JP2001085793A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

半導体レーザ装置

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JP2001085793A JP25752999A JP25752999A JP2001085793A JP 2001085793 A JP2001085793 A JP 2001085793A JP 25752999 A JP25752999 A JP 25752999A JP 25752999 A JP25752999 A JP 25752999A JP 2001085793 A JP2001085793 A JP 2001085793A
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Yoji Okazaki
洋二 岡崎
Toshiaki Fukunaga
敏明 福永
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高出力・基本モード発振し、信頼性の高い半
導体レーザ装置を得る。 【解決手段】 GaN基板11上にGa1-z1Alz1N/G
aN超格子クラッド層12、Ga1-z2Alz2N光導波層1
3、Ga1-z2Alz2N/GaN多重量子井戸活性層14、
Ga1-z3Alz3Nキャリアブロッキング層15、i−Ga
1-z2Alz2N光導波層16、Ga1-z1Alz1N/GaN超
格子クラッド層17、GaNコンタクト層18、100μm
程度のストライプの領域が除去された絶縁膜19、p側電
極20、n側電極21を形成してなる半導体レーザ24を励起
光源に用い、GaN基板31上にGaN/AlN超格子分
布反射膜32、GaN光閉じ込め層33、Inx2Ga1-x2
/Inx3Ga1-x3N多重量子井戸活性層34、GaN光閉
じ込め層35、Alz4Ga1-z4N層36を積層し、ZrO2
無反射コート膜37を形成してなる面発光型半導体素子38
を励起し、共振器49により紫外〜緑色の波長帯の高出力
で基本横モードのレーザ発振48を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ装置
に関し、特にGaN系の半導体レーザ素子を励起光源に
用いた面発光型の半導体レーザ装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】近年、410nm帯の短波長半導体レー
ザ装置が、1998年発行のJpn.Appl.phys.Lett.,Vol.37.p
p.L1020において報告されている。この半導体レーザ装
置は、サファイヤ基板上にGaNを形成した後、SiO
2をマスクとして、選択成長を利用してGaNを形成
し、サファイヤ基板を剥がした基板上に、n−GaNバ
ッファ層、n−InGaNクラック防止層、AlGaN
/n−GaN変調ドープ超格子クラッド層、n−GaN
光導波層、アンドープInGaN/n−InGaN多重
量子井戸活性層、p−AlGaNキャリアブロック層、
p−GaN光導波層、AlGaN/p−GaN変調ドー
プ超格子クラッド層、p−GaNコンタクト層を積層し
てなるものである。
【0003】しかしながら、この半導体レーザ装置では
30mW程度の横基本モード発振しか得られていない。
また、このようなな電流注入型の半導体レーザでは、ド
ーピング材であるMg等の拡散と予想されるショートに
よる経時劣化を生じ長寿命化が困難であった。特に、緑
色より長波長の発振を得ようとして、活性層のInGa
NのIn量を増やすと、活性層の結晶性がより悪化し、
その結果、短寿命化してしまうという問題があった。従
って、高出力化が困難であった。
【0004】また、従来の半導体レーザ励起固体レーザ
では、レーザ結晶の希土類元素の蛍光寿命が非常に長い
ことから、励起光源である半導体レーザの直接変調によ
る発振ビームの高速変調ビームを得ることが困難であっ
た。
【0005】上記のような問題を解決し、高品位かつ高
出力の短波長半導体レーザ装置を得るために、米国特許
第5461637号および米国特許第5627853号
において、光励起による面発光型の半導体レーザ装置が
提案されている。しかし、上記公報に記載されている装
置では、半導体の熱レンズ効果、つまり温度が上昇する
と屈折率が上昇する効果を用いているため、基本的に温
度上昇が必要なことと、温度分布に敏感で空間的な発振
モードが不安定になる欠点があった。さらに、高出力に
おいては半導体媒質特有のキャリアの増加によって屈折
率が低下するプラズマ効果が、高出力のレーザ光を発生
するための空間的なキャリアの穴あき効果(空間的ホー
ルバーニング)によって生じるため空間的モードが不安
定になるという欠点がある。
【0006】また、CLEO'99 ポストデッドラインペーパ
ーにおいて、N2レーザを励起光源とし、InGaN系
面発光型半導体素子を励起することにより399nmの
室温でのレーザ発振を得ている。しかし、このレーザ装
置は、周波数3Hzのパルス駆動であり、CW動作を得
られていない。また、励起光源にN2レーザーを用いて
いるため装置自体も大型化してしまい、コストがかかる
という欠点がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、これま
で、発振波長域が紫外〜緑色の半導体レーザ装置におい
て高出力で、かつ基本モード発振を得ることが非常に困
難であった。
【0008】本発明は上記事情に鑑みて、高出力で基本
モード発振する信頼性の高い半導体レーザ装置を提供す
ることを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ装
置は、GaN系半導体を活性層に用いた半導体レーザ素
子からなる励起光源と、該励起光源により励起されてレ
ーザ発振する、基板上にGaN系半導体からなる活性層
を備えた面発光型半導体素子とを備えてなることを特徴
とするものである。
【0010】本発明の別の半導体レーザ装置は、GaN
系半導体を活性層に用いた半導体レーザ素子からなる励
起光源と、該励起光源により励起されてレーザ発振す
る、基板上にGaN系半導体からなる活性層を積層して
なる半導体層からなり、該半導体層の積層方向の両端面
にミラーを備えた面発光型半導体素子とを備えてなるこ
とを特徴とするものである。
【0011】本発明の別の半導体レーザ装置は、GaN
系半導体を活性層に用いた半導体レーザ素子からなる励
起光源と、該励起光源により励起されてレーザ発振す
る、基板上にGaN系半導体からなる活性層を備えた面
発光型半導体素子と、該面発光型半導体素子の外部に配
置され、該面発光型半導体素子の活性層の前記基板側あ
るいは前記基板と反対側に形成されたミラーと共振器を
構成する外部ミラーとを備えてなることを特徴とするも
のである。
【0012】半導体レーザ素子の活性層はInGaNま
たはGaNからなり、面発光型半導体素子の活性層はI
nGaNからなることを特徴とするものであってもよ
い。
【0013】また、半導体レーザ素子の活性層はInG
aNまたはGaNからなり、面発光型半導体素子の活性
層はGaNAsまたはInGaNAsからなることを特
徴とするものであってもよい。
【0014】面発光型半導体素子は、複数の半導体レー
ザ素子から発せられるレーザ光により励起されてもよ
い。
【0015】また、面発光型半導体素子は、複数の半導
体レーザ素子から発せられる各々のレーザ光を偏光合波
されてなるレーザ光により励起されてもよい。
【0016】面発光型半導体発光素子の活性層は、複数
の量子井戸からなっていてもよい。また、その場合、量
子井戸の数は20以上であることが望ましい。
【0017】ここで、上記GaN系半導体とは少なくと
もGa元素とN元素を含む組成からなる半導体であるこ
とを示す。
【0018】
【発明の効果】本発明の半導体レーザ装置によれば、G
aN系の半導体からなる半導体レーザ素子により励起
し、GaN系の半導体からなる面発光型半導体素子によ
りレーザ発振を得る構成としているので、励起用の半導
体レーザ素子にブロードエリア型の半導体レーザ素子を
用いることができ、例えば1W〜10Wの高出力化が可
能である。従って、得られる発振出力も数100mW〜
数Wの出力が可能となり、高出力でかつ基本横モード発
振を得ることができる。
【0019】また、GaN系半導体素子の熱伝導係数
は、GaAs系半導体の熱伝導係数(45、8W/m
℃)に比べ、130W/m℃と非常に大きいことから、
前述のような熱レンズ効果を生じることがない。かつ、
外部ミラーを用い、前述のような熱レンズ効果を用いる
ことなくレーザ発振を得ることができるので発振モード
が安定しているという利点がある。
【0020】また、励起光源に半導体レーザ素子を用い
ているので、高効率で低コストかつCW動作が可能なレ
ーザ装置を得ることができる。また、半導体レーザ素子
を直接変調することが可能であるため、紫外色〜緑色の
高速変調光を得ることができる。
【0021】さらに、本発明の面発光型半導体素子は、
光励起であるために通常の電流注入の半導体レーザ素子
とは異なり、ドーピング材であるMg等の拡散がないの
で、ショートによる経時劣化が無く長寿命化を実現でき
る。
【0022】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
を用いて詳細に説明する。
【0023】図1に本発明の第1の実施の形態による半
導体レーザ装置を構成する360nm帯の励起用の半導
体レーザ素子の断面図を示し、その半導体レーザ素子が
発する励起光により単一横モード発振する面発光型半導
体素子を図2に示す。
【0024】まず、半導体レーザ素子について図1を参
照して説明する。1998年発行のJpn.Appl.phys.Lett.,Vo
l.37.pp.L1020に記載されている方法によりn−GaN
(0001)基板11を形成する。
【0025】図1に示すように、有機金属気相成長法に
より、n−GaN(0001)基板11上にn−Ga1-z1
Alz1N/GaN超格子クラッド層12(0<z1<1)、n
あるいはi−Ga1-z2Alz2N光導波層13(z1>z2>
0)、Ga1-z2Alz2N(Siドープ)/GaN多重量
子井戸活性層14(z1>z2>0)、p−Ga1-z3Alz3
キャリアブロッキング層(0.5>z3>z2)15、nあるい
はi−Ga1-z2Alz2N光導波層16(z1>z2>0)、p
−Ga1-z1Alz1N/GaN超格子クラッド層17(0<z
1<1)、p−GaNコンタクト層18を形成する。その上
に絶縁膜19を形成し、通常のリソグラフィにより、10
0μm程度のストライプの領域の絶縁膜19を除去し、そ
の上にp側電極20を形成する。次に、基板11の研磨を行
い、n側電極21を形成し、劈開により共振器を形成す
る。その後、高反射コートと低反射コートを行い、チッ
プ化して半導体レーザ24を完成させる。
【0026】次に、面発光型半導体素子について図2を
参照して説明する。ここで、後述のλは光励起により発
振する波長であり、nAlN、nGaN、nZrO2はそれぞれA
lN、GaN、ZrO2の発振波長での屈折率である。
【0027】図2に示すように、有機金属気相成長法に
より、GaN(0001)基板31上に、20ペアのGa
N(厚さがλ/4nGaN)/AlN(厚さがλ/4
AlN)超格子分布反射膜32、GaN光閉じ込め層33、
Inx2Ga1-x2N/Inx3Ga1-x3N多重量子井戸活性
層(0<x2<x3<0.5)34、GaN光り閉じ込め層35、A
z4Ga1-z4N層36(0<z4<0.5)を積層する。その
後、電子ビーム蒸着法により、ZrO2(厚さがλ/4
ZrO2)無反射コート膜37を積層する。その後、基板31
の研磨を行い、劈開によりチップ化して面発光型波長変
換素子38を完成させる。
【0028】上記のようにして作成された面発光型半導
体素子89の発振する波長帯に関しては、Inx3Ga1-x3
N量子井戸活性層より、380<λ<560(nm)の
範囲までの制御が可能である。
【0029】なお、上記多重量子井戸活性層34の井戸数
は、励起光を十分に吸収するため、20ペア以上、より
好ましくは厚く積みすぎてクラックが生じない程度の2
4ペア程度が望ましい。
【0030】次に、上記半導体レーザ素子24と、上記面
発光型半導体素子38を用いた、本発明の第一の実施の形
態である半導体レーザ装置について説明し、その構成図
を図3に示す。
【0031】本半導体レーザ装置は、励起光源である半
導体レーザ素子24と、ヒートシンク43にGaN基板31側
を接着された面発光型半導体素子38と、出力ミラーであ
る凹面ミラー46と、凹面ミラー46の凹面と面発光型半導
体素子の超格子分布反射膜32により構成される共振器49
と、共振器49内にブリュースター板45を備えるものであ
る。ブリュースター板45により、偏光が制御されてい
る。
【0032】半導体レーザ素子24から発せられた励起光
47は、レンズ42により面発光型半導体素子38の半導体層
内部に集光され、面発光型半導体素子38から発する光
は、共振器49により共振し、出力ミラー46からレーザ光
48を発振する。
【0033】面発光型半導体素子38のGaN基板31は、
励起用の半導体レーザ素子24の励起光47に対し透明でな
いので、面発光型半導体素子38は、図3に示すように、
サイドから励起される。
【0034】また、GaN基板31は熱伝導係数も大きい
ことから図3に示すようにヒートシンクに保持すれば容
易に放熱が可能である。また、面発光型半導体素子は、
熱レンズ等によるビーム変形が非常に小さいので、本実
施の形態による半導体レーザ装置は従来より高出力化が
可能である。
【0035】また、半導体レーザ素子24を直接変調する
ことにより、高速で変調された変調信号を得ることが可
能となる。これは、従来の固体レーザにおいては実現で
きなかった特性である。
【0036】また、本実施の形態に示すように、励起用
の半導体レーザ素子24はブロードエリア型の半導体レー
ザ素子を用いることができるので、高出力化、例えば1
W〜10Wが可能である。従って、得られる発振出力も
数100mW〜数Wの出力が可能となる。
【0037】また、本発明の面発光型半導体素子は、光
励起であるために通常の電流注入の半導体レーザとは異
なり、ドーピング材であるMg等の拡散がないので、シ
ョートによる経時劣化が無い。その結果、半導体レーザ
装置を長寿命化できる。
【0038】次に、本発明の第2の実施の形態による半
導体レーザ装置について説明する。図4にその半導体レ
ーザ装置を構成する410nm帯の励起用の半導体レー
ザ素子を示し、その半導体レーザ素子から発せられる励
起光により単一モード発振する面発光型半導体素子を図
5に示す。
【0039】まず、励起用の半導体レーザ素子について
説明する。図4に示すように、有機金属気相成長法によ
り、n−GaN(0001)基板61上にn−Ga1-z1
z1N/GaN超格子クラッド層62(0<z1<1)、nあ
るいはi−GaN光導波層63、In1-z2Gaz2N(Si
ドープ)/In1-z3Gaz3N多重量子井戸活性層64(0
<z2<z3<0.5)、p−Ga1-z5Alz5Nキャリアブロ
ッキング層65(0<z5<0.5)、nあるいはi−GaN光
導波層66、p−Ga1-z1Alz1N/GaN超格子クラッ
ド層67(0<z1<1)、p−GaNコンタクト層68を形成
する。その上に絶縁膜69を形成し、通常のリソグラフィ
により100μm程度のストライプの領域の絶縁膜69を
除去し、p側電極70を形成する。その後、基板の研磨を
行い、n側電極71を形成し、劈開により共振器を形成
し、高反射コートと低反射コートを行いチップ化して半
導体レーザ素子74を形成する。
【0040】次に面発光型半導体素子について図5を参
照して説明する。ここで、後述のλは光励起により発振
する波長であり、nAlN、nGaN、nSiO2、nZrO2はそれ
ぞれAlN、GaN、SiO2、ZrO2の発振波長での
屈折率である。
【0041】図5に示すように、有機金属気相成長法に
より、GaN(0001)基板81上にAlz4Ga1-z4
層82(0<z4<0.5)、GaN光閉じ込め層83、In1-z2
Gaz2N/In1-z3Gaz3N多重量子井戸活性層84(0
<z2<z3<0.5)、GaN光閉じ込め層85、2ペアのA
lN(厚さがλ/4nAlN)/GaN(厚さがλ/4n
GaN)反射膜86を積層する。その後、電子ビーム蒸着法
により、SiO2(厚さがλ/4nSiO2)/ZrO2(厚
さがλ/4nZrO2)分布膜87を積層する。その後、基板
の研磨を行い、ZrO2(厚さがλ/4nZrO2)の無反
射率コート88を行い劈開によりチップ化して面発光型半
導体素子89を完成させる。
【0042】なお、上記多重量子井戸活性層84の井戸数
は、励起光を十分に吸収するため、20ペア以上、より
好ましくは厚く積みすぎてクラックが生じない程度の2
4ペア程度が望ましい。
【0043】上記のようにして作成された面発光型半導
体素子89の発振する波長帯に関しては、Inz3Ga1-z3
N量子井戸活性層より、380<λ<560(nm)の
範囲までの制御が可能である。
【0044】次に、上記半導体レーザ素子74と、上記面
発光型半導体素子89を用いた本発明による第2の実施の
形態による半導体レーザ装置について説明し、その半導
体レーザ装置を図6aおよび図6bに示す。
【0045】図6aに示すように、本実施の形態による
半導体レーザ装置は、励起光源である上記半導体レーザ
素子74とヒートシンク106にGaN基板81とは反対側の
分布反射膜87側を接着された上記面発光型半導体素子89
と出力ミラーである凹面ミラー105と、凹面ミラー105の
凹面と面発光型半導体素子89の反射ミラー86および87に
より構成される共振器109と、共振器109内にブリュース
ター板104を備えるものである。
【0046】半導体レーザ素子74から発せられた励起光
107は、レンズ102により面発光型半導体素子89の半導体
層内部に集光され、面発光型半導体素子89から発する光
は、共振器109により共振し、出力ミラー105からレーザ
光108を発振する。
【0047】本実施の形態による半導体レーザ装置は、
面発光型半導体素子89の分布反射膜87側をヒートシンク
に接着しているため、すなわち、活性層から近い端面を
ヒートシンクに接着しているため、活性層の発熱を容易
にヒートシンクへ逃がすことができ、安定した発振モー
ドを得ることができる。
【0048】また、図6bに示すように、半導体レーザ
素子74の励起光107の入射角度は、戻り光抑制のために
面発光型波長変換素子89に対して角度をつけて入射させ
てもよい。
【0049】次に本発明の第3の実施の形態による半導
体レーザ装置について説明し、その半導体レーザ装置を
構成する面発光型半導体素子の断面図を図7に示す。
【0050】ここで、後述のλは光励起により発振する
波長であり、nAlN、nGaN、nZrO2はそれぞれAlN、
GaN、ZrO2の発振波長での屈折率である。
【0051】図7に示すように、有機金属気相成長法に
より、GaN(0001)基板111上に2ペアのAlN
(厚さがλ/4nAlN)/GaN(厚さがλ/4nGaN
反射膜112、GaN光閉じ込め層113、In1-z2Gaz2
/In1-z3Gaz3N多重量子井戸活性層114(0<z2<z3
<0.5)、GaN光閉じ込め層115、Alz4Ga1-z4Nキ
ャリア閉じ込め層116(0<z4<0.5)、ZrO2膜(厚さ
がλ/4ZrO2)117を積層する。その後、基板の研磨を
行い、ZrO2(厚さがλ/4ZrO2)の無反射率コート1
18を行い劈開によりチップ化して面発光型半導体素子11
9を完成させる。
【0052】なお、上記多重量子井戸活性層114は励起
光を十分に吸収するためには多重量子井戸層の井戸数が
20ペア以上、より好ましくは厚く積みすぎてクラック
が生じない程度の24ペア程度が望ましい。
【0053】次に、上記第2実施の形態で用いた半導体
レーザ素子74を励起光源に用い、上記面発光型半導体素
子119を用いた第3の実施の形態による半導体レーザ装
置について説明し、その構成図を図8に示す。
【0054】本実施の形態による半導体レーザ装置は、
上記面発光型半導体素子119のGaN基板111側がヒート
シンク106に接着されており、構成するその他の要素は
前記第二の実施の形態による半導体レーザ装置と同一で
あり、同符号を付し構成、作用についての説明は省略す
る。
【0055】GaN基板111は励起光107に対し、透明で
あることから基板側から励起を行うことができる。Ga
N基板だけでなく、よく利用されるサファイヤ基板も励
起光107に対し、透明であることから基板側からの励起
光の入射が可能である。
【0056】また、GaN基板は熱伝導係数も大きいこ
とから図8に示すようにヒートシンクに保持すれば容易
に放熱が可能である。また、熱レンズ等によるビーム変
形も非常に小さいという利点がある。
【0057】上記3つの実施の形態において、さらに、
単一縦モードを得るために、共振器内部に波長選択素
子、例えばリオフィルターもしくはエタロンもしくはこ
れら複数を挿入してもよい。
【0058】また、上記実施の形態においては、面発光
型半導体素子の活性層がInGaNからなるものについ
て説明してきたが、より長波長の発振が可能なGaNA
sもしくはInGaNAsからなる活性層を用いてもよ
い。
【0059】また、励起用の半導体レーザ素子はブロー
ドエリア型だけでなく、通常の半導体レーザ素子やテー
パー構造で高密度の集光が可能なMOPAやαーDFB
レーザ構造でもよい。
【0060】また、上本発明による半導体レーザ装置
は、CW動作のみならず、共振器内にQスイッチを挿入
することによりQスイッチ動作も可能である。
【0061】さらに、励起光源であるInGaN半導体
レーザ素子は高いピークパワーを得やすいので半導体レ
ーザ素子をパルス駆動して面発光型半導体素子を励起す
ることで容易に高せん頭値のパルス発振光を得ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態による半導体レーザ
装置を構成する半導体レーザ素子を示す断面図
【図2】本発明の第1の実施の形態による半導体レーザ
装置を構成する面発光型半導体素子を示す断面図
【図3】本発明の第1の実施の形態による半導体レーザ
装置の構成を示す図
【図4】本発明の第2の実施の形態による半導体レーザ
装置を構成する半導体レーザ素子を示す断面図
【図5】本発明の第2の実施の形態による半導体レーザ
装置を構成する面発光型半導体素子を示す断面図
【図6】本発明の第2の実施の形態による半導体レーザ
装置の構成を示す図
【図7】本発明の第3の実施の形態による半導体レーザ
装置を構成する面発光型半導体素子を示す断面図
【図8】本発明の第3の実施の形態による半導体レーザ
装置の構成を示す図
【符号の説明】
11,31,61,81 GaN基板 12,62 n−GaAlN/GaN超格子クラッド層 13,16 GaAlN光閉じ込め層 14,67 GaAlN/GaN多重量子井戸活性層 15,65 GaAlNキャリアブロッキング層 17 GaAlN/GaN超格子クラッド層 18,68 GaNコンタクト層 32 20ペアGaN/AlN反射膜 33,35,63,66,83,85,113,115 GaN光閉じ込め層 34,64,84,114 InGaN/InGaN多重量子井戸
活性層 36,82 AlGaNキャリア閉じ込め層 37 ZrO2反射膜 43,106 ヒートシンク 45 ブリュースター板 46,105 凹面ミラー 49,109 共振器 86,112 AlN/GaN反射膜 87 ZrO2/SiO2分布反射膜
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成11年10月7日(1999.10.
7)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0010
【補正方法】削除

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 GaN系半導体を活性層に用いた半導体
    レーザ素子からなる励起光源と、該励起光源により励起
    されてレーザ発振する、基板上にGaN系半導体からな
    る活性層を備えた面発光型半導体素子とを備えてなるこ
    とを特徴とする半導体レーザ装置。
  2. 【請求項2】 GaN系半導体を活性層に用いた半導体
    レーザ素子からなる励起光源と、該励起光源により励起
    されてレーザ発振する、基板上にGaN系半導体からな
    る活性層を積層してなる半導体層からなり、該半導体層
    の積層方向の両端面にミラーを備えた面発光型半導体素
    子とを備えてなることを特徴とする半導体レーザ装置。
  3. 【請求項3】 GaN系半導体を活性層に用いた半導体
    レーザ素子からなる励起光源と、 該励起光源により励起されてレーザ発振する、基板上に
    GaN系半導体からなる活性層を備えた面発光型半導体
    素子と、 該面発光型半導体素子の外部に配置され、該面発光型半
    導体素子の活性層の前記基板側あるいは前記基板と反対
    側に形成されたミラーと共振器を構成する外部ミラーと
    を備えてなることを特徴とする半導体レーザ装置。
  4. 【請求項4】 前記半導体レーザ素子の活性層がInG
    aNまたはGaNからなり、前記面発光型半導体素子の
    活性層がInGaNからなることを特徴とする請求項
    1、2または3記載の半導体レーザ装置。
  5. 【請求項5】 前記半導体レーザ素子の活性層がInG
    aNまたはGaNからなり、前記面発光型半導体素子の
    活性層がGaNAsまたはInGaNAsからなること
    を特徴とする請求項1、2または3記載の半導体レーザ
    装置。
  6. 【請求項6】 前記面発光型半導体素子が、複数の前記
    半導体レーザ素子から発せられるレーザ光により励起さ
    れることを特徴とする請求項1、2、3、4または5記
    載の半導体レーザ装置。
  7. 【請求項7】 前記面発光型半導体素子が、複数の前記
    半導体レーザ素子から発せられる各々のレーザ光を偏光
    合波されてなるレーザ光により励起されることを特徴と
    する請求項1、2、3、4または5記載の半導体レーザ
    装置。
  8. 【請求項8】 前記面発光型半導体発光素子の活性層
    が、複数の量子井戸からなることを特徴とする請求項1
    から7いずれか1項記載の半導体レーザ装置。
  9. 【請求項9】 前記量子井戸の数が20以上であること
    を特徴とする請求項8記載の半導体レーザ装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008177438A (ja) * 2007-01-19 2008-07-31 Sumitomo Electric Ind Ltd 窒化物半導体発光素子
WO2012073561A1 (ja) * 2010-11-29 2012-06-07 浜松ホトニクス株式会社 全反射分光計測装置

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7756172B2 (en) * 2002-05-29 2010-07-13 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optically pumped semi-conductive laser
KR101100434B1 (ko) * 2005-05-07 2011-12-30 삼성전자주식회사 후방 광펌핑 방식의 외부 공진기형 면발광 레이저
US7526009B2 (en) * 2005-05-07 2009-04-28 Samsung Electronics Co., Ltd. End-pumped vertical external cavity surface emitting laser
US20070002914A1 (en) * 2005-06-27 2007-01-04 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor laser diode having an asymmetric optical waveguide layer
KR100738527B1 (ko) * 2005-07-13 2007-07-11 삼성전자주식회사 광펌핑 반도체 레이저
US8170073B2 (en) * 2009-09-11 2012-05-01 Coherent, Inc. Optically-pumped external-cavity surface-emitting semiconductor lasers with front-cooled gain-structures
US9166375B2 (en) 2009-09-22 2015-10-20 Palo Alto Research Center Incorporated Vertical surface emitting semiconductor device
US8000371B2 (en) * 2009-09-22 2011-08-16 Palo Alto Research Center Incorporated Vertical surface emitting semiconductor device
US8611383B2 (en) 2011-04-25 2013-12-17 Coherent, Inc. Optically-pumped surface-emitting semiconductor laser with heat-spreading compound mirror-structure
US9112331B2 (en) 2012-03-22 2015-08-18 Palo Alto Research Center Incorporated Surface emitting laser incorporating third reflector
US9124062B2 (en) 2012-03-22 2015-09-01 Palo Alto Research Center Incorporated Optically pumped surface emitting lasers incorporating high reflectivity/bandwidth limited reflector
US9112332B2 (en) 2012-06-14 2015-08-18 Palo Alto Research Center Incorporated Electron beam pumped vertical cavity surface emitting laser

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5461637A (en) 1994-03-16 1995-10-24 Micracor, Inc. High brightness, vertical cavity semiconductor lasers
US5999544A (en) * 1995-08-18 1999-12-07 Spectra-Physics Lasers, Inc. Diode pumped, fiber coupled laser with depolarized pump beam
US5903017A (en) * 1996-02-26 1999-05-11 Kabushiki Kaisha Toshiba Compound semiconductor device formed of nitrogen-containing gallium compound such as GaN, AlGaN or InGaN
US5987048A (en) * 1996-07-26 1999-11-16 Kabushiki Kaisha Toshiba Gallium nitride-based compound semiconductor laser and method of manufacturing the same
KR100413792B1 (ko) * 1997-07-24 2004-02-14 삼성전자주식회사 질화갈륨 층과 공기층이 반복 적층된 분산브래그 반사기를구비한 단파장 면발광 반도체 레이저장치 및 그 제조 방법
US6574255B1 (en) * 1999-03-05 2003-06-03 Coherent, Inc. High-power external-cavity optically-pumped semiconductor lasers

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008177438A (ja) * 2007-01-19 2008-07-31 Sumitomo Electric Ind Ltd 窒化物半導体発光素子
WO2012073561A1 (ja) * 2010-11-29 2012-06-07 浜松ホトニクス株式会社 全反射分光計測装置
JP2012117837A (ja) * 2010-11-29 2012-06-21 Hamamatsu Photonics Kk 全反射分光計測装置

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