JP2011114167A - Semiconductor laser device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体レーザ装置に関し、特に、複数のレーザ素子部を有する半導体レーザ装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser device, and more particularly to a semiconductor laser device having a plurality of laser element portions.
近年、半導体レーザ装置は種々の機器に搭載されるようになっているが、それら種々の機器の高性能化が益々進んでいるため、半導体レーザ装置の特性向上が要望されている。たとえば、車載用のレーダシステムなどにおいては、高出力の半導体レーザ装置が必要である。 2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor laser devices have been mounted on various devices. However, since the performance of these various devices has been increasingly increased, there is a demand for improving the characteristics of semiconductor laser devices. For example, in a vehicle-mounted radar system, a high-power semiconductor laser device is necessary.
そこで、半導体レーザ装置の高出力化を実現するために、複数のレーザ素子部(発光部)を1つの基板上に形成し、それによって高出力が得られるようにしたものが従来提案されている(たとえば、特許文献1参照)。以下に、レーザ素子部を複数持つ従来の半導体レーザ装置の構造の一例を簡単に説明する。 Therefore, in order to realize a high output of the semiconductor laser device, there has been conventionally proposed a structure in which a plurality of laser element portions (light emitting portions) are formed on a single substrate so that a high output can be obtained. (For example, refer to Patent Document 1). An example of the structure of a conventional semiconductor laser device having a plurality of laser element portions will be briefly described below.
従来の半導体レーザ装置の構造としては、n型半導体基板上に、n型半導体層、活性層およびp型半導体層がこの順番で形成されている。n型半導体層は、n型クラッド層およびn型光ガイド層などを含む層である。その一方、p型半導体層は、p型クラッド層およびp型光ガイド層などを含む層である。そして、n型半導体層、活性層およびp型半導体層からなる積層体によって1つのレーザ素子部が構成されており、後述するもう1つのレーザ素子部と共に発光する。 As a structure of a conventional semiconductor laser device, an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer are formed in this order on an n-type semiconductor substrate. The n-type semiconductor layer is a layer including an n-type cladding layer and an n-type light guide layer. On the other hand, the p-type semiconductor layer is a layer including a p-type cladding layer and a p-type light guide layer. Then, one laser element part is constituted by a laminate composed of an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer, and emits light together with another laser element part described later.
このレーザ素子部上には、トンネル層を介して、さらにもう1つのレーザ素子部が形成されている。そして、それによって、n型半導体基板上に複数のレーザ素子部が垂直に積層された構造となっている。 On the laser element portion, another laser element portion is formed via a tunnel layer. As a result, a plurality of laser element portions are vertically stacked on the n-type semiconductor substrate.
なお、上側のレーザ素子部は、下側のレーザ素子部と略同じ構造となっている。すなわち、上側のレーザ素子部は、下側のレーザ素子部上に形成されたn型半導体層と、そのn型半導体層上に形成された活性層と、n型半導体層と共に活性層を挟み込むように形成されたp型半導体層とからなる積層体によって構成されている。そして、上側のレーザ素子部を構成する各層の厚みおよび組成は、下側のレーザ素子部を構成する各層の厚みおよび組成と同じになっている。ただし、上側のレーザ素子部のp型半導体層は、下側のレーザ素子部のp型半導体層とは異なり、p型コンタクト層をさらに含んでいる。 The upper laser element portion has substantially the same structure as the lower laser element portion. That is, the upper laser element portion sandwiches the active layer together with the n-type semiconductor layer formed on the lower laser element portion, the active layer formed on the n-type semiconductor layer, and the n-type semiconductor layer. It is comprised by the laminated body which consists of the p-type semiconductor layer formed in this. The thickness and composition of each layer constituting the upper laser element portion are the same as the thickness and composition of each layer constituting the lower laser element portion. However, unlike the p-type semiconductor layer of the lower laser element portion, the p-type semiconductor layer of the upper laser element portion further includes a p-type contact layer.
また、レーザ素子部に電流を供給するため、上側のレーザ素子部上にはp側電極を形成し、n型半導体基板の裏面(レーザ素子部が積層されている側とは反対側の面)上にはn側電極を形成している。 Further, in order to supply current to the laser element portion, a p-side electrode is formed on the upper laser element portion, and the back surface of the n-type semiconductor substrate (the surface opposite to the side where the laser element portion is stacked) An n-side electrode is formed on the top.
ところで、従来では、レーザ素子部に供給される電流の密度を高めるために、上側のレーザ素子部のp型半導体層に電流狭窄構造を設け、それによって、レーザ素子部に供給される電流を狭窄するようにしている。なお、このような電流狭窄構造を得るには、たとえば、上側のレーザ素子部のp型半導体層に、他の部分よりも突出したリッジ部(凸部)を形成すればよい。 Conventionally, in order to increase the density of current supplied to the laser element portion, a current confinement structure is provided in the p-type semiconductor layer of the upper laser element portion, thereby narrowing the current supplied to the laser element portion. Like to do. In order to obtain such a current confinement structure, for example, a ridge portion (convex portion) protruding from other portions may be formed in the p-type semiconductor layer of the upper laser element portion.
しかしながら、上記した従来の半導体レーザ装置では、電流狭窄構造を設けることによって電流密度を高めるようにしているが、電流狭窄構造に対する離間距離が増大するにつれて供給電流が広がってしまう。すなわち、下側のレーザ素子部については、上側のレーザ素子部に比べて、電流狭窄構造を設けることによる効果が得られ難いという不都合がある。言い換えると、下側のレーザ素子部については、電流密度がそれほど高くならず、閾値電流が上昇してしまう。 However, in the conventional semiconductor laser device described above, the current density is increased by providing the current confinement structure, but the supply current spreads as the separation distance from the current confinement structure increases. That is, the lower laser element part has a disadvantage that it is difficult to obtain the effect of providing the current confinement structure as compared with the upper laser element part. In other words, the current density is not so high in the lower laser element portion, and the threshold current increases.
したがって、従来の半導体レーザ装置では、動作電流の上昇を招いてしまうという問題が発生する。 Therefore, the conventional semiconductor laser device has a problem that the operating current increases.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、動作電流の上昇を招くことなく、高出力を得ることが可能な半導体レーザ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor laser device capable of obtaining a high output without causing an increase in operating current.
上記目的を達成するために、本発明の一の局面による半導体レーザ装置は、第1活性層と、その第1活性層を挟み込む一対の第1光ガイド層とを含み、所定の波長帯域の光を発光する第1レーザ素子部と、第2活性層と、その第2活性層を挟み込む一対の第2光ガイド層とを含んでいるとともに、第1レーザ素子部上に積層され、第1レーザ素子部から発せられる光と同じ波長帯域の光を発光する第2レーザ素子部とを備えている。そして、第2レーザ素子部の第1レーザ素子部側とは反対側には電流狭窄構造が設けられているとともに、電流狭窄構造を通じて第2活性層および第1活性層に電流が供給されるようになっており、一対の第1光ガイド層のうちの少なくとも一方の厚みが一対の第2光ガイド層の厚みよりも大きくなっている。 In order to achieve the above object, a semiconductor laser device according to an aspect of the present invention includes a first active layer and a pair of first light guide layers sandwiching the first active layer, and light in a predetermined wavelength band. A first laser element unit that emits light, a second active layer, and a pair of second light guide layers that sandwich the second active layer. The first laser element unit is stacked on the first laser element unit. And a second laser element unit that emits light in the same wavelength band as the light emitted from the element unit. A current confinement structure is provided on the opposite side of the second laser element portion from the first laser element portion side, and current is supplied to the second active layer and the first active layer through the current confinement structure. The thickness of at least one of the pair of first light guide layers is larger than the thickness of the pair of second light guide layers.
この一の局面による半導体レーザ装置では、上記のように、一対の第1光ガイド層(第1活性層を挟み込んでいる光ガイド層)のうちの少なくとも一方の厚みを、一対の第2光ガイド層(第2活性層を挟み込んでいる光ガイド層)の厚みよりも大きくすることによって、以下のような効果を奏する。 In the semiconductor laser device according to this aspect, as described above, the thickness of at least one of the pair of first light guide layers (light guide layers sandwiching the first active layer) is set to the pair of second light guides. By making it larger than the thickness of the layer (the light guide layer sandwiching the second active layer), the following effects can be obtained.
すなわち、一の局面による半導体レーザ装置では、第1活性層内における光密度が高められるので、第1レーザ素子部(一対の第1光ガイド層に挟み込まれた第1活性層を含むレーザ素子部)の閾値電流が下がる。このため、電流狭窄構造に対する離間距離が大きい方のレーザ素子部である第1レーザ素子部の電流密度が低くなったとしても、第1レーザ素子部の閾値電流は下げられているため、第1レーザ素子部の電流−出力特性が悪化するのを抑制することができる。その結果、動作電流の上昇を招くことなく、高出力を得ることが可能となる。 That is, in the semiconductor laser device according to one aspect, since the light density in the first active layer is increased, the first laser element portion (the laser element portion including the first active layer sandwiched between the pair of first light guide layers). ) Threshold current decreases. For this reason, even if the current density of the first laser element portion, which is the laser element portion having the larger separation distance from the current confinement structure, is lowered, the threshold current of the first laser element portion is lowered, so that the first It can suppress that the current-output characteristic of a laser element part deteriorates. As a result, high output can be obtained without causing an increase in operating current.
なお、第1レーザ素子部の電流密度が低くなる理由としては、電流狭窄構造を通じて電流が供給されると、電流狭窄構造に対する離間距離が増大するにつれて供給電流の広がりが大きくなっていくためである。 The reason why the current density of the first laser element portion is low is that when current is supplied through the current confinement structure, the spread of the supply current increases as the distance from the current confinement structure increases. .
上記一の局面による半導体レーザ装置において、一対の第1光ガイド層の両方の厚みが一対の第2光ガイド層の厚みよりも大きくなっていることがより好ましい。このように構成すれば、容易に、第1活性層内における光密度をより高めることができる。この場合、一対の第1光ガイド層のそれぞれの厚みについては、一対の第2光ガイド層の厚みよりも大きくなっていれば、互いに同じになるようにしてもよいし、互いに異ならせるようにしてもよい。 In the semiconductor laser device according to the aforementioned aspect, it is more preferable that the thickness of both the pair of first light guide layers is larger than the thickness of the pair of second light guide layers. If comprised in this way, the light density in a 1st active layer can be raised more easily. In this case, the thicknesses of the pair of first light guide layers may be the same or different from each other as long as they are larger than the thickness of the pair of second light guide layers. May be.
上記一の局面による半導体レーザ装置において、複数の第1レーザ素子部が順次積層され、かつ、複数の第1レーザ素子部のうちの最も上に位置する第1レーザ素子部上に第2レーザ素子部が積層されていてもよい。このように構成すれば、第1レーザ素子部が複数設けられていることで、より高出力な半導体レーザ装置を得ることができる。 In the semiconductor laser device according to the aforementioned aspect, the plurality of first laser element units are sequentially stacked, and the second laser element is disposed on the first laser element unit positioned at the top of the plurality of first laser element units. The parts may be stacked. If comprised in this way, a 1st laser element part is provided with two or more, and a higher output semiconductor laser apparatus can be obtained.
この場合、電流狭窄構造に対する離間距離が大きい方の第1レーザ素子部に含まれる一対の第1光ガイド層のうちの少なくとも一方の厚みが、電流狭窄構造に対する離間距離が小さい方の第1レーザ素子部に含まれる一対の第1光ガイド層の厚みよりも大きくなっていることが好ましい。このように構成すれば、複数の第1レーザ素子部を順次積層し、かつ、その複数の第1レーザ素子部のうちの最も上に位置する第1レーザ素子部上に第2素子部を積層することで高出力化を図るようにした半導体レーザ装置において、容易に、動作電流の上昇を招くことなく、高出力を得ることができる。なお、第1レーザ素子部の積層数については、用途などに応じて変更可能である。 In this case, the thickness of at least one of the pair of first light guide layers included in the first laser element portion having the larger separation distance from the current confinement structure is the first laser having the smaller separation distance from the current confinement structure. The thickness is preferably larger than the thickness of the pair of first light guide layers included in the element portion. If comprised in this way, a several 1st laser element part is laminated | stacked one by one, and a 2nd element part is laminated | stacked on the 1st laser element part located in the top among the several 1st laser element parts Thus, in the semiconductor laser device designed to increase the output, a high output can be easily obtained without causing an increase in operating current. The number of stacked first laser element portions can be changed according to the application.
上記一の局面による半導体レーザ装置において、第1活性層および第2活性層のそれぞれの構造が互いに同じであることが好ましい。このように構成すれば、容易に、第1レーザ素子部および第2レーザ素子部のそれぞれから、互いに同じ波長帯域の光を発光させることができる。なお、構造が同じというのは、厚みおよび組成などが同じということである。 In the semiconductor laser device according to the aforementioned aspect, the first active layer and the second active layer preferably have the same structure. If comprised in this way, the light of the mutually same wavelength band can be easily light-emitted from each of a 1st laser element part and a 2nd laser element part. Note that the same structure means that the thickness and composition are the same.
上記一の局面による半導体レーザ装置において、第1レーザ素子部および第2レーザ素子部のそれぞれから発せられる光が共に赤外光であることが好ましい。このように構成すれば、赤外光を高出力で発光させることができるので、高出力の赤外光を必要とする機器に搭載する場合に有効である。 In the semiconductor laser device according to the aforementioned aspect, it is preferable that both light emitted from each of the first laser element unit and the second laser element unit is infrared light. With this configuration, infrared light can be emitted with high output, which is effective when mounted on equipment that requires high output infrared light.
以上のように、本発明によれば、動作電流の上昇を招くことなく、高出力を得ることが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a high output without causing an increase in operating current.
以下に、図1および図2を参照して、本実施形態による半導体レーザ装置について説明する。 The semiconductor laser device according to the present embodiment will be explained below with reference to FIGS.
本実施形態による半導体レーザ装置は赤外光を発光するものであり、車載用のレーダシステムなどに搭載され、その光源として利用される。 The semiconductor laser device according to the present embodiment emits infrared light, and is mounted on an in-vehicle radar system and used as a light source.
また、本実施形態による半導体レーザ装置は、それぞれが赤外光を生成して発光する複数の端面発光型のレーザ素子部10、20および30を持っており、それによって高出力での発光が可能となっている。そして、複数のレーザ素子部10、20および30は、この順番で垂直に積層されることによってスタック化されているとともに、互いに同じ波長帯域の光(すなわち、赤外光)を発光するようになっている。なお、レーザ素子部10および20は本発明の「第1レーザ素子部」の一例であり、レーザ素子部30は本発明の「第2レーザ素子部」の一例である。
In addition, the semiconductor laser device according to the present embodiment has a plurality of edge-emitting
まず、レーザ素子部10の構造としては、n型GaAsからなるn型基板1上に、n型クラッド層11およびn型光ガイド層12がこの順番で形成されている。n型クラッド層11は、n型AlGaAs(Al組成比:0.40)からなっているとともに、約1.2μmの厚みを有している。また、n型光ガイド層12は、n型AlGaAs(Al組成比:0.30)からなっている。
First, as a structure of the
n型光ガイド層12上には、活性層13が形成されている。この活性層13は、InGaAsからなる井戸層と、AlGaAsからなる障壁層とを含んでいる。なお、活性層13は、本発明の「第1活性層」の一例である。
An
活性層13上には、p型光ガイド層14およびp型クラッド層15がこの順番で形成されている。p型光ガイド層14は、p型AlGaAs(Al組成比:0.30)からなっている。また、p型クラッド層15は、p型AlGaAs(Al組成比:0.40)からなっているとともに、約1.2μmの厚みを有している。
A p-type
レーザ素子部10は、n型基板1上のこれら半導体各層(11〜15)によって構成されており、活性層13に電流が供給されることで赤外光を生成して発光するようになっている。そして、活性層13内における光密度は、活性層13を挟み込んでいるn型光ガイド層12およびp型光ガイド層14によって調整される。なお、活性層13を挟み込んでいる一対のn型光ガイド層12およびp型光ガイド層14は、本発明の「第1光ガイド層」の一例である。
The
また、レーザ素子部10(p型クラッド層15)上には、GaAsからなるトンネル層2が約0.2μmの厚みで形成されている。そして、レーザ素子部20は、トンネル層2を介してレーザ素子部10(p型クラッド層15)上に積層された状態となっている。なお、トンネル層2は、レーザ素子部20とレーザ素子部10との間の電流供給を可能とするものである。
On the laser element portion 10 (p-type cladding layer 15), a
レーザ素子部20の構造としては、トンネル層2上に、n型クラッド層21およびn型光ガイド層22がこの順番で形成されている。n型クラッド層21は、n型AlGaAs(Al組成比:0.40)からなっているとともに、約1.2μmの厚みを有している。また、n型光ガイド層22は、n型AlGaAs(Al組成比:0.30)からなっている。
As a structure of the
n型光ガイド層22上には、レーザ素子部10の活性層13と同じ構造の活性層23が形成されている。すなわち、この活性層23は、InGaAsからなる井戸層と、AlGaAsからなる障壁層とを含んでおり、厚みおよび組成がレーザ素子部10の活性層13の厚みおよび組成と同じになるように形成されている。なお、活性層23は、本発明の「第1活性層」の一例である。
On the n-type
活性層23上には、p型光ガイド層24およびp型クラッド層25がこの順番で形成されている。p型光ガイド層24は、p型AlGaAs(Al組成比:0.30)からなっている。また、p型クラッド層25は、p型AlGaAs(Al組成比:0.40)からなっているとともに、約1.2μmの厚みを有している。
On the
レーザ素子部20は、トンネル層2上のこれら半導体各層(21〜25)によって構成されており、レーザ素子部10の構造とほとんど同じ構造を有している。また、レーザ素子部10と同じように、活性層23に電流が供給されることで赤外光を生成して発光するとともに、活性層23を挟み込んでいるn型光ガイド層22およびp型光ガイド層24によって活性層23内の光密度が調整される。なお、活性層23を挟み込んでいる一対のn型光ガイド層22およびp型光ガイド層24は、本発明の「第1光ガイド層」の一例である。
The
また、GaAsからなるトンネル層3がレーザ素子部20(p型クラッド層25)上に約0.2μmの厚みで形成されており、そのトンネル層3を介して、レーザ素子部30がレーザ素子部20(p型クラッド層25)上に積層された状態となっている。そして、レーザ素子部30とレーザ素子部20との間の電流供給は、それらの間に形成されたトンネル層3によって可能とされている。
A
レーザ素子部30の構造としては、トンネル層3上に、n型クラッド層31およびn型光ガイド層32がこの順番で形成されている。n型クラッド層31は、n型AlGaAs(Al組成比:0.40)からなっているとともに、約1.2μmの厚みを有している。また、n型光ガイド層32は、n型AlGaAs(Al組成比:0.30)からなっているとともに、約1.0μmの厚みを有している。
As a structure of the
n型光ガイド層32上には、レーザ素子部10(20)の活性層13(23)と同じ構造の活性層33が形成されている。すなわち、この活性層33は、InGaAsからなる井戸層と、AlGaAsからなる障壁層とを含んでいるとともに、厚みおよび組成がレーザ素子部10(20)の活性層13(23)の厚みおよび組成と同じになるように形成されている。なお、活性層33は、本発明の「第2活性層」の一例である。
On the n-type
活性層33上には、p型光ガイド層34およびp型クラッド層35がこの順番で形成されている。p型光ガイド層34は、p型AlGaAs(Al組成比:0.30)からなっているとともに、約1.0μmの厚みを有している。また、p型クラッド層35は、p型AlGaAs(Al組成比:0.40)からなっているとともに、約1.2μmの厚みを有している。また、このp型クラッド層35上には、p型GaAsからなるp型コンタクト層36が約0.7μmの厚みで形成されている。
On the
レーザ素子部30は、トンネル層3上のこれら半導体各層(31〜36)によって構成されており、レーザ素子部10(20)の構造とほとんど同じ構造を有している。また、レーザ素子部10(20)と同じように、活性層33に電流が供給されることで赤外光を生成して発光するとともに、活性層33を挟み込んでいるn型光ガイド層32およびp型光ガイド層34によって活性層33内の光密度が調整される。なお、活性層33を挟み込んでいる一対のn型光ガイド層32およびp型光ガイド層34は、本発明の「第2光ガイド層」の一例である。
The
また、レーザ素子部30の上面側(レーザ素子部20側とは反対側)には、電流狭窄構造が設けられている。具体的には、レーザ素子部30(p型コンタクト層36)上に、Si3N4からなる電流狭窄層4が約0.1μmの厚みで形成されている。この電流狭窄層4にはストライプ状(細長状)の開口部4aが形成されており、電流狭窄層4の開口部4aからはレーザ素子部30(p型コンタクト層36)の上面の所定部分がストライプ状に露出されている。
Further, a current confinement structure is provided on the upper surface side of the laser element portion 30 (the side opposite to the
そして、電流狭窄層4上にはp側電極5が形成されており、そのp側電極5の一部が電流狭窄層4の開口部4aの内部に埋め込まれている。これによって、p側電極5の一部がレーザ素子部30(p型コンタクト層36)の上面の所定部分にのみ接触(電気的に接続)した状態となっている。すなわち、p側電極5からの電流は、電流狭窄層4によって狭窄され、その後にレーザ素子部30(p型コンタクト層36)に供給されることになる。また、n型基板1の裏面(レーザ素子部10側とは反対側の面)上には、n型基板1の裏面の全面に接触(電気的に接続)するn側電極6が形成されている。
A p-
ところで、このような電流狭窄構造を設ける理由としては、供給電流の広がりを抑え、それによって電流密度を高めるためである。ただし、電流狭窄構造はレーザ素子部30の上面側(レーザ素子部20側とは反対側)に設けられているため、レーザ素子部30では供給電流の広がりを良好に小さくすることができるが、レーザ素子部30から離れるにしたがって供給電流の広がりが徐々に大きくなってしまう。すなわち、レーザ素子部30の電流密度よりもレーザ素子部20の電流密度の方が低くなり、さらに、レーザ素子部20の電流密度よりもレーザ素子部10の電流密度の方が低くなる。なお、この供給電流の広がりを模式的に表すと、図2中の点線のようになる。
By the way, the reason for providing such a current confinement structure is to suppress the spread of the supply current and thereby increase the current density. However, since the current confinement structure is provided on the upper surface side of the laser element unit 30 (the side opposite to the
ここで、本実施形態では、レーザ素子部20のn型光ガイド層22およびp型光ガイド層24の両方の厚みを、レーザ素子部30のn型光ガイド層32およびp型光ガイド層34の厚み(約1.0μm)よりも大きくしている。
Here, in this embodiment, the thicknesses of both the n-type
さらに、本実施形態では、レーザ素子部10のn型光ガイド層12およびp型光ガイド層14の両方の厚みを、レーザ素子部20のn型光ガイド層22およびp型光ガイド層24の厚みよりも大きくしている。すなわち、レーザ素子部10のn型光ガイド層12およびp型光ガイド層14の両方の厚みが、レーザ素子部30のn型光ガイド層32およびp型光ガイド層34の厚みよりも大きくなっている。
Furthermore, in the present embodiment, the thicknesses of both the n-type
言い換えると、本実施形態では、順次積層されたレーザ素子部10、20および30のうち、最下段に位置するレーザ素子部10のn型光ガイド層12およびp型光ガイド層14の厚みが最も大きくなっているとともに、最上段に位置するレーザ素子部(電流狭窄構造が設けられたレーザ素子部)30のn型光ガイド層32およびp型光ガイド層34の厚みが最も小さくなっている。そして、中段に位置するレーザ素子部20のn型光ガイド層22およびp型光ガイド層24の厚みは、最下段に位置するレーザ素子部10のn型光ガイド層12およびp型光ガイド層14の厚みよりも小さく、かつ、最上段に位置するレーザ素子部30のn型光ガイド層32およびp型光ガイド層34の厚みよりも大きくなっている。
In other words, in the present embodiment, the thicknesses of the n-type
これにより、中段に位置するレーザ素子部20の活性層23内における光密度が高められ、かつ、最下段に位置するレーザ素子部10の活性層13内における光密度がさらに高められることになる。
As a result, the light density in the
本実施形態では、上記のような構造を持つ複数のレーザ素子部10、20および30をこの順番で積層することで、以下のような効果を奏する。
In the present embodiment, by laminating the plurality of
すなわち、中段に位置するレーザ素子部20のn型光ガイド層22およびp型光ガイド層24の両方の厚みを、最上段に位置するレーザ素子部(電流狭窄構造が設けられたレーザ素子部)30のn型光ガイド層32およびp型光ガイド層34の厚みよりも大きくすることによって、レーザ素子部20の活性層23内における光密度が高められるので、レーザ素子部20の閾値電流が下がる。これにより、レーザ素子部20の電流密度が低くなったとしても、レーザ素子部20の閾値電流は下げられているため、レーザ素子部20の電流−出力特性が悪化するのを抑制することができる。
That is, the thickness of both the n-type
さらに、最下段に位置するレーザ素子部10のn型光ガイド層12およびp型光ガイド層14の両方の厚みについては、中段に位置するレーザ素子部20のn型光ガイド層22およびp型光ガイド層24の厚みよりもさらに大きくしているため、レーザ素子部10の電流−出力特性が悪化するのも抑制することができる。
Further, regarding the thicknesses of both the n-type
これらの結果、動作電流の上昇を招くことなく、赤外光を高出力で発光させることが可能となる。 As a result, infrared light can be emitted at a high output without causing an increase in operating current.
また、本実施形態では、動作電流の上昇を抑えつつ高出力の発光が可能な半導体装置が得られるので、その半導体レーザ装置を車載用のレーダシステムに搭載することにより、車載用のレーダシステムの高性能化を図ることができる。 In the present embodiment, a semiconductor device capable of emitting light with high output while suppressing an increase in operating current is obtained. By mounting the semiconductor laser device in an in-vehicle radar system, the in-vehicle radar system High performance can be achieved.
また、本実施形態では、中段のレーザ素子部20のn型光ガイド層22およびp型光ガイド層24(最下段のレーザ素子部10のn型光ガイド層12およびp型光ガイド層14)の厚みを変更するだけでよいので、その製造が容易である。
In the present embodiment, the n-type
なお、本実施形態の半導体レーザ装置の製造方法としては、MOCVD法(有機金属気相成長法)を用いて、レーザ素子部10、20および30をそれぞれ構成する半導体各層をn型基板1上に順次成長させればよい。すなわち、公知の製造方法を用いて製造することができる。
As a method for manufacturing the semiconductor laser device of this embodiment, MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) is used to form each semiconductor layer constituting each of the
今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 It should be thought that embodiment disclosed this time is an illustration and restrictive at no points. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
たとえば、上記実施形態では、車載用のレーダシステムに搭載される半導体レーザ装置に本発明を適用する例について説明したが、本発明はこれに限らず、車載用のレーダシステム以外の機器に搭載される半導体レーザ装置に本発明を適用してもよい。 For example, in the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to a semiconductor laser device mounted on an in-vehicle radar system has been described. However, the present invention is not limited thereto, and is mounted in equipment other than the in-vehicle radar system. The present invention may be applied to a semiconductor laser device.
また、上記実施形態では、3つのレーザ素子部を基板上に積層するようにしたが、本発明はこれに限らず、レーザ素子部の積層数については用途に応じて変更可能である。具体的に言うと、基板上に積層するレーザ素子部の数が2つ(本発明の「第1レーザ素子部」が1つ)であってもよいし、基板上に積層するレーザ素子部の数が4つ以上(本発明の「第1レーザ素子部」が3つ以上)であってもよい。なお、図3には、n型基板1上に2つのレーザ素子部10および30が積層された半導体レーザ装置、すなわち、上記実施形態から中段のレーザ素子部20を省略した半導体レーザ装置が示されている。
In the above embodiment, the three laser element units are stacked on the substrate. However, the present invention is not limited to this, and the number of laser element units can be changed according to the application. Specifically, the number of laser element units stacked on the substrate may be two (one “first laser element unit” of the present invention), or the number of laser element units stacked on the substrate may be The number may be four or more (three or more “first laser element portions” of the present invention). 3 shows a semiconductor laser device in which two
また、上記実施形態では、中段以下のレーザ素子部のn型光ガイド層およびp型光ガイド層の両方の厚みを、最上段のレーザ素子部(電流狭窄構造が設けられたレーザ素子部)のn型光ガイド層およびp型光ガイド層の厚みよりも大きくしたが、本発明はこれに限らず、中段以下のレーザ素子部のn型光ガイド層およびp型光ガイド層のうちの一方の厚みのみを、最上段のレーザ素子部のn型光ガイド層およびp型光ガイド層の厚みよりも大きくしてもよい。 Further, in the above embodiment, the thickness of both the n-type light guide layer and the p-type light guide layer of the laser element part in the middle stage or lower is set to the thickness of the uppermost laser element part (laser element part provided with the current confinement structure). The thickness is larger than the thickness of the n-type light guide layer and the p-type light guide layer. However, the present invention is not limited to this, and one of the n-type light guide layer and the p-type light guide layer of the laser element portion below the middle stage is not limited thereto. Only the thickness may be larger than the thicknesses of the n-type light guide layer and the p-type light guide layer of the uppermost laser element portion.
また、上記実施形態では、3つのレーザ素子部のそれぞれにおいて、n型光ガイド層およびp型光ガイド層の厚みを互いに同じにしたが、本発明はこれに限らず、p型光ガイド層およびn型光ガイド層の厚みが互いに異なっていてもよい。 In the above embodiment, the thicknesses of the n-type light guide layer and the p-type light guide layer are the same in each of the three laser element units. However, the present invention is not limited to this, and the p-type light guide layer and The thicknesses of the n-type light guide layers may be different from each other.
また、上記実施形態では、3つのレーザ素子部のそれぞれのn型光ガイド層(p型光ガイド層)の組成を互いに同じにしたが、本発明はこれに限らず、3つのレーザ素子部のそれぞれのn型光ガイド層(p型光ガイド層)の組成を動作温度に応じて互いに異ならせてもよい。この場合にも、中段以下のレーザ素子部のn型光ガイド層(p型光ガイド層)の厚みを最上段のレーザ素子部(電流狭窄構造が設けられたレーザ素子部)の厚みよりも大きくすることによって、上記実施形態と同様の効果が得られる。さらに、3つのレーザ素子部のそれぞれのn型クラッド層(p型クラッド層)についても、その組成を動作温度に応じて互いに異ならせてもよい。 In the above embodiment, the compositions of the n-type light guide layers (p-type light guide layers) of the three laser element units are the same. However, the present invention is not limited to this, and the three laser element units have the same composition. The composition of each n-type light guide layer (p-type light guide layer) may be different from each other depending on the operating temperature. Also in this case, the thickness of the n-type light guide layer (p-type light guide layer) of the laser element part in the middle stage or less is larger than the thickness of the uppermost laser element part (laser element part provided with the current confinement structure). By doing so, the same effect as the above-described embodiment can be obtained. Furthermore, the compositions of the n-type cladding layers (p-type cladding layers) of the three laser element portions may be different from each other according to the operating temperature.
また、上記実施形態では、最上段のp型半導体層の平坦な上面上に電流狭窄層を形成することによって電流狭窄構造を得るようにしたが、本発明はこれに限らず、最上段のp型半導体層の上面側に凸部(リッジ部)を形成することによって電流狭窄構造を得るようにしてもよい。また、ここで述べた方法以外の方法によって電流狭窄構造を得るようにしてもよい。 In the above embodiment, the current confinement structure is obtained by forming the current confinement layer on the flat upper surface of the uppermost p-type semiconductor layer. However, the present invention is not limited to this, and the uppermost p-type semiconductor layer is not limited thereto. A current confinement structure may be obtained by forming a convex portion (ridge portion) on the upper surface side of the type semiconductor layer. Further, the current confinement structure may be obtained by a method other than the method described here.
10、20 レーザ素子部(第1レーザ素子部)
12、22 n型光ガイド層(第1光ガイド層)
13、23 活性層(第1活性層)
14、24 p型光ガイド層(第1光ガイド層)
30 レーザ素子部(第2レーザ素子部)
32 n型光ガイド層(第2光ガイド層)
33 活性層(第2活性層)
34 p型光ガイド層(第2光ガイド層)
10, 20 Laser element part (first laser element part)
12, 22 n-type light guide layer (first light guide layer)
13, 23 Active layer (first active layer)
14, 24 p-type light guide layer (first light guide layer)
30 Laser element part (second laser element part)
32 n-type light guide layer (second light guide layer)
33 Active layer (second active layer)
34 p-type light guide layer (second light guide layer)
Claims (6)
第2活性層と、前記第2活性層を挟み込む一対の第2光ガイド層とを含んでいるとともに、前記第1レーザ素子部上に積層され、前記第1レーザ素子部から発せられる光と同じ波長帯域の光を発光する第2レーザ素子部とを備え、
前記第2レーザ素子部の前記第1レーザ素子部側とは反対側には電流狭窄構造が設けられているとともに、前記電流狭窄構造を通じて前記第2活性層および前記第1活性層に電流が供給されるようになっており、
前記一対の第1光ガイド層のうちの少なくとも一方の厚みが前記一対の第2光ガイド層の厚みよりも大きくなっていることを特徴とする半導体レーザ装置。 A first laser element section that includes a first active layer and a pair of first light guide layers sandwiching the first active layer, and emits light of a predetermined wavelength band;
It includes a second active layer and a pair of second light guide layers sandwiching the second active layer, and is laminated on the first laser element unit, and is the same as the light emitted from the first laser element unit A second laser element unit that emits light in a wavelength band,
A current confinement structure is provided on the opposite side of the second laser element portion from the first laser element portion side, and current is supplied to the second active layer and the first active layer through the current confinement structure. Is supposed to be
A semiconductor laser device, wherein a thickness of at least one of the pair of first light guide layers is larger than a thickness of the pair of second light guide layers.
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