JPH0357633B2 - - Google Patents

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JPH0357633B2
JPH0357633B2 JP54076405A JP7640579A JPH0357633B2 JP H0357633 B2 JPH0357633 B2 JP H0357633B2 JP 54076405 A JP54076405 A JP 54076405A JP 7640579 A JP7640579 A JP 7640579A JP H0357633 B2 JPH0357633 B2 JP H0357633B2
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JP
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laser
laser element
pumped
contacts
electrical contact
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Ii Shifuresu Donarudo
Sutoreifuaa Uiriamu
Deii Baanhamu Robaato
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Xerox Corp
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    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/295—Analog deflection from or in an optical waveguide structure]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
    • H01S5/06233—Controlling other output parameters than intensity or frequency
    • H01S5/06243—Controlling other output parameters than intensity or frequency controlling the position or direction of the emitted beam

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光線走査器として機能する半導体ヘテ
ロ接合レーザに関する。集積光学研究の重要な目
標の１つは、様々な光学及び電気部品をレーザー
源と単一基台に組合せて、主として経済性と信頼
性の利点を達成することである。特に集積レーザ
ー光線偏向又は走査装置は実用上重大な興味があ
るものである。米国特許第3701044号に記述され
ている集積レーザー光線走査器は、走査された干
渉縞パターンを与え、この干渉縞パターンは隣接
するストライプ接触形状半導体レーザー
（adjacent stripe contact geometry
semiconductor lasers）により与えられる。これ
らのレーザーは多重ローブ出力を発生する隣接レ
ーザー間の可変位相関係を基にしていると言え
る。多くのレーザー例えば10個以上のレーザーを
並べて配置することによつてのみ、この方法で適
当な量のパワーを単一ローブに集中できる。多く
の光源を有する装置の製造や制御が困難であるた
め、単一ローブ輻射パターンのみを発生する集積
レーザー光線偏向器が望まれていた。
本発明の目的は、集積レーザー光線走査器を提
供することである。
本発明の別な目的は、単一ローブ輻射パターン
を用いた集積レーザー光線走査器を提供すること
である。
本発明の別な目的は、電気的に可変な電荷分布
中をレーザー光線が伝播するレーザー光線走査器
を提供することである。
本発明によると、レーザー光線が非対称電荷分
布中を伝播させられるレーザー光線走査器が開示
される。光線が伝播する材料中の屈折率と利得特
性を電荷分布が変更するため偏向が生じ、光は高
屈折率、高利得の領域の方へ曲げられる。ある特
定の形状では、２重又は多重電導ストライプ接点
がレーザー活性領域上に重ねられる。その接点は
8μｍ程度の近接した中心対中心間隔を有する。
電導ストライプの内の１つがレーザー閾値を越え
て強烈にポンプされて単一ローブ輻射出力パター
ンを生じ、一方他の電導ストライプはレーザー閾
値以下に弱くポンプされる。弱くポンプされるス
トライプ接点の下に注入される電流によりストラ
イプの下の活性域の全電荷分布は非対称となり、
これは強烈にポンピングされたレーザーの輻射パ
ターンを乱し、その乱れの方向に角度放射と走査
を行なう。両ストライプ接点を閾値近く又はそれ
以上にポンピングし、各接点への電流比を変える
ことによつても走査を実行できる。加えて、レー
ザー光線が通過する電荷分布を変更するために逆
バイアス接点を用いて光線偏向を生じさせてもよ
い。
すなわち、本発明によれば、電流制限領域１
４，１５，１６又は５３，５５を形成する主接点
３４，３６，３８間に200Å以下の非常に薄い金
属接点２０が形成されている。このように薄い接
点層２０を設けた結果として、主接点３４，３
６，３８間の横方向において電気抵抗が生じ電流
容量が制御される。このように主接点間を流れる
横方向のポンピング電流の変化によつて半導体レ
ーザの屈折率分布が変化し、そのためレーザ素子
の出力光が偏向される。
本発明は、最大６度の発散で遠方域（far
field）に28度に渡る単一ローブ輻射パターンの
角走査（angular scan）を可能とした半導体レ
ーザーに関する。本願レーザー走査器の単一ロー
ブ特性は引例の特許に記述されているような遠方
域干渉パターンを走査する走査装置とは異なる。
２つのレーザーの動作原理は全く異なつている。
前記特許の装置では走査干渉パターンを発生する
ために調節可能な位相遅延を用いているが、本発
明では単一ローブ輻射パターンの走査を達成する
ために半導体レーザーの利得及び屈折率分布の歪
みが利用される。
まず第４図を参照すると、輻射歪みを基にした
レーザー走査器の簡略化した概略図が示されてい
る。第４図は、非対象な屈折率／利得特性
（profile）によつて光線が偏向する様子を示す。
すなわち、例えば平面波光源４０が屈折率勾配の
ある領域４１に入射すると、この光波がその中を
走行するにつれて高屈折率／利得域の方へ曲げら
れる。従つて、光波４２は入射した角度と異なる
角度で材料から出力され、このとき、波が走査さ
れると言う。
半導体結晶では、屈折率（実、虚数部共）は整
流接合部域への順方向バイアス電流の印加により
又は整流接合部を逆バイアスすることにより変更
可能である。この屈折率特性（profile）（電荷分
布）は電気的に制御可能であり、又歪められ得る
ため、前記屈折率勾配域を伝播する半導体注入レ
ーザー光は電気装置により走査可能である。
第１図を参照すると、レーザー光近傍での屈折
率勾配が隣接するストライプ接点へ注入される順
方向バイアス電流によつて与えられる本発明によ
るレーザー走査器２の具体的実施例が示されてい
る。走査器２はｎ型GaAs基板４、ｎ型GaAlAs
導光層６、ｐ型GaAs又はGaAlAs活性層８、ｐ
型GaAlAs導光層１０、ｎ型GaAs接続容易層
（contact facilitating layer）１２を含む。２重
ヘテロ接合レーザー構造を含む。３本の平行なｐ
型域１４，１５，１６は、層１２から層１０へ延
び、またレーザーの近接面からレーザーの遠方面
へ延びている。近接及び遠方向は結晶のへき開面
で割られ、すなわち鏡とされて共鳴空洞を与え
る。電気絶縁材１８が領域１４，１５，１６を除
いた層１２の上面をカバーする絶縁材１８と絶縁
材１８でカバーされない領域１４，１５，１６の
上には電導材の薄膜２０が蒸着され、膜２０上に
は膜２０の材料より電導率のよい材料の層２２が
蒸着される。例えばフイルム２０は約200Å厚の
Crフイルムで層２２は約２ミクロン（μｍ）厚
のAu層である。
ｐ型域１４，１５，１６はその下の層８の放射
域を電気的にポンピングすることを可能にする。
領域１４，１５，１６は2μｍ程度（オーダー）
の幅で8μｍ程度の中心対中心間隔を有する。放
射域が別個にポンピングされるためには、３０と
３２に示すように電導層２２を放射域間から除い
て主接点３４，３６，３８を設ける。薄膜２０は
領域３０，３２の部分で残つていてもよいし又は
除いてもよい。フイルム２０が約200Å厚のCrか
ら作られ、層８が2μｍ厚Ga.95Al.05As（ｐ〜１×
1017cm-3）から構成され、層１０が2μｍ厚Ga.5
Al.5As（ｐ〜３×1017cm-3）、層１２がｎ−GaAs
〜 ．3μｍ厚から構成されている時には、図示し
た構造では隣接接点３４と３６との間および３６
と３８との間は全抵抗約８オームの路を形成す
る。
動作時に電極３６に閾値以上の電流Ｉが流れ、
電極３４と３８には電流が印加されないと、スト
ライプ域１５の下の層８のストライプ放射域はレ
ーザー化し第２Ａ図に示す対称近接場輻射パター
ン（symmetrical near field radiation
pattern）１５′を発生する。なぜなら通過する電
流分布、従つて屈折率は光線について一様に変化
するからである。図示したように、近接場輻射パ
ターン１５はレーザーの近接面に垂直な出力光を
与えるガウス分布を有する。輻射パターン１５′
の角走査（angular scanning）は電流比I1／I2と
I1／I3を変化させることにより得られる。I2が零
から閾値以下の値まで増大すると（I3は零又は非
常に小さい値に留まる）、I2の一部はフイルム２
０と層１２を介して漏れ、領域１５の下の電荷分
布を歪め（屈折率分布の実及び虚部の両方を歪
め）、近接場輻射パターンを非対称にし、すなわ
ち近接場輻射パターン１５′は右へ延びて第２Ｂ
図に示す非ガウス分布を与える。この歪みにより
出力光は右へ走査される。同様に、I3が零から閾
値以下に増加されると（I2が零又は非常に小さい
値に留まる）、I3の一部がフイルム２０と層１２
を介して漏れて再び輻射パターン１５′を歪め、
今度は輻射パターンが左へ延びて第２ｃ図で示す
非ガウス分布を与える。この歪みにより出力光は
左へ走査される。
閾値以上のポンピング電流を受ける電極３６の
代りに、電極３４又は３８のどちらかが閾値を越
えるポンピング電流を受けてもよい。この場合、
発生した輻射パターンは電極３６へ印加される電
流を変えることにより（電極３６への電流が閾値
に達することは禁ずる）中央に向けて走査でき
る。
第１図の走査器は従来技術で作製され得る。最
初に層６，８，１０，１２が基台４上に液相エピ
タキシヤル技術により成長される。層１２上に層
１８を蒸着した後、光リソグラフイとプラズマ・
エツチング技術又は同等の技術によりストライプ
開口パターンが層１８（Si3N4）に形成される。
次いで亜鉛のようなｐ型ドープ剤が層１２中へ拡
散されてｎ型を変換し、電流制限領域１４，１
５，１６を形成する。さらにフイルム２０のCr
（200Å）及び接点３４，３６，３８のAu（2500
Å）が装置のｐ面に蒸着される。次いでレーザー
の全長に沿つて一方又は両方の金属層が幅広スト
ライプ（3μｍ）で除かれて、接点３４，３６，
３８が独立してアドレスされることを可能にす
る。
層６，８，１０，１２の厚さとドープ密度は以
下の通りである。層６、厚さ〜3μｍ、ドープ密
度〜３×1017cm-3、層８、厚さ〜0.2μｍ、ドープ
密度〜1017cm-3、層１０、厚さ〜2μｍ、ドープ密
度〜４×1017cm-3、層１２、厚さ〜0.3μｍ、ドー
プ密度〜３×1017cm-1。今まで、２重ヘテロ構造
に関して走査器を記述してきたが、単一ヘテ接合
と分布帰還形状が使用可能である。又、ストライ
プ作製は拡散技術以外に酸化ストライプ、陽子ス
トライプや平面ストライプにより実施できる。
これまで記述してきたレーザーは、閾値をこえ
てあるレーザー域をポンピングすることにより、
かつ閾値をこえてポンピングされるそのレーザー
域の電荷分布を歪めるため他のレーザー域を閾値
以下にポンピングすることにより単一ローブ輻射
パターンの走査を達成している。単一ローブ輻射
パターン走査は、レーザー光がストライプ間に位
置決めされるように２つ以上のレーザー域を閾値
に又はそれ以上に異なつてポンピングすることに
より得られる。このようなレーザー走査器は第３
図に示され、電極５０はｐ型電流制限領域５３を
介して活性域層５１の一部へポンプ電流を与え、
電極５４はｐ型域５５を介して活性域層５１の他
の部分へポンプ電流を与える。第３図の走査器の
層構成と厚さは第３図に示す通りであり、第１図
の材料に対応する材料には、第１図の参照番号と
同一の番号が付されている。
角走査は第３図の２重ストライプ走査器により
電流比I1／I2を変えて達成される、ここで電流I1
とI2は共に閾値以上又はそれに近い値である。両
ストライプ接点５０，５４が同時にポンピングさ
れると、685μｍ長レーザーの閾値はI1／I2に応じ
て250ｍＡ＜I1＋I2＜300ｍＡの範囲をとる。I1／
I2比を約0.1から10まで変化させることにより、
遠方域単一ローブ輻射パターンは約６度の光幅で
−14度から＋14度の間を移動する。
これまで記述してきたレーザー形状はレーザー
光の近傍における電荷分布を歪めて走査を実行す
るため順方向バイアス集積回路を用いている。第
５図に示すように逆方向バイアス接点を用いて電
荷分布を変えることも可能である。第５図のレー
ザー走査器は、層８，１０がｎ型で拡散域１４，
１５，１６が層８に達するまで延びていることを
除いて第１図と同一である。領域１５が閾値以上
に順方向バイアスされて、領域１４，１６に電圧
が印加されていないと、電荷分布パターンは対称
で、発生される光はレーザーの鏡又はへき開面に
垂直に現われる。しかしながら、負バイアスを領
域１４又は１６に印加すると、電荷分布パターン
は非対称となり、発生する光は負電位を印加して
いる領域から離れる方向へ偏向される。
第６図及び第６Ａ図は非対称電荷分布によるレ
ーザー光走査の他の可能な実施例を示す。この実
施例では、偏向器と同一基台に集積されている又
は集積されていない単一レーザー源からの光が偏
向器に与えられる。レーザー源５８により放射さ
れた光の波長は、偏向器５９で吸収されないよう
になつており、GaAs活性域を有するレーザー
は、偏向器が第６図に示す構成、厚さ、ドープ密
度を有する層から構成されている時の前記光源と
なつている。第６図の上面図である第６Ａ図に示
すように、偏向接点６０，６１は例えば活性域６
２への陽子注入又は他の従来手法によりその間に
電気絶縁域６３を有する三角形である。
第６図の走査器の動作時に、接点６０が接点６
１より負にバイアスされると、より高い屈折率が
接点６１の下部よりも接点６０の下部に存在す
る。このような屈折率差と可変屈折率プリズムと
して作用する接点６０の３角形形状のため、出力
光は接点６０の方向に偏向され、従つて電気制御
走査が実施される。同様に、接点６１が接点６０
より負にバイアスされると、接点６１の方向への
偏向が得られる。第６図の走査器は２重ヘテロ構
造偏向器を参照して記述してきたが、入射入力光
を吸収しないという条件の下で他の偏向器形状を
用いることもできる。
上述の走査部はデイスク上のデータ領域を追従
するための光学デイスク装置に使用可能である。
この動作モードでは、光学デイスク上をレーザー
光が時間により走査するように電流リード線に連
続的にパルスが与えられる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明によるレーザー走査器の概略構
成を示す図面、第２Ａ図、第２Ｂ図、第２Ｃ図は
第１図の走査器の動作概観を示す平面図、第３図
及び第５図は本発明の他のレーザー走査器の実施
例の概略構成図、第４図はレーザー光線走査器を
基にした原理を図示する図面、第６図及び第６Ａ
図は本発明による他のレーザー走査器実施例を示
す側面図および平面図である。 符号の説明、２……レーザー走査器、４……基
台、１４，１５，１６……ｐ型域、３４，３６，
３８……接点、１５′……輻射パターン。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ レーザ条件のもとで光波を発生する活性域を
    含む基板上の複数半導体層と、各々が半導体ヘテ
    ロ接合レーザの上部に形成され互いに電気的に絶
    縁された電気接点を含み、独立して電流によつて
    ポンピングされる複数のレーザ素子を形成する複
    数の電流制限手段とを備えた単一レーザ素子から
    遠方域の単一ローブ輻射パターンを走査する光線
    走査器として機能する半導体ヘテロ接合レーザに
    おいて、互いに絶縁されたレーザ素子接点間に薄
    い電気接点が形成され、該薄い電気接点は前記レ
    ーザ素子間に電気抵抗路を形成して該レーザ素子
    間に横方向に流れるポンピング電流の量を制御す
    るために約200Åのように充分に薄く形成され、
    前記レーザ素子の１つが前記レーザ条件を作るた
    めに閾値より高くポンピングされ、該レーザ素子
    に隣接する一方のレーザ素子が閾値より低くポン
    ピングされかつ他方のレーザ素子が殆んど零にポ
    ンピングされるとき、前記閾値より高くにポンピ
    ングされたレーザ素子から出力される光が、前記
    薄い電気接点に流れるポンピング電流の変化に起
    因して前記閾値より高くポンピングされたレーザ
    素子内に生じた屈折率分布の変化によつて、前記
    隣接した一方のレーザ素子の方向に向つて偏向さ
    れることを特徴とする半導体ヘテロ接合レーザ。 ２ レーザ条件のもとで光波を発生する活性域を
    含む基板上の複数半導体層と、各々が半導体ヘテ
    ロ接合レーザの上部に形成され互いに電気的に絶
    縁された電気接点を含む２つの電流制限手段とを
    備えた単一レーザ素子から遠方域の単一ローブ輻
    射パターンを走査する光線走査器として機能する
    半導体ヘテロ接合レーザにおいて、前記２つの電
    流制限手段間に薄い電気接点が形成され、該薄い
    電気接点は隣接するレーザ素子間に電気抵抗路を
    形成して該レーザ素子間に横方向に流れるポンピ
    ング電流の量を制御するために約200Åのように
    充分に薄く形成され、前記電流制限手段の間に形
    成されたレーザ素子にその閾値以上の組合せられ
    たポンピング電流が前記２つの接点に与えられた
    とき光が出力され、また前記接点間に与えられる
    電流の比を変化させる装置を備え、これにより前
    記薄い電気接点に横方向に流れるポンピング電流
    の変化に起因して前記電流制限手段間に形成され
    た前記レーザ素子の領域内に生じた屈折率分布の
    変化によつて、前記レーザ素子からの出力光を横
    方向に偏向させることを特徴とする半導体ヘテロ
    接合レーザ。
JP7640579A 1978-06-26 1979-06-19 Light beam scanning device Granted JPS556385A (en)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US05/918,743 US4217561A (en) 1978-06-26 1978-06-26 Beam scanning using radiation pattern distortion

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JPS556385A JPS556385A (en) 1980-01-17
JPH0357633B2 true JPH0357633B2 (ja) 1991-09-02

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