JP5799623B2 - Laser element - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、産業用機器などに用いられるレーザ素子に関する。   The present invention relates to a laser element used in, for example, industrial equipment.

特許文献1には、リッジ導波路構造を有するレーザ素子が開示されている。   Patent Document 1 discloses a laser element having a ridge waveguide structure.

特開平02−162786号公報Japanese Patent Laid-Open No. 02-162786

レーザ素子では、発光効率を向上させるためにレーザ素子内部における光の損失を低減することが望ましい。しかしながら、特許文献1に開示のレーザ素子では光の損失を十分に低減できない。   In a laser element, it is desirable to reduce the loss of light inside the laser element in order to improve the light emission efficiency. However, the laser element disclosed in Patent Document 1 cannot sufficiently reduce light loss.

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、損失の小さいレーザ素子を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a laser element with low loss.

本発明に係るレーザ素子は、基板と、該基板の上に形成された下部クラッド層と、該下部クラッド層の上に形成された活性層と、該活性層の上に形成された上部クラッド層と、該活性層で発生した光であって最も利得の高い光よりも波長の長い光を、該上部クラッド層の上方に回折する周期で該活性層の上方の層に形成された2次の回折格子と、該下部クラッド層、該活性層、及び該上部クラッド層を有する共振器の第1端面に形成された、該活性層で発生した光を反射する第1反射膜と、該共振器の該第1端面と反対側の端面である第2端面に形成された、該活性層で発生した光を反射する第2反射膜と、リッジストライプと、を備え、該2次の回折格子の該共振器長手方向の長さと、該共振器短手方向の長さは等しく、該2次の回折格子は、該リッジストライプだけに形成されたことを特徴とする。 The laser device according to the present invention includes a substrate, a lower cladding layer formed on the substrate, an active layer formed on the lower cladding layer, and an upper cladding layer formed on the active layer. And a second-order light formed in the upper layer of the active layer in a period in which light generated in the active layer and having a wavelength longer than that of light having the highest gain is diffracted above the upper cladding layer. A diffraction grating, a first reflective film that is formed on a first end face of a resonator having the lower clad layer, the active layer, and the upper clad layer and reflects light generated in the active layer, and the resonator A second reflection film that is formed on a second end surface that is opposite to the first end surface of the first reflective surface and reflects light generated by the active layer, and a ridge stripe . The length in the longitudinal direction of the resonator is equal to the length in the lateral direction of the resonator, and the secondary diffraction grating , Characterized in that it is formed only on the ridge stripe.

本発明によれば、損失の小さいレーザ素子を製造できる。   According to the present invention, a laser element with a small loss can be manufactured.

本発明の実施の形態1に係るレーザ素子の平面図である。It is a top view of the laser element which concerns on Embodiment 1 of this invention. 図1の2−2破線における断面図である。It is sectional drawing in the 2-2 broken line of FIG. 本発明の実施の形態1に係るレーザ素子の発光方向を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the light emission direction of the laser element which concerns on Embodiment 1 of this invention. 2次の回折格子が回折する光を示す図である。It is a figure which shows the light which a secondary diffraction grating diffracts. 本発明の実施の形態1に係るレーザ素子の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of the laser element which concerns on Embodiment 1 of this invention. 2次の回折格子と第2回折格子の回折する光の波長を示す図である。It is a figure which shows the wavelength of the light diffracted by a secondary diffraction grating and a 2nd diffraction grating. 本発明の実施の形態2に係るレーザ素子の断面図である。It is sectional drawing of the laser element which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3に係るレーザ素子の断面図である。It is sectional drawing of the laser element which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4に係るレーザ素子の断面図である。It is sectional drawing of the laser element which concerns on Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態5に係るレーザ素子の断面図である。It is sectional drawing of the laser element which concerns on Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態5に係るレーザ素子の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of the laser element which concerns on Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態6に係るレーザ素子の断面図である。It is sectional drawing of the laser element which concerns on Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施の形態7に係るレーザ素子の断面図である。It is sectional drawing of the laser element which concerns on Embodiment 7 of this invention. 本発明の実施の形態7に係る下方向レーザ光の反射を示す断面図である。It is sectional drawing which shows reflection of the downward laser beam based on Embodiment 7 of this invention. 下部クラッド層に光反射層が形成されたことを示す断面図である。It is sectional drawing which shows that the light reflection layer was formed in the lower clad layer. 反射層において光反射が起こることを示す断面図である。It is sectional drawing which shows that light reflection occurs in a reflection layer.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係るレーザ素子の平面図である。本発明の実施の形態1に係るレーザ素子10にはリッジストライプ12が形成されている。リッジストライプ12の中間部分には2次の回折格子14が形成されている。2次の回折格子14以外の部分は電極16で覆われている。レーザ素子10の端面コーティングとしては、第1反射膜20と第2反射膜22が形成されている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a plan view of a laser element according to Embodiment 1 of the present invention. A ridge stripe 12 is formed in the laser element 10 according to the first embodiment of the present invention. A secondary diffraction grating 14 is formed in the middle portion of the ridge stripe 12. Portions other than the secondary diffraction grating 14 are covered with an electrode 16. As the end face coating of the laser element 10, a first reflective film 20 and a second reflective film 22 are formed.

図2は、図1の2−2破線における断面図である。レーザ素子10は基板30を備えている。基板30の上には下部クラッド層32が形成されている。下部クラッド層32の上には活性層34が形成されている。活性層34の上には上部クラッド層36が形成されている。下部クラッド層32、活性層34、及び上部クラッド層36は共振器を形成している。共振器は、GaN系材料(GaN、InGaN、InAlGaN等)で形成されている。   2 is a cross-sectional view taken along a broken line 2-2 in FIG. The laser element 10 includes a substrate 30. A lower cladding layer 32 is formed on the substrate 30. An active layer 34 is formed on the lower cladding layer 32. An upper clad layer 36 is formed on the active layer 34. The lower cladding layer 32, the active layer 34, and the upper cladding layer 36 form a resonator. The resonator is made of a GaN-based material (GaN, InGaN, InAlGaN, etc.).

上部クラッド層36には、活性層34で発生した光であって最も利得の高い光よりも波長の長い光を、上部クラッド層36の上方に回折する周期で2次の回折格子14が形成されている。具体的には、2次の回折格子14は、純青色の光波長を回折する周期で形成されている。2次の回折格子14の共振器長手方向の長さ(図1のL)は約3μmであり、共振器短手方向の長さ(図1のW)も約3μmである。2次の回折格子14の共振器長手方向の長さと共振器短手方向の長さは等しい。このように、リッジストライプ12の幅を細くするのは、レーザ素子10の閾値電流を低減し電流効率を向上させるためである。   In the upper clad layer 36, the second-order diffraction grating 14 is formed with a period for diffracting the light generated in the active layer 34 and having a wavelength longer than that of the light having the highest gain above the upper clad layer 36. ing. Specifically, the secondary diffraction grating 14 is formed with a period for diffracting a pure blue light wavelength. The length of the secondary diffraction grating 14 in the longitudinal direction of the resonator (L in FIG. 1) is about 3 μm, and the length in the lateral direction of the resonator (W in FIG. 1) is also about 3 μm. The length of the secondary diffraction grating 14 in the longitudinal direction of the resonator is equal to the length in the lateral direction of the resonator. The reason why the width of the ridge stripe 12 is thus narrowed is to reduce the threshold current of the laser element 10 and improve the current efficiency.

なお、2次の回折格子14の共振器長手方向の長さ(図1のL)、及び共振器短手方向の長さ(図1のW)は、出光領域を規定するものであり所望の出光角度及びスポットを得るために任意の値としてもよい。また、2次の回折格子14の共振器長手方向の長さと共振器短手方向の長さは等しくなくても良い。   Note that the length of the secondary diffraction grating 14 in the longitudinal direction of the resonator (L in FIG. 1) and the length in the lateral direction of the resonator (W in FIG. 1) define the light emission region and are desired. It is good also as arbitrary values in order to obtain a light emission angle and a spot. Further, the length of the secondary diffraction grating 14 in the longitudinal direction of the resonator and the length in the lateral direction of the resonator may not be equal.

図2に示すとおり、共振器端には劈開などで形成された第1端面19、及び第1端面19と反対側の端面である第2端面21が形成されている。第1端面19には、活性層34で発生した光を反射する第1反射膜20が形成されている。第2端面21には、活性層34で発生した光を反射する第2反射膜22が形成されている。第1反射膜20と第2反射膜22は、活性層34で発生した光を100%反射するものである。   As shown in FIG. 2, a first end face 19 formed by cleavage or the like and a second end face 21 that is an end face opposite to the first end face 19 are formed at the resonator end. A first reflective film 20 that reflects light generated in the active layer 34 is formed on the first end face 19. A second reflective film 22 that reflects light generated in the active layer 34 is formed on the second end face 21. The first reflective film 20 and the second reflective film 22 reflect 100% of the light generated in the active layer 34.

上部クラッド層36の上にはコンタクト層38が形成されている。コンタクト層38の上には電極16が形成されている。また、基板30の裏面には電極40が形成されている。   A contact layer 38 is formed on the upper cladding layer 36. An electrode 16 is formed on the contact layer 38. An electrode 40 is formed on the back surface of the substrate 30.

図3は、本発明の実施の形態1に係るレーザ素子10の発光方向を示す断面図である。レーザ素子10の2次の回折格子14により、レーザ光は共振器の結晶面に対して垂直方向に出射する。レーザ光の出射方向は図3において矢印で示されている。   FIG. 3 is a cross-sectional view showing the light emitting direction of the laser element 10 according to Embodiment 1 of the present invention. Laser light is emitted in a direction perpendicular to the crystal plane of the resonator by the secondary diffraction grating 14 of the laser element 10. The emission direction of the laser beam is indicated by an arrow in FIG.

図4は、2次の回折格子14が回折する光を示す図である。図4のAに示すように、活性層34で発生する光の波長は、中心波長(λ1)を中心に一定の幅(広がり)を有している。ここで、2次の回折格子14は、活性層34で発生した光であって最も利得の高い光(λ1)よりも波長の長い光(純青色の光λ2)を回折する周期で形成されている。λ2の光は、λ1の光よりもバンドギャップエネルギの小さい光である。2次の回折格子14が回折する光の波長は図4のBに示す。λ2の光を共振器内で発振させると、λ1の光を共振器で発振させた場合と比較して活性層34における光損失を低減できる。従って、本発明の実施の形態1に係るレーザ素子10によれば、レーザ素子の損失を低減できる。   FIG. 4 is a diagram showing light diffracted by the second-order diffraction grating 14. As shown in FIG. 4A, the wavelength of light generated in the active layer 34 has a certain width (spread) with the center wavelength (λ1) as the center. Here, the second-order diffraction grating 14 is formed with a period for diffracting light (pure blue light λ2) having a wavelength longer than that of light (λ1) having the highest gain generated in the active layer 34. Yes. The light of λ2 has a smaller band gap energy than the light of λ1. The wavelength of light diffracted by the second-order diffraction grating 14 is shown in FIG. When the light of λ2 is oscillated in the resonator, the optical loss in the active layer 34 can be reduced as compared with the case where the light of λ1 is oscillated by the resonator. Therefore, according to the laser element 10 according to the first embodiment of the present invention, the loss of the laser element can be reduced.

本発明の実施の形態1に係るレーザ素子10は、第1反射膜20と第2反射膜22により共振器端面からの光の出射を防止するものである。よって共振器端面から光が漏れることによる損失を防止できる。   In the laser element 10 according to the first embodiment of the present invention, the first reflection film 20 and the second reflection film 22 prevent light from being emitted from the cavity end face. Therefore, loss due to light leaking from the resonator end face can be prevented.

図5は、本発明の実施の形態1に係るレーザ素子の変形例を示す平面図である。レーザ素子10との相違点のみ説明する。レーザ素子41には、活性層で発生した光を上部クラッド層の上方に回折するように、2次の回折格子14と52が形成されている。2次の回折格子52は、2次の回折格子14とは異なる周期で上部クラッド層に形成されたものである。2次の回折格子52を第2回折格子と称する。   FIG. 5 is a plan view showing a modification of the laser device according to Embodiment 1 of the present invention. Only differences from the laser element 10 will be described. In the laser element 41, secondary diffraction gratings 14 and 52 are formed so as to diffract light generated in the active layer above the upper cladding layer. The secondary diffraction grating 52 is formed in the upper cladding layer at a different period from the secondary diffraction grating 14. The secondary diffraction grating 52 is referred to as a second diffraction grating.

図6は、2次の回折格子14と2次の回折格子52(第2回折格子)の回折する光の波長を示す図である。2次の回折格子14の回折する光の波長は、前述の通りλ2である。第2回折格子の回折する光の波長は、λ1より大きくλ2より小さいλ3である。このように、リッジストライプ12上の2箇所に周期の異なる2つの回折格子を形成すると、2波長の発光が可能となる。   FIG. 6 is a diagram showing the wavelength of light diffracted by the secondary diffraction grating 14 and the secondary diffraction grating 52 (second diffraction grating). The wavelength of the light diffracted by the second-order diffraction grating 14 is λ2 as described above. The wavelength of light diffracted by the second diffraction grating is λ3 that is larger than λ1 and smaller than λ2. As described above, when two diffraction gratings having different periods are formed at two locations on the ridge stripe 12, light emission of two wavelengths is possible.

本発明の実施の形態1に係るレーザ素子10では、共振器をGaN系材料で形成したが本発明の特徴を失わない限りにおいてこれに限定されない。また、回折格子14は共振器長全体に渡って形成されてもよい。レーザ素子の損失を低減するために、第1反射膜20と第2反射膜22は活性層34で発生した光を100%反射するものであるが望ましい。しかしながら、共振器端面での光の損失を低減できる限りにおいてこれに限定されない。また、2次の回折格子14や第2回折格子を形成するのは活性層34の上方の層であればよく、特に上部クラッド層36に限定されない。   In the laser device 10 according to the first embodiment of the present invention, the resonator is formed of a GaN-based material, but the present invention is not limited to this as long as the characteristics of the present invention are not lost. The diffraction grating 14 may be formed over the entire resonator length. In order to reduce the loss of the laser element, the first reflective film 20 and the second reflective film 22 desirably reflect 100% of the light generated in the active layer 34. However, the present invention is not limited to this as long as the loss of light at the resonator end face can be reduced. The second-order diffraction grating 14 and the second diffraction grating may be formed on the layer above the active layer 34 and is not particularly limited to the upper cladding layer 36.

実施の形態2.
図7は、本発明の実施の形態2に係るレーザ素子の断面図である。前述のレーザ素子10との相違点のみ説明する。上部クラッド層37は、レーザ素子10の上部クラッド層36と比べて厚く形成されている。具体的には、厚く形成された上部クラッド層37は一部がエッチングされ、当該エッチングにより露出した底部分に2次の回折格子14が形成されている。そして、共振器は、例えばAlGaInP系やAlGaAs系などのGaAs系の材料で形成されている。またコンタクト層38はGaAsで形成されている。本発明の実施の形態2に係るレーザ素子によれば、上部クラッド層37を厚く形成することで、コンタクト層38における光吸収を低減できる。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 7 is a sectional view of a laser device according to the second embodiment of the present invention. Only differences from the laser element 10 will be described. The upper cladding layer 37 is formed thicker than the upper cladding layer 36 of the laser element 10. Specifically, a part of the thick upper clad layer 37 is etched, and the second-order diffraction grating 14 is formed in the bottom portion exposed by the etching. The resonator is made of a GaAs-based material such as an AlGaInP-based or AlGaAs-based material. The contact layer 38 is made of GaAs. According to the laser device according to the second embodiment of the present invention, the light absorption in the contact layer 38 can be reduced by forming the upper cladding layer 37 thick.

実施の形態3.
図8は、本発明の実施の形態3に係るレーザ素子の断面図である。前述のレーザ素子10との相違点のみ説明する。本発明の実施の形態3に係るレーザ素子は、レーザ素子10の上部クラッド層36と比べて厚く形成された上部クラッド層37を備えている。また、2次の回折格子14を形成するためのエッチングストッパ層39も備えている。上部クラッド層37は、エッチングストッパ層39を挟むように形成されている。コンタクト層38まで形成した後に、2次の回折格子14を形成すべき部分をエッチングストッパ層39までエッチングし、そこに2次の回折格子14を形成する。よって、容易に2次の回折格子14を形成できる。また、上部クラッド層37を厚くできるので実施の形態2と同様にコンタクト層の光吸収も低減しうる。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a laser device according to Embodiment 3 of the present invention. Only differences from the laser element 10 will be described. The laser device according to the third embodiment of the present invention includes an upper clad layer 37 formed thicker than the upper clad layer 36 of the laser device 10. An etching stopper layer 39 for forming the secondary diffraction grating 14 is also provided. The upper cladding layer 37 is formed so as to sandwich the etching stopper layer 39. After the formation up to the contact layer 38, the portion where the secondary diffraction grating 14 is to be formed is etched up to the etching stopper layer 39, and the secondary diffraction grating 14 is formed there. Therefore, the secondary diffraction grating 14 can be easily formed. Further, since the upper clad layer 37 can be thickened, the light absorption of the contact layer can be reduced as in the second embodiment.

実施の形態4.
図9は、本発明の実施の形態4に係るレーザ素子の断面図である。前述のレーザ素子10との相違点のみ説明する。本発明の実施の形態4に係るレーザ素子は、2次の回折格子14がコンタクト層38で覆われている。コンタクト層38はGaNで形成されている。また、共振器はGaN系の材料で形成されている。コンタクト層38をGaNで形成することによりコンタクト層38による光吸収をなくして、2次の回折格子14をコンタクト層38で埋め込むことができる。このようなレーザ素子は、上部クラッド層36、及び2次の回折格子14を形成した後にコンタクト層38を形成して作成する。なお、コンタクト層38の材料は、GaNに限らずレーザ素子の発振光よりバンドギャップが大きい結晶であればよい。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a laser device according to Embodiment 4 of the present invention. Only differences from the laser element 10 will be described. In the laser element according to Embodiment 4 of the present invention, the secondary diffraction grating 14 is covered with a contact layer 38. The contact layer 38 is made of GaN. The resonator is made of a GaN-based material. By forming the contact layer 38 from GaN, light absorption by the contact layer 38 can be eliminated, and the second-order diffraction grating 14 can be embedded in the contact layer 38. Such a laser element is formed by forming the contact layer 38 after forming the upper cladding layer 36 and the secondary diffraction grating 14. The material of the contact layer 38 is not limited to GaN, but may be a crystal having a band gap larger than the oscillation light of the laser element.

実施の形態5.
図10は、本発明の実施の形態5に係るレーザ素子の断面図である。前述のレーザ素子10との相違点のみ説明する。本発明の実施の形態5に係るレーザ素子は、上部クラッド層41の上に、回折格子層43が形成されている。回折格子層43はInGaNで形成されている。回折格子層43には、2次の回折格子14が形成されている。このように、上部クラッド層41以外の層に2次の回折格子14を形成しても本発明の効果を得ることができる。
Embodiment 5 FIG.
FIG. 10 is a sectional view of a laser device according to the fifth embodiment of the present invention. Only differences from the laser element 10 will be described. In the laser device according to the fifth embodiment of the present invention, the diffraction grating layer 43 is formed on the upper cladding layer 41. The diffraction grating layer 43 is made of InGaN. A secondary diffraction grating 14 is formed in the diffraction grating layer 43. Thus, even if the secondary diffraction grating 14 is formed in a layer other than the upper clad layer 41, the effect of the present invention can be obtained.

図11は、本発明の実施の形態5に係るレーザ素子の変形例を示す断面図である。このレーザ素子は、回折格子層43に形成された2次の回折格子14をコンタクト層38で埋め込むものである。コンタクト層38はGaNで形成されている。2次の回折格子14とコンタクト層38を異なる材料で形成することにより、2次の回折格子14をコンタクト層38で埋め込むことができる。   FIG. 11 is a cross-sectional view showing a modification of the laser device according to the fifth embodiment of the present invention. In this laser element, the secondary diffraction grating 14 formed in the diffraction grating layer 43 is embedded with a contact layer 38. The contact layer 38 is made of GaN. By forming the second-order diffraction grating 14 and the contact layer 38 with different materials, the second-order diffraction grating 14 can be embedded with the contact layer 38.

実施の形態6.
図12は、本発明の実施の形態6に係るレーザ素子の断面図である。以後、実施の形態1との相違点のみ説明する。本発明の実施の形態6に係るレーザ素子の第2端面21には、活性層34で発生した光を反射しつつ、外部からの光は透過するハーフミラーコート42が形成されている。
Embodiment 6 FIG.
FIG. 12 is a sectional view of a laser device according to the sixth embodiment of the present invention. Hereinafter, only differences from the first embodiment will be described. On the second end face 21 of the laser device according to the sixth embodiment of the present invention, a half mirror coat 42 is formed that reflects light generated by the active layer 34 and transmits light from the outside.

本発明の実施の形態6に係るレーザ素子の使用には、外部レーザ素子44が用いられる。外部レーザ素子44の活性層46で生じた光は、ハーフミラーコート42を介してレーザ素子に入射し活性層34に光を励起する。そして活性層34で励起された光は、2次の回折格子14により上部クラッド層36の上方に回折させられる。このように、外部レーザ素子44を用いると効率的に光を励起することができる。   The external laser element 44 is used for the use of the laser element according to Embodiment 6 of the present invention. Light generated in the active layer 46 of the external laser element 44 enters the laser element via the half mirror coat 42 and excites light in the active layer 34. The light excited by the active layer 34 is diffracted above the upper cladding layer 36 by the secondary diffraction grating 14. As described above, when the external laser element 44 is used, light can be efficiently excited.

本発明の実施の形態6に係る2次の回折格子14の格子周期は特に限定されない。しかしながら、本発明の実施の形態1と同様に、活性層で発生した光であって最も利得の高い光よりも波長の長い光を上部クラッド層の上方に回折する周期で2次の回折格子を形成してもよい。また、本発明の実施の形態6に係るレーザ素子は少なくとも実施の形態1に係るレーザ素子と同程度の変形が可能である。同様に、本発明の実施の形態6に係るレーザ素子に、本発明の実施の形態2乃至5のいずれかに記載の特徴を取り入れてもよい。   The grating period of the secondary diffraction grating 14 according to Embodiment 6 of the present invention is not particularly limited. However, as in the first embodiment of the present invention, the second-order diffraction grating is formed at a period in which light generated in the active layer and having a wavelength longer than that of light having the highest gain is diffracted above the upper cladding layer. It may be formed. Further, the laser element according to the sixth embodiment of the present invention can be modified at least as much as the laser element according to the first embodiment. Similarly, the features described in any of Embodiments 2 to 5 of the present invention may be incorporated into the laser element according to Embodiment 6 of the present invention.

実施の形態7.
図13は、本発明の実施の形態7に係るレーザ素子の断面図である。以後、実施の形態1との相違点のみ説明する。基板60の裏面に光反射層62が形成されている。光反射層62は金メッキで形成されている。基板60は、活性層34のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する材料で形成されている。
Embodiment 7 FIG.
FIG. 13 is a cross-sectional view of a laser device according to Embodiment 7 of the present invention. Hereinafter, only differences from the first embodiment will be described. A light reflecting layer 62 is formed on the back surface of the substrate 60. The light reflecting layer 62 is formed by gold plating. The substrate 60 is made of a material having a band gap larger than that of the active layer 34.

ところで、回折格子14は共振器上面方向だけでなく、共振器下面方向にも光を回折する。共振器上面方向の光を上方向レーザ光と称し、共振器下面方向の光を下方向レーザ光と称する。下方向レーザ光は、例えば基板に吸収されるなどして損失となる。ところが、本発明の実施の形態7に係るレーザ素子によればこの損失を抑制できる。図14は、本発明の実施の形態7に係る下方向レーザ光の反射を示す断面図である。図14で下方向レーザ光は破線で示されている。本発明実施の形態7に係るレーザ素子によれば、下方向レーザ光は光反射層62で反射されるため下方向レーザ光を上方向レーザ光に寄与させることができる。また、基板60のバンドギャップは活性層34のバンドギャップより大きいので、下方向レーザ光が基板60に光吸収されることを抑制できる。   By the way, the diffraction grating 14 diffracts light not only in the resonator upper surface direction but also in the resonator lower surface direction. The light in the upper surface direction of the resonator is referred to as upward laser light, and the light in the lower surface direction of the resonator is referred to as downward laser light. The downward laser light is lost, for example, by being absorbed by the substrate. However, this loss can be suppressed by the laser device according to the seventh embodiment of the present invention. FIG. 14 is a cross-sectional view showing the reflection of the downward laser beam according to the seventh embodiment of the present invention. In FIG. 14, the downward laser beam is indicated by a broken line. According to the laser element according to the seventh embodiment of the present invention, since the downward laser light is reflected by the light reflection layer 62, the downward laser light can contribute to the upward laser light. Further, since the band gap of the substrate 60 is larger than the band gap of the active layer 34, it is possible to suppress the downward laser light from being absorbed by the substrate 60.

光反射層62は、金メッキに限らず、反射膜や反射コーティングなどで形成されてもよい。また、本発明の主な効果は、下方向レーザ光を上方向レーザ光に変換することにより得られる。よって、例えば、下部クラッド層に光反射層を形成してもよい。図15は、下部クラッド層に光反射層70が形成されたことを示す断面図である。光反射層70は、屈折率の異なる結晶を交互に形成した多層膜である。図16は、反射層において光反射が起こることを示す断面図である。   The light reflection layer 62 is not limited to gold plating, and may be formed of a reflection film or a reflection coating. The main effect of the present invention can be obtained by converting the downward laser beam into the upward laser beam. Therefore, for example, a light reflection layer may be formed in the lower cladding layer. FIG. 15 is a cross-sectional view showing that the light reflecting layer 70 is formed in the lower cladding layer. The light reflecting layer 70 is a multilayer film in which crystals having different refractive indexes are alternately formed. FIG. 16 is a cross-sectional view showing that light reflection occurs in the reflective layer.

本発明の実施の形態7に係る2次の回折格子14の格子周期は特に限定されない。しかしながら、本発明の実施の形態1と同様に、活性層で発生した光であって最も利得の高い光よりも波長の長い光を上部クラッド層の上方に回折する周期で2次の回折格子を形成してもよい。なお、本発明の実施の形態7に係るレーザ素子は少なくとも実施の形態1に係るレーザ素子と同程度の変形が可能である。また、本発明の実施の形態7に係るレーザ素子に、本発明の実施の形態2乃至5のいずれかに記載の特徴を取り入れてもよい。   The grating period of the secondary diffraction grating 14 according to Embodiment 7 of the present invention is not particularly limited. However, as in the first embodiment of the present invention, the second-order diffraction grating is formed at a period in which light generated in the active layer and having a wavelength longer than that of light having the highest gain is diffracted above the upper cladding layer. It may be formed. The laser element according to the seventh embodiment of the present invention can be modified at least as much as the laser element according to the first embodiment. The features described in any of Embodiments 2 to 5 of the present invention may be incorporated into the laser device according to Embodiment 7 of the present invention.

上記の説明において、発明を分かりやすく説明するため、活性層構造等の細かいエピ構造を記述しなかったが、活性層の構造は、量子井戸構造のSQW(シングルカンタムウエル)、MQW(マルチカンタムウエル)構造でも良い。また、クラッド層とコンタクト層の間のバンドギャップ緩和のためのバンド不連続緩和層を有する構造でも良い。   In the above description, in order to explain the invention in an easy-to-understand manner, a fine epi structure such as an active layer structure was not described. However, the structure of the active layer is SQW (single quantum well) or MQW (multiquantum well) of a quantum well structure. ) Structure is also acceptable. Further, a structure having a band discontinuous relaxation layer for relaxing the band gap between the cladding layer and the contact layer may be used.

10 レーザ素子、 12 リッジストライプ、 14 2次の回折格子、 16 電極、 20 第1反射膜、 22 第2反射膜、 30 基板、 32 下部クラッド層、 34 活性層、 36 上部クラッド層、 38 コンタクト層、 40 電極、 42 ハーフミラーコート、 52 第2回折格子 60 基板、 62,70 光反射層   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Laser element, 12 Ridge stripe, 14 Secondary diffraction grating, 16 Electrode, 20 1st reflection film, 22 2nd reflection film, 30 Substrate, 32 Lower clad layer, 34 Active layer, 36 Upper clad layer, 38 Contact layer , 40 electrodes, 42 half mirror coat, 52 second diffraction grating 60 substrate, 62, 70 light reflection layer

Claims (6)

基板と、
前記基板の上に形成された下部クラッド層と、
前記下部クラッド層の上に形成された活性層と、
前記活性層の上に形成された上部クラッド層と、
前記活性層で発生した光であって最も利得の高い光よりも波長の長い光を、前記上部クラッド層の上方に回折する周期で前記活性層の上方の層に形成された2次の回折格子と、
前記下部クラッド層、前記活性層、及び前記上部クラッド層を有する共振器の第1端面に形成された、前記活性層で発生した光を反射する第1反射膜と、
前記共振器の前記第1端面と反対側の端面である第2端面に形成された、前記活性層で発生した光を反射する第2反射膜と、
リッジストライプと、を備え
前記2次の回折格子の前記共振器長手方向の長さと、前記共振器短手方向の長さは等しく、
前記2次の回折格子は、前記リッジストライプだけに形成されたことを特徴とするレーザ素子。
A substrate,
A lower cladding layer formed on the substrate;
An active layer formed on the lower cladding layer;
An upper cladding layer formed on the active layer;
A second-order diffraction grating formed in a layer above the active layer with a period for diffracting the light generated in the active layer and having a wavelength longer than that of the light having the highest gain above the upper cladding layer When,
A first reflective film for reflecting light generated in the active layer, formed on a first end face of a resonator having the lower clad layer, the active layer, and the upper clad layer;
A second reflective film for reflecting light generated in the active layer, formed on a second end surface that is an end surface opposite to the first end surface of the resonator;
With ridge stripes ,
The length in the resonator longitudinal direction of the secondary diffraction grating is equal to the length in the resonator short direction,
The laser element , wherein the secondary diffraction grating is formed only in the ridge stripe .
前記第1反射膜と前記第2反射膜は、前記活性層で発生した光を100%反射するように形成されたことを特徴とする請求項1に記載のレーザ素子。   2. The laser device according to claim 1, wherein the first reflective film and the second reflective film are formed so as to reflect 100% of light generated in the active layer. 前記2次の回折格子は前記リッジストライプの中間部分に形成されたことを特徴とする請求項1又は2に記載のレーザ素子。  3. The laser device according to claim 1, wherein the second-order diffraction grating is formed in an intermediate portion of the ridge stripe. 前記共振器は、GaNで形成され、
前記2次の回折格子を、純青色の光波長を回折する周期で形成したことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のレーザ素子。
The resonator is formed of GaN;
4. The laser device according to claim 1, wherein the secondary diffraction grating is formed with a period for diffracting a pure blue light wavelength. 5.
前記活性層で発生した光を前記上部クラッド層の上方に回折するように、前記2次の回折格子とは異なる周期で前記活性層の上方の層に形成された2次の回折格子である第2回折格子を備え
前記第2回折格子は、前記リッジストライプだけに形成されたことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のレーザ素子。
A second-order diffraction grating formed in a layer above the active layer at a different period from the second-order diffraction grating so as to diffract light generated in the active layer above the upper cladding layer. With two diffraction gratings ,
5. The laser device according to claim 1 , wherein the second diffraction grating is formed only in the ridge stripe . 6.
基板と、
前記基板の上に形成された下部クラッド層と、
前記下部クラッド層の上に形成された活性層と、
前記活性層の上に形成された上部クラッド層と、
前記活性層で発生した光を、前記上部クラッド層の上方に回折するように前記活性層の上方の層に形成された2次の回折格子と、
前記下部クラッド層、前記活性層、及び前記上部クラッド層を有する共振器の第1端面と前記第1端面と反対の端面である第2端面の一方に形成された、前記活性層で発生した光を反射する反射膜と、
前記第1端面と前記第2端面の他方に形成された、前記活性層で発生した光を反射しつつ、外部からの光は透過するハーフミラーコートと、
を備えたことを特徴とするレーザ素子。
A substrate,
A lower cladding layer formed on the substrate;
An active layer formed on the lower cladding layer;
An upper cladding layer formed on the active layer;
A second-order diffraction grating formed in a layer above the active layer so as to diffract the light generated in the active layer above the upper cladding layer;
Light generated in the active layer formed on one of the first end face and the second end face opposite to the first end face of the resonator having the lower clad layer, the active layer, and the upper clad layer A reflective film that reflects
A half mirror coat that is formed on the other of the first end surface and the second end surface and reflects light generated by the active layer while transmitting light from the outside;
A laser device comprising:
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