の変化である。第１図の装置
１０のストライプ形体は第４図の装置６０のチャネル形
体と互いに同一形状して組合わせ使用することができる
。また、埋込みへテロ構造形体、埋込みストライプ形体
、基板ストライプおよび注入ストライプなどの別の型の
電流閉じ込めチャネルをこれらの装置の基板に使用して
直接偏向結合を与えるようにしてもよい。（埋込みスト
ライプの製造については１９７７年６月１３日に出願さ
れた米国特許出願第８０５６６１号に開示されている。
）相互連結用電流閉じ込めチャネル形体を、分裂光波の
一部をいくつかの放射空洞間で偏向させかつ結合させる
手段として、使用する方法は数多くある。第５ａ図から
第５ｄ図に相互連結形体のいくつかの例を示した。第５
ａ図では、平行なコンタクトストライプ１０６が十字形
の相互連結用コンタクトストライプ１０８によって相互
に連結されている。この実施例では、偏向は光波伝播の
いずれの方向でも起り得る。第５ｂ図では、２つの平行
なコンタクトストライプ１１０は単一ストう／‘フ。部
分１ １４で終端している轡曲部分１ １２を備えてい
る。これらの部分１１２と１１４はＹ字形の相互連結手
段を形成している。轡曲部分１１２は基本モード動作の
設定を助け、また発生した光波の一部を１つ以上の隣接
空洞中に分裂・偏向させる手段を提供する。第５ｃ図で
は、平行なコンタクトストライプ１１６は横断方向に沈
着された相互連結用コンタクトストライプ１１８によっ
て装置の長さ方向に沿ってオフセット式に相互に連結さ
れている。すなわち、各相互連結用ストライプ１１８は
隣りの相互連結用ストライプ１１８に対して装置の長さ
方向に沿ってずれている。第５ｄ図では、平行なコンタ
クトストライプ１２０は単一の横断方向コンタクトスト
ライプ１２２によって相互に連結されている。相互連結
用ストライプ１２２はストライプ１２０よりも幅が広い
。ストライプ１２２はストライプ１２川こ対して図示の
ように直角であるほかにある角度で交差するようにして
もよい。次に、第５ｅ図および第５ｆ図に示したレーザ
装置１３０は、活性層において形成される光波の一部を
活性層内の別の領域に分裂・偏向させる手段として格子
を使用している。

放射空洞を活性層内に設定するというよりはむしろ活性
層全体がポンピングされる。しかしながら、平行なコン
タクトを装置１３０の表面上に設けて、別々の分離した
放射空洞を設定して格子を１つ以上の空洞から１つ以上
の別の隣接空洞中への光波の偏向および結合に使用する
ようにしてもよい。装置１３０は構造上第１図の装置１
０と同様でよい。

すなわち、第５ｆ図の装置１３０の層１３２，１３４，
１３６，１３８，１４０および１４２は第１図の装置１
０の層１２，１４，１６，１８，２０および２６に対応
する。コンタクト層１４２は装置１３０の表面全体を被
覆している。格子パターン１４６は例えば活性層１３６
に隣接した層１３４中に設けられており、活性層１３６
内の１つの領域に形成された光波の部分を活性層１３６
内の別の領域中に矢印１４７で示されているように偏向
結合させる。格子パターン１４６は装置１３０のへき関
端部１４８に対して例えば４５０で設けられる。

別の角度を使用してもよい。格子の周期ＡはＡ＝ｐ＾ｏ
ｓｉｎ８／ｎｅｒｆで与えられるが、ここにおいて入ｏ
は自由空間レーザ波長、８‘ましーザ発振ビーム略に対
して格子のなす角度、ｎｅｆｆはしーザ光によって見ら
れる実効屈折率、ｐは整数である。もし格子がビームの
方向と４５ｏをなしており、またもしレーザがｎｅｆｆ
＝３．６で８０００Ａで動作するならば、１５７１Ａの
整数倍の格子周期が使用できる。次に、第５ｇ図では、
複数のコンタクトストライプ１５０がレーザ装置の長手
方向に対してオフセット角０で設けられている。ストラ
イプ１６０のオフセット角は説明の便宜上極端に大きく
図示してあるが、実際には、ストライプのオフセット角
は例えばｌｏでよく、ストライプ幅は２山肌、ストライ
プ中心間間隔は８ム仇でよい。装置の長さは約２５０仏
肌でよい。活性層の１つの放射空洞に沿って伝播する光
波の一部は、装置のへき開端面１５２での光ビーム反射
によって隣接放射空洞中に偏向される。

これは、光波の入射角がへき関端面１５２に垂直でない
ため光波の一部が矢印１５４で示されているようにへき
関端面１５２の鏡表面から隣接した１つの空洞中に偏向
されるからである。次に、第５ｈ図では、コンタクトス
トライプ１５６が平行ではなく互いにある角度をもって
設けられており、へき関端面１５８に入射する光波の一
部は反射されて隣接空洞中に結合されるようになってい
る。

この偏向結合は相互連結用コンタクトストライプ形体１
６０によってストライプ１５６の端部でなされる。矢印
１６２は１つの設定された放射空洞から隣接空洞中に偏
向された光の部分を表わしている。この実施例や第５ａ
図〜第５ｇ図の実施例では、コンタクトストライプ１５
６のような電流閉じ込めチャネルの使用の代りに、光波
と有効に相互作用するように装置中に十分拡散あるいは
注入されてそのようなチャネル形体に対応する屈折率の
プロフィルを与える拡散あるいは注入材料の組成変化を
用いても、これらのチャネル形体によって与えられるよ
うな直接光偏向結合を作り出すだろう。前述の図面の全
てにおいて偏向結合を与える手段は等間隔で図示されて
いるが、可変あるいは等しくない間隔にしてビーム集東
やサイドローブの抑制を行なうようにし、これにより遠
視野における（第７図における十４０でのロープ４８の
ような）基本的なローブを強めるようにしてもよい。

また、電流閉じ込めチャネルは第１図に示されているよ
うな酸化物やコンタクトストライプによって画定する必
要はない。イオン注入、拡散、基板ストライプ、プレー
ナストライプ、メサストラィプ、内部ストライプ、横接
合ストライプなどの周知の他の任意の電流閉じ込め技術
を使用することができる。また、図面では、活性層内の
１つの領域から別の領域中に光を結合させる偏向手段は
活性層の近くかあるいは活性層内に存在するものと示し
てきた。

しかしながら、偏向手段は活性層からの光を透明な導波
層に結合させることによって活性層のすぐ近くから離す
ようにしてもよい。２重導波レーザ、テーパー結合レー
ザなどの光を透明な導波層に結合させる多くの方法が当
業者にはよく知られている。

屈折率変化により与えられるような光偏向手段は、透明
な導波管中に用いて、光を活性層内の他の空間的に離れ
た領域中に偏向させて活性層内の空間的に離れた複数領
域の強い光学的結合を可能とすることができる。前述の
実施例の全てＧａＡｓとＧａＡＩＡｓからなる半導体材
料について説明してきたが、１紅ａ、松Ｐ、ＧａＮｐ、
ＧａＮＳｂ、Ｐ紙ｎＴｅなどの他の光放射材料を使用し
てもよい。

本発明は特定の実施例に関して説明してきたが、前述の
説明から当業者にとって多くの変更、疹正、変形が明白
となることは明らかである。

従って、このような変更、修正、変形は全て特許請求の
範囲の範囲内にはいるものと理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による直接光偏向を与える電流閉じ込
め手段を備えた多放射能力を有するモノリシック注入レ
ーザの概略斜視図、第ｌａ図は、本発明による直接光偏
向を与える不純物プロフィルを備えた多放射能力を有す
るモノリシック注入レーザの概略斜視図、第２図は、多
放射能力と本発明による光偏向手段を備えた多チャネル
基板の半導体注入レーザの概略斜視図、第３図は、第２
図のし−ザの多チャネル基板の詳細を示す部分的斜視図
、第４図は、多放射能力と本発明による光偏向手段を備
えたメサ型注入レーザの概略斜視図、第５ａ図から第５
ｈ図は、モノリシック注入レーザ装置の多放射空洞の間
に光偏向結合を与える手段として使用できる種々のコン
タクトストライプ形体の概略図（第５ｅ図および第５ｆ
図のものにはさらに、この結合をなすために偏向格子が
付加されている）、第６図は、第１図のレーザにおける
端面当たりのパルス状出力パワーをミリワット（ｍＷ）
の単位でグラフにした特性図、第７図は、第１図のレー
ザにおけるｐ−ｎ接合面に沿った遠視野放射パターンを
示した図、第８図は、第１図のレーザを含む幾つかの型
の多放射注入レーザにおけるｐ−ｎ接合面に沿った全半
値角をしきし・値電流に対する駆動電流の比の関数とし
てグラフにした図である。 （スＧノ 打スＧ＾。 （スＧ２ （ス６３ 〃Ｇ４ 打ンＧ５ひ 行〆Ｇ６０ ‘ＪＧ５ｃ 斤〆技夕〆 斤ンＧ５８ 打〆６５〆 打○クタ けり夕へ （力Ｇ６ 打スＧア 打力Ｇａ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レーザ発振条件下でコヒーレント放射光の発生およ
   び伝播のための活性媒体をなす層１６；６６；９６を含
   む１つ以上の半導体材料層１４，１６，１８，２０；６
   ４，６６，７０；９４，９６，９８，１００が一基板１
   ２，６２，９２上に設けられており、また、前記活性媒
   体内に、屈折率を異にする材料で境界づけされた複数の
   レーザ領域が、装置端面に一列の放射エミツタ３３，８
   ２，９１を定めるよう放射光放出区域の少なくとも一端
   で終端する形で設定されていて、これら各レーザ領域は
   直線状でかつ互いに平行に隣接しており、さらに、各レ
   ーザ領域中で発生された放射光を隣接したレーザ領域中
   に偏向させて前記複数のレーザ領域が実質上同一の周波
   数と位相でレーザ発振するようになす偏向手段が設けら
   れており、かつ、該偏向手段には、前記レーザ領域と実
   質上同一の屈折率の材料でできていてレーザ領域間を該
   レーザ領域の両端間の中間部で相互に連絡する相互連結
   部３８；５９；８０；１０３；１０８；１１２；１１８
   ；１２２が備えられており、これにより、各レーザ領域
   に沿って走行する放射光の一部が該レーザ領域から外れ
   て前記相互連結部の少なくとも１つを介し少なくとも１
   つの隣接レーザ領域中に偏向されるようになっているこ
   とを特徴とする半導体レーザ装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載において、前記レーザ領
   域とこれを境界づける前記材料との屈折率の相異は、拡
   散または注入不純物のプロフイル５３，５７，５９によ
   って与えられていることを特徴とする半導体レーザ装置
   。 ３ 特許請求の範囲第１項記載において、前記レーザ領
   域とこれを境界づける前記材料との屈折率の相異は、装
   置に設けられた電流閉じ込め手段２８により決められる
   注入電荷の分布によって与えられることを特徴とする半
   導体レーザ装置。 ４ 特許請求の範囲第１項記載において、前記レーザ領
   域とこれを境界づける前記材料との屈折率の相異は、材
   料組成の違いによって与えられていることを特徴とする
   半導体レーザ装置。 ５ 特許請求の範囲第１項記載において、前記レーザ領
   域とこれを境界づける前記材料との屈折率の相異は、材
   料厚さの違いによって与えられていることを特徴とする
   半導体レーザ装置。 ６ 特許請求の範囲第５項記載において、前記材料厚さ
   の違いを与えるために前記基板６２中に複数のチヤネル
   ７６が前記複数のレーザ領域に関連づけられて形成され
   ており、かつ、これら各チヤネルは隣接チヤネルに前記
   偏向手段の前記相互連結部としての相互連結用チヤネル
   ８０によって結合されていることを特徴とする半導体レ
   ーザ装置。