JP2008085367A - Semiconductor laser device - Google Patents

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JP2008085367A JP2007324190A JP2007324190A JP2008085367A JP 2008085367 A JP2008085367 A JP 2008085367A JP 2007324190 A JP2007324190 A JP 2007324190A JP 2007324190 A JP2007324190 A JP 2007324190A JP 2008085367 A JP2008085367 A JP 2008085367A
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Kimio Shigihara
君男 鴫原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To raise the reliability in a high-output operation by lessening the end surface deterioration in the high-output operation by lessening the vertical beam expansion and by raising the heat transfer to a heat dissipating body side. <P>SOLUTION: A semiconductor laser device comprises a heat sink 24 having a principal surface, an n-AlGaAs clad layer 30 disposed on the principal surface of the heat sink 24, an AlGaAs active layer 34 disposed on the n-AlGaAs clad layer 30, and a p-AlGaAs clad layer 38 disposed on the AlGaAs active layer 34, wherein the effective refractive index and the heat resistance between a principal surface of the heat sink 24 side of the AlGaAs active layer 34 and a principal surface of the heat sink 24 side of the n-AlGaAs clad layer 30 are made to be smaller, respectively, than the effective refractive index and the heat resistance between a principal surface of the opposite side to the heat sink 24 of the AlGaAs active layer 34 and a principal surface of the opposite side of the heat sink 24 of the p-AlGaAs clad layer 38. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、半導体レーザ装置に係り、特に放熱体を備え高出力動作を行う半導体レーザ装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor laser device, and more particularly to a semiconductor laser device that includes a heat radiator and performs a high output operation.

光情報処理用の光源や光通信の信号源、あるいはファイバアンプの励起光源としての半導体レーザ装置は高出力動作が求められてきている。また金属の溶接や切断に用いられる固体レーザ、例えばYAGレーザの励起用光源としても半導体レーザ装置は高出力動作が求められてきている。このような高出力動作においては、キンクレベルの向上やアスペクト比の低減が不可欠である。   A semiconductor laser device as a light source for optical information processing, a signal source for optical communication, or a pumping light source of a fiber amplifier is required to have a high output operation. Also, semiconductor laser devices have been required to have a high output operation as a light source for exciting solid lasers used for welding and cutting of metals, for example, YAG lasers. In such a high output operation, it is essential to improve the kink level and reduce the aspect ratio.

従来の半導体レーザ装置の公知例としては、リッジ導波路を有する半導体レーザにおいて厚さ方向の屈折率分布が活性層から見て非対称になるようにすることにより、キンク発生の原因である高次モードの発生を防止し、これにより高速動作を可能にし、また下クラッド層の屈折率を上クラッド層の屈折率を大きくして導波される光の光強度分布が活性層の上下において基板側にシフトさせ下クラッド層に多くの光が分布するようにし、結果的にアスペクト比を低減した構成が示されている(例えば、特許文献1 段落番号[0017]、および図2参照)   As a known example of a conventional semiconductor laser device, in a semiconductor laser having a ridge waveguide, the refractive index distribution in the thickness direction is made asymmetric when viewed from the active layer, thereby causing a higher-order mode that causes kinks. Therefore, high-speed operation is possible, and the refractive index of the lower cladding layer is increased to increase the refractive index of the upper cladding layer. A configuration is shown in which a large amount of light is distributed in the lower cladding layer by shifting, resulting in a reduced aspect ratio (see, for example, paragraph [0017] of Patent Document 1 and FIG. 2).

さらにまた、他の半導体レーザ装置の公知例として、放熱体側のクラッド層に高屈折率ガイド層を設けることにより光の分布を全体的に放熱体側クラッド層に引き寄せ、これにより活性層近傍の光密度を低くし、COD(光学損傷)レベルを高め、高パワー化を図った構成が開示されている(例えば、特許文献2 段落番号[0014]、および図1参照)。   Furthermore, as a well-known example of another semiconductor laser device, by providing a high refractive index guide layer in the radiator-side cladding layer, the light distribution is entirely drawn to the radiator-side cladding layer, so that the light density near the active layer is increased. A configuration is disclosed in which the power is reduced, the COD (optical damage) level is increased, and the power is increased (see, for example, paragraph [0014] of Patent Document 2 and FIG. 1).

さらにまた、他の半導体レーザ装置の公知例として、短波長発振を行うAlGaInP等の4元系半導体レーザの活性層に接して設けられるクラッドの少なくとも一方が3元系混晶例えばAlInPおよびGaInPの各薄膜半導体の周期的積層による超格子構造の4元系クラッド層により構成され、これにより混晶の次元を低めることにより混晶中のディスオーダリングによる散乱を減少し、熱伝導率を高めた構成が開示されている(例えば、特許文献3 段落番号[0011]〜[0013]、および図1参照)。   Furthermore, as a known example of another semiconductor laser device, at least one of clads provided in contact with an active layer of a quaternary semiconductor laser such as AlGaInP that performs short-wavelength oscillation is a ternary mixed crystal such as AlInP and GaInP. Consists of a quaternary cladding layer with a superlattice structure formed by periodic stacking of thin-film semiconductors. This reduces the size of the mixed crystal, thereby reducing scattering due to disordering in the mixed crystal and increasing the thermal conductivity. (See, for example, Patent Document 3, paragraph numbers [0011] to [0013] and FIG. 1).

特開平11−233883号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-233883 特開平7−38193号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-38193 特開平7−170017号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-170017

しかしながら、高出力動作を伴う半導体レーザ装置においては、レーザチップに発生する熱を如何に効果的に放熱体に伝導させるかが重要な課題になってくるため、単にキンクレベルの向上やアスペクト比の低減のみならず、発生熱を放熱体に伝導させるための半導体レーザを構成する材料の熱伝導率分布が重要な課題になる。
一方、半導体レーザに使用される化合物半導体においてはその組成は屈折率と密接に関連するとともに、熱伝導率とも密接に関連している。
例えばM. A. Afromowitz, “Thermal conductivity of Ga1-xAlxAs alloys”, J. Appl. Phys., Vol. 44, N0. 3, March 1973, pp. 1292-1294 によれば、AlGaAsの場合においてはAl組成比が0.5に近づくにつれて熱伝導率が低下する。このため放熱体側に配設されたクラッド層と放熱体側でない側に配設されたクラッド層の屈折率の取り方によれば放熱体に熱を移動させるためには不利な構成になる場合があった。
However, in semiconductor laser devices with high output operation, how to effectively conduct heat generated in the laser chip to the radiator becomes an important issue. In addition to the reduction, the thermal conductivity distribution of the material constituting the semiconductor laser for conducting the generated heat to the heat radiator becomes an important issue.
On the other hand, in a compound semiconductor used for a semiconductor laser, the composition is closely related to the refractive index and also closely related to the thermal conductivity.
For example, according to MA Afromowitz, “Thermal conductivity of Ga 1-x Al x As alloys”, J. Appl. Phys., Vol. 44, N0. 3, March 1973, pp. 1292-1294, in the case of AlGaAs As the Al composition ratio approaches 0.5, the thermal conductivity decreases. For this reason, depending on the refractive index of the cladding layer disposed on the radiator side and the cladding layer disposed on the non-radiator side, there may be a disadvantageous configuration for transferring heat to the radiator. It was.

この発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、第1の目的は垂直ビーム拡がり角を小さくして高出力動作時の端面劣化を少なくしつつ、放熱体側への熱伝導を良くすることにより高出力動作時における信頼性の高い半導体レーザ装置を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. The first object is to reduce the vertical beam divergence angle to reduce end face deterioration during high output operation and to improve the heat conduction to the radiator side. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a highly reliable semiconductor laser device during high output operation.

この発明に係る半導体レーザ装置は、一主面を有する放熱体と、 この放熱体の主面上に配設され、この放熱体の主面に対向する第1の主面およびこの第1の主面と互いに対向する第2の主面を有する第1導電型の第1の半導体層と、この第1の半導体層の第2の主面上に配設され、第1の半導体層の第2の主面に対向する第1の主面およびこの第1の主面と互いに対向する第2の主面を有する活性層と、この活性層の第2の主面上に配設され、活性層の第2の主面に対向する第1の主面およびこの第1の主面と互いに対向する第2の主面を有する第2導電型の第2の半導体層とを備えるとともに、第1の半導体層及び第2の半導体層が屈折率の減少に伴って熱伝導率が増加する材料により構成され、第1の半導体層の屈折率が第2の半導体層の屈折率より小さく設定され、活性層の第1の主面と第1の半導体層の第1の主面との間の実効屈折率が活性層の第2の主面と第2の半導体層の第2の主面との間の実効屈折率より低く、かつ活性層の第1の主面と第1の半導体層の第1の主面との間の熱抵抗が活性層の第2の主面と第2の半導体層の第2の主面との間の熱抵抗より小さくしたものである。   A semiconductor laser device according to the present invention includes a heat dissipating member having one main surface, a first main surface disposed on the main surface of the heat dissipating member and facing the main surface of the heat dissipating member, and the first main surface. A first conductive type first semiconductor layer having a second main surface opposite to the surface, and a second main surface of the first semiconductor layer disposed on the second main surface of the first semiconductor layer. An active layer having a first main surface opposite to the main surface of the active layer and a second main surface opposite to the first main surface; and an active layer disposed on the second main surface of the active layer. A first main surface opposite to the second main surface and a second conductive type second semiconductor layer having a second main surface opposite to the first main surface and the first main surface. The semiconductor layer and the second semiconductor layer are made of a material whose thermal conductivity increases as the refractive index decreases, and the refractive index of the first semiconductor layer is the second semiconductor layer. The effective refractive index between the first main surface of the active layer and the first main surface of the first semiconductor layer is set to be smaller than the refractive index of the active layer. The second main surface of the active layer and the second semiconductor layer And the thermal resistance between the first main surface of the active layer and the first main surface of the first semiconductor layer is lower than the effective refractive index between the second main surface and the second main surface of the active layer. This is smaller than the thermal resistance between the main surface and the second main surface of the second semiconductor layer.

この発明に係る半導体レーザ装置においては、活性層に対して放熱体側にある第1の半導体層の実効屈折率を活性層に対して放熱体側でない第2の半導体層の実効屈折率より低くすることにより光強度分布を活性層に対して放熱体側でない側に拡大させアスペクト比を小さくし、垂直ビーム拡がり角を小さくして良好な高出力動作を確保するとともに、活性層に対して放熱体側に配設された第1の半導体層の熱抵抗を活性層に対して放熱体側でない側に配設された第2の半導体層の熱抵抗より小さくすることにより、放熱体側への良好な熱伝導を可能とする。
さらに第1の半導体層及び第2の半導体層が屈折率の減少に伴って熱伝導率が増加する材料により構成され、第1の半導体層の屈折率が第2の半導体層の屈折率より小さく設定されたのでより一層上述の効果の達成に寄与する。
In the semiconductor laser device according to the present invention, the effective refractive index of the first semiconductor layer on the radiator side with respect to the active layer is made lower than the effective refractive index of the second semiconductor layer that is not on the radiator side with respect to the active layer. This increases the light intensity distribution to the side of the active layer that is not on the radiator side, reduces the aspect ratio, reduces the vertical beam divergence angle to ensure good high-power operation, and distributes the active layer to the radiator side. By making the thermal resistance of the provided first semiconductor layer smaller than the thermal resistance of the second semiconductor layer disposed on the non-radiator side with respect to the active layer, good heat conduction to the radiator side is possible. And
Furthermore, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are made of a material whose thermal conductivity increases as the refractive index decreases, and the refractive index of the first semiconductor layer is smaller than the refractive index of the second semiconductor layer. Since it is set, it contributes to the achievement of the above effect.

実施の形態1.
図1はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の模式図である。図2はこの発明に係る半導体レーザ装置の半導体層の屈折率分布を示す模式図である。
この実施の形態1では、実施の形態2以下の実施の形態をも含む基本的は構成を述べる。
図1において、半導体レーザ装置10は、放熱体としてのヒートシンク12とこのヒートシンク12の上に配設された半導体レーザ素子13とから構成されている。半導体レーザ素子13は、活性層14を挟んで半導体層16と半導体層18とが積層されている。活性層14に対してヒートシンク12と反対側には半導体層16が、また活性層14に対してヒートシンク12側に半導体層18がそれぞれ配設されている。
半導体層16は、活性層14に隣接する第1番目の層からヒートシンク12に最も遠い第n番目の層で構成され、第1番目の層の層厚はta1、熱伝導率はλa1、屈折率はna1、・・・・、第n−1番目の層の層厚はtan-1、熱伝導率はλan-1、屈折率はnan-1、第n番目の層の層厚はtan、熱伝導率はλan、屈折率はnanである。
また半導体層18は、活性層14に隣接する第1番目の層からヒートシンク12に最も近い第m番目の層で構成され、第1番目の層の層厚はtb1、熱伝導率はλb1、屈折率はnb1、・・・・、第m−1番目の層の層厚はtbm-1、熱伝導率はλbm-1、屈折率はnbm-1、第m番目の層の層厚はtbm、熱伝導率はλbm、屈折率はnbmである。
なお、各層において放熱体側の主面が第1の主面で、この第1の主面と互いに対向する主面、即ち放熱体側でない方の主面を第2の主面とする。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a schematic diagram of a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram showing the refractive index distribution of the semiconductor layer of the semiconductor laser device according to the present invention.
In the first embodiment, a basic configuration including the second and subsequent embodiments will be described.
In FIG. 1, a semiconductor laser device 10 is composed of a heat sink 12 as a radiator and a semiconductor laser element 13 disposed on the heat sink 12. In the semiconductor laser element 13, a semiconductor layer 16 and a semiconductor layer 18 are stacked with an active layer 14 interposed therebetween. A semiconductor layer 16 is disposed on the opposite side of the active layer 14 from the heat sink 12, and a semiconductor layer 18 is disposed on the heat sink 12 side of the active layer 14.
The semiconductor layer 16 is composed of an n-th layer farthest from the first layer adjacent to the active layer 14 to the heat sink 12, and the thickness of the first layer is ta1, the thermal conductivity is λa1, and the refractive index. , N1, the layer thickness of the (n-1) th layer is tan-1, the thermal conductivity is λan-1, the refractive index is nan-1, the layer thickness of the nth layer is tan, The conductivity is λan and the refractive index is nan.
The semiconductor layer 18 is composed of the m-th layer closest to the heat sink 12 from the first layer adjacent to the active layer 14, and the thickness of the first layer is tb1, the thermal conductivity is λb1, and the refractive index The rate is nb1,..., The layer thickness of the (m-1) th layer is tbm-1, the thermal conductivity is λbm-1, the refractive index is nbm-1, the layer thickness of the mth layer is tbm, The thermal conductivity is λbm and the refractive index is nbm.
In each layer, the main surface on the radiator side is the first main surface, and the main surface opposite to the first main surface, that is, the main surface that is not on the radiator side is the second main surface.

半導体層16のうち第n番目の層は例えば、第2の半導体としてのp−クラッド層で、半導体層18のうち第m番目の層は、例えば第1の半導体層としてのn−クラッド層である。
この実施の形態1における半導体層16と半導体層18との構成は、次の2つの条件(1)及び(2)が満足されるように構成されている。すなわち
(1)半導体層18の熱伝導が半導体層16の熱伝導よりも良い。
(2)半導体層18の実効屈折率(effective refractive index)が半導体層16の実効屈折率よりも低い。
すなわち、条件(1)は、熱抵抗が各層の層厚に比例し熱伝導率に反比例するとしたとき式(1)で示される。すなわち、
ta1/λa1+ta2/λa2+・・・+tan-1/λan-1+tan/λan > tb1/λb1+tb2/λb2+・・・+tbm-1/λbm-1+tbm/λbm・・・・・・(1)
また、条件(2)は、次のようにして規定する。
いま、各層の中で最も低い屈折率をnminとし、各層の屈折率分布n(x)を図2に示される屈折率分布で定義する。
ここで、tは各層の層厚の1/2とする。例えば、半導体層18の第1番目の層においてはt=tb1/2、n(x)=nb1となる。
The nth layer of the semiconductor layer 16 is, for example, a p-cladding layer as a second semiconductor, and the mth layer of the semiconductor layer 18 is, for example, an n-cladding layer as a first semiconductor layer. is there.
The configuration of the semiconductor layer 16 and the semiconductor layer 18 in the first embodiment is configured so that the following two conditions (1) and (2) are satisfied. That is, (1) the heat conduction of the semiconductor layer 18 is better than the heat conduction of the semiconductor layer 16.
(2) The effective refractive index of the semiconductor layer 18 is lower than the effective refractive index of the semiconductor layer 16.
That is, the condition (1) is expressed by the equation (1) when the thermal resistance is proportional to the thickness of each layer and inversely proportional to the thermal conductivity. That is,
ta1 / λa1 + ta2 / λa2 + ... + tan-1 / λan-1 + tan / λan> tb1 / λb1 + tb2 / λb2 + ... + tbm-1 / λbm-1 + tbm / λbm (1)
Condition (2) is defined as follows.
Now, the lowest refractive index in each layer is defined as nmin, and the refractive index distribution n (x) of each layer is defined by the refractive index distribution shown in FIG.
Here, t is ½ of the thickness of each layer. For example, in the first layer of the semiconductor layer 18, t = tb1 / 2 and n (x) = nb1.

そして、実効屈折率が正規化周波数Vで近似できるとする。正規化周波数Vは式(2)のように近似できる。すなわち、
V=(2π/λ)[n(x)−nmin1/2
≒(2π/λ)[2nmin×Δn]1/2t・・・・・・・(2)
ここでΔn=n(x)−nminであり、λは発振波長である。
従って各層の実効屈折率は[Δn]1/2tによって特徴付けられる。この結果、条件(2)は式(3)により示される。
[Δna1]1/2ta1+[Δna2]1/2ta2+・・・+[Δnan-1]1/2tan-1+[Δnan]1/2tan >[Δnb1]1/2tb1+[Δnb2]1/2tb2+・・・+[Δnbm-1]1/2tbm-1+[Δnbm]1/2tbm・・・・・・・・・・・・・・・・・(3)
以上のようにこの発明の実施の形態1に係る半導体レーザ装置においては、活性層に対して放熱体側に配設された半導体層の実効屈折率、すなわち活性層の第1の主面と半導体層18のうち第m番目の層の第1の主面との間の実効屈折率が活性層に対して放熱体と反対側に配設された半導体層の実効屈折率、即ち活性層の第2の主面と半導体層16のうち第n番目の層の第2の主面との間の実効屈折率より低く構成されるので、半導体レーザの光強度分布が活性層に対して放熱体と反対側に配設された半導体層に拡大する。つまり、ビームが拡大することにより光密度が低減し、高出力時の端面劣化が発生しにくくなり、高出力動作が可能となるとともに、垂直ビーム拡がり角が小さくなるのでアスペクト比が小さくなる。
さらに活性層に対して放熱体側に配設された半導体層の熱抵抗、すなわち活性層の第1の主面と半導体層18のうち第m番目の層の第1の主面との間の熱抵抗が、活性層に対して放熱体と反対側に配設された半導体層の熱抵抗、すなわち活性層の第2の主面と半導体層16のうち第n番目の層の第2の主面との間の熱抵抗よりも小さくなり、活性層近傍に発生した半導体レーザの発生熱を放熱体に伝導しやすくなる。
従って高出力動作が可能でしかも高出力動作に伴う発生熱を放熱体に伝導しやすい半導体レーザ装置を構成することができる。延いては高出力動作の信頼性の高い半導体レーザを提供することができる。
なお、実施の形態2以下においては、この実施の形態1の基本的な考え方に基づき、より具体的に構成した実施の形態である。
It is assumed that the effective refractive index can be approximated by the normalized frequency V. The normalized frequency V can be approximated as in equation (2). That is,
V = (2π / λ) [n (x) 2 −nmin 2 ] 1/2 t
≒ (2π / λ) [2 nmin x Δn] 1/2 t (2)
Here, Δn = n (x) −nmin, and λ is an oscillation wavelength.
Thus, the effective refractive index of each layer is characterized by [Δn] 1/2 t. As a result, condition (2) is expressed by equation (3).
[Δna1] 1/2 ta1 + [Δna2 ] 1/2 ta2 + ··· + [Δnan-1] 1/2 tan-1 + [Δnan] 1/2 tan> [Δnb1] 1/2 tb1 + [Δnb2] 1/2 tb2 + ... + [Δnbm-1] 1/2 tbm-1 + [Δnbm] 1/2 tbm (3)
As described above, in the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention, the effective refractive index of the semiconductor layer disposed on the radiator side with respect to the active layer, that is, the first main surface of the active layer and the semiconductor layer 18, the effective refractive index between the first main surface of the m-th layer and the active layer is the effective refractive index of the semiconductor layer disposed on the side opposite to the radiator, that is, the second of the active layer. Since the effective refractive index is lower than the effective refractive index between the main surface of the semiconductor layer 16 and the second main surface of the nth layer of the semiconductor layer 16, the light intensity distribution of the semiconductor laser is opposite to that of the heat sink with respect to the active layer Expands to the semiconductor layer disposed on the side. That is, the light density is reduced by expanding the beam, end face deterioration at high output is less likely to occur, high output operation is possible, and the vertical beam divergence angle is reduced, thereby reducing the aspect ratio.
Furthermore, the thermal resistance of the semiconductor layer disposed on the radiator side with respect to the active layer, that is, the heat between the first main surface of the active layer and the first main surface of the mth layer of the semiconductor layer 18. The resistance of the semiconductor layer disposed on the opposite side of the active layer with respect to the active layer, ie, the second main surface of the active layer and the second main surface of the nth layer among the semiconductor layers 16 And the heat generated by the semiconductor laser generated in the vicinity of the active layer is easily conducted to the radiator.
Therefore, it is possible to configure a semiconductor laser device capable of high output operation and easily conducting heat generated by the high output operation to the heat radiating body. As a result, a highly reliable semiconductor laser with high output operation can be provided.
The second and subsequent embodiments are more specifically configured based on the basic concept of the first embodiment.

実施の形態2.
図3はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の斜視図である。図4は図3のIV−IV断面における半導体レーザ装置の断面図である。
実施の形態2から実施の形態5までは、発振波長が810nm近傍にある固体レーザ、例えば金属の溶接や切断に用いられるYAGレーザの励起用光源として使用される半導体レーザ装置を例にして説明する。
図3において半導体レーザ装置20は、半導体レーザ素子22と放熱体としてのCuWのヒートシンク24とから形成されている。ハッチングを施した部分は電流狭窄のためのプロトン注入領域26で、この図3におけるハッチングは断面を示すものではない。このプロトン注入領域26に挟まれた部分は電流が流れる領域であるストライプであり、ストライプ幅はSで示されている。またこの半導体レーザ素子22ではレーザ共振器長がL、レーザ素子幅がW、で示されている。
例えばこの実施の形態2においては、レーザ共振器長L=1000μm、レーザ素子幅W=200μm、ストライプ幅S=60μmである。またヒートシンク24の厚みは0.3mmである。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 3 is a perspective view of a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention. 4 is a cross-sectional view of the semiconductor laser device taken along the line IV-IV in FIG.
The second to fifth embodiments will be described by taking as an example a semiconductor laser device used as a light source for excitation of a solid-state laser having an oscillation wavelength near 810 nm, for example, a YAG laser used for welding or cutting of metal. .
In FIG. 3, a semiconductor laser device 20 is formed of a semiconductor laser element 22 and a CuW heat sink 24 as a radiator. The hatched portion is a proton injection region 26 for current confinement, and the hatching in FIG. 3 does not indicate a cross section. The portion sandwiched between the proton injection regions 26 is a stripe that is a region through which a current flows, and the stripe width is indicated by S. In the semiconductor laser element 22, the laser resonator length is indicated by L and the laser element width is indicated by W.
For example, in the second embodiment, the laser resonator length L = 1000 μm, the laser element width W = 200 μm, and the stripe width S = 60 μm. The thickness of the heat sink 24 is 0.3 mm.

図4において、半導体レーザ素子22は、n−GaAs基板28とこのn−GaAs基板28の表面上に、n−GaAs基板28側から順次、第1の半導体層としてのn−AlGaAsクラッド層30(Al組成比x=0.90,層厚t=1.5μm)、第3の半導体層としてのアンドープAlGaAsガイド層32(Al組成比x=0.40,層厚t=94nm)、AlGaAs活性層34(Al組成比x=0.10,層厚t=16nm)、第4の半導体層としてのアンドープAlGaAsガイド層36(Al組成比x=0.40,層厚t=94nm)、第2の半導体層としてのp−AlGaAsクラッド層38(Al組成比x=0.55,層厚t=1.5μm)、p−GaAsコンタクト層40が配設されている。
電流狭窄のためのプロトン注入領域26は、素子幅の中央に電流が流れる領域であるストライプを残してその両側に配設され、プロトン注入領域26の深さ方向には、p−GaAsコンタクト層40の表面からp−AlGaAsクラッド層38の厚みの中程までプロトンが注入されている。
さらにp−GaAsコンタクト層40の表面上にp電極42が配設される。
またn−GaAs基板28の裏面側にはn電極44が形成され、このn電極44の表面には層厚が約3μmの金メッキ層46が配設され、この金メッキ層46とヒートシンク24とが半田により接着される。
この実施の形態2はn−GaAs基板28がAlGaAs活性層34に対してヒートシンク24側に配設されたジャンクションアップ(J−UP)組み立てである。
In FIG. 4, the semiconductor laser element 22 includes an n-GaAs substrate 28 and an n-AlGaAs clad layer 30 (first semiconductor layer) on the surface of the n-GaAs substrate 28 sequentially from the n-GaAs substrate 28 side. Al composition ratio x = 0.90, layer thickness t = 1.5 μm), undoped AlGaAs guide layer 32 as the third semiconductor layer (Al composition ratio x = 0.40, layer thickness t = 94 nm), AlGaAs active layer 34 (Al composition ratio x = 0.10, layer thickness t = 16 nm), undoped AlGaAs guide layer 36 (Al composition ratio x = 0.40, layer thickness t = 94 nm) as the fourth semiconductor layer, A p-AlGaAs cladding layer 38 (Al composition ratio x = 0.55, layer thickness t = 1.5 μm) and a p-GaAs contact layer 40 are disposed as semiconductor layers.
The proton injection regions 26 for current confinement are disposed on both sides of the stripe, which is a region where current flows in the center of the element width. In the depth direction of the proton injection region 26, the p-GaAs contact layer 40 is disposed. Protons are implanted from the surface to the middle of the thickness of the p-AlGaAs cladding layer 38.
Further, a p-electrode 42 is disposed on the surface of the p-GaAs contact layer 40.
An n-electrode 44 is formed on the back side of the n-GaAs substrate 28. A gold-plated layer 46 having a thickness of about 3 μm is disposed on the surface of the n-electrode 44. The gold-plated layer 46 and the heat sink 24 are soldered together. Is adhered by.
The second embodiment is a junction-up (J-UP) assembly in which the n-GaAs substrate 28 is disposed on the heat sink 24 side with respect to the AlGaAs active layer 34.

次にこの実施の形態2の半導体レーザの動作について説明する。
H. C. Causey Jr., D. D. Sell, and M. B. Panish, “Refractive index of AlxGa1-xAs between 1.2 and 1.8 eV ”, Appl. Phys. Lett., Vol. 24, No. 2, 15 January 1974, pp. 63 - 65 によれば、AlGaAs系材料の屈折率はAl組成比が増加するにつれて単調に減少し、Al組成比xに対して屈折率n(x)は式(4)で表すことができる。
n(x)=3.590−0.710x +0.091x・・・・(4)
半導体レーザ装置20におけるn−AlGaAsクラッド層30のAl組成比はx=0.90であり、p−AlGaAsクラッド層38のAl組成比はx=0.55であるので、式(4)から屈折率を計算すると、n−AlGaAsクラッド層30の屈折率は3.025となり、p−AlGaAsクラッド層38の屈折率は3.227となる。
従ってAlGaAs活性層34を挟んでアンドープAlGaAsガイド層32およびアンドープAlGaAsガイド層36は屈折率・層厚とも対称構造であることを考慮すると、AlGaAs活性層34に対してヒートシンク24と反対側にあるアンドープAlGaAsガイド層36およびp−AlGaAsクラッド層38の実効屈折率がAlGaAs活性層34に対してヒートシンク24側にあるアンドープAlGaAsガイド層32およびn−AlGaAsクラッド層30の実効屈折率より高くなるので、光強度分布はヒートシンク24と反対側にあるp−AlGaAsクラッド層38側に拡大することになる。
このため、垂直ビーム拡がり角θvが小さくなり、水平ビーム拡がり角θhは特に変化がないので、水平ビーム拡がり角θhに対する垂直ビーム拡がり角θvの比であるアスペクト比が小さくなる。
Next, the operation of the semiconductor laser according to the second embodiment will be described.
HC Causey Jr., DD Sell, and MB Panish, “Refractive index of Al x Ga 1-x As between 1.2 and 1.8 eV”, Appl. Phys. Lett., Vol. 24, No. 2, 15 January 1974, pp 63-65, the refractive index of the AlGaAs-based material monotonously decreases as the Al composition ratio increases, and the refractive index n (x) can be expressed by Equation (4) with respect to the Al composition ratio x. .
n (x) = 3.590−0.710x + 0.091x 2 (4)
Since the Al composition ratio of the n-AlGaAs cladding layer 30 in the semiconductor laser device 20 is x = 0.90 and the Al composition ratio of the p-AlGaAs cladding layer 38 is x = 0.55, the refractive index is obtained from the equation (4). When the refractive index is calculated, the refractive index of the n-AlGaAs cladding layer 30 is 3.025, and the refractive index of the p-AlGaAs cladding layer 38 is 3.227.
Accordingly, considering that the undoped AlGaAs guide layer 32 and the undoped AlGaAs guide layer 36 are symmetrical in structure with respect to the refractive index and the layer thickness, the undoped AlGaAs active layer 34 is located on the opposite side of the heat sink 24 with respect to the AlGaAs active layer 34. Since the effective refractive indexes of the AlGaAs guide layer 36 and the p-AlGaAs cladding layer 38 are higher than the effective refractive indexes of the undoped AlGaAs guide layer 32 and the n-AlGaAs cladding layer 30 on the heat sink 24 side with respect to the AlGaAs active layer 34, light The intensity distribution is expanded to the p-AlGaAs cladding layer 38 side opposite to the heat sink 24.
For this reason, the vertical beam divergence angle θv is reduced, and the horizontal beam divergence angle θh is not particularly changed. Therefore, the aspect ratio, which is the ratio of the vertical beam divergence angle θv to the horizontal beam divergence angle θh, is reduced.

また近視野像(Near Field Pattern :NFP)のビーム径ωとビーム拡がり角との間では反比例の関係があるので、垂直ビーム拡がり角θvが小さくなると近視野像のビーム径が拡大し、光密度が低減するので高出力時の端面劣化を少なくすることになり高出力動作におけるレーザーダイオード(以下、LDという)の信頼性を高めることができる。
さらにまた、光強度分布がヒートシンク24と反対側にあるp−AlGaAsクラッド層38側に拡大することになると、n−AlGaAsクラッド層30に起因するフリーキャリアの吸収が低減され、光吸収が低減することによりスロープ効率が向上し高出力動作を行うことができる。
一方、先に述べたAfromowitz論文によれば、Al組成比が0から増加するにつれて0.5近傍までは熱抵抗率は単調に増加し、Al組成比が0.5近傍からさらに増加するにつれて熱抵抗率は単調に減少することが示されている。
半導体レーザ装置20においては、AlGaAs活性層34に対してヒートシンク24側にあるn−AlGaAsクラッド層30のAl組成比はx=0.90であり、AlGaAs活性層34に対してヒートシンク24と反対側にあるp−AlGaAsクラッド層38のAl組成比はx=0.55であるので、p−AlGaAsクラッド層38の熱伝導率よりもn−AlGaAsクラッド層30の熱伝導率の方が高いことが分かる。
Also, there is an inverse relationship between the beam diameter ω and the beam divergence angle of the near field image (NFP). Therefore, when the vertical beam divergence angle θv decreases, the beam diameter of the near field image increases and the light density increases. Therefore, the end face deterioration at the time of high output is reduced, and the reliability of a laser diode (hereinafter referred to as LD) in high output operation can be increased.
Furthermore, when the light intensity distribution expands to the p-AlGaAs cladding layer 38 side opposite to the heat sink 24, free carrier absorption caused by the n-AlGaAs cladding layer 30 is reduced, and light absorption is reduced. As a result, the slope efficiency is improved and a high output operation can be performed.
On the other hand, according to the Afromowitz paper described above, the thermal resistivity increases monotonously up to near 0.5 as the Al composition ratio increases from 0, and the heat increases as the Al composition ratio further increases from near 0.5. It has been shown that resistivity decreases monotonically.
In the semiconductor laser device 20, the Al composition ratio of the n-AlGaAs cladding layer 30 on the heat sink 24 side with respect to the AlGaAs active layer 34 is x = 0.90, and the side opposite to the heat sink 24 with respect to the AlGaAs active layer 34. Since the Al composition ratio of the p-AlGaAs cladding layer 38 is x = 0.55, the thermal conductivity of the n-AlGaAs cladding layer 30 is higher than the thermal conductivity of the p-AlGaAs cladding layer 38. I understand.

W. B. Joice and R. W. Dixon, “Thermal resistance of heterostructure lasers”, J. Appl. Phys., Vol. 46, No. 2, February 1975, pp.855 - 862 によれば、半導体レーザの熱抵抗を計算することができる。
これに基づき半導体レーザ装置20の熱抵抗を計算すると、21.54℃/Wとなった。
比較のためにヒートシンク24側にあるn−AlGaAsクラッド層のAl組成比をp−AlGaAsクラッド層38のAl組成比と同じであるx=0.55にし、層厚はもちろんn−AlGaAsクラッド層30の層厚t=1.5μmと同じにし、他の仕様を半導体レーザ装置20と同じにして熱抵抗を計算すると、この対称屈折率構造の比較例1の熱抵抗は21.90℃/Wとなった。
従って、この実施の形態に係る半導体レーザ装置20は、p−AlGaAsクラッド層とn−AlGaAsクラッド層とのAl組成比を同じにした比較例1の場合に比べて、約1.6%の熱抵抗の低減を図ることができる。
According to WB Joice and RW Dixon, “Thermal resistance of heterostructure lasers”, J. Appl. Phys., Vol. 46, No. 2, February 1975, pp.855-862, calculate the thermal resistance of a semiconductor laser. Can do.
Based on this, the thermal resistance of the semiconductor laser device 20 was calculated to be 21.54 ° C./W.
For comparison, the Al composition ratio of the n-AlGaAs cladding layer on the heat sink 24 side is set to x = 0.55 which is the same as the Al composition ratio of the p-AlGaAs cladding layer 38, and the layer thickness is of course the n-AlGaAs cladding layer 30. When the thermal resistance is calculated with the same layer thickness t = 1.5 μm and other specifications as those of the semiconductor laser device 20, the thermal resistance of Comparative Example 1 of this symmetrical refractive index structure is 21.90 ° C./W. became.
Therefore, the semiconductor laser device 20 according to this embodiment has a heat of about 1.6% as compared with the case of Comparative Example 1 in which the Al composition ratio of the p-AlGaAs cladding layer and the n-AlGaAs cladding layer is the same. The resistance can be reduced.

変形例1
図5はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。図5も図2の構成と基本的に同じであるので、図5の断面位置も図3のIV−IV断面である。なお各図において同じ符号は同じかまたは相当であることを示す。
図5に示された半導体レーザ装置50が半導体レーザ装置20と相違する点は、n−AlGaAsクラッド層30aは、Al組成比はx=0.90、層厚をt=0.4μmとし、p−AlGaAsクラッド層38aは、Al組成比はx=0.55、層厚をt=2.0μmとしたものである。半導体レーザ装置50の他の構成は半導体レーザ装置20におけるものと同じである。
半導体レーザ装置20においても半導体レーザ装置50においても、AlGaAs活性層34に対してヒートシンク24と反対側にあるp−AlGaAsクラッド層38およびp−AlGaAsクラッド層38aの屈折率がAlGaAs活性層34に対してヒートシンク24側にあるn−AlGaAsクラッド層30およびn−AlGaAsクラッド層30aの屈折率より高くなるので、光強度分布はヒートシンク24と反対側にあるp−AlGaAsクラッド層38およびp−AlGaAsクラッド層38a側に拡大することになる。
このためにAlGaAs活性層34に対してヒートシンク24側のn−AlGaAsクラッド層の層厚が少し薄くなっても、n−GaAs基板28の光学的な影響を受けることがない。このために半導体レーザ装置50においては、n−AlGaAsクラッド層30aは、Al組成比をx=0.90としたそのままで、層厚をt=0.4μmとしている。
また光強度分布が拡大する方であるp−AlGaAsクラッド層38aは、Al組成比はx=0.55そのままで、p−GaAsコンタクト層40の光学的な影響を低減するために層厚をt=2.0μmと厚くしている。
Modification 1
FIG. 5 is a sectional view of a modification of the semiconductor laser device according to one embodiment of the present invention. 5 is also basically the same as the configuration of FIG. 2, and therefore the cross-sectional position of FIG. 5 is also the IV-IV cross section of FIG. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or equivalent.
The semiconductor laser device 50 shown in FIG. 5 is different from the semiconductor laser device 20 in that the n-AlGaAs cladding layer 30a has an Al composition ratio x = 0.90, a layer thickness t = 0.4 μm, and p The AlGaAs cladding layer 38a has an Al composition ratio of x = 0.55 and a layer thickness of t = 2.0 μm. Other configurations of the semiconductor laser device 50 are the same as those in the semiconductor laser device 20.
In both the semiconductor laser device 20 and the semiconductor laser device 50, the refractive indexes of the p-AlGaAs cladding layer 38 and the p-AlGaAs cladding layer 38a on the opposite side of the heat sink 24 with respect to the AlGaAs active layer 34 are different from those of the AlGaAs active layer 34. Since the refractive index of the n-AlGaAs cladding layer 30 and the n-AlGaAs cladding layer 30a on the heat sink 24 side is higher than the refractive index, the light intensity distribution is the p-AlGaAs cladding layer 38 and the p-AlGaAs cladding layer on the opposite side of the heat sink 24. It expands to the 38a side.
For this reason, even if the thickness of the n-AlGaAs cladding layer on the heat sink 24 side is slightly thinner than the AlGaAs active layer 34, the n-GaAs substrate 28 is not affected optically. Therefore, in the semiconductor laser device 50, the n-AlGaAs cladding layer 30a has an Al composition ratio of x = 0.90 and a layer thickness of t = 0.4 μm.
In addition, the p-AlGaAs cladding layer 38a, which has a wider light intensity distribution, has an Al composition ratio of x = 0.55, and the layer thickness is t in order to reduce the optical influence of the p-GaAs contact layer 40. = 2.0 μm thick.

半導体レーザ装置50は半導体レーザ装置20と同様にn−AlGaAsクラッド層30aの熱伝導率はp−AlGaAsクラッド層38aの熱伝導率よりも高い。そしてさらに、半導体レーザ装置50では、n−AlGaAsクラッド層30aの層厚は半導体レーザ装置20のn−AlGaAsクラッド層30の層厚よりも薄く、AlGaAs活性層34からヒートシンク24までの距離が短いので、ヒートシンクへの熱伝導が容易になり放熱効果を高めることができる。
半導体レーザ装置50の熱抵抗は約21.11℃/Wとなり、比較例1の熱抵抗に比べて約3.6%低下し、半導体レーザ装置20の熱抵抗に比べて約2.0%低下する。
以上のようにこの実施の形態に係る半導体レーザ装置においては、AlGaAs活性層に対して放熱体側に配設されたn−AlGaAsクラッド層の熱伝導が、AlGaAs活性層に対して放熱体と反対側に配設されたp−AlGaAsクラッド層の熱伝導より良くすることにより、半導体レーザの発生熱を放熱体に伝導しやすくするとともに、AlGaAs活性層に対して放熱体側に配設されたn−AlGaAsクラッド層の屈折率がAlGaAs活性層に対して放熱体と反対側に配設されたp−AlGaAsクラッド層の屈折率より低く構成されたので、半導体レーザの光強度分布が放熱体と反対側に配設されたp−AlGaAsクラッド層側に拡大し、アスペクト比が小さくなり、またビーム径が拡大することにより光密度が低減し高出力時の端面劣化が発生しにくくなり、高出力動作が可能となる。
さらに、n−AlGaAsクラッド層に起因するフリーキャリアの吸収が低減され、光吸収が低減することによりスロープ効率が向上し高出力動作を行うことができる。
また、光強度分布が放熱体と反対側にあるp−AlGaAsクラッド層側に拡大することになるために、ヒートシンク側のn−AlGaAsクラッド層の層厚を薄くすることが出来て、ヒートシンクへの熱伝導をより容易にして放熱効果を高めることができる。
従って高出力動作が可能でしかも高出力動作に伴う発生熱を放熱体に伝導しやすい半導体レーザ装置を構成することができる。延いては高出力動作の信頼性の高い半導体レーザを提供することができる。
In the semiconductor laser device 50, similarly to the semiconductor laser device 20, the thermal conductivity of the n-AlGaAs cladding layer 30a is higher than the thermal conductivity of the p-AlGaAs cladding layer 38a. In the semiconductor laser device 50, the n-AlGaAs cladding layer 30a is thinner than the n-AlGaAs cladding layer 30 in the semiconductor laser device 20, and the distance from the AlGaAs active layer 34 to the heat sink 24 is short. The heat conduction to the heat sink becomes easy and the heat dissipation effect can be enhanced.
The thermal resistance of the semiconductor laser device 50 is about 21.11 ° C./W, which is about 3.6% lower than the thermal resistance of Comparative Example 1, and about 2.0% lower than the thermal resistance of the semiconductor laser device 20. To do.
As described above, in the semiconductor laser device according to the present embodiment, the heat conduction of the n-AlGaAs cladding layer disposed on the heat sink side with respect to the AlGaAs active layer is opposite to the heat sink with respect to the AlGaAs active layer. By improving the thermal conductivity of the p-AlGaAs cladding layer disposed on the n-AlGaAs, the heat generated by the semiconductor laser can be easily conducted to the radiator, and the n-AlGaAs disposed on the radiator side with respect to the AlGaAs active layer. Since the refractive index of the cladding layer is configured to be lower than the refractive index of the p-AlGaAs cladding layer disposed on the opposite side of the heat sink with respect to the AlGaAs active layer, the light intensity distribution of the semiconductor laser is on the opposite side of the heat sink. Expands to the p-AlGaAs cladding layer side, reduces the aspect ratio, and increases the beam diameter to reduce the light density and increase Facet degradation hardly occurs at the time of the force, it is possible to high-output operation.
Furthermore, the absorption of free carriers due to the n-AlGaAs cladding layer is reduced, and the light absorption is reduced, so that the slope efficiency is improved and a high output operation can be performed.
In addition, since the light intensity distribution is expanded to the p-AlGaAs cladding layer side opposite to the radiator, the thickness of the n-AlGaAs cladding layer on the heat sink side can be reduced, Heat conduction can be made easier and the heat dissipation effect can be enhanced.
Therefore, it is possible to configure a semiconductor laser device capable of high output operation and easily conducting heat generated by the high output operation to the heat radiating body. As a result, a highly reliable semiconductor laser with high output operation can be provided.

実施の形態3.
図6はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の斜視図である。図7は図6のVII−VII断面における半導体レーザ装置の断面図である。
図6において半導体レーザ装置54は、半導体レーザ素子56とヒートシンク24とから形成されている。
例えばこの実施の形態3においても、レーザ共振器長L=1000μm、レーザ素子幅W=200μm、ストライプ幅S=60μmである。またヒートシンク24の厚みは0.3mmである。
図7において、半導体レーザ素子56は、n−GaAs基板28とこのn−GaAs基板28の表面上に、n−GaAs基板28側から順次、第2の半導体層としてのn−AlGaAsクラッド層58(Al組成比x=0.55,層厚t=1.5μm)、第4の半導体層としてのアンドープAlGaAsガイド層32(Al組成比x=0.40,層厚t=94nm)、AlGaAs活性層34(Al組成比x=0.10,層厚t=16nm)、第3の半導体層としてのアンドープAlGaAsガイド層36(Al組成比x=0.40,層厚t=94nm)、第1の半導体層としてのp−AlGaAsクラッド層60(Al組成比x=0.9,層厚t=1.5μm)、p−GaAsコンタクト層40が配設されている。電流狭窄のためのプロトン注入領域26は、素子幅の中央に電流が流れる領域であるストライプを残してその両側に配設され、プロトン注入領域26の深さ方向には、p−GaAsコンタクト層40の表面からp−AlGaAsクラッド層60の厚みの中程までプロトンが注入されている。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 6 is a perspective view of a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention. FIG. 7 is a cross-sectional view of the semiconductor laser device taken along the line VII-VII in FIG.
In FIG. 6, the semiconductor laser device 54 is formed of a semiconductor laser element 56 and a heat sink 24.
For example, also in the third embodiment, the laser resonator length L = 1000 μm, the laser element width W = 200 μm, and the stripe width S = 60 μm. The thickness of the heat sink 24 is 0.3 mm.
In FIG. 7, a semiconductor laser element 56 includes an n-GaAs substrate 28 and an n-AlGaAs cladding layer 58 (second semiconductor layer) on the surface of the n-GaAs substrate 28 sequentially from the n-GaAs substrate 28 side. Al composition ratio x = 0.55, layer thickness t = 1.5 μm), undoped AlGaAs guide layer 32 (Al composition ratio x = 0.40, layer thickness t = 94 nm) as the fourth semiconductor layer, AlGaAs active layer 34 (Al composition ratio x = 0.10, layer thickness t = 16 nm), undoped AlGaAs guide layer 36 (Al composition ratio x = 0.40, layer thickness t = 94 nm) as the third semiconductor layer, A p-AlGaAs cladding layer 60 (Al composition ratio x = 0.9, layer thickness t = 1.5 μm) and a p-GaAs contact layer 40 are disposed as semiconductor layers. The proton injection regions 26 for current confinement are disposed on both sides of the stripe, which is a region where current flows in the center of the element width. In the depth direction of the proton injection region 26, the p-GaAs contact layer 40 is disposed. The protons are implanted from the surface of the p-AlGaAs to the middle of the thickness of the p-AlGaAs cladding layer 60.

さらにp−GaAsコンタクト層40の表面上にp電極42が配設され、このp電極42の表面には層厚が約3μmの金メッキ層46が配設され、この金メッキ層46とヒートシンク24とが半田により接着される。
またn−GaAs基板28の裏面側にはn電極44が形成されている。
この実施の形態3はn−GaAs基板28に形成されるエピタキシャル成長層がヒートシンク24側に配設されたジャンクションダウン(J−DOWN)組み立てである。
次にこの実施の形態3の半導体レーザの動作について説明する。
半導体レーザ装置54におけるp−AlGaAsクラッド層60のAl組成比はx=0.90であり、n−AlGaAsクラッド層58のAl組成比はx=0.55であるので、式(4)から屈折率を計算すると、p−AlGaAsクラッド層60の屈折率は3.025となり、n−AlGaAsクラッド層58の屈折率は3.227となる。
従ってAlGaAs活性層34を挟んでアンドープAlGaAsガイド層32およびアンドープAlGaAsガイド層36は屈折率・層厚とも対称構造であることを考慮すると、AlGaAs活性層34に対してヒートシンク24と反対側にあるアンドープAlGaAsガイド層32およびn−AlGaAsクラッド層58の実効屈折率がAlGaAs活性層34に対してヒートシンク24側にあるアンドープAlGaAsガイド層36およびp−AlGaAsクラッド層60の実効屈折率より高くなるので、光強度分布はAlGaAs活性層34に対してヒートシンク24と反対側にあるn−AlGaAsクラッド層58側に拡大することになる。
Further, a p-electrode 42 is disposed on the surface of the p-GaAs contact layer 40, and a gold-plated layer 46 having a thickness of about 3 μm is disposed on the surface of the p-electrode 42. The gold-plated layer 46 and the heat sink 24 are connected to each other. Bonded with solder.
An n electrode 44 is formed on the back side of the n-GaAs substrate 28.
The third embodiment is a junction down (J-DOWN) assembly in which an epitaxial growth layer formed on the n-GaAs substrate 28 is disposed on the heat sink 24 side.
Next, the operation of the semiconductor laser according to the third embodiment will be described.
Since the Al composition ratio of the p-AlGaAs cladding layer 60 in the semiconductor laser device 54 is x = 0.90 and the Al composition ratio of the n-AlGaAs cladding layer 58 is x = 0.55, the refractive index is obtained from the equation (4). When the refractive index is calculated, the refractive index of the p-AlGaAs cladding layer 60 is 3.025, and the refractive index of the n-AlGaAs cladding layer 58 is 3.227.
Accordingly, considering that the undoped AlGaAs guide layer 32 and the undoped AlGaAs guide layer 36 are symmetrical in structure with respect to the refractive index and the layer thickness, the undoped AlGaAs active layer 34 is located on the opposite side of the heat sink 24 with respect to the AlGaAs active layer 34. Since the effective refractive indexes of the AlGaAs guide layer 32 and the n-AlGaAs cladding layer 58 are higher than the effective refractive indexes of the undoped AlGaAs guide layer 36 and the p-AlGaAs cladding layer 60 on the heat sink 24 side with respect to the AlGaAs active layer 34, the light The intensity distribution is expanded toward the n-AlGaAs cladding layer 58 on the side opposite to the heat sink 24 with respect to the AlGaAs active layer 34.

このため、垂直ビーム拡がり角θvが小さくなり、アスペクト比が小さくなる。
また近視野像(NFP)のビーム径が拡大し、光密度が低減するので高出力時の端面劣化を少なくすることになり高出力動作におけるLDの信頼性を高めることになる。
半導体レーザ装置54においては、AlGaAs活性層34に対してヒートシンク24側にあるp−AlGaAsクラッド層60のAl組成比はx=0.90であり、AlGaAs活性層34に対してヒートシンク24と反対側にあるn−AlGaAsクラッド層58のAl組成比はx=0.55であるので、n−AlGaAsクラッド層58の熱伝導率よりもp−AlGaAsクラッド層60の熱伝導率の方が高いことが分かる。
半導体レーザ装置54の熱抵抗を計算すると、9.06℃/Wとなった。
比較のためにヒートシンク24側にあるp−AlGaAsクラッド層のAl組成比をn−AlGaAsクラッド層58のAl組成比と同じx=0.55にし、層厚をp−AlGaAsクラッド層60の層厚t=1.5μmと同じにし、他の仕様を半導体レーザ装置54と同じにして熱抵抗を計算すると、この対称屈折率構造の比較例2の熱抵抗は9.54℃/Wとなった。
従って、この実施の形態に係る半導体レーザ装置54は、p−AlGaAsクラッド層とn−AlGaAsクラッド層とのAl組成比を同じにした比較例2の場合に比べて、約5.0%の熱抵抗の低減を図ることができる。
For this reason, the vertical beam divergence angle θv is reduced, and the aspect ratio is reduced.
In addition, since the beam diameter of the near-field image (NFP) is enlarged and the light density is reduced, end face deterioration at the time of high output is reduced, and the reliability of the LD in high output operation is increased.
In the semiconductor laser device 54, the Al composition ratio of the p-AlGaAs cladding layer 60 on the heat sink 24 side with respect to the AlGaAs active layer 34 is x = 0.90, and the side opposite to the heat sink 24 with respect to the AlGaAs active layer 34. Since the Al composition ratio of the n-AlGaAs cladding layer 58 is x = 0.55, the thermal conductivity of the p-AlGaAs cladding layer 60 is higher than the thermal conductivity of the n-AlGaAs cladding layer 58. I understand.
The thermal resistance of the semiconductor laser device 54 was calculated to be 9.06 ° C./W.
For comparison, the Al composition ratio of the p-AlGaAs cladding layer on the heat sink 24 side is set to x = 0.55 which is the same as the Al composition ratio of the n-AlGaAs cladding layer 58, and the layer thickness is the layer thickness of the p-AlGaAs cladding layer 60. When the thermal resistance was calculated with the same t = 1.5 μm and other specifications as the semiconductor laser device 54, the thermal resistance of Comparative Example 2 having this symmetrical refractive index structure was 9.54 ° C./W.
Therefore, the semiconductor laser device 54 according to this embodiment has a heat of about 5.0% as compared with the case of Comparative Example 2 in which the Al composition ratio of the p-AlGaAs cladding layer and the n-AlGaAs cladding layer is the same. The resistance can be reduced.

変形例2
図8はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。図8も図6の構成と基本的に同じであるので、図8の断面位置も図6のVII−VII断面である。
図8に示された半導体レーザ装置70が半導体レーザ装置54と相違する点は、p−AlGaAsクラッド層60aは、Al組成比をx=0.90、層厚をt=0.4μmとし、n−AlGaAsクラッド層58aは、Al組成比をx=0.55、層厚をt=2.0μmとしたことである。半導体レーザ装置70の他の構成は半導体レーザ装置54におけるものと同じである。
半導体レーザ装置54においても半導体レーザ装置70においても、AlGaAs活性層34に対してヒートシンク24と反対側にあるn−AlGaAsクラッド層58およびn−AlGaAsクラッド層58aの屈折率がAlGaAs活性層34に対してヒートシンク24側にあるp−AlGaAsクラッド層60およびn−AlGaAsクラッド層60aの屈折率より高くなるので、光強度分布はヒートシンク24と反対側にあるn−AlGaAsクラッド層58およびn−AlGaAsクラッド層58a側に拡大することになる。このためにヒートシンク24側のp−AlGaAsクラッド層60の層厚が少し薄くなっても、n−GaAsコンタクト層40の光学的な影響を受けることがない。このために半導体レーザ装置70においては、p−AlGaAsクラッド層60aは、Al組成比はx=0.90そのままで、層厚をt=0.4μmと薄くしている。
Modification 2
FIG. 8 is a cross-sectional view of a modification of the semiconductor laser device according to one embodiment of the present invention. 8 is also basically the same as the configuration of FIG. 6, and therefore the cross-sectional position of FIG. 8 is also the VII-VII cross section of FIG.
The semiconductor laser device 70 shown in FIG. 8 is different from the semiconductor laser device 54 in that the p-AlGaAs cladding layer 60a has an Al composition ratio x = 0.90, a layer thickness t = 0.4 μm, and n The AlGaAs cladding layer 58a has an Al composition ratio of x = 0.55 and a layer thickness of t = 2.0 μm. Other configurations of the semiconductor laser device 70 are the same as those in the semiconductor laser device 54.
In both the semiconductor laser device 54 and the semiconductor laser device 70, the refractive indexes of the n-AlGaAs cladding layer 58 and the n-AlGaAs cladding layer 58a on the opposite side of the heat sink 24 with respect to the AlGaAs active layer 34 are higher than those of the AlGaAs active layer 34. Since the refractive index of the p-AlGaAs cladding layer 60 and the n-AlGaAs cladding layer 60a on the heat sink 24 side is higher than that of the heat sink 24, the light intensity distribution is n-AlGaAs cladding layer 58 and n-AlGaAs cladding layer on the opposite side of the heat sink 24. It will be enlarged to the 58a side. Therefore, even if the thickness of the p-AlGaAs cladding layer 60 on the heat sink 24 side is slightly reduced, the n-GaAs contact layer 40 is not affected optically. For this reason, in the semiconductor laser device 70, the p-AlGaAs cladding layer 60a has the Al composition ratio of x = 0.90, and the layer thickness is reduced to t = 0.4 μm.

また光強度分布が拡大する方であるn−AlGaAsクラッド層58aは、Al組成比はx=0.55そのままで、p−GaAs基板28の光学的な影響を低減するために層厚をt=2.0μmと厚くしている。
半導体レーザ装置70は半導体レーザ装置54と同様にp−AlGaAsクラッド層60aの熱伝導率はn−AlGaAsクラッド層58aの熱伝導率よりも高い。そしてさらに、半導体レーザ装置70では、p−AlGaAsクラッド層60aの層厚は半導体レーザ装置54のp−AlGaAsクラッド層60の層厚よりも薄く、AlGaAs活性層34からヒートシンク24までの距離が短いので、ヒートシンクへの熱伝導が容易になり放熱効果を高めることができる。
半導体レーザ装置70の熱抵抗は約8.38℃/Wとなり、比較例2の熱抵抗に比べて約12.2%低下し、半導体レーザ装置54の熱抵抗に比べて約7.5%低下する。
In addition, the n-AlGaAs cladding layer 58a, which has a wider light intensity distribution, maintains the Al composition ratio x = 0.55, and the layer thickness t = t = is reduced in order to reduce the optical influence of the p-GaAs substrate 28. The thickness is 2.0 μm.
In the semiconductor laser device 70, the thermal conductivity of the p-AlGaAs cladding layer 60a is higher than the thermal conductivity of the n-AlGaAs cladding layer 58a, like the semiconductor laser device 54. In the semiconductor laser device 70, the p-AlGaAs cladding layer 60a is thinner than the p-AlGaAs cladding layer 60 of the semiconductor laser device 54, and the distance from the AlGaAs active layer 34 to the heat sink 24 is short. The heat conduction to the heat sink becomes easy and the heat dissipation effect can be enhanced.
The thermal resistance of the semiconductor laser device 70 is about 8.38 ° C./W, which is about 12.2% lower than the thermal resistance of Comparative Example 2 and about 7.5% lower than the thermal resistance of the semiconductor laser device 54. To do.

変形例3
図9はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。図9も図6の構成と基本的に同じであるので、図9の断面位置も図6のVII−VII断面である。
図9に示された半導体レーザ装置74が半導体レーザ装置54と相違する点は、n−AlGaAsクラッド層58bは、Al組成比はx=0.90で、層厚もt=1.5μmとすることにより、n−AlGaAsクラッド層58bとp−AlGaAsクラッド層60とをおなじAl組成比、同じ層厚とするとともに、AlGaAs活性層34に対してヒートシンク24側に配設されたアンドープAlGaAsガイド層36bをAl組成比x=0.80,層厚t=50nmとすることにより、AlGaAs活性層34に対してヒートシンク24と反対側のアンドープAlGaAsガイド層32(Al組成比x=0.40,層厚t=94nm)と差異をもたせたことである。半導体レーザ装置74の他の構成は半導体レーザ装置54におけるものと同じである。
Modification 3
FIG. 9 is a sectional view of a modification of the semiconductor laser device according to one embodiment of the present invention. 9 is basically the same as the configuration of FIG. 6, and therefore the cross-sectional position of FIG. 9 is also the VII-VII cross section of FIG.
The semiconductor laser device 74 shown in FIG. 9 is different from the semiconductor laser device 54 in that the n-AlGaAs cladding layer 58b has an Al composition ratio x = 0.90 and a layer thickness t = 1.5 μm. Thus, the n-AlGaAs cladding layer 58b and the p-AlGaAs cladding layer 60 have the same Al composition ratio and the same layer thickness, and the undoped AlGaAs guide layer 36b disposed on the heat sink 24 side with respect to the AlGaAs active layer 34. The Al composition ratio x = 0.80 and the layer thickness t = 50 nm, so that the undoped AlGaAs guide layer 32 (Al composition ratio x = 0.40, layer thickness on the opposite side of the heat sink 24 with respect to the AlGaAs active layer 34). (t = 94 nm). Other configurations of the semiconductor laser device 74 are the same as those in the semiconductor laser device 54.

この半導体レーザ装置74においては、n−AlGaAsクラッド層58bとp−AlGaAsクラッド層60とが同じ屈折率を有するが、AlGaAs活性層34に対してヒートシンク24側に配設されたアンドープAlGaAsガイド層36bよりAlGaAs活性層34に対してヒートシンク24と反対側のアンドープAlGaAsガイド層32の屈折率が高いので、光強度分布はAlGaAs活性層34に対してヒートシンク24と反対側のアンドープAlGaAsガイド層32側に拡大する。
一方、熱伝導率については、AlGaAs活性層34に対してヒートシンク24側に配設されたアンドープAlGaAsガイド層36bの熱伝導率がAlGaAs活性層34に対してヒートシンク24と反対側のアンドープAlGaAsガイド層32の熱伝導率より高いのでAlGaAs活性層34近傍で発生する熱はヒートシンク24の方に伝導しやすく放熱が良好になる。
この半導体レーザ装置74もレーザ共振器長L=1000μm、レーザ素子幅W=200μm、ストライプ幅S=60μmであるので、AlGaAs活性層34からヒートシンク24までの熱抵抗は約9.04℃/Wとなり、比較例2の熱抵抗9.54℃/Wと比較して、約5.2%低減される。
In this semiconductor laser device 74, the n-AlGaAs cladding layer 58b and the p-AlGaAs cladding layer 60 have the same refractive index, but the undoped AlGaAs guide layer 36b disposed on the heat sink 24 side with respect to the AlGaAs active layer 34. Since the refractive index of the undoped AlGaAs guide layer 32 opposite to the heat sink 24 with respect to the AlGaAs active layer 34 is higher, the light intensity distribution is closer to the undoped AlGaAs guide layer 32 side opposite to the heat sink 24 with respect to the AlGaAs active layer 34. Expanding.
On the other hand, the thermal conductivity of the undoped AlGaAs guide layer 36b disposed on the heat sink 24 side with respect to the AlGaAs active layer 34 is the undoped AlGaAs guide layer opposite to the heat sink 24 with respect to the AlGaAs active layer 34. Since the heat conductivity is higher than 32, the heat generated in the vicinity of the AlGaAs active layer 34 is easily conducted toward the heat sink 24 and the heat dissipation is improved.
Since this semiconductor laser device 74 also has a laser resonator length L = 1000 μm, a laser element width W = 200 μm, and a stripe width S = 60 μm, the thermal resistance from the AlGaAs active layer 34 to the heat sink 24 is about 9.04 ° C./W. Compared with the thermal resistance of Comparative Example 2 of 9.54 ° C./W, the thermal resistance is reduced by about 5.2%.

変形例4
図10はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。図10も図6の構成と基本的に同じであるので、図10の断面位置も図6のVII−VII断面である。
図10に示された半導体レーザ装置76が半導体レーザ装置54と相違する点は、半導体レーザ装置54がp−AlGaAsクラッド層60の一層で構成されているのに対して、半導体レーザ装置76がp−GaAsコンタクト層40に近い側のp−AlGaAs第1クラッド層78a(Al組成比x=0.55,層厚t=0.3μm)とアンドープAlGaAsガイド層36に近い側のp−AlGaAs第2クラッド層78b(Al組成比x=0.9,層厚t=0.2μm)とを備えている点である。半導体レーザ装置76の他の構成は半導体レーザ装置54におけるものと同じである。
Modification 4
FIG. 10 is a sectional view of a modification of the semiconductor laser device according to one embodiment of the present invention. 10 is basically the same as the configuration of FIG. 6, and therefore, the cross-sectional position of FIG. 10 is also the VII-VII cross section of FIG. 6.
The semiconductor laser device 76 shown in FIG. 10 is different from the semiconductor laser device 54 in that the semiconductor laser device 54 is composed of one layer of the p-AlGaAs cladding layer 60, whereas the semiconductor laser device 76 is p. The p-AlGaAs first cladding layer 78a (Al composition ratio x = 0.55, layer thickness t = 0.3 μm) on the side close to the GaAs contact layer 40 and the p-AlGaAs second on the side close to the undoped AlGaAs guide layer 36 The cladding layer 78b (Al composition ratio x = 0.9, layer thickness t = 0.2 μm) is provided. Other configurations of the semiconductor laser device 76 are the same as those in the semiconductor laser device 54.

この半導体レーザ装置76においては、p−AlGaAs第2クラッド層78bの屈折率はn−AlGaAsクラッド層58の屈折率よりも低いので、光強度分布はヒートシンク24と反対側のアンドープAlGaAsガイド層32側に拡大する。
一方、熱伝導率については、AlGaAs活性層34に対してヒートシンク24側に配設されたp−AlGaAs第2クラッド層78bの熱伝導率がAlGaAs活性層34に対してヒートシンク24と反対側のn−AlGaAsクラッド層58の熱伝導率より高く、かつヒートシンク24側に配設されたp−AlGaAs第2クラッド層78bとp−AlGaAs第1クラッド層78aとの層厚の和はn−AlGaAsクラッド層58の層厚よりも薄いので、AlGaAs活性層34近傍で発生する熱はヒートシンク24の方に伝導しやすく放熱が良好になる。
この半導体レーザ装置76もレーザ共振器長L=1000μm、レーザ素子幅W=200μm、ストライプ幅S=60μmであるので、AlGaAs活性層34からヒートシンク24までの熱抵抗は約9.44℃/Wとなり、比較例2の熱抵抗9.54℃/Wと比較して、約1%低減される。
In this semiconductor laser device 76, since the refractive index of the p-AlGaAs second cladding layer 78b is lower than that of the n-AlGaAs cladding layer 58, the light intensity distribution is on the side of the undoped AlGaAs guide layer 32 opposite to the heat sink 24. Expand to.
On the other hand, regarding the thermal conductivity, the thermal conductivity of the p-AlGaAs second cladding layer 78b disposed on the heat sink 24 side with respect to the AlGaAs active layer 34 is n opposite to the heat sink 24 with respect to the AlGaAs active layer 34. The sum of the layer thicknesses of the p-AlGaAs second clad layer 78b and the p-AlGaAs first clad layer 78a higher than the thermal conductivity of the AlGaAs clad layer 58 and disposed on the heat sink 24 side is the n-AlGaAs clad layer Since the thickness is smaller than 58, the heat generated in the vicinity of the AlGaAs active layer 34 is easily conducted toward the heat sink 24, and the heat dissipation is improved.
Since this semiconductor laser device 76 also has a laser resonator length L = 1000 μm, a laser element width W = 200 μm, and a stripe width S = 60 μm, the thermal resistance from the AlGaAs active layer 34 to the heat sink 24 is about 9.44 ° C./W. Compared with the thermal resistance of 9.54 ° C./W in Comparative Example 2, it is reduced by about 1%.

以上のようにこの実施の形態に係る半導体レーザ装置においては、AlGaAs活性層に対して放熱体側に配設されたp−AlGaAs層の屈折率がAlGaAs活性層に対して放熱体と反対側に配設されたn−AlGaAs層の屈折率より低く構成されたので、半導体レーザの光強度分布が放熱体と反対側に配設されたn−AlGaAs層に拡大し、ビーム径が拡大することにより光密度が低減し、高出力時の端面劣化が発生しにくくなり高出力動作が可能となり、かつアスペクト比が小さくなるとともに、AlGaAs活性層に対して放熱体側に配設されたp−AlGaAs層の熱伝導を、AlGaAs活性層に対して放熱体と反対側に配設されたn−AlGaAs層の熱伝導より良くすることにより、半導体レーザの発生熱を放熱体に伝導しやすくしている。
また、光強度分布が放熱体と反対側にあるn−AlGaAsクラッド層側に拡大することになるために、ヒートシンク側のp−AlGaAsクラッド層の層厚を薄くすることが出来て、ヒートシンクへの熱伝導をより容易にして放熱効果を高めることができる。
従って高出力動作が可能でしかも高出力動作に伴う発生熱を放熱体に伝導しやすい半導体レーザ装置を構成することができる。延いては高出力動作の信頼性の高い半導体レーザを提供することができる。
As described above, in the semiconductor laser device according to this embodiment, the refractive index of the p-AlGaAs layer disposed on the heat sink side with respect to the AlGaAs active layer is disposed on the side opposite to the heat sink with respect to the AlGaAs active layer. Since the refractive index is lower than the refractive index of the n-AlGaAs layer provided, the light intensity distribution of the semiconductor laser is expanded to the n-AlGaAs layer disposed on the side opposite to the heat dissipator, and the beam diameter is expanded to increase the light The density is reduced, the end face deterioration during high output is less likely to occur, high output operation is possible, the aspect ratio is small, and the heat of the p-AlGaAs layer disposed on the radiator side with respect to the AlGaAs active layer. By making the conduction better than the heat conduction of the n-AlGaAs layer disposed on the opposite side of the heat sink with respect to the AlGaAs active layer, the heat generated by the semiconductor laser is transferred to the heat sink. It is easier to guide.
In addition, since the light intensity distribution is expanded to the n-AlGaAs cladding layer side opposite to the radiator, the thickness of the p-AlGaAs cladding layer on the heat sink side can be reduced, Heat conduction can be made easier and the heat dissipation effect can be enhanced.
Therefore, it is possible to configure a semiconductor laser device capable of high output operation and easily conducting heat generated by the high output operation to the heat radiating body. As a result, a highly reliable semiconductor laser with high output operation can be provided.

実施の形態4.
図11はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の断面図である。
この実施の形態4においても、半導体レーザ装置の基本的な構成は図3と同じであり、この実施の形態に係る半導体レーザ装置ではp側ガイド層及びn側ガイド層をそれぞれ2層備えている点が図3の半導体レーザ装置と異なるのみで、図11の断面位置も図3のIV−IV断面と同じである。
またこの実施の形態に係る半導体レーザ装置においてもジャンクションアップ(J−UP)組み立てである。
さらにこの実施の形態に係る半導体レーザ装置では、クラッド層にAlを含むAlGaAsやAlGaInPで構成されるが、その他の層(活性層、ガイド層、コンタクト層、基板など)はAlを実質的に含まないAlフリー構造である。
図11において、半導体レーザ装置80は、半導体レーザ素子22とヒートシンク24とから形成されている。半導体レーザ装置80も、例えばレーザ共振器長L=1000μm、レーザ素子幅W=200μm、ストライプ幅S=60μmである。またヒートシンク24の厚みは0.3mmである。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 11 is a cross-sectional view of a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention.
Also in the fourth embodiment, the basic configuration of the semiconductor laser device is the same as that of FIG. 3, and the semiconductor laser device according to this embodiment includes two p-side guide layers and two n-side guide layers. The only difference from the semiconductor laser device of FIG. 3 is that the cross-sectional position of FIG. 11 is also the same as the IV-IV cross section of FIG.
The semiconductor laser device according to this embodiment is also junction-up (J-UP) assembled.
Furthermore, in the semiconductor laser device according to this embodiment, the cladding layer is made of AlGaAs or AlGaInP containing Al, but other layers (active layer, guide layer, contact layer, substrate, etc.) substantially contain Al. There is no Al-free structure.
In FIG. 11, the semiconductor laser device 80 is formed of a semiconductor laser element 22 and a heat sink 24. The semiconductor laser device 80 also has, for example, a laser resonator length L = 1000 μm, a laser element width W = 200 μm, and a stripe width S = 60 μm. The thickness of the heat sink 24 is 0.3 mm.

半導体レーザ素子22は、n−GaAs基板28とこのn−GaAs基板28の表面上に、n−GaAs基板28側から順次、n−AlGaAsクラッド層30(Al組成比x=0.90,層厚t=1.5μm)、アンドープInGaPガイド層82(Ga組成比y=0.51,層厚t=120nm)、アンドープInGaAsPガイド層84(Ga組成比y=0.63、As組成比z=0.25,層厚t=20nm)、InGaAsP活性層86(Ga組成比y=0.87、As組成比z=0.74,層厚t=16nm)、アンドープInGaAsPガイド層88(Ga組成比y=0.63、As組成比z=0.25,層厚t=20nm)、アンドープInGaPガイド層90(Ga組成比y=0.51,層厚t=120nm)、p−AlGaAsクラッド層38(Al組成比x=0.55,層厚t=1.5μm)、p−GaAsコンタクト層40が配設されている。電流狭窄のためのプロトン注入領域26は、素子幅の中央に電流が流れる領域であるストライプを残してその両側に配設され、プロトン注入領域26の深さ方向には、p−GaAsコンタクト層40の表面からp−AlGaAsクラッド層38の厚みの中程までプロトンが注入されている。さらにp−GaAsコンタクト層40の表面上にp電極42が配設される。
またn−GaAs基板28の裏面側にはn電極44が形成され、このn電極の表面には層厚が約3μmの金メッキ層46が配設され、この金メッキ層46とヒートシンク24とが半田により接着される。
The semiconductor laser device 22 includes an n-GaAs substrate 28 and an n-AlGaAs cladding layer 30 (Al composition ratio x = 0.90, layer thickness) on the surface of the n-GaAs substrate 28 sequentially from the n-GaAs substrate 28 side. t = 1.5 μm), undoped InGaP guide layer 82 (Ga composition ratio y = 0.51, layer thickness t = 120 nm), undoped InGaAsP guide layer 84 (Ga composition ratio y = 0.63, As composition ratio z = 0) .25, layer thickness t = 20 nm), InGaAsP active layer 86 (Ga composition ratio y = 0.87, As composition ratio z = 0.74, layer thickness t = 16 nm), undoped InGaAsP guide layer 88 (Ga composition ratio y) = 0.63, As composition ratio z = 0.25, layer thickness t = 20 nm), undoped InGaP guide layer 90 (Ga composition ratio y = 0.51, layer thickness t = 120 nm), p-Al aAs cladding layer 38 (Al composition ratio x = 0.55, and its thickness t = 1.5μm), p-GaAs contact layer 40 is disposed. The proton injection regions 26 for current confinement are disposed on both sides of the stripe, which is a region where current flows in the center of the element width. In the depth direction of the proton injection region 26, the p-GaAs contact layer 40 is disposed. Protons are implanted from the surface to the middle of the thickness of the p-AlGaAs cladding layer 38. Further, a p-electrode 42 is disposed on the surface of the p-GaAs contact layer 40.
An n electrode 44 is formed on the back side of the n-GaAs substrate 28, and a gold plating layer 46 having a thickness of about 3 μm is disposed on the surface of the n electrode. The gold plating layer 46 and the heat sink 24 are soldered together. Glued.

この実施の形態4はn−GaAs基板28がヒートシンク24側に配設されたジャンクションアップ(J−UP)組み立てである。
この半導体レーザ装置80においては、InGaAsP活性層86を挟んでアンドープInGaPガイド層82およびアンドープInGaAsPガイド層84とアンドープInGaAsPガイド層88およびアンドープInGaPガイド層90とは、材料構成並びに層厚が対称構造になっている。そして、半導体レーザ装置80におけるn−AlGaAsクラッド層30のAl組成比はx=0.90であり、p−AlGaAsクラッド層38のAl組成比はx=0.55であるので、式(4)から屈折率を計算すると、n−AlGaAsクラッド層30の屈折率は3.025となり、p−AlGaAsクラッド層38の屈折率は3.227となる。
従ってアンドープInGaPガイド層82、アンドープInGaAsPガイド層84、InGaAsP活性層86、アンドープInGaAsPガイド層88、アンドープInGaPガイド層90がInGaAsP活性層86を挟んで屈折率及び層厚とも対称構造であることを考慮すると、InGaAsP活性層86に対してヒートシンク24と反対側にあるアンドープInGaAsPガイド層88、アンドープInGaPガイド層90およびp−AlGaAsクラッド層38の実効屈折率がInGaAsP活性層86に対してヒートシンク24側にあるアンドープInGaPガイド層82、アンドープInGaAsPガイド層84およびn−AlGaAsクラッド層30の実効屈折率より高くなるので、光強度分布はヒートシンク24と反対側にあるp−AlGaAsクラッド層38側に拡大することになる。
このため、垂直ビーム拡がり角θvが小さくなり、アスペクト比が小さくなる。
The fourth embodiment is a junction up (J-UP) assembly in which the n-GaAs substrate 28 is disposed on the heat sink 24 side.
In this semiconductor laser device 80, the undoped InGaP guide layer 82, the undoped InGaAsP guide layer 84, the undoped InGaAsP guide layer 88, and the undoped InGaP guide layer 90 are symmetrical in structure with the InGaAsP active layer 86 interposed therebetween. It has become. Since the Al composition ratio of the n-AlGaAs cladding layer 30 in the semiconductor laser device 80 is x = 0.90 and the Al composition ratio of the p-AlGaAs cladding layer 38 is x = 0.55, the formula (4) When the refractive index is calculated from the above, the refractive index of the n-AlGaAs cladding layer 30 is 3.025, and the refractive index of the p-AlGaAs cladding layer 38 is 3.227.
Therefore, it is considered that the undoped InGaP guide layer 82, the undoped InGaAsP guide layer 84, the InGaAsP active layer 86, the undoped InGaAsP guide layer 88, and the undoped InGaP guide layer 90 have a symmetric structure with respect to the refractive index and the layer thickness with the InGaAsP active layer 86 interposed therebetween. Then, the effective refractive indexes of the undoped InGaAsP guide layer 88, the undoped InGaP guide layer 90, and the p-AlGaAs cladding layer 38 on the opposite side to the heat sink 24 with respect to the InGaAsP active layer 86 are on the heat sink 24 side with respect to the InGaAsP active layer 86. The light intensity distribution is opposite to that of the heat sink 24 because it is higher than the effective refractive index of a certain undoped InGaP guide layer 82, undoped InGaAsP guide layer 84 and n-AlGaAs cladding layer 30. It extends to the p-AlGaAs cladding layer 38 side in.
For this reason, the vertical beam divergence angle θv is reduced, and the aspect ratio is reduced.

また垂直ビーム拡がり角θvが小さくなると近視野像のビーム径が拡大し、光密度が低減するので高出力時の端面劣化を少なくすることになり高出力動作におけるLDの信頼性を高めることになる。
さらに光強度分布がヒートシンク24と反対側にあるp−AlGaAsクラッド層38側に拡大することになると、n−AlGaAsクラッド層30に起因するフリーキャリアの吸収が低減され、光吸収が低減することによりスロープ効率が向上し高出力動作を行うことができる。
一方、半導体レーザ装置80においては、InGaAsP活性層86に対してヒートシンク24側にあるn−AlGaAsクラッド層30のAl組成比はx=0.90であり、InGaAsP活性層86に対してヒートシンク24と反対側にあるp−AlGaAsクラッド層38のAl組成比はx=0.55であるので、p−AlGaAsクラッド層38の熱伝導率よりもn−AlGaAsクラッド層30の熱伝導率の方が高くなる。このためInGaAsP活性層86近傍で発生した熱がヒートシンク24に伝導しやすく放熱にすぐれた構成になっている。
Further, when the vertical beam divergence angle θv is reduced, the beam diameter of the near-field image is enlarged and the light density is reduced, so that end face deterioration at high output is reduced and the reliability of the LD in high output operation is increased. .
Further, when the light intensity distribution expands to the p-AlGaAs cladding layer 38 side opposite to the heat sink 24, free carrier absorption due to the n-AlGaAs cladding layer 30 is reduced, and light absorption is reduced. Slope efficiency is improved and high output operation can be performed.
On the other hand, in the semiconductor laser device 80, the Al composition ratio of the n-AlGaAs cladding layer 30 on the heat sink 24 side with respect to the InGaAsP active layer 86 is x = 0.90. Since the Al composition ratio of the p-AlGaAs cladding layer 38 on the opposite side is x = 0.55, the thermal conductivity of the n-AlGaAs cladding layer 30 is higher than the thermal conductivity of the p-AlGaAs cladding layer 38. Become. Therefore, the heat generated in the vicinity of the InGaAsP active layer 86 is easily conducted to the heat sink 24 and is excellent in heat dissipation.

変形例5
図12はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。図12の断面位置も図3のIV−IV断面である。
図12に示された半導体レーザ装置96が半導体レーザ装置80と相違する点は、InGaAsP活性層86とInGaAsP活性層86を挟んでアンドープInGaPガイド層82およびアンドープInGaAsPガイド層84とアンドープInGaAsPガイド層88およびアンドープInGaPガイド層90とは、材料構成並びに層厚ともに半導体レーザ装置80と同一にしながら、n−AlGaAsクラッド層30aは、Al組成比はx=0.90、層厚をt=0.4μmとし、p−AlGaAsクラッド層38aは、Al組成比をx=0.55、層厚をt=2.0μmとしたことである。また半導体レーザ装置96の他の構成は半導体レーザ装置80におけるものと同じである。
従って半導体レーザ装置96では、変形例1と同様に、n−AlGaAsクラッド層30aの層厚は半導体レーザ装置80のn−AlGaAsクラッド層30の層厚よりも薄く、InGaAsP活性層86からヒートシンク24までの距離が短いので、ヒートシンクへの熱伝導が容易になり放熱効果を高めることができる。
Modification 5
FIG. 12 is a cross-sectional view of a modification of the semiconductor laser device according to one embodiment of the present invention. The cross-sectional position in FIG. 12 is also the IV-IV cross section in FIG.
The semiconductor laser device 96 shown in FIG. 12 is different from the semiconductor laser device 80 in that an undoped InGaP guide layer 82, an undoped InGaAsP guide layer 84, and an undoped InGaAsP guide layer 88 are sandwiched between an InGaAsP active layer 86 and an InGaAsP active layer 86. The n-AlGaAs cladding layer 30a has an Al composition ratio of x = 0.90 and a layer thickness of t = 0.4 μm while the material configuration and the layer thickness of the n-AlGaAs cladding layer 30a are the same as those of the semiconductor laser device 80. P-AlGaAs cladding layer 38a has an Al composition ratio of x = 0.55 and a layer thickness of t = 2.0 μm. Other configurations of the semiconductor laser device 96 are the same as those in the semiconductor laser device 80.
Accordingly, in the semiconductor laser device 96, as in the first modification, the layer thickness of the n-AlGaAs cladding layer 30a is smaller than the layer thickness of the n-AlGaAs cladding layer 30 of the semiconductor laser device 80, and from the InGaAsP active layer 86 to the heat sink 24. Since the distance is short, the heat conduction to the heat sink is facilitated and the heat dissipation effect can be enhanced.

変形例6
図13はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。図13の断面位置も図3のIV−IV断面である。
図13において、半導体レーザ装置100は、半導体レーザ素子22とヒートシンク24とから形成されている。半導体レーザ装置100も、例えばレーザ共振器長L=1000μm、レーザ素子幅W=200μm、ストライプ幅S=60μmである。またヒートシンク24の厚みは0.3mmである。
半導体レーザ装置100と半導体レーザ装置80との相違点は、半導体レーザ装置80がn−AlGaAsクラッド層30およびp−AlGaAsクラッド層38を配設しているのに対して、半導体レーザ装置100ではn−AlGaInPクラッド層102(Al組成比l=0.36,Ga組成比m=0.15,In組成比n=0.49、層厚t=1.5μm)およびp−AlGaInPクラッド層104(Al組成比l=0.255,Ga組成比m=0.255,In組成比n=0.49、層厚t=1.5μm)を配設したことである。他の構成は半導体レーザ素子80と同一である。
この半導体レーザ素子100においては、アンドープInGaPガイド層82、アンドープInGaAsPガイド層84、InGaAsP活性層86、アンドープInGaAsPガイド層88、およびアンドープInGaPガイド層90は、InGaAsP活性層86を挟んで材料構成並びに層厚が対称構造になっている。
Modification 6
FIG. 13 is a cross-sectional view of a modification of the semiconductor laser device according to one embodiment of the present invention. The cross-sectional position in FIG. 13 is also the IV-IV cross section in FIG.
In FIG. 13, the semiconductor laser device 100 is formed of a semiconductor laser element 22 and a heat sink 24. The semiconductor laser device 100 also has, for example, a laser resonator length L = 1000 μm, a laser element width W = 200 μm, and a stripe width S = 60 μm. The thickness of the heat sink 24 is 0.3 mm.
The difference between the semiconductor laser device 100 and the semiconductor laser device 80 is that the semiconductor laser device 80 is provided with the n-AlGaAs cladding layer 30 and the p-AlGaAs cladding layer 38, whereas the semiconductor laser device 100 has n. -AlGaInP cladding layer 102 (Al composition ratio l = 0.36, Ga composition ratio m = 0.15, In composition ratio n = 0.49, layer thickness t = 1.5 μm) and p-AlGaInP cladding layer 104 (Al Composition ratio l = 0.255, Ga composition ratio m = 0.255, In composition ratio n = 0.49, and layer thickness t = 1.5 μm). Other configurations are the same as those of the semiconductor laser element 80.
In this semiconductor laser device 100, the undoped InGaP guide layer 82, the undoped InGaAsP guide layer 84, the InGaAsP active layer 86, the undoped InGaAsP guide layer 88, and the undoped InGaP guide layer 90 are composed of materials and layers sandwiching the InGaAsP active layer 86. The thickness is symmetrical.

H. Tanaka, Y. Kawamura, and H. Asahi, “Refractive indices of In0.49Ga0.51-xAlxP lattice matched to GaAs”, J. App. Phys., Vol. 59, No. 3, 1 February 1986, pp. 985 - 986 によれば、AlGaInPにおいてAl組成比が増加すると屈折率が低下することが示されている。
そして、半導体レーザ装置100におけるn−AlGaInPクラッド層102におけるAl組成比はl=0.36であり、p−AlGaInPクラッド層104のAl組成比はl=0.255である。このためp−AlGaInPクラッド層104の屈折率がn−AlGaInPクラッド層102の屈折率よりも高くなる。
従って、アンドープInGaPガイド層82、アンドープInGaAsPガイド層84、InGaAsP活性層86、アンドープInGaAsPガイド層88、およびアンドープInGaPガイド層90が、InGaAsP活性層86を挟んで材料構成並びに層厚が対称構造になっていることを考慮すれば、InGaAsP活性層86に対してヒートシンク24と反対側に配設されているアンドープInGaAsPガイド層88、アンドープInGaPガイド層90およびp−AlGaInPクラッド層104の実効屈折率がInGaAsP活性層86に対してヒートシンク24側に配設されているアンドープInGaPガイド層82、アンドープInGaAsPガイド層84およびn−AlGaInPクラッド層102の実効屈折率よりも高くなる。
H. Tanaka, Y. Kawamura, and H. Asahi, “Refractive indices of In 0.49 Ga 0.51-x Al x P lattice matched to GaAs”, J. App. Phys., Vol. 59, No. 3, 1 February 1986 , pp. 985-986 show that the refractive index decreases as the Al composition ratio increases in AlGaInP.
The Al composition ratio in the n-AlGaInP cladding layer 102 in the semiconductor laser device 100 is l = 0.36, and the Al composition ratio in the p-AlGaInP cladding layer 104 is l = 0.255. For this reason, the refractive index of the p-AlGaInP cladding layer 104 is higher than the refractive index of the n-AlGaInP cladding layer 102.
Therefore, the undoped InGaP guide layer 82, the undoped InGaAsP guide layer 84, the InGaAsP active layer 86, the undoped InGaAsP guide layer 88, and the undoped InGaP guide layer 90 have a symmetric structure with the material structure and the layer thickness sandwiching the InGaAsP active layer 86. Therefore, the effective refractive index of the undoped InGaAsP guide layer 88, the undoped InGaP guide layer 90, and the p-AlGaInP cladding layer 104 disposed on the opposite side of the heat sink 24 with respect to the InGaAsP active layer 86 is InGaAsP. The effective refractive index of the undoped InGaP guide layer 82, the undoped InGaAsP guide layer 84, and the n-AlGaInP cladding layer 102 disposed on the heat sink 24 side with respect to the active layer 86. Kunar.

従って光強度分布はヒートシンク24と反対側にあるp−AlGaInPクラッド層104側に拡大することになる。
このため、垂直ビーム拡がり角θvが小さくなり、アスペクト比が小さくなる。
また垂直ビーム拡がり角θvが小さくなると近視野像のビーム径が拡大し、光密度が低減するので高出力時の端面劣化を少なくすることになり高出力動作におけるLDの信頼性を高めることになる。
さらに光強度分布がヒートシンク24と反対側にあるp−AlGaInPクラッド層104側に拡大することになると、n−AlGaInPクラッド層102に起因するフリーキャリアの吸収が低減され、光吸収が低減することによりスロープ効率が向上し高出力動作を行うことができる。
Accordingly, the light intensity distribution is expanded toward the p-AlGaInP cladding layer 104 on the side opposite to the heat sink 24.
For this reason, the vertical beam divergence angle θv is reduced, and the aspect ratio is reduced.
Further, when the vertical beam divergence angle θv is reduced, the beam diameter of the near-field image is enlarged and the light density is reduced, so that end face deterioration at high output is reduced and the reliability of the LD in high output operation is increased. .
Furthermore, when the light intensity distribution expands to the p-AlGaInP cladding layer 104 side opposite to the heat sink 24, free carrier absorption due to the n-AlGaInP cladding layer 102 is reduced, and light absorption is reduced. Slope efficiency is improved and high output operation can be performed.

また、H. Fujii, Y. Ueno, and K. Endo, “Effect of thermal resistivity on the catastrophic optical damage power density of AlGaInP laser diodes”, Appl. Phys. Lett. Vol. 62, no. 17, 26 April 1993 によれば、AlGaInPにおいてAl組成比が増加すると熱伝導率が高くなることが示されている。
半導体レーザ装置100におけるn−AlGaInPクラッド層102におけるAl組成比はl=0.36であり、p−AlGaInPクラッド層104のAl組成比はl=0.255である。このため、InGaAsP活性層86に対してヒートシンク24側に配設されているn−AlGaInPクラッド層102の熱伝導率がInGaAsP活性層86に対してヒートシンク24と反対側に配設されているp−AlGaInPクラッド層104の熱伝導率よりも高くなる。このため、InGaAsP活性層86近傍で発生した熱がヒートシンク24に伝導しやすく放熱にすぐれた構成になっている。
Also, H. Fujii, Y. Ueno, and K. Endo, “Effect of thermal thermally on the catastrophic optical damage power density of AlGaInP laser diodes”, Appl. Phys. Lett. Vol. 62, no. 17, 26 April 1993 Shows that the thermal conductivity increases as the Al composition ratio increases in AlGaInP.
The Al composition ratio in the n-AlGaInP cladding layer 102 in the semiconductor laser device 100 is l = 0.36, and the Al composition ratio in the p-AlGaInP cladding layer 104 is l = 0.255. For this reason, the thermal conductivity of the n-AlGaInP cladding layer 102 disposed on the heat sink 24 side with respect to the InGaAsP active layer 86 is p − disposed on the opposite side of the heat sink 24 with respect to the InGaAsP active layer 86. It becomes higher than the thermal conductivity of the AlGaInP cladding layer 104. For this reason, the heat generated in the vicinity of the InGaAsP active layer 86 is easily conducted to the heat sink 24 and is excellent in heat dissipation.

変形例7
図14はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。図14の断面位置も図3のIV−IV断面である。
図14に示された半導体レーザ装置110が半導体レーザ装置100と相違する点は、InGaAsP活性層86とInGaAsP活性層86を挟んでアンドープInGaPガイド層82およびアンドープInGaAsPガイド層84とアンドープInGaAsPガイド層88およびアンドープInGaPガイド層90とは、材料構成並びに層厚ともに半導体レーザ装置100と同一にし、n−AlGaInPクラッド層102aは、Al組成比l=0.36,Ga組成比m=0.15,In組成比n=0.49で、層厚をt=0.4μmとし、p−AlGaInPクラッド層104aは、Al組成比l=0.255,Ga組成比m=0.255,In組成比n=0.49で、層厚をt=2.0μmとしたことである。 また半導体レーザ装置110の他の構成は半導体レーザ装置100におけるものと同じである。
従って半導体レーザ装置110では、変形例1と同様の理由により、n−AlGaInPクラッド層102aの層厚は半導体レーザ装置100のn−AlGaInPクラッド層102の層厚よりも薄く、InGaAsP活性層86からヒートシンク24までの距離が短いので、ヒートシンクへの熱伝導が容易になり放熱効果を高めることができる。
以上のようにこの実施の形態に係る半導体レーザ装置においては、クラッド層にAlを含むAlGaAsやAlGaInPで構成されるが、その他の層(活性層、ガイド層、コンタクト層、基板など)はAlを実質的に含まないAlフリー構造とした半導体レーザ装置において、実施の形態2と同様の効果を備えている。
Modification 7
FIG. 14 is a cross-sectional view of a modification of the semiconductor laser device according to one embodiment of the present invention. The cross-sectional position in FIG. 14 is also the IV-IV cross section in FIG.
The semiconductor laser device 110 shown in FIG. 14 is different from the semiconductor laser device 100 in that an undoped InGaP guide layer 82, an undoped InGaAsP guide layer 84, and an undoped InGaAsP guide layer 88 are sandwiched between the InGaAsP active layer 86 and the InGaAsP active layer 86. The undoped InGaP guide layer 90 has the same material structure and layer thickness as the semiconductor laser device 100, and the n-AlGaInP cladding layer 102a has an Al composition ratio l = 0.36, a Ga composition ratio m = 0.15, In The composition ratio n = 0.49, the layer thickness t = 0.4 μm, the p-AlGaInP cladding layer 104a has an Al composition ratio l = 0.255, a Ga composition ratio m = 0.255, an In composition ratio n = 0.49, and the layer thickness was t = 2.0 μm. Other configurations of the semiconductor laser device 110 are the same as those in the semiconductor laser device 100.
Therefore, in the semiconductor laser device 110, the layer thickness of the n-AlGaInP cladding layer 102 a is thinner than the layer thickness of the n-AlGaInP cladding layer 102 of the semiconductor laser device 100 for the same reason as in the first modification, and the heat sink from the InGaAsP active layer 86. Since the distance to 24 is short, heat conduction to the heat sink is facilitated, and the heat dissipation effect can be enhanced.
As described above, in the semiconductor laser device according to this embodiment, the cladding layer is made of AlGaAs or AlGaInP containing Al, but the other layers (active layer, guide layer, contact layer, substrate, etc.) are made of Al. The semiconductor laser device having an Al-free structure which does not substantially include the same effects as those of the second embodiment.

実施の形態5.
図15はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の断面図である。
この実施の形態5においても、半導体レーザ装置の基本的な構成は図6と同じであり、この実施の形態に係る半導体レーザ装置ではp側ガイド層及びn側ガイド層をそれぞれ2層備えている点が図6の半導体レーザ装置と異なるのみで、図15の断面位置も図6のVII−VII断面と同じ断面位置である。
この実施の形態に係る半導体レーザ装置においてもジャンクションダウン(J−DOWN)組み立てである。
さらにこの実施の形態に係る半導体レーザ装置では、クラッド層にAlを含むAlGaAsやAlGaInPで構成されるが、その他の層(活性層、ガイド層、コンタクト層、基板など)はAlを実質的に含まないAlフリー構造である。
図15において、半導体レーザ装置114は、半導体レーザ素子56とヒートシンク24とから形成されている。半導体レーザ装置114も、例えばレーザ共振器長L=1000μm、レーザ素子幅W=200μm、ストライプ幅S=60μmである。またヒートシンク24の厚みは0.3mmである。
Embodiment 5. FIG.
FIG. 15 is a sectional view of a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention.
Also in the fifth embodiment, the basic configuration of the semiconductor laser device is the same as that of FIG. 6, and the semiconductor laser device according to this embodiment includes two p-side guide layers and two n-side guide layers. The only difference from the semiconductor laser device of FIG. 6 is that the cross-sectional position of FIG. 15 is the same cross-sectional position as the VII-VII cross section of FIG.
The semiconductor laser device according to this embodiment is also junction down (J-DOWN) assembly.
Furthermore, in the semiconductor laser device according to this embodiment, the cladding layer is made of AlGaAs or AlGaInP containing Al, but other layers (active layer, guide layer, contact layer, substrate, etc.) substantially contain Al. There is no Al-free structure.
In FIG. 15, the semiconductor laser device 114 is formed of a semiconductor laser element 56 and a heat sink 24. The semiconductor laser device 114 also has, for example, a laser resonator length L = 1000 μm, a laser element width W = 200 μm, and a stripe width S = 60 μm. The thickness of the heat sink 24 is 0.3 mm.

半導体レーザ装置114の半導体レーザ素子56は、n−GaAs基板28とこのn−GaAs基板28の表面上に、n−GaAs基板28側から順次、第2の半導体層としてのn−AlGaAsクラッド層58(Al組成比x=0.55,層厚t=1.5μm)、アンドープInGaPガイド層82(Ga組成比y=0.51,層厚t=120nm)、アンドープInGaAsPガイド層84(Ga組成比y=0.63、As組成比z=0.25,層厚t=20nm)、InGaAsP活性層86(Ga組成比y=0.87、As組成比z=0.74,層厚t=16nm)、アンドープInGaAsPガイド層88(Ga組成比y=0.63、As組成比z=0.25,層厚t=20nm)、アンドープInGaPガイド層90(Ga組成比y=0.51,層厚t=120nm)、第1の半導体層としてのp−AlGaAsクラッド層60(Al組成比x=0.9,層厚t=1.5μm)、p−GaAsコンタクト層40が配設されている。
電流狭窄のためのプロトン注入領域26は、素子幅の中央に電流が流れる領域であるストライプを残してその両側に配設され、プロトン注入領域26の深さ方向には、p−GaAsコンタクト層40の表面からp−AlGaAsクラッド層60の厚みの中程までプロトンが注入されている。
The semiconductor laser element 56 of the semiconductor laser device 114 includes an n-GaAs substrate 28 and an n-AlGaAs cladding layer 58 as a second semiconductor layer on the surface of the n-GaAs substrate 28 in order from the n-GaAs substrate 28 side. (Al composition ratio x = 0.55, layer thickness t = 1.5 μm), undoped InGaP guide layer 82 (Ga composition ratio y = 0.51, layer thickness t = 120 nm), undoped InGaAsP guide layer 84 (Ga composition ratio) y = 0.63, As composition ratio z = 0.25, layer thickness t = 20 nm), InGaAsP active layer 86 (Ga composition ratio y = 0.87, As composition ratio z = 0.74, layer thickness t = 16 nm) ), Undoped InGaAsP guide layer 88 (Ga composition ratio y = 0.63, As composition ratio z = 0.25, layer thickness t = 20 nm), undoped InGaP guide layer 90 (Ga composition) y = 0.51, layer thickness t = 120 nm), p-AlGaAs cladding layer 60 (Al composition ratio x = 0.9, layer thickness t = 1.5 μm) as a first semiconductor layer, p-GaAs contact layer 40 is disposed.
The proton injection regions 26 for current confinement are disposed on both sides of the stripe, which is a region where current flows in the center of the element width. In the depth direction of the proton injection region 26, the p-GaAs contact layer 40 is disposed. The protons are implanted from the surface of the p-AlGaAs to the middle of the thickness of the p-AlGaAs cladding layer 60.

さらにp−GaAsコンタクト層40の表面上にp電極42が配設され、このp電極42の表面には層厚が約3μmの金メッキ層46が配設され、この金メッキ層46とヒートシンク24とが半田により接着される。
この半導体レーザ装置114においては、アンドープInGaPガイド層82およびアンドープInGaAsPガイド層84とアンドープInGaAsPガイド層88およびアンドープInGaPガイド層90とは、InGaAsP活性層86を挟んで材料構成並びに層厚が対称構造になっている。
そして、半導体レーザ装置114におけるn−AlGaAsクラッド層58のAl組成比はx=0.55であり、p−AlGaAsクラッド層60のAl組成比はx=0.9であるので、式(4)から屈折率を計算すると、n−AlGaAsクラッド層58の屈折率は3.227となり、p−AlGaAsクラッド層60の屈折率は3.025となる。
従ってアンドープInGaPガイド層82およびアンドープInGaAsPガイド層84とアンドープInGaAsPガイド層88およびアンドープInGaPガイド層90とは、InGaAsP活性層86を挟んで材料構成並びに層厚が対称構造になっていることを考慮すると、InGaAsP活性層86に対してヒートシンク24と反対側にあるアンドープInGaPガイド層82、アンドープInGaAsPガイド層84およびn−AlGaAsクラッド層58の実効屈折率がInGaAsP活性層86に対してヒートシンク24側にあるアンドープInGaAsPガイド層88、アンドープInGaPガイド層90およびp−AlGaAsクラッド層60の実効屈折率より高くなるので、光強度分布はヒートシンク24と反対側にあるn−AlGaAsクラッド層58側に拡大することになる。このため、垂直ビーム拡がり角θvが小さくなり、アスペクト比が小さくなる。
Further, a p-electrode 42 is disposed on the surface of the p-GaAs contact layer 40, and a gold-plated layer 46 having a thickness of about 3 μm is disposed on the surface of the p-electrode 42. The gold-plated layer 46 and the heat sink 24 are connected to each other. Bonded with solder.
In this semiconductor laser device 114, the undoped InGaP guide layer 82, the undoped InGaAsP guide layer 84, the undoped InGaAsP guide layer 88, and the undoped InGaP guide layer 90 have a symmetric structure with the material configuration and the layer thickness sandwiching the InGaAsP active layer 86. It has become.
The Al composition ratio of the n-AlGaAs cladding layer 58 in the semiconductor laser device 114 is x = 0.55, and the Al composition ratio of the p-AlGaAs cladding layer 60 is x = 0.9. From this, the refractive index of the n-AlGaAs cladding layer 58 is 3.227, and the refractive index of the p-AlGaAs cladding layer 60 is 3.025.
Accordingly, considering that the undoped InGaP guide layer 82, the undoped InGaAsP guide layer 84, the undoped InGaAsP guide layer 88, and the undoped InGaP guide layer 90 have a symmetrical material structure and layer thickness with the InGaAsP active layer 86 interposed therebetween. The effective refractive indexes of the undoped InGaP guide layer 82, the undoped InGaAsP guide layer 84, and the n-AlGaAs cladding layer 58 on the opposite side of the heat sink 24 with respect to the InGaAsP active layer 86 are on the heat sink 24 side with respect to the InGaAsP active layer 86. Since the effective refractive index of the undoped InGaAsP guide layer 88, the undoped InGaP guide layer 90, and the p-AlGaAs cladding layer 60 is higher, the light intensity distribution is on the side opposite to the heat sink 24. So that extends to the n-AlGaAs cladding layer 58 side. For this reason, the vertical beam divergence angle θv is reduced, and the aspect ratio is reduced.

また垂直ビーム拡がり角θvが小さくなると近視野像のビーム径が拡大し、光密度が低減するので高出力時の端面劣化を少なくすることになり高出力動作におけるLDの信頼性を高めることになる。
一方、半導体レーザ装置114においては、InGaAsP活性層86に対してヒートシンク24側にあるp−AlGaAsクラッド層60のAl組成比はx=0.90であり、InGaAsP活性層86に対してヒートシンク24と反対側にあるn−AlGaAsクラッド層58のAl組成比はx=0.55であるので、n−AlGaAsクラッド層58の熱伝導率よりもp−AlGaAsクラッド層60の熱伝導率の方が高くなる。このためInGaAsP活性層86近傍で発生した熱がヒートシンク24に伝導しやすく放熱にすぐれた構成になっている。
Further, when the vertical beam divergence angle θv is reduced, the beam diameter of the near-field image is enlarged and the light density is reduced, so that end face deterioration at high output is reduced and the reliability of the LD in high output operation is increased. .
On the other hand, in the semiconductor laser device 114, the Al composition ratio of the p-AlGaAs cladding layer 60 on the heat sink 24 side with respect to the InGaAsP active layer 86 is x = 0.90. Since the Al composition ratio of the n-AlGaAs cladding layer 58 on the opposite side is x = 0.55, the thermal conductivity of the p-AlGaAs cladding layer 60 is higher than the thermal conductivity of the n-AlGaAs cladding layer 58. Become. Therefore, the heat generated in the vicinity of the InGaAsP active layer 86 is easily conducted to the heat sink 24 and is excellent in heat dissipation.

変形例8
図16はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。図16の断面位置も図6のVII−VII断面と同じ断面位置である。
この変形例8の半導体レーザ装置においてもジャンクションダウン(J−DOWN)組み立てである。
図16に示された半導体レーザ装置120が半導体レーザ装置114と相違する点は、InGaAsP活性層86とInGaAsP活性層86を挟んでアンドープInGaPガイド層82およびアンドープInGaAsPガイド層84とアンドープInGaAsPガイド層88およびアンドープInGaPガイド層90とは、材料構成並びに層厚ともに半導体レーザ装置80と同一にしながら、p−AlGaAsクラッド層60aは、Al組成比をx=0.90、層厚をt=0.4μmとし、n−AlGaAsクラッド層58aは、Al組成比をx=0.55、層厚をt=2.0μmとしたことである。また半導体レーザ装置120の他の構成は半導体レーザ装置114におけるものと同じである。
従って半導体レーザ装置120では、変形例2と同様に、p−AlGaAsクラッド層60aの層厚は半導体レーザ装置114のp−AlGaAsクラッド層60の層厚よりも薄く、AlGaAs活性層34からヒートシンク24までの距離が短いので、半導体レーザ装置114よりもヒートシンクへの熱伝導が一層容易になり放熱効果を高めることができる。
Modification 8
FIG. 16 is a sectional view of a modification of the semiconductor laser device according to one embodiment of the present invention. The cross-sectional position in FIG. 16 is also the same cross-sectional position as the VII-VII cross section in FIG.
The semiconductor laser device of this modification 8 is also junction down (J-DOWN) assembly.
The semiconductor laser device 120 shown in FIG. 16 differs from the semiconductor laser device 114 in that the undoped InGaP guide layer 82, the undoped InGaAsP guide layer 84, and the undoped InGaAsP guide layer 88 are sandwiched between the InGaAsP active layer 86 and the InGaAsP active layer 86. The p-AlGaAs cladding layer 60a has an Al composition ratio of x = 0.90 and a layer thickness of t = 0.4 μm, while the material configuration and the layer thickness of the p-AlGaAs cladding layer 60a are the same as those of the semiconductor laser device 80. The n-AlGaAs cladding layer 58a has an Al composition ratio of x = 0.55 and a layer thickness of t = 2.0 μm. The other configuration of the semiconductor laser device 120 is the same as that in the semiconductor laser device 114.
Accordingly, in the semiconductor laser device 120, the layer thickness of the p-AlGaAs cladding layer 60 a is thinner than the layer thickness of the p-AlGaAs cladding layer 60 of the semiconductor laser device 114, as in the second modification, and from the AlGaAs active layer 34 to the heat sink 24. Therefore, the heat conduction to the heat sink becomes easier than the semiconductor laser device 114, and the heat dissipation effect can be enhanced.

変形例9
図17はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。図17の断面位置も図6のVII−VII断面と同じである。
図17において、半導体レーザ装置124は、半導体レーザ素子56とヒートシンク24とから形成されている。半導体レーザ装置124も、例えばレーザ共振器長L=1000μm、レーザ素子幅W=200μm、ストライプ幅S=60μmである。またヒートシンク24の厚みは0.3mmである。
半導体レーザ装置124と半導体レーザ装置114との相違点は、半導体レーザ装置114がn−AlGaAsクラッド層60およびp−AlGaAsクラッド層58を配設しているのに対して、半導体レーザ装置124ではn−AlGaInPクラッド層126(Al組成比l=0.255,Ga組成比m=0.255,In組成比n=0.49、層厚t=1.5μm)およびp−AlGaInPクラッド層128(Al組成比l=0.36,Ga組成比m=0.15,In組成比n=0.49、層厚t=1.5μm)を配設したことである。他の構成は半導体レーザ装置114と同一である。
この半導体レーザ装置124においては、アンドープInGaPガイド層82およびアンドープInGaAsPガイド層84とアンドープInGaAsPガイド層88およびアンドープInGaPガイド層90とは、InGaAsP活性層86を挟んで材料構成並びに層厚が対称構造になっている。
Modification 9
FIG. 17 is a sectional view of a modification of the semiconductor laser device according to one embodiment of the present invention. The cross-sectional position in FIG. 17 is also the same as the VII-VII cross section in FIG.
In FIG. 17, the semiconductor laser device 124 is formed of a semiconductor laser element 56 and a heat sink 24. The semiconductor laser device 124 also has, for example, a laser resonator length L = 1000 μm, a laser element width W = 200 μm, and a stripe width S = 60 μm. The thickness of the heat sink 24 is 0.3 mm.
The difference between the semiconductor laser device 124 and the semiconductor laser device 114 is that the semiconductor laser device 114 is provided with the n-AlGaAs cladding layer 60 and the p-AlGaAs cladding layer 58, whereas the semiconductor laser device 124 has n. -AlGaInP cladding layer 126 (Al composition ratio l = 0.255, Ga composition ratio m = 0.255, In composition ratio n = 0.49, layer thickness t = 1.5 μm) and p-AlGaInP cladding layer 128 (Al Composition ratio l = 0.36, Ga composition ratio m = 0.15, In composition ratio n = 0.49, and layer thickness t = 1.5 μm). Other configurations are the same as those of the semiconductor laser device 114.
In this semiconductor laser device 124, the undoped InGaP guide layer 82, the undoped InGaAsP guide layer 84, the undoped InGaAsP guide layer 88, and the undoped InGaP guide layer 90 have a symmetric structure with the material configuration and the layer thickness sandwiching the InGaAsP active layer 86. It has become.

AlGaInPにおいてAl組成比が増加すると屈折率が低下するので、n−AlGaInPクラッド層126の屈折率がp−AlGaInPクラッド層128の屈折率よりも高くなる。従って、アンドープInGaPガイド層82およびアンドープInGaAsPガイド層84とアンドープInGaAsPガイド層88およびアンドープInGaPガイド層90とが、InGaAsP活性層86を挟んで材料構成並びに層厚が対称構造になっていることを考慮すれば、InGaAsP活性層86に対してヒートシンク24と反対側に配設されているアンドープInGaPガイド層82、アンドープInGaAsPガイド層84およびn−AlGaInPクラッド層126の実効屈折率がInGaAsP活性層86に対してヒートシンク24側に配設されているアンドープInGaAsPガイド層88、アンドープInGaPガイド層90およびp−AlGaInPクラッド層128の実効屈折率よりも高くなる。   When the Al composition ratio increases in AlGaInP, the refractive index decreases, so that the refractive index of the n-AlGaInP cladding layer 126 becomes higher than that of the p-AlGaInP cladding layer 128. Therefore, it is considered that the undoped InGaP guide layer 82, the undoped InGaAsP guide layer 84, the undoped InGaAsP guide layer 88, and the undoped InGaP guide layer 90 have a symmetric structure with respect to the material structure and layer thickness with the InGaAsP active layer 86 interposed therebetween. Then, the effective refractive index of the undoped InGaP guide layer 82, the undoped InGaAsP guide layer 84, and the n-AlGaInP cladding layer 126 disposed on the opposite side of the heat sink 24 with respect to the InGaAsP active layer 86 is smaller than that of the InGaAsP active layer 86. Thus, the effective refractive index of the undoped InGaAsP guide layer 88, the undoped InGaP guide layer 90, and the p-AlGaInP cladding layer 128 disposed on the heat sink 24 side is higher.

従って、光強度分布はヒートシンク24と反対側にあるn−AlGaInPクラッド層126側に拡大することになる。このため、垂直ビーム拡がり角θvが小さくなり、アスペクト比が小さくなる。
また垂直ビーム拡がり角θvが小さくなると近視野像のビーム径が拡大し、光密度が低減するので高出力時の端面劣化を少なくすることになり高出力動作におけるLDの信頼性を高めることになる。
また、AlGaInPにおいてはAl組成比が増加すると熱伝導率が高くなるので、InGaAsP活性層86に対してヒートシンク24側に配設されているp−AlGaInPクラッド層128の熱伝導率がInGaAsP活性層86に対してヒートシンク24と反対側に配設されているn−AlGaInPクラッド層126の熱伝導率よりも高くなる。このため、InGaAsP活性層86近傍で発生した熱がヒートシンク24に伝導しやすく放熱にすぐれた構成になっている。
Therefore, the light intensity distribution is expanded to the n-AlGaInP cladding layer 126 side on the side opposite to the heat sink 24. For this reason, the vertical beam divergence angle θv is reduced, and the aspect ratio is reduced.
Further, when the vertical beam divergence angle θv is reduced, the beam diameter of the near-field image is enlarged and the light density is reduced, so that end face deterioration at high output is reduced and the reliability of the LD in high output operation is increased. .
Further, since the thermal conductivity of AlGaInP increases as the Al composition ratio increases, the thermal conductivity of the p-AlGaInP cladding layer 128 disposed on the heat sink 24 side with respect to the InGaAsP active layer 86 is higher than that of the InGaAsP active layer 86. On the other hand, the thermal conductivity of the n-AlGaInP cladding layer 126 disposed on the opposite side of the heat sink 24 is higher. For this reason, the heat generated in the vicinity of the InGaAsP active layer 86 is easily conducted to the heat sink 24 and is excellent in heat dissipation.

変形例10
図18はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。図18の断面位置も図6のVII−VII断面と同じ断面位置である。
図18に示された半導体レーザ装置130が半導体レーザ装置124と相違する点は、InGaAsP活性層86とInGaAsP活性層86を挟んでアンドープInGaPガイド層82およびアンドープInGaAsPガイド層84とアンドープInGaAsPガイド層88およびアンドープInGaPガイド層90とは、材料構成並びに層厚ともに半導体レーザ装置124と同一にし、p−AlGaInPクラッド層128aは、Al組成比l=0.36,Ga組成比m=0.15,In組成比n=0.49で、層厚をt=0.4μmとし、n−AlGaInPクラッド層126aは、Al組成比l=0.255,Ga組成比m=0.255,In組成比n=0.49で、層厚をt=2.0μmとしたことである。また半導体レーザ装置130の他の構成は半導体レーザ装置124におけるものと同じである。
従って半導体レーザ装置130では、変形例2と同様の理由により、p−AlGaInPクラッド層128aの層厚は半導体レーザ装置124のp−AlGaInPクラッド層128の層厚よりも薄く、InGaAsP活性層86からヒートシンク24までの距離が短いので、半導体レーザ装置124よりもヒートシンクへの熱伝導が一層容易になり放熱効果を高めることができる。
以上のようにこの実施の形態に係る半導体レーザ装置においては、クラッド層にAlを含むAlGaAsやAlGaInPで構成されるが、その他の層(活性層、ガイド層、コンタクト層、基板など)はAlを実質的に含まないAlフリー構造とした半導体レーザ装置において、実施の形態3と同様の効果を備えている。
Modification 10
FIG. 18 is a cross-sectional view of a modification of the semiconductor laser device according to one embodiment of the present invention. The cross-sectional position in FIG. 18 is also the same cross-sectional position as the VII-VII cross section in FIG.
The semiconductor laser device 130 shown in FIG. 18 differs from the semiconductor laser device 124 in that an undoped InGaP guide layer 82, an undoped InGaAsP guide layer 84, and an undoped InGaAsP guide layer 88 are sandwiched between an InGaAsP active layer 86 and an InGaAsP active layer 86. The undoped InGaP guide layer 90 has the same material configuration and layer thickness as the semiconductor laser device 124, and the p-AlGaInP cladding layer 128a has an Al composition ratio l = 0.36, a Ga composition ratio m = 0.15, In The composition ratio n = 0.49, the layer thickness t = 0.4 μm, the n-AlGaInP cladding layer 126a has an Al composition ratio l = 0.255, a Ga composition ratio m = 0.255, an In composition ratio n = 0.49, and the layer thickness was t = 2.0 μm. The other configuration of the semiconductor laser device 130 is the same as that in the semiconductor laser device 124.
Therefore, in the semiconductor laser device 130, the layer thickness of the p-AlGaInP cladding layer 128 a is thinner than the layer thickness of the p-AlGaInP cladding layer 128 of the semiconductor laser device 124 for the same reason as in the second modification, and the heat sink from the InGaAsP active layer 86. Since the distance to 24 is short, the heat conduction to the heat sink becomes easier than the semiconductor laser device 124, and the heat dissipation effect can be enhanced.
As described above, in the semiconductor laser device according to this embodiment, the cladding layer is made of AlGaAs or AlGaInP containing Al, but the other layers (active layer, guide layer, contact layer, substrate, etc.) are made of Al. The semiconductor laser device having a substantially Al-free structure has the same effects as those of the third embodiment.

実施の形態6.
図19はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の断面図である。
図19において半導体レーザ装置134は、発振波長が約650nmであるリッジ導波路構造を有する赤色半導体レーザ装置で、半導体レーザ素子136とヒートシンク24とから形成されている。
図19において、半導体レーザ素子136は、n−GaAs基板28とこのn−GaAs基板28の表面上に、n−GaAs基板28側から順次、第2の半導体層としてのn−AlGaInPクラッド層138(Al組成比l=0.31,Ga組成比m=0.20、In組成比n=0.49、層厚t=2.0μm)、第4の半導体層としてのアンドープAlGaInPガイド層140(Al組成比l=0.23,Ga組成比m=0.28、In組成比n=0.49、層厚t=100nm)、アンドープ圧縮歪みGaInP活性層142(Ga組成比m=0.44,In組成比n=0.56、層厚t=10nm)、第3の半導体層としてのアンドープAlGaInPガイド層144(Al組成比l=0.23,Ga組成比m=0.28、In組成比n=0.49、層厚t=100nm)、第1の半導体層としてのp−AlGaInPクラッド層146(Al組成比l=0.36,Ga組成比m=0.15、In組成比0.49、層厚t=1.0μm)、p−GaAsコンタクト層148が配設されている。
Embodiment 6 FIG.
FIG. 19 is a cross-sectional view of a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 19, a semiconductor laser device 134 is a red semiconductor laser device having a ridge waveguide structure with an oscillation wavelength of about 650 nm, and is formed of a semiconductor laser element 136 and a heat sink 24.
In FIG. 19, a semiconductor laser device 136 includes an n-GaAs substrate 28 and an n-AlGaInP cladding layer 138 (second semiconductor layer) on the surface of the n-GaAs substrate 28 sequentially from the n-GaAs substrate 28 side. Al composition ratio l = 0.31, Ga composition ratio m = 0.20, In composition ratio n = 0.49, layer thickness t = 2.0 μm), undoped AlGaInP guide layer 140 (Al Composition ratio l = 0.23, Ga composition ratio m = 0.28, In composition ratio n = 0.49, layer thickness t = 100 nm), undoped compression strained GaInP active layer 142 (Ga composition ratio m = 0.44) In composition ratio n = 0.56, layer thickness t = 10 nm), undoped AlGaInP guide layer 144 as the third semiconductor layer (Al composition ratio l = 0.23, Ga composition ratio m = 0.28, In group) Ratio n = 0.49, layer thickness t = 100 nm), p-AlGaInP cladding layer 146 as the first semiconductor layer (Al composition ratio l = 0.36, Ga composition ratio m = 0.15, In composition ratio 0) .49, layer thickness t = 1.0 μm), a p-GaAs contact layer 148 is provided.

p−AlGaInPクラッド層146とp−GaAsコンタクト層148とはリッジ導波路が形成され、このリッジ導波路の頂部に開口150を有する絶縁膜152がp−GaAsコンタクト層148の表面上に形成されている。この開口150及び絶縁膜152上にp電極42が配設され、n−GaAs基板28の裏面側にn電極44が配設されている。p電極42の表面上には金メッキ層46が配設され、この金メッキ層46を介して半導体レーザ素子136がヒートシンク24と半田により接合されている。
この実施の形態に係る半導体レーザ装置134においてもジャンクションダウン(J−DOWN)組み立てであるが、ジャンクションアップ(J−UP)組み立てとすることもできる。
半導体レーザ装置134においてはn−AlGaInPクラッド層138の屈折率はp−AlGaInPクラッド層146の屈折率よりも高くなるので、アンドープ圧縮歪みGaInP活性層142に対してヒートシンク24と反対側に配設されたアンドープAlGaInPガイド層140およびn−AlGaInPクラッド層138の実効屈折率はアンドープ圧縮歪みGaInP活性層142に対してヒートシンク24側に配設されたアンドープAlGaInPガイド層144およびp−AlGaInPクラッド層146の実効屈折率よりも高くなるので、光強度分布は主にヒートシンク24と反対側に配設されたn−AlGaInPクラッド層138側へ拡大することになる。このため、垂直ビーム拡がり角θvが小さくなり、水平ビーム拡がり角θhは特に変化がないので、水平ビーム拡がり角θhに対する垂直ビーム拡がり角θvの比であるアスペクト比が小さくなる。
The p-AlGaInP cladding layer 146 and the p-GaAs contact layer 148 form a ridge waveguide, and an insulating film 152 having an opening 150 at the top of the ridge waveguide is formed on the surface of the p-GaAs contact layer 148. Yes. A p-electrode 42 is disposed on the opening 150 and the insulating film 152, and an n-electrode 44 is disposed on the back side of the n-GaAs substrate 28. A gold plating layer 46 is disposed on the surface of the p-electrode 42, and the semiconductor laser element 136 is joined to the heat sink 24 by solder via the gold plating layer 46.
Although the semiconductor laser device 134 according to this embodiment is also a junction down (J-DOWN) assembly, it may be a junction up (J-UP) assembly.
In the semiconductor laser device 134, the refractive index of the n-AlGaInP cladding layer 138 is higher than that of the p-AlGaInP cladding layer 146, so that it is disposed on the opposite side of the heat sink 24 with respect to the undoped compressive strain GaInP active layer 142. The effective refractive indexes of the undoped AlGaInP guide layer 140 and the n-AlGaInP cladding layer 138 are the same as those of the undoped AlGaInP guide layer 144 and the p-AlGaInP cladding layer 146 disposed on the heat sink 24 side with respect to the undoped compression strained GaInP active layer 142. Since the refractive index becomes higher than the refractive index, the light intensity distribution mainly expands to the n-AlGaInP cladding layer 138 side disposed on the side opposite to the heat sink 24. For this reason, the vertical beam divergence angle θv is reduced, and the horizontal beam divergence angle θh is not particularly changed. Therefore, the aspect ratio, which is the ratio of the vertical beam divergence angle θv to the horizontal beam divergence angle θh, is reduced.

また垂直ビーム拡がり角θvが小さくなると近視野像のビーム径が拡大し、光密度が低減するので高出力時の端面劣化を少なくすることになり高出力動作におけるLDの信頼性を高めることになる。
AlGaInPの熱伝導率はAl組成比が高くなるに伴って高くなるので、ヒートシンク24側に配設されたp−AlGaInPクラッド層146の熱伝導率がヒートシンク24と反対側に配設されたn−AlGaInPクラッド層138の熱伝導率よりも高くなり、アンドープ圧縮歪みGaInP活性層142近傍で発生した熱がヒートシンク24側に伝導しやすく放熱効果が高い構成になっている。
さらに、光強度分布は主にヒートシンク24と反対側に配設されたn−AlGaInPクラッド層138側へ拡大することになる。このためヒートシンク24側に配設されたp−AlGaInPクラッド層146の層厚を1.0μmと薄くしてもp−GaAsコンタクト層148の光学的影響を受けることはない。一方光強度分布が拡大する側に配設されたn−AlGaInPクラッド層138はn−GaAs基板28の光学的影響を低減するために層厚を2.0μmと厚くしている。従ってアンドープ圧縮歪みGaInP活性層142からヒートシンク24までの距離を短くすることができ一層放熱効果を高めることができる。
Further, when the vertical beam divergence angle θv is reduced, the beam diameter of the near-field image is enlarged and the light density is reduced, so that end face deterioration at high output is reduced and the reliability of the LD in high output operation is increased. .
Since the thermal conductivity of AlGaInP increases as the Al composition ratio increases, the thermal conductivity of the p-AlGaInP cladding layer 146 disposed on the heat sink 24 side is n − disposed on the opposite side of the heat sink 24. The thermal conductivity of the AlGaInP cladding layer 138 is higher than that of the AlGaInP clad layer 138, and heat generated in the vicinity of the undoped compressive strain GaInP active layer 142 is easily conducted to the heat sink 24 side so that the heat dissipation effect is high.
Furthermore, the light intensity distribution mainly expands toward the n-AlGaInP cladding layer 138 disposed on the side opposite to the heat sink 24. Therefore, even if the thickness of the p-AlGaInP cladding layer 146 disposed on the heat sink 24 side is reduced to 1.0 μm, the p-GaAs contact layer 148 is not optically affected. On the other hand, the n-AlGaInP cladding layer 138 disposed on the side where the light intensity distribution is enlarged has a layer thickness of 2.0 μm in order to reduce the optical influence of the n-GaAs substrate 28. Therefore, the distance from the undoped compressive strain GaInP active layer 142 to the heat sink 24 can be shortened, and the heat dissipation effect can be further enhanced.

変形例11
図20はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。
図20において、半導体レーザ装置156が半導体レーザ装置134と相違する点は次の点である。
半導体レーザ装置134においては、アンドープ圧縮歪みGaInP活性層142に対してn−AlGaInPクラッド層138とp−AlGaInPクラッド層146とを非対称構造にし、アンドープAlGaInPガイド層140とアンドープAlGaInPガイド層144とは同じ材料構成で同じ層厚としアンドープ圧縮歪みGaInP活性層142に対してガイド層を対称構造にしていた。
しかしこの半導体レーザ装置156においてはアンドープ圧縮歪みGaInP活性層142に対してn−AlGaInPクラッド層138とp−AlGaInPクラッド層146とを非対称構造にするとともに、さらにアンドープAlGaInPガイド層140とアンドープAlGaInPガイド層144aとをアンドープ圧縮歪みGaInP活性層142に対して非対称構造としたことである。
すなわちアンドープAlGaInPガイド層144aを、Al組成比l=0.25,Ga組成比m=0.26、In組成比n=0.49、層厚t=70nmとしている。
これにより、半導体レーザ装置156は半導体レーザ装置134より一層高い放熱効果を可能にするものである。
なおこの変形例はガイド層及びクラッド層をともに非対称構造にしたが、クラッド層を対称構造にし、ガイド層のみを非対称構造にしても相応の放熱効果を可能にすることはいうまでもない。
Modification 11
FIG. 20 is a sectional view of a modification of the semiconductor laser device according to one embodiment of the present invention.
In FIG. 20, the semiconductor laser device 156 is different from the semiconductor laser device 134 in the following points.
In the semiconductor laser device 134, the n-AlGaInP cladding layer 138 and the p-AlGaInP cladding layer 146 have an asymmetric structure with respect to the undoped compression strained GaInP active layer 142, and the undoped AlGaInP guide layer 140 and the undoped AlGaInP guide layer 144 are the same. The guide layer was made symmetrical with respect to the undoped compression strained GaInP active layer 142 with the same layer thickness in the material configuration.
However, in this semiconductor laser device 156, the n-AlGaInP cladding layer 138 and the p-AlGaInP cladding layer 146 have an asymmetric structure with respect to the undoped compression strained GaInP active layer 142, and further, the undoped AlGaInP guide layer 140 and the undoped AlGaInP guide layer. 144 a is an asymmetric structure with respect to the undoped compressive strain GaInP active layer 142.
That is, the undoped AlGaInP guide layer 144a has an Al composition ratio l = 0.25, a Ga composition ratio m = 0.26, an In composition ratio n = 0.49, and a layer thickness t = 70 nm.
Thus, the semiconductor laser device 156 enables a higher heat dissipation effect than the semiconductor laser device 134.
In this modification, both the guide layer and the clad layer have an asymmetric structure, but it goes without saying that a corresponding heat dissipation effect can be achieved even if the clad layer is a symmetric structure and only the guide layer is an asymmetric structure.

変形例12
図21はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。
図21における半導体レーザ装置160は、発振波長が約1480nmであるリッジ導波路構造を有する半導体レーザ装置で、半導体レーザ素子162とヒートシンク24とから形成されている。
図21において、半導体レーザ素子162は、n−InP基板164とこのn−InP基板164の表面上に、n−InP基板164側から順次、第2の半導体層としてのn−InGaAsPクラッド層166(バンドギャップ波長λg=0.99μm,層厚t=2.0μm)、第4の半導体層としてのアンドープInGaAsPガイド層168(バンドギャップ波長λg=1.08μm,層厚t=150nm)、アンドープInGaAsP活性層170(バンドギャップ波長λg=1.48μm,層厚t=10nm)、第3の半導体層としてのアンドープInGaAsPガイド層172(バンドギャップ波長λg=1.08μm,層厚t=150nm)、第1の半導体層としてのp−InPクラッド層174(層厚t=1.0μm)、p−InPコンタクト層176が配設されている。p−InPクラッド層174とp−InPコンタクト層176とはリッジ導波路が形成され、このリッジの頂部に開口150を有する絶縁膜152がp−InPコンタクト層176の表面上に形成されている。この開口150及び絶縁膜152上にp電極42が配設され、n−InP基板164の裏面側にn電極44が配設されている。p電極42の表面上には金メッキ層46が配設され、この金メッキ層46を介して半導体レーザ素子162がヒートシンク24と半田により接合されている。
Modification 12
FIG. 21 is a cross-sectional view of a modification of the semiconductor laser device according to one embodiment of the present invention.
A semiconductor laser device 160 in FIG. 21 is a semiconductor laser device having a ridge waveguide structure with an oscillation wavelength of about 1480 nm, and is formed of a semiconductor laser element 162 and a heat sink 24.
In FIG. 21, a semiconductor laser element 162 includes an n-InP substrate 164 and an n-InGaAsP cladding layer 166 (second semiconductor layer) on the surface of the n-InP substrate 164 in order from the n-InP substrate 164 side. Band gap wavelength λg = 0.99 μm, layer thickness t = 2.0 μm), undoped InGaAsP guide layer 168 as a fourth semiconductor layer (band gap wavelength λg = 1.08 μm, layer thickness t = 150 nm), undoped InGaAsP activity Layer 170 (bandgap wavelength λg = 1.48 μm, layer thickness t = 10 nm), undoped InGaAsP guide layer 172 as a third semiconductor layer (bandgap wavelength λg = 1.08 μm, layer thickness t = 150 nm), first P-InP cladding layer 174 (layer thickness t = 1.0 μm) as a semiconductor layer, p-InP contour Coat layer 176 is disposed. The p-InP cladding layer 174 and the p-InP contact layer 176 form a ridge waveguide, and an insulating film 152 having an opening 150 at the top of the ridge is formed on the surface of the p-InP contact layer 176. A p-electrode 42 is disposed on the opening 150 and the insulating film 152, and an n-electrode 44 is disposed on the back side of the n-InP substrate 164. A gold plating layer 46 is disposed on the surface of the p-electrode 42, and the semiconductor laser element 162 is joined to the heat sink 24 by solder via the gold plating layer 46.

半導体レーザ装置160においてはn−InGaAsPクラッド層166の屈折率がp−InPクラッド層174の屈折率よりも高い。従ってアンドープInGaAsP活性層170に対してヒートシンク24と反対側に配設されたアンドープInGaAsPガイド層168およびn−InGaAsPクラッド層166の実効屈折率はアンドープInGaAsP活性層170に対してヒートシンク24側に配設されたアンドープInGaAsPガイド層172およびp−InPクラッド層174の実効屈折率よりも高くなるので、光強度分布は主にヒートシンク24と反対側に配設されたn−InGaAsPクラッド層166側へ拡大することになる。このため、垂直ビーム拡がり角θvが小さくなり、水平ビーム拡がり角θhは特に変化がないので、水平ビーム拡がり角θhに対する垂直ビーム拡がり角θvの比であるアスペクト比が小さくなる。
また垂直ビーム拡がり角θvが小さくなると近視野像のビーム径が拡大し、光密度が低減するので高出力時の端面劣化を少なくすることになり高出力動作におけるLDの信頼性を高めることになる。
熱伝導率はヒートシンク24側に配設された二元組成であるp−InPクラッド層174の熱伝導率がヒートシンク24と反対側に配設された四元組成のn−InGaAsPクラッド層166の熱伝導率よりも高くなり、アンドープInGaAsP活性層170近傍で発生した熱がヒートシンク24側に伝導しやすく放熱効果が高い構成になっている。
さらに、光強度分布は主にヒートシンク24と反対側に配設されたn−InGaAsPクラッド層166側へ拡大することになる。またコンタクト層もp−InPであるので、ヒートシンク24側に配設されたp−InPクラッド層174の層厚を1.0μmと薄くしてもp−InPコンタクト層176の光学的影響を受けることはない。一方光強度分布が拡大する側に配設されたn−InGaAsPクラッド層166はn−InP基板164の光学的影響を低減するために層厚を2.0μmと厚くしている。従ってアンドープInGaAsP活性層170からヒートシンク24までの距離を短くすることができ一層放熱効果を高めることができる。
In the semiconductor laser device 160, the refractive index of the n-InGaAsP cladding layer 166 is higher than that of the p-InP cladding layer 174. Accordingly, the effective refractive index of the undoped InGaAsP guide layer 168 and the n-InGaAsP cladding layer 166 disposed on the opposite side of the heat sink 24 with respect to the undoped InGaAsP active layer 170 is disposed on the heat sink 24 side with respect to the undoped InGaAsP active layer 170. Since the effective refractive index of the undoped InGaAsP guide layer 172 and the p-InP clad layer 174 becomes higher, the light intensity distribution mainly expands to the n-InGaAsP clad layer 166 side disposed on the side opposite to the heat sink 24. It will be. For this reason, the vertical beam divergence angle θv is reduced, and the horizontal beam divergence angle θh is not particularly changed. Therefore, the aspect ratio, which is the ratio of the vertical beam divergence angle θv to the horizontal beam divergence angle θh, is reduced.
Further, when the vertical beam divergence angle θv is reduced, the beam diameter of the near-field image is enlarged and the light density is reduced, so that end face deterioration at high output is reduced and the reliability of the LD in high output operation is increased. .
The thermal conductivity of the p-InP cladding layer 174 having a binary composition disposed on the heat sink 24 side is the thermal conductivity of the n-InGaAsP cladding layer 166 having a quaternary composition disposed on the opposite side of the heat sink 24. The heat conductivity is higher than that of the undoped InGaAsP active layer 170, and the heat dissipation effect is easily increased.
Furthermore, the light intensity distribution mainly expands to the n-InGaAsP cladding layer 166 side disposed on the side opposite to the heat sink 24. Since the contact layer is also p-InP, the p-InP contact layer 176 is optically affected even if the p-InP clad layer 174 disposed on the heat sink 24 side is made as thin as 1.0 μm. There is no. On the other hand, the n-InGaAsP clad layer 166 disposed on the side where the light intensity distribution is enlarged has a thickness of 2.0 μm in order to reduce the optical influence of the n-InP substrate 164. Therefore, the distance from the undoped InGaAsP active layer 170 to the heat sink 24 can be shortened, and the heat dissipation effect can be further enhanced.

変形例13
図22はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。
図22における半導体レーザ装置180は、発振波長が約410nmであるリッジ導波路構造を有する半導体レーザ装置で、半導体レーザ素子182とヒートシンク24とから形成されている。
図22において、半導体レーザ素子182は、n−GaN基板184とこのn−GaN基板184の表面上に、n−GaN基板184側から順次、第2の半導体層としてのn−AlGaNクラッド層186(Al組成比x=0.9、層厚t=2.0μm)、第4の半導体層としてのアンドープGaNガイド層188(層厚t=100nm)、アンドープInGaN活性層190(In組成比n=0.1、層厚t=10nm)、第3の半導体層としてのアンドープGaNガイド層192(層厚t=100nm)、第1の半導体層としてのp−AlGaNクラッド層194(Al組成比x=0.4、層厚t=1.0μm)、p−GaNコンタクト層196が配設されている。
p−AlGaNクラッド層194とp−GaNコンタクト層196とは導波路リッジが形成され、この導波路リッジの頂部に開口150を有する絶縁膜152がp−GaNコンタクト層196の表面上に形成されている。この開口150及び絶縁膜152上にp電極42が配設され、n−GaN基板184の裏面側にn電極44が配設されている。p電極42の表面上には金メッキ層46が配設され、この金メッキ層46を介して半導体レーザ素子182がヒートシンク24と半田により接合されている。
Modification 13
FIG. 22 is a cross-sectional view of a modification of the semiconductor laser device according to one embodiment of the present invention.
A semiconductor laser device 180 in FIG. 22 is a semiconductor laser device having a ridge waveguide structure with an oscillation wavelength of about 410 nm, and is formed of a semiconductor laser element 182 and a heat sink 24.
In FIG. 22, a semiconductor laser element 182 includes an n-GaN substrate 184 and an n-AlGaN cladding layer 186 as a second semiconductor layer on the surface of the n-GaN substrate 184 in order from the n-GaN substrate 184 side. Al composition ratio x = 0.9, layer thickness t = 2.0 μm), undoped GaN guide layer 188 (layer thickness t = 100 nm) as the fourth semiconductor layer, undoped InGaN active layer 190 (In composition ratio n = 0) .1, layer thickness t = 10 nm), undoped GaN guide layer 192 (layer thickness t = 100 nm) as the third semiconductor layer, p-AlGaN cladding layer 194 as the first semiconductor layer (Al composition ratio x = 0) .4, layer thickness t = 1.0 μm), a p-GaN contact layer 196 is provided.
The p-AlGaN cladding layer 194 and the p-GaN contact layer 196 form a waveguide ridge, and an insulating film 152 having an opening 150 on the top of the waveguide ridge is formed on the surface of the p-GaN contact layer 196. Yes. A p-electrode 42 is disposed on the opening 150 and the insulating film 152, and an n-electrode 44 is disposed on the back side of the n-GaN substrate 184. A gold plating layer 46 is disposed on the surface of the p-electrode 42, and the semiconductor laser element 182 is joined to the heat sink 24 by solder via the gold plating layer 46.

半導体レーザ装置180においては、n−AlGaNクラッド層186の屈折率はp−AlGaNクラッド層194の屈折率よりも高くなる。
従ってアンドープInGaN活性層190に対してヒートシンク24と反対側に配設されたアンドープGaNガイド層188およびn−AlGaNクラッド層186の実効屈折率はアンドープInGaN活性層190に対してヒートシンク24側に配設されたアンドープGaNガイド層192およびp−AlGaNクラッド層194の実効屈折率よりも高くなるので、光強度分布は主にヒートシンク24と反対側に配設されたn−AlGaNクラッド層186側へ拡大することになる。このため、垂直ビーム拡がり角θvが小さくなり、水平ビーム拡がり角θhは特に変化がないので、水平ビーム拡がり角θhに対する垂直ビーム拡がり角θvの比であるアスペクト比が小さくなる。
また垂直ビーム拡がり角θvが小さくなると近視野像のビーム径が拡大し、光密度が低減するので高出力時の端面劣化を少なくすることになり高出力動作におけるLDの信頼性を高めることになる。
熱伝導率は、ヒートシンク24側に配設されたp−AlGaNクラッド層194の熱伝導率がヒートシンク24と反対側に配設されたn−AlGaNクラッド層186の熱伝導率よりも高くなり、アンドープInGaN活性層190近傍で発生した熱がヒートシンク24側に移動しやすく放熱効果が高い構成になっている。
In the semiconductor laser device 180, the refractive index of the n-AlGaN cladding layer 186 is higher than the refractive index of the p-AlGaN cladding layer 194.
Therefore, the effective refractive indexes of the undoped GaN guide layer 188 and the n-AlGaN cladding layer 186 disposed on the opposite side of the heat sink 24 with respect to the undoped InGaN active layer 190 are disposed on the heat sink 24 side with respect to the undoped InGaN active layer 190. Since the effective refractive index of the undoped GaN guide layer 192 and the p-AlGaN cladding layer 194 is higher than the effective refractive index, the light intensity distribution mainly expands to the n-AlGaN cladding layer 186 side disposed on the side opposite to the heat sink 24. It will be. For this reason, the vertical beam divergence angle θv is reduced, and the horizontal beam divergence angle θh is not particularly changed. Therefore, the aspect ratio, which is the ratio of the vertical beam divergence angle θv to the horizontal beam divergence angle θh, is reduced.
Further, when the vertical beam divergence angle θv is reduced, the beam diameter of the near-field image is enlarged and the light density is reduced, so that end face deterioration at high output is reduced and the reliability of the LD in high output operation is increased. .
The thermal conductivity of the p-AlGaN cladding layer 194 disposed on the heat sink 24 side is higher than the thermal conductivity of the n-AlGaN cladding layer 186 disposed on the opposite side of the heat sink 24, and the undoped The heat generated in the vicinity of the InGaN active layer 190 is easy to move to the heat sink 24 side, and the heat dissipation effect is high.

さらに、光強度分布は主にアンドープInGaN活性層190に対してヒートシンク24と反対側に配設されたn−AlGaNクラッド層186側へ拡大することになる。このため、アンドープInGaN活性層190に対してヒートシンク24側に配設されたp−AlGaNクラッド層194の層厚を1.0μmと薄くしてもp−GaNコンタクト層196の光学的影響を受けることはない。一方光強度分布が拡大する側に配設されたn−AlGaNクラッド層186はn−GaN基板184の光学的影響を低減するために層厚を2.0μmと厚くしている。従ってアンドープInGaN活性層190からヒートシンク24までの距離を短くすることができ一層放熱効果を高めることができる。
以上のようにこの実施の形態に係る半導体レーザ装置においては、リッジ導波路構造を有する半導体レーザ装置において、実施の形態3と同様の効果を備えている。
Furthermore, the light intensity distribution mainly expands to the n-AlGaN cladding layer 186 side disposed on the side opposite to the heat sink 24 with respect to the undoped InGaN active layer 190. Therefore, even if the thickness of the p-AlGaN cladding layer 194 disposed on the heat sink 24 side with respect to the undoped InGaN active layer 190 is reduced to 1.0 μm, the p-GaN contact layer 196 is optically affected. There is no. On the other hand, the n-AlGaN cladding layer 186 disposed on the side where the light intensity distribution is enlarged has a layer thickness of 2.0 μm to reduce the optical influence of the n-GaN substrate 184. Therefore, the distance from the undoped InGaN active layer 190 to the heat sink 24 can be shortened, and the heat dissipation effect can be further enhanced.
As described above, the semiconductor laser device according to this embodiment has the same effects as those of the third embodiment in the semiconductor laser device having the ridge waveguide structure.

なお以上の実施の形態において記載した材料、半導体レーザ構造、各層の組成比および層厚等は、一例であるこれに限るものではない。
また以上の実施の形態においては活性層が一つである単一量子井戸構造を例に示したが、これに限らず多重量子井戸構造の活性層でも同様の効果を奏する。
また記載の実施の形態においては、電流狭窄構造をプロトン注入によりおこなったブロードエリアレーザを示したが、これに限るものではなく、絶縁膜による電流狭窄構造である絶縁膜ストライプレーザにおいても同様の効果を奏する。
また、導波路構造としてリッジ導波路構造を例に説明したが、これに限るものではなく埋め込み構造や埋め込みリッジ構造であっても良い。
Note that the materials, semiconductor laser structures, composition ratios and layer thicknesses of the layers described in the above embodiments are examples, and are not limited thereto.
In the above embodiment, a single quantum well structure with one active layer is shown as an example. However, the present invention is not limited to this, and the same effect can be obtained with an active layer having a multiple quantum well structure.
In the described embodiment, the broad area laser in which the current confinement structure is formed by proton injection is shown. However, the present invention is not limited to this, and the same effect can be obtained in an insulating film stripe laser having a current confinement structure by an insulating film. Play.
Further, although the ridge waveguide structure has been described as an example of the waveguide structure, the invention is not limited to this, and an embedded structure or an embedded ridge structure may be used.

以上のように、この発明に係る半導体レーザ装置は、固体レーザ励起用など高出力動作が要求される半導体レーザ装置に適している。   As described above, the semiconductor laser device according to the present invention is suitable for a semiconductor laser device that requires high output operation such as for solid laser excitation.

この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の模式図である。1 is a schematic diagram of a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention. この発明に係る半導体レーザ装置の半導体層の屈折率分布を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the refractive index distribution of the semiconductor layer of the semiconductor laser apparatus concerning this invention. この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の斜視図である。1 is a perspective view of a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention. 図3のIV−IV断面における半導体レーザ装置の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the semiconductor laser device taken along the line IV-IV in FIG. 3. この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。It is sectional drawing of the modification of the semiconductor laser apparatus which concerns on one embodiment of this invention. この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の斜視図である。1 is a perspective view of a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention. 図6のVII−VII断面における半導体レーザ装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor laser apparatus in the VII-VII cross section of FIG. この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。It is sectional drawing of the modification of the semiconductor laser apparatus which concerns on one embodiment of this invention. この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。It is sectional drawing of the modification of the semiconductor laser apparatus which concerns on one embodiment of this invention. この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。It is sectional drawing of the modification of the semiconductor laser apparatus which concerns on one embodiment of this invention. この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の断面図である。1 is a cross-sectional view of a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention. この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。It is sectional drawing of the modification of the semiconductor laser apparatus which concerns on one embodiment of this invention. この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。It is sectional drawing of the modification of the semiconductor laser apparatus which concerns on one embodiment of this invention. この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。It is sectional drawing of the modification of the semiconductor laser apparatus which concerns on one embodiment of this invention. この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の断面図である。1 is a cross-sectional view of a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention. この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。It is sectional drawing of the modification of the semiconductor laser apparatus which concerns on one embodiment of this invention. この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。It is sectional drawing of the modification of the semiconductor laser apparatus which concerns on one embodiment of this invention. この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。It is sectional drawing of the modification of the semiconductor laser apparatus which concerns on one embodiment of this invention. この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の断面図である。1 is a cross-sectional view of a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention. この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。It is sectional drawing of the modification of the semiconductor laser apparatus which concerns on one embodiment of this invention. この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。It is sectional drawing of the modification of the semiconductor laser apparatus which concerns on one embodiment of this invention. この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。It is sectional drawing of the modification of the semiconductor laser apparatus which concerns on one embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

24 ヒートシンク、 30 n−AlGaAsクラッド層、 34 AlGaAs活性層、 38 p−AlGaAsクラッド層、 32 アンドープAlGaAsガイド層、 36 アンドープAlGaAsガイド層。   24 heat sink, 30 n-AlGaAs cladding layer, 34 AlGaAs active layer, 38 p-AlGaAs cladding layer, 32 undoped AlGaAs guide layer, 36 undoped AlGaAs guide layer.

Claims (4)

一主面を有する放熱体と、
この放熱体の主面上に配設され、この放熱体の主面に対向する第1の主面およびこの第1の主面と互いに対向する第2の主面を有する第1導電型の第1の半導体層と、
この第1の半導体層の第2の主面上に配設され、上記第1の半導体層の第2の主面に対向する第1の主面およびこの第1の主面と互いに対向する第2の主面を有する活性層と、
この活性層の第2の主面上に配設され、上記活性層の第2の主面に対向する第1の主面およびこの第1の主面と互いに対向する第2の主面を有する第2導電型の第2の半導体層とを備えるとともに、上記第1の半導体層及び第2の半導体層が屈折率の減少に伴って熱伝導率が増加する材料により構成され、上記第1の半導体層の屈折率が上記第2の半導体層の屈折率より小さく設定され、上記活性層の第1の主面と上記第1の半導体層の第1の主面との間の実効屈折率が上記活性層の第2の主面と上記第2の半導体層の第2の主面との間の実効屈折率より低く、かつ上記活性層の第1の主面と上記第1の半導体層の第1の主面との間の熱抵抗が上記活性層の第2の主面と上記第2の半導体層の第2の主面との間の熱抵抗より小さいことを特徴とする半導体レーザ装置。
A radiator having a main surface;
A first conductive type first electrode disposed on the main surface of the heat dissipating body and having a first main surface facing the main surface of the heat dissipating member and a second main surface facing the first main surface. A semiconductor layer;
A first main surface disposed on the second main surface of the first semiconductor layer and opposed to the second main surface of the first semiconductor layer, and a first main surface opposite to the first main surface. An active layer having two principal surfaces;
A first main surface disposed on the second main surface of the active layer and opposed to the second main surface of the active layer, and a second main surface opposite to the first main surface. A second semiconductor layer of a second conductivity type, and the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are made of a material whose thermal conductivity increases as the refractive index decreases, The refractive index of the semiconductor layer is set smaller than the refractive index of the second semiconductor layer, and the effective refractive index between the first main surface of the active layer and the first main surface of the first semiconductor layer is The effective refractive index between the second main surface of the active layer and the second main surface of the second semiconductor layer is lower than that of the first main surface of the active layer and the first semiconductor layer. The thermal resistance between the first main surface is smaller than the thermal resistance between the second main surface of the active layer and the second main surface of the second semiconductor layer. Semiconductor laser device.
第1の半導体層が熱伝導率λ1と屈折率n1と層厚みt1とを有し、活性層が屈折率naを有し、第2の半導体層が熱伝導率λ2と屈折率n2と層厚みt2とを有するとともに、na>n2、na>n1、かつ t2/λ2>t1/λ1 としたことを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ装置。   The first semiconductor layer has thermal conductivity λ1, refractive index n1 and layer thickness t1, the active layer has refractive index na, and the second semiconductor layer has thermal conductivity λ2, refractive index n2 and layer thickness. 2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein t> 2 and na> n2, na> n1, and t2 / λ2> t1 / λ1. 第1の半導体層と活性層との間に屈折率n3と熱伝導率λ3と層厚t3とを有する第1のガイド層が、また第2の半導体層と活性層との間に屈折率n4と熱伝導率λ4と層厚t4とを有する第2のガイド層がさらに配設されるとともに、na>n3、na>n4、かつt4/λ4>t3/λ3としたことを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ装置。   A first guide layer having a refractive index n3, a thermal conductivity λ3, and a layer thickness t3 is provided between the first semiconductor layer and the active layer, and a refractive index n4 is provided between the second semiconductor layer and the active layer. And a second guide layer having a thermal conductivity λ4 and a layer thickness t4 is further provided, wherein na> n3, na> n4, and t4 / λ4> t3 / λ3. 1. The semiconductor laser device according to 1. 一主面を有する放熱体と、
この放熱体の主面上に配設された第1導電型の第1の半導体層と、
この第1の半導体層の上に配設された一層または複数層の第1のガイド層と、
この第1のガイド層の上に配設された活性層と、
この活性層上に配設された一層または複数層の第2のガイド層と、
この第2のガイド層の上に配設された第2導電型の第2の半導体層とを備え、
上記第1の半導体層及び第2の半導体層が屈折率の減少に伴って熱伝導率が増加する材料により構成され、第1の半導体層と第1のガイド層とから定まる熱抵抗が第2のガイド層と第2の半導体層とから定まる熱抵抗より小さくかつ第1の半導体層と第1のガイド層とから定まる実効屈折率が第2のガイド層と第2の半導体層とから定まる実効屈折率より低いことを特徴とする半導体レーザ装置。
A radiator having a main surface;
A first semiconductor layer of a first conductivity type disposed on the main surface of the radiator,
One or more first guide layers disposed on the first semiconductor layer;
An active layer disposed on the first guide layer;
One or more second guide layers disposed on the active layer;
A second semiconductor layer of a second conductivity type disposed on the second guide layer,
The first semiconductor layer and the second semiconductor layer are made of a material whose thermal conductivity increases as the refractive index decreases, and the thermal resistance determined from the first semiconductor layer and the first guide layer is the second. The effective refractive index determined by the second guide layer and the second semiconductor layer is smaller than the thermal resistance determined by the guide layer and the second semiconductor layer, and the effective refractive index determined by the first semiconductor layer and the first guide layer is determined by the second guide layer and the second semiconductor layer. A semiconductor laser device having a refractive index lower than that of the semiconductor laser device.
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