JP2006093614A - Semiconductor laser element and semiconductor laser element array - Google Patents
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Abstract
Description
半導体レーザ素子からのレーザ光の放射角を小さくするための構造として、従来より、空間横シングルモード型の構造が知られている。このシングルモード型の半導体レーザ素子では、導波路内における発振モードを単一のモード(空間横基本モード)のみに限定するために、導波路の幅が狭く設定される。しかし、導波路の幅が狭いと出射端の面積も小さくなる。また、出射端においてレーザ光密度が過大になると、半導体レーザ素子の信頼性等に影響する。従って、導波路の幅が狭いシングルモード型の半導体レーザ素子では、高出力とすることが難しい。 As a structure for reducing the radiation angle of laser light from a semiconductor laser element, a spatial transverse single mode structure has been conventionally known. In this single mode type semiconductor laser device, the width of the waveguide is set narrow in order to limit the oscillation mode in the waveguide to only a single mode (spatial transverse fundamental mode). However, when the width of the waveguide is narrow, the area of the emission end is also reduced. Further, when the laser light density becomes excessive at the emission end, the reliability of the semiconductor laser element is affected. Therefore, it is difficult to achieve a high output in a single mode semiconductor laser device having a narrow waveguide width.
この問題点を解決するために、出射端へ向けて導波路幅が拡大された構造(以下、フレア構造という)の半導体レーザ素子が開発されている(例えば、特許文献1〜3参照)。一般的なフレア構造の半導体レーザ素子では、導波路内の発振モードが単一モードに限定されるように導波路の反射端側の幅が狭く形成される。そして、導波路の出射端側の幅は、高出力時においても出射端でのレーザ光密度が過大とならないよう広く形成される。導波路の反射端側において単一モードに限定されたレーザ光は、出射端へ向けて水平方向に拡がりながら導波路内を伝搬し、出射される。
In order to solve this problem, semiconductor laser elements having a structure in which the waveguide width is expanded toward the emission end (hereinafter referred to as flare structure) have been developed (see, for example,
しかしながら、フレア構造を有する従来の半導体レーザ素子では、導波路内における単一モード発振と、導波路の出射端におけるレーザ光密度の抑制とを同時に満足するために、導波路の反射端側の幅を出射端側の幅に比べて極端に狭くする必要がある。例えば、特許文献1の半導体レーザダイオードの導波路幅は、文献中に記載されているように、反射端側において4μm、出射端側において100μmとなっている。このように導波路の幅が両端で大きく異なると、導波路幅の寸法精度を確保するために、製造プロセスにおいて導波路の両端をそれぞれ別工程によって形成する必要が生じる。従って、製造工程が複雑化するとともに、製品の歩留まりが低下する。
However, in the conventional semiconductor laser device having a flare structure, the width of the reflection end side of the waveguide is satisfied in order to satisfy both the single mode oscillation in the waveguide and the suppression of the laser light density at the emission end of the waveguide. Needs to be extremely narrow compared to the width on the exit end side. For example, as described in the literature, the waveguide width of the semiconductor laser diode of
本発明は、上述の点を鑑みてなされたものであり、フレア構造における導波路の反射端側の幅と出射端側の幅との差を緩和できる半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子アレイを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and provides a semiconductor laser element and a semiconductor laser element array that can alleviate the difference between the width of the reflection end side and the emission end side of the waveguide in the flare structure. For the purpose.
上記課題を解決するために、本発明による半導体レーザ素子は、第1導電型クラッド層と、第2導電型クラッド層と、第1導電型クラッド層と第2導電型クラッド層との間に設けられた活性層と、所定の軸方向に並んで設けられ、互いに対向する光出射面及び光反射面と、活性層において構成され、光反射面及び光出射面に達する導波路とを備え、導波路が、モード選択部と、モード選択部に対して光出射面側に位置するフレア部とを有しており、モード選択部における側面と光出射面及び光反射面との相対角度θが、該側面における全反射臨界角θcに基づいており、フレア部における所定の軸方向と交差する方向の幅が、光出射面へ向けて拡大していることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a semiconductor laser device according to the present invention is provided between a first conductivity type cladding layer, a second conductivity type cladding layer, and between the first conductivity type cladding layer and the second conductivity type cladding layer. A light emitting surface and a light reflecting surface which are provided side by side in a predetermined axial direction and are opposed to each other, and a waveguide which is formed in the active layer and reaches the light reflecting surface and the light emitting surface. The waveguide has a mode selection section and a flare section positioned on the light emission surface side with respect to the mode selection section, and the relative angle θ between the side surface, the light emission surface, and the light reflection surface in the mode selection section is Based on the total reflection critical angle θc at the side surface, the width of the flare portion in the direction intersecting the predetermined axial direction is increased toward the light emitting surface.
上記半導体レーザ素子では、導波路のモード選択部の側面と光出射面及び光反射面との相対角度θが、該側面における全反射臨界角θcに基づいている。これにより、全反射臨界角θcより小さな入射角でモード選択部の側面に入射する光は、側面を透過して導波路外へ出てしまう。従って、導波路内を共振する光の光路は、全反射臨界角θc以上の入射角でモード選択部の側面に入射し、光出射面及び光反射面において略垂直に反射するような光路に限定される。このように、導波路の構造上、共振が起こるレーザ光の光路が限定されるので、導波路内でのレーザ発振に関わる光の角度成分が制限される。このため、導波光の位相が揃って、単一モードか或いは単一モードに近い発振が生じる。 In the semiconductor laser device, the relative angle θ between the side surface of the mode selection portion of the waveguide, the light emitting surface, and the light reflecting surface is based on the total reflection critical angle θc on the side surface. As a result, light incident on the side surface of the mode selection unit at an incident angle smaller than the total reflection critical angle θc passes through the side surface and exits from the waveguide. Therefore, the optical path of the light resonating in the waveguide is limited to an optical path that is incident on the side surface of the mode selection unit at an incident angle equal to or greater than the total reflection critical angle θc and is reflected substantially perpendicularly on the light exit surface and the light reflection surface. Is done. As described above, the optical path of the laser light that causes resonance is limited due to the structure of the waveguide, so that the angle component of the light related to the laser oscillation in the waveguide is limited. For this reason, the phases of the guided light are aligned, and oscillation in a single mode or near a single mode occurs.
この半導体レーザ素子によれば、上述のようにモード選択部の側面の角度を工夫することによって導波路における単一モード発振を実現しているので、モード選択部の幅は制限されない。従って、フレア構造における導波路の反射端側の幅(すなわちモード選択部の幅)と出射端側の幅(フレア部の出射端側の幅)との差を緩和することができ、製造プロセスを簡易にできる。 According to this semiconductor laser device, since the single mode oscillation in the waveguide is realized by devising the angle of the side surface of the mode selection section as described above, the width of the mode selection section is not limited. Therefore, the difference between the width on the reflection end side of the waveguide in the flare structure (that is, the width of the mode selection portion) and the width on the emission end side (width on the emission end side of the flare portion) can be reduced, and the manufacturing process can be reduced. It can be simplified.
また、半導体レーザ素子は、フレア部における一対の側面が、光出射面に対して導波路の内側に略等角をなすことを特徴としてもよい。フレア部の一対の側面がこのような構成を有することにより、モード選択部からフレア部へ進んできたレーザ光が横方向に対称にフレア部内を進むので、モード選択部において選択された単一あるいは単一に近いモードをフレア部において好適に維持することができる。 In addition, the semiconductor laser element may be characterized in that the pair of side surfaces in the flare portion are substantially equiangular with respect to the light emitting surface inside the waveguide. Since the pair of side surfaces of the flare section has such a configuration, the laser light traveling from the mode selection section to the flare section travels in the flare section symmetrically in the lateral direction. A mode close to single can be suitably maintained in the flare portion.
また、半導体レーザ素子は、光出射面と光反射面との間で導波路内を共振する光がモード選択部の一対の側面のそれぞれにおいて同じ回数反射するように、モード選択部の長さ及びモード選択部の一対の側面同士の間隔が設定されていることを特徴としてもよい。このように、共振する光がモード選択部の一対の側面のそれぞれにおいて同じ回数反射(全反射)することによって、共振する光は光反射面及び光出射面の双方において所定の軸方向に沿って好適に入射/反射することができる。また、共振する光をモード選択部の一対の側面において少なくとも1回ずつ全反射させることにより、モード選択部内において光出射面と光反射面とを直線で結ぶような光路の発生を抑制できる。従って、この半導体レーザ素子によれば、導波路内のレーザ光の光路を好適に制限することができる。 In addition, the length of the mode selection unit and the length of the mode selection unit are such that the light resonating in the waveguide between the light emitting surface and the light reflection surface is reflected the same number of times on each of the pair of side surfaces of the mode selection unit. An interval between the pair of side surfaces of the mode selection unit may be set. In this way, the resonating light is reflected (total reflection) the same number of times on each of the pair of side surfaces of the mode selection unit, so that the resonating light is along the predetermined axial direction on both the light reflecting surface and the light emitting surface. The incident / reflection can be suitably performed. Further, by causing the resonating light to be totally reflected at least once each on the pair of side surfaces of the mode selection unit, it is possible to suppress the generation of an optical path that connects the light emission surface and the light reflection surface in a straight line in the mode selection unit. Therefore, according to this semiconductor laser element, the optical path of the laser light in the waveguide can be suitably limited.
また、半導体レーザ素子は、モード選択部の側面と光出射面及び光反射面との相対角度θが、θc≦θ≦θc+1°の範囲内であることを特徴としてもよい。これによって、共振するレーザ光の光路を好適に限定することができるので、より単一モードに近いレーザ発振を得ることができる。 Further, the semiconductor laser element may be characterized in that a relative angle θ between the side surface of the mode selection unit, the light emitting surface, and the light reflecting surface is in a range of θc ≦ θ ≦ θc + 1 °. Thereby, the optical path of the resonating laser beam can be suitably limited, so that laser oscillation closer to a single mode can be obtained.
また、半導体レーザ素子は、モード選択部の側面と光出射面及び光反射面との相対角度θが、モード選択部の側面における全反射臨界角θcと略一致していることを特徴としてもよい。これによって、レーザ発振のモードをほぼ単一とすることができる。 In addition, the semiconductor laser element may be characterized in that the relative angle θ between the side surface of the mode selection unit and the light emitting surface and the light reflection surface substantially coincides with the total reflection critical angle θc on the side surface of the mode selection unit. . As a result, the laser oscillation mode can be made almost single.
本発明による半導体レーザ素子アレイは、上記したいずれかの半導体レーザ素子を複数備え、複数の半導体レーザ素子が、所定の軸方向と交差する方向に並んで配置されて一体に形成されていることを特徴とする。この半導体レーザ素子アレイによれば、上述したいずれかの半導体レーザ素子を複数備えることによって、大きな強度のレーザ光を出射できるとともに、フレア構造における導波路の反射端側の幅と出射端側の幅との差を緩和でき、製造プロセスを簡易にできる。 A semiconductor laser element array according to the present invention includes a plurality of any of the semiconductor laser elements described above, and the plurality of semiconductor laser elements are arranged side by side in a direction intersecting a predetermined axial direction. Features. According to this semiconductor laser element array, by providing a plurality of any of the semiconductor laser elements described above, it is possible to emit a laser beam having a high intensity, and the width of the reflection end side and the width of the emission end side of the waveguide in the flare structure The manufacturing process can be simplified.
本発明の半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子アレイによれば、フレア構造における導波路の反射端側の幅と出射端側の幅との差を緩和できる。 According to the semiconductor laser element and the semiconductor laser element array of the present invention, the difference between the width on the reflection end side and the width on the emission end side of the waveguide in the flare structure can be alleviated.
以下、添付図面を参照しながら本発明による半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子アレイの実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Embodiments of a semiconductor laser device and a semiconductor laser device array according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(第1の実施の形態)
図1は、本発明による半導体レーザ素子アレイの第1実施形態の構成を示す概略斜視図である。図1を参照すると、半導体レーザ素子アレイ1は、複数の半導体レーザ素子3が一体に形成されてなる。半導体レーザ素子アレイ1が備える半導体レーザ素子3の数は幾つでもよく、一つのみ備える場合はアレイではなく単体の半導体レーザ素子となる。半導体レーザ素子アレイ1は、所定の軸Aの方向に並んで設けられて互いに対向する光出射面1a及び光反射面1bを有する。本実施形態では、光出射面1a及び光反射面1bは互いに略平行に設けられており、それぞれが所定の軸Aと略垂直に交差している。光出射面1a上には、複数の半導体レーザ素子3それぞれのレーザ光出射端4eが水平方向に並んで配置されている。また、複数の半導体レーザ素子3のそれぞれは、リッジ状に成形された凸部25aを有する。凸部25aは、その長手方向が光出射面1a及び光反射面1bに対して斜めになるように設けられており、半導体レーザ素子3には凸部25aに対応して屈折率型の導波路(後述)が形成される。レーザ光出射端4eは、この導波路においてレーザ光が共振する共振端面であり、レーザ光はこの端面から出射する。複数の半導体レーザ素子3は、凸部25aの長手方向と交差する方向に並んで配置されて一体に形成されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a configuration of a first embodiment of a semiconductor laser element array according to the present invention. Referring to FIG. 1, a semiconductor
また、半導体レーザ素子アレイ1は、凸部25bを更に有する。凸部25bは、複数の半導体レーザ素子3にわたって、光出射面1aに沿って形成されている。凸部25bの一側面は、光出射面1aとなっている。凸部25bは、凸部25aそれぞれの光出射面1a側の端部と繋がっており、凸部25aそれぞれと一体に形成されている。
The semiconductor
図2(a)は、図1に示した半導体レーザ素子アレイ1のI−I断面の一部を示す断面図である。また、図2(b)は、図1に示した半導体レーザ素子アレイ1のII−II断面の一部を示す断面図である。図2(a)及び図2(b)を参照すると、半導体レーザ素子アレイ1を構成する半導体レーザ素子3は、基板11と、3層の半導体層が積層された積層体12とを備えている。積層体12は、n型クラッド層(第2導電型クラッド層)13、活性層15、及びp型クラッド層(第1導電型クラッド層)17の3つの半導体層が順に積層されて構成されている。p型クラッド層17には、凸部25aに対応するリッジ部9aと、凸部25bに対応する丘状部9bとが設けられている。リッジ部9a及び丘状部9bの外側の層には、p型クラッド層17と電気的に接続されるp型キャップ層19が設けられている。そして、リッジ部9aとp型キャップ層19とで凸部25aを構成しており、丘状部9bとp型キャップ層19とで凸部25bを構成している。
FIG. 2A is a cross-sectional view showing a part of the II cross section of the semiconductor
更に外側の層には外部からの電流を注入するp側電極層23が設けられている。また、p型クラッド層17及びp型キャップ層19とp側電極層23との間には、絶縁層21が設けられている。絶縁層21は、開口部21aを有している。開口部21aの一部は、凸部25aに対応する部分に形成されている。開口部21aの他の一部は、凸部25bにおいて凸部25aの一端から光出射面1aに達する領域に形成されている。また、積層体12とは反対側の基板11の面上にはn側電極層29が形成されている。
Furthermore, a p-
p側電極層23は、開口部21aを介してp型キャップ層19にのみ電気的に接触するようになっているので、外部からの電流注入は、p型キャップ層19の開口部21aに対応する領域にのみ限定してなされる。p型キャップ層19に電流が注入されると、開口部21aに対応する活性層15の領域が活性領域となる。この活性領域におけるリッジ部9aに対応する部分では、リッジ部9aとその周辺部との屈折率差によって、活性層15に実効的な屈折率差が生じる。従って、活性層15には、リッジ部9aの平面形状に応じた形状を有する屈折率型の導波路部分4aが生成される。後述するように、この導波路部分4aは導波路内部を共振するレーザ光の空間横モードを選択する作用を有するので、以下、この導波路部分4aをモード選択部4aと称する。
Since the p-
また、活性領域における丘状部9bに対応する部分では、絶縁層21の開口部21a直下への電流集中によって、丘状部9bにおける絶縁層21の開口部21aの平面形状に応じた形状を有する利得型の導波路部分4bが生成される。後述するように、この導波路部分4bは光出射面1a(レーザ光出射端4e)へ向けて拡大した平面形状を有するので、以下、この導波路部分4bをフレア部4bと称する。モード選択部4a及びフレア部4bは、導波路4を構成する。
Further, the portion corresponding to the hill-shaped
半導体レーザ素子3を構成する各層の材料を例示すると、基板11は、例えばn−GaAsからなる。n型クラッド層13は、例えばn−AlGaAsからなる。活性層15は、例えばGaInAs/AlGaAsによる多重量子井戸からなる。p型クラッド層17は、例えばp−AlGaAsからなる。p型キャップ層19は、例えばp−GaAsからなる。p側電極層23は、例えばTi/Pt/Auからなる。n側電極層29は、例えばAuGe/Auからなる。絶縁層21は、例えばSiN、SiO2、Al2O3のうち少なくとも一種類の材料からなる。
If the material of each layer which comprises the
なお、半導体レーザ素子3は、活性層15とn型クラッド層13との間、及び活性層15とp型クラッド層17との間に、導波路4に光を閉じ込めるための光ガイド層を備えても良い。半導体レーザ素子3が光ガイド層を備える場合には、光ガイド層は、隣接するクラッド層と同じ導電型でもよく、或いは導電型を決定する不純物が添加されていなくてもよい。
The
ここで、図3及び図4を参照してp型クラッド層17について説明する。図3はp型クラッド層17を含む積層体12の斜視図、図4(a)は積層体12の平面図、図4(b)は図4(a)に示した積層体12のIII−III断面を示す断面図、図4(c)は図4(a)に示した積層体12のIV−IV断面を示す断面図である。上述のとおり、積層体12は、n型クラッド層13、活性層15、及びp型クラッド層17の3つの半導体層が順に積層されて構成されている。
Here, the p-
p型クラッド層17には、凸状のリッジ部9aが形成されている。また、p型クラッド層17には、p型クラッド層17における他の領域(リッジ部9aを除く)よりも厚い丘状部9bが形成されている。p型クラッド層17のリッジ部9a及び丘状部9b以外の領域は、リッジ部9a及び丘状部9bよりも薄い薄厚部10となっている。リッジ部9aは、端面9fと、互いに略平行な一対の側面9g及び9hとを有する。一対の側面9g及び9hは、それぞれリッジ部9aの領域を規定しており、リッジ部9aと薄厚部10との境界となっている。端面9fは、光反射面1b上にある。側面9gは端面9fの一端から丘状部9bまで延び、側面9hは端面9fの他の一端から丘状部9bまで延びている。側面9g及び9hは、厚さ方向から見た平面図において、光出射面1a及び光反射面1bに対し相対角度θ1を有するように設けられている。丘状部9bは、側面9uを有する。丘状部9bの側面9uと対向する側面は光出射面1aであり、側面9uは光出射面1aに沿って延びている。側面9uは、丘状部9bの領域を規定しており、丘状部9bと薄厚部10との境界となっている。リッジ部9aの側面9g及び9hの一端は、丘状部9bの側面9uと繋がっている。
A
リッジ部9a上及び丘状部9b上には、絶縁層21の開口部21aが設けられている。なお、図3及び図4(a)では絶縁層21が示されていないので、開口部21aを点線によって図示している。開口部21aの一部は、リッジ部9aの側面9g及び9hに挟まれた領域に沿って延びている。開口部21aの他の一部は、丘状部9b上においてリッジ部9aの一端から光出射面1aに達する領域に、所定の軸Aの方向と交差する方向の幅が光出射面1aへ向けて拡大するように形成されている。なお、本実施形態では、丘状部9b上における開口部21aの一対の側面が、光出射面1aに対して開口部21aの内側に同じ角度θ2をなすように形成されている。
An
活性層15には、リッジ部9aの平面形状、及び丘状部9bにおける絶縁層21の開口部21aの平面形状に対応した導波路4(モード選択部4a、フレア部4b)が生成される。ここで、図5は、活性層15内に生成される導波路4の平面図である。導波路4は、モード選択部4a及びフレア部4bを有する。モード選択部4aには、リッジ部9aの端面9fに対応してレーザ光反射端4fが生成される。また、モード選択部4aには、リッジ部9aの側面9g、9hそれぞれに対応して一対の側面4g、4hが生成される。レーザ光反射端4fは、活性層15のへき開面の一部であり、レーザ光Lに対する一方の共振面として機能する。また、側面4g及び4hは、モード選択部4a内外の屈折率差によって生じる面であり、屈折率が連続的に変化している場合にはそれぞれが或る一定の厚さを有してもよい。側面4g及び4hは、導波路4内で発生したレーザ光Lを当該側面への入射角に応じて選択的に透過又は反射させる反射面として機能する。
In the
また、フレア部4bは、モード選択部4aに対して光出射面1a側に生成される。フレア部4bには、開口部21aの光出射面1a側の端部に対応してレーザ光出射端4eが生成される。また、フレア部4bには、開口部21aの一対の側面それぞれに対応して一対の側面4p、4qが生成される。レーザ光出射端4eは、活性層15のへき開面の一部であり、レーザ光Lに対する他方の共振面として機能する。また、側面4p及び4qは、絶縁層21の開口部21aの側面形状に応じて、レーザ光出射端4eへ向けてフレア部4bが拡大するように生成される。本実施形態では、側面4p及び4qとレーザ光出射端4e(光出射面1a)とがフレア部4bの内側に同じ角度θ2をなすように、側面4p及び4qが生成される。
Moreover, the
ここで、モード選択部4aの側面4g及び4hと光出射面1a及び光反射面1bとの相対角度θ1(すなわち、リッジ部9aの側面9g及び9hと光出射面1a及び光反射面1bとの相対角度θ1)は、モード選択部4aの側面4g、4hにおける全反射臨界角θcに基づいて決定される。ここで、モード選択部4aの側面4g、4hにおける全反射臨界角θcは、屈折率型導波路であるモード選択部4a内外の実効的な屈折率差によって規定される全反射臨界角である。
Here, the relative angle θ 1 between the side surfaces 4g and 4h of the
相対角度θ1が全反射臨界角θcに基づいて決定されることにより、モード選択部4aの一対の側面4g及び4hが、光出射面1a側または光反射面1b側から所定の軸Aの方向に沿って入射するレーザ光Lを全反射させる。なお、本実施形態において、全反射臨界角θcは、p型クラッド層17の薄厚部10の厚さに依存する。従って、側面4g及び4hにおける全反射臨界角θcは、例えば薄厚部10の厚さを調整するなどの方法によって任意の値に設定される。
By relative angle theta 1 is determined based on the total reflection critical angle .theta.c, a pair of
図5に示すように、レーザ光反射端4fにおいて所定の軸Aの方向に沿って略垂直に反射したレーザ光Lは、モード選択部4aの側面4hに入射角θ1で入射し、全反射する。そして、レーザ光Lは側面4gに入射角θ1で入射し、全反射する。その後、レーザ光Lは所定の軸Aの方向に沿って進み、フレア部4bを通ってレーザ光出射端4eに達する。このとき、フレア部4bの幅がレーザ光出射端4eへ向けて拡大しているので、フレア部4bでは、レーザ光Lは増幅作用を受けて水平方向に拡がりながら伝搬する。レーザ光出射端4eに達したレーザ光Lの一部は、レーザ光出射端4eを透過して外部へ出射される。また、残りのレーザ光L1はレーザ光出射端4eにおいて所定の軸Aの方向に沿って略垂直に反射し、再び側面4g及び4hで全反射してレーザ光反射端4fに戻る。このようにして、レーザ光Lは、レーザ光出射端4eとレーザ光反射端4fとの間を往復し、共振することとなる。
As shown in FIG. 5, the laser beam L reflected substantially perpendicularly along the direction of the predetermined axis A at the laser
なお、図5に示すように、導波路4のレーザ光出射端4e及びレーザ光反射端4fには、それぞれARコート16及びHRコート18が設けられていることが好ましい。また、導波路4の寸法の一例としては、モード選択部4aの幅を40μmとし、モード選択部4aの長さを1200μmとし、側面4g及び4hと光出射面1a及び光反射面1bとの相対角度θ1を86°とすることができる。また、フレア部4bの長さを430μmとし、レーザ光出射端4eの幅を100μmとすることができる。
As shown in FIG. 5, it is preferable that an
ここで、レーザ光Lが前述した光路に限定されるしくみについて説明する。図6は、側面4g(4h)に様々な入射角θiで入射する光L1〜L3について説明するための図である。図6を参照すると、側面4g(4h)に相対角度θ1(≧θc)と等しい入射角θiで入射したレーザ光L1は、側面4g(4h)において全反射し、レーザ光出射端4e(レーザ光反射端4f)に対し所定の軸Aの方向に沿って垂直に入射する。そして、レーザ光L1は、レーザ光出射端4e(レーザ光反射端4f)において反射したのち、同一の光路を辿って戻る。従って、レーザ光L1は同一光路上を共振することとなる。
Here, a mechanism in which the laser beam L is limited to the optical path described above will be described. FIG. 6 is a diagram for explaining light L1 to L3 incident on the
これに対し、側面4g(4h)に相対角度θ1よりも小さな入射角θi=θ1−Δθで入射したレーザ光L2は、θ1−Δθが全反射臨界角θcよりも小さいと、側面4g(4h)を透過することとなり、共振しない。また、側面4g(4h)に相対角度θ1よりも大きな入射角θi=θ1+Δθで入射したレーザ光L3は、入射角θiが全反射臨界角θcよりも大きいために側面4g(4h)において全反射するが、レーザ光出射端4e(レーザ光反射端4f)において反射した後、再度側面4g(4h)に入射する際に入射角θiがθi=θ1−Δθとなる。θ1−Δθの値が全反射臨界角θcよりも小さいと、レーザ光L3も、結局側面4g(4h)を透過することとなり、共振しない。このように、導波路4のモード選択部4aにおいては、Δθがθ1−Δθ≧θcを満たす場合に、入射角θi(θ1+Δθ≧θi≧θ1−Δθ)で側面4g及び4hに入射するレーザ光のみが選択的に共振することとなる。
In contrast, laser beam L2 incident at a small angle of incidence θi = θ 1 -Δθ than relative angle theta 1 to the side surfaces 4g (4h), when θ 1 -Δθ is smaller than the total reflection critical angle .theta.c, side surfaces 4g (4h) is transmitted and does not resonate. The laser beam L3 incident on the
相対角度θ1が全反射臨界角θcとほぼ一致していれば、上述したΔθをほぼゼロにできるのでレーザ光Lの角度成分を極めて狭い範囲に制限できる。しかし、実際には素子の温度変化による全反射臨界角θcの変化などを考慮する必要がある。相対角度θ1が全反射臨界角θcより大きい範囲で全反射臨界角θcに近ければ、レーザ光Lの角度成分を或る程度制限することができる。ここで、図7は、相対角度θ1の大きさが許容される範囲を説明するためのグラフである。図7において、横軸は相対角度θ1の大きさであり、縦軸は側面4g及び4hへのレーザ光Lの入射角θiと相対角度θ1との差θi−θ1である。なお、ここでは、側面4g及び4hにおける全反射臨界角θcを86°と仮定して説明する。 If the relative angle θ 1 substantially coincides with the total reflection critical angle θc, Δθ described above can be made substantially zero, so that the angle component of the laser light L can be limited to a very narrow range. However, in practice, it is necessary to consider changes in the total reflection critical angle θc due to changes in the temperature of the element. If the relative angle theta 1 is close to the total reflection critical angle θc at the total reflection critical angle θc is larger than the range, it is possible to some extent limit the angular component of the laser beam L. Here, FIG. 7 is a graph for explaining a range in which the magnitude of the relative angle θ 1 is allowed. In FIG. 7, the horizontal axis is the magnitude of the relative angle θ 1 , and the vertical axis is the difference θi−θ 1 between the incident angle θi of the laser light L on the side surfaces 4 g and 4 h and the relative angle θ 1 . Here, description will be made assuming that the total reflection critical angle θc at the side surfaces 4g and 4h is 86 °.
図7を参照すると、座標(θ1,θi−θ1)=(86,0)、(90,0)、(90,4)で囲まれる領域Bが図示されている。この領域Bは、レーザ光Lがレーザ光出射端4eとレーザ光反射端4fとの間で共振することができる範囲を示している。例えば、相対角度θ1が89°のとき、0°≦θi−θ1≦3°、すなわち入射角θiが86°以上89°以下のレーザ光Lであれば、側面4g及び4hにおいて全反射臨界角θc(=86°)を超えることなく共振することができる。しかしながら、相対角度θ1が全反射臨界角θcよりも過大であると、モード選択部4a内でのレーザ光Lの空間モード数が増大してしまう。従って、例えば相対角度θ1を86°≦θ1≦87°(すなわち、θc≦θ1≦θc+1°)とすることにより、0°≦θi−θ1≦1°、つまり入射角θiを86°以上87°以下に制限することができ、レーザ光Lの角度成分を実用上有効な程度に制限することができる。
Referring to FIG. 7, a region B surrounded by coordinates (θ 1 , θi−θ 1 ) = (86, 0), (90, 0), (90, 4) is illustrated. This region B indicates a range in which the laser beam L can resonate between the laser
このように、導波路4内でのレーザ発振に関わる光の角度成分は、モード選択部4aの側面4g、4hによって制限される。このため、導波光の位相が揃って、単一モードか或いは単一モードに近い発振が生じる。なお、モード選択部4aの長さ及び側面4g及び4h同士の間隔(すなわち、リッジ部9aの長さ及び一対の側面9g及び9h同士の間隔)は、レーザ光出射端4e(光出射面1a)とレーザ光反射端4f(光反射面1b)との間で共振するレーザ光Lが、モード選択部4aの一対の側面4g及び4hのそれぞれにおいて同じ回数反射するように設けられることが好ましい。
Thus, the angle component of the light related to laser oscillation in the
本実施形態の半導体レーザ素子3では、上述のようにモード選択部4aの側面4g、4hの角度を工夫することによって導波路4における単一モード発振を実現しているので、モード選択部4aの幅は制限されない。従って、従来のフレア構造の半導体レーザ素子においては導波路の反射端側(モード選択部分のリッジ導波路)の幅が数μmといった小さな幅に制限されるのに対し、本実施形態の半導体レーザ素子3においては導波路4のレーザ光反射端4f側の幅(すなわちモード選択部4aの幅)を数十μm以上とすることも可能である。このように、本実施形態の半導体レーザ素子3によれば、導波路4のレーザ光反射端4f側の幅と、レーザ光出射端4e側の幅(すなわちフレア部4bの最大幅)との差を緩和することができ、製造プロセスを簡易にできる。
In the
また、本実施形態の半導体レーザ素子3では、フレア部4bによってレーザ光出射端4eの幅が広くなっているので、導波路がモード選択部のみからなる場合と比較して、レーザ光Lの水平方向の出射角をより狭くできるとともに、より大きい強度のレーザ光を出射することが可能となる。ここで、図8は、本実施形態の半導体レーザ素子3を試作し、その遠視野像を観察した結果を示すグラフである。なお、図8においては、横軸に水平方向の放射角を示し、縦軸にレーザ光強度を示している。この試作では、モード選択部4aの長さを1200μm、モード選択部4aの幅を40μm、モード選択部4aの側面4g及び4hと光出射面1a及び光反射面1bとの相対角度θ1を側面4g及び4hにおける全反射臨界角θcと同程度とした。また、フレア部4bの長さを1000μm、フレア部4bの側面4p及び4qと光出射面1aとの相対角度θ2を85°〜87°とした。図8に示すように、試作した半導体レーザ素子3の半値全幅は1.1°程度に抑えられている。この値は、導波路がモード選択部のみからなる場合の半分程度である。このように、本実施形態の半導体レーザ素子3によれば、レーザ光Lの水平方向の出射角をより狭くできる。
Further, in the
また、導波路がモード選択部のみからなる場合、レーザ光出射端の幅を大きくするためには、導波路の長さ(共振器長)もレーザ光出射端の幅に応じて長くする必要がある。これに対し、本実施形態の半導体レーザ素子3によれば、導波路4がフレア部4bを有することにより、レーザ光出射端4eの幅を大きくすると同時に、導波路4の長さ(共振器長)を短く抑えることができる。従って、半導体レーザ素子アレイ1(半導体レーザ素子3)を小型化できる。また、導波路内部における光損失を低減することができるので、発光効率を向上できるとともに、閾値電流を下げることができる。
In addition, when the waveguide is composed only of the mode selection section, in order to increase the width of the laser light emitting end, the length of the waveguide (resonator length) needs to be increased according to the width of the laser light emitting end. is there. On the other hand, according to the
また、本実施形態の半導体レーザ素子3における発光効率の向上及び閾値電流の低減は、次に説明する作用によって更に顕著となる。この作用を、図9(a)及び図9(b)を参照しながら説明する。図9(a)は、本実施形態の導波路4の形状の一例を示す平面図である。図9(b)は、比較のため、従来のフレア型半導体レーザ素子の導波路形状の一例を示す平面図である。図9(a)に示すように、本実施形態では、導波路4のレーザ光反射端4f側の幅(すなわちモード選択部4aの幅)を、例えば40μmといった大きな値に設定することが可能である。他方、図9(b)に示すように、従来のフレア型半導体レーザ素子では、導波路104のレーザ光反射端104f側の幅(すなわちシングルモード型導波路部分104aの幅)を、例えば2.5μmといった小さな値にしか設定できない。なお、これらの例では、レーザ光出射端側の導波路幅を、本実施形態の導波路4、従来例の導波路104共に100μmとしている。
Further, the improvement of the light emission efficiency and the reduction of the threshold current in the
導波路4及び104においては、いずれもレーザ光出射端4e及び104eでの反射を利用してレーザ発振を得ているため、レーザ光出射端4e及び104eから導波路4及び104内部への戻り光La及びLbが存在する。この戻り光La及びLbのうちの一部は、それぞれモード選択部4a及びシングルモード型導波路部分104aへ戻り、レーザ発振に寄与する。また、戻り光La及びLbのうち残りは、それぞれフレア部4b及び104bの側面から導波路外へ出てしまい、レーザ発振には寄与しない。本実施形態のモード選択部4aの幅は従来のシングルモード型導波路部分104aの幅よりも広く(この例では、40μm/2.5μm=16倍)できるため、本実施形態の導波路4の構成によれば、より多くの戻り光Laをレーザ発振に寄与させることができる。従って、導波路4におけるレーザ発振の利得が高まるので、発光効率を更に向上し、閾値電流を更に低減できる。
In each of the
また、従来のフレア型導波路104においては、フレア部104bの側面からの戻り光Lbの散乱によって空間横モードが乱れ、遠視野像において空間横サイドモード(リップル)が発生するという問題があった。また、これを解決するために、例えば特許文献1のようにフレア部外に光吸収領域(放射モード抑制領域)を設けるなど、空間横サイドモードを抑制するための構成を付加する必要があった。これに対し、本実施形態の半導体レーザ素子3によれば、フレア部4bの側面4p、4qを従来のフレア部104bの側面よりも極端に狭くできるので、導波路4の構成のみによって空間横サイドモードを抑制することができる。
Further, in the conventional flare-
また、本実施形態の半導体レーザ素子3では、上述のように導波路4のレーザ光反射端4f側の幅を従来のフレア型半導体レーザ素子よりも大きくできる。従って、レーザ光反射端4fの幅が広くなり、レーザ光反射端4fにおけるレーザ光密度を低減できる。これにより、半導体レーザ素子の劣化の主原因である光学損傷(COD:Catastrophic Optical Damage)をレーザ光反射端4fにおいても抑制することができるので、素子の信頼性を高めるとともに、より強いレーザ光を発光することが可能となる。
In the
また、本実施形態の半導体レーザ素子3では、フレア部4bにおける一対の側面4p、4qが、光出射面1aに対して導波路4の内側に略等角(角度θ2)をなすことが好ましい。フレア部4bの一対の側面4p、4qがこのような構成を有することにより、モード選択部4aからフレア部4bへ進んできたレーザ光Lが、横方向に対称にフレア部4b内を進む。従って、モード選択部4aにおいて選択された単一あるいは単一に近いモードをフレア部4bにおいて好適に維持することができる。
In the
また、本実施形態の半導体レーザ素子3では、光出射面1aと光反射面1bとの間で導波路4内を共振するレーザ光Lが、モード選択部4aの一対の側面4g及び4hのそれぞれにおいて同じ回数反射するように、モード選択部4aの長さ及び側面間隔が設定されることが好ましい。これにより、レーザ光Lは光出射面1a及び光反射面1bの双方において所定の軸Aの方向に沿って略垂直に入射/反射することができる。また、レーザ光Lがモード選択部4aの側面4g、4hにおいて少なくとも1回ずつ全反射するので、モード選択部4a内において光出射面1aと光反射面1bとを直線で結ぶような光路は存在しない。従って、本実施形態の半導体レーザ素子3によれば、導波路4内のレーザ光Lの光路を好適に制限することができる。
In the
また、本実施形態による半導体レーザ素子アレイ1によれば、上記効果を有する半導体レーザ素子3を複数備えることによって、大きな強度のレーザ光を出射することができるとともに、導波路4のレーザ光反射端4f側の幅と、レーザ光出射端4e側の幅(すなわちフレア部4bの最大幅)との差を緩和することができ、製造プロセスを簡易にできる。
In addition, according to the semiconductor
さらに、本実施形態による半導体レーザ素子アレイ1は、次の効果を有する。すなわち、半導体レーザ素子アレイ1では、p型クラッド層17のリッジ部9aによって、活性層15に対して電流が部分的に集中して注入される。これにより、隣り合う半導体レーザ素子3の導波路4同士での光の結合や干渉が生じにくくなる。従って、導波路4同士の間隔を比較的狭くすることが可能になるので、導波路4をより多く設けることができ、大出力で安定したレーザ光を出射することができる。さらに、活性層15に対して電流が部分的に集中して注入されることにより、電気・光変換効率が高まり、無効電流を低減できるので、半導体レーザ素子3の熱発生を低減できる。従って、半導体レーザ素子アレイ1の信頼性が高まり、長寿命化を実現できる。
Furthermore, the semiconductor
次に、半導体レーザ素子アレイ1の製造方法について図10及び図11を参照しながら説明する。図10は、各製造工程における半導体レーザ素子アレイ1の拡大平面図を示している。また、図11は、各製造工程における半導体レーザ素子アレイ1のI−I断面(図1参照)における拡大断面図を示している。まず、n型GaAsからなる基板11を準備し、基板11上に順に、n型AlGaAsを2.0μm、GaInAs/AlGaAsを0.3μm、p型AlGaAsを2.0μm、p型GaAsを0.1μmエピタキシャル成長させ、それぞれn型クラッド層13、量子井戸構造を有する活性層15、p型クラッド層17、p型キャップ層19を形成する(図10(a)、図11(a)参照)。
Next, a method for manufacturing the semiconductor
続いて、p型キャップ層19側にフォトワークによりリッジ部9a及び丘状部9bに対応する形状に保護マスク24を形成し、p型キャップ層19及びp型クラッド層17をエッチングする。エッチングは活性層15に達しない深さで停止する(図10(b)、図11(b)参照)。続いて、SiN膜を結晶表面全体に堆積して絶縁層21を形成し、フォトワークにより一部のSiN膜を除去して開口部21aを形成する(図10(c)、図11(c)参照)。続いて、Ti/Pt/Au膜でp側電極層23を結晶表面全体に形成する。また、基板11側の表面の研磨、化学処理を行い、AuGe/Auによりn側電極層29を形成する(図10(d)、図11(d)参照)。最後に、光出射面1aにARコーティングを、光反射面1bにHRコーティングをそれぞれ行い、半導体レーザ素子3(半導体レーザ素子アレイ1)が完成する。
Subsequently, a
(第1の変形例)
次に、第1実施形態による半導体レーザ素子アレイ1(半導体レーザ素子3)の第1変形例について説明する。図12は、本変形例による半導体レーザ素子3aが有する導波路41を示す平面図である。本変形例の半導体レーザ素子3aと第1実施形態の半導体レーザ素子3との相違点は、モード選択部41aの平面形状である。
(First modification)
Next, a first modification of the semiconductor laser element array 1 (semiconductor laser element 3) according to the first embodiment will be described. FIG. 12 is a plan view showing a
本変形例の導波路41は、モード選択部41a及びフレア部41bを有する。このうち、フレア部41bの平面形状は、上述した第1実施形態のフレア部4bの平面形状と同様である。モード選択部41aは、互いに略平行な一対の側面41g及び41hと、互いに略平行な一対の側面41i及び41jとを有する。モード選択部41aの一端はレーザ光反射端41fとなっており、他端はフレア部41bと繋がっている。
The
モード選択部41aの側面41iの一端はレーザ光反射端41fの一端に接しており、側面41jの一端はレーザ光反射端41fの他端に接している。側面41iの他端は側面41gの一端に繋がっており、側面41jの他端は側面41hの一端に繋がっている。側面41gの他端はフレア部41bの側面41pに繋がっており、側面41hの他端はフレア部41bの側面41qに繋がっている。モード選択部41aの側面41g〜41jは、光出射面1a及び光反射面1bに対して相対角度θ1を有する。また、側面41g及び41hと側面41i及び41jとは、所定の軸Aの方向に対して互いに異なる方向に傾斜している。すなわち、側面41gと側面41iとは互いに角度π−2θ1をなして繋がっており、側面41hと側面41jとは互いに角度π−2θ1をなして繋がっている。なお、図中の補助線Cは、光出射面1a及び光反射面1bと平行な補助線である。このようなモード選択部41aの形状は、p型クラッド層17のリッジ部9aの平面形状をモード選択部41aの平面形状と同様に形成することによって好適に実現される。
One end of the
モード選択部41aの側面41g〜41jと光出射面1a及び光反射面1bとの相対角度θ1は、モード選択部41aの側面41g〜41jにおける全反射臨界角θcに基づいて決定される。これにより、モード選択部41aの一対の側面41g及び41h、並びに一対の側面41i及び41jが、光出射面1a側または光反射面1b側から所定の軸Aの方向に沿って入射するレーザ光Lを全反射させる。なお、本変形例では側面41g及び41hと光出射面1a及び光反射面1bとの相対角度、及び側面41i及び41jと光出射面1a及び光反射面1bとの相対角度を同じ角度θ1としているが、相対角度は互いに異なっても良い。その場合、側面41g及び41hの全反射臨界角と、側面41i及び41jの全反射臨界角とが互いに異なる。そして、側面41g〜41jと光出射面1a及び光反射面1bとの相対角度は、側面41g〜41jにおける全反射臨界角に基づいて個別に決定される。なお、側面41g〜41jにおける全反射臨界角は、例えばp型クラッド層17の薄厚部10の厚さを調整するなどの方法によって任意の値に設定することができる。
The relative angle θ 1 between the
レーザ光反射端41fにおいて所定の軸Aの方向に沿って略垂直に反射したレーザ光Lは、モード選択部41aの側面41iに入射角θ1で入射し、全反射する。そして、レーザ光Lは側面41jに入射角θ1で入射し、全反射する。レーザ光Lは所定の軸Aの方向に沿って進み、側面41hに入射角θ1で入射し、全反射する。そして、レーザ光Lは側面41gに入射角θ1で入射し、全反射する。こうして、側面41g〜41jで全反射したレーザ光Lは所定の軸Aの方向に沿って進み、フレア部41bにおいて増幅され、レーザ光出射端41eに達する。レーザ光出射端41eに達したレーザ光Lの一部は、レーザ光出射端41eを透過して外部へ出射される。また、他のレーザ光Lはレーザ光出射端41eにおいて所定の軸Aの方向に沿って略垂直に反射する。レーザ光出射端41eにおいて反射したレーザ光Lの一部はフレア部41bの側面41p、41qから導波路41の外部へ出てしまうが、残りはモード選択部41aの側面41g〜41jで再び全反射してレーザ光反射端41fに戻る。このようにして、レーザ光Lは、レーザ光出射端41eとレーザ光反射端41fとの間を往復し、共振することとなる。
The laser beam L reflected substantially perpendicularly along the direction of the predetermined axis A at the laser
本発明による半導体レーザ素子のモード選択部の平面形状は、第1実施形態のような形状に限らず、本変形例のような形状でもよい。この場合でも、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本変形例のモード選択部41aでは、側面41g及び41hと側面41i及び41jとは、所定の軸Aの方向に対する傾斜方向が互いに逆となっている。モード選択部41aをこのように構成することにより、制限された光路を共振するレーザ光L以外の光路の発生を効果的に防ぐことができるので、空間横サイドモードを更に抑制することができる。
The planar shape of the mode selection section of the semiconductor laser device according to the present invention is not limited to the shape as in the first embodiment, but may be the shape as in this modification. Even in this case, the same effect as the first embodiment can be obtained. Further, in the
(第2の変形例)
次に、第1実施形態による半導体レーザ素子アレイ1(半導体レーザ素子3)の第2変形例について説明する。図13は、本変形例による半導体レーザ素子3bが有する導波路42を示す平面図である。本変形例の半導体レーザ素子3bと第1実施形態の半導体レーザ素子3との相違点は、モード選択部42aの平面形状である。
(Second modification)
Next, a second modification of the semiconductor laser element array 1 (semiconductor laser element 3) according to the first embodiment will be described. FIG. 13 is a plan view showing a
本変形例の導波路42は、モード選択部42a及びフレア部42bを有する。このうち、フレア部42bの平面形状は、上述した第1実施形態のフレア部4bの平面形状と同様である。モード選択部42aは、互いに略平行な一対の側面42g及び42hと、互いに略平行な一対の側面42i及び42jと、互いに略平行な一対の側面42k及び42lと、互いに略平行な一対の側面42m及び42nとを有する。モード選択部42aの一端はレーザ光反射端42fとなっており、他端はフレア部42bと繋がっている。
The
モード選択部42aの側面42mの一端はレーザ光反射端42fの一端に接しており、側面42nの一端はレーザ光反射端42fの他端に接している。側面42mの他端は側面42kの一端に繋がっており、側面42nの他端は側面42lの一端に繋がっている。側面42kの他端は側面42iの一端に繋がっており、側面42lの他端は側面42jの一端に繋がっている。側面42iの他端は側面42gの一端に繋がっており、側面42jの他端は側面42hの一端に繋がっている。側面42gの他端はフレア部42bの側面42pに繋がっており、側面42hの他端はフレア部42bの側面42qに繋がっている。
One end of the
モード選択部42aの側面42g〜42nは、光出射面1a及び光反射面1bに対して相対角度θ1を有する。また、側面42g及び42h並びに側面42k及び42lと、側面42i及び42j並びに側面42m及び42nとは、所定の軸Aの方向に対して互いに異なる方向に傾斜している。このようなモード選択部42aの形状は、p型クラッド層17のリッジ部9aの平面形状をモード選択部42aの平面形状と同様に形成することによって好適に実現される。
モード選択部42aの側面42g〜42nと光出射面1a及び光反射面1bとの相対角度θ1は、モード選択部42aの側面42g〜42nにおける全反射臨界角θcに基づいて決定される。これにより、モード選択部42aの一対の側面42g及び42h、42i及び42j、42k及び42l、並びに42m及び42nが、光出射面1a側または光反射面1b側から所定の軸Aの方向に沿って入射するレーザ光Lを全反射させる。なお、本変形例においても、側面42g〜42nと光出射面1a及び光反射面1bとの相対角度は各側面で互いに異なっても良い。
The relative angle θ 1 between the
レーザ光反射端42fにおいて所定の軸Aの方向に沿って略垂直に反射したレーザ光Lは、モード選択部42aの側面42mに入射角θ1で入射し、全反射する。そして、レーザ光Lは側面42nに入射角θ1で入射し、全反射する。同様にして、レーザ光Lは側面42l、42k、42i、42j、42h、及び42gにおいてそれぞれ入射角θ1で入射し、全反射する。こうして、側面42g〜42nで全反射したレーザ光Lは所定の軸Aの方向に沿って進み、フレア部42bにおいて増幅され、レーザ光出射端42eに達する。レーザ光出射端42eに達したレーザ光Lの一部は、レーザ光出射端42eを透過して外部へ出射される。また、他のレーザ光Lはレーザ光出射端42eにおいて所定の軸Aの方向に沿って略垂直に反射する。レーザ光出射端42eにおいて反射したレーザ光Lの一部はフレア部42bの側面42p、42qから導波路42の外部へ出てしまうが、残りはモード選択部42aの側面42g〜42nで再び全反射してレーザ光反射端42fに戻る。このようにして、レーザ光Lは、レーザ光出射端42eとレーザ光反射端42fとの間を往復し、共振することとなる。
The laser beam L reflected substantially perpendicularly along the direction of the predetermined axis A at the laser
本発明による半導体レーザ素子のモード選択部の平面形状は、第1実施形態のような形状に限らず、本変形例のような形状でもよい。この場合でも、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本変形例のモード選択部42aでは、側面42g及び42hと側面42i及び42jとは、所定の軸Aの方向に対する傾斜方向が互いに逆となっている。モード選択部42aをこのように構成することにより、制限された光路を共振するレーザ光L以外の光路の発生を効果的に防ぐことができるので、空間横サイドモードを更に抑制することができる。
The planar shape of the mode selection section of the semiconductor laser device according to the present invention is not limited to the shape as in the first embodiment, but may be the shape as in this modification. Even in this case, the same effect as the first embodiment can be obtained. In the
本発明による半導体レーザ素子のモード選択部の平面形状は、第1実施形態のような形状に限らず、本変形例のような形状でもよい。この場合でも、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本変形例の導波路42では、側面42g及び42h並びに側面42k及び42lと、側面42i及び42j並びに側面42m及び42nとは、所定の軸Aの方向に対する傾斜方向が互いに逆となっている。これにより、空間横サイドモードを更に抑制できる。
The planar shape of the mode selection section of the semiconductor laser device according to the present invention is not limited to the shape as in the first embodiment, but may be the shape as in this modification. Even in this case, the same effect as the first embodiment can be obtained. Further, in the
(第3の変形例)
次に、第1実施形態による半導体レーザ素子アレイ1(半導体レーザ素子3)の第3変形例について説明する。図14は、本変形例による半導体レーザ素子3cが有する導波路43を示す平面図である。本変形例の半導体レーザ素子3cと第1実施形態の半導体レーザ素子3との相違点は、モード選択部43aの平面形状である。
(Third Modification)
Next, a third modification of the semiconductor laser element array 1 (semiconductor laser element 3) according to the first embodiment will be described. FIG. 14 is a plan view showing a
本変形例の導波路43は、モード選択部43a及びフレア部43bを有する。このうち、フレア部43bの平面形状は、上述した第1実施形態のフレア部4bの平面形状と同様である。モード選択部43aは、互いに略平行な一対の側面43g及び43hを有する。モード選択部43aの一端はレーザ光反射端43fとなっており、他端はフレア部43bと繋がっている。
The
モード選択部43aの側面43gの一端はレーザ光反射端43fの一端に接しており、側面43hの一端はレーザ光反射端43fの他端に接している。側面43gの他端はフレア部43bの側面43pに繋がっており、側面43hの他端はフレア部43bの側面43qに繋がっている。側面43g及び43hは、光出射面1a及び光反射面1bに対して相対角度θ1を有する。この相対角度θ1は、側面43g及び43hにおける全反射臨界角θcに基づいて決定される。これにより、モード選択部43aの一対の側面43g及び43hが、光出射面1a側または光反射面1b側から所定の軸Aの方向に沿って入射するレーザ光Lを全反射させる。また、導波路43の長さ及び側面43gと側面43hとの間隔は、光出射面1aと光反射面1bとの間で導波路43内を共振するレーザ光Lが導波路43の一対の側面43g及び43hのそれぞれにおいて2回ずつ反射するように設定されている。
One end of the
レーザ光反射端43fにおいて所定の軸Aの方向に沿って略垂直に反射したレーザ光Lは、モード選択部43aの側面43hに入射角θ1で入射し、全反射する。そして、レーザ光Lは側面43gに入射角θ1で入射し、全反射する。レーザ光Lは、所定の軸Aの方向に沿って進み、側面43hに入射角θ1で再び入射し、全反射する。そして、レーザ光Lは側面43gに入射角θ1で再び入射し、全反射する。こうして、側面43g及び43hのそれぞれにおいて2回ずつ全反射したレーザ光Lは所定の軸Aの方向に沿って進み、フレア部43bにおいて増幅され、レーザ光出射端43eに達する。レーザ光出射端43eに達したレーザ光Lの一部は、レーザ光出射端43eを透過して外部へ出射される。また、他のレーザ光Lはレーザ光出射端43eにおいて所定の軸Aの方向に沿って略垂直に反射する。レーザ光出射端43eにおいて反射したレーザ光Lの一部はフレア部43bの側面43p、43qから導波路43の外部へ出てしまうが、残りはモード選択部43aの側面43g及び43hのそれぞれにおいて再び2回ずつ全反射してレーザ光反射端43fに戻る。このようにして、レーザ光Lは、レーザ光出射端43eとレーザ光反射端43fとの間を往復し、共振することとなる。
The laser beam L reflected substantially perpendicularly along the direction of the predetermined axis A at the laser
本発明による半導体レーザ素子の導波路の平面形状は、第1実施形態のような形状に限らず、本変形例のような形状でもよい。この場合でも、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本変形例のモード選択部43aでは、側面43g及び43hにおけるレーザ光Lの反射回数が第1実施形態のモード選択部4aよりも多いため、レーザ光Lの光路を更に厳しく制限することができる。
The planar shape of the waveguide of the semiconductor laser device according to the present invention is not limited to the shape as in the first embodiment, but may be the shape as in this modification. Even in this case, the same effect as the first embodiment can be obtained. Further, in the
(第2の実施の形態)
続いて、本発明による半導体レーザ素子アレイ及び半導体レーザ素子の第2実施形態について説明する。図15は、本実施形態による半導体レーザ素子アレイ1dの構成を示す概略斜視図である。半導体レーザ素子アレイ1dは、複数の半導体レーザ素子3dが一体に形成されてなる。半導体レーザ素子アレイ1dは、第1実施形態の半導体レーザ素子アレイ1と同様に、光出射面1a及び光反射面1bを有する。光出射面1a上には、複数の半導体レーザ素子3dそれぞれのレーザ光出射端44eが水平方向に並んで配置されている。また、複数の半導体レーザ素子3のそれぞれは、リッジ状に成形された凸部26を有する。凸部26の光反射面1b側の一部は、その長手方向が光出射面1a及び光反射面1bに対して斜めになるように設けられている。また、凸部26の光出射面1a側の一部は、光出射面1aに向けてその幅が拡大するように設けられている。半導体レーザ素子3dには、凸部26に対応して屈折率型の導波路(後述)が形成される。レーザ光出射端44eは、この導波路においてレーザ光が共振する共振端面であり、レーザ光はこの端面から出射する。複数の半導体レーザ素子3dは、凸部26の長手方向と交差する方向に並んで配置されて一体に形成されている。
(Second Embodiment)
Next, a semiconductor laser device array and a semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 15 is a schematic perspective view showing the configuration of the semiconductor
図16は、図1に示した半導体レーザ素子アレイ1のV−V断面の一部を示す断面図である。図16を参照すると、半導体レーザ素子アレイ1dを構成する半導体レーザ素子3dは、基板11と、3層の半導体層が積層された積層体14とを備えている。積層体14は、n型クラッド層(第2導電型クラッド層)13、活性層15、及びp型クラッド層(第1導電型クラッド層)20の3つの半導体層が順に積層されて構成されている。p型クラッド層20には、凸部26の光反射面1b側の部分に対応するリッジ部28aと、凸部26の光出射面1a側の部分に対応するリッジ部28bとが設けられている。リッジ部28a及び28bの外側の層には、p型クラッド層20と電気的に接続されるp型キャップ層22が設けられている。そして、リッジ部28aとp型キャップ層22とで凸部26の一部を構成しており、リッジ部28bとp型キャップ層22とで凸部26の他の一部を構成している。
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a part of a VV cross section of the semiconductor
更に外側の層には外部からの電流を注入するp側電極層23が設けられている。また、p型クラッド層20及びp型キャップ層22とp側電極層23との間には、絶縁層45が設けられている。絶縁層45は、開口部45aを有している。開口部45aの一部は、リッジ部28a上に形成されている。開口部45aの他の一部は、リッジ部28b上に形成されている。また、積層体14とは反対側の基板11の面上にはn側電極層29が形成されている。
Furthermore, a p-
p側電極層23は、開口部45aを介してp型キャップ層22にのみ電気的に接触するようになっているので、外部からの電流注入は、p型キャップ層22の開口部45aに対応する領域にのみ限定してなされる。p型キャップ層22に電流が注入されると、開口部45aに対応する活性層15の領域が活性領域となる。この活性領域におけるリッジ部28aに対応する部分では、リッジ部28aとその周辺部との屈折率差によって、活性層15に実効的な屈折率差が生じる。従って、活性層15には、リッジ部28aの平面形状に応じた形状を有する屈折率型の導波路部分(モード選択部44a)が生成される。このモード選択部44aは、第1実施形態のモード選択部4aと同様に、レーザ光の空間横モードを選択する作用を有する。
Since the p-
また、活性領域におけるリッジ部28bに対応する部分では、リッジ部28bとその周辺部との屈折率差によって、活性層15に実効的な屈折率差が生じる。従って、活性層15には、リッジ部28bの平面形状に応じた形状を有する屈折率型の導波路部分(フレア部44b)が生成される。このフレア部44bは、第1実施形態のフレア部4bと同様に、光出射面1a(レーザ光出射端44e)へ向けて拡大した平面形状を有する。モード選択部44a及びフレア部44bは、導波路44を構成する。
Further, in the portion corresponding to the
半導体レーザ素子3dを構成する各層の材料は、第1実施形態の半導体レーザ素子3と同様の材料を用いることができる。また、半導体レーザ素子3dは、活性層15とn型クラッド層13との間、及び活性層15とp型クラッド層20との間に、導波路44に光を閉じ込めるための光ガイド層を備えても良い。
The material of each layer constituting the
ここで、図17及び図18を参照してp型クラッド層20について説明する。図17はp型クラッド層20を含む積層体14の斜視図、図18(a)は積層体14の平面図、図18(b)は図18(a)に示した積層体14のVI−VI断面を示す断面図、図18(c)は図18(a)に示した積層体14のVII−VII断面を示す断面図である。上述のとおり、積層体14は、n型クラッド層13、活性層15、及びp型クラッド層20の3つの半導体層が順に積層されて構成されている。
Here, the p-
p型クラッド層20には、凸状のリッジ部28a及び28bが形成されている。p型クラッド層20のリッジ部28a及び28b以外の領域は、リッジ部28a及び28bよりも薄い薄厚部46となっている。リッジ部28aは、端面28fと、互いに略平行な一対の側面28g及び28hとを有する。一対の側面28g及び28hは、それぞれリッジ部28aの領域を規定しており、リッジ部28aと薄厚部46との境界となっている。端面28fは、光反射面1b上にある。側面28gは端面28fの一端からリッジ部28bまで延び、側面28hは端面28fの他の一端からリッジ部28bまで延びている。側面28g及び28hは、厚さ方向から見た平面図において、光出射面1a及び光反射面1bに対し相対角度θ1を有するように設けられている。
On the p-
リッジ部28bは、端面28eと、一対の側面28p及び28qとを有する。一対の側面28p及び28qは、それぞれリッジ部28bの領域を規定しており、リッジ部28bと薄厚部46との境界となっている。端面28eは、光出射面1a上にある。側面28pは端面28eの一端からリッジ部28aの側面28gまで延び、側面28qは端面28eの他の一端からリッジ部28aの側面28hまで延びている。側面28p及び28qは、光出射面1aへ向けてその横幅が拡がる角度で設けられている。具体的には、側面28p及び28qは、厚さ方向から見た平面図において、光出射面1aに対しリッジ部28bの内側に相対角度θ2を有するように設けられている。
The
リッジ部28a上及び28b上には、絶縁層45の開口部45aが設けられている。開口部45aの一部は、リッジ部28aの側面28g及び28hに挟まれた領域に沿って延びている。開口部45aの他の一部は、リッジ部28bの側面28g及び28hに挟まれた領域に沿って延びており、光出射面1aへ向けてその幅が拡大するように設けられている。
An
活性層15には、リッジ部28a及び28bの平面形状に対応した導波路44(モード選択部44a、フレア部44b)が生成される。ここで、図19は、活性層15内に生成される導波路44の平面図である。導波路44は、モード選択部44a及びフレア部44bを有する。モード選択部44aには、リッジ部28aの端面28fに対応してレーザ光反射端44fが生成される。また、モード選択部44aには、リッジ部28aの側面28g、28hそれぞれに対応して一対の側面44g、44hが生成される。レーザ光反射端44fは、活性層15のへき開面の一部であり、レーザ光Lに対する一方の共振面として機能する。また、側面44g及び44hは、モード選択部44a内外の屈折率差によって生じる面であり、屈折率が連続的に変化している場合にはそれぞれが或る一定の厚さを有してもよい。側面44g及び44hは、導波路44内で発生したレーザ光Lを当該側面への入射角に応じて選択的に透過又は反射させる反射面として機能する。
In the
また、フレア部44bは、モード選択部44aに対して光出射面1a側に生成される。フレア部44bには、リッジ部28bの端面28eに対応してレーザ光出射端44eが生成される。また、フレア部44bには、リッジ部28bの側面28p及び28qそれぞれに対応して一対の側面44p、44qが生成される。レーザ光出射端44eは、活性層15のへき開面の一部であり、レーザ光Lに対する他方の共振面として機能する。また、側面44p及び44qは、リッジ部28bの側面28p及び28qの平面形状に応じて、レーザ光出射端44eへ向けてフレア部44bが拡大するように生成される。本実施形態では、側面44p及び44qとレーザ光出射端44e(光出射面1a)とがフレア部44bの内側に同じ角度θ2をなすように、側面44p及び44qが生成される。
Moreover, the
モード選択部44aの側面44g及び44hと光出射面1a及び光反射面1bとの相対角度θ1(すなわち、リッジ部28aの側面28g及び28hと光出射面1a及び光反射面1bとの相対角度θ1)は、モード選択部44aの側面44g、44hにおける全反射臨界角θcに基づいて決定される。これによって、第1実施形態のモード選択部4aと同様の作用が生じるので、レーザ光Lの光路が限定される。また、フレア部44bでは第1実施形態のフレア部4bと同様の作用が生じるので、レーザ光Lは、増幅作用を受けて水平方向に拡がりながらフレア部4b内部を伝搬する。
Relative angle θ 1 between the side surfaces 44g and 44h of the
なお、本実施形態においても、導波路44のレーザ光出射端44e及びレーザ光反射端44fに、それぞれARコート16及びHRコート18が設けられていることが好ましい。また、導波路44の寸法の一例としては、モード選択部44aの幅を40μmとし、モード選択部44aの長さを1200μmとし、側面44g及び44hと光出射面1a及び光反射面1bとの相対角度θ1を86°とすることができる。また、フレア部44bの長さを1000μmとし、側面44p及び44qと光出射面1aとの相対角度θ2を85°〜87°とすることができる。
Also in the present embodiment, it is preferable that the
本発明による半導体レーザ素子のフレア部は、第1実施形態のフレア部4bのように利得型導波路によって構成される以外にも、本実施形態のフレア部44bのように屈折率型導波路によって構成されてもよい。これによって、第1実施形態の半導体レーザ素子3と同様に、レーザ光Lの水平方向の出射角をより狭くできるとともに、より大きい強度のレーザ光を出射することが可能となる。
The flare portion of the semiconductor laser device according to the present invention is not only constituted by a gain type waveguide as in the
また、本実施形態の半導体レーザ素子3dによれば、第1実施形態の半導体レーザ素子3と同様に、モード選択部44aの幅が制限されない。従って、導波路44のレーザ光反射端44f側の幅と、レーザ光出射端44e側の幅(すなわちフレア部44bの最大幅)との差を緩和することができ、製造プロセスを簡易にできる。さらに、レーザ光出射端44eの幅を大きくすると同時に、導波路44の長さ(共振器長)を短く抑えることができるので、半導体レーザ素子(半導体レーザ素子アレイ)を小型化できる。また、これにより、導波路内部における光損失を低減することができるので、発光効率を向上できるとともに、閾値電流を下げることができる。
Further, according to the
また、本実施形態の半導体レーザ素子3dによれば、フレア部44bの側面44p、44qを従来のフレア部の側面よりも極端に狭くできるので、導波路44の構成のみによって空間横サイドモードを抑制することができる。また、レーザ光反射端44fの幅を広くできるので、レーザ光反射端44fにおけるレーザ光密度を低減できる。これにより、CODをレーザ光反射端44fにおいても抑制することができるので、素子の信頼性を高めるとともに、より強いレーザ光を発光することが可能となる。
Further, according to the
(第3の実施の形態)
続いて、本発明による半導体レーザ素子(半導体レーザ素子アレイ)の第3実施形態について説明する。図20は、本実施形態による半導体レーザ素子アレイの構成の一部を示す断面図である。なお、図20に示す断面は、第1実施形態の半導体レーザ素子アレイ1におけるI−I断面(図1参照)に相当する断面であり、導波路の断面を示している。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the semiconductor laser element (semiconductor laser element array) according to the present invention will be described. FIG. 20 is a cross-sectional view showing a part of the configuration of the semiconductor laser element array according to the present embodiment. The cross section shown in FIG. 20 is a cross section corresponding to the II cross section (see FIG. 1) in the semiconductor
本実施形態の半導体レーザ素子アレイは、複数の半導体レーザ素子3eを備える。半導体レーザ素子3eは、n型半導体からなる基板11、n型クラッド層(第2導電型クラッド層)31、光ガイド層32、多重量子井戸構造の活性層33、光ガイド層34、p型クラッド層(第1導電型クラッド層)35、及びp型キャップ層36が順に積層されて構成されている。光ガイド層32及び34は、活性層33内部及びその近傍に光を閉じ込めるための層である。光ガイド層34及びp型クラッド層35は、凸状のリッジ部39を構成している。リッジ部39の平面形状は、第1実施形態のリッジ部9aと同様である。光ガイド層34のリッジ部39以外の領域は、リッジ部39よりも薄い薄厚部34aとなっている。また、p型キャップ層36は、リッジ部39上に設けられており、p型クラッド層35と電気的に接続される。
The semiconductor laser element array of this embodiment includes a plurality of
また、半導体レーザ素子3eは、電流ブロック部37a及び37b、p側電極層38、及びn側電極層29を更に備える。このうち、n側電極層29の構成は上記第1実施形態と同様である。電流ブロック部37a及び37bは、リッジ部39に電流を集中的に流すための部分である。電流ブロック部37a及び37bは、例えばp型クラッド層35とは反対導電型の半導体や、或いは絶縁性材料によって構成される。電流ブロック部37a及び37bは、それぞれリッジ部39の側面39g及び39hに沿って薄厚部34a上に設けられる。p側電極層38は、リッジ部39上及び電流ブロック部37a、37b上にわたって設けられており、リッジ部39上においてp型キャップ層36と接触している。
The
活性層33には、リッジ部39による実効的な屈折率差が生じることにより、リッジ部39の形状に対応したモード選択部30となる屈折率型の導波路が生成される。モード選択部30の側面30g及び30hと光出射面1a及び光反射面1b(図1参照)との相対角度は、側面30g及び30hにおける全反射臨界角θcに基づいて決定される。本実施形態において、全反射臨界角θcは、電流ブロック部37a及び37bの材料組成に依存する。すなわち、電流ブロック部37a及び37bの材料組成を変化させると、電流ブロック部37a及び37bの屈折率が変化する。従って、側面30g及び30hにおける実効的な屈折率差が変化するので、全反射臨界角θcが変化することとなる。なお、モード選択部30の側面30g及び30hは、モード選択部30内外の屈折率差によって生じる面であり、屈折率が連続的に変化している場合には或る一定の厚さを有してもよい。
In the
本発明におけるモード選択部は、第1実施形態のようなリッジ型の構成に限らず、本実施形態の半導体レーザ素子3eのような構成でも好適に実現することができる。また、本発明におけるフレア部にも屈折率型導波路を構成する場合には、図20に示したような断面構成をフレア部の周辺構造にも適用するとよい。
The mode selection unit in the present invention is not limited to the ridge type configuration as in the first embodiment, but can be suitably realized in the configuration as in the
(第4の実施の形態)
続いて、本発明による半導体レーザ素子(半導体レーザ素子アレイ)の第4実施形態について説明する。図21は、本実施形態による半導体レーザ素子アレイの構成の一部を示す断面図である。本実施形態の半導体レーザ素子アレイは、いわゆる埋め込みヘテロ構造を有する複数の半導体レーザ素子3fによって構成されている。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the semiconductor laser element (semiconductor laser element array) according to the present invention will be described. FIG. 21 is a cross-sectional view showing a part of the configuration of the semiconductor laser element array according to the present embodiment. The semiconductor laser element array of the present embodiment is constituted by a plurality of
図21を参照すると、本実施形態の半導体レーザ素子3fは、n型半導体からなる基板11を備える。また、半導体レーザ素子3fは、n型クラッド層71、光ガイド層72、活性層73、光ガイド層74、p型クラッド層75、及びp型キャップ層76を備える。これらの層は、順に基板11上に積層されており、積層体79を構成している。積層体79は、第1実施形態のリッジ部9aの平面形状と同様の平面形状を有する。積層体79は、一対の側面79g及び79hを有する。活性層73は、積層体79の側面79g及び79hにそれぞれ含まれる側面73g及び73hを有する。
Referring to FIG. 21, the
また、半導体レーザ素子3fは、電流ブロック部77a及び77bと、p側電極層78と、n側電極層29とを備える。このうち、n側電極層29の構成は上記第1実施形態と同様である。電流ブロック部77a及び77bは、活性層73へ電流を狭窄して流すための部分である。電流ブロック部77a及び77bは、例えばアンドープの半導体材料、或いは絶縁性材料によって構成される。電流ブロック部77aは、積層体79の側面79gに沿って(すなわち活性層73の側面73gに沿って)、基板11上に設けられる。また、電流ブロック部77bは、積層体79の側面79hに沿って(すなわち活性層73の側面73hに沿って)、基板11上に設けられる。p側電極層78は、積層体79上、電流ブロック部77a上、及び電流ブロック部77b上にわたって設けられており、積層体79上においてp型キャップ層76と接触している。
Further, the
活性層73には、側面73g及び73hにおいて活性層内外に屈折率差が生じることにより、モード選択部70となる屈折率型の導波路が形成される。モード選択部70は、活性層73の側面73g及び73hのそれぞれによって規定される一対の側面70g及び70hを有する。モード選択部70の側面70g及び70hと光出射面1a及び光反射面1bとの相対角度(すなわち活性層73の側面73g及び73hと光出射面1a及び光反射面1bとの相対角度)は、側面70g及び70hにおける全反射臨界角θcに基づいて決定される。本実施形態において、全反射臨界角θcは、電流ブロック部77a及び77bと活性層73との屈折率差に依存する。この屈折率差は、例えば電流ブロック部77a及び77bの材料組成を調整することによって任意に設定することができる。
In the
本発明におけるモード選択部は、本実施形態の半導体レーザ素子3fのような埋め込み型の構成でも好適に実現することができる。また、本発明におけるフレア部にも屈折率型導波路を構成する場合には、図21に示したような断面構成をフレア部の周辺構造にも適用するとよい。
The mode selection unit in the present invention can be suitably realized even in a buried type configuration like the
(第5の実施の形態)
次に、本発明による半導体レーザ素子アレイの第5実施形態について説明する。図22は、本実施形態による半導体レーザ素子アレイの構成の一部を示す断面図である。本実施形態の半導体レーザ素子アレイは、複数の半導体レーザ素子3gを備える。半導体レーザ素子3gは、第2の半導体部61を備える。第2の半導体部61は、n型半導体からなる基板51と、基板51上に積層されたn型クラッド層52と、n型クラッド層52上に積層された光ガイド層53とを含んで構成されている。また、第2の半導体部61は、光ガイド層53の表面に主面61cを有する。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the semiconductor laser element array according to the present invention will be described. FIG. 22 is a cross-sectional view showing a part of the configuration of the semiconductor laser element array according to the present embodiment. The semiconductor laser element array of this embodiment includes a plurality of
また、第2の半導体部61は、凸状のリッジ部61aを有する。リッジ部61aは、第1実施形態のリッジ部9a(図3参照)と同様の平面形状を有する。リッジ部61aは、主面61cを分割する位置に形成されている。リッジ部61aは、主面61cとリッジ部61aとの境界となる一対の側面61g及び61hを有する。
The
また、半導体レーザ素子3gは、第1の半導体部60と、第1の半導体部60及び第2の半導体部61の間に位置する活性層54と、p型キャップ層57とを備える。第1の半導体部60は、光ガイド層55及びp型クラッド層56を含んで構成される。活性層54、光ガイド層55、p型クラッド層56、及びp型キャップ層57は、リッジ部61a上を含む第2の半導体部61上に順に積層される。
The
また、半導体レーザ素子3gは、絶縁膜58、p側電極層59、及びn側電極層64を備える。p側電極層59はp型キャップ層57上に設けられており、絶縁膜58はp側電極層59とp型キャップ層57との間に設けられている。絶縁膜58には、第2の半導体部61のリッジ部61aに対応する領域に開口部58aが形成されており、開口部58aを介してp側電極層59とp型キャップ層57とが互いに接触している。また、絶縁膜58の開口部58aに対応するp型クラッド層56の領域は、Znが拡散されて低抵抗領域56aとなっている。開口部58a及び低抵抗領域56aは、活性層54におけるリッジ部61a上の領域に電流を集中させるための手段である。n側電極層64は、主面61cとは反対側の基板51の面上に設けられている。
The
活性層54には、絶縁膜58の開口部58aに対応する領域(すなわち、リッジ部61aに対応する領域)に集中的に電流が流れることにより、リッジ部61aの形状に対応したモード選択部50となる屈折率型の導波路が生成される。モード選択部50は、一対の側面50g及び50hを有する。モード選択部50の側面50g及び50hは、活性層54を覆う光ガイド層55及びp型クラッド層56と活性層54との屈折率差によって生じる面であり、その平面形状がリッジ部61aの側面61g及び61hにより規定される。なお、光ガイド層55及びp型クラッド層56の屈折率が連続的に変化している場合には、モード選択部50の側面50g及び50hは或る一定の厚さを有してもよい。
In the
モード選択部50の側面50g及び50hと光出射面1a及び光反射面1b(図1参照)との相対角度は、側面50g及び50hにおける全反射臨界角θcに基づいて決定される。本実施形態において、側面50g及び50hにおける全反射臨界角θcは、側面50g及び50hに対応するリッジ部61aの側面61g及び61hそれぞれの高さhaに依存する。また、モード選択部50の側面50g及び50hにおける全反射臨界角θcは、リッジ部61a上の光ガイド層55及びn型クラッド層56の材料組成にも依存する。従って、リッジ部61aの側面61g及び61hそれぞれの高さha、または光ガイド層55及びn型クラッド層56の材料組成を調整することにより、側面50g及び50hにおける全反射臨界角θcを調整することができる。
The relative angle between the side surfaces 50g and 50h of the
本発明におけるモード選択部は、本実施形態の半導体レーザ素子3gのような構成でも好適に実現することができる。また、本発明におけるフレア部にも屈折率型導波路を構成する場合には、図22に示したような断面構成をフレア部の周辺構造にも適用するとよい。
The mode selection unit in the present invention can be suitably realized even with a configuration like the
図23は、半導体レーザ素子3gの変形例として、半導体レーザ素子3hの構成を示す断面図である。本変形例の半導体レーザ素子3hが上記実施形態の半導体レーザ素子3gと異なる点は、電流集中手段の構成である。本変形例の半導体レーザ素子3hは、上記実施形態の絶縁膜58を備えておらず、p型クラッド層56に低抵抗領域56aも形成されていない。本変形例の半導体レーザ素子3hでは、これらの電流集中手段に代えて、高抵抗領域63が形成されている。高抵抗領域63は、第1の半導体部60のうち、リッジ部61a上を除く領域のp型キャップ層57側に形成されている。高抵抗領域63は、例えば第1の半導体部60にプロトンを注入することにより形成される。本変形例の半導体レーザ素子3hでは、電流集中手段である高抵抗領域63がリッジ部61a上の活性層54の領域に電流を集中させることによって、モード選択部50となる屈折率型導波路が活性層54に生成される。
FIG. 23 is a cross-sectional view showing a configuration of a
本変形例の半導体レーザ素子3hでは、上記実施形態の半導体レーザ素子3gと同様に、モード選択部50の側面50g及び50hの全反射臨界角θcは、リッジ部61aの側面61g及び61hの高さhaに依存する。また、モード選択部50の側面50g及び50hの全反射臨界角θcは、光ガイド層55及びn型クラッド層56の材料組成にも依存する。
In the
また、本実施形態においては、モード選択部50の側面50g及び50hの全反射臨界角θcは、高抵抗領域63と活性層54との間隔にも依存する。高抵抗領域63と活性層54との間隔は、例えば第1の半導体部60に対するプロトンの打ち込み深さを制御することによって調整することができる。
In the present embodiment, the total reflection critical angle θc of the side surfaces 50 g and 50 h of the
本発明による半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子アレイは、上記各実施形態及び変形例に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記各実施形態においてリッジ型や埋め込みヘテロ型などの半導体レーザ素子構造を示したが、本発明はこれらの構造に限られるものではなく、他の様々な構造の半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子アレイに適用できる。また、上記各実施形態ではGaAs系半導体レーザ素子を例示したが、本発明の構成は、GaN系やInP系など、他の材料系の半導体レーザ素子にも適用できる。 The semiconductor laser device and the semiconductor laser device array according to the present invention are not limited to the above embodiments and modifications, and various other modifications are possible. For example, although the semiconductor laser device structures such as the ridge type and the buried hetero type are shown in the above embodiments, the present invention is not limited to these structures, and semiconductor laser devices and semiconductor laser devices having other various structures. Applicable to arrays. In each of the above embodiments, a GaAs-based semiconductor laser element is illustrated, but the configuration of the present invention can also be applied to a semiconductor laser element of another material system such as a GaN-based or InP-based.
1a…光出射面、1b…光反射面、1…半導体レーザ素子アレイ、3、3a〜3g…半導体レーザ素子、4…導波路、4a…モード選択部、4b…フレア部、4e…レーザ光出射端、4f…レーザ光反射端、4g、4h、4p、4q…側面、9a…リッジ部、9b…丘状部、9g、9h、9u…側面、10…薄厚部、11…基板、12…積層体、13…n型クラッド層、15…活性層、17…p型クラッド層、19…p型キャップ層、21…絶縁層、21a…開口部、23…p側電極層、25a、25b…凸部、29…n側電極層。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
第2導電型クラッド層と、
前記第1導電型クラッド層と前記第2導電型クラッド層との間に設けられた活性層と、
所定の軸方向に並んで設けられ、互いに対向する光出射面及び光反射面と、
前記活性層において構成され、前記光反射面及び前記光出射面に達する導波路と
を備え、
前記導波路が、モード選択部と、前記モード選択部に対して光出射面側に位置するフレア部とを有しており、
前記モード選択部における側面と前記光出射面及び前記光反射面との相対角度θが、該側面における全反射臨界角θcに基づいており、
前記フレア部における前記所定の軸方向と交差する方向の幅が、前記光出射面へ向けて拡大していることを特徴とする、半導体レーザ素子。 A first conductivity type cladding layer;
A second conductivity type cladding layer;
An active layer provided between the first conductivity type cladding layer and the second conductivity type cladding layer;
A light emitting surface and a light reflecting surface provided side by side in a predetermined axial direction and facing each other;
A waveguide formed in the active layer and reaching the light reflecting surface and the light emitting surface;
The waveguide has a mode selection part and a flare part located on the light emission surface side with respect to the mode selection part,
The relative angle θ between the side surface in the mode selection unit and the light emitting surface and the light reflecting surface is based on the total reflection critical angle θc on the side surface,
The semiconductor laser device, wherein a width of the flare portion in a direction intersecting the predetermined axial direction is increased toward the light emitting surface.
前記複数の半導体レーザ素子が、前記所定の軸方向と交差する方向に並んで配置されて一体に形成されていることを特徴とする、半導体レーザ素子アレイ。
A plurality of semiconductor laser elements according to any one of claims 1 to 5,
The semiconductor laser element array, wherein the plurality of semiconductor laser elements are arranged in a row in a direction intersecting with the predetermined axial direction.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015055644A1 (en) * | 2013-10-14 | 2015-04-23 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Semiconductor laser having a ridge structure widened on one side |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0220089A (en) * | 1988-07-07 | 1990-01-23 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor laser device |
JPH02214181A (en) * | 1989-02-14 | 1990-08-27 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor laser device |
JPH03192777A (en) * | 1989-03-29 | 1991-08-22 | Rca Inc | Ultra-luminosity light-emitting device |
JPH0527130A (en) * | 1990-12-07 | 1993-02-05 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Optical waveguide device |
JPH05501938A (en) * | 1989-11-13 | 1993-04-08 | ベル コミュニケーションズ リサーチ インコーポレーテッド | Traveling wave laser amplifier with tapered waveguide with inclined facets |
JPH0823133A (en) * | 1994-07-05 | 1996-01-23 | Nec Corp | Flare structure semiconductor laser |
JPH09307181A (en) * | 1996-05-20 | 1997-11-28 | Hitachi Ltd | Semiconductor laser device |
JPH1041582A (en) * | 1996-07-24 | 1998-02-13 | Sony Corp | Light waveguide path type semiconductor laser device |
-
2004
- 2004-09-27 JP JP2004280153A patent/JP2006093614A/en active Pending
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0220089A (en) * | 1988-07-07 | 1990-01-23 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor laser device |
JPH02214181A (en) * | 1989-02-14 | 1990-08-27 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor laser device |
JPH03192777A (en) * | 1989-03-29 | 1991-08-22 | Rca Inc | Ultra-luminosity light-emitting device |
JPH05501938A (en) * | 1989-11-13 | 1993-04-08 | ベル コミュニケーションズ リサーチ インコーポレーテッド | Traveling wave laser amplifier with tapered waveguide with inclined facets |
JPH0527130A (en) * | 1990-12-07 | 1993-02-05 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Optical waveguide device |
JPH0823133A (en) * | 1994-07-05 | 1996-01-23 | Nec Corp | Flare structure semiconductor laser |
JPH09307181A (en) * | 1996-05-20 | 1997-11-28 | Hitachi Ltd | Semiconductor laser device |
JPH1041582A (en) * | 1996-07-24 | 1998-02-13 | Sony Corp | Light waveguide path type semiconductor laser device |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015055644A1 (en) * | 2013-10-14 | 2015-04-23 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Semiconductor laser having a ridge structure widened on one side |
US10181700B2 (en) | 2013-10-14 | 2019-01-15 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Semiconductor laser having a ridge structure widened on one side |
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