JP2009016684A - Semiconductor laser device - Google Patents

Semiconductor laser device Download PDF

Info

Publication number
JP2009016684A
JP2009016684A JP2007178934A JP2007178934A JP2009016684A JP 2009016684 A JP2009016684 A JP 2009016684A JP 2007178934 A JP2007178934 A JP 2007178934A JP 2007178934 A JP2007178934 A JP 2007178934A JP 2009016684 A JP2009016684 A JP 2009016684A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
wavelength
reflectance
side mirror
semiconductor
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.)
Pending
Application number
JP2007178934A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shingo Masui
真吾 枡井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nichia Corp
Original Assignee
Nichia Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nichia Corp filed Critical Nichia Corp
Priority to JP2007178934A priority Critical patent/JP2009016684A/en
Publication of JP2009016684A publication Critical patent/JP2009016684A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor laser device capable of providing a laser beam of wavelength longer than peak wavelength of a spontaneous emission spectrum. <P>SOLUTION: The peak wavelength λ<SB>0</SB>of the spontaneous emission spectrum in a laser beam emitting part has the following relation, with respect to a peak wavelength λ<SB>1</SB>at which reflectance R1(λ) for light of wavelength λ in an outgoing side mirror is maximum and peak wavelength λ<SB>2</SB>in which reflectance R2(λ) for light of wavelength λ in a reflection side mirror is maximum: λ<SB>1</SB>>λ<SB>0</SB>and/or λ<SB>2</SB>>λ<SB>0</SB>. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、所望の波長帯域のレーザ光を発振する半導体レーザ素子に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor laser element that oscillates a laser beam having a desired wavelength band.

半導体レーザ素子は、発光するレーザ光の波長によって各種の用途に利用されている。例えば、GaN系の窒化物半導体レーザ素子は、光ディスクに高密度で情報を読み出し/書き込みを行うレーザ光源として利用されている。中でも、発光波長が青紫色を含む380nm〜420nmの短波長レーザ素子は、高密度かつ高記録容量の光ディスク用のピックアップ光源として利用されている。また、発光波長が380nm以下のUV帯域のレーザ素子は、露光用光源や検査用光源などに利用されている。一方、発光波長が青色や緑色を含む420nm〜550nmの長波長レーザ素子は、画像表示を行うディスプレイ用光源、医療用光源、バイオまたは印刷用の光源、光学モジュール用光源等への利用が期待されている。   Semiconductor laser elements are used in various applications depending on the wavelength of emitted laser light. For example, a GaN-based nitride semiconductor laser element is used as a laser light source for reading / writing information on an optical disk at high density. Among these, short-wavelength laser elements having a light emission wavelength of 380 nm to 420 nm including blue-violet are used as pickup light sources for optical disks with high density and high recording capacity. Laser elements in the UV band with an emission wavelength of 380 nm or less are used for exposure light sources, inspection light sources, and the like. On the other hand, long-wavelength laser elements with emission wavelengths of 420 nm to 550 nm including blue and green are expected to be used for display light sources for displaying images, medical light sources, bio or printing light sources, optical module light sources, and the like. ing.

半導体レーザ素子は、一般に、ダブルへテロ接合構造を構成する各半導体層の組成等に応じて、特定の波長帯域に幅広のピークを有する自然発光スペクトルを示す。この自然発光スペクトルと利得スペクトルはほぼ一致しており、通常、自然発光スペクトルのピーク付近でレーザの発振利得が最も高くなる。しかしながら、長波長帯域になればなるほど、クラッド層と活性層の屈折率差が小さくなるため、十分な光閉じ込め係数が得られにくくなる。このような場合には、自然発光スペクトルの波長ピーク付近では十分な光閉じこめ係数が得られず、自然発光スペクトルの波長ピークの短波長側での利得が高くなる。このため、自然発光スペクトルの波長ピークよりかなり短波長側に発振ピークを有することになる。このようなことから、長波長帯域でレーザを発振させることが困難になる。特に発振波長が450nmを超える長波長レーザにおいては自然発光スペクトルの幅が広くなってしまうので、この現象は顕著となる。例えば、GaN系の窒化物半導体レーザ素子では、長波長帯域と言われる450nm以上の波長のレーザ光を発振させることは非常に困難であった。これまでGaN系の窒化物半導体レーザ素子において、長波長の発光波長を得るためには、活性層に高混晶のInを導入する構成が検討されている(特許文献1)。
特開2001−148546号公報
A semiconductor laser element generally exhibits a spontaneous emission spectrum having a broad peak in a specific wavelength band according to the composition of each semiconductor layer constituting a double heterojunction structure. The spontaneous emission spectrum and the gain spectrum almost coincide with each other, and the oscillation gain of the laser is usually the highest near the peak of the spontaneous emission spectrum. However, the longer the wavelength band, the smaller the difference in refractive index between the cladding layer and the active layer, making it difficult to obtain a sufficient optical confinement factor. In such a case, a sufficient light confinement coefficient cannot be obtained near the wavelength peak of the spontaneous emission spectrum, and the gain on the short wavelength side of the wavelength peak of the spontaneous emission spectrum becomes high. For this reason, it has an oscillation peak considerably shorter than the wavelength peak of the spontaneous emission spectrum. For this reason, it becomes difficult to oscillate the laser in the long wavelength band. In particular, in a long wavelength laser whose oscillation wavelength exceeds 450 nm, the width of the spontaneous emission spectrum becomes wide, and this phenomenon becomes remarkable. For example, in a GaN-based nitride semiconductor laser element, it was very difficult to oscillate laser light having a wavelength of 450 nm or more, which is called a long wavelength band. In the past, in order to obtain a long emission wavelength in a GaN-based nitride semiconductor laser element, a configuration in which highly mixed crystal In is introduced into an active layer has been studied (Patent Document 1).
JP 2001-148546 A

しかし、半導体層中のInの混晶を大きくすると、格子不整合が大きくなり、良好な結晶を得ることが困難となるため、発光効率が低下する。また、ピエゾ電界の発生等により自然発光スペクトルの半値幅も30nm以上と非常に大きくなる。さらに、上述したように長波長になればなるほど、クラッド層と活性層の屈折率差が小さくなるため、十分な光閉じ込め係数も得られ難い。その結果、自然発光波長よりもかなり短波長側で発振してしまう。   However, when the mixed crystal of In in the semiconductor layer is increased, the lattice mismatch increases and it becomes difficult to obtain a good crystal, so that the light emission efficiency is lowered. In addition, due to the generation of a piezoelectric field, the half-value width of the spontaneous emission spectrum becomes very large at 30 nm or more. Further, as described above, the longer the wavelength, the smaller the difference in refractive index between the clad layer and the active layer, so that it is difficult to obtain a sufficient optical confinement factor. As a result, oscillation occurs at a wavelength much shorter than the spontaneous emission wavelength.

窒化物半導体レーザ素子の中でも、特に、発振波長が450nm以上の長波長レーザ素子においては、自然発光スペクトルが広くなるため、幅広い波長領域で利得の差が少ない、つまり幅広い波長領域で均一な利得を持つことになる。また、積層された半導体層内で光閉じ込めを行うクラッド層と活性層との界面での屈折率差は短波長側で大きくなるので、図14(発振波長が450nm以上の長波長レーザ素子における波長と光閉じ込め係数の関係)に示すように、短波長側での閉じ込め係数が大きくなる。別の言い方をすれば、この閉じこめ係数は長波長になるほど小さくなる。   Among the nitride semiconductor laser elements, in particular, in a long wavelength laser element having an oscillation wavelength of 450 nm or more, the spontaneous emission spectrum becomes wide, so that there is little difference in gain in a wide wavelength range, that is, uniform gain in a wide wavelength range. Will have. In addition, since the refractive index difference at the interface between the clad layer and the active layer that performs optical confinement in the stacked semiconductor layers becomes larger on the short wavelength side, the wavelength in the long wavelength laser device having an oscillation wavelength of 450 nm or more is shown in FIG. And the optical confinement factor), the confinement factor on the short wavelength side increases. In other words, the confinement factor decreases as the wavelength increases.

一方、共振器面に構成されるミラーにおいて、これを構成するそれぞれの誘電体多層膜の屈折率差を大きくすることによって、所望の反射率を得るための多層膜のペア数を少なくすることができる。この誘電体多層膜の屈折率差と、その膜厚、及びペア数によりミラーの反射率が決定される。この屈折率差の大きな誘電体多層膜の組み合わせで作製している従来のミラーでは、波長領域が100nm程度の範囲において略同一の反射率を示す。つまり、この波長領域ではレーザ光を発振させるのに必要な利得の差は生まれない。従って、従来のレーザにおいては、ミラーの反射率ピークは、利得の最も高い自然発光波長ピーク領域の周辺、或いは発振させたい波長と一致するように作製されていた。つまり、自然発光波長ピーク領域の周辺、或いはレーザ光を発振させたい波長領域周辺では、このミラーの反射率の変化が少ない。   On the other hand, in the mirror configured on the resonator surface, the number of pairs of multilayer films for obtaining a desired reflectivity can be reduced by increasing the refractive index difference between the dielectric multilayer films constituting the mirror. it can. The reflectivity of the mirror is determined by the refractive index difference of the dielectric multilayer film, its film thickness, and the number of pairs. A conventional mirror manufactured by a combination of dielectric multilayer films having a large difference in refractive index exhibits substantially the same reflectance in a wavelength region of about 100 nm. That is, there is no difference in gain necessary to oscillate laser light in this wavelength region. Therefore, in the conventional laser, the reflectance peak of the mirror is manufactured around the spontaneous emission wavelength peak region having the highest gain or coincident with the wavelength to be oscillated. That is, there is little change in the reflectance of the mirror around the spontaneous emission wavelength peak region or around the wavelength region where laser light is desired to oscillate.

このようなことから、GaN系の窒化物半導体レーザ素子においては、クラッド層と活性層の閉じこめ係数の波長に対する分布が発振波長に大きく影響を及ぼしてしまう。従って、自然発光波長ピークよりもかなり短波長側でレーザ発振してしまい、長波長側でのレーザ発振を困難なものとしている。   For this reason, in the GaN-based nitride semiconductor laser element, the distribution of the confinement coefficient of the cladding layer and the active layer with respect to the wavelength greatly affects the oscillation wavelength. Therefore, laser oscillation is performed at a wavelength shorter than the spontaneous emission wavelength peak, making it difficult to perform laser oscillation at the longer wavelength.

そこで、本発明の目的は、高混晶のInを導入すること等によって自然発光スペクトル幅が広くなった発光素子において、共振器を構成する反射側ミラーおよび出射側ミラーの反射率を調整することによって、十分な光閉じこめ係数が得られにくい長波長帯域であっても、レーザ発振が可能となる半導体レーザ素子を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to adjust the reflectivity of the reflection side mirror and the emission side mirror constituting the resonator in a light emitting device having a wide spontaneous emission spectrum width by introducing highly mixed crystal In or the like. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a semiconductor laser device capable of laser oscillation even in a long wavelength band in which it is difficult to obtain a sufficient light confinement coefficient.

前記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、積層半導体と、前記積層半導体のレーザ出射側端面に配設された出射側ミラーと、レーザ出射側端面と反対側の端面に配設された反射側ミラーとを備える半導体レーザ素子であって、前記出射側ミラーにおける波長λの光に対する反射率R1(λ)が最大となるピーク波長λと、前記反射側ミラーにおける波長λの光に対する反射率R2(λ)が最大となるピーク波長λとに対して、前記積層半導体の自然発光スペクトルのピーク波長λがλ>λ及び/又はλ>λとなる関係を有することを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the invention according to claim 1 is provided on a laminated semiconductor, an emission-side mirror provided on a laser emission-side end face of the laminated semiconductor, and an end face opposite to the laser emission-side end face. A reflection-side mirror, and a peak wavelength λ 1 at which the reflectance R 1 (λ) with respect to light of wavelength λ in the emission-side mirror is maximum, and light of wavelength λ in the reflection-side mirror. The peak wavelength λ 0 of the spontaneous emission spectrum of the stacked semiconductor has a relationship such that λ 1 > λ 0 and / or λ 2 > λ 0 with respect to the peak wavelength λ 2 at which the reflectance R2 (λ) is maximum. It is characterized by that.

この半導体レーザ素子では、出射側ミラーにおけるピーク波長λと、反射側ミラーにおけるピーク波長λとに対して、積層半導体のレーザ発光部における自然発光スペクトルのピーク波長λがλ>λ及び/又はλ>λとなる関係にすることによって、従来のレーザより長波長側でのレーザ発振が可能となる。その理由は、以下のように考えられる。ミラーの反射率ピークを自然発光スペクトルのピーク波長の長波長側にシフトさせることによって、光閉じ込め係数の大きい短波長側でのミラー反射率を低下させ、短波長側での発振に必要な利得を増大させる。つまり、発振に必要な利得は短波長側に比べて長波長側で小さくなる。これにより、光閉じ込め係数の波長依存性による発振波長の短波長化を抑止し、長波長帯域でのレーザ発振を実現できる。 In this semiconductor laser device, and the peak wavelength lambda 1 in the output mirror, with respect to the peak wavelength lambda 2 in the reflection-side mirror, the peak wavelength lambda 0 of the spontaneous emission spectrum of the laser light emitting portion of the stacked semiconductor λ 1> λ 0 And / or λ 2 > λ 0 makes it possible to oscillate the laser on the longer wavelength side than the conventional laser. The reason is considered as follows. By shifting the reflectance peak of the mirror to the long wavelength side of the peak wavelength of the spontaneous emission spectrum, the mirror reflectance on the short wavelength side where the optical confinement factor is large is lowered, and the gain necessary for oscillation on the short wavelength side is increased. Increase. That is, the gain necessary for oscillation is smaller on the long wavelength side than on the short wavelength side. Thereby, it is possible to suppress the oscillation wavelength from being shortened due to the wavelength dependence of the optical confinement coefficient, and to realize laser oscillation in a long wavelength band.

請求項2に係る発明の半導体レーザ素子は、前記反射側ミラーのピーク波長λにおける反射率R2(λ)と、該反射率R2(λ)の1.00倍となる波長λにおける反射率R2(λ3)と、前記反射率R2(λ)の0.30倍となる波長λにおける反射率R2(λ)と、発振波長λpとが、下記式(1)、(2)および式(3)で表される関係を有することを特徴とする。
R2(λ3)=R2(λ)×1.00 (1)
R2(λ4)=R2(λ)×0.30 (2)
λ>λp>λ (3)
The semiconductor laser device of the invention according to claim 2 has a reflectance R2 (λ 2 ) at the peak wavelength λ 2 of the reflection side mirror and a wavelength λ 3 that is 1.00 times the reflectance R2 (λ 2 ). The reflectance R2 (λ 3 ), the reflectance R 2 (λ 4 ) at a wavelength λ 4 that is 0.30 times the reflectance R 2 (λ 2 ), and the oscillation wavelength λ p are expressed by the following equations (1), ( 2) and a relationship represented by the formula (3).
R2 (λ 3 ) = R2 (λ 2 ) × 1.00 (1)
R2 (λ 4 ) = R2 (λ 2 ) × 0.30 (2)
λ 3 >λp> λ 4 (3)

この半導体レーザ素子では、反射側ミラーの反射率R2(λ)が上記式(1)、(2)および式(3)を満たすようにすることによって、より長波長側でのレーザ発振が実現できる。特に、反射側ミラーの反射率の大きさをR2(λ)の0.3倍とすることによって、光閉じ込め係数の波長依存性によっておこる発振波長の短波長化を十分に抑止して、長波長側でのレーザ発振を実現できる。 In this semiconductor laser device, laser oscillation on a longer wavelength side can be realized by making the reflectance R2 (λ) of the reflection side mirror satisfy the above formulas (1), (2), and (3). . In particular, by setting the reflectance of the reflection-side mirror to 0.3 times R2 (λ 2 ), it is possible to sufficiently suppress the shortening of the oscillation wavelength caused by the wavelength dependence of the optical confinement factor, and to increase the length. Laser oscillation on the wavelength side can be realized.

請求項3に係る発明の半導体レーザ素子は、前記出射側ミラーのピーク波長λにおける反射率R1(λ)と、該反射率R1(λ)の1.00倍となる波長λにおける反射率R1(λ)と、前記反射率R1(λ)の0.30倍となる波長λにおける反射率R1(λ)と、発振波長λpとが、下記式(4)、(5)および式(6)で表される関係を有することを特徴とする。
R1(λ)=R1(λ)×1.00 (4)
R1(λ)=R1(λ)×0.30 (5)
λ>λp>λ (6)
According to a third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor laser device having a reflectance R1 (λ 1 ) at a peak wavelength λ 1 of the emission side mirror and a wavelength λ 5 that is 1.00 times the reflectance R1 (λ 1 ). The reflectance R1 (λ 5 ), the reflectance R1 (λ 6 ) at a wavelength λ 6 that is 0.30 times the reflectance R1 (λ 1 ), and the oscillation wavelength λp are expressed by the following equations (4), ( 5) and a relationship represented by the formula (6).
R1 (λ 5 ) = R1 (λ 1 ) × 1.00 (4)
R1 (λ 6 ) = R1 (λ 1 ) × 0.30 (5)
λ 5 >λp> λ 6 (6)

この半導体レーザ素子では、出射側ミラーを上記式(4)、(5)および式(6)を満たす関係にすることによって、より長波長側でのレーザ発振が実現できる。特に、出射側ミラーの反射率の大きさをR1(λ)の0.3倍とすることによって、光閉じ込め係数の波長依存性によっておこる発振波長の短波長化を十分に抑止できる。 In this semiconductor laser device, laser oscillation on a longer wavelength side can be realized by making the emission side mirror satisfy the relations of the above expressions (4), (5) and (6). In particular, by setting the reflectance of the exit side mirror to 0.3 times R1 (λ 1 ), it is possible to sufficiently suppress the shortening of the oscillation wavelength caused by the wavelength dependence of the optical confinement coefficient.

請求項5に係る発明の半導体レーザ素子は、前記積層半導体は、III−V族化合物半導体であることを特徴とする。
この半導体レーザ素子は、積層半導体がIII−V族化合物半導体で構成される場合に好適である。
The semiconductor laser device according to a fifth aspect of the invention is characterized in that the stacked semiconductor is a III-V group compound semiconductor.
This semiconductor laser device is suitable when the laminated semiconductor is composed of a III-V group compound semiconductor.

請求項5に係る発明の半導体レーザ素子は、前記出射側ミラーから出射するレーザ光の波長が、450nm以上であることを特徴とする。
この半導体レーザ素子では、出射側ミラーから出射するレーザ光の波長が、450nm以上とすることができる。
The semiconductor laser device of the invention according to claim 5 is characterized in that the wavelength of the laser beam emitted from the emission side mirror is 450 nm or more.
In this semiconductor laser element, the wavelength of the laser beam emitted from the emission side mirror can be set to 450 nm or more.

請求項6に係る発明の半導体レーザ素子は、前記出射側ミラー及び/又は反射側ミラーは、酸化膜又は窒化膜を有することを特徴とする。
この半導体レーザ素子では、出射側ミラー及び/又は反射側ミラーは、酸化膜又は窒化膜を有することが好ましい。
The semiconductor laser device of the invention according to claim 6 is characterized in that the emission side mirror and / or the reflection side mirror have an oxide film or a nitride film.
In this semiconductor laser device, it is preferable that the emission side mirror and / or the reflection side mirror have an oxide film or a nitride film.

本発明の半導体レーザ素子は、450nm以上の長波長帯域のレーザ光を発振させることができる。   The semiconductor laser device of the present invention can oscillate laser light having a long wavelength band of 450 nm or more.

以下、本発明に係る半導体レーザ素子について図1および図2に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明の半導体レーザ素子1の主要構成を示す模式断面図、図2は、本発明の半導体レーザ素子1のピーク波長λの自然発光スペクトルを示す図である。
図1に示す半導体レーザ素子1は、第1導電型半導体層6、活性層4、第2導電型半導体5の順に積層して構成される積層半導体7と、活性層4で発光するレーザ光の導波路に沿って積層半導体7の両端に配設された出射側ミラー2および反射側ミラー3とを備えるものである。
なお、図1に示す半導体レーザ素子1の構成は、本発明を説明するための概念図であり、この半導体レーザ素子1の活性層4に電子および正孔を注入するための電極や、その他の基板、保護層等については省略して図示したものである。そのため、本発明に係る半導体レーザ素子は、このような構成に限定されるものではない。
Hereinafter, a semiconductor laser device according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the main configuration of the semiconductor laser device 1 of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a spontaneous emission spectrum at a peak wavelength λ 0 of the semiconductor laser device 1 of the present invention.
A semiconductor laser device 1 shown in FIG. 1 includes a laminated semiconductor 7 formed by laminating a first conductive semiconductor layer 6, an active layer 4, and a second conductive semiconductor 5 in this order, and laser light emitted from the active layer 4. The output side mirror 2 and the reflection side mirror 3 are provided at both ends of the laminated semiconductor 7 along the waveguide.
The configuration of the semiconductor laser device 1 shown in FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining the present invention. An electrode for injecting electrons and holes into the active layer 4 of the semiconductor laser device 1 and other The substrate, the protective layer, etc. are not shown in the figure. Therefore, the semiconductor laser device according to the present invention is not limited to such a configuration.

積層半導体7において、第1導電型半導体層6と、その第1導電型半導体層6の上部に活性層4を介して形成される第2導電型半導体層5とは、半導体材料からなる層にドーパントをドープして、n型またはp型の半導体層を形成する。この第1導電型半導体層、活性層4および第2導電型半導体層を構成する半導体材料の具体例としては、III−V族化合物半導体が挙げられる。その中でもGaN、AlN、もしくはInN、又はこれらの混晶である窒化物半導体(InαAlβGa1−α−βN、0≦α、0≦β、α+β≦1)を採用することが好ましい。また、III族元素として一部若しくは全部にBなどを用いたり、V族元素としてNの一部をP、As、Sbなどで置換した混晶、AlGaAs、InGaAs等のGaAs系材料、AlGaInP等のInP系材料、これらの混晶であるInGaAsP等の他のIII−V族化合物半導体などを採用することもできる。また、半導体材料にドープされるドーパントとしては、n型ドーパントとして、Si、Ge、Sn、S、O、Ti、Zr等のIV族、若しくはVI族元素、p型ドーパントとして、Be、Zn、Mn、Cr、Mg、Caなどが挙げられる。 In the laminated semiconductor 7, the first conductivity type semiconductor layer 6 and the second conductivity type semiconductor layer 5 formed on the first conductivity type semiconductor layer 6 via the active layer 4 are layers made of a semiconductor material. An n-type or p-type semiconductor layer is formed by doping with a dopant. Specific examples of the semiconductor material constituting the first conductive semiconductor layer, the active layer 4 and the second conductive semiconductor layer include III-V group compound semiconductors. Among them, it is preferable to employ a nitride semiconductor (In α Al β Ga 1-α-β N, 0 ≦ α, 0 ≦ β, α + β ≦ 1) that is GaN, AlN, InN, or a mixed crystal thereof. . Further, a part or all of B as a group III element or a part of N as a group V element is substituted with P, As, Sb or the like, a mixed crystal such as AlGaAs or InGaAs, AlGaInP or the like. Other III-V group compound semiconductors such as InP-based materials and InGaAsP which is a mixed crystal thereof can also be employed. In addition, dopants doped into semiconductor materials include n-type dopants such as Si, Ge, Sn, S, O, Ti, and Zr group IV or VI elements, and p-type dopants such as Be, Zn, and Mn. , Cr, Mg, Ca and the like.

また、これらの第1導電型半導体層6および第2導電型半導体層5は、それぞれ多層構造に形成されていてもよい。例えば、第1導電型半導体層6は、活性層4の側から、光ガイド層、クラッド層(光閉じ込め層)の順に積層された多層構造を有していてもよい。また、第2導電型半導体層5は、活性層4の側から光ガイド層、クラッド層(光閉じ込め層)、コンタクト層の順に積層された多層構造を有していてもよい。また、基板(図示せず)と第1導電型半導体層6との間、第2導電型半導体層5とその上の上層との間に、緩衝層(バッファ層)を形成してもよい。さらに、第1導電型半導体層6および第2導電型半導体層5が多層構造を有する場合、多層構造の一部に、アンドープやノンドープの半導体層が含まれていても良い。更には、アンドープやノンドープの半導体層と不純物がドープされた半導体層とを交互に積層した層を含有する構成であってもよい。   The first conductive semiconductor layer 6 and the second conductive semiconductor layer 5 may each be formed in a multilayer structure. For example, the first conductivity type semiconductor layer 6 may have a multilayer structure in which a light guide layer and a cladding layer (light confinement layer) are laminated in this order from the active layer 4 side. The second conductivity type semiconductor layer 5 may have a multilayer structure in which a light guide layer, a cladding layer (light confinement layer), and a contact layer are laminated in this order from the active layer 4 side. Further, a buffer layer (buffer layer) may be formed between the substrate (not shown) and the first conductivity type semiconductor layer 6 and between the second conductivity type semiconductor layer 5 and the upper layer thereon. Furthermore, when the first conductive semiconductor layer 6 and the second conductive semiconductor layer 5 have a multilayer structure, an undoped or non-doped semiconductor layer may be included in a part of the multilayer structure. Furthermore, the structure containing the layer which laminated | stacked the undoped or non-doped semiconductor layer and the semiconductor layer doped with the impurity alternately may be sufficient.

また、活性層4は、n型またはp型の半導体層である、第1導電型半導体層6と、第2導電型半導体層5とから注入される正孔および電子の再結合によって生成するエネルギを光として放出するものである。   The active layer 4 is energy generated by recombination of holes and electrons injected from the first conductivity type semiconductor layer 6 and the second conductivity type semiconductor layer 5 which are n-type or p-type semiconductor layers. Is emitted as light.

この活性層4は、井戸層と障壁層とを含む量子井戸構造を有するものが好ましい。また、この活性層4を構成する半導体材料は、ノンドープ、n型不純物ドープ、p型不純物ドープのいずれのものでもよい。なかでも、ノンドープまたはn型不純物ドープの半導体材料で形成されることが好ましい。さらに、例えば、井戸層をアンドープとし、障壁層をn型不純物ドープとしてもよい。   The active layer 4 preferably has a quantum well structure including a well layer and a barrier layer. The semiconductor material constituting the active layer 4 may be any of non-doped, n-type impurity doped, and p-type impurity doped. Especially, it is preferable to form with a semiconductor material of non-doped or n-type impurity doping. Furthermore, for example, the well layer may be undoped and the barrier layer may be n-type impurity doped.

出射側ミラー2および反射側ミラー3は、活性層4における電子と正孔の再結合によって生じる自然発光スペクトルのピーク波長λに対して、出射側ミラー2における波長λの光に対する反射率R1(λ)が最大となるピーク波長λと、反射側ミラー3における波長λの光に対する反射率R2(λ)が最大となるピーク波長λとが、λ>λ及び/又はλ>λとなるときに、積層半導体の活性層4において、λ=λ=λとする従来のレーザ作製方法で得られる発振波長より長波長のレーザ光を、共振器端面から出射させることができる。 The output-side mirror 2 and the reflection-side mirror 3 have a reflectance R1 (with respect to light having a wavelength λ in the output-side mirror 2 with respect to the peak wavelength λ 0 of the spontaneous emission spectrum generated by recombination of electrons and holes in the active layer 4. The peak wavelength λ 1 that maximizes λ) and the peak wavelength λ 2 that maximizes the reflectance R 2 (λ) with respect to light of wavelength λ in the reflection-side mirror 3 are λ 1 > λ 0 and / or λ 2 > When λ 0 is reached, laser light having a wavelength longer than the oscillation wavelength obtained by the conventional laser manufacturing method in which λ 1 = λ 2 = λ 0 is emitted from the resonator end face in the active layer 4 of the laminated semiconductor. Can do.

これらのさらに好ましい実施形態としては、発振波長λpが、前記反射側ミラー3のピーク波長λにおける反射率R2(λ)と、該反射率R2(λ)の1.00倍となる反射率R2(λ3)と、該反射率R2(λ3)における波長λと、前記反射率R2(λ)の0.30倍となる反射率R2(λ)と、該反射率R2(λ)における波長λと、の関係が、下記式(1)、(2)および式(3)で表される関係を有するものである。
R2(λ3)= R2(λ)×1.00 (1)
R2(λ4)= R2(λ)×0.30 (2)
λ>λp>λ (3)
In these more preferred embodiments, the oscillation wavelength λp is a reflectance R2 (λ 2 ) at the peak wavelength λ 2 of the reflection side mirror 3 and a reflection that is 1.00 times the reflectance R2 (λ 2 ). a rate R2 (λ 3), the wavelength lambda 3 in the reflectivity R2 (λ 3), the reflectance R2 (lambda 2) 0.30 times to become reflectivity R2 and (λ 4), the reflectance R2 The relationship with the wavelength λ 4 in (λ 4 ) has a relationship represented by the following formulas (1), (2) and (3).
R2 (λ 3 ) = R2 (λ 2 ) × 1.00 (1)
R2 (λ 4 ) = R2 (λ 2 ) × 0.30 (2)
λ 3 >λp> λ 4 (3)

また、出射側ミラー2においては、出射側ミラー2のピーク波長λにおける反射率R1(λ)と、該反射率R1(λ)の1.00倍となる波長λにおける反射率R1(λ)と、前記反射率R1(λ)の0.30倍となる波長λにおける反射率R1(λ)と、発振波長λpとが、下記式(4)、(5)および式(6)で表される関係を有することが好ましい。
R1(λ)=R1(λ)×1.00 (4)
R1(λ)=R1(λ)×0.30 (5)
λ>λp>λ (6)
Further, in the exit side mirror 2, the reflectivity R1 (λ 1 ) at the peak wavelength λ 1 of the exit side mirror 2 and the reflectivity R1 at a wavelength λ 5 that is 1.00 times the reflectivity R1 (λ 1 ). (Λ 5 ), the reflectance R 16 ) at the wavelength λ 6 that is 0.30 times the reflectance R 11 ), and the oscillation wavelength λp are expressed by the following equations (4), (5), and It is preferable to have the relationship represented by Formula (6).
R1 (λ 5 ) = R1 (λ 1 ) × 1.00 (4)
R1 (λ 6 ) = R1 (λ 1 ) × 0.30 (5)
λ 5 >λp> λ 6 (6)

本発明の半導体レーザ素子1において、反射側ミラー3及び/又は出射側ミラー2における波長λの光に対する反射率R2(λ)およびR1(λ)を、前記の式(1)〜(6)に示す関係にすることによって、長波長側でのレーザ発振を実現できる理由は、以下の通りに考えられる。反射側ミラー3及び/又は出射側ミラー2において、波長増加に対する反射率の立ち上がりを急峻にすることで、発振に必要な利得に急峻な減少を生じさせることができる。したがって、上記関係式を満たすように半導体レーザ素子のミラー反射率を調整することによって、閉じ込め係数の波長分布による発振波長の短波長化を効果的に抑止し、長波長領域でのレーザ発振をより容易に実現することができる。さらに、この反射率の急峻な立ち上がりをより効果的に大きくするためには、ミラーを構成する誘電体膜のペア数を増加させる方法があげられる。その例として、SiOとZrOとからなるミラーのペア数を変更させた場合の反射率を図3に示す。この図3は、ZrO単膜を0.5ペア、SiO膜とZrO膜の組み合わせ(SiO/ZrO)を1ペアと数えるう構成で、0.5ペア(図3中、aで示す;ZrO単膜)、2.5ペア(図3中、bで示す)、4.5ペア(図3中、cで示す)、6.5ペア(図3中、dで示す)、8.5ペア(図3中、eで示す)および10.5ペア(図3中、fで示す)と増加させたものである。この図3に示すように、反射側ミラー3及び/又は出射側ミラー2を、SiOとZrOとからなるミラーのペア数の増加によって、500nm付近の反射率の上昇を急峻にすることができる。このことにより長波長領域でのレーザ発振をより効果的に実現することができる。 In the semiconductor laser device 1 of the present invention, the reflectances R2 (λ) and R1 (λ) with respect to light of wavelength λ in the reflection side mirror 3 and / or the emission side mirror 2 are expressed by the above formulas (1) to (6). The reason why the laser oscillation on the long wavelength side can be realized by using the relationship shown is considered as follows. In the reflection side mirror 3 and / or the emission side mirror 2, by making the rise of the reflectance with respect to the increase in wavelength steep, it is possible to cause a steep decrease in the gain necessary for oscillation. Therefore, by adjusting the mirror reflectivity of the semiconductor laser element so as to satisfy the above relational expression, it is possible to effectively suppress the shortening of the oscillation wavelength due to the wavelength distribution of the confinement coefficient, and to further reduce the laser oscillation in the long wavelength region. It can be easily realized. Furthermore, in order to increase the sharp rise of the reflectance more effectively, there is a method of increasing the number of dielectric film pairs constituting the mirror. As an example, FIG. 3 shows the reflectance when the number of mirror pairs made of SiO 2 and ZrO 2 is changed. The 3, 0.5 pairs of ZrO 2 single film, a combination of SiO 2 film and ZrO 2 film (SiO 2 / ZrO 2) in a configuration that would count as a pair, in 0.5 pairs (Fig. 3, a ZrO 2 single film), 2.5 pairs (indicated by b in FIG. 3), 4.5 pairs (indicated by c in FIG. 3), 6.5 pairs (indicated by d in FIG. 3) , 8.5 pairs (indicated by e in FIG. 3) and 10.5 pairs (indicated by f in FIG. 3). As shown in FIG. 3, the reflection-side mirror 3 and / or the emission-side mirror 2 can be sharply increased in reflectance near 500 nm by increasing the number of mirror pairs made of SiO 2 and ZrO 2. it can. As a result, laser oscillation in the long wavelength region can be realized more effectively.

本発明の半導体レーザ素子1において、出射側ミラー2及び/又は反射側ミラー3の反射率R(λ)が、積層半導体7の自然発光スペクトルのピーク波長λに対して前記の関係を有するように、膜組成、膜厚および構成を調整する。通常、反射側ミラー2および出射側ミラー3は、SiO、ZrO、TiO、Al、Nb、AlN、AlGaN、SiN、TiN等によって形成される。 In the semiconductor laser device 1 of the present invention, the reflectance R (λ) of the emission side mirror 2 and / or the reflection side mirror 3 has the above relationship with the peak wavelength λ 0 of the spontaneous emission spectrum of the laminated semiconductor 7. In addition, the film composition, film thickness, and configuration are adjusted. Usually, the reflection side mirror 2 and the emission side mirror 3 are formed of SiO 2 , ZrO 2 , TiO 2 , Al 2 O 3 , Nb 2 O 5 , AlN, AlGaN, SiN, TiN, or the like.

ここで、自然発光ピーク波長λ0=500nmである半導体発光素子における出射側ミラー3の光の波長に対する反射率R2(λ)について実験した。
まず、反射側ミラー3を、半導体側からAlを1674nmの膜厚で形成し、さらに、ZrO(613nm)とAl(837nm)を交互に8層形成し、最後に、Al(837nm)の順で形成した。この反射側ミラー3について、反射率R2(λ)をエリプソメータにより測定した。その結果、反射率のピーク波長(λ)530nmで反射率96%が得られた。このとき、反射側ミラーの波長に対するミラー反射率分布図である図4に示すように、ピーク反射率×0.3の波長λは475nmで、ピーク反射率×0.98の波長λは505nmとなった。
Here, an experiment was conducted on the reflectance R2 (λ) with respect to the wavelength of the light of the exit side mirror 3 in the semiconductor light emitting device having the spontaneous emission peak wavelength λ 0 = 500 nm.
First, the reflection-side mirror 3 is formed with Al 2 O 3 having a thickness of 1674 nm from the semiconductor side, and further, eight layers of ZrO 2 (613 nm) and Al 2 O 3 (837 nm) are alternately formed. Al 2 O 3 (837 nm) was formed in this order. About this reflection side mirror 3, reflectance R2 ((lambda)) was measured with the ellipsometer. As a result, a reflectance of 96% was obtained at a peak wavelength (λ 2 ) of 530 nm. At this time, as shown in FIG. 4 which is a mirror reflectance distribution diagram with respect to the wavelength of the reflection side mirror, the wavelength λ of the peak reflectance × 0.3 is 475 nm, and the wavelength λ of the peak reflectance × 0.98 is 505 nm. became.

また、出射側ミラー2を、半導体側からAlを1674nmの膜厚で形成し、さらに、ZrO(613nm)とAl(837nm)を交互に6層形成し、最後に、Al(837nm)で形成した。この出射側ミラー2について、反射率R1(λ)をエリプソメータにより測定した。その結果、反射率のピーク波長(λ)が525nmで反射率83%が得られた。このとき、出射側ミラーの波長に対するミラー反射率分布図である図5に示すように、ピーク反射率×0.3の波長λは465nmで、ピーク反射率×0.98の波長λは505nmとなった。
この実験の結果から、前記のような反射側ミラー3及び出射側ミラー2によって本発明の半導体レーザ素子を実現することができることが分かった。
Further, the output side mirror 2 is formed by forming Al 2 O 3 with a thickness of 1674 nm from the semiconductor side, and further forming six layers of ZrO 2 (613 nm) and Al 2 O 3 (837 nm) alternately, and finally, It was formed by al 2 O 3 (837nm). About this output side mirror 2, reflectance R1 ((lambda)) was measured with the ellipsometer. As a result, the reflectance peak wavelength (λ 1 ) was 525 nm, and a reflectance of 83% was obtained. At this time, as shown in FIG. 5 which is a mirror reflectance distribution diagram with respect to the wavelength of the output side mirror, the wavelength λ of peak reflectance × 0.3 is 465 nm, and the wavelength λ of peak reflectance × 0.98 is 505 nm. became.
From the results of this experiment, it was found that the semiconductor laser device of the present invention can be realized by the reflection side mirror 3 and the emission side mirror 2 as described above.

次に、本発明の半導体レーザ素子の実施形態として、図6(A)および図6(B)に示す窒化物半導体レーザ素子について説明する。
図6(A)は、本発明の実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子31の構造を示す模式断面図、図6(B)は、窒化物半導体レーザ素子31の外部構造を示す斜視図である。なお、図6(A)は、窒化物半導体レーザ素子31のレーザ光の共振方向に垂直方向で切断した場合の断面図を示す。
Next, as an embodiment of the semiconductor laser device of the present invention, a nitride semiconductor laser device shown in FIGS. 6A and 6B will be described.
FIG. 6A is a schematic cross-sectional view showing the structure of the nitride semiconductor laser device 31 according to the embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a perspective view showing the external structure of the nitride semiconductor laser device 31. . FIG. 6A shows a cross-sectional view when the nitride semiconductor laser element 31 is cut in a direction perpendicular to the resonance direction of the laser beam.

この窒化物半導体レーザ素子31は、図6(A)に示すように、基板32の上に、n型半導体層33、活性層34およびp型半導体層35の順に積層した基本構造を有する。このn型半導体層33、活性層34およびp型半導体層35が、本発明における積層半導体の基本構造を構成する。
基板32としては、サファイア(Al23、A面、C面、R面)、スピネル(MgAl24、111面)等の絶縁性基板、さらには、GaN、SiC、MgO、Si、ZnO等の単結晶基板や導電性基板などが用いられる。
The nitride semiconductor laser element 31 has a basic structure in which an n-type semiconductor layer 33, an active layer 34, and a p-type semiconductor layer 35 are stacked in this order on a substrate 32, as shown in FIG. The n-type semiconductor layer 33, the active layer 34, and the p-type semiconductor layer 35 constitute the basic structure of the laminated semiconductor in the present invention.
As the substrate 32, an insulating substrate such as sapphire (Al 2 O 3 , A plane, C plane, R plane), spinel (MgAl 2 O 4 , 111 plane), and GaN, SiC, MgO, Si, ZnO A single crystal substrate or a conductive substrate is used.

n型半導体層33は、基板32の側から、n型光閉じこめ層およびn型光ガイド層の順に積層された多層構造を有する。また、n型光ガイド層は省略可能であり、基板32を光閉じ込め層として用いる場合には、n型光閉じ込め層も省略可能である。   The n-type semiconductor layer 33 has a multilayer structure in which an n-type light confinement layer and an n-type light guide layer are stacked in this order from the substrate 32 side. Further, the n-type light guide layer can be omitted, and when the substrate 32 is used as the light confinement layer, the n-type light confinement layer can also be omitted.

また、前記基板32とn型半導体層33との間に緩衝層を単層又は多層で形成してもよい。該緩衝層を単層で形成する場合には、InXAlYGa1-X-YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)で表される組成を有する窒化物半導体で構成することができる。また、緩衝層を2以上の多層で形成する場合には、基板側から第1緩衝層としてAlGa1-XN(0≦X≦1)、第2緩衝層としてInGa1−YN(0≦Y≦1)の順に積層した構成とすることができる。この緩衝層は、単層で形成する場合、多層で形成する場合に関係なく、n型不純物を含有する構成が好ましい。これにより、n型を示す十分なキャリア濃度をもつn型半導体層33が得られる。また、表面の積層半導体側にn側電極37を形成する場合、このようなn型半導体層33を構成に有することにより、好ましいオーミック接触が得られるため、窒化物半導体レーザ素子1のしきい値電流の低下に有効である。GaNに限らず窒化物半導体は、ノンドープ(不純物をドープしない状態)でも結晶内部にできる窒素空孔のためn型となる性質があるが、Si、Ge、O、Sn等のドナー不純物を結晶成長中にドープすることにより、キャリア濃度が高く、好ましいn型特性を示す窒化物半導体が得られる。 Further, a buffer layer may be formed as a single layer or a multilayer between the substrate 32 and the n-type semiconductor layer 33. In the case of forming the buffer layer as a single layer, the buffer layer may be composed of a nitride semiconductor having a composition represented by In X Al Y Ga 1-XY N (0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1). it can. Further, when the buffer layer is formed of two or more multilayers, Al x Ga 1-X N (0 ≦ X ≦ 1) is used as the first buffer layer from the substrate side, and In Y Ga 1-Y is used as the second buffer layer. It can be set as the structure laminated | stacked in order of N (0 <= Y <= 1). When this buffer layer is formed as a single layer, a configuration containing an n-type impurity is preferable regardless of whether it is formed as a multilayer. Thereby, the n-type semiconductor layer 33 having a sufficient carrier concentration exhibiting n-type is obtained. In addition, when the n-side electrode 37 is formed on the surface of the laminated semiconductor, having such an n-type semiconductor layer 33 in the configuration can provide a preferable ohmic contact, so that the threshold value of the nitride semiconductor laser element 1 is obtained. Effective for lowering current. Nitride semiconductors, not limited to GaN, have n-type properties due to nitrogen vacancies that can be formed inside the crystal even in non-doped (undoped state), but crystal growth of donor impurities such as Si, Ge, O, Sn, etc. By doping in, a nitride semiconductor having a high carrier concentration and a preferable n-type characteristic can be obtained.

また、前記緩衝層を多層で形成する場合の第2緩衝層は、Inを含有する窒化物半導体層にすることによって、積層半導体中に発生するクラックを抑制することができる。   In addition, when the buffer layer is formed in multiple layers, the second buffer layer can be a nitride semiconductor layer containing In, thereby suppressing cracks generated in the laminated semiconductor.

n型光閉じこめ層は、例えば、Alを含むn型の窒化物半導体またはGaNで構成することができる。このn型光閉じこめ層は、三元混晶のAlYGa1-YN(0≦Y≦1)とすることにより、結晶性の良いものが得られ、また活性層との屈折率差が大きくなり光閉じ込め層として有効である。このn型光閉じこめ層は、通常0.1μm〜4μmの膜厚で成長させることが望ましい。0.1μmよりも薄いと光閉じ込め層として作用しにくく、4μmよりも厚いと、結晶中にクラックが入りやすくなり素子作成が困難となる傾向にある。また、このn型光閉じ込め層はn型不純物を含有することでキャリアを供給するn型クラッド層としても機能する。 The n-type optical confinement layer can be made of, for example, an n-type nitride semiconductor containing Al or GaN. This n-type optical confinement layer is made of ternary mixed crystal Al Y Ga 1-Y N (0 ≦ Y ≦ 1), so that a good crystallinity can be obtained, and the refractive index difference from the active layer can be reduced. It becomes large and is effective as a light confinement layer. This n-type optical confinement layer is usually preferably grown to a thickness of 0.1 μm to 4 μm. If it is thinner than 0.1 μm, it does not easily function as a light confinement layer. The n-type optical confinement layer also functions as an n-type cladding layer that supplies carriers by containing an n-type impurity.

n型光ガイド層は、Inを含むn型の窒化物半導体またはn型GaN、更にはこれらのn型の窒化物半導体からなる層と、n型GaNからなる層とで構成される多層構造としてもよい。このn型光ガイド層は、好ましくは三元混晶または二元混晶のInXGa1-XN(0≦X<1)とする。このn型光ガイド層は、通常100Å〜1μmの膜厚で成長させることが望ましく、光閉じ込めの観点からInGaNで形成することが好ましい。また、InGaN、GaNの超格子構造、あるいは多層構造にすることにより結晶性良く成長できる利点がある。 The n-type light guide layer has an n-type nitride semiconductor containing In or n-type GaN, and a multilayer structure including a layer made of these n-type nitride semiconductors and a layer made of n-type GaN. Also good. This n-type light guide layer is preferably made of ternary mixed crystal or binary mixed crystal In x Ga 1-X N (0 ≦ X <1). This n-type light guide layer is usually desirably grown to a thickness of 100 to 1 μm, and is preferably formed of InGaN from the viewpoint of optical confinement. Further, there is an advantage that it can be grown with good crystallinity by using a superlattice structure of GaN or GaN or a multilayer structure.

活性層34は、Inを含む窒化物半導体層を含有する構造を有する。具体的には、活性層34は、単一量子井戸構造、又は多重量子井戸構造を有し、その井戸層には三元混晶のInXGa1-XN(0<X<1)を有するものである。障壁層にはInX'Ga1-X'N(0≦X'<1、X'<X)を有するものとする。三元混晶のInGaNは四元混晶のものに比べて結晶性が良いので、発光出力が向上する。特に、InXGa1-XNよりなる井戸層と、井戸層よりもバンドギャップの大きい窒化物半導体よりなる障壁層とを積層した多重量子井戸構造(MQW:Multi-quantum-well)の活性層が好ましい。多重量子井戸構造を形成する一例としては、障壁+井戸+障壁+井戸+・・・+障壁+井戸層+障壁となるように積層して構成する。また、障壁層と井戸層との間、又は井戸層と障壁層との間に井戸層及び障壁層よりも膜厚の小さい中間層を設ける構成としてもよい。 The active layer 34 has a structure containing a nitride semiconductor layer containing In. Specifically, the active layer 34 has a single quantum well structure or a multiple quantum well structure, and ternary mixed crystal In x Ga 1-x N (0 <X <1) is formed in the well layer. It is what you have. It is assumed that the barrier layer has In X ′ Ga 1-X ′ N (0 ≦ X ′ <1, X ′ <X). Since the ternary mixed crystal InGaN has better crystallinity than the quaternary mixed crystal, the light emission output is improved. In particular, an active layer having a multiple quantum well structure (MQW: Multi-quantum-well) in which a well layer made of In x Ga 1-x N and a barrier layer made of a nitride semiconductor having a larger band gap than the well layer are stacked. Is preferred. As an example of forming the multi-quantum well structure, the multi-quantum well structure is stacked so as to be barrier + well + barrier + well +... + Barrier + well layer + barrier. Further, an intermediate layer having a smaller thickness than the well layer and the barrier layer may be provided between the barrier layer and the well layer or between the well layer and the barrier layer.

活性層34の総膜厚は100Å以上に調整することが好ましい。100Åよりも薄いと、光閉じ込めが弱く、レーザ発振しにくい傾向にある。また,活性層34の膜厚が厚すぎると出力が低下する傾向にあり、膜厚は1μm以下、好ましくは0.5μm以下、さらに好ましくは0.2μm以下に調整することが望ましい。膜厚が1μmよりも厚いと活性層の結晶性が悪くなるか、発光した光が活性層中に広がってしまい、しきい値電流が増加する傾向にある。   The total thickness of the active layer 34 is preferably adjusted to 100 mm or more. When the thickness is less than 100 mm, light confinement is weak and laser oscillation tends to be difficult. If the thickness of the active layer 34 is too thick, the output tends to decrease, and it is desirable to adjust the thickness to 1 μm or less, preferably 0.5 μm or less, more preferably 0.2 μm or less. When the film thickness is larger than 1 μm, the crystallinity of the active layer is deteriorated, or emitted light spreads in the active layer, and the threshold current tends to increase.

また、p型半導体層35は、活性層34の側から、p型光閉じ込め層およびp型コンタクト層の順に積層された多層構造を有する。この場合、p型光閉じこめ層は、キャリアの閉じこめ層としての機能、活性層34はガイド層としての機能も担う。従って、これらの機能を、活性層34とp型光閉じ込め層との間に、p型キャリア閉じ込め層、p型光ガイド層を介する構造にすることによって分離しても良い。この場合、p型光ガイド層のみを省略したもの、又はp型キャリア閉じ込め層のみを省略したものであってもよい。具体的には、p型光閉じ込め層がキャリア閉じ込め層としての機能も担う場合、p型キャリア閉じ込め層を省略することができる。   The p-type semiconductor layer 35 has a multilayer structure in which a p-type optical confinement layer and a p-type contact layer are laminated in this order from the active layer 34 side. In this case, the p-type optical confinement layer also functions as a carrier confinement layer, and the active layer 34 also functions as a guide layer. Therefore, these functions may be separated by forming a structure via the p-type carrier confinement layer and the p-type light guide layer between the active layer 34 and the p-type light confinement layer. In this case, only the p-type light guide layer may be omitted, or only the p-type carrier confinement layer may be omitted. Specifically, when the p-type optical confinement layer also functions as a carrier confinement layer, the p-type carrier confinement layer can be omitted.

なお、p型の窒化物半導体は、Zn、Mg、Be、Cd、Ca等のアクセプター不純物を結晶成長中にドープすることによって得られるが、その中でもMgが最も好ましいp型特性を示す。また結晶成長後、不活性ガス雰囲気中で、400℃以上でアニーリングすることにより、さらに低抵抗なp型半導体層35を得ることができる。   The p-type nitride semiconductor is obtained by doping an acceptor impurity such as Zn, Mg, Be, Cd, and Ca during crystal growth, and among them, Mg exhibits the most preferable p-type characteristics. Further, after crystal growth, the p-type semiconductor layer 35 with lower resistance can be obtained by annealing at 400 ° C. or higher in an inert gas atmosphere.

p型キャリア閉じ込め層は、例えば、Alを含む窒化物半導体またはGaNで構成し、三元混晶のAlYGa1-YN(0<Y≦1)で構成される。このキャリア閉じ込め層は、通常、10〜500Åの膜厚とすることが望ましく、特にAlGaNとすることにより、活性層からの電子のオーバーフローを効果よく抑制することができる点で、好ましい。このキャリア閉じ込め層は多層膜で構成されていても良い。 The p-type carrier confinement layer is made of, for example, a nitride semiconductor containing Al or GaN, and is made of ternary mixed crystal Al Y Ga 1-Y N (0 <Y ≦ 1). This carrier confinement layer is usually desirably 10 to 500 mm thick, and is particularly preferably AlGaN because it can effectively suppress the overflow of electrons from the active layer. This carrier confinement layer may be composed of a multilayer film.

p型光ガイド層は、例えば、Inを含む窒化物半導体またはGaNで構成し、好ましくは二元混晶または三元混晶のInYGa1-YN(0≦Y<1)で構成される。この光ガイド層は、通常、100Å〜1μmの膜厚とすることが望ましく、特に、光閉じ込めの観点からInGaNで形成することが好ましい。またInGaN、GaNの超格子構造、あるいは多層構造にすることにより結晶性良く成長できる利点がある。 The p-type light guide layer is made of, for example, a nitride semiconductor containing In or GaN, and preferably made of binary mixed crystal or ternary mixed crystal In Y Ga 1-Y N (0 ≦ Y <1). The This light guide layer is usually desirably a film thickness of 100 to 1 μm, and particularly preferably formed of InGaN from the viewpoint of light confinement. Further, there is an advantage that it can be grown with good crystallinity by using a superlattice structure of GaN or GaN or a multilayer structure.

p型光閉じこめ層は、Alを含むp型の窒化物半導体またはGaNで構成することができる。このp型光閉じこめ層は、好ましくは二元混晶または三元混晶のAlYGa1-YN(0≦Y≦1)とすることにより結晶性の良いものが得られる。このp型光閉じこめ層35bは、0.1μm〜1μmの膜厚とすることが望ましく、AlGaN等のAlを含むp型窒化物半導体とすることにより、活性層との屈折率差を大きくして、光閉じ込め層として機能する。 The p-type optical confinement layer can be composed of a p-type nitride semiconductor containing Al or GaN. This p-type optical confinement layer is preferably made of a binary mixed crystal or a ternary mixed crystal Al Y Ga 1-Y N (0 ≦ Y ≦ 1), so that a layer with good crystallinity can be obtained. The p-type optical confinement layer 35b is preferably 0.1 μm to 1 μm in thickness, and a p-type nitride semiconductor containing Al such as AlGaN increases the refractive index difference from the active layer. Functions as a light confinement layer.

p型コンタクト層は、InAlGa1−X−YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)で構成することができる。特に、InGaN、GaN、その中でもMgをドープしたp型GaNとすると、最もキャリア濃度の高いp型半導体層が得られ、p側電極30と良好なオーミック接触が得られ、しきい値電流を低下させることができる。 p-type contact layer may be composed of In X Al Y Ga 1-X -Y N (0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1). In particular, when p-type GaN doped with InGaN, GaN, and Mg among them, a p-type semiconductor layer with the highest carrier concentration is obtained, a good ohmic contact with the p-side electrode 30 is obtained, and the threshold current is lowered. Can be made.

この窒化物半導体レーザ素子31において、レーザ光の共振方向にリッジストライプ構造を形成する。このリッジストライプ構造は、p型半導体層35をエッチングすることにより形成される。エッチング深さは特に限定されるものではないが、例えば、p型コンタクト層、p型光閉じこめ層およびp型光ガイド層をエッチングすることにより形成し、そのストライプ幅は0.1〜70μm、好ましくは1〜15μmで形成される。エッチング手段はドライエッチングが好ましく、例えば反応性イオンエッチング、イオンミリング、ECRエッチング、集束イオンビームエッチング、イオンビームアシストエッチング、ICPエッチング等を用いることができる。   In this nitride semiconductor laser element 31, a ridge stripe structure is formed in the resonance direction of the laser beam. This ridge stripe structure is formed by etching the p-type semiconductor layer 35. The etching depth is not particularly limited. For example, the etching depth is formed by etching a p-type contact layer, a p-type light confinement layer, and a p-type light guide layer, and the stripe width is preferably 0.1 to 70 μm. Is formed with a thickness of 1 to 15 μm. The etching means is preferably dry etching. For example, reactive ion etching, ion milling, ECR etching, focused ion beam etching, ion beam assist etching, ICP etching, or the like can be used.

次に、リッジストライプが形成された窒化物半導体レーザ素子31を、更にエッチングしてレーザ素子がチップ化される外周を露出させてもよい。この露出面はn型半導体層36か基板32であるが、そのエッチング深さは特に限定されない。   Next, the nitride semiconductor laser element 31 on which the ridge stripe is formed may be further etched to expose the outer periphery where the laser element is chipped. The exposed surface is the n-type semiconductor layer 36 or the substrate 32, but the etching depth is not particularly limited.

また、リッジストライプの側面及びエッチングにより露出したp型半導体層35の表面に絶縁膜38を形成する。この絶縁膜38は、Zr、Si、Nb、Pb、Ti、Ce、Hf、Al、Bi、Cr、In、Nd、Sb、Ta、Y、Vからなる群から選ばれる少なくとも1つの酸化物もしくは窒化物である。この絶縁膜の膜厚は100Å〜8000Åである。また、前記絶縁膜は単層又は多層で形成される。この絶縁膜は、ECRプラズマスパッタリング、プラズマCVD、スパッタリング、ECRプラズマスパッタリング、分子線蒸着等によって形成することができる。   In addition, an insulating film 38 is formed on the side surface of the ridge stripe and the surface of the p-type semiconductor layer 35 exposed by etching. The insulating film 38 is made of at least one oxide or nitride selected from the group consisting of Zr, Si, Nb, Pb, Ti, Ce, Hf, Al, Bi, Cr, In, Nd, Sb, Ta, Y, and V. It is a thing. The thickness of this insulating film is 100 to 8000 mm. The insulating film may be a single layer or a multilayer. This insulating film can be formed by ECR plasma sputtering, plasma CVD, sputtering, ECR plasma sputtering, molecular beam evaporation, or the like.

更には、エッチングにより表面に露出された、p型半導体層(p型キャリア閉じ込め層、p型光ガイド層、p型光閉じ込め層、p型コンタクト層)35、活性層34、およびn型半導体層(n型光閉じこめ層、n型光ガイド層)33および基板32の上面および側面の、全面あるいは一部に、SiO2、SiN、TiN、TiO、AlN、Al23、ZrO等の高誘電体材料からなる第2の絶縁膜39を形成してもよい。また、これらの絶縁膜は全面あるいは部分的に多層で形成されていても良い。この第2の絶縁膜39は、ECRプラズマスパッタリング、プラズマCVD、スパッタリング、マグネトロンスパッタリング、分子線蒸着等によって形成することができる。 Further, a p-type semiconductor layer (p-type carrier confinement layer, p-type light guide layer, p-type light confinement layer, p-type contact layer) 35, active layer 34, and n-type semiconductor layer exposed on the surface by etching. (N-type light confinement layer, n-type light guide layer) 33 and the upper surface and side surfaces of the substrate 32 may be made of SiO 2 , SiN, TiN, TiO 2 , AlN, Al 2 O 3 , ZrO 2, etc. A second insulating film 39 made of a high dielectric material may be formed. Moreover, these insulating films may be formed in a multilayer on the whole surface or partially. The second insulating film 39 can be formed by ECR plasma sputtering, plasma CVD, sputtering, magnetron sputtering, molecular beam evaporation, or the like.

また、p型半導体層(p型コンタクト層)35の上に、Ni、Pd、Ir、Rh、Pt、Mo、Ag、Au等の金属やこれらの金属からなる層を複数含む多層膜、あるいはこれらの合金で構成されるp側電極36が形成される。また、p側電極36の上にp側パッド電極40が形成される。
さらに、基板32の裏面に、V、Pt、Au、Al、Ti、W、Cu、Zn、Sn、In等の金属やこれらの金属からなる層を複数含む多層膜、あるいは合金で構成されるn側電極37が形成される。
Further, on the p-type semiconductor layer (p-type contact layer) 35, a multilayer film including a plurality of metals such as Ni, Pd, Ir, Rh, Pt, Mo, Ag, Au, or a layer made of these metals, or these A p-side electrode 36 made of the alloy is formed. A p-side pad electrode 40 is formed on the p-side electrode 36.
Further, the back surface of the substrate 32 is made of a multilayer film or an alloy composed of a metal such as V, Pt, Au, Al, Ti, W, Cu, Zn, Sn, In, or a plurality of layers made of these metals, or an alloy. A side electrode 37 is formed.

そして、図6(B)に示すように、この窒化物半導体レーザ素子31では、それぞれ出射側ミラー39Fおよび反射側ミラー39Rが、n型半導体層33、活性層34、p型半導体層35および基板32の両端面に設けられている。この出射側ミラー39Fにおける波長λの光に対する反射率R1(λ)が最大となるピーク波長λと、反射側ミラー39Rにおける波長λの光に対する反射率R2(λ)が最大となるピーク波長λと、活性層34で生じる自然発光スペクトルのピーク波長λとの関係が、λ>λ及び/又はλ>λとなる関係を満たすように、出射側ミラー39Fおよびまたは反射側ミラー39Rの膜構成、膜組成、膜厚等を調整する。 As shown in FIG. 6B, in this nitride semiconductor laser element 31, the output side mirror 39F and the reflection side mirror 39R are respectively provided with an n-type semiconductor layer 33, an active layer 34, a p-type semiconductor layer 35, and a substrate. 32 are provided on both end faces. The peak wavelength λ 1 at which the reflectance R 1 (λ) with respect to light of wavelength λ in the emission side mirror 39 F is maximum, and the peak wavelength λ at which the reflectance R 2 (λ) with respect to light of wavelength λ at the reflection side mirror 39 R is maximum. 2 and the emission side mirror 39F and / or the reflection side so that the relationship between the peak wavelength λ 0 of the spontaneous emission spectrum generated in the active layer 34 satisfies the relationship of λ 1 > λ 0 and / or λ 2 > λ 0 The film configuration, film composition, film thickness, etc. of the mirror 39R are adjusted.

出射側ミラー39Fおよび反射側ミラー39Rを形成するミラー材料としては、例えば、Zr、Si、Nb、Pb、Ti、Ce、Hf、Al、Bi、Cr、In、Nd、Sb、Ta、Y、V等の酸化物もしくは窒化物、その他にはAlF、BaF、CeF、CaF、MgF、NdF、PbF、SrF、ZnS、ZnSe等を用いることができる。特に好ましくはSiO2、SiN、AlN、Al23、ZrO、TiO、Nb、等の高誘電体材料からなる絶縁膜が用いられる。この絶縁膜は、ECRプラズマスパッタリング、プラズマCVD、スパッタリング、マグネトロンスパッタリング、分子線蒸着等によって形成することができる。 As a mirror material for forming the emission side mirror 39F and the reflection side mirror 39R, for example, Zr, Si, Nb, Pb, Ti, Ce, Hf, Al, Bi, Cr, In, Nd, Sb, Ta, Y, V For example, AlF 3 , BaF 2 , CeF 2 , CaF 2 , MgF 2 , NdF 3 , PbF 2 , SrF 2 , ZnS, ZnSe, or the like can be used. Particularly preferably, an insulating film made of a high dielectric material such as SiO 2 , SiN, AlN, Al 2 O 3 , ZrO 2 , TiO 2 , or Nb 2 O 5 is used. This insulating film can be formed by ECR plasma sputtering, plasma CVD, sputtering, magnetron sputtering, molecular beam evaporation, or the like.

より、具体的には、前記反射側ミラー39Rは、単層あるいは2種類以上の材料を用いた多層膜構造を有する。例えば、AlN単層、AlNとSiO、AlNとSiOとZrO、AlNとSiOとAl、AlNとSiOとAlとZrO、Al、AlとZrO、AlとZrOとSiO、ZrOとSiO、TiOとSiO、AlNとSiOとTiO、Nb等である。また、特に反射側ミラー39Rの第1層をAl膜、あるいはAlN膜とすることでCODレベルの高いレーザ素子を作製することができる。 More specifically, the reflection side mirror 39R has a single layer or a multilayer structure using two or more kinds of materials. For example, AlN single layer, AlN and SiO 2 , AlN and SiO 2 and ZrO 2 , AlN and SiO 2 and Al 2 O 3 , AlN and SiO 2 , Al 2 O 3 and ZrO 2 , Al 2 O 3 , Al 2 O 3 and ZrO 2 , Al 2 O 3 and ZrO 2 and SiO 2 , ZrO 2 and SiO 2 , TiO 2 and SiO 2 , AlN, SiO 2 and TiO 2 , and Nb 2 O 5 . In particular, a laser element having a high COD level can be manufactured by using an Al 2 O 3 film or an AlN film as the first layer of the reflection side mirror 39R.

また、出射側ミラー39Fは、単層あるいは2種類以上の材料を用いた多層膜構造を有する。例えば、AlN単層、AlNとSiO、AlNとSiOとZrO、AlNとSiOとAl、AlNとSiOとAlとZrO、Al、AlとZrO、AlとZrOとSiO、ZrOとSiO、TiOとSiO、AlNとSiOとTiO、Nb等である。また、特に出射側ミラー39Fの第1層をAl膜、あるいはAlN膜とすることでCODレベルの高いレーザ素子を作製することができる。 The exit mirror 39F has a single layer or a multilayer structure using two or more kinds of materials. For example, AlN single layer, AlN and SiO 2 , AlN and SiO 2 and ZrO 2 , AlN and SiO 2 and Al 2 O 3 , AlN and SiO 2 , Al 2 O 3 and ZrO 2 , Al 2 O 3 , Al 2 O 3 and ZrO 2 , Al 2 O 3 and ZrO 2 and SiO 2 , ZrO 2 and SiO 2 , TiO 2 and SiO 2 , AlN, SiO 2 and TiO 2 , and Nb 2 O 5 . In particular, a laser element having a high COD level can be manufactured by using an Al 2 O 3 film or an AlN film as the first layer of the emission side mirror 39F.

この窒化物半導体レーザ素子31では、自然発光波長のピークに対して、反射側ミラー39R及び/又は出射側ミラー39Fの反射率ピークの波長を例えば10nm以上長波長側になるように膜厚を調整することによって、出射側ミラー39Fから、450nm以上の長波長レーザ光を出射させることができる。   In this nitride semiconductor laser device 31, the film thickness is adjusted so that the wavelength of the reflectance peak of the reflection side mirror 39R and / or the emission side mirror 39F is on the long wavelength side, for example, 10 nm or more with respect to the peak of the spontaneous emission wavelength. By doing so, a long wavelength laser beam of 450 nm or more can be emitted from the emission side mirror 39F.

これらのことを、以下に示す閾値電流密度を求める式から計算してみた。

Figure 2009016684
ここで、Jth:閾値電流密度、Γ:閉じ込め係数、d:井戸層総厚み、R1:出射側ミラーの反射率、R2:反射側ミラーの反射率、J0:利得を発生させるに必要な電流密度、L:共振器長、α:損失、β:伝搬定数である。 These were calculated from the formula for obtaining the threshold current density shown below.
Figure 2009016684
Here, J th : threshold current density, Γ: confinement factor, d: total well layer thickness, R1: reflectance of output side mirror, R2: reflectance of reflection side mirror, J 0 : necessary for generating gain Current density, L: resonator length, α: loss, β: propagation constant.

この式に閉じ込め係数(Γ)、反射側ミラーの反射率(R2)、出射側ミラーの反射率(R1)を波長ごとに代入することにより、従来のレーザと本発明の半導体レーザ素子の閾値電流と波長の関係を求めてプロットした結果を図7に示す。図7には本発明の一実施形態と従来例の半導体レーザ素子における閾値電流密度と発振波長の関係を示す。このとき、それぞれd=6nm、α=20cm−1、L=600μmとし、簡便のためJ=0とした。従来例においては、波長が長波長へシフトするにつれ、閾値電流密度が増加する。一方、本発明の実施形態の半導体レーザ素子においては、波長が長波長側へシフトすると、480〜490nm付近で急峻に閾値電流密度が低下する。このことからも、本発明の半導体レーザ素子において長波長側での発振を容易にできることがわかる。この例においては急峻に閾値電流の低下する波長領域は480〜490nmであるが、反射側ミラーの反射率(R2)と出射側ミラーの反射率(R1)を調整することにより、この波長領域を長波長側へシフトすることができ、レーザ発振波長の長波長化を容易にすることができる。また、このように作製した半導体レーザ素子は、実施例1に後述するが491nmで発振した。 By substituting the confinement factor (Γ), the reflectivity (R2) of the reflection side mirror, and the reflectivity (R1) of the output side mirror into this equation for each wavelength, the threshold currents of the conventional laser and the semiconductor laser device of the present invention are obtained. FIG. 7 shows the result of plotting the relationship between the wavelength and the wavelength. FIG. 7 shows the relationship between the threshold current density and the oscillation wavelength in one embodiment of the present invention and a conventional semiconductor laser device. At this time, d = 6 nm, α = 20 cm −1 , L = 600 μm, respectively, and J 0 = 0 for simplicity. In the conventional example, the threshold current density increases as the wavelength shifts to a longer wavelength. On the other hand, in the semiconductor laser device according to the embodiment of the present invention, when the wavelength shifts to the long wavelength side, the threshold current density decreases sharply in the vicinity of 480 to 490 nm. This also indicates that the semiconductor laser device of the present invention can easily oscillate on the long wavelength side. In this example, the wavelength region where the threshold current sharply decreases is 480 to 490 nm. However, by adjusting the reflectance (R2) of the reflection side mirror and the reflectance (R1) of the emission side mirror, this wavelength region can be reduced. It is possible to shift to the longer wavelength side, and it is possible to easily increase the laser oscillation wavelength. Further, the semiconductor laser device manufactured in this manner oscillated at 491 nm as described later in Example 1.

以下、本発明の実施例に基づいて、本発明をより具体的に説明するが、以下の実施例は、本発明を限定するものではない。
実施例1
まず、n型GaN基板ウエハー上に、第1導電型窒化物半導体層、活性層、第2導電型窒化物半導体層を順に積層して、図6に示す構造の窒化物系半導体レーザ素子を作製した。
ここで、第1導電型窒化物半導体層は、第1緩衝層(n側AlGaN)、第2緩衝層(n側InGaN)、n側クラッド層およびn側ガイド層を順に積層した多層構造のn側窒化物半導体層を形成した。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on the Example of this invention, the following Examples do not limit this invention.
Example 1
First, on the n-type GaN substrate wafer, a first conductivity type nitride semiconductor layer, an active layer, and a second conductivity type nitride semiconductor layer are sequentially laminated to produce a nitride semiconductor laser device having the structure shown in FIG. did.
Here, the first conductivity type nitride semiconductor layer is an n-layer structure in which a first buffer layer (n-side AlGaN), a second buffer layer (n-side InGaN), an n-side cladding layer, and an n-side guide layer are stacked in order. A side nitride semiconductor layer was formed.

第1緩衝層として、Siを約1018/cm含有する組成式がAl0.02Ga0.98Nであって、膜厚が0.5μmである層を形成した。この層は基板との再成長緩衝層としての役目も同時に担っている。 As the first buffer layer, a layer containing Si of about 10 18 / cm 3 and having a composition formula of Al 0.02 Ga 0.98 N and a film thickness of 0.5 μm was formed. This layer also serves as a regrowth buffer layer with the substrate.

次に、第2緩衝層として、前記第1緩衝層の上に、Siを約1018/cm含有する組成式がIn0.04Ga0.96Nであって、膜厚が0.15μmである層を形成した。この第2緩衝層はクラック等の発生を抑制する役割を有する。
さらに、前記第2緩衝層の上に、n側クラッド層として、Siを約1018/cm含有する組成式がAl0.04Ga0.96Nであって、膜厚が1.2μmである層を形成した。
Next, as the second buffer layer, the composition formula containing about 10 18 / cm 3 of Si on the first buffer layer is In 0.04 Ga 0.96 N, and the film thickness is 0.15 μm. A layer was formed. This second buffer layer has a role of suppressing the occurrence of cracks and the like.
Further, on the second buffer layer, as an n-side cladding layer, a composition formula containing about 10 18 / cm 3 of Si is Al 0.04 Ga 0.96 N, and the film thickness is 1.2 μm. A layer was formed.

次に、n側クラッド層の上に、n側ガイド層として、Siを約1018/cm含有する組成式がIn0.04Ga0.96Nであって、膜厚が20Åである第1層と、組成式がGaNであって、膜厚が40Åである第2層との超格子構造を合計膜厚0.06μmで形成した。これらの層はSiドープをしなくてもn型の導電性を示す。 Next, a composition formula containing about 10 18 / cm 3 of Si as an n-side guide layer on the n-side cladding layer is In 0.04 Ga 0.96 N, and the film thickness is 20 mm. A superlattice structure of one layer and a second layer having a composition formula of GaN and a film thickness of 40 mm was formed with a total film thickness of 0.06 μm. These layers exhibit n-type conductivity without Si doping.

次に、前記の多層構造のn側窒化物半導体層の上に活性層を形成する。
まず、Siを約1018/cm含有する組成式がIn0.04Ga0.96Nであって、膜厚が900Åの第1障壁層を形成した。次いで、第1障壁層の上に膜厚が150ÅのSiを約1018〜1019/cm含有するGaN層を形成した。
次に、第1障壁層の上に、組成式がIn0.20Ga0.80Nであって、膜厚が30Åの第1井戸層を形成した。
Next, an active layer is formed on the n-side nitride semiconductor layer having the multilayer structure.
First, a first barrier layer having a composition formula containing Si of about 10 18 / cm 3 and In 0.04 Ga 0.96 N and a thickness of 900 形成 was formed. Next, a GaN layer containing about 10 18 to 10 19 / cm 3 of Si having a thickness of 150 Å was formed on the first barrier layer.
Next, a first well layer having a composition formula of In 0.20 Ga 0.80 N and a thickness of 30 mm was formed on the first barrier layer.

さらに、第1井戸層の上に、第2障壁層として、組成式がGaNであって、膜厚が100Åの層を形成した。
第2障壁層の上に、第2井戸層として、組成式がIn0.20Ga0.80Nであって、膜厚が30Åである層を形成した。
Further, on the first well layer, a layer having a composition formula of GaN and a thickness of 100 mm was formed as the second barrier layer.
On the second barrier layer, a layer having a composition formula of In 0.20 Ga 0.80 N and a thickness of 30 mm was formed as the second well layer.

さらに、第2井戸層の上に、第3障壁層として、組成式がGaNであって、膜厚が100Åの層を形成した。
第3障壁層の上に、第3井戸層として、組成式がIn0.20Ga0.80Nであって、膜厚が30Åである層を形成した。
最後に、第3井戸層の上に、第4障壁層として、組成式がGaNであって、膜厚が200Åである層を形成した。
Further, on the second well layer, a layer having a composition formula of GaN and a thickness of 100 mm was formed as a third barrier layer.
On the third barrier layer, a layer having a composition formula of In 0.20 Ga 0.80 N and a thickness of 30 mm was formed as a third well layer.
Finally, a layer having a composition formula of GaN and a film thickness of 200 mm was formed as a fourth barrier layer on the third well layer.

次に、前記活性層の上に、第2導電型窒化物半導体層を積層する。この第2導電型窒化物半導体層は、第1のキャリア閉じ込め層、第2のキャリア閉じ込め層、p側ガイド層、p側クラッド層およびp側コンタクト層の順で積層した多層構造のp側窒化物半導体層を形成した。   Next, a second conductivity type nitride semiconductor layer is stacked on the active layer. This second-conductivity-type nitride semiconductor layer includes a p-side nitridation having a multilayer structure in which a first carrier confinement layer, a second carrier confinement layer, a p-side guide layer, a p-side cladding layer, and a p-side contact layer are stacked in this order. A physical semiconductor layer was formed.

まず、第1のキャリア閉じ込め層としてMgを約1018/cm含有する組成式がAl0.15Ga0.85Nであって、膜厚が30Åである層を形成した。
そして、第1のキャリア閉じ込め層の上に、第2のキャリア閉じ込め層としてMgを約1019/cm含有する組成式がAl0.25Ga0.75Nであって、膜厚が100Åである層を形成した。
First, as a first carrier confinement layer, a layer containing about 10 18 / cm 3 of Mg and having a composition formula of Al 0.15 Ga 0.85 N and a thickness of 30 mm was formed.
Then, the composition formula containing about 10 19 / cm 3 of Mg as the second carrier confinement layer on the first carrier confinement layer is Al 0.25 Ga 0.75 N, and the film thickness is 100 mm. A layer was formed.

次に、第2のキャリア閉じ込め層の上に、p側ガイド層として、膜厚が700ÅであるアンドープのIn0.04Ga0.96N層を形成した。次いで、このIn0.04Ga0.96N層上に膜厚が400ÅのアンドープのGaN層を形成した。これらの層はMgをドープしなくても、Mgをドープしても良い。 Next, an undoped In 0.04 Ga 0.96 N layer having a thickness of 700 mm was formed as a p-side guide layer on the second carrier confinement layer. Next, an undoped GaN layer having a thickness of 400 mm was formed on the In 0.04 Ga 0.96 N layer. These layers may not be doped with Mg but may be doped with Mg.

次いで、p側ガイド層の上に、p側クラッド層として、組成式がAl0.12Ga0.88Nであって、膜厚が25Åである第1層と、Mgを約1018/cm含有するGaNであって、膜厚が25Åである第2層とからなる合計膜厚0.45μmの超格子構造の層を形成した。 Next, on the p-side guide layer, as a p-side cladding layer, a first layer having a composition formula of Al 0.12 Ga 0.88 N and a film thickness of 25 mm, and Mg of about 10 18 / cm 3 a GaN containing, thickness to form a layer of the super lattice structure of total thickness 0.45μm comprising the second layer is 25 Å.

最後に、p側クラッド層の上に、p側コンタクト層として、Mgを約1020/cm含有する組成式がGaNであって、膜厚が150Åである層を形成した。 Finally, on the p-side cladding layer, a layer containing GaN having a composition formula containing about 10 20 / cm 3 of Mg and having a thickness of 150 mm was formed as a p-side contact layer.

以上の積層構造により半導体レーザ素子の積層半導体を形成した。この積層半導体の自然発光スペクトルは、ピーク波長が490nmで発光波長の半値幅が50nmである。   A laminated semiconductor of a semiconductor laser element was formed with the above laminated structure. The spontaneous emission spectrum of this laminated semiconductor has a peak wavelength of 490 nm and a half-value width of the emission wavelength of 50 nm.

次に、前記p側クラッド層の途中、p側クラッド層とp側ガイド層との界面、p側ガイド層の途中等から上の領域にリッジを形成した。このリッジの両側に、絶縁膜を形成するとともに、リッジの上面であるp側コンタクト層の表面にp電極を形成した。さらに、そのp電極と電気的に接続するパッド電極を形成した。また、n型GaN基板の裏面にn電極を形成した。
その後、ウエハーを劈開して、劈開面を共振面とするバー形状とした。
Next, a ridge was formed in the upper region from the middle of the p-side cladding layer, the interface between the p-side cladding layer and the p-side guide layer, the middle of the p-side guide layer, and the like. An insulating film was formed on both sides of the ridge, and a p-electrode was formed on the surface of the p-side contact layer, which is the upper surface of the ridge. Furthermore, a pad electrode electrically connected to the p electrode was formed. An n electrode was formed on the back surface of the n-type GaN substrate.
Thereafter, the wafer was cleaved into a bar shape with the cleaved surface as the resonance surface.

次に、前記共振面にミラーを形成した。
そして、一端の共振面の窒化物半導体上に、反射側ミラーを形成し、他端の共振面に出射側ミラーを形成した後、チップ化して窒化物系半導体レーザ素子とした。
Next, a mirror was formed on the resonance surface.
Then, a reflection-side mirror was formed on the nitride semiconductor on one end of the resonance surface, and an emission-side mirror was formed on the resonance surface on the other end, and then formed into a chip to obtain a nitride-based semiconductor laser device.

反射側ミラーは、基板を含む積層半導体の共振面上に、膜厚1674ÅのAl膜を最初に成膜し、次に、膜厚613ÅのZrO膜と膜厚837ÅのAl膜とを交互に8ペア形成し、最後に、膜厚837ÅのAl膜を形成した。この反射側ミラーの合計膜厚は14111Åとなった。
この反射側ミラーの反射率R2(λ)は、ミラーの反射率のピークは波長530nmで96%であって、反射率29%(96×0.3)の波長(ミラーの反射率のピークより短波長側の波長)は475nmであった。
The reflection-side mirror is formed by first forming an Al 2 O 3 film with a thickness of 1647 on the resonant surface of the laminated semiconductor including the substrate, and then forming a ZrO 2 film with a thickness of 613 mm and an Al 2 O with a thickness of 837 mm. Eight pairs of three films were alternately formed, and finally an Al 2 O 3 film having a thickness of 837 mm was formed. The total film thickness of this reflection side mirror was 14111 mm.
The reflectivity R2 (λ) of the reflection side mirror is such that the mirror reflectivity peak is 96% at a wavelength of 530 nm, and the reflectivity 29% (96 × 0.3) wavelength (from the mirror reflectivity peak). The wavelength on the short wavelength side) was 475 nm.

出射側ミラーは、反射側端面とは他端の共振面上に、膜厚1674ÅのAl膜を最初に成膜し、次に、膜厚613ÅのZrO膜と、膜厚837ÅのAl膜とを交互に5ペア形成し、最後に、膜厚837ÅのAl膜を成膜して形成した。出射側ミラーの合計膜厚は9761Åとなった。
この出射側ミラーの反射率R1(λ)は、反射率のピークは波長525nmで83%であって、反射率25%(83×0.3)の波長(ミラーの反射率のピークより短波長側の波長)は465nmであった。
The exit-side mirror first forms an Al 2 O 3 film with a thickness of 1647 on the resonance surface at the other end from the reflection-side end face, and then forms a ZrO 2 film with a thickness of 613 mm and a thickness of 837 mm. Five pairs of Al 2 O 3 films were alternately formed, and finally an Al 2 O 3 film having a thickness of 837 mm was formed. The total film thickness of the exit side mirror was 9761 mm.
The reflectivity R1 (λ) of the output side mirror has a reflectivity peak of 83% at a wavelength of 525 nm and a reflectivity of 25% (83 × 0.3) wavelength (shorter than the reflectivity peak of the mirror). Side wavelength) was 465 nm.

以上より作製した窒化物系半導体レーザ素子について、反射側ミラーの反射率は図4、出射側ミラーの反射率は図5に示すとおりであり、また、得られた発振スペクトルは図8に示すように491nmに発振ピークを持っていた。   With respect to the nitride-based semiconductor laser device fabricated as described above, the reflectivity of the reflection side mirror is as shown in FIG. 4, the reflectivity of the exit side mirror is as shown in FIG. 5, and the obtained oscillation spectrum is as shown in FIG. Had an oscillation peak at 491 nm.

実施例2
第1緩衝層、第2緩衝層を省略した構造とする以外は、実施例1の半導体レーザ素子と同じ構造を有する半導体レーザ素子を作製した。このような構造の半導体レーザ素子において、安定した光閉じ込めが実現できる。また、この半導体レーザ素子は490nmに発振ピークを持つものである。
Example 2
A semiconductor laser device having the same structure as the semiconductor laser device of Example 1 was manufactured except that the first buffer layer and the second buffer layer were omitted. In the semiconductor laser device having such a structure, stable optical confinement can be realized. This semiconductor laser element has an oscillation peak at 490 nm.

実施例3
n側ガイド層と活性層の構造を以下の構造とした以外は、実施例1の半導体レーザ素子と同じ構造を有する半導体レーザ素子を作製した。
具体的には、n側クラッド層の上に形成されるn側ガイド層を、膜厚0.10μmであって、アンドープのIn0.04Ga0.96N層とした。これらの層は、Siドープを行っても良い。
Example 3
A semiconductor laser device having the same structure as the semiconductor laser device of Example 1 was manufactured except that the structure of the n-side guide layer and the active layer was changed to the following structure.
Specifically, the n-side guide layer formed on the n-side cladding layer was an undoped In 0.04 Ga 0.96 N layer having a thickness of 0.10 μm. These layers may be doped with Si.

次に、n側ガイド層の上に形成される活性層の第1障壁層を膜厚が150Åであって、Siを約1018/cm含有するGaN層とした。他の活性層の構造は実施例1と同様とした。
以上のとおり作製した窒化物系半導体レーザ素子について、得られる発振スペクトルは490nmに発振ピークを持つ半導体レーザ素子である。
Next, the first barrier layer of the active layer formed on the n-side guide layer was a GaN layer having a thickness of 150 mm and containing Si of about 10 18 / cm 3 . The structure of other active layers was the same as that in Example 1.
With respect to the nitride semiconductor laser element manufactured as described above, the obtained oscillation spectrum is a semiconductor laser element having an oscillation peak at 490 nm.

実施例4
積層半導体を以下の条件で形成した以外は、実施例1の半導体レーザ素子と同じ構造を有する半導体レーザ素子を作製した。
GaN基板上に形成される第1導電型窒化物半導体層は、第1緩衝層、第2緩衝層、n側クラッド層およびn側ガイド層を順に積層した多層構造のn側窒化物半導体層とした。
Example 4
A semiconductor laser element having the same structure as that of the semiconductor laser element of Example 1 was manufactured except that the laminated semiconductor was formed under the following conditions.
The first conductivity type nitride semiconductor layer formed on the GaN substrate includes an n-side nitride semiconductor layer having a multilayer structure in which a first buffer layer, a second buffer layer, an n-side cladding layer, and an n-side guide layer are sequentially stacked. did.

前記第1緩衝層として、Siを約1018/cm含有する組成式がAl0.02Ga0.98Nであって、膜厚が2μmである層を形成した。
次に、第2緩衝層として、前記第1緩衝層の上に、Siを約1018/cm含有する組成式がIn0.06Ga0.94Nであって、膜厚が0.15μmである層を形成した。
さらに、第2緩衝層の上に、n側クラッド層として、Siを約1018/cm含有する組成式がAl0.03Ga0.97Nであって、膜厚が1.2μmである層を形成した。
As the first buffer layer, a layer containing Si of about 10 18 / cm 3 and having a composition formula of Al 0.02 Ga 0.98 N and a film thickness of 2 μm was formed.
Next, as the second buffer layer, the composition formula containing about 10 18 / cm 3 of Si on the first buffer layer is In 0.06 Ga 0.94 N, and the film thickness is 0.15 μm. A layer was formed.
Further, the composition formula containing about 10 18 / cm 3 of Si as the n-side cladding layer on the second buffer layer is Al 0.03 Ga 0.97 N, and the film thickness is 1.2 μm. A layer was formed.

次に、n側クラッド層の上に、n側ガイド層として、Siを約1018/cm含有する組成式がIn0.04Ga0.96Nであって、膜厚が10Åである第1層と、組成式がGaNであって、膜厚が20Åである第2層との超格子構造を合計膜厚0.24μmで形成した。 Next, a composition formula containing about 10 18 / cm 3 of Si as an n-side guide layer on the n-side cladding layer is In 0.04 Ga 0.96 N, and the film thickness is 10 mm. A superlattice structure of one layer and a second layer having a composition formula of GaN and a film thickness of 20 mm was formed with a total film thickness of 0.24 μm.

次に、前記の多層構造のn側窒化物半導体層の上に活性層を形成した。
まず、Siを約1018/cm含有する組成式がIn0.04Ga0.96Nであって、膜厚が700Åの第1障壁層を形成した。次いで、第1障壁層の上に膜厚が10ÅのGaN層を形成した。
また、第1障壁層の上に、組成式がIn0.20Ga0.80Nであって、膜厚が30Åの第1井戸層を形成した。
Next, an active layer was formed on the n-side nitride semiconductor layer having the multilayer structure.
First, a first barrier layer having a composition formula containing Si of about 10 18 / cm 3 was In 0.04 Ga 0.96 N and a thickness of 700 mm was formed. Next, a GaN layer having a thickness of 10 mm was formed on the first barrier layer.
A first well layer having a composition formula of In 0.20 Ga 0.80 N and a thickness of 30 mm was formed on the first barrier layer.

さらに、第1井戸層の上に、第2障壁層として、組成式がGaNであって、膜厚が140Åの層を形成した。
第2障壁層の上に、第2井戸層として、組成式がIn0.20Ga0.80Nであって、膜厚が30Åである層を形成した。
最後に、第2井戸層の上に、第3障壁層として、組成式がIn0.04Ga0.96Nであって、膜厚が700Åである層を形成した。
Furthermore, a layer having a composition formula of GaN and a film thickness of 140 mm was formed as a second barrier layer on the first well layer.
On the second barrier layer, a layer having a composition formula of In 0.20 Ga 0.80 N and a thickness of 30 mm was formed as the second well layer.
Finally, a layer having a composition formula of In 0.04 Ga 0.96 N and a thickness of 700 mm was formed as a third barrier layer on the second well layer.

次に、前記活性層の上に、第1のキャリア閉じ込め層、第2のキャリア閉じ込め層、p側ガイド層、p側クラッド層およびp側コンタクト層の順で積層した多層構造のp側窒化物半導体層を形成した。   Next, a p-side nitride having a multilayer structure in which a first carrier confinement layer, a second carrier confinement layer, a p-side guide layer, a p-side cladding layer, and a p-side contact layer are stacked in this order on the active layer. A semiconductor layer was formed.

まず、第1のキャリア閉じ込め層としてMgを約1018/cm含有する組成式がAl0.15Ga0.85Nであって、膜厚が30Åである層を形成した。
そして、第1のキャリア閉じ込め層の上に、第2のキャリア閉じ込め層としてMgを約1019/cm含有する組成式がAl0.25Ga0.75Nであって、膜厚が70Åである層を形成した。
First, as a first carrier confinement layer, a layer containing about 10 18 / cm 3 of Mg and having a composition formula of Al 0.15 Ga 0.85 N and a thickness of 30 mm was formed.
The composition formula containing about 10 19 / cm 3 of Mg as the second carrier confinement layer on the first carrier confinement layer is Al 0.25 Ga 0.75 N, and the film thickness is 70 mm. A layer was formed.

次に、第2のキャリア閉じ込め層の上に、p側ガイド層として、組成式がIN0.04Ga0.96Nであって、膜厚が10Åである第1層と、Mgを約1017/cm含有する組成式がGaNであって、膜厚が20Åである第2層とからなる、合計膜厚0.24μmの超格子構造の層を形成した。 Next, on the second carrier confinement layer, as a p-side guide layer, a first layer having a composition formula of IN 0.04 Ga 0.96 N and a film thickness of 10 mm, and Mg of about 10 A superlattice structure layer having a total film thickness of 0.24 μm, which is composed of a second layer having a composition formula of 17 / cm 3 containing GaN and a film thickness of 20 mm, was formed.

次いで、p側ガイド層の上に、p側クラッド層として、組成式がAl0.12Ga0.88Nであって、膜厚が25Åである第1層と、Mgを約1018/cm含有するGaNであって、膜厚が25Åである第2層とからなる合計膜厚0.45μmの超格子構造の層を形成した。 Next, on the p-side guide layer, as a p-side cladding layer, a first layer having a composition formula of Al 0.12 Ga 0.88 N and a film thickness of 25 mm, and Mg of about 10 18 / cm 3 a GaN containing, thickness to form a layer of the super lattice structure of total thickness 0.45μm comprising the second layer is a 25 Å.

最後に、p側クラッド層の上に、p側コンタクト層として、Mgを約1020/cm含有する組成式がGaNであって、膜厚が150Åである層を形成した。 Finally, on the p-side cladding layer, a layer containing GaN having a composition formula containing about 10 20 / cm 3 of Mg and having a thickness of 150 mm was formed as a p-side contact layer.

以上の積層構造により形成された積層半導体はレーザ発光部を構成する。この半導体レーザ素子は、自然発光スペクトルのピーク波長が510nmを示し、490nmに発振ピークを持つ半導体レーザ素子となる。   The laminated semiconductor formed by the above laminated structure constitutes a laser emission unit. This semiconductor laser element is a semiconductor laser element having a spontaneous emission spectrum peak wavelength of 510 nm and an oscillation peak at 490 nm.

実施例5
本実施例の半導体レーザ素子は、上記実施例1において、自然発光スペクトルのピーク波長が530nmとなるように活性層を構成する井戸層のIn混晶を調整し、ミラーの反射率ピークの波長を570nmにしたものである。この半導体レーザ素子における出射側ミラーの反射率分布図は図9に、反射側ミラーの反射率分布図は図10に示すようになる。
Example 5
In the semiconductor laser device of this example, in Example 1, the In mixed crystal of the well layer constituting the active layer is adjusted so that the peak wavelength of the spontaneous emission spectrum is 530 nm, and the wavelength of the reflectance peak of the mirror is set. 570 nm. The reflectance distribution diagram of the output side mirror in this semiconductor laser element is as shown in FIG. 9, and the reflectance distribution diagram of the reflection side mirror is as shown in FIG.

出射側ミラーは、まず、膜厚1734ÅのAl膜を成膜し、次に、膜厚635ÅのZrO膜と、膜厚867ÅのAl膜とを交互に5ペア形成し、最後に、膜厚867ÅのAl膜を成膜して形成した。出射側ミラーの合計膜厚は10111Åとなった。 The output side mirror first forms an Al 2 O 3 film with a thickness of 1734 、, and then forms five pairs of 635 Z ZrO 2 films and an 867 膜厚 Al 2 O 3 film alternately. Finally, an Al 2 O 3 film having a thickness of 867 mm was formed. The total film thickness of the exit side mirror was 10111 mm.

この出射側ミラーの反射率R1(λ)は、反射率のピークが波長570nmで85%、波長540nmで83%(85×0.98)の反射率、波長490nmで26%(85×0.3)の反射率を示す。   The reflectance R1 (λ) of the output side mirror is such that the reflectance peak is 85% at a wavelength of 570 nm, 83% (85 × 0.98) at a wavelength of 540 nm, and 26% (85 × 0. The reflectance of 3) is shown.

反射側ミラーは、まず、窒化物半導体上に、膜厚1734ÅのAl膜を成膜した。次に、膜厚635ÅのZrO膜と膜厚867ÅのAl膜とを交互に8ペア形成し、最後に、膜厚867ÅのAl膜を形成した。この反射側ミラーの合計膜厚は14617Åとなった。
この反射側ミラーの反射率R2(λ)は、反射率のピークが波長570nmで97%を示し、波長530nmで95%(97×0.98)の反射率、波長500nmで29%(97×0.3)の反射率を示す。
For the reflection side mirror, first, an Al 2 O 3 film having a thickness of 1734 mm was formed on a nitride semiconductor. Next, eight pairs of 635 mm thick ZrO 2 films and 867 mm thick Al 2 O 3 films were alternately formed, and finally 867 mm thick Al 2 O 3 films were formed. The total film thickness of this reflection side mirror was 14617 mm.
The reflectivity R2 (λ) of the reflection side mirror has a reflectivity peak of 97% at a wavelength of 570 nm, a reflectivity of 95% (97 × 0.98) at a wavelength of 530 nm, and 29% (97 × at a wavelength of 500 nm). 0.3) reflectivity.

以上により作製した半導体レーザ素子は、510nmに発振ピークを持つ。   The semiconductor laser device manufactured as described above has an oscillation peak at 510 nm.

実施例6
本実施例の半導体レーザ素子は、上記実施例5において、反射側ミラーを以下の条件で形成したZrOとSiOとを有する多層膜構造にしたものである。この半導体レーザ素子における反射側ミラーの波長に対するミラーの反射率分布図は図11に示すとおりになる。尚、他の条件は実施例5と同様である。
Example 6
The semiconductor laser device of this example has a multilayer film structure including ZrO 2 and SiO 2 in which the reflection side mirror is formed under the following conditions in Example 5. The reflectance distribution diagram of the mirror with respect to the wavelength of the reflection side mirror in this semiconductor laser device is as shown in FIG. The other conditions are the same as in Example 5.

反射側ミラーは、まず、積層半導体の共振面上に、膜厚646ÅのZrO膜を成膜した。次に、膜厚972ÅのSiO膜と膜厚646ÅのZrO膜とを交互に6ペア形成した。この反射側ミラーの合計膜厚は10354Åとなった。
この反射側ミラーの反射率R2(λ)は、反射率のピークは波長580nmで98%、波長530nmで96%(98×0.98)の反射率、波長492nmで29%(96×0.3)の反射率を示す。
For the reflection-side mirror, first, a ZrO 2 film having a thickness of 646 mm was formed on the resonance surface of the laminated semiconductor. Next, 6 pairs of 972 Å thick SiO 2 films and 646 Z ZrO 2 films were formed alternately. The total film thickness of this reflection side mirror was 10354 mm.
The reflectance R2 (λ) of this reflection side mirror is such that the reflectance peak is 98% at a wavelength of 580 nm, a reflectance of 96% (98 × 0.98) at a wavelength of 530 nm, and 29% (96 × 0. The reflectance of 3) is shown.

以上により作製した半導体レーザ素子は、510nmに発振ピークをもつ半導体レーザ素子である。   The semiconductor laser device manufactured as described above is a semiconductor laser device having an oscillation peak at 510 nm.

実施例7
本実施例の半導体レーザ素子は、上記実施例5において、反射側ミラーを以下の条件で形成したZrOとSiOとを有する多層膜構造にしたものである。この半導体レーザ素子における反射側ミラーの波長に対するミラーの反射率分布図は図12に示すとおりになる。尚、他の条件は実施例5と同様である。
Example 7
The semiconductor laser device of this example has a multilayer film structure including ZrO 2 and SiO 2 in which the reflection side mirror is formed under the following conditions in Example 5. The reflectance distribution diagram of the mirror with respect to the wavelength of the reflection side mirror in this semiconductor laser device is as shown in FIG. The other conditions are the same as in Example 5.

反射側ミラーは、まず、積層半導体の共振面上に、膜厚668ÅのZrO膜を成膜する。次に、膜厚1006ÅのSiO膜と膜厚668ÅのZrO膜とを交互に6ペア形成形成する。この反射側ミラーの合計膜厚は10712Åとなった。
この反射側ミラーの反射率R2(λ)は、ミラーの反射率のピークは波長600nmで98%を示し、波長550nmで96%(98×0.98)の反射率、波長510nmで29%(98×0.3)の反射率を示す。
In the reflection side mirror, first, a ZrO 2 film having a thickness of 668 mm is formed on the resonance surface of the laminated semiconductor. Next, six pairs of SiO 2 films having a thickness of 1006 と and ZrO 2 films having a thickness of 668 交互 are alternately formed. The total film thickness of this reflection side mirror was 10712 mm.
The reflectivity R2 (λ) of the reflection side mirror shows a reflectivity peak of 98% at a wavelength of 600 nm, a reflectivity of 96% (98 × 0.98) at a wavelength of 550 nm, and 29% at a wavelength of 510 nm ( 98 × 0.3) reflectivity.

以上により作製した半導体レーザ素子は、530nmに発振ピークを持つものである。   The semiconductor laser device fabricated as described above has an oscillation peak at 530 nm.

実施例8
本実施例の半導体レーザ素子は、上記実施例5において、自然発光スペクトルのピーク波長が540nmとなるように井戸層のIn混晶を調整し、反射側ミラーの材料をZrOとSiOの多層膜構造にしたものである。この半導体レーザ素子における反射側ミラーの波長に対するミラーの反射率分布図は図13に示すとおりである。尚、他の条件は実施例5と同様である。
Example 8
In the semiconductor laser device of this example, the In mixed crystal of the well layer is adjusted so that the peak wavelength of the spontaneous emission spectrum is 540 nm in Example 5, and the reflection side mirror is made of a multilayer of ZrO 2 and SiO 2 . It is a film structure. The reflectance distribution diagram of the mirror with respect to the wavelength of the reflection-side mirror in this semiconductor laser element is as shown in FIG. The other conditions are the same as in Example 5.

具体的には、第1井戸層を組成式がIn0.25Ga0.80Nであって、膜厚30Åで形成した。また、第2井戸層を組成式がIn0.25Ga0.80Nであって、膜厚30Åで形成した。更に、第3井戸層を組成式がIn0.25Ga0.80Nであって、膜厚30Åで形成した。 Specifically, the first well layer was formed with a composition formula of In 0.25 Ga 0.80 N and a film thickness of 30 mm. The second well layer was formed with a composition formula of In 0.25 Ga 0.80 N and a thickness of 30 mm. Further, the third well layer was formed with a composition formula of In 0.25 Ga 0.80 N and a film thickness of 30 mm.

反射側ミラーは、まず、積層半導体の共振面上に、膜厚691ÅのZrO膜を成膜した。次に、膜厚1039ÅのSiO膜と膜厚691ÅのZrO膜とを交互に6ペア形成した。この反射側ミラーの合計膜厚は11071Åとなった。
この反射側ミラーの反射率R2(λ)は、ミラーの反射率のピークは波長620nmで98%を示し、波長565nmで96%(98×0.98)の反射率、波長526nmで29%(98×0.3)の反射率を示す。
作製した半導体レーザ素子は、550nmに発振ピークを持つものである。
For the reflection side mirror, first, a ZrO 2 film having a thickness of 691 mm was formed on the resonance surface of the laminated semiconductor. Next, 6 pairs of SiO 2 films having a thickness of 1039 mm and ZrO 2 films having a thickness of 691 mm were alternately formed. The total film thickness of this reflection side mirror was 11071 mm.
The reflectivity R2 (λ) of the reflection-side mirror has a mirror reflectivity peak of 98% at a wavelength of 620 nm, a reflectivity of 96% (98 × 0.98) at a wavelength of 565 nm, and 29% at a wavelength of 526 nm ( 98 × 0.3) reflectivity.
The manufactured semiconductor laser element has an oscillation peak at 550 nm.

本発明の半導体レーザ素子の主要構成を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the main structures of the semiconductor laser element of this invention. 本発明の半導体レーザ素子1のピーク波長λの自然発光スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the spontaneous emission spectrum of peak wavelength (lambda) 0 of the semiconductor laser element 1 of this invention. SiOとZrOとからなるミラーのペア数を変更させた場合の反射率を示す図である。It shows the reflectance in the case where is changing the number of pairs mirror of SiO 2 and ZrO 2 Metropolitan. 本発明の実施形態に係る、反射側ミラーの波長に対するミラー反射率分布図である。It is a mirror reflectance distribution map with respect to the wavelength of the reflection side mirror based on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る、出射側ミラーの波長に対するミラー反射率分布図である。It is a mirror reflectance distribution map with respect to the wavelength of the output side mirror based on embodiment of this invention. (A)は、本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の構造を示す模式断面図、(B)は、その半導体レーザ素子を示す斜視図である。(A) is a schematic cross-sectional view showing the structure of a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention, and (B) is a perspective view showing the semiconductor laser device. 本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子について、計算により求めた波長に対する閾値電流密度分布図である。It is a threshold current density distribution figure with respect to the wavelength calculated | required by calculation about the semiconductor laser element which concerns on embodiment of this invention. 本発明の半導体レーザ素子の発振スペクトル図である。It is an oscillation spectrum figure of the semiconductor laser element of this invention. 本発明の実施形態に係る、出射側ミラーの波長に対するミラー反射率分布図である。It is a mirror reflectance distribution map with respect to the wavelength of the output side mirror based on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る、反射側ミラーの波長に対するミラー反射率分布図である。It is a mirror reflectance distribution map with respect to the wavelength of the reflection side mirror based on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る、反射側ミラーの波長に対するミラー反射率分布図である。It is a mirror reflectance distribution map with respect to the wavelength of the reflection side mirror based on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る、反射側ミラーの波長に対するミラー反射率分布図である。It is a mirror reflectance distribution map with respect to the wavelength of the reflection side mirror based on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る、反射側ミラーの波長に対するミラー反射率分布図である。It is a mirror reflectance distribution map with respect to the wavelength of the reflection side mirror based on embodiment of this invention. 発振波長が450nm以上の長波長レーザ素子における波長と光閉じ込め係数の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the wavelength and optical confinement coefficient in a long wavelength laser element whose oscillation wavelength is 450 nm or more.

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体レーザ素子
2 出射側ミラー
3 反射側ミラー
4 活性層
5 第2導電型半導体層
6 第1導電型半導体層
7 積層半導体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor laser element 2 Output side mirror 3 Reflection side mirror 4 Active layer 5 2nd conductivity type semiconductor layer 6 1st conductivity type semiconductor layer 7 Multilayer semiconductor

Claims (6)

積層半導体と、前記積層半導体のレーザ出射側端面に配設された出射側ミラーと、レーザ出射側端面と反対側の端面に配設された反射側ミラーとを備える半導体レーザ素子であって、
前記出射側ミラーにおける波長λの光に対する反射率R1(λ)が最大となるピーク波長λと、前記反射側ミラーにおける波長λの光に対する反射率R2(λ)が最大となるピーク波長λとに対して、前記積層半導体の自然発光スペクトルのピーク波長λがλ>λ及び/又はλ>λとなる関係を有することを特徴とする半導体レーザ素子。
A semiconductor laser device comprising: a laminated semiconductor; an emission side mirror disposed on a laser emission side end face of the laminated semiconductor; and a reflection side mirror provided on an end face opposite to the laser emission side end face,
The peak wavelength λ 1 at which the reflectance R 1 (λ) with respect to light of wavelength λ in the emission side mirror becomes maximum, and the peak wavelength λ 2 at which the reflectance R 2 (λ) with respect to light of wavelength λ in the reflection side mirror becomes maximum. Wherein the peak wavelength λ 0 of the spontaneous emission spectrum of the stacked semiconductor has a relationship of λ 1 > λ 0 and / or λ 2 > λ 0 .
前記反射側ミラーのピーク波長λにおける反射率R2(λ)と、該反射率R2(λ)の1.00倍となる波長λにおける反射率R2(λ3)と、前記反射率R2(λ)の0.30倍となる波長λにおける反射率R2(λ)と、発振波長λpとが、下記式(1)、(2)および式(3)で表される関係を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子。
R2(λ3)=R2(λ)×1.00 (1)
R2(λ4)=R2(λ)×0.30 (2)
λ>λp>λ (3)
The reflectance R2 (λ 2 ) at the peak wavelength λ 2 of the reflection side mirror, the reflectance R 2 (λ 3 ) at the wavelength λ 3 which is 1.00 times the reflectance R 2 (λ 2 ), and the reflectance The relationship represented by the following expressions (1), (2), and (3) is the reflectance R2 (λ 4 ) at a wavelength λ 4 that is 0.30 times R2 (λ 2 ) and the oscillation wavelength λp. The semiconductor laser device according to claim 1, comprising:
R2 (λ 3 ) = R2 (λ 2 ) × 1.00 (1)
R2 (λ 4 ) = R2 (λ 2 ) × 0.30 (2)
λ 3 >λp> λ 4 (3)
前記出射側ミラーのピーク波長λにおける反射率R1(λ)と、該反射率R1(λ)の1.00倍となる波長λにおける反射率R1(λ)と、前記反射率R1(λ)の0.30倍となる波長λにおける反射率R1(λ)と、発振波長λpとが、下記式(4)、(5)および式(6)で表される関係を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体レーザ素子。
R1(λ)=R1(λ)×1.00 (4)
R1(λ)=R1(λ)×0.30 (5)
λ>λp>λ (6)
The reflectance R1 (λ 1 ) at the peak wavelength λ 1 of the output side mirror, the reflectance R 15 ) at the wavelength λ 5 that is 1.00 times the reflectance R 11 ), and the reflectance The relationship represented by the following equations (4), (5), and (6) is the reflectance R1 (λ 6 ) at a wavelength λ 6 that is 0.30 times R1 (λ 1 ) and the oscillation wavelength λp. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein:
R1 (λ 5 ) = R1 (λ 1 ) × 1.00 (4)
R1 (λ 6 ) = R1 (λ 1 ) × 0.30 (5)
λ 5 >λp> λ 6 (6)
前記積層半導体は、III−V族化合物半導体であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の半導体レーザ素子。   4. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the stacked semiconductor is a III-V group compound semiconductor. 5. 前記出射側ミラーから出射するレーザ光の波長が、450nm以上であることを特徴とする請求項4に記載の半導体レーザ素子。   The semiconductor laser device according to claim 4, wherein the wavelength of the laser beam emitted from the emission side mirror is 450 nm or more. 前記出射側ミラー及び/又は反射側ミラーは、酸化膜又は窒化膜を有することを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の半導体レーザ素子。   6. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the output side mirror and / or the reflection side mirror includes an oxide film or a nitride film.
JP2007178934A 2007-07-06 2007-07-06 Semiconductor laser device Pending JP2009016684A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007178934A JP2009016684A (en) 2007-07-06 2007-07-06 Semiconductor laser device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007178934A JP2009016684A (en) 2007-07-06 2007-07-06 Semiconductor laser device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009016684A true JP2009016684A (en) 2009-01-22

Family

ID=40357210

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007178934A Pending JP2009016684A (en) 2007-07-06 2007-07-06 Semiconductor laser device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009016684A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010095340A1 (en) * 2009-02-17 2010-08-26 住友電気工業株式会社 Iii nitride semiconductor laser and method for manufacturing iii nitride semiconductor laser
JP2012044228A (en) * 2011-11-29 2012-03-01 Sumitomo Electric Ind Ltd Group iii nitride semiconductor laser and method of manufacturing the group iii nitride semiconductor laser
JP2018190931A (en) * 2017-05-11 2018-11-29 日亜化学工業株式会社 Semiconductor laser element and manufacturing method of the same
JP2020031239A (en) * 2019-11-27 2020-02-27 日亜化学工業株式会社 Semiconductor laser element and manufacturing method of the same
JP2022027999A (en) * 2019-11-27 2022-02-14 日亜化学工業株式会社 Semiconductor laser element and manufacturing method of the same

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1093138A (en) * 1994-12-02 1998-04-10 Nichia Chem Ind Ltd Display apparatus having nitride semiconductor light-emitting diodes
JP2000196201A (en) * 1998-10-21 2000-07-14 Nichia Chem Ind Ltd Nitride semiconductor laser element
JP2002185043A (en) * 2001-10-19 2002-06-28 Sumitomo Chem Co Ltd Method of manufacturing class iii-v compound semiconductor light-emitting element
JP2004165435A (en) * 2002-11-13 2004-06-10 Sony Corp Semiconductor laser apparatus

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1093138A (en) * 1994-12-02 1998-04-10 Nichia Chem Ind Ltd Display apparatus having nitride semiconductor light-emitting diodes
JP2000196201A (en) * 1998-10-21 2000-07-14 Nichia Chem Ind Ltd Nitride semiconductor laser element
JP2002185043A (en) * 2001-10-19 2002-06-28 Sumitomo Chem Co Ltd Method of manufacturing class iii-v compound semiconductor light-emitting element
JP2004165435A (en) * 2002-11-13 2004-06-10 Sony Corp Semiconductor laser apparatus

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010095340A1 (en) * 2009-02-17 2010-08-26 住友電気工業株式会社 Iii nitride semiconductor laser and method for manufacturing iii nitride semiconductor laser
JP2010192594A (en) * 2009-02-17 2010-09-02 Sumitomo Electric Ind Ltd Group iii nitride semiconductor laser, and method of producing group iii nitride semiconductor laser
US8548021B2 (en) 2009-02-17 2013-10-01 Sumitomo Electric Industries, Ltd. III-nitride semiconductor laser, and method for fabricating III-nitride semiconductor laser
JP2012044228A (en) * 2011-11-29 2012-03-01 Sumitomo Electric Ind Ltd Group iii nitride semiconductor laser and method of manufacturing the group iii nitride semiconductor laser
JP2018190931A (en) * 2017-05-11 2018-11-29 日亜化学工業株式会社 Semiconductor laser element and manufacturing method of the same
US10381800B2 (en) 2017-05-11 2019-08-13 Nichia Corporation Semiconductor laser element and method of manufacturing the same
DE102018111131B4 (en) 2017-05-11 2022-06-15 Nichia Corporation Semiconductor laser element and manufacturing method therefor
JP2020031239A (en) * 2019-11-27 2020-02-27 日亜化学工業株式会社 Semiconductor laser element and manufacturing method of the same
JP2022027999A (en) * 2019-11-27 2022-02-14 日亜化学工業株式会社 Semiconductor laser element and manufacturing method of the same
JP7082294B2 (en) 2019-11-27 2022-06-08 日亜化学工業株式会社 Manufacturing method of semiconductor laser device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6252894B1 (en) Semiconductor laser using gallium nitride series compound semiconductor
JP4598841B2 (en) Nitride semiconductor laser device
JP4370911B2 (en) Semiconductor laser element
JP2013038394A (en) Semiconductor laser element
WO2000052796A1 (en) Nitride semiconductor laser element
US7830940B2 (en) Nitride semiconductor laser element having nitride semiconductor substrate and nitride semiconductor layer laminated thereon with nitride semiconductor substrate and nitride semiconductor layer having recesses formed in high dislocation density region of nitride semiconductor substrate and nitride semiconductor layer having portions with different film thicknesses
US20120076165A1 (en) Asymmetrically cladded laser diode
JP3716974B2 (en) Semiconductor laser device and manufacturing method thereof
US6492660B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP2007214221A (en) Nitride semiconductor laser device
JP2009016684A (en) Semiconductor laser device
US7706423B2 (en) Dual-wavelength semiconductor laser device and method for fabricating the same
JP2001148540A (en) Semiconductor light-emitting device
JP2002261393A (en) Nitride semiconductor device
JP3502527B2 (en) Nitride semiconductor laser device
JP4286683B2 (en) Semiconductor laser
JP4370904B2 (en) Semiconductor laser element
US20100238963A1 (en) Gallium nitride based semiconductor laser device
JP5010096B2 (en) Nitride semiconductor laser device and LD device using the same
JP2007005720A (en) Semiconductor laser device
JP2005327907A (en) Semiconductor laser element
JP4603113B2 (en) Semiconductor laser
JP2005327908A (en) Semiconductor laser element
JP3849876B2 (en) Semiconductor laser device and manufacturing method thereof
JP4809541B2 (en) Semiconductor laser element

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100625

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20111125

A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20111129

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

A02 Decision of refusal

Effective date: 20120327

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02