JP2007251064A - Semiconductor laser device - Google Patents

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大介 井上
Kenji Ito
健治 伊藤
Toru Kachi
徹 加地
Hiroshi Ito
伊藤  博
Akio Sato
彰生 佐藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve output power and quality of laser beam. <P>SOLUTION: The semiconductor device comprises such a layer structure that an S-shaped ridge optical waveguide 25 consisting of an InP cladding layer 15 and an InGaAs contact layer 16 and having a line width of 30 μm and a curvature of 680 μm (curvature<way width of optical waveguide ×25) is formed on the layer structure of an InGaAsP guide layer 12/an InGaAsP activity layer 13/an InGaAsP guide layer 14. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体レーザー装置に関し、詳しくは、導波構造を有する高出力型の半導体レーザー装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor laser device, and more particularly to a high-power semiconductor laser device having a waveguide structure.

従来より、半導体レーザーは、種々の形態のメディアを構成する光源として広く使用されている。そして、種々の用途に適用し得るように、半導体レーザーは高出力化と小型化が図られている。   Conventionally, semiconductor lasers have been widely used as light sources constituting various types of media. And so that a semiconductor laser can be applied to various uses, high output and miniaturization are achieved.

ところが、半導体レーザーは、レーザー出力を高めていくに伴なって、レーザービームがマルチモード化してしまい、ビーム品質が悪化することが知られている。   However, it is known that the semiconductor laser has a multi-mode laser beam and the beam quality deteriorates as the laser output is increased.

そこで、光増幅器を用いた高出力化が広く行なわれており、例えば、出力されたレーザー光のモード(光強度)と利得領域とが一致するようにして、単一モードに発振する分布帰還形半導体レーザーのレーザー光を光増幅器を用いて増幅することにより、高出力で高ビーム品質のレーザー光を得ようとする技術が開示されている(例えば、特許文献1及び非特許文献1参照)。
特許3306104号 IEEE PHOTON.TECH.LETT.VOL.9 1997 pp.440-442
Therefore, high output using an optical amplifier has been widely used. For example, a distributed feedback type that oscillates in a single mode by matching the mode (light intensity) of the output laser light and the gain region. A technique for obtaining laser light with high output and high beam quality by amplifying laser light of a semiconductor laser using an optical amplifier is disclosed (for example, see Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).
Japanese Patent No. 3306104 IEEE PHOTON. TECH. LETT. VOL.9 1997 pp.440-442

しかしながら、光増幅器を用いて光を増幅する構成にしても、高出力を得るために増幅を繰り返し行なうと、ビーム品質の悪化を招く。   However, even if the optical amplifier is used to amplify the light, if the amplification is repeated to obtain a high output, the beam quality is deteriorated.

また、半導体レーザーを高出力化した場合、端面発光型の発光デバイスでは、光を取り出す光取り出し口での光強度が強くなるため、端面で発熱し、発熱により発光効率は低下する。そのため、所望の光強度を得ようと電流値を高めると、さらに端面が発熱することになり、更なる発熱によって発光効率は更に低下するといった悪循環が継続し、ひいては端面から破壊してしまう。   Further, when the output of the semiconductor laser is increased, in the edge-emitting type light-emitting device, the light intensity at the light extraction port from which light is extracted becomes strong, so that heat is generated at the end surface, and the light emission efficiency is reduced due to the heat generation. For this reason, when the current value is increased to obtain a desired light intensity, the end face further generates heat, and a vicious cycle in which the light emission efficiency further decreases due to further heat generation continues to break down from the end face.

本発明は、上記に鑑みなされたものであり、レーザー光の発光効率が高く、ビーム品質の良好なレーザー光が得られる高出力型の半導体レーザー装置を提供することを目的とし、該目的を達成することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a high-power semiconductor laser device capable of obtaining laser light with high laser light emission efficiency and good beam quality, and achieves the object. The task is to do.

本発明は、ビームがマルチモード化する幅に光導波路が構成されている場合に、ビーム品質を悪化させる不要なモードの臨海角を超える曲率をもつ曲線部分を光導波路に設ける構成が、光伝播の途中で不要モードの漏れを意図的に生じさせ、ビームの高品質化を図るのに有効であるとの知見を得、かかる知見に基づいて達成されたものである。   In the present invention, when the optical waveguide is configured to have a width where the beam becomes multimode, the configuration in which the curved portion having the curvature exceeding the critical angle of the unnecessary mode which deteriorates the beam quality is provided in the optical waveguide. This was achieved based on the knowledge that the unnecessary mode leakage was intentionally generated in the middle of the process, and it was effective to improve the quality of the beam.

前記目的を達成するために、本発明の半導体レーザー装置は、半導体基板上に、少なくともN型高屈折率層と活性層とP型高屈折率層と該P型高屈折率層より屈折率の低いP型クラッド層とが前記半導体基板側から順に積層された層構造を有し、前記層構造の少なくとも一層が、曲率r(μm)が下記式を満たし、2つ以上のモードがたつ線幅の曲線部位を少なくとも一つ含む導波構造を有する構成としたものである。
曲率r < 導波構造の線幅(μm)×25 ・・・式
In order to achieve the above object, a semiconductor laser device of the present invention has at least an N-type high refractive index layer, an active layer, a P-type high refractive index layer, and a P-type high refractive index layer on a semiconductor substrate. A low P-type cladding layer has a layer structure in which the semiconductor substrate is sequentially laminated, and at least one layer of the layer structure has a curvature r (μm) satisfying the following formula, and two or more modes have a line width. The structure has a waveguide structure including at least one curved portion.
Curvature r <Line width of waveguide structure (μm) × 25 Formula

ここで、曲率rとは、曲線部位のカーブの程度を表す量であり、曲線すなわち曲がった線分を半径r'の円の一部と考えたときに1/r'で表される値(円周の曲率)であり、カーブがきついほど曲率は大きくなる。
また、線幅とは、層構造における導波構造の、層構造の積層方向と直交する平面方向における幅である。
Here, the curvature r is an amount representing the degree of the curve of the curved portion, and is a value represented by 1 / r ′ when a curved line, that is, a curved line segment, is considered as a part of a circle having a radius r ′ ( (Curvature of the circumference), and the curvature increases as the curve becomes tighter.
The line width is the width of the waveguide structure in the layer structure in the plane direction orthogonal to the stacking direction of the layer structure.

本発明の半導体レーザー装置においては、少なくとも上記の4層で構成された層構造中の一層もしくは二層以上を所定の幅及び曲線部位を持つ導波構造を有する構成、具体的には、2つ以上のモードがたつ線幅に構成された導波構造に曲線部位を設け、この曲線部位を「曲率r<導波構造の線幅×25」の関係を満たす曲率に構成することで、曲線部位では反射により伝播していく光の入射角が直線構造の場合と異なり、一般にビームが導波構造を伝播するときには内部壁面への浅い角度での入射、反射を繰り返しながら伝播する基本モードに比べ高次モードは反射面に入射する入射角θbが大きいことから、高次モードの入射角θbが光が反射する限界の角度である臨界角θを超え、曲線部位を伝播する過程で高次モードは導波構造から外へ漏れ出て選択的に除かれるので、高次モードを抑えた高品質なビームが得られる。
すなわち、導波構造を広幅に構成して高出力化する場合に、マルチモード化してビーム品質が悪化するのを抑制し、高出力で高品質のビームを得ることができる。
In the semiconductor laser device of the present invention, at least one layer or two or more layers in the layer structure composed of the four layers described above have a waveguide structure having a predetermined width and curved portion, specifically, two A curved portion is provided in a waveguide structure having the above-described line width, and the curved portion is configured to have a curvature satisfying the relationship of “curvature r <line width of waveguide structure × 25”. Unlike the case of a linear structure, the incident angle of light propagating by reflection is generally higher than that of the fundamental mode in which the beam propagates through the waveguide structure while repeating incidence and reflection at a shallow angle on the inner wall. In the next mode, since the incident angle θ b incident on the reflecting surface is large, the incident angle θ b of the higher order mode exceeds the critical angle θ, which is the limit angle at which light is reflected, and higher order in the process of propagating the curved part. Mode leaks out of the waveguide structure Since the selectively removed out, high-quality beam with suppressed higher order modes is obtained.
That is, when the waveguide structure is configured to have a wide width to increase the output, it is possible to suppress the deterioration of the beam quality due to the multimode and obtain a high output and high quality beam.

上記の導波構造に設けられた曲線部位の線幅は、10μm以上であることが効果的である。すなわち、線幅が10μm以上であると、高出力化に有効であると共に、基本モードを含む2つ以上のモードがたちやすく、高次モードを除いて基本モードの高品質ビームを得るのに効果的である。   It is effective that the line width of the curved portion provided in the waveguide structure is 10 μm or more. That is, if the line width is 10 μm or more, it is effective for increasing the output, and two or more modes including the fundamental mode can be easily reached, and it is effective for obtaining a high quality beam of the fundamental mode except for the higher mode. Is.

本発明の半導体レーザー装置を構成する層構造は、レーザーを発振する半導体レーザー構造に形成されたレーザー部位と、レーザー部位から入射された光を増幅する半導体光増幅器構造に形成された光増幅部位とが設けられた複合構造に構成することができる。
複合構造に構成することで、高出力で高品質のビームが得られる半導体レーザー装置の小型化を図るのに有効である。
The layer structure constituting the semiconductor laser device of the present invention includes a laser part formed in a semiconductor laser structure that oscillates a laser, and an optical amplification part formed in a semiconductor optical amplifier structure that amplifies light incident from the laser part. Can be formed into a composite structure.
The composite structure is effective in reducing the size of a semiconductor laser device that can obtain a high-quality beam with high output.

本発明の半導体レーザー装置では、レーザー部位と光増幅部位とのいずれか一方あるいは両方に、上記した曲線部位を少なくとも一つ含む導波構造を有する構成とすることができる。
特にレーザー部位に、曲線部位を少なくとも一つ含む導波構造を形成すると共に、光増幅部位をその形状がレーザー部位に近い側から離れる方向に向かって漸次的に広幅(層構造の積層方向と直交もしくは略直交する面に沿って広幅)になるように構成することが望ましい。
The semiconductor laser device of the present invention may have a waveguide structure including at least one of the above-described curved portions in either one or both of the laser portion and the light amplification portion.
In particular, a waveguide structure including at least one curved part is formed in the laser part, and the light amplification part is gradually widened in the direction away from the side close to the laser part (perpendicular to the stacking direction of the layer structure). Alternatively, it is desirable that the width is wide along a substantially orthogonal plane.

光を発振するレーザー部位の領域内で高次モードを抑えた基本モードを主とする高品質のビームを得て、高品質化されたビームを漸次的に広幅になる光増幅部位で増幅することができる。したがって、高次モードの伝播、増幅を抑えつつ、モードのきれいなビームを選択的に増幅して、高品質のビームをより高出力に得ることができる。   Obtaining a high-quality beam mainly consisting of fundamental modes that suppress higher-order modes within the region of the laser part that oscillates light, and amplifies the quality-enhanced beam at an optical amplification part that gradually becomes wider Can do. Therefore, it is possible to selectively amplify a beam having a clean mode while suppressing propagation and amplification of a higher-order mode and obtain a high-quality beam with higher output.

層構造を構成するP型クラッド層の半導体基板から離れた側には、更にコンタクト層を設けることができる。この場合、例えばP型クラッド層とコンタクト層とで曲線部位を少なくとも一つ含む導波構造が形成された層構造を構成することができる。   A contact layer can be further provided on the side away from the semiconductor substrate of the P-type cladding layer constituting the layer structure. In this case, for example, a layer structure in which a waveguide structure including at least one curved portion is formed by a P-type cladding layer and a contact layer can be configured.

半導体レーザー構造に形成されたレーザー部位には、横高次モードの抑制のため、回折格子を設けた構成とすることが有効である。レーザー部位に回折格子を設けることで、導波構造の長い方向のモードも抑制することができる。   In order to suppress the transverse higher order mode, it is effective to provide a diffraction grating in the laser part formed in the semiconductor laser structure. By providing a diffraction grating at the laser part, it is possible to suppress the long mode of the waveguide structure.

半導体レーザー構造に形成されたレーザー部位の端面及び半導体光増幅器構造に形成された光増幅部位の端面の少なくとも一つは、光導波路の、層構造の積層方向と直交する幅方向中心を通る中心線に対して傾斜する(≠90°)ように設けられていることが望ましい。   At least one of the end face of the laser part formed in the semiconductor laser structure and the end face of the optical amplification part formed in the semiconductor optical amplifier structure is a center line passing through the center in the width direction perpendicular to the stacking direction of the layer structure of the optical waveguide It is desirable to be provided so as to be inclined (≠ 90 °).

レーザー部位の端面(及び光増幅部位の端面の少なくとも一つが、光導波路の路幅方向の中心を通る中心線に対して傾斜していることで、各部位の端面反射率が著しく低下するので、レーザー出力時に、例えばレーザー部位から出射したレーザー光が光増幅部位に入射するときに光増幅部位のレーザー部位側端面で反射したり、光増幅部位のレーザー部位側端面と反対側の端面で反射する等を防止することができ、反射により光導波路の光伝播方向と逆方向に戻る戻り光が低減されると共に、外部の光学部品からの戻り光が光導波路に結合するのを防止できる。高出力化に効果的である。
また、ファブリペロモードが著しく抑圧され、シングルモード動作が良好になるほか、製造工程上、無反射コーティングの工程を省くことが可能になり、低コスト化の点でも有用である。
Since the end face of the laser part (and at least one of the end faces of the light amplification part is inclined with respect to the center line passing through the center in the road width direction of the optical waveguide, the end face reflectance of each part is significantly reduced. At the time of laser output, for example, when laser light emitted from the laser part is incident on the light amplification part, it is reflected at the laser part side end face of the light amplification part or reflected at the end face opposite to the laser part side end face of the light amplification part. The return light returning in the direction opposite to the light propagation direction of the optical waveguide is reduced by reflection, and the return light from the external optical component can be prevented from being coupled to the optical waveguide. It is effective for conversion.
Further, the Fabry-Perot mode is remarkably suppressed, the single mode operation is improved, and the non-reflective coating process can be omitted in the manufacturing process, which is useful in terms of cost reduction.

前記導波構造が、電流注入領域と電流非注入領域とを有する構成が望ましい。例えば光増幅部位のレーザー出射端面に電流非注入領域を設けることにより、高出力化を図りつつ、出射端の端面破壊を防止することができる。   It is desirable that the waveguide structure has a current injection region and a current non-injection region. For example, by providing a current non-injection region on the laser emission end face of the optical amplification portion, it is possible to prevent the end face of the emission end from being destroyed while increasing the output.

また、導波構造の曲線部位には、導波構造の、層構造の積層方向と直交する幅方向における中心線から外周寄り(outside)の領域の少なくとも一部に、電極を設けた形態が好ましい。曲線部位の幅方向中心から外周寄り(円の外側寄り)を選択して電極を設け、電極が設けられた領域から内周寄り(inside)に電極を形成しない領域を設けることで、基本モードの光強度分布が曲線部位の幅方向中心から外周寄りに形成されるので、基本モードに利得を与えると同時に高次モードに損失を与えることが可能になる。   In addition, it is preferable that an electrode is provided on the curved portion of the waveguide structure in at least a part of the outer region from the center line in the width direction orthogonal to the stacking direction of the layer structure of the waveguide structure. . By selecting an area closer to the outer circumference (outward of the circle) from the center in the width direction of the curved part, and providing an area where no electrode is formed closer to the inner circumference from the area where the electrode is provided, Since the light intensity distribution is formed closer to the outer periphery from the center in the width direction of the curved portion, it is possible to give a gain to the fundamental mode and at the same time to give a loss to the higher order mode.

さらに、本発明の半導体レーザー装置は、半導体基板として単一の基板で構成された半導体チップを用い、この単一の半導体チップの上に、曲線部位を少なくとも一つ含む導波構造が設けられた複数の層構造を設ける(レーザー部位及び光増幅部位の複合構造を有する場合を含む)ことによって、アレイ光源として好適に構成することが可能である。
同一の半導体チップ上に複数を集積することで小型化することができる。
Furthermore, in the semiconductor laser device of the present invention, a semiconductor chip composed of a single substrate is used as a semiconductor substrate, and a waveguide structure including at least one curved portion is provided on the single semiconductor chip. By providing a plurality of layer structures (including the case of having a composite structure of a laser part and an optical amplification part), it can be suitably configured as an array light source.
It is possible to reduce the size by integrating a plurality on the same semiconductor chip.

本発明によれば、レーザー光の発光効率が高く、ビーム品質の良好なレーザー光が得られる高出力型の半導体レーザー装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a high-power semiconductor laser device capable of obtaining laser light with high laser light emission efficiency and good beam quality.

以下、図面を参照して、本発明の半導体レーザー装置の実施形態について詳細に説明すると共に、該説明を通じてアレイ光源についても述べる。   Hereinafter, embodiments of the semiconductor laser device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, and an array light source will also be described through the description.

(第1実施形態)
本発明の半導体レーザー装置の第1実施形態を図1〜図2を参照して説明する。本実施形態の半導体レーザー装置は、半導体基板上に設けられたP型クラッド層に隣接して更にコンタクト層を設け、P型クラッド層とコンタクト層とをS字状の曲線構造に形成して重ね、レーザー光を伝播する光導波路に構成したものである。
(First embodiment)
A semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the semiconductor laser device of this embodiment, a contact layer is further provided adjacent to a P-type cladding layer provided on a semiconductor substrate, and the P-type cladding layer and the contact layer are formed in an S-shaped curved structure and stacked. The optical waveguide that propagates the laser light is configured.

本実施形態の半導体レーザー装置は、図1に示すように、N型のInP基板(Sドープ、キャリア濃度1018cm-3)11の上に順次、厚み0.2μmのInGaAsPガイド層(キャリア濃度1017cm-3;N型高屈折率層)12と、厚み0.3μmのInGaAsP活性層(キャリア濃度0cm-3)13と、厚み0.2μmのInGaAsPガイド層(キャリア濃度1017cm-3;P型高屈折率層)14とが積層されており、このInGaAsPガイド層14上には、さらにS字形状にして、InPクラッド層(Znドープ、キャリア濃度1017cm-3;P型クラッド層)15及びInGaAsコンタクト層(高濃度Znドープ、キャリア濃度1018cm-3)16がリッジ状に積層された層構造となっている。 As shown in FIG. 1, the semiconductor laser device of the present embodiment has an 0.2 μm thick InGaAsP guide layer (carrier concentration) sequentially on an N-type InP substrate (S-doped, carrier concentration 10 18 cm −3 ) 11. 10 17 cm −3 ; N-type high refractive index layer 12, 0.3 μm thick InGaAsP active layer (carrier concentration 0 cm −3 ) 13, 0.2 μm thick InGaAsP guide layer (carrier concentration 10 17 cm −3) A P-type high-refractive-index layer) 14, and an InP clad layer (Zn-doped, carrier concentration 10 17 cm −3 ; P-type clad; Layer) 15 and an InGaAs contact layer (high-concentration Zn-doped, carrier concentration 10 18 cm −3 ) 16 are laminated in a ridge shape.

InPクラッド層15及びInGaAsコンタクト層16をリッジに積層してなるS字形状の曲線部位は、層構造の積層方向と直交する平面方向における線幅wを30μmとし、S字の各曲部の曲率rを、基本モードのみの反射が可能なように680μmとした構造であり、光を伝搬する光導波路として機能すると共に、S字部の2つの曲部において高次モードを漏洩させて、基本モードを選択的に反射させて伝搬できるようになっている(以下、S字形状の曲線部位を光導波路25ということがある。)。
線幅wとしては、5μm以上が好ましく、10μm以上がより好ましく、100μm以上が更に好ましく、200μm以上が特に好ましい。
The S-shaped curved portion formed by laminating the InP cladding layer 15 and the InGaAs contact layer 16 on the ridge has a line width w of 30 μm in the plane direction orthogonal to the laminating direction of the layer structure, and the curvature of each curved portion of the S-shape. r has a structure of 680 μm so that only the fundamental mode can be reflected, functions as an optical waveguide for propagating light, and leaks a higher-order mode at the two curved portions of the S-shaped portion. Can be selectively reflected and propagated (hereinafter, an S-shaped curved portion may be referred to as an optical waveguide 25).
The line width w is preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, still more preferably 100 μm or more, and particularly preferably 200 μm or more.

上記したように、InGaAsPガイド層14上に、光導波路として、InPクラッド層15とInGaAsコンタクト層16とを重ねてリッジなS字構造を設けることにより、電圧を印加したときに活性層の光はリッジ状に設けられた光導波路30側に利得領域が移って光導波路25に沿って伝播し、低反射層がコートされた片側の端面から出射されるが、このとき、高次モード(破線)は図2−(a)に示すように、路内壁面に入射角θaで入射する基本モード(実線)よりも深い入射角θb(θb>θa)で壁面に入射後、反射して光導波路内を伝搬する。そのため、光導波路25のS字形状の曲線部位に達すると、直線部位では閉じ込められていた入射角の深い高次モードは、図2−(c)に示すように、曲線部位では入射角が臨界角θを超え、光導波路から漏洩して伝播できなくなって除かれる。基本モードは、図2−(b)に示すように、光が反射する限界の角度である臨界角θを超えないので、曲線部位で漏れずに直線部位と同様に反射して伝搬され、光導波路の路幅を広幅にして高出力が得られると共に、高次モードを抑えて高品質のビームを出射することができる。 As described above, by providing the InP cladding layer 15 and the InGaAs contact layer 16 as an optical waveguide on the InGaAsP guide layer 14 to provide a ridged S-shaped structure, the light of the active layer is applied when a voltage is applied. The gain region moves to the side of the optical waveguide 30 provided in the ridge shape, propagates along the optical waveguide 25, and is emitted from one end face coated with the low reflection layer. At this time, the higher order mode (broken line) As shown in FIG. 2- (a), the light beam is reflected after being incident on the wall surface at an incident angle θ bb > θ a ) deeper than the fundamental mode (solid line) incident on the road wall surface at the incident angle θ a. Propagates in the optical waveguide. Therefore, when the S-shaped curved part of the optical waveguide 25 is reached, the high-order mode having a deep incident angle confined in the straight part has a critical incident angle in the curved part as shown in FIG. Exceeds the angle θ and leaks out of the optical waveguide and cannot be propagated. As shown in FIG. 2- (b), the fundamental mode does not exceed the critical angle θ that is the limit angle at which light is reflected. High output can be obtained by widening the width of the waveguide, and high-quality beams can be emitted while suppressing higher-order modes.

InP基板11は、硫黄ドープのInPで構成された層であり、InP以外に、GaAsなどを用いて構成することができる。   The InP substrate 11 is a layer composed of sulfur-doped InP, and can be composed of GaAs or the like in addition to InP.

InGaAsPガイド層12、InGaAsPガイド層14はいずれも、活性層13の光を閉じ込めて伝播させ得る高屈折率層であり、それぞれN型、P型の性質を有している。これらのガイド層は、InGaAsP以外に、AlGaAsなどを用いて構成することができる。   Each of the InGaAsP guide layer 12 and the InGaAsP guide layer 14 is a high refractive index layer capable of confining and propagating light of the active layer 13, and has N-type and P-type properties, respectively. These guide layers can be formed using AlGaAs or the like in addition to InGaAsP.

InGaAsP活性層13は、電圧を印加したときに光を発生する層であり、光の進行方向に沿って周期構造を設けた量子井戸構造(不図示)を有している。この活性層は、InGaAs以外に、InGaAs/GaAs、InGaAs/InGaPなどを用いて構成することができる。   The InGaAsP active layer 13 is a layer that generates light when a voltage is applied, and has a quantum well structure (not shown) provided with a periodic structure along the light traveling direction. This active layer can be formed using InGaAs / GaAs, InGaAs / InGaP, or the like in addition to InGaAs.

InPクラッド層15は、ZnドープのInPで構成された層であり、InP以外に、AlGaAsなどを用いて構成することができる。
また、InGaAsコンタクト層16は、Znを高濃度にドープしたInGaAsで構成された層であり、InGaAs以外に、GaAsなどを用いて構成することができる。
The InP cladding layer 15 is a layer composed of Zn-doped InP, and can be composed of AlGaAs or the like in addition to InP.
The InGaAs contact layer 16 is a layer composed of InGaAs doped with Zn at a high concentration, and can be composed of GaAs or the like in addition to InGaAs.

上記のように、S字形状にリッジに形成されたInGaAsコンタクト層16の表面には、さらにS字形状に沿って、蒸着形成されたPt膜50nmの上にTi100nmを蒸着しその上に更にAu100nmを蒸着した金属多層膜(Pt/Ti/Au膜)のP電極17が形成されている。
P電極17を構成する電極材料には、Pt/Ti/Au膜以外に、Ti/Au膜などの多層膜を用いることができる。
As described above, on the surface of the InGaAs contact layer 16 formed in an S-shaped ridge, Ti 100 nm is further deposited on the deposited Pt film 50 nm along the S-shape, and Au 100 nm is further formed thereon. A P electrode 17 of a metal multilayer film (Pt / Ti / Au film) is deposited.
As the electrode material constituting the P electrode 17, a multilayer film such as a Ti / Au film can be used in addition to the Pt / Ti / Au film.

InP基板11のガイド層や活性層等が設けられていない側には、蒸着形成されたTi膜50nmの上にAu100nmを蒸着した金属多層膜(Ti/Au膜)のN電極18が形成されている。
N電極18を構成する電極材料には、Ti/Au膜以外に、Pt/Ti/Au膜などの多層膜を用いることができる。
On the side of the InP substrate 11 where the guide layer, the active layer, and the like are not provided, a metal multilayer film (Ti / Au film) N electrode 18 is formed by depositing Au 100 nm on the deposited Ti film 50 nm. Yes.
As the electrode material constituting the N electrode 18, a multilayer film such as a Pt / Ti / Au film can be used in addition to the Ti / Au film.

上記のように、N電極18/InP基板11/InGaAsPガイド層12/InGaAsP活性層13/InGaAsPガイド層14/InPクラッド層15/InGaAsコンタクト層16/P電極17を積層して形成された半導体層構造の一方の端面には、図1に示すように、層構造内を伝播する光の波長との関係で低反射率の低反射層19がコーティングされ、他方の端面には光の波長との関係で高反射率の高反射層20がコーティングされており、層構造内の光が低反射層19側に向かって伝播し出力されるように構成されている。   Semiconductor layer formed by stacking N electrode 18 / InP substrate 11 / InGaAsP guide layer 12 / InGaAsP active layer 13 / InGaAsP guide layer 14 / InP clad layer 15 / InGaAs contact layer 16 / P electrode 17 as described above As shown in FIG. 1, one end face of the structure is coated with a low reflection layer 19 having a low reflectivity in relation to the wavelength of light propagating in the layer structure, and the other end face is connected to the light wavelength. Therefore, the high reflection layer 20 having a high reflectivity is coated, and light in the layer structure is propagated toward the low reflection layer 19 and output.

次に、本実施形態の半導体レーザー装置の作製方法について説明する。
−1)基板上への各層の形成−
N型のInP基板(Sドープ、キャリア濃度1018cm-3)を用意し、このInP基板を500〜700℃に加熱して、MOCVD(有機金属気相成長法;キャリアガス:水素(H2)、原料ガス:トリメチルガリウム(以下、TMGaと略記する)、トリメチルインジウム(以下、TMInと略記する)、ターシャルブチルホスフィン(以下、TBPと略記する)、ターシャルブチルアルシン(以下、TBAsと略記する))を用いた常法により、図1に示すように、InP基板11上に厚み0.2μmのN型のInGaAsPガイド層(キャリア濃度1017cm-3)12を成長させる。
Next, a method for manufacturing the semiconductor laser device of this embodiment will be described.
-1) Formation of each layer on the substrate
An N-type InP substrate (S-doped, carrier concentration 10 18 cm −3 ) is prepared, this InP substrate is heated to 500 to 700 ° C., and MOCVD (metal organic chemical vapor deposition method; carrier gas: hydrogen (H 2) ), Source gases: trimethylgallium (hereinafter abbreviated as TMGa), trimethylindium (hereinafter abbreviated as TMIn), tertiary butylphosphine (hereinafter abbreviated as TBP), and tertiary butylarsine (hereinafter abbreviated as TBAs). 1), an N-type InGaAsP guide layer (carrier concentration 10 17 cm −3 ) 12 having a thickness of 0.2 μm is grown on the InP substrate 11 as shown in FIG.

MOCVD(有機金属気相成長法)は、半導体レーザ等の生産に一般に用いられる化合物体の薄膜成長法である。原料ガスには、主に液体の有機金属(例えば、TMGa、TMIn、TBP、TBAs)を用い、キャリアガス〔例えば水素(H2)〕でバブリングして気体として反応室に供給する。原料ガスは、500〜700℃に加熱された基板上で分解し、基板上に薄膜が成長される。 MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) is a thin film growth method of a compound body generally used for production of a semiconductor laser or the like. The source gas is mainly liquid organic metal (eg, TMGa, TMIn, TBP, TBAs), and is bubbled with a carrier gas (eg, hydrogen (H 2 )) and supplied as a gas to the reaction chamber. The source gas is decomposed on the substrate heated to 500 to 700 ° C., and a thin film is grown on the substrate.

続いて、InGaAsPガイド層12の形成後に連続して、前記同様に500〜700℃に加熱しつつ、MOCVD法〔キャリアガス:水素(H2)、原料ガス:TMGa、TMIn、TBP、TBAs〕を用いた常法により、InGaAsPガイド層12上に、厚み0.3μmのInGaAsP活性層(キャリア濃度0cm-3)13を成長させ、引き続いて、連続してInGaAsP活性層13上に、MOCVD法〔キャリアガス:水素(H2)、原料ガス:TMGa、TMIn、TBP、TBAs〕を用いた常法により、厚み0.2μmのP型のInGaAsPガイド層(キャリア濃度1017cm-3)14を成長させて積層する。 Subsequently, the MOCVD method [carrier gas: hydrogen (H 2 ), source gas: TMGa, TMIn, TBP, TBAs] is continuously performed after the formation of the InGaAsP guide layer 12 while being heated to 500 to 700 ° C. as described above. An InGaAsP active layer (carrier concentration 0 cm −3 ) 13 having a thickness of 0.3 μm is grown on the InGaAsP guide layer 12 by the usual method used, and subsequently, the MOCVD method [carrier P-type InGaAsP guide layer (carrier concentration 10 17 cm −3 ) 14 having a thickness of 0.2 μm is grown by a conventional method using gas: hydrogen (H 2 ), source gas: TMGa, TMIn, TBP, TBAs]. And laminate.

InGaAsPガイド層14上に、MOCVD法〔キャリアガス:水素(H2)、原料ガス:TMIn、TBP〕を用いた常法により、厚み1μmのInPクラッド層(Znドープ、キャリア濃度1017cm-3)15を更に結晶成長させる。引き続いて、InPクラッド層15上にMOCVD法〔キャリアガス:水素(H2)、原料ガス:TMIn、TBAs、TMGa〕を用いた常法により、InGaAsコンタクト層(高濃度Znドープ、キャリア濃度1018cm-3)16を積層し、InP基板上に5層からなる層構造を形成した。 On the InGaAsP guide layer 14, an InP clad layer (Zn-doped, carrier concentration 10 17 cm −3 ) having a thickness of 1 μm is formed by an ordinary method using MOCVD [carrier gas: hydrogen (H 2 ), source gas: TMIn, TBP]. ) 15 is further crystal grown. Subsequently, an InGaAs contact layer (highly doped with Zn, with a carrier concentration of 10 18 ) is formed on the InP cladding layer 15 by a conventional method using MOCVD [carrier gas: hydrogen (H 2 ), source gases: TMIn, TBAs, TMGa]. cm −3 ) 16 was laminated to form a layer structure of five layers on the InP substrate.

−2)光導波路の形成−
上記より形成された層構造のInGaAsコンタクト層16の表面に、半導体製造工程で一般に用いられるフォトリソグラフィ法により、光導波路となるS字状の領域以外の領域が露出するようにパターニングしてフォトレジスト膜を形成する。
このフォトレジスト膜をマスクとして、塩素ガスを用いたドライエッチング法により、光導波路を形成しようとするS字状の領域以外の領域のInGaAsコンタクト層16及びInPクラッド層15をInGaAsPガイド層14が露出するまでエッチングし、図1に示すように、曲線部分が2箇所あるS字形状に段差をつけてリッジ構造に構成された光導波路25を形成する。この光導波路25は、InPクラッド層15とInGaAsコンタクト層16とで構成されている。
その後、残存するフォトレジスト膜をアセトン(有機溶剤)又はレジスト剥離液を用いて除去する。
-2) Optical waveguide formation-
The surface of the InGaAs contact layer 16 having the layer structure formed as described above is patterned by a photolithography method generally used in a semiconductor manufacturing process so that a region other than an S-shaped region serving as an optical waveguide is exposed. A film is formed.
Using this photoresist film as a mask, the InGaAsP guide layer 14 exposes the InGaAs contact layer 16 and the InP cladding layer 15 in regions other than the S-shaped region where the optical waveguide is to be formed by dry etching using chlorine gas. Etching is performed, and as shown in FIG. 1, an optical waveguide 25 having a ridge structure is formed by providing a step in an S-shape having two curved portions. The optical waveguide 25 is composed of an InP cladding layer 15 and an InGaAs contact layer 16.
Thereafter, the remaining photoresist film is removed using acetone (organic solvent) or a resist stripping solution.

−3)電極の形成−
次に、層構造に設けられた光導波路25の表面(すなわちS字状のInGaAsコンタクト層16の表面)及び露出したInGaAsPガイド層14の表面の全面に、プラズマCVD法を用いてSiN膜(絶縁膜)を形成し、半導体製造工程で一般に用いられるフォトリソ法により、電極窓をパターニングし、光導波路25の表面のみを緩衝フッ酸(HF)を用いてエッチングする。なお、プラズマCVD法でSiO2膜を形成するようにしてもよい。
-3) Electrode formation
Next, a SiN film (insulating) is formed on the entire surface of the optical waveguide 25 provided in the layer structure (that is, the surface of the S-shaped InGaAs contact layer 16) and the entire surface of the exposed InGaAsP guide layer 14 by plasma CVD. The electrode window is patterned by a photolithographic method generally used in the semiconductor manufacturing process, and only the surface of the optical waveguide 25 is etched using buffered hydrofluoric acid (HF). Note that the SiO 2 film may be formed by plasma CVD.

そして、半導体製造工程で一般に用いられるフォトリソ法により、P電極リフトオフ用にレジストパターンを光導波路25の領域以外の領域全体に形成し、真空蒸着装置を用いて、光導波路を構成するInGaAsコンタクト層16のS字表面にP電極17を蒸着する。その後、リフトオフ法により、レジスト剥離液を用いてフォトレジスト膜上に形成されている不要な電極材をフォトレジスト膜と共に除去する。   Then, a resist pattern for P electrode lift-off is formed over the entire region other than the region of the optical waveguide 25 by a photolithography method generally used in a semiconductor manufacturing process, and the InGaAs contact layer 16 constituting the optical waveguide is formed using a vacuum evaporation apparatus. P electrode 17 is vapor-deposited on the S-shaped surface. Thereafter, unnecessary electrode materials formed on the photoresist film are removed together with the photoresist film by a lift-off method using a resist stripping solution.

その後、InP基板11のガイド層や活性層等が形成されていない側を、ダイヤモンド微粒等の研磨材により基板の厚みが100μmになるまで研磨する。研磨後、真空蒸着装置を用いて、Ti膜を蒸着してN電極18を形成する。   Thereafter, the side of the InP substrate 11 where the guide layer, the active layer or the like is not formed is polished with an abrasive such as diamond fine particles until the thickness of the substrate reaches 100 μm. After polishing, a Ti film is deposited using a vacuum deposition apparatus to form an N electrode 18.

上記のようにしてS字形状の光導波路25が設けられた層構造を得た後、この層構造の一端にスパッタリング装置によりSiN膜を成膜して低反射層19をコーティングすると共に、他端にスパッタリング装置によりTiO/SiO膜を成膜して高反射層20をコーティングする。
以上のようにして、本実施形態の半導体レーザー装置を作製することができる。
After obtaining a layer structure provided with the S-shaped optical waveguide 25 as described above, a SiN film is formed on one end of this layer structure by a sputtering apparatus to coat the low reflection layer 19 and the other end. Then, a TiO / SiO film is formed by a sputtering apparatus to coat the highly reflective layer 20.
As described above, the semiconductor laser device of this embodiment can be manufactured.

本実施形態では、光導波路をS字形状、すなわち曲線部分が2箇所形成されるようにして設けたが、曲線部分は1箇所あるいは3箇所以上設けるようにしてもよく、目的や場合に応じて適宜選択して本発明の効果を得ることが可能である。   In this embodiment, the optical waveguide is provided in an S shape, that is, two curved portions are formed. However, one or three or more curved portions may be provided, depending on the purpose and case. It is possible to obtain the effect of the present invention by appropriately selecting.

また、光導波路をInPクラッド層15とInGaAsコンタクト層16とで構成するようにしたが、コンタクト層を形成せずに光導波路をクラッド層のみで構成してもよく、このとき、クラッド層を複数層で構成することにより多層のクラッド層からなる光導波路を形成するようにしてもよい。
クラッド層を多層に構成する場合、低屈折率の第1クラッド層と、少なくとも第1クラッド層よりも屈折率の高い第2クラッド層とを含む二層以上の多層構造に構成することができる。具体的には例えば、InGaAsPガイド層14上に該ガイド層側から順に、屈折率ρ1のクラッド層と屈折率ρ2(ρ1<ρ2)のクラッド層を積層した2層構造にすることができる。多層の層構成は、InGaAsPガイド層14側から徐々に屈折率が高くなる構成になる態様が、利得領域をリッジ構造の光導波路側に移動させ得る点で好ましく、二層以外に三層以上の多層であってもよい。
Further, although the optical waveguide is configured by the InP cladding layer 15 and the InGaAs contact layer 16, the optical waveguide may be configured by only the cladding layer without forming the contact layer. An optical waveguide composed of multiple clad layers may be formed by forming the layers.
When the clad layer is formed in a multilayer, it can be formed in a multilayer structure of two or more layers including a first clad layer having a low refractive index and a second clad layer having a refractive index higher than that of the first clad layer. Specifically, for example, a two-layer structure in which a clad layer having a refractive index ρ 1 and a clad layer having a refractive index ρ 212 ) are sequentially stacked on the InGaAsP guide layer 14 from the guide layer side. Can do. The multilayer structure is preferably such that the refractive index gradually increases from the InGaAsP guide layer 14 side in that the gain region can be moved to the optical waveguide side of the ridge structure. Multiple layers may be used.

(第2実施形態)
本発明の半導体レーザー装置の第2実施形態を図3を参照して説明する。本実施形態は、第1実施形態の層構造のInGaAsPガイド層14上に回折格子を設けて構成したものである。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the semiconductor laser device of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a diffraction grating is provided on the InGaAsP guide layer 14 having the layer structure of the first embodiment.

なお、回折格子及び回折格子が設けられた層以外の各層は第1実施形態で使用した材料及び方法を用いて第1実施形態と同様に形成することができ、第1実施形態と同様の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。   Each layer other than the diffraction grating and the layer provided with the diffraction grating can be formed in the same manner as in the first embodiment by using the materials and methods used in the first embodiment, and has the same configuration as in the first embodiment. Elements are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本実施形態の半導体レーザー装置は、図3に示すように、層構造の低反射層19がコートされた一端側及び高反射層20がコートされた他端側の光導波路25の直線部分に位置するInGaAsPガイド層14の上に、長さ方向が光導波路25の直線部分の方向と略直交するように、回折格子31が設けられている。   As shown in FIG. 3, the semiconductor laser device of this embodiment is positioned at a linear portion of the optical waveguide 25 on one end side coated with the low-reflection layer 19 having a layer structure and on the other end side coated with the high-reflection layer 20. A diffraction grating 31 is provided on the InGaAsP guide layer 14 so that the length direction is substantially perpendicular to the direction of the linear portion of the optical waveguide 25.

回折格子31は、InGaAs(キャリア濃度1017cm-3)を、280nmで周期性が得られるように形成して構成された構造であり、各々の回折格子は、幅140nm、厚み100nmのサイズに形成されている。 The diffraction grating 31 has a structure in which InGaAs (carrier concentration 10 17 cm −3 ) is formed so as to obtain periodicity at 280 nm. Each diffraction grating has a width of 140 nm and a thickness of 100 nm. Is formed.

回折格子は、InGaAs以外に、InGaAsPなどを適宜選択してInGaAsと同様の方法により構成することができる。周期Aは、A=λ0/nr(λ0:発振波長、nr:実効屈折率)として求められる。 The diffraction grating can be configured by the same method as InGaAs by appropriately selecting InGaAsP or the like in addition to InGaAs. The period A is obtained as A = λ 0 / n r0 : oscillation wavelength, n r : effective refractive index).

回折格子31は、第1実施形態と同様にしてInGaAsPガイド層14を積層した後、このInGaAsPガイド層14上に、電子線描画装置(クレステック(株)製)により、燐酸及び過酸化水素水を水で希釈した混合液を用いて280nmにて周期性が得られるようにして、幅140nm、厚み100nmよりなる回折格子を形成することにより設けることができる。
その後、MOCVD法〔キャリアガス:水素(H2)、原料ガス:TMIn、TBP〕を用いた常法により、回折格子を埋設するようにして、厚み1000nmのInP層32を結晶成長させる。
In the diffraction grating 31, the InGaAsP guide layer 14 is laminated in the same manner as in the first embodiment, and then phosphoric acid and hydrogen peroxide solution are added onto the InGaAsP guide layer 14 by an electron beam drawing apparatus (Crestec Co., Ltd.). It can be provided by forming a diffraction grating having a width of 140 nm and a thickness of 100 nm so that periodicity is obtained at 280 nm using a mixed solution diluted with water.
Thereafter, an InP layer 32 having a thickness of 1000 nm is grown by a conventional method using MOCVD [carrier gas: hydrogen (H 2 ), source gas: TMIn, TBP] so as to embed the diffraction grating.

本実施形態では、層構造の一端及び他端の両側の直線部分に回折格子31を形成するようにしたが、いずれか片側のみに回折格子を形成するようにしてもよい。
また、回折格子のサイズ、本数については、場合に応じて適宜選択することができる。
In this embodiment, the diffraction grating 31 is formed on the linear portions on both sides of one end and the other end of the layer structure. However, the diffraction grating may be formed only on one side.
Further, the size and number of diffraction gratings can be appropriately selected depending on the case.

(第3実施形態)
本発明の半導体レーザー装置の第3実施形態を図4を参照して説明する。本実施形態は、第1実施形態の層構造を、InGaAsPガイド層14上に回折格子を有する半導体レーザー構造に形成されたレーザー部位と、S字状の光導波路を有する半導体光増幅器構造に形成された光増幅部位とを含む複合構造に構成したものである。
(Third embodiment)
A third embodiment of the semiconductor laser device of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the layer structure of the first embodiment is formed into a semiconductor optical amplifier structure having a laser part formed in a semiconductor laser structure having a diffraction grating on the InGaAsP guide layer 14 and an S-shaped optical waveguide. And a light-amplifying site.

なお、回折格子及び回折格子が設けられた層以外の各層は第1実施形態で使用した材料及び方法を用いて第1実施形態と同様に形成することができ、第1実施形態と同様の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。   Each layer other than the diffraction grating and the layer provided with the diffraction grating can be formed in the same manner as in the first embodiment by using the materials and methods used in the first embodiment, and has the same configuration as in the first embodiment. Elements are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

層構造は、図4に示すように、レーザー部位41と光増幅部位42とで機能分離されている。レーザー部位41は、層構造の高反射層20がコートされた他端から長さaの領域であり、この領域にはInGaAsPガイド層14上に回折格子31が形成されており、光導波路の長い方向のモードを抑制することができると共に、光増幅部位42にレーザー光を入射、伝播できるようになっている。   As shown in FIG. 4, the layer structure is functionally separated at the laser part 41 and the light amplification part 42. The laser part 41 is a region having a length a from the other end coated with the highly reflective layer 20 having a layer structure. In this region, the diffraction grating 31 is formed on the InGaAsP guide layer 14, and the optical waveguide is long. The mode of the direction can be suppressed, and laser light can be incident on and propagated to the light amplification portion 42.

レーザー部位は、回折格子を用いて、光の進行方向に沿って周期構造を設けた量子井戸構造を持つ分布帰還形半導体レーザーが性能面で好ましい。   The laser part is preferably a distributed feedback semiconductor laser having a quantum well structure in which a periodic structure is provided along the light traveling direction using a diffraction grating.

また、光増幅部位42は、レーザー部位41に連続して形成され、レーザー部位41から低反射層19がコートされた一端までの距離bの領域であり、この領域には光導波路25のS字形状の曲線部分が形成されており、レーザー部位からの光を増幅しながら伝播すると同時に、高次モードを抑えて高品質のビームを出射することができるようになっている。   The light amplification part 42 is an area formed at a distance b from the laser part 41 to one end coated with the low reflection layer 19, which is formed continuously with the laser part 41. A curved portion of the shape is formed so that the light from the laser part is propagated while being amplified, and at the same time, a high-quality beam can be emitted while suppressing higher-order modes.

回折格子31は、InGaAs(キャリア濃度1017cm-3)を、280nmで周期性が得られるように形成して構成された構造であり、各々の回折格子は、幅140nm、厚み100nmのサイズに形成されている。
また、回折格子は、第2実施形態と同様にInGaAs以外のInGaAsPなどを選択して構成することができる。周期Aは、A=λ0/nr(λ0:発振波長、nr:実効屈折率)として求められる。
The diffraction grating 31 has a structure in which InGaAs (carrier concentration 10 17 cm −3 ) is formed so as to obtain periodicity at 280 nm. Each diffraction grating has a width of 140 nm and a thickness of 100 nm. Is formed.
The diffraction grating can be configured by selecting InGaAsP other than InGaAs as in the second embodiment. The period A is obtained as A = λ 0 / n r0 : oscillation wavelength, n r : effective refractive index).

回折格子31は、第1実施形態と同様にしてInGaAsPガイド層15を積層した後に、第3実施形態と同様の方法により、280nmにて周期性が得られるように設けることができ、その後はMOCVD法を用いた常法により、回折格子を埋設するようにしてInP層32を結晶成長させる。   The diffraction grating 31 can be provided so as to obtain periodicity at 280 nm by laminating the InGaAsP guide layer 15 in the same manner as in the first embodiment, and then performing MOCVD. The InP layer 32 is crystal-grown by a conventional method using a method so as to embed the diffraction grating.

また、層構造の低反射率の低反射層19がコーティングされた一端と反対側の他端には、図4に示すように、層構造内を伝播する光の波長との関係で低反射率の低反射層21がコーティングされている。   In addition, the other end opposite to the one end coated with the low-reflectance layer 19 having a low reflectivity in the layer structure has a low reflectivity in relation to the wavelength of light propagating in the layer structure, as shown in FIG. The low reflection layer 21 is coated.

本実施形態のように、レーザー部位と光増幅部位とを有する複合構造に構成することで、高出力で高品質のビームが得られる半導体レーザー装置の小型化を図ることができる。   As in this embodiment, a semiconductor laser device that can obtain a high-quality and high-quality beam can be reduced in size by forming a composite structure having a laser part and an optical amplification part.

(第4実施形態)
本発明の半導体レーザー装置の第4実施形態を図5を参照して説明する。本実施形態は、第1実施形態の層構造の一方の端面及び他方の端面をそれぞれ光導波路の中心線に対して傾斜面となるように構成したものである。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the semiconductor laser device of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, one end face and the other end face of the layer structure of the first embodiment are each configured to be inclined with respect to the center line of the optical waveguide.

なお、各層は第1実施形態で使用した材料及び方法を用いて第1実施形態と同様に形成することが可能であり、第1実施形態と同様の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。   Each layer can be formed in the same manner as in the first embodiment using the materials and methods used in the first embodiment, and the same reference numerals are given to the same components as in the first embodiment. Detailed description thereof will be omitted.

本実施形態の半導体レーザー装置は、図5に示すように、層構造の低反射層19がコーティングされた一方の端面と、高反射層20がコーティングされた他方の端面とがそれぞれ、光導波路25の、層構造の積層方向と直交する幅方向中心を通る中心線Aと直交しない傾斜角αを有するように形成されている。   As shown in FIG. 5, in the semiconductor laser device of the present embodiment, one end face coated with the low-reflection layer 19 having a layer structure and the other end face coated with the high-reflection layer 20 are respectively optical waveguides 25. Are formed so as to have an inclination angle α not perpendicular to the center line A passing through the center in the width direction perpendicular to the stacking direction of the layer structure.

光導波路の光の伝搬方向となる中心線Aの方向に対して角度(90−α)、すなわち中心線Aの方向と直交する線と傾斜角αをなす傾斜面に構成されるので、端面反射率を大幅に低減することができる。例えば図5に示すように、レーザー出力時には、端面で反射した反射光が光導波路25に還らず端面反射率が低くなって半導体レーザーへの戻り光が減少し、半導体レーザー動作が良好になる。
また、図示しないが、外部の光学部品からの戻り光が導波路に結合するのを防止できるようになっている。
Since it is configured with an angle (90-α) with respect to the direction of the center line A that is the light propagation direction of the optical waveguide, that is, an inclined surface that forms an inclination angle α with a line orthogonal to the direction of the center line A, end face reflection The rate can be greatly reduced. For example, as shown in FIG. 5, at the time of laser output, the reflected light reflected at the end face does not return to the optical waveguide 25, the end face reflectivity is lowered, the return light to the semiconductor laser is reduced, and the semiconductor laser operation is improved.
Although not shown, return light from an external optical component can be prevented from being coupled to the waveguide.

傾斜角αの範囲については、戻り光の減少効果が得られれば特に制限はないが、3°〜10°の範囲とするのが有効である。   The range of the inclination angle α is not particularly limited as long as the return light reduction effect is obtained, but it is effective to set the range of 3 ° to 10 °.

中心線Aの方向に対して傾斜する傾斜面は、予め図1に示すような層構造を形成しておき、その後所望の傾斜面(端面)が形成されるように断裁することにより作製することができる。   The inclined surface inclined with respect to the direction of the center line A is prepared by forming a layer structure as shown in FIG. 1 in advance and then cutting so that a desired inclined surface (end surface) is formed. Can do.

(第5実施形態)
本発明の半導体光増幅器複合半導体レーザー装置の第5実施形態を図6を参照して説明する。本実施形態は、第1実施形態に設けられた光導波路のレーザー出射端側に電流非注入領域を形成して構成したものである。
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment of the semiconductor optical amplifier composite semiconductor laser device of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a current non-injection region is formed on the laser emission end side of the optical waveguide provided in the first embodiment.

なお、電流非注入領域を除き各層は第1実施形態で使用した材料及び方法を用いて第1実施形態と同様に形成することが可能であり、第1実施形態と同様の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。   Each layer except the current non-injection region can be formed in the same manner as in the first embodiment by using the material and method used in the first embodiment, and the same components as those in the first embodiment are the same. The detailed description is abbreviate | omitted.

本実施形態では、図6に示すように、光導波路25のレーザーを出射する出射端面から所定の領域は、電流非注入領域45が形成されており、この光導波路の端面からレーザーを出射する際の光強度が大きくなった場合に、出射端面の端面破壊を防止できようになっている。   In the present embodiment, as shown in FIG. 6, a current non-injection region 45 is formed in a predetermined region from the emission end face of the optical waveguide 25 that emits laser, and when laser is emitted from the end face of this optical waveguide. When the light intensity increases, the end face of the emission end face can be prevented from being broken.

この電流非注入領域45は、光導波路25上にP電極を形成する前に予め、表層のInGaAsコンタクト層の表面を絶縁膜で覆い、その状態でP電極を形成するようにすることによって形成することができる。
絶縁膜は、例えばプラズマCVD法を用いて、SiN膜やSiO膜を形成することにより設けることができる。
This current non-injection region 45 is formed by previously covering the surface of the surface InGaAs contact layer with an insulating film and forming the P electrode in that state before forming the P electrode on the optical waveguide 25. be able to.
The insulating film can be provided by forming a SiN film or a SiO film using, for example, a plasma CVD method.

絶縁膜は、膜厚が0.1〜0.2μmの範囲であるのが好ましく、出射端面からの距離には特に制限はない。   The insulating film preferably has a thickness in the range of 0.1 to 0.2 μm, and the distance from the emission end face is not particularly limited.

(第6実施形態)
本発明の半導体光増幅器複合半導体レーザー装置の第6実施形態を図7を参照して説明する。本実施形態は、第1実施形態の光導波路の光の伝播方向における曲線部分の下流側を路幅が出射端に向かって漸次的に広幅になる構造(光増幅構造)に構成したものである。
(Sixth embodiment)
A sixth embodiment of the semiconductor optical amplifier composite semiconductor laser device of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the downstream side of the curved portion in the light propagation direction of the optical waveguide of the first embodiment is configured to have a structure (light amplification structure) in which the road width gradually increases toward the emission end. .

なお、各層は第1実施形態で使用した材料及び方法を用いて第1実施形態と同様に形成することが可能であり、第1実施形態と同様の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。   Each layer can be formed in the same manner as in the first embodiment using the materials and methods used in the first embodiment, and the same reference numerals are given to the same components as in the first embodiment. Detailed description thereof will be omitted.

本実施形態の半導体レーザー装置は、第1実施形態と同様に形成された、N電極18/InP基板11/InGaAsPガイド層12/InGaAsP活性層13/InGaAsPガイド層14の層構造の上に、InPクラッド層15及びInGaAsコンタクト層16からなるリッジ構造の光導波路25が設けられた構造(光導波路上にはP電極17が設けられている)となっており、層構造内を低反射層19側に向かって伝播した光は光導波路25の端面から出射されるようになっている。   The semiconductor laser device according to the present embodiment has an InP structure formed on the layer structure of the N electrode 18 / InP substrate 11 / InGaAsP guide layer 12 / InGaAsP active layer 13 / InGaAsP guide layer 14 formed as in the first embodiment. The optical waveguide 25 having a ridge structure composed of the cladding layer 15 and the InGaAs contact layer 16 is provided (the P electrode 17 is provided on the optical waveguide). The light propagating toward the light exits from the end face of the optical waveguide 25.

この光導波路25は、第1実施形態と同様にリッジなS字構造を有しており、高反射層20が設けられている一端から低反射層19が設けられている他端に向かう光の伝播方向におけるS字構造の下流側では、光導波路25の路幅(層構造の積層方向と直交する平面方向の幅)wが、広がる前の幅(w0)から他端に達するまで漸次的に広幅に広がる構成(w=w0〜w出口)となっている。光導波路の路幅wは、該路幅が漸次的に広がる領域の長さ(光増幅構造の長さ)をLとしたとき、光導波路25の出射端での路幅w出口が(1/25000)×(L/w0)〜(1/35000)×(L/w0)を満たす範囲で拡がっている。 This optical waveguide 25 has a ridged S-shaped structure as in the first embodiment, and the light that travels from one end where the high reflection layer 20 is provided to the other end where the low reflection layer 19 is provided. On the downstream side of the S-shaped structure in the propagation direction, the path width (width in the plane direction perpendicular to the laminating direction of the layer structure) w of the optical waveguide 25 gradually increases from the width (w 0 ) before spreading to the other end. and it has a configuration that spread to wide (w = w 0 ~w exit) to. The path width w of the optical waveguide is such that the exit of the path width w at the exit end of the optical waveguide 25 is (1 /) where L is the length of the region where the path width gradually increases (the length of the optical amplification structure). 25000) × (L / w 0 ) to (1/35000) × (L / w 0 ).

光導波路のS字構造(曲線部位)では、既述したように直線部位では閉じ込められていた入射角の深い高次モードが臨界角θを超えて漏洩し伝播できなくなるため、S字構造より下流側では主として基本モードが伝播され、S字構造の下流側で路幅を広幅にして高出力が得られる構成とするので、高次モードを抑えて高品質のビームを高出力にて得ることができる。   In the S-shaped structure (curved part) of the optical waveguide, since the higher-order mode having a deep incident angle confined in the straight part as described above cannot leak and propagate beyond the critical angle θ, it is downstream of the S-shaped structure. On the side, the fundamental mode is mainly propagated, and the road width is widened on the downstream side of the S-shaped structure to obtain a high output, so that a high-quality beam can be obtained at a high output while suppressing higher-order modes. it can.

光導波路の光伝播方向下流側を広幅にするには、光導波路を形成する際に、光導波路のS字形状から出射端面に向かって広幅になるパターンにフォトレジスト膜を形成し、これをマスクにドライエッチングすることにより形成できる。   To widen the downstream side of the optical waveguide in the light propagation direction, when forming the optical waveguide, a photoresist film is formed in a pattern that widens from the S-shape of the optical waveguide toward the exit end face, and this is used as a mask. It can be formed by dry etching.

(第7実施形態)
本発明の半導体光増幅器複合半導体レーザー装置の第7実施形態を図8を参照して説明する。本実施形態は、第1実施形態の層構造を、S字状の光導波路を有する半導体レーザー構造に形成されたレーザー部位と、半導体光増幅器構造に形成され、第6実施形態と同様に光導波路の光伝播方向における曲線部分の下流側の路幅を出射端面に向かって漸次的に広幅にした光増幅部位とを含む複合構造に構成したものである。
(Seventh embodiment)
A seventh embodiment of the semiconductor optical amplifier composite semiconductor laser device of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the layer structure of the first embodiment is formed by using a laser part formed in a semiconductor laser structure having an S-shaped optical waveguide and a semiconductor optical amplifier structure. This is a composite structure including a light amplifying portion in which the road width on the downstream side of the curved portion in the light propagation direction is gradually increased toward the exit end face.

なお、クラッド層53以外の各層は、第1実施形態で使用した材料及び方法を用いて第1実施形態と同様に形成することが可能であり、第1実施形態と同様の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。   Each layer other than the cladding layer 53 can be formed in the same manner as in the first embodiment using the materials and methods used in the first embodiment, and the same components as those in the first embodiment are the same. The detailed description is abbreviate | omitted.

本実施形態の半導体レーザー装置は、第6実施形態のように、第1実施形態と同様に形成された、N電極18/InP基板11/InGaAsPガイド層12/InGaAsP活性層13/InGaAsPガイド層14の層構造の上に、InPクラッド層15及びInGaAsコンタクト層16からなるリッジ構造の光導波路25が設けられた構造(光導波路上にはP電極17が設けられている)となっており、層構造内を低反射層19側に向かって伝播した光は光導波路の端面から出射されるようになっている。
そして、光導波路25は、リッジなS字構造を有しており、高反射層20が設けられている一端から低反射層19が設けられている他端に向かう光の伝播方向におけるS字構造の下流側では、光導波路25の路幅(層構造の積層方向と直交する平面方向の幅)が他端に達するまで漸次的に広幅に広がる構成となっている。
As in the sixth embodiment, the semiconductor laser device of the present embodiment is formed in the same manner as in the first embodiment. N electrode 18 / InP substrate 11 / InGaAsP guide layer 12 / InGaAsP active layer 13 / InGaAsP guide layer 14 In this structure, an optical waveguide 25 having a ridge structure composed of an InP cladding layer 15 and an InGaAs contact layer 16 is provided (a P electrode 17 is provided on the optical waveguide). The light propagating in the structure toward the low reflection layer 19 side is emitted from the end face of the optical waveguide.
The optical waveguide 25 has a ridged S-shaped structure, and an S-shaped structure in the light propagation direction from one end where the high reflective layer 20 is provided to the other end where the low reflective layer 19 is provided. On the downstream side, the path width of the optical waveguide 25 (the width in the plane direction perpendicular to the laminating direction of the layer structure) is gradually widened until it reaches the other end.

本実施形態では、層構造は図8に示すように、レーザー部位51と光増幅部位52とで機能分離されている。レーザー部位51は、層構造の高反射層20がコートされた一端から長さcの領域であり、この領域には光導波路25のS字形状の曲線部分が形成されており、高次モードを抑えたビームの伝播が可能であり、光増幅部位52に高品質のビームを入射、伝播できるようになっている。
レーザー部位は、曲がった構造に形成されると、更なる高出力化が期待できる。
In this embodiment, the layer structure is functionally separated at the laser part 51 and the light amplification part 52 as shown in FIG. The laser part 51 is a region having a length c from one end where the highly reflective layer 20 having a layer structure is coated. In this region, an S-shaped curved portion of the optical waveguide 25 is formed, and a high-order mode is formed. A suppressed beam can be propagated, and a high-quality beam can be incident and propagated to the light amplification portion 52.
If the laser part is formed in a bent structure, higher output can be expected.

また、光増幅部位52は、レーザー部位51から連続する低反射層19がコートされた他端までの距離dの領域であり、この領域では、光導波路25の路幅(層構造の積層方向と直交する平面方向の幅)wが、広がる前の幅(w0)から他端に達するまで漸次的に広幅に広がる構成(w=w0〜w出口)となっている。光導波路の路幅wは、光導波路25の出射端での路幅w出口が(1/25000)×(d/w0)〜(1/35000)×(d/w0)を満たす範囲で拡がっている。 Further, the light amplification portion 52 is a region having a distance d from the laser portion 51 to the other end coated with the continuous low reflection layer 19. In this region, the path width of the optical waveguide 25 (the stacking direction of the layer structure) The width in the plane direction orthogonal to w) is configured to gradually widen from the width (w 0 ) before spreading to the other end (w = w 0 to w exit). Path width w of the optical waveguide is a range satisfying path width w exit at the exit end of the optical waveguide 25 is a (1/25000) × (d / w 0) ~ (1/35000) × (d / w 0) It is spreading.

また、光増幅部位52には、上記のように路幅wが漸次的に広がる光導波路が形成されていない領域のInGaAsPガイド層14上に、図8に示すように、光導波路が形成されていない領域の高さが光導波路の表面と一致するようにして厚み1μmのクラッド層53が形成されており、戻り光が伝搬すると拡散するため、レーザー部位に戻り光が結合しにくく、レーザーが安定動作するのに有利なようになっている。   Further, as shown in FIG. 8, an optical waveguide is formed in the optical amplification portion 52 on the InGaAsP guide layer 14 in a region where the optical waveguide whose path width w gradually increases as described above is not formed. A cladding layer 53 having a thickness of 1 μm is formed so that the height of the non-existing region coincides with the surface of the optical waveguide, and diffuses when the return light propagates. It is advantageous to operate.

すなわち、光導波路のS字構造では、既述の通り、直線部位で閉じ込められていた高次モードが伝播できなくなるため、光の伝播方向のS字構造より下流側に形成された光増幅部位には主に基本モードが伝播され、漸次的に広幅になる光増幅部位で高品質化されたビームを増幅することができる。
これにより、高次モードの伝播、増幅を抑えつつ、モードのきれいなビームを選択的に増幅して、高品質のビームをより高出力に出射することができる。
That is, in the S-shaped structure of the optical waveguide, the higher-order mode confined in the straight portion cannot propagate as described above, so that the light amplification portion formed on the downstream side of the S-shaped structure in the light propagation direction Can mainly amplify a beam with high quality at the light amplification portion where the fundamental mode is propagated and gradually becomes wider.
As a result, it is possible to selectively amplify a beam having a clean mode and to emit a high-quality beam with higher output while suppressing propagation and amplification of higher-order modes.

光導波路の光伝播方向下流側を広幅にするには、光導波路を形成する際に、光導波路のS字形状から出射端面に向かって広幅になるパターンにフォトレジスト膜を形成し、これをマスクにドライエッチングすることにより形成できる。   To widen the downstream side of the optical waveguide in the light propagation direction, when forming the optical waveguide, a photoresist film is formed in a pattern that widens from the S-shape of the optical waveguide toward the exit end face, and this is used as a mask. It can be formed by dry etching.

また、クラッド層53の形成は、光導波路の形成後、SiO、SiN等の絶縁膜をスパッタリング等により成膜し、フォトリソグラフィ法によりパターニングした後、フッ酸などで溶解して窓を開ける。レジストを除去後、Pt、Ti、Au等を蒸着することにより行なうことができる。   The clad layer 53 is formed by forming an insulating film such as SiO or SiN by sputtering after forming the optical waveguide, patterning it by photolithography, and then dissolving it with hydrofluoric acid to open the window. After removing the resist, Pt, Ti, Au or the like can be deposited.

(第8実施形態)
本発明の半導体光増幅器複合半導体レーザー装置の第8実施形態を図9〜図11を参照して説明する。本実施形態は、第1実施形態で形成した光導波路のS字状の曲線部位の一部にP電極が存在しない領域を形成し、曲部の外周寄りに利得領域が形成される構成としたものである。
(Eighth embodiment)
An eighth embodiment of the semiconductor optical amplifier composite semiconductor laser device of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, a region where no P electrode exists is formed in a part of the S-shaped curved portion of the optical waveguide formed in the first embodiment, and a gain region is formed near the outer periphery of the curved portion. Is.

なお、各層は第1実施形態で使用した材料及び方法を用いて第1実施形態と同様に形成することが可能であり、第1実施形態と同様の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。   Each layer can be formed in the same manner as in the first embodiment using the materials and methods used in the first embodiment, and the same reference numerals are given to the same components as in the first embodiment. Detailed description thereof will be omitted.

本実施形態の半導体レーザー装置は、第1実施形態と同様に形成された、N電極18/InP基板11/InGaAsPガイド層12/InGaAsP活性層13/InGaAsPガイド層14の層構造の上に、InPクラッド層15及びInGaAsコンタクト層16からなる曲率(r)680nmのリッジなS字構造の光導波路25が設けられた構造となっており、層構造内を低反射層19側に向かって伝播した光は、光導波路25の端面から出射されるようになっている。   The semiconductor laser device according to the present embodiment has an InP structure formed on the layer structure of the N electrode 18 / InP substrate 11 / InGaAsP guide layer 12 / InGaAsP active layer 13 / InGaAsP guide layer 14 formed as in the first embodiment. Light having a structure in which a ridged S-shaped optical waveguide 25 having a curvature (r) of 680 nm comprising the cladding layer 15 and the InGaAs contact layer 16 is provided, and the light propagated in the layer structure toward the low reflection layer 19 side. Is emitted from the end face of the optical waveguide 25.

光導波路25の表面には、図9に示すように、S字部の曲率rで曲がる2つの曲線領域の各領域、つまり図9、もしくは図1に示すような直線領域でない領域S、Tにおいて、曲線領域の幅方向中心(中心線A)から外周寄り(outside)にP電極56が存在し、P電極56から内周寄りは電極が存在しない領域(電極非形成領域)57とし、電極領域において光強度の高い利得が得られるようになっている。すなわち、図10に示すように、直線領域では中心線A近傍をピークとする光強度分布が得られるのに対し、曲線領域ではP電極56が存在する外周寄りを中心に光強度分布のピーク(利得領域)が得られる。
なお、光導波路25の曲線領域の内周側(inside)にはP電極が存在しない領域57が形成されている。
On the surface of the optical waveguide 25, as shown in FIG. 9, in each region of two curved regions that bend at the curvature r of the S-shaped portion, that is, in regions S and T that are not linear regions as shown in FIG. 9 or FIG. The P electrode 56 exists near the outer periphery from the center (center line A) in the width direction of the curved region, and the region near the inner periphery from the P electrode 56 is a non-electrode region (electrode non-forming region) 57. A gain with high light intensity can be obtained. That is, as shown in FIG. 10, a light intensity distribution having a peak near the center line A is obtained in the straight line region, whereas a light intensity distribution peak (around the outer periphery where the P electrode 56 exists is centered in the curved region ( Gain region).
A region 57 where no P electrode is present is formed on the inner side of the curved region of the optical waveguide 25.

このように、光導波路上に設けるP電極を、曲線領域の内周側(inside)に電極が存在しない領域が形成される形状に設けることにより、基本モードの光強度分布を曲線部位の幅方向中心から外周寄りに形成でき、基本モードには利得を与え、高次モードには損失を与えるように制御することが可能で、高次モードを抑えて高品質のビームを高出力に得ることができる。   In this way, by providing the P electrode provided on the optical waveguide in a shape in which a region in which no electrode exists is formed on the inner side of the curved region, the light intensity distribution in the fundamental mode is changed in the width direction of the curved region. It can be formed from the center to the outer periphery, and can be controlled to give gain to the fundamental mode and loss to the higher-order mode, and to suppress the higher-order mode and obtain a high-quality beam with high output. it can.

電極非形成領域の面積や位置関係については、場合に応じて選択すればよい。また、全ての曲線部位に電極非形成領域を設ける必要性は必ずしもないが、全てに設けるようにすることが高出力化の点で好ましい。   What is necessary is just to select according to the case about the area and positional relationship of an electrode non-formation area | region. In addition, although it is not always necessary to provide the electrode non-formation region in all the curved parts, it is preferable to provide the electrode non-formation region in all the points in terms of high output.

ここで、光導波路の路幅wと曲率rとの関係を考慮した例を示す。
例えば、光導波路の路幅(線幅)wを30μm、曲率rを1000μmとした場合、「曲率r<導波構造の線幅×25」の関係を満たさず、図11に示すように、基本モード(実線)以外に、1次モード(破線)が存在する。これに対し、光導波路の路幅(線幅)wを30μm、曲率rを680μmとした場合、「曲率r<導波構造の線幅×25」の関係を満たし、1次モード(破線)は存在しなくなり、高次モードを抑えた基本モード(実線)が得られる。そして、光導波路内に高次モードが残存している場合、曲線領域の幅方向中心(中心線A)から外周寄りに電極を設け、この電極より内周寄りは電極が形成されない電極非形成領域となる電極配置とすることで、高次モードを抑制することができる。
Here, the example which considered the relationship between the path width w of an optical waveguide and the curvature r is shown.
For example, when the path width (line width) w of the optical waveguide is 30 μm and the curvature r is 1000 μm, the relationship of “curvature r <line width of waveguide structure × 25” is not satisfied, and as shown in FIG. In addition to the mode (solid line), there is a primary mode (dashed line). On the other hand, when the path width (line width) w of the optical waveguide is 30 μm and the curvature r is 680 μm, the relationship of “curvature r <line width of waveguide structure × 25” is satisfied and the primary mode (broken line) is The fundamental mode (solid line) with no higher order mode suppressed is obtained. When a higher-order mode remains in the optical waveguide, an electrode is provided closer to the outer periphery from the center in the width direction (center line A) of the curved region, and an electrode non-forming region where no electrode is formed closer to the inner periphery than this electrode Higher-order modes can be suppressed by adopting an electrode arrangement as follows.

本実施形態におけるP電極56は、第5実施形態での絶縁膜の形成と同様にして、光導波路25上にP電極を形成する前に、予め表層のInGaAsコンタクト層表面の電極形成しない領域を絶縁膜で覆い、その状態でP電極を形成するようにすることによって形成することができる。   In the same manner as the formation of the insulating film in the fifth embodiment, the P electrode 56 in the present embodiment is formed by previously forming a region on the surface of the surface InGaAs contact layer where no electrode is formed before forming the P electrode on the optical waveguide 25. It can be formed by covering with an insulating film and forming the P electrode in that state.

(第9実施形態)
本発明の半導体光増幅器複合半導体レーザー装置の第9実施形態を図12を参照して説明する。本実施形態は、第5実施形態(第1実施形態)でInP基板上に形成した、S字形状の曲線部位(光導波路)を有する複数の層構造を同一の半導体チップ上に配列してアレイ光源としたものである。
(Ninth embodiment)
A ninth embodiment of the semiconductor optical amplifier composite semiconductor laser device of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is an array in which a plurality of layer structures having S-shaped curved portions (optical waveguides) formed on an InP substrate in the fifth embodiment (first embodiment) are arranged on the same semiconductor chip. It is a light source.

なお、各層は第1及び第5実施形態で使用した材料及び方法を用いて第1実施形態と同様に形成することが可能であり、第1及び第5実施形態と同様の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。   Each layer can be formed in the same manner as in the first embodiment using the materials and methods used in the first and fifth embodiments, and the same components as those in the first and fifth embodiments are the same. The detailed description is abbreviate | omitted.

本実施形態は、図12に示すように、単一の半導体チップ60の上に、InGaAsPガイド層12/InGaAsP活性層13/InGaAsPガイド層14の層構造の上にInPクラッド層15及びInGaAsコンタクト層16からなるリッジなS字構造の光導波路25が設けられた層構造(光導波路上にはP電極17が設けられている)を2つ配列して構成されている。単一基板上に複数の層構造を設けて構成されるので、高出力型のレーザー装置を小型化することができる。   In this embodiment, as shown in FIG. 12, an InP clad layer 15 and an InGaAs contact layer are formed on a single semiconductor chip 60 and on a layer structure of an InGaAsP guide layer 12 / InGaAsP active layer 13 / InGaAsP guide layer. Two layer structures each having 16 ridged S-shaped optical waveguides 25 (P electrodes 17 are provided on the optical waveguides) are arranged. Since a plurality of layer structures are provided on a single substrate, a high-power laser device can be miniaturized.

半導体チップとしては、GaAs基板、InP基板等を用いることができる。   As the semiconductor chip, a GaAs substrate, an InP substrate, or the like can be used.

なお、本実施形態では、リッジなS字構造が設けられた2個の層構造を同一基板上に設けるようにしたが、同一基板上に設ける層構造の構造体数は目的等に応じて適宜選択することができる。また、この場合の各層構造を構成する光導波路はS字形状、すなわち曲線部分を2箇所とする以外に、曲線部分を1箇所あるいは3箇所以上設けるようにしてもよく、目的や場合に応じて適宜選択して本発明の効果を得ることが可能である。   In the present embodiment, the two layer structures provided with the ridged S-shaped structure are provided on the same substrate. However, the number of layer structures provided on the same substrate is appropriately determined according to the purpose and the like. You can choose. In addition, the optical waveguide constituting each layer structure in this case is S-shaped, that is, in addition to two curved portions, one or three curved portions may be provided, depending on the purpose and case. It is possible to obtain the effect of the present invention by appropriately selecting.

本発明の第1実施形態に係る半導体レーザー装置の概略構成を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a schematic configuration of a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention. (a)基本モードと高次モードの伝播の様子を示す図であり、(b)は基本モードの光の伝播の様子を説明するための図であり、(c)は高次モードの光の伝播の様子を説明するための図である。(A) It is a figure which shows the mode of propagation of a fundamental mode and a higher mode, (b) is a figure for demonstrating the mode of propagation of the light of a fundamental mode, (c) is the figure of the light of a higher mode. It is a figure for demonstrating the mode of propagation. 本発明の第2実施形態に係る半導体レーザー装置の概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the semiconductor laser apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る半導体レーザー装置の概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the semiconductor laser apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 光導波路の中心線Aに対して傾斜する端面で反射する光の方向を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the direction of the light reflected with the end surface inclined with respect to the centerline A of an optical waveguide. 本発明の第5実施形態に係る半導体レーザー装置の概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the semiconductor laser apparatus which concerns on 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6実施形態に係る半導体レーザー装置の概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the semiconductor laser apparatus which concerns on 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7実施形態に係る半導体レーザー装置の概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the semiconductor laser apparatus which concerns on 7th Embodiment of this invention. 本発明の第8実施形態に係る半導体レーザー装置のP電極の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the P electrode of the semiconductor laser apparatus concerning 8th Embodiment of this invention. 本発明の第8実施形態に係る半導体レーザー装置における光強度分布のピーク(利得領域)の様子を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the mode of the peak (gain area | region) of the light intensity distribution in the semiconductor laser apparatus concerning 8th Embodiment of this invention. 曲率r<導波構造の線幅×25」の関係を満たさない場合のモードの発生を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating generation | occurrence | production of the mode when not satisfy | filling the relationship of curvature r <line width of a waveguide structure x25 ". 本発明の第9実施形態に係る半導体レーザー装置の概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the semiconductor laser apparatus concerning 9th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

11…InP基板
12…InGaAsPガイド層(N型高屈折率層)
13…InGaAsP活性層
14…InGaAsPガイド層(P型高屈折率層)
15…InPクラッド層(P型クラッド層)
16…InGaAsコンタクト層
17,18,56…電極
25…光導波路
31…回折格子
41,51…レーザー部位
42,52…光増幅部位
45…電流非注入領域
57…電極が存在しない領域
60…半導体チップ
11... InP substrate 12... InGaAsP guide layer (N-type high refractive index layer)
13 ... InGaAsP active layer 14 ... InGaAsP guide layer (P-type high refractive index layer)
15 ... InP clad layer (P-type clad layer)
16 ... InGaAs contact layers 17, 18, 56 ... electrode 25 ... optical waveguide 31 ... diffraction grating 41, 51 ... laser part 42, 52 ... optical amplification part 45 ... current non-injection region 57 ... region 60 where no electrode exists ... semiconductor chip

Claims (11)

半導体基板上に、少なくともN型高屈折率層と活性層とP型高屈折率層と該P型高屈折率層より屈折率の低いP型クラッド層とが前記半導体基板側から順に積層された層構造を有し、前記層構造の少なくとも一層が、曲率rが下記式を満たし、2つ以上のモードがたつ線幅の曲線部位を少なくとも一つ含む導波構造を有する半導体レーザー装置。
曲率r < 導波構造の線幅×25 ・・・式
On the semiconductor substrate, at least an N-type high refractive index layer, an active layer, a P-type high refractive index layer, and a P-type cladding layer having a refractive index lower than that of the P-type high refractive index layer are sequentially stacked from the semiconductor substrate side. A semiconductor laser device having a layered structure, wherein at least one layer of the layered structure has a waveguide structure in which a curvature r satisfies the following formula and includes at least one curved line portion having two or more modes.
Curvature r <Line width of waveguide structure × 25 Formula
前記線幅が、10μm以上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ー装置。   The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the line width is 10 μm or more. 前記層構造は、半導体レーザー構造に形成されたレーザー部位と、前記レーザー部位から入射された光を増幅する半導体光増幅器構造に形成された光増幅部位とを含む複合構造に構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体レーザー装置。   The layer structure is configured as a composite structure including a laser part formed in a semiconductor laser structure and a light amplification part formed in a semiconductor optical amplifier structure that amplifies light incident from the laser part. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the semiconductor laser device is characterized. 前記レーザー部位及び前記光増幅部位の少なくとも一方が、前記曲線部位を少なくとも一つ含む導波構造を有することを特徴とする請求項3に記載の半導体レーザー装置。   4. The semiconductor laser device according to claim 3, wherein at least one of the laser part and the light amplification part has a waveguide structure including at least one of the curved parts. 前記レーザー部位が前記曲線部位を少なくとも一つ含む導波構造を有し、前記光増幅部位が前記レーザー部位から離れる方向に漸次的に広幅になっていることを特徴とする請求項3又は4に記載の半導体レーザー装置。   5. The laser part according to claim 3 or 4, wherein the laser part has a waveguide structure including at least one of the curved parts, and the light amplification part gradually becomes wider in a direction away from the laser part. The semiconductor laser device described. 前記P型クラッド層の半導体基板から離れた側にコンタクト層を更に有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体レーザー装置。   6. The semiconductor laser device according to claim 1, further comprising a contact layer on a side of the P-type cladding layer away from the semiconductor substrate. 半導体レーザー構造に形成された前記レーザー部位は回折格子を含むことを特徴とする請求項3〜6のいずれか1項に記載の半導体レーザー装置。   7. The semiconductor laser device according to claim 3, wherein the laser part formed in the semiconductor laser structure includes a diffraction grating. 半導体レーザー構造に形成された前記レーザー部位の端面及び半導体光増幅器構造に形成された前記光増幅部位の端面の少なくとも一つは、導波構造の、前記層構造の積層方向と直交する幅方向における中心線に対して傾斜していることを特徴とする請求項3〜7のいずれか1項に記載の半導体レーザー装置。   At least one of the end face of the laser part formed in the semiconductor laser structure and the end face of the optical amplification part formed in the semiconductor optical amplifier structure is in the width direction perpendicular to the stacking direction of the layer structure of the waveguide structure. The semiconductor laser device according to claim 3, wherein the semiconductor laser device is inclined with respect to a center line. 前記導波構造は、電流注入領域と電流非注入領域とを有することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の半導体レーザー装置。   The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the waveguide structure has a current injection region and a current non-injection region. 前記曲線部位は、導波構造の、前記層構造の積層方向と直交する幅方向における中心線から外周寄りの領域の少なくとも一部に、電極を有する請求項1〜9のいずれか1項に記載の半導体レーザー装置。   10. The curve portion according to claim 1, wherein the curved portion has an electrode in at least a part of a region near the outer periphery from a center line in a width direction orthogonal to the stacking direction of the layer structure of the waveguide structure. Semiconductor laser equipment. 前記半導体基板が単一の基板で構成された半導体チップであり、該半導体チップの上に、曲線部位を少なくとも一つ含む導波構造が設けられた層構造を複数有することを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の半導体レーザー装置。   2. The semiconductor chip according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is a semiconductor chip formed of a single substrate, and has a plurality of layer structures provided with a waveguide structure including at least one curved portion on the semiconductor chip. The semiconductor laser device according to any one of 1 to 10.
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