KR20060114699A - 외부 공진기형 반도체 레이저 - Google Patents

외부 공진기형 반도체 레이저 Download PDF

Info

Publication number
KR20060114699A
KR20060114699A KR1020067010268A KR20067010268A KR20060114699A KR 20060114699 A KR20060114699 A KR 20060114699A KR 1020067010268 A KR1020067010268 A KR 1020067010268A KR 20067010268 A KR20067010268 A KR 20067010268A KR 20060114699 A KR20060114699 A KR 20060114699A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
semiconductor laser
laser diode
external resonator
window glass
laser
Prior art date
Application number
KR1020067010268A
Other languages
English (en)
Inventor
토미지 타나카
카즈오 타카하시
모토노부 타케야
Original Assignee
소니 가부시키가이샤
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 소니 가부시키가이샤 filed Critical 소니 가부시키가이샤
Publication of KR20060114699A publication Critical patent/KR20060114699A/ko

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
    • H01S5/10—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
    • H01S5/14—External cavity lasers
    • H01S5/141—External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon
    • 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
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • 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
    • H01S5/0225—Out-coupling of light
    • H01S5/02257—Out-coupling of light using windows, e.g. specially adapted for back-reflecting light to a detector inside the housing
    • 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
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/023—Mount members, e.g. sub-mount members
    • H01S5/02325—Mechanically integrated components on mount members or optical micro-benches
    • 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
    • H01S5/02407—Active cooling, e.g. the laser temperature is controlled by a thermo-electric cooler or water cooling
    • H01S5/02415—Active cooling, e.g. the laser temperature is controlled by a thermo-electric cooler or water cooling by using a thermo-electric cooler [TEC], e.g. Peltier element
    • 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
    • H01S5/02438—Characterized by cooling of elements other than the laser chip, e.g. an optical element being part of an external cavity or a collimating lens
    • 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
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/065—Mode locking; Mode suppression; Mode selection ; Self pulsating
    • H01S5/0651—Mode control
    • H01S5/0653—Mode suppression, e.g. specific multimode
    • H01S5/0655—Single transverse or lateral mode emission
    • 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
    • H01S5/2205—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 comprising special burying or current confinement layers
    • H01S5/2218—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 comprising special burying or current confinement layers having special optical properties
    • H01S5/2219—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 comprising special burying or current confinement layers having special optical properties absorbing
    • 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
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
    • H01S5/32341—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

종래의 외부 공진기형(共振器型) 반도체 레이저보다 출력이 크고, 또는 양호한 단일(單一) 모드 특성이 얻어지는 외부 공진기형 반도체 레이저를 제공하는 것에 있다.
레이저 다이오드(11), 창(窓) 유리(glass)(16), 그레이팅(grating) 및 렌즈를 가지는 외부 공진기형 반도체 레이저에 있어서, 몇 개(some)의 개량(改良)을 행한다. 제1 개량점은 창 유리(16)를 레이저 다이오드(11)의 발광면(發光面)(19)에 대해서 소정(所定; predetermined)의 각도만큼 경사(傾斜)시키는 것이다. 제2 개량점은 그레이팅에 대해서 S파(波)가 조사(照射)되도록 레이저 다이오드(11) 등의 배치를 조정하는 것이다. 제3 개량점은 레이저 다이오드(11)를, 출력 파워가 45㎽ 이하(以下)인 경우에, 킹크(kink)의 발생을 억지(抑止; suppression)하도록 구성하는 것이다. 다른(他) 개량점은 레이저 다이오드(11)의 발광면의 반사율, 렌즈의 개구수(開口數), 외부 공진기 길이(長; length), 그레이팅에서의 1차 광 반사율을 각각 적절한 값으로 최적화(最適化)하는 것이다.

Description

외부 공진기형 반도체 레이저{EXTERNAL RESONATOR TYPE SEMICONDUCTOR LASER}
본 발명은 청색 레이저 다이오드를 포함하는 외부 공진기형(共振器型) 반도체 레이저에 관한 것이다.
근년(近年; recent years)에, 반도체 레이저는 소형(小型)이고 또한 저소비 전력이라는 등의 이유로 인해, 정보 기기에 많이 사용되게 되어 왔다. 이러한 반도체 레이저 중에는, 외부로부터 소정(所定; predetermined) 파장의 광을 입사(入射)하는 것에 의해서 반도체 레이저의 발진광(發振光)의 파장을 안정화하는 외부 공진기형 반도체 레이저가 있다.
여기서, 대표적인 Littrow형(型)의 반도체 레이저에 대해서, 도 1을 참조하여 설명한다. 예를 들면, 레이저 다이오드(100)와 같은 반도체 레이저 소자(素子)로부터 출사(出射; emit)된 종다(縱多)모드(mode)의 레이저광이 렌즈(콜리메이트 렌즈)(101)에 의해 평행하게 모아지고, 그레이팅(grating)(102)에 입사된다. 그레이팅(102)은 그의 배치 각도에 따라서, 입사한 광 중, 특정의 파장을 가지는 광을 1차(次) 회절광(回折光)(103)으로서 출력한다. 이 1차 회절광(103)은 렌즈(101)를 거쳐서 레이저 다이오드(100)에 역주입(逆注入)된다. 이 결과, 레이저 다이오드(100)가, 주입된 1차 회절광에 공진해서 단일(單一) 모드의 광을 출사하게 되며, 그 광의 파장은 그레이팅(102)으로부터의 1차 회절광(103)의 파장과 같(同)아진다. 또, 그레이팅(102)에 입사한 레이저광의 나머지(殘)는, 0차 광(104)으로 되고, 입사각과 같은 각도로 반사된다.
여기서, 종래부터 시판(市販)되고 있는 대표적인 외부 공진기형 반도체 레이저를 포함하는 레이저 시스템의 구성을, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다. 도 2는 레이저 시스템(120)의 평면도이며, 도 3은 도 2에 도시하는 화살표 C의 방향을 따라서 본 레이저 시스템(120)의 정면도이다. 이 레이저 시스템(120)의 구성은 문헌 L. Ricci, et al. : "A compact grating-stabilized diode laser system for atomic physics", Optics Communications, 117 1995, pp.541-549에 기재된 레이저 시스템의 구성과 마찬가지의 것이다.
도 2 및 도 3에 도시하는 레이저 시스템(120)은 레이저 다이오드(121), 렌즈(콜리메이트 렌즈)(122), 그레이팅(123), 제1 지지부(124), 제1 나사(125), 제1 홈(126), 제2 지지부(127), 제2 나사(128) 및 제2 홈(129)을 포함하는 레이저부(130)와, 펠티에(peltier) 소자(141), 히트 싱크(142)를 포함하는 온도 제어부(143)로 이루어진다.
도 2 및 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 레이저 시스템(120)은 렌즈(122), 그레이팅(123) 등의 광학(光學) 부품을 레이저 시스템(120)의 설치면에 대 해서 수평으로 배치하고 있으며, 레이저광의 광로(光路)는 해당(當該) 설치면에 대해서 거의 수평으로 된다. 또, 온도 제어부(143)가 레이저부(130)의 하측(下側)에 배치되어 있다. 온도 제어부(143)에 의해서 온도가 제어되고 있는 것은, 레이저 다이오드(121), 렌즈(122) 등의 레이저부(130)의 각 구성요소(構成要素)이다. 또, 온도 제어부(143)에 의해 레이저 다이오드(121)의 온도가 일정하게 유지되는 것에 의해서 광원(光源)의 안정화가 도모된다.
레이저 시스템(120)은 또, 도 1에 도시한 바와 같이, 그레이팅(123)의 배치 각도를 바꾸는 것에 의해, 그레이팅(123)으로부터 레이저 다이오드(121)로 향하는 1차 회절광의 파장이 변화하며, 그 결과, 레이저 다이오드(121)의 발진광의 파장이 조정된다. 그레이팅(123)에서 반사된 0차 광(D)은 외부로의 출사광으로 된다.
그레이팅(123)은 제1 지지부(支持部)(124)에 보존유지(保持; hold)되어 있다. 제1 지지부(124)에는 제1 홈(126)이 설치되어 있고, 같이(同) 제1 지지부(124)에 설치된 제1 나사(125)를 회전시키는 것에 의해, 제1 홈(126)의 간격이 부분적으로 넓어지거나 혹은 좁아지며, 그것에 의해서 그레이팅(123)의 수평 방향의 배치 각도가 조금(僅; slightly, minutely) 변화한다.
마찬가지 기구가, 그레이팅(123)의 수직 방향의 각도를 조정하기 위해서 설치되어 있다. 그레이팅(123)을 보존유지하는 제1 지지부(124)는 제2 지지부(127)에 보존유지되어 있다. 제2 지지부(127)에는 제2 홈(129)이 설치되어 있으며, 같이 제2 지지부(127)에 설치된 제2 나사(128)를 회전시키는 것에 의해, 제2 홈(129)의 간격이 부분적으로 넓어지거나 혹은 좁아지며, 그것에 의해서 제1 지지부(124) 및 그 레이팅(123)의 수직 방향의 배치 각도가 조금 변화한다.
여기서, 레이저 다이오드(121)로서 청색 레이저 다이오드를 사용한 것이, 몇 개(some)의 메이커에 의해서 개발되어, 광 디스크 등에 사용되기 시작하고 있다. 또, 상기와 같이, 외부 공진기를 구비한 레이저 시스템을 구성하는 것에 의해서, 단일 모드의 싱글성(性)의 레이저광이 요구되는 홀로그라피 메모리용 라이터 등의 용도에도 이용 가능하게 되어 왔다.
또, 시판되고 있는 동형(同型)의 레이저 시스템의 최대 출력은 카탈로그 상(上), 15㎽까지이다.
그렇지만, 외부 공진기형 반도체 레이저를 실제로 홀로그라피 메모리용 라이터 등의 용도에 이용하기 위해서는, 30㎽ 이상(以上)의 레이저 출력이 필요하게 되며, 종래의 외부 공진기형 반도체 레이저는 이와 같은 출력 레벨에는 도달해 있지 않다.
또, 외부 공진기형 반도체 레이저는 외부 공진기에 의해서 단일 모드를 실현시키고 있지만, 여러가지 요인에 의해서 충분한 단일 모드 특성이 얻어지지 않는 경우가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래의 외부 공진기형 반도체 레이저보다 출력이 크고, 또는 양호한 단일 모드 특성이 얻어진다고 하는 두 개의 특징을 가지는 외부 공진기형 반도체 레이저, 혹은 상기 특징중 하나를 가지는 외부 공진기형 반도체 레이저를 제공하는 것에 있다.
또, 본 발명의 목적은 외부로 사출되는 레이저광의 출력이 30㎽ 이상이며, 홀로그라피 메모리용 라이터 등의 용도에 이용 가능한 외부 공진기형 반도체 레이저를 제공하는 것에 있다.
본 발명은 활성층(活性層)을 포함하는 복수(複數)의 층을 가지는 반도체 레이저 소자와, 반도체 레이저 소자의 발광면(發光面)에 대향해서 설치되는 창(窓) 유리(glass)와, 반도체 레이저 소자로부터 출사되고, 창 유리를 통과한 광을 수광(受光)하며, 수광한 광 중 특정의 파장을 반도체 레이저 소자에 되돌려보내도록 배치된 그레이팅과, 반도체 레이저 소자와 그레이팅 사이에 배치되고, 반도체 레이저 소자로부터의 광을 집광(集光)하는 렌즈를 가지며, 창 유리가, 반도체 레이저 소자의 활성층과 다른(他) 층과의 경계면의 적어도 하나와 평행한 면에 대해서 거의 수직인 제1 축에 대해서 평행하게 되고, 반도체 레이저 소자의 활성층과 다른 층과의 경계면의 적어도 하나에 대해서 거의 평행하고, 반도체 레이저 소자의 발광면에 대해서 거의 평행하며, 또한 제1 축과 직교(直交)하는 제2 축에 대해서 평행하게 되지 않는 제1 상태, 또는 제1 축에 대해서 평행하게 되지 않고, 또한 제2 축에 대해서 거의 평행하게 되는 제2 상태로 배치되도록 구성되는 외부 공진기형 반도체 레이저이다.
본 발명은 활성층을 포함하는 복수의 층을 가지는 레이저 다이오드와, 레이저 다이오드의 발광면에 대향해서 설치되는 창 유리와, 레이저 다이오드로부터 출사되고, 창 유리를 통과한 광을 수광하며, 해당 수광한 광 중 특정의 파장을 레이저 다이오드에 되돌려보내도록 배치된 그레이팅과, 레이저 다이오드와 그레이팅 사이에 배치되고, 레이저 다이오드로부터의 광을 집광하는 렌즈를 가지며, 창 유리가, 레이저 다이오드의 활성층과 다른 층과의 경계면의 적어도 하나와 평행한 면에 대해서 거의 수직인 제1 축에 대해서 평행하게 되고, 레이저 다이오드의 활성층과 다른 층과의 경계면의 적어도 하나에 대해서 거의 평행하고, 레이저 다이오드의 발광면에 대해서 거의 평행하며, 또한 제1 축과 직교하는 제2 축에 대해서 평행하게 되지 않는 제1 상태, 또는 제1 축에 대해서 평행하게 되지 않고, 또한 제2 축에 대해서 거의 평행하게 되는 제2 상태로 배치되고, 레이저 다이오드가, 그레이팅에 대해서 S파(波)를 제공하도록, 레이저 다이오드 및 그레이팅의 배치가 결정되고, 레이저 다이오드가, 적어도 45㎽의 출력 파워를 구비하고, 적어도 45㎽ 이하(以下)의 출력 파워로 광을 출사하고 있는 경우에 킹크(kink)를 발생하지 않도록 구성되고, 레이저 다이오드의 발광면의 반사율이 3% 이하이며, 렌즈의 개구수(開口數)가 0.3∼0.7이며, 외부 공진기 길이(長; length)가 10㎜∼30㎜이며, 그레이팅의 1차 회절광의 반사율이 10%∼30%이도록 구성되는 외부 공진기형 반도체 레이저이다.
도 1은 외부 공진기형 반도체 레이저의 동작 원리를 설명하기 위한 개략선도(略線圖; schematic diagram),
도 2는 종래의 레이저 시스템의 구성을 도시하는 개략선도,
도 3은 도 2의 레이저 시스템의 측면의 구성을 도시하는 개략선도,
도 4는 일반적인 레이저 다이오드 및 관련 요소(關連要素)를 도시하는 개략 선도,
도 5는 도 4의 레이저 다이오드 및 관련 요소를 다른 각도에서 본 개략선도,
도 6은 단일 모드가 실현되고 있지 않은 경우의, 파장과 출력 파워의 관계를 도시하는 그래프,
도 7은 본 발명에 따른 외부 공진기형 반도체 레이저의 1예를 도시하는 개략선도,
도 8은 본 발명에 따른 외부 공진기형 반도체 레이저의 다른 예를 도시하는 개략선도,
도 9는 본 발명에 의해서 단일 모드가 실현되고 있는 경우의, 파장과 출력 파워의 관계를 도시하는 그래프,
도 10은 킹크 발생의 예를 도시하는 그래프,
도 11은 킹크의 발생을 억제하기 위한 레이저 다이오드의 구성예를 도시하는 개략 선도.
<부호의 설명>
11, 30: 레이저 다이오드, 12, 36: 활성층, 16: 창 유리, 17: 레이저광, 40: 리지 측면 매입층.
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]
본 발명은 반도체 레이저 소자를 포함하는 외부 공진기형 반도체 레이저의 구성에 몇 개의 개량(改良)을 가(加)하여, 출력의 증대, 단일 모드 특성의 향상을 실현하는 것이다. 여기서는, 외부 공진기형 반도체 레이저라 함은, 예를 들면 레이저 다이오드 등의 반도체 레이저 소자를 이용한 반도체 레이저, 렌즈, 및 그레이팅이 도 1에 도시하는 바와 같은 위치 관계로 배치된 것을 가리킨다. 또, 레이저 다이오드로서는, 예를 들면 파장 395㎚∼415㎚의 청색 레이저 다이오드가 이용된다. 이후에서는, 본 발명에 관련된 상기 개량에 대해서 차례(順)대로 설명한다.
[1 . 창 유리의 경사(傾斜) 각도의 최적화(最適化)-다중 반사(多重反射)의 억지(抑止; suppression)]
제1 개량점은 반도체 레이저의 창 유리를 소정의 방향으로 소정의 각도만큼 경사시키는 것이다. 도 4는 일반적인 레이저 다이오드(반도체 레이저 소자)(1)와, 반도체 레이저 내(內)의 관련하는 구성요소를 개략적으로 도시한 것이다. 레이저 다이오드(1)는 레이저광의 발광부를 포함하는 활성층(2)과, 활성층(2)의 상하(上下)에 있는 층(3) 및 층(4)으로 구성된다. 층(3)은 예를 들면 P형 클래드층 및 컨택트층 등으로 이루어지고, 층(4)은 N형 클래드층 및 가이드층 등으로 이루어진다. 또, 반도체 레이저 소자의 저(低)애스펙트비(比) 실현을 위해서, P형 클래드층과 활성층(2) 사이에, 전자 장벽층(電子障壁層) 및 중간층을 도입해도 좋다.
또, 레이저 다이오드(1)의 하측에는, 레이저 다이오드(1)의 동작시의 발열을 열전도(熱傳導)에 의해서 확산시키는 히트 싱크(5)가 배치되어 있다. 히트 싱크(5)의 재료로서는, 열전도가 높고, 또한 전기 절연성(電氣絶緣性), 열 팽창성(熱膨脹性)이 뛰어난 재료가 필요하게 된다.
활성층(2)의 발광면(8)으로부터의 레이저광(7)은 창 유리(6)를 거쳐서 외부로 방사(放射)된다. 빨강(赤; red) 등의 레이저 다이오드를 이용한 외부 공진기형 반도체 레이저에서는, 창 유리(6)를 떼어내고 사용하는 것이 가능하지만, 청색 레이저 다이오드를 그와 같이 하면, 열화(劣化; deterioration)할 우려가 있다. 그 때문에, 창 유리(6)는 레이저 다이오드(1)를 외부의 공기로부터 차단(遮斷)하도록, 레이저 다이오드를 밀폐(密閉)한다.
도 5는 도 4에 도시한 레이저 다이오드(1)와 히트 싱크(5), 창 유리(6) 등을 다른 각도에서 도시한 도면이다. 여기서, 도 4를 정면도로 하면, 도 5는 평면도로 된다. 즉, 도 2에 도시한 레이저 시스템(120)에서의 레이저 다이오드(121)의 구성이 도 4에 도시하는 것으로 되며, 도 3에 도시한 레이저 시스템(120)에서의 레이저 다이오드(121)의 구성이 도 5에 도시하는 것으로 된다. 레이저 다이오드(1)로부터의 레이저광(7)은 창 유리(6)를 거쳐서 외부로 방출(放出)된다. 또, 도 4에 도시하는 활성층(2)의 발광면(8)의 형상(形狀)이 장방형(長方形)인 경우에는, 작은 쪽의 변(邊)의 퍼짐각(廣角)이 커지므로, 레이저광(7)의 빔의 단면형상(斷面形狀)은 일반적으로 타원형(楕圓形)으로 된다.
종래에는, 도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 창 유리(6)와 활성층(2)의 발광면(8)(레이저 단면(端面; end surface))이 평행하게 되어 있었기 때문에, 창 유리에 의한 반사가 생기고, 이들 사이의 다중 반사에 의해, 단일 모드 특성이 열화하는 문제가 있었다. 이 때의 파장과 레이저 다이오드(1)의 출력 파워의 관계가, 도 6에 도시되어 있다. 도 6의 횡축(橫軸)은 파장(㎚)이며, 종축(縱軸)은 출력 파 워(㎼)이다. 다만, 종축의 값은 측정기의 입력부인 광 파이버가 수광한 파워이며, 레이저가 실제로 발광하고 있는 값의 수천분(數千分)의 1 정도의 값이다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 파장이 408.00㎚로 되는 근변(近邊; around)에서 출력 파워가 단번에 상승하고 있으며, 이 부분만을 보면 양호한 단일 모드 특성을 나타내고 있는 것처럼 보인다. 그렇지만, 파장이 408.00㎚∼408.50㎚ 사이에서, 최대로 0.1㎼ 정도의 출력 파워의 레이저광이 몇 개인가 계측되고 있으며, 전체적으로는 단일 모드가 실현되고 있지 않다고 판단된다.
그래서, 본 발명은 이 창 유리에 의한 다중 반사를 억지하기 위해서, 창 유리를 소정의 방향으로 소정의 각도만큼 경사시키는 것이다. 도 7은 이와 같이 해서 개량된 외부 공진기형 반도체 레이저의 제1 예를 도시하고 있다. 제1 예는 도 4와 같은 방향, 즉 도 7의 (a)에 도시하는 바와 같이, 레이저 다이오드(11)로부터 창 유리(16)를 통과한 레이저광이 도 2에 도시하는 바와 같이, 경사져서 취부(取付; attach)된 그레이팅(123)에 대해서 입사된다.
레이저 다이오드(11)는 레이저광의 발광부를 포함하는 활성층(12)과, 활성층(12)의 상하에 있는 층(13) 및 층(14)으로 구성된다. 층(13)은 예를 들면 P형 클래드층 및 컨택트층 등으로 이루어지고, 층(14)은 N형 클래드층 및 가이드층 등으로 이루어진다. 또, 반도체 레이저 소자의 저애스펙트비 실현을 위해서, P형 클래드층과 활성층(12) 사이에, 전자 장벽층 및 중간층을 도입해도 좋다.
또, 레이저 다이오드(11)의 하측에는, 레이저 다이오드(11)의 동작시의 발열을 열전도에 의해서 확산시키는 히트 싱크(15)가 배치되어 있다. 히트 싱크(15)의 재료로서는, 열전도가 높고, 또한 전기 절연성, 열팽창성이 뛰어난 재료가 필요하게 된다.
활성층(12)의 발광면(19)으로부터의 레이저광(17)은 창 유리(16)를 거쳐서 외부로 방사된다. 빨강 등의 레이저 다이오드를 이용한 외부 공진기형 반도체 레이저에서는, 창 유리(16)를 떼어내고 사용하는 것이 가능하지만, 청색 레이저 다이오드를 그와 같이 하면, 열화할 우려가 있다. 그 때문에, 창 유리(16)는 레이저 다이오드(11)를 외부의 공기로부터 차단하도록, 레이저 다이오드(11)가 원통형(圓筒型)의 캔(21) 내에 밀폐되어 있다.
도 7의 (b)에는 본 발명의 제1 예를 개략적으로 도시하고, 도 7의 (b)에 도시하는 제1 축(18A)은 레이저 다이오드(11)의 활성층(12)과 다른 층과의 경계면의 적어도 하나와 평행한 면에 대해서 거의 수직(垂直)이며, 제2 축(18B)은 레이저 다이오드(11)의 활성층(12)과 다른 층과의 경계면의 적어도 하나에 대해서 거의 평행하고, 레이저 다이오드(11)의 발광면(19)에 대해서 거의 평행하며, 또한 제1 축(18A)과 직교한다.
이 예에서는, 창 유리(16)의 면(面)을 제2 축(18B)에 대해서는 평행하며, 또한 제1 축(18A)에 대해서는 평행하게 되지 않도록, 레이저 다이오드(11)의 발광면(19)에 대해서 경사시킨다. 여기서, 제1 축(18A)과 창 유리(16)의 면이 이루는 각(角)을 A로 한다. 이 경우, A는 예를 들면 1° 등의 얼마 안되는(僅; very small) 각도이다.
예를 들면, 창 유리(16)의 면을 제1 축(18A)에 대해서 1.6° 기울이면, 즉, A를 1. 6°로 하면, 파면 수차(波面收差)가 0.15λP-V(peak to valley)로 되어 버려 실용(實用)으로 되지 않는다. 그 의미에서는, 창 유리(16)의 면의 경사 각도(A)의 허용 범위는 지극히 좁다. 또, 도 7의 (b)의 예에서는, 창 유리(16)는 상측 쪽이 레이저 다이오드(11)에 가깝게 되도록 기울어져 있지만, 반대(逆)로, 하측 쪽을 레이저 다이오드(11)에 접근하도록 기울일 수도 있다.
또한, 파면 수차에 대해서 설명하면, 통상, 점광원(点光源)으로부터 발(發; emit)한 광은 등위상 구면파(等位相球面波)로서 전파(傳搬; propagation)하지만, 광학계(光學系)에 수차가 존재하는 경우에는, 상공간(像空間)에서의 등위상 파면은 구면파가 아니게 된다. 이 구면파로부터의 어긋남(displacement, offset, shift)이 총괄해서 구면 수차라고 불린다. P-V는 파면의 흐트러짐(亂; irregularity)의 정상(頂上; top)과 바닥(底; bottom)의 차(差)를 의미하며, 0.15λP-V라 함은, 그 차가 1파장λ(예를 들면, 410㎚)의 0.15 배(倍)인 것을 의미한다.
도 8에는, 창 유리를 소정의 방향으로 소정의 각도만큼 경사시키는 제2 예가 도시되어 있다. 도 8의 (a)에 도시하는 바와 같이, 제2 예는 레이저 다이오드(11)로부터 창 유리(16)를 통과한 레이저광이 도 3에 도시하는 바와 같이, 경사져서 취부된 그레이팅(123)에 대해서 입사된다. 또, 도 8에 도시하는 레이저 다이오드(11)는 도 7에 도시하는 레이저 다이오드(11)와 마찬가지로, 활성층(12) 및 층(13, 14)에 대응하는 복수의 층을 가지는 구조로 되어 있다.
도 8의 (b)에는 본 발명의 제2 예를 개략적으로 도시하고, 도 8의 (b)에 도시하는 제1 축(18A)은 레이저 다이오드(11)의 활성층과 다른 층과의 경계면의 적어 도 하나와 평행한 면에 대해서 거의 수직이며, 제2 축(18B)은 레이저 다이오드(11)의 활성층과 다른 층과의 경계면의 적어도 하나에 대해서 거의 평행하고, 레이저 다이오드(11)의 발광면(19)에 대해서 거의 평행하며, 또한 제1 축(18A)과 직교한다.
제2 예에서는, 창 유리(16)의 면을, 제1 축(18A)에 대해서는 평행하고, 또한 제2 축(18B)에 대해서는 평행하게 되지 않도록 경사시킨다. 여기서, 제2 축(18B)과 창 유리(16)의 면이 이루는 각을 B로 한다.
이 B를, 예를 들면 5°이상으로 하면, 다중 반사가 감소하여, 양호한 단일 모드 특성이 얻어진다. 다만, 창 유리(16)를 지나치게 경사시키면, 창 유리(16)에 의한 수차가 커져, 레이저의 수차 특성이 열화한다.
1/e2의 영역, 즉 중심에 대해서, 광강도가 1/e2으로 떨어진 주변(周邊)의 영역에 있어서, 파면 수차를 0.15λP-V 이하로 하려면, 상기 경사 각도를 12°이하로 억지할 필요가 있으며, 또 0.1λP-V 이하로 하려면, 8°이하로 억지할 필요가 있다. 또, 도 8의 예에서는, 창 유리(16)는 상측 쪽이 레이저 다이오드(11)에 가깝게 되도록 기울어져 있지만, 거꾸로, 하측 쪽을 레이저 다이오드(11)에 접근하도록 기울일 수도 있다.
전술(前述)과 같이, 청색 레이저 다이오드는 밀봉(密封)하고 있지 않으면 레이저 다이오드의 열화를 초래하므로, 통상은 창 유리는 필수의 구성요소로 된다. 이 개량은 그와 같은 구성에 있어서, 양호한 단일 모드 특성을 제공한다.
도 9는 창 유리를 도 8에 도시하는 양태(態樣; state)로 6°경사시킨 경우, 즉 B=6°의, 파장과 출력 파워의 관계를 도시하는 그래프이다. 파장 406. 94 부근(付近; vicinity)을 중심으로 양호한 단일 모드 특성이 얻어지고 있는 것을 알 수 있다.
[2. 그레이팅 입사파의 최적화-그레이팅의 반사율의 향상]
레이저 다이오드로부터 출사되는 레이저광 중, 그레이팅에서 반사하는 0차 광은 외부로 출사되지만, 이 0차 광이 홀로그라피 메모리용 라이터 등, 여러가지 용도에 이용되므로, 큰 파워인 쪽이 바람직하다. 이 0차 광은 미러와 같이 반사하므로, 이것이 S파나 P파 등에 따라서 반사율이 크게 다르다.
P파에는, 브루스터 앵글(Brewster angle)이 존재하며, 상기 외부 공진기형 반도체 레이저의 구성과 같이, 그레이팅에 대해서 비스듬하게(斜; obliquely) 입사하는 경우에는 반사율이 낮다. 이것과는 반대로, S파는 비스듬한(斜) 입사에 의해서 반사율이 올라간다. 따라서, 그레이팅에는 S파를 입사시키도록 하는 것에 의해서, 보다 큰 파워를 얻을 수가 있다. 이와 같이, S파를 그레이팅에 입사시키려면, 반도체 레이저의 편광(偏光) 방향과 그레이팅의 반사 방향을 고려(考慮)해서 양자의 배치를 조정하는 것에 의해 행해진다.
[3 . 레이저 다이오드의 구조의 최적화-킹크의 배제(排除)]
최종적으로 얻어지는 단일 모드의 레이저광의 광원은 도 4에 도시하는 바와 같은 레이저 다이오드(1)이기 때문에, 레이저 다이오드(1)에는, 요구되는 레이저광의 파워 이상의 출력 파워가 구해진다. 즉, 레이저 다이오드(1)는 단독으로, 즉 프리런(free run) 상태에서, 레이저광의 파워 이상의 출력 파워로 발광하고 있을 필요가 있다.
실험에 의하면, 외부로 사출되는 레이저광의 파워는 창 유리, 렌즈(콜리메이트 렌즈), 그레이팅을 경유(經由)하는 등의 요인에 의해, 레이저 다이오드(1)의 출력 파워의 2/3 정도로 된다. 상술한 바와 같이, 홀로그라피 메모리용 라이터 등의 용도에서는, 단일 모드에서 30㎽ 이상의 파워가 필요하기 때문에, 적어도 필요로 되는 레이저 다이오드(1)의 출력 파워는 이하의 식 1에 의해서 구할 수가 있다.
30(㎽)×3/2=45(㎽) …(식 1)
또한, 레이저 다이오드(1)의 출력 파워의 나머지의 1/3의 대부분(大半)은 그레이팅의 1차 회절광으로 되어 레이저 다이오드(1)로 되돌아가기 때문에, 외부로 출사되지 않는다.
상술한 바와 같이, 최종적으로 얻어지는 단일 모드의 레이저광으로서 30㎽ 이상의 파워를 얻기 위해서, 레이저 다이오드(1)는 45㎽ 이상의 출력 파워를 필요로 한다. 그렇지만, 이 파워의 모든 범위에 걸쳐서 킹크가 존재해서는 안 된다. 킹크라 함은, 모드의 경계이며, 킹크 이하의 파워에서는 횡(橫) 단일 모드만의 발광이었던 것이, 킹크 이상에서는, 횡다(橫多)모드가 혼재한다. 횡다 모드가 혼재하기 시작하면, 외부 공진기에 의해서 단일 모드를 실현하는 것은 어렵게 되므로, 상기 레이저 다이오드(1)에 구해지는 45㎽의 모든 범위에서 킹크가 존재하지 않는 것이 바람직하다.
도 10은 레이저 다이오드(1)의, 전류(㎃)와 출력 파워(㎽)의 관계를 도시한 그래프이며, 이 예에서는 킹크가 출력 파워 20㎽ 부근에 존재한다. 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 레이저 다이오드(1)는 최초에, 어느 정도 전류를 올려도 출력 파워는 제로(zero)인 채이다. 전류가 약 30㎃로 되면, 출력 파워가 상승하기 시작한 이후에는, 기본적으로 전류의 상승에 비례해서 출력 파워가 상승한다. 그렇지만, 출력 파워가 20㎽ 부근(전류가 약 50㎃)에서, 전류가 상승해도 출력 파워가 상승하지 않는 개소(箇所)가 있다. 이것은, 레이저 다이오드(1)가 같은 파장의 레이저광을 출력하면서도, 모드가 변화한 것을 나타내고 있으며, 여기가 킹크로 된다.
이러한 킹크의 존재는 상술한 바와 같이, 단일 모드 실현을 위해서는 바람직하지 않고, 존재를 배제하거나, 또는 존재해도 출력 파워가 45㎽ 이상인 개소이도록 할 필요가 있다.
그 때문에, 레이저 다이오드(30)의 칩 구조를 도 11에 도시하는 바와 같이 구성한다. 이 구성은 「100㎽·킹크프리, 저애스펙트비 청자색(靑紫色) 반도체 레이저」, 미즈노 다카시(水野 崇) 외, Proceedings of the 11th Sony Research Forum(2001)에서 제안되어 있는 것이다.
이 구성에서는, 사파이어 기판(31) 위(上)에, ELO(Epitaxial Latera1 Overgrowth)에 의해 저결함(低缺陷) 밀도 영역을 가지는 n-GaN층(33)을 제작(作製)한 후, N 클래드층(34), 가이드층(35), 활성층(36), 중간층(37), 전자 장벽층(38), P 클래드층(39), 컨택트층(41)을 연속적으로 결정 성장(結晶成長)한다. 여기서, 예를 들면 N 클래드층(34)은 n-AlGaN 클래드층, 가이드층(35)은 n-GaN 가이드층, 활 성층(36)은 GaInN 다중양자 우물(多重量子井戶; multiquantum well) 활성층, 중간층(37)은 GaInN 중간층, 전자 장벽층(38)은 p-AlGaN 전자 장벽층, P 클래드층(39)은 p-GaN/AlGaN 초격자(超格子) 클래드층, 컨택트층(41)은 p-GaN 컨택트층이다. 또, P 전극(43)에는 예를 들면 Pd/Pt/Au를, N 전극(42)에는, Ti/Pt/Au를 채용하고 있다.
또, 이 구성에서는 컨택트층(리지(ridge))(41)의 측면을, 예를 들면 SiO2층과 Si층과 같은 2층 구조의 절연막으로 매입(埋入; embed, bury)한 리지 측면 매입층(40)이 형성되어 있다. 횡단일 모드의 레이저광은 레이저 다이오드(30)의 각 층의 경계 방향을 따라서 확산하는(넓어지는) 일은 적지만, 횡다모드의 레이저광은 해당 방향으로 확산한다. 따라서, 리지 측면 매입층(40)은 횡단일 모드의 레이저광을 거의 흡수하지 않고, 횡다모드의 레이저광을 선택적으로 흡수한다. 그 결과, 킹크의 발생이 억지되고, 나쁘더라도 출력 파워가 높은 위치에서 발생하게 된다.
또, 여기서는 대체로 컨택트층의 폭에 대응하는 스트라이프 폭(幅)(W)은 1.6㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 이 폭이 좁으면, 횡다 모드의 레이저광이 존재하기 어렵게 되기 때문이다.
[4. 레이저 다이오드 발광 단면의 반사율의 적정화-1차 회절광의 효율적인 수광]
도 4에 도시하는 바와 같은 레이저 다이오드(1)의 발광부의 재질은 굴절률이 높으므로, 발광면(8)에서 외부로부터의 광을 반사하는 특성이 있다. 그렇지만, 이 반사율은 표면에 코팅을 행하는 것에 의해, 거의 0%로까지 내릴 수도 있다. 발광면(8)은 그레이팅으로부터 레이저 다이오드(1)로 되돌아온 1차 회절광을 수광하는 면이며, 이 발광면(8)의 반사율이 높아질수록, 해당 1차 회절광의 수광량이 감소한다.
실험에서는, 0%∼10%의 반사율의 발광면을 이용하는 것에 의해서 레이저광의 단일 모드가 실현되었다. 다만, 이 중에서도, 반사율이 높은 발광면에서는, 단일 모드화(化)하기 위한 조정이 곤란하고, 반사에 의해서, 그레이팅으로부터 되돌아온 1차 회절광을 소용없게(無馱; neadless) 하고 있는 부분이 많다. 한편, 너무 낮은 반사율의 발광면을 요구하면, 코팅을 할 때의 수율(步留; fabrication yield, productivity)이 저하할 위험성이 있다. 이들을 총합적으로 고려하면, 레이저 다이오드(1)의 발광면의 반사율은 3% 이하가 바람직하다.
[5. 콜리메이트 렌즈의 개구수의 적정화-1차 회절광의 효율적인 수광]
콜리메이트 렌즈는 도 2, 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 레이저 다이오드와 그레이팅 사이에 배치되는 렌즈이다. 콜리메이트 렌즈의 개구수 (N.A : Numerical Aperture)가 예를 들면 0. 19와 같은 작은 값이면, 그레이팅으로부터 되돌아온 1차 회절광이, 이 콜리메이트 렌즈로 그다지 조여지지 않아, 어느 정도 퍼진 상태에서 레이저 다이오드의 발광면(8)에 수광되며, 1차 회절광의 일부 밖에 레이저 다이오드로 되돌아오지 않는다. 그 결과, 단일 모드의 실현이 곤란하게 된다.
이것이, 예를 들면 0. 4나 0. 6과 같은 개구수인 경우, 단일 모드화는 용이하다. 또, 보다 개구수가 높은 렌즈에서도 단일 모드화가 용이하다고 예상할 수 있 지만, 고(高) 개구수의 렌즈는 제작이 곤란하다. 이들을 총합적으로 고려하면, 콜리메이트 렌즈의 개구수는 0.3∼0.7 정도가 바람직하다.
[6. 외부 공진기 길이의 최적화]
외부 공진기 길이라 함은, 도 2, 도 3에 도시하는 바와 같은 외부 공진기형 반도체 레이저에서, 예를 들면 레이저 다이오드와 같은 반도체 레이저 소자로부터 그레이팅까지의 거리이다. 10㎜, 15㎜ , 20㎜, 25㎜, 30㎜의 각 거리로 실험을 행한 결과, 어느 거리에서도 동등한 안정성이 얻어졌다. 이 때문에, 외부 공진기 길이는 10㎜∼30㎜ 가 바람직하다. 여기서, 외부 공진기 길이는 창 유리, 렌즈의 굴절률 등을 고려한 광학 거리를 나타낸다.
또, 이론상은, 외부 공진기 길이가 짧은 것이 다른 모드로 바뀌어 버리는 모드 호프가 발생하기 어렵다. 따라서, 이들을 고려하면, 설계상의 지장이 없으면, 외부 공진기 길이를 10㎜∼20㎜로 하는 것이, 보다 바람직하다.
[7. 그레이팅의 1차 회절광 반사율의 최적화]
1차 회절광의 반사율이 20% 및 40%인 그레이팅에 대해서 각각 실험을 하면, 단일 모드화에 관해서는 거의 동등한 특성이 얻어졌다. 1차 회절광은 전술(前述)한 바와 같이, 레이저 다이오드에 되돌려보내어 단일 모드화시키기 위해서 이용되므로, 어느 정도의 광량은 필요하지만, 지나치게 많으면 레이저 다이오드에의 데미지(damage)나 출사광(0차 광)의 감소로 연결된다. 그 때문에, 적절한 반사율로서 10%∼30%를 설정한다.
지금까지, 청색 레이저 다이오드를 이용한 외부 공진기형 반도체 레이저를 예로 설명해 왔지만, 제3 개량(레이저 다이오드 구조의 최적화-킹크의 배제)을 제외한 모든 개량을, 다른 반도체 레이저 소자를 이용한 외부 공진기형 반도체 레이저에 적용하는 것도 가능하다.
또, 지금까지 설명해 온 각각의 개량은 종래의 외부 공진기형 반도체 레이저보다 큰 출력을 실현하는 것 및, 양호한 단일 모드 특성이 얻어지는 것의 양쪽 혹은 한쪽을 목적으로 한 것이며, 이상적(理想的)인 외부 공진기형 반도체 레이저를 실현하기 위해서는, 상기 모든 개량을 모두 조합(組合)해서 실시하는 것이 바람직하다. 그렇지만, 이들 중 하나를 단독으로, 혹은 이들 중 몇 개를 임의(任意)로 조합하는 것에 의해서도, 상기 목적을 어느 정도까지 달성할 수가 있다.
본 발명에 따르면, 종래의 외부 공진기형 반도체 레이저보다 출력이 크고, 양호한 단일 모드 특성이 얻어진다고 하는 두개의 특징을 구비한 외부 공진기형 반도체 레이저, 혹은 이 두개의 특징 중 하나를 구비한 외부 공진기형 반도체 레이저가 제공된다. 또, 본 발명에 따르면, 외부에 사출되는 레이저광의 출력이 30㎽ 이상이며, 홀로그라피 메모리용 라이터 등의 용도에 이용가능한 외부 공진기형 반도체 레이저가 제공된다.
본 발명은 청색 레이저 다이오드를 포함하는 외부 공진기형 반도체 레이저에 관한 기술 분야 등에서 이용가능하다.

Claims (18)

  1. 활성층(活性層)을 포함하는 복수(複數)의 층을 가지는 반도체 레이저 소자(素子)와,
    상기 반도체 레이저 소자의 발광면(發光面)에 대향해서 설치되는 창(窓) 유리(glass)와,
    상기 반도체 레이저 소자로부터 출사(出射; emit)되고, 상기 창 유리를 통과한 광을 수광(受光)하고, 해당(當該) 수광한 광 중 특정의 파장을 상기 반도체 레이저 소자에 되돌려보내도록 배치된 그레이팅(gating)과,
    상기 반도체 레이저 소자와 상기 그레이팅 사이에 배치되고, 상기 반도체 레이저 소자로부터의 광을 집광(集光)하는 렌즈를 가지고,
    상기 창 유리가,
    상기 반도체 레이저 소자의 상기 활성층과 다른(他) 층과의 경계면의 적어도 하나와 평행한 면(面)에 대해서 거의 수직(垂直)인 제1 축에 대해서 평행하게 되고, 상기 반도체 레이저 소자의 상기 활성층과 다른 층과의 상기 경계면의 적어도 하나에 대해서 거의 평행하고, 상기 반도체 레이저 소자의 상기 발광면에 대해서 거의 평행하며, 또한 상기 제1 축과 직교(直交)하는 제2 축에 대해서 평행하게 되지 않는 제1 상태,
    또는 상기 제1 축에 대해서 평행하게 되지 않고, 또한 상기 제2 축에 대해서 거의 평행하게 되는 제2 상태로 배치되는 것을 특징으로 하는 외부 공진기형(共振 器型) 반도체 레이저.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 창 유리가 상기 제1 상태로 배치되고,
    상기 창 유리의 면(面)과 상기 제2 축이 이루는 각도가 5°내지 12°인 것을 특징으로 하는 외부 공진기형 반도체 레이저.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 창 유리가 상기 제2 상태로 배치되고,
    상기 창 유리의 면과 상기 제1 축이 이루는 각도가 1°내지 1. 6°인 것을 특징으로 하는 외부 공진기형 반도체 레이저.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 레이저 소자가, 상기 그레이팅에 대해서 S파(波)를 제공하도록, 상기 반도체 레이저 소자 및 상기 그레이팅의 배치가 결정되고 있는 것을 특징으로 하는 외부 공진기형 반도체 레이저.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 레이저 소자가, 적어도 45㎽의 출력 파워를 구비하고, 적어도 45㎽ 이하(以下)의 출력 파워로 광을 출사하고 있는 경우에 킹크(kink)를 발생하지 않도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 외부 공진기형 반도체 레이저.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 반도체 레이저 소자가 레이저 다이오드이며,
    상기 레이저 다이오드는, 킹크의 발생을 억지(抑止; suppression)하기 위해서, 리지(ridge)의 측면이 2층 구조의 절연막으로 매입(埋入; embed, bury)되어 있고, 스트라이프 폭(幅)(W)이 1. 6㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 외부 공진기형 반도체 레이저.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 레이저 소자가 레이저 다이오드이며,
    상기 레이저 다이오드의 발광면의 반사율이 3% 이하인 것을 특징으로 하는 외부 공진기형 반도체 레이저.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈의 개구수(開口數)가 0. 3 내지 0. 7인 것을 특징으로 하는 외부 공진기형 반도체 레이저.
  9. 제1항에 있어서,
    외부 공진기 길이(長; length)가 10㎜ 내지 30㎜인 것을 특징으로 하는 외부 공진기형 반도체 레이저.
  10. 제9항에 있어서,
    외부 공진기 길이가 10㎜ 내지 20㎜인 것을 특징으로 하는 외부 공진기형 반도체 레이저.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 그레이팅의 1차(次) 회절광(回折光)의 반사율이 10% 내지 30%인 것을 특징으로 하는 외부 공진기형 반도체 레이저.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 레이저 소자가 청색 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 외부 공진기형 반도체 레이저.
  13. 활성층을 포함하는 복수의 층을 가지는 레이저 다이오드와,
    상기 레이저 다이오드의 발광면에 대향해서 설치되는 창 유리와,
    상기 레이저 다이오드로부터 출사되고, 상기 창 유리를 통과한 광을 수광하고, 해당 수광한 광 중 특정의 파장을 상기 레이저 다이오드에 되돌려보내도록 배치된 그레이팅과,
    상기 레이저 다이오드와 상기 그레이팅 사이에 배치되고, 상기 레이저 다이 오드로부터의 광을 집광하는 렌즈를 가지고,
    상기 창 유리가,
    상기 레이저 다이오드의 상기 활성층과 다른 층과의 경계면의 적어도 하나와 평행한 면에 대해서 거의 수직인 제1 축에 대해서 평행하게 되고, 상기 레이저 다이오드의 상기 활성층과 다른 층과의 상기 경계면의 적어도 하나에 대해서 거의 평행하고, 상기 레이저 다이오드의 상기 발광면에 대해서 거의 평행하며, 또한 상기 제1 축과 직교하는 제2 축에 대해서 평행하게 되지 않는 제1 상태,
    또는 상기 제1 축에 대해서 평행하게 되지 않고, 또한 상기 제2 축에 대해서 거의 평행하게 되는 제2 상태로 배치되고,
    상기 레이저 다이오드가, 상기 그레이팅에 대해서 S파를 제공하도록, 상기 레이저 다이오드 및 상기 그레이팅의 배치가 결정되고,
    상기 레이저 다이오드가 적어도 45㎽의 출력 파워를 구비하고, 적어도 45㎽ 이하의 출력 파워로 광을 출사하고 있는 경우에 킹크를 발생하지 않도록 구성되고,
    상기 레이저 다이오드의 발광면의 반사율이 3% 이하이고,
    상기 렌즈의 개구수가 0. 3 내지 0. 7이고,
    외부 공진기 길이가 10㎜ 내지 30㎜이며,
    상기 그레이팅의 1차 회절광의 반사율이 10% 내지 30%인 것을 특징으로 하는 외부 공진기형 반도체 레이저.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 레이저 다이오드가 청색 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 외부 공진기형 반도체 레이저.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 창 유리가 상기 제1 상태로 배치되고,
    상기 창 유리의 면과 상기 제2 축이 이루는 각도가 5°내지 12°인 것을 특징으로 하는 외부 공진기형 반도체 레이저.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 창 유리가 상기 제2 상태로 배치되고,
    상기 창 유리의 면과 상기 제1 축이 이루는 각도가 1°내지 1. 6°인 것을 특징으로 하는 외부 공진기형 반도체 레이저.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 레이저 다이오드는 킹크의 발생을 억지하기 위해서, 리지의 측면이 2층 구조의 절연막으로 매입되어 있고, 스트라이프 폭(W)이 1. 6㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 외부 공진기형 반도체 레이저.
  18. 제13항에 있어서,
    외부 공진기 길이가 10㎜ 내지 20㎜인 것을 특징으로 하는 외부 공진기형 반 도체 레이저.
KR1020067010268A 2003-12-03 2004-11-30 외부 공진기형 반도체 레이저 KR20060114699A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003404693A JP4085970B2 (ja) 2003-12-03 2003-12-03 外部共振器型半導体レーザ
JPJP-P-2003-00404693 2003-12-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20060114699A true KR20060114699A (ko) 2006-11-07

Family

ID=34650144

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020067010268A KR20060114699A (ko) 2003-12-03 2004-11-30 외부 공진기형 반도체 레이저

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7729400B2 (ko)
EP (1) EP1691458B1 (ko)
JP (1) JP4085970B2 (ko)
KR (1) KR20060114699A (ko)
CN (1) CN100479277C (ko)
WO (1) WO2005055380A1 (ko)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4085970B2 (ja) 2003-12-03 2008-05-14 ソニー株式会社 外部共振器型半導体レーザ
JP4461387B2 (ja) 2005-12-12 2010-05-12 ソニー株式会社 ホログラフィック記録媒体、ホログラフィック記録システム及びホログラフィック再生システム
JP2009231367A (ja) * 2008-03-19 2009-10-08 Sharp Corp 窒化物半導体レーザ素子および外部共振器型半導体レーザ装置
JP2010251686A (ja) * 2009-03-26 2010-11-04 Harison Toshiba Lighting Corp 発光装置及びその製造方法
JP2011151357A (ja) 2009-12-21 2011-08-04 Ricoh Co Ltd 光デバイス、光走査装置及び画像形成装置
US8242851B2 (en) * 2010-02-04 2012-08-14 Honeywell International Inc. Processes for stabilizing a VCSEL in a chip-scale atomic clock
GB201009428D0 (en) * 2010-06-07 2010-07-21 Univ Sussex The Tunable laser system
US20120057254A1 (en) * 2010-08-31 2012-03-08 Daylight Solutions, Inc. High stability reflective element mount
JP5710935B2 (ja) * 2010-10-26 2015-04-30 ソニー株式会社 半導体光増幅器組立体
TWI583991B (zh) * 2014-11-14 2017-05-21 華錦光電科技股份有限公司 繞射光學元件以及半導體雷射－繞射光學元件模組
US20170131560A1 (en) * 2014-11-14 2017-05-11 Ahead Optoelectronics, Inc. Diffractive optical element and laser diode-doe module
US10895753B2 (en) 2014-11-14 2021-01-19 Ahead Optoelectronics, Inc. Structured light generation device and diffractive optical element thereof
EP3093194B1 (en) 2015-04-24 2021-09-22 Ricoh Company, Ltd. Information provision device
JP2016213412A (ja) 2015-05-13 2016-12-15 株式会社リコー 光学装置及び光照射装置
CN106712700B (zh) * 2016-12-29 2019-05-28 武汉凹伟能源科技有限公司 大功率单色光电池器件及单色光电池装置
WO2022036085A1 (en) * 2020-08-14 2022-02-17 Agilent Technologies, Inc. Freeform collimator lens for angled facet laser devices
US20220212027A1 (en) * 2020-12-14 2022-07-07 Cutera, Inc. Dermatological laser systems and methods for treatment of tissue with poor chromophore selectivity
CN114400500B (zh) * 2021-12-28 2023-12-22 中国科学院光电技术研究所 一种激光外调制横模发生装置

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6092681A (ja) 1983-10-26 1985-05-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体レ−ザ装置
EP0240293B1 (en) * 1986-03-31 1992-10-28 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Frequency stabilized light source
JPS6290990A (ja) 1986-09-12 1987-04-25 Hitachi Ltd 半導体レ−ザ装置
US5524012A (en) * 1994-10-27 1996-06-04 New Focus, Inc. Tunable, multiple frequency laser diode
US5870417A (en) * 1996-12-20 1999-02-09 Sdl, Inc. Thermal compensators for waveguide DBR laser sources
US6314117B1 (en) * 1998-12-16 2001-11-06 Quan Photonics, Inc Laser diode package
JP3931545B2 (ja) * 2000-03-22 2007-06-20 住友電気工業株式会社 発光モジュール
JP3613200B2 (ja) 2000-09-01 2005-01-26 住友電気工業株式会社 光モジュール
JP4592914B2 (ja) 2000-10-19 2010-12-08 古河電気工業株式会社 保持部材付光ファイバ、半導体レーザモジュール及びラマン増幅器
JP2002299765A (ja) * 2001-04-03 2002-10-11 Sony Corp 半導体レーザ素子及びその作製方法
US7027469B2 (en) * 2001-11-30 2006-04-11 Optitune Plc Tunable filter
JP2003283036A (ja) 2001-12-27 2003-10-03 Furukawa Electric Co Ltd:The 半導体レーザモジュールおよびこれを用いたラマン増幅器
JP4085970B2 (ja) 2003-12-03 2008-05-14 ソニー株式会社 外部共振器型半導体レーザ

Also Published As

Publication number Publication date
CN100479277C (zh) 2009-04-15
WO2005055380A1 (ja) 2005-06-16
US20070064755A1 (en) 2007-03-22
EP1691458A1 (en) 2006-08-16
JP2005167008A (ja) 2005-06-23
EP1691458B1 (en) 2011-11-02
CN1890848A (zh) 2007-01-03
EP1691458A4 (en) 2007-09-05
US7729400B2 (en) 2010-06-01
JP4085970B2 (ja) 2008-05-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20060114699A (ko) 외부 공진기형 반도체 레이저
US5337328A (en) Semiconductor laser with broad-area intra-cavity angled grating
US8379686B2 (en) Two-dimensional photonic crystal surface-emitting laser light source
US7889776B2 (en) High-power semiconductor laser
US7447248B2 (en) Semiconductor laser element and semiconductor laser element array
US4935930A (en) Laser light source for generating beam collimated in at least one direction
US20080069173A1 (en) External cavity optoelectronic device
CN104885315A (zh) 激光发射装置和主振荡器功率放大器系统
US8355419B2 (en) Semiconductor optoelectronic device with improved beam quality
US6421363B1 (en) Semiconductor lasers and amplifiers with grating-induced anisotropic waveguide
EP1012933B1 (en) Laser device
US20060203873A1 (en) Semiconductor laser diode
US4993035A (en) High power semiconductor laser using optical integrated circuit
WO2002101895A2 (en) High power, high brightness wide area laser device
US7356061B2 (en) Multi-beam semiconductor laser
JP2021177528A (ja) レーザーダイオードバー、レーザーダイオードバーを用いた波長ビーム結合システム、及びレーザーダイオードバーの製造方法
WO2008103679A2 (en) Vertically emitting laser and method of making the same
US5442650A (en) Distributed talbot filter surface-emitting distributed feedback laser
Suhara et al. Broad-area and MOPA lasers with integrated grating components for beam shaping and novel functions
JP2008205409A (ja) 半導体レーザ，半導体レーザ・モジュールおよびラマン増幅器
JPH02214181A (ja) 半導体レーザ装置
JPS61263185A (ja) 半導体レ−ザアレイ装置
KR20040032104A (ko) 내부 미러를 가지는 레이저 다이오드
JPH01175280A (ja) 半導体レーザアレイ装置
JPS6393186A (ja) 半導体レ−ザアレイ装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application