JP2011139110A - 半導体レーザ素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 共振器の少なくとも一端にコーティング膜が設けられ、前記コーティング膜は、前記共振器端面に形成される第1層と、該第1層上に形成される第2層とを有する半導体レーザ素子の製造方法において、前記第1層の光学厚さd1と前記第2層の光学厚さd2の和がレーザ光の波長の0.45倍から0.55倍の厚さであり、前記第1層と前記第2層の光学膜厚比d1/d2は、0.54≦d1/d2≦0.95、または1.05≦d1/d2≦1.86の関係となる設計値で、前記第1層と前記第2層とを成膜する。
【選択図】図1
Description
光ディスクに用いる単一横モード発振する高出力半導体レーザとして、GaAs基板上にGaInP/AlGaInP量子井戸構造を活性領域としたダブルヘテロ構造を形成した半導体レーザが知られている。(例えば、特許文献1参照)。
一方、共振器の端面に第1、第2の誘電体薄膜からなる反射防止膜を備えた光通信用の半導体レーザ装置が提案されている。(例えば、特許文献2参照)。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。
(1)本発明の半導体レーザ素子は、
第1導電型の半導体基板上に第1導電型のクラッド層、単一または多重の量子井戸構造からなる活性層、第2導電型のクラッド層を順次重ねた構造であり、
前記第2導電型のクラッド層は加工され、前記活性層上に形成される平坦層と、該平坦層上にストライプ状に突出形成されるリッジストライプ部とからなり、
前記平坦層上には前記リッジストライプ部の側面を被う第1導電型の電流ブロック層を有し、
前記リッジストライプ部及び前記電流ブロック層の上面側には第2導電型のコンタクト層が設けられ、
前記半導体基板の下面には第1の電極が形成されるとともに、前記コンタクト層の上面には第2の電極が形成され、
前記リッジストライプ部の両端面には前記半導体基板,前記第1導電型のクラッド層,前記活性層,前記第2導電型のクラッド層及び前記コンタクト層を被うコーティング膜(端面反射膜)を有し、
前記リッジストライプ部に対応する前記活性層部分で形成される共振器の端面からレーザ光を出射する半導体レーザ素子であって、
前記平坦層の厚さをhとし、前記リッジストライプ部のリッジ底部の幅をWsとした場合、Wsは1.0μm以上であり、h≧0.17(Ws−1)の関係にあり、0.1μm≦h≦0.35μmの関係にあり、
前記コーティング膜は、前記共振器端面に形成される第1層と、該第1層上に形成される第2層とで形成され、
前記第1層の厚さd1 と前記第2層の厚さd2 の和はレーザ光の波長の0.45倍から0.55倍の厚さになり、
前記コーティング膜の反射率は6〜9%になり、
前記半導体基板はn型GaAs、前記半導体基板の上面側に形成される各半導体層はAlGaInPまたはGaInPであり、波長が620〜700nmのレーザ光を出射する半導体レーザ素子である。
(b)コーティング膜の厚さはレーザ光の波長の0.45倍から0.55倍の厚さになり、かつコーティング膜の反射率は6〜9%と動作電流値を最も小さくできる状態で動作可能になり、消費電力の低減及び光出力向上が達成できる。
(c)光出力が高く、かつ高温時の発光特性が良好なため、CD,DVD,AV機器等の発光源に適した半導体レーザ素子となる。
(1)光出力の増大が可能になるシングルモード発振する赤色半導体レーザ素子を提供することができる。
(2)赤色半導体レーザ素子において、コーティング膜(端面反射膜)の製造ばらつきに起因する反射率の変動を改善することができる。
(3)高温域でも安定して高出力のレーザ光を出射できる赤色半導体レーザ素子を提供することができる。
(4)スロープ効率の向上や動作電流の低減を図ることができる赤色半導体レーザ素子を提供することができる。
(実施形態1)
図1乃至図11は本発明の一実施形態(実施形態1)である半導体レーザ素子に係わる図である。本実施形態1では第1導電型はn型、第2導電型はp型となり、波長(発振波長)が620〜700nm帯になる赤色半導体レーザ素子に本発明を適用した例について説明する。
図1及び図2に示すように、半導体レーザ素子1は第1導電型(n型)の半導体基板2、具体的にはn−GaAs基板2を基にして製造されている。n−GaAs基板2の上面(主面)上には、n−AlGaInPからなるクラッド層3が形成されるとともに、このn−クラッド層3上には活性層4が形成され、さらに活性層4上には第2導電型(p型)のAlGaInPからなるクラッド層5が形成されている。
また、n−電流ブロック層6及びリッジストライプ部5bの上面を被うように厚さ3μm程度のp−GaAsからなるコンタクト層7が設けられている。
半導体レーザ素子1は、各層の元素の混晶比等の選択によって、発振波長を620〜700nm程度の間で選択することができる。
半導体レーザの閾値(閾値電流)Ithは次式で与えられる。
高出力時の動作電流Iopは次式で与えられる。
(1)電流狭窄層(n−電流ブロック層6)に禁制帯幅が大きく、レーザ光に対して透明な材料を用いることにより、レーザ内部の光の損失を低減できるリアルガイド構造となるため、従来のGaAs電流ブロック層に代表されるロスガイドの導波路構造の素子に比べて低閾値化、高効率化の特性改善が図れる。この結果、光出力の増大を図ることができる。
図12は本発明の他の実施形態(実施形態2)である半導体レーザ素子の製造方法を示す工程断面図である。本実施形態2では実施形態1の半導体レーザ素子1において、リッジストライプ部5bとp−コンタクト層7との間にp−GaInPバッファ層40を設けて、p−コンタクト層7とリッジストライプ部5bとの間の階段状のバンドギャップの差を小さくしてヘテロ接合界面のポテンシャル障壁を低減し、シリーズ抵抗を低減する構造に本発明を適用した例である。
つぎに、MOCVD法によって、前記ウエハ2aの主面上にそれぞれ所定組成からなる半導体結晶を順次成長させ、n−クラッド層3,活性層4,p−クラッド層5,p−GaInPバッファ層40及びn−GaAsキャップ層22を順次重ねるように形成する。実施形態1の場合と異なる点はp−クラッド層5とn−GaAsキャップ層22との間にp−GaInPバッファ層40を設けることである。p−GaInPバッファ層40は、厚さが0.5μmのGa0.5In0.5Pからなっている。
図13は本発明の他の実施形態(実施形態3)である半導体レーザ素子の共振器に直交する面の模式的断面図、図14は半導体レーザ素子の共振器方向に沿う面の一部の模式的断面図である。
Claims (6)
- 共振器の少なくとも一端にコーティング膜が設けられ、
前記コーティング膜は、前記共振器端面に形成される第1層と、該第1層上に形成される第2層とを有する半導体レーザ素子の製造方法において、
前記第1層の光学厚さd1と前記第2層の光学厚さd2の和がレーザ光の波長の0.45倍から0.55倍の厚さであり、
前記第1層と前記第2層の光学膜厚比d1/d2は、0.54≦d1/d2≦0.95、または1.05≦d1/d2≦1.86の関係となる設計値で、前記第1層と前記第2層とを成膜することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。 - 前記第1層の屈折率nd1は前記第2層の屈折率nd2よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
- 前記第1層は屈折率が1.6≦nd1≦2.4となる誘電体膜であり、
前記第2層は屈折率が1.2≦nd2≦2.0となる誘電体膜であり、
前記両膜の厚さ比率が選択され、前記コーティング膜の反射率が1〜30%のうちのいずれかの数値の反射率になっていることを特徴とする請求項2に記載の半導体レーザ素子の製造方法。 - 前記コーティング膜の反射率が6〜9%になっていることを特徴とする請求項3に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
- 波長600nm〜700nmの光に対する、前記コーティング膜の反射率が、7.5〜8.8%になってい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の製造方法。
- 前記第1層は、SiNx膜であり、
前記第2層は、SiO2膜であ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の製造方法。
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