JP2010050199A - Semiconductor laser - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、特に高出力の用途に好適な半導体レーザに関する。 The present invention relates to a semiconductor laser particularly suitable for high-power applications.
半導体レーザを高出力動作させると、端面での再結合や光吸収の増大に伴う温度上昇によって端面破壊(Catastrophic Optical Damage:COD)が生じ易いことが知られている。近年、このCODは、導波路の幅、すなわちストライプ幅が数μm程度のナローストライプ型の半導体レーザだけでなく、ストライプ幅が10μm以上のブロードエリア型の半導体レーザにおいても問題となってきている。 It is known that when a semiconductor laser is operated at a high output, end face destruction (Catastrophic Optical Damage: COD) is likely to occur due to a temperature rise accompanying recombination at the end face or increased light absorption. In recent years, this COD has become a problem not only in a narrow stripe type semiconductor laser having a waveguide width, that is, a stripe width of about several μm, but also in a broad area type semiconductor laser having a stripe width of 10 μm or more.
COD対策については、これまでに様々な手法が開発されてきた。例えば、近赤外域に発振波長を有するAs系の活性層や、赤色帯に発振波長を有するP系の活性層を備えた半導体レーザでは、端面(へき開面)およびその近傍にZn等の不純物を拡散させる手法が一般的に行われている(例えば、特許文献1)。このように、不純物を端面およびその近傍に拡散させることにより、主としてIII族原子を不純物と置換して活性層のディスオーダリングを行い、活性層のうち不純物が拡散された領域のバンドギャップを、活性層のうち不純物が拡散されていない領域(利得領域)のバンドギャップよりも大きくし、活性層の利得領域で発生したレーザ光が端面およびその近傍において吸収され、熱に変換される割合を低減している。 Various methods have been developed for COD countermeasures. For example, in a semiconductor laser having an As-based active layer having an oscillation wavelength in the near-infrared region or a P-based active layer having an oscillation wavelength in the red band, impurities such as Zn are present on the end face (cleaved face) and its vicinity. A diffusion method is generally used (for example, Patent Document 1). In this way, by diffusing impurities in the end face and in the vicinity thereof, the group III atoms are mainly replaced with the impurities to perform the ordering of the active layer, and the band gap of the active layer where the impurities are diffused is activated. The band gap of the region where the impurity is not diffused (gain region) in the layer is made larger, and the laser beam generated in the gain region of the active layer is absorbed at the end face and in the vicinity thereof, and the rate of conversion into heat is reduced. ing.
ところで、一般的に、Zn等の不純物を拡散させた領域では、バンドギャップの拡大によってレーザ光のバンド間吸収を抑制することができるが、その一方で、不純物順位に起因した吸収が増大する。ここで、不純物順位に起因した吸収の温度上昇に伴う増大量はバンド間吸収のそれよりも十分に小さいことから、端面およびその近傍に不純物を拡散させることは、COD値の向上の点では効果を有するものの、COD閾値以下で半導体レーザを駆動させた場合には単に吸収損失を増大させるだけである。 By the way, in general, in a region where an impurity such as Zn is diffused, the interband absorption of the laser beam can be suppressed by expanding the band gap. On the other hand, the absorption due to the impurity order increases. Here, since the increase amount due to the temperature rise of the absorption due to the impurity order is sufficiently smaller than that of the interband absorption, it is effective in terms of improving the COD value to diffuse the impurity in the end face and the vicinity thereof. However, when the semiconductor laser is driven below the COD threshold, the absorption loss is merely increased.
また、窓領域を形成するためには、Zn等の不純物を活性層の発光領域にまで拡散させることが必要となる。しかし、そのようにした場合には、発光領域における結晶性が低下してしまう。また、Zn等の不純物を活性層の発光領域にまで拡散させるためには、高温でアニールすることが必要となる。しかし、そのようにした場合には、エピタキシャル成長によって形成したドーピングプロファイルがなまってしまう。 In order to form the window region, it is necessary to diffuse an impurity such as Zn into the light emitting region of the active layer. However, in such a case, the crystallinity in the light emitting region is lowered. In order to diffuse impurities such as Zn into the light emitting region of the active layer, it is necessary to anneal at a high temperature. However, in such a case, the doping profile formed by epitaxial growth is lost.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、端面およびその近傍に不純物拡散を行うことによって生じる不具合を生じさせることなく、COD値を向上させることの可能な半導体レーザを提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor laser capable of improving the COD value without causing problems caused by impurity diffusion on the end face and in the vicinity thereof. There is to do.
本発明の半導体レーザは、半導体基板と、半導体基板の一の面上に形成された半導体層と、半導体基板の、半導体層とは反対側の面上に形成された応力発生部とを備えたものである。半導体層は、活性層と、活性層へ注入される電流を狭窄する帯状の電流狭窄構造とを半導体基板側から順に有しており、さらに、活性層および電流狭窄構造を間にして電流狭窄構造の延在方向に対向する一対の端面を有している。半導体基板は、半導体層における一対の端面のうち少なくとも一方の端面の直下およびその近傍に切り欠きを有している。応力発生部は、活性層および半導体基板の熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有する材料によって主に形成されており、かつ少なくとも切り欠きの内部に形成されている。 A semiconductor laser according to the present invention includes a semiconductor substrate, a semiconductor layer formed on one surface of the semiconductor substrate, and a stress generating portion formed on a surface of the semiconductor substrate opposite to the semiconductor layer. Is. The semiconductor layer has an active layer and a band-shaped current confinement structure for confining a current injected into the active layer in order from the semiconductor substrate side, and further, a current confinement structure with the active layer and the current confinement structure in between. Has a pair of end faces opposed to each other in the extending direction. The semiconductor substrate has a notch immediately below and in the vicinity of at least one of the pair of end surfaces in the semiconductor layer. The stress generating part is mainly formed of a material having a thermal expansion coefficient larger than that of the active layer and the semiconductor substrate, and is formed at least inside the notch.
本発明の半導体レーザでは、半導体基板の、共振器方向に対向する一対の端部のうち少なくとも一方に設けられた切り欠きの内部に、活性層および半導体基板の熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有する材料によって主に形成された応力発生部が形成されている。これにより、製造過程において、高温下で、応力発生部を少なくとも切り欠きの内部に形成したのち、冷却することにより、半導体層の外部である応力発生部から活性層の端部に圧縮応力を与えることができる。なお、半導体レーザの駆動時の温度は、応力発生部を形成する際の温度よりも極めて低いので、半導体レーザの駆動時においても、半導体層の外部である応力発生部から活性層の端部に圧縮応力を与えることができる。また、応力発生部を形成する際の温度は、窓領域を形成するためにZn等の不純物を活性層の発光領域にまで拡散させる際の温度よりも十分に低い。 In the semiconductor laser of the present invention, the thermal expansion coefficient larger than the thermal expansion coefficient of the active layer and the semiconductor substrate is formed in the notch provided in at least one of the pair of ends facing the resonator direction of the semiconductor substrate. The stress generation part mainly formed with the material which has is formed. Thus, in the manufacturing process, a stress generating portion is formed at least inside the notch at a high temperature and then cooled, thereby applying a compressive stress from the stress generating portion outside the semiconductor layer to the end of the active layer. be able to. Since the temperature at the time of driving the semiconductor laser is extremely lower than the temperature at the time of forming the stress generating part, the stress generating part, which is outside the semiconductor layer, is also applied to the end of the active layer even during driving of the semiconductor laser. Compressive stress can be applied. The temperature at which the stress generating portion is formed is sufficiently lower than the temperature at which impurities such as Zn are diffused to the light emitting region of the active layer in order to form the window region.
本発明の半導体レーザによれば、共振器方向に対向する一対の端部のうち少なくとも一方に設けられた切り欠きの内部に、活性層および半導体基板の熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有する材料によって主に形成された応力発生部を形成するようにしたので、半導体層の外部である応力発生部から活性層の端部に圧縮応力を与えることができる。これにより、吸収損失の増大や、結晶性の低下、ドーピングプロファイルのなまりを生じさせることなく、活性層の端部のバンドギャップを広げることができる。従って、端面およびその近傍に不純物拡散を行うことによって生じる不具合を生じさせることなく、COD値を向上させることができる。 According to the semiconductor laser of the present invention, the thermal expansion coefficient is larger than the thermal expansion coefficient of the active layer and the semiconductor substrate in the notch provided in at least one of the pair of end portions facing in the resonator direction. Since the stress generating portion mainly formed of the material is formed, a compressive stress can be applied to the end portion of the active layer from the stress generating portion which is outside the semiconductor layer. As a result, the band gap at the end of the active layer can be widened without causing an increase in absorption loss, a decrease in crystallinity, or a decrease in doping profile. Therefore, the COD value can be improved without causing a problem caused by impurity diffusion in the end face and the vicinity thereof.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ1の概略構成を斜視的に表したものである。図2は、図1の半導体レーザ1のA−A矢視方向の断面構成を表したものである。本実施の形態の半導体レーザ1は、後に詳述するように、ストライプ状のリッジ部30をリッジ部30の延在方向から一対の前端面20Aおよび後端面20Bによって挟み込んだ構造となっており、いわゆる端面発光型の半導体レーザである。
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a
なお、リッジ部30が本発明の「電流狭窄構造」の一具体例に相当し、一対の前端面20Aおよび後端面20Bが本発明の「一対の端面」の一具体例に相当している。
The
半導体レーザ1は、例えば、基板10上に、下部クラッド層11、活性層12、上部クラッド層13およびコンタクト層14を基板10側からこの順に積層してなる半導体層20を備えたものである。なお、半導体層20には、上記した層以外の層(例えば、バッファ層やガイド層など)がさらに設けられていてもよい。
The
半導体層20の上部、具体的には、上部クラッド層13の上部およびコンタクト層14には、ストライプ状のリッジ部30が形成されている。リッジ部30の幅W1(リッジ部30の延在方向(共振器方向)と直交する方向の幅)は、例えば、数μm〜数百μmの範囲内の値となっている。半導体層20には、リッジ部30をリッジ部30の延在方向から挟み込む一対の前端面20Aおよび後端面20Bが形成されており、これら前端面20Aおよび後端面20Bによって共振器が構成されている。一対の前端面20Aおよび後端面20Bは、例えばへき開によって形成されたものであり、所定の間隙を介して互いに対向配置されている。さらに、前端面20Aには低反射膜31(図2参照)が形成されており、後端面S2には高反射膜32(図2参照)が形成されている。
基板10は、例えばn型GaAsからなる。n型不純物としては、例えばケイ素(Si)が挙げられる。基板10の裏面(基板10のうち半導体層20とは反対側の表面)には、半導体層20の前端面20Aおよび後端面20Bのうち少なくとも一方の端面の直下およびその近傍に切り欠き40が形成されている。なお、図2には、前端面20Aおよび後端面20Bの双方の直下およびその近傍に切り欠き40が形成されている場合が例示されている。
The
切り欠き40は、基板10のうち半導体層20とは反対側から基板10をエッチングすることにより形成されたものであり、基板10の裏面側から見たときに凹形状となっている。
The
ここで、切り欠き40の深さD1は、基板10の厚さD2と等しいか、それよりも浅くなっている。なお、図1、図2には、切り欠き40の深さD1が基板10の厚さD2よりも浅い場合が例示されている。切り欠き40の深さD1が、基板10の厚さD2よりも浅くなっている場合には、図1、図2に示したように、切り欠き40の底面40Aには基板10が露出する。一方、切り欠き40の深さD1が、基板10の厚さD2と等しくなっている場合には、図3、図4に示したように、切り欠き40の底面40Aには半導体層20の底面(下部クラッド層11)が露出することになる。
Here, the depth D1 of the
切り欠き40の幅W2(リッジ部30の延在方向と直交する方向の幅)は、リッジ部30の幅W1よりも広くなっている。なお、図1、図2には、切り欠き40の幅W2がリッジ部30の幅W2よりも広く、基板10の幅W3よりも狭くなっている場合が例示されているが、図5、図6に示したように、切り欠き40の幅W2が基板10の幅W3と等しくなっていてもよい。このとき、さらに、図示しないが、切り欠き40の深さD1が基板10の厚さD2と等しくなっていてもよい。
The width W2 of the notch 40 (the width in the direction orthogonal to the extending direction of the ridge 30) is wider than the width W1 of the
切り欠き40の奥行きL(リッジ部30の延在方向と平行な方向の長さ)は、後述のワイドバンドギャップ領域12Bが窓領域として機能する程度の大きさとなっており、例えば、共振器長に依らず、10μm以上、50μm以下となっている。
The depth L of the cutout 40 (the length in the direction parallel to the extending direction of the ridge portion 30) is such a size that a wide
ここで、窓領域とは、活性層12の発光波長に相当するエネルギーよりも大きなバンドギャップを有する領域であって、かつ活性層12の中央領域(利得領域)で発生したレーザ光が前端面20Aおよびその近傍、または後端面20Bおよびその近傍において吸収され、熱に変換される割合を低減する機能を有する領域を指す。
Here, the window region is a region having a band gap larger than the energy corresponding to the emission wavelength of the
下部クラッド層11は、例えばn型AlInPからなる。上部クラッド層13は、例えばp型AlInPからなる。コンタクト層14は、例えばp型GaAsからなり、リッジ部30の最上部(上面)に設けられている。p型不純物としては、例えばマグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)が挙げられる。
The
活性層12は、例えばアンドープのGaInPからなる。この活性層12において、リッジ部30との対向領域が発光領域12Aとなる。この発光領域12Aは、リッジ部30で狭窄された電流が注入される電流注入領域に対応している。また、活性層12において、切り欠き40との対向領域が上述のワイドバンドギャップ領域12Bとなる。ワイドバンドギャップ領域12Bは、発光領域12Aのうちワイドバンドギャップ領域12B以外の領域のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有している領域であり、後述するように、応力発生部50から与えられる圧縮応力によって格子間隔が狭められることによって形成されたものである。このワイドバンドギャップ領域12Bは、窓領域として機能する。
The
半導体層20の上面(リッジ部30の上面および両側面と、上部クラッド層13の上面のうちリッジ部30以外の面)のうちリッジ部30の上面以外の部分には、絶縁層15(図1参照)が設けられている。つまり、この絶縁層15は、リッジ部30の上面との対向領域に開口を有している。
The insulating layer 15 (FIG. 1) is formed on the upper surface of the semiconductor layer 20 (the upper surface and both side surfaces of the
リッジ部30の上面から絶縁層15の表面にかけて上部電極16が形成されている。上部電極16は、例えば、図1、図2に示したように、半導体層20の、リッジ部30側の表面のうち少なくともリッジ部30との対向領域全体に形成されている。なお、上部電極16は、例えば、図7、図8に示したように、リッジ部30との対向領域のうち前端面20A,後端面20Bから少しだけ後退した領域にだけ形成されていてもよい。上部電極16は、例えば、チタン(Ti)、白金(Pt)および金(Au)をリッジ部30側からこの順に積層したものであり、リッジ部の上面(コンタクト層14)と電気的に接続されている。
An
また、基板10の裏面には、下部電極17が形成されている。下部電極17は、例えば、図1、図2に示したように、基板10の裏面のうち切り欠き40以外の領域(切り欠き40の未形成領域)から切り欠き40内の底面40Aおよび側面40Bに渡って形成されている。なお、下部電極17は、例えば、図9、図10に示したように、基板10の裏面のうち切り欠き40以外の領域(切り欠き40の未形成領域)にだけ形成されていてもよい。下部電極17は、例えば金(Au)とゲルマニウム(Ge)との合金、ニッケル(Ni)および金(Au)とを基板10側からこの順に積層した構造を有しており、基板10と電気的に接続されている。
A
ところで、本実施の形態では、基板10の裏面に応力発生部50が形成されている。応力発生部50は、活性層12の前端面20Aおよびその近傍、および活性層12の後端面20Bおよびその近傍の少なくとも一方に対して圧縮応力を与え、その領域のバンドギャップを増大させることにより窓領域として機能するワイドバンドギャップ領域12Bを形成するものである。
By the way, in the present embodiment, the
応力発生部50は、少なくとも切り欠き40の内部に形成されている。応力発生部50は、例えば、図1、図2に示したように、切り欠き40を埋め込むと共に、基板10の裏面全体に形成されている。このとき、応力発生部50のうち切り欠き40内部に形成されている部位が、活性層12に対して最も近接している。なお、応力発生部50は、例えば、図11、図12に示したように、切り欠き40内にだけ形成されていてもよい。
The
応力発生部50は、切り欠き40が半導体層20の前端面20Aに形成されている場合には、前端面20Aの直下およびその近傍に形成されていることが好ましく、切り欠き40が半導体層20の後端面20Bに形成されている場合には、後端面20Bの直下およびその近傍に形成されていることが好ましい。つまり、応力発生部50は、半導体層20の前端面20Aまたは後端面20Bと同一の面内に端面を有していることが好ましい。
When the
応力発生部50は、活性層12および基板10の熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有する材料によって主に形成されている。例えば、基板10がGaAs(熱膨張係数6ppm/K)からなり、活性層12がGaInP(熱膨張係数6ppm/K)からなる場合には、応力発生部50は、熱膨張係数が6ppm/Kよりも大きな材料(例えば、銅(熱膨張係数17ppm/K)またはアルミニウム(熱膨張係数23ppm/K)などの金属)によって主に形成されている。なお、活性層12および基板10の熱膨張係数と同じか、それよりも小さな熱膨張係数を有する材料が応力発生部50にわずかに含まれていても構わない。
The
また、応力発生部50は、放熱性の観点からは、放熱性の良い材料(例えば金属)によって形成されていることが好ましいが、放熱性の良い材料によって形成されていなくてもよい。また、応力発生部50が金属によって形成されている場合には、下部電極17と一体に(つまり、下部電極17の一部として)形成されていてもよい。また、応力発生部50の厚さ(特に前端面20Aまたは後端面20Bの直下に対応する部分の厚さ)は、製造過程において応力発生部50をきれいに切断することができるようにするために、応力発生部50に用いられている材料の粘性の大きさに応じて規定されていることが好ましい。
Moreover, although it is preferable that the stress generation | occurrence |
図13(A)〜(C)および図14(A)〜(C)を参照して、本実施の形態の半導体レーザ1の製造方法の一例について説明する。図13(A)〜(C)および図14(A)〜(C)は、製造過程における素子の、図1のA−A矢視方向の断面構成に対応する断面構成と、その断面と直交する方向(図中のA−A線)で切断したときの断面図とを併記したものである。
With reference to FIGS. 13A to 13C and FIGS. 14A to 14C, an example of a method for manufacturing the
上記の構成で例示した化合物半導体で半導体レーザ1を製造するためには、基板10上の半導体層20を、例えば、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition ;有機金属化学気相成長)法により形成する。この際、化合物半導体の原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム(TMAl)、トリメチルガリウム(TMGa)、トリメチルインジウム(TMIn)、フォスフィン(PH3 )、アルシン(AsH3 )を用い、ドナー不純物の原料としては、例えばモノシラン(SiH4)を用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)や、ジメチルジンク(DMZn)を用いる。
In order to manufacture the
まず、ウェハ状の基板10D上に、下部クラッド層11D、活性層12D、上部クラッド層13Dおよびコンタクト層14Dからなる半導体層20Dをこの順に積層する(図13(A))。なお、符号の末尾にDの付いたものは、後の工程を経ることにより、符号の末尾からDを取ったものになることを意味しており、例えば、基板10Dは、後述のエッチング工程、へき開工程およびダイシング工程を経ることにより基板10になるものである。
First, a
次に、コンタクト層14D上にマスク層(図示せず)を形成し、例えばウエットエッチングにより、上部クラッド層13Dの上部およびコンタクト層14Dを選択的に除去する。これにより、上部クラッド層13Dの上部およびコンタクト層14Dにストライプ状のリッジ部30Dが形成される(図13(B))。その後、マスク層を除去する。
Next, a mask layer (not shown) is formed on the
次に、リッジ部30Dの上面以外の部分に絶縁層15D(図示せず)を形成したのち、リッジ部30Dの上面から絶縁層15Dの表面にかけて上部電極16Dを形成する(図13(C))。
Next, after forming an insulating
(基板10Dのエッチング工程)
次に、例えばウエットエッチングにより、基板10Dを裏面から選択的に除去する。これにより、基板10Dの所定の箇所に凹部40D(後述のへき開工程によって切り欠き40になるもの)が形成される(図14(A))。
(Etching process of
Next, the
次に、例えば蒸着により、基板10Dの裏面全体に下部電極17Dを形成したのち、例えばめっきにより、下部電極17Dの表面全体に応力発生部50Dを形成し、さらに、応力発生部50Dによって凹部40Dを埋め込む(図14(B))。
Next, after the
次に、例えばラッピングにより、応力発生部50Dのうち凹部40Dからはみ出している部分を薄くして、応力発生部50Dの厚さを調整する(図14(C))。
Next, the portion of the
(へき開工程・ダイシング工程)
次に、凹部40Dをまたぐようにして基板10Dおよび半導体層20Dをへき開してバー状にする(図示せず)。これにより、前端面20Aおよび後端面20Bが形成される。その後、前端面20Aに低反射膜31を形成すると共に、後端面20Bに高反射膜32を形成する(図示せず)。最後に、リッジ部30同士の間をリッジ部30に沿ってダイシングして基板10Dおよび半導体層20Dをチップ状にする(図示せず)。このようにして本実施の形態の半導体レーザ1が製造される。
(Cleaving process / Dicing process)
Next, the
次に、本実施の形態の半導体レーザ1の作用および効果について説明する。
Next, the operation and effect of the
本実施の形態の半導体レーザ1では、上部電極16と上部電極17との間に所定の電圧が印加されると、リッジ部30によって電流狭窄され、活性層12の電流注入領域(発光領域12A)に電流が注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、一対の前端面20Aおよび後端面20Bにより反射され、所定の波長でレーザ発振を生じ、レーザビームとして外部に射出される。
In the
ところで、本実施の形態では、基板10の、共振器方向に対向する一対の端部のうち少なくとも一方に切り欠き40が設けられており、その切り欠き40の内部に、活性層12および基板10の熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有する材料によって主に形成された応力発生部50が形成されている。これにより、製造過程において、高温下で、応力発生部50を少なくとも切り欠き40の内部に形成したのち、冷却することにより、応力発生部50から活性層12の端部に圧縮応力を与えることができる。なお、半導体レーザ1の駆動時の温度は、応力発生部50を形成する際の温度よりも極めて低いので、半導体レーザ1の駆動時においても、半導体層20の外部である応力発生部50から活性層12の端部に圧縮応力を与えることができる。これにより、活性層12の端部における格子間隔が応力発生部50から与えられる圧縮応力によって狭められ、活性層12の端部が活性層12の発光波長に相当するエネルギーよりも大きなバンドギャップを有するワイドバンドギャップ領域12Bとなる。その結果、半導体レーザ1の駆動時に、活性層12の端部に窓領域が形成され、活性層12の中央領域(利得領域)で発生したレーザ光が前端面20Aおよびその近傍、または後端面20Bおよびその近傍において吸収され、熱に変換される割合を低減することができる。従って、COD値を向上させることができる。
By the way, in this Embodiment, the
また、本実施の形態では、応力発生部50は半導体層20の外部に形成されているので、窓領域を形成するためにZn等の不純物を半導体層20内に拡散させた場合のような吸収損失の増大や、結晶性の低下が生じる虞はない。また、応力発生部50を形成する際の温度は、Zn等の不純物を活性層12にまで拡散させる際の温度よりも十分に低いので、エピタキシャル成長によって形成したドーピングプロファイルになまりが生じる虞もない。従って、本実施の形態では、端面およびその近傍に不純物拡散を行うことによって生じる不具合を生じさせることなく、COD値を向上させることができる。
In the present embodiment, since the
また、本実施の形態において、応力発生部50が放熱性の良い材料(例えば金属)によって形成されている場合には、活性層12の端部の温度を活性層12の端部以外の部分の温度よりも低くすることができる。ここで、一般に、半導体の温度を低くするとバンドギャップが小さくなることから、応力発生部50からの放熱によって、活性層12の端部の温度が下がることにより、活性層12の端部のバンドギャップを、活性層12の端部以外の部分のバンドギャップよりも小さくすることができる。従って、半導体レーザ1が温度上昇したときに、熱暴走し難くすることができ、COD値を向上させることができる。
In the present embodiment, when the
また、本実施の形態において、切り欠き40の深さD1を基板10の厚さD2よりも浅くすると共に、下部電極17を基板10の裏面のうち切り欠き40以外の領域(切り欠き40の未形成領域)から切り欠き40内の底面40Aおよび側面40Bに渡って形成した場合には、下部電極17を、基板10のうち切り欠き40内の底面40Aに露出した部分にオーミック接触させることができる。これにより、半導体レーザ1の端部(端面20A,20B)での抵抗を小さくすることができるので、活性層12の端部(端面20A,20B)にも電流を注入することができ、活性層12の端部における光吸収をほとんどなくすることができる。なお、下部電極17が切り欠き40内の底面40Aに接触していない場合であっても、活性層12の端部ではバンドギャップが広がっているので、注入電流量が少なくても、光吸収はあまり起こらない。
Further, in the present embodiment, the depth D1 of the
また、本実施の形態において、切り欠き40の幅W2(リッジ部30の延在方向と直交する方向の幅)が基板10の幅W3よりも狭くなっている場合には、応力発生部50の、半導体レーザ1の横方向の端部における厚さを薄くすることができる。これにより、ダイシング時に、応力発生部50の切断を容易にすることができる。
In the present embodiment, when the width W2 of the notch 40 (the width in the direction orthogonal to the extending direction of the ridge portion 30) is narrower than the width W3 of the
以上、実施の形態およびその変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形可能である。 Although the present invention has been described with reference to the embodiment and its modifications, the present invention is not limited to the above-described embodiment and the like, and various modifications can be made.
例えば、上記実施の形態等では、半導体レーザ1はリッジ部30を1つだけ備えていたが、複数備えていてもよい。例えば、図15に示したように、複数のリッジ部30を共通の基板10上にモノリシックに形成し、半導体レーザアレイ2を構成することも可能である。
For example, in the above-described embodiment and the like, the
このとき、図16に示したように、半導体レーザアレイ2を、ジャンクションダウンでSiCなどの高熱伝導率を有するサブマウント60に半田(図示せず)を介して接合し、このサブマウント60を金属製のヒートシンク70に半田(図示せず)を介して接合することが好ましい。ただし、半導体レーザアレイ2のように、リッジ部30(エミッタ)を共通の基板10上にモノリシックに形成した場合には、隣接するエミッタ間で熱相互作用が生じ易いので、エミッタ間隔をある程度大きくしておくことが好ましい。なお、図16には、半導体レーザアレイ2の光射出側とは反対側に、下部電極17とワイヤ71を介して電気的に接続された電極部材72が設けられている場合が例示されている。この電極部材72は、ヒートシンク70と絶縁分離する絶縁板73上にネジ74によって固定されており、さらに、電極部材72の上には、ワイヤ71を外部から保護する保護部材75がネジ74によって固定されている。
At this time, as shown in FIG. 16, the
ここで、同一の駆動条件では、半導体レーザアレイ2の各エミッタからの出力は、活性層の端部に窓構造の形成されていない従来タイプのレーザアレイの各エミッタからの出力よりも大きくなる。そのため、各エミッタからのレーザ光を合成して高出力化する際に、従来よりもエミッタの数を少なくすることが可能となる。これにより、半導体レーザアレイと光学結合する光学素子の小型化や、光学素子の数量の削減を実現することができる。また、各エミッタからのレーザ光をレンズなどでコリメートし、光学素子(例えば液晶や、DLP(Digital Light Processing)やGLV(Grating Light Valve)などの光MEMS(Micro Electro Mechanical Systems))で2次元画像情報に対応して空間的に変調し、スクリーンに照射するレーザーディスプレイにおいて、画素ごとの輝度を大きくすることができる。
Here, under the same driving conditions, the output from each emitter of the
なお、半導体レーザアレイ2をサブマウント60に半田を介して接合した際に、半田の表面張力によって半導体レーザアレイ2の光射出側の端面(端面20A)がサブマウント60側に傾いてしまうことが多い。端面20Aがサブマウント60側に傾くと、端面20B側の方が端面20A側よりもサブマウント60から遠くなり、端面20Bとサブマウント60との間の半田が厚くなるので、端面20B側の温度が端面20A側の温度よりも高くなり易く、端面20B側でCODが発生し易くなる。そこで、このような場合には、端面20B側にだけ基板10に切り欠き40を設け、その切り欠きの内部に応力発生部50を設けるようにしてもよい。
When the
また、上記実施の形態等では、AlGaInP系の化合物半導体レーザを例にして本発明を説明したが、他の化合物半導体レーザ、例えば、GaInAsP系などの赤色半導体レーザ、GaInN系およびAlGaInN系などの窒化ガリウム系の半導体レーザ、ZnCdMgSSeTeなどのII−VI族の半導体レーザにも適用可能である。また、AlGaAs系、InGaAs系、InP系、GaInAsNP系などの、発振波長が可視域とは限らないような半導体レーザにも適用可能である。 In the above-described embodiments, the present invention has been described by taking an AlGaInP-based compound semiconductor laser as an example. However, other compound semiconductor lasers, for example, a red semiconductor laser such as a GaInAsP-based semiconductor, a nitride such as a GaInN-based and AlGaInN-based semiconductor The present invention is also applicable to II-VI group semiconductor lasers such as gallium semiconductor lasers and ZnCdMgSSeTe. The present invention is also applicable to semiconductor lasers whose oscillation wavelength is not always in the visible range, such as AlGaAs, InGaAs, InP, and GaInAsNP.
また、上記実施の形態等では、インデックスガイド構造の半導体レーザを例に挙げて、本発明について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の構造、例えば、ゲインガイド構造の半導体レーザに対しても適用可能である。 In the above-described embodiments, the present invention has been described by taking the semiconductor laser having an index guide structure as an example. However, the present invention is not limited to this, and other structures, for example, gain guide structures. The present invention can also be applied to a semiconductor laser.
1…半導体レーザ、2…半導体レーザアレイ、10…基板、11…下部クラッド層、12…活性層、12A…発光領域、13…上部ガイド層、14…コンタクト層、15…絶縁層、16…上部電極、17…下部電極、20…半導体層、30…リッジ部、31…低反射膜、32…高反射膜、40…、50…、60…サブマウント、70…ヒートシンク、71…ワイヤ、72…電極部材、73…絶縁板、74…ネジ、75…保護部材。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記半導体基板の一の面上に形成された半導体層と、
前記半導体基板の、前記半導体層とは反対側の面上に形成された応力発生部と
を備え、
前記半導体層は、活性層と、前記活性層へ注入される電流を狭窄する帯状の電流狭窄構造とを前記半導体基板側から順に有すると共に、前記活性層および前記電流狭窄構造を間にして前記電流狭窄構造の延在方向に対向する一対の端面を有し、
前記半導体基板は、前記一対の端面のうち少なくとも一方の端面の直下およびその近傍に切り欠きを有し、
前記応力発生部は、前記活性層および前記半導体基板の熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有する材料によって主に形成されると共に、少なくとも前記切り欠きの内部に形成されている半導体レーザ。 A semiconductor substrate;
A semiconductor layer formed on one surface of the semiconductor substrate;
A stress generating part formed on a surface of the semiconductor substrate opposite to the semiconductor layer;
The semiconductor layer has an active layer and a band-shaped current confinement structure for confining a current injected into the active layer in order from the semiconductor substrate side, and the current is interposed between the active layer and the current confinement structure. Having a pair of end faces facing the extending direction of the constriction structure;
The semiconductor substrate has a notch directly below and in the vicinity of at least one of the pair of end surfaces,
The stress generation part is a semiconductor laser mainly formed of a material having a thermal expansion coefficient larger than that of the active layer and the semiconductor substrate, and at least inside the notch.
前記下部電極は、前記切り欠き以外の表面から前記切り欠き内の側面および底面に渡って形成されている請求項2に記載の半導体レーザ。 A lower electrode on the surface of the semiconductor substrate opposite to the semiconductor layer;
The semiconductor laser according to claim 2, wherein the lower electrode is formed from a surface other than the notch to a side surface and a bottom surface in the notch.
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