JP2007088188A - 多波長半導体レーザ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 各波長の半導体レーザ毎に、各波長の出射光に対して最適なFFPが得られるような異なる長さの窓領域を持たせることにより、各波長に同程度の光出力依存性を持たせることができるため、光学系の設計を容易にすることができる。
【選択図】 図2
Description
図13は従来の多波長半導体レーザ装置の構造を示す斜視図である。
図13に示すように、この従来の多波長半導体レーザ装置においては、同一のn型GaAs基板201上に、発光波長が700nm帯(例えば、780nm)のAlGaAs系半導体レーザLD1と、発光波長が600nm帯(例えば、650nm)のAlGaInP系半導体レーザLD2とが、互いに分離した状態で集積化されている。n型GaAs基板201としては、例えば、(100)面方位を有するものや、(100)面から例えば5〜15°オフした面を主面とする基板が用いられる。
そこで本発明の目的は、同一基板上に形成された多波長半導体レーザ装置に対して、各波長のレーザ光におけるFFPの大きさが安定して所望のFFPパターンとなるような窓構造を有することにより、光学系の設計を容易にすることのできる多波長半導体レーザ装置を提供することにある。
請求項2記載の多波長半導体レーザ装置は、請求項1記載の多波長半導体レーザ装置において、前記半導体レーザとして赤外半導体レーザと赤色半導体レーザをモノリシックに形成し、2波長半導体レーザ装置となることを特徴とする。
請求項3記載の多波長半導体レーザ装置は、請求項1または請求項2のいずれかに記載の多波長半導体レーザ装置において、前記窓領域の長さが、出力波長が短い半導体レーザである程長いことを特徴とする。
請求項7記載の多波長半導体レーザ装置は、請求項6記載の多波長半導体レーザ装置において、前記利得部の活性層における出力波長と前記窓領域の活性層における出力波長の差が20nm以上であることを特徴とする。
請求項8記載の多波長半導体レーザ装置は、請求項2記載の多波長半導体レーザ装置において、前記窓領域が、前記赤色半導体レーザ、前記赤外半導体レーザともに同一の不純物拡散により形成されていることを特徴とする。
請求項9記載の多波長半導体レーザ装置は、請求項8記載の多波長半導体レーザ装置において、前記不純物の拡散が前記窓領域と前記窓領域より共振器方向に40μm以内の領域に拡散されることを特徴とする。
請求項10記載の多波長半導体レーザ装置は、請求項1または請求項2または請求項3または請求項4または請求項5または請求項6または請求項7または請求項8または請求項9のいずれかに記載の多波長半導体レーザ装置において、前記不純物がZnあるいはSiからなることを特徴とする。
この結果、クラッド層がAlGaInP系材料からなる赤外、赤色半導体レーザ装置に対し、実屈折率導波機構の半導体レーザを実現することが可能となり、半導体レーザの動作電流値、発振しきい電流値の低減を行うことが可能となる。
請求項14記載の多波長半導体レーザ装置は、請求項13記載の多波長半導体レーザ装置において、前記誘電体層が、SiN、SiO2、TiO2、Al2O3、水素化アモルファスSiまたはそれらの多層構造からなる材料であることを特徴とする。
請求項16記載の多波長半導体レーザ装置は、請求項2記載の多波長半導体レーザ装置において、前記活性層に電流を注入するためのコンタクト層端面から最寄りの共振器端面までの距離と前記窓領域の長さに関して、前記赤色半導体レーザの方が、前記赤外半導体レーザよりも長いことを特徴とする。
以上により、各波長に同程度の光出力依存性を持たせることができるため、光学系の設計を容易にすることができる。
図1は本発明の多波長半導体レーザ装置の断面構造模式図である。
この構造において、(100)面から[011]方向に10°傾けた面を主面とするn型GaAs基板10上に、赤色レーザと赤外レーザがモノリシックに集積化されている。まず、赤色レーザの構造から説明を行う。
図2に、本発明の多波長半導体レーザ装置の窓構造を示す平面図を示す。
FFPパターンは、光ディスクシステムの光学系にとって、レンズの光利用効率に非常に大きく影響するため、その半値全幅が、最も光利用効率が高いFFPとなるように作製する必要がある。窓領域の長さが適切でないと、利得部での光分布を幾ら精密に設定してもその大きさが大きく変化し、所望の半値幅が得られない結果、レンズでの光の利用効率が大きく低下することになる。この結果、光ピックアップ光学系において高速記録に要求される光強度を得ることができず、実用上重大な支障をきたすことになる。
異なる活性層材料からなる多波長レーザでは、活性層の屈折率が互いに異なるために窓長は異なる値に設定する必要がある。同一基板上に多波長レーザを集積化する場合は、同一の不純物拡散プロセスで窓部を形成することが、素子作製上工程数が減るために有利である。従って、不純物の拡散状態を個別に設定することは不可能であり、窓部の不純物拡散による屈折率分布変化を個別に最適化したプロセス条件の設定が困難となる。このことからも、同一基板上に多波長レーザを集積化する場合は、所望のFFPを得るためには窓部の長さを複数の半導体レーザ毎に異ならせる必要がある。
図4は本発明の赤色レーザの拡がり角の窓長依存性を示す図であり、図4(a)は垂直拡がり角の窓長依存性、図4(b)は水平拡がり角の窓長依存性を示す。
図5は本発明の赤外レーザの拡がり角の窓長依存性を示す図であり、図5(a)は垂直拡がり角の窓長依存性、図5(b)は水平拡がり角の窓長依存性を示す。
また、FFPが光出力に対してほぼ一定となる距離も、垂直拡がり角が極小値を取る距離も赤外レーザは赤色レーザに比べて5μm程度小さい値となることが分かった。これは、後述するように、赤外部の活性層の利得部と窓部のPL波長の違いが、赤色部の活性層の利得部と窓部のPL波長の違いよりも大きくなるため、赤外レーザ部における利得部/窓部の実効屈折率変化の方が、赤色レーザ部における利得部/窓部の実効屈折率変化よりも小さくなる結果、光分布は利得部/窓部境界で受ける散乱が赤外レーザ部の方が、赤色レーザ部よりも小さくなるため、短い窓長で光軸方向の光強度分布の変化が極値をとるからである。
図9は本発明の2波長半導体レーザ装置の半導体層形成工程を示す工程断面図,図10は本発明の2波長半導体レーザ装置のリッジ部形成工程を示す工程断面図である。
図11は赤色半導体レーザにおける出力波長分布図であり、図11(a)は利得部における出力波長分布図、図11(b)は窓部における出力波長分布図である。図12は赤外半導体レーザにおける出力波長分布図であり、図12(a)は利得部における出力波長分布図、図12(b)は窓部における出力波長分布図である。
窓領域として、Zn固相源を形成した領域に対して、赤色半導体レーザ、赤外半導体レーザ共に共振器方向に40μm以内の拡散になるよう制御する事が設定した窓長に対して安定した広がり角、FFP形状を確保するためには重要である。
11 バッファ層
12 クラッド層
13 歪量子井戸活性層
13g1 第一ガイド層
13w1 ウェル層
13w2 ウェル層
13w3 ウェル層
13b1 バリア層
13b2 バリア層
13g2 第二ガイド層
14 Pクラッド層
15 電流ブロック層
16 保護層
17 コンタクト層
18 境界層
19 レジストパターン
21 バッファ層
22 クラッド層
23 量子井戸活性層
23g1 第一ガイド層
23w1 ウェル層
23w2 ウェル層
23w3 ウェル層
23b1 バリア層
23b2 バリア層
23g2 第二ガイド層
24 クラッド層
25 保護層
26 コンタクト層
27 レジスト
30 拡散源
31 酸化シリコン膜
40a 窓領域
40b 窓領域
41a 窓領域
41b 窓領域
201 n型GaAs基板
211 n型GaAsバッファ層
212 n型AlGaAsクラッド層
213 活性層
214 p型AlGaAsクラッド層
215 p型GaAsキャップ層
216 n型GaAs電流狭窄層
217 p側電極
221 n型GaAsバッファ層
222 n型AlGaInPクラッド層
223 活性層
224 p型AlGaInPクラッド層
225 p型GaInP中間層
226 p型GaAsキャップ層
227 n型GaAs電流狭窄層
228 p側電極
229 n側電極
300 パッケージベース
Claims (16)
- 出力波長の異なる複数の半導体レーザを同一基板にモノリシックに形成して成る多波長半導体レーザ装置であって、
前記半導体レーザの活性層が量子井戸構造であり、
前記活性層上にメサ状のリッジを備え、
前記活性層の端面部に不純物を拡散して形成された窓領域の長さが、前記複数の半導体レーザ毎に異なることを特徴とする多波長半導体レーザ装置。 - 前記半導体レーザとして赤外半導体レーザと赤色半導体レーザをモノリシックに形成し、2波長半導体レーザ装置となることを特徴とする請求項1記載の多波長半導体レーザ装置。
- 前記窓領域の長さが、出力波長が短い半導体レーザである程長いことを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載の多波長半導体レーザ装置。
- 前記窓領域の長さの差が5μm〜15μmであることを特徴とする請求項1または請求項2または請求項3のいずれかに記載の多波長半導体レーザ装置。
- 前記赤色半導体レーザにおける窓領域の長さが10μmから30μm、前記赤外半導体レーザの窓領域の長さが10μmから25μmであり、かつ、前記赤色半導体レーザの窓領域の長さが前記赤外半導体レーザの窓領域の長さよりも長いことを特徴とする請求項2記載の多波長半導体レーザ装置。
- 利得部の活性層における出力波長と前記窓領域の活性層における出力波長の差が、赤外半導体レーザより赤色半導体レーザの方が大きいことを特徴とする請求項2記載の多波長半導体レーザ装置。
- 前記利得部の活性層における出力波長と前記窓領域の活性層における出力波長の差が20nm以上であることを特徴とする請求項6記載の多波長半導体レーザ装置。
- 前記窓領域が、前記赤色半導体レーザ、前記赤外半導体レーザともに同一の不純物拡散により形成されていることを特徴とする請求項2記載の多波長半導体レーザ装置。
- 前記不純物の拡散が前記窓領域と前記窓領域より共振器方向に40μm以内の領域に拡散されることを特徴とする請求項8記載の多波長半導体レーザ装置。
- 前記不純物がZnあるいはSiからなることを特徴とする請求項1または請求項2または請求項3または請求項4または請求項5または請求項6または請求項7または請求項8または請求項9のいずれかに記載の多波長半導体レーザ装置。
- 前記メサ状のリッジ側壁には、各半導体レーザ共、同一の半導体層が形成されることを特徴とする請求項1または請求項2または請求項3または請求項4または請求項5または請求項6または請求項7または請求項8または請求項9または請求項10のいずれかに記載の多波長半導体レーザ装置。
- 前記半導体層がAlInP電流ブロック層であることを特徴とする請求項11記載の多波長半導体レーザ装置。
- 前記メサ状のリッジ側壁には、各半導体レーザ共、同一の誘電体層が形成されることを特徴とする請求項1または請求項2または請求項3または請求項4または請求項5または請求項6または請求項7または請求項8または請求項9または請求項10のいずれかに記載の多波長半導体レーザ装置。
- 前記誘電体層が、SiN、SiO2、TiO2、Al2O3、水素化アモルファスSiまたはそれらの多層構造からなる材料であることを特徴とする請求項13記載の多波長半導体レーザ装置。
- 前記窓領域の長さより、前記活性層に電流を注入するためのコンタクト層端面から最寄りの共振器端面までの距離の方が長いことを特徴とする請求項1または請求項2または請求項3または請求項4または請求項5または請求項6または請求項7または請求項8または請求項9または請求項10または請求項11または請求項12または請求項13または請求項14のいずれかに記載の多波長半導体レーザ装置。
- 前記活性層に電流を注入するためのコンタクト層端面から最寄りの共振器端面までの距離と前記窓領域の長さに関して、前記赤色半導体レーザの方が、前記赤外半導体レーザよりも長いことを特徴とする請求項2記載の多波長半導体レーザ装置。
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