JPS6237907B2 - - Google Patents
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- JPS6237907B2 JPS6237907B2 JP56123926A JP12392681A JPS6237907B2 JP S6237907 B2 JPS6237907 B2 JP S6237907B2 JP 56123926 A JP56123926 A JP 56123926A JP 12392681 A JP12392681 A JP 12392681A JP S6237907 B2 JPS6237907 B2 JP S6237907B2
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- Japan
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Classifications
-
- 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
- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
- H01S5/4031—Edge-emitting structures
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、半導体レーザ、特に多重ストライプ
漏洩モードのレーザに関する。
漏洩モードのレーザに関する。
一般に、半導体レーザは１個あるいはそれ以上
の半導体接合部へ荷電担体を注入して誘導放出を
起こす装置として公知である。反射面を鏡面とし
て共振器を形成し、この共振器における注入電流
密度が一定のしきい値レベル以上になつたとき、
誘導放出により活性領域でレーザ発振の現象が生
じる。これらレーザ装置の大出力動作は、高輝度
で照射されたときの破壊的な損傷に対する鏡面の
故障発生度によつて制限される。
の半導体接合部へ荷電担体を注入して誘導放出を
起こす装置として公知である。反射面を鏡面とし
て共振器を形成し、この共振器における注入電流
密度が一定のしきい値レベル以上になつたとき、
誘導放出により活性領域でレーザ発振の現象が生
じる。これらレーザ装置の大出力動作は、高輝度
で照射されたときの破壊的な損傷に対する鏡面の
故障発生度によつて制限される。
従来の大出力半導体レーザは、概して広い放射
領域で照射範囲を広げていた。これは鏡面への強
烈な入射を弱めることにより、鏡面の損傷を防い
でいる。しかしながら、このような装置はしばし
ば接合面における横モードの発振を制御すること
ができない。これはフイラメンテイシヨン
（filamentation）および自己集束を誘導し、フラ
ウンホーフアー（far―field）の強度分布パタン
における変化が不満足なものになる。又、制御で
きない横モードの欠点は、電流と出力光束との関
係が非直線性、すなわち「キンク」（kinks）に
なることである。
領域で照射範囲を広げていた。これは鏡面への強
烈な入射を弱めることにより、鏡面の損傷を防い
でいる。しかしながら、このような装置はしばし
ば接合面における横モードの発振を制御すること
ができない。これはフイラメンテイシヨン
（filamentation）および自己集束を誘導し、フラ
ウンホーフアー（far―field）の強度分布パタン
における変化が不満足なものになる。又、制御で
きない横モードの欠点は、電流と出力光束との関
係が非直線性、すなわち「キンク」（kinks）に
なることである。
又、従来の大出力レーザ装置は、荷電担体の横
方向への流れを制御するために細いストライプア
レイを使用していた。幅３〜５μｍのストライプ
は不要の横モード発振を抑制したが、装置は多数
の低出力レーザアレイとして動作する。中心間の
間隔を８〜15μｍにしてストライプを密接するこ
とにより、隣接したストライプから光学的イーバ
ネスセント・フイールド（evanescent fields）
の相互作用を達成することができる。これらの装
置は例えば1978年12月発行のアプライド・フイジ
ツクス・レターズVol.33、No.12、1015〜1017頁及
び1979年１月発行の同誌Vol.34、No.２、162〜165
頁に紹介されている。しかしながら、これらの装
置は次の欠点をもつている。すなわち個々のレー
ザ領域は電流パルスの注入と同時にレーザを発射
しない、つまりターンオンしない。これは、ター
ンオンの間、不安定なフラウンホーフアーパター
ンを生じる可能性があつた。他の欠点はレーザ領
域間の結合が高い駆動電流により減少する傾向が
ある。
方向への流れを制御するために細いストライプア
レイを使用していた。幅３〜５μｍのストライプ
は不要の横モード発振を抑制したが、装置は多数
の低出力レーザアレイとして動作する。中心間の
間隔を８〜15μｍにしてストライプを密接するこ
とにより、隣接したストライプから光学的イーバ
ネスセント・フイールド（evanescent fields）
の相互作用を達成することができる。これらの装
置は例えば1978年12月発行のアプライド・フイジ
ツクス・レターズVol.33、No.12、1015〜1017頁及
び1979年１月発行の同誌Vol.34、No.２、162〜165
頁に紹介されている。しかしながら、これらの装
置は次の欠点をもつている。すなわち個々のレー
ザ領域は電流パルスの注入と同時にレーザを発射
しない、つまりターンオンしない。これは、ター
ンオンの間、不安定なフラウンホーフアーパター
ンを生じる可能性があつた。他の欠点はレーザ領
域間の結合が高い駆動電流により減少する傾向が
ある。
密装されたストライプアレイの変形は、アレイ
内のストライプを接続するために曲つた導電接触
子を使用している。これは1979年２月発行の前述
誌Vol.34、No.４、259〜261頁に紹介されているよ
うに各ストライプ間の結合を改良して上述の欠点
を除去している。しかしながらこれらの装置はま
だターンオンが同時でないことおよび高い駆動電
流における結合の損失という欠点があつた。
内のストライプを接続するために曲つた導電接触
子を使用している。これは1979年２月発行の前述
誌Vol.34、No.４、259〜261頁に紹介されているよ
うに各ストライプ間の結合を改良して上述の欠点
を除去している。しかしながらこれらの装置はま
だターンオンが同時でないことおよび高い駆動電
流における結合の損失という欠点があつた。
本発明の実施例によれば、半導体レーザは受動
領域によつて分離された多重の活性ストライプ領
域を備えている。そして受動領域の屈折率は、レ
ーザの漏洩モード動作を可能にするように選択さ
れる。前記漏洩モードの動作は隣接した各ストラ
イプ領域間の光学的結合を与える。前記漏洩モー
ドの光学的結合は、レーザを横切る各ストライプ
のターンオンをほとんど同時に行ない、そして高
い駆動電流の場合でも単純なフラウンホーフアー
パタンを安定に提供する。そして正の屈折率ステ
ツプをストライプ領域の横方向における境界へ導
入し、レーザ発振のためのしきい値電流密度を低
減させることができる。以下図面を用いて本発明
を詳述する。
領域によつて分離された多重の活性ストライプ領
域を備えている。そして受動領域の屈折率は、レ
ーザの漏洩モード動作を可能にするように選択さ
れる。前記漏洩モードの動作は隣接した各ストラ
イプ領域間の光学的結合を与える。前記漏洩モー
ドの光学的結合は、レーザを横切る各ストライプ
のターンオンをほとんど同時に行ない、そして高
い駆動電流の場合でも単純なフラウンホーフアー
パタンを安定に提供する。そして正の屈折率ステ
ツプをストライプ領域の横方向における境界へ導
入し、レーザ発振のためのしきい値電流密度を低
減させることができる。以下図面を用いて本発明
を詳述する。
第１図は本発明が適用される多重漏洩モード形
のストライプ領域を備えた半導体レーザの一部を
示す構成図である。図において半導体レーザは基
板１０４の上に形成された一対のストライプ領域
１００および１０２を含む。そして各ストライプ
領域は一対のクラツド層１０８および１１０には
さみ込まれた活性層１０６を含む。３個の受動領
域１１２は基板上でストライプ領域の横境界に沿
つて横たわつている。面１１４および１１６は鏡
として機能するためにへき開面とする。
のストライプ領域を備えた半導体レーザの一部を
示す構成図である。図において半導体レーザは基
板１０４の上に形成された一対のストライプ領域
１００および１０２を含む。そして各ストライプ
領域は一対のクラツド層１０８および１１０には
さみ込まれた活性層１０６を含む。３個の受動領
域１１２は基板上でストライプ領域の横境界に沿
つて横たわつている。面１１４および１１６は鏡
として機能するためにへき開面とする。
例えば、上記の基板１０４はｎ形のGaAsから
構成され、そして各ストライプ領域１００および
１０２はその中心間隔が約24μｍで幅が約２μｍ
になるように先ず３層の液相エピタキシアル成長
によつて形成した後、エツチングを行う。活性層
１０６は厚さ約0.15mμのｐ形Al.06Ga.94Asで形
成される。クラツド層１０８はｐ形Al.3Ga.7Asお
よびクラツド層１１０はｎ形Al.3Ga.7Asでそれぞ
れ構成される。エツチングでストライプ領域を形
成した後、第２のエピタキシアル成長で受動領域
１１２を形成させる。この受動領域にはドーピン
グしないAl.17Ga.83Asのような高抵抗物質が適当
である。なお、第１図では説明を簡単にするため
に、ストライプ領域を２個としたが、これを多数
個に拡張することは容易であろう。
構成され、そして各ストライプ領域１００および
１０２はその中心間隔が約24μｍで幅が約２μｍ
になるように先ず３層の液相エピタキシアル成長
によつて形成した後、エツチングを行う。活性層
１０６は厚さ約0.15mμのｐ形Al.06Ga.94Asで形
成される。クラツド層１０８はｐ形Al.3Ga.7Asお
よびクラツド層１１０はｎ形Al.3Ga.7Asでそれぞ
れ構成される。エツチングでストライプ領域を形
成した後、第２のエピタキシアル成長で受動領域
１１２を形成させる。この受動領域にはドーピン
グしないAl.17Ga.83Asのような高抵抗物質が適当
である。なお、第１図では説明を簡単にするため
に、ストライプ領域を２個としたが、これを多数
個に拡張することは容易であろう。
上述の半導体レーザにおいて、クラツド層１０
８および１１０の屈折率は約3.42であり、また活
性層１０６は約3.625の屈折率をもつ。前記活性
層はストライプ領域の幅に比較して薄いので、ス
トライプ領域を実効屈折率Neffによつて説明する
ことができる。例えば、実効屈折率については
「IEEEジヤーナル・オブ・クワンタム・エレク
トロニクス」1980年２月、Vol.QE―16No.２の206
頁に紹介されている。ここではNeffは約3.475で
あり、受動領域１１２の屈折率Npは約3.525であ
る。その結果NpはNeffを約0.05の△ｎだけ上ま
わり、ストライプ領域の横方向境界での屈折率に
ステツプが生じる。
８および１１０の屈折率は約3.42であり、また活
性層１０６は約3.625の屈折率をもつ。前記活性
層はストライプ領域の幅に比較して薄いので、ス
トライプ領域を実効屈折率Neffによつて説明する
ことができる。例えば、実効屈折率については
「IEEEジヤーナル・オブ・クワンタム・エレク
トロニクス」1980年２月、Vol.QE―16No.２の206
頁に紹介されている。ここではNeffは約3.475で
あり、受動領域１１２の屈折率Npは約3.525であ
る。その結果NpはNeffを約0.05の△ｎだけ上ま
わり、ストライプ領域の横方向境界での屈折率に
ステツプが生じる。
動作中、それぞれのストライプ領域の活性層に
おいてレーザ発振を誘導させるために荷電担体が
レーザに注入される。ストライプ領域の境界にお
ける屈折率ステツプは、ストライプ領域から隣接
した受動領域への屈折を誘導する。そのとき、そ
れぞれのストライプ領域は受動領域へ漏洩する発
光を伴つて「リーキイ」と呼ばれる漏洩モードで
動作する。その結果、ストライプ領域内を伝わる
出力は鏡面に対する強烈な入射光を希釈し、そし
て低損失の受動導波管として働く受動領域でスト
ライプ領域間における光学的結合を導く。
おいてレーザ発振を誘導させるために荷電担体が
レーザに注入される。ストライプ領域の境界にお
ける屈折率ステツプは、ストライプ領域から隣接
した受動領域への屈折を誘導する。そのとき、そ
れぞれのストライプ領域は受動領域へ漏洩する発
光を伴つて「リーキイ」と呼ばれる漏洩モードで
動作する。その結果、ストライプ領域内を伝わる
出力は鏡面に対する強烈な入射光を希釈し、そし
て低損失の受動導波管として働く受動領域でスト
ライプ領域間における光学的結合を導く。
放射はストライプ領域から受動領域へ下式で与
えられる浅い角度θで漏洩する。
えられる浅い角度θで漏洩する。
sinθ＝（Np2―Neff2）1/2／Np
△ｎが0.05の場合、適当なしきい値電流密度で
漏洩モード動作を保証するための角度θは約9.7
度である。漏洩光線は受動領域の高次モードを励
起することにより、ストライプ領域間の光学的結
合を導く。実際上、放射がストライプ領域から屈
折して出る角度に最も近い伝搬角を持つモードに
なる。ストライプ領域間の光学的結合は、漏洩光
波面のストライプ領域における電磁界との相互作
用でさらに増強される。そしてそれらはストライ
プ領域の相対位相に影響を及ぼし、ある一定の位
相ずれが生ずる。フラウン・ホーフアーの強度分
布パタンにおいて、前記の位相差は垂直面の周り
に集中して密集したローブ（lobe）パタンを生じ
る。ストライプ領域が２個以上の場合、各隣接し
た対のストライプ領域は、その対を分離している
受動領域における漏洩光線によつて光学的に結合
される。
漏洩モード動作を保証するための角度θは約9.7
度である。漏洩光線は受動領域の高次モードを励
起することにより、ストライプ領域間の光学的結
合を導く。実際上、放射がストライプ領域から屈
折して出る角度に最も近い伝搬角を持つモードに
なる。ストライプ領域間の光学的結合は、漏洩光
波面のストライプ領域における電磁界との相互作
用でさらに増強される。そしてそれらはストライ
プ領域の相対位相に影響を及ぼし、ある一定の位
相ずれが生ずる。フラウン・ホーフアーの強度分
布パタンにおいて、前記の位相差は垂直面の周り
に集中して密集したローブ（lobe）パタンを生じ
る。ストライプ領域が２個以上の場合、各隣接し
た対のストライプ領域は、その対を分離している
受動領域における漏洩光線によつて光学的に結合
される。
第２図は本発明の一実施例による半導体レーザ
の一部端面図である。図において、一対のストラ
イプ領域２００および２０２の横方向の境界で正
の屈折率ステツプが存在する。境界に沿つた帯域
２１８および２２０の屈折率は、ストライプ領域
の実効屈折率より約0.01大きいが、受動領域２１
２の屈折率より小さい。この屈折率ステツプは、
亜鉛系のｐドーパントの拡散作用によりクラツド
層２０８およびｎ形の活性層２０６を通して形成
される。この実施例は第１図の構成よりも本質的
に低いしきい値電流密度で機能し、さらに、２個
以上のストライプ領域を容易に形成することがで
きる。
の一部端面図である。図において、一対のストラ
イプ領域２００および２０２の横方向の境界で正
の屈折率ステツプが存在する。境界に沿つた帯域
２１８および２２０の屈折率は、ストライプ領域
の実効屈折率より約0.01大きいが、受動領域２１
２の屈折率より小さい。この屈折率ステツプは、
亜鉛系のｐドーパントの拡散作用によりクラツド
層２０８およびｎ形の活性層２０６を通して形成
される。この実施例は第１図の構成よりも本質的
に低いしきい値電流密度で機能し、さらに、２個
以上のストライプ領域を容易に形成することがで
きる。
上述の実施例は発光の垂直制限のため３層構造
のストライプ領域が形成されている。大きい光学
的空洞のような他の垂直制限構造は、また、漏洩
モード動作を可能にするよう物質の屈折率を選ぶ
ことを仮定すれば、同様に使用できる。
のストライプ領域が形成されている。大きい光学
的空洞のような他の垂直制限構造は、また、漏洩
モード動作を可能にするよう物質の屈折率を選ぶ
ことを仮定すれば、同様に使用できる。
以上詳述する如く本発明による半導体レーザ
は、漏洩により鏡面での輝度が希釈されるので、
鏡面を損傷することなく光学的大出力レベルで動
作をさせることができる。さらに、装置の狭い幅
の活性層は良好な横モード制御を与え、安定した
フラウンホーフアーおよびほとんど線形の光束特
性が得られる。他の有利な点はストライプ領域間
の漏洩モードにおける光学的結合のため、レーザ
範囲にわたつてほとんど同時にターンオンするこ
とができる。漏洩モード結合はまた、高い駆動電
流に至るまで安定な単一のフラウンホーフアーパ
タンを増大させる。また別の利点は良好な結合を
犠牲にすることなくストライプ領域間の間隔を相
対的に広くして使用することができることであ
る。
は、漏洩により鏡面での輝度が希釈されるので、
鏡面を損傷することなく光学的大出力レベルで動
作をさせることができる。さらに、装置の狭い幅
の活性層は良好な横モード制御を与え、安定した
フラウンホーフアーおよびほとんど線形の光束特
性が得られる。他の有利な点はストライプ領域間
の漏洩モードにおける光学的結合のため、レーザ
範囲にわたつてほとんど同時にターンオンするこ
とができる。漏洩モード結合はまた、高い駆動電
流に至るまで安定な単一のフラウンホーフアーパ
タンを増大させる。また別の利点は良好な結合を
犠牲にすることなくストライプ領域間の間隔を相
対的に広くして使用することができることであ
る。
第１図は本発明が適用される半導体レーザの一
部を示す構成図、第２図は本発明の一実施例によ
る半導体レーザの一部端面図である。 １０４：基板、１００，１０２，２００，２０
２：ストライプ領域、１１２，２１２：受動領
域、１０８，１１０，２０８：クラツド層、１０
６，２０６：活性層、１１４，１１６：鏡面。
部を示す構成図、第２図は本発明の一実施例によ
る半導体レーザの一部端面図である。 １０４：基板、１００，１０２，２００，２０
２：ストライプ領域、１１２，２１２：受動領
域、１０８，１１０，２０８：クラツド層、１０
６，２０６：活性層、１１４，１１６：鏡面。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 半導体材料の基板と、 前記基板上に形成され荷電担体の注入によつて
レーザ発振を誘導する活性層と前記活性層の上に
設けられ前記活性層よりも低い屈折率を有する半
導体材料から成る第１クラツド層と前記活性層の
下に設けられ前記活性層よりも低い屈折率を有す
る半導体材料から成る第２クラツド層とを備えた
複数のストライプ領域と、 前記基板上のとなり合う前記ストライプ領域の
間毎に形成されて該ストライプ領域の間に漏洩モ
ード光結合を起すように構成され前記ストライプ
領域の実効屈折率よりも大きい屈折率を有する半
導体材料から成る複数の受動領域と 前記基板の対向する端部に形成された一対の鏡
面と を設け、 前記複数のストライプ領域の少なくとも１つは
横方向の境界に前記ストライプ領域の実効屈折率
より大きく前記受動領域の屈折率よりも小さい屈
折率を有する帯域を設けて成る 半導体レーザ。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/176,166 US4348763A (en) | 1980-08-07 | 1980-08-07 | Multiple stripe leaky mode laser |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5756985A JPS5756985A (en) | 1982-04-05 |
| JPS6237907B2 true JPS6237907B2 (ja) | 1987-08-14 |
Family
ID=22643264
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56123926A Granted JPS5756985A (en) | 1980-08-07 | 1981-08-07 | Semiconductor laser |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4348763A (ja) |
| EP (1) | EP0045862A1 (ja) |
| JP (1) | JPS5756985A (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3486103T2 (de) * | 1983-12-01 | 1993-07-01 | Trw Inc | Halbleiterlaser. |
| USRE34356E (en) * | 1984-05-10 | 1993-08-24 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser array |
| JPS60236274A (ja) * | 1984-05-10 | 1985-11-25 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ素子 |
| JPS6167286A (ja) * | 1984-09-07 | 1986-04-07 | Sharp Corp | 半導体レ−ザアレイ素子 |
| US4712220A (en) * | 1985-09-30 | 1987-12-08 | Siemens Aktiengesellschaft | Multiple laser arrangement |
| US4751707A (en) * | 1986-07-03 | 1988-06-14 | Mcdonnell Douglas Corporation | Laser diode array exhibiting transverse lasing |
| US4860298A (en) * | 1988-04-12 | 1989-08-22 | Dan Botez | Phased-locked array of semiconductor lasers using closely spaced antiguides |
| US4933302A (en) * | 1989-04-19 | 1990-06-12 | International Business Machines Corporation | Formation of laser mirror facets and integration of optoelectronics |
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