KR100703228B1 - 반도체 레이저 장치 - Google Patents

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Abstract

수직 빔 분산각을 작게 해서 고출력 동작시의 단면 열화를 적게 하고, 방열체측으로의 열이동을 좋게 함으로써 고출력 동작시에서의 신뢰성을 높인다. 일주면을 갖는 히트싱크(24)와, 이 히트싱크(24)의 주면 상에 배치된 n-AlGaAs 클래드층(30)과, 이 n-AlGaAs 클래드층(30) 상에 배치된 AlGaAs 활성층(34)과, 이 AlGaAs 활성층(34) 상에 배치된 p-AlGaAs 클래드층(38)을 구비하고, AlGaAs 활성층(34)의 히트싱크(24)측의 주면과 n-AlGaAs 클래드층(30)의 히트싱크(24)측의 주면과의 사이의 실효 굴절률 및 열저항을 AlGaAs 활성층(34)의 히트싱크(24)와 반대측의 주면과 p-AlGaAs 클래드층(38)의 히트싱크(24)와 반대측의 주면과의 사이의 실효 굴절률 및 열저항보다 각각 작게 했다.
빔, 분산각, 레이저, 굴절률, 광통신, 도파로, 방열

Description

반도체 레이저 장치{SEMICONDUCTOR LASER DEVICE}
도 1은 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 모식도이다.
도 2는 본 발명에 관한 반도체 레이저 장치의 반도체층의 굴절률 분포를 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 사시도이다.
도 4는 도 3의 IV-IV 단면에서의 반도체 레이저 장치의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 변형예의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 사시도이다.
도 7은 도 6의 VII-VII 단면에서의 반도체 레이저 장치의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 변형예의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 변형예의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 변형예의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 변형예의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 변형예의 단면도이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 변형예의 단면도이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 단면도이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 변형예의 단면도이다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 변형예의 단면도이다.
도 18은 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 변형예의 단면도이다.
도 19는 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 단면도이다.
도 20은 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 변형예의 단면도이다.
도 21은 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 변형예의 단면도이다.
도 22는 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 변형예의 단면도 이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
24 : 히트싱크 30 : n-AlGaAs 클래드층
34 : AlGaAs 활성층 38 : p-AlGaAs 클래드층
32 : 언도프 AlGaAs 가이드층 36 : 언도프 AlGaAs 가이드층
본 발명은 반도체 레이저 장치에 관한 것으로, 특히 방열체를 구비하여 고출력 동작을 행하는 반도체 레이저 장치에 관한 것이다.
광 정보처리용의 광원이나 광통신의 신호원, 혹은 파이버 앰프의 여기 광원으로서의 반도체 레이저 장치는 고출력 동작이 요구되어 오고 있다. 또한 금속의 용접이나 절단에 사용할 수 있는 고체 레이저, 예를 들면 YAG 레이저의 여기용 광원으로서도 반도체 레이저 장치는 고출력 동작이 요구되어 오고 있다. 이러한 고출력 동작에 있어서는, 킹크 레벨의 향상이나 어스펙트비의 감소가 불가결하다.
종래의 반도체 레이저 장치의 공지예로서는, 리지 도파로를 갖는 반도체 레이저에 있어서 두께 방향의 굴절률 분포가 활성층으로부터 보아서 비대칭이 되도록 함으로써, 킹크 발생의 원인인 고차 모드의 발생을 방지하고, 이에 따라 고속 동작을 가능하게 하며, 또한 하부 클래드층의 굴절률을 상부 클래드층의 굴절률을 크게 해서 도파되는 광의 광 강도 분포가 활성층의 상하에서 기판측에 시프트시켜 하부클래드층에 많은 광이 분포하도록 하고, 결과적으로 어스펙트비를 감소한 구성이 나타나 있다(예를 들면, 특허문헌 1 단락번호 [0017] 및 도 2 참조).
더욱이 또한, 다른 반도체 레이저 장치의 공지예로서, 방열체측의 클래드층에 고굴절률 가이드층을 설치함으로써 광의 분포를 전체적으로로 방열체측 클래드층에 가까이 끌어 당기고, 이에 따라 활성층 근방의 광밀도를 낮게 하여, COD(광학손상) 레벨을 높이고, 고파워화를 도모한 구성이 개시되어 있다(예를 들면 특허문헌 2 단락번호 [0014] 및 도 1 참조).
더욱이 또한, 다른 반도체 레이저 장치의 공지예로서, 단파장 발진을 행하는 AlGaInP 등의 4원계 반도체 레이저의 활성층에 접해서 설치되는 클래드의 적어도 한쪽이 3원계 혼정(混晶) 예를 들면, AlInP 및 GaInP의 각 박막 반도체의 주기적 적층에 의한 초격자 구조의 4원계 클래드층에 의해 구성되고, 이에 따라 혼정의 차원을 낮게 함으로써 혼정 중의 디스오더링에 의한 산란을 감소하여, 열전도율을 높인 구성이 개시되어 있다(예를 들면, 특허문헌 3 단락번호 [0011]∼[0013] 및 도 1 참조).
[특허문헌 1] 일본 특허공개평 11-233883호 공보
[특허문헌 2] 일본 특허공개평 7-38193호 공보
[특허문헌 3] 일본 특허공개평 7-170017호 공보
그러나, 고출력 동작을 따르는 반도체 레이저 장치에 있어서는, 레이저 칩에 발생하는 열을 어떻게 효과적으로 방열체에 전도시키는지가 중요한 과제로 되어 오기 때문에, 간단히 킹크 레벨의 향상이나 어스펙트비의 감소뿐만 아니라, 발생열을 방열체에 전도시키기 위한 반도체 레이저를 구성하는 재료의 열전도율 분포가 중요한 과제가 된다.
한편, 반도체 레이저에 사용되는 화합물 반도체에 있어서는 그 조성은 굴절률과 밀접하게 관한 동시에, 열전도율과도 밀접하게 관련되어 있다.
예를 들면, M.A. Afromowitz , “Thermal conductivity of Ga1-XAlXAs alloys”, J.Appl. Phys., Vol. 44, NO. 3, March 1973, pp. 1292-1294에 의하면, AlGaAs의 경우에 있어서는 Al 조성비가 0.5에 근접함에 따라 열전도율이 저하한다. 이 때문에 방열체측에 배치된 클래드층과 방열체측이 아닌 측에 배치된 클래드층의 굴절률이 취하는 방법에 의하면 방열체에 열을 이동시키기 위해서는 불리한 구성이 되는 경우가 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 제1 목적은 수직빔 분산각을 작게 해서 고출력 동작시의 단면 열화를 적게 하면서, 방열체측으로의 열전도를 좋게 함으로써 고출력 동작시에서의 신뢰성이 높은 반도체 레이저 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 관한 반도체 레이저 장치는, 방열체와, 이 방열체의 표면 상에 배치되고, 이 방열체의 표면에 대향하는 제1 주면 및 이 제1 주면과 서로 대향하는 제2 주면을 갖는 제1 도전형의 제1 반도체층과, 이 제1 반도체층의 제2 주면 상에 배치되고, 제1 반도체층의 제2 주면에 대향하는 제1 주면 및 이 제1 주면과 서로 대향하는 제2 주면을 갖는 활성층과, 이 활성층의 제2 주면 상에 배치되며, 활성층의 제2 주면에 대향하는 제1 주면 및 이 제1 주면과 서로 대향하는 제2 주면을 갖는 제2 도전형의 제2 반도체층을 구비하는 동시에, 활성층의 제1 주면과 제1 반도체층의 제1 주면과의 사이의 실효 굴절률이 활성층의 제2 주면과 제2 반도체층의 제2 주면과의 사이의 실효 굴절률보다 낮고, 또한 활성층의 제1 주면과 제1 반도체층의 제1 주면과의 사이의 열저항이 활성층의 제2 주면과 제2 반도체층의 제2 주면과의 사이의 열저항보다 작게 한 것이다.
본 발명에 관한 반도체 레이저 장치에 있어서는, 활성층에 대하여 방열체측에 있는 반도체층의 실효 굴절률을 활성층에 대하여 방열체측이 아닌 반도체층의 실효 굴절률보다 낮게 함으로써 광 강도 분포를 활성층에 대하여 방열체측이 아닌 측에 확대시켜 어스펙트비를 작게 하고, 수직 빔 분산각를 작게 해서 양호한 고출력 동작을 확보하는 동시에, 활성층에 대하여 방열체측에 배치된 반도체층의 열저항을 활성층에 대하여 방열체측이 아닌 측에 배치된 반도체층의 열저항보다 작게 함으로써, 방열체측으로의 양호한 열전도를 가능하게 한다.
[발명의 실시예]
(실시예 1)
도 1은 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 모식도이다. 도 2는 본 발명에 관한 반도체 레이저 장치의 반도체층의 굴절률 분포를 나타내는 모식도이다.
이 실시예 1에서는, 실시예 2 이하의 실시예도 포함하는 기본적인 구성을 서술한다.
도 1에서, 반도체 레이저 장치 10은 방열체로서의 히트싱크(12)와 이 히트싱크(12) 상에 배치된 반도체 레이저 소자(13)로 구성되어 있다. 반도체 레이저 소자(13)는, 활성층(14)을 사이에 끼워 반도체층 16과 반도체층 18이 적층되어 있다. 활성층(14)에 대하여 히트싱크(12)와 반대측에는 반도체층 16이, 또한 활성층(14)에 대하여 히트싱크(12)측에 반도체층 18이 각각 배치되어 있다.
반도체층 16은, 활성층(14)에 인접하는 제1번째의 층으로부터 히트싱크(12)에 가장 먼 제n번째의 층으로 구성되고, 제1번째의 층의 층두께는 tal, 열전도율은 λa1, 굴절률은 na1 ···· 제n-1번째의 층의 층두께는 tan-1, 열전도율은 λan-1, 굴절률은 nan-1, 제n번째의 층의 층두께는 tan, 열전도율은 λan, 굴절률은 nan이다.
또한, 반도체층 18은, 활성층(14)에 인접하는 제1번째의 층으로부터 히트싱크(12)에 가장 가까운 제m번째의 층으로 구성되고, 제1번째의 층의 층두께는 tb1, 열전도율은 λb1, 굴절률은 nb1 ····, 제m-1번째의 층의 층두께는 tan-1, 열전도율은 λbm-1, 굴절률은 nbm-1, 제m번째의 층의 층두께는 tan, 열전도율은 λbm, 굴절률은 nbm이다.
이때, 각 층에 있어서 방열체측의 주면이 제1 주면에서, 이 제1 주면과 서로 대향하는 주면, 즉 방열체측이 아닌 쪽의 주면을 제2 주면으로 한다.
반도체층 16 중 제n번째의 층은 예를 들면 제2 반도체로서의 p- 클래드층으로, 반도체층 18 중 제m번째의 층은, 예를 들면 제1 반도체층으로서의 n- 클래드층이다.
이 실시예 1에서의 반도체층 16과 반도체층 18과의 구성은, 다음 2개의 조건 (1) 및 (2)가 만족되도록 구성되어 있다. 즉
(1) 반도체층 18의 열전도가 반도체층 16의 열전도보다도 좋다.
(2) 반도체층 18의 실효 굴절률(effective refractive index)이 반도체층 16의 실효 굴절률보다도 낮다.
즉, 조건 (1)은, 열저항이 각층의 층두께에 비례하여 열전도율에 반비례한다고 했을 때 식 (1)로 표시된다. 즉,
tal/λa1+ta2/λa2+···+tan-1/λan-1+tan/λan>tb1/λb1+tb2/λb2+···+tan-1/λbm-1+tan/λbm ······(1)
또한, 조건 (2)는, 다음과 같이 해서 규정한다.
지금, 각 층 중에서 가장 낮은 굴절률을 nmin으로 하고, 각 층의 굴절률 분포 n(x)를 도 2에 표시되는 굴절률 분포로 정의한다.
여기서, t는 각 층의 층두께의 1/2로 한다. 예를 들면 반도체층 18의 제1번 째의 층에서는 t=tb1/2, n(x)=nb1이 된다.
그리고, 실효 굴절률이 정규화 주파수 V로 근사할 수 있다고 한다. 정규화 주파수 V는 식 (2)와 같이 근사할 수 있다. 즉,
V=(2π/λ)[n(x)2-nmin2]1/2t
≒(2π/λ)[2nmin×Δn]1/2t ·······(2)
여기서 Δn=n(x)-nmin이고, λ는 발진 파장이다.
따라서 각 층의 실효 굴절률은 [Δn]1/2t에 의해 특징될 수 있다. 이 결과, 조건 (2)는 식 (3)에 의해 표시된다.
[Δna1]1/2ta1+[Δna2]1/2ta2+···+[Δnan-1]1/2tan-1+[Δnan]1/2 tan >[Δnb1]1/2tb1+[Δnb2]1/2tb2+···+[Δnbm-1]1/2tbm-1+[Δnbm]1/2tbm ·················(3)
이상과 같이 본 발명의 실시에 1에 관한 반도체 레이저 장치에 있어서는, 활성층에 대하여 방열체측에 배치된 반도체층의 실효 굴절률, 즉 활성층의 제1 주면과 반도체층 18 중 제m번째 층의 제1 주면과의 사이의 실효 굴절률이 활성층에 대하여 방열체와 반대측에 배치된 반도체층의 실효 굴절률, 즉 활성층의 제2 주면과 반도체층 16 중 제n번째의 층의 제2 주면과의 사이의 실효 굴절률보다 낮게 구성되므로, 반도체 레이저의 광 강도 분포가 활성층에 대하여 방열체와 반대측에 배치된 반도체층에 확대한다. 즉, 빔이 확대함으로써 광밀도가 감소하고, 고출력시의 단면 열화가 발생하기 어려워져, 고출력 동작이 가능해지는 동시에, 수직 빔 분산각이 작아지므로 어스펙트비가 작아진다.
또한 활성층에 대하여 방열체측에 배치된 반도체층의 열저항, 즉 활성층의 제1 주면과 반도체층 18 중 제m번째의 층의 제1 주면과의 사이의 열저항이, 활성층에 대하여 방열체와 반대측에 배치된 반도체층의 열저항, 즉 활성층의 제2 주면과 반도체층 16 중 제n번째 층의 제2 주면과의 사이의 열저항보다도 작아지고, 활성층 근방에 발생한 반도체 레이저의 발생열을 방열체에 전도하기 쉬워진다.
따라서 고출력 동작이 가능해서 더욱이 고출력 동작에 따르는 발생열을 방열체에 전도하기 쉬운 반도체 레이저 장치를 구성할 수 있다. 나아가서는 고출력 동작의 신뢰성이 높은 반도체 레이저를 제공할 수 있다.
이때, 실시예 2 이하에서는, 이 실시예 1의 기본적인 사고방식에 근거하고, 보다 구체적으로 구성한 실시예이다.
(실시예 2)
도 3은 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 사시도이다. 도 4는 도 3의 IV-IV 단면에서의 반도체 레이저 장치의 단면도이다.
실시예 2로부터 실시예 5까지는, 발진 파장이 810nm 근방에 있는 고체 레이저, 예를 들면 금속의 용접이나 절단에 사용할 수 있는 YAG 레이저의 여기용 광원으로서 사용되는 반도체 레이저 장치를 예로 하여 설명한다.
도 3에서 반도체 레이저 장치 20은, 반도체 레이저 소자(22)와 방열체로서의 CuW의 히트싱크(24)로 형성되어 있다. 해칭을 시행한 부분은 전류 협착을 위한 프로톤 주입영역(26)에서, 이 도 3에서의 해칭은 단면을 나타내는 것은 아니다. 이 프로톤 주입영역(26) 사이에 끼워진 부분은 전류가 흐르는 영역인 스트라이프이고, 스트라이프 폭은 S로 표시되어 있다. 또한 이 반도체 레이저 소자(22)에서는 레이저 공진기장이 L, 레이저 소자폭이 W로 표시되어 있다.
예를 들면 이 실시예 2에서는, 레이저 공진기장 L=1000㎛, 레이저 소자 폭 W=200㎛, 스트라이프 폭 S=60㎛이다. 또한 히트싱크(24)의 두께는 0.3mm이다.
도 4에서, 반도체 레이저 소자(22)는, n-GaAs 기판(28)과 이 n-GaAs 기판(28)의 표면 상에, n-GaAs 기판(28)측으로부터 순차적으로, 제1 반도체층으로서의 n-AlGaAs 클래드층(30)(Al 조성비 x=0.90, 층두께 t=1.5㎛), 제3 반도체층으로서의 언도프 AlGaAs 가이드층(32)(Al 조성비 x=0.40, 층두께 t=94nm), AlGaAs 활성층(34)(Al 조성비 x=0.10, 층두께 t=16nm), 제4 반도체층으로서의 언도프 AlGaAs 가이드층(36)(Al 조성비 x=0.40, 층두께 t=94nm), 제2 반도체층으로서의 p-AlGaAs 클래드층(38)(Al 조성비 x=0.55, 층두께 t=1.5㎛), p-GaAs 콘택층(40)이 배치되어 있다.
전류협착을 위한 프로톤 주입영역(26)은, 소자폭의 중앙에 전류가 흐르는 영역인 스트라이프를 남겨 그 양측에 배치되고, 프로톤 주입영역(26)의 깊이 방향으로는, p-GaAs 콘택층(40)의 표면으로부터 p-AlGaAs 클래드층(38)의 두께의 중간쯤까지 프로톤이 주입되어 있다.
또한 p-GaAs 콘택층(40)의 표면 상에 p 전극(42)이 배치된다.
또한 n-GaAs 기판(28)의 이면측에는 n 전극(44)이 형성되고, 이 n 전극(44)의 표면에는 층두께가 약 3㎛의 금도금층(46)이 배치되고, 이 도금층(46)과 히트싱크(24)가 땜납에 의해 접착된다.
이 실시예 2는 n-GaAs 기판(28)이 AlGaAs 활성층(34)에 대하여 히트싱크(24)측에 배치된 정크션 업(junction up)(J-UP) 조립이다.
다음에 이 실시예 2의 반도체 레이저의 동작에 대하여 설명한다.
H. C. Causey Jr., D.D. Sell, and M.B. Panish, “Refractive index of AlxGa1-xAs between 1.2 and 1.8eV”, Appl. Phys. Lett., Vol. 24, No. 2, 15 January 1974, pp.63-65에 의하면, AlGaAs계 재료의 굴절률은 Al 조성비가 증가함에 따라 단조하게 감소하고, Al 조성비 x에 대하여 굴절률 n(x)은 식 (4)로 나타낼 수 있다.
n(x)=3.590-0.710x+0.091x2 ····(4)
반도체 레이저 장치 20에서의 n-AlGaAs 클래드층(30)의 Al 조성비는 x=0.90이고, p-AlGaAs 클래드층(38)의 Al 조성비는 x=0.55이므로, 식 (4)로부터 굴절률을 계산하면, n-AlGaAs 클래드층(30)의 굴절률은 3.025가 되고, p-AlGaAs 클래드층(38)의 굴절률은 3.227이 된다.
따라서 AlGaAs 활성층(34)을 사이에 끼워 언도프 AlGaAs 가이드층 32 및 언도프 AlGaAs 가이드층 36은 굴절률·층두께와도 대칭구조인 것을 고려하면, AlGaAs 활성층(34)에 대하여 히트싱크(24)와 반대측에 있는 언도프 AlGaAs 가이드층(36) 및 p-AlGaAs 클래드층(38)의 실효 굴절률이 AlGaAs 활성층(34)에 대하여 히트싱크(24)측에 있는 언도프 AlGaAs 가이드층(32) 및 n-AlGaAs 클래드층(30)의 실효 굴절률보다 높아지므로, 광 강도 분포는 히트싱크(24)와 반대측에 있는 p-AlGaAs 클래드층(38)측에 확대하게 된다.
이 때문에, 수직 빔 분산각 θv가 작아지고, 수평 빔 분산각 θh는 특히 변화가 없으므로, 수평 빔 분산각 θh에 대한 수직 빔 분산각 θv의 비인 어스펙트비가 작아진다.
또한 근시야상(Near Field Pattern : NFP)의 빔 지름 ω와 빔 분산각과의 사이에서는 반비례의 관계가 있으므로, 수직 빔 분산각 θv가 작아지면 근시야상의 빔 지름이 확대하고, 광밀도가 감소하므로 고출력시의 단면 열화를 적게 하는 것으로 되어 고출력 동작에서의 레이저 다이오드(이하, LD라 함)의 신뢰성을 높일 수 있다.
더욱이 또한, 광강도 분포가 히트싱크(24)와 반대측에 있는 p-AlGaAs 클래드층(38)측에 확대하게 되면, n-AlGaAs 클래드층(30)에 기인하는 프리 캐리어의 흡수가 감소되고, 광흡수가 감소함으로써 슬로프 효율이 향상하여 고출력 동작을 행할 수 있다.
한편, 먼저 서술한 Afromowitz 논문에 의하면, Al 조성비가 0으로부터 증가함에 따라 0.5 근방까지는 열저항률은 단조하게 증가하고, Al 조성비가 0.5 근방에서 더 증가함에 따라 열저항률은 단조하게 감소하는 것이 표시되어 있다.
반도체 레이저 장치 20에서는, AlGaAs 활성층(34)에 대하여 히트싱크(24)측 에 있는 n-AlGaAs 클래드층(30)의 Al 조성비는 x=0.90이고, AlGaAs 활성층(34)에 대하여 히트싱크(24)와 반대측에 있는 p-AlGaAs 클래드층(38)의 Al 조성비는 x=0.55이므로, p-AlGaAs 클래드층(38)의 열전도율보다도 n-AlGaAs 클래드층(30)의 열전도율 쪽이 높은 것을 안다.
W. B. Joice and R. W. Dixon, “Thermal resistance of heterostructure lasers”, J. Appl. Pbys., Vol. 46, No. 2, February 1975, pp.855-862에 의하면, 반도체 레이저의 열저항을 계산할 수 있다.
이것에 근거하여 반도체 레이저 장치 20의 열저항을 계산하면, 21.54℃/W로 되었다.
비교를 위해 히트싱크(24)측에 있는 n-AlGaAs 클래드층의 Al 조성비를 p-AlGaAs 클래드층(38)의 Al 조성비와 동일한 x=0.55로 하고, 층두께는 물론 n-AlGaAs 클래드층(30)의 층두께 t=1.5㎛와 동일하게 하며, 다른 사양을 반도체 레이저 장치 20과 동일하게 하여 열저항을 계산하면, 이 대칭굴절률 구조의 비교예 1의 열저항은 21.90℃/W가 되었다.
따라서, 이 실시예에 관한 반도체 레이저 장치 20은, p-AlGaAs 클래드층과 n-AlGaAs 클래드층과의 Al 조성비를 동일하게 한 비교예 1인 경우에 비해, 약 1.6%의 열저항의 감소를 도모할 수 있다.
(변형예 1)
도 5는 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 변형예의 단면도이 다. 도 5도 도 2의 구성과 기본적으로 동일하므로, 도 5의 단면위치도 도 3의 IV-IV 단면이다. 이때 각 도면에 있어서 동일한 부호는 동일하거나 또는 해당인 것을 나타낸다.
도 5에 표시된 반도체 레이저 장치 50이 반도체 레이저 장치 20과 서로 다른 점은, n-AlGaAs 클래드층(30a)은, Al 조성비는 x=0.90, 층두께를 t=0.4㎛로 하고, p-AlGaAs 클래드층(38a)은, Al 조성비는 x=0.55, 층두께를 t=2.0㎛로 한 것이다. 반도체 레이저 장치 50의 다른 구성은 반도체 레이저 장치 20에서의 것과 같다.
반도체 레이저 장치 20에서도 반도체 레이저 장치 50에서도, AlGaAs 활성층(34)에 대하여 히트싱크(24)와 반대측에 있는 p-AlGaAs 클래드층 38 및 p-AlGaAs 클래드층 38a의 굴절률이 AlGaAs 활성층(34)에 대하여 히트싱크(24)측에 있는 n-AlGaAs 클래드층 30 및 n-AlGaAs 클래드층 30a의 굴절률보다 높아지므로, 광 강도 분포는 히트싱크(24)와 반대측에 있는 p-AlGaAs 클래드층 38 및 p-AlGaAs 클래드층 38a측에 확대하게 된다.
이 때문에 AlGaAs 활성층(34)에 대하여 히트싱크(24)측의 n-AlGaAs 클래드층의 층두께가 약간 희미해져도, n-GaAs 기판(28)의 광학적인 영향을 받을 일이 없다. 이 때문에 반도체 레이저 장치 50에서는, n-AlGaAs 클래드층 30a는, Al 조성비를 x=0.90으로 한 상태로, 층두께를 t=0.4/㎛로 하고 있다.
또한 광 강도 분포가 확대하는 쪽인 p-AlGaAs 클래드층 38a는, Al 조성비는 x=0.55 상태로, p-GaAs 콘택층(40)의 광학적인 영향을 감소하기 위해 층두께를 t=2.0㎛로 두껍게 하고 있다.
반도체 레이저 장치 50은 반도체 레이저 장치 20과 마찬가지로 n-AlGaAs 클래드층 30a의 열전도율은 p-AlGaAs 클래드층 38a의 열전도율보다도 높다. 그리고 또한, 반도체 레이저 장치 50에서는, n-AlGaAs 클래드층 30a의 층두께는 반도체 레이저 장치 20의 n-AlGaAs 클래드층 30의 층두께보다도 얇고, AlGaAs 활성층(34)으로부터 히트싱크(24)까지의 거리가 짧으므로, 히트싱크로의 열전도가 용이하게 되어 방열 효과를 높일 수 있다.
반도체 레이저 장치 50의 열저항은 약 21.11℃/W가 되고, 비교예 1의 열저항에 비해 약 3.6% 저하하고, 반도체 레이저 장치 20의 열저항에 비해 약 2.0% 저하한다.
이상과 같이 이 실시예에 관한 반도체 레이저 장치에서는, AlGaAs 활성층에 대하여 방열체측에 배치된 n-AlGaAs 클래드층의 열전도가, AlGaAs 활성층에 대하여 방열체와 반대측에 배치된 p-AlGaAs 클래드층의 열전도보다 좋게 함으로써, 반도체 레이저의 발생열을 방열체에 전도하기 쉽게 하는 동시에, AlGaAs 활성층에 대하여 방열체측에 배치된 n-AlGaAs 클래드층의 굴절률이 AlGaAs 활성층에 대하여 방열체와 반대측에 배치된 p-AlGaAs 클래드층의 굴절률보다 낮게 구성되었으므로, 반도체 레이저의 광 강도 분포가 방열체와 반대측에 배치된 p-AlGaAs 클래드층측에 확대하고, 어스펙트비가 작아지며, 또한 빔 지름이 확대함으로써 광밀도가 감소하여 고출력시의 단면 열화가 발생하기 어려워져, 고출력 동작이 가능해진다.
또한, n-AlGaAs 클래드층에 기인하는 프리 캐리어의 흡수가 감소되고, 광흡수가 감소함으로써 슬로프 효율이 향상하여 고출력 동작을 행할 수 있다.
또한, 광 강도 분포가 방열체와 반대측에 있는 p-AlGaAs 클래드층측에 확대하게 되기 때문에, 히트싱크측의 n-AlGaAs 클래드층의 층두께를 얇게 할 수 있고, 히트싱크로의 열전도를 보다 용이하게 하여 방열 효과를 높일 수 있다.
따라서 고출력 동작이 가능하고 더욱이 고출력 동작에 따른 발생열을 방열체에 전도하기 쉬운 반도체 레이저 장치를 구성 할 수 있다. 나아가서는 고출력 동작의 신뢰성이 높은 반도체 레이저를 제공할 수 있다.
(실시예 3)
도 6은 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 사시도이다. 도 7은 도 6의 VII-VII 단면에서의 반도체 레이저 장치의 단면도이다.
도 6에서 반도체 레이저 장치 54는, 반도체 레이저 소자(56)와 히트싱크(24)로 형성되어 있다.
예를 들면 이 실시예 3에서도, 레이저 공진기장 L=1000㎛, 레이저 소자폭 W=200㎛, 스트라이프 폭 S=60㎛이다. 또한 히트싱크(24)의 두께는 0.3mm이다.
도 7에서, 반도체 레이저 소자 56은, n-GaAs 기판(28)과 이 n-GaAs 기판(28)의 표면 상에, n-GaAs 기판(28)측으로부터 순차적으로, 제2 반도체층으로서의 n-AlGaAs 클래드층(58)(Al 조성비 x=0.55, 층두께 t=1.5㎛), 제4 반도체층으로서의 언도프 AlGaAs 가이드층(32)(Al 조성비 x=0.40, 층두께 t=94nm), AlGaAs 활성층(34)(Al 조성비 x=0.10, 층두께 t=16nm), 제3 반도체층으로서의 언도프 AlGaAs 가이드층(36)(Al 조성비 x=0.40, 층두께 t=94nm), 제1 반도체층으로서의 p-AlGaAs 클 래드층(60)(Al 조성비 x=0.9, 층두께 t=1.5㎛), p-GaAs 콘택층(40)이 배치되어 있다. 전류협착을 위한 프로톤 주입영역(26)은, 소자폭의 중앙에 전류가 흐르는 영역인 스트라이프를 남겨 그 양측에 배치되고, 프로톤 주입영역(26)의 깊이 방향으로는, p-GaAs 콘택층(40)의 표면으로부터 p-AlGaAs 클래드층(60)의 두께 중간쯤까지 프로톤이 주입되어 있다.
또한 p-GaAs 콘택층(40)의 표면 상에 p 전극(42)이 배치되고, 이 p 전극(42)의 표면에는 층두께가 약 3㎛의 도금층(46)이 배치되며, 이 도금층(46)과 히트싱크(24)가 땜납에 의해 접착된다.
또한 n-GaAs 기판(28)의 이면측에는 n 전극(44)이 형성되어 있다.
이 실시예 3은 n-GaAs 기판(28)에 형성되는 에피택셜 성장층이 히트싱크(24)측에 배치된 정크션 다운(J-DOWN) 조립이다.
다음에 이 실시예 3의 반도체 레이저의 동작에 대하여 설명한다.
반도체 레이저 장치 54에서의 p-AlGaAs 클래드층 60의 Al 조성비는 x=0.90이고, n-AlGaAs 클래드층 58의 Al 조성비는 x=0.55이므로, 식 (4)로부터 굴절률을 계산하면, p-AlGaAs 클래드층 60의 굴절률은 3.025가 되고, n-AlGaAs 클래드층 58의 굴절률은 3.227이 된다.
따라서, AlGaAs 활성층(34)을 사이에 끼워 언도프 AlGaAs 가이드층 32 및 언도프 AlGaAs 가이드층 36은 굴절률 층두께와도 대칭 구조인 것을 고려하면, AlGaAs 활성층(34)에 대하여 히트싱크(24)와 반대측에 있는 언도프 AlGaAs 가이드층 32 및 n-AlGaAs 클래드층 58의 실효 굴절률이 AlGaAs 활성층 34에 대하여 히트싱크(24)측 에 있는 언도프 AlGaAs 가이드층 36 및 p-AlGaAs 클래드층 60의 실효 굴절률보다 높아지므로, 광 강도 분포는 AlGaAs 활성층(34)에 대하여 히트싱크(24)와 반대측에 있는 n-AlGaAs 클래드층 58측에 확대하게 된다.
이 때문에, 수직 빔 분산각 θv가 작아져, 어스펙트비가 작아진다. 또한 근시야상(NFp)의 빔 지름이 확대하고, 광밀도가 감소하므로 고출력시의 단면 열화를 적게 함으로써 고출력 동작에서의 LD의 신뢰성을 높이게 된다.
반도체 레이저 장치 54에서는, AlGaAs 활성층(34)에 대하여 히트싱크(24)측에 있는 p-AlGaAs 클래드층 60의 Al 조성비는 x=0.90이고, AlGaAs 활성층(34)에 대하여 히트싱크(24)와 반대측에 있는 n-AlGaAs 클래드층 58의 Al 조성비는 x=0.55이므로, n-AlGaAs 클래드층 58의 열전도율보다도 p-AlGaAs 클래드층 60의 열전도율 쪽이 높은 것을 안다.
반도체 레이저 장치 54의 열저항을 계산하면, 9.06℃/W가 되었다.
비교를 위해 히트싱크(24)측에 있는 p-AlGaAs 클래드층의 Al 조성비를 n-AlGaAs 클래드층 58의 Al 조성비와 동일한 x=0.55로 하고, 층두께를 p-AlGaAs 클래드층 60의 층두께 t=1.5㎛로 동일하게 하고, 다른 사양을 반도체 레이저 장치 54와 동일하게 하여 열저항을 계산하면, 이 대칭굴절률구조의 비교예 2의 열저항은 9.54℃/W가 되었다.
따라서, 이 실시예에 관한 반도체 레이저 장치 54는, p-AlGaAs 클래드층과 n-AlGaAs 클래드층과의 Al 조성비를 동일하게 한 비교예 2인 경우에 비해, 약 5.0%의 열저항의 감소를 도모할 수 있다.
(변형예 2)
도 8은 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 변형예의 단면도이다. 도 8도 도 6의 구성과 기본적으로 동일하므로, 도 8의 단면위치도 도 6의 VII-VII 단면이다.
도 8에 표시된 반도체 레이저 장치 70이 반도체 레이저 장치 54와 서로 다른 점은, p-AlGaAs 클래드층 60a는, Al 조성비를 x=0.90, 층두께를 t=0.4㎛로 하고, n -AlGaAs 클래드층 58a는, Al 조성비를 x=0.55, 층두께를 t=2.0㎛로 한 것이다. 반도체 레이저 장치 70의 다른 구성은 반도체 레이저 장치 54에서의 것과 동일하다.
반도체 레이저 장치 54에서도 반도체 레이저 장치 70에서도, AlGaAs 활성층(34)에 대하여 히트싱크(24)와 반대측에 있는 n-AlGaAs 클래드층 58 및 n-AlGaAs 클래드층 58a의 굴절률이 AlGaAs 활성층(34)에 대하여 히트싱크(24)측에 있는 p-AlGaAs 클래드층 60 및 n-AlGaAs 클래드층 60a의 굴절률보다 높아지므로, 광 강도 분포는 히트싱크(24)와 반대측에 있는 n-AlGaAs 클래드층 58 및 n-AlGaAs 클래드층 58a측에 확대하게 된다. 이 때문에 히트싱크(24)측의 p-AlGaAs 클래드층 60의 층두께가 조금 얇아져도, n-GaAs 콘택층(40)의 광학적인 영향을 받을 일이 없다. 이 때문에 반도체 레이저 장치 70에서는, p-AlGaAs 클래드층 60a는, Al 조성비는 x=0.90상태로, 층두께를 t=0.4㎛로 얇게 하고 있다.
또한 광 강도 분포가 확대하는 쪽인 n-AlGaAs 클래드층 58a는, Al 조성비는 x=0.55 상태로, p-GaAs 기판(28)의 광학적인 영향을 감소하기 위해 층두께를 t=2.0 ㎛로 두껍게 하고 있다.
반도체 레이저 장치 70은 반도체 레이저 장치 54와 마찬가지로 p-AlGaAs 클래드층 60a의 열전도율은 n-AlGaAs 클래드층 58a의 열전도율보다도 높다. 그리고 또한, 반도체 레이저 장치 70에서는, p-AlGaAs 클래드층 60a의 층두께는 반도체 레이저 장치 54의 p-AlGaAs 클래드층 60의 층두께보다도 얇고, AlGaAs 활성층(34)으로부터 히트싱크(24)까지의 거리가 짧으므로, 히트싱크에의 열전도가 용이하게 되어 방열 효과를 높일 수 있다.
반도체 레이저 장치 70의 열저항은 약 8.38℃/W가 되고, 비교예 2의 열저항에 비해 약 12.2% 저하하고, 반도체 레이저 장치 54의 열저항에 비해 약 7.5% 저하한다.
(변형예 3)
도 9는 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 변형예의 단면도이다. 도 9도 도 6의 구성과 기본적으로 동일하므로, 도 9의 단면위치도 도 6의 VII-VII 단면이다.
도 9에 표시된 반도체 레이저 장치 74가 반도체 레이저 장치 54와 서로 다른 점은, n-AlGaAs 클래드층 58b는, Al 조성비는 x=0.90으로, 층두께도 t=1.5㎛로 함으로써, n-AlGaAs 클래드층 58b와 p-AlGaAs 클래드층 60을 동일 Al 조성비, 동일 층두께로 하는 동시에, AlGaAs 활성층(34)에 대하여 히트싱크(24)측에 배치된 언도프 AlGaAs 가이드층 36b를 Al 조성비 x=0.80, 층두께 t=50nm로 함으로써, AlGaAs 활성층(34)에 대하여 히트싱크(24)와 반대측의 언도프 AlGaAs 가이드층 32(Al 조성비 x=0.40, 층두께 t=94nm)와 차이를 갖게 한 것이다. 반도체 레이저 장치 74의 다른 구성은 반도체 레이저 장치 54에서의 것과 같다.
이 반도체 레이저 장치 74에서는, n-AlGaAs 클래드층 58b와 p-AlGaAs 클래드층 60이 동일한 굴절률을 가지지만, AlGaAs 활성층(34)에 대하여 히트싱크(24)측에 배치된 언도프 AlGaAs 가이드층 36b보다 AlGaAs 활성층(34)에 대하여 히트싱크(24)와 반대측의 언도프 AlGaAs 가이드층 32의 굴절률이 높으므로, 광 강도 분포는 AlGaAs 활성층(34)에 대하여 히트싱크(24)와 반대측의 언도프 AlGaAs 가이드층 32측에 확대한다.
한편, 열전도율에 대해서는, AlGaAs 활성층(34)에 대하여 히트싱크(24)측에 배치된 언도프 AlGaAs 가이드층 36b의 열전도율이 AlGaAs 활성층(34)에 대하여 히트싱크(24)와 반대측의 언도프 AlGaAs 가이드층 32의 열전도율보다 높으므로 AlGaAs 활성층(34) 근방에서 발생하는 열은 히트싱크(24) 쪽에 전도하기 쉽고 방열이 양호해진다.
이 반도체 레이저 장치 74도 레이저 공진기장 L=1000㎛, 레이저 소자폭 W=200㎛, 스트라이프 폭 S=60㎛이므로, AlGaAs 활성층(34)으로부터 히트싱크(24)까지의 열저항은 약 9.04℃/W가 되고, 비교예 2의 열저항 9.54℃/W와 비교하여, 약 5.2% 감소된다.
(변형예 4)
도 10은 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 변형예의 단면도이다. 도 10도 도 6의 구성과 기본적으로 동일하므로, 도 10의 단면 위치도 도 6의 VII-VII 단면이다.
도 10에 표시된 반도체 레이저 장치 76이 반도체 레이저 장치 54와 상위한 점은, 반도체 레이저 장치 54가 p-AlGaAs 클래드층(60)의 일층으로 구성되어 있는 것에 대하여, 반도체 레이저 장치 76이 p-GaAs 콘택층(40)에 가까운 측의 p-AlGaAs제1 클래드층(78a)(Al 조성비 x=0.55, 층두께 t=0.3㎛)과 언도프 AlGaAs 가이드층(36)에 가까운 측의 p-AlGaAs 제2 클래드층(78b)(Al 조성비 x=0.9, 층두께 t=0.2㎛)을 구비하고 있는 점이다. 반도체 레이저 장치 76의 다른 구성은 반도체 레이저 장치 54에서의 것과 동일하다.
이 반도체 레이저 장치 76에서는, p-AlGaAs 제2 클래드층 78b의 굴절률은 n-AlGaAs 클래드층 58의 굴절률보다도 낮으므로, 광 강도 분포는 히트싱크(24)와 반대측의 언도프 AlGaAs 가이드층 32측에 확대한다.
한편, 열전도율에 대해서는, AlGaAs 활성층(34)에 대하여 히트싱크(24)측에 배치된 p-AlGaAs 제2 클래드층 78b의 열전도율이 AlGaAs 활성층(34)에 대하여 히트싱크(24)와 반대측의 n-AlGaAs 클래드층 58의 열전도율보다 높고, 또한 히트싱크(24)측에 배치된 p-AlGaAs 제2 클래드층 78b와 p-AlGaAs 제1 클래드층 78a와의 층두께의 합은 n-AlGaAs 클래드층 58의 층두께보다도 얇으므로, AlGaAs 활성층(34) 근방에서 발생하는 열은 히트싱크(24) 쪽에 전도하기 쉽고 방열이 양호해진다.
이 반도체 레이저 장치 76도 레이저 공진기장 L=1000㎛, 레이저 소자폭 W=200㎛, 스트라이프 폭 S=60㎛이므로, AlGaAs 활성층(34)으로부터 히트싱크(24)까지의 열저항은 약 9.44℃/W가 되고, 비교예 2의 열저항 9.54℃/W와 비교하여, 약 1% 감소된다.
이상과 같이 이 실시예에 관한 반도체 레이저 장치에 있어서는, AlGaAs 활성층에 대하여 방열체측에 배치된 p-AlGaAs층의 굴절률이 AlGaAs 활성층에 대하여 방열체와 반대측에 배치된 n-AlGaAs층의 굴절률보다 낮게 구성되었으므로, 반도체 레이저의 광 강도 분포가 방열체와 반대측에 배치된 n-AlGaAs층에 확대하고, 빔 지름이 확대함으로써 광밀도가 감소하고, 고출력시의 단면 열화가 발생하기 어려워져 고출력 동작이 가능해지고, 또한 어스펙트비가 작아지는 동시에, AlGaAs 활성층에 대하여 방열체측에 배치된 p-AlGaAs층의 열전도를, AlGaAs 활성층에 대하여 방열체와 반대측에 배치된 n-AlGaAs층의 열전도보다 좋게 함으로써, 반도체 레이저의 발생열을 방열체에 전도하기 쉽게 하고 있다.
또한, 광 강도 분포가 방열체와 반대측에 있는 n-AlGaAs 클래드층측에 확대하게 되기 때문에, 히트싱크측의 p-AlGaAs 클래드층의 층두께를 얇게 할 수 있고, 히트싱크로의 열전도를 용이하게 하여 방열효과를 높일 수 있다.
따라서 고출력 동작이 가능하고 더욱이 고출력 동작에 따른 발생열을 방열체에 전도하기 쉬운 반도체 레이저 장치를 구성할 수 있다. 나아가서는 고출력 동작의 신뢰성이 높은 반도체 레이저를 제공할 수 있다.
(실시예 4)
도 11은 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 단면도이다. 이 실시예 4에서도, 반도체 레이저 장치의 기본적인 구성은 도 3과 동일하고, 이 실시예에 관한 반도체 레이저 장치로는 p측 가이드층 및 n측 가이드층을 각각 2층 구비하고 있는 점이 도 3의 반도체 레이저 장치와 다를 뿐으로, 도 11의 단면 위치도 도 3의 IV-IV 단면과 동일하다.
또한, 이 실시예에 관한 반도체 레이저 장치에 있어서도 정크션 업(J-UP) 조립이다.
또한, 이 실시예에 관한 반도체 레이저 장치에서는, 클래드층에 Al을 포함하는 AlGaAs나 AlGaInP로 구성되지만, 그 밖의 층(활성층, 가이드층, 콘택층, 기판 등)은 Al을 실질적으로 포함하는지 않는 Al 프리 구조이다.
도 11에서, 반도체 레이저 장치 80은, 반도체 레이저 소자(22)와 히트싱크(24)로 형성되어 있다. 반도체 레이저 장치 80도, 예를 들면 레이저 공진기장 L=1000㎛, 레이저 소자폭 W=200㎛, 스트라이프 폭 S=60㎛이다. 또한 히트싱크(24)의 두께는 0.3mm이다.
반도체 레이저 소자(22)는, n-GaAs 기판(28)과 이 n-GaAs 기판(28)의 표면 상에, n-GaAs 기판(28)측으로부터 순차적으로, n-AlGaAs 클래드층(30)(Al 조성비 x=0.90, 층두께 t=1.5㎛), 언도프 InGaP 가이드층 82(Ga 조성비 y=0.51, 층두께 t=120nm), 언도프 InGaAsP 가이드층 84(Ga 조성비 y=0.63, As 조성비 z=0.25, 층두께 t=20nm), InGaAsP 활성층 86(Ga 조성비 y=0.87, As 조성비 z=0.74, 층두께 t=16nm), 언도프 InGaAsP 가이드층 88(Ga 조성비 y=0.63, As 조성비 z=0.25, 층두 께 t=20nm), 언도프 InGaP 가이드층 90(Ga 조성비 y=0.51, 층두께 t=120nm), p -AlGaAs 클래드층(38)(Al 조성비 x=0.55, 층두께 t=1.5㎛), p-GaAs 콘택층(40)이 배치되어 있다. 전류협착을 위한 프로톤 주입영역(26)은, 소자폭의 중앙에 전류가 흐르는 영역인 스트라이프를 남겨 그 양측에 배치되고, 프로톤 주입영역(26)의 깊이 방향으로는, p-GaAs 콘택층(40)의 표면으로부터 p-AlGaAs 클래드층(38)의 두께 중간쯤까지 프로톤이 주입되어 있다. 또한 p-GaAs 콘택층(40)의 표면 상에 p 전극(42)이 배치된다.
또한 n-GaAs 기판(28)의 이면측에는 n 전극(44)이 형성되고, 이 n 전극의 표면에는 층두께가 약 3㎛의 도금층(46)이 배치되고, 이 도금층(46)과 히트싱크(24)가 땜납에 의해 접착된다.
이 실시예 4는 n-GaAs 기판(28)이 히트싱크(24)측에 배치된 정크션 업(J-UP)조립이다.
이 반도체 레이저 장치 80에서는, InGaAsP 활성층(86)을 사이에 끼워 언도프 InGaP 가이드층 82 및 언도프 InGaAsP 가이드층 84와 언도프 InGaAsP 가이드층 88 및 언도프 InGaP 가이드층 90은, 재료구성 및 층두께가 대칭구조로 되어 있다. 그리고, 반도체 레이저 장치 80에서의 n-AlGaAs 클래드층(30)의 Al 조성비는 x=0.90이고, p-AlGaAs 클래드층(38)의 Al 조성비는 x=0.55이므로, 식 (4)로부터 굴절률을 계산하면, n-AlGaAs 클래드층(30)의 굴절률은 3.025가 되고, p-AlGaAs 클래드층(38)의 굴절률은 3.227이 된다.
따라서 언도프 InGaP 가이드층 82, 언도프 InGaAsP 가이드층 84, InGaAsP 활 성층 86, 언도프 InGaAsP 가이드층 88, 언도프 InGaP 가이드층 90이 InGaAsP 활성층 86을 사이에 끼워 굴절률 및 층두께와도 대칭구조인 것을 고려하면, InGaAsP 활성층 86에 대하여 히트싱크(24)와 반대측에 있는 언도프 InGaAsP 가이드층 88, 언도프 InGaP 가이드층 90 및 p-AlGaAs 클래드층(38)의 실효 굴절률이 InGaAsP 활성층(86)에 대하여 히트싱크(24)측에 있는 언도프 InGaP 가이드층 82, 언도프 InGaAsP 가이드층 84 및 n-AlGaAs 클래드층(30)의 실효 굴절률보다 높아지므로, 광 강도 분포는 히트싱크(24)와 반대측에 있는 p-AlGaAs 클래드층(38)측에 확대하게 된다.
이 때문에, 수직 빔 분산각 θv가 작아져, 어스펙트비가 작아진다.
또한 수직 빔 분산각 θv가 작아지면 근시야상의 빔 지름이 확대하고, 광밀도가 감소하므로 고출력시의 단면 열화를 적게 하게 되고 고출력 동작에서의 LD의 신뢰성을 높이게 된다.
또한, 광 강도 분포가 히트싱크(24)와 반대측에 있는 p-AlGaAs 클래드층(38)측에 확대하게 되면, n-AlGaAs 클래드층(30)에 기인하는 프리 캐리어의 흡수가 감소되고, 광흡수가 감소함으로써 슬로프 효율이 향상하여 고출력 동작을 행할 수 있다.
한편, 반도체 레이저 장치 80에서는, InGaAsP 활성층 86에 대하여 히트싱크(24)측에 있는 n-AlGaAs 클래드층(30)의 Al 조성비는 x=0.90이고, InGaAsP 활성층(86)에 대하여 히트싱크(24)와 반대측에 있는 p-AlGaAs 클래드층(38)의 Al 조성비는 x=0.55이므로, p-AlGaAs 클래드층(38)의 열전도율보다도 n-AlGaAs 클래드층(30) 의 열전도율 쪽이 높아진다. 이 때문에 InGaAsP 활성층(86) 근방에서 발생한 열이 히트싱크(24)에 전도하기 쉽게 방열에 뛰어난 구성으로 되어 있다.
(변형예 5)
도 12는 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 변형예의 단면도이다. 도 12의 단면위치도 도 3의 IV-IV 단면이다.
도 12에 표시된 반도체 레이저 장치 96이 반도체 레이저 장치 80과 서로 다른 점은, InGaAsP 활성층(86)과 InGaAsP 활성층(86)을 끼워서 언도프 InGaP 가이드층82 및 언도프 InGaAsP 가이드층 84와 언도프 InGaAsP 가이드층 88 및 언도프 InGaP 가이드층 90과는, 재료구성 및 층두께 모두 반도체 레이저 장치 80과 동일하게 하면서, n-AlGaAs 클래드층 30a는, Al 조성비는 x=0.90, 층두께를 t=0.4㎛로 하고, p-AlGaAs 클래드층 38a는, Al 조성비를 x=0.55, 층두께를 t=2.0㎛로 한 것이다. 또한 반도체 레이저 장치 96의 다른 구성은 반도체 레이저 장치 80에서의 것과 동일하다.
따라서 반도체 레이저 장치 96에서는, 변형예 1과 마찬가지로, n-AlGaAs 클래드층 30a의 층두께는 반도체 레이저 장치 80의 n-AlGaAs 클래드층 30의 층두께보다도 얇고, InGaAsP 활성층(86)으로부터 히트싱크(24)까지의 거리가 짧으므로, 히트싱크에의 열전도가 용이하게 되어 방열 효과를 높일 수 있다.
(변형예 6)
도 13은 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 변형예의 단면도이다. 도 13의 단면위치도 도 3의 IV-IV 단면이다.
도 13에서, 반도체 레이저 장치 100은, 반도체 레이저 소자(22)와 히트싱크(24)로부터 형성되어 있다. 반도체 레이저 장치 100도, 예를 들면 레이저 공진기장 L=1000/㎛, 레이저 소자폭 W=200㎛, 스트라이프 폭 S=60㎛이다. 또한 히트싱크(24)의 두께는 0.3mm이다.
반도체 레이저 장치 100과 반도체 레이저 장치 80과의 차이점은, 반도체 레이저 장치 80이 n-AlGaAs 클래드층(30) 및 p-AlGaAs 클래드층(38)을 배치하고 있는 것에 대하여, 반도체 레이저 장치 100에서는 n-AlGaInP 클래드층(102)(Al 조성비 1=0.36, Ga 조성비 m=0.15, In 조성비 n=0.49, 층두께 t=1.5㎛) 및 p-AlGaInP 클래드층(104)(Al 조성비 l=0.255, Ga 조성비 m=0.255, In 조성비 n=0.49, 층두께 t=1.5㎛)을 배치한 것이다. 다른 구성은 반도체 레이저 소자 80과 동일하다.
이 반도체 레이저 소자 100에서는, 언도프 InGaP 가이드층 82, 언도프 InGaAsP 가이드층 84, InGaAsP 활성층(86), 언도프 InGaAsP 가이드층 88 및 언도프 InGaP 가이드층 90은, InGaAsP 활성층(86)을 사이에 끼워 재료구성 및 층두께가 대칭구조로 되어 있다.
H. Tanaka, Y. Kawamura, and H. Asahi, “Refractive indices of Ino.49 Gao.51-x AlxP lattice matched to GaAs”, J. App. Phys., Vol.59, No.3,1 February 1986,pp. 985-986에 의하면, AlGaInP에서 Al 조성비가 증가하면 굴절률이 저하하는 것이 표시되어 있다.
그리고, 반도체 레이저 장치 100에서의 n-AlGaInP 클래드층 102에서의 Al 조성비는 l=0.36이고, p-AlGaInP 클래드층 104의 Al 조성비는 l=0.255이다. 이 때문에 p-AlGaInP 클래드층 104의 굴절률이 n-AlGaInP 클래드층 102의 굴절률보다도 높아진다.
따라서, 언도프 InGaP 가이드층 82, 언도프 InGaAsP 가이드층 84, InGaAsP 활성층(86), 언도프 InGaAsP 가이드층 88 및 언도프 InGaP 가이드층 90이, InGaAsP 활성층(86)을 사이에 끼워 재료구성 및 층두께가 대칭구조로 되어 있는 것을 고려하면, InGaAsP 활성층(86)에 대하여 히트싱크(24)와 반대측에 배치되어 있는 언도프 InGaAsP 가이드층 88, 언도프 InGaP 가이드층 90 및 p-AlGaInP 클래드층104의 실효 굴절률이 InGaAsP 활성층(86)에 대하여 히트싱크(24)측에 배치되어 있는 언도프 InGaP 가이드층 82, 언도프 InGaAsP 가이드층 84 및 n-AlGaInP 클래드층 102의 실효 굴절률보다도 높아진다.
따라서 광 강도 분포는 히트싱크(24)와 반대측에 있는 p-AlGaInP 클래드층(104)측에 확대하게 된다.
이 때문에, 수직 빔 분산각 θv가 작아져, 어스펙트비가 작아진다.
또한 수직 빔 분산각 θv가 작아지면 근시야상의 빔 지름이 확대하고, 광 밀도가 감소하므로 고출력시의 단면 열화를 적게 하게 되어 고출력 동작에서의 LD의 신뢰성을 높이게 된다.
또한 광 강도 분포가 히트싱크(24)와 반대측에 있는 p-AlGaInP 클래드층 104 측에 확대하게 되면, n-AlGaInP 클래드층 102에 기인하는 프리 캐리어의 흡수가 감소되고, 광흡수가 감소함으로써 슬로프 효율이 향상하여 고출력 동작을 행할 수 있다.
또한, H. Fujii, Y. Ueno, and K. Endo, “Effect of thermal resistivity on the catastrophic optical damage power density of AlGaInP laser diodes”, Appl.Phys. Lett. Vol. 62, no. 17, 26 April 1993에 의하면, AlGaInP에서 Al 조성비가 증가하면 열전도율이 높아지는 것이 표시되어 있다.
반도체 레이저 장치 100에서의 n-AlGaInP 클래드층 102에서의 Al 조성비는 l=0.36이고, p-AlGaInP 클래드층 104의 Al 조성비는 l=0.255이다. 이 때문에, InGaAsP 활성층(86)에 대하여 히트싱크(24)측에 배치되어 있는 n-AlGaInP 클래드층102의 열전도율이 InGaAsP 활성층(86)에 대하여 히트싱크(24)와 반대측에 배치되어 있는 p-AlGaInP 클래드층 104의 열전도율보다도 높아진다. 이 때문에, InGaAsP 활성층(86) 근방에서 발생한 열이 히트싱크(24)에 전도하기 쉽게 방열에 뛰어난 구성으로 되어 있다.
(변형예 7)
도 14는 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 변형예의 단면도이다. 도 14의 단면위치도 도 3의 IV-IV 단면이다.
도 14에 표시된 반도체 레이저 장치 110이 반도체 레이저 장치 100과 서로 다른 점은, InGaAsP 활성층(86)과 InGaAsP 활성층(86)을 사이에 끼워 언도프 InGaP 가이드층 82 및 언도프 InGaAsP 가이드층 84와 언도프 InGaAsP 가이드층 88 및 언도프 InGaP 가이드층 90과는, 재료구성 및 층두께 모두 반도체 레이저 장치 100과 동일하게 하고, n-AlGaInP 클래드층 102a는, Al 조성비 l=0.36, Ga 조성비 m=0.15, In 조성비 n=0.49로, 층두께를 t=0.4㎛로 하고, p-AlGaInP 클래드층 104a는, Al 조성비 l=0.255, Ga 조성비 m=0.255, In 조성비 n=0.49로, 층두께를 t=2.0㎛로 한 것이다. 또한 반도체 레이저 장치 110의 다른 구성은 반도체 레이저 장치 100에서의 것과 동일하다.
따라서 반도체 레이저 장치 110에서는, 변형예 1과 동일한 이유에 의해, n-AlGaInP 클래드층 102a의 층두께는 반도체 레이저 장치 100의 n-AlGaInP 클래드층 102의 층두께보다도 얇고, InGaAsP 활성층(86)으로부터 히트싱크(24)까지의 거리가 짧으므로, 히트싱크로의 열전도가 용이하게 되어 방열 효과를 높일 수 있다.
이상과 같이 이 실시예에 관한 반도체 레이저 장치에 있어서는, 클래드층에 Al을 포함하는 AlGaAs나 AlGaInP로 구성되지만, 그 밖의 층(활성층, 가이드층, 콘택층, 기판 등)은 Al을 실질적으로 포함하지 않는 Al 프리 구조로 한 반도체 레이저 장치에 있어서, 실시예 2와 동일한 효과를 구비하고 있다.
(실시예 5)
도 15는 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 단면도이다.
이 실시예 5에서도, 반도체 레이저 장치의 기본적인 구성은 도 6과 동일하고, 이 실시예에 관한 반도체 레이저 장치에서는 p측 가이드층 및 n측 가이드층을 각각 2층 구비하고 있는 점이 도 6의 반도체 레이저 장치와 다를 뿐으로, 도 15의 단면위치도 도 6의 VII-VII 단면과 동일한 단면 위치이다.
이 실시예에 관한 반도체 레이저 장치에 있어서도 정크션 다운(J-DOWN) 조립이다.
또한, 이 실시예에 관한 반도체 레이저 장치에서는, 클래드층에 Al을 포함하는 AlGaAs나 AlGaInP로 구성되지만, 그 밖의 층(활성층, 가이드층, 콘택층, 기판 등)은 Al을 실질적으로 포함하는지 않는 Al 프리 구조이다.
도 15에서, 반도체 레이저 장치 114는, 반도체 레이저 소자 56과 히트싱크(24)로부터 형성되어 있다. 반도체 레이저 장치 114도, 예를 들면 레이저 공진기장 L=1000㎛, 레이저 소자폭 W=200㎛, 스트라이프 폭 S=60㎛이다. 또한 히트싱크(24)의 두께는 0.3mm이다.
반도체 레이저 장치 114의 반도체 레이저 소자 56은, n-GaAs 기판(28)과 이 n-GaAs 기판(28)의 표면 상에, n-GaAs 기판(28)측으로부터 순차적으로, 제2 반도체층으로서의 n-AlGaAs 클래드층 58(Al 조성비 x=0.55, 층두께 t=1.5㎛), 언도프 InGaP 가이드층 82(Ga 조성비 y=0.51, 층두께 t=120nm), 언도프 InGaAsP 가이드층 84(Ga 조성비 y=0.63, As 조성비 z=0.25, 층두께 t=20nm), InGaAsP 활성층(86)(Ga 조성비 y=0.87, As 조성비 z=0.74, 층두께 t=16nm), 언도프 InGaAsP 가이드층 88(Ga 조성비 y=0.63, As 조성비 z=0.25, 층두께 t=20nm), 언도프 InGaP 가이드층 90(Ga 조성비 y=0.51, 층두께 t=120nm), 제1 반도체층으로서의 p-AlGaAs 클래드층 60(Al 조성비 x=0.9, 층두께 t=1.5㎛), p-GaAs 콘택층(40)이 배치되어 있다.
전류협착을 위한 프로톤 주입영역(26)은, 소자폭의 중앙에 전류가 흐르는 영역인 스트라이프를 남겨 그 양측에 배치되고, 프로톤 주입영역(26)의 깊이방향으로는, p-GaAs 콘택층(40)의 표면으로부터 p-AlGaAs 클래드층 60의 두께 중간쯤까지 프로톤이 주입되어 있다.
또한 p-GaAs 콘택층(40)의 표면 상에 p 전극(42)이 배치되고, 이 p 전극(42)의 표면에는 층두께가 약 3㎛의 도금층(46)이 배치되고, 이 도금층(46)과 히트싱크(24)가 땜납에 의해 접착된다.
이 반도체 레이저 장치 114에서는, 언도프 InGaP 가이드층 82 및 언도프 InGaAsP 가이드층 84와 언도프 InGaAsP 가이드층 88 및 언도프 InGaP 가이드층 90과는, InGaAsP 활성층(86)을 사이에 끼워 재료구성 및 층두께가 대칭구조로 되어 있다.
그리고, 반도체 레이저 장치 114에서의 n-AlGaAs 클래드층 58의 Al 조성비는 x=0.55이고, p-AlGaAs 클래드층 60의 Al 조성비는 x=0.9이므로, 식 (4)로부터 굴절률을 계산하면, n-AlGaAs 클래드층 58의 굴절률은 3.227이 되고, p-AlGaAs 클래드층 60의 굴절률은 3.025가 된다. 따라서 언도프 InGaP 가이드층 82 및 언도프 InGaAsP 가이드층 84와 언도프 InGaAsP 가이드층 88 및 언도프 InGaP 가이드층 90은, InGaAsP 활성층(86)을 사이에 끼워 재료구성 및 층두께가 대칭구조에 되어 있는 것을 고려하면, InGaAsP 활성층(86)에 대하여 히트싱크(24)와 반대측에 있는 언도프 InGaP 가이드층 82, 언도프 InGaAsP 가이드층 84 및 n-AlGaAs 클래드층 58의 실효 굴절률이 InGaAsP 활성층(86)에 대하여 히트싱크(24)측에 있는 언도프 InGaAsP 가이드층 88, 언도프 InGaP 가이드층 90 및 p-AlGaAs 클래드층 60의 실효 굴절률보다 높아지므로, 광 강도 분포는 히트싱크(24)와 반대측에 있는 n-AlGaAs 클래드층 58측에 확대하게 된다. 이 때문에, 수직 빔 분산각 θv가 작아져, 어스펙트비가 작아진다.
또한 수직 빔 분산각 θv가 작아지면 근시야상의 빔 지름이 확대하고, 광밀도가 감소하므로 고출력시의 단면 열화를 적게 하는 것으로 되고 고출력 동작에서의 LD의 신뢰성을 높이게 된다.
한편, 반도체 레이저 장치 114에서는, InGaAsP 활성층(86)에 대하여 히트싱크(24)측에 있는 p-AlGaAs 클래드층 60의 Al 조성비는 x=0.90이고, InGaAsP 활성층(86)에 대하여 히트싱크(24)와 반대측에 있는 n-AlGaAs 클래드층 58의 Al 조성비는 x=0.55이므로, n-AlGaAs 클래드층 58의 열전도율보다도 p-AlGaAs 클래드층 60의 열전도율 쪽이 높아진다. 이 때문에 InGaAsP 활성층(86) 근방에서 발생한 열이 히트싱크(24)에 전도하기 쉽게 방열에 뛰어난 구성으로 되어 있다.
(변형예 8)
도 16은 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 변형예의 단면도이다. 도 16의 단면위치도 도 6의 VII-VII 단면과 동일한 단면 위치이다.
이 변형예 8의 반도체 레이저 장치에서도 정크션 다운(J-DOWN) 조립이다.
도 16에 표시된 반도체 레이저 장치 120이 반도체 레이저 장치 114와 서로 다른 점은, InGaAsP 활성층(86)과 InGaAsP 활성층(86)을 사이에 끼워 언도프 InGaP 가이드층 82 및 언도프 InGaAsP 가이드층 84와 언도프 InGaAsP 가이드층 88 및 언도프 InGaP 가이드층 90과는, 재료구성 및 층두께 모두 반도체 레이저 장치 80과 동일하게 하면서, p-AlGaAs 클래드층 60a는, Al 조성비를 x=0.90, 층두께를 t=0.4㎛로 하고, n-AlGaAs 클래드층 58a는, Al 조성비를 x=0.55, 층두께를 t=2.0㎛로 한 것이다. 또한 반도체 레이저 장치 120의 다른 구성은 반도체 레이저 장치 114에서의 것과 동일하다.
따라서, 반도체 레이저 장치 120에서는, 변형예 2와 마찬가지로, p-AlGaAs 클래드층 60a의 층두께는 반도체 레이저 장치 114의 p-AlGaAs 클래드층 60의 층두께보다도 얇고, AlGaAs 활성층(34)으로부터 히트싱크(24)까지의 거리가 짧으므로, 반도체 레이저 장치 114보다도 히트싱크로의 열전도가 한층 더 용이하게 되어 방열 효과를 높일 수 있다.
(변형예 9)
도 17은 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 변형예의 단면도이다. 도 17의 단면위치도 도 6의 VII-VII단면과 같다.
도 17에서, 반도체 레이저 장치 124는 반도체 레이저 소자 56과 히트싱크(24)로 형성되어 있다. 반도체 레이저 장치 124도, 예를 들면 레이저 공진기장L=1000㎛, 레이저 소자폭 W=200㎛, 스트라이프 폭 S=60㎛이다. 또한 히트싱크(24)의 두께는 0.3mm이다.
반도체 레이저 장치 124와 반도체 레이저 장치 114와의 차이점은, 반도체 레 이저 장치 114가 n-AlGaAs 클래드층 60 및 p-AlGaAs 클래드층 58을 배치하고 있는 것에 비해, 반도체 레이저 장치 124에서는 n-AlGaInP 클래드층 126(Al 조성비 l=0.255, Ga 조성비 m=0.255, In 조성비 n=0.49, 층두께 t=1.5㎛) 및 p-AlGaInP 클래드층 128(Al 조성비 l=0.36, Ga 조성비 m=0.15, In 조성비 n=0.49, 층두께 t=1.5㎛)을 배치한 것이다. 다른 구성은 반도체 레이저 장치 114와 동일하다.
이 반도체 레이저 장치 124에서는, 언도프 InGaP 가이드층 82 및 언도프 InGaAsP 가이드층 84와 언도프 InGaAsP 가이드층 88 및 언도프 InGaP 가이드층 90은, InGaAsP 활성층(86)을 사이에 끼워 재료구성 및 층두께가 대칭구조로 되어 있다.
AlGaInP에서 Al 조성비가 증가하면 굴절률이 저하하므로, n-AlGaInP 클래드층 126의 굴절률이 p-AlGaInP 클래드층 128의 굴절률보다도 높아진다. 따라서, 언도프 InGaP 가이드층 82 및 언도프 InGaAsP 가이드층 84와 언도프 InGaAsP 가이드층 88 및 언도프 InGaP 가이드층 90이, InGaAsP 활성층(86)을 사이에 끼워 재료구성 및 층두께가 대칭구조로 되어 있는 것을 고려하면, InGaAsP 활성층(86)에 대하여 히트싱크(24)와 반대측에 배치되어 있는 언도프 InGaP 가이드층 82, 언도프 InGaAsP 가이드층 84 및 n-AlGaInP 클래드층 126의 실효 굴절률이 InGaAsP 활성층(86)에 대하여 히트싱크(24)측에 배치되어 있는 언도프 InGaAsP 가이드층 88, 언도프 InGaP 가이드층 90 및 p-AlGaInP 클래드층 128 의 실효 굴절률보다도 높아진다.
따라서, 광 강도 분포는 히트싱크(24)와 반대측에 있는 n-AlGaInP 클래드층 126측에 확대하게 된다. 이 때문에, 수직 빔 분산각 θv가 작아져, 어스펙트비가 작아진다.
또한, 수직 빔 분산각 θv가 작아지면 근시야상의 빔 지름이 확대하고, 광밀도가 감소하므로 고출력시의 단면 열화를 적게 하게 되어 고출력 동작에서의 LD의 신뢰성을 높이게 된다.
또한, AlGaInP에서는 Al 조성비가 증가하면 열전도율이 높아지므로, InGaAsP 활성층(86)에 대하여 히트싱크(24)측에 배치되어 있는 p-AlGaInP 클래드층 128의 열전도율이 InGaAsP 활성층(86)에 대하여 히트싱크(24)와 반대측에 배치되어 있는 n-AlGaInP 클래드층 126의 열전도율보다도 높아진다. 이 때문에, InGaAsP 활성층(86) 근방에서 발생한 열이 히트싱크(24)에 전도하기 쉽게 방열에 뛰어난 구성으로 되어 있다.
(변형예 10)
도 18은 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 변형예의 단면도이다. 도 18의 단면위치도 도 6의 VII-VII 단면과 동일한 단면위치이다.
도 18에 표시된 반도체 레이저 장치 130이 반도체 레이저 장치 124와 서로 다른 점은, InGaAsP 활성층(86)과 InGaAsP 활성층(86)을 사이에 끼워 언도프 InGaP 가이드층 82 및 언도프 InGaAsP 가이드층 84와 언도프 InGaAsP 가이드층 88 및 언도프 InGaP 가이드층 90과는, 재료구성 및 층두께 모두 반도체 레이저 장치 124와 동일하게 하고, p-AlGaInP 클래드층 128a는, Al 조성비 l=0.36, Ga 조성비 m=0.15, In 조성비 n=0.49로, 층두께를 t=0.4㎛로 하고, n-AlGaInP 클래드층 126a는, Al 조 성비 l=0.255, Ga 조성비 m=0.255, In 조성비 n=0.49로, 층두께를 t=2.0㎛로 한 것이다. 또한, 반도체 레이저 장치 130의 다른 구성은 반도체 레이저 장치 124에서의 것과 동일하다.
따라서, 반도체 레이저 장치 130에서는, 변형예 2와 동일한 이유에 의해, p-AlGaInP 클래드층 128a의 층두께는 반도체 레이저 장치 124의 p-AlGaInP 클래드층 128의 층두께보다도 얇고, InGaAsP 활성층(86)으로부터 히트싱크(24)까지의 거리가 짧으므로, 반도체 레이저 장치 124보다도 히트싱크로의 열전도가 한층 더 용이하게 되어 방열 효과를 높일 수 있다.
이상과 같이 이 실시예에 관한 반도체 레이저 장치에 있어서는, 클래드층에 Al을 포함하는 AlGaAs나 AlGaInP로 구성되지만, 그 밖의 층(활성층, 가이드층, 콘택층, 기판 등)은 Al을 실질적으로 포함하는지 않는 Al 프리 구조로 한 반도체 레이저 장치에 있어서, 실시예 3과 동일한 효과를 구비하고 있다.
(실시예 6)
도 19는 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 단면도이다.
도 19에서 반도체 레이저 장치 134는, 발진 파장이 약 650nm인 리지 도파로 구조를 갖는 적색 반도체 레이저 장치로, 반도체 레이저 소자 136과 히트싱크(24)로 형성되어 있다.
도 19에서, 반도체 레이저 소자 136은, n-GaAs 기판(28)과 이 n-GaAs 기판(28)의 표면 상에, n-GaAs 기판(28)측으로부터 순차적으로, 제2 반도체층으로서의 n-AlGaInP 클래드층 138(Al 조성비 l=0.31, Ga 조성비 m=0.20, In 조성비 n=0.49, 층두께 t=2.0㎛), 제4 반도체층으로서의 언도프 AlGaInP 가이드층 140(Al 조성비 l=0.23, Ga 조성비 m=0.28, In 조성비 n=0.49, 층두께 t=100nm), 언도프 압축 왜곡 GaInP 활성층(142)(Ga 조성비 m=0.44, In 조성비 n=0.56, 층두께 t=10nm), 제3 반도체층으로서의 언도프 AlGaInP 가이드층 144(Al 조성비 l=0.23, Ga 조성비 m=0.28, In 조성비 n=0.49, 층두께 t=100nm), 제1 반도체층으로서의 p-AlGaInP 클래드층146(Al 조성비 l=0.36, Ga 조성비 m=0.15, In 조성비=0.49, 층두께 t=1.0㎛), p-GaAs 콘택층 148이 배치되어 있다.
p-AlGaInP 클래드층 146과 p-GaAs 콘택층 148과는 리지 도파로가 형성되고, 이 리지 도파로의 정상부에 개구(150)를 갖는 절연막(152)이 p-GaAs 콘택층 148의 표면 상에 형성되어 있다. 이 개구(150) 및 절연막(152) 상에 p 전극(42)이 배치되고, n-GaAs 기판(28)의 이면측에 n 전극(44)이 배치되어 있다. p 전극(42)의 표면 상에는 도금층(46)이 배치되고, 이 도금층(46)을 통해 반도체 레이저 소자 136이 히트싱크(24)와 땜납에 의해 정크션되어 있다.
이 실시예에 관한 반도체 레이저 장치 134에서도 정크션 다운(J-DOWN) 조립이지만, 정크션 업(J-UP) 조립으로 하는 것도 할 수 있다.
반도체 레이저 장치 134에서는 n-AlGaInP 클래드층 138의 굴절률은 p-AlGaInP 클래드층 146의 굴절률보다도 높아지므로, 언도프 압축 왜곡 GaInP 활성층(142)에 대하여 히트싱크(24)와 반대측에 배치된 언도프 AlGaInP 가이드층 140 및 n-AlGaInP 클래드층 138의 실효 굴절률은 언도프 압축 왜곡 GaInP 활성층(142)에 대하여 히트싱크(24)측에 배치된 언도프 AlGaInP 가이드층 144 및 p-AlGaInP 클래드층 146의 실효 굴절률보다도 높아지므로, 광 강도 분포는 주로 히트싱크(24)와 반대측에 배치된 n-AlGaInP 클래드층 138 측으로 확대하게 된다. 이 때문에, 수직 빔 분산각 θv가 작아져, 수평 빔 분산각 θh는 특히 변화가 없으므로, 수평 빔 분산각 θh에 대한 수직 빔 분산각 θv의 비인 어스펙트비가 작아진다.
또 수직 빔 분산각 θv가 작아지면 근시야상의 빔 지름이 확대하고, 광밀도가 감소하므로 고출력시의 단면 열화를 적게 하는 것으로 되고 고출력 동작에서의 LD의 신뢰성을 높이게 된다.
AlGaInP의 열전도율은 Al 조성비가 높아짐에 따라 높아지므로, 히트싱크(24)측에 배치된 p-AlGaInP 클래드층 146의 열전도율이 히트싱크(24)와 반대측에 배치된 n-AlGaInP 클래드층 138의 열전도율보다도 높아지고, 언도프 압축 왜곡 GaInP 활성층(142) 근방에서 발생한 열이 히트싱크(24)측에 전도하기 쉽고 방열 효과가 높은 구성으로 되어 있다.
또한, 광 강도 분포는 주로 히트싱크(24)와 반대측에 배치된 n-AlGaInPs 클래드층 138측에 확대하게 된다. 이 때문에 히트싱크(24)측에 배치된 p-AlGaInP 클래드층 146의 층두께를 1.0㎛로 얇게 해도 p-GaAs 콘택층 148의 광학적 영향을 받을 일은 없다. 한편 광 강도 분포가 확대하는 쪽에 배치된 n-AlGaInP 클래드층 138은 n-GaAs 기판(28)의 광학적 영향을 감소하기 위해 층두께를 2.0㎛로 두껍게 하고 있다. 따라서 언도프 압축 왜곡 GaInP 활성층(142)으로부터 히트싱크(24)까지의 거리를 짧게 할 수 있어 한층 더 방열 효과를 높일 수 있다.
(변형예 11)
도 20은 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 변형예의 단면도이다.
도 20에서, 반도체 레이저 장치 156이 반도체 레이저 장치 134와 서로 다른 점은 다음 점이다.
반도체 레이저 장치 134에서는, 언도프 압축 왜곡 GaInP 활성층(142)에 대하여 n-AlGaInP 클래드층 138과 p-AlGaInP 클래드층 146을 비대칭 구조로 하고, 언도프 AlGaInP 가이드층 140과 언도프 AlGaInP 가이드층 144와는 동일한 재료구성으로 동일한 층두께로 하여 언도프 압축 왜곡 GaInP 활성층(142)에 대하여 가이드층을 대칭구조로 하고 있었다.
그러나, 이 반도체 레이저 장치 156에서는 언도프 압축 왜곡 GaInP 활성층(142)에 대하여 n-AlGaInP 클래드층 138과 p-AlGaInP 클래드층 146을 비대칭구조로 하는 동시에, 또한 언도프 AlGaInP 가이드층 140과 언도프 AlGaInP 가이드층 144a를 언도프 압축 왜곡 GaInP 활성층(142)에 대하여 비대칭구조로 한 것이다.
즉, 언도프 AlGaInP 가이드층 144a를, Al 조성비 l=0.25, Ga 조성비 m=0.26, In 조성비 n=0.49, 층두께 t=70nm로 하고 있다.
이에 따라, 반도체 레이저 장치 156은 반도체 레이저 장치 134보다 한층 더 높은 방열 효과를 가능하게 하는 것이다.
이때, 이 변형예는 가이드층 및 클래드층을 모두 비대칭구조로 했지만, 클래 드층을 대칭구조로 하고, 가이드층만을 비대칭구조로 해도 상응한 방열 효과를 가능하게 하는 것은 말할 필요도 없다.
(변형예 12)
도 21은 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 변형예의 단면도이다.
도 21에서의 반도체 레이저 장치 160은, 발진 파장이 약 1480nm인 리지 도파로 구조를 갖는 반도체 레이저 장치로, 반도체 레이저 소자(162)와 히트싱크(24)로 형성되어 있다.
도 21에서, 반도체 레이저 소자 162는, n-InP 기판 164와 이 n-InP 기판 164의 표면 상에, n-InP 기판 164측으로부터 순차적으로, 제2 반도체층으로서의 n-InGaAsP 클래드층 166(밴드갭 파장 λg=0.99㎛, 층두께 t=2.0㎛), 제4 반도체층으로서의 언도프 InGaAsP 가이드층 168(밴드갭 파장 λg=1.08㎛, 층두께 t=150nm), 언도프 InGaAsP 활성층 170(밴드갭 파장 λg=1.48㎛, 층두께 t=10nm), 제3 반도체층으로서의 언도프 InGaAsP 가이드층 172(밴드갭 파장 λg=1.08㎛, 층두께 t=150nm), 제1 반도체층으로서의 p-InP 클래드층 174(층두께 t=1.0㎛), p-InP 콘택층 176이 배치되어 있다. p -InP 클래드층 174와 p-InP 콘택층 176과는 리지 도파로가 형성되고, 이 리지의 정상부에 개구(150)를 갖는 절연막(152)이 p-InP 콘택층 176의 표면 상에 형성되어 있다. 이 개구(150) 및 절연막(152) 상에 p 전극(42)이 배치되고, n-Inp기판 164의 이면측에 n 전극(44)이 배치되어 있다. p 전극(42)의 표면 상에는 도금층(46)이 배치되고, 이 도금층(46)을 통해 반도체 레이저 소자 162가 히트싱크(24)와 땜납에 의해 정크션되어 있다.
반도체 레이저 장치 160에서는 n-InGaAsP 클래드층 166의 굴절률이 p-InP 클래드층 174의 굴절률보다도 높다. 따라서 언도프 InGaAsP 활성층 170에 대하여 히트싱크(24)와 반대측에 배치된 언도프 InGaAsP 가이드층 168 및 n-InGaAsP 클래드층 166의 실효 굴절률은 언도프 InGaAsP 활성층 170에 대하여 히트싱크(24)측에 배치된 언도프 InGaAsP 가이드층 172 및 p-InP 클래드층 174의 실효 굴절률보다도 높아지므로, 광 강도 분포는 주로 히트싱크(24)와 반대측에 배치된 n-InGaAsP 클래드층 166측에 확대하게 된다. 이 때문에, 수직 빔 분산각 θv가 작아져, 수평 빔 분산각 θh는 특히 변화가 없으므로, 수평 빔 분산각 θh에 대한 수직 빔 분산각 θv의 비인 어스펙트비가 작아진다.
또한, 수직 빔 분산각 θv가 작아지면 근시야상의 빔 지름이 확대하고, 광밀도가 감소하므로 고출력시의 단면 열화를 적게 하게 되어 고출력 동작에서의 LD의 신뢰성을 높이게 된다.
열전도율은 히트싱크(24)측에 배치된 2원 조성인 p-InP 클래드층 174의 열전도율이 히트싱크(24)와 반대측에 배치된 4원 조성의 n-InGaAsP 클래드층 166의 열전도율보다도 높아지고, 언도프 InGaAsP 활성층 170 근방에서 발생한 열이 히트싱크(24)측에 전도하기 쉽게 방열 효과가 높은 구성으로 되어 있다.
또한, 광 강도 분포는 주로 히트싱크(24)와 반대측에 배치된 n-InGaAsP 클래드층 166 측으로 확대하게 된다. 또 콘택층도 p-InP이므로, 히트싱크(24)측에 배치 된 p-InP 클래드층 174의 층두께를 1.0㎛로 얇게 해도 p-InP 콘택층 176의 광학적 영향을 받을 일은 없다. 한편 광 강도 분포가 확대하는 쪽에 배치된 n-InGaAsP 클래드층 166은 n-InP 기판 164의 광학적 영향을 감소하기 위해 층두께를 2.0㎛로 두껍게 하고 있다. 따라서 언도프 InGaAsP 활성층 170으로부터 히트싱크(24)까지의 거리를 짧게 할 수 있어 한층 더 방열 효과를 높일 수 있다.
(변형예 13)
도 22는 본 발명의 일실시예에 관한 반도체 레이저 장치의 변형예의 단면도이다.
도 22에서의 반도체 레이저 장치 180은, 발진 파장이 약 410nm인 리지 도파로 구조를 갖는 반도체 레이저 장치로, 반도체 레이저 소자(182)와 히트싱크(24)로 형성되어 있다.
도 22에서, 반도체 레이저 소자 182는, n-GaN 기판 184와 이 n-GaN 기판 184의 표면 상에, n-GaN 기판 184 측으로부터 순차적으로, 제2 반도체층으로서의 n-AlGaN 클래드층 186(Al 조성비 x=0.9, 층두께 t=2.0㎛), 제4 반도체층으로서의 언도프 GaN 가이드층 188(층두께 t=100nm), 언도프 InGaN 활성층 190(In 조성비 n=0.1, 층두께 t=10nm), 제3 반도체층으로서의 언도프 GaN 가이드층 192(층두께 t=100nm), 제1 반도체층으로서의 p-AlGaN 클래드층 194(Al 조성비 x=0.4, 층두께 t=1.0nm), p-GaN 콘택층 196이 배치되어 있다.
p-AlGaN 클래드층 194와 p-GaN 콘택층 196과는 도파로 리지가 형성되고, 이 도파로 리지의 정상부에 개구(150)를 갖는 절연막(152)이 p-GaN 콘택층 196의 표면 상에 형성되어 있다. 이 개구(150) 및 절연막(152) 상에 p 전극(42)이 배치되고, n -GaN 기판 184의 이면측에 n 전극(44)이 배치되어 있다. p 전극(42)의 표면 상에는 도금층(46)이 배치되고, 이 도금층(46)을 통해 반도체 레이저 소자 182가 히트싱크(24)와 땜납에 의해 정크션되어 있다.
반도체 레이저 장치 180에서는, n-AlGaN 클래드층 186의 굴절률은 p-AlGaN 클래드층 194의 굴절률보다도 높아진다.
따라서 언도프 InGaN 활성층 190에 대하여 히트싱크(24)와 반대측에 배치된 언도프 GaN 가이드층 188 및 n-AlGaN 클래드층 186의 실효 굴절률은 언도프 InGaN 활성층 190에 대하여 히트싱크(24)측에 배치된 언도프 GaN 가이드층 192 및 p-AlGaN 클래드층 194의 실효 굴절률보다도 높아지므로, 광 강도 분포는 주로 히트싱크(24)와 반대측에 배치된 n-AlGaN 클래드층 186 측에 확대하게 된다. 이 때문에, 수직 빔 분산각 θv가 작아져, 수평 빔 분산각 θh는 특히 변화가 없으므로, 수평 빔 분산각 θh에 대한 수직 빔의 비인 어스펙트비가 작아진다.
또한, 수직 빔 분산각 θv가 작아지면 근시야상의 빔 지름이 확대하고, 광밀도가 감소하므로 고출력시의 단면 열화를 적게 하게 되어 고출력 동작에서의 LD의 신뢰성을 높이게 된다.
열전도율은 히트싱크(24)측에 배치된 p-AlGaN 클래드층 194의 열전도율이 히트싱크(24)와 반대측에 배치된 n-AlGaN 클래드층 186의 열전도율보다도 높아지고, 언도프 InGaN 활성층 190 근방에서 발생한 열이 히트싱크(24)측에 이동하기 쉽게 방열 효과가 높은 구성으로 되어 있다.
또한, 광 강도 분포는 주로 언도프 InGaN 활성층 190에 대하여 히트싱크(24)와 반대측에 배치된 n-AlGaN 클래드층 186 측으로 확대하게 된다. 이 때문에, 언도프 InGaN 활성층 190에 대하여 히트싱크(24)측에 배치된 p-AlGaN 클래드층 194의 층두께를 1.0㎛로 얇게 해도 p-GaN 콘택층 196의 광학적 영향을 받을 일은 없다. 한편, 광 강도 분포가 확대하는 쪽에 배치된 n-AlGaN 클래드층 186은 n-GaN 기판 184의 광학적 영향을 감소하기 위해 층두께를 2.0㎛로 두껍게 하고 있다. 따라서 언도프 InGaN 활성층 190으로부터 히트싱크(24)까지의 거리를 짧게 할 수 있어 한층 더 방열 효과를 높일 수 있다.
이상과 같이 이 실시예에 관한 반도체 레이저 장치에 있어서는, 리지 도파로구조를 갖는 반도체 레이저 장치에 있어서, 실시예 3과 동일한 효과를 구비하고 있다.
이때, 이상의 실시예에서 기재한 재료, 반도체 레이저 구조, 각 층의 조성비 및 층두께 등은, 일례인 이것이 한정되는 것은 아니다.
또한 이상의 실시예에서는 활성층이 하나인 단일양자 우물구조를 예에 나타냈지만, 이에 한정하지 않고 다중양자 우물구조의 활성층에서도 동일한 효과를 나타낸다.
또한 기재의 실시예에서는, 전류협착구조를 프로톤 주입에 의해 행한 브로드 에어리어 레이저를 나타냈지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 절연막에 의한 전류협착구조인 절연막 스트라이프 레이저에서도 동일한 효과를 나타낸다.
또한, 도파로 구조로서 리지 도파로 구조를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니며 매립 구조나 매립 리지 구조라도 된다.
이상과 같이, 본 발명에 관한 반도체 레이저 장치는, 고체 레이저 여기용 등 고출력 동작이 요구되는 반도체 레이저 장치에 적합하다.
본 발명에 관한 반도체 레이저 장치에 있어서는, 활성층에 대하여 방열체측에 있는 반도체층의 실효 굴절률을 활성층에 대하여 방열체측이 아닌 반도체층의 실효 굴절률보다 낮게 함으로써 광 강도 분포를 활성층에 대하여 방열체측이 아닌 측에 확대시켜 어스펙트비를 작게 하고, 수직 빔 분산각를 작게 해서 양호한 고출력 동작을 확보하는 동시에, 활성층에 대하여 방열체측에 배치된 반도체층의 열저항을 활성층에 대하여 방열체측이 아닌 측에 배치된 반도체층의 열저항보다 작게 함으로써, 방열체측으로의 양호한 열전도를 가능하게 한다.

Claims (3)

  1. 방열체와,
    이 방열체의 표면 상에 배치되고, 이 방열체의 표면에 대향하는 제1 주면 및 이 제1 주면과 서로 대향하는 제2 주면을 갖는 제1 도전형의 제1 반도체층과,
    이 제1 반도체층의 제2 주면 상에 배치되고, 상기 제1 반도체층의 제2 주면에 대향하는 제1 주면 및 이 제1 주면과 서로 대향하는 제2 주면을 갖는 활성층과,
    이 활성층의 제2 주면 상에 배치되고 상기 활성층의 제2 주면에 대향하는 제1 주면 및 이 제1 주면과 서로 대향하는 제2 주면을 갖는 제2 도전형의 제2 반도체층을 구비하는 동시에, 상기 활성층의 제1 주면과 상기 제1 반도체층의 제1 주면과의 사이의 실효 굴절률이 상기 활성층의 제2 주면과 상기 제2 반도체층의 제2 주면과의 사이의 실효 굴절률보다 낮고, 상기 활성층의 제1 주면과 상기 제1 반도체층의 제1 주면과의 사이의 열저항이 상기 활성층의 제2 주면과 상기 제2 반도체층의 제2 주면과의 사이의 열저항보다 작은 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 반도체층이 열전도율 λ1과 굴절률 n1과 층두께 t1을 갖고, 활성층이 굴절률 na를 가지며, 제2 반도체층이 열전도율 λ2와 굴절률 n2와 층두께 t2를 가짐과 동시에, na>n2>n1, t2/λ2>tl/λ1로 한 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 장치.
  3. 방열체와,
    이 방열체의 표면 상에 배치된 제1 도전형의 제1 반도체층과,
    이 제1 반도체층 상에 배치된 한층 또는 복수층의 제3 반도체층과,
    이 제3 반도체층 상에 배치된 활성층과,
    이 활성층 상에 배치된 한층 또는 복수층의 제4 반도체층과,
    이 제4 반도체층 상에 배치된 제2 도전성의 제2 반도체층을 구비하고,
    제1 반도체층과 제3 반도체층으로부터 정해지는 열저항이 제4 반도체층과 제2 반도체층으로부터 정해지는 열저항보다 작고 제1 반도체층과 제3 반도체층으로부터 정해지는 실효 굴절률이 제4 반도체층과 제2 반도체층으로부터 정해지는 실효 굴절률보다 낮은 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 장치.
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060038057A (ko) * 2004-10-29 2006-05-03 삼성전기주식회사 반도체 레이저 소자 및 그 제조 방법
KR100689501B1 (ko) * 2005-02-03 2007-03-02 삼성전자주식회사 광대역 반도체 광소자
EP1980001B1 (en) * 2006-02-03 2018-04-04 Ricoh Company, Ltd. Surface-emitting laser device
US7693204B2 (en) 2006-02-03 2010-04-06 Ricoh Company, Ltd. Surface-emitting laser device and surface-emitting laser array including same
JP4135019B2 (ja) 2006-04-28 2008-08-20 住友電気工業株式会社 半導体レーザ
US7573074B2 (en) 2006-05-19 2009-08-11 Bridgelux, Inc. LED electrode
US7737455B2 (en) * 2006-05-19 2010-06-15 Bridgelux, Inc. Electrode structures for LEDs with increased active area
DE102010002966B4 (de) 2010-03-17 2020-07-30 Osram Opto Semiconductors Gmbh Laserdiodenanordnung und Verfahren zum Herstellen einer Laserdiodenanordnung
US8611386B2 (en) * 2011-01-27 2013-12-17 Rohm Co., Ltd. Semiconductor laser device and manufacturing method thereof
US9042416B1 (en) * 2013-03-06 2015-05-26 Corning Incorporated High-power low-loss GRINSCH laser
WO2016056498A1 (ja) * 2014-10-06 2016-04-14 古河電気工業株式会社 半導体光集積素子およびその製造方法
CN110637400B (zh) * 2017-05-15 2021-06-08 日本电信电话株式会社 半导体光元件
DE102018123019A1 (de) 2018-09-19 2020-03-19 Osram Opto Semiconductors Gmbh Gewinngeführter halbleiterlaser und herstellungsverfahren hierfür
DE102019102499A1 (de) * 2019-01-31 2020-08-06 Forschungsverbund Berlin E.V. Vorrichtung zur Erzeugung von Laserstrahlung
CN111641102B (zh) * 2020-05-20 2022-01-11 深圳瑞波光电子有限公司 半导体激光器、巴条及制作方法
DE102020120703A1 (de) 2020-08-05 2022-02-10 Ferdinand-Braun-Institut gGmbH, Leibniz- Institut für Höchstfrequenztechnik Diodenlaser mit Stromblende

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5568499A (en) * 1995-04-07 1996-10-22 Sandia Corporation Optical device with low electrical and thermal resistance bragg reflectors

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0728084B2 (ja) * 1985-07-26 1995-03-29 ソニー株式会社 半導体レーザー
JPH03209790A (ja) * 1990-01-11 1991-09-12 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体レーザ素子
JPH0738193A (ja) 1993-07-20 1995-02-07 Sony Corp 半導体レーザ
JPH07193333A (ja) * 1993-12-27 1995-07-28 Mitsubishi Chem Corp 半導体発光素子
JP2653986B2 (ja) 1994-11-07 1997-09-17 ソニー株式会社 半導体レーザー
JP3443241B2 (ja) * 1996-06-28 2003-09-02 三洋電機株式会社 半導体レーザ素子
JP4387472B2 (ja) * 1998-02-18 2009-12-16 三菱電機株式会社 半導体レーザ
US6829264B2 (en) * 2002-05-10 2004-12-07 Intel Corporation Laser frequency aging compensation

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5568499A (en) * 1995-04-07 1996-10-22 Sandia Corporation Optical device with low electrical and thermal resistance bragg reflectors

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Publication number Publication date
TW200520335A (en) 2005-06-16
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