JP2003332674A - Semiconductor laser element - Google Patents

Semiconductor laser element

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JP2003332674A
JP2003332674A JP2002134941A JP2002134941A JP2003332674A JP 2003332674 A JP2003332674 A JP 2003332674A JP 2002134941 A JP2002134941 A JP 2002134941A JP 2002134941 A JP2002134941 A JP 2002134941A JP 2003332674 A JP2003332674 A JP 2003332674A
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JP
Japan
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layer
semiconductor laser
film
laser device
sio
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2002134941A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideo Yamanaka
英生 山中
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor laser element whose end face is improved in thermal conductivity so as to enhance its output and reliability. <P>SOLUTION: An n-Ga<SB>1-z1</SB>Al<SB>z1</SB>As lower clad layer 12, an i-In<SB>0.49</SB>Ga<SB>0.51</SB>P lower optical waveguide layer 13, an In<SB>x3</SB>Ga<SB>1-x3</SB>As<SB>1-y3</SB>P<SB>y3</SB>quantum well active layer 14, an i-In<SB>0.49</SB>Ga<SB>0.51</SB>P upper optical waveguide layer 15, a p-Ga<SB>1-z1</SB>Al<SB>z1</SB>As upper first clad layer 16, a p-In<SB>0.49</SB>Ga<SB>0.51</SB>P etching stop layer 17, a p-Ga<SB>1-z1</SB>Al<SB>z1</SB>As upper second clad layer 18, a p-GaAs contact layer 19, an insulating film 20, a p-side electrode 21, and an n-side electrode 22 are successively formed on an n-GaAs substrate 11. An Al<SB>2</SB>O<SB>3</SB>low-reflection film 14 of thickness λ/4 is formed on one end face of a resonator, and a high-reflection film 13 of an oxide laminate (Al<SB>2</SB>O<SB>3</SB>/SiO<SB>2</SB>/Al<SB>2</SB>O<SB>3</SB>/SiO<SB>2</SB>/Al<SB>2</SB>O<SB>3</SB>/SiO<SB>2</SB>/Al<SB>2</SB>O<SB>3</SB>/SiO<SB>2</SB>/Al<SB>2</SB>O<SB>3</SB>/SiO<SB>2</SB>) having a reflectance of 95% or above, and a thickness of λ/4 is formed on the other end face of the resonator. The surface roughness of the first Al<SB>2</SB>O<SB>3</SB>layer of the oxide laminate as the reflection film is set at 3 nm or below. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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、半導体レーザ素子
に関し、特に、Alを活性層に含まない半導体レーザ素
子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 laser device, and more particularly to a semiconductor laser device having no active layer containing Al.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体レーザ素子の寿命を決定する主な
要因として、光共振器の光損傷破壊(COD;Catastrophic
Optical Damage)が挙げられる。これは、共振器端面
が、共振器内部で発生した光に対して吸収領域になるこ
とにより発生する。具体的には、共振器端面の半導体表
面に、酸素の吸着による表面酸化および半導体表面組成
の変成によるダングリングボンドが形成され、これによ
り半導体界面特有の深い準位が生じ、端面近傍の禁制帯
幅が実質的に狭くなったことによる。そこで、界面準位
を消滅させる方法が、特開平9-162496号公報および特開
平3-101183号公報において提案されている。特に後者に
は、Si等を半導体レーザ端面に付着させて、ダングリ
ングボンドの終端による界面準位を消滅させることによ
り、非発光再結合電流により励起される端面の発熱を抑
制できることが記載されている。
2. Description of the Related Art As a main factor that determines the life of a semiconductor laser device, optical damage destruction (COD) of an optical resonator
Optical Damage). This occurs because the cavity end face becomes an absorption region for the light generated inside the cavity. Specifically, dangling bonds are formed on the semiconductor surface of the cavity end face due to surface oxidation due to adsorption of oxygen and transformation of the semiconductor surface composition, which causes a deep level peculiar to the semiconductor interface and causes a forbidden band near the end face. This is because the width has become substantially narrower. Therefore, a method of eliminating the interface state is proposed in JP-A-9-162496 and JP-A-3-101183. Particularly in the latter, it is described that by attaching Si or the like to the end face of the semiconductor laser and eliminating the interface state at the end of the dangling bond, heat generation of the end face excited by the non-radiative recombination current can be suppressed. There is.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】一方、760〜900(nm)の
範囲の発振波長を有する半導体レーザ素子では、Al系
の活性層、例えばGaAlAsが用いられているが、特
に、信頼性向上を目的とした半導体レーザ素子では、ア
ルミを含まない活性層、例えばInGaAsPが用いら
れている。アルミを含まない活性層を有する半導体レー
ザ素子は、Al系の活性層を有する半導体レーザ素子に
比べ、一般的に、熱抵抗が高く放熱性が悪い、あるいは
界面欠陥による非発光再結合速度がAl系のそれの約1/
10と小さい等の理由から、上記のような界面準位を減ら
す手法を施しても顕著なCOD改良結果が得られないとい
う問題がある。
On the other hand, in a semiconductor laser device having an oscillation wavelength in the range of 760 to 900 (nm), an Al-based active layer such as GaAlAs is used. In the intended semiconductor laser device, an active layer containing no aluminum, for example, InGaAsP is used. A semiconductor laser device having an active layer not containing aluminum generally has higher thermal resistance and poor heat dissipation than a semiconductor laser device having an Al-based active layer, or the non-radiative recombination rate due to an interface defect is Al. About 1 / th of that of the system
Due to such a small value as 10, there is a problem that a remarkable COD improvement result cannot be obtained even if the above method for reducing the interface state is applied.

【0004】本発明は上記事情に鑑みて、光出力のCOD
レベルを向上させ、高い信頼性を有する半導体レーザ素
子を提供することを目的とするものである。
In view of the above circumstances, the present invention is directed to a COD of optical output.
It is an object of the present invention to improve the level and provide a semiconductor laser device having high reliability.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ素
子は、発光層および導波層を含む半導体の積層体からな
り、該積層体の共振器端面に酸化物からなるパッシベー
ション膜を備えた半導体レーザ素子において、パッシベ
ーション膜の積層体側から第1層の表面粗さが3nm以
下であることを特徴とするものである。
A semiconductor laser device according to the present invention comprises a semiconductor laminate including a light emitting layer and a waveguide layer, and a semiconductor provided with a passivation film made of an oxide on a cavity end face of the laminate. In the laser element, the surface roughness of the first layer from the layered body side of the passivation film is 3 nm or less.

【0006】積層体側から第1層とは、パッシベーショ
ン膜が単層の場合は該層を示し、複数層の場合は、積層
体に直接形成する層を示す。
The first layer from the side of the laminated body means the layer when the passivation film is a single layer, and the layer formed directly on the laminated body when the passivation film has a plurality of layers.

【0007】パッシベーション膜の少なくとも第1層
は、Al、Si、TiおよびTaの少なくとも1つの酸
化物からなることが望ましい。
At least the first layer of the passivation film is preferably made of at least one oxide of Al, Si, Ti and Ta.

【0008】発光層および導波層は、Alを含まない半
導体からなることが望ましい。
The light emitting layer and the waveguiding layer are preferably made of a semiconductor containing no Al.

【0009】パッシベーション膜の少なくとも第1層
は、電子サイクロトロン共鳴プラズマ付着法により形成
されていることが望ましい。
At least the first layer of the passivation film is preferably formed by an electron cyclotron resonance plasma deposition method.

【0010】なお、上記の「表面粗さ」は、原子力顕微
鏡により測定された、100μm平方の領域内におけるPea
k−Valley最大値(凹部の底部から凸部の頂点まで高さ
の最大値)を示す
The above-mentioned "surface roughness" means the Pea in a 100 μm square area measured by an atomic force microscope.
Indicates the k-Valley maximum value (maximum height from the bottom of the concave to the top of the convex)

【0011】[0011]

【発明の効果】本発明の半導体レーザ素子によれば、発
光層および導波層を含む半導体の積層体からなり、該積
層体の共振器端面に酸化物からなるパッシベーション膜
を備えた半導体レーザ素子において、パッシベーション
膜の積層体側から第1層の表面粗さを3nm以下とする
ことにより、膜の熱伝導率を高めることができ、共振器
端面の温度上昇を抑制することができる。これにより、
端面破壊に達する光出力レベルを上げることができるの
で、光出力と信頼性を向上させることができる。
According to the semiconductor laser device of the present invention, a semiconductor laser device is formed of a semiconductor laminate including a light emitting layer and a waveguide layer, and a passivation film made of an oxide is provided on a cavity end face of the laminate. In the above, by setting the surface roughness of the first layer to 3 nm or less from the laminated body side of the passivation film, the thermal conductivity of the film can be increased and the temperature rise of the cavity facets can be suppressed. This allows
Since it is possible to increase the light output level that reaches the end face destruction, it is possible to improve the light output and reliability.

【0012】特に、半導体の積層体に直接形成する第1
層は放熱性の向上に大きく寄与するため、表面粗さを3
nm以下とすることは、光出力および信頼性の向上に効
果的である。
In particular, the first direct formation on the semiconductor laminate
Since the layer greatly contributes to the improvement of heat dissipation, the surface roughness is 3
The thickness of not more than nm is effective for improving the light output and reliability.

【0013】特に、Alを含まない活性層を有する半導
体レーザ素子においては、高熱抵抗のため放熱性が悪
く、また界面欠陥の低減による出力向上の効果が小さい
ので、本発明を適用することはより効果的である。
Particularly, in a semiconductor laser device having an active layer containing no Al, the heat dissipation is poor due to the high thermal resistance, and the effect of improving the output due to the reduction of interface defects is small. Therefore, the present invention is more applicable. It is effective.

【0014】電子サイクロトロン共鳴プラズマ付着法に
より形成された膜は、緻密性が高く、膜の材質本来の熱
伝導率とほぼ同等の熱伝導率を得ることができるので、
共振器端面の温度上昇を抑制することができ、光出力と
信頼性を向上させることができる。
The film formed by the electron cyclotron resonance plasma deposition method is highly dense and can obtain a thermal conductivity almost equal to the original thermal conductivity of the material of the film.
It is possible to suppress the temperature rise on the end face of the resonator and improve the optical output and reliability.

【0015】[0015]

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

【0016】本発明の第1の実施の形による半導体レー
ザ素子について、その製造過程に沿って説明する。その
半導体レーザ素子の斜視図を図1に示す。
The semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention will be described along with its manufacturing process. A perspective view of the semiconductor laser device is shown in FIG.

【0017】図1に示すように、有機金属気相成長法に
より、n−GaAs基板1上に、n−Ga1-z1Alz1
s下部クラッド層2(厚さdc=1700〜2300nm、0.55≦z1
≦0.7)、i−In0.49Ga0.51P下部光導波層3(厚さ
db=110nm)、Inx3Ga1-x3As1-y3y3量子井戸活性
層4(厚さda=8nm)、i−In0.49Ga0.51P上部光
導波層5(厚さdb=110nm)、p−Ga1-z1Alz1As上
部第一クラッド層6(厚さdc=110nm)、p−In0.49
0.51Pエッチング阻止層7、p−Ga1-z1Alz 1As
上部第二クラッド層8(厚さdc=1700〜2000nm、0.55≦z1
≦0.7)、およびp−GaAsコンタクト層9をこの順に
成長する。引き続き、絶縁膜(図示せず)を形成する。
次に、通常のリソグラフィにより、幅30〜250μm程度
のストライプでこれに連続する周辺部に平行な幅10μm
程度のストライプの絶縁膜を除去し、この絶縁膜をマス
クとして、ウェットエッチングにより、p−In0.49
0. 51Pエッチング阻止層7の上部まで除去してリッジ
ストライプを形成する。エッチング液としては、硫酸と
過酸化水素水とを含むエッチング液を用いる。これによ
り、自動的にエッチングがp−In0.49Ga0.51Pエッ
チング阻止層7上で停止する。絶縁膜を除去した後、新
たに絶縁膜10を形成し、通常のリソグラフィにより、リ
ッジストライプ上の絶縁膜10を除去し、p側電極11を形
成し、さらに、基板の厚さ100〜150μmになるまで基板
1の研磨を行ってn側電極12を形成する。
As shown in FIG. 1, n-Ga 1 -z 1 Al z 1 A is formed on an n-GaAs substrate 1 by a metal organic chemical vapor deposition method.
s Lower clad layer 2 (thickness dc = 1700 to 2300nm, 0.55 ≦ z1
≦ 0.7), i-In 0.49 Ga 0.51 P lower optical waveguide layer 3 (thickness
db = 110 nm), In x3 Ga 1-x3 As 1-y3 P y3 quantum well active layer 4 (thickness da = 8 nm), i-In 0.49 Ga 0.51 P upper optical waveguide layer 5 (thickness db = 110 nm), p-Ga 1-z 1 Al z 1 As upper first cladding layer 6 (thickness dc = 110 nm), p-In 0.49 G
a 0.51 P etching stop layer 7, p-Ga 1- z 1 Al z 1 As
Upper second cladding layer 8 (thickness dc = 1700 to 2000 nm, 0.55 ≦ z1
≦ 0.7), and the p-GaAs contact layer 9 are grown in this order. Subsequently, an insulating film (not shown) is formed.
Next, by normal lithography, a stripe with a width of about 30 to 250 μm is formed with a width of 10 μm parallel to the peripheral portion continuous with the stripe.
The striped insulation film is removed, and wet etching is performed using this insulation film as a mask to form p-In 0.49 G
It was removed to the top of a 0. 51 P etching stopper layer 7 to form a ridge stripe. An etching solution containing sulfuric acid and hydrogen peroxide solution is used as the etching solution. This automatically stops etching on the p-In 0.49 Ga 0.51 P etching stop layer 7. After removing the insulating film, a new insulating film 10 is formed, the insulating film 10 on the ridge stripe is removed by the ordinary lithography, the p-side electrode 11 is formed, and the substrate thickness is 100 to 150 μm. Until the board
Polishing 1 is performed to form the n-side electrode 12.

【0018】上記のように作製された半導体レーザ素子
の発振する波長帯λ(nm)に関しては、Inx3Ga
1-x3As1-y3y3量子井戸活性層の組成を、0≦x3≦0.5
および0≦y3<0.5とすることにより、750<λ<1100の
範囲での制御が可能である。
Regarding the wavelength band λ (nm) in which the semiconductor laser device produced as described above oscillates, In x3 Ga
1-x3 As 1-y3 P y3 The composition of the quantum well active layer is 0 ≦ x3 ≦ 0.5
And by setting 0 ≦ y3 <0.5, control in the range of 750 <λ <1100 is possible.

【0019】各層の成長法としては、固体あるいはガス
を原料とする分子線エピタキシャル成長法であってもよ
い。上記構造は、n型基板上へ成長された半導体層から
なるものであるが、p型基板を用いてもよく、この場
合、半導体層の導電性を反転させるだけでよい。
The growth method of each layer may be a molecular beam epitaxial growth method using a solid or gas as a raw material. Although the above structure consists of a semiconductor layer grown on an n-type substrate, a p-type substrate may be used, in which case the conductivity of the semiconductor layer need only be reversed.

【0020】次に、上記のように電極形成まで終了した
試料を、大気中でGaAsの(100)面が露出する方向
に共振器長0.9mmで、長さ約10〜20(mm)のバー状に劈開
し、光出射端面を露出させる。
Next, the sample, which has been subjected to the electrode formation as described above, has a cavity length of 0.9 mm and a bar length of about 10 to 20 (mm) in a direction in which the (100) plane of GaAs is exposed in the atmosphere. Cleavage to expose the light emitting end face.

【0021】次に、バー状の試料をコーティング可能な
治具に大気中でセットして、電子サイクロトロン共鳴
(ECR)スパッタ装置内にセットし真空排気を行う。
2つの端面に反射率制御を行うことを目的とした酸化物
を所望の反射率に対応した膜厚だけ成膜モードで成膜す
る。一方の共振器端面には、Al23からなる低反射膜
14をλ/2(反射率32%、809nm)相当を形成する。ま
た、反対側の端面には、反射率95%以上のλ/4酸化物
の積層物からなる高反射膜13(半導体層側からAl23
/SiO2/Al23/SiO2/Al23/SiO2
Al23/SiO2/Al23/SiO2)を形成する。
Al23からなる低反射膜14、および高反射膜13の積層
体側から第1層のAl23膜は、表面粗さが3nm以下で
形成されている。なお、低反射膜14のAl23膜、およ
び高反射膜13の積層体側から第1層のAl23膜は、再
現性良く同様の表面粗さで形成されることが確認されて
いる。
Next, the bar-shaped sample is set in a jig capable of coating in the atmosphere, set in an electron cyclotron resonance (ECR) sputtering apparatus, and evacuated.
An oxide for the purpose of controlling the reflectance on the two end faces is formed in a film formation mode in a film thickness corresponding to the desired reflectance. A low reflection film made of Al 2 O 3 is formed on one end face of the resonator.
14 is formed to have a wavelength of λ / 2 (reflectance 32%, 809 nm). In addition, on the opposite end face, a highly reflective film 13 (a semiconductor layer side is made of Al 2 O 3
/ SiO 2 / Al 2 O 3 / SiO 2 / Al 2 O 3 / SiO 2 /
Al 2 O 3 / SiO 2 / Al 2 O 3 / SiO 2 ) is formed.
The Al 2 O 3 film of the first layer from the laminate side of the Al 2 O 3 made of a low reflection film 14, and the high-reflection film 13, the surface roughness is formed by 3nm or less. Incidentally, the Al 2 O 3 film of the first layer from the laminate side of the Al 2 O 3 film, and the high reflection film 13 of the low reflection film 14 is confirmed to be formed in good reproducibility similar surface roughness There is.

【0022】ここで、図2にECRスパッタ装置の構造
図を示す。このECRスパッタ装置は、試料台32および
33を備えた真空槽31と、真空槽31内に反応ガスを導入す
るバルブ付き導入管34aおよび34bと、第一のターゲッ
ト35および第二のターゲット36と、該ターゲットをイオ
ンビームによって前記試料台32および33へそれぞれ加速
させる電磁石コイル37および38と、μ波導波管39および
40と、RF電源41および42とを備えるものである。成膜
を行う場合は、例えば、ArガスまたはO2ガス、およ
びμ波を真空槽31内に導入することによりECRプラズ
マを発生させる。このプラズマを電磁石コイルによる電
磁界により試料台方向へ加速させる。その加速されたプ
ラズマにより、電圧を印可されたターゲットまたはその
酸化物が試料上に成膜される。
Here, FIG. 2 shows a structural diagram of the ECR sputtering apparatus. This ECR sputtering device is equipped with a sample table 32 and
A vacuum chamber 31 provided with 33, introducing pipes 34a and 34b with a valve for introducing a reaction gas into the vacuum chamber 31, a first target 35 and a second target 36, and the target using an ion beam for the sample stage. Electromagnetic coils 37 and 38 for accelerating to 32 and 33 respectively, and μ wave waveguide 39 and
40 and RF power sources 41 and 42. When forming a film, for example, ECR plasma is generated by introducing Ar gas or O 2 gas and μ wave into the vacuum chamber 31. This plasma is accelerated toward the sample stage by the electromagnetic field generated by the electromagnet coil. The accelerated plasma deposits a voltage-applied target or its oxide on the sample.

【0023】次に、反射率制御層を形成したバー状の試
料を幅500〜600μmに劈開して半導体レーザ素子を作製
する。その後、半導体レーザ素子のp側をヒートシンク
に設置する。ヒートシンクは、Cu上にNiメッキ(5
μm)を実施し、その上にNi(50〜150nm)、Pt(5
0〜200nm)およびIn(3.5〜5.5μm)を記載順に、半
導体レーザ素子のボンディング面の少なくとも4倍の領
域に蒸着したものを用いる。ヒートシンクを180〜220℃
の温度範囲で加熱してInを溶融させてボンディングを
行う。
Next, a bar-shaped sample having a reflectance control layer formed thereon is cleaved to have a width of 500 to 600 μm to manufacture a semiconductor laser device. Then, the p-side of the semiconductor laser device is placed on the heat sink. As for the heat sink, Ni plating (5
μm) on top of which Ni (50-150 nm), Pt (5
0 to 200 nm) and In (3.5 to 5.5 μm) are vapor-deposited in the order of description on at least four times the area of the bonding surface of the semiconductor laser device. 180 ~ 220 ℃ heat sink
Is heated in the temperature range of 1 to melt In and bond.

【0024】次に、本発明の第2の実施の形態による半
導体レーザ素子について説明する。その半導体レーザ素
子の斜視図を図3に示す。
Next, a semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention will be described. A perspective view of the semiconductor laser device is shown in FIG.

【0025】本発明による半導体レーザ素子は、図3に
示すように、n-GaAs基板31上に、n-Al0.52Ga0.48As下部
クラッド層32(濃度1×1018cm-3、層厚2.0μm)、nま
たはi-InGaAsP光導波層33(層厚50nm)、i-In0.2Ga0.8A
s圧縮歪量子井戸活性層34(層厚7nm)、i-InGaAsP光導
波層35(層厚50nm)、p-In0.49Ga0.51P低濃度上部第1
クラッド層36(Zn濃度5×1017cm-3、層厚5nm)、p-In
0.49Ga0.51P高濃度上部第1クラッド層37(Zn濃度1×
1018cm-3、層厚0.2μm)、電流注入領域以外の領域に
形成されたp-InGaAsPエッチングストップ層38(層厚5n
m)およびn-InGaP電流ブロック層39(濃度5×1017c
m-3、層厚1.0μm)、p-Al0.47Ga0.53As上部第2クラッ
ド層40(濃度1×1018cm-3、層厚1.5μm)、およびp-Ga
Asコンタクト層41(濃度5×1019cm-3、層厚0.1μm)が
積層された積層体からなり、電流注入領域以外の領域に
形成された絶縁膜43、p側電極44および基板31の裏面に
形成されたn側電極45を備えてなるものである。
As shown in FIG. 3, the semiconductor laser device according to the present invention has an n-Al 0.52 Ga 0.48 As lower cladding layer 32 (concentration 1 × 10 18 cm −3 , layer thickness 2.0) on an n-GaAs substrate 31. μm), n or i-InGaAsP optical waveguide layer 33 (layer thickness 50 nm), i-In 0.2 Ga 0.8 A
s Compressive strain quantum well active layer 34 (layer thickness 7 nm), i-InGaAsP optical waveguide layer 35 (layer thickness 50 nm), p-In 0.49 Ga 0.51 P low concentration upper first
Cladding layer 36 (Zn concentration 5 × 10 17 cm -3 , layer thickness 5 nm), p-In
0.49 Ga 0.51 P High concentration upper first cladding layer 37 (Zn concentration 1 ×
10 18 cm -3 , layer thickness 0.2 μm), p-InGaAsP etching stop layer 38 (layer thickness 5 n) formed in a region other than the current injection region.
m) and n-InGaP current blocking layer 39 (concentration 5 × 10 17 c
m -3 , layer thickness 1.0 μm), p-Al 0.47 Ga 0.53 As upper second cladding layer 40 (concentration 1 × 10 18 cm -3 , layer thickness 1.5 μm), and p-Ga
The As contact layer 41 (concentration 5 × 10 19 cm −3 , layer thickness 0.1 μm) is laminated, and the insulating film 43, the p-side electrode 44, and the substrate 31 are formed in a region other than the current injection region. It is provided with an n-side electrode 45 formed on the back surface.

【0026】共振器端面の一方には発振波長980nmで反
射率が3%となるように、膜厚λ/4のAl23膜からな
る低反射膜46を備え、他方の端面には発振波長980nmで
反射率が95%となるように、各膜厚がλ/4であるAl2
3/TiO2/SiO2/TiO2/SiO2/TiO2/S
iO2/TiO2/SiO2/TiO2からなる10層構成の
高反射膜47を備えるものである。低反射膜46のAl23
膜、および高反射膜47の積層体側から第1層であるAl
23膜の表面粗さは3nm以下である。また、幅2.0μm
の発光領域ストライプの両脇には寄生容量を低減するた
めの2本の溝42が100μmの間隔をあけて備えられてい
る。共振器長は1.2mmであり、発振波長は980nmである。
この半導体レーザ素子についても上記第1の実施の形態
と同様にヒートシンクに実装する。
A low reflection film 46 made of an Al 2 O 3 film having a film thickness of λ / 4 is provided on one end face of the resonator so that the reflectance is 3% at an oscillation wavelength of 980 nm, and the other end face is oscillated. Al 2 O having a thickness of λ / 4 so that the reflectance is 95% at a wavelength of 980 nm
3 / TiO 2 / SiO 2 / TiO 2 / SiO 2 / TiO 2 / S
It is provided with a high-reflection film 47 composed of 10 layers composed of iO 2 / TiO 2 / SiO 2 / TiO 2 . Al 2 O 3 of low reflection film 46
The first layer from the side of the laminated body of the film and the high reflection film 47
The surface roughness of the 2 O 3 film is 3 nm or less. Also, width 2.0 μm
Two grooves 42 for reducing parasitic capacitance are provided on both sides of the light emitting region stripe at a distance of 100 μm. The resonator length is 1.2 mm and the oscillation wavelength is 980 nm.
This semiconductor laser device is also mounted on the heat sink as in the first embodiment.

【0027】ここで、本発明の半導体レーザ素子につい
て、反射膜の表面粗さと、熱伝導率および光出力との関
係を調べた。
With respect to the semiconductor laser device of the present invention, the relationship between the surface roughness of the reflective film, the thermal conductivity and the light output was examined.

【0028】まず、反射膜の表面粗さと熱伝導率との関
係について調べた。図4は、反射膜の表面粗さと熱伝導
率との関係を示すグラフである。図4の縦軸は、サファ
イアの熱伝導率で、Al23膜の熱伝導を規格化したも
のである。GaAs基板上に、表面粗さが異なるAl2
3膜(ただし、発振波長λ890nmで、膜厚λ/2)を、
蒸着、マグネトロンスパッタおよびECRスパッタの3
つの形成方法により形成してなる試料を複数作製し、こ
れを評価に用いた。なお、Al23膜の熱導電率は真空
理工製のPIT−1で測定した。また、表面粗さには、原
子力顕微鏡により、100μm平方の領域を測定し、その
測定範囲内のPeak−Valley最大値を採用した。
First, the relationship between the surface roughness of the reflective film and the thermal conductivity was examined. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the surface roughness of the reflective film and the thermal conductivity. The vertical axis of FIG. 4 is the thermal conductivity of sapphire, which is the normalized thermal conductivity of the Al 2 O 3 film. Al 2 with different surface roughness on GaAs substrate
O 3 film (however, with oscillation wavelength λ890nm, film thickness λ / 2)
Evaporation, magnetron sputtering and ECR sputtering 3
A plurality of samples formed by one forming method were prepared and used for evaluation. The thermal conductivity of the Al 2 O 3 film was measured by PIT-1 manufactured by Vacuum Riko. For the surface roughness, a 100 μm square area was measured by an atomic force microscope, and the Peak-Valley maximum value within the measurement range was adopted.

【0029】図4に示すように、表面粗さが小さくなる
に従って、ほぼサファイアと同等の熱伝導率が得られて
いる。すなわち、表面粗さが小さくなるに従って高い熱
伝導率が得られており、端面の温度上昇を良好に抑制で
きることがわかる。さらに、3つの膜形成方法のうち、
成膜イオンエネルギーが最も高く且つ成膜動作ガス圧が
10-2Paと低いECRスパッタにより形成された膜は、
表面粗さが小さく、高い熱伝導率が得られていることが
わかる。
As shown in FIG. 4, as the surface roughness decreases, the thermal conductivity almost equal to that of sapphire is obtained. That is, as the surface roughness decreases, higher thermal conductivity is obtained, and it can be seen that the temperature rise of the end face can be suppressed well. Furthermore, of the three film forming methods,
The film formed by ECR sputtering has the highest film-forming ion energy and a low film-forming operating gas pressure of 10 -2 Pa.
It can be seen that the surface roughness is small and high thermal conductivity is obtained.

【0030】次に、反射膜の表面粗さと最大光出力との
関係について調べた。図5は、本発明の半導体レーザ素
子(InGaAsP活性層を用いた素子)の測定結果で
あり、図6は、比較例の半導体レーザ素子の測定結果で
ある。本発明の半導体レーザ素子は、上記第1の実施の
形態による半導体レーザ素子を用いた。特に、ストライ
プ幅を約50μmとし、発振波長が809nmとなるように、
各層の組成比をz1=0.64、x3=0.12およびy3=0.24とし、
反射膜を、蒸着、マグネトロンスパッタおよびECRス
パッタの3つの形成方法により形成した素子を複数作製
して評価素子とした。比較例の半導体レーザ素子は、上
記第1の実施の形態による半導体レーザ素子の層構成に
おいて、活性層にGa1-zAlzAs(0<z<0.3)を備
え、特に、発振波長を809nmに揃えるため、z=0.09とし
た素子である。また、最大光出力は、図7に示すよう
に、駆動電流を上げた場合の光出力のピーク値とした。
なお、低反射膜14のAl23膜と、高反射膜13の半導体
の積層体側から第1層であるAl23膜は、同様の表面
粗さを有するものである。
Next, the relationship between the surface roughness of the reflective film and the maximum light output was examined. FIG. 5 shows the measurement results of the semiconductor laser device of the present invention (the device using the InGaAsP active layer), and FIG. 6 shows the measurement results of the semiconductor laser device of the comparative example. The semiconductor laser device of the present invention uses the semiconductor laser device according to the first embodiment. Especially, the stripe width is about 50 μm and the oscillation wavelength is 809 nm.
The composition ratio of each layer is z1 = 0.64, x3 = 0.12 and y3 = 0.24,
A plurality of elements each having the reflective film formed by the three forming methods of vapor deposition, magnetron sputtering, and ECR sputtering were manufactured to be an evaluation element. The semiconductor laser device of the comparative example has the layer structure of the semiconductor laser device according to the first embodiment, which includes Ga 1-z Al z As (0 <z <0.3) in the active layer, and particularly has an oscillation wavelength of 809 nm. Therefore, the device has z = 0.09. Further, the maximum light output was the peak value of the light output when the drive current was increased, as shown in FIG.
Note that the the Al 2 O 3 film of low reflection film 14, the Al 2 O 3 film which is the first layer of a semiconductor of a laminated body side of the high reflection film 13 has a similar surface roughness.

【0031】本発明の半導体レーザ素子においては、図
5に示すように、膜の表面粗さが小さくなるに従って、
最大光出力が高くなっていることがわかる。また、比較
例の半導体レーザ素子においても、図6に示すように、
膜の表面粗さが小さくなるに従って、最大光出力が高く
なっていることがわかる。すなわち、熱伝導率の低下が
最大光出力の向上に繋がっていると考えられる。特に、
本発明の半導体レーザ素子においては、表面粗さの低減
の影響が顕著に表われている。Al系の活性層を有する
半導体レーザ素子は、最大光出力低下の原因として、界
面欠陥による非発光再結合が依然支配的である一方、再
結合速度が小さく界面欠陥低減による光出力向上効果の
小さい活性層にAlを含まない本発明の半導体レーザ素
子においては、熱伝導の低下が素直に最大光出力の向上
に繋がっていると考えられる。このように、表面粗さは
膜自体の熱伝導率と相関があり、それに伴い最大光出力
とも相関があることがわかる。
In the semiconductor laser device of the present invention, as shown in FIG. 5, as the surface roughness of the film becomes smaller,
It can be seen that the maximum light output is high. Further, also in the semiconductor laser device of the comparative example, as shown in FIG.
It can be seen that the maximum light output increases as the surface roughness of the film decreases. That is, it is considered that the decrease of the thermal conductivity leads to the improvement of the maximum light output. In particular,
In the semiconductor laser device of the present invention, the effect of reducing the surface roughness is remarkable. In a semiconductor laser device having an Al-based active layer, non-radiative recombination due to an interface defect is still dominant as a cause of the decrease in maximum optical output, but the recombination speed is small and the effect of improving the optical output by reducing the interface defect is small. In the semiconductor laser device of the present invention in which the active layer does not contain Al, it is considered that the decrease in heat conduction directly leads to the improvement of the maximum light output. Thus, it can be seen that the surface roughness correlates with the thermal conductivity of the film itself, and accordingly correlates with the maximum light output.

【0032】上記のことから、熱伝導率を上げて端面の
温度上昇を抑える方法として、緻密性の高いパッシベー
ション膜を設けることがアルミを含まない活性層を備え
た半導体レーザ素子の場合、より効果的であることが明
らかになった。よって、本発明の半導体レーザ素子は、
表面粗さが3nm以下の緻密性の高いパッシベーション膜
を備えていることにより、熱伝導率が高くCODに達する
光出力が高いので、高い光出力と信頼性とを得ることが
できる。
From the above, as a method of increasing the thermal conductivity and suppressing the temperature rise of the end face, providing a highly dense passivation film is more effective in the case of a semiconductor laser device having an active layer containing no aluminum. Became clear. Therefore, the semiconductor laser device of the present invention,
Since the highly dense passivation film having a surface roughness of 3 nm or less is provided, the thermal output is high and the optical output reaching COD is high, so that high optical output and reliability can be obtained.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態による半導体レーザ
素子を示す斜視図
FIG. 1 is a perspective view showing a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】ECRスパッタ装置を示す概略構成図FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an ECR sputtering device.

【図3】本発明の第2の実施の形態による半導体レーザ
素子を示す斜視図
FIG. 3 is a perspective view showing a semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention.

【図4】様々なパッシベーション膜形成方法における、
膜の表面粗さと規格化熱伝導率との関係を示すグラフ
FIG. 4 shows various passivation film forming methods,
Graph showing the relationship between the surface roughness of the film and the normalized thermal conductivity

【図5】活性層がInGaAsPの場合の、膜の表面粗
さと最大光出力との関係を示すグラフ
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the film surface roughness and the maximum optical output when the active layer is InGaAsP.

【図6】活性層がAlGaAsの場合の、膜の表面粗さ
と最大光出力との関係を示すグラフ
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the film surface roughness and the maximum optical output when the active layer is AlGaAs.

【図7】駆動電流と光出力の関係を示すグラフFIG. 7 is a graph showing the relationship between drive current and optical output.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 n−GaAs基板 2 n−Ga1-z1Alz1As下部クラッド層 3 i−In0.49Ga0.51P下部光導波層 4 Inx3Ga1-x3As1-y3y3量子井戸活性層 5 i−In0.49Ga0.51P上部光導波層 6 p−Ga1-z1Alz1As上部第一クラッド層 7 p−In0.49Ga0.51Pエッチング阻止層 8 p−Ga1-z1Alz1As上部第二クラッド層 9 p−GaAsコンタクト層 10 絶縁膜 11 p側電極 12 n側電極 13 高反射膜 14 低反射膜1 n-GaAs substrate 2 n-Ga 1-z1 Al z1 As lower cladding layer 3 i-In 0.49 Ga 0.51 P lower optical waveguide layer 4 In x3 Ga 1-x3 As 1-y3 P y3 quantum well active layer 5 i- In 0.49 Ga 0.51 P upper optical waveguide layer 6 p-Ga 1-z1 Al z1 As upper first clad layer 7 p-In 0.49 Ga 0.51 P etching stop layer 8 p-Ga 1-z1 Al z1 As upper second clad layer 9 p-GaAs contact layer 10 insulating film 11 p-side electrode 12 n-side electrode 13 high reflection film 14 low reflection film

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 発光層および導波層を含む半導体の積層
体からなり、該積層体の共振器端面に酸化物からなるパ
ッシベーション膜を備えた半導体レーザ素子において、 前記パッシベーション膜の前記積層体側から第1層の表
面粗さが3nm以下であることを特徴とする半導体レー
ザ素子。
1. A semiconductor laser device comprising a semiconductor laminated body including a light emitting layer and a waveguiding layer, and a passivation film made of an oxide on a cavity facet of the laminated body, wherein the laminated body side of the passivation film is provided. A semiconductor laser device, wherein the surface roughness of the first layer is 3 nm or less.
【請求項2】 前記パッシベーション膜の少なくとも前
記第1層が、Al、Si、TiおよびTaの少なくとも
1つの酸化物からなることを特徴とする請求項1記載の
半導体レーザ素子。
2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein at least the first layer of the passivation film is made of at least one oxide of Al, Si, Ti, and Ta.
【請求項3】 前記発光層および前記導波層が、Alを
含まない半導体からなることを特徴とする請求項1また
は2記載の半導体レーザ素子。
3. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the light emitting layer and the waveguide layer are made of a semiconductor containing no Al.
【請求項4】 前記パッシベーション膜の少なくとも前
記第1層が、電子サイクロトロン共鳴プラズマ付着法に
より形成されていることを特徴とする請求項1、2また
は3記載の半導体レーザ素子。
4. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein at least the first layer of the passivation film is formed by an electron cyclotron resonance plasma deposition method.
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