JP2017034034A - Distribution feedback lateral multimode semiconductor laser element - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a distribution feedback lateral multimode semiconductor laser element capable of increasing the dynamic range of a driving current that can output laser light of single wavelength, in the longitudinal mode.SOLUTION: Assuming the wavelength of the peak value of gain spectrum of the light generated in an active layer is λp, and the wavelength of the peak value of selection spectrum selected by a diffraction grating layer GR is λ, following relation is satisfied; λp≤λ≤λp+5 nm. In the case of this condition, even if the driving current is changed significantly, oscillation based on Fabry-Perot is suppressed significantly, while generating oscillation based on the DFB, in the spectrum of laser light, and laser light of single wavelength can be outputted. In other words, dynamic range of the driving current can be increased.SELECTED DRAWING: Figure 9

Description

本発明は、分布帰還型(DFB)横マルチモード半導体レーザ素子に関する。   The present invention relates to a distributed feedback (DFB) lateral multimode semiconductor laser device.

DFB半導体レーザ素子は、例えば、下記特許文献1及び特許文献2に記載されている。DFB半導体レーザ素子は、下部クラッド層と、下部クラッド層上に形成された活性層と、活性層上に形成された上部クラッド層と、下部クラッド層又は上部クラッド層に設けられた回折格子層とを備えており、回折格子層により規定される波長のレーザ光が活性層から出射されるものである。   The DFB semiconductor laser element is described in, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2 below. A DFB semiconductor laser device includes a lower cladding layer, an active layer formed on the lower cladding layer, an upper cladding layer formed on the active layer, and a diffraction grating layer provided on the lower cladding layer or the upper cladding layer. The laser beam having a wavelength defined by the diffraction grating layer is emitted from the active layer.

レーザ光の横断面の幅方向(活性層の幅方向)に沿ったレーザ光の強度分布は、導波モードとして、水平横モードを示している。水平横モードにおける基本モードは、強度分布のピーク位置が、活性層の幅方向の中心に位置するが、活性層の幅方向の寸法が、基本モードの強度分布長よりも長い場合、複数のモードのレーザ光が、活性層内に存在し、複数の強度分布ピークを有する横マルチモードとなる。   The intensity distribution of the laser light along the width direction of the cross section of the laser light (the width direction of the active layer) indicates a horizontal transverse mode as the waveguide mode. In the horizontal mode, the fundamental mode is located at the center in the width direction of the active layer, but when the dimension in the width direction of the active layer is longer than the intensity distribution length of the fundamental mode, multiple modes are used. Of the laser beam exists in the active layer and becomes a transverse multimode having a plurality of intensity distribution peaks.

なお、横モード、すなわち、導波モードは、波動方程式と境界条件を同時に満たす解が単一となる場合(カットオフ条件)に、シングルモードとなり、複数となる場合に、マルチモードとなる。水平横モードが、シングルモードの半導体レーザ素子としては、特許文献3に記載のものが知られており、共振器幅の狭い半導体レーザ素子が開示されている。   The transverse mode, that is, the waveguide mode, becomes a single mode when there is a single solution that satisfies the wave equation and the boundary condition at the same time (cutoff condition), and becomes a multimode when there are multiple solutions. As a semiconductor laser element in which the horizontal transverse mode is a single mode, the one described in Patent Document 3 is known, and a semiconductor laser element having a narrow resonator width is disclosed.

レーザ光の横断面の厚み方向(活性層の厚み方向)に沿ったレーザ光の強度分布は、レーザ光の強度分布は垂直横モードを示している。垂直横モードにおいては、レーザ光の強度分布のピーク位置が1つに設定するように、活性層の厚みを設定することができる。   The intensity distribution of the laser beam along the thickness direction (active layer thickness direction) of the transverse cross section of the laser beam indicates the vertical transverse mode. In the vertical transverse mode, the thickness of the active layer can be set so that the peak position of the laser light intensity distribution is set to one.

レーザ素子の共振器長方向(活性層の共振器長方向)、すなわち光の進行方向の共振モードは、縦モードである。ファブリペローレーザ素子においては、縦モードにおいて、共振条件を満たす基本モードの波長と、その整数倍の波長が複数存在するため、縦マルチモードの発振が生じ、複数の波長を有するレーザ光が活性層から出力される。また、特許文献4に開示のように、DFB半導体レーザにおいては、活性層において発生したレーザ光の中で、特定の波長成分を有するものを、回折格子層により選択し、縦モードにおいて、シングルモード発振を行わせることが可能である。   The resonance mode in the cavity length direction of the laser element (the cavity length direction of the active layer), that is, the light traveling direction is the longitudinal mode. In a Fabry-Perot laser device, there are a plurality of fundamental mode wavelengths that satisfy the resonance condition and a plurality of integral multiples of wavelengths in the longitudinal mode, so that longitudinal multimode oscillation occurs, and laser light having a plurality of wavelengths is generated in the active layer. Is output from. Further, as disclosed in Patent Document 4, in a DFB semiconductor laser, a laser beam having a specific wavelength component among laser beams generated in an active layer is selected by a diffraction grating layer, and in a longitudinal mode, a single mode is selected. Oscillation can be performed.

上述のDFB横マルチモード半導体レーザ素子は、例えば、レーザ加工機におけるレーザ媒質の励起光源や、光ピックアップなどに用いられている。   The above-described DFB multi-mode semiconductor laser element is used for, for example, a pumping light source of a laser medium or an optical pickup in a laser processing machine.

特許3204474号公報Japanese Patent No. 3204474 特許3707846号公報Japanese Patent No. 3707847 特開昭63−222487号公報JP-A-63-222487 特開2000−357841号公報JP 2000-357841 A

しかしながら、上述のDFB横マルチモード半導体レーザ素子においては、出力及び波長安定性が高くなるが、駆動電流のダイナミックレンジを広くしても、縦モードにおいて、選択した波長のレーザ光が出力されることが期待される。本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、縦モードにおいて、選択した波長のレーザ光を出力可能な駆動電流のダイナミックレンジを広くすることが可能なDFB横マルチモード半導体レーザ素子を提供することを目的とする。   However, although the output and wavelength stability of the DFB lateral multimode semiconductor laser element described above are increased, laser light having a selected wavelength is output in the longitudinal mode even if the dynamic range of the drive current is widened. There is expected. The present invention has been made in view of such problems, and a DFB lateral multimode semiconductor laser element capable of widening a dynamic range of a drive current capable of outputting laser light of a selected wavelength in a longitudinal mode. The purpose is to provide.

上述の課題を解決するため、本発明に係る分布帰還型横マルチモード半導体レーザ素子は、活性層と、前記活性層を挟むクラッド層と、前記活性層において発生したレーザ光に重なる回折格子層とを備え、前記活性層において発生する光の利得スペクトルのピーク値に相当するエネルギーバンドギャップをEp、前記回折格子層の選択する選択スペクトルのピーク値に相当するエネルギーバンドギャップをEDFB、とした場合、Ep−6.4meV≦EDFB≦Ep、を満たすことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, a distributed feedback lateral multimode semiconductor laser device according to the present invention includes an active layer, a cladding layer sandwiching the active layer, and a diffraction grating layer overlapping the laser light generated in the active layer. Where Ep is the energy band gap corresponding to the peak value of the gain spectrum of the light generated in the active layer, and E DFB is the energy band gap corresponding to the peak value of the selected spectrum selected by the diffraction grating layer. Ep−6.4 meV ≦ E DFB ≦ Ep.

また、エネルギーバンドギャップを波長に換算した場合、本発明に係る分布帰還型横マルチモード半導体レーザ素子は、活性層と、前記活性層を挟むクラッド層と、前記活性層において発生したレーザ光に重なる回折格子層と、を備え、前記活性層において発生する光の利得スペクトルのピーク値の波長をλp、前記回折格子層の選択する選択スペクトルのピーク値の波長をλDFB、とした場合、λp≦λDFB≦λp+5nmを満たすことを特徴とする。 When the energy band gap is converted into a wavelength, the distributed feedback lateral multimode semiconductor laser device according to the present invention overlaps the active layer, the cladding layer sandwiching the active layer, and the laser light generated in the active layer. A wavelength of a peak value of a gain spectrum of light generated in the active layer is λp, and a wavelength of a peak value of a selected spectrum selected by the diffraction grating layer is λ DFB , λp ≦ λ DFB ≦ λp + 5 nm is satisfied.

上述の条件の場合、駆動電流を大きく変化させた場合においても、レーザ光のスペクトル内において、DFBに基づく発振が生じつつも、ファブリペローに基づく発振が大きく抑制され、単一波長のレーザ光を出力することができる。すなわち、駆動電流のダイナミックレンジを広くすることができる。   In the case of the above conditions, even when the drive current is greatly changed, oscillation based on Fabry-Perot is greatly suppressed while oscillation based on DFB occurs in the spectrum of the laser light, and single wavelength laser light is Can be output. That is, the dynamic range of the drive current can be widened.

本発明の分布帰還型横マルチモード半導体レーザ素子によれば、選択した波長のレーザ光を出力可能な駆動電流のダイナミックレンジを広くすることができる。   According to the distributed feedback lateral multimode semiconductor laser device of the present invention, it is possible to widen the dynamic range of the drive current that can output the laser beam having the selected wavelength.

半導体レーザ装置の斜視図である。It is a perspective view of a semiconductor laser device. DFB半導体レーザ素子の斜視図である。It is a perspective view of a DFB semiconductor laser device. DFB半導体レーザ素子の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of a DFB semiconductor laser element. 回折格子層の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of a diffraction grating layer. 半導体レーザ素子を励起用LD(レーザダイオード)として用いたレーザ装置のブロック図である。It is a block diagram of the laser apparatus which used the semiconductor laser element as LD for excitation (laser diode). 波長(nm)と光出力(dB)の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a wavelength (nm) and optical output (dB). LD温度−8℃において、光出力(W)と波長(nm)の関係を示すグラフ(A)、LD温度0℃において、光出力(W)と波長(nm)の関係を示すグラフ(B)、LD温度10℃において、光出力(W)と波長(nm)の関係を示すグラフ(C)である。Graph (A) showing the relationship between light output (W) and wavelength (nm) at LD temperature -8 ° C. Graph (B) showing the relationship between light output (W) and wavelength (nm) at LD temperature 0 ° C. 5 is a graph (C) showing the relationship between light output (W) and wavelength (nm) at an LD temperature of 10 ° C. DFBのレーザ発振のみが行われた光出力(W)と温度の条件を示す図表である。It is a graph which shows the conditions of the optical output (W) in which only the laser oscillation of DFB was performed, and temperature. LD温度−8℃、光出力6Wにおけるレーザ光の波長(nm)と光出力(a.u.)の関係を示すグラフ(A)、LD温度0℃、光出力6Wにおけるレーザ光の波長(nm)と光出力(a.u.)の関係を示すグラフ(B)、LD温度10℃、光出力7Wにおけるレーザ光の波長(nm)と光出力(a.u.)の関係を示すグラフ(C)である。Graph (A) showing the relationship between the wavelength (nm) of the laser beam and the optical output (au) at an LD temperature of −8 ° C. and an optical output of 6 W, and the wavelength (nm) of the laser beam at an LD temperature of 0 ° C. and an optical output of 6 W. ) And optical output (au), a graph (B) showing the relationship between the wavelength (nm) of laser light and optical output (au) at an LD temperature of 10 ° C. and an optical output of 7 W ( C). LD温度−8℃において、λpとλDFBの関係を示す図表である。It is a graph which shows the relationship between (lambda) p and (lambda) DFB in LD temperature -8 degreeC. LD温度0℃において、λpとλDFBの関係を示す図表である。It is a graph which shows the relationship between (lambda) p and (lambda) DFB in LD temperature 0 degreeC. LD温度10℃において、λpとλDFBの関係を示す図表である。It is a graph which shows the relationship between (lambda) p and (lambda) DFB in LD temperature of 10 degreeC. 波長λとエネルギーバンドギャップEgを示す図表である。It is a graph which shows wavelength (lambda) and energy band gap Eg. レーザ素子に供給する電流(A)と光出力(W)との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the electric current (A) supplied to a laser element, and optical output (W). 波長(nm)と光出力(dB)との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a wavelength (nm) and optical output (dB). モード利得Γgと光子エネルギーとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between mode gain (GAMMA) g and photon energy. モード利得Γgと光子エネルギーとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between mode gain (GAMMA) g and photon energy. 各種関係式を示す図表である。It is a chart which shows various relational expressions.

以下、実施の形態に係る分布帰還型(Distributed Feedback(DFB))横マルチモード半導体レーザ素子について説明する。なお、同一要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。   Hereinafter, a distributed feedback (DFB) lateral multimode semiconductor laser device according to an embodiment will be described. Note that the same reference numerals are used for the same elements, and redundant description is omitted.

図1は、半導体レーザ装置の斜視図である。   FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor laser device.

半導体レーザ装置100は、上面に段差を有するベース30と、ベース30の下段面上に固定されたサブマウント20と、サブマウント20上に導電性のペースト等で下面が固定されたDFB半導体レーザ素子(以下、半導体レーザ素子10)とを備えている。ベース30の上段面と、半導体レーザ素子10の上部電極E1との間には、複数のワイヤWが接続されている。ベース30は、上段面導体部材31と下段面導体部材32とからなり、上段面導体部材31と下段面導体部材32との間には、セラミックの絶縁体が設けられている。   The semiconductor laser device 100 includes a base 30 having a step on the upper surface, a submount 20 fixed on the lower surface of the base 30, and a DFB semiconductor laser element whose lower surface is fixed on the submount 20 with a conductive paste or the like. (Hereinafter, semiconductor laser device 10). A plurality of wires W are connected between the upper surface of the base 30 and the upper electrode E1 of the semiconductor laser element 10. The base 30 includes an upper-stage conductor member 31 and a lower-stage conductor member 32, and a ceramic insulator is provided between the upper-stage conductor member 31 and the lower-stage conductor member 32.

共振器長を規定する上部電極E1の長さは4mm、上部電極E1の幅(発光幅)は100μmである。   The length of the upper electrode E1 that defines the resonator length is 4 mm, and the width (light emission width) of the upper electrode E1 is 100 μm.

図2は、半導体レーザ素子の斜視図である。   FIG. 2 is a perspective view of the semiconductor laser device.

半導体レーザ素子10は、基板1と、基板1上に形成された下部クラッド層2と、下部クラッド層2上に形成された活性層3と、活性層3上に形成された上部クラッド層4(4a,4b)と、上部クラッド層4に設けられた回折格子層GRと、上部クラッド層4上に形成されたコンタクト層5と、コンタクト層5上に形成された上部電極E1とを備えている。なお、基板1の下面には、金などの導電性ペーストなどで下部電極が形成される。   The semiconductor laser element 10 includes a substrate 1, a lower cladding layer 2 formed on the substrate 1, an active layer 3 formed on the lower cladding layer 2, and an upper cladding layer 4 ( 4a, 4b), a diffraction grating layer GR provided on the upper cladding layer 4, a contact layer 5 formed on the upper cladding layer 4, and an upper electrode E1 formed on the contact layer 5. . A lower electrode is formed on the lower surface of the substrate 1 with a conductive paste such as gold.

上部クラッド層4は、第1上部クラッド層4aと、第2上部クラッド層4bとからなり、回折格子層GRは、これらの間に挟まれている。回折格子層GRは、ストライプ状の凹凸構造を備えており、第2上部クラッド層4bは、凹凸構造の凹部内に埋め込まれる。上部クラッド層4と、回折格子層GRとは、屈折率が異なっており、共振器長方向に沿って、屈折率の異なる領域が交互に存在することとなる。   The upper clad layer 4 is composed of a first upper clad layer 4a and a second upper clad layer 4b, and the diffraction grating layer GR is sandwiched therebetween. The diffraction grating layer GR has a striped concavo-convex structure, and the second upper cladding layer 4b is embedded in a concave portion of the concavo-convex structure. The upper cladding layer 4 and the diffraction grating layer GR have different refractive indexes, and regions having different refractive indexes exist alternately along the resonator length direction.

また、回折格子層GRは、上部クラッド層4に設けたのと同様に、下部クラッド層2に設けることとしてもよい。これらのクラッド層は上下を反転すれば、等価だからである。なお、上部クラッド層と下部クラッド層とでは、導電型が異なる。下部クラッド層2に回折格子層を設ける場合、下部クラッド層2は、上部クラッド層4と同様に2つに分割することができる。   Further, the diffraction grating layer GR may be provided in the lower cladding layer 2 in the same manner as that provided in the upper cladding layer 4. This is because these cladding layers are equivalent if they are turned upside down. The upper clad layer and the lower clad layer have different conductivity types. When a diffraction grating layer is provided in the lower clad layer 2, the lower clad layer 2 can be divided into two like the upper clad layer 4.

図3は、半導体レーザ素子の縦断面図である。   FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the semiconductor laser element.

この図は、より詳細な構造を示しており、半導体レーザ素子10は、活性層3と下部クラッド層2との間に、外側から順番に、第1光ガイド層3G1、第1傾斜組成層3C1、隣接光ガイド層3g1を備えており、活性層3と第1上部クラッド層4aとの間に、外側から順番に、第2光ガイド層3G2、第2組成傾斜層3C2、隣接光ガイド層3gを備えている。なお、活性層3に隣接する隣接光ガイド層3g1,3g2は、基板1に近い方が厚く、また、組成傾斜層3C1,3C2は、Al組成が、活性層3に近づくにしたがって、徐々に減少する層である。また、同図では、基板1の裏面側に下部電極E2を示してある。   This figure shows a more detailed structure. The semiconductor laser device 10 includes a first light guide layer 3G1 and a first graded composition layer 3C1 between the active layer 3 and the lower cladding layer 2 in order from the outside. The adjacent light guide layer 3g1 is provided, and the second light guide layer 3G2, the second composition gradient layer 3C2, and the adjacent light guide layer 3g are arranged between the active layer 3 and the first upper cladding layer 4a in order from the outside. It has. The adjacent light guide layers 3g1 and 3g2 adjacent to the active layer 3 are thicker near the substrate 1, and the composition gradient layers 3C1 and 3C2 gradually decrease as the Al composition approaches the active layer 3. It is a layer to do. Further, in the same figure, the lower electrode E2 is shown on the back side of the substrate 1.

なお、上記の各層の材料/厚みは、以下の通りである。

Figure 2017034034
The material / thickness of each of the above layers is as follows.
Figure 2017034034

なお、不純物濃度の好適範囲は、上記濃度の1/10倍〜10倍であり、各層の厚みは、例示的には、±50%程度の誤差を含んだ場合においても、動作し、この場合にも、レーザ光が十分に発光する。また、回折格子層におけるAlの組成は、0%よりも大きく10%以下であることが好ましい。なぜならば、回折格子作製工程において当該面は一旦大気曝露され、活性の高いAlが10%より多く含まれる場合、著しい自然酸化によるデバイス特性悪化が誘発されるためである。Alが含まれた場合には、再成長の加熱過程における、回折格子の形状変化が抑制されるという利点がある。コンタクト層、上部クラッド層、回折格子層のP型不純物はZn、基板、下部クラッド層、第1光ガイド層、第1組成傾斜層のN型不純物はSiを用いることができる。また、P型とN型の導電型を入れ替えても、レーザ素子は動作する。   Note that the preferable range of the impurity concentration is 1/10 to 10 times the above concentration, and the thickness of each layer operates, for example, even when an error of about ± 50% is included. In addition, the laser beam is sufficiently emitted. Further, the composition of Al in the diffraction grating layer is preferably greater than 0% and 10% or less. This is because, when the surface is once exposed to the atmosphere in the diffraction grating manufacturing process and contains more than 10% of highly active Al, device characteristics are significantly deteriorated due to significant natural oxidation. When Al is contained, there is an advantage that a change in the shape of the diffraction grating is suppressed in the heating process of regrowth. Zn can be used as the P-type impurity in the contact layer, the upper cladding layer, and the diffraction grating layer, and Si can be used as the N-type impurity in the substrate, the lower cladding layer, the first light guide layer, and the first composition gradient layer. Further, even if the P-type and N-type conductivity types are switched, the laser element operates.

また、第2光ガイド層3G2(AlGa1−XAs:X=0.25)と活性層3との間には隣接光ガイド層3g2(AlGa1−XAs:X=0.18)と、これらの間の組成を有する組成傾斜層3C2(AlGa1−XAs:X=0.25〜0.18)を挿入することができ、第1光ガイド層3G1(AlGa1−XAs:X=0.25)と活性層3との間には、隣接光ガイド層3g1(AlGa1−XAs:X=0.18)と、これらの間の組成を有する組成傾斜層3C1(AlGa1−XAs:X=0.25〜0.18)を挿入することができるが、これらの層は省略することもできる。全ての光ガイド層は、活性層よりもエネルギーバンドギャップが大きく設定されるが、活性層に近い方の光ガイド層のエネルギーバンドギャップは、遠い方よりも小さく設定される(すなわち、Al組成比Xが小さい)。 The second optical guiding layer 3G2: between (Al X Ga 1-X As X = 0.25) and the active layer 3 adjacent optical guide layer 3g2 (Al X Ga 1-X As: X = 0. 18) and a composition gradient layer 3C2 (Al X Ga 1-X As: X = 0.25 to 0.18) having a composition between them can be inserted, and the first light guide layer 3G1 (Al X Between Ga 1-X As: X = 0.25) and the active layer 3, the adjacent light guide layer 3g1 (Al X Ga 1-X As: X = 0.18) and the composition between them are composition gradient layer 3C1 having (Al X Ga 1-X As : X = 0.25~0.18) can be inserted, these layers may be omitted. All the light guide layers are set to have an energy band gap larger than that of the active layer, but the energy band gap of the light guide layer closer to the active layer is set to be smaller than that of the farther (ie, the Al composition ratio). X is small).

なお、各層におけるAl組成について詳説すれば、クラッド層のAl組成は、回折格子層のAl組成とは異なり、屈折率が異なる。AlGa1−XAsにおいては、Alの組成比Xが高いほど、エネルギーバンドギャップは大きくなり、屈折率は小さくなる。クラッド層におけるAl組成は、例えば、P側の上部クラッド層においてX=0.45、N側の下部クラッド層においてX=0.33(33%)に設定され、活性層に近い方の光ガイド層のAl組成は、例えば、共にX=0.15(15%)に設定され、活性層から遠い方の光ガイド層3G1,3G2のAl組成は、例えば、共にX=0.25(25%)に設定される。回折格子層以外の各層のAl組成比Xは、±0.05(=5%)の誤差を含んでも動作することができる。 If the Al composition in each layer is described in detail, the Al composition of the clad layer is different from the Al composition of the diffraction grating layer and has a different refractive index. In Al X Ga 1-X As, the higher the Al composition ratio X, the larger the energy band gap and the lower the refractive index. For example, the Al composition in the cladding layer is set to X = 0.45 in the upper cladding layer on the P side and X = 0.33 (33%) in the lower cladding layer on the N side, and the light guide closer to the active layer. The Al composition of the layers is set to, for example, both X = 0.15 (15%), and the Al composition of the light guide layers 3G1 and 3G2 farther from the active layer is, for example, both X = 0.25 (25%). ). The Al composition ratio X of each layer other than the diffraction grating layer can operate even with an error of ± 0.05 (= 5%).

なお、形成方法は、MOCVD(有機金属気相成長)法を用いることができる。Alを含む場合はTMA(トリメチルアルミニウム)、Gaを含む場合はTMG(トリメチルガリウム)、Asを含む場合にはアルシンを原料として用いることができる。AlGaAsの成長温度は700℃前後であり、これらの材料の成長方法は良く知られている。   Note that a MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) method can be used as a formation method. TMA (trimethylaluminum) can be used as a raw material when Al is contained, TMG (trimethylgallium) can be used as a raw material when Ga is contained, and arsine can be used as a raw material when As is contained. The growth temperature of AlGaAs is around 700 ° C., and the growth method of these materials is well known.

上述の構造の製法の一例としては、N型GaAs基板上に、N型Al0.33Ga0.67Asクラッド層、InGaAs量子井戸層を含むAlGaAs系アンドープ光ガイド層、P型Al0.45Ga0.55As第1クラッド層(約40nm)、P型Al0.1Ga0.9As回折格子層(約50nm)を順次成長する。次に、干渉露光法と、ウェットエッチングによって回折格子を作製する。回折格子の周期Λは、λp≦λDFB≦λp+5nmの範囲となるよう設定する。結合係数は構造によって一義的に決まり、当該構造であれば、κ=2.0〜2.5(cm−1)の範囲となる。次に、回折格子が切られたウェハを表面処理し、速やかに結晶成長炉に導入し、p型Al0.45Ga0.55As第2クラッド層と、p型GaAsコンタクト層を成長する。完成したレーザ結晶には、電極を形成する。電極の幅は100μmであり、共振器長4mmに劈開されたウェハの出射面と反射面には、それぞれ所望の反射率を有する誘電体多層膜を形成し、半導体レーザ素子は、ジャンクションダウン型でサブマウントに半田付けすることができる。 As an example of the manufacturing method of the above-mentioned structure, an N-type Al 0.33 Ga 0.67 As cladding layer, an AlGaAs undoped light guide layer including an InGaAs quantum well layer, a P-type Al 0.45 on an N-type GaAs substrate. A Ga 0.55 As first cladding layer (about 40 nm) and a P-type Al 0.1 Ga 0.9 As diffraction grating layer (about 50 nm) are grown sequentially. Next, a diffraction grating is produced by interference exposure and wet etching. The period Λ of the diffraction grating is set to be in the range of λp ≦ λ DFB ≦ λp + 5 nm. The coupling coefficient is uniquely determined by the structure, and in the case of the structure, κ = 2.0 to 2.5 (cm −1 ). Next, the wafer from which the diffraction grating has been cut is subjected to surface treatment and promptly introduced into a crystal growth furnace to grow a p-type Al 0.45 Ga 0.55 As second cladding layer and a p-type GaAs contact layer. An electrode is formed on the completed laser crystal. The electrode has a width of 100 μm, and a dielectric multilayer film having a desired reflectivity is formed on each of the emission surface and the reflection surface of the wafer cleaved to a resonator length of 4 mm. The semiconductor laser element is a junction-down type. Can be soldered to the submount.

図4は、回折格子層GRの縦断面図である。これは、共振器長と厚み方向を含む平面で回折格子層GRを切った断面である。   FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the diffraction grating layer GR. This is a cross section obtained by cutting the diffraction grating layer GR along a plane including the resonator length and the thickness direction.

このように回折格子層GRは、閃亜鉛鉱型構造のIII−V族化合物半導体からなり、幅方向に沿って延びた複数の凸部及び凹部からなる凹凸構造を有しており、なお、凹凸構造は、エッチングによって形成することができるが、エッチングによって凹部が回折格子層を構成するAlGaAs層の底面に到達しないようにする。   As described above, the diffraction grating layer GR is made of a zinc-blende structure III-V group compound semiconductor, and has a concavo-convex structure including a plurality of convex portions and concave portions extending in the width direction. The structure can be formed by etching, but the etching prevents the recess from reaching the bottom surface of the AlGaAs layer constituting the diffraction grating layer.

図5は、半導体レーザ装置100を励起用LDとして用いたレーザ装置のブロック図である。   FIG. 5 is a block diagram of a laser device using the semiconductor laser device 100 as an excitation LD.

励起用LDとしての半導体レーザ装置100から出射されたレーザ光は、YAG結晶などのレーザ媒質101に入射し、レーザ媒質101を励起する。レーザ媒質101に種光を入射させた場合や、励起用のレーザ光自身により、レーザ媒質101を挟む反射ミラー102、102間を往復するレーザ光が増幅され、反射率の低い方の反射ミラー103からレーザ光が出射する。出射したレーザ光は、反射ミラー104、反射ミラー105を介して、一次元又は二次元のガルバノメータなどの走査装置106に入力され、対物レンズとしてのfθレンズ107を介して、テーブル108上の対象物109に入射する。励起光の波長は、本例では、976nmである。   Laser light emitted from the semiconductor laser device 100 as an excitation LD is incident on a laser medium 101 such as a YAG crystal to excite the laser medium 101. When seed light is incident on the laser medium 101, or by the excitation laser light itself, the laser light reciprocating between the reflection mirrors 102 and 102 sandwiching the laser medium 101 is amplified, and the reflection mirror 103 having the lower reflectivity is amplified. The laser beam is emitted from. The emitted laser light is input to a scanning device 106 such as a one-dimensional or two-dimensional galvanometer through the reflecting mirror 104 and the reflecting mirror 105, and the object on the table 108 is passed through the fθ lens 107 as an objective lens. 109 is incident. The wavelength of the excitation light is 976 nm in this example.

図6は、波長(nm)と光出力(dB)の関係を示すグラフである。   FIG. 6 is a graph showing the relationship between wavelength (nm) and light output (dB).

このグラフは、半導体レーザ素子の活性層において発生したレーザ光の利得スペクトルを示しており、波長λp=976nmの位置にスペクトルのピークが位置する。回折格子層の選択する波長λDFBは、ピーク波長λp以上、λp+5(nm)以下に設定する。 This graph shows the gain spectrum of the laser beam generated in the active layer of the semiconductor laser element, and the peak of the spectrum is located at the position of wavelength λp = 976 nm. The wavelength λ DFB selected by the diffraction grating layer is set to a peak wavelength λp or more and λp + 5 (nm) or less.

すなわち、活性層3において発生する光の利得スペクトルのピーク値の波長をλp、回折格子層GRの選択する選択スペクトルのピーク値の波長をλDFBとした場合、λp≦λDFB≦λp+5nmを満たす。 That is, the wavelength of the peak value of the gain spectrum of the light generated in the active layer 3 .lambda.p, if the wavelength of the peak value of the selected spectral selecting the diffraction grating layer GR was lambda DFB, satisfy λp ≦ λ DFB ≦ λp + 5nm .

上述の条件の場合、駆動電流を大きく変化させた場合においても、レーザ光のスペクトル内において、DFBに基づく発振が生じつつも、ファブリペローに基づく発振が大きく抑制され、単一波長のレーザ光を出力することができる。すなわち、駆動電流のダイナミックレンジを広くすることができる。   In the case of the above conditions, even when the drive current is greatly changed, oscillation based on Fabry-Perot is greatly suppressed while oscillation based on DFB occurs in the spectrum of the laser light, and single wavelength laser light is Can be output. That is, the dynamic range of the drive current can be widened.

以下、詳説する。   The details will be described below.

図7は、LD(レーザダイオード)温度−8℃において、光出力(W)と波長(nm)の関係を示すグラフ(A)、LD温度0℃において、光出力(W)と波長(nm)の関係を示すグラフ(B)、LD温度10℃において、光出力(W)と波長(nm)の関係を示すグラフ(C)である。なお、構成要素の材料は上述の通りである。   FIG. 7 is a graph (A) showing the relationship between the light output (W) and the wavelength (nm) at an LD (laser diode) temperature of −8 ° C., and the light output (W) and the wavelength (nm) at an LD temperature of 0 ° C. The graph (B) which shows the relationship of this, and the graph (C) which shows the relationship between light output (W) and wavelength (nm) in LD temperature of 10 degreeC. In addition, the material of a component is as above-mentioned.

また、共振器内部に周期Λ、次数mの回折格子が刻設されている場合、回折格子層で選択される波長は、λDFB=(2ΛNeff )/mとなる。Neff は、導波モードに対応する等価屈折率であり、上付き添え字の0は基底モードを意味する。 When a diffraction grating having a period Λ and an order m is engraved inside the resonator, the wavelength selected by the diffraction grating layer is λ DFB = (2ΛN eff 0 ) / m. N eff 0 is the equivalent refractive index corresponding to the waveguide mode, and the superscript 0 means the fundamental mode.

なお、図10は、LD温度−8℃において、λpとλDFBの関係を示す図表、図11は、LD温度0℃において、λpとλDFBの関係を示す図表、図12はLD温度10℃において、λpとλDFBの関係を示す図表、図13は波長λとエネルギーバンドギャップEgを示す図表である。 Incidentally, FIG. 10, in the LD temperature -8 ° C., Chart, Figure 11 shows the relationship between λp and lambda DFB, in LD temperature 0 ° C., table showing the relationship between λp and lambda DFB, 12 LD temperature 10 ° C. FIG. 13 is a chart showing the relationship between λp and λ DFB , and FIG. 13 is a chart showing the wavelength λ and the energy band gap Eg.

図7(A)に示すように、LD温度−8℃において、光出力7Wから9Wにおいて選択した波長による発振が得られた。   As shown in FIG. 7A, the oscillation with the selected wavelength was obtained at the optical power of 7 to 9 W at the LD temperature of −8 ° C.

図7(C)及び図12に示すように、LD温度10℃において、光出力1Wから4Wにおいて選択した波長による発振が得られた。   As shown in FIG. 7C and FIG. 12, the oscillation with the selected wavelength was obtained at the light output of 1 W to 4 W at the LD temperature of 10 ° C.

図7(B)及び図11に示すように、LD温度0℃において、光出力1Wから9Wにおいて選択した波長による発振が得られた。このときのΔλの最大値は、5.0nmであり、LD発振時の利得関係をλDFB=λp+5nmとすることでDFB発振範囲を最大にすることができる。 As shown in FIG. 7B and FIG. 11, the oscillation with the selected wavelength was obtained at the optical output of 1 W to 9 W at the LD temperature of 0 ° C. The maximum value of Δλ at this time is 5.0 nm, and the DFB oscillation range can be maximized by setting the gain relationship during LD oscillation to λ DFB = λp + 5 nm.

具体的には、図13に示すように、273K=0℃、光出力1Wにおけるλp=969.1nm、λDFB=974.1nmであり、回折格子層内の屈折率の周期Λは432.4nmに設定した。 Specifically, as shown in FIG. 13, λp = 969.1 nm and λ DFB = 974.1 nm at 273 K = 0 ° C., optical output 1 W, and the refractive index period Λ in the diffraction grating layer is 432.4 nm. Set to.

図7(A)に示すように、LD温度−8℃の場合、回折格子層の選択したレーザ光(DFB)が波長973.7nmから975.1nmの範囲で分布する一方で、活性層で発生したそのもののレーザ光(ファブリペローの発振:FP)が、波長967.4nmから972nmの範囲において、分布する。すなわち、駆動電流を大きく変化させると、複数のピーク波長のレーザ光(DFB、FP)が、半導体レーザ素子から出力される。   As shown in FIG. 7A, when the LD temperature is −8 ° C., the laser beam (DFB) selected by the diffraction grating layer is distributed in the wavelength range of 973.7 nm to 975.1 nm, but is generated in the active layer. The laser light itself (Fabry-Perot oscillation: FP) is distributed in the wavelength range of 967.4 nm to 972 nm. That is, when the drive current is greatly changed, laser light (DFB, FP) having a plurality of peak wavelengths is output from the semiconductor laser element.

図7(C)に示すように、LD温度10℃の場合、回折格子層の選択したレーザ光(DFB)が波長974.8nmから976.2nmの範囲で分布する一方で、活性層で発生したそのもののレーザ光(ファブリペローの発振:FP)が、波長970.7nmから981.5nmの範囲において、分布する。すなわち、駆動電流を大きく変化させると、複数のピーク波長のレーザ光(DFB、FP)が、半導体レーザ素子から出力される。   As shown in FIG. 7C, when the LD temperature is 10 ° C., the laser beam (DFB) selected by the diffraction grating layer is distributed in the wavelength range from 974.8 nm to 976.2 nm, while it is generated in the active layer. The laser light itself (Fabry-Perot oscillation: FP) is distributed in the wavelength range of 970.7 nm to 981.5 nm. That is, when the drive current is greatly changed, laser light (DFB, FP) having a plurality of peak wavelengths is output from the semiconductor laser element.

図7(B)に示すように、LD温度0℃の場合、回折格子層の選択したレーザ光(DFB)のみが波長974.1nmから975.5nmの範囲で分布するが、活性層で発生したそのもののレーザ光(ファブリペローの発振:FP)は、光出力が1W〜9Wの範囲内において、観察されない。すなわち、駆動電流を大きく変化させても、選択したピーク波長のレーザ光のみが、半導体レーザ素子から出力される。   As shown in FIG. 7B, when the LD temperature is 0 ° C., only the laser beam (DFB) selected by the diffraction grating layer is distributed in the wavelength range from 974.1 nm to 975.5 nm, but is generated in the active layer. The laser beam itself (Fabry-Perot oscillation: FP) is not observed when the optical output is in the range of 1 W to 9 W. That is, even if the driving current is greatly changed, only the laser beam having the selected peak wavelength is output from the semiconductor laser element.

図8は、DFBのレーザ発振のみが行われた光出力(W)と温度の条件を示す図表である。DFBに基づく単一のピーク波長のレーザ光のみが出力された場合は、丸印を記載し、そうでない場合には×印を記載してある。   FIG. 8 is a chart showing conditions of optical output (W) and temperature in which only DFB laser oscillation is performed. When only a laser beam having a single peak wavelength based on DFB is output, a circle is indicated, and when not, an X is indicated.

図7(A)、図8、図10に示すように、265K(−8℃)においては、光出力を7W〜9Wまで変化させても、DFBに基づく単一のピーク波長のレーザ光のみしか出力されなかった。図7(B)、図8、図11に示すように、273K(0℃)においては、光出力を1W〜9Wまで変化させても、DFBに基づく単一のピーク波長のレーザ光のみしか出力されなかった。図7(C)、図8、図12に示すように、283K(10℃)においては、光出力を少なくとも1W〜4Wまで変化させても、DFBに基づく単一のピーク波長のレーザ光のみしか出力されなかった。303K(20℃)においては、光出力を1W〜3Wまで変化させても、DFBに基づく単一のピーク波長のレーザ光のみしか出力されなかった。313K(30℃)においては、光出力を1Wにおいては、DFBに基づく単一のピーク波長のレーザ光のみしか出力されなかった。その他の光出力(駆動電流)の場合には、FPや他のモードの発振が観察された。   As shown in FIGS. 7A, 8 and 10, at 265 K (−8 ° C.), even if the optical output is changed from 7 W to 9 W, only the laser beam having a single peak wavelength based on DFB is used. It was not output. As shown in FIGS. 7B, 8, and 11, at 273 K (0 ° C.), only a laser beam having a single peak wavelength based on DFB is output even if the optical output is changed from 1 W to 9 W. Was not. As shown in FIGS. 7C, 8 and 12, at 283K (10 ° C.), even if the optical output is changed from at least 1 W to 4 W, only laser light having a single peak wavelength based on DFB is used. It was not output. At 303 K (20 ° C.), only the laser light having a single peak wavelength based on DFB was output even when the optical output was changed from 1 W to 3 W. At 313 K (30 ° C.), when the optical output was 1 W, only laser light having a single peak wavelength based on DFB was output. In the case of other light output (drive current), FP and other modes of oscillation were observed.

なお、波長をλ、光出力をIとした場合、図7の各データを結ぶ関数λ=f(I)は、以下の式で与えられる。   When the wavelength is λ and the optical output is I, the function λ = f (I) connecting the data in FIG. 7 is given by the following equation.

図7(A)のFPのデータ(−8℃)を結ぶ直線近似式は、λ=0.8296I+967.15、相関係数Rの2乗は。R=0.9666である。 The linear approximation formula connecting the FP data (−8 ° C.) in FIG. 7A is λ = 0.8296I + 967.15, and the square of the correlation coefficient R is. R 2 = 0.9666.

図7(A)のDFBのデータ(−8℃)を結ぶ直線近似式は、λ=0.27I+972.6、相関係数Rの2乗は。R=0.961である。 The linear approximation formula connecting the DFB data (−8 ° C.) in FIG. 7A is λ = 0.27I + 972.6, and the square of the correlation coefficient R is. R 2 = 0.961.

図7(B)のDFBのデータ(0℃)を結ぶ直線近似式は、λ=0.175I+973.84、相関係数Rの2乗は。R=0.9643である。 The linear approximation formula connecting the DFB data (0 ° C.) in FIG. 7B is λ = 0.175I + 973.84, and the square of the correlation coefficient R is. R 2 = 0.9643.

図7(A)と図7(C)のFPのデータから推測される図7(B)のFP(0℃)の直線近似式は、λ=1.1I+968である。   The linear approximation formula of FP (0 ° C.) in FIG. 7B inferred from the FP data in FIGS. 7A and 7C is λ = 1.1I + 968.

図7(C)のFPのデータ(10℃)を結ぶ直線近似式は、λ=1.4I+968.87、相関係数Rの2乗は。R=0.9983である。 The linear approximation formula connecting the FP data (10 ° C.) in FIG. 7C is λ = 1.4I + 968.87, and the square of the correlation coefficient R is. R 2 = 0.99983.

図7(C)のDFBのデータ(10℃)を結ぶ直線近似式は、λ=0.1648I+974.57、相関係数Rの2乗は。R=0.9343である。 The linear approximation formula connecting the DFB data (10 ° C.) in FIG. 7C is λ = 0.1648I + 974.57, and the square of the correlation coefficient R is. R 2 = 0.9343.

図9は、LD温度−8℃、光出力6Wにおけるレーザ光の波長(nm)と光出力(a.u.)の関係を示すグラフ(A)、LD温度0℃、光出力6Wにおけるレーザ光の波長(nm)と光出力(a.u.)の関係を示すグラフ(B)、LD温度10℃、光出力7Wにおけるレーザ光の波長(nm)と光出力(a.u.)の関係を示すグラフ(C)である。   FIG. 9 is a graph (A) showing the relationship between the wavelength (nm) of laser light and the optical output (au) at an LD temperature of −8 ° C. and an optical output of 6 W, and the laser beam at an LD temperature of 0 ° C. and an optical output of 6 W. (B) showing the relationship between the wavelength (nm) of the laser beam and the optical output (au), the relationship between the wavelength (nm) of the laser beam and the optical output (au) at an LD temperature of 10 ° C. and an optical output of 7 W. It is a graph (C) which shows.

LD温度0℃、光出力6Wでは、単一のピークのレーザ光を出力され、LD温度−8℃、光出力6W及びLD温度10℃、光出力7Wでは、2つのピークのレーザ光を出力されていることが分かる。   When the LD temperature is 0 ° C. and the optical output is 6 W, a single peak laser beam is output. When the LD temperature is −8 ° C., the optical output is 6 W, the LD temperature is 10 ° C., and the optical output is 7 W, two peak laser beams are output. I understand that

なお、0nm≦Δλ≦5nmの範囲外の場合のデメリットは、以下の通りである。すなわち、ファイバーレーザ励起や固体レーザ励起用として、波長安定化した上述のDFB半導体レーザを用いる場合、スペクトルサブモードがあると、スペクトルサブモードの光出力は励起光として寄与しない(吸収スペクトルピークから外れている)ため、励起効率を低下させる原因となる。さらに、スペクトルサブモードによる励起光モードの干渉により、励起後光出力が不安定になる。   Note that the demerits in the case of outside the range of 0 nm ≦ Δλ ≦ 5 nm are as follows. That is, when using the above-mentioned DFB semiconductor laser with wavelength stabilization for fiber laser excitation or solid-state laser excitation, if there is a spectrum submode, the light output of the spectrum submode does not contribute as excitation light (offset from the absorption spectrum peak). Therefore, it becomes a cause of lowering the excitation efficiency. Furthermore, the light output after excitation becomes unstable due to interference of the excitation light mode by the spectral submode.

図14は、レーザ素子に供給する電流(A)と光出力(W)との関係を示すグラフである。   FIG. 14 is a graph showing the relationship between the current (A) supplied to the laser element and the optical output (W).

駆動電流を増加させると、レーザ光の光出力は直線的に増加することがわかる。同図において、電流の値が小さい場合(A)、中程度の場合(B)、大きい場合(C)について、スペクトルを観察すると以下の通りとなった。   It can be seen that when the drive current is increased, the optical output of the laser light increases linearly. In the figure, the spectrum was observed as follows when the current value was small (A), medium (B), and large (C).

図15は、波長(nm)と光出力(dB)との関係を示すグラフである。   FIG. 15 is a graph showing the relationship between wavelength (nm) and light output (dB).

このグラフは、半導体レーザ素子の活性層において発生したレーザ光の利得スペクトル(グラフ中のGAIN)と、回折格子層において選択される波長の選択スペクトルを主として含む発光スペクトル(グラフ中のDFB)を示している。   This graph shows an emission spectrum (DFB in the graph) mainly including a gain spectrum (GAIN in the graph) of the laser light generated in the active layer of the semiconductor laser element and a selected spectrum of the wavelength selected in the diffraction grating layer. ing.

図15における(A)、(B)、(C)のグラフは、それぞれ、図14の小駆動電流領域(A)、中駆動電流領域(B)、高駆動電流領域(C)におけるスペクトルを示している。なお、駆動電流が増加するほど、半導体レーザ素子の温度は上昇する。   The graphs (A), (B), and (C) in FIG. 15 show the spectra in the small drive current region (A), the middle drive current region (B), and the high drive current region (C) in FIG. 14, respectively. ing. As the drive current increases, the temperature of the semiconductor laser element increases.

(A)のグラフにおいては、λp≦λDFB≦λp+5nmの関係を満たしており、回折格子層の選択した波長(λDFB)のみで発振していることがわかる。該当の駆動電流において、図7(B)と同様のグラフが得られた。具体的には、λDFB=λp+2.5である。 In the graph of (A), it can be seen that the relationship of λp ≦ λ DFB ≦ λp + 5 nm is satisfied, and oscillation occurs only at the wavelength (λ DFB ) selected by the diffraction grating layer. For the corresponding drive current, a graph similar to that in FIG. 7B was obtained. Specifically, λ DFB = λp + 2.5.

さらに温度が上昇した(B)のグラフにおいては、λp=λDFBの関係となっており、回折格子層の選択した波長(λDFB)のみで発振していることがわかる。該当の駆動電流において、図7(B)と同様のグラフが得られる。 In still graph temperature rises (B), it has a relationship of λp = λ DFB, it can be seen that the oscillating selected wavelength of the diffraction grating layer (lambda DFB) only. A graph similar to that in FIG. 7B is obtained for the corresponding driving current.

さらに温度が上昇した(C)のグラフにおいてλDFB<λpの関係となっており、回折格子層で選択される波長に起因して発生したスペクトルの他に、活性層で発生したレーザ光のスペクトル、すなわち、ファブリペローの発振スペクトル(グラフ内においてFP)も同時に発生している。すなわち、温度が(A)と(B)の条件においては、ファブリペロー発振に基づくレーザ光の出力は抑制される。 In the graph of (C) where the temperature further increased, the relationship of λ DFB <λp is established, and in addition to the spectrum generated due to the wavelength selected in the diffraction grating layer, the spectrum of the laser light generated in the active layer That is, the Fabry-Perot oscillation spectrum (FP in the graph) is also generated. That is, the laser light output based on the Fabry-Perot oscillation is suppressed under the conditions of the temperature (A) and (B).

上述のように、実施形態に係るDFB横マルチモード半導体レーザ素子においては、回折格子層の選択する波長λDFBとピーク波長λpとの関係は、0℃において、λp≦λDFB≦λp+5nmを満たしている。この場合、温度の上昇に伴って、利得ピーク波長は、0.3nm/Kで増加し、回折格子層の選択するバンド端波長は0.07nm/Kで増加する。したがって、回折格子層の選択する波長λDFBが、利得スペクトルのピーク波長λpよりも、+5nm以下の範囲で、大きい場合には、それぞれのピーク位置が近接するため、安定した出力が得られるが、λp+5nmよりも増加した場合には、分布帰還及びファブリペローの双方に起因したスペクトルが同時に発生する。 As described above, in the DFB lateral multimode semiconductor laser device according to the embodiment, the relationship between the wavelength λ DFB selected by the diffraction grating layer and the peak wavelength λp satisfies λp ≦ λ DFB ≦ λp + 5 nm at 0 ° C. Yes. In this case, as the temperature increases, the gain peak wavelength increases at 0.3 nm / K, and the band edge wavelength selected by the diffraction grating layer increases at 0.07 nm / K. Therefore, when the wavelength λ DFB selected by the diffraction grating layer is larger than the peak wavelength λp of the gain spectrum in a range of +5 nm or less, the respective peak positions are close to each other, so that stable output can be obtained. When it exceeds λp + 5 nm, spectra due to both distributed feedback and Fabry-Perot occur simultaneously.

また、横マルチモードのレーザ光が発生し、スペクトルがブロードに拡がるためには、活性層3の電流が流れる領域の幅が、10μm以上を満たしていることが必要である。   Further, in order for the transverse multimode laser light to be generated and the spectrum to be broadened, the width of the region through which the current of the active layer 3 flows needs to satisfy 10 μm or more.

上述の波長の関係は、半導体のエネルギーバンドギャップに換算して、説明することができる。   The above-described wavelength relationship can be explained in terms of a semiconductor energy band gap.

すなわち、上述の波長をエネルギーバンドギャップに換算し、図3を参照すると、上述のDFB横マルチモード半導体レーザ素子は、活性層3と、活性層3を挟むクラッド層2、4と、活性層3において発生したレーザ光に重なり、このレーザ光が入射する回折格子層GRとを備え、活性層3において発生する光の利得スペクトルのピーク値に相当するエネルギーバンドギャップをEp、回折格子層GRの選択する選択スペクトルのピーク値に相当するエネルギーバンドギャップをEDFBとした場合、0℃において、Ep−6.4meV≦EDFB≦Epを満たすことを特徴とする。 That is, referring to FIG. 3 by converting the above wavelength into an energy band gap, the above-described DFB lateral multimode semiconductor laser device includes an active layer 3, cladding layers 2 and 4 sandwiching the active layer 3, and an active layer 3. And a diffraction grating layer GR on which the laser light is incident, and the energy band gap corresponding to the peak value of the gain spectrum of the light generated in the active layer 3 is Ep, and the selection of the diffraction grating layer GR when the energy band gap corresponding to the peak value of the selected spectrum with a E DFB, at 0 ° C., and satisfies the Ep-6.4meV ≦ E DFB ≦ Ep .

図16は、モード利得Γgと光子エネルギーとの関係を示すグラフであり、マルチモードファブリペローレーザの利得スペクトルを示している。   FIG. 16 is a graph showing the relationship between the mode gain Γg and the photon energy, and shows the gain spectrum of the multimode Fabry-Perot laser.

ファブリペロー型半導体レーザの発振条件は、式(3−1)(図18参照)で表される。ここで、RおよびRは、それぞれ前後のファセットミラーのパワー反射率、Γgはモード利得、αintは半導体レーザ素子内を導波路とした場合の導波路内光伝播損失の係数、Lは共振器長である。発振の閾値前後の利得スペクトルを概念的に示している。図中の閾値利得の式は式(3−1)を変形したものである。 The oscillation condition of the Fabry-Perot type semiconductor laser is expressed by Expression (3-1) (see FIG. 18). Here, R f and R b are the power reflectivities of the front and rear facet mirrors, Γg is the mode gain, α int is the coefficient of light propagation loss in the waveguide when the semiconductor laser element is a waveguide, and L is It is the resonator length. The gain spectrum before and after the oscillation threshold is shown conceptually. The formula of threshold gain in the figure is a modification of formula (3-1).

駆動電流を増加させて、活性層内で発生するレーザ光の出力が増加すると、光子エネルギーが増加し、閾値利得Epを超えた場合には、レーザ発振が行われ、複数のエネルギーを有する光子(マルチ縦モード)のレーザ光が発生する。   When the drive current is increased and the output of the laser light generated in the active layer is increased, the photon energy is increased, and when the threshold gain Ep is exceeded, laser oscillation is performed, and a photon having a plurality of energies ( Multi-longitudinal mode) laser light is generated.

ファブリペロー型半導体レーザの発振条件は、基本的に、マルチモード、シングルモードに依存しない。活性層内に電流を注入し、利得が損失を上回ったとき(図16に示す閾値利得の式において、左辺>右辺となったとき)、利得スペクトルの頂上のEpを中心に発振が開始する。Epで発振が開始すると、その近傍のキャリア消費によって利得スペクトルがくぼむ、いわゆるスペクトルホールバーニングが発生する。これによって、Epの上下の光子エネルギー点の利得が相対的に高くなり、Ep±ΔE(ΔEは適当な定数)での発振が開始する。この現象が連続的に発生することによって、誘導放出光の光子エネルギーは複数の輝線で構成される幅を持ったスペクトルとなる。重要な点は、ファブリペロー型半導体レーザでは、利得スペクトルの頂上付近の振る舞いが発振特性を支配するという点である。   The oscillation conditions of the Fabry-Perot semiconductor laser basically do not depend on the multimode or single mode. When a current is injected into the active layer and the gain exceeds the loss (when the left side> the right side in the threshold gain equation shown in FIG. 16), oscillation starts centering on the top Ep of the gain spectrum. When oscillation starts at Ep, so-called spectral hole burning occurs, in which the gain spectrum is recessed due to carrier consumption in the vicinity thereof. As a result, the gains at the photon energy points above and below Ep become relatively high, and oscillation at Ep ± ΔE (ΔE is an appropriate constant) starts. When this phenomenon occurs continuously, the photon energy of the stimulated emission light becomes a spectrum having a width composed of a plurality of bright lines. The important point is that in the Fabry-Perot type semiconductor laser, the behavior near the top of the gain spectrum dominates the oscillation characteristics.

図17は、モード利得Γgと光子エネルギーとの関係を示すグラフであり、横マルチモードDFBレーザの利得スペクトルを示している。   FIG. 17 is a graph showing the relationship between the mode gain Γg and the photon energy, and shows the gain spectrum of the transverse multimode DFB laser.

DFBレーザの発振条件は、式(3−2)(図18参照)で表される。ここで、rおよびrは、それぞれ前後のファセットミラーの反射係数であり、RおよびRとはそれぞれ式(3−3)及び式(3−4)(図18参照)のような関係にある。mは回折格子の次数、Λは回折格子の周期である。 The oscillation condition of the DFB laser is expressed by Expression (3-2) (see FIG. 18). Here, r f and r b are the reflection coefficients of the front and rear facet mirrors, respectively, and R f and R b are as shown in equations (3-3) and (3-4) (see FIG. 18), respectively. There is a relationship. m is the order of the diffraction grating, and Λ is the period of the diffraction grating.

式(3−2)において、r、rは、活性層と回折格子との結合係数κに比例し、ブラッグ条件からのずれΔに反比例する関数であり、κ=0のとき両者ともに0となる。γは、利得gと結合係数κによって、γ=−i(g/4−κ1/2で関係付けられる関数である。回折格子が存在しない、つまりΛ=∞、κ=0の場合、式(3−2)は式(3−1)に一致する。 In Expression (3-2), r + and r are functions proportional to the coupling coefficient κ between the active layer and the diffraction grating and inversely proportional to the deviation Δ from the Bragg condition, and both are 0 when κ = 0. It becomes. γ is a function related to γ = −i (g 2 / 4-κ 2 ) 1/2 by the gain g and the coupling coefficient κ. When there is no diffraction grating, that is, when Λ = ∞ and κ = 0, Equation (3-2) matches Equation (3-1).

DFB型レーザの場合の式は、ファブリペロー型と類似の形となるが、r、rが結合係数κだけでなく、ブラッグ条件からのずれΔと利得gにも依存する点、および実効的なiγがg以外にκとΔにも依存する点でファブリペロー型レーザとは違ってくる。これは、DFBレーザの場合、図16の利得スペクトルの頂上付近だけが発振に影響する訳ではなく、条件によっては、その裾部分も重要になることを示している。 The formula for the DFB type laser is similar to that of the Fabry-Perot type, but r + and r depend not only on the coupling coefficient κ but also on the deviation Δ and the gain g from the Bragg condition, and on the effective This is different from a Fabry-Perot laser in that iγ depends on κ and Δ in addition to g. This indicates that, in the case of a DFB laser, not only the vicinity of the top of the gain spectrum in FIG. 16 affects the oscillation, but depending on the conditions, the bottom part is also important.

さらに、横マルチモード型のDFBレーザ素子においては、その広い注入面積に由来して、注入キャリアの空間的不均一が生じ、局所的な高注入域が発生する。これによって、利得スペクトルピークに対し、一桁程度低いモード利得のポイント(この点をEDFBとする。)においても、DFBモードの発振条件が得られるようになる。図17は、当該機構の概念図を示している。 Further, in the lateral multimode type DFB laser element, due to the wide injection area, spatial unevenness of the injected carriers occurs, and a local high injection region is generated. As a result, the oscillation condition of the DFB mode can be obtained even at a mode gain point (this point is referred to as EDFB ) that is about an order of magnitude lower than the gain spectrum peak. FIG. 17 shows a conceptual diagram of the mechanism.

図17では、DFBレーザの閾値利得Th(DFB)のポイントが、ファブリペローレーザの閾値利得Th(FP)よりも低くなっている様子を示している。   FIG. 17 shows that the threshold gain Th (DFB) point of the DFB laser is lower than the threshold gain Th (FP) of the Fabry-Perot laser.

活性層のバンドギャップエネルギーによって決まるEpよりも、高いエネルギー(EDFB (+))であっても、低いエネルギー(EDFB (−))であっても、回折格子層の屈折率周期Λの設計により、発振モードを調整することが原理的には可能であるが、DFBモード発振が優勢となる領域を広く得るためには、低いエネルギー(EDFB (−))に設定することが好ましい。当該機構は、励起キャリアの遷移が、低エネルギー側への遷移を選択しやすいことに由来するものである。 Design of the refractive index period Λ of the diffraction grating layer, whether it is higher energy (E DFB (+) ) or lower energy (E DFB (−) ) than Ep determined by the band gap energy of the active layer Thus, in principle, it is possible to adjust the oscillation mode. However, in order to obtain a wide region in which DFB mode oscillation is dominant, it is preferable to set to a low energy (E DFB (−) ). This mechanism is derived from the fact that the transition of the excited carrier is easy to select the transition to the low energy side.

1Wから10Wまでの光出力全領域において、DFBモード優勢状態を維持するためには、上述の波長の関係をエネルギーの関係にすればよく、この場合、EDFBは、E−6.4(meV)≦EDFB≦Eを満たすことが望ましい。この有効範囲は、注入キャリアのエネルギー状態と、活性層のバンドギャップエネルギーの相対関係に着目した範囲であるため、材料や発振波長に依存するものではない。また、800nm帯や可視域など他の波長帯でもこの範囲に設定すれば広いダイナミックレンジを得ることが可能となる。なお、λDFB及びEDFBは、回折格子層の周期Λを変更することで、調整することができる。 In order to maintain the DFB mode dominant state in the entire optical output region from 1 W to 10 W, the above-described wavelength relationship may be changed to an energy relationship. In this case, E DFB is E p −6.4 ( It is desirable that meV) ≦ E DFB ≦ E p . This effective range is a range that focuses on the relative relationship between the energy state of injected carriers and the band gap energy of the active layer, and thus does not depend on the material or the oscillation wavelength. In addition, a wide dynamic range can be obtained by setting this range in other wavelength bands such as the 800 nm band and the visible band. Note that λ DFB and E DFB can be adjusted by changing the period Λ of the diffraction grating layer.

なお、上述の半導体レーザ素子においては、スペクトルのピークの先端は、複数のピークに割れている。これは、レーザ光の感じる回折格子幅が、波長によって、わずかに異なるためである。   In the semiconductor laser device described above, the peak of the spectrum peak is broken into a plurality of peaks. This is because the diffraction grating width perceived by the laser light is slightly different depending on the wavelength.

上述の半導体レーザ素子においては、出力レベルは10Wであるが、できる限り広い出力領域(例えば、閾値付近から10Wまで)で単一波長であることが望ましい。単一波長について説明を加えると、一般に、単一波長といえば、線幅サブpmオーダーを指す場合が多い(例えば、通信用レーザ等)。このようなレーザは発光幅が数μmの、いわゆるシングルモード分布帰還型レーザであり、回折格子層のカットオフ条件に従い、1つの空間モードのみのレーザ光が出射される。シングルモード分布帰還型レーザにおいては、基底モードのみのレーザ光であるため、波長は1つだけになるが、マルチモード(ブロードアリア)のDFBレーザ素子の場合、多数の空間モードが存在するため、波長は、それらの線形結合で表示されることとなり、厳密な単一波長にはならない。マルチモードDFBレーザ素子における単一波長性とは、(1)線幅サブnmオーダーで、かつ(2)駆動条件変化による素子温度変化に伴う波長シフト量が0.07nm/K程度である特性を指す。   In the above-described semiconductor laser element, the output level is 10 W, but it is desirable that the output wavelength is as wide as possible (for example, from near the threshold to 10 W) with a single wavelength. When a single wavelength is described, generally speaking, a single wavelength often refers to a line width sub-pm order (for example, a communication laser). Such a laser is a so-called single mode distributed feedback laser having a light emission width of several μm, and emits laser light of only one spatial mode in accordance with the cutoff condition of the diffraction grating layer. In a single-mode distributed feedback laser, since it is a laser beam only in the fundamental mode, there is only one wavelength. However, in the case of a multimode (broad rear) DFB laser element, there are many spatial modes. Wavelengths will be displayed in their linear combination and will not be a strict single wavelength. The single wavelength property in a multimode DFB laser element is a characteristic in which (1) the line width is in the sub-nm order, and (2) the wavelength shift amount associated with the element temperature change due to the change of the driving condition is about 0.07 nm / K. Point to.

なお、上述の半導体レーザ素子においては、10W以上の最大出力と、広い出力領域における単一波長性の両立が期待される。これまで出力4Wから6Wまでは単一波長であったが、その他の出力域では多波長化していたものが、1W〜9Wまで当該範囲が拡大した。なお、半導体レーザ素子は、InGaAs/AlGaAs系材料からなり、発光幅が100μm、素子長が4mmという大型のレーザデバイスが好ましい。   In the semiconductor laser device described above, it is expected that the maximum output of 10 W or more and the single wavelength property in a wide output region are compatible. The output range from 4W to 6W has been a single wavelength so far, but the range has been expanded from 1W to 9W in the other output ranges which have become multi-wavelength. The semiconductor laser element is preferably a large laser device made of an InGaAs / AlGaAs-based material, having an emission width of 100 μm and an element length of 4 mm.

以上、説明したように、AlGaAs系材料で構成される回折格子層の周期Λと、構成材料の等価屈折率Neff で決まるDFB発振波長λDFB(=(2ΛNeff )/m)が、量子井戸層のバンドギャップによって決まる発振利得ピークλpよりも長波長側になるようΛが設定されている。なお、次数mについて、原理的には小さいほうが結合係数は高く、余分な放射モードが発生しないため良いとされているが、対応波長と装置の微細加工能力とのバランスを考慮し、作りやすい次数を選択することが現実的である。本実施例ではm=3を採用した。また、結合係数κは、共振器長L大であるために、従来のDFBレーザよりも大幅に小さく設定されている。κL=0.8〜1.0、κ=2.0〜2.5(cm−1)となる。一般的なDFBレーザではκ=20(cm−1)程度である。 As described above, the period Λ of the diffraction grating layer composed of the AlGaAs-based material and the DFB oscillation wavelength λ DFB (= (2ΛN eff 0 ) / m) determined by the equivalent refractive index N eff 0 of the constituent material are Λ is set so as to be longer than the oscillation gain peak λp determined by the band gap of the quantum well layer. In principle, the smaller the order m, the higher the coupling coefficient, and it is better because no extra radiation mode occurs. However, considering the balance between the corresponding wavelength and the fine processing capability of the device, it is easy to make the order. It is realistic to choose. In this embodiment, m = 3 is adopted. The coupling coefficient κ is set to be significantly smaller than the conventional DFB laser because the resonator length L is large. κL = 0.8 to 1.0 and κ = 2.0 to 2.5 (cm −1 ). In a general DFB laser, κ = 20 (cm −1 ).

なお、マルチモードレーザ(横マルチモードで発振)について説明をしておく。半導体レーザにおいて、電流注入領域と、非注入領域とでは、層構造および電流注入によって、屈折率(正確には、等価屈折率)に差が生じる。半導体レーザは、活性層を挟むクラッド層を、単純な3層スラブ構造、すなわち、屈折率の大きな層が、屈折率の小さな層で挟まれた構造に近似できる。リッジ構造がある場合、非注入領域は、上側の低屈折率層が削られた形となる。結果的に、空気(屈折率は1)、高屈折率層、低屈折率層という3段構造となり、削り込みがない場合、つまり電流注入領域に比べて、空気層が入る分、等価屈折率は小さくなる。エピタキシャル結晶成長方向をx軸、発光幅Wに平行な方向をy軸、共振器長Lに平行な方向をz軸と定義すると、上記3層スラブリッジ構造においては、y軸方向に、低等価屈折率域、高等価屈折率域、低等価屈折率域という縦型3層構造が形成されることとなる。これは、3層スラブ構造だけではなく、より複雑な構造に対しても拡張できるものである。   A multi-mode laser (oscillation in the transverse multi-mode) will be described. In a semiconductor laser, a difference in refractive index (more precisely, equivalent refractive index) occurs between the current injection region and the non-injection region due to the layer structure and current injection. In a semiconductor laser, a clad layer sandwiching an active layer can be approximated to a simple three-layer slab structure, that is, a structure in which a layer having a large refractive index is sandwiched between layers having a small refractive index. When there is a ridge structure, the non-injection region has a shape in which the upper low refractive index layer is cut. As a result, it has a three-stage structure of air (refractive index is 1), high refractive index layer, and low refractive index layer. When there is no shaving, that is, the equivalent refractive index is equivalent to the amount of air layer entering compared to the current injection region. Becomes smaller. When the epitaxial crystal growth direction is defined as the x-axis, the direction parallel to the emission width W as the y-axis, and the direction parallel to the resonator length L as the z-axis, the three-layer slab bridge structure has a low equivalent in the y-axis direction. A vertical three-layer structure having a refractive index region, a high equivalent refractive index region, and a low equivalent refractive index region is formed. This can be extended not only to a three-layer slab structure but also to a more complicated structure.

また、電流を注入すると、注入キャリアプラズマ効果による注入域の屈折率低下と、発熱による注入域の屈折率上昇が生じる。実際には、後者の寄与が1桁程度大きくなるため、電流注入領域は屈折率が高くなる。リッジ構造が形成されていない場合においても、電流注入域の等価屈折率は大きくなるため、y軸方向に対して、等価屈折率が低、高、低という並びが同じように形成される。このy軸3層構造において、波動方程式と境界条件を同時に満たす解が導波モードとなる。   Moreover, when current is injected, the refractive index of the injection region is lowered due to the injected carrier plasma effect, and the refractive index of the injection region is increased due to heat generation. Actually, since the latter contribution is increased by an order of magnitude, the current injection region has a higher refractive index. Even in the case where the ridge structure is not formed, the equivalent refractive index in the current injection region is large, and therefore the equivalent refractive index is formed in the same order of low, high, and low in the y-axis direction. In this y-axis three-layer structure, the solution satisfying the wave equation and the boundary condition at the same time is the guided mode.

中心の高屈折率層の幅が数μmと狭く、かつ、周辺層との等価屈折率差が十分にあり、結果的に、2つの条件を満たす解が単一となる場合のみがシングルモード発振となり(=カットオフ条件)、このような条件で作製されたレーザを、y軸方向に関連しているという「横」を頭文字として、横シングルモードレーザと呼ぶ。そして、解が2つ以上存在する場合は、すべて横マルチモードレーザに分類される。なお、リッジ幅が狭い場合でも、掘り込みが浅く、十分な等価屈折率差が得られなければマルチモード化し、リッジ幅が広くても、掘り込みが深ければ、カットオフ条件内に入り、シングルモード化し得ることを示すものである。   Single mode oscillation only when the width of the central high-refractive index layer is as narrow as several μm and the equivalent refractive index difference with the peripheral layer is sufficient, resulting in a single solution that satisfies the two conditions. (= Cut-off condition), and a laser manufactured under such a condition is referred to as a transverse single mode laser, with “horizontal” being related to the y-axis direction as an acronym. If there are two or more solutions, all are classified as transverse multimode lasers. Even if the ridge width is narrow, if the digging is shallow and sufficient equivalent refractive index difference is not obtained, it becomes multimode, and if the ridge width is wide but the digging is deep, it enters the cut-off condition and single It shows that it can be made into a mode.

以上の内容に基づき、本発明にかかる横マルチモードレーザを改めて定義すると、発光幅が10μm以上で、上記カットオフ条件を十分に逸脱している半導体レーザであり、当該条件を満たしていれば、リッジ構造が形成されていても構わない。さらに、10Wクラスの光出力を得るためには、発光幅は50μmから200μmの範囲が望ましい。   Based on the above contents, if the transverse multimode laser according to the present invention is defined again, the emission width is 10 μm or more, and the semiconductor laser sufficiently deviates from the above-mentioned cutoff condition. A ridge structure may be formed. Further, in order to obtain a 10 W class light output, the light emission width is desirably in the range of 50 μm to 200 μm.

以上、説明したように、273K=0℃において、実施形態の分布帰還型横マルチモード半導体レーザ素子は、λp≦λDFB≦λp+5nmを満たす場合には、ファブリペロー(FP)発振が抑制される。 As described above, at 273 K = 0 ° C., the distributed feedback lateral multimode semiconductor laser element of the embodiment suppresses Fabry-Perot (FP) oscillation when λp ≦ λ DFB ≦ λp + 5 nm is satisfied.

すなわち、λDFB=λpの場合(図15(B))においては、ファブリペロー発振に基づくレーザ光の出力は確認されず、回折格子層の選択したレーザ光波長のみの発振のみが観察された。 That is, in the case of λ DFB = λp (FIG. 15B), the output of the laser beam based on the Fabry-Perot oscillation was not confirmed, and only the oscillation of the selected laser beam wavelength of the diffraction grating layer was observed.

λDFB=λp+α(α=2.5)の場合(図15(A))においては、ファブリペロー発振に基づくレーザ光の出力は確認されず、回折格子層の選択したレーザ光波長のみの発振のみが観察された。 In the case of λ DFB = λp + α (α = 2.5) (FIG. 15A), the output of the laser beam based on the Fabry-Perot oscillation is not confirmed, and only the oscillation of the selected laser beam wavelength of the diffraction grating layer is not confirmed. Was observed.

λDFB=λp+α(α=5nm)の場合(図7(B)においては、ファブリペロー発振に基づくレーザ光の出力は確認されず、回折格子層の選択したレーザ光波長のみの発振のみが観察された。 In the case of λ DFB = λp + α (α = 5 nm) (FIG. 7B), the laser beam output based on Fabry-Perot oscillation is not confirmed, and only the oscillation of the selected laser beam wavelength of the diffraction grating layer is observed. It was.

その他、0℃(=273K)において、α=0nm、α=0.19nm、α=1.29nm、α=2.0nm、α=3.14nm、α=3.89nmとした場合にも、回折格子層の選択したレーザ光波長のみの発振のみが観察された。   In addition, at 0 ° C. (= 273 K), diffraction is performed even when α = 0 nm, α = 0.19 nm, α = 1.29 nm, α = 2.0 nm, α = 3.14 nm, and α = 3.89 nm. Only oscillation of the selected laser beam wavelength of the lattice layer was observed.

なお、図11において、光出力1W〜6W、0℃におけるΔλ=0.2〜5.0nmの範囲において、DFBのみの発振が選択的に観察されたが、光出力が6.25Wの場合、Δλ=0の場合にも、DFBのみの発振が選択的に観察された。なお、光出力を増加させて、Δλ<0となる場合には、スペクトル線幅が広がる場合があるという理由から除くこととした。   In FIG. 11, the oscillation of only DFB was selectively observed in the range of optical output 1 W to 6 W and Δλ = 0.2 to 5.0 nm at 0 ° C. When the optical output is 6.25 W, Even when Δλ = 0, only DFB oscillation was selectively observed. Note that when Δλ <0 when the optical output is increased, the spectral line width may be widened, which is excluded.

また、0℃におけるΔλ=0〜5.0nmを達成するためには、0℃で光出力1WにおけるλpとλDFBの初期値をλp=969.1nm、λDFB0=974.1nmとすると、前者は活性層の組成(エネルギーバンドギャップ)によって決定することができ、後者は回折格子層の周期によって決定することができる。λp=λp+0.3nm/K、λDFB=λDFB0+0.07nm/Kであるから、駆動電流の増加によって、温度が若干上昇する。したがって、なお、上述の条件が満たされるLD温度とは、レーザ素子の環境温度、すなわち、図1に示した半導体レーザ素子の配置されるサブマウント20の温度であり、かかる温度を上述の説明における温度とした。 Further, in order to achieve Δλ = 0 to 5.0 nm at 0 ° C., if the initial values of λp and λ DFB at 0 ° C. with an optical output of 1 W are λp 0 = 969.1 nm and λ DFB0 = 974.1 nm, The former can be determined by the composition of the active layer (energy band gap), and the latter can be determined by the period of the diffraction grating layer. λp = λp 0 + 0.3nm / K , because it is λ DFB = λ DFB0 + 0.07nm / K, the increase in drive current, temperature rises slightly. Therefore, the LD temperature satisfying the above condition is the ambient temperature of the laser element, that is, the temperature of the submount 20 in which the semiconductor laser element shown in FIG. 1 is disposed. It was temperature.

また、0℃で光出力1Wにおける初期値λp=969.1nm、λDFB0=974.1nmの相対関係が、上述のΔλの条件から外れる場合には、DFBとFPの同時発振がおこる可能性があるという点で、条件に適合した場合よりも劣ることになる。 Further, if the relative relationship between the initial values λp 0 = 969.1 nm and λ DFB0 = 974.1 nm at 0 ° C. and an optical output of 1 W is out of the above-described condition of Δλ, there is a possibility that DFB and FP will oscillate simultaneously. This is inferior to the case where the conditions are met.

1…基板、2…下部クラッド層、3…活性層、4…上部クラッド層、5…コンタクト層。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Board | substrate, 2 ... Lower clad layer, 3 ... Active layer, 4 ... Upper clad layer, 5 ... Contact layer.

Claims (2)

分布帰還型横マルチモード半導体レーザ素子において、
活性層と、
前記活性層を挟むクラッド層と、
前記活性層において発生したレーザ光に重なる回折格子層と、
を備え、
前記活性層において発生する光の利得スペクトルのピーク値に相当するエネルギーバンドギャップをEp、
前記回折格子層の選択する選択スペクトルのピーク値に相当するエネルギーバンドギャップをEDFB
とした場合、
Ep−6.4meV≦EDFB≦Ep、
を満たすことを特徴とする分布帰還型横マルチモード半導体レーザ素子。
In the distributed feedback type lateral multimode semiconductor laser element,
An active layer,
A clad layer sandwiching the active layer;
A diffraction grating layer overlapping the laser light generated in the active layer;
With
An energy band gap corresponding to a peak value of a gain spectrum of light generated in the active layer is represented by Ep,
The energy band gap corresponding to the peak value of the selected spectrum selected by the diffraction grating layer is represented by EDFB ,
If
Ep−6.4 meV ≦ E DFB ≦ Ep,
A distributed feedback lateral multimode semiconductor laser device characterized by satisfying:
分布帰還型横マルチモード半導体レーザ素子において、
活性層と、
前記活性層を挟むクラッド層と、
前記活性層において発生したレーザ光に重なる回折格子層と、
を備え、
前記活性層において発生する光の利得スペクトルのピーク値の波長をλp、
前記回折格子層の選択する選択スペクトルのピーク値の波長をλDFB
とした場合、
λp≦λDFB≦λp+5nm、
を満たすことを特徴とする分布帰還型横マルチモード半導体レーザ素子。


In the distributed feedback type lateral multimode semiconductor laser element,
An active layer,
A clad layer sandwiching the active layer;
A diffraction grating layer overlapping the laser light generated in the active layer;
With
The wavelength of the peak value of the gain spectrum of light generated in the active layer is λp,
The wavelength of the peak value of the selected spectrum selected by the diffraction grating layer is λ DFB ,
If
λp ≦ λ DFB ≦ λp + 5 nm,
A distributed feedback lateral multimode semiconductor laser device characterized by satisfying:


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