JPH03209790A - 半導体レーザ素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体レーザ素子に関するもので、例えば光磁
気ディスク装置やレーザープリンタ装置などに利用可能
な可視光半導体レーザ素子として用いられる。

〔従来の技術〕

近年、可視光で発振する半導体レーザ素子が各方面で研
究され、また、放熱対策も各方面で研究されている。こ
のような従来技術としては、例えば特公昭５１−３７７
５９号、同５３−１６３５号、同５３−２５５４号、同
５７−２０７１９号、同５７−４９１５３号および特公
平１−４０５１４号などがある。これらの従来技術でｉ
ｔ、金属メッキ層で放熱体をチ・ツブ上に形成したり、
種々の形状のヒートシンクをろう付は等で設けたりする
ことにより、いわゆる半導体レーザ素子の熱特性を改善
する試みがされている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、可視光半導体レーザ素子ではクラ・ソド層の
材料として、例えばＡＮＧａｌｎＰが用いることができ
、これにより０．６７μｍ波長等での可視光レーザ発振
が実現される。しかし、ＡρＱＢ！ｎＰでは熱伝導率が
低いため、レーザ発振時に十分な放熱を実現することが
難しい。このため、連続発振時の最高発振温度が１００
℃以下の低い値になっている。

本発明はかかる従来技術の欠点を解決することを課題と
している。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る半導体レーザ素子は、活性層を挟むように
設けられたクラッド層のうち、基板より遠い方のクラッ
ド層が、最も厚い部分で０．７〜１．６μｍの厚みを有
するＡｊ７ＧａｌｎＰで形成され、基板より遠い方の電
極上には５〜３０μｍの厚みを有する金メッキ層を介し
てヒートシンクがタイボンドされていることを特徴とす
る。ここで、基板より遠い方のクラッド層がｐ型であっ
て、室温でキャリア密度が２ｘｌＯ’〜９Ｘ１０’、−
３であるとしてもよい。

〔作用〕

本発明によれば、基板から遠い方のクラッド層の厚みが
、レーザ光を閉じ込めるのに十分な厚さで、かつ十分な
放熱性を保ち得る程度の厚さとされ、しかも、その上方
の電極上に、ヒートシンクのダイボンドに際する応力を
緩和し得る程度の厚みの金メッキ層が形成される。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照して本発明の第１、第２および第
３実施例を説明する。

第１図は本発明の第１実施例に係る半導体レーザ素子の
断面図である。図示の通り、裏面にｎ型電極１が形成さ
れたｎ型基板２の上面には、ｎ型の基板側クラッド層３
と、これより高屈折率でかつ薄い活性層４と、これより
低屈折率でｎ型の上側クラッド層５が順次に積層されて
いる。上側クラッド層５の上面にはｎ型ブロック層１０
が形成され、かつこれはレーザ発振器の長手方向にスト
ライブ状に除去されて、この部分の上側クラッド層５が
露出するよう形成されている。そして、本発明において
特徴的なことは、この上側クラ・ソド層５がＡＮＧａｌ
ｎＰによって厚さ０．７〜１．６μｍにされていること
である。この上側クラッド層５とｎ型ブロック層１０の
上にはｐ型コンタクト層７が形成され、さらにその上に
ｐ型電極８と厚さ５〜３０μｍの金メッキ層９が形成さ
れる。これにより、いわゆるプレーナーストライブ構造
の半導体レーザ素子が構成されている。このような半導
体レーザ素子は、金メッキ層９の上にヒートシンク（図
示せず）がタイボンドされることにより、放熱による熱
特性の改善が図られる。

次に、上記第１実施例に係る半導体レーザ素子の作用を
説明する。

ｐ型電極８から注入された電流（駆動電流）は、ｐ型コ
ンタクト層７と上側クラッド層５の間のストライブ状の
接触部から活性層４に注入される。

注入電流は活性層４を流れて発光を生じさせた後、ｎ型
の基板側クラッド層３からｎ型基板２へ流れてｎ型電極
１から外部に流れる。ここで、活性層４でレーザ発振が
あると、たとえわずかでも発熱が伴うため温度が上昇す
る。そこで、本実施例では上側クラッド層５を０．７〜
１．６μｍ程度にまで薄くしているので、上記の熱は金
メッキ層９の方向へ放熱されて温度上昇を抑え得る。ま
た、金メッキ層９は５〜３０μｍの厚さにされているの
で、応力緩和を図った上でヒートシンクをダイボンドで
き、従って放熱性を更に高め得る。すなわち、金メッキ
層９が５μｍ以下の厚さでは応力緩和は難しく、３０μ
ｍ以上の厚さでは応力緩和や放熱性の効果の向上が見込
めず、他方で経済的に不利である。

上記の第１実施例の半導体レーザ素子は、具体的には次
のように構成される。

まず、ｎ型電極１としてはＡｕ−８ｎが用いられ、ｎ型
基板２には厚さ１００μｍのｎ−ＧａＡｓ基板が用いら
れる。ｎ型の基板側クラ・ソド層３としては厚さ１μｍ
程度のｎ　−（ｌｏ、５０ａ　　　）　　　　Ｉｎ　　
　Ｐエピタキシャル層が用０．５　０．５　　０．５ いられ、活性層４としては厚さ０．１μｍでノンドープ
のＧａ１ｎＰ工ピタキシヤル層が用いられる。上側クラ
ッド層５としてはｐ　−（１？　ｏ、５Ｇａ　　　）　
　　　Ｉｎ　　　Ｐエピタキシャル層が用Ｇ、５　０．
５　　０．５ いられ、厚さ１μｍ程度とされる。ブロック層１０とし
てはｎ−ＧａＡｓエピタキシャル層が用いられ、厚さを
０．３μｍ程度とされる。ｐ型コンタクト層７としては
ブロック層１０上で厚さ０．１μｍのＰ−ＧａＡｓエピ
タキシャル層が用いられ、ｐ型電極８には厚さ０．５μ
ｍのＡｕ　−Ｚ　ｎ　ｓメッキ層９には５〜３０μｍ厚
さのＡｕが用いられる。

ここで、上側クラッド層５に用いられるＡｌＧａ１ｎＰ
はキャリア密度に応じて熱伝導率が異なり、ｐ型である
ときにはキャリア密度が２×７ １０　〜９　Ｘ　１０”ｃｍ−３であるときに、本発明
のように上側クラッド層５を厚さ０．７〜１．６μｍと
することで、特に優れた熱特性が実現できる。

但し、キャリア濃度が上記範囲外であっても、本発明に
より熱特性を向上させ得ることは言うまでもない。

第２図は本発明の第２実施例に係る半導体レーザ素子の
断面図である。

図示の通り、裏面にｎ型電極１が形成されたｎ型基板２
の上面には、ｎ型の基板側クラッド層３と、これより高
屈折率でかつ薄い活性層４と、これより低屈折率でｎ型
Ａ、９ＧａｌｎＰの上側クラッド層５が順次に積層され
ている。ここで、上側クラッド層５は上記第１実施例と
異なり、レーザ発振器の長平方向にストライブ状の断面
凸形状となるよう、段差を有して形成されており、かつ
凸部の厚さは０．７〜１．６μｍとなっている。そして
、凸部の両側すなわち段差の低い側には、バンドキャッ
プエネルギーＥ　がレーザ発振光のエネルギーよりも低
い半導体からなる光吸収層１６が形成されている。この
上側クラッド層５と光吸収層１６の上にはｐ型コンタク
ト層７が形成され、さらにその上にｐ型電極８と厚さ５
〜３０μｍの金メッキ層９が形成されることにより、い
わゆる凸型ストライブ構造の半導体レーザ素子が構成さ
れている。

次に、上記第２実施例に係る半導体レーザ素子の作用を
説明する。

ｐ型電極８からの駆動電流は、ｐ型コンタクト層７を介
して上側クラッド層５のストライブ状の凸部に注入され
る。ここで、光吸収層１６を上側クラッド層５と反対導
電型（ｎ型）とすることにより、駆動電流はストライブ
領域に効率よく注入される。注入電流は活性層４を流れ
て発光を生じさせた後、ｎ型の基板側クラッド層３から
ｎ型基板２へ流れてｎ型電極１から外部に流れる。ここ
で、光吸収層１６はフォトルミネッセンスの発光波長が
活性層４のそれより長波長であるため、レーザ発振光を
吸収する性質を有し、従って横モードは制御される。こ
のため、第２実施例の半導体レーザ素子では、活性層４
だけでなく光吸収層１６でも発熱を生じるが、これらは
０．７〜１．６μｍ厚さの１ＧａＩＰで形成された上側
クラッド層５を介して金メッキ層９へ放熱される。

さらに、金メッキ層９にはヒートシンクが設けられるの
で、結果として熱特性は改善されることになる。

上記第３実施例の半導体レーザ素子は、具体的には次の
ように構成される。

まず、ｎ型電極１、ｎ型基板２、ｎ型の基板側クラッド
層３および活性層４としては、第１の実施例と同様のも
のが用いられる。上側クラ・ソド層５としてはキャリア
密度が２ｘ１０１７〜９×１０１７ｃＩｎ−３程度のｐ
　−（Ａｊ７　　　Ｇａ　　　）０．５　　　　０．５
　　０．５ Ｉｎ　　　Ｐエピタキシャル層が用いられ、ストラ０．
５ イブ部分で厚さ１μｍ、段差の低い部分で厚さ０．３μ
ｍとされる。光吸収層１６としてはｎ−Ｇａ　Ａｓエピ
タキシャル層が用いられ、厚さを０．７μｍとすること
で上面が上側クラッド層５のストライブ部上面と一致さ
れる。ｐ型コンタクト層７としては厚さ０．１μｍのｐ
−ＧａＡｓエピタキシャル層が用いられ、ｐ型電極８に
は厚さ０．５μｒｎのＡ　ｕ　　Ｚ　ｎ　％メッキ層９
には厚さ５〜３０μｍのＡｕが用いられる。

第３図は第３本発明の実施例に係る半導体レーザ素子の
断面図である。

図示の通り、裏面にｎ型電極１が形成されたｎ型基板２
の上面には、ｎ型の基板側クラッド層３と、これより高
屈折率でがっ薄い活性層４と、これより低屈折率でｎ型
の上側クラッド層５が順次に積層されている。ここで、
上側クラッド層５は上記第２実施例と同様に、厚さ０．
７〜１．６μｍのｐ　Ａｊ）ＧａｌｎＰがら形成され、
レーザ発振器の方向にストライブ状の断面凸形状となる
よう段差を有して形成されている。そして、凸部の両側
すなわち段差の低い側には、前述の第２実施例と異なり
、上側クラッド層５より高屈折率であって、しかもバン
ドキャップエネルギーＥ　がし−ザ発振光のエネルギー
よりも高い半導体からなる光発散層６が形成されている
。この上側クラッド層５と光発散層６の上にはｐ型コン
タクト層７が形成され、さらにその上にｐ型電極８と厚
さ５〜３０μｍの金メッキ層９が形成されることにより
、いわゆる凸型ストライブ構造の半導体レーザ素子が構
成されている。

次に、上記第３実施例に係る半導体レーザ素子の作用を
説明する。

ｐ型電極８から注入された駆動電流は、ｐ型コンタクト
層７を介して上側クラッド層５のストライブ状の凸部に
注入される。ここで、光発散層６を上側クラッド層５と
反対導電型（ｎ型）とすることにより、駆動電流はスト
ライブ領域に効率よく注入される。注入電流は活性層４
を流れて発光を生じさせた後、ｎ型の基板側クラッド層
３からｎ型基板２へ流れてｎ型電極１から外部に流れる
。

ここで、光発散層６はフォトルミネッセンスの発光波長
が活性層４のそれより短波長であるため、レーザ発振光
をほとんど吸収しない。このため、第２実施例の半導体
レーザ素子と異なり、光発散層６が発熱するようなこと
は少なくなる。また、光発散層６は凸型クラッド層５よ
りも高屈折率とされているため、クラッド層が厚ければ
導波するはずの光のモードが発散モードになり、従って
横モードは制御される。さらに、本実施例においても上
側クラッド層は０．７〜１．６μｍの厚さとされており
、更に５〜３０μｍの金メッキ層９を介してヒートシン
クがダイボンドされるので、放熱を良好にして熱特性を
改善できる。

上記第３実施例の半導体レーザ素子は、具体的には次の
ように構成される。

まず、ｎ型電極１、ｎ型基板２、ｎ型の基板側クラッド
層３および活性層４としては、第１および第２実施例と
同一のものが用いられる。上側クラッド層５としてはキ
ャリア密度が２Ｘ１０’〜７　−３ ９ｘｌＱ　　ｃｍ　　（７）ｐ−（Ａｊ７　　　Ｇａ　
　　）０．５　　　　０．５　　０．５ １　ｎ　ｏ、５Ｐ工ピタキシヤル層が用いられ、ストラ
イブ部分で厚さ１μｍ１段差の低い部分で厚さ０．３μ
ｍとされる。光発散層６としてはｎ　−（ＡＩＩ　　　
Ｇａ　　　）　　　　Ｉｎ　　　　Ｐエピタキシ０．１
　　０．９　０．５　　０．５ ヤル層が用いられ、厚さを０．７μｍとすることで上面
が凸型クラッド層５のストライブ部上面と一致される。

ｐ型コンタクト層７としては厚さ０．１μｍのｐ−Ｇａ
Ａｓエピタキシャル層が用いられ、ｐ型電極８には厚さ
０．５μｍのＡｕ−Ｚ　ｎ　ｓメッキ層９には厚さ５〜
３０μｍのＡｕが用いられる。

なお、光発散層６は活性層４と同一の組成とすることも
できる。すなわち、光発散層６をＧａＩｎＰで形成すれ
ば、エピタキシャル層の成長条件によりフォトルミネッ
センスの発光波長が変えられる。そこで、活性層４とし
ては発光波長が６８０　ｎｉとなるＧａ１ｎＰ工ピタキ
シヤル層を用い、光発散層６としては発光波長が６６０
　ｎｍとなるＧａ１ｎＰ工ピタキシヤル層を用いればよ
い。

〔発明の効果〕

本発明によれば、基板から遠い方のクラッド層が、レー
ザ光を閉じ込めるのに十分な程度に厚く、かつ十分な放
熱性を保ち得る程度に薄くされ、しかも、その上方の電
極上に、ヒートシンクのダイボンドに際する応力を緩和
し得る程度の厚みの金メッキ層が形成される。このため
、温度特性に優れた信頼性の高い半導体レーザ素子を実
現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係るプレーナーストライ
ブ構造の半導体レーザ素子の断面図、第２図は本発明の
第３実施例に係る凸型ストライブ構造の半導体レーザ素
子の断面図、第３図は本発明の第３実施例に係る凸型ス
トライブ構造の半導体レーザ素子の断面図である。 １・・・ｎ型電極、２・・・ｎ型基板、３・・・ｎ型の
基板側クラッド層、４・・・活性層、５・・・上側クラ
ッド層、６・・・光発散層、７・・・ｐ型コンタクト層
、８・・・ｐ型電極、９・・・金メッキ層、１０・・・
ｎ型ブロツク層、１６・・・光吸収層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、活性層をクラッド層で挟むことにより基板上に形成
   された半導体レーザ素子において、前記基板より遠い方
   のクラッド層が、最も厚い部分で０．７〜１．６μｍの
   厚みを有するＡｌＧａＩｎＰで形成され、 前記基板より遠い方の電極上には５〜３０μｍの厚みを
   有する金メッキ層を介してヒートシンクがダイボンドさ
   れていることを特徴とする半導体レーザ素子。 ２、前記基板より遠い方のクラッド層がｐ型であって、
   室温でキャリア密度が２×１０＾１＾７〜９×１０＾１
   ＾７ｃｍ＾−＾３である請求項１記載の半導体レーザ素
   子。