JPH07302953A - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
- Publication number
- 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
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor laser
- multilayer reflective
- reflective film
- types
- laser device
- 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.)
- Pending
Links
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
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。
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
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 /
nL )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。
次式で表される。即ち、 R={〔nS (nH /nL )2n−1〕/〔nS (nH /
nL )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。
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。
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。
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。
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。
した状態の説明図である。
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)
- 【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。 - 【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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11768194A JPH07302953A (ja) | 1994-05-06 | 1994-05-06 | 半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11768194A JPH07302953A (ja) | 1994-05-06 | 1994-05-06 | 半導体レーザ素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07302953A true JPH07302953A (ja) | 1995-11-14 |
Family
ID=14717660
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11768194A Pending JPH07302953A (ja) | 1994-05-06 | 1994-05-06 | 半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07302953A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1146038A (ja) * | 1997-05-29 | 1999-02-16 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法 |
EP1298461A1 (en) * | 2001-09-27 | 2003-04-02 | Interuniversitair Microelektronica Centrum Vzw | Distributed Bragg reflector comprising GaP and a semiconductor resonant cavity device comprising such DBR |
EP1302791A1 (en) * | 2001-09-27 | 2003-04-16 | Interuniversitair Microelektronica Centrum Vzw | Distributed Bragg Reflector comprising a GaP layer, and a semiconductor resonant cavity device comprising such a DBR |
JP2004039717A (ja) * | 2002-07-01 | 2004-02-05 | Ricoh Co Ltd | 半導体分布ブラッグ反射鏡および面発光型半導体レーザおよび面発光型半導体レーザアレイおよび光通信システムおよび光書き込みシステムおよび光ピックアップシステム |
US7684456B2 (en) | 1999-08-04 | 2010-03-23 | Ricoh Company, Ltd. | Laser diode and semiconductor light-emitting device producing visible-wavelength radiation |
US7986721B2 (en) | 2004-09-22 | 2011-07-26 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Semiconductor optical device including a PN junction formed by a second region of a first conductive type semiconductor layer and a second conductive type single semiconductor layer |
-
1994
- 1994-05-06 JP JP11768194A patent/JPH07302953A/ja active Pending
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1146038A (ja) * | 1997-05-29 | 1999-02-16 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法 |
US7684456B2 (en) | 1999-08-04 | 2010-03-23 | Ricoh Company, Ltd. | Laser diode and semiconductor light-emitting device producing visible-wavelength radiation |
US8009714B2 (en) | 1999-08-04 | 2011-08-30 | Ricoh Company, Ltd. | Laser diode and semiconductor light-emitting device producing visible-wavelength radiation |
US8537870B2 (en) | 1999-08-04 | 2013-09-17 | Ricoh Company, Limited | Laser diode and semiconductor light-emitting device producing visible-wavelength radiation |
EP1298461A1 (en) * | 2001-09-27 | 2003-04-02 | Interuniversitair Microelektronica Centrum Vzw | Distributed Bragg reflector comprising GaP and a semiconductor resonant cavity device comprising such DBR |
EP1302791A1 (en) * | 2001-09-27 | 2003-04-16 | Interuniversitair Microelektronica Centrum Vzw | Distributed Bragg Reflector comprising a GaP layer, and a semiconductor resonant cavity device comprising such a DBR |
JP2004039717A (ja) * | 2002-07-01 | 2004-02-05 | Ricoh Co Ltd | 半導体分布ブラッグ反射鏡および面発光型半導体レーザおよび面発光型半導体レーザアレイおよび光通信システムおよび光書き込みシステムおよび光ピックアップシステム |
JP4497796B2 (ja) * | 2002-07-01 | 2010-07-07 | 株式会社リコー | 面発光型半導体レーザおよび面発光型半導体レーザアレイおよび光通信システムおよび光書き込みシステムおよび光ピックアップシステム |
US7986721B2 (en) | 2004-09-22 | 2011-07-26 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Semiconductor optical device including a PN junction formed by a second region of a first conductive type semiconductor layer and a second conductive type single semiconductor layer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8023547B2 (en) | Vertical extended cavity surface emission laser and method for manufacturing a light emitting component of the same | |
JP4928927B2 (ja) | 面発光半導体レーザ素子 | |
JP3052552B2 (ja) | 面発光型半導体レーザ | |
JP2863773B2 (ja) | 面発光型半導体レーザ装置 | |
US8233514B2 (en) | Semiconductor laser device | |
JPH07302953A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
JP2008277625A (ja) | 半導体発光素子 | |
JP2007073631A (ja) | 半導体レーザ装置 | |
JP2001196685A (ja) | 半導体光素子装置 | |
JPS645474B2 (ja) | ||
JPH05152674A (ja) | 外部変調器付き面発光半導体レーザ | |
JP2006318970A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
JP2967757B2 (ja) | 半導体レーザ装置及びその製造方法 | |
JPH07321406A (ja) | 半導体レーザ装置 | |
JPH07162072A (ja) | 半導体異種構造レーザー | |
JPH10303495A (ja) | 半導体レーザ | |
JPH08181385A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
JPH06342958A (ja) | 面発光半導体レーザ | |
JP2752061B2 (ja) | 量子井戸型半導体レーザ | |
JP7147979B2 (ja) | 光デバイス | |
JPH07202320A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
KR100532580B1 (ko) | 광 펌핑 반도체 칩 및 그를 이용한 수직 외부 공동 표면방출 레이저 시스템 | |
JPH07202319A (ja) | 量子井戸半導体レーザ素子 | |
JP2003179306A (ja) | 半導体レーザ素子およびその製造方法 | |
JPH09107156A (ja) | 半導体レーザ |