JP2020035774A - Semiconductor laser module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体レーザモジュールに関し、特に、エルビウム添加ファイバ増幅器やラマン増幅器の励起用光源として用いられる半導体レーザを有する半導体レーザモジュールに関する。 The present invention relates to a semiconductor laser module, and more particularly to a semiconductor laser module having a semiconductor laser used as a light source for excitation of an erbium-doped fiber amplifier or a Raman amplifier.
エルビウム添加ファイバ増幅器(Erbium Doped Fiber Amplifier:EDFA)やラマン増幅器の励起用光源として用いられる半導体レーザには、光出力が高出力であることが求められる。 A semiconductor laser used as an excitation light source for an erbium-doped fiber amplifier (EDFA) or a Raman amplifier is required to have a high optical output.
上記のような半導体レーザ50は、図13に示すように、n型InP(インジウム・リン)からなるn型半導体基板31の上に、n型InGaAsP(インジウム・ガリウム・砒素・リン)からなるn型クラッド層32、InGaAsPからなる光分離閉じ込め(SCH:Separate Confinement Heterostructure)層33、InGaAsPからなる活性層34、InGaAsPからなるSCH層35と、p型InPからなるp型クラッド層36と、が順番に積層されてなる。
As shown in FIG. 13, the
図13において、n型クラッド層32、SCH層33、活性層34、SCH層35、及びp型クラッド層36はメサ型の光導波路を構成しており、このメサ型の光導波路の両側方にp型InPからなる埋め込み層37及びn型InPからなる埋め込み層38が形成されている。p型InPからなるp型クラッド層36はSCH層35の上側及び埋め込み層38の上面に形成されており、このp型クラッド層36の上面には、p型InGaAsPからなるp型コンタクト層39が形成されている。さらに、このp型コンタクト層39の上面には、p電極40が設けられている。また、n型半導体基板31の下面にはn電極41が設けられている。また、活性層34で発生した光の出射端面は、低反射率膜の施された端面(LR端面)42aと高反射率膜の施された端面(HR端面)42bとからなる。
In FIG. 13, the n-
上記の半導体レーザ50においては、高出力化を実現するために、活性層34及びSCH層33,35における光閉じ込め係数を低減している。さらに、光の分布をn型クラッド層32側に偏らせることにより、p型クラッド層36内における価電子帯間光吸収による光損失を抑制している。
In the above-described
半導体レーザ50の更なる高出力化の手法としては、共振器長を拡大させて飽和出力を向上させるとともに、HR端面42bの反射率を上昇させる一方でLR端面42aの反射率を低減して、LR端面42aからの光取出効率を向上させることが有効である。
As a technique for further increasing the output of the
活性層34内の光強度はHR端面42bからLR端面42aに向かって指数関数で増大し、活性層幅が一定の場合には、単位面積当たりの光強度すなわち光密度も同様に指数関数で増大する。HR端面42bからの距離zの位置の光強度I(z)は、HR端面42bでの光強度I0、単位長さ当たりの内部利得g、単位長さ当たりの内部損失αを用いて、I(z)=I0exp{(g−α)・z}のように表される。
The light intensity in the
しかしながら、このようにLR端面42aに向かって光強度が増大すると、それに伴ってキャリア密度が減少するため、光強度が大きいLR端面42a付近でキャリアが不足し、発光効率の低下を招いてしまう。この対策には、半導体レーザ50内の光密度に応じて注入電流を偏らせることが有効であり、p電極40又はn電極41を分割して注入電流量を制御する方法などが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
However, when the light intensity increases toward the
しかしながら、特許文献1に開示された方法では、半導体レーザの作製や電流制御法が複雑になるという欠点があった。
However, the method disclosed in
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、簡単な構成で高い発光効率及び高出力が得られる半導体レーザモジュールを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a conventional problem, and an object of the present invention is to provide a semiconductor laser module capable of obtaining high luminous efficiency and high output with a simple configuration.
上記課題を解決するために、本発明に係る半導体レーザモジュールは、半導体基板と、駆動電流の注入により光を発生させる活性層と、前記活性層を層厚方向に挟むn型クラッド層及びp型クラッド層とが、前記活性層に前記駆動電流を注入するための上面電極及び下面電極の間に積層形成され、前記活性層で発生した光の出射端面が低反射率膜の施された端面と高反射率膜の施された端面とからなる半導体レーザと、前記半導体レーザが載置されるサブマウントと、前記半導体レーザ及び前記サブマウントを格納する筐体と、前記筐体に接続され、前記低反射率膜の施された端面から出射される光を前記筐体の外部に導くための光ファイバと、前記筐体内において前記上面電極に電気的に接続されて、前記筐体の外側面から突出する第1端子と、前記筐体内において前記下面電極に電気的に接続されて、前記筐体の外側面から突出する第2端子と、を備え、前記第1端子及び前記第2端子を介して前記駆動電流が供給される半導体レーザモジュールであって、前記上面電極と前記第1端子とは、前記上面電極に配線された複数のワイヤを介して電気的に接続され、前記複数のワイヤは、前記低反射率膜の施された端面を一端とし、前記一端から所定の距離だけ離れたもう一端までの領域において前記上面電極に配線され、前記所定の距離は、前記活性層の全長の2/10〜6/10の長さの範囲にある構成である。 In order to solve the above problems, a semiconductor laser module according to the present invention includes a semiconductor substrate, an active layer that generates light by injecting a drive current, an n-type clad layer sandwiching the active layer in a thickness direction, and a p-type. A cladding layer is formed between an upper electrode and a lower electrode for injecting the drive current into the active layer, and an emission end face of light generated in the active layer has an end face provided with a low reflectance film. A semiconductor laser comprising an end face provided with a high reflectivity film, a submount on which the semiconductor laser is mounted, a housing for storing the semiconductor laser and the submount, and connected to the housing; An optical fiber for guiding light emitted from the end face provided with the low reflectance film to the outside of the housing, and electrically connected to the upper surface electrode in the housing, from the outer surface of the housing. Protruding first end And a second terminal electrically connected to the lower surface electrode in the housing and protruding from an outer surface of the housing, wherein the drive current is supplied through the first terminal and the second terminal. In the semiconductor laser module to be supplied, the upper surface electrode and the first terminal are electrically connected via a plurality of wires wired to the upper surface electrode, and the plurality of wires are connected to the low reflectance. The end surface on which the film is formed is used as one end, and is wired to the upper surface electrode in a region from the one end to the other end separated by a predetermined distance, and the predetermined distance is 2/10 to 6/6 of the total length of the active layer. The configuration is in the range of 10 lengths.
この構成により、本発明に係る半導体レーザモジュールは、活性層に駆動電流を注入するための複数のワイヤの配線位置を半導体レーザの低反射率膜の施された端面側に偏らせて、半導体レーザの光密度の高い領域により多くの駆動電流を流すことにより、簡単な構成で高い発光効率及び高出力を得ることができる。 With this configuration, the semiconductor laser module according to the present invention shifts the wiring positions of the plurality of wires for injecting the driving current into the active layer toward the end face side of the semiconductor laser on which the low-reflectance film is formed, and By passing a large amount of drive current through the region where the light density is high, high luminous efficiency and high output can be obtained with a simple configuration.
また、本発明に係る半導体レーザモジュールにおいては、前記サブマウントは、前記下面電極の全面に電気的に接続されるともに、前記第2端子に電気的に接続される電極パターンを有する構成であってもよい。 Further, in the semiconductor laser module according to the present invention, the submount has an electrode pattern electrically connected to an entire surface of the lower surface electrode and electrically connected to the second terminal. Is also good.
また、本発明に係る半導体レーザモジュールにおいては、前記所定の距離は、前記活性層の全長の3/10よりも長く、かつ、5/10よりも短い長さの範囲にある構成であってもよい。 Further, in the semiconductor laser module according to the present invention, the predetermined distance may be longer than 3/10 of the entire length of the active layer and shorter than 5/10. Good.
この構成により、本発明に係る半導体レーザモジュールは、印加電圧の増加による半導体レーザの発熱を抑えつつ、効率的に出力光強度を増加させることができる。 With this configuration, the semiconductor laser module according to the present invention can efficiently increase the output light intensity while suppressing heat generation of the semiconductor laser due to an increase in the applied voltage.
本発明は、簡単な構成で高い発光効率及び高出力が得られる半導体レーザモジュールを提供するものである。 An object of the present invention is to provide a semiconductor laser module capable of obtaining high luminous efficiency and high output with a simple configuration.
以下、本発明に係る半導体レーザモジュールの実施形態について、図面を用いて説明する。なお、各図面上の各構成の寸法比は、実際の寸法比と必ずしも一致していない。 Hereinafter, embodiments of a semiconductor laser module according to the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the dimensional ratio of each component on each drawing does not always match the actual dimensional ratio.
図1及び図2に示すように、本発明の実施形態に係るバタフライ型の半導体レーザモジュール1は、半導体レーザ10と、シングルモード光ファイバとしての光ファイバ11と、レンズ12と、受光素子13と、サーミスタ14と、放熱基板15と、ペルチェ素子16と、を主に備える。
As shown in FIGS. 1 and 2, a butterfly type
半導体レーザ10、レンズ12、受光素子13、サーミスタ14、放熱基板15、及びペルチェ素子16は、内部が中空の直方体状のパッケージ(筺体)17の内部に格納されている。
The
半導体レーザ10は、図3に示すように、n型半導体基板31と、駆動電流の注入により光を発生させる活性層34と、活性層34を層厚方向に挟むn型クラッド層32及びp型クラッド層36とが、活性層34に駆動電流を注入するためのp電極40及びn電極41の間に積層形成されてなる。また、活性層34で発生した光の出射端面は、低反射率膜の施された端面(LR端面)42aと高反射率膜の施された端面(HR端面)42bとからなる。半導体レーザ10の活性層34の長さ、すなわちLR端面42aとHR端面42bとの間の距離は、例えば3mm程度であり、具体的な範囲は2.5mm〜4.0mmである。なお、半導体レーザ10の構成の詳細は後述する。
As shown in FIG. 3, the
レンズ12は、半導体レーザ10のLR端面42aから出射される光(レーザ光)を光ファイバ11に向けて集光するようになっている。なお、図1及び図2は、レンズ12が1枚のレンズからなる構成を示しているが、レンズ12は2枚レンズ系の構成であってもよい。
The
光ファイバ11は、パッケージ17の正面側の壁面17aに接続され、レンズ12により集光された光をパッケージ17の外部に導くようになっている。
The
受光素子13は、半導体レーザ10のHR端面42bからわずかに出射される光を受光して半導体レーザ10の動作をモニタするための素子である。
The
図2に示すように、パッケージ17の両側壁17b,17cには、半導体レーザモジュール1の動作を制御するための信号が入出力される複数の端子18が、所定間隔で取り付けられている。これらの端子18は、任意のプリント基板上のパターンにハンダ付けされることが可能になっている。これらの複数の端子18のうち、例えば符号18aと18bを付した端子は、それぞれ半導体レーザ10に駆動電流を供給するためのアノード端子18aとカソード端子18bとなっている。
As shown in FIG. 2, a plurality of
アノード端子(第2端子)18aは、パッケージ17内において半導体レーザ10の下面電極としてのp電極40に電気的に接続されて、パッケージ17の側壁17cの外側面から突出している。また、カソード端子(第1端子)18bは、パッケージ17内において半導体レーザ10の上面電極としてのn電極41に電気的に接続されて、パッケージ17の側壁17cの外側面から突出している。
The anode terminal (second terminal) 18 a is electrically connected to the p-
図1に示すように、パッケージ17内の底壁17dの上面には、ペルチェ素子16が固定されている。このペルチェ素子16上に放熱基板15が固定されている。
As shown in FIG. 1, a
放熱基板15は、例えば、銅タングステン(CuW)や銅などの金属材料あるいは窒化アルミニウム(AlN)で構成されている。放熱基板15上には、レーザ光を出射する半導体レーザ10が載置されるLDサブマウント19と、レンズ12を保持するレンズホルダ20と、受光素子13を支持するPDサブマウント21と、LDサブマウント19とカソード端子18bとの間を中継するための中継基板22と、が固定されている。なお、本実施例では、放熱基板15として銅タングステン(CuW)を用いた例について記載するが、放熱基板15として窒化アルミニウム(AlN)を用いる場合には、放熱基板15の表面を導電性の高い膜で覆って使用することとする。
The
さらに、図2に示すように、LDサブマウント19上には、半導体レーザ10の温度を検出するためのサーミスタ14が固定されている。ペルチェ素子16は、サーミスタ14により検出される温度が所定温度(例えば25℃)になるように放熱基板15を冷却するようになっている。
Further, as shown in FIG. 2, a
また、パッケージ17の前端下部及び後端下部にはフランジ部23が設けられ、フランジ部23には半導体レーザモジュール1を任意の放熱板にネジ止めするための取り付け穴24が設けられている。
Further, a
パッケージ17の壁面17aには、半導体レーザ10のLR端面42aから出射されるレーザ光を外部に導くための円筒状の開口部25が形成されており、開口部25内には窓ガラス26が格納されている。
A
光ファイバ11の先端部分には円筒状のフェルール27が取り付けられている。この円筒状のフェルール27は、スリーブ28によってパッケージ17の壁面17aに固定されている。さらに、フェルール27の全体及び光ファイバ11の一部を取り囲む円筒状のカバー29が、パッケージ17の壁面17aに固定されている。
A
ここで、カバー29は、パッケージ17の壁面17aと連結固定される。また、フェルール27は、溶接によりスリーブ28内に固定される。パッケージ17、スリーブ28、及びカバー29は溶接で連結されるため、それぞれステンレス(SUS)などの金属材料で構成されている。
Here, the
次に、本実施形態の半導体レーザモジュール1の要部の構成について説明する。
Next, a configuration of a main part of the
図4は、図2のA−A線断面図である。LDサブマウント19は、例えば窒化アルミニウム(AlN)やシリコンカーバイド(SiC)などの絶縁材料で構成されており、分割された2つの電極パターン19a,19bが上面に形成されている。また、中継基板22は、例えば、AlNやアルミナ(Al2O3)などの絶縁材料で構成されており、電極パターン22aが上面に形成されている。
FIG. 4 is a sectional view taken along line AA of FIG. The LD submount 19 is made of an insulating material such as aluminum nitride (AlN) or silicon carbide (SiC), for example, and has two divided
半導体レーザ10は、例えば、n電極41が上面電極、p電極40が下面電極となるように、LDサブマウント19上にジャンクションダウンで固定される。この場合は、半導体レーザ10は、p電極40の全面がLDサブマウント19の電極パターン19aに電気的に接続されるように、電極パターン19aにハンダ等を介してダイボンディングされている。p電極40の全面は、電極パターン19aと複数のワイヤ45を介して放熱基板15に電気的に接続され、さらに図2に示すように放熱基板15を介して複数のワイヤ46によりアノード端子18aに電気的に接続される。
The
一方、LDサブマウント19の電極パターン19bは、半導体レーザ10のn電極41に複数のワイヤ47を介して電気的に接続されている。また、電極パターン19bは、中継基板22の電極パターン22aに複数のワイヤ48を介して電気的に接続されている。さらに、中継基板22の電極パターン22aは、カソード端子18bに複数のワイヤ49を介して電気的に接続されている。このようにして、半導体レーザ10のn電極41とカソード端子18bとは、パッケージ17内で電気的に接続される。なお、複数のワイヤ45〜49としては、例えば、金ワイヤ、銀ワイヤ、銅ワイヤなどを用いることができる。
On the other hand, the
図5は、上面電極としてのn電極41に配線される複数のワイヤ47の位置の例を示す図である。図5(a)は、10本のワイヤ47がn電極41の長さ方向の全体にわたってほぼ均等な間隔でボンディングされた場合を示している。図5(b)は、図5(a)の例と比較して、LR端面42a側の8本のワイヤ47のみがn電極41にボンディングされた場合を示している。図5(c)は、図5(a)の例と比較して、LR端面42a側の6本のワイヤ47のみがn電極41にボンディングされた場合を示している。図5(d)は、図5(a)の例と比較して、LR端面42a側の4本のワイヤ47のみがn電極41にボンディングされた場合を示している。図5(e)は、図5(a)の例と比較して、LR端面42a側の2本のワイヤ47のみがn電極41にボンディングされた場合を示している。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of positions of a plurality of
図6は、図5に示したようにn電極41に配線される複数のワイヤ47の位置(具体的にはワイヤ本数)を変化させた場合における、半導体レーザ10の光出力と印加電圧の駆動電流依存性を表したグラフである。図7は、図6の高電流域を拡大したグラフである。ここで、横軸の駆動電流は、複数のワイヤ47を介して半導体レーザ10に注入される駆動電流の総和を表している。つまり、ある一定の駆動電流では、n電極41にボンディングされるワイヤ本数が少ないほど、ワイヤ1本当たりから半導体レーザ10に注入される電流が多くなる。
FIG. 6 shows the driving of the optical output and the applied voltage of the
図8は、図7のグラフにおいて、駆動電流が2.6[A]のときの光出力及び印加電圧の電流注入位置(具体的にはワイヤ本数)への依存性を示すグラフである。 FIG. 8 is a graph showing the dependence of the optical output and applied voltage on the current injection position (specifically, the number of wires) when the drive current is 2.6 [A] in the graph of FIG.
図5(a)〜図5(e)の変化に示すように、複数のワイヤ47がn電極41にボンディングされる位置をLR端面42a側に偏らせていくと、印加電圧が単調に増加していくことが図8のグラフから分かる。この印加電圧の増加は、半導体レーザ10内を流れる駆動電流がLR端面42a側に偏ることに起因すると考えられる。
As shown in the changes in FIGS. 5A to 5E, when the position where the plurality of
また、図5(a)〜図5(d)の変化に示すように、複数のワイヤ47がn電極41にボンディングされる位置をLR端面42a側に偏らせていくと、光出力が増加していくことが図8のグラフから分かる。例えば、ワイヤ本数が10本のときと比較して、ワイヤ本数が4本のときの光出力は約4%増加している。
Further, as shown in the changes in FIGS. 5A to 5D, when the position where the plurality of
しかしながら、図5(e)に示すようにn電極41にボンディングされるワイヤ本数を2本にまで減らすと、図8のグラフに示すように、ワイヤ本数が6本の場合よりも光出力が減少してしまう。この光出力の減少は、印加電圧の増加による半導体レーザ10の発熱の影響に起因すると考えられる。なお、ワイヤ本数が10本のときと比較すると、ワイヤ本数が2本のときの光出力は約2.7%増加している。
However, when the number of wires bonded to the n-
すなわち、n電極41において複数のワイヤ47が配線される範囲は、LR端面42aを一端とした場合に、この一端から所定の距離だけ離れたもう一端までの領域である。その所定の距離は、活性層34の全長の2/10〜6/10の長さの範囲(ワイヤ本数2本〜6本に相当)にあることが好適で、特に、活性層34の全長の3/10よりも長く、かつ、5/10よりも短い長さの範囲(ワイヤ本数4本に相当)にあることが更に好適である。
That is, the range in which the plurality of
なお、上記の説明では、図3等に示した半導体レーザ10がLDサブマウント19上にジャンクションダウンで固定される構成を例に挙げたが、本発明はこれに限定されず、p電極40が上面電極、n電極41が下面電極となるように、半導体レーザ10がLDサブマウント19上にジャンクションアップで固定される構成であってもよい。
In the above description, the configuration in which the
この場合には、p電極40と第1端子としてのアノード端子18aとが、p電極40に配線された複数のワイヤや適宜設けられた中継基板などを介して電気的に接続される。また、n電極41と第2端子としてのカソード端子18bとが、電極パターン19aや放熱基板15などを介して電気的に接続される。ジャンクションダウンの構成と同様に、p電極40において複数のワイヤがボンディングされる範囲は、LR端面42aを一端とした場合に、この一端から所定の距離だけ離れたもう一端までの領域である。その所定の距離は、活性層34の全長の2/10〜6/10の長さの範囲(ワイヤ本数2本〜6本に相当)にあることが好適で、特に、活性層34の全長の3/10よりも長く、かつ、5/10よりも短い長さの範囲(ワイヤ本数4本に相当)にあることが更に好適である。
In this case, the p-
次に、本実施形態の半導体レーザモジュール1が備える半導体レーザ10の詳細な構成について説明する。
Next, a detailed configuration of the
図3に示すように、半導体レーザ10は、例えば、n型InPからなるn型半導体基板31の上に、n型InGaAsPからなるn型クラッド層32、InGaAsPからなるSCH層33、InGaAsPからなる活性層34、InGaAsPからなるSCH層35と、p型InPからなるp型クラッド層36と、が順番に積層されてなる。すなわち、n型クラッド層32及びp型クラッド層36は、それぞれSCH層33及びSCH層35を介して活性層34を層厚方向に挟むようになっている。
As shown in FIG. 3, the
図3において、n型クラッド層32、SCH層33、活性層34、SCH層35、及びp型クラッド層36はメサ型の光導波路を構成しており、このメサ型の光導波路の両側方にp型InPからなる埋め込み層37及びn型InPからなる埋め込み層38が形成されている。
In FIG. 3, the n-
p型InPからなるp型クラッド層36はSCH層35の上側及び埋め込み層38の上面に形成されており、このp型クラッド層36の上面には、p型InGaAsPからなるp型コンタクト層39が形成されている。さらに、このp型コンタクト層39の上面には、p電極40が設けられている。また、n型半導体基板31の下面にはn電極41が設けられている。これらのp電極40及びn電極41は活性層34に駆動電流を注入するための電極である。
The p-
また、半導体レーザ10の劈開によって形成されたLR端面42a及びHR端面42bには、それぞれ所定の反射率を有する誘電体膜が施されている。既に述べたように、LR端面42aは、低反射率膜の施された端面であり、HR端面42bは、高反射率膜の施された端面である。
The
活性層34は、図9の拡大断面図に示すように、井戸層34aと障壁層34bとが繰返し交互に積層された多重量子井戸(MQW:Multiple Quantum Well)構造を有する。すなわち、活性層34は、複数の障壁層34bと、当該複数の障壁層34bの個数よりも1つ少ない個数の井戸層34aと、を有する。あるいは、活性層34は、2つの障壁層34bの間に1つの井戸層34aが挟まれた単一量子井戸(SQW:Single Quantum Well)構造を有するものであってもよい。
The
また、この活性層34の下側に位置するSCH層33は複数の層33a,33b,33cからなる多層構造を有する。同様に、活性層34の上側に位置するSCH層35は複数の層35a,35b,35cからなる多層構造を有する。
The
ここで、活性層34における障壁層34bの屈折率をns、n型クラッド層32の屈折率をna、p型クラッド層36の屈折率をnbとする。また、SCH層33を構成する各層33a,33b,33cの屈折率及び厚さをそれぞれn1,n2,n3,t1,t2,t3とし、同様に、SCH層35を構成する各層35a,35b,35cの屈折率及び厚さをn1,n2,n3,t1,t2,t3とする。
Here, the refractive index of the
そして、各屈折率の大小関係は、図10に示すように、活性層34から遠ざかる程小さくなるように設定され、かつ、InGaAsPからなるn型クラッド層32の屈折率naは、InPからなるp型クラッド層36の屈折率nbより高い。
Then, the magnitude of each refractive index, as shown in FIG. 10, is set to be smaller enough away from the
ns>n1>n2>n3>na>nb
n s> n 1> n 2 >
さらに、この半導体レーザ10においては、図10に示すように、各SCH層33,35を構成する隣接する層相互間の屈折率差が、活性層34からn型クラッド層32及びp型クラッド層36へそれぞれ向かう程小さくなるように設定されている。
Further, in the
すなわち、
ns−n1>n1−n2>n2−n3>n3−nb>n3−na
となるように設定されている。
That is,
n s -n 1> n 1 -n 2> n 2 -
It is set to be.
また、SCH層33,35を構成する各層33a,33b,33c,35a,35b,35cの厚みt1,t2,t3は等しく設定されている。
The thicknesses t 1 , t 2 , and t 3 of the
このように構成された半導体レーザ10では、p電極40とn電極41との間に直流電圧が印加されると、活性層34でレーザ光が生起され、そのレーザ光が図3に示した半導体レーザ10のLR端面42a及びHR端面42bから外部へ出射される。
In the
この場合、図10の屈折率特性に示すように、SCH層33,35を構成する隣接する層相互間の屈折率差が、活性層34からn型クラッド層32及びp型クラッド層36へそれぞれ向かう程小さくなるように設定されているので、SCH層33,35内における活性層34の近傍領域の屈折率の高い領域においては屈折率が急激に低下し、n型クラッド層32及びp型クラッド層36の近傍領域の屈折率の低い領域においては、屈折率が緩慢に低下する。
In this case, as shown in the refractive index characteristics of FIG. 10, the difference in the refractive index between the adjacent layers constituting the SCH layers 33 and 35 is changed from the
このため、光導波路内で光の集中度を緩和する、すなわち、光閉じ込め係数を低くすることができ、内部損失が低下する。 Therefore, the degree of concentration of light in the optical waveguide can be reduced, that is, the light confinement coefficient can be reduced, and the internal loss decreases.
また、InGaAsPからなるn型クラッド層32の屈折率naは、InPからなるp型クラッド層36の屈折率nbより高いので、半導体レーザ10の出射光の光強度分布は、活性層34を中心とした層厚方向に非対称となる。より詳細には、光強度分布は、n型クラッド層32とp型クラッド層36を同一屈折率にしたときの対称な特性A'(図11参照)に対して、特性A(図11参照)のようにn型クラッド層32側に偏って分布する。
The refractive index n a of the n-
このため、p型クラッド層36における価電子帯間光吸収による光損失の増加を抑制することができ、高出力なレーザ光を得ることができる。
For this reason, it is possible to suppress an increase in light loss due to light absorption between valence bands in the p-
ところで、図3等に示した半導体レーザ10は、n型半導体基板31上に各層が形成されたものであったが、図12に示すように、p型半導体基板31'上に各層が形成された半導体レーザ10'を本実施形態の半導体レーザモジュール1の半導体レーザとして用いてもよい。この半導体レーザ10'についても、LDサブマウント19上にジャンクションダウンで固定される構成と、ジャンクションアップで固定される構成のいずれも可能である。
Incidentally, the
図12に示した半導体レーザ10'は、p型InPからなるp型半導体基板31'の上に、p型InPからなるp型クラッド層36と、InGaAsPからなるSCH層35、InGaAsPからなる活性層34、InGaAsPからなるSCH層33と、n型InGaAsPからなるn型クラッド層32と、が順番に積層されてなる。
The semiconductor laser 10 'shown in FIG. 12 includes a p-
図12において、p型クラッド層36、SCH層35、活性層34、SCH層33、及びn型クラッド層32はメサ型の光導波路を構成しており、このメサ型の光導波路の両側方にn型InPからなる埋め込み層38及びp型InPからなる埋め込み層37が形成されている。さらに、n型クラッド層32の上面には、n電極41が設けられている。また、p型半導体基板31'の下面にはp電極40が設けられている。
In FIG. 12, the p-
このように構成された図12の半導体レーザ10'においても、そのn型クラッド層32を、InPからなるp型クラッド層36より屈折率が大きいInGaAsPによって構成することで、図3等に示した半導体レーザ10と同様に、光強度分布をn型クラッド層32側に偏らせることができる。
Also in the
以上説明したように、本実施形態に係る半導体レーザモジュール1は、活性層34に駆動電流を注入するための複数のワイヤ47の配線位置を半導体レーザ10のLR端面42a側に偏らせて、半導体レーザ10の光密度の高い領域により多くの駆動電流を流すことにより、簡単な構成で高い発光効率及び高出力を得ることができる。
As described above, in the
本実施形態に係る半導体レーザモジュール1において、複数のワイヤ47が上面電極に配線される範囲は、LR端面42aを一端とした場合に、この一端から所定の距離だけ離れたもう一端までの領域である。特に、その所定の距離が、活性層34の全長の3/10よりも長く、かつ、5/10よりも短い長さの範囲にある場合には、本実施形態に係る半導体レーザモジュール1は、印加電圧の増加による半導体レーザ10の発熱を抑えつつ、効率的に出力光強度を増加させることができる。
In the
1 半導体レーザモジュール
10 半導体レーザ
11 光ファイバ
12 レンズ
15 放熱基板
17 パッケージ
18a アノード端子
18b カソード端子
19 LDサブマウント
19a,19b 電極パターン
22 中継基板
22a 電極パターン
31 n型半導体基板
31' p型半導体基板
32 n型クラッド層
34 活性層
36 p型クラッド層
40 p電極
41 n電極
42a LR端面
42b HR端面
45〜49 ワイヤ
REFERENCE SIGNS
Claims (3)
前記半導体レーザが載置されるサブマウント(19)と、
前記半導体レーザ及び前記サブマウントを格納する筐体(17)と、
前記筐体に接続され、前記低反射率膜の施された端面から出射される光を前記筐体の外部に導くための光ファイバ(11)と、
前記筐体内において前記上面電極に電気的に接続されて、前記筐体の外側面から突出する第1端子(18b,18a)と、
前記筐体内において前記下面電極に電気的に接続されて、前記筐体の外側面から突出する第2端子(18a,18b)と、を備え、前記第1端子及び前記第2端子を介して前記駆動電流が供給される半導体レーザモジュール(1)であって、
前記上面電極と前記第1端子とは、前記上面電極に配線された複数のワイヤ(47)を介して電気的に接続され、
前記複数のワイヤは、前記低反射率膜の施された端面を一端とし、前記一端から所定の距離だけ離れたもう一端までの領域において前記上面電極に配線され、前記所定の距離は、前記活性層の全長の2/10〜6/10の長さの範囲にあることを特徴とする半導体レーザモジュール。 A semiconductor substrate (31, 31 '), an active layer (34) for generating light by injecting a drive current, and an n-type cladding layer (32) and a p-type cladding layer (36) sandwiching the active layer in the thickness direction. Are formed between an upper electrode (41, 40) and a lower electrode (40, 41) for injecting the drive current into the active layer, and the emission end face of light generated in the active layer has low reflection. A semiconductor laser (10) comprising an end face (42a) provided with a refractive index film and an end face (42b) provided with a high reflectivity film;
A submount (19) on which the semiconductor laser is mounted;
A housing (17) for storing the semiconductor laser and the submount;
An optical fiber (11) connected to the housing and for guiding light emitted from the end face provided with the low reflectance film to the outside of the housing;
A first terminal (18b, 18a) electrically connected to the upper surface electrode in the housing and protruding from an outer surface of the housing;
A second terminal (18a, 18b) that is electrically connected to the lower surface electrode in the housing and protrudes from an outer surface of the housing, and includes a second terminal (18a, 18b) via the first terminal and the second terminal. A semiconductor laser module (1) to which a driving current is supplied,
The upper surface electrode and the first terminal are electrically connected through a plurality of wires (47) wired to the upper surface electrode,
The plurality of wires are connected to the upper surface electrode in a region from the one end to the other end separated from the one end by a predetermined distance, with the end surface on which the low-reflectance film is provided being one end. A semiconductor laser module having a length in a range of 2/10 to 6/10 of a total length of the layer.
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2018
- 2018-08-27 JP JP2018158043A patent/JP2020035774A/en active Pending
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