JPH1174606A - 半導体レ−ザ素子 - Google Patents
半導体レ−ザ素子Info
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- 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
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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 |
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