JP2007019381A

JP2007019381A - 半導体レーザ

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Publication number: JP2007019381A
Application number: JP2005201481A
Authority: JP
Inventors: Yoshiro Takiguchi; 由朗滝口
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-07-11
Filing date: 2005-07-11
Publication date: 2007-01-25

Abstract

【課題】大出力であっても、発光効率を低下させることなく、戻り光による影響を低減することの可能な半導体レーザを提供する。
【解決手段】リング形状の活性領域１２Ａをなすレーザ構造と、同じくリング形状の活性領域１２Ｂをなすレーザ構造とを備え、これらのレーザ構造が光学的に結合されている。活性領域１２Ａ，１２Ｂは、全体として１つの共振器を構成している。活性領域１２Ａ，１２Ｂは、活性層１２内に折り畳まれた状態となっており、活性領域１２Ａ，１２Ｂ全体の共振器長は、通常のレーザ構造における単一帯状の活性領域のそれと対比すると、折り畳んだ分だけ長い。
【選択図】図３

Description

本発明は、ワット級の出力が要求される技術分野に好適に用いられる半導体レーザに関する。

半導体レーザは戻り光に非常に弱いことが一般に知られている。戻り光とは、半導体レーザから出射した光が、被照射面や、被照射面までの光路中に設けられたレンズや光ファイバなどの光学部品の表面などで反射して、半導体レーザに戻ってくる光のことである。これら外部素子の表面と半導体レーザの端面とが新たな共振器を構成し、これにより発生するノイズは半導体レーザの特性に大きな影響を及ぼす。このため、ワット級の出力を持つ高出力型半導体レーザを、固体レーザの励起用光源や、直接加工（レーザ溶着、レーザ溶接、マーキングなど）用の光源として利用する技術分野では、戻り光が特に問題となっている。

具体的には、固体レーザの励起用光源の分野では、レーザ媒質の吸収波長が決まっているため、半導体レーザの波長は常にレーザ媒質の吸収スペクトルに対応していることが必要である。しかし、戻り光がある場合は、戻り光によって半導体レーザの波長やスペクトラムの形状が乱れるため、固体レーザの出力光が不安定になる。一方、直接加工用の光源の分野では、光のエネルギーを熱エネルギーに変え、物質を溶かすなどして加工を行うものであるので、半導体レーザの出力は常に安定していることが必要である。しかし、戻り光がある場合には、その影響で半導体レーザがモードホップを起こして出力が不安定になり、近視野像が変化するため、加工むらが生じる。戻り光による影響を抑制する技術として、例えば、特許文献１では、テーパ型（フレア型）の半導体レーザが開示されている。

特許第３３０４１４０号

しかし、この半導体レーザは、構造上本質的に発光効率が低く、ワット級の大きな出力が要求される技術分野には向かないという問題がある。

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、大出力であっても、発光効率を低下させることなく、戻り光による影響を低減することの可能な半導体レーザを提供することにある。

本発明の半導体レーザは、リング形状の活性領域をなすレーザ構造が光学的に複数結合されたものである。光学的に結合された全ての活性領域は、全体として１つの共振器を構成している。

本発明の半導体レーザでは、光学的に結合された全ての活性領域が全体として１つの共振器を構成しているので、活性領域から単一共振周波数のレーザ光が効率よく出射される。ここで、活性領域全体は、半導体レーザ内にいわば折り畳まれた状態となっている。そのため、活性領域全体の共振器長は、通常のレーザ構造における単一帯状の活性領域のそれと対比すると、折り畳んだ分だけ長くなる。

本発明の半導体レーザによれば、光学的に結合された全ての活性領域を全体として１つの共振器となるように構成したので、活性領域全体の実効的な共振器長を長くすることができる。これにより、発光効率を低下させることなく、戻り光による影響を低減することができる。

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。

図１は、本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ１の概略構成を表すものである。図２（Ａ）は図１の半導体レーザ１のＡ−Ａ矢視方向の断面構成を、図２（Ｂ）は図１の半導体レーザ１のＢ−Ｂ矢視方向の断面構成を、図３は図１の半導体レーザ１のＣ−Ｃ矢視方向の断面構成をそれぞれ表すものである。この半導体レーザ１は、例えば、端面での光スポットの幅が１０μｍ以上のブロードエリア型の素子であり、リング形状の活性領域をなすレーザ構造が光学的に複数結合されたものである。

半導体レーザ１は、基板１０の一面側に、ｎ型クラッド層１１，活性層１２およびｐ型クラッド層１３をこの順に積層してなるレーザ構造を有する。ここで、ｐ型クラッド層１３の上部には、レーザ光の射出方向（軸方向）に細長いリング形状のリッジ部（突条部）１４Ａ，１４Ｂが、横方向に並列に形成されている。ここで、横方向とは、軸方向およびレーザ構造を積層した方向（縦方向）に垂直な方向である。また、ｐ型クラッド層１３の上面のうちリッジ部１４Ａ，１４Ｂの形成されていない領域に、絶縁層１５が形成されている。

基板１０、ｎ型クラッド層１１，活性層１２およびｐ型クラッド層１３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により構成されている。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。ｎ型クラッド層１１は、例えばｎ型Ａｌ_aＧａ_1-a-bＩｎ_bＰ（０＜ａ＜１，０＜ｂ＜１）により構成されている。

活性層１２は、例えば不純物が含まれていないＧａ_cＩｎ_1-cＰ（０＜ｃ＜１）により構成されている。この活性層１２は、リッジ部１４Ａ，１４Ｂに対向する領域に活性領域１２Ａ，１２Ｂを、それ以外の領域に不活性領域１２Ｃをそれぞれ有している。したがって、活性領域１２Ａ，１２Ｂは、リッジ部１４Ａ，１４Ｂと同様のリング形状となっており、横方向に並列に接続されると共に、互いに光学的に結合（例えば、エバネッセント波で結合）されている。このように、活性領域１２Ａ，１２Ｂは、活性層１２内に折り畳まれた状態となっている。また、活性領域１２Ａ，１２Ｂは、全体で１つの共振器を構成している。なお、本実施の形態では、個々の活性領域１２Ａ，１２Ｂは、軸方向に関して対称な形状となっており、かつ、互いに同じ形状となっているものとする。

ここで、活性領域１２Ａ，１２Ｂは、リッジ部１４Ａ，１４Ｂおよび絶縁層１５で狭窄された電流が注入される電流注入領域に対応すると共に、その領域で電子と正孔の再結合による生じた発光光が誘導放出を繰り返し、一対の反射膜（後述）で反射されながら進んでいく光導波領域に対応している。そのため、活性領域１２Ａ，１２Ｂの共振器長は、通常のレーザ構造における単一帯状の活性領域のそれと対比すると、折り畳んだ分だけ長くなる。さらに、例えば、図４および図５に示したように、活性領域１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｄ，１２Ｅ，１２Ｆ，１２Ｇを、活性領域全体が１つの共振器となるように１次元または２次元に多数折り畳んで、活性領域の共振器長をさらに長くしてもよい。なお、図３および図４では光出射口を端に設けているが、これは端面吸収によって発生する熱を放散しやすくするためであるが、端以外の部位、例えば図６に示したように、活性領域１２Ｅに対応する領域に光出射口を設けてもよい。

上記したように、図３に示した活性領域１２Ａ，１２Ｂや、図４および図５に示した活性領域１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｄ，１２Ｅ，１２Ｆ，１２Ｇは、全体で１つの共振器を構成している。このように、本実施の形態の半導体レーザ１では、活性領域全体が１つの共振器となるように構成することにより、単一の発振周波数のレーザ光が出射されるようになっている。仮に、個々の活性領域が固有の共振器特性を有するように構成すると、共振モードの競合が発生し、それにより複数の発振周波数を有するレーザ光が出射されたり、共振器特性が悪化する。例えば、図７に示した構成は、活性領域全体が１つの共振器となっておらず、しかも光Ｌ１が完全に内部に閉じ込められてしまうので、好ましくない。したがって、活性領域全体が１つの共振器となるように構成することが最低限必要である。なお、単一の発振周波数のレーザ光を最も効率良く出射するのに必要な条件については後述する。

ｐ型クラッド層１３は、例えばｐ型Ａｌ_dＧａ_1-d-eＩｎ_eＰ（０＜ｄ＜１，０＜ｅ＜１）により構成されている。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。絶縁層１５は、例えばＳｉＯ₂やＳｉＮなどの絶縁材料により構成されている。リッジ部１４Ａ，１４Ｂおよび絶縁層１５は、活性層１２の電流注入領域を制限すると共に、横方向の光モードを安定に制御し、軸方向に導波させるようになっている。

また、この半導体レーザ１は、リッジ部１４Ａ，１４Ｂの上面および側面にｐ側電極１６を、基板１０の裏面にｎ側電極１７をそれぞれ有している。ｐ側電極１６は、例えば、チタン（Ｔｉ）層，白金（Ｐｔ）層および金層をｐ型クラッド層１３および絶縁層１５上にこの順に積層したものであり、ｐ型クラッド層１３と電気的に接続されている。ｎ側電極１７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たものであり、基板１０と電気的に接続されている。

また、図１および図３に示したように、光出射側の端面（前端面）に前端面反射膜１８Ａ，１８Ｂが、光反射側の端面（後端面）に後端面反射膜１９がそれぞれ形成されている。前端面反射膜１８Ａは、活性領域１２Ａに対応する領域を含む領域に形成されており、光閉じ込め領域に対応している。前端面反射膜１８Ｂは、活性領域１２Ｂに対応する領域を含む領域に形成されており、光出射領域に対応している。このように、本実施の形態では、光出射口が１つ設けられており、後述するように、その光出射口から２つのレーザ光２０Ａ，２０Ｂが出射されるようになっている。

前端面反射膜１８Ａおよび後端面膜反射膜１９は、例えば、後端面上に屈折率ｎ１、膜厚λ／（４ｎ１）（λは発振波長）の反射膜および屈折率ｎ２（＞ｎ１）、膜厚λ／（４ｎ２）の反射膜を１組とする層を１または複数積層して構成された高反射率膜である。一方、前端面反射膜１８Ｂは、例えば、前端面上に屈折率ｎ３、膜厚λ／（４ｎ３）の反射膜および屈折率ｎ４（＜ｎ３）、膜厚λ／（４ｎ４）の反射膜を１組とする層を１または複数積層して構成された低反射率膜である。

次に、単一の発振周波数のレーザ光を最も効率良く出射するのに必要な条件について説明する。なお、以下では、活性領域１２Ａが図３に示したような中抜きの多角形状となっている場合を例にして説明する。

図８は、活性領域１２Ａの平面構成を表すものである。活性領域１２Ａは、上記したように、中抜きの多角形状となっている。この活性領域１２Ａでは、長手方向（軸方向）の長さがＬ、長さＬのうち軸方向と平行な辺の長さがＬ_A、長さＬのうちテーパ状となっている辺の長さがＬ_B、そのテーパ状の辺と軸方向と平行な線分とのなす角がθ_B、横方向の長さがＷ、長さＷのうち横方向と平行な辺の長さをＷ_A、長さＷのうちテーパ状となっている辺の長さがＷ_Bとなっている。また、中抜き部分は菱形となっており、その一辺と軸方向と平行な線分とのなす角がθ_I、菱形の長手方向（軸方向）の対角線の長さがＬ_I、菱形の横方向の対角線の長さがＷ_Iとなっている。なお、リッジ導波路における実効屈折率差をΔｎ、リッジ部１４（ｐ型クラッド層１３）の屈折率をｎ_Aとする。

側面２２での内部全反射の臨界角θ_Cは、
θ_C＝ａｒｃｓｉｎ（１−Δｎ／ｎ_A）…（１）
で与えられる。そこで、まず、ｎ_Aと、Δｎを設定してθ_Cを決定する。

最低次のリング共振モードの前端面に対する入射角（または反射角）をψとすると、
ψ＝ａｒｃｔａｎ（Ｗ／Ｌ）…（２）
で与えられる。

このモードがカットオフにならないためには、
ψ≦（π／２）−θ_C…（３）
を満たすことが必要である。

式（３）へ式（１）、式（２）を代入すると、
Ｗ≦Ｌｔａｎ［（π／２）−ａｒｃｓｉｎ（１−Δｎ／ｎ_A）］…（４）
が得られる。そこで、この式を満たすＷおよびＬを任意に設定する。

一方、最低次のリング共振モードの導波損失が最小となるためには、
θ_B＝θ_I＝ψ…（５）
を満たすことが必要である。したがって、最低次のリング共振モードの発光効率を最大にするためには、中抜き部分の一辺Ｓ１と、その一辺と対向するテーパ状の一辺Ｓ２とが互いに平行となるようにすることが必要である。

なお、Ｗ_A≧Ｗ_Iとすると、前端面と後端面との間で通常のストライプ型の半導体レーザと同様の直線共振モードが発振し、これにより、複数の共振周波数を有するレーザ光が出射されてしまうので、この直線共振モードをカットオフすることが必要となる。そこで、不活性領域１２Ｂのうちリングの外側に位置する部分と、中抜き部分との横方向での重なりを表す指標としてＫ_Fを、
Ｋ_F＝（Ｗ_B／（Ｗ／４））−１…（６）
と定義すると、直線共振モードをカットオフするには、
０＜Ｋ_F…（７）
を満たすことが必要である。さらに、活性領域１２Ａの面積が前端面および後端面においてなくならないようにするには、
Ｋ_F＜１…（８）
を満たすことが必要である。よって、Ｋ_Fは、
０＜Ｋ_F＜１…（９）
を満たすことが必要である。

次に、このＫ_Fを用いて、Ｗ_A、Ｗ_B、Ｗ_I、Ｌ_A、Ｌ_B、Ｌ_Iを導出する。

式（６）を変形すると、
Ｗ_B＝（１＋Ｋ_F）Ｗ／４…（１０）
となる。

Ｗ_A＝Ｗ−２Ｗ_Bより、
Ｗ_A＝（１−Ｋ_F）Ｗ／２…（１１）
となる。

Ｗ_I＝２Ｗ_Bとすると、
Ｗ_I＝（１＋Ｋ_F）Ｗ／２…（１２）
となる。

式（５）、式（１０）および式（１２）を式（２）へ代入し、Ｗ_Bとθ_B、Ｗ_Iとθ_Iの関係を考慮すると、
Ｌ_B＝（１＋Ｋ_F）Ｌ／４…（１３）
Ｌ_I＝（１＋Ｋ_F）Ｌ／２…（１４）
となる。

Ｌ_A＝Ｌ−２Ｌ_Bより、
Ｌ_A＝（１−Ｋ_F）Ｌ／２…（１５）
となる。したがって、Ｋ_Fを任意に設定して、Ｗ_A、Ｗ_B、Ｗ_I、Ｌ_A、Ｌ_B、Ｌ_Iを決定する。

例えば、ｐ型クラッド層１３をｐ型Ａｌ_dＧａ_1-d-eＩｎ_eＰにより構成し、図９に示したように、ｐ型クラッド層１３のうちリッジ状になっている部分の高さＨ１を０．８μｍ、リッジ状になっていない平坦な部分の高さＨ２を０．１μｍに設定すると、Δｎ＝０．００７が得られる。このとき、ｎ_A＝３．２となるので、式（１）より、θ_C＝８６．２°が得られる。これを式（３）へ代入すると、ψ≦３．８°が得られる。次に、Ｌ＝１０００μｍとして、上で得られたθ_Cを式（４）へ代入すると、Ｗ≦６６μｍが得られる。そこで、Ｗ＝６０μｍ、Ｋ_F＝０．２に設定すると、Ｗ_A＝２４μｍ、Ｗ_B＝１８μｍ、Ｗ_I＝３６μｍ、Ｌ_A＝４００μｍ、Ｌ_B＝３００μｍ、Ｌ_I＝６００μｍが得られる。このようにして、単一の発振周波数のレーザ光を最も効率良く出射するのに必要な条件が設定される。

このような構成の半導体レーザ１は、例えば次のようにして製造することができる。

上記の構成で例示したＧａＡｓ系の化合物半導体で半導体レーザ１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）、フォスフィン（ＰＨ₃）を用い、ドナー不純物の原料としては、例えば、Ｈ₂Ｓｅ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。

具体的には、まず、基板１０上に、ｎ型クラッド層１１，活性層１２，ｐ型クラッド層１３をこの順に積層したのち、ｐ型クラッド層１３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、またはウエットエッチング法により、ｐ型クラッド層１３の上部を選択的に除去する。これにより、ｐ型クラッド層１３の上部に、軸方向に延在するリング形状のリッジ部１４Ａ，１４Ｂが、横方向に並列に形成される。その後、上記マスク層を除去する。

次に、ｐ型クラッド層１３の上面のうち絶縁層１５を形成することとなる部分以外の領域にマスク層Ｒ（図示せず）を形成したのち、絶縁材料を堆積させて絶縁層１５を形成する。その後、マスク層Ｒを除去する。さらに、例えば、基板１０の裏面側をラッピングして基板１０の厚さを適切な厚さに調節し、その裏面側にｎ側電極１７を形成する。次に、リッジ部１４および絶縁層１５の上面に金属材料を成膜してｐ側電極１６を形成する。その後、軸方向の一対の端面に高反射率膜を形成したのち、前端面に形成した高反射率膜のうち活性領域１２Ｂに対応する領域を含む部分を選択的に除去する。その後、その部分に低反射率膜を形成する。これにより、前端面反射膜１８Ａ，１８Ｂおよび後端面反射膜１９が形成される。このようにして半導体レーザ１が形成される。

次に、本実施の形態の半導体レーザ１の作用について説明する。

半導体レーザ１では、ｎ側電極１７と、ｐ側電極１６との間に所定の電圧が印加されると、リッジ部１４Ａ，１４Ｂおよび絶縁層１５により電流狭窄され、活性層１２の電流注入領域（活性領域１２Ａ）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、前端面反射膜１８Ａ，１８Ｂおよび後端面反射膜１９により反射され、活性層１２内に折り畳まれた光導波領域（活性領域１２Ａ）を一巡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２０Ａ，２０Ｂとして前端面反射膜１８Ｂから外部に射出される。このとき、レーザビーム２０Ａ，２０Ｂのそれぞれの出力は、活性領域１２Ａ，１２Ｂが軸方向に関して対称な形状となっていることから、同じである。また、レーザビーム２０Ａ，２０Ｂのそれぞれの出射角は、活性領域１２Ａ，１２Ｂの形状によって異なるが、例えば上記した最適条件に設定した場合は、およそ１２°である。

一般に、半導体レーザの出射光が被照射面で反射されて戻り光として戻ってくると、この戻り光による影響を受けて、半導体レーザの波長やスペクトラムの形状が乱れたり、出力光が不安定になる。一般に、戻り光による影響の大きさは、以下の指標で評価される。
（（１−Ｒ_f）／τ_in）（Ｒ_ex／Ｒ_f）^0.5…（１６）

ここで、Ｒ_fは光出射口の強度反射率、Ｒ_exは、出射光の強度に対する戻り光の強度の割合、τ_inは、半導体レーザの共振器における１往復に要する時間である。

この指標から、光出射口の反射率Ｒ_fか、１往復に要する時間τ_inの少なくとも一方を大きくすればよいことがわかる。しかし、高出力型半導体レーザでは、光出射口の反射率Ｒ_fを大きくすると、半導体レーザ内部の光強度が大きくなりすぎて、端面破壊を引き起こしてしまう。そのため、高出力を維持したままで戻り光の影響を低減するには、τ_inを大きくする必要がある。ところが、単純に半導体レーザの軸方向の長さを長くすると、製造工程において、ペレタイズ等の工程で高度な技術が必要となり、歩留りの低下やコスト増大等の問題が発生してしまう。このように、従来の方策では、戻り光による影響を低減することが極めて困難であった。

一方、本実施の形態の半導体レーザ１では、活性領域１２Ａ，１２Ｂが、リッジ部１４Ａ，１４Ｂと同様のリング形状（中抜きの多角形状）となっており、横方向に並列に接続されると共に、互いに光学的に結合されている。これら活性領域１２Ａ，１２Ｂは、活性層１２内に折り畳まれた状態となっており、活性領域１２Ａ，１２Ｂの共振器長は、通常のレーザ構造における単一帯状の活性領域のそれと対比すると、折り畳んだ分だけ長くなっている。これにより、実効的な共振器長を長くすることができるので、戻り光による影響を低減することができる。

例えば、図３に示した活性領域１２Ａ，１２Ｂの共振器長は、通常のレーザ構造における単一帯状の活性領域のそれと対比すると、２倍以上の長さになる。また、図４および図５に示した、活性領域１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅ，１２Ｆ，１２Ｇの共振器長は、同様に、６倍以上の長さになる。したがって、前者のケースでは、戻り光による影響を１／２以上に、後者のケースでは、１／６以上に低減することができる。

また、これら活性領域１２Ａ，１２Ｂは、全体で１つの共振器を構成しており、所定の条件を満たすように設定することにより、単一の発振周波数のレーザ光をより効率良く出射することができる。

これより、本実施の形態の半導体レーザ１では、発光効率を低下させることなく、戻り光による影響を低減することができる。

また、上記したように、活性領域１２Ａ，１２Ｂは、活性層１２内部に折り畳まれており、半導体レーザ１の軸方向の長さを長くする必要がないので、従来型の素子よりも素子サイズを小さくすることができる。また、これら活性領域１２Ａ，１２Ｂの形状を司るリッジ部１４は、通常の製造プロセスで形成することができる。これにより、本実施の形態の半導体レーザ１では、歩留りの低下やコストの増大等の問題が発生する虞はない。

また、光出射口の反射率Ｒ_fを大きくする必要がないので、端面破壊を引き起こす虞もない。

また、上記したように、これら活性領域１２Ａ，１２Ｂは、活性層１２内部に折り畳まれ、アレイ状に配置されているので、１つの素子に対するペレタイズに要する余白部分（図示せず）を減らすことができる。これにより、１枚のウェハから採れる素子数が増加し、コストを削減することができる。また、レーザの素子サイズを横方向に大きくすることができるので、製造時の取り扱いが容易になる。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記の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。

例えば、上記実施の形態では、リング形状の活性領域１２Ａ，Ｂをなすレーザ構造が互いに接続されていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、リング形状の活性領域１２Ａ，Ｂをなすレーザ構造が光学的に結合されていれば、どのような構成となっていてもよい。

また、上記実施の形態では、光出射口を１つだけ設けていたが、図１０ないし図１６に示したように、光出射口を２つ以上設けてもよい。ここで、図１０、図１１、図１４、図１５および図１６のように、光出射口を等間隔に並べると、それぞれの光出射口から出射したレーザ光は、互いにコヒーレントであるので、互いに干渉し合い、その結果、非常に狭い遠視野像を得ることが可能となる。したがって、このような構成の半導体レーザは、微細加工に適している。また、図１２および図１３のように、光出射口を前端面側および後端面側にそれぞれ設けることにより、出射方向が互いに１８０°異なるレーザ光を同時に出力することが可能となる。なお、これらの半導体レーザは、光スイッチや光分配器として応用することも可能である。

また、上記実施の形態では、活性領域１２Ａ，１２Ｂは、互いに同じ形状を有していたが、互いに異なる形状を有していてもよい。例えば、図１７に示したように、活性領域１２Ａ，１２Ｂのうち光出射口に対応する方（活性領域１２Ｂ）の形状を、非対称としてもよい。具体的には、一方の光導波路１２Ｂ−１の幅を、他方の光導波路１２Ｂ−２の幅より狭くして非対称にする。このように活性領域１２Ｂを非対称とすると、幅の狭い光導波路１２Ｂ−１から外部へ出射されるレーザ光２０Ａの光強度が弱まり、他方、幅の広い光導波路１２Ｂ−２から外部へ出射されるレーザ光２０Ｂの光強度が強まるようになる。このように、活性領域１２Ｂを非対称とすることにより、光出射口から出射されるレーザ光２０Ａ，２０Ｂのうち一方だけ主に出射されるようにすることが可能となる。なお、図１６に示した活性領域１２Ｂは、テーパ型半導体レーザの活性領域を折り畳んだ形となっていることから、テーパ型半導体レーザの特徴をも備えている。

また、上記実施の形態では、リッジ部１４の平面形状をリング形状とすることにより活性領域１２Ａ，１２Ｂがリング形状となるようにしていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図１８に示したように、活性層１２そのものをリング形状に加工して、活性層１２を活性領域とすると共に、活性層１２の周辺をｐ型クラッド層２３で埋めて不活性領域としてもよい。また、図１９に示したように、ｐ側電極２６の平面形状をリング形状に加工すると共に、ｐ側電極２６の周辺領域を絶縁層２５で埋めて、活性層１２のうちｐ側電極１６と対応する領域を活性領域とすると共に、絶縁層２５と対応する領域を不活性領域としてもよい。

また、上記実施の形態では、ＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体レーザ素子を例にして本発明を説明したが、他の化合物半導体レーザ素子、例えばＡｌＩｎＰ系などの赤色半導体レーザ素子、ＧａＩｎＮ系およびＡｌＧａＩｎＮ系などの窒化ガリウム系の半導体レーザ素子、ＺｎＣｄＭｇＳＳｅＴｅなどのＩＩ−ＶＩ族の半導体レーザ素子にも適用可能である。また、ＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＩｎＰ系などの、発振波長が可視域とは限らないような半導体レーザ素子にも適用可能である。

また、上記実施の形態では、インデックスガイド構造の半導体レーザ素子を例に挙げて、本発明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、他の構造、例えば、ゲインガイド構造の半導体レーザ素子に対しても、側面２２をＲＩＥ法等により形成し、反射面とすることにより適用可能である。

本発明の一実施の形態に係る半導体レーザの斜視図である。図１の半導体レーザのＡ−Ａ矢視方向およびＢ−Ｂ矢視方向の断面構成図である。図１の半導体レーザのＣ−Ｃ矢視方向の断面構成図である。一変形例に係る半導体レーザのＣ−Ｃ矢視方向の断面構成図である。他の変形例に係る半導体レーザの断面構成図である。他の変形例に係る半導体レーザの断面構成図である。比較例に係る半導体レーザの断面構成図である。図３の活性領域の設計寸法を説明するための平面構成図である。図２のリッジ部１４Ａを拡大して表す断面構成図である。一変形例に係る半導体レーザの断面構成図である。他の変形例に係る半導体レーザの断面構成図である。他の変形例に係る半導体レーザの断面構成図である。他の変形例に係る半導体レーザの断面構成図である。他の変形例に係る半導体レーザの断面構成図である。他の変形例に係る半導体レーザの断面構成図である。他の変形例に係る半導体レーザの断面構成図である。他の変形例に係る半導体レーザの断面構成図である。他の変形例に係る半導体レーザの断面構成図である。他の変形例に係る半導体レーザの上面構成図である。

符号の説明

１…半導体レーザ、１０…基板、１１…ｎ型クラッド層、１２…活性層、１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｄ，１２Ｅ，１２Ｆ，１２Ｇ，…活性領域、１２Ｃ…不活性領域、１３，２３…ｐ型クラッド層、１４Ａ，１４Ｂ…リッジ部、１５，２５…絶縁層、１６，２６…ｐ側電極、１７…ｎ側電極、１８Ａ，１８Ｂ…前端面反射膜、１９，１９Ａ，１９Ｂ…後端面反射膜、２０Ａ，２０Ｂ，２１Ａ，２１Ｂ…出射光、２２…側面。

Claims

リング形状の活性領域をなすレーザ構造が光学的に複数結合された半導体レーザであって、
前記光学的に結合された全ての活性領域が全体として１つの共振器を構成する
ことを特徴とする半導体レーザ。
前記レーザ構造は、１次元または２次元に配列されている
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ。
前記レーザ構造の個々の活性領域の形状は、共振器の長手方向に関して対称である
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ。
前記レーザ構造の個々の活性領域の形状は、共振器の長手方向に関して非対称である
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ。