JPH07302953A - 半導体レーザ素子 - Google Patents

半導体レーザ素子

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JPH07302953A
JPH07302953A JP11768194A JP11768194A JPH07302953A JP H07302953 A JPH07302953 A JP H07302953A JP 11768194 A JP11768194 A JP 11768194A JP 11768194 A JP11768194 A JP 11768194A JP H07302953 A JPH07302953 A JP H07302953A
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JP
Japan
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semiconductor laser
multilayer reflective
reflective film
types
laser device
Prior art date
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Pending
Application number
JP11768194A
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English (en)
Inventor
Norihiro Iwai
則広 岩井
Akihiko Kasukawa
秋彦 粕川
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 活性層に発生した熱の放散がよく、動作特性
が向上した半導体レーザ素子を提供する。 【構成】 レーザ光を反射する多層反射膜12、13を
有し、該多層反射膜12、13は屈折率の異なる2種類
の層を交互に重ねて構成されており、前記2種類の層の
光学的厚さはλ/4(λ:レーザ発振波長)である半導
体レーザ素子において、多層反射膜12、13を構成す
る2種類の層のうちの1種類は、AlN、GaPまたは
AlPからなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光を反射する多
層反射膜を有する半導体レーザ素子に関し、特に熱放散
のよい多層反射膜に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザ素子においては、光の共振
器を構成するために、一対の平行な反射膜を形成する。
例えば、従来の垂直共振器型面発光半導体レーザ素子
は、図1に示すような断面構造を形成している。図中、
1はn型InP基板、2はn型InGaAsPエッチン
グ停止層、3はn型InPクラッド層、4はInGaA
sP活性層、5はp型InPクラッド層、6はp型In
Pブロッキング層、7はn型InPブロッキング層、8
はp型InPクラッド層、9はp型InGaAsコンタ
クト層、10はp側電極、11はn側電極、12、13
は高反射膜である。上記半導体レーザ素子において、高
反射膜12はα−Si/SiO2 5ペアからなる誘電体
多層反射膜からなり、高反射膜13は同じ4ペアの誘電
体多層反射膜からなる。ペアをなすα−Si(アモルフ
ァス−Si)とSiO2 の各膜厚は、それぞれ発振波長
の1/4の光学的厚さ、λ/4n(λ:発振波長、n:
屈折率)に設定される。反射率はペア数により決まり、
1ペアで80%、2ペアで96%、3ペアで98%、4
ペアで99%、5ペアで99%以上の反射率となる。
【0003】上記半導体レーザ素子は、活性層4の上下
に配置された高反射膜12と高反射膜13で共振器を形
成して、レーザ発振をおこなう。また、この半導体レー
ザ素子14は、図2に示すように、Auパッド15を介
して、ジャンクションダウンにSiなどのヒートシンク
16上にボンディングされ、活性層4で発生する熱を効
率よく放散している。この熱放散は、面発光半導体レー
ザ素子において、特に重要な課題になっている。その理
由は、熱放散が悪いと、しきい値電流密度が高くなり、
素子抵抗も大きくなるため、発熱により室温での動作が
困難になるからである。多層反射膜は、上記例のように
誘電体多層膜で構成されるとは限らず、半導体多層膜で
構成される場合もある。例えば、InP/InGaAs
P(λg =1.1μm)で構成される半導体多層膜が用
いられる。半導体多層膜を反射膜に用いると、素子作製
プロセスが容易になるという利点がある。一方、誘電体
多層膜を反射膜に用いると、少ないペア数で高反射率が
得られるが、素子作製プロセスが複雑になる。このよう
な多層反射膜のペアを構成する材質は、屈折率、格子歪
み、熱膨張係数、成膜条件などを考慮して選択する。屈
折率差の大きい材質でペアを構成すると、大きな反射率
が得られ、かつ、その帯域も広くなる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
面発光半導体レーザ素子では、活性層に発生した熱の放
散効率に限界があった。その原因は、高反射膜に熱伝導
率が低いSiO2 膜あるいはInGaAsPを用いてい
るからである。因みに、熱伝導率は、α−Siでは1.
45W/(cm・deg)、InPでは0.68W/
(cm・deg)であるのに対して、SiO2 では、そ
れらの50〜100分の1である0.014W/(cm
・deg)であり、InGaAsPでは0.036W/
(cm・deg)という低い値である。 本発明の目的
は、半導体レーザ素子、特に面発光半導体レーザ素子に
おいて、活性層で発生した熱を効率良く放散させること
ができる反射膜を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決した半導体レーザ素子を提供するもので、レーザ光を
反射する多層反射膜を有し、該多層反射膜は屈折率の異
なる2種類の層を交互に重ねて構成されており、前記2
種類の層の光学的厚さはλ/4(λ:レーザ発振波長)
である半導体レーザ素子において、多層反射膜を構成す
る2種類の層のうちの1種類は、AlN、GaPまたは
AlPからなることを特徴とするものである。
【0006】
【作用】AlNの熱伝導率は1.0W/(cm・de
g)であり、Siと比較しても遜色のない値であり、S
iO2 の熱伝導率の数十倍の大きさである。また、Al
Nの屈折率は2.0であり、誘電体高反射膜として使用
できる。従って、AlNを含む多層反射膜を用いると、
従来のα−SiとSiO2 からなる多層反射膜よりも、
活性層に発生した熱の放散が向上する。また、GaPは
屈折率が2.5、熱伝導率が1.1W/(cm・de
g)であり、AlPは屈折率が3.4、熱伝導率が0.
9W/(cm・deg)である。このように、GaPお
よびAlPは、屈折率と熱伝導率がともに比較的大きな
値を有しているので、多層反射膜を構成する材質として
好適である。
【0007】
【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明
する。 (実施例1)従来技術の説明に用いた図1に示す垂直共
振器型面発光半導体レーザ素子において、高反射膜1
2、13を、α−Si/AlNのペアからなる誘電体多
層反射膜で構成する。これらの高反射膜12、13は、
以下のように設定する。即ち、InGaAsP活性層4
の発振波長λを1.3μmとし、α−SiおよびAlN
の膜厚さを、それぞれ発振波長の1/4の光学的厚さ、
λ/4nに設定する。そうすると、α−Siの厚さは1
00nm(1.3×103 /(4×3.44))、Al
Nの厚さは160nm(1.3×103 /(4×2.
0))になる。
【0008】ところで、誘電体多層反射膜の反射率Rは
次式で表される。即ち、 R={〔nS (nH /nL 2n−1〕/〔nS (nH
L 2n+1〕}2 ここで、 nS :多層反射膜に隣接する層の屈折率 nH :高い方の屈折率 nL :低い方の屈折率 n :ペア数 従って、上記式から本実施例の誘電体多層反射膜の反射
率は、積層ペア数が3では95%、4ペアでは99%、
5ペアでは99.5%になる。上述のα−Si/AlN
高反射膜を用いることにより、従来のα−Si/SiO
2 高反射膜を用いた場合に比較して、CW発振の温度が
数10℃も上昇する。
【0009】(実施例2)発振波長λを1.3μmとし
て、多層反射膜をGaP/InPで構成し、GaP層
(n=2.5)の厚さを130nm、InP層(n=
3.2)の厚さを100nmとする。従来のInP/I
nGaAsP多層反射膜と比較すると、InGaAsP
の熱伝導率が0.036W/(cm・deg)であり、
GaPの約1/20程度であることから、本実施例の熱
伝導率は従来例に比較して格段に向上する。その上、従
来例の屈折率差がInP/InGaAsPではΔn=
0.1と小さく、高反射の帯域が狭く、また、高反射率
を得るためのペア数も多くなる。一方、本実施例では、
10ペア程度で約99%以上の反射率が得られる。
【0010】(実施例3)発振波長λを1.3μmとし
て、多層反射膜をAlP/GaPで構成し、AlP層
(n=3.4)の厚さを96nm、GaP層(n=2.
5)の厚さを130nmとする。このように、実施例2
における高屈折率側をInP(熱伝導率:0.68W/
(cm・deg))からAlP(熱伝導率:0.9W/
(cm・deg))に代えると、熱放散および屈折率差
がともに大きくなり、8ペア程度で約99%の反射率が
得られる。なお、本実施例の多層反射膜は、面発光半導
体レーザ素子のみならず、ファブリ・ペロー型半導体レ
ーザ素子にも適用できる。
【0011】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、レ
ーザ光を反射する多層反射膜を有し、該多層反射膜は屈
折率の異なる2種類の層を交互に重ねて構成されてお
り、前記2種類の層の光学的厚さはλ/4(λ:レーザ
発振波長)である半導体レーザ素子において、多層反射
膜を構成する2種類の層のうちの1種類は、AlN、G
aPまたはAlPからなるため、活性層に発生した熱の
放散がよくなるので、特に面発光半導体レーザ素子の動
作特性が向上するという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】垂直共振器型面発光半導体レーザ素子の断面説
明図である。
【図2】ヒートシンク上に上記半導体レーザ素子を搭載
した状態の説明図である。
【符号の説明】
1 基板 2 エッチング停止層 3、5、8 クラッド層 4 活性層 6、7 ブロッキング層 9 コンタクト層 10、11 電極 12、13 高反射膜 14 半導体レーザ素子 15 Auパッド 16 ヒートシンク

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ光を反射する多層反射膜を有し、
    該多層反射膜は屈折率の異なる2種類の層を交互に重ね
    て構成されており、前記2種類の層の光学的厚さはλ/
    4(λ:レーザ発振波長)である半導体レーザ素子にお
    いて、多層反射膜を構成する2種類の層のうちの1種類
    は、AlN、GaPまたはAlPからなることを特徴と
    する半導体レーザ素子。
  2. 【請求項2】 多層反射膜はGaPとAlNから構成さ
    れていることを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ
    素子。
JP11768194A 1994-05-06 1994-05-06 半導体レーザ素子 Pending JPH07302953A (ja)

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