JP2006302955A - Vertical cavity surface emitting laser - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、上面にレーザ光の出射領域を有する面発光型半導体レーザに係り、例えば、多モード発振が要求される用途に好適に適用可能な面発光型半導体レーザに関する。 The present invention relates to a surface-emitting type semiconductor laser having a laser light emitting region on an upper surface, for example, a surface-emitting type semiconductor laser that can be suitably applied to applications requiring multimode oscillation.
面発光型半導体レーザは、従来のファブリペロー共振器型半導体レーザとは異なり、基板に対して直交する方向に光を出射するものであり、同じ基板上に2次元アレイ状に多数の素子を配列することが可能であることから、近年、データ通信分野で注目されている。 Unlike conventional Fabry-Perot resonator semiconductor lasers, surface-emitting semiconductor lasers emit light in a direction orthogonal to the substrate, and a large number of elements are arranged in a two-dimensional array on the same substrate. In recent years, it has attracted attention in the data communication field.
ここで、一般的な面発光型半導体レーザの基本構造とその動作について簡単に説明する。面発光型半導体レーザは、特許文献1に記載されているように、半導体基板上に一対の多層膜反射鏡が形成され、その対の反射鏡の間に、発光領域となる活性層とその両側に設けられたクラッド層とからなる共振器を有するレーザ構造部を備える。一対の多層膜反射鏡は、光学膜厚がそれぞれλ0 /4(λ0 は発光波長)の低屈折率層および高屈折率層を1組として、それを複数組分含んで構成されたものであり、一方の多層膜反射鏡には、活性層への電流注入効率を高め、しきい値電流を下げるために、電流注入領域を狭めた構造を有する電流狭窄層がさらに設けられている。また、下面側にはn側電極、上面側にはp側電極がそれぞれ設けられ、p側電極にはレーザ光を出射するための開口部が設けられている。この面発光型半導体レーザでは、一方の多層膜反射鏡に設けられた電流狭窄層により狭窄された電流が活性層へ注入され、活性層で発光した光は一対の多層膜反射鏡により反射されると共に増幅され、その結果、単一縦モードのレーザ光としてp側電極に設けられた開口部から出射される。
Here, a basic structure and operation of a general surface emitting semiconductor laser will be briefly described. As described in
ところで、上記した面発光型半導体レーザでは、共振器の共振器長は1波長程度であるため、この共振器内に存在できる波長は、原則として基本波の波長(上記した発光波長λ0 に相当する)のみとなる。そのため、基本波の波長を変更しようとすると、共振器の共振器長や、多層膜反射鏡の膜厚を逐一変更しなければならないという問題がある。また、上記した面発光型半導体レーザでは、横モードが単一の場合、単一縦モードのレーザ光が安定に出射されるので、ファブリペロー共振器型半導体レーザとは異なり、多モードのレーザ光を出射させることは困難である。そのため、多波長のレーザ光を出射させる場合には、発光波長の互いに異なる複数の面発光型半導体レーザを用意することが必要となるという問題がある。 By the way, in the surface-emitting semiconductor laser described above, the resonator length of the resonator is about one wavelength. Therefore, the wavelength that can exist in the resonator is basically the wavelength of the fundamental wave (corresponding to the emission wavelength λ 0 described above). Only). Therefore, when changing the wavelength of the fundamental wave, there is a problem that the resonator length of the resonator and the film thickness of the multilayer reflector must be changed one by one. In addition, in the above-described surface emitting semiconductor laser, when the transverse mode is single, the laser light of a single longitudinal mode is emitted stably, so unlike the Fabry-Perot resonator semiconductor laser, the multimode laser light Is difficult to emit. Therefore, when emitting multi-wavelength laser light, it is necessary to prepare a plurality of surface-emitting semiconductor lasers having different emission wavelengths.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第1の目的は、共振器の共振器長を逐一変更することなく、任意の発振波長を設定することの可能な面発光型半導体レーザを提供することにある。第2の目的は、多モードで発振を生じさせることの可能な面発光型半導体レーザを提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and a first object thereof is a surface-emitting type semiconductor laser capable of setting an arbitrary oscillation wavelength without changing the resonator length of each resonator. Is to provide. A second object is to provide a surface emitting semiconductor laser capable of generating oscillation in multiple modes.
本発明の面発光型半導体レーザは、活性層と、活性層を間にして設けられた第1クラッド層および第2クラッド層とを含み、第1波長で共振するように構成された第1共振器と、第1波長とは異なる波長で共振するように膜厚の調整された第2共振器とを備えたものである。 The surface-emitting type semiconductor laser of the present invention includes an active layer, a first cladding layer and a second cladding layer provided with the active layer therebetween, and is configured to resonate at a first wavelength. And a second resonator whose film thickness is adjusted so as to resonate at a wavelength different from the first wavelength.
本発明の面発光型半導体レーザでは、第1共振器の共振器長が第1波長に基づいて設定されているにも拘わらず、第1共振器と第2共振器との相互作用により、第1波長とは異なる波長で発振が生じ、その結果、その発振波長のレーザ光が外部に出射される。 In the surface-emitting type semiconductor laser of the present invention, the first resonator and the second resonator interact with each other even though the resonator length of the first resonator is set based on the first wavelength. Oscillation occurs at a wavelength different from one wavelength, and as a result, laser light having the oscillation wavelength is emitted to the outside.
なお、第2共振器の光学膜厚をλ0 /4より大きい範囲で適宜設定した場合には、第1波長とは異なる単一の波長で発振が生じるか、または、第1波長とは異なる複数の波長で発振が生じる。 In the case where the optical thickness of the second resonator is set appropriately lambda 0/4 greater than the range, or oscillate at different single wavelength occurs from the first wavelength, or different from the first wavelength Oscillation occurs at multiple wavelengths.
具体的には、第2共振器の光学膜厚Lが、以下の式(1)または式(2)を満たすように設定されている場合には、第1波長とは異なる単一の波長で発振が生じる。なお、ここでのaは1以上10未満の整数である。
λ0 /4<L<2λ0 /4…(1)
(2a+1)λ0 /4≦L<2(a+1)λ0 /4…(2)
Specifically, when the optical film thickness L of the second resonator is set so as to satisfy the following formula (1) or formula (2), a single wavelength different from the first wavelength is used. Oscillation occurs. Here, a is an integer of 1 or more and less than 10.
λ 0/4 <L <2λ 0/4 ... (1)
(2a + 1) λ 0/ 4 ≦ L <2 (a + 1) λ 0/4 ... (2)
また、第2共振器の光学膜厚Lが、以下の式(3)を満たすように設定されている場合には、第1波長とは異なる複数の波長で発振が生じる。なお、ここでのaは10以上の整数である。
(2a+1)λ0 /4≦L<2(a+1)λ0 /4…(3)
When the optical film thickness L of the second resonator is set so as to satisfy the following expression (3), oscillation occurs at a plurality of wavelengths different from the first wavelength. Here, a is an integer of 10 or more.
(2a + 1) λ 0/ 4 ≦ L <2 (a + 1) λ 0/4 ... (3)
また、第2共振器の光学膜厚Lが、以下の式(4)を満たすように設定されている場合にも、第1波長とは異なる複数の波長で発振が生じる。なお、ここでのaは1以上の整数である。
(2a)λ0 /4≦L<(2a+1)λ0 /4…(4)
Even when the optical film thickness L of the second resonator is set to satisfy the following expression (4), oscillation occurs at a plurality of wavelengths different from the first wavelength. Here, a is an integer of 1 or more.
(2a) λ 0/4 ≦ L <(2a + 1) λ 0/4 ... (4)
なお、第2共振器の光学膜厚Lを変移させると、発振波長が第1波長とは異なる波長に変移するが、光学膜厚Lの値がλ0 /4の整数倍となるとモードホップが生じ、これにより、発振波長の数も変化する。 Incidentally, when the displacing the optical thickness L of the second resonator, the oscillation wavelength will be displaced to a different wavelength than the first wavelength, an integral multiple become the mode hopping of the value of the optical thickness L is lambda 0/4 is As a result, the number of oscillation wavelengths also changes.
本発明の面発光型半導体レーザによれば、第1共振器の共振器長が第1波長に基づいて設定されているにも拘わらず、第2共振器により、第1波長とは異なる1または2以上の波長で発振が生じるようにしたので、第1共振器の共振器長を逐一変更することなく、任意の発振波長を設定することができる。 According to the surface-emitting type semiconductor laser of the present invention, the first resonator has a cavity length set based on the first wavelength. Since oscillation occurs at two or more wavelengths, an arbitrary oscillation wavelength can be set without changing the resonator length of the first resonator.
また、第2共振器の光学膜厚を適宜設定した場合には、第1波長とは異なる複数の波長、すなわち、多モードで発振を生じさせることができる。 In addition, when the optical film thickness of the second resonator is appropriately set, oscillation can be generated in a plurality of wavelengths different from the first wavelength, that is, in multiple modes.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の一実施の形態に係る面発光型半導体レーザの断面構造を表したものである。また、図2は、図1の面発光型半導体レーザの縦モード調整層11−2(第2共振器)およびその近傍の構造を具体的に表したものである。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a surface emitting semiconductor laser according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 specifically shows the longitudinal mode adjustment layer 11-2 (second resonator) of the surface emitting semiconductor laser of FIG. 1 and the structure in the vicinity thereof.
本実施の形態の面発光型半導体レーザは、基板10の一面側に、第1下部DBRミラー層11−1(第1多層膜反射鏡)、縦モード調整層11−2、第2下部DBRミラー層11−3(第1多層膜反射鏡)、下部クラッド層12(第1クラッド層)、活性層13、上部クラッド層14(第2クラッド層)、上部DBRミラー層15(第2多層膜反射鏡)およびp側コンタクト層16をこの順に積層したレーザ構造部を備えている。ここで、下部クラッド層12の一部、活性層13、上部クラッド層14、上部DBRミラー層15およびp型コンタクト層16は、p型コンタクト層16まで形成されたのち、上面から選択的にエッチングされることにより凸状のメサ部30となっている。
The surface emitting semiconductor laser according to the present embodiment includes a first lower DBR mirror layer 11-1 (first multilayer mirror), a longitudinal mode adjustment layer 11-2, and a second lower DBR mirror on one surface side of the
また、面発光型半導体レーザは、保護膜17およびp側電極18をメサ部30の上部または周辺部に積層して構成したものであり、n側電極19(電極層)を縦モード調整層11−2の一部に形成したものである。
In addition, the surface emitting semiconductor laser is configured by laminating the
基板10、第1下部DBRミラー層11−1、縦モード調整層11−2、第2下部DBRミラー層11−3、下部クラッド層12、活性層13、上部クラッド層14、上部DBRミラー層15およびp型コンタクト層16は、例えばGaAs(ガリウム・ヒ素)系の化合物半導体によりそれぞれ構成されている。なお、GaAs系化合物半導体とは、短周期型周期表における3B族元素のうち少なくともガリウム(Ga)と、短周期型周期表における5B族元素のうち少なくともヒ素(As)とを含む化合物半導体のことをいう。
基板10は、例えばn型GaAsにより構成される。
The
下部DBRミラー層11は、第1下部DBRミラー層11−1と、縦モード調整層11−2と、第2下部DBRミラー層11−3とをこの順に積層して構成される。第1下部DBRミラー層11−1および第2下部DBRミラー層11−3は、低屈折率層11Aと高屈折率層11Bとを交互に積層して構成される。ここで、第1下部DBRミラー層11−1の上面の層および第2下部DBRミラー層11−1の下面の層、すなわち、第1下部DBRミラー層11−1および第2下部DBRミラー層11−1のうち縦モード調整層11−2と接するそれぞれの層は、低屈折率層11Aおよび高屈折率層11Bのいずれか一方の層となっている。
The lower
低屈折率層11Aは、例えば光学膜厚がλ0 /4のn型Alx1Ga1-x1As(0<x1<1)により構成されており、高屈折率層11Bは、例えば光学膜厚がλ0 /4のn型Alx2Ga1-x2As(0<x2<x1)により構成される。なお、λ0 は、後述の共振器40に生じる定在波の波長(基本波の波長)であり、本発明の第1波長に相当する。また、n型不純物は、例えばケイ素(Si)またはセレン(Se)などである。
Low refractive index layer 11A is, for example optical film thickness is constituted by a lambda 0/4 of n-type Al x1 Ga 1-x1 As ( 0 <x1 <1), the high refractive index layer 11B is, for example optical thickness There composed of lambda 0/4 of n-type Al x2 Ga 1-x2 As ( 0 <x2 <x1). Note that λ 0 is the wavelength of a standing wave (wavelength of the fundamental wave) generated in the
縦モード調整層11−2は、第1下部DBRミラー層11−1の上面の層および第2下部DBRミラー層11−1の下面の層が低屈折率層11Aとなっている場合には、縦モード調整層11−2近傍の高屈折率層11Bと同一の組成からなり、第1下部DBRミラー層11−1の上面の層および第2下部DBRミラー層11−1の下面の層が高屈折率層11Bとなっている場合には、縦モード調整層11−2近傍の低屈折率層11Aと同一の組成からなる。なお、縦モード調整層11−2は、λ0 /4より大きな光学膜厚、すなわち、上記した低屈折率層11Aおよび高屈折率層11Bとは異なる光学膜厚を有する。したがって、下部DBRミラー層11は、低屈折率の性質を有する層と高屈折率の性質を有する層とを交互に積層して構成されると共に、一部に光学膜厚の異なる層を積層して構成される。
When the longitudinal mode adjustment layer 11-2 is a low refractive index layer 11A when the layer on the upper surface of the first lower DBR mirror layer 11-1 and the layer on the lower surface of the second lower DBR mirror layer 11-1 are formed, It has the same composition as the high refractive index layer 11B in the vicinity of the longitudinal mode adjustment layer 11-2, and the upper layer of the first lower DBR mirror layer 11-1 and the lower layer of the second lower DBR mirror layer 11-1 are high. In the case of the refractive index layer 11B, it has the same composition as the low refractive index layer 11A in the vicinity of the longitudinal mode adjustment layer 11-2. The vertical mode adjusting layer 11-2 has a large optical thickness than lambda 0/4, i.e., having different optical thickness and the low refractive index layer 11A and the high-refractive index layer 11B described above. Therefore, the lower
ここで、縦モード調整層11−2は、下部DBRミラー層11のうち活性層13寄りに設けられていることが好ましい。なお、図2には、縦モード調整層11−2が下部DBRミラー層11のうち活性層13寄り、具体的には、活性層13から2番目の高屈折率層11A2 と3番目の高屈折率層11A3 との間に設けらた場合の構成例が示されている。
Here, the longitudinal mode adjustment layer 11-2 is preferably provided near the
下部クラッド層12は、例えばAlx3Ga1-x3As(0<x3<1)により構成されている。活性層13は、例えばGaAs系材料により構成されている。上部クラッド層14は、例えばAlx4Ga1-x4As(0<x4<1)により構成されている。この下部クラッド層12、活性層13および上部クラッド層14は、アンドープであることが望ましいが、p型またはn型不純物が含まれていてもよい。
The
この下部クラッド層12、活性層13および上部クラッド層14は、共振器40(第1共振器)を構成し、例えば、活性層13を共振器40の定在波の腹部に置く1波長共振器、または、活性層13を共振器の定在波の節部に置く半波長共振器などの超短共振器を構成する。このように、共振器40の共振器長は1波長程度であるため、この共振器40内に存在できる波長は、原則として基本波の波長のみとなる。
The
上部DBRミラー層15は、低屈折率層16Aと高屈折率層16Bとを交互に積層して構成される。この低屈折率層16Aは、例えば光学膜厚がλ0 /4のp型Alx5Ga1-x5As(0<x5<1)により構成され、高屈折率層16Bは、例えば光学膜厚がλ0 /4のp型Alx6Ga1-x6As(0<x6<x5)により構成される。ここで、p型不純物は、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)などである。
The upper
ただし、上部DBRミラー層15において、活性層13側から数えて数層離れた低屈折率層16Aの部位には、低屈折率層16Aの代わりに、電流狭窄層15Cが形成されている。この電流狭窄層15Cは、その中央領域に設けられた電流注入領域15C−1、および電流注入領域15C−1を取り囲む部位に設けられた電流狭窄領域15C−2を含んで構成されている。電流注入領域15C−1は、例えば、Alx7Ga1-x7As(x5<x7<1)により構成されており、電流狭窄領域15C−2は、例えば、Al2 O3 により構成されている。
However, in the upper
p側コンタクト層16は、例えばp型GaAsにより構成される。このp側コンタクト層16は、上記の電流注入領域15C−1と対向する領域に例えば円形の開口部を有しており、この開口部の底部には上部DBRミラー層15が露出している。この開口部は、レーザ光の出射領域に対応している。また、開口部のうち中央領域は、主に基本横モード発振が生じる領域に対応しており、開口部のうち中央領域以外の領域は、主に高次横モード発振が生じる領域に対応している。
The p-
保護膜17は、p側コンタクト層16のうち開口部の周縁部を除く領域と、メサ部30の側面とを覆うように形成されており、例えば酸化物または窒化物により構成されている。
The
p側電極18は、p側コンタクト層16のうち開口部の周縁部、および保護膜17の一部の表面に形成されている。このp側電極18のうち開口部の周縁部に形成された部分は、リング状の形状となっており、p側電極18のうち保護膜17の一部の表面に形成された部分は、ワイヤーボンディングをするのに十分な表面積を有する平板状の形状となっている。p側電極18はまた、例えば、チタン(Ti)層,白金(Pt)層および金(Au)層をこの順に積層して構成されたものであり、p型コンタクト層16と電気的に接続されている。
The p-
n側電極19は、例えば、チタン(Ti)層,白金(Pt)層および金(Au)層をこの順に積層して構成されたものであり、基板10の裏側に形成されている。
The n-
本実施の形態に係る面発光型半導体レーザは、例えば次のようにして製造することができる。 The surface emitting semiconductor laser according to the present embodiment can be manufactured, for example, as follows.
図3(A)〜(B)および図4(A)〜(B)は、その製造方法を工程順に表したものである。例えばGaAs(ガリウム・ヒ素)系の面発光型半導体レーザを製造するためには、基板10上の化合物半導体層を、例えば、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition ;有機金属化学気相成長)法により形成する。この際、III−V族化合物半導体の原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルガリウム(TMG)、トリメチルインジウム(TMIn)、アルシン (AsH3)を用い、ドナー不純物の原料としては、例えば、H2 Seを用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えば、ジメチルジンク(DMZ)を用いる。
3A to 3B and FIGS. 4A to 4B show the manufacturing method in the order of steps. For example, in order to manufacture a GaAs (gallium arsenide) based surface emitting semiconductor laser, a compound semiconductor layer on the
具体的には、まず、図3(A)に示したように、基板10上に、第1下部DBRミラー層11−1、縦モード調整層11−2、第2下部DBRミラー層11−3、下部クラッド層12,活性層13,上部クラッド層14,上部DBRミラー層15およびp側コンタクト層16をこの順に積層する。
Specifically, first, as shown in FIG. 3A, on the
次に、図3(B)に示したように、例えば、p側コンタクト層16の上にマスク層(図示せず)を形成し、反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching;RIE)法により、p側コンタクト層16,上部DBRミラー層15,上部クラッド層14,活性層13および下部クラッド層12の一部を選択的に除去すると共に、p側コンタクト層16の一部をエッチングして開口部を形成する。これにより、頂上に開口部を有するメサ部30が形成される。
Next, as shown in FIG. 3B, for example, a mask layer (not shown) is formed on the p-
次に、図4(A)に示したように、水蒸気雰囲気中にて、高温で酸化処理を行い、メサ部30の外側から例えば電流狭窄層15CとなることとなるAlAs層15DのAlを選択的に酸化する。これにより、その層の中心領域に電流注入領域15C−1が形成され、それ以外の領域には電流狭窄領域15C−2が形成され、その結果、電流注入領域15C−1および電流狭窄領域15C−2からなる電流狭窄層15Cが形成される。
Next, as shown in FIG. 4A, oxidation treatment is performed at a high temperature in a water vapor atmosphere, and Al in the AlAs
次に、図4(B)に示したように、メサ部30上およびメサ部30の周辺基板上に例えばCVD(Chemical Vapor Deposition) 法により絶縁材料を積層させたのち、エッチングにより絶縁材料のうち開口部の中央領域に対応する部分を選択的に除去して上部DBRミラー層15およびp側コンタクト層16を露出させる。
Next, as shown in FIG. 4B, an insulating material is stacked on the
次に、図1に示したように、例えば真空蒸着法により、メサ部30上およびメサ部30の周辺基板上に金属材料を積層させた後、例えば選択エッチングにより、開口部内に上部DBRミラー層15を露出させると共に、メサ部30の周辺基板上にワイヤーボンディング用のパッドを形成する。このようにして、p側コンタクト層16と電気的に接続されたp側電極18が形成される。
Next, as shown in FIG. 1, after depositing a metal material on the
次に、基板11の裏面を適宜研磨して基板の厚さを調整したのち、基板11の裏面にn側電極19を形成する。このようにして面発光型半導体レーザが製造される。
Next, after appropriately polishing the back surface of the
このような構成の面発光型半導体レーザでは、n側電極19とp側電極18との間に所定の電圧が印加されると、電流狭窄層15Cにおける電流注入領域15C−1を通して活性層13に電流が注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、一対の下部DBRミラー層11および上部DBRミラー層15により反射され、素子内を一往復したときの位相の変化が2πの整数倍となる波長でレーザ発振を生じ、レーザビームとして外部に出射される。
In the surface emitting semiconductor laser having such a configuration, when a predetermined voltage is applied between the n-
ところで、縦モード調整層11−2の光学膜厚Lは、λ0 /4より大きく、その光学膜厚Lをλ0 /4より大きい範囲で適宜設定した場合には、第1波長とは異なる単一の波長λ1 で発振が生じ、その発振波長λ1 のレーザ光が出射されるか、または、第1波長とは異なる複数の波長λ1 、λ2 、……λn(nは正の整数)で発振が生じ、その複数の発振波長λ1 、λ2 、……λnのレーザ光が開口部から出射される。 Incidentally, the optical thickness L of the longitudinal mode adjusting layer 11-2 is larger than lambda 0/4, the optical thickness L when properly set lambda 0/4 greater than the range is different from the first wavelength oscillation occurs at a single wavelength lambda 1, the one laser beam having an oscillation wavelength lambda 1 is emitted, or, a plurality of wavelengths lambda 1 which is different from the first wavelength, λ 2, ...... λn (n is a positive Oscillation occurs at an integer), and laser beams having a plurality of oscillation wavelengths λ 1 , λ 2 ,... Λn are emitted from the opening.
例えば、以下の式(1)または式(2)を満たすように縦モード調整層11−2の光学膜厚Lが設定されている場合には、第1波長λ0 とは異なる単一の波長λ1 で発振が生じ、その発振波長λ1 のレーザ光が開口部から出射される。なお、ここでのaは1以上10未満の整数である。
λ0 /4<L<2λ0 /4…(1)
(2a+1)λ0 /4≦L<2(a+1)λ0 /4…(2)
For example, when the optical film thickness L of the longitudinal mode adjustment layer 11-2 is set so as to satisfy the following formula (1) or formula (2), a single wavelength different from the first wavelength λ 0 oscillation occurs at lambda 1, the laser light of the oscillation wavelength lambda 1 is emitted from the opening. Here, a is an integer of 1 or more and less than 10.
λ 0/4 <L <2λ 0/4 ... (1)
(2a + 1) λ 0/ 4 ≦ L <2 (a + 1) λ 0/4 ... (2)
また、縦モード調整層11−2の光学膜厚Lが、以下の式(3)を満たすように設定されている場合には、第1波長λ0 とは異なる複数の波長λ1 、λ2 、……λnで発振が生じ、その複数の発振波長λ1 、λ2 、……λnのレーザ光が開口部から出射される。なお、ここでのaは10以上の整数である。
(2a+1)λ0 /4≦L<2(a+1)λ0 /4…(3)
When the optical film thickness L of the longitudinal mode adjustment layer 11-2 is set so as to satisfy the following expression (3), a plurality of wavelengths λ 1 and λ 2 different from the first wavelength λ 0 are set. ... Oscillation occurs at λn, and laser light having a plurality of oscillation wavelengths λ 1 , λ 2 ,. Here, a is an integer of 10 or more.
(2a + 1) λ 0/ 4 ≦ L <2 (a + 1) λ 0/4 ... (3)
また、縦モード調整層11−2の光学膜厚Lが、以下の式(4)を満たすように設定されている場合にも、第1波長λ0 とは異なる複数の波長λ1 、λ2 、……λnで発振が生じ、その複数の発振波長λ1 、λ2 、……λnのレーザ光が開口部から出射される。なお、ここでのaは1以上の整数である。
(2a)λ0 /4≦L<(2a+1)λ0 /4…(4)
Even when the optical film thickness L of the longitudinal mode adjustment layer 11-2 is set so as to satisfy the following formula (4), a plurality of wavelengths λ 1 and λ 2 different from the first wavelength λ 0 are obtained. ... Oscillation occurs at λn, and laser light having a plurality of oscillation wavelengths λ 1 , λ 2 ,. Here, a is an integer of 1 or more.
(2a) λ 0/4 ≦ L <(2a + 1) λ 0/4 ... (4)
図5は、縦モード調整層11−2の光学膜厚Lをλ0 /4で規格化した数値と、モード数との関係を表したものである。図5において、Aで囲まれた線分は式(1)に、Bで囲まれた飛び飛びの線分は式(2)に、Cで囲まれた飛び飛びの線分は式(4)に、Dで囲まれた飛び飛びの線分は式(3)にそれぞれ対応している。また、線分における黒丸はその黒丸に対応する規格化した数値を含むことを意味しており、線分における白丸は規格化した数値を含まないことを意味している。 5, the optical thickness L of the longitudinal mode adjustment layer 11-2 and numerical normalized by lambda 0/4, illustrates a relationship between the number of modes. In FIG. 5, the line segment enclosed by A is in Equation (1), the line segment surrounded by B is in Equation (2), and the line segment surrounded by C is in Equation (4). Flying line segments surrounded by D correspond to Equation (3), respectively. Further, a black circle in the line segment means that a normalized numerical value corresponding to the black circle is included, and a white circle in the line segment means that a normalized numerical value is not included.
ここで、線分が飛び飛びとなっているのは、縦モード調整層11−2の光学膜厚Lを変移させると、モードホップが生じることを意味している。例えば、規格化した数値を1より大きい数値から20まで徐々に変移(規格化した数値は整数でなくてもよい)させた場合には、モード数は1から2へホップしたり、2から1へホップすることが確認できる。また、規格化した数値を20より大きい数値から40より小さい数値まで徐々に変移させた場合には、モード数は2から1へホップすることなく、2から3へホップしたり、3から2へホップすることが確認できる。規格化した数値が40以上の場合についても、上記と同様の傾向があることが確認できる。 Here, the line segment is skipped, which means that a mode hop occurs when the optical film thickness L of the longitudinal mode adjustment layer 11-2 is changed. For example, when the normalized numerical value is gradually changed from a numerical value greater than 1 to 20 (the normalized numerical value may not be an integer), the mode number hops from 1 to 2 or 2 to 1 You can confirm that you want to hop. Further, when the normalized numerical value is gradually changed from a value larger than 20 to a value smaller than 40, the mode number hops from 2 to 3 without hopping from 2 to 1, or from 3 to 2. You can confirm that you hop. It can be confirmed that there is a tendency similar to the above when the normalized numerical value is 40 or more.
ところで、縦モード調整層11−2の光学膜厚Lを変移させると、図6(A)に例示したように、発振波長が第1波長λ0 とは異なる1または2以上の波長に変移するが、光学膜厚Lの値がλ0 /4の整数倍となるとモードホップが生じ、これにより、図6(B)に例示したように、発振波長の数も変化する。 By the way, when the optical film thickness L of the longitudinal mode adjusting layer 11-2 is changed, as illustrated in FIG. 6A, the oscillation wavelength is changed to one or more wavelengths different from the first wavelength λ 0. but the mode hop occurs when the value of the optical thickness L is an integral multiple of lambda 0/4, Thus, as illustrated in FIG. 6 (B), also changes the number of the oscillation wavelength.
図6(A)に例示したように、縦モード調整層11−2の光学膜厚Lを変移させることにより発振波長が変移するのは、縦モード調整層11−2の光学膜厚Lが変移するにつれて、縦モード調整層11−2の端面で反射される反射光の位相が少しずつ変移し、これにより、レーザ発振する条件が変化するからである。 As illustrated in FIG. 6A, the oscillation wavelength is changed by changing the optical film thickness L of the longitudinal mode adjustment layer 11-2 because the optical film thickness L of the longitudinal mode adjustment layer 11-2 is changed. This is because the phase of the reflected light reflected by the end face of the longitudinal mode adjusting layer 11-2 gradually changes as the laser oscillation conditions change.
また、図6(B)に例示したように、縦モード調整層11−2の光学膜厚Lを増加させることによりモード数が増加するのは、縦モード調整層11−2の光学膜厚Lが増加するにつれて、縦モード調整層11−2内に形成される定在波の波数が変化し、波数が変化したときに新たに形成された共振波長が下部DBRミラー層11および上部DBRミラー層15の高反射帯域W(図7(A),図8(A)参照)に入ることにより、新たな波長で発振(図7(B),図8(B)参照)することが可能となるからである。なお、図7(A)(B)は、モード数が1の場合の、本実施の形態の面発光型半導体レーザの反射率、利得および透過光強度をそれぞれ表したものであり、図8(A)(B)は、モード数が2の場合の、本実施の形態の面発光型半導体レーザの反射率、利得および透過光強度をそれぞれ表したものである。
As illustrated in FIG. 6B, the number of modes increases by increasing the optical film thickness L of the longitudinal mode adjustment layer 11-2. The optical film thickness L of the longitudinal mode adjustment layer 11-2 increases. As the wave number increases, the wave number of the standing wave formed in the longitudinal mode adjustment layer 11-2 changes, and the resonance wavelength newly formed when the wave number changes changes the lower
以上、1つの実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。 Although the present invention has been described with reference to one embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment and can be variously modified.
例えば、上記実施の形態では、縦モード調整層11−2は、下部DBRミラー層11のうち活性層13寄りの部位に設けられていたが、下部DBRミラー層11のうち活性層13寄りの部位以外の部位(例えば、基板10寄りの部位)や、上部DBRミラー層15内、下部DBRミラー層11および上部DBRミラー層15の双方の層内に設けられていてもよい。また、下部DBRミラー層11および上部DBRミラー層15以外の部位、例えば、下部DBRミラー層11と基板10との間に設けられていてもよい。縦モード調整層11−2の配置される部位によって、下部DBRミラー層11や上部DBRミラー層15の機能が損なわれることはなく、また、縦モード調整層11−2の奏する効果が消失することはないからである。
For example, in the above embodiment, the longitudinal mode adjustment layer 11-2 is provided in the lower
ただし、縦モード調整層11−2は、共振器40に近づけば近づく程、活性層13から発光した光の強度が大きくなるので、上部DBRミラー層15および下部DBRミラー層11の少なくとも一方のうち活性層13寄りの部位に設けられることが好ましい。また、縦モード調整層11−2は、低屈折率層11Aおよび高屈折率層11Bよりも膜厚が厚いので、メサ部30の高さを高くする必要のない部位、例えば、下部DBRミラー層11のうち活性層13寄りの部位にだけ設けられることがより好ましい。
However, as the longitudinal mode adjustment layer 11-2 approaches the
また、上記実施の形態では、n側電極19は、基板10の裏側に設けられていたが、図9に示したように、縦モード調整層11−2の一部に接するように設けられていてもよい。ただし、その場合には、縦モード調整層11−2とn側電極層20とをオーミック接触させることが必要となるので、縦モード調整層11−2のAl組成の値は大きい方が好ましく、縦モード調整層11−2近傍の高屈折率層11Bのそれと同一の値であることがより好ましい。このとき、第1下部DBRミラー層11−1の上面の層および第2下部DBRミラー層11−1の下面の層、すなわち、第1下部DBRミラー層11−1および第2下部DBRミラー層11−1のうち縦モード調整層11−2と接するそれぞれの層は、低屈折率層11Aである。これにより、下部DBRミラー層11としての機能を損うことなく、縦モード調整層11−2を下部DBRミラー層11の内部に設けることができる。
In the above embodiment, the n-
10…基板、11…下部DBRミラー層、11−1…第1下部DBRミラー層、11−2…縦モード調整層、11−3…第2下部DBRミラー層、11A,15A…低屈折率層、11B,15B…高屈折率層、12…下部クラッド層、13…活性層、14…上部クラッド層、15…上部DBRミラー層、15C…電流狭窄層、15C−1…電流注入領域、15C−2…電流狭窄領域、15D…AlAs層、16…p側コンタクト層、17…保護膜、18…p側電極、19…n側電極、30…メサ部、40…共振器。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記第1波長とは異なる波長で共振するように膜厚の調整された第2共振器と
を備えたことを特徴とする面発光型半導体レーザ。 A first resonator including an active layer, and a first cladding layer and a second cladding layer provided with the active layer interposed therebetween, and configured to resonate at a first wavelength;
A surface-emitting type semiconductor laser comprising: a second resonator whose film thickness is adjusted so as to resonate at a wavelength different from the first wavelength.
ことを特徴とする請求項1に記載の面発光型半導体レーザ。
λ0 /4<L<2λ0 /4…(1)
(2a+1)λ0 /4≦L<2(a+1)λ0 /4…(2) When the optical film thickness of the second resonator is L and a is an integer of 1 to less than 10, L is set so as to satisfy the following formula (1) or formula (2). Item 2. The surface emitting semiconductor laser according to Item 1.
λ 0/4 <L <2λ 0/4 ... (1)
(2a + 1) λ 0/ 4 ≦ L <2 (a + 1) λ 0/4 ... (2)
ことを特徴とする請求項1に記載の面発光型半導体レーザ。
(2a+1)λ0 /4≦L<2(a+1)λ0 /4…(3) 2. The surface emitting according to claim 1, wherein L is set to satisfy the following expression (3), where L is an optical film thickness of the second resonator, and a is an integer of 10 or more. Type semiconductor laser.
(2a + 1) λ 0/ 4 ≦ L <2 (a + 1) λ 0/4 ... (3)
ことを特徴とする請求項1に記載の面発光型半導体レーザ。
(2a)λ0 /4≦L<(2a+1)λ0 /4…(4) 2. The surface emitting according to claim 1, wherein L is set so as to satisfy the following expression (4), where L is an optical film thickness of the second resonator, and a is an integer of 1 or more. Type semiconductor laser.
(2a) λ 0/4 ≦ L <(2a + 1) λ 0/4 ... (4)
前記第2共振器は、前記一対の多層膜反射鏡の少なくとも一方の内部に設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の面発光型半導体レーザ。 The first provided between the resonator comprises a pair of multilayer mirror optical thickness is respectively configured to include multiple layers lambda 0/4 of the low refractive index layer and the high refractive index layer, respectively,
The surface emitting semiconductor laser according to claim 1, wherein the second resonator is provided in at least one of the pair of multilayer film reflecting mirrors.
ことを特徴とする請求項5に記載の面発光型半導体レーザ。 The surface emitting semiconductor laser according to claim 5, wherein the second resonator is provided so as to be in contact with the two low refractive index layers or the two high refractive index layers.
ことを特徴とする請求項6に記載の面発光型半導体レーザ。 The surface according to claim 6, wherein the second resonator provided between the two low-refractive index layers has the same composition as the high-refractive index layer in the vicinity of the low-refractive index layers. Light emitting semiconductor laser.
ことを特徴とする請求項6に記載の面発光型半導体レーザ。 The surface according to claim 6, wherein the second resonator provided between the two high refractive index layers has the same composition as the low refractive index layer in the vicinity of the high refractive index layers. Light emitting semiconductor laser.
ことを特徴とする請求項8に記載の面発光型半導体レーザ。 The surface emitting semiconductor laser according to claim 8, wherein the electrode layer is provided so as to be in contact with a part of the second resonator.
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WO2008056660A1 (en) | 2006-11-08 | 2008-05-15 | Nec Corporation | Vanishing point detecting system, vanishing point detecting method, and vanishing point detecting program |
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-
2005
- 2005-04-15 JP JP2005118529A patent/JP2006302955A/en active Pending
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