JPS61296785A - 半導体レ−ザアレイ装置 - Google Patents

半導体レ−ザアレイ装置

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JPS61296785A
JPS61296785A JP60140048A JP14004885A JPS61296785A JP S61296785 A JPS61296785 A JP S61296785A JP 60140048 A JP60140048 A JP 60140048A JP 14004885 A JP14004885 A JP 14004885A JP S61296785 A JPS61296785 A JP S61296785A
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semiconductor laser
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thickness
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完益 松井
Mototaka Tanetani
元隆 種谷
Akihiro Matsumoto
晃広 松本
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Sharp Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/028Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031Edge-emitting structures
    • H01S5/4068Edge-emitting structures with lateral coupling by axially offset or by merging waveguides, e.g. Y-couplers

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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】 [産業上の利用分野] 本発明は高出力動作を可能としたO°位相同期型半導体
レーザアレイ装置の構造に関するものである。
[従来技術とその問題点] 半導体レーザを高出力で動作させる場合、単体の半導体
レーザでは現在のところ実用性を考慮するとレーザ光の
最大出力値はSOmW程度で限界となる。
そこで、複数の半導体レーザを同一基板上に平行に並べ
ることにより高出力化を計る半導体レーザアレイの・研
究が進められている。
しかしながら、複数本の屈折率導波型半導体レーザを平
行に光学的結合を持たせて並べ、各レーザに均一な利得
を与えても、各半導体レーザによる光は、0°位相で同
期する状態よりもむしろ位相が反転した180°位相モ
ードの方が光の電界分布と利得分布が良く一致するので
発振域値利得が小さくなり、定常状態において、発振し
てしまう。これを避けるためには、180°位相モード
の発振域値利得を大きくして180°位相モードの抑制
を行なう必要があり、第5図(、)に示すように両へき
開面50に分岐結合型の導波路51を有する構造の半導
体レーザアレイが提案されている。この導波路は2本の
導波路を進んできたO。
位相モードの光は1本の導波路部に進行する際に位相が
同相であるため互に強め合うが、180゜位相モードの
光は逆相になるため互に弱められ、放射モードとなって
導波路外に放射していくことを利用して180膜位相ギ
・−ドの損失を増大させ、その結果、180膜位相モー
ドの発振域値利得を増大させている。
しかしなが呟導波路の本数が増大していくと、O°位相
モードと180膜位相モードの中間モードの発振域値利
得が最も小さくなってしまい、0°位和モードによる発
振が出来なくなる。例えば第5図(b)のレーザアレに
おけるO°位相モード(a)、180膜位相モード(d
)、各中間モード(b)、 (c)の電界Eの分布をそ
れぞれ第6図(a)〜(d)に示す。
この図かられかるように、O°位相同期モード(、)の
電界Eは中央部に分布したレーザ光となり、一方、池の
7レモード(b)、 (c)= (d)の電界Eは周辺
部に分布したレーザ光となる。
半導体レーザアレイから放射されるレーザ光の遠視野像
はO°位相同期状態では単峰性の強度分布を示し、レン
ズで単一の微小スポットに絞ることができるが、180
膜位相同期モード及び各中間モード状態では遠視野像が
複数の双峰性のピークとなりレンズで単一のスポットに
絞ることはできない。
レーザ光を単一のスポットに絞れないと各種光学系との
結合に不都合が生じ、光通信、光デイスクシステム等の
光源としての実用性が阻害されることになる。
従って半導体レーザアレイが0°位相同期して発振する
ように、即ちO°位相周期モードの発振利得が180膜
位相同期モード及び中間モードよりも高くなるように技
術的手段を駆使して通信用光源等としての利用価値を確
保することが半導体レーザアレイ装置に対して強く要望
されている。
[発明の目的] 本発明は平行にならびかつ互いがなめらかに結合された
複数本の屈折率導波型半導体レーザが0°位相同期して
発振し、単峰性の放射パターンで高出力のレーザ光を放
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r&1 本発明の半導体レーザアレイ装置は複数の屈折率導波型
活性導波路を有し、且つ前記導波路が互いになめらかに
光学的に平行結合されている半導体レーザアレイ装置で
あって、少なくとも一方の活性導波路のへき開面の中央
部における反射率を周辺部における反射率よりも大きく
したことを特徴とする。
[実施例1 以下、本発明の1実施例を第1図に示すような平坦な活
性層を有するGaAs−GaAlAs系半導体レーザア
レイを用いて説明する。
p−GaAs基板1上にLPE(液相エビキシャル成長
)法などの結晶成長法により、逆極性接合となるn−G
aAs電流阻止層2を成長させる。
次に7オトリソグラフイとエツチング技術により、7字
形溝3を電流阻止層2表面から基板1内へ達する深さ迄
形成する。7字形溝3を形成することにより基板1上か
ら電流阻止層2の除去された部分が電流の通路となる。
再度、LPE法を用いて溝付きの基板1上にp−Alx
Ga、 −xAsクラッド層4、pまたはn  A 1
 y G a Iy A s活性層5、ローA夕xGa
、  xAsクラッド層6を順次成長させダブルへテロ
接合を介する活性層5を得る。ただし、上記クラッド層
4,6において、x>yである。さらに、この上にn”
GaAsキャップ層7を連続的に成長させてレーザ動作
用の多層結晶構造を構成し、基板側にn型抵抗性電極8
を、成長層側即ちキャップ層7上にn型抵抗性電極9を
形成した後、共振器長が200〜300μmとなるよう
に前記溝3と直角にへき(臂)開する。
次に両へき開面にA R20,膜あるいはアモルファス
Si膜を電子ビーム蒸着法で被覆して、レーザ面ミラー
を形成する。この時単層のAで203膜あるいは多層の
A l 20.膜とアモルファスSi膜で構成される反
射膜における各層の厚さを適当に変えることによって反
射膜の反射率を約2%〜95%まで任意に設定すること
ができる。本実施例ではλ/4厚(λ:発振波長)のA
l2O3膜とλ/4厚のAl2O3膜を用いていて、そ
れぞれの反射率を約2%と約32%としている。このた
めに、まず、第2図で示すように、両へ外開面10にλ
/4厚のAl2O3膜11を電子ビーム蒸着法で形成し
、次に周知のホトリソグラフィ技術によってAで20.
膜11のコーティングされたへき開面上の周辺部の活性
導波路部111+ l 11+21 ms r ’J1
4にレジスト膜12を形成した後、再度λ/4厚のAl
2Oつ@13を被覆する。次に第3図に示す上うに、レ
ジスト膜12をリムーバーで除去することによって、中
央部の活性導波路 W21 tu3 t Wbの両ヘト
開面10上にはλ/4厚のAl2O,膜(反射率32%
)、そして、周辺部の活性導波路部。
u14 I tua l We上にはλ/4厚のAl2
O3膜(反射率2%)の共振器ミラーが形成されること
になる。
このようにへき開面10上に異なる誘電膜を形成するこ
とにより、へき開面10の反射率が活性導波路Wの中央
部で高く、活性導波路Wの周辺部で低くなる。
従って、共振器ミラーによる損失は、0°位相同期モー
ドでは第6図(、)に示したように中央部の活性導波路
Wに分布する電界の割合が大きいので、共振器ミラーに
よる損失は少なく、一方池の7レイモードにおいては周
辺部の活性導波路Wに多く分布しているので、損失は大
きくなる。
この結果、0゛位相同期モードの全体としての損失は他
のアレイモードに比べて少なく、発振域値利得も小さく
なるため、第4図で示すように、O°位相で同期しjこ
レーザ光を安定して出力することができる。
この時、各導波路間のエバネッセント波を利用して光学
的に結合している方が安定な0°位相同期モードが得ら
れるが、各活性導波路が均一にできていれば、エバネッ
セント波を利用した光学的結合は必ずしも必要ではない
第5図(b)に示す活性導波路構造の7レイで、活性導
波路Wが4μm、中間領域幅Wsが1μm、中央部の活
性導波路部のへき開端面反射率32%、周辺部の活性導
波路部のへき開端面反射率2%に設定した半導体レーザ
アレイ装置を試作した場合、発振域値電流は12l20
−l5O、出力130mWまで0°位相同期モードで発
振し、他の位相同期モードの発振を抑制することができ
た。
尚、本発明の半導体レーザアレイは上述した屈折率型導
波路構造に限らずリッヂ構造型あるいは埋込み構造型等
の屈折率型導波路に適用できることはいうまでもない。
さらにGaAlAs−GaAs系に限らずInP  I
nGaAsP系、その他の材料を用いた半導体レーザに
適用することができる。
1発明の効果〕 以上説明したように、この発明は、半導体レーザアレイ
装置のへき開面における中央部での反射率が周辺部にお
ける反射率よりも高くなるようにし、たとえばO°位相
同期モードの発振域値利得を他のアレイモードにおける
利得よりも小さくしたのでO°位相で同期したレーザ光
を安定して放射することがで外る。これによりレンズ等
により微小面積の単一のスポットに絞ることができ、解
像度のすぐれた各種のレーザ光応用機器の実現が可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の1実施例を示す半導体レーザアレイ装
置の断面図、第2図及び第3図は第1図におけるへき開
面上に反射膜を形成する過程を示す平面図、第4図は本
発明の実施例により得られたレーザ光の強度分布を示す
図、第5図(a)、 (b)は従来の半導体レーザアレ
イ装置における分岐結合型導波路を示す図、第6図は第
5図(b)における各位相同期モードの電界分布を示す
図である。 10・・・へき開面、  11.13・・・Al2Oつ
膜、12・・・レジスト膜、 W・・・活性導波路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)複数の屈折率導波型活性導波路を有し、且つ前記
    導波路が互いになめらかに光学的に平行結合されている
    半導体レーザアレイ装置であって、少なくとも一方の活
    性導波路のへき開面の中央部における反射率を周辺部に
    おける反射率よりも大きくしたことを特徴とする半導体
    レーザアレイ装置。
JP60140048A 1985-06-25 1985-06-25 半導体レ−ザアレイ装置 Granted JPS61296785A (ja)

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US06/876,223 US4772082A (en) 1985-06-25 1986-06-19 Semiconductor laser array device
GB08614932A GB2176939B (en) 1985-06-25 1986-06-19 A semiconductor laser array device
DE19863621198 DE3621198A1 (de) 1985-06-25 1986-06-25 Halbleiter-laseranordnung

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GB2176939A (en) 1987-01-07
US4772082A (en) 1988-09-20
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GB2176939B (en) 1988-08-03
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