JPS6390884A - 半導体レ−ザ - 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に関するもので、特に複数のレ
ーザ素子部を具えこれらレーザ素子部からの各レーザ光
の位相を互いに同位相にして出力することが出来る半導
体レーザに関するものである。

（従来の技術） 従来から、光通信や光計測、或いは光記録用の光源とし
て用いられる、種々の構造の半導体レーザが提案されて
いる。ところで、例えば光通信においては、より遠隔地
への通信を無中継て行なう体レーザに対してはより高出
力が得られるものが望まれている。又、他の分野におい
ても、より高出力な半導体レーザが望まれている。

このため、例えばストライブ状のレーザ素子部を共通な
下地にアレイ状に多数並置形成し、これら多数のレーザ
素子部からのレーザ出力を用いて高出力化を図る試みが
なされている。

このようなアレイ状の半導体レーザとしては、例えば文
献（アブライドフィジックスレターズ（八Ｉ）ｐｌｉｅ
ｄ　　Ｐｈｙｓｉｃｓ　　Ｌｅｔｔｅｒｓ）３３（＋２
）　　ｐ、ｐ、１ｏ１５　〜１０１７　（１９７Ｂ）　
（以下、文献■と称する。）、電子通信学会技術研究報
告０ＱＥ８４−５３　Ｐ、Ｐ、９〜１５（以下、文献■
と称する。））に開示されているものがある。

文献■に記載された半導体レーザは、共通な下地として
のｎ型ＧａＡｓ基板上に五つのストライブ状のレーザ素
子部が互いに平行に設けられたものであった。

又、文献■に記載された半導体レーザは、共通トド　−
「　―啼　−＋、Ｐ、＋　　＋−ｔ　　＋ｆｌ−ハ　１
−−　より１五ヱ叡よぐτ行に設けられたもの、或いは
五つのストライブ状レーザ素子部が互いに平行に設けら
れたものであった。

第４図は、上述の文献■に開示されたアレイ状の半導体
レーザを概略的に示す斜視図である。

下地としての例えばｎ型ＧａＡｓ基板１１上に好適な半
導体層が順次に積層されている。これら半導体層内にス
トライブ状のレーザー素子部１３ａ〜１３ｅが所定のピ
ッチで並置形成されていて、゛各し−ザ素子部＋３ａ〜
１３ｅからレーザ光（Ｌ）がそれぞれ得られる。

上述したようなアレイ状の半導体レーザの番レーザ素子
部からのレーザ光を合成して、高出力なレーザ光を得る
ためには、各レーザ光の位相を一致させる必要がある。

これがため、アレイ状の半導体レーザでは、各レーザ素
子部の構造をはじめとして各半導体層の組成、さらには
、半導体レーザを駆動させた際の発熱の影響等、種々の
因子について考慮し、きびしい光導波条件を満足する必
要があった。

又、アレイ状の半導体レーザを利用する場合には、この
半導体レーザとは別途に設けられ導波路を具えた光混合
器、或いはレンズアレイ等を用いて各レーザ素子のレー
ザ光を合成し、この光を例えば−本の光ファイバに結合
させていた。。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、アレイ状の半導体レーザでは各レーザ素
子部からのレーザ光同士の位相が１８０度ずれた状態い
わゆる１８０度モードでの発振が起こり易く、各レーザ
素子部からのレーザ光の位相が一致した状態で発振する
、いわゆる０度モード発振を行なわせることが非常に難
しいという問題点があった。各レーザ素子部からの各レ
ーザ光の位相が一致しない場合、レーザ光同士が互いの
光強度を打ち消し合うことになり、光ファイバへの入射
光の強度を低下させることになる。

この発明の目的は、上述した問題点を解決し、複数のレ
ーザ素子部を具えると共に、これらレーザ素子部からの
レーザ出力光の位相を互いに一致させることが出来る半
導体レーザを提供することにある。

（問題点を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この発明の半導体レーザに
よれば、複数のレーザ素子部と、これらレーザ素子部と
同数であって各レーザ素子部からのレーザ光の位相を変
化させるための複数の位相調整器とを具えたことを特徴
とする。

（作用） このような構成によれば、各レーザ素子部から出力され
たレーザ光は、各レーザ素子部にそれぞれ対応して設け
られた位相調整器を通過する際に位相が変化させられる
。したがって、それぞれの位相調整器から出力される各
レーザ光間の位相関係を種々の関係にすることが出来る
。すなわち、各レーザ素子部からの各レーザ光の位相を
互いに同位相にすることや、各レーザ光の位相を所定の
値にずらすことか出来る。

（実施例） 以下、第１図〜第３図を参照してこの発明の本道イ太１
ノーぜの−を施俸１ｊつ矢掛１ｆｆ１する一尚、ｔ１下
の実施例の説明に用いる各図はこの発明が理解できる程
度に概略的に示しであるにすぎず、各構成成分の寸法、
形状及び配置関係は図示例に限定されるものではない。

又、これらの図において同一の構成成分については同一
の符号を付して示しである。

第１図はこの発明の半導体レーザの一実施例を概略的に
示す斜視図である。

第１図において、２１は下地としての例えばｎ型ＩｎＰ
基板を示す。この実施例の場合、この下地２１上側には
、互いに平行に配置されたストライブ状の複数のレーザ
素子部（この実施例の場合は三つのレーザ素子部３１ａ
、３１ｂ、３１ｃ　）を有するレーザアレイ部３１と、
このレーザアレイ部３１から離間した位置に設けられ各
レーザ素子部３１ａ、３１ｂ、３１ｃとそれぞれ対向す
るストライブ状の三個の位相調整器４１ａ、４１ｂ、４
１ｃとを具えている。

さらに、この実施例の場合、下地２１上には、−万端が
上述の各位相調整器４１ａ、４１ｂ、４１ｃの、レーザ
アレイ３１側とは反対側の端部にそれぞれ接続され、か
つ、他方端か互いに接続されて出力端５１ａとなってい
る先導波路５１を具えている。

次に、レーザアレイ部３１の構造につき説明する。しか
し、このレーザアレイ部の構造、構成材料、導電型及び
レーザ素子部の個数等は以下の例゛に限定されるもので
ないこと明らかである。

第２図は、第１図のＩ−Ｉ線においてとった、レーザア
レイ部の断面構造を示す図である。

この実施例のレーザアレイ部３Ｉは、いわゆる埋め込み
型構造のレーザ素子部３１ａ、３１ｂ、３１ｃを有して
いる。ｎ型１ｎＰ基板２１上の互いに離間した三つの領
域上に、ＩｎＧａＡｓＰ活性層３２と、ｐ型ＩｎＰ層３
３とが順次に積層され、これらが逆メサ型に、かつ、紙
面と垂直な方向”にストライブ状に、然も、三領域の各
ストライブが互いに平行になるように具えている。これ
らｎ型１ｎＰ基板２１、活性層３２ＥＬびｐ型１ｎＰ層
３３でダブルへテロ（ＤＨ）構造を構成する。又、これ
らＤＨ構造間のｎ型１ｎＰ基板上には、ｐ型１　ｎＧａ
Ａｓ層３４及びｎ型ＩｎＰ層３５から成る埋め込み層を
具える。この埋め込み層は電流狭窄層の機能を有してい
る。

又、このＤＨ構造及び埋め込み層上には、ｐ型ＩｎＰ層
３６及びｐ型電極３７を順次に具える。−方、ｎ型１ｎ
Ｐ基板２１下側には、ｎ型電極３８を具える。

このような構造のレーザアレイ３１のレーザ素子部３１
ａ、３１ｂ、３１ｃから、これらレーザ素子部とそれぞ
れ対向する位相調整器４１ａ、４１ｂ、４１ｃ　　（第
１図参照）にレーザ光をそれぞれ出力する。

次に、位相調整器につき説明する。しかし、この位相調
整器の構造、構成材料及び位相調整器の個数等はレーザ
アレイの設計に応じて変更されるものであって、以下の
例に限定されるものでないこと明らかである。

第３図は、第１図の■−■線においてとった、半導体レ
ーザの断面構造である。この図を参照して位相調整器の
構造につき説明する。

ｎ型ＩｎＰ基板２夏上でかつ上述のレーザ素子部３１ａ
、３１ｂ、３１ｃにそれぞれ対応する三つの領域上に、
ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層４２とｎ型１ｎＰ層４３とを
、これらが上述のレーザ素子部の各活性層３２と少なく
とも対向するようにメサ型に、かつ、紙面と垂直な方向
にストライブ状に、然も、三領域の各ストライブが互い
に平行になるように具える。又、これら先導波路層４２
及びｎ型１ｎＰ層４３の積層体間のｎ型ＩｎＰ基板上に
は、ｐ型１ｎＰ層４４で構成した埋め込み層を具える。

又、ｎ型ＩｎＰ層４３及びｐ型１ｎＰ層４４上にｎ型１
ｎＰ層４５を具える。このｎ型ＩｎＰ層４５上には、こ
のｎ型１ｎＰ層４５の光導波路層４２に対応する領域を
露出する窓４６ａを有するＳ　ｉ　０２層４６を具える
。

又、ｎ型１ｎＰ層４５の窓４６ａから露ＬＵする領域−
Ｌにはｐ型電極４７を具える。一方、ｎ型１ｎＰ基板２
１の下側にはｎ型室ｇ！４８を具える。尚、ｎ型ＩｎＰ
基板２１の、先導波路層４２の設けられていない領域の
表面部分と、窓４６ｃ表面から先導波路層４２トに設け
られたｎ型ＩｎＰ層４３に達する領域部分とに、電流狭
窄を効率的に行なうためのＺｎ（亜鉛）拡散領域（第３
図中、斜線を付して示す）を具える。

第２図を用いて既に説明したレーザ素子部３１ａ。

３１ｂ、３１ｃからの各レーザ光を、位相調整器４１ａ
。

４１ｂ、４１ｃの先導波路層４２にそれぞれ入射させる
と、各レーザ光の位相を各位相調整器でそれぞれ独立に
変化させることが出来る。

このように位相を変化させ得る機構につき、簡単に説明
する。

この実施例の位相調整器は、電気光学効果に起因する半
導体材料（この場合、光導波路層４２）の屈折率変化を
利用するものである。すなわち、ｐ及びｎ型電極４７．
４８間に電圧を印加することによってこの先導波路層４
２にキャリアが注入されると、プラズマ効果によって光
導波路層４２の屈折率が変化する。光導波路層４２を流
れる電流値を例えば４０〜５０ｍＡとしたときのキャリ
ア密度は約１〜２ｘ　１０１８ｃｍ−３である。そして
、この光導波路層１２にこのような電流を流すと電流を
流す前と比較して、この先導波路層の屈折率は１０−３
オーダ（０，１％オーダ）下がる。屈折率の異なる媒質
を光が通過すると屈折率の差に応じて光の位相は変化す
るから、この先導波路層４２を通過させることによって
レーザ素子部からのレーザ光の位相を変化させることが
可能となる。この位相の変化量は、光導波路層４２に印
加する電圧の大きさによって制御可能であるから、印加
電圧を変えることによって所望の位相調整が可能になる
。

例えば、レーザ光の波長を約１．３μｍとし、屈折率が
上述の如く０．１％オーダで変化するように電圧を印加
し、位相調整器のストライブ方向の長さを約２００μｍ
としておく。このような条件では、位相調整器に入射さ
れた光の位相は、この位相調整器から出力される際１８
０度ずれる。

次に、光導波路５１につき説明する。光導波路５Ｉは、
各位相調整器４］ａ、４１ｂ、４１ｃから出力された各
レーザ光を結合させるためのものであり、この光導波路
５１の共通接続されている側の端面（出力端）５１ａに
光ファイバ等を接続することが出来る。この光導波路５
１を、例えば位相調整器４１ａ。

４１ｂ、４１ｃの光導波路層４２と同一の材料を用い、
がつ、位相調整器を製造する工程と同一の製造工程にお
いて加工形成するのが好適である。さらに、この光導波
路５１を、各位相調整器４１ａ、４１ｂ、４１ｃから出
力されたレーザ光を減衰させることなく、かつ、位相の
ずれを生じさせることがないよう設計するのが好適であ
る。この光導波路５１は、従来の光結合器やレンズアレ
イの代わりを果す。これがため、このような先導波路５
１を具えた半導体レーザを利用する場合は、光結合器や
レンズアレイを用いる必要がなくなり、例えば、光通信
に用いる装置を簡易なものにすることが出来る。

尚、上述の半導体レーザは従来公知の製造方法によって
製造することが出来る。以下、製造方法の一例を簡単に
説明する。例えば、ＩｎＰｆ＆板上に、ＬＰＥ法によっ
てレーザアレイ部形成用の各半導体層を成長させた後、
好適な手段によってレーザアレイ３１を形成する。

次に、先に形成した各半導体層のレーザアレイ部３１以
外の領域部分を除去し、基板面を露出させる。

次に、位相調整器形成用の半導体層を形成した後、好適
な手段によフて位相調整器４１ａ、４１ｂ、４１ｃを形
成する。この形成工程中、位相調整器の光導波路層４２
を形成する際に、先導波路５１を同時に形成することか
出来る。

尚、この発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。

例えば、上述の実施例を、半導体レーザは、位相調整器
からの出力光を結合させるための光導波路５１を具えた
ものとした例で説明した。しかし、この光導波路５１を
設けなくとも良い。このような場合は、各レーザ素子部
から出力された谷レーザ光を、位相調整器で互いの位相
が一致するように調整し、その後、従来のレンズアレイ
等によって光ファイバに導く。この場合であっても高出
力光を得ることが出来る。

又、上述の実施例の場合は、同一基板上にレーザアレイ
部及び位相調整器を製作した例て説明したか、レーザア
レイ部と、位相調整器とを別々の基板上にそれぞれ別個
に形成し、これらを別途設けた共通下地上に、レーザ素
子部と位相調整器との光軸が一致するように留意しなが
ら設けても良い。

又、各位相調整器の用途は、各レーザ光の位相を互いに
一致させることのみに限られるものではない。例えば、
各位相調整器からの出力光間の位相関係が所定の関係で
ずれるように各位相調整器へ印加する電圧を制御する。

このようにすれば、この発明の半導体レーザを光変調器
や光スィッチ等として利用することが可能になる。又、
光導波路５１で位相が多少ずれるような場合に、そのず
れ量を補正することも出来る。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明の半導体
レーザ°によれば、複数のレーザ素子部からのレーザ光
の位相を、これらレーザ素子部に対応して設けられた複
数の位相調整器によってそわぞれ変化させることが出来
る。従って、各レーザ素子部からのレーザ光の位相を容
易に一致させることも出来る。

これかため、複数のレーザ素子部を具えると共に、これ
らレーザ素子部からのレーザ出力光の位相を互いに一致
させることが出来る半導体レーザを提供することが出来
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の半導体レーザの一実５６例を示す斜
視図、 第２図は、この発明に係るレーザアレイ部の説明に供す
る、半導体レーザの断面図、 第３図は、この発明に係る位相調整器の説明に供する、
半導体レーザの断面図、 第４図は従来のアレイ状の半導体レーザを示す斜視図で
ある。 ２１−・・下地（ｎ型１ｎＰ基板） ３１−・・レーザアレイ部 ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ　−レーザ素子部４１ａ、４１
ｂ、イＩｃ　−位相調整器５１・・・光導波路、　　　
５１ａ・・・先導波路の出力端。 ３５　　　　　　Ｊｊ ２ｆ’　７２９ＩｎＰ羞Ｍ　　　　、ｊｆ：　７１型Ｉ
ｎＰ４ＪＺ　：　’Ｉｎ（ｙｒｔｌＡｓＰ活性漕　　Ｊ
６：Ｐ型ＩＴＩＰ層ＪＪ　゛ｐ型１ｎＰ／ｑｌ　　　　
　　Ｊ７：　ｐ型４ＥＪｈＪ４　　ｐ切工ｎ（ｒａＡｓ
Ｐ層　　　Ｊｌｌ：ｎ樫’ｆｔ％この発ｐ月１；イ爪ろ
しすアしイ苦Ｐｖ−４列襄尽イ屯′励国第２図 讐 象 ｉ１２：　ＩｎＣ−ａＡｓＰＬ傳！！、”ｋＪｒ　　　
４６ａ　　も。 ４３　ｎ型ＩｎＰ、Ｉｆ　　　　　　　　４７　　Ｐ型
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　ｎ−ｖｔｈ４ｆ　：　７１型Ｌｎ　Ｐ　乃４＜’　：
　Ｚｙｔ　払’ｊＥ２−４ｉ”ｋ４６ＳｔＯ２ｆｔ このｐ−ａ月１；イ恭ろイ立１オ目詞ｔ１名ミの一イタ
リＩ５ミＪ違町６ｂび〕第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数のレーザ素子部と、これらレーザ素子部と同
   数であって各レーザ素子部からのレーザ光の位相を変化
   させるための複数の位相調整器とを具えたことを特徴と
   する半導体レーザ。