JPS6235689A - 半導体レ−ザアレイ装置 - Google Patents

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】 く技術分野〉 本発明は半導体レーザアレイ装置の構造に関するもので
ある。

〈従来の技術〉 半導体レーザを高出力で動作させる場合、単体の半導体
レーザでは実用性を考慮すると、出力８０ｍＷ程度が限
界である。そこで、複数本の半導体レーザを同一基板上
に平行に並べて高出力化を計る半導体レーザアレイ装置
の研究が盛んに行なわれている。

ところで、第７図に示すように、複数本の半導体レーザ
ｌを平行に光学的結合を持たせて並べ、各半導体レーザ
１．に均一な利得を与えたとき、第７図中（２）で示す
ように各レーザ光の位相がθ。

位相で同期する状態（０°位相モード）よりも、第７図
中（３）で示すように、各レーザ光位相が１８０°反転
する状態（１８０°位相モード）で発振しやすい。これ
は、１８０°位相モードの方がθ。

位相モードより光の電界分布が利得分布とよく一致し、
発振利得が高くなるためである。

一方、半導体レーザアレイ装置から放射されるレーザ光
の遠視野像は００位相モードでは第６図（ａ）に示すよ
うな単峰性のピークであり、レンズで単一のスポットに
集光することができ、１８０゜位相モードでは第６図（
ｂ）に示すように複峰性のピークになり、レンズで単一
のスポットに集光することができず、光ディスク等の光
源としては不向きになる。従って、半導゛体し−ザアレ
イ装置の各半導体レーザからの出力光の位相が０°位相
同期していることが要望されている。

〈発明の目的〉 そこで、本発明は、簡単な構造でもって、光学的に結合
した複数本の平行に並んだ半導体レーザの出力光がθ°
位相同期し、単峰性のピークの放射パターンのレーザ光
を放射する半導体レーザアレイ装置を提供することを目
的とする。

〈発明の構成と原理〉 本発明は、上記目的を成し遂げるために、半導体レーザ
アレイ装置において１８０°位相モードで導波するレー
ザ光を００位相モードに変換する導波路構造を有するこ
とを特徴としている。第１図に本発明の半導体レーザア
レイ装置の導波路構造の一例を上から見た図を示す。各
導波路Ｗ、Ｗ。

・・・は平行に並び光学的に結合しており、その導波路
Ｗ、Ｗ、・・・方向の３つの領域１０，１１．１２から
構成される。領域１０．１２では対称な導波路部分ｗ、
、、Ｗ、、が並んでいるのに対し、領域１１では非対称
な導波路部分ｗｌｌ−ａ　、　Ｗｌｌ−ｂが導波路方向
と垂直な方向に周期的に配置されている。そのため、導
波路部分Ｗ＋＋−ａと導波路部分ｗ、、−ｂでは、実効
的な屈折率が異なる。この導波路部分Ｗ＋＋−ａ　、　
ＷＩＩ−ｂの実効的な屈折率差ΔＮを次式を満足するよ
うに設定する。

２π 一ΔＮ　”　ＩＬｔ　＝　ｍπ（ｍは奇数）・・・（１
）λ。

ここで、Ｌ、は導波路部分ｗ、、−ａ　、　Ｗｔｌ−ｂ
の長さ、λ。は真空中の光の波長である。

このようにすると、領域１０．１２の対称な平行導波路
部分ＷＩＧ、　ＷＩＯＩ・・・ＨｌＷ　＋　ｔ　ｒ　Ｗ
　ｒ　ｔ　＋　：・・を伝搬する導波光が領域１１の非
対称な導波路部分Ｗ、、−ａ　、　ＷＩｒ−ｂを通過す
ることにより、導波路部分Ｗ、、−ａを通過する導波光
と導波路部分ｗ　、　、　−ｂを通過する導波光の位相
差が１８０°変化する。

そのため、各導波路で位相が１８０°交互に反転してい
る１８０°位相モードの光が領域ｌ！の導波路部分Ｗ　
＋＋−ａ　、　ｗｌｌ−ｂを通過すると、各導波路で位
相が同期している０６位相モードに、逆に、０°位相モ
ードの光が領域１１を通過すると１８０°位相モードに
変換される。

いま、各導波路Ｗ、Ｗに均一な利得を与えるとすると、
領域１０．１２の導波路部分Ｗ　Ｉ＋１　＋　Ｗ　１ｇ
では１８０°位相モードの方がθ°位相モードより多く
の利得を得る。従って、領域１０．１２では１８０°位
相モードの光が伝搬しやすくなる。

領域１０．１２の導波路部分Ｗｌ（１、Ｗｅｔの長さを
１．、、　克。とじて、仮にｌ　ｒ　＜　１３とすると
、領域１２では１８０°位相モードの光１５が伝搬し、
上述したように、領域１１を通過することにより０°位
相モードの光１６に変換され、領域１０ではその状態の
光が伝搬し、領域１０の出射端面１７からはθ°位相同
期した出力光が得られる。このとき、逆に領域１２で０
°位相モードが伝搬し、領域ＩＩで１８０’位相モード
に変換され、領域１０で１８０°位相モードが伝搬する
ということは起こらない。なぜなら、この状態より先に
述べた状態の方が発振に要するしきい値利得が低くなる
ためである。ｆｌｒ＞、Ｌのとき同様にして、領域１２
の出射端面１８から位相同期した出力光が得られる。た
だし、ｉ、＝ｘ、のときは、領域１０゜１２で００位相
モードと１８０°位相モードが混在して発振するために
望ましくない。

以上述べたように、本半導体レーザアレイ装置において
は１８０°位相モードで導波するレーザ光をその内部で
００位相モードに変換し、出射端面からは、０６位相同
期した単峰性の放射パターンを持つ出力光が得られる。

。 〈実施例〉 以下、本発明を半導体レーザにｖｓｒＳ（Ｖ−ｃｈａｎ
ｎｅｌｅｄ　５ｕｂｓｔｒａｔｅ　１ｎｎｅｒ　５ｔｒ
ｉｐｅ）型半導体レーザを適用した場合について述べる
。

第２図に本発明の半導体レーザアレイ装置を共振器端面
から見た図を示す。ｐ−ＧａＡｓ基板２０上に、液相エ
ピタキシャル（ＬＰＥ）法などの結晶成長法により、ｎ
−ＧａＡｓ電流阻止層２１を成長させる。次いで、フォ
トリソグラフィとエツチング技術により、第１図に示し
たものと同じ形状の平行に並んだ複数のＶ字形溝２２を
電流阻止層２１から基板２０内に達する深さまで形成す
る。第１図に示す導波路の実効的な屈折率が交互に変化
する領域１１を設けるために、エッヂング終了後に溝付
き基板２０の領域１１に対応する箇所をレジストで覆い
、７字形溝２２の第１図中の導波路部分Ｗ　Ｉｔ　−ｂ
に相当する部分に窓を開け、再度エツチングを行う。そ
うすると、第３図に示すように＠３２が形成され、この
溝３２の深さは隣の溝２２の深さより深くなる。すなわ
ち、導波路に垂直な方向に溝３２．２２は交互に深くな
る。このように、領域１１の両側の領域１０．１２に相
当する部分では溝２２のみが形成され、そして、領域ｌ
ｌに相当する部分では溝２２と溝３２を有する基板上に
、再度ＬＰＥ法により、第２図、第３図に示すように、
　ｐ−ＡＪｌｘＧａｒ−ｘＡｓクラッド層２３．３３、
ｐまたはｎ−ＡＲ＝　’／　Ｇ　ａ　ｌ−Ｙ　Ａ　ｓ活
性層２４．３４、ｎ−Ａ　克ｘＧａ＋−ｘＡｓクラッド
層２５゜３５を順次成長する。ただし、ｘ＞ｙである。

さらに、　ｎ”−ＧａＡｓキャップ層２６．３６を成長
する。このとき、領域１０，１．２では第２図に示すよ
うに、平坦な活性層が得られるのに対し、領域１１では
溝２２．３２の深さにより、その上に成長する活性層３
４の形状が変化し、浅い溝２２上では平坦な活性１３４
ａ、　　深い溝３２上では湾曲した活性層３４ｂが得ら
れる。第３図において、隣接する導波路部分Ｗ＋＋−ａ
　、Ｗ＋１−ｂの実効的な屈折率差をΔＮとすると、領
域１１の部分の長さ克、は前述の式（１）を満足させる
ように設定している。その後に、基板側にｐ型抵抗性電
極２７．３７、成長層側にｎ型抵抗性電極２８．３８を
形成し、共振器長が２００〜３００μｍになるようにへ
き開法によりミラーを形成し、銅ブロツク上にマウント
して半導体レーザアレイ装置を作製した。

次に、第２の実施例について述べる。まず、第４図に示
すように、　ｐ−ＧａＡｓ基板２０上にｎ−ＧａＡｓ電
流阻止層２１を成長する。その表面上に上からみたとき
、第５図に示すように、領域４０゜４２において平行に
並んだ対称な複数の■字形溝２２−４０．２２−４２と
中央の領域４１において溝幅か周期的に交互に変化する
複数の７字形溝２２−４１ａ、　２２−４　ｌｂを形成
し、その上に再度ＬＰＥ法により、クラッド層２３、活
性層２４、クラッド層２５、キャップ層２６などを順次
成長する。領域４１の幅の広い溝２２−４１ａと幅の５
表１）蓄’）９−１１ｈｌ−ピｌｌｌ巨／７−１すり道
油蕗シ山凧の借い導波路とが夫々形成され、この幅の広
い導波路と幅の狭い導波路との実効的な屈折率差をΔＮ
とすると、領域４１の長さえ、は、式（１）を満足させ
るようにする。以下の行程は上に述べた第１の実施例と
同じである。

上記第１．第２の実施例の半導体レーザアレイ装置を前
述の式ｌを満たす適当な構造パラメータで作製すると、
特性として発振しきい値１５０ｍＡで、隣接する導波路
部分で１８０°位相差の変化を生じさせる領域１１．４
１に近い端面１７からの出射光は出力１００ｍＷまで単
−横モードで発振し、その遠視野像は第６図（３）に示
すように、鋭い単峰性のピーク（半値巾４°）であり、
出射レーザ光が０°位相同期していることか分かった。

さらに、上記端面１７と反対の端面１８からの出射光は
出力１００ｍＷまで単−横モードで発振し、その遠視野
像は第６図（ｂ）に示すように、複峰性のピーク（間隔
９°）であり、出射レーザ光が１８０°位相反転してい
ることがわかった。

このように、半導体レーザアレイ装置において、隣接す
る導波路を伝搬する光の位相差が１８０゜位相変化する
導波路部分を内部に設けると、０゜位相同期した出力光
を得ることができることが分った。

なお、上記実施例はＧａＡｓ−ＧａＡ　ｉ、Ａｓ系につ
いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
く、Ｉ　ｎＰ　−１ｎＧａＡｓＰ系やその他種々の材料
に適用することができる。また、ストライブ構造はＶＳ
ＩＳ構造以外に他の内部ストライプ構造やそあ他の素子
構造のものを利用することも可能である。

〈発明の効果〉 以上述べたように、本発明によれば、複数本のレーザ、
光が位相同期して発振し、鋭い単峰性ピークの放射パタ
ーンで高出力のレーザ光を放射することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体レーザアレイ装置の導波路を上
から示し、その動作原理を忌明する図である。第２図は
本発明の第１の実施例の半導体レーザアレイ装置の共振
器端面図である。第３図は上記実施例の１８０°位相差
を変化させる部分の断面図である。第４図は本発明の第
２の実施例の共振器端面図である。第５図は本発明の第
２の実施例における導波路構造を上から見たときの図で
ある。第６図（ａ）、　（ｂ）は本発明の半導体レーザ
アレイ装置の水平方向の遠視野像を示す図である。 第７図は複数本の光学的に結合した平行導波路と、それ
を伝搬するモードの形状を示す図である。 Ｗ＝・導波路、ＷＩＯ，Ｗｌｌ−ａ、　ｗ、、−ｂ、　
Ｗ、、、、導波路部分。 特　許　出　願　人　　シャープ株式会社代　理　人　
弁理士　　青白　葆　外２８第４ｖＡ 第５ｖ！ｉ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数本の光学的に結合した平行導波路を備えた半
   導体レーザアレイ装置であって、 上記導波路の方向に垂直な方向に、実効的な屈折率が交
   互に変化する複数の導波路部分からなる領域を含んで、
   その領域を光が通過すると、導波路部分を通過した光と
   その導波路部分に隣接する導波路部分を通過した光の位
   相差が１８０°変化するようにしたことを特徴とする半
   導体レーザアレイ装置。
2. （２）上記特許請求の範囲第１項に記載の半導体レーザ
   アレイ装置において、上記領域の導波路部分を構成する
   活性層を、上記導波路方向と垂直な方向に平坦な活性層
   と湾曲した活性層とを交互に並べて配置して、導波路方
   向に垂直な方向に上記導波路部分の実効的屈折率を変化
   させた半導体レーザアレイ装置。
3. （３）上記特許請求の範囲第１項に記載の半導体レーザ
   アレイ装置において、上記領域の導波路部分の幅を導波
   路方向に垂直な方向に交互に変化させて、導波路方向に
   垂直な方向に上記導波路部分の実効的屈折率を変化させ
   た半導体レーザアレイ装置。