JPS6257276A - 半導体レ−ザアレイ装置 - Google Patents

半導体レ−ザアレイ装置

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JPS6257276A
JPS6257276A JP19793885A JP19793885A JPS6257276A JP S6257276 A JPS6257276 A JP S6257276A JP 19793885 A JP19793885 A JP 19793885A JP 19793885 A JP19793885 A JP 19793885A JP S6257276 A JPS6257276 A JP S6257276A
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JP
Japan
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thin film
semiconductor laser
active
al2o3
laser array
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Pending
Application number
JP19793885A
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English (en)
Inventor
Akihiro Matsumoto
晃広 松本
Mototaka Tanetani
元隆 種谷
Kaneki Matsui
完益 松井
Shusuke Kasai
秀典 河西
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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Publication of JPS6257276A publication Critical patent/JPS6257276A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031Edge-emitting structures

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は複数の半導体レーザを同一基板上に平行に形成
して高出力化した半導体レーザアレイ装置に関する。
〈従来技術〉 半導体レーザの出力は、単体では実用性を考慮すると8
0mW程度が限界である。そこで、複数の半導体レーザ
を同一基板上に平行に並べて高出力化を図る半導体レー
ザアレイの研究が行なわれている。
第5図は半導体レーザアレイにおける導波光の位相波形
を示す。複数の半導体レーザを平行に光学的結合をもた
せて並べた場合、各レーザに均一な利得を与えると、各
レーザ光の位相が同位相で同期する状態すなわち0°位
相モードaより位相力月80°反転する状態ずなわち1
80°位相モードbで発振しやすい。これは、18o°
位相モードの方がO°位相モードよりレーザ光の強度分
布が利得分布とよく一致し、発振に要する利得が少なく
てすむためである。
〈発明が解決しようとする問題点〉 第6図と第7図Gオ1144体レーデアレイに才iJる
放射パターンの遠視野像を示す。0層位相モードでは単
峰性のピークであり、この場合、レーザ光をレンズで単
一・のスポットに集光することができる。一方、180
層位相モー1では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、この場合、光ディ
スク等の光源としては利用できない。したがって、半導
体レーザアレイからの出射光が同位相であることが望ま
れる。
〈問題点を解決する為の手段〉 本発明は、複数の光学的に結合した活性導波路を有する
半導体レーザアレイ装置において、上記複数の活性導波
路の出射端面の各々に膜厚が交互に異なる薄膜を形成し
てなることを特徴とする。
〈原理〉 本発明では、半導体レーザアレイの出射端面に薄膜を形
成し、180層位相モードで導波するレーザ光を同位相
で出射するレーザ光に変換する。
第2図は複数の活性導波路の出射端面に薄膜を形成した
半導体レーザアレイ装置の模式的な構成を示し、互いに
光学的に結合して平行に並んだ複数の活性導波路4,5
,6,7.8の出射端面9にこの活性!alli4. 
5.・・・、8の各々について膜厚が交互に異なる薄膜
1が形成されている。活性導波路4,5.・・・、8の
各々に均一な利得を与えることにより、180層位相モ
ー1bのレーザ光が導波する。
いま、真空中でのレーザ光の波長をλ0、薄膜1の屈折
率をn、薄膜1の小さい方の膜厚をd、、大きい方の膜
厚をd、 十d2とすると、次式を満足する。
O (ただし、p−1+  3.5. ・・・)−−−(+
1これは、180層位相モードのレーザ光が薄膜lを伝
jullすることにより、隣接したレーザ光の位相差が
180°の奇数倍だけ変化し、薄膜lの出射端面10に
おいて同位相のレーザ光が出射するための条件となる。
さらに、レーザ光が薄膜1を伝搬して薄膜lの膜厚が大
きい方の端面11と膜厚が小さい方の端面12でそれぞ
れ反射して端面9に戻ったときに隣接した導波路間のレ
ーザ光の位相差がレーザ光のWJ191への入射時の位
相差と一致して安定してレーザ発振するための条件は次
式7式% (ただし、q=1.2.3・・・)  −(21上述の
式(1). (21より、U*1の屈折率nが満足する
条件は、 n・ (q−p)−q(ただし、q>p)−・−(3)
となる。
以上の条件を満足するように、薄膜1の屈折率nと膜厚
al、a2を設定すると、180層位相モードで導波す
るレーザ光を同位相で出射するレーザ光に変換すること
ができる。
第3図に示す半導体レーザアレイ装置は、複数の活性導
波路4.5.・・・、8の出射端面9に複数の層からな
る薄膜と単一の層からなる薄膜が活性導波路4,5.・
・・、8の各々について交互に形成されている。薄膜2
は活性導波路4,5.・・・、8の各々について膜厚が
交互に異なり、この薄膜2の活性導波路4,6.8と対
向する端面にさらに薄膜3が形成されている。薄膜2と
薄膜3とは、屈折率が異なる。
いま、第1層目の薄膜2の屈折率をnl、薄膜2の小さ
い方の膜厚をdl、大きい方の膜厚をdi十d2、第2
層目のWIi−膜3の屈折率をn2、薄膜3の膜厚をd
3とする。ただし、2層の薄膜2゜3は、屈折率の差が
比較的小さいものを選ぶ。この場合、180層位相モー
ドのレーザ光を薄膜2゜3の出射端面13において同位
相の出射光とするための条件は、 =p−n               ・−(4)と
なる。さらに、レーザ光が薄膜2,3を伝搬して薄膜2
,3の端面14,15でそれぞれ反射して端面9に戻っ
たときに隣接した導波路間のレーザ光の位相差がレーザ
光の薄膜2への入射時の位相差と一致して安定したレー
ザ発振が行なわれるための条件は、次式で表わされる。
A C+ 上述の式(4)、 ff1lから膜厚(12,(13は
次の連立方程式を解くことにより求められる。
=〜 (6) nl ・d2 +n2− d3 = −−−−−λ0し
たがって、薄膜2,3の屈折率n1ln2が定まると、
適当な変数p、qを定めることにより、膜厚a2.d3
が定まる。
一般に、薄膜の層数あるいは各層の膜厚、屈折率が各々
の活性導波路について交互に周期的に異なるような薄膜
を形成することにより、1)180”位相モードの導波
光を同位相の出射光に変換する ii)薄膜を付加しても安定なレーザ発振を行なうの2
つの条件を満足するように薄膜の膜厚を設定すると、1
80°位相モードで発振するレーザ光を出射端面で同位
相の出射光に変換することができる。
〈実施例〉 以下、本発明の一実施例として、半導体レーザにV −
channeled 5ubstrate 1nner
 5tripe  レーザ(VSISレーザ)を適用す
るとともに、導波路の出射端面にAl2O3と5i02
からなる薄膜を形成してなる半導体レーザアレイ装置に
ついて説明する。
第4図は半導体レーザアレイの断面構造を示す。
この半導体レーザアレイの製法は、まず、p−GaAs
基板16上に液相エピタキシャル成長法(1,P E法
)などの結晶成長法により、逆極性接合となるn−Ga
As電流■電流層1止る。次に、フォトリソグラフィと
エツチング技術により、5本の平行ストライプを形成す
る■字形溝18をそれぞれ電流阻止層17の表面から基
板16内へ達する深さまで形成する。この■字形溝18
を形成することにより、基板16−1−から電流阻止層
17の除去された部分が電流の通路となる。
再びLPE法を用いて、電流阻1に1層17および満1
8の上にp−A I xGa( −xAsクラッド層1
9、pまたはn−AIyGa+ −yAs活性層20、
n−A I xGal−XASクラッドff121を順
次成長させ、ダブルへテロ接合を介した活性層20を得
る。なお、x>yである。さらに、この上にn”GaA
sキャンプ層22を連続的に成長させて、レーザ動作用
の多層結晶構造を構成し、基板16側にp形抵抗性電極
23を形成し、成長層側すなわちキャンプ層22」二に
n形抵抗性電極24を形成した後、共振器長が200〜
300μmとなるように、レーザ面ミラーをストライプ
と直角方向にへき開法で形成する。
上述の方法で製作した半導体レーザアレイからなる共振
器の両端面に、まず、Al2O3の薄膜をこの半導体レ
ーザアレイの発振波長λeの半波長に等しい厚さくd+
 =0.34λe)に形成した。なお、この半導体レー
ザアレイの発振波長λeは780nmであり、このとき
のAl2O3の屈折率n1は1.76である。そして、
このAl2O3の薄膜を形成した共振器をCuブロック
上にマウントし、共振器に電流注入を行なってレーザ発
振させ、このときの放射パターンの遠視野像を観察する
と、出力が150mW付近まで第7図に示す複峰性のパ
ターンをもつ180°位相モードによる単一モード発振
が得られた。
第1図は半導体レーザアレイ装置の斜視構造を示す。上
述のように半導体レーザアレイからなる共振器0の端面
に形成したAl2O3の薄膜2aの上の共振器0の5本
のレーザストライプ4,5。
6、7.8の中の両端と中央のレーザストライプ4、6
.8の活性層20とクラッド層19.21に対向する部
分に、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストの窓開
げを行なった。次に、−に述の薄膜の膜厚を決定する式
(61,+71にレーザアレイの発振波長λeが780
nmのときのAl2O3の屈折率rz =1.76と5
102の屈折率n2=1.45を代入して、Al2O3
の薄膜2bの膜厚d2と5i02の薄膜3の膜厚d3を
求めると、変数p=1.q=3のとき、 d2=o、+eλe、   d3=o、84λeとなる
。Al2O3と5i02の膜厚をこのように設定して、
レジスl−面−1二にAl2O3と5i02の薄膜を順
次に形成した。そして、不用な部分の薄膜をアセトンで
除去した。この結果、第1図に示すように、Al2O3
の薄膜2aの上にAl2O3の薄膜2bと5i02の薄
膜3からなる2層の薄膜が活性導波路4,6.8に対向
する部分に形成され、活性導波路4,5.6,7.8の
出射端面に薄M*2aだけの単一層とFJII!2a、
2bと薄膜3からなる複数層の薄膜が交互に周期的に形
成された構造になる。
上述のようにして構成した半導体レーザアレイ装置をC
uブロック上にマウントし、共振器0に電流注入を行な
ってレーザ発振を起こすと、放射パターンの遠視野像が
第6図に示ず単峰性ピークをもつ小−モード発振が出力
150mW付近まで得られた。このように、レーザアレ
イで導波するレーザ光が薄膜の出射端面で同位相で出射
するレーザ光に変換され、しかも、安定なレーザ発振が
可能になる。
なお、この実施例では、半導体レーザアレイの出射端面
に形成する薄膜としてAl2O3と5i02を用いると
ともに、半導体レーザアレイの材料としてGaAs−G
aAlAs系を用いたが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、薄膜として′I’i02やその他の材料お
よび半導体レーザアレイとしてInP−rnGaAsP
系やその伯の種々の材料を用いてもよいことはいうまで
もない。
さらに、半導体レーザアレイのストライプ構造は、VS
TS構造以外に他の内部ストライプ構造やその他の素子
構造のものを適用することもできる。
〈効果〉 以上説明したように、本発明においては、複数の活性導
波路の出射端面に膜厚が交互に異なる薄膜を形成したこ
とにより、180°位相モードの導波光を同位相で出射
するレーザ光に変換して単峰性の遠視野像をもつ放射パ
ターンで高出力まで安定した単一モード発振が可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明実施例の半導体レーザアレイ装置の模式
的な斜視構造を示す図、第2図と第3図は本発明実施例
の模式的な平面構成を示す図、第4図は本発明実施例の
半導体レーザアレイの模式的な断面構造を示す図、第5
図は半導体レーザアレイの導波光の位相波形を示す図、
第6図と第7図は半導体レーザアレイの放射パターンの
遠視野像を示すグラフである。 1.2.2a、2b、3・=薄膜 4、 5. 6. 7. 8・・・活性導波路9・・・
出射端面 11.12,14.15・・・端面 第1図 第2図 第3図 第6図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)複数の光学的に結合した活性導波路を有する半導
    体レーザアレイ装置において、上記複数の活性導波路の
    出射端面の各々に膜厚が交互に異なる薄膜を形成してな
    ることを特徴とする半導体レーザアレイ装置。
  2. (2)上記複数の活性導波路の出射端面の各々について
    上記薄膜は層数と屈折率が交互に異なる特許請求の範囲
    第1項記載の半導体レーザアレイ装置。
  3. (3)隣接した上記活性導波路から出射するレーザ光の
    位相差が180°変化し上記薄膜の端面で反射したレー
    ザ光が上記活性導波路に戻るときに隣接した上記活性導
    波路間のレーザ光の位相差がレーザ光の上記薄膜への入
    射時の位相差と一致する特許請求の範囲第1項および第
    2項記載の半導体レーザアレイ装置。
JP19793885A 1985-09-06 1985-09-06 半導体レ−ザアレイ装置 Pending JPS6257276A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62147790A (ja) * 1985-12-23 1987-07-01 Hitachi Ltd フエ−ズロツクアレ−半導体レ−ザ

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62147790A (ja) * 1985-12-23 1987-07-01 Hitachi Ltd フエ−ズロツクアレ−半導体レ−ザ

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