JP2009099958A - Nitride-based semiconductor laser element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、窒化物系半導体層を有する窒化物系半導体レーザ素子に関する。 The present invention relates to a nitride semiconductor laser element having a nitride semiconductor layer.
近年、次世代の大容量ディスク用光源として、窒化物系半導体レーザ素子の利用が進められており、その開発が盛んに行われている。
このような窒化物半導体レーザ素子においては、活性層の主面の面方位を(11−20)面または(1−100)面等の(H、K、−H−K、0)面にすることにより、活性層に発生するピエゾ電場を低減でき、その結果、レーザ光の発光効率を向上させることが可能であることが知られている。ここで、上記のHおよびKは任意の整数であり、HおよびKの少なくとも一方は0以外の整数である。
また、(0001)面と(000−1)面とを一対の共振器面とすることにより、窒化物系半導体レーザ素子の利得を向上させることができることが知られている(例えば、特許文献1および非特許文献1参照)。
In such a nitride semiconductor laser element, the plane orientation of the main surface of the active layer is set to (H, K, -HK, 0) plane such as (11-20) plane or (1-100) plane. Thus, it is known that the piezoelectric field generated in the active layer can be reduced, and as a result, the light emission efficiency of the laser light can be improved. Here, the above H and K are arbitrary integers, and at least one of H and K is an integer other than 0.
Further, it is known that the gain of a nitride-based semiconductor laser device can be improved by using the (0001) plane and the (000-1) plane as a pair of resonator planes (for example, Patent Document 1). And Non-Patent Document 1).
特許文献1および非特許文献1に記載された窒化物系半導体レーザ素子においては、一対の共振器面のうち一方の(0001)面はGa(ガリウム)極性面であり、他方の(000−1)面はN(窒素)極性面である。Ga極性面である(0001)面はGa原子で覆われやすく、N極性面である(000−1)面はN原子で覆われやすい。
半導体レーザ素子の一対の共振器面には、例えば酸化膜からなる保護膜が形成される。
しかしながら、上記の窒化物系半導体レーザ素子において、(0001)面に酸化膜が形成されると、(0001)面と酸化膜との界面において、Ga原子とO(酸素)原子との結合に起因する表面準位が発生する。その表面準位により、(0001)面と酸化膜との界面でレーザ光が吸収されやすくなる。したがって、レーザ光の発光効率を十分に向上させることができない。
本発明の目的は、発光効率が十分に向上された窒化物系半導体レーザ素子を提供することである。
In the nitride-based semiconductor laser elements described in
A protective film made of, for example, an oxide film is formed on the pair of resonator surfaces of the semiconductor laser element.
However, in the above nitride semiconductor laser element, when an oxide film is formed on the (0001) plane, it is caused by the bond between Ga atoms and O (oxygen) atoms at the interface between the (0001) plane and the oxide film. To generate surface levels. Due to the surface level, the laser beam is easily absorbed at the interface between the (0001) plane and the oxide film. Therefore, the light emission efficiency of the laser beam cannot be sufficiently improved.
An object of the present invention is to provide a nitride-based semiconductor laser device with sufficiently improved luminous efficiency.
(1)本発明に係る窒化物系半導体レーザ素子は、[0001]方向に延びる光導波路を有するとともに、(0001)面からなる一端面および(000−1)面からなる他端面を共振器面として有する窒化物系半導体層と、窒化物系半導体層の一端面に設けられ、窒素を構成元素として含む第1の保護膜と、窒化物系半導体層の他端面に設けられ、酸素を構成元素として含む第2の保護膜とを備えるものである。
この窒化物系半導体レーザ素子においては、(0001)面からなる一端面および(000−1)面からなる他端面が[0001]方向に延びる光導波路の一対の共振器面となり、一端面および他端面からレーザ光が出射される。
(0001)面からなる一端面は、13族元素極性面であるので、ガリウム等の13族元素で覆われやすい。ここで、窒素を構成元素として含む第1の保護膜が一端面に設けられるので、一端面と第1の保護膜との界面に13族元素と酸素との結合に起因する表面準位が発生することが防止される。それにより、一端面と第1の保護膜との界面の表面準位でレーザ光が吸収されることが防止される。
一方、(000−1)面からなる他端面は、窒素極性面であるので、窒素原子で覆われやすい。そのため、他側面では13族元素と酸素との結合に起因する表面準位が発生しにくい。また、他端面には酸素を構成元素として含む第2の保護膜が設けられる。第2の保護膜が酸素を構成元素として含む場合、窒素を構成元素として含む場合に比べてレーザ光の吸収が小さくなる。したがって、第2の保護膜によるレーザ光の吸収が抑制される。
これらにより、レーザ光の発光効率を十分に向上させることが可能となる。
(2)一端面から出射されるレーザ光の強度が、他端面から出射されるレーザ光の強度よりも大きくてもよい。
この場合、(0001)面からなる一端面が主たる光出射面となる。ここで、一端面は、(000−1)面からなる他端面に比べて化学的に安定である。そのため、製造時において、(0001)面には(000−1)面に比べて凹凸形状が形成されにくい。それにより、レーザ光が一端面で散乱されにくい。したがって、リップルの少ない良好な遠視野像を効率良く得ることができる。
(3)光導波路における一端面の部分および光導波路における他端面の部分はそれぞれ凹凸形状を有し、一端面の凹凸形状の凹部の深さが他端面の凹凸形状の凹部の深さよりも小さくてもよい。
この場合、レーザ光は一端面で散乱されにくいので、一端面からリップルの少ない良好な遠視野像を効率良く得ることができる。
(4)他端面から出射されるレーザ光の強度が、一端面から出射されるレーザ光の強度よりも大きくてもよい。
この場合、(000−1)面からなる他端面が主たる光出射面となる。ここで、(0001)面からなる一端面は、13族元素によって覆われやすいため、酸化されやすい特性を有する。一方、(000−1)面からなる他端面は、窒素原子で覆われやすいため、酸化されにくい特性を有する。それにより、主たる光出射面が酸化により劣化することが抑制され、安定した高出力動作を実現することができる。
(5)第1の保護膜は、酸素を構成元素としてさらに含み、窒素の組成比が酸素の組成比よりも大きくてもよい。
この場合、酸素を構成元素としてさらに含むことで、第1の保護膜の屈折率を、窒素と酸素の組成比により、容易に変えることができ、保護膜の設計の自由度を上げることができる。しかも、第1の保護膜の組成比は、一端面と第1の保護膜との界面に13族元素との結合に起因する表面準位を発生させる酸素の比が窒素の比よりも小さいため、一端面と第1の保護膜との界面の表面準位でレーザ光が吸収されることが防止される。
(6)第2の保護膜は、窒素を構成元素としてさらに含み、酸素の組成比が窒素の組成比よりも大きくてもよい。
この場合、窒素を構成元素としてさらに含むことで、第2の保護膜の屈折率を、窒素と酸素の組成比により、容易に変えることができ、保護膜の設計の自由度を上げることができる。しかも、第2の保護膜の組成比は、レーザ光の吸収が小さい酸素の比が窒素の比よりも大きいため、第2の保護膜でレーザ光が吸収されることが防止される。
なお、本発明の[0001]方向に延びる光導波路、(0001)面からなる一端面および(000−1)面からなる他端面で示される結晶の軸方向および面方位は、上述の(1)と同様に、第1および第2の保護膜によるレーザ光の吸収が抑制されるという効果の得られるものであれば、上述の結晶の軸方向あるいは面方位から多少ずれていてもよい。
(1) A nitride-based semiconductor laser device according to the present invention has an optical waveguide extending in the [0001] direction, and has one end face made of a (0001) plane and the other end face made of a (000-1) face as a resonator face. A nitride-based semiconductor layer, a first protective film that is provided on one end face of the nitride-based semiconductor layer, and that is provided on the other end face of the nitride-based semiconductor layer, and that includes oxygen as a constituent element. And a second protective film included.
In this nitride-based semiconductor laser device, one end face composed of the (0001) plane and the other end face composed of the (000-1) plane serve as a pair of resonator surfaces of the optical waveguide extending in the [0001] direction. Laser light is emitted from the end face.
Since one end face made of the (0001) plane is a group 13 element polar plane, it is easily covered with a group 13 element such as gallium. Here, since the first protective film containing nitrogen as a constituent element is provided on one end face, a surface level is generated at the interface between the one end face and the first protective film due to the bond between the group 13 element and oxygen. Is prevented. This prevents the laser light from being absorbed at the surface level at the interface between the one end face and the first protective film.
On the other hand, the other end surface composed of the (000-1) plane is a nitrogen polar surface and is therefore easily covered with nitrogen atoms. Therefore, on the other side, the surface level due to the bond between the group 13 element and oxygen is hardly generated. A second protective film containing oxygen as a constituent element is provided on the other end surface. When the second protective film contains oxygen as a constituent element, the absorption of laser light is smaller than when nitrogen is contained as a constituent element. Therefore, absorption of laser light by the second protective film is suppressed.
As a result, the light emission efficiency of the laser light can be sufficiently improved.
(2) The intensity of the laser beam emitted from the one end surface may be larger than the intensity of the laser beam emitted from the other end surface.
In this case, one end surface composed of the (0001) plane is the main light exit surface. Here, the one end face is chemically stable as compared to the other end face composed of the (000-1) plane. Therefore, at the time of manufacture, the (0001) plane is less likely to have a concavo-convex shape than the (000-1) plane. Thereby, the laser beam is hardly scattered on one end face. Therefore, a good far-field image with little ripple can be obtained efficiently.
(3) The one end face portion of the optical waveguide and the other end face portion of the optical waveguide each have a concavo-convex shape, and the depth of the concavo-convex recess on the one end surface is smaller than the depth of the concavo-convex recess on the other end surface. Also good.
In this case, since the laser beam is not easily scattered on the one end face, a good far-field image with little ripple can be efficiently obtained from the one end face.
(4) The intensity of the laser beam emitted from the other end surface may be larger than the intensity of the laser beam emitted from the one end surface.
In this case, the other end surface composed of the (000-1) plane is the main light exit surface. Here, the one end face composed of the (0001) plane is easily covered with the group 13 element, and thus has a characteristic of being easily oxidized. On the other hand, the other end surface composed of the (000-1) plane is easily covered with nitrogen atoms, and therefore has a characteristic that it is difficult to be oxidized. As a result, deterioration of the main light exit surface due to oxidation is suppressed, and stable high output operation can be realized.
(5) The first protective film may further contain oxygen as a constituent element, and the composition ratio of nitrogen may be larger than the composition ratio of oxygen.
In this case, by further including oxygen as a constituent element, the refractive index of the first protective film can be easily changed by the composition ratio of nitrogen and oxygen, and the degree of freedom in designing the protective film can be increased. . In addition, the composition ratio of the first protective film is such that the ratio of oxygen that generates surface levels due to the bond with the group 13 element at the interface between the one end face and the first protective film is smaller than the ratio of nitrogen. The laser beam is prevented from being absorbed at the surface level at the interface between the one end face and the first protective film.
(6) The second protective film may further contain nitrogen as a constituent element, and the composition ratio of oxygen may be larger than the composition ratio of nitrogen.
In this case, by further including nitrogen as a constituent element, the refractive index of the second protective film can be easily changed by the composition ratio of nitrogen and oxygen, and the degree of freedom in designing the protective film can be increased. . In addition, since the composition ratio of the second protective film is such that the ratio of oxygen that absorbs less laser light is larger than the ratio of nitrogen, laser light is prevented from being absorbed by the second protective film.
In addition, the axial direction and plane orientation of the crystal shown by the optical waveguide extending in the [0001] direction of the present invention, the one end face composed of the (0001) plane, and the other end face composed of the (000-1) plane are as described in (1) above. Similarly to the above, as long as the effect of suppressing the absorption of laser light by the first and second protective films can be obtained, it may be slightly deviated from the axial direction or the plane orientation of the crystal.
本発明によれば、一端面と第1の保護膜との界面の表面準位でレーザ光が吸収されることが防止されるとともに、第2の保護膜によるレーザ光の吸収が抑制される。それにより、レーザ光の発光効率を十分に向上させることが可能となる。 According to the present invention, laser light is prevented from being absorbed at the surface level at the interface between the one end face and the first protective film, and absorption of the laser light by the second protective film is suppressed. Thereby, it is possible to sufficiently improve the light emission efficiency of the laser beam.
1.第1の実施の形態
(1)窒化物系半導体レーザ素子の構造
図1および図2は第1の実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子の縦断面図である。図1のA1−A1線は図2の縦断面位置を示し、図2のA2−A2線は図1の縦断面位置を示す。
図1および図2に示すように、本実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子1は、Si(シリコン)がドープされた厚み約100μmのn型GaN基板101を有する。基板101のキャリア濃度は約5×1018cm−3である。
基板101は、(11−20)面から[000−1]方向に約0.3度傾斜した結晶成長面を有するオフ基板である。図1に示すように、基板101の上面上には、[0001]方向に延びる一対の段差部STが形成されている。1対の段差部STは基板101の両側部に位置する。各段差部STの深さは約0.5μmであり、幅は約20μmである。
基板101の上面上には、Siがドープされた厚み約100nmのn型層102が形成されている。n型層102はn型GaNからなり、n型層102へのSiのドーピング量は約5×1018cm−3である。
n型層102上には、Siがドープされた厚み約400nmのn型Al0.07Ga0.93Nからなるn型クラッド層103が形成されている。n型クラッド層103へのSiのドーピング量は約5×1018cm−3であり、n型クラッド層103のキャリア濃度は約5×1018cm−3である。
n型クラッド層103上には、Siがドープされた厚み約5nmのn型Al0.16Ga0.84Nからなるn型キャリアブロック層104が形成されている。n型キャリアブロック層104へのSiのドーピング量は約5×1018cm−3であり、n型キャリアブロック層104のキャリア濃度は約5×1018cm−3である。
n型キャリアブロック層104上には、Siがドープされた厚み約100nmのn型GaNからなるn型光ガイド層105が形成されている。n型光ガイド層105へのSiのドーピング量は約5×1018cm−3であり、n型光ガイド層105のキャリア濃度は約5×1018cm−3である。
n型光ガイド層105上には、活性層106が形成されている。活性層106は、厚み約20nmのアンドープIn0.02Ga0.98Nからなる4つの障壁層106a(後述の図3参照)と厚み約3nmのアンドープIn0.6Ga0.4Nからなる3つの井戸層106b(後述の図3参照)とが交互に積層されたMQW(多重量子井戸)構造を有する。
活性層106上には、Mg(マグネシウム)がドープされた厚み約100nmのp型GaNからなるp型光ガイド層107が形成されている。p型光ガイド層107へのMgのドーピング量は約4×1019cm−3であり、p型光ガイド層107のキャリア濃度は約5×1017cm−3である。
p型光ガイド層107上には、Mgがドープされた厚み約20nmのp型Al0.16Ga0.84Nからなるp型キャップ層108が形成されている。p型キャップ層108へのMgのドーピング量は約4×1019cm−3であり、p型キャップ層108のキャリア濃度は約5×1017cm−3である。
p型キャップ層108上には、Mgがドープされたp型Al0.07Ga0.93Nからなるp型クラッド層109が形成されている。p型クラッド層109へのMgのドーピング量は約4×1019cm−3であり、p型キャップ層108のキャリア濃度は約5×1017cm−3である。
ここで、p型クラッド層109は、p型キャップ層108上に形成された平坦部109bと、その平坦部109b上の中央部に[0001]方向に延びるように形成された凸部109aとを有する。
p型クラッド層109の平坦部109bの厚みは約80nmであり、平坦部109bの上面から凸部109aの上面までの高さは約320nmである。また、凸部109aの幅は約1.75μmである。
p型クラッド層109の凸部109a上には、Mgがドープされた厚み約10nmのp型In0.02Ga0.98Nからなるp型コンタクト層110が形成されている。p型コンタクト層110へのMgのドーピング量は約4×1019cm−3であり、p型コンタクト層110のキャリア濃度は約5×1017cm−3である。
p型クラッド層109の凸部109aおよびp型コンタクト層110によりリッジ部Riが構成される。これにより、リッジ部Riの下方でかつ活性層106を含む部分に[0001]方向に沿う光導波路WGが形成される。
p型コンタクト層110上には、オーミック電極111が形成されている。オーミック電極111は、Pt(白金)、Pd(パラジウム)およびAu(金)がこの順で積層された構造を有する。Pt、PdおよびAuの膜厚は、それぞれ約5nm、約100nmおよび約150nmである。
平坦部109bの上面、n型クラッド層103の上面、および上記各層103〜111の側面を覆うように、厚み約250nmの絶縁膜からなる電流狭窄層112が形成されている。本例では絶縁膜としてSiO2(酸化ケイ素)膜が用いられる。
オーミック電極111の上面、ならびに電流狭窄層112の側面および上面の所定領域には、パッド電極113が形成されている。パッド電極113は、Ti(チタン)、PdおよびAuがこの順で積層された構造を有する。Ti、PdおよびAuの厚みは、それぞれ約100nm、約100nmおよび約3μmである。
また、基板101の裏面上には、n側電極114が形成されている。n側電極114は、Al(アルミニウム)、PtおよびAuがこの順で積層された構造を有する。Al、PtおよびAuの厚みは、それぞれの約10nm、約20nmおよび約300nmである。
n型クラッド層103、n型キャリアブロック層104、n型光ガイド層105、活性層106、p型光ガイド層107、p型キャップ層108、p型クラッド層109およびp型コンタクト層110が窒化物系半導体層を構成する。
ここで、窒化物系半導体レーザ素子1の一対の共振器面のうち反射率の低い共振器面を光出射面と呼び、反射率の高い共振器面を後面と呼ぶ。
図2に示すように、窒化物系半導体レーザ素子1の光出射面1Fは(0001)面のへき開面からなり、後面1Bは(000−1)面のへき開面からなる。これにより、光出射面1FがGa(ガリウム)極性面となり、後面1BがN(窒素)極性面となる。光導波路WGに位置する光出射面1Fの部分、および光導波路WGに位置する後面1Bの部分が、一対の共振器面となる。
窒化物系半導体レーザ素子1の光出射面1Fには、第1の誘電体多層膜210が形成されている。第1の誘電体多層膜210は、AlN膜211およびAl2O3膜212がこの順で積層された構造を有する。これにより、窒化膜であるAlN膜211が光出射面1Fの保護膜として機能する。
AlN膜211およびAl2O3膜212の膜厚は、それぞれ約10nmおよび約85nmである。第1の誘電体多層膜210の反射率は約8%である。
一方、窒化物系半導体レーザ素子1の後面1Bには、第2の誘電体多層膜220が形成されている。第2の誘電体多層膜220は、Al2O3膜221、反射膜222およびAlN膜223がこの順で積層された構造を有する。これにより、酸化膜であるAl2O3膜221が後面1Bの保護膜として機能する。
Al2O3膜221の膜厚は120nmである。反射膜222は、膜厚約70nmのSiO2膜と、膜厚約45nmのTiO2膜とが1層ずつ交互に各5層積層された10層構造を有する。SiO2膜は低屈折率膜として用いられ、TiO2膜は高屈折率膜として用いられる。AlN膜223の膜厚は約10nmである。第2の誘電体多層膜220の反射率は約95%である。
上記の窒化物系半導体レーザ素子1のパッド電極113とn側電極114との間に電圧が印加されることにより、光出射面1Fおよび後面1Bからレーザ光が出射される。
本実施の形態では、上述のように、光出射面1Fに反射率約8%の第1の誘電体多層膜210が設けられ、後面1Bに反射率約95%の第2の誘電体多層膜220が設けられる。これにより、光出射面1Fから出射されるレーザ光の強度は、後面1Bから出射されるレーザ光の強度に比べて著しく大きくなる。すなわち、光出射面1Fがレーザ光の主たる出射面となる。
(2)光出射面1Fおよび後面1Bの詳細
図3および図4は、図2の窒化物系半導体レーザ素子1の一部拡大断面図である。図3に光導波路WGにおける光出射面1Fおよびその近傍の拡大断面図が示され、図4に光導波路WGにおける後面1Bおよびその近傍の拡大断面図が示されている。
図3および図4に示すように、活性層106は、4つの障壁層106aと3つの井戸層106bとが交互に積層された構造を有する。光出射面1Fおよび後面1Bにおいて、活性層106の井戸層106bは、窒化物系半導体層の他の層よりも外側に突出している。そのため、光出射面1Fおよび後面1Bにおける活性層106の部分には凹凸が形成されている。
光出射面1Fにおける活性層106の凹凸の凹部の深さD1(図3)は約1nmである。一方、窒化物系半導体レーザ素子1の後面1Bにおける活性層106の凹凸の凹部の深さD2(図4)は約6nmである。なお、反射膜222の高屈折率膜(TiO2膜)および低屈折率膜(SiO2膜)のうち厚みの薄い膜(本例ではTiO2膜)の厚みが、後面1Bにおける凹凸の凹部の深さD2よりも大きくなるように調整される。この場合、後面1Bの凹凸を確実に覆うように第2誘電体多層膜220を容易に形成することができる。それにより、第2誘電体多層膜220の高い反射率を確保することができる。
活性層106に凹凸が形成される理由は次の通りである。後述のように、窒化物系半導体レーザ素子1の製造時には、光出射面1Fおよび後面1Bの清浄化が行われる。この清浄化工程においては、ECR(電子サイクロトロン共鳴)プラズマが光出射面1Fおよび後面1Bに照射される。それにより、光出射面1Fおよび後面1Bがエッチングされる。
ここで、活性層106の井戸層106bの組成は、障壁層106a、n型光ガイド層105、p型光ガイド層107等の窒化物系半導体層の他の層の組成と大きく異なる。そのため、活性層106の井戸層106bのエッチング量と窒化物系半導体層の他の層のエッチング量とで差が生じる。それにより、光出射面1Fおよび後面1Bにおける活性層106の部分に凹凸が形成される。
井戸層106bのIn組成比が高いほど凹凸が顕著となる。この原因は、井戸層106bのIn組成比がGa組成比よりも大きい場合(0.5<x≦1である場合)、井戸層106bの組成と他の層の組成との差がより大きくなるためである。本実施の形態では、井戸層106bのIn組成比xは0.6である。
特に、窒化物系半導体層の(000−1)面は、(0001)面よりも化学的に不安定である。そのため、(000−1)面における井戸層106bと他の層とのエッチング量の差は、(0001)面における井戸層106bと他の層とのエッチング量の差よりも大きくなる。これにより、後面1Bの凹凸の凹部の深さD2が、光出射面1Fの凹凸の凹部の深さD1よりも大きくなる。
共振器面の凹凸の凹部の深さが大きくなると、その凹凸によりレーザ光が大きく散乱する。本実施の形態では、光出射面1Fが凹凸の小さい(0001)面からなるので、光出射面1Fでのレーザ光の散乱を抑制することができる。その結果、レーザ発振時にリップルの少ない良好な遠視野像を得ることができる。
(3)窒化物系半導体レーザ素子1の製造方法
上記構成を有する窒化物系半導体レーザ素子1の製造方法について説明する。
初めに、[0001]方向に延びる複数の溝G(図1参照)が上面に形成された基板101を用意する。溝Gの深さは約0.5μmであり、幅は約40μmである。隣接する2つの溝G間の間隔は約400μmである。なお、溝Gは、後工程で素子をチップ化するために予め形成されたものである。溝Gの一部が上述の段差部STを構成する。
基板101の上面上に、厚み約100nmのn型層102、厚み約400nmのn型クラッド層103、厚み約5nmのn型キャリアブロック層104、厚み約100nmのn型光ガイド層105、厚み約90nmの活性層106、厚み約100nmのp型光ガイド層107、厚み約20nmのp型キャップ層108、厚み約400nmのp型クラッド層109、および厚み約10nmのp型コンタクト層110を例えば有機金属気相エピタキシ法(MOVPE)により順次形成する。
なお、上記活性層106の厚みは、4つの障壁層106aおよび3つの井戸層106bの合計の厚みを示す。
その後、p型化アニール処理、および図1のリッジ部Riの形成を行う。また、オーミック電極111、電流狭窄層112およびパッド電極113の形成を行う。さらに、基板101の裏面上にn側電極114を形成する。
続いて、以下のように共振器面(光出射面1Fおよび後面1B)の形成、ならびに共振器面への第1の誘電体多層膜210および第2の誘電体多層膜220の形成を行う。
上記の各層102〜110、オーミック電極111、電流狭窄層112およびパッド電極113が形成された基板101に[1−100]方向に延びるスクライブ傷を形成する。スクライブ傷は、レーザスクライブまたは機械式スクライブにより、リッジ部Riを除く部分に破線状に形成する。
次に、光出射面1Fおよび後面1Bが形成されるように基板101のへき開を行う。これにより、基板101が棒状に分離される。
その後、分離された基板101を、ECRスパッタ成膜装置に導入する。
光出射面1FにECRプラズマを5分間照射する。なお、プラズマは、約0.02PaのN2ガス雰囲気中で、マイクロ波出力500Wの条件で発生させる。これより、光出射面1Fが清浄化されるとともに軽微にエッチングされる。この際、スパッタターゲットにはRFパワー(高周波電力)を印加しない。その後、ECRスパッタ法により光出射面1Fに第1の誘電体多層膜210(図2参照)を形成する。
同様に、後面1Bにプラズマを5分間照射する。これより、後面1Bが清浄化されるとともに軽微にエッチングされる。この際、スパッタターゲットにはRFパワーを印加しない。その後、ECRスパッタ法により後面1Bに第2の誘電体多層膜220(図2参照)を形成する。
このように、ECRプラズマで光出射面1Fおよび後面1Bを清浄化することにより、共振器面の劣化および共振器面の光学的破壊の発生が抑制される。それにより、窒化物系半導体レーザ素子1のレーザ特性を向上させることができる。
その後、基板101上に形成された溝Gの中央部で、棒状の基板101をチップ状に分離する。これにより、図1の窒化物系半導体レーザ素子1が完成する。
2.第2の実施の形態
第2の実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子について、第1の実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子1と異なる点を説明する。
図5は第2の実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子の縦断面図である。図5では、第1の実施の形態における図2の縦断面図と同様に、[0001]方向に沿った窒化物系半導体レーザ素子1の縦断面図が示されている。図5のA2−A2線における縦断面図は、図1の窒化物系半導体レーザ素子1の縦断面図と同じである。
窒化物系半導体レーザ素子1の光出射面1Fには、第1の誘電体多層膜210が形成されている。第1の誘電体多層膜210は、AlOXNY膜(X<Y)211aおよびAl2O3膜212aがこの順で積層された構造を有する。ここで、AlOXNY膜211aの屈折率は約1.9である。窒素の組成比が酸素の組成比よりも大きい酸窒化膜であるAlOXNY膜211aが光出射面1Fの保護膜として機能する。
AlOXNY膜211aおよびAl2O3膜212aの膜厚は、それぞれ約30nmおよび約65nmである。第1の誘電体多層膜210の反射率は約8%である。
一方、窒化物系半導体レーザ素子1の後面1Bには、第2の誘電体多層膜220が形成されている。第2の誘電体多層膜220は、AlOXNY膜(X>Y)221aおよび反射膜222aがこの順で積層された構造を有する。AlOXNY膜221aの屈折率は約1.7である。酸素の組成比が窒素の組成比よりも大きい酸窒化膜であるAlOXNY膜221aが後面1Bの保護膜として機能する。
AlOXNY膜221aの膜厚は約30nmである。反射膜222aは、膜厚約70nmのSiO2膜と、膜厚約45nmのTiO2膜とが1層ずつ交互に各5層積層された10層構造を有する。SiO2膜は低屈折率膜として用いられ、TiO2膜は高屈折率膜として用いられる。第2の誘電体多層膜220の反射率は約95%である。
3.第3の実施の形態
第3の実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子について、第1の実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子1と異なる点を説明する。
図6は第3の実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子の縦断面図である。図6では、第1の実施の形態における図2の縦断面図と同様に、[0001]方向に沿った窒化物系半導体レーザ素子1の縦断面図が示されている。図6のA2−A2線における縦断面図は、図1の窒化物系半導体レーザ素子1の縦断面図と同じである。
窒化物系半導体レーザ素子1の光出射面1Fには、第1の誘電体多層膜210が形成されている。第1の誘電体多層膜210は、AlN膜211b、AlOXNY膜(X<Y)212bおよびAl2O3膜213bがこの順で積層された構造を有する。AlOXNY膜211bの屈折率は約1.9である。窒化膜であるAlN膜211bが光出射面1Fの保護膜として機能する。
AlN膜211b、AlOXNY膜212bおよびAl2O3膜213bの膜厚は、それぞれ約10nm、約30nmおよび約62nmである。第1の誘電体多層膜210の反射率は約8%である。
一方、窒化物系半導体レーザ素子1の後面1Bには、第2の誘電体多層膜220が形成されている。第2の誘電体多層膜220は、Al2O3膜221b、AlOXNY膜(X<Y)222b、Al2O3膜223bおよび反射膜224bがこの順で積層された構造を有する。AlOXNY膜222bの屈折率は約1.9である。酸化膜であるAl2O3膜221bが後面1Bの保護膜として機能する。
Al2O3膜221b、AlOXNY膜222bおよびAl2O3膜223bの膜厚は約60nm、約30nmおよび約60nmである。反射膜224bは、膜厚約70nmのSiO2膜と、膜厚約45nmのTiO2膜とが1層ずつ交互に各5層積層された10層構造を有する。SiO2膜は低屈折率膜として用いられ、TiO2膜は高屈折率膜として用いられる。第2の誘電体多層膜220の反射率は約95%である。
4.第4の実施の形態
第4の実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子について、第1の実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子1と異なる点を説明する。
図7は第4の実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子の縦断面図である。図7では、第1の実施の形態における図2の縦断面図と同様に、[0001]方向に沿った窒化物系半導体レーザ素子1の縦断面図が示されている。図7のA2−A2線における縦断面図は、図1の窒化物系半導体レーザ素子1の縦断面図と同じである。
窒化物系半導体レーザ素子1の光出射面1Fには、第1の誘電体多層膜210が形成されている。第1の誘電体多層膜210は、AlOXNY膜(X<Y)211c、AlOXNY膜(X>Y)212cおよびAl2O3膜213cがこの順で積層された構造を有する。AlOXNY膜211cの屈折率は約1.9であり、AlOXNY膜212cの屈折率は約1.7である。窒素の組成比が酸素の組成比よりも大きい酸窒化膜であるAlOXNY膜211cが光出射面1Fの保護膜として機能する。
AlOXNY膜211c、AlOXNY膜212cおよびAl2O3膜213cの膜厚は、それぞれ約30nm、約30nmおよび約35nmである。第1の誘電体多層膜210の反射率は約8%である。
一方、窒化物系半導体レーザ素子1の後面1Bには、第2の誘電体多層膜220が形成されている。第2の誘電体多層膜220は、AlOXNY膜(X>Y)221c、AlOXNY膜(X<Y)222cおよび反射膜223cがこの順で積層された構造を有する。AlOXNY膜221cの屈折率は約1.7であり、AlOXNY膜222cの屈折率は約1.9である。酸素の組成比が窒素の組成比よりも大きい酸窒化膜であるAlOXNY膜221cが後面1Bの保護膜として機能する。
AlOXNY膜(X>Y)221cおよびAlOXNY膜(X<Y)222cの膜厚は約30nmおよび約30nmである。反射膜223cは、膜厚約70nmのSiO2膜と、膜厚約45nmのTiO2膜とが1層ずつ交互に各5層積層された10層構造を有する。SiO2膜は低屈折率膜として用いられ、TiO2膜は高屈折率膜として用いられる。第2の誘電体多層膜220の反射率は約95%である。
5.請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
上記第1〜第4の実施の形態においては、光導波路WGが[0001]方向に延びる光導波路の例であり、光出射面1Fが(0001)面からなる一端面の例であり、後面1Bが(000−1)面からなる他端面の例である。
また、光出射面1Fおよび後面1Bが共振器面の例であり、n型クラッド層103、n型キャリアブロック層104、n型光ガイド層105、活性層106、p型光ガイド層107、p型キャップ層108、p型クラッド層109およびp型コンタクト層110が構成する窒化物系半導体層が窒化物系半導体層の例である。
第1の実施の形態では、AlN膜211が窒素を構成元素として含む第1の保護膜の例であり、Al2O3膜221が酸素を構成元素として含む第2の保護膜の例である。第2の実施の形態では、AlOXNY膜(X<Y)211aが窒素を構成元素として含む第1の保護膜の例であり、AlOXNY膜(X>Y)221aが酸素を構成元素として含む第2の保護膜の例である。第3の実施の形態では、AlN膜211bが窒素を構成元素として含む第1の保護膜の例であり、Al2O3膜221bが酸素を構成元素として含む第2の保護膜の例である。第4の実施の形態では、AlOXNY膜(X<Y)211cが窒素を構成元素として含む第1の保護膜の例であり、AlOXNY膜(X>Y)221cが酸素を構成元素として含む第2の保護膜の例である。
請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。
6.第1〜第4の実施の形態における効果
第1〜第4の実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子においては、(0001)面からなる一端面および(000−1)面からなる他端面が[0001]方向に延びる光導波路の一対の共振器面となり、一端面および他端面からレーザ光が出射される。
(0001)面からなる一端面は、13族元素極性面であるので、ガリウム等の13族元素で覆われやすい。ここで、窒素を構成元素として含む第1の保護膜が一端面に設けられるので、一端面と第1の保護膜との界面に13族元素と酸素との結合に起因する表面準位が発生することが防止される。それにより、一端面と第1の保護膜との界面の表面準位でレーザ光が吸収されることが防止される。
一方、(000−1)面からなる他端面は、窒素極性面であるので、窒素原子で覆われやすい。そのため、他端面では13族元素と酸素との結合に起因する表面準位が発生しにくい。また、他端面には酸素を構成元素として含む第2の保護膜が設けられる。第2の保護膜が酸素を構成元素として含む場合、窒素を構成元素として含む場合に比べてレーザ光の吸収が小さくなる。したがって、第2の保護膜によるレーザ光の吸収が抑制される。
これらにより、レーザ光の発光効率を十分に向上させることが可能となる。
また、一端面から出射されるレーザ光の強度が、他端面から出射されるレーザ光の強度よりも大きい。
この場合、(0001)面からなる一端面が主たる光出射面となる。ここで、一端面は、(000−1)面からなる他端面に比べて化学的に安定である。そのため、製造時において、(0001)面には(000−1)面に比べて凹凸形状が形成されにくい。それにより、レーザ光が一端面で散乱されにくい。したがって、リップルの少ない良好な遠視野像を効率良く得ることができる。
光導波路における一端面の部分および光導波路における他端面の部分はそれぞれ凹凸形状を有し、一端面の凹凸形状の凹部の深さが他端面の凹凸形状の凹部の深さよりも小さい。
この場合、レーザ光は一端面で散乱されにくいので、一端面からリップルの少ない良好な遠視野像を効率良く得ることができる。
(a)光出射面1Fおよび後面1Bを覆う保護膜に関する効果
第1の実施の形態では、光出射面1Fを覆うようにAlN膜211が形成されている。すなわち、Ga極性面である(0001)面に窒化膜が形成されている。この場合、光出射面1FとAlN膜211との界面において、Ga原子とO原子との結合に起因した表面準位の発生が防止される。それにより、光出射面1FとAlN膜211との界面の表面準位でレーザ光が吸収されることが防止される。したがって、レーザ光の発光効率を十分に向上させることが可能となる。
また、第1の実施の形態では、後面1Bを覆うようにAl2O3膜221が形成されている。すなわち、N極性面である(000−1)面に酸化膜が形成されている。酸化膜によるレーザ光の吸収量は窒化膜によるレーザ光の吸収量に比べて少ない。また、N極性面である(000−1)面と酸化膜との界面においては表面準位が発生しにくい。そのため、(000−1)面に酸化膜が形成されることにより、レーザ光の発光効率をより十分に向上させることが可能となる。
第2の実施の形態では、(0001)面からなる光出射面1Fには、窒素の組成比が酸素の組成比よりも大きい窒化膜であるAlOXNY膜(X<Y)211aが形成される。それにより、レーザ光の発光効率を十分に向上させることが可能となる。また、(000−1)面からなる後面1Bには、酸素の組成比が窒素の組成比よりも大きい酸化膜であるAlOXNY膜(X>Y)221aが形成される。それにより、レーザ光の発光効率を十分に向上させることが可能となる。また、第1または第2の保護膜の屈折率を、窒素と酸素の組成比により、容易に変えることができ、保護膜の設計の自由度を上げることができる。
第3の実施の形態では、(0001)面からなる光出射面1Fには、窒化膜であるAlN膜211bが形成される。それにより、レーザ光の発光効率を十分に向上させることが可能となる。また、(000−1)面からなる後面1Bには、酸化膜であるAl2O3膜221bが形成される。それにより、レーザ光の発光効率を十分に向上させることが可能となる。
第4の実施の形態では、(0001)面からなる光出射面1Fには、窒素の組成比が酸素の組成比より大きい窒化膜であるAlOXNY膜(X<Y)211cが形成される。それにより、レーザ光の発光効率を十分に向上させることが可能となる。また、(000−1)面からなる後面1Bには、酸素の組成比が窒素の組成比よりも大きい酸化膜であるAlOXNY膜(X>Y)221cが形成される。それにより、レーザ光の発光効率を十分に向上させることが可能となる。また、第1または第2の保護膜の屈折率を、窒素と酸素の組成比により、容易に変えることができ、保護膜の設計の自由度を上げることができる。
(b)(0001)面が光出射面1Fであることの効果
本実施の形態では、(0001)面が光出射面1Fとなるので、光出射面1Fにおける凹凸の凹部の深さが、後面1Bにおける凹凸の凹部の深さよりも小さい。それにより、光出射面1Fでのレーザ光の散乱を抑制することができる。その結果、窒化物系半導体レーザ素子1の動作時に、リップルの少ない良好な遠視野像を得ることができる。
また、後面1Bには反射率の高い第2の誘電体多層膜220が形成されるので、後面1Bの凹凸によりレーザ光の一部が散乱しても、散乱による反射量の減少の影響が小さい。その結果、レーザ光の出力の低下が抑制される。
7.第5の実施の形態
(1)窒化物系半導体レーザ素子の構造
第5の実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子について、第1の実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子1と異なる点を説明する。
図8は第5の実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子の縦断面図である。図8では、第1の実施の形態における図2の縦断面図と同様に、[0001]方向に沿った窒化物系半導体レーザ素子1の縦断面図が示されている。図8のA2−A2線における縦断面図は、図1の窒化物系半導体レーザ素子1の縦断面図と同じである。
図8に示すように、この窒化物系半導体レーザ素子1においては、光出射面1Faが(000−1)面のへき開面からなり、後面1Baが(0001)面のへき開面からなる。
光出射面1Faには、第3の誘電体多層膜230が形成されている。第3の誘電体多層膜230は、Al2O3膜231、AlN膜232およびSiO2膜233がこの順で積層された構造を有する。これにより、酸化膜であるAl2O3膜231が光出射面1Faの保護膜として機能する。
Al2O3膜231、AlN膜232およびSiO2膜233の膜厚は、それぞれ約120nm、約10nmおよび約95nmである。第3の誘電体多層膜230の反射率は約7%である。
後面1Baには、第4の誘電体多層膜240が形成されている。第4の誘電体多層膜240は、AlN膜241、反射膜242およびAlN膜243がこの順で積層された構造を有する。これにより、窒化膜であるAlN膜241が後面1Baの保護膜として機能する。
AlN膜241,243の膜厚は10nmである。反射膜242は、膜厚約70nmのSiO2膜と膜厚約45nmのTiO2膜とが1層ずつ交互に各5層積層された10層構造を有する。SiO2膜は低屈折率膜として用いられ、TiO2膜は高屈折率膜として用いられる。第4の誘電体多層膜240の反射率は約95%である。
このように形成された窒化物系半導体レーザ素子1においては、パッド電極113とn側電極114との間に電圧が印加されることにより、光出射面1Faおよび後面1Baからレーザ光が出射される。
本実施の形態では、上述のように、光出射面1Faに反射率約7%の第3の誘電体多層膜230が設けられ、後面1Baに反射率約95%の第4の誘電体多層膜240が設けられる。これにより、光出射面1Faから出射されるレーザ光の強度は、後面1Baから出射されるレーザ光の強度に比べて大きくなる。すなわち、光出射面1Faがレーザ光の主たる出射面となる。
ここで、本実施の形態においては、活性層106の障壁層106aとしてアンドープIn0.02Ga0.98Nを用い、活性層106の井戸層106bとしてアンドープIn0.15Ga0.85Nを用いる。
このように、本実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子1においては、井戸層106bにおけるIn組成比が0.15であり、Ga組成比よりも極めて小さい。これにより、光出射面1Faおよび後面1Baにおいて、活性層106の凹凸が大きくなることが十分に抑制される。
(2)窒化物系半導体レーザ素子1の製造方法
上記構成を有する窒化物系半導体レーザ素子1の製造方法について上記第1の実施の形態と異なる点を説明する。
本実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子1の製造時においては、n型層102、n型クラッド層103、n型キャリアブロック層104、n型光ガイド層105、活性層106、p型光ガイド層107、p型キャップ層108、p型クラッド層109およびp型コンタクト層110が形成された基板101を、(000−1)面からなる光出射面1Faおよび(0001)面からなる後面1Baが形成されるようにへき開する。
その後、清浄化された光出射面1FaにECRスパッタ法により第3の誘電体多層膜230を形成する。また、清浄化された後面1BaにECRスパッタ法により第4の誘電体多層膜240を形成する。
その後、基板101上に形成された溝Gの中央部で、棒状の基板101をチップ状に分離する。これにより、図8の第5の実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子1が完成する。
8.第6の実施の形態
第6の実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子について、第5の実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子1と異なる点を説明する。
図9は第6の実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子の縦断面図である。図9では、第1の実施の形態における図2の縦断面図と同様に、[0001]方向に沿った窒化物系半導体レーザ素子1の縦断面図が示されている。図9のA2−A2線における縦断面図は、図1の窒化物系半導体レーザ素子1の縦断面図と同じである。
光出射面1Faには、第3の誘電体多層膜230が形成されている。第3の誘電体多層膜230は、AlOXNY膜(X>Y)231aおよびAl2O3膜232aがこの順で積層された構造を有する。AlOXNY膜231aの屈折率は約1.7である。酸素の組成比が窒素の組成比よりも大きい酸窒化膜であるAlOXNY膜231aが光出射面1Faの保護膜として機能する。
AlOXNY膜231aおよびAl2O3膜232aの膜厚は、それぞれ約30nmおよび約57nmである。第3の誘電体多層膜230の反射率は約8%である。
後面1Baには、第4の誘電体多層膜240が形成されている。第4の誘電体多層膜240は、AlOXNY膜(X<Y)241aおよび反射膜242aがこの順で積層された構造を有する。AlOXNY膜241aの屈折率は約1.9である。窒素の組成比が酸素の組成比よりも大きい酸窒化膜であるAlOXNY膜241aが後面1Baの保護膜として機能する。
AlOXNY膜241aの膜厚は約30nmである。反射膜242aは、膜厚約70nmのSiO2膜と、膜厚約45nmのTiO2膜とが1層ずつ交互に各5層積層された10層構造を有する。SiO2膜は低屈折率膜として用いられ、TiO2膜は高屈折率膜として用いられる。第4の誘電体多層膜240の反射率は約95%である。
9.第7の実施の形態
第7の実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子について、第5の実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子1と異なる点を説明する。
図10は第7の実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子の縦断面図である。図10では、第1の実施の形態における図2の縦断面図と同様に、[0001]方向に沿った窒化物系半導体レーザ素子1の縦断面図が示されている。図10のA2−A2線における縦断面図は、図1の窒化物系半導体レーザ素子1の縦断面図と同じである。
光出射面1Faには、第3の誘電体多層膜230が形成されている。第3の誘電体多層膜230は、Al2O3膜231b、AlOXNY膜(X<Y)232bおよびAl2O3膜233bがこの順で積層された構造を有する。AlOXNY膜232bの屈折率は約1.9である。酸化膜であるAl2O3膜231bが光出射面1Faの保護膜として機能する。
Al2O3膜231b、AlOXNY膜232bおよびAl2O3膜233bの膜厚は、それぞれ約10nm、約30nmおよび約52nmである。第3の誘電体多層膜230の反射率は約8%である。
後面1Baには、第4の誘電体多層膜240が形成されている。第4の誘電体多層膜240は、AlN膜241b、AlOXNY膜(X<Y)242b、Al2O3膜243bおよび反射膜244bがこの順で積層された構造を有する。AlOXNY膜242bの屈折率は約1.9である。窒化膜であるAlN膜241bが後面1Baの保護膜として機能する。
AlN膜241b、AlOXNY膜242bおよびAl2O3膜243bの膜厚は約10nm、約30nmおよび約60nmである。反射膜244bは、膜厚約70nmのSiO2膜と、膜厚約45nmのTiO2膜とが1層ずつ交互に各5層積層された10層構造を有する。SiO2膜は低屈折率膜として用いられ、TiO2膜は高屈折率膜として用いられる。第4の誘電体多層膜240の反射率は約95%である。
10.第8の実施の形態
第8の実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子について、第5の実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子1と異なる点を説明する。
図11は第8の実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子の縦断面図である。図11では、第1の実施の形態における図2の縦断面図と同様に、[0001]方向に沿った窒化物系半導体レーザ素子1の縦断面図が示されている。図11のA2−A2線における縦断面図は、図1の窒化物系半導体レーザ素子1の縦断面図と同じである。
光出射面1Faには、第3の誘電体多層膜230が形成されている。第3の誘電体多層膜230は、AlOXNY膜(X>Y)231c、AlOXNY膜(X<Y)232cおよびAl2O3膜233cがこの順で積層された構造を有する。AlOXNY膜231cの屈折率は約1.7であり、AlOXNY膜232cの屈折率は1.9である。酸素の組成比が窒素の組成比よりも大きい酸窒化膜であるAlOXNY膜(X>Y)231cが光出射面1Faの保護膜として機能する。
AlOXNY膜231c、AlOXNY膜232cおよびAl2O3膜233cの膜厚は、それぞれ約30nm、約30nmおよび約15nmである。第3の誘電体多層膜230の反射率は約8%である。
後面1Baには、第4の誘電体多層膜240が形成されている。第4の誘電体多層膜240は、AlOXNY膜(X<Y)241c、AlOXNY膜(X>Y)242cおよび反射膜243cがこの順で積層された構造を有する。AlOXNY膜241cの屈折率は約1.9であり、AlOXNY膜242cの屈折率は約1.7である。窒素の組成比が酸素の組成比よりも大きい酸窒化膜であるAlOXNY膜241cが後面1Baの保護膜として機能する。
AlOXNY膜241cおよびAlOXNY膜242cの膜厚はそれぞれ約30nmおよび約30nmである。反射膜243cは、膜厚約70nmのSiO2膜と、膜厚約45nmのTiO2膜とが1層ずつ交互に各5層積層された10層構造を有する。SiO2膜は低屈折率膜として用いられ、TiO2膜は高屈折率膜として用いられる。第4の誘電体多層膜240の反射率は約95%である。
11.請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
上記第5〜第8の実施の形態においては、光導波路WGが[0001]方向に延びる光導波路の例であり、後面1Baが(0001)面からなる一端面の例であり、光出射面1Faが(000−1)面からなる他端面の例である。
また、光出射面1Faおよび後面1Baが共振器面の例であり、n型クラッド層103、n型キャリアブロック層104、n型光ガイド層105、活性層106、p型光ガイド層107、p型キャップ層108、p型クラッド層109およびp型コンタクト層110が構成する窒化物系半導体層が窒化物系半導体層の例である。
第5の実施の形態では、Al2O3膜231が酸素を構成元素として含む第2の保護膜の例であり、AlN膜241が窒素を構成元素として含む第1の保護膜の例である。第6の実施の形態では、AlOXNY膜(X>Y)231aが酸素を構成元素として含む第2の保護膜の例であり、AlOXNY膜(X<Y)241aが窒素を構成元素として含む第1の保護膜の例である。第7の実施の形態では、Al2O3膜231bが酸素を構成元素として含む第2の保護膜の例であり、AlN膜241bが窒素を構成元素として含む第1の保護膜の例である。第8の実施の形態では、AlOXNY膜(X>Y)231cが酸素を構成元素として含む第2の保護膜の例であり、AlOXNY膜(X<Y)241cが窒素を構成元素として含む第1の保護膜の例である。
請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。
12.第5〜第8の実施の形態における効果
第5〜第8の実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子においては、(0001)面からなる一端面および(000−1)面からなる他端面が[0001]方向に延びる光導波路の一対の共振器面となり、一端面および他端面からレーザ光が出射される。
(0001)面からなる一端面は、13族元素極性面であるので、ガリウム等の13族元素で覆われやすい。ここで、窒素を構成元素として含む第1の保護膜が一端面に設けられるので、一端面と第1の保護膜との界面に13族元素と酸素との結合に起因する表面準位が発生することが防止される。それにより、一端面と第1の保護膜との界面の表面準位でレーザ光が吸収されることが防止される。
一方、(000−1)面からなる他端面は、窒素極性面であるので、窒素原子で覆われやすい。そのため、他端面では13族元素と酸素との結合に起因する表面準位が発生しにくい。また、他端面には酸素を構成元素として含む第2の保護膜が設けられる。第2の保護膜が酸素を構成元素として含む場合、窒素を構成元素として含む場合に比べてレーザ光の吸収が小さくなる。したがって、第2の保護膜によるレーザ光の吸収が抑制される。
これらにより、レーザ光の発光効率を十分に向上させることが可能となる。
また、他端面から出射されるレーザ光の強度が、一端面から出射されるレーザ光の強度よりも大きい。
この場合、(000−1)面からなる他端面が主たる光出射面となる。ここで、(0001)面からなる一端面は、13族元素によって覆われやすいため、酸化されやすい特性を有する。一方、(000−1)面からなる他端面は、窒素原子で覆われやすいため、酸化されにくい特性を有する。それにより、主たる光出射面が酸化により劣化することが抑制され、安定した高出力動作を実現することができる。
(a)光出射面1Faおよび後面1Baを覆う保護膜に関する効果
第5の実施の形態では、光出射面1Faを覆うようにAl2O3膜231が形成されている。すなわち、N極性面である(000−1)面に酸化膜が形成されている。酸化膜によるレーザ光の吸収量は窒化膜によるレーザ光の吸収量に比べて小さい。また、(000−1)面と酸化膜との界面においては表面準位が発生しにくい。そのため、(000−1)面に酸化膜が形成されることにより、レーザ光の発光効率を十分に向上させることが可能となる。
また、第5の実施の形態では、後面1Baを覆うようにAlN膜241が形成されている。すなわち、Ga極性面である(0001)面に窒化膜が形成されている。この場合、後面1BaとAlN膜241との界面において、Ga原子とO原子との結合に起因した表面準位の発生が防止される。それにより、後面1BaとAlN膜241との界面の表面準位でレーザ光が吸収されることが防止される。したがって、レーザ光の発光効率を十分に向上させることが可能となる。
第6の実施の形態では、(000−1)面からなる光出射面1Faには、酸素の組成比が窒素の組成比よりも大きい酸化膜であるAlOXNY膜(X>Y)231aが形成される。それにより、レーザ光の発光効率を十分に向上させることが可能となる。また、(0001)面からなる後面1Baには、窒素の組成比が酸素の組成比よりも大きい窒化膜であるAlOXNY膜(X<Y)241aが形成される。それにより、レーザ光の発光効率を十分に向上させることが可能となる。また、第1または第2の保護膜の屈折率を、窒素と酸素の組成比により、容易に変えることができ、保護膜の設計の自由度を上げることができる。
第7の実施の形態では、(000−1)面からなる光出射面1Faには、酸化膜であるAl2O3膜231bが形成される。それにより、レーザ光の発光効率を十分に向上させることが可能となる。また、(0001)面からなる後面1Baには、窒化膜であるAlN膜241bが形成される。それにより、レーザ光の発光効率を十分に向上させることが可能となる。
第8の実施の形態では、(000−1)面からなる光出射面1Faには、酸素の組成比が窒素の組成比よりも大きい酸化膜であるAlOXNY膜(X>Y)231cが形成される。それにより、レーザ光の発光効率を十分に向上させることが可能となる。また、(0001)面からなる後面1Baには、窒素の組成比が酸素の組成比よりも大きい窒化膜であるAlOXNY膜(X<Y)241cが形成される。それにより、レーザ光の発光効率を十分に向上させることが可能となる。また、第1または第2の保護膜の屈折率を、窒素と酸素の組成比により、容易に変えることができ、保護膜の設計の自由度を上げることができる。
(b)(000−1)面が光出射面1Faであることの効果
Ga極性面である(0001)面は、その表面がGa原子で覆われやすく、酸化されやすい特性を有する。一方、N極性面である(000−1)面は、その表面がN原子で覆われやすく、酸化されにくい特性を有する。
本実施の形態では、(000−1)面が光出射面1Faとなる。それにより、光出射面1Faが酸化により劣化することが抑制される。したがって、窒化物系半導体レーザ素子1のレーザ特性を安定に維持することができ、安定した高出力動作を実現することができる。
さらに、本実施の形態では、井戸層106bとしてアンドープIn0.15Ga0.85Nを用いる。このように、井戸層106bのIn組成比がGa組成比よりも極めて小さい場合には、光出射面1Faおよび後面1Baにおける活性層106の凹凸が大きくなることが十分に抑制される。
これにより、(0001)面よりも大きな凹凸が発生しやすい(000−1)面においても、凹凸が大きくなることが防止される。その結果、光出射面1Faから出射されるレーザ光の散乱が低減され、リップルの少ない良好な遠視野像が得られる。
13.第5〜第8の実施の形態の変形例
次に、第5〜第8の実施の形態の変形例について説明する。上記実施の形態の窒化物系半導体レーザ素子1と本例の窒化物系半導体レーザ素子1とが異なる点は以下の点である。
本例では、n型クラッド層103およびp型クラッド層109としてAl0.03Ga0.97Nを用いる。n型クラッド層103へのSiのドーピング量およびp型クラッド層109へのMgのドーピング量は、上記実施の形態と同様である。また、n型クラッド層103およびp型クラッド層109のキャリア濃度および厚みは、上記実施の形態と同様である。
また、本例では、n型キャリアブロック層104としてn型Al0.10Ga0.90Nを用い、n型光ガイド層105としてn型In0.05Ga0.95Nを用いる。n型キャリアブロック層104およびn型光ガイド層105へのMgのドーピング量は第2の実施の形態と同様である。また、n型キャリアブロック層104およびn型光ガイド層105のキャリア濃度および厚みは、上記実施の形態と同様である。
また、本例では、活性層106として、アンドープIn0.25Ga0.75Nからなる3つの障壁層106aとアンドープIn0.55Ga0.45Nからなる2つの井戸層106bとが交互に積層されたMQW構造の活性層106を用いる。各障壁層106aおよび各井戸層106bの厚みは上記実施の形態と同様である。
また、本例では、p型光ガイド層107としてp型In0.05Ga0.95Nを用い、p型キャップ層108としてp型Al0.10Ga0.90Nを用いる。p型光ガイド層107およびp型キャップ層108へのMgのドーピング量は第2の実施の形態と同様である。また、p型光ガイド層107およびp型キャップ層108のキャリア濃度および厚みは上記実施の形態と同様である。
本例では、活性層106に含まれるIn組成比がGa組成比よりも大きい。この場合、光出射面1Faにおける活性層106の部分がより酸化されやすい。そこで、酸化されにくい(000−1)面を光出射面1Faとすることにより、光出射面1Faが酸化により劣化することを抑制することができる。したがって、窒化物系半導体レーザ素子1のレーザ特性を安定に維持することができ、安定した高出力動作を実現することができる。
14.他の実施の形態
(1)上記実施の形態では、第1〜第4の誘電体多層膜210,220,230,240における酸化膜がAl2O3により形成され、窒化膜がAlNにより形成され、酸窒化膜がAlOXNYにより形成されているが、これに限定されない。第1〜第4の誘電体多層膜210,220,230,240における酸化膜が、例えば、Al2O3、SiO2、ZrO2、Ta2O5、HfO2およびAlSiOXのうちいずれか1つまたは複数により形成されてもよい。ここで、Xは0より大きい実数である。また、第1〜第4の誘電体多層膜210,220,230,240における窒化膜が、例えば、AlNおよびSi3N4のうち一方または両方により形成されてもよい。さらに、酸窒化膜が、例えば、AlOXNY、SiOXNYおよびTaOXNYのうちの1つまたは複数により形成されてもよい。ここで、XおよびYは0より大きい実数である。
上記実施の形態において、AlOXNY膜(X<Y)211a,212b,222b,221c,222c,241a,232b,242b,232c,241cにおける窒素Nの組成比と酸素Oの組成比との比は、例えば54(%):46(%)である。
上記実施の形態では、低屈折率膜の材料としてSiO2が用いられ、高屈折率膜の材料としてTiO2が用いられているが、これに限定されない。低屈折率膜の材料としてMgF2またはAl2O3等の他の材料を用いてもよい。高屈折率膜の材料としてZrO2、Ta2O5、CeO2、Y2O3、Nb2O5またはHfO2等の他の材料を用いてもよい。
(2)光出射面1Fおよび後面1Bの少なくとも一方または光出射面1Faおよび後面1Baの少なくとも一方をへき開によって形成する場合、活性層106の主面は、(H、K、−H−K、0)面から±約0.3度の範囲の任意の面方位を有してもよい。なお、HおよびKは任意の整数であり、HおよびKの少なくとも一方は0以外の整数である。また、へき開により形成された光出射面1F,1Faおよび後面1B,1Baは、それぞれ、(0001)面および(000−1)面から±約0.3度の範囲の任意の面方位を有してもよい。
また、光出射面1F,1Faおよび後面1B,1Baをエッチング、研磨または選択成長等のへき開以外の方法により形成する場合、光出射面1F,1Faおよび後面1B,1Baは、それぞれ、(0001)面および(000−1)面から±約25度の範囲の任意の面方位を有してもよい。ただし、光出射面1F,1Faおよび後面1B,1Baは、活性層106の主面に対して略垂直(90度±約5度)であることが望ましい。
(3)基板101、n型層102、n型クラッド層103、n型キャリアブロック層104、n型光ガイド層105、活性層106、p型光ガイド層107、p型キャップ層108、p型クラッド層109およびp型コンタクト層110には、Ga、Al、In、TlおよびBのうち少なくとも一つを含む13族元素の窒化物を用いることができる。具体的には、各層の材料として、AlN、InN、BN、TlN、GaN、AlGaN、InGaN、InAlGaNまたはこれらの混晶からなる窒化物系半導体を用いることができる。
(4)第1、第3、第5及び第7の実施形態に関して、一端面(0001)面において、半導体に接する1層目の保護膜としてAlN膜を形成する場合、AlN膜が[0001]方向に高い配向を持つように形成することが好ましい。この場合、[0001]方向への熱伝導率が高まり、半導体界面での温度上昇を抑制することが可能となり、信頼性を向上させることができる。
また、第5の実施形態のように、1層目の保護膜以外の層として更に第2のAlN膜が形成されている場合については、1層目の第1のAlN膜と第2のAlN膜の配向方向は必ずしも一致する必要はなく、また、1層目の第1のAlN膜のように配向性を必ずしもを高くする必要はない。
1. First embodiment
(1) Structure of nitride semiconductor laser device
1 and 2 are longitudinal sectional views of the nitride-based semiconductor laser device according to the first embodiment. The A1-A1 line in FIG. 1 indicates the vertical cross-sectional position in FIG. 2, and the A2-A2 line in FIG. 2 indicates the vertical cross-sectional position in FIG.
As shown in FIGS. 1 and 2, the nitride-based
The
On the upper surface of the
On the n-
On the n-
On the n-type
An
A p-type
On the p-type
On the p-
Here, the p-
The thickness of the
On the
A ridge portion Ri is constituted by the
An
A
A
An n-
N-
Here, of the pair of resonator surfaces of the nitride-based
As shown in FIG. 2, the
A first
On the other hand, a second
Al 2 O 3 The
When a voltage is applied between the
In the present embodiment, as described above, the first
(2) Details of
3 and 4 are partially enlarged cross-sectional views of the nitride-based
As shown in FIGS. 3 and 4, the
The depth D1 (FIG. 3) of the concave and convex portions of the unevenness of the
The reason why irregularities are formed in the
Here, the composition of the
As the In composition ratio of the
In particular, the (000-1) plane of the nitride-based semiconductor layer is chemically more unstable than the (0001) plane. Therefore, the difference in etching amount between the
When the depth of the concave and convex portions on the cavity surface increases, the laser light is greatly scattered by the concave and convex portions. In the present embodiment, since the
(3) Manufacturing method of nitride-based
A method for manufacturing the nitride-based
First, a
An n-
The thickness of the
Thereafter, p-type annealing treatment and formation of the ridge Ri in FIG. 1 are performed. In addition, the
Subsequently, the resonator surfaces (
A scribe flaw extending in the [1-100] direction is formed on the
Next, the
Thereafter, the separated
ECR plasma is irradiated to the
Similarly, the
Thus, by cleaning the
Thereafter, the rod-shaped
2. Second embodiment
The nitride semiconductor laser element according to the second embodiment will be described while referring to differences from the nitride
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a nitride-based semiconductor laser device according to the second embodiment. FIG. 5 shows a longitudinal sectional view of the nitride-based
A first
AlO X N Y Film 211a and Al 2 O 3 The film thickness of the
On the other hand, a second
AlO X N Y The film thickness of the
3. Third embodiment
The nitride semiconductor laser element according to the third embodiment will be described while referring to differences from the nitride
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a nitride-based semiconductor laser device according to the third embodiment. FIG. 6 shows a longitudinal sectional view of the nitride-based
A first
On the other hand, a second
Al 2 O 3 Film 221b, AlO X N Y Film 222b and Al 2 O 3 The film thickness of the
4). Fourth embodiment
The nitride semiconductor laser element according to the fourth embodiment will be described while referring to differences from the nitride
FIG. 7 is a longitudinal sectional view of a nitride-based semiconductor laser device according to the fourth embodiment. FIG. 7 shows a longitudinal sectional view of the nitride-based
A first
AlO X N Y Film 211c, AlO X N Y Film 212c and Al 2 O 3 The film thickness of the
On the other hand, a second
AlO X N Y Film (X> Y) 221c and AlO X N Y The film thickness (X <Y) 222c is about 30 nm and about 30 nm. The
5). Correspondence between each component of claim and each part of embodiment
Hereinafter, although the example of a response | compatibility with each component of a claim and each part of embodiment is demonstrated, this invention is not limited to the following example.
In the first to fourth embodiments, the optical waveguide WG is an example of an optical waveguide extending in the [0001] direction, the
The
In the first embodiment, the
As each constituent element in the claims, various other elements having configurations or functions described in the claims can be used.
6). Effects in the first to fourth embodiments
In the nitride-based semiconductor laser devices according to the first to fourth embodiments, a pair of optical waveguides in which one end surface composed of the (0001) plane and the other end surface composed of the (000-1) plane extend in the [0001] direction. The laser beam is emitted from one end surface and the other end surface.
Since one end face made of the (0001) plane is a group 13 element polar plane, it is easily covered with a group 13 element such as gallium. Here, since the first protective film containing nitrogen as a constituent element is provided on one end face, a surface level is generated at the interface between the one end face and the first protective film due to the bond between the group 13 element and oxygen. Is prevented. This prevents the laser light from being absorbed at the surface level at the interface between the one end face and the first protective film.
On the other hand, the other end surface composed of the (000-1) plane is a nitrogen polar surface and is therefore easily covered with nitrogen atoms. Therefore, the surface level due to the bond between the group 13 element and oxygen is unlikely to occur on the other end surface. A second protective film containing oxygen as a constituent element is provided on the other end surface. When the second protective film contains oxygen as a constituent element, the absorption of laser light is smaller than when nitrogen is contained as a constituent element. Therefore, absorption of laser light by the second protective film is suppressed.
As a result, the light emission efficiency of the laser light can be sufficiently improved.
Further, the intensity of the laser beam emitted from the one end surface is greater than the intensity of the laser beam emitted from the other end surface.
In this case, one end surface composed of the (0001) plane is the main light exit surface. Here, the one end face is chemically stable as compared to the other end face composed of the (000-1) plane. Therefore, at the time of manufacture, the (0001) plane is less likely to have a concavo-convex shape than the (000-1) plane. Thereby, the laser beam is hardly scattered on one end face. Therefore, a good far-field image with little ripple can be obtained efficiently.
The part of the one end face in the optical waveguide and the part of the other end face in the optical waveguide each have a concavo-convex shape, and the depth of the concavo-convex recess on the one end face is smaller than the depth of the concavo-convex recess on the other end face.
In this case, since the laser beam is not easily scattered on the one end face, a good far-field image with little ripple can be efficiently obtained from the one end face.
(A) Effects relating to the protective film covering the
In the first embodiment, the
In the first embodiment, Al is covered so as to cover the
In the second embodiment, AlO, which is a nitride film in which the nitrogen composition ratio is larger than the oxygen composition ratio, is formed on the
In the third embodiment, an
In the fourth embodiment, AlO, which is a nitride film in which the nitrogen composition ratio is larger than the oxygen composition ratio, is formed on the
(B) Effect of (0001) plane being
In the present embodiment, since the (0001) plane is the
In addition, since the second
7). Fifth embodiment
(1) Structure of nitride semiconductor laser device
The nitride semiconductor laser element according to the fifth embodiment will be described while referring to differences from the nitride
FIG. 8 is a longitudinal sectional view of a nitride semiconductor laser element according to the fifth embodiment. FIG. 8 shows a longitudinal sectional view of the nitride-based
As shown in FIG. 8, in this nitride-based
A third
Al 2 O 3 Film 231,
A fourth
The film thickness of the
In nitride-based
In the present embodiment, as described above, the third
Here, in this embodiment, the undoped In as the
Thus, in the nitride-based
(2) Manufacturing method of nitride-based
The manufacturing method of the nitride-based
At the time of manufacturing the nitride-based
Thereafter, the third
Thereafter, the rod-shaped
8). Sixth embodiment
The nitride semiconductor laser element according to the sixth embodiment will be described while referring to differences from the nitride
FIG. 9 is a longitudinal sectional view of a nitride-based semiconductor laser device according to the sixth embodiment. FIG. 9 shows a longitudinal sectional view of the nitride-based
A third
AlO X N Y Film 231a and Al 2 O 3 The film thickness of the
A fourth
AlO X N Y The film thickness of the
9. Seventh embodiment
The nitride semiconductor laser element according to the seventh embodiment will be described while referring to differences from the nitride
FIG. 10 is a longitudinal sectional view of a nitride-based semiconductor laser device according to the seventh embodiment. FIG. 10 shows a longitudinal sectional view of the nitride-based
A third
Al 2 O 3 Film 231b, AlO X N Y Film 232b and Al 2 O 3 The film thickness of the
A fourth
10. Eighth embodiment
The nitride semiconductor laser element according to the eighth embodiment will be described while referring to differences from the nitride
FIG. 11 is a longitudinal sectional view of a nitride semiconductor laser element according to the eighth embodiment. FIG. 11 shows a longitudinal sectional view of the nitride-based
A third
AlO X N Y Film 231c, AlO X N Y Film 232c and Al 2 O 3 The film thickness of the
A fourth
AlO X N Y Film 241c and AlO X N Y The film thickness of the
11. Correspondence between each component of claim and each part of embodiment
Hereinafter, although the example of a response | compatibility with each component of a claim and each part of embodiment is demonstrated, this invention is not limited to the following example.
In the fifth to eighth embodiments, the optical waveguide WG is an example of an optical waveguide extending in the [0001] direction, the rear surface 1Ba is an example of one end surface composed of a (0001) plane, and the light emitting surface 1Fa. Is an example of the other end surface composed of the (000-1) plane.
Further, the light exit surface 1Fa and the rear surface 1Ba are examples of resonator surfaces, and an n-
In the fifth embodiment, Al 2 O 3 The
As each constituent element in the claims, various other elements having configurations or functions described in the claims can be used.
12 Effects in the fifth to eighth embodiments
In the nitride-based semiconductor laser devices according to the fifth to eighth embodiments, a pair of optical waveguides in which one end face composed of the (0001) plane and the other end face composed of the (000-1) plane extend in the [0001] direction. The laser beam is emitted from one end surface and the other end surface.
Since one end face made of the (0001) plane is a group 13 element polar plane, it is easily covered with a group 13 element such as gallium. Here, since the first protective film containing nitrogen as a constituent element is provided on one end face, a surface level is generated at the interface between the one end face and the first protective film due to the bond between the group 13 element and oxygen. Is prevented. This prevents the laser light from being absorbed at the surface level at the interface between the one end face and the first protective film.
On the other hand, the other end surface composed of the (000-1) plane is a nitrogen polar surface and is therefore easily covered with nitrogen atoms. Therefore, the surface level due to the bond between the group 13 element and oxygen is unlikely to occur on the other end surface. A second protective film containing oxygen as a constituent element is provided on the other end surface. When the second protective film contains oxygen as a constituent element, the absorption of laser light is smaller than when nitrogen is contained as a constituent element. Therefore, absorption of laser light by the second protective film is suppressed.
As a result, the light emission efficiency of the laser light can be sufficiently improved.
Further, the intensity of the laser beam emitted from the other end surface is larger than the intensity of the laser beam emitted from the one end surface.
In this case, the other end surface composed of the (000-1) plane is the main light exit surface. Here, the one end face composed of the (0001) plane is easily covered with the group 13 element, and thus has a characteristic of being easily oxidized. On the other hand, the other end surface composed of the (000-1) plane is easily covered with nitrogen atoms, and therefore has a characteristic that it is difficult to be oxidized. As a result, deterioration of the main light exit surface due to oxidation is suppressed, and stable high output operation can be realized.
(A) Effects relating to a protective film covering the light emitting surface 1Fa and the rear surface 1Ba
In the fifth embodiment, Al is covered so as to cover the light emitting surface 1Fa. 2 O 3 A
In the fifth embodiment, the
In the sixth embodiment, AlO, which is an oxide film in which the composition ratio of oxygen is larger than the composition ratio of nitrogen, is formed on the light exit surface 1Fa composed of the (000-1) plane. X N Y A film (X> Y) 231a is formed. Thereby, it is possible to sufficiently improve the light emission efficiency of the laser beam. In addition, on the rear surface 1Ba made of the (0001) plane, AlO which is a nitride film in which the nitrogen composition ratio is larger than the oxygen composition ratio. X N Y A film (X <Y) 241a is formed. Thereby, it is possible to sufficiently improve the light emission efficiency of the laser beam. Further, the refractive index of the first or second protective film can be easily changed by the composition ratio of nitrogen and oxygen, and the degree of freedom in designing the protective film can be increased.
In the seventh embodiment, Al, which is an oxide film, is formed on the light exit surface 1Fa composed of the (000-1) plane. 2 O 3 A
In the eighth embodiment, AlO, which is an oxide film in which the composition ratio of oxygen is larger than the composition ratio of nitrogen, is formed on the light exit surface 1Fa composed of the (000-1) plane. X N Y A film (X> Y) 231c is formed. Thereby, it is possible to sufficiently improve the light emission efficiency of the laser beam. In addition, on the rear surface 1Ba made of the (0001) plane, AlO which is a nitride film in which the nitrogen composition ratio is larger than the oxygen composition ratio. X N Y A film (X <Y) 241c is formed. Thereby, it is possible to sufficiently improve the light emission efficiency of the laser beam. Further, the refractive index of the first or second protective film can be easily changed by the composition ratio of nitrogen and oxygen, and the degree of freedom in designing the protective film can be increased.
(B) Effect of (000-1) plane being light exit surface 1Fa
The (0001) plane, which is a Ga polar plane, has a characteristic that its surface is easily covered with Ga atoms and is easily oxidized. On the other hand, the (000-1) plane, which is an N polar plane, has a characteristic that its surface is easily covered with N atoms and is not easily oxidized.
In the present embodiment, the (000-1) plane is the light exit surface 1Fa. Thereby, it is suppressed that the light emission surface 1Fa is deteriorated by oxidation. Therefore, the laser characteristics of the nitride-based
Furthermore, in this embodiment, undoped In is used as the
As a result, it is possible to prevent the unevenness from becoming large even on the (000-1) plane where unevenness larger than that on the (0001) plane is likely to occur. As a result, the scattering of the laser light emitted from the light emitting surface 1Fa is reduced, and a good far-field image with little ripple is obtained.
13. Modified examples of the fifth to eighth embodiments
Next, modified examples of the fifth to eighth embodiments will be described. The differences between the nitride
In this example, the n-
In this example, n-type Al is used as the n-type
In this example, as the
In this example, the p-type
In this example, the In composition ratio contained in the
14 Other embodiments
(1) In the above embodiment, the oxide film in the first to fourth dielectric
In the above embodiment, AlO X N Y The ratio of the composition ratio of nitrogen N to the composition ratio of oxygen O in the film (X <Y) 211a, 212b, 222b, 221c, 222c, 241a, 232b, 242b, 232c, 241c is, for example, 54 (%): 46 ( %).
In the above embodiment, the material for the low refractive index film is SiO. 2 As a material for the high refractive index film, TiO 2 However, it is not limited to this. MgF as material for low refractive index film 2 Or Al 2 O 3 Other materials such as may be used. ZrO as a material for high refractive index film 2 , Ta 2 O 5 , CeO 2 , Y 2 O 3 , Nb 2 O 5 Or HfO 2 Other materials such as may be used.
(2) When at least one of the
When the
(3)
(4) Regarding the first, third, fifth, and seventh embodiments, when an AlN film is formed on the one end face (0001) surface as the first protective film in contact with the semiconductor, the AlN film is [0001]. It is preferable to form so as to have a high orientation in the direction. In this case, the thermal conductivity in the [0001] direction is increased, the temperature rise at the semiconductor interface can be suppressed, and the reliability can be improved.
In the case where the second AlN film is further formed as a layer other than the first protective film as in the fifth embodiment, the first AlN film and the second AlN are formed as the first layer. The orientation directions of the films do not necessarily coincide with each other, and it is not always necessary to increase the orientation as in the first AlN film of the first layer.
本発明は、光ピックアップ装置、表示装置、光源等ならびにそれらの製造に有効に利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be effectively used for optical pickup devices, display devices, light sources, etc., and their production.
1 窒化物系半導体レーザ素子 1B,1Ba 後面
1F,1Fa 光出射面
101 n型GaN基板
106 活性層
106a 障壁層
106b 井戸層
210 第1の誘電体多層膜
211,223,232,241 AlN膜
212,221,231 Al2O3膜
220 第2の誘電体多層膜
222,242 反射膜
230 第3の誘電体多層膜
233 SiO2膜
240 第4の誘電体多層膜
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記窒化物系半導体層の前記一端面に設けられ、窒素を構成元素として含む第1の保護膜と、
前記窒化物系半導体層の前記他端面に設けられ、酸素を構成元素として含む第2の保護膜とを備えることを特徴とする窒化物系半導体レーザ素子。 A nitride-based semiconductor layer having an optical waveguide extending in the [0001] direction and having one end face made of a (0001) face and the other end face made of a (000-1) face as a resonator face;
A first protective film provided on the one end face of the nitride-based semiconductor layer and containing nitrogen as a constituent element;
A nitride-based semiconductor laser device comprising: a second protective film provided on the other end surface of the nitride-based semiconductor layer and containing oxygen as a constituent element.
前記一端面の凹凸形状の凹部の深さが前記他端面の凹凸形状の凹部の深さよりも小さいことを特徴とする請求項2記載の窒化物系半導体レーザ素子。 The part of the one end face in the optical waveguide and the part of the other end face in the optical waveguide each have an uneven shape,
3. The nitride-based semiconductor laser device according to claim 2, wherein a depth of the concave-convex recess on the one end surface is smaller than a depth of the concave-convex recess on the other end surface.
5. The nitride-based semiconductor laser device according to claim 1, wherein the second protective film further includes nitrogen as a constituent element, and a composition ratio of oxygen is larger than a composition ratio of nitrogen.
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