JP2006278416A - 半導体レーザ素子およびそれを含む応用システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 p型クラッド層とn型クラッド層と活性層とを含み、p型クラッド層はp型不純物としてMgを含み、p型クラッド層の平均屈折率npとn型クラッド層の平均屈折率nnとの間にnp<nnなる関係がある半導体レーザ素子である。また、共振器長方向において、第1領域と、第1領域とはp型クラッド層の平均屈折率が異なる第2領域とを含み、第1領域におけるp型クラッド層の平均屈折率は第1領域におけるn型クラッド層の平均屈折率よりも小さく、第2領域は前端面を有し、第2領域におけるp型クラッド層の前端面の平均屈折率は第2領域におけるn型クラッド層の平均屈折率と同一である半導体レーザ素子である。
【選択図】 図1
Description
S.Goto et al, ゛Super high-power AlGaInN-based laser diodes with a single broad-area stripe emitter fabricated on a GaN substrate", phys. stat. sol. (a)200, No.1(2003), p.122-125 M.TAKEYA et al, ゛High-power AlGaInN lasers", phys. stat. sol. (a)192, No.2(2002), p.269-276
図1に、本発明の実施例1の半導体レーザ素子の好ましい一例の模式的な斜視図を示す。この実施例1の半導体レーザ素子100は1次以上の高次の水平横モードのレーザ光を出射するブロードエリア型の半導体レーザ素子であって、p型クラッド層とn型クラッド層のAl混晶比の組み合わせに特徴がある。
比較のため、図1に示す実施例1の半導体レーザ素子100において、層厚3μmのn型Al0.045Ga0.955N下クラッド層103に代えて層厚3μmのn型Al0.055Ga0.945N下クラッド層を用い、ノンドープGaNガイド層104の層厚を0.05μmから0.06μmに変更し、ノンドープGaNガイド層106の層厚を0.1μmから0.07μmに変更し、さらに層厚1.0μmのp型Al0.07Ga0.93N上クラッド層108に代えて層厚1.0μmのp型Al0.055Ga0.945N上クラッド層を用いたこと以外は実施例1の半導体レーザ素子と同一の構成の比較例1の半導体レーザ素子を作製した。
以下、実施例1の半導体レーザ素子と比較例1の半導体レーザ素子とを参照しながら本発明の作用効果について述べる。
図3に、本発明の実施例2の半導体レーザ素子の好ましい一例の模式的な斜視図を示す。この実施例2の半導体レーザ素子300は1次以上の高次の水平横モードのレーザ光を出射するブロードエリア型の半導体レーザ素子であって、p型クラッド層とn型クラッド層のAl混晶比の組み合わせに特徴がある。
図4に、本発明の実施例3の半導体レーザ素子の好ましい一例の模式的な斜視図を示す。この実施例3の半導体レーザ素子400は1次以上の高次の水平横モードのレーザ光を出射するブロードエリア型の半導体レーザ素子であって、p型クラッド層とn型クラッド層のAl混晶比の組み合わせに加えて、半導体レーザ素子の前端面部のp型クラッド層とn型クラッド層のAl混晶比の組み合わせを中央部と異ならせている点に特徴がある。
上記の実施例1および実施例2の半導体レーザ素子においてはp型クラッド層の平均屈折率npとn型クラッド層の平均屈折率nnとの間にnp<nnなる関係が設けられており、上記の実施例3の半導体レーザ素子においては第1領域におけるp型クラッド層の平均屈折率np1とn型クラッド層の平均屈折率nn1との間にnp1<nn1なる関係が設けられているため、本発明の半導体レーザ素子においては、垂直方向の光分布がn型クラッド層側に片寄ることになる。このとき、p型クラッド層の平均屈折率とn型クラッド層の平均屈折率とが実質的に同一である通常の半導体レーザ素子のように活性層の多重量子井戸構造中の井戸層をこれらのクラッド層間に均等に配置した場合には、各井戸層間での光分布に片寄りが生じ、各井戸層間で均一な利得が得られず、内部量子効率が低下する要因となることがある。そのため、各井戸層間での光分布が均一になるように各井戸の配置を調節することが好ましい。本発明者が鋭意検討した結果、活性層の多重量子井戸構造を構成する各井戸層の以下の式(3)で表される光閉じ込め係数Γwell(i)と多重量子井戸構造を構成する全井戸層の光閉じ込め係数の平均値(算術平均)との差が、この全井戸層の光閉じ込め係数の平均値の±5%以内に収まっている場合(以下の式(4)を満たす場合)に良好なレーザ特性を得ることができる傾向にあることを見出した。
図5に、本発明の応用システムの好ましい一例である照明装置の模式的な断面図を示す。この照明装置500は、半導体レーザ素子501と、リードフレーム502、503と、リードワイヤ504と、透明アクリル樹脂505、507と、蛍光体506とを含んでいる。ここで、リードフレーム502にはカップ部が設けられており、その底面に半導体レーザ素子501が実装されている。半導体レーザ素子501は、実施例1の半導体レーザ素子と同一の構成の半導体レーザ素子である。また、リードワイヤ504は半導体レーザ素子501とリードフレーム503とを電気的に接続しており、半導体レーザ素子501は透明アクリル樹脂505、507によってモールドされている。また、透明アクリル樹脂505中には、半導体レーザ素子501から放射されたレーザ光(励起光)を吸収する赤色(Y2O2S:Eu3+)、緑色(ZnS:Cu,Al)、および青色(Sr、Ca、Ba、Mg)10(PO4)6Cl2:Eu2+の蛍光体506が分散されている。
図6に、本発明の応用システムの好ましい一例である光ファイバ型線状照明装置の模式的な断面図を示す。この光ファイバ型線状照明装置600は、コア部603とクラッド部604とからなる光ファイバ部を有しており、クラッド部604には実施例4において用いられた蛍光体と同一の蛍光体605が分散されている。
Claims (12)
- p型クラッド層と、n型クラッド層と、活性層と、を含み、1次以上の高次の水平横モードでレーザ光を出射する半導体レーザ素子であって、
前記p型クラッド層はp型不純物としてMgを含み、
前記p型クラッド層の平均屈折率npと前記n型クラッド層の平均屈折率nnとの間に、np<nnなる関係があることを特徴とする、半導体レーザ素子。 - 前記p型クラッド層および前記n型クラッド層はそれぞれAlとGaとを含む窒化物半導体からなる単層であって、
前記p型クラッド層のAl混晶比xpと前記n型クラッド層のAl混晶比xnとの間に、xp>xnなる関係があることを特徴とする、請求項1に記載の半導体レーザ素子。 - 前記p型クラッド層の平均屈折率npと前記n型クラッド層の平均屈折率nnとの間に、0.5≦100×(nn−np)/nn≦1.5なる関係があることを特徴とする、請求項1または2に記載の半導体レーザ素子。
- 前記p型クラッド層のAl混晶比xpが0.1以下であることを特徴とする、請求項2または3に記載の半導体レーザ素子。
- p型クラッド層と、n型クラッド層と、活性層と、を含み、1次以上の高次の水平横モードでレーザ光を出射する半導体レーザ素子であって、
前記p型クラッド層はp型不純物としてMgを含み、
共振器長方向において、第1領域と、前記第1領域とはp型クラッド層の平均屈折率が異なる第2領域と、を含み、
前記第1領域におけるp型クラッド層の平均屈折率は前記第1領域におけるn型クラッド層の平均屈折率よりも小さく、
前記第2領域は前端面を有し、
前記第2領域におけるp型クラッド層の前端面の平均屈折率は前記第2領域におけるn型クラッド層の平均屈折率と同一であることを特徴とする、半導体レーザ素子。 - 前記第1領域におけるp型クラッド層および前記第1領域におけるn型クラッド層はそれぞれAlとGaとを含む窒化物半導体からなる単層であって、
前記第1領域におけるp型クラッド層のAl混晶比xp1と前記第1領域におけるn型クラッド層のAl混晶比xn1との間に、xp1>xn1なる関係があることを特徴とする、請求項5に記載の半導体レーザ素子。 - 前記第1領域におけるp型クラッド層の平均屈折率np1と前記第1領域におけるn型クラッド層の平均屈折率nn1との間に、0.5≦100×(nn1−np1)/nn1≦1.5なる関係があることを特徴とする、請求項5または6に記載の半導体レーザ素子。
- 前記第1領域におけるp型クラッド層のAl混晶比xp1が0.1以下であることを特徴とする、請求項6または7に記載の半導体レーザ素子。
- 前記共振器長方向において、前記第1領域および前記第2領域とはp型クラッド層の平均屈折率が異なる第3領域を含み、
前記第3領域は後端面を有し、
前記第3領域におけるp型クラッド層の後端面の平均屈折率が前記第3領域におけるn型クラッド層の平均屈折率と同一であることを特徴とする、請求項5から8のいずれかに記載の半導体レーザ素子。 - 前記半導体レーザ素子には電流狭窄構造が形成されており、前記電流狭窄構造における電流狭窄幅は5μm以上100μm以下であることを特徴とする、請求項1から9のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
- 前記活性層が多重量子井戸構造からなり、前記多重量子井戸構造を構成する各井戸層における光閉じ込め係数と前記多重量子井戸構造を構成する全井戸層の光閉じ込め係数の平均値との差が、前記全井戸層の光閉じ込め係数の平均値の±5%以内であることを特徴とする、請求項1から10のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
- 請求項1から11のいずれかに記載の半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が照射されることによって光を放出する蛍光体と、を含むことを特徴とする、応用システム。
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