JPH0521900A - 半導体レーザ素子 - Google Patents

半導体レーザ素子

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JPH0521900A
JPH0521900A JP19868691A JP19868691A JPH0521900A JP H0521900 A JPH0521900 A JP H0521900A JP 19868691 A JP19868691 A JP 19868691A JP 19868691 A JP19868691 A JP 19868691A JP H0521900 A JPH0521900 A JP H0521900A
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JP
Japan
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semiconductor laser
laser device
slope efficiency
quantum well
film
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Application number
JP19868691A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Imamoto
浩史 今本
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Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 2重量子井戸構造の半導体レーザ素子のスロ
ープ効率を小さくすることにより、半導体レーザ素子を
APCフリーで駆動できるようにする。 【構成】 n型GaAs基板2の上にn型Al0.6Ga
0.4As下部クラッド層3、AlGaAs活性層4、p
型Al0.6Ga0.4As上部クラッド層5、p型GaAs
キャップ層6を順次成長させる。活性層4はSCH−2
重量子井戸構造としている。このチップの上面及び下面
にはp側電極8及びn側電極9を形成し、前端面及び後
端面(へき開面)にはそれぞれ高反射コート膜10,1
1を形成する。前面側の高反射コート膜10は、Al2
3のλ/4膜(λは中心発光波長)からなり、後面側
の高反射コート膜11は、Siのλ/4膜からなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ素子に関
する。具体的にいうと、本発明は、オートパワーコント
ロールフリーとした半導体レーザ素子に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザ素子(LD)をオートパワ
ーコントロール(APC)フリー、つまり定電流で駆動
(ACC駆動)させるためには、温度変化に対して光出
力の変動を小さくしなくてはならない。そのためには、
しきい値電流Ithが低く、スロープ効率Sdが低く、特
性温度Toが高くなければならない。
【0003】これに対し、従来のダブルヘテロ構造の半
導体レーザ素子(DH−LD)にあっては、しきい値電
流Ithが高く、特性温度Toが低く、さらに、ACC駆
動では温度に対する光出力変動が大きくなるという問題
があった。
【0004】また、例えばApplied Physics Letters V
ol.54、1990(P.1388)で報告されているように、活性
層に2重量子井戸構造を用いれば、1重量子井戸構造や
3重量子井戸構造に比較して、低いしきい値電流Ithと
高い特性温度Toを得られるが、スロープ効率Sdはダブ
ルヘテロ構造の半導体レーザ素子以上に高くなるという
問題があり、ACC駆動に適さなかった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図7は半導体レーザ素
子の駆動電流Iと光出力Pfとの関係を示す特性図であ
って、これらの曲線の傾きがスロープ効率Sdを表わし
ている。ここで、曲線A1、A2は、スロープ効率Sd
が大きな半導体レーザ素子の温度T1、T2(T1<T
2)における特性曲線を示し、曲線B1、B2は、スロ
ープ効率Sdが小さな半導体レーザ素子の同じく温度T
1、T2における特性曲線を示している。いま、Icの
駆動電流で両半導体レーザ素子が駆動されているとする
と、スロープ効率Sdの大きな半導体レーザ素子では、
温度がT1からT2まで変化した時、光出力PfはΔPf
1だけ変動する。これに対し、スロープ効率Sdの小さ
な半導体レーザ素子では、温度がT1からT2まで変化
した時、光出力PfはΔPf2しか変動しない。すなわ
ち、半導体レーザ素子のスロープ効率Sdを小さくすれ
ば、同じ温度変化に対する光出力Pfの変動を小さくす
ることができる。
【0006】したがって、2重量子井戸構造の半導体レ
ーザ素子において、スロープ効率Sdを小さくすること
ができれば、しきい値電流Ithが小さく、スロープ効率
Sdが低く、特性温度Toが高く、その結果、温度変化に
対して光出力の変動の小さな半導体レーザ素子を実現す
ることができる。
【0007】本発明は、叙上の従来例の欠点に鑑みてな
されたものであり、その目的とするところは、2重量子
井戸構造の半導体レーザ素子のスロープ効率を小さくす
ることにより、半導体レーザ素子をAPCフリーで駆動
できるようにすることにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体レー
ザ素子は、活性層に2重量子井戸構造を用いたAlGa
As/GaAs系半導体レーザ素子において、素子端面
に高反射コート膜を形成したことを特徴としている。
【0009】また、この半導体レーザ素子においては、
素子端面に高反射コート膜を形成することにより、スロ
ープ効率を略0.3W/A以下にすることが好ましい。
【0010】
【作用】本発明にあっては、素子端面に高反射コート膜
を形成しているので、2重量子井戸構造のAlGaAs
/GaAs系半導体レーザ素子のスロープ効率Sdが低
下する。この結果、しきい値電流Ithが小さく、特性温
度Toが高く、スロープ効率Sdが小さい半導体レーザ素
子を実現でき、温度変化に対する光出力の変動を小さく
することができる。
【0011】特に、スロープ効率を略0.3W/A以下
にすることにより、10mW駆動時において、10〜5
0℃の温度変化に対して光出力の変動を±5%以内に抑
えることができた。また、5mW駆動時には、10〜5
0℃の温度変化に対して光出力の変動を±10%以内に
抑えることができた。
【0012】
【実施例】図1及び図2は本発明の一実施例によるAl
GaAs/GaAs系半導体レーザ素子1を示す斜視図
及びその素子チップ7を示す断面図である。n型GaA
s基板2の上には、有機金属気相成長法(MOVPE)
あるいは分子線エピタキシャル法(MBE)を用いてn
型Al0.6Ga0.4As下部クラッド層3、AlGaAs
活性層4、p型Al0.6Ga0.4As上部クラッド層5、
p型GaAsキャップ層6が順次成長させられ、素子チ
ップ7が形成されている。
【0013】上記活性層4は、SCH(Separate Confi
nement Heterostructure の略)−2重量子井戸構造と
なっている。図3は活性層4及び上下部クラッド層5,
3におけるAl組成を表わしており、縦軸が素子の縦方
向(厚み方向)の距離を示し、横軸が組成をAlxGa
1-xAsと表わした時のAl組成xを示している。すな
わち、活性層4は、Al0.3Ga0.7Asからなる厚み5
00Åの障壁層4a、Al0.095Ga0.905Asからなる
厚み80Åの第1の量子井戸層4b、Al0.3Ga0 .7
sからなる厚み100Åの障壁層4c、Al0.095Ga
0.905Asからなる厚み80Åの第2の量子井戸層4
d、Al0.3Ga0.7Asからなる厚み500Åの障壁層
4eから構成されている。活性層4は、このAl組成x
の変化によって2重量子井戸構造を実現されており、活
性層4に光を閉じ込めると共に量子井戸層4b,4dに
電子を閉じ込めるようになっている。
【0014】ついで、素子チップ7の上面及び下面に
は、p側電極8及びn側電極9が形成される。さらに、
素子チップ7の前端面及び後端面(へき開面)にはそれ
ぞれ高反射コート膜10,11を形成している。
【0015】図4は、10mW光出力時において前面反
射率Rfと後面反射率Rrを変化させた時の、スロープ効
率Sd(破線)と結晶内部の端面への光出力P(実線)
の計算結果を示す図である。詳しくいうと、図5に示す
ように、前面反射率Rfは前面側の高反射コート膜10
の反射率、後面反射率Rrは後面側の高反射コート膜1
1の反射率を示し、Pfは前面側の高反射コート膜10
を透過して前方へ出射されるレーザ光の光出力(一定値
10mW)、Pは結晶内部のへき開面に入射する光出力
を表わしている。また、図4の各実線は、前面反射率R
f及び後面反射率Rrの各値に対する光出力Pを示して
おり、各破線は前面反射率Rf及び後面反射率Rrの各
値に対するスロープ効率Sdの値を示している。なお、
計算では、へき開時のしきい値電流Ithを15mAと
し、スロープ効率Sdを0.53W/Aとした。
【0016】図4からも明らかなように、前後の高反射
コート膜10,11の反射率Rf,Rrを高くすると、ス
ロープ効率Sdが小さくなり、一方、結晶内部の光密度
が大きくなる。したがって、スロープ効率を0.3W/
A以下にし、結晶内部の光密度をできる限り小さくする
ためには、両高反射コート膜10,11の反射率Rf,
Rrをそれぞれ70%程度にすればよい。
【0017】そこで、本実施例においては、前面側のへ
き開面にAl23のλ/4膜(λは半導体レーザ素子1
の中心発光波長で、λ=780nm)を電子ビーム蒸着
させて高反射コート膜10とし、後面側のへき開面にS
iのλ/4膜を電子ビーム蒸着させて高反射コート膜1
1とし、各高反射コート膜10,11の反射率Rf,Rr
を75%とした。図6は、このときの半導体レーザ素子
1の駆動電流I−光出力Pfの特性曲線とその周囲温度
依存性を示しており、このときのスロープ効率Sdは約
0.3W/Aとなっている。この特性曲線より、10〜
50℃の温度変化に対する光出力Pfの変化は、35m
A駆動時においては8mW±0.4mW(±5%)、2
6mA駆動時においては5mA±0.3mA(±6%)
となっている。また、スロープ効率Sdが0.3W/A以
下では、10〜50℃の温度変化に対する光出力Pfの
変化は、10mW駆動時においては±5%以内に抑える
ことができ、5mW駆動時には±10%以内に抑えるこ
とができた。したがって、定電流駆動時において周囲温
度が変化しても、光出力Pfの変動が非常に小さいた
め、APCフリーでレーザ動作が可能になる。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、2重量子井戸構造の半
導体レーザ素子のスロープ効率を小さくすることがで
き、この結果、しきい値電流が小さく、特性温度が高
く、スロープ効率Sdが小さい半導体レーザ素子を実現
することができ、温度変化に対する光出力の変動を小さ
くできる。従って、半導体レーザ素子のACC駆動時に
おける温度による光出力の変動を極力小さくすることが
でき、APC回路等を不要にできる。
【0019】特に、スロープ効率を略0.3W/A以下
にすることにより、10mW駆動時において、10〜5
0℃の温度変化に対して光出力の変動を±5%以内に抑
えることができた。また、5mW駆動時には、10〜5
0℃の温度変化に対して光出力の変動を±10%以内に
抑えることができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による半導体レーザ素子を示
す斜視図である。
【図2】同上の素子チップの断面図である。
【図3】同上の2重量子井戸構造の活性層及びその付近
におけるAl組成の分布を示す図である。
【図4】10mW光出力時において前面反射率Rf及び
後面反射率Rrを変化させたときの、スロープ効率Sd及
び結晶内部の端面への光出力Pの計算結果を示す図であ
る。
【図5】図4の説明図である。
【図6】本発明の半導体レーザ素子による駆動電流−光
出力特性とその周囲温度依存性を示す図である。
【図7】スロープ効率と温度変化に対する光出力の変動
の大きさとの関係を示す図である。
【符号の説明】
4 活性層 4b,4d 量子井戸層 10 高反射コート膜 11 高反射コート膜

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 活性層に2重量子井戸構造を用いたAl
    GaAs/GaAs系半導体レーザ素子において、素子
    端面に高反射コート膜を形成したことを特徴とする半導
    体レーザ素子。
  2. 【請求項2】 素子端面に高反射コート膜を形成するこ
    とにより、スロープ効率を略0.3W/A以下にしたこ
    とを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子。
JP19868691A 1991-07-12 1991-07-12 半導体レーザ素子 Pending JPH0521900A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6962497B1 (ja) * 2020-10-13 2021-11-05 三菱電機株式会社 半導体レーザ装置及びその製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP6962497B1 (ja) * 2020-10-13 2021-11-05 三菱電機株式会社 半導体レーザ装置及びその製造方法
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