JP2001230492A - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
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- JP2001230492A JP2001230492A JP2000042333A JP2000042333A JP2001230492A JP 2001230492 A JP2001230492 A JP 2001230492A JP 2000042333 A JP2000042333 A JP 2000042333A JP 2000042333 A JP2000042333 A JP 2000042333A JP 2001230492 A JP2001230492 A JP 2001230492A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 赤外色の光励起の面発光型半導体レーザ装置
において、高出力まで基本横モード発振すること、およ
び直接変調を可能にする。 【解決手段】 励起用に発振波長が７８０〜１１００ｎ
ｍである幅１００μｍのブロードエリア型半導体レーザ
素子21を用い、面発光型半導体素子39の10ペアのＳｉＯ
２（厚さはλ/4ｎSiO2）/ＺｒＯ２（厚さはλ/4
ｎZrO2）分布反射膜37側を取り付けられた穴あきヒート
シンク42と、集光レンズ41と、外部ミラー44を備えてい
る。外部ミラー44の凹面と面発光型半導体素子39の１０
ペアのＳｉＯ2／ＺｒＯ2分布反射膜37とにより共振器
（共振器長Ｌ）が構成されている。共振器内には偏光素
子が挿入されている。
において、高出力まで基本横モード発振すること、およ
び直接変調を可能にする。 【解決手段】 励起用に発振波長が７８０〜１１００ｎ
ｍである幅１００μｍのブロードエリア型半導体レーザ
素子21を用い、面発光型半導体素子39の10ペアのＳｉＯ
２（厚さはλ/4ｎSiO2）/ＺｒＯ２（厚さはλ/4
ｎZrO2）分布反射膜37側を取り付けられた穴あきヒート
シンク42と、集光レンズ41と、外部ミラー44を備えてい
る。外部ミラー44の凹面と面発光型半導体素子39の１０
ペアのＳｉＯ2／ＺｒＯ2分布反射膜37とにより共振器
（共振器長Ｌ）が構成されている。共振器内には偏光素
子が挿入されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザー装
置に関し、特に面発光型半導体素子を半導体レーザ素子
により励起してレーザ光を得る構成の半導体レーザ装置
に関するものである。
置に関し、特に面発光型半導体素子を半導体レーザ素子
により励起してレーザ光を得る構成の半導体レーザ装置
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、２μｍ帯の半導体レーザとし
て、1999年発行のIEEE Photonics Technology Letters
pp. 794において、D. Z. Garbuzovらによって、2.3-2.7
-μｍRoom Temperature CW Operation of ＩｎＧａＡｓ
Ｓｂ−ＡｌＧａＡｓＳｂ Broad Waveguide SCH-QW Dio
des Lasersが報告されている。この半導体レーザは、Ｉ
ｎＧａＡｓＳｂを活性層、Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ0.03Ｓｂ
0.97を光導波層、Ａｌ 0.9Ｇａ0.1Ａｓ0.07Ｓｂ0.93をク
ラッド層とした構造であるが、しきい値電流の温度依存
性が悪く、発光効率が悪いという問題がある。特に、発
振波長が長くなるにつれてしきい値電流の温度依存性が
悪化する。そのため、１００μｍの幅広ストライプを有
していても、最大光出力は発振波長２．３μｍにおいて
は５００ｍＷであり、発振波長２．６μｍにおいては１
６０ｍＷしか得られていない。
て、1999年発行のIEEE Photonics Technology Letters
pp. 794において、D. Z. Garbuzovらによって、2.3-2.7
-μｍRoom Temperature CW Operation of ＩｎＧａＡｓ
Ｓｂ−ＡｌＧａＡｓＳｂ Broad Waveguide SCH-QW Dio
des Lasersが報告されている。この半導体レーザは、Ｉ
ｎＧａＡｓＳｂを活性層、Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ0.03Ｓｂ
0.97を光導波層、Ａｌ 0.9Ｇａ0.1Ａｓ0.07Ｓｂ0.93をク
ラッド層とした構造であるが、しきい値電流の温度依存
性が悪く、発光効率が悪いという問題がある。特に、発
振波長が長くなるにつれてしきい値電流の温度依存性が
悪化する。そのため、１００μｍの幅広ストライプを有
していても、最大光出力は発振波長２．３μｍにおいて
は５００ｍＷであり、発振波長２．６μｍにおいては１
６０ｍＷしか得られていない。
【０００３】また、従来のＬＤ励起固体レーザーでは、
レーザー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ＬＤ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。
レーザー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ＬＤ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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
みて、２〜４μｍ帯波長の赤外色の半導体レーザ装置で
あって、高効率で、かつ高出力まで基本モード発振し、
さらに高速な直接変調が可能な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。
みて、２〜４μｍ帯波長の赤外色の半導体レーザ装置で
あって、高効率で、かつ高出力まで基本モード発振し、
さらに高速な直接変調が可能な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。
【０００５】
【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、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰを
活性層とし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るＩｎＧａＳｂＡｓ系の半導体
を活性層とした面発光型半導体素子とを備えたことを特
徴とするものである。
置は、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰを
活性層とし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るＩｎＧａＳｂＡｓ系の半導体
を活性層とした面発光型半導体素子とを備えたことを特
徴とするものである。
【０００６】また、面発光型半導体素子における活性層
の積層方向の少なくとも片側に形成された分布反射ミラ
ーと、該分布反射ミラーと共振器を構成する、面発光型
半導体素子の外部に配置された少なくとも一つの外部ミ
ラーとを備えており、外部ミラーからレーザ光が出力さ
れる構成であってもよい。
の積層方向の少なくとも片側に形成された分布反射ミラ
ーと、該分布反射ミラーと共振器を構成する、面発光型
半導体素子の外部に配置された少なくとも一つの外部ミ
ラーとを備えており、外部ミラーからレーザ光が出力さ
れる構成であってもよい。
【０００７】上記構成において、面発光型半導体素子の
前記ＩｎＧａＳｂＡｓ系の半導体からなる活性層に、引
張り歪を有するＡｌＧａＡｓＳｂ系の半導体からなる障
壁層が隣接して配置されていてもよい。
前記ＩｎＧａＳｂＡｓ系の半導体からなる活性層に、引
張り歪を有するＡｌＧａＡｓＳｂ系の半導体からなる障
壁層が隣接して配置されていてもよい。
【０００８】また、半導体レーザ素子の活性層は、一つ
以上の量子井戸からなっていてもよい。また、さらに、
面発光型半導体素子の活性層は、一つ以上の量子井戸か
らなっていてもよい。
以上の量子井戸からなっていてもよい。また、さらに、
面発光型半導体素子の活性層は、一つ以上の量子井戸か
らなっていてもよい。
【０００９】上記構成による本発明の半導体レーザ装置
において、半導体レーザ素子の発振領域幅は５μｍ以上
であってもよい。
において、半導体レーザ素子の発振領域幅は５μｍ以上
であってもよい。
【００１０】
【発明の効果】本発明の半導体レーザ装置によれば、Ｉ
ｎＧａＡｓ、ＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰを活性層と
した半導体レーザ素子からなる励起光源と、該励起光源
により励起される、ＩｎＧａＳｂＡｓ系の半導体を活性
層とした面発光型半導体素子とからなる構成であるの
で、高出力でかつ基本横モード発振する２〜４μｍの赤
外色のレーザ発振を得ることができる。
ｎＧａＡｓ、ＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰを活性層と
した半導体レーザ素子からなる励起光源と、該励起光源
により励起される、ＩｎＧａＳｂＡｓ系の半導体を活性
層とした面発光型半導体素子とからなる構成であるの
で、高出力でかつ基本横モード発振する２〜４μｍの赤
外色のレーザ発振を得ることができる。
【００１１】また、本発明の半導体レーザ装置は、光励
起によりレーザ発振するものであり、赤外色の電流注入
型の半導体レーザ装置に比べて、電流注入によるジュー
ル発熱が低減できるので、半導体レーザ装置の長寿命化
を実現できる。
起によりレーザ発振するものであり、赤外色の電流注入
型の半導体レーザ装置に比べて、電流注入によるジュー
ル発熱が低減できるので、半導体レーザ装置の長寿命化
を実現できる。
【００１２】また、本発明の半導体レーザ装置は、面発
光型半導体素子における活性層の積層方向の少なくとも
片側に形成された分布反射ミラーと、分布反射ミラーと
共振器を構成する、面発光型半導体素子の外部に配置さ
れた少なくとも一つの外部ミラーとを備えている構成で
あってもよく、外部ミラーを用いることにより、万一、
サイドローブが発生した場合でも、スリット等を共振器
内に挿入することにより抑制することができるという利
点がある。
光型半導体素子における活性層の積層方向の少なくとも
片側に形成された分布反射ミラーと、分布反射ミラーと
共振器を構成する、面発光型半導体素子の外部に配置さ
れた少なくとも一つの外部ミラーとを備えている構成で
あってもよく、外部ミラーを用いることにより、万一、
サイドローブが発生した場合でも、スリット等を共振器
内に挿入することにより抑制することができるという利
点がある。
【００１３】また、面発光型半導体素子のＩｎＧａＳｂ
Ａｓ系の半導体からなる活性層に、引張り歪を有するＡ
ｌＧａＡｓＳｂ系の半導体からなる障壁層が隣接して配
置されていることにより、光吸収により発生したキャリ
アを効率良く活性層に閉じ込めることができるので高効
率化を実現できる。
Ａｓ系の半導体からなる活性層に、引張り歪を有するＡ
ｌＧａＡｓＳｂ系の半導体からなる障壁層が隣接して配
置されていることにより、光吸収により発生したキャリ
アを効率良く活性層に閉じ込めることができるので高効
率化を実現できる。
【００１４】半導体レーザ素子の活性層が、一つ以上の
量子井戸からなることにより、高出力化が図られ、しき
い値電流の温度依存性を小さくすることができる。
量子井戸からなることにより、高出力化が図られ、しき
い値電流の温度依存性を小さくすることができる。
【００１５】面発光型半導体素子の活性層が、一つ以上
の量子井戸からなることにより、励起光により発生した
キャリアを効率良く活性層に閉じ込めることができるの
で高出力化に有効である。
の量子井戸からなることにより、励起光により発生した
キャリアを効率良く活性層に閉じ込めることができるの
で高出力化に有効である。
【００１６】また、半導体レーザ素子の発振領域幅が５
μｍ以上であることにより、例えば１Ｗ〜１０Ｗの励起
光源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の赤外色のレーザ光を得ること
ができる。
μｍ以上であることにより、例えば１Ｗ〜１０Ｗの励起
光源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の赤外色のレーザ光を得ること
ができる。
【００１７】また、本発明の半導体レーザ装置は、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動作を可能にすることができる。
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動作を可能にすることができる。
【００１８】
【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。
を用いて詳細に説明する。
【００１９】本発明の第１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。この半導体レーザ装置にお
ける励起用の半導体レーザ素子を図１に示し、該半導体
レーザ素子に励起される面発光型半導体素子を図２に示
し、単一横モードを実現する半導体レーザ装置の概略構
成図を図３に示す。まず励起用の半導体レーザ素子につ
いて説明する。図１に示すように、有機金属気相成長法
によりｎ−ＧａＡｓ基板11上に、ｎ−Ｇａ1-z1Ａｌz1Ａ
ｓ下部クラッド層12（0≦z1≦1）、ｎあるいはｉ−Ｇａ
Ａｓ下部光導波層13、Ｉｎz2Ｇａ1-z2Ａｓ歪量子井戸活
性層14（0＜z2≦0.45）、ｎあるいはｉ−ＧａＡｓ上部
光導波層15、ｐ−Ｇａ1-z1Ａｌz1Ａｓ上部クラッド層16
（0≦z1≦1）、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層17を形成す
る。絶縁膜18を形成し、通常のリソグラフィーにより、
100μｍ程度のストライプの領域を除去し、ｐ側電極19
を形成する。その後に基板の研磨を行い、ｎ側電極20を
形成し、へき開により共振器を形成後、高反射コート
（図示せず）と低反射コート（図示せず）を行いチップ
化して半導体レーザ21を完成する。
ーザ装置について説明する。この半導体レーザ装置にお
ける励起用の半導体レーザ素子を図１に示し、該半導体
レーザ素子に励起される面発光型半導体素子を図２に示
し、単一横モードを実現する半導体レーザ装置の概略構
成図を図３に示す。まず励起用の半導体レーザ素子につ
いて説明する。図１に示すように、有機金属気相成長法
によりｎ−ＧａＡｓ基板11上に、ｎ−Ｇａ1-z1Ａｌz1Ａ
ｓ下部クラッド層12（0≦z1≦1）、ｎあるいはｉ−Ｇａ
Ａｓ下部光導波層13、Ｉｎz2Ｇａ1-z2Ａｓ歪量子井戸活
性層14（0＜z2≦0.45）、ｎあるいはｉ−ＧａＡｓ上部
光導波層15、ｐ−Ｇａ1-z1Ａｌz1Ａｓ上部クラッド層16
（0≦z1≦1）、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層17を形成す
る。絶縁膜18を形成し、通常のリソグラフィーにより、
100μｍ程度のストライプの領域を除去し、ｐ側電極19
を形成する。その後に基板の研磨を行い、ｎ側電極20を
形成し、へき開により共振器を形成後、高反射コート
（図示せず）と低反射コート（図示せず）を行いチップ
化して半導体レーザ21を完成する。
【００２０】半導体レーザ素子21の発振する波長λに関
しては、活性層を上記のＩｎz2Ｇａ 1-z2Ａｓ（0＜z2≦
0.45）、あるいはＧａＡｓあるいはＩｎxＧａ1-xＡｓ
1-yＰy（ただし、0≦x≦0.4、0≦y≦0.6）とすることに
より、７８０＜λ＜１１００（ｎｍ）の範囲で制御が可
能である。
しては、活性層を上記のＩｎz2Ｇａ 1-z2Ａｓ（0＜z2≦
0.45）、あるいはＧａＡｓあるいはＩｎxＧａ1-xＡｓ
1-yＰy（ただし、0≦x≦0.4、0≦y≦0.6）とすることに
より、７８０＜λ＜１１００（ｎｍ）の範囲で制御が可
能である。
【００２１】上記半導体レーザ素子21では、簡単な絶縁
膜ストライプ構造のものについて記載しているが、リッ
ジストライプまたは内部ストライプ構造による幅広屈折
率導波型半導体レーザであっても良い。
膜ストライプ構造のものについて記載しているが、リッ
ジストライプまたは内部ストライプ構造による幅広屈折
率導波型半導体レーザであっても良い。
【００２２】次に、面発光型半導体素子について説明す
る。ここで、λは光励起により発振する波長であり、ｎ
GaAlSbAs、ｎGaSbAs、ｎSiO2、ｎZrO2はそれぞれＧａＡ
ｌＳｂＡｓ、ＧａＳｂＡｓ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２の発振
波長での屈折率である。図２に示すように、有機金属気
相成長法により、ＩｎＡｓ基板31上にＧａ1-ｘ4Ａｌ ｘ4
Ｓｂ1-y4Ａｓy4クラッド層(0＜x4＜1、y4＝0.08±0.01
＋0.08y4)32、Ｇａ1- ｘ3Ａｌｘ3Ｓｂ1-y3Ａｓy3下部光
閉じ込め層(0≦x3＜x4、y3＝0.08±0.01＋0.08y3)33、
Ｇａ1-x2Ａｌx2Ｓｂ1-y2Ａｓy2(0≦x2≦ｘ4、0.2≦y2≦
0.5)/Ｉｎ1-x1Ｇａx1Ｓｂ1-y1Ａｓy1多重量子井戸活性
層（0≦x1≦0.6、0≦y1≦1）34、Ｇａ1-x3Ａｌx3Ｓｂ
1-y3Ａｓy3上部光閉じ込め層35、2ペアのＧａ1-x5Ａｌ
x5Ｓｂ1-y5Ａｓy5（x4≦x5＜1、y5＝0.08±0.01＋0.08y
5、厚さはλ/4ｎAlGaSbAs）/ＧａＳｂ 0.92Ａｓ0.08（厚
さはλ/4ｎGaSbAs）分布反射膜36（ただし、Ｇａ1-x3Ａ
ｌx3Ｓｂ1-y3Ａｓy3上部光閉じ込め層35の直上はＧａ
1-x5Ａｌx5Ｓｂ1-y5Ａｓy5膜である。）を積層する。そ
の後、電子ビーム蒸着法等により、10ペアのＳｉＯ
２（厚さはλ/4ｎSiO2）/ＺｒＯ２（厚さはλ/4
ｎZrO2）分布反射膜37（ただし、分布反射膜36の直上は
ＳｉＯ２膜である。）を積層する。その後に基板の研磨
を行い、硫酸系エッチャントで発光領域のＩｎＡｓ基板
31を除去する。このとき、自動的にエッチングは、Ｇａ
1-x4Ａｌx4Ｓｂ1-y4Ａｓy4クラッド層32が露出して停止
する。その後、ＺｒＯ２（厚さはλ/4ｎZrO2）の無反射
コート38をおこない、へき開によりチップ化して、面発
光型半導体素子39を完成する。
る。ここで、λは光励起により発振する波長であり、ｎ
GaAlSbAs、ｎGaSbAs、ｎSiO2、ｎZrO2はそれぞれＧａＡ
ｌＳｂＡｓ、ＧａＳｂＡｓ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２の発振
波長での屈折率である。図２に示すように、有機金属気
相成長法により、ＩｎＡｓ基板31上にＧａ1-ｘ4Ａｌ ｘ4
Ｓｂ1-y4Ａｓy4クラッド層(0＜x4＜1、y4＝0.08±0.01
＋0.08y4)32、Ｇａ1- ｘ3Ａｌｘ3Ｓｂ1-y3Ａｓy3下部光
閉じ込め層(0≦x3＜x4、y3＝0.08±0.01＋0.08y3)33、
Ｇａ1-x2Ａｌx2Ｓｂ1-y2Ａｓy2(0≦x2≦ｘ4、0.2≦y2≦
0.5)/Ｉｎ1-x1Ｇａx1Ｓｂ1-y1Ａｓy1多重量子井戸活性
層（0≦x1≦0.6、0≦y1≦1）34、Ｇａ1-x3Ａｌx3Ｓｂ
1-y3Ａｓy3上部光閉じ込め層35、2ペアのＧａ1-x5Ａｌ
x5Ｓｂ1-y5Ａｓy5（x4≦x5＜1、y5＝0.08±0.01＋0.08y
5、厚さはλ/4ｎAlGaSbAs）/ＧａＳｂ 0.92Ａｓ0.08（厚
さはλ/4ｎGaSbAs）分布反射膜36（ただし、Ｇａ1-x3Ａ
ｌx3Ｓｂ1-y3Ａｓy3上部光閉じ込め層35の直上はＧａ
1-x5Ａｌx5Ｓｂ1-y5Ａｓy5膜である。）を積層する。そ
の後、電子ビーム蒸着法等により、10ペアのＳｉＯ
２（厚さはλ/4ｎSiO2）/ＺｒＯ２（厚さはλ/4
ｎZrO2）分布反射膜37（ただし、分布反射膜36の直上は
ＳｉＯ２膜である。）を積層する。その後に基板の研磨
を行い、硫酸系エッチャントで発光領域のＩｎＡｓ基板
31を除去する。このとき、自動的にエッチングは、Ｇａ
1-x4Ａｌx4Ｓｂ1-y4Ａｓy4クラッド層32が露出して停止
する。その後、ＺｒＯ２（厚さはλ/4ｎZrO2）の無反射
コート38をおこない、へき開によりチップ化して、面発
光型半導体素子39を完成する。
【００２３】上記面発光型半導体素子39の多重量子井戸
活性層において、障壁層であるＧａ 1-x2Ａｌx2Ｓｂ1-y2
Ａｓy2は、ＩｎＡｓ基板31に格子整合するか、あるいは
引っ張り歪みを有する組成とすることが望ましく、井戸
層であるＩｎ1-x1Ｇａx1Ｓｂ 1-y1Ａｓy1は、ＩｎＡｓ基
板31に格子整合するか圧縮歪みを有する組成とすること
が望ましい。
活性層において、障壁層であるＧａ 1-x2Ａｌx2Ｓｂ1-y2
Ａｓy2は、ＩｎＡｓ基板31に格子整合するか、あるいは
引っ張り歪みを有する組成とすることが望ましく、井戸
層であるＩｎ1-x1Ｇａx1Ｓｂ 1-y1Ａｓy1は、ＩｎＡｓ基
板31に格子整合するか圧縮歪みを有する組成とすること
が望ましい。
【００２４】ここで、歪量は、基板の格子定数をａInAs
とし、活性層の格子定数および膜厚をそれぞれａおよび
ｄaとすると歪量△ａは△ａ＝｜(ａ−ａInAs)／ａInAs
｜で表される。活性層は、活性領域の結晶性を損なわな
い0.15nm≧Δada≧0の関係をもつ層構成が好ましい。ま
た、格子整合するとは、歪量Δａが、Δａ≦０.００３
の範囲内であることを示す。
とし、活性層の格子定数および膜厚をそれぞれａおよび
ｄaとすると歪量△ａは△ａ＝｜(ａ−ａInAs)／ａInAs
｜で表される。活性層は、活性領域の結晶性を損なわな
い0.15nm≧Δada≧0の関係をもつ層構成が好ましい。ま
た、格子整合するとは、歪量Δａが、Δａ≦０.００３
の範囲内であることを示す。
【００２５】また、活性層に隣接する障壁層として引っ
張り歪み障壁層を用いる場合は、障壁層の歪量および合
計の厚みをそれぞれΔｂおよびｄbとすると、0.15nm≧
Δada-Δbdb≧-0.15nmであることが好ましい。なお、分
布反射膜、クラッド層および光閉じ込め層は、格子整合
する組成とすることが望ましい。
張り歪み障壁層を用いる場合は、障壁層の歪量および合
計の厚みをそれぞれΔｂおよびｄbとすると、0.15nm≧
Δada-Δbdb≧-0.15nmであることが好ましい。なお、分
布反射膜、クラッド層および光閉じ込め層は、格子整合
する組成とすることが望ましい。
【００２６】次に、上記のように作製される半導体レー
ザ素子21と面発光型半導体素子39を用いた、本発明の第
１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。本実施の形態による半導体レーザ装置は、図３ａに
示すように、半導体レーザ素子21を励起光源に備え、上
記面発光型半導体素子39の10ペアのＳｉＯ２（厚さはλ
/4ｎSiO2）/ＺｒＯ２（厚さはλ/4ｎZrO2）分布反射膜3
7側を取り付けられた穴あきヒートシンク42と、集光レ
ンズ41と、外部ミラー44とを備えている。外部ミラー44
の凹面と面発光型半導体素子39の10ペアのＳｉＯ2／Ｚ
ｒＯ2分布反射膜37とにより共振器（共振器長Ｌ）が構
成されている。共振器内には偏光素子43が挿入されてい
る。
ザ素子21と面発光型半導体素子39を用いた、本発明の第
１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。本実施の形態による半導体レーザ装置は、図３ａに
示すように、半導体レーザ素子21を励起光源に備え、上
記面発光型半導体素子39の10ペアのＳｉＯ２（厚さはλ
/4ｎSiO2）/ＺｒＯ２（厚さはλ/4ｎZrO2）分布反射膜3
7側を取り付けられた穴あきヒートシンク42と、集光レ
ンズ41と、外部ミラー44とを備えている。外部ミラー44
の凹面と面発光型半導体素子39の10ペアのＳｉＯ2／Ｚ
ｒＯ2分布反射膜37とにより共振器（共振器長Ｌ）が構
成されている。共振器内には偏光素子43が挿入されてい
る。
【００２７】半導体レーザ素子21からの波長７８０〜１
１００ｎｍ帯の励起光45は、集光レンズ41により面発光
型半導体素子39に集光され、面発光型半導体素子39のク
ラッド層32、下部光導波層、多重量子井戸活性層34およ
び上部光導波層35により効率よく吸収されてレーザ発振
する（図中46）。この半導体レーザ装置から発せられる
波長λに関しては、面発光型半導体素子39のＩｎ1-x1Ｇ
ａx1Ｓｂ1-y1Ａｓy1多重量子井戸活性層より、２０００
＜λ＜４０００（ｎｍ）の範囲までの制御が可能であ
る。
１００ｎｍ帯の励起光45は、集光レンズ41により面発光
型半導体素子39に集光され、面発光型半導体素子39のク
ラッド層32、下部光導波層、多重量子井戸活性層34およ
び上部光導波層35により効率よく吸収されてレーザ発振
する（図中46）。この半導体レーザ装置から発せられる
波長λに関しては、面発光型半導体素子39のＩｎ1-x1Ｇ
ａx1Ｓｂ1-y1Ａｓy1多重量子井戸活性層より、２０００
＜λ＜４０００（ｎｍ）の範囲までの制御が可能であ
る。
【００２８】ＩｎＡｓ基板は熱伝導係数も大きい事から
図３ａに示す様なヒートシンクを構成すれば、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。
図３ａに示す様なヒートシンクを構成すれば、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。
【００２９】また、半導体レーザ素子21からの励起光の
入射角度は、面発光型半導体素子39に対して図３ｂに示
すように角度を付けて入射させてもよい。
入射角度は、面発光型半導体素子39に対して図３ｂに示
すように角度を付けて入射させてもよい。
【００３０】更に、単一縦モードを得る為に、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を複数枚）を挿入しても良い。
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を複数枚）を挿入しても良い。
【００３１】また、図３の励起用半導体レーザーを直接
変調する事によって、高速で変調が可能となる。これ
は、従来の固体レーザーにおいては、実現出来なかった
特性である。
変調する事によって、高速で変調が可能となる。これ
は、従来の固体レーザーにおいては、実現出来なかった
特性である。
【００３２】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に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出来るので、励起光の高出力化
（例えば１Ｗ〜１０Ｗ）が可能である。従って、得られ
る発振光出力も数１００ｍＷ〜数Ｗの出力が可能とな
る。
の半導体レーザ素子に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出来るので、励起光の高出力化
（例えば１Ｗ〜１０Ｗ）が可能である。従って、得られ
る発振光出力も数１００ｍＷ〜数Ｗの出力が可能とな
る。
【００３３】また、本発明の半導体レーザ装置は、光励
起である為に、通常の電流注入の半導体レーザ素子とは
異なり、電流注入による発熱を低減できるという利点が
ある。
起である為に、通常の電流注入の半導体レーザ素子とは
異なり、電流注入による発熱を低減できるという利点が
ある。
【００３４】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。その半導体レーザ装置
を構成する面発光型半導体素子を図４に示し、半導体レ
ーザ装置の概略構成図を図５に示す。まず、面発光型半
導体素子について説明する。なお、λは光励起により発
振する波長であり、 ｎGaAlSbAs、ｎGaSbAs、ｎZrO2は
それぞれＧａＡｌＳｂＡｓ、ＧａＳｂＡｓ、ＺｒＯ２の
発振波長での屈折率である。図４に示すように、有機金
属気相成長法によりＩｎＡｓ基板51上に40ペアのＧａＳ
ｂ0.92Ａｓ0.08（厚さ：λ/4ｎGaSbAs）/Ｇａ1-x5Ａｌ
x5Ｓｂ1-y5Ａｓy 5（x4≦x5＜1、y5＝0.08±0.01＋0.08y
5、厚さ：λ/4ｎAlGaSbAs）分布反射膜52、Ｇａ1-x4Ａ
ｌx4Ｓｂ1-y4Ａｓy4クラッド層53（0＜x4＜1、y4＝0.08
±0.01＋0.08x4）、Ｇａ1-x3Ａｌx3Ｓｂ1-y3Ａｓy3下部
光閉じ込め層(0≦x3＜ｘ4、y3＝0.08±0.01＋0.08y3)5
4、Ｇａ1-x2Ａｌx2Ｓｂ1-y2Ａｓy2(0≦x2≦ｘ4、0.2≦
y2≦0.5)/Ｉｎ1-x1Ｇａx1Ｓｂ1-y1Ａｓy1多重量子井戸
活性層（0≦x1≦0.6、0≦y1≦1）55、Ｇａ1-x3Ａｌx3Ｓ
ｂ1-y3Ａｓy3上部光閉じ込め層56、Ｇａ1-x4Ａｌx4Ｓｂ
1-y4Ａｓy4クラッド層57を積層する。電子ビーム蒸着法
等により、ＺｒＯ2（厚さ：λ/4ｎZrO2）無反射コート
膜58を積層する。その後に基板の研磨を行いへき開によ
りチップ化して面発光型半導体素子59を完成させる。
体レーザ装置について説明する。その半導体レーザ装置
を構成する面発光型半導体素子を図４に示し、半導体レ
ーザ装置の概略構成図を図５に示す。まず、面発光型半
導体素子について説明する。なお、λは光励起により発
振する波長であり、 ｎGaAlSbAs、ｎGaSbAs、ｎZrO2は
それぞれＧａＡｌＳｂＡｓ、ＧａＳｂＡｓ、ＺｒＯ２の
発振波長での屈折率である。図４に示すように、有機金
属気相成長法によりＩｎＡｓ基板51上に40ペアのＧａＳ
ｂ0.92Ａｓ0.08（厚さ：λ/4ｎGaSbAs）/Ｇａ1-x5Ａｌ
x5Ｓｂ1-y5Ａｓy 5（x4≦x5＜1、y5＝0.08±0.01＋0.08y
5、厚さ：λ/4ｎAlGaSbAs）分布反射膜52、Ｇａ1-x4Ａ
ｌx4Ｓｂ1-y4Ａｓy4クラッド層53（0＜x4＜1、y4＝0.08
±0.01＋0.08x4）、Ｇａ1-x3Ａｌx3Ｓｂ1-y3Ａｓy3下部
光閉じ込め層(0≦x3＜ｘ4、y3＝0.08±0.01＋0.08y3)5
4、Ｇａ1-x2Ａｌx2Ｓｂ1-y2Ａｓy2(0≦x2≦ｘ4、0.2≦
y2≦0.5)/Ｉｎ1-x1Ｇａx1Ｓｂ1-y1Ａｓy1多重量子井戸
活性層（0≦x1≦0.6、0≦y1≦1）55、Ｇａ1-x3Ａｌx3Ｓ
ｂ1-y3Ａｓy3上部光閉じ込め層56、Ｇａ1-x4Ａｌx4Ｓｂ
1-y4Ａｓy4クラッド層57を積層する。電子ビーム蒸着法
等により、ＺｒＯ2（厚さ：λ/4ｎZrO2）無反射コート
膜58を積層する。その後に基板の研磨を行いへき開によ
りチップ化して面発光型半導体素子59を完成させる。
【００３５】上記面発光型半導体素子59の多重量子井戸
活性層においても、障壁層であるＧａ1-x2Ａｌx2Ｓｂ
1-y2Ａｓy2は、ＩｎＡｓ基板51に格子整合するか、ある
いは引っ張り歪みを有する組成とすることが望ましく、
井戸層であるＩｎ1-x1Ｇａx1Ｓｂ1-y1Ａｓy1は、ＩｎＡ
ｓ基板51に格子整合するか圧縮歪みを有する組成とする
ことが望ましい。
活性層においても、障壁層であるＧａ1-x2Ａｌx2Ｓｂ
1-y2Ａｓy2は、ＩｎＡｓ基板51に格子整合するか、ある
いは引っ張り歪みを有する組成とすることが望ましく、
井戸層であるＩｎ1-x1Ｇａx1Ｓｂ1-y1Ａｓy1は、ＩｎＡ
ｓ基板51に格子整合するか圧縮歪みを有する組成とする
ことが望ましい。
【００３６】次に、上記面発光型半導体素子59を用いた
本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５に示すように、励起光源には、上記第１の実施
の形態と同様に、半導体レーザ素子21を用い、上記面発
光型半導体素子59のＩｎＡｓ基板51側を取り付けられた
ヒートシンク62と、集光レンズ61と、外部ミラー64を備
えている。外部ミラー64の凹面と面発光型半導体素子59
の40ペアのＧａＳｂ0.92Ａｓ0.08（厚さ：λ/4
ｎGaSbAs）/Ｇａ1-x5Ａｌx5Ｓｂ1-y5Ａｓy5（x4≦x5＜
1、y5＝0.08±0.01＋0.08y5、厚さ：λ/4ｎAlGaSbAs）
分布反射膜52とにより共振器（共振器長Ｌ）が構成され
ている。共振器内にブリュースター板63が挿入されてお
り、偏光が制御されている。
本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５に示すように、励起光源には、上記第１の実施
の形態と同様に、半導体レーザ素子21を用い、上記面発
光型半導体素子59のＩｎＡｓ基板51側を取り付けられた
ヒートシンク62と、集光レンズ61と、外部ミラー64を備
えている。外部ミラー64の凹面と面発光型半導体素子59
の40ペアのＧａＳｂ0.92Ａｓ0.08（厚さ：λ/4
ｎGaSbAs）/Ｇａ1-x5Ａｌx5Ｓｂ1-y5Ａｓy5（x4≦x5＜
1、y5＝0.08±0.01＋0.08y5、厚さ：λ/4ｎAlGaSbAs）
分布反射膜52とにより共振器（共振器長Ｌ）が構成され
ている。共振器内にブリュースター板63が挿入されてお
り、偏光が制御されている。
【００３７】半導体レーザ素子21からの７８０〜１１０
０ｎｍの励起光65は、サイドから励起される構成となっ
ている。励起光65は集光レンズ61により面発光型半導体
素子59に集光され、面発光型半導体素子59のクラッド層
57、上部光導波層56、多重量子井戸活性層55、下部光導
波層54およびクラッド層53により効率よく吸収されてレ
ーザ発振する（図中66）。この半導体レーザ装置から発
せられるレーザ光の波長帯に関しては、面発光型半導体
素子59のＩｎ1-x1Ｇａx1Ｓｂ1-y1Ａｓy1量子井戸活性層
（0≦ｘ3≦0.6、0≦y1≦1）により、2000＜λ＜40000
（ｎｍ）の範囲で制御が可能である。
０ｎｍの励起光65は、サイドから励起される構成となっ
ている。励起光65は集光レンズ61により面発光型半導体
素子59に集光され、面発光型半導体素子59のクラッド層
57、上部光導波層56、多重量子井戸活性層55、下部光導
波層54およびクラッド層53により効率よく吸収されてレ
ーザ発振する（図中66）。この半導体レーザ装置から発
せられるレーザ光の波長帯に関しては、面発光型半導体
素子59のＩｎ1-x1Ｇａx1Ｓｂ1-y1Ａｓy1量子井戸活性層
（0≦ｘ3≦0.6、0≦y1≦1）により、2000＜λ＜40000
（ｎｍ）の範囲で制御が可能である。
【００３８】本実施の形態の半導体レーザ装置では、Ｉ
ｎＡｓ基板は熱伝導係数が大きいので、ヒートシンク側
に取り付けることにより、容易に放熱が可能であり、ま
た、熱レンズ等によるビーム変形も非常に小さいことか
ら、高出力化が可能である。また、第１の実施の形態と
同様、励起用半導体レーザ素子を直接変調することによ
って、高速で変調が可能となる。
ｎＡｓ基板は熱伝導係数が大きいので、ヒートシンク側
に取り付けることにより、容易に放熱が可能であり、ま
た、熱レンズ等によるビーム変形も非常に小さいことか
ら、高出力化が可能である。また、第１の実施の形態と
同様、励起用半導体レーザ素子を直接変調することによ
って、高速で変調が可能となる。
【００３９】本発明の半導体レーザ素子は、高速な情報
・画像処理及び通信、計測、医療、印刷の分野での光源
として応用可能である。
・画像処理及び通信、計測、医療、印刷の分野での光源
として応用可能である。
【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
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
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
装置を示す概略構成図
装置を示す概略構成図
【図４】本発明の第２の実施の形態による半導体レーザ
装置を構成する面発光型半導体素子を示す断面図
装置を構成する面発光型半導体素子を示す断面図
【図５】本発明の第２の実施の形態による半導体レーザ
装置を示す概略構成図
装置を示す概略構成図
21 半導体レーザ素子 31 ＩｎＡｓ基板 37 ＳｉＯ２/ＺｒＯ２分布反射膜 39 面発光型半導体素子 42 ヒートシンク 43 偏光素子 44 外部ミラー
Claims (6)
- 【請求項１】 ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓまたはＩｎＧａ
ＡｓＰを活性層とし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る、ＩｎＧａＳｂＡｓ系の半
導体を活性層とした面発光型半導体素子とを備えたこと
特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項２】 前記面発光型半導体素子における前記活
性層の積層方向の少なくとも片側に形成された分布反射
ミラーと、 該分布反射ミラーと共振器を構成する、前記面発光型半
導体素子の外部に配置された少なくとも一つの外部ミラ
ーとを備え、 該外部ミラーからレーザ光が出力されることを特徴とす
る請求項１記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項３】 前記面発光型半導体素子の前記ＩｎＧａ
ＳｂＡｓ系の半導体からなる活性層に、引張り歪を有す
るＡｌＧａＡｓＳｂ系の半導体からなる障壁層が隣接し
て配置されていることを特徴とする請求項１または２記
載の半導体レーザ装置。 - 【請求項４】 前記半導体レーザ素子の活性層が、一つ
以上の量子井戸からなることを特徴とする請求項１から
３いずれか１項記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項５】 前記面発光型半導体素子の活性層が、一
つ以上の量子井戸からなることを特徴とする請求項１か
ら４いずれか１項記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項６】 前記半導体レーザ素子の発振領域幅が５
μｍ以上であることを特徴とする請求項１から５いずれ
か１項記載の半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000042333A JP2001230492A (ja) | 2000-02-21 | 2000-02-21 | 半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000042333A JP2001230492A (ja) | 2000-02-21 | 2000-02-21 | 半導体発光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001230492A true JP2001230492A (ja) | 2001-08-24 |
Family
ID=18565419
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000042333A Withdrawn JP2001230492A (ja) | 2000-02-21 | 2000-02-21 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001230492A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006313900A (ja) * | 2005-05-07 | 2006-11-16 | Samsung Electronics Co Ltd | 外部共振器型の面発光レーザ |
| JP2008508698A (ja) * | 2004-07-30 | 2008-03-21 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 半導体レーザモジュール、半導体レーザモジュールのための光学装置および光学装置の製造方法 |
| JP2009194388A (ja) * | 2008-02-14 | 2009-08-27 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | 半導体レーザの製造方法および半導体レーザ |
| KR101334175B1 (ko) * | 2007-01-15 | 2013-11-28 | 삼성전자주식회사 | 렌즈 덕트를 구비하는 외부 공진기형 면발광 레이저 |
-
2000
- 2000-02-21 JP JP2000042333A patent/JP2001230492A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008508698A (ja) * | 2004-07-30 | 2008-03-21 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 半導体レーザモジュール、半導体レーザモジュールのための光学装置および光学装置の製造方法 |
| JP2006313900A (ja) * | 2005-05-07 | 2006-11-16 | Samsung Electronics Co Ltd | 外部共振器型の面発光レーザ |
| KR101334175B1 (ko) * | 2007-01-15 | 2013-11-28 | 삼성전자주식회사 | 렌즈 덕트를 구비하는 외부 공진기형 면발광 레이저 |
| JP2009194388A (ja) * | 2008-02-14 | 2009-08-27 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | 半導体レーザの製造方法および半導体レーザ |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070501 |