JPH11307865A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
- Publication number
- JPH11307865A JPH11307865A JP11462598A JP11462598A JPH11307865A JP H11307865 A JPH11307865 A JP H11307865A JP 11462598 A JP11462598 A JP 11462598A JP 11462598 A JP11462598 A JP 11462598A JP H11307865 A JPH11307865 A JP H11307865A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】半導体レーザの高出力化にともない誘電体から
なる従来の端面反射間膜では光出力による発熱を充分逃
すことができず、出力飽和，信頼性の低下等の問題があ
った。 【解決手段】半導体レーザ端面の、光射出部をのぞいて
金属膜で被覆することにより、端面で発生した熱は熱伝
導のよい金属膜ですみやかに除去され、光射出部には開
口を設けるので反射率等の光学的特性は従来と同等であ
る。
なる従来の端面反射間膜では光出力による発熱を充分逃
すことができず、出力飽和，信頼性の低下等の問題があ
った。 【解決手段】半導体レーザ端面の、光射出部をのぞいて
金属膜で被覆することにより、端面で発生した熱は熱伝
導のよい金属膜ですみやかに除去され、光射出部には開
口を設けるので反射率等の光学的特性は従来と同等であ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザの構造
に係わり、とくに放熱特性にすぐれ、信頼性の高い端面
構造を提供するものである。
に係わり、とくに放熱特性にすぐれ、信頼性の高い端面
構造を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の半導体レーザにおいては、図１の
ように半導体結晶１の端面にＳｉＯ2，ＳｉＮ膜などの
誘電体の積層膜よりなる所定の反射率をもつ反射膜２，
２′を形成し、これにより半導体結晶１の内部で発生し
た光の反射と透過を所定の割合で行わせて外部へ光出力
３，３′をとりだすとともに、半導体端面の保護を行わ
せて信頼性の確保を行わせていた。このような従来技術
については、例えば伊藤良一，中村道治共編“半導体レ
ーザ”培風館（１９８４年）の８頁から９頁あるいは２
４５頁から２４６頁にかけて解説されている。
ように半導体結晶１の端面にＳｉＯ2，ＳｉＮ膜などの
誘電体の積層膜よりなる所定の反射率をもつ反射膜２，
２′を形成し、これにより半導体結晶１の内部で発生し
た光の反射と透過を所定の割合で行わせて外部へ光出力
３，３′をとりだすとともに、半導体端面の保護を行わ
せて信頼性の確保を行わせていた。このような従来技術
については、例えば伊藤良一，中村道治共編“半導体レ
ーザ”培風館（１９８４年）の８頁から９頁あるいは２
４５頁から２４６頁にかけて解説されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし上記誘電体膜は
一般に熱伝導率が良好でなく、半導体レーザの高出力化
とともに端面での熱の発生量が大きくなる。とくに半導
体レーザ前端面（図１においては右端）から射出する主
光出力３の発熱は大きく、上記誘電体膜では発生する熱
を速やかに除去できず、端面が急速に劣化するという問
題が発生する。
一般に熱伝導率が良好でなく、半導体レーザの高出力化
とともに端面での熱の発生量が大きくなる。とくに半導
体レーザ前端面（図１においては右端）から射出する主
光出力３の発熱は大きく、上記誘電体膜では発生する熱
を速やかに除去できず、端面が急速に劣化するという問
題が発生する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するのに
好適な半導体レーザ装置の構造を、図２を例に説明す
る。半導体レーザ端面、とくに端面を劈開法で形成する
半導体レーザにおいては端面のうちレーザ光３が射出す
る部分はごく一部である。そこで上記の課題はたとえば
図２のように端面を開口部５を設けた金属等の熱伝導率
が良好で、外部環境に安定な膜６で被覆することにより
解決できることを本発明者は見出した。このとき光の射
出部にあたる開口部５は光学的特性が重要なため従来と
同じ誘電体膜２を用いるが、従来と異なり射出部のすぐ
周辺に金属膜６があるため、発生した熱はこの金属膜に
より除去される。
好適な半導体レーザ装置の構造を、図２を例に説明す
る。半導体レーザ端面、とくに端面を劈開法で形成する
半導体レーザにおいては端面のうちレーザ光３が射出す
る部分はごく一部である。そこで上記の課題はたとえば
図２のように端面を開口部５を設けた金属等の熱伝導率
が良好で、外部環境に安定な膜６で被覆することにより
解決できることを本発明者は見出した。このとき光の射
出部にあたる開口部５は光学的特性が重要なため従来と
同じ誘電体膜２を用いるが、従来と異なり射出部のすぐ
周辺に金属膜６があるため、発生した熱はこの金属膜に
より除去される。
【０００５】即ち、本発明の半導体レーザ装置は、その
端面上の少なくとも一部に金属膜６及び誘電体膜２をこ
の順に積層した構成に特徴を有する。当該金属膜６の上
記端面との接合面からの金属元素のレーザ共振器への拡
散の影響を抑止する観点では、この金属膜の構成元素は
Ａｌ等のIII 族元素から選ばれることが望ましい。また
レーザ共振器の端面沿いにイオン打ち込み等を行い、共
振器内部に比べて電気抵抗を高くすることも望ましい。
これらは、レーザ発振のために注入される電流が金属膜
をバイパスすることを抑止するのに効果的である。ま
た、金属膜と端面とをショットキー接合させても上記効
果が期待でき、この観点からも上記III 族元素（半導体
層に拡散してもドーパントとして働かない元素）の利用
は推奨される。
端面上の少なくとも一部に金属膜６及び誘電体膜２をこ
の順に積層した構成に特徴を有する。当該金属膜６の上
記端面との接合面からの金属元素のレーザ共振器への拡
散の影響を抑止する観点では、この金属膜の構成元素は
Ａｌ等のIII 族元素から選ばれることが望ましい。また
レーザ共振器の端面沿いにイオン打ち込み等を行い、共
振器内部に比べて電気抵抗を高くすることも望ましい。
これらは、レーザ発振のために注入される電流が金属膜
をバイパスすることを抑止するのに効果的である。ま
た、金属膜と端面とをショットキー接合させても上記効
果が期待でき、この観点からも上記III 族元素（半導体
層に拡散してもドーパントとして働かない元素）の利用
は推奨される。
【０００６】上記金属膜は、上記端面のレーザ光射出部
に開口を形成し、この部分には上記誘電体を付着させる
ようにしてもよい。但し、上記金属膜の厚さが実用上の
レーザ光射出の支障とならない程度に薄いときは、この
限りでない。また、上記誘電体は上記レーザ光射出部上
においてレンズ状に形成し、他の光学素子との光学結合
性を高めてもよい。さらに、上記端面を劈開により形成
すると、上記金属膜の接合性及びその上面の平坦性が改
善できるため、上記誘電体膜及び上記金属膜の剥離の抑
止は勿論のこと、放熱性も向上する。上記金属膜は、本
発明の半導体レーザ素子をヒートシンク上に搭載する
際、ヒートシンクに接するように素子端面の上部又は下
部に延伸させ、上記ヒートシンクに接合されるｐ型又は
ｎ形のいずれか一方の電極に接続させると放熱性が向上
する。
に開口を形成し、この部分には上記誘電体を付着させる
ようにしてもよい。但し、上記金属膜の厚さが実用上の
レーザ光射出の支障とならない程度に薄いときは、この
限りでない。また、上記誘電体は上記レーザ光射出部上
においてレンズ状に形成し、他の光学素子との光学結合
性を高めてもよい。さらに、上記端面を劈開により形成
すると、上記金属膜の接合性及びその上面の平坦性が改
善できるため、上記誘電体膜及び上記金属膜の剥離の抑
止は勿論のこと、放熱性も向上する。上記金属膜は、本
発明の半導体レーザ素子をヒートシンク上に搭載する
際、ヒートシンクに接するように素子端面の上部又は下
部に延伸させ、上記ヒートシンクに接合されるｐ型又は
ｎ形のいずれか一方の電極に接続させると放熱性が向上
する。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の第１の実施例として図２
に示した半導体レーザを説明する。図２に示すような本
発明による半導体レーザにおいては半導体レーザ前端面
は光の射出部に開口５をもった金属膜６で被覆され、該
金属膜のうえに誘電体反射膜２が被着される。
に示した半導体レーザを説明する。図２に示すような本
発明による半導体レーザにおいては半導体レーザ前端面
は光の射出部に開口５をもった金属膜６で被覆され、該
金属膜のうえに誘電体反射膜２が被着される。
【０００８】図３は図２の半導体レーザを前端面方向か
らみた図である。金属膜６には光の射出部に楕円状の開
口５がもうけられ、上記開口部５には従来と同じく誘電
体反射膜２のみが被着されており光の反射、透過特性に
関しては従来と変わりがない。
らみた図である。金属膜６には光の射出部に楕円状の開
口５がもうけられ、上記開口部５には従来と同じく誘電
体反射膜２のみが被着されており光の反射、透過特性に
関しては従来と変わりがない。
【０００９】このような端面構造は、たとえば図４，図
５に示す製造工程によって作成される。本発明による端
面構造は劈開によって端面を形成するすべての半導体レ
ーザに適用できるが、本実施例においてはＧａＡｓ／In
GaAsP 系半導体レーザについて説明する。
５に示す製造工程によって作成される。本発明による端
面構造は劈開によって端面を形成するすべての半導体レ
ーザに適用できるが、本実施例においてはＧａＡｓ／In
GaAsP 系半導体レーザについて説明する。
【００１０】ＧａＡｓ基板７上に所定の組成、不純物濃
度によってｐｎ接合部（発光部）を形成したInGaAsP の
積層膜８をエピタキシャル成長する（図４ａ）。ホトリ
ソグラフィとウエットエッチングにより発光部を所定の
寸法に形成し（図４ｂ）、周辺にｐ型InGaP9をエピタキ
シャル再成長して電流が発光部以外に漏洩しないように
する（図４ｃ）。ここまでの図は光の射出方向からみた
図である。
度によってｐｎ接合部（発光部）を形成したInGaAsP の
積層膜８をエピタキシャル成長する（図４ａ）。ホトリ
ソグラフィとウエットエッチングにより発光部を所定の
寸法に形成し（図４ｂ）、周辺にｐ型InGaP9をエピタキ
シャル再成長して電流が発光部以外に漏洩しないように
する（図４ｃ）。ここまでの図は光の射出方向からみた
図である。
【００１１】ついでＧａＡｓ基板を研磨によって厚さを
減じ、電極４，４′を形成し、前端面１０および後端面
１０′を劈開によって露出する（図５ａ）。ここで、本
図においては図４ａないし図４ｃと作図方向が９０度異
なっており、半導体レーザの側面からみた図である。こ
こまでは従来の半導体レーザ製造プロセスと同様であ
る。
減じ、電極４，４′を形成し、前端面１０および後端面
１０′を劈開によって露出する（図５ａ）。ここで、本
図においては図４ａないし図４ｃと作図方向が９０度異
なっており、半導体レーザの側面からみた図である。こ
こまでは従来の半導体レーザ製造プロセスと同様であ
る。
【００１２】露出された半導体レーザの後端面１０′に
は従来と同様の誘電体反射膜２′をスパッタ法で被着
し、ついで半導体レーザの前端面１０に金属のＡｌ膜６
を200ｎｍの厚さにスパッタ法で被着する（図５ｂ）。
は従来と同様の誘電体反射膜２′をスパッタ法で被着
し、ついで半導体レーザの前端面１０に金属のＡｌ膜６
を200ｎｍの厚さにスパッタ法で被着する（図５ｂ）。
【００１３】ついで収束イオンビームを用いた加工機に
より発光部を覆うＡｌ膜を除去して開口５を設け、さら
に従来と同じ誘電体反射膜２を被着して図５ｃ(図２に
同じ)に示す半導体レーザを完成する。このときイオン
ビームで半導体表面に損傷を与えないように、Ａｌが完
全に除去されて半導体が露出してしまう寸前にイオンビ
ームをとめ、残りのわずかなＡｌはダメージのないウエ
ットエッチングにより除去した。Ａｌ膜の加工にイオン
ビーム加工機を用いたのは、被加工物が微小なため通常
のフォトリソグラフィ技術が使用できないためである。
より発光部を覆うＡｌ膜を除去して開口５を設け、さら
に従来と同じ誘電体反射膜２を被着して図５ｃ(図２に
同じ)に示す半導体レーザを完成する。このときイオン
ビームで半導体表面に損傷を与えないように、Ａｌが完
全に除去されて半導体が露出してしまう寸前にイオンビ
ームをとめ、残りのわずかなＡｌはダメージのないウエ
ットエッチングにより除去した。Ａｌ膜の加工にイオン
ビーム加工機を用いたのは、被加工物が微小なため通常
のフォトリソグラフィ技術が使用できないためである。
【００１４】図６はこのような構造をもつ半導体レーザ
と従来の半導体レーザの入力電流と光出力の相関を示し
たものである。本発明による半導体レーザは端面の放熱
に優れるため発熱による出力飽和がおさえられ、最大出
力が約３０％も改善された。
と従来の半導体レーザの入力電流と光出力の相関を示し
たものである。本発明による半導体レーザは端面の放熱
に優れるため発熱による出力飽和がおさえられ、最大出
力が約３０％も改善された。
【００１５】図７は本発明の第２の実施例を示す図であ
る。図７においては図２と異なり、端面における金属膜
６と誘電体膜２の積層順序が逆になっている。この構造
においてはイオンビームを用いた金属膜の加工時に、半
導体表面は保護されているため、金属膜の加工が終了す
る寸前にイオンビームをとめるという配慮が不要になる
利点がある。
る。図７においては図２と異なり、端面における金属膜
６と誘電体膜２の積層順序が逆になっている。この構造
においてはイオンビームを用いた金属膜の加工時に、半
導体表面は保護されているため、金属膜の加工が終了す
る寸前にイオンビームをとめるという配慮が不要になる
利点がある。
【００１６】図８は第３の実施例を示す図で、半導体レ
ーザ前面と同様な積層構造を半導体レーザ後端面にも設
けた例である。通常後端面はモニター用受光素子のため
に前面の光出力３の数分の一の弱い光３′しか出力しな
いため熱的負荷は前面より弱い。しかし大出力レーザで
は後端面といえども発熱は無視できない。本実施例のよ
うに両方の端面の一部に金属膜を被覆する方法は特に大
出力の半導体レーザにきわめて有効である。
ーザ前面と同様な積層構造を半導体レーザ後端面にも設
けた例である。通常後端面はモニター用受光素子のため
に前面の光出力３の数分の一の弱い光３′しか出力しな
いため熱的負荷は前面より弱い。しかし大出力レーザで
は後端面といえども発熱は無視できない。本実施例のよ
うに両方の端面の一部に金属膜を被覆する方法は特に大
出力の半導体レーザにきわめて有効である。
【００１７】図９は第４の実施例を示す図である。本実
施例においては第１の実施例と同様の工程で金属膜に開
口を設けたのち、さらにスパッター法でＳｉＯ2 膜を被
着した。この方法では開口部周辺では膜の形成速度が遅
いため開口中央と周辺で膜厚が異なり、これによって形
成され凸レンズ状の形状をもつ誘電体膜２が形成され
る。このため従来光ファイバ等へ光を収束するために用
いていた微小レンズが不要となり、組立工程が大幅に簡
略化される。
施例においては第１の実施例と同様の工程で金属膜に開
口を設けたのち、さらにスパッター法でＳｉＯ2 膜を被
着した。この方法では開口部周辺では膜の形成速度が遅
いため開口中央と周辺で膜厚が異なり、これによって形
成され凸レンズ状の形状をもつ誘電体膜２が形成され
る。このため従来光ファイバ等へ光を収束するために用
いていた微小レンズが不要となり、組立工程が大幅に簡
略化される。
【００１８】また図１０は第５の実施例を示す図で、誘
電体膜として低融点ガラス１１をもちいた例である。開
口部を設けた金属膜６の上に低融点ガラス膜１１を形成
し、加熱によって一旦溶融し再び凝固させると、開口部
周辺の膜厚が厚い、凹レンズ状の膜が形成される。この
ような構造においては光が拡散するため眼球等にたいし
て安全な光とすることができる。
電体膜として低融点ガラス１１をもちいた例である。開
口部を設けた金属膜６の上に低融点ガラス膜１１を形成
し、加熱によって一旦溶融し再び凝固させると、開口部
周辺の膜厚が厚い、凹レンズ状の膜が形成される。この
ような構造においては光が拡散するため眼球等にたいし
て安全な光とすることができる。
【００１９】
【発明の効果】以上のように本発明によれば放熱にすぐ
れた大出力、高信頼性半導体レーザを構成できるのみな
らず、外部の微小レンズが不要な半導体レーザも実現す
ることが可能となり、産業上の利益は大きい。
れた大出力、高信頼性半導体レーザを構成できるのみな
らず、外部の微小レンズが不要な半導体レーザも実現す
ることが可能となり、産業上の利益は大きい。
【図１】従来の半導体レーザの断面図。
【図２】本発明の半導体レーザの第１の実施例の断面
図。
図。
【図３】図２の半導体レーザを端面方向から見た正面
図。
図。
【図４】図２の半導体レーザの製造工程を示す断面図。
【図５】図２の半導体レーザの製造工程を示す断面図。
【図６】本発明と従来例の半導体レーザの光出力特性
図。
図。
【図７】本発明の半導体レーザの第２の実施例の断面
図。
図。
【図８】本発明の半導体レーザの第３の実施例の断面
図。
図。
【図９】本発明の半導体レーザの第４の実施例の断面
図。
図。
【図１０】本発明の半導体レーザの第５の実施例の断面
図。
図。
１…半導体結晶、２，２′…誘電体膜、３，３′…光出
力、４，４′…電極、５…開口部、６…金属膜、７…Ｇ
ａＡｓ基板、８…InGaAsP 積層エピタキシャル結晶、９
…InGaAs再成長エピタキシャル結晶、１０，１０′…劈
開端面。
力、４，４′…電極、５…開口部、６…金属膜、７…Ｇ
ａＡｓ基板、８…InGaAsP 積層エピタキシャル結晶、９
…InGaAs再成長エピタキシャル結晶、１０，１０′…劈
開端面。
Claims (4)
- 【請求項１】半導体レーザの端面の少なくとも一部が金
属と誘電体の積層膜で被覆されていることを特徴とする
半導体レーザ。 - 【請求項２】半導体レーザの端面において、光の射出部
は誘電体で被覆され、他の部分は金属と誘電体の積層膜
で被覆されていることを特徴とする請求項１の半導体レ
ーザ。 - 【請求項３】上記光の射出部を被覆する誘電体が光学的
レンズの形状をなしていることを特徴とする請求項２の
半導体レーザ。 - 【請求項４】端面が劈開によって形成されていることを
特徴とする、上記請求項１ないし３のいずれか記載の半
導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11462598A JPH11307865A (ja) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11462598A JPH11307865A (ja) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | 半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11307865A true JPH11307865A (ja) | 1999-11-05 |
Family
ID=14642547
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11462598A Pending JPH11307865A (ja) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11307865A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011040490A (ja) * | 2009-08-07 | 2011-02-24 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体レーザ装置 |
| JP2020129653A (ja) * | 2019-02-08 | 2020-08-27 | シャープ株式会社 | 発光素子及びその製造方法 |
-
1998
- 1998-04-24 JP JP11462598A patent/JPH11307865A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011040490A (ja) * | 2009-08-07 | 2011-02-24 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体レーザ装置 |
| JP2020129653A (ja) * | 2019-02-08 | 2020-08-27 | シャープ株式会社 | 発光素子及びその製造方法 |
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