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JP7486119B2 - Laser diode bar, wavelength beam combining system using laser diode bar, and method for manufacturing laser diode bar - Google Patents

Laser diode bar, wavelength beam combining system using laser diode bar, and method for manufacturing laser diode bar Download PDF

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JP7486119B2 JP2020082605A JP2020082605A JP7486119B2 JP 7486119 B2 JP7486119 B2 JP 7486119B2 JP 2020082605 A JP2020082605 A JP 2020082605A JP 2020082605 A JP2020082605 A JP 2020082605A JP 7486119 B2 JP7486119 B2 JP 7486119B2
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Description

本開示は、波レーザーダイオードバー、レーザーダイオードバーを用いた波長ビーム結合システム、及びレーザーダイオードバーの製造方法に関する。 The present disclosure relates to wavelength laser diode bars, wavelength beam combining systems using laser diode bars, and methods for manufacturing laser diode bars.

波長の異なった複数のビームを一点に結合することで、高パワーのレーザービームを得るシステムとして、波長ビーム結合システム(WBC(Wavelength Beam Combining)システム)が知られている。WBCシステムとして、例えば特許文献1に記載のシステムがある。 Wavelength beam combining systems (WBC (Wavelength Beam Combining) systems) are known as systems that obtain a high-power laser beam by combining multiple beams with different wavelengths at a single point. For example, the system described in Patent Document 1 is an example of a WBC system.

WBCシステムは、レーザーダイオードバー(LD(Laser Diode)バー)、ビームツイスターユニット(BTU(Beam Twister Lens Unit))、回折格子、及び外部共振ミラー等を有する。 The WBC system includes a laser diode bar (LD (Laser Diode) bar), a beam twister unit (BTU (Beam Twister Lens Unit)), a diffraction grating, and an external resonator mirror, etc.

LDバーは、複数のエミッターを有し、各エミッターからビームを出射する。LDバーから出射された複数のビームは、BTUによって個々に90度回転される。これにより、個々のスポットが相互干渉することを防ぐ。BTUから出たビームは、透過型又は反射型の回折格子に入射し、回折格子は、入射したビームをその波長で決定される回折角で回折し出射する。回折格子から出射されたビームは、外部共振ミラーに入射する。外部共振ミラーは部分透過ミラーであり、入射するビームの一部を回折格子の方向に垂直反射する。これにより、LDバーの個々のエミッターと回折格子と外部共振ミラーとの位置関係で一意に決定される波長(ロック波長と呼ぶ)が、LDバーのリアミラーと外部共振ミラーとの間でフィードバックし、外部共振発振することでレーザービームが出力される。 The LD bar has multiple emitters, each of which emits a beam. The multiple beams emitted from the LD bar are individually rotated 90 degrees by the BTU. This prevents the individual spots from interfering with each other. The beam emitted from the BTU is incident on a transmission or reflection type diffraction grating, which diffracts the incident beam at a diffraction angle determined by its wavelength and emits it. The beam emitted from the diffraction grating is incident on an external resonator mirror. The external resonator mirror is a partially transmitting mirror that reflects part of the incident beam vertically in the direction of the diffraction grating. As a result, a wavelength (called the lock wavelength), which is uniquely determined by the positional relationship between the individual emitters of the LD bar, the diffraction grating, and the external resonator mirror, is fed back between the rear mirror of the LD bar and the external resonator mirror, and a laser beam is output by external resonant oscillation.

LDバーの個々のエミッターはそれぞれ回折格子からの相対位置が異なるため、少しずつ異なる波長で外部共振発振することとなるが、外部共振ミラーにて一点に結合されるので、高いパワーのレーザービームを出力することができる。 Since each emitter in the LD bar is positioned differently relative to the diffraction grating, they oscillate through external resonance at slightly different wavelengths, but because they are combined at a single point by an external resonance mirror, a high-power laser beam can be output.

特開2015-106707号公報JP 2015-106707 A

しかしながら、WBCシステムでは、LDバーのゲインピーク波長(つまりLDバー自身の構成に起因するLDバーの発振波長であり、ASE(Amplified Spontaneous Emission)波長とも呼ばれる)と、外部共振によるロック波長との差が大きくなると、ビームが発振できなくなるおそれがある。LDバー内の複数のエミッターのうち一部のエミッターでしか外部共振発振ができないと、WBCシステムが非効率なシステムとなる。 However, in a WBC system, if the difference between the gain peak wavelength of the LD bar (i.e. the oscillation wavelength of the LD bar resulting from the configuration of the LD bar itself, also known as the ASE (Amplified Spontaneous Emission) wavelength) and the lock wavelength due to external resonance becomes large, there is a risk that the beam will not oscillate. If only some of the multiple emitters in the LD bar can oscillate due to external resonance, the WBC system will be an inefficient system.

本開示は、以上の点を考慮してなされたものであり、波長ビーム結合システムの発振性能を向上させることができるレーザーダイオードバー、これを用いた波長ビーム結合システム、及びレーザーダイオードバーの製造方法を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in consideration of the above points, and aims to provide a laser diode bar that can improve the oscillation performance of a wavelength beam combining system, a wavelength beam combining system using the same, and a method for manufacturing the laser diode bar.

前述した課題を解決する主たる本開示は、
波長ビーム結合システムに用いられるレーザーダイオードバーであって、
(0001)面を面方位とし、且つ、(0001)面からm軸又はa軸の少なくとも一方の軸に0°より大きいオフ角を付与された基板面を有する窒化物半導体基板と、
前記窒化物半導体基板上に形成された第1導電型クラッド層、活性層、及び第2導電型クラッド層からなる積層構造体と、
エミッターの導波路方向が前記オフ角の主軸方向に対して垂直となるように、前記積層構造体に、ストライプ状に形成された複数のエミッターと、
を備えるレーザーダイオードバーである。
The present disclosure mainly solves the above-mentioned problems.
1. A laser diode bar for use in a wavelength beam combining system, comprising:
a nitride semiconductor substrate having a substrate surface whose surface orientation is the (0001) plane and which is provided with an off angle of greater than 0° from the (0001) plane to at least one of the m-axis and the a-axis;
a laminated structure including a first conductive type cladding layer, an active layer, and a second conductive type cladding layer formed on the nitride semiconductor substrate;
a plurality of emitters formed in a stripe shape in the laminate structure such that a waveguide direction of the emitters is perpendicular to a principal axis direction of the off-angle;
A laser diode bar comprising:

又、他の局面では、
上記レーザーダイオードバーと、
前記レーザーダイオードバーの前記複数のエミッターそれぞれから出射された複数のレーザー光を回折する回折格子と、
前記回折格子によって回折されたレーザー光の一部を反射して前記レーザーダイオードバー側に戻し、自身と前記レーザーダイオードバーの反射膜との間で外部共振させる外部共振ミラーと、を備える、
波長ビーム結合システムである。
In other respects,
The laser diode bar;
a diffraction grating that diffracts the laser beams emitted from the emitters of the laser diode bar;
an external resonator mirror that reflects a part of the laser light diffracted by the diffraction grating back to the laser diode bar side and causes external resonance between the external resonator mirror and a reflective film of the laser diode bar.
Wavelength beam combining system.

又、他の局面では、
波長ビーム結合システムに用いられるレーザーダイオードバーの製造方法であって、
(0001)面を面方位とし、且つ、(0001)面からm軸又はa軸の少なくとも一方の軸に0°より大きいオフ角を付与された基板面を有する窒化物半導体基板を準備する工程と、
前記窒化物半導体基板上に、第1導電型クラッド層、活性層及び第2導電型クラッド層からなる積層構造体を形成する工程と、
前記窒化物半導体基板が有するオフ角の主軸方向と、エミッターの導波路方向とが垂直となるように、前記積層構造体に、ストライプ状に配列された複数のエミッターを形成する工程と、
前記窒化物半導体基板から、前記複数のエミッターを有する前記レーザーダイオードバーを切り出す工程と、
を含むレーザーダイオードバーの製造方法である。
In other respects,
1. A method for manufacturing a laser diode bar for use in a wavelength beam combining system, comprising:
preparing a nitride semiconductor substrate having a substrate surface oriented in the (0001) plane and having an off-angle of greater than 0° from the (0001) plane toward at least one of the m-axis and the a-axis;
forming a laminated structure including a first conductive type cladding layer, an active layer, and a second conductive type cladding layer on the nitride semiconductor substrate;
forming a plurality of emitters arranged in a stripe pattern in the laminate structure such that a principal axis direction of an off-angle of the nitride semiconductor substrate is perpendicular to a waveguide direction of the emitters;
cutting the laser diode bar having the plurality of emitters from the nitride semiconductor substrate;
The method for producing a laser diode bar includes the steps of:

本開示によれば、波長ビーム結合システムの発振性能を向上させることができる。 The present disclosure can improve the oscillation performance of a wavelength beam combining system.

本開示の一態様に係る波長ビーム結合システムの概略図FIG. 1 is a schematic diagram of a wavelength beam combining system according to one aspect of the present disclosure. 本開示の一態様に係る波長ビーム結合システムの概略図FIG. 1 is a schematic diagram of a wavelength beam combining system according to one aspect of the present disclosure. 本開示の一態様に係るLDバーの斜視図FIG. 1 is a perspective view of an LD bar according to one embodiment of the present disclosure. 本開示の一態様に係る1つのLDバーと回折格子との関係を示す図FIG. 1 illustrates the relationship between an LD bar and a diffraction grating according to an embodiment of the present disclosure. LDバー内の各エミッターのロック波長を示す図A diagram showing the lock wavelength of each emitter in the LD bar. LDバーが発振できる波長の範囲を示す図A diagram showing the range of wavelengths that an LD bar can oscillate. ASEスペクトルの例を示す図FIG. 1 shows an example of an ASE spectrum. ゲインピーク波長とロック波長との関係を示す図A diagram showing the relationship between the gain peak wavelength and the lock wavelength. ゲインピーク波長とロック波長との関係を示す図A diagram showing the relationship between the gain peak wavelength and the lock wavelength. 本開示の一態様に係る基板のオフ角の主軸方向を示す図FIG. 1 is a diagram showing the principal axis direction of the off-angle of a substrate according to one embodiment of the present disclosure. 本開示の一態様に係るLDバーの製造方法におけるウェハ上のLDバーを示す概略図FIG. 1 is a schematic diagram showing LD bars on a wafer in a method for manufacturing LD bars according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の一態様に係るLDバーの製造方法におけるウェハ上のLDバーを示す概略図FIG. 1 is a schematic diagram showing LD bars on a wafer in a method for manufacturing LD bars according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の一態様に係るLDバーの製造方法におけるウェハ上のLDバーを示す概略図FIG. 1 is a schematic diagram showing LD bars on a wafer in a method for manufacturing LD bars according to an embodiment of the present disclosure. 従来技術のLDバーの製造方法におけるウェハ上のLDバーを示す概略図FIG. 1 is a schematic diagram showing LD bars on a wafer in a prior art LD bar manufacturing method. 従来技術のLDバーの製造方法におけるウェハ上のLDバーを示す概略図FIG. 1 is a schematic diagram showing LD bars on a wafer in a prior art LD bar manufacturing method. 本開示の一態様に係るLDバーの製造方法におけるウェハ上のLDバーを示す概略図FIG. 1 is a schematic diagram showing LD bars on a wafer in a method for manufacturing LD bars according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の一態様に係るLDバーの製造方法におけるウェハ上のLDバーを示す概略図FIG. 1 is a schematic diagram showing LD bars on a wafer in a method for manufacturing LD bars according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の一態様に係るLDバーの製造方法におけるウェハ上のLDバーを示す概略図FIG. 1 is a schematic diagram showing LD bars on a wafer in a method for manufacturing LD bars according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の一態様に係るLDバーの製造方法におけるウェハ上のLDバーを示す概略図FIG. 1 is a schematic diagram showing LD bars on a wafer in a method for manufacturing LD bars according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の一態様に係るLDバーの製造方法におけるウェハ上のLDバーを示す概略図FIG. 1 is a schematic diagram showing LD bars on a wafer in a method for manufacturing LD bars according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の一態様に係るLDバーの製造方法におけるウェハ上のLDバーを示す概略図FIG. 1 is a schematic diagram showing LD bars on a wafer in a method for manufacturing LD bars according to an embodiment of the present disclosure.

以下、本開示の実施形態を、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present disclosure are described below with reference to the drawings.

図1は、波長ビーム結合システム10の概略図である。実際の波長ビーム結合(WBC(Wavelength Beam Combining))システムは図1に示した要素以外の構成要素を有するが、それらは省略されている。 Figure 1 is a schematic diagram of a wavelength beam combining system 10. An actual wavelength beam combining (WBC) system has components other than those shown in Figure 1, but these are omitted.

WBCシステム10は、1つ以上のLDバー100を含むレーザーダイオードバーアレイ(以下、LDバーアレイともいう)100Aと、回折格子200と、外部共振ミラー300と、を有する。なお、LDバー100と、回折格子200との間には、BTU等の光学系(図示せず)が設けられていてよい。LDバー100が、レーザーダイオードバーアレイ100Aを構成する。 The WBC system 10 has a laser diode bar array (hereinafter also referred to as LD bar array) 100A including one or more LD bars 100, a diffraction grating 200, and an external cavity mirror 300. Note that an optical system such as a BTU (not shown) may be provided between the LD bar 100 and the diffraction grating 200. The LD bar 100 constitutes the laser diode bar array 100A.

本実施形態では回折格子200として透過型の回折格子を用いているが、本開示の技術は、図2に示すような反射型の回折格子200’を用いたWBCシステム10’に適用することも可能である。 In this embodiment, a transmissive diffraction grating is used as the diffraction grating 200, but the technology disclosed herein can also be applied to a WBC system 10' that uses a reflective diffraction grating 200' as shown in FIG. 2.

図3に、レーザーダイオードバー(以下、LDバーともいう)100の斜視図を示す。LDバー100は、互いに間隔をおいて形成された複数のエミッターの注入領域(以下、エミッターとも称する)101を有する。複数のエミッターは、ストライプ状に、LDバー100の長手方向に沿って一列に配列されている。電源供給部(図示せず)からLDバー100内の全てのエミッター101に並列に電圧が供給されることで、各エミッター101に対応するレーザーエレメントから導波路方向(即ち、外部共振方向)に同時にレーザービームが出射される。 Figure 3 shows a perspective view of a laser diode bar (hereinafter also referred to as an LD bar) 100. The LD bar 100 has multiple emitter injection regions (hereinafter also referred to as emitters) 101 formed at intervals from each other. The multiple emitters are arranged in a stripe shape in a line along the longitudinal direction of the LD bar 100. When a voltage is supplied in parallel from a power supply unit (not shown) to all the emitters 101 in the LD bar 100, laser beams are simultaneously emitted from the laser elements corresponding to each emitter 101 in the waveguide direction (i.e., the external resonance direction).

尚、LDバー100のエミッター101は、例えば、窒化物半導体基板上に、第1導電型クラッド層、活性層、及び、第2導電型クラッド層の積層体に形成されている。また、LDバー100は、その上面にP側電極を有し、その下面にN側電極を有している(図3には図示せず)。また、LDバー100の光が出射される側の端面全体に透過膜が設けられ、透過膜と対向する光が出射されない側の端面全体に反射膜が設けられている(図3には図示せず)。 The emitter 101 of the LD bar 100 is formed, for example, on a nitride semiconductor substrate as a laminate of a first conductive cladding layer, an active layer, and a second conductive cladding layer. The LD bar 100 has a P-side electrode on its upper surface and an N-side electrode on its lower surface (not shown in FIG. 3). A transparent film is provided on the entire end surface of the LD bar 100 on the side from which light is emitted, and a reflective film is provided on the entire end surface opposite the transparent film on the side from which light is not emitted (not shown in FIG. 3).

図3では、リッジストライプと呼ばれる凸部ストライプ状の電流注入領域を持つレーザー構造としているが、他のレーザー構造でも構わない。LDバー100は、埋め込み構造を有していてもよく、その場合には、選択的に電流の注入領域101を形成すればよい。 In FIG. 3, a laser structure is shown having a current injection region in the shape of a protruding stripe called a ridge stripe, but other laser structures may be used. The LD bar 100 may have a buried structure, in which case the current injection region 101 may be selectively formed.

WBCシステム10,10’では、LDバー100の各エミッターから出射されるビームのうち、回折格子200の回折条件を満たし、かつ、外部共振ミラー300により垂直反射される波長が元のエミッター部に帰還することで、外部共振が発生しレーザー発振できる。 In the WBC system 10, 10', among the beams emitted from each emitter of the LD bar 100, the wavelengths that satisfy the diffraction conditions of the diffraction grating 200 and are vertically reflected by the external resonator mirror 300 are returned to the original emitter section, causing external resonance and enabling laser oscillation.

各LDバー100及び各エミッター101の発振波長は、回折格子200とLDバー100との配置によって一意に決まる。この波長をロック波長と呼ぶ。 The oscillation wavelength of each LD bar 100 and each emitter 101 is uniquely determined by the arrangement of the diffraction grating 200 and the LD bar 100. This wavelength is called the locking wavelength.

LDバー100のゲインピーク波長(すなわち、LDバー100の構成に起因するLDバー100の発振波長)と、外部共振によるロック波長との差が大きくなると、ビームが発振しにくくなる。 When the difference between the gain peak wavelength of the LD bar 100 (i.e., the oscillation wavelength of the LD bar 100 resulting from the configuration of the LD bar 100) and the locking wavelength due to external resonance becomes large, it becomes difficult for the beam to oscillate.

ここで、回折格子200において、回折格子の周期をd、入射角をα、出射角をβ、波長をλ、次数をmとすると、回折格子200の回折条件は、下記式(1)で表すことができる。
d(sinα+sinβ)=mλ…式(1)
Here, in the diffraction grating 200, if the period of the diffraction grating is d, the incident angle is α, the exit angle is β, the wavelength is λ, and the order is m, then the diffraction condition of the diffraction grating 200 can be expressed by the following formula (1).
d(sinα+sinβ)=mλ...Equation (1)

なお、ここで実際に有効な次数はm=1だけである回折格子配置を選択する。 Note that we choose a diffraction grating arrangement where the only effective order is m=1.

図4は1つのLDバー100と回折格子200との関係を示す。図5は、1つのLDバー100内の各エミッター101に対する、WBCシステム10のロック波長の例を示す。図5の例では、1つのLDバー100に50個のエミッター101が形成され、1番目のエミッター101から50番目のエミッター101までの長さ(図4のLDバー100の長さW)が10mmの例である。 Figure 4 shows the relationship between one LD bar 100 and the diffraction grating 200. Figure 5 shows an example of the locking wavelength of the WBC system 10 for each emitter 101 in one LD bar 100. In the example of Figure 5, 50 emitters 101 are formed in one LD bar 100, and the length from the first emitter 101 to the 50th emitter 101 (length W of the LD bar 100 in Figure 4) is 10 mm.

3000本/mmの溝周期の回折格子(d=0.333μm)を用いて、400~500nm程度の波長の光を入射角αが45°となるように設定した場合、LDバー100の長さWが10mm、LDバー100から回折格子までの距離Lが2.6mのとき、LDバー100の両端位置に存在するエミッター101間でのロック波長の差ΔλEC_bar(以下、「LDバー100の両端位置のロック波長差ΔλEC_bar」と称する)は、計算上で約1.0nmである。また、同じようにLDバー100の長さWが10mm、LDバー100から回折格子までの距離Lが1.3mのとき、LDバー100の両端位置のロック波長の差ΔλEC_barは約2.0nmとなる。 When a diffraction grating (d=0.333 μm) with a groove period of 3000 lines/mm is used and light with a wavelength of about 400 to 500 nm is set to an incident angle α of 45°, when the length W of LD bar 100 is 10 mm and the distance L from LD bar 100 to the diffraction grating is 2.6 m, the difference in lock wavelength Δλ EC_bar between emitters 101 present at both ends of LD bar 100 (hereinafter referred to as "lock wavelength difference Δλ EC_bar between both ends of LD bar 100") is calculated to be about 1.0 nm. Similarly, when the length W of LD bar 100 is 10 mm and the distance L from LD bar 100 to the diffraction grating is 1.3 m, the difference in lock wavelength Δλ EC_bar between both ends of LD bar 100 is about 2.0 nm.

WBCシステム10にLDバー100を適用した際、LDバー100のエミッター101がLDバー100の長手方向の存在する位置に応じて、当該エミッター101から出射されるレーザー光の回折格子200への入射角が変化することになる。ここで、LDバー100内の各エミッター101のロック波長は、典型的には、LDバー100の長手方向に沿って次第に減少または増加する。例えば、10mmのLDバー100内では、一端側のエミッター101のロック波長と他端側のエミッター101のロック波長とは1~2nm程度異なる。 When the LD bar 100 is applied to the WBC system 10, the angle of incidence of the laser light emitted from the emitter 101 on the diffraction grating 200 changes depending on the position of the emitter 101 in the LD bar 100 in the longitudinal direction of the LD bar 100. Here, the lock wavelength of each emitter 101 in the LD bar 100 typically gradually decreases or increases along the longitudinal direction of the LD bar 100. For example, within a 10 mm LD bar 100, the lock wavelength of the emitter 101 on one end differs from the lock wavelength of the emitter 101 on the other end by about 1 to 2 nm.

図6は、LDバー100の一個のエミッター101が発振できる波長の範囲を示す。図6中の曲線は、エミッター101のゲインスペクトル(以下、ASEスペクトルともいう)であり、LDバー100のゲインの波長依存性を示す。LDバー100が発振できるのはゲインが所定値以上の波長に限られる。換言すれば、LDバー100のゲインピーク波長から所定範囲内のロック波長は発振し、所定範囲外のロック波長は発振しない。図6の例では、ロック波長1は発振できる波長の範囲内なので発振するが、ロック波長2は発振できる波長の範囲外なので発振しない。 Figure 6 shows the range of wavelengths at which one emitter 101 of the LD bar 100 can oscillate. The curve in Figure 6 is the gain spectrum (hereinafter also referred to as the ASE spectrum) of the emitter 101, and shows the wavelength dependency of the gain of the LD bar 100. The LD bar 100 can oscillate only at wavelengths where the gain is equal to or greater than a certain value. In other words, the LD bar 100 will oscillate at lock wavelengths within a certain range from the gain peak wavelength, and will not oscillate at lock wavelengths outside the certain range. In the example of Figure 6, lock wavelength 1 oscillates because it is within the range of wavelengths that can be oscillated, but lock wavelength 2 does not oscillate because it is outside the range of wavelengths that can be oscillated.

図7に、LDバー100のエミッター101のASEスペクトルの典型例を示す。ASEスペクトルはLDバー100の発振前のELスペクトル(Electro-luminescence、電流注入発光スペクトル)と定義され、本開示においては、注入電流値I=0.8×Ithの時のELスペクトルと定義する。IthはLDバー100の内部共振発振の閾値電流である。λASEはASEスペクトルのピーク波長である。 7 shows a typical example of the ASE spectrum of the emitter 101 of the LD bar 100. The ASE spectrum is defined as the EL spectrum (electroluminescence, current injection emission spectrum) of the LD bar 100 before oscillation, and in this disclosure, is defined as the EL spectrum when the injection current value I=0.8×I th , where I th is the threshold current of the internal resonant oscillation of the LD bar 100. λ ASE is the peak wavelength of the ASE spectrum.

ASEスペクトルのピーク強度を基準にスライスレベルSL値0.8以上のバンド幅B2WASE_barは3.2nm、SL値0.9以上のバンド幅B1WASE_barは1.2nmである。WBCシステム10,10’にて外部共振によるレーザー発振を実現するには、λASE±(B2WASE_bar/2)、すなわちλASE±1.6nmの範囲内に外部共振によるロック波長が一致していることが重要である。ここで、λASE±(B1WASE_bar/2)、すなわちλASE±0.6nmの範囲内に外部共振によるロック波長が位置すれば、WBCシステム10,10’の更なる高性能化が可能となる。 Based on the peak intensity of the ASE spectrum, the bandwidth B2W ASE_bar at slice level SL value of 0.8 or more is 3.2 nm, and the bandwidth B1W ASE_bar at SL value of 0.9 or more is 1.2 nm. To realize laser oscillation by external resonance in the WBC system 10, 10', it is important that the lock wavelength by external resonance is within the range of λ ASE ±(B2W ASE_bar /2), i.e., λ ASE ±1.6 nm. Here, if the lock wavelength by external resonance is located within the range of λ ASE ±(B1W ASE_bar /2), i.e., λ ASE ±0.6 nm, the WBC system 10, 10' can have even higher performance.

図8及び図9は、LDバー100の各エミッター101のゲインピーク波長(以下、ASE波長ともいう)と、WBCシステム10によるロック波長との関係を示す。上述したように、ロック波長は回折格子200への入射角の変化に対応した傾きをもつ。又、図8と図9とでは、LDバー100の各エミッター101のゲインピーク波長の分布は、LDバー100の製造方法の相違により、異なる傾きを有するものとなっている(図10を参照して後述)。 Figures 8 and 9 show the relationship between the gain peak wavelength (hereinafter also referred to as the ASE wavelength) of each emitter 101 of the LD bar 100 and the locking wavelength by the WBC system 10. As described above, the locking wavelength has a slope corresponding to the change in the angle of incidence to the diffraction grating 200. In addition, in Figures 8 and 9, the distribution of the gain peak wavelengths of each emitter 101 of the LD bar 100 has different slopes due to differences in the manufacturing methods of the LD bar 100 (described later with reference to Figure 10).

図8の例のように、LDバー100内のゲインピーク波長の分布が、ロック波長の傾きの正負と同じ向きの場合で、全てのエミッター101において、ゲインピーク波長とロック波長との差が所定範囲内に収まっている場合は、全てのエミッター101を発振させることができる。又、図8では、LDバー100内のゲインピーク波長の分布の傾きが、LDバー100の長手方向に沿った各位置のロック波長の分布の傾きと近くなっている。そのため、LDバー100内の各位置で、エミッター101のゲインピーク波長がロック波長近くに存在することになり、各エミッター101の出力を最大化することが可能となる。 As in the example of Figure 8, when the distribution of gain peak wavelengths in the LD bar 100 is in the same direction as the positive and negative slope of the lock wavelength, and the difference between the gain peak wavelength and the lock wavelength in all emitters 101 is within a specified range, all emitters 101 can oscillate. Also, in Figure 8, the slope of the distribution of gain peak wavelengths in the LD bar 100 is close to the slope of the distribution of lock wavelengths at each position along the longitudinal direction of the LD bar 100. Therefore, at each position in the LD bar 100, the gain peak wavelength of the emitter 101 is close to the lock wavelength, making it possible to maximize the output of each emitter 101.

これに対して、図9の例のように、LDバー100内のゲインピーク波長の分布の一部が、LDバー100の両端位置のロック波長の範囲から外れている場合、その範囲外となる一部のエミッター101を発振させることができない。 In contrast, as in the example of Figure 9, if part of the distribution of gain peak wavelengths in the LD bar 100 falls outside the range of the lock wavelengths at both ends of the LD bar 100, some of the emitters 101 that fall outside that range cannot oscillate.

尚、図9の例では、LDバー100内のゲインピーク波長の分布を全体として引き上げることで、LDバー100の各エミッター101のゲインピーク波長を、LDバー100の両端位置のロック波長の範囲内に収めることができる。しかしながら、かかる構成としても、LDバー100内のゲインピーク波長の分布の傾きが、LDバー100の長手方向に沿った各位置のロック波長の分布の傾きと比較して小さいため、LDバー100の有する複数のエミッター101の中で、ゲインピーク波長がロック波長と乖離し、出力が小さくなるエミッター101が発生してしまう。 In the example of FIG. 9, the gain peak wavelength of each emitter 101 of the LD bar 100 can be kept within the range of the lock wavelength at both ends of the LD bar 100 by raising the distribution of the gain peak wavelengths in the LD bar 100 as a whole. However, even with this configuration, the gradient of the distribution of the gain peak wavelengths in the LD bar 100 is smaller than the gradient of the distribution of the lock wavelengths at each position along the longitudinal direction of the LD bar 100. Therefore, among the multiple emitters 101 in the LD bar 100, there will be emitters 101 whose gain peak wavelength deviates from the lock wavelength and whose output is reduced.

かかる観点から、本開示に係るLDバー100の製造方法は、LDバー100内の各エミッター101のゲインピーク波長の分布を、図8のように調整するべく、エミッター101の形成方向と窒化物半導体基板のオフ角の主軸方向との関係の調整を図っている。 From this perspective, the manufacturing method of the LD bar 100 according to the present disclosure adjusts the relationship between the formation direction of the emitter 101 and the principal axis direction of the off-angle of the nitride semiconductor substrate in order to adjust the distribution of the gain peak wavelengths of each emitter 101 in the LD bar 100 as shown in FIG. 8.

図10を参照してLDバー100の製造方法を説明する。LDバー100の製造では、まず、ウェハ400上に発光層を含む半導体レーザー積層構造をエピタキシャル成長により形成し、その後、積層されたウェハ400上にエミッター101部としてリッジストライプ構造を形成し、その後、P側電極及びN側電極を形成する。次いで、複数のLDバー100を切り出し、LDバーのリア端面に高反射コート膜を、フロント端面に反射防止コート膜を形成する。さらに、切り出した複数のLDバー100を組み合わせることで、WBCシステム10で用いられるレーザーダイオードバーアレイ100Aが作製される。 The manufacturing method of the LD bar 100 will be described with reference to FIG. 10. In manufacturing the LD bar 100, first, a semiconductor laser stack structure including a light emitting layer is formed on the wafer 400 by epitaxial growth, then a ridge stripe structure is formed as the emitter 101 portion on the stacked wafer 400, and then a P-side electrode and an N-side electrode are formed. Next, multiple LD bars 100 are cut out, and a high-reflection coating film is formed on the rear end face of the LD bar, and an anti-reflection coating film is formed on the front end face. Furthermore, the cut out multiple LD bars 100 are combined to produce a laser diode bar array 100A used in the WBC system 10.

ウェハ400としては、窒化物半導体基板が用いられ、特にGaN基板を用いることが好ましい。波長350nm以上550nm以下の波長帯の半導体レーザーを作製する場合には、GaN基板を母材ウェハとして用いることが好ましい。 A nitride semiconductor substrate is used as the wafer 400, and it is particularly preferable to use a GaN substrate. When manufacturing a semiconductor laser with a wavelength band of 350 nm or more and 550 nm or less, it is preferable to use a GaN substrate as the base wafer.

通常、GaN基板は、活性層の結晶出来栄えの向上を目的として、ある軸に対して、一定のオフ角(0°より大きく、0.3°~0.7°程度)を傾けている。一般に、GaN基板の基板面は、(0001)を面方位とし、そのオフ角の主軸方向(オフ角が0°の結晶面に対する基板面の傾き方向を表す。以下同じ)が、±m軸方向又は±a軸方向に設定される。尚、図10では、ウェハ400の基板面のオフ角の主軸方向は、+a軸方向に設定されている。 Normally, GaN substrates are tilted at a certain off-angle (greater than 0°, approximately 0.3° to 0.7°) with respect to a certain axis in order to improve the crystal quality of the active layer. In general, the substrate surface of a GaN substrate has a plane orientation of (0001), and the main axis direction of the off-angle (representing the tilt direction of the substrate surface with respect to a crystal plane with an off-angle of 0°; the same applies below) is set to the ±m-axis or ±a-axis directions. In FIG. 10, the main axis direction of the off-angle of the substrate surface of wafer 400 is set to the +a-axis direction.

また、GaN基板は、熱膨張係数が異なる異種基板を使った結晶成長により形成されるため、一般に、SiやGaAsに比べると、GaN基板内に結晶反りが生じやすい。本願の発明者らの知見によると、GaN基板内の結晶反りに起因して、GaN基板の(0001)面にオフ角を設けてインゴットからGaN基板を切り出すと、GaN基板の基板面内においては、図10に示すように、オフ角の主軸方向に沿って、オフ角が次第に大きくなる。そして、InGaN層をエピタキシャル成長させた際の半導体レーザーの発光波長(即ち、ゲインピーク波長)は、GaN基板のオフ角の変化に応じて30nm/°程度の割合で変化する。 In addition, since GaN substrates are formed by crystal growth using heterogeneous substrates with different thermal expansion coefficients, GaN substrates are generally more susceptible to crystal warping than Si or GaAs. According to the findings of the present inventors, when a GaN substrate is cut from an ingot with an off-angle on the (0001) plane of the GaN substrate due to the crystal warping in the GaN substrate, the off-angle gradually increases along the main axis of the off-angle within the substrate plane of the GaN substrate, as shown in FIG. 10. The emission wavelength of the semiconductor laser when the InGaN layer is epitaxially grown (i.e., the gain peak wavelength) changes at a rate of about 30 nm/° according to the change in the off-angle of the GaN substrate.

GaN基板面内に存在するオフ角分布は半導体レーザーの発光層の出来栄え、特に発光波長に大きく影響する。一般的に波長350nm以上550nm以下の波長帯の半導体レーザーを作製する場合、発光層にはInを含むInGaN層が用いられることが好ましい。InGaN層のIn組成はGaN基板面内に存在するオフ角分布に影響を受け、オフ角が大きい領域ではIn組成が小さく、発振波長が短波となりやすい。 The off-angle distribution within the GaN substrate plane has a significant effect on the performance of the semiconductor laser's light-emitting layer, particularly on the emission wavelength. In general, when manufacturing a semiconductor laser with a wavelength band of 350 nm or more and 550 nm or less, it is preferable to use an InGaN layer containing In for the light-emitting layer. The In composition of the InGaN layer is affected by the off-angle distribution within the GaN substrate plane, and in areas with large off-angles, the In composition is small, and the emission wavelength tends to be short.

つまり、LDバー100に形成された複数のエミッター101それぞれの発光波長は、当該エミッター101が形成された位置のウェハ400のオフ角に応じて異なる波長となる(例えば、図8、図9を参照)。 In other words, the emission wavelength of each of the multiple emitters 101 formed on the LD bar 100 varies depending on the off-angle of the wafer 400 at the position where the emitter 101 is formed (see, for example, Figures 8 and 9).

そして、本願の発明者らは、かかる知見をもとに、LDバー100の製造方法の最適化を図り、LDバー100の導波路方向が、ウェハ400の基板面のオフ角の主軸方向に対して垂直となるように、LDバー100を形成する、という技術的思想に想到した。 Based on this knowledge, the inventors of the present application have optimized the manufacturing method of the LD bar 100 and have come up with the technical idea of forming the LD bar 100 so that the waveguide direction of the LD bar 100 is perpendicular to the main axis direction of the off-angle of the substrate surface of the wafer 400.

かかる構成によって、LDバー100の複数のエミッター101を、ウェハ400のオフ角が漸減又は漸増する方向に沿って配列することが可能となるため、当該複数のエミッター101の発光波長(ゲインピーク波長)の分布を、LDバー100の長手方向に沿って漸減又は漸増させることが可能となる。つまり、これにより、LDバー100の長手方向の各位置におけるロック波長の分布の傾きにあわせるように、LDバー100の長手方向の各位置におけるゲインピーク波長の分布を傾かせることができ、図8のように、LDバー100の各エミッター101において、ゲインピーク波長をロック波長付近に存在させることが可能である。そして、これによって、LDバー100のすべてのエミッター101を発振可能とすることができ、加えて、各エミッター101の出力を最大化することが可能となる。 This configuration allows the multiple emitters 101 of the LD bar 100 to be arranged along the direction in which the off-angle of the wafer 400 gradually decreases or increases, so that the distribution of the emission wavelengths (gain peak wavelengths) of the multiple emitters 101 can be gradually decreased or increased along the longitudinal direction of the LD bar 100. In other words, this allows the distribution of the gain peak wavelengths at each position in the longitudinal direction of the LD bar 100 to be inclined so as to match the inclination of the distribution of the lock wavelengths at each position in the longitudinal direction of the LD bar 100, and as shown in FIG. 8, it is possible to make the gain peak wavelength exist near the lock wavelength in each emitter 101 of the LD bar 100. This allows all the emitters 101 of the LD bar 100 to oscillate, and in addition, it is possible to maximize the output of each emitter 101.

又、かかる構成によって、ゲインピーク波長を、エミッター101の導波路方向に沿って一様とすることが可能となる。これによって、LDバー100の各エミッター101の出力を最大化することが可能となる。 In addition, this configuration makes it possible to make the gain peak wavelength uniform along the waveguide direction of the emitter 101. This makes it possible to maximize the output of each emitter 101 of the LD bar 100.

なお、LDバー100の基板面のオフ角の主軸方向がLDバー100の導波路方向に対して垂直であるとは、基板面のオフ角の主軸方向と導波路方向との交わる角度が略90°であればよく、実際の基板面のオフ角の主軸方向は導波路方向に対して正確に垂直ではなく、垂直からある程度角度を持っている。 The main axis direction of the off-angle of the substrate surface of the LD bar 100 being perpendicular to the waveguide direction of the LD bar 100 means that the angle between the main axis direction of the off-angle of the substrate surface and the waveguide direction is approximately 90°. In reality, the main axis direction of the off-angle of the substrate surface is not exactly perpendicular to the waveguide direction, but has a certain angle from perpendicular.

以下、上記した製造方法で製造したLDバー100の性能の検証結果について、説明する。 Below, we will explain the results of verifying the performance of the LD bar 100 manufactured using the above manufacturing method.

<実施例1>
本実施例では、LDバー100の各エミッター101のロック波長が、LDバー100のエミッター101のゲインピーク波長の発振可能な範囲に含まれるよう、図10に示すような、オフ角の主軸方向:+a軸方向、オフ角度勾配:0.004°/mm、中心オフ角:0.46°のGaN基板上にLDバー100を形成した。LDバー100のバー長は10mm、共振器長は2mmである。図10に示すように、ウェハ400面内のオフ角の主軸方向は+a軸方向であるため、ウェハ400から切り出されたLDバー100の長手方向にオフ角の主軸方向が存在している。
Example 1
In this embodiment, the LD bar 100 was formed on a GaN substrate with the main axis direction of the off-angle: +a-axis direction, the off-angle gradient: 0.004°/mm, and the central off-angle: 0.46°, as shown in FIG. 10, so that the lock wavelength of each emitter 101 of the LD bar 100 is included in the oscillation range of the gain peak wavelength of the emitter 101 of the LD bar 100. The LD bar 100 has a bar length of 10 mm and a resonator length of 2 mm. As shown in FIG. 10, the main axis direction of the off-angle in the wafer 400 plane is the +a-axis direction, so that the main axis direction of the off-angle exists in the longitudinal direction of the LD bar 100 cut out from the wafer 400.

図11に、本実施例に係る各LDバー100のASEスペクトルのピーク波長λASEの、LDバー100の長手方向における分布幅(図11の各LDバー100内の数値を参照)を示す。本実施例では、LDバー100の両端位置のロック波長差ΔλEC_barは2.0nmである。LDバー100の長手方向のサイズは10mmである。LDバー100のエミッター101のλASE±1.6nm分布の範囲内に、当該エミッター101のロック波長が含まれるLDバー100は白抜き、各LDバー100の中心及び両端のエミッター101のλASE±1.6nm分布の範囲外にロック波長分布が位置するLDバー100は黒く示す。 11 shows the distribution width of the peak wavelength λ ASE of the ASE spectrum of each LD bar 100 in this embodiment in the longitudinal direction of the LD bar 100 (see the numerical values in each LD bar 100 in FIG. 11). In this embodiment, the lock wavelength difference Δλ EC_bar between both ends of the LD bar 100 is 2.0 nm. The longitudinal size of the LD bar 100 is 10 mm. LD bars 100 whose lock wavelength falls within the λ ASE ±1.6 nm distribution range of the emitter 101 of the LD bar 100 are shown in white, and LD bars 100 whose lock wavelength distribution is outside the λ ASE ±1.6 nm distribution range of the emitter 101 at the center and both ends of each LD bar 100 are shown in black.

図11では、ウェハ400面内に形成された複数のLDバー100のすべて(60バー/60バー)において、各LDバー100の中心及び両端のエミッター101のλASE±1.6nm分布の範囲内にロック波長分布が含まれる。したがって、ウェハ400から製造されるLDバー100は全て外部共振によるレーザー発振が可能である。 11, in all of the multiple LD bars 100 (60 bars/60 bars) formed on the surface of the wafer 400, the lock wavelength distribution is included within the range of λ ASE ±1.6 nm distribution of the emitters 101 at the center and both ends of each LD bar 100. Therefore, all of the LD bars 100 manufactured from the wafer 400 are capable of laser oscillation by external resonance.

図12に、本実施例にてウェハ400上に形成した各LDバー100のASEスペクトルのピーク波長λASEの、LDバー100の長手方向における分布幅(図12の各LDバー100内の数値を参照)を示す。図12では、図11の場合と同様のウェハ400において、各LDバー100の中心及び両端のエミッター101のλASE±0.6nm分布の範囲内にロック波長分布が含まれるLDバー100は白抜き、各LDバー100の中心及び両端のエミッター101のλASE±0.6nm分布の範囲外にロック波長分布が位置するLDバー100は黒く示す。LDバー100の両端位置のロック波長差ΔλEC_barは2.0nm、LDバー長は10mmである。 12 shows the distribution width (see the numerical values in each LD bar 100 in FIG. 12) of the peak wavelength λ ASE of the ASE spectrum of each LD bar 100 formed on the wafer 400 in this embodiment in the longitudinal direction of the LD bar 100. In FIG. 12, in the same wafer 400 as in FIG. 11, LD bars 100 whose lock wavelength distribution is included within the range of λ ASE ±0.6 nm distribution of the emitters 101 at the center and both ends of each LD bar 100 are shown in white, and LD bars 100 whose lock wavelength distribution is outside the range of λ ASE ±0.6 nm distribution of the emitters 101 at the center and both ends of each LD bar 100 are shown in black. The lock wavelength difference Δλ EC_bar between both ends of the LD bar 100 is 2.0 nm, and the LD bar length is 10 mm.

図12に示す本実施例のウェハ400面内では、ロック波長分布が各LDバー100の中心及び両端のエミッター101のλASE±0.6nmの範囲外にあるLDバー100が存在しているものの、81.7%(49バー/60バー)のLDバー100が白抜き、すなわち各LDバー100の中心及び両端のエミッター101のλASE±0.6nm分布の範囲内にロック波長分布が含まれるLDバー100である。したがって、比較的高い割合でより高性能なWBCシステム10,10’を実現可能なLDバー100を得ることができていることが分かる。 12, within the surface of the wafer 400 of this embodiment, although there are LD bars 100 whose lock wavelength distribution is outside the range of λ ASE ±0.6 nm of the emitters 101 at the center and both ends of each LD bar 100, 81.7% (49 bars/60 bars) of the LD bars 100 are white, that is, the LD bars 100 whose lock wavelength distribution is included within the range of λ ASE ±0.6 nm distribution of the emitters 101 at the center and both ends of each LD bar 100. Therefore, it can be seen that a relatively high proportion of LD bars 100 capable of realizing higher performance WBC systems 10, 10' can be obtained.

本実施例ではGaNウェハ400のオフ角の主軸方向を+a軸方向としており、導波路方向、すなわちm軸方向にはオフ角がほぼ存在していない(0.0005°/mm以下)。そのため、図10に示すようにウェハ400から切り出したLDバー100は、導波路方向には一様なASEスペクトルのピーク波長λASEを有する。LDバー100が導波路方向に対して一様なλASEを有することで、レーザー発振のゲインを最大化することができる。そのため、このようなLDバー100を用いることで、WBCシステム10,10’の高効率化及び高出力化が可能である。 In this embodiment, the main axis direction of the off-angle of the GaN wafer 400 is the +a-axis direction, and there is almost no off-angle in the waveguide direction, i.e., the m-axis direction (0.0005°/mm or less). Therefore, as shown in FIG. 10, the LD bar 100 cut out from the wafer 400 has a uniform ASE spectrum peak wavelength λ ASE in the waveguide direction. The LD bar 100 having a uniform λ ASE in the waveguide direction can maximize the gain of laser oscillation. Therefore, by using such an LD bar 100, it is possible to increase the efficiency and output of the WBC system 10, 10'.

図13に、本実施例にてウェハ400上に形成した各LDバー100のASEスペクトルのピーク波長λASEの、導波路方向における分布幅(図13の各LDバー100内の数値を参照)を示す。図13では、ウェハ400面内のLDバー100の2mm長の導波路方向のλASE分布が、LDバー100の中心及び両端のエミッター101のλASE±0.6nmの範囲内にあるLDバー100は白抜き、範囲外にあるLDバー100は黒く示す。 13 shows the distribution width in the waveguide direction of the peak wavelength λ ASE of the ASE spectrum of each LD bar 100 formed on the wafer 400 in this embodiment (see the numerical values in each LD bar 100 in FIG. 13). In FIG. 13, the λ ASE distribution in the waveguide direction of the 2 mm-long LD bar 100 on the wafer 400 surface is shown as white for LD bars 100 that are within the range of λ ASE ±0.6 nm of the emitter 101 at the center and both ends of the LD bar 100, and as black for LD bars 100 that are outside the range.

図13を参照すると、ウェハ400面内において導波路方向のλASE分布が、LDバー100の中心及び両端のエミッター101のλASE±0.6nmの範囲内にあるLDバーは98%(59バー/60バー)存在する。このことから、高い割合で、導波路方向におけるλASEが一定の範囲内にあるLDバー100を得ることができ、ウェハ400からLDバー100を製造する際に、高い歩留まりで高品質のLDバー100を製造することができていることが分かる。 13, 98% (59 bars/60 bars) of the LD bars have a λ ASE distribution in the waveguide direction within the plane of the wafer 400 that is within the range of λ ASE ±0.6 nm of the emitters 101 at the center and both ends of the LD bar 100. This shows that a high percentage of the LD bars 100 have λ ASE within a certain range in the waveguide direction, and that high-quality LD bars 100 can be manufactured with a high yield when the LD bars 100 are manufactured from the wafer 400.

なお、製品対象としては、ウェハ400面内に形成されたLDバー100のうち、図12及び図13のいずれでも白抜きで示されたLDバー100を用いることが特に好ましい。すなわち、LDバー100のロック波長分布がλASE±1.6nm分布の範囲内にあり、かつ、導波路方向のASEスペクトルのピーク波長λASE分布が、LDバー100の中心及び両端のエミッター101のλASE±0.6nmの範囲内にあることが特に好ましい。なお、図12及び図13から、両方の条件を満たすLDバー100はウェハ面内に80%(48バー/60バー)存在する。したがって、高い歩留でWBCシステムの出力を最大化可能な非常に高品質のLDバー100を得ることができていることが分かる。 As a product target, it is particularly preferable to use the LD bars 100 shown in white in both Figures 12 and 13 among the LD bars 100 formed in the wafer 400 surface. That is, it is particularly preferable that the lock wavelength distribution of the LD bar 100 is within the range of λ ASE ±1.6 nm distribution, and the peak wavelength λ ASE distribution of the ASE spectrum in the waveguide direction is within the range of λ ASE ±0.6 nm of the emitters 101 at the center and both ends of the LD bar 100. It is noted from Figures 12 and 13 that 80% (48 bars/60 bars) of the LD bars 100 satisfy both conditions in the wafer surface. Therefore, it is understood that it is possible to obtain very high quality LD bars 100 capable of maximizing the output of the WBC system with a high yield.

図14に、従来技術に係るLDバーの製造方法において、ウェハ上に形成した各LDバーのASEスペクトルのピーク波長λASEの、LDバー100の長手方向における分布幅(図14の各LDバー100内の数値を参照)を示す。図14では、オフ角の主軸方向:+m軸方向、オフ角度勾配:0.009°/mm、中心オフ角:0.38°のGaN基板上にLDバーを形成する。各LDバーのバー長は10mm、共振器長は2mmである。 Fig. 14 shows the distribution width (see the numerical values in each LD bar 100 in Fig. 14) of the peak wavelength λ ASE of the ASE spectrum of each LD bar formed on a wafer in the longitudinal direction of the LD bar 100 in a conventional LD bar manufacturing method. In Fig. 14, an LD bar is formed on a GaN substrate with a main axis direction of the off angle: +m-axis direction, an off angle gradient: 0.009°/mm, and a central off angle: 0.38°. The bar length of each LD bar is 10 mm, and the resonator length is 2 mm.

図14では、ウェハにおいて、各LDバーの中心及び両端のエミッター101のλASE±1.6nm分布の範囲内にロック波長分布が含まれるLDバーは白抜き、各LDバーの中心及び両端のエミッター101のλASE±1.6nm分布の範囲外にロック波長分布が位置するLDバーは黒く示す。LDバー100の両端位置のロック波長差ΔλEC_barは2.0nmである。図14のウェハ面内では、各LDバーの中心及び両端のエミッター101のλASE±1.6nm分布の範囲内にロック波長が含まれるLDバーは65%(39バー/60バー)のみ存在している。 In Fig. 14, LD bars on the wafer whose lock wavelength distribution is within the λ ASE ±1.6 nm distribution range of the emitters 101 at the center and both ends of each LD bar are shown in white, and LD bars whose lock wavelength distribution is outside the λ ASE ±1.6 nm distribution range of the emitters 101 at the center and both ends of each LD bar are shown in black. The lock wavelength difference Δλ EC_bar between both ends of the LD bar 100 is 2.0 nm. Within the wafer surface in Fig. 14, only 65% (39 bars/60 bars) of the LD bars have a lock wavelength within the λ ASE ±1.6 nm distribution range of the emitters 101 at the center and both ends of each LD bar.

図15は、図14と同様に従来技術に係るLDバーの製造方法において、ウェハ上に形成した各LDバーのASEスペクトルのピーク波長λASEの、導波路方向における分布幅(図15の各LDバー100内の数値を参照)を示す。図15では、ウェハ面内のLDバーの2mm長の導波路方向のASEスペクトルのピーク波長λASE分布が、各LDバー100の中心及び両端のエミッター101のλASE±0.6nmの範囲内にあるLDバー100は白抜き、範囲外にあるLDバーは黒く示す。 Fig. 15 shows the distribution width (see the numerical values in each LD bar 100 in Fig. 15) in the waveguide direction of the peak wavelength λ ASE of the ASE spectrum of each LD bar formed on a wafer in a conventional LD bar manufacturing method, similar to Fig. 14. In Fig. 15, LD bars 100 in which the peak wavelength λ ASE distribution of the ASE spectrum in the waveguide direction of a 2 mm length of LD bars on the wafer is within the range of λ ASE ±0.6 nm of the emitter 101 at the center and both ends of each LD bar 100 is shown as white, and LD bars outside that range are shown as black.

図15のウェハでは、オフ角の主軸方向が+m軸方向であるため、製造されるLDバー内にオフ角度分布による波長分布が発生してしまう。そのため、導波路方向に対して十分なASEスペクトルのピーク波長λASEの一様性を得ることが出来ず、図15のウェハ面内で、導波路方向のASEスペクトルのピーク波長に係るλASE分布が、LDバー100の中心及び両端のエミッター101のλASE±0.6nmの範囲内にあるLDバーは81%(49バー/60バー)のみである。 In the wafer of Fig. 15, the main axis direction of the off-angle is the +m-axis direction, so that a wavelength distribution due to the off-angle distribution occurs in the manufactured LD bar. Therefore, sufficient uniformity of the peak wavelength λ ASE of the ASE spectrum in the waveguide direction cannot be obtained, and only 81% (49 bars/60 bars) of the LD bars in the wafer plane of Fig. 15 have a λ ASE distribution related to the peak wavelength of the ASE spectrum in the waveguide direction within the range of λ ASE ±0.6 nm of the center and both ends of the LD bar 100.

図14及び図15から、LDバー100のロック波長分布がλASE±1.6nm分布の範囲内にあり、かつ、導波路方向のλASE分布が、LDバー100の中心及び両端のエミッター101のλASE±0.6nmの範囲内にあるLDバー100は55%(34バー/60バー)しかない。したがって、従来技術に係る製造方法では、高品質なLDバー100を製造する際の歩留まりが低下する。 14 and 15, only 55% (34 bars/60 bars) of the LD bars 100 have a lock wavelength distribution within the range of λ ASE ±1.6 nm and a λ ASE distribution in the waveguide direction within the range of λ ASE ±0.6 nm of the emitters 101 at the center and both ends of the LD bar 100. Therefore, the manufacturing method according to the conventional technology reduces the yield in manufacturing high-quality LD bars 100.

以上のように、本実施例に係る製造方法で形成したLDバー100と、従来技術に係る製造方法で形成したLDバーと、を比較すると分かるように、LDバー100の基板面のオフ角の主軸方向を、LDバー100の導波路方向に対して垂直に設定することで、高出力なLDバー100を製造することが可能である。 As described above, by comparing the LD bar 100 formed by the manufacturing method of this embodiment with the LD bar formed by the manufacturing method of the prior art, it is possible to manufacture a high-output LD bar 100 by setting the main axis direction of the off-angle of the substrate surface of the LD bar 100 perpendicular to the waveguide direction of the LD bar 100.

<実施例2>
本実施例では、実施例1と同様の方法で、LDバー100をオフ角の主軸方向:+a軸方向、オフ角度勾配:0.009°/mm、中心オフ角:0.44°のGaN製のウェハ400上に形成する。実施形態1と同様に、LDバー100のバー長は10mm、共振器長は2mmである。本実施例は、オフ角度勾配が0.009°/mmに設定されている点で、実施例1と相違する。
Example 2
In this example, the LD bar 100 is formed on a GaN wafer 400 with the off-angle main axis direction: +a-axis, the off-angle gradient: 0.009°/mm, and the central off-angle: 0.44° in the same manner as in Example 1. As in the first embodiment, the LD bar 100 has a bar length of 10 mm and a resonator length of 2 mm. This example differs from Example 1 in that the off-angle gradient is set to 0.009°/mm.

図16に、本実施例にてウェハ400上に形成した各LDバー100のλASEの、LDバー100の長手方向における分布幅(図16の各LDバー100内の数値を参照)を示す。LDバー100の両端位置のロック波長差ΔλEC_barは2.0nmである。図16では、各LDバー100の中心及び両端のエミッター101のλASE±0.6nm分布の範囲内にロック波長分布が含まれるLDバー100は白抜き、各LDバー100の中心及び両端のエミッター101のλASE±0.6nm分布の範囲外にロック波長分布が位置するLDバー100は黒く示す。 16 shows the distribution width of λ ASE of each LD bar 100 formed on the wafer 400 in this embodiment in the longitudinal direction of the LD bar 100 (see the numerical values within each LD bar 100 in FIG. 16). The lock wavelength difference Δλ EC_bar between both ends of the LD bar 100 is 2.0 nm. In FIG. 16, LD bars 100 whose lock wavelength distribution is included within the range of λ ASE ±0.6 nm distribution of the emitters 101 at the center and both ends of each LD bar 100 are shown in white, and LD bars 100 whose lock wavelength distribution is outside the range of λ ASE ±0.6 nm distribution of the emitters 101 at the center and both ends of each LD bar 100 are shown in black.

図16に示す本実施例のウェハ400面内では、ロック波長分布が各LDバー100の中心及び両端のエミッター101のλASE±0.6nmの範囲外にあるLDバー100が存在しているものの73.3%(44バー/60バー)のLDバー100が白抜き、すなわち各LDバー100の中心及び両端のエミッター101のλASE±0.6nm分布の範囲内にロック波長分布が含まれるLDバー100である。したがって、オフ角度勾配を0.009°/mmとする場合にも、比較的高い割合でより高性能なWBCシステム10,10’を実現可能なLDバー100を得ることができていることが分かる。 16, within the surface of the wafer 400 of this embodiment, there are LD bars 100 whose lock wavelength distribution is outside the range of λ ASE ±0.6 nm of the emitters 101 at the center and both ends of each LD bar 100, but 73.3% (44 bars/60 bars) of the LD bars 100 are white, that is, the LD bars 100 whose lock wavelength distribution is included within the range of λ ASE ±0.6 nm distribution of the emitters 101 at the center and both ends of each LD bar 100. Therefore, it can be seen that even when the off-angle gradient is set to 0.009°/mm, it is possible to obtain LD bars 100 capable of realizing higher performance WBC systems 10, 10' at a relatively high rate.

図17に、本実施例にてウェハ400上に形成した各LDバー100のλASEの、導波路方向における分布幅(図17の各LDバー100内の数値を参照)を示す。図17では、ウェハ400面内のLDバー100の2mm長の導波路方向のλASE分布が、各LDバー100の中心及び両端のエミッター101のλASE±0.6nmの範囲内にあるLDバーを白抜き、範囲外にあるLDバー100は黒く示す。 17 shows the distribution width in the waveguide direction of λ ASE (see the numerical values in each LD bar 100 in FIG. 17) of each LD bar 100 formed on the wafer 400 in this embodiment. In FIG. 17, the λ ASE distribution in the waveguide direction of the 2 mm-long LD bars 100 on the wafer 400 surface is shown as white for LD bars that are within the λ ASE range of ±0.6 nm of the emitter 101 at the center and both ends of each LD bar 100, and as black for LD bars 100 that are outside that range.

図17を参照すると、ウェハ400面内において導波路方向のλASE分布が、LDバー100の中心及び両端のエミッター101のλASE±0.6nmの範囲内にあるLDバー100は86.7%(52バー/60バー)存在する。このことから、高い割合で、導波路方向におけるλASEが一定の範囲内にあるLDバー100を得ることができ、ウェハ400からLDバー100を製造する際に、高い歩留まりで高品質のLDバー100を製造することができていることが分かる。 17, 86.7% (52 bars/60 bars) of the LD bars 100 have a λ ASE distribution in the waveguide direction within the plane of the wafer 400 that is within the range of λ ASE ±0.6 nm of the emitters 101 at the center and both ends of the LD bar 100. This shows that a high percentage of the LD bars 100 have λ ASE within a certain range in the waveguide direction, and that high-quality LD bars 100 can be manufactured with a high yield when manufacturing the LD bars 100 from the wafer 400.

なお、ウェハ400面内に形成されたLDバー100のうち、図16と図17の両方で、白抜きで示されたLDバー100、すなわち、LDバー100のロック波長分布がλASE±1.6nm分布の範囲内にあり、かつ、導波路方向のλASE分布が、LDバー100の中心及び両端のエミッター101のλASE±0.6nmの範囲内にあることを満たすLDバー100は、ウェハ400内に61.7%(38バー/60バー)存在する。したがって、高い歩留でWBCシステム10,10’の出力の最大化が可能な非常に高品質のLDバー100を得ることができることが分かる。 16 and 17, LD bars 100 whose lock wavelength distribution is within the range of λ ASE ±1.6 nm and whose λ ASE distribution in the waveguide direction is within the range of λ ASE ±0.6 nm of the emitters 101 at the center and both ends of the LD bar 100 account for 61.7% (38 bars/60 bars) of the LD bars 100 formed on the surface of the wafer 400. It can therefore be seen that very high quality LD bars 100 capable of maximizing the output of the WBC systems 10, 10' can be obtained with a high yield.

実施例1及び2ではLDバー100を形成するウェハ400のオフ角の主軸方向を+a軸方向、オフ角度勾配を0.004~0.009°/mm、LDバー100のバー長及び共振器長をそれぞれ10mm及び2mmとしているが、様々なLDバー100のバー長にてオフ勾配を適正化することで使用することが可能である。 In Examples 1 and 2, the main axis direction of the off-angle of the wafer 400 forming the LD bar 100 is the +a-axis direction, the off-angle gradient is 0.004 to 0.009°/mm, and the bar length and resonator length of the LD bar 100 are 10 mm and 2 mm, respectively, but it is possible to use various LD bar 100 lengths by optimizing the off-angle gradient.

WBCシステム10,10’の適正化を実現するにはLDバー100の長手方向におけるオフ角度勾配ΔDを、下記式(2)の範囲内となるように設定することが好ましい。
0<ΔD≦((ΔλEC_bar+3.2)/Lt)/30…式(2)
(但し、Lt(mm)はLDバー100のバー長、ΔλEC_barはLDバー100の両端位置のロック波長差(nm)である)
In order to optimize the WBC systems 10 and 10', it is preferable to set the off-angle gradient ΔD in the longitudinal direction of the LD bar 100 so as to be within the range of the following formula (2).
0<ΔD≦((Δλ EC_bar + 3.2)/Lt)/30...Equation (2)
(where Lt (mm) is the bar length of the LD bar 100, and Δλ EC_bar is the lock wavelength difference (nm) between both ends of the LD bar 100)

更に、高性能なWBCシステム10,10’を構築するには、LDバー100の長手方向に対してオフ角度勾配ΔDを、下記式(3)の範囲内となるように設定することが好ましい。
((ΔλEC_bar-1)/Lt)/0.3≦ΔD≦(ΔλEC_bar+1)/Lt)/30…式(3)
Furthermore, in order to construct a high-performance WBC system 10, 10', it is preferable to set the off-angle gradient ΔD with respect to the longitudinal direction of the LD bar 100 so as to be within the range of the following formula (3).
((Δλ EC_bar −1)/Lt)/0.3≦ΔD≦(Δλ EC_bar +1)/Lt)/30...Equation (3)

尚、上記式(2)及び式(3)は、下記式(4)が充足する場合に好適な条件である。
0>((ΔλEC_bar-1.2)/Lt)/30 …式(4)
The above formulas (2) and (3) are suitable conditions when the following formula (4) is satisfied.
0>((Δλ EC_bar −1.2)/Lt)/30 ... Equation (4)

但し、下記式(5)の状態においては、LDバー100の両端位置のロック波長差が、下記式(6)の範囲内となるように、WBCシステム10,10’を設定すればよい。
0>((ΔλEC_bar-1.2)/Lt)/30…式(5)
0<ΔD≦((ΔλEC_bar+1.2)/Lt)/30…式(6)
However, in the state of the following formula (5), the WBC systems 10 and 10' may be set so that the lock wavelength difference between both ends of the LD bar 100 falls within the range of the following formula (6).
0>((Δλ EC_bar −1.2)/Lt)/30...Equation (5)
0<ΔD≦((Δλ EC_bar + 1.2)/Lt)/30...Equation (6)

なお、WBCシステム10,10’の出力を最大化可能な高品質のLDバー100を得る観点から、オフ角度勾配ΔDは、上記式(2)及び(3)の両方、又は上記式(2)及び(4)の両方を満たすことが好ましい。 In addition, from the viewpoint of obtaining a high-quality LD bar 100 capable of maximizing the output of the WBC system 10, 10', it is preferable that the off-angle gradient ΔD satisfies both of the above formulas (2) and (3), or both of the above formulas (2) and (4).

<実施例3>
本実施例では、実施例1と同様の方法で、LDバー100をオフ角の主軸方向+a軸方向、オフ角度勾配0.004°/mm、中心オフ角0.46°のGaN製のウェハ400上に形成する。又、実施例1と同様に、LDバー100のバー長は10mmである。本実施例は、LDバー100の共振器長が1mmに設定されている点で、実施例1と相違する。
Example 3
In this embodiment, the LD bar 100 is formed on a GaN wafer 400 with an off-angle in the main axis direction plus the a-axis direction, an off-angle gradient of 0.004°/mm, and a central off-angle of 0.46°, in the same manner as in embodiment 1. Also, like embodiment 1, the bar length of the LD bar 100 is 10 mm. This embodiment differs from embodiment 1 in that the resonator length of the LD bar 100 is set to 1 mm.

図18は、本実施例にてウェハ400上に形成した各LDバーのλASEの、導波路方向における分布幅(図18の各LDバー100内の数値を参照)を示す。図18では、ウェハ400面内のLDバー100の2mm長の導波路方向のλASE分布が、各LDバー100の中心及び両端のエミッター101のλASE±0.6nmの範囲内にあるLDバー100を白抜き、範囲外にあるLDバー100は黒く示す。 Fig. 18 shows the distribution width in the waveguide direction of λ ASE (see the numerical values in each LD bar 100 in Fig. 18) of each LD bar formed on the wafer 400 in this embodiment. In Fig. 18, the λ ASE distribution in the waveguide direction of the 2 mm-long LD bars 100 on the wafer 400 surface is shown in white for LD bars 100 that are within the range of λ ASE ±0.6 nm of the emitter 101 at the center and both ends of each LD bar 100, and LD bars 100 that are outside that range are shown in black.

図18に示すように、1mmの共振器長を持つLDバー100に対しては導波路方向のλASE分布が小さく、ウェハ400面内において導波路方向のλASE分布が、LDバー100の中心及び両端のエミッター101のλASE±0.6nmの範囲内にあるLDバーは100%(120バー/120バー)である。このことから、共振器長が1mmの場合にも、高い割合で、導波路方向におけるλASEが一定の範囲内にあるLDバー100を得ることができ、ウェハ400からLDバー100を製造する際に、高い歩留まりで高品質のLDバー100を製造することができていることが分かる。 18, the λ ASE distribution in the waveguide direction is small for LD bars 100 having a resonator length of 1 mm, and 100% (120 bars/120 bars) of the LD bars have a λ ASE distribution in the waveguide direction within the plane of the wafer 400 that is within the range of λ ASE ±0.6 nm of the center and the emitters 101 at both ends of the LD bar 100. From this, it is found that even when the resonator length is 1 mm, a high percentage of LD bars 100 can be obtained in which the λ ASE in the waveguide direction is within a certain range, and that high-quality LD bars 100 can be manufactured with a high yield when manufacturing the LD bars 100 from the wafer 400.

<実施例4>
本実施例では、実施例1と同様の方法で、LDバー100をオフ角の主軸方向+a軸方向、オフ角度勾配0.004°/mm、中心オフ角0.46°のGaNウェハ400上に形成する。実施形態1と同様に、LDバー100のバー長は10mmである。本実施例は、LDバー100の共振器長が4mmに設定されている点で、実施例1と相違する。
Example 4
In this example, the LD bar 100 is formed on the GaN wafer 400 with an off-angle in the main axis direction plus the a-axis direction, an off-angle gradient of 0.004°/mm, and a central off-angle of 0.46°, in the same manner as in Example 1. As in embodiment 1, the bar length of the LD bar 100 is 10 mm. This example differs from Example 1 in that the resonator length of the LD bar 100 is set to 4 mm.

図19は、本実施例にてウェハ400上に形成した各LDバーのλASEの、導波路方向における分布幅(図19の各LDバー100内の数値を参照)を示す。図19では、ウェハ400面内のLDバー100の2mm長の導波路方向のλASE分布が、各LDバーの中心及び両端のエミッター101のλASE±0.6nmの範囲内にあるLDバーを白抜き、範囲外にあるLDバーは黒く示す。 Fig. 19 shows the distribution width in the waveguide direction of λ ASE (see the numerical values in each LD bar 100 in Fig. 19) of each LD bar formed on a wafer 400 in this embodiment. In Fig. 19, the λ ASE distribution in the waveguide direction of a 2 mm length of the LD bar 100 on the surface of the wafer 400 is shown in white for LD bars that are within the range of λ ASE ±0.6 nm of the emitter 101 at the center and both ends of each LD bar, and shown in black for LD bars that are outside the range.

図19に示すように、4mmの共振器長を持つLDバー100に対しても、ウェハ400面内において導波路方向のλASE分布が、LDバー100の中心及び両端のエミッター101のλASE±0.6nmの範囲内にあるLDバーは90%(27バー/30バー)存在する。このことから、共振器長が4mmの場合にも、高い割合で、導波路方向におけるλASEが一定の範囲内にあるLDバー100を得ることができ、ウェハ400からLDバー100を製造する際に、高い歩留まりで高品質のLDバー100を製造することができていることが分かる。 19, even for LD bars 100 having a resonator length of 4 mm, 90% (27 bars/30 bars) of the LD bars have a λ ASE distribution in the waveguide direction within the plane of the wafer 400 that is within the range of λ ASE ±0.6 nm of the λ ASE of the emitters 101 at the center and both ends of the LD bar 100. From this, it is found that even when the resonator length is 4 mm, a high percentage of LD bars 100 can be obtained in which the λ ASE in the waveguide direction is within a certain range, and that high-quality LD bars 100 can be manufactured with a high yield when manufacturing LD bars 100 from wafer 400.

<実施例5>
本実施例では、実施形態1と同様の方法で、LDバー100をオフ角の主軸方向+a軸方向、オフ角度勾配0.004°/mm、中心オフ角0.46°のGaNウェハ400上に形成する。実施例1と同様に、LDバー100のバー長は10mmである。本実施例は、LDバー100の共振器長が6mmに設定されている点で、実施例1と相違する。
Example 5
In this example, the LD bar 100 is formed on the GaN wafer 400 with an off-angle in the main axis direction plus the a-axis direction, an off-angle gradient of 0.004°/mm, and a central off-angle of 0.46°, in the same manner as in embodiment 1. As in example 1, the bar length of the LD bar 100 is 10 mm. This example differs from example 1 in that the resonator length of the LD bar 100 is set to 6 mm.

図20は、本実施例にてウェハ400上に形成した各LDバーのλASEの、導波路方向における分布幅(図20の各LDバー100内の数値を参照)を示す。図20では、ウェハ400面内のLDバー100の2mm長の導波路方向のλASE分布が、各LDバー100の中心及び両端のエミッター101のλASE±0.6nmの範囲内にあるLDバー100を白抜き、範囲外にあるLDバー100は黒く示す。 Fig. 20 shows the distribution width in the waveguide direction of λ ASE (see the numerical values in each LD bar 100 in Fig. 20) of each LD bar formed on the wafer 400 in this embodiment. In Fig. 20, the λ ASE distribution in the waveguide direction of the 2 mm-long LD bars 100 on the surface of the wafer 400 is shown in white for LD bars 100 that are within the range of λ ASE ±0.6 nm of the emitter 101 at the center and both ends of each LD bar 100, and LD bars 100 that are outside that range are shown in black.

図20に示すように、6mmの共振器長を持つLDバー100に対しても、ウェハ400面内において導波路方向のλASE分布が、LDバー100の中心及び両端のエミッター101のλASE±0.6nmの範囲内にあるLDバー100は78%(14バー/18バー)存在する。このことから、共振器長が4mmの場合にも、高い割合で、導波路方向におけるλASEが一定の範囲内にあるLDバー100を得ることができ、ウェハ400からLDバー100を製造する際に、高い歩留まりで高品質のLDバー100を製造することができていることが分かる。 20, even for LD bars 100 having a resonator length of 6 mm, 78% (14 bars/18 bars) of LD bars 100 have a λ ASE distribution in the waveguide direction within the plane of wafer 400 that is within the range of λ ASE ±0.6 nm of the λ ASE of the emitters 101 at the center and both ends of the LD bar 100. From this, it is found that even when the resonator length is 4 mm, a high percentage of LD bars 100 can be obtained in which λ ASE in the waveguide direction is within a certain range, and that high-quality LD bars 100 can be manufactured with a high yield when manufacturing LD bars 100 from wafer 400.

<実施例6>
本実施例では、実施例1と同様の方法で、LDバー100をオフ角の主軸方向+a軸方向、オフ角度勾配0.004°/mm、中心オフ角0.46°のGaNウェハ400上に形成する。実施例1と同様に、LDバー100のバー長は10mmである。本実施例は、LDバー100の共振器長が8mmに設定されている点で、実施例1と相違する。
Example 6
In this embodiment, the LD bar 100 is formed on the GaN wafer 400 with an off-angle in the main axis direction plus the a-axis direction, an off-angle gradient of 0.004°/mm, and a central off-angle of 0.46°, in a manner similar to that of embodiment 1. As in embodiment 1, the bar length of the LD bar 100 is 10 mm. This embodiment differs from embodiment 1 in that the resonator length of the LD bar 100 is set to 8 mm.

図21は、本実施例にてウェハ400上に形成した各LDバー100のλASEの、各LDバー100内(導波路方向)における分布幅(図21の各LDバー100内の数値を参照)を示す。図21では、ウェハ400面内のLDバー100の2mm長の導波路方向のλASE分布が、各LDバーの中心及び両端のエミッター101のλASE±0.6nmの範囲内にあるLDバーを白抜き、範囲外にあるLDバーは黒く示す。 Fig. 21 shows the distribution width (see the numerical values within each LD bar 100 in Fig. 21) of λ ASE within each LD bar 100 (waveguide direction) of each LD bar 100 formed on a wafer 400 in this embodiment. In Fig. 21, the λ ASE distribution in the waveguide direction of a 2 mm length of the LD bar 100 within the surface of the wafer 400 is shown in white for LD bars that are within the λ ASE range of ±0.6 nm of the emitter 101 at the center and both ends of each LD bar, and shown in black for LD bars that are outside that range.

図21に示すように、8mmの共振器長を持つLDバー100に対しても、ウェハ400面内において導波路方向のλASE分布が、LDバー100の中心及び両端のエミッター101のλASE±0.6nmの範囲内にあるLDバーは64%(9バー/14バー)存在する。このことから、共振器長が4mmの場合にも、高い割合で、導波路方向におけるλASEが一定の範囲内にあるLDバー100を得ることができ、ウェハ400からLDバー100を製造する際に、高い歩留まりで高品質のLDバー100を製造することができていることが分かる。 21, even for LD bars 100 having a resonator length of 8 mm, 64% (9 bars/14 bars) of the LD bars have a λ ASE distribution in the waveguide direction within the plane of the wafer 400 that is within the range of λ ASE ±0.6 nm of the emitters 101 at the center and both ends of the LD bar 100. This shows that even when the resonator length is 4 mm, a high percentage of LD bars 100 can be obtained in which λ ASE in the waveguide direction is within a certain range, and that high-quality LD bars 100 can be manufactured with a high yield when manufacturing LD bars 100 from wafer 400.

上述の実施例1~6においては、LDバー100の共振器長1mm以上8mm以下の範囲内のLDバーを作成し、外部共振にてレーザー発振を実現させて、WBCシステム10,10’を構築している。通常の内部共振型の単一LDにて使用されている典型的な共振器長が0.3mm~1mm程度であることを考えれば、0.3mm以上であれば外部共振にてレーザー発振を実現させることが出来る。また、実施例1~6により共振器長は1mm以上、6mm以下が歩留の観点からは望ましい。 In the above-mentioned Examples 1 to 6, LD bars with a resonator length of 1 mm to 8 mm are created, and laser oscillation is realized by external resonance to construct the WBC systems 10, 10'. Considering that the typical resonator length used in a normal internal resonance type single LD is about 0.3 mm to 1 mm, laser oscillation can be realized by external resonance if it is 0.3 mm or more. Also, from the viewpoint of yield, it is desirable for the resonator length to be 1 mm or more and 6 mm or less according to Examples 1 to 6.

本開示のレーザーダイオードバー及び波長ビーム結合システムは、波長ビーム結合システムの発振性能を向上させることができるため、高いパワーの加工システムに適用できる。 The laser diode bar and wavelength beam combining system disclosed herein can improve the oscillation performance of the wavelength beam combining system and can therefore be applied to high power processing systems.

10、10’ 波長ビーム結合システム
100 レーザーダイオードバー
100A レーザーダイオードバーアレイ
101 注入領域
200、200’ 回折格子
300 外部共振ミラー
400 ウェハ
10, 10' Wavelength beam combining system 100 Laser diode bar 100A Laser diode bar array 101 Injection region 200, 200' Diffraction grating 300 External cavity mirror 400 Wafer

Claims (11)

波長ビーム結合システムに用いられるレーザーダイオードバーであって、
(0001)面を面方位とし、且つ、(0001)面からm軸又はa軸の少なくとも一方の軸に0°より大きいオフ角を付与された基板面を有する窒化物半導体基板と、
前記窒化物半導体基板上に形成された第1導電型クラッド層、活性層、及び第2導電型クラッド層からなる積層構造体と、
エミッターの導波路方向が前記オフ角の主軸方向に対して垂直となるように、前記積層構造体に、ストライプ状に形成された複数のエミッターと、
を備え
前記オフ角の主軸方向の分布の傾きが、前記複数のエミッターのロック波長の分布の傾きに対して、下記式(1)を満たす、
レーザーダイオードバー。
0<ΔD≦((Δλ EC_bar +3.2)/Lt)/30…式(1)
(但し、ΔD(角度/mm)は前記オフ角の主軸方向の分布の傾きを表し、Lt(mm)は前記レーザーダイオードバーの長手方向の長さを表し、Δλ EC_bar (nm)は前記レーザーダイオードバーの長手方向の両端位置のロック波長差を表す)
1. A laser diode bar for use in a wavelength beam combining system, comprising:
a nitride semiconductor substrate having a substrate surface whose surface orientation is the (0001) plane and which is provided with an off angle of greater than 0° from the (0001) plane to at least one of the m-axis and the a-axis;
a laminated structure including a first conductive type cladding layer, an active layer, and a second conductive type cladding layer formed on the nitride semiconductor substrate;
a plurality of emitters formed in a stripe shape in the laminate structure such that a waveguide direction of the emitters is perpendicular to a principal axis direction of the off angle;
Equipped with
A gradient of the distribution of the off-angle in the principal axis direction satisfies the following formula (1) with respect to a gradient of the distribution of the lock wavelengths of the multiple emitters:
Laser diode bar.
0<ΔD≦((Δλ EC_bar + 3.2) / Lt) / 30 ... Formula (1)
(wherein ΔD (angle/mm) represents the gradient of the distribution of the off-angle in the principal axis direction, Lt (mm) represents the length of the laser diode bar in the longitudinal direction, and Δλ EC_bar (nm) represents the lock wavelength difference between both ends of the laser diode bar in the longitudinal direction.)
前記オフ角の主軸方向の分布の傾き、及び、前記複数のエミッターのロック波長の分布が、下記式(2)を満たす、
請求項1に記載のレーザーダイオードバー。
((ΔλEC_bar-1)/Lt)/0.3≦ΔD≦((ΔλEC_bar+1)/Lt)/30…式(2)
(但し、ΔD(角度/mm)は前記オフ角の主軸方向の分布の傾きを表し、Lt(mm)は前記レーザーダイオードバーの長手方向の長さを表し、ΔλEC_bar(nm)は前記レーザーダイオードバーの長手方向の両端位置のロック波長差を表す)
The gradient of the distribution of the off-angle in the principal axis direction and the distribution of the lock wavelengths of the plurality of emitters satisfy the following formula (2) :
2. The laser diode bar according to claim 1.
((Δλ EC_bar −1)/Lt)/0.3≦ΔD≦((Δλ EC_bar +1)/Lt)/30...Equation (2)
(wherein ΔD (angle/mm) represents the gradient of the distribution of the off-angle in the principal axis direction, Lt (mm) represents the length of the laser diode bar in the longitudinal direction, and Δλ EC_bar (nm) represents the lock wavelength difference between both ends of the laser diode bar in the longitudinal direction.)
前記オフ角の主軸方向の分布の傾き、及び、前記複数のエミッターのロック波長の分布が、下記式(3)を満たす、
請求項1に記載のレーザーダイオードバー。
0<ΔD≦((ΔλEC_bar+1.2)/Lt)/30…式(3)
(但し、ΔD(角度/mm)は前記オフ角の主軸方向の分布の傾きを表し、Lt(mm)は前記レーザーダイオードバーの長手方向の長さを表し、ΔλEC_bar(nm)は前記レーザーダイオードバーの長手方向の両端位置のロック波長差を表す)
The gradient of the distribution of the off-angle in the principal axis direction and the distribution of the lock wavelengths of the plurality of emitters satisfy the following formula (3) :
2. The laser diode bar according to claim 1.
0<ΔD≦((Δλ EC_bar + 1.2)/Lt)/30...Equation (3)
(wherein ΔD (angle/mm) represents the gradient of the distribution of the off-angle in the principal axis direction, Lt (mm) represents the length of the laser diode bar in the longitudinal direction, and Δλ EC_bar (nm) represents the lock wavelength difference between both ends of the laser diode bar in the longitudinal direction.)
前記複数のエミッターのロック波長の分布の傾きが、前記複数のエミッターのASE(Amplified Spontaneous Emission)波長の分布の傾きと正負が同じ向きである、
請求項1に記載のレーザーダイオードバー。
The slope of the distribution of the lock wavelengths of the plurality of emitters is in the same positive and negative directions as the slope of the distribution of the ASE (Amplified Spontaneous Emission) wavelengths of the plurality of emitters.
2. The laser diode bar according to claim 1.
前記レーザーダイオードバーの導波路方向の長さが0.3mm以上8mm以内である、
請求項1~のいずれか一項に記載のレーザーダイオードバー。
The length of the laser diode bar in the waveguide direction is 0.3 mm or more and 8 mm or less.
The laser diode bar according to any one of claims 1 to 4 .
前記レーザーダイオードバーの導波路方向の長さが1mm以上6mm以内である、
請求項1~5のいずれか一項に記載のレーザーダイオードバー。
The length of the laser diode bar in the waveguide direction is 1 mm or more and 6 mm or less.
The laser diode bar according to any one of claims 1 to 5.
前記オフ角のオフ角の主軸方向がa軸方向である、
請求項1~のいずれか一項に記載のレーザーダイオードバー。
The main axis direction of the off angle is the a-axis direction.
The laser diode bar according to any one of claims 1 to 6 .
請求項1からのいずれか一項に記載のレーザーダイオードバーと、
前記レーザーダイオードバーの前記複数のエミッターそれぞれから出射された複数のレーザー光を回折する回折格子と、
前記回折格子によって回折されたレーザー光の一部を反射して前記レーザーダイオードバー側に戻し、自身と前記レーザーダイオードバーの反射膜との間で外部共振させる外部共振ミラーと、を備える、
波長ビーム結合システム。
A laser diode bar according to any one of claims 1 to 7 ;
a diffraction grating that diffracts the laser beams emitted from the emitters of the laser diode bar;
an external resonator mirror that reflects a part of the laser light diffracted by the diffraction grating back to the laser diode bar side and causes external resonance between the external resonator mirror and a reflective film of the laser diode bar.
Wavelength beam combining system.
波長ビーム結合システムに用いられるレーザーダイオードバーの製造方法であって、
(0001)面を面方位とし、且つ、(0001)面からm軸又はa軸の少なくとも一方の軸に0°より大きいオフ角を付与された基板面を有する窒化物半導体基板を準備する工程と、
前記窒化物半導体基板上に、第1導電型クラッド層、活性層及び第2導電型クラッド層からなる積層構造体を形成する工程と、
前記窒化物半導体基板が有するオフ角の主軸方向と、エミッターの導波路方向とが垂直となるように、前記積層構造体に、ストライプ状に配列された複数のエミッターを形成する工程と、
前記窒化物半導体基板から、前記複数のエミッターを有する前記レーザーダイオードバーを切り出す工程と、
を含み、
前記オフ角の主軸方向の分布の傾きが、前記複数のエミッターのロック波長の分布の傾きに対して、下記式(4)を満たす、
レーザーダイオードバーの製造方法。
0<ΔD≦((Δλ EC_bar +3.2)/Lt)/30…式(4)
(但し、ΔD(角度/mm)は前記オフ角の主軸方向の分布の傾きを表し、Lt(mm)は前記レーザーダイオードバーの長手方向の長さを表し、Δλ EC_bar (nm)は前記レーザーダイオードバーの長手方向の両端位置のロック波長差を表す)
1. A method for manufacturing a laser diode bar for use in a wavelength beam combining system, comprising:
preparing a nitride semiconductor substrate having a substrate surface oriented in the (0001) plane and having an off-angle of greater than 0° from the (0001) plane toward at least one of the m-axis and the a-axis;
forming a laminated structure including a first conductive type cladding layer, an active layer, and a second conductive type cladding layer on the nitride semiconductor substrate;
forming a plurality of emitters arranged in a stripe pattern in the laminate structure such that a principal axis direction of an off-angle of the nitride semiconductor substrate is perpendicular to a waveguide direction of the emitters;
cutting the laser diode bar having the plurality of emitters from the nitride semiconductor substrate;
Including,
A gradient of the distribution of the off-angle in the principal axis direction satisfies the following formula (4) with respect to a gradient of the distribution of the lock wavelengths of the multiple emitters:
A method for manufacturing laser diode bars.
0<ΔD≦((Δλ EC_bar + 3.2)/Lt)/30...Equation (4)
(wherein ΔD (angle/mm) represents the gradient of the distribution of the off-angle in the principal axis direction, Lt (mm) represents the length of the laser diode bar in the longitudinal direction, and Δλ EC_bar (nm) represents the lock wavelength difference between both ends of the laser diode bar in the longitudinal direction.)
前記窒化物半導体基板は、GaN基板である、
請求項に記載のレーザーダイオードバーの製造方法。
The nitride semiconductor substrate is a GaN substrate.
A method for producing a laser diode bar according to claim 9 .
前記オフ角の主軸方向は、a軸方向である、
請求項又は10に記載のレーザーダイオードバーの製造方法。
The main axis direction of the off angle is the a-axis direction.
A method for producing a laser diode bar according to claim 9 or 10 .
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