JPWO2018037747A1 - 半導体レーザ、電子機器、および半導体レーザの駆動方法 - Google Patents
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Abstract
Description
1.第1の実施の形態(半導体レーザ)
利得領域にだけ不純物拡散領域を設けた例
2.第1の実施の形態の変形例(半導体レーザ)
変形例A:分離領域の、幅方向へのはみ出しをなくした例
変形例B:不純物拡散領域をリッジ部だけに形成した例
変形例C:Qスイッチ領域にも不純物拡散領域を設けた例
変形例D:エッチングストップ層を省略した例
変形例E:分離溝の底が凸形状となっている例
変形例F:分離溝の幅がリッジ中央で狭くなっている例
変形例G:利得領域の端面に凸形状を設けた例
Qスイッチ領域の端面に凹形状を設けた例
変形例H:端面に凸形状、凹形状、凹凸形状を設けた例
変形例I:分離溝の底がリッジ脇のすそ野と同じ高さとなっている例
3.第2の実施の形例(距離測定装置)
上記実施の形態およびその変形例に係る半導体レーザを
距離測定装置の光源に用いた例
[構成]
本開示の第1の実施の形態に係る半導体レーザ1の構成について説明する。図1は、本実施の形態に係る半導体レーザ1の上面構成例を表したものである。図2は、図1の半導体レーザ1の斜視構成例を表したものである。図3は、図1の半導体レーザ1から土手部20C(後述)を除いた部分の斜視構成例を表したものである。
次に、本実施の形態に係る半導体レーザ1の製造方法について説明する。図9は、半導体レーザ1の製造過程におけるウェハの断面構成例を表したものである。図10は、図9に続く製造過程におけるウェハの断面構成例を表したものである。図11は、図10に続く製造過程におけるウェハの断面構成例を表したものである。図12A,図12B,図12Cは、図11に続く製造過程におけるウェハの断面構成例を表したものである。図12Aは、図1のB−B線に対応する箇所の断面構成例を表したものである。図12Bは、図1のC−C線に対応する箇所の断面構成例を表したものである。図12Cは、図1のD−D線に対応する箇所の断面構成例を表したものである。図13は、図12Aに続く製造過程におけるウェハの断面構成例を表したものである。
次に、本実施の形態に係る半導体レーザ1の効果について説明する。
次に、上記実施の形態に係る半導体レーザ1の変形例について説明する。
上記実施の形態において、例えば、図21に示したように、分離領域20cの幅(リッジ部20Aの幅方向の幅)D3は、利得領域20aの幅D1およびQスイッチ領域20bの幅D2と等しくなっていてもよい。このようにした場合であっても、分離溝20Bに光ロスは非常に小さいので、半導体レーザ1を高出力化することができる。
上記実施の形態およびその変形例において、例えば、図22に示したように、不純物拡散領域25Cがリッジ部20A内にだけ設けられていてもよい。このようにした場合であっても、不純物拡散領域25C内の不純物密度を均質化することは可能である。
上記実施の形態およびその変形例において、例えば、図23に示したように、Qスイッチ領域20bにおいても、不純物拡散領域25Cと同様のもの(不純物拡散領域25D)が設けられていてもよい。この場合、pnジャンクション25Jが、リッジ部20Aの両脇のすそ野に相当する部分よりも低い位置に形成される。しかし、空乏領域35は、分離領域20cにまで広がるので、利得領域20aとQスイッチ領域20bとの間(つまり、分離領域20c)が高抵抗化し、100kオーム以上となる。その結果、利得領域20aからQスイッチ領域20bへの電流リークを1mA以下とすることができ、ほとんど無視できるほど小さくすることができる。
上記実施の形態およびその変形例において、例えば、図24、図25、図26に示したように、エッチングストップ層25A,25Bが省略されていてもよい。
上記実施の形態およびその変形例において、分離溝20Bの底面が平坦面となっていなくてもよい。具体的には、分離溝20Bの底面において、リッジ部20Aの幅方向の中央部分の高さがリッジ部20Aの両脇のすそ野寄りの部分の高さよりも高くなっていてもよい。分離溝20Bの底面が、例えば、図27、図28に示したように、リッジ部20Aの幅方向において凸形状となっていてもよい。図27、図28には、分離溝20Bの底面が、リッジ部20Aの幅方向になだらか傾斜を有する凸曲面状となっている例が示されている。また、図27には、エッチングストップ層25Bが省略されている例が示されている。また、図28には、エッチングストップ層25A,25Bが省略されている例が示されている。
上記実施の形態およびその変形例A〜Eにおいて、各分離溝20Bの幅(リッジ部20Aの延在方向の幅)が、リッジ部20Aの幅方向において不均一となっていてもよい。具体的には、各分離溝20Bにおいて、リッジ部20Aの幅方向の中央部分の幅がリッジ部20Aの両脇のすそ野寄りの部分の幅よりも狭くなっていてもよい。
Lc=L1c×利得領域20aの数−L2c×分離領域20bの数
Le=L1s×利得領域20aの数−L2s×分離領域20bの数
Lcenter:リッジ部20Aのうち、幅方向の中央部分における各利得領域20aおよび各Qスイッチ領域20bの長さ
Ledge:リッジ部20Aのうち、幅方向のすそ野寄りの部分における各利得領域20aおよび各Qスイッチ領域20bの長さ
上記実施の形態およびその変形例A〜Eの各利得領域20aにおいて、分離領域20cに面する端面は、リッジ部20Aの幅方向において1または複数の凸形状を含んで構成されていてもよい。このときの凸形状は、例えば、図35に示したように、リッジ部20Aの幅方向になだらか傾斜を有する凸曲面状となっている。なお、このときの凸形状は、例えば、図36に示したように、リッジ部20Aの幅方向に傾斜する平坦面を有する楔形状(もしくはV字形状)となっていてもよい。また、このときの凸形状は、例えば、図37に示したように、リッジ部20Aの幅方向にうねった凹凸形状を含んでいてもよい。
上記実施の形態およびその変形例A〜Eの各利得領域20aおよび各Qスイッチ領域20bにおいて、分離領域20Bに面する端面は、リッジ部20Aを伝播する光が感じる、利得領域20aからQスイッチ領域20bにかけての屈折率分布がなだらかとなる構成となっていてもよい。具体的には、例えば、図35、図36、図37に示したように、各利得領域20aおよび各Qスイッチ領域20bのうち少なくとも一方において、分離領域20Bに面する端面は、リッジ部20Aの幅方向において凸形状、凹形状、または、凹凸形状となっていてもよい。これにより、分離領域20cでの反射が抑制されるので、利得領域20a内で不要な共振によるエネルギーロスが抑制される。その結果、半導体レーザ1を高出力化することができる。
上記変形例F〜Hにおいて、各分離溝20Bの底面がリッジ部20Aの両脇のすそ野に相当する部分の高さと同じ高さとなっていてもよい。このようにした場合であっても、上記変形例F〜Hに記載の効果を奏することができる。
次に、本開示の第2の実施の形態に係る距離測定装置3について説明する。図40は、距離測定装置3の概略構成例を表したものである。距離測定装置3は、TOF(Time Of Flight)方式により被検体100までの距離を測定するものである。距離測定装置3は、光源として半導体レーザ装置2を備えたものである。距離測定装置3は、例えば、半導体レーザ装置2、受光部301、レンズ302,302、レーザドライバ304、増幅部305、計測部306、制御部307および演算部308を備えている。
(1)
半導体基板上に、第1導電型の第1半導体層、活性層、前記第1導電型の第2半導体層および第2導電型の第3半導体層をこの順に備えるとともに、前記第2半導体層および前記第3半導体層に形成された、積層面内方向に延在するリッジ部を備え、
前記リッジ部は、複数の利得領域および複数のQスイッチ領域が前記リッジ部の延在方向に、分離領域を介して交互に配置された構造を有し、
各前記分離領域は、互いに隣接する前記利得領域および前記Qスイッチ領域を空間分離する分離溝を有し、
前記分離溝は、前記第2半導体層内であって、かつ前記リッジ部の両脇のすそ野に相当する部分よりも高い位置に底面を有する
半導体レーザ。
(2)
前記第2半導体層は、当該第2半導体層の他の部分の組成比とは異なる組成比の第1異組成比半導体層を有し、
前記底面は、前記第1異組成比半導体層の上面の一部である
(1)に記載の半導体レーザ。
(3)
前記第2半導体層は、当該第2半導体層の他の部分の組成比とは異なる組成比の第2異組成比半導体層を有し、
前記リッジ部の両脇のすそ野に相当する部分の上面は、前記第2異組成比半導体層の上面の一部である
(2)に記載の半導体レーザ。
(4)
前記底面と、前記リッジ部の両脇のすそ野に相当する部分の上面とは、ともに、ウエットエッチングにより形成された面である
(3)に記載の半導体レーザ。
(5)
各前記Qスイッチ領域は、前記リッジ部の両脇のすそ野に相当する部分よりも高い位置に、前記第2半導体層と前記第3半導体層との界面を有する
(1)ないし(4)のいずれか1つに記載の半導体レーザ。
(6)
前記第2半導体層は、各前記利得領域に対応する部分に、前記第2導電型の第1不純物拡散領域を有し、
各前記利得領域は、前記リッジ部の両脇のすそ野に相当する部分よりも低い位置に、pnジャンクションを有する
(1)ないし(5)のいずれか1つに記載の半導体レーザ。
(7)
前記第2半導体層は、各前記Qスイッチ領域に対応する部分に、前記第2導電型の第2不純物拡散領域を有し、
各前記Qスイッチ領域は、前記リッジ部の両脇のすそ野に相当する部分よりも低い位置に、pnジャンクションを有する
(1)ないし(6)のいずれか1つに記載の半導体レーザ。
(8)
前記底面において、前記リッジ部の幅方向の中央部分の高さが前記リッジ部の両脇のすそ野寄りの部分の高さよりも高くなっている
(1)ないし(7)のいずれか1つに記載の半導体レーザ。
(9)
各前記分離溝において、前記リッジ部の幅方向の中央部分の幅が前記リッジ部の両脇のすそ野寄りの部分の幅よりも狭くなっている
(8)に記載の半導体レーザ。
(10)
各前記分離溝において、前記リッジ部の幅方向の中央部分の幅が前記リッジ部の両脇のすそ野寄りの部分の幅よりも狭くなっている
(1)ないし(9)のいずれか1つに記載の半導体レーザ。
(11)
各前記利得領域において、前記分離領域に面する端面は、前記リッジ部の幅方向において1または複数の凸形状を含んで構成されており、
各前記Qスイッチ領域において、前記分離領域に面する端面は、前記1または複数の凸形状に概ね倣う1または複数の凹形状を含んで構成されている
(1)ないし(10)のいずれか1つに記載の半導体レーザ。
(12)
各前記利得領域および各Qスイッチ領域において、前記分離領域に面する端面は、前記リッジ部を伝播する光が感じる、前記利得領域から前記Qスイッチ領域にかけての屈折率分布がなだらかとなる構成となっている
(1)ないし(11)のいずれか1つに記載の半導体レーザ。
(13)
各前記利得領域および各Qスイッチ領域のうち少なくとも一方において、前記分離領域に面する端面は、前記リッジ部の幅方向において凸形状、凹形状、または、凹凸形状となっている
(12)に記載の半導体レーザ。
(14)
光源として半導体レーザを備え、
前記半導体レーザは、
半導体基板上に、第1導電型の第1半導体層、活性層、前記第1導電型の第2半導体層および第2導電型の第3半導体層をこの順に備えるとともに、前記第2半導体層および前記第3半導体層に形成された、積層面内方向に延在するリッジ部を有し、
前記リッジ部は、複数の利得領域および複数のQスイッチ領域が前記リッジ部の延在方向に、分離領域を介して交互に配置された構造を有し、
各前記分離領域は、互いに隣接する前記利得領域および前記Qスイッチ領域を空間分離する分離溝を有し、
前記分離溝は、前記第2半導体層内であって、かつ前記リッジ部の両脇のすそ野に相当する部分よりも高い位置に底面を有する
電子機器。
(15)
前記半導体レーザを駆動する駆動部をさらに備え、
前記駆動部は、前記利得領域に順バイアスのパルス電圧を印加するとともに、前記Qスイッチ領域に逆バイアスを印加する
(14)に記載の電子機器。
(16)
半導体レーザの駆動方法であって、
前記半導体レーザは、
半導体基板上に、第1導電型の第1半導体層、活性層、前記第1導電型の第2半導体層および第2導電型の第3半導体層をこの順に備えるとともに、前記第2半導体層および前記第3半導体層に形成された、積層面内方向に延在するリッジ部を備え、
前記リッジ部は、複数の利得領域および複数のQスイッチ領域が前記リッジ部の延在方向に、分離領域を介して交互に配置された構造を有し、
各前記分離領域は、互いに隣接する前記利得領域および前記Qスイッチ領域を空間分離する分離溝を有し、
前記分離溝は、前記第2半導体層内であって、かつ前記リッジ部の両脇のすそ野に相当する部分よりも高い位置に底面を有し、
当該駆動方法では、前記利得領域に順バイアスのパルス電圧を印加するとともに、前記Qスイッチ領域に逆バイアスを印加する
半導体レーザの駆動方法。
(17)
前記パルス電圧のパルス幅はnsオーダーである
(16)に記載の半導体レーザの駆動方法。
Claims (17)
- 半導体基板上に、第1導電型の第1半導体層、活性層、前記第1導電型の第2半導体層および第2導電型の第3半導体層をこの順に備えるとともに、前記第2半導体層および前記第3半導体層に形成された、積層面内方向に延在するリッジ部を備え、
前記リッジ部は、複数の利得領域および複数のQスイッチ領域が前記リッジ部の延在方向に、分離領域を介して交互に配置された構造を有し、
各前記分離領域は、互いに隣接する前記利得領域および前記Qスイッチ領域を空間分離する分離溝を有し、
前記分離溝は、前記第2半導体層内であって、かつ前記リッジ部の両脇のすそ野に相当する部分よりも高い位置に底面を有する
半導体レーザ。 - 前記第2半導体層は、当該第2半導体層の他の部分の組成比とは異なる組成比の第1異組成比半導体層を有し、
前記底面は、前記第1異組成比半導体層の上面の一部である
請求項1に記載の半導体レーザ。 - 前記第2半導体層は、当該第2半導体層の他の部分の組成比とは異なる組成比の第2異組成比半導体層を有し、
前記リッジ部の両脇のすそ野に相当する部分の上面は、前記第2異組成比半導体層の上面の一部である
請求項2に記載の半導体レーザ。 - 前記底面と、前記リッジ部の両脇のすそ野に相当する部分の上面とは、ともに、ウエットエッチングにより形成された面である
請求項3に記載の半導体レーザ。 - 各前記Qスイッチ領域は、前記リッジ部の両脇のすそ野に相当する部分よりも高い位置に、前記第2半導体層と前記第3半導体層との界面を有する
請求項1に記載の半導体レーザ。 - 前記第2半導体層は、各前記利得領域に対応する部分に、前記第2導電型の第1不純物拡散領域を有し、
各前記利得領域は、前記リッジ部の両脇のすそ野に相当する部分よりも低い位置に、pnジャンクションを有する
請求項1に記載の半導体レーザ。 - 前記第2半導体層は、各前記Qスイッチ領域に対応する部分に、前記第2導電型の第2不純物拡散領域を有し、
各前記Qスイッチ領域は、前記リッジ部の両脇のすそ野に相当する部分よりも低い位置に、pnジャンクションを有する
請求項1に記載の半導体レーザ。 - 前記底面において、前記リッジ部の幅方向の中央部分の高さが前記リッジ部の両脇のすそ野寄りの部分の高さよりも高くなっている
請求項1に記載の半導体レーザ。 - 各前記分離溝において、前記リッジ部の幅方向の中央部分の幅が前記リッジ部の両脇のすそ野寄りの部分の幅よりも狭くなっている
請求項8に記載の半導体レーザ。 - 各前記分離溝において、前記リッジ部の幅方向の中央部分の幅が前記リッジ部の両脇のすそ野寄りの部分の幅よりも狭くなっている
請求項1に記載の半導体レーザ。 - 各前記利得領域において、前記分離領域に面する端面は、前記リッジ部の幅方向において1または複数の凸形状を含んで構成されており、
各前記Qスイッチ領域において、前記分離領域に面する端面は、前記1または複数の凸形状に概ね倣う1または複数の凹形状を含んで構成されている
請求項1に記載の半導体レーザ。 - 各前記利得領域および各Qスイッチ領域において、前記分離領域に面する端面は、前記リッジ部を伝播する光が感じる、前記利得領域から前記Qスイッチ領域にかけての屈折率分布がなだらかとなる構成となっている
請求項1に記載の半導体レーザ。 - 各前記利得領域および各Qスイッチ領域のうち少なくとも一方において、前記分離領域に面する端面は、前記リッジ部の幅方向において凸形状、凹形状、または、凹凸形状となっている
請求項12に記載の半導体レーザ。 - 光源として半導体レーザを備え、
前記半導体レーザは、
半導体基板上に、第1導電型の第1半導体層、活性層、前記第1導電型の第2半導体層および第2導電型の第3半導体層をこの順に備えるとともに、前記第2半導体層および前記第3半導体層に形成された、積層面内方向に延在するリッジ部を有し、
前記リッジ部は、複数の利得領域および複数のQスイッチ領域が前記リッジ部の延在方向に、分離領域を介して交互に配置された構造を有し、
各前記分離領域は、互いに隣接する前記利得領域および前記Qスイッチ領域を空間分離する分離溝を有し、
前記分離溝は、前記第2半導体層内であって、かつ前記リッジ部の両脇のすそ野に相当する部分よりも高い位置に底面を有する
電子機器。 - 前記半導体レーザを駆動する駆動部をさらに備え、
前記駆動部は、前記利得領域に順バイアスのパルス電圧を印加するとともに、前記Qスイッチ領域に逆バイアスを印加する
請求項14に記載の電子機器。 - 半導体レーザの駆動方法であって、
前記半導体レーザは、
半導体基板上に、第1導電型の第1半導体層、活性層、前記第1導電型の第2半導体層および第2導電型の第3半導体層をこの順に備えるとともに、前記第2半導体層および前記第3半導体層に形成された、積層面内方向に延在するリッジ部を備え、
前記リッジ部は、複数の利得領域および複数のQスイッチ領域が前記リッジ部の延在方向に、分離領域を介して交互に配置された構造を有し、
各前記分離領域は、互いに隣接する前記利得領域および前記Qスイッチ領域を空間分離する分離溝を有し、
前記分離溝は、前記第2半導体層内であって、かつ前記リッジ部の両脇のすそ野に相当する部分よりも高い位置に底面を有し、
当該駆動方法では、前記利得領域に順バイアスのパルス電圧を印加するとともに、前記Qスイッチ領域に逆バイアスを印加する
半導体レーザの駆動方法。 - 前記パルス電圧のパルス幅はnsオーダーである
請求項16に記載の半導体レーザの駆動方法。
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