JP2007142227A - Semiconductor laser device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、DVD−RAM、DVD−R、DVD−RW、DVD+R、DVD+RW、CD−R、CD−RW、DVD−ROM、CD−ROM、DVD−Video、CD−DA、VCDなどの光ディスク装置、あるいは光情報処理、光通信、光計測などの光源として使用する半導体レーザ装置に関するものである。 The present invention relates to an optical disc apparatus such as DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW, DVD + R, DVD + RW, CD-R, CD-RW, DVD-ROM, CD-ROM, DVD-Video, CD-DA, VCD, Or it is related with the semiconductor laser apparatus used as light sources, such as optical information processing, optical communication, and optical measurement.
半導体レーザは小型、低消費電力、低コスト、高信頼性などの利点を持つことから、CDやDVDなどの光ディスク用レーザとして広く普及している。
図9は従来の半導体レーザ装置の構造を示す図であり、図9(a)は断面図、図9(b)は上面から見た平面図を示す。
Since semiconductor lasers have advantages such as small size, low power consumption, low cost, and high reliability, they are widely used as lasers for optical disks such as CDs and DVDs.
9A and 9B are diagrams showing the structure of a conventional semiconductor laser device. FIG. 9A is a cross-sectional view, and FIG. 9B is a plan view seen from above.
図9において、基板101上に、クラッド層102および104に挟まれた活性層103を備え、クラッド層104の一部はストライプ状に形成されたリッジストライプ領域105を含有するリッジ導波路構造となっている。一般的に、基板101およびクラッド層102がn型、活性層103がノンドープ、クラッド層104、リッジストライプ領域105がp型の半導体により構成されたp−i−n構造となっており、素子上下部にそれぞれp側電極106、n側電極107が設けられている。共振器端面108は劈開による反射鏡が形成されており、さらに反射率・透過率の制御および端面保護膜として誘電体膜がコーティングされている。この共振器端面108に形成された2つの反射鏡間に直線的にリッジ導波路構造が形成されている。
In FIG. 9, an
特に、DVDに用いられる発振波長650nm帯の赤色レーザは多くの場合、基板にはSiドープしたGaAs、n型クラッド層にはSiもしくはSeがドーピングされたAlGaInP、p型クラッド層にはZnもしくはMgがドーピングされたAlGaInPが用いられ、活性層にはGaInPとAlGaInPからなる量子井戸が用いられる(例えば、特許文献1参照)。 In particular, red lasers having an oscillation wavelength band of 650 nm used for DVDs are often Si-doped GaAs on the substrate, AlGaInP doped with Si or Se on the n-type cladding layer, and Zn or Mg on the p-type cladding layer. Is used, and a quantum well made of GaInP and AlGaInP is used for the active layer (see, for example, Patent Document 1).
図10は従来の二波長半導体レーザ装置の構造を示す図であり、図11は従来の二波長レーザ装置の電流−光出力特性を示す図である。
図10に示すように、1つの基板に、例えば、赤外半導体レーザと赤色半導体レーザがモノリシックに形成されている。この二波長半導体レーザ装置における電流−光出力特性は、図11に示すように、電流が大きくなっても、赤色レーザでは熱飽和のため光出力が低下し、赤外レーザに比べて赤色レーザの最大光出力は小さくなる。
FIG. 10 is a diagram showing a structure of a conventional dual wavelength semiconductor laser device, and FIG. 11 is a diagram showing current-light output characteristics of the conventional dual wavelength laser device.
As shown in FIG. 10, for example, an infrared semiconductor laser and a red semiconductor laser are monolithically formed on one substrate. As shown in FIG. 11, the current-light output characteristics of this two-wavelength semiconductor laser device are such that, even if the current increases, the light output of the red laser decreases due to thermal saturation, and the red laser emits less light than the infrared laser. The maximum light output is reduced.
光ディスク用レーザには、光出力、動作電流・電圧、発振波長、出射光拡がり角など、様々な特性が要求される。とくに、光ディスクへの書き込み速度は、光出力に依存するため、より高速なデータ書き込みを行うために年々レーザ光の高出力化が求められている。
高出力化に伴い、動作に必要な注入電流は増加する。それに伴い素子より発生する熱も増加し、素子温度が上昇する。素子温度の上昇は注入電子の非発光再結合の割合を増加させる。以上のようなフィードバックにより、電流を注入しても光出力が飽和する現象が生じる。レーザのさらなる高出力化を実現するためには、この熱飽和レベルを上げる必要がある。 As the output increases, the injection current required for operation increases. As a result, the heat generated from the element also increases, and the element temperature rises. An increase in device temperature increases the proportion of non-radiative recombination of injected electrons. The feedback as described above causes a phenomenon that the optical output is saturated even when current is injected. In order to achieve higher output of the laser, it is necessary to increase this thermal saturation level.
そこで、共振器長を長くして発生する熱を逃がしやすくすることが、高出力化に効果的であることが知られている。”IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electron, vol. 9, No. 5, pp. 1260−1264, Sep/Oct 2003”においてはAlGaInP系混晶よりなる半導体レーザにおいて、共振器長を900μmから1100μmに長くすることにより、最高光出力が245mWから290mWに改善した、と報告されている。 Therefore, it is known that increasing the resonator length to easily release the generated heat is effective for increasing the output. In “IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electron, vol. 9, No. 5, pp. 1260-1264, Sep / Oct 2003”, the cavity length is increased from 100 μm to 100 μm. As a result, it was reported that the maximum light output was improved from 245 mW to 290 mW.
しかし、共振器長を長くすることによる問題点として、以下の事項が挙げられる。
(1)チップ面積が大きくなるため、ウェハからのチップ取れ数が減じ、原価が上昇する。
However, the following matters can be cited as problems caused by increasing the resonator length.
(1) Since the chip area increases, the number of chips that can be taken from the wafer decreases, and the cost increases.
(2)チップをサブマウント上に半田付けによりボンディングする際、治具よりチップにかかる力およびチップと半田の熱膨張係数の差に起因する残留歪みが大きくなり、信頼性悪化の要因となりえる。 (2) When the chip is bonded to the submount by soldering, the residual strain due to the force applied to the chip from the jig and the difference between the thermal expansion coefficients of the chip and the solder becomes large, which can be a cause of deterioration in reliability.
(3)CD用赤外レーザとDVD用赤色レーザをモノリシックに集積した二波長レーザにおいて、赤色半導体レーザの劈開面間距離である共振器長を高出力化のために長くした場合、赤外半導体レーザの動作電流が増加してしまう。これは、赤外レーザが赤色レーザに比べ長波長であり、光の空間的拡がりが大きく、高出力レーザの場合、クラッド層内のみでなくGaAsコンタクト層やその他の光を吸収される層まで出力光が広がるため、導波損失が大きくなるからである。 (3) In a two-wavelength laser in which an infrared laser for CD and a red laser for DVD are monolithically integrated, when the resonator length, which is the distance between the cleavage planes of the red semiconductor laser, is increased for higher output, the infrared semiconductor The operating current of the laser will increase. This is because the infrared laser has a longer wavelength than the red laser and the spatial spread of the light is large. In the case of a high-power laser, the output is not only within the cladding layer but also to the GaAs contact layer and other layers that absorb light. This is because the waveguide loss increases because light spreads.
これらの問題点を解決するために本発明の半導体レーザ装置は、半導体レーザ装置の共振器長を変えることなく、半導体レーザ装置の高出力化を図ることを目的とする。 In order to solve these problems, it is an object of the semiconductor laser device of the present invention to increase the output of the semiconductor laser device without changing the resonator length of the semiconductor laser device.
本発明の請求項1記載の半導体レーザ装置は、基板上に、第一伝導型のクラッド層と、活性層と、第二伝導型のクラッド層を積層して成り、共振器端面が二つの平行な劈開面により形成され、少なくとも一方の共振器端面より光が出射される半導体レーザ装置であって、前記共振器端面間の距離である共振器長に比べて、光が前記活性層中の二つの前記共振器端面間を伝搬する片道距離である実行共振器長の方が長いことを特徴とする。 The semiconductor laser device according to claim 1 of the present invention is formed by laminating a first conduction type cladding layer, an active layer, and a second conduction type cladding layer on a substrate, and having two parallel resonator end faces. A semiconductor laser device that is formed by a cleaved surface and emits light from at least one of the cavity end faces. The effective resonator length, which is a one-way distance propagating between the two resonator end faces, is longer.
請求項2記載の半導体レーザ装置は、請求項1記載の半導体レーザ装置において、前記活性層中の二つの前記共振器端面間を伝搬する光の進行方向を変更して前記実効共振器長を前記共振器長より長くする導波路構造を共振器内に備えることを特徴とする。 The semiconductor laser device according to claim 2 is the semiconductor laser device according to claim 1, wherein the effective resonator length is changed by changing a traveling direction of light propagating between the two resonator end faces in the active layer. A waveguide structure that is longer than the resonator length is provided in the resonator.
請求項3記載の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半導体レーザ装置において、前記導波路がリッジ導波路構造であることを特徴とする。
請求項4記載の半導体レーザ装置は、請求項3記載の半導体レーザ装置において、前記導波路のリッジ上部の幅が前記劈開面に対して垂直な方向の導波路と水平な方向の導波路とで異なることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor laser device according to the first or second aspect, the waveguide has a ridge waveguide structure.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the semiconductor laser device according to the third aspect, wherein the width of the ridge upper portion of the waveguide is a waveguide in a direction perpendicular to the cleavage plane and a waveguide in a horizontal direction. It is characterized by being different.
請求項5記載の半導体レーザ装置は、請求項2または請求項3または請求項4のいずれかに記載の半導体レーザ装置において、前記導波路構造がコーナーミラーであることを特徴とする。 The semiconductor laser device according to claim 5 is the semiconductor laser device according to claim 2, wherein the waveguide structure is a corner mirror.
請求項6記載の半導体レーザ装置は、請求項5記載の半導体レーザ装置において、前記コーナーミラーが光の進行方向を直角に変更することを特徴とする。
請求項7記載の半導体レーザ装置は、請求項2または請求項3または請求項4のいずれかに記載の半導体レーザ装置において、前記導波路構造がフォトニック結晶を利用した欠陥導波路であることを特徴とする。
A semiconductor laser device according to a sixth aspect is the semiconductor laser device according to the fifth aspect, wherein the corner mirror changes the traveling direction of light to a right angle.
The semiconductor laser device according to claim 7 is the semiconductor laser device according to claim 2, wherein the waveguide structure is a defect waveguide using a photonic crystal. Features.
請求項8記載の半導体レーザ装置は、赤色半導体レーザ装置と赤外半導体レーザ装置がモノリシックに形成された二波長半導体レーザ装置であって、前記赤色半導体レーザが請求項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のいずれかに記載の半導体レーザ装置であることを特徴とする。 The semiconductor laser device according to claim 8 is a two-wavelength semiconductor laser device in which a red semiconductor laser device and an infrared semiconductor laser device are monolithically formed, and the red semiconductor laser is claimed in claim 1, claim 2, or claim 2. A semiconductor laser device according to claim 3, claim 4, claim 5, claim 6, or claim 7.
請求項9記載の半導体レーザ装置は、複数の半導体レーザ装置より成る多波長半導体レーザ装置であって、1または複数の半導体レーザ装置が前記請求項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のいずれかに記載の半導体レーザ装置であることを特徴とする。 The semiconductor laser device according to claim 9 is a multi-wavelength semiconductor laser device including a plurality of semiconductor laser devices, and the one or more semiconductor laser devices are the above-mentioned claim 1, claim 2, claim 3, or claim 4. Alternatively, it is a semiconductor laser device according to any one of claims 5, 6, and 7.
以上により、半導体レーザ装置の共振器長を変えることなく、半導体レーザ装置の高出力化を実現することができる。 As described above, high output of the semiconductor laser device can be realized without changing the resonator length of the semiconductor laser device.
本発明によれば、複数のコーナーミラー等により光が反射して伝播するように屈折した導波路を形成することにより、劈開により形成される反射鏡間の距離である共振器長の増加を抑えながらも、実効的な導波路の長さである実効共振器長は伸ばして熱飽和により制限される光出力を増加することが可能となる。また、モノリシック二波長半導体レーザ装置において、赤外半導体レーザの共振器長の増加を抑えながら、赤色半導体レーザの実効共振器長を伸ばすことができ、赤外レーザの抑制と赤色レーザの高出力化の両立を図ることが可能となる。 According to the present invention, by forming a waveguide refracted so that light is reflected and propagated by a plurality of corner mirrors or the like, an increase in the resonator length, which is the distance between the reflecting mirrors formed by cleavage, is suppressed. However, the effective resonator length, which is the effective waveguide length, can be extended to increase the optical output limited by thermal saturation. In monolithic two-wavelength semiconductor laser devices, the effective cavity length of the red semiconductor laser can be increased while suppressing an increase in the cavity length of the infrared semiconductor laser, thereby suppressing the infrared laser and increasing the output of the red laser. It is possible to achieve both.
本発明は、光を伝播する導波路の長さである実効共振器長を劈開面間の距離である共振器長より長くすることにより、半導体レーザ装置の共振器長を変えることなく、半導体レーザ装置の高出力化を実現することができるものである。例えば、屈折した導波路を設け、屈折した導波路にあわせて光の進行方向を調整して伝播することにより実現する。 The present invention provides a semiconductor laser without changing the resonator length of the semiconductor laser device by making the effective resonator length, which is the length of the waveguide for propagating light, longer than the resonator length, which is the distance between the cleavage planes. High output of the apparatus can be realized. For example, this is realized by providing a refracted waveguide and adjusting the traveling direction of light in accordance with the refracted waveguide.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
まず、実施の形態1における半導体レーザ装置について図1,図2,図3,図4,図5を用いて説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
First, the semiconductor laser device according to the first embodiment will be described with reference to FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, FIG.
図1は本発明の実施の形態1における半導体レーザの構造を示す斜視図、図2は実施の形態1の半導体レーザ装置におけるリッジストライプ形成工程を示す図、図3は実施の形態1の半導体レーザ装置におけるコーナーミラー形成工程を示す図である。図2および図3において、図2(b),図2(d),図2(f),図3(b),図3(d),図3(f)はそれぞれ、平面図である図2(a),図2(c),図2(e),図3(a),図3(c),図3(e)のA−A’断面図である。図4は本発明の半導体レーザ装置におけるリッジストライプの形状を示す図であり、図4(a)はリッジストライプの形状を示す平面図、図4(b)は図4(a)のA−A’間およびB−B’間の断面図である。図5は実施の形態1における赤色半導体レーザ装置の電流−光出力特性を従来の赤外半導体レーザ装置と比較した図、図6は実施の形態1における半導体レーザ装置のリッジストライプ構成例を示す図である。 1 is a perspective view showing the structure of a semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a ridge stripe forming process in the semiconductor laser device according to the first embodiment, and FIG. 3 is a semiconductor laser according to the first embodiment. It is a figure which shows the corner mirror formation process in an apparatus. 2 and 3, FIGS. 2 (b), 2 (d), 2 (f), 3 (b), 3 (d), and 3 (f) are plan views. 2 (a), FIG. 2 (c), FIG. 2 (e), FIG. 3 (a), FIG. 3 (c), and FIG. 4A and 4B are views showing the shape of the ridge stripe in the semiconductor laser device of the present invention. FIG. 4A is a plan view showing the shape of the ridge stripe, and FIG. 4B is an AA view of FIG. It is sectional drawing between "between and BB". FIG. 5 is a diagram comparing the current-light output characteristics of the red semiconductor laser device according to the first embodiment with a conventional infrared semiconductor laser device, and FIG. 6 is a diagram illustrating a ridge stripe configuration example of the semiconductor laser device according to the first embodiment. It is.
ここでは、図2および図3の製造工程に沿って赤色半導体レーザ装置について説明する。なお、各工程におけるMOCVD結晶成長技術、フォトリソグラフィ技術、半導体エッチング技術、CVD誘電体膜堆積技術などはいずれも公知の技術によるものである。また、実際の製造工程ではウェハ単位でのプロセスとなるが、図2および図3の製造工程を示す模式図においては、説明の便宜上、一つのチップに注目して図示している。 Here, the red semiconductor laser device will be described along the manufacturing steps shown in FIGS. Note that the MOCVD crystal growth technique, photolithography technique, semiconductor etching technique, CVD dielectric film deposition technique, etc. in each process are all based on known techniques. In the actual manufacturing process, the process is performed in units of wafers. However, in the schematic diagrams showing the manufacturing process in FIGS. 2 and 3, for convenience of explanation, one chip is illustrated.
まず、図2(a),図2(b)に示すように、n型GaAs基板101上に、n型クラッド層102、活性層103、p型クラッド層104を順次積層する。活性層103は量子井戸構造により構成され、発振波長は655〜665nmの間に設定されている。
First, as shown in FIGS. 2A and 2B, an n-
次に、図2(c),図2(d)に示すように、リッジ導波路構造を形成するため、導波路パターンのレジストマスク301を形成する。導波路パターンは4箇所、直角に曲がるパターンを設けている。
Next, as shown in FIGS. 2C and 2D, a resist
次に、図2(e),図2(f)に示すように、レジストマスク301をマスクとしてp型クラッド層104の一部をドライエッチングにより選択的に除去し、ストライプ領域105を形成してリッジ構造を作製する。劈開面に垂直な方向および水平な方向のストライプパターンのトップ幅をそれぞれ1.5μm、2.0μmとしている。ドライエッチングによるリッジ形成においても、エッチング時の化学的な反応の影響により、図4に示すように劈開面に垂直および水平な方向で互いに断面形状が異なる。劈開面に垂直および水平な方向で互いにストライプ幅を異なる値としているのは、この形状の違いを補償して、ボトム幅を同等にすることにより光の伝搬モードを安定させるためである。
Next, as shown in FIGS. 2E and 2F, a part of the p-
次に、図3(a),図3(b)に示すように、レジストマスク301を除去してストライプ領域105を露出する。
次に、図3(c),図3(d)に示すように、光を共振器内で曲げるためのコーナーミラーを作製するため、コーナーミラー形成領域を除く領域にレジストマスク302を形成する。
Next, as shown in FIGS. 3A and 3B, the resist
Next, as shown in FIGS. 3C and 3D, a resist
次に、図3(e),図3(f)に示すように、ミラー部で光が半導体と空気の屈折率差により90度方向を変えて全反射するように、レジストマスク302を用いてコーナーミラー201をドライエッチングにより形成し、レジストマスク302を除去する。また、エッチングはn型クラッド層102の途中まで行い、活性層のエッチング面は空気と接するようにする。SiO2誘電体膜など活性層を構成する半導体より屈折率が小さい物質を活性層のエッチング面に形成しても良い。なお、伝搬光の散乱損失をなるべく小さくするため、エッチングは基板に対してなるべく垂直、かつエッチング表面が平滑になるよう行う。
Next, as shown in FIGS. 3E and 3F, a resist
この後の工程は、図示省略するが、素子状下部に電極を形成し、劈開により素子分離・端面反射鏡形成を施し、端面誘電体膜を端面に形成して素子を完成させる。
なお、各層の材料、伝導型、膜厚、キャリア濃度の例を以下の表に示す。
Examples of the material, conductivity type, film thickness, and carrier concentration of each layer are shown in the following table.
図5には本実施の形態による電流−光出力特性を示している。比較として、共振器長1500μm、チップ幅300μmの従来リッジ構造による高出力赤色半導体レーザ装置の電流−光出力特性を同図に示す。本実施の形態のチップ面積は従来の70%であるが、実効的な共振器長が同等のため、熱飽和レベルも同等の値を達成している。したがって、同等の性能のチップを同じサイズのウェハからの取れ数が従来と比較して約1.4倍増やすことができ、原価を下げることが可能となる。また、チップ長さの低減により、組み立て後の残留歪も低減され、歪に起因する信頼性悪化などのリスクの低減に貢献する。 FIG. 5 shows current-light output characteristics according to this embodiment. For comparison, the current-light output characteristics of a high-power red semiconductor laser device having a conventional ridge structure with a resonator length of 1500 μm and a chip width of 300 μm are shown in FIG. Although the chip area of the present embodiment is 70% of the conventional one, the effective resonator length is equivalent, so that the thermal saturation level is also equivalent. Therefore, the number of chips with the same performance from the same size wafer can be increased by about 1.4 times compared to the conventional size, and the cost can be reduced. Further, the reduction of the chip length also reduces the residual strain after assembly, which contributes to the reduction of risks such as deterioration of reliability caused by the strain.
本実施の形態においては、4つのコーナーミラーにより実効共振器長をチップ長さより大きくする構造としたが、図6(a)に示す上面図のように2つのコーナーミラーで屈折させても良いし、図6(b)に示すようにより実効共振器長が長くなるように4つのコーナーミラーの位置を調整しても良い。このように、コーナーミラーの位置や数は本実施の形態以外の構造としても、屈折した導波路内を光が反射して伝播するようにコーナーミラーを設置することにより、本発明による効果が期待できる。 In the present embodiment, the effective resonator length is made larger than the chip length by four corner mirrors. However, it may be refracted by two corner mirrors as shown in the top view of FIG. As shown in FIG. 6B, the positions of the four corner mirrors may be adjusted so that the effective resonator length becomes longer. As described above, even if the corner mirrors have different positions and numbers than those of the present embodiment, the effect of the present invention is expected by installing the corner mirrors so that the light is reflected and propagates in the refracted waveguide. it can.
また、本実施の形態において光を曲げる方法としてコーナーミラーを用いているが、円弧状に屈曲した曲がり導波路、フォトニック結晶を利用した欠陥導波路による曲がり導波路による構造を用いても本発明による効果が期待できる。 Further, although a corner mirror is used as a method of bending light in the present embodiment, the present invention can be applied to a structure using a bent waveguide bent in an arc shape or a bent waveguide using a defect waveguide using a photonic crystal. The effect by can be expected.
また、図では光を直角に曲げる場合について示したが、光を屈折させる導波機構は、光を直角に曲げるものでも良いし、その他の角度に曲げても、円弧状に屈曲させても良い。
また、上記説明では赤色半導体レーザ装置を例に説明したが、構成材料,膜厚,キャリア濃度あるいは構成要素のサイズ等は任意であり、その他の発振波長の半導体レーザ装置に用いても良い。
In addition, the figure shows the case where light is bent at a right angle, but the waveguide mechanism that refracts light may be bent at a right angle, may be bent at other angles, or may be bent in an arc shape. .
In the above description, the red semiconductor laser device has been described as an example. However, the constituent material, the film thickness, the carrier concentration, the size of the component, etc. are arbitrary, and may be used for semiconductor laser devices having other oscillation wavelengths.
以上のように、複数のコーナーミラーにより光が反射して伝播するように屈折した導波路を形成することにより、共振器長を長くすることなく実効共振器長を長くすることができるので、熱飽和レベルを上げて高出力化を実現することができる。
(実施の形態2)
まず、実施の形態2における半導体レーザ装置について図7,図8を用いて説明する。
As described above, by forming a waveguide refracted so that light is reflected and propagated by a plurality of corner mirrors, the effective resonator length can be increased without increasing the resonator length. High output can be achieved by increasing the saturation level.
(Embodiment 2)
First, the semiconductor laser device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.
図7は本発明の実施の形態2における半導体レーザ装置の構造を示す斜視図、図8は実施の形態2における二波長半導体レーザ装置の電流−光出力特性を示す図である。
本実施の形態の大きな特徴は、基板101上に、活性層403がGaAs/AlGaAs系からなる赤外半導体レーザと、活性層103がGaInP/AlGaInP系からなる赤色レーザとをモノリシックに集積した二波長半導体レーザ構造となっており、赤外半導体レーザは従来のリッジストライプ構造であるのに対し、赤色半導体レーザがコーナーミラー201により屈折した導波路のストライプ領域105を備えた構造となっている点である。
FIG. 7 is a perspective view showing the structure of the semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a diagram showing the current-light output characteristics of the dual wavelength semiconductor laser device according to the second embodiment.
The major feature of the present embodiment is that the
本実施の形態の製造方法は、図10に示すような現在実用化されているモノリシック二波長半導体レーザ装置の製造方法と同じく、まず、赤外半導体レーザ構造を形成した後、赤色半導体レーザを形成する領域の赤外半導体レーザ構造を基板までエッチングして取り除き、このエッチングした領域に赤色半導体レーザを形成する。赤色半導体レーザの形成は実施の形態1と同様である。 The manufacturing method of the present embodiment is similar to the manufacturing method of a monolithic two-wavelength semiconductor laser device currently in practical use as shown in FIG. 10, and first, after forming an infrared semiconductor laser structure, a red semiconductor laser is formed. The infrared semiconductor laser structure in the region to be etched is removed to the substrate, and a red semiconductor laser is formed in the etched region. The formation of the red semiconductor laser is the same as in the first embodiment.
各層の材料、伝導型、膜厚、キャリア濃度の例2を以下の表に示す。
図8に本実施の形態による二波長レーザ装置の電流−光出力特性を示しており、図11の従来の二波長レーザ装置の電流−光出力特性と比較する。従来の二波長レーザ装置では、赤色半導体レーザの方が熱飽和による影響を強く受けるため、共振器長が同じとなる二波長半導体レーザ装置においては赤外半導体レーザに比べ赤色半導体レーザの最大光出力が小さく、赤外・赤色半導体レーザ双方の高出力化が困難であったが、本実施の形態では赤色半導体レーザに対してのみ、コーナーミラー等を用いて屈折した導波路を用いることにより、実効共振器長を伸ばすことができ、赤色半導体レーザの熱飽和レベルを上げることができるため、赤外・赤色半導体レーザ双方の高出力化が実現できる。 FIG. 8 shows the current-light output characteristics of the dual wavelength laser apparatus according to the present embodiment, which is compared with the current-light output characteristics of the conventional dual wavelength laser apparatus of FIG. In conventional dual-wavelength laser devices, red semiconductor lasers are more strongly affected by thermal saturation, so the maximum optical output of red semiconductor lasers is higher than that of infrared semiconductor lasers in dual-wavelength semiconductor laser devices with the same cavity length. However, in this embodiment, only the red semiconductor laser is effective only by using a waveguide refracted using a corner mirror or the like. Since the cavity length can be extended and the thermal saturation level of the red semiconductor laser can be increased, high output of both the infrared and red semiconductor lasers can be realized.
なお、本実施の形態では、赤色半導体レーザにおいて4つのコーナーミラーにより実効共振器長をチップ長さより大きくする構造を示したが、コーナーミラーの位置や数は実施の形態1と同様に本実施の形態以外の構造としても本発明による効果が期待できる。 In the present embodiment, the structure in which the effective resonator length is made larger than the chip length by four corner mirrors in the red semiconductor laser is shown. However, the position and number of corner mirrors are the same as in the first embodiment. The effects of the present invention can be expected even with a structure other than the form.
また、本実施の形態において赤色半導体レーザ光を曲げる方法としてコーナーミラーを用いた構造を示したが、円弧状に屈曲した曲がり導波路、フォトニック結晶を利用した欠陥導波路による曲がり導波路による構造を用いても本発明による効果が期待できる。 In addition, in the present embodiment, a structure using a corner mirror is shown as a method of bending the red semiconductor laser beam. However, a structure using a curved waveguide bent by an arc and a defect waveguide using a photonic crystal is used. Even if is used, the effect of the present invention can be expected.
また、図では光を直角に曲げる場合について示したが、光を屈折させる導波機構は、光を直角に曲げるものでも良いし、その他の角度に曲げても、円弧状に屈曲させても良い。
また、本実施実施の形態のような二波長レーザのみでなく、三波長レーザやレーザアレイなどの集積レーザにおいても本発明の適用が可能である。
In addition, the figure shows the case where light is bent at a right angle, but the waveguide mechanism that refracts light may be bent at a right angle, may be bent at other angles, or may be bent in an arc shape. .
Further, the present invention can be applied not only to the two-wavelength laser as in the present embodiment but also to an integrated laser such as a three-wavelength laser or a laser array.
以上のように、多波長半導体レーザ装置においても、複数のコーナーミラーにより光が出伝播するように屈折した導波路を形成することにより、共振器長を長くすることなく必要な実効共振器長を確保することができるので、熱飽和レベルを上げて高出力化を実現することができる。 As described above, even in a multi-wavelength semiconductor laser device, by forming a waveguide that is refracted so that light is emitted and propagated by a plurality of corner mirrors, a necessary effective resonator length can be obtained without increasing the resonator length. Since it can be ensured, it is possible to increase the thermal saturation level and achieve high output.
本発明は、半導体レーザ装置の共振器長を変えることなく、半導体レーザ装置の高出力化を実現することができ、光ディスク装置、あるいは光情報処理、光通信、光計測などの光源として使用する半導体レーザ装置等に有用である。 The present invention can achieve high output of a semiconductor laser device without changing the resonator length of the semiconductor laser device, and can be used as a light source for an optical disk device or optical information processing, optical communication, optical measurement, etc. Useful for laser devices and the like.
101 基板
102 クラッド層
103 活性層
104 クラッド層
105 ストライプ領域
106 p側電極
107 n側電極
108 共振器端面
201 コーナーミラー
301 レジストマスク
302 レジストマスク
403 活性層
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記共振器端面間の距離である共振器長に比べて、光が前記活性層中の二つの前記共振器端面間を伝搬する片道距離である実行共振器長の方が長いことを特徴とする半導体レーザ装置。 On the substrate, a clad layer of the first conductivity type, an active layer, and a clad layer of the second conductivity type are stacked, and the resonator end face is formed by two parallel cleaved faces, and at least one resonator end face A semiconductor laser device that emits more light,
The effective resonator length, which is a one-way distance in which light propagates between the two resonator end surfaces in the active layer, is longer than the resonator length that is the distance between the resonator end surfaces. Semiconductor laser device.
前記赤色半導体レーザが請求項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のいずれかに記載の半導体レーザ装置であることを特徴とする半導体レーザ装置。 A two-wavelength semiconductor laser device in which a red semiconductor laser device and an infrared semiconductor laser device are monolithically formed,
The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the red semiconductor laser is the semiconductor laser device according to claim 1, claim 2, claim 3, claim 4, claim 5, claim 6, or claim 7. apparatus.
1または複数の半導体レーザ装置が前記請求項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のいずれかに記載の半導体レーザ装置であることを特徴とする半導体レーザ装置。 A multi-wavelength semiconductor laser device comprising a plurality of semiconductor laser devices,
One or a plurality of semiconductor laser devices are the semiconductor laser devices according to claim 1, claim 2, claim 3, claim 4, claim 5, claim 6, or claim 7. A semiconductor laser device.
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- 2005-11-21 JP JP2005335093A patent/JP2007142227A/en active Pending
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