JPH0846285A - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
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- JPH0846285A JPH0846285A JP17690194A JP17690194A JPH0846285A JP H0846285 A JPH0846285 A JP H0846285A JP 17690194 A JP17690194 A JP 17690194A JP 17690194 A JP17690194 A JP 17690194A JP H0846285 A JPH0846285 A JP H0846285A
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ストライプ幅が100μm以上の大出力型の
半導体レーザ素子において、端面コートのない状態より
高光出力を得る。 【構成】 活性層4における発光領域のストライプ幅が
100μm以上で、光の出射方向に対する前端面および
後端面に、単層または多層の光学薄膜が設けられてたも
のであって、前端面の反射率を5%〜25%、後端面の
反射率を90〜100%とした。
半導体レーザ素子において、端面コートのない状態より
高光出力を得る。 【構成】 活性層4における発光領域のストライプ幅が
100μm以上で、光の出射方向に対する前端面および
後端面に、単層または多層の光学薄膜が設けられてたも
のであって、前端面の反射率を5%〜25%、後端面の
反射率を90〜100%とした。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、大出力型の半導体レー
ザ素子に係り、特に、ロボットの目やレーザレーダシス
テム等を構成する測距用の半導体レーザとして用いられ
る。
ザ素子に係り、特に、ロボットの目やレーザレーダシス
テム等を構成する測距用の半導体レーザとして用いられ
る。
【0002】
【従来の技術】従来、連続駆動(駆動電流は数十mA程
度)で光出力が数十mWクラスといった小出力半導体レ
ーザがCD等に用いられている。このものにおいては、
発光領域のストライプ幅が数μmから20μm程度であ
り、発光端面には端面の保護と光出力の効率を向上させ
るためAl2 O3 ,SiO2 等の光学薄膜が設けられて
いる。この光学薄膜は、出射面(前端面)に低反射の光
学薄膜を設け、他方の端面(後端面)に高反射の光学薄
膜を設けている。
度)で光出力が数十mWクラスといった小出力半導体レ
ーザがCD等に用いられている。このものにおいては、
発光領域のストライプ幅が数μmから20μm程度であ
り、発光端面には端面の保護と光出力の効率を向上させ
るためAl2 O3 ,SiO2 等の光学薄膜が設けられて
いる。この光学薄膜は、出射面(前端面)に低反射の光
学薄膜を設け、他方の端面(後端面)に高反射の光学薄
膜を設けている。
【0003】ここで、後端面の反射率は60から90%
であり、前端面の反射率は、低いほど効率がよいが作製
の安定性などから2〜3%程度としている。
であり、前端面の反射率は、低いほど効率がよいが作製
の安定性などから2〜3%程度としている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】これに対し、ストライ
プ幅が100μmより広く、主にパルス駆動を行う大出
力半導体レーザにおいて、前端面の反射率を小出力半導
体レーザのような低い反射率にすると、十分に光の利用
効率が得られず有効に光を利用できないとう問題がある
ことが判明した。すなわち、そのような低い反射率で
は、レーザ発振が起き難くなり、光学薄膜(端面コー
ト)がない状態よりも光強度が弱くなるという問題があ
る。
プ幅が100μmより広く、主にパルス駆動を行う大出
力半導体レーザにおいて、前端面の反射率を小出力半導
体レーザのような低い反射率にすると、十分に光の利用
効率が得られず有効に光を利用できないとう問題がある
ことが判明した。すなわち、そのような低い反射率で
は、レーザ発振が起き難くなり、光学薄膜(端面コー
ト)がない状態よりも光強度が弱くなるという問題があ
る。
【0005】なお、数十Wクラスの大出力半導体レーザ
では、大出力を得るためストライプ幅が100μm以上
必要であるのに対し、小出力半導体レーザでは、上記し
たように数μmから20μm程度である。従って、スト
ライプ幅が100μm以上とすることで大出力半導体レ
ーザが定義される。本発明は上記問題に鑑みたもので、
ストライプ幅が100μm以上の大出力型の半導体レー
ザ素子において、端面コートのない状態より高光出力を
得ることを目的とする。
では、大出力を得るためストライプ幅が100μm以上
必要であるのに対し、小出力半導体レーザでは、上記し
たように数μmから20μm程度である。従って、スト
ライプ幅が100μm以上とすることで大出力半導体レ
ーザが定義される。本発明は上記問題に鑑みたもので、
ストライプ幅が100μm以上の大出力型の半導体レー
ザ素子において、端面コートのない状態より高光出力を
得ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、請求項1に記載の発明においては、発光領域
のストライプ幅が100μm以上で、光の出射方向に対
する前端面および後端面に、単層または多層の光学薄膜
が設けられている半導体レーザ素子であって、前記前端
面の反射率を5%以上にしたことを特徴としている。
するため、請求項1に記載の発明においては、発光領域
のストライプ幅が100μm以上で、光の出射方向に対
する前端面および後端面に、単層または多層の光学薄膜
が設けられている半導体レーザ素子であって、前記前端
面の反射率を5%以上にしたことを特徴としている。
【0007】請求項2に記載の発明においては、前記前
端面の反射率を5〜25%、後端面の反射率を90〜1
00%としたことを特徴としている。
端面の反射率を5〜25%、後端面の反射率を90〜1
00%としたことを特徴としている。
【0008】
【発明の作用効果】請求項1に記載の発明によれば、発
光領域のストライプ幅が100μm以上の大出力半導体
レーザにおいて、光の出射方向に対する前端面の反射率
を5%以上にしているから、レーザ発振を良好にすると
ともに、図3に示すように、端面コートがない場合に比
べ光出力を大きくすることができる。
光領域のストライプ幅が100μm以上の大出力半導体
レーザにおいて、光の出射方向に対する前端面の反射率
を5%以上にしているから、レーザ発振を良好にすると
ともに、図3に示すように、端面コートがない場合に比
べ光出力を大きくすることができる。
【0009】特に、請求項2に記載のように、前端面の
反射率を5〜25%、後端面の反射率を90〜100%
とすることにより、良好な光出力を得る半導体レーザ素
子を構成することができる。
反射率を5〜25%、後端面の反射率を90〜100%
とすることにより、良好な光出力を得る半導体レーザ素
子を構成することができる。
【0010】
【実施例】以下、本発明を図に示す実施例について説明
する。図1は、本発明の一実施例を示す半導体レーザ素
子の斜視図である。図1において、n−GaAs基板1
上に、n−GaAsバッファ層2、n−AlGaAsク
ラッド層3、AlGaAs/GaAs多重量子井戸構造
からなる活性層4、p−AlGaAsクラッド層5、p
−GaAs層6が順に積層されており、活性層4〜p−
GaAs層6はメサ状に形成されている。また、n−A
lGaAsクラッド層3及びメサ部の上面に、絶縁膜7
が窓部を有して形成され、この絶縁膜7上にp型電極
(上部電極)8が形成されている。このp型電極として
は、Au−Zn/Au,Cr/Au,Mo/Au,Ti
/Pt/Auなどを用いることができる。また、絶縁膜
7の窓部に形成されたp型電極8はp−GaAs層6と
オーミックコンタクトが取られている。
する。図1は、本発明の一実施例を示す半導体レーザ素
子の斜視図である。図1において、n−GaAs基板1
上に、n−GaAsバッファ層2、n−AlGaAsク
ラッド層3、AlGaAs/GaAs多重量子井戸構造
からなる活性層4、p−AlGaAsクラッド層5、p
−GaAs層6が順に積層されており、活性層4〜p−
GaAs層6はメサ状に形成されている。また、n−A
lGaAsクラッド層3及びメサ部の上面に、絶縁膜7
が窓部を有して形成され、この絶縁膜7上にp型電極
(上部電極)8が形成されている。このp型電極として
は、Au−Zn/Au,Cr/Au,Mo/Au,Ti
/Pt/Auなどを用いることができる。また、絶縁膜
7の窓部に形成されたp型電極8はp−GaAs層6と
オーミックコンタクトが取られている。
【0011】n−GaAs基板1の裏面にはAuGe/
Ni/Auからなるn型電極(下部電極)9が形成され
ており、n型電極9の表面にははんだ層10が形成され
ている。はんだ層10は、半導体レーザ素子とヒートシ
ンク等の台座とを接合するための接合剤である。次に、
半導体レーザの製造方法を説明する。
Ni/Auからなるn型電極(下部電極)9が形成され
ており、n型電極9の表面にははんだ層10が形成され
ている。はんだ層10は、半導体レーザ素子とヒートシ
ンク等の台座とを接合するための接合剤である。次に、
半導体レーザの製造方法を説明する。
【0012】まず、n−GaAs基板1上に、n−Ga
Asバッファ層2、n−AlGaAsクラッド層3、活
性層4、p−AlGaAsクラッド層5、p−GaAs
層6をMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Dep
osition )法により順次積層する。その後、エッチング
によりメサ部を形成する。次にn−AlGaAsクラッ
ド層3及びメサ部の上面にSiO2 からなる絶縁膜7を
プラズマCVD法により成膜し、エッチングにより窓開
けして窓部を形成する。その後、絶縁膜7上に、Cr/
Auからなるp型電極8を電子ビーム蒸着法により形成
し、約360℃において熱処理を行い、オーミックコン
タクトを取る。
Asバッファ層2、n−AlGaAsクラッド層3、活
性層4、p−AlGaAsクラッド層5、p−GaAs
層6をMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Dep
osition )法により順次積層する。その後、エッチング
によりメサ部を形成する。次にn−AlGaAsクラッ
ド層3及びメサ部の上面にSiO2 からなる絶縁膜7を
プラズマCVD法により成膜し、エッチングにより窓開
けして窓部を形成する。その後、絶縁膜7上に、Cr/
Auからなるp型電極8を電子ビーム蒸着法により形成
し、約360℃において熱処理を行い、オーミックコン
タクトを取る。
【0013】次に、チップ化の際のへき開を容易にする
ために、n−GaAs基板1側を研磨しウエハー厚を1
00μm程度にする。この厚さはキャビテイ長(共振器
長)の約1/3以下でよく、キャビテイ長は300μm
〜1mm程度であるが、薄い方が放熱性がよいので加工
性からも50μm〜200μmが望ましい。但し、へき
開面を使用せずドライエッチにより反射面を作製する場
合には、この限りではない。
ために、n−GaAs基板1側を研磨しウエハー厚を1
00μm程度にする。この厚さはキャビテイ長(共振器
長)の約1/3以下でよく、キャビテイ長は300μm
〜1mm程度であるが、薄い方が放熱性がよいので加工
性からも50μm〜200μmが望ましい。但し、へき
開面を使用せずドライエッチにより反射面を作製する場
合には、この限りではない。
【0014】次に、n−GaAs基板1の裏面にAuG
e/Ni/AuまたはAu−Sn/Auからなるn型電
極9を電子ビーム蒸着法、スパッタ法により形成し、熱
処理を行いオーミックコンタクトを取る。その後、はん
だ層10を電子ビーム蒸着法、抵抗加熱蒸着、スパッタ
法等により形成する。はんだ層10の材料としてはAu
−Sn,Au−Si,In,In−Pb,Pb−Sn、
Au−Pb,Au−Ge等を用いることができる。
e/Ni/AuまたはAu−Sn/Auからなるn型電
極9を電子ビーム蒸着法、スパッタ法により形成し、熱
処理を行いオーミックコンタクトを取る。その後、はん
だ層10を電子ビーム蒸着法、抵抗加熱蒸着、スパッタ
法等により形成する。はんだ層10の材料としてはAu
−Sn,Au−Si,In,In−Pb,Pb−Sn、
Au−Pb,Au−Ge等を用いることができる。
【0015】この後、端面を形成し、半導体レーザチッ
プとする。このとき、レーザ光の出力面は鏡面でないと
レーザ発振が起こらないのでへき開面とするか、ドライ
エッチングにより発光端面を作製する。発光端面には端
面の保護と光出力の効率を向上させるため、前端面に低
反射膜(前面コート)、他の一方の後端面に高反射膜
(裏面コート)を設ける。
プとする。このとき、レーザ光の出力面は鏡面でないと
レーザ発振が起こらないのでへき開面とするか、ドライ
エッチングにより発光端面を作製する。発光端面には端
面の保護と光出力の効率を向上させるため、前端面に低
反射膜(前面コート)、他の一方の後端面に高反射膜
(裏面コート)を設ける。
【0016】このようにして作製した半導体レーザチッ
プをヒートシンク、他の半導体基板や回路基板といった
台座に接合し実装(ダイボンド)する。ダイボンドを行
った後、半導体レーザ素子の電気的コンタクトをとるた
めに上部電極8と駆動回路配線とをAu,Pt等のワイ
ヤーでボンデイングする。最後に、必要に応じてカン封
入を行い半導体レーザの完成品とする。
プをヒートシンク、他の半導体基板や回路基板といった
台座に接合し実装(ダイボンド)する。ダイボンドを行
った後、半導体レーザ素子の電気的コンタクトをとるた
めに上部電極8と駆動回路配線とをAu,Pt等のワイ
ヤーでボンデイングする。最後に、必要に応じてカン封
入を行い半導体レーザの完成品とする。
【0017】図2に、端面コートを形成した状態の模式
図を示す。端面の反射率を非対象とすることで反射率の
低い方から効率よく光を取り出すことができる。反射膜
は単層膜、多層膜どちらの構成でもよいが、低反射膜は
Al2 O3 ,Si02 ,SiNx ,SiC,C,MgO
等の単層膜、高反射膜はAl2 O3 ,Si02 ,SiN
x ,C,MgO等とa−Si、Cr2 O3 ,TiO2 等
の屈折率差のある多層膜が望ましい。
図を示す。端面の反射率を非対象とすることで反射率の
低い方から効率よく光を取り出すことができる。反射膜
は単層膜、多層膜どちらの構成でもよいが、低反射膜は
Al2 O3 ,Si02 ,SiNx ,SiC,C,MgO
等の単層膜、高反射膜はAl2 O3 ,Si02 ,SiN
x ,C,MgO等とa−Si、Cr2 O3 ,TiO2 等
の屈折率差のある多層膜が望ましい。
【0018】このような端面コートとして、例えば、前
端面をAl2 O3 の単層膜860Åとし発振波長850
μmでの反射率12%、後端面をAl2 O3 /a−Si
/Al2 O3 /a−Si4層膜としそれぞれの膜厚14
00Å/650Å/1400Å/650Åとして反射率
を90%とした構成とすることができる。また、前端面
をSiO2 の単層膜1600Åとし発振波長850μm
での反射率10%、高反射膜はAl2 O3 /a−Si/
Al2 O3 /a−Si/Al2 O3 /a−Siの6層膜
としそれぞれの膜厚1400Å/650Å/1400Å
/650Åとし反射率を96%とした構成とすることが
できる。
端面をAl2 O3 の単層膜860Åとし発振波長850
μmでの反射率12%、後端面をAl2 O3 /a−Si
/Al2 O3 /a−Si4層膜としそれぞれの膜厚14
00Å/650Å/1400Å/650Åとして反射率
を90%とした構成とすることができる。また、前端面
をSiO2 の単層膜1600Åとし発振波長850μm
での反射率10%、高反射膜はAl2 O3 /a−Si/
Al2 O3 /a−Si/Al2 O3 /a−Siの6層膜
としそれぞれの膜厚1400Å/650Å/1400Å
/650Åとし反射率を96%とした構成とすることが
できる。
【0019】図3に、大出力半導体レーザでの前端面の
反射率と光出力の関係を示す。実線は後端面の反射率を
85%一定とした場合の特性である。これからわかるよ
うに、反射率が5%より低い場合、端面コートがない場
合よりも光出力が低くなっている。さらに反射率を低く
すると急激に光出力が弱くなりレーザ発振が起き難くな
る。反射率が5〜25%の範囲で端面コートのない場合
に比べて光出力が増しており、特に7〜20%の範囲で
は20%以上の光出力の増加が得られ強度が安定してい
る。
反射率と光出力の関係を示す。実線は後端面の反射率を
85%一定とした場合の特性である。これからわかるよ
うに、反射率が5%より低い場合、端面コートがない場
合よりも光出力が低くなっている。さらに反射率を低く
すると急激に光出力が弱くなりレーザ発振が起き難くな
る。反射率が5〜25%の範囲で端面コートのない場合
に比べて光出力が増しており、特に7〜20%の範囲で
は20%以上の光出力の増加が得られ強度が安定してい
る。
【0020】また、図中の点線は、後端面の反射率を9
5%一定とした場合の特性である。このように後端面の
反射率を変化させても、光出力は上下方向に変化するだ
けである。図4に、後端面の反射率と光出力との関係を
示す。この時、前端面はコート膜を設けず反射率32%
一定とした。図からわかるように反射率が高くなるに従
って光出力が増加し、80%以上で1.5倍以上の光強
度が得られる。従って、後端面の反射率は1.5倍以上
の光強度が得られる80%以上が望ましい。
5%一定とした場合の特性である。このように後端面の
反射率を変化させても、光出力は上下方向に変化するだ
けである。図4に、後端面の反射率と光出力との関係を
示す。この時、前端面はコート膜を設けず反射率32%
一定とした。図からわかるように反射率が高くなるに従
って光出力が増加し、80%以上で1.5倍以上の光強
度が得られる。従って、後端面の反射率は1.5倍以上
の光強度が得られる80%以上が望ましい。
【0021】従来のCD等で使用される連続発振半導体
レーザでは後端面からの光出力をモニターし駆動電流を
制御するために反射率を90%程度までしか高くするこ
とができなかった。これ以上高くすると光をモニターで
きないためである。これに対し、大出力半導体レーザに
おいては光出力をモニターすることがほとんどないため
90%以上の反射率でもよく、図4からわかるように反
射率が高いほど光出力が高く素子として望ましい。
レーザでは後端面からの光出力をモニターし駆動電流を
制御するために反射率を90%程度までしか高くするこ
とができなかった。これ以上高くすると光をモニターで
きないためである。これに対し、大出力半導体レーザに
おいては光出力をモニターすることがほとんどないため
90%以上の反射率でもよく、図4からわかるように反
射率が高いほど光出力が高く素子として望ましい。
【0022】従って、端面での反射率は低反射膜側では
5〜25%望ましくは7〜20%、高反射膜では80〜
100%望ましくは90〜100%である。図5にAl
2 O3 の膜厚と反射率の関係を示す。反射率は膜厚λ/
4n毎に極小値と極大値を持つ(λ:光の波長。n:膜
の屈折率)。生産性を考えて膜厚はなるべく薄い方がよ
く、始めのλ/4nの極小値前後の膜厚が望ましい。高
反射膜は屈折率の差が大きい多層膜が望ましく、その膜
厚はそれぞれλ/4nが望ましい。高反射膜には金属等
の単体で高反射を得られる物を用いることができるがp
側とn側がショートしないように金属膜を成膜する前に
透明な絶縁膜を設ける必要がある。
5〜25%望ましくは7〜20%、高反射膜では80〜
100%望ましくは90〜100%である。図5にAl
2 O3 の膜厚と反射率の関係を示す。反射率は膜厚λ/
4n毎に極小値と極大値を持つ(λ:光の波長。n:膜
の屈折率)。生産性を考えて膜厚はなるべく薄い方がよ
く、始めのλ/4nの極小値前後の膜厚が望ましい。高
反射膜は屈折率の差が大きい多層膜が望ましく、その膜
厚はそれぞれλ/4nが望ましい。高反射膜には金属等
の単体で高反射を得られる物を用いることができるがp
側とn側がショートしないように金属膜を成膜する前に
透明な絶縁膜を設ける必要がある。
【0023】なお、上記実施例では、AlGaAs系材
料を用いて半導体レーザを構成するものを示したが、G
aAs−AlGaAs系、InGaAsP−InP系、
InGaP−InGaAlP系等の材料にて構成しても
よい。また、活性層5の構造も量子井戸構造以外のダブ
ルへテロ構造を用いてもよい。また、基板上にクラッド
層、光ガイド層、活性層等を形成する際に用いるエピタ
キシャル成長方法としては、液層エピタキシャル、分子
線エピタキシ(MBE:molecular beam epitaxy)、有
機金属気相エピタキシ(MOCVD:metal organic ch
emical vapaor deposition)等を用いることができる。
料を用いて半導体レーザを構成するものを示したが、G
aAs−AlGaAs系、InGaAsP−InP系、
InGaP−InGaAlP系等の材料にて構成しても
よい。また、活性層5の構造も量子井戸構造以外のダブ
ルへテロ構造を用いてもよい。また、基板上にクラッド
層、光ガイド層、活性層等を形成する際に用いるエピタ
キシャル成長方法としては、液層エピタキシャル、分子
線エピタキシ(MBE:molecular beam epitaxy)、有
機金属気相エピタキシ(MOCVD:metal organic ch
emical vapaor deposition)等を用いることができる。
【図1】本発明の一実施例を示す半導体レーザ素子の斜
視図である。
視図である。
【図2】端面コートを形成した状態の模式図である。
【図3】前端面の反射率と光出力の関係を示す特性図で
ある。
ある。
【図4】後端面の反射率と光出力と関係を示す特性図で
ある。
ある。
【図5】Al2 O3 の膜厚と反射率の関係を示す特性で
ある。
ある。
1 n−GaAs基板 2 n−GaAsバッファ層 3 n−AlGaAsクラッド層 4 活性層 5 p−AlGaAsクラッド層 6 p−GaAs層 7 絶縁膜 8 p型電極 9 n型電極 10 はんだ層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松下 規由起 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内
Claims (2)
- 【請求項1】 発光領域のストライプ幅が100μm以
上で、光の出射方向に対する前端面および後端面に、単
層または多層の光学薄膜が設けられている半導体レーザ
素子であって、 前記前端面の反射率を5%以上にしたことを特徴とする
半導体レーザ素子。 - 【請求項2】 前記前端面の反射率を5〜25%、後端
面の反射率を90〜100%としたことを特徴とする請
求項1に記載の半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17690194A JPH0846285A (ja) | 1994-07-28 | 1994-07-28 | 半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17690194A JPH0846285A (ja) | 1994-07-28 | 1994-07-28 | 半導体レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0846285A true JPH0846285A (ja) | 1996-02-16 |
Family
ID=16021741
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17690194A Pending JPH0846285A (ja) | 1994-07-28 | 1994-07-28 | 半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0846285A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000016455A1 (en) * | 1998-09-10 | 2000-03-23 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor luminous element and semiconductor laser |
-
1994
- 1994-07-28 JP JP17690194A patent/JPH0846285A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000016455A1 (en) * | 1998-09-10 | 2000-03-23 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor luminous element and semiconductor laser |
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