JP2007324193A - Nitride semiconductor laser element and nitride semiconductor laser device using same - Google Patents
Nitride semiconductor laser element and nitride semiconductor laser device using same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007324193A JP2007324193A JP2006149859A JP2006149859A JP2007324193A JP 2007324193 A JP2007324193 A JP 2007324193A JP 2006149859 A JP2006149859 A JP 2006149859A JP 2006149859 A JP2006149859 A JP 2006149859A JP 2007324193 A JP2007324193 A JP 2007324193A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nitride semiconductor
- semiconductor laser
- laser element
- layer
- laser device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
Description
本発明は、端面出射型の半導体レーザ素子に関し、さらに詳細には、共振器端面のコート膜および共振器端面への水分拡散による共振器端面の劣化を抑制して高出力で長期間にわたり安定して動作する窒化物半導体レーザ素子およびこれを備えた窒化物半導体レーザ装置に関するものである。 The present invention relates to an edge-emitting semiconductor laser device, and more specifically, it suppresses deterioration of the resonator end face due to moisture diffusion to the coat film of the resonator end face and the resonator end face, and is stable for a long time with high output. And a nitride semiconductor laser device including the same.
近年、大容量記録を目的として、青色半導体レーザ素子である窒化物半導体レーザ素子を用いた光ディスクシステムが実用段階に入っている。これらの新規のディスクは二層ディスク対応によるさらなる高密度化および高速書込みを可能とするために、CODレベルが高く、かつ長期間にわたり安定して動作する耐久性、信頼性が高く、高出力の窒化物半導体レーザ素子が必要とされている。ここで、CODレベルとは、COD(Catastrophe Optical Damage;瞬時光学損傷)が発生する臨界出力である。 In recent years, optical disk systems using nitride semiconductor laser elements, which are blue semiconductor laser elements, have entered the practical stage for the purpose of large-capacity recording. These new discs are capable of higher density and higher speed writing due to the dual-layer discs, so that the COD level is high, and the durability, reliability and high output that operate stably over a long period of time are high. There is a need for nitride semiconductor laser devices. Here, the COD level is a critical output at which COD (Catatrophic Optical Damage) occurs.
従来のCDまたはDVDの記録および再生を行うAlGaAs系またはInGaAlP系半導体レーザ素子では、レーザ光の出射面および反射面である共振器端面の劣化や光学的な損傷を防ぐためにSiO2等の誘電体膜からなるコート膜を形成している。しかし、窒化物半導体レーザ素子にEB蒸着器やスパッタ装置を用いてそのまま誘電体膜を形成した場合には、CODレベルが低く、出力が低かった。そのため、共振器端面のコーティングの改善が求められている。 In a conventional AlGaAs-based or InGaAlP-based semiconductor laser element for recording and reproducing CDs or DVDs, a dielectric such as SiO 2 is used to prevent deterioration and optical damage of the resonator end surface, which is a laser light emission surface and a reflection surface. A coat film made of a film is formed. However, when the dielectric film was formed as it was on the nitride semiconductor laser element using an EB vapor deposition device or a sputtering device, the COD level was low and the output was low. Therefore, improvement of the coating on the resonator end face is required.
特許文献1では、半導体レーザを加熱し、劈開により形成される半導体レーザの共振器端面をArプラズマ雰囲気に曝露して、共振器端面に存在する微小な凹凸や酸化物や汚染物質などを除去し、共振器端面を平坦化した上で誘電体からなる端面コート膜を成膜することで端面コート膜の共振器端面への密着性の向上を図り、共振器端面の劣化を抑制する半導体レーザの製造方法が提案されている。 In Patent Document 1, a semiconductor laser is heated and the cavity end face of the semiconductor laser formed by cleavage is exposed to an Ar plasma atmosphere to remove minute irregularities, oxides, contaminants, etc. present on the cavity end face. A semiconductor laser that suppresses deterioration of the resonator end face by flattening the end face of the resonator and forming an end face coat film made of a dielectric to improve the adhesion of the end face coat film to the end face of the resonator. Manufacturing methods have been proposed.
また、特許文献2では、反射防止膜を、光半導体素子の半導体レーザ構造端面を環境雰囲気の酸素や水分から保護するものとするために、半導体レーザ構造端面に、半導体レーザ構造端面側から順にSiNx/SiO2の2層からなる薄膜を形成した光半導体素子が提案されている。
通常の窒化物半導体レーザ素子は、放熱板すなわちヒートシンクとして作用するサブマウント上に半田でマウントされ、さらにそのサブマウントが半導体レーザの支持体であるステム上にマウントされる。その後、窒化物半導体レーザ素子はステムのピンと金ワイヤーにより電気的に接続され、レーザ光を90%以上透過するガラス窓のついたキャップにより大気、乾燥空気あるいは希ガスなどとともに封止される。 A normal nitride semiconductor laser device is mounted with solder on a submount that acts as a heat sink, that is, a heat sink, and the submount is mounted on a stem that is a support for the semiconductor laser. Thereafter, the nitride semiconductor laser element is electrically connected to the pin of the stem by a gold wire, and sealed with air, dry air, or a rare gas by a cap with a glass window that transmits 90% or more of the laser light.
発明者が研究を重ねた結果、窒化物半導体レーザ素子の加熱や、共振器端面のプラズマ雰囲気への曝露による前処理を行うことにより、共振器端面の水分、カーボン、自然酸化膜等の汚染物質は除去できるものの、窒化物半導体レーザ素子をキャップによって封止するパッケージ封止後、時間の経過とともに共振器端面に形成した誘電体膜中を水分が拡散しており、この水分が共振器端面を劣化させる要因であることがわかった。 As a result of the inventor's repeated research, contaminants such as moisture, carbon, and natural oxide film on the resonator end face are obtained by heating the nitride semiconductor laser element and performing pretreatment by exposing the end face of the resonator to the plasma atmosphere. However, after sealing the package that seals the nitride semiconductor laser element with a cap, moisture diffuses in the dielectric film formed on the resonator end face as time passes, and this moisture covers the end face of the resonator. It turned out to be a factor to deteriorate.
従来の共振器端面のプラズマ雰囲気への曝露による前処理を施した窒化物半導体レーザ素子を作製し、作製直後にスパッタリングAES(Auger Electron Spectroscopy;オージェ電子分光分析)により、誘電体膜中の水分濃度を深さ方向(大気側から共振器端面に向かう方向)に測定したところ、誘電体膜全体に渡り、水分濃度は検出限界以下であった。しかし、同じ窒化物半導体レーザ素子を300時間程度放置した後、同様に水分濃度を測定したところ、誘電体膜の表面から半導体の共振器端面に向かって低下する濃度プロファイルで水分が検出された。この結果は、前処理により共振器端面に付着した水分等は除去されているものの、時間の経過とともに外部から誘電体膜の内部に水分が拡散していることを示している。作製直後の窒化物半導体レーザ素子と300時間放置後の窒化物半導体レーザ素子のCODレベルを測定したところ、300時間放置後のものでは作製直後のものと比べて低下していることが確認された。これは、誘電体膜内の水分がCODレベル低下の要因であることを示唆している。 A conventional nitride semiconductor laser device that has been pretreated by exposure to the plasma atmosphere of the cavity end face is fabricated, and immediately after the fabrication, the moisture concentration in the dielectric film is obtained by sputtering AES (Auger Electron Spectroscopy). Was measured in the depth direction (direction from the atmosphere side toward the resonator end face), and the moisture concentration was below the detection limit over the entire dielectric film. However, when the same nitride semiconductor laser element was allowed to stand for about 300 hours and the moisture concentration was measured in the same manner, the moisture was detected with a concentration profile that decreased from the surface of the dielectric film toward the end face of the semiconductor resonator. This result shows that although moisture adhering to the resonator end face has been removed by the pretreatment, moisture has diffused from the outside into the dielectric film over time. When the COD levels of the nitride semiconductor laser element immediately after fabrication and the nitride semiconductor laser element after standing for 300 hours were measured, it was confirmed that those after standing for 300 hours were lower than those immediately after fabrication. . This suggests that the moisture in the dielectric film is a factor in reducing the COD level.
時間の経過とともにCODレベルが低下すると、高出力化と高耐久性が実現できなくなる。図9は、作製直後の上述の窒化物半導体レーザ素子をエージングし、定期的に取り出してCODレベルを測定した結果を示すグラフである。図9は横軸がエージング時間、縦軸がCODレベルである。また、エージング条件は雰囲気温度70℃、出力60mW、CW(Continuous Wave;連続発振)駆動であり、CODレベルの測定条件は50ns、duty50%、室温、pulse測定である。この結果より、300時間経過後のCODレベルが200mWであり、300時間経過後では200mW以上の高出力化は不可であることがわかる。
If the COD level decreases with time, high output and high durability cannot be realized. FIG. 9 is a graph showing the results of aging the nitride semiconductor laser element just after fabrication, periodically taking it out, and measuring the COD level. In FIG. 9, the horizontal axis represents the aging time, and the vertical axis represents the COD level. The aging conditions are an atmospheric temperature of 70 ° C., an output of 60 mW, CW (continuous wave) driving, and the COD level measurement conditions are 50 ns,
半導体レーザ素子の共振器端面のうち、レーザ光出射側の端面に形成された誘電体膜に拡散する水分は、基本的に大気中に存在し、ステム、キャップ、半導体レーザ素子自体の表面にも付着している。したがって、半導体レーザ素子をたとえ水分を含まない希ガスなどとともに封止しても、ステム、キャップ、半導体レーザ素子自体から蒸発してくる水分が濃度勾配により誘電体膜中を経て共振器端面から半導体レーザ素子の半導体積層体へ拡散する。誘電体膜中の水分はそれ自体がレーザ光を吸収するとともに、詳しい機構は不明ながら、誘電体膜に吸収中心を形成してレーザ光を吸収させる。吸収されたレーザ光は、非常に高い発熱を引き起こす。この発熱によって半導体レーザ素子の端面部分が高温になることで、比較的低い光出力であっても光学損傷による端面劣化を引き起こし、半導体レーザ素子が破壊に至ることがわかる。以上のことから、誘電体膜から共振器端面への水分の拡散を防ぐことが、半導体レーザ素子の耐久性、信頼性向上に、必要不可欠であることがわかる。しかし、封止装置全体を水分除去のために低露点に管理する場合には、装置が大掛かりになり相当の費用を要する等のデメリットがある。 Moisture diffusing into the dielectric film formed on the laser light emitting end face of the resonator end face of the semiconductor laser element is basically present in the atmosphere, and is also present on the surface of the stem, cap, and semiconductor laser element itself. It is attached. Therefore, even if the semiconductor laser element is sealed together with a rare gas that does not contain moisture, the moisture evaporating from the stem, cap, and the semiconductor laser element itself passes through the dielectric film due to the concentration gradient, and the semiconductor from the cavity end face Diffusion into the semiconductor stack of the laser element. The moisture in the dielectric film itself absorbs the laser light, and although the detailed mechanism is unknown, an absorption center is formed in the dielectric film to absorb the laser light. The absorbed laser light causes very high heat generation. It can be seen that, due to this heat generation, the end face portion of the semiconductor laser element becomes high in temperature, causing deterioration of the end face due to optical damage even if the light output is relatively low, and the semiconductor laser element is destroyed. From the above, it can be seen that preventing the diffusion of moisture from the dielectric film to the resonator end face is indispensable for improving the durability and reliability of the semiconductor laser device. However, when the entire sealing device is managed to have a low dew point in order to remove moisture, there is a demerit that the device becomes large and requires considerable costs.
また、特許文献2に開示されているように、SiNx/SiO2からなる薄膜を直接半導体結晶に接して形成する技術においては、半導体結晶がGaN系結晶である場合には、SiO2の酸素がGaと置換され界面で非常によく反応して端面劣化を引き起こす問題があった。GaN系半導体と接する界面にSiNxが形成されている場合でも、光学膜としてのSiNxは薄くせざるを得ないため、SiNxを透過して酸素とGaが置換反応を引き起こす問題があった。一方、光学膜としてのSiNxが厚く、半導体がGaN系結晶である場合には、厚いSiNxに亀裂が発生し、また剥離を起こし、それらを通過した酸素とGaが置換反応を引き起こす問題がある。 Further, as disclosed in Patent Document 2, in the technique of forming a thin film made of SiN x / SiO 2 in direct contact with a semiconductor crystal, when the semiconductor crystal is a GaN-based crystal, oxygen in SiO 2 Has been replaced with Ga, reacting very well at the interface, and causing deterioration of the end face. Even if the interface in contact with the GaN-based semiconductor SiN x is formed, since SiN x is thin inevitably as an optical film, oxygen and Ga is a problem of causing a substitution reaction passes through the SiN x . On the other hand, when SiN x as an optical film is thick and the semiconductor is a GaN-based crystal, there is a problem that cracks occur in the thick SiN x and peeling occurs, and oxygen and Ga passing through them cause a substitution reaction. is there.
本発明はこのような問題に鑑み、窒化物半導体レーザ素子のレーザ光出射側および反射側の共振器端面の誘電体膜上に吸湿防止膜を形成し、誘電体膜および窒化物半導体積層体の内部への水分の拡散を低減することを特徴とする半導体素子を提供することを目的とする。 In view of such a problem, the present invention forms a moisture absorption preventing film on the dielectric film on the laser light emitting side and reflecting side of the cavity surface of the nitride semiconductor laser element, and the dielectric film and the nitride semiconductor laminated body An object of the present invention is to provide a semiconductor element characterized by reducing diffusion of moisture into the inside.
上記目的を達成するために本発明は、複数の窒化物半導体層からなる窒化物半導体積層体と、この窒化物半導体積層体を劈開して形成された互いに平行な2個の端面と、この2個の端面の上に設けられた誘電体からなるコート膜とを備えた窒化物半導体レーザ素子において、前記コート膜のいずれの上にも吸湿防止層を設けたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a nitride semiconductor multilayer body composed of a plurality of nitride semiconductor layers, two parallel end faces formed by cleaving the nitride semiconductor multilayer body, In a nitride semiconductor laser device including a coating film made of a dielectric material provided on each end face, a moisture absorption preventing layer is provided on any of the coating films.
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子において、前記吸湿防止層が、C、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hf、Rf、Y、Sr、NbおよびTaの窒化物のうち、少なくとも1個からなることを特徴とする。 In the nitride semiconductor laser device having the above-described configuration, the moisture absorption preventing layer may be a nitride of C, Si, Ge, Sn, Ti, Zr, Hf, Rf, Y, Sr, Nb, and Ta. It consists of at least one.
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子において、前記吸湿層が前記窒化物のうち1個からなる単層であることを特徴とする。 According to the present invention, in the nitride semiconductor laser element configured as described above, the moisture absorption layer is a single layer made of one of the nitrides.
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子において、前記吸湿層が前記窒化物のいずれかからなる層を複数備えることを特徴とする。 According to the present invention, in the nitride semiconductor laser element configured as described above, the moisture absorption layer includes a plurality of layers made of any of the nitrides.
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子において、前記吸湿防止層の厚さが10Å以上100Å以下であることを特徴とする。 According to the present invention, in the nitride semiconductor laser element configured as described above, the moisture absorption preventing layer has a thickness of 10 to 100 mm.
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子と、前記窒化物半導体レーザ素子を覆うキャップとを備えた窒化物半導体レーザ装置において、前記キャップが前記窒化物半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を通過させる孔を有し、前記窒化物半導体レーザ素子が前記キャップ外の雰囲気と触れていることを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided a nitride semiconductor laser device including the nitride semiconductor laser element configured as described above and a cap that covers the nitride semiconductor laser element, wherein the cap emits laser light emitted from the nitride semiconductor laser element. The nitride semiconductor laser element is in contact with the atmosphere outside the cap.
窒化物半導体レーザ素子の端面に設けられたコート膜に水分が含まれると、コート膜中にレーザ光の吸収中心が形成され、レーザ光の吸収によりコート膜が発熱し、窒化物半導体レーザ素子の耐久性が低下するが、本発明によると、窒化物半導体レーザ素子周辺の雰囲気に含まれる水分ならびに窒化物半導体レーザ装置を構成するステム、キャップおよび窒化物半導体レーザ素子自体の表面から蒸発する水分がコート膜中および窒化物半導体積層体中に拡散するのを吸湿防止層によって防ぐことができ、窒化物半導体レーザ素子の耐久性を向上させることができる。 If moisture is contained in the coating film provided on the end face of the nitride semiconductor laser element, an absorption center of the laser beam is formed in the coating film, and the coating film generates heat due to the absorption of the laser beam. Although the durability is reduced, according to the present invention, moisture contained in the atmosphere around the nitride semiconductor laser element and moisture evaporated from the surface of the stem, cap and nitride semiconductor laser element itself constituting the nitride semiconductor laser device It is possible to prevent the moisture absorption preventing layer from diffusing into the coating film and the nitride semiconductor laminated body, and to improve the durability of the nitride semiconductor laser device.
また、本発明によると、窒化物半導体レーザ素子のコート膜上に設けた吸湿防止層によって、コート膜等に水分が拡散するのと防ぐことができるため、窒化物半導体レーザ素子を希ガスなどで封止する必要がない。よって、窒化物半導体レーザ装置において窒化物半導体レーザ素子を覆うキャップにはレーザ光を通過させる孔を設けておけばよく、ガラスなどからなる窓を設けなくてもよい。これにより、窒化物半導体レーザ素子の耐久性を向上させつつ、窒化物半導体レーザ装置の製造工程を簡略化することができ、また、キャップの構造を簡単なものとできるため材料費を削減することができる。 In addition, according to the present invention, the moisture absorption preventing layer provided on the coating film of the nitride semiconductor laser element can prevent moisture from diffusing into the coating film or the like. There is no need to seal. Therefore, a hole that allows laser light to pass through may be provided in a cap that covers the nitride semiconductor laser element in the nitride semiconductor laser device, and a window made of glass or the like may not be provided. As a result, the manufacturing process of the nitride semiconductor laser device can be simplified while improving the durability of the nitride semiconductor laser element, and the material cost can be reduced because the cap structure can be simplified. Can do.
本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子の側面図、図2は窒化物半導体レーザ素子の平面図、図3は図2のA−A断面図、図4はウェハの三面図、図5はキャップを外した状態の窒化物半導体レーザ装置の斜視図、図6は窒化物半導体レーザ装置の外観斜視図である。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view of a nitride semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of the nitride semiconductor laser device, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 5 is a perspective view of the nitride semiconductor laser device with the cap removed, and FIG. 6 is an external perspective view of the nitride semiconductor laser device.
窒化物半導体レーザ素子10は、図1に示すように、GaN基板11上に窒化物半導体積層体20が形成されている。窒化物半導体積層体20には、図2に示すように光導波路のリッジ部15が形成され、リッジ部15を含めた窒化物半導体積層体20上にはp電極13が設けられている。GaN基板11の窒化物半導体積層体20が形成された面と反対側の面(以下裏面とする)にはn電極14が設けられている。また、窒化物半導体レーザ素子10は、劈開によって形成されたレーザ光の出射側共振器端面16および反射側共振器端面17を備える。これらの共振器端面16、17により、窒化物半導体積層体20は共振器として動作する。出射側共振器端面16にはAR(Anti−Reflection;低反射)コート膜18が、反射側共振器端面17にはHR(High−Reflection;高反射)コート膜19が形成されている。ARコート膜18は、Al2O3/TiO2の2層からなり、HRコート膜19はAl2O3/SiO2/TiO2/SiO2/TiO2/SiO2/TiO2/SiO2/TiO2/SiO2の10層からなる。
As shown in FIG. 1, the nitride
窒化物半導体積層体20の構造を詳細に説明する。窒化物半導体積層体20は、図3に示すように厚さ100μmのGaN基板11上に形成されており、GaN基板11側から厚さ0.2μmのn型GaN層21と厚さ2.5μmのn型Al0.05Ga0.95Nクラッド22と、厚さ0.1μmのn型GaNガイド層23と、厚さ4nmのInGaN井戸層が3層および厚さ8nmのGaN障壁層が4層それぞれ交互に積層されて成る多重量子井戸活性層24と、厚さ20nmのp型Al0.3Ga0.7N蒸発防止層25と、厚さ0.08μmのp型GaNガイド層26と、厚さ0.5μmのp型Al0.062Ga0.938Nクラッド層27と、厚さ0.1μmのp型GaNコンタクト層28が順に積層されて成る。なお、多重量子井戸活性層24は、GaN基板11側から障壁層/井戸層/障壁層/井戸層/障壁層/井戸層/障壁層の順序で形成される。p型Al0.062Ga0.938Nクラッド層27とp型GaNコンタクト層28は気相エッチングによりリッジ部15が加工され、電流狭窄のために絶縁膜12によりパターニングされている。
The structure of the nitride
次に、窒化物半導体レーザ素子10の製造方法について説明する。まず、GaN基板11上にMOCVD装置によって図3に示された順番でn型GaN層21からp型GaNコンタクト層28まで窒化物半導体積層体20を形成する。その後、RIE(Reactive Ion Etching;反応性イオンエッチング)、ICP(Inductive Coupled Plasma;誘導結合プラズマ)などの気相エッチングによりp型GaNコンタクト層28およびp型Al0.062Ga0.938Nクラッド層27にリッジ部15を加工し、電流狭窄のために絶縁膜12をp型GaNコンタクト層28の上面以外の窒化物半導体積層体20の上面に形成する。絶縁膜12は、SiO2、ZrO2などからなるものである。続いてp電極13を形成し、GaN基板11を裏面からGaN基板11の厚さが100μm程度になるまで研削、研磨する。この研磨工程でGaN基板11の裏面にできたダメージ層をRIEなどの気相エッチングでエッチングし除去したあと、GaN基板11側からTi/Alの順に積層されたn電極14をEB蒸着により形成し、図4に示すウェハ30が完成する。
Next, a method for manufacturing the nitride
このウェハ30をバー状に分割し、共振器端面を備えた窒化物半導体レーザバーとする。分割は、スクライブポイント31においてリッジ部15の長手方向に垂直な方向に行う。ウェハ30がバー分割されると劈開によって形成された共振器端面が大気に暴露され、水分、自然酸化膜、カーボンなどの汚染物質が付着する。したがって、これらの汚染物質がコート膜を形成する前の共振器端面に付着するのを最小限に留めるため、劈開後、数時間以内に蒸着装置に入れて真空状態を保つ必要がある。
The
次に、窒化物半導体レーザバーの出射側共振器端面16にEB蒸着装置にてARコート膜18を形成する。本実施形態において、ARコート膜18は誘電体膜からなるものであり、出射側共振器端面16側から順にAl2O3/TiO2の2層構造である。
Next, an
ARコート膜18は、まずAl2O3ターゲットを用いてAl2O3を形成した後、Ti3O5ターゲットを用いて酸素雰囲気で厚さ17nmのTiO2を形成する。これらの膜の厚さは405nmの波長の光のARコート膜18を通じた出射側共振器端面16からの前面透過率が5%となる設計値となっている。なお、ARコート膜18は、TiO2またはAl2O3の単層からなるものであっても、他の誘電体膜の単層または複数の層からなるものであってもよい。
次に、窒化物半導体レーザバーの反射側共振器端面17に、HRコート膜19を形成する。HRコート膜は誘電体膜からなるものであり、反射側共振器端面17側から順にAl2O3/SiO2/TiO2/SiO2/TiO2/SiO2/TiO2/SiO2/TiO2/SiO2の10層構造であり、SiO2/TiO2の多層コートが基本的な反射膜としての役割を果たしている。また、Al2O3膜は、SiO2/TiO2の多層コートの保護膜としての役割を果たしている。
Next, an
HRコート膜19を形成するSiO2は反射側共振器端面17のGaNのGaと置換され界面で非常によく反応して端面劣化を引き起こし、またTiO2はGaNと直接接すると、反応などにより光吸収し発熱し、膜自体の劣化を起こすことがある。このため、GaNに対して安定なAl2O3を保護膜として反射側共振器端面17上に形成する。本実施形態ではHRコート膜19のAl2O3の厚さは60Å程度である。なお、Al2O3の厚さは10Å以上200Å以下が好ましく、10Å以上100Å以下がより好ましい。厚さが10Å未満では、均一な膜になりにくく、保護膜としての効果が小さいからであり、100Åより厚い場合、特に200Åより厚い場合反射率の低下を引き起こすからである。なお、保護膜としてのAl2O3は必ずしも設けなくてもよい。
SiO 2 forming the
本実施形態において、ARコート膜18およびHRコート膜19の上にはそれぞれ第1の吸湿防止層41および第2の吸湿防止層42が形成されている。第1の吸湿防止層41および第2の吸湿防止層42は、いずれもコート膜18、19側から順にSiN/TiNの2層構造である。窒素雰囲気中で窒化物半導体レーザバーを150℃程度に保持し、ターゲットとしてSiおよびTi3O5を用いて、SiN/TiNの順にそれぞれ厚さ20Åに形成した。ここで、SiNおよびTiNの厚さはいずれも10Å以上100Å以下が好ましい。他の多くの誘電体膜と同様に、厚さが10Å未満では均一な膜になりにくく、吸湿防止層としての機能を成さないからである。逆に厚さが100Åを超える場合は、膜厚方向に均一なアモルファス膜が得られにくく、アモルファス相からずれて一部微結晶化した領域で光吸収を引き起こし、発熱につながるからである。なお、第1の吸湿防止層41、第2の吸湿防止層42、ARコート膜18およびHRコート膜19の成膜装置としては、EB蒸着装置、スパッタ蒸着装置などが好ましい。
In the present embodiment, a first moisture
次に、コート膜18、19を形成したバーを、リッジ部15の長手方向に平行な方向へのスクライブにてチップ分割して窒化物半導体レーザ素子10とし、図5に示すようにサブマウント52上に半田53にてマウントする。半田53としては、AuSn、SnAgCuなどを用いることができる。次に窒化物半導体レーザ素子10をマウントしたサブマウント52を、ステム51上にマウント56を介してAuSnなどの半田(不図示)を用いてマウントする。
Next, the bar on which the
Auワイヤーからなる配線55で、窒化物半導体レーザ素子10のp電極13とステム51のピン54とを、およびサブマウント52とマウント56とを結線し、図6で示したように、ガラス窓59が設けられたキャップ58で乾燥空気とともに封止することで、窒化物半導体レーザ装置50が完成する。窒化物半導体レーザ素子10から出射されたレーザ光は、ガラス窓59を通じて外部に出射される。
A wiring 55 made of Au wire is used to connect the p-
このようにして得られた窒化物半導体レーザ装置50は、窒化物半導体レーザ素子10に第1の吸湿防止層41および第2の吸湿防止層42を設けることにより、誘電体膜であるコート膜18、19の内部のみならず、共振器端面16、17を通じてGaN基板11および窒化物半導体積層体20に雰囲気中の水分ならびにステム51、キャップ58および窒化物半導体レーザ素子10自体の表面から蒸発してくる水分が拡散するのを防ぐことができる。そのため、コート膜18、19への吸収中心の形成、吸収されたレーザ光による発熱およびこの発熱による共振器端面16、17の劣化を防止することができ、窒化物半導体レーザ素子10のみならず窒化物半導体レーザ装置50の耐久性すなわち長期信頼性を向上させることができる。
The nitride
また、雰囲気中の水分や、ステム51等の表面から蒸発した水分があっても、その水分が窒化物半導体レーザ素子10の内部に拡散するのを吸湿防止層41、42によって防ぐことができるため、窒化物半導体レーザ素子10を希ガスなどとともに封止する必要がなく、レーザ光の出射する孔を有し、ガラス窓59のないキャップ58を用いることができる。したがって、封止に用いる希ガスなどが不要となり、窒化物半導体レーザ装置50の製造プロセス工程の面、材料の費用の面でも非常にメリットが大きい。
Further, even if there is moisture in the atmosphere or moisture evaporated from the surface of the
なお、本実施形態において、第1の吸湿防止層41および第2の吸湿防止層42は同じ構造でなくてもよい。吸湿防止層41、42としては、上述のSiN/TiNの2層構造のものに限られず、SiNまたはTiNの単層でもよい。また、IV族元素であるC、Si、GeおよびSnの窒化物や、金属元素であるTi、Zr、Hf、Rf、Y、Sr、NbおよびTaの窒化物のいずれかの単層もしくはこれらの単層を複数積層したものであってもよい。複数の層からなるものの場合、同じ材料からなる層を複数有するものであってもよい。
In the present embodiment, the first moisture
反射率5%として設計した厚さ80nmの単層のAl2O3からなるARコート膜と、、反射側共振器端面側から順にSiO2/TiO2/SiO2/TiO2/SiO2/TiO2/SiO2/TiO2/SiO2の9層からなるHRコート膜を備え、第1の吸湿防止層および第2の吸湿層として単層のSiNを両コート膜の上に備えた本発明にかかる窒化物半導体レーザ素子を用いた上述の構造の窒化物半導体レーザ装置を、雰囲気温度60℃、出力30mW、CW駆動でAPC(Automatic Power Control;定出力制御)でエージング試験を行った。比較例として、同様のARコート膜およびHRコート膜を備え、吸湿防止層を形成していない窒化物半導体レーザ素子を用いた窒化物半導体レーザ装置に関しても、同様の条件でエージング試験を行った。 An AR coating film composed of a single layer of Al 2 O 3 with a thickness of 80 nm designed for a reflectance of 5%, and SiO 2 / TiO 2 / SiO 2 / TiO 2 / SiO 2 / TiO 2 in this order from the reflection-side resonator end face side. The present invention comprises an HR coat film composed of 9 layers of 2 / SiO 2 / TiO 2 / SiO 2 , and a single layer of SiN is provided on both coat films as a first moisture absorption preventing layer and a second moisture absorption layer. The nitride semiconductor laser device having the above-described structure using such a nitride semiconductor laser element was subjected to an aging test by APC (Automatic Power Control) with an ambient temperature of 60 ° C., an output of 30 mW, and CW drive. As a comparative example, an aging test was also performed under the same conditions for a nitride semiconductor laser device using a nitride semiconductor laser element having the same AR coat film and HR coat film and having no moisture absorption preventing layer.
まず、30個の比較例の窒化物半導体レーザ素子についてエージングに伴うIop(駆動電流)の変化を測定した結果を図7に示す。図7は横軸をエージング時間、縦軸をIopとしたグラフである。Iopが少し波打ちながら上昇し、200時間程度でほとんどの素子が破壊に至っている。Iopが波打つのは、水分が徐々に共振器端面から窒化物半導体積層体の内部に拡散するために、共振器端面での光吸収が大きくなり、発熱が増大し素子の破壊が進みIopが上昇しているためであると考えられる。また、エージングが完了した素子の共振器端面をSEM(Scanning Electron Microscope;走査型電子顕微鏡)、EDX(Energy Dispersive X−ray Spectroscopy;エネルギー分散型X線分光装置)にて測定すると、水分が検出された。 First, FIG. 7 shows the result of measuring the change in Iop (driving current) accompanying aging for 30 nitride semiconductor laser elements of comparative examples. FIG. 7 is a graph in which the horizontal axis represents the aging time and the vertical axis represents Iop. Iop rises with a slight undulation, and most of the devices are destroyed in about 200 hours. Iop undulates because moisture gradually diffuses from the cavity end face to the inside of the nitride semiconductor stack, so that light absorption at the cavity end face increases, heat generation increases, element destruction progresses, and Iop rises. It is thought that it is because it is doing. In addition, when the resonator end face of the element after aging is measured with an SEM (Scanning Electron Microscope) or EDX (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy), moisture is detected. It was.
次に、30個の本発明にかかる吸湿防止層を形成した窒化物半導体レーザ素子についてエージングに伴うIopの変化を測定した結果を図8に示す。図8では、図7と異なり1000時間以上のエージングによってもIopの波打ちも見られない。したがって、本発明にかかる窒化物半導体レーザ素子は、長時間エージングを行ってもIopが安定しており、長期間にわたり安定して動作する高い耐久性、信頼性を有することがわかった。これは、吸湿防止層により水分の共振器端面から窒化物半導体積層体の内部への拡散が防止されたためと考えられる。この原因に関して詳細はわかっていないが、窒化物特有の密な膜質が寄与していると考えられる。さらに、エージングが完了した素子の共振器端面をSEM、EDXで測定したが水分は検出限界以下であった。 Next, FIG. 8 shows the result of measuring the change in Iop accompanying aging for 30 nitride semiconductor laser elements on which the moisture absorption preventing layers according to the present invention are formed. In FIG. 8, unlike in FIG. 7, no Iop wave is observed even after aging for 1000 hours or more. Therefore, it was found that the nitride semiconductor laser device according to the present invention has stable Iop even after aging for a long time, and has high durability and reliability for stable operation over a long period of time. This is presumably because the moisture absorption preventing layer prevented diffusion of moisture from the resonator end face into the nitride semiconductor multilayer body. Although details regarding this cause are not known, it is thought that the dense film quality peculiar to nitride contributes. Furthermore, the resonator end face of the element after aging was measured by SEM and EDX, but the moisture was below the detection limit.
なお、図7および図8において、エージング開始当初から全くIopが流れていないものが各々数個ずつ見られるが、これは全く動作しないものであり、現在の技術ではどのような窒化物半導体レーザ素子の製造時にもある程度の確率で現れる。 7 and 8, several Iops have not been flown at all since the beginning of aging, but this does not work at all. Appears with a certain probability even during manufacture.
10 窒化物半導体レーザ素子
11 GaN基板
12 絶縁膜
13 p電極
14 n電極
15 リッジ部
16 出射側共振器端面
17 反射側共振器端面
18 ARコート膜
19 HRコート膜
20 窒化物半導体積層体
21 n型GaN層
22 n型Al0.05Ga0.95Nクラッド
23 n型GaNガイド層
24 多重量子井戸活性層
25 p型Al0.3Ga0.7N蒸発防止層
26 p型GaNガイド層
27 p型Al0.062Ga0.938Nクラッド層
28 p型GaNコンタクト層
30 ウェハ
31 スクライブポイント
41 第1の吸湿防止層
42 第2の吸湿防止層
50 窒化物半導体レーザ装置
51 ステム
52 サブマウント
53 半田
54 ピン
55 配線
57 ピン
58 キャップ
59 ガラス窓
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記コート膜のいずれの上にも吸湿防止層を設けたことを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。 Nitride semiconductor laminate composed of a plurality of nitride semiconductor layers, two parallel end faces formed by cleaving the nitride semiconductor laminate, and a dielectric provided on the two end faces In a nitride semiconductor laser device comprising a coat film made of
A nitride semiconductor laser device, wherein a moisture absorption preventing layer is provided on any of the coating films.
前記キャップが前記窒化物半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を通過させる孔を有し、前記窒化物半導体レーザ素子が前記キャップ外の雰囲気と触れていることを特徴とする窒化物半導体レーザ装置。 A nitride semiconductor laser device comprising the nitride semiconductor laser element according to claim 1 and a cap that covers the nitride semiconductor laser element.
The nitride semiconductor laser device, wherein the cap has a hole through which laser light emitted from the nitride semiconductor laser element passes, and the nitride semiconductor laser element is in contact with an atmosphere outside the cap.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006149859A JP4740037B2 (en) | 2006-05-30 | 2006-05-30 | Nitride semiconductor laser device and nitride semiconductor laser device including the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006149859A JP4740037B2 (en) | 2006-05-30 | 2006-05-30 | Nitride semiconductor laser device and nitride semiconductor laser device including the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007324193A true JP2007324193A (en) | 2007-12-13 |
JP4740037B2 JP4740037B2 (en) | 2011-08-03 |
Family
ID=38856758
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006149859A Active JP4740037B2 (en) | 2006-05-30 | 2006-05-30 | Nitride semiconductor laser device and nitride semiconductor laser device including the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4740037B2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008270498A (en) * | 2007-04-19 | 2008-11-06 | Sanyo Electric Co Ltd | Semiconductor laser device |
US8194711B2 (en) | 2008-07-18 | 2012-06-05 | Panasonic Corporation | Nitride semiconductor laser device |
US9153935B2 (en) | 2013-07-16 | 2015-10-06 | Sony Corporation | Electronic unit, optcal disk knit, display unit, and image pickup unit |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62118469A (en) * | 1985-11-19 | 1987-05-29 | Sharp Corp | Loan word conversion system for word processor |
JPH03142892A (en) * | 1989-10-27 | 1991-06-18 | Sharp Corp | Semiconductor laser element |
JPH03184329A (en) * | 1989-12-13 | 1991-08-12 | Fujitsu Ltd | Manufacturing method of semiconductor device |
JP2000068586A (en) * | 1998-08-20 | 2000-03-03 | Hitachi Ltd | Optical module and optical transmission device |
JP2002335053A (en) * | 2001-03-06 | 2002-11-22 | Sony Corp | Semiconductor laser, manufacturing method thereof, semiconductor device and manufacturing method thereof |
JP2003304022A (en) * | 2002-04-12 | 2003-10-24 | Sharp Corp | Semiconductor laser device |
-
2006
- 2006-05-30 JP JP2006149859A patent/JP4740037B2/en active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62118469A (en) * | 1985-11-19 | 1987-05-29 | Sharp Corp | Loan word conversion system for word processor |
JPH03142892A (en) * | 1989-10-27 | 1991-06-18 | Sharp Corp | Semiconductor laser element |
JPH03184329A (en) * | 1989-12-13 | 1991-08-12 | Fujitsu Ltd | Manufacturing method of semiconductor device |
JP2000068586A (en) * | 1998-08-20 | 2000-03-03 | Hitachi Ltd | Optical module and optical transmission device |
JP2002335053A (en) * | 2001-03-06 | 2002-11-22 | Sony Corp | Semiconductor laser, manufacturing method thereof, semiconductor device and manufacturing method thereof |
JP2003304022A (en) * | 2002-04-12 | 2003-10-24 | Sharp Corp | Semiconductor laser device |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008270498A (en) * | 2007-04-19 | 2008-11-06 | Sanyo Electric Co Ltd | Semiconductor laser device |
US8194711B2 (en) | 2008-07-18 | 2012-06-05 | Panasonic Corporation | Nitride semiconductor laser device |
US9153935B2 (en) | 2013-07-16 | 2015-10-06 | Sony Corporation | Electronic unit, optcal disk knit, display unit, and image pickup unit |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4740037B2 (en) | 2011-08-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4451371B2 (en) | Nitride semiconductor laser device | |
JP5430826B2 (en) | Nitride semiconductor laser device | |
CN102136673B (en) | Nitride semiconductor light-emitting device | |
JP2010068007A (en) | Nitride semiconductor laser device | |
EP1164669B1 (en) | Semiconductor laser device, method for producing the same, and optical disk device | |
JP4740037B2 (en) | Nitride semiconductor laser device and nitride semiconductor laser device including the same | |
JP2008305848A (en) | Light emitting device and method for manufacturing light emitting device | |
JP5411491B2 (en) | Light emitting element | |
JP2010109144A (en) | Semiconductor laser device and method of manufacturing the same | |
US20120063482A1 (en) | Semiconductor laser element, semiconductor laser device, and optical apparatus employing the same | |
JP4799339B2 (en) | Nitride semiconductor light emitting device | |
JP4514760B2 (en) | Semiconductor laser element | |
JP3290646B2 (en) | Semiconductor laser device, method of manufacturing the same, and optical disk device | |
JP4066317B2 (en) | Semiconductor laser device, manufacturing method thereof, and optical disc apparatus | |
JP4860210B2 (en) | Nitride semiconductor laser device and manufacturing method thereof | |
JP5431441B2 (en) | Nitride semiconductor light emitting device | |
JP2009267108A (en) | Semiconductor light-emitting element and semiconductor light-emitting apparatus using the same | |
JP2723649B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor laser device | |
JP5803167B2 (en) | Manufacturing method of nitride semiconductor laser device | |
JP2001244572A (en) | Method of manufacturing semiconductor laser light emitting device | |
JP2012015155A (en) | Nitride semiconductor laser element and optical device | |
JP2013251428A (en) | Semiconductor laser element, semiconductor laser device equipped with the same and semiconductor laser element manufacturing method | |
JP2007173581A (en) | Method of manufacturing nitride semiconductor laser device | |
JP2007081016A (en) | Semiconductor laser | |
JP2012069790A (en) | Semiconductor laser element, semiconductor laser device, and optical device using the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20071121 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080806 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20101130 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20101207 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110203 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110426 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110428 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4740037 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140513 Year of fee payment: 3 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R3D03 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |