JPH0396289A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JPH0396289A JPH0396289A JP23426289A JP23426289A JPH0396289A JP H0396289 A JPH0396289 A JP H0396289A JP 23426289 A JP23426289 A JP 23426289A JP 23426289 A JP23426289 A JP 23426289A JP H0396289 A JPH0396289 A JP H0396289A
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- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract description 16
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 4
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 15
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
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。
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、光通信、光情報処理で用いられる高出力で長
寿命な半導体レーザに関する。
寿命な半導体レーザに関する。
（従来の技術）
半導体レーザは、半導体多層薄膜で構成され少なくとも
一対の共振器面を備えている。半導体レーザは、一般に
動作電流密度が高いため素子表面の一方をヒートシンク
にマウントして動作時の発振領域の温度上昇を低減して
用いる。放熱は主に活性層近傍の半導体層の熱伝導率と
層厚に依存する。通常の半導体レーザでは、半導体多層
薄膜の構造が共振器の長手方向で一定しているため、放
熱特性はほぼ均一である。第３図に従来構造の基本横モ
ードの半導体レーザの構造を示す。第３図（ａ）は斜視
図、同図（ｂ）はＡ−Ａ′での縦断面図である。ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板１上にｎ型Ａｌ，Ｇａ１−ｘＡｓクラッド層
２、Ａ１ｙＧａ１−ｙＡｓ活性層３、ｐ型Ａｌ，Ｇａ１
−，Ａｓクラッド層４、ｐ型ＧａＡｓキャップ層５、ｎ
型ＧａＡｓ電流ブロック層６、電極７、８から構威され
ている。ここではＸ＝０．５、ｙ＝ｏ．ｉ， Ｚ＝０．
５である。活性層に近い側の電極７をヒートシンクにマ
ウントする。注入電流はｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層６
の間に狭窄されて流れ、その下の活性層が発振領域とな
る。Ｐ−ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓクラッド層４は光の導波
層で単一横モード制御のため通常ｚ＝０．５程度の組戒
が必要である。この層４はＧａＡｓ層に比べ熱伝導率が
低い。発熱は主として発振領域と電流の経路になる半導
体層で発生し、熱はｐ型Ａｌ，Ｇａ１−２Ａｓクラッド
層４、ｐ型ＧａＡｓキャップ層５と発振領域近傍のｎ型
ＧａＡｓブロック層６を伝わってヒートシンクに流れる
。各層の厚さが共振器の長手方向で一定なため放熱も均
一である。
一対の共振器面を備えている。半導体レーザは、一般に
動作電流密度が高いため素子表面の一方をヒートシンク
にマウントして動作時の発振領域の温度上昇を低減して
用いる。放熱は主に活性層近傍の半導体層の熱伝導率と
層厚に依存する。通常の半導体レーザでは、半導体多層
薄膜の構造が共振器の長手方向で一定しているため、放
熱特性はほぼ均一である。第３図に従来構造の基本横モ
ードの半導体レーザの構造を示す。第３図（ａ）は斜視
図、同図（ｂ）はＡ−Ａ′での縦断面図である。ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板１上にｎ型Ａｌ，Ｇａ１−ｘＡｓクラッド層
２、Ａ１ｙＧａ１−ｙＡｓ活性層３、ｐ型Ａｌ，Ｇａ１
−，Ａｓクラッド層４、ｐ型ＧａＡｓキャップ層５、ｎ
型ＧａＡｓ電流ブロック層６、電極７、８から構威され
ている。ここではＸ＝０．５、ｙ＝ｏ．ｉ， Ｚ＝０．
５である。活性層に近い側の電極７をヒートシンクにマ
ウントする。注入電流はｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層６
の間に狭窄されて流れ、その下の活性層が発振領域とな
る。Ｐ−ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓクラッド層４は光の導波
層で単一横モード制御のため通常ｚ＝０．５程度の組戒
が必要である。この層４はＧａＡｓ層に比べ熱伝導率が
低い。発熱は主として発振領域と電流の経路になる半導
体層で発生し、熱はｐ型Ａｌ，Ｇａ１−２Ａｓクラッド
層４、ｐ型ＧａＡｓキャップ層５と発振領域近傍のｎ型
ＧａＡｓブロック層６を伝わってヒートシンクに流れる
。各層の厚さが共振器の長手方向で一定なため放熱も均
一である。
（発明が解決しようとする課題）
従来構造の半導体レーザは高出力動作時の寿命が短い、
最大光出力が低いという問題があった。
最大光出力が低いという問題があった。
これは共振器面の活性層の劣化に起因する。通常の半導
体レーザでは、共振器面の活性層は、高密度の界面準位
が存在するために注入した電流の非発光再結合が著しく
多いのに加えて、注入キャリアの欠乏の結果発振光の一
部が吸収されるため、発熱量が共振器面から離れた中央
部に比較して多い。従来構造の半導体レーザは共振器の
長手方向に層構造が一定していて放熱が均一なため、動
作時の活性層の温度は共振器面近傍で高かった。このた
め高出力動作時に共振器面の活性層の変質が速く進行し
、寿命が短かった。また共振器面の活性層の温度と中央
部の活性層の温度の差が一定値２０〜３０度以上を越え
ると、発振光に対する吸収率が著しく増大して活性層の
変質の進行速度が加速される。この結果共振器面の活性
層が破損するいわゆる光学損傷が発生する。従来構造の
半導体レーザでは、共振器面の温度上昇が大きくて、比
較的低い光出力で光学損傷劣化が発生した。本発明の目
的は端面での劣化を抑制し、高出力で長寿命の半導体レ
ーザを提供することにある。
体レーザでは、共振器面の活性層は、高密度の界面準位
が存在するために注入した電流の非発光再結合が著しく
多いのに加えて、注入キャリアの欠乏の結果発振光の一
部が吸収されるため、発熱量が共振器面から離れた中央
部に比較して多い。従来構造の半導体レーザは共振器の
長手方向に層構造が一定していて放熱が均一なため、動
作時の活性層の温度は共振器面近傍で高かった。このた
め高出力動作時に共振器面の活性層の変質が速く進行し
、寿命が短かった。また共振器面の活性層の温度と中央
部の活性層の温度の差が一定値２０〜３０度以上を越え
ると、発振光に対する吸収率が著しく増大して活性層の
変質の進行速度が加速される。この結果共振器面の活性
層が破損するいわゆる光学損傷が発生する。従来構造の
半導体レーザでは、共振器面の温度上昇が大きくて、比
較的低い光出力で光学損傷劣化が発生した。本発明の目
的は端面での劣化を抑制し、高出力で長寿命の半導体レ
ーザを提供することにある。
（課題を解決するための手段）
請求項１の半導体レーザは、半導体多層薄膜で構威され
少なくとも一対の共振器面を備えた半導体レーザであっ
て、活性層に近傍する半導体層のうち熱伝導率の低い半
導体層が中央部に比べ共振器面近傍で薄いことを特徴と
する。請求項２の半導体レーザは、半導体多層薄膜で構
戒され少なくとも一対の共振器面を備えた半導体レーザ
であって、ヒートシンクにマウントする側の素子表面に
形或された誘電体薄膜が発振領域直上の領域の共振器面
近傍では幅の広い帯状に、共振器面近傍以外では幅の狭
い帯状に開口されていることを特徴とする。
少なくとも一対の共振器面を備えた半導体レーザであっ
て、活性層に近傍する半導体層のうち熱伝導率の低い半
導体層が中央部に比べ共振器面近傍で薄いことを特徴と
する。請求項２の半導体レーザは、半導体多層薄膜で構
戒され少なくとも一対の共振器面を備えた半導体レーザ
であって、ヒートシンクにマウントする側の素子表面に
形或された誘電体薄膜が発振領域直上の領域の共振器面
近傍では幅の広い帯状に、共振器面近傍以外では幅の狭
い帯状に開口されていることを特徴とする。
（作用）
第１の発明では、放熱の経路となる活性層近傍の半導体
層で熱伝導率の低い光の導波層を中央部に比べ共振器面
近傍で薄くし熱伝導率の高いＧａＡｓ層を逆に厚くする
ことにより共振器面近傍で放熱が改善される。また第２
の発明では、誘電体は半導体に比べ熱伝導率が低いので
誘電体薄膜で覆った領域は放熱が妨げられ、放熱は誘電
体薄膜を形或していない帯状領域を伝わっておこなわれ
る。放熱はこの帯状領域の幅の広い共振器面近傍で良い
。
層で熱伝導率の低い光の導波層を中央部に比べ共振器面
近傍で薄くし熱伝導率の高いＧａＡｓ層を逆に厚くする
ことにより共振器面近傍で放熱が改善される。また第２
の発明では、誘電体は半導体に比べ熱伝導率が低いので
誘電体薄膜で覆った領域は放熱が妨げられ、放熱は誘電
体薄膜を形或していない帯状領域を伝わっておこなわれ
る。放熱はこの帯状領域の幅の広い共振器面近傍で良い
。
これらの構造では共振器端面近傍の放熱を中央部に比べ
て良好にすることによって、端面近傍の領域の温度上昇
を小さくすると供に中央部との温度差を低減できる。こ
の結果、共振器面の活性層の変質の進行速度を低下させ
長寿命化が可能となると同時に光学損傷劣化の生じる光
出力を高める結果、従来に比較して高出力な半導体レー
ザを実現出来る。
て良好にすることによって、端面近傍の領域の温度上昇
を小さくすると供に中央部との温度差を低減できる。こ
の結果、共振器面の活性層の変質の進行速度を低下させ
長寿命化が可能となると同時に光学損傷劣化の生じる光
出力を高める結果、従来に比較して高出力な半導体レー
ザを実現出来る。
（実施例）
第１の発明の実施例を第１図に示す。同図（ａ）は斜視
図、同図（ｂ）はＡ−Ａ’での縦横面図である。ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板１上に、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓクラッド
層２（Ｘ ＝ ０．５）、Ａ１ｙＧａ１−ｙＡｓ活性層
３（発振波長０．８ｐｍ、Ｙ＝０．１）、ｐ型Ａｌ２Ｇ
ａ１−，Ａｓクラッド層４（Ｚ＝０．５）、ｐ型ＧａＡ
ｓキャップ層５、ｎ型ＧａＡｓブロック層６と電極７、
８及び共振器面１０で構威されている。共振器長は３０
０ｌｌｍとした。活性層に近い側の電極７をヒートシン
クにマウントする。従来構造の半導体レーザと同様にｎ
型ＧａＡｓブロック層６の間は約３〜４ｐｍでここを注
入電流が狭窄されて流れ、その直下の活性層が発振領域
となる。放熱経路の主たる部分を占める発振領域直上の
ｐ型Ａｌ２Ｇａ１−，Ａｓクラッド層４は、基本横モー
ドで安定して発振を得るためＺ＝０．５とした。熱伝導
率はＺ＝０．５で０．１２５Ｗ／ａｍ−ｄｅｇと低＜
ＧａＡｓの約４分の１である。本発明では第１図（ｂ）
に示した様に中央部ではｐ型Ａｌ２Ｇａ１−２Ａｓクラ
ッド層厚１．５ｐｍ、ＧａＡｓキャップ層０．５ｐｍと
した。端面から約２０ｐｍの共振器面近傍の領域１１で
は熱伝導率の低いｐ型ＡｌｚＧａ１−，Ａｓクラッド層
４を０．５ｐｍと薄く形成し、一方熱伝導率の高いＧａ
Ａｓ層を１．５￥ｌｍと厚く形成したことによって、共
振器面近傍の温度上昇を低減できるとともに中央部との
温度差を小さくでき光学損傷の生じる光出力を上げるこ
とができる。
図、同図（ｂ）はＡ−Ａ’での縦横面図である。ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板１上に、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓクラッド
層２（Ｘ ＝ ０．５）、Ａ１ｙＧａ１−ｙＡｓ活性層
３（発振波長０．８ｐｍ、Ｙ＝０．１）、ｐ型Ａｌ２Ｇ
ａ１−，Ａｓクラッド層４（Ｚ＝０．５）、ｐ型ＧａＡ
ｓキャップ層５、ｎ型ＧａＡｓブロック層６と電極７、
８及び共振器面１０で構威されている。共振器長は３０
０ｌｌｍとした。活性層に近い側の電極７をヒートシン
クにマウントする。従来構造の半導体レーザと同様にｎ
型ＧａＡｓブロック層６の間は約３〜４ｐｍでここを注
入電流が狭窄されて流れ、その直下の活性層が発振領域
となる。放熱経路の主たる部分を占める発振領域直上の
ｐ型Ａｌ２Ｇａ１−，Ａｓクラッド層４は、基本横モー
ドで安定して発振を得るためＺ＝０．５とした。熱伝導
率はＺ＝０．５で０．１２５Ｗ／ａｍ−ｄｅｇと低＜
ＧａＡｓの約４分の１である。本発明では第１図（ｂ）
に示した様に中央部ではｐ型Ａｌ２Ｇａ１−２Ａｓクラ
ッド層厚１．５ｐｍ、ＧａＡｓキャップ層０．５ｐｍと
した。端面から約２０ｐｍの共振器面近傍の領域１１で
は熱伝導率の低いｐ型ＡｌｚＧａ１−，Ａｓクラッド層
４を０．５ｐｍと薄く形成し、一方熱伝導率の高いＧａ
Ａｓ層を１．５￥ｌｍと厚く形成したことによって、共
振器面近傍の温度上昇を低減できるとともに中央部との
温度差を小さくでき光学損傷の生じる光出力を上げるこ
とができる。
第２の発明の実施例の斜視図を第２図に示す。半導体レ
ーザの半導体多層構造は第３回の従来構造と同様である
。ヒートシンクにマウントする側の素子表面のＳｉ０２
誘電体薄膜９を発振領域直上の部分では帯状に除去し、
開口した。ここは電極７のコンタクト部である。放熱は
この帯状の領域を通じて行われる。端面から約２０ｌｌ
ｍの共振器面近傍の領域ｌ１では中央部に比較して帯状
領域の幅が広く、放熱が良好に行われる。ここでは幅を
中央部で２０ｐｍ、共振器面近傍で５０ｐｍとした。こ
の結果、共振器面近傍の領域の温度上昇が低減される。
ーザの半導体多層構造は第３回の従来構造と同様である
。ヒートシンクにマウントする側の素子表面のＳｉ０２
誘電体薄膜９を発振領域直上の部分では帯状に除去し、
開口した。ここは電極７のコンタクト部である。放熱は
この帯状の領域を通じて行われる。端面から約２０ｌｌ
ｍの共振器面近傍の領域ｌ１では中央部に比較して帯状
領域の幅が広く、放熱が良好に行われる。ここでは幅を
中央部で２０ｐｍ、共振器面近傍で５０ｐｍとした。こ
の結果、共振器面近傍の領域の温度上昇が低減される。
第１及び第２の発明の半導体レーザでは、共振器面近傍
の活性層の温度上昇が低減され、変質の進行速度が低下
して長寿命が可能となる。また光学損傷劣化の生じる光
出力を高める結果、従来に比較して約２倍の高出力が実
現出来る。以上の実施例では活性層３と熱伝導率の低い
半導体層のｐ型クラッド層４が接しているが、間に０．
１〜０．３ｐｍ程度の層をはさんだ構造でもよく、近接
していれば良い。
の活性層の温度上昇が低減され、変質の進行速度が低下
して長寿命が可能となる。また光学損傷劣化の生じる光
出力を高める結果、従来に比較して約２倍の高出力が実
現出来る。以上の実施例では活性層３と熱伝導率の低い
半導体層のｐ型クラッド層４が接しているが、間に０．
１〜０．３ｐｍ程度の層をはさんだ構造でもよく、近接
していれば良い。
第１及び第２の発明を併用した半導体レーザでは、両発
明の効果が加わり、一層効果的である。
明の効果が加わり、一層効果的である。
本実施例では共振器面近傍の領域１１を端面から２０ｐ
ｍとしたがレーザ構造に応じて数ｐｍ〜３０μｍ程度と
すれば良い。
ｍとしたがレーザ構造に応じて数ｐｍ〜３０μｍ程度と
すれば良い。
活性層、クラッド層の組或や構造が実施例に制限されな
いのは勿論である。例えば活性層に量子井戸構造を用い
た構造、活性層とクラッド層との間にガイド層を設けた
構造等活性層導波路構造が公知の構造の多くの半導体レ
ーザ構造に本発明を適用出来る。
いのは勿論である。例えば活性層に量子井戸構造を用い
た構造、活性層とクラッド層との間にガイド層を設けた
構造等活性層導波路構造が公知の構造の多くの半導体レ
ーザ構造に本発明を適用出来る。
本発明は、ＡＩＧａＩｎＰなどの他の半導体材料よりな
る半導体レーザに対しても適用でき同様の効果を得るこ
とができる。
る半導体レーザに対しても適用でき同様の効果を得るこ
とができる。
（発明の効果）
本発明によれば、長寿命で高出力な半導体レーザが得ら
れる。本発明の半導体レーザを光源に用いることによっ
て光情報機器や光通信機器の高性能化が可能となる。
れる。本発明の半導体レーザを光源に用いることによっ
て光情報機器や光通信機器の高性能化が可能となる。
第１図（ａ）は、第１の発明の実施例の半導体レーザの
模式的斜視図、同図（ｂ）は同実施例における共振器長
手方向Ａ−Ａ’での縦断面構造図、第２図は、第２の発
明の実施例の半導体レーザの模式的斜視図、第３図（ａ
）は、従来構造の半導体レーザの模式的斜視図、同図（
ｂ）は同実施例における共振器長手方向Ａ−Ａ′での縦
断面構造図である。これらの図において、１・ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板、２・ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓクラッド層（
Ｘ＝０．５）、３”・ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ活性層（Ｙ
＝０．１）、４−ｐ型Ａｌ，Ｇａ１−ｚＡｓクラッド層
（Ｚ＝０．５）、５−ｐ型ＧａＡｓキャップ層、６・・
・ｎ型ＧａＡｓブロック層、７・・・電極、８・・・電
極、９・・・Ｓｉ０２／Ｉ＠縁膜、１０・・・共振器面
、１１・・・共振器面近傍の領域である。
模式的斜視図、同図（ｂ）は同実施例における共振器長
手方向Ａ−Ａ’での縦断面構造図、第２図は、第２の発
明の実施例の半導体レーザの模式的斜視図、第３図（ａ
）は、従来構造の半導体レーザの模式的斜視図、同図（
ｂ）は同実施例における共振器長手方向Ａ−Ａ′での縦
断面構造図である。これらの図において、１・ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板、２・ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓクラッド層（
Ｘ＝０．５）、３”・ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ活性層（Ｙ
＝０．１）、４−ｐ型Ａｌ，Ｇａ１−ｚＡｓクラッド層
（Ｚ＝０．５）、５−ｐ型ＧａＡｓキャップ層、６・・
・ｎ型ＧａＡｓブロック層、７・・・電極、８・・・電
極、９・・・Ｓｉ０２／Ｉ＠縁膜、１０・・・共振器面
、１１・・・共振器面近傍の領域である。
Claims (2)
- （１）半導体多層薄膜で構成され少なくとも一対の共振
器面を備えた半導体レーザであって、活性層に近接する
半導体層のうち熱伝導率の低い半導体層が中央部に比べ
共振器面近傍で薄いことを特徴とする半導体レーザ。 - （２）半導体多層薄膜で構成され少なくとも一対の共振
器面を備えた半導体レーザであって、ヒートシンクにマ
ウントする側の素子表面に形成された誘電体薄膜が発振
領域直上の領域の共振器面近傍では幅の広い帯状に、共
振器面近傍以外では幅の狭い帯状に開口されていること
を特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23426289A JPH0396289A (ja) | 1989-09-08 | 1989-09-08 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23426289A JPH0396289A (ja) | 1989-09-08 | 1989-09-08 | 半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0396289A true JPH0396289A (ja) | 1991-04-22 |
Family
ID=16968216
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23426289A Pending JPH0396289A (ja) | 1989-09-08 | 1989-09-08 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0396289A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5301202A (en) * | 1993-02-25 | 1994-04-05 | International Business Machines, Corporation | Semiconductor ridge waveguide laser with asymmetrical cladding |
| JP2006511948A (ja) * | 2002-12-20 | 2006-04-06 | クリー インコーポレイテッド | メサ構造および多重パッシベーション層を備える半導体デバイスならびに関連するデバイスの形成方法 |
| JP2013021022A (ja) * | 2011-07-07 | 2013-01-31 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体レーザ素子 |
-
1989
- 1989-09-08 JP JP23426289A patent/JPH0396289A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5301202A (en) * | 1993-02-25 | 1994-04-05 | International Business Machines, Corporation | Semiconductor ridge waveguide laser with asymmetrical cladding |
| JP2006511948A (ja) * | 2002-12-20 | 2006-04-06 | クリー インコーポレイテッド | メサ構造および多重パッシベーション層を備える半導体デバイスならびに関連するデバイスの形成方法 |
| JP2013021022A (ja) * | 2011-07-07 | 2013-01-31 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体レーザ素子 |
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