JPH10200195A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JPH10200195A JPH10200195A JP400797A JP400797A JPH10200195A JP H10200195 A JPH10200195 A JP H10200195A JP 400797 A JP400797 A JP 400797A JP 400797 A JP400797 A JP 400797A JP H10200195 A JPH10200195 A JP H10200195A
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- semiconductor laser
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ドループ値の低減化をはかった信頼性の高い
半導体レーザを構成する。 【解決手段】 ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザにおい
て、前方光出射端面の反射率Ｒｆが５５％〜６５％とさ
れ、後方光出射端面の反射率Ｒｒが３０％〜５０％とさ
れ、共振器長Ｌが１５０μｍ〜５００μｍとされた構成
とする。
半導体レーザを構成する。 【解決手段】 ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザにおい
て、前方光出射端面の反射率Ｒｆが５５％〜６５％とさ
れ、後方光出射端面の反射率Ｒｒが３０％〜５０％とさ
れ、共振器長Ｌが１５０μｍ〜５００μｍとされた構成
とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ特に
ＡｌＧａＩｎＰ系赤色半導体レーザに関わる。
ＡｌＧａＩｎＰ系赤色半導体レーザに関わる。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザにおいては、これを発振動
作させるに伴って活性層領域での温度上昇により、光出
力が時間と共に低下するという問題がある。このよう
に、半導体レーザにおいてその出力が時間経過と共に低
下することは、この半導体レーザを各種光源として用い
る場合に多くの問題を生じる。例えばこの半導体レーザ
を、レーザビームプリンタの記録光として用いる場合
は、印字濃度が時間の経過と共に変化してプリント画像
の品質の低下を来すという不都合が生じる。
作させるに伴って活性層領域での温度上昇により、光出
力が時間と共に低下するという問題がある。このよう
に、半導体レーザにおいてその出力が時間経過と共に低
下することは、この半導体レーザを各種光源として用い
る場合に多くの問題を生じる。例えばこの半導体レーザ
を、レーザビームプリンタの記録光として用いる場合
は、印字濃度が時間の経過と共に変化してプリント画像
の品質の低下を来すという不都合が生じる。
【０００３】通常、この出力低下の改善を行うために、
共振器端面の端面保護膜兼反射率制御を目的として堆積
した絶縁膜を制御してレーザの微分効率を下げることに
よってこの特性改善を図る。ところが、ＡｌＧａＩｎＰ
系赤色半導体レーザは、共振器端面が劣化し寿命となる
ことが多く、微分効率を下げるために出力光を出射する
前方端面を高反射率にする手法では、信頼性を得ること
が困難であった。
共振器端面の端面保護膜兼反射率制御を目的として堆積
した絶縁膜を制御してレーザの微分効率を下げることに
よってこの特性改善を図る。ところが、ＡｌＧａＩｎＰ
系赤色半導体レーザは、共振器端面が劣化し寿命となる
ことが多く、微分効率を下げるために出力光を出射する
前方端面を高反射率にする手法では、信頼性を得ること
が困難であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した半導体レーザ
の連続発振時の時間経過による光出力の低下の割合は、
ドループ（ｄｒｏｏｐ）という値で示されるが、上述し
たように通常のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザにおい
て、このドループの値を、高い信頼性をもって十分小さ
くすることは困難であった。本発明においては、ＡｌＧ
ａＩｎＰ系半導体レーザにおいて、ドループ値が十分小
さく、信頼性の高い半導体レーザを構成するものであ
る。
の連続発振時の時間経過による光出力の低下の割合は、
ドループ（ｄｒｏｏｐ）という値で示されるが、上述し
たように通常のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザにおい
て、このドループの値を、高い信頼性をもって十分小さ
くすることは困難であった。本発明においては、ＡｌＧ
ａＩｎＰ系半導体レーザにおいて、ドループ値が十分小
さく、信頼性の高い半導体レーザを構成するものであ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、ＡｌＧａＩｎ
Ｐ系の半導体レーザにおいて、レーザの出力光すなわち
前方出力光を出射する前方光出射端面の反射率Ｒｆが５
５％〜６５％とされ、後方光出射端面の反射率Ｒｒが３
０％〜５０％とされ、共振器長Ｌが１５０μｍ〜５００
μｍとされた構成とする。
Ｐ系の半導体レーザにおいて、レーザの出力光すなわち
前方出力光を出射する前方光出射端面の反射率Ｒｆが５
５％〜６５％とされ、後方光出射端面の反射率Ｒｒが３
０％〜５０％とされ、共振器長Ｌが１５０μｍ〜５００
μｍとされた構成とする。
【０００６】この構成による半導体レーザは、レーザの
連続発振時の時間経過による光出力の低下の割合を示す
ドループ値の低減化が図られた。
連続発振時の時間経過による光出力の低下の割合を示す
ドループ値の低減化が図られた。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明による半導体レーザの実施
の形態を説明する。図１は、本発明によるＡｌＧａＩｎ
Ｐ系赤色（発振波長６８０ｎｍ帯）半導体レーザの一例
の概略構成を示す斜視図である。この例においては、ｎ
型ＧａＡｓによる半導体基体１上に、ｎ型のＧａＡｓに
よるバッファ層２、ｎ型のＡｌＧａＩｎＰよりなるｎ型
クラッド層３、歪量子井戸構造例えばＧａＩｎＰウエル
層を４層とし、バリア層をＡｌＧａＩｎＰ層とした活性
層４、ＡｌＧａＩｎＰよりなるｐ型クラッド層５、ｐ型
のＧａＩｎＰよりなる中間層６、ｐ型のＧａＡｓによる
キャップ層７が順次エピタキシャル成長され、ｐ型クラ
ッド層５に渡ってストライプ状に一部残してその両側が
エッチングされてメサ溝の形成がなされ、このメサ溝内
に、ｎ型のＧａＡｓによる電流狭搾層８が形成され、そ
の後表面の平坦化がなされる。キャップ層７上には、一
方の電極、すなわちいわゆるｐ側電極９がオーミックに
被着形成され、半導体基体１の裏面に他方の電極、すな
わちいわゆるｎ側電極１０がオーミックに配置される。
の形態を説明する。図１は、本発明によるＡｌＧａＩｎ
Ｐ系赤色（発振波長６８０ｎｍ帯）半導体レーザの一例
の概略構成を示す斜視図である。この例においては、ｎ
型ＧａＡｓによる半導体基体１上に、ｎ型のＧａＡｓに
よるバッファ層２、ｎ型のＡｌＧａＩｎＰよりなるｎ型
クラッド層３、歪量子井戸構造例えばＧａＩｎＰウエル
層を４層とし、バリア層をＡｌＧａＩｎＰ層とした活性
層４、ＡｌＧａＩｎＰよりなるｐ型クラッド層５、ｐ型
のＧａＩｎＰよりなる中間層６、ｐ型のＧａＡｓによる
キャップ層７が順次エピタキシャル成長され、ｐ型クラ
ッド層５に渡ってストライプ状に一部残してその両側が
エッチングされてメサ溝の形成がなされ、このメサ溝内
に、ｎ型のＧａＡｓによる電流狭搾層８が形成され、そ
の後表面の平坦化がなされる。キャップ層７上には、一
方の電極、すなわちいわゆるｐ側電極９がオーミックに
被着形成され、半導体基体１の裏面に他方の電極、すな
わちいわゆるｎ側電極１０がオーミックに配置される。
【０００８】そして、本発明においては、この半導体レ
ーザの前方光出射端面Ｓｆの反射率Ｒｆを５５％〜６５
％とし、この前方光出射端面Ｓｆとは反対側の後方光出
射端面（図示せず）の反射率Ｒｒを３０％〜５０％と
し、共振器長Ｌを１５０μｍ〜５００μｍとする。
ーザの前方光出射端面Ｓｆの反射率Ｒｆを５５％〜６５
％とし、この前方光出射端面Ｓｆとは反対側の後方光出
射端面（図示せず）の反射率Ｒｒを３０％〜５０％と
し、共振器長Ｌを１５０μｍ〜５００μｍとする。
【０００９】この構成とすることによって、ドループΔ
Ｐの改善が図られる。このドループについて説明する
と、このドループΔＰは、図２に示すように、６００Ｈ
ｚのパルス電源を用いてデュティ比１０％で半導体レー
ザを駆動したときの初期値をＰＡとし、デュティ比１０
％で半導体レーザを駆動したときの最終値をＰＢとする
とき、ドループΔＰは、次式（１）式で定義される。
Ｐの改善が図られる。このドループについて説明する
と、このドループΔＰは、図２に示すように、６００Ｈ
ｚのパルス電源を用いてデュティ比１０％で半導体レー
ザを駆動したときの初期値をＰＡとし、デュティ比１０
％で半導体レーザを駆動したときの最終値をＰＢとする
とき、ドループΔＰは、次式（１）式で定義される。
【００１０】
【数１】 ΔＰ＝｛（ＰＡ−ＰＢ）／ＰＢ｝×１００〔％〕 （１）
【００１１】ここで、ＰＡおよびＰＢは、下記（２）式
および（３）式の関係を有する。
および（３）式の関係を有する。
【００１２】
【数２】 ＰＡ＝ηdf（ｈν／ｑ）( ＩOp／Ｉth) （２）
【００１３】
【数３】 ＰＢ＝ηdf（ｈν／ｑ）｛ＩOp−Ｉth・ｅｘｐ（ΔＴj ／ＴO ）｝ （３） ηdf：前方端面の外部微分量子効率 ｑ ：電荷 ｈ ：プランク定数 ν ：レーザ光の周波数 ＩOp：動作電流 Ｉth：しきい値電流 ＴO ：特性温度 ΔＴj ：活性領域の温度上昇分（ΔＴj ＝Ｔ−Ｔ’）
【００１４】そして、下記一般式（４）と上記（２）式
および（３）式を（１）の定義式に代入すると、下記
（５）式が得られ、ここでΔＴj を４〜５°程度、ＴO
が１００〜１４０Ｋ程度で、ＴO ≫ΔＴj とすると、ｅ
ｘｐ（ΔＴj ／ＴO ）≒１となるので（６）式の近似式
が得られる。ここで、ｈν／ｑ＝Ｅｇと置く。
および（３）式を（１）の定義式に代入すると、下記
（５）式が得られ、ここでΔＴj を４〜５°程度、ＴO
が１００〜１４０Ｋ程度で、ＴO ≫ΔＴj とすると、ｅ
ｘｐ（ΔＴj ／ＴO ）≒１となるので（６）式の近似式
が得られる。ここで、ｈν／ｑ＝Ｅｇと置く。
【００１５】
【数４】 Ｉth（Ｔ）＝Ｉth（Ｔ’）ｅｘｐ〔（Ｔ−Ｔ’）／ＴO 〕 （４）
【００１６】
【数５】
【００１７】
【数６】
【００１８】上記（６）式によれば、ドループΔＰを下
げるためには、ＩOp／Ｉthを増加さるか、ＴO を大きく
することになるが、通常は、ＩOp／Ｉthを増加させるべ
く、端面反射率や、共振器長を制御して微分効率を下げ
ることで対応する。
げるためには、ＩOp／Ｉthを増加さるか、ＴO を大きく
することになるが、通常は、ＩOp／Ｉthを増加させるべ
く、端面反射率や、共振器長を制御して微分効率を下げ
ることで対応する。
【００１９】先ず、共振器長Ｌについてみる。図３は、
ドループΔＰの共振器長Ｌに対する依存性を示す。図３
中、各曲線３１〜３５は、それぞれ前方光出射端面Ｓｆ
からの出力光の光出力Ｐｆを５ｍＷとし、後方光出射端
面の反射率Ｒｒを３０％に固定して前方光出射端面Ｓｆ
の反射率Ｒｆを４５％〜６５％の間で変化させたときの
それぞれの共振器長Ｌに対するドループΔＰの変化を示
したものである。この場合、共振器長Ｌが長くなると、
微分効率は減少するが、このとき動作電流が増加してく
ることによって、上記（６）のΔＴj が増加するため
に、共振器長Ｌがある程度以上長くなるドループΔＰが
増加してくる。図３から、共振器長Ｌを１５０μｍ〜５
００μｍとする本発明構成によれば、さらに望ましくは
２００μｍ〜４００μｍとするとき、ドループΔＰを、
５％以下にすることができることが分かる。
ドループΔＰの共振器長Ｌに対する依存性を示す。図３
中、各曲線３１〜３５は、それぞれ前方光出射端面Ｓｆ
からの出力光の光出力Ｐｆを５ｍＷとし、後方光出射端
面の反射率Ｒｒを３０％に固定して前方光出射端面Ｓｆ
の反射率Ｒｆを４５％〜６５％の間で変化させたときの
それぞれの共振器長Ｌに対するドループΔＰの変化を示
したものである。この場合、共振器長Ｌが長くなると、
微分効率は減少するが、このとき動作電流が増加してく
ることによって、上記（６）のΔＴj が増加するため
に、共振器長Ｌがある程度以上長くなるドループΔＰが
増加してくる。図３から、共振器長Ｌを１５０μｍ〜５
００μｍとする本発明構成によれば、さらに望ましくは
２００μｍ〜４００μｍとするとき、ドループΔＰを、
５％以下にすることができることが分かる。
【００２０】次に 前方光出射端面の反射率Ｒｆについ
てみる。図４は、ドループΔＰの前方光出射端面の反射
率Ｒｆに対する依存性を示す。この場合、前方光出射端
面Ｓｆからの出力光の光出力Ｐｆを５ｍＷとし、後方光
出射端面の反射率Ｒｒを３０％に固定して前方光出射端
面Ｓｆの反射率Ｒｆに対するドループΔＰの変化を示し
たものである。この場合、反射率Ｒｆを高くしていく
と、微分効率が下がるため、次第にドループΔＰ減少す
る。しかしながら、反射率Ｒｆが一定以上となると、Δ
Ｔj が増加してくることによって、ドループΔＰが増加
する。図４から、Ｒｆが５５％〜９２％の範囲で、ドル
ープΔＰを５％以下にすることができることが分かる
が、Ｒｆが６５％を越えると、同じ出力を得るための電
流値が高くなることによって信頼性、寿命に問題が生じ
る。
てみる。図４は、ドループΔＰの前方光出射端面の反射
率Ｒｆに対する依存性を示す。この場合、前方光出射端
面Ｓｆからの出力光の光出力Ｐｆを５ｍＷとし、後方光
出射端面の反射率Ｒｒを３０％に固定して前方光出射端
面Ｓｆの反射率Ｒｆに対するドループΔＰの変化を示し
たものである。この場合、反射率Ｒｆを高くしていく
と、微分効率が下がるため、次第にドループΔＰ減少す
る。しかしながら、反射率Ｒｆが一定以上となると、Δ
Ｔj が増加してくることによって、ドループΔＰが増加
する。図４から、Ｒｆが５５％〜９２％の範囲で、ドル
ープΔＰを５％以下にすることができることが分かる
が、Ｒｆが６５％を越えると、同じ出力を得るための電
流値が高くなることによって信頼性、寿命に問題が生じ
る。
【００２１】すなわち、図５は、前方出力光のパワーＰ
ｆを５ｍＷに設定し、共振器長Ｌを３５０μｍとし、後
方光出射端面の反射率Ｒｒを３０％とするときの、光学
損傷（ＣＯＤ）が発生するＣＯＤレベルの前方光出射端
面の反射率Ｒｆに対する依存性を示すもので、図５中各
曲線５１〜５５はそれぞれ活性層のウエル層の厚さｄ
（ｎｍ）と光閉じ込め係数Γとの比ｄ／Γを、それぞれ
３００ｎｍ、３５０ｎｍ、４００ｎｍ、４５０ｎｍ、５
００ｎｍとした場合である。これによれば、ｄ／Γ≧３
７５ｎｍとして、本発明におけるように、Ｒｆを５５％
〜６５％とするときＣＯＤレベルを１５ｍＷ以上にする
ことができ、信頼性および寿命を高めることができるこ
とが分かる。
ｆを５ｍＷに設定し、共振器長Ｌを３５０μｍとし、後
方光出射端面の反射率Ｒｒを３０％とするときの、光学
損傷（ＣＯＤ）が発生するＣＯＤレベルの前方光出射端
面の反射率Ｒｆに対する依存性を示すもので、図５中各
曲線５１〜５５はそれぞれ活性層のウエル層の厚さｄ
（ｎｍ）と光閉じ込め係数Γとの比ｄ／Γを、それぞれ
３００ｎｍ、３５０ｎｍ、４００ｎｍ、４５０ｎｍ、５
００ｎｍとした場合である。これによれば、ｄ／Γ≧３
７５ｎｍとして、本発明におけるように、Ｒｆを５５％
〜６５％とするときＣＯＤレベルを１５ｍＷ以上にする
ことができ、信頼性および寿命を高めることができるこ
とが分かる。
【００２２】上述したように、本発明構成によれば、レ
ーザ出力光とする前方レーザ光を出射させる前方出射端
面の反射率を、後方出射端面の反射率より大とする通常
の半導体レーザとは逆の構成とし、その反射率の特定、
共振器長の特定によって、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レー
ザにおいて、時間経過に伴う光出力の低下すなわちドル
ープ値の低減化をはかることができると共に、高い信頼
性、寿命を得ることができるものである。
ーザ出力光とする前方レーザ光を出射させる前方出射端
面の反射率を、後方出射端面の反射率より大とする通常
の半導体レーザとは逆の構成とし、その反射率の特定、
共振器長の特定によって、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レー
ザにおいて、時間経過に伴う光出力の低下すなわちドル
ープ値の低減化をはかることができると共に、高い信頼
性、寿命を得ることができるものである。
【００２３】尚、本発明によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体
レーザは、図１で説明した構造に限られるものではな
い。
レーザは、図１で説明した構造に限られるものではな
い。
【００２４】
【発明の効果】上述したように、本発明構成によれば、
レーザ出力光とする前方レーザ光を出射させる前方出射
端面の反射率を、後方出射端面の反射率より大とする通
常の半導体レーザとは逆の構成とし、その反射率の特
定、共振器長の特定によって、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体
レーザにおいて、時間経過に伴う光出力の低下すなわち
ドループ値の低減化をはかることができると共に、高い
信頼性、寿命を得ることができるものである。
レーザ出力光とする前方レーザ光を出射させる前方出射
端面の反射率を、後方出射端面の反射率より大とする通
常の半導体レーザとは逆の構成とし、その反射率の特
定、共振器長の特定によって、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体
レーザにおいて、時間経過に伴う光出力の低下すなわち
ドループ値の低減化をはかることができると共に、高い
信頼性、寿命を得ることができるものである。
【００２５】そして、このように、その出力の低下の改
善すなわち出力の一定化をはかることができることか
ら、本発明レーザを、例えばレーザプリンタに適用する
ときは、常時安定した画質のプリントを行うことができ
るなど、各種光源として用いて有効なものである。
善すなわち出力の一定化をはかることができることか
ら、本発明レーザを、例えばレーザプリンタに適用する
ときは、常時安定した画質のプリントを行うことができ
るなど、各種光源として用いて有効なものである。
【図１】本発明による半導体レーザの一例の概略斜視図
である。
である。
【図２】ドループの定義の説明に供する光出力の時間経
過の変化を示す図である。
過の変化を示す図である。
【図３】ドループの共振器長依存性を示す図である。
【図４】ドループの前方光出射端面の反射率依存性を示
す図である。
す図である。
【図５】光学損傷レベルの前方光出射端面の反射率依存
性を示す図である。
性を示す図である。
１ 半導体基体、２ バッファ層、３ ｎ型クラッド
層、４ 活性層、５ ｐ型クラッド層、６ 中間層、７
キャップ層、８ 電流狭搾層、９，１０ 電極
層、４ 活性層、５ ｐ型クラッド層、６ 中間層、７
キャップ層、８ 電流狭搾層、９，１０ 電極
Claims (1)
- 【請求項１】 ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザにおい
て、 前方光出射端面の反射率が、５５％〜６５％とされ、 後方光出射端面の反射率が、３０％〜５０％とされ、 共振器長が、１５０μｍ〜５００μｍとされたことを特
徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP400797A JPH10200195A (ja) | 1997-01-13 | 1997-01-13 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP400797A JPH10200195A (ja) | 1997-01-13 | 1997-01-13 | 半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10200195A true JPH10200195A (ja) | 1998-07-31 |
Family
ID=11572931
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP400797A Pending JPH10200195A (ja) | 1997-01-13 | 1997-01-13 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10200195A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003100930A1 (fr) | 2002-05-08 | 2003-12-04 | The Furukawa Electric Co., Ltd | Module laser |
| US7649921B2 (en) | 2002-05-08 | 2010-01-19 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Laser module |
| US8699538B2 (en) | 2010-11-26 | 2014-04-15 | Hamamatsu Photonics K.K. | Quantum cascade laser |
-
1997
- 1997-01-13 JP JP400797A patent/JPH10200195A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003100930A1 (fr) | 2002-05-08 | 2003-12-04 | The Furukawa Electric Co., Ltd | Module laser |
| CN100397734C (zh) * | 2002-05-08 | 2008-06-25 | 古河电气工业株式会社 | 激光器组件 |
| US7649921B2 (en) | 2002-05-08 | 2010-01-19 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Laser module |
| US8699538B2 (en) | 2010-11-26 | 2014-04-15 | Hamamatsu Photonics K.K. | Quantum cascade laser |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Effective date: 20031216 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20061128 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20070320 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |