JPS6215879A - 半導体レ−ザアレイ装置 - Google Patents

半導体レ−ザアレイ装置

Info

Publication number
JPS6215879A
JPS6215879A JP15471885A JP15471885A JPS6215879A JP S6215879 A JPS6215879 A JP S6215879A JP 15471885 A JP15471885 A JP 15471885A JP 15471885 A JP15471885 A JP 15471885A JP S6215879 A JPS6215879 A JP S6215879A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
waveguides
active
semiconductor laser
optically coupled
waveguide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP15471885A
Other languages
English (en)
Inventor
Mototaka Tanetani
元隆 種谷
Akihiro Matsumoto
晃広 松本
Kaneki Matsui
完益 松井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP15471885A priority Critical patent/JPS6215879A/ja
Publication of JPS6215879A publication Critical patent/JPS6215879A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • H01S5/4056Edge-emitting structures emitting light in more than one direction

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

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、特にすべこの活性
導波路内の光波が同位相で結合したモード(0°位相モ
ード)で高出力まで安定に発振す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、その地元計測システムな
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t′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充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
でいない、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。この第1の一現象が観測される半導体レーザアレ
イの構造について、第5図および第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鯵厚のn”   Af o、+Gao、sA
s電流狭さくN2と、0.1#l+o厚のnGaAs表
面保護N3とをこの順序で成長させる。成長方法として
は液相エピタキシャル成長法を用いる。次にこれら各層
2.3を貫通して、P −G u 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1μm1各凹溝4の中心間
距離D3は5μm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。このような
ウエノ1上に再び液相エピタキシャル成長法により0.
2μ鯵厚のP−Af。、42Ga、。
S、ASクラッドN5と、0.08μm厚のPまたはn
  A 、I: o、:4Gao、56As活性層6と
、0.8#mのn  A A’ O+42G so+s
sA sクラッド層7と、1.5μmWのn+−GaA
sコンタクト層8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の上面は平坦になっている。その
後、ウエノ1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)面でへき開し
、半導体レーザアレイつとした。このように作製された
半導体レー・ザアレイ9の発振ビームの光電界分布と遠
視野像を第7図お上びPt58図のラインL1、L2で
それぞれ示す、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9
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ゲインが最低にな
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5μI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9図のラインL 3 
、L 4 、L 51こそれぞれ示す、この上う1こ1
80゛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
索子応用において萌述したようなPt51の現象となっ
て現われる。また第1の現象のほか、0°位相または1
80゛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@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7レイを使
用する立場からは不都合であり、?…−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
またこのような欠点を改良するために、結合領域での損
失をなくした実屈折率導波路構造の半導体レーザアレイ
10が試作されており、第10図にその一例を示す。n
−GaAs基板11の(001)面上に、0.8μm厚
のn−A 、l’ xG a、 −xA sグラフ、 
ド層12と、0.1μ鯵厚のnまたはP−AJ!yGa
、−yAs活性層13と、0.8μ−厚のP −A J
 xG a 1− X A 3クラッド層14と、1.
0μ鯵厚のP”−GaAsコンタクト層15とを、この
順序で連続的に成長させる。成長法としてはMOCVD
法の他、分子線エピタキシアル法(M B E )や液
相成長法(LPE)などが適用可能である。その後、ウ
ニ八両面に抵抗性電極を形成した。このようにして準備
されたフエへに通常のホトリソグラフィ技術と、反応性
イオンビームエツチング(RIBE)技術とを用いて、
3本の平行なメサストライプの導波路16を形成した。
この導波路16の幅D11は3μI、中心間距離D12
は4μm、高さDisは1.5μ鎧であ′す、基板の<
110>方向に平行にした。すなわち、メサストライプ
の導波路16の部分以外でのP−クラッド層14の厚さ
D14が0.3μallこなるまでエツチングされたわ
けである。レーザ共振器17は、結晶の(110)面を
へ!開することにより形成した。また半導体レーザアレ
イ10の長さDisは、約250μmである。
このようにして作製された実屈折率導波路構造の牛4体
レーザアレイ10の発振横モードをa察すると、複数の
スーパーモードが混在していることがわかった。この現
末は次のような理由によると思われる。前述の損失導波
路構造では結合領域での光吸収が大きいため、180°
位相モードが選択されていたのに対し、この実屈折率導
波路4v造の半導体レーザアレイ10では、結合領域で
の光吸収がないため、素子構造が許容するすべてのスー
パーモードのしきいイ直ゲインが番まげ等しくなる。そ
のため、すべてのスーパーモードが同時に発振するので
ある。このように複数のスーパーモードの混在発振する
半導体レーザアレイ10の出力ビームは、回折限界の数
倍の太さになってしまい、実用上大きな問題となる。
発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、高出力で
安定した単一〇°位相モーVでの発振を実現することが
できる半導体レーザアレイ装置を提供することである。
!     問題を解決するための手段本発明は、互い
に光学的結合状態にある複数本の第1の活性導波路と、
第1の活性導波路と交差する単一または複数の第2の活
性または非活性な導波路とを含み、 前記第1および第2の導波路は、波長程度またはそれ以
下の周期をもつ周Ji21構造により光学的に結合して
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、互いに光学的結合状態にある第1の複
数活性導波と、第1の導波路とある角度をなして交わる
第2の導波路を有し、かつ第1と第2の導波路は波長程
度の周期をもつ周期構造により光学的に結合するように
したので、高出力でかつ安定した単二〇°位相モードで
の発振を実現することができる。
実施例 第1図およC/第2図は、本発明に従う半導体レーザア
レイ装置19を説明するための図である。
まずn−GaAs基板21の(001)面上に、MO’
CVD法!MBE法、LPE法などを用いて、0゜8μ
論厚のn−A7xGa+−xAs クラッド層22を成
長させる。次にこのクラッド層22のI FfB l:
 N品の<010>方向と平行にグレーティング23を
形成する。このグレーティング23は、第2図のハ・ノ
チングで示したように横幅11μI11.  縦幅7μ
蛸の長方形の範囲にだけ形成する。またグレーティング
23の周期としては、レーザ発振光の素子内波長の1/
2までが選ばれる。続いてこのようなグレーティング付
きのウェハを基板として、MOCVD法により、0,3
μ鎗厚のn−AJ!zGa1−zAs尤導波層24と、
0.1μml+7の11 またはP−Aノy−Gal−
yAs活性活性I25と、0.8μfの厚のP−A、f
i’XGa1−xAsクラッド層26と、1゜0μ+6
厚のn”−GaAs:lンタクト/1m 27とを、こ
の順序で連続的に成長させる。そして成長面および基板
21の裏面に抵抗性の電極材料を蒸着し、450℃で2
〜3分間、真空中で合金化処理を行なう。その後、ホト
リソグラフィ技術と、RIBE技術を用いて2方向の互
いに交差するメサストライプの活性導波路28.29を
、幅d1=3μw1中心間距離d2=4μm、高さd3
=1.5μmの条件で形成する。ここでは活性導波路2
8を結晶の<110>方向に平行にしてあり、活性導波
路29を結晶の<110>方向に平行にしである。そし
て、これら2方向の導波路の直交する長方形の部分30
は、先にグレーティング23を形成した部分に一致する
ように制御した。最後に(110)面31と(iio)
面32とをそれぞれへき開することにより、互いに直交
する4つの面をレーザ共振器端面とした。また(110
)面32には誘電体多層膜を蒸着し、その反射率を96
%にした。
このような構造を有する半導体レーザアレイ装置19で
は、主エレメントである活性導波路28と副エレメント
である活性導波路29とは、グレーティング23により
光学的に結合されている。
ここでは前述の条件によりグレーティング23を形成し
たため、光波は90°方向に変化し等位相面は平坦にな
る。すなわち副エレメントである活性導波路29内の光
波が主エレメントである活性導波−路28内に入射する
際の等位相面は、平坦状であり、3本の活性導波路28
での光波位相関係は、0°位相モードの場合と等しくな
る二とがわかる。
従来例に示したような副エレメントをもたない通常の実
屈折率導波路型の半導体レーザ7レイ10では、各スー
パーモードのしきい値ゲインの差がほとんどなく、数モ
ードの混在しrこ状態での発振が観察される。しかし本
発明のように副エレメントである活性導波路29よりグ
レーティング23を媒してO゛位相モードの光波を主エ
レメントである実屈折率平行導波路28に注入すること
により、0°位相モードだけのしきい値ゲインを低下さ
せることが可能となる。すなわち、グレーティング23
の結合効率とレーザ共振器の端面反射率を最適化するこ
とにより、0°位相モードのみを選択的に発振させ得る
わけである。
本発明者の実験結果によれCr、このようにして作製し
た半導体レーザアレイ装置19の特性とし1  ては、
発振波長890μWで100IIW  まで単一〇°位
相モード発振することがわかった。このときの近視野像
を第4図に示し、その遠視野像を第5図に示す。
本発明に従う半導体レーザアレイ装置19は、前記実施
例で述べた材料すなわちAノGaAs/GaAs系以外
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、互いに光学的結合状態に
ある複数本の第1の活性導波路(主エレメント)と、こ
れら第1の導波路と交わる第2の導波路(副エレメント
)をもち、かつ第1と第2の導波路は、波長程度または
それ以下の周期をもつ周期構造により、光学的に結合し
ている素子では、0°位相のみを選択的に高出力領域ま
で発振させることが可能となる。
【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イ
装置19の構造を示す図、第3図および第4図は半導体
レーザアレイ装置19の近視野像および遠視野像を示す
図、第5図および第6図は従来の半導体レニザアレイク
の構造を示す図、第7図および第8図は半導体レーザア
レイクの近視野像および遠視野像を示す図、第9図は半
導体レーザ7レイクのスーパーモードしきい値ディンの
理論解析結果を示す図、第10図はその他の従来の半導
体レーザアレイ10の構造図である。 19・・・21・・・基[,22,26・・・クラッド
層、23・・・グレーティング、24・・・光導波層、
25・・・活性層、27・・・コンタクト層、28.2
9・・・活性導波路 代理人  弁理士  四教 上一部 31  第1図 第2図 第3図 光 角 准 第4図 → 第5図 g6図 第7図 光。 第8図 0.5 1     5 10 第9図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 互いに光学的結合状態にある複数本の第1の活性導波路
    と、第1の活性導波路と交差する単一または複数の第2
    の活性または非活性な導波路とを含み、 前記第1および第2の導波路は、波長程度またはそれ以
    下の周期をもつ周期構造により光学的に結合してること
    を特徴とする半導体レーザアレイ装置。
JP15471885A 1985-07-12 1985-07-12 半導体レ−ザアレイ装置 Pending JPS6215879A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP15471885A JPS6215879A (ja) 1985-07-12 1985-07-12 半導体レ−ザアレイ装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP15471885A JPS6215879A (ja) 1985-07-12 1985-07-12 半導体レ−ザアレイ装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS6215879A true JPS6215879A (ja) 1987-01-24

Family

ID=15590444

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP15471885A Pending JPS6215879A (ja) 1985-07-12 1985-07-12 半導体レ−ザアレイ装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS6215879A (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4985897A (en) * 1988-10-07 1991-01-15 Trw Inc. Semiconductor laser array having high power and high beam quality
US5206185A (en) * 1988-12-29 1993-04-27 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor laser device
US5692001A (en) * 1994-09-06 1997-11-25 U.S. Philips Corporation Optoelectronic semiconductor device with a semiconductor diode laser
JP2006303052A (ja) * 2005-04-19 2006-11-02 Nec Electronics Corp 半導体レーザ装置及び半導体レーザ装置の製造方法
EP0965060B1 (en) * 1997-03-07 2008-01-09 Telefonaktiebolaget LM Ericsson (publ) Optical wavelength selective device including at least one bragg-grating structure

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4985897A (en) * 1988-10-07 1991-01-15 Trw Inc. Semiconductor laser array having high power and high beam quality
US5206185A (en) * 1988-12-29 1993-04-27 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor laser device
US5692001A (en) * 1994-09-06 1997-11-25 U.S. Philips Corporation Optoelectronic semiconductor device with a semiconductor diode laser
EP0965060B1 (en) * 1997-03-07 2008-01-09 Telefonaktiebolaget LM Ericsson (publ) Optical wavelength selective device including at least one bragg-grating structure
JP2006303052A (ja) * 2005-04-19 2006-11-02 Nec Electronics Corp 半導体レーザ装置及び半導体レーザ装置の製造方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3613348B2 (ja) 半導体発光素子およびその製造方法
JPH0212886A (ja) 間隔の狭いアンチガイドを使用する半導体レーザの位相ロック・アレイ
EP0378098B1 (en) Semiconductor optical device
US4890293A (en) Semiconductor laser device
US4903274A (en) Semiconductor laser array device
US4792962A (en) A ring-shaped resonator type semiconductor laser device
JP4445292B2 (ja) 半導体発光素子
WO1990003055A1 (fr) Dispositif photo-emetteur et procede de production
US4813051A (en) Semiconductor laser array device
JPS6215879A (ja) 半導体レ−ザアレイ装置
US4791651A (en) Semiconductor laser array device
JPH0431195B2 (ja)
JPS6328520B2 (ja)
JPS61296785A (ja) 半導体レ−ザアレイ装置
US4764936A (en) Semiconductor laser array device
JPH0440875B2 (ja)
JPS61102087A (ja) 半導体レ−ザ装置
JPS6373683A (ja) 分布帰還型半導体レ−ザ
JPS6373685A (ja) 半導体レ−ザアレイおよびその製造方法
US7577174B2 (en) Semiconductor laser device and semiconductor laser element array
JP2687449B2 (ja) 半導体レーザ及びその製造方法
JPH0440874B2 (ja)
JPH0440877B2 (ja)
JPH051992B2 (ja)
JPH10223970A (ja) 半導体レーザ