JPS63281492A - 半導体レ−ザ装置 - 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】 〔技術分野〕 本発明は、半導体レーザ装置に関し、特にストライプ状
のレーザ活性領域が共振面に対して傾いて形成され、レ
ーザ光を共振面の法線とは異なる方向に出射する半導体
レーザ装置に関する。

〔従来技術〕

通常、半導体レーザ装置はｐ−ｎ接合を含み積層された
半導体に、一対の共振面を形成することによって構成さ
れる。この半導体に電流を注入すると、キャリアの再結
合によって生じた光がこの共振面間で発振し、共振面か
らはレーザ光が出射する。また、このようなレーザ発振
を効率良く行わせる為、前記注入電流及び光を閉じ込め
るストライプ状のレーザ活性領域が、前記ミラー面と垂
直に設けられる。

一方、複数のレーザビームを同時に走査して画像を形成
するレーザビームプリンタ等を構成する場合、装置の小
型化を図る為、複数の半導体レーザ装置を、各々のレー
ザ光の出射方向が有限の角度を成すようにモノリシック
に形成する技術が、特開昭５９−２４０４１８号等で提
案されている。このような半導体レーザ装置においては
、上記の如きストライプ状の活性領域は共振面に垂直に
は形成されず、その長手方向が共振面の法線に対し有限
の角度を成すように設けられる。この角度を適宜に設定
することによってレーザ光の出射方向を調整し、前述の
ように異なる方向に複数のレーザ光を出射する半導体レ
ーザアレイを構成することが出来る。

しかしながら、上記活性領域の長手方向と共振面の法線
とが成す角度は、実際には全く任意に設定出来るもので
はなく、角度によってはレーザ光が安定に出射されない
場合があった。

〔発明の概要〕

本発明の目的は、レーザ光を共振面の法線に対し有限の
角度を成す方向に出射する半導体レーザ装置であって、
横モードを安定に、効率良くレーザ発振する半導体レー
ザ装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、両端に共振面が形成されたストラ
イプ状のレーザ活性領域を有する半導体レーザ装置であ
って、少なくとの一方の共振面において前記活性領域の
長手方向がこの共振面の法線と成す角度をθ、前記活性
領域の共振面に平行な方向の幅をｄ１共振面間の距離を
Ｌとしたときに、以下の条件式、 （９０°−ｊａｎ’−）＜１θ１〈１０を満足すること
を特徴とする半導体レーザ装置によって達成される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

第１図は、本発明の半導体レーザ装置の一実施例を示す
概略平面図である。図中、２１は、２個の半導体レーザ
素子が、同一の半導体基板上にモノリシックに形成され
た半導体レーザ装置を示し、２４゜２５は各々の半導体
レーザ素子のストライプ部である。これらのストライプ
部２４．２５は後述するような構成によって、素子のレ
ーザ活性層（発光層）に注入される電流を、ストライプ
状の領域に集中させる。また、これらのストライプ部は
、レーザ活性層より発する光を、ストライプ状の領域に
閉じ込める働きをする。このように閉じ込められた光は
、ストライプの長手方向に伝搬し、半導体レーザの両端
面に設けられたミラー面２６と２７との間でレーザ発振
し、これらのミラー面２６．２７から夫々レーザ光とし
て出射される。即ち、ミラー面２６．２７は共振器を形
成するものである。

ストライプ部２４の長手方向２８は、ミラー面２６の法
線２３とθ１　（θ１≠０）の角度を成しており、この
ミラー面２６より出射するレーザ光２２は、スネルの法
則に従って法線２３に対しφ１の角度を成す方向に出射
される。即ち、ここでｎを半導体レーザの活性層の屈折
率、ｎｏを空気の屈折率とすると、ｎ５ｉｎθ１＝ｎ　
ｏｓｉｎφ１　　　　　　（１）の関係を満足する。ま
た、ミラー面２７においても全く同様に、レーザ光はミ
ラー面の法線に対しφ、の角度を成す方向に出射される
。

ストライプ部２５はストライプ部２４と全く対称に形成
されており、ミラー面２６から出射するレーザ光は、法
線２３に対し、レーザ光２２とは逆回りに角度φ１傾い
て出射される。従って、この半導体レーザアレイのミラ
ー面２６から出射する２本のレーザ光は、その出射方向
が互いに２φ、の角度を成している。また、同様にして
、ミラー面２７から出射する２本のレーザ光は、その出
射方向が互いに２φ１の角度を成している。

このような半導体レーザアレイ２１を用いると、前述の
特開昭５９−２４０４．１８号に記載されたように、付
加光学系を用いることなく、光路長の短いビーム走査装
置が構成出来る。

第１図示の実施例の半導体レーザアレイにおいて、角度
θ１は自由に設定出来るものであるが、横モードを安定
に、効率良く発振させる為には、所定の範囲内に設定す
ることが望ましい。これを以下に説明する。

第２図は、ストライプ部の長手方向が、共振面の法線と
成す角度θと、この共振面における電力反射率Ｒｐとの
関係を示す図である。測定は第３図に示すように、Ｇａ
Ａｓ活性層を有するリッジ構造の半導体レーザ４１にお
いて、後側の共振面に（ＳｉＯ３−３ｉ　）−２λ／４
交互層４０を蒸着し、９０％以上の反射率としたものを
用い、前側の共振面で行った。第２図の曲線は、各々、
ストライプ部の長子方向に垂直な方向の幅２ａを変化さ
せた時の結果を示す。通常、横モートの安定化や、しき
い値電流の低減の為には２ａく３μｍ１即ちａ＜１．５
μｍとされる。

第２図から明らかなように、１θｌ〈１°の範囲におい
ては、Ｒｏは十分大きいが、１６１ン１°　となるとＲ
ｐが急激に減少する。そして、このＲｏの減少に対応し
て、しきい値電流の増加及び外部量子効率の低下が著し
いことが測定された。

一方、角度θが小さすぎると、レーザ光は共振面に安定
に斜出せず、横モードが不安定となり、電流−光出力特
性上にキンクが生じやすくなる。このような特性を観察
した結果、第１図に示すストライプ部を共振面と平行な
方向に切った切断面の幅をｄ１共振面間の距離をＬとす
ると、角度θは、１θ１ン（９０°−ｔａｎ　’　−）
　　　　　　　　（２）の条件を満足することが望まし
いことがわかった。

例えば、Ｌ＝３００　ｐ　ｍ、　ｄ＝３　ｐ　ｍの場合
には、θ＞０．５７°　となる。

これらの結果から、低しきい値、高効率のレーザを安定
に発振させる為には、角度θは以下の式を満足すること
が望ましい。

（９０°−ｔａｎ−’−）≦１θＩ〈１°　　　　　（
３）従って、第１図の実施例におけるθ１も、（３）式
を満足するように設定されるのが望ましい。

以上の実施例においては、ストライプ部を直線状とした
が、第４図に示すようにストライプ部を屈曲して設けて
も良い。この場合、ミラー面２７における、ストライプ
部２４の長手方向が、ミラー面２７の法線となす角度は
、θ２（θ２≠θ１）となる。

また、θ２−０であってもかまわない。この角度θ２は
θ１より小さく設定され、更に、小さければ小さい程、
後側共振面のパワー反射率が太き（なって望ましい。そ
してθ２−０のとき最も低しきい値で高効率の半導体レ
ーザが実現出来る。

また、第５図に示すように、ストライプ部２４．２５を
湾曲した曲線状とすることも出来る。この場合、ストラ
イプ部の長手方向は、曲線の接線によって示される。従
って、前述の角度θ１は、ミラー面２６におけるストラ
イプ部部２４の接線と、ミラー面２６の法線との成す角
度となる。このθ１もやはり、前述の（３）式を満足す
るように設定される。また角度θ２も第４図の場合と同
様に設定されるのが望ましい。尚、第４図及び第５図に
おいて、第１図と同一の部材には、同一の符号をイ」シ
て詳細な説明は省略した。

次に、前述の如きストライプ部の構成例を説明する。第
６図は本発明の半導体レーザ装置をストライプ部の幅方
向に切断した略断面図である。中央の凸状部分がストラ
イプ部を構成している。尚、ここでは、一方のストライ
プ部を含む部分のみを図示する。製造は以下のプロセス
で成される。

まず、ｎ型ＧａＡｓ基板５１上に順次、バッファ層５２
としてｎ型ＧａＡｓを１μｍ１クラツド層５３としてｎ
型ＡＡ’　ｏ、４Ｇａｏ６Ａｓを２μｍ成長させた。そ
の上にノンドープＧａＡｓ１ＯＯ人とＡ、ｇ　ｏ、２Ｇ
ａｏ、５Ａｓ３０人とを交互に４回（り返し成長させ、
最後にＧａＡｓ１ＯＯ人積層して多重量子井戸構造の活
性領域５４を形成した。次にクラッド層５５としてｐ型
ＡＡ　ｏ７＋Ｇａｏ、ｅＡｓを１．５μｍ１ギヤツプ層
５６としてＧａＡｓを０．５μｍ成長させた。これらの
成長は全て分子線エピタキシ法を用いた。

続いて電流注入域を制限するため第６図に示すように活
性層５４の手前的０．４μｍまでエツチングした後、プ
ラズマＣＶＤ法により窒化シリコン膜５７を形成しリッ
ジ頂き部のみエツチングして注入域とした。

注入域幅は３μｍであり、このようなストライプ部を２
本、第１図のように形成した。ここでθ１は０．７°　
とした。

次に、上部電極としてＣｒ−Ａｕオーミック電極を形成
し、エツチングで分離して２つの独立な電極にした。

また、Ｇ’ａＡｓ基板５１はラッピングで１００μｍの
厚さまでけずった後、ｎ型用オーミック電極５９として
Ａｕ−Ｇｅ電極を蒸着した。

続いて拡散のための熱処理を行った後、第６図に示され
るように共振面２６．２７をへき開した。アレイの側面
についてはスクライブで分離した。なお、各々のレーザ
のピッチは共振面２６において１００μｍである。一方
、電極のそれぞれはワイヤポンディング（不図示）によ
り独立に接点を取出した。

ここで、キャビティ長（共振面２６と２７の間隔）は３
００μｍである。

この様に超薄膜構造を均一に再現性良く結晶成長中に配
する為には分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法や有機金属化
学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法が適しており、これらの方
法で作成された超格子構造を有する半導体レーザは斜め
出射の複数個レーザを作成するのに適している事がわか
った。

このようにして形成した半導体レーザ装置に順バイアス
方向に電流を流したところ、各々のストライプ部からは
、ミラー面の法線に対し２．４５°の角度を成す方向に
、レーザ光が出射した。また、このレーザ発振は、横モ
ードが安定で、しかも、低閾値電流、高外部量子効率で
生じた。

本発明は、以下説明した実施例の他にも、種々の応用が
可能である。例えば、半導体レーザアレイを構成する材
料として、実施例のＧａＡｓ／Ａ５ＡＧａＡｓ系に限ら
ず、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系を用いることも出来る。

また、ストライプ部の構造も、第６図に示す、所謂リッ
ジ型に限らず、埋め込み型、溝付基板型等、周知の種々
の構造をとることが出来る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明はレーザ光を斜出する従来
の半導体レーザ装置において、ストライプ状のレーザ活
性領域の長手方向が共振面の法線と成す角度をθ、この
活性領域の共振面に平行な方向の幅をｄ１共振面間の距
離をＬとしたときに、条件式、 （９０°−ｔａｎ　”　−）　＜　１θ１＜１０を満足
するように構成したので、横モードが安定で、しかも、
低閾値電流、高外部量子効率でレーザ発振が可能となる
効果が得られたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体レーザ装置の一実施例を示す概
略平面図、 第２図は第３図示の角度θと前側共振面におけるレーザ
光の電力反射率との関係を示す図、第３図は第２図に結
果を示す測定を行った半導体レーザ装置の構成を示す概
略平面図、 第４図及び第５図は夫々本発明の他の実施例を示す概略
平面図、 第６図は本発明におけるストライプ部の構成例を示す略
断面図である。 ２１・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・半導体
レーザ装置、２２・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・レーザ光、２３・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・法　線、２４．２５・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・ストライプ部、２６．２７・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・ミラー面、２８・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・長手方向。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）両端に共振面が形成されたストライプ状のレーザ
   活性領域を有する半導体レーザ装置であって、少なくと
   も一方の共振面において前記活性領域の長手方向がこの
   共振面の法線と成す角度をθ、前記活性領域の共振面に
   平行な方向の幅をｄ、共振面間の距離をＬとしたときに
   、以下の条件式、 （９０°−ｔａｎ＾−＾１［Ｌ／ｄ］）≦｜θ｜＜１°
   を満足することを特徴とする半導体レーザ装置。