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JP7680711B2 - Semiconductor laser device and its manufacturing method - Google Patents
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Description

本発明は、半導体レーザ装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser device.

近年、半導体レーザ装置(以下、単に「半導体LD」または「LD」とも称す)を用いたプロジェクタ等のディスプレイ装置の市場が拡大している。 In recent years, the market for display devices such as projectors that use semiconductor laser devices (hereinafter simply referred to as "semiconductor LDs" or "LDs") has been expanding.

また、様々な分野において、拡張現実(AR:Augmented Reality)、仮想現実(VR:Virtual Reality)、複合現実(MR:Mixed Reality)、代替現実(SR:Substitutional Reality)といったリアリティ化技術が実用化されており、これらの技術を用いたヘッドマウントディスプレイ(HMD:Head Mount Display)、ヘッドアップディスプレイ(Head-up Display)、ARグラス等のディスプレイ装置が商品化されている。 In addition, reality technologies such as augmented reality (AR), virtual reality (VR), mixed reality (MR), and substitution reality (SR) have been put to practical use in various fields, and display devices using these technologies, such as head mounted displays (HMD), head-up displays, and AR glasses, have been commercialized.

例えば、ヘッドマウントディスプレイ(HMD)では、光源にRGB(赤色・緑色・青色)の3色のレーザ光を用い、画像表示用の空間変調素子であるMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)により画像を作成し、導波路(waveguide)を通して網膜等に投影する技術が知られている。このMEMSを用いたシステムは、広色域、高解像度、広視野角などで利点があると言われている。一方で、広色域、高解像度、広視野角など画質の更なる高性能化のために、RGBの各色においてマルチビームLD(複数の半導体レーザ装置)を用いていたが、各色の波長は同一であった。全ビームの波長が揃っていると(即ち、波長が同一であると)、レーザ光の干渉性による画質低下が生じることになる。 For example, in a head mounted display (HMD), a technology is known in which three colors of laser light, RGB (red, green, and blue), are used as the light source, an image is created by a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), which is a spatial modulation element for image display, and the image is projected onto the retina or the like through a waveguide. This system using MEMS is said to have advantages such as a wide color gamut, high resolution, and wide viewing angle. On the other hand, in order to further improve image quality such as a wide color gamut, high resolution, and wide viewing angle, multi-beam LDs (multiple semiconductor laser devices) have been used for each color of RGB, but the wavelengths of each color are the same. If the wavelengths of all the beams are the same (i.e., the wavelengths are the same), image quality will deteriorate due to the coherence of the laser light.

特許文献1は、同一素子内で複数の波長のレーザを発振可能な多波長半導体レーザを開示している。特許文献1では、レーザ光の具体的な波長についての記載はないが、AlGaAs系の量子井戸レーザであることから、赤外領域のレーザ光であり、RGB以外の色領域におけるレーザ光について述べられている。また、異なる波長を発振する第1と第2の量子井戸活性層は、それぞれの井戸幅(物理的膜厚)が異なっている。 Patent Document 1 discloses a multi-wavelength semiconductor laser capable of oscillating lasers of multiple wavelengths within the same element. Patent Document 1 does not state the specific wavelength of the laser light, but since it is an AlGaAs-based quantum well laser, it describes laser light in the infrared region and in color regions other than RGB. In addition, the first and second quantum well active layers that oscillate different wavelengths have different well widths (physical film thicknesses).

特開平05-082894号公報Japanese Patent Application Publication No. 05-082894

上述した技術背景に加え、画質(解像度・フレームレート)向上のため、狭ピッチでマルチエミッタ(複数の発光部)を独立駆動するモノリシック構造の横シングルモードLDが求められている。しかしながら横シングルモードレーザは波長スペクトルが狭く干渉性が高いため画質悪化が課題になっている。 In addition to the technical background described above, there is a demand for monolithic lateral single mode LDs that independently drive multi-emitters (multiple light-emitting elements) at narrow pitches in order to improve image quality (resolution and frame rate). However, lateral single mode lasers have a narrow wavelength spectrum and high coherence, which causes image quality degradation.

また、ディスプレイ装置の高性能化として、レーザ光の干渉を抑制し、広色域、高解像度、広視野角などの視感度や画質の更なる向上が求められている。視感度や画質の更なる向上には、例えば、RGBの3色のレーザ光を用いた光源の各色において、発振波長の異なる複数のレーザ光を出射することのできる半導体レーザ装置であることが、前述したレーザ光の干渉性による画質低下の抑制の観点から好ましい。 In addition, to improve the performance of display devices, there is a demand for suppressing interference of laser light and further improving visibility and image quality, such as a wide color gamut, high resolution, and wide viewing angle. To further improve visibility and image quality, it is preferable to use a semiconductor laser device that can emit multiple laser beams with different oscillation wavelengths for each color of a light source using three colors of laser light, RGB, from the viewpoint of suppressing the deterioration of image quality due to the coherence of the laser light mentioned above.

しかしながら、本発明者らによれば、次のことが見出された。発振波長の異なる複数の波長のレーザ光を出射するためには、それぞれのレーザ光を放射する発光部の発光層(活性層)のバンドギャップエネルギーを変えることが考えられる。そのためには、例えば、発光層の膜厚、または発光層の膜厚は変えずに発光層の組成、を発光部ごとで変えれば、異なる複数の波長のレーザ光を得ることができる。しかし、本発明者らの鋭意研究の結果、レーザ光の波長が発光部ごとで異なると、それぞれの発光部から放射されるレーザ光のビーム形状において違いが生じることが見出された。これは、レーザ光の波長が異なると、光導波路内を伝搬するそれぞれのレーザ光が感じる等価屈折率が変わり、結果、それぞれのレーザ光のビーム形状に違いを生じてしまうと考えられる。そして、このようなビーム形状の違いが生じると(または、それぞれのビーム形状のずれが大きくなると)、視感度や画質の悪化の一つの原因となり得る。また、LDの光出射端面から出射されるレーザ光のビーム形状やビーム広がり角がレーザ光ごとに異なる場合、ビームを受けるレンズなどの光学系をビームごとに設計および調整すれば、ビーム形状の違いから生じる不具合はある程度補正される。しかし、これは非常に手間が掛かるばかりか、コストアップの要因にもなる。 However, the inventors have found the following. In order to emit laser light of multiple wavelengths with different oscillation wavelengths, it is possible to change the band gap energy of the light emitting layer (active layer) of each light emitting unit that emits the laser light. For example, the thickness of the light emitting layer, or the composition of the light emitting layer without changing the thickness of the light emitting layer, can be changed for each light emitting unit to obtain laser light of multiple different wavelengths. However, as a result of the intensive research of the inventors, it has been found that if the wavelength of the laser light differs for each light emitting unit, the beam shape of the laser light emitted from each light emitting unit will differ. This is because, when the wavelength of the laser light differs, the equivalent refractive index felt by each laser light propagating in the optical waveguide changes, and as a result, the beam shape of each laser light will differ. And when such a difference in beam shape occurs (or when the deviation of each beam shape becomes large), it can be one of the causes of deterioration of visibility and image quality. Furthermore, if the beam shape and beam spread angle of the laser light emitted from the light-emitting end face of the LD differ for each laser light, problems arising from differences in beam shape can be corrected to some extent by designing and adjusting the optical system, such as the lenses that receive the beam, for each beam. However, this is not only extremely time-consuming, but also leads to increased costs.

前述した特許文献1では、発光波長の違いによる、それぞれのレーザ光のビーム形状およびその違いについては何ら言及されていない。 The aforementioned Patent Document 1 makes no mention of the beam shapes of the laser beams and the differences therebetween due to differences in emission wavelength.

本発明の課題は、視感度や画質の向上に寄与する半導体レーザ装置を提供することである。その他の課題および新規な特徴は、本明細書および図面の記載から明らかになる。 The objective of the present invention is to provide a semiconductor laser device that contributes to improving visibility and image quality. Other objectives and novel features will become apparent from the description of this specification and the drawings.

一実施の形態に係る半導体レーザ装置は、基板と、前記基板の主面に積層される、第1導電型の第1クラッド層と第2導電型の第2クラッド層と、前記第1クラッド層と前記第2クラッド層とに挟まれるように形成され、前記基板主面に平行な第1の面上において形成される、発光層と、を有する。また、前記発光層に形成され、レーザ光を放射する少なくとも2つの第1と第2の発光部と、前記発光層および前記第1クラッド層と前記第2クラッド層の一部により構成され、共振器方向に延在する光導波路と、前記第1と第2の発光部から放射される前記レーザ光のビーム形状を調整する調整領域と、を有する。更には、前記調整領域は少なくとも前記光導波路の光出射端面側において形成され、前記第1の発光部に形成される第1の調整領域と前記第2の発光部に形成される第2の調整領域を含む。また、前記第1と第2の調整領域は、少なくとも前記第1と第2の発光部にそれぞれ対応する前記発光層に形成され、前記第1の発光部から放射される第1のレーザ光の第1の波長は、前記第2の発光部から放射される第2のレーザ光の第2の波長と異なり、前記第1と第2の調整領域の前記共振器方向におけるそれぞれの長さが異なっている。 A semiconductor laser device according to one embodiment includes a substrate, a first cladding layer of a first conductivity type and a second cladding layer of a second conductivity type stacked on a main surface of the substrate, and a light-emitting layer formed between the first cladding layer and the second cladding layer and formed on a first surface parallel to the main surface of the substrate. The semiconductor laser device also includes at least two first and second light-emitting sections formed in the light-emitting layer and emitting laser light, an optical waveguide formed of the light-emitting layer, the first cladding layer, and a part of the second cladding layer and extending in the resonator direction, and an adjustment region for adjusting the beam shape of the laser light emitted from the first and second light-emitting sections. Furthermore, the adjustment region is formed at least on the light-emitting end surface side of the optical waveguide, and includes a first adjustment region formed in the first light-emitting section and a second adjustment region formed in the second light-emitting section. Furthermore, the first and second adjustment regions are formed in the light-emitting layer corresponding to at least the first and second light-emitting units, respectively, and the first wavelength of the first laser light emitted from the first light-emitting unit is different from the second wavelength of the second laser light emitted from the second light-emitting unit, and the lengths of the first and second adjustment regions in the resonator direction are different.

一実施の形態に係る半導体レーザ装置では、視感度や画質の向上に寄与する半導体レーザ装置を提供することができる。 The semiconductor laser device according to one embodiment can provide a semiconductor laser device that contributes to improving visibility and image quality.

好ましい実施の形態に係る半導体レーザ装置の構成の一例を示す要部斜視図である。1 is a perspective view showing a main part of an example of a configuration of a semiconductor laser device according to a preferred embodiment. 実施の形態1に係る半導体レーザ装置の構成の一例を示す要部斜視図である。1 is a perspective view showing a main part of an example of a configuration of a semiconductor laser device according to a first embodiment; 実施の形態1に係る半導体レーザ装置の構成を示す要部上面図である。1 is a top view of a main portion showing a configuration of a semiconductor laser device according to a first embodiment; 実施の形態1に係る半導体レーザ装置における発光層EL11~EL13の構成の一例を示す要部断面図である。2 is a cross-sectional view showing an example of a configuration of a main portion of light-emitting layers EL11 to EL13 in a semiconductor laser device according to a first embodiment. レーザ光のビーム形状(NFP/FFP)に係る説明図(1)である。FIG. 1 is an explanatory diagram (1) relating to the beam shape (NFP/FFP) of laser light. レーザ光のビーム形状(NFP/FFP)に係る説明図(2)である。FIG. 2 is an explanatory diagram (2) relating to the beam shape (NFP/FFP) of laser light. 実施の形態1に係る半導体レーザ装置におけるレーザ光のビーム形状(NFP)の改善結果を示す説明図である。1 is an explanatory diagram showing an improvement result of the beam shape (NFP) of the laser light in the semiconductor laser device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体レーザ装置におけるレーザ光のビーム形状(NFP)の改善結果を示すグラフである。4 is a graph showing an improvement result of the beam shape (NFP) of the laser light in the semiconductor laser device according to the first embodiment. 実施の形態1に係る半導体レーザ装置におけるレーザ光のビーム形状(FFP)の改善結果を示すグラフである。4 is a graph showing an improvement result of the beam shape (FFP) of the laser light in the semiconductor laser device according to the first embodiment. 実施の形態1に係る半導体レーザ装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。4 is a cross-sectional view of a main part illustrating an example of a process included in a manufacturing method of the semiconductor laser device according to the first embodiment. 実施の形態1に係る半導体レーザ装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。4 is a cross-sectional view of a main part illustrating an example of a process included in a manufacturing method of the semiconductor laser device according to the first embodiment. 実施の形態1に係る半導体レーザ装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。4 is a cross-sectional view of a main part illustrating an example of a process included in a manufacturing method of the semiconductor laser device according to the first embodiment. 実施の形態1に係る半導体レーザ装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。4 is a cross-sectional view of a main part illustrating an example of a process included in a manufacturing method of the semiconductor laser device according to the first embodiment. 実施の形態1に係る半導体レーザ装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。4 is a cross-sectional view of a main part illustrating an example of a process included in a manufacturing method of the semiconductor laser device according to the first embodiment. 実施の形態1に係る半導体レーザ装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。4 is a cross-sectional view of a main part illustrating an example of a process included in a manufacturing method of the semiconductor laser device according to the first embodiment. 実施の形態2に係る半導体レーザ装置の構成を示す要部上面図と要部横断面図である。11A and 11B are a top view and a cross-sectional view of a main portion showing a configuration of a semiconductor laser device according to a second embodiment. 実施の形態2に係る半導体レーザ装置におけるレーザ光の光導波路付近の分布を示す説明図である。11 is an explanatory diagram showing the distribution of laser light near an optical waveguide in a semiconductor laser device according to a second embodiment. FIG. 実施の形態3に係る半導体レーザ装置の構成を示す要部上面図と要部横断面図である。11A and 11B are a top view and a cross-sectional view of a main portion showing a configuration of a semiconductor laser device according to a third embodiment. 実施の形態4に係る半導体レーザ装置の構成を示す要部上面図である。FIG. 13 is a top view of a main portion showing a configuration of a semiconductor laser device according to a fourth embodiment. 実施の形態4に係る半導体レーザ装置における作用を示す説明図である。13 is an explanatory diagram showing the operation of a semiconductor laser device according to a fourth embodiment. FIG.

以下、実施の形態に係る半導体レーザ装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、明細書および図面において、同一の構成要件または対応する構成要件には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、図面では、説明の便宜上、構成を省略または簡略化している場合もある。また、各実施の形態と各変形例との少なくとも一部は、互いに任意に組み合わされてもよい。なお、符号においては、形成箇所が異なる等の理由で個別に説明する必要がある際には、例えば、発光部EM11、EM12、EM13など、それぞれで異なる符号を付して説明するが、本来部材が持つ機能として説明する際には、例えば、発光部EM、と表現する場合もある。 The semiconductor laser device according to the embodiment will be described in detail below with reference to the drawings. In the specification and drawings, the same or corresponding components are given the same reference numerals, and duplicated explanations are omitted. In the drawings, the configuration may be omitted or simplified for convenience of explanation. At least some of the embodiments and modifications may be combined with each other in any way. In addition, when it is necessary to explain the components individually because they are formed in different locations, for example, different reference numerals are used for each component, but when explaining the functions that the components originally have, it may be expressed as the light emitting unit EM, for example.

[好ましい実施の形態に係る半導体レーザ装置の構成]
図1は、好ましい実施の形態に係る半導体レーザ装置の構成の一例を示す要部斜視図である。
[Configuration of a semiconductor laser device according to a preferred embodiment]
FIG. 1 is a perspective view of a main part showing an example of the configuration of a semiconductor laser device according to a preferred embodiment.

なお、図1に示されるx軸、y軸、z軸については、xは水平方向/幅方向/横方向、yは共振器方向/奥行方向/縦方向、zは垂直方向/厚さ方向/高さ方向、をそれぞれ意味するものとする。この方向に関する定義については、他の図においても同様である。 Note that with regard to the x-axis, y-axis, and z-axis shown in Figure 1, x means the horizontal direction/width direction/lateral direction, y means the resonator direction/depth direction/vertical direction, and z means the vertical direction/thickness direction/height direction. The definitions of these directions are the same in other figures.

図1に示されるように、好ましい実施の形態に係る半導体レーザ装置LD0は、GaAs基板1の上に、n型クラッド層2、発光層ELおよびp型クラッド層3が形成されている。また、レーザ光を放射する少なくとも2つの発光部EM01、EM02が、x方向において所定の間隔にて形成されている。発光部EM01、EM02からは、異なる波長のレーザ光λ01、λ02がそれぞれ放射される。 As shown in FIG. 1, the semiconductor laser device LD0 according to the preferred embodiment has an n-type cladding layer 2, an emission layer EL, and a p-type cladding layer 3 formed on a GaAs substrate 1. In addition, at least two light-emitting portions EM01 and EM02 that emit laser light are formed at a predetermined interval in the x direction. Laser light λ01 and λ02 with different wavelengths are emitted from the light-emitting portions EM01 and EM02, respectively.

発光部EM01、EM02においては、発光層ELおよび第1クラッド層2と第2クラッド層3の一部により構成される光導波路OW01、OW02が共振器方向(y方向)に亘ってそれぞれ形成されている。 In the light emitting sections EM01 and EM02, optical waveguides OW01 and OW02, each of which is composed of a light emitting layer EL and a part of the first cladding layer 2 and the second cladding layer 3, are formed in the resonator direction (y direction).

また、光導波路OWの少なくとも光出射端面側には、第1と第2の発光部EM01、EM02から放射されるレーザ光λ01、λ02のビーム形状を調整(補正)する調整領域ARが設けられている。調整領域ARは、第1の発光部EM01に形成される第1の調整領域AR01と第2の発光部EM02に形成される第2の調整領域AR02を含んでいる。なお、第1と第2の調整領域AR01、AR02は、光導波路OW01、OW02の内、少なくとも発光層EL01、EL02に形成されていれば良い。また、第1と第2の調整領域AR01、AR02の共振器方向における長さARL01、ARL02は、それぞれ異なって形成されている。なお、図1では調整領域ARはx方向において発光部EMの領域内に形成しているが、x方向の形成範囲は特にこれに限定されず効果を奏する任意の範囲で形成できる。 In addition, at least on the light emitting end surface side of the optical waveguide OW, an adjustment region AR is provided that adjusts (corrects) the beam shape of the laser light λ01, λ02 emitted from the first and second light emitting units EM01, EM02. The adjustment region AR includes a first adjustment region AR01 formed in the first light emitting unit EM01 and a second adjustment region AR02 formed in the second light emitting unit EM02. The first and second adjustment regions AR01, AR02 may be formed at least in the light emitting layers EL01, EL02 of the optical waveguides OW01, OW02. The lengths ARL01, ARL02 in the resonator direction of the first and second adjustment regions AR01, AR02 are formed differently. In FIG. 1, the adjustment region AR is formed within the region of the light emitting unit EM in the x direction, but the formation range in the x direction is not particularly limited to this and can be formed in any range that produces an effect.

このように、第1と第2の調整領域AR01、AR02の共振器方向の長さを異ならせることにより、波長が異なることに起因するレーザ光λ01、λ02のビーム形状の違いを補正し、ビーム形状のばらつきを抑えることができる。 In this way, by making the lengths of the first and second adjustment regions AR01 and AR02 in the resonator direction different, the difference in the beam shapes of the laser beams λ01 and λ02 caused by the different wavelengths can be corrected, and the variation in the beam shapes can be suppressed.

なお、レーザ光のビーム形状を調整(補正)する調整領域ARとは、光の閉じ込め度合いが相対的に弱い領域を意味し、光導波路を構成する第1クラッド層2、第2クラッド層3および発光層ELとの屈折率の差を小さくした領域である。一例として、次から選択される領域である。
(1)発光層EL内において、特定の領域の発光層ELのバンドギャップエネルギーを他の領域の発光層ELのバンドギャップエネルギーより広げた領域。(2)発光層EL内において、特定の領域の発光層ELのバンドギャップエネルギーを、クラッド層2、3のバンドギャップエネルギーに近づけるようにした領域。(3)光導波路内において、特定の領域の光導波路OWの等価屈折率を他の領域の導波路OWの等価屈折率よりも相対的に低くした領域。(4)発光層EL内において、特定の領域の発光層ELの厚さを他の領域の発光層ELの厚さよりも相対的に薄くした領域。(5)発光層EL内において、特定の領域の発光層ELの組成を、バンドギャップエネルギーを広げる、または等価屈折率を小さくするように、他の領域の発光層ELの組成と異ならせるようにした領域。異なる組成としては、一例として、他の領域に比べて不純物としての亜鉛(Zn)が多く混入しているか否かである。(6)上記に示す(1)から(5)を適宜組み合わせた領域。
The adjustment region AR for adjusting (correcting) the beam shape of the laser light means a region where the degree of light confinement is relatively weak, and is a region where the difference in refractive index between the first cladding layer 2, the second cladding layer 3, and the light emitting layer EL constituting the optical waveguide is small. As an example, it is a region selected from the following.
(1) A region in the light-emitting layer EL where the band gap energy of the light-emitting layer EL in a specific region is wider than that of the light-emitting layer EL in other regions. (2) A region in the light-emitting layer EL where the band gap energy of the light-emitting layer EL in a specific region is closer to the band gap energy of the cladding layers 2 and 3. (3) A region in the optical waveguide where the equivalent refractive index of the optical waveguide OW in a specific region is relatively lower than that of the waveguide OW in other regions. (4) A region in the light-emitting layer EL where the thickness of the light-emitting layer EL in a specific region is relatively thinner than that of the light-emitting layer EL in other regions. (5) A region in the light-emitting layer EL where the composition of the light-emitting layer EL in a specific region is made different from that of the light-emitting layer EL in other regions so as to widen the band gap energy or reduce the equivalent refractive index. As an example of a different composition, it is possible to mix more zinc (Zn) as an impurity than in other regions. (6) A region where the above-mentioned (1) to (5) are appropriately combined.

[実施の形態1]
実施の形態1に係る半導体レーザ装置LD1では、レーザ光を放射する3つの発光部EM11、EM12、EM13が形成され、それぞれの発光部EMからは異なる波長のレーザ光λ11、λ12、λ13が放射される。また、発光部EM11、EM12、EM13においては、発光層ELおよび第1クラッド層2と第2クラッド層3の一部により構成される光導波路OW11、OW12、OW13が共振器方向(y方向)に亘ってそれぞれ形成されている。更には、光導波路OW11、OW12、OW13を含む半導体レーザ装置LD1の光出射端面側の領域には、発光部EM11、EM12、EM13から放射されるレーザ光λ11、λ12、λ13のビーム形状を調整(補正)する調整領域ARが設けられている。調整領域ARは、発光部EM11、EM12、EM13のそれぞれに対応する調整領域AR11、AR12、AR13を含んでいる。それぞれの調整領域AR11、AR12、AR13は、共振器方向における長さARL11、ARL12、ARL13を有しており、それぞれの長さARLは異なっている。
[First embodiment]
In the semiconductor laser device LD1 according to the first embodiment, three light emitting portions EM11, EM12, and EM13 that emit laser light are formed, and the light emitting portions EM emit laser light λ11, λ12, and λ13 with different wavelengths. In the light emitting portions EM11, EM12, and EM13, optical waveguides OW11, OW12, and OW13 that are constituted by the light emitting layer EL and a part of the first cladding layer 2 and the second cladding layer 3 are formed in the resonator direction (y direction). Furthermore, an adjustment region AR that adjusts (corrects) the beam shapes of the laser light λ11, λ12, and λ13 emitted from the light emitting portions EM11, EM12, and EM13 is provided in the region on the light emitting end surface side of the semiconductor laser device LD1 including the optical waveguides OW11, OW12, and OW13. The adjustment region AR includes adjustment regions AR11, AR12, and AR13 corresponding to the light emitting portions EM11, EM12, and EM13, respectively. The adjustment regions AR11, AR12, and AR13 have lengths ARL11, ARL12, and ARL13 in the resonator direction, respectively, and the lengths ARL are different from each other.

本実施の形態において、調整領域ARは、光出射端面側の発光層ELのバンドギャップエネルギーを広げ、光導波路の等価屈折率を相対的に小さくした領域である。 In this embodiment, the adjustment region AR is a region in which the band gap energy of the light-emitting layer EL on the light-emitting end surface side is widened and the equivalent refractive index of the optical waveguide is relatively small.

(半導体レーザ装置の構成)
図2は、実施の形態1に係る半導体レーザ装置LD1の構成の一例を示す要部斜視図である。図3は、実施の形態1に係る半導体レーザ装置LD1の構成を示す要部上面図である。図4は、実施の形態1に係る半導体レーザ装置LD1における発光層EL11~EL13の構成の一例を示す要部断面図である。
(Configuration of Semiconductor Laser Device)
Fig. 2 is a perspective view of a main part showing an example of the configuration of the semiconductor laser device LD1 according to the embodiment 1. Fig. 3 is a top view of a main part showing the configuration of the semiconductor laser device LD1 according to the embodiment 1. Fig. 4 is a cross-sectional view of a main part showing an example of the configuration of the light emitting layers EL11 to EL13 in the semiconductor laser device LD1 according to the embodiment 1.

図2に示されるように、半導体レーザ装置LD1は、GaAs基板1の上に、n型クラッド層2(厚さ2μm)、発光層EL11、EL12、EL13およびp型クラッド層3(厚さ1.7μm)が形成されている。n型クラッド層2およびp型クラッド層3の組成は(AlGa1-x1-yInP(0<x≦1、0<y<1)であり、ここではx=1、y=0.5とした。 2, the semiconductor laser device LD1 has an n-type cladding layer 2 (thickness 2 μm), light emitting layers EL11, EL12, EL13, and a p-type cladding layer 3 (thickness 1.7 μm) formed on a GaAs substrate 1. The composition of the n-type cladding layer 2 and the p-type cladding layer 3 is (Al x Ga 1-x ) 1-y In y P (0<x≦1, 0<y<1), where x=1 and y=0.5.

半導体レーザ装置LD1には、3つの発光部EM11、EM12、EM13が形成され、異なる波長λのレーザ光を放射させるため、それぞれの発光部EMにおける発光層EL11、EL12、EL13の厚さ(ET11、ET12、ET13)を異ならせている。すなわち、厚さ、ET11>ET12>ET13、の関係になっている。本実施の形態では、それぞれの厚さETは、ET11(104nm)、ET12(92nm)、ET13(80nm)としている。詳細は後述するが、発光層EL11、EL12、EL13は選択成長法により形成されるため、それぞれの厚さETを異ならせることができる。 The semiconductor laser device LD1 is formed with three light emitting portions EM11, EM12, and EM13, and in order to emit laser light of different wavelengths λ, the thicknesses (ET11, ET12, ET13) of the light emitting layers EL11, EL12, and EL13 in each light emitting portion EM are made different. In other words, the thicknesses have the relationship ET11>ET12>ET13. In this embodiment, the respective thicknesses ET are ET11 (104 nm), ET12 (92 nm), and ET13 (80 nm). As will be described in detail later, the light emitting layers EL11, EL12, and EL13 are formed by selective growth, so that the respective thicknesses ET can be made different.

3つの発光部EM11、EM12、EM13から放射される波長λは、発光部EM11>発光部EM12>発光部EM13、の関係となっている。一例として、発光領域ER11からは642nm(λ11)、発光領域ER12からは639nm(λ12)、発光領域ER13からは636nm(λ13)の波長のレーザ光がそれぞれ放射される。このように、発光層ELの厚さETによりレーザ光の波長が異なり、発光層ELの厚さETが厚くなるほど、波長λの値も大きくなっている。 The wavelengths λ emitted from the three light-emitting elements EM11, EM12, and EM13 have the following relationship: light-emitting element EM11 > light-emitting element EM12 > light-emitting element EM13. As an example, light-emitting region ER11 emits laser light with a wavelength of 642 nm (λ11), light-emitting region ER12 emits laser light with a wavelength of 639 nm (λ12), and light-emitting region ER13 emits laser light with a wavelength of 636 nm (λ13). In this way, the wavelength of the laser light varies depending on the thickness ET of the light-emitting layer EL, and the thicker the thickness ET of the light-emitting layer EL, the larger the value of the wavelength λ.

なお、上述の例では、それぞれの波長は3nmの差で設定されているが、これらの波長の差は、1nm~30nmの間で適宜選択することができ。例えば、波長の差を1nmとした場合は、発光領域ER11からは622nm、発光領域ER12からは621nm、発光領域ER13からは620nmの波長のレーザ光がそれぞれ放射される。また、波長の差を30nmとした場合は、発光領域ER11からは690nm、発光領域ER12からは660nm、発光領域ER13からは630nmの波長のレーザ光がそれぞれ放射される。 In the above example, the wavelengths are set with a difference of 3 nm, but the difference in wavelengths can be appropriately selected between 1 nm and 30 nm. For example, if the difference in wavelengths is 1 nm, then light-emitting region ER11 emits laser light with a wavelength of 622 nm, light-emitting region ER12 emits laser light with a wavelength of 621 nm, and light-emitting region ER13 emits laser light with a wavelength of 620 nm. If the difference in wavelengths is 30 nm, then light-emitting region ER11 emits laser light with a wavelength of 690 nm, light-emitting region ER12 emits laser light with a wavelength of 660 nm, and light-emitting region ER13 emits laser light with a wavelength of 630 nm.

また、それぞれの発光部EM11、EM12、EM13には、p型クラッド層3の一部をエッチングしてリッジ溝RGを形成し、電流狭窄構造(電流注入構造)および横方向(x方向)の光閉じ込めのための構造としてのリッジR11、R12、R13が形成されている。このように、リッジRは、p型クラッド層3よりも屈折率が低い空気(屈折率=1)に両側面から挟まれるように、共振器方向(y方向)に亘って形成されたリッジ構造となっている。 In each of the light emitting sections EM11, EM12, and EM13, a ridge groove RG is formed by etching a part of the p-type cladding layer 3, and ridges R11, R12, and R13 are formed as a current confinement structure (current injection structure) and a structure for lateral (x-direction) light confinement. In this way, the ridge R has a ridge structure formed along the resonator direction (y-direction) so that it is sandwiched on both sides by air (refractive index = 1), which has a lower refractive index than the p-type cladding layer 3.

発光部EM11、EM12、EM13においては、発光層ELおよび第1クラッド層2と第2クラッド層3の一部により構成される光導波路OW11、OW12、OW13が共振器方向(y方向)に亘ってそれぞれ形成されている。 In the light emitting sections EM11, EM12, and EM13, optical waveguides OW11, OW12, and OW13, each of which is composed of a light emitting layer EL and a part of the first cladding layer 2 and the second cladding layer 3, are formed in the resonator direction (y direction).

また、光導波路OW11、OW12、OW13を含む半導体レーザ装置LD1の光出射端面側の領域に、発光部EM11、EM12、EM13から放射されるレーザ光λ11、λ12、λ13のビーム形状を調整(補正)する調整領域ARが設けられている。すなわち、調整領域ARは、光出射端面側において、第1クラッド層2の一部および発光層ELと第2クラッド層3に形成されている。 In addition, an adjustment area AR is provided in the region of the light-emitting end face side of the semiconductor laser device LD1 including the optical waveguides OW11, OW12, and OW13, which adjusts (corrects) the beam shapes of the laser beams λ11, λ12, and λ13 emitted from the light-emitting portions EM11, EM12, and EM13. That is, the adjustment area AR is formed in a part of the first cladding layer 2, the light-emitting layer EL, and the second cladding layer 3 on the light-emitting end face side.

調整領域ARは、光出射端面側の発光層ELのバンドギャップエネルギーを広げ、光導波路の等価屈折率を相対的に小さくした領域であり、本実施の形態では、一例として、亜鉛(Zn)を熱拡散などの手法により混入させた領域である。亜鉛(Zn)が混入することで、発光層ELとクラッド層2、3が混晶化し、発光層ELのバンドギャップエネルギーが広がる。結果、発光層ELの屈折率が低下することで、光導波路の等価屈折率を下げている。詳細は後述するが、等価屈折率が小さい領域は、光の閉じ込め度合いが小さくなり、光導波路内でのレーザ光のビーム形状を広げる方向で作用させることができる。 The adjustment region AR is a region in which the band gap energy of the light emitting layer EL on the light emitting end surface side is widened and the equivalent refractive index of the optical waveguide is relatively small. In the present embodiment, as an example, it is a region in which zinc (Zn) is mixed by a method such as thermal diffusion. By mixing zinc (Zn), the light emitting layer EL and the clad layers 2 and 3 are mixed, and the band gap energy of the light emitting layer EL is widened. As a result, the refractive index of the light emitting layer EL is reduced, and the equivalent refractive index of the optical waveguide is lowered. Although details will be described later, the region with a small equivalent refractive index has a small degree of light confinement and can act in the direction of widening the beam shape of the laser light in the optical waveguide.

また、本実施の形態に係る半導体レーザ装置LD1では、調整領域ARは、光出射端面においてx方向に亘って連続して形成されている一方で、共振器方向(y方向)における長さが異なっている。すなわち、調整領域ARは、それぞれの発光部EM11、EM12、EM13に対応する調整領域AR11、AR12、AR13を含んでいる。また、調整領域AR11、AR12、AR13は、共振器方向における長さARL11、ARL12、ARL13を有しており、それぞれの長さARLが異なって形成されている。本実施の形態では、一例として、それぞれの長さARLは、ARL11(20μm)、ARL12(15μm)、ARL13(10μm)としている。 In the semiconductor laser device LD1 according to this embodiment, the adjustment region AR is formed continuously in the x direction on the light emitting end face, but has different lengths in the resonator direction (y direction). That is, the adjustment region AR includes adjustment regions AR11, AR12, and AR13 corresponding to the light emitting portions EM11, EM12, and EM13, respectively. The adjustment regions AR11, AR12, and AR13 also have lengths ARL11, ARL12, and ARL13 in the resonator direction, and the lengths ARL are different. In this embodiment, as an example, the lengths ARL are ARL11 (20 μm), ARL12 (15 μm), and ARL13 (10 μm).

更には、図2および図3に示されるように、本実施の形態に係る半導体レーザ装置LD1では、光反射端面側においても、調整領域ARと同様の構成からなるリア領域ARRが形成されている。図2および図3の平面図(a)では、リア領域ARRは、光反射端面においてx方向に亘って連続して形成され、共振器方向におけるリア領域ARRの長さは同じに形成されている。なお、リア領域ARRは、レーザ光のビーム形状のばらつきを抑制する観点では、必ずしも形成する必要はないが、その他の理由(実施の形態4にて後述する)、端面保護の観点または製造上の都合で形成されていても良い。 Furthermore, as shown in Figures 2 and 3, in the semiconductor laser device LD1 according to this embodiment, a rear region ARR having a similar configuration to the adjustment region AR is also formed on the light reflecting end face side. In the plan view (a) of Figures 2 and 3, the rear region ARR is formed continuously in the x direction on the light reflecting end face, and the length of the rear region ARR in the resonator direction is the same. Note that, from the viewpoint of suppressing the variation in the beam shape of the laser light, it is not necessarily required to form the rear region ARR, but it may be formed for other reasons (described later in embodiment 4), from the viewpoint of end face protection, or for manufacturing convenience.

リア領域ARRの変形例として、図3の平面図(b)に示すように、光反射端面側に形成されるリア領域ARRを、光出射端面側に形成される調整領域ARと相似形としても良い。すなわち、発光部EM11における調整領域AR11とリア領域ARR111の共振器方向における長さARL11とARRL111とは同じ長さで形成されている。同様に、発光部EM12における調整領域AR12とリア領域ARR121の共振器方向における長さARL12とARRL121とは同じ長さで形成されている。また、発光部EM13における調整領域AR13とリア領域ARR131の共振器方向における長さARL13とARRL131とは同じ長さで形成されている。 As a modification of the rear region ARR, as shown in the plan view (b) of FIG. 3, the rear region ARR formed on the light reflecting end face side may be similar in shape to the adjustment region AR formed on the light emitting end face side. That is, the lengths ARL11 and ARRL111 of the adjustment region AR11 and rear region ARR111 in the resonator direction in the light emitting unit EM11 are formed to be the same. Similarly, the lengths ARL12 and ARRL121 of the adjustment region AR12 and rear region ARR121 in the resonator direction in the light emitting unit EM12 are formed to be the same. Also, the lengths ARL13 and ARRL131 of the adjustment region AR13 and rear region ARR131 in the resonator direction in the light emitting unit EM13 are formed to be the same.

発光層ELの厚さが厚い場合には光の閉じ込め度合いが大きくなり、端面における光の密度が高くなる。例えば、発光層EL11の厚さは、他の発光層EL12、EL13の厚さよりも厚く形成されている。そのため、厚さが厚い発光層EL11の光反射端面側に形成されるリア領域ARR111をより長くすることで、リア端面(光反射端面)の保護をより向上させることができる。
また、GaAs基板1の裏面とリッジRの上面には、図示しないn側電極とp側電極が形成されている。n側電極とp側電極に電流を印加することで、3つの発光部EM11、EM12、EM13に形成される発光領域ER11、ER12、ER13から、赤色領域におけるレーザ光(波長:600nm~700nm)が放射される。
When the thickness of the light-emitting layer EL is large, the degree of light confinement increases, and the light density at the end face increases. For example, the thickness of the light-emitting layer EL11 is formed to be thicker than the thicknesses of the other light-emitting layers EL12 and EL13. Therefore, by making the rear region ARR111 formed on the light-reflecting end face side of the thick light-emitting layer EL11 longer, it is possible to further improve protection of the rear end face (light-reflecting end face).
In addition, an n-side electrode and a p-side electrode (not shown) are formed on the back surface of the GaAs substrate 1 and the upper surface of the ridge R. By applying a current to the n-side electrode and the p-side electrode, laser light (wavelength: 600 nm to 700 nm) in the red region is emitted from light emitting regions ER11, ER12, and ER13 formed in the three light emitting portions EM11, EM12, and EM13.

発光層EL11、EL12、EL13の構成を図4により説明する。発光層ELは、光導波路としてはコア層として機能する。図4に示されるように、発光層ELは、下から順に、下部n側ガイド層nGL、バリア層BL、量子井戸層QW、バリア層BLおよび上部p側ガイド層pGLにより構成されている。発光層ELの厚さは波長や各層の屈折率にも依存するが、赤色レーザでは約50nm~約500nmの範囲から選ばれ、本実施の形態では約100nmの厚さとしている。図2に示される発光領域ER11、ER12、ER13は、主に量子井戸層QWの所望の領域に相当する。なお、図4においては、量子井戸層QWは、単一量子井戸層(SQW)として示されているが、多重量子井戸層(MQW)であっても良い。 The configuration of the light-emitting layers EL11, EL12, and EL13 will be described with reference to FIG. 4. The light-emitting layer EL functions as a core layer in the optical waveguide. As shown in FIG. 4, the light-emitting layer EL is composed of, from the bottom, a lower n-side guide layer nGL, a barrier layer BL, a quantum well layer QW, a barrier layer BL, and an upper p-side guide layer pGL. The thickness of the light-emitting layer EL depends on the wavelength and the refractive index of each layer, but is selected from the range of about 50 nm to about 500 nm for red lasers, and is about 100 nm in this embodiment. The light-emitting regions ER11, ER12, and ER13 shown in FIG. 2 mainly correspond to the desired regions of the quantum well layer QW. In FIG. 4, the quantum well layer QW is shown as a single quantum well layer (SQW), but may be a multiple quantum well layer (MQW).

本実施の形態に係る半導体レーザ装置LD1では、発光層ELを構成するそれぞれの層の厚さは次のように設定されている。発光層EL11は、下から順に、下部n側ガイド層nGL(40nm)、バリア層BL(9nm)、量子井戸層QW(6nm)、バリア層BL(9nm)および上部p側ガイド層pGL(40nm)により構成され、トータルの厚さET11は104nmである。発光層EL12は、下から順に、下部n側ガイド層nGL(35nm)、バリア層BL(8.25)nm)、量子井戸層QW(5.5nm)、バリア層BL(8.25nm)および上部p側ガイド層pGL(35nm)により構成され、トータルの厚さET12は92nmである。発光層EL13は、下から順に、下部n側ガイド層nGL(30nm)、バリア層BL(7.5nm)、量子井戸層QW(5nm)、バリア層BL(7.5nm)および上部p側ガイド層pGL(30nm)により構成され、トータルの厚さET13は80nmである。 In the semiconductor laser device LD1 according to the present embodiment, the thicknesses of the layers constituting the light-emitting layer EL are set as follows. The light-emitting layer EL11 is composed of, from the bottom, the lower n-side guide layer nGL (40 nm), the barrier layer BL (9 nm), the quantum well layer QW (6 nm), the barrier layer BL (9 nm) and the upper p-side guide layer pGL (40 nm), and the total thickness ET11 is 104 nm. The light-emitting layer EL12 is composed of, from the bottom, the lower n-side guide layer nGL (35 nm), the barrier layer BL (8.25) nm), the quantum well layer QW (5.5 nm), the barrier layer BL (8.25 nm) and the upper p-side guide layer pGL (35 nm), and the total thickness ET12 is 92 nm. The light-emitting layer EL13 is composed of, from the bottom up, a lower n-side guide layer nGL (30 nm), a barrier layer BL (7.5 nm), a quantum well layer QW (5 nm), a barrier layer BL (7.5 nm), and an upper p-side guide layer pGL (30 nm), with a total thickness ET13 of 80 nm.

このように、発光層ELの厚さETは、ET11(104nm)、ET12(92nm)、ET13(80nm)となり、12nmごとで厚さが異なっている。 Thus, the thickness ET of the light-emitting layer EL is ET11 (104 nm), ET12 (92 nm), and ET13 (80 nm), with the thickness varying in increments of 12 nm.

発光層EL11、EL12、EL13の結晶層は(AlGa1-x1-yInP(0≦x<1、0<y<1)の結晶層から構成されている。量子井戸層QWは(Ga1-yInP(x=0、y=0.55)であり、ガイド層GLおよびバリア層BLは(AlGa1-x1-yInP(x=0.7、y=0.5)である。なお、量子井戸層QWにおいては、Al組成(x)をx=0としているが、発光層ELのなかでAl組成(x)が量子井戸層QWで最も小さくなるように適宜選択することができる。しかし、量子井戸層QWのAl組成(x)が約0.5よりも大きくなると間接遷移型となるため、量子井戸層QWのAl組成(x)は0.5以下であることが好ましい。 The crystal layers of the light-emitting layers EL11, EL12, and EL13 are composed of ( AlxGa1 -x ) 1- yInyP (0≦x<1, 0<y<1). The quantum well layer QW is (Ga1 - yInyP (x=0, y=0.55), and the guide layer GL and the barrier layer BL are ( AlxGa1 -x ) 1-yInyP ( x=0.7, y=0.5). In the quantum well layer QW, the Al composition (x) is set to x=0, but it can be appropriately selected so that the Al composition (x) of the quantum well layer QW is the smallest in the light-emitting layer EL. However, if the Al composition (x) of the quantum well layer QW is larger than about 0.5, it becomes an indirect transition type, so that the Al composition (x) of the quantum well layer QW is preferably 0.5 or less.

また、本実施の形態に係る半導体レーザ装置では、発光層ELの厚さETを変えることで、異なる波長のレーザ光を一つのチップから放射することを可能としている。しかし、発光層ELの厚さを変えなくても、発光層ELの結晶層を構成する組成の内、取り分け、In(インジウム)の組成比を変えることにより、エネルギーバンドギャップを変化させ、異なる波長の複数のレーザ光を一つのチップから放射することも可能である。この場合、一例として、発光層EL11のIn組成比(y):0.59、発光層EL12のIn組成比(y):0.55、発光層EL13のIn組成比(y):は0.51とすれば、異なる波長のレーザ光を一つのチップから放射することが可能である。なお、このIn組成比(y)は、0.35~0.65の範囲から選択することが好ましい。 In addition, in the semiconductor laser device according to this embodiment, by changing the thickness ET of the light-emitting layer EL, it is possible to emit laser beams of different wavelengths from one chip. However, even without changing the thickness of the light-emitting layer EL, it is also possible to change the energy band gap by changing the composition ratio of In (indium) among the compositions constituting the crystal layer of the light-emitting layer EL, and to emit multiple laser beams of different wavelengths from one chip. In this case, as an example, if the In composition ratio (y) of the light-emitting layer EL11 is 0.59, the In composition ratio (y) of the light-emitting layer EL12 is 0.55, and the In composition ratio (y) of the light-emitting layer EL13 is 0.51, it is possible to emit laser beams of different wavelengths from one chip. Note that this In composition ratio (y) is preferably selected from the range of 0.35 to 0.65.

なお、本実施の形態にて発光層ELと表現する場合は、発光層ELに上述の下部n側ガイド層nGL、量子井戸層QW、バリア層BLおよび上部p側ガイド層pGLを全て含むことを意味する他、量子井戸層QWとバリア層BLを含むことを意味する場合、または、p型クラッド層3、n型クラッド層2の少なくともどちらか一方の一部をも含むことを意味する場合もある。 In the present embodiment, the expression "light emitting layer EL" means that the light emitting layer EL includes all of the lower n-side guide layer nGL, quantum well layer QW, barrier layer BL, and upper p-side guide layer pGL described above, and may also mean that the light emitting layer EL includes the quantum well layer QW and the barrier layer BL, or may also mean that the light emitting layer EL includes at least a part of either the p-type cladding layer 3 or the n-type cladding layer 2.

また、図4で示される発光層ELの構成は、特に言及しない限り、後述する他の実施の形態における発光層ELにおいても同様な構成である。 In addition, unless otherwise specified, the configuration of the light-emitting layer EL shown in FIG. 4 is the same as that of the light-emitting layer EL in other embodiments described below.

(レーザ光のビーム形状(NFP/FFP))
次に、図5および図6を用いて、レーザ光のビーム形状や特性の評価として用いられるNFP(NearField Pattern)とFFP(Far Field Pattern)について説明する。なお、NFPとFFPに関しては、x方向に相当する水平方向(slow axis)とz方向に相当する垂直方向(fast axis)における形状がある。ビーム形状の特性の評価においては、水平方向と垂直方向の両方向における評価および検討が必要であるが、本実施の形態では、特に言及しない限り、垂直方向のビーム形状について述べるものとする。
(Laser light beam shape (NFP/FFP))
Next, NFP (Near Field Pattern) and FFP (Far Field Pattern) used to evaluate the beam shape and characteristics of laser light will be described with reference to Figs. 5 and 6. Note that NFP and FFP have shapes in the horizontal direction (slow axis) corresponding to the x direction and the vertical direction (fast axis) corresponding to the z direction. In evaluating the characteristics of the beam shape, evaluation and consideration are required in both the horizontal and vertical directions, but in this embodiment, the beam shape in the vertical direction will be described unless otherwise specified.

まず、図5を用いて、NFPとFFPの定義について説明する。図5においては、(a)は半導体レーザ装置の光出射端面の概略側面図であり、(b)は半導体レーザ装置を上面から見た概略上面図である。また、(c)(d)は、それぞれNFPとFFPを示す分布例を示す図である。 First, the definitions of NFP and FFP will be explained using Figure 5. In Figure 5, (a) is a schematic side view of the light-emitting end face of a semiconductor laser device, and (b) is a schematic top view of the semiconductor laser device as seen from above. Also, (c) and (d) are diagrams showing distribution examples showing NFP and FFP, respectively.

レーザ光は(b)に模式的に示されるように、光導波路OWの中を伝搬し、光出射面から外部に放射される。NFPは、光の出射端面におけるビーム形状の特性を示し、(c)に示されるように、横軸がz方向に相当する垂直位置(μm)、縦軸が光強度にて表現される。また、FFPは、光の出射端面から離れた位置(約10mm)におけるビーム形状の特性を示し、(d)に示されるように、横軸がz方向におけるビームの広がり角を示す角度(deg)、縦軸が光強度にて表現される。すなわち、レーザ光のビーム形状においては、人間が直接視認することになる光出射端面から放射された後のビーム形状、すなわちFFPで示されるビーム形状の評価が重要である。 As shown in (b), the laser light propagates through the optical waveguide OW and is emitted from the light exit surface to the outside. NFP indicates the characteristics of the beam shape at the light exit surface, and as shown in (c), the horizontal axis is expressed as the vertical position (μm) corresponding to the z direction, and the vertical axis is expressed as the light intensity. FFP indicates the characteristics of the beam shape at a position (approximately 10 mm) away from the light exit surface, and as shown in (d), the horizontal axis is expressed as the angle (deg) indicating the beam spread angle in the z direction, and the vertical axis is expressed as the light intensity. In other words, when it comes to the beam shape of laser light, it is important to evaluate the beam shape after it is emitted from the light exit surface that is directly visible to humans, that is, the beam shape indicated by FFP.

図6は、NFPとFFPとの関係を示す説明図である。図6において、実線は波長λが長い場合の特性を示し、破線は波長λが短い場合の特性を示している。NFPにおいて垂直方向のビーム形状が狭いレーザ光の場合、FFPでは垂直方向のビームの広がり角は広がる。一方で、NFPにおいて垂直方向のビーム形状が広いレーザ光の場合、FFPでは垂直方向のビームの広がり角は狭くなる。これは、波の回折現象により説明できるものであるが、ここでは説明を省略する。このように、FFPのビームの広がり角を調整にするには、NFPにおけるビーム特性を改善する必要があるといえる。 Figure 6 is an explanatory diagram showing the relationship between NFP and FFP. In Figure 6, the solid line shows the characteristics when the wavelength λ is long, and the dashed line shows the characteristics when the wavelength λ is short. When the laser light has a narrow vertical beam shape in NFP, the vertical beam spread angle is wider in FFP. On the other hand, when the laser light has a wide vertical beam shape in NFP, the vertical beam spread angle is narrower in FFP. This can be explained by the wave diffraction phenomenon, but the explanation will be omitted here. Thus, it can be said that in order to adjust the beam spread angle in FFP, it is necessary to improve the beam characteristics in NFP.

ここで、レーザ光は光導波路を伝搬して外部に放射される。光導波路は、リッジR(p型クラッド3の一部)、発光層ELおよびn型クラッド2の一部から構成される。なお、前述したように、本実施の形態に係る半導体レーザ装置LD1では、リッジ構造を採用しているため、リッジRの周囲にはSiOや空気などの低屈折率の媒質が存在している。 Here, the laser light propagates through the optical waveguide and is emitted to the outside. The optical waveguide is composed of the ridge R (part of the p-type cladding 3), the light emitting layer EL, and part of the n-type cladding 2. As described above, the semiconductor laser device LD1 according to this embodiment employs a ridge structure, and therefore a medium with a low refractive index, such as SiO2 or air, exists around the ridge R.

レーザ光のビーム形状は、光の分布で重み付けした(すなわち、光が感じる)等価屈折率により形状が異なってくる。光分布は、レーザ光が通る材料の屈折率、膜厚および波長(真空中の光の波長)の三要素を含んでいる。例えば、レーザ光の波長λが変化すると、光導波路内を伝搬している光が感じる等価屈折率が変化し、結果、レーザ光のビーム形状(NFP)が変化する。また、同様に、発光層ELの膜厚が厚くなると、光導波路内を伝搬する光が感じる等価屈折率が高くなり、結果、レーザ光のビーム形状(NFP)が変化する。 The beam shape of laser light varies depending on the equivalent refractive index weighted by the distribution of light (i.e., what the light feels). The light distribution includes three elements: the refractive index of the material through which the laser light passes, the film thickness, and the wavelength (the wavelength of light in a vacuum). For example, when the wavelength λ of the laser light changes, the equivalent refractive index felt by the light propagating in the optical waveguide changes, and as a result, the beam shape (NFP) of the laser light changes. Similarly, when the film thickness of the light-emitting layer EL increases, the equivalent refractive index felt by the light propagating in the optical waveguide increases, and as a result, the beam shape (NFP) of the laser light changes.

本実施の形態の構造では、発光層ELの膜厚が厚くなることで等価屈折率が高くなると、光導波路内での光の閉じ込め度合いが相対的に強くなり、レーザ光のビーム形状(NFP)が狭くなる方向に作用する。すなわち、波長が長いレーザ光のビーム形状は、波長が短いレーザ光のビーム形状よりも相対的に狭くなることになる。 In the structure of this embodiment, when the equivalent refractive index increases due to an increase in the thickness of the light-emitting layer EL, the degree of light confinement in the optical waveguide becomes relatively stronger, and the beam shape (NFP) of the laser light becomes narrower. In other words, the beam shape of a laser light with a long wavelength becomes relatively narrower than the beam shape of a laser light with a short wavelength.

したがって、波長が異なる複数のレーザ光を放射する場合において、ビームの広がり角(FFP)を揃えるには、レーザ光が光導波路内を伝搬する過程でのレーザ光のビーム形状(NFP)の検討が重要になる。このように、波長が異なるレーザ光のそれぞれの光導波路の等価屈折率を制御することで、それぞれのレーザ光のビーム形状を調整(補正)することができ、結果、放射されるレーザ光のそれぞれのビーム形状の違いを抑制することが可能となる。 Therefore, when emitting multiple laser beams with different wavelengths, in order to align the beam divergence angle (FFP), it is important to consider the beam shape (NFP) of the laser beam as it propagates through the optical waveguide. In this way, by controlling the equivalent refractive index of each optical waveguide of laser beams with different wavelengths, it is possible to adjust (correct) the beam shape of each laser beam, and as a result, it is possible to suppress the differences in the beam shapes of each emitted laser beam.

(ビーム形状の改善結果)
次に、調整領域ARを形成することによるNFPとFFPの改善結果を説明する。図7Aは、本実施の形態1に係る半導体レーザ装置LD1におけるレーザ光のビーム形状(NFP)の改善結果を示す説明図である。図7Bは、本実施の形態1に係る半導体レーザ装置LD1におけるレーザ光のビーム形状(NFP)の改善結果を示すグラフである。また、図7Cは、本実施の形態1に係る半導体レーザ装置LD1におけるレーザ光のビーム形状(FFP)の改善結果を示すグラフである。
図7Aにおいて、(A)は発光部EM11~EM13におけるレーザ光λ11~λ13が、光導波路内を伝搬していく過程を模式的に示した図である。右側がフロント側の光出射端面で、左側がリア側の光反射端面の方向である。また、図中、光導波路内の各位置((a)~(e))での垂直方向のビーム形状(NFP)が模式的に示されている。点線(P)は、光導波路に形成された調整領域ARと利得領域(または非調整領域non-ARとも称す)との境界であり、点線(P)より右側が調整領域ARで、左側が利得領域(非調整領域non-AR)である。また、図7Aにおいて、(B)は、光導波路内をレーザ光λ11~λ13が伝搬する過程でのレーザ光の垂直方向におけるビーム形状(NFP)の広がり具合を定性的に示したグラフである。横軸は伝搬長(μm)、縦軸は垂直方向のビーム形状(NFP)の半値全幅を示している。なお、それぞれのレーザ光の波長は、前述したように、λ11(642nm)、λ12(639nm)、λ13(636nm)である。
(Improved beam shape)
Next, the improvement results of NFP and FFP by forming the adjustment region AR will be described. Fig. 7A is an explanatory diagram showing the improvement results of the beam shape (NFP) of the laser light in the semiconductor laser device LD1 according to the first embodiment. Fig. 7B is a graph showing the improvement results of the beam shape (NFP) of the laser light in the semiconductor laser device LD1 according to the first embodiment. Fig. 7C is a graph showing the improvement results of the beam shape (FFP) of the laser light in the semiconductor laser device LD1 according to the first embodiment.
In FIG. 7A, (A) is a diagram showing a schematic diagram of the process in which the laser light λ11 to λ13 in the light emitting units EM11 to EM13 propagates through the optical waveguide. The right side is the direction of the light emitting end face on the front side, and the left side is the direction of the light reflecting end face on the rear side. In addition, in the figure, the vertical beam shape (NFP) at each position ((a) to (e)) in the optical waveguide is shown. The dotted line (P) is the boundary between the adjustment area AR and the gain area (also called the non-adjusted area non-AR) formed in the optical waveguide, and the right side of the dotted line (P) is the adjustment area AR, and the left side is the gain area (non-adjusted area non-AR). In addition, in FIG. 7A, (B) is a graph showing qualitatively the degree of spread of the beam shape (NFP) in the vertical direction of the laser light in the process in which the laser light λ11 to λ13 propagates through the optical waveguide. The horizontal axis indicates the propagation length (μm), and the vertical axis indicates the full width at half maximum of the vertical beam shape (NFP). As described above, the wavelengths of the laser beams are λ11 (642 nm), λ12 (639 nm), and λ13 (636 nm).

図7Aの(A)に示されるように、光導波路内の位置(a)では、それぞれのレーザ光λ11、λ12、λ13のビーム形状に違いが生じている。これは、EM11の量子井戸が厚く、光の閉じ込め度合いが相対的に強くなるため、垂直方向のビーム形状(NFP)が狭く、NFP値が小さくなる。また、EM13では、量子井戸が薄く、光の閉じ込め度合いが相対的に弱くなり光導波路内の等価屈折率が相対的に低くなる。そのため、垂直方向のビーム形状(NFP)が広がり、NFP値が大きくなる。位置(a)における垂直方向のNFPは、図7Aの(B)において伝搬長0μm付近に示されるように、ばらつきが大きく生じている。仮に、調整領域ARを設けなければ、それぞれのレーザ光は、位置(a)におけるビーム形状にて光出射端面から放射されることになり、結果、垂直方向のビーム形状(FFP)の広がり角が不揃いのレーザ光となる。 As shown in (A) of FIG. 7A, at position (a) in the optical waveguide, the beam shapes of the laser beams λ11, λ12, and λ13 are different. This is because the quantum well of EM11 is thick and the degree of optical confinement is relatively strong, so the vertical beam shape (NFP) is narrow and the NFP value is small. In addition, in EM13, the quantum well is thin and the degree of optical confinement is relatively weak, so the equivalent refractive index in the optical waveguide is relatively low. Therefore, the vertical beam shape (NFP) spreads and the NFP value increases. The vertical NFP at position (a) varies greatly, as shown in (B) of FIG. 7A near the propagation length of 0 μm. If the adjustment region AR is not provided, each laser beam will be emitted from the light emitting end face with the beam shape at position (a), resulting in laser beams with uneven spread angles of the vertical beam shape (FFP).

本実施の形態では、それぞれのレーザ光の垂直方向のビーム形状(NFP)を調整(補正)するため、調整領域ARを設けている。調整領域ARは、EM11においては光出射端面から20μm(ARL11)、EM12においては光出射端面から15μm(ARL12)、EM13においては光出射端面から10μm(ARL13)の位置までそれぞれ形成されている。 In this embodiment, an adjustment area AR is provided to adjust (correct) the vertical beam shape (NFP) of each laser light. The adjustment area AR is formed up to a position 20 μm (ARL11) from the light emitting end face in EM11, 15 μm (ARL12) from the light emitting end face in EM12, and 10 μm (ARL13) from the light emitting end face in EM13.

ここで、前述したように、調整領域ARは、光出射端面側の発光層ELのバンドギャップエネルギーを広げ、光導波路の等価屈折率を相対的に小さくした領域である。したがって、垂直方向のビーム形状(NFP)が狭いレーザ光λ11においては、等価屈折率を相対的に小さくした光導波路を長い距離に亘って伝搬させることで、垂直方向のビーム形状(NFP)を広げる方向で補正することができる。図7の(A)に示されるように、EM11におけるレーザ光λ11のビーム形状は、位置(a)から位置(e)に向かうに従い、広げることができる。また、垂直方向のビーム形状(NFP)が広いレーザ光λ13においては、等価屈折率を相対的に小さくした光導波路を短い距離で伝搬させることで、垂直方向のビーム形状(NFP)の広がり幅を少なくすることができる。 Here, as described above, the adjustment region AR is a region in which the band gap energy of the light emitting layer EL on the light emitting end surface side is widened and the equivalent refractive index of the optical waveguide is relatively small. Therefore, in the laser light λ11 having a narrow vertical beam shape (NFP), the vertical beam shape (NFP) can be corrected in the widening direction by propagating the optical waveguide with a relatively small equivalent refractive index over a long distance. As shown in (A) of FIG. 7, the beam shape of the laser light λ11 in EM11 can be widened from position (a) to position (e). In addition, in the laser light λ13 having a wide vertical beam shape (NFP), the width of the widening of the vertical beam shape (NFP) can be reduced by propagating the optical waveguide with a relatively small equivalent refractive index over a short distance.

このように、調整領域ARの共振器方向における長さARLを発光部EMごとで調整することで、(B)に示されるように、位置(e)に相当する伝搬長20μm付近(光出射端面)では、垂直方向のビーム形状(NFP)のばらつきを抑制することができる。したがって、各レーザ光のビーム形状に応じて(すなわち、レーザ光の波長に応じて)、調整領域ARを伝搬する距離を調整することにより、光出射端面から放射されるレーザ光のビーム形状(FFP)の広がり角を揃えることが可能となる。 In this way, by adjusting the length ARL of the adjustment region AR in the resonator direction for each light emitting portion EM, as shown in (B), it is possible to suppress the variation in the vertical beam shape (NFP) near the propagation length of 20 μm (light emitting end face) corresponding to position (e). Therefore, by adjusting the propagation distance through the adjustment region AR according to the beam shape of each laser light (i.e., according to the wavelength of the laser light), it is possible to align the spread angle of the beam shape (FFP) of the laser light emitted from the light emitting end face.

図7Bおよび図7Cには、レーザ光のビーム形状(NEP、FFP)の改善結果が示されている。各図において、(a)は比較例として、調整領域ARを形成しなかった場合のNFP特性とFFP特性である。(b)は、本実施の形態1に係る半導体レーザ装置LD1におけるNFP特性とFFP特性である。実線は、発光部EM13(波長λ13=636nm)に相当するNFP特性とFFP特性で、点線は、発光部EM11(波長λ=642nm)に相当するNFP特性とFFP特性である。なお、図7Bおよび図7Cでは、比較の都合上、中間の波長を放射する発光部EM12(波長λ12=639nm)のNFP特性とFFP特性は省略されている。 7B and 7C show the results of improving the beam shape (NEP, FFP) of the laser light. In each figure, (a) shows the NFP characteristic and FFP characteristic when the adjustment region AR is not formed as a comparative example. (b) shows the NFP characteristic and FFP characteristic of the semiconductor laser device LD1 according to the first embodiment. The solid line shows the NFP characteristic and FFP characteristic corresponding to the light emitting unit EM13 (wavelength λ13 = 636 nm), and the dotted line shows the NFP characteristic and FFP characteristic corresponding to the light emitting unit EM11 (wavelength λ = 642 nm). Note that, for the sake of comparison, the NFP characteristic and FFP characteristic of the light emitting unit EM12 (wavelength λ12 = 639 nm) that emits an intermediate wavelength are omitted in FIGS. 7B and 7C.

図7Bから分かるように、(a)の比較例では、NFPの半値全幅の差が0.15μmであったが、(b)の本実施の形態1に係る半導体レーザ装置LD1では、NFPの半値全幅の差が0.03μmに縮小することができた。このように、垂直方向のNFP形状の特性のばらつきが改善されている。 As can be seen from FIG. 7B, in the comparative example (a), the difference in the full width at half maximum of the NFP was 0.15 μm, but in the semiconductor laser device LD1 according to the first embodiment (b), the difference in the full width at half maximum of the NFP could be reduced to 0.03 μm. In this way, the variation in the characteristics of the NFP shape in the vertical direction has been improved.

また、図7Cから分かるように、(a)の比較例では、FFPの半値全幅の差が1.9°であったが、(b)の本実施の形態1に係る半導体レーザ装置LD1では、NFPの半値全幅の差が0.3°に縮小することができた。このように、垂直方向のFFP形状の特性のばらつきが改善されている。 Also, as can be seen from FIG. 7C, in the comparative example (a), the difference in the full width at half maximum of the FFP was 1.9°, whereas in the semiconductor laser device LD1 according to the first embodiment (b), the difference in the full width at half maximum of the NFP could be reduced to 0.3°. In this way, the variation in the characteristics of the FFP shape in the vertical direction has been improved.

このように、調整領域ARの共振器方向における長さARLを発光部EMごとで異ならせることで、光導波路内を伝搬するレーザ光のNFPが改善し、結果、FFP(ビーム形状の広がり角)が改善されることで、それぞれのビーム形状の垂直方向の広がり角のばらつきを抑えることが可能となる。 In this way, by making the length ARL of the adjustment region AR in the resonator direction different for each light-emitting section EM, the NFP of the laser light propagating through the optical waveguide is improved, and as a result, the FFP (spread angle of the beam shape) is improved, making it possible to suppress the variation in the vertical spread angle of each beam shape.

なお、複数のレーザ光におけるビーム形状の広がり角の異なる度合いは、半導体レーザ装置の設計にも依存するが、(AlGa1-x1-yInP系の赤色レーザはGaN系の青色系レーザに比べ、発光層とクラッド層との間の屈折率差が大きいため、膜厚等の構造の違いの影響が大きくなる傾向がある。そのため、本実施の形態のような光導波路内の等価屈折率を調整する方法は、赤色レーザに適用することでより顕著な効果が得られる。 The degree of difference in the divergence angle of the beam shape in a plurality of laser beams depends on the design of the semiconductor laser device, but since the refractive index difference between the light emitting layer and the cladding layer of an (Al x Ga 1-x ) 1-y In y P-based red laser is larger than that of a GaN-based blue laser, the influence of the difference in structure such as film thickness tends to be large. Therefore, the method of adjusting the equivalent refractive index in the optical waveguide as in this embodiment can be more significantly effective when applied to a red laser.

(ビーム形状の調整領域ARと窓構造との関係)
半導体レーザ装置の高出力化に伴い端面損傷(COD:Catastrophic Optical Damage)が生じ、その対策として、光出射端面の光吸収を低減させた端面窓構造と呼ばれる手法が知られている。次に、本実施の形態における調整領域ARと窓構造との関係を説明する。
(Relationship between Beam Shape Adjustment Region AR and Window Structure)
As the output of semiconductor laser devices increases, facet damage (catastrophic optical damage (COD)) occurs, and as a countermeasure to this, a method called an end face window structure that reduces the light absorption of the light emitting end face is known. Next, the relationship between the adjustment region AR and the window structure in this embodiment will be described.

窓構造は、光出射端面付近のバンドギャップエネルギーを広げて、光吸収を抑制させることで、光出射端面付近の発熱を低減させることを目的とした技術である。このような窓構造は、光出射端面に不純物を拡散させ、クラッド層と発光層やガイド層を混晶化させることで形成される。 The window structure is a technology that aims to reduce heat generation near the light-emitting end face by expanding the band gap energy near the light-emitting end face and suppressing light absorption. Such a window structure is formed by diffusing impurities into the light-emitting end face and intermixing the cladding layer with the light-emitting layer and guide layer.

本実施の形態における調整領域ARは、発光層EL全体とクラッド層2、3との屈折率の差をなくすための領域である。前述したように、発光層ELは量子井戸層QW、バリア層BL、ガイド層GLから構成されており、少なくともガイド層GLの屈折率が下がるだけでも、ビーム形状を調整(補正)する効果がある。 The adjustment region AR in this embodiment is a region for eliminating the difference in refractive index between the entire light-emitting layer EL and the cladding layers 2 and 3. As described above, the light-emitting layer EL is composed of the quantum well layer QW, the barrier layer BL, and the guide layer GL, and even if the refractive index of at least the guide layer GL is reduced, this has the effect of adjusting (correcting) the beam shape.

一方で、COD対策としての窓構造は、最低条件として、量子井戸層のバンドギャップエネルギーが広いことが要求される。仮に、ガイド層やバリア層のバンドギャップエネルギーが変化しても、量子井戸層のバンドギャップエネルギーが変化しなければ、COD対策としての効果は殆ど生じない。 On the other hand, the minimum requirement for a window structure to be used as a COD countermeasure is that the band gap energy of the quantum well layer must be wide. Even if the band gap energy of the guide layer or barrier layer changes, if the band gap energy of the quantum well layer does not change, there will be little effect as a COD countermeasure.

また、本実施の形態における調整領域ARは、バンドギャップエネルギーが広がった領域である。調整領域ARの一例として、バンドギャップ波長が発光波長よりも10nm短い場合、COD対策の窓構造としては不十分であるが、ビーム形状を変化させる効果のある領域と見なすことができる。例えば、発光波長630nmの発光部の場合、光出射端面近傍の領域付近における発光層あるいはガイド層のバンドギャップ波長が620nm以下であれば、ビーム形状を広げる効果を得ることができる。一方で、電流が注入され発光する領域(利得領域)や電流が注入されなくてもバンドギャップ波長が変化していない領域は、本実施の形態における調整領域ARではなく、非調整領域となる。なお、調整領域ARのバンドギャップ波長を確認する方法としては、一例として、フォトルミネッセンス測定がある。これは、外表面からバンドギャップエネルギーより高いエネルギーを持つ光を当てて、励起状態となった材料が安定状態に緩和する過程で発生する光を測定する手法である。端面付近のフォトルミネッセンス波長が発光波長よりも10nm以上短い場合、または混晶化が進みフォトルミネッセンス強度が低下した場合は、本実施の形態における調整領域ARの特性を有するものと推定することができる。 In addition, the adjustment region AR in this embodiment is a region where the band gap energy is expanded. As an example of the adjustment region AR, when the band gap wavelength is 10 nm shorter than the emission wavelength, it is insufficient as a window structure for COD countermeasures, but can be considered as a region that has the effect of changing the beam shape. For example, in the case of a light emitting section with an emission wavelength of 630 nm, if the band gap wavelength of the emission layer or guide layer in the vicinity of the region near the light emitting end face is 620 nm or less, the effect of expanding the beam shape can be obtained. On the other hand, the region where the current is injected and emits light (gain region) and the region where the band gap wavelength does not change even if no current is injected are not the adjustment region AR in this embodiment, but are non-adjusted regions. In addition, as an example of a method for confirming the band gap wavelength of the adjustment region AR, there is photoluminescence measurement. This is a method of measuring the light generated in the process of relaxing a material in an excited state to a stable state by applying light with energy higher than the band gap energy from the outer surface. If the photoluminescence wavelength near the end face is 10 nm or more shorter than the emission wavelength, or if the photoluminescence intensity decreases due to increased intermixing, it can be assumed that the material has the characteristics of the adjustment region AR in this embodiment.

(半導体レーザ装置の製造方法)
次に、実施の形態1に係る半導体レーザ装置LD1の製造方法の一例について説明する。図8~図13は、半導体レーザ装置LD1の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。
(Method of manufacturing a semiconductor laser device)
Next, a description will be given of an example of a method for manufacturing the semiconductor laser device LD1 according to the first embodiment. Figures 8 to 13 are cross-sectional views of a main part showing an example of steps included in the method for manufacturing the semiconductor laser device LD1.

実施の形態1に係る半導体レーザ装置LD1の製造方法は、主として、(1)GaAs基板1の上にn型クラッド層2を形成する工程と、(2)マスクMKを形成する工程と、(3)発光層EL11、EL12、EL13を選択成長法にて形成する工程、(4)p型クラッド層3およびキャップ層4を形成する工程(マスクMKの除去工程を含む)、(5)調整領域ARを形成する工程、(6)リッジRおよび電極を形成して個片化する工程、とを含む。 The method for manufacturing the semiconductor laser device LD1 according to the first embodiment mainly includes the steps of (1) forming an n-type cladding layer 2 on a GaAs substrate 1, (2) forming a mask MK, (3) forming the light-emitting layers EL11, EL12, and EL13 by selective growth, (4) forming a p-type cladding layer 3 and a cap layer 4 (including a step of removing the mask MK), (5) forming an adjustment region AR, and (6) forming a ridge R and electrodes and singulating the device.

(1)GaAs基板1の上にn型クラッド層2を形成する工程
まず、図8に示されるように、GaAs基板1の上に厚さ約2μmのn型クラッド層2をMOCVD法でエピタキシャル成長する。使用される原料ガスは、トリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルガリウム(TMG)やトリメチルインジウム(TMI)などである。n型クラッド層2の組成は(AlGa1-x1-yInP(0<x≦1、0<y<1)であり、ここではx=1、y=0.5とした。本実施の形態では、GaAs基板1との格子整合を考慮し、In組成yは0.5に調整している。また、AlとGaの組成比(x:1-x)は、xの方が大きいことが好ましく、(x:1-x)=1:0でも良い。
(1) Step of forming n-type cladding layer 2 on GaAs substrate 1 First, as shown in FIG. 8, an n-type cladding layer 2 having a thickness of about 2 μm is epitaxially grown on a GaAs substrate 1 by MOCVD. The raw material gas used is trimethylaluminum (TMA), trimethylgallium (TMG), trimethylindium (TMI), or the like. The composition of the n-type cladding layer 2 is (Al x Ga 1-x ) 1-y In y P (0<x≦1, 0<y<1), where x=1 and y=0.5. In this embodiment, the In composition y is adjusted to 0.5 in consideration of lattice matching with the GaAs substrate 1. In addition, it is preferable that the composition ratio (x:1-x) of Al and Ga is larger than x, and (x:1-x)=1:0 may be used.

(2)マスクMKを形成する工程
次に、n型クラッド層2を形成した後、n型クラッド層2の表面にマスクMKとして機能する酸化シリコン(SiO)膜をCVD法にて形成する。このSiO膜は結晶成長を阻害する膜であり、例えば窒化シリコン(Si)膜を用いても良い。
(2) Step of Forming Mask MK Next, after forming the n-type cladding layer 2, a silicon oxide ( SiO2 ) film functioning as a mask MK is formed by CVD on the surface of the n-type cladding layer 2. This SiO2 film is a film that inhibits crystal growth, and for example, a silicon nitride ( Si3N4 ) film may be used.

SiO膜を形成後、図9に示されるように、リソグラフィー法を用いてSiO膜に複数のストライプ状の開口部(本実施の形態では3つの開口部)を形成する。3つの開口部の幅は(x方向(水平方向)の大きさに相当する)それぞれ異なり、図9の左側から順に広くなるように形成する。すなわち、開口部の幅は、一例として、EW11(20μm)、EW12(30μm)、EW13(40μm)である。また、それぞれのマスク幅は、一例として、MK1(50μm)、MK2(25μm)、MK3(15μm)、MK4(5μm)とした。 After forming the SiO2 film, as shown in Fig. 9, a plurality of stripe-shaped openings (three openings in this embodiment) are formed in the SiO2 film by using a lithography method. The widths of the three openings (corresponding to the size in the x direction (horizontal direction)) are different from each other, and are formed so as to become wider from the left side in Fig. 9. That is, the widths of the openings are, for example, EW11 (20 μm), EW12 (30 μm), and EW13 (40 μm). Also, the mask widths are, for example, MK1 (50 μm), MK2 (25 μm), MK3 (15 μm), and MK4 (5 μm).

(3)発光層EL11、EL12、EL13を選択成長法にて形成する工程
次に、図10に示されるように、マスクMKの開口部の領域に、下部n側ガイド層nGL、バリア層BL、量子井戸層QW、バリア層BLおよび上部p側ガイド層pGLからなる発光層EL11、EL12、EL13を形成する。これらの層の形成には選択成長と呼ばれる方法にて実施する。選択成長法は、マスクMKの上面には結晶が成膜されないことを利用して、マスクMKの開口部の領域のみに所望の膜を形成するものである。
(3) Step of forming light-emitting layers EL11, EL12, EL13 by selective growth Next, as shown in Fig. 10, light-emitting layers EL11, EL12, EL13 consisting of a lower n-side guide layer nGL, a barrier layer BL, a quantum well layer QW, a barrier layer BL, and an upper p-side guide layer pGL are formed in the opening region of the mask MK. These layers are formed by a method called selective growth. The selective growth method utilizes the fact that no crystals are formed on the upper surface of the mask MK, and forms a desired film only in the opening region of the mask MK.

選択成長法にて成長する結晶は(AlGa1-x1-yInP(0≦x<1、0<y<1)であり、使用される原料ガスは、トリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルガリウム(TMG)やトリメチルインジウム(TMI)などである。 The crystal grown by the selective growth method is (Al x Ga 1-x ) 1-y In y P (0≦x<1, 0<y<1), and the source gas used is trimethylaluminum (TMA), trimethylgallium (TMG), trimethylindium (TMI), or the like.

選択成長法により、マスクMKの開口部のそれぞれの領域に、図4で示すように、下部n側ガイド層nGL、バリア層BL、量子井戸層QW、バリア層BLおよび上部p側ガイド層pGLの順で成膜する。図9に示したマスクMKの開口部が最も狭い領域(EW11)には図10に示すように発光層EL11が形成され、マスクMKの開口部が最も広い領域(EW13)には発光層EL13が形成される。なお、選択成長法により発光層ELを形成する際、発光層ELの側面には緩やかな傾斜面が形成されるが、図面では省略されている。また、図4では単独の量子井戸層QWの場合を示しているが、複数の量子井戸を有する多重量子井戸層であっても良い。 By selective growth, the lower n-side guide layer nGL, barrier layer BL, quantum well layer QW, barrier layer BL, and upper p-side guide layer pGL are deposited in the order shown in FIG. 4 in each region of the opening of the mask MK. In the region (EW11) of the mask MK shown in FIG. 9 where the opening is the narrowest, the light-emitting layer EL11 is formed as shown in FIG. 10, and in the region (EW13) of the mask MK where the opening is the widest, the light-emitting layer EL13 is formed. When the light-emitting layer EL is formed by selective growth, a gentle slope is formed on the side of the light-emitting layer EL, but this is omitted in the drawing. Also, FIG. 4 shows the case of a single quantum well layer QW, but a multiple quantum well layer having multiple quantum wells may be used.

この発光層ELを形成する工程では、(AlGa1-x1-yInPを選択成長法により形成するが、各元素の組成割合を示すxとyの値は次のように設定している。すなわち、本実施の形態では、ガイド層GLおよびバリア層BLはx=0.7、y=0.5とした。また、量子井戸層QWは、成長においては原料ガスのTMAの供給を行わず、量子井戸層QWはAlを含有しない(すなわちx=0)GaInPとしている。 In the process of forming the light emitting layer EL, (Al x Ga 1-x ) 1-y In y P is formed by selective growth, with the values of x and y indicating the composition ratio of each element being set as follows. That is, in this embodiment, the guide layer GL and the barrier layer BL have x=0.7 and y=0.5. In addition, the quantum well layer QW is grown without supplying the source gas TMA, and is made of GaInP that does not contain Al (i.e., x=0).

ガイド層GLはSCH(Separated Confinement Heterostructure)層や閉じ込め層と呼ばれることもあり、クラッド層2(3)よりも屈折率が高く、量子井戸層QWよりも屈折率が低いことが好ましい。そのため、クラッド層2(3)に比べてAl組成比xが小さくなるように原料の供給比を調整する。例えば、Al組成比xはクラッド層2(3)がもっとも高く、ガイド層GLまたはバリア層BL、量子井戸層QWの順に低くなるように原料ガスの供給量を調整する。 The guide layer GL is sometimes called an SCH (Separated Confinement Heterostructure) layer or a confinement layer, and preferably has a higher refractive index than the cladding layer 2 (3) and a lower refractive index than the quantum well layer QW. Therefore, the supply ratio of the raw material is adjusted so that the Al composition ratio x is smaller than that of the cladding layer 2 (3). For example, the supply amount of the raw material gas is adjusted so that the Al composition ratio x is highest in the cladding layer 2 (3), and decreases in the order of the guide layer GL or barrier layer BL, and the quantum well layer QW.

前述したように、量子井戸層QWの厚さは5nm~6nmの範囲で形成されている。選択成長法にて形成される発光層ELは、光導波路としてはコア層として機能する。発光層ELの厚さは波長や各層の屈折率にも依存するが、赤色レーザでは約50nm~約500nmの範囲から選ばれ、本実施の形態では合計約100nmの厚さとしている。 As mentioned above, the quantum well layer QW is formed to a thickness in the range of 5 nm to 6 nm. The light-emitting layer EL formed by selective growth functions as a core layer in the optical waveguide. The thickness of the light-emitting layer EL depends on the wavelength and the refractive index of each layer, but is selected from the range of about 50 nm to about 500 nm for red lasers, and in this embodiment, the total thickness is about 100 nm.

また、選択成長法にて形成される発光層ELの厚さETは、それぞれの発光層ELにおいて異なっている。すなわち、マスクMKの開口部の大きさにより、選択成長される発光層ELの厚さに違いが生じ、発光層ELの幅EWが狭いほど発光層ELの厚さETが厚くなっている。具体的には、厚さETは、ET11(104nm)>ET12(92nm)>ET13(80nm)、の関係になっている(図2参照)。 The thickness ET of the light-emitting layer EL formed by selective growth differs for each light-emitting layer EL. That is, the size of the opening in the mask MK causes differences in the thickness of the selectively grown light-emitting layer EL, and the narrower the width EW of the light-emitting layer EL, the thicker the thickness ET of the light-emitting layer EL. Specifically, the thicknesses ET have the following relationship (see Figure 2): ET11 (104 nm) > ET12 (92 nm) > ET13 (80 nm).

上述したように、マスクMKの異なる開口領域に、選択成長法により発光層ELを堆積すると、発光層ELの膜厚が異なる。このメカニズムについては明らかではないが、次の(i)~(iv)であると想定することができる。 As described above, when the light-emitting layer EL is deposited by selective growth in different opening regions of the mask MK, the film thickness of the light-emitting layer EL differs. The mechanism behind this is not clear, but it can be assumed to be due to the following (i) to (iv).

(i)選択成長法ではマスクMKの表面では膜成長が生じないため、マスクMKの表面に供給された原料ガスは、マスクMKの表面上を移動して(migrate)、マスクMKの開口部の領域に移動する。(ii)マスクMKの表面積が大きいほど、移動する原料ガスの量が多くなる。(iii)表面積が大きなマスクMKに隣接するマスクMKの開口部の領域には、より多くの量の原料ガスが開口部に移動し、開口部における原料ガスの濃度が高くなる。また、マスクMKの開口部が小さければ原料ガスの濃度もより高くなる。(iv)結果として、マスクMKの開口部が最も狭い領域に形成される発光層EL11により多くの原料が供給されることになる。 (i) In the selective growth method, since no film growth occurs on the surface of the mask MK, the source gas supplied to the surface of the mask MK migrates over the surface of the mask MK and moves to the opening region of the mask MK. (ii) The larger the surface area of the mask MK, the greater the amount of source gas that moves. (iii) In the opening region of the mask MK adjacent to the mask MK with a large surface area, a larger amount of source gas moves to the opening, and the concentration of the source gas at the opening becomes higher. Also, if the opening of the mask MK is smaller, the concentration of the source gas becomes higher. (iv) As a result, more source material is supplied to the light-emitting layer EL11 formed in the region where the opening of the mask MK is narrowest.

なお、上記形態に限らず、下部n側ガイド層nGLの一部を、マスクMKの形成前にn型クラッド層2に続けて成膜してもよい。または、マスクMKに開口部を形成した後、n型クラッド層2の一部を選択成長し、続けて下部n側ガイド層nGLを選択成長してもよい。また、上部p側ガイド層pGLの形成後、続けて次の工程(4)で形成するp型クラッド層3の一部を選択成長しても良い。 In addition, the above embodiment is not limited to this, and a portion of the lower n-side guide layer nGL may be formed on the n-type cladding layer 2 before the formation of the mask MK. Alternatively, after forming an opening in the mask MK, a portion of the n-type cladding layer 2 may be selectively grown, followed by selective growth of the lower n-side guide layer nGL. In addition, after the formation of the upper p-side guide layer pGL, a portion of the p-type cladding layer 3 to be formed in the next step (4) may be selectively grown.

(4)p型クラッド層3およびキャップ層4を形成する工程(マスクMKの除去工程を含む)
次に、図11に示されるように、マスクMKを除去する。そして、図12に示されるように、厚さ約1.7μmのp型クラッド層3をMOCVD法でエピタキシャル成長し、使用される原料ガスは、トリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルガリウム(TMG)やトリメチルインジウム(TMI)などである。p型クラッド層3の組成は(AlGa1-x1-yInP(0<x≦1、0<y<1)であり、ここではx=1、y=0.5とした。続けて、p型クラッド層3の上面に300nmのキャップ層4としてGaAsを形成する。
(4) Step of forming p-type cladding layer 3 and cap layer 4 (including step of removing mask MK)
Next, as shown in Fig. 11, the mask MK is removed. Then, as shown in Fig. 12, a p-type cladding layer 3 having a thickness of about 1.7 µm is epitaxially grown by MOCVD, and the source gas used is trimethylaluminum (TMA), trimethylgallium (TMG), trimethylindium (TMI), or the like. The composition of the p-type cladding layer 3 is (Al x Ga 1-x ) 1-y In y P (0<x≦1, 0<y<1), where x=1 and y=0.5. Next, GaAs is formed on the upper surface of the p-type cladding layer 3 as a cap layer 4 having a thickness of 300 nm.

なお、p型クラッド層3の形成の途中には、エッチストップ層(図示しない)を形成する工程を含んでも良い。エッチストップ層は、この後の工程(6)でp型クラッド層3をエッチングしてリッジRを形成する際のエッチング停止層として機能するものである。 The process of forming the p-type cladding layer 3 may include a step of forming an etch stop layer (not shown). The etch stop layer functions as an etch stop layer when the p-type cladding layer 3 is etched to form the ridge R in the subsequent step (6).

(5)調整領域ARを形成する工程
次に、図13に示されるように、キャップ層4の表面にマスクMKとして機能する酸化シリコン(SiO)膜をCVD法にて形成する。このSiO膜に代わって、窒化シリコン(Si)膜など熱処理工程で半導体表面を保護できる材料を用いても良い。
13, a silicon oxide ( SiO2 ) film functioning as a mask MK is formed by CVD on the surface of the cap layer 4. Instead of this SiO2 film, a material capable of protecting the semiconductor surface in a heat treatment process, such as a silicon nitride ( Si3N4 ) film, may be used.

マスクMKを形成後、図13に示されるように、リソグラフィー法を用いてマスクMKに開口部を形成する。この開口部は、光出射端面に相当する領域を開口するように形成される。なお、図中、破線Pは素子を形成する際のウエハの劈開位置を示しており、素子分離した時の共振器端面と成る位置である。その後、本実施の形態では、亜鉛(Zn)を600℃程度の熱拡散法またはイオン打ち込み法などの手法を用いて、p型クラッド層3、発光層ELに至るまで、亜鉛(Zn)を混入させる。または、亜鉛(Zn)はn型クラッド層2に至ってもよい。亜鉛(Zn)を混入させた領域が調整領域ARとして機能する領域である。 After forming the mask MK, as shown in FIG. 13, an opening is formed in the mask MK using lithography. This opening is formed so as to open the region corresponding to the light emitting end face. In the figure, the dashed line P indicates the cleavage position of the wafer when forming the element, and is the position that becomes the resonator end face when the element is separated. Then, in this embodiment, zinc (Zn) is mixed in up to the p-type cladding layer 3 and the light emitting layer EL using a method such as thermal diffusion or ion implantation at about 600° C. Alternatively, zinc (Zn) may reach the n-type cladding layer 2. The region where zinc (Zn) is mixed is the region that functions as the adjustment region AR.

この時、マスクMKの開口の大きさを発光部EM11、EM12、EM13ごとで変えることで、それぞれの発光部EM11、EM12、EM13において調整領域ARの共振器方向における長さARL11、ARL12、ARL13を異ならせることができる。 At this time, by changing the size of the opening of the mask MK for each of the light-emitting portions EM11, EM12, and EM13, the lengths ARL11, ARL12, and ARL13 of the adjustment region AR in the resonator direction can be made different for each of the light-emitting portions EM11, EM12, and EM13.

なお、図13において示される垂直方向の破線Pは、この後の工程(6)の個片化の際に劈開により分断される箇所に相当している。 The vertical dashed line P shown in FIG. 13 corresponds to the location that will be divided by cleavage during the subsequent singulation process in step (6).

(6)リッジRおよび電極を形成して個片化する工程
次に、p型クラッド層3をエッチングにより図2で示したリッジ溝RGを形成して、発光層EL11、EL12、EL13のそれぞれに対して共振器方向に延在するリッジRを形成する。
(6) Step of forming ridge R and electrodes and dividing Next, the p-type cladding layer 3 is etched to form the ridge groove RG shown in FIG. 2, to form ridges R extending in the cavity direction for each of the light-emitting layers EL11, EL12, and EL13.

そして、図2では簡便のために図示しないが、SiO等のパッシベーション酸化膜を成膜し、フォトリソグラフィとエッチング技術を用いてリッジ上部に酸化膜の開口部を設け、その上に電極を形成する。その後、GaAs基板を劈開し、劈開面に端面コーティングなどを形成する。このような工程を経ることで、図2および図3に示すような半導体レーザ装置LD1が形成される。 Then, although not shown in Fig. 2 for simplicity, a passivation oxide film such as SiO2 is formed, and an opening is provided in the oxide film on the top of the ridge using photolithography and etching techniques, and an electrode is formed on the opening. After that, the GaAs substrate is cleaved, and an end face coating is formed on the cleaved surface. Through these steps, the semiconductor laser device LD1 shown in Fig. 2 and Fig. 3 is formed.

このように、本実施の形態1においては、選択成長法により堆積する層は、工程(3)で形成される比較的に薄い発光層ELである。一方で、工程(1)および工程(4)で形成される厚いn型クラッド層2やp型クラッド層3は、選択成長法を用いることなく形成される。 In this manner, in the present embodiment 1, the layer deposited by selective growth is the relatively thin light-emitting layer EL formed in step (3). On the other hand, the thick n-type cladding layer 2 and p-type cladding layer 3 formed in steps (1) and (4) are formed without using selective growth.

(効果)
光出射端面側の領域に、発光部EM11、EM12、EM13から放射されるレーザ光λ11、λ12、λ13のビーム形状を調整(補正)する調整領域ARを設け、調整領域ARの共振器方向における長さARLを発光部EMごとで調整することで、光導波路内を伝搬するそれぞれのレーザ光の垂直方向のビーム形状(NFP)のばらつきを抑制することができる。更には、光出射端面から放射されるレーザ光のビーム形状(FFP)の広がり角を揃えることが可能となる。
(effect)
In the region on the light emitting end face side, an adjustment region AR is provided for adjusting (correcting) the beam shapes of the laser beams λ11, λ12, and λ13 emitted from the light emitting units EM11, EM12, and EM13, and the length ARL of the adjustment region AR in the resonator direction is adjusted for each light emitting unit EM, thereby suppressing the variation in the vertical beam shape (NFP) of each laser beam propagating in the optical waveguide. Furthermore, it becomes possible to align the spread angle of the beam shape (FFP) of the laser beam emitted from the light emitting end face.

これにより、広色域、高解像度、広視野角などの視感度や画質の更なる向上が可能となる。すなわち、実施の形態1では、視感度や画質の向上に寄与する半導体レーザ装置を提供することができる。 This enables further improvements in visibility and image quality, such as a wide color gamut, high resolution, and wide viewing angle. In other words, in the first embodiment, a semiconductor laser device that contributes to improving visibility and image quality can be provided.

[実施の形態2]
(半導体レーザ装置の構成)
実施の形態2に係る半導体レーザ装置LD2は、調整領域AR2における亜鉛(Zn)の濃度分布を異ならせている点を除き、実施の形態1に係る半導体レーザ装置LD1と同じ構成である。よって、特に言及しない限り、以下では、実施の形態1と異なる点について主に説明し、同じ説明の繰り返しは省略する。
[Embodiment 2]
(Configuration of Semiconductor Laser Device)
The semiconductor laser device LD2 according to the second embodiment has the same configuration as the semiconductor laser device LD1 according to the first embodiment, except that the concentration distribution of zinc (Zn) in the adjustment region AR2 is different. Therefore, unless otherwise specified, the following mainly describes the differences from the first embodiment, and the same description will be omitted.

図14は、実施の形態2に係る半導体レーザ装置LD2の構成を示す(a)要部上面図と(b)要部横断面図である。(b)要部横断面図では、3つの発光層EL21、EL22、EL23における共振器方向(y方向)での断面図が示されている。 Figure 14 shows (a) a top view and (b) a cross-sectional view of the essential parts of the configuration of a semiconductor laser device LD2 according to embodiment 2. In (b) the cross-sectional view of the essential parts, a cross-sectional view in the resonator direction (y direction) of three light-emitting layers EL21, EL22, and EL23 is shown.

実施の形態2においても、実施の形態1と同じく、調整領域AR2は、光出射端面側の発光層ELのバンドギャップエネルギーを広げ、光導波路の等価屈折率を相対的に小さくした領域である。すなわち、調整領域AR2に亜鉛(Zn)を混入させて、発光層ELのバンドギャップエネルギーを広げ、光導波路の等価屈折率を相対的に小さくしている。 In the second embodiment, as in the first embodiment, the adjustment region AR2 is a region in which the band gap energy of the light-emitting layer EL on the light-emitting end surface side is widened and the equivalent refractive index of the optical waveguide is relatively small. In other words, zinc (Zn) is mixed into the adjustment region AR2 to widen the band gap energy of the light-emitting layer EL and relatively reduce the equivalent refractive index of the optical waveguide.

本実施の形態においては、図14に示されるように、調整領域AR21、AR22、AR23の共振器方向における長さARL21、ARL22、ARL23がそれぞれで異なることに加え、本実施の形態における調整領域AR2は、調整領域AR2に混入した亜鉛(Zn)の濃度に勾配を持たせている。亜鉛(Zn)の濃度は、光反射端面側の利得領域から共振器方向において光出射端面へ向かうに従い、濃度が徐々に高くなるように形成されている。すなわち、利得領域から光出射端面に向けて、徐々にバンドギャップエネルギーが広がるようにしている。このため、光導波路の等価屈折率を徐々に下げることができる。 In this embodiment, as shown in FIG. 14, the lengths ARL21, ARL22, and ARL23 of the adjustment regions AR21, AR22, and AR23 in the resonator direction are different from one another, and the adjustment region AR2 in this embodiment has a gradient in the concentration of zinc (Zn) mixed into the adjustment region AR2. The zinc (Zn) concentration is formed so that it gradually increases from the gain region on the light reflecting end face side toward the light emitting end face in the resonator direction. In other words, the band gap energy is gradually expanded from the gain region toward the light emitting end face. This allows the equivalent refractive index of the optical waveguide to be gradually reduced.

図15は、実施の形態2に係る半導体レーザ装置LD2におけるレーザ光の光導波路付近の分布を説明する説明図である。図15において、上段は、共振器方向における等価屈折率および亜鉛(Zn)の濃度分布の状態を示す図で、下段は、レーザ光の分布を示すシミュレーション結果である。また、(a)は、調整領域ARにおいて亜鉛(Zn)の濃度に勾配がない場合で、(b)は、本実施の形態2に係り、調整領域AR2の亜鉛(Zn)の濃度に勾配がある場合である。図15の下段において、黒色領域の間の白色領域は、発光層ELの領域に相当する領域で、光強度が強いことを示している。また、黒色領域は、クラッド層2,3の一部を含む、光導波路OWに相当する領域である。なお、図15(a)、(b)共に、図の右側が光出射端面側になっている。 15 is an explanatory diagram for explaining the distribution of laser light near the optical waveguide in the semiconductor laser device LD2 according to the second embodiment. In FIG. 15, the upper part shows the equivalent refractive index and zinc (Zn) concentration distribution in the resonator direction, and the lower part shows the simulation results showing the distribution of laser light. Also, (a) shows the case where there is no gradient in the zinc (Zn) concentration in the adjustment region AR, and (b) shows the case where there is a gradient in the zinc (Zn) concentration in the adjustment region AR2 according to the second embodiment. In the lower part of FIG. 15, the white region between the black regions corresponds to the region of the light emitting layer EL, and indicates that the light intensity is strong. Also, the black region corresponds to the optical waveguide OW, including a part of the cladding layers 2 and 3. In both FIG. 15(a) and (b), the right side of the figure is the light emitting end surface side.

図15(a)から理解できるように、亜鉛(Zn)の濃度の勾配が無く、等価屈折率が調整領域ARの境界で急峻に変化する(すなわち等価屈折率が急峻に下がる)と、境界付近で光が散乱(点線の部分)していることが分かる。一方、図15(b)に示されるように、亜鉛(Zn)の濃度に勾配を持たせ、光出射端面に向かうに従い徐々に濃度を高めるように変化させると、等価屈折率も徐々に下げることができる。結果、図15(a)で見られたような光の散乱が抑制され、光導波路OWを伝搬する光の損失を抑制することが可能となる。これにより、半導体レーザ装置の出力の効率を高めることができる。 As can be seen from FIG. 15(a), when there is no gradient in the zinc (Zn) concentration and the equivalent refractive index changes sharply at the boundary of the adjustment region AR (i.e., the equivalent refractive index drops sharply), light is scattered near the boundary (dotted line area). On the other hand, as shown in FIG. 15(b), if the zinc (Zn) concentration is gradient and the concentration is gradually increased toward the light-emitting end face, the equivalent refractive index can also be gradually decreased. As a result, the scattering of light seen in FIG. 15(a) is suppressed, and it is possible to suppress the loss of light propagating through the optical waveguide OW. This can increase the output efficiency of the semiconductor laser device.

(半導体レーザ装置の製造方法)
前述したような調整領域AR2における亜鉛(Zn)の濃度分布は、実施の形態1にて説明された、調整領域ARを形成する工程(5)(図13)にて形成することができる。すなわち、亜鉛(Zn)を熱拡散等の手法で拡散させる際、所望の濃度分布を得るように、温度や時間を調整することで実現できる。
(Method of manufacturing a semiconductor laser device)
The concentration distribution of zinc (Zn) in the adjustment region AR2 as described above can be formed in the step (5) (FIG. 13) of forming the adjustment region AR described in the embodiment 1. That is, when zinc (Zn) is diffused by a method such as thermal diffusion, the desired concentration distribution can be obtained by adjusting the temperature and time.

その他の工程は、実施の形態1で示した製造工程と同様であるので、その説明を省略する。 The other steps are the same as those in the manufacturing process shown in embodiment 1, so their explanation will be omitted.

(効果)
実施の形態2に係る半導体レーザ装置LD2も、実施の形態1に係る半導体レーザ装置LD1と同様の効果を奏する。なお、実施の形態2に係る半導体レーザ装置LD2においては、調整領域AR2における等価屈折率の変化割合を徐々に変更させているため、レーザ光のビーム形状のばらつきを抑制できることに加え、光導波路OWを伝搬する光の損失を抑制することも可能となる。
(effect)
The semiconductor laser device LD2 according to the second embodiment also has the same effects as the semiconductor laser device LD1 according to the first embodiment. In the semiconductor laser device LD2 according to the second embodiment, the change rate of the equivalent refractive index in the adjustment region AR2 is gradually changed, so that in addition to being able to suppress the variation in the beam shape of the laser light, it is also possible to suppress the loss of the light propagating through the optical waveguide OW.

[実施の形態3]
(半導体レーザ装置の構成)
実施の形態3に係る半導体レーザ装置LD3は、調整領域AR3の構成が異なっていることを除き、実施の形態1に係る半導体レーザ装置LD1と同じ構成である。よって、特に言及しない限り、以下では、実施の形態1と異なる点について主に説明し、同じ説明の繰り返しは省略する。
[Embodiment 3]
(Configuration of Semiconductor Laser Device)
The semiconductor laser device LD3 according to the third embodiment has the same configuration as the semiconductor laser device LD1 according to the first embodiment, except for the difference in the configuration of the adjustment region AR3. Therefore, unless otherwise specified, the following mainly describes the differences from the first embodiment, and the same description will be omitted.

図16は、実施の形態3に係る半導体レーザ装置LD3の構成を示す(a)要部上面図と(b)要部横断面図である。(b)要部横断面図では、3つの発光層EL31、EL32、EL33における共振器方向(y方向)での断面図が示されている。 Figure 16 shows (a) a top view of the essential parts and (b) a cross-sectional view of the essential parts, illustrating the configuration of a semiconductor laser device LD3 according to embodiment 3. In (b) the cross-sectional view of the essential parts, a cross-sectional view in the resonator direction (y direction) of three light-emitting layers EL31, EL32, and EL33 is shown.

実施の形態3における調整領域AR3は、調整領域AR3における発光層ELの膜厚Et31、Et32、Et33を、利得領域の発光層ELの膜厚ET31、ET32、ET33よりも薄くしている。すなわち、調整領域AR3における発光層ELの膜厚Etを薄くすることにより、発光層ELのバンドギャップエネルギーを広げ、光導波路の等価屈折率を相対的に小さくしている。 In the adjustment region AR3 in the third embodiment, the film thicknesses Et31, Et32, and Et33 of the light-emitting layer EL in the adjustment region AR3 are thinner than the film thicknesses ET31, ET32, and ET33 of the light-emitting layer EL in the gain region. In other words, by making the film thickness Et of the light-emitting layer EL in the adjustment region AR3 thinner, the band gap energy of the light-emitting layer EL is widened and the equivalent refractive index of the optical waveguide is relatively small.

すなわち、調整領域AR3の発光層ELにおける量子井戸層の膜厚が、利得領域の量子井戸層の膜厚よりも薄くなるため、量子井戸層内でのキャリアの量子準位が高くなり、相対的にバンドギャップエネルギーが広がる。また、量子井戸層およびガイド層の膜厚が薄くなることにより、光導波路の等価屈折率が低下し、光の閉じ込め度合いを相対的に弱くするこができる。 In other words, because the thickness of the quantum well layer in the light-emitting layer EL in the adjustment region AR3 is thinner than the thickness of the quantum well layer in the gain region, the quantum level of the carriers in the quantum well layer becomes higher, and the band gap energy relatively expands. In addition, by reducing the thickness of the quantum well layer and the guide layer, the equivalent refractive index of the optical waveguide decreases, and the degree of light confinement can be relatively weakened.

また、本実施の形態においても、図16に示されるように、調整領域AR31、AR32、AR33の共振器方向における長さARL31、ARL32、ARL33がそれぞれで異なる構成としている。 Also in this embodiment, as shown in FIG. 16, the lengths ARL31, ARL32, and ARL33 of the adjustment regions AR31, AR32, and AR33 in the resonator direction are different from each other.

なお、調整領域AR3における発光層ELの膜厚Etを、共振器方向において光反射端面に向かうに従い、徐々に薄くすることも可能である。共振器方向において、発光層ELの膜厚Etに勾配を形成することで、実施の形態2で述べたように、調整領域AR3と利得領域との境界における等価屈折率の急峻な変化を抑制することができる。このように、膜厚に勾配をもたせることで、実施の形態2と同じく、光の散乱による損失をも抑制することができる。 It is also possible to gradually reduce the film thickness Et of the light-emitting layer EL in the adjustment region AR3 in the resonator direction toward the light-reflecting end face. By forming a gradient in the film thickness Et of the light-emitting layer EL in the resonator direction, it is possible to suppress the abrupt change in the equivalent refractive index at the boundary between the adjustment region AR3 and the gain region, as described in embodiment 2. In this way, by providing a gradient in the film thickness, it is possible to suppress losses due to light scattering, as in embodiment 2.

(半導体レーザ装置の製造方法)
実施の形態3における調整領域AR3は、実施の形態1での製造工程における、(2)マスクMKを形成する工程と(図9)、(3)発光層EL11、EL12、EL13を選択成長法にて形成する工程(図10)、において形成することができる。また、実施の形態1での製造工程における、(5)調整領域ARを形成する工程(図13)、は、実施の形態3では省略される。なお、特に言及しない限り、以下では、実施の形態1と異なる点について主に説明し、同じ説明の繰り返しは省略する。また、その他の工程は、実施の形態1で示した製造工程と同様であるので、その説明を省略する。
(Method of manufacturing a semiconductor laser device)
The adjustment region AR3 in the third embodiment can be formed in the manufacturing process in the first embodiment, in the process (2) of forming a mask MK (FIG. 9) and the process (3) of forming the light-emitting layers EL11, EL12, and EL13 by selective growth (FIG. 10). In addition, the manufacturing process in the first embodiment, in which the adjustment region AR is formed (FIG. 13), is omitted in the third embodiment. Unless otherwise specified, the following mainly describes the points that are different from the first embodiment, and the same description will be omitted. In addition, the other steps are the same as the manufacturing process shown in the first embodiment, and therefore the description thereof will be omitted.

(2)マスクMKを形成する工程
実施の形態1では、発光層ELが形成される領域に開口が形成されるように、マスクMKに対してy方向に延びるストライプ状の開口部を形成したが(図9参照)、実施の形態3では、光出射端面側および光反射端面側のそれぞれにおいて、x方向に亘って連続した開口部をマスクMKに設ける(例えば、図3に示した調整領域ARの部分がマスクMKを設けない開口部に相当する)。すなわち、ストライプ状の開口部に加え、光出射端面側および光反射端面側のそれぞれに、x方向において、調整領域AR3およびリア領域ARR3に相当する領域を含む大きな連続した開口部を設ける。
(2) Step of forming mask MK In the first embodiment, stripe-shaped openings extending in the y direction are formed on the mask MK so that openings are formed in the region where the light-emitting layer EL is formed (see FIG. 9), but in the third embodiment, continuous openings are provided in the mask MK along the x direction on both the light-emitting end face side and the light-reflecting end face side (for example, the portion of the adjustment region AR shown in FIG. 3 corresponds to the opening where the mask MK is not provided). That is, in addition to the stripe-shaped openings, large continuous openings including regions corresponding to the adjustment region AR3 and the rear region ARR3 are provided along the x direction on both the light-emitting end face side and the light-reflecting end face side.

(3)発光層ELを選択成長法にて形成する工程
工程(2)で形成された、光出射端面側および光反射端面側におけるマスクMKの開口部は、x方向において連続した広い開口部となる。すなわち、発光層ELは、光出射端面側および光反射端面側のx方向において連続した膜として形成されることになる。そのため、発光層ELを選択成長する際、調整領域AR3およびリア領域ARR3に相当する領域の発光層ELの膜厚Etを薄く形成することができる。なお、マスクMKの開口部の大きさにより異なる膜厚が形成される理由については、実施の形態1において説明したので、ここでは繰り返さない。
(3) Step of forming the light-emitting layer EL by selective growth The openings of the mask MK on the light-emitting end face side and the light-reflecting end face side formed in step (2) are wide openings that are continuous in the x direction. That is, the light-emitting layer EL is formed as a film that is continuous in the x direction on the light-emitting end face side and the light-reflecting end face side. Therefore, when the light-emitting layer EL is selectively grown, the film thickness Et of the light-emitting layer EL in the region corresponding to the adjustment region AR3 and the rear region ARR3 can be formed thin. The reason why different film thicknesses are formed depending on the size of the opening of the mask MK has been explained in the first embodiment, so it will not be repeated here.

このように、調整領域AR3における発光層ELの膜厚Etを、利得領域の発光層ELの膜厚ETよりも薄く形成することができる。 In this way, the thickness Et of the light-emitting layer EL in the adjustment region AR3 can be made thinner than the thickness ET of the light-emitting layer EL in the gain region.

なお、上述した製造工程では、利得領域の発光層ELと調整領域ARの発光層とを同時に形成しているが、利得領域の発光層ELと調整領域ARの発光層とを別の工程として別々に形成しても良い。 In the manufacturing process described above, the light-emitting layer EL of the gain region and the light-emitting layer of the adjustment region AR are formed simultaneously, but the light-emitting layer EL of the gain region and the light-emitting layer of the adjustment region AR may be formed separately in separate processes.

(効果)
実施の形態3に係る半導体レーザ装置LD3は、実施の形態1に係る半導体レーザ装置LD1と同様の効果を奏する。
(effect)
The semiconductor laser device LD3 according to the third embodiment has the same effects as the semiconductor laser device LD1 according to the first embodiment.

[実施の形態4]
(半導体レーザ装置の構成)
実施の形態4に係る半導体レーザ装置LD4は、光出射端面側に形成された調整領域ARと同様の構成を、光反射端面側にリア領域ARR4として設け、リア領域ARR4の共振器方向における長さARRLをそれぞれの発光部EMにおいて異ならせていることを除き、実施の形態1に係る半導体レーザ装置LD1と同じ構成である。よって、特に言及しない限り、以下では、実施の形態1と異なる点について主に説明し、同じ説明の繰り返しは省略する。
[Fourth embodiment]
(Configuration of Semiconductor Laser Device)
The semiconductor laser device LD4 according to the fourth embodiment has the same configuration as the semiconductor laser device LD1 according to the first embodiment, except that a rear region ARR4 is provided on the light reflecting end face side with a configuration similar to the adjustment region AR formed on the light emitting end face side, and the length ARRL of the rear region ARR4 in the resonator direction is made different for each light emitting portion EM. Therefore, unless otherwise specified, the following mainly describes the differences from the first embodiment, and the same description will be omitted.

図17は、実施の形態4に係る半導体レーザ装置LD4の構成を示す要部上面図である。図18は、実施の形態4に係る半導体レーザ装置における作用を示す説明図である。 Figure 17 is a top view of the essential parts showing the configuration of the semiconductor laser device LD4 according to the fourth embodiment. Figure 18 is an explanatory diagram showing the operation of the semiconductor laser device according to the fourth embodiment.

実施の形態4においては、前述した実施の形態1、2、3と同じく、光出射端面側において調整領域AR4が形成されている。なお、調整領域AR4は、前述した実施の形態1、2、3で説明した調整領域ARの構成から選択され得る。光出射端面側に形成される調整領域AR4は、発光部EMごとに形成される調整領域AR41、AR42、AR43を含んでいる。また、調整領域AR41、AR42、AR43の共振器方向における長さARLは、前述した他の実施の形態と同じく、それぞれで異なり、ARL41>ARL42>ARL43、の関係になっている。 In the fourth embodiment, as in the first, second and third embodiments described above, an adjustment region AR4 is formed on the light emitting end surface side. The adjustment region AR4 can be selected from the configurations of the adjustment region AR described in the first, second and third embodiments described above. The adjustment region AR4 formed on the light emitting end surface side includes adjustment regions AR41, AR42 and AR43 formed for each light emitting portion EM. As in the other embodiments described above, the lengths ARL of the adjustment regions AR41, AR42 and AR43 in the resonator direction are different from one another, and have the relationship ARL41>ARL42>ARL43.

光反射端面側に形成されるリア領域ARR4は、発光部EMごとに形成されるリア領域ARR41、ARR42、ARR43を含んでいる。また、リア領域ARR41、ARR42、ARR43の共振器方向における長さARRLは、それぞれで異なり、ARRL41<ARRL42<ARRL43、の関係になっている。 The rear region ARR4 formed on the light reflecting end surface side includes rear regions ARR41, ARR42, and ARR43 formed for each light emitting portion EM. The lengths ARRL of the rear regions ARR41, ARR42, and ARR43 in the resonator direction are different from one another, and have the relationship ARRL41<ARRL42<ARRL43.

レーザ光の波長が異なることによるビーム形状の違いは、他の実施の形態と同様に、光出射端面側に形成された調整領域AR4にて調整(補正)し、ビーム形状の違いを抑制することができる。しかしながら、図18に示すレーザ光の出力特性は、調整領域ARが形成されていない利得領域の長さにより異なり、利得領域の長さが異なっていると、レーザ光が発振する閾値や出力効率にばらつきが生じてしまうことになる。 As in the other embodiments, differences in beam shape due to differences in the wavelength of the laser light can be adjusted (corrected) by the adjustment region AR4 formed on the light-emitting end face side, thereby suppressing the differences in beam shape. However, the output characteristics of the laser light shown in FIG. 18 vary depending on the length of the gain region in which the adjustment region AR is not formed, and if the length of the gain region differs, variations will occur in the threshold value at which the laser light oscillates and the output efficiency.

したがって、本実施の形態では、それぞれの発光部EMにおける出力特性のばらつきを抑制するため、利得領域の長さを揃えることを行っている。すなわち、リア領域ARR41、ARR42、ARR43の共振器方向における長さARRLをそれぞれ変えることで、利得領域の長さを揃えている。言い換えれば、光出射端面側に形成された調整領域AR4のそれぞれの長さARLに基づき生じた利得領域の長さの違いを、リア領域ARR4により調整しているものである。したがって、それぞれの発光部EMにおいて、光出射端面側の調整領域AR4の長さARLと、光反射端面側のリア領域ARR4の長さARRLとが異なるように形成されている。 Therefore, in this embodiment, in order to suppress the variation in the output characteristics in each light-emitting unit EM, the length of the gain region is made uniform. That is, the length ARRL of the rear regions ARR41, ARR42, and ARR43 in the resonator direction is changed to make the length of the gain region uniform. In other words, the difference in the length of the gain region that occurs based on the length ARL of each of the adjustment regions AR4 formed on the light-emitting end face side is adjusted by the rear region ARR4. Therefore, in each light-emitting unit EM, the length ARL of the adjustment region AR4 on the light-emitting end face side and the length ARRL of the rear region ARR4 on the light-reflecting end face side are formed to be different.

(半導体レーザ装置の製造方法)
リア領域ARR41の形成は、例えば、実施の形態1にて説明された、調整領域ARを形成する工程(5)(図13)にて形成することができる。すなわち、亜鉛(Zn)を熱拡散等の手法で拡散させる際に用いるマスクMKに、リア領域ARR41、ARR42、ARR43を形成するための開口部を追加して形成することで実現できる。その他の工程は、実施の形態1で示した製造工程と同様であるので、その説明を省略する。
(Method of manufacturing a semiconductor laser device)
The rear region ARR41 can be formed, for example, in the step (5) (FIG. 13) of forming the adjustment region AR described in the first embodiment. That is, this can be realized by adding openings for forming the rear regions ARR41, ARR42, and ARR43 to a mask MK used when diffusing zinc (Zn) by a method such as thermal diffusion. The other steps are the same as the manufacturing steps described in the first embodiment, and therefore the description thereof will be omitted.

(効果)
実施の形態4に係る半導体レーザ装置LD4も、実施の形態1に係る半導体レーザ装置LD1と同様の効果を奏する。なお、実施の形態4に係る半導体レーザ装置LD4においては、光反射端面側のリア領域ARR4の長さARRLを、それぞれの発光部EMで異ならせているので、それぞれの発光部EMで利得領域の長さを揃えることができ、レーザ光のビーム間の出力特性のばらつきを抑制することが可能となる。
(effect)
The semiconductor laser device LD4 according to the fourth embodiment also has the same effects as the semiconductor laser device LD1 according to the first embodiment. In the semiconductor laser device LD4 according to the fourth embodiment, the length ARRL of the rear region ARR4 on the light reflecting end face side is made different for each light-emitting portion EM, so that the length of the gain region can be made uniform for each light-emitting portion EM, and it is possible to suppress the variation in output characteristics between the beams of laser light.

以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更され得る。例えば、上記実施の形態では、赤色領域の半導体レーザ装置に関して説明したが、同種の材料系で作製可能な赤色以外の可視光領域であれば、他の色領域の半導体レーザ装置においても適用することが可能である。また、上記実施の形態では、光導波路構造としてリッジ構造に基づき説明したが、その他の光導波路構造でもよく、例えば、埋め込み型、ハイメサ型、チャネル型、等の構造にも適用することが可能である。更には、それぞれの実施の形態を適宜組み合わせても良い。 The invention made by the present inventors has been specifically described above based on the embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments and can be modified in various ways without departing from the gist of the invention. For example, the above embodiments have been described with respect to a semiconductor laser device in the red region, but the present invention can also be applied to semiconductor laser devices in other color regions as long as they are in the visible light region other than red and can be fabricated using the same material system. Furthermore, the above embodiments have been described based on a ridge structure as the optical waveguide structure, but other optical waveguide structures may also be used, such as embedded type, high mesa type, channel type, and other structures. Furthermore, the respective embodiments may be combined as appropriate.

また、上記実施の形態では、一つの半導体レーザ装置から波長の異なる3つまたは4つのレーザ光を出射する場合について説明したが、出射するレーザ光は5つ以上であってもよい。 In addition, in the above embodiment, a case has been described in which three or four laser beams with different wavelengths are emitted from one semiconductor laser device, but the number of emitted laser beams may be five or more.

また、特定の数値例について記載した場合であっても、理論的に明らかにその数値に限定される場合を除き、その特定の数値を超える数値であってもよいし、その特定の数値未満の数値であってもよい。また、成分については、「Aを主要な成分として含むB」などの意味であり、他の成分を含む態様を排除するものではない。 Even if a specific numerical example is stated, the numerical value may be greater than or less than the specific numerical value, unless it is theoretically clearly limited to that numerical value. In addition, when referring to components, it means "B containing A as a main component," etc., and does not exclude embodiments containing other components.

また、一つの波長を出射する発光部EMには、調整領域ARが設けられておらず、その他の波長を出射する発光部EMに調整領域ARを設けてレーザ光のビーム間の出力特性のばらつきを抑制するものであっても良い。更には、上記実施の形態では、以下の形態を含む。 Also, the light-emitting unit EM that emits one wavelength may not be provided with an adjustment area AR, and the light-emitting unit EM that emits the other wavelengths may be provided with an adjustment area AR to suppress variation in output characteristics between beams of laser light. Furthermore, the above embodiment includes the following forms.

(付記1)
基板と、
前記基板の主面に積層される、第1導電型の第1クラッド層と第2導電型の第2クラッド層と、
前記第1クラッド層と前記第2クラッド層とに挟まれるように形成され、前記基板主面に平行な第1の面上において形成される、発光層と、
前記発光層に形成され、レーザ光を放射する少なくとも2つの第1と第2の発光部と、
前記発光層および前記第1クラッド層と前記第2クラッド層の一部により構成され、共振器方向に延在する光導波路と、
前記第1と第2の発光部から放射される前記レーザ光のビーム形状を調整する調整領域と、を有し、
前記調整領域は少なくとも前記光導波路の光出射端面側において形成され、前記第1の発光部に形成される第1の調整領域と前記第2の発光部に形成される第2の調整領域を含み、前記第1と第2の調整領域は、少なくとも前記第1と第2の発光部にそれぞれ対応する前記発光層に形成され、
前記第1の発光部から放射される第1のレーザ光の第1の波長は、前記第2の発光部から放射される第2のレーザ光の第2の波長と異なり、
前記第1と第2の調整領域の前記共振器方向におけるそれぞれの長さが異なる、半導体レーザ装置。
(Appendix 1)
A substrate;
a first clad layer of a first conductivity type and a second clad layer of a second conductivity type laminated on a main surface of the substrate;
a light emitting layer formed on a first surface parallel to the main surface of the substrate, the light emitting layer being sandwiched between the first cladding layer and the second cladding layer;
At least two first and second light emitting sections formed in the light emitting layer and emitting laser light;
an optical waveguide including the light emitting layer, the first cladding layer, and a part of the second cladding layer, the optical waveguide extending in a resonator direction;
an adjustment region that adjusts the beam shape of the laser light emitted from the first and second light-emitting units;
the adjustment region is formed at least on the light emitting end surface side of the optical waveguide, and includes a first adjustment region formed in the first light emitting portion and a second adjustment region formed in the second light emitting portion, the first and second adjustment regions being formed in the light emitting layer corresponding at least to the first and second light emitting portions, respectively;
a first wavelength of the first laser light emitted from the first light-emitting unit is different from a second wavelength of the second laser light emitted from the second light-emitting unit;
A semiconductor laser device, wherein the first and second adjustment regions have different lengths in the resonator direction.

(付記2)
付記1に記載の半導体レーザ装置において、
前記第1の波長は前記第2の波長よりも長く、
前記第1の調整領域の前記共振器方向における長さは、前記第2の調整領域の前記共振器方向における長さよりも長い、半導体レーザ装置。
(Appendix 2)
In the semiconductor laser device according to claim 1,
the first wavelength is longer than the second wavelength;
A semiconductor laser device, wherein a length of the first adjustment region in the resonator direction is longer than a length of the second adjustment region in the resonator direction.

(付記3)
付記1に記載の半導体レーザ装置において、
前記第1と第2の調整領域のそれぞれのバンドギャップエネルギーは、前記共振器方向の中央部に位置するそれぞれの前記発光層のバンドギャップエネルギーよりも広い、半導体レーザ装置。
(Appendix 3)
In the semiconductor laser device according to claim 1,
A semiconductor laser device, wherein the band gap energy of each of the first and second adjustment regions is wider than the band gap energy of each of the light emitting layers located at a central portion in the resonator direction.

(付記4)
付記1に記載の半導体レーザ装置において、
前記第1と第2の調整領域のそれぞれの等価屈折率は、前記共振器方向の中央部に位置するそれぞれの導波路内の等価屈折率よりも低い、半導体レーザ装置。
(Appendix 4)
In the semiconductor laser device according to claim 1,
A semiconductor laser device, wherein the equivalent refractive index of each of the first and second adjustment regions is lower than the equivalent refractive index in each of the waveguides located at the center in the resonator direction.

(付記5)
付記1に記載の半導体レーザ装置において、
前記第1と第2の調整領域におけるそれぞれの前記発光層の厚さは、前記共振器方向の中央部に位置するそれぞれの前記発光層の厚さと異なる、半導体レーザ装置。
(Appendix 5)
In the semiconductor laser device according to claim 1,
A semiconductor laser device, wherein the thicknesses of the light-emitting layers in the first and second adjustment regions are different from the thicknesses of the light-emitting layers located in a central portion in the resonator direction.

(付記6)
付記5に記載の半導体レーザ装置において、
前記第1と第2の調整領域におけるそれぞれの前記発光層の厚さは、前記共振器方向の中央部に位置するそれぞれの前記発光層の厚さよりも薄い、半導体レーザ装置。
(Appendix 6)
In the semiconductor laser device according to claim 5,
a thickness of each of the light-emitting layers in the first and second adjustment regions is thinner than a thickness of each of the light-emitting layers located in a central portion in the resonator direction.

(付記7)
付記1に記載の半導体レーザ装置において、
前記第1と第2の調整領域におけるそれぞれの前記発光層の組成は、前記共振器方向の中央部に位置するそれぞれの前記発光層の組成と異なる、半導体レーザ装置。
(Appendix 7)
In the semiconductor laser device according to claim 1,
A semiconductor laser device, wherein the composition of each of the light emitting layers in the first and second adjustment regions is different from the composition of each of the light emitting layers located in a central portion in the resonator direction.

(付記8)
付記7に記載の半導体レーザ装置において、
前記第1と第2の調整領域は亜鉛(Zn)を前記共振器方向の中央部よりも高い濃度で混入した領域であり、
前記亜鉛の濃度は、前記光出射端面から前記共振器方向に向かって漸次少なくなるように傾斜している、半導体レーザ装置。
(Appendix 8)
8. The semiconductor laser device according to claim 7,
The first and second adjustment regions are regions in which zinc (Zn) is mixed at a higher concentration than the central portion in the resonator direction,
The concentration of the zinc is gradually decreased from the light emitting end face toward the resonator.

(付記9)
付記1に記載の半導体レーザ装置において、
前記共振器方向における前記光出射端面の反対側に形成される光反射端面を備え、前記光反射端面側には、前記第1と第2の調整領域と同じ構成の領域が、前記共振器方向においてそれぞれ異なる長さで形成される、半導体レーザ装置。
(Appendix 9)
In the semiconductor laser device according to claim 1,
a light reflecting end face formed on the opposite side of the light emitting end face in the resonator direction, and on the light reflecting end face side, regions having the same configuration as the first and second adjustment regions are formed with different lengths in the resonator direction.

(付記10)
付記1に記載の半導体レーザ装置において、
前記導波路の中央部に配置される利得領域の前記共振器方向における長さは、前記第1と第2の発光部において同じである、半導体レーザ装置。
(Appendix 10)
In the semiconductor laser device according to claim 1,
a gain region disposed in a central portion of the waveguide has a length in a resonator direction that is the same in the first and second light emitting portions.

(付記11)
付記1に記載の半導体レーザ装置において、
前記発光層は、(AlGa1-x1-yInP(0≦x<1、0<y<1)の結晶層から構成され、前記レーザ光は赤色領域のレーザ光である、半導体レーザ装置。
(Appendix 11)
In the semiconductor laser device according to claim 1,
The light emitting layer is made of a crystal layer of ( AlxGa1 -x ) 1- yInyP (0≦x<1, 0<y<1), and the laser light is a laser light in the red region.

AR ビーム形状の調整領域
ARL 調整領域の共振器方向における長さ
ARR リア領域
ARRL リア領域の共振器方向における長さ
BL バリア層
EM 発光部
EL 発光層
ER 発光領域
EW 発光層の幅
ET 発光層の厚さ
OW 光導波路領域
R リッジ
LD 半導体レーザ装置
QW 量子井戸層
MK マスク
nGL 下部n側ガイド層
pGL 上部p側ガイド層
1 GaAs基板
2 n型クラッド層
3 p型クラッド層
4 キャップ層
AR Beam shape adjustment region ARL Length of the adjustment region in the cavity direction ARR Rear region ARRL Length of the rear region in the cavity direction BL Barrier layer EM Light emitting portion EL Light emitting layer ER Light emitting region EW Width of the light emitting layer ET Thickness of the light emitting layer OW Optical waveguide region R Ridge LD Semiconductor laser device QW Quantum well layer MK Mask nGL Lower n-side guide layer pGL Upper p-side guide layer 1 GaAs substrate 2 n-type cladding layer 3 p-type cladding layer 4 Cap layer

Claims (11)

基板と、
前記基板の主面に積層される、第1導電型の第1クラッド層と第2導電型の第2クラッド層と、
前記第1クラッド層と前記第2クラッド層とに挟まれるように形成され、前記基板主面に平行な第1の面上において形成される、発光層と、
前記発光層に形成され、横シングルモードのレーザ光を放射する少なくとも2つの第1と第2の発光部と、
前記発光層および前記第1クラッド層と前記第2クラッド層の一部により構成され、共振器方向に延在する光導波路と、
前記第1と第2の発光部から放射される前記レーザ光のビーム形状における垂直方向の広がり角のばらつきを調整する調整領域と、
を有し、
前記第1の発光部と前記第2の発光部とのビーム間波長差は1~30nmであり、
前記調整領域は少なくとも前記光導波路の光出射端面側において形成され、前記第1の発光部に形成される第1の調整領域と前記第2の発光部に形成される第2の調整領域を含み、前記第1と第2の調整領域は、少なくとも前記第1と第2の発光部にそれぞれ対応する前記発光層に形成され、
前記第1の発光部から放射される第1のレーザ光の第1の波長は、前記第2の発光部から放射される第2のレーザ光の第2の波長よりも長く
前記第1の調整領域の前記共振器方向における長さは、前記第2の調整領域の前記共振器方向における長さよりも長く
前記発光層は、(Al Ga 1-x 1-y In P(0≦x<1、0<y<1)の結晶層から構成され、前記レーザ光は波長λが600≦λ≦700nmの赤色領域のレーザ光であり、
前記第1と第2の発光部においては、前記レーザ光の波長が大きいほど、前記発光層の厚さが厚く、前記調整領域の長さも長い、
半導体レーザ装置。
A substrate;
a first clad layer of a first conductivity type and a second clad layer of a second conductivity type laminated on a main surface of the substrate;
a light emitting layer formed on a first surface parallel to the main surface of the substrate, the light emitting layer being sandwiched between the first cladding layer and the second cladding layer;
At least two light emitting sections, a first light emitting section and a second light emitting section, are formed in the light emitting layer and emit a laser beam in a single transverse mode ;
an optical waveguide including the light emitting layer, the first cladding layer, and a part of the second cladding layer, the optical waveguide extending in a resonator direction;
an adjustment region that adjusts a variation in a vertical divergence angle in a beam shape of the laser light emitted from the first and second light emitting units;
having
a beam wavelength difference between the first light-emitting unit and the second light-emitting unit is 1 to 30 nm;
the adjustment region is formed at least on the light emitting end surface side of the optical waveguide, and includes a first adjustment region formed in the first light emitting portion and a second adjustment region formed in the second light emitting portion, the first and second adjustment regions being formed in the light emitting layer corresponding at least to the first and second light emitting portions, respectively;
a first wavelength of the first laser light emitted from the first light-emitting unit is longer than a second wavelength of the second laser light emitted from the second light-emitting unit;
a length of the first adjustment region in the resonator direction is longer than a length of the second adjustment region in the resonator direction;
the light emitting layer is composed of a crystal layer of (Al x Ga 1-x ) 1-y In y P (0≦x<1, 0<y<1), the laser light is a red laser light having a wavelength λ of 600≦λ≦700 nm,
In the first and second light emitting sections, the thickness of the light emitting layer is thicker and the length of the adjustment region is longer as the wavelength of the laser light is larger.
Semiconductor laser device.
前記第1と第2の調整領域のそれぞれのバンドギャップエネルギーは、前記共振器方向の中央部に位置するそれぞれの前記発光層のバンドギャップエネルギーよりも広い、請求項1に記載の半導体レーザ装置。 The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the band gap energy of each of the first and second adjustment regions is wider than the band gap energy of each of the light-emitting layers located at the center in the resonator direction. 前記第1と第2の調整領域のそれぞれの等価屈折率は、前記共振器方向の中央部に位置するそれぞれの導波路内の等価屈折率よりも低い、請求項1に記載の半導体レーザ装置。 The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the equivalent refractive index of each of the first and second adjustment regions is lower than the equivalent refractive index in each of the waveguides located at the center in the resonator direction. 前記第1と第2の調整領域におけるそれぞれの前記発光層の厚さは、前記共振器方向の中央部に位置するそれぞれの前記発光層の厚さと異なる、請求項1に記載の半導体レーザ装置。 The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the thickness of each of the light-emitting layers in the first and second adjustment regions is different from the thickness of each of the light-emitting layers located in the center in the resonator direction. 前記第1と第2の調整領域におけるそれぞれの前記発光層の厚さは、前記共振器方向の中央部に位置するそれぞれの前記発光層の厚さよりも薄い、請求項に記載の半導体レーザ装置。 5. The semiconductor laser device according to claim 4 , wherein the thickness of each of the light emitting layers in the first and second adjustment regions is thinner than the thickness of each of the light emitting layers located at a central portion in the resonator direction. 前記第1と第2の調整領域におけるそれぞれの前記発光層の組成は、前記共振器方向の中央部に位置するそれぞれの前記発光層の組成と異なる、請求項1に記載の半導体レーザ装置。 The semiconductor laser device of claim 1, wherein the composition of each of the light-emitting layers in the first and second adjustment regions is different from the composition of each of the light-emitting layers located in the center in the resonator direction. 前記第1と第2の調整領域は亜鉛(Zn)を混入した領域であり、
前記亜鉛の濃度は、前記光出射端面から前記共振器方向に向かって漸次少なくなるように傾斜している、請求項に記載の半導体レーザ装置。
The first and second adjustment regions are regions mixed with zinc (Zn),
7. The semiconductor laser device according to claim 6 , wherein the concentration of said zinc is gradually decreased from said light emitting end face toward said resonator.
前記共振器方向における前記光出射端面の反対側に形成される光反射端面を備え、前記光反射端面側には、前記第1と第2の調整領域と同じ構成の領域が、前記共振器方向においてそれぞれ異なる長さで形成される、請求項1に記載の半導体レーザ装置。 The semiconductor laser device according to claim 1, further comprising a light reflecting end face formed on the opposite side of the light emitting end face in the resonator direction, and regions having the same configuration as the first and second adjustment regions are formed on the light reflecting end face side, each with a different length in the resonator direction. 前記導波路の中央部に配置される利得領域の前記共振器方向における長さは、前記第1と第2の発光部において同じである、請求項1に記載の半導体レーザ装置。 2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein a length in the resonator direction of a gain region disposed in a central portion of said optical waveguide is the same in said first and second light emission portions. 前記第1の発光部と前記第2の発光部は、各発光層の下面から前記基板の上面までの距離が等しい、請求項1に記載の半導体レーザ装置。2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the first light emitting portion and the second light emitting portion have the same distance from a lower surface of each light emitting layer to an upper surface of the substrate. 前記請求項1に記載の半導体レーザ装置の製造方法であって、2. A method for manufacturing a semiconductor laser device according to claim 1, comprising the steps of:
前記基板の上に前記第1クラッド層としてのn型クラッド層を形成する工程(1)と、A step (1) of forming an n-type cladding layer as the first cladding layer on the substrate;
前記n型クラッド層の上にマスクを形成する工程(2)と、(2) forming a mask on the n-type cladding layer;
前記発光層を選択成長法にて形成する工程(3)と、(3) forming the light emitting layer by selective growth;
前記第2クラッド層としてのp型クラッド層およびキャップ層を形成する工程(4)と、(4) forming a p-type cladding layer as the second cladding layer and a capping layer;
前記光導波路の一部としてのリッジおよび電極を形成して個片化する工程(5)と、を有し、and (5) forming a ridge and an electrode as a part of the optical waveguide and dividing the optical waveguide into individual pieces.
前記工程(4)は、前記マスクの除去工程を更に含んでいる、The step (4) further includes a step of removing the mask.
半導体レーザ装置の製造方法。A method for manufacturing a semiconductor laser device.
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