KR100584610B1 - 멀티 빔형 반도체 레이저 - Google Patents

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KR100584610B1 KR1020040091453A KR20040091453A KR100584610B1 KR 100584610 B1 KR100584610 B1 KR 100584610B1 KR 1020040091453 A KR1020040091453 A KR 1020040091453A KR 20040091453 A KR20040091453 A KR 20040091453A KR 100584610 B1 KR100584610 B1 KR 100584610B1
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Abstract

레이저 빔간 피치를 변경할 수 있으며, 크로스 토크나 파워 다운 우려가 없는 구성으로 한 멀티 빔 반도체 레이저가 개시되어 있다.
본 발명은 스트라이프 모양의 전류 경로를 따르는 활성층 중 레이저 발진 영역의 양단부쪽에 단면 반사 미러부가 형성되고, 상기 단면 반사 미러부의 반사비율이 전방 단면 반사 미러부의 단면으로부터 레이저가 발광하지 않는 반사율로 설정되며, 활성층 중 레이저 발진 영역의 임의의 위치에 레이저 발진 파장광만을 레이저 발진 영역의 바깥쪽으로 광로 변경시키는 파장분파기가 마련되어 있다.
상기 구성에 의해 자유롭게 레이저광의 피치 조절이 가능하다.

Description

멀티 빔형 반도체 레이저{Multi-beam semiconductor laser}
도 1은 본 발명에 관계되는 멀티 빔형 반도체 레이저의 제1 실시 형태를 나타내는 구성도이다.
도 2는 상기 제1 실시 형태에 적용되는 포토닉 결정 소자로 이루어지는 파장분파기의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 3은 상기 파장분파기의 다른 예를 나타내는 평면도이다.
도 4a 및 도 4b는 종래의 멀티 빔형 반도체 레이저를 구비한 발광 장치와 본 발명에 관계되는 멀티 빔형 반도체 레이저를 구비한 발광 장치를 비교하여 나타내는 것으로, 도 4a는 종래의 멀티 빔형 반도체 레이저를 서브마운트의 단부에 구비한 예를 나타내는 사시도이고, 도 4b는 본 발명에 관계되는 멀티 빔형 반도체 레이저를 서브마운트의 중앙 부분에 구비한 예를 나타내는 사시도이다.
도 5a 및 도 5b는 종래의 멀티 빔형 반도체 레이저를 구비한 발광 장치와 본 발명에 관계되는 멀티 빔형 반도체 레이저를 구비한 발광 장치를 비교하여 나타내는 것으로, 도 5a는 종래의 멀티 빔형 반도체 레이저를 구비한 서브마운트를 히트 싱크에 부착한 예를 나타내는 사시도이고, 도 5b는 본 발명에 관계되는 멀티 빔형 반도체 레이저를 구비한 서브마운트를 히트 싱크에 부착한 예를 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명에 관계되는 멀티 빔형 반도체 레이저의 제2 실시 형태를 나타내는 구성도이다.
도 7은 본 발명에 관계되는 멀티 빔형 반도체 레이저의 제3 실시 형태를 나타내는 구성도이다.
도 8은 본 발명에 관계되는 멀티 빔형 반도체 레이저의 제4 실시 형태를 나타내는 구성도이다.
도 9는 종래의 반도체 레이저의 기본 구조예를 나타내는 도면이다.
도 10은 종래의 멀티 빔형 반도체 레이저의 일례를 나타내는 구성도이다.
도 11은 종래의 멀티 빔형 반도체 레이저의 다른 예를 나타내는 구성도이다.
도 12는 종래의 반도체 레이저로부터 발광된 레이저 빔의 일례를 나타내는 구성도이다.
도 13은 종래의 반도체 레이저의 출력 파형의 일례를 나타내는 설명도이다.
<도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명>
A, G, J, K…멀티 빔형 반도체 레이저, 1…n측 전극층
2…n 클래드층, 3…활성층
5…p 클래드층, 6…전류 저지 영역
7…p측 전극층, 8…파장분파기,
9…전류 경로, 10…레이저 발진 영역
21A, 21B…반사층, B3, B4, B5, B6, B7, B8…레이저 빔
본 발명은 복수개의 레이저 발광 소자가 1차원적으로 혹은 2차원적으로 배치된 멀티 빔형 반도체 레이저에 있어서, 자유롭게 빔간 피치를 변경 가능하도록 하는 구조에 관한 것이다.
반도체 레이저의 기본적인 일 구조예로, 도 9에 도시한 바와 같이 n 클래드층(100)의 위에 활성층(101)과 p 클래드층(102)을 적층하고, p 클래드층(102)의 상부쪽에 좌우로 이간시켜서 절연층(103, 105)을 형성하고, 상기 n 클래드층(100)쪽의 바깥면에 n측 전극층(106)을, 상기 p 클래드층(102) 쪽의 바깥면에 p측 전극층(107)을 각각 마련하여 이루어진 적층체 구조의 반도체 레이저가 알려져 있다. 이 반도체 레이저의 구조에 있어서, 활성층(101)은 레이저를 만들어 내기 위한 층으로 마련되며, 그 상하에 마련되는 클래드층은 광이나 캐리어를 담는 층으로 기능한다.
도 9에 도시하는 반도체 레이저의 구조에서는, 절연층(103, 105)간의 스트라이프 모양의 부분에만 전극층(107)으로부터의 전류를 작용시킴으로써 그것에 인접한 부분의 활성층(101)을 활성화하고, 적층체의 단면쪽에서만 발광시킬 수 있는 구성으로 되고, 이와 같은 구성의 반도체 레이저로 이하의 특개평05-218592호, 특개평10-144991호, 특개2000-133879호에 기재된 것 등이 알려져 있다.
또한 이들 종래의 구조를 발전시킨 구조와 같은 단면발광형 멀티 빔 타입의 반도체 레이저의 일례로, 도 10에 도시한 바와 같이, n측 전극층(110), n측 클래드 층(111), 활성층(112), p측 클래드층(113), 절연층(115), 전극층(116)을 적층하고 있는 적층체를 구성하고, 이 적층체의 깊이 방향으로 상기 전극층(116), 절연층(115), p형 클래드층(113), 활성층(112), n형 클래드층(111)까지 이들을 구분하도록 절연성 경계층(117)을 마련하여 영역 분할하여 구성하고, 멀티 빔 구성으로 된 반도체 레이저가 알려져 있다. 이와 같은 예의 반도체 레이저에 있어서는, 경계층(117)의 양쪽 절연층(115)에 각각 별도로 마련된 틈 사이에 위치하는 스트라이프 모양의 p형 클래드층 부분을 사이에 두고 전극층(116)에서 활성층(112)으로 전류를 작용시킴으로써 활성 영역으로부터 멀티 빔 레이저를 발광시키는 구성으로 하고 있다.
이어서, 상기 종래의 구조를 발전시킨 구조와 같은 단면발광형 멀티 빔 타입의 반도체 레이저의 다른 예로서, 도 11에 도시한 바와 같이, 상기 예와 마찬가지로 n측 전극층(120), n측 클래드층(121), 활성층(122), p측 클래드층(123), 절연층(125), 전극층(126)을 적층하여 이루어진 적층체를 구성하고, 이 적층체의 깊이 방향으로 상기 전극층(126), 절연층(125), p형 클래드층(123), 활성층(122), n형 클래드층(121)까지 이들을 구분하도록 분단 홈(127)을 마련하여 영역 분할하여 구성하고, 멀티 빔 구성으로 한 반도체 레이저가 알려져 있다. 이와 같은 예의 반도체 레이저에 있어서도, 분단 홈(127)의 양쪽 절연층(125)에 각각 마련된 틈 사이에 위치하는 스트라이프 모양의 p형 클래드층 부분에서 활성층(122)으로 전류를 작용시킴으로써 각 활성 영역에서 멀티 빔 레이저를 발광시키는 구성으로 되어 있다.
상기 도 10과 도 11을 토대로 설명한 구성의 멀티 빔 타입의 반도체 레이저 에 있어서는, 경계층(117)을 가질지 혹은 분단 홈(127)을 가질지의 차이는 있어도, 기본적으로는 도 12에 도시한 바와 같이 적층체(130)의 길이 방향의 단면부분에 미러면을 구비하고 있으므로, 이들의 미러 사이에 발진을 일으키는 결과로, 이 발진이 소정의 문턱값을 넘었을 경우에 적층체(130)의 단면(125a)쪽에서 레이저 발광이 일어나는 멀티 빔형 반도체 레이저(M)로 되어 있다.
도 12에 발광된 레이저 빔(B1, B2)의 투영 상태를 나타내는데, 각 빔의 투영 상태의 타원형상이 나타내는 중심간 거리를 빔간 피치(P1)라고 정의하면, 멀티 빔 반도체 레이저에 있어서는 이 빔간 피치(P1)를 원하는 상품에 합쳐서 변경하거나, 가능한 한 작게 하고 싶다는 요구가 있었다.
그렇지만, 도 10과 도 11에 나타내는 종래 구조의 반도체 레이저에 있어서는, 빔간 피치(P1)를 변경하는 경우, 그 때마다 제조 공정에 있어서 결정 성장(epitaxial growth) 공정를 변경하고, 레이저 빔의 전기 특성과 광 출력 특성, 및 신뢰성 특성의 재설정을 수행할 필요가 있었다. 게다가 이런 종류의 단면발광형 반도체 레이저에 있어서는, 도파로의 개구폭(다시 말하면, 활성층내의 활성 영역의 폭) 이내로 빔 피치(P1)를 좁히는 것은 물리적으로 불가능한 문제가 있다. 또한 빔 피치(P1)를 좁혔을 경우, 열적 영향으로 하나의 레이저가 온/오프의 변환을 수행하면, 인접하는 다른 레이저 출력이 변동해 버리고, 도 13에 나타내는 한 쪽 레이저(Ld1)의 출력 파형에 호응하도록 다른 쪽 레이저(Ld2)에도 크로스 토크로서의 출력 파형을 발생하고, 중요 레이저(Ld1)가 파워 다운될 우려가 있다는 성능적인 문제도 갖고 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 자유롭게 레이저 빔간 피치를 변경할 수 있고, 크로스 토크나 파워 다운의 우려가 없는 구성으로 한 멀티 빔 반도체 레이저의 제공을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 이뤄진 것으로, 활성층의 두께 방향의 양쪽에 클래드층이 마련되고, 상기 클래드층의 바깥쪽에 전극층이 마련되며, 상기 한 쪽 클래드층과 전극층과의 계면부분에 절연층으로 이뤄진 전류 저지 영역이 형성되고, 상기 전류 저지 영역에 스트라이프 모양의 전류경로가 형성되며, 상기 전류 경로를 따라 상기 활성층에 레이저 발진 영역이 규정되어 있는 발광부가 복수개 마련되어 있는 멀티 빔형 반도체 레이저에 있어서, 상기 스트라이프 모양의 전류 경로에 따른 활성층 중 레이저 발진 영역의 양단부쪽에 단면 반사 미러부가 형성되고, 상기 단면 반사 미러부 중 전방 발광면쪽의 반사 미러부의 반사율이 전방 단면에서 레이저가 발광하지 않는 반사율로 설정되고, 상기 복수개의 활성층 중 레이저 발진 영역의 임의의 위치에 레이저 발진 파장만을 레이저 발진 영역의 바깥쪽으로 광로 변경시키는 파장분파기가 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 복수의 레이저 발진 영역에 각각 별도로 마련된 파장분파기에 의해 광로 변경되어 출사되는 복수의 레이저광의 간격이, 상기 복수의 파장분파기의 상기 레이저 발진 영역상의 설치 위치에 따라 조절할 수 있게 된 것을 특징으로 하는 것이라도 좋다.
본 발명에 있어서, 상기 단면 반사 미러부의 반사율이 거의 100%로 되어 있는 것을 특징으로 하는 것이라도 좋다.
본 발명에 있어서, 상기 파장분파기가 상기 레이저 발진 파장광을 광로 변경하는 방향에 상기 레이저 발진 파장광의 통과 경로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이라도 좋다.
본 발명에 있어서, 상기 파장분파기에 광로 변경된 레이저 발진 파장광의 통과 경로에 빔 방사각 제어용 그레이팅부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이라도 좋다.
본 발명에 있어서, 상기 파장분파기가 포토닉 결정 소자인 것을 특징으로 하는 것이라도 좋다.
이하, 본 발명에 따른 멀티빔형 반도체 레이저에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 관계되는 멀티 빔형 반도체 레이저에서의 제1의 실시 형태의 구성을 나타내는 것으로, 이 실시 형태의 멀티 빔형 반도체 레이저(A)는 n측 전극층(1)과 그 위에 순차적으로 적층된 n형 클래드층(2), 활성층(3), p형 클래드층(5), 전류 저지 영역(6), p측 전극층(7), 활성층(3)의 일부로 설치된 파장분파기(8)를 주체로 구성되어 있다.
상기 n형 클래드층(2)은, 예를 들어, nInP, nGaAs, nGaAlAs, nAlGaN 등의 n형 반도체층으로 이루어지고, 활성층(3)은, 예를 들어, InGaAsP, GaAs 등의 층으로 이뤄지며, p형 클래드층은, 예를 들어, pInP, pGaAs, pGaAlAs, pAlGaN 등의 p형 반도체층으로 이루어지는데, 그 밖에 일반적으로 반도체 레이저용으로 알려져 있는 재료로 이뤄진 층의 조합에서 지장을 주지 않는다.
p형 클래드층(5) 위에 형성되어 있는 전극층(7), 이 전극층(7)은 쌍을 이루는 것으로 좌우에 이격되어 스트라이프 모양으로 형성되고, p형 클래드층(5)에 있어서 각 전극층(7)쪽의 부분에는 p형 클래드층(5)에 스트라이프 모양의 전류 경로(9)를 형성하도록 SiO2, SiNx, Al2O3 등의 절연층으로 이루어지는 전류 저지 영역(6)이 좌우에 이격되어 쌍을 이루도록 형성되고, 이들 스트라이프 모양의 전류 경로(9)에 대응하는 부분의 활성층(3)에 스트라이프 모양의 레이저 발진 영역(10)이 규정되도록 되어 있다.
이어서, 상기 한 쪽의 레이저 발진 영역(10)에 있어서, 그 길이 방향의 중앙쪽에 이하에서 설명하는 포토닉 결정 소자로 이루어지는 파장분파기(8)가 형성되고, 또한 그것에 인접하는 다른 쪽의 레이저 발진 영역(10)에 있어서 그 길이방향의 중앙쪽에서 다소 어긋난 위치에 이하에서 설명하는 포토닉 결정 소자로 이루어지는 파장분파기(8)가 형성되어 있다.
상기 포토닉 결정 소자로 이루어지는 파장분파기(8)는, 예를 들어 특개2001-272555호 특허 명세서에 기재되어 있는 바와 같이, 공기보다 굴절율이 높은 재료로 형성되어 있는 슬라브에, 이 슬라브 재료보다도 굴절율이 낮은 물질을 주기적으로 배열하여 굴절율 분포를 형성한 2차원 포토닉 결정 구조를 가지며, 상기 포토닉 결정의 주기적 배열에 선상 결함이 형성되어 있고, 이 선상 결함이 도파로로서 기 능하는 포토닉 결정도파로를 가지며, 상기 포토닉 결정도파로에 인접하여 상기 포토닉 결정의 주기적 배열을 흩뜨러트리는 적어도 하나의 점상 결함을 가지고, 이 점상 결함이 도파로 내에 전반하는 광, 전자파 중에서 특정 파장의 광, 전자파를 포획하여 이것을 방사하고, 혹은 외부로부터의 특정 파장의 광, 전자파를 포획하여 상기 도파로 내에 도입하는 광, 전자파 취출구/도입구로서 기능하는 2차원 포토닉 결정도파로로 이루어지는 것이다.
더욱 구체적으로는, 2차원의 굴절율 주기 분포에 의해 면내 방향으로 밴드 갭을 갖는 2차원 포토닉 결정이며, 결정 구조는, 예를 들어 도 2에 도시한 바와 같이 슬라브 재료(15)에 원주 구멍(16)을 평면에서 봤을 때 삼각 격자 모양으로 배열한 것이다. 이 2차원 포토닉 결정 소자에 있어서는 입사광·전자파17(λ1, λ2, ‥λi, ‥)는 포토닉 결정 내에서는, 면내 방향으로는 밴드 갭에 의해 전반을 금하고, 면직 방향으로는 상하의 저굴절율 재료에 의한 전반사에 의해 담을 수 있다. 여기서, 도 3에 도시한 바와 같이 삼각 격자 모양으로 배열한 원주 구멍(16)을 일부 스트라이프 모양으로 빼냄으로써 포토닉 결정에 선상 결함(12)이 도입되게 된다. 이 선상 결함(12) 중에는 도파 모드가 존재하고, 도파로가 형성된다.
포토닉 결정 슬라브 구조의 재료로는 상하 방향으로 빛·전자파를 담을 필요가 있으므로 굴절율이 큰 재료가 바람직하고, 본 실시예에서는 InGaAsP 슬라브를 사용하고 있는데, 그 밖에도 GaAs 혹은 In, Ga, Al, Sb, As, Ge, Si, P, N, 및 O 중 어느 1종 또는 2종 이상을 포함하는 재료 및 Si 등의 무기 재료, 특히 무기 반 도체 재료, 또는 유기 재료 등을 사용할 수 있다. 슬라브로 사용하는 재료의 굴절율은 전술한 바와 같이 큰 쪽이 바람직하며, 구체적으로는 공기 보다 크고, 2.0이상이 바람직하며, 3.0이상이면 더욱 바람직하다.
이어서, 빛·전자파 취출구/도입구에 대해 설명한다. 전술한 바와 같이, 빛·전자파는 2차원 포토닉 결정 결함도파로 내에 전파할 수 있다. 직선도파로에서는, 빛·전자파를 저손실로 전달할 수 있는 파장영역은 비교적 크다. 따라서, 몇몇 채널의 파장을 포함하는 파장 대역의 빛·전자파를 도파로 속에 전반시킬 수 있다. 이에 대해, 도 2에 도시한 바와 같이, 도파로 근처에 점 결함(19)을 마련하면, 여기에 특정 파장의 빛·전자파가 포획되고, 결함 내부에서 공진하고 있는 동안에, 슬라브 형상인 점에 기인하는 Q인자의 작은 상하 방향으로 빛·전자파(20)가 방사된다.
따라서, 2차원 포토닉 결정 점 결함을 파장대역 중 특정 채널의 파장 만 포획하도록 설계함으로써 빛·전자파 취출구/도입구 뿐만 아니라 특정 파장의 빛·전자파(λi)를 취출하는 분파기, 합파기 혹은 여파기로서 기능시킬 수 있으므로, 본 발명이 원하는 파장분파기(8)로서 이용할 수 있다. 또한 이런 형태에 의해 면내 도파광·전자파를 면직 방향으로 이끌 수 있고, 미소 영역에서 분기로, 방향 전환로를 형성할 수 있다.
또한 도 2의 형태에 있어서는, 특히 결함에 상하 비대칭성을 도입하지 않았으므로, 빛·전자파는 상하 방향으로 출력되는데, 결함에 상하 비대칭성을 도입함으로써 상하 어느 한 쪽으로만 빛·전자파를 출력시키는 것도 가능하다. 비대칭성 의 도입 방법으로는, 예를 들어 점 결함(19)의 횡단면 형상을 원주 모양에서 원추 모양으로 하거나, 혹은 점 결함(19)의 지름을 슬라브(15)의 상하에서 바꾸는 구성을 이용할 수 있다. 이로써 포토닉 결정 소자의 두께 방향의 한 방향쪽으로만 광을 도출할 수 있는 파장분파기(8)로 할 수 있다. 또한 이 실시 형태에 있어서는 레이저 발진 영역(10)의 폭에 대응하도록 선상 결함(12)을 마련해 두고, 앞의 레이저 발진 영역(10)과 선상 결함(12)이 일부 겹쳐지도록 포토닉 결정 소자로 이루어지는 파장분파기(8)를 배치해 두면 좋다. 또한 파장분파기(8)로부터 발광된 레이저 빔이 통과하는 경로를 확보하기 위해, 파장분파기(8)의 점 결함(19)의 위쪽에 위치하는 p 클래드층(5)의 부분과 전류 저지 영역(6)과 전극층(7)에는 통과 구멍을 형성해 두는 것이 바람직하다. 또한 이 통과 구멍은 포토리소그라피 기술로 이들 층에 관한 구멍을 형성함으로써 실현할 수 있는 동시에, 이 구멍을 레이저광이 통과할 수 있는 글래스 부재 등으로 덮거나 메워도 된다. 또한 도 1에서는 이 통과 구멍의 기재를 생략하고 있다.
이어서. 상기 멀티 빔형 반도체 레이저(A)의 양단면, 즉 스트라이프 모양의 레이저 발진 영역(10)의 길이 방향의 양단면쪽 중, 전방 발광면쪽 단면에는 반사율이 거의 100%인 전방쪽 반사막(21A)이 그 반대쪽의 후방쪽 단면에는 반사율이 80% ∼95% 정도인 후방쪽 반사막(21B)이 피복 형성되어 있다. 이들 반사막(21A, 21B)은 레이저 발진 영역(10, 10)의 양단면을 덮도록 형성되고, 레이저 발진 영역(10)에서 빛의 발진이 이뤄진 경우에 이들 단면 중, 전방 발광면쪽의 반사 미러부에서는 거의 100% 광을 반사하여 레이저 발진 파장광을 레이저 발진 영역(10)에 담도록 작 용하는 것이다. 따라서, 본 실시 형태의 멀티 빔형 반도체 레이저(A)에 있어서는, 전방 발광면쪽 단면으로부터 레이저 발진 파장광은 방출되지 않는다. 여기서 통상의 단면발광형 반도체 레이저에서는 단면쪽에 마련하는 반사막의 반사율이 50∼90% 정도의 범위로 설정되고, 레이저 발진 영역에 있어서 어느 문턱값 이상으로 되었을 경우에만 반사막을 투과하여 레이저 발진 파장광이 방출되도록 설계되는데, 본 실시 형태에서는 거의 100%에 가까운 반사율, 예를 들어 95∼100%의 범위(바람직하게는 99∼100%의 범위)의 반사율로 된다. 이 때문에 반사율을 향상시키기 위해 반사층을 복수개 적층하거나, 평소보다도 두꺼운 반사막으로 반사율을 조정할 수 있다. 또한 후방 발광쪽 단면의 반사막(21B)로부터는 레이저광 혹은 광이 누설되므로, 이 광의 강도를 측정함으로써 레이저의 출력을 파악할 수 있다.
이상과 같은 구성이 멀티 빔형 반도체 레이저(A) 있어서는, 전극층(1, 7, 7)에 통전함으로써 스트라이프 모양의 전류 경로(9)에서 활성층(3)으로 전류를 작용시킬 수 있는 결과로서 활성층(3) 중 레이저 발진 영역(10)에서 광의 발진이 이뤄지고, 발진에 의해 어떤 규정의 파장의 레이저 발진 파장광만이 파장분파기를 사이에 두고 레이저 발진 영역(10)의 수직 방향으로 광·전자파(20)로서 방출된다. 이 결과, 도 1에 화살표 B3, B4에 나타내는 레이저 빔을 얻을 수 있다.
그런데, 한 쪽의 레이저 발진 영역(10)에 마련되어 있는 파장분파기(8)와 다른 쪽의 레이저 발진 영역(10)에 마련되어 있는 파장분파기(8)는 스트라이프 모양의 레이저 발진 영역(10, 10)의 길이 방향에서 약간 위치가 어긋나게 마련되어 있으므로, 이 실시 형태의 멀티 빔형 반도체 레이저(A)에서 측면 방향(스트라이프 모양의 레이저 발진 영역(10)의 측면 방향)에서 본 레이저 빔(B3, B4)의 빔간 피치(P2)는 0을 포함하는 임의의 거리로 쉽게 조정할 수 있다. 즉, 예를 들어 스트라이프 모양의 레이저 발진 영역(10, 10)의 길이 방향의 동위치에 나열하듯이 파장분파기(8, 8)를 설치하면 빔간 피치(P2)는 0이 되고, 약간이라도 어긋난 위치에 설치하면 그 어긋난 거리에 맞도록 빔간 피치(P2)를 설정할 수 있다. 여기서 레이저 발진 영역(10, 10)에서의 파장분파기(8, 8)의 설치 위치는 임의로 설정할 수 있으므로, 복수의 레이저 발진 영역(10, 10)마다 파장분파기(8, 8)의 설치 위치를 조절함으로써 각 파장분파기(8, 8)로부터 광로 변환되어 직각 방향으로 방출되는 복수의 레이저 발진 파장광의 간격을 임의로 조정할 수 있게 된다. 또한 종래의 구조에서는 포토리소그라피 기술에 의한 전류 저지층의 형성 위치와 전류 경로의 위치에 따라 생성되는 레이저 발진 영역의 위치에 제약되어 있었으므로, 포토리소그라피 기술에 의한 위치적인 제약를 받는 일이 없어진다. 더욱이, 일반적으로 레이저 다이오드를 제조하는 경우에 그 결정 성장은 MOCVD법으로 수행하므로, 그 결정 성장 프로세스에 예를 들어 특개평2001-27255호의 단락「0038」∼「0043」에 기재된 공정을 적용하면, 상술한 레이저 발진 영역에 파장분파기를 만들어 넣을 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 상기 실시 형태에 관계되는 멀티 빔형 반도체 레이저(A)의 설치 상태와 종래의 단면발광형 멀티 빔형 반도체 레이저(M)과의 설치 상태의 비교를 설명하기 위한 도면이다.
이런 종류의 멀티 빔형 반도체에 있어서는, Si 서브마운트에 부착할 때, 발광점 위치에 맞춰 제어할 필요가 있다. 이런 점에서 본 실시 형태의 멀티 빔형 반도체 레이저(A)에서는 면일치의 중요성은 필요 없어진다. 예를 들어, 종래의 단면발광형 멀티 빔형 반도체 레이저(M)에서는 도 4a에 도시한 바와 같이, Si 서브마운트(30)의 단면(30a)에 멀티 빔형 반도체 레이저(M)의 출력쪽의 단면(40)을 위치에 맞춰 기준 부착 위치를 정확히 설정할 필요가 있다. 예를 들어, 단면발광형 멀티 빔형 반도체 레이저(M)에서는 그 단면(40)이 서브마운트의 경계보다 안쪽으로 약간이라도 들어가면 FFP(far field pattern)에 회절간섭이 일어나기 때문에, 서브마운트(30)에서의 단면쪽의 면일치는 매우 중요해지며, 단면(40)을 가능한 한 서브마운트(30)의 면에맞출 필요가 생긴다. 따라서, 이 위치정도의 제어에 광학 부품으로서의 중요성이 요구된다.
그러나, 본 실시 형태의 멀티 빔형 반도체 레이저(A)에 있어서는 도 4b에 도시한 바와 같이 Si 서브마운트(30)의 상면쪽에 멀티 빔형 반도체 레이저(A)의 배면쪽을 향하도록 설치함으로써 사용할 수 있으므로, 단면 일치의 중요성은 사라진다. 또한 도 4b에 나타낸 멀티 빔형 반도체 레이저(A)의 배면쪽에 위치하는 서브마운트(30)의 상면쪽에는 레이저 출력 모니터용 포토 다이오드가 마련되고, 이 포토 다이오드에 의해 상기 멀티 빔형 반도체 레이저(A)의 출력을 모니터할 수 있도록 구성되어 있다. 이것은 앞서 설명한 바와 같이, 후방쪽 단면의 반사막(21B)은 광 반사율을 낮게 하고( 80% ∼95% 정도) 있으므로, 반사막(21B)을 광이 투과한다. 이 광의 강도를 상기 포토 다이오드에서 검지함으로써 반대로 레이저 광의 강도를 파악할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 상기 실시 형태에 관한 멀티 빔형 반도체 레이저(A)의 설 치 상태와 종래의 단면발광형 멀티 빔형 반도체 레이저(M)와의 설치 상태의 비교를 히트 싱크 시스템까지 포함한 상태에서 설명하기 위한 도면이다.
도 5a에 도시한 바와 같이, 종래의 단면발광형 멀티 빔형 반도체 레이저(M)의 설치에 있어서는 Si 서브마운트(30)를 히트 싱크 시스템의 부착판(H1)에 세워 고정해야 하는데, 도 5b에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 단면발광형 멀티 빔형 반도체 레이저(A)의 설치에 있어서,는 Si 서브마운트(30)를 히트 싱크 시스템의 부착판(H2)에 누인 상태에서 고정할 수 있으므로, 히트 싱크 시스템의 부착판(H2)과의 접촉 면적이 넓어지고 확산 효율이 향상되는 효과가 있다.
도 6은 본 발명에 관한 멀티 빔형 반도체 레이저의 제2 실시 형태를 나타내는 것으로, 이런 형태의 멀티 빔형 반도체 레이저(G)는 상기 실시 형태의 멀티 빔형 반도체 레이저(A)와 주요부는 동등한 구성이며, 동등한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여서 설명을 생략한다. 이런 형태의 구성에서는 레이저 빔의 발광 방향으로 그레이팅부(35, 36)를 설치하여 레이저 빔(B5, B6)의 빔 방사각을 제어할 수 있도록 한 것이다. 예를 들어, 전극(6, 6)의 일부에 레이저 빔 통과용 투과 구멍을 형성하고, 이 투과 구멍 부분의 바닥부를 구성하는 부분에 그레이팅의 요철부를 형성하면 된다.
도 6에 도시한 예에서는, 그레이팅부(35)를 통과하는 레이저 빔(B5)의 확대각보다도 그레이팅부(36)을 통과하는 레이저 빔(B6)의 확대각 쪽이 크도록 그레이팅부(35, 36)의 격자 간격을 조정하면 된다. 그레이팅부(35, 36)에서는 기본적으로 종래부터 알려져 있는 바와 같이 층의 한 쪽에 미세한 요철부를 규칙적으로 형성하 면 실현할 수 있으므로, 레이저 빔(35, 36)의 투과 구멍을 전극층에 형성하고, 이 투과광의 바닥부를 구성하는 부분에 그레팅의 요철부를 형성하면 된다. 예를 들어, 더 구체적으로는, 전극층의 아래쪽에 그레이팅층을 형성하고, 이 그레이팅층의 상면쪽으로서, 상기 투과 구멍의 내측에 위치하는 부분에 요철부를 형성하면 좋다.
도 7은 본 발명에 관한 멀티 빔형 반도체 레이저의 제3 실시 형태를 나타내는 것으로, 이런 형태의 멀티 빔형 반도체 레이저(J)는 상기 실시 형태의 멀티 빔형 반도체 레이저(A)와 주요부는 동등한 구성이고, 동등한 구성 요소에는 동일 부호를 붙여 설명을 생략한다.
이런 형태의 구성에서는 레이저 빔의 발광 방향에 상기 도 6을 토대로 설명한 구조와 같도록 그레이팅부(37)를 마련하여 레이저 빔(B7, B8)을 평행광으로 제어할 수 있도록 한 것이다.
도 8은 본 발명에 관한 멀티 빔형 반도체 레이저의 제4 실시 형태를 나타내는 것으로, 이런 형태의 멀티 빔형 반도체 레이저(K)는 상기 실시 형태의 멀티 빔형 반도체 레이저(A)와 주요부는 동등한 구성이고, 동등한 구성 요소에는 동일 부호를 붙여 설명을 생략한다. 이런 형태의 멀티 빔형 반도체 레이저(K)는 전극층의 수와 절연층에 형성하는 스트라이프 모양의 전류 경로의 수를 4개로 늘려 스트라이프 모양의 레이저 발진 영역(10)을 4개 마련하고, 그들 4개의 레이저 발진 영역(10)에 각각 포토닉 결정 소자로 이루어지는 파장분파기(8)를 마련한 구성이다. 이런 형태에서는 도면의 간략화를 위해 파장분파기(8)의 형상을 생략하여 표기했다.
이런 예에 나타내는 바와 같이, 4개의 레이저 빔(B40, B41, B42, B43)의 간 격(L1, L2, L3)을 파장분파기(8)의 형성 위치에서 임의로 조정할 수 있다.
본 발명에 있어서, 전극층에서 스트라이프 모양의 전류 경로를 사이에 두고 활성층에 전류가 작용되면 활성층의 레이저 발진 영역에서는 레이저광의 발진이 이뤄지는데, 레이저 발진 영역의 단면 반사 미러부로부터 레이저 발진 파장광은 나오지 않으므로, 레이저 발진 영역에서 생성된 레이저발진 파장광은 파장분파기에서 광로 변경되어 레이저 발진 영역으로부터 외부로 방출된다. 이 광로 변환되어 방출된 레이저 발진 파장광이 출력 레이저로서 얻어진다. 여기서 활성층 중 레이저 발진 영역에서의 파장분파기의 설치 위치는 임의로 설정할 수 있으므로, 복수의 활성층의 레이저 발진 영역마다 파장분파기의 설치 위치를 조절함으로써, 각 파장분파기로부터 광로 변환되어 외부로 방출되는 복수의 레이저 발진 파장광의 간격은 임의로 조정할 수 있다. 또한 파장분파기로부터의 복수의 레이저 발진 파장광의 간격은 그 레이저 발진 파장광의 광로쪽에서 보기에 임의로 설정할 수 있고, 실질적으로 0이 될 때까지 조정할 수 있다.
또한 본 발명의 구성에 의하면, 활성층과 클래드층과 전극층의 위치 관계나 형상은 종래와 동등해도 파장분파기의 형성 위치를 바꾸는 것 만으로 레이저 발진 파장광의 간격을 조정할 수 있으므로, 활성층과 클래드층과 전극층의 형성에는 거의 영향을 주지 않고 레이저 발진 파장광의 간격을 조정할 수 있다. 즉, 반도체 레이저의 주요부인 활성층과 클래드층과 전극층의 설계에 영향을 주지 않고 레이저 발진 파장광의 간격을 조정할 수 있다. 예를 들어, 이미 개발이 끝난 단면발광형 멀티 빔형 반도체 레이저의 각층의 결정 형성이나 제조 프로세스 기술의 변경을 최소한으로 억제하여 전기적 특성이나 레이저광 출력 특성 및 신뢰성을 바꾸지 않고 빔간 피치를 조정한 신규 멀티 빔형 반도체 레이저를 제공할 수 있다.
본 발명에 있어서, 복수개의 파장분파기에 의해 광로 변경되어 출사되는 복수의 레이저광의 간격이 복수의 파장분파기의 설치 위치에 따라 조절할 수 있으므로, 자유롭게 레이저광의 피치 조절이 가능하다. 단면 반사 미러부의 반사율이 거의 100%이면, 레이저 발진 영역에서 그 단면쪽의 미러부를 사이에 두고 레이저 발진 파장광이 외부로 나갈 일은 없으므로, 레이저 발진 파장광을 파장분파기를 사이에 두고 확실히 외부로 발광할 수 있다. 또한 파장분파기에 광로 변경되는 레이저 발진 파장광은 통과 경로를 사이에 두고 확실히 외부로 출사할 수 있다. 또한 레이저 발진 파장광의 통과 경로에 빔 방사각 제어용 그레이팅부가 형성되어 있으면, 레이저 발진 파장광의 방사각을 제어할 수 있고, 원하는 방사각의 방사광이나 평행광으로서의 레이저 출력이 가능하다.
또한 본 발명에 있어서, 파장분파기가 포토닉 결정 소자이면, 레이저 발진 파장광을 확실히 광로 변경할 수 있다.

Claims (7)

  1. 활성층의 두께 방향의 양측에 클래드층이 설치되고, 상기 클래드층의 바깥쪽에 전극층이 마련되고, 상기 한쪽 클래드층과 전극층의 계면부분에 절연층으로 이루어지는 전류 저지 영역이 형성되고, 상기 전류 저지 영역에 스트라이프 모양의 전류 경로가 형성되어 있고, 상기 전류 경로를 따라 상기 활성층에 레이저 발진 영역이 규정되어 있는 발광부가 복수 개 설치되어 있는 멀티 빔형 반도체 레이저에 있어서,
    상기 스트라이프 모양의 전류 경로를 따르는 활성층 중 레이저 발진 영역의 양단부쪽에 단면 반사 미러부가 형성되고, 상기 단면 반사 미러부 중 전방 발광면쪽의 반사 미러부의 반사율이 전방 단면으로부터 레이저가 발광하지 않는 반사율로 설정되고, 상기 복수의 활성층 중 레이저 발진 영역의 임의의 위치에 레이저 발진 파장광만을 레이저 발진 영역의 바깥쪽으로 광로 변경시키는 파장분파기가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 멀티 빔형 반도체 레이저.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 레이저 발진 영역과 각각에 마련된 파장분파기에 의해 광로 변경되어 출사되는 복수의 레이저광의 간격이 상기 복수의 파장분파기의 상기 레이저 발진 영역 상의 설치위치에 따라 조절 가능하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 멀티 빔형 반도체 레이저.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 단면 반사 미러부의 반사율이 거의 100%로 되어 있는 것을 특징으로 하는 멀티 빔형 반도체 레이저.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 파장분파기가 상기 레이저 발진 파장광을 광로 변경하는 방향에 상기 레이저 발진 파장광의 통과 경로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 멀티 빔형 반도체 레이저.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 파장분파기에서 광로 변경된 레이저 발진 파장광의 통과 경로에 빔 방사각 제어용 그레이팅부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 멀티 빔형 반도체 레이저.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 파장분파기가 포토닉 결정 소자인 것을 특징으로 하는 멀티 빔형 반도체 레이저.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 파장분파기에서 광로 변경된 레이저 발진 파장광의 통과 경로에 빔을 평행광으로 제어하기 위한 그레이팅부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 멀티 빔형 반도체 레이저.
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