JP2021034450A - 半導体レーザ装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1及び図2に示すように、本実施形態に係る半導体レーザ装置1は、支持体41と、支持体41に接合された半導体レーザ素子21と、半導体レーザ素子21の光出射面21aに直接接合され、無機材料からなる透光性部材31と、を有する。
本実施形態に係る半導体レーザ装置1の製造方法は、半導体レーザ素子21を支持体41に接合する工程と、半導体レーザ素子21の光出射面21aを含む第1面92を平坦化する工程と、平坦化した第1面92に無機材料からなる透光性部材31を直接接合する工程と、を備える。直接接合は、例えば、固相接合によって行い、例えば、原子拡散接合(ADB)によって行う。
先ず、図4Aに示すように、半導体レーザ素子21を支持体41の上面41aに接合する。接合方法は特に限定されず、例えば、接着剤を用いた接着でもよく、半田を用いた接合でもよく、これらを併用してもよい。
次に、図4Bに示すように、半導体レーザ素子21の光出射面21a及び支持体41の端面41bを含む第1面92を研磨する。これにより、第1面92を平坦化する。
本実施形態に係る半導体レーザ装置1においては、半導体レーザ素子21の光出射面21aが透光性部材31の光入射面31aに直接接合されている。このため、光出射面21aが大気に曝されることがなく、光集塵を抑制できる。
本実施形態に係る半導体レーザ装置2の基本的な構成は、第1の実施形態に係る半導体レーザ装置1の構成と同様である。本実施形態においては、透光性部材31が、半導体レーザ素子21の光出射面21aに、表面活性化接合(SAB)によって直接接合されている。
先ず、図4A及び図4Bに示す工程を実施する。
図7に示すように、本実施形態に係る半導体レーザ装置3においては、半導体レーザ素子21に、素子本体部21c及び光学膜21dが設けられている。光学膜21dは、素子本体部21cの表面に形成されており、半導体レーザ素子21の光出射面21aを構成する。したがって、透光性部材31は、半導体レーザ素子21の光学膜21dに直接接合されている。直接接合は、例えば、原子拡散接合(ADB)であり、光学膜21dと透光性部材31との間に、金属含有層91が形成されている。すなわち、半導体レーザ装置3においては、レーザ光100の経路に沿って、半導体レーザ素子21の素子本体部21c、光学膜21d、金属含有層91及び透光性部材31がこの順に配列されている。
先ず、図8Aに示すように、支持体41の上面41aに半導体レーザ素子21の素子本体部21cを搭載する。このとき、支持体41の端面41bと素子本体部21cの光出射面21aが連続した第1面92を構成するようにする。なお、図4Bに示すように、第1面92を研磨してもよい。
図9に示すように、本実施形態に係る半導体レーザ装置4においては、透光性部材31に、部材本体部31c及び光学膜31dが設けられている。光学膜31dは、部材本体部31cの表面に形成されており、透光性部材31の光入射面31aを構成する。したがって、半導体レーザ素子21及び支持体41は、透光性部材31の光学膜31dに直接接合されている。直接接合は、例えば、原子拡散接合(ADB)であり、半導体レーザ素子21及び支持体41と光学膜31dとの間に、金属含有層91が形成されている。すなわち、半導体レーザ装置4においては、レーザ光100の経路に沿って、半導体レーザ素子21、金属含有層91、光学膜31d及び部材本体部31cがこの順に配列されている。
本実施形態は、前述の第3の実施形態と第4の実施形態を組み合わせた例である。すなわち、本実施形態に係る半導体レーザ装置5においては、光学膜は半導体レーザ素子21と透光性部材31の双方に設けられている。
図11に示すように、本実施形態に係る半導体レーザ装置6は、第5の実施形態に係る半導体レーザ装置5と比較して、半導体レーザ素子21と透光性部材31との直接接合を、表面活性化接合(SAB)によって行っている点が異なっている。このため、半導体レーザ装置6においては、金属含有層91は形成されておらず、半導体レーザ素子21の光学膜21dには第1非晶質層94aが形成されており、透光性部材31の光学膜31dには第2非晶質層94bが形成されている。第1非晶質層94aは第2非晶質層94bに接している。第1非晶質層94aは光学膜21dの材料からなり、第2非晶質層94bは光学膜31dの材料からなる。本実施形態に係る半導体レーザ装置6の製造方法は、第2の実施形態と同様である。本実施形態における上記以外の構成、製造方法及び効果は、第5の実施形態と同様である。
図12及び図13に示すように、本実施形態に係る半導体レーザ装置7においては、支持体41上に半導体レーザ素子22が設けられている。半導体レーザ素子22は、半導体光増幅器である。半導体レーザ素子22は、光入射面22bに入射したレーザ光101を増幅して、光出射面22aからレーザ光102を出射する。半導体レーザ素子22の光出射面22aは支持体41の端面41bと連続した平坦面を構成しており、半導体レーザ素子22の光入射面22bは支持体41の端面41cと連続した平坦面を構成している。支持体41の端面41bと端面41cとは、相互に反対側に位置している。
本実施形態に係る半導体レーザ装置7においては、半導体レーザ素子22の光入射面22bが透光性部材32の光出射面32aに光学的に結合されている。このため、透光性部材32から半導体レーザ素子22にレーザ光101を導入することができる。半導体レーザ素子22は、入射したレーザ光101を増幅して、光出射面22aからレーザ光102を出射する。
図14に示すように、本実施形態に係る半導体レーザ装置8においては、半導体レーザ素子22の出力側に透光性部材33が設けられており、半導体レーザ素子22の入力側に透光性部材39が設けられている。透光性部材33及び39は、凸レンズである。透光性部材33の光入射面33aは、支持体41の端面41b及び半導体レーザ素子22の光出射面22aに直接接合されている。透光性部材39の光出射面39aは、支持体41の端面41c及び半導体レーザ素子22の光入射面22bに直接接合されている。半導体レーザ素子22は、第7の実施形態において説明したように、半導体光増幅器である。直接接合は、例えば、原子拡散接合(ADB)又は表面活性化接合(SAB)である。
図15に示すように、本実施形態に係る半導体レーザ装置9においては、半導体レーザ素子22の出力側に、透光性部材34が設けられている。透光性部材34は、回折格子34cが設けられた回折光学素子(Diffractive Optical Elements:DOE)である。透光性部材34の光入射面34aは、支持体41の端面41b及び半導体レーザ素子22の光出射面22aに直接接合されている。
図16に示すように、本実施形態に係る半導体レーザ装置10においては、半導体レーザ素子22の出力側に、透光性部材35が設けられている。透光性部材35は、レーザーゲイン媒質である。レーザーゲイン媒質は、例えば、チタンサファイア結晶又は希土類ドープガラスや希土類ドープ固体単結晶等である。透光性部材35の光入射面35aは、支持体41の端面41b及び半導体レーザ素子22の光出射面22aに直接接合されている。
図17に示すように、本実施形態に係る半導体レーザ装置11においては、半導体レーザ素子22の出力側に、透光性部材36が設けられている。透光性部材36は、非線形光学結晶である。非線形光学結晶は、例えば、BBO(ベータホウ酸バリウム:β−BaB2O4)結晶又はLiNbO3結晶等である。透光性部材36の光入射面36aは、支持体41の端面41b及び半導体レーザ素子22の光出射面22aに直接接合されている。
図18に示すように、本実施形態に係る半導体レーザ装置12においては、半導体レーザ素子22の入力側及び出力側に、それぞれ、透光性部材37及び透光性部材38が設けられている。透光性部材37及び38は光ファイバーである。光ファイバーである透光性部材37の光入射面37aは、半導体レーザ素子22の光出射面22aに直接接合されている。光ファイバーである透光性部材38の光出射面38aは、半導体レーザ素子22の光入射面22bに直接接合されている。
21、22:半導体レーザ素子
21a、22a:光出射面
21b、22b:光入射面
21c:素子本体部
21d:光学膜
31、32、33、34、35、36、37、38、39:透光性部材
31a、33a、34a、35a、36a、37a:光入射面
32a、38a:光出射面
31c:部材本体部
31d:光学膜
34c:回折格子
41:支持体
41a:上面
41b、41c:端面
51:保護部材
91:金属含有層
92:第1面
93a、93b:金属層
94a、94b:非晶質層
100、101、102:レーザ光
201、202:真空チャンバー
t:厚さ
Claims (26)
- 支持体と、
前記支持体に接合された半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子の光出射面に直接接合され、無機材料からなる透光性部材と、
を備えた半導体レーザ装置。 - 前記光出射面側から見て、前記透光性部材は前記半導体レーザ素子の発光領域よりも大きく、前記透光性部材は前記支持体の端面にも直接接合されている請求項1記載の半導体レーザ装置。
- 前記光出射面及び前記端面は連続した平坦面を構成している請求項2記載の半導体レーザ装置。
- 前記半導体レーザ素子と前記透光性部材との間には、厚さが1nm以下の金属含有層が形成されている請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体レーザ装置。
- 前記半導体レーザ素子と前記透光性部材との間には、前記半導体レーザ素子の材料を含む第1非晶質層と、前記透光性部材の材料を含む第2非晶質層とが形成されており、前記第1非晶質層は前記第2非晶質層に接している請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体レーザ装置。
- 前記半導体レーザ素子は、ガリウム及び窒素を含む請求項1〜5のいずれか1つに記載の半導体レーザ装置。
- 前記半導体レーザ素子は、レーザダイオードである請求項1〜6のいずれか1つに記載の半導体レーザ装置。
- 前記半導体レーザ素子は、半導体光増幅器である請求項1〜6のいずれか1つに記載の半導体レーザ装置。
- 前記半導体レーザ素子の光入射面に直接接合され、無機材料からなる他の透光性部材をさらに備えた請求項8記載の半導体レーザ装置。
- 前記光入射面側から見て、前記他の透光性部材は前記半導体レーザ素子の発光領域よりも大きく、前記他の透光性部材は前記支持体の端面にも直接接合されている請求項9記載の半導体レーザ装置。
- 前記半導体レーザ素子は、
素子本体部と、
前記素子本体部の表面に形成され、前記他の透光性部材の光出射面に直接接合された光学膜と、
を有する請求項9または10に記載の半導体レーザ装置。 - 前記他の透光性部材は、
部材本体部と、
前記部材本体部の表面に形成され、前記半導体レーザ素子に直接接合された光学膜と、
を有する請求項9〜11のいずれか1つに記載の半導体レーザ装置。 - 前記半導体レーザ素子は、
素子本体部と、
前記素子本体部の表面に形成され、前記透光性部材に直接接合された光学膜と、
を有する請求項1〜10のいずれか1つに記載の半導体レーザ装置。 - 前記透光性部材は、
部材本体部と、
前記部材本体部の表面に形成され、前記半導体レーザ素子に直接接合された光学膜と、
を有する請求項1〜13のいずれか1つに記載の半導体レーザ装置。 - 前記透光性部材は、光ファイバーである請求項1〜14のいずれか1つに記載の半導体レーザ装置。
- 前記透光性部材は、レンズである請求項1〜14のいずれか1つに記載の半導体レーザ装置。
- 前記透光性部材は、回折光学素子である請求項1〜14のいずれか1つに記載の半導体レーザ装置。
- 前記透光性部材は、レーザーゲイン媒質である請求項1〜14のいずれか1つに記載の半導体レーザ装置。
- 前記透光性部材は、非線形光学結晶である請求項1〜14のいずれか1つに記載の半導体レーザ装置。
- 半導体レーザ素子を支持体に接合する工程と、
前記半導体レーザ素子の光出射面を含む第1面を平坦化する工程と、
前記平坦化した第1面に無機材料からなる透光性部材を直接接合する工程と、
を備えた半導体レーザ装置の製造方法。 - 前記第1面は前記支持体の端面も含む請求項20記載の半導体レーザ装置の製造方法。
- 前記平坦化する工程は、前記第1面を研磨する工程を有する請求項20または21に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
- 前記平坦化する工程は、前記第1面に光学膜を形成する工程を有する請求項20または21に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
- 前記直接接合は固相接合である請求項20〜23のいずれか1つに記載の半導体レーザ装置の製造方法。
- 前記直接接合は原子拡散接合である請求項20〜24のいずれか1つに記載の半導体レーザ装置の製造方法。
- 前記直接接合は表面活性化接合である請求項20〜24のいずれか1つに記載の半導体レーザ装置の製造方法。
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