JPS63116484A - 半導体レ−ザアレイ装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は半導体レーザアレイ装置に関し、特に、複数
の導波路がそれぞれ光学的に結合されて平行に配置され
たような半導体レーデアレイ装置に関する。

［従来の技術］ 高出力半導体レーザは、光ディスクやレーザプリンタの
高速化、高性能化用光源、空間通信用あるいはＹＡＧレ
ーザ励起用の光源などの応用がある゛ため、坦在盛んに
研究されている。ところで、単体の半導体レーザでは、
実用的な寿命を考慮すると、出力が８０１１ＩＷ程度が
限界となっている。

そこで、複数本の半導体レーザを並列的に集積化するこ
とによって、単体のレーザ以上の高出力化が可能である
半導体レーザアレイの研究、開発が行なわれている。

その−例としての半導体レーザアレイは、複数本の半導
体レーザの導波路を同一基板上に並べた構造になってい
る。このような半導体レーザアレイにおいて、導波路を
伝搬する導波光が互いに光学的に結合して、成る位相関
係を有する位相同期型アレイと、光学的に独立した独立
型アレイの２つに分けられる。位相同期型アレイは、出
射光をレンズで回折限界まで集光することが可能である
が、独立型アレイは不可能である。そこで、高出力で回
折限界までビームを集光する用途には、位相同期型が有
用である。位相同期型アレイの導波路には利得導波構造
と屈折率導波構造の２つがある。

利得導波アレイの場合、各導波路の位相が同位相で同期
するモード（０’位相モード）より位相が１８０°反転
するモード（１０００位相モード）の方が発振しや゛す
い。これは、１８０６位相モードの方が、０°位相モー
ドよりも光の強度分布と利得分布がよく一致し、発振に
要する利僻が少ないためである。

また、屈折率導波構造は損失導波型と実屈折率型がある
。損失導波型アレイは導波路外部に損失があり、導波路
外への光のしみ出しが最も少ない１０００位相モードで
発振する。実屈折率型アレイは、各導波路が均一な利得
を１ｑたどき、１８００位相モードの方が導波路内の光
の閉じ込まりが良く、光強度分布と利得分布がよく一致
するため、１８０″位相モードで発振する。

上述のように、位相同期型アレイは、導波機構。

構造に無関係に１０００位相モードで発振しやすい傾向
にある。しかしながら、半導体レーザアレイからの出射
光像、すなわち遠視野像は、０６位相モードでは単峰性
ビークであり、レンズで単一ス゛ボットに集光可能であ
るのに対して、１８０゜位相モードでは複峰性ビークに
なり、レンズで単一スポットに集光することが不可能で
ある。

したがって、レーザ光を単一スポットに集光することが
必要な光ディスクやレーザプリンタ用の光源として、１
８００位相モード発振のレーザアレイは不向きになる。

そこで、００位相モードの出射光を持つレーザアレイが
要望されている。−方、１８０’位相モードの導波光を
アレイの出射端面で各導波路からの出射光の位相が同位
相になるように変換する構造を有するアレイが提案され
ている。

第２図は上述の提案された従来の半導体レーザ装置の一
例を示す外観斜視図である。この第２図に示した半導体
レーザ装置は、レーザ構造としてＶＳＩＳ（Ｖ−Ｃｈａ
ｎｎｅｌｅｄ　　　３ｕｂｓｔｒａｔｅ　　　Ｉｎｎｅ
ｒ３ｔｒｉｐｅ　）型ストライブ構造を適用したもので
ある。すなわち、ｐ　−Ｇａ　Ａｓ基板１００上にＬＰ
Ｅ成長法などの結晶成長法により、ｎ　−Ｑａ　ＡＳＴ
ｉＳＴｉツブロックｆｆ１１０１する。次に、フォトリ
ソグラフィとエツチング技術により、３本の平行ストラ
イブからなる７字形溝１０２を電流ブロック層１０１か
ら基板１００へ達する深さまで形成する。再度、ＬＰＥ
法によって、この溝付）工板上にｐ　−Ａ　Ａｘ　Ｇａ
　＋−ｘ△Ｓクラッド層１０３゜ｐまたはｎ　　Ａ　ｆ
Ｌｇ　Ｑａ　Ｉ−４Ａｓ活性層１０４゜ｎ　　Ａ　Ｌｘ
　Ｑａ　Ｉ　＋ｘＡｓクラッド層１０５．ｒｌ”−１３
ａ　ＡＳＳキャブ層１０６を順次成長させる。

但し、ｘ＞ｙである。

この後に、出射端面近傍に、レーザの接合面とストライ
ブに垂直な２つの面１０７，１０８を有し、基板１００
まで達する溝１０９をＲＩＳＥ（反応性イオンビームエ
ツチング）法等により形成する。そして、共振器長が２
５０μｍとなるように、男間法によって、レーザ接合面
とストライブの両方に直交するミラー１１０，１１１を
形成する。このとき、ミラー１１０をフォトリングラフ
ィとＲＩＳＨなどのエツチング技術によって、隣接する
ストライブ間で共振器長が悲だけ変化するようにする。

但し、痣は次式を満足する必要があ°る。

ここで、λ。はレーザの発成波長であり、Ｎｅｆｆは導
波路の屈折率であり、ｎは自然数である。

最後に、キャップ層１０６上に選択的にｎ型電極１１２
を形成するとともに、基板１００側にｎ型電極１１３を
形成する。

上述のごとく構成された半導体レーザ装置の動作は次の
とおりである。すなわち、ミラー１１１と１０７から形
成される共振器１２０が利１坪を１ａてレーザ発振する
とき、前述のごとく１８０６位相モードで導波する。そ
の導波光が出射端面部の出射光位相差変換部１２１を通
過し、出射端面ゴ２２から出射するとき、′ｆａ接する
ストライブ間で共振器長が周期的に変化しており、さら
にその艮ざが上述の第（１）式を満足することから、隣
接する導波路からの出射光の位相が１８０°変化して、
出射端面１２２で同位相になる。したがって、出射レー
ザ光の遠視野像は第３図に示すように、回折限界の単峰
性ビークとなる。

［￥＠明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上述の半導体レーザ装置においては、レ
ーザ接合面とストライブに直交するミラー１１０．１１
１を有する溝１０９を素子内部に形成しなければならな
い。このとき、ミラー形成時の結晶の欠陥が劣化を引起
こしたり、ミラー１０８での反射光がレーザ発振部１２
０に戻り、雑音が増大して動作が不安定になったり、あ
るいは溝１０９の幅が広いとき、レーザ発振部１２０の
導波光が位相差変換部１２１の導波光に結合する効率が
低下し、高出力動作には不利になるなどの問題点があっ
た。

それゆえに、この発明の主たる目的は、素子内部にミラ
ーを有する溝を形成することなく、各導波路からの出射
光を出射端面で同位相に変換して、高出力まで安定に発
振し得る半導体レーデアレイ装置を提供することである
。

［問題点を解決するための手段］ この発明は複数の導波路がそれぞれ光学的に結合°され
て平行に配置された半導体レーザ装置であって、複数の
導波路において、各導波路の長さ方向に周期的に屈折率
が変化しかつ利得を得るための領域が設けられていて、
その領域を挾みかつ平行導波路に直交する２つの出射端
面のうち、一方の端面には隣接する導波路の長さが周期
的に変化するように凹凸が形成される。

［作用］ この発明に係る半導体レーザ装置は、隣接する導波路の
長さが周期的に変化するように凹凸が形成されているの
で、出射端面での各導波路からの出射光を同位相にでき
、遠視野像を回折限界の単峰性ピークにすることができ
る。

［発明の実施例］ 第１図はこの発明の一実施例の外観斜視図である。第１
図において、ｎ　−Ｇａ　Ａｓ基板２００上にＭＯ（有
機金属）ＣＶＤ法により、ｎＡｆＬｘＧａｐ−ｘＡＳク
ラッドＦＪ２０１．ｎまたはｐ−△ｌｙ、　Ｇ　ａ　＋
−＞　Ａ　Ｓ活性層２０２．　ｐ−ＡＱｚＧａ＋−ｚＡ
Ｓガイド層２０３を成長させる。但し、Ｘ。

ｚ＞ｙである。ガイド層２０３上に電子ビーム描画用レ
ジスト（たとえばＰＭＭＡ）をコーディングし、電子ビ
ーム描画装置によって２次の回折格子のパターンを共振
器方向に長さ２００ｕｍにわたって描画する。現像後に
化学エツチングを行ない、レジストを除去してガイド層
２０３上に溝深さが周期的に変化する２次の回折格子２
０４を形成する。

さらに、ＭＯＣＶＤ法によってｎ　−Ｑａ　Ａｓ電流ブ
ロック層２０５を順次成長させる。さらに、フォトリソ
グラフィと化学エツチングによってブロック層２０５上
にガイド層２０３表面にまで達する３本の平行な溝２０
６を共振器方向に形成する。溝上に再度ＭＯＣＶＤ法に
より、ｐ−ＡｆＬｘＧａｓ−ｘＡｓＡｓクララ２０７を
埋込成長させ、オーミックコンタクトを容易にするため
に、ｐ−ＧａＡｓキャップ層２０８を成長させる。ｎ−
ＧａＡｓ基板２００側には回折格子２０４に対応する部
分にｎ側電極２０９を設け、それ以外の部分に絶縁用の
Ｓ＋８Ｎ４膜２１０を形成する。同様ニ゛シテ、ｐ　−
Ｑａ　Ａｓキｔ”ｙブ層２０８上にｎ側電極２１１．絶
縁用５ｉｅＮ＊膜２１２を形成する。

さらに、回折格子ガイド層部分２１７を含み、共振器長
が２５０μｍとなるように、男開法により、ストライブ
２０６に直交するミラー２１３゜２１４を形成する。次
に、ミラー２１３を従来例で述べたのと同じ方法により
、隣接するストライブの共振器長が前述の第（１）式を
満足する長さ見だけ変化するように、出射端面に凹凸を
設ける。

ミラー２１３，２１４には、１／４波長厚のＺｒ○２２
１５．２１６をコーティングし、反射率を０．０１％以
下にして無反射端面とする。このように構成された素子
を、Ｃｕブロック上にｎ側電極２１１を下にしてマウン
トした。

次に、この発明の原理ならびにその効果を実施例に基づ
いて説明する。この実施例の素子はガイド層上に回折格
子２０４のある部分２１７で利得を得て回折格子の周期
で決まる波長でレーザ発振する。このとき、前述したよ
うに１８００位相モードの発振しきい値利得が最小とな
り、１８０’モードで発振する。その導波光が位相差変
換部２１８を通過すると、従来例で述べたのと同様の原
理に従って、出射端面２１９で各導波路からの出射光が
同位相となり、遠視野像が第２図に示したように回折限
界の単峰性ビークになった。

さらに、従来例で見られたように、内部ミラーが原因で
生じる雑音の増大や動作の不安定性がなく、高出力まで
安定に動作させることができる。

また、レーザの発振波長が回折格子の周期で決まるため
に、湿度による波長安定性が通常の男開面を端面とする
素子に比べて向上するという特有の効果を奏することが
できた。

なお、この発明は上述の実施例以外に、次のような場合
にも適用可能ある。

■　材料はＧａ　ＡＳ−Ａ北Ｑａ　Ａｓ系に限定される
ことなく、その他ｔ、：■ｎ　ｐ−ｒｎ　Ｇａ　Ａｓ　
Ｐ系やその他の半導体レーザ用の材料。

■　導波門構は利得導波、屈折率導波共に適用可能であ
り、さらに導波構造は大屈折率導波、損失°導波共に適
用可能である。

■　半導体の極性は、実施例のすべての反対の場合も適
用可能である。

［発明の効果コ 以上のように、この発明によれば、導波路の長さ方向に
周期的に屈折率が変化しかつ利得を得るための領域を設
けるとともに、その領域を挾みかつ平行導波路に直交す
る２つの出射端面のうち、一方の端面には隣接する導波
路の長さが周期的に変化するように凹凸を形成するよう
にしたので、素子内部にミラーを設ける必要がなく、高
出力まで安定にレーザ発振させることができる。しかも
、各導波路からの出射光は出射端面で周一位相に変換さ
れるので、回折限界の単峰性ビークを得ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構造を示す斜視図である
。第２図は従来の半導体レーザ装置の構造を示す斜視図
である。第３図は従来の半導体レーザ装置における遠視
野像を示す図である。 図において、２００はｎ　−Ｇａ　Ａｓ基板、２０１は
ｎ　−Ａ　ｍｘ　Ｇａ　＋−ｘ　Ａｓクラッド層、２０
２は０またはｐ　　ＡＬ　　Ｇａ＋　　Ａｓ活性層、２
０＞　　　　　　　−＞ ３はｐ−Ａ　ｆＬｚ　Ｑａ　Ｉ　−Ｚ　Ａｓガイド層、
２０４は回折格子、２０５はｎ　−Ｇａ　Ａｓ電流ブロ
ック層、２０６は溝、２０７はｐ−△ＱｘＧａ　、−８
ＡＳクラッド層、２０８はｐ−Ｇａ　Ａｓキｔｙツブ層
、２０９はｎ側電極、２１０は５ｆｓＮｎ膜、２ゴ１は
ρ側電極、２１３．２１４はミラー、２１５゜２１６は
Ｚｒ’０２．２１７は回折格子ガイド層部、２１８は位
相差変換部、２１９は出射端面を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数の導波路がそれぞれ光学的に結合されて平行に配置
   された半導体レーザアレイ装置において、前記複数の導
   波路において、該導波路の長さ方向に周期的に屈折率が
   変化しかつ利得を得るための領域が設けられていて、 前記領域を挾みかつ前記平行導波路に直交する２つの出
   射端面のうち、一方の端面には隣接する導波路の長さが
   周期的に変化するように凹凸が形成されていることを特
   徴とする、半導体レーザアレイ装置。