JP2011243650A - Semiconductor laser element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体レーザ素子に関し、特に、垂直共振器型の面発光型半導体レーザ(VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting LASER)素子に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser device, and more particularly, to a vertical cavity surface emitting semiconductor laser (VCSEL) device.
面発光型半導体レーザの遠視野像(FFP:Far Field Pattern)は広がっており、面発光型半導体レーザからの出射ビームを光ファイバ等の外部光学部品に結合させるには、結合効率を上げるために集光用レンズ等を使用している。 The far field image (FFP: Far Field Pattern) of the surface emitting semiconductor laser is widened, and in order to couple the outgoing beam from the surface emitting semiconductor laser to an external optical component such as an optical fiber, in order to increase the coupling efficiency A condensing lens is used.
面発光型半導体レーザの遠視野像のビーム広がり角度を小さくするため、裏面半導体や上部DBR反射鏡上の半導体を一部欠損させることで、ビーム形状を成型する技術が開示されている(特許文献1、2、3参照)。 In order to reduce the beam divergence angle of a far-field image of a surface emitting semiconductor laser, a technique for forming a beam shape by partially losing a semiconductor on a back semiconductor or an upper DBR reflector is disclosed (Patent Document). 1, 2, 3).
しかしながら、裏面形成の場合(特許文献1、2参照)は、基板を薄膜化した後に裏面に加工して形成するのでプロセス的な難しさがあること、発光点からレンズまでの距離が長いことで異なるモード毎に収差が大きくなること、半導体部を伝搬することで出射側の光が広がってしまうこと、基板の吸収損失の影響を受けることなどが問題となっていた。また、半導体DBR上に当該層を形成する場合(特許文献3参照)には、電極を端部に作成する必要があるので、電流注入効率が悪くなるという問題があった。
However, in the case of forming the back surface (see
本発明は、所望の出射ビーム形状が得られ、電流注入効率が悪くなることが抑制できる半導体レーザ素子を提供することを主な目的とする。 The main object of the present invention is to provide a semiconductor laser device that can obtain a desired outgoing beam shape and suppress the deterioration of current injection efficiency.
本発明によれば、
基板と、前記基板上に順に形成された、第1のDBRミラー領域と、活性層と、第2のDBRミラー領域と、前記活性層に電流を注入させるための活性層に対して基板側の第1の電極と、活性層に対して表面側の第2の電極と、前記活性層に注入される電流を狭窄させるため開口を含む電流狭窄層と、を備え、前記基板と反対側の表面からレーザ光を放射する面発光型半導体レーザであって、
前記第2のDBRミラー領域は、異なる二つの屈折率を持つ層のペアの繰り返し構造を含み、さらに、
前記第2のDBRミラー領域の前記基板と反対側の表面に、フレネルゾーンを形成し、かつ、前記開口と同心の同心円状の誘電体材料からなる溝が形成されている面発光型半導体レーザが提供される。
According to the present invention,
A substrate, a first DBR mirror region, an active layer, a second DBR mirror region, and an active layer for injecting current into the active layer, which are sequentially formed on the substrate, A first electrode, a second electrode on a surface side with respect to the active layer, and a current confinement layer including an opening for constricting a current injected into the active layer, and a surface opposite to the substrate A surface emitting semiconductor laser that emits laser light from
The second DBR mirror region includes a repeating structure of a pair of layers having two different refractive indexes, and
A surface-emitting type semiconductor laser in which a Fresnel zone is formed on a surface of the second DBR mirror region opposite to the substrate and a groove made of a concentric dielectric material concentric with the opening is formed. Provided.
好ましくは、前記溝の境界部が、開口部の中心を中心とする半径Rm2=mfλの関係を満たす(Rm:半径、m:フレネルゾーンの次数、f:焦点距離、λ:波長)となっている。 Preferably, the boundary portion of the groove satisfies a relationship of radius Rm 2 = mfλ centered on the center of the opening (Rm: radius, m: order of Fresnel zone, f: focal length, λ: wavelength). ing.
また、好ましくは、前記層は誘電体膜のペアからなる。 Preferably, the layer comprises a pair of dielectric films.
また、好ましくは、前記誘電体膜のペアは、SiO2/SiNx、あるいはα−Si/SiO2 のペアからなる。 Preferably, the dielectric film pair is made of SiO 2 / SiN x or α-Si / SiO 2 pair.
また、好ましくは、前記溝が前記第2のDBRミラー領域の前記表面側の前記ペアの少なくとも一部に形成されている。 Preferably, the groove is formed in at least a part of the pair on the surface side of the second DBR mirror region.
また、好ましくは、前記溝の厚みが前記表面の1ペアである。 Preferably, the groove has a thickness of one pair on the surface.
また、本発明によれば、上記いずれかの半導体レーザ素子を複数備えるレーザアレイが提供される。 According to the present invention, there is provided a laser array including a plurality of any of the semiconductor laser elements described above.
また、本発明によれば、上記いずれかの半導体レーザ素子またはレーザアレイを備える光学機器が提供される。 Moreover, according to this invention, an optical apparatus provided with one of the said semiconductor laser elements or laser arrays is provided.
また、本発明によれば、上記いずれかの半導体レーザ素子またはレーザアレイを備える通信システムが提供される。 According to the present invention, there is provided a communication system including any one of the above semiconductor laser elements or laser arrays.
本発明によれば、所望の出射ビーム形状が得られ、電流注入効率が悪くなることが抑制できる半導体レーザ素子が提供される。 According to the present invention, there is provided a semiconductor laser device capable of obtaining a desired emitted beam shape and suppressing deterioration of current injection efficiency.
以下に、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態に係る面発光型半導体レーザ素子を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, a surface emitting semiconductor laser element according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to these embodiments.
(第1の実施の形態)
図1を参照して、本発明の好ましい第1の実施の形態の半導体レーザ素子100を説明する。
(First embodiment)
A
図1は、本実施の形態に係る面発光型半導体レーザ素子100の模式的な断面図である。本実施の形態に係る面発光型半導体レーザ素子は、レーザ発振波長が1100nm帯である。図1に示すように、この面発光型半導体レーザ素子100は、基板101と、基板101上に形成された下部半導体多層膜反射鏡である下部DBR(Distributed Bragg Reflector)ミラー102と、バッファ層103と、n+型コンタクト層104と、多重量子井戸構造を有する活性層105と、外周に位置する電流狭窄部107aと電流狭窄部107aの中心に位置する円形の電流注入部107bとを有する電流狭窄層107と、p型クラッド層108と、p+型コンタクト層111とが順次積層した構造を有する。活性層105からp+型コンタクト層111までが円柱状のメサポスト130を構成している。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a surface emitting
基板101は、アンドープのGaAsからなる。下部DBRミラー102は、GaAs/Al0.9Ga0.1As層の40ペアからなる。バッファ層103は、アンドープのGaAsからなる。n+型コンタクト層104は、セレン(Se)、シリコン(Si)などのn型ドーパントをドープした、n+型のGaAsからなる。活性層105は、層数が3のGaInAs井戸層と層数が4のGaAs障壁層が交互に積層した多重量子井戸構造を有しており、最下層のGaAs障壁層はn型クラッド層としても機能する。電流狭窄層107については、電流狭窄部107aは主にAl酸化物からなり、電流注入部107bはAlAsからなる。電流注入部107bの半径R21は5μmである。電流狭窄部107aによって、p側円環電極113とn側電極117との間に流れる電流の経路を制限して、電流注入部107bに電流の流れを集中させており、電流狭窄層107は、電流経路制限層として機能している。
The
p型クラッド層108、p+型コンタクト層111は、それぞれ炭素(C)、亜鉛(Zn)あるいはベリリウム(Be)などのp型ドーパントをドープしたp型、p+型のGaAsからなる。各p型又はn型層のアクセプタ又はドナー濃度は、例えば1×1018cm−3程度であり、各p+型又はn+型層のアクセプタまたはドナー濃度は、例えば3×1019cm−3以上である。
The p-
p+型コンタクト層111上に、Ti/Pt(下層がTiでその上にPtが形成された構造)からなり、中心に開口113aを有するとともに、メサポスト130の外周と一致する外周を有するp側円環電極113が形成されている。p側円環電極113の外径は、たとえば30μmであり、開口部113aの内径は、たとえば14μmである。
on the p + -
p側円環電極113の開口部113a内には、その上に積層される層の平坦性をもたらすために、p側円環電極113とほぼ同じ厚さの円板状の誘電体層114が形成されている。誘電体層114の上面からバッファ層103の底面までの部分が共振器110を構成している。
In the
p側円環電極113および誘電体層114上には、誘電体からなる上部多層膜反射鏡である上部DBRミラー116が形成されている。上部DBRミラー116は、たとえば
たとえばSiNx/SiO2の10〜12ペアからなる。また、表面保護のためにSiO2143とその上のSiNx144からなるパッシベーション膜145が全面に形成されている。このパッシベーション膜145のSiO2143とSiNx144は、DBRミラー116の最下層のSiO2とSiNxを兼ねている。従って、SiNx/SiO2からなる上部DBRミラー116は、その最下層は、パッシベーション膜145のSiO2143であり、その上に、パッシベーション膜145のSiNx144があり、その上にSiO2とSiNxが交互に積層され、最上層より一つ下の層がSiO2128であり、最上層がSiNx129である構造となっている。
On the p-side
SiO2128とSiNx129には、同心円状の環状溝121、122、123が形成されており、SiO2128とSiNx129とにより概略矩形の溝からなるフレネルゾーンプレート120が構成されている。
図2を参照すれば、フレネルゾーンプレート120の一番内側の溝121の内側の半径R11は5μmであり、外側の半径R12は7.1μmである。その外側の溝122の内側の半径R13は8.7μmであり、外側の半径R14は10.0μmである。その外側の溝123の内側の半径R15は11.2μmであり、外側の半径R16は12.2μmである。フレネルゾーンプレートに設けられた溝の境界部は、開口の中心部を中心として,半径Rm2=mfλの関係を満たし(Rm:半径、m:フレネルゾーンの次数、f:焦点距離、λ:波長)、この境界部の間に設けられた領域がフレネルゾーン(フレネル帯)となっている。
Referring to FIG. 2, the inner radius R11 of the
再び、図1を参照すれば、n+型コンタクト層104は、メサポスト130の下部から半径方向外側に延びており、その表面にたとえばAuGeNi/Au(下側がAuGeNi、上側Au)からなる半円環状のn側電極117が形成されている。n側電極117は、たとえば外径が80μm、内径が45μmである。
Referring again to FIG. 1, the n + -
n側電極117に対して、パッシベーション膜145に形成された開口部147を介して接触するように、Auからなるn側引き出し電極136が形成されている。一方、p側円環電極113に対しても、パッシベーション膜145に形成された開口部146を介して接触するように、Auからなるp側引き出し電極135が形成されている。そして、n側電極117およびp側円環電極113は、それぞれn側引き出し電極136およびp側引き出し電極135によって、外部に設けた電流供給回路(図示せず)に電気的に接続している。
An n-
面発光型半導体レーザ素子100は、外部に設けた電流供給回路(図示せず)からそれぞれn側引き出し電極136およびp側引き出し電極135を介してn側電極117およびp側円環電極113間に電圧を印加すると、電流注入部107bを介して電流が活性層105に供給される。その結果、活性層105はキャリア注入されて自然放出光を発光する。自然放出光のうち、レーザ発振波長である波長λの光は、下部DBRミラー102と上部DBRミラー116との間で定在波を形成し、活性層105によって増幅される。そして、注入電流がしきい値以上になると、定在波を形成する光がレーザ発振し、p側円環電極113の開口部113aから1100nm帯のレーザ光が出力し、フレネルゾーンプレート120で回折されて集光される。
The surface-emitting type
本実施の形態では、電流注入部107bの半径R21は5μmであり、フレネルゾーンプレート120の一番内側の溝121の内側の半径R11は5μmであり、電流注入部107bの半径R21と同じである。半導体レーザ素子100から出射するレーザ光151のビーム広がり角度θ1は3度であった。これに対して、溝121、122、123を設けない場合の、レーザ光152のビーム広がり角度θ2は10度であった。
In the present embodiment, the radius R21 of the
本実施の形態では、フレネルゾーンプレート120の一番内側の溝121の内側の半径R11と電流注入部107bの半径R21と同じであるので、電流注入部107bからの光がフレネルゾーンプレート120に達するとビーム径が多少広がっているので、フレネルゾーンプレート120による回折作用を受け、レーザ光151のビーム広がり角度θ1は小さくなる。その一方で、ビーム径は多少広がる程度なので、上部DBRミラー116の等価的な反射率は溝121、122、123を設けない場合と殆ど変わらない。また、p側電極113の外側の上部DBRミラー116にフレネルゾーンプレート120を形成するので、電流注入効率が悪くなることが抑制できる。
In this embodiment, since the radius R11 inside the
本構造のようにp型電極からの電流注入箇所が共振器内にある構造を採用すると、上部DBRミラー上には電極用の金属などレーザ光を遮蔽する材料を積層する必要が無いのでメサポスト上の光の存在する領域に渡ってフレネルゾーンを形成することができる。また、DBRの材料として誘電体材料を用いたことによって、GaAs/AlGaAsなどの半導体材料を用いたDBRに比べて熱レンズ効果による光路ズレにより生じるフレネルゾーンのパターンによるケラレを最小化することができる。 If a structure in which the current injection point from the p-type electrode is in the resonator as in this structure is adopted, there is no need to laminate a laser shielding material such as a metal for the electrode on the upper DBR mirror. The Fresnel zone can be formed over the region where the light exists. Further, by using a dielectric material as the DBR material, vignetting due to the Fresnel zone pattern caused by the optical path shift due to the thermal lens effect can be minimized as compared with DBR using a semiconductor material such as GaAs / AlGaAs. .
次に、面発光型半導体レーザ素子100の製造方法について説明する。
Next, a method for manufacturing the surface emitting
はじめに、エピタキシャル成長法によって、基板101上に下部DBRミラー102、バッファ層103、n+型コンタクト層104、活性層105、AlAsからなる被酸化層、p型クラッド層108、p+型コンタクト層111、電極段差調整用の円板状の誘電体層114を順に選択的に形成する
First, the
次に、リフトオフ法を用いて、誘電体層114の周囲のp+型コンタクト層111上に、Ti/Pt層からなるp側円環電極113を選択的に形成する。
Next, a p-side
次に、p側円環電極113と開口部を覆うレジストパターンからなる部分をマスクとして,酸エッチング液等を用いてn型コンタクト層104に到る深さまで半導体層をエッチングして円柱状のメサポスト130をp側円環電極113に対して自己整合的に形成し、さらに別のマスクを形成し、バッファ層103に到る深さまでn+型コンタクト層104をエッチングする。
Next, by using the resist pattern covering the p-side
次に、水蒸気雰囲気中において熱処理を行って、AlAsからなる被酸化層(電流狭窄層107に相当する層)をメサポスト130の外周側から選択酸化する。このとき、AlAsからなる被酸化層の外周部に選択酸化が起こり、Al酸化物を含む電流狭窄部107aが形成される。上記選択酸化はAlAsからなる被酸化層の外周側からほぼ均一に進行するので、中心にはAlAsからなる電流注入部107bが形成される。ここでは、熱処理時間等を調整して、電流注入部107bの直径の大きさを制御する。
Next, heat treatment is performed in a water vapor atmosphere to selectively oxidize the oxidized layer made of AlAs (the layer corresponding to the current confinement layer 107) from the outer peripheral side of the
次に、メサポスト130の外周側のn+型コンタクト層104の表面に、半円環状のn側電極117を形成する。
Next, a semi-circular n-
次に、プラズマCVD法を用いて全面にSiO2膜143およびSiNx膜144からなるパッシベーション膜145を形成した後、n側電極117およびp側円環電極113上においてパッシベーション膜145に開口部147、146をそれぞれ形成し、これらの開口部147、146を介してn側電極134に接触するn側引き出し電極136と、p側円環電極131に接触するp側引き出し電極135をそれぞれ形成する。
Next, a
次に、プラズマCVD法を用いて上部DBRミラー116を形成する。次に、フォトリソグラフィ技術により、SiO2128とSiNx129に、同心円状の環状溝121、122、123を形成して、SiO2128とSiNx129とからなるフレネルゾーンプレート120を形成する。
Next, the
次に、基板101の裏面を研磨し、基板101の厚さをたとえば150μmに調整する。その後、素子分離を行い、図1に示す面発光型半導体レーザ素子100が完成する。本願の構造によれば、基板から突出した上部DBRミラー上(特にメサポスト上のDBRミラー上)にフレネルゾーンプレート120を形成するので、電流注入部の開口との位置あわせが容易にできる。
Next, the back surface of the
(第2の実施の形態)
次に、図3を参照して、本発明の好ましい第2の実施の形態の半導体レーザ素子100を説明する。上述の第1の実施の形態では、電流注入部107bの半径R21は5μmであり、フレネルゾーンプレート120の一番内側の溝121の内側の半径R11は5μmであり、電流注入部107bの半径R21と同じとしたが、本実施の形態では、フレネルゾーンプレート120の一番内側の溝121の内側の半径R11は5μmであるが、電流注入部107bの半径R22を10μmとし、電流注入部107bの半径R22をフレネルゾーンプレート120の一番内側の溝121の内側の半径R11よりも大きくした点が第1の実施の形態と異なるが、他の点は同様であり、製造方法も同様である(ただし、構造については第1の実施の形態と基本設計は同じで、必要な部分はサイズを大きくする)。本実施の形態では、半導体レーザ素子100の焦点距離は40μmであり、非常に短焦点のものとすることができ、半導体レーザ素子100から出射するレーザ光153は半導体レーザ素子100から40μm離れた所で集光する。従って、その位置近傍に、例えば、シングルモード光ファイバを位置すれば、集光レンズ等を使用しなくても効率よく半導体レーザ素子100と光ファイバとを結合させることができる。
(Second Embodiment)
Next, a
上記実施の形態では、上部DBRミラー116は、SiNx/SiO2の10〜12ペアから構成したが、たとえばα−Si(アモルファスシリコン)/SiO2またはα−Si/Al2O3のペアを、その材料の屈折率に応じて99%程度の適切な反射率が得られるようなペア数にしたものでもよい。上部DBRミラー116をα−Si/SiO2の複数ペアで構成する場合は、最上層のα−Si/SiO2のペアに同心円状の環状溝121、122、123を形成してフレネルゾーンプレート120を形成し、上部DBRミラー116をα−Si/Al2O3の複数ペアで構成する場合は、最上層のα−Si/Al2O3のペアに同心円状の環状溝121、122、123を形成してフレネルゾーンプレート120を形成する。なお、同心円状の環状溝121、122、123の数は3個に限られず、適宜変更することができる。また、フレネルゾーンプレート120を形成するのは最上層の2層に限られず、その層数も適宜変更することができる。ただし、最上層の1ペアによってフレネルゾーンプレートを形成すると、異なる組成の層の界面を利用することができるので均一な光学長の膜厚のフレネルゾーンプレートを形成することが可能で、また、フレネルゾーンプレートの光学長がλ/2となるためにもっとも都合が良い。
In the above embodiment, the
上記実施の形態では、被酸化層はAlAsからなるものであったが、Al1−xGaxAs(0<x<0.2)からなるものでもよい。被酸化層がAl1−xGaxAsからなる場合は、電流狭窄層は、電流狭窄部が(Al1−xGax)2O3からなり、電流注入部がAl1−xGaxAsからなるものとなる。 In the above embodiment, the layer to be oxidized is made of AlAs, but may be made of Al 1-x Ga x As (0 <x <0.2). When the layer to be oxidized is made of Al 1-x Ga x As, the current confinement layer is made of (Al 1-x Ga x ) 2 O 3 and the current injection portion is made of Al 1-x Ga x As. It will consist of
上記のように、誘電体DBR116の一部をエッチング加工してフレネルゾーンプレート機能を持たせることで、所望のFFP(ビーム広がり角度)を備える面発光型半導体レーザ素子を、レーザ特性を損なうことなく実現できる。その結果、特に外付けの結合素子を用いなくても、マルチモードの面発光型半導体レーザ素子をシングルモードファイバや幅小の導波路コアにも容易に結合することができるようになる。また、2次元に配列されたマルチモードの面発光型半導体レーザ素子を用いて、2次元配列など高密度集積の有機導波路やPLC(Planar Lightwave Circuit)導波路に結合させることも容易に行えるようになる。
As described above, a part of the
以上の実施の形態では、1100nm帯のレーザの活性層105を構成する井戸層/障壁層の組み合わせとして、GaInAs/GaAsとしたが、上記本発明の好ましい実施の形態は、波長に応じて(基板やその他の層構成はこれらの井戸層と障壁層の組み合わせに応じて適宜選択され)、1300nm帯のレーザの場合は、GaInNAs(Sb)/GaAs、GaInNAs(Sb)/GaNAs(Sb)、980nm帯のレーザの場合はInGaAs/GaAsP、850nm帯のレーザの場合GaAs/AlGaAsなど(井戸層と障壁層の組み合わせについてはこれらに限られない)を選択することができる。量子井戸層及びバリア層は、発振させたい所望の波長に合わせてその量子井戸幅などを任意に設計作成することができる。フレネルゾーンプレート120を形成するための同心円状の環状溝121、122、123の半径も、この波長に応じて適宜変更することにより、所望の集光特性の面発光レーザを作成することができる。また、本発明の面発光型半導体レーザを積層する基板が活性層等の条件により適宜選択(主にはIII−V族化合物基板)されることは言うまでもない。
In the above embodiment, GaInAs / GaAs is used as the combination of the well layer / barrier layer constituting the
次に、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子100を複数用いた面発光レーザアレイの例を図4、5を参照して説明する。一例として、図4に示したように、面発光レーザアレイチップ700がCLCC(Ceramic Leaded chip carrier)と呼ばれる周知のフラットパッケージ710に実装されたものを用いている。図では煩雑さを避けるために、金属キャスター(電極)714と面発光レーザアレイチップ700との接続は省略してある。面発光レーザアレイチップ700は図5に示したように、中央部に設けられた複数の面発光型半導体レーザ素子100からなる素子部702、及び周囲に設けられ、素子部702の複数の発光部と接続(図示せず)された複数の電極パッド706を有している。さらに、各電極パッド706はフラットパッケージ712の金属キャスター714と接続(図示せず)されている。各発光部は、フラットパッケージ712と接続された(図示せず)外部制御回路によって発光制御され、所定の波長のレーザ光を射出する。
Next, an example of a surface emitting laser array using a plurality of surface emitting
次に、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子100を光学機器に適用した例について図面を参照して説明する。図6は、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子100を発光素子のパッケージに適応したときの構成を示す概略縦断面図である。面発光レーザパッケージ300は、面発光型半導体レーザ素子100、基板304および電極306からなる面発光レーザモジュール302、ハウジング310、光ファイバマウント312、光ファイバ314とからなる。電極306は、外部の制御回路(図示せず)に電気的に接続され、面発光レーザパッケージの発光が制御されている。面発光型半導体レーザ素子100から出射したレーザ光はレンズ等の外部集光素子を用いることなく光ファイバ314に結合される。
Next, an example in which the surface emitting
次に、図7を参照して、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子100を複数有する面発光レーザ素子アレイチップ700を、2次元配列など高密度集積の有機導波路810やPLC(Planar Lightwave Circuit)導波路820に結合させる発光素子のパッケージに適応したときの構成を説明する。面発光レーザパッケージ800は、面発光レーザ素子アレイチップ700、ハウジング850、導波路マウント840、2次元配列の複数の導波路830を有する有機導波路810またはPLC導波路820を備えている。面発光レーザ素子アレイチップ700の各面発光型半導体レーザ素子100から出射したレーザ光はレンズ等の外部集光素子を用いることなく有機導波路810またはPLC導波路820の各導波路830に結合される。
Next, referring to FIG. 7, a surface emitting laser
次に、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子100を光学機器に適用した別の例について図面を参照して説明する。図8は、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子100を発光素子のパッケージに適応したときの構成を示す概略縦断面図である。面発光レーザパッケージ300は、面発光型半導体レーザ素子100、基板304および電極306からなる面発光レーザモジュール302、レンズ316、ハウジング310、光ファイバマウント312、光ファイバ314とからなる。電極306は、外部の制御回路(図示せず)に電気的に接続され、面発光レーザパッケージの発光が制御されている。面発光型半導体レーザ素子100から出射したレーザ光はレンズ316で集光され光ファイバ314に結合される。
Next, another example in which the surface-emitting type
図9は、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子100を光記憶媒体への書き込み/読み出し装置のピックアップに適応したときの構成を示す概略縦断面図である。ピックアップ350は、面発光型半導体レーザ素子100、基板354、電極356、駆動IC358、およびこれらの要素を封止する樹脂360からなる面発光レーザモジュールと、レンズ376、ハーフミラー370、回折格子374、光センサー380、光記憶媒体372とからなる。樹脂360の出射面は凸状に加工されレンズ362を構成している。電極354は、外部の制御回路(図示せず)に電気的に接続され、レーザピックアップの発光が制御されている。面発光型半導体レーザ素子100から出射したレーザ光は、レンズ362で平行光とされ、ハーフミラー370で反射された後、レンズ376によって集光され光記憶媒体372の所定の箇所に集光される。また、光媒体で反射された光は光センサー380に入射される。ここでは、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子100あるいは面発光型半導体レーザ素子100を複数有する面発光レーザ素子アレイを通信用の発光素子パッケージ、あるいは光ディスク用ピックアップに適用した例を示したがこれに限られず、測量機器、レーザポインター、光学マウス、あるいは、プリンタ、フォトレジストの走査露光用光源、レーザポンピング用光源や、加工用ファイバレーザの光源等の光学機器として用いることもできる。
FIG. 9 is a schematic longitudinal sectional view showing a configuration when the surface-emitting type
図10は、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子100を適用した光送受信モジュールの概略構成図である。図10に示すように、光送受信モジュール400は、保持部材402、光導波路(光ファイバ)412と、保持部材402上で光導波路(光ファイバ)412の位置決め用のスペーサ410、光導波路(光ファイバ)412を介して光信号を送信する面発光型半導体レーザ素子100あるいは面発光型半導体レーザ素子100を複数有する面発光レーザ素子アレイ及び光信号を受信する受光素子404、面発光型半導体レーザ素子100あるいは面発光レーザ素子アレイの発光状態を制御する駆動回路406、受光素子404で受信された信号を増幅する増幅回路408とで構成されている。面発光型半導体レーザ素子100あるいは面発光レーザ素子アレイは外部の制御部(図示せず)からの制御信号によって駆動回路406を介して発光制御され、受光素子404で受信された信号が増幅回路408を介して制御部へ送信される。煩雑さを避けるために、駆動回路406と面発光型半導体レーザ素子100あるいは面発光レーザ素子アレイおよび増幅回路408と受光素子404のワイヤボンディングは省略している。
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of an optical transceiver module to which the surface emitting
図11〜図13は図10における面発光型半導体レーザ素子100あるいは面発光レーザ素子アレイと、光導波路412との光結合部分の概略構成図であり、基板500、面発光型半導体レーザ素子100あるいは面発光レーザ素子アレイ、光導波路412は図11〜図13で共通している。図11では、導波路412の端面が光軸に対してほぼ45度に傾斜するように加工されており、さらにこの傾斜面が反射面504として、反射膜のコーティング等による鏡面加工が施され、面発光型半導体レーザ素子100あるいは面発光レーザ素子アレイから出射した光は、導波路412の下面から導波路に入射され、傾斜面504で反射されて光導波路412内を伝播する。図12では、面発光型半導体レーザ素子100あるいは面発光レーザ素子アレイ上、光導波路412の端面側方に内部に反射面504の設けられたミラーアセンブリ506が設置されて、面発光型半導体レーザ素子100あるいは面発光レーザ素子アレイから出射した光は、ミラーアセンブリ506の下面から入射され、反射面504で反射され、ミラーアセンブリ506から出射された光が光導波路412に結合されて光導波路412内を伝播する。ミラーアセンブリ506の入射面あるいは/および出射面にはマイクロレンズ(アレイ)が設けられてもよい。図13は、コネクタハウジング512内に光ファイバ412が配置され、さらに光ファイバ心線の曲部514の端部が面発光型半導体レーザ素子100あるいは面発光レーザ素子アレイに対向するように配置され、面発光型半導体レーザ素子100あるいは面発光レーザ素子アレイから出射した光が光ファイバ412に結合される。
11 to 13 are schematic configuration diagrams of an optical coupling portion between the surface emitting
次に、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子100あるいは面発光型半導体レーザ素子100を複数有する面発光レーザ素子アレイを通信システムに適用した例を示す。図14には、面発光型半導体レーザ素子100あるいは面発光レーザ素子アレイを用いた波長多重伝送システムの構成例が示されている。図14の波長多重伝送システムはコンピュータ、ボードあるいはチップ602、通信制御回路(CPU,MPU、光―電気変換回路、電気―光変換回路、波長制御回路)604、面発光型半導体レーザ素子100を複数有する面発光レーザ素子アレイ606、受光素子集積部608、合波器610、分波器612、電気配線616、光ファイバ617、618、通信対象のネットワーク、PC、ボード、チップなど614からなる。図14の波長多重伝送システムでは、発振波長の異なる複数の面発光レーザ素子を配列して面発光レーザアレイ606を構成し、面発光レーザアレイ606の各面発光レーザ素子からの各発振光を合波器を通して1本の光ファイバに結合させるように構成されている。このような構成では、1本のファイバで、高スループットに大容量の信号伝送ができる。このように、本発明の好ましい実施の形態の面発光レーザアレイは、モードが安定しており、且つ、各発振波長が安定しているので、高い信頼性で高密度大容量の波長多重伝送が可能になる。なお、本実施形態では各面発光レーザアレイ606あるいは受光素子集積部608からの出力用光ファイバあるいは入力用光ファイバは合波器610あるいは分波器612を用いて1本の光ファイバに結合されているが、用途に応じては出力用光ファイバあるいは入力用光ファイバをそのまま通信対象のネットワーク、PC、ボード、チップなど614に接続して並列伝送システムとすることもできる。この場合、本発明の好ましい実施の形態の面発光レーザアレイは、モードが安定しており、且つ、各波長が安定しているので、複数の光源をもつ信頼性の高い並列伝送システムの構築が容易になる。
Next, an example in which a surface emitting
以上、本発明の種々の典型的な実施の形態を説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態に限定されない。従って、本発明の範囲は、次の特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。 While various typical embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments. Accordingly, the scope of the invention is limited only by the following claims.
100 面発光型半導体レーザ素子
101 基板
102 下部DBRミラー
103 バッファ層
104 n+型コンタクト層
105 活性層
107 電流狭窄層
107a 電流狭窄部
107b 電流注入部
108 p型クラッド層
110 共振器
111 p+型コンタクト層
113 p側円環電極
113a 開口部
114 誘電体層
116 上部DBRミラー
117 n側電極
120 フレネルゾーンプレート
121、122、123 溝
130 メサポスト
135 p側引き出し電極
136 n側引き出し電極
128、143 SiO2膜
129、144 SiNx膜
145 パッシベーション膜
146、147 開口
151、152、153 レーザ光
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記前記第2のDBRミラー領域は、異なる二つの屈折率を持つ層のペアの繰り返し構造を含み、さらに、
前記第2のDBRミラー領域の前記基板と反対側の表面に、フレネルゾーンを形成し、かつ、前記開口と同心の同心円状の誘電体材料からなる溝が形成されている面発光型半導体レーザ。 A substrate, a first DBR mirror region, an active layer, a second DBR mirror region, and an active layer for injecting current into the active layer, which are sequentially formed on the substrate, A first electrode, a second electrode on a surface side with respect to the active layer, and a current confinement layer including an opening for constricting a current injected into the active layer, and a surface opposite to the substrate A surface emitting semiconductor laser that emits laser light from
The second DBR mirror region includes a repeating structure of a pair of layers having two different refractive indexes, and
A surface emitting semiconductor laser in which a Fresnel zone is formed on the surface of the second DBR mirror region opposite to the substrate, and a groove made of a concentric dielectric material concentric with the opening is formed.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020040132A1 (en) * | 2018-08-23 | 2020-02-27 | 株式会社ニコン | Light emission device, light emission method, exposure device and device manufacturing method |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS641290A (en) * | 1987-06-23 | 1989-01-05 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor laser device |
JP2001320134A (en) * | 2000-05-01 | 2001-11-16 | Ricoh Co Ltd | Semiconductor light-emitting device, its manufacturing method, optical transmission module, optical transmission /reception module, optical communication system, computer system, and network system |
-
2010
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS641290A (en) * | 1987-06-23 | 1989-01-05 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor laser device |
JP2001320134A (en) * | 2000-05-01 | 2001-11-16 | Ricoh Co Ltd | Semiconductor light-emitting device, its manufacturing method, optical transmission module, optical transmission /reception module, optical communication system, computer system, and network system |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020040132A1 (en) * | 2018-08-23 | 2020-02-27 | 株式会社ニコン | Light emission device, light emission method, exposure device and device manufacturing method |
JP2022075761A (en) * | 2018-08-23 | 2022-05-18 | 株式会社ニコン | Light emission device, light emission method, exposure device, exposure method, and device manufacturing method |
JP7380726B2 (en) | 2018-08-23 | 2023-11-15 | 株式会社ニコン | Light emitting device, light emitting method, exposure apparatus, exposure method and device manufacturing method |
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