JP2014160859A - Semiconductor laser device assembly - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor laser device assembly capable of suppressing the occurrence of a problem that mode synchronous operation becomes unstable, and also capable of obtaining large output.SOLUTION: The semiconductor laser device assembly comprises: (A) mode synchronous semiconductor laser element 10; (B) an external resonator 120; (C) a band-pass filter 121 disposed between the mode synchronous semiconductor laser element 10 and the external resonator 120, and having its film thickness successively changed; and (D) a movement device 122 for moving the band-pass filter 121. Part of a laser beam colliding with the band-pass filter 121 is outputted to the outside, and the remainder of the laser beam colliding with the band-pass filter 121 passes through the band-pass filter 121 to enter the external resonator 121 and is reflected in the external resonator 121, and is returned to the mode synchronous semiconductor laser element 10 passing through the band-pass filter 122.

Description

本発明は、半導体レーザ装置組立体に関する。   The present invention relates to a semiconductor laser device assembly.

今日、パルス時間がアト秒台、フェムト秒台のレーザ光を利用した先端的科学領域の研究に、超短パルス・超高出力レーザが盛んに用いられている。そして、超短パルスレーザは、ピコ秒・フェムト秒といった超高速現象の解明という科学的な関心のみならず,高いピークパワーを活用して、微細加工や2光子イメージングといった実用化への応用研究が盛んに行われている。また、GaN系化合物半導体から成り、発光波長が405nm帯の高出力超短パルス半導体レーザ素子が、ブルーレイ(Blu−ray)光ディスクシステムの次の世代の光ディスクシステムとして期待されている体積型光ディスクシステムの光源として、また、医療分野やバイオイメージング分野等で要求される光源、可視光領域全域をカバーするコヒーレント光源として期待されている。   Today, ultra-short pulse and ultra-high-power lasers are actively used for research in advanced scientific fields using laser beams with pulse times in the attosecond range and femtosecond range. Ultrashort pulse lasers are not only scientifically focused on elucidating ultrafast phenomena such as picoseconds and femtoseconds, but are also applied to practical applications such as microfabrication and two-photon imaging using high peak power. It is actively done. In addition, a high-power ultrashort pulse semiconductor laser element composed of a GaN-based compound semiconductor and having an emission wavelength of 405 nm band is expected as a next generation optical disc system of a Blu-ray optical disc system. It is expected as a light source, a light source required in the medical field and bio-imaging field, and a coherent light source covering the entire visible light region.

超短パルス・超高出力レーザとして、例えば、チタン/サファイア・レーザが知られているが、係るチタン/サファイア・レーザは、高価で、大型の固体レーザ光源であり、この点が、技術の普及を阻害している主たる要因となっている。もしも超短パルス・超高出力レーザが半導体レーザあるいは半導体レーザ素子によって実現できれば、大幅な小型化、低価格化、低消費電力化、高安定性化がもたらされ、これらの分野における広汎な普及を促進させる上でのブレイクスルーになると考えられる。   For example, a titanium / sapphire laser is known as an ultra-short pulse / high-power laser, and the titanium / sapphire laser is an expensive and large-sized solid-state laser light source. It is the main factor that hinders If ultra-short pulse / high-power lasers can be realized with semiconductor lasers or semiconductor laser elements, it will lead to significant downsizing, low price, low power consumption, and high stability, and widespread use in these fields. It is considered to be a breakthrough in promoting

このような405nm帯における高ピークパワー・ピコ秒パルス光源としての全半導体構成を有する半導体レーザ装置組立体は、通常、MOPA(Master Oscillator and Power Amplifier) 構成を有する。具体的には、ピコ秒パルスを発生させる半導体レーザ、及び、発生したピコ秒パルスを増幅する半導体光増幅器(半導体レーザ増幅器,SOA,Semiconductor Optical Amplifier)から構成されている。このMOPA構成におけるピコ秒パルスを発生するパルス光源の1つとして、具体的には、外部共振器を有するモード同期半導体レーザ装置組立体を挙げることができる。   Such a semiconductor laser device assembly having an entire semiconductor configuration as a high peak power / picosecond pulse light source in the 405 nm band usually has a MOPA (Master Oscillator and Power Amplifier) configuration. Specifically, it is composed of a semiconductor laser that generates a picosecond pulse, and a semiconductor optical amplifier (semiconductor laser amplifier, SOA, Semiconductor Optical Amplifier) that amplifies the generated picosecond pulse. One example of a pulse light source that generates a picosecond pulse in this MOPA configuration is a mode-locked semiconductor laser device assembly having an external resonator.

このモード同期半導体レーザ装置組立体は、例えば、多電極型モード同期半導体レーザ素子、及び、その光軸上に配された外部共振器によって実現される。多電極型モード同期半導体レーザ素子の一方の端面は、屡々、高反射コート層を備え、外部共振器と対向するミラーを兼ねている。そして、回折格子や誘電多層膜から成るバンドパスフィルターといった波長選択素子を配置することによって、発振波長を選択することが可能である。   This mode-locked semiconductor laser device assembly is realized by, for example, a multi-electrode mode-locked semiconductor laser element and an external resonator disposed on the optical axis. One end face of the multi-electrode mode-locked semiconductor laser element is often provided with a highly reflective coating layer and also serves as a mirror facing the external resonator. An oscillation wavelength can be selected by arranging a wavelength selection element such as a diffraction grating or a bandpass filter made of a dielectric multilayer film.

回折格子を波長選択素子とする場合、外部共振器を回折格子から構成し、1次の回折光を半導体レーザ素子に戻すことで、発振波長を選択することができる。このような配置は、リトロー配置あるいはリットマン配置として知られており、連続発振の波長可変レーザに用いられている(例えば、特開2001−284716、文献:Heim et al,エレクトロニクスレターズ誌,33巻,16号,1387頁,1997年、文献:Struckmeier et al,オプティクスレターズ誌,24巻,22号,1573頁,1999年参照)。一方、バンドパスフィルターを波長選択素子とする場合、半導体レーザ素子と外部共振器との間にバンドパスフィルターを配置し、波長選択性を与える(例えば、特開2002−164614参照)。   In the case where the diffraction grating is a wavelength selection element, the oscillation wavelength can be selected by configuring the external resonator from the diffraction grating and returning the first-order diffracted light to the semiconductor laser element. Such an arrangement is known as a Littrow arrangement or a Littman arrangement, and is used for a continuous wave wavelength tunable laser (for example, JP 2001-284716, literature: Heim et al, Electronics Letters, Vol. 33, No. 16, p. 1387, 1997, literature: Struckmeier et al, Optics Letters, 24, No. 22, p. 1573 (1999)). On the other hand, when the bandpass filter is a wavelength selection element, a bandpass filter is disposed between the semiconductor laser element and the external resonator to provide wavelength selectivity (see, for example, JP-A-2002-164614).

特開2001−284716JP 2001-284716 A 特開2002−164614JP 2002-164614 A

Heim et al,エレクトロニクスレターズ誌,33巻,16号,1387頁,1997年Heim et al, Electronics Letters, 33, 16, 1387, 1997 Struckmeier et al,オプティクスレターズ誌,24巻,22号,1573頁,1999年Struckmeier et al, Optics Letters, 24, 22, 1573, 1999

ところで、リトロー配置にあっては、波長分解能を高くするために、回折格子に入射させる光はコリメートされた平行光束である。それ故、外部共振器を有するモード同期半導体レーザ装置組立体にリトロー配置を適用すると、外部共振器の機械的振動等に起因した平行光束のずれが、半導体レーザ素子上にフィードバックされる結像点をずらすことになるといった理由により、モード同期動作が不安定になるという問題がある。   By the way, in the Littrow arrangement, in order to increase the wavelength resolution, the light incident on the diffraction grating is a collimated parallel light beam. Therefore, when the Littrow arrangement is applied to a mode-locked semiconductor laser device assembly having an external resonator, an imaging point where the deviation of the parallel light beam caused by the mechanical vibration of the external resonator is fed back onto the semiconductor laser element. For this reason, there is a problem that the mode synchronization operation becomes unstable.

一方、バンドパスフィルターを配置する場合、アウトプットカプラとしての部分透過ミラーから成る外部共振器に半導体レーザ素子の光出射端面の像を結像させることで、外部共振器の安定性を向上させることができる。それ故、モード同期動作が不安定になることを抑制することが可能となる。しかしながら、モード同期半導体レーザ素子は、一般に、パルス動作において、パルスの持続時間中に波長が変化する。このような現象はチャーピングと呼ばれる。そして、ピコ秒光パルスに対して、バンドパスフィルターは定常光とは異なる透過特性を示し、予想外の光損失を与えることが判明した。即ち、バンドパスフィルターによって反射され、モード同期半導体レーザ素子に戻されるレーザ光が増加することが判明した。このチャーピングの量は、モード同期半導体レーザ素子の駆動条件(注入電流や逆バイアス電圧)に依存して変化するため、チャーピングの量を予見したバンドパスフィルターを設計することは容易ではない。それ故、バンドパスフィルターを用いた外部共振器を有するモード同期半導体レーザ装置組立体は、構成が単純である一方、大きな出力を得るには適していないといった問題を有する。   On the other hand, when a bandpass filter is arranged, the stability of the external resonator can be improved by forming an image of the light emitting end face of the semiconductor laser element on the external resonator consisting of a partial transmission mirror as an output coupler. Can do. Therefore, it is possible to suppress the mode synchronization operation from becoming unstable. However, the wavelength of the mode-locked semiconductor laser element generally changes during the pulse duration in the pulse operation. Such a phenomenon is called chirping. And it turned out that a band pass filter shows the transmission characteristic different from stationary light with respect to a picosecond light pulse, and gives unexpected light loss. That is, it has been found that the amount of laser light reflected by the bandpass filter and returned to the mode-locked semiconductor laser element increases. Since the amount of chirping changes depending on the driving conditions (injection current and reverse bias voltage) of the mode-locked semiconductor laser element, it is not easy to design a bandpass filter that predicts the amount of chirping. Therefore, a mode-locked semiconductor laser device assembly having an external resonator using a band-pass filter has a problem that it has a simple configuration but is not suitable for obtaining a large output.

従って、本発明の目的は、モード同期動作が不安定になるという問題の発生を抑制することができ、しかも、大きな出力を得ることができる半導体レーザ装置組立体を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor laser device assembly that can suppress the occurrence of the problem that the mode-synchronized operation becomes unstable and that can obtain a large output.

上記の目的を達成するための本発明の第1の態様に係る半導体レーザ装置組立体は、
(A)モード同期半導体レーザ素子、及び、
(B)外部共振器を構成し、1次以上の回折光をモード同期半導体レーザ素子に戻し、0次の回折光を外部に出力する回折格子、
を備えており、
モード同期半導体レーザ素子と回折格子との間に、モード同期半導体レーザ素子の光出射端面の像を回折格子上に結像させる結像手段を有する。
In order to achieve the above object, a semiconductor laser device assembly according to a first aspect of the present invention includes:
(A) a mode-locked semiconductor laser element, and
(B) A diffraction grating that constitutes an external resonator, returns first-order or higher-order diffracted light to the mode-locked semiconductor laser element, and outputs zero-order diffracted light to the outside.
With
Image forming means for forming an image of the light emitting end face of the mode-locked semiconductor laser element on the diffraction grating is provided between the mode-locked semiconductor laser element and the diffraction grating.

上記の目的を達成するための本発明の第2の態様に係る半導体レーザ装置組立体は、
(A)モード同期半導体レーザ素子、
(B)0次の回折光を外部に出力する回折格子、及び、
(C)回折格子からの1次以上の回折光を反射し、回折格子を経由してモード同期半導体レーザ素子に戻す反射鏡から成る外部共振器、
を備えており、
モード同期半導体レーザ素子と回折格子の間に、モード同期半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を外部共振器上で焦点を結ばせる結像手段を有する。
In order to achieve the above object, a semiconductor laser device assembly according to a second aspect of the present invention comprises:
(A) a mode-locked semiconductor laser element,
(B) a diffraction grating that outputs 0th-order diffracted light to the outside; and
(C) an external resonator comprising a reflecting mirror that reflects first-order or higher-order diffracted light from the diffraction grating and returns it to the mode-locked semiconductor laser element via the diffraction grating;
With
Between the mode-locked semiconductor laser element and the diffraction grating, there is an imaging means for focusing the laser beam emitted from the mode-locked semiconductor laser element on the external resonator.

上記の目的を達成するための本発明の第3の態様に係る半導体レーザ装置組立体は、
(A)モード同期半導体レーザ素子、
(B)外部共振器、
(C)モード同期半導体レーザ素子と外部共振器の間に配置され、膜厚を連続的に変化させたバンドパスフィルター、及び、
(D)バンドパスフィルターを移動させる移動装置、
を備えており、
バンドパスフィルターに衝突したレーザ光の一部は外部に出力され、
バンドパスフィルターに衝突したレーザ光の残部は、バンドパスフィルターを通過し、外部共振器に入射し、外部共振器で反射され、バンドパスフィルターを通過してモード同期半導体レーザ素子に戻される。
In order to achieve the above object, a semiconductor laser device assembly according to a third aspect of the present invention includes:
(A) a mode-locked semiconductor laser element,
(B) an external resonator,
(C) a band-pass filter that is disposed between the mode-locked semiconductor laser element and the external resonator and has a film thickness continuously changed; and
(D) a moving device for moving the bandpass filter;
With
Part of the laser light that collided with the bandpass filter is output to the outside,
The remaining part of the laser light colliding with the bandpass filter passes through the bandpass filter, enters the external resonator, is reflected by the external resonator, passes through the bandpass filter, and is returned to the mode-locked semiconductor laser element.

本発明の第1の態様に係る半導体レーザ装置組立体にあっては、モード同期半導体レーザ素子と回折格子との間に、モード同期半導体レーザ素子の光出射端面の像を回折格子上に結像させる結像手段を有する。即ち、モード同期半導体レーザ素子の光出射端面から出射され、回折格子に入射(衝突)するレーザ光は平行光束ではない。また、本発明の第2の態様に係る半導体レーザ装置組立体にあっては、モード同期半導体レーザ素子と回折格子の間に、モード同期半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を外部共振器上で焦点を結ばせる結像手段を有する。即ち、モード同期半導体レーザ素子の光出射端面から出射され、回折格子に入射(衝突)するレーザ光は平行光束ではない。それ故、外部共振器に機械的な振動等が与えられても、結像レンズの開口から集光光束がずれない範囲であれば、出射端面とその結像は位置を変えないといった理由により、モード同期動作が不安定になることを抑制することができる。   In the semiconductor laser device assembly according to the first aspect of the present invention, an image of the light emitting end face of the mode-locked semiconductor laser element is formed on the diffraction grating between the mode-locked semiconductor laser element and the diffraction grating. An image forming means to be provided. That is, the laser beam emitted from the light emitting end face of the mode-locked semiconductor laser element and entering (collising) the diffraction grating is not a parallel light beam. In the semiconductor laser device assembly according to the second aspect of the present invention, the laser light emitted from the mode-locked semiconductor laser element is transmitted between the mode-locked semiconductor laser element and the diffraction grating on the external resonator. It has an imaging means for focusing. That is, the laser beam emitted from the light emitting end face of the mode-locked semiconductor laser element and entering (collising) the diffraction grating is not a parallel light beam. Therefore, even if mechanical vibration or the like is given to the external resonator, the exit end face and its image formation do not change the position as long as the condensed light flux does not deviate from the aperture of the image formation lens. It can suppress that mode synchronous operation becomes unstable.

本発明の第3の態様に係る半導体レーザ装置組立体にあっては、モード同期半導体レーザ素子と外部共振器(アウトプットカプラ、例えば、部分透過鏡)との間に配置され、膜厚を連続的に変化させたバンドパスフィルター、及び、バンドパスフィルターを移動させる移動装置を備えている。それ故、モード同期半導体レーザ素子の駆動条件(例えば、注入電流や逆バイアス電圧)に依存してチャーピングの量が変化し、その結果、予期せぬ損失が半導体レーザ装置組立体に与えられたとしても、その損失は反射として半導体レーザ装置組立体から取り出されるため、レーザ出力として有効に利用でき、大きな出力を得ることが可能となる。   In the semiconductor laser device assembly according to the third aspect of the present invention, the semiconductor laser device assembly is disposed between the mode-locked semiconductor laser element and the external resonator (output coupler, for example, a partial transmission mirror), and has a continuous film thickness. A band-pass filter that is changed in a moving manner, and a moving device that moves the band-pass filter. Therefore, the amount of chirping changes depending on the driving conditions (for example, injection current and reverse bias voltage) of the mode-locked semiconductor laser device, and as a result, an unexpected loss is given to the semiconductor laser device assembly. However, since the loss is taken out from the semiconductor laser device assembly as a reflection, it can be used effectively as a laser output, and a large output can be obtained.

図1の(A)、並びに、(B)及び(C)は、実施例1の半導体レーザ装置組立体の概念図、並びに、実施例1の半導体レーザ装置組立体における回折格子の部分を拡大した模式図である。1A, 1B, and 1C are conceptual diagrams of the semiconductor laser device assembly of Example 1, and an enlarged portion of the diffraction grating in the semiconductor laser device assembly of Example 1. FIG. It is a schematic diagram. 図2は、実施例1におけるモード同期半導体レーザ素子の共振器の延びる方向に沿った模式的な端面図である。FIG. 2 is a schematic end view along the direction in which the resonator of the mode-locked semiconductor laser device in Example 1 extends. 図3は、実施例1のモード同期半導体レーザ素子の共振器の延びる方向と直角方向に沿った模式的な断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view along a direction perpendicular to the direction in which the resonator of the mode-locked semiconductor laser device of Example 1 extends. 図4の(A)、並びに、(B)及び(C)は、実施例2の半導体レーザ装置組立体の概念図、並びに、実施例1の半導体レーザ装置組立体における回折格子の部分を拡大した模式図である。4A, 4B, and 4C are conceptual diagrams of the semiconductor laser device assembly of Example 2, and an enlarged portion of the diffraction grating in the semiconductor laser device assembly of Example 1. FIG. It is a schematic diagram. 図5の(A)及び(B)は、実施例3の半導体レーザ装置組立体及びその変形例の概念図である。FIGS. 5A and 5B are conceptual diagrams of the semiconductor laser device assembly of the third embodiment and a modification thereof. 図6は、実施例1のモード同期半導体レーザ素子の変形例の共振器の延びる方向に沿った模式的な端面図である。FIG. 6 is a schematic end view along the direction in which the resonator of the modified example of the mode-locked semiconductor laser device of Example 1 extends. 図7は、実施例1のモード同期半導体レーザ素子の別の変形例の共振器の延びる方向に沿った模式的な端面図である。FIG. 7 is a schematic end view along the direction in which the resonator of another modification of the mode-locked semiconductor laser device of Example 1 extends. 図8は、実施例1のモード同期半導体レーザ素子の更に別の変形例におけるリッジ部を上方から眺めた模式図である。FIG. 8 is a schematic view of a ridge portion as viewed from above in still another modification of the mode-locked semiconductor laser device according to the first embodiment. 図9の(A)及び(B)は、実施例1のモード同期半導体レーザ素子の製造方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図である。FIGS. 9A and 9B are schematic partial cross-sectional views of a substrate and the like for explaining the method for manufacturing the mode-locked semiconductor laser device of the first embodiment. 図10の(A)及び(B)は、図9の(B)に引き続き、実施例1のモード同期半導体レーザ素子の製造方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図である。FIGS. 10A and 10B are schematic partial cross-sectional views of a substrate and the like for explaining the method of manufacturing the mode-locked semiconductor laser device of Example 1 following FIG. 9B. . 図11は、図10の(B)に引き続き、実施例1のモード同期半導体レーザ素子の製造方法を説明するための基板等の模式的な一部端面図である。FIG. 11 is a schematic partial end view of the substrate and the like for explaining the method of manufacturing the mode-locked semiconductor laser device of Example 1 following FIG. 図12の(A)及び(B)は、回折格子の模式的な一部断面図である。12A and 12B are schematic partial cross-sectional views of the diffraction grating. 図13は、従来の半導体レーザ装置組立体の概念図である。FIG. 13 is a conceptual diagram of a conventional semiconductor laser device assembly.

以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明するが、本発明は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
1.本発明の第1の態様〜第3の態様に係る半導体レーザ装置組立体、全般に関する説明
2.実施例1(本発明の第1の態様に係る半導体レーザ装置組立体)
3.実施例2(本発明の第2の態様に係る半導体レーザ装置組立体)
4.実施例3(本発明の第3の態様に係る半導体レーザ装置組立体)
5.実施例4(モード同期半導体レーザ素子の変形例)、その他
Hereinafter, the present invention will be described based on examples with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the examples, and various numerical values and materials in the examples are examples. The description will be given in the following order.
1. 1. General description of the semiconductor laser device assembly according to the first to third aspects of the present invention. Example 1 (semiconductor laser device assembly according to the first aspect of the present invention)
3. Example 2 (semiconductor laser device assembly according to the second aspect of the present invention)
4). Example 3 (Semiconductor laser device assembly according to the third aspect of the present invention)
5. Example 4 (modification example of mode-locked semiconductor laser device), others

[本発明の第1の態様〜第3の態様に係る半導体レーザ装置組立体、全般に関する説明]
本発明の第1の態様に係る半導体レーザ装置組立体にあっては、回折格子を回動させる回動装置を更に備え、回動装置の作動による回折格子の回動によって、モード同期半導体レーザ素子に戻すべきレーザ光の波長を制御する形態とすることが好ましい。ここで、回動装置として、具体的には、圧電素子、モータとギアの組合せ、ヨークコイルを挙げることができる。そして、この場合、回折格子から出力された0次の回折光を反射する反射鏡を更に備え、回動装置の作動による回折格子の回動に起因した、反射鏡によって反射された0次の回折光の光路のずれを補正する補正機構を更に備えていることが好ましい。補正機構として、具体的には、圧電素子、モータとギアの組合せ、ヨークコイルを挙げることができる。
[General Description of Semiconductor Laser Device Assembly According to First to Third Aspects of the Present Invention]
In the semiconductor laser device assembly according to the first aspect of the present invention, the semiconductor laser device assembly further includes a rotating device for rotating the diffraction grating, and the mode-locked semiconductor laser element is operated by the rotation of the diffraction grating by the operation of the rotating device. It is preferable that the wavelength of the laser beam to be returned to be controlled. Here, specific examples of the rotation device include a piezoelectric element, a combination of a motor and a gear, and a yoke coil. In this case, a reflection mirror that reflects the 0th-order diffracted light output from the diffraction grating is further provided, and the 0th-order diffraction reflected by the reflection mirror caused by the rotation of the diffraction grating caused by the operation of the rotation device. It is preferable to further include a correction mechanism that corrects the deviation of the optical path of light. Specific examples of the correction mechanism include a piezoelectric element, a combination of a motor and a gear, and a yoke coil.

以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の第1の態様に係る半導体レーザ装置組立体において、モード同期半導体レーザ素子の光出射端面におけるレーザ光の横方向の長さをL1、回折格子上に結したモード同期半導体レーザ素子の光出射端面の像の横方向の長さをL2としたとき、
1×10≦L2/L1≦1×102
望ましくは、
20≦L2/L1≦50
を満足することが好ましい。あるいは又、回折格子に入射(衝突)するレーザ光の中に含まれる回折格子における格子状のパターンの本数として、1200本乃至3600本、望ましくは2400本乃至3600本を例示することができる。
In the semiconductor laser device assembly according to the first aspect of the present invention including the preferred embodiment and configuration described above, the length of the laser beam in the light emitting end surface of the mode-locked semiconductor laser element is denoted by L 1 , and the diffraction grating when the horizontal length of the image of the light emitting end face of the sintered the mode-locked semiconductor laser device above was L 2,
1 × 10 ≦ L 2 / L 1 ≦ 1 × 10 2
Preferably
20 ≦ L 2 / L 1 ≦ 50
Is preferably satisfied. Alternatively, examples of the number of grating-like patterns in the diffraction grating included in the laser light incident (colliding) on the diffraction grating include 1200 to 3600, preferably 2400 to 3600.

本発明の第2の態様に係る半導体レーザ装置組立体において、外部共振器を構成する反射鏡は凹面鏡から成る形態とすることができる。そして、この場合、凹面鏡の曲率半径は、回折格子から凹面鏡までの距離と等しいことが望ましい。即ち、モード同期半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が入射(衝突)する回折格子の領域に凹面鏡の曲率中心が含まれることが望ましい。あるいは又、外部共振器を構成する反射鏡は、回動機構付きの平面鏡とすることもできる。更には、これらの好ましい形態、構成を含む本発明の第2の態様に係る半導体レーザ装置組立体において、回折格子と外部共振器との間には、外部共振器へのレーザ光の入射を規制する複数のアパーチャが配されている構成とすることができ、アパーチャは、例えば、多数のセグメントを有する透過型液晶表示装置から成る形態とすることができる。そして、アパーチャを選択することで、モード同期半導体レーザ素子に戻すべきレーザ光の波長を制御する形態とすることができる。   In the semiconductor laser device assembly according to the second aspect of the present invention, the reflecting mirror constituting the external resonator may be a concave mirror. In this case, the radius of curvature of the concave mirror is preferably equal to the distance from the diffraction grating to the concave mirror. That is, it is desirable that the center of curvature of the concave mirror be included in the region of the diffraction grating where the laser light emitted from the mode-locked semiconductor laser element is incident (collised). Alternatively, the reflecting mirror constituting the external resonator can be a plane mirror with a rotation mechanism. Furthermore, in the semiconductor laser device assembly according to the second aspect of the present invention including these preferable modes and configurations, the incidence of laser light on the external resonator is restricted between the diffraction grating and the external resonator. For example, the aperture may be formed of a transmissive liquid crystal display device having a large number of segments. And it can be set as the form which controls the wavelength of the laser beam which should be returned to a mode synchronous semiconductor laser element by selecting an aperture.

以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の第1の態様あるいは第2の態様に係る半導体レーザ装置組立体において、結像手段はレンズから成る構成とすることができるが、これに限定するものではなく、その他、例えば、凹面鏡、凹面鏡とレンズの組合せを用いることもできる。   In the semiconductor laser device assembly according to the first aspect or the second aspect of the present invention including the preferred mode and configuration described above, the imaging means may be configured by a lens, but the present invention is not limited thereto. In addition, for example, a concave mirror or a combination of a concave mirror and a lens can be used.

本発明の第3の態様に係る半導体レーザ装置組立体においては、バンドパスフィルターを通過する位置に依存して、バンドパスフィルターを通過するレーザ光の波長が規定される形態とすることができる。そして、このような形態を含む本発明の第3の態様に係る半導体レーザ装置組立体において、外部共振器は部分透過ミラー(半透過ミラー、ハーフミラー)から成る形態とすることができる。更には、これらの形態を含む本発明の第3の態様に係る半導体レーザ装置組立体においては、モード同期半導体レーザ素子と外部共振器との間に、モード同期半導体レーザ素子の光出射端面の像を外部共振器上に結像させる結像手段を有する形態とすることができる。ここで、結像手段として、レンズや凹面鏡、凹面鏡とレンズの組合せを挙げることができる。   In the semiconductor laser device assembly according to the third aspect of the present invention, the wavelength of the laser light passing through the bandpass filter may be defined depending on the position passing through the bandpass filter. In the semiconductor laser device assembly according to the third aspect of the present invention including such a configuration, the external resonator can be configured to include a partial transmission mirror (semi-transmission mirror, half mirror). Furthermore, in the semiconductor laser device assembly according to the third aspect of the present invention including these forms, an image of the light emitting end face of the mode-locked semiconductor laser element is provided between the mode-locked semiconductor laser element and the external resonator. It is possible to have an image forming means for forming an image on the external resonator. Here, examples of the imaging means include a lens, a concave mirror, and a combination of a concave mirror and a lens.

以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の第1の態様、第2の態様あるいは第3の態様に係る半導体レーザ装置組立体(以下、これらを総称して、単に『本発明の半導体レーザ装置組立体』と呼ぶ場合がある)において、モード同期半導体レーザ素子は、バイ・セクション型半導体レーザ素子から成り、
バイ・セクション型半導体レーザ素子は、
(a)第1導電型を有し、GaN系化合物半導体から成る第1化合物半導体層、GaN系化合物半導体から成る発光領域及び可飽和吸収領域を構成する第3化合物半導体層(活性層)、並びに、第1導電型と異なる第2導電型を有し、GaN系化合物半導体から成る第2化合物半導体層が、順次、積層されて成る積層構造体、
(b)第2化合物半導体層上に形成された帯状の第2電極、並びに、
(c)第1化合物半導体層に電気的に接続された第1電極、
を備え、
第2電極は、発光領域を経由して第1電極に直流電流を流すことで順バイアス状態とするための第1部分と、可飽和吸収領域に電界を加えるための第2部分とに、分離溝によって分離されている形態とすることができる。
The semiconductor laser device assembly according to the first aspect, the second aspect, or the third aspect of the present invention including the preferred embodiments and configurations described above (hereinafter collectively referred to as “semiconductor laser of the present invention”). The mode-locked semiconductor laser element is composed of a bi-section type semiconductor laser element.
Bi-section type semiconductor laser device
(A) a first compound semiconductor layer having a first conductivity type and made of a GaN compound semiconductor, a third compound semiconductor layer (active layer) constituting a light emitting region and a saturable absorption region made of a GaN compound semiconductor, and A stacked structure in which second compound semiconductor layers having a second conductivity type different from the first conductivity type and made of a GaN-based compound semiconductor are sequentially stacked;
(B) a strip-shaped second electrode formed on the second compound semiconductor layer, and
(C) a first electrode electrically connected to the first compound semiconductor layer;
With
The second electrode is separated into a first portion for setting a forward bias state by passing a direct current through the first electrode via the light emitting region and a second portion for applying an electric field to the saturable absorption region. It can be set as the form isolate | separated by the groove | channel.

そして、第2電極の第1部分と第2部分との間の電気抵抗値は、第2電極と第1電極との間の電気抵抗値の1×10倍以上、好ましくは1×102倍以上、より好ましくは1×103倍以上である。尚、このようなモード同期半導体レーザ素子を、便宜上、『第1の構成のモード同期半導体レーザ素子』と呼ぶ。あるいは又、第2電極の第1部分と第2部分との間の電気抵抗値は、1×102Ω以上、好ましくは1×103Ω以上、より好ましくは1×104Ω以上である。尚、このようなモード同期半導体レーザ素子を、便宜上、『第2の構成のモード同期半導体レーザ素子』と呼ぶ。 The electrical resistance value between the first part and the second part of the second electrode is 1 × 10 times or more, preferably 1 × 10 2 times the electrical resistance value between the second electrode and the first electrode. More preferably, it is 1 × 10 3 times or more. Such a mode-locked semiconductor laser element is referred to as a “mode-locked semiconductor laser element having a first configuration” for convenience. Alternatively, the electrical resistance value between the first portion and the second portion of the second electrode is 1 × 10 2 Ω or more, preferably 1 × 10 3 Ω or more, more preferably 1 × 10 4 Ω or more. . Such a mode-locked semiconductor laser element is referred to as a “mode-locked semiconductor laser element having a second configuration” for convenience.

第1の構成あるいは第2の構成のモード同期半導体レーザ素子にあっては、第2電極の第1部分から発光領域を経由して第1電極に直流電流を流して順バイアス状態とし、第1電極と第2電極の第2部分との間に電圧を印加することによって可飽和吸収領域に電界を加えることで、モード同期動作させることができる。   In the mode-locked semiconductor laser device having the first configuration or the second configuration, a direct current is passed from the first portion of the second electrode to the first electrode via the light emitting region to be in a forward bias state. By applying a voltage between the electrode and the second portion of the second electrode to apply an electric field to the saturable absorption region, a mode-locking operation can be performed.

このような第1の構成あるいは第2の構成のモード同期半導体レーザ素子にあっては、第2電極の第1部分と第2部分との間の電気抵抗値は、第2電極と第1電極との間の電気抵抗値の10倍以上であり、あるいは又、1×102Ω以上である。従って、第2電極の第1部分から第2部分への漏れ電流の流れを確実に抑制することができる。即ち、可飽和吸収領域(キャリア非注入領域)へ印加する逆バイアス電圧Vsaを高くすることができるため、時間幅の短い光パルスを有するシングルモードのモード同期動作を実現できる。そして、第2電極の第1部分と第2部分との間のこのような高い電気抵抗値を、第2電極を第1部分と第2部分とに分離溝によって分離するだけで達成することができる。 In such a mode-locked semiconductor laser device having the first configuration or the second configuration, the electrical resistance value between the first portion and the second portion of the second electrode is the second electrode and the first electrode. 10 times or more of the electric resistance value between the two and 1 × 10 2 Ω or more. Therefore, the leakage current flow from the first part to the second part of the second electrode can be reliably suppressed. That is, since the reverse bias voltage V sa applied to the saturable absorption region (carrier non-injection region) can be increased, a single-mode mode synchronization operation having a light pulse with a short time width can be realized. And, such a high electrical resistance value between the first part and the second part of the second electrode can be achieved simply by separating the second electrode into the first part and the second part by the separation groove. it can.

また、第1の構成及び第2の構成のモード同期半導体レーザ素子にあっては、限定するものではないが、
第3化合物半導体層は、井戸層及び障壁層を備えた量子井戸構造を有し、
井戸層の厚さは、1nm以上、10nm以下、好ましくは、1nm以上、8nm以下であり、
障壁層の不純物ドーピング濃度は、2×1018cm-3以上、1×1020cm-3以下、好ましくは、1×1019cm-3以上、1×1020cm-3以下である形態とすることができる。尚、このようなモード同期半導体レーザ素子を、便宜上、『第3の構成のモード同期半導体レーザ素子』と呼ぶ場合がある。
In addition, the mode-locked semiconductor laser element of the first configuration and the second configuration is not limited,
The third compound semiconductor layer has a quantum well structure including a well layer and a barrier layer,
The thickness of the well layer is 1 nm or more and 10 nm or less, preferably 1 nm or more and 8 nm or less,
The impurity doping concentration of the barrier layer is 2 × 10 18 cm −3 or more and 1 × 10 20 cm −3 or less, preferably 1 × 10 19 cm −3 or more and 1 × 10 20 cm −3 or less. can do. Such a mode-locked semiconductor laser element may be referred to as a “mode-locked semiconductor laser element having a third configuration” for convenience.

このように、第3化合物半導体層を構成する井戸層の厚さを1nm以上、10nm以下と規定し、更には、第3化合物半導体層を構成する障壁層の不純物ドーピング濃度を2×1018cm-3以上、1×1020cm-3以下と規定することで、即ち、井戸層の厚さを薄くし、しかも、第3化合物半導体層のキャリアの増加を図ることで、ピエゾ分極の影響を低減させることができ、時間幅が短く、サブパルス成分の少ない単峰化された光パルスを発生させ得るレーザ光源を得ることができる。また、低い逆バイアス電圧でモード同期駆動を達成することが可能となるし、外部信号(電気信号及び光信号)と同期が取れた光パルス列を発生させることが可能となる。障壁層にドーピングされた不純物はシリコン(Si)である構成することができるが、これに限定するものではなく、その他、酸素(O)とすることもできる。 Thus, the thickness of the well layer constituting the third compound semiconductor layer is defined as 1 nm or more and 10 nm or less, and the impurity doping concentration of the barrier layer constituting the third compound semiconductor layer is 2 × 10 18 cm. -3 or more and 1 × 10 20 cm -3 or less, that is, by reducing the thickness of the well layer and increasing the number of carriers in the third compound semiconductor layer, It is possible to obtain a laser light source that can generate a unimodal light pulse that can be reduced, has a short time width, and has few sub-pulse components. In addition, mode-synchronized driving can be achieved with a low reverse bias voltage, and an optical pulse train synchronized with external signals (electrical signals and optical signals) can be generated. The impurity doped in the barrier layer can be silicon (Si), but is not limited to this, and oxygen (O) can also be used.

ここで、モード同期半導体レーザ素子は、リッジストライプ型の分離閉じ込めヘテロ構造(SCH構造、Separate Confinement Heterostructure)を有する半導体レーザ素子である形態とすることができる。あるいは又、斜めリッジストライプ型の分離閉じ込めヘテロ構造を有する半導体レーザ素子である形態とすることができる。   Here, the mode-locked semiconductor laser element may be a semiconductor laser element having a ridge stripe type separate confinement heterostructure (SCH structure, separate confinement heterostructure). Alternatively, a semiconductor laser device having an oblique ridge stripe type separated confinement heterostructure can be employed.

また、第1の構成あるいは第2の構成のモード同期半導体レーザ素子において、
第2電極の幅は、0.5μm以上、50μm以下、好ましくは1μm以上、5μm以下、
リッジ構造の高さは、0.1μm以上、10μm以下、好ましくは0.2μm以上、1μm以下、
第2電極を第1部分と第2部分とに分離する分離溝の幅は、1μm以上、モード同期半導体レーザ素子における共振器長(以下、単に『共振器長』と呼ぶ)の50%以下、好ましくは10μm以上、共振器長の10%以下であることが望ましい。共振器長として、0.6mmを例示することができるが、これに限定するものではない。また、リッジ構造の幅として2μm以下を例示することができ、リッジ構造の幅の下限値として、例えば、0.8μmを挙げることができるが、これに限定するものではない。リッジ部の両側面よりも外側に位置する第2化合物半導体層の部分の頂面から第3化合物半導体層(活性層)までの距離(D)は1.0×10-7m(0.1μm)以上であることが好ましい。距離(D)をこのように規定することによって、第3化合物半導体層の両脇(Y方向)に可飽和吸収領域を確実に形成することができる。距離(D)の上限は、閾値電流の上昇、温度特性、長期駆動時の電流上昇率の劣化等に基づき決定すればよい。尚、以下の説明において、共振器長方向をX方向とし、積層構造体の厚さ方向をZ方向とする。
In the mode-locked semiconductor laser device of the first configuration or the second configuration,
The width of the second electrode is 0.5 μm or more and 50 μm or less, preferably 1 μm or more and 5 μm or less,
The height of the ridge structure is 0.1 μm or more and 10 μm or less, preferably 0.2 μm or more and 1 μm or less,
The width of the separation groove for separating the second electrode into the first part and the second part is 1 μm or more, 50% or less of the resonator length (hereinafter simply referred to as “resonator length”) in the mode-locked semiconductor laser element, The thickness is preferably 10 μm or more and 10% or less of the resonator length. An example of the resonator length is 0.6 mm, but is not limited thereto. Further, the width of the ridge structure can be exemplified as 2 μm or less, and the lower limit of the width of the ridge structure can be exemplified as 0.8 μm, for example, but is not limited thereto. The distance (D) from the top surface of the portion of the second compound semiconductor layer located outside the both side surfaces of the ridge portion to the third compound semiconductor layer (active layer) is 1.0 × 10 −7 m (0.1 μm) ) Or more. By defining the distance (D) in this way, the saturable absorption region can be reliably formed on both sides (Y direction) of the third compound semiconductor layer. The upper limit of the distance (D) may be determined based on an increase in threshold current, temperature characteristics, deterioration in current increase rate during long-term driving, and the like. In the following description, the resonator length direction is the X direction, and the thickness direction of the laminated structure is the Z direction.

更には、上記の好ましい形態を含む第1の構成あるいは第2の構成のモード同期半導体レーザ素子において、第2電極は、パラジウム(Pd)単層、ニッケル(Ni)単層、白金(Pt)単層、パラジウム層が第2化合物半導体層に接するパラジウム層/白金層の積層構造、又は、パラジウム層が第2化合物半導体層に接するパラジウム層/ニッケル層の積層構造から成る形態とすることができる。尚、下層金属層をパラジウムから構成し、上層金属層をニッケルから構成する場合、上層金属層の厚さを、0.1μm以上、好ましくは0.2μm以上とすることが望ましい。あるいは又、第2電極を、パラジウム(Pd)単層から成る構成とすることが好ましく、この場合、厚さを、20nm以上、好ましくは50nm以上とすることが望ましい。あるいは又、第2電極を、パラジウム(Pd)単層、ニッケル(Ni)単層、白金(Pt)単層、又は、下層金属層が第2化合物半導体層に接する下層金属層と上層金属層の積層構造(但し、下層金属層は、パラジウム、ニッケル及び白金から成る群から選択された1種類の金属から構成され、上層金属層は、後述する工程(D)において第2電極に分離溝を形成する際のエッチングレートが、下層金属層のエッチングレートと同じ、あるいは同程度、あるいは、下層金属層のエッチングレートよりも高い金属から構成されている)から成る構成とすることが好ましい。また、後述する工程(D)において第2電極に分離溝を形成する際のエッチング液を、王水、硝酸、硫酸、塩酸、又は、これらの酸の内の少なくとも2種類の混合液(具体的には、硝酸と硫酸の混合液、硫酸と塩酸の混合液)とすることが望ましい。第2電極の幅は、0.5μm以上、50μm以下、好ましくは1μm以上、5μm以下であることが望ましい。   Furthermore, in the mode-locked semiconductor laser device having the first configuration or the second configuration including the above-described preferred embodiment, the second electrode is composed of a single layer of palladium (Pd), a single layer of nickel (Ni), or a single layer of platinum (Pt). The layer may have a layered structure of palladium layer / platinum layer in which the palladium layer is in contact with the second compound semiconductor layer, or a layered structure of palladium layer / nickel layer in which the palladium layer is in contact with the second compound semiconductor layer. When the lower metal layer is made of palladium and the upper metal layer is made of nickel, the thickness of the upper metal layer is desirably 0.1 μm or more, preferably 0.2 μm or more. Alternatively, the second electrode is preferably composed of a single layer of palladium (Pd). In this case, the thickness is preferably 20 nm or more, and preferably 50 nm or more. Alternatively, the second electrode may be a palladium (Pd) single layer, a nickel (Ni) single layer, a platinum (Pt) single layer, or a lower metal layer and an upper metal layer in which the lower metal layer is in contact with the second compound semiconductor layer. Laminated structure (however, the lower metal layer is composed of one kind of metal selected from the group consisting of palladium, nickel and platinum, and the upper metal layer forms a separation groove in the second electrode in step (D) described later. The etching rate is preferably made of a metal that is the same as or similar to the etching rate of the lower metal layer, or higher than the etching rate of the lower metal layer. In addition, an etching solution for forming the separation groove in the second electrode in the step (D) described later is aqua regia, nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, or a mixture of at least two of these acids (specifically Are preferably a mixed solution of nitric acid and sulfuric acid, a mixed solution of sulfuric acid and hydrochloric acid). The width of the second electrode is 0.5 μm or more and 50 μm or less, preferably 1 μm or more and 5 μm or less.

以上に説明した好ましい構成、形態を含む第1の構成あるいは第2の構成のモード同期半導体レーザ素子において、可飽和吸収領域の長さは発光領域の長さよりも短い構成とすることができる。あるいは又、第2電極の長さ(第1部分と第2部分の総計の長さ)は第3化合物半導体層(活性層)の長さよりも短い構成とすることができる。第2電極の第1部分と第2部分の配置状態として、具体的には、
(1)1つの第2電極の第1部分と1つの第2電極の第2部分とが設けられ、第2電極の第1部分と、第2電極の第2部分とが、分離溝を挟んで配置されている状態
(2)1つの第2電極の第1部分と2つの第2電極の第2部分とが設けられ、第1部分の一端が、一方の分離溝を挟んで、一方の第2部分と対向し、第1部分の他端が、他方の分離溝を挟んで、他方の第2部分と対向している状態
(3)2つの第2電極の第1部分と1つの第2電極の第2部分とが設けられ、第2部分の端部が、一方の分離溝を挟んで、一方の第1部分と対向し、第2部分の他端が、他方の分離溝を挟んで、他方の第1部分と対向している状態(即ち、第2電極は、第2部分を第1部分で挟んだ構造)
を挙げることができる。また、広くは、
(4)N個の第2電極の第1部分と(N−1)個の第2電極の第2部分とが設けられ、第2電極の第1部分が第2電極の第2部分を挟んで配置されている状態
(5)N個の第2電極の第2部分と(N−1)個の第2電極の第1部分とが設けられ、第2電極の第2部分が第2電極の第1部分を挟んで配置されている状態
を挙げることができる。尚、(4)及び(5)の状態は、云い換えれば、
(4’)N個の発光領域[キャリア注入領域、利得領域]と(N−1)個の可飽和吸収領域[キャリア非注入領域]とが設けられ、発光領域が可飽和吸収領域を挟んで配置されている状態
(5’)N個の可飽和吸収領域[キャリア非注入領域]と(N−1)個の発光領域[キャリア注入領域、利得領域]とが設けられ、可飽和吸収領域が発光領域を挟んで配置されている状態
である。尚、(3)、(5)、(5’)の構造を採用することで、モード同期半導体レーザ素子の光出射端面における損傷が発生し難くなる。
In the mode-locked semiconductor laser element of the first configuration or the second configuration including the preferable configuration and configuration described above, the length of the saturable absorption region can be shorter than the length of the light emitting region. Alternatively, the length of the second electrode (the total length of the first portion and the second portion) can be shorter than the length of the third compound semiconductor layer (active layer). As the arrangement state of the first part and the second part of the second electrode, specifically,
(1) A first portion of one second electrode and a second portion of one second electrode are provided, and the first portion of the second electrode and the second portion of the second electrode sandwich the separation groove. (2) The first part of one second electrode and the second part of two second electrodes are provided, and one end of the first part is sandwiched by one separation groove, Opposite to the second part, the other end of the first part is opposed to the other second part across the other separation groove. (3) The first part of the two second electrodes and one first part A second portion of the two electrodes, an end of the second portion sandwiching one separation groove and facing one first portion, and the other end of the second portion sandwiching the other separation groove In the state facing the other first part (that is, the second electrode has a structure in which the second part is sandwiched between the first parts)
Can be mentioned. And broadly,
(4) A first portion of N second electrodes and a second portion of (N-1) second electrodes are provided, and the first portion of the second electrode sandwiches the second portion of the second electrode. (5) The second part of the N second electrodes and the first part of the (N-1) second electrodes are provided, and the second part of the second electrode is the second electrode. The state which is arrange | positioned on both sides of the 1st part of this can be mentioned. The states (4) and (5) are, in other words,
(4 ′) N light emitting regions [carrier injection region, gain region] and (N−1) saturable absorption regions [carrier non-injection region] are provided, and the light emitting region sandwiches the saturable absorption region. (5 ′) N saturable absorption regions [carrier non-injection region] and (N−1) light emitting regions [carrier injection region, gain region] are provided, and the saturable absorption region is In this state, the light emitting areas are arranged. By adopting the structures (3), (5), and (5 ′), damage to the light emitting end face of the mode-locked semiconductor laser element is difficult to occur.

モード同期半導体レーザ素子は、例えば、以下の方法で製造することができる。即ち、
(A)基体上に、第1導電型を有し、GaN系化合物半導体から成る第1化合物半導体層、GaN系化合物半導体から成る発光領域及び可飽和吸収領域を構成する第3化合物半導体層、並びに、第1導電型と異なる第2導電型を有し、GaN系化合物半導体から成る第2化合物半導体層が、順次、積層されて成る積層構造体を形成した後、
(B)第2化合物半導体層上に帯状の第2電極を形成し、次いで、
(C)第2電極をエッチング用マスクとして、少なくとも第2化合物半導体層の一部分をエッチングして、リッジストライプ構造を形成した後、
(D)分離溝を第2電極に形成するためのレジスト層を形成し、次いで、レジスト層をウエットエッチング用マスクとして、第2電極に分離溝をウエットエッチング法にて形成し、以て、第2電極を第1部分と第2部分とに分離溝によって分離する、
各工程を具備した製造方法に基づき製造することができる。
The mode-locked semiconductor laser element can be manufactured, for example, by the following method. That is,
(A) a first compound semiconductor layer having a first conductivity type and made of a GaN-based compound semiconductor, a light-emitting region made of a GaN-based compound semiconductor, and a third compound semiconductor layer constituting a saturable absorption region on the substrate; A second compound semiconductor layer having a second conductivity type different from the first conductivity type, and a second compound semiconductor layer made of a GaN-based compound semiconductor is sequentially stacked to form a stacked structure,
(B) forming a band-shaped second electrode on the second compound semiconductor layer;
(C) Using the second electrode as an etching mask, etching at least a portion of the second compound semiconductor layer to form a ridge stripe structure;
(D) forming a resist layer for forming the separation groove on the second electrode, and then forming the separation groove on the second electrode by a wet etching method using the resist layer as a mask for wet etching; The two electrodes are separated into a first part and a second part by a separation groove,
It can manufacture based on the manufacturing method which comprised each process.

そして、このような製造方法を採用することで、即ち、帯状の第2電極をエッチング用マスクとして、少なくとも第2化合物半導体層の一部分をエッチングして、リッジストライプ構造を形成するので、即ち、パターニングされた第2電極をエッチング用マスクとして用いてセルフアライン方式にてリッジストライプ構造を形成するので、第2電極とリッジストライプ構造との間に合わせずれが生じることがない。また、第2電極に分離溝をウエットエッチング法にて形成する。このように、ドライエッチング法と異なり、ウエットエッチング法を採用することで、第2化合物半導体層に光学的、電気的特性の劣化が生じることを抑制することができる。それ故、発光特性に劣化が生じることを、確実に防止することができる。   By adopting such a manufacturing method, that is, at least a part of the second compound semiconductor layer is etched using the strip-shaped second electrode as an etching mask to form a ridge stripe structure, that is, patterning is performed. Since the ridge stripe structure is formed by the self-alignment method using the formed second electrode as an etching mask, there is no misalignment between the second electrode and the ridge stripe structure. Further, a separation groove is formed in the second electrode by a wet etching method. As described above, unlike the dry etching method, by adopting the wet etching method, it is possible to suppress the deterioration of the optical and electrical characteristics in the second compound semiconductor layer. Therefore, it is possible to reliably prevent the light emission characteristics from being deteriorated.

尚、工程(C)にあっては、第2化合物半導体層を厚さ方向に一部分、エッチングしてもよいし、第2化合物半導体層を厚さ方向に全部、エッチングしてもよいし、第2化合物半導体層及び第3化合物半導体層を厚さ方向にエッチングしてもよいし、第2化合物半導体層及び第3化合物半導体層、更には、第1化合物半導体層を厚さ方向に一部分、エッチングしてもよい。   In the step (C), the second compound semiconductor layer may be partially etched in the thickness direction, or the second compound semiconductor layer may be etched in the thickness direction. The two compound semiconductor layer and the third compound semiconductor layer may be etched in the thickness direction, or the second compound semiconductor layer and the third compound semiconductor layer, and further, the first compound semiconductor layer is partially etched in the thickness direction. May be.

更には、前記工程(D)において、第2電極に分離溝を形成する際の、第2電極のエッチングレートをER0、積層構造体のエッチングレートをER1としたとき、ER0/ER1≧1×10、好ましくは、ER0/ER1≧1×102を満足することが望ましい。ER0/ER1がこのような関係を満足することで、積層構造体をエッチングすること無く(あるいは、エッチングされても僅かである)、第2電極を確実にエッチングすることができる。 Furthermore, in the step (D), in forming the separation groove in the second electrode, the etching rate of the second electrode ER 0, when the etching rate of the laminated structure was ER 1, ER 0 / ER 1 It is desirable to satisfy ≧ 1 × 10, preferably ER 0 / ER 1 ≧ 1 × 10 2 . When ER 0 / ER 1 satisfies such a relationship, the second electrode can be reliably etched without etching the laminated structure (or even if it is etched slightly).

また、以上に説明した好ましい構成、形態を含む第1の構成あるいは第2の構成のモード同期半導体レーザ素子において、積層構造体は、具体的には、AlGaInN系化合物半導体から成る構成とすることができる。ここで、AlGaInN系化合物半導体として、より具体的には、GaN、AlGaN、GaInN、AlGaInNを挙げることができる。更には、これらの化合物半導体に、所望に応じて、ホウ素(B)原子やタリウム(Tl)原子、ヒ素(As)原子、リン(P)原子、アンチモン(Sb)原子が含まれていてもよい。また、発光領域(利得領域)及び可飽和吸収領域を構成する第3化合物半導体層(活性層)は、量子井戸構造を有することが望ましい。具体的には、単一量子井戸構造[QW構造]を有していてもよいし、多重量子井戸構造[MQW構造]を有していてもよい。量子井戸構造を有する第3化合物半導体層(活性層)は、井戸層及び障壁層が、少なくとも1層、積層された構造を有するが、(井戸層を構成する化合物半導体,障壁層を構成する化合物半導体)の組合せとして、(InyGa(1-y)N,GaN)、(InyGa(1-y)N,InzGa(1-z)N)[但し、y>z]、(InyGa(1-y)N,AlGaN)を例示することができる。 In the mode-locked semiconductor laser device having the first configuration or the second configuration including the preferable configuration and form described above, the stacked structure is specifically configured to be composed of an AlGaInN-based compound semiconductor. it can. Here, more specifically, examples of the AlGaInN-based compound semiconductor include GaN, AlGaN, GaInN, and AlGaInN. Furthermore, these compound semiconductors may contain boron (B) atoms, thallium (Tl) atoms, arsenic (As) atoms, phosphorus (P) atoms, and antimony (Sb) atoms as desired. . The third compound semiconductor layer (active layer) constituting the light emitting region (gain region) and the saturable absorption region preferably has a quantum well structure. Specifically, it may have a single quantum well structure [QW structure] or a multiple quantum well structure [MQW structure]. The third compound semiconductor layer (active layer) having a quantum well structure has a structure in which at least one well layer and a barrier layer are stacked, but the compound semiconductor constituting the well layer and the compound constituting the barrier layer As a combination of (semiconductor), (In y Ga (1-y) N, GaN), (In y Ga (1-y) N, In z Ga (1-z) N) [where y> z], ( In y Ga (1-y) N, AlGaN) can be exemplified.

更には、上記の好ましい構成、形態を含む第1の構成あるいは第2の構成のモード同期半導体レーザ素子において、第2化合物半導体層は、p型GaN層及びp型AlGaN層が交互に積層された超格子構造を有し;超格子構造の厚さは0.7μm以下である構造とすることができる。このような超格子構造の構造を採用することで、クラッド層として必要な高屈折率を維持しながら、モード同期半導体レーザ素子の直列抵抗成分を下げることができ、モード同期半導体レーザ素子の低動作電圧化につながる。尚、超格子構造の厚さの下限値として、限定するものではないが、例えば、0.3μmを挙げることができるし、超格子構造を構成するp型GaN層の厚さとして1nm乃至5nmを例示することができるし、超格子構造を構成するp型AlGaN層の厚さとして1nm乃至5nmを例示することができるし、p型GaN層及びp型AlGaN層の層数合計として、60層乃至300層を例示することができる。また、第3化合物半導体層から第2電極までの距離は1μm以下、好ましくは、0.6μm以下である構成とすることができる。このように第3化合物半導体層から第2電極までの距離を規定することで、抵抗の高いp型の第2化合物半導体層の厚さを薄くし、モード同期半導体レーザ素子の動作電圧の低減化を達成することができる。尚、第3化合物半導体層から第2電極までの距離の下限値として、限定するものではないが、例えば、0.3μmを挙げることができる。また、第2化合物半導体層には、Mgが、1×1019cm-3以上、ドーピングされており;第3化合物半導体層からの波長405nmの光に対する第2化合物半導体層の吸収係数は、少なくとも50cm-1である構成とすることができる。このMgの原子濃度は、2×1019cm-3の値で最大の正孔濃度を示すという材料物性に由来しており、最大の正孔濃度、即ち、この第2化合物半導体層の比抵抗が最小になるように設計された結果である。第2化合物半導体層の吸収係数は、モード同期半導体レーザ素子の抵抗を出来るだけ下げるという観点で規定されているものであり、その結果、第3化合物半導体層の光の吸収係数が、50cm-1となるのが一般的である。しかし、この吸収係数を上げるために、Mgドープ量を故意に2×1019cm-3以上の濃度に設定することも可能である。この場合には、実用的な正孔濃度が得られる上での上限のMgドープ量は、例えば8×1019cm-3である。また、第2化合物半導体層は、第3化合物半導体層側から、ノンドープ化合物半導体層、及び、p型化合物半導体層を有しており;第3化合物半導体層からp型化合物半導体層までの距離は、1.2×10-7m以下である構成とすることができる。このように第3化合物半導体層からp型化合物半導体層までの距離を規定することで、内部量子効率が低下しない範囲で、内部損失を抑制することができ、これにより、レーザ発振が開始される閾値電流密度を低減させることができる。尚、第3化合物半導体層からp型化合物半導体層までの距離の下限値として、限定するものではないが、例えば、5×10-8mを挙げることができる。また、リッジ部の両側面には、SiO2/Si積層構造から成る積層絶縁膜が形成されており;リッジ部の有効屈折率と積層絶縁膜の有効屈折率との差は、5×10-3乃至1×10-2である構成とすることができる。このような積層絶縁膜を用いることで、100ミリワットを超える高出力動作であっても、単一基本横モードを維持することができる。また、第2化合物半導体層は、第3化合物半導体層側から、例えば、ノンドープGaInN層(p側光ガイド層)、ノンドープAlGaN層(p側クラッド層)、MgドープAlGaN層(電子障壁層)、GaN層(Mgドープ)/AlGaN層の超格子構造(超格子クラッド層)、及び、MgドープGaN層(p側コンタクト層)が積層されて成る構造とすることができる。第3化合物半導体層における井戸層を構成する化合物半導体のバンドギャップは、2.4eV以上であることが望ましい。また、第3化合物半導体層(活性層)から出射されるレーザ光の波長は、360nm乃至500nm、好ましくは400nm乃至410nmであることが望ましい。ここで、以上に説明した各種の構成を、適宜、組み合わせることができることは云うまでもない。 Furthermore, in the mode-locked semiconductor laser device of the first configuration or the second configuration including the preferable configuration and form described above, the p-type GaN layer and the p-type AlGaN layer are alternately stacked on the second compound semiconductor layer. It has a superlattice structure; the thickness of the superlattice structure can be 0.7 μm or less. By adopting such a superlattice structure, the serial resistance component of the mode-locked semiconductor laser element can be lowered while maintaining the high refractive index required for the cladding layer, and the mode-locked semiconductor laser element can operate at low speed. It leads to voltage. The lower limit value of the thickness of the superlattice structure is not limited, but for example, 0.3 μm can be mentioned, and the thickness of the p-type GaN layer constituting the superlattice structure is 1 nm to 5 nm. The thickness of the p-type AlGaN layer constituting the superlattice structure can be 1 to 5 nm, and the total number of the p-type GaN layer and the p-type AlGaN layer can be 60 to 300 layers can be exemplified. Further, the distance from the third compound semiconductor layer to the second electrode may be 1 μm or less, preferably 0.6 μm or less. Thus, by defining the distance from the third compound semiconductor layer to the second electrode, the thickness of the p-type second compound semiconductor layer having high resistance is reduced, and the operating voltage of the mode-locked semiconductor laser element is reduced. Can be achieved. The lower limit of the distance from the third compound semiconductor layer to the second electrode is not limited, but can be 0.3 μm, for example. The second compound semiconductor layer is doped with Mg of 1 × 10 19 cm −3 or more; the absorption coefficient of the second compound semiconductor layer with respect to light having a wavelength of 405 nm from the third compound semiconductor layer is at least It can be set as the structure which is 50 cm < -1 >. The atomic concentration of Mg is derived from the material physical property of showing the maximum hole concentration at a value of 2 × 10 19 cm −3 , and the maximum hole concentration, that is, the specific resistance of the second compound semiconductor layer. This is a result designed to minimize. The absorption coefficient of the second compound semiconductor layer is defined from the viewpoint of reducing the resistance of the mode-locked semiconductor laser device as much as possible. As a result, the light absorption coefficient of the third compound semiconductor layer is 50 cm −1. It is common to become. However, in order to increase the absorption coefficient, the Mg doping amount can be intentionally set to a concentration of 2 × 10 19 cm −3 or more. In this case, the upper limit Mg doping amount for obtaining a practical hole concentration is, for example, 8 × 10 19 cm −3 . The second compound semiconductor layer has a non-doped compound semiconductor layer and a p-type compound semiconductor layer from the third compound semiconductor layer side; the distance from the third compound semiconductor layer to the p-type compound semiconductor layer is 1.2 × 10 −7 m or less. By defining the distance from the third compound semiconductor layer to the p-type compound semiconductor layer in this way, internal loss can be suppressed within a range in which the internal quantum efficiency does not decrease, thereby starting laser oscillation. The threshold current density can be reduced. The lower limit value of the distance from the third compound semiconductor layer to the p-type compound semiconductor layer is not limited, but may be 5 × 10 −8 m, for example. In addition, a laminated insulating film having a SiO 2 / Si laminated structure is formed on both side surfaces of the ridge portion; the difference between the effective refractive index of the ridge portion and the effective refractive index of the laminated insulating film is 5 × 10 − The configuration may be 3 to 1 × 10 −2 . By using such a laminated insulating film, a single fundamental transverse mode can be maintained even with a high output operation exceeding 100 milliwatts. The second compound semiconductor layer is, for example, a non-doped GaInN layer (p-side light guide layer), a non-doped AlGaN layer (p-side cladding layer), a Mg-doped AlGaN layer (electron barrier layer), from the third compound semiconductor layer side. A superlattice structure (superlattice clad layer) of GaN layer (Mg-doped) / AlGaN layer and a Mg-doped GaN layer (p-side contact layer) may be laminated. The band gap of the compound semiconductor constituting the well layer in the third compound semiconductor layer is desirably 2.4 eV or more. The wavelength of the laser light emitted from the third compound semiconductor layer (active layer) is 360 nm to 500 nm, preferably 400 nm to 410 nm. Here, it goes without saying that the various configurations described above can be appropriately combined.

第1の構成あるいは第2の構成のモード同期半導体レーザ素子にあっては、モード同期半導体レーザ素子を構成する各種のGaN系化合物半導体層を基板に順次形成するが、ここで、基板として、サファイア基板の他にも、GaAs基板、GaN基板、SiC基板、アルミナ基板、ZnS基板、ZnO基板、AlN基板、LiMgO基板、LiGaO2基板、MgAl24基板、InP基板、Si基板、これらの基板の表面(主面)に下地層やバッファ層が形成されたものを挙げることができる。主に、GaN系化合物半導体層を基板に形成する場合、GaN基板が欠陥密度の少なさから好まれるが、GaN基板は成長面によって、極性/無極性/半極性と特性が変わることが知られている。また、モード同期半導体レーザ素子を構成する各種のGaN系化合物半導体層の形成方法として、有機金属化学的気相成長法(MOCVD法,MOVPE法)や分子線エピタキシー法(MBE法)、ハロゲンが輸送あるいは反応に寄与するハイドライド気相成長法等を挙げることができる。 In the mode-locked semiconductor laser device having the first configuration or the second configuration, various GaN-based compound semiconductor layers constituting the mode-locked semiconductor laser device are sequentially formed on the substrate. Besides the substrate, GaAs substrate, GaN substrate, SiC substrate, alumina substrate, ZnS substrate, ZnO substrate, AlN substrate, LiMgO substrate, LiGaO 2 substrate, MgAl 2 O 4 substrate, InP substrate, Si substrate, of these substrates A surface layer (main surface) having a base layer or a buffer layer formed thereon can be exemplified. Mainly, when a GaN-based compound semiconductor layer is formed on a substrate, the GaN substrate is preferred because of its low defect density, but it is known that the characteristics of the GaN substrate change from polar / nonpolar / semipolar depending on the growth surface. ing. In addition, as a method of forming various GaN-based compound semiconductor layers constituting the mode-locked semiconductor laser device, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD method, MOVPE method), molecular beam epitaxy method (MBE method), and halogen transport Or the hydride vapor phase growth method etc. which contribute to reaction can be mentioned.

ここで、MOCVD法における有機ガリウム源ガスとして、トリメチルガリウム(TMG)ガスやトリエチルガリウム(TEG)ガスを挙げることができるし、窒素源ガスとして、アンモニアガスやヒドラジンガスを挙げることができる。また、n型の導電型を有するGaN系化合物半導体層の形成においては、例えば、n型不純物(n型ドーパント)としてケイ素(Si)を添加すればよいし、p型の導電型を有するGaN系化合物半導体層の形成においては、例えば、p型不純物(p型ドーパント)としてマグネシウム(Mg)を添加すればよい。また、GaN系化合物半導体層の構成原子としてアルミニウム(Al)あるいはインジウム(In)が含まれる場合、Al源としてトリメチルアルミニウム(TMA)ガスを用いればよいし、In源としてトリメチルインジウム(TMI)ガスを用いればよい。更には、Si源としてモノシランガス(SiH4ガス)を用いればよいし、Mg源としてシクロペンタジエニルマグネシウムガスやメチルシクロペンタジエニルマグネシウム、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)を用いればよい。尚、n型不純物(n型ドーパント)として、Si以外に、Ge、Se、Sn、C、Te、S、O、Pd、Poを挙げることができるし、p型不純物(p型ドーパント)として、Mg以外に、Zn、Cd、Be、Ca、Ba、C、Hg、Srを挙げることができる。 Here, trimethylgallium (TMG) gas and triethylgallium (TEG) gas can be exemplified as the organic gallium source gas in the MOCVD method, and ammonia gas and hydrazine gas can be exemplified as the nitrogen source gas. In forming a GaN-based compound semiconductor layer having an n-type conductivity, for example, silicon (Si) may be added as an n-type impurity (n-type dopant), or a GaN-based compound having a p-type conductivity. In forming the compound semiconductor layer, for example, magnesium (Mg) may be added as a p-type impurity (p-type dopant). Further, when aluminum (Al) or indium (In) is included as a constituent atom of the GaN-based compound semiconductor layer, trimethylaluminum (TMA) gas may be used as the Al source, and trimethylindium (TMI) gas is used as the In source. Use it. Furthermore, monosilane gas (SiH 4 gas) may be used as the Si source, and cyclopentadienyl magnesium gas, methylcyclopentadienyl magnesium, or biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) may be used as the Mg source. . In addition to Si, examples of n-type impurities (n-type dopants) include Ge, Se, Sn, C, Te, S, O, Pd, and Po. As p-type impurities (p-type dopants), In addition to Mg, Zn, Cd, Be, Ca, Ba, C, Hg, and Sr can be mentioned.

第1導電型をn型とするとき、n型の導電型を有する第1化合物半導体層に電気的に接続された第1電極は、金(Au)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、Al(アルミニウム)、Ti(チタン)、タングステン(W)、Cu(銅)、Zn(亜鉛)、錫(Sn)及びインジウム(In)から成る群から選択された少なくとも1種類の金属を含む、単層構成又は多層構成を有することが望ましく、例えば、Ti/Au、Ti/Al、Ti/Pt/Auを例示することができる。第1電極は第1化合物半導体層に電気的に接続されているが、第1電極が第1化合物半導体層上に形成された形態、第1電極が導電材料層や導電性の基板を介して第1化合物半導体層に接続された形態が包含される。第1電極や第2電極は、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法等のPVD法にて成膜することができる。   When the first conductivity type is n-type, the first electrode electrically connected to the first compound semiconductor layer having the n-type conductivity type is gold (Au), silver (Ag), palladium (Pd), A single element comprising at least one metal selected from the group consisting of Al (aluminum), Ti (titanium), tungsten (W), Cu (copper), Zn (zinc), tin (Sn), and indium (In). It is desirable to have a layer structure or a multilayer structure, and examples thereof include Ti / Au, Ti / Al, and Ti / Pt / Au. The first electrode is electrically connected to the first compound semiconductor layer. The first electrode is formed on the first compound semiconductor layer, and the first electrode is interposed through a conductive material layer or a conductive substrate. A form connected to the first compound semiconductor layer is included. The first electrode and the second electrode can be formed by, for example, a PVD method such as a vacuum evaporation method or a sputtering method.

第1電極や第2電極上に、外部の電極あるいは回路と電気的に接続するために、パッド電極を設けてもよい。パッド電極は、Ti(チタン)、アルミニウム(Al)、Pt(白金)、Au(金)、Ni(ニッケル)から成る群から選択された少なくとも1種類の金属を含む、単層構成又は多層構成を有することが望ましい。あるいは又、パッド電極を、Ti/Pt/Auの多層構成、Ti/Auの多層構成に例示される多層構成とすることもできる。   A pad electrode may be provided on the first electrode or the second electrode for electrical connection with an external electrode or circuit. The pad electrode has a single-layer configuration or a multi-layer configuration including at least one metal selected from the group consisting of Ti (titanium), aluminum (Al), Pt (platinum), Au (gold), and Ni (nickel). It is desirable to have. Alternatively, the pad electrode may have a multilayer configuration exemplified by a multilayer configuration of Ti / Pt / Au and a multilayer configuration of Ti / Au.

第1の構成あるいは第2の構成のモード同期半導体レーザ素子においては、前述したとおり、第1電極と第2部分との間に逆バイアス電圧を印加する構成(即ち、第1電極を正極、第2部分を負極とする構成)とすることが望ましい。尚、第2電極の第2部分には、第2電極の第1部分に印加するパルス電流あるいはパルス電圧と同期したパルス電流あるいはパルス電圧を印加してもよいし、直流バイアスを印加してもよい。また、第2電極から発光領域を経由して第1電極に電流を流し、且つ、第2電極から発光領域を経由して第1電極に外部電気信号を重畳させる形態とすることができる。そして、これによって、レーザ光パルスと外部電気信号との間の同期を取ることができる。あるいは又、積層構造体の一端面から光信号を入射させる形態とすることができる。そして、これによっても、レーザ光パルスと光信号との間の同期を取ることができる。また、第2化合物半導体層において、第3化合物半導体層と電子障壁層との間には、ノンドープ化合物半導体層(例えば、ノンドープGaInN層、あるいは、ノンドープAlGaN層)を形成してもよい。更には、第3化合物半導体層とノンドープ化合物半導体層との間に、光ガイド層としてのノンドープGaInN層を形成してもよい。第2化合物半導体層の最上層を、MgドープGaN層(p側コンタクト層)が占めている構造とすることもできる。   In the mode-locked semiconductor laser device of the first configuration or the second configuration, as described above, a configuration in which a reverse bias voltage is applied between the first electrode and the second portion (that is, the first electrode is the positive electrode, It is desirable to use a configuration in which two portions are negative electrodes. A pulse current or pulse voltage synchronized with the pulse current or pulse voltage applied to the first part of the second electrode may be applied to the second part of the second electrode, or a DC bias may be applied. Good. Further, a current can be passed from the second electrode to the first electrode via the light emitting region, and an external electric signal can be superimposed on the first electrode from the second electrode via the light emitting region. Thus, synchronization between the laser light pulse and the external electric signal can be established. Or it can be set as the form which makes an optical signal inject from the end surface of a laminated structure. This also allows synchronization between the laser light pulse and the optical signal. In the second compound semiconductor layer, a non-doped compound semiconductor layer (for example, a non-doped GaInN layer or a non-doped AlGaN layer) may be formed between the third compound semiconductor layer and the electron barrier layer. Furthermore, a non-doped GaInN layer as a light guide layer may be formed between the third compound semiconductor layer and the non-doped compound semiconductor layer. The uppermost layer of the second compound semiconductor layer may be structured to be occupied by the Mg-doped GaN layer (p-side contact layer).

本発明の半導体レーザ装置組立体を、例えば、光ディスクシステム、通信分野、光情報分野、光電子集積回路、非線形光学現象を応用した分野、光スイッチ、レーザ計測分野や種々の分析分野、超高速分光分野、多光子励起分光分野、質量分析分野、多光子吸収を利用した顕微分光の分野、化学反応の量子制御、ナノ3次元加工分野、多光子吸収を応用した種々の加工分野、医療分野、バイオイメージング分野といった分野に適用することができる。   The semiconductor laser device assembly of the present invention is applied to, for example, an optical disc system, a communication field, an optical information field, an optoelectronic integrated circuit, a field applying a nonlinear optical phenomenon, an optical switch, a laser measurement field, various analysis fields, and an ultrafast spectroscopy field. , Multi-photon excitation spectroscopy field, mass spectrometry field, field of microspectroscopy using multi-photon absorption, quantum control of chemical reaction, nano 3D processing field, various processing fields applying multi-photon absorption, medical field, bioimaging It can be applied to a field such as a field.

実施例1は、本発明の第1の態様に係る半導体レーザ装置組立体に関する。実施例1の半導体レーザ装置組立体の概念図を図1の(A)に示し、実施例1の半導体レーザ装置組立体における回折格子の部分を拡大した模式図を図1の(B)及び(C)に示す。また、実施例1におけるモード同期半導体レーザ素子の共振器の延びる方向に沿った模式的な端面図(XZ平面にて切断したときの模式的な端面図)を図2に示し、共振器の延びる方向と直角方向に沿った模式的な断面図(YZ平面にて切断したときの模式的な断面図)を図3に示す。尚、図2は、図3の矢印I−Iに沿った模式的な端面図であり、図3は、図2の矢印II−IIに沿った模式的な断面図である。   Example 1 relates to a semiconductor laser device assembly according to a first aspect of the present invention. A conceptual diagram of the semiconductor laser device assembly of Example 1 is shown in FIG. 1A, and a schematic diagram in which a diffraction grating portion in the semiconductor laser device assembly of Example 1 is enlarged is shown in FIGS. C). Further, FIG. 2 shows a schematic end view (schematic end view when cut along the XZ plane) along the direction in which the resonator of the mode-locked semiconductor laser device in Example 1 extends, and the resonator extends. FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view (schematic cross-sectional view taken along the YZ plane) along the direction perpendicular to the direction. 2 is a schematic end view taken along the arrow II in FIG. 3, and FIG. 3 is a schematic sectional view taken along the arrow II-II in FIG.

実施例1の半導体レーザ装置組立体は、
(A)モード同期半導体レーザ素子10、及び、
(B)外部共振器を構成し、1次以上の回折光(実施例1においては、具体的には、1次の回折光)をモード同期半導体レーザ素子10に戻し、0次の回折光を外部に出力する回折格子100、
を備えている。ここで、回折格子100は、外部共振器を構成し、且つ、アウトプットカプラとして機能し、更には、波長選択素子として機能する。そして、モード同期半導体レーザ素子10と回折格子100との間に、モード同期半導体レーザ素子の光出射端面の像を回折格子上に結像させる結像手段101を有する。
The semiconductor laser device assembly of Example 1 is
(A) mode-locked semiconductor laser device 10 and
(B) An external resonator is formed, and first-order or higher-order diffracted light (specifically, in the first embodiment, specifically, first-order diffracted light) is returned to the mode-locked semiconductor laser element 10, and zero-order diffracted light is returned. Diffraction grating 100 for output to the outside,
It has. Here, the diffraction grating 100 constitutes an external resonator, functions as an output coupler, and further functions as a wavelength selection element. An image forming unit 101 is provided between the mode-locked semiconductor laser element 10 and the diffraction grating 100 to form an image of the light emitting end face of the mode-locked semiconductor laser element on the diffraction grating.

発光波長405nm帯の実施例1あるいは後述する実施例2〜実施例4におけるモード同期半導体レーザ素子10は、第1の構成あるいは第2の構成のモード同期半導体レーザ素子から成り、しかも、バイ・セクション型半導体レーザ素子から成る。ここで、バイ・セクション型半導体レーザ素子は、
(a)第1導電型(実施例1あるいは後述する実施例2〜実施例4においては、具体的には、n型導電型)を有し、GaN系化合物半導体から成る第1化合物半導体層30、GaN系化合物半導体から成る発光領域(利得領域)41及び可飽和吸収領域42を構成する第3化合物半導体層(活性層)40、並びに、第1導電型と異なる第2導電型(実施例1あるいは後述する実施例2〜実施例4においては、具体的には、p型導電型)を有し、GaN系化合物半導体から成る第2化合物半導体層50が、順次、積層されて成る積層構造体、
(b)第2化合物半導体層50上に形成された帯状の第2電極62、並びに、
(c)第1化合物半導体層30に電気的に接続された第1電極61、
を備えている。
The mode-locked semiconductor laser device 10 in the first embodiment having the emission wavelength of 405 nm band or in the second to fourth embodiments to be described later includes the mode-locked semiconductor laser device having the first configuration or the second configuration, and is bi-sectioned. Type semiconductor laser element. Here, the bi-section type semiconductor laser element is
(A) First compound semiconductor layer 30 having the first conductivity type (specifically, in Example 1 or in Examples 2 to 4 described later, specifically, n-type conductivity type) and made of a GaN-based compound semiconductor. The third compound semiconductor layer (active layer) 40 constituting the light emitting region (gain region) 41 and the saturable absorption region 42 made of a GaN-based compound semiconductor, and the second conductivity type different from the first conductivity type (Example 1) Alternatively, in Examples 2 to 4 to be described later, specifically, a laminated structure in which second compound semiconductor layers 50 having a p-type conductivity type and made of a GaN-based compound semiconductor are sequentially laminated. ,
(B) a strip-shaped second electrode 62 formed on the second compound semiconductor layer 50, and
(C) a first electrode 61 electrically connected to the first compound semiconductor layer 30;
It has.

実施例1あるいは後述する実施例2〜実施例4におけるモード同期半導体レーザ素子10は、具体的には、リッジストライプ型の分離閉じ込めヘテロ構造(SCH構造)を有する半導体レーザ素子である。より具体的には、このモード同期半導体レーザ素子10は、ブルーレイ光ディスクシステム用に開発されたインデックスガイド型のAlGaInNから成るGaN系半導体レーザ素子であり、リッジ構造(リッジストライプ構造)を有する。そして、第1化合物半導体層30、第3化合物半導体層40、及び、第2化合物半導体層50は、具体的には、AlGaInN系化合物半導体から成り、より具体的には、以下の表1に示す層構成を有する。ここで、表1において、下方に記載した化合物半導体層ほど、n型GaN基板21に近い層である。尚、第3化合物半導体層40における井戸層を構成する化合物半導体のバンドギャップは3.06eVである。尚、実施例1あるいは後述する実施例2〜実施例4におけるモード同期半導体レーザ素子10は、n型GaN基板21の(0001)面上に設けられており、第3化合物半導体層40は量子井戸構造を有する。n型GaN基板21の(0001)面は、『C面』とも呼ばれ、極性を有する結晶面である。   The mode-locked semiconductor laser device 10 in the first embodiment or in the second to fourth embodiments described later is specifically a semiconductor laser device having a ridge stripe type separated confinement heterostructure (SCH structure). More specifically, the mode-locked semiconductor laser device 10 is a GaN-based semiconductor laser device made of index guide type AlGaInN developed for a Blu-ray optical disk system, and has a ridge structure (ridge stripe structure). The first compound semiconductor layer 30, the third compound semiconductor layer 40, and the second compound semiconductor layer 50 are specifically made of an AlGaInN-based compound semiconductor, and more specifically shown in Table 1 below. It has a layer structure. Here, in Table 1, the compound semiconductor layer described below is a layer closer to the n-type GaN substrate 21. Incidentally, the band gap of the compound semiconductor constituting the well layer in the third compound semiconductor layer 40 is 3.06 eV. Note that the mode-locked semiconductor laser device 10 in Example 1 or Examples 2 to 4 described later is provided on the (0001) plane of the n-type GaN substrate 21, and the third compound semiconductor layer 40 is a quantum well. It has a structure. The (0001) plane of the n-type GaN substrate 21 is also called a “C plane” and is a crystal plane having polarity.

[表1]
第2化合物半導体層50
p型GaNコンタクト層(Mgドープ)55
p型GaN(Mgドープ)/AlGaN超格子クラッド層54
p型AlGaN電子障壁層(Mgドープ)53
ノンドープAlGaNクラッド層52
ノンドープGaInN光ガイド層51
第3化合物半導体層40
GaInN量子井戸活性層
(井戸層:Ga0.92In0.08N/障壁層:Ga0.98In0.02N)
第1化合物半導体層30
n型GaNクラッド層32
n型AlGaNクラッド層31
但し、
井戸層(2層) 10.5nm ノン・ドープ
障壁層(3層) 14nm ノン・ドープ
[Table 1]
Second compound semiconductor layer 50
p-type GaN contact layer (Mg doped) 55
p-type GaN (Mg doped) / AlGaN superlattice cladding layer 54
p-type AlGaN electron barrier layer (Mg-doped) 53
Non-doped AlGaN cladding layer 52
Non-doped GaInN optical guide layer 51
Third compound semiconductor layer 40
GaInN quantum well active layer (well layer: Ga 0.92 In 0.08 N / barrier layer: Ga 0.98 In 0.02 N)
First compound semiconductor layer 30
n-type GaN cladding layer 32
n-type AlGaN cladding layer 31
However,
Well layer (2 layers) 10.5 nm Non-doped barrier layer (3 layers) 14 nm Non-doped

また、p型GaNコンタクト層55及びp型GaN/AlGaN超格子クラッド層54の一部は、RIE法にて除去されており、リッジ構造(リッジ部56)が形成されている。リッジ部56の両側にはSiO2/Siから成る積層絶縁膜57が形成されている。尚、SiO2層が下層であり、Si層が上層である。ここで、リッジ部56の有効屈折率と積層絶縁膜57の有効屈折率との差は、5×10-3乃至1×10-2、具体的には、7×10-3である。そして、リッジ部56の頂面に相当するp型GaNコンタクト層55上には、第2電極(p側オーミック電極)62が形成されている。一方、n型GaN基板21の裏面には、Ti/Pt/Auから成る第1電極(n側オーミック電極)61が形成されている。 In addition, the p-type GaN contact layer 55 and the p-type GaN / AlGaN superlattice cladding layer 54 are partially removed by the RIE method to form a ridge structure (ridge portion 56). A laminated insulating film 57 made of SiO 2 / Si is formed on both sides of the ridge portion 56. The SiO 2 layer is the lower layer and the Si layer is the upper layer. Here, the difference between the effective refractive index of the ridge 56 and the effective refractive index of the laminated insulating film 57 is 5 × 10 −3 to 1 × 10 −2 , specifically 7 × 10 −3 . A second electrode (p-side ohmic electrode) 62 is formed on the p-type GaN contact layer 55 corresponding to the top surface of the ridge portion 56. On the other hand, a first electrode (n-side ohmic electrode) 61 made of Ti / Pt / Au is formed on the back surface of the n-type GaN substrate 21.

実施例1あるいは後述する実施例2〜実施例4におけるモード同期半導体レーザ素子10にあっては、第3化合物半導体層40及びその近傍から発生した光密度分布に、Mgドープした化合物半導体層である、p型AlGaN電子障壁層53、p型GaN/AlGaN超格子クラッド層54及びp型GaNコンタクト層55が出来るだけ重ならないようにすることで、内部量子効率が低下しない範囲で、内部損失を抑制している。そして、これにより、レーザ発振が開始される閾値電流密度を低減させている。具体的には、第3化合物半導体層40からp型AlGaN電子障壁層53までの距離dを0.10μm、リッジ部(リッジ構造)の高さを0.30μm、第2電極62と第3化合物半導体層40との間に位置する第2化合物半導体層50の厚さを0.50μm、第2電極62の下方に位置するp型GaN/AlGaN超格子クラッド層54の部分の厚さを0.40μmとした。   In the mode-locked semiconductor laser device 10 in Example 1 or Examples 2 to 4 described later, the compound semiconductor layer is Mg-doped in the light density distribution generated from the third compound semiconductor layer 40 and its vicinity. By preventing the p-type AlGaN electron barrier layer 53, the p-type GaN / AlGaN superlattice clad layer 54, and the p-type GaN contact layer 55 from overlapping as much as possible, the internal loss can be suppressed within a range in which the internal quantum efficiency does not decrease. doing. As a result, the threshold current density at which laser oscillation is started is reduced. Specifically, the distance d from the third compound semiconductor layer 40 to the p-type AlGaN electron barrier layer 53 is 0.10 μm, the height of the ridge portion (ridge structure) is 0.30 μm, the second electrode 62 and the third compound. The thickness of the second compound semiconductor layer 50 positioned between the semiconductor layer 40 is 0.50 μm, and the thickness of the portion of the p-type GaN / AlGaN superlattice clad layer 54 positioned below the second electrode 62 is 0. The thickness was 40 μm.

そして、実施例1あるいは後述する実施例2〜実施例4におけるモード同期半導体レーザ素子10において、第2電極62は、発光領域(利得領域)41を経由して第1電極61に直流電流を流すことで順バイアス状態とするための第1部分62Aと、可飽和吸収領域42に電界を加えるための第2部分62B(可飽和吸収領域42に逆バイアス電圧Vsaを加えるための第2部分62B)とに、分離溝62Cによって分離されている。ここで、第2電極62の第1部分62Aと第2部分62Bとの間の電気抵抗値(『分離抵抗値』と呼ぶ場合がある)は、第2電極62と第1電極61との間の電気抵抗値の1×10倍以上、具体的には1.5×103倍である。また、第2電極62の第1部分62Aと第2部分62Bとの間の電気抵抗値(分離抵抗値)は、1×102Ω以上、具体的には、1.5×104Ωである。 In the mode-locked semiconductor laser device 10 according to the first embodiment or the second to fourth embodiments described later, the second electrode 62 causes a direct current to flow to the first electrode 61 via the light emitting region (gain region) 41. Thus, a first portion 62A for setting a forward bias state and a second portion 62B for applying an electric field to the saturable absorption region 42 (second portion 62B for applying a reverse bias voltage V sa to the saturable absorption region 42) ) And the separation groove 62C. Here, the electric resistance value (sometimes referred to as “separation resistance value”) between the first portion 62A and the second portion 62B of the second electrode 62 is between the second electrode 62 and the first electrode 61. The electrical resistance value is 1 × 10 times or more, specifically 1.5 × 10 3 times. The electrical resistance value (separation resistance value) between the first portion 62A and the second portion 62B of the second electrode 62 is 1 × 10 2 Ω or more, specifically, 1.5 × 10 4 Ω. is there.

また、実施例1あるいは後述する実施例2の半導体レーザ装置組立体において、回折格子100は、ホログラフィック型の回折格子から成り、溝が3600本/mm、形成されている。   Further, in the semiconductor laser device assembly of Example 1 or Example 2 described later, the diffraction grating 100 is formed of a holographic diffraction grating and has 3600 grooves / mm.

図12の(A)に示すように、波長λの光が反射型の回折格子に角度αで入射し、角度βで回折するものとする。ここで、角度α,βは回折格子の法線からの角度であり、反時計回りを正とする。するとグレーティング方程式は次のとおりとなる。ここで、Nは、回折格子1mm当たりの溝の本数(回折格子周期の逆数)であり、mは回折次数(m=0,±1,±2・・・である。
sin(α)+sin(β)=N・m・λ
As shown in FIG. 12A, it is assumed that light having a wavelength λ is incident on a reflective diffraction grating at an angle α and diffracted at an angle β. Here, the angles α and β are angles from the normal line of the diffraction grating, and the counterclockwise direction is positive. Then, the grating equation is as follows. Here, N is the number of grooves per 1 mm of the diffraction grating (reciprocal of the diffraction grating period), and m is the diffraction order (m = 0, ± 1, ± 2...).
sin (α) + sin (β) = N · m · λ

溝の斜面に対して、入射光とm次の回折光が鏡面反射の関係にあるとき、m次の回折光にエネルギーの大部分が集中する。このときの溝の傾きをブレーズ角と呼び、θBで表すと、
θB=(α+β)/2
となる。また、このときの波長をブレーズ波長といい、λBと表すと、
λB={2/(N・m)}sin(θB)・cos(α−θB
となる。ここで、図12の(B)に示すように、入射光の方向に+1次の回折光が戻るときの波長をλ1で表すと、このとき、α=β=βBとなるので、結局、
λ1=(2/N)sin(θB) (A)
となる。このときの配置がリトロー配置と呼ばれる。
When the incident light and the m-th order diffracted light have a specular reflection relationship with respect to the slope of the groove, most of the energy is concentrated on the m-th order diffracted light. The inclination of the groove at this time is called the blaze angle, and expressed as θ B
θ B = (α + β) / 2
It becomes. Also, the wavelength at this time is called the blaze wavelength, and expressed as λ B
λ B = {2 / (N · m)} sin (θ B ) · cos (α−θ B )
It becomes. Here, as shown in FIG. 12B, when the wavelength when the + 1st- order diffracted light returns in the direction of the incident light is represented by λ 1 , α = β = β B at this time. ,
λ 1 = (2 / N) sin (θ B ) (A)
It becomes. This arrangement is called a Littrow arrangement.

実施例1あるいは後述する実施例2〜実施例4におけるモード同期半導体レーザ素子10において、結像手段101と対向する光出射端面には、無反射コート層(AR)が形成されている。一方、モード同期半導体レーザ素子10における光出射端面と対向する端面には、高反射コート層(HR)が形成されている。可飽和吸収領域42は、モード同期半導体レーザ素子10における光出射端面と対向する端面の側に設けられている。無反射コート層(低反射コート層)として、酸化チタン層、酸化タンタル層、酸化ジルコニア層、酸化シリコン層及び酸化アルミニウム層から成る群から選択された少なくとも2種類の層の積層構造を挙げることができる。   In the mode-locked semiconductor laser device 10 according to the first embodiment or the second to fourth embodiments described later, a non-reflective coating layer (AR) is formed on the light emitting end face facing the imaging means 101. On the other hand, a highly reflective coating layer (HR) is formed on the end face of the mode-locked semiconductor laser element 10 facing the light emitting end face. The saturable absorption region 42 is provided on the side of the end face facing the light emitting end face in the mode-locked semiconductor laser element 10. Examples of the antireflection coating layer (low reflection coating layer) include a laminated structure of at least two types of layers selected from the group consisting of a titanium oxide layer, a tantalum oxide layer, a zirconia oxide layer, a silicon oxide layer, and an aluminum oxide layer. it can.

実施例1あるいは後述する実施例2〜実施例4におけるモード同期半導体レーザ素子10のパルス繰返し周波数を1GHzとした。尚、外部共振器長さX’によって光パルス列の繰り返し周波数fが決定され、次式で表される。ここで、cは光速であり、nは導波路の屈折率である。
f=c/(2n・X’)
The pulse repetition frequency of the mode-locked semiconductor laser device 10 in Example 1 or Example 2 to Example 4 described later was set to 1 GHz. The repetition frequency f of the optical pulse train is determined by the external resonator length X ′ and is expressed by the following equation. Here, c is the speed of light, and n is the refractive index of the waveguide.
f = c / (2n · X ′)

実施例1の半導体レーザ装置組立体において、結像手段101は、正のパワーを有するレンズ、具体的には、焦点距離4.5mmの非球面の凸レンズから成る。また、モード同期半導体レーザ素子10の光出射端面に対向する端面と回折格子100との間の距離(X’)は150mmである。ここで、実施例1の半導体レーザ装置組立体にあっては、モード同期半導体レーザ素子の光出射端面におけるレーザ光の横方向の長さをL1、回折格子上に結したモード同期半導体レーザ素子の光出射端面の像の横方向の長さをL2としたとき、
1=1.6μm
2=53μm
であり、
20≦L2/L1≦50
を満足している。
In the semiconductor laser device assembly of Example 1, the imaging means 101 is composed of a lens having positive power, specifically, an aspherical convex lens having a focal length of 4.5 mm. The distance (X ′) between the end face of the mode-locked semiconductor laser element 10 facing the light emitting end face and the diffraction grating 100 is 150 mm. Here, in the semiconductor laser device assembly of Example 1, the length of the laser beam in the lateral direction at the light emitting end face of the mode-locked semiconductor laser element is L 1 , and the mode-locked semiconductor laser element is connected on the diffraction grating. When the length in the horizontal direction of the image of the light exit end face is L 2 ,
L 1 = 1.6 μm
L 2 = 53 μm
And
20 ≦ L 2 / L 1 ≦ 50
Is satisfied.

ところで、モード同期半導体レーザ素子10から出射されるレーザ光の波長は或る波長範囲を有する。そして、実施例1においては、回折格子100を回動させる回動装置(図示せず)を備えている。ここで、回動装置は圧電素子から構成され、圧電素子に電圧を印加することで生じる圧電素子の変位によって、回折格子100を回動させる。回動装置によって、回折格子100は、図1の紙面に垂直な軸線(図示せず)を中心として回動させられる。尚、図1の(C)には、回折格子100を回動させる前に回折格子100に入射角ψ0にて入射したレーザ光を実線で示し、回折格子100から出力された0次の回折光を点線で示し、回折格子100を時計方向にθ0度回動させた後の回折格子100から出力された0次の回折光を実線で示す。そして、回折格子100の回動の結果、上記の式(A)におけるθBに変化が生じ、λ1に変化が生じる。即ち、1次の回折光をモード同期半導体レーザ素子10に戻すが、この1次の回折光の波長を変えることができ、回折格子100は波長選択素子として機能する。こうして、回動装置の作動による回折格子100の回動によって、モード同期半導体レーザ素子に戻すべきレーザ光の波長を制御することができる。更には、回折格子100から出力された0次の回折光を反射する反射鏡102を更に備え、回動装置の作動による回折格子100の回動に起因した、反射鏡102によって反射された0次の回折光の光路のずれを補正する補正機構(図示せず)を更に備えている。補正機構は、具体的には、圧電素子から成る。反射鏡102によって反射されたレーザ光(0次の回折光)は、コリメートレンズ103によってコリメートされて、平行光束とされ、レーザ出力として供される。 By the way, the wavelength of the laser light emitted from the mode-locking semiconductor laser element 10 has a certain wavelength range. In the first embodiment, a rotation device (not shown) for rotating the diffraction grating 100 is provided. Here, the rotation device is composed of a piezoelectric element, and rotates the diffraction grating 100 by displacement of the piezoelectric element caused by applying a voltage to the piezoelectric element. The diffraction grating 100 is rotated about an axis (not shown) perpendicular to the paper surface of FIG. 1 by the rotation device. In FIG. 1C, the laser beam incident on the diffraction grating 100 at an incident angle ψ 0 before turning the diffraction grating 100 is indicated by a solid line, and the zero-order diffraction output from the diffraction grating 100 is shown. The light is indicated by a dotted line, and the 0th-order diffracted light output from the diffraction grating 100 after the diffraction grating 100 is rotated clockwise by 0 ° is indicated by a solid line. As a result of the rotation of the diffraction grating 100, a change occurs in θ B in the above formula (A), and a change occurs in λ 1 . That is, the first-order diffracted light is returned to the mode-locked semiconductor laser element 10, but the wavelength of the first-order diffracted light can be changed, and the diffraction grating 100 functions as a wavelength selection element. Thus, the wavelength of the laser beam to be returned to the mode-locked semiconductor laser element can be controlled by the rotation of the diffraction grating 100 by the operation of the rotation device. Furthermore, a reflection mirror 102 that reflects the 0th-order diffracted light output from the diffraction grating 100 is further provided, and the 0th order reflected by the reflection mirror 102 due to the rotation of the diffraction grating 100 due to the operation of the rotation device. And a correction mechanism (not shown) for correcting the deviation of the optical path of the diffracted light. Specifically, the correction mechanism is composed of a piezoelectric element. The laser light (0th-order diffracted light) reflected by the reflecting mirror 102 is collimated by the collimating lens 103 to be a parallel light beam, which is provided as a laser output.

回折格子100の角度を変えて選択波長を変化させると、これに伴い、図1の(C)に図示するように、0次の回折光が出力される方向が変化する。そこで、回折格子100と平行な関係を保持する反射鏡102を配置し、波長選択に伴う0次の回折光の変化を抑制する。回折格子100と平行に設置された反射鏡102は、回折格子100との間の距離が次式(B)に従うように調整される補正機構を備えており、回折格子100の角度変化に伴う0次の回折光の出射位置の変化を補正することができる。具体的には、補正機構によって、反射鏡102は、図1の紙面に垂直な軸線(図示せず)を中心として回動させられ、回折格子100と平行な位置関係を維持し、しかも、反射鏡102は回折格子100の方向に平行移動せられる。   When the selected wavelength is changed by changing the angle of the diffraction grating 100, the direction in which the 0th-order diffracted light is output changes accordingly, as shown in FIG. Therefore, a reflecting mirror 102 that maintains a parallel relationship with the diffraction grating 100 is disposed to suppress a change in 0th-order diffracted light due to wavelength selection. The reflecting mirror 102 installed in parallel with the diffraction grating 100 includes a correction mechanism that adjusts the distance between the diffraction grating 100 and the diffraction grating 100 according to the following equation (B). The change in the emission position of the next diffracted light can be corrected. Specifically, the reflecting mirror 102 is rotated about an axis (not shown) perpendicular to the paper surface of FIG. 1 by the correction mechanism, maintains a positional relationship parallel to the diffraction grating 100, and reflects. The mirror 102 is translated in the direction of the diffraction grating 100.

0・sin(ψ0)/sin(θ0+ψ0) (B) d 0 · sin (φ 0 ) / sin (θ 0 + φ 0 ) (B)

ここで、
0:基準とする波長が出力されるときの回折格子100と反射鏡102との間の距離(間隔)
ψ0:基準とするとする波長が出力されるときの回折格子100へのレーザ光の入射角
θ0:基準とする波長に対する回折格子100の角度変化量
である。
here,
d 0 : distance (interval) between the diffraction grating 100 and the reflecting mirror 102 when the reference wavelength is output
ψ 0 is the incident angle θ 0 of the laser beam to the diffraction grating 100 when the reference wavelength is output. θ 0 is the angle change amount of the diffraction grating 100 with respect to the reference wavelength.

回折格子100に入射する光束と反射鏡102から出射する光束は互いに平行であり、それぞれの光束の間隔は次式で与えられる。
2d0・sin(ψ0+θ0
光束の間隔はθ0に依存するため、θ0の変化に応じて光束の間隔が変化しないように回折格子100と反射鏡102を、互いに平行な関係を保持しつつ、その間隔を変化させればよく、これは上記の式(B)で与えられる。反射鏡102を回折格子100の方向に平行移動するためには、例えば、反射鏡102を回折格子100と同じ回動する台の上に配置し、回動台の回動に合わせて回折格子100との間隔が上式(B)を満足するように、圧電素子等を用いて反射鏡102を動かせばよい。
The light beam incident on the diffraction grating 100 and the light beam emitted from the reflecting mirror 102 are parallel to each other, and the interval between the light beams is given by the following equation.
2d 0 · sin (ψ 0 + θ 0 )
Because the spacing between the light beams depends on the theta 0, the diffraction grating 100 and the reflecting mirror 102 so that the distance of the light beam does not change in response to changes in theta 0, while maintaining the parallel relationship to each other, by changing the interval This is given by the above formula (B). In order to translate the reflecting mirror 102 in the direction of the diffraction grating 100, for example, the reflecting mirror 102 is disposed on the same rotating base as the diffraction grating 100, and the diffraction grating 100 is synchronized with the rotation of the rotating base. The reflecting mirror 102 may be moved by using a piezoelectric element or the like so that the distance between and the above satisfies the above formula (B).

回折格子100からモード同期半導体レーザ素子10に戻るレーザ光は、回折格子100によって空間的に分散されるため、上述したとおり、回折格子100の角度θ0を適宜設定することでモード同期半導体レーザ素子10に戻されるレーザ光の波長を選択することができる。そして、回折格子100からの0次の回折光(回折格子100における反射光)を、外部共振器としての回折格子100から、出力として取り出す。 Since the laser light returning from the diffraction grating 100 to the mode-locked semiconductor laser element 10 is spatially dispersed by the diffraction grating 100, the mode-locked semiconductor laser element is set by appropriately setting the angle θ 0 of the diffraction grating 100 as described above. The wavelength of the laser beam returned to 10 can be selected. Then, 0th-order diffracted light (reflected light at the diffraction grating 100) from the diffraction grating 100 is taken out as an output from the diffraction grating 100 as an external resonator.

モード同期半導体レーザ素子10の共振器長を600μm、第2電極62の第1部分62A、第2部分62B、分離溝62Cのそれぞれの長さを、580μm、10μm、10μmとした。このようなモード同期半導体レーザ素子10を備えた実施例1の半導体レーザ装置組立体にあっては、第2電極62の第1部分62Aに流す電流を90ミリアンペア、第2電極62の第1部分62Aに印加する逆バイアス電圧を18ボルトとしたとき、12.2ミリワットの平均パワーが得られた。   The resonator length of the mode-locked semiconductor laser device 10 is 600 μm, and the lengths of the first portion 62A, the second portion 62B, and the separation groove 62C of the second electrode 62 are 580 μm, 10 μm, and 10 μm. In the semiconductor laser device assembly according to the first embodiment provided with such a mode-locking semiconductor laser element 10, the current flowing through the first portion 62 </ b> A of the second electrode 62 is 90 mA, and the first portion of the second electrode 62. When the reverse bias voltage applied to 62A was 18 volts, an average power of 12.2 milliwatts was obtained.

一方、同じモード同期半導体レーザ素子10を用い、同じ駆動条件において、図13に示すようなバンドパスフィルター(Δλ=0.8nm)と部分透過ミラー(反射率20%)の組合せから成る半導体レーザ装置組立体にあっては、7.7ミリワットの平均パワーが得られたに過ぎなかった。   On the other hand, a semiconductor laser device comprising a combination of a bandpass filter (Δλ = 0.8 nm) and a partial transmission mirror (reflectance 20%) as shown in FIG. In the assembly, an average power of only 7.7 milliwatts was obtained.

実施例1の半導体レーザ装置組立体にあっては、モード同期半導体レーザ素子と回折格子との間に、モード同期半導体レーザ素子の光出射端面の像を回折格子上に結像させる結像手段を有する。即ち、モード同期半導体レーザ素子の光出射端面から出射され、回折格子に入射するレーザ光は平行光束ではない。それ故、モード同期動作が不安定になることを抑制することができる。   In the semiconductor laser device assembly of Example 1, the imaging means for forming an image of the light emitting end face of the mode-locked semiconductor laser element on the diffraction grating between the mode-locked semiconductor laser element and the diffraction grating. Have. That is, the laser beam emitted from the light emitting end face of the mode-locked semiconductor laser element and entering the diffraction grating is not a parallel light beam. Therefore, it is possible to suppress the mode synchronization operation from becoming unstable.

ところで、上述したとおり、第2化合物半導体層50上に、1×102Ω以上の分離抵抗値を有する2電極62を形成することが望ましい。GaN系半導体レーザ素子の場合、従来のGaAs系半導体レーザ素子とは異なり、p型導電型を有する化合物半導体における移動度が小さいために、p型導電型を有する第2化合物半導体層50をイオン注入等によって高抵抗化することなく、その上に形成される第2電極62を分離溝62Cで分離することで、第2電極62の第1部分62Aと第2部分62Bとの間の電気抵抗値を第2電極62と第1電極61との間の電気抵抗値の10倍以上とし、あるいは又、第2電極62の第1部分62Aと第2部分62Bとの間の電気抵抗値を1×102Ω以上とすることが可能となる。 Incidentally, as described above, it is desirable to form the two electrodes 62 having a separation resistance value of 1 × 10 2 Ω or more on the second compound semiconductor layer 50. In the case of a GaN-based semiconductor laser element, unlike a conventional GaAs-based semiconductor laser element, the mobility of a compound semiconductor having a p-type conductivity is small, and therefore the second compound semiconductor layer 50 having a p-type conductivity is ion-implanted. The second electrode 62 formed on the second electrode 62 is separated by the separation groove 62C without increasing the resistance by, for example, the electric resistance value between the first portion 62A and the second portion 62B of the second electrode 62. Is 10 times or more of the electric resistance value between the second electrode 62 and the first electrode 61, or the electric resistance value between the first portion 62A and the second portion 62B of the second electrode 62 is 1 ×. It becomes possible to set it to 10 2 Ω or more.

ここで、第2電極62に要求される特性は、以下のとおりである。即ち、
(1)第2化合物半導体層50をエッチングするときのエッチング用マスクとしての機能を有すること。
(2)第2化合物半導体層50の光学的、電気的特性に劣化を生じさせることなく、第2電極62はウエットエッチング可能であること。
(3)第2化合物半導体層50上に成膜したとき、10-2Ω・cm2以下のコンタクト比抵抗値を示すこと。
(4)積層構造とする場合、下層金属層を構成する材料は、仕事関数が大きく、第2化合物半導体層50に対して低いコンタクト比抵抗値を示し、しかも、ウエットエッチング可能であること。
(5)積層構造とする場合、上層金属層を構成する材料は、リッジ構造を形成する際のエッチングに対して(例えば、RIE法において使用されるCl2ガス)に対して耐性があり、しかも、ウエットエッチング可能であること。
Here, the characteristics required for the second electrode 62 are as follows. That is,
(1) It has a function as an etching mask when the second compound semiconductor layer 50 is etched.
(2) The second electrode 62 can be wet-etched without causing deterioration in the optical and electrical characteristics of the second compound semiconductor layer 50.
(3) When a film is formed on the second compound semiconductor layer 50, the contact specific resistance value is 10 −2 Ω · cm 2 or less.
(4) In the case of a laminated structure, the material constituting the lower metal layer has a large work function, exhibits a low contact specific resistance value with respect to the second compound semiconductor layer 50, and can be wet etched.
(5) In the case of a laminated structure, the material constituting the upper metal layer is resistant to etching (for example, Cl 2 gas used in the RIE method) when forming the ridge structure, and Can be wet etched.

実施例1あるいは後述する実施例2〜実施例4にあっては、第2電極62を厚さ0.1μmのPd単層から構成した。   In Example 1 or Examples 2 to 4 to be described later, the second electrode 62 is composed of a Pd single layer having a thickness of 0.1 μm.

尚、p型GaN層及びp型AlGaN層が交互に積層された超格子構造を有するp型GaN/AlGaN超格子クラッド層54の厚さは0.7μm以下、具体的には、0.4μmであり、超格子構造を構成するp型GaN層の厚さは2.5nmであり、超格子構造を構成するp型AlGaN層の厚さは2.5nmであり、p型GaN層及びp型AlGaN層の層数合計は160層である。また、第3化合物半導体層40から第2電極62までの距離は1μm以下、具体的には0.5μmである。更には、第2化合物半導体層50を構成するp型AlGaN電子障壁層53、p型GaN/AlGaN超格子クラッド層54、p型GaNコンタクト層55には、Mgが、1×1019cm-3以上(具体的には、2×1019cm-3)、ドーピングされており、波長405nmの光に対する第2化合物半導体層50の吸収係数は、少なくとも50cm-1、具体的には、65cm-1である。また、第2化合物半導体層50は、第3化合物半導体層側から、ノンドープ化合物半導体層(ノンドープGaInN光ガイド層51及びノンドープAlGaNクラッド層52)、並びに、p型化合物半導体層を有しているが、第3化合物半導体層40からp型化合物半導体層(具体的には、p型AlGaN電子障壁層53)までの距離(d)は1.2×10-7m以下、具体的には100nmである。 The p-type GaN / AlGaN superlattice cladding layer 54 having a superlattice structure in which p-type GaN layers and p-type AlGaN layers are alternately stacked has a thickness of 0.7 μm or less, specifically 0.4 μm. And the thickness of the p-type GaN layer constituting the superlattice structure is 2.5 nm, the thickness of the p-type AlGaN layer constituting the superlattice structure is 2.5 nm, and the p-type GaN layer and the p-type AlGaN The total number of layers is 160 layers. The distance from the third compound semiconductor layer 40 to the second electrode 62 is 1 μm or less, specifically 0.5 μm. Further, the p-type AlGaN electron barrier layer 53, the p-type GaN / AlGaN superlattice cladding layer 54, and the p-type GaN contact layer 55 constituting the second compound semiconductor layer 50 have a Mg content of 1 × 10 19 cm −3. As described above (specifically, 2 × 10 19 cm −3 ), the absorption coefficient of the second compound semiconductor layer 50 with respect to light having a wavelength of 405 nm is at least 50 cm −1 , specifically, 65 cm −1. It is. The second compound semiconductor layer 50 includes a non-doped compound semiconductor layer (a non-doped GaInN light guide layer 51 and a non-doped AlGaN cladding layer 52) and a p-type compound semiconductor layer from the third compound semiconductor layer side. The distance (d) from the third compound semiconductor layer 40 to the p-type compound semiconductor layer (specifically, the p-type AlGaN electron barrier layer 53) is 1.2 × 10 −7 m or less, specifically 100 nm. is there.

以下、図9の(A)、(B)、図10の(A)、(B)、図11を参照して、実施例1あるいは後述する実施例2〜実施例3におけるモード同期半導体レーザ素子の製造方法を説明する。尚、図9の(A)、(B)、図10の(A)、(B)は、基板等をYZ平面にて切断したときの模式的な一部断面図であり、図11は、基板等をXZ平面にて切断したときの模式的な一部端面図である。   Hereinafter, with reference to FIGS. 9A and 9B, FIGS. 10A and 10B, and FIG. 11, the mode-locked semiconductor laser device according to the first embodiment or the second to third embodiments described later. The manufacturing method will be described. 9A, 9B, 10A, and 10B are schematic partial cross-sectional views when the substrate or the like is cut along the YZ plane. FIG. It is a typical partial end view when a board | substrate etc. are cut | disconnected by XZ plane.

[工程−100]
先ず、基体上、具体的には、n型GaN基板21の(0001)面上に、周知のMOCVD法に基づき、第1導電型(n型導電型)を有し、GaN系化合物半導体から成る第1化合物半導体層30、GaN系化合物半導体から成る発光領域(利得領域)41及び可飽和吸収領域42を構成する第3化合物半導体層(活性層40)、並びに、第1導電型と異なる第2導電型(p型導電型)を有し、GaN系化合物半導体から成る第2化合物半導体層50が、順次、積層されて成る積層構造体を形成する(図9の(A)参照)。
[Step-100]
First, on the base, specifically, on the (0001) plane of the n-type GaN substrate 21, based on the well-known MOCVD method, has the first conductivity type (n-type conductivity type) and is made of a GaN-based compound semiconductor. A first compound semiconductor layer 30, a third compound semiconductor layer (active layer 40) constituting a light emitting region (gain region) 41 and a saturable absorption region 42 made of a GaN-based compound semiconductor, and a second different from the first conductivity type A second compound semiconductor layer 50 having a conductivity type (p-type conductivity type) and made of a GaN-based compound semiconductor is sequentially stacked to form a stacked structure (see FIG. 9A).

[工程−110]
その後、第2化合物半導体層50上に帯状の第2電極62を形成する。具体的には、真空蒸着法に基づきPd層63を全面に成膜した後(図9の(B)参照)、Pd層63上に、フォトリソグラフィ技術に基づき帯状のエッチング用レジスト層を形成する。そして、王水を用いて、エッチング用レジスト層に覆われていないPd層63を除去した後、エッチング用レジスト層を除去する。こうして、図10の(A)に示す構造を得ることができる。尚、リフトオフ法に基づき、第2化合物半導体層50上に帯状の第2電極62を形成してもよい。
[Step-110]
Thereafter, a strip-shaped second electrode 62 is formed on the second compound semiconductor layer 50. Specifically, after a Pd layer 63 is formed on the entire surface based on a vacuum deposition method (see FIG. 9B), a strip-shaped etching resist layer is formed on the Pd layer 63 based on a photolithography technique. . Then, using aqua regia, the Pd layer 63 not covered with the etching resist layer is removed, and then the etching resist layer is removed. Thus, the structure shown in FIG. 10A can be obtained. Note that the strip-shaped second electrode 62 may be formed on the second compound semiconductor layer 50 based on a lift-off method.

[工程−120]
次いで、第2電極62をエッチング用マスクとして、少なくとも第2化合物半導体層50の一部分をエッチングして(具体的には、第2化合物半導体層50の一部分をエッチングして)、リッジ構造を形成する。具体的には、Cl2ガスを用いたRIE法に基づき、第2電極62をエッチング用マスクとして用いて、第2化合物半導体層50の一部分をエッチングする。こうして、図10の(B)に示す構造を得ることができる。このように、帯状にパターニングされた第2電極62をエッチング用マスクとして用いてセルフアライン方式にてリッジ構造を形成するので、第2電極62とリッジ構造との間に合わせずれが生じることがない。
[Step-120]
Next, using the second electrode 62 as an etching mask, at least a portion of the second compound semiconductor layer 50 is etched (specifically, a portion of the second compound semiconductor layer 50 is etched) to form a ridge structure. . Specifically, based on the RIE method using Cl 2 gas, a part of the second compound semiconductor layer 50 is etched using the second electrode 62 as an etching mask. Thus, the structure shown in FIG. 10B can be obtained. As described above, since the ridge structure is formed by the self-alignment method using the second electrode 62 patterned in a band shape as an etching mask, there is no misalignment between the second electrode 62 and the ridge structure.

[工程−130]
その後、分離溝を第2電極62に形成するためのレジスト層64を形成する(図11参照)。尚、参照番号65は、分離溝を形成するために、レジスト層64に設けられた開口部である。次いで、レジスト層64をウエットエッチング用マスクとして、第2電極62に分離溝62Cをウエットエッチング法にて形成し、以て、第2電極62を第1部分62Aと第2部分62Bとに分離溝62Cによって分離する。具体的には、王水をエッチング液として用い、王水に約10秒、全体を浸漬することで、第2電極62に分離溝62Cを形成する。そして、その後、レジスト層64を除去する。こうして、図2及び図3に示す構造を得ることができる。このように、ドライエッチング法と異なり、ウエットエッチング法を採用することで、第2化合物半導体層50の光学的、電気的特性に劣化が生じることがない。それ故、モード同期半導体レーザ素子の発光特性に劣化が生じることがない。尚、ドライエッチング法を採用した場合、第2化合物半導体層50の内部損失αiが増加し、閾値電圧が上昇したり、光出力の低下を招く虞がある。ここで、第2電極62のエッチングレートをER0、積層構造体のエッチングレートをER1としたとき、
ER0/ER1≒1×102
である。このように、第2電極62と第2化合物半導体層50との間に高いエッチング選択比が存在するが故に、積層構造体をエッチングすること無く(あるいは、エッチングされても僅かである)、第2電極62を確実にエッチングすることができる。尚、ER0/ER1≧1×10、好ましくは、ER0/ER1≧1×102を満足することが望ましい。
[Step-130]
Thereafter, a resist layer 64 for forming the separation groove in the second electrode 62 is formed (see FIG. 11). Reference numeral 65 is an opening provided in the resist layer 64 in order to form a separation groove. Next, using the resist layer 64 as a wet etching mask, a separation groove 62C is formed in the second electrode 62 by a wet etching method, whereby the second electrode 62 is separated into the first portion 62A and the second portion 62B. Separate by 62C. Specifically, a separation groove 62 </ b> C is formed in the second electrode 62 by using aqua regia as an etchant and immersing the whole in aqua regia for about 10 seconds. Thereafter, the resist layer 64 is removed. Thus, the structure shown in FIGS. 2 and 3 can be obtained. As described above, unlike the dry etching method, the wet etching method is employed, so that the optical and electrical characteristics of the second compound semiconductor layer 50 are not deteriorated. Therefore, the light emission characteristics of the mode-locked semiconductor laser element do not deteriorate. When the dry etching method is employed, the internal loss α i of the second compound semiconductor layer 50 increases, which may increase the threshold voltage or decrease the light output. Here, when the etching rate of the second electrode 62 is ER 0 and the etching rate of the laminated structure is ER 1 ,
ER 0 / ER 1 ≒ 1 × 10 2
It is. As described above, since a high etching selection ratio exists between the second electrode 62 and the second compound semiconductor layer 50, the stacked structure is not etched (or slightly etched). The two electrodes 62 can be reliably etched. It should be noted that ER 0 / ER 1 ≧ 1 × 10, preferably ER 0 / ER 1 ≧ 1 × 10 2 is satisfied.

第2電極を、厚さ20nmのパラジウム(Pd)から成る下層金属層と、厚さ200nmのニッケル(Ni)から成る上層金属層の積層構造としてもよい。ここで、王水によるウエットエッチングにあっては、ニッケルのエッチングレートは、パラジウムのエッチングレートの約1.25倍である。   The second electrode may have a laminated structure of a lower metal layer made of palladium (Pd) having a thickness of 20 nm and an upper metal layer made of nickel (Ni) having a thickness of 200 nm. Here, in wet etching with aqua regia, the etching rate of nickel is about 1.25 times the etching rate of palladium.

[工程−140]
その後、n側電極の形成、基板の劈開等を行い、更に、パッケージ化を行うことで、モード同期半導体レーザ素子10を作製することができる。
[Step-140]
Thereafter, the mode-locked semiconductor laser device 10 can be fabricated by forming an n-side electrode, cleaving the substrate, and packaging.

一般に、半導体層の抵抗R(Ω)は、半導体層を構成する材料の比抵抗値ρ(Ω・m)、半導体層の長さX0(m)、半導体層の断面積S(m2)、キャリア密度n(cm-3)、電荷量e(C)、移動度μ(m2/V秒)を用いて以下のように表される。 In general, the resistance R (Ω) of the semiconductor layer is the specific resistance value ρ (Ω · m) of the material constituting the semiconductor layer, the length X 0 (m) of the semiconductor layer, and the cross-sectional area S (m 2 ) of the semiconductor layer. , The carrier density n (cm −3 ), the charge amount e (C), and the mobility μ (m 2 / V second) are expressed as follows.

R=(ρ・X0)/S
=X0/(n・e・μ・S)
R = (ρ · X 0 ) / S
= X 0 / (n · e · μ · S)

p型GaN系半導体の移動度は、p型GaAs系半導体に比べて、2桁以上小さいため、電気抵抗値が高くなり易い。よって、幅1.5μm、高さ0.35μmといった断面積が小さいリッジ構造を有する半導体レーザ素子の電気抵抗値は、上式から、大きな値となることが判る。   Since the mobility of the p-type GaN-based semiconductor is two orders of magnitude smaller than that of the p-type GaAs-based semiconductor, the electric resistance value tends to be high. Therefore, it can be seen from the above formula that the electrical resistance value of the semiconductor laser element having a ridge structure with a small cross-sectional area such as a width of 1.5 μm and a height of 0.35 μm is a large value.

製作したモード同期半導体レーザ素子10の第2電極62の第2部分62Aと第2部分62Bとの間の電気抵抗値を4端子法にて測定した結果、分離溝62Cの幅が20μmのとき、第2電極62の第1部分62Aと第2部分62Bとの間の電気抵抗値は15kΩであった。また、製作したモード同期半導体レーザ素子10において、第2電極62の第1部分62Aから発光領域41を経由して第1電極61に直流電流を流して順バイアス状態とし、第1電極61と第2電極62の第2部分62Bとの間に逆バイアス電圧Vsaを印加することによって可飽和吸収領域42に電界を加えることで、セルフ・パルセーション動作させることができた。即ち、第2電極62の第1部分62Aと第2部分62Bとの間の電気抵抗値は、第2電極62と第1電極61との間の電気抵抗値の10倍以上であり、あるいは又、1×102Ω以上である。従って、第2電極62の第1部分62Aから第2部分62Bへの漏れ電流の流れを確実に抑制することができる結果、発光領域41を順バイアス状態とし、しかも、可飽和吸収領域42を確実に逆バイアス状態とすることができ、確実にシングルモードのセルフ・パルセーション動作を生じさせることができた。 As a result of measuring the electrical resistance value between the second portion 62A and the second portion 62B of the second electrode 62 of the manufactured mode-locked semiconductor laser device 10 by the four-terminal method, when the width of the separation groove 62C is 20 μm, The electrical resistance value between the first portion 62A and the second portion 62B of the second electrode 62 was 15 kΩ. In the manufactured mode-locked semiconductor laser device 10, a direct current is passed from the first portion 62 A of the second electrode 62 to the first electrode 61 via the light emitting region 41, so that the forward bias state is established. By applying a reverse bias voltage V sa between the second electrode 62B of the two electrodes 62 and applying an electric field to the saturable absorption region 42, a self-pulsation operation could be performed. That is, the electrical resistance value between the first portion 62A and the second portion 62B of the second electrode 62 is 10 times or more the electrical resistance value between the second electrode 62 and the first electrode 61, or 1 × 10 2 Ω or more. Accordingly, the leakage current flow from the first portion 62A to the second portion 62B of the second electrode 62 can be reliably suppressed. As a result, the light emitting region 41 is set in the forward bias state, and the saturable absorption region 42 is reliably secured. Therefore, it was possible to generate a single mode self-pulsation operation.

実施例2は、本発明の第2の態様に係る半導体レーザ装置組立体に関する。実施例2の半導体レーザ装置組立体の概念図を図4の(A)に示し、実施例2の半導体レーザ装置組立体における回折格子の部分を拡大した模式図を図4の(B)及び(C)に示す。   Example 2 relates to a semiconductor laser device assembly according to a second aspect of the present invention. A conceptual diagram of the semiconductor laser device assembly of Example 2 is shown in FIG. 4A, and a schematic diagram enlarging the diffraction grating portion in the semiconductor laser device assembly of Example 2 is shown in FIGS. C).

実施例2の半導体レーザ装置組立体は、
(A)モード同期半導体レーザ素子10、
(B)0次の回折光を外部に出力する回折格子100、及び、
(C)回折格子100からの1次以上の回折光を反射し、回折格子を経由してモード同期半導体レーザ素子10に戻す反射鏡から成る外部共振器110、
を備えており、
モード同期半導体レーザ素子10と回折格子100の間に、モード同期半導体レーザ素子10から出射されたレーザ光を外部共振器110上で焦点を結ばせる結像手段101を有する。ここで、回折格子100はアウトプットカプラとして機能し、回折格子100及び外部共振器110は波長選択素子として機能する。
The semiconductor laser device assembly of Example 2 is
(A) Mode-locked semiconductor laser element 10,
(B) a diffraction grating 100 that outputs 0th-order diffracted light to the outside; and
(C) an external resonator 110 including a reflecting mirror that reflects first-order or higher-order diffracted light from the diffraction grating 100 and returns it to the mode-locked semiconductor laser element 10 via the diffraction grating;
With
Between the mode-locking semiconductor laser element 10 and the diffraction grating 100, there is an image forming means 101 for focusing the laser light emitted from the mode-locking semiconductor laser element 10 on the external resonator 110. Here, the diffraction grating 100 functions as an output coupler, and the diffraction grating 100 and the external resonator 110 function as wavelength selection elements.

実施例2の半導体レーザ装置組立体において、結像手段101は、正のパワーを有するレンズ、具体的には、凸レンズから成る。また、外部共振器110を構成する反射鏡は凹面鏡から成る。尚、凹面鏡の曲率半径は、回折格子100から凹面鏡までの距離と等しい。即ち、モード同期半導体レーザ素子10から出射されたレーザ光が入射(衝突)する回折格子100の領域に凹面鏡の曲率中心が含まれる。更には、回折格子100と外部共振器110との間には、外部共振器110へのレーザ光の入射を規制する複数のアパーチャ111が配されている。アパーチャ111は、具体的には、多数のセグメントを有する透過型液晶表示装置112から成る。また、回折格子100によって外部に出力されたレーザ光(0次の回折光)は、必要に応じて反射鏡102によって反射され、コリメートレンズ103によってコリメートされて、平行光束とされ、レーザ出力として供される。   In the semiconductor laser device assembly according to the second embodiment, the image forming unit 101 includes a lens having a positive power, specifically, a convex lens. The reflecting mirror constituting the external resonator 110 is a concave mirror. The radius of curvature of the concave mirror is equal to the distance from the diffraction grating 100 to the concave mirror. That is, the center of curvature of the concave mirror is included in the region of the diffraction grating 100 where the laser light emitted from the mode-locking semiconductor laser element 10 enters (collises). Furthermore, between the diffraction grating 100 and the external resonator 110, a plurality of apertures 111 for restricting the incidence of laser light to the external resonator 110 are arranged. Specifically, the aperture 111 includes a transmissive liquid crystal display device 112 having a large number of segments. Further, the laser light (0th-order diffracted light) output to the outside by the diffraction grating 100 is reflected by the reflecting mirror 102 as necessary, collimated by the collimating lens 103 to be a parallel light beam, and used as a laser output. Is done.

モード同期半導体レーザ素子10から出射されるレーザ光の波長は或る波長範囲を有する。従って、回折格子100において回折された1次の回折光は、モード同期半導体レーザ素子10から出射されるレーザ光の波長に依存して、図4の(C)に示すように、多数の領域で外部共振器110に衝突し得る。ここで、図4の(C)に示すように、多数のセグメントを有する透過型液晶表示装置112の所望のセグメント111においてレーザ光を透過させることによって、モード同期半導体レーザ素子10から出射された、所望の波長を有するレーザ光のみが、凹面鏡から成る外部共振器110に衝突し、外部共振器110によって反射され、透過型液晶表示装置112の所望のセグメント111を再び通過し、回折格子100に衝突し、モード同期半導体レーザ素子10に戻される。このように、アパーチャ111を選択することで、モード同期半導体レーザ素子10に戻すべきレーザ光の波長を制御することができる。   The wavelength of the laser light emitted from the mode-locking semiconductor laser element 10 has a certain wavelength range. Accordingly, the first-order diffracted light diffracted by the diffraction grating 100 depends on the wavelength of the laser light emitted from the mode-locked semiconductor laser element 10 as shown in FIG. It can collide with the external resonator 110. Here, as shown in FIG. 4C, the laser beam is transmitted through the desired segment 111 of the transmissive liquid crystal display device 112 having a large number of segments, thereby being emitted from the mode-locked semiconductor laser element 10. Only the laser beam having a desired wavelength collides with the external resonator 110 formed of a concave mirror, is reflected by the external resonator 110, passes again through the desired segment 111 of the transmissive liquid crystal display device 112, and collides with the diffraction grating 100. Then, it is returned to the mode-locked semiconductor laser element 10. Thus, by selecting the aperture 111, the wavelength of the laser light to be returned to the mode-locked semiconductor laser element 10 can be controlled.

実施例2の半導体レーザ装置組立体にあっては、モード同期半導体レーザ素子と回折格子の間に、モード同期半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を外部共振器上で焦点を結ばせる結像手段を有する。即ち、モード同期半導体レーザ素子の光出射端面から出射され、回折格子に入射(衝突)するレーザ光は平行光束ではない。それ故、モード同期動作が不安定になることを抑制することができる。また、モード同期半導体レーザ素子から出射され、回折格子に衝突するレーザ光の面積を、実施例1よりも広くすることができ、回折効率の向上を図ることができるし、波長選択性も実施例1より拡大する。また、可動機構も不要である。   In the semiconductor laser device assembly according to the second embodiment, the imaging means for focusing the laser light emitted from the mode-locked semiconductor laser element on the external resonator between the mode-locked semiconductor laser element and the diffraction grating. Have That is, the laser beam emitted from the light emitting end face of the mode-locked semiconductor laser element and entering (collising) the diffraction grating is not a parallel light beam. Therefore, it is possible to suppress the mode synchronization operation from becoming unstable. Further, the area of the laser light emitted from the mode-locked semiconductor laser element and colliding with the diffraction grating can be made wider than that of the first embodiment, the diffraction efficiency can be improved, and the wavelength selectivity is also the embodiment. It expands from 1. Moreover, a movable mechanism is also unnecessary.

実施例3は、本発明の第3の態様に係る半導体レーザ装置組立体に関する。実施例3の半導体レーザ装置組立体の概念図を図5の(A)に示す。   Example 3 relates to a semiconductor laser device assembly according to a third aspect of the present invention. A conceptual diagram of the semiconductor laser device assembly of Example 3 is shown in FIG.

実施例3の半導体レーザ装置組立体は、
(A)モード同期半導体レーザ素子10、
(B)外部共振器120、
(C)モード同期半導体レーザ素子10と外部共振器120の間に配置され、膜厚を連続的に変化させたバンドパスフィルター121、及び、
(D)バンドパスフィルター121を移動させる移動装置122、
を備えている。
The semiconductor laser device assembly of Example 3 is
(A) Mode-locked semiconductor laser element 10,
(B) external resonator 120,
(C) a band-pass filter 121 disposed between the mode-locked semiconductor laser element 10 and the external resonator 120 and having a film thickness continuously changed; and
(D) a moving device 122 that moves the bandpass filter 121;
It has.

そして、バンドパスフィルター121に衝突したレーザ光の一部は、出力光1(図5の(A)参照)として、外部に出力される。図5の(A)に示した例では、外部に出力されたレーザ光(出力光1)は、反射鏡125によって反射され、所望の領域に導出される。一方、バンドパスフィルター121に衝突したレーザ光の残部は、バンドパスフィルター121を通過し、外部共振器120に入射し、外部共振器120で反射され、バンドパスフィルター121を通過してモード同期半導体レーザ素子10に戻される。尚、バンドパスフィルター121を通過してモード同期半導体レーザ素子10に戻されるレーザ光の一部は、バンドパスフィルター121によって反射される。このときのバンドパスフィルター121によって反射されたレーザ光の出射方向は、出力光1の出射方向と反対向きの方向であり、このようなバンドパスフィルター121によって反射されたレーザ光は、例えば、光検出器から構成されたモニター出力光として用いることができる。尚、参照番号124は、モード同期半導体レーザ素子10から出射されたレーザ光を平行光とするためのレンズを示す。   A part of the laser light colliding with the bandpass filter 121 is output to the outside as output light 1 (see FIG. 5A). In the example shown in FIG. 5A, the laser light (output light 1) output to the outside is reflected by the reflecting mirror 125 and led to a desired region. On the other hand, the remainder of the laser light that has collided with the bandpass filter 121 passes through the bandpass filter 121, enters the external resonator 120, is reflected by the external resonator 120, passes through the bandpass filter 121, and passes through the mode-locked semiconductor. Returned to the laser element 10. A part of the laser light that passes through the band-pass filter 121 and returns to the mode-locked semiconductor laser element 10 is reflected by the band-pass filter 121. The emission direction of the laser light reflected by the bandpass filter 121 at this time is the direction opposite to the emission direction of the output light 1, and the laser light reflected by such a bandpass filter 121 is, for example, light It can be used as monitor output light composed of a detector. Reference numeral 124 denotes a lens for making the laser light emitted from the mode-locked semiconductor laser element 10 parallel light.

バンドパスフィルター121は、例えば、低誘電率を有する誘電体薄膜と、高誘電率を有する誘電体薄膜とを積層することで得ることができるし、膜厚の連続的な変化は、例えば、斜めスパッタリング法等に基づき誘電体薄膜を成膜することで達成することができる。   The band-pass filter 121 can be obtained, for example, by laminating a dielectric thin film having a low dielectric constant and a dielectric thin film having a high dielectric constant. This can be achieved by forming a dielectric thin film based on a sputtering method or the like.

移動装置122は圧電素子から成り、圧電素子に電圧を印加することで生じる圧電素子の変位によって、バンドパスフィルター121を、図5の(A)の矢印の方向に移動させる。このように、バンドパスフィルター121を移動させることで、誘電体薄膜積層体における異なる膜厚の領域に、モード同期半導体レーザ素子10から出射したレーザ光を衝突させることができるので、出力光1の波長を選択することができる。即ち、バンドパスフィルター121は波長選択素子として機能し、しかも、アウトプットカプラとしても機能する。尚、波長選択に伴う出力光の方向、位置ずれは生じない。   The moving device 122 includes a piezoelectric element, and moves the bandpass filter 121 in the direction of the arrow in FIG. 5A by displacement of the piezoelectric element caused by applying a voltage to the piezoelectric element. In this way, by moving the bandpass filter 121, the laser light emitted from the mode-locked semiconductor laser element 10 can collide with regions having different film thicknesses in the dielectric thin film stack. The wavelength can be selected. That is, the band pass filter 121 functions as a wavelength selection element and also functions as an output coupler. Note that there is no deviation in the direction and position of the output light due to wavelength selection.

従来の技術にあっては、モード同期半導体レーザ素子における波長選択素子としてバンドパスフィルターを用いると、予想外の光損失を与えることが判明したが、この光損失は、主に、バンドパスフィルターからの反射光に起因するものであり、この反射光はモード同期半導体レーザ素子への戻り光である。一方、実施例3にあっては、波長選択素子であるバンドパスフィルターからの反射光を出力光1として取り出すことで、強い平均光出力、例えば、従来の技術と比較して1.5倍乃至2倍程度、強い平均光出力を得ることができる。   In the prior art, it has been found that if a bandpass filter is used as a wavelength selection element in a mode-locked semiconductor laser element, an unexpected optical loss is caused, but this optical loss is mainly caused by a bandpass filter. This reflected light is the return light to the mode-locked semiconductor laser element. On the other hand, in the third embodiment, the reflected light from the band pass filter that is a wavelength selection element is extracted as the output light 1, so that a strong average light output, for example, 1.5 times or more compared with the conventional technique. A strong average light output can be obtained about twice as much.

尚、外部共振器120を、例えば、反射率20%程度の部分透過ミラー(半透過ミラー、ハーフミラー)から構成してもよく、これによって、外部共振器120に衝突したレーザ光の一部を外部に取り出すことができる(図5の(A)においては、出力光2で示す)。例えば、第2電極62の第1部分62Aに流す電流を110ミリアンペア、第2電極62の第1部分62Aに印加する逆バイアス電圧を13ボルトとしたとき、出力光1の光出力が20ミリワット、出力光2の光出力が10ミリワットといった平均光出力を得ることができた。   Note that the external resonator 120 may be constituted by, for example, a partially transmissive mirror (semi-transmissive mirror, half mirror) having a reflectivity of about 20%, whereby a part of the laser light colliding with the external resonator 120 is absorbed. It can be taken out (indicated by output light 2 in FIG. 5A). For example, when the current flowing through the first portion 62A of the second electrode 62 is 110 milliamperes and the reverse bias voltage applied to the first portion 62A of the second electrode 62 is 13 volts, the optical output of the output light 1 is 20 milliwatts, It was possible to obtain an average light output such that the light output of the output light 2 was 10 milliwatts.

モード同期半導体レーザ素子10と外部共振器120との間に、具体的には、外部共振器120とバンドパスフィルター121との間に、モード同期半導体レーザ素子10の光出射端面の像を外部共振器上に結像させる、正のパワーを有するレンズ、具体的には、凸レンズから成る結像手段123を配置してもよく(図5の(B)参照)、このような結像手段123を配置することで、モード同期動作をより一層安定させることができる。   An image of the light emitting end face of the mode-locked semiconductor laser element 10 is externally resonated between the mode-locked semiconductor laser element 10 and the external resonator 120, specifically, between the external resonator 120 and the bandpass filter 121. A lens having a positive power to be imaged on the vessel, specifically, an imaging means 123 made of a convex lens may be disposed (see FIG. 5B). By arranging, the mode synchronization operation can be further stabilized.

実施例3の半導体レーザ装置組立体にあっては、モード同期半導体レーザ素子と回折格子との間に配置され、膜厚を連続的に変化させたバンドパスフィルター、及び、バンドパスフィルターを移動させる移動装置を備えている。それ故、モード同期半導体レーザ素子の駆動条件(注入電流や逆バイアス電圧)に依存してチャーピングの量が変化しても、モード同期半導体レーザ素子の光出射端面から出射されたレーザ光の、バンドパスフィルターに衝突する位置を変化させることができるので、モード同期半導体レーザ素子から出射されるレーザ光に対するバンドパスフィルターの特性の最適化を図ることができ、大きな出力を得ることが可能となる。   In the semiconductor laser device assembly according to the third embodiment, the band-pass filter that is disposed between the mode-locked semiconductor laser element and the diffraction grating and has the film thickness continuously changed, and the band-pass filter are moved. A moving device is provided. Therefore, even if the amount of chirping changes depending on the driving conditions (injection current and reverse bias voltage) of the mode-locking semiconductor laser element, the laser light emitted from the light emitting end face of the mode-locking semiconductor laser element, Since the position of collision with the bandpass filter can be changed, the characteristics of the bandpass filter for the laser light emitted from the mode-locked semiconductor laser element can be optimized, and a large output can be obtained. .

実施例4は実施例1において説明したモード同期半導体レーザ素子の変形であり、第3の構成のモード同期半導体レーザ素子に関する。実施例1においては、モード同期半導体レーザ素子10を、極性を有する結晶面であるn型GaN基板21の(0001)面、C面上に設けた。ところで、このような基板を用いた場合、活性層40にピエゾ分極及び自発分極に起因した内部電界によるQCSE効果(量子閉じ込めシュタルク効果)によって、電気的に可飽和吸収が制御し難くなる場合がある。即ち、場合によっては、セルフ・パルセーション動作及びモード同期動作を得るために第1電極に流す直流電流の値及び可飽和吸収領域に印加する逆バイアス電圧の値を高くする必要が生じたり、メインパルスに付随したサブパルス成分が発生したり、外部信号と光パルスとの間での同期が取り難くなることが判った。   Example 4 is a modification of the mode-locked semiconductor laser device described in Example 1, and relates to a mode-locked semiconductor laser device having a third configuration. In Example 1, the mode-locked semiconductor laser device 10 is provided on the (0001) plane and the C plane of the n-type GaN substrate 21 that is a crystal plane having polarity. By the way, when such a substrate is used, it may be difficult to control saturable absorption electrically due to a QCSE effect (quantum confined Stark effect) due to an internal electric field caused by piezoelectric polarization and spontaneous polarization in the active layer 40. . That is, in some cases, in order to obtain the self-pulsation operation and the mode synchronization operation, it is necessary to increase the value of the direct current applied to the first electrode and the value of the reverse bias voltage applied to the saturable absorption region, It has been found that sub-pulse components accompanying the pulse are generated, and it becomes difficult to synchronize the external signal and the optical pulse.

そして、このような現象の発生を防止するためには、活性層40を構成する井戸層の厚さの最適化、活性層40を構成する障壁層における不純物ドーピング濃度の最適化を図ることが好ましいことが判明した。   In order to prevent such a phenomenon from occurring, it is preferable to optimize the thickness of the well layer constituting the active layer 40 and optimize the impurity doping concentration in the barrier layer constituting the active layer 40. It has been found.

具体的には、GaInN量子井戸活性層を構成する井戸層の厚さを、1nm以上、10.0nm以下、好ましくは、1nm以上、8nm以下とすることが望ましい。このように井戸層の厚さを薄くすることによって、ピエゾ分極及び自発分極の影響を低減させることができる。また、障壁層の不純物ドーピング濃度を、2×1018cm-3以上、1×1020cm-3以下、好ましくは、1×1019cm-3以上、1×1020cm-3以下とすることが望ましい。ここで、不純物として、シリコン(Si)あるいは酸素(O)を挙げることができる。そして、障壁層の不純物ドーピング濃度をこのような濃度とすることで、活性層のキャリアの増加を図ることができる結果、ピエゾ分極及び自発分極の影響を低減させることができる。 Specifically, it is desirable that the thickness of the well layer constituting the GaInN quantum well active layer is 1 nm or more and 10.0 nm or less, preferably 1 nm or more and 8 nm or less. Thus, by reducing the thickness of the well layer, the influence of piezoelectric polarization and spontaneous polarization can be reduced. The impurity doping concentration of the barrier layer is 2 × 10 18 cm −3 or more and 1 × 10 20 cm −3 or less, preferably 1 × 10 19 cm −3 or more and 1 × 10 20 cm −3 or less. It is desirable. Here, silicon (Si) or oxygen (O) can be given as the impurity. By setting the impurity doping concentration of the barrier layer to such a concentration, it is possible to increase the carriers in the active layer. As a result, the influence of piezoelectric polarization and spontaneous polarization can be reduced.

実施例4においては、表2に示した層構成における3層の障壁層(Ga0.98In0.02Nから成る)と2層の井戸層(Ga0.92In0.08N)から成るGaInN量子井戸活性層から構成された活性層40の構成を以下のとおりとした。また、参考例4のモード同期半導体レーザ素子においては、表2に示した層構成における活性層40の構成を以下のとおりとした。具体的には、実施例1と同じ構成とした。 In Example 4, the layer structure shown in Table 2 is composed of three barrier layers (made of Ga 0.98 In 0.02 N) and a GaInN quantum well active layer made up of two well layers (Ga 0.92 In 0.08 N). The configuration of the active layer 40 was as follows. Further, in the mode-locked semiconductor laser device of Reference Example 4, the configuration of the active layer 40 in the layer configuration shown in Table 2 was as follows. Specifically, the same configuration as in Example 1 was adopted.

[表2]
実施例4 参考例4
井戸層 8nm 10.5nm
障壁層 12nm 14nm
井戸層の不純物ドーピング濃度 ノン・ドープ ノン・ドープ
障壁層の不純物ドーピング濃度 Si:2×1018cm-3 ノン・ドープ
[Table 2]
Example 4 Reference Example 4
Well layer 8nm 10.5nm
Barrier layer 12nm 14nm
Impurity doping concentration of well layer Non-doping Impurity doping concentration of non-doped barrier layer Si: 2 × 10 18 cm −3 Non-doping

実施例4においては井戸層の厚さが8nmであり、また、障壁層にはSiが2×1018cm-3、ドーピングされており、活性層内のQCSE効果が緩和されている。一方、参考例4においては井戸層の厚さが10.5nmであり、また、障壁層には不純物がドーピングされていない。 In Example 4, the thickness of the well layer is 8 nm, and the barrier layer is doped with 2 × 10 18 cm −3 of Si, so that the QCSE effect in the active layer is relaxed. On the other hand, in Reference Example 4, the thickness of the well layer is 10.5 nm, and the barrier layer is not doped with impurities.

モード同期は、実施例1と同様に、発光領域に印加する直流電流と可飽和吸収領域に印加する逆バイアス電圧Vsaとによって決定される。実施例4及び参考例4の注入電流と光出力の関係(L−I特性)の逆バイアス電圧依存性を測定した。その結果、参考例4にあっては、逆バイアス電圧Vsaを増加していくと、レーザ発振が開始する閾値電流が次第に上昇し、更には、実施例4に比べて、低い逆バイアス電圧Vsaで変化が生じていることが判った。これは、実施例4の活性層の方が、逆バイアス電圧Vsaにより可飽和吸収の効果が電気的に制御されていることを示唆している。但し、参考例4にあっても、可飽和吸収領域に逆バイアスを印加した状態でシングルモード(単一基本横モード)のセルフ・パルセーション動作及びモード同期(モードロック)動作が確認されており、参考例4も本発明に包含されることは云うまでもない。 As in the first embodiment, the mode synchronization is determined by the direct current applied to the light emitting region and the reverse bias voltage V sa applied to the saturable absorption region. The reverse bias voltage dependence of the relationship between the injection current and optical output (LI characteristics) of Example 4 and Reference Example 4 was measured. As a result, in Reference Example 4, when the reverse bias voltage V sa is increased, the threshold current at which laser oscillation starts gradually increases. Further, compared with Example 4, the reverse bias voltage V is lower. It was found that there was a change in sa . This suggests that the effect of the saturable absorption in the active layer of Example 4 is electrically controlled by the reverse bias voltage V sa . However, even in Reference Example 4, single-mode (single basic lateral mode) self-pulsation operation and mode-synchronization (mode lock) operation have been confirmed with a reverse bias applied to the saturable absorption region. Needless to say, Reference Example 4 is also included in the present invention.

以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定するものではない。実施例において説明した半導体レーザ装置組立体、モード同期半導体レーザ素子の構成、構造の構成は例示であり、適宜、変更することができる。また、実施例においては、種々の値を示したが、これらも例示であり、例えば、使用する半導体レーザ素子の仕様が変われば、変わることは当然である。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the preferable Example, this invention is not limited to these Examples. The configurations of the semiconductor laser device assembly and the mode-locked semiconductor laser element and the configuration of the structure described in the embodiments are examples, and can be changed as appropriate. In the examples, various values are shown, but these are also exemplifications. For example, if the specifications of the semiconductor laser element to be used are changed, it is natural that the values change.

発光領域41や可飽和吸収領域42の数は1に限定されない。1つの第2電極の第1部分62Aと2つの第2電極の第2部分62B1,62B2とが設けられたモード同期半導体レーザ素子の模式的な端面図を図6に示す。このモード同期半導体レーザ素子にあっては、第1部分62Aの一端が、一方の分離溝62C1を挟んで、一方の第2部分62B1と対向し、第1部分62Aの他端が、他方の分離溝62C2を挟んで、他方の第2部分62B2と対向している。そして、1つの発光領域41が、2つの可飽和吸収領域421,422によって挟まれている。あるいは又、2つの第2電極の第1部分62A1,62A2と1つの第2電極の第2部分62Bとが設けられたモード同期半導体レーザ素子の模式的な端面図を図7に示す。このモード同期半導体レーザ素子にあっては、第2部分62Bの端部が、一方の分離溝62C1を挟んで、一方の第1部分62A1と対向し、第2部分62Bの他端が、他方の分離溝62C2を挟んで、他方の第1部分62A2と対向している。そして、1つの可飽和吸収領域42が、2つの発光領域411,412によって挟まれている。 The number of light emitting regions 41 and saturable absorption regions 42 is not limited to one. FIG. 6 shows a schematic end view of a mode-locked semiconductor laser device provided with a first portion 62A of one second electrode and second portions 62B 1 and 62B 2 of two second electrodes. In this mode-locked semiconductor laser element, one end of the first portion 62A is opposed to one second portion 62B1 across one separation groove 62C1, and the other end of the first portion 62A is the other end. across the separation groove 62C 2, is the second portion 62B 2 facing the other. One light emitting region 41 is sandwiched between two saturable absorption regions 42 1 and 42 2 . Alternatively, FIG. 7 shows a schematic end view of a mode-locked semiconductor laser device provided with two first portions 62A 1 and 62A 2 of two second electrodes and a second portion 62B of one second electrode. In this mode-locked semiconductor laser element, the end portion of the second portion 62B is opposed to one first portion 62A1 across one separation groove 62C1, and the other end of the second portion 62B is It faces the other first portion 62A 2 across the other separation groove 62C 2 . One saturable absorption region 42 is sandwiched between two light emitting regions 41 1 and 41 2 .

モード同期半導体レーザ素子を、斜め導波路を有する斜めリッジストライプ型の分離閉じ込めヘテロ構造の半導体レーザ素子とすることもできる。このようなモード同期半導体レーザ素子におけるリッジ部56’を上方から眺めた模式図を図8に示す。このモード同期半導体レーザ素子にあっては、直線状の2つのリッジ部が組み合わされた構造を有し、2つのリッジ部の交差する角度θの値は、例えば、
0<θ≦10(度)
好ましくは、
0<θ≦6(度)
とすることが望ましい。斜めリッジストライプ型を採用することで、無反射コートをされた端面の反射率を、より0%の理想値に近づけることができ、その結果、半導体レーザ内で周回してしまうレーザ光パルスの発生を防ぐことができ、メインのレーザ光パルスに付随するサブのレーザ光パルスの生成を抑制できるといった利点を得ることができる。
The mode-locked semiconductor laser element may be a semiconductor laser element having an oblique ridge stripe type separated confinement heterostructure having an oblique waveguide. FIG. 8 shows a schematic view of the ridge portion 56 ′ in such a mode-locked semiconductor laser element as viewed from above. This mode-locked semiconductor laser element has a structure in which two linear ridge portions are combined, and the value of the angle θ at which the two ridge portions intersect is, for example,
0 <θ ≦ 10 (degrees)
Preferably,
0 <θ ≦ 6 (degrees)
Is desirable. By adopting the diagonal ridge stripe type, the reflectance of the end face coated with non-reflective coating can be brought closer to the ideal value of 0%, resulting in the generation of laser light pulses that circulate in the semiconductor laser. And the generation of the sub laser light pulse accompanying the main laser light pulse can be suppressed.

実施例においては、モード同期半導体レーザ素子10を、n型GaN基板21の極性面であるC面,{0001}面上に設けたが、代替的に、{11−20}面であるA面、{1−100}面であるM面、{1−102}面といった無極性面上、あるいは又、{11−24}面や{11−22}面を含む{11−2n}面、{10−11}面、{10−12}面といった半極性面上に、モード同期半導体レーザ素子10を設けてもよく、これによって、モード同期半導体レーザ素子10の第3化合物半導体層にたとえピエゾ分極及び自発分極が生じた場合であっても、第3化合物半導体層の厚さ方向にピエゾ分極が生じることは無く、第3化合物半導体層の厚さ方向とは略直角の方向にピエゾ分極が生じるので、ピエゾ分極及び自発分極に起因した悪影響を排除することができる。尚、{11−2n}面とは、ほぼC面に対して40度を成す無極性面を意味する。また、無極性面上あるいは半極性面上にモード同期半導体レーザ素子10を設ける場合、実施例4にて説明したような、井戸層の厚さの制限(1nm以上、10nm以下)及び障壁層の不純物ドーピング濃度の制限(2×1018cm-3以上、1×1020cm-3以下)を無くすことが可能である。 In the embodiment, the mode-locked semiconductor laser element 10 is provided on the C-plane and {0001} plane, which are polar planes, of the n-type GaN substrate 21. Alternatively, the A-plane is the {11-20} plane. , {1-100} plane M-plane, {1-102} plane nonpolar plane, or {11-2n} plane {11-2n} plane including {11-22} plane, { The mode-locked semiconductor laser element 10 may be provided on a semipolar plane such as the 10-11} plane or the {10-12} plane, so that the third compound semiconductor layer of the mode-locked semiconductor laser element 10 is piezopolarized. Even when spontaneous polarization occurs, piezo polarization does not occur in the thickness direction of the third compound semiconductor layer, and piezo polarization occurs in a direction substantially perpendicular to the thickness direction of the third compound semiconductor layer. Therefore, it occurs in piezo polarization and spontaneous polarization. The the negative impact can be eliminated. Note that the {11-2n} plane means a nonpolar plane that forms 40 degrees with respect to the C plane. Further, when the mode-locked semiconductor laser device 10 is provided on the nonpolar plane or the semipolar plane, the limitation on the thickness of the well layer (1 nm or more and 10 nm or less) and the barrier layer as described in Example 4 It is possible to eliminate the limitation of impurity doping concentration (2 × 10 18 cm −3 or more and 1 × 10 20 cm −3 or less).

10・・・半導体レーザ素子、21・・・n型GaN基板、22・・・GaNバッファ層、30・・・第1化合物半導体層、31・・・n型AlGaNクラッド層、32・・・n型GaNクラッド層、40・・・第3化合物半導体層(活性層)、41,411,412・・・発光領域、42,421,422・・・可飽和吸収領域、50・・・第2化合物半導体層、51・・・ノンドープGaInN光ガイド層、52・・・ノンドープAlGaNクラッド層、53・・・p型AlGaN電子障壁層(Mgドープ)、54・・・p型GaN(Mgドープ)/AlGaN超格子クラッド層、55・・・p型GaNコンタクト層(Mgドープ)、56・・・リッジ部、57・・・積層絶縁膜、61・・・第1電極、62・・・第2電極、62A,62A1,62A2・・・第2電極の第1部分、62B,62B1,62B2・・・第2電極の第2部分、62C,62C1,62C2・・・分離溝、63・・・Pd単層、64・・・レジスト層、65・・・開口部、100・・・回折格子、101・・・結像手段、102・・・反射鏡、103・・・コリメートレンズ、110・・・外部共振器、111・・・アパーチャ、112・・・透過型液晶表示装置、120・・・外部共振器、121・・・バンドパスフィルター、122・・・移動装置、125・・・反射鏡 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Semiconductor laser element, 21 ... n-type GaN substrate, 22 ... GaN buffer layer, 30 ... 1st compound semiconductor layer, 31 ... n-type AlGaN clad layer, 32 ... n Type GaN cladding layer, 40... Third compound semiconductor layer (active layer), 41, 41 1 , 41 2 ... Light emitting region, 42, 42 1 , 42 2. Second compound semiconductor layer 51... Non-doped GaInN light guide layer 52... Non-doped AlGaN cladding layer 53... P-type AlGaN electron barrier layer (Mg-doped) 54. Doped) / AlGaN superlattice clad layer, 55... P-type GaN contact layer (Mg doped), 56... Ridge portion, 57. Second electrode 62A, 62 A 1 , 62A 2 ... First portion of the second electrode, 62B, 62B 1 , 62B 2 ... Second portion of the second electrode, 62C, 62C 1 , 62C 2. Pd single layer, 64 ... resist layer, 65 ... opening, 100 ... diffraction grating, 101 ... imaging means, 102 ... reflecting mirror, 103 ... collimating lens, 110 ..External resonator, 111 ... Aperture, 112 ... Transmission type liquid crystal display device, 120 ... External resonator, 121 ... Bandpass filter, 122 ... Moving device, 125 ... Reflection mirror

Claims (7)

(A)モード同期半導体レーザ素子、
(B)外部共振器、
(C)モード同期半導体レーザ素子と外部共振器の間に配置され、膜厚を連続的に変化させたバンドパスフィルター、及び、
(D)バンドパスフィルターを移動させる移動装置、
を備えた半導体レーザ装置組立体であって、
バンドパスフィルターに衝突したレーザ光の一部は外部に出力され、
バンドパスフィルターに衝突したレーザ光の残部は、バンドパスフィルターを通過し、外部共振器に入射し、外部共振器で反射され、バンドパスフィルターを通過してモード同期半導体レーザ素子に戻される半導体レーザ装置組立体。
(A) a mode-locked semiconductor laser element,
(B) an external resonator,
(C) a band-pass filter that is disposed between the mode-locked semiconductor laser element and the external resonator and has a film thickness continuously changed; and
(D) a moving device for moving the bandpass filter;
A semiconductor laser device assembly comprising:
Part of the laser light that collided with the bandpass filter is output to the outside,
The remaining portion of the laser light that has collided with the bandpass filter passes through the bandpass filter, enters the external resonator, is reflected by the external resonator, passes through the bandpass filter, and returns to the mode-locked semiconductor laser element. Device assembly.
バンドパスフィルターを通過する位置に依存して、バンドパスフィルターを通過するレーザ光の波長が規定される請求項1に記載の半導体レーザ装置組立体。   2. The semiconductor laser device assembly according to claim 1, wherein the wavelength of the laser beam passing through the band pass filter is defined depending on a position passing through the band pass filter. 外部共振器に入射し、外部共振器で反射され、バンドパスフィルターを通過してモード同期半導体レーザ素子に戻されるレーザ光の一部は、バンドパスフィルターによって、外部に出力される光の出射方向と反対向きの方向に反射され、モニター出力光として用いる請求項1又は請求項2に記載に半導体レーザ装置組立体。   Part of the laser light that is incident on the external resonator, reflected by the external resonator, passes through the bandpass filter, and returns to the mode-locked semiconductor laser element is emitted by the bandpass filter. 3. The semiconductor laser device assembly according to claim 1, wherein the semiconductor laser device assembly is reflected in a direction opposite to the first direction and used as monitor output light. バンドパスフィルターは、低誘電率を有する誘電体薄膜と、高誘電率を有する誘電体薄膜とが積層されて成る請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載に半導体レーザ装置組立体。   4. The semiconductor laser device assembly according to claim 1, wherein the band-pass filter is formed by laminating a dielectric thin film having a low dielectric constant and a dielectric thin film having a high dielectric constant. 外部共振器は部分透過ミラーから成る請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の半導体レーザ装置組立体。   The semiconductor laser device assembly according to any one of claims 1 to 4, wherein the external resonator includes a partially transmitting mirror. モード同期半導体レーザ素子と外部共振器との間に、モード同期半導体レーザ素子の光出射端面の像を外部共振器上に結像させる結像手段を有する請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の半導体レーザ装置組立体。   6. An image forming means for forming an image of a light emitting end face of the mode-locked semiconductor laser element on the external resonator between the mode-locked semiconductor laser element and the external resonator. The semiconductor laser device assembly according to Item. モード同期半導体レーザ素子は斜め導波路を有する請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の半導体レーザ装置組立体。   The semiconductor laser device assembly according to any one of claims 1 to 6, wherein the mode-locked semiconductor laser element has an oblique waveguide.
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