JP2015012018A - Semiconductor laser element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マルチモードのレーザ光を出射する半導体レーザ素子に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser element that emits multimode laser light.
光学式情報記録再生装置(光ディスク)用のピックアップ光源として、レーザ光を出射する半導体レーザ素子が広く利用されている。例えば、DVD用にはAlGaInP系の波長650nmの赤色レーザが使用され、Blu−ray(登録商標)disk用には波長405nmの青紫色レーザが使用される。このような用途の半導体レーザ素子は単一横モード(シングルモード)のレーザ光を出射することが求められる。 Semiconductor laser elements that emit laser light are widely used as pickup light sources for optical information recording / reproducing apparatuses (optical disks). For example, an AlGaInP-based red laser with a wavelength of 650 nm is used for DVD, and a blue-violet laser with a wavelength of 405 nm is used for Blu-ray (registered trademark) disk. A semiconductor laser element for such an application is required to emit a laser beam of a single transverse mode (single mode).
一方、半導体レーザ素子は光密度の高い光を出射できることや、純度の高い色を出射できることから、照明用や加工用の励起光源としての用途が注目されている。このような用途の半導体レーザ素子は一般に数ワットから数十ワットといった非常に大出力のレーザ光を出射することが求められる。このため、複数横モード(マルチモード)のレーザ光を出射するワイドストライプ型の半導体レーザ素子が使用されることが一般的である。 On the other hand, since a semiconductor laser element can emit light having a high light density and emit a high-purity color, it is attracting attention as an excitation light source for illumination and processing. A semiconductor laser element for such applications is generally required to emit a laser beam with a very high output such as several watts to several tens of watts. For this reason, a wide stripe type semiconductor laser element that emits a plurality of transverse mode (multi-mode) laser beams is generally used.
ワイドストライプ型のマルチモードの半導体レーザ素子はシングルモードの半導体レーザ素子と比較して光出射部の面積が数倍から数十倍大きいため、高い出力が得られる。例えば、半導体レーザ素子の出力のスペックは光ディスクの光源用途では数百mWであるのに対し、励起光源用途ではその10〜100倍である。 A wide stripe type multi-mode semiconductor laser device has a light output portion that is several to several tens times larger than a single-mode semiconductor laser device, so that a high output can be obtained. For example, the output specification of the semiconductor laser element is several hundreds mW for optical disk light source use, but 10 to 100 times that for excitation light source use.
この時、半導体レーザ素子の寿命のスペックは光ディスクの光源用途では数千時間〜1万時間程度であるのに対し、励起光源用途では数万時間〜10万時間である。このため、励起光源用途の半導体レーザ素子はワイドストライプ型の構造によって長寿命化に有利であるが、発熱等による破壊を防止してより高い信頼性が求められる。 At this time, the specification of the lifetime of the semiconductor laser element is about several thousand hours to 10,000 hours for the light source application of the optical disc, whereas it is tens of thousands to 100,000 hours for the excitation light source application. For this reason, a semiconductor laser element for use as an excitation light source is advantageous in extending the life due to the wide stripe structure, but is required to have higher reliability by preventing destruction due to heat generation or the like.
放熱性を改善した従来の半導体レーザ素子は特許文献1に開示される。図15はこの半導体レーザ素子の概略斜視図を示している。半導体レーザ素子101は基板102上にレーザ発振に必要な窒化物系半導体から成る半導体積層膜103が形成されている。半導体積層膜103はn型半導体層104とp型半導体層105との間に配された活性層106を有している。
A conventional semiconductor laser element with improved heat dissipation is disclosed in
半導体積層膜103の上面にはp側電極108が形成される。n型半導体層104の下部を側方に突出した突出部104a上にはn側電極109が形成される。p側電極108にはワイヤ110が接続され、n側電極109にはワイヤ111が接続される。
A p-
活性層106よりも上層の半導体積層膜103にはストライプ状(細長状)のストライプ部(不図示)が形成される。活性層106はp側電極108からストライプ部を介して電流が注入され、活性層106内にストライプ状の光導波路115(発振領域)が形成される。光導波路115の端面の出射部115aからレーザ光が出射される。
A striped (elongated) stripe portion (not shown) is formed in the semiconductor laminated
この時、複数のワイヤ110がストライプ状の光導波路115に沿ってp側電極109上に接続される。これにより、光導波路115で発生した熱を複数のワイヤ110を介して放熱することができる。従って、半導体レーザ素子101の熱に起因する破壊を防ぐことができ、信頼性を向上することができる。
At this time, the plurality of
しかしながら、上記従来の半導体レーザ素子101によると、励起光源用途のワイドストライプ型に作成した際に寿命のスペックを満たさない場合があり、信頼性を十分向上できない問題があった。
However, according to the conventional
本発明は、信頼性を確実に向上できるマルチモードの半導体レーザ素子を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a multimode semiconductor laser device that can reliably improve reliability.
上記目的を達成するために本発明は、第1導電型半導体層と一方向に延びるストライプ状のストライプ部を有した第2導電型半導体層との間に活性層を配し、前記ストライプ部上に設けた電極から前記ストライプ部を介して電流を注入される前記活性層の端面からマルチモードのレーザ光を出射する半導体レーザ素子において、前記活性層の電流注入量を周囲よりも減少させる変調部を設けたことを特徴としている。 In order to achieve the above object, the present invention provides an active layer disposed between a first conductivity type semiconductor layer and a second conductivity type semiconductor layer having a stripe-like stripe portion extending in one direction, on the stripe portion. In a semiconductor laser device that emits multimode laser light from the end face of the active layer into which current is injected from the electrode provided on the stripe portion through the stripe portion, the modulation unit that reduces the current injection amount of the active layer from the surroundings It is characterized by providing.
また本発明は上記構成の半導体レーザ素子において、前記変調部が前記ストライプ部上の前記半導体積層膜を掘り込む溝部により形成されることを特徴としている。 According to the present invention, in the semiconductor laser device configured as described above, the modulation portion is formed by a groove portion for digging the semiconductor laminated film on the stripe portion.
また本発明は上記構成の半導体レーザ素子において、前記溝部の深さが前記ストライプ部の高さよりも小さいことを特徴としている。 According to the present invention, in the semiconductor laser device configured as described above, the depth of the groove is smaller than the height of the stripe portion.
また本発明は上記構成の半導体レーザ素子において、前記溝部に誘電体を埋め込んだことを特徴としている。 According to the present invention, in the semiconductor laser device configured as described above, a dielectric is embedded in the groove.
また本発明は上記構成の半導体レーザ素子において、前記変調部が前記ストライプ部の両端面に対して離れて形成されることを特徴としている。 According to the present invention, in the semiconductor laser device having the above configuration, the modulation section is formed away from both end faces of the stripe section.
また本発明は上記構成の半導体レーザ素子において、前記変調部が前記電極を貫通して前記ストライプ部に臨む貫通孔により形成されることを特徴としている。 According to the present invention, in the semiconductor laser device configured as described above, the modulation portion is formed by a through-hole penetrating the electrode and facing the stripe portion.
また本発明は上記構成の半導体レーザ素子において、前記変調部が前記ストライプ部の幅方向を二分する中心線に対して対称に配置されることを特徴としている。 According to the present invention, in the semiconductor laser device configured as described above, the modulation section is arranged symmetrically with respect to a center line that bisects the width direction of the stripe section.
また本発明は上記構成の半導体レーザ素子において、前記ストライプ部上で前記変調部により幅方向に分割される複数の領域を等間隔に形成したことを特徴としている。 According to the present invention, in the semiconductor laser device configured as described above, a plurality of regions divided in the width direction by the modulation unit are formed at equal intervals on the stripe unit.
また本発明は上記構成の半導体レーザ素子において、前記ストライプ部の長手方向において前記変調部が前記ストライプ部に対して5%以上の長さを有することを特徴としている。 According to the present invention, in the semiconductor laser device configured as described above, the modulation section has a length of 5% or more with respect to the stripe section in the longitudinal direction of the stripe section.
本発明によると、活性層の電流注入量を周囲よりも減少させる変調部を設けたので、変調部により仕切られた導波領域内で水平横モードの高次モードが制限されて低次モードが強調される。これにより、高次モードの重畳による出射面上での局所的な光強度の高い領域の形成が防止される。従って、CODの発生を防止して半導体レーザ素子の信頼性を向上することができる。 According to the present invention, the modulation unit that reduces the current injection amount of the active layer is provided below the surroundings. Therefore, the high-order mode of the horizontal transverse mode is limited in the waveguide region partitioned by the modulation unit, and the low-order mode is changed. To be emphasized. This prevents the formation of a region having a high local light intensity on the emission surface due to the superposition of higher-order modes. Therefore, the generation of COD can be prevented and the reliability of the semiconductor laser element can be improved.
<第1実施形態>
本発明の実施形態の説明に際し、前述の図15に示す従来の半導体レーザ素子101の不良解析の結果について説明する。ワイドストライプ型に作成したマルチモードの半導体レーザ素子101の信頼性試験を行った結果、約千時間で破壊される半導体レーザ素子101が含まれていた。
<First Embodiment>
In describing the embodiment of the present invention, the result of failure analysis of the conventional
破壊された半導体レーザ素子101を解析すると、出射部115aにCOD(catastrophic optical damage:光学損傷)が発生していた。また、CODは光導波路115の幅方向の全体ではなく一部の領域で発生しており、各半導体レーザ素子101によって異なる位置に発生していた。CODは出射部115aでの光強度がきわめて強い場合に発生する。
When the destroyed
一方、シングルモードの半導体レーザ素子を同様に作成して信頼性試験を行った結果、千時間程度では破壊が発生しなかった。 On the other hand, as a result of producing a single-mode semiconductor laser element in the same manner and conducting a reliability test, no breakdown occurred in about 1000 hours.
このため、出射部115aの光強度が光導波路115の幅内で一定であると仮定して光密度を計算し、シングルモードとマルチモードの半導体レーザ素子の光密度を比較した。その結果、マルチモードの半導体レーザ素子101はシングルモードの半導体レーザ素子に比して光密度が小さいことが解った。
Therefore, the light density was calculated on the assumption that the light intensity of the
従って、マルチモードの半導体レーザ素子101の出射部115a上に光強度が部分的に高い領域が存在し、その部分で破壊が発生していると考えられる。また、CODの発生位置が一定でないため、光強度の高い領域が熱のバランスや光導波路内の状況(光散乱やゲインのばらつき)等の種々条件により変化すると考えられる。
Therefore, it is considered that there is a region where the light intensity is partially high on the
上記の解析結果に基づいて至った本発明の実施形態を以下に図面を参照して説明する。図1、図2は第1実施形態の半導体レーザ素子の斜視図及び上面図を示している。半導体レーザ素子1は例えば、100μmの厚みのn型GaN等の半導体から成る基板2の上面2aにエピタキシャル成長した窒化物系の半導体積層膜3を有している。
An embodiment of the present invention based on the above analysis results will be described below with reference to the drawings. 1 and 2 are a perspective view and a top view of the semiconductor laser device of the first embodiment. The
基板2を他の材料により形成してもよく、GaN、InN及びAlNの二以上から成る混晶半導体により形成してもよい。また、基板2をサファイア、スピネル、SiC、Si、窒化物以外のIII−V族化合物(例えばGaAs、GaP等)等により形成してもよい。
The
半導体積層膜3はn型半導体層4(第1導電型半導体層)とp型半導体層5(第2導電型半導体層)との間に活性層6を配して形成される。n型半導体層4は基板2の(001)面上に下部コンタクト層4a、下部クラッド層4b、下部ガイド層4cを順に積層して形成される。
The
基板2上に設けられる下部コンタクト層4aは約0.1μm〜約10μm(例えば、約4μm)の厚みを有するn型GaNにより形成される。下部コンタクト層4a上に設けられる下部クラッド層4bは約0.5μm〜約3.0μm(例えば、約2μm)の厚みを有するn型Al0.05Ga0.95Nにより形成される。下部クラッド層4b上に設けられる下部ガイド層4cは約0.2μm以下(例えば、約0.1μm)の厚みを有するn型GaNにより形成される。
The
活性層6は下部ガイド層4c上に設けられ、例えば、3つの量子井戸層(不図示)と4つの障壁層(不図示)とが交互に積層された多重量子井戸(MQW)構造を有する。量子井戸層は例えば約6nmの厚みを有するInx1Ga1-x1Nにより形成される。障壁層は、例えば約8nmの厚みを有するInx2Ga1-x2N(但し、x1>x2)により形成される。x1、x2の例としてx1=0.05〜0.15、x2=0〜0.1とすることができる。
The
p型半導体層5は活性層6上に設けられ、基板2側から順に蒸発防止層5a、上部ガイド層5b、上部クラッド層5c、上部コンタクト層5dを積層して形成される。活性層6上に設けられる蒸発防止層5aは約0.02μm以下(例えば、約0.01μm)の厚みを有するp型Al0.3Ga0.7Nにより形成される。蒸発防止層5a上に設けられる上部ガイド層5bは約0.2μm以下(例えば、0.01μm)のp型GaNにより形成される。
The p-
上部ガイド層5b上に設けられる上部クラッド層5cはp型Al0.05Ga0.95Nにより形成される。上部コンタクト層5dは後述するリッジ部10を形成する上部クラッド層5cの凸部上に設けられ、約0.01μm〜1μm(例えば、0.05μm)の厚みを有するp型GaNにより形成される。
The
p型半導体層5の上部には出射面1aに垂直な方向に延びるストライプ状(細長状)のリッジ部10(ストライプ部)が設けられる。リッジ部10は上部クラッド層5cの厚み方向の中間位置まで掘り込まれて形成される。活性層6のリッジ部10に面したストライプ状の領域によって共振器から成る光導波路15が形成され、光導波路15の出射面1a上に露出した出射部15aからレーザ光が出射される。
A striped (elongated) ridge portion 10 (stripe portion) extending in a direction perpendicular to the
半導体レーザ素子1はリッジ部10の幅W、レーザ光の波長、光導波路15の屈折率により、水平横モードについてシングルモードまたはマルチモードのいずれで駆動するかが決められる。例えば、波長405nmの窒化物系の半導体レーザ素子1ではリッジ部10の幅Wが約2μm以下の場合にシングルモードで駆動され、約2μmを超えるとマルチモードで駆動される。本実施形態の半導体レーザ素子1はリッジ部10の幅Wが底部において5〜200μm(例えば、15μm)のワイドストライプ型に形成され、マルチモードのレーザ光を出射する。
Whether the
リッジ部10の上面にはリッジ部10の長手方向に延びる溝部12が凹設される。溝部12によりリッジ部10が幅方向に分割される。溝部12をリッジ部10の幅方向に複数設けているが1個でもよく、リッジ部10の長手方向に複数分割して設けてもよい。また、溝部12内に誘電体膜を埋め込んでもよい。
A
リッジ部10の上面を除く半導体積層膜3上には埋め込み層7が設けられる。埋め込み層7は例えば、SiO2、SiN、Al2O3、ZrO2等の絶縁性材料により形成される。埋め込み層7によりリッジ部10の両側面が覆われ、水平横モード及び垂直横モードの光閉じ込めを行うことができる。
A buried
上部コンタクト層5d及び埋め込み層7上にはリッジ部10の上面からキャリアを注入するためのp側電極8が形成されている。p側電極8は上部コンタクト層5dに対してオーム性接触している。p側電極8の形成材料として、Ni、Pd、Pt、Au等の金属や、これらの金属を含む積層体を使用することができる。
A p-
基板2の下面2bにはキャリアを注入するためのn側電極9が形成されている。n側電極9は基板2に対してオーム性接触されている。n側電極9の形成材料として、Hf、Ti、Al、W等の金属や、これらの金属を含む積層体を使用することができる。
An n-
次に、半導体レーザ素子1の製造方法について説明する。半導体レーザ素子1はエピタキシャル成長工程、リッジ部形成工程、埋め込み層形成工程、溝部形成工程、電極形成工程、端面コート膜形成工程、切断工程を順に行って形成される。
Next, a method for manufacturing the
図3はエピタキシャル形成工程を示す正面図である。エピタキシャル成長工程ではn型GaNから成るウェハ状の基板2上に有機金属気相成長法(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)等により半導体積層膜3をエピタキシャル成長させる。
FIG. 3 is a front view showing an epitaxial formation step. In the epitaxial growth step, the
即ち、基板2の上面2aに、下部コンタクト層4a、下部クラッド層4b、下部ガイド層4cを順次成長させる。そして、下部ガイド層4cの上に4つの障壁層(不図示)と3つの量子井戸層(不図示)とを交互に成長させて活性層6を得る。続いて、活性層6の上に蒸発防止層5a、上部ガイド層5b、上部クラッド層5c、上部コンタクト層5dを順次成長させる。
That is, the
次に、例えば低速電子線照射(LEEBI:Low-Energy Electron Beam Irradiation)処理や熱処理によって、p型半導体層5(蒸発防止層5a、上部ガイド層5b、上部クラッド層5c、上部コンタクト層5d)のH濃度を調整し、抵抗率を下げる。
Next, the p-type semiconductor layer 5 (
図4、図5はリッジ部形成工程を示す正面図である。リッジ部形成工程では図4に示すように例えばフォトリソグラフィ技術を用いて、上部コンタクト層5d上にレジスト21を形成する。レジスト21は出射面1a(図1参照)に垂直な方向(図4の紙面に垂直な方向)に延びるストライプ状に形成される。
4 and 5 are front views showing the ridge portion forming step. In the ridge portion forming step, as shown in FIG. 4, a resist 21 is formed on the
次に、図5に示すように、例えば反応性エッチング法を用いてレジスト21をマスクとして上部クラッド層5cの途中の深さまでエッチングを行う。これにより、上部クラッド層5cの凸部と上部コンタクト層5dとによって構成されるリッジ部10が得られる。リッジ部10の形成により、リッジ部10下方にストライプ状の光導波路15(図1参照)が得られる。
Next, as shown in FIG. 5, for example, a reactive etching method is used to etch the resist 21 as a mask to a depth in the middle of the
図6、図7は埋め込み層形成工程を示す正面図である。埋め込み層形成工程では図6に示すように、リッジ部10上にレジスト21を残した状態でSiO2等の埋め込み層7をスパッタ等により形成する。埋め込み層7は例えば約0.1μm〜約0.3μm(例えば、約0.15μm)の厚みに形成される。
6 and 7 are front views showing the buried layer forming step. In the buried layer forming step, as shown in FIG. 6, a buried
次に、図7に示すように、レジスト21を除去し、上部コンタクト層5dの上面(リッジ部10の上面)を露出させる。これより、リッジ部10が埋め込み層7によって埋め込まれる。
Next, as shown in FIG. 7, the resist 21 is removed, and the upper surface of the
図8、図9は溝部形成工程を示す正面断面図である。溝部形成工程では図8に示すように、例えばフォトリソグラフィ技術を用いて、リッジ部10及び埋め込み層7上にレジスト22を形成する。レジスト22は溝部12(図1参照)の形状に応じた開口部22aをリッジ部10の上面に有する。この時、開口部22aの側壁をテーパ状に加工するなどの工夫を行ってもよい。
8 and 9 are front sectional views showing the groove forming step. In the groove forming step, as shown in FIG. 8, a resist 22 is formed on the
次に、図9に示すようにエッチングを行って開口部22aの下方の半導体積層膜3が掘り込まれて溝部12を形成した後、レジスト22が除去される。尚、レジスト22上に誘電体膜を成膜した後にレジスト22を除去して、溝部12内に誘電体膜を埋め込んでもよい。これにより、後述する電極形成工程においてp側電極8(図10参照)の溝部12内への進入が防止される。従って、溝部12の側壁を介した上部クラッド層5c及び上部コンタクト層5dに対する電流の同時注入を防止することができる。
Next, as shown in FIG. 9, etching is performed to dig the semiconductor laminated
図10は電極形成工程を示す正面断面図である。電極形成工程ではフォトリソグラフィ技術及び蒸着法の組み合わせ等によって、リッジ部10及び埋め込み層7の上面にパターン化されたp側電極8を形成する。
FIG. 10 is a front sectional view showing the electrode forming step. In the electrode formation step, the patterned p-
次に、基板2の下面2bに例えば蒸着法等によってn側電極9が作成される。n側電極9の形成前に基板2の下面2bの研磨等によって基板2の厚みを適宜調整してもよい。即ち、基板2を約80μm〜約150μm(例えば、100μm)の厚みに形成することにより、半導体レーザ素子1を個片化する際に分割を容易に行うことができる。
Next, the n-
端面コート膜形成工程では出射面1a及び出射面1aに対向する対向面1b(図2参照)上に端面コート膜(不図示)が形成される。端面コート膜によって半導体レーザ素子1の端面を保護するとともに端面の反射率を調整する。
In the end face coat film forming step, an end face coat film (not shown) is formed on the
切断工程ではウェハ状の基板2を切断して半導体レーザ素子1が個片化され、前述の図1に示すチップ形状の半導体レーザ素子1が得られる。
In the cutting process, the wafer-
半導体レーザ素子1は例えばリードフレームやステム等にマウントしてワイヤ形成を行った後に金属ケースに封止される。これにより、CANパッケージタイプの半導体レーザ装置が得られる。
The
上記構成の半導体レーザ素子1において、p側電極8とn側電極9との間に電圧が印加されると、p側電極8からリッジ部10を介して活性層6に電流が注入される。これにより、活性層6にはリッジ部10に沿ったストライプ状の光導波路15が形成され、光導波路15の端面の出射部15aからレーザ光を出射する。リッジ部10はワイドストライプ型に形成されるため、出射部15aからマルチモードのレーザ光が出射される。
In the
この時、溝部12は活性層6に電流注入を行わないため、活性層6に注入される電流注入量を周囲よりも減少させる変調部を構成する。リッジ部10は溝部12により幅方向に分割される。リッジ部10の溝部12により仕切られた導波領域内で水平横モードの高次モードが制限されて弱められ、低次モードが強調される。
At this time, since the
これにより、強制的にモードが選択されて高次モードの重畳による出射面1a上の局所的な光強度の高い領域の形成が防止される。従って、半導体レーザ素子1のリッジ部10の内部において熱やゲインのばらつきがあったとしても、CODを防止することができる。
As a result, the mode is forcibly selected and the formation of a locally high light intensity region on the
溝部12はリッジ部10の長手方向においてリッジ部10の長さに対して5%以上の長さを有すると、高次モードを確実に弱めることができるためより望ましい。溝部12が長手方向に分割される場合は溝部12の長さの合計がリッジ部10に対して5%以上あればよい。
It is more desirable that the
溝部12はリッジ部10上を幅方向に複数の領域に分割し、幅方向を二分する中心線C(図2参照)に対して対称に配置される。この時、各領域が等間隔になるように溝部12が配置される。これにより、溝部12により分割される各領域の活性層6に対する電流注入量を均一化することができる。
The
溝部12は共振器端面を形成する出射面1a及び対向面1bに対して接していてもよいが、本実施形態のように所定距離離れて設けられるとより望ましい。これにより、リッジ部10内部で導波されるレーザ光を完全に分離するのではなく、弱く結合させながらモード制御が行われる。従って、リッジ部10内で同次元のモードが独立に存在することを防止し、干渉縞の発生等を回避することができる。
The
また、溝部12の深さD(図9参照)はリッジ部10の高さH(図9参照)よりも小さく形成される。これにより、上記と同様に、リッジ部10内で同次元のモードが独立に存在することを防止することができる。
Further, the depth D (see FIG. 9) of the
尚、溝部12の大きさによっては、溝部12の深さDをリッジ部10の高さHに対して同じまたは大きく形成してもよい。溝部12の深さDとリッジ部10の高さHとを同じに形成する場合は、図4、図5に示すリッジ部形成工程で溝部12に対応する開口部をレジスト21に形成してもよい。これにより、リッジ部10と溝部12とを同時に形成することができ、溝部形成工程を省いて工数を削減することができる。
Depending on the size of the
本実施形態によると、活性層6の電流注入量を周囲よりも減少させる溝部12(変調部)を設けたので、溝部12により仕切られた導波領域内で水平横モードの高次モードが制限されて弱められ、低次モードが強調される。これにより、高次モードの重畳による出射面1a上での局所的な光強度の高い領域の形成が防止される。従って、CODの発生を防止して半導体レーザ素子1の信頼性を向上することができる。
According to the present embodiment, since the groove portion 12 (modulation portion) for reducing the current injection amount of the
また、リッジ部10(ストライプ部)上の半導体積層膜3を掘り込む溝部12により、活性層6の電流注入量を周囲よりも減少させる変調部を容易に実現することができる。
Also, the
また、溝部12の深さDがリッジ部10の高さHよりも小さいので、リッジ部10内で同次元のモードが独立に存在することを防止し、干渉縞の発生等を回避することができる。
Further, since the depth D of the
また、溝部12に誘電体を埋め込むと、p側電極8の溝部12内への進入が防止される。従って、溝部12の側壁を介した上部クラッド層5c及び上部コンタクト層5dに対する電流の同時注入を防止することができる。
Further, when a dielectric is embedded in the
また、溝部12がリッジ部10の両端面に対して離れて形成されるので、リッジ部10内で同次元のモードが独立に存在することを更に防止することができる。
Further, since the
また、溝部12がリッジ部10の幅方向を二分する中心線Cに対して対称に配置されるので、溝部12により分割される各領域の活性層6に対する電流注入量を均一化することができる。
Further, since the
また、リッジ部10上で溝部12により幅方向に分割される複数の領域を等間隔に形成したので、各領域の活性層6に対する電流注入量をより均一化することができる。
Further, since the plurality of regions divided in the width direction by the
また、リッジ部10の長手方向において溝部12がリッジ部10に対して5%以上の長さを有するので、導波領域内で水平横モードの高次モードを確実に弱めることができる。
Further, since the
<第2実施形態>
次に、図11、図12は第2実施形態の半導体レーザ素子1の正面断面図及び上面図を示している。説明の便宜上、前述の図1〜図10に示す第1実施形態と同様の部分には同一の符号を付している。本実施形態は第1実施形態に対してリッジ部10上の溝部12(図1参照)が省かれ、p側電極8に貫通孔8aが設けられる。その他の部分は第1実施形態と同様である。
Second Embodiment
Next, FIGS. 11 and 12 show a front sectional view and a top view of the
貫通孔8aはp側電極8のパターン形成によってp側電極8を貫通してリッジ部10の上面に臨むように形成され、リッジ部10の長手方向に延びる。貫通孔8aは活性層6に電流注入を行わないため、活性層6に注入される電流注入量を周囲よりも減少させる変調部を構成する。
The through-
リッジ部10の上面は貫通孔8aにより幅方向に分割され、リッジ部10の貫通孔8aにより仕切られた導波領域内で水平横モードの高次モードが制限されて弱められ、低次モードが強調される。従って、第1実施形態と同様に、出射面1a上の局所的な光強度の高い領域の形成を防止してCODを防止することができる。
The upper surface of the
貫通孔8aをリッジ部10の幅方向に複数設けているが1個でもよく、リッジ部10の長手方向に複数分割して設けてもよい。また、貫通孔8aがリッジ部10の長手方向においてリッジ部10の長さに対して5%以上の長さを有するとより望ましい。貫通孔8aが長手方向に分割される場合は貫通孔8aの長さの合計がリッジ部10に対して5%以上あればよい。
A plurality of through
また、貫通孔8aはリッジ部10の幅方向を二分する中心線Cに対して対称に配置される。この時、貫通孔8aにより分割される各領域が等間隔になるように貫通孔8aが配置される。また、貫通孔8aは共振器端面を形成する出射面1a及び対向面1bに対して接していてもよいが、本実施形態のように所定距離離れて設けられるとより望ましい。
The through
本実施形態によると、第1実施形態と同様に、活性層6の電流注入量を周囲よりも減少させる貫通孔8a(変調部)を設けたので、貫通孔8aにより仕切られた導波領域内で水平横モードの高次モードが制限されて低次モードが強調される。これにより、高次モードの重畳による出射面1a上での局所的な光強度の高い領域の形成が防止される。従って、CODの発生を防止して半導体レーザ素子1の信頼性を向上することができる。
According to the present embodiment, as in the first embodiment, since the through
また、p側電極8を貫通してリッジ部10に臨む貫通孔8aにより、活性層6の電流注入量を周囲よりも減少させる変調部を容易に実現することができる。
Further, the through-
<第3実施形態>
次に、図13は第3実施形態の半導体レーザ素子1の正面断面図を示している。説明の便宜上、前述の図1〜図12に示す第1、第2実施形態と同様の部分には同一の符号を付している。本実施形態は第1実施形態と同様の半導体レーザ素子1に対して第2実施形態のp側電極8の貫通孔8aが設けられる。
<Third Embodiment>
Next, FIG. 13 shows a front sectional view of the
貫通孔8aは溝部12と重なるように形成され、貫通孔8a及び溝部12は活性層6に注入される電流注入量を周囲よりも減少させる変調部を構成する。従って、第1、第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
The through
<第4実施形態>
次に、図14は第4実施形態の半導体レーザ素子1の上面図を示している。説明の便宜上、前述の図1〜図10に示す第1実施形態と同様の部分には同一の符号を付している。本実施形態は第1実施形態に対して溝部12の形状が異なっている。その他の部分は第1実施形態と同様である。
<Fourth embodiment>
Next, FIG. 14 shows a top view of the
溝部12はリッジ部10の幅方向に複数並設されるとともに、長手方向に分割して複数設けられる。また、溝部12は出射面1a及び対向面1bに接するように形成される。
A plurality of
このような構成においても第1実施形態と同様の効果を得ることができる。また、溝部12は出射面1a及び対向面1bに接するが、長手方向に分割することによってレーザ光を弱く結合させながらモード制御が行われる。従って、リッジ部10内で同次元のモードが独立に存在することを防止することができる。
Even in such a configuration, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Further, the
第1〜第4実施形態において、溝部12及び貫通孔8aにより形成される変調部は活性層6に電流を注入しないが、電流注入量を周囲よりも減少させて弱い電流を注入する変調部であってもよい。
In the first to fourth embodiments, the modulation unit formed by the
また、半導体レーザ素子1がストライプ状のリッジ部10を有するリッジ型に形成されるが、活性層6に電流を注入するストライプ状のストライプ部を有する構造であれば他の構造の半導体レーザ素子1であってもよい。例えば、BH(Buried Heterostructure:埋め込みへテロ構造)型の半導体レーザ素子等であってもよい。
The
また、n型半導体層4、活性層6、p型半導体層5の順に積層してリッジ部10をp型半導体層5に形成しているが、p型半導体層、活性層6、n型半導体層の順に積層してリッジ部10をn型半導体層に形成してもよい。
In addition, the n-
また、半導体積層膜3を他の材料系に応用することも可能である。一例として赤外領域のレーザ光を放出する半導体レーザ素子の場合、n型GaAs基板上にGaAs系半導体が有機金属気相成長(MOCVD)法や分子線結晶成長(MBE)法により順にエピタキシャル成長される。
Further, the semiconductor laminated
この時、半導体積層膜3は基板側から順に、n型GaAsバッファ層、n型GaInPバッファ層、n型AlGaInPクラッド層、AlGaAsから成るn側光ガイド層、AlGaAs正孔障壁層、InGaAs/AlGaAs多重量子井戸活性層、AlGaAsから成るp側光ガイド層、p型AlGaInP第一クラッド層、p型GaInPエッチストップ層、p型AlGaInP第二クラッド層、p型GaInP中間層、p型GaAsキャップ層により構成される。各層の順序や組成は、それぞれのレーザの設計に最適な内容に適宜変更可能である。
At this time, the semiconductor laminated
そして、p型AlGaInP第二クラッド層、p型GaInP中間層、p型GaAsキャップ層をストライプ状に加工してリッジ部10を得ることができる。リッジ部10及び変調部の形成は上記と同様にエッチング等により行うことができる。
Then, the
本発明によると、照明用や加工用の励起光源に利用することができる。 According to the present invention, it can be used as an excitation light source for illumination or processing.
1、101 半導体レーザ素子
1a 出射面
2、102 基板
3、103 半導体積層膜
4 n型半導体層
5 p型半導体層
6 活性層
7 埋め込み層
8、108 p側電極
8a 貫通孔
9、109 n側電極
10 リッジ部
12 溝部
15 光導波路
15a 出射部
21、22 レジスト
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2013133949A JP2015012018A (en) | 2013-06-26 | 2013-06-26 | Semiconductor laser element |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2013
- 2013-06-26 JP JP2013133949A patent/JP2015012018A/en active Pending
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