JPH0728087B2 - ゲイン／屈折率複合ガイド形半導体レ−ザ及びアレイレ−ザ - Google Patents

ゲイン／屈折率複合ガイド形半導体レ−ザ及びアレイレ−ザ

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JPH0728087B2 JP61118974A JP11897486A JPH0728087B2 JP H0728087 B2 JPH0728087 B2 JP H0728087B2 JP 61118974 A JP61118974 A JP 61118974A JP 11897486 A JP11897486 A JP 11897486A JP H0728087 B2 JPH0728087 B2 JP H0728087B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は半導体ヘテロ構造レーザ及びアレイレーザに
関し、特にかかるレーザでゲイン／屈折率複合ガイド特
性を達成するための各種の幾何学的ストライプ構成に関
する。
（従来の技術） 半導体材料や半導体素子構造、例えば半導体レーザ等の
選択領域の素材中にキャリヤを注入することによって屈
折率の横方向変化をそれらの材料や構造中に生ぜしめる
ことができるのは周知である。注入領域のキャリヤが例
えば半導体ヘテロ構造レーザ内で光導波路を生成するの
を促す。一方レーザポンピングのために形成される電流
閉じ込め領域内の注入電子は屈折率を減少させるので、
レーザ発生領域内におけるこの屈折率の減少効果が所望
な屈折率の変化と正反対のものとなる。この結果、電流
閉じ込め領域の中心域に反導波効果が生じ、そこで最も
低い屈折率が認められる。従って、単一つまり基本モー
ドの動作が達成困難で、高次モードが主になる。
（発明が解決しようとする問題点） 反導波という上記の問題は、Goodman等の米国特許第4,1
90,809号に開示されたツインストライプ構成を用いて解
消できる。同特許のレーザ素子は、ストライプ間の中央
領域で減少する横方向のキャリヤ密度分布を生じるよう
に充分離間した２本の平行な電流注入ストライプを与
え、わずかに高い屈折率特性によって中央の減少領域で
改良された光導波路を生じる。適切な設計パラメータを
設定することにより、０次つまり基本横方向モードと単
一の縦方向モードを選択するガイド特性を持った光導波
領域が形成できる。０次つまり基本モード用の適切な導
波を達成する上で導波路の設計は非常に重要で、さもな
いと横方向のゲイン分布が平行なストライプ間で最小と
なり、その他の高次モードを潜在的に発生可能となって
それらモードの開始促進という状態が優勢になるため好
ましくない。平行なストライプ間の間隔と２重ストライ
プの巾を最適化することで、０次つまり基本横方向モー
ドと単一の縦方向モードについて満足できる動作を得ら
れることが報告されている。
しかしながら、０次モード動作を有する屈折率／ゲイン
複合ガイド形レーザ構造で屈折率導波を行えば、上記Go
odman等の特許の２重ストライプレーザに開示されてい
るような精度と幾何学的構成を必要とせずに、より改良
された動作を達成できる。
（問題点を解決するための手段） この発明によれば、屈折率導波特性を持ったゲインガイ
ド型の本体を有する屈折率／ゲイン複合ガイド形半導体
レーザは２つの電流閉じ込め手段領域を有し、これらの
うち第１領域が主電流閉じ込め手段を有し、少なくとも
１つの第２領域が相互に平行で主電流閉じ込め手段の軸
に対して軸方向にズレた一対の電流閉じ込め手段を備え
ると共に、他方のレーザ面から第１領域の方へ延びてい
ることを特徴とする。第２領域中の軸方向にオフセット
した電流閉じ込め手段が、レーザ用の屈折率光導波路と
して機能するそれらのオフセット電流閉じ込め手段の間
に形成されるレーザ光空洞領域と比べ、低い屈折率領域
をレーザ構造内に与える。
第１領域は第２領域から電気的に絶縁されているので、
第１領域は第２領域に対して独立にポンピングされる。
軸方向にオフセットした電流閉じ込め手段の領域へのポ
ンピング電流を変えることによって、軸方向オフセット
電流閉じ込め手段領域とこれらの領域間の光空洞領域と
の間に形成される屈折率の差を選択的に変えられる。
本発明の基本態様は“同調フォーク”と形状が類似して
おり、軸方向オフセット電流閉じ込め手段領域の屈折率
をレーザ光空洞領域に対して有効に変化させることによ
って、それらのオフセット領域中に高ゲインの領域を形
成し屈折率導波の特徴を与える。好ましい実施例の説明
から明らかとなるように、その他多くの幾何学的ストラ
イプ構成及びこれら各構成の組み合わせが可能である。
また、アレイレーザに対応した構造的な電流閉じ込め手
段がレーザの複数の光空洞に対してそれらの光空洞間領
域で外側に位置したつまりオフセットした部分を備えて
いるような位相同期アレイレーザあるいは弱結合アレイ
レーザでオフセット同調フォークの幾何学的構成を用
い、光空洞からオフセットした領域の屈折率が光空洞の
屈折率と比べて低くなるようにし、ゲインガイド形アレ
イレーザ構造内に屈折率導波路を形成することもでき
る。こうすれば、オフセット領域内のゲイン量を、オフ
セット領域間の領域中における光空洞のゲインと比べ高
められるという結果が得られる。光空洞間領域内におけ
る光空洞の外側でアレイレーザを横切る横方向のゲイン
密度分布は光空洞内で得られるゲインより高くなるの
で、レーザ空洞を位相ロックすれば、横方向の変調ゲイ
ン分布はアレイモードの潜在的な高次の重畳モードより
基本重畳モードの方が有利となる。
屈折率／ゲイン複合ガイド形アレイ半導体レーザは、第
１領域が第２領域に対して独立にポンピングされるよう
に、第２領域から電気的に絶縁された第１領域を有する
こともできる。軸方向オフセット電流閉じ込め手段領域
へのポンピング電流を変えることによって、軸方向オフ
セット電流閉じ込め手段領域とこれらの領域間の光空洞
領域の間における屈折率の差を選択的に変えられる。
屈折率／ゲイン複合ガイド形アレイ半導体レーザは弱結
合されていてもよく、すなわちそれらの光空洞が隣接す
る光レーザ発生フィラメント間で強い光結合を生じない
ように充分離間していてもよいし、あるいは相互に充分
接近したレーザ発生エレメントによって位相ロックし、
各光空洞の微弱波が隣接光空洞内へ重なり合うようにし
てもよい。また、位相ロック状態を形成するための直接
結合を与えるのに、従来周知の任意なアーキテキチャを
使える。このような一例は、米国再発行特許第31,806号
に示してある。
こうした全ての屈折率／ゲイン複合ガイド形半導体レー
ザ構造において、第１領域における主電流閉じ込め手段
は第２領域にまで延びてもよいし、あるいは第２領域の
手前で終ってもよい。同じ理由で、第１領域内のオフセ
ット電流閉じ込め手段は第１領域にまで延びてもよい
し、あるいは第１領域の手前で終ってもよい。また、第
１領域の両端に、第２のオフ電流閉じ込め手段領域を設
けることもできる。
同調フォーク概念の実施は、（１）レーザの活性領域に
量子ウェル構造を与え、且つ（２）主ポンピングストラ
イプ間の面ミラー反射率を選択的に上昇させる一方、そ
の他の面領域における面ミラー反射率を減じることによ
って、さらに改善できる。
その他の目的及び利点は、本発明の完全な理解と共に、
添付の図面に基く以下の説明及び特許請求の範囲を参照
することで明らかとなろう。
（実施例） まず第１図を参照すると、この発明を成す基本的な幾何
学的ストライプ構成が示してある。ゲインガイド形半導
体レーザ10は当該分野で周知なものでよく、例えばプレ
ーナ層を持つヘテロ構造GaAs/GaAlAs型である。レーザ
構造は活性領域として単一または複数の量子ウェルっを
含み、後者の方が好ましいが、量子サイズ効果を生じる
のに必要なものより大きい暑さ、例えば400Å〜600Åの
範囲の暑さを有する単一活性層についても、０次つまり
基本モードの動作が得られる。この点は、以下詳述する
その他の幾何学的ストライプ構成にも同様に当てはま
る。
レーザ10は、一端面15からレーザ長のかなりの範囲にわ
たって延びた閉じ込めポンピングストライプ14の形をし
た主電流閉じ込め手段から成るストライプ構成12を有す
る。ストライプ14の下方に、点線16で示したレーザ10の
光空洞が形成されている。光空洞16はレーザの活性領域
を含み、レーザがストライプ14を介して順バイアスされ
ると、レーザのｐ−ｎ接合と似たものになる。光空洞領
域内における活性層でキャリヤの注入と再結合が生じ、
端面15及び17間の光空洞における放射伝播をレーザ発生
状態に保持する。
ストライプ終端の地点18に、光空洞への電流ポンピング
が維持されない領域20が存在する。但しそこには、一対
の離間ストライプ22、24の形をした補助電流閉じ込め手
段が設けられており、これらのストライプは光空洞16の
外側つまりそこからオフセットした領域内に位置し主ス
トライプ14と同時にポンピングされる。オフセットスト
ライプ22、24下方のレーザ10領域はレーザの底部接点へ
向かって形成された電流の流れを有し、ストライプ22、
24で表わされるこれらの領域が低い屈折率だが高いゲイ
ンの領域を形成する。光空洞16内の領域20には、オフセ
ット領域22、24と比べ低い濃度のキャリヤ注入が存在す
る。また局部的なゲインも、領域22、24内での方が高
い。最も屈折率の高い領域は、キャリヤ分布がオフセッ
ト領域22、24に比べて最も低くなる領域20内にあり、こ
の結果レーザ空洞16の領域20内における最適化した屈折
率が放射伝播における０次モードの動作に有利に作用す
る。主ポンピングストライプ14と一対のオフセットスト
ライプ22、24の組み合わせは、その形状が同調フォーク
の外観を持ち且つレーザを０次モード動作に“同調す
る”機能を果すため、我々は“同調フォーク”形状と呼
んでいる。
要するに、（オフセットストライプ領域22、24を持たな
い）従来のプレーナゲインガイド形レーザ構造が、オフ
セットストライプ領域22、24を含めることによって文字
通り領域20内で屈折率ガイド形レーザ構造に変更され、
これがゲインガイド形レーザ構造で一般に存在する非点
収差を伴わずに、縦方向及び横方向のモードを選択す
る。
主ポンピングストライプ14とオフセットストライプ22、
24は当該分野で知られているように、多くの異った方法
で形成できる。例えばこれらのストライプは、レーザキ
ャップまたは接点層の表面全体を覆う酸化物絶縁層19を
貫いた選択的なエッチングによって形成できる。一方、
領域19はキャップ層自体で、例えば全領域19を酸素雰囲
気下においた陽子ボンバードメントまたはイオン注入に
よってストライプ14、22及び24を画成してもよい。ま
た、領域22、24内への最適な電流の流れは、ストライプ
領域22、24内に亜鉛等を選択拡散するかまたはGe等をイ
オン注入し、それらの領域を主ストライプ領域14と比べ
多少導電性とすることによって達成できる。この処理で
両ストライプ領域はより導電性が強まり、レーザ構造を
通ってレーザの底部メタル接点へ向かういっそうシャー
プな電流の流れを生じる。上気したストライプの幾何学
的形状の画成方法は、以下説明するその他の各実施例に
も適用できる。ストライプの画成が成された後、レーザ
の表面をメタル化して、レーザ構造用電気接点の一方を
与える。ストライプの幾何学的構成を現わし見易くする
ため、メタル化面は図面中に示してない。
第17〜20図は、主電流ポンピングストライプ領域とオフ
セットストライプ領域間に改良された結合を与え、レー
ザの一方または両方の放射面における光波の伝播分布を
最適化するストライプ22、24の幾何学的構成の変形を示
している。第17図では、幾何学的ストライプ構成12Aが
クサビ状部13Aを有するオフセットストリップ22A、24A
を備えている。第18図では、幾何学的ストライプ構成12
Bがクサビ状部13Bを有するオフセットストライプ22B、2
4Bを備え、クサビ状部13Bが主ポンピングストライプ14B
の槍状尖端11Bと整合されている。これらの幾何学的構
成は、光空洞16内で伝播する光に対して屈折率／ゲイン
変化の効果を漸次的に与える。
第19図の幾何学的ストライプ構成12Cは、オフセットス
トライプ22C、24Cもそれらの他端隣接面17にクサビ状部
13Cを有する点を除き、第18図に示したものと同じであ
る。第20図の幾何学的ストライプ構成12Dは、弧状部13D
を有するオフセットストライプ22D、24Dを備えている。
これらの幾何学的構成は、光空洞16内で伝播する光に対
して屈折率／ゲイン変化の効果を漸次的に与えると共
に、端面17で光を拡散させる。つまり、伝播光の分布と
放射開口のサイズは、各クサビ状部13C、13Dの端面17に
対する角度または曲率により前もって決められる。
第17〜20図のオフセットストライプ幾何学的構成は、図
示したレーザ構造の各端それぞれに設けてもよい。
第２〜４図はその他の幾何学的ストライプ構成を示す平
面図で、この発明の原則に適用できる上記以外の可能な
構成を例示するためのものである。第２図のゲインガイ
ド形半導体レーザ30は、オフセットストライプ構成が主
ポンビングストライプに接合されている点を除き、第１
図に示したのと同様なストライプ構成32を有する。つま
り、主ポンピングストライプ34が端面35から地点38にま
で延び、そこで両コーナが各オフセットストライプ42、
44の隣接コーナへ接続されており、両オフセットストラ
イプ42、44は主ポンピングストライプ34に対しズレてい
るが平行で、端面37にまで延びている。領域39が絶縁性
つまり低導電性となり、各ストライプ34、42及び44の画
成領域を介して電流のポンピングが行なわれる。オフセ
ットストライプ42、44間の領域40で生じる効果は、第１
図の場合と同じである。ゲインは領域42、44での方が高
い一方、オフセットストライプ42、44下方のポンピング
領域における実効屈折率は低くなり、この屈折率の差が
０次つまり単一横方向モード及び縦方向モードの動作に
とって有利な屈折率導波領域40を形成する。
第３図では、屈折率／ゲイン複合ガイド形レーザ50のポ
ンピングストライプ用幾何学的構成として、複数の短い
活性ポンピング領域54A、54B及び54Cが形成されてい
る。各ストライプ54に隣接してズレ且つ光空洞56の外側
位置に、短いオフセットストライプ51A、51B、51C及び5
1Dが存在する。これらの短いオフセットストライプが、
第１図のストライプ22、24と同じ形状の長いオフセット
ストライプ62、64と共に屈折率に影響を及ぼし、領域60
A、60B及び60Cが単一０次モードの選択と伝播を促進さ
せる高屈折率の領域を形成する。
第４図の屈折率／ゲイン複合ガイド形レーザ70は巾広の
主ポンピングストライプ74から成るストライプ構成72を
有し、主ポンピングストライプ74がその各端で２股状に
分かれそれぞれ端面77、75に終端する２対のオフセット
ストライプ82A;84A及び82B;84Bを形成している。つまり
ストライプ構成72は、２股が２重である点及び主ストラ
イプ74がオフセットストライプ82A、84A及び82B、84Bの
全巾で延びている点を除き、第２図のストライプ構成72
と同様である。広巾の主ストライプ構成の方が大きい出
力パワーを与えるが、広い巾は高次モードの導入を生じ
易い。しかし、２股状のオフセットストライプは非ポン
ピング領域80を形成し、これらの領域80が端面75、77を
介して光空洞76へフィードバックされる単一０次モード
を優先的に選択する。
第５図の屈折率／ゲイン複合ガイド形レーザ90は第１図
の幾何学的ストライプ構成12と同じなので、構成中の同
一部分は第５図において同一参照番号で示してある。し
かし、オフセットストライプ22、24を含むレーザ90の一
部92は主ポンピングストライプ94を含む部分94に対し、
両者間に形成された電気的絶縁領域96によって電気絶縁
されている。見易くするため、分離された両部分92、94
を覆うメタル接点は示してない。両部分92、94は独立に
ポンピングされる。つまり、部分94はストライプ12を介
し１つの電流量Ｉ1でポンピングし得る一方、部分92は
ストライプ22、24を介し別の電流量Ｉ2でポンピングし
得る。このように、領域22、24間及び光空洞16内の領域
20における実効屈折率の変化は容易に“同調”させられ
る、すなわち単一０次モード動作を促し維持するように
電流量Ｉ2を変えることによって、レーザの光空洞に対
する屈折率の差を選択的に変更できる。
レーザ90の変形態様を第13図に示す。レーザ90Aは、そ
のオフセットストライプ領域が２つの領域92と96へ電気
的に絶縁されている点を除きレーザ90と同じで、両領域
92と96は主電流ポンピングストライプ領域94からも電気
的に絶縁されている。一方のオフセットストライプ24が
ポンピング領域92内に位置する一方、オフセットストラ
イプ22はポンピング領域96内に位置する。各領域部分9
2、94及び96は、それぞれ電流Ｉ2、Ｉ1及びＩ3で独立に
ポンピングできる。例えばＩ2がＩ3に等しいと、両領域
92と96を横方向に横切る電流分布は第13図の曲線91の形
状となる。屈折率の横方向分布は第13図の曲線93のよう
になり、この曲線はある意味で曲線91と相補的な関係に
ある。また領域92への電流量が領域96への電流量より大
きいと、つまりＩ2＞Ｉ3なら、屈折率の分布は第13図の
曲線95のようになる。従って、Ｉ2とＩ3の大きさの差を
変えることによって、レーザ90Aの光空洞16から放射さ
れるビーム97は第14図に示すように角度が変化すること
が理解されよう。つまり、電流量Ｉ2をＩ3に対して連続
的に変化させれば、レーザ90Aの出力ビーム97を画像面
に対して角度を変え走査できる。
第６図は、上述した屈折率／ゲイン複合ガイド形レーザ
構造の任意の１つの側面図である。レーザは例えば、ｎ
−GaAs基板100、ｎ−Ga1-xAlxAsのクラッド層102、ｐま
たはｎの交互GaAs及びAlAs層あるいはＰまたはｎの交互
GaAs及びGa1-yAlyAs層（但しｙは比較的小）の単一また
は複数量子構造から成る活性層104、ｐ−Ga1-zAlzAsの
クラッド層106、及びp+−GaAsのキャップ層108で構成さ
れている。但しｚ、ｘ＞ｙ。放射放出点110はレーザの
光空洞も表わしている。対を成すオフセットストライプ
構成のための電流閉じ込め領域として、Ｖ溝112が設け
てある。Ｖ溝112は上方クラッド層106を貫き、活性領域
104の真上にまで延びている。これらのＶ溝が、光空洞1
10からオフセットした活性領域の所望領域にシャープな
電流分布を与える。電流分布のシャープ度は、それらの
所望領域に活性領域104の深さまで選択拡散またはイオ
ン注入することによってさらに向上可能である。
尚Ｖ溝112は、上記したいずれの実施例のどの幾何学的
オフセットストライプ構成で用いることができる。さら
に、オフセットストライプの巾はより狭くまたは広くし
て屈折率及びゲイン効果を変えてもよいし、あるいはそ
れらの長さに沿ってジグザグ状またはサイン波状に変化
させ屈折率及びゲイン効果を変調してもよい。
第７〜13図は、この発明の“同調フォーク”をアレイレ
ーザに適用した例を示している。第７図においては、第
１図の基本概念が平行な光空洞を持った複数の離間レー
ザを含むマルチ形状で示してある。ここでも、屈折率
／、ゲイン複合ガイド形アレイレーザ構造の１つ以上の
領域が誘導された屈折率導波特性を備え、従来のゲイン
ガイド形アレイレーザで認められた非点収差を伴わず
に、モード選択と動作が可能である。
屈折率／ゲイン複合ガイド形アレイ半導体レーザ120
は、空間的な光空洞126を形成する複数の離間した主ス
トライプ124の形をした主電流閉じ込め手段を含むスト
ライプ構成122を備えて成る。主ストライプ124は端面12
5から点線128で示した地点にまで延び、主ポンピング領
域Ｍとして表わしてある。各ストライプの終端地点に同
調フォーク領域Ａが存在し、同調フォーク領域Ａ内には
オフセットストライプ130の形をした補助電流閉じ込め
手段が形成され、これらのオフセットストライプ130は
光空洞126の軸一致線に対し外側に位置し他方の端面127
から点線128にまで延びている。前記実施例の場合と同
様、空洞領域132はポンピングされない一方隣接するオ
フセットストライプ領域130がポンピングされるため、
領域132内の屈折率は領域130内の屈折率より高くなり、
光空洞126に沿って伝播する放射用の屈折率導波機構を
与える。全てのストライプ124と130は、前述した当該分
野で周知の絶縁性酸化物、選択拡散またはイオン法によ
って、残りの領域133から区画されている。この区画
は、以下説明する実施例においても同様に達成される。
光空洞126が充分に接近していると、一光洞からの放射
パターンが隣接の光空洞と重複する結果、モードパター
ンが位相ロックされ、存在するレーザ数に応じた多数の
モードパターンのうち任意の１つを生じることができ
る。ほとんどの場合、１より多いモードパターンが生
じ、これはアレイレーザの実用上望ましくない。位相同
期アレイレーザは、高いパワー出力によって高い実用性
を有する。しかし、パワーは第１または基本スーパモー
ドと呼ばれる単一ローブ内に集中されるべきである。ゲ
インガイド形アレイレーザは、基本スーパモード以上の
高次スーパモードに有利な横方向の固有モードゲイン分
布によって、基本モード以外のその他のモードを生じる
傾向を持つ。しかし、アレイレーザ120の領域Ａ内のオ
フセットストライプ130により、ゲイン分布はストライ
プ130下方の領域で生じる光空洞領域132よりも高いモー
ドゲインによって変調される。すなわち、光空洞126間
の領域130で生じるゲイン量は、光空洞内で生じるゲイ
ンよりも高められる。この結果、光空洞領域132内にお
ける基本スーパモード伝播のゲインは同一領域132内に
存在するその他の高次スーパモードよりも高くなるた
め、アレイレーザ120は好ましい基本スーパモードで連
続的に動作する。
尚、レーザ120はオフセットストライプ130の領域Ａを端
面125から延びたレーザ120の他端に含めるようにも変更
できることに留意された。また、両領域ＭとＡを異った
電流量Ｉ1とＩ2でポンピング可能なように、領域Ａは第
15図のアレイレーザ120Aの構造に示されているごとく領
域Ｍに対し電気的に絶縁されたものと考えることもでき
る。つまり第５図に関連して示しのと同様に、領域Ａへ
の電流量Ｉ2を選択的に変えることによって、領域130と
光空洞領域132の間の実効屈折率を容易に変更可能であ
る。
さらに、個々のオフセットストライプ130の領域は主電
流ポンピング領域Ｍから電気絶縁する他、相互に独立に
電気絶縁してもよい。これを第16図に示す。アレイレー
ザ120Bは第６図に示すように、各オフセットストライプ
130が別別の交互領域131、133へと電気絶縁によって区
分けされ、電流源Ｉ2、Ｉ3へ交互に接続される点を除
き、レーザ120Aと等しい。すなわち領域131と133の交互
のグループへ供給される電流が、電流源Ｉ2、Ｉ3によっ
て独立にポンピングされる。アレイレーザ120Bは巾の広
い出力ビームを与え、電流量Ｉ2を電流量Ｉ3に対して変
えることにより、画像面を横切って走査できる。
第８〜12図はアレイレーザ用幾何学的ストライプ構成の
別の平面図で、この発明の原則を適用できる上記以外の
可能な複数の構成を例示するものである。勿論自明のご
とく、これら各構成の一部を他の図に示す他の構成の一
部と組合せて、屈折率／ゲイン複合ガイド形レーザ構造
を与えることもできる。
第８図のアレイ半導体レーザ140は、端面145から延びて
いるが端面147の手前で終端する一連の主ポンピングス
トライプ142を有する幾何学的構成141から成る。ストラ
イプ142は光空洞146を形成し、分離しているが軸方向に
整合された短いポンピングストライプ144を含む。これ
らの短いポンピングストライプ144はレーザ140の領域Ｂ
内に位置し、端面147の手前で終端している。レーザ140
の領域Ｂ内には、ポンピングストライプ142、144の離間
した各端に隣接した区域内で光空洞146の外側領域にオ
フセットストライプ148が形成されている。また、光空
洞146の外側領域にはオフセットストライプ145も形成さ
れており、これらのオフセットストライプ145はポンピ
ングストライプ144の反対端から延び端面147で終端して
いる。領域Ｂは“互い違い”形の幾何学的オフセットス
トライプ構成の領域で、この発明の特性を与えると同時
に、非ポンピング領域149、151及び153を介したアレイ
の全巾を横切って１つの光空洞146から隣接光空洞146へ
の光の重複結合も可能とする。
第９図には、端面155から延びて光空洞156を形成する複
数の離間した主ポンピングストライプ152から成る位相
ロックアレイ半導体レーザ150が示してある。ストライ
プ152は端面157の手前で終端し、電流ポンピングストラ
イプ152が影響を及ぼさないため伝播放射がレーザ媒体
内へ横方向に広がる領域Ｃを形成している。このレーザ
150は上記実施例の同調フォーク概念を具備していない
が、アレイレーザ構造を形成する異った領域の入換え及
び組合せを含む以下の議論のために例示したものであ
る。
第10図のアレイ半導体レーザ160は、２つの部分または
領域Ｄ及びＥを有する。領域Ｄ内には複数の整合ストラ
イプが存在し、１組のストライプは端面165から領域Ｅ
へ延びた主ポンピングストライプ162から成る。また領
域Ｄ内では、主ストライプ162が短いオフセットストラ
イプ164によって分離されている。オフセットストライ
プ164は第６図に示したようなＶ溝とし得る。レーザ主
ストライプ162の光空洞166は、領域Ｅの端面167にまで
延びている。レーザ主ストライプ162の領域Ｅ内におけ
る終端地点はオフセットストライプ168の開始地点でも
あり、これらのオフセットストライプ168は上記のオフ
セットストライプ164と整合一致し、オフセットストラ
イプ164の中断した連続物と見なせる。大オフセットス
トライプ164は高い導電性を持つように形成されること
で、主ポンピングストライプ162よりも大きい電流密度
を与える。つまり、領域Ｄは隣接するレーザ光空洞166
のモード結合を改良すると同時に、隣接光空洞への伝播
及び結合であるスーパモードを、領域Ｅ内のオフセット
ストライプ168が持つ屈折率導波特徴によって基本スー
パモードとなるように促す。
第11図のアレイ半導体レーザ170は、両端面175と177間
に延びた対応する光空洞176を持つ一連の主ポンピング
ストライプ172を有する。各ストライプ172は端面175か
ら領域Ｆまで延びている。またストライプ172は、隣接
するレーザ光空洞間のモード重複で弱い結合が生じるよ
うに、相互に充分離れている。領域Ｆはレーザを横方向
に横切って延びた巾広域の接点ストライプ174である。
従って、各ストライプ172は巾広ストライプ174と電気的
に結合され、両ストライプ172、174で表わされた領域が
一様にポンピングされる。領域174が隣接するレーザ光
空洞間のクロスモード結合を与え、これはその領域の電
流ポンピングによって高められる。レーザ170はレーザ1
50の場合と同じく、他の実施例におけるような同調フォ
ーク概念を具備していないが、レーザ構造を形成する異
った領域の入換え及び組合せを含む以下の議論のため例
示したものである。
第12図の半導体アレイレーザ180は、両端面185と187間
に延びた対応する光空洞186を持つ一連の主ポンピング
ストライプ182を有する。各ストライプ182は、隣接する
レーザ光空洞間のモード重複で弱い結合が生じるよう
に、相互に充分離れている。しかしレーザ180の領域Ｇ
では、光空洞186のストライプ形状が隣接する光空洞186
の間の中間領域190、192、194及び196を介して相互に接
している。従って、光空洞186のモードパターンは隣接
領域190〜196内へと延長可能で、それらの領域中のポン
ピングによって高められる。これらの隣接領域は第12図
に示すように相互にズラしてもよく、同図では領域19
0、192が領域194、196に対してオフセットされている。
第12図でも同調フォークが使われていないが、第11図に
関連して上述したのと同じ目的で例示されている。第
９、11及び12図の幾何学的レーザ構造、特に領域Ｃ、Ｆ
及びＧの目的は、隣接するレーザ光空洞間の区域内にお
けるポンピングまたは非ポンピング領域を介してモード
結合を改善することにある。
この発明の位相同期アレイレーザの目的のため、レーザ
は第７図に示したような構造から成る。但し、１つ以上
の領域Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、ＦまたはＧを、光空洞の長さに
沿ってレーザ120の構造に組込むことができる。これに
よって得られる利点は、モード結合の改善と連続的な基
本スーパモード動作の確立である。例えば、レーザ120
はオフセットストライプ領域Ａ、これに続く主ポンピン
グ領域Ｍ、巾広ポンピング領域Ｆ、及び別の主ポンピン
グ領域Ｍによって構成できる。別の例としてレーザ120
は、オフセットストライプ領域Ａ、これに続く主ポンピ
ング領域Ｍ、巾広ポンピング領域Ｆ、別の主ポンピング
領域Ｍ、そして別のオフセットストライプ領域Ａで終る
構成とし得る。連続する領域順のさらに別の例として、
Ａ、Ｄ、Ｃ、Ｄ、Ａ及びＡ、Ｍ、Ｃ、Ｍ、Ａが挙げられ
る。つまり、モード結合改善のため、レーザ120は１つ
以上の領域Ｂ、Ｃ、Ｅ、ＦまたはＧと組合された１つ以
上の領域Ｍで構成できる。またこのような組合せレーザ
構造の主ポンピング領域は、１つより多い領域Ｍという
より、領域Ｂ、Ｃ、Ｅ、ＦまたはＧのうち１つで分離さ
れた領域Ｍと領域Ｄの組合せを含むことができる。
上記の実施例はGaAs/GaAlAs様式の半導体に関連して説
明したが、例えばInGaAsP、GaAlP、GaAlSb、PbSnTe等そ
の他の発光材料も使える。
以上本発明を幾つかの特定実施例について説明したが、
上記に照らし多くの代替、変更及び変形が可能なことは
以上の議論から及び等業者にとって明らかであろう。従
って本発明は、特許請求の範囲に記載の精神及び範囲内
に入るそのような代替、変更及び変形を全て包含するも
のである。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明を成す基本的な幾何学的ストライプ構
成の概略平面図である。 第２〜４図はこの発明を成す幾何学的ストライプ構成の
その他の例の概略平面図である。 第５図は第１図に示した基本的な幾何学的ストライプ構
成の別の概略平面図であるが、オフセットストライプ領
域と主電流ポンピングストライプ領域に別々の接点領域
が形成されている。 第６図は第１〜５図に示したレーザの前端図で、オフセ
ットストライプ領域における電流閉じ込め分布を高める
ためのＶ溝の使用を示す。 第７図は多光空洞アレイレーザに適用した第１図の基本
的な幾何学的ストライプ構成の部分概略平面図である。 第８〜12図は多光空洞アレイレーザ用の幾何学的ストラ
イプ構成のその他の例の部分概略平面図である。 第13図は第１図に示した基本的な幾何学的ストライプ構
成の概略平面図であるが、２つのオフセットストライプ
及び主電流ポンピングストライプ領域に別々の接点領域
が形成されている。またその平面図と対応させて、電気
的に分離したオフセットストライプ領域へ異る電流を加
えた場合のレーザを横切る方向に沿った電流と屈折率の
分布を表わすグラフも示してある。 第14図は第13図に示したレーザの部分端面図で、電気的
に分離したオフセットストライプ領域への印加電流を変
えることによる走査能力を例示している。 第15図は第７図に示した幾何学的マルチストライブ構成
の部分概略平面図であるが、オフセットストライプ領域
及び主電流ポンピングストライプ領域に別々の接点領域
が形成されている。 第16図は第７図に示した幾何学的マルチストライブ構成
の部分概略平面図であるが、各オフセットストライプ及
び主電流ポンピングストライプ領域に別々の接点領域が
形成されている。 第17〜20図は第１図の構成に基づく幾何学的ストライプ
構成で、主電流ポンピングストライプ領域とオフセット
ストライプ領域間の結合を改善し、レーザの一方または
両方の放射端面における伝播光波の分布を最適化せしめ
るその他の例の概略平面図である。 30、50、70、90、90A……半導体レーザ、120、120A、12
B、140、150、160、170、180……アレイレーザ、14;14
B、C;34;54A〜C;74;94、124、142、152、162、172、182
……主電流閉じ込め手段（ポンピング主ストライプ）、
15、17;35、37;125、127;145、147;155、157;165、167;
175、177;185、187……レーザ端面、16、36、56、76、1
26、146、156、166、176、186……光空洞、22、24、22A
〜Ｄ、24A〜D;42、44;51A〜Ｄ、62、64;82A〜D;130;14
5、148;168……軸方向オフセット電流閉じ込め手段（軸
方向オフセットストライプ）、96……電気絶縁領域、9
4、Ｍ……第１領域、92、Ａ……第２領域、100……基
板、102、106……クラッド層、104……活性領域、112…
…Ｖ溝、144……副電流閉じ込め手段、164……第２組の
オフセット電流閉じ込め手段、Ｃ、Ｆ……第３領域。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドナルド アール シーフレス アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94022ロス アルトス モントクレアー ウェイ 1337 (72)発明者 ウィリアム ストレイファー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94306パロ アルト フェアフィールド コート 263 (56)参考文献 特開 昭55−11400（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−150682（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−61086（ＪＰ，Ａ)

Claims (29)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基板上に被着された複数の隣接半導体層を
    備え、該半導体層の１つ以上がそれに直近する少なくと
    もクラッド層より低いバンドギャップと高い屈折率を有
    する活性領域を形成し、主電流閉じ込め手段を介して順
    バイアスされると該活性領域がｐ−ｎ接合に類似して、
    その少なくとも一部においてキャリヤの再結合を可能と
    すると共に、主電流閉じ込め手段下方のレーザの横方向
    両端面間に形成される光空洞内での放射伝播をレーザ励
    起状態に維持する屈折率／ゲイン複合ガイド形半導体レ
    ーザであって、電流閉じ込め手段の少なくとも２つの領
    域を有し、第１の該領域が上記主電流閉じ込め手段を有
    し、単一の電流閉じ込めストライプから成り、さらに一
    方のレーザ端面から第２の上記領域へ向って延びてお
    り、第２領域が上記主電流閉じ込めストライプの軸に対
    し平行だが軸方向にオフセットした一対の電流閉じ込め
    ストライプを有し且つ他方のレーザ端面から第１領域へ
    向って延びており、該軸方向オフセット電流閉じ込めス
    トライプがそれらの間に形成される上記光空洞の領域と
    比べ屈折率が低い領域をレーザ内に与えることによっ
    て、レーザ用の屈折率光導波路として機能する屈折率／
    ゲイン複合ガイド形半導体レーザ。
  2. 【請求項２】前記主電流閉じ込めストライプとオフセッ
    ト電流閉じ込めストライプがそれぞれ前記第１及び第２
    領域の接合部にまで延びている特許請求の範囲第１項記
    載の屈折率／ゲイン複合ガイド形半導体レーザ。
  3. 【請求項３】前記主電流閉じ込めストライプとオフセッ
    ト電流閉じ込めストライプがそれぞれの内端で接してい
    る特許請求の範囲第１項記載の屈折率／ゲイン複合ガイ
    ド形半導体レーザ。
  4. 【請求項４】前記主電流閉じ込めストライプが軸方向に
    整合された一連の断続的な電流閉じ込め部分から成る特
    許請求の範囲第１項記載の屈折率／ゲイン複合ガイド形
    半導体レーザ。
  5. 【請求項５】前記オフセット電流閉じ込めストライプが
    主電流閉じ込めストライプの各側に隣接して軸方向に整
    合された一連の断続的な電流閉じ込め部分から成り、該
    オフセット部分が前記主部分に対して空間的に交互に位
    置する特許請求の範囲第１項記載の屈折率／ゲイン複合
    ガイド形半導体レーザ。
  6. 【請求項６】前記オフセット電流閉じ込めストライプを
    含む第２領域が前記第１領域の両端に設けられている特
    許請求の範囲第１項記載の屈折率／ゲイン複合ガイド形
    半導体レーザ。
  7. 【請求項７】前記軸方向オフセット電流閉じ込めストラ
    イプの一部として、前記第２領域の低屈折率領域中によ
    りシャープな電流閉じ込め分布を与えるＶ溝が形成され
    ている特許請求の範囲第１〜６項のいずれか１項に記載
    の屈折率／ゲイン複合ガイド形半導体レーザ。
  8. 【請求項８】前記軸方向オフセット電流閉じ込め手段が
    それぞれの内端でテーパ状を成している特許請求の範囲
    第１項記載の屈折率／ゲイン複合ガイド形半導体レー
    ザ。
  9. 【請求項９】前記主電流閉じ込め手段が、それぞれの内
    端でテーパ状を成している特許請求の範囲第８項記載の
    屈折率／ゲイン複合ガイド形半導体レーザ。
  10. 【請求項１０】基板上に被着された複数の隣接半導体層
    を備え、該半導体層の１つ以上がそれに直近する少なく
    ともクラッド層より低いバンドギャップと高い屈折率を
    有する活性領域を形成し、主電流閉じ込め手段を介して
    順バイアスされると該活性領域がｐ−ｎ接合に類似し
    て、その少なくとも一部においてキャリヤの再結合を可
    能とすると共に、主電流閉じ込め手段下方のレーザの横
    方向両端面間に形成される光空洞内での放射伝播をレー
    ザ励起状態に維持する屈折率／ゲイン複合ガイド形半導
    体レーザであって、電流閉じ込め手段の２つの領域を有
    し、第１の該領域が上記主電流閉じ込め手段を有し且つ
    一方のレーザ端面から第２の上記領域へ向って延びてお
    り、第２領域が上記主電流閉じ込め手段の軸に対し平行
    だが軸方向にオフセットした一対の電流閉じ込め手段を
    有し且つ他方のレーザ端面から第１領域へ向って延びて
    おり、該軸方向オフセット電流閉じ込め手段がそれらの
    間に形成される上記光空洞の領域と比べ屈折率が低い領
    域をレーザ内に与えることによってレーザ用の屈折率光
    導波路として機能し、前記第１領域が第２領域から電気
    的に絶縁され、第１領域が第２領域に対し独立にポンピ
    ング可能であり、軸方向オフセット電流閉じ込め手段領
    域へのポンピング電流を変えて、軸方向オフセット電流
    閉じ込め手段領域とそれらの間の光空洞領域間での屈折
    率の差を選択的に変更する手段を備えたことを特徴とす
    る屈折率／ゲイン複合ガイド形半導体レーザ。
  11. 【請求項１１】前記第１領域が第２領域から電気的に絶
    縁されると共に、第２領域がそれぞれ軸方向オフセット
    電流閉じ込め手段の１つを含む２つの電気的に絶縁され
    た領域に分割されており、該分割領域の各々が他方の領
    域に対して独立にポンピングされ、上記電気絶縁領域内
    の軸方向オフセット電流閉じ込め手段領域へのポンピン
    グ電流を独立的に変えて、それらの間の屈折率の差を選
    択的に変更し上記光空洞からのビームの放射角度を制御
    する手段を備えた特許請求の範囲第10項記載の屈折率／
    ゲイン複合ガイド形半導体レーザ。
  12. 【請求項１２】基板上に被着された複数の隣接半導体層
    を備え、該半導体層の１つ以上がそれに直近する少なく
    ともクラッド層より低いバンドギャップと高い屈折率を
    有する活性領域を形成し、該活性領域に対して形成され
    た複数の離間するマルチレーザ励起エレメントがレーザ
    励起状態下における光波の発生の伝播のための光空洞を
    与え、主電流閉じ込め手段を介して順バイアスされると
    上記活性領域がｐ−ｎ接合に類似して、その少なくとも
    一部においてキャリヤの再結合を可能とすると共に、主
    電流閉じ込め手段下方のレーザの横方向両端面間に形成
    される上記各光空洞内での放射伝播をレーザ励起状態に
    維持する屈折率／ゲイン複合ガイド形半導体アレイレー
    ザであって、電流閉じ込め手段の２つの領域を有し、第
    １の該領域が上記主電流閉じ込め手段を有し且つ一方の
    レーザ端面から第２の上記領域へ向って延びており、第
    ２領域が上記主電流閉じ込め手段の軸に対し平行だが軸
    方向にオフセットした複数の電流閉じ込め手段を有し且
    つ他方のレーザ端面から第１領域へ向って延びており、
    該軸方向オフセット電流閉じ込め手段がそれらの間に形
    成される上記光空洞の領域と比べ屈折率が低い領域をレ
    ーザ内に与えることによって上記アレイレーザのレーザ
    励起エレメント用屈折率光導波路として機能することを
    特徴とする屈折率／ゲイン複合ガイド形半導体アレイレ
    ーザ。
  13. 【請求項１３】前記第１領域が第２領域から電気的に絶
    縁され第１領域が第２領域に対し独立にポンピング可能
    である特許請求の範囲第12項記載の屈折率／ゲイン複合
    ガイド形半導体アレイレーザ。
  14. 【請求項１４】軸方向オフセット電流閉じ込め手段領域
    へのポンピング電流を変えて、軸方向オフセット電流閉
    じ込め手段領域とそれらの間の光空洞領域間での屈折率
    の差を選択的に変更する手段を備えた特許請求の範囲第
    13項記載の屈折率／ゲイン複合ガイド形半導体アレイレ
    ーザ。
  15. 【請求項１５】前記主電流閉じ込め手段とオフセット電
    流閉じ込め手段がそれぞれ前記第１及び第２領域の接合
    部にまで延びている特許請求の範囲第13項記載の屈折率
    ／ゲイン複合ガイド形半導体アレイレーザ。
  16. 【請求項１６】前記主電流閉じ込め手段が第２領域にま
    で延び、前記オフセット電流閉じ込め手段が第１領域に
    まで延びている特許請求の範囲第13項記載の屈折率／ゲ
    イン複合ガイド形半導体アレイレーザ。
  17. 【請求項１７】前記オフセット電流閉じ込め手段を含む
    第２領域が前記第１領域の両端に備わっている特許請求
    の範囲第13項記載の屈折率／ゲイン複合ガイド形半導体
    アレイレーザ。
  18. 【請求項１８】前記レーザ励起エレメントが相互に充分
    接近しており、各レーザ励起エレメントの光の場が隣接
    する光空洞に結合されてアレイレーザを横切って位相ロ
    ック状態に与える特許請求の範囲第13項記載の屈折率／
    ゲイン複合ガイド形半導体アレイレーザ。
  19. 【請求項１９】前記主電流閉じ込め手段が該第１の主電
    流閉じ込め手段と軸方向に整合された副電流閉じ込め手
    段を第２領域内に備え、上記他方のレーザ端面から第２
    領域内の中間位置にまで延びている特許請求の範囲第12
    項記載の屈折率／ゲイン複合ガイド形半導体アレイレー
    ザ。
  20. 【請求項２０】前記オフセット電流閉じ込め手段が主及
    び副電流閉じ込め手段の端部間であるがそれらに対して
    軸方向にオフセットして位置している特許請求の範囲第
    12項記載の屈折率／ゲイン複合ガイド形半導体アレイレ
    ーザ。
  21. 【請求項２１】上記主電流閉じ込め手段の一部が上記一
    方のレーザ端面から第２領域内にまで延びている特許請
    求の範囲第12項記載の屈折率／ゲイン複合ガイド形半導
    体アレイレーザ。
  22. 【請求項２２】第２組のオフセット電流閉じ込め手段が
    上記主電流閉じ込め手段の間に設けられ、第２領域内の
    オフセット電流閉じ込め手段と軸方向に整合されている
    特許請求の範囲第12項記載の屈折率／ゲイン複合ガイド
    形半導体アレイレーザ。
  23. 【請求項２３】第３領域が上記両領域の少なくとも一方
    に隣接してアレイレーザ内に含まれ、該第３領域が電流
    閉じ込め手段を含まない特許請求の範囲第12項記載の屈
    折率／ゲイン複合ガイド形半導体アレイレーザ。
  24. 【請求項２４】第３領域が上記両領域の少なくとも一方
    に隣接してアレイレーザ内に含まれ、主電流閉じ込め手
    段が該第３領域を貫いて延びている特許請求の範囲第12
    項記載の屈折率／ゲイン複合ガイド形半導体アレイレー
    ザ。
  25. 【請求項２５】第１領域が第２領域から電気的に絶縁さ
    れると共に第２領域が各々軸方向オフセット電流閉じ込
    め手段の１つを含む相互に電気絶縁された領域に分割さ
    れており、該電気絶縁領域のいずれか一方が電気絶縁領
    域の他方と独立にポンピングされる特許請求の範囲第12
    項記載の屈折率／ゲイン複合ガイド形半導体アレイレー
    ザ。
  26. 【請求項２６】前記相互に電気絶縁された領域内の軸方
    向オフセット電流閉じ込め手段へのポンピング電流に独
    立に変化させ、両者間の屈折率の差を選択的に変えて上
    記光空洞からのビームの放射角度を制御する特許請求の
    範囲第25項記載の屈折率／ゲイン複合ガイド形アレイレ
    ーザ。
  27. 【請求項２７】軸方向オフセット電流閉じ込め手段がそ
    れぞれの内端でテーパ状を成している特許請求の範囲第
    12項記載の屈折率／ゲイン複合ガイド形半導体アレイレ
    ーザ。
  28. 【請求項２８】前記主電流閉じ込め手段がそれぞれの内
    端でテーパ状を成している特許請求の範囲第27項記載の
    屈折率／ゲイン複合ガイド形半導体アレイレーザ。
  29. 【請求項２９】前記軸方向オフセット電流閉じ込め手段
    の一部として、前記第２領域の低屈折率領域中によりシ
    ャープな電流閉じ込め分布を与えるＶ溝が形成されてい
    る特許請求の範囲第12項記載の屈折率／ゲイン複合ガイ
    ド形半導体アレイレーザ。
JP61118974A 1985-05-31 1986-05-23 ゲイン／屈折率複合ガイド形半導体レ−ザ及びアレイレ−ザ Expired - Lifetime JPH0728087B2 (ja)

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