JP4554247B2 - Surface emitting semiconductor laser device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体基板の表面または裏面側からレーザ光を射出する面発光半導体レーザ装置と、その製造方法と製造装置に関する。より詳細には、偏波方向が安定したレーザ光を射出する面発光半導体レーザ装置に関する。 The present invention relates to a surface emitting semiconductor laser device that emits laser light from the front surface or the back surface side of a semiconductor substrate, and a manufacturing method and a manufacturing device therefor. More specifically, the present invention relates to a surface emitting semiconductor laser device that emits laser light having a stable polarization direction.
半導体基板の表面側からレーザ光を射出する面発光半導体レーザ装置(以下、レーザ装置と略す)が知られている。この種のレーザ装置は、半導体基板の端面からレーザ光を射出する端面発光型レーザ装置に比して、光ファイバとの結合効率が高いことや、2次元的に集積化することが容易であるなどの利点を有している。この種のレーザ装置の一例として、レーザ装置の光導波路内に回折格子を備えた帰還分布型のレーザ装置が知られており、その一例が特許文献1に記載されている。
図15に、帰還分布型のレーザ装置の要部断面図を示す。このレーザ装置は、下部クラッド層224と、その下部クラッド層224上に積層された活性層226と、その活性層226上に積層された上部クラッド層228を備えている。一対のクラッド層224,228間に活性層226が形成されている積層構造を備えている。
活性層226と上部クラッド層228との間には回折格子232が形成され、回折格子232は活性層226と平行な面内に形成されている。この積層構造は共振器として機能する。
図16に、回折格子232群を平面視したときの概略構成図を示す。図の実線が回折格子232に相当する。同心円状の回折格子232が、中心を共通してその中心から周辺に向けて複数形成されている。中心からそれぞれの回折格子232までの距離は、中心からの方位と関係なく、その回折格子232に関して一様である。
図15に示すように、このレーザ装置の上部クラッド層228は、オーミックコンタクト層229を介して上部電極244に接続される。この上部電極244は回折格子232群を取り囲んでオーミックコンタクト層229上を一巡するように形成されている。下部クラッド層224は半導体基板222と接しており、その半導体基板222の裏面には下部電極242が形成されている。この下部電極242は半導体基板222の裏面の全面に形成されている。
FIG. 15 is a cross-sectional view of a main part of a feedback distributed laser device. The laser device includes a
A
FIG. 16 shows a schematic configuration diagram of the diffraction grating 232 group in plan view. The solid line in the figure corresponds to the diffraction grating 232. A plurality of
As shown in FIG. 15, the
下部電極242に正電圧を印加して活性層226に電流を注入すると、電子-正孔結合によって発生した光が、活性層226の面内を伝播するとともに、誘導放出による利得を繰返して次第に増幅されていく。このとき、活性層226の近傍に周期的に形成されている回折格子232群によってその光の一部は周期的に反射され、入射光と反射光の山と山、谷と谷が重なり合うことで単一周波数の光のみが発振する。
利得によって増幅された光の一部は、回折格子232によって半導体基板222の表面側に回折される。図15の矢印に示すように、この回折光は半導体基板222の表面側から射出される。このような動作によって、このレーザ装置ではレーザ光が導体基板222の表面側から射出されることを実現している。
図16に示すように、この回折格子232群によって帰還されて増幅を繰返す光は、回折格子232群の直径方向に沿って往復を繰返しており、その往復方向は360°に等しい確率で生じる。従って、回折格子232群の中心を光強度のピークとするレーザ光を射出する。
When a positive voltage is applied to the
A part of the light amplified by the gain is diffracted by the diffraction grating 232 to the surface side of the
As shown in FIG. 16, the light that is fed back and repeatedly amplified by the diffraction grating 232 group repeats reciprocation along the diameter direction of the diffraction grating 232 group, and the reciprocation direction occurs with a probability equal to 360 °. Accordingly, a laser beam having the light intensity peak at the center of the diffraction grating 232 group is emitted.
上述した従来の回折格子232群は中心を共通して点対称に形成されているために、回折格子232が形成されている面内では利得領域の異方性が存在していない。従って、射出レーザ光の偏波方向が定まらないという問題がある(図16の破線矢印)。即ち、製造するレーザ装置の製造公差によって、レーザ装置ごとに偏波方向のバラツキが生じるといった問題や、動作環境(例えば温度など)によって偏波方向が定まらないといった問題が生じる。偏波方向が定まらないと、例えば光ファイバやレーザ加工装置などに利用する場合に、信号が不安定となったり、所望の形状で加工できないといった不具合が生じる。
本発明の目的は、偏波方向が安定したレーザ光を射出するレーザ装置を提供することを目的とする。
Since the conventional diffraction grating 232 group described above is formed point-symmetrically with a common center, there is no gain region anisotropy in the plane on which the diffraction grating 232 is formed. Therefore, there is a problem that the polarization direction of the emitted laser light is not determined (broken line arrow in FIG. 16). That is, there arises a problem that the polarization direction varies from laser device to laser device due to manufacturing tolerances of the laser device to be manufactured, and a problem that the polarization direction is not determined depending on the operating environment (for example, temperature). If the polarization direction is not determined, for example, when used in an optical fiber or a laser processing apparatus, there arises a problem that the signal becomes unstable or cannot be processed in a desired shape.
An object of the present invention is to provide a laser device that emits laser light having a stable polarization direction.
本発明のレーザ装置は、一対のクラッド層間に活性層が形成されている積層構造を持っている。その積層構造は、透明半導体基板の上面に設けられている。その積層構造の上方に設けられており、その活性層と平行に広がる回折格子層に回折格子が形成されている。その回折格子は活性層で発生した光が到達する距離内に形成されている。さらに、本発明のレーザ装置は、回折格子層を介して積層構造に対向している上部電極と、透明半導体基板の下面が露出する領域の周りに形成されている下部電極とを備えている。上部電極は、回折格子に接触する接触領域を有し、その接触領域が最外周の回折格子で取り囲まれる範囲内に形成されている。
回折格子は、中心の周りを取り囲むように形成されており、中心からの方位に依存して中心から回折格子までの距離が変化していることを特徴とする。たとえば、中心を取り囲む正方形、長方形、三角形、楕円等の形状の回折格子が形成されている。なお、特定方位に回折格子が形成されていない場合は、その特定方位における回折格子までの距離は無限大ということができる。特定方位に回折格子が形成されていない場合も、中心からの方位に依存して中心から回折格子までの距離が変化することになる。
The laser device of the present invention has a laminated structure in which an active layer is formed between a pair of clad layers. The laminated structure is provided on the upper surface of the transparent semiconductor substrate. A diffraction grating is formed in a diffraction grating layer provided above the laminated structure and extending in parallel with the active layer. The diffraction grating is formed within the distance reached by the light generated in the active layer. Furthermore, the laser device of the present invention includes an upper electrode facing the laminated structure through the diffraction grating layer, and a lower electrode formed around a region where the lower surface of the transparent semiconductor substrate is exposed. The upper electrode has a contact region in contact with the diffraction grating, and the contact region is formed within a range surrounded by the outermost diffraction grating.
The diffraction grating is formed so as to surround the center, and the distance from the center to the diffraction grating varies depending on the orientation from the center. For example, a diffraction grating having a shape such as a square, a rectangle, a triangle, or an ellipse surrounding the center is formed. In addition, when the diffraction grating is not formed in a specific direction, it can be said that the distance to the diffraction grating in the specific direction is infinite. Even if not a diffraction grating formed in a specific orientation, ing to the distance from the center to the diffraction grating varies depending on the orientation of the center.
活性層で発生した光は、回折格子によって反射され、中心を挟んで往復する。往復することによって誘導放出による利得が繰返し得られ、光強度は次第に増幅され、ついにはレーザ発振するに至る。レーザ発振した光の一部は回折格子によって回折され、積層構造に垂直方向へ射出される。この結果、回折格子の中心を光強度のピークとするレーザ光が射出される。
従来構造のように、中心からの方位と無関係に中心から回折格子までの距離が一様な場合には、発生した光はいずれの方位においても均等に帰還されて発振するに至り、その結果、偏波方向が定まることがない。偏波方向は不安定である。
本発明によると、中心から回折格子までの距離が、その中心からの方位に依存して変化している。従って、方位によって得られる利得が相違し(異方性を持つ)、その結果として偏波方向が所定方向に安定する。
さらに、上記の面発光半導体レーザ装置ではレーザ光が下部電極側から射出する。即ち、回折格子で回折されたレーザ光が透明半導体基板を透過して、外部に露出する下面からレーザ光を射出する。従来構造とは逆方向からレーザ光を射出する。
本発明では、レーザ光射出口の周辺に下部電極が形成され、この下部電極を利用して電流が注入される。本発明の半導体基板の膜厚は厚く、下部電極が周辺に形成されていても活性層にバランスよく電流が注入されることから、射出するレーザ光が基本横モードとなり易い。
図15に示す従来構造のように、上部電極側からレーザ光を射出する場合、上部クラッド層の膜厚が小さいことから、活性層に注入される電流が回折格子の周辺側で強くなる。このため、周辺側で強い利得が与えられ、高次モードのレーザ光が射出するという問題がある。光取り出し口を大口径にしたい場合は、中心付近と周辺側で注入される電流のアンバランスが大きくなり特に問題である。また、図15に示す上部電極に代えて、回折格子の中心を覆うように小径の円盤状上部電極を形成し、活性層にバランスよく電流が注入されるように工夫したレーザ装置も知られている。しかしながら、この場合はその円盤状の上部電極自体がレーザ光を遮光することになり、射出するレーザ光の光強度分布がリング状になるという問題がある。
本発明では、レーザ光取り出し口を下部電極側に形成することで、上記の問題を回避し、基本横モードのレーザ光を射出することができる。
回折格子の中心近傍の利得領域は基本横モードが立ちやすく、その中心から離れた周辺では高次モードが立ちやすい。従って、回折格子の中心近傍に位置する活性層に電流がよく注入されるのが好ましい。本発明によると、上部電極が回折格子の中心から最外周の回折格子までの範囲内に形成されるために、回折格子の中心近傍に対してよく電流注入が行われて、基本横モードのレーザ光を射出し易くする。
The light generated in the active layer is reflected by the diffraction grating and reciprocates across the center. By reciprocating, a gain by stimulated emission is repeatedly obtained, the light intensity is gradually amplified, and finally laser oscillation occurs. A part of the laser-oscillated light is diffracted by the diffraction grating and emitted in the vertical direction to the laminated structure. As a result, a laser beam having a light intensity peak at the center of the diffraction grating is emitted.
If the distance from the center to the diffraction grating is uniform regardless of the orientation from the center as in the conventional structure, the generated light will be fed back uniformly in any orientation and oscillate. The polarization direction is not determined. The polarization direction is unstable.
According to the present invention, the distance from the center to the diffraction grating changes depending on the orientation from the center. Therefore, the gain obtained by the azimuth is different (has anisotropy), and as a result, the polarization direction is stabilized in a predetermined direction.
Further, in the surface emitting semiconductor laser device described above, laser light is emitted from the lower electrode side. That is, the laser light diffracted by the diffraction grating passes through the transparent semiconductor substrate and is emitted from the lower surface exposed to the outside. Laser light is emitted from the opposite direction to the conventional structure.
In the present invention, a lower electrode is formed around the laser beam exit, and current is injected using this lower electrode. Since the semiconductor substrate of the present invention is thick and current is injected into the active layer in a balanced manner even when the lower electrode is formed in the periphery, the emitted laser light is likely to be in the fundamental transverse mode.
When laser light is emitted from the upper electrode side as in the conventional structure shown in FIG. 15, the current injected into the active layer becomes stronger on the peripheral side of the diffraction grating because the thickness of the upper cladding layer is small. For this reason, there is a problem that a strong gain is given on the peripheral side and laser light of a higher order mode is emitted. When it is desired to make the light extraction port have a large diameter, the unbalance of the current injected near the center and the peripheral side becomes large, which is a particular problem. Also known is a laser device in which a small disk-shaped upper electrode is formed so as to cover the center of the diffraction grating in place of the upper electrode shown in FIG. 15 so that a current is injected in a balanced manner into the active layer. Yes. However, in this case, the disk-shaped upper electrode itself shields the laser beam, and there is a problem that the light intensity distribution of the emitted laser beam becomes a ring shape.
In the present invention, by forming the laser beam extraction port on the lower electrode side, the above problem can be avoided and the laser beam in the basic transverse mode can be emitted.
In the gain region near the center of the diffraction grating, the fundamental transverse mode is likely to stand, and higher order modes are likely to stand near the center. Therefore, it is preferable that the current is well injected into the active layer located near the center of the diffraction grating. According to the present invention, since the upper electrode is formed in the range from the center of the diffraction grating to the outermost diffraction grating, the current is often injected near the center of the diffraction grating, and the laser in the fundamental transverse mode Make it easier to emit light.
回折格子は、中心からの距離が一様な方位範囲と、その一様距離から相違する距離を持つ方位範囲を備えているのが好ましい。中心からの距離が一様な方位範囲と、相違する方位範囲は、それぞれ複数形成されていても構わない。基本的には同心円状の回折格子が形成され、特定方位では回折格子が形成されない場合、その特定方位では中心から回折格子までの距離が無限であるということができるので、上記の要件を満たす。回折格子が形成されない特定方位は、360°の内の1方位であってもよいし、2以上の方位であってもよい。
中心からの距離が一様な方位範囲では、その回折格子は中心を取り囲んで円弧状に形成される。中心から回折格子までの距離が一様なことから、この方位範囲では同一周波数の光が共振する。単一周波数のレーザ光を発振することがきる。一方、前記特定方位では、それとは異なる利得特性を持つ。特定方位では回折格子までの距離が無限であれば、無利得特性となる。従って、利得特性の異方性を反映したレーザ光が射出され、射出されるレーザ光の偏波方向が安定する。単一波長で偏波方向が安定したレーザ光を射出することができる。
The diffraction grating preferably includes an azimuth range having a uniform distance from the center and an azimuth range having a distance different from the uniform distance. A plurality of azimuth ranges each having a uniform distance from the center and different azimuth ranges may be formed. Basically, when a concentric diffraction grating is formed and a diffraction grating is not formed in a specific orientation, the distance from the center to the diffraction grating is infinite in the specific orientation, and thus the above requirement is satisfied. The specific orientation in which the diffraction grating is not formed may be one of 360 ° or two or more orientations.
In an azimuth range where the distance from the center is uniform, the diffraction grating surrounds the center and is formed in an arc shape. Since the distance from the center to the diffraction grating is uniform, light of the same frequency resonates in this azimuth range. A single frequency laser beam can be oscillated. On the other hand, the specific orientation has a different gain characteristic. If the distance to the diffraction grating is infinite in a specific orientation, no gain characteristics are obtained. Accordingly, laser light reflecting the anisotropy of the gain characteristic is emitted, and the polarization direction of the emitted laser light is stabilized. A laser beam having a single wavelength and a stable polarization direction can be emitted.
回折格子は、第1方位範囲では中心からの距離が一様であるのが好ましい。第1方位範囲に隣接する第2方位範囲では、中心から回折格子までの距離が実質的に無限大とされているのが好ましい。さらに、中心に関して第1方位範囲に対称な第3方位範囲では、中心から回折格子までの距離が、第1方位範囲と同じ一様距離であるのが好ましい。また、中心に関して第2方位範囲に対称な第4方位範囲では、中心から回折格子までの距離が、実質的に無限大とされているのが好ましい。
第1方位範囲と第3方位範囲には、中心を挟んだ対称な位置に同心状の回折格子が形成される。従って、この方位範囲では中心を挟んで光が往復を繰返すことによって利得が与えられ、レーザ発振が得えられる。この結果、中心を光強度のピークとするレーザ光を射出する。また円弧状の回折格子を利用しているために、発振するレーザの周波数が単一波長にそろう。
一方、第2方位範囲と第4方位範囲によって形成される方位範囲では、利得が与えられない無帰還領域である。無帰還領域では、いかなる周波数の光も帰還されないことから、第1方位範囲と第3方位範囲でのみレーザ光は発振する。このレーザ装置から射出するレーザ光は単一周波数となる。
The diffraction grating preferably has a uniform distance from the center in the first azimuth range. In the second azimuth range adjacent to the first azimuth range, it is preferable that the distance from the center to the diffraction grating is substantially infinite. Further, in the third azimuth range that is symmetrical to the first azimuth range with respect to the center, the distance from the center to the diffraction grating is preferably the same uniform distance as the first azimuth range. In the fourth azimuth range symmetrical to the second azimuth range with respect to the center, it is preferable that the distance from the center to the diffraction grating is substantially infinite.
In the first azimuth range and the third azimuth range, concentric diffraction gratings are formed at symmetrical positions across the center. Accordingly, in this azimuth range, a gain is given by repeating light reciprocating across the center, and laser oscillation can be obtained. As a result, a laser beam having a light intensity peak at the center is emitted. In addition, since an arc-shaped diffraction grating is used, the frequency of the oscillating laser is aligned with a single wavelength.
On the other hand, in the azimuth range formed by the second orientation range and the fourth azimuth range, Ru unreturned region der gain is not given. In the non-feedback region, no light of any frequency is fed back, so that the laser light oscillates only in the first azimuth range and the third azimuth range. Laser light emitted from this laser device has a single frequency.
中心の周りに回折格子を構成する山の部分又は谷の部分が多重に形成されているのが好ましい。即ち、中心から周辺に向けて回折格子を構成する山の部分又は谷の部分が繰返し形成されているのが好ましい。
上記の構成が備えられていると、中心を挟んで利得を得ながら帰還する光は、回折格子群によって周期的に反射されることになる。従って、単一の周波数で発振し易くなり、いわゆる縦シングルモードを実現し易い。
It is preferable that a crest portion or a trough portion constituting the diffraction grating is formed in multiples around the center. That is, preferably the mountain portion or valley portion constituting the diffraction grating toward the periphery from the center are repeatedly formed.
When the above configuration is provided, the light returning while obtaining the gain across the center is periodically reflected by the diffraction grating group. Therefore, it becomes easy to oscillate at a single frequency, and so-called vertical single mode is easily realized.
中心の周りに多重に形成されている回折格子を構成する山の部分又は谷の部分の間隔が、中心近傍で狭く、周辺で広く調整されているのが好ましい。
回折格子を構成する山の部分又は谷の部分の間隔を中心から周辺に向けて変化させると、各回折格子で回折して射出されるレーザ光に位相差が生じ、所定の位置で焦点を結ぶようになる。別個の集光光学系などを利用せずにレーザ光を集光することができる。
It is preferable that the interval between the peak portions or the valley portions constituting the diffraction grating formed in multiple numbers around the center is narrow near the center and widely adjusted around the center.
When the interval between the peak or valley portions constituting the diffraction grating is changed from the center toward the periphery, a phase difference occurs in the laser light diffracted and emitted by each diffraction grating, and the focal point is focused at a predetermined position. It becomes like this. Laser light can be condensed without using a separate condensing optical system.
上記の面発光半導体レーザ装置は、半導体基板の表面あるいは裏面側からレーザ光を射出可能なので、複数個の面発光半導体レーザ装置を2次元的に集積したレーザアレイを容易に構成することができる。そのレーザアレイと集光光学系を組み合わせて、レーザアレイから射出するレーザ光を所定の位置に焦点が結ぶように構成し、それをレーザ加工装置の光源に利用するのが好ましい。
上記の構成によると、複数個の面発光半導体レーザの偏波方向を一致させることで、レーザアレイから射出するレーザ光の偏波方向をそろえることができる。あるいは、複数個の面発光半導体レーザの偏波方向を平均的に分散させることによって、実質的には偏波していないレーザ光を得ることもできる。偏波方向が安定したレーザ光、あるいは実質的には偏波していないレーザ光を利用することによって、所望の加工形状で精度よくレーザ加工することが可能となる。
Since the surface emitting semiconductor laser device can emit laser light from the front surface or the back surface side of the semiconductor substrate, a laser array in which a plurality of surface emitting semiconductor laser devices are two-dimensionally integrated can be easily configured. It is preferable that the laser array and the condensing optical system are combined so that the laser light emitted from the laser array is focused at a predetermined position and used as a light source of the laser processing apparatus.
According to the above configuration, the polarization directions of the laser beams emitted from the laser array can be aligned by matching the polarization directions of the plurality of surface emitting semiconductor lasers. Alternatively, laser light that is not substantially polarized can be obtained by dispersing the polarization directions of a plurality of surface emitting semiconductor lasers on average. By using laser light having a stable polarization direction or laser light that is not substantially polarized, laser processing can be performed with a desired processing shape with high accuracy.
本発明者らは、同心円状の回折格子を簡単に形成することができる新たな製造方法をも生み出した。この製造方法では、回折格子の形成面に形成しておいたフォトレジスト層を、ニュートンリングを形成する干渉光学系を用いて露光する。
干渉光学系は特に限定するものではなく、例えば、一対の透明部材の双方または一方の接触面に凹部及び/又は凸部を形成し、両者の間隔が中心から順に変化していく透明部材を利用することができる。
上記の製造方法によると、ニュートンリングに沿ってフォトレジスト層が露光される。例えば、フォトレジストにポジ型レジストを利用した場合、露光されたフォトレジスト層が除去される。この状態で異方性エッチングすると、フォトレジスト層が除去された箇所の下方に溝が形成され、ニュートンリングに対応する同心円状の回折格子が形成される。本発明の製造方法を利用すると、同心円状の回折格子を簡単に形成することができる。
なお、回折格子を形成する従来の方法では、電子線ビームなどを利用していたが、露光工程に時間がかかるとともに、高価な機器を利用することからコストの面でも問題であった。本発明の製造方法によると、高価な機器を利用することなく、また実質的には一回の露光でフォトレジスト層に同心円状の回折格子を形成することができる。露光工程の短縮化とともに、コストの面でも有効である。
The present inventors have also created a new manufacturing method capable of easily forming concentric diffraction gratings. In this manufacturing method, the photoresist layer formed on the diffraction grating formation surface is exposed using an interference optical system that forms a Newton ring.
The interference optical system is not particularly limited. For example, a transparent member in which a concave portion and / or a convex portion are formed on both or one contact surface of a pair of transparent members and the distance between the two is changed in order from the center is used. can do.
According to the above manufacturing method, the photoresist layer is exposed along the Newton ring. For example, when a positive resist is used as the photoresist, the exposed photoresist layer is removed. When anisotropic etching is performed in this state, a groove is formed below the portion where the photoresist layer has been removed, and a concentric diffraction grating corresponding to the Newton ring is formed. By using the manufacturing method of the present invention, a concentric diffraction grating can be easily formed.
In the conventional method for forming a diffraction grating, an electron beam or the like is used. However, the exposure process takes time, and expensive equipment is used, which is a problem in terms of cost. According to the manufacturing method of the present invention, a concentric diffraction grating can be formed on the photoresist layer without using an expensive device and substantially by a single exposure. In addition to shortening the exposure process, this is effective in terms of cost.
円錐状の凹部または凸部が分散配置されている透明パネル越しに露光すると、多数のニュートンリングを一度に形成することができる。この現象を利用してフォトレジスト層を露光すると、同心円状の回折格子を持つ面発光半導体装置群を一度に製造することができる。
この場合、円錐状の凹部または凸部の斜面の成す角θにより、フォトレジスト層には次式の関係に基づいて、同心円状のニュートンリングが形成される。
θ=tan-1(λ/2Λ)
λは照射する光の波長であり、Λはフォトレジスト層に形成されるニュートンリングの間隔である。上記の関係式に基づいて、フォトレジスト層を同心円状に簡単に露光することができる。
上記の製造方法によると、フォトレジスト層に複数のニュートンリングを一度に露光することができる。複数の回折格子を同時に製造することができ、製造工程が効率化される。
When exposed through a transparent panel in which conical recesses or protrusions are dispersedly arranged, a large number of Newton rings can be formed at one time. When the photoresist layer is exposed using this phenomenon, a group of surface-emitting semiconductor devices having concentric diffraction gratings can be manufactured at a time.
In this case, a concentric Newton ring is formed in the photoresist layer by the angle θ formed by the conical concave or convex slope, based on the relationship of the following equation.
θ = tan -1 (λ / 2Λ)
λ is the wavelength of light to be irradiated, and Λ is the interval between Newton rings formed in the photoresist layer. Based on the above relational expression, the photoresist layer can be easily exposed concentrically.
According to the above manufacturing method, a plurality of Newton rings can be exposed to the photoresist layer at a time. A plurality of diffraction gratings can be manufactured simultaneously, and the manufacturing process becomes efficient.
本発明者らはまた、上記の方法を具現化するフォトレジスト露光装置をも創作したと言える。
即ち、ニュートンリングを形成する干渉光学系を内蔵するフォトレジスト露光装置を創作したのである。
干渉光学系を利用すると、回折格子に対応するニュートンリングを形成してフォトレジスト層を露光することができる。露光工程を簡単化することができる。
It can be said that the inventors also created a photoresist exposure apparatus that embodies the above-described method.
That is, a photoresist exposure apparatus having a built-in interference optical system for forming a Newton ring was created.
When the interference optical system is used, a Newton ring corresponding to the diffraction grating can be formed to expose the photoresist layer. The exposure process can be simplified.
本発明によると、偏波方向が安定したレーザ光を射出する面発光半導体レーザ装置を提供することができる。また、そのような半導体レーザを製造するのに適した製造方法と製造装置を提供することができる。 According to the present invention, a surface emitting semiconductor laser device that emits laser light having a stable polarization direction can be provided. In addition, a manufacturing method and a manufacturing apparatus suitable for manufacturing such a semiconductor laser can be provided.
本発明の他の特徴を列記する。
(第1実施形態)
レーザ装置から射出するレーザ光は、レーザ装置に対して垂直方向だけでなく、斜め方向にも射出が可能である。この場合、以下の関係式に基づいて回折格子群の格子間隔を決定する。
Ns・k・sinθ=Neff・k+q・K
ここで、Nsは半導体基板の屈折率、kはレーザ光の波長、θは射出角度、Neffは実効屈折率、qは整数、Kは回折格子の格子間隔である。
(第2実施形態)
レーザ装置が複数個集積されているレーザアレイと、集積されたレーザ装置群の上部電極側からそのレーザアレイを冷却する手段を備えている。典型的な冷却手段としては水冷手段や空冷手段などを挙げることができる。上部電極側から冷却することで、活性層で発生する熱を効率的に冷却することができる。高出力での安定的な動作を実現する。
(第3実施形態)
本発明のレーザ装置は、例えばレーザ加工装置、光造形装置、光通信装置、レーザレーダ装置、レーザプリンターなどに好適に利用できる。
Other features of the present invention are listed.
(First embodiment)
Laser light emitted from the laser device can be emitted not only in a direction perpendicular to the laser device but also in an oblique direction. In this case, the grating interval of the diffraction grating group is determined based on the following relational expression.
Ns · k · sinθ = Neff · k + q · K
Here, Ns is the refractive index of the semiconductor substrate, k is the wavelength of the laser beam, θ is the emission angle, Neff is the effective refractive index, q is an integer, and K is the grating spacing of the diffraction grating.
(Second embodiment)
A laser array in which a plurality of laser devices are integrated and means for cooling the laser array from the upper electrode side of the integrated laser device group are provided. Typical cooling means includes water cooling means and air cooling means. By cooling from the upper electrode side, the heat generated in the active layer can be efficiently cooled. Realizes stable operation at high output.
(Third embodiment)
The laser device of the present invention can be suitably used for, for example, a laser processing device, an optical modeling device, an optical communication device, a laser radar device, a laser printer, and the like.
図面を参照して以下に各実施例を詳細に説明する。
(第1実施例)
図1に、第1実施例のレーザ装置の要部断面図を示す。このレーザ装置は、例えばn型のAlGaAsからなる下部クラッド層24と、その上に積層された活性層26と、その上に積層された例えばp型のAlGaAsからなる上部クラッド層28を備えている。下部クラッド層24と上部クラッド層28の間に活性層26が形成されている積層構造を備えている。活性層26は量子井戸構造であり、例えばAlGaAs/GaAs/InGaAs/GaAs/AlGaAsで構成される。
上部クラッド層28上には複数の回折格子32が形成され、この回折格子32群が形成される面を回折格子層と称する。この回折格子32は、上部クラッド層28の一部に溝を形成し、その残存部として形成される。
この回折格子32群は、例えばTi-Pt-Auからなる上部電極44に接続される。この上部電極44と回折格子群32群は、図示しないコンタクト層を介してオーミックコンタクトされる。このコンタクト層とは、例えば回折格子32群側に亜鉛などが高濃度にドーピングされたInGaAsを準備し、それと上部電極44側とを高温で溶接することで形成される合金化された領域をいう。回折格子32群の周辺は酸化シリコンからなる絶縁膜45によって上部電極44と接続するのが禁止されている。
下部クラッド層24は例えばn型のGaAsからなる半導体基板22と接しており、その半導体基板22の裏面には下部電極42が形成されている。この下部電極42は、例えばAu-Znからなり、半導体基板22の裏面の周縁を一巡して形成される。
半導体基板22が露出している面には反射防止板43が形成される。この半導体基板22が露出している面が光取り出し口であり、この反射防止板43はレーザ装置から射出したレーザ光が反射して、このレーザ装置内に侵入するのを防止する。
Embodiments will be described in detail below with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a main part of the laser apparatus of the first embodiment. The laser device includes a lower
A plurality of
The
The
An
図2に、回折格子32群を平面視したときの概略構成図を示す。
回折格子32は、中心の周りを取り囲むように形成されている。中心から回折格子32までの距離が一様な方位範囲が、図面左右対称に形成されている。換言すると、中心を挟んで対称な位置関係に一対の回折格子32が形成される。本実施例では円弧状の回折格子32が図面左右に対称に形成されている。さらに、その対称方向に沿って複数の回折格子32が繰返し形成され多重構造となっている。また、中心を共通する相似な円弧状の回折格子32が中心から周辺に向けて繰返し形成されているとも言える。この円弧状の回折格子32が形成されている領域を利得領域と称する。この回折格子32の間隔は300nm程度で同一周期あり、その高さは150nm程度で形成される。この回折格子32群の直径は約500μmである。
一方、利得領域における中心から回折格子32までの一様距離とは相違する方位範囲32a(本実施例では、回折格子が形成されていないために、その距離は実質的に無限大である)が形成されている。換言すると、この方位範囲32aは、複数の円弧状の回折格子32の開環する領域が、中心から周辺に沿って一致している領域とも言える。この方位範囲32aを無帰還領域と称する。なお、この無帰還領域32aは、上部クラッド層28の上部を完全に除去して形成してもよく、または全く除去しないで形成してもよい。あるいは一部を除去しても、形成される回折格子が中心を挟んで対称の位置関係になっていなければよい。
FIG. 2 shows a schematic configuration diagram of the
The
On the other hand, there is an
次に、このレーザ装置の動作を説明する。
まず、下部電極42に正電圧を印加し活性層26に電流を注入する。図1はデフォルメして図示されているが、実際には半導体基板22の膜厚は大きく、そのため注入される電流は活性層26に対してバランスよく注入される。この電流注入に伴い電子-正孔結合によって発生した光子が、活性層26の面内に沿って伝播するとともに、誘導放出による利得を繰返して次第に増幅されていく。このとき、その光子の一部は回折格子32によって周期的に反射され、入射光と反射光の山と山、谷と谷が重なり合うことで単一周波数の光のみが発振する。
利得によって増幅されたこの光の一部は、回折格子32によって半導体基板22の裏面側に回折される。図の矢印に示すように、この回折された光は半導体基板22の露出している面から射出される。この露出面の径や、その形状は特に制限されるものではなく、例えばその径を小さく、その形状を円形に構成すると基本横モードとして射出し易くなる。なお、光の一部は回折格子32によって半導体基板22の表面側にも回折されるが、その光は上部電極44に吸収されるか、あるいは上部電極44などによって反射される。
Next, the operation of this laser device will be described.
First, a positive voltage is applied to the
A part of this light amplified by the gain is diffracted by the
図2に示すように、回折格子32群が形成されていない無帰還領域32aでは、光が帰還することができないために、この方向では発振が生じない。従って、この無帰還領域32aの近傍ではフィードバックが小さくなり、この無帰還領域32aから最も離間する方向に強いフィードバックの領域が形成される。本実施例では、中心から無帰還領域32aへの方向に対して直交方向に沿って、光は最も強いフィードバックを受けて発振する。従って、射出するレーザ光はその方向に偏波方向が安定される(図2の破線矢印)。このように、無帰還領域32aを形成することで、射出するレーザ光の偏波方向を安定させることができる。
また、本実施例では、無帰還領域32aが中心を挟んでほぼ直線的に形成されるのみで、その偏波方向の調整を可能にしている。それと同時に、利得領域が広く形成されているために、中心が光強度のピークとするレーザ光の射出を実現している。さらに、同一周期の回折格子32群を利用しているために、単一の周波数のレーザ光を発振することができる。これら特性を備えるレーザ光は、例えば光通信やレーザ加工装置、あるいはラピッドプロトタイピングの一つである光造形装置などに好適に利用することができる。
As shown in FIG. 2, in the
Further, in this embodiment, the
図3に、上部電極44が回折格子32群と接する領域を調整した場合の、射出されるレーザ光の電磁界分布を示している。
上部電極44が回折格子32群と接触する領域の直径をLとすると、このLが小さい場合が図3(b)であり、このLが大きい場合が図3(c)である。
図3(b)に示すように、上部電極44が回折格子32群の中心近傍に接していると、その中心付近に位置する活性層26に対して効率的に電流注入が行われるために基本横モード35が立つ。一般的に、回折格子32群の周辺では高次モード36を発振し易いが、本実施例の場合、周辺に位置する活性層26に対しては電流注入が抑制されることから、高次モード36が発振されるのを抑制される。なお、この上部電極44は、回折格子32の中心から最外周の回折格子32までの範囲内に形成されているのが好ましい。
一方、図3(c)に示すように、上部電極44の直径を大きくし、最外周の回折格子32よりも周辺にまで上部電極44が形成されると、周辺に位置する活性層26に対しても電流がよく注入され、高次横モード36も発振される。
このように、本実施例では、上部電極44の形状を調整することで、射出されるレーザ光の横モードを簡単に調整することができる。
なお、上部電極44の形状の調整に代えて、あるいは同時に次の手法を利用しても高次モードの発振を抑制することができる。これは、回折格子32群の周辺に対応した位置にある活性層26の作用を失わせることで実現できる。具体的には上部クラッド層28側から活性層26に対して不純物あるいは結晶欠陥を拡散させて、活性層26の量子井戸構造を破壊すればよい。不純物あるいは結晶欠陥を拡散させることでバンドギャップ差が無くなり、量子井戸構造が破壊される。
FIG. 3 shows the electromagnetic field distribution of the emitted laser light when the region where the
If the diameter of the region where the
As shown in FIG. 3B, when the
On the other hand, as shown in FIG. 3C, when the diameter of the
Thus, in this embodiment, the transverse mode of the emitted laser light can be easily adjusted by adjusting the shape of the
In addition, instead of adjusting the shape of the
(第2実施例) 図4に、第2実施例のレーザ装置の要部断面図を示す。なお、第1実施例の略同一の構成に関しては同一の符号を付してその説明を省略する。
第2実施例が第1実施例と異なる点は、回折格子34群の格子間隔が中心から周辺に向けて徐々に広くなっている点である。
図5に、この回折格子34群を平面視したときの概略構成図を示す。第1実施例と同様に中心から周辺に沿って回折格子34群が形成されていない無帰還領域34aが形成されている。この構成により偏波方向を安定させることができる。
Second Embodiment FIG. 4 shows a cross-sectional view of a main part of a laser apparatus according to a second embodiment. In addition, about the substantially same structure of 1st Example, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
The second embodiment is different from the first embodiment in that the grating interval of the
FIG. 5 shows a schematic configuration diagram of the
図4に示すように、このレーザ装置によって射出されるレーザ光は、所定の位置で焦点を結ぶことができる(図示A)。具体的には最内周の格子間隔を289nmとし、最外周の格子間隔を311nmで構成すると、焦点の位置は回折格子34群から2.8mm離れた位置となる。
この実施例のレーザ装置を利用すると、例えば集光光学系を利用することなく、所定の位置でレーザ光を集光させることできる。構成が簡単化され、装置の小型化などを実現する。このため、光ファイバなどの他の光学部品への結合を容易にする。
As shown in FIG. 4, the laser light emitted by this laser device can be focused at a predetermined position (A in the figure). Specifically, when the innermost grating interval is 289 nm and the outermost grating interval is 311 nm, the focal point is positioned 2.8 mm away from the
When the laser apparatus of this embodiment is used, laser light can be condensed at a predetermined position without using, for example, a condensing optical system. The configuration is simplified and the device is downsized. This facilitates coupling to other optical components such as optical fibers.
次に、図6を用いて回折格子群の変形例を示す。
図6(a)は、楕円状の回折格子が中心を一巡して形成される例である。さらに、中心を共通して相似な楕円状の回折格子が、中心から周辺に向けて繰返して複数形成される。この回折格子は中心から回折格子までの距離が全ての方位で変化している。ただし、中心を挟んで対称な位置の距離は等しい。この例では、回折格子が形成されていない無帰還領域は存在しないが、その形状の異方性から利得領域内に利得分布の異方性が生じ、ひいては偏波方向が安定化される。本実施例では、破線矢印の方向に偏波方向が安定される。
図6(b)は、矩形状の回折格子が中心を一巡して形成されている例である。さらに、中心を共通して相似な矩形状の回折格子が、中心から周辺に向けて繰返して複数形成される。この例の場合も、回折格子が形成されていない無帰還領域は存在しないが、その形状の異方性から利得領域内に利得分布の異方性が生じ、ひいては偏波方向が安定化される。本実施例では、破線矢印の方向に偏波方向が安定される。
図6(c)は、繰返して複数形成される多角形の回折格子の一部に回折格子が形成されていない無帰還領域が形成されている例である。この例の場合は、無帰還領域では光子の帰還が生じないために光は発振することができない。さらに多角形の異方性からその利得領域内に利得分布の異方性が生じている。この両者の影響を受けて偏波方向は安定化される。本実施例では、破線矢印の方向に偏波方向が安定される。
Next, a modification of the diffraction grating group will be described with reference to FIG.
FIG. 6A shows an example in which an elliptical diffraction grating is formed around the center. Further, a plurality of similar elliptical diffraction gratings having a common center are repeatedly formed from the center toward the periphery. In this diffraction grating, the distance from the center to the diffraction grating changes in all directions. However, the distances of symmetrical positions across the center are equal. In this example, there is no non-feedback region where the diffraction grating is not formed, but the anisotropy of the gain distribution is generated in the gain region due to the anisotropy of the shape, and the polarization direction is stabilized. In this embodiment, the polarization direction is stabilized in the direction of the dashed arrow.
FIG. 6B shows an example in which a rectangular diffraction grating is formed around the center. Further, a plurality of similar rectangular diffraction gratings having a common center are repeatedly formed from the center toward the periphery. Also in this example, there is no non-feedback region in which the diffraction grating is not formed, but the anisotropy of the gain distribution is generated in the gain region due to the anisotropy of the shape, and the polarization direction is thereby stabilized. . In this embodiment, the polarization direction is stabilized in the direction of the dashed arrow.
FIG. 6C shows an example in which a non-feedback region in which a diffraction grating is not formed is formed in a part of a polygonal diffraction grating that is repeatedly formed. In this example, light cannot oscillate because no photon feedback occurs in the non-feedback region. Furthermore, the anisotropy of the gain distribution is generated in the gain region due to the anisotropy of the polygon. The polarization direction is stabilized under the influence of both. In this embodiment, the polarization direction is stabilized in the direction of the dashed arrow.
(第3実施例) 第3実施例では、回折格子群を形成する製造方法の一例を説明する。本実施例の製造方法は、一回の紫外線の照射によってフォトレジスト層に回折格子に対応したニュートンリング(干渉稿)を形成し、そのニュートンリングに沿ってフォトレジスト層を露光する手法である。
図7に、この製造方法で利用される干渉光学マスクの上側透明部材52を示す。この上側透明部材52は、例えばガラスが用いられる。図7の(a)は平面図、(b)は正面図、(c)は下面図である。この上側透明部材52は、その下面から円錐状の切欠き部54が形成されている。その切欠き部54の斜面と、上側透明部材52の下面との成す角はθである。この上側透明部材52は、その下面側にガラスからなる平板状の下側透明部材を貼接して用いられる。
Third Example In the third example, an example of a manufacturing method for forming a diffraction grating group will be described. The manufacturing method of the present embodiment is a technique in which a Newton ring (interference draft) corresponding to a diffraction grating is formed on a photoresist layer by one-time irradiation of ultraviolet rays, and the photoresist layer is exposed along the Newton ring.
FIG. 7 shows the upper
図8(a)に、この上側透明部材52と下側透明部材53が貼接されるとともに、上側透明部材52の上面から紫外光を照射した場合に、この一対の透明部材52、53を透過する紫外光の光路を示している。
この上側透明部材52の上面から、波長がλの紫外光を照射すると、一対の透明部材52、53を透過した紫外光は間隔Λの周期で干渉稿を現す。これは、紫外光の光路差によるものである。紫外光の光路は、まず上側透明部材52と切欠き部54内を通過し、下側透明部材53によって反射された後に、その反射光が切欠き部54の斜面の上側透明部材52によって反射され、その後に下側透明部材53を透過する。従って、切欠き部54内を往復することになり、この往復路によって光路差が生じることになる。この光路差がちょうど紫外光の波長と一致するときにニュートンリングが現れる。即ち、Λ=λ/(2tanθ)の関係式が求まる。また、この関係式から所定の間隔のニュートンリングを得たいときは、θ=tan-1(λ/(2Λ))となる角度の切欠き部54を利用すればよいことが分かる。また、上側透明部材52と下側透明部材53の接触面は無反射コーティングされているのが望ましい。その接触面を透過する紫外光は、反射されることなく透過することになり、無用なニュートンリングが現れることを抑制することができる。
なお、図8(b)に示すように、上側透明部材55には、切欠き部54の代わりに円錐状の突出部57が形成されていてもよい。同様の作用により、間隔がΛのニュートンリングを形成することができる。
In FIG. 8A, when the upper
When ultraviolet light having a wavelength of λ is irradiated from the upper surface of the upper
As shown in FIG. 8B, the upper
図9に、フォトレジスト層56上に現れるニュートンリングの様子を示す。図示58は、He-Cdレーザ装置である。切欠き部54が円錐状に形成されているために、フォトレジスト層56上に中心から周辺に向かってその間隔がΛとなる円環状のニュートンリングが現れる。この間隔Λは中心から周辺へ向かって同一周期で形成される。
次に、このフォトレジスト層56を用いて回折格子を作成する手順を説明する。
このフォトレジスト層56はポジ型レジストであり、現像後にこのニュートンリングの明領域に沿ってフォトレジスト層56に開口部が形成される。次に、無帰還領域を作成したい領域に対応するフォトレジスト層56を選択的に除去する。次に、異方性のドライエッチングなどを実施して、開口部の下方に配置されている図示しない半導体基板の一部をエッチング除去する。すると、所定の深さの溝が半導体基板上に形成され、その残部が回折格子となる。無帰還領域上のフォトレジスト層56はすべて除去されることから、無帰還領域の半導体基板は全て除去され回折格子が形成されない。回折格子群が形成される利得領域と、回折格子群が形成されない無帰還領域を上記の手順に沿って半導体基板上に簡単に作成することができる。
なお、無帰還領域を作成したい領域に対応するフォトレジスト層56を選択的に除去するのではなく、上記の箇所に選択的に再度マスクを形成してもよい。この場合は、無帰還領域に対応する半導体基板は全く除去されないことから、結局は回折格子が形成されないことになる。
あるいは、無帰還領域を作成したい領域に対応する切欠き部54の一部の斜面を、その周囲の斜面から異方的に形成することで、対応するフォトレジスト層56上にニュートンリングが現れないようにしてもよい。いずれの方法を採用しても同様の作用効果を得ることができる。
なお、この一対の透明部材の接触面の形状を適宜調整することで、異方性のニュートンリングなどを作成することもできる。所望の回折格子群を簡単に形成することができる。
FIG. 9 shows a Newton ring that appears on the
Next, a procedure for creating a diffraction grating using the
The
Instead of selectively removing the
Alternatively, the Newton ring does not appear on the corresponding
In addition, an anisotropic Newton ring etc. can also be created by adjusting the shape of the contact surface of this pair of transparent member suitably. A desired diffraction grating group can be easily formed.
次に、図10を用いて、半導体基板157の表面に複数の回折格子群を同時に作成する場合の製造方法を示す。上側透明部材152には複数個の切欠き部154が分散配置される。この上側透明部材152に下側透明部材153が貼接され、この下側透明部材153の下方にフォトレジスト156と半導体基板157が配置される。図示では下側透明部材153とフォトレジスト156が直接接しているが、離間していても構わない。
He-Cdレーザ装置158から射出された紫外光は、ピンホール151を経由して上側透明部材152の上面に入射される。ピンホール151には径が10μm程度の穴が形成されており、このピンホール151を経由することで、単一波長の紫外光のみを利用することができる。このため、フォトレジスト156上に作成されるニュートンリングの明暗が極めて大きくなり、所望のニュートンリングを確実に作成し易くする。本実施例のように、上側透明部材152に複数の切欠き部154を分散配置させることで、一斉にフォトレジスト156上に複数のニュートンリングを作成し露光することができる。従来では電子線ビーム装置を用いてフォトレジスト上を走査しながら露光していたために、このように複数の回折格子群を作成する場合などは特に、その露光工程の時間が極めて長くなる傾向にあった。本発明では、作成したい回折格子群の数に関係なく、実質的に一回の紫外光の照射によってフォトレジストを露光することができる。極めて露光工程の時間を短縮することができる。また電子線ビーム装置が高価なために製造コストの面でも問題であった。本実施例では、安価なガラスなどで構成される一対の透明部材152、153を準備すればよく、製造コストの面でも極めて有効である。
Next, a manufacturing method in the case where a plurality of diffraction grating groups are simultaneously formed on the surface of the
The ultraviolet light emitted from the He-
(第4実施例)
第4実施例では、第1実施例のレーザ装置をレーザ加工装置に適用した例に関して説明する。図11に、レーザ加工装置に利用されるレーザアレイ60の模式的な斜視図を示す。
図示66がレーザ装置であり、縦横に4個づつ合計16個の半導体レーザ装置66が2次元的に集積されている。この半導体レーザ装置66は、例えば窒化アルミニウムからなる上部絶縁層64上に設置される。この上部絶縁層64は、例えば窒化アルミニウムからなる下部絶縁層62と積層構造を構成し、この下部電極層62の裏面側には裏面金属膜61が蒸着されている。この裏面金属膜61はTi/Pt/Auが用いられ、この裏面金属膜61を利用してこのレーザアレイ60は他の装置に接着される。上部絶縁膜64の周縁側には、例えばTi/Pt/Auからなる合計16個の電極パッド68が形成されており、この電極パッド68は、半導体レーザ装置66と1対1で電気的に接続される。この両者を接続する配線は、上部絶縁層64と下部絶縁層62の積層構造内を配設される。
(Fourth embodiment)
In the fourth embodiment, an example in which the laser apparatus of the first embodiment is applied to a laser processing apparatus will be described. FIG. 11 shows a schematic perspective view of a
66 is a laser device, and a total of 16
図12は、レーザアレイ60の平面図であり、図中の破線が各電極パッド68と各半導体レーザ装置66を接続する配線を示す。この配線の概略構成を図13に示す。図12と図13を参照すると配線の様子がよく理解される。
図13に示すように、電極パッド68から下部絶縁層62に向けて上部絶縁層64を貫通する電極側貫通配線64aが形成される。この貫通配線64aは中間配線62aの一端と接続される。中間配線62aは上部絶縁層64と下部絶縁層62の接触面のうち、下部絶縁層62側を沿ってレーザ装置66側へ伸びている。この中間配線62aの他端はレーザ側貫通配線64bに接続され、このレーザ側貫通配線64bは、上部絶縁層64を貫通するとともに、レーザ装置66の上部電極44に接続される。なお、この上部電極44は第1実施例のレーザ装置の上部電極と一致している。また、図示はされていないが、レーザ装置66の下部電極は合計16のレーザ装置66に共通して接続されている。
このように、集積されている個々のレーザ装置66は、電極パッド68に印加する電圧を選択することで個々に制御することが可能である。
FIG. 12 is a plan view of the
As shown in FIG. 13, an electrode-side through wiring 64 a that penetrates the upper insulating
As described above, the
図14に、レーザ加工装置の概略構成図を示す。
図示160が、図11に示すレーザアレイと同一のレーザアレイであり、このレーザアレイ160は熱応力緩衝基板172を介在させて冷却板174に設置される。この熱応力緩衝基板172は熱に対して安定な材料あるいは形状をしており、レーザアレイ160から発生する熱に対して、その形状が変化することがない。従って、レーザアレイ160から射出するレーザ光の射出方向が変動するのを抑制することができる。
冷却板174上はケース176によって覆われ、このケース176はレーザアレイ160と対向する位置を覆って形成される。このケース176内に冷却水を流動させることで、レーザアレイ160からの放熱と冷却水とを熱交換させ、レーザアレイ160が過剰に発熱するのを抑制する。これにより、レーザアレイ160が安定的に動作する。冷却水の流入口177は、ケース176の上部に形成されており、レーザアレイ160に対して対向する位置関係に形成される。この箇所に流入口177が形成されることで、流入口177から流入される冷たい水が、効率的にレーザアレイ160からの放熱と熱交換することができる。流入水は、ケースの側面に形成される流出口178から排出される。
In FIG. 14, the schematic block diagram of a laser processing apparatus is shown.
160 is the same laser array as the laser array shown in FIG. 11, and this
The
本実施例のレーザアレイ160に集積されているレーザ装置は、図1に示すように、半導体基板の裏面側からレーザ光を射出する。従って、活性層が形成されている半導体基板の表面側が、冷却板174に近い側に配置される。従って、活性層で発生する熱を効率的に冷却することができるので、安定的な動作を実現し易い。とくにレーザ光を大出力で扱いたい場合など、レーザアレイ160に集積されるレーザ装置の個数が増加するために、その熱対策は重要である。換言すれば、本実施例は大出力動作を実現し易いと言える。
レーザアレイ160と加工対象物192との間に集光レンズ182が配置され、レーザアレイ160から射出するレーザ光184が、集光レンズ182を介して加工対象物192に焦点を結ぶ。加工対象物192上にエネルギー密度が集中され、加工対象物192がレーザ加工される。
本実施例のレーザアレイ160に集積されているレーザ装置は、その偏波方向が一定方向に調整されており、従って、その加工面には常に偏波方向が一定のレーザ光が照射される。従って、加工対象物192の加工面を所望の形状で精度よくレーザ加工することができる。
As shown in FIG. 1, the laser device integrated in the
A
In the laser apparatus integrated in the
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
22:半導体基板
24:下側クラッド層
26:活性層
28:上側クラッド層
32:回折格子
42:下部電極
43:反射防止膜
44:上部電極
45:保護膜
22: Semiconductor substrate 24: Lower clad layer 26: Active layer 28: Upper clad layer 32: Diffraction grating 42: Lower electrode 43: Antireflection film 44: Upper electrode 45: Protective film
Claims (7)
その積層構造の上方に設けられており、活性層で発生した光が到達する距離内で活性層と平行に拡がる回折格子層に形成されている回折格子と、
その回折格子層を介して前記積層構造に対向している上部電極と、
透明半導体基板の下面が露出する領域の周りに形成されている下部電極と、を備えており、
前記回折格子は、中心の周りに形成されており、中心からの方位に依存して中心から回折格子までの距離が変化しており、
前記上部電極は、前記回折格子に接触する接触領域を有し、その接触領域が最外周の回折格子で取り囲まれる範囲内に形成されている面発光半導体レーザ装置。 A laminated structure in which a lower clad layer, an active layer, and an upper clad layer are laminated in order, provided on the upper surface of the transparent semiconductor substrate;
A diffraction grating provided above the laminated structure and formed in a diffraction grating layer that extends parallel to the active layer within a distance that light generated in the active layer reaches;
An upper electrode facing the laminated structure through the diffraction grating layer;
A lower electrode formed around a region where the lower surface of the transparent semiconductor substrate is exposed, and
The diffraction grating is formed around the center, and the distance from the center to the diffraction grating changes depending on the orientation from the center,
The surface emitting semiconductor laser device, wherein the upper electrode has a contact region in contact with the diffraction grating, and the contact region is formed within a range surrounded by the outermost diffraction grating.
その量子井戸構造が破壊された領域は、平面視したときに、回折格子の周辺に対応した位置に配置されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の面発光半導体レーザ装置。 The active layer includes a region in which the quantum well structure is destroyed ,
6. The surface emitting device according to claim 1, wherein the region in which the quantum well structure is destroyed is disposed at a position corresponding to the periphery of the diffraction grating when viewed in plan. Semiconductor laser device.
そのレーザアレイから射出されるレーザ光の焦点を結ぶ集光光学系を備えることを特徴とするレーザ加工装置。 A laser array in which a plurality of surface-emitting semiconductor laser devices according to claim 1 are integrated;
A laser processing apparatus comprising a condensing optical system that focuses a laser beam emitted from the laser array.
Priority Applications (1)
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