JP2004214226A

JP2004214226A - 半導体レーザ装置

Info

Publication number: JP2004214226A
Application number: JP2002378280A
Authority: JP
Inventors: Akitaka Yamada; 明孝山田; Hideaki Okano; 英明岡野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2004-07-29
Also published as: US20040146080A1

Abstract

【課題】横方向のレーザビームの品質を向上すること。
【解決手段】電極ストライプ１０をレーザビームの発振光軸Ｑに対して横方向の面内で傾けて形成する。ことにより、単一の電極ストライプ５で、横方向に利得導波構造を有する半導体レーザ装置でも、横方向のレーザビームの品質を大幅に向上できると共に、輝度をも格段に改善できる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高出力の半導体レーザ装置に関わり、特に横方向のレーザビーム品質を向上させた半導体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は半導体レーザ装置の構成図である。この半導体レーザ装置は、ｎ型のクラッド層１上にｐ型の活性領域２を有する層（以下、活性領域層と称する）３を形成し、この活性領域層３上にｐ型のクラッド層４を形成する。なお、これらクラッド層１、活性領域層３及びクラッド層４の積層方向は、Ｘ方向（以下、縦方向と称する）とする。
【０００３】
これら層のうちｎ型のクラッド層１は例えばＡｌ−Ｇａ−Ａｓからなり、活性領域層３は例えばＧａ−Ａｓからなり、ｐ型のクラッド層４は例えばＡｌ−Ｇａ−Ａｓからなる。活性領域層３は、各クラッド層１、４に比較して光の屈折率が高い。この活性領域層３は、例えば厚さ１μｍ以下に形成されている。
【０００４】
又、クラッド層４の上面にストライプ状の電極（以下、電極ストライプと称する）５が形成されている。この電極ストライプ５は、所定の幅、例えば数μｍ〜数百μｍで、光軸方向（Ｚ方向）に形成されている。この電極ストライプ５は、正極となる。又、クラッド層１の下面に平面状の負電極６が形成されている。この負電極６は、負極となる。
【０００５】
さらに、光軸方向の各端面には、それぞれ光共振器を形成する高反射ミラー面７と出力ミラー面８とが互いに対向配置されている。
【０００６】
このような構成であれば、クラッド層１、活性領域層３及びクラッド層４の積層によって、縦方向にハンドギャップと屈折率とが異なる層構造が造り込まれる。これにより、電極ストライプ５から負電極６に流れる電流と光とは、活性領域２の付近に閉じ込められる。すなわち、縦方向はスラブ導波路構造（屈折率導波構造）を成す。キャリア再結合光発生は、活性領域２において起こる。
【０００７】
横方向（Ｙ方向）すなわちクラッド層１、活性領域層３及びクラッド層４の接合方向（ｐｎ接合に平行な方向）は、一様な材質に形成されている。この横方向は、電極ストライプ５の幅により電流の流れる領域を限定する。この横方向は、電流密度の大きさによる利得又は損失によって光を導波するので、利得導波と呼ばれる。
【０００８】
このような半導体レーザ装置は、例えば非特許文献１に記載されている。この非特許文献１は、上記半導体レーザ装置の構造の各種方式について詳しく説明している。
【０００９】
一方、半導体レーザ装置は、小型、堅牢、高効率、長寿命などの利点を有する。又、半導体レーザ装置は、１つのエミッタ（１つの電極ストライプ５を用いての発光：シングルエミッタと称する）から数Ｗレベルのレーザ出力Ｐを得る。これにより、半導体レーザ装置は、通信・情報の分野への利用以外に、例えば溶接、焼き入れ、マーキングなどの材料加工用として利用することも可能である。
【００１０】
シングルエミッタによる半導体レーザ装置のレーザ出力Ｐは、損傷などを起こすためにＷクラスに制限されている。高出力のレーザ出力Ｐを得るには、横方向を例えば１０ｍｍ程度の長さに形成したチップ内に複数本の電極ストライプ５を互いに平行に配置し、複数のレーザビームの発光点をアレイ化したアレイ型半導体レーザを用いる。このアレイ型半導体レーザは、レーザバーと称される。
【００１１】
このアレイ型半導体レーザは、複数のレーザ出力Ｐを合計することにより数十Ｗから数百Ｗの出力を実現している。例えば非特許文献２は、電極ストライプ５を必要な個数だけ並列に配置（マルチストラスプ方式）することで、これら電極ストライプ５の倍数でレーザ出力Ｐを増大できることを記載している。
【００１２】
さらに、最近、複数のアレイ型半導体レーザを縦方向に積み重ねたスタック型半導体レーザが作成されている。このスタック型半導体レーザは、ｋＷ級の高出力パワーを実現している。
【００１３】
これらアレイ型半導体レーザ及びスタック型半導体レーザは、上記図６に示すシングルエミッタの半導体レーザ装置を基本として作成される。この半導体レーザ装置の構造は、上記の如く縦方向にスラブ導波路構造を成し、横方向に利得導波路構造を成す。
【００１４】
このためＷ級のレーザ出力Ｐを有する半導体レーザ装置から出力されるレーザビームの品質は、クラッド層１とクラッド層４とのｐｎ接合面（横方向）と、このｐｎ接合面に対して垂直方向（縦方向）とで大きく相違する。これらレーザビーム品質の相違を数値化して表わすと、２０倍と大きく相違する。すなわち、縦方向は、屈折率導波構造により小さなレーザビームの発光サイズとなり、これによりレーザビームの品質はよい。
【００１５】
これに対して横方向は、利得導波路構造なので、反導波となっている。これにより、半導体レーザ装置内で発振光軸上で発振するレーザビームの位相面は、凸面状になる。このため、半導体レーザ装置から出力されるレーザビームは、広がり角を大きくし、品質を低下している。
【００１６】
図７は半導体レーザ装置の縦方向の放射特性図を示す。同図９おいて横軸は角度であり、縦軸はレーザ出力Ｐのレベルである。又、図８は半導体レーザ装置の横方向の放射特性図を示す。同図９おいて横軸は角度であり、縦軸はレーザ出力Ｐのレベルである。
【００１７】
これら放射特性図を比較すると明確なように、縦方向と横方向の各放射特性は、著しく相違する。縦方向の放射特性は、角度に対して対称的なレーザ出力のレベル変化を示し、品質の高いレーザビームである。これに対して横方向の放射特性は、角度に対して不均一なレーザ出力Ｐのレベル変化を示し、格段に品質の低下したレーザビームである。
【００１８】
ここで、横方向のレーザビームの品質が低下する理由について説明する。
【００１９】
図９（ａ）〜（ｄ）は半導体レーザ装置の横方向の構造及び特性分布を示し、同図（ａ）は半導体レーザ装置の横方向の断面構造図、同図（ｂ）は横方向の屈折率分布、同図（ｃ）は横方向の利得分布、同図（ｄ）は横方向の波面形状を示す。
【００２０】
電極ストライプ５は、例えば所定幅５０〜４００μｍに形成されている。この電極ストライプ５から注入された電流ｉは、対極する幅広の負電極６に向って流れる。このときの横方向の電流密度分布は、中央部で高く、周辺部になる程単調に低くなる。
【００２１】
又、屈折率とキャリア濃度（注入電流密度）との関係は、例えば非特許文献３に示される。屈折率ｎはキャリア濃度Ｎの関数であり、
ｎ〜ｎ_０（１−Ｎ・ｅ^２／２ｍ・ε_０・ω^２・ｎ_０） …（１）
により表わされる。ｎ_０はキュリアのないときの屈折率、ｅは電子の電荷、ｍは電子の有効質量、ε_０は真空の誘電率、ωは光の振動数である。
【００２２】
上記式（１）は、キャリア濃度Ｎを大きくすると、屈折率ｎが低くなる関係を示す。すなわち、図９（ｂ）に示すように屈折率ｎの横方向の変化は、中央部で低く、周辺部になる程キャリアのない状態すなわち材料そのものの屈折率まで増大する。
【００２３】
このような横方向の屈折率分布は、図９（ａ）に示す発振光軸（図面に対して垂直方向）に対して凹レンズと同等な作用効果をレーザビームに与える。このため、横方向は、反導波と称される導波構造になる。
【００２４】
しかるに、横方向の屈折率分布によりレーザビームの進行方向（光軸方向）における位相面は、図９（ｄ）に示すように凸面状になる。このため、レーザビームは、横方向において広がり角度を大きくするものとなり、品質を低下している。なお、横方向は、反導波の導波構造であっても、電極ストライプ５に沿って大きな利得を有するので、大きな出力パワーを得られる。
【００２５】
【非特許文献１】
「半導体レーザ」（株）培風館、１９８９年、ｐ．９１−１２３
【００２６】
【非特許文献２】
「IEEE Journal of Quantum Electronics,vo124,No6」１９８８年、ｐ．８８３−８９４
【００２７】
【非特許文献３】
「Ｊ．Ａppl．Ｐhysics,vo144,No10」、１９７３年、ｐ．４６９６−４７０７
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、レーザビーム品質は、発光サイズとレーザビームの広がり角度との積により評価される。このレーザビーム品質の評価は、小さい値程高い品質とする。市販品を含めて現存する半導体レーザ装置は、単一の電極ストライプで、横方向に利得導波構造を有している。
【００２９】
数Ｗクラスの半導体レーザ装置における縦方向のレーザビーム品質は、例えばビーム径１．５μｍと広がり角度４０°との積で評価される。
【００３０】
これに対して横方向のレーザビーム品質は、例えばビーム径２００μｍと広がり角度９°との積で評価される。従って、横方向のレーザビーム品質の評価は、縦方向のレーザビーム品質の評価に比較して格段に悪い。
【００３１】
半導体レーザ装置から出力されたレーザビームは、上記通信・情報の分野や材料加工用として利用される他に、例えばデータプロジェクタやプロジェクションテレビ受像機の光源にも用いられ得る。このような光源に用いる場合、半導体レーザ装置から出力されたレーザビームは、レンズによって集光されて、発光イオンPr3+やTm3+などコアに混在させた、コア径30μｍ以下の光ファイバへ入射され、半導体レーザの発する赤外波長から可視波長へ、効率よく変換される。
【００３２】
しかしながら、半導体レーザ装置から出力されるレーザビームの横方向の幅は、２００μｍ、広がり角度が９°であって、開口数０．３の光ファイバに集光する場合、その最小径は６０μｍ弱である。このため、この最小コア径以下のコア径を有する光ファイバに対しては、半導体レーザ装置との間で高効率に結合できない。
【００３３】
アレイ型半導体レーザ及びスタック型半導体レーザは、シングルエミッタの半導体レーザ装置のレーザビーム品質と同等の広がり角度を持つ上、大きな発光サイズを有する。このため、これらアレイ型半導体レーザ及びスタック型半導体レーザもエミッタ数に反比例してレーザビーム品質が低下する。
【００３４】
例えば、非特許文献２に記載されているようなアレイ型半導体レーザは、１つの電極ストライプ５によるレーザビーム品質が悪い上に、光源サイズが電極ストライプ５の本数に比例して大きくなる。このため、アレイ型半導体レーザから出力されるレーザビームの全体としてみると、レーザビーム品質は低下する。
【００３５】
このような現状から半導体レーザ装置から出力されたレーザビームを微細な光ファイバ、例えばコア径５０μｍ以下の細コア径光ファイバーに入射することは事実上不可能である。このため、細コア径光ファイバーに光を伝送することは困難であり、半導体レーザ装置を適用する分野が大きく制限される。
【００３６】
又、アレイ型半導体レーザ及びスタック型半導体レーザに対して非特許文献４の技術を適用すると、外部に複数の全反射ミラーを設けなければならず、光学系が複雑になる。
【００３７】
そこで本発明は、横方向のレーザビームの品質を向上できる半導体レーザ装置を提供することを目的とする。
【００３８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一方向にスラブ導波路構造を形成すると共に、一方向に対して垂直な他方向に利得導波路構造を形成し、かつ光共振器の発振光軸に沿って利得導波路を規定する第１の電極と平面状の第２の電極とを対向配置して成る半導体レーザ装置において、第１の電極は、発振光軸に対して傾けて形成された半導体レーザ装置である。
【００３９】
本発明は、複数のクラッド層を積層し、所定の幅を有する第１の電極とこの第１の電極の幅よりも幅の広い第２の電極とを各クラッド層を介して対向配置し、かつ各クラッド層の接合部における各クラッド層の積層方向をスラブ導波路構造に成すと共に、積層方向に対して垂直方向を利得導波路構造に成し、これら導波路構造内でレーザビームを発振する半導体レーザ装置において、第１の電極は、レーザビームの発振光軸に対して傾けて形成された半導体レーザ装置である。
【００４０】
本発明の半導体レーザ装置において、第１の電極は、複数本並列に形成されたことが好ましい。
【００４１】
本発明は、複数のクラッド層を積層し、それぞれ所定の幅を有する複数の第１の電極とこれら第１の電極の各幅よりも幅の広い第２の電極とを各クラッド層を介して対向して形成し、かつ各クラッド層の接合部における各クラッド層の積層方向をスラブ導波路構造に成すと共に、積層方向に対して垂直方向を利得導波路構造に成して複数のレーザビームの発光点を形成する複数の半導体レーザを有し、これら半導体レーザを複数積み重ねて形成されたスタック型の半導体レーザ装置において、複数の第１の電極は、それぞれレーザビームの発振光軸に対して傾けて形成された半導体レーザ装置である。
【００４２】
本発明の半導体レーザ装置において、第１の電極は、Ｗをこの第１の電極の幅、Ｌをこの第１の電極の長さとしたとき、発振光軸に対してθ（ここでθ＝tan^−１（（Ｗ／２）／Ｌ））だけ傾けて形成されたされたことが望ましい。
【００４３】
本発明の半導体レーザ装置において、第１の電極は、Ｗをこの第１の電極の幅、Ｌをこの第１の電極の長さとしたとき、レーザビームの発振光軸に対してθ（ここでθ＝tan^−１（（Ｗ／２）／Ｌ））だけ傾けて形成されたことが望ましい。
【００４４】
本発明の半導体レーザ装置において、第１の電極は、積層方向に対して垂直方向の屈折率分布をレーザビームの発振光軸の全光路長に亘って平均化する角度に傾けて形成されたことが好ましい。
【００４５】
本発明の半導体レーザ装置において、第１の電極は、ストライプ状に形成されたことが好ましい。
【００４６】
本発明の半導体レーザ装置において、第１の電極は、ストライプ状に形成され、レーザビームの発振光軸に対して角度０．５°〜５°の範囲内に傾けて形成されたことが好ましい。
【００４７】
本発明の半導体レーザ装置において、第１の電極は、蛇行形状、くの字形状、湾曲形状又はジグザグ形状し、積層方向に対して垂直方向の屈折率分布をレーザビームの発振光軸の全光路長に亘って平均化する角度に傾けて形成されたことが好ましい。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図６と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００４９】
図１はシングルエミッタを有する半導体レーザ装置の構成図である。電極ストライプ（第１の電極）１０は、ストライプ状に形成されている。この電極ストライプ１０は、高反射ミラー面７と出力ミラー面８との対向方向、すなわちレーザビームの発振光軸Ｑに対し、横方向の面内で傾けて形成されている。
【００５０】
具体的に電極ストライプ１０は、レーザビームの発振光軸Ｑに対して角度θ（＝０．５°〜５°）の範囲内に傾けて形成されている。この電極ストライプ１０の最良の傾き角度θは、
θ＝tan^−１（（Ｗ／２）／Ｌ） …（２）
で定まる角度である。ここで、Ｗは電極ストライプ１０の幅、Ｌは電極ストライプ１０の長さである。
【００５１】
このような構造であれば、活性領域２の中で発生した光は、高反射ミラー面７と出力ミラー面８との間で光共振を生じる。この結果、出力ミラー面８からレーザ発振が生じる。
【００５２】
このときレーザ発振する横方向のレーザビーム幅Ｗｄは、傾斜する電極ストライプ１０内においてＺ方向に電極ストライプ１０の欠けない部分の幅に同等である。すなわち、電極ストライプ１０における高反射ミラー面７と出力ミラー面８との各端面における各エッジ点Ｒ_１、Ｓ_１をそれぞれ設定する。このうち一方のエッジ点Ｒ_１は、高反射ミラー面７と電極ストライプ１０のエッジラインとの成す角度α_１が９０°以内となるところであり、他方のエッジ点Ｓ_１は、出力ミラー面８と電極ストライプ１０のエッジラインとの成す角度α_２が９０°以内となるところである。
【００５３】
そして、一方のエッジ点Ｒ_１からＺ方向に延ばして出力ミラー面８との交点を端点Ｒ_２とし、同様に他方のエッジ点Ｓ_１からＺ方向に延ばして高反射ミラー面７との交点を端点Ｓ_２とする。
【００５４】
かくして、エッジ点Ｒ_１及び端点Ｒ_２を結ぶラインとエッジ点Ｓ_１及び端点_２を結ぶラインとのＹ方向の幅がレーザビーム幅Ｗｄとなる。
【００５５】
ここで、レーザビームの発振光軸Ｑ方向の位相差について説明する。
【００５６】
例えば図２に示すエッジ点Ｒ_１及び端点Ｒ_２を結ぶライン上に第１の光路Ｐ_１を想定し、エッジ点Ｓ_１及び端点_２を結ぶライン上に一致するライン上に第２の光路Ｐ_２を想定する。なお、これら第１の光路Ｐ_１及び第２の光路Ｐ_２は、レーザビーム幅Ｗｄ内の互いに離れた平行の各光路上であればよい。
【００５７】
これら第１の光路Ｐ_１及び第２の光路Ｐ_２の光路長差すなわち位相差Δφは、次の式により表わされる。
【００５８】
Δφ＝∫_２（ｋ・ｎ）ｄｌ−∫_１（ｋ・ｎ）ｄｌ …（３）
この式（３）で表わされる屈折率ｎは、横方向の位置ｙの関数として近似的に
ｎ（ｙ）＝ｎ_０−ｐ・ｙ^２ …（４）
により２乗分布として表わされる。なお、ｐは定数である。この屈折率ｎの変化は、２乗分布からずれても、滑らかに左右対称の関数であればよい。
【００５９】
すなわち、第１の光路Ｐ_１上及び第２の光路Ｐ_２上の各光線が通過する点の屈折率の大きさは、Ｚ方向に進行するに従って変化する。Ｋ_１〜Ｋ_３はそれぞれ任意の各点における横方向の屈折率分布を示す。これら屈折率分布Ｋ_１〜Ｋ_３は、それぞれ中央部で低く、周辺部になる程キャリアのない状態すなわち材料そのものの屈折率まで増大する。そして、これら屈折率分布Ｋ_１〜Ｋ_３は、傾斜する電極ストライプ１０に従ってその中心位置が横方向にずれる。
【００６０】
レーザビームの位相は、波数ｋと屈折率ｎとの積分量により計算される。第１の光路Ｐ_１上及び第２の光路Ｐ_２上の各光は、それぞれ屈折率分布の傾斜部分を通過する。これにより、光共振器内の発振光軸Ｑ上の中間点から見て高反射ミラー面７側と出力ミラー面８側とでは、各屈折率分布の傾斜が逆傾斜になる。
【００６１】
例えば、屈折率分布Ｋ_１における発振光軸Ｑ上の傾きは左側から右側に向って下がり（なお、右側から左側に向って上がるとも言える）、屈折率分布Ｋ_３における発振光軸Ｑ上の傾きは左側から右側に向って上がる（なお、右側から左側に向って下がるとも言える）。
【００６２】
従って、レーザビームの発振光軸Ｑの全光路長に亘って横方向の全屈折率分布を平均化すると、すなわち全屈折率分布を全光路長に亘って積分して差を取ると、この差は最小になる。
【００６３】
このことはレーザビームの発振光軸Ｑの全光路長に亘って位相差が小さいことを示す。しかるに、レーザビームの発振光軸Ｑ方向に略平面波が生じることを示す。この結果、半導体レーザ装置は、横方向に広がり角度の小さいレーザビームを出力することを可能にする。
【００６４】
図３は電極ストライプ１０の傾斜角度θを変化させたときのレーザビームの出力パワーとレーザビームの広がり角度と同方向の輝度とを示す。同図３において横軸は傾斜角度θであり、縦軸はレーザビームの出力パワー及び広がり角度、輝度である。
【００６５】
同図から分かるように傾斜角度を大きくすると、レーザビームの出力パワーが低下する。これは、大きな傾斜角度になると、レーザビームと利得領域との重なりが少なくなるためである。一方、広がり角度の大きさは、傾斜角度
θ＝tan^−１（（Ｗ／２）／Ｌ）で求まる角度を最小として増加していく（角度θのときき度は最大となる）。
【００６６】
これらから本実施の形態の半導体レーザ装置は、幅Ｗ＝２００μｍ、長さＬ＝１０００μｍの場合、傾斜約４°程度の傾斜角度で最大の輝度を得る。
【００６７】
この結果、本発明の半導体レーザ装置は、従来と比較して、レーザビームの広がり角度を４分の１以下にでき、輝度を３倍以上改善できる。
【００６８】
このように上記第１の実施の形態においては、電極ストライプ１０をレーザビームの発振光軸Ｑに対して横方向の面内で傾けて形成したので、単一の電極ストライプ１０を用いて横方向に利得導波構造を有する半導体レーザ装置であっても、横方向のレーザビームの品質を大幅に向上できると共に、輝度をも格段に改善できる。これにより、半導体レーザ装置は、元々縦方向のレーザビームの品質が良いことから、横方向のレーザビームの品質を向上することによって、高出力でかつレーザビームの全体の品質を向上できる。
【００６９】
従って、本発明の半導体レーザ装置から出力されたレーザビームは、集光レンズ等により集光することにより開口数を小さくできる。これにより、半導体レーザ装置からの高出力のレーザビームは、集光レンズ等を介して例えば２０μｍ弱のコア径を有する細コア径の光ファイバに対して高効率に結合できる。この結果、本発明の半導体レーザ装置は、適用する分野を広くできる。
【００７０】
例えば、半導体レーザ装置から出力されたレーザビームは、通信・情報の分野や材料加工用として利用できるのは勿論のこと、例えばプロジェクタで必要とされる可視光の光源となるアップコンバージョンファイバレーザの励起源にも利用できる。プロジェクタに利用する場合は、高出力のレーザビームを高効率に小さいコア径の光ファイバで伝送して可視光を発生させることを要求されるが、この要求を十分に満足できる。
【００７１】
又、本発明の半導体レーザ装置は、横方向のレーザビーム品質を改善するために、半導体レーザ装置の外部に全反射ミラーを個別に設ける必要がない。従って、本発明の半導体レーザ装置は、外部に光学素子を設けることなく、半導体レーザ装置の特徴である小型、堅牢性を損なうことなく、横方向のレーザビーム品質を向上できる。
【００７２】
次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００７３】
図４はアレイ型半導体レーザ装置の構成図である。クラッド層４上に複数の電極ストライプ１０−１〜１０−ｎが各レーザビームの各発振光軸Ｑに対して横方向の面内において角度θ（＝０．５°〜５°）の範囲内で傾けて互いに並設して形成されている。
【００７４】
これら電極ストライプ１０−１〜１０−ｎの最良の傾き角度θは、例えばレーザビームの発振光軸Ｑに対して略４°である。具体的に各電極ストライプ１０−１〜１０−ｎは、例えば、幅２００μｍ以下で、互いの間隔３００μｍ、長さ１０ｍｍに造り込まれている。
【００７５】
このような構成の半導体レーザ装置は、上記第１の実施の形態と同様に、各レーザビームの横方向の品質を大幅に向上できる。その上、上記半導体レーザ装置は、複数の電極ストライプ１０−１〜１０−ｎを並列に配置することで、これら電極ストライプ１０−１〜１０−ｎの倍数でレーザビーム出力を増大できる。例えば、上記半導体レーザ装置は、６０Ｗ程度の出力パワーで従来の３倍以上の輝度のレーザビームを出力できる。
【００７６】
なお、上記第２の実施の形態は、複数の電極ストライプ１０−１〜１０−ｎを傾けて並列に配置しているが、このアレイ型半導体レーザ装置を複数縦方向に積み重ねてスタック型半導体レーザ装置を作成することができる。このようなスタック型半導体レーザは、ｋＷ級の高出力パワーで、横方向のレーザビームの品質を大幅に向上できる。
【００７７】
なお、本発明は、上記第１及び第２の実施の形態に限定されるものでなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。
【００７８】
さらに、上記実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【００７９】
例えば、上記第１、第２の実施の形態は、それぞれ電極ストライプ５、複数の電極ストライプ１０−１〜１０−ｎを形成し、かつ横方向を利得導波型として半導体レーザ装置に適用した場合について説明したが、これに限らず、Ｚｎ拡散プレーナストライプ構造、プロトン打ち込み構造、Ｖ溝ストライプ構造などの利得導波型の半導体レーザ装置にも適用できる。さらに、上記第１の実施の形態は、屈折率導波型の半導体レーザ装置であっても、電流拡散によって利得導波型が優勢になったものであれば適用できる。
【００８０】
さらに、上記第１、第２の実施の形態の電極ストライプ５、複数の電極ストライプ１０−１〜１０−ｎは、それぞれ例えば□−□族、□−□族の元素から構成される半導体レーザ装置であれば、発振波長に関わらず適用可能である。
【００８１】
電極ストライプの傾斜する角度は、光軸に対して、左右いずれかに傾斜しても、同様な効果が得られるのは明らかである。
【００８２】
又、第１の電極である電極ストライプ５、複数の電極ストライプ１０−１〜１０−ｎは、横方向の屈折率分布をレーザビームの発振光軸Ｑの全光路長に亘って平均化する形状でれば、例えば図５に示すような各形状に形成してもよい。
【００８３】
図５（ａ）に示す第１の電極１１は、レーザビームの発振光軸Ｑ上においてく字形状に形成した構成である。この場合、傾斜角θは、
θ＝tan^−１（（Ｗ／２）／（Ｌ／２）） …（５）
となる角度に設定することが好ましい。同図（ｂ）に示す第１の電極１２は、レーザビームの発振光軸Ｑ上にじぐざぐ形状に形成した構成である。この場合、傾斜角θは、
θ＝tan^−１（（Ｗ／２）／（Ｌ／４）） …（６）
が最適である。同図（ｃ）に示す第１の電極１３は、レーザビームの発振光軸Ｑ上に湾曲して形成した構成である。同図（ｄ）に示す第１の電極１４は、レーザビームの発振光軸Ｑ上に蛇行させて形成した構成である。同図（ｃ）（ｄ）における傾斜角度は、それぞれ同図（ａ）（ｂ）と同様でよい。
【００８４】
これら第１の電極１１〜１４は、上記図４に示すアレイ型半導体レーザ装置や、このアレイ型半導体レーザ装置を複数縦方向に積み重ねて形成したスタック型半導体レーザ装置に適用できることは言うまでもない。
【００８５】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、横方向のレーザビームの品質を向上できる半導体レーザ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる半導体レーザ装置の第１の実施の形態を示す構成図。
【図２】本発明に係わる半導体レーザ装置の第１の実施の形態におけるレーザビームの発振光軸方向の位相差の説明図。
【図３】本発明に係わる半導体レーザ装置の第１の実施の形態における電極ストライプの傾斜角度を変化させたときのレーザ出力パワー及び広がり角度を示す図。
【図４】本発明に係わる半導体レーザ装置の第２の実施の形態を示す構成図。
【図５】本発明に係わる半導体レーザ装置における第１の電極の変形例を示す構成図。
【図６】従来の半導体レーザ装置の構成図。
【図７】半導体レーザ装置の縦方向の放射特性図。
【図８】半導体レーザ装置の横方向の放射特性図。
【図９】半導体レーザ装置の横方向の構造及び特性分布を示す図。
【符号の説明】
１，４：クラッド層、２：活性領域、３：活性領域層、６：負電極、７：高反射ミラー面、８：出力ミラー面、１０、１０−１〜１０−ｎ：電極ストライプ、１１〜１４：第１の電極。

Claims

一方向にスラブ導波路構造を形成すると共に、前記一方向に対して垂直な他方向に利得導波路構造を形成し、かつ光共振器の発振光軸に沿って前記利得導波路を規定する第１の電極と平面状の第２の電極とを対向配置して成る半導体レーザ装置において、
前記第１の電極は、前記発振光軸に対して傾けて形成されたことを特徴とする半導体レーザ装置。
複数のクラッド層を積層し、所定の幅を有する第１の電極とこの第１の電極の幅よりも幅の広い第２の電極とを前記各クラッド層を介して対向配置し、かつ前記各クラッド層の接合部における前記各クラッド層の積層方向をスラブ導波路構造に成すと共に、前記積層方向に対して垂直方向を利得導波路構造に成し、これら導波路構造内でレーザビームを発振する半導体レーザ装置において、
前記第１の電極は、前記レーザビームの発振光軸に対して傾けて形成されたことを特徴とする半導体レーザ装置。
前記第１の電極は、複数本並列に形成されたことを特徴とする請求項１又は２記載の半導体レーザ装置。
複数のクラッド層を積層し、それぞれ所定の幅を有する複数の第１の電極とこれら第１の電極の各幅よりも幅の広い第２の電極とを前記各クラッド層を介して対向して形成し、かつ前記各クラッド層の接合部における前記各クラッド層の積層方向をスラブ導波路構造に成すと共に、前記積層方向に対して垂直方向を利得導波路構造に成して複数のレーザビームの発光点を形成する複数の半導体レーザを有し、これら半導体レーザを複数積み重ねて形成されたスタック型の半導体レーザ装置において、
複数の前記第１の電極は、それぞれ前記レーザビームの発振光軸に対して傾けて形成されたことを特徴とする半導体レーザ装置。
前記第１の電極は、Ｗをこの第１の電極の幅、Ｌをこの第１の電極の長さとしたとき、前記発振光軸に対してθ（ここでθ＝tan^−１（（Ｗ／２）／Ｌ））だけ傾けて形成されたことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
前記第１の電極は、Ｗをこの第１の電極の幅、Ｌをこの第１の電極の長さとしたとき、前記レーザビームの発振光軸に対してθ（ここでθ＝tan^−１（（Ｗ／２）／Ｌ））だけ傾けて形成されたことを特徴とする請求項２又は４記載の半導体レーザ装置。
前記第１の電極は、前記積層方向に対して垂直方向の屈折率分布を前記レーザビームの発振光軸の全光路長に亘って平均化する角度に傾けて形成されたことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の半導体レーザ装置。
前記第１の電極は、ストライプ状に形成されたことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の半導体レーザ装置。
前記第１の電極は、前記ストライプ状に形成され、前記レーザビームの発振光軸に対して角度０．５°〜５°の範囲内に傾けて形成されたことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の半導体レーザ装置。
前記第１の電極は、蛇行形状、くの字形状、湾曲形状又はジグザグ形状し、前記積層方向に対して垂直方向の屈折率分布を前記レーザビームの発振光軸の全光路長に亘って平均化する角度に傾けて形成されたことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の半導体レーザ装置。