JPS6215877A - 半導体レ−ザアレイ装置 - Google Patents

半導体レ−ザアレイ装置

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JPS6215877A
JPS6215877A JP60154716A JP15471685A JPS6215877A JP S6215877 A JPS6215877 A JP S6215877A JP 60154716 A JP60154716 A JP 60154716A JP 15471685 A JP15471685 A JP 15471685A JP S6215877 A JPS6215877 A JP S6215877A
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JP
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waveguides
semiconductor laser
layer
plane
laser array
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Mototaka Tanetani
元隆 種谷
Akihiro Matsumoto
晃広 松本
Kaneki Matsui
完益 松井
Morichika Yano
矢野 盛規
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031Edge-emitting structures

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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、半導体レーザアレイ装置、特に高出力のレー
ザ光を一本の細いビームで出力できる半導体レーザアレ
イ装置に関する。
背景技術 光ディスク、レーザプリンタ、その他光計洞システムな
どの光源として、半導体レーザは用いられているが、現
在その高出力化が切望されている。
しかし現状の半導体レーザは、単一活性導波路構造であ
り、窓効果や端面反射率制御などの応用としても60〜
70μW程度が限界である。そこで複数の活性導波路を
持つ半導体レーザアレイの研究、開発が盛んになされて
いる。この半導体レーザアレイは、すべての導波路にお
ける光電異位相が同期したスーパーモード(0°位相モ
ード)を選択的に発振させることにより、細い一本のビ
ームで高出力光を放出できる。
しかし従来の半導体レーザアレイにおいては、上述のよ
うにすべての導波路での光位相の完全な一致は実現され
ていない。具体的には、たとえば隣接する導波路間での
光位相が180°ずれを持ったスーパーモード(180
°位相モード)で発振し、出力光がある開き角度をもっ
た2本のビームの形で放出されるという第1の現象が生
じる。第1のこの現象が観測される半導体レーザアレイ
9の構造についで、第6図を参照しながら説明する。ま
ずP−GaAs基板1の(001)面上に、0.7μ階
厚のn”   A J!O+ 1 G a6. g A
 s電流狭さく層2と、0、−1μ論厚のn−GaAs
衰面保!II/13とをこの順序で成長させる。成長方
法としては浪相エビタキシャル成艮法を用いる。次にこ
れら、各層2.3を貫通して、P −G a A s基
板1に達する直線的な凹溝4を平行に3本形成する。凹
溝4の谷幅D1は4μm、深さD2は約1μ艶、各凹溝
4の中心間距離D3は5μmoとする。またこの凹溝4
は、レーザ共振器端面である(110)面に垂直とした
。この上うなウェハ上に再び液相エピタキシャル成長法
により0.2#n+厚のP  A J?。、−2G a
o、sgA sクラッド層5と、0.08μmn厚のP
またはローAノo+I<G ao、a6A s活性層6
と、()、8μ…のn−A1’ o 、 42 G g
 o 、 s a A sクラッドff17と、1.5
μm厚のn”−GaAsコンタクト/1i18とを連続
的にこの順序で成長させる。凹溝4は、P型クラッド層
5により完全に埋められるため、P型クラッド層5の上
面は平坦状になっている。その後、ウェハの両面に蒸着
により抵抗性全面電極を形成し、合金化処理を打なった
後、(011)面でへき開し、半導体レーザアレイクと
した。このように作製されたレーザ素子の発振ビームの
光電界分布と遠視野像を第8図および第9図にの各ライ
ンLl、L2で示す。これらの結果により、隣接する活
性導波路間で光の時間的位相差は180°であることが
明らかである。
180°位相モードが選択的に発振するのは、従来例の
ような複数平行損失導波路構造の半導体レーザアレイク
では、各活性導波路間の光結合領域で光吸収が存在する
ため、180°位相モードのしきい値ディンが最低にな
るからである。このことは理論計算からも理解される。
導波路解析より、導波路の中心間距離を5μ飴として3
工レメント平行損失導波路構造の半導体レーザアレイ9
の3つのスーパーモードのしきい値ゲインの横方向屈折
率差依存性を求めたグラフを第10図のラインL 3 
、L 4 、L 5にそれぞれ示す。このように180
“位相モードを選択的かつ安定に発振させるのが理論的
にも実験的にも可能であることがわかるが、レーザ素子
応用において前述したような第1の現象となって現われ
る。また第1の現象の    jほか、01位相または
180°位相モード以外のスーパーモードで発振し、出
力光は複数のビームとなって放出される第2の現象が生
じたり、2つ以上のスーパーモードが非干渉の状態で重
なり合いビームが太くなる第3の現象が生じたりする。
これら第1〜第3の各現象は、半導体レーザアレイを使
用する立場からは不都合であり、単一スーパーモード発
振でかつ出力光は単一ビームであることが必要である。
発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、弔−スーパーモード発振であり、かつ
その出力光が単一ビームである半導体レーザアレイ装置
を提供することである。
問題、αを解決するための手段 本発明は、平キテな複数の屈折率活性導波路を有し、前
記導波路のうち少なくとも1つの導波路が、レーザ共振
器反射面を構成する結晶方向に対して垂直な面から予め
定めた角度だけずれていることを特徴とする半導体レー
ザアレイ装置である。
作  用 本発明に従えば、平行な複数の屈折率活性導波路をもつ
レーザ素子でこれらの活性導波路とレーザ共振器端面の
なす角度が90゛から適当な角度だけずれている構成を
レーザ素子の一部に有することにより、単一スーパーモ
ード発振により、その出力光が単一ビームである半導体
レーザアレイ装置を得ることができる。
実施例 PtfJ1図は本発明の一実施例の斜視図であり、第2
図は半導体レーザアレイ装置10の断面図である。本件
半導体レーザアレイ装置10の基本構造は、従来例で示
した半導体レーザアレイ装置9のvl造にほとんど等し
い。まずP−GaAs基板11の(001)面上に、0
.7μI11厚のn″−A、/、、。
Gao、1−As電流狭さくM12と、0.1μm厚の
+1− G aA s表面保護層13とを、この順序で
液相成長法(LPE法)により成長させる。次にこれら
各M12.13を貫通して、P−GaAs基板11に達
する凹溝14を、第1図に示す形状で平行に3本形成す
る。凹溝14の谷幅!1は4μ艶、深さJ!2−は約1
μ鶴、各凹溝14の中心間圧aノ3は5μ鴎とする。こ
れら凹溝14と、共振器面とのなす角度θは、第1式お
よび第2式で示す関係をもつ。
θ=90′−β  (β≠0°)    ・・・(1)
λG 、l: 3 +sinβ=  2 (Neff −1)
    ””” )ここでλ。は、レーザの発振波長を
表わし、Ne「fは、発振波長に対するレーザ素子内で
の実効屈折率を表わす。またレーザ素子端面では凹溝1
4は、端面に対して垂直となっている。この上うなウェ
ハ上に再びLPE法により0.2μ輪厚のPA に’ 
0.120 aa、s6A sクフツド!15と、0.
 08μI11厚のPまたはn−A J O,14G 
ao、asA S活性層16と、O88μ−のn−A 
Jp 0.42G s、、、mA sクラッド層17と
、1.5μl厚のn”  GaAsコンタクト層18と
を、連続的にこの順序でr&長させる。
凹溝14は、P型クラッド層15により完全に埋められ
るたぬ、P型クラッド/115の上面は平坦状になって
いる。その後、ウェハの両面に蒸着により抵抗性全面電
極を形成し、合金化処理を行なった後、(011)面で
へき闇し、共振器とした。
次にこの半導体レーザアレイ装置10で出力ビームが1
本になる原理を述べる。第3図および第4図に端面近傍
での光波の位相関係を概念的に示士。ここでは3本の屈
折率活性導波路M 1 、M 2 。
M3を有する場合について説明する。本件レーザ7レイ
装置10の基本構造は、第6図の従来半導体レーザアレ
イ装置ii9と等しい。したがって屈折率活性導波路M
1〜M3に直角な断面AI、A2゜A3では、隣り合う
屈折率活性導波路内の充電界位相は180°位相ずれて
いる。すなわちA1とA3の各面では同位相であり、A
2の面では逆位相になっている。この光波は、屈折率活
性導波路M7〜M3の屈曲した部分を通り、端面と垂直
方向に進む1lFIS分に入射する。この部分でレーザ
素子内部では、角度βだけ屈折率活性導波路M1〜M3
が傾いているので81 、B 2 、B 3の各面を見
ると、3つの屈折率活性導波路M1〜M3内の充電界は
同位相となる。そしてC1、C2、C3の各面では第4
図のライン11で示すような光波が端面   jに垂直
に進むよ)になる。この光波は半導体レーザアレイ装置
10外に放射されると、1本のビームとなり、第5図の
ラインノ2に示したような形状の遠視野像を呈する。こ
のような細い単一ビームを放射する半導体レーザアレイ
装置10は応用上非常に有利である。
本発明者の実験結果によれば、傾むいた屈折率活性導波
路M1〜M3の長さJ?iを210μm、端面に垂直な
屈折率活性導波路の長さffをそれぞれ20μ艶、傾き
角βを約1.8°とした場合、高出力でかつ単一ビーム
の出力光を再現性よ(得ることができた。なおβの値は
、前記第2式に以下の第3式〜m5式を代入することに
より求めることができる。
!3= 5μ輸        ・・・(3)λ、)=
0.78μ優     ・・・(4)Neff= 3.
45       =15 )本発明に従う半導体レー
ザアレイv装置は、前記実施例で述べた材料以外の材料
を用いて構成されるレーザ素子に関しても実施され得る
。また屈折率活性屈折率活性導波路の構造が、前記実施
例以外の構造を有するレーザ素子や、前記実施例の伝導
型とすべての伝導型が逆のレーザ素子などに関しても実
施され得る。
効  果 以上のように本発明によれば、平行な限敗本の屈折率活
性導波路を有し、かつこれらの導波路のうち少なくと6
1の導波路がレーザ共振器反射面を構成する結晶面に対
して垂直な方向から予め定めた角度だけずらすことによ
って、その遠視野像を高出力でかつ単一の細いビームに
することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は本発明に従う半導体レーザアレー
イ装置10の構造を説明するための図、第3図は光波同
位相化の概念図、第4図および第5図は半導体レーザア
レイ装置10の充電界分布および遠視野像を示す図、第
6図および第7図は従来の半導体レーザ7レイ9のvI
I造を説明するための図、第8図およびmA9図は半導
体レーザアレイ9の光電界分布および遠視野像を示す図
、第10図は半導体レーザ7レイクのスーパーモードし
きい値ゲインの理論解析結果を説明するjこめの図であ
る。 11・・・基板、12・・・電流狭さく層、13・・・
表面保護層、14・・・凹溝、15.17・・・クラッ
ド層、16・・・活性層、18・・・コンタクト層、1
0・・・半導体レーザアレイ装置、M 1 、M 2 
、M 3・・・屈折率活性導波路 代理人  弁理士 四教 圭一部 14   第2図 第3図 横方向距離 第4図 遠視野角度 第5図 第6図 第7図 第8図 遠7Jlj予角ハ【 第9図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 平行な複数の屈折率活性導波路を有し、前記導波路のう
    ち少なくとも1つの導波路が、レーザ共振器反射面を構
    成する結晶面に対して垂直な方向から予め定めた角度だ
    けずれていることを特徴とする半導体レーザアレイ装置
JP60154716A 1985-07-12 1985-07-12 半導体レ−ザアレイ装置 Granted JPS6215877A (ja)

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JP60154716A JPS6215877A (ja) 1985-07-12 1985-07-12 半導体レ−ザアレイ装置
US06/881,096 US4747109A (en) 1985-07-12 1986-07-02 Semiconductor laser array device
DE19863622885 DE3622885A1 (de) 1985-07-12 1986-07-08 Halbleiterlaseranordnung
GB8616834A GB2178233B (en) 1985-07-12 1986-07-10 Semiconductor laser array device

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JPH0453115B2 JPH0453115B2 (ja) 1992-08-25

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