JPH01154583A - Multibeam semiconductor laser - Google Patents
Multibeam semiconductor laserInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体レニザ、特に複数のレーザビームを同時
に出射でき且つ各レーザビーム強度を各々個別にモニタ
できる半導体レーザに関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor laser, and particularly to a semiconductor laser that can simultaneously emit a plurality of laser beams and that can individually monitor the intensity of each laser beam.
第６図は、従来の個別モニタ付きマルチビーム半導体レ
ーザの構成を示す構成図である。同図において、１は３
素子の半導体レーザおよび３素子の受光器を一体形成し
たチップ、２は各半導体レーザ素子、３は各受光素子、
４は分離溝、５はレーザビームを模式的に示したもので
ある。FIG. 6 is a configuration diagram showing the configuration of a conventional multi-beam semiconductor laser with individual monitors. In the same figure, 1 is 3
A chip in which a semiconductor laser element and a three-element light receiver are integrally formed, 2 is each semiconductor laser element, 3 is each light receiving element,
4 schematically shows a separation groove, and 5 schematically shows a laser beam.
半導体レーザ素子は周知の構造である。また、各半導体
レーザ素子２の間には溝を形成し、電気的および光学的
に分離するのが一般的である。各受光素子３は各半導体
レーザ素子２とほぼ同様のプロセスで作製される。各半
導体レーザ素子２と各受光素子３との間は分離溝４で素
子間分離される。半導体レーザの構成には、これらの他
に、チップ１を保持するための保持部材、各半導体レー
ザ素子２および各受光素子３を配線するための配線部材
が必要であるが、ここでは省略した。A semiconductor laser device has a well-known structure. Further, it is common to form a groove between each semiconductor laser element 2 to electrically and optically isolate them. Each light receiving element 3 is manufactured by substantially the same process as each semiconductor laser element 2. Each semiconductor laser element 2 and each light receiving element 3 are separated by a separation groove 4. In addition to these, the configuration of the semiconductor laser requires a holding member for holding the chip 1 and a wiring member for wiring each semiconductor laser element 2 and each light receiving element 3, but these are omitted here.
各半導体レーザ素子２の前面からレーザビーム５が出射
されるが、この時後面からもレーザビームが出射され、
各々個別に各受光素子３に入射する。これによって、各
半導体レーザ素子２のレーザビーム強度を各々個別にモ
ニタすることが可能である。また、半導体レーザと受光
器が一体形成されているので１５組立時に両者間の位置
合わせが不要という利点がある。A laser beam 5 is emitted from the front surface of each semiconductor laser element 2, but at this time, a laser beam is also emitted from the rear surface.
Each light enters each light receiving element 3 individually. This makes it possible to individually monitor the laser beam intensity of each semiconductor laser element 2. Furthermore, since the semiconductor laser and the light receiver are integrally formed, there is an advantage that alignment between the two is not required during assembly.
しかしながら、各半導体レーザ素子２の後面は分離溝４
で形成されているので、各半導体レーザ素子２から後面
へ漏れるレーザビームを少なくするための加工ができな
い。従って、各半導体レーザ素子２を大出力にできない
という欠点があった。However, the rear surface of each semiconductor laser element 2 has a separation groove 4.
Therefore, it is not possible to perform processing to reduce the laser beam leaking from each semiconductor laser element 2 to the rear surface. Therefore, there is a drawback that each semiconductor laser element 2 cannot be made to have a high output.
また、各受光素子３は端面形なので、有効受光面積が極
めて小さ（、受光感度が小さいという欠点があった。Further, since each light receiving element 3 is of an end face shape, the effective light receiving area is extremely small (and the light receiving sensitivity is low).
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、上記欠点を解決し、各レーザビ
ーム強度を各々個別にモニタできるようにしたマルチビ
ーム半導体レーザを実現することにある。The present invention has been made in view of these points, and its purpose is to solve the above-mentioned drawbacks and to realize a multi-beam semiconductor laser in which the intensity of each laser beam can be individually monitored. It is in.
このような目的を達成するために本発明は、複数の半導
体レーザ素子からなるレーザアレイチップと、複数の受
光素子からなる受光器アレイチップと、レーザアレイチ
ップおよび受光器アレイチップを保持するための保持部
材と、レーザアレイチップおよび受光器アレイチップを
配線するための配線部材とで構成されるマルチビーム半
導体レーザにおいて、レーザアレイチップのレーザビー
ム出射面とは反対側の面に対向して受光器アレイチップ
をビーム分離用部材を介在させず配置し、レーザアレイ
チップの各半導体レーザ素子から出射されるレーザビー
ム強度を各々個別に受光器アレイチップの各受光素子で
モニタできるようにしたものである。To achieve such objects, the present invention provides a laser array chip consisting of a plurality of semiconductor laser elements, a photodetector array chip consisting of a plurality of light receiving elements, and a device for holding the laser array chip and the photodetector array chip. In a multi-beam semiconductor laser composed of a holding member and a wiring member for wiring a laser array chip and a photoreceiver array chip, the photoreceiver is placed opposite to the surface opposite to the laser beam emitting surface of the laser array chip. The array chips are arranged without intervening beam separation members, so that the laser beam intensity emitted from each semiconductor laser element of the laser array chip can be individually monitored by each light receiving element of the receiver array chip. .
本発明においては、各半導体レーザ素子の後面の加工が
容易となり、レーザビームの大出力化を実現できる。ま
た、受光器アレイチップに受光感度の高い半導体材料お
よび受光面積が大きな平面形を用いることができ、モニ
タの高怒度化を実現できる。In the present invention, the rear surface of each semiconductor laser element can be easily processed, and a large output laser beam can be realized. Moreover, a semiconductor material with high light-receiving sensitivity and a planar shape with a large light-receiving area can be used for the light receiver array chip, and a high intensity monitor can be realized.
第１図は本発明に係わるマルチビーム半導体レーザの一
実施例を示す構成図である。同図において、１１は３素
子のレーザアレイチップ、１２は各半導体レーザ素子、
１３は３素子の受光器アレイチップ、１４は各受光素子
、１５は模式的に示され出射面から出力されるレーザビ
ーム、１６および１７は保持部材、１８および１９は配
線部材である。FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a multi-beam semiconductor laser according to the present invention. In the figure, 11 is a three-element laser array chip, 12 is each semiconductor laser element,
13 is a three-element photodetector array chip, 14 is each photodetector, 15 is schematically shown and is a laser beam output from the output surface, 16 and 17 are holding members, and 18 and 19 are wiring members.
レーザアレイチップ１１は周知の構造のものでもよく、
また種々の変形を加えたものでもよい。The laser array chip 11 may have a well-known structure,
Further, various modifications may be made.
受光器アレイチップ１３は分割フォトダイオード等の周
知の構造のものでもよく、また種々の変形を加えたもの
でもよい。ただし、受光素子ピッチは半導体レーザ素子
ピンチに等しくするのが最適である。保持部材１６．１
７および配線部材１８．１９の形状および材料は種々の
ものを選ぶことが可能である。ただし、保持部材１６に
は、レーザアレイチップ１１と受光器アレイチップ１３
とに後述の所与の位置関係を与えるための形状が必要で
ある。The photoreceiver array chip 13 may have a well-known structure such as a split photodiode, or may have various modifications. However, it is optimal that the light receiving element pitch be equal to the semiconductor laser element pinch. Retaining member 16.1
7 and the wiring members 18 and 19 can be selected from various shapes and materials. However, the holding member 16 includes the laser array chip 11 and the light receiver array chip 13.
A shape is required to give a given positional relationship to and from each other, which will be described later.
レーザアレイチップ１１の後面（レーザビーム出力面と
は反対側の面）に対向して受光器アレイチップ１３が配
置され、これらは保持部材１６に接着される。保持部材
１６は配線部材１９が取りつけられた保持部材１７に接
着される。各半導体レーザ素子１２および各受光素子１
４はそれぞれ配線部材１８で各配線部材１９と個別に接
続される。A photoreceiver array chip 13 is arranged opposite to the rear surface of the laser array chip 11 (the surface opposite to the laser beam output surface), and is bonded to a holding member 16. The holding member 16 is adhered to a holding member 17 to which the wiring member 19 is attached. Each semiconductor laser element 12 and each light receiving element 1
4 is a wiring member 18 and is individually connected to each wiring member 19.
各半導体レーザ素子１２の前面からレーザビーム１５が
出力されるが、この時後面からもレーザビームが出力さ
れる。このレーザビームは、半導体レーザ素子後面から
遠ざかるにつれて広がる性質を有している。A laser beam 15 is output from the front surface of each semiconductor laser element 12, and at this time, a laser beam is also output from the rear surface. This laser beam has a property of expanding as it moves away from the rear surface of the semiconductor laser element.
第２図は、標準的な半導体レーザ素子（活性層に垂直方
向のビーム広がり角：２５度、同ビームウェスト：０．
８μｍ、活性層に平行方向のビーム広がり角：１０度、
同ビームウェスト：２μｍ）についてその様子の一例、
すなわち半導体レーザ素子後面からの距離とビーム径（
パワー密度が１／ｅ２になる点を結んだ楕円の直径）と
の関係を示す図である。各半導体レーザ素子１２のレー
ザビーム強度を各受光素子１４で各々個別にモニタする
ためには、当該受光素子で受光する隣接半導体レーザ素
子からのビーム強度（クロストーク）を極力少なくする
必要がある。すなわち、第２図に示す活性層に平行方向
のビーム径が半導体レーザ素子ピッチよりも十分小さく
なる距離に受光素子面配置することが望ましい。さらに
、このとき、第２図に示す活性層に垂直のビーム径より
も活性層に垂直方向の受光素子面の長さを長くすること
が、受光光量すなわち受光感度を大きくする上で望まし
い。FIG. 2 shows a standard semiconductor laser device (beam divergence angle perpendicular to the active layer: 25 degrees, beam waist: 0.
8 μm, beam divergence angle parallel to the active layer: 10 degrees,
An example of the same beam waist: 2μm)
In other words, the distance from the back surface of the semiconductor laser element and the beam diameter (
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the power density and the diameter of an ellipse connecting points where the power density is 1/e2. In order to individually monitor the laser beam intensity of each semiconductor laser element 12 with each light receiving element 14, it is necessary to minimize the beam intensity (crosstalk) from adjacent semiconductor laser elements that the light receiving element receives. That is, it is desirable to arrange the light receiving element surface at a distance such that the beam diameter in the direction parallel to the active layer shown in FIG. 2 is sufficiently smaller than the semiconductor laser element pitch. Further, at this time, it is desirable to make the length of the light receiving element surface in the direction perpendicular to the active layer longer than the beam diameter perpendicular to the active layer shown in FIG. 2 in order to increase the amount of light received, that is, the light reception sensitivity.
第３図は、レーザアレイチップと受光器アレイチップを
５０μｍ隔てて配置した場合の受光素子面上でのビーム
形状を示すパターン図である。この５０μｍというのは
、半導体レーザ素子ピッチ１００μｍの場合に対して十
分に実用的な距離であることがわかる。このように、レ
ーザアレイチップと受光器アレイチップの位置関係を適
切に設定することにより、クロストークを抑圧するため
の各ビームの遮蔽材、導波路材などのビーム分離用部材
をなんら介在させる必要がない。FIG. 3 is a pattern diagram showing the beam shape on the light-receiving element surface when the laser array chip and the light-receiving array chip are arranged 50 μm apart. It can be seen that this 50 μm is a sufficiently practical distance for the case where the semiconductor laser element pitch is 100 μm. In this way, by appropriately setting the positional relationship between the laser array chip and the photoreceiver array chip, there is no need to interpose any beam separation material such as shielding material or waveguide material for each beam in order to suppress crosstalk. There is no.
第４図は、３素子・１００μｍピッチのレーザアレイチ
ップと受光器アレイチップを５０μｍ隔てて配置した場
合についてクロストークの実験結果を示す図である。第
４図（ａ）は一方の端の半導体レーザ素子の駆動電流を
示す波形図、（ｂｌは上記−方の端の半導体レーザ素子
に対応する受光素子の受光信号を示す波形図、（Ｃ）は
中央受光素子の受光信号を示す波形図、（ｄ）は他方の
端の半導体レーザ素子に対応する受光素子の受光信号を
示す波形図である。同図かられかるように、一方の端の
半導体レーザ素子のみをパルス発生させて、各受光素子
での受光信号を観測した。発光させた一方の端の半導体
レーザ素子に対応する受光素子にはパルス信号が観測さ
れるが（第４図（ｂｌ）、他の受光素子では観測されな
い（第４図（ｃ） 、 （ｄ） ）。すなわち、クロス
トークが十分に小さく抑えられていることがわかる。FIG. 4 is a diagram showing experimental results of crosstalk in the case where a laser array chip with three elements and a pitch of 100 μm and a photodetector array chip are arranged 50 μm apart. FIG. 4(a) is a waveform diagram showing the drive current of the semiconductor laser element at one end, (bl is a waveform diagram showing the light reception signal of the light receiving element corresponding to the semiconductor laser element at the negative end, (C) is a waveform diagram showing the light reception signal of the central light receiving element, and (d) is a waveform diagram showing the light reception signal of the light receiving element corresponding to the semiconductor laser element at the other end. Only the semiconductor laser element was pulse-generated, and the light reception signal at each light receiving element was observed.A pulse signal was observed at the light receiving element corresponding to the semiconductor laser element at one end that emitted light (see Fig. 4). bl), which is not observed in other light-receiving elements (FIGS. 4(c) and 4(d)).In other words, it can be seen that crosstalk is suppressed to a sufficiently small level.
本実施例では、各々個別に作製されたレーザアレイチッ
プ１１と受光器アレイチップ１３を用いる（第１図）。In this embodiment, a laser array chip 11 and a photoreceiver array chip 13, which are each manufactured individually, are used (FIG. 1).
したがって、反射率を調整するために各半導体レーザ素
子１２の後面を加工することが容易であり、各半導体レ
ーザ素子１２を大出力にすることが可能である。さらに
、受光感度の高い半導体材料を受光器アレイチップ１３
に採用でき、かつ各受光素子１４の受光面積が大きな平
面形受光器アレイチップ１３を用いることが可能なので
、モニタ受光感度を高感度にすることが可能である。Therefore, it is easy to process the rear surface of each semiconductor laser element 12 in order to adjust the reflectance, and it is possible to make each semiconductor laser element 12 have a high output. Furthermore, a semiconductor material with high light-receiving sensitivity is applied to the photoreceiver array chip 13.
Since it is possible to use the planar photoreceiver array chip 13 which can be adopted as a light-receiving device and has a large light-receiving area of each light-receiving element 14, it is possible to make the monitor light-receiving sensitivity high.
第１図の実施例の他にも、全体を密封シールする、レー
ザアレイチップ１１と保持部材１６との間にサブマウン
トを挿入する、保持部材１６および１７を複数に分割す
るなど、種々の変形が可能である。また、上記実施例で
は、レーザアレイチップ１１と受光器アレイチップ１３
は各々３素子の場合について示したが、任意の複数の素
子数であっても同様に構成可能である。In addition to the embodiment shown in FIG. 1, various modifications can be made, such as hermetically sealing the entire structure, inserting a submount between the laser array chip 11 and the holding member 16, and dividing the holding members 16 and 17 into a plurality of parts. is possible. Further, in the above embodiment, the laser array chip 11 and the photodetector array chip 13
Although the case of three elements is shown in each case, the structure can be similarly configured even if the number of elements is arbitrary.
第５図は、本発明のマルチビーム半導体レーザに用いる
受光器アレイチップの他の実施例を示す構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram showing another embodiment of a photoreceiver array chip used in the multi-beam semiconductor laser of the present invention.
同図において、２０は各受光素子の受光面、２１は各受
光素子の電極面、２２は所与のマークである。一般に、
受光器アレイチップの各受光素子の受光面２０および電
極面２１はフォトリソグラフィ技術で形成するので、こ
れらの間の寸法精度は良好である。しかしながら、１個
の受光器アレイチップはウェハの分割によって取り出す
ので、各受光素子の受光面２０と受光器アレイチップの
辺との間の寸法精度は良好でない。In the figure, 20 is a light-receiving surface of each light-receiving element, 21 is an electrode surface of each light-receiving element, and 22 is a given mark. in general,
Since the light-receiving surface 20 and electrode surface 21 of each light-receiving element of the light-receiving array chip are formed by photolithography, the dimensional accuracy between them is good. However, since one photodetector array chip is taken out by dividing the wafer, the dimensional accuracy between the light receiving surface 20 of each photodetector and the side of the photodetector array chip is not good.
したがって、レーザアレイチップ１１ （第１図参照）
の位置合わせを行なうために受光器アレイチップの辺を
利用するのは好ましくない。そこで、第１図の実施例に
おいて、第５図に示す所与のマーク２２を付加した受光
器アレイチップを用いれば、このマーク２２を位置合わ
せの目印にできるので、組立時にレーザアレイチップ１
１との位置合わせが容易に行なえるという利点がある。Therefore, the laser array chip 11 (see Figure 1)
It is not preferable to use the sides of the photoreceiver array chip for alignment. Therefore, in the embodiment shown in FIG. 1, if a photoreceiver array chip with a given mark 22 shown in FIG. 5 is used, this mark 22 can be used as a mark for alignment.
There is an advantage that alignment with 1 can be easily performed.
以上説明したように本発明は、レーザアレイチップと、
受光器アレイチップと、保持部材と、配線部材とで構成
されるマルチビーム半導体レーザにおいて、レーザアレ
イチップのレーザビーム出射面とは反対側の面に対向し
て受光器アレイチップをビーム分離用部材を介在させず
配置し、レーザアレイチップの各半導体レーザ素子から
出射されるレーザビーム強度を各１個別に受光器アレイ
チップの各受光素子でモニタできるようにしたことによ
り、各半導体レーザ素子の後面の加工が容易となり、ま
た受光器アレイチップに受光感度の高い半導体材料およ
び受光面積が大きな平面形を用いることができるので、
レーザビームの大出力化とモニタの高感度化を同時に実
現できるという効果がある。As explained above, the present invention includes a laser array chip,
In a multi-beam semiconductor laser composed of a photoreceiver array chip, a holding member, and a wiring member, the photoreceiver array chip is connected to a beam separation member facing the surface opposite to the laser beam emitting surface of the laser array chip. The laser beam intensity emitted from each semiconductor laser element of the laser array chip can be individually monitored by each light receiving element of the receiver array chip. This makes processing easier, and the photoreceiver array chip can use a semiconductor material with high light-receiving sensitivity and a planar shape with a large light-receiving area.
This has the effect of simultaneously increasing the output of the laser beam and increasing the sensitivity of the monitor.
第１図は本発明に係わるマルチビーム半導体レーザの一
実施例を示す構成図、第２図は半導体レーザ素子面から
の距離とビーム径との関係を示すグラフ、第３図は受光
素子面上でのビーム形状を示すパターン図、第４図はク
ロストークの実験結果を示す波形図、第５図は受光器ア
レイチップの他の実施例を示す構成図、第６図は従来の
マルチビーム半導体レーザの構成を示す構成図である。
１１・・・レーザアレイチップ、１２・・・半導体レー
ザ素子、１３・・・受光器アレイチップ、１４・・・受
光素子、１５・・・レーザビーム、１６．１７・・・保
持部材、１８．１９・・・配線部材。Fig. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a multi-beam semiconductor laser according to the present invention, Fig. 2 is a graph showing the relationship between the distance from the semiconductor laser element surface and the beam diameter, and Fig. 3 is a graph showing the relationship between the distance from the semiconductor laser element surface and the beam diameter. Figure 4 is a waveform diagram showing crosstalk experimental results, Figure 5 is a configuration diagram showing another example of the photoreceiver array chip, and Figure 6 is a conventional multi-beam semiconductor. FIG. 2 is a configuration diagram showing the configuration of a laser. 11... Laser array chip, 12... Semiconductor laser element, 13... Light receiver array chip, 14... Light receiving element, 15... Laser beam, 16. 17... Holding member, 18. 19... Wiring member.
Claims (2)
ップと、複数の受光素子からなる受光器アレイチップと
、前記レーザアレイチップおよび受光器アレイチップを
保持するための保持部材と、前記レーザアレイチップお
よび受光器アレイチップを配線するための配線部材とで
構成されるマルチビーム半導体レーザにおいて、前記レ
ーザアレイチップのレーザビーム出射面とは反対側の面
に対向して前記受光器アレイチップをビーム分離用部材
を介在させず配置し、前記レーザアレイチップの各半導
体レーザ素子から出射されるレーザビーム強度を各々個
別に前記受光器アレイチップの各受光素子でモニタでき
るようにしたことを特徴とするマルチビーム半導体レー
ザ。(1) A laser array chip consisting of a plurality of semiconductor laser elements, a light receiver array chip consisting of a plurality of light receiving elements, a holding member for holding the laser array chip and the light receiver array chip, the laser array chip and the light receiver array chip. In a multi-beam semiconductor laser configured with a wiring member for wiring a photoreceiver array chip, the photoreceiver array chip is used for beam separation, facing a surface opposite to a laser beam emitting surface of the laser array chip. A multi-beam characterized in that the laser beam intensity emitted from each semiconductor laser element of the laser array chip can be individually monitored by each light-receiving element of the light-receiving array chip, arranged without intervening members. semiconductor laser.
マークにより組立時レーザアレイチップと受光器アレイ
チップとの間の位置合わせが容易に行なえるようにした
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のマルチビ
ーム半導体レーザ。(2) A patent claim characterized in that the photodetector array chip has a given mark, and this mark allows easy alignment between the laser array chip and the photodetector array chip during assembly. The multi-beam semiconductor laser according to item 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31334087A JPH01154583A (en) | 1987-12-11 | 1987-12-11 | Multibeam semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31334087A JPH01154583A (en) | 1987-12-11 | 1987-12-11 | Multibeam semiconductor laser |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01154583A true JPH01154583A (en) | 1989-06-16 |
Family
ID=18040066
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31334087A Pending JPH01154583A (en) | 1987-12-11 | 1987-12-11 | Multibeam semiconductor laser |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01154583A (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS61107787A (en) * | 1984-10-30 | 1986-05-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Semiconductor laser array device |
| JPS61174791A (en) * | 1985-01-30 | 1986-08-06 | Oki Electric Ind Co Ltd | Semiconductor laser diode device |
| JPS62194685A (en) * | 1986-02-20 | 1987-08-27 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor light-receiving device |
-
1987
- 1987-12-11 JP JP31334087A patent/JPH01154583A/en active Pending
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