JP4599836B2 - Semiconductor laser element - Google Patents
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Description
本発明は、発光領域となる活性層を含む積層構造の一部に帯状の電極狭窄構造(リッジ部)を有する半導体レーザ素子に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser device having a band-like electrode confinement structure (ridge portion) in a part of a laminated structure including an active layer serving as a light emitting region.
高出力半導体発光素子は、現在、光ディスク装置、レーザビームプリンタ、複写機などの情報端末機器に使用されているほか、固体レーザ励起用、加工用、医療用などにも使用されている。また、最大光出力が4kWという、従来では考えられないほど超高出力の半導体発光素子も市販されている。 High-power semiconductor light-emitting elements are currently used in information terminal devices such as optical disk devices, laser beam printers, and copiers, and are also used for solid-state laser excitation, processing, and medical use. In addition, a semiconductor light emitting device with a maximum light output of 4 kW, which is unthinkable in the past, is commercially available.
一般に、半導体発光素子の高出力化を図る最も容易な方法は、ブロードエリア化、つまり発光領域の幅を広げることである。このような発光領域の幅を広げた、いわゆるブロードエリア型半導体発光素子は、発光領域の狭い、通常のナローストライプ型半導体発光素子のストライプ幅(動作電流が狭窄されて通過する領域の幅)が数μmであるのに対して、ストライプ幅が数10μmないし数100μmとなっている。 In general, the easiest way to increase the output of a semiconductor light emitting device is to make it a broad area, that is, to widen the width of the light emitting region. The so-called broad area type semiconductor light emitting device having such a wide light emitting region has a narrow stripe width (the width of the region through which the operating current is narrowed and passed) of an ordinary narrow stripe type semiconductor light emitting device having a narrow light emitting region. The stripe width is several tens μm to several hundreds μm while it is several μm.
しかしながら、ブロードエリア化によって、(1)横モードの不安定化、(2)素子寿命の低下、(3)光学損傷(Catastrophic Optical Damage: COD)の発生、(4)熱的飽和の発生、など好ましくない問題も多々生じることが指摘されている。 However, due to the broad area, (1) instability of transverse mode, (2) reduction in device lifetime, (3) occurrence of optical damage (COD), (4) occurrence of thermal saturation, etc. It has been pointed out that there are many undesirable problems.
これらの問題は、いずれも光子密度の増加および注入キャリアの増加が原因となっており、例えば、光子密度の増加は、空間的ホールバーニング現象(誘導放出によってキャリアが消費され光強度の最大箇所のキャリア密度が周囲より小さくなること)を引き起こして横モードを不安定化する。また、注入キャリアの増加も、プラズマ効果により屈折率の低下を引き起こして横モードを不安定化する要因となっている。 Both of these problems are caused by an increase in photon density and an increase in injected carriers. For example, an increase in photon density is caused by a spatial hole burning phenomenon (carriers are consumed by stimulated emission and the maximum light intensity is increased). Cause the carrier mode to become smaller than the surroundings) and destabilize the transverse mode. Also, the increase in injected carriers is a factor that causes the refractive index to decrease due to the plasma effect and destabilizes the transverse mode.
そこで、従来では、(1)導波部の幅をキャリア拡散長(2〜3μm)以下にしてゲインを均一化する、(2)光スポット径を大きくして光子密度を減らす(具体的には活性層を薄くしてクラッド層への光しみ出しを増加させたり、活性層上下に光導波層を設けてスポット径を大きくする)、(3)プラズマ効果に対して十分な屈折率導波構造を作製する、などの対策がなされた半導体発光素子が提供されている。 Therefore, conventionally, (1) the width of the waveguide section is made equal to or less than the carrier diffusion length (2 to 3 μm), and the gain is made uniform. (2) The light spot diameter is increased to reduce the photon density (specifically, (3) A refractive index waveguide structure sufficient for the plasma effect, by thinning the active layer to increase the light seepage into the cladding layer, or by providing optical waveguide layers above and below the active layer to increase the spot diameter) Semiconductor light-emitting elements in which measures such as manufacturing are taken are provided.
しかしながら、このような対策がなされた高出力半導体発光素子は、固体レーザや気体レーザなどに比べ、高効率である、小型である、安価である、などの優れた特性を有している一方、ビーム特性が劣っているという大きな欠点を有している。図4は、これらの発光素子等の光出力(横軸)とビーム特性を表すM2(無単位)との関係を的確に表したものである。なお、図4においてAは従来の高出力半導体発光素子を表し、Bは炭酸ガスレーザを表し、Cは固体レーザを表す。ここで、ビーム特性を表すM2は、1に近いほど高品質であることを示している。すなわち、この高出力半導体発光素子Aでは、ナローストライプ構造を有する素子でも十分に対応できる低出力領域においてはM2が1に近く、ビーム特性は優れているが、高出力領域になるにつれて急激にM2が1から離れ、ビーム特性が悪化してしまう。 However, the high-power semiconductor light-emitting element in which such countermeasures have been taken has excellent characteristics such as high efficiency, small size, and low cost compared to solid-state lasers and gas lasers, It has a major drawback of inferior beam characteristics. FIG. 4 accurately represents the relationship between the light output (horizontal axis) of these light emitting elements and the like and M2 (no unit) representing the beam characteristics. In FIG. 4, A represents a conventional high-power semiconductor light emitting device, B represents a carbon dioxide laser, and C represents a solid-state laser. Here, M2 representing the beam characteristic indicates that the closer to 1, the higher the quality. That is, in this high-power semiconductor light emitting device A, M2 is close to 1 in a low-output region that can sufficiently cope with a device having a narrow stripe structure, and the beam characteristics are excellent. Becomes far from 1, and the beam characteristics deteriorate.
なお、非特許文献1、2には、本発明の半導体発光素子に類似するテーパ・ストライプ型半導体レーザ素子(Tapered stripe Laser Diode)が開示されている。このテーパ・ストライプ型半導体レーザ素子110は、図5に示したように、例えば、GaAs(ガリウム砒素)からなるn型基板112の面上にGaAsからなるn型バッファ層113、Alx Ga1-x As(アルミニウム・ガリウム砒素)(0<x<1)からなるn型クラッド層114、Aly Ga1-y As(0<y<1)からなるn型光ガイド層115、Alz Ga1-z As(0<z<1)からなる活性層116、Aly Ga1-y As(0<y<1)からなるp型光ガイド層117、Alx Ga1-x As(0<x<1)からなるp型クラッド層118、およびGaAsからなるp型キャップ層119が順次積層された構造を有している。この積層構造の表面からp型クラッド層118の中間位置に至る部分は、例えばRIE(Reactive Ion Etching) により選択的に除去され、帯状のリッジ部120aとなっている。リッジ部120aの表面にはp側電極152が設けられており、このp側電極152はテーパ形状を有し、活性層116内の一方の端面(出射側端面)の幅Wwが広く、他方の端面の幅Wnが狭くなっている。リッジ部120aの側面およびリッジ構造120の裾部120bの上部領域はSiO2 (二酸化ケイ素)からなる保護層121により埋め込まれている。n型基板112の裏面にはn側電極153が形成されている。
Non-Patent Documents 1 and 2 disclose a tapered stripe laser diode similar to the semiconductor light emitting device of the present invention. As shown in FIG. 5, the tapered stripe type
この半導体レーザ素子では、特に、Ln,Wn,Ww,Ψが構造パラメータとなり、光閉じ込め係数Γと共に、最適条件を見つけることにより、ビーム特性がよくなり、2W発振時に、例えばM2=2となる。
しかしながら、この半導体レーザ素子では、素子設計が複雑である、最適条件の設定が困難である、製造工程が複雑である、あるいは最適値の範囲が狭いなどの問題があった。 However, this semiconductor laser device has problems such as complicated device design, difficulty in setting optimum conditions, complicated manufacturing process, and narrow range of optimum values.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、ビーム特性の向上した半導体レーザ素子を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, its object is to provide a semiconductor laser device having an improved bi chromatography beam characteristics.
本発明による半導体レーザ素子は、少なくとも第1導電型のクラッド層、発光領域となる活性層および第2導電型のクラッド層をこの順に積層してなる積層構造を有する半導体レーザ素子であって、積層構造の表面から第2導電型のクラッド層の中間位置に至る部分に、活性層で生じた光の導波方向に沿って設けられた帯状のリッジ部と、リッジ部の表面に設けられると共に、その少なくとも一方の縁の形状が、導波方向に沿って周期的に変化する波形形状であることにより、導波方向に沿って幅の広い幅広部と幅の狭い幅狭部とを交互に有する第2導電型の電極と、第2導電型のクラッド層の一部によりリッジ部に連続して形成されると共に、その表面の形状が、導波方向に沿って電極の縁の形状と同一周期で周期的に変化する波形形状であることにより、導波方向に沿って層の厚みが大きな層厚部と層の厚みが小さな層薄部とを交互に有する裾部と、少なくともリッジ部の側面および裾部の表面を覆う絶縁層とを備え、導波方向の端に、裾部の層厚部および電極の幅広部がともに対応しているものである。 A semiconductor laser device according to the present invention is a semiconductor laser device having a stacked structure in which at least a first conductivity type cladding layer, an active layer serving as a light emitting region, and a second conductivity type cladding layer are stacked in this order. A band-shaped ridge portion provided along the waveguide direction of light generated in the active layer in a portion from the surface of the structure to the intermediate position of the cladding layer of the second conductivity type, and provided on the surface of the ridge portion, Since the shape of at least one of the edges is a wave shape that periodically changes along the waveguide direction, the wide and narrow portions that are wide along the waveguide direction are alternately arranged. a second conductivity type electrode, while being continuously formed in the ridge portion by a portion of the second conductivity type cladding layer, the shape of the surface of that, same as the edge shape of the electrodes along the waveguide direction With a waveform shape that changes periodically with period The Rukoto, a skirt thickness of the thickness of the layer along the waveguide direction is larger thickness portion and the layers have alternately a small thin layer portion, an insulating layer covering the surface of the sides and bottom portion of at least the ridge portion The layer thickness part of the bottom part and the wide part of the electrode correspond to the end in the waveguide direction.
本発明の半導体レーザ素子では、第2導電型の電極から注入されたキャリアは、活性層内の電極の形状とほぼ同一の領域にゲインをもたせ、活性化する。これにより発光が生じ、その光は活性層内部の活性領域を導波し、共振器端面で反射を繰り返しながら増幅され、一定以上に増幅されるとレーザ光として出射される。このとき、第2導電型の電極の縁の形状、および裾部の表面の形状がそれぞれ、直線的ではなく、ともに導波方向に沿って周期的に変化する波形形状であるため、電極形状および裾部形状それぞれにおいて、実効屈折率差(Δn)の大きなインデックスガイド的領域と実効屈折率差(Δn)の小さなゲインガイド的領域とが生じ、これら領域が相補的に働く。すなわち、活性領域にキャリアおよび光が効果的に閉じ込められ、導波する光は、活性領域内において、幅を広げたり狭くしたりしながら、フィラメントを発生させたり抑制したりしながら増幅され、その結果、横モードが安定化し、ビーム特性M2が1に近いレーザとして発光する。 In the semiconductor laser device of the present invention, carriers injected from the second conductivity type electrode are activated by giving a gain to a region substantially the same as the shape of the electrode in the active layer. As a result, light is emitted, and the light is guided through the active region inside the active layer, is amplified while being repeatedly reflected at the end face of the resonator, and is emitted as laser light when amplified to a certain level. At this time, the shape of the edge of the second conductivity type electrode, and each shape of the surface of the skirt, not straight, because the waveform shape together periodically varies along the waveguiding direction, the electrode shape and In each skirt shape, an index guide region having a large effective refractive index difference (Δn) and a gain guide region having a small effective refractive index difference (Δn) are generated, and these regions work complementarily. That is, carriers and light are effectively confined in the active region, and the guided light is amplified while generating or suppressing filaments while expanding or narrowing the width in the active region. As a result, the transverse mode is stabilized, and light is emitted as a laser having a beam characteristic M2 close to 1.
本発明の半導体レーザ素子によれば、リッジ部の表面の第2導電型の電極の少なくとも一方の縁の形状、および裾部の表面の形状がともに、導波方向に沿って周期的に変化する波形形状であるようにしたので、活性層における活性領域に光およびキャリアを効率よく閉じ込めることができ、発光するレーザの特性を制御可能なものとし、ビーム特性を向上させることができる。 According to the semiconductor laser device of the present invention, both the shape of the edge of the second conductivity type electrode on the surface of the ridge portion and the shape of the surface of the skirt portion periodically change along the waveguide direction. Since it has a corrugated shape, light and carriers can be efficiently confined in the active region in the active layer, the characteristics of the emitted laser can be controlled, and the beam characteristics can be improved.
特に、電極が幅の広い幅広部および幅の狭い幅狭部が周期的に変化する形状とし、幅広部を10μm以上とすることにより、注入するキャリアの量を増加させることができ、発光出力を高くすることができる。 In particular, when the electrode has a shape in which the wide wide portion and the narrow narrow portion change periodically, and the wide portion is 10 μm or more, the amount of injected carriers can be increased, and the light emission output can be increased. Can be high.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ素子の断面構造を表すものである。ここでは、一例として、GaAs系半導体レーザ素子について説明する。なお、同図において各構成要素は、本発明が理解できる程度の形状、大きさおよび配置関係を概略的に示したものであり、実寸とは異なっている。 FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention. Here, as an example, a GaAs semiconductor laser element will be described. In the figure, each component schematically shows the shape, size, and arrangement relationship to the extent that the present invention can be understood, and is different from the actual size.
この半導体レーザ素子10は、例えば、GaAsからなるn型基板12の上に、GaAsからなるn型バッファ層13、Alx Ga1-x As(0<x<1)からなるn型クラッド層14、Aly Ga1-y As(0<y<1)からなるn型光ガイド層15、Alz Ga1-z As(0<z<1)からなる活性層16、Aly Ga1-y As(0<y<1)からなるp型光ガイド層17、Alx Ga1-x As(0<x<1)からなるp型クラッド層18、およびGaAsからなるp型キャップ層19が順次積層された構造を有している。
The
n型バッファ層13、n型クラッド層14およびn型光ガイド層15には、ドーパントとしてn型不純物、例えば、Se(セレン)が添加されている。また、p型光ガイド層17、p型クラッド層18およびp型キャップ層19には、ドーパントとしてp型不純物、例えば、Zn(亜鉛)が添加されている。
An n-type impurity, for example, Se (selenium) is added as a dopant to the n-
各部の具体的な層厚および幅は、例えば、以下の通りである。n型バッファ層13の層厚は0.5μm、n型クラッド層14の層厚は1.5μm、n型光ガイド層15の層厚は0.04μm、活性層16の層厚は0.012μm、p型光ガイド層17の層厚は0.04μm、p型クラッド層18の層厚は1μm、p型キャップ層19の層厚は0.5μmおよびn型基板12の厚みは120μmである。
Specific layer thickness and width of each part are as follows, for example. The thickness of the n-
この積層構造の上部部分、すなわちp型クラッド層18およびp型キャップ層19は、リッジ部20aおよび裾部20bからなるリッジ構造20となっている。リッジ部20aは、p型キャップ層19の表面からp型クラッド層18の中間位置に至る部分を選択的に除去することにより形成されたもので、断面略台形状で、かつ活性層16で生じた光の導波方向に沿って帯状に延びる形状を有している。裾部20bは、p型クラッド層18の残りの下部領域により構成され、リッジ部20aと共に活性層16の上面全体を覆っている。リッジ部20aの側面および裾部20bの上面領域には例えばSiO2 (二酸化珪素)からなる保護層21が埋め込まれ、リッジ部20aと共に電流狭窄構造を形成している。リッジ部20aの表面には、例えばAu(金)/Pt(白金)/Ti(チタン)からなる一方の電極(p側電極52)が形成され、n型基板12の裏面には例えばAu/AuGe(金・ゲルマニウム)/Auからなる他方の電極(n側電極53)が形成されている。
The upper part of this laminated structure, that is, the p-
本実施の形態では、一方のp側電極52の幅、およびリッジ構造20の裾部20bを構成するp型クラッド層18の膜厚が、ともに導波方向に沿って変化することに特徴を有している。すなわち、p側電極52は、リッジ部20aの表面に沿って略帯状ではあるが、その両側の縁52aが導波方向に垂直な方向に揺らぐ形状、例えば、周期的で波形に変化する形状(波形形状)となっており、幅の広い幅広部52bと幅の狭い幅狭部52cとを交互に有するものとなっている。同様に、リッジ構造20の裾部20bの表面も、導波方向に沿って周期的に揺らぐ波形形状となっており、層の厚みが小さな層薄部20b1と層の厚みが大きな層厚部20b2とを交互に有するものとなる。
The present embodiment is characterized in that the width of one p-side electrode 52 and the thickness of the p-
このような構成により、活性層16では、p側電極52の形状に対応した領域が活性化され実質的のその部分で発光するが、そのうちp側電極52の幅広部52bに対応する領域は実効屈折率差(Δn)の小さなゲインガイド的な領域となり、一方、p側電極52の幅狭部52cに対応する領域は実効屈折率差(Δn)の大きなインデックス(屈折率)ガイド的な領域となる。
With such a configuration, in the
なお、p側電極52の縁52aの形状は、矩形であってもよいし、不定形であってもよいが、製造が容易であるので上記のような波形形状とすることが好ましい。また、p側電極52の縁52aの変化は周期的であることが望ましいが、非周期的な変化であってもよい。p側電極52の周期的な変化は、3回以上繰り返されることが好ましい。 Note that the shape of the edge 52a of the p-side electrode 52 may be rectangular or indefinite, but it is preferable to have the waveform shape as described above because it is easy to manufacture. Further, the change of the edge 52a of the p-side electrode 52 is desirably periodic, but may be a non-periodic change. The periodic change of the p-side electrode 52 is preferably repeated three or more times.
本実施の形態では、p側電極52の両側の縁52aの形状はp側電極52の中心線に対して線対称であるが、非対称であってもよい。但し、線対称とすることにより、幅広部52bと幅狭部52cとの幅の差を最も大きくすることができ、より効果的である。
In the present embodiment, the shape of the edges 52a on both sides of the p-side electrode 52 is axisymmetric with respect to the center line of the p-side electrode 52, but may be asymmetric. However, by using line symmetry, the width difference between the
p側電極52の幅広部52bの幅は、例えば注入するキャリアの量を増加させ、出力を高くする観点から、10μm以上が好ましく、60μm以上がより好ましい。一方、p側電極の幅狭部52cの幅は、例えば、活性層16における活性化領域のゲインを均一化し、フィラメントの発生を抑制して発光するレーザのビーム特性M2を1に近づける観点から、1μm以上10μm以下程度とすることが好ましい。
The width of the
また、p側電極52はその端52d、すなわち、活性層16の導波方向の端面(共振器端面)に対応する領域が幅広部52bとなっている。このように幅広部52bを共振器端面に対応させることにより、レーザ出力を高くし、ビーム特性M2を向上させることができる。
The p-side electrode 52 has an end 52d, that is, a region corresponding to the end surface (resonator end surface) of the
なお、p側電極52の縁52aは、ここでは両側が変化する形状としたが、片側のみが変化する態様としてもよい。 Here, the edge 52a of the p-side electrode 52 has a shape that changes on both sides here, but it may have a form in which only one side changes.
リッジ構造20の裾部20bは、導波方向に沿って、その表面が導波方向に垂直な方向に揺らぐ形状を有しているので、このとき、活性層16内部に形成されたp側電極52の形状とほぼ同一の領域が活性化領域となるが、裾部20bの層厚部20b2に対応する領域は実効屈折率差(Δn)の小さなゲインガイド的領域、また、裾部20bの層薄部20b1に対応する領域は実効屈折率差(Δn)の大きなインデックスガイド的領域となる。
The
なお、リッジ構造20の裾部20bの層厚d1が小さくなるにつれて、活性層内の実効屈折率差は大きくなり、ゲインガイド領域(Δn<0.001)〜弱いインデックスガイド領域(0.001<Δn<0.004)〜インデックスガイド領域(0.004<Δn)と、ガイディングが変化する。本実施の形態の半導体レーザ素子では、実効屈折率差は、1×10-4<Δn<5×10-3の範囲で変化させることができる。
As the layer thickness d1 of the
リッジ構造20の裾部20bの表面の形状も、周期的な波形に限らず、非周期的な波形でも、あるいは矩形でも、更には不定形であってもよいが、p側電極52の場合と同様に、周期的な波形が好ましい。また、活性層16における発光端面(すなわち、共振器端面)には、図1に示したように、この裾部20bの層厚部20b2が対応するように構成することが望ましい。レーザ出力を高くし、ビーム特性M2を向上させることができるからである。
The shape of the surface of the
本実施の形態の半導体レーザ素子10では、p側電極52の波形形状の周期的な変化の回数と、リッジ構造20の裾部20bの表面の波形形状の周期的な変化の回数とが同一であり、かつ、共振器端面にp側電極52の幅広部52bおよび裾部20bの層厚部20b2がともに対応して配置されている。すなわち、p側電極52の幅広部52bに対応して活性化される領域、および裾部20bの層厚部20b2に対応する領域が一致し、ゲインガイド的領域となり、また、p側電極52の幅狭部52cに対応して活性化される領域、および裾部20bの層薄部20b1に対応する領域が一致し、インデックスガイド的領域となる。
In the
次に、本実施の形態の半導体レーザ素子10の製造方法について説明する。
Next, a method for manufacturing the
図2に示したように、MOCVD(Metal Organic chemical Vapor Deposition :有機金属化学気相成長)法により、n型基板12の(100)面上に、n型バッファ層13、n型クラッド層14、n型光ガイド層15、活性層16、p型光ガイド層17、p型光クラッド層18およびp型キャップ層19を順次エピタキシャル成長させ、積層構造を作製する。このとき、ドーパントとして、n型バッファ層13、n型クラッド層14およびn型光ガイド層15には、n型不純物、例えばSe(セレン)を、また、p型光ガイド層17、p型クラッド層18およびp型キャップ層19には、p型不純物、例えばZn(亜鉛)を添加する。
As shown in FIG. 2, the n-
続いて、上記積層構造の上面に、光の導波方向、即ち共振器23方向に、写真触刻法により帯状のレジストマスク(図示せず)を形成する。次に、図3に示したように、このレジストマスクを用いて、例えばRIEにより、積層構造の表面からp型クラッド層18の中間位置に至るまでエッチングし、リッジ部20aおよび裾部20bを有するリッジ構造20を形成する。このとき、リッジ構造20の裾部20bが、光の導波方向に沿って、表面が光の導波方向に垂直な方向に揺らぐ形状となるようにエッチングし、そののちレジストマスクを除去する。
Subsequently, a strip-like resist mask (not shown) is formed on the upper surface of the laminated structure in the light guiding direction, that is, in the direction of the
次に、図1に示すように、リッジ構造20のリッジ部20aの側面および裾部20bの表面を覆うようにMOCVD法により、保護層21を堆積させる。続いて、リッジ構造20のリッジ部20aの表面に、例えばAu/Pt/Tiからなり上述のパターンを有するp側電極52を形成すると共に、基板12の裏面にAu/AuGe/Auからなるn側電極53を形成する。
Next, as shown in FIG. 1, a protective layer 21 is deposited by MOCVD so as to cover the side surface of the
このようにして形成された本実施の形態の半導体レーザ素子10においては、p側電極52から注入されたキャリアは、活性層16の内部のp側電極52の形状とほぼ同一の領域にゲインをもたせ、活性化する。これにより発生した光は活性層16内部の活性領域を導波し、共振器23で反射を繰り返しながら増幅され、一定以上に増幅されるとレーザとして出力される。
In the
本実施の形態では、p側電極52には幅広部52bおよび幅狭部52cが形成されているため、活性層16内の幅広部52bに対応する活性領域は、実効屈折率差(Δn)の小さなゲインガイド的領域、一方、p側電極52の幅狭部52cに対応する活性領域は、実効屈折率差(Δn)の大きなインデックスガイド的領域となっている。従って、活性層16内部の活性領域にキャリアおよび光が効果的に閉じ込められ、導波する光は、活性領域内において、幅を広げたり狭くしたりしながら、フィラメントを発生させたり抑制したりしながら増幅される。よって、横モードが安定化し、ビーム特性M2が1に近いレーザとして発光する。特に、p側電極52の幅広部52bを10μm以上にすると、注入するキャリアの量を増加させることができるため、高い出力のレーザが発光する。
In the present embodiment, since the
加えて、本実施の形態では、リッジ構造20の裾部20bにも、層厚部20b2および層薄部20b1が形成されており、活性層16内の活性領域の層厚部20b2に対応する領域は、実効屈折率差(Δn)の小さなゲインガイド的領域、層薄部20b1に対応する領域は、実効屈折率差(Δn)の大きなインデックスガイド的領域となっている。したがって、これら層厚部20b2および層薄部20b1によっても、上記p側電極52と同様に、活性層16内部の活性領域にキャリアおよび光が効果的に閉じ込められ、これによっても、横モードが安定化し、ビーム特性が向上する。
In addition, in the present embodiment, the layer thickness portion 20b2 and the layer thin portion 20b1 are also formed in the
更に、本実施の形態では、上述のように、p側電極52によるインデックスガイド的(ゲインガイド的)となる領域と、裾部20bのインデックスガイド的(ゲインガイド的)となる領域とが一致しているため、両者が相まってキャリアおよび光を活性層16内部の活性領域に対してより効果的に閉じ込めることができ、横モードがより安定化し、ビーム特性がさらに向上する。
Furthermore, in the present embodiment, as described above, the region that becomes index guide (gain guide) by the p-side electrode 52 and the region that becomes index guide (gain guide) of the
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、バッファ層、グラッド層、光ガイド層および活性層は、InGaAs/InGaAsP系、GaInNAs/GaAs系、GaInP/AlGaInP系、GaN/InGaN系などの材料により形成されていてもよい。また、エピタキシャル成長をさせる方法としては、ハライド気相成長法、分子線エピタキシー(Molecular Beam Epitaxy;MBE)法、スパッタリング、液相エピタキシ(LPE)法などを用いてもよい。また、エッチングプロセスとしては、ドライエッチング、ウェットエッチングまたはこれらの組み合わせであってもよい。 While the present invention has been described with reference to the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, the buffer layer, the grad layer, the light guide layer, and the active layer may be formed of materials such as InGaAs / InGaAsP, GaInNAs / GaAs, GaInP / AlGaInP, and GaN / InGaN. In addition, as a method of performing epitaxial growth, a halide vapor phase growth method, a molecular beam epitaxy (MBE) method, sputtering, a liquid phase epitaxy (LPE) method, or the like may be used. The etching process may be dry etching, wet etching, or a combination thereof.
本発明の半導体レーザ素子は、例えば固体レーザ励起用、加工用、医療用として用いることが可能である。
The semiconductor laser device of the present invention can be used for solid laser excitation, processing, and medical use, for example.
10…半導体レーザ素子、12、112…n型基板(GaAs)、13,113… n型バッファ層(GaAs)、14,114…n型クラッド層(Alx Ga1-x As)、15,115…n型光ガイド層(Aly Ga1-y As)、16,116…活性層(Alz Ga1-z As)、17,117…p型光ガイド層(Aly Ga1-y As)、18,118…p型クラッド層(Alx Ga1-x As)、19,119…p型キャップ層(GaAs)、20,120…リッジ構造、20a,120a…リッジ部、20b,120b…裾部、21、121…保護層(SiO2 )、23…共振器、52,152…p側電極、52a…縁、52b…幅広部、52c…幅狭部、52d…端、53,153…n側電極、110…テーパ・ストライプ型半導体レーザ素子
10 ... semiconductor laser device, 12, 112 ... n-type substrate (GaAs), 13,113 ... n-type buffer layer (GaAs), 14,114 ... n-type cladding layer (Al x Ga 1-x As ), 15,115 ... n-type optical guide layer (Al y Ga 1-y As ), 16,116 ... active layer (Al z Ga 1-z As ), 17,117 ... p -type optical guide layer (Al y Ga 1-y As ) 18, 118 ... p-type cladding layer (Al x Ga 1-x As), 19, 119 ... p-type cap layer (GaAs), 20, 120 ... ridge structure, 20a, 120a ... ridge part, 20b, 120b ... skirt parts, 21, 121 ... protective layer (
Claims (4)
前記積層構造の表面から前記第2導電型のクラッド層の中間位置に至る部分に、前記活性層で生じた光の導波方向に沿って設けられた帯状のリッジ部と、
前記リッジ部の表面に設けられると共に、その少なくとも一方の縁の形状が、前記導波方向に沿って周期的に変化する波形形状であることにより、前記導波方向に沿って幅の広い幅広部と幅の狭い幅狭部とを交互に有する第2導電型の電極と、
前記第2導電型のクラッド層の一部により前記リッジ部に連続して形成されると共に、その表面の形状が、前記導波方向に沿って前記電極の縁の形状と同一周期で周期的に変化する波形形状であることにより、前記導波方向に沿って層の厚みが大きな層厚部と層の厚みが小さな層薄部とを交互に有する裾部と、
少なくとも前記リッジ部の側面および裾部の表面を覆う絶縁層と
を備え、
前記導波方向の端に、前記裾部の層厚部および前記電極の幅広部がともに対応している
半導体レーザ素子。 A semiconductor laser device having a laminated structure in which at least a first conductivity type cladding layer, an active layer serving as a light emitting region, and a second conductivity type cladding layer are laminated in this order,
A band-shaped ridge portion provided along a waveguide direction of light generated in the active layer in a portion from the surface of the laminated structure to an intermediate position of the cladding layer of the second conductivity type;
A wide portion that is provided on the surface of the ridge portion and at least one edge of the ridge portion has a waveform shape that periodically changes along the waveguide direction. And second conductivity type electrodes having alternating narrow and narrow portions ,
Wherein together with the second being formed continuously with the ridge portion by a portion of the conductivity type of the cladding layer, the shape of the surface of its periodic shape the same period of the edge of the electrode along the guiding direction A skirt having alternating layer thickness portions with a large layer thickness and thin layer portions with a small layer thickness along the waveguide direction ,
An insulating layer covering at least the side surface of the ridge portion and the surface of the skirt portion , and
A semiconductor laser element in which a layer thickness portion of the skirt portion and a wide portion of the electrode correspond to an end in the waveguide direction .
請求項1記載の半導体レーザ素子。 Periodic variation of the waveform shape of the electrode is Ru repeated more than 3 times
The semiconductor laser device 請 Motomeko 1 wherein.
請求項1または請求項2記載の半導体レーザ素子。 The shape of both side edges of said electrodes Ru axisymmetrical der each other with respect to a center line of the electrode
請 Motomeko 1 or claim 2 The semiconductor laser device according.
請求項3記載の半導体レーザ素子。 Width of the narrow portion of the electrode is 1 to 10 [mu] m, the width of the wide portion is Ru der than 10μm
The semiconductor laser device 請 Motomeko 3 wherein.
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