JP2009004538A - Semiconductor laser equipment - Google Patents

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Masanari Kawaguchi
真生 川口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide semiconductor laser equipment of a GaN system, which suppresses deterioration of an active layer and an end face and has high output and high reliability. <P>SOLUTION: Semiconductor laser equipment is provided with a laminated structure where a first clad layer 2, the active layer 4 and a second clad layer 6, which respectively consist of hexagonal GaN-based crystals, are sequentially formed on a substrate 1. Equipment has a stripe-shaped optical waveguide transmitting light inside the laminated structure. The optical waveguide extends into a face parallel to a main face of the laminated structure and has a light emission end face with plane orientation of (0001) at one end part in the optical waveguide. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体レーザ装置に関し、特に、端面劣化を低減して、高出力且つ高信頼性のGaN系の半導体レーザ装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor laser device, and more particularly, to a GaN-based semiconductor laser device that reduces end face deterioration and has high output and high reliability.

半導体レーザ(laser diode; LD)は、小型、安価、及び高出力などの優れた特徴を有することから、従来から使用されてきた光通信や光情報記録など以外に、医療及び照明などの幅広い技術分野で用いられている。近年では、特に、ブルーレイディスク用途として、波長405nmのGaN系半導体レーザの開発が精力的に進められており、また、レーザディスプレイや液晶のバックライト用途として、波長450nm〜470nmの純青色レーザ光を出力するGaN系半導体レーザの開発も進展している。例えば、ディスク用途では高速及び多層記録を実現する目的で、また、ディスプレイ及びバックライト用途では高輝度化を実現する目的で、GaN系半導体レーザの高出力化が求められている。   Semiconductor lasers (laser diodes; LDs) have excellent features such as small size, low cost, and high output, so in addition to conventional optical communication and optical information recording, a wide range of technologies such as medicine and lighting Used in the field. In recent years, the development of GaN-based semiconductor lasers with a wavelength of 405 nm has been energetically advanced, particularly for Blu-ray Disc applications, and pure blue laser light with a wavelength of 450 nm to 470 nm has been used for laser display and liquid crystal backlight applications. Development of GaN-based semiconductor lasers for output is also progressing. For example, high output of GaN-based semiconductor lasers is required for the purpose of realizing high speed and multi-layer recording in disk applications and for the purpose of realizing high brightness in displays and backlight applications.

ここで、半導体レーザの高出力化を実現するためには、下記2つの劣化を克服することが重要となっている。   Here, in order to realize a high output of the semiconductor laser, it is important to overcome the following two degradations.

(1)活性層劣化
活性層劣化とは、通電に伴い、主に熱によって活性層の構造変化が起こり、発光効率が下がる現象であるが、活性層の単位体積当たりに発生する熱量を低減し、温度上昇を小さくするためには、必要な光出力を得るために必要な注入電流密度の値を小さくすることが望ましい。
(1) Active layer deterioration Active layer deterioration is a phenomenon in which the structural change of the active layer occurs mainly due to heat, resulting in a decrease in luminous efficiency. However, the amount of heat generated per unit volume of the active layer is reduced. In order to reduce the temperature rise, it is desirable to reduce the value of the injection current density necessary for obtaining the necessary light output.

(2)端面劣化
端面劣化とは、レーザ光の出射端面が融解して不可逆的な損傷を受ける現象であるが、出射端面においてコーティング材を構成する原子又はレーザ素子の周辺に雰囲気として存在する原子による化学反応が起きることにより、レーザ光の吸収の起源となる結晶の不完全性が増加することが原因となっている。つまり、結晶の不完全性が増加すると光吸収が増加し、吸収された光の多くは熱となるため、出射端面における温度上昇が発生する。このため、半導体のバンドギャップの収縮を招いて光吸収がさらに増大することにより、温度がさらに上昇するという正帰還が生じる。その結果、出射端面における結晶が融解するCOD(Catastrophic Optical Damage:COD)と呼ばれる故障が生じる。
(2) End face deterioration End face deterioration is a phenomenon in which the emitting end face of the laser beam is melted and is irreversibly damaged. At the emitting end face, atoms constituting the coating material or atoms present as an atmosphere around the laser element. This is caused by an increase in crystal imperfection that is the origin of laser light absorption due to the occurrence of a chemical reaction due to. That is, when the crystal imperfection increases, light absorption increases, and most of the absorbed light becomes heat, so that a temperature rise occurs at the emission end face. For this reason, a positive feedback occurs in that the temperature further rises due to further increase in light absorption due to shrinkage of the band gap of the semiconductor. As a result, a failure called COD (Catastrophic Optical Damage: COD) occurs in which the crystal at the exit end face melts.

上記(1)の活性層劣化に対し、活性層を含む面上をレーザ光が伝播することに鑑みて、活性領域の体積が大きく動作電流密度を低減できる端面出射型の半導体レーザ装置が広く用いられている。例えば、DVDへの高速記録用の赤色レーザ光を出力するGaAs系半導体レーザ装置では、端面出射型の構造が実用に供されている。また、実用化が現在進められているGaN系半導体レーザ装置においても、高出力化の容易な端面出射型の構造が主に採用されており、例えば、(0001)面上に導波路を有すると共に、劈開により露出した(1−100)面及び(−1100)面に高反射又は低反射コーティングされてなるミラーを有する半導体レーザ装置が提案されている(例えば特許文献1参照)。
特許第3565202号
In view of the deterioration of the active layer of (1) above, in view of the propagation of laser light on the surface including the active layer, an edge emitting semiconductor laser device that can increase the volume of the active region and reduce the operating current density is widely used. It has been. For example, in a GaAs semiconductor laser device that outputs red laser light for high-speed recording on a DVD, an end face emission type structure is put to practical use. In addition, the GaN-based semiconductor laser devices that are currently being put into practical use mainly employ an end face emission type structure that facilitates high output, for example, having a waveguide on the (0001) plane. There has been proposed a semiconductor laser device having a mirror formed by high reflection or low reflection coating on the (1-100) plane and (-1100) plane exposed by cleavage (see, for example, Patent Document 1).
Japanese Patent No. 3565202

しかしながら、上記従来のGaN系半導体レーザ装置では、上記(1)の活性層劣化を克服できるものの、上記(2)で説明したように、出射端面とコーティング材を構成する原子又はレーザ素子の周辺に雰囲気として存在する原子とが化学反応を起こすことで生じる端面劣化という問題を克服することができない。   However, although the conventional GaN-based semiconductor laser device can overcome the deterioration of the active layer of (1) above, as described in (2) above, the emission end face and the atoms constituting the coating material or the periphery of the laser element The problem of end face degradation caused by a chemical reaction with atoms present as an atmosphere cannot be overcome.

上記に鑑み、本発明の目的は、活性層劣化及び端面劣化を一挙に抑制できる構造を有する半導体レーザ装置を提供することである。   In view of the above, an object of the present invention is to provide a semiconductor laser device having a structure capable of suppressing active layer deterioration and end face deterioration at once.

上記の目的を達成するために、本件発明者が種々の検討を加えたところ、上記従来の半導体レーザ装置では、端面劣化が生じる(1−100)面及び(−1100)面は化学的な安定性が低いために上記の化学反応が起きやすいという知見に到達した。本発明は、前記の知見に鑑みてなされたものであり、化学的な安定性が相対的に高い面と相対的に低い面とを有する結晶構造をもつ材料を利用し、化学的な安定性が相対的に高い面を出射端面とする構造を採用することにより、端面劣化を抑制できる半導体レーザ装置を実現するものである。また、活性層劣化についても同時に抑制できる半導体レーザ装置を実現できるものである。   In order to achieve the above object, the present inventor has made various studies. As a result, in the conventional semiconductor laser device, the (1-100) plane and (-1100) plane where the end face deterioration occurs are chemically stable. It has been found that the above chemical reaction is likely to occur due to its low nature. The present invention has been made in view of the above findings, and uses a material having a crystal structure having a relatively high surface and a relatively low surface for chemical stability, and provides chemical stability. By adopting a structure in which the surface having a relatively high surface is the exit end face, a semiconductor laser device capable of suppressing end face deterioration is realized. In addition, it is possible to realize a semiconductor laser device that can simultaneously suppress degradation of the active layer.

本発明の一形態に係る半導体レーザ装置は、基板の上に、各々が六方晶GaN系結晶よりなる第1クラッド層、活性層、及び第2クラッド層が順次形成された積層構造を備えており、光を伝播するストライプ状の光導波路を積層構造の内部に有する半導体レーザ装置であって、光導波路は、積層構造の主面に平行な面内に伸びており、光導波路における少なくとも一方の端部に、面方位が(0001)の光出射端面を有している。   A semiconductor laser device according to an aspect of the present invention includes a stacked structure in which a first cladding layer, an active layer, and a second cladding layer each formed of a hexagonal GaN-based crystal are sequentially formed on a substrate. A semiconductor laser device having a stripe-shaped optical waveguide for propagating light inside a laminated structure, wherein the optical waveguide extends in a plane parallel to the main surface of the laminated structure, and is at least one end of the optical waveguide. The part has a light emitting end face with a plane orientation of (0001).

本発明の一形態に係る半導体レーザ装置は、レーザー光が活性層を含む面上を伝播することから、活性領域の体積が大きく電流密度を下げることができる高出力動作が容易な構造であって、レーザ光が六方晶GaNにおいて最も化学的に安定な面方位が(0001)である面より出射することから、端面劣化を抑制して、高出力動作可能であって高信頼性を実現できる。   A semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention has a structure with high active power that can reduce the current density because the active region has a large volume because laser light propagates on a surface including an active layer. Since the laser beam is emitted from the surface having the most chemically stable plane orientation of (0001) in the hexagonal GaN, the deterioration of the end face is suppressed, the high output operation is possible, and the high reliability can be realized.

本発明の一形態に係る半導体レーザ装置において、積層構造の主面の面方位は(0001)であり、光出射端面は、光導波路の一方の端部の上面に位置しており、光導波路における光出射端面を有する端部の側面は、光導波路を伝播する光を<0001>方向に反射するミラーを構成している。   In the semiconductor laser device according to one embodiment of the present invention, the plane direction of the main surface of the stacked structure is (0001), and the light emitting end surface is located on the upper surface of one end of the optical waveguide. The side surface of the end portion having the light emitting end surface constitutes a mirror that reflects light propagating through the optical waveguide in the <0001> direction.

このようにすると、積層構造の主面の面方位が(0001)であり、光出射端面が光導波路の一方の端部の上面に位置している場合に、六方晶GaNにおいて最も化学的に安定な面方位が(0001)である面よりレーザ光を出射する構成が実現される。   In this case, when the plane orientation of the main surface of the laminated structure is (0001) and the light emitting end surface is located on the upper surface of one end of the optical waveguide, the most chemically stable in hexagonal GaN. A configuration in which laser light is emitted from a plane having a plane orientation of (0001) is realized.

この構成では、光導波路における光出射端面を有する端部と対向する端部の側面は、面方位が(0001)である面に垂直な面であり、垂直な面には、反射率を高めるためのコーティングが施されている。   In this configuration, the side surface of the end portion opposite to the end portion having the light emitting end surface in the optical waveguide is a plane perpendicular to the plane having the plane orientation (0001), and the vertical plane has a higher reflectance. Coating is applied.

このようにすると、面方位が(0001)である面から出射するレーザ光の割合が増える一方で、光出射端面を有する端部と対向する端部の側面(当該側面は、面方位が(0001)である面よりも化学的な安定性が劣る面である)から出射する光の割合が減ることから、端面劣化を低減し、高出力且つ高信頼性のGaN系半導体レーザ装置が実現される。   In this way, the ratio of the laser light emitted from the surface having the plane orientation of (0001) increases, while the side surface of the end portion facing the end portion having the light emitting end surface (the side surface has a plane orientation of (0001). ) Is a surface that is inferior in chemical stability to the surface), and the ratio of the light emitted from the surface is reduced. Therefore, deterioration of the end surface is reduced, and a high-output and high-reliability GaN semiconductor laser device is realized. .

本発明の一形態に係る半導体レーザ装置において、積層構造の主面の面方位は(0001)であり、光出射端面は、光導波路の両端部の上面に位置しており、光導波路の両端部の側面は、光導波路を伝播する光を<0001>方向に反射するミラーを構成している。   In the semiconductor laser device according to one aspect of the present invention, the plane orientation of the main surface of the stacked structure is (0001), the light emitting end surfaces are located on the upper surfaces of both ends of the optical waveguide, and both end portions of the optical waveguide The side surface constitutes a mirror that reflects light propagating through the optical waveguide in the <0001> direction.

このようにすると、積層構造の主面の面方位が(0001)であり、光出射端面が光導波路の両端部の上面に位置している場合に、六方晶GaNにおいて最も化学的に安定な面方位が(0001)である面の2箇所からレーザ光を出射する構成が実現される。   In this case, the most chemically stable surface in hexagonal GaN when the plane orientation of the main surface of the laminated structure is (0001) and the light emitting end surfaces are located on the upper surfaces of both end portions of the optical waveguide. A configuration is realized in which laser light is emitted from two locations on a plane having an orientation of (0001).

本発明の一形態に係る半導体レーザ装置において、ミラーと積層構造の主面とのなす角度は、41°よりも大きく且つ46°よりも小さい。   In the semiconductor laser device according to one embodiment of the present invention, the angle formed between the mirror and the main surface of the stacked structure is larger than 41 ° and smaller than 46 °.

このようにすると、光結合効率を60%以上に保つことができるため、光結合効率の低下よる発振しきい値の上昇や効率の低下などのレーザ特性に好ましくない影響を抑制できる。   In this case, since the optical coupling efficiency can be maintained at 60% or more, it is possible to suppress undesirable effects on laser characteristics such as an increase in oscillation threshold and a decrease in efficiency due to a decrease in optical coupling efficiency.

本発明の一形態に係る半導体レーザ装置において、活性層及び第2のクラッド層の各々の光吸収端エネルギーは、光導波路を伝搬する光がミラーによって反射して<0001>方向に進む光のフォトンエネルギーよりも大きい。   In the semiconductor laser device according to an aspect of the present invention, the light absorption edge energy of each of the active layer and the second cladding layer is a photon of light that travels in the <0001> direction when light propagating through the optical waveguide is reflected by a mirror. Greater than energy.

このようにすると、<0001>方向を伝播する光の吸収を小さくして、より高出力且つ高信頼性の半導体レーザ装置が実現される。   In this way, absorption of light propagating in the <0001> direction is reduced, and a semiconductor laser device with higher output and higher reliability is realized.

本発明の一形態に係る半導体レーザ装置において、第2のクラッド層の上に形成されたコンタクト層をさらに備えており、コンタクト層の光吸収端エネルギーは、光導波路を伝搬する光がミラーによって反射して<0001>方向に進む光のフォトンエネルギーよりも大きい。   The semiconductor laser device according to one aspect of the present invention further includes a contact layer formed on the second cladding layer, and the light absorption edge energy of the contact layer reflects light propagating through the optical waveguide by the mirror. And is larger than the photon energy of light traveling in the <0001> direction.

このようにすると、<0001>方向を伝播する光の吸収を小さくして、より高出力且つ高信頼性の半導体レーザ装置が実現される。   In this way, absorption of light propagating in the <0001> direction is reduced, and a semiconductor laser device with higher output and higher reliability is realized.

本発明の一形態に係る半導体レーザ装置において、コンタクト層は、光出射端面上には存在していない。   In the semiconductor laser device according to one aspect of the present invention, the contact layer does not exist on the light emitting end face.

このようにすると、<0001>方向を伝播する光の吸収を小さくして、より高出力且つ高信頼性の半導体レーザ装置が実現される。   In this way, absorption of light propagating in the <0001> direction is reduced, and a semiconductor laser device with higher output and higher reliability is realized.

本発明の一形態に係る半導体レーザ装置において、積層構造の主面の面方位は(0001)と直交しており、光出射端面は、光導波路の端部の側面に位置しており、光導波路の両端部のうち光出射端面となる端部の側面は、面方位が(0001)の面からなるミラーを構成する一方で、光導波路の両端部のうち光出射端面とならない端部の側面は、面方位が(000−1)の面からなるミラーを構成していると共に反射率を高めるためのコーティングが施されている。   In the semiconductor laser device according to one aspect of the present invention, the plane orientation of the main surface of the stacked structure is orthogonal to (0001), and the light emission end surface is located on the side surface of the end portion of the optical waveguide. The side surface of the end portion that becomes the light emitting end surface of both end portions of the optical fiber constitutes a mirror having a surface orientation of (0001), while the side surface of the end portion that does not become the light emitting end surface of the both end portions of the optical waveguide is In addition, a mirror composed of a plane having a plane orientation of (000-1) is formed and a coating for increasing the reflectance is applied.

このようにすると、化学的な安定性が相対的に高い面方位が(0001)の面から出射するレーザ光を増す一方で、化学的な安定性が相対的に低い面方位が(000−1)の面から出射するレーザ光を減らすことにより、高出力且つ高信頼性のGaN系半導体レーザ装置が実現される。   In this way, the surface orientation with relatively high chemical stability increases the laser light emitted from the (0001) plane, while the surface orientation with relatively low chemical stability is (000-1). ), A high-output and high-reliability GaN-based semiconductor laser device is realized.

本発明は、活性領域が大きく動作電流密度を小さくできる端面出射型の半導体レーザ装置であって、レーザ光を化学的な安定性が相対的に高い面から出射する構造を有するため、活性層劣化を抑制できると共に、光出射端面における化学反応を低減して、端面部の温度を低く保つことにより、高出力動作可能であって且つ高信頼性を有するGaN系半導体レーザを実現できる。   The present invention is an edge emitting semiconductor laser device that has a large active region and a low operating current density, and has a structure in which laser light is emitted from a surface with relatively high chemical stability. In addition, the GaN-based semiconductor laser capable of high output operation and high reliability can be realized by reducing the chemical reaction at the light emitting end face and keeping the temperature of the end face portion low.

まず、本発明の各実施形態に係る半導体レーザ装置に共通する半導体レーザ装置の構成材料について説明する。   First, constituent materials of the semiconductor laser device common to the semiconductor laser devices according to the embodiments of the present invention will be described.

すなわち、各実施形態に係る半導体レーザ装置を構成する材料としては、化学的な安定性が相対的に高い面と化学的な安定性が相対的に低い面とを有する結晶からなる材料を用いており、具体的には、GaN系半導体レーザを構成する材料として、6回対称構造を持つ六方晶(ウルツ鉱)結晶からなる材料を用いている。   That is, as a material constituting the semiconductor laser device according to each embodiment, a material made of a crystal having a surface with relatively high chemical stability and a surface with relatively low chemical stability is used. Specifically, a material comprising a hexagonal (wurtzite) crystal having a six-fold symmetry structure is used as a material constituting the GaN-based semiconductor laser.

ここで、六方晶GaN結晶は有極性の結晶であり、同じ(0001)面であっても、Ga原子が配列した面とN原子が配列した面の2種類が存在する。   Here, the hexagonal GaN crystal is a polar crystal, and even if it is the same (0001) plane, there are two types, that is, a plane in which Ga atoms are arranged and a plane in which N atoms are arranged.

そこで、本願明細書においては、Ga原子が配列した面を(0001)面と表記すると共に、N原子が配列した面を(000−1)面と表記する。また、(0001)面を+c面と表記すると共に、(000−1)面を−c面と表記する。同様にして、(1−100)面を+m面と表記すると共に、(−1100)面を−m面と表記する。なお、単にc面などと表記している場合には、+c面及び−c面を含めた意味である。   Therefore, in the present specification, a surface on which Ga atoms are arranged is denoted as a (0001) plane, and a surface on which N atoms are arranged is denoted as a (000-1) surface. The (0001) plane is expressed as + c plane, and the (000-1) plane is expressed as -c plane. Similarly, the (1-100) plane is denoted as + m plane, and the (-1100) plane is denoted as -m plane. In addition, when it only describes with c surface etc., it is the meaning including + c surface and -c surface.

また、半導体レーザ装置において、主面が完全に(0001)面や(1−100)面などであるものではなく、20°程度まで傾いた角度の結晶を用いることがある。このため、本願明細書においては、主面が20°程度まで傾いた結晶を用いる場合を含めて(0001)面などと表記する。また、本願明細書において、主面が(0001)面という場合、主面が(0001)面から±5°程度傾いた面を含めた意味である。   In the semiconductor laser device, the principal surface is not completely the (0001) plane or the (1-100) plane, and crystals having an angle inclined to about 20 ° may be used. For this reason, in this specification, it describes as (0001) plane etc. including the case where the crystal in which the main surface inclined to about 20 degrees is used. Further, in the present specification, when the main surface is referred to as the (0001) plane, it means that the main surface includes a plane inclined by about ± 5 ° from the (0001) plane.

以下に、上記を踏まえて、本発明の各実施形態に係る半導体レーザ装置について、図面を参照しながら説明する。   Based on the above, the semiconductor laser device according to each embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザ装置及びその製造方法について説明する。具体的に、第1の実施形態では、GaN系半導体を用いた青色(波長460nm)レーザ光を出力する半導体レーザ装置を例に挙げて説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a semiconductor laser device and a manufacturing method thereof according to the first embodiment of the present invention will be described. Specifically, in the first embodiment, a semiconductor laser device that outputs a blue (wavelength 460 nm) laser beam using a GaN-based semiconductor will be described as an example.

図1(a)及び(b)は、本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザ装置の構造を示す図であって、(a)は<1000>方向から見た平面図、(b)は(a)のIb-Ib線の断面であって<1−100>方向から見た断面図である。   1A and 1B are views showing the structure of the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a plan view seen from the <1000> direction, and FIG. FIG. 3A is a cross-sectional view taken along line Ib-Ib in FIG.

図1(a)及び(b)に示す半導体レーザ装置は、+c面上を伝播したレーザ光が、導波路の一方の端部に位置する上面反射ミラーとして機能する加工面によって<1000>方向に曲げられ、+c面上からレーザ光が出射する上面出射型の半導体レーザ装置である。   In the semiconductor laser device shown in FIGS. 1A and 1B, the laser light propagating on the + c plane is directed in the <1000> direction by a processing surface that functions as an upper surface reflecting mirror located at one end of the waveguide. This is a top emission type semiconductor laser device that is bent and emits laser light from the + c plane.

まず、主面がc面であるn型GaNよりなる基板1の+c面上に、例えば有機金属気層成長法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:MOCVD法)を用いて、n型Al0.08GaNよりなるクラッド層2を2μm成長させる。続いて、クラッド層2の上に、n−GaN層よりなるn側光ガイド層3を0.1μm成長させる。続いて、n側光ガイド層3の上に、In0.02GaNのバリア層とIn0.15GaNの量子井戸層との3周期構造からなる量子井戸活性層4を成長させる。続いて、活性層4の上に、p−GaN層よりなるp側光ガイド層5を0.1μm成長させる。続いて、キャリアオーバーフロー抑制層(OFS層)としてのAl0.16GaNを10nm成長させ、該OFS層の上に、p−Al0.16GaN層1.5nmとGaN層1.5nmとを160周期繰り返してなる膜厚0.48μmの歪超格子よりなるp型クラッド層6、及び膜厚0.05μmのp−GaN層よりなるコンタクト層7を順に成長させる。 First, n-type Al 0.08 GaN is formed on the + c plane of the substrate 1 made of n-type GaN having a c-plane main surface by using, for example, a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method. A clad layer 2 made of 2 μm is grown. Subsequently, an n-side light guide layer 3 made of an n-GaN layer is grown on the clad layer 2 by 0.1 μm. Subsequently, a quantum well active layer 4 having a three-period structure of an In 0.02 GaN barrier layer and an In 0.15 GaN quantum well layer is grown on the n-side light guide layer 3. Subsequently, a p-side light guide layer 5 made of a p-GaN layer is grown on the active layer 4 by 0.1 μm. Subsequently, Al 0.16 GaN as a carrier overflow suppression layer (OFS layer) is grown to 10 nm, and a p-Al 0.16 GaN layer 1.5 nm and a GaN layer 1.5 nm are formed on the OFS layer by 160 nm. A p-type cladding layer 6 made of a strained superlattice having a thickness of 0.48 μm and a contact layer 7 made of a p-GaN layer having a thickness of 0.05 μm are grown in this order.

なお、結晶成長に用いる手法としては、上記MOCVD法の他に、分子ビーム成長法(Molecular Beam Epitaxy :MBE法)や化学ビーム成長法(Chemical Beam Epitaxy :CBE法)など、窒化物系青紫色半導体レーザ構造が成長可能な他の成長手法を用いてもかまわない。また、MOCVD法を用いた場合の原料としては、例えばGa原料としてトリメチルガリウム、In原料としてトリメチルインジウム、Al原料としてトリメチルアルミニウム、N原料としてアンモニア、n型不純物のSi原料としてシランガス、及びp型不純物のMg原料としてビスシクロペンタジエニルマグネシウムを用いればよい。   In addition to the MOCVD method described above, a nitride-based blue-violet semiconductor such as a molecular beam epitaxy (MBE method) or a chemical beam epitaxy (CBE method) is used as a method for crystal growth. Other growth methods capable of growing the laser structure may be used. Further, as raw materials when using the MOCVD method, for example, trimethyl gallium as a Ga raw material, trimethyl indium as an In raw material, trimethyl aluminum as an Al raw material, ammonia as an N raw material, silane gas as an Si raw material of n-type impurities, and p-type impurities Biscyclopentadienyl magnesium may be used as the Mg raw material.

次に、例えばプラズマCVD法を用いて、コンタクト層7の上に、シリコン酸化膜(SiO)を0.3μm成膜させた後に、フォトリソグラフィ及びエッチング技術を用いて、シリコン酸化膜の上に、図1(a)のIb-Ib線方向に中央部分を露出するレジストパターンを形成した後に、該レジストパターンをマスクとし、例えばCFガスを用いた反応性イオンエッチング(RIE)により、中央部分にコンタクト層7を露出するシリコン酸化膜10を形成する(図1(b)参照)。続いて、例えばClガスを用いた誘導結合プラズマ(ICP)エッチングにより、所定の領域を膜厚0.2μm程度除去する。これにより、図1(a)及び(b)に示すように、所定の領域におけるコンタクト層7が除去されると共にクラッド層6の一部が除去されてクラッド層6の上部が露出する。なお、上記所定の領域を除いたエッチングされない領域におけるIb-Ib線方向の幅は8μm程度であることが好ましい。このようにすると、レーザ光の出射領域には光吸収率の高いコンタクト層7が除去されて存在していないので、半導体レーザ装置の高出力化に資することができる。また、コンタクト層7の材料として用いたGaNの代わりに高抵抗となるが光吸収率の低いAlGaNを用いてもよく、この場合は、上記のようにコンタクト層7の一部を除去しなくともよい。さらに、活性層4、p型クラッド層6、及びコンタクト層7の各々の光吸収端エネルギーが、光導波路を伝搬する光が後述するミラーを構成する加工面12によって反射して<0001>方向に進む光のフォトンエネルギーよりも大きい構成とすることで、<0001>方向を伝播する光の吸収を小さくして、高出力化及び高信頼性化がさらに可能となる。 Then, for example, by plasma CVD, on the contact layer 7, a silicon oxide film (SiO 2) after allowed to 0.3μm deposited, using photolithography and etching techniques, on the silicon oxide film After forming a resist pattern that exposes the central portion in the Ib-Ib line direction of FIG. 1A, the central portion is formed by reactive ion etching (RIE) using CF 4 gas, for example, using the resist pattern as a mask. Then, a silicon oxide film 10 exposing the contact layer 7 is formed (see FIG. 1B). Subsequently, the predetermined region is removed by about 0.2 μm by, for example, inductively coupled plasma (ICP) etching using Cl 2 gas. As a result, as shown in FIGS. 1A and 1B, the contact layer 7 in a predetermined region is removed and a part of the clad layer 6 is removed, so that the upper portion of the clad layer 6 is exposed. The width in the Ib-Ib line direction in the non-etched region excluding the predetermined region is preferably about 8 μm. By doing this, the contact layer 7 having a high light absorption rate is not present in the laser light emission region, which can contribute to high output of the semiconductor laser device. In addition, AlGaN having high resistance but low light absorption may be used instead of GaN used as the material of the contact layer 7, and in this case, it is not necessary to remove a part of the contact layer 7 as described above. Good. Further, the light absorption edge energy of each of the active layer 4, the p-type cladding layer 6, and the contact layer 7 is reflected in the <0001> direction by the light propagating through the optical waveguide being reflected by the processed surface 12 constituting a mirror described later. By adopting a configuration that is larger than the photon energy of the traveling light, absorption of light propagating in the <0001> direction can be reduced, and higher output and higher reliability can be further achieved.

次に、フォトリソグラフィ及びエッチング技術を用いて、コンタクト層7上の所定の領域を露出する一方でシリコン酸化膜10とコンタクト層7及びクラッド層6の一部とを覆うレジストパターンを形成した後に、例えば電子ビーム(EB)蒸着装置を用いて、コンタクト層7上の所定の領域に、Pd/Pt(40nm/35nm)の積層よりなるp型コンタクト電極8を真空蒸着する。続いて、リフトオフ法により、レジストパターン上のPd/Pt層を除去する。   Next, after forming a resist pattern that exposes a predetermined region on the contact layer 7 and covers the silicon oxide film 10 and a part of the contact layer 7 and the cladding layer 6 using photolithography and etching techniques, For example, using an electron beam (EB) vapor deposition apparatus, a p-type contact electrode 8 made of a Pd / Pt (40 nm / 35 nm) laminate is vacuum-deposited in a predetermined region on the contact layer 7. Subsequently, the Pd / Pt layer on the resist pattern is removed by a lift-off method.

ここで、クラッド層6及びコンタクト層7上におけるp型コンタクト電極8が形成されていない領域の<1−100>方向の長さは、レーザ光が+c面方向に出射する際にp型コンタクト電極8に反射しないように、1μm以上とすることが望ましく、レーザチップの劈開精度を加味すると、5μm以上とすることがより望ましい。但し、その長さが15μmよりも長くなると、電流注入がなされない領域が長くなり、素子中の損失が増えてしきい値が上昇したり、光結合効率が低下したり、電流光出力特性に予期しない非線形が出現することがあることから、15μm以下とすることが望ましく、10μm以下とすることがより望ましい。以上を考慮すると、当該長さは、5μm以上であって10μm以下であることがより望ましい値となる。   Here, the length in the <1-100> direction of the region in which the p-type contact electrode 8 is not formed on the cladding layer 6 and the contact layer 7 is the p-type contact electrode when the laser light is emitted in the + c plane direction. The thickness is preferably 1 μm or more so as not to be reflected by 8, and more preferably 5 μm or more in consideration of the cleavage accuracy of the laser chip. However, if the length is longer than 15 μm, the region where current is not injected becomes longer, the loss in the device increases, the threshold value increases, the optical coupling efficiency decreases, and the current-light output characteristics are reduced. Since unexpected nonlinearity may appear, it is preferably 15 μm or less, and more preferably 10 μm or less. Considering the above, the length is more preferably 5 μm or more and 10 μm or less.

次に、フォトリソグラフィとEB蒸着法とを用いて、p型電極8及びシリコン酸化膜10の上に、Ti/Pt/Au(50nm/200nm/200nm)の積層よりなる配線電極9を形成する。但し、素子を分離する際に配線電極9が切断されると、配線電極9に密着したp型電極8がコンタクト層7から剥がれることがあるため、配線電極9は隣り合う素子と繋がらないように形成することが望ましい。続いて、配線電極9を構成するAuの厚さを10μmにまで増加させる。このようにすると、ワイヤボンディングによる素子の実装が可能になると共に、活性層4における発熱を効果的に放熱させることができ、素子の信頼性を向上させることが可能になる。   Next, a wiring electrode 9 made of a laminate of Ti / Pt / Au (50 nm / 200 nm / 200 nm) is formed on the p-type electrode 8 and the silicon oxide film 10 using photolithography and EB vapor deposition. However, if the wiring electrode 9 is cut when the elements are separated, the p-type electrode 8 that is in close contact with the wiring electrode 9 may be peeled off from the contact layer 7, so that the wiring electrode 9 is not connected to an adjacent element. It is desirable to form. Subsequently, the thickness of Au constituting the wiring electrode 9 is increased to 10 μm. This makes it possible to mount the element by wire bonding and to effectively dissipate the heat generated in the active layer 4, thereby improving the reliability of the element.

次に、ダイヤモンドスラリーを用いて、基板1の厚さを100μm程度にまで裏面から薄片化した後に、例えばEB蒸着法を用いて、基板1の裏面にTi/Pt/Au(5nm/10nm/1000nm)の積層よりなるn型電極11を形成する。   Next, after the thickness of the substrate 1 is thinned from the back surface to about 100 μm using diamond slurry, Ti / Pt / Au (5 nm / 10 nm / 1000 nm is formed on the back surface of the substrate 1 by using, for example, EB vapor deposition. ) To form an n-type electrode 11.

次に、以上のようにして得られた試料における<1−100>方向の長さが600μmとなるように、当該試料をm面に沿って1次劈開する。   Next, the sample is subjected to primary cleavage along the m-plane so that the length in the <1-100> direction in the sample obtained as described above becomes 600 μm.

次に、例えばECRスパッタ装置を用いて、試料の側面の+m面に、例えばSiO/Nbの3周期構造からなる高反射コーティング13を施す。また、高反射コーティング13としてアルミナ(Al)を用いてもよい。このようにすると、化学的な安定性が相対的に低い+m面から出射するレーザ光の割合が低下して、化学的な安定性が相対的に高い+c面から出射するレーザ光の割合が増加するため、高出力動作時においても、端面劣化が少ない信頼性の高い半導体レーザ装置を実現することができる。なお、ここでは、+m面に高反射コーティング13を形成した場合について説明したが、該高反射コーティング13の代わりに分布帰還形ブラッグ反射鏡(DBR)を形成してもかまわない。一方で、光出射面となる+c面におけるレーザ光の反射率を低下させる目的で、+c面に低反射コーティングを施してもよい。低反射コーティングとして、酸化ニオブ(Nb)やアルミナ(Al)を用いることができる。 Next, using a ECR sputtering apparatus, for example, a highly reflective coating 13 made of, for example, a three-period structure of SiO 2 / Nb 2 O 5 is applied to the + m plane on the side surface of the sample. Further, alumina (Al 2 O 3 ) may be used as the highly reflective coating 13. In this case, the ratio of the laser beam emitted from the + m plane having a relatively low chemical stability is decreased, and the ratio of the laser beam emitted from the + c plane having a relatively high chemical stability is increased. Therefore, it is possible to realize a highly reliable semiconductor laser device with little end face deterioration even during high output operation. Here, the case where the highly reflective coating 13 is formed on the + m plane has been described, but a distributed feedback Bragg reflector (DBR) may be formed instead of the highly reflective coating 13. On the other hand, a low-reflection coating may be applied to the + c surface for the purpose of reducing the reflectivity of the laser beam on the + c surface serving as the light emitting surface. As the low reflection coating, niobium oxide (Nb 2 O 5 ) or alumina (Al 2 O 3 ) can be used.

次に、収束イオンビーム(FIB)を用いて、高反射コーティング13が施された+m面と反対側の端面(図1では−m面)を加工することにより、レーザ光を上面(+c面)側に反射させる上面反射ミラーとして機能する加工面12を形成する。ここでは、+c面となす加工角度θが45°となるように加工面12を形成している。また、図1(b)では、加工面12をクラッド層6からn型電極11までの全体に形成した場合について示しているが、加工面12の加工深さ(半導体層の厚さ方向の深さ)が浅い場合には、レーザ光の一部が加工面12から外れて+c面側に反射されずに光損失となる場合があるので、光損失を十分に抑制するためには、加工深さは0.5μmよりも深いことが望ましく、1μmよりも深いことがより望ましい。このとき、FIBの加工条件により、加工面に、例えば非晶質GaN系結晶やその酸化物などの、光吸収や散乱の起源となる物質が形成されることがある。上記の物質形成を低減するためには、たとえばFIBのビーム強度を弱めればよい。また、イオン性ミリング、例えばアルゴンイオンミリングによりダメージ層を除去してもよい。さらに、燐酸や王水、硝酸など、損傷層を除去するウェットエッチ処理を行ってもかまわない。なお、ここでは、FIBを用いて加工面12を形成する場合について説明したが、レーザ光が全反射する角度を有する加工面12を形成することができる方法であれば、例えば、ドライエッチング、又は熱燐酸若しくはUV光照射下のアルカリ溶液を用いたウェットエッチングを用いた方法を採用してもよい。   Next, the focused ion beam (FIB) is used to process the end surface (the -m surface in FIG. 1) opposite to the + m surface on which the highly reflective coating 13 is applied, so that the laser beam is reflected on the upper surface (+ c surface) A processed surface 12 that functions as an upper surface reflecting mirror to be reflected to the side is formed. Here, the machining surface 12 is formed so that the machining angle θ formed with the + c plane is 45 °. FIG. 1B shows the case where the processed surface 12 is formed entirely from the cladding layer 6 to the n-type electrode 11, but the processed depth of the processed surface 12 (depth in the thickness direction of the semiconductor layer). In the case where the laser beam is shallow, a part of the laser beam may be detached from the processing surface 12 and reflected to the + c surface side, resulting in optical loss. Therefore, in order to sufficiently suppress the optical loss, the processing depth The depth is preferably deeper than 0.5 μm, and more preferably deeper than 1 μm. At this time, depending on the processing conditions of the FIB, a material that causes light absorption or scattering, such as an amorphous GaN-based crystal or its oxide, may be formed on the processed surface. In order to reduce the above material formation, for example, the FIB beam intensity may be weakened. Further, the damaged layer may be removed by ionic milling, for example, argon ion milling. Further, a wet etching process for removing a damaged layer such as phosphoric acid, aqua regia, or nitric acid may be performed. Here, the case where the processed surface 12 is formed using FIB has been described. However, any method capable of forming the processed surface 12 having an angle at which the laser beam is totally reflected, for example, dry etching, or You may employ | adopt the method using the wet etching using the hot phosphoric acid or the alkaline solution under UV light irradiation.

図2は、本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザ装置における加工面12付近におけるレーザ光の伝播の様子とレーザ光の強度プロファイルとを模式的に示している。   FIG. 2 schematically shows the propagation state of the laser beam and the intensity profile of the laser beam in the vicinity of the processing surface 12 in the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention.

図2に示すように、レーザ光20は、加工面12及び+c面を介して反射及び透過を繰り返していくが(レーザ光20a、20b、20c、20d参照)、加工角度θが45°からずれると、加工面12で反射したレーザ光20aの反射方向が<0001>方向からずれると共に光の強度プロファイルもブロードになっていくため、+c面で反射して光ガイド層に結合する光の割合が低下し、発振しきい値の上昇又は光結合効率の低下をもたらす。したがって、加工面12の加工角度θは45°とすることが望ましい。   As shown in FIG. 2, the laser beam 20 is repeatedly reflected and transmitted through the processed surface 12 and the + c surface (see laser beams 20a, 20b, 20c, and 20d), but the processing angle θ deviates from 45 °. Then, since the reflection direction of the laser beam 20a reflected by the processed surface 12 is deviated from the <0001> direction and the light intensity profile becomes broad, the ratio of the light reflected by the + c plane and coupled to the light guide layer is increased. This results in an increase in the oscillation threshold or a decrease in optical coupling efficiency. Therefore, the processing angle θ of the processing surface 12 is desirably 45 °.

また、図3は、本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザ装置において、レーザ光が加工面12によって<0001>方向に反射し、+c面によって<000−1>方向に反射し、さらに、再び加工面12によって反射して導波路に結合する光の割合を計算した結果をしている。   FIG. 3 shows the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention, in which the laser beam is reflected in the <0001> direction by the processed surface 12, reflected in the <000-1> direction by the + c plane, The result of calculating the ratio of the light reflected by the processed surface 12 and coupled to the waveguide again is shown.

図3に示すように、加工角度θ=45°のときの光結合効率は66%であった。レーザ光の発振しきい値又は光結合効率の特性を悪化させないためには、光結合効率を50%以上に保つことが望ましいので、加工面12の加工角度θは41°<θ<46°であることが望ましい。   As shown in FIG. 3, the optical coupling efficiency when the processing angle θ = 45 ° was 66%. In order not to deteriorate the oscillation threshold value of the laser beam or the characteristics of the optical coupling efficiency, it is desirable to maintain the optical coupling efficiency at 50% or more. Therefore, the processing angle θ of the processing surface 12 is 41 ° <θ <46 °. It is desirable to be.

なお、加工角度θ=45°である場合の光結合効率66%が、加工面12におけるレーザ光の反射率100%から低下しているのは、加工面12で反射したレーザ光の<0001>方向への伝播に伴う光の広がりが原因であるため、+c面上の光出射領域に半球状の反射鏡を設けて、広がった光を集光して<000−1>方向に反射させる構成を採用してもよい。また、同様に、上面反射ミラーとして機能する加工面12の表面に半球状の集光レンズを設ける構成を採用してもよい。   Note that the optical coupling efficiency 66% when the processing angle θ = 45 ° is reduced from the laser light reflectance 100% on the processing surface 12 is <0001> of the laser light reflected on the processing surface 12. Due to the spread of light accompanying propagation in the direction, a hemispherical reflecting mirror is provided in the light emission region on the + c plane, and the spread light is collected and reflected in the <000-1> direction. May be adopted. Similarly, a configuration in which a hemispherical condenser lens is provided on the surface of the processing surface 12 that functions as an upper surface reflecting mirror may be employed.

その後、<11−20>方向の長さが200μmとなるように、a面に沿って二次劈開することにより、図1(a)及び(b)に示す構造の半導体レーザ装置が得られる。   Thereafter, the semiconductor laser device having the structure shown in FIGS. 1A and 1B is obtained by performing secondary cleavage along the a-plane so that the length in the <11-20> direction is 200 μm.

以上のように、本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザ装置によると、+c面上を伝播したレーザ光が、導波路の一方の端部に位置する上面反射ミラーとして機能する加工面12によって<0001>方向に曲げられ、+c面上からレーザ光が出射する上面出射型の半導体レーザ装置である。   As described above, according to the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention, the laser beam propagating on the + c plane functions as the upper surface reflecting mirror located at one end of the waveguide. Is a top emission type semiconductor laser device that is bent in the <0001> direction and emits laser light from the + c plane.

このように、レーザ光は化学的な安定性が高い+c面の一方の端部から出射するため、高出力動作時においても端面の劣化や破壊が生じにくく、高出力動作が可能であって信頼性の高い半導体レーザ装置を実現することができる。   In this way, the laser beam is emitted from one end of the + c plane, which has high chemical stability. Therefore, the end face is hardly deteriorated or broken even during high output operation, and high output operation is possible and reliable. A highly reliable semiconductor laser device can be realized.

−変形例−
図4(a)及び(b)は、本発明の第1の実施形態の変形例に係る半導体レーザ装置の構造を示す図であって、(a)は<1000>方向から見た平面図、(b)は(a)のIVb-IVb線の断面であって<1−100>方向から見た断面図である。
-Modification-
4A and 4B are views showing the structure of a semiconductor laser device according to a modification of the first embodiment of the present invention, wherein FIG. 4A is a plan view seen from the <1000> direction, (B) is the cross section of the IVb-IVb line | wire of (a), Comprising: It is sectional drawing seen from the <1-100> direction.

図4(a)及び(b)に示すように、本変形例に係る半導体レーザ装置は、FIBを用いて+m面のみならず−m面にも上面反射ミラーとして機能する加工面12を設けている点に特徴を有し、−m面のみに加工面12を設ける一方で+m面には高反射コーティング13を設けた構成を有する上記図1(a)及び(b)に示した半導体レーザ装置と異なっている。   As shown in FIGS. 4A and 4B, the semiconductor laser device according to this modification is provided with a processed surface 12 that functions as an upper surface reflection mirror not only on the + m plane but also on the −m plane using FIB. The semiconductor laser device shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b) is characterized in that the processed surface 12 is provided only on the −m plane and the high reflection coating 13 is provided on the + m plane. Is different.

また、上記のように、+m面にも加工面12を設けるため、上記図1(a)及び(b)における−m面側のクラッド層6及びコンタクト層7と同様に、図4(a)及び(b)に示すように、+m面側におけるコンタクト層7及びクラッド層6の一部を除去してクラッド層6を露出させることが望ましいが、コンタクト層7としてAlGaN層を用いた場合にはこの限りではないことも同様である。なお、その他の構成は、上記図1(a)及び(b)に示した半導体レーザ装置の構造と同様である。   Further, as described above, since the processed surface 12 is also provided on the + m plane, similarly to the cladding layer 6 and the contact layer 7 on the −m plane side in FIGS. 1A and 1B, FIG. And as shown in (b), it is desirable to expose the cladding layer 6 by removing a part of the contact layer 7 and the cladding layer 6 on the + m plane side. However, when an AlGaN layer is used as the contact layer 7, The same applies to other cases. Other configurations are the same as those of the semiconductor laser device shown in FIGS. 1A and 1B.

以上のように、図4(a)及び(b)に示す半導体レーザ装置は、+c面上を伝播したレーザ光が、導波路の両端に位置する上面反射ミラーとして機能する2つの加工面によって<0001>方向に曲げられ、+c面上からレーザ光が出射する上面出射型半導体レーザ装置である。   As described above, in the semiconductor laser device shown in FIGS. 4A and 4B, the laser beam propagating on the + c plane is <2 by the two processed surfaces functioning as the upper surface reflecting mirrors located at both ends of the waveguide. This is a top emission semiconductor laser device that is bent in the 0001> direction and emits laser light from the + c plane.

このように、レーザ光は化学的な安定性が高い+c面の両端から出射するため、高出力動作時においても端面の劣化や破壊が生じにくく、高出力動作が可能であって信頼性の高い半導体レーザ装置を実現することができる。   As described above, since the laser light is emitted from both ends of the + c plane, which has high chemical stability, the end face is hardly deteriorated or broken even during high output operation, and high output operation is possible and high reliability. A semiconductor laser device can be realized.

さらに、本変形例では、FIBを用いて+m面及び−m面の双方に加工面12を形成するために、劈開を行う工程が不要となる。このように、劈開すること無く多数の光素子を半導体チップ上に集積することが可能であるため、光素子がアレイ上に集積された大出力レーザアレイなどを容易に実現することができる。   Furthermore, in this modification, since the processed surface 12 is formed on both the + m plane and the −m plane using FIB, a process of cleaving is not necessary. As described above, since a large number of optical elements can be integrated on a semiconductor chip without cleavage, a high-power laser array in which optical elements are integrated on the array can be easily realized.

(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態に係る半導体レーザ装置及びその製造方法について説明する。具体的に、第2の実施形態では、GaN系半導体を用いた青色(波長460nm)レーザ光を出力する半導体レーザ装置を例に挙げて説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a semiconductor laser device and a manufacturing method thereof according to the second embodiment of the present invention will be described. Specifically, in the second embodiment, a semiconductor laser device that outputs a blue (wavelength 460 nm) laser beam using a GaN-based semiconductor will be described as an example.

図5(a)及び(b)は、本発明の第2の実施形態に係る半導体レーザ装置の構造を示す図であって、(a)は<1−100>方向から見た平面図、(b)は(a)のVb-Vb線の断面であって<11−20>方向から見た断面図である。   FIGS. 5A and 5B are views showing the structure of the semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention, wherein FIG. 5A is a plan view seen from the <1-100> direction. b) is a cross-sectional view taken along the line Vb-Vb in (a), as viewed from the <11-20> direction.

図5(a)及び(b)に示す半導体レーザ装置は、主面がm面であるn型GaNよりなる基板1の+m面、すなわち(1−100)面上に形成されており、−c面側に高反射コーティングを設けていることにより、+m面上を伝播したレーザ光が、高反射コーティングによって反射して、+c面上から出射することを特徴とする半導体レーザ装置である。   The semiconductor laser device shown in FIGS. 5A and 5B is formed on the + m plane, that is, the (1-100) plane of the substrate 1 made of n-type GaN whose main surface is the m plane, and −c By providing a highly reflective coating on the surface side, the laser light propagated on the + m plane is reflected by the highly reflective coating and emitted from the + c plane.

図5(a)及び(b)に示す本実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法は、主面がm面であるn型GaNよりなる基板1を用いる点で、主面がc面であるn型GaNよりなる基板1を用いた第1の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法と異なるが、その他の工程は同様である。但し、本実施形態では、主面がm面である基板1を用い、レーザ光を+c面から出射する構造であるため、第1の実施形態のようにコンタクト層7及びクラッド層6の一部を除去する必要はなく、図5(a)及び(b)に示すように、クラッド層6及びコンタクト層7を順に成長させた後に、その上にp型電極8及び配線電極9を形成するだけでよい。また、高反射コーティング13は、本実施形態では−c面に施すことで、燐酸やアルカリ、王水などで容易に侵されることから分かるように化学的な安定性が低い−c面より出射するレーザ光の割合を低下させて、化学的な安定性が高い+c面より出射する光の割合を増加させ、高出力動作時においても、端面劣化の少ない信頼性の高い半導体レーザ装置を実現することができる。なお、高反射コーティング13の代わりに、第1の実施形態と同様に、分布帰還形ブラッグ反射鏡(DBR)を形成してもかまわない。また、一次劈開は、<11−20>方向の長さが600μmとなるようにa面に沿って行い、二次劈開は、<0001>方向の長さが200μmとなるようにc面に沿って行えばよい。   The manufacturing method of the semiconductor laser device according to the present embodiment shown in FIGS. 5A and 5B uses the substrate 1 made of n-type GaN whose main surface is an m-plane, and the main surface is a c-plane. Although different from the manufacturing method of the semiconductor laser device according to the first embodiment using the substrate 1 made of n-type GaN, the other steps are the same. However, in the present embodiment, since the substrate 1 having the m-plane main surface is used and the laser beam is emitted from the + c plane, a part of the contact layer 7 and the cladding layer 6 is used as in the first embodiment. As shown in FIGS. 5A and 5B, after the cladding layer 6 and the contact layer 7 are grown in order, the p-type electrode 8 and the wiring electrode 9 are only formed thereon. It's okay. Further, in the present embodiment, the highly reflective coating 13 is applied to the −c surface, and is easily attacked by phosphoric acid, alkali, aqua regia, and the like, and is emitted from the −c surface having low chemical stability. To realize a highly reliable semiconductor laser device with little degradation of the end face even during high output operation by reducing the ratio of laser light and increasing the ratio of light emitted from the + c plane, which has high chemical stability. Can do. Instead of the high reflection coating 13, a distributed feedback Bragg reflector (DBR) may be formed as in the first embodiment. The primary cleavage is performed along the a-plane so that the length in the <11-20> direction is 600 μm, and the secondary cleavage is performed along the c-plane so that the length in the <0001> direction is 200 μm. Just do it.

以上のように、本発明の第2の実施形態に係る半導体レーザ装置によると、+m面上を伝播したレーザ光が、導波路の一方の端部に位置する反射ミラーとして機能する高反射コーティング13によって反射して、化学的な安定性が高い+c面上からレーザ光が出射するため、高出力動作時においても端面の劣化や破壊が生じにくく、高出力動作が可能であって信頼性の高い半導体レーザ装置を実現することができる。   As described above, according to the semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention, the laser beam propagating on the + m plane functions as a reflection mirror located at one end of the waveguide. Since the laser beam is emitted from the + c plane, which is highly chemically stable due to the reflection of the surface, the end face is not easily deteriorated or broken even during high output operation, and high output operation is possible and high reliability. A semiconductor laser device can be realized.

なお、上記第1及び第2の実施形態では、半導体レーザ装置の基板としてGaN基板を用いた場合について説明したが、六方晶GaNを基板上に形成可能なものであれば、例えばサファイアやSiC、Siなどの他の基板を用いてもかまわない。また、半導体レーザ装置の光導波構造として、電極ストライプ型の半導体レーザ装置である場合について説明したが、例えば埋め込み型の半導体レーザ装置やリッジストライプ型の半導体レーザ装置である場合であっても同様の効果が得られることは言うまでもない。   In the first and second embodiments, the case where a GaN substrate is used as the substrate of the semiconductor laser device has been described. However, as long as hexagonal GaN can be formed on the substrate, for example, sapphire, SiC, Other substrates such as Si may be used. Further, the case where the semiconductor laser device is an electrode stripe type semiconductor laser device has been described as the optical waveguide structure of the semiconductor laser device. However, the same applies to, for example, a buried type semiconductor laser device or a ridge stripe type semiconductor laser device. Needless to say, an effect can be obtained.

本発明に係る半導体レーザ装置は、レーザディスプレイや光源、及び高速光記録などにとって有用である。   The semiconductor laser device according to the present invention is useful for laser displays, light sources, high-speed optical recording, and the like.

(a)及び(b)は、本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザ装置の構造を示す図であって、(a)は<1000>方向から見た平面図、(b)は(a)のIb-Ib線の断面であって且つ<1−100>方向から見た断面図である。(A) And (b) is a figure which shows the structure of the semiconductor laser apparatus based on the 1st Embodiment of this invention, Comprising: (a) is a top view seen from <1000> direction, (b) is ( It is a cross section taken along the line Ib-Ib of a) and viewed from the <1-100> direction. 本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザ装置における加工面付近におけるレーザ光の伝播の様子とレーザ光の強度プロファイルとを模式的に示している。2 schematically shows a state of propagation of laser light and an intensity profile of the laser light in the vicinity of a processing surface in the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザ装置における光結合効率と加工角度との関係図である。FIG. 4 is a relationship diagram between optical coupling efficiency and processing angle in the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention. (a)及び(b)は、本発明の第1の実施形態の変形例に係る半導体レーザ装置の構造を示す図であって、(a)は<1000>方向から見た平面図、(b)は(a)のIVb-IVb線の断面であって且つ<1−100>方向から見た断面図である。(A) And (b) is a figure which shows the structure of the semiconductor laser apparatus which concerns on the modification of the 1st Embodiment of this invention, Comprising: (a) is the top view seen from <1000> direction, (b) ) Is a cross-sectional view taken along line IVb-IVb of (a) and viewed from the <1-100> direction. (a)及び(b)は、本発明の第2の実施形態に係る半導体レーザ装置の構造を示す図であって、(a)は<1−100>方向から見た平面図、(b)は(a)のVb-Vb線の断面であって<11−20>方向から見た断面図である。(A) And (b) is a figure which shows the structure of the semiconductor laser apparatus based on the 2nd Embodiment of this invention, Comprising: (a) is the top view seen from <1-100> direction, (b) FIG. 4A is a cross-sectional view taken along the line Vb-Vb in (a) and viewed from the <11-20> direction.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 クラッド層
3 n側光ガイド層
4 活性層
5 p側光ガイド層
6 クラッド層
7 コンタクト層
8 p型電極
9 配線電極
10 シリコン酸化膜
11 n型電極
12 加工面
13 高反射コーティング
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Clad layer 3 n side light guide layer 4 active layer 5 p side light guide layer 6 clad layer 7 contact layer 8 p-type electrode 9 wiring electrode 10 silicon oxide film 11 n-type electrode 12 processing surface 13 high reflection coating

Claims (9)

基板の上に、各々が六方晶GaN系結晶よりなる第1クラッド層、活性層、及び第2クラッド層が順次形成された積層構造を備えており、光を伝播するストライプ状の光導波路を前記積層構造の内部に有する半導体レーザ装置であって、
前記光導波路は、前記積層構造の主面に平行な面内に伸びており、
前記光導波路における少なくとも一方の端部に、面方位が(0001)の光出射端面を有している、半導体レーザ装置。
A striped optical waveguide that propagates light has a laminated structure in which a first clad layer, an active layer, and a second clad layer each made of hexagonal GaN-based crystals are sequentially formed on a substrate. A semiconductor laser device having a laminated structure,
The optical waveguide extends in a plane parallel to the main surface of the laminated structure,
A semiconductor laser device having a light emitting end face having a plane orientation of (0001) at at least one end in the optical waveguide.
請求項1に記載の半導体レーザ装置において、
前記積層構造の主面の面方位は(0001)であり、
前記光出射端面は、前記光導波路の一方の端部の上面に位置しており、
前記光導波路における前記光出射端面を有する前記端部の側面は、前記光導波路を伝播する光を<0001>方向に反射するミラーを構成している、半導体レーザ装置。
The semiconductor laser device according to claim 1,
The plane orientation of the main surface of the laminated structure is (0001),
The light emitting end face is located on the upper surface of one end of the optical waveguide;
The semiconductor laser device, wherein a side surface of the end portion having the light emitting end surface in the optical waveguide constitutes a mirror that reflects light propagating through the optical waveguide in a <0001> direction.
請求項2に記載の半導体レーザ装置において、
前記光導波路における前記光出射端面を有する前記端部と対向する端部の側面は、面方位が(0001)である面に垂直な面であり、
前記垂直な面には、反射率を高めるためのコーティングが施されている、半導体レーザ装置。
The semiconductor laser device according to claim 2,
The side surface of the end portion facing the end portion having the light emitting end surface in the optical waveguide is a surface perpendicular to the surface having a plane orientation of (0001),
A semiconductor laser device, wherein the vertical surface is coated with a coating for increasing the reflectance.
請求項1に記載の半導体レーザ装置において、
前記積層構造の主面の面方位は(0001)であり、
前記光出射端面は、前記光導波路の両端部の上面に位置しており、
前記光導波路の両端部の側面は、前記光導波路を伝播する光を<0001>方向に反射するミラーを構成している、半導体レーザ装置。
The semiconductor laser device according to claim 1,
The plane orientation of the main surface of the laminated structure is (0001),
The light emitting end face is located on the upper surface of both end portions of the optical waveguide,
The side surface of the both ends of the said optical waveguide is a semiconductor laser apparatus which comprises the mirror which reflects the light which propagates the said optical waveguide to <0001> direction.
請求項2〜4のうちのいずれか1項に記載の半導体レーザ装置において、
前記ミラーと前記積層構造の主面とのなす角度は、41°よりも大きく且つ46°よりも小さい、半導体レーザ装置。
In the semiconductor laser device according to any one of claims 2 to 4,
The semiconductor laser device, wherein an angle formed between the mirror and the main surface of the laminated structure is larger than 41 ° and smaller than 46 °.
請求項2〜4のうちのいずれか1項に記載の半導体レーザ装置において、
前記活性層及び前記第2のクラッド層の各々の光吸収端エネルギーは、前記光導波路を伝搬する光が前記ミラーによって反射して<0001>方向に進む光のフォトンエネルギーよりも大きい、半導体レーザ装置。
In the semiconductor laser device according to any one of claims 2 to 4,
The light absorption edge energy of each of the active layer and the second cladding layer is larger than the photon energy of the light propagating in the optical waveguide and reflected in the <0001> direction by the mirror. .
請求項2〜4のうちのいずれか1項に記載の半導体レーザ装置において、
前記第2のクラッド層の上に形成されたコンタクト層をさらに備えており、
前記コンタクト層の光吸収端エネルギーは、前記光導波路を伝搬する光が前記ミラーによって反射して<0001>方向に進む光のフォトンエネルギーよりも大きい、半導体レーザ装置。
In the semiconductor laser device according to any one of claims 2 to 4,
A contact layer formed on the second cladding layer;
The light absorption edge energy of the contact layer is larger than the photon energy of the light propagating in the optical waveguide reflected by the mirror and traveling in the <0001> direction.
請求項2〜4のうちのいずれか1項に記載の半導体レーザ装置において、
前記コンタクト層は、前記光出射端面上には存在していない、半導体レーザ装置。
In the semiconductor laser device according to any one of claims 2 to 4,
The semiconductor laser device, wherein the contact layer does not exist on the light emitting end face.
請求項1に記載の半導体レーザ装置であって、
前記積層構造の主面の面方位は(0001)と直交しており、
前記光出射端面は、前記光導波路の端部の側面に位置しており、
前記光導波路の両端部のうち前記光出射端面となる前記端部の側面は、面方位が(0001)の面からなるミラーを構成する一方で、前記光導波路の両端部のうち前記光出射端面とならない端部の側面は、面方位が(000−1)の面からなるミラーを構成していると共に反射率を高めるためのコーティングが施されている、半導体レーザ装置。
The semiconductor laser device according to claim 1,
The plane orientation of the main surface of the laminated structure is orthogonal to (0001),
The light emitting end surface is located on a side surface of the end of the optical waveguide;
Of the both ends of the optical waveguide, the side surface of the end serving as the light emitting end surface constitutes a mirror having a surface orientation of (0001), while the light emitting end surface of the both ends of the optical waveguide. The side surface of the end portion which does not become a semiconductor laser device is configured with a mirror having a surface orientation of (000-1) and is coated with a coating for increasing the reflectance.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0897514A (en) * 1994-09-28 1996-04-12 Rohm Co Ltd Semiconductor light-emitting element
JPH1022578A (en) * 1996-07-02 1998-01-23 Nichia Chem Ind Ltd Nitride semiconductor laser element
JP2000216497A (en) * 1999-01-22 2000-08-04 Sanyo Electric Co Ltd Semiconductor element and its manufacture
JP2006253284A (en) * 2005-03-09 2006-09-21 Sharp Corp Nitride semiconductor laser element
JP2007131527A (en) * 2006-12-21 2007-05-31 Sharp Corp Nitride semiconductor substrate, nitride semiconductor laser element, manufacturing method of nitride semiconductor substrate, and manufacturing method of nitride semiconductor laser element
JP2007157766A (en) * 2005-11-30 2007-06-21 Rohm Co Ltd Gallium nitride semiconductor light-emitting element
JP2008226865A (en) * 2007-01-30 2008-09-25 Rohm Co Ltd Semiconductor laser diode

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0897514A (en) * 1994-09-28 1996-04-12 Rohm Co Ltd Semiconductor light-emitting element
JPH1022578A (en) * 1996-07-02 1998-01-23 Nichia Chem Ind Ltd Nitride semiconductor laser element
JP2000216497A (en) * 1999-01-22 2000-08-04 Sanyo Electric Co Ltd Semiconductor element and its manufacture
JP2006253284A (en) * 2005-03-09 2006-09-21 Sharp Corp Nitride semiconductor laser element
JP2007157766A (en) * 2005-11-30 2007-06-21 Rohm Co Ltd Gallium nitride semiconductor light-emitting element
JP2007131527A (en) * 2006-12-21 2007-05-31 Sharp Corp Nitride semiconductor substrate, nitride semiconductor laser element, manufacturing method of nitride semiconductor substrate, and manufacturing method of nitride semiconductor laser element
JP2008226865A (en) * 2007-01-30 2008-09-25 Rohm Co Ltd Semiconductor laser diode

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