[go: up one dir, main page]

JP2001024271A - Semiconductor light emitting device - Google Patents

Semiconductor light emitting device

Info

Publication number
JP2001024271A
JP2001024271A JP19263999A JP19263999A JP2001024271A JP 2001024271 A JP2001024271 A JP 2001024271A JP 19263999 A JP19263999 A JP 19263999A JP 19263999 A JP19263999 A JP 19263999A JP 2001024271 A JP2001024271 A JP 2001024271A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
light emitting
emitting device
semiconductor
conductivity type
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.)
Withdrawn
Application number
JP19263999A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideki Asano
英樹 浅野
Mitsugi Wada
貢 和田
Fujio Akinaga
富士夫 秋永
Hideo Yamanaka
英生 山中
Takeshi Osato
毅 大郷
Masanori Sasao
正典 笹尾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Photo Film Co Ltd filed Critical Fuji Photo Film Co Ltd
Priority to JP19263999A priority Critical patent/JP2001024271A/en
Publication of JP2001024271A publication Critical patent/JP2001024271A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain high output and improve reliability when a device has stripe structure. SOLUTION: In a package 8 provided with a window 7 for leading out a light, a semiconductor laser element 1 is soldered to a heat sink 2 provided with a thermistor, and the heat sink 2 is soldered to a thermoelectric element 3 by using solder 6. As to the semiconductor element 1, a clad layer 22, an optical guide layer 23, an lnGaAsP tensile distortion barrier layer 24, an InGaAsP quantum well active layer 25, an InGaAsP tensile strain barrier layer 26, an optical guide layer 27, a clad layer 28 and a cap layer 29 are laminated in order on an N-GaAs substrate 21. The degree of lattice mismatch between the barrier layer 24 and the substrate 21 is made -0.7%. The total thickness of the two tensile distortion barrier layers 24, 26 and the two optical guide layers 23, 27 which sandwich the active layer 25 is made 0.7 μm. A reflecting film of 20% is formed on the light output end surface, and a reflecting film of 90% is formed on the opposite end surface.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発光装置に
関し、特に、幅広のストライプ構造を有した半導体発光
装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor light emitting device, and more particularly to a semiconductor light emitting device having a wide stripe structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、幅広発光領域を有する高出力の半
導体レーザ装置は、印刷機器、医療用、工業的な加工
用、及び固体レーザの励起用として注目されている。こ
れは半導体レーザが他のガスレーザや固体レーザ等に比
較すると小型で低消費電力、低価格であるためである。
2. Description of the Related Art In recent years, high-power semiconductor laser devices having a wide light-emitting region have attracted attention for printing equipment, medical use, industrial processing, and excitation of solid-state lasers. This is because semiconductor lasers are smaller, have lower power consumption, and are less expensive than other gas lasers or solid-state lasers.

【0003】この種の半導体レーザ装置は非常に高い出
力が要求されているため、通常の単一モードレーザが幅
3μm程度の活性層から発光するのに対し、活性層の幅
を10μm以上にして高出力化を図っている。しかし、
前述のように10μm以上の幅広の活性層としているた
め、発振光は多くの高次横モードが混在する横多モード
で発振することとなる。このため、光出力を増していく
と共振器内の高光子密度分布に起因するキャリアの空間
的ホールバーニングにより、発振光は容易に異なるモー
ドに変移していく。その際、発振光はその近視野像、遠
視野像及び発振スペクトルが変化し、さらに、異なる横
モードの各々の電流−光変換効率が異なるためにその出
力が変化する。このような半導体レーザ装置の端面部の
幅広発光領域においては、発振光はフィラメント状に発
光しており、局所的には非常に強い光強度を呈すること
がある。このため、通常、半導体レーザ装置端面には、
発光する光出力を発光領域幅で割って求めた平均的な光
密度の負荷がかかっているが、実際にはそれ以上の負荷
がかかっている。従って、前述のような半導体レーザ装
置は、通常の単一モードレーザより、さらに高信頼な性
能が求められている。
Since a semiconductor laser device of this type is required to have a very high output, an ordinary single mode laser emits light from an active layer having a width of about 3 μm, while the width of the active layer is increased to 10 μm or more. High output is intended. But,
As described above, since the active layer has a width of 10 μm or more, the oscillated light oscillates in a transverse multimode in which many higher-order transverse modes are mixed. For this reason, when the optical output is increased, the oscillating light easily shifts to a different mode due to spatial hole burning of carriers caused by a high photon density distribution in the resonator. At this time, the near-field image, far-field image, and oscillation spectrum of the oscillating light change, and further, the output changes because the current-light conversion efficiency of each of the different transverse modes is different. In such a wide light emitting region at the end face of the semiconductor laser device, the oscillating light emits in the form of a filament, and may exhibit a very strong light intensity locally. For this reason, the end face of the semiconductor laser device is usually
The load of the average light density obtained by dividing the light output to emit light by the width of the light emitting region is applied, but in reality, the load is further increased. Therefore, the semiconductor laser device as described above is required to have higher reliability performance than a normal single mode laser.

【0004】半導体レーザ装置において、高出力を得る
ためには2つの事が重要である。まず1つは半導体レー
ザそのものの性能が高いこと、そしてもう1つはその半
導体レーザ素子の性能を十分に引き出せるパッケージに
納められていることである。特に1Wを越えるような半
導体レーザ素子では注入電流が1A以上にもなるため、
かなりの発熱を伴い、この発熱が半導体レーザ素子の光
出力特性を損なう原因となっている。そのため従来の放
熱性の低いパッケージでは半導体レーザ素子の電流−光
出力特性が劣化し、高い光出力を得ることが困難であっ
た。
In a semiconductor laser device, two things are important to obtain high output. One is that the performance of the semiconductor laser itself is high, and the other is that it is housed in a package that can fully exploit the performance of the semiconductor laser device. Particularly, in the case of a semiconductor laser device exceeding 1 W, the injection current becomes 1 A or more.
A considerable amount of heat is generated, and this heat causes deterioration of the optical output characteristics of the semiconductor laser device. Therefore, in the conventional package having low heat dissipation, the current-light output characteristics of the semiconductor laser device deteriorate, and it is difficult to obtain a high light output.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従って、上記のような
高出力半導体レーザ装置を励起光源とする固体レーザ発
光装置、もしくは該半導体レーザ装置を光ファイバと結
合させた発光装置を、印刷、医療、工業などの分野にて
用いるには難があった。
Therefore, a solid-state laser light-emitting device using the above-described high-power semiconductor laser device as an excitation light source or a light-emitting device in which the semiconductor laser device is coupled to an optical fiber can be used for printing, medical, It has been difficult to use it in fields such as industry.

【0006】従来用いられている幅広発光領域を有する
高出力半導体レーザ装置は光出力特性の点では十分では
なく、高性能な半導体レーザ素子とその性能を最大限に
引き出すパッケージの両方が必要である。
Conventionally used high power semiconductor laser devices having a wide light emitting region are not sufficient in light output characteristics, and require both a high performance semiconductor laser device and a package for maximizing its performance. .

【0007】本発明は上記事情に鑑みて、幅広のストラ
イプ構造を備え屈折率導波機構を有する半導体レーザに
おいて、高出力で、かつ信頼性の高い半導体レーザ装置
を提供することを目的とするものである。
In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a high-output and highly reliable semiconductor laser device having a wide stripe structure and a refractive index waveguide mechanism. It is.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光装置
は、光を取り出すための窓を備えた密閉容器内に熱電素
子がハンダ付けされており、熱電素子上にサーミスタを
備えたヒートシンクがハンダ付けされており、ヒートシ
ンクに、発光領域を構成するために、少なくとも第1導
電型GaAs基板上に、第1導電型AlGaAsクラッ
ド層、第1導電型光ガイド層、障壁層、InGaAsP
からなる量子井戸活性層、障壁層、第2導電型光ガイド
層、第2導電型AlGaAsクラッド層がこの順に積層
された半導体層からなり、発光領域の幅が100μm以
上300μm以下であるストライプ構造を備えており、
活性層の幅方向に屈折率差を設けた屈折率導波機構を備
えており、2つの光ガイド層と2つの障壁層の膜厚の合
計が0.5μm以上1.2μm以下であり、半導体層の
光出射端面の反射率が10%以上30%以下であり、光
出射端面と反対側の端面の反射率が90%以上である半
導体レーザ素子が、ハンダ付けされてなることを特徴と
するものである。
According to the semiconductor light emitting device of the present invention, a thermoelectric element is soldered in a sealed container having a window for extracting light, and a heat sink having a thermistor on the thermoelectric element is soldered. In order to form a light emitting region on a heat sink, a first conductivity type AlGaAs cladding layer, a first conductivity type light guide layer, a barrier layer, an InGaAsP layer are formed on at least a first conductivity type GaAs substrate.
A quantum well active layer, a barrier layer, a second conductivity type light guide layer, and a second conductivity type AlGaAs cladding layer are formed of a semiconductor layer laminated in this order, and the width of the light emitting region is 100 μm or more and 300 μm or less. Equipped,
A refractive index waveguide having a refractive index difference in the width direction of the active layer; a total thickness of the two light guide layers and the two barrier layers being 0.5 μm or more and 1.2 μm or less; A semiconductor laser device in which the reflectivity of the light emitting end face of the layer is 10% or more and 30% or less and the reflectivity of the end face opposite to the light emitting end face is 90% or more is soldered. Things.

【0009】また、前記量子井戸活性層は内部に圧縮応
力を有するものであってもよい。
The quantum well active layer may have a compressive stress therein.

【0010】また、前記量子井戸活性層とGaAs基板
の格子不整合度△aは、0.5%<△a≦1.5%である
ことが望ましい。
It is preferable that the lattice mismatch Δa between the quantum well active layer and the GaAs substrate is 0.5% <Δa ≦ 1.5%.

【0011】ここで、量子井戸活性層とGaAs基板の
格子不整合度△aは、量子井戸活性層の格子定数をaa
し、GaAs基板の格子定数をasとしたとき、(aa
s/as)×100で表される。
[0011] Here, the lattice mismatch of the quantum well active layer and the GaAs substrate △ a is the lattice constant of the quantum well active layer and a a, when the lattice constant of the GaAs substrate was a s, (a a -
a s / a s ) × 100.

【0012】また、前記障壁層は内部に引っ張り応力を
有するものであってもよい。
Further, the barrier layer may have a tensile stress inside.

【0013】また、前記障壁層と前記GaAs基板の格
子不整合度△bは、−1.2%≦△b<−0.2%である
ことが望ましい。
It is preferable that the lattice mismatch Δb between the barrier layer and the GaAs substrate is −1.2% ≦ Δb <−0.2%.

【0014】ここで、障壁層とGaAs基板の格子不整
合度△bは、障壁層の格子定数をabとし、GaAs基板
の格子定数をasとしたとき、(ab−as/as)×10
0で表される。
[0014] Here, the lattice mismatch of the barrier layer and the GaAs substrate △ b is the lattice constant of the barrier layer and a b, when the lattice constant of the GaAs substrate was a s, (a b -a s / a s ) × 10
It is represented by 0.

【0015】また、前記半導体レーザ素子はIn、Sn
またはInSnのいずれかによってヒートシンクにハン
ダ付けされていることが望ましい。
Further, the semiconductor laser element is In, Sn
Alternatively, it is desirable to be soldered to the heat sink by either InSn.

【0016】また、第1導電型GaAs基板と第1導電
型AlGaAsクラッド層との間に、AlGaAsから
なる中間層が形成されていてもよく、その場合、その中
間層のAlの組成比は第1導電型AlGaAsクラッド
層のAlの組成比より小さいことが望ましい。
Further, an intermediate layer made of AlGaAs may be formed between the first conductivity type GaAs substrate and the first conductivity type AlGaAs cladding layer. In this case, the composition ratio of Al in the intermediate layer is the same as that of the first conductivity type AlGaAs cladding layer. It is desirable that the composition ratio of Al in the one-conductivity-type AlGaAs cladding layer is smaller than that of Al.

【0017】[0017]

【発明の効果】本発明の半導体発光装置によると、光を
取り出すための窓を備えた密閉容器内に熱電素子がハン
ダ付けされており、熱電素子上にサーミスタを備えたヒ
ートシンクがハンダ付けされており、ヒートシンクに、
発光領域を構成するために、少なくとも第1導電型Ga
As基板上に、第1導電型AlGaAsクラッド層、第
1導電型光ガイド層、障壁層、InGaAsPからなる
量子井戸活性層、障壁層、第2導電型光ガイド層、第2
導電型AlGaAsクラッド層がこの順に積層された半
導体層からなり、発光領域の幅が100μm以上300
μm以下であるストライプ構造を備えており、活性層の
幅方向に屈折率差を設けた屈折率導波機構を備えてお
り、2つの光ガイド層と2つの障壁層の膜厚の合計が
0.5μm以上1.2μm以下であり、半導体層の光出
射端面の反射率が10%以上30%以下であり、光出射
端面と反対側の端面の反射率が90%以上である半導体
レーザ素子が、ハンダ付けされてなるものであるので、
半導体レーザ装置の素子特性を改善でき、信頼性の高い
高出力の半導体発光装置を得ることができる。
According to the semiconductor light emitting device of the present invention, a thermoelectric element is soldered in a sealed container having a window for extracting light, and a heat sink having a thermistor is soldered on the thermoelectric element. And heat sink,
In order to form the light emitting region, at least the first conductivity type Ga
A first conductivity type AlGaAs cladding layer, a first conductivity type light guide layer, a barrier layer, a quantum well active layer made of InGaAsP, a barrier layer, a second conductivity type light guide layer, a second conductivity type light guide layer,
A conductive type AlGaAs cladding layer is formed of a semiconductor layer laminated in this order, and the width of the light emitting region is 100 μm or more and 300 μm or more.
μm or less, a refractive index guiding mechanism having a refractive index difference in the width direction of the active layer, and the total thickness of the two light guide layers and the two barrier layers is zero. A semiconductor laser device having a reflectance of not less than 0.5 μm and not more than 1.2 μm, a reflectance of the light emitting end face of the semiconductor layer of not less than 10% and not more than 30%, and a reflectance of an end face opposite to the light emitting end face of not less than 90%. , Because it is soldered,
The element characteristics of the semiconductor laser device can be improved, and a highly reliable high-output semiconductor light emitting device can be obtained.

【0018】具体的には、上記光ガイド層厚を0.5μ
m以上1.2μm以下とすることにより、発光領域の光
密度を低減でき、端面破壊時の光出力を向上させること
ができる。
Specifically, the light guide layer thickness is set to 0.5 μm.
By setting the length to m or more and 1.2 μm or less, the light density in the light emitting region can be reduced, and the light output when the end face is broken can be improved.

【0019】また、活性層にアルミニウムを含まないI
nGaAsPの材料を用いているので、光出射面の発光
領域の酸化による欠陥等による端面破壊を防止すること
ができ、信頼性を向上させることができる。
The active layer contains no aluminum.
Since the nGaAsP material is used, end face destruction due to a defect or the like due to oxidation of the light emitting area on the light emitting surface can be prevented, and reliability can be improved.

【0020】また、ストライプ幅を100μm以上30
0μm以下とし、屈折率導波機構を導入することによ
り、光を活性層に効率良く閉じ込めることができ、横モ
ードの制御された高出力を得ることができる。
Further, the stripe width should be 100 μm or more and 30 μm or more.
By setting the refractive index to 0 μm or less and introducing a refractive index waveguide mechanism, light can be efficiently confined in the active layer, and a high output with controlled transverse mode can be obtained.

【0021】また、冷却機能を備えたヒートシンクを密
封パッケージ内にハンダ付けしているので、半導体レー
ザ素子の高電流注入時の発熱を効率良く逃がすことがで
き、放熱不良による素子特性劣化を抑制することができ
る。
Further, since a heat sink having a cooling function is soldered in the hermetically sealed package, heat generated when a high current is injected into the semiconductor laser device can be efficiently released, and deterioration of device characteristics due to poor heat radiation can be suppressed. be able to.

【0022】また、光出射端面の反射率を10%以上3
0%以下にすることにより、光を効率良く出射すること
ができ、かつ戻り光を効率良く反射させることができる
ので、安定した出力を得ることができる。
Further, the reflectivity of the light emitting end face is not less than 10% and not more than 3%.
By setting it to 0% or less, light can be emitted efficiently and return light can be efficiently reflected, so that a stable output can be obtained.

【0023】また、量子井戸活性層に圧縮歪みを持たせ
た場合には、キャリアの注入効率を向上させることがで
き、駆動電流を低減することができるので、出力を向上
させることができる。
When the quantum well active layer has a compressive strain, the carrier injection efficiency can be improved and the driving current can be reduced, so that the output can be improved.

【0024】さらに、量子井戸活性層とGaAs基板の
格子不整合度を0.5%以上1.5%以下とすることに
より、歪みによる転位を発生させることがなく、キャリ
アの注入効率を向上させることができ、駆動電流を低減
することができる。
Further, by setting the degree of lattice mismatch between the quantum well active layer and the GaAs substrate to be 0.5% or more and 1.5% or less, dislocations due to strain do not occur and carrier injection efficiency is improved. And the driving current can be reduced.

【0025】さらに、また、障壁層に引っ張り歪みを持
たせることにより、キャリアの注入効率を向上させるこ
とができ、駆動電流を低減することができるので、出力
を向上させることができる。
Further, by imparting tensile strain to the barrier layer, the carrier injection efficiency can be improved and the drive current can be reduced, so that the output can be improved.

【0026】また、障壁層とGaAs基板の格子不整合
度を−1.2%以上−0.2%以下とすることによって
も、上記同様歪みによる転位を発生させることがなく、
キャリアの注入効率を向上させることができ、駆動電流
を低減することができる。
Also, by setting the degree of lattice mismatch between the barrier layer and the GaAs substrate to be not less than -1.2% and not more than -0.2%, dislocations due to strain are not generated as in the above case.
Carrier injection efficiency can be improved, and drive current can be reduced.

【0027】また、量子井戸活性層に圧縮応力を加え、
障壁層に引っ張り歪みを加えることにより、量子井戸活
性層近傍の歪み応力を低減することができ、活性層に適
当な組成であって臨界膜厚が存在する場合でも、実効的
に臨界膜厚を増大することができ、しきい値電流等を低
減することができる。
Further, compressive stress is applied to the quantum well active layer,
By applying tensile strain to the barrier layer, the strain stress near the quantum well active layer can be reduced, and even if the active layer has an appropriate composition and a critical thickness exists, the critical thickness is effectively reduced. And the threshold current and the like can be reduced.

【0028】また、GaAs基板と、第1導電型AlG
aAsクラッド層との間にAlの組成が該第1導電型A
lGaAsクラッド層のAl組成より小さい中間層を形
成することにより、クラッド層とGaAs基板の歪み応
力を低減することができ、格子欠陥が発生することを防
止することができるので、安定な出力を得ることがで
き、信頼性を向上させることができる。
A GaAs substrate and a first conductivity type AlG
a composition of Al between the first conductivity type A
By forming an intermediate layer smaller than the Al composition of the lGaAs cladding layer, strain stress between the cladding layer and the GaAs substrate can be reduced, and generation of lattice defects can be prevented, so that a stable output can be obtained. And reliability can be improved.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
を用いて詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0030】図1は本発明の第1の実施の形態による半
導体発光装置を示す。
FIG. 1 shows a semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the present invention.

【0031】図1に示すように、本実施の形態の半導体
発光装置は、光取り出し用の窓7を備えたパッケージ8
に、半導体レーザ素子1がヒートシンク2にハンダ付け
されており、更にそのヒートシンク2が熱電素子3にハ
ンダ6によりハンダ付けされており、またヒートシンク
2内には、温度制御を行うためのサーミスタ4が埋め込
まれている。熱電素子3上には、光出力のモニタ用とし
てフォトディテクタ5が固定されている。パッケージ8
の内部は温度変化によって結露しないように乾燥空気が
封入されている。半導体レーザ素子1から発せられる光
は窓7から外部に取り出される。このように構成された
半導体発光装置は、サーミスタ4を備えたヒートシンク
に半導体レーザ素子1がハンダ付けされているため、所
望の温度に制御が可能である。
As shown in FIG. 1, the semiconductor light emitting device of the present embodiment has a package 8 having a window 7 for extracting light.
The semiconductor laser element 1 is soldered to a heat sink 2, and the heat sink 2 is soldered to a thermoelectric element 3 by solder 6, and a thermistor 4 for controlling temperature is provided in the heat sink 2. Embedded. A photodetector 5 is fixed on the thermoelectric element 3 for monitoring an optical output. Package 8
The inside of is enclosed with dry air to prevent dew condensation due to temperature change. Light emitted from the semiconductor laser device 1 is extracted to the outside through the window 7. In the semiconductor light emitting device thus configured, since the semiconductor laser element 1 is soldered to a heat sink having the thermistor 4, the temperature can be controlled to a desired temperature.

【0032】次にパッケージ8内にハンダ付けされた半
導体レーザ素子1について説明し、図2にその光出射方
向に垂直な断面構造を示す。
Next, the semiconductor laser device 1 soldered in the package 8 will be described, and FIG. 2 shows a sectional structure perpendicular to the light emitting direction.

【0033】図2に示すように、本実施の形態による半
導体発光装置は、n−GaAs基板21上に、n−AlG
aAsクラッド層22、n−InGaP光ガイド層23、I
nGaAsP引っ張り歪み障壁層24、InGaAsP量
子井戸活性層25、InGaAsP引っ張り歪み障壁層2
6、p−InGaP光ガイド層27、p−AlGaAsク
ラッド層28、p−GaAsキャップ層29が順次積層され
ている。障壁層の格子定数をabとし、GaAs基板の
格子定数をasとしたとき、障壁層とGaAs基板の格
子不整合度△bは△b=(ab−as/as)×100で
表されるが、本半導体レーザ素子では、この△bは−
0.7%である。また活性層を挟んでいる2つの引っ張
り歪み障壁層24、26と2つの光ガイド層23、27の合計の
膜厚は0.7μmである。
As shown in FIG. 2, the semiconductor light emitting device according to the present embodiment has an n-AlG substrate on an n-GaAs substrate 21.
aAs cladding layer 22, n-InGaP light guiding layer 23, I
nGaAsP tensile strain barrier layer 24, InGaAsP quantum well active layer 25, InGaAsP tensile strain barrier layer 2
6, a p-InGaP light guide layer 27, a p-AlGaAs cladding layer 28, and a p-GaAs cap layer 29 are sequentially laminated. The lattice constant of the barrier layer and a b, when the lattice constant of the GaAs substrate was a s, lattice mismatch of the barrier layer and the GaAs substrate △ b is △ b = (a b -a s / a s) × 100 In this semiconductor laser device, this Δb is −
0.7%. The total thickness of the two tensile strain barrier layers 24 and 26 and the two light guide layers 23 and 27 sandwiching the active layer is 0.7 μm.

【0034】また、半導体レーザ素子1はリッジ構造を
有しており、そのリッジ構造は幅約200μmのメサ形
状である。リッジの両脇ではp−AlGaAsクラッド
層28の残し厚みが0μmとなるように光ガイド層27まで
エッチングを行い、リッジ部で等価的に屈折率が高くな
るようにして屈折率導波路が形成されている。
The semiconductor laser device 1 has a ridge structure, and the ridge structure has a mesa shape with a width of about 200 μm. On both sides of the ridge, etching is performed up to the light guide layer 27 so that the remaining thickness of the p-AlGaAs cladding layer 28 becomes 0 μm, and a refractive index waveguide is formed at the ridge portion so that the refractive index becomes equivalently higher. ing.

【0035】p−GaAsキャップ層29上に絶縁膜30が
形成され、フォトリソグラフィにより、リッジ部上に電
極窓が形成される。その後、絶縁膜30上にp側電極31が
形成され、GaAs基板21の裏面にn側電極32が形成さ
れる。
An insulating film 30 is formed on the p-GaAs cap layer 29, and an electrode window is formed on the ridge by photolithography. Thereafter, a p-side electrode 31 is formed on the insulating film 30, and an n-side electrode 32 is formed on the back surface of the GaAs substrate 21.

【0036】上記のように作成された半導体レーザ素子
は所定の共振器長に劈開された後、光出射端面に20%
の反射膜が形成され、光出射面とは反対側端面に90%
の反射膜が形成される。光出射面の反射率はこの種の半
導体レーザ素子にしては高い値であるが、これは戻り光
による影響を考慮したためである。本出願人のこれまで
の研究において、前面反射率を10%以上とすることに
より戻り光の影響を無くすことができることが判ってい
る。
After the semiconductor laser device fabricated as described above is cleaved to a predetermined cavity length, 20%
Reflection film is formed, and 90% is formed on the end face opposite to the light emission face.
Is formed. The reflectivity of the light emitting surface is a high value for this type of semiconductor laser device, because the influence of the return light is taken into consideration. The applicant's research so far has shown that the influence of the returning light can be eliminated by setting the front surface reflectance to 10% or more.

【0037】劈開後、半導体レーザ素子1はヒートシン
ク2上にGaAs基板と反射側の面をInを用いてハン
ダ付けされる。ヒートシンク材には熱伝導率の高い銅を
用いている。ヒートシンク2は熱電素子3にハンダ付け
され、ヒートシンク2内にはサーミスタ4を埋め込ん
で、温度制御可能な構成としている。
After the cleavage, the semiconductor laser device 1 is soldered on the heat sink 2 using a GaAs substrate and a reflection-side surface using In. Copper having high thermal conductivity is used as the heat sink material. The heat sink 2 is soldered to the thermoelectric element 3 and a thermistor 4 is embedded in the heat sink 2 so that the temperature can be controlled.

【0038】図3は本発明および従来の半導体発光装置
の電流−光出力特性を示したものである。図中、線aは
本発明の半導体発光装置の特性を示し、線bは従来の半
導体発光装置の特性を示している。従来の半導体発光装
置は、障壁層が引っ張り歪みを有しておらず、GaAs
基板に格子整合している構造のものである。線bに示さ
れるように、従来の半導体発光装置は、駆動電流が20
00mAを越えると光出力が飽和する傾向にある。しか
し、線aに示されるように、本発明の半導体発光装置に
おいては、駆動電流が増加するに従いほぼ単調に光出力
が増加している。よって、本発明の半導体発光装置のよ
うに、障壁層に引っ張り歪みを有していることにより、
従来のものよりもはるかに高い出力を得ることができ
る。
FIG. 3 shows current-light output characteristics of the present invention and a conventional semiconductor light emitting device. In the figure, line a shows the characteristics of the semiconductor light emitting device of the present invention, and line b shows the characteristics of the conventional semiconductor light emitting device. In the conventional semiconductor light emitting device, the barrier layer has no tensile strain, and GaAs
It has a structure lattice-matched to the substrate. As shown by the line b, the conventional semiconductor light emitting device has a drive current of 20
If it exceeds 00 mA, the light output tends to be saturated. However, as shown by the line a, in the semiconductor light emitting device of the present invention, the light output increases almost monotonously as the drive current increases. Therefore, by having a tensile strain in the barrier layer as in the semiconductor light emitting device of the present invention,
A much higher output can be obtained than the conventional one.

【0039】図4は半導体発光装置の障壁層と光ガイド
層の合計膜厚に対する端面破壊が起きる時の光出力の特
性を示す。従来の半導体発光装置では障壁層と光ガイド
層の合計膜厚は約0.5μmであり、出力も5W程度で
あったが、本発明の半導体発光装置は合計膜厚を0.5
μm以上とすることにより最大7Wの出力を得ている。
しかし、1.2μmより大きいところでは光出力が減少
する傾向にある。これは、合計膜厚が1.2μmより大
きいと内部損失が増大して動作電流が増加するためであ
る。よって、図4に示されるように、障壁層と光ガイド
層の合計膜厚を0.5μm以上1.2μmとすることに
より、活性層における光密度を低減したことが高出力化
に有効であることが判る。
FIG. 4 shows the characteristics of the light output when the end face is broken with respect to the total thickness of the barrier layer and the light guide layer of the semiconductor light emitting device. In the conventional semiconductor light emitting device, the total thickness of the barrier layer and the light guide layer was about 0.5 μm and the output was about 5 W. However, in the semiconductor light emitting device of the present invention, the total thickness was 0.5 μm.
By setting it to μm or more, a maximum output of 7 W is obtained.
However, where the diameter is larger than 1.2 μm, the light output tends to decrease. This is because when the total film thickness is larger than 1.2 μm, the internal loss increases and the operating current increases. Therefore, as shown in FIG. 4, reducing the light density in the active layer by setting the total thickness of the barrier layer and the light guide layer to 0.5 μm or more and 1.2 μm is effective for increasing the output. You can see that.

【0040】次に、図5に本発明と従来の半導体発光装
置の信頼性特性を示す。図中、実線aに本発明による半
導体発光装置の特性を示し、破線bに従来の半導体発光
装置の特性を示す。従来の半導体発光装置は、量子井戸
活性層がAlを含むAlGaAsからなるものである。
図5bに示されるように、従来の半導体発光装置は通電
中に突発的に劣化する素子が見受けられたが、図5aに
示されるように、本発明による半導体発光装置では駆動
時間1000時間を経過した時点でも、ほとんど駆動電
流は増加しておらず安定に駆動していることが判る。本
発明の半導体発光装置は、活性層がAlを含まない材料
からなるため、Al元素の酸化による発光領域端面の劣
化が生じないためと考えられる。
Next, FIG. 5 shows the reliability characteristics of the present invention and the conventional semiconductor light emitting device. In the figure, the solid line a shows the characteristics of the semiconductor light emitting device according to the present invention, and the broken line b shows the characteristics of the conventional semiconductor light emitting device. In a conventional semiconductor light emitting device, the quantum well active layer is made of AlGaAs containing Al.
As shown in FIG. 5B, in the conventional semiconductor light emitting device, elements which suddenly deteriorate during energization were observed, but as shown in FIG. 5A, in the semiconductor light emitting device according to the present invention, the driving time exceeded 1000 hours. At this point, it can be seen that the drive current hardly increased and the drive was stable. It is considered that in the semiconductor light emitting device of the present invention, since the active layer is made of a material containing no Al, deterioration of the end face of the light emitting region due to oxidation of the Al element does not occur.

【0041】次に、図6に熱電素子をパッケージ内に備
えた本発明の半導体発光装置と熱電素子をパッケージ内
に備えていない従来の半導体発光装置の電流−光出力特
性を示す。線aに本発明の半導体発光装置の特性を示
し、線bに従来の半導体発光装置の特性を示す。線aに
示される本発明の半導体発光装置は、線bに示される従
来の半導体発光装置に比べ、高電流注入時の光出力が大
きいことが判る。従来の半導体発光装置において高電流
注入時の光出力の飽和傾向が強いのは、従来の半導体発
光装置は、熱電素子がパッケージ内部に備えられていな
いため、ヒートシンクからの放熱能力が小さく、また、
パッケージと熱電素子の接触がそれらを固定する治具等
によって完全なものでないため、ヒートシンクからパッ
ケージ外部の熱電素子への熱伝導性が悪くなる。その結
果として、放熱不良が生じ光出力が低下するのである。
FIG. 6 shows current-light output characteristics of the semiconductor light emitting device of the present invention having a thermoelectric element in a package and a conventional semiconductor light emitting device having no thermoelectric element in a package. Line a shows the characteristics of the semiconductor light emitting device of the present invention, and line b shows the characteristics of the conventional semiconductor light emitting device. It can be seen that the semiconductor light emitting device of the present invention shown by the line a has a higher light output at the time of high current injection than the conventional semiconductor light emitting device shown by the line b. The conventional semiconductor light emitting device has a strong tendency of light output saturation at the time of high current injection because the conventional semiconductor light emitting device does not have a thermoelectric element inside the package, so the heat radiation ability from the heat sink is small, and
Since the contact between the package and the thermoelectric element is not perfect due to the jig or the like for fixing them, the thermal conductivity from the heat sink to the thermoelectric element outside the package deteriorates. As a result, poor heat radiation occurs and the light output decreases.

【0042】ここで、パッケージに密封された、従来の
半導体発光装置について説明し、その図を図7に示す。
図7に示すように、従来の半導体発光装置は、光取り出
し用の窓77を備えたパッケージ78に、半導体レーザ素子
71がヒートシンク72にハンダ付けされており、そのヒー
トシンク72がハンダ76によりパッケージ78のハンダ付け
されているものである。なお、パッケージ78の内部は温
度変化によって結露しないように乾燥空気が封入されて
いる。また、半導体レーザ素子71から発せられる光は、
窓72から外部に取り出される。このように、従来の半導
体発光装置は、パッケージ内に温度制御可能な熱電素子
を備えていないため、放熱不良による素子特性の劣化が
生じていた。
Here, a conventional semiconductor light emitting device hermetically sealed in a package will be described, and the figure is shown in FIG.
As shown in FIG. 7, a conventional semiconductor light emitting device includes a semiconductor laser device in a package 78 having a window 77 for extracting light.
A heat sink 72 is soldered to a heat sink 72, and the heat sink 72 is soldered to a package 78 by a solder. The inside of the package 78 is filled with dry air to prevent dew condensation due to temperature change. The light emitted from the semiconductor laser element 71 is
It is taken out from the window 72. As described above, the conventional semiconductor light-emitting device does not include a thermoelectric element whose temperature can be controlled in the package, and thus the element characteristics are deteriorated due to poor heat radiation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態による半導体発光装
置を示す図
FIG. 1 is a diagram showing a semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the present invention;

【図2】第1の実施の形態による半導体発光装置を構成
する半導体レーザ素子の断面図
FIG. 2 is a sectional view of a semiconductor laser device included in the semiconductor light emitting device according to the first embodiment;

【図3】引っ張り歪み障壁層の有無による半導体発光装
置の駆動電流と光出力の関係を示すグラフ
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a drive current and a light output of a semiconductor light emitting device depending on the presence or absence of a tensile strain barrier layer.

【図4】障壁層と光ガイド層の合計膜厚と端面破壊時の
光出力の関係を示すグラフ
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the total film thickness of the barrier layer and the light guide layer and the light output when the end face is broken.

【図5】量子井戸活性層の組成の違いによる半導体発光
装置の駆動時間と駆動電流の関係を示すグラフ
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a driving time and a driving current of a semiconductor light emitting device depending on a difference in composition of a quantum well active layer.

【図6】熱電素子の有無による半導体発光装置の駆動時
間と光出力の関係を示すグラフ
FIG. 6 is a graph showing a relationship between a driving time of a semiconductor light emitting device and an optical output depending on the presence or absence of a thermoelectric element.

【図7】従来の半導体発光装置を示す図FIG. 7 is a diagram showing a conventional semiconductor light emitting device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,71 半導体レーザ素子 2,72 ヒートシンク 3 熱電素子 4 サーミスタ 5 フォトディテクタ 6,76 ハンダ 7,77 窓 8,78 パッケージ 21 n−GaAs基板 23 n−InGaP光ガイド層 24,26 引っ張り歪み障壁層 25 量子井戸活性層 27 p−InGaP光ガイド層 1,71 Semiconductor laser device 2,72 Heat sink 3 Thermoelectric device 4 Thermistor 5 Photodetector 6,76 Solder 7,77 Window 8,78 Package 21 n-GaAs substrate 23 n-InGaP optical guide layer 24,26 Tensile strain barrier layer 25 Quantum Well active layer 27 p-InGaP optical guide layer

フロントページの続き (72)発明者 秋永 富士夫 神奈川県足柄上郡開成町宮台798番地 富 士写真フイルム株式会社内 (72)発明者 山中 英生 神奈川県足柄上郡開成町宮台798番地 富 士写真フイルム株式会社内 (72)発明者 大郷 毅 神奈川県足柄上郡開成町宮台798番地 富 士写真フイルム株式会社内 (72)発明者 笹尾 正典 神奈川県足柄上郡開成町宮台798番地 富 士写真フイルム株式会社内 Fターム(参考) 5F073 AA45 AA74 AA83 BA07 BA09 CA13 CB23 EA28 FA25 GA14Continued on the front page (72) Inventor Fujio Akinaga Fuji Photo Film Co., Ltd. 798, Kaisei-cho, Ashigarugami-gun, Kanagawa Prefecture (72) Inventor Hideo Yamanaka 798 Miyadai, Kaisei-cho, Ashigaue-gun, Kanagawa Prefecture, Fuji Photo Photo Co., Ltd. (72) Inventor Takeshi Osato 798, Miyadai, Kaisei-cho, Ashigarashimo-gun, Kanagawa Prefecture, Japan (72) Inventor Masanori Sasao 798, Miyaidai, Kaisei-cho, Ashigara-gun, Kanagawa, Japan F-film (reference) ) 5F073 AA45 AA74 AA83 BA07 BA09 CA13 CB23 EA28 FA25 GA14

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光を取り出すための窓を備えた密閉容器
内に熱電素子がハンダ付けされており、該熱電素子上に
サーミスタを備えたヒートシンクがハンダ付けされてお
り、該ヒートシンクに、 発光領域を構成するために、少なくとも第1導電型Ga
As基板上に、第1導電型AlGaAsクラッド層、第
1導電型光ガイド層、障壁層、InGaAsPからなる
量子井戸活性層、障壁層、第2導電型光ガイド層、第2
導電型AlGaAsクラッド層がこの順に積層された半
導体層からなり、前記発光領域の幅が100μm以上3
00μm以下であるストライプ構造を備えており、前記
活性層の幅方向に屈折率差を設けた屈折率導波機構を備
えており、前記2つの光ガイド層と前記2つの障壁層の
膜厚の合計が0.5μm以上1.2μm以下であり、前
記半導体層の光出射端面の反射率が10%以上30%以
下であり、該光出射端面と反対側の端面の反射率が90
%以上である半導体レーザ素子が、 ハンダ付けされてなることを特徴とする半導体発光装
置。
1. A thermoelectric element is soldered in a sealed container provided with a window for extracting light, and a heat sink having a thermistor is soldered on the thermoelectric element. In order to constitute the above, at least the first conductivity type Ga
A first conductivity type AlGaAs cladding layer, a first conductivity type light guide layer, a barrier layer, a quantum well active layer made of InGaAsP, a barrier layer, a second conductivity type light guide layer, a second conductivity type light guide layer,
A conductive type AlGaAs cladding layer is formed of a semiconductor layer laminated in this order, and the width of the light emitting region is 100 μm or more.
It has a stripe structure of not more than 00 μm, has a refractive index guiding mechanism having a refractive index difference in the width direction of the active layer, and has a thickness of the two light guide layers and the two barrier layers. The total is 0.5 μm or more and 1.2 μm or less, the reflectance of the light emitting end face of the semiconductor layer is 10% or more and 30% or less, and the reflectance of the end face opposite to the light emitting end face is 90%.
% Of a semiconductor laser device, which is soldered.
【請求項2】 前記量子井戸活性層が内部に圧縮応力を
有することを特徴とする請求項1記載の半導体発光装
置。
2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said quantum well active layer has a compressive stress therein.
【請求項3】 前記量子井戸活性層と前記GaAs基板
の格子不整合度△aが、 0.5%<△a≦1.5% であることを特徴とする請求項2記載の半導体発光装
置。
3. The semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein the lattice mismatch △ a between the quantum well active layer and the GaAs substrate is 0.5% <△ a ≦ 1.5%. .
【請求項4】 前記障壁層が内部に引っ張り応力を有す
ることを特徴とする請求項1または2記載の半導体発光
装置。
4. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said barrier layer has a tensile stress therein.
【請求項5】 前記障壁層と前記GaAs基板の格子不
整合度△bが、 −1.2%≦△b<−0.2% であることを特徴とする請求項4記載の半導体発光装
置。
5. The semiconductor light emitting device according to claim 4, wherein a degree of lattice mismatch Δb between the barrier layer and the GaAs substrate satisfies −1.2% ≦ Δb <−0.2%. .
【請求項6】 前記半導体レーザ素子がIn、Snまた
はInSnのいずれかによって前記ヒートシンクにハン
ダ付けされていることを特徴とする請求項1から5いず
れか1項記載の半導体発光装置。
6. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said semiconductor laser element is soldered to said heat sink by using any one of In, Sn, and InSn.
【請求項7】 前記第1導電型GaAs基板と第1導電
型AlGaAsクラッド層との間に、AlGaAsから
なる中間層が形成されており、該中間層のAlの組成比
が該第1導電型AlGaAsクラッド層のAlの組成比
より小さいことを特徴とする請求項1から6いずれか1
項記載の半導体発光装置。
7. An AlGaAs intermediate layer is formed between the first conductivity type GaAs substrate and the first conductivity type AlGaAs cladding layer, and the Al composition ratio of the intermediate layer is the first conductivity type. 7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the composition ratio is smaller than the Al composition ratio of the AlGaAs cladding layer.
13. The semiconductor light emitting device according to claim 1.
JP19263999A 1999-07-07 1999-07-07 Semiconductor light emitting device Withdrawn JP2001024271A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19263999A JP2001024271A (en) 1999-07-07 1999-07-07 Semiconductor light emitting device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19263999A JP2001024271A (en) 1999-07-07 1999-07-07 Semiconductor light emitting device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001024271A true JP2001024271A (en) 2001-01-26

Family

ID=16294605

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP19263999A Withdrawn JP2001024271A (en) 1999-07-07 1999-07-07 Semiconductor light emitting device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001024271A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6798804B2 (en) Laser apparatus including surface-emitting semiconductor excited with semiconductor laser element, and directly modulated
US6594297B1 (en) Laser apparatus in which surface-emitting semiconductor is excited with semiconduct laser element and high-order oscillation modes are suppressed
JP3887174B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP3428797B2 (en) Semiconductor laser device
US6693941B1 (en) Semiconductor laser apparatus
US6822988B1 (en) Laser apparatus in which GaN-based compound surface-emitting semiconductor element is excited with GaN-based compound semiconductor laser element
Ishikawa et al. 0.98-1.02 mu m strained InGaAs/AlGaAs double quantum-well high-power lasers with GaInP buried waveguides
JP3468612B2 (en) Semiconductor laser device
JPH09307181A (en) Semiconductor laser device
JP2002141611A (en) Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same
JP2001068789A (en) Semiconductor laser
JP4047358B2 (en) Self-excited semiconductor laser device
JP2001024271A (en) Semiconductor light emitting device
JP2001148536A (en) Semiconductor laser device
JP2967757B2 (en) Semiconductor laser device and method of manufacturing the same
US20050047464A1 (en) Semiconductor laser device
JP2000312049A (en) Semiconductor optical function device
US6738405B1 (en) Semiconductor laser
JP4274393B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP2001230492A (en) Semiconductor light emitting device
JP2001148541A (en) Semiconductor light-emitting device and solid-state laser using the same as exciting light source
JP2000307197A (en) Semiconductor laser device
JP2863340B2 (en) Semiconductor laser device
JP3115490B2 (en) Semiconductor laser device
JP2001257423A (en) Semiconductor laser

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20061003