JP2530727B2 - 半導体レ―ザダイオ―ド - Google Patents
半導体レ―ザダイオ―ドInfo
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- JP2530727B2 JP2530727B2 JP1257396A JP25739689A JP2530727B2 JP 2530727 B2 JP2530727 B2 JP 2530727B2 JP 1257396 A JP1257396 A JP 1257396A JP 25739689 A JP25739689 A JP 25739689A JP 2530727 B2 JP2530727 B2 JP 2530727B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は、ドループ率を小さくした半導体レーザダ
イオードに関する。
イオードに関する。
＜従来の技術＞ 広く知られているように、半導体レーザダイオードに
通電して連続発振させると、時間の経過とともにレーザ
出力（以下、単に「出力」という）が低下する現象が起
こる。発振直後と通電後の出力−電流特性は、例えば第
５図（ａ）に示すように、特性曲線を電流軸の方向に△
Ｉだけ平行移動したような関係となる。そして、一定の
駆動電流Ioにおける発振直後の出力P1と通電後の出力P2
との差すなわち出力低下量△Ｐ、（＝P1−P2）をドルー
プ率と呼んでいる。
通電して連続発振させると、時間の経過とともにレーザ
出力（以下、単に「出力」という）が低下する現象が起
こる。発振直後と通電後の出力−電流特性は、例えば第
５図（ａ）に示すように、特性曲線を電流軸の方向に△
Ｉだけ平行移動したような関係となる。そして、一定の
駆動電流Ioにおける発振直後の出力P1と通電後の出力P2
との差すなわち出力低下量△Ｐ、（＝P1−P2）をドルー
プ率と呼んでいる。
従来の半導体レーザダイオードは、設計を工夫して熱
抵抗を小さくしたり、結晶の成長方法を変えて特性温度
Toを大きくして出力に対する熱の影響を小さくすること
によって、上記ドループ率を小さくするようにしてい
る。
抵抗を小さくしたり、結晶の成長方法を変えて特性温度
Toを大きくして出力に対する熱の影響を小さくすること
によって、上記ドループ率を小さくするようにしてい
る。
＜発明が解決しようとする課題＞ ところで、上記従来の半導体レーザダイオードは、熱
抵抗を小さくするための設計や結晶の成長方法を変える
ことに限界があり、したがってドループ率を小さくする
ことにも限界がある。上記ドループ率をさらに小さくす
るために、本発明者は、微分効率η（η＝ｋ△P/△I;k
は定数）が小さい半導体レーザダイオードは、出力低下
量△Ｐが小さくなることに着目した。例えば、第５図
（ａ），（ｂ）に示した発振直後の特性曲線を有する２
つの半導体レーザダイオードを比較する場合、図からわ
かるように微分効率ηが前者より後者の方が小さい。そ
して、通電によって出力が低下して特性曲線が電流軸の
方向にともに△Ｉだけシフトしたとき、出力低下量をそ
れぞれ△Pa,△Pbとすると、微分効率ηの大きさに対応
して△Pa＞△Pbとなる。つまり、微分効率ηを小さくす
ることによって、ドループ率を小さくすることができる
ことがわかる。一般的に言って、微分効率ηを小さくす
るためには、半導体レーザダイオードの共振器を構成す
る前端面および後端面の反射率を上げて出力を減少させ
れば良い。しかしながら、単に両端面の反射率を大きく
した場合、同一出力を得るために駆動電流を大きくしな
ければならず、その結果、発熱量が大きくなって、ドル
ープ率をあまり下げることができない。
抵抗を小さくするための設計や結晶の成長方法を変える
ことに限界があり、したがってドループ率を小さくする
ことにも限界がある。上記ドループ率をさらに小さくす
るために、本発明者は、微分効率η（η＝ｋ△P/△I;k
は定数）が小さい半導体レーザダイオードは、出力低下
量△Ｐが小さくなることに着目した。例えば、第５図
（ａ），（ｂ）に示した発振直後の特性曲線を有する２
つの半導体レーザダイオードを比較する場合、図からわ
かるように微分効率ηが前者より後者の方が小さい。そ
して、通電によって出力が低下して特性曲線が電流軸の
方向にともに△Ｉだけシフトしたとき、出力低下量をそ
れぞれ△Pa,△Pbとすると、微分効率ηの大きさに対応
して△Pa＞△Pbとなる。つまり、微分効率ηを小さくす
ることによって、ドループ率を小さくすることができる
ことがわかる。一般的に言って、微分効率ηを小さくす
るためには、半導体レーザダイオードの共振器を構成す
る前端面および後端面の反射率を上げて出力を減少させ
れば良い。しかしながら、単に両端面の反射率を大きく
した場合、同一出力を得るために駆動電流を大きくしな
ければならず、その結果、発熱量が大きくなって、ドル
ープ率をあまり下げることができない。
そこで、この発明の目的は、巧みに微分効率ηを小さ
くすることによって、従来の限界を越えてドループ率を
小さくした半導体レーザダイオードを提供することにあ
る。
くすることによって、従来の限界を越えてドループ率を
小さくした半導体レーザダイオードを提供することにあ
る。
＜課題を解決するための手段＞ 上記目的を達成するために、この発明は、前端面と後
端面とでレーザ発振のための共振器を構成する半導体レ
ーザダイオードにおいて、上記前端面の反射率Rf及び上
記後端面の反射率Rrは、これらの反射率Rf、Rrを横軸、
縦軸とする平面内の32％＜Rf、32％＜Rrなる領域で、微
分効率が上記反射率Rf、Rrがいずれも32％であるときの
微分効率と同一となる第１の曲線と、一定出力を得るた
めの駆動電流が上記反射率Rf、Rrがいずれも32％である
ときの上記出力を得るための駆動電流と同一となる第２
の曲線との間に存する点の座標に対応して設定されてい
ることを特徴としている。
端面とでレーザ発振のための共振器を構成する半導体レ
ーザダイオードにおいて、上記前端面の反射率Rf及び上
記後端面の反射率Rrは、これらの反射率Rf、Rrを横軸、
縦軸とする平面内の32％＜Rf、32％＜Rrなる領域で、微
分効率が上記反射率Rf、Rrがいずれも32％であるときの
微分効率と同一となる第１の曲線と、一定出力を得るた
めの駆動電流が上記反射率Rf、Rrがいずれも32％である
ときの上記出力を得るための駆動電流と同一となる第２
の曲線との間に存する点の座標に対応して設定されてい
ることを特徴としている。
＜作用＞ この発明は、第３図に例示するように、前端面の反射
率（前面反射率）Rfを横軸、後端面の反射率（後面反射
率）Rrを縦軸とする平面内の32％＜Rf、32％＜Rrなる領
域で、斜線で示すように、上記目的を満足できる点（前
面反射率Rfと後面反射率Rrとの組み合わせ）が存在する
という発見に基づいてなされたものである。すなわち、
第１の曲線Ｘは微分効率ηが上記反射率Rf、Rrがいずれ
も32％であるときの微分効率ηと同一となる点の集合で
あり、この第１の曲線よりも前面反射率Rfが大きい側
（右側）では、微分効率ηが上記反射率Rf、Rrがいずれ
も32％であるときの微分効率ηよりも小さくなる。ま
た、第２の曲線Ｙは一定出力（例えば5mW）を得るため
の駆動電流が上記反射率Rf、Rrがいずれも32％であると
きの上記出力を得るための駆動電流と同一となる点の集
合であり、この第２の曲線Ｙよりも前面反射率Rfが小さ
い側（左側）では、一定出力を得るための駆動電流が上
記反射率Rf、Rrがいずれも32％であるときの上記出力を
得るための駆動電流よりも小さくなる。したがって、第
１の曲線Ｘと第２の曲線Ｙとの間の点（斜線領域内の
点）の座標に対応して前面反射率Rf、後面反射率Rrを設
定することにより、微分効率ηが小さくなると共に、同
一出力を得るための駆動電流の増加が抑えられる。すな
わち、発熱量を増加させることなく微分効率ηを小さく
することが可能となる。したがって、従来の限界を越え
てドループ率が小さくすることが可能となる。
率（前面反射率）Rfを横軸、後端面の反射率（後面反射
率）Rrを縦軸とする平面内の32％＜Rf、32％＜Rrなる領
域で、斜線で示すように、上記目的を満足できる点（前
面反射率Rfと後面反射率Rrとの組み合わせ）が存在する
という発見に基づいてなされたものである。すなわち、
第１の曲線Ｘは微分効率ηが上記反射率Rf、Rrがいずれ
も32％であるときの微分効率ηと同一となる点の集合で
あり、この第１の曲線よりも前面反射率Rfが大きい側
（右側）では、微分効率ηが上記反射率Rf、Rrがいずれ
も32％であるときの微分効率ηよりも小さくなる。ま
た、第２の曲線Ｙは一定出力（例えば5mW）を得るため
の駆動電流が上記反射率Rf、Rrがいずれも32％であると
きの上記出力を得るための駆動電流と同一となる点の集
合であり、この第２の曲線Ｙよりも前面反射率Rfが小さ
い側（左側）では、一定出力を得るための駆動電流が上
記反射率Rf、Rrがいずれも32％であるときの上記出力を
得るための駆動電流よりも小さくなる。したがって、第
１の曲線Ｘと第２の曲線Ｙとの間の点（斜線領域内の
点）の座標に対応して前面反射率Rf、後面反射率Rrを設
定することにより、微分効率ηが小さくなると共に、同
一出力を得るための駆動電流の増加が抑えられる。すな
わち、発熱量を増加させることなく微分効率ηを小さく
することが可能となる。したがって、従来の限界を越え
てドループ率が小さくすることが可能となる。
なお、前面反射率Rfと後面反射率Rrとの大小関係は、
上記設定の結果としてRf＜Rrとなっている。
上記設定の結果としてRf＜Rrとなっている。
＜実施例＞ 以下、この発明の半導体レーザダイオードを実施例に
より詳細に説明する。
より詳細に説明する。
第１図（ａ），（ｂ）はそれぞれ第1,第２の実施例の
半導体レーザダイオードL2,L3を示している。上記半導
体レーザダイオードL2,L3はそれぞれ同一のレーザチッ
プ１を備えている。このレーザチップ１は、第２図に示
すように、いわゆるVSIS（Ｖチャネルド・サブストレー
ト・インナー・ストライプ）構造を有しており、ｐ型Ga
As基板11の上側に設けたＶ溝を有するｎ型GaAs電流阻止
層12と、ｐ型Ga1-xAlxAsクラッド層13と、ｐ型Ga1-xAlx
As活性層14と、ｎ型Ga1-xAlxAsクラッド層15と、ｎ型Ga
Asキャップ層16と、ｎ型電極17と、基板11の下側に設け
たｐ型電極18からなっている。半導体レーザダイオード
L2は、レーザチップ１の前端面（以下、「前面」とい
う）２の側に、膜厚850ÅのアモルファスSi膜21,膜厚33
0ÅのAl2O3膜22および膜厚850ÅのアモルファスSi膜23
からなる３層コート膜20を設ける一方、レーザチップ１
の後端面（以下、「後面」という）３の側に、膜厚720
ÅのアモルファスSi膜31,膜厚600ÅのAl2O3膜32および
膜厚720ÅのアモルファスSi膜33からなる３層コート膜3
0を設けている。第１図（ｂ）に示した半導体レーザダ
イオードL3は、レーザチップ１の前面２の側に、膜厚72
0ÅのアモルファスSi膜41,膜厚600ÅのAl2O3膜42および
膜厚720ÅのアモルファスSi膜42からなる３層コート膜4
0を設ける一方、レーザチップ１の後面３の側に、膜厚8
00ÅのAl2O3膜51,膜厚680Åのアモルファス膜52,膜厚80
0ÅのAl2O3膜53,膜厚680ÅのアモルファスSi膜54および
膜厚1500ÅのAl2O3膜55からなる５層コート膜50を設け
ている。上記各コート膜20,30,40,50の層数および膜厚
は、多重干渉の理論により数値計算して求めて設定した
ものである。第４図中段，後段にそれぞれ示すように、
前面２と後面３の反射率Rf,Rrは、半導体レーザダイオ
ードL2が40％と48％，半導体レーザダイオードL3が48％
と94％にしている。なお、レーザチップ１の前面２と後
面３にそれぞれ膜厚2000ÅのSi3N4膜を設けて構成した
従来の半導体レーザダイオードL1の反射率Rf,Rrを比較
のために第４図上段に示している。前面反射率Rf,後面
反射率Rrとも32％となっている。
半導体レーザダイオードL2,L3を示している。上記半導
体レーザダイオードL2,L3はそれぞれ同一のレーザチッ
プ１を備えている。このレーザチップ１は、第２図に示
すように、いわゆるVSIS（Ｖチャネルド・サブストレー
ト・インナー・ストライプ）構造を有しており、ｐ型Ga
As基板11の上側に設けたＶ溝を有するｎ型GaAs電流阻止
層12と、ｐ型Ga1-xAlxAsクラッド層13と、ｐ型Ga1-xAlx
As活性層14と、ｎ型Ga1-xAlxAsクラッド層15と、ｎ型Ga
Asキャップ層16と、ｎ型電極17と、基板11の下側に設け
たｐ型電極18からなっている。半導体レーザダイオード
L2は、レーザチップ１の前端面（以下、「前面」とい
う）２の側に、膜厚850ÅのアモルファスSi膜21,膜厚33
0ÅのAl2O3膜22および膜厚850ÅのアモルファスSi膜23
からなる３層コート膜20を設ける一方、レーザチップ１
の後端面（以下、「後面」という）３の側に、膜厚720
ÅのアモルファスSi膜31,膜厚600ÅのAl2O3膜32および
膜厚720ÅのアモルファスSi膜33からなる３層コート膜3
0を設けている。第１図（ｂ）に示した半導体レーザダ
イオードL3は、レーザチップ１の前面２の側に、膜厚72
0ÅのアモルファスSi膜41,膜厚600ÅのAl2O3膜42および
膜厚720ÅのアモルファスSi膜42からなる３層コート膜4
0を設ける一方、レーザチップ１の後面３の側に、膜厚8
00ÅのAl2O3膜51,膜厚680Åのアモルファス膜52,膜厚80
0ÅのAl2O3膜53,膜厚680ÅのアモルファスSi膜54および
膜厚1500ÅのAl2O3膜55からなる５層コート膜50を設け
ている。上記各コート膜20,30,40,50の層数および膜厚
は、多重干渉の理論により数値計算して求めて設定した
ものである。第４図中段，後段にそれぞれ示すように、
前面２と後面３の反射率Rf,Rrは、半導体レーザダイオ
ードL2が40％と48％，半導体レーザダイオードL3が48％
と94％にしている。なお、レーザチップ１の前面２と後
面３にそれぞれ膜厚2000ÅのSi3N4膜を設けて構成した
従来の半導体レーザダイオードL1の反射率Rf,Rrを比較
のために第４図上段に示している。前面反射率Rf,後面
反射率Rrとも32％となっている。
このようにした場合、微分効率ηを小さくすると共
に、同一出力を得るための駆動電流Iopの増加を抑える
ことができる。前面反射率Rfを横軸，後面反射率Rrを縦
軸にとった平面（第３図に示す）上でこれを説明する
と、まず、従来の半導体レーザダイオードL1は図中○印
で示す点l1に相当する。そして、点l1から延びる曲線X,
Yは、それぞれ半導体レーザダイオードの微分効率η，
一定出力を得るための駆動電流Iopが同一値となるよう
な点の集合を表している。つまり、曲線Ｘよりも前面反
射率Rfが大きい領域内の点に相当する半導体レーザダイ
オードは従来の半導体レーザダイオードL1に比して微分
効率ηが小さくなる一方、曲線Ｙよりも前面反射率Rfが
小さい領域内の点に相当する半導体レーザダイオードは
従来の半導体レーザダイオードに比して同一出力を得る
ための駆動電流Iopが小さくなる。上記半導体レーザダ
イオードL2,L3は、曲線ＸとＹとの間の斜線で示す領域
内の点l2,l3に相当しており、このため、微分効率ηを
小さくすると共に、同一出力を得るための駆動電流Iop
を小さくすることができる。したがって、従来の限界を
越えて、ドループ率を小さくすることができる。実際に
駆動電流Iop＝43mAに設定して通電したところ、第４図
中に示すように、ドループ率は、従来の半導体レーザダ
イオードL1が17.1％であったのに対して、半導体レーザ
ダイオードL2が11.0％，半導体レーザダイオードL3が1
0.5％となった。
に、同一出力を得るための駆動電流Iopの増加を抑える
ことができる。前面反射率Rfを横軸，後面反射率Rrを縦
軸にとった平面（第３図に示す）上でこれを説明する
と、まず、従来の半導体レーザダイオードL1は図中○印
で示す点l1に相当する。そして、点l1から延びる曲線X,
Yは、それぞれ半導体レーザダイオードの微分効率η，
一定出力を得るための駆動電流Iopが同一値となるよう
な点の集合を表している。つまり、曲線Ｘよりも前面反
射率Rfが大きい領域内の点に相当する半導体レーザダイ
オードは従来の半導体レーザダイオードL1に比して微分
効率ηが小さくなる一方、曲線Ｙよりも前面反射率Rfが
小さい領域内の点に相当する半導体レーザダイオードは
従来の半導体レーザダイオードに比して同一出力を得る
ための駆動電流Iopが小さくなる。上記半導体レーザダ
イオードL2,L3は、曲線ＸとＹとの間の斜線で示す領域
内の点l2,l3に相当しており、このため、微分効率ηを
小さくすると共に、同一出力を得るための駆動電流Iop
を小さくすることができる。したがって、従来の限界を
越えて、ドループ率を小さくすることができる。実際に
駆動電流Iop＝43mAに設定して通電したところ、第４図
中に示すように、ドループ率は、従来の半導体レーザダ
イオードL1が17.1％であったのに対して、半導体レーザ
ダイオードL2が11.0％，半導体レーザダイオードL3が1
0.5％となった。
なお、この実施例はVSIS構造を有するレーザチップ１
を使用したが、当然ながらこれに限られるものではな
く、他のタイプのレーザチップを使用しても良い。
を使用したが、当然ながらこれに限られるものではな
く、他のタイプのレーザチップを使用しても良い。
＜発明の効果＞ 以上より明らかなように、この発明によれば、発熱量
を増加させることなく微分効率ηを小さくすることがで
き、したがって、従来の限界を越えてドループ率が小さ
くすることができる。
を増加させることなく微分効率ηを小さくすることがで
き、したがって、従来の限界を越えてドループ率が小さ
くすることができる。
第１図（ａ），（ｂ）はそれぞれにこの発明の第1,第２
の実施例の半導体レーザダイオードを示す断面図、第２
図は上記各半導体レーザダイオードを構成するレーザチ
ップを示す斜視図、第３図は上記各半導体レーザダイオ
ードの作用を説明する前面反射率−後面反射率平面を示
す図、第４図は従来および上記各半導体レーザダイオー
ドの前面反射率，後面反射率およびドループ率を示す
図、第５図（ａ），（ｂ）はそれぞれ従来の半導体レー
ザダイオードの出力低下を説明する出力−電流特性を示
す図である。 １……レーザチップ、２……前面、３……後面、20,30,
40……３層コート膜、 21,23,31,33,41,43,52,54……アモルファスSi膜、 22,32,42,51,53,55……Al2O3膜、50……５層コート膜、 L1,L2,L3……半導体レーザダイオード。
の実施例の半導体レーザダイオードを示す断面図、第２
図は上記各半導体レーザダイオードを構成するレーザチ
ップを示す斜視図、第３図は上記各半導体レーザダイオ
ードの作用を説明する前面反射率−後面反射率平面を示
す図、第４図は従来および上記各半導体レーザダイオー
ドの前面反射率，後面反射率およびドループ率を示す
図、第５図（ａ），（ｂ）はそれぞれ従来の半導体レー
ザダイオードの出力低下を説明する出力−電流特性を示
す図である。 １……レーザチップ、２……前面、３……後面、20,30,
40……３層コート膜、 21,23,31,33,41,43,52,54……アモルファスSi膜、 22,32,42,51,53,55……Al2O3膜、50……５層コート膜、 L1,L2,L3……半導体レーザダイオード。
Claims (1)
- 【請求項１】前端面と後端面とでレーザ発振のための共
振器を構成する半導体レーザダイオードにおいて、 上記前端面の反射率Rf及び上記後端面の反射率Rrは、 これらの反射率Rf、Rrを横軸、縦軸とする平面内の 32％＜Rf、 32％＜Rr なる領域で、 微分効率が上記反射率Rf、Rrがいずれも32％であるとき
の微分効率と同一となる第１の曲線と、一定出力を得る
ための駆動電流が上記反射率Rf、Rrがいずれも32％であ
るときの上記出力を得るための駆動電流と同一となる第
２の曲線との間に存する点の座標に対応して設定されて
いることを特徴とする半導体レーザダイオード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1257396A JP2530727B2 (ja) | 1989-10-02 | 1989-10-02 | 半導体レ―ザダイオ―ド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1257396A JP2530727B2 (ja) | 1989-10-02 | 1989-10-02 | 半導体レ―ザダイオ―ド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03119781A JPH03119781A (ja) | 1991-05-22 |
| JP2530727B2 true JP2530727B2 (ja) | 1996-09-04 |
Family
ID=17305807
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1257396A Expired - Fee Related JP2530727B2 (ja) | 1989-10-02 | 1989-10-02 | 半導体レ―ザダイオ―ド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2530727B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003204110A (ja) | 2001-11-01 | 2003-07-18 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体レーザ装置およびこれを用いた半導体レーザモジュール |
| KR100663588B1 (ko) * | 2005-01-04 | 2007-01-02 | 삼성전자주식회사 | 레이저 다이오드 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2539878B2 (ja) * | 1988-02-12 | 1996-10-02 | 三菱電機株式会社 | レ―ザプリンタ用半導体レ―ザ装置の駆動方法 |
| JP2738723B2 (ja) * | 1988-11-28 | 1998-04-08 | 株式会社日立製作所 | 半導体レーザ素子 |
-
1989
- 1989-10-02 JP JP1257396A patent/JP2530727B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03119781A (ja) | 1991-05-22 |
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