JP7426255B2 - semiconductor laser equipment - Google Patents
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Description
本開示は、外部共振器型の半導体レーザ装置に関する。 The present disclosure relates to an external cavity type semiconductor laser device.
従来、レーザ加工用の光源として用いられる半導体レーザ装置がある。この種の半導体レーザ装置には、高い光出力が要求される。そこで、高い光出力を得るために、複数のレーザ光を1つの光路を通過するように纏める、つまり、複数のレーザ光を合波する方法がある(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, there is a semiconductor laser device used as a light source for laser processing. This type of semiconductor laser device is required to have high optical output. Therefore, in order to obtain high optical output, there is a method of combining a plurality of laser beams so that they pass through one optical path, that is, a method of multiplexing a plurality of laser beams (for example, see Patent Document 1).
また、従来、光出力を向上させるために、半導体レーザ素子が出射した光を当該半導体レーザ素子とハーフミラー等の光学系との間で共振させてレーザ光として出射する外部共振器型の半導体レーザ装置がある。 In addition, conventionally, in order to improve optical output, external cavity type semiconductor lasers emit light as laser light by causing the light emitted by a semiconductor laser element to resonate between the semiconductor laser element and an optical system such as a half mirror. There is a device.
ここで、ハーフミラー等の光学系を用いて複数の半導体レーザ素子との間で光を外部共振させて半導体レーザ装置からレーザ光を出射させるために、当該複数の半導体レーザ素子のそれぞれに投入される必要がある電流量は、複数の半導体レーザ素子が出射する光の波長に応じて異なる場合がある。当該複数の半導体素子のそれぞれにおける発振しきい値が異なるためである。複数の半導体レーザ素子のそれぞれに異なる電流量を投入するためには、当該複数の半導体レーザ素子のそれぞれに同じ電流量を投入する場合と比較して、構造が複雑になる。 Here, in order to emit laser light from the semiconductor laser device by externally resonating the light between the plurality of semiconductor laser elements using an optical system such as a half mirror, a light beam is input to each of the plurality of semiconductor laser elements. The amount of current that needs to be applied may vary depending on the wavelength of light emitted by the plurality of semiconductor laser elements. This is because each of the plurality of semiconductor elements has a different oscillation threshold. In order to supply different amounts of current to each of the plurality of semiconductor laser elements, the structure becomes more complicated than when the same amount of current is supplied to each of the plurality of semiconductor laser elements.
本開示は、複数の半導体レーザ素子を備える外部共振器型の半導体レーザ装置において、当該複数の半導体レーザ素子のそれぞれの発振しきい値を近づけることができる半導体レーザ装置を提供する。 The present disclosure provides an external cavity type semiconductor laser device including a plurality of semiconductor laser elements, in which the oscillation thresholds of the plurality of semiconductor laser elements can be brought close to each other.
本開示の一態様に係る半導体レーザ装置は、第1導電型半導体層、活性層、及び、第2導電型半導体層がこの順に積層された半導体レーザ素子を複数備える半導体レーザ装置であって、複数の前記半導体レーザ素子は、第1活性層に流す電流を狭窄するための第1ストライプ構造を有し、第1光を出射する第1半導体レーザ素子と、第2活性層に流す電流を狭窄するための第2ストライプ構造を有し、前記第1光よりも波長が長い第2光を出射する第2半導体レーザ素子と、を含み、前記半導体レーザ装置は、前記第1半導体レーザ素子との間で前記第1光を共振させ、且つ、前記第2半導体レーザ素子との間で前記第2光を共振させる外部共振器を備え、積層方向から見た場合に、前記第1半導体レーザ素子における前記第1光を出射する第1端面での前記第1ストライプ構造の幅である第1ストライプ幅は、前記第2半導体レーザ素子における前記第2光を出射する第2端面での前記第2ストライプ構造の幅である第2ストライプ幅よりも、小さい。 A semiconductor laser device according to one aspect of the present disclosure is a semiconductor laser device including a plurality of semiconductor laser elements in which a first conductivity type semiconductor layer, an active layer, and a second conductivity type semiconductor layer are stacked in this order. The semiconductor laser device has a first stripe structure for confining the current flowing through the first active layer, and constricts the current flowing through the first semiconductor laser device emitting the first light and the second active layer. a second semiconductor laser device having a second stripe structure for emitting second light having a longer wavelength than the first light; an external resonator for resonating the first light with the second semiconductor laser element and resonating the second light with the second semiconductor laser element; The first stripe width, which is the width of the first stripe structure on the first end surface that emits the first light, is the width of the second stripe structure on the second end surface that emits the second light in the second semiconductor laser element. The second stripe width is smaller than the second stripe width.
本開示によれば、複数の半導体レーザ素子を備える外部共振器型の半導体レーザ装置において、当該複数の半導体レーザ素子のそれぞれの発振しきい値を近づけることができる半導体レーザ装置を提供できる。 According to the present disclosure, in an external cavity type semiconductor laser device including a plurality of semiconductor laser elements, it is possible to provide a semiconductor laser device in which the oscillation thresholds of the plurality of semiconductor laser elements can be brought close to each other.
(本開示の基礎となった知見)
本開示に係る半導体レーザ装置は、例えば、レーザ加工用の光源として用いられる。
(Findings that formed the basis of this disclosure)
The semiconductor laser device according to the present disclosure is used, for example, as a light source for laser processing.
レーザ加工は、金属、樹脂、炭素繊維等の加工対象素材に対して、制御性よく、クリーンに溶接、切断、改質等をできる手段として注目されている。レーザ加工によれば、例えば、アーク放電に比べて小さなスポット溶接が可能な点、金型を使った切断に比べて切り屑の発生を抑制できる点等により、高品質な加工を実現できる。 Laser processing is attracting attention as a means of welding, cutting, modifying, etc. with good controllability and cleanliness on materials to be processed, such as metals, resins, and carbon fibers. Laser machining can achieve high-quality machining because, for example, it is possible to perform small spot welding compared to arc discharge, and the generation of chips can be suppressed compared to cutting using a mold.
このようなレーザ加工を行うレーザ加工機には、半導体レーザ装置から出射されるレーザ光を直接用いるDDL(Direct Diode Laser)方式が採用される場合がある。 A laser processing machine that performs such laser processing may employ a DDL (Direct Diode Laser) method that directly uses laser light emitted from a semiconductor laser device.
DDL方式は、(i)レーザ光を変換しないため高効率であり、(b)半導体レーザ装置が備える半導体レーザ素子に採用される材料が適切に選択されることで、波長が紫外から赤外までの任意のレーザ光で加工が可能である、という2つの特徴を有する。近年、DDL方式では、窒化物半導体(GaN、InGaN、AlGaN等)を用いた、波長が400nm帯のレーザ光を出射する半導体レーザ素子を備える半導体レーザ装置が、銅を高効率で加工できる点で特に注目されている。 The DDL method is (i) highly efficient because it does not convert the laser light, and (b) the wavelength ranges from ultraviolet to infrared by appropriately selecting the material used for the semiconductor laser element included in the semiconductor laser device. It has two characteristics: it can be processed with any laser beam. In recent years, in the DDL method, semiconductor laser devices equipped with semiconductor laser elements that use nitride semiconductors (GaN, InGaN, AlGaN, etc.) and emit laser light with a wavelength of 400 nm have gained popularity in that they can process copper with high efficiency. It is receiving particular attention.
一般に、半導体レーザ素子の発光部(活性層)であるエミッタの幅(例えば、リッジ部の幅)を広げることで、当該発光部に投入できる電力を増やすことができる。 Generally, by widening the width of the emitter (for example, the width of the ridge), which is the light emitting part (active layer) of a semiconductor laser element, it is possible to increase the power that can be input to the light emitting part.
これにより、半導体レーザ素子の出力(光出力)を上げることができる。 Thereby, the output (light output) of the semiconductor laser element can be increased.
しかしながら、半導体レーザ素子の発光効率は、30%~50%である。発光に寄与しない電力は、熱になってエミッタの温度を上昇させる。この温度上昇は、半導体レーザ素子に光出射による熱飽和を生じさせ、半導体レーザ素子の出力の向上に悪影響を及ぼす。 However, the luminous efficiency of semiconductor laser devices is between 30% and 50%. Electric power that does not contribute to light emission turns into heat and increases the temperature of the emitter. This temperature increase causes thermal saturation in the semiconductor laser device due to light emission, and has a negative effect on improving the output of the semiconductor laser device.
そこで、1つの基板上に複数のエミッタが形成されたアレイ構造(マルチエミッタともいう)を有する半導体レーザアレイがある。 Therefore, there is a semiconductor laser array having an array structure (also referred to as multi-emitter) in which a plurality of emitters are formed on one substrate.
半導体レーザアレイでは、各エミッタから出射された複数のレーザ光を加工用に用いるために、当該複数のレーザ光を1つのレーザ光に纏める必要がある。例えば、半導体レーザアレイにおける互いに異なる発光点から出射された複数のレーザ光は、1点で加工対象素材に照射される必要がある。そのため、例えば、複数のレーザ光の光軸が揃えられる必要がある。 In a semiconductor laser array, in order to use a plurality of laser beams emitted from each emitter for processing, it is necessary to combine the plurality of laser beams into one laser beam. For example, a plurality of laser beams emitted from different light emitting points in a semiconductor laser array need to be irradiated onto the workpiece at one point. Therefore, for example, the optical axes of the plurality of laser beams need to be aligned.
例えば、複数のレーザ光を1つの光軸に揃える(言い換えると、1つの光路を通過するように纏める)方法として、波長合成法がある。波長合成法は、半導体レーザアレイから出射された複数のレーザ光のそれぞれの光軸を同一の光軸を集める方法であり、ビーム品質が高い(例えば、加工対象素材において複数のレーザ光の光スポットの位置及び形状が揃いやすい)という特徴を有する。 For example, as a method of aligning a plurality of laser beams to one optical axis (in other words, combining them so that they pass through one optical path), there is a wavelength synthesis method. The wavelength synthesis method is a method of converging the optical axes of multiple laser beams emitted from a semiconductor laser array to the same optical axis, and the beam quality is high (for example, the optical spot of multiple laser beams on the material to be processed is It has the characteristic that the position and shape of the parts can be easily aligned.
ここで、波長合成法の原理について説明する。 Here, the principle of the wavelength synthesis method will be explained.
周期dを有する回折格子にN本のレーザ光が入射するとき、各レーザ光の波長をλiとし、回折格子に入射するレーザ光の入射角をθi、(i=1、2、・・・、N)とし、0を除く任意の整数をmとした場合、下記の式(1)を満たす。 When N laser beams are incident on a diffraction grating having a period d, the wavelength of each laser beam is λi, and the incident angle of the laser beams incident on the diffraction grating is θi, (i=1, 2,..., N), and when m is any integer other than 0, the following formula (1) is satisfied.
d×(sinθi+sinθ0)=mλi 式(1) d×(sinθi+sinθ0)=mλi Formula (1)
上記の式(1)が満たされれば、出射角θ0の方向にレーザ光が出射されることが、一般的な回折現象として導かれる。すなわち、ビーム品質を劣化させることなく、同軸上に(つまり、1つの光軸上に)複数のレーザ光を合成(合波)できる。 If the above equation (1) is satisfied, it follows that the laser beam is emitted in the direction of the emission angle θ0 as a general diffraction phenomenon. That is, multiple laser beams can be combined (combined) coaxially (that is, on one optical axis) without degrading beam quality.
このような波長合成法による半導体レーザ素子の比較例を説明する。 A comparative example of a semiconductor laser device using such a wavelength synthesis method will be described.
図1は、比較例に係る半導体レーザ素子を示す上面図である。 FIG. 1 is a top view showing a semiconductor laser device according to a comparative example.
なお、図1に示す比較例に係る半導体レーザ素子1010、1011、1012を有する半導体レーザアレイ1000は、GaN(Gallium Nitride)系半導体レーザ素子である。また、以下で説明する比較例は、半導体レーザアレイ1000と出力カプラ(ハーフミラー等の光学系)とで外部共振する、外部共振器型の波長合成法であるが、図1では、出力カプラの図示を省略している。
Note that the
外部共振を利用する波長合成法では、複数の半導体レーザ素子1010、1011、1012を整列させ(図1に示す比較例では、半導体レーザアレイ1000)、コリメータ光学系(コリメータレンズ)1060と回折格子を有する波長分散素子(不図示)とは、半導体レーザアレイ1000と出力カプラとの間に配置される。
In the wavelength synthesis method using external resonance, a plurality of
これにより、出力カプラで互いに波長が異なる複数の光が重畳される。出力カプラで重畳された一部の光は、出力カプラから半導体レーザアレイ1000に向かう方向へと反射され、往路と逆の経路(光路)を通過して半導体レーザアレイ1000へと帰還する。
As a result, a plurality of lights having different wavelengths are superimposed at the output coupler. A part of the light superimposed by the output coupler is reflected from the output coupler in the direction toward the
上記した特許文献1では、近赤外波長の砒化物半導体(GaAs(Gallium Arsenide)、AlGaAs(Aluminium Gallium Arsenide)、InGaAs(Indium Gallium Arsenide)等)を用い、且つ、DDL方式が採用された波長合成法によるシステムが提案されている。特許文献1に開示されたシステムのように、多数のエミッタそれぞれからの光を合波する際には、各エミッタから均一に且つ高い出力の光を出射させることが重要である。特許文献1で開示された構成では、出力カプラに入射された光の一部は、出力カプラから半導体レーザ素子に向かう方向、具体的には、光学系を往路と逆の経路で半導体レーザ素子へと帰還する、このような光は、コリメータ光学系で集光されて半導体レーザ素子の端面に照射される。 In Patent Document 1 mentioned above, an arsenide semiconductor (GaAs (Gallium Arsenide), AlGaAs (Aluminum Gallium Arsenide), InGaAs (Indium Gallium Arsenide), etc.) having a near-infrared wavelength is used, and a DDL method is adopted. wavelength synthesis A legal system is proposed. When multiplexing light from a large number of emitters as in the system disclosed in Patent Document 1, it is important to emit uniform and high-output light from each emitter. In the configuration disclosed in Patent Document 1, a part of the light incident on the output coupler is directed from the output coupler to the semiconductor laser element, specifically, through the optical system in the opposite direction to the semiconductor laser element. This returning light is focused by a collimator optical system and irradiated onto the end face of the semiconductor laser element.
ここで、コリメータ光学系が同一であっても、帰還する光の波長が波長分散光学系(回折格子)で選択された異なる波長であるため、コリメータレンズから半導体レーザ素子の端面に照射される光は、異なる焦点深度を有する。 Here, even if the collimator optical system is the same, the wavelength of the returning light is a different wavelength selected by the wavelength dispersion optical system (diffraction grating), so the light irradiated from the collimator lens to the end face of the semiconductor laser element have different depths of focus.
例えば、図1に示すように、出力カプラで反射された光1040は、半導体レーザ素子1010に入射される。また、出力カプラで反射された光1041は、半導体レーザ素子1011に入射される。出力カプラで反射された光1042は、半導体レーザ素子1012に入射される。光1040、1041、1042は、例えば、波長分散素子によって、互いに異なる波長の光となっている。ここで、図1に示すように、光1040、1041、1042の波長によって、半導体レーザ素子1010、1011、1012の端面における光の広がり幅が異なるため、半導体レーザ素子1010、1011、1012のそれぞれの導波路1030、1031、1032内の導波モードへと結合する光の割合が半導体レーザ素子1010、1011、1012ごとに異なってしまう。
For example, as shown in FIG. 1, light 1040 reflected by an output coupler is incident on a
また、ある波長で発振する半導体レーザ素子へと帰還する光の幅を導波モードへの結合効率が高くなるように設計しても、別の波長で発振する半導体レーザ素子においては、結合効率が高くなるレーザ光の適切な幅が異なるため、結合効率が高くならない。 Furthermore, even if the width of the light returning to a semiconductor laser device that oscillates at a certain wavelength is designed to increase the coupling efficiency to the waveguide mode, the coupling efficiency will be low for a semiconductor laser device that oscillates at a different wavelength. Since the appropriate width of the laser beam to be increased differs, the coupling efficiency cannot be increased.
本願発明者らは、鋭意検討した結果、半導体レーザ素子の導波路のサイズを出射する光の波長に応じて適切に設定することで、導波路における導波モードの結合効率を、当該光の波長によらず大きく保つことができることを見出した。また、本願発明者らは、鋭意検討した結果、半導体レーザ素子に投入される電流を狭窄するためのストライプ構造のサイズを適切に設定することで、発振しきい値を調整できることを見出した。 As a result of intensive studies, the inventors of the present application have determined that by appropriately setting the size of the waveguide of a semiconductor laser device according to the wavelength of the emitted light, the coupling efficiency of the waveguide mode in the waveguide can be increased by the wavelength of the light. It has been found that it is possible to maintain a large size regardless of the Further, as a result of extensive studies, the inventors of the present invention have found that the oscillation threshold can be adjusted by appropriately setting the size of the stripe structure for confining the current applied to the semiconductor laser element.
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、及び、構成要素の配置位置や接続形態などは、一例であって本開示を限定する主旨ではない。 Embodiments of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. Note that the embodiments described below each represent a specific example of the present disclosure. Therefore, the numerical values, shapes, materials, components, arrangement positions and connection forms of the components shown in the following embodiments are merely examples and do not limit the present disclosure.
また、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、各図において縮尺等は必ずしも一致していない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。 Furthermore, each figure is a schematic diagram and is not necessarily strictly illustrated. Therefore, the scale etc. in each figure are not necessarily the same. In addition, in each figure, the same code|symbol is attached to the substantially the same structure, and the overlapping description is omitted or simplified.
また、本明細書において、「上方」及び「下方」という用語は、絶対的な空間認識における上方向(鉛直上方)及び下方向(鉛直下方)を指すものではなく、積層構成における積層順を基に相対的な位置関係により規定される用語として用いる。また、「上方」及び「下方」という用語は、2つの構成要素が互いに間隔をあけて配置されて2つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、2つの構成要素が互いに接する状態で配置される場合にも適用される。 Furthermore, in this specification, the terms "upper" and "lower" do not refer to the upper direction (vertically upward) or the lower direction (vertically downward) in absolute spatial recognition, but are based on the stacking order in the stacked structure. Used as a term defined by the relative positional relationship. Additionally, the terms "above" and "below" are used not only when two components are spaced apart and there is another component between them; This also applies when they are placed in contact with each other.
また、本明細書において、X軸、Y軸及びZ軸は、三次元直交座標系の三軸を示している。各実施の形態では、Z軸方向を鉛直方向とし、Z軸に垂直な方向(XY平面に平行な方向)を水平方向としている。また、本明細書において、Z軸正方向を上方と記載し、Z軸負方向を下方と記載する場合がある。また、本明細書において、半導体レーザ素子が光を出射する向きをY軸正方向として記載する場合がある。 Furthermore, in this specification, the X-axis, Y-axis, and Z-axis indicate three axes of a three-dimensional orthogonal coordinate system. In each embodiment, the Z-axis direction is the vertical direction, and the direction perpendicular to the Z-axis (direction parallel to the XY plane) is the horizontal direction. Further, in this specification, the positive Z-axis direction may be referred to as upward, and the negative direction of the Z-axis may be referred to as downward. Further, in this specification, the direction in which the semiconductor laser element emits light may be described as the Y-axis positive direction.
また、本明細書において、寸法等について記載されている数値は、完全に当該数値であることを意味するだけでなく、数%程度、例えば、5%の差異を含むことを意味する。 Further, in this specification, the numerical values described for dimensions etc. do not only mean the exact numerical values, but also mean that they include a difference of about several percent, for example, 5%.
(実施の形態)
[半導体レーザ装置の構成]
図2は、実施の形態に係る半導体レーザ装置を示す上面図である。
(Embodiment)
[Configuration of semiconductor laser device]
FIG. 2 is a top view showing the semiconductor laser device according to the embodiment.
半導体レーザ装置100は、レーザ光を出力する光源である。レーザ光は、例えば、400nm~450nm程度の波長であり、複数のレーザ光が合波されて1つの光路で(例えば、複数のレーザ光の光軸が揃えられて)半導体レーザ装置100から出射される。
The
半導体レーザ装置100は、複数の半導体レーザアレイ200、201、202と、コリメータ光学系(コリメータレンズ)260、261、262と、合波器(波長分散素子)270と、外部共振器(ハーフミラー)280と、を備える。
The
複数の半導体レーザアレイ200、201、202は、それぞれ、複数の光(レーザ光)を出射する半導体レーザ光源である。複数の半導体レーザアレイ200、201、202は、それぞれ、1つの発光点を有する、つまり、1本のレーザ光を出射する半導体レーザ素子を複数備える。複数の半導体レーザアレイ200、201、202は、それぞれ、このような複数の半導体レーザ素子が一体に形成された半導体レーザアレイである。
Each of the plurality of
コリメータ光学系260、261、262は、それぞれ、半導体レーザアレイから出射されたレーザ光をコリメートするコリメータレンズである。コリメータ光学系260、261、262は、それぞれ、例えば、速軸コリメータレンズ(FAC/Fast Axis Collimator)と、遅軸コリメータレンズ(SAC/Slow Axis Collimator)とを備える。
Collimator
合波器270は、半導体レーザアレイ200、201、202のそれぞれから出射されたレーザ光を合波して出射する光学系である。本実施の形態では、合波器270は、波長分散素子を有する。
The
波長分散素子は、回折格子を有する光学系である。波長分散素子は、入射された光の波長に応じた角度で光を反射させる。そのため、波長分散素子によれば、波長の異なる複数のレーザ光を1本のレーザ光として出射できる。また、波長分散素子によれば、複数の波長の光を含む1本のレーザ光を波長ごとに異なる角度で出射できる。 A wavelength dispersive element is an optical system having a diffraction grating. A wavelength dispersion element reflects light at an angle corresponding to the wavelength of the incident light. Therefore, the wavelength dispersion element can emit a plurality of laser beams with different wavelengths as one laser beam. Moreover, according to the wavelength dispersion element, one laser beam containing light of a plurality of wavelengths can be emitted at different angles for each wavelength.
なお、本実施の形態では、反射型の波長分散素子を例示しているが、透過型の波長分散素子でもよい。 Note that in this embodiment, a reflection type wavelength dispersion element is illustrated, but a transmission type wavelength dispersion element may also be used.
外部共振器280は、入射したレーザ光の一部を透過し、他部を反射するハーフミラーである。外部共振器280で反射されたレーザ光は、合波器270及びコリメータ光学系260を介して半導体レーザアレイ200、201、202に戻る。半導体レーザアレイ200、201、202に戻ったレーザ光は、半導体レーザアレイ200、201、202の内部(より具体的には、導波路)を通過して、半導体レーザアレイ200、201、202の反射面(レーザ光を出射する出射端面と反対側の面)で反射される。反射されたレーザ光は、半導体レーザアレイ200、201、202の内部(より具体的には、導波路)を通過して、半導体レーザアレイ200、201、202の出射端面から出射される。
The
このように、半導体レーザアレイ200、201、202の反射面と、外部共振器280との間で共振されたレーザ光が半導体レーザ装置100から出射される。
In this way, laser light resonated between the reflective surfaces of the
[半導体レーザ素子の構成]
続いて、図2~図4を参照しながら、実施の形態に係る半導体レーザ素子の構成について説明する。なお、半導体レーザ装置100が備える半導体レーザアレイ200、201、202の構造は、後述するストライプ幅以外は実質的に同じであるため、半導体レーザアレイ200の構造について詳細に説明する。
[Structure of semiconductor laser device]
Next, the configuration of the semiconductor laser device according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 4. Note that the structures of the
半導体レーザ装置100は、第1導電型半導体層と、活性層と、第1導電型とは異なる第2導電型半導体層とがこの順に積層された半導体レーザ素子を複数備える。本実施の形態では、半導体レーザ装置100が備える複数の半導体レーザ素子は、半導体レーザ素子(第1半導体レーザ素子)10と、半導体レーザ素子(第2半導体レーザ素子)11と、半導体レーザ素子(第3半導体レーザ素子)12と、を含む。また、本実施の形態では、半導体レーザ装置100は、複数の半導体レーザ素子が一体に形成された半導体レーザアレイを備える。具体的には、半導体レーザ装置100は、半導体レーザ素子10と、半導体レーザ素子11と、半導体レーザ素子12とが一体に形成された半導体レーザアレイ200を備える。なお、半導体レーザアレイ200が備える半導体レーザ素子の数は、複数であればよく、特に限定されない。
The
図3は、実施の形態に係る半導体レーザ素子を示す上面図である。 FIG. 3 is a top view showing the semiconductor laser device according to the embodiment.
半導体レーザアレイ200が有する複数の半導体レーザ素子10、11、12は、それぞれ、第1導電型半導体層と、活性層と、第2導電型半導体層と、リッジ部(ストライプ構造)と、を備える。具体的には、半導体レーザ素子10は、第1導電型半導体層と、活性層(第1活性層)103と、第2導電型半導体層と、リッジ部(第1ストライプ構造)10Rと、を備える。また、半導体レーザ素子11は、第1導電型半導体層と、第2活性層103a(図4参照)と、第2導電型半導体層と、リッジ部(第2ストライプ構造)11Rと、を備える。また、半導体レーザ素子12は、第1導電型半導体層と、第3活性層103b(図4参照)と、第2導電型半導体層と、リッジ部12Rと、を備える。本実施の形態では、半導体レーザ素子10、11、12のそれぞれの第1導電型半導体層、活性層、第2導電型半導体層は、それぞれ一体に(1つの層として)形成されている。
The plurality of
リッジ部10R、11R、12Rは、それぞれ、半導体レーザ素子10、11、12がそれぞれ有する活性層に流れる電流を狭窄するために半導体レーザ素子10、11、12に形成された狭窄部である。リッジ部10R、11R、12Rは、光の出射方向(本実施の形態では、Y軸方向)に延在している。リッジ部10R、11R、12Rの下方には、導波路が形成されており、当該導波路を導波して出射端面240から光が出射される。導波路は、第1導電型半導体層と、活性層と、第2導電型半導体層とによって形成される光の導波部である。
The
具体的には、半導体レーザ素子10は、第1活性層103に流す電流を狭窄するためのリッジ部10Rを有し、第1光(光400)を出射する。また、半導体レーザ素子11は、第2活性層103aに流す電流を狭窄するためのリッジ部11Rを有し、光400とは波長が異なる第2光(光401)を出射する。また、半導体レーザ素子12は、第3活性層103bに流す電流を狭窄するためのリッジ部12Rを有し、光400、401とは波長が異なる第3光(光402)を出射する。
Specifically, the
コリメータ光学系260は、半導体レーザ素子10、11、12のそれぞれから出射された光400、401、402をそれぞれコリメートして合波器270に出射する。具体的に例えば、コリメータ光学系は、半導体レーザ素子10、半導体レーザ素子11、及び、半導体レーザ素子12と、外部共振器280との間に、光400、401、402のそれぞれをコリメートするコリメータレンズである。また、本実施の形態では、半導体レーザ素子10における光400を出射する第1端面と、半導体レーザ素子11における光401を出射する第2端面と、半導体レーザ素子12における光402を出射する第3端面とは、同じ端面(出射端面240)である。本実施の形態では、第1端面とコリメータ光学系260との距離と、第2端面とコリメータ光学系260との距離と、第3端面とコリメータ光学系260との距離とは、等しく距離L10である。また、コリメータ光学系260は、外部共振器280で反射されて且つ合波器270で分波されることで入射された光(帰還光)を半導体レーザ素子10、11、12のそれぞれに集光して出射する。
The collimator
本実施の形態では、コリメータ光学系260は、半導体レーザ素子10から出射された光400をコリメートするレンズ部と、半導体レーザ素子11から出射された光401をコリメートするレンズ部と、半導体レーザ素子12から出射された光402をコリメートするレンズ部と、が一体に形成されているが、別体に形成されていてもよい。本実施の形態では、各レンズ部は、同じ材料で同じ形状(例えば、レンズ面が同じ曲率)に形成されている。
In this embodiment, the collimator
合波器270は、コリメータ光学系260から出射された光400、401、402を合波して外部共振器280に出射する。本実施の形態では、合波器270は、光400、401、402を合波して出射する回折格子を有する波長分散素子を有する。また、合波器270は、外部共振器280で反射されることで入射された光を分波してコリメータ光学系260に出射する。
The
外部共振器280は、合波器270を介して半導体レーザ素子10との間で光400を共振させ、合波器270を介して半導体レーザ素子11との間で光401を共振させ、且つ、合波器270を介して半導体レーザ素子12との間で光402を共振させる。本実施の形態では、外部共振器280は、光400、401、402のそれぞれの一部を透過し、且つ、他部を反射するハーフミラーである。
The
また、図2に示す外部共振器280で反射された光は、出射端面240から入射して当該導波路を導波して反射端面250で反射されて、さらに、当該導波路を導波して出射端面240から出射される。例えば、半導体レーザ素子10と、半導体レーザ素子11と、半導体レーザ素子12とでは、異なる波長の光が入射及び出射される。具体的には、半導体レーザ素子10で入射及び出射される光400と、半導体レーザ素子11で入射及び出射される光401と、半導体レーザ素子12で入射及び出射される光402とでは、波長が異なる。
Furthermore, the light reflected by the
そのため、同じコリメータ光学系260を用い、且つ、コリメータ光学系260と出射端面240との距離が同じである場合、半導体レーザ素子10と、半導体レーザ素子11と、半導体レーザ素子12とでは、出射端面240において、光400と、光401と、光402とのスポット径が異なる。
Therefore, when the same collimator
また、リッジ部10Rと、リッジ部11Rと、リッジ部12Rとは、幅(本実施の形態では、X軸方向の長さ)が互いに異なる。例えば、リッジ部10R、11R、12Rの幅は、それぞれ、光400、401、402の出射端面240におけるスポット径に応じたサイズとなっている。具体的には、積層方向から見た場合(本実施の形態では、Z軸正方向側から半導体レーザアレイ200を見た場合)に、半導体レーザ素子10における光400を出射する第1端面でのリッジ部10Rの幅であるストライプ幅(幅L0)と、半導体レーザ素子11における光401を出射する第2端面でのリッジ部11Rの幅である第2ストライプ幅(幅L1)と、半導体レーザ素子12における光402を出射する端面でのリッジ部12Rの幅である第3ストライプ幅(幅L2)とは、互いに異なる。なお、本実施の形態では、ここでの幅とは、X軸方向の長さである。
Further, the
また、半導体レーザアレイ200が備える半導体レーザ素子10、11、12におけるリッジ部10R、11R、12Rは、出射する波長が短い方が、幅が小さい。本実施の形態では、光401は、光400よりも波長が長い。また、光402は、光401よりも波長が長い。本実施の形態では、例えば、光400と光401とは、波長が0.1~0.3nm程度離れている。光401と光402とは、波長が0.1~0.3nm程度離れている。光400と、光401と、光402とのそれぞれの波長の差は、特に限定されない。
Furthermore, the width of the
また、積層方向からに見た場合に、出射端面240での幅L0は、出射端面240での幅L1よりも、小さい。また、積層方向からに見た場合に、出射端面240での幅L1は、出射端面240での幅L2よりも、小さい。
Furthermore, when viewed from the stacking direction, the width L0 at the
なお、本実施の形態では、積層方向から見た場合に、リッジ部10R、11R、12Rは、それぞれ、半導体レーザ素子10、11、12のそれぞれの光400、401、402の出射方向(本実施の形態では、Y軸方向)に幅L0、L1、L2でそれぞれ一様に延在している。例えば、リッジ部R10は、半導体レーザ素子10における光400の出射方向に幅L0で一様に延在している。また、例えば、リッジ部11Rは、半導体レーザ素子11における光401の出射方向に幅L1で一様に延在している。また、例えば、リッジ部12Rは、半導体レーザ素子12における光402の出射方向に幅L2で一様に延在している。
Note that in this embodiment, when viewed from the stacking direction, the
図4は、実施の形態に係る半導体レーザ素子を示す断面図である。具体的には、図4には、図3のIV-IV線における、実施の形態に係る半導体レーザ素子を複数有する半導体レーザ素子アレイ200の断面を示している。なお、半導体レーザ素子10、11、12は、それぞれ導波路10L、11L、12Lを有し、リッジ部10R、11R、12Rの幅L0、L1、L2以外については、同様の層構造を有する。そのため、以下では、半導体レーザ素子10の構造について詳細に説明する。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser device according to an embodiment. Specifically, FIG. 4 shows a cross section of a semiconductor
半導体レーザ素子10は、共振器を形成する光出射側端面(図3に示す出射端面240)及び光反射側端面(図3に示す反射端面250)を有するレーザ素子である。
The
半導体レーザ素子10は、基板101と、積層構造体と、第2導電側電極107と、パッド電極108と、第1導電側電極109と、を備える。当該積層構造体は、第1導電型半導体層である第1導電型クラッド層102、活性層(第1活性層)103、及び、第2導電型半導体層である第2導電型クラッド層104を含む。本実施の形態では、当該積層構造体は、コンタクト層105と、絶縁層106と、をさらに含む。当該積層構造体の一方側の端面と他方側の端面との間に導波路10Lが形成される。当該積層構造体の一方側の端面(例えば、出射端面240)には光出射側端面コート膜(不図示)が配置され、他方側の端面(例えば、反射端面250)には光反射側端面コート膜(不図示)が配置される。
The
これにより、当該積層構造体の一方側の端面は、光出射側端面となり、他方側の端面は、光反射側の端面となる。 As a result, one end face of the laminated structure becomes a light-emitting side end face, and the other end face becomes a light-reflecting side end face.
基板101は、半導体レーザ素子10の基材である。本実施の形態では、基板101は、GaN単結晶基板である。基板101は、GaN単結晶基板に限定されず、窒化物半導体層を積層し得る基板であればよい。例えば、基板101は、SiC基板、サファイア基板等であってもよい。
The
第1導電型クラッド層102は、基板101の上方に配置される第1導電型の半導体からなるクラッド層である。本実施の形態では、第1導電型クラッド層102は、Siがドープされ、3μmの膜厚を有するn型のAlxGa1-xN(x=0.03)層である。例えば、第1導電型クラッド層102におけるSi濃度は、1×1017cm-3である。
The first conductivity
活性層103は、第1導電型クラッド層102の上方に配置され、Inを含む窒化物半導体からなる発光層である。本実施の形態では、活性層103は、5nmの膜厚を有し、InxGa1-xNからなる井戸層と、10nmの膜厚を有し、GaNからなる障壁層とが交互に2層ずつ積層された量子井戸活性層を含む。
The
なお、活性層103の構成は、これに限定されない。活性層103は、量子井戸活性層の上方及び下方の少なくとも一方に形成されたガイド層を含んでもよい。
Note that the configuration of the
第2導電型クラッド層104は、活性層103の上方に配置され、第2導電型の窒化物半導体からなるクラッド層である。本実施の形態では、第2導電型クラッド層104は、Mgがドープされたp型のAlGaN/GaN超格子層を含む。例えば、第2導電型クラッド層104におけるMg濃度は、1×1019cm-3である。また、例えば、AlGaN/GaN超格子層は、Alの平均組成比が3%であり、3nmの膜厚を有するAlGaN層と、3nmの膜厚を有するGaN層とが交互にそれぞれ100層積層された層である。
The second conductivity
コンタクト層105は、第2導電型クラッド層104の上方に配置され、第2導電型の窒化物半導体からなる層である。本実施の形態では、コンタクト層105は、Mgがドープされ、5nmの膜厚を有するGaN層である。例えば、コンタクト層105におけるMg濃度は1×1020cm-3である。
The
なお、例えば、第1導電型は、n型であり、第2導電型は、p型である。もちろん、第1導電型が、p型であり、第2導電型が、n型でもよい。 Note that, for example, the first conductivity type is n-type, and the second conductivity type is p-type. Of course, the first conductivity type may be the p-type and the second conductivity type may be the n-type.
絶縁層106は、第2導電型クラッド層104の上方に配置される絶縁材料からなる層である。本実施の形態では、絶縁層106は、コンタクト層105の側面及び第2導電型クラッド層104の上面に配置され、200nmの膜厚を有するSiO2からなる層である。
The insulating
第2導電側電極107は、コンタクト層105の上方に配置される導電材料からなる層である。第2導電側電極107は、コンタクト層105と接触する。本実施の形態では、第2導電側電極107は、コンタクト層105側から順にPd及びPtが積層された積層膜である。
The second
なお、第2導電側電極107の構成はこれに限定されない。第2導電側電極107は、例えば、Cr、Ti、Ni、Pd、Pt及びAuの少なくとも一つで形成された単層膜又は多層膜であってもよい。本実施の形態では、第2導電側電極107の幅は、30μmである。ここで、第2導電側電極107の幅とは、基板101の主面(Z軸正方向側の面)に平行で、半導体レーザ素子10の共振方向に垂直な方向における第2導電側電極107の寸法のことを意味する。
Note that the configuration of the second
なお、第2導電側電極107の幅は30μmに限定されず、10μm以上150μm以下であればよい。また、第2導電側電極107は、絶縁層106上にも形成されてもよい。
Note that the width of the second
パッド電極108は、第2導電側電極107の上方に配置されたパッド状の電極である。本実施の形態では、パッド電極108は、第2導電側電極107側から順にTi及びAuが積層された積層膜である。
The
なお、パッド電極108の構成はこれに限定されない。パッド電極108は、例えば、Ti及びAu、Ti、Pt及びAu、Ni及びAu等の積層膜であってもよい。
Note that the configuration of the
第1導電側電極109は、基板101の下方に配置される電極である。本実施の形態では、第1導電側電極109は、基板101側から順にTi、Pt及びAuが積層された積層膜である。
The first
なお、第1導電側電極109の構成はこれに限定されない。第1導電側電極109は、例えば、Ti及びAu、Ti、Pt及びAu等の積層膜であってもよい。
Note that the configuration of the first
また、半導体レーザ素子10は、リッジ部10R、及び、導波路10Lを有する。
Further, the
リッジ部10Rは、活性層103に流れる電流を狭窄するために半導体レーザ素子10に形成された狭窄部である。リッジ部10Rは、例えば、第2導電型クラッド層104の一部である。リッジ部10Rは、Y軸方向に延在している。
The
導波路10Lは、半導体レーザ素子10の内部で光が導波する部分である。導波路10Lは、例えば、第1導電型クラッド層102の一部と、活性層103の一部と、第2導電型クラッド層104の一部とからなる。リッジ部10Rによって活性層103に流れる電流が狭窄されることにより、活性層103において光が生成される位置が決まる。そのため、断面視した場合(例えば、図4の断面を見た場合)、例えば、リッジ部10Rの幅(Y軸方向の長さ)は、導波路の10Lの幅(Y軸方向の長さ)と略同一となる。また、半導体レーザ素子10から出射される光400の発光点(出射端面240における光出射部分)のX軸方向の幅は、導波路10LのX軸方向の幅、及び、リッジ部10Rの幅L0と、凡そ同じになる。
The
なお、上記したように、半導体レーザ装置100が備える半導体レーザアレイ201、202の構造は、半導体レーザアレイ200とストライプ幅以外は実質的に同じである。例えば、半導体レーザアレイ201は、半導体レーザアレイ200が備える複数のリッジ部とストライプ幅が異なり、且つ、互いにストライプ幅が異なる複数のリッジ部を備える。また、例えば、半導体レーザアレイ202は、半導体レーザアレイ200、201が備える複数のリッジ部とストライプ幅が異なり、且つ、互いにストライプ幅が異なる複数のリッジ部を備える。
Note that, as described above, the structure of the
[検討結果]
図5は、実施の形態に係る半導体レーザ素子における発振波長に対する発振しきい値電流密度を示すグラフである。なお、図5には、計算結果(破線で図示)及び実験結果(○で図示)を示している。図5に示すグラフにおいて、横軸は、半導体レーザ素子から出射させるレーザ光の波長(発振波長)であり、縦軸は、対応する波長のレーザ光を半導体レーザ素子に発振させるための、積層方向から見た場合のリッジ部の単位面積あたりの電流密度のしきい値(発振しきい値電流密度)である。図5における計算結果及び実験結果は、いずれも活性層にInGaNを用い、共振器長を2mmとした場合の結果である。また、図5に示す計算結果を得るための計算では、非特許文献1に記載の物性パラメータを用い、非特許文献2に記載のk・p摂動を用いたバンド計算を、非特許文献3に記載の古典的レーザ理論に適用して実施している。
[Study results]
FIG. 5 is a graph showing the oscillation threshold current density versus the oscillation wavelength in the semiconductor laser device according to the embodiment. Note that FIG. 5 shows calculation results (indicated by broken lines) and experimental results (indicated by circles). In the graph shown in FIG. 5, the horizontal axis is the wavelength of the laser light emitted from the semiconductor laser device (oscillation wavelength), and the vertical axis is the stacking direction for making the semiconductor laser device oscillate the laser light of the corresponding wavelength. This is the threshold value of current density per unit area of the ridge portion (oscillation threshold current density) when viewed from above. The calculation results and experimental results in FIG. 5 are both results when InGaN is used for the active layer and the resonator length is 2 mm. In addition, in the calculations to obtain the calculation results shown in FIG. This is carried out by applying the classical laser theory described above.
図5に示されるように、実験結果及び計算結果のいずれの場合においても、450nm程度までは、発振波長が長波長化するにつれて、単位面積あたりの発振しきい値電流密度が低下する。 As shown in FIG. 5, in both the experimental results and the calculated results, up to about 450 nm, the oscillation threshold current density per unit area decreases as the oscillation wavelength becomes longer.
例えば、上記した特許文献1に開示されている構成で、上記した波長分散素子を用いた波長合成法による400nm帯(例えば、400nm~450nm)の波長を出射するDDL方式の半導体レーザ装置を備える加工機システムを構築する場合、当該半導体レーザ装置は、例えば、400nm帯で発振するエミッタを多数有する必要がある。 For example, in the configuration disclosed in Patent Document 1 mentioned above, processing is provided with a DDL type semiconductor laser device that emits a wavelength in the 400 nm band (for example, 400 nm to 450 nm) by a wavelength synthesis method using the above-mentioned wavelength dispersion element. When constructing an optical system, the semiconductor laser device needs to have a large number of emitters that oscillate in the 400 nm band, for example.
400nm帯のレーザ光を出射する半導体レーザ素子には、例えば、活性層にInGaN系半導体が用いられる。 For example, an InGaN-based semiconductor is used for the active layer of a semiconductor laser element that emits laser light in the 400 nm band.
InGaN系半導体では、In組成を増加させることで発振波長を長波長化させることができる。一方、In組成を増加させることで、半導体のバンド構造の変化等に起因して、発振しきい値電流密度が低下する。そのため、複数の半導体レーザ素子ごとに発振しきい値電流密度が異なるために、単位面積あたりに複数の半導体レーザ素子ごとに投入すべき電流量(発振しきい値)が異なるという課題がある。 In an InGaN-based semiconductor, the oscillation wavelength can be made longer by increasing the In composition. On the other hand, by increasing the In composition, the oscillation threshold current density decreases due to changes in the band structure of the semiconductor. Therefore, since the oscillation threshold current density differs for each of the plurality of semiconductor laser elements, there is a problem that the amount of current (oscillation threshold) that should be applied to each of the plurality of semiconductor laser elements per unit area differs.
ここで、発振しきい値は、活性層に導入する電流量を上げることができれば、それに伴って上げることができる。例えば、積層方向から見た場合に、リッジ部の面積を大きくすることで、活性層に導入する電流量を上げることができる。一方、例えば、積層方向から見た場合に、リッジ部の面積を小さくすることで、活性層に導入する電流量を下げることができる。つまり、複数の半導体レーザ素子のそれぞれのリッジ部のサイズを適切に設定することで、複数の半導体レーザ素子のそれぞれの発振しきい値を揃えることができる。 Here, if the amount of current introduced into the active layer can be increased, the oscillation threshold can be increased accordingly. For example, by increasing the area of the ridge when viewed from the stacking direction, the amount of current introduced into the active layer can be increased. On the other hand, for example, by reducing the area of the ridge portion when viewed from the stacking direction, the amount of current introduced into the active layer can be reduced. That is, by appropriately setting the size of the ridge portion of each of the plurality of semiconductor laser elements, the oscillation thresholds of each of the plurality of semiconductor laser elements can be made the same.
図6は、実施の形態に係る半導体レーザ素子における発振波長に対するストライプ幅(例えば、リッジ部の幅)を示すグラフである。図6に示すグラフにおいて、横軸は、発振波長であり、縦軸は、対応する波長のレーザ光を半導体レーザ素子に出射させる場合に、発光効率がよい(例えば、85%以上の発光効率とすることができる)好適なストライプの幅である。また、図6は、ストライプ幅が一様に延在している場合のグラフである。また、図6は、共振器長(例えば、図3に示す半導体レーザ素子10のY軸方向の長さ)は一定としている。
FIG. 6 is a graph showing the stripe width (for example, the width of the ridge portion) versus the oscillation wavelength in the semiconductor laser device according to the embodiment. In the graph shown in FIG. 6, the horizontal axis is the oscillation wavelength, and the vertical axis is the oscillation wavelength when the laser beam of the corresponding wavelength is emitted from the semiconductor laser element. ) is the preferred stripe width. Moreover, FIG. 6 is a graph when the stripe width extends uniformly. Further, in FIG. 6, the resonator length (for example, the length in the Y-axis direction of the
図6に示されるように、発振波長が長波長化するにつれて、好適なストライプ幅も大きくなる。 As shown in FIG. 6, as the oscillation wavelength becomes longer, the preferred stripe width also becomes larger.
そのため、例えば、共振器長が同じであれは、発振波長が長波長である程、リッジ幅を広くすることで、半導体レーザ素子に入射される光と導波路との結合効率を高くできる。 Therefore, for example, if the resonator length is the same, the longer the oscillation wavelength is, the wider the ridge width can increase the coupling efficiency between the light incident on the semiconductor laser element and the waveguide.
以上の結果から、例えば、積層方向から見た場合のリッジ部のサイズを適切にすることにより、各半導体レーザ素子の発振しきい値を揃え、且つ、結合効率がよい半導体レーザ装置が実現され得る。 From the above results, for example, by optimizing the size of the ridge when viewed from the stacking direction, it is possible to realize a semiconductor laser device in which the oscillation thresholds of each semiconductor laser element are aligned and the coupling efficiency is high. .
[製造方法]
続いて、実施の形態に係る半導体レーザ素子の製造方法の概要について、図面を用いて説明する。
[Production method]
Next, an outline of a method for manufacturing a semiconductor laser device according to an embodiment will be explained using the drawings.
図7A~図7Fは、それぞれ、実施の形態に係る半導体レーザ素子の製造方法の各工程を示す断面図である。なお、図7A~図7Fにおいては、図4に対応する断面における、半導体レーザ素子10の拡大図を示している。
7A to 7F are cross-sectional views showing each step of the method for manufacturing a semiconductor laser device according to the embodiment. Note that FIGS. 7A to 7F show enlarged views of the
まず、図7Aに示されるように、基板101を準備し、基板101上に、基板101側から順に、第1導電型クラッド層102、活性層103、第2導電型クラッド層104及びコンタクト層105を形成する。本実施の形態では、有機金属気相成長法(MOCVD/Metal Oxide Chemical Vapor Deposition)により、各層の成膜を行う。
First, as shown in FIG. 7A, a
次に、図7Bに示されるように、コンタクト層105上に、SiO2等からなるマスク110を形成する。本実施の形態では、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)により、膜厚300nm程度のマスク110を形成する。
Next, as shown in FIG. 7B, a
次に、図7Cに示されるように、マスク110をパターニングする。本実施の形態では、フォトリソグラフィー及びエッチングを用いて、マスク110の一部を選択的に除去する。これにより、帯状のマスク110を形成する。
Next, as shown in FIG. 7C, the
次に、図7Dに示されるように、帯状に形成されたマスク110を用いて、コンタクト層105及び第2導電型クラッド層104をエッチングすることで、コンタクト層105及び第2導電型クラッド層104にリッジ部10Rを形成する。コンタクト層105及び第2導電型クラッド層104のエッチングとしては、例えば、Cl2等の塩素系ガスを用いた反応性イオンエッチング(RIE)法によるドライエッチングを用いるとよい。また、マスク110をフッ酸等のウェットエッチングによって除去する。
Next, as shown in FIG. 7D, the
次に、図7Eに示されるように、コンタクト層105及び第2導電型クラッド層104を覆うように、絶縁層106を成膜する。絶縁層106としては、プラズマCVDにより、膜厚300nmのSiO2を形成する。
Next, as shown in FIG. 7E, an insulating
次に、フォトリソグラフィーとウェットエッチングにより、リッジ部10R上の絶縁層106のみを除去して、コンタクト層105の上面を露出させる。
Next, by photolithography and wet etching, only the insulating
次に、真空蒸着法及びリフトオフ法を用いて、コンタクト層105上に第2導電側電極107を形成する。
Next, a second
次に、第2導電側電極107及び絶縁層106を覆うようにパッド電極108を形成する。具体的には、フォトリソグラフィー等によって、パッド電極108を形成しない部分にレジストをパターニングし、基板101の上方の全面に真空蒸着法などによってパッド電極108を形成し、リフトオフ法を用いて不要な部分を除去する。これにより、所定形状のパッド電極108を形成する。
Next, a
以上の工程により、図7Fに示されるように、半導体レーザ素子10が形成される。
Through the above steps, the
[効果等]
以上説明したように、実施の形態に係る半導体レーザ装置100は、第1導電型半導体層、活性層、及び、第2導電型半導体層がこの順に積層された半導体レーザ素子を複数備える半導体レーザ装置である。半導体レーザ装置100が備える複数の半導体レーザ素子は、第1活性層103に流す電流を狭窄するための第1ストライプ構造(例えば、リッジ部10R)を有し、光400を出射する半導体レーザ素子10と、第2活性層103aに流す電流を狭窄するための第2ストライプ構造(例えば、リッジ部11R)を有し、光400よりも波長が長い光401を出射する半導体レーザ素子11と、を含む。また、半導体レーザ装置100は、半導体レーザ素子10との間で光400を共振させ、且つ、半導体レーザ素子11との間で光401を共振させる外部共振器280を備える。積層方向から見た場合に、半導体レーザ素子10における光400を出射する第1端面(出射端面240)での第1ストライプ構造の幅である第1ストライプ幅(例えば、幅L0)は、半導体レーザ素子11における光401を出射する第2端面(出射端面240)での第2ストライプ構造の幅である第2ストライプ幅(例えば、幅L1)よりも、小さい。
[Effects etc.]
As described above, the
このように、例えば、互いに異なる波長の光を出射する複数の半導体レーザ素子のうち、長波長側の光を出射する半導体レーザ素子のストライプ幅を広くし、短波長側の光を出射する半導体レーザ素子のストライプ幅を狭くする。例えば、半導体レーザ素子10、11のうち、半導体レーザ素子11のリッジ部11Rの幅L1を、半導体レーザ素子10のリッジ部10Rの幅L0よりも広くする。これにより、出射する光の波長が長い半導体レーザ素子において、発振しきい値を上げることができる。或いは、出射する光の波長が短い半導体レーザ素子において、発振しきい値を下げることができる。そのため、互いに異なる波長の光を出射する複数の半導体レーザ素子の発振しきい値を近づけることができる。また、このような構成によれば、例えば、外部共振器280から戻る光(帰還光)のスポット径が広い半導体レーザ素子11の第1端面における導波路は、半導体レーザ素子10の第2端面における導波路よりも広くなる。そのため、帰還光と導波路との結合効率を、半導体レーザ素子10、11のいずれにおいても高くできる。以上のように、半導体レーザ装置100によれば、複数の半導体レーザ素子を備える外部共振器型の半導体レーザ装置において、当該複数の半導体レーザ素子のそれぞれの発振しきい値を近づけることができる。さらに、半導体レーザ装置100によれば、帰還光と導波路との結合効率を、半導体レーザ素子10、11のいずれにおいても高くできるため、投入電力に対する光出力、つまり、発光効率を高くできる。
In this way, for example, among a plurality of semiconductor laser elements that emit light of different wavelengths, the stripe width of the semiconductor laser element that emits light on the long wavelength side is widened, and the semiconductor laser that emits light on the short wavelength side Narrow the stripe width of the element. For example, among the
また、例えば、積層方向から見た場合に、リッジ部10Rは、半導体レーザ素子10における光400の出射方向に幅L0で一様に延在しており、リッジ部11Rは、半導体レーザ素子11における光401の出射方向に幅L1で一様に延在している。
Further, for example, when viewed from the stacking direction, the
これによれば、部分的にリッジ部10R、11Rの幅を変える場合と比較して、半導体レーザ素子10、11を製造しやすくできる。
According to this, the
また、例えば、半導体レーザ素子10と半導体レーザ素子11とが一体に形成された半導体レーザアレイ200を備える。
Further, for example, a
これによれば、例えば、半導体レーザ素子10と半導体レーザ素子11とが別体の場合と比較して、半導体レーザ素子10及び半導体レーザ素子11と、外部共振器280等の半導体レーザ装置100が備える光学系との位置合わせがしやすい。
According to this, for example, compared to the case where the
また、例えば、外部共振器280は、光400及び光401のそれぞれの一部を透過し、且つ、他部を反射するハーフミラーを備える。
Further, for example, the
これによれば、半導体レーザ素子10、11と、外部共振器280との間で、簡便な構成で外部共振が発生し得る。
According to this, external resonance can occur between the
また、例えば、半導体レーザ装置100は、さらに、光400と光401とを合波して出射する合波器270を備える。つまり、合波器270は、光400の光軸と光401の光軸とが同じ光軸上を通過するように、光400と光401とを合波する。
Further, for example, the
これによれば、合波器270によって光400と光401とを同じ箇所に照射することができる。
According to this, the light 400 and the light 401 can be irradiated to the same location by the
また、例えば、合波器270は、回折格子を有する波長分散素子を有する。
Further, for example, the
波長分散素子を用いた合波によれば、半導体レーザ素子には、位置によって異なる波長の光が入射される。つまり、複数の半導体レーザ素子が出射する光の波長は、互いに異なることになる。上記したように、半導体レーザ装置100によれば、互いに異なる波長の光を出射する複数の半導体レーザ素子のそれぞれの発振しきい値を近づけることができ、且つ、帰還光と導波路との結合効率を、半導体レーザ素子10、11のいずれにおいても高くできるため、投入電力に対する光出力、つまり、発光効率を高くできる。そのため、本願発明は、波長分散素子による合波を用いた外部共振器型の半導体レーザ装置100に特に有用である。
According to multiplexing using a wavelength dispersion element, light of different wavelengths is incident on the semiconductor laser element depending on its position. In other words, the wavelengths of light emitted by the plurality of semiconductor laser elements are different from each other. As described above, according to the
また、例えば、半導体レーザ装置100は、さらに、半導体レーザ素子10及び半導体レーザ素子11と、外部共振器280との間に、光400及び光401をコリメートするコリメータレンズ(コリメータ光学系260)を備える。
For example, the
これによれば、半導体レーザ装置100は、コリメート光を出射できる。
According to this, the
また、例えば、上記した第1端面とコリメータレンズとの距離と、上記した第2端面とコリメータレンズとの距離とは、等しい。本実施の形態では、当該第1端面と当該第2端面とは、いずれも出射端面240であり、コリメータレンズとの距離がいずれも距離L10である。
Further, for example, the distance between the first end surface and the collimator lens described above is equal to the distance between the second end surface and the collimator lens described above. In this embodiment, both the first end surface and the second end surface are the
このように、例えば、同じコリメータレンズを用いて光400、401をコリメートし、且つ、当該コリメータレンズとの距離が同じになるように、半導体レーザ素子10、11が配置されることで、半導体レーザ素子10、11のそれぞれで配置を変更する場合と比較して、製造が容易になる。ここで、例えば、同じコリメータレンズを用いて光400、401をコリメートし、且つ、当該コリメータレンズとの距離が同じになるように、半導体レーザ素子10、11が配置することで、光400の波長と光401の波長とが異なるために、出射端面240における帰還光のスポット径は、光400と光401とで異なる。しかしながら、上記したように、半導体レーザ装置100によれば、帰還光と導波路との結合効率を、半導体レーザ素子10、11のいずれにおいても高くできる。そのため、本願発明は、同じコリメータレンズを用いて光400、401をコリメートし、且つ、当該コリメータレンズとの距離が同じになるように、半導体レーザ素子10、11が配置される半導体レーザ装置100に特に有用である。
In this way, for example, by collimating the
[変形例]
以下、本開示に係る半導体レーザ装置の変形例について説明する。変形例に係る半導体レーザ装置の説明においては、半導体レーザ装置100と実質的に同一の構成については同一の符号を付し、説明を一部簡略化又は省略する場合がある。なお、変形例に係る半導体レーザ装置は、半導体レーザ装置100と半導体レーザ素子のリッジ部の形状が異なり、他の部分については、実質的に同一である。
[Modified example]
Modifications of the semiconductor laser device according to the present disclosure will be described below. In the description of the semiconductor laser device according to the modification, components that are substantially the same as those of the
図8は、変形例に係る半導体レーザ素子を示す上面図である。なお、図8では、断面を示すものではないが、説明のためにリッジ部にハッチングを付して示している。 FIG. 8 is a top view showing a semiconductor laser device according to a modified example. Note that although FIG. 8 does not show a cross section, the ridge portion is shown with hatching for explanation.
変形例に係る半導体レーザ装置は、第1導電型半導体層と、活性層と、第1導電型とは異なる第2導電型半導体層とがこの順に積層された半導体レーザ素子を複数備える。例えば、変形例に係る半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子(第1半導体レーザ素子)13と、半導体レーザ素子(第2半導体レーザ素子)14と、半導体レーザ素子(第3半導体レーザ素子)15とが一体に形成された半導体レーザアレイ203を備える。なお、半導体レーザアレイ203が備える半導体レーザ素子の数は、複数であればよく、特に限定されない。
The semiconductor laser device according to the modification includes a plurality of semiconductor laser elements in which a first conductivity type semiconductor layer, an active layer, and a second conductivity type semiconductor layer different from the first conductivity type are stacked in this order. For example, the semiconductor laser device according to the modification includes a semiconductor laser element (first semiconductor laser element) 13, a semiconductor laser element (second semiconductor laser element) 14, and a semiconductor laser element (third semiconductor laser element) 15. It includes a
半導体レーザアレイ203が有する複数の半導体レーザ素子13、14、15は、それぞれ、第1導電型半導体層と、活性層と、第2導電型半導体層と、リッジ部(ストライプ構造)と、を備える。具体的には、半導体レーザ素子13は、第1導電型半導体層と、第1活性層103と、第2導電型半導体層と、リッジ部(第1ストライプ構造)13Rと、を備える。また、半導体レーザ素子14は、第1導電型半導体層と、第2活性層103aと、第2導電型半導体層と、リッジ部(第2ストライプ構造)14Rと、を備える。また、半導体レーザ素子15は、第1導電型半導体層と、第3活性層103bと、第2導電型半導体層と、リッジ部(第3ストライプ構造)15Rと、を備える。
The plurality of
本変形例では、半導体レーザ素子13、14、15のそれぞれの第1導電型半導体層、活性層、第2導電型半導体層は、それぞれ一体に形成されている。
In this modification, the first conductive type semiconductor layer, the active layer, and the second conductive type semiconductor layer of the
リッジ部13R、14R、15Rは、それぞれ、半導体レーザ素子13、14、15が有する活性層に流れる電流を狭窄するために半導体レーザ素子13、14、15に形成された狭窄部である。リッジ部13R、14R、15Rは、光の出射方向(本変形例では、Y軸方向)に延在している。リッジ部13R、14R、15Rの下方には、導波路が形成されており、当該導波路を導波して出射端面240から光が出射される。
The
具体的には、半導体レーザ素子13は、第1活性層103に流す電流を狭窄するためのリッジ部13Rを有し、第1光(光403)を出射する。また、半導体レーザ素子14は、第2活性層103aに流す電流を狭窄するためのリッジ部14Rを有し、光403とは波長が異なる第2光(光404)を出射する。また、半導体レーザ素子15は、光403、404とは波長が異なる第3光(光405)を出射する。
Specifically, the
ここで、積層方向から見た場合に、リッジ部13Rは、第1端面(出射端面240)から、半導体レーザ素子13における光403が出射される向きとは反対側(本実施の形態では、Y軸負方向側)に向かうにつれて幅が狭くなる。具体的には、リッジ部13Rは、積層方向から見た場合に、出射端面240から反射端面250に向かうにつれて幅が狭くなる。
Here, when viewed from the stacking direction, the
例えば、積層方向から見た場合に、リッジ部13Rは、半導体レーザ素子13における光403を出射する出射端面240での幅である第1ストライプ幅(幅L3)は、図5に基づいて決定される。これにより、半導体レーザ素子13において、導波路と帰還光との結合効率を高めることができる。また、出射端面240以外の部分でリッジ部13Rの幅を適切に設定することで、発振しきい値を適切に設定できる。上記したように、例えば、積層方向から見た場合に、リッジ部13Rの面積を小さくすることで、発振しきい値を小さくすることができる。そのため、半導体レーザ素子13における光403が出射される向きとは反対側に向かうにつれて幅を狭くすることで、導波路と帰還光との結合効率を高め、且つ、複数の半導体レーザ素子13、14、15のそれぞれの発振しきい値で近づけることができる。また、例えば、積層方向から見た場合に、リッジ部13Rは、Y軸負方向側に向かうにつれて幅が徐々に狭くなるテーパ状を有する。これによれば、急激に幅が狭くなる場合と比較して、導波路における光の損失を少なくできる。
For example, when viewed from the stacking direction, the first stripe width (width L3) of the
なお、図8に示すように、積層方向から見た場合に、リッジ部13Rは、Y軸負方向側に向かうにつれて幅が徐々に狭くなる部分と、幅が一様な部分とを有してもよいし、Y軸負方向側に向かうにつれて幅が徐々に狭くなり続けてもよい。
Note that, as shown in FIG. 8, when viewed from the stacking direction, the
また、リッジ部14Rは、出射端面240から、半導体レーザ素子14における光404が出射される向きとは反対側に向かうにつれて幅が狭くなる。
Further, the width of the
また、リッジ部15Rは、出射端面240から、半導体レーザ素子15における光405が出射される向きとは反対側に向かうにつれて幅が狭くなる。
Further, the width of the
例えば、図3に示す半導体レーザ素子10の発振しきい値は、225mAである。また、例えば、図3に示す半導体レーザ素子11の発振しきい値は、220mAである。図3に示す半導体レーザ素子12の発振しきい値は、218mAである。このように、リッジ部10R、11R、12Rの幅を、帰還光と導波路との結合効率を高くするように一様にすると、発振しきい値は、半導体レーザ素子10と、半導体レーザ素子11と、半導体レーザ素子12とで異なる。
For example, the oscillation threshold of the
ここで、図8に示す半導体レーザ素子13、14、15の発振しきい値は、いずれも218mAである。
Here, the oscillation thresholds of the
このように、図8に示すように、出射端面240から、半導体レーザ素子13、14、15における光403、404、405が出射される向きとは反対側に向かうにつれて幅が狭くなる構造とすることで、半導体レーザ素子13、14、15のそれぞれの発振しきい値を近づけることができる。
As shown in FIG. 8, the structure is such that the width becomes narrower from the
また、リッジ部13R、14R、15Rの幅を出射端面240以外の位置で変更することで、帰還光と導波路との結合効率に影響を与えずに、発振しきい値を制御することができる。
Furthermore, by changing the widths of the
なお、リッジ部13R、14R、15Rのうち、一部(例えば、半導体レーザ素子13、14、15のうち、出射する光の波長が最も短い半導体レーザ素子13が有するリッジ部13R)のみが、半導体レーザ素子13における光40が出射される向きとは反対側に向かうにつれて幅が狭くなり、他部(例えば、リッジ部14R、15R)が、半導体レーザ素子における光が出射される方向に幅が一様に延在していてもよい。
Note that only a part of the
また、例えば、半導体レーザ素子13、14、15における、出射する光の波長が最も短い半導体レーザ素子13が有するリッジ部13Rが、半導体レーザ素子13における光403が出射される向きとは反対側に向かうにつれて幅が狭くなり、出射する光の波長が最も長い半導体レーザ素子15が有するリッジ部15Rが、半導体レーザ素子15における光405が出射される向きとは反対側に向かうにつれて幅が広くなり、リッジ部14Rが、半導体レーザ素子14における光404が出射される方向に幅が一様に延在していてもよい。
Further, for example, in the
(その他の実施の形態)
以上、本開示に係る半導体レーザ装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。
(Other embodiments)
Although the semiconductor laser device according to the present disclosure has been described above based on the embodiments, the present disclosure is not limited to the above embodiments.
例えば、上記実施の形態では、ストライプ構造としてリッジ部を例示したが、ストライプ構造は、上記したリッジ部に限定されない。ストライプ構造は、活性層に流す電流を狭窄する構造であればよく、例えば、半導体レーザ素子の内部に電流を狭窄するバリア層として形成されていてもよい。 For example, in the above embodiment, the ridge portion is illustrated as the stripe structure, but the stripe structure is not limited to the above-described ridge portion. The stripe structure may be any structure as long as it constricts the current flowing through the active layer, and may be formed as a barrier layer that constricts the current inside the semiconductor laser element, for example.
また、例えば、上記実施の形態では、複数の半導体レーザ素子が一体に形成された半導体レーザアレイとして説明したが、複数の半導体レーザ素子は、別体として個々に形成されていてもよい。この場合、例えば、複数の半導体レーザ素子における光の出射端面の位置は、同じ平面上に位置しない等、互いに異なっていてもよい。 Further, for example, in the above embodiment, a semiconductor laser array is described in which a plurality of semiconductor laser elements are integrally formed, but a plurality of semiconductor laser elements may be formed individually as separate bodies. In this case, for example, the positions of the light emitting end faces of the plurality of semiconductor laser elements may be different from each other, such as not being located on the same plane.
また、例えば、半導体レーザ装置が複数の半導体レーザアレイを備える場合、複数の半導体レーザ素子を有する半導体レーザアレイにおける当該複数の半導体レーザ素子においては、ストライプ幅が同じであり、且つ、複数の半導体レーザアレイごとにストライプ幅が異なっていてもよい。 Further, for example, when a semiconductor laser device includes a plurality of semiconductor laser arrays, the plurality of semiconductor laser elements in the semiconductor laser array having a plurality of semiconductor laser elements have the same stripe width, and the plurality of semiconductor laser elements have the same stripe width. The stripe width may be different for each array.
また、例えば、上記実施の形態では、GaN系半導体レーザアレイを例に記載したが、GaAs系、InP系、又は、II-VI族半導体等の、発光領域の波長を変化させることが可能なGaN系以外の材料を用いた半導体レーザ素子が用いられてもよい。また、例えば、半導体レーザ装置が備える複数の半導体レーザ素子として、GaN系材料を用いた半導体レーザアレイと、GaAs系材料を用いた半導体レーザアレイとを、発振しきい値が近しい値となるように、ストライプ幅を各々相違させたうえで組み合わせて用いてもよい。このように、半導体レーザ装置は、材料が互いに異なり、且つ、ストライプ幅が互いに異なる複数の半導体レーザ素子を備えてもよい。 For example, in the above embodiments, a GaN-based semiconductor laser array is described as an example, but GaAs-based, InP-based, or II-VI group semiconductors, etc., which can change the wavelength of the light emitting region, may also be used. Semiconductor laser elements using materials other than the above-mentioned materials may also be used. For example, as a plurality of semiconductor laser elements included in a semiconductor laser device, a semiconductor laser array using a GaN-based material and a semiconductor laser array using a GaAs-based material may be arranged so that their oscillation threshold values are close to each other. , may be used in combination with different stripe widths. In this manner, a semiconductor laser device may include a plurality of semiconductor laser elements made of different materials and having different stripe widths.
また、例えば、上記実施の形態では、複数のレーザ光を合波するために、合波器として波長分散素子を例示したが、合波器は、波長分散素子に限定されない。合波器は、例えば、プリズムでもよい。或いは、合波器は、VBG(Volume Bragg Grating)でもよい。 Further, for example, in the above embodiment, a wavelength dispersion element is used as an example of a multiplexer in order to multiplex a plurality of laser beams, but the multiplexer is not limited to a wavelength dispersion element. The multiplexer may be a prism, for example. Alternatively, the multiplexer may be a VBG (Volume Bragg Grating).
上記実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で上記実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。 There are also forms obtained by making various modifications to the above embodiments that those skilled in the art can think of, and forms realized by arbitrarily combining the components and functions of the above embodiments without departing from the spirit of the present disclosure. Included in this disclosure.
本開示の半導体レーザ装置は、レーザ加工に用いられる光源、特に、直接加工用半導体レーザ装置を用いたレーザ加工機の光源に適用できる。 The semiconductor laser device of the present disclosure can be applied to a light source used in laser processing, particularly to a light source of a laser processing machine using a semiconductor laser device for direct processing.
10、13 半導体レーザ素子(第1半導体レーザ素子)
10L、11L、12L、1020、1021、1022 導波路
10R、13R リッジ部(第1ストライプ構造)
11、14 半導体レーザ素子(第2半導体レーザ素子)
11R、14R リッジ部(第2ストライプ構造)
12、15 半導体レーザ素子(第3半導体レーザ素子)
12R、15R リッジ部(第3ストライプ構造)
100 半導体レーザ装置
101 基板
102 第1導電型クラッド層
103 活性層(第1活性層)
103a 第2活性層
103b 第3活性層
104 第2導電型クラッド層
105 コンタクト層
106 絶縁層
107 第2導電側電極
108 パッド電極
109 第1導電側電極
200、201、202、203、1000 半導体レーザアレイ
240 出射端面
250 反射端面
260、261、262、1060 コリメータ光学系(コリメータレンズ)
270 合波器(波長分散素子)
280 外部共振器(ハーフミラー)
400、401、402、403、404、405、1040、1041、1042 光
1010、1011、1012 半導体レーザ素子
L0、L1、L2、L3、L4、L5 幅
L10 距離
10, 13 Semiconductor laser device (first semiconductor laser device)
10L, 11L, 12L, 1020, 1021, 1022
11, 14 Semiconductor laser element (second semiconductor laser element)
11R, 14R ridge part (second stripe structure)
12, 15 Semiconductor laser element (third semiconductor laser element)
12R, 15R ridge part (third stripe structure)
100
103a Second
270 Multiplexer (wavelength dispersion element)
280 External resonator (half mirror)
400, 401, 402, 403, 404, 405, 1040, 1041, 1042
Claims (10)
複数の前記半導体レーザ素子は、
第1活性層に流す電流を狭窄するための第1ストライプ構造を有し、第1光を出射する第1半導体レーザ素子と、
第2活性層に流す電流を狭窄するための第2ストライプ構造を有し、前記第1光よりも波長が長い第2光を出射する第2半導体レーザ素子と、を含み、
前記半導体レーザ装置は、前記第1半導体レーザ素子との間で前記第1光を共振させ、且つ、前記第2半導体レーザ素子との間で前記第2光を共振させる外部共振器を備え、
積層方向から見た場合に、前記第1半導体レーザ素子における前記第1光を出射する第1端面での前記第1ストライプ構造の幅である第1ストライプ幅は、前記第2半導体レーザ素子における前記第2光を出射する第2端面での前記第2ストライプ構造の幅である第2ストライプ幅よりも、小さく、
前記第1端面における、前記外部共振器から戻る前記第1光のスポット径は、前記第2端面における、前記外部共振器から戻る前記第2光のスポット径よりも小さい
半導体レーザ装置。 A semiconductor laser device comprising a plurality of semiconductor laser elements in which a first conductivity type semiconductor layer, an active layer, and a second conductivity type semiconductor layer are stacked in this order,
The plurality of semiconductor laser elements are
a first semiconductor laser element having a first stripe structure for confining the current flowing through the first active layer and emitting first light;
a second semiconductor laser element having a second stripe structure for confining the current flowing through the second active layer and emitting second light having a longer wavelength than the first light;
The semiconductor laser device includes an external resonator that resonates the first light with the first semiconductor laser element and resonates the second light with the second semiconductor laser element,
When viewed from the stacking direction, the first stripe width, which is the width of the first stripe structure at the first end surface from which the first light is emitted in the first semiconductor laser element, is the width of the first stripe structure in the second semiconductor laser element. smaller than the second stripe width, which is the width of the second stripe structure at the second end surface that emits the second light;
A spot diameter of the first light returning from the external resonator on the first end face is smaller than a spot diameter of the second light returning from the external resonator on the second end face.
Semiconductor laser equipment.
前記第1ストライプ構造は、前記第1半導体レーザ素子における前記第1光の出射方向に前記第1ストライプ幅で一様に延在しており、
前記第2ストライプ構造は、前記第2半導体レーザ素子における前記第2光の出射方向に前記第2ストライプ幅で一様に延在している
請求項1に記載の半導体レーザ装置。 When viewed from the stacking direction,
The first stripe structure uniformly extends with the first stripe width in the emission direction of the first light in the first semiconductor laser element,
The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the second stripe structure uniformly extends with the second stripe width in the emission direction of the second light in the second semiconductor laser element.
請求項1に記載の半導体レーザ装置。 When viewed from the stacking direction, the width of the first stripe structure becomes narrower from the first end face toward a side opposite to the direction in which the first light is emitted from the first semiconductor laser element. 1. The semiconductor laser device according to 1.
請求項1~3のいずれか1項に記載の半導体レーザ装置。 The semiconductor laser device according to claim 1, further comprising a semiconductor laser array in which the first semiconductor laser element and the second semiconductor laser element are integrally formed.
請求項1~4のいずれか1項に記載の半導体レーザ装置。 The semiconductor laser according to any one of claims 1 to 4, wherein the external resonator includes a half mirror that transmits a part of each of the first light and the second light and reflects the other part. Device.
請求項1~5のいずれか1項に記載の半導体レーザ装置。 The semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 5, further comprising a multiplexer that multiplexes the first light and the second light and outputs the combined result.
請求項6に記載の半導体レーザ装置。 The semiconductor laser device according to claim 6, wherein the multiplexer includes a wavelength dispersion element having a diffraction grating.
請求項1~7のいずれか1項に記載の半導体レーザ装置。 Further, a collimator lens for collimating the first light and the second light is provided between the first semiconductor laser element, the second semiconductor laser element, and the external resonator. The semiconductor laser device according to item 1.
請求項8に記載の半導体レーザ装置。 The semiconductor laser device according to claim 8, wherein a distance between the first end face and the collimator lens is equal to a distance between the second end face and the collimator lens.
複数の前記半導体レーザアレイは、
第1活性層に流す電流を狭窄するための第1ストライプ構造を複数有し、第1光を出射する第1半導体レーザアレイと、
第2活性層に流す電流を狭窄するための第2ストライプ構造を複数有し、前記第1光よりも波長が長い第2光を出射する第2半導体レーザアレイと、を含み、
前記半導体レーザ装置は、前記第1半導体レーザアレイとの間で前記第1光を共振させ、且つ、前記第2半導体レーザアレイとの間で前記第2光を共振させる外部共振器を備え、
積層方向から見た場合に、前記第1半導体レーザアレイにおける前記第1光を出射する第1端面での前記第1ストライプ構造の幅である第1ストライプ幅は、前記第2半導体レーザアレイにおける前記第2光を出射する第2端面での前記第2ストライプ構造の幅である第2ストライプ幅よりも、小さい
半導体レーザ装置。 A semiconductor laser device comprising a plurality of semiconductor laser arrays in which a first conductivity type semiconductor layer, an active layer, and a second conductivity type semiconductor layer are stacked in this order,
The plurality of semiconductor laser arrays are
a first semiconductor laser array having a plurality of first stripe structures for confining the current flowing through the first active layer and emitting first light;
a second semiconductor laser array having a plurality of second stripe structures for confining the current flowing through the second active layer and emitting second light having a longer wavelength than the first light;
The semiconductor laser device includes an external resonator that resonates the first light with the first semiconductor laser array and resonates the second light with the second semiconductor laser array ,
When viewed from the stacking direction, the first stripe width , which is the width of the first stripe structure at the first end surface from which the first light is emitted in the first semiconductor laser array, is the width of the first stripe structure in the second semiconductor laser array . A semiconductor laser device, which is smaller than a second stripe width that is a width of the second stripe structure at a second end face that emits the second light.
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