JPH0766383A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

半導体レーザ装置

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JPH0766383A
JPH0766383A JP21399693A JP21399693A JPH0766383A JP H0766383 A JPH0766383 A JP H0766383A JP 21399693 A JP21399693 A JP 21399693A JP 21399693 A JP21399693 A JP 21399693A JP H0766383 A JPH0766383 A JP H0766383A
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JP
Japan
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semiconductor
light
diffraction grating
laser
laser device
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JP21399693A
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English (en)
Inventor
Masaki Hirota
正樹 廣田
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】光の出射方向が互いに異なる複数の同一波長の
レーザと、上記レーザ光を検出できる受光素子とを、同
一半導体基板上に構成した、低原価、軽量で、高い角度
分解能のレーザレーダを提供することにある。 【構成】同一半導体基板6に、全て同一波長のレーザ光
を出射する複数のDFB形半導体レーザ27の群と、こ
れら半導体レーザ夫々と対をなし、夫々、互いに周期が
異なり一次回折効果で互いに異なる方向へレーザ光を出
射する複数個の第2回折格子5の群と、レーザ光を検出
できる受光素子24と、半導体レーザを順次動作させて
光の出射方向を順次変化させる駆動回路21と、半導体
レーザ光の出射時期と上記レーザ光に照射された物体か
らの散乱光を検出した時期との時間差により、上記物体
までの距離を計測する距離計数回路22とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、すべて同一波長のレ
ーザ光を複数方向へ出射する半導体レーザ及びそれを利
用した半導体レーザレーダに関する。
【0002】
【従来の技術】従来の、互いに異なる方向へレーザ光を
出射する半導体レーザ装置としては、図8に示すような
ものがあった。図中、15は出射ビーム、16はレーザ
チップ、17はプリント基板である。この半導体レーザ
では、ファブリペローの共振器を形成する必要があり、
その反射面には半導体結晶のへき開面などが用いられて
いる。しかし、へき開し易い方向は限られているのでレ
ーザ光の出る方向も限定される。例えば基板を(10
0)GaAs結晶とするとへき開面は{110}面で生
ずる。へき開面を用いずにエッチングによって反射面を
形成する方法もあるが、表面に垂直にエッチングがで
き、反射面として使えるのは{100}面に限られてい
るために、任意の方向に出射することはできなかった
(参考文献 プロシーディング オブ ザ セブンス コン
ファレンス オン ソリッドステイト デヴァイシズ、Pro
ceeding of the 7th conference on Solid State Devic
es, 1975, pp.293)。従って、複数の方向に出射するた
めには図8に示すようなディスクリート構成になってい
た。具体的には、必要な数のレーザチップ16を用意し
て、それらをプリント基板17などに、あらかじめレー
ザ出射方向に角度差をつけて実装していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の半導体レーザ装置には、(1)ディスクリー
ト構成のために原価と重量が増大する、(2)角度の正
確な設定が難しく、組み立て時の工数が非常にかかる、
(3)角度分解能を上げるには、非常に多くのレーザチ
ップと光学系が必要となる、などの問題点があった。本
発明は、上記従来のような問題点がなく、軽量、安価、
組立工数が少なくて済み、しかも十分な角度分解能を有
する半導体レーザ装置を提供することを課題とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明においては、同一半導体基板に、光の出射方向
が上記基板の主平面に平行ではなく、互いに異なってお
り、かつ、すべて同一波長のレーザ光を出射する複数の
半導体レーザと、上記レーザ光の波長に感度領域を有す
る受光素子と、上記半導体レーザを順次動作させて、光
の出射方向を順次変化させる手段とを設け、さらに、上
記光の出射方向が互いに異なる複数の半導体レーザ光
の、それぞれ、出射した時期と、上記レーザ光によって
照射された物体からの散乱光を検出した時期との間の時
間によって、上記物体までの距離を計測して出力する距
離計数回路を設けることにした。また、上記レーザ光の
出射方向が互いに異なる複数のレーザ光源を、比較的容
易に実現するための具体的手段として、同一半導体基板
上に、すべて同一波長のレーザ光を出射する複数の半導
体レーザが形成された半導体レーザ領域と、上記半導体
レーザのそれぞれに組み合わせられて1対をなす、それ
ぞれ、互いに周期が異なり、かつ一次回折効果によって
互いに異なった方向へレーザ光を出射する回折格子を複
数個形成させた回折格子領域とを、設けることにした。
【0005】
【作用】上記手段を採れば、すべて同一波長のレーザ光
を、互いに異なる方向へ出射する複数の半導体レーザ
と、上記レーザ光の波長に感度領域を有する受光素子
と、上記半導体レーザを順次動作させて、光の出射方向
を順次変化させる手段とを、同一半導体基板に形成させ
て1チップにまとめることができるので、十分な角度分
解能を有するにもかかわらず、軽量、安価で、組立工数
が少なくて済む所望の半導体レーザ装置が得られる。
【0006】
【実施例】図1は、本発明の第1実施例図である。本実
施例では、図1に示すように、5つの半導体レーザを集
積化している。半導体基板6には、レーザアレイ領域1
と、回折格子領域2の2領域が形成されている。レーザ
アレイ領域1には、5つの同じ構造の半導体レーザ3が
形成されている。回折格子領域2には、それぞれ周期が
異なる回折格子2(5a、5b、5c、5d、5e)が
形成されている。個々の構成については図2によって説
明する。
【0007】図2は、図1に示した互いに対応する1対
の半導体レーザと回折格子の組を説明するための、図1
中に示すA−A′線断面図である。半導体基板6上に
は、複数の層からなる半導体薄膜10を成長させてあ
る。この薄膜10は、活性層7及び上部クラッド層8、
下部クラッド層9から成り立っている。近赤外線領域で
動作させる場合には、半導体基板6としてはGaAs基
板、活性層7としてはGaAs、クラッド層8、9とし
てはAlGaAsを用いる。さらに、活性層7の一端は
へき開面11で反射鏡面であり、他方の上部クラッド層
8には第1回折格子4と第2回折格子5が形成されてい
る。第1回折格子4は、DBR(Distrib-uted Bragg R
efrecter)として働き、前述のへき開面11とで共振器
を構成している。なお、12はキャップ層、13は上部
電極、14は下部電極である。上記第1回折格子4の周
期をT1、媒質の屈折率をneとし1次の回折効果を利用
すると波長λ1=2*ne*T1で発振する。第2回折格
子5は、レーザ光を上方へ導くために用いられる。その
周期をT2、回折光の波面と基板6とのなす角をθと
し、1次の回折効果を利用するとT2=λ1/(ne
(1+sinθ))(0<θ≦90°)が満たされる方向
へ出射される。従ってθを大きく、すなわち基板と平行
に近い方向へ出射させたい場合には第2回折格子5の周
期を小さくすればよい。図1においては、添字aを附し
た方が基板に平行に近く、添字eを附した方が基板に垂
直に近い方向へ出射される。その様子を図3に示す。図
3中、15は出射ビームである。製造方法は、通常のD
BRレーザと何等変わりなく、第2回折格子5のパター
ンを追加するだけであるから、工程数は従来のDBRと
殆ど変わらない。
【0008】図4は本発明の第2実施例図である。この
実施例は受光素子及び処理回路も同一基板上に集積した
レーザレーダの例である。まず、構成を説明する。半導
体基板6の図中下部には、10個のDFB(分布帰還形
Distributed Feedback)レーザ27、それを駆動する
HEMT26、光を偏向させる第2回折格子5がある。
HEMT26に順次信号を与えDFBレーザ27を順次
動作させる駆動回路21、レーザに照射された物体から
の反射光を検出する受光素子24、その出力信号を増幅
する前置増幅器23、駆動回路21と前置増幅器23か
らの信号で物体との距離を算出する距離計数回路22、
電源回路20、入出力パッド25が残りの部分(図中上
部)に形成されている。図4中に示すB−B′線に沿う
断面図を図6に示してある。この実施例では、DFBレ
ーザ27とHEMT26を集積化するために高抵抗層3
3を設けて素子分離を行なっている。また、活性層7へ
の電気的な接続は拡散層32によって行なっている。さ
らに、29はHEMTのゲート電極、31が電子走行層
である。HEMT26間の分離は、O+イオン注入等に
よる素子分離領域30でなされている。なお、図示して
はないが、受光素子24はフォトダイオードで、その他
の回路部は前述のHEMTなどを用いている。また、受
光素子24へのレーザ光の影響を防ぐために、図4に示
す光遮断領域28を設けてある。光の出射は、図5に示
すように行なわれ、順次スイッチングしていく。ある方
向に出射された光は物体にあたって反射(一般に散乱
光)され戻って来る。その光を受光素子24で検出し、
前置増幅器23で増幅し、距離計数回路22へ送る。こ
の回路では光の出射から反射光検出までの時間で距離情
報を、どのレーザからの光なのかを判断することにより
方向の情報を得て、その情報を出力する。本第2実施例
では、回折格子方向でのビームの広がりは非常に小さ
く、それと直角な方向には適当に広がる、所謂ファンビ
ーム形状の光となるので、レーザレーダに利用する場合
には非常に都合が良く、従って、光学系が不要になり、
基板と直角な方向へ光が出射されるので受光素子を集積
化することも簡単にできる。
【0009】図7は本発明の第3実施例図である。この
実施例は、垂直共振器型半導体レーザに適用した例であ
る。まず、構成を説明する。半導体基板6には化合物半
導体薄膜10及び等方性エッチング面35を形成してあ
る。この面35の形成には、HCl:H22:H2O=
80:4:1などの等方性エッチング液を用いる。半導
体薄膜10は、多層反射膜18、活性層7、キャップ層
12、オーミックコンタクト層19、高抵抗層33、電
子供給層36で構成されている。HEMT26部分の構
成は第2実施例と同じなので説明は省略する。活性層7
への電流注入は、上部電極13と下部電極14によって
行なわれるが、必要な部分だけに電流が流れるように絶
縁層34に形成されているコンタクトホールを介して行
なわれる。活性層7で発生した光は、多層反射膜18と
上部電極13の間で反射される。多層反射膜18を抜け
たレーザ光は、基板6と空気の屈折率の違いによって等
方性エッチング面35で屈折する。その際の角度はスネ
ルの法則に従い、n1*sinθ1=n2*sinθ2(n1、n2
はそれぞれ空気、基板の屈折率、θ1、θ2は図中に示
す)で表わされる。一般にn1<n2であるからθ1>θ2
となり図のように屈折する。入射角θ2は、レーザ(す
なわち上部電極13)と等方性エッチング面35との相
対的な位置関係で決まるので図に示すように位置を適当
に選ぶことによって多方向にレーザ光を出射することが
できる。
【0010】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、互いに光の出射方向が異なる複数のレーザとレーザ
光の波長に感度領域のある受光素子とを同一半導体基板
上に構成することにより、低原価、軽量でありながら、
高い角度分解能が得られている。特に第2実施例のよう
にすれば、互いに異なる複数方向へレーザ光を順次出射
するレーダ全体が同一半導体基板上に集積化されている
から、小形、軽量になるのは勿論、結局、低原価になっ
ている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明第1実施例の上面図である。
【図2】第1実施例の互いに対応する1対の半導体レー
ザと回折格子の組を説明するための、図1中に示すA−
A′線断面図である。
【図3】第1実施例で、出射されるレーザ光の方向が順
次変化する様子を模式的に示す図である。
【図4】第2実施例の上面図である。
【図5】第2実施例で、出射されるレーザ光の方向が順
次変化する様子を模式的に示す図である。
【図6】第2実施例の互いに対応する1対の半導体レー
ザと回折格子の組を説明するための、図4中に示すB−
B′線に沿う断面図である。
【図7】垂直共振器型半導体レーザを用いた第3実施例
の断面図である。
【図8】従来の、互いに異なる方向へレーザ光を出射す
るために、ファブリペロー型共振器を用いた半導体レー
ザ装置を複数個配列した例を示す平面図である。
【符号の説明】
1…レーザアレイ領域 2…回折格子領域 3…レーザ 4…第1回折格子 5…第2回折格子 6…半導体基板 7…活性層 8…上部クラッド
層 9…下部クラッド層 10…半導体薄膜 11…へき開面 12…キャップ層 13…上部電極 14…下部電極 15…出射ビーム 16…レーザチッ
プ 17…プリント基板 18…多層反射膜 19…オーミックコンタクト層 20…電源回路 21…駆動回路 22…距離計数回
路 23…前置増幅器 24…受光素子 25…入出力パッド 26…HEMT 27…DFBレーザ 28…光遮断領域 29…ゲート電極 30…素子分離領
域 31…電子走行層 32…拡散層 33…高抵抗層 34…絶縁層 35…等方性エッチング面 36…電子供給層

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光の出射方向が基板の主平面に平行でなく
    互いに異なっている複数の半導体レーザと、 上記レーザ光の波長に感度領域を有する受光素子とを、 同一半導体基板上に有する半導体レーザ装置。
  2. 【請求項2】上記複数の半導体レーザは、すべて同一波
    長のレーザ光を出射することを特徴とする請求項1記載
    の半導体レーザ装置。
  3. 【請求項3】上記半導体レーザを順次動作させることに
    より、光の出射方向を順次変化させる手段を、同一基板
    上に有する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。
  4. 【請求項4】上記半導体レーザ光を出射した時期と、上
    記レーザ光によって照射された物体からの散乱光を検出
    した時期との間の時間によって、上記物体までの距離を
    計測して出力する距離計数回路を有することを特徴とす
    る請求項1又は2又は3記載の半導体レーザ装置。
  5. 【請求項5】複数の半導体レーザが形成された半導体レ
    ーザ領域と、 上記半導体レーザのそれぞれと対をなし、それぞれ、周
    期が互いに異なり、かつ回折効果により互いに異なる方
    向へレーザ光を出射する回折格子を、複数個形成させた
    回折格子領域とを、 同一半導体基板上に有する半導体レーザ装置。
  6. 【請求項6】上記複数の半導体レーザは、すべて同一波
    長のレーザ光を出射することを特徴とする請求項5記載
    の半導体レーザ装置。
  7. 【請求項7】上記回折格子は、一次の回折効果によって
    基板主平面と平行でない方向へレーザ光を出射すること
    を特徴とする請求項5又は6記載の半導体レーザ装置。
  8. 【請求項8】上記レーザ光の波長に感度領域を有する受
    光素子を、同一半導体基板上に有することを特徴とする
    請求項5又は6又は7記載の半導体レーザ装置。
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