JPH0433152B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光反射部を備える多数のレーザ
ー・ダイオード条帯が半導体内の一つの面に互に
間隔を保つて平行に配置され、レーザー・ダイオ
ード条帯の長さ方向にレーザー光を放射するレー
ザー・ダイオード・アレイに関するものである。

〔従来の技術〕

多数の条帯形のレーザー・ダイオードを一つの
半導体内に並べて配置することは公知である。半
導体内のレーザー・ダイオード条帯の位置は例え
ば平行に拡がる酸化膜条帯、平行に拡がる導波条
帯、平行に拡がる高抵抗帯状領域等の手段によつ
て定めることができる。高抵抗帯状領域型の構造
は西独国特許第1439316号明細書に記載されてい
る多数のレーザー・ダイオード条帯を含む半導体
デバイスに採用されているが、ここではレーザ
ー・ダイオード条帯への分割は冷却を良くするた
めに提案されている。

条帯形レーザー・ダイオードの外に面状に拡が
つたpn接合を持つレーザー・ダイオードも公知
である。

一つの半導体内で隣り合つたレーザー能動領域
の間に光結合が起り、これらの能動領域で発生し
たレーザー光の間に相関が生ずることも公知であ
る（西独国特許出願公告第1156506号）。この場合
レーザー能動領域の各作用区域の突起部が半導体
区域を越えて重なり合い、誘導放出のために必要
な電流しきい値には達しないため誘導放出の発生
条件が満たされない。

〔発明が解決すべき問題点〕

この発明の目的は、レーザー・ダイオード・ア
レイに対してレーザー光発生効率を高めて高出力
を可能にすることである。

〔問題点の解決手段〕

この目的は特許請求の範囲第１項に特徴として
挙げた構成によつて達成される。この発明の種々
の実施態様は特許請求の範囲第２項以下に示され
ている。

〔作用効果〕

この発明は次の知見に基くものである。多数の
単一レーザー・ダイオード条帯を互に平行に並べ
て配置したレーザー・ダイオード・アレイでは、
レーザー・ダイオード条帯に平行なレーザー光放
出方向から外れた方向に強い超放射又は希望しな
い振動モードのレーザー光が発生する可能性があ
る。この種の所望されない放射は例えば12，20又
は30個等の少数のレーザー・ダイオードのアレイ
にも発生し得るものであり、レーザー・ダイオー
ド数がこれ以上に増大するとダイオード数に比例
する以上に急激にこの現象が増強されることが明
らかとなつた。実験結果によれば、各レーザー・
ダイオード・アレイに供給される電流密度の上昇
と共に比例性から著しく外れた状態でしかもアレ
イ中のレーザー・ダイオード数に関係して上記の
現象が発生する。一見関係のない結果から超比例
的に増強する超放射又は所望外振動モード放射は
達成可能の最大放射出力を限定しポンプ電力に対
する有効放射発生効率を悪化させることが明らか
となつた。

この発明によるレーザー・ダイオード・アレイ
においては予定数又は現実に存在する個数のレー
ザー・ダイオード条帯をいくつかの群に分け、各
群はアレイ中の隣り合つたレーザー・ダイオード
条帯で構成する。一つの群に所属するレーザー・
ダイオードの個数はこの群が占める半導体区域に
おいて発生する超放射の強度が限定され、又所定
の放射方向から外れた方向の振動モードの放射の
形成が僅かであつて所望のレーザー放射に比べて
強度が低くポンプ電力の僅かの部分を消費するだ
けであるように選定する。この発明のアレイにお
いて各群に許されるレーザー・ダイオード条帯の
最大数は光共振器の比増幅度と性能の高さ、レー
ザー・ダイオード条帯の長さと幅、レーザー・ダ
イオード条帯相互間の間隔、幅対間隔比、更には
レーザー・ダイオード条帯の間の光結合の有無等
の境界条件にも関係するので簡単には決められな
い。しかしこの発明において問題となるこの最大
数は実験によつて求められる。即ちこの発明の成
立に際して問題となつたポンプ電力を上昇させて
もレーザー光出力がそれに比例して上昇しなくな
るレーザー・ダイオード片の数を実験的に決めれ
ばよい。

原則的にはアレイを分割した群のレーザー・ダ
イオード条帯の数を上記のような値に限定するこ
とは不可能であるから、この発明によりそれぞれ
規定された個数のダイオード条帯を含む群の間に
レーザー・ダイオード条帯の長さ方向に平行に拡
がる帯状領域を設けて半導体内に隣り合せて設け
られた群の間を隔離する。この隔離を有効にする
ためこの群の間の帯状領域はレーザー・ダイオー
ド・アレイのレーザー光と超放射に対して減衰特
性を示すものとする。この領域はレーザー・ダイ
オード条帯に平行に拡がつているから、規定方向
に放出されるレーザー光に対してはその減衰特性
は少くとも認め得る程度の障害とはならない。超
放射とそれに基くレーザー放射は共にアレイ内で
規定方向から外れた方向に放出されるから、この
発明によつて設けられた帯状領域に達すると強く
減衰される。

特にこの発明によつて設けられた帯状領域によ
り半導体内で循環路に沿つて進むレーザー振動モ
ードは減衰又は阻止される。これは循環路に沿つ
て進むために必要な方向変化が半導体空気間境界
面においての全反射に基くことによるものであ
る。このような全反射は無損失であるから、それ
に対応する振動モードはしきい値電流密度が最低
である。

この発明によつて設けられる帯状領域に関して
は、この領域が超放射と所望されない振動モード
に対して強減衰特性を示すにも拘らず互に光結合
されたレーザー・ダイオード条帯で構成されるレ
ーザー・ダイオード・アレイに対して必要な光結
合を除外するものではないことを注意しなければ
ならない。これに対しては一つの群の最外側のレ
ーザー・ダイオード条帯に沿つて延びる帯状領域
が所定の目的の達成に充分な長さ部分だけに拡が
り、残りの長さ部分で隣り合せた他の群のレーザ
ー・ダイオード条帯はこの領域によつて隔離され
ないようにすることができる。

レーザー・ダイオード・アレイに並べて設けら
れるレーザー・ダイオード条帯は通常半導体内の
一つの平面内に並べられる。このような平面配置
はこの種のアレイを製作するエピタキシイ工程の
実施にとつて特に有利である。

この発明によつて設けられた群の間を隔離する
帯状領域の減衰特性について述べて来たが、この
ような減衰特性は種々の方法で実現できる。例え
ばアレイ中の所望されない放射の光学的散乱作用
とすることができる。次にこの種の放射をレーザ
ーダイオード設置平面から外に偏向することも減
衰作用である。この設置平面の外で発生した超放
射もそれ以上増幅されることはない。別の減衰方
法はポンプ作用を受けない半導体領域を設けるこ
とである。このような半導体領域を隣り合せたダ
イオード群の間に置けば、そこでは放射増幅を行
うポンプ電流密度が存在せず、発生した放射は吸
収されて無放射遷移に変換される。このような効
果は陽子注入により放射吸収中心が形成された領
域にも考えることができる。このように領域に進
入した超放射およびレーザー光は強い吸収を受け
る。

〔実施例〕

実施例についてこの発明を更に詳細に説明す
る。

図面において２は半導体であり、その一つの平
面３に多数のレーザー・ダイオード条帯４が作ら
れているが、この条帯はレーザー光５の放出面と
なつている端面だけが示されている。各レーザ
ー・ダイオード条帯４は平面３内でそれぞれの電
極条帯６の下にそれに沿つて延び、この電極を通
してポンプ電流を受ける。レーザー・ダイオード
４の放出端面と他方の端面はダイオード内を往復
するレーザー光に対して反射能を示し、光共振器
を形成する。

アレイ１を構成するレーザー・ダイオード条帯
の全体はこの発明により群ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，
…に分割される。図を簡潔にするため各群には少
数のレーザー・ダイオード条帯だけが示されてい
るが、実際には一つの群に10乃至40個のレーザ
ー・ダイオード条帯が含まれる。この発明のアレ
イ１ではレーザー・ダイオード条帯群の数は任意
に大きく選ぶことができる。

図面にはこの発明によつて設けられる領域の
種々の実施形態が１１乃至１６として示されてい
る。この発明によるアレイはこの領域の一種類の
形態だけを含んでも、数種類の形態を混合して含
んでもよい。１１は半導体２と同じ材料の障壁性
条帯であり、１２はこの種の障壁性条帯が陽子注
入によつて少くともレーザー・ダイオード形成面
３の深さに形成されたものである。１３と１４は
所望されない超放射又は所望されない振動モード
の放射を放射伝搬面から外に反射又は偏向する実
施形態である。１５は半導体に作られた溝形のく
ぼみであり、その内面は少くとも放射伝搬面の区
域では散乱性の粗面となつている。１６は１５の
変形で、最外端のレーザー・ダイオード条帯群に
属する半導体２の外側面が少くとも放射伝搬面の
区域で散乱性の粗面となつている。

群ｅの区域で２１は、この種の区域においてレ
ーザー・ダイオード条帯面３内に必然的に発生し
てこの面に沿つて拡がる超放射を表わしている。
このような超放射２１が領域１１に当ると、領域
１１内に侵入した放射分は増幅されることなく却
つて吸収される。このような放射２１に対しては
領域１１の境界は実際上反射能を示さず、循環す
る振動モードを形成させることがある。この循環
モードは２２として示されている。障壁性の条帯
１１の区域では電流導入の必要がないので電極を
設けない方が有利である。しかし何等かの理由例
えば半導体の一つの表面に全面的に電極金属化を
行う場合には、この金属化面の下において領域１
１の表面近くの区域（即ち半導体２の表面と内部
レーザー・ダイオード条帯面３の間）に電気絶縁
層を設ける。このような電気絶縁層は例えば陽子
注入によつて作ることができる。

特に有利な実施形態は陽子注入された領域又は
障壁条帯１２である。この場合レーザー・ダイオ
ード面３の深さに陽子注入によつて面３に対応す
る放射伝搬面が形成される。この領域１２に侵入
した超放射２１はそこで不純物による強い吸収を
受ける。

領域１３と１４は半導体に作られた溝形のくぼ
みで、傾斜側面１３１又は燕尾形に切り込まれた
側面１４１を持つ。これらの側面に当つた放射２
１は半導体２内に反射されるか対応する角度で外
側に反射される。

半導体２に作られた溝形のくぼみ１５は粗面は
超放射を散乱し同じ群区域への逆反射を無しにす
るから、希望されない振動モード２２の発生が阻
止される。側面１６の粗面についても同様であ
る。

前に述べたようにこれらの領域は半導体内で群
ａ，ｂ，…の間に要求されている分離が達成され
る深さに形成される。しかしこれらの領域がレー
ザー・ダイオード条帯の全長に亘つて拡がらず、
例えば１５で示すように隣り合つたレーザー・ダ
イオード条帯の長さの大部分に亘つて拡がるよう
にすることも可能である。条帯の残りの部分は隣
り合せた群の間にある程度の光結合を保持するの
に使われる。

この発明によるアレイのレーザー・ダイオード
条帯４の幅は２乃至4μｍであり、各群内では10
乃至20μｍの間隔を保つて配置される。レーザ
ー・ダイオード条帯の長さは例えば200乃至400μ
ｍとする。比増幅率の値と光共振器の性能が中程
度のとき各群には約20から40個のレーザー・ダイ
オード条帯４を含ませても多数のレーザー・ダイ
オードで構成されるアレイに発生する欠点、即ち
最大放射出力の限界が低いこと、放射発生効率が
低い等の欠点を避けることができる。

この発明は光結合のあるレーザー・ダイオー
ド・アレイに対しても光結合のないアレイに対し
ても有効である。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明によりレーザー・ダイオード・
アレイに設けられる帯状領域の種々の実施形態を
示すもので、２は半導体、４はレーザー・ダイオ
ード条帯、１１乃至１６はこの発明による帯状領
域である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体内の一つの面に互にほぼ平行し間隔を
   保つて設けられた個々のレーザー・ダイオード条
   帯にそれぞれ光共振器を備え、レーザー・ダイオ
   ード条帯の方向に平行してレーザー光を放射する
   レーザー・ダイオード・アレイにおいて、超放射
   ２１と所定方向と異る方向の振動モード放射２２
   の一方又は双方を減衰させるためアレイ１に対し
   て決められている個数のレーザー・ダイオード条
   帯４がいくつかの群（ａ，ｂ，ｃ，…）に分割さ
   れ、各群に含まれるレーザー・ダイオード帯の最
   大個数はこれらの群の一つが占める半導体基板２
   の区域内で発生した超放射又はこの群に定められ
   ているレーザー光放射方向から外れた方向の振動
   モード放射が無視できる強さとなるように定めら
   れていること、レーザー・ダイオード条帯４に対
   してほぼ平行に拡がりアレイ１のレーザー・ダイ
   オード条帯設置面３を含む帯状領域１１，１２，
   １３，１４，１５，１６が隣り合せた群の間（ａ
   −ｂ，ｂ−ｃ，ｃ−ｄ，…）と半導体基板２上の
   最終群の外側縁１６に沿つて設けられ、この領域
   がアレイ１の超放射又はレーザー放射に対して減
   衰特性を示すことを特徴とするレーザー・ダイオ
   ード・アレイ。 ２ 各帯状領域１５が隣り合せにレーザー・ダイ
   オード条帯４の方向に沿つて延びるくぼみであ
   り、その群（ａ，ｂ）に向う側壁がレーザー光に
   対して散乱作用のある粗面であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のアレイ。 ３ 終端の群(a)に対しては半導体２の対応する側
   面が少くともレーザー光伝搬面３の区域内におい
   て放射光散乱作用のある粗面となつていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載
   のアレイ。 ４ 各領域１３，１４がそれぞれ光伝搬面３を含
   む反射帯１３１，１４１を持ち、この反射帯はそ
   の大部分が隣り合せたレーザー・ダイオード帯４
   に沿つて延び、その反射面は光伝搬面内で反射帯
   に入射する超放射２１又は振動モード２２が偏向
   を受けるように傾斜して配置されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項の一つ
   に記載のアレイ。 ５ 各領域１１が光伝搬面３を含んで隣り合せた
   レーザー・ダイオード条帯４に沿つて延びる半導
   体２内の障壁帯１１であり、動作中はレーザー・
   ダイオード条帯４内の電流密度に比べて著しく低
   い電流密度であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項乃至第４項の一つに記載のアレイ。 ６ 各領域１２が光伝搬面３を含んで隣り合せた
   レーザー・ダイオード条帯４に沿つて延びる半導
   体内の障壁帯１２であり、この領域の半導体に陽
   子がイオン注入されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項乃至第５項の一つに記載のアレ
   イ。 ７ 特許請求の範囲第２項乃至第６項中の少くと
   も二つに記載されている領域形態が一つのアレイ
   内に存在することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のアレイ。