JPH1174606A - 半導体レ−ザ素子 - Google Patents
半導体レ−ザ素子Info
- Publication number
- JPH1174606A JPH1174606A JP24976897A JP24976897A JPH1174606A JP H1174606 A JPH1174606 A JP H1174606A JP 24976897 A JP24976897 A JP 24976897A JP 24976897 A JP24976897 A JP 24976897A JP H1174606 A JPH1174606 A JP H1174606A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor laser
- active layer
- current
- laser element
- thermal resistance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱抵抗の高いヒ−トシンクを用いる場合にお
ける、半導体レ−ザ素子の動作時の温度が最小となるよ
うに設計された半導体レ−ザ素子を提供する。 【解決手段】 基板２上にクラッド層３、活性層４、ク
ラッド層５、間隔ｄ1 を有した電流狭窄層６1 、６2 を
順次形成し、活性層４に電流を注入し、間隔ｄ1に対応
した活性層４の導波路領域４1 から出射されるレ−ザ光
を反射する端面１０ａ、１０ｂの間が、共振器長Ｌであ
る半導体レ−ザ素子を熱抵抗ＲM の高いヒ−トシンク１
２上に載置して動作を行うに際し、端面１０ａ、１０ｂ
の反射率をそれぞれＲf 、Ｒr 、導波路領域４1 中での
導波損失をα、活性層４に注入された電流の電流密度Ｊ
と、レ−ザ光の利得ｇの関係をａ・Ｊ−ｂとした時の定
数をａ、ｂ、半導体レ−ザ素子の総熱抵抗を定数ｋを用
いて、ｋ／Ｌ＋ＲM とし、Ｌ＝｛ｋ・Ｉｎ（１／（Ｒf
・Ｒr ）1/2 ）／ＲM ・（α＋ｂ）｝1/2 とした。
ける、半導体レ−ザ素子の動作時の温度が最小となるよ
うに設計された半導体レ−ザ素子を提供する。 【解決手段】 基板２上にクラッド層３、活性層４、ク
ラッド層５、間隔ｄ1 を有した電流狭窄層６1 、６2 を
順次形成し、活性層４に電流を注入し、間隔ｄ1に対応
した活性層４の導波路領域４1 から出射されるレ−ザ光
を反射する端面１０ａ、１０ｂの間が、共振器長Ｌであ
る半導体レ−ザ素子を熱抵抗ＲM の高いヒ−トシンク１
２上に載置して動作を行うに際し、端面１０ａ、１０ｂ
の反射率をそれぞれＲf 、Ｒr 、導波路領域４1 中での
導波損失をα、活性層４に注入された電流の電流密度Ｊ
と、レ−ザ光の利得ｇの関係をａ・Ｊ−ｂとした時の定
数をａ、ｂ、半導体レ−ザ素子の総熱抵抗を定数ｋを用
いて、ｋ／Ｌ＋ＲM とし、Ｌ＝｛ｋ・Ｉｎ（１／（Ｒf
・Ｒr ）1/2 ）／ＲM ・（α＋ｂ）｝1/2 とした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱抵抗の高いヒ−
トシンク上で動作を行う場合の用途に適した半導体レ−
ザ素子に関する。
トシンク上で動作を行う場合の用途に適した半導体レ−
ザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レ−ザ素子は、光ディスク装置や
レ−ザプリンタ等の光源として広く利用されている。こ
の半導体レ−ザ素子のレ−ザ発振は、この半導体レ−ザ
素子に電流を注入することによって行われるが、この
際、この電流により発生した熱によって、この半導体レ
−ザ素子の温度が上昇することが知られている。この半
導体レ−ザ素子の温度が上昇しすぎると、結晶欠陥や転
位が発生しやすくなり、この半導体レ−ザ素子の信頼性
を低下させる原因となる。このため、この半導体レ−ザ
素子の駆動を行う場合には、この半導体レ−ザ素子に発
生した熱を効率良く放出させるために放熱性の高いヒ−
トシンク上にこの半導体レ−ザ素子を載置して用いられ
てきた。
レ−ザプリンタ等の光源として広く利用されている。こ
の半導体レ−ザ素子のレ−ザ発振は、この半導体レ−ザ
素子に電流を注入することによって行われるが、この
際、この電流により発生した熱によって、この半導体レ
−ザ素子の温度が上昇することが知られている。この半
導体レ−ザ素子の温度が上昇しすぎると、結晶欠陥や転
位が発生しやすくなり、この半導体レ−ザ素子の信頼性
を低下させる原因となる。このため、この半導体レ−ザ
素子の駆動を行う場合には、この半導体レ−ザ素子に発
生した熱を効率良く放出させるために放熱性の高いヒ−
トシンク上にこの半導体レ−ザ素子を載置して用いられ
てきた。
【０００３】以下に、このヒ−トシンク上にこの半導体
レ−ザ素子を載置した構造について図２乃至図４を参照
しながら説明する。図２は、半導体レ−ザ素子であり、
（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のａ−ａの断面図、
（Ｃ）は（Ａ）のｂ−ｂ側面図である。図３は、半導体
レ−ザ素子の電流−電圧特性である。図４は、半導体レ
−ザ素子をヒ−トシンク上に載置した構造の断面図であ
る。
レ−ザ素子を載置した構造について図２乃至図４を参照
しながら説明する。図２は、半導体レ−ザ素子であり、
（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のａ−ａの断面図、
（Ｃ）は（Ａ）のｂ−ｂ側面図である。図３は、半導体
レ−ザ素子の電流−電圧特性である。図４は、半導体レ
−ザ素子をヒ−トシンク上に載置した構造の断面図であ
る。
【０００４】まず初めに、半導体レ−ザ素子１の構造に
ついて説明する。ｎ型半導体基板２上にｎ型クラッド層
３、活性層４、ｐ型クラッド層５を順次積層し、このｐ
型クラッド層５の上に所定の間隔幅ｄ1 を有して、ｎ型
電流狭窄層６1 、６2 が形成されている。このｐ型クラ
ッド層５及びｎ型電流狭窄層６1、６2 上にｐ型コンタ
クト層７が形成され、このｐ型コンタクト層７の上にｐ
型オ−ミック電極８が形成されている。なお、積層方向
と逆方向のｎ型半導体基板２には、ｎ型オ−ミック電極
９が形成されている。この活性層４は、このｎ型電流狭
窄層６1 と６2 の間隔幅ｄ1 に対応する導波路領域４1
と、ｎ型電流狭窄層６1 及び６2 に対応する吸収領域４
2 とから形成されている。また、この活性層４で発光し
た光の導波する方向の半導体レ−ザ素子１の長さはＬ
（以下、長さＬを共振器長Ｌと呼ぶことにする。）であ
る。通常、この半導体レ−ザ素子１から出射されるレ−
ザ光の一方の出射側の端面１０ａと他方の出射側の端面
１０ｂには出射されるレ−ザ光の熱による損傷を防止す
るために図示しない端面保護膜が形成されている。この
端面保護膜の厚さや構造によって、一方の端面１０ａの
反射率Ｒf と他方の端面１０ｂの反射率Ｒr を異ならせ
ることができる。また、この端面１０ａまたは端面１０
ｂのうちどちらか一方から出力されるレ−ザ光は、図示
しないフォトディテクタに照射し、このフォトディテク
タの出力を半導体レ−ザ素子１へフィ−ドバックし、半
導体レ−ザ素子１のレ−ザ出力を常に所定値となるよう
に制御するために利用される。一般的に、半導体レ−ザ
素子１のレ−ザ出力を常に所定値となるようにするため
のレ−ザ光は、大きなレ−ザ光出力を必要としないの
で、このレ−ザ光が出射する端面側の反射率は大きくし
てあり、機器測定に利用するためのレ−ザ光を出射する
端面側では、大きなレ−ザ光出力を得るために端面の反
射率は小さくしている。このため、通常、一方の端面１
０ａの反射率Ｒf と他方の端面１０ｂの反射率Ｒr とは
異なっている。
ついて説明する。ｎ型半導体基板２上にｎ型クラッド層
３、活性層４、ｐ型クラッド層５を順次積層し、このｐ
型クラッド層５の上に所定の間隔幅ｄ1 を有して、ｎ型
電流狭窄層６1 、６2 が形成されている。このｐ型クラ
ッド層５及びｎ型電流狭窄層６1、６2 上にｐ型コンタ
クト層７が形成され、このｐ型コンタクト層７の上にｐ
型オ−ミック電極８が形成されている。なお、積層方向
と逆方向のｎ型半導体基板２には、ｎ型オ−ミック電極
９が形成されている。この活性層４は、このｎ型電流狭
窄層６1 と６2 の間隔幅ｄ1 に対応する導波路領域４1
と、ｎ型電流狭窄層６1 及び６2 に対応する吸収領域４
2 とから形成されている。また、この活性層４で発光し
た光の導波する方向の半導体レ−ザ素子１の長さはＬ
（以下、長さＬを共振器長Ｌと呼ぶことにする。）であ
る。通常、この半導体レ−ザ素子１から出射されるレ−
ザ光の一方の出射側の端面１０ａと他方の出射側の端面
１０ｂには出射されるレ−ザ光の熱による損傷を防止す
るために図示しない端面保護膜が形成されている。この
端面保護膜の厚さや構造によって、一方の端面１０ａの
反射率Ｒf と他方の端面１０ｂの反射率Ｒr を異ならせ
ることができる。また、この端面１０ａまたは端面１０
ｂのうちどちらか一方から出力されるレ−ザ光は、図示
しないフォトディテクタに照射し、このフォトディテク
タの出力を半導体レ−ザ素子１へフィ−ドバックし、半
導体レ−ザ素子１のレ−ザ出力を常に所定値となるよう
に制御するために利用される。一般的に、半導体レ−ザ
素子１のレ−ザ出力を常に所定値となるようにするため
のレ−ザ光は、大きなレ−ザ光出力を必要としないの
で、このレ−ザ光が出射する端面側の反射率は大きくし
てあり、機器測定に利用するためのレ−ザ光を出射する
端面側では、大きなレ−ザ光出力を得るために端面の反
射率は小さくしている。このため、通常、一方の端面１
０ａの反射率Ｒf と他方の端面１０ｂの反射率Ｒr とは
異なっている。
【０００５】このような半導体レ−ザ素子１のｐ型オ−
ミック電極８側からｎ型オ−ミック電極９側へ電流を注
入し、この電流が、発振しきい値電流ＩTH以上になる
と、この半導体レ−ザ素子１はレ−ザ発振を開始し、こ
のレ−ザ発振したレ−ザ光は、この半導体レ−ザ素子１
の導波路領域４1 を伝搬し、この半導体レ−ザ素子の端
面１０ａ及び端面１０ｂから放出されることになる。こ
の導波路領域４1 は、レ−ザ発振を行うために高い密度
の電流が流れ、レ−ザ発光が行われる発光領域となるの
で、最も温度が高くなる領域となる。
ミック電極８側からｎ型オ−ミック電極９側へ電流を注
入し、この電流が、発振しきい値電流ＩTH以上になる
と、この半導体レ−ザ素子１はレ−ザ発振を開始し、こ
のレ−ザ発振したレ−ザ光は、この半導体レ−ザ素子１
の導波路領域４1 を伝搬し、この半導体レ−ザ素子の端
面１０ａ及び端面１０ｂから放出されることになる。こ
の導波路領域４1 は、レ−ザ発振を行うために高い密度
の電流が流れ、レ−ザ発光が行われる発光領域となるの
で、最も温度が高くなる領域となる。
【０００６】次に、この半導体レ−ザ素子１のヒ−トシ
ンク１２上への載置した構造について説明する。図４に
示すように、この半導体レ−ザ素子１のヒ−トシンク１
２上への載置は、Ｐ型オ−ミック電極側８をヒ−トシン
ク１２に対向させて、載置材料１１を介して行う。この
載置材料１１としては、半導体レ−ザ素子１から発生す
る熱の放熱性を良好に行うことができる熱伝導度の高い
Ｉｎ、ＡｕＳｎ、ＡｕＳｉ、Ｓｎ等が用いられる。ま
た、このヒ−トシンク１２の材料としては、半導体レ−
ザ素子１から発生する熱の放熱を良好に行うことができ
るように熱伝導度が高く、即ち熱抵抗が低く、かつ半導
体レ−ザ素子との熱応力を緩和するために、半導体レ−
ザ素子１との熱膨張係数の差が小さいＳｉＣ、Ｓｉ、ダ
イヤモンド等が用いられる。
ンク１２上への載置した構造について説明する。図４に
示すように、この半導体レ−ザ素子１のヒ−トシンク１
２上への載置は、Ｐ型オ−ミック電極側８をヒ−トシン
ク１２に対向させて、載置材料１１を介して行う。この
載置材料１１としては、半導体レ−ザ素子１から発生す
る熱の放熱性を良好に行うことができる熱伝導度の高い
Ｉｎ、ＡｕＳｎ、ＡｕＳｉ、Ｓｎ等が用いられる。ま
た、このヒ−トシンク１２の材料としては、半導体レ−
ザ素子１から発生する熱の放熱を良好に行うことができ
るように熱伝導度が高く、即ち熱抵抗が低く、かつ半導
体レ−ザ素子との熱応力を緩和するために、半導体レ−
ザ素子１との熱膨張係数の差が小さいＳｉＣ、Ｓｉ、ダ
イヤモンド等が用いられる。
【０００７】ここで、熱抵抗は、半導体レ−ザ素子１や
ヒ−トシンク１２等に供給される電力に対するこの半導
体レ−ザ素子１やヒ−トシンク１２等が上昇する温度で
ある。このため、ヒ−トシンク１２の材料に熱抵抗の低
いものを用いると、半導体レ−ザ素子１から発生した熱
を効率良く放出することができるため、半導体レ−ザ素
子１の温度上昇を低く抑えることができる。
ヒ−トシンク１２等に供給される電力に対するこの半導
体レ−ザ素子１やヒ−トシンク１２等が上昇する温度で
ある。このため、ヒ−トシンク１２の材料に熱抵抗の低
いものを用いると、半導体レ−ザ素子１から発生した熱
を効率良く放出することができるため、半導体レ−ザ素
子１の温度上昇を低く抑えることができる。
【０００８】このようにして、半導体レ−ザ素子１に注
入された電流によって発生する熱は、載置材料１１を介
して、ヒ−トシンク１２を通り、外部に効率よく放熱さ
れることになる。この結果、半導体レ−ザ素子１に結晶
欠陥や転位を発生させることなく安定駆動させることが
できる。
入された電流によって発生する熱は、載置材料１１を介
して、ヒ−トシンク１２を通り、外部に効率よく放熱さ
れることになる。この結果、半導体レ−ザ素子１に結晶
欠陥や転位を発生させることなく安定駆動させることが
できる。
【０００９】ところで、この半導体レ−ザ素子１の導波
路領域４1 の温度は、半導体レ−ザ素子１の共振器長Ｌ
と関係している。以下に、半導体レ−ザ素子１の熱抵抗
の共振器長Ｌ依存性について図２及び図３を参照しなが
ら説明する。
路領域４1 の温度は、半導体レ−ザ素子１の共振器長Ｌ
と関係している。以下に、半導体レ−ザ素子１の熱抵抗
の共振器長Ｌ依存性について図２及び図３を参照しなが
ら説明する。
【００１０】図３において、立上がり電圧Ｖ0 は半導体
レ−ザ素子１に電流が流れ始める電圧、前述したよう
に、発振しきい値電圧ＶTHは半導体レ−ザ素子１がレ−
ザ発振を開始する電圧、発振しきい値ＩTHは半導体レ−
ザ素子１がレ−ザ発振を開始する電流である。ｐ型オ−
ミック電極８とｎ型オ−ミック電極９の間の抵抗をｒ、
レ−ザ光が導波する導波路の導波損失をα、定数をａ、
ｂとすると、発振しきい値電流ＩTH、発振しきい値電圧
ＶTHは、一般的に、それぞれ ＩTH＝ａ-1・Ｌ・（α＋１／Ｌ・Ｉｎ（１／（Ｒf ・Ｒr ）1/2 ）＋ｂ）…（ １） ＶTH＝Ｖ0 ＋ｒ・ＩTH…（２） となる。ここで、半導体レ−ザ素子１の活性層に注入さ
れる電流密度をＪと、この電流密度Ｊに対するレ−ザ光
に変換する割合を示すレ−ザ光の利得ｇの関係は ｇ＝ａ・Ｊ−ｂ である。このａ、ｂは電流密度Ｊとレ−ザ光出力の利得
ｇとの関係に関わる定数である。
レ−ザ素子１に電流が流れ始める電圧、前述したよう
に、発振しきい値電圧ＶTHは半導体レ−ザ素子１がレ−
ザ発振を開始する電圧、発振しきい値ＩTHは半導体レ−
ザ素子１がレ−ザ発振を開始する電流である。ｐ型オ−
ミック電極８とｎ型オ−ミック電極９の間の抵抗をｒ、
レ−ザ光が導波する導波路の導波損失をα、定数をａ、
ｂとすると、発振しきい値電流ＩTH、発振しきい値電圧
ＶTHは、一般的に、それぞれ ＩTH＝ａ-1・Ｌ・（α＋１／Ｌ・Ｉｎ（１／（Ｒf ・Ｒr ）1/2 ）＋ｂ）…（ １） ＶTH＝Ｖ0 ＋ｒ・ＩTH…（２） となる。ここで、半導体レ−ザ素子１の活性層に注入さ
れる電流密度をＪと、この電流密度Ｊに対するレ−ザ光
に変換する割合を示すレ−ザ光の利得ｇの関係は ｇ＝ａ・Ｊ−ｂ である。このａ、ｂは電流密度Ｊとレ−ザ光出力の利得
ｇとの関係に関わる定数である。
【００１１】このことから、半導体レ−ザ素子１の消費
する電力ＰTHは、 ＰTH＝ＩTH・ＶTH＝ＩTH・（Ｖ0 ＋ＩTH・ｒ）…（３） となる。しかし、図３に示すように半導体レ−ザ素子１
の発振しきい値電流ＩTH以上では、その電流Ｉ−電圧Ｖ
特性の傾きは急俊であるので、Ｖ0 とＩTH・ｒとの関係
は、 Ｖ0 》ＩTH・ｒ となる。このため、半導体レ−ザ素子１の消費する電力
ＰTHは、 ＰTH＝Ｖ0 ・ＩTH…（４） となる。
する電力ＰTHは、 ＰTH＝ＩTH・ＶTH＝ＩTH・（Ｖ0 ＋ＩTH・ｒ）…（３） となる。しかし、図３に示すように半導体レ−ザ素子１
の発振しきい値電流ＩTH以上では、その電流Ｉ−電圧Ｖ
特性の傾きは急俊であるので、Ｖ0 とＩTH・ｒとの関係
は、 Ｖ0 》ＩTH・ｒ となる。このため、半導体レ−ザ素子１の消費する電力
ＰTHは、 ＰTH＝Ｖ0 ・ＩTH…（４） となる。
【００１２】ところで、この半導体レ−ザ素子１の発熱
領域は、前述したように、活性層４の導波路領域４1 が
支配的であるので、この半導体レ−ザ素子１の上昇する
温度は、この導波路領域４1 で発生する温度と略等価と
なる。この半導体レ−ザ素子１の温度は、レ−ザ光の伝
搬する共振器長Ｌ方向に一次元的に長くなった導波路領
域４1 から発生する熱による温度とみなせるので、この
共振器長Ｌが長くなるほど、この半導体レ−ザ素子１の
放熱性は良好になる。このため、半導体レ−ザ素子１の
熱抵抗Ｒs は、共振器長Ｌに逆比例成分を有する。即
ち、ｋを比例定数とすると、 Ｒs ＝ｋ／Ｌ…（５） となる。この結果、半導体レ−ザ素子１の総熱抵抗ＲT
は、この半導体レ−ザ素子１の共振器長Ｌに逆比例する
熱抵抗Ｒs とヒ−トシンク１２に用られる材料の材質や
形状から決まる固有の熱抵抗ＲM2とからなる。 即ち、ＲT ＝Ｒs ＋ＲM2…（６） となる。
領域は、前述したように、活性層４の導波路領域４1 が
支配的であるので、この半導体レ−ザ素子１の上昇する
温度は、この導波路領域４1 で発生する温度と略等価と
なる。この半導体レ−ザ素子１の温度は、レ−ザ光の伝
搬する共振器長Ｌ方向に一次元的に長くなった導波路領
域４1 から発生する熱による温度とみなせるので、この
共振器長Ｌが長くなるほど、この半導体レ−ザ素子１の
放熱性は良好になる。このため、半導体レ−ザ素子１の
熱抵抗Ｒs は、共振器長Ｌに逆比例成分を有する。即
ち、ｋを比例定数とすると、 Ｒs ＝ｋ／Ｌ…（５） となる。この結果、半導体レ−ザ素子１の総熱抵抗ＲT
は、この半導体レ−ザ素子１の共振器長Ｌに逆比例する
熱抵抗Ｒs とヒ−トシンク１２に用られる材料の材質や
形状から決まる固有の熱抵抗ＲM2とからなる。 即ち、ＲT ＝Ｒs ＋ＲM2…（６） となる。
【００１３】このヒ−トシンク１２の材料が熱伝導率が
高く放熱性に優れている場合には、このヒ−トシンク１
２の熱抵抗ＲM2は、半導体レ−ザ素子１の熱抵抗Ｒs に
比較し、十分低い値である。このため、この導波路領域
４1 から発生する熱による半導体レ−ザ素子１の総熱抵
抗ＲT は、熱抵抗Ｒs にほぼ等しくなる。
高く放熱性に優れている場合には、このヒ−トシンク１
２の熱抵抗ＲM2は、半導体レ−ザ素子１の熱抵抗Ｒs に
比較し、十分低い値である。このため、この導波路領域
４1 から発生する熱による半導体レ−ザ素子１の総熱抵
抗ＲT は、熱抵抗Ｒs にほぼ等しくなる。
【００１４】この結果、半導体レ−ザ素子１の導波路領
域４1 の上昇温度Ｔj2は、熱抵抗Ｒｓによる発熱だけで
あるので、 Ｔj2＝ＰTH・Ｒｓ…（７） となる。（１）式、（４）式、（５）式、（７）式とか
ら Ｔj2＝ａ-1・ｋ・（α＋１／Ｌ・Ｉｎ（１／（Ｒf ・Ｒr ）1/2 ）＋ｂ）・Ｖ 0 …（８） となる。このように、半導体レ−ザ素子１の導波路領域
４1 の上昇温度Ｔj2は、共振器長Ｌが長くなると小さく
なるので、半導体レ−ザ素子１に生じる熱による結晶欠
陥や転位の発生を減少させることができる。しかしなが
ら、この半導体レ−ザ素子１の共振器長Ｌを長くしすぎ
ると、材料コストが上昇するので、通常、共振器長Ｌは
２５０μｍ程度で用いられている。
域４1 の上昇温度Ｔj2は、熱抵抗Ｒｓによる発熱だけで
あるので、 Ｔj2＝ＰTH・Ｒｓ…（７） となる。（１）式、（４）式、（５）式、（７）式とか
ら Ｔj2＝ａ-1・ｋ・（α＋１／Ｌ・Ｉｎ（１／（Ｒf ・Ｒr ）1/2 ）＋ｂ）・Ｖ 0 …（８） となる。このように、半導体レ−ザ素子１の導波路領域
４1 の上昇温度Ｔj2は、共振器長Ｌが長くなると小さく
なるので、半導体レ−ザ素子１に生じる熱による結晶欠
陥や転位の発生を減少させることができる。しかしなが
ら、この半導体レ−ザ素子１の共振器長Ｌを長くしすぎ
ると、材料コストが上昇するので、通常、共振器長Ｌは
２５０μｍ程度で用いられている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このヒ
−トシンク１２は、良好な放熱性を保つために、形状が
大きく、高価な材料を必要とするため、半導体レ−ザ素
子１の放熱用にこのヒ−トシンク１２を用いて構成され
た光ディスク装置やレ−ザプリンタ等の装置が大型化
し、かつコスト高の原因となっていた。そこで、本発明
は、上記のような問題点を解消するためになされたもの
で、熱抵抗の高いヒ−トシンクを用いる場合において、
半導体レ−ザ素子の動作時の温度上昇が最小となるよう
に設計された半導体レ−ザ素子を提供することを目的と
する。
−トシンク１２は、良好な放熱性を保つために、形状が
大きく、高価な材料を必要とするため、半導体レ−ザ素
子１の放熱用にこのヒ−トシンク１２を用いて構成され
た光ディスク装置やレ−ザプリンタ等の装置が大型化
し、かつコスト高の原因となっていた。そこで、本発明
は、上記のような問題点を解消するためになされたもの
で、熱抵抗の高いヒ−トシンクを用いる場合において、
半導体レ−ザ素子の動作時の温度上昇が最小となるよう
に設計された半導体レ−ザ素子を提供することを目的と
する。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レ−ザ素
子によれば、少なくとも、半導体基板上に第１クラッド
層と、活性層と、第２クラッド層と、所定の間隔を有し
た電流狭窄層を順次形成し、前記活性層に電流を注入
し、前記所定の間隔に対応した前記活性層の導波路領域
から出射されるレ−ザ光を反射する２つの端面を有し、
前記２つの端面の間が共振器長Ｌを有した半導体レ−ザ
素子を熱抵抗値ＲM の高いヒ−トシンク上に載置して動
作を行うに際し、前記２つの端面のうち、前記導波路領
域から出射されるレ−ザ光を反射する一方の端面の反射
率をＲf とし、他方の端面の反射率をＲr とし、前記導
波路領域中でのレ−ザ光の導波損失をαとし、前記活性
層に注入された電流の電流密度Ｊと、前記活性層に注入
された電流がレ−ザ光出力に変換される割合を示すレ−
ザ光の利得ｇの関係をａ・Ｊ−ｂとした時の定数をａ、
ｂとし、前記半導体レ−ザ素子の総熱抵抗を比例定数ｋ
を用いて、ｋ／Ｌ＋ＲMとする時、前記共振器長ＬをＬ
＝｛ｋ・Ｉｎ（１／（Ｒf ・Ｒr ）1/2 ）／ＲM・（α
＋ｂ）｝1/2 としたことを特徴とする。
子によれば、少なくとも、半導体基板上に第１クラッド
層と、活性層と、第２クラッド層と、所定の間隔を有し
た電流狭窄層を順次形成し、前記活性層に電流を注入
し、前記所定の間隔に対応した前記活性層の導波路領域
から出射されるレ−ザ光を反射する２つの端面を有し、
前記２つの端面の間が共振器長Ｌを有した半導体レ−ザ
素子を熱抵抗値ＲM の高いヒ−トシンク上に載置して動
作を行うに際し、前記２つの端面のうち、前記導波路領
域から出射されるレ−ザ光を反射する一方の端面の反射
率をＲf とし、他方の端面の反射率をＲr とし、前記導
波路領域中でのレ−ザ光の導波損失をαとし、前記活性
層に注入された電流の電流密度Ｊと、前記活性層に注入
された電流がレ−ザ光出力に変換される割合を示すレ−
ザ光の利得ｇの関係をａ・Ｊ−ｂとした時の定数をａ、
ｂとし、前記半導体レ−ザ素子の総熱抵抗を比例定数ｋ
を用いて、ｋ／Ｌ＋ＲMとする時、前記共振器長ＬをＬ
＝｛ｋ・Ｉｎ（１／（Ｒf ・Ｒr ）1/2 ）／ＲM・（α
＋ｂ）｝1/2 としたことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明の一実施例について図１及
び従来例の説明に用いた図４を参照しながら説明する。
図１は、放熱性の悪いヒ−トシンク上にＧａＡｌＡｓ系
の半導体レ−ザ素子１の導波路領域４1 の温度と共振器
長Ｌとの関係を示す図である。本発明の実施例は、従来
例で説明した図４において、ヒ−トシンク１２に熱伝導
度が高く、放熱効果がある材料、即ち、熱抵抗の低い材
料を用いる代わりに、安価で、放熱効果を考慮しない材
料、即ち、熱抵抗の高い材料を用いたものである。
び従来例の説明に用いた図４を参照しながら説明する。
図１は、放熱性の悪いヒ−トシンク上にＧａＡｌＡｓ系
の半導体レ−ザ素子１の導波路領域４1 の温度と共振器
長Ｌとの関係を示す図である。本発明の実施例は、従来
例で説明した図４において、ヒ−トシンク１２に熱伝導
度が高く、放熱効果がある材料、即ち、熱抵抗の低い材
料を用いる代わりに、安価で、放熱効果を考慮しない材
料、即ち、熱抵抗の高い材料を用いたものである。
【００１８】この場合には、従来例で説明した（５）式
において、ヒ−トシンク１２の熱抵抗ＲM2は有限値とな
るので、半導体レ−ザ素子１の導波路領域４1 の上昇温
度Ｔj1は、熱抵抗の高い材料のヒ−トシンク１２の熱抵
抗をＲM1とすると、以下のようになる。従来例で示した
（８）式は、 Ｔj1＝ａ-1・（α＋１／Ｌ・Ｉｎ（１／（Ｒf ・Ｒr ）1/2 ）＋ｂ）・（ｋ＋ ＲM1・Ｌ）・Ｖ0 …（９） となる。更に、半導体レ−ザ素子１の導波路領域４1 の
上昇温度Ｔj1の最小値となる共振器長Ｌ0 をＴj1をＬで
微分して、ｄＴj1／ｄＬ＝０として求めると、 Ｌ0 ＝｛ｋ・Ｉｎ（１／（Ｒf ・Ｒr ）1/2 ）／（ＲM ・（α＋ｂ））｝1/2 …（１０） となり、この半導体レ−ザ素子１の導波路４1 の上昇温
度Ｔj1を最小にする共振器長Ｌ0 があることがわかる。
このことから、熱抵抗の高い材料をヒ−トシンク１２に
用いる場合には、半導体レ−ザ素子１の共振器長ＬをＬ
0 にすれば、この半導体レ−ザ素子１に発生する熱によ
る温度の上昇を最も低くでき、この半導体レ−ザ素子１
の動作温度範囲を広げることができる。
において、ヒ−トシンク１２の熱抵抗ＲM2は有限値とな
るので、半導体レ−ザ素子１の導波路領域４1 の上昇温
度Ｔj1は、熱抵抗の高い材料のヒ−トシンク１２の熱抵
抗をＲM1とすると、以下のようになる。従来例で示した
（８）式は、 Ｔj1＝ａ-1・（α＋１／Ｌ・Ｉｎ（１／（Ｒf ・Ｒr ）1/2 ）＋ｂ）・（ｋ＋ ＲM1・Ｌ）・Ｖ0 …（９） となる。更に、半導体レ−ザ素子１の導波路領域４1 の
上昇温度Ｔj1の最小値となる共振器長Ｌ0 をＴj1をＬで
微分して、ｄＴj1／ｄＬ＝０として求めると、 Ｌ0 ＝｛ｋ・Ｉｎ（１／（Ｒf ・Ｒr ）1/2 ）／（ＲM ・（α＋ｂ））｝1/2 …（１０） となり、この半導体レ−ザ素子１の導波路４1 の上昇温
度Ｔj1を最小にする共振器長Ｌ0 があることがわかる。
このことから、熱抵抗の高い材料をヒ−トシンク１２に
用いる場合には、半導体レ−ザ素子１の共振器長ＬをＬ
0 にすれば、この半導体レ−ザ素子１に発生する熱によ
る温度の上昇を最も低くでき、この半導体レ−ザ素子１
の動作温度範囲を広げることができる。
【００１９】ここで、ＧａＡｌＡｓ系の半導体レ−ザ素
子１を熱抵抗ＲM1（ＲM1＝１４０（℃／Ｗ））の高い材
料として鉄を用いたヒ−トシンク１２に載置した場合の
半導体レ−ザ素子１の導波路領域４1 の上昇温度Ｔj1と
この共振器長Ｌとの関係について説明する。この場合、
ａ＝２×１０-2（Ａ-1）、ｂ＝５、２ｃｍ-2、α＝６０
ｃｍ-2、Ｒf ＝０．３、Ｒr ＝０．８、ｋ＝２．７５
（ｃｍ・Ｋ／Ｗ）、Ｖ0 ＝１．９Ｖであるので、これら
の値と（９）式とから半導体レ−ザ素子１の導波路領域
４1 の上昇温度Ｔj1と共振器長Ｌとの関係を図に示す
と、図１のようになる。このことから、半導体レ−ザ素
子１を動作する際の導波路領域４1 の上昇温度Ｔj1は、
その共振器長Ｌが１５２μｍの時、最小となることがわ
かる。このようにＧａＡｌＡｓ系の半導体レ−ザ素子を
熱抵抗値の高い材料上に載置して動作する場合、この共
振器長Ｌ0 となるように設計された半導体レ−ザ素子
は、他の共振器長に選んで設計された半導体レ−ザ素子
よりもこの導波路領域４1 の温度が高くならないので、
より広い温度範囲での使用が可能となる。
子１を熱抵抗ＲM1（ＲM1＝１４０（℃／Ｗ））の高い材
料として鉄を用いたヒ−トシンク１２に載置した場合の
半導体レ−ザ素子１の導波路領域４1 の上昇温度Ｔj1と
この共振器長Ｌとの関係について説明する。この場合、
ａ＝２×１０-2（Ａ-1）、ｂ＝５、２ｃｍ-2、α＝６０
ｃｍ-2、Ｒf ＝０．３、Ｒr ＝０．８、ｋ＝２．７５
（ｃｍ・Ｋ／Ｗ）、Ｖ0 ＝１．９Ｖであるので、これら
の値と（９）式とから半導体レ−ザ素子１の導波路領域
４1 の上昇温度Ｔj1と共振器長Ｌとの関係を図に示す
と、図１のようになる。このことから、半導体レ−ザ素
子１を動作する際の導波路領域４1 の上昇温度Ｔj1は、
その共振器長Ｌが１５２μｍの時、最小となることがわ
かる。このようにＧａＡｌＡｓ系の半導体レ−ザ素子を
熱抵抗値の高い材料上に載置して動作する場合、この共
振器長Ｌ0 となるように設計された半導体レ−ザ素子
は、他の共振器長に選んで設計された半導体レ−ザ素子
よりもこの導波路領域４1 の温度が高くならないので、
より広い温度範囲での使用が可能となる。
【００２０】半導体レ−ザ素子を熱抵抗の高い材料上に
載置して動作する場合には、ＧａＡｌＡｓ系半導体レ−
ザ素子に限らず、広く他の半導体レ−ザ素子に適用でき
ることは言うまでもない。
載置して動作する場合には、ＧａＡｌＡｓ系半導体レ−
ザ素子に限らず、広く他の半導体レ−ザ素子に適用でき
ることは言うまでもない。
【００２１】
【発明の効果】本発明の半導体レ−ザ素子によれば、半
導体レ−ザ素子を熱抵抗の高いヒ−トシンク上に載置し
て用いる場合には、この半導体レ−ザ素子の共振器長Ｌ
をＬ＝｛ｋ・Ｉｎ（１／（Ｒf ・Ｒr ）1/2 ）／ＲM ・
（α＋ｂ）｝1/2 とすることにより、半導体レ−ザ素子
の動作時における導波路領域の上昇温度を最小限に抑え
ることができ、この半導体レ−ザ素子の動作温度範囲を
広げることができる。
導体レ−ザ素子を熱抵抗の高いヒ−トシンク上に載置し
て用いる場合には、この半導体レ−ザ素子の共振器長Ｌ
をＬ＝｛ｋ・Ｉｎ（１／（Ｒf ・Ｒr ）1/2 ）／ＲM ・
（α＋ｂ）｝1/2 とすることにより、半導体レ−ザ素子
の動作時における導波路領域の上昇温度を最小限に抑え
ることができ、この半導体レ−ザ素子の動作温度範囲を
広げることができる。
【図１】本発明の半導体レ−ザ素子の導波路領域の温度
と共振器長との関係を示す図である。
と共振器長との関係を示す図である。
【図２】従来の半導体レ−ザ素子を示す図である。
【図３】従来の半導体レ−ザ素子の電流−電圧特性を示
す図である。
す図である。
【図４】従来のヒ−トシンク上に載置された半導体レ−
ザ素子を示す図である。
ザ素子を示す図である。
１…半導体レ−ザ素子、２…ｎ型半導体基板、３…ｎ型
クラッド層、４…活性層、４1 …導波路領域、５…ｐ型
クラッド層、６1 、６2 …電流狭窄層、７…ｐ型コンタ
クト層、８…ｐオ−ミック電極、９…ｎ型オ−ミック電
極、１０ａ、１０ｂ…端面、１１…載置材料、１２…ヒ
−トシンク、Ｌ…共振器長
クラッド層、４…活性層、４1 …導波路領域、５…ｐ型
クラッド層、６1 、６2 …電流狭窄層、７…ｐ型コンタ
クト層、８…ｐオ−ミック電極、９…ｎ型オ−ミック電
極、１０ａ、１０ｂ…端面、１１…載置材料、１２…ヒ
−トシンク、Ｌ…共振器長
Claims (1)
- 【請求項１】少なくとも、半導体基板上に第１クラッド
層と、活性層と、第２クラッド層と、所定の間隔を有し
た電流狭窄層を順次形成し、前記活性層に電流を注入
し、前記所定の間隔に対応した前記活性層の導波路領域
から出射されるレ−ザ光を反射する２つの端面を有し、
前記２つの端面の間に共振器長Ｌを有した半導体レ−ザ
素子を熱抵抗ＲM の高いヒ−トシンク上に載置して動作
を行うに際し、 前記２つの端面のうち、前記導波路領域から出射される
レ−ザ光を反射する一方の端面の反射率をＲf とし、他
方の端面の反射率をＲr とし、前記導波路領域中でのレ
−ザ光の導波損失をαとし、前記活性層に注入された電
流の電流密度Ｊと、前記活性層に注入された電流がレ−
ザ光出力に変換される割合を示すレ−ザ光の利得ｇの関
係をａ・Ｊ−ｂとした時の定数をａ、ｂとし、前記半導
体レ−ザ素子の総熱抵抗を比例定数ｋを用いて、ｋ／Ｌ
＋ＲM とする時、 前記共振器長Ｌを Ｌ＝｛ｋ・Ｉｎ（１／（Ｒf ・Ｒr ）1/2 ）／ＲM ・
（α＋ｂ）｝1/2 としたことを特徴とする半導体レ−ザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24976897A JPH1174606A (ja) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | 半導体レ−ザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24976897A JPH1174606A (ja) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | 半導体レ−ザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1174606A true JPH1174606A (ja) | 1999-03-16 |
Family
ID=17197948
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24976897A Pending JPH1174606A (ja) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | 半導体レ−ザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1174606A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6647039B2 (en) | 2002-02-27 | 2003-11-11 | Jds Uniphase Corporation | Reconfigurable laser header |
| US6773532B2 (en) | 2002-02-27 | 2004-08-10 | Jds Uniphase Corporation | Method for improving heat dissipation in optical transmitter |
-
1997
- 1997-08-29 JP JP24976897A patent/JPH1174606A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6647039B2 (en) | 2002-02-27 | 2003-11-11 | Jds Uniphase Corporation | Reconfigurable laser header |
| US6773532B2 (en) | 2002-02-27 | 2004-08-10 | Jds Uniphase Corporation | Method for improving heat dissipation in optical transmitter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4949346A (en) | Conductively cooled, diode-pumped solid-state slab laser | |
| US3946334A (en) | Injection semiconductor laser device | |
| US4744089A (en) | Monolithic semiconductor laser and optical amplifier | |
| US6301279B1 (en) | Semiconductor diode lasers with thermal sensor control of the active region temperature | |
| CA2103807A1 (en) | External cavity semiconductor laser system | |
| US20050036528A1 (en) | Optically pumped, vertically emitting semiconductor laser | |
| JPH06152074A (ja) | 半導体レーザダイオード及びその製造方法並びに半導体レーザダイオードアレイ | |
| US7633982B2 (en) | Optically pumped surface emitting semiconductor laser device | |
| JP4964659B2 (ja) | 半導体レーザ装置および半導体レーザ装置の実装方法およびプリンタ | |
| US4297652A (en) | Injection-type semiconductor laser | |
| JP2004335530A (ja) | リッジ導波路型半導体レーザ | |
| JP2006303299A (ja) | 半導体レーザ | |
| JPH1174606A (ja) | 半導体レ−ザ素子 | |
| US4914668A (en) | Semiconductor laser including a reflection film | |
| US3537028A (en) | Confocal semiconductor diode injection laser | |
| JPH0533838B2 (ja) | ||
| JP2004087836A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JP2967757B2 (ja) | 半導体レーザ装置及びその製造方法 | |
| JP2688897B2 (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| JP2007158008A (ja) | 半導体発光素子 | |
| JPH04192483A (ja) | 半導体アレイレーザ装置 | |
| RU2153745C1 (ru) | Полупроводниковый лазер | |
| US6341139B1 (en) | Semiconductor-laser-pumped solid state laser | |
| JP2804544B2 (ja) | 半導体レーザ | |
| JP2004079833A (ja) | 垂直共振器型面発光半導体レーザ |