JP2004087836A - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004087836A JP2004087836A JP2002247452A JP2002247452A JP2004087836A JP 2004087836 A JP2004087836 A JP 2004087836A JP 2002247452 A JP2002247452 A JP 2002247452A JP 2002247452 A JP2002247452 A JP 2002247452A JP 2004087836 A JP2004087836 A JP 2004087836A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- band gap
- layer
- region
- face
- window region
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
- G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
- G11B7/125—Optical beam sources therefor, e.g. laser control circuitry specially adapted for optical storage devices; Modulators, e.g. means for controlling the size or intensity of optical spots or optical traces
- G11B7/127—Lasers; Multiple laser arrays
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/16—Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface
- H01S5/162—Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface with window regions made by diffusion or disordening of the active layer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/34326—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on InGa(Al)P, e.g. red laser
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/16—Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface
- H01S5/164—Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface with window regions comprising semiconductor material with a wider bandgap than the active layer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/16—Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface
- H01S5/168—Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface with window regions comprising current blocking layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/34346—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser characterised by the materials of the barrier layers
- H01S5/3436—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser characterised by the materials of the barrier layers based on InGa(Al)P
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Optical Head (AREA)
Abstract
【解決手段】発光領域に比べてバンドギャップが広い窓領域を有する窓構造の半導体レーザ素子において、裏面側窓領域のバンドギャップを、前面側窓領域のバンドギャップよりも狭くする。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ素子に関し、特に600nm帯の窓構造の高光出力の半導体レーザ素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、InGaAlP系材料を用いた波長600nm〜700nmの半導体レーザ素子は、DVD(digital versatile disk)などへの実用化が進み、DVD−RAM/R/RW等の書込み用レーザとして高出力化が進んでいる。高出力化した場合は不可逆的な端面破壊(COD:Catastrophic Optical Damege)が問題になるためレーザ光の出射端面に窓領域を設けることが多い。このような窓領域を設けた構造は、窓構造と呼ばれる。
【0003】
図5は、この窓構造の半導体レーザ素子の従来例の断面図である。このレーザ素子は、n型GaAs基板201上に、In0.5(Ga0.3Al0.7) 0.5Pからなるn型クラッド層202、In0.5(Ga0.4Al0.6) 0.5Pからなるガイド層203、In0.5Ga0.5P/In0.5(Ga0.5Al0.5) 0.5Pからなる多重量子井戸(MQW:Multiple Quantum Well)構造の活性層204、In0.5(Ga0.4Al0.6) 0.5Pからなるガイド層205、In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pからなるp型クラッド層206、GaAsからなるp型コンタクト層207、が順次形成されている。上記の活性層204は、p側電極291と、n側電極292と、からの電流注入により、発光領域232から、図中左側の前面側端面210と、図中右側の裏面側端面220と、に向けて光を放射する。この前面側端面210と、裏面側端面220と、の近傍には図中上部から亜鉛が拡散されることによって、図中斜線で示すように、前面側窓領域212と、裏面側窓領域222と、が形成されている。これらの窓領域212、222では、活性層204の井戸層と障壁層とが合金化されている。また、前面側端面210上には低反射膜211が、裏面側端面220上には高反射膜221が、それぞれ形成されている。図5の高出力用半導体レーザ素子の共振器長は、利得を稼ぐため700〜900μmと長めであり、各窓領域212、222の図中横方向の長さは、活性層204付近で、30〜40μm程度である。また、活性層204の井戸層および障壁層の厚さはそれぞれ5nm前後、井戸層の数は3程度である。
【0004】
図5の素子では、窓領域212、222のIn0.5Ga0.5P井戸層にIn0.5(Ga0.5Al0.5) 0.5P障壁層からAlが入ってくることにより、窓領域212、222の井戸層のバンドギャップが広がる。このバンドギャップが広がれば、バンドギャップ波長が短くなる。そして、一般に、半導体は、バンドギャップ波長以上の波長の光は吸収しない。このため、窓領域212、222の井戸層214は、バンドギャップが広がってバンドギャップ波長が短くなることにより、発光領域の井戸層214からの光を吸収しにくくなる。この結果、端面破壊が起こりにくくなる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来は、上記の窓領域212、222のバンドギャップは、動作に支障がない範囲でなるべく広くするほどレーザの特性が良くなると考えられていた。これは、窓領域212、222のバンドギャプが広がるほど、窓領域212、222の活性層214における光吸収が起こりにくくなり、端面破壊が起こりにくくなって信頼性が向上すると考えられていたからである。また、同時に、光出力も向上すると考えられていたからである。
【0006】
しかし、本発明者は、シミュレーションの結果から、光出力について、窓領域212、222のバンドギャップが広がるほど特性が良くなるという上記の考え方に疑問を持った。このことから、本発明者は、半導体レーザの光出力をさらに向上させるため、さまざまな条件で、シミュレーションおよび実験を繰り返した。その結果、前面側窓領域212のバンドギャップは動作に支障がない範囲でなるべく広くすると良いが、裏面側窓領域222についてはバンドギャップをある範囲内に制御することで、前面側端面210からのレーザ光の光出力を増加させられることが分かった。また、この範囲内であれば、裏面側端面220の端面破壊の起こりにくさも従来とほとんど変わらないことが分かった。つまり、裏面側窓領域222のバンドギャップを、前面側窓領域212よりも狭くして発光領域232に近づけることで、従来と同程度の信頼性を維持しつつ、従来よりも光出力が高い半導体レーザが得られることを独自に知得するに至った。
【0007】
本発明は上記ことに着目してなされたものである。つまり、この方法は、従来の技術常識とは異なった本発明者の独自の実験結果によって得られたものであり、本発明者の独自の知得に基づくものである。
【0008】
本発明の目的は、窓構造の半導体レーザ素子において、光出力が高い素子を、信頼性を低下させることなく得る点にある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の一実施形態による半導体レーザ素子は、基板と、前記基板上に形成された第1導電型クラッド層と、前記第1導電型クラッド層上に形成され、InGaAlP井戸層とInGaAlP障壁層とを交互に複数回積層した多重量子井戸構造であり、電流注入によって互いに向き合う第1の端面と第2の端面とに向けて発光領域から光を放射する活性層と、前記活性層上に形成された第2導電型クラッド層と、前記第1の端面の近傍に拡散によって形成された領域であって、この領域における前記井戸層のバンドギャップが前記発光領域における前記井戸層のバンドギャップよりも広くなる第1の窓領域と、前記第2の端面の近傍に拡散によって形成された領域であって、この領域における前記井戸層のバンドギャップが前記発光領域における前記井戸層のバンドギャップよりも広く前記第1の窓領域における前記井戸層のバンドギャップよりも狭くなる第2の窓領域と、を備え、前記発光領域における前記井戸層のバンドギャップと、前記第2の窓領域における前記井戸層のバンドギャップと、の差が波長変化量で10nm以上30nm以下であることを特徴とする。
【0010】
また、本発明の他の実施の形態の半導体レーザ素子は、第1導電型クラッド層と、前記第1導電型クラッド層上に形成され、電流注入によって、互いに向き合う第1の端面と第2の端面とに向けて発光領域から光を放射する活性層と、前記活性層上に形成された第2導電型クラッド層と、前記第1の端面の近傍に拡散によって形成された領域であって、この領域における前記井戸層のバンドギャップが前記発光領域における前記井戸層のバンドギャップよりも広くなる第1の窓領域と、前記第2の端面の近傍に拡散によって形成された領域であって、この領域における前記井戸層のバンドギャップが、前記発光領域における前記井戸層のバンドギャップよりも広く、前記第1の窓領域における前記井戸層のバンドギャップよりも狭くなる第2の窓領域と、前記第2の端面上に形成され、前記活性層からの前記光を反射する反射膜と、を備えることを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。
【0012】
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態の半導体レーザ素子の断面図である。n型GaAs基板101上には、In0.5(Ga0.3Al0.7) 0.5Pからなるn型クラッド層102、In0.5(Ga0.4Al0.6) 0.5Pからなるガイド層103、In0.5Ga0.5P/In0.5(Ga0.5Al0.5) 0.5Pからなる多重量子井戸(MQW:Multiple Quantum Well)構造の活性層104、In0.5(Ga0.4Al0.6) 0.5Pからなるガイド層105、In0.5(Ga0.3Al0.7) 0.5Pからなるp型クラッド層106、GaAsからなるp型コンタクト層107、が順次形成されている。上記の活性層104には、図中上部のp側電極191と、図中下部のn側電極192と、から電流が注入される。そして、この電流注入により、発光領域132から、図中左側の前面側端面(第1の端面)110と、図中右側の裏面側端面(第2の端面)120と、に向けて波長600nm〜700nmの光を放射する。
【0013】
上記の前面側端面110と、裏面側端面120と、の近傍には図中上部から亜鉛が拡散されることによって、前面側窓領域(第1の窓領域)112と、裏面側窓領域(第2の窓領域)122と、が形成されている。これらの窓領域112、122では、活性層104の、In0.5Ga0.5P井戸層と、In0.5(Ga0.5Al0.5) 0.5P障壁層と、が合金化されている。この合金化を起こり易くするため、活性層104の井戸層厚および障壁層厚はそれぞれ4nmとし、井戸数は3としている。この合金化により、前面側窓領域112および裏面側領域122の井戸層は、発光領域132の井戸層に比べ、バンドギャップが広く、バンドギャップ波長が短くなる。これにより、前面側窓領域112および裏面側領域122の光吸収が抑制され、端面破壊が防止される。
【0014】
上記の前面側端面110と、裏面側端面120と、の上には、それぞれ、低反射膜111と、高反射膜121と、が形成される。高反射膜121は、活性層104の発光領域132からの光に対する反射率が60%以上であり、この光を前面側端面110の方向に反射する。本実施形態では、高反射膜121として、反射率が90〜95%の膜を用いている。一方、レーザ光の光出力を大きくするため、前面側端面110には、低反射膜111が付けられている。本実施形態では、この低反射膜111の反射率は、約10%である。これらの高反射膜121と、低反射膜111と、の反射により増幅された光は、レーザ光となり、前面側端面110から出力される。なお、低反射膜111は、放熱のためのヒートシンクの前方に合わせて付けられる。
【0015】
図1の半導体レーザ素子の特徴の1つは、前面側窓領域112のバンドギャップ波長変化(減少)量を50nmと大きくしているのに対し、裏面側窓領域122のバンドギャップ変化量を20nmと小さくしている点である。つまり、裏面側窓領域122のバンドギャップを、前面側窓領域112よりも狭くしている点である。すなわち、発光領域132の活性層104のバンドギャップ波長を(λ)μm、バンドギャップを(1.24/λ)eVとすると、前面側窓領域112のバンドギャップ波長は(λ−0.05)μm、バンドギャップ波長変化(減少)量は50nm、バンドギャップは{1.24/(λ−0.05)}eVである。これに対し、裏面側窓領域122は、バンドギャップ波長が(λ−0.02)μm、バンドギャップ波長変化量が20nm、バンドギャップが{1.24/(λ−0.02)}eVである。また、各窓領域の長さは、活性層114おいて裏面側端面120から前面側端面110に向かう方向で、前面側窓領域112が30〜40μmと長いのに対し、裏面側窓領域122が25μmと短い。このような差異は、例えば、裏面側窓領域122には1回の亜鉛拡散を行うのに対し、前面側窓領域112には2回の亜鉛拡散を行うことで、設けることができる。
【0016】
以上説明した図1の半導体レーザ素子では、発光領域132に比べてバンドギャップが広い窓領域112、122を有する窓構造の半導体レーザ素子において、裏面側窓領域122のバンドギャップを前面側窓領域112のバンドギャップよりも狭くしたので、高い信頼性を維持しつつ、光出力を高くすることができる。言い換えれば、発光領域132に比べてバンドギャップ波長が短い窓領域112、122を有する窓構造の半導体レーザ素子において、裏面側窓領域122のバンドギャップ波長を前面側窓領域112のバンドギャップ波長よりも長くしたので、特性が高い素子を得ることができる。また、裏面側窓領域122の長さを短く(25μm)することで、さらに光出力を高くすることができる。
【0017】
具体的には、本発明者は、図1のレーザ素子の100mAでの動作時における光出力(Power)を測定したところ、約150mWであった。これに対し、従来のように(図5)、前面側窓領域212と、裏面側窓領域222と、を共にバンドギャップ波長変化量50nm、長さ30〜40nmとした場合には、光出力は約125mWであった。つまり、図1のレーザ素子では、従来に比べ、光出力を約20%上昇させることができた。また、また、端面破壊の起こりにくさや信頼性は、従来と同程度に維持することができた。
【0018】
もっとも、図1のレーザ素子のように、裏面側窓領域122のバンドギャップ変化量を小さくすることは、通常の技術者にとって思いもよらないことである。なぜなら、裏面側窓領域112のバンドギャップ変化量を小さくすれば、裏面側窓領域112での光吸収が増加するはずだからである。しかしながら、本発明者のシミュレーションおよび実験によれば、従来の技術常識と異なる結果が得られた。この理由について、本発明者は、以下のように考えている。
【0019】
まず、光出力が上昇する理由については、次の様に考えている。すなわち、確かに、発光領域132における活性層104からの発光に変化がないとすれば、裏面側窓領域122のバンドギャップ波長変化量を50nmにするよりも20nmにした方が、裏面側窓領域122での光吸収が多くなり、光出力は低下してしまうはずである。しかし、実際には、裏面側窓領域122のバンドギャップ波長を変化させると、レーザ素子内部でのモード利得分布や光出力分布が変化すると考えられる。このため、裏面側窓領域122での光吸収が多くなるというデメリットよりも、モード利得分布や光出力分布が適正化されるというメリットの方が大きくなって、光出力が増加すると考えられる。
【0020】
また、端面破壊が起こりやすくならず、信頼性が低下しない理由については、次のように考えている。すなわち、前面側は、光出力を大きくするため低反射膜が付けられ、また、放熱のためのヒートシンクの前方に合わせて付けられる。このため、前面側は、裏面側に比べて温度が上昇し易く、端面破壊も起こりやすい。これにより、前面側窓領域112のバンドギャップ波長変化量は、大きくしないと、信頼性が低下する。これに対し、裏面側窓領域122は、前面側窓領域112に比べれば温度が上昇しにくい。このため、裏面側窓領域122のバンドギャップ波長変化量は、前面側窓領域112ほど大きくしなくても、信頼性の低下が少なくなると考えられる。
【0021】
このようして、図1のレーザ素子では、高い信頼性を維持しつつ、光出力を高くすることができる。なお、図1の構造では、窓領域のp−n接合が亜鉛拡散により発光領域132の活性層105からずれるため、窓領域112、122に電流が流れすぎて動作に不具合が起こるようなことはない。
【0022】
次に、裏面側窓領域122のバンドギャップ波長変化量および長さの範囲について検討する。すなわち、図1の半導体レーザ素子では、裏面側窓領域122のバンドギャップ変化量を20nm、長さを25μmとしているが、これを他の値にして製造することもできるので、その範囲について、図2、図3を参照にして検討する。
【0023】
図2は、前面側窓領域112をバンドギャップ波長変化量50nm、長さ30〜40μmとした素子において、裏面側窓領域122のバンドギャップ波長を変化(sift)させた場合の、光出力(Power)の変化を示す図である。この図2から、裏面側窓領域122のバンドギャップ波長変化量は、減少量として、10〜30nm、好ましくは20〜30nmでレーザ素子の光出力が最も大きくなることが分かる。そして、本実施形態のようにバンドギャップ波長変化量を20nmとすると、バンドギャップ波長変化量を50nmとした従来例よりも、光出力が約20%程度増加することが分かる。このような結果になるのは、前述のように、バンドギャップ波長変化量を適当な範囲にすると、裏面側窓領域122での光吸収のデメリットよりも、モード利得分布や光出力分布の適正化のメリットが大きくなるからであると考えられる。
【0024】
図3は、前面側窓領域112をバンドギャップ波長変化量50nm、長さ30〜40μmとした素子において、裏面側窓領域122の長さを変化させた場合の、光出力(Power)の変化を示す図である。裏面側窓領域122のバンドギャップ波長変化量は、30nmとしている。この図3から、裏面側窓領域の長さは、20〜30μmで最適になることが分かる。この理由についても、モード利得分布や光出力分布の適正化のメリットが大きくなるからであると考えられる。
【0025】
このように、裏面側窓領域122のバンドギャップ波長変化量を10〜30nm、長さを20〜30μmとすることで、特性の高いレーザ素子が得られる。
【0026】
また、本発明者は、さらに、図2、図3の結果を参照にして、前面側窓路領域112のバンドギャップ波長変化量の範囲についても検討した。その結果、前面側窓路領域112のバンドギャップ波長変化量が40〜80nmであれば、図1の素子と同様な良好な素子が得られた。逆に、前面側窓路領域112のバンドギャップ波長変化量を40nm未満にすると、光出力が低下したり、端面破壊が起こりやすなって信頼性が低下したりした。これは、前面側窓領域112での光吸収が増加してしまうからであると解析される。また、バンドギャップ波長変化量を80nmより大きくしようとすると、活性層104における井戸層とバリア層とのバンドギャップ差が少なくなりすぎて、動作に不具合が生じるようになった。
【0027】
(第2の実施の形態)
図4は、本発明の第2の実施の形態の半導体レーザ素子を示す断面図である。図4の素子は、第1の実施の形態の素子(図1)において、In0.5(Ga0.3Al0.7) 0.5Pからなるp型クラッド層106まで結晶成長した後に、窓領域112および122を形成し、これらの窓領域112、122に電流が流れにくくなるようにn型GaAsからなる電流ブロック層108を形成し、さらに全面にGaAsからなるp型コンタクト層107を設けた構造である。他の部分の構造は第1の実施の形態の素子(図1)とほぼ同様であり、詳細な説明は省略する。
【0028】
図4の構造では、電流ブロック層108を設けることによりさらに窓領域112、122への電流注入を減らし、温度上昇を抑制することができる。
【0029】
以上説明した図4の半導体レーザ素子では、前面側窓領域112への電流注入を妨げる図中左側の電流ブロック層108と、裏面側窓領域122への電流注入を妨げる図中右側の電流ブロック層108と、を設けたが、裏面側窓領域122への電流注入を妨げる図中右側の電流ブロック層108だけを設ける場合でも、温度上昇を抑制する効果を得ることができる。
【0030】
以上説明した本実施形態の半導体レーザ素子では、活性層104の井戸層厚および障壁層厚をそれぞれ4nmとしたが、それぞれ5nm以下とすることもできる。これに対し、5nmよりも厚くすると、窓領域112、122における合金化が起こりにくくなる。
【0031】
また、以上説明した本実施形態の半導体レーザ素子では、InGaAlP系材料を用いた波長600nm〜700nmのレーザ素子について説明したが、発光領域132に比べてバンドギャップが広い窓領域112、122を有する窓構造の半導体レーザ素子において、裏面側窓領域122のバンドギャップを前面側窓領域112のバンドギャップよりも狭くなるようにすれば、他の材料系のレーザ素子でも同様の効果を得ることができる。
【0032】
【発明の効果】
本発明によれば、発光領域に比べてバンドギャップが広い窓領域を有する窓構造の半導体レーザ素子において、裏面側窓領域のバンドギャップを、前面側窓領域のバンドギャップよりも狭くしたので、高い信頼性を維持しつつ、光出力を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の半導体レーザ素子を示す断面図。
【図2】本発明の第1の実施の形態の半導体レーザ素子の、裏面側窓領域のバンドギャップ波長変化と、光出力と、の関係を示す図。
【図3】本発明の第1の実施の形態の半導体レーザ素子の、裏面側窓領域の長さと、光出力と、の関係を示す図。
【図4】本発明の第2の実施の形態の半導体レーザ素子を示す断面図。
【図5】従来の半導体レーザ素子を示す断面図。
【符号の説明】
101 n型GaAs基板
102 n型(第1導電型)クラッド層
104 活性層
106 p型(第2導電型)クラッド層
108 電流ブロック層
110 前面側端面(第1の端面)
112 前面側窓領域(第1の窓領域)
120 裏面側端面(第2の端面)
121 高反射膜
122 裏面側窓領域(第2の窓領域)
Claims (7)
- 基板と、
前記基板上に形成された第1導電型クラッド層と、
前記第1導電型クラッド層上に形成され、InGaAlP系材料からなる井戸層とInGaAlP系材料からなる障壁層とを交互に複数回積層した多重量子井戸構造であり、電流注入によって互いに向き合う第1の端面と第2の端面とに向けて発光領域から光を放射する活性層と、
前記活性層上に形成された第2導電型クラッド層と、
前記第1の端面の近傍に形成された領域であって、この領域における前記井戸層のバンドギャップが前記発光領域における前記井戸層のバンドギャップよりも広くなる第1の窓領域と、
前記第2の端面の近傍に形成された領域であって、この領域における前記井戸層のバンドギャップが前記発光領域における前記井戸層のバンドギャップよりも広く前記第1の窓領域における前記井戸層のバンドギャップよりも狭くなる第2の窓領域と、
を備え、
前記発光領域における前記井戸層のバンドギャップと、前記第2の窓領域における前記井戸層のバンドギャップと、の差が波長変化量で10nm以上30nm以下であることを特徴とする半導体レーザ素子。 - 前記第2の端面上に形成され、前記活性層からの前記光に対する反射率が60%以上の高反射膜をさらに備えることを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ素子。
- 前記発光領域における前記井戸層のバンドギャップと、前記第1の窓領域における前記井戸層のバンドギャップと、の差が波長変化量で40nm以上80nm以下であることを特徴とする請求項1または請求項2記載の半導体レーザ素子。
- 前記活性層おいて前記第2の端面から前記第1の端面に向かう方向の、前記第2の窓領域の長さが、20μm以上30μm以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
- 前記第2の窓領域への電流注入を妨げる電流ブロック層をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
- 前記活性層における、前記井戸層と、前記障壁層と、の厚さがそれぞれ5nm以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
- 第1導電型クラッド層と、
前記第1導電型クラッド層上に形成され、電流注入によって、互いに向き合う第1の端面と第2の端面とに向けて発光領域から光を放射する活性層と、
前記活性層上に形成された第2導電型クラッド層と、
前記第1の端面の近傍に形成された領域であって、この領域における前記井戸層のバンドギャップが前記発光領域における前記井戸層のバンドギャップよりも広くなる第1の窓領域と、
前記第2の端面の近傍に形成された領域であって、この領域における前記井戸層のバンドギャップが、前記発光領域における前記井戸層のバンドギャップよりも広く、前記第1の窓領域における前記井戸層のバンドギャップよりも狭くなる第2の窓領域と、
前記第2の端面上に形成され、前記活性層からの前記光を反射する反射膜と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ素子。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002247452A JP3779248B2 (ja) | 2002-08-27 | 2002-08-27 | 半導体レーザ素子 |
CNB031546935A CN1233079C (zh) | 2002-08-27 | 2003-08-22 | 半导体发光元件 |
US10/648,773 US7068695B2 (en) | 2002-08-27 | 2003-08-25 | Semiconductor laser element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002247452A JP3779248B2 (ja) | 2002-08-27 | 2002-08-27 | 半導体レーザ素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004087836A true JP2004087836A (ja) | 2004-03-18 |
JP3779248B2 JP3779248B2 (ja) | 2006-05-24 |
Family
ID=32024476
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002247452A Expired - Lifetime JP3779248B2 (ja) | 2002-08-27 | 2002-08-27 | 半導体レーザ素子 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7068695B2 (ja) |
JP (1) | JP3779248B2 (ja) |
CN (1) | CN1233079C (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006269759A (ja) * | 2005-03-24 | 2006-10-05 | Sharp Corp | 窓構造半導体レーザ装置およびその製造方法 |
JP2010199520A (ja) * | 2009-02-27 | 2010-09-09 | Renesas Electronics Corp | 半導体レーザ及び半導体レーザの製造方法 |
WO2020022235A1 (ja) * | 2018-07-27 | 2020-01-30 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 半導体レーザ素子、検査方法及び検査装置 |
WO2020204053A1 (ja) * | 2019-04-02 | 2020-10-08 | パナソニックセミコンダクターソリューションズ株式会社 | 半導体レーザ素子 |
JPWO2020053980A1 (ja) * | 2018-09-12 | 2021-08-30 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザ |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7567603B2 (en) * | 2006-09-20 | 2009-07-28 | Jds Uniphase Corporation | Semiconductor laser diode with advanced window structure |
JP2009076665A (ja) * | 2007-09-20 | 2009-04-09 | Panasonic Corp | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
JP2015226045A (ja) * | 2014-05-30 | 2015-12-14 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
CN108878612A (zh) * | 2018-06-25 | 2018-11-23 | 山东浪潮华光光电子股份有限公司 | 一种提高AlGaInP LED侧面出光的管芯结构 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4989050A (en) * | 1989-08-28 | 1991-01-29 | Motorola, Inc. | Self aligned, substrate emitting LED |
JPH07170022A (ja) * | 1993-12-16 | 1995-07-04 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置 |
JP2921397B2 (ja) * | 1994-06-14 | 1999-07-19 | 日本電気株式会社 | 非線形光学素子 |
JP3630395B2 (ja) | 1999-06-28 | 2005-03-16 | シャープ株式会社 | 半導体レーザ素子およびその製造方法 |
JP2001203423A (ja) | 1999-11-09 | 2001-07-27 | Mitsubishi Chemicals Corp | 半導体発光装置 |
US6738403B2 (en) * | 2000-04-06 | 2004-05-18 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Semiconductor laser element and semiconductor laser |
-
2002
- 2002-08-27 JP JP2002247452A patent/JP3779248B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2003
- 2003-08-22 CN CNB031546935A patent/CN1233079C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2003-08-25 US US10/648,773 patent/US7068695B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006269759A (ja) * | 2005-03-24 | 2006-10-05 | Sharp Corp | 窓構造半導体レーザ装置およびその製造方法 |
JP2010199520A (ja) * | 2009-02-27 | 2010-09-09 | Renesas Electronics Corp | 半導体レーザ及び半導体レーザの製造方法 |
WO2020022235A1 (ja) * | 2018-07-27 | 2020-01-30 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 半導体レーザ素子、検査方法及び検査装置 |
JPWO2020022235A1 (ja) * | 2018-07-27 | 2021-08-02 | ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社 | 半導体レーザ素子、検査方法及び検査装置 |
JP7379334B2 (ja) | 2018-07-27 | 2023-11-14 | ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社 | 半導体レーザ素子、検査方法及び検査装置 |
US11824326B2 (en) | 2018-07-27 | 2023-11-21 | Nuvoton Technology Corporation Japan | Semiconductor laser element, testing method, and testing device |
JPWO2020053980A1 (ja) * | 2018-09-12 | 2021-08-30 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザ |
WO2020204053A1 (ja) * | 2019-04-02 | 2020-10-08 | パナソニックセミコンダクターソリューションズ株式会社 | 半導体レーザ素子 |
JP7458134B2 (ja) | 2019-04-02 | 2024-03-29 | ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社 | 半導体レーザ素子 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20040120378A1 (en) | 2004-06-24 |
US7068695B2 (en) | 2006-06-27 |
JP3779248B2 (ja) | 2006-05-24 |
CN1233079C (zh) | 2005-12-21 |
CN1481055A (zh) | 2004-03-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7680172B2 (en) | Laser diode device | |
JP4805887B2 (ja) | 半導体レーザ装置 | |
US8279906B2 (en) | Laser diode and method of manufacturing the same | |
US11437780B2 (en) | Semiconductor laser device, semiconductor laser module, and welding laser light source system | |
JP2008135786A (ja) | 高出力半導体レーザダイオード | |
JP2007165689A (ja) | スーパールミネッセントダイオード | |
JP2009295680A (ja) | 半導体レーザ装置 | |
JP3779248B2 (ja) | 半導体レーザ素子 | |
JP2004335530A (ja) | リッジ導波路型半導体レーザ | |
JP2006303299A (ja) | 半導体レーザ | |
JP2006515109A (ja) | 半導体レーザー | |
JP2005209952A (ja) | 半導体レーザ装置およびそれを用いた光ピックアップ装置 | |
JPH10294533A (ja) | 窒化物化合物半導体レーザ及びその製造方法 | |
JP2007049088A (ja) | 高出力赤色半導体レーザ | |
JP2014072495A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
JP2010123726A (ja) | 半導体レーザおよびその製造方法 | |
JP5556922B2 (ja) | 半導体レーザの製造方法 | |
KR100278626B1 (ko) | 반도체 레이저 다이오드 | |
JP2006108225A (ja) | 半導体レーザ | |
JP2004079833A (ja) | 垂直共振器型面発光半導体レーザ | |
JP2008103771A (ja) | リッジ導波路型半導体レーザ | |
JP2007273901A (ja) | 半導体発光素子 | |
JPH07335969A (ja) | 半導体レーザ素子及び半導体レーザアレイ素子 | |
KR20010068633A (ko) | 질화물 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법 | |
JP3120536B2 (ja) | 半導体発光素子 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20051026 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051206 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051212 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060221 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060301 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 3779248 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100310 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100310 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110310 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120310 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130310 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130310 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140310 Year of fee payment: 8 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |