JP2006351967A - Multi-wavelength semiconductor laser device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モノリシック構造の多波長半導体レーザ素子に係り、特に高反射率側の反射鏡膜の改良された多波長半導体レーザ素子に関する。 The present invention relates to a multi-wavelength semiconductor laser device having a monolithic structure, and more particularly to an improved multi-wavelength semiconductor laser device having a reflecting film on the high reflectance side.
近年、半導体レーザ素子(LD;laser diode )の分野では、同一基板(または基体)上に発光波長が異なる複数の発光部を有する複数波長レーザ素子の開発が活発に行われている。この複数波長レーザ素子は、例えば光ディスク装置の光源として用いられる。 In recent years, in the field of semiconductor laser elements (LD), a multi-wavelength laser element having a plurality of light emitting portions having different emission wavelengths on the same substrate (or base) has been actively developed. This multi-wavelength laser element is used as a light source of an optical disc device, for example.
このような光ディスク装置では、780nm帯のレーザ光がCD(Compact Disk)の再生に用いられると共に、CD−R(CD Recordable ),CD−RW(CD Rewritable )あるいはMD(Mini Disk )などの記録可能な光ディスクの記録・再生に用いられる。また、660nm帯のレーザ光がDVD(Digital Versatile Disk)の記録・再生に用いられている。多波長レーザ素子を光ディスク装置に搭載することにより、既存の複数種類の光ディスクのいずれに関しても、記録または再生が可能となる。このように多波長化することにより,より用途を拡げることが可能となる。 In such an optical disk apparatus, a laser beam of 780 nm band is used for reproducing a CD (Compact Disk), and CD-R (CD Recordable), CD-RW (CD Rewritable) or MD (Mini Disk) can be recorded. It is used for recording / reproducing of an optical disc. In addition, a 660 nm band laser beam is used for recording / reproduction of a DVD (Digital Versatile Disk). By mounting a multi-wavelength laser element on an optical disk device, recording or reproduction can be performed for any of a plurality of existing types of optical disks. By increasing the number of wavelengths in this way, it is possible to further expand the applications.
このようなモノリシック構造の複数波長レーザ素子では、一般に、単波長レーザ素子と同様、レーザ素子の端面にそれぞれのレーザ光の波長λに適合させた低反射鏡膜と高反射鏡膜とを端面全体に一括形成して、低反射鏡膜側の端面から効率よく光を取り出すようにしている(特許文献1)。このとき、低反射鏡膜は、一般に、単層構造や、厚さλoの低屈折率層と厚さλoの高屈折率層とを交互に積層させた多層構造を有しており、これら層構造を構成する材料や積層数などは、目的とする反射率の大きさに応じて適宜調整される。ここで、λoは、複数波長レーザ素子から出射されるレーザ光のそれぞれの波長の和をレーザ光の出射数で割った平均値を4n(nは屈折率)で割った値である。
しかしながら、上記した単層構造、および厚さλoの低屈折率層と厚さλoの高屈折率層とを交互に積層させた多層構造では、複数波長レーザ素子から出射されるレーザ光のそれぞれの波長帯での反射率を独立に制御することができない。そのため、仮に個々の波長帯に対して規格通りの反射率を得ることができたとしても、規格に対する厚さのマージンがほとんどないのが実情であり、その結果、単層構造の厚さや、多層構造を構成する個々の膜の厚さが製造誤差などによりばらつくと、いずれかのレーザ光の波長帯での反射率が規格から外れてしまい、歩留りが低下する虞がある。特に、660nm帯および780nm帯の2波長レーザ素子では、製造誤差などを考慮すると、660nm帯および780nm帯での反射率が共に6%以上8%以下という規格(第1規格)や、660nm帯での反射率が6%以上8%以下、780nm帯での反射率が20%以上という規格(第2規格)、660nm帯での反射率が6%以上、780nm帯での反射率が6%以上8%以下という規格(第3規格)を満たす層構造がないという問題がある。 However, in the above-described single-layer structure and the multilayer structure in which the low refractive index layer having the thickness λo and the high refractive index layer having the thickness λo are alternately stacked, each of the laser beams emitted from the multiple wavelength laser elements is provided. The reflectance in the wavelength band cannot be controlled independently. For this reason, even if the reflectance according to the standard can be obtained for each wavelength band, there is almost no thickness margin with respect to the standard, and as a result, the thickness of the single layer structure and the multilayer If the thicknesses of the individual films constituting the structure vary due to manufacturing errors or the like, the reflectance in the wavelength band of any laser beam is out of the standard, and the yield may be reduced. In particular, in the case of a two-wavelength laser element in the 660 nm band and the 780 nm band, in consideration of manufacturing errors, the standards (first standard) that reflectivities in the 660 nm band and the 780 nm band are both 6% or more and 8% or less, The reflectance of 6% to 8%, the reflectance of 780 nm band is 20% or more (second standard), the reflectance of 660 nm band is 6% or more, and the reflectance of 780 nm band is 6% or more. There is a problem that there is no layer structure that satisfies the standard (third standard) of 8% or less.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、所定の波長帯での反射率を所定の規格に適合させることの可能な多波長半導体レーザ素子を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a multi-wavelength semiconductor laser device capable of adapting the reflectance in a predetermined wavelength band to a predetermined standard.
本発明の多波長半導体レーザ素子は、基板上に、第1波長のレーザ光を発振する第1素子部と、第2波長のレーザ光を発振する第2素子部とを有する。第1素子部および第2素子部のそれぞれの前端面には前端面膜が、後端面には後端面膜がそれぞれ一括形成されている。前端面膜は、前端面上に所定の厚さの高屈折率層と、高屈折率層の厚さに応じた厚さの低屈折率層とを有する。 The multi-wavelength semiconductor laser device of the present invention has, on a substrate, a first element portion that oscillates laser light of a first wavelength and a second element portion that oscillates laser light of a second wavelength. A front end face film is formed on the front end face of each of the first element part and the second element part, and a rear end face film is formed on the rear end face. The front end face film has a high refractive index layer having a predetermined thickness and a low refractive index layer having a thickness corresponding to the thickness of the high refractive index layer on the front end face.
本発明の多波長半導体レーザ素子では、第1素子部および第2素子部にそれぞれ電流を注入すると、それぞれの内部の発光領域で発光が起きる。それぞれの領域で発光した光は、前端面膜および後端面膜によって反射されてレーザ発振し、前端面膜のうち第1素子部側から第1波長のレーザ光が、前端面膜のうち第2素子部側から第2波長のレーザ光がそれぞれ外部に射出される。 In the multiwavelength semiconductor laser device of the present invention, when current is injected into the first element portion and the second element portion, light emission occurs in the respective light emitting regions. The light emitted in each region is reflected by the front end face film and the rear end face film and laser oscillates, and the laser light having the first wavelength from the first element part side of the front end face film is the second element part side of the front end face film. To 2nd wavelength laser beams are respectively emitted to the outside.
このとき、高屈折率層の厚さは、第1波長または第2波長を4n(nは屈折率)で割った値や、第1波長と第2波長の和を2で割った平均値を4nで割った値(以下、「レーザ光の波長の関数から導かれる値」と称する)とは異なり、第1規格や、第2規格、第3規格を満たすことの可能な厚さである。 At this time, the thickness of the high refractive index layer is a value obtained by dividing the first wavelength or the second wavelength by 4n (n is the refractive index) or an average value obtained by dividing the sum of the first wavelength and the second wavelength by 2. Unlike the value divided by 4n (hereinafter referred to as “value derived from the function of the wavelength of laser light”), it is a thickness that can satisfy the first standard, the second standard, and the third standard.
例えば、高屈折率層がAl2 O3 層、低屈折率層がSiO2 層の場合に、第1規格のときは、Al2 O3 層は30nm以上60nm以下の厚さであり、第2規格のときは、Al2 O3 層は210nm以上230nm以下の厚さである。なお、SiO2 層は、設定されたAl2 O3 層の厚さにおいて上記した規格を満たすことのできる厚さに設定される。 For example, when the high refractive index layer is an Al 2 O 3 layer and the low refractive index layer is an SiO 2 layer, the Al 2 O 3 layer has a thickness of 30 nm or more and 60 nm or less in the first standard, and the second In the case of the standard, the Al 2 O 3 layer has a thickness of 210 nm to 230 nm. The SiO 2 layer is set to a thickness that can satisfy the above-mentioned standard in the set thickness of the Al 2 O 3 layer.
このように、前端面膜を高屈折率層と低屈折率層で構成すると共に、高屈折率層の厚さをレーザ光の波長の関数ではない値とすることにより、第1波長および第2波長を含む波長帯での反射率を比較的自由に制御することが可能となり、これらの波長帯での反射率に対する厚さのマージンが大きくなる。 In this way, the front end face film is composed of the high refractive index layer and the low refractive index layer, and the thickness of the high refractive index layer is set to a value that is not a function of the wavelength of the laser light. It is possible to relatively freely control the reflectance in the wavelength band including, and the thickness margin for the reflectance in these wavelength bands becomes large.
本発明の半導体レーザ素子によれば、高屈折率層と低屈折率層とで構成された前端面膜を備えると共に、高屈折率層の厚さをレーザ光の波長の関数から導かれる値以外の値となるようにしたので、第1波長および第2波長を含む波長帯での反射率に対する厚さのマージンが大きくなる。これにより、多層構造を構成する個々の膜の厚さが製造誤差などによりばらついたとしても、いずれかのレーザ光の波長帯での反射率が規格から外れる虞はなく、歩留りが低下する虞もない。その結果、第1波長および第2波長を含む波長帯(例えば660nm帯および780nm帯)での反射率を所定の規格に適合させることができる。 According to the semiconductor laser device of the present invention, the front end face film composed of the high refractive index layer and the low refractive index layer is provided, and the thickness of the high refractive index layer is a value other than a value derived from a function of the wavelength of the laser light. Since the value is set, the thickness margin with respect to the reflectance in the wavelength band including the first wavelength and the second wavelength is increased. As a result, even if the thickness of individual films constituting the multilayer structure varies due to manufacturing errors, the reflectance in the wavelength band of any laser beam is not likely to deviate from the standard, and the yield may be reduced. Absent. As a result, the reflectance in a wavelength band including the first wavelength and the second wavelength (for example, 660 nm band and 780 nm band) can be adapted to a predetermined standard.
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、本発明の第1の実施の形態に係る2波長半導体レーザ素子の断面構成を表すものである。図2は、図1の2波長半導体レーザ素子の平面構成を表すものである。なお、図1は、図2のA−A矢視方向の断面構成を表すものである。また、図1および図2は模式的に表したものであり、実際の寸法,形状とは異なっている。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of a two-wavelength semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a planar configuration of the two-wavelength semiconductor laser element of FIG. FIG. 1 shows a cross-sectional configuration in the direction of arrows AA in FIG. 1 and 2 are schematically shown and are different from actual dimensions and shapes.
この2波長半導体レーザ素子は、基板10上に第1素子部20Aおよび第2素子部20Bを配列してなるモノリシック構造のレーザ素子である。
This two-wavelength semiconductor laser element is a monolithic laser element in which a
(第1素子部20A)
第1素子部20Aは、660nm帯の光を出射可能な半導体レーザ素子であり、アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン(AlGaInP)系III−V族化合物半導体により構成される。ここでいうアルミニウム・ガリウム・インジウム・リン系III−V族化合物半導体とは、短周期型周期表における3B族元素のうちの少なくともアルミニウム(Al),ガリウム(Ga)およびインジウム(In)と、短周期型周期表における5B族元素のうちの少なくともリン(P)とを含むものを指す。
(
The
この第1素子部20Aは、基板10上に半導体層21Aを成長させたものである。この半導体層21A内には、n型クラッド層,活性層22A,p型クラッド層およびp側コンタクト層が含まれる。なお、活性層22A以外の層は特に図示していない。
The
具体的には、基板10は、例えばn型GaPにより構成され、厚さは例えば100μm程度である。
Specifically, the
n型クラッド層は、例えば厚さが1.5μmのn型AlGaInPにより構成される。活性層22Aは、例えば厚さが40nmの、互いに組成の異なるAlx Gay In1-x-y P(但し、x≧0かつy≧0)によりそれぞれ形成された井戸層とバリア層との多重量子井戸構造を有する。p型クラッド層は、例えば厚さが1.5μmのp型AlGaInPにより構成される。p側コンタクト層は、例えば厚さが0.5μmのp型GaPにより構成される。p型クラッド層の一部およびp側コンタクト層は、共振器方向に延在するストライプ状のリッジ部23Aを有しており、これにより電流狭窄がなされるようになっている。なお、活性層22Aのうちリッジ部23Aに対応する領域が第1発光点24Aとなっている。
The n-type cladding layer is made of, for example, n-type AlGaInP having a thickness of 1.5 μm. The
リッジ部23Aの側面からp型クラッド層の表面までの連続した表面(以下、表面Aとする。)上には、絶縁層25が設けられている。絶縁層25は、例えば300nm程度のSiO2 、ZrOxまたはSiNなどの絶縁材料により構成され、第1素子部20Aの半導体層21Aと、第2素子部20Bの半導体層21B(後述)とを電気的に絶縁すると共に、リッジ部23Aおよびリッジ部23B(後述)の上面からしか電流が活性層22Aへ流れ込めないようになっている。したがって、絶縁層25は、素子分離機能と電流狭窄機能を有する。
An
リッジ部23Aの上面(p側コンタクト層の表面)から絶縁層25の表面までの連続した表面上にはp側電極26Aが設けられており、p側コンタクト層と電気的に接続されている。一方、基板10の裏面にはn側電極27が設けられており、基板10と電気的に接続されている。
A p-side electrode 26A is provided on a continuous surface from the upper surface (surface of the p-side contact layer) of the
p側電極26A上に配線層28Aが設けられており、p側電極26A上と電気的に接続されている。p側電極26Aは、この配線層28Aと電気的に接続された配線(図示せず)を介して正側電源(図示せず)に接続されている。n側電極27は、配線(図示せず)と電気的に接続されており、その配線を介して負側電源(図示せず)に接続されている。ここで、p側電極26A、n側電極27Aは、例えば厚さ15nmのTi/厚さ50nmのPt/厚さ300nmのAuをこの順に積層してなる多層構造を有する。配線層28Aは、例えば厚さ8.7μmのAuにより構成される。
A
(第2素子部20B)
第2素子部20Bは、780nmの光を出射可能な半導体レーザ素子であり、ガリウム・ヒ素(GaAs)系III−V族化合物半導体により構成される。ここでいうガリウム・ヒ素系III−V族化合物半導体とは、短周期型周期表における3B族元素のうちの少なくともガリウム(Ga)と、短周期型周期表における5B族元素のうちの少なくともヒ素(As)とを含むものを指す。
(
The
この第2素子部20Bは、第1の発光素子20Aと同様、基板10上に半導体層21Bを成長させたものである。この半導体層21B内には、n型クラッド層,活性層22B,p型クラッド層およびp側コンタクト層が含まれる。なお、活性層22B以外の層は特に図示していない。
The
具体的には、n型クラッド層は、例えば厚さが1.5μmのn型AlGaAsにより構成される。活性層22Bは、例えば厚さが35nmの、互いに組成の異なるAlx Ga1-x As(但し、x≧0)によりそれぞれ形成された井戸層とバリア層との多重量子井戸構造を有する。p型クラッド層は、例えば厚さが1.0μmのp型AlGaAsにより構成される。p側コンタクト層は、例えば厚さが0.5μmのp型GaAsにより構成される。p型クラッド層の一部およびp側コンタクト層は、共振器方向に延在するストライプ状のリッジ部23Bを有しており、これにより電流狭窄がなされるようになっている。なお、活性層22Bのうちリッジ部23Bに対応する領域が第2発光点24Bとなっている。
Specifically, the n-type cladding layer is made of, for example, n-type AlGaAs having a thickness of 1.5 μm. The
リッジ部23Bの側面からp型クラッド層の表面までの連続した表面(以下、表面Bとする。)上には、上記した絶縁層25が設けられている。
The insulating
リッジ部23Bの上面(p側コンタクト層の表面)から絶縁層25の表面までの連続した表面上にはp側電極26Bが設けられており、p側コンタクト層と電気的に接続されている。一方、基板10の裏面には上記したn側電極27が設けられており、基板10と電気的に接続されている。
A p-side electrode 26B is provided on a continuous surface from the upper surface of the
p側電極26B上に配線層28Bが設けられており、p側電極26B上と電気的に接続されている。p側電極26Bは、この配線層28Bと電気的に接続された配線(図示せず)を介して正側電源(図示せず)に接続されている。ここで、p側電極26Bは、例えば厚さ15nmのTi/厚さ50nmのPt/厚さ300nmのAuをこの順に積層して構成される。配線層28Bは、例えば厚さ4.5μmのAuにより構成される。
A
(前端面膜、後端面膜)
また、図2に示したように、第1素子部20Aのリッジ部23Aの延在方向(軸方向)に対して垂直な面(第2素子部20Bのリッジ部23Bの延在方向(軸方向)に対して垂直な面)には、一対の反射鏡膜がそれぞれ一括形成されている。一対の反射鏡膜の反射側の膜(後端面膜30)は、後端面上に厚さλoのAl2 O3 層および厚さλoのTiO2 層を1組として1または複数積層して構成された多層構造を有し、高反射率となるように調整されている。ここで、λoは、第1素子部20Aから出射されるレーザ光の波長660nmと、第2素子部20Bから出射されるレーザ光の波長780nmとを足して2で割った中間波長720nmである。
(Front end face film, rear end face film)
Further, as shown in FIG. 2, the surface perpendicular to the extending direction (axial direction) of the
これに対して主出射側の膜(前端面膜31)は、前端面上に所定の厚さの高屈折率層32と、高屈折率層32の厚さに応じた厚さの低屈折率層33とをこの順に積層して構成された多層構造を有し、第1規格を満たすように調整されている。
On the other hand, the main emission side film (front end face film 31) has a high
具体的には、高屈折率層32がAl2 O3 層、低屈折率層33がSiO2 層によりそれぞれ構成されている。Al2 O3 層の厚さは、660nmまたは780nmを4n(nは屈折率)で割った値や、660nmと780nmの和を2で割った平均値を4nで割った値(レーザ光の波長の関数から導かれる値)とは異なり、30nm以上60nm以下となっている。例えば、Al2 O3 層の厚さが30nmのときSiO2 層の厚さは85nm以上120nm以下、Al2 O3 層の厚さが50nmのときSiO2 層の厚さは50nm以上70nm以下、Al2 O3 層の厚さが60nmのときSiO2 層の厚さは40nm以上80nm以下である。
Specifically, the high
このような構成を有する2波長半導体レーザ素子は、例えば次のようにして製造することができる。 The two-wavelength semiconductor laser device having such a configuration can be manufactured, for example, as follows.
まず、第1素子部20Aのレーザ構造を製造する。そのためには、基板10上の半導体層21Aを、例えば、MOCVD法により形成する。この際、AlGaInP系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)、ホスフィン (PH3 ) を用い、ドナー不純物の原料としては、例えばセレン化水素(H2 Se)を用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えばジメチル亜鉛(DMZn)を用いる。
First, the laser structure of the
具体的には、まず、基板10上に、n側コンタクト層,n型クラッド層,活性層22A,p型クラッド層およびp型コンタクト層をこの順に積層して半導体層21Aを形成する。続いて、p側コンタクト層およびp型クラッド層を例えばドライエッチング法により細い帯状の凸部となるようにパターンニングし、リッジ部23Aを形成する。
Specifically, first, an n-side contact layer, an n-type cladding layer, an
次に、第2素子部20Bのレーザ構造を製造する。そのためには、基板10上の半導体層21Bを、例えば、MOCVD法により形成する。この際、GaAs系半導体の原料としては、例えば、TMA、TMG、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DMZnを用いる。
Next, the laser structure of the
具体的には、まず、基板10上に、n側コンタクト層,n型クラッド層,活性層22B,p型クラッド層およびp型コンタクト層をこの順に積層して半導体層21Bを形成する。続いて、p側コンタクト層およびp型クラッド層を例えばドライエッチング法により細い帯状の凸部となるようにパターンニングし、リッジ部23Bを形成する。これにより、図3(A)に示したように、基板10上に、第1素子部20Aのレーザ構造と、第2素子部20Bのレーザ構造とが配列される。
Specifically, first, an n-side contact layer, an n-type cladding layer, an
次に、リッジ部23A,23Bの上面、および表面A,B上に絶縁材料、例えばSiNを蒸着またはスパッタリングにより形成したのち、図3(C)に示したように、絶縁材料のうちリッジ部23A,23Bの上面に対応する領域をエッチングにより除去する。これにより、表面A,B上に絶縁層25が形成される。
Next, after an insulating material such as SiN is formed on the upper surfaces of the
次に、図1に示したように、リッジ部23Aのp側コンタクト層の表面から絶縁層25の表面までの連続した表面上にp側電極26Aおよび配線層28Aをこの順に積層して形成する。さらに、リッジ部23Bのp側コンタクト層の表面から絶縁層25の表面までの連続した表面上にp側電極26Bおよび配線層28Bをこの順に積層して形成する。また、基板10の裏面にn側電極27を形成する。
Next, as shown in FIG. 1, the p-side electrode 26A and the
次に、リッジ部23A,23Bの延在方向と垂直な面でへき開したのち、そのへき開面に前端面膜31および後端面膜32を一括形成する。このようにして、本実施の形態の2波長半導体レーザ素子が製造される。
Next, after cleaving on a plane perpendicular to the extending direction of the
次に、本実施の形態の2波長半導体レーザ素子の作用・効果について説明する。 Next, the operation and effect of the two-wavelength semiconductor laser device of this embodiment will be described.
本実施の形態の2波長半導体レーザ素子では、p側電極26A,26Bとn側電極27との間に所定の電圧が印加されると、活性層22A,22Bに電流が注入され、電子−正孔再結合によって発光が生じる。それぞれの活性層22A,22Bで発光した光は、前端面膜30および後端面膜31によって反射されてレーザ発振し、前端面膜30のうち第1素子部20A側から波長660nmのレーザ光が、前端面膜30のうち第2素子部20B側から波長780nmのレーザ光がそれぞれ外部に射出される。このように、第1素子部20Aと第2素子部20Bとは互いに異なる波長のレーザ光を出射することができる。
In the two-wavelength semiconductor laser device of the present embodiment, when a predetermined voltage is applied between the p-side electrodes 26A and 26B and the n-side electrode 27, current is injected into the
ところで、前端面膜31は、上記したように後端面に一括形成された単一の構成を有するものであり、レーザ光が出射される部位に応じて材料や、厚さ、層構造などが調整された複数の構成を有するものではない。そのため、単一の構成で双方の波長のレーザ光に対して所定の規格を満たす反射率(ここでは、第1規格)を実現することが必要となる。
By the way, the front
一般に、単一の構成の前端面膜は、単層構造や、一方のレーザ光の波長λ1と、他方のレーザ光の波長λ2とを足して2で割った中間波長(λ1+λ2)/2をλoとすると、厚さλoの高屈折率層および厚さλoの低屈折率層を1組としてこれを1または複数積層した構造を有する。このような構造を有する前端面膜では、2波長レーザ素子から出射されるレーザ光のそれぞれの波長帯での反射率を独立に制御することができない。そのため、仮に個々の波長帯に対して規格通りの反射率を得ることができたとしても、規格に対する厚さのマージンがほとんどないのが実情であり、その結果、単層構造の厚さや、多層構造を構成する個々の層の厚さが製造誤差などによりばらつくと、いずれかのレーザ光の波長帯での反射率が規格から外れてしまい、歩留りが低下する虞がある。特に、660nm帯および780nm帯の2波長レーザ素子では、製造誤差などを考慮すると、所定の規格を満たす層構造を形成することは極めて困難である。 In general, the front end face film of a single configuration has a single-layer structure, or an intermediate wavelength (λ1 + λ2) / 2 obtained by adding the wavelength λ1 of one laser beam and the wavelength λ2 of the other laser beam and dividing it by 2 as λo. Then, a high refractive index layer having a thickness λo and a low refractive index layer having a thickness λo are taken as one set, and one or a plurality of these layers are stacked. In the front end face film having such a structure, the reflectance in the respective wavelength bands of the laser light emitted from the two-wavelength laser element cannot be controlled independently. For this reason, even if the reflectance according to the standard can be obtained for each wavelength band, there is almost no thickness margin with respect to the standard, and as a result, the thickness of the single layer structure and the multilayer If the thicknesses of the individual layers constituting the structure vary due to manufacturing errors or the like, the reflectance in the wavelength band of any laser beam is out of the standard, and the yield may be reduced. In particular, in a two-wavelength laser element in the 660 nm band and the 780 nm band, it is extremely difficult to form a layer structure that satisfies a predetermined standard in consideration of manufacturing errors and the like.
例えば、図4に例示したように、Al2 O3 からなる単層構造の前端面膜では、上記した規格を満たす厚さは唯一330nmであり、このときの反射率は規格の上限である8%となっている。そのため、前端面膜を構成する個々の層の厚さが製造誤差などによりばらつくと、少なくとも一方のレーザ光の波長帯での反射率が規格から外れ、歩留りが低下する虞がある。したがって、660nm帯および780nm帯での反射率を所定の規格に適合させることは極めて困難であることが確認できる。 For example, as illustrated in FIG. 4, in the front end face film having a single layer structure made of Al 2 O 3 , the thickness that satisfies the above-mentioned standard is only 330 nm, and the reflectance at this time is 8%, which is the upper limit of the standard It has become. For this reason, if the thicknesses of the individual layers constituting the front end face film vary due to manufacturing errors or the like, the reflectance in the wavelength band of at least one laser beam is out of the standard, and the yield may be reduced. Therefore, it can be confirmed that it is extremely difficult to adapt the reflectance in the 660 nm band and the 780 nm band to a predetermined standard.
一方、本実施の形態の2波長半導体レーザ素子では、単一の構成の前端面膜31は、前端面上に高屈折率層32と低屈折率層33をこの順に積層して構成されると共に、高屈折率層の厚さがレーザ光の波長の関数ではない値となるように構成されているので、660nm帯および780nm帯での反射率を比較的自由に制御することが可能となり、これらの波長帯での反射率に対する厚さのマージンを大きくすることができる。
On the other hand, in the two-wavelength semiconductor laser device of the present embodiment, the front
例えば、図5に例示したように、高屈折率層32が厚さ50nmのAl2 O3 層である場合は、低屈折率層33は厚さ50nm以上70nm以下のSiO2 層であれば上記規格を満たす。その他に、図示していないが、高屈折率層32が厚さ45nmのAl2 O3 層である場合は、低屈折率層33は厚さ60nm以上90nm以下のSiO2 層であれば上記規格を満たし、高屈折率層32が厚さ60nmのAl2 O3 層である場合は、低屈折率層33は厚さ40nm以上80nm以下のSiO2 層であればよい。このように、高屈折率層32が厚さ45nm以上60nm以下のAl2 O3 層である場合は、上記規格を満たすことが可能であり、660nm帯および780nm帯での反射率に対する厚さのマージンが大きいことが確認できる。また、図5の前端面膜31の厚さは、図4の前端面膜と比べて非常に薄いことも確認できる。
For example, as illustrated in FIG. 5, when the high
このように、本実施の形態の2波長半導体レーザ素子によれば、高屈折率層32と低屈折率層33をこの順に積層してなる前端面膜31を備えると共に、高屈折率層32の厚さをレーザ光の波長の関数ではない値となるようにしたので、660nm帯および780nm帯での反射率に対する厚さのマージンが大きくなり、これにより、多層構造を構成する個々の層さの厚さが製造誤差などによりばらついたとしても、いずれかのレーザ光の波長帯での反射率が規格から外れる虞はなく、歩留りが低下する虞もない。その結果、660nm帯および780nm帯での反射率を所定の規格に適合させることができる。
Thus, according to the two-wavelength semiconductor laser device of the present embodiment, the front
また、前端面膜31を多層構造にしたので、単層構造の場合と比べて、その厚さを薄くすることができる。
In addition, since the front
〔第2の実施の形態〕
次に、本発明の第2の実施の形態に係る2波長半導体レーザ素子について説明する。図6は、本実施の形態の2波長半導体レーザ素子の平面構成を表すものである。なお、図6は模式的に表したものであり、実際の寸法,形状とは異なっている。
[Second Embodiment]
Next, a two-wavelength semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 shows a planar configuration of the two-wavelength semiconductor laser element of the present embodiment. FIG. 6 is a schematic representation, which differs from actual dimensions and shapes.
この2波長半導体レーザ素子は、上記第1の実施の形態の構成と対比すると、前端面膜41を備える点で相違する。そこで、上記第1の実施の形態と同様の構成・作用・効果の記載については適宜省略し、以下、主に前端面膜41について説明する。
This two-wavelength semiconductor laser device is different from the first embodiment in that a front
前端面膜41は、前端面上に所定の厚さの高屈折率層42と、高屈折率層42の厚さに応じた厚さの低屈折率層43とをこの順に積層して構成された多層構造を有し、第2規格を満たすように調整されている。
The front
具体的には、前端面膜41は、上記第1の実施の形態の前端面膜31と同様、高屈折率層42がAl2 O3 層、低屈折率層43がSiO2 層によりそれぞれ構成されている。Al2 O3 層およびSiO2 層はそれぞれ、レーザ光の波長の関数から導かれる値とは異なる厚さを有している。例えば、Al2 O3 層の厚さは210nm以上230nm以下、SiO2 層の厚さは70nm以上110nm以下となっている。
Specifically, in the same manner as the front
図7は、前端面膜41の反射率分布の一具体例を表すものである。図7に例示したように、高屈折率層42が厚さ220nmのAl2 O3 層である場合は、低屈折率層43は厚さ80nm以上110nm以下のSiO2 層であれば上記規格を満たす。その他に、図示していないが、高屈折率層42が厚さ210nmのAl2 O3 層である場合は、低屈折率層43は厚さ75nm以上105nm以下のSiO2 層であれば上記規格を満たし、高屈折率層42が厚さ230nmのAl2 O3 層である場合は、低屈折率層43は厚さ70nm以上100nm以下のSiO2 層であればよい。このように、高屈折率層42が厚さ210nm以上230nm以下のAl2 O3 層である場合は、上記規格を満たすことが可能であり、660nm帯および780nm帯での反射率に対する厚さのマージンが大きいことが確認できる。
FIG. 7 shows a specific example of the reflectance distribution of the front
また、図7の前端面膜41では、前端面膜41の厚さが305nm〜325nmの間に設定されているとき、660nm帯の反射率が規格の範囲内(6%以上8%以下の範囲内)でほぼ一定となっていることから、低屈折率層43の厚さを85nm〜105nmの間で変化させると、660nm帯の反射率を変化させることなく、780nm帯の反射率を変化させて規格の範囲内(20%以上)に設定することができる。このことから、高屈折率層42の厚さを所定の厚さにすると共に、低屈折率層43の厚さを変化させることにより、660nm帯および780nm帯の反射率を独立に制御することができることが確認できる。
In the front
このように、本実施の形態の2波長半導体レーザ素子によれば、高屈折率層42と低屈折率層43をこの順に積層してなる前端面膜41を備えると共に、高屈折率層42の厚さをレーザ光の波長の関数ではない値となるようにしたので、660nm帯および780nm帯での反射率に対する厚さのマージンが大きくなり、これにより、多層構造を構成する個々の層の厚さが製造誤差などによりばらついたとしても、いずれかのレーザ光の波長帯での反射率が規格から外れる虞はなく、歩留りが低下する虞もない。その結果、660nm帯および780nm帯での反射率を所定の規格に適合させることができる。
As described above, according to the two-wavelength semiconductor laser element of the present embodiment, the front
また、高屈折率層42の厚さを所定の厚さにすると共に、低屈折率層43の厚さを変化させることにより、660nm帯および780nm帯の反射率を独立に制御することができる。
Further, the reflectance of the 660 nm band and the 780 nm band can be independently controlled by changing the thickness of the high
〔第3の実施の形態〕
次に、本発明の第3の実施の形態に係る2波長半導体レーザ素子について説明する。図8は、本実施の形態の2波長半導体レーザ素子の平面構成を表すものである。なお、図8は模式的に表したものであり、実際の寸法,形状とは異なっている。
[Third Embodiment]
Next, a two-wavelength semiconductor laser element according to the third embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 shows a planar configuration of the two-wavelength semiconductor laser element of the present embodiment. FIG. 8 is a schematic representation, which differs from actual dimensions and shapes.
この2波長半導体レーザ素子は、上記第1の実施の形態の構成と対比すると、前端面膜51を備える点で相違する。そこで、上記第1の実施の形態と同様の構成・作用・効果の記載については適宜省略し、以下、主に前端面膜51について説明する。
This two-wavelength semiconductor laser device is different from the first embodiment in that a front
前端面膜51は、前端面上に所定の厚さの高屈折率層52と、高屈折率層52の厚さに応じた厚さの低屈折率層53とを有すると共に、高屈折率層52が低屈折率層53中に設けられた多層構造を有し、第1規格を満たすように調整されている。
The front
具体的には、前端面膜51は、上記第1の実施の形態の前端面膜31とは異なり、高屈折率層52がTiO2 層、低屈折率層53がAl2 O3 層によりそれぞれ構成されている。TiO2 層およびAl2 O3 層はそれぞれ、レーザ光の波長の関数から導かれる値とは異なる厚さを有している。例えば、TiO2 層の厚さは10nm以上15nm以下、Al2 O3 層の厚さは15nm以上100nm以下となっている。
Specifically, unlike the front
図9は、前端面膜51の反射率分布の一具体例を表すものである。図9に例示したように、高屈折率層52が厚さ12.5nmのTiO2 層である場合は、低屈折率層53は厚さ15nm以上100nm以下のAl2 O3 層であれば上記規格を満たす。その他に、図示していないが、高屈折率層52が厚さ10nmのTiO2 層である場合は、低屈折率層53は厚さ15nm以上100nm以下のAl2 O3 層であれば上記規格を満たし、高屈折率層52が厚さ15nmのTiO2 層である場合は、低屈折率層53は厚さ15nm以上100nm以下のAl2 O3 層であればよい。このように、高屈折率層52が厚さ10nm以上15nm以下のTiO2 層である場合は、上記規格を満たすことが可能であり、660nm帯および780nm帯での反射率に対する厚さのマージンが大きいことが確認できる。
FIG. 9 shows a specific example of the reflectance distribution of the front
このように、本実施の形態の2波長半導体レーザ素子によれば、高屈折率層52と低屈折率層53を含んで構成された前端面膜51を備えると共に、高屈折率層52の厚さをレーザ光の波長の関数ではない値となるようにしたので、660nm帯および780nm帯での反射率に対する厚さのマージンが大きくなり、これにより、多層構造を構成する個々の層の厚さが製造誤差などによりばらついたとしても、いずれかのレーザ光の波長帯での反射率が規格から外れる虞はなく、歩留りが低下する虞もない。その結果、660nm帯および780nm帯での反射率を所定の規格に適合させることができる。
Thus, according to the two-wavelength semiconductor laser device of the present embodiment, the front
〔第4の実施の形態〕
次に、本発明の第4の実施の形態に係る2波長半導体レーザ素子について説明する。図10は、本実施の形態の2波長半導体レーザ素子の平面構成を表すものである。なお、図10は模式的に表したものであり、実際の寸法,形状とは異なっている。
[Fourth Embodiment]
Next, a two-wavelength semiconductor laser element according to the fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 10 shows a planar configuration of the two-wavelength semiconductor laser element of the present embodiment. FIG. 10 is a schematic representation, which differs from actual dimensions and shapes.
この2波長半導体レーザ素子は、上記第3の実施の形態の構成と対比すると、前端面膜61を備える点で相違する。そこで、上記第3の実施の形態と同様の構成・作用・効果の記載については適宜省略し、以下、主に前端面膜61について説明する。
This two-wavelength semiconductor laser device is different from the configuration of the third embodiment in that a front
前端面膜61は、前端面上に所定の厚さの高屈折率層62と、高屈折率層62の厚さに応じた厚さの低屈折率層63とを有すると共に、高屈折率層62が低屈折率層63中に設けられた多層構造を有し、第3規格を満たすように調整されている。
The front
具体的には、前端面膜61は、上記第3の実施の形態と同様、高屈折率層62がTiO2 層、低屈折率層63がAl2 O3 層によりそれぞれ構成されている。TiO2 層およびAl2 O3 層はそれぞれ、レーザ光の波長の関数から導かれる値とは異なる厚さを有している。例えば、TiO2 層の厚さは55nm以上65nm以下、Al2 O3 層の厚さは15nm以上100nm以下となっている。
Specifically, in the front
図11は、前端面膜61の反射率分布の一具体例を表すものである。図11に例示したように、高屈折率層62が厚さ60nmのTiO2 層である場合は、低屈折率層63は厚さ15nm以上100nm以下のAl2 O3 層であれば上記規格を満たす。その他に、図示していないが、高屈折率層62が厚さ55nmのTiO2 層である場合は、低屈折率層63は厚さ15nm以上100nm以下のAl2 O3 層であれば上記規格を満たし、高屈折率層62が厚さ65nmのTiO2 層である場合は、低屈折率層63は厚さ15nm以上100nm以下のAl2 O3 層であればよい。このように、高屈折率層62が厚さ55nm以上65nm以下のTiO2 層である場合は、上記規格を満たすことが可能であり、660nm帯および780nm帯での反射率に対する厚さのマージンが大きいことが確認できる。
FIG. 11 shows a specific example of the reflectance distribution of the front
また、図11の前端面膜61では、前端面膜61の厚さが少なくとも150nm〜200nmの間に設定されているとき、780nm帯の反射率が規格の範囲内(6%以上8%以下の範囲内)でほぼ一定となっていることから、低屈折率層63の厚さを少なくとも90nm〜140nmの間で変化させると、780nm帯の反射率を変化させることなく、660nm帯の反射率を変化させて規格の範囲内(6%以上)に設定することができる。このことから、高屈折率層62の厚さを所定の厚さにすると共に、低屈折率層63の厚さを変化させることにより、660nm帯および780nm帯の反射率を独立に制御することができることが確認できる。
Further, in the front
このように、本実施の形態の2波長半導体レーザ素子によれば、高屈折率層62と低屈折率層63を含んで構成された前端面膜61を備えると共に、高屈折率層62の厚さをレーザ光の波長の関数ではない値となるようにしたので、660nm帯および780nm帯での反射率に対する厚さのマージンが大きくなり、これにより、多層構造を構成する個々の層の厚さが製造誤差などによりばらついたとしても、いずれかのレーザ光の波長帯での反射率が規格から外れる虞はなく、歩留りが低下する虞もない。その結果、660nm帯および780nm帯での反射率を所定の規格に適合させることができる。
Thus, according to the two-wavelength semiconductor laser device of the present embodiment, the front
また、高屈折率層62の厚さを所定の厚さにすると共に、低屈折率層63の厚さを変化させることにより、660nm帯および780nm帯の反射率を独立に制御することができる。
Further, the reflectance of the 660 nm band and the 780 nm band can be independently controlled by changing the thickness of the high
以上、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 the 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、本発明を2波長半導体レーザ素子に適用する例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、多波長の半導体レーザ素子においても適用可能である。このとき、660nm帯および780nm帯以外の波長帯のレーザ光が出射される前端面膜を、上記した前端面膜31,41,51,61と一括形成するようにしてもよいし、別個に形成するようにしてもよい。また、660nm帯および780nm帯の少なくとも一方のレーザ光が複数出射されるタイプの半導体レーザ素子においても適用可能である。
For example, in the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to a two-wavelength semiconductor laser element has been described. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to a multi-wavelength semiconductor laser element. At this time, the front end face film from which laser light in a wavelength band other than the 660 nm band and the 780 nm band is emitted may be formed together with the front end face
また、上記実施の形態では、第1素子部20AとしてAlGaInP系III−V族化合物半導体レーザ素子を、第2素子部20BとしてGaAs系III−V族化合物半導体レーザ素子をそれぞれ挙げ、それらの組成および構成について具体的に例示して説明したが、本発明は、他の組成や構造を有する半導体レーザ素子についても同様に適用することができるものである。
Moreover, in the said embodiment, an AlGaInP type III-V compound semiconductor laser element is mentioned as the
10…基板、20A…第1素子部、20B…第2素子部、21A,21B…半導体層、22A,22B……活性層、23A,23B…リッジ部、24A…第1発光点、24B…第2発光点、25…絶縁層、26A,26B…p側電極、27…n側電極、28A,28B…配線層、30…後端面膜、31,41,51,61…前端面膜、32,42,52,62…高屈折率層、33,43,53,63…低屈折率層。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記前端面膜は、前記前端面上に所定の厚さを有する高屈折率層と、前記高屈折率層の厚さに応じた厚さを有する低屈折率層とを有する
ことを特徴とする多波長半導体レーザ素子。 A first element portion that oscillates a laser beam of a first wavelength formed on the substrate, a second element portion that oscillates a laser beam of a second wavelength formed on the substrate, and the first element portion. A front end face film formed on the front end face of each of the element part and the second element part; and a rear end face film formed on the rear end face of each of the first element part and the second element part.
The front end face film includes a high refractive index layer having a predetermined thickness on the front end face and a low refractive index layer having a thickness corresponding to the thickness of the high refractive index layer. Wavelength semiconductor laser element.
前記低屈折率層は厚さ40nm以上120nm以下のSiO2 層である
ことを特徴とする請求項1に記載の多波長半導体レーザ素子。 The high refractive index layer is an Al 2 O 3 layer having a thickness of 30 nm to 60 nm,
The multi-wavelength semiconductor laser device according to claim 1, wherein the low refractive index layer is a SiO 2 layer having a thickness of 40 nm or more and 120 nm or less.
ことを特徴とする請求項2に記載の多波長半導体レーザ素子。 The thickness of the SiO 2 layer is 85 nm to 120 nm when the thickness of the Al 2 O 3 layer is 30 nm, 50 nm to 70 nm when the thickness of the Al 2 O 3 layer is 50 nm, and the Al 2 The multiwavelength semiconductor laser device according to claim 2, wherein the thickness of the O 3 layer is 40 nm or more and 80 nm or less when the thickness of the O 3 layer is 60 nm.
前記低屈折率層は厚さ15nm以上100nm以下のAl2 O3 層である
ことを特徴とする請求項1に記載の多波長半導体レーザ素子。 The high refractive index layer is a TiO 2 layer having a thickness of 10 nm to 15 nm,
The multi-wavelength semiconductor laser device according to claim 1, wherein the low refractive index layer is an Al 2 O 3 layer having a thickness of 15 nm to 100 nm.
前記低屈折率層は厚さ70nm以上110nm以下のSiO2 層である
ことを特徴とする請求項1に記載の多波長半導体レーザ素子。 The high refractive index layer is an Al 2 O 3 layer having a thickness of 210 nm to 230 nm,
The multi-wavelength semiconductor laser device according to claim 1, wherein the low refractive index layer is a SiO 2 layer having a thickness of 70 nm to 110 nm.
ことを特徴とする請求項5に記載の多波長半導体レーザ素子。 The thickness of the SiO 2 layer is 80 nm to 110 nm when the thickness of the Al 2 O 3 layer is 210 nm, 75 nm to 105 nm when the thickness of the Al 2 O 3 layer is 220 nm, and the Al 2 The multiwavelength semiconductor laser device according to claim 5, wherein the thickness of the O 3 layer is 70 nm or more and 100 nm or less when the thickness of the O 3 layer is 230 nm.
前記低屈折率層は厚さ15nm以上100nm以下のAl2 O3 層である
ことを特徴とする請求項1に記載の多波長半導体レーザ素子。
The high refractive index layer is a TiO 2 layer having a thickness of 55 nm or more and 65 nm or less,
The multi-wavelength semiconductor laser device according to claim 1, wherein the low refractive index layer is an Al 2 O 3 layer having a thickness of 15 nm to 100 nm.
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