JP2018006396A - 半導体レーザ素子および半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ素子および半導体レーザ装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018006396A JP2018006396A JP2016127401A JP2016127401A JP2018006396A JP 2018006396 A JP2018006396 A JP 2018006396A JP 2016127401 A JP2016127401 A JP 2016127401A JP 2016127401 A JP2016127401 A JP 2016127401A JP 2018006396 A JP2018006396 A JP 2018006396A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- semiconductor laser
- refractive index
- laser device
- film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
- H01S5/0287—Facet reflectivity
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
- H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/022—Mountings; Housings
- H01S5/02208—Mountings; Housings characterised by the shape of the housings
- H01S5/02212—Can-type, e.g. TO-CAN housings with emission along or parallel to symmetry axis
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/024—Arrangements for thermal management
- H01S5/02469—Passive cooling, e.g. where heat is removed by the housing as a whole or by a heat pipe without any active cooling element like a TEC
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Optical Filters (AREA)
Abstract
Description
特許文献1には、線膨張係数が半導体レーザの結晶基板が有する線膨張係数の±30%以内で光学膜厚がλ/4、すなわち膜厚がλ/4n(λ:レーザの発振波長、n:屈折率)の第一の低屈折率膜上に、第一の高屈折率膜と第二の低屈折率膜とを交互に複数積層した、総層数が9層以下である多層高反射膜が開示されている。
そこで、本発明は、端面反射膜の反射率の波長依存性が抑制された半導体レーザ素子および半導体レーザ装置を提供することを課題としている。
このように、L1層の材料を適宜選択することにより共振器端面との密着性を向上させるとともに、L1層およびL2層の光学膜厚をλ/4よりも薄くすることによって、反射膜剥がれの防止と反射膜の反射率の波長依存性の抑制の両立が実現可能である。したがって、光出力、スロープ効率、しきい値電流、モニタ電流等の特性が低下することを抑制することができる。
さらに、上記の半導体レーザ素子において、L1層の光学膜厚と、共振器端面から数えて2番目に配置されたL2層の光学膜厚との合計は約λ/4(λ/4または略λ/4)とすることができる。これにより、より適切に反射膜の反射率の波長依存性を抑制することができる。
また、上記の半導体レーザ素子において、前記L1層の膜厚が、10nm以上90nm以下であってもよい。なお、L1層の膜厚は、10nm以上30nm以下であることが好ましい。このように、L1層をできるだけ薄く構成することで、L1層とL2層との組合せの屈折率とL3層の屈折率との屈折率差を大きくすることができ、反射膜の反射率の波長依存性の抑制と高反射率を両立して実現することが可能となる。
半導体レーザ材料としては、例えばGaAs/AlGaAs系、InP/InGaAsP系、InGaP/InGaAlP系、GaN/AlGaN系などの化合物半導体があり、GaAs、InP、サファイア(Al2O3)、GaNなどの結晶基板が使用されることが多い。そのため、このような結晶基板が有する線膨張係数に近い線膨張係数を有するAl2O3によりL1層を構成することで、反射膜が共振器端面から剥がれることを抑制したり、結晶にかかる応力を抑制したりすることができ、信頼性を向上させることができる。
さらに、上記の半導体レーザ素子において、L1層の屈折率n1とL2層の屈折率n2とは、n1>n2の関係を有することができる。この場合、共振器端面から数えて2番目に配置されたL2層の屈折率n2と、共振器端面から数えて3番目に配置されたL3層の屈折率n3との屈折率差を、L1層の屈折率n1とL3層の屈折率n3との屈折率差よりも大きくすることができる。したがって、高反射率に寄与することができる。
また、上記の半導体レーザ素子において、前記反射膜の反射率が40%以上であってよい。これにより、共振器端面に高反射膜が形成された半導体レーザ素子を実現することができる。
このように、反射膜の反射率の波長依存性を抑制することで、光出力、スロープ効率、しきい値電流、モニタ電流等の特性が低下することを抑制することができる。
これにより、信頼性が高く、光出力および供給電流の制御精度がすぐれた半導体レーザ装置を実現することができる。
以下の実施の形態では、半導体レーザ素子の発振波長が600nmから700nm帯の赤色レーザの場合を例として説明する。
(第一の実施形態)
図1は、本実施形態における半導体レーザ素子10の構成例を示す断面図である。
半導体レーザ素子10は、半導体レーザ装置に組み付けられて所定の注入電流が供給された場合に、レーザ光を出射する。
半導体レーザ素子10は、基板11を備える。例えば、基板11は、ガリウム砒素(GaAs)、インジウムリン(InP)、サファイア(Al2O3)、窒化ガリウム(GaN)などの結晶基板とすることができる。
活性層13は、例えばInGaP、InGaAlP等を用いた多重量子井戸(MQW:Multi-Quantum-Well)構造、または単一量子井戸(SQW:Single-Quantum-Well)構造からなる。活性層13の材料や組成比等は、半導体レーザ素子10の発光波長に応じて適宜選択することができる。
さらに、半導体レーザ素子10の第2電極17側、具体的にはp型クラッド層14には、リッジ(突出部)が形成されたリッジ部18が設けられており、絶縁層15には、リッジ部18の頂部において開口が設けられている。そして、リッジ部18の頂部における絶縁層15の開口には、第2導電型コンタクト層としてのp型コンタクト層19が形成されている。ここで、リッジ部18は、発光部となる活性層13の特定領域に電流を集中して注入するための電流狭窄部である。つまり、図1においては、活性層13におけるリッジ部18に対応する領域20が発光点となり、この発光点20から図1における紙面垂直方向にレーザ光が出射される。
本実施形態では、半導体レーザ素子10は、主に前方(図2の左方向)からレーザ光Lを出射するものとし、反射膜22は、例えば反射率が40%以上である多層反射膜とする。なお、反射膜21および22は、層数や膜材料、膜厚など、反射率を決定する条件が異なることを除いては同様の構成を有する。したがって、以下、反射膜22の構成について説明する。
なお、周期構造を構成する第二低屈折率膜24(L2層、L4層、L6層、…)は、すべて同一材質である必要はない。また、周期構造を構成する高屈折率膜25(L3層、L5層、L7層、…)も、すべて同一材質である必要はない。
上記屈折率の値は、波長の基準として一般的なHe−Neレーザの発振波長633nmでの値とした。
なお、L1層となる第一低屈折率膜23(Al2O3)の膜厚は、10nm以上90nm以下に設定する。好ましくは、第一低屈折率膜23(Al2O3)の膜厚は、10nm以上30nm以下(例えば30nm)に設定する。このL1層の膜厚は、反射膜22の設計値等に応じて適宜設定することができる。
また、L2層以外の第二低屈折率膜24、高屈折率膜25および最上層の第三低屈折率膜26の光学膜厚は、それぞれλ/4に設定されている。
以上の構成により、反射膜22の反射率の波長依存性を小さくすることができる。つまり、縦軸に反射率、横軸に波長をとった反射率曲線(反射率スペクトルの曲線)のピークをよりフラットにすることができる。この点については後で詳述する。
具体的には、本実施形態では、中心波長(反射率スペクトルの極大点または極小点)の±10nmの範囲で反射率の変化量(最大値−最小値)が0.10%以下である。
半導体レーザ装置50の製造に際しては、先ず半導体レーザ素子10をサブマウント30に接合する。サブマウント30の本体部は、例えば、窒化アルミニウム(AlN)によって構成されている。なお、サブマウント30の本体部は、放熱性、絶縁性、半導体レーザ素子10との線膨張係数差およびコストなどを考慮して適宜選択することができる。例えば、放熱性のよい絶縁性材料では、炭化ケイ素(SiC)、ダイヤモンドなど、導電性材料では、Cu、CuW、CuMoなど、また比較的安価な材料ではSi、酸化アルミニウム(Al2O3)などがある。また、サブマウント30の本体部は、例えば、SiCなどの絶縁性材料とCuなどの導電性材料とを組み合わせた複層構造により構成されていてもよい。
リード42aは、Auワイヤ43aを介して半導体レーザ素子10の一方の表面電極(サブマウント30と接続されていない側の電極)と電気的に接合(ワイヤボンディング)される。また、リード42bは、それと等電位状態になっているステム40、Auワイヤ43bおよびヒートシンク部41を介して半導体レーザ素子10の他方の表面電極(サブマウント30と接続されている側の電極)と電気的に接合される。
フォトダイオード46は、半導体レーザ素子10の後方(図3の下方)から出射する光を受光し、電流に変換する受光素子(受光部)であり、フォトダイオード46から出力される電流値をモニタすることで、半導体レーザ素子10の出射光量を制御することができる。
また、半導体レーザ素子10の後方から出射されたレーザ光は、フォトダイオード46に入射される。リード42bとリード42cとの間に逆バイアスが印加されることで、フォトダイオード46は受光時に電流が流れて受光信号を出力する。
次に、本発明の効果を確認するために行った実施例について説明する。
共振器端面に以下の仕様を有する反射膜を形成し、反射率の波長依存性を評価した。
ここで、半導体レーザ素子の基板はGaAs、活性層はInGaP、クラッド層はInGaAlPとした。なお、基板のGaAsの線膨張係数は、約6.4×10-6(1/K)、アルミナ(Al2O3)の線膨張係数は、6×10-6〜8×10-6(1/K)である。
半導体レーザの発振波長λは、25℃において670(nm)との前提条件を設け、これに対応させて反射率スペクトルの中心波長、すなわち横軸が波長で縦軸が反射率のグラフの極大点(グラフの平坦性が非常に良く、平坦部が非常に緩やかな下に凸の形状となる場合は、その極小点)が670(nm)になるように設計した。
また、各材料の屈折率nは以下の値とした。
アルミナ(Al2O3):1.67、二酸化珪素(SiO2):1.50、窒化シリコン(SiNx):2.00、酸化チタン(TiOx):2.51、アモルファスシリコン(α−Si):4.00、半導体端面:3.28。
そして、反射膜を構成する各層のうち、共振器端面に接する最下層のL1層は、半導体レーザ素子の基板に線膨張係数が近い材料で構成した。
反射膜は、図4に示すように10層とした。具体的には、反射膜は、最下層のAl2O3層(L1層)と、低屈折率膜(SiO2)/高屈折率膜(SiNx)が交互に4周期積層された周期構造(L2層〜L9層)と、最上層の低屈折率膜であるAl2O3層(L10層)とを有する構成とした。
L1層の膜厚は30.0[nm]、L2層の膜厚は82.0[nm]とした。つまり、L1層の光学膜厚とL2層の光学膜厚との合計を約λ/4[nm]とした。まず、L1層の膜厚を30.0(nm)に固定し、L2層の膜厚については、反射率スペクトルの中心波長が670(nm)になるように設計した。L1層、L2層の膜厚の設計方法は他の実施例においても同様である。
L3層〜L10層の膜厚は、それぞれλ/4n[nm]とした。なお、nは、対応する層の屈折率である。
この実施例1における反射率スペクトルを図5に示す。図5において、縦軸は反射率、横軸は波長である。実施例1では、波長660nm、670nm、680nmでの反射率は、それぞれ70.206%、70.136%、70.189%、であり、この波長範囲内での反射率差(最大値−最小値)は0.070%であった。
反射膜は、図6に示すように12層とした。具体的には、反射膜は、最下層のAl2O3層(L1層)と、低屈折率膜(SiO2)/高屈折率膜(SiNx)が交互に5周期積層された周期構造(L2層〜L11層)と、最上層の低屈折率膜であるAl2O3層(L12層)とを有する構成とした。すなわち、実施例2は、実施例1に対して周期構造が1周期多い構造である。
実施例1と同様に、L1層の膜厚は30.0[nm]、L2層の膜厚は84.0[nm]とした。つまり、L1層の光学膜厚とL2層の光学膜厚との合計を約λ/4[nm]とした。L3層〜L12層の膜厚は、それぞれλ/4n[nm]とした。
この実施例2における反射率スペクトルを図7に示す。実施例2では、波長660nm、670nm、680nmでの反射率は、それぞれ81.882%、81.943%、81.918%、であり、この波長範囲内での反射率差(最大値−最小値)は0.060%であった。
反射膜は、図8に示すように16層とした。具体的には、反射膜は、最下層のAl2O3層(L1層)と、低屈折率膜(SiO2)/高屈折率膜(TiO2)が交互に7周期積層された周期構造(L2層〜L15層)と、最上層の低屈折率膜であるAl2O3層(L16層)とを有する構成とした。すなわち、実施例3は、実施例1および2に対して、周期構造を形成する高屈折率膜の材質と層数とが異なる構造である。
L1層の膜厚は30.0[nm]、L2層の膜厚は89.0[nm]とした。つまり、L1層の光学膜厚とL2層の光学膜厚との合計を約λ/4[nm]とした。L3層〜L16層の膜厚は、それぞれλ/4n[nm]とした。
この実施例3における反射率スペクトルを図9に示す。実施例3では、波長660nm、670nm、680nmでの反射率は、それぞれ99.734%、99.737%、99.730%、であり、この波長範囲内での反射率差(最大値−最小値)は0.007%であった。
反射膜は、図10に示すように16層とした。具体的には、反射膜は、最下層のAl2O3層(L1層)と、低屈折率膜(SiO2)/高屈折率膜(TiO2)が交互に7周期積層された周期構造(L2層〜L15層)と、最上層の低屈折率膜であるSiO2層(L16層)とを有する構成とした。すなわち、実施例4は、実施例3に対して、最上層の材質が異なる構造であり、最上層の低屈折率膜と周期構造を形成する低屈折率膜とを、同一材質により構成した構造である。
L1層の膜厚は30.0[nm]、L2層の膜厚は89.0[nm]とした。つまり、L1層の光学膜厚とL2層の光学膜厚との合計を約λ/4[nm]とした。L3層〜L16層の膜厚は、それぞれλ/4n[nm]とした。
この実施例4における反射率スペクトルを図11に示す。実施例4では、波長660nm、670nm、680nmでの反射率は、それぞれ99.785%、99.788%、99.781%、であり、この波長範囲内での反射率差(最大値−最小値)は0.006%であった。
反射膜は、図12に示すように6層とした。具体的には、反射膜は、最下層のAl2O3層(L1層)と、低屈折率膜(SiO2)/高屈折率膜(TiO2)が交互に2周期積層された周期構造(L2層〜L5層)と、最上層の低屈折率膜であるSiO2層(L6層)とを有する構成とした。すなわち、実施例5は、実施例4に対して層数が異なる構造である。
L1層の膜厚は50.0[nm]、L2層の膜厚は65.0[nm]とした。つまり、L1層の光学膜厚とL2層の光学膜厚との合計を約λ/4[nm]とした。このように、L1層の膜厚とL2層の膜厚とを、実施例4に対して異なる膜厚とした。L3層〜L6層の膜厚は、それぞれλ/4n[nm]とした。
この実施例5における反射率スペクトルを図13に示す。実施例5では、波長660nm、670nm、680nmでの反射率は、それぞれ67.879%、67.892%、67.876%、であり、この波長範囲内での反射率差(最大値−最小値)は0.016%であった。
反射膜は、図14に示すように9層とした。具体的には、反射膜は、最下層のAl2O3層(L1層)と、高屈折率膜(SiNx)/低屈折率膜(SiO2)が交互に4周期積層された周期構造(L2層〜L9層)とを有する構成とした。
L1層〜L9層の膜厚は、それぞれλ/4n[nm]とした。
この比較例1における反射率スペクトルを図15に示す。比較例1では、波長660nm、670nm、680nmでの反射率は、それぞれ70.972%、71.083%、70.978%、であり、この波長範囲内での反射率差(最大値−最小値)は0.111%であった。
反射膜は、図16に示すように9層とした。具体的には、反射膜は、最下層のAl2O3層(L1層)と、高屈折率膜(SiNx)/低屈折率膜(SiO2)が交互に4周期積層された周期構造(L2層〜L9層)とを有する構成とした。
L1層〜L8層の膜厚は、それぞれλ/4n[nm]とした。L9層の膜厚は、λ/2n[nm]とした。すなわち、比較例2は、比較例1に対して、最上層の膜厚が異なる構造である。
この比較例2における反射率スペクトルを図17に示す。比較例2では、波長660nm、670nm、680nmでの反射率は、それぞれ85.681%、85.950%、85.697%、であり、この波長範囲内での反射率差(最大値−最小値)は0.269%であった。
このように、最下層に膜厚λ/4nよりも薄い低屈折率膜(第一低屈折率膜23)を形成し、最上層に膜厚λ/4nの低屈折率膜(第三低屈折率膜26)を形成することが、反射率曲線のピークをフラットに近づけるために好ましい。
λ/4n単層の低屈折率膜では、反射率曲線が下に凸の傾向となる。そのため、最上層に膜厚λ/4nの低屈折率膜を配置することで、上に凸の傾向となる反射率曲線が打ち消され、反射率曲線のピークをフラットに近づけることができる。この点については、最上層に膜厚λ/4nの低屈折率膜を配置した場合(図15の比較例1)に対して、最上層に膜厚λ/2nの低屈折率膜を配置した場合(図17の比較例2)の方が、反射率曲線の平坦性が失われていることからも明らかである。
さらに、実施例1〜5のいずれにおいても、膜剥がれや素子端面劣化は生じないことが確認できた。これは、共振器端面と接合する最下層として、半導体レーザ素子の基板に対し、線膨張係数の近い材質からなるAl2O3層(L1層)を設けたためである。このように、L1層を、線膨張係数が半導体レーザ素子の基板の線膨張係数に対し±30%である膜により構成することで、半導体レーザ素子の信頼性を向上させることができる。
なお、周期構造を構成する低屈折率膜(L2層、L4層、L6層、…)は、すべて同一材質である必要はない。また、周期構造を構成する高屈折率膜(L3層、L5層、L7層、…)も、すべて同一材質である必要はない。
そこで、周期構造の高屈折率膜として、屈折率の異なる(より屈折率の高い)膜を挿入し、反射率の波長依存性を確認した。より屈折率の高い膜を構成する材質としては、α−Siを用いた。
反射膜は、図18に示すように12層とした。具体的には、反射膜は、最下層のAl2O3層(L1層)と、低屈折率膜(SiO2)/高屈折率膜(SiNxまたはα−Si)が交互に5周期積層された周期構造(L2層〜L11層)と、最上層の低屈折率膜であるSiO2層(L12層)とを有する構成とした。ここで、周期構造のうち、L11層の高屈折率膜をα−Si層とした。すなわち、実施例6は、実施例2に対して、L11層およびL12層の材質が異なる構造である。
L1層の膜厚は30.0[nm]、L2層の膜厚は84.0[nm]とした。つまり、L1層の光学膜厚とL2層の光学膜厚との合計を約λ/4[nm]とした。L3層〜L12層の膜厚は、それぞれλ/4n[nm]とした。
この実施例6における反射率スペクトルを図19に示す。実施例6では、波長660nm、670nm、680nmでの反射率は、それぞれ95.974%、96.065%、96.001%、であり、この波長範囲内での反射率差(最大値−最小値)は0.092%であった。
反射膜は、図20に示すように12層とした。具体的には、反射膜は、最下層のAl2O3層(L1層)と、低屈折率膜(SiO2)/高屈折率膜(SiNxまたはα−Si)が交互に5周期積層された周期構造(L2層〜L11層)と、最上層の低屈折率膜であるSiO2層(L12層)とを有する構成とした。ここで、周期構造のうち、L3層の高屈折率膜をα−Si層とした。すなわち、実施例7は、実施例6に対して、α−Si層の配置位置が異なる構造である。
L1層の膜厚は30.0[nm]、L2層の膜厚は84.0[nm]とした。つまり、L1層の光学膜厚とL2層の光学膜厚との合計を約λ/4[nm]とした。L3層〜L12層の膜厚は、それぞれλ/4n[nm]とした。
この実施例7における反射率スペクトルを図21に示す。実施例7では、波長660nm、670nm、680nmでの反射率は、それぞれ96.024%、96.065%、96.042%、であり、この波長範囲内での反射率差(最大値−最小値)は0.041%であった。
反射膜は、図22に示すように9層とした。具体的には、反射膜は、最下層のAl2O3層(L1層)と、高屈折率膜(SiNxまたはα−Si)/低屈折率膜(SiO2)が交互に4周期積層された周期構造(L2層〜L9層)とを有する構成とした。ここで、周期構造のうち、L8層の高屈折率膜をα−Si層とした。
L1層〜L9層の膜厚は、それぞれλ/4n[nm]とした。
この比較例3における反射率スペクトルを図23に示す。比較例3では、波長660nm、670nm、680nmでの反射率は、それぞれ91.733%、91.839%、91.739%、であり、この波長範囲内での反射率差(最大値−最小値)は0.106%であった。
屈折率の異なる膜を積層した多層膜によって反射膜を実現する原理は、一般的によく知られている(非特許文献1)。光が屈折率の異なる媒質の境界面に至るとき、反射光、透過光が生じる。光が多層膜中を通過する場合は、複数の境界面で反射、透過が起こり、多重反射した光と透過光の干渉の結果、反射膜が実現される。
ここでは、この多重反射の影響が半導体共振器端面側で大きいため、α−Si層の配置位置が半導体共振器端面に近い方が反射率スペクトルの平坦性が向上している。
このように、本実施形態における半導体レーザ素子では、半導体レーザ素子の信頼性を確保しつつ、レーザ発振波長に対する反射率の変化を小さく抑えることができる。したがって、光出力、スロープ効率、しきい値電流、モニタ電流等、端面反射膜の反射率にシビアに依存する特性の低下を抑制することができ、所望の性能を得ることができる。
Claims (17)
- 基板と、
前記基板上に形成された、少なくとも活性層を含む多層の半導体層と、
前記基板と前記半導体層とによって構成された共振器端面の少なくとも一方に設けられた反射膜と、を備え、
前記反射膜は、
前記共振器端面から数えて1番目に配置される屈折率n1を有するL1層と、前記L1層上に、前記共振器端面から数えて2N番目(Nは正の整数)に配置される屈折率n2を有するL2N層と、前記共振器端面から数えて2N+1番目(Nは正の整数)に配置されるn2<n3なる屈折率n3を有するL2N+1層との組が、複数組積層された周期構造と、を備えた半導体レーザ素子であって、
前記L1層は、線膨張係数が前記基板の線膨張係数に対し±30%であり、光学膜厚がλ/4よりも薄い膜からなり、
前記共振器端面から数えて2番目に配置されたL2層は、光学膜厚がλ/4よりも薄い膜からなることを特徴とする半導体レーザ素子。 - 前記L1層の光学膜厚と、前記L2層の光学膜厚との合計がλ/4または略λ/4であることを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子。
- 前記周期構造上に配置され、n2≦n4<n3なる屈折率n4を有する最上層をさらに有することを特徴とする請求項1または2に記載の半導体レーザ素子。
- 前記L1層の光学膜厚が、10nm以上90nm以下であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体レーザ素子。
- 前記L1層の屈折率が、1.5〜1.8の範囲内であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体レーザ素子。
- 前記L1層は、アルミナ(Al2O3)により構成されていることを特徴とする請求項5に記載の半導体レーザ素子。
- 前記L2N層の屈折率が、1.4〜3.5の範囲内であることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の半導体レーザ素子。
- 前記L2N層は、二酸化珪素(SiO2)により構成されていることを特徴とする請求項7に記載の半導体レーザ素子。
- 前記L2N+1層の屈折率が、1.5〜4.0の範囲内であることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の半導体レーザ素子。
- 前記L2N+1層は、窒化シリコン(SiNx)、酸化ジルコニウム(ZrOx)、酸化チタン(TiOx)、およびアモルファスシリコン(α−Si)から選択される一以上の物質により構成されていることを特徴とする請求項9に記載の半導体レーザ素子。
- 前記L1層の屈折率n1と前記L2層の屈折率n2とは、n1>n2の関係を有することを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の半導体レーザ素子。
- 前記周期構造上に配置され、n2≦n4<n3なる屈折率n4を有する最上層を有し、
前記最上層の屈折率が、1.4〜3.5の範囲内であることを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載の半導体レーザ素子。 - 前記最上層は、アルミナ(Al2O3)により構成されていることを特徴とする請求項12に記載の半導体レーザ素子。
- 前記周期構造上に配置され、n2≦n4<n3なる屈折率n4を有する最上層を有し、
前記最上層は、前記L2N層と同一物質により構成されていることを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載の半導体レーザ素子。 - 前記反射膜の反射率が40%以上であることを特徴とする請求項1から14のいずれか1項に記載の半導体レーザ素子。
- 基板と、
前記基板上に形成された、少なくとも活性層を含む多層の半導体層と、
前記基板と前記半導体層とによって構成された共振器端面の少なくとも一方に設けられた反射膜と、を備えた半導体レーザ素子であって、
前記反射膜は、
中心波長の±10nmの範囲における反射率の変化量が0.10%以内となる多層反射膜であることを特徴とする半導体レーザ素子。 - 請求項1から16のいずれか1項に記載の半導体レーザ素子と、
前記共振器端面から前記反射膜を介して出射されるレーザ光を受光する受光部と、を備え、
前記受光部によって受光されたレーザ光を電流に変換し、前記電流の値に基づいて前記半導体レーザ素子に供給する電流を制御する外部制御装置による前記制御に供することを特徴とする半導体レーザ装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016127401A JP2018006396A (ja) | 2016-06-28 | 2016-06-28 | 半導体レーザ素子および半導体レーザ装置 |
US15/633,801 US10050412B2 (en) | 2016-06-28 | 2017-06-27 | Semiconductor laser element and semiconductor laser device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016127401A JP2018006396A (ja) | 2016-06-28 | 2016-06-28 | 半導体レーザ素子および半導体レーザ装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018006396A true JP2018006396A (ja) | 2018-01-11 |
Family
ID=60677085
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016127401A Pending JP2018006396A (ja) | 2016-06-28 | 2016-06-28 | 半導体レーザ素子および半導体レーザ装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10050412B2 (ja) |
JP (1) | JP2018006396A (ja) |
Citations (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63220589A (ja) * | 1987-03-10 | 1988-09-13 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 化合物半導体レ−ザ |
JPH09167873A (ja) * | 1995-12-15 | 1997-06-24 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置 |
JPH10509283A (ja) * | 1995-09-14 | 1998-09-08 | フィリップス エレクトロニクス ネムローゼ フェンノートシャップ | 半導体ダイオードレーザ及びその製造方法 |
US5812580A (en) * | 1996-11-05 | 1998-09-22 | Coherent, Inc. | Laser diode facet coating |
JPH11284271A (ja) * | 1998-03-30 | 1999-10-15 | Toshiba Electronic Engineering Corp | 半導体レーザおよびその製造方法 |
JP2004140323A (ja) * | 2002-08-20 | 2004-05-13 | Sharp Corp | 半導体レーザ装置およびその製造方法 |
JP2004327581A (ja) * | 2003-04-23 | 2004-11-18 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置 |
JP2006303041A (ja) * | 2005-04-18 | 2006-11-02 | Sharp Corp | 半導体レーザ装置 |
JP2007073631A (ja) * | 2005-09-05 | 2007-03-22 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置 |
JP2008227169A (ja) * | 2007-03-13 | 2008-09-25 | Nec Electronics Corp | 半導体レーザ素子 |
JP2008277625A (ja) * | 2007-05-01 | 2008-11-13 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体発光素子 |
JP2008294202A (ja) * | 2007-05-24 | 2008-12-04 | Nec Electronics Corp | ファブリペロー型共振器レーザとその設計方法 |
JP2008294090A (ja) * | 2007-05-22 | 2008-12-04 | Sharp Corp | 半導体レーザ素子 |
JP2009218578A (ja) * | 2008-02-15 | 2009-09-24 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体レーザ素子 |
JP2010153810A (ja) * | 2008-11-21 | 2010-07-08 | Sanyo Electric Co Ltd | 窒化物系半導体レーザ素子および光ピックアップ装置 |
JP2010171182A (ja) * | 2009-01-22 | 2010-08-05 | Sanyo Electric Co Ltd | 多波長半導体レーザ装置 |
JP2010226056A (ja) * | 2009-03-25 | 2010-10-07 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置 |
JP2011216534A (ja) * | 2010-03-31 | 2011-10-27 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体レーザ素子 |
JP2012216742A (ja) * | 2011-03-30 | 2012-11-08 | Sony Corp | 多波長半導体レーザ素子 |
-
2016
- 2016-06-28 JP JP2016127401A patent/JP2018006396A/ja active Pending
-
2017
- 2017-06-27 US US15/633,801 patent/US10050412B2/en active Active
Patent Citations (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63220589A (ja) * | 1987-03-10 | 1988-09-13 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 化合物半導体レ−ザ |
JPH10509283A (ja) * | 1995-09-14 | 1998-09-08 | フィリップス エレクトロニクス ネムローゼ フェンノートシャップ | 半導体ダイオードレーザ及びその製造方法 |
JPH09167873A (ja) * | 1995-12-15 | 1997-06-24 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置 |
US5812580A (en) * | 1996-11-05 | 1998-09-22 | Coherent, Inc. | Laser diode facet coating |
JPH11284271A (ja) * | 1998-03-30 | 1999-10-15 | Toshiba Electronic Engineering Corp | 半導体レーザおよびその製造方法 |
JP2004140323A (ja) * | 2002-08-20 | 2004-05-13 | Sharp Corp | 半導体レーザ装置およびその製造方法 |
JP2004327581A (ja) * | 2003-04-23 | 2004-11-18 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置 |
JP2006303041A (ja) * | 2005-04-18 | 2006-11-02 | Sharp Corp | 半導体レーザ装置 |
JP2007073631A (ja) * | 2005-09-05 | 2007-03-22 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置 |
JP2008227169A (ja) * | 2007-03-13 | 2008-09-25 | Nec Electronics Corp | 半導体レーザ素子 |
JP2008277625A (ja) * | 2007-05-01 | 2008-11-13 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体発光素子 |
JP2008294090A (ja) * | 2007-05-22 | 2008-12-04 | Sharp Corp | 半導体レーザ素子 |
JP2008294202A (ja) * | 2007-05-24 | 2008-12-04 | Nec Electronics Corp | ファブリペロー型共振器レーザとその設計方法 |
JP2009218578A (ja) * | 2008-02-15 | 2009-09-24 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体レーザ素子 |
JP2010153810A (ja) * | 2008-11-21 | 2010-07-08 | Sanyo Electric Co Ltd | 窒化物系半導体レーザ素子および光ピックアップ装置 |
JP2010171182A (ja) * | 2009-01-22 | 2010-08-05 | Sanyo Electric Co Ltd | 多波長半導体レーザ装置 |
JP2010226056A (ja) * | 2009-03-25 | 2010-10-07 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置 |
JP2011216534A (ja) * | 2010-03-31 | 2011-10-27 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体レーザ素子 |
JP2012216742A (ja) * | 2011-03-30 | 2012-11-08 | Sony Corp | 多波長半導体レーザ素子 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20170373464A1 (en) | 2017-12-28 |
US10050412B2 (en) | 2018-08-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4976849B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
US20080173885A1 (en) | Semiconductor light-emitting device and method of manufacturing the same | |
US9160138B2 (en) | Light-emitting element array | |
US9799808B2 (en) | Light emitting element and light emitting element package | |
JP6052962B2 (ja) | 半導体発光装置 | |
JP2008211164A (ja) | 窒化物半導体発光装置及びその製造方法 | |
JPH10270754A (ja) | 半導体発光素子および発光ランプ | |
JP2006157024A (ja) | 発光半導体素子 | |
CN109478581B (zh) | 紫外线发光二极管 | |
WO2021187081A1 (ja) | 半導体レーザ素子 | |
JP2006228826A (ja) | 半導体レーザ | |
US20110150023A1 (en) | Nitride semiconductor laser device | |
JP4697488B2 (ja) | マルチビーム半導体レーザ | |
JPH05347430A (ja) | 半導体発光装置 | |
JP2010212401A (ja) | 光半導体装置及びその製造方法 | |
TWI690128B (zh) | 近紅外光垂直共振腔面射型雷射及其轉置方法 | |
JP2006086254A (ja) | 発光素子およびその製造方法ならびにその発光素子を用いた照明装置 | |
JP2020021964A (ja) | 発光素子および発光素子パッケージ | |
WO2022019054A1 (ja) | 半導体レーザおよび半導体レーザ装置 | |
JPH07335975A (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子 | |
US10050412B2 (en) | Semiconductor laser element and semiconductor laser device | |
JP2010003885A (ja) | 面発光レーザ | |
JP2018026597A (ja) | 発光素子および発光素子パッケージ | |
JP5004642B2 (ja) | 半導体レーザ装置 | |
WO2017038448A1 (ja) | 窒化物半導体素子 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180326 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180424 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180625 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180807 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20181005 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20181030 |