JPS61263185A - 半導体レ−ザアレイ装置 - Google Patents
半導体レ−ザアレイ装置Info
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- JPS61263185A JPS61263185A JP60105472A JP10547285A JPS61263185A JP S61263185 A JPS61263185 A JP S61263185A JP 60105472 A JP60105472 A JP 60105472A JP 10547285 A JP10547285 A JP 10547285A JP S61263185 A JPS61263185 A JP S61263185A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/14—External cavity lasers
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
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- H01S—DEVICES 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
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- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/08081—Unstable resonators
-
- H—ELECTRICITY
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- H01S5/022—Mountings; Housings
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- H01S5/02325—Mechanically integrated components on mount members or optical micro-benches
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- 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。
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〉
本発明は位相同期型半導体レーザアレイ装置の構造に関
するものである。
するものである。
〈従来技術とその問題点〉
半導体レーザを高出力動作させる場合、実用性全考慮す
ると単体の半導体レーザ素子では現在のところ、最大出
力は50mW程度が限界である。そこで、複数個の半導
体レーザを同一基板上に並べることによって大出力化を
図る半導体レーザアレイの研究が注目されるようになっ
てき友。第3図に屈折率導波路型半導体レーザアレイの
基本構造及び屈折率と電界強度分布を示す。n−GaA
s基板11KV字状のストライプ溝12が複数本並設さ
れ、この上にn−GaAtAsクラッド層13、レーザ
発振用のp−GaAs 活性層I L I)−GaAt
Asクラッド層15、p−GaAsキャップ層16が順
次堆積され、電流狭窄用絶縁膜17とn側電極!8及び
p側電極19が形成されて駆動用電流が注入される。
ると単体の半導体レーザ素子では現在のところ、最大出
力は50mW程度が限界である。そこで、複数個の半導
体レーザを同一基板上に並べることによって大出力化を
図る半導体レーザアレイの研究が注目されるようになっ
てき友。第3図に屈折率導波路型半導体レーザアレイの
基本構造及び屈折率と電界強度分布を示す。n−GaA
s基板11KV字状のストライプ溝12が複数本並設さ
れ、この上にn−GaAtAsクラッド層13、レーザ
発振用のp−GaAs 活性層I L I)−GaAt
Asクラッド層15、p−GaAsキャップ層16が順
次堆積され、電流狭窄用絶縁膜17とn側電極!8及び
p側電極19が形成されて駆動用電流が注入される。
しかしながら、通常の屈折率導波路型半導体レーザアレ
イでは第3図(3)に示すように溝12の両側へにじみ
出几光はn−GaAs 基板11に吸収される結果、第
3図の)に示すような横方向の実効屈折率(neff)
分布が形成される。尚、発振領域及びこの中間領域の光
強度分布を夫々第3図(至)にA。
イでは第3図(3)に示すように溝12の両側へにじみ
出几光はn−GaAs 基板11に吸収される結果、第
3図の)に示すような横方向の実効屈折率(neff)
分布が形成される。尚、発振領域及びこの中間領域の光
強度分布を夫々第3図(至)にA。
Bで示している。ここで発振領域は溝12直上の活性層
14に対応しており、中間領域はその中間に位置する非
発振領域である。図よ!ll明らかなように中間領域は
損失領域となる。このとき、中間領域で光強度の割合が
少なくなるモードの発振閾値利得が最も小さくなる。従
って、第3図IC)に示すように隣ジ合っ几レーザ発振
領域の電界の位相が180°反転し、その中間領域で零
となる180゜位相モードの発振閾値利得は、第3図(
D)に示すような隣り合った半導体レーザの電界位相が
0 となり中間領域でも電界が存在する0 位相モード
に比べて小さくなる。その結果、p側電極19及びn側
電極18全介して注入電流全漸次増加するとまずこの1
80°位相モードが発振し、さらに注入電流を増加する
と0位相モードが発振することになる。
14に対応しており、中間領域はその中間に位置する非
発振領域である。図よ!ll明らかなように中間領域は
損失領域となる。このとき、中間領域で光強度の割合が
少なくなるモードの発振閾値利得が最も小さくなる。従
って、第3図IC)に示すように隣ジ合っ几レーザ発振
領域の電界の位相が180°反転し、その中間領域で零
となる180゜位相モードの発振閾値利得は、第3図(
D)に示すような隣り合った半導体レーザの電界位相が
0 となり中間領域でも電界が存在する0 位相モード
に比べて小さくなる。その結果、p側電極19及びn側
電極18全介して注入電流全漸次増加するとまずこの1
80°位相モードが発振し、さらに注入電流を増加する
と0位相モードが発振することになる。
上記半導体レーザアレイ装置における出射ビームの遠視
野像は第4図(A)03)の如くとなる0第4図(至)
は180°位相モード、第4図G3)は0°位相モード
を示す。すなわち、低注入領域でのレーザアレイの遠視
野像は第4図(3)に糸すようなものとなり、高注入領
域では第4図(3)と第4図[F])の両モードが混在
し几形状となる。180 位相モードはレンズ全周い
て集光した場合に2つのビーム位相が1800ずれてい
るため1個の微少なレーザスポットに集光することがで
きず、光デイスクシステム等の微少なレーザスポットT
h必要とする光情報処理システムの光源としては使用す
ることができない0 〈発明の目的〉 本発明は、同一基板上に形成された複数個のレーザ発振
領域が全て同一位相で同時に発振しかつ単一ピークの放
射パターンで大出力のレーザビーム金放射する半導体レ
ーザアレイ装置を提供することt目的とする。
野像は第4図(A)03)の如くとなる0第4図(至)
は180°位相モード、第4図G3)は0°位相モード
を示す。すなわち、低注入領域でのレーザアレイの遠視
野像は第4図(3)に糸すようなものとなり、高注入領
域では第4図(3)と第4図[F])の両モードが混在
し几形状となる。180 位相モードはレンズ全周い
て集光した場合に2つのビーム位相が1800ずれてい
るため1個の微少なレーザスポットに集光することがで
きず、光デイスクシステム等の微少なレーザスポットT
h必要とする光情報処理システムの光源としては使用す
ることができない0 〈発明の目的〉 本発明は、同一基板上に形成された複数個のレーザ発振
領域が全て同一位相で同時に発振しかつ単一ピークの放
射パターンで大出力のレーザビーム金放射する半導体レ
ーザアレイ装置を提供することt目的とする。
〈発明の構成〉
本発明は複数の活性導波路を有する半導体アレイ装置に
おいて、少なくとも一方の共振劈開面反射率全臂開時の
値よりも低減させかつ、この劈開面に相対面する位置に
限定され次開口の反射鏡を設置し、0位相モードで放射
され之レーザ光が°主にこの反射鏡で反射されてレーザ
アレイ素子に再入射するように構成することにより、半
導体レーザアレイ装置t−0°位相で同期発振させるよ
うに設定したことを特徴としている。
おいて、少なくとも一方の共振劈開面反射率全臂開時の
値よりも低減させかつ、この劈開面に相対面する位置に
限定され次開口の反射鏡を設置し、0位相モードで放射
され之レーザ光が°主にこの反射鏡で反射されてレーザ
アレイ素子に再入射するように構成することにより、半
導体レーザアレイ装置t−0°位相で同期発振させるよ
うに設定したことを特徴としている。
〈実施例〉
以下、ここでは第3図囚に示すような平坦な活性層をも
つGaAs−GaAtAs系半導体レーザアレイを例に
とって本発明の1実施例を説明する。第3図(イ)に示
す半導体レーザアレイ装置は、次のようにして製作され
る。n−GaAs 基板!l上に幅WのV字状ストライ
プ溝+2全平行にピッチDでエツチングにより計5本形
成する。この溝12會有する基板11面上にn−GaA
tAsクラッド層13、p(又はn)−GaAs(又は
GaAtAs)活性層14、p−GaAtAsクラッド
層15及びp−GaAs キャップ層16からなるダブ
ルへテロ接合構造のレーザ動作用多層結晶層上エピタキ
シャル成長させる0その後、オーミックコンタクトをと
るためのp−GaAsキャップ層16上に電流狭窄のた
めの5t3N4から成る絶縁膜17をパターン形成した
後、A u + G e + N 1等の金属から成る
n側電極18及びp側電極19をそれぞれGaAs基板
11及びキャップ層16上に形成する。
つGaAs−GaAtAs系半導体レーザアレイを例に
とって本発明の1実施例を説明する。第3図(イ)に示
す半導体レーザアレイ装置は、次のようにして製作され
る。n−GaAs 基板!l上に幅WのV字状ストライ
プ溝+2全平行にピッチDでエツチングにより計5本形
成する。この溝12會有する基板11面上にn−GaA
tAsクラッド層13、p(又はn)−GaAs(又は
GaAtAs)活性層14、p−GaAtAsクラッド
層15及びp−GaAs キャップ層16からなるダブ
ルへテロ接合構造のレーザ動作用多層結晶層上エピタキ
シャル成長させる0その後、オーミックコンタクトをと
るためのp−GaAsキャップ層16上に電流狭窄のた
めの5t3N4から成る絶縁膜17をパターン形成した
後、A u + G e + N 1等の金属から成る
n側電極18及びp側電極19をそれぞれGaAs基板
11及びキャップ層16上に形成する。
以上により得られた半導体レーザアレイウェハー全共振
器長が250 pmになるように劈開し、骨間端面でフ
ァブリ・ベロー共振器を形成する。次に、一方の劈開面
に膜厚がλ/4(λ:発振波長)程度になるようにAt
203膜全電子ビ一ム蒸着法で被覆する。この劈開面の
反射率は約数%となる。
器長が250 pmになるように劈開し、骨間端面でフ
ァブリ・ベロー共振器を形成する。次に、一方の劈開面
に膜厚がλ/4(λ:発振波長)程度になるようにAt
203膜全電子ビ一ム蒸着法で被覆する。この劈開面の
反射率は約数%となる。
次に反対側の劈開面にはλ/2の膜厚のAt203膜蒸
着し、この劈開面の反射率全豹30%とする。
着し、この劈開面の反射率全豹30%とする。
尚、劈開面に被覆する薄膜としてはAt203以外の酸
化膜やアモルファスシリコン膜全利用することもできる
。更に各半導体レーザアレイ素子単位に分割する。以上
により、本実施例に用いられる半導体レープアレイ装置
の基本素子が作製される。
化膜やアモルファスシリコン膜全利用することもできる
。更に各半導体レーザアレイ素子単位に分割する。以上
により、本実施例に用いられる半導体レープアレイ装置
の基本素子が作製される。
第1図は、上記工程を介して作製され次半導体し−ザア
レイ素子金組み込んだ本発明の1実施例を示す半導体レ
ーザアレイ装置の基本構成図であるO 上記工程全弁して作製され九半導体レーザアレイ素子3
0の共振方向の劈開面にはλ/4の膜厚のAt203膜
31と人/2の膜厚のAt203膜32が被覆されてい
る。このレーザアレイ素子30を銅ま几はダイヤモンド
等の熱伝導率の良好な放熱体33にインジウムでロウ付
けし支持台34に取り付ける。次に反射率が数%の劈開
面即ちλ/4の膜厚のAt203膜31が被覆された端
面側に凹面鏡35を相対面して設置する。この場合、半
導体レーザアレイ素子30の活性領域から出射し友レー
ザ光が凹面鏡35によって反射され、再度半導体レーザ
アレイ素子30の活性領域に再入射するように精度良く
半導体レーザアレイ素子30と凹面鏡35の位置関係を
設定する0凹面鏡35の大きさは、活性領域からみた開
口角が半導体レーザアレイ素子30のP−N接合面に平
行方向で約4 、垂直方向で約50 とすることによ
ってO位相モードの出射光をほぼ完全にま比選択的に活
性層領域に戻すことができる。このため、0位相モード
の共振器面の損失は180 位相モードの共振器面の
損失に比べてはるかに少なくなる。その結果、0 位相
モードのレーザアレイ素子30内部での基板吸収による
損失は180膜位相モードに比べて太きいが、外部共振
器によって構成される全体としての損失は180 位相
モードに比べて少なくなり・発振閾値利得も小さくなる
。
レイ素子金組み込んだ本発明の1実施例を示す半導体レ
ーザアレイ装置の基本構成図であるO 上記工程全弁して作製され九半導体レーザアレイ素子3
0の共振方向の劈開面にはλ/4の膜厚のAt203膜
31と人/2の膜厚のAt203膜32が被覆されてい
る。このレーザアレイ素子30を銅ま几はダイヤモンド
等の熱伝導率の良好な放熱体33にインジウムでロウ付
けし支持台34に取り付ける。次に反射率が数%の劈開
面即ちλ/4の膜厚のAt203膜31が被覆された端
面側に凹面鏡35を相対面して設置する。この場合、半
導体レーザアレイ素子30の活性領域から出射し友レー
ザ光が凹面鏡35によって反射され、再度半導体レーザ
アレイ素子30の活性領域に再入射するように精度良く
半導体レーザアレイ素子30と凹面鏡35の位置関係を
設定する0凹面鏡35の大きさは、活性領域からみた開
口角が半導体レーザアレイ素子30のP−N接合面に平
行方向で約4 、垂直方向で約50 とすることによ
ってO位相モードの出射光をほぼ完全にま比選択的に活
性層領域に戻すことができる。このため、0位相モード
の共振器面の損失は180 位相モードの共振器面の
損失に比べてはるかに少なくなる。その結果、0 位相
モードのレーザアレイ素子30内部での基板吸収による
損失は180膜位相モードに比べて太きいが、外部共振
器によって構成される全体としての損失は180 位相
モードに比べて少なくなり・発振閾値利得も小さくなる
。
第2図(3)(B)は本発明の他の実施例ヶ示す半導体
レーザアレイ装置の構成図であり、第2図囚は側面図、
第2図の)は平面図である。本実施例では先の実施例で
使用した凹面鏡の代わりに凸レンズ36と平面鏡37?
用いて同様な作用効果を得ている。
レーザアレイ装置の構成図であり、第2図囚は側面図、
第2図の)は平面図である。本実施例では先の実施例で
使用した凹面鏡の代わりに凸レンズ36と平面鏡37?
用いて同様な作用効果を得ている。
第2図(イ)に半導体レーザアレイ素子のP−N接合に
垂直方向の出射光の光路、同図(B)にP−N接合に平
行方向の出射光の光路全示す。半導体レーザアレイ素子
30から出射したレーザ光は凸レンズ36會通過して平
行光束となり、平面鏡37で反射されて元の光路を逆に
進行し、レーザアレイ素子30へ帰還される。このよう
に凸レンズ36と平面鏡37を使用しても本発明の半導
体レーザアレイ装置?構成することができるQ活性層が
5本で、活性導波路幅Wが4μm1 中M:領域幅W8
が1μm1一方の劈開面の反射率が約30%、他方の反
射率が約3%、凹面鏡の反射率が約95%に設定した半
導体レーザアレイ装置を炸裂し、その特性を調べると発
振閾値電流は約150mAであジ1光出力150mWま
で0 位相モードで発振し、!80゜位相モードの発振
全抑制することができft。
垂直方向の出射光の光路、同図(B)にP−N接合に平
行方向の出射光の光路全示す。半導体レーザアレイ素子
30から出射したレーザ光は凸レンズ36會通過して平
行光束となり、平面鏡37で反射されて元の光路を逆に
進行し、レーザアレイ素子30へ帰還される。このよう
に凸レンズ36と平面鏡37を使用しても本発明の半導
体レーザアレイ装置?構成することができるQ活性層が
5本で、活性導波路幅Wが4μm1 中M:領域幅W8
が1μm1一方の劈開面の反射率が約30%、他方の反
射率が約3%、凹面鏡の反射率が約95%に設定した半
導体レーザアレイ装置を炸裂し、その特性を調べると発
振閾値電流は約150mAであジ1光出力150mWま
で0 位相モードで発振し、!80゜位相モードの発振
全抑制することができft。
尚、本発明の半導体アレイは上述したGaAs−GaA
tAs系に限らず、InP−InGaAsP系その他の
材料?用い九半導体レーザアレイ装置に適用することが
できる。
tAs系に限らず、InP−InGaAsP系その他の
材料?用い九半導体レーザアレイ装置に適用することが
できる。
〈発明の効果〉
本発明は以上詳説した如く半導体レーザアレイ素子にお
いて、一方の劈開面の反射率全低減しかつこの劈開面に
相対面して0位相モードの出射光を選択的に反射し、活
性領域へ再入射させることができる外部共振面を形成し
たものであり、θ。
いて、一方の劈開面の反射率全低減しかつこの劈開面に
相対面して0位相モードの出射光を選択的に反射し、活
性領域へ再入射させることができる外部共振面を形成し
たものであり、θ。
位相モードの共振器ミラー損失金180 位相モードの
共振器ミラー損失に比べて大幅に低減することができ、
0 位相モードの損失全夏80 位相モードに比べて少
なくできるため、0位相モードの発振閾値電流全180
位相モードに比べて小さくすることができるOこの結
果、0°位相で同期したレーザ元金放射する半導体レー
ザアレイ装置が実現でき、高注入領域まで第4図@)に
示すような1本の遠視野像の高出力レーザ光を得ること
が可能となる。
共振器ミラー損失に比べて大幅に低減することができ、
0 位相モードの損失全夏80 位相モードに比べて少
なくできるため、0位相モードの発振閾値電流全180
位相モードに比べて小さくすることができるOこの結
果、0°位相で同期したレーザ元金放射する半導体レー
ザアレイ装置が実現でき、高注入領域まで第4図@)に
示すような1本の遠視野像の高出力レーザ光を得ること
が可能となる。
第1図は本発明の1実施例金示す半導体レーザアレイ装
置の基本構成図である。第2図(A)03)は本発明の
他の実施例を示す半導体レーザアレイ装置の側面図及び
平面図である。第3図(A)[F]>(C)■)は屈折
率導波型半導体レーザアレイ素子の基本構造及び屈折率
と電界強度分布を示す説明図である。第4図(イ)[F
])は活性層に平行方向の遠視野像上水す説明図である
。 11・・・GaAs基板 12・・・溝 13・・・n
−クラッド層 14・・・活性層 15・・・p−クラ
ッド層16・・・キャップ層 30・・・半導体レーザ
アレイ素子 31.32・・・At203膜 35・・
・凹面鏡 36・・・凸レンズ 37・・・平面鏡 代理人 弁理士 福 士 愛 彦′(他2名)第1図 (C) 詣繕
置の基本構成図である。第2図(A)03)は本発明の
他の実施例を示す半導体レーザアレイ装置の側面図及び
平面図である。第3図(A)[F]>(C)■)は屈折
率導波型半導体レーザアレイ素子の基本構造及び屈折率
と電界強度分布を示す説明図である。第4図(イ)[F
])は活性層に平行方向の遠視野像上水す説明図である
。 11・・・GaAs基板 12・・・溝 13・・・n
−クラッド層 14・・・活性層 15・・・p−クラ
ッド層16・・・キャップ層 30・・・半導体レーザ
アレイ素子 31.32・・・At203膜 35・・
・凹面鏡 36・・・凸レンズ 37・・・平面鏡 代理人 弁理士 福 士 愛 彦′(他2名)第1図 (C) 詣繕
Claims (1)
- 1、レーザ発振用共振器を構成する一対の劈開端面間に
複数本の平行な活性導波路を並設し、一方の前記劈開端
面に光反射率を低減する薄膜を形成しかつ該劈開端面に
対面する位置に0°位相モードの出射光を選択的に反射
して前記活性導波路へ再入射せしめる外部共振面を付設
したことを特徴とする半導体レーザアレイ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60105472A JPS61263185A (ja) | 1985-05-16 | 1985-05-16 | 半導体レ−ザアレイ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60105472A JPS61263185A (ja) | 1985-05-16 | 1985-05-16 | 半導体レ−ザアレイ装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61263185A true JPS61263185A (ja) | 1986-11-21 |
JPH0337876B2 JPH0337876B2 (ja) | 1991-06-06 |
Family
ID=14408533
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60105472A Granted JPS61263185A (ja) | 1985-05-16 | 1985-05-16 | 半導体レ−ザアレイ装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61263185A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4950622A (en) * | 1988-04-28 | 1990-08-21 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Method for manufacturing a surface emitting type AlGaAs/GaAs semiconductor laser diode |
CN110412544A (zh) * | 2019-08-23 | 2019-11-05 | 上海禾赛光电科技有限公司 | 激光发射系统以及包括所述激光发射系统的激光雷达 |
-
1985
- 1985-05-16 JP JP60105472A patent/JPS61263185A/ja active Granted
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4950622A (en) * | 1988-04-28 | 1990-08-21 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Method for manufacturing a surface emitting type AlGaAs/GaAs semiconductor laser diode |
CN110412544A (zh) * | 2019-08-23 | 2019-11-05 | 上海禾赛光电科技有限公司 | 激光发射系统以及包括所述激光发射系统的激光雷达 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0337876B2 (ja) | 1991-06-06 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |