JPH01207985A - 半導体レーザ装置 - 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】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、共振面の法線方向に対して一定の角度をもっ
てレーザ光を出射する半導体レーザ装置に関し、レーザ
ビームプリンタ等に用いて好適なものである。

（従来の技術〕 半導体レーザ装置は、ｐ−ｎ接合を含んで積層された半
導体層からなり、光共振器２７の端面には一対の共振面
（ミラー面）か形成されている。

この半導体レーザ装置に電流を注入すると、キャリアの
再結合によって律した光か共振面間で発振し、共振面か
らレーザ光が出射される。また、このようなレーザ発振
を効率良く行わせるため、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、共振面（ミラー
面）と垂直に設けられている。　方、特開昭５９−２４
０４１８号等て提案されているように、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ヒームプリ
ンタ等を構成する際に使用され、レーザ光の出射力向か
共振面の法線とイ１限の角度な成ずように構成されたモ
ノリシック半導体レーザ装置においては、上述のストラ
イプ状の活性領域は共振面に垂直には形成されず、その
長平方向が共振面の法線に対し、有限の角度を成すよう
に設けられており、この角度を適宜に設定することによ
フてレーザ光の出射方向を調整することができる。

第７図は上述の斜出型半導体レーザ装置の平面図である
。

このレーザ装置は、共振面２５に対し、ストライプ状活
性領域の長手方向延長線６１．６２はそれぞれφ５．φ
６の角度をもち、それらから出射されるレーザ光は３６
．３７の方向に斜出し、共振面２５に対してθ５．θ６
の角度を有する。後側共振面２６とストライプ状活性領
域の長手方向延長線とはこの例の場合は垂直で、レーザ
光も法線３３の方向に出射され、端面損失が軽減されて
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述の従来例ては、レーザビームを斜出するために、ス
トライプ状活性領域の長平方向と共振面の法線とはある
有限な角度をもっている。この角度か０度から増えるに
つれて端面損失が増大し、半導体レーザの諸特性が劣化
し、横モードの不安定化、閾電流の上昇１発光効率の低
下を招く。さらに、場合によっては斜出角度の制御が困
難となることもある。

〔課題を解決するだめの手段〕

本発明の半導体レーザ装置は、 ストライプ状活性領域を有し、該ストライプ状活性領域
の屈折率が該ストライプ状活性領域の側面に接して位置
する領域の屈折率より大きくなされて屈折率差か設けら
れている半導体レーザ装置てあって、 ストライプ状活性領域の長手方向は該ストライプ状活＋
′１領域の両端面に設けられている光共振面と垂直をな
しており、電流注入用電極が半導体層にオーミック接続
している部分の平面パターンは、前記ストライプ状活性
領域の平面パターンと、少なくともその一部においてず
れており、電流を注入した場合、そのずれている部分に
おいて注入キャリア密度分布のピークが前記活性領域の
中心と一致しないようになされている。

〔作用〕

本発明の半導体レーザは、ストライプ状活性領域の中心
に注入キャリア密度分布のピークが一致しないように電
流法人し、プラズマ効果（キャリア濃度の増加による半
導体層の実効屈折率が低下する効果）を用いて、活性領
域内の屈折率分布を左右非対称とし、高屈折率側に光を
偏向せて斜出光を得るものである。それゆえに、ストラ
イプ状活性領域の長平方向は共振面に対して垂直であっ
て何ら問題が生じず、これにより、端面損失が減少し、
横モードの安定化が図れ、閾電流の上昇抑制９発光効率
の低下抑制が図れる。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

夾藁省」 第１図は本発明の半導体レーザの一実施例の平面図てあ
り、第２図は第１図の半導体レーザを同図に示される矢
印の方向から見た場合の断面図と各層における諸特性を
示した図である。

まず、第２図を用いて本実施例の構成とレーザ光斜出原
理について説明する。

本実施例の構成は、ｎ−ＧａＡｓ基板２１上にバッファ
層ｎ−Ｇａ’Ａｓ２Ｏ，下部クラッド層ｎ±Ａ　ｌＸＧ
ａ、−、Ａｓ　１９．下部光閉じ込め層ＡＩ、Ｇａ、ｙ
Ａｓ１Ｂ、活性層Ａ１ｚＧａ、−２Ａｓ１７．、ｈ部光
閉じ込め層ＡｌｙＧａ＋−，Ａｓ１６、上部クラッド層
ｐ　　−ＡＩＸＧａ、−ＸＡｓ１５、キャップ層ｐ””
ＧａＡｓ１３から成り、上部クラッド層まで成膜した後
、ストライプ状活性層上部のクラッド層の両側をフォト
リソ工程後エツチングにより除去し、Ｐ　−Ａ　ｌ　ｘ
　’　Ｇ’ａ　ｌ　−ｘＡｓ１４をエピタキシャル成長
し、再度上部を平坦化するための選択エチンクの後、キ
ャップ層１３を成膜し、低屈折率の領域１４を埋込む。

この低屈折率層の埋込みによって活性層１７は、高屈折
率のストライプ状領域２３とその両側の低屈折率の領域
に分けられ、結果的には、ストライプ状活性領域は高屈
折率のために光が横方向で閉じ込められることになる。

エピタキシャル成膜後、５ｉｎ２またはＳｉ３Ｎ、など
の絶縁体１２をプラズマＣＶＤなどにより均一に成膜さ
せる。次に、電流注入のための窓を絶縁体中に形成する
わけであるが、従来は、ストライプ状活性領域の真上に
一致させて注入窓を形成していたが、本発明においては
、第１図のように、横方向にずらして窓を形成する。電
流注入窓部２４の絶縁体の除去は、通常のフォトリソ工
程後、反応性イオンエツチングにより行った。電極は、
ＧａＡｓとのオーミックがとれるように、ｐ型、ｎ型そ
れぞれＡｕを蒸着させる。

このレーザに電流を注入すると、ホールはキャップ層を
通り、上部クラット層ｐ−ＡｌＸＧａｐ−ＸＡｓと埋込
み層ｐ−−Ａ　Ｉ　ＸＧａ、−。

Ａｓを電流狭窄されずに通過し、活性層において広がり
、そのキャリア密度９は第２図に示されるような分布と
なる。このとき、活性層における注入キャリア密度のピ
ークは、はぼ、電流注入窓の中心に一致する。

一方、活性層上における屈折率ｎは、電流注入部は、図
中破線で示されるように、ストライプ状活性領域におい
て屈折率は大きく、その両側において小さくステップ状
に分布している。しかし、電流を注入しレーザ発振する
と、この分布がゆがみ、プラズマ効果によってキャリア
密度の大きい所では屈折率は低下し、実線で示されるよ
うに非対称な分布に変化する。この屈折率分布の非対称
化によりて、キャリアの再結合によって生じた光は屈折
率の大きい領域に集中し、光電異強度Ｐにかたよりが生
じ、キャリア密度の小さいほうへ偏向する。

次に、第１図を用いて、平面的な構成について説明する
。

共振面２５．２６からなるレーザ共振器２７中に、見か
け上層折率の大きいストライプ状活性領域２８があり、
電流注入のための窓２９は、ストライプを斜めに横切る
形態で形成されている。共振面２５，２６の垂線３０．
３３に対して電流注入部（窓２９）の長平方向３１．３
４は、それぞれφ１．φ２の角度を有しており、注入さ
れたキャリアはその真下の活性層において広がり再結合
するが、誘導放出で再結合が繰り返されて増幅していく
のは、ストライプ状活性領域２８においてである。スト
ライプ状活性領域２８において光は共振するが、共振面
２５．２６付近においては、光はプラズマ効果による屈
折率の低下の割合の小さい３２．３５の方向に偏向し、
空気中へ出射する。出射したレーザ光の進行方向３２．
３５と共振面の垂線３０．３３とのなす角度はθ、。

θ２となり、斜出することになる。この斜出角度は作成
時の活性層上での実効屈折率分布やレーザ発振中のキャ
リア密度分布などのいくつかのパラメータにより制御で
きる。

火旗■ス 本発明は共振器の一部分に適用することもできる。

第３図はその例で、片方の共振面でのみ電流注入部をス
トライプ状活性領域からずらしている。

他方は光の出射方向３０と共振面２５とは垂直であり、
端面損失は少なくしである。斜出光３５の出射する側は
、上述の実施例と同様に作られており、本実施例の構造
を用いることによって、さらに高効率、低閾電流の斜出
型半導体レーザを得ることができる。

電流注入部は共振方向について屈曲していても歪曲して
いても良く、不連続であってもよい。また、共振面付近
だけで本発明を適用することも可能で、中央ではストラ
イプ状の活性領域と電流注入窓を一致させておくことも
できる。本発明を用いた斜出用レーザ装置はシングルス
ドライブのレーザとして使うことができ、戻り光の影響
の少ないレーザ光源になる。

尖鳳■ユ 本発明の斜出用レーザ装置をモノリシックに複数集積す
ることにより、使用時の光学系が短くてすむマルチビー
ムレーザ光源を得ることができる。

第４図は第３図のレーザな２ケ利用した場合の斜出用２
ビームレーザ装置の上面図である。

３９．４０はそれぞれのレーザに電流を注入するための
上面電極で、パターン３８によって分離されているが、
下面電極は分離されておらず、共通にできる。レーザ光
は各々駆動できるため、３６．３７の方向へ独立に斜出
でき、２つのレーザビームの相対角はθ３＋０４となる
。

共振面２５．２６に非対称コーティングを施すことによ
って２５から効率良く強い光を出すことも可能である。

本実施例は２ビームであるが本発明が任意の数の半導体
レーザのモノリシック化を可能にすることはいうまでも
ない。

火族、［４ 第５図は本発明をリッジ導波路型レーザ構造に適用した
実施例である。

第１図の実施例と同様にして、リッジ形状をもつクラッ
ド層１５まで形成後、再成長により薄くキャップ層ｐ”
　−ＧａＡｓ　１３を成膜する。その後ＳｉＯ２または
Ｓｉ３Ｎ４その他の絶縁膜工２をＣＶＤにより成膜後、
電流注入部４１を）オトリソ工程及びエツチングにより
形成し、電極Ａｕ１１．１２を蒸着する。電流注入のた
めの窓４１は、従来リッジ上部に形成されており、リッ
ジ下部のストライプ状活性領域の中心とキャリア密度分
布のピークとは一致していたが、本発明ではこれらをず
らしである。つまり、注入電流は活性層で広がってキャ
リア密度ρは図示のようになるが、これによってプラズ
マ効果が生じ、もとの屈折率分布（図中破線）は非対称
にゆがんで低下（図中実線）するため、結果的に光は、
電流注入領域と反対側に偏向する（光電異強度Ｐが同図
にむか）て左側にずれる）。

笑族１ 第６図（ａ）、（ｂ）は本発明を用い、前側端面に２つ
の電流注入窓を設けることによって、ストライプ状活性
領域のキャリア密度分布を変化させて斜出レーザ光の斜
出角を連続にある範囲において変化させることのできる
レーザを作成した例である。

レーザの膜構造は基本的に第１図、第２図と同様である
か、前側共振面２６近傍に電流注入窓（Ｉ）、（ＩＩ）
を形成しである。（ＩＩＩ）に電流を注入するとキャリ
アが活性層で再結合し、光が発生し、共振器２７におい
て増幅し、共振面２５゜２６からそれぞれ垂直にレーザ
光が出射する。

（Ｉ）、（ＩＩ）に電流を注入しなければレーザ光は共
振面に垂直に出射する。

（Ｉ）に電流を注入し、（ＩＩ　）に電流を注入しない
とき、レーザ光は偏向し、５１の方向へ共振面の垂線と
０１の角度をもって斜出する。同様に、（ｒＩ）に電流
を注入し、（１）に電流を注入しないとき、５２の方向
へθｒ１の角度で斜出する。（Ｉ）と（ｎ　）がストラ
イプ状活性領域に対して対称に同じく形成されていると
き、θｌ−０１□となる。

また、（Ｉ）と（１■’）に適当な電流を流すことによ
って、レーザ光の斜出角が連続に変化させることができ
、θ１．１の角度を偏向できる。このレーザビーム偏向
型装置の実施例は、ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｅｃｓ　Ｌ
ｅｔｔｅｒｓ　３３号、Ｐ　７０２−７０４　（１９７
８）の“Ｂｅａｎｓｃａｎｎｊｎｇ　　ｗｉｔｈ　　ｔ
ｗｉｎ−ｓｔｒｉｐｅ　　１ｎｊｅｃｔｉｏｎｌａｓｅ
ｒｓ”に報告のある半導体レーザ装置に似ているが、木
質的にその構成は異なフている。報告のある装置は、利
得導波型といわれるもので、活性層においてその発振領
域の両側に屈折率分布は設けていないので、注入キャリ
アの最大の所で利得か高くなりレーザ発光することにな
る。そして、２つの並列に形成した電流注入のための電
極ストライプをそれぞれ独立に電流注入し制御すること
によって、活性層における最大利得の領域を動かしてレ
ーザ光を偏向するということを特徴としており、このた
め電流注入量の多い側の利得が増加しそちらに光は寄り
、偏向出射することになる。

第６図の本発明を実施したレーザ光偏向型装置は、活性
層内部において横方向に実効屈折率の差をもつことを特
徴としており、注入電流は活性層中のキャリア密度を増
加させ屈折率を低下させるために光は電流注入側と反対
方向へ偏向することになるので、報告のある装置と比較
すると、電流注入の側と端面における光の偏向方向とは
逆になる。

また、あらかじめ台形状に加工した基板を用いてその斜
面上に形成した活性領域を発振に用いたＴＳレーザは、
八ｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　１ｅｔｔｅｒｓの３
４号、Ｐ２７０−２７２（１９７９年）に報告されてい
るが、このＴＳレーザは本発明にその形状は似ているが
本質的に異なっている。ＴＳレーザは台形状基板の斜面
上に成膜した活性層を積極的に光閉じ込め領域に用いて
いるのに対して、本発明はこの場合に適用したならば、
台形上部基板上の実効屈折率が大きいことを利用してこ
の実効屈折率の大きい領域内て光を偏向することを特徴
としており、充分な差異がある。

以」二説明したように本発明の偏向型半導体レーザ装置
（例えば第６図）は、上記報告のある利得導波性の偏向
型半導体レーザ装置に比べて、屈折率導波型の特徴を有
しており、非点収差は小さく、近視野像の水平方向のビ
ーム径も小さくなるというような利点がある。

また、ストライプ部の構造も、リッジ型、電極ストライ
プ型に限らず、Ｚｎ拡散などによる埋込みＭＱＷ構造、
溝付基板型等、周知の種々の構造について実施でき、そ
れらを組み合わせることによっても実施することができ
る。

さらに、第２図に示したように、本発明は共振器全域に
わたって、あるいは一部分において適用することが可能
である。

また、本発明は、さらに、種々の応用が可能であり、例
えば、半導体レーザを構成する材料として、実施例のＧ
ａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系に限らず、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡ
ｓＰ系などを用いることもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、ストライプ状活性領域に
おいて、両側の実効屈折率を低くした半導体レーザにお
いて、レーザ発振中のキャリア密度分布を活性領域から
ずらして電流注入することによって、プラズマ効果で実
効屈折率を低下させ非対称にすることにより、高屈折率
側に光を偏向させて斜出光を得ることができる。

本発明によれば、ストライプ状活性領域の長手方向と共
振面とは垂直に形成できるため、端面による損失を軽減
できるという効果があり、屈折率導波性のため非点収差
も小さい他の利点がある。

また、端面近傍に複数の電流注入窓を形成し、その注入
電流を制御することによって、斜出角度を自由に連続で
変化させることができる。

また、戻り光の影響を受けにくく、安定な波長で発振し
、シングルの半導体レーザに適用可能なレーザ装置を提
供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体レーザの第１の実施例の平面図
、 第２図は第１図の半導体レーザを同図に示される矢印の
方向から見た場合の断面図と各層における諸特性を示す
図、 第３図は本発明の第２の実施例の平面図、第４図は本発
明の第３の実施例の平面図、第５図は本発明の第４の実
施例を示す断面図ならびに各層における諸特性を示す図
、 第６図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本発明の第５の実施
例の平面図、断面図、 第７図は従来例の平面図である。 １１・・・ｐ側電極、 １２−・・絶縁層Ｓｉｏ２またはＳｉ３Ｎ４．１３・・
・キャップ層（ｐ”　−ＧａＡｓ）・１４・・・低屈折
率層 （ｐ−−Ａ　ｌＸＧａ１−Ｘ、Ａｓ）、１５・・・上部
クラッド層 （ｐ−−Ａ　ｌＸＧａ、−ＸＡｓ）、 １６・・・上部光閉じ込め層 （ＡＩ、Ｇａ、−、Ａｓ）、 １７　・・・活性層（Ａ　ｌ　２Ｇ　ａ　Ｉ　−２Ａ　
ｓ　）、１８・・・下部光閉じ込め層 （Ａ　Ｉ、Ｇａ、−ｙＡｓ）、 １９・・・下部クラッド層 （’ｎ”　−Ａ　ｌＸＧａ＋−ｘ　Ａｓ）、２０・・・
バッファ層（ｎ−−ＧａＡｓ）、２１−・・基板（ｎ−
−ＧａＡｓ）、 ２２・・・ｎ側電極、 ２３・・・高屈折率領域、 ２４・・・電流注入窓、 ２５．２６−・・共振面、 ２７・・・共振器、 ２８・・・ストライプ状活性領域、 ２９・・・電流注入窓、 θ・・・・・・レーザ光出射方向と共振面垂線とのなす
角、 φ・・・・・・電流注入窓長手方向延長線とのなす角、
４１・・・電流注入窓、 （Ｉ）、（’ＩＩ）・・・斜出角制御用電流注入窓、（
ｍ）・・・レーザ発振用電流注入窓、θ１，１、・・・
斜出角可変範囲角。 特許出願人　　キャノン株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ストライプ状活性領域を有し、該ストライプ状活性
   領域の屈折率が該ストライプ状活性領域の側面に接して
   位置する領域の屈折率より大きくなされて屈折率差が設
   けられている半導体レーザ装置であって、 ストライプ状活性領域の長手方向は該ストライプ状活性
   領域の両端面に設けられている光共振面と垂直をなして
   おり、電流注入用電極が半導体層にオーミック接続して
   いる部分の平面パターンは、前記ストライプ状活性領域
   の平面パターンと、少なくともその一部においてずれて
   おり、電流を注入した場合、そのずれている部分におい
   て注入キャリア密度分布のピークが前記活性領域の中心
   と一致しないようになされている半導体レーザ装置。