JP2013251428A - Semiconductor laser element, semiconductor laser device equipped with the same and semiconductor laser element manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、半導体レーザ素子及びこれを備えた半導体レーザ装置、半導体レーザ素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser element, a semiconductor laser device including the same, and a method for manufacturing the semiconductor laser element.
近年、光ディスク装置用の光源として各種の半導体レーザ素子が広範囲に利用されている。例えば、CD(Compact Disc)及びDVD(Digital Versatile Disc)用の光源としては砒化アルミニウムガリウム(AlGaAs)系または燐化アルミニウムガリウムインジウム(AlGaInP)系の半導体レーザ素子が主に用いられている。また例えば、BD(Blu-ray Disc(商標))用としては窒化ガリウム(GaN)等のIII−V族窒化物半導体を利用した青紫色半導体レーザ素子が主に用いられている。 In recent years, various semiconductor laser elements have been widely used as light sources for optical disk devices. For example, as a light source for CD (Compact Disc) and DVD (Digital Versatile Disc), an aluminum gallium arsenide (AlGaAs) or aluminum gallium indium phosphide (AlGaInP) semiconductor laser element is mainly used. For example, a blue-violet semiconductor laser element using a group III-V nitride semiconductor such as gallium nitride (GaN) is mainly used for BD (Blu-ray Disc (trademark)).
これらの半導体レーザ素子は高い光出力で発光させるとCOD(Catastrophic Optical Damage:半導体レーザ素子端面の光学破壊)が発生し易くなり、半導体レーザ素子の信頼性が低下することが知られている。したがって、半導体レーザ素子の高出力化と、安定性、信頼性及び耐久性の向上とを両立させるためには、CODレベルを向上させることが不可欠となっている。 It is known that when these semiconductor laser elements emit light with high light output, COD (Catastrophic Optical Damage) is likely to occur, and the reliability of the semiconductor laser element decreases. Therefore, it is indispensable to improve the COD level in order to achieve both high output of the semiconductor laser element and improvement of stability, reliability and durability.
そこで、半導体レーザ素子におけるCODレベルの向上を図った技術が提案され、その従来技術が特許文献1に開示されている。特許文献1に記載された従来の半導体レーザ素子はその端面、すなわち共振器端面に結晶構造を有する複数の保護膜を備えている。
Therefore, a technique for improving the COD level in the semiconductor laser element has been proposed, and the conventional technique is disclosed in
光ディスク装置用の光源として半導体レーザ素子を利用する場合、半導体レーザ素子を一定の光出力で発光させることが必要である。半導体レーザ素子の光出力を一定に保つためには、一般的にフォトダイオードを用いて高反射率を有する共振器端面から出射される光をモニタリングして光の出力制御を実行している。 When a semiconductor laser element is used as a light source for an optical disk device, it is necessary to cause the semiconductor laser element to emit light with a constant light output. In order to keep the light output of the semiconductor laser element constant, generally, light output control is executed by monitoring light emitted from a resonator end face having a high reflectance using a photodiode.
一方、半導体レーザ素子の高出力化やチップの縮小化が進むにつれ、一定電流での長期通電試験時にフォトダイオードに流れる電流値が大きく変動し、光出力の安定性に欠けるという課題が生じた。 On the other hand, as the output of the semiconductor laser device is increased and the size of the chip is reduced, the current value flowing through the photodiode greatly fluctuates during a long-term energization test with a constant current, resulting in a problem that the light output is not stable.
本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、一定電流での長期通電試験時にフォトダイオードに流れる電流の変動を抑制することができ、安定した光出力で発光させることが可能な半導体レーザ素子及びこれを備えた半導体レーザ装置、半導体レーザ素子の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and can suppress fluctuations in the current flowing through a photodiode during a long-term energization test at a constant current and can emit light with a stable light output. An object is to provide an element, a semiconductor laser device including the element, and a method for manufacturing the semiconductor laser element.
上記の課題を解決するため、本発明の半導体レーザ素子は、複数の半導体層を積層して形成した半導体積層部と、前記半導体積層部の端部に形成された前記半導体層の積層方向と平行をなす端面と、前記端面を覆う三層以上の保護膜を積層して形成した保護膜積層部と、を備え、前記保護膜積層部は、少なくとも一組の連続する三層の前記保護膜のうち中間一層の前記保護膜が隣接する他の二層の前記保護膜各々が含有する材料を用いて形成されることを特徴としている。 In order to solve the above problems, a semiconductor laser device according to the present invention includes a semiconductor laminated portion formed by laminating a plurality of semiconductor layers, and parallel to the lamination direction of the semiconductor layers formed at end portions of the semiconductor laminated portion. And a protective film laminated portion formed by laminating three or more protective films covering the end surface, and the protective film laminated portion comprises at least one set of three consecutive protective films. Among these, the protective film of the intermediate layer is formed using a material contained in each of the two other protective films adjacent to each other.
また本発明の半導体レーザ素子は、複数の半導体層を積層して形成した半導体積層部と、前記半導体積層部の端部に形成された前記半導体層の積層方向と平行をなす端面と、前記端面を覆う三層以上の保護膜を積層して形成した保護膜積層部と、を備え、前記保護膜積層部は、少なくとも一組の連続する二層の前記保護膜各々が第一材料及び第二材料を含有して形成されるとともに一方の前記保護膜が第二材料より第一材料のほうが含有割合が高く、他方の前記保護膜が第一材料より第二材料のほうが含有割合が高いことを特徴としている。 According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor laser device comprising: a semiconductor laminated portion formed by laminating a plurality of semiconductor layers; an end face parallel to a lamination direction of the semiconductor layer formed at an end of the semiconductor laminated portion; and the end face A protective film laminate formed by laminating three or more protective films covering the protective film, wherein the protective film laminate includes at least one set of two consecutive protective films each including the first material and the second protective film. It is formed containing a material and one of the protective films has a higher content ratio of the first material than the second material, and the other protective film has a higher content ratio of the second material than the first material. It is a feature.
これらの構成によれば、上記一組の連続する三層の保護膜のうち中間一層の保護膜が他の二層の保護膜材料の拡散に起因する光の反射率の変動を抑制する。また、第一材料及び第二材料を含有して形成される上記一組の連続する二層の保護膜各々が他の保護膜材料の拡散に起因する光の反射率の変動を抑制する。したがって、一定電流での長期通電試験時にフォトダイオードに流れる電流の変動が抑制される。 According to these configurations, the intermediate protective film of the set of three consecutive protective films suppresses fluctuations in light reflectance caused by diffusion of the other two protective film materials. Further, each of the set of two successive protective films formed by containing the first material and the second material suppresses fluctuations in the reflectance of light caused by the diffusion of the other protective film material. Therefore, fluctuations in the current flowing through the photodiode during a long-term energization test with a constant current are suppressed.
また、上記構成の半導体レーザ素子において、前記保護膜がSi、Mg、Al、Hf、Nb、Zr、Sc、Ta、Ga、Zn、Y、B、Tiの酸化物またはそれらの窒化物またはそれらのフッ化物からなることを特徴としている。この構成によれば、光の反射率の変動が抑制される。 Further, in the semiconductor laser device having the above configuration, the protective film may be an oxide of Si, Mg, Al, Hf, Nb, Zr, Sc, Ta, Ga, Zn, Y, B, Ti, or a nitride thereof or an oxide thereof. It is characterized by being made of fluoride. According to this configuration, fluctuations in light reflectance are suppressed.
また、上記構成の半導体レーザ素子において、前記保護膜積層部の形成に用いる前記保護膜各々が含有する材料のうち気体成分は同一であることを特徴としている。この構成によれば、光の反射率の変動が抑制されることに加えて、保護膜を形成する工程が容易になる。 Further, in the semiconductor laser device having the above-described configuration, the gas component is the same among the materials contained in each of the protective films used for forming the protective film laminated portion. According to this configuration, in addition to suppressing fluctuations in the reflectance of light, the process of forming the protective film is facilitated.
また、上記構成の半導体レーザ素子において、前記一組の連続する前記保護膜を前記保護膜積層部において前記端面に最も近接させて配置したことを特徴としている。保護膜積層部のうち端面に近接する保護膜が光や熱による影響を最も受け易いので、この構成によれば、光の反射率の変動を抑制する作用が向上する。 In the semiconductor laser device having the above-described configuration, the set of continuous protective films is arranged closest to the end face in the protective film laminated portion. Since the protective film adjacent to the end face in the protective film laminated portion is most susceptible to light and heat, this configuration improves the effect of suppressing fluctuations in light reflectance.
また、上記構成の半導体レーザ素子において、前記端面は主としてレーザ光が出射される側である出射側端面と、その反対側である反射側端面とを含み、前記保護膜積層部を前記出射側端面及び前記反射側端面の各々に形成し、前記出射側端面の前記保護膜積層部と前記反射側端面の前記保護膜積層部との光の反射率が互いに異なることを特徴としている。 Further, in the semiconductor laser device having the above-described configuration, the end surface mainly includes an emission side end surface that is a side from which laser light is emitted, and a reflection side end surface that is the opposite side, and the protective film stack is disposed on the emission side end surface. And formed on each of the reflection side end faces, the light reflectance of the protective film lamination portion on the emission side end face and the protection film lamination portion on the reflection side end face are different from each other.
また本発明では、半導体レーザ装置が上記半導体レーザ素子を備えることとした。この構成によれば、半導体レーザ装置において一定電流での長期通電試験時にフォトダイオードに流れる電流の変動が抑制される。 In the present invention, a semiconductor laser device includes the semiconductor laser element. According to this configuration, fluctuations in the current flowing through the photodiode during a long-term energization test with a constant current in the semiconductor laser device are suppressed.
また、上記の課題を解決するため、本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、複数の半導体層を積層して半導体積層部を形成する工程と、前記半導体積層部に前記半導体層の積層方向と平行をなす端面を形成する工程と、三層以上の保護膜を積層して前記端面を覆う保護膜積層部を形成する工程と、を含み、前記保護膜積層部は、少なくとも一組の連続する三層の前記保護膜のうち中間一層の前記保護膜が隣接する他の二層の前記保護膜各々が含有する材料を用いて形成されることを特徴としている。 In order to solve the above problems, a method of manufacturing a semiconductor laser device according to the present invention includes a step of stacking a plurality of semiconductor layers to form a semiconductor stacked portion, a stacking direction of the semiconductor layers in the semiconductor stacked portion, and Forming a parallel end face; and forming a protective film laminate portion covering the end face by laminating three or more protective films, wherein the protective film laminate portion is at least one set of continuous layers. Among the three protective films, the intermediate protective film is formed using a material contained in each of the two adjacent protective films adjacent to each other.
また本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、複数の半導体層を積層して半導体積層部を形成する工程と、前記半導体積層部に前記半導体層の積層方向と平行をなす端面を形成する工程と、三層以上の保護膜を積層して前記端面を覆う保護膜積層部を形成する工程と、を含み、前記保護膜積層部は、少なくとも一組の連続する二層の前記保護膜各々が第一材料及び第二材料を含有して形成されるとともに一方の前記保護膜が第二材料より第一材料のほうが含有割合が高く、他方の前記保護膜が第一材料より第二材料のほうが含有割合が高いことを特徴としている。 The method of manufacturing a semiconductor laser device of the present invention includes a step of stacking a plurality of semiconductor layers to form a semiconductor stacked portion, and a step of forming an end surface parallel to the stacking direction of the semiconductor layers in the semiconductor stacked portion. Laminating three or more protective films to form a protective film laminated portion that covers the end face, and the protective film laminated portion includes at least one set of two successive protective films each of which is a first layer. It is formed containing one material and a second material, and one of the protective films contains a higher proportion of the first material than the second material, and the other protective film contains the second material more than the first material. It is characterized by a high percentage.
本発明の構成によれば、半導体レーザ素子の端面における保護膜材料の拡散に起因する光の反射率の変動を抑制することができる。したがって、一定電流での長期通電試験時にフォトダイオードに流れる電流の変動を抑制することができ、安定した光出力で発光させることが可能な半導体レーザ素子及びこれを備えた半導体レーザ装置、半導体レーザ素子の製造方法を提供することができる。 According to the configuration of the present invention, it is possible to suppress fluctuations in the reflectance of light caused by the diffusion of the protective film material on the end face of the semiconductor laser element. Therefore, a semiconductor laser element capable of suppressing fluctuations in the current flowing through the photodiode during a long-term energization test at a constant current and capable of emitting light with a stable light output, and a semiconductor laser device and a semiconductor laser element including the semiconductor laser element The manufacturing method of can be provided.
本発明を実施するに先立って、フォトダイオードのモニタ電流の変動が起きたサンプルの解析を実施した。半導体レーザ素子を長期駆動させた場合、駆動初期にモニタ電流が大きく変動し、駆動時間が経過するとモニタ電流の変動は小さくなるという結果が得られた。また、モニタ電流の変動の原因を解明するために変動の起きた素子を解析した結果、保護膜の材料が他の保護膜や半導体層へ拡散していることが判明した。この拡散現象は、レーザ発振の際に発生する熱や光の影響によって引き起こされている。特に、半導体レーザ素子の高出力化やチップの縮小化が進むことなどに起因して発熱等による保護膜の拡散の問題が大きくなっていった。この拡散によって、長期通電試験時には保護膜全体での反射率が変化し、フォトダイオードに入射される光量も変動したと考える。このことから、レーザを長期駆動させた場合、保護膜材料が拡散する初期段階で反射率の変動が大きく、光出力の変動を引き起こしているというモデルが考えられる。以上の解析に基づき、このレーザ駆動初期の反射率の変動を抑制するための、簡潔かつ効果の高い方法を提案する。 Prior to practicing the present invention, analysis was performed on samples in which fluctuations in the monitor current of the photodiode occurred. When the semiconductor laser device was driven for a long period of time, the monitor current fluctuated greatly at the beginning of driving, and the fluctuation of the monitor current became small as the driving time passed. Further, as a result of analyzing the element in which the fluctuation occurred in order to elucidate the cause of the fluctuation of the monitor current, it was found that the material of the protective film was diffused to other protective films and semiconductor layers. This diffusion phenomenon is caused by the influence of heat and light generated during laser oscillation. In particular, the problem of diffusion of the protective film due to heat generation has increased due to the progress of higher output of the semiconductor laser device and reduction of the chip. It is considered that due to this diffusion, the reflectance of the entire protective film changes during the long-term energization test, and the amount of light incident on the photodiode also fluctuates. From this, it can be considered that when the laser is driven for a long period of time, the variation in reflectance is large at the initial stage where the protective film material diffuses, causing the variation in light output. Based on the above analysis, a simple and highly effective method for suppressing the fluctuation of reflectance at the initial stage of laser driving is proposed.
以下、本発明の実施形態を図1〜図8に基づき説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
最初に、本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子について、図1〜図3を用いてその構造の概略を説明する。図1は半導体レーザ素子の側面図、図2は半導体レーザ素子の平面図、図3は図2に示す半導体レーザ素子のIII−III線における断面図である。 First, the outline of the structure of the semiconductor laser device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a side view of the semiconductor laser device, FIG. 2 is a plan view of the semiconductor laser device, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor laser device shown in FIG.
半導体レーザ素子10は、図1及び図3に示すようにGaNからなる厚さ100μmの基板11の成長主面上に複数の窒化物半導体層を積層した窒化物半導体積層部20を備えている。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
窒化物半導体積層部20は、図3に示すように基板11側から順に、厚さ0.2μmのn型GaN層21、厚さ2.5μmのn型Al0.05Ga0.95Nクラッド層22、厚さ0.1μmのn型GaNガイド層23、厚さ4nmのInGaN井戸層が三層及び厚さ8nmのGaN障壁層が四層それぞれ交互に積層された多重量子井戸活性層24、厚さ20nmのp型Al0.3Ga0.7N蒸発防止層25、厚さ0.08μmのp型GaNガイド層26、厚さ0.5μmのp型Al0.062Ga0.938Nクラッド層27、厚さ0.1μmのp型GaNコンタクト層28が積層されて形成されている。なお、多重量子井戸活性層24は、基板11側から障壁層/井戸層/障壁層/井戸層/障壁層/井戸層/障壁層の順序で形成される。また、p型Al0.062Ga0.938Nクラッド層27及びp型GaNコンタクト層28に対して気相エッチングにより光導波路のリッジ部12が形成され、さらに電流狭窄のために絶縁膜13によりパターニングされている。
As shown in FIG. 3, the nitride
リッジ部12を含む窒化物半導体積層部20上にはp電極14が設けられている。一方、基板11の窒化物半導体積層部20が形成された面と反対側の面(以下裏面と称することがある)にはn電極15が設けられている。
A p-
半導体レーザ素子10は、窒化物半導体積層部20の図1及び図2における左右両端部に半導体層の積層方向と平行をなす共振器端面16を備える。共振器端面16は半導体レーザ素子10が後述する半導体ウェハー30(図4〜図6参照)を劈開して分割することで形成される際に形成される。共振器端面16は窒化物半導体積層部20の活性層から主としてレーザ光が出射される側である出射側端面16Fと、この出射側端面16Fの反対側である反射側端面16Rとを含む。これら出射側端面16F及び反射側端面16Rにより、窒化物半導体積層部20は共振器として動作する。
The
出射側端面16FはAR(Anti-Reflection:低反射)保護膜積層部17で覆われている。AR保護膜積層部17はAl2O3/Alx1Tix2O/TiO2の三層の保護膜を積層して形成している。なお、0<x1、0<x2なる関係をなし、例えばx1=0.67、x2=0.5とする。このようにして、AR保護膜積層部17は連続する三層の保護膜のうち中間一層の保護膜(Alx1Tix2O)が隣接する他の二層の保護膜(Al2O3、TiO2)各々が含有する材料を用いて形成されている。
The emission-side end face 16F is covered with an AR (Anti-Reflection) protective
反射側端面16RはHR(High-Reflection:高反射)保護膜積層部18で覆われている。HR保護膜積層部18はAl2O3/Siy1Tiy2O/Siz1Tiz2O/Siy1Tiy2O/Siz1Tiz2O/Siy1Tiy2O/Siz1Tiz2O/Siy1Tiy2O/Siz1Tiz2O/Siy1Tiy2Oの十層の保護膜を積層して形成している。なお、0<y2<y1、0<z1<z2なる関係をなし、例えばy1=0.4、y2=0.1、z1=0.1、z2=0.4とする。このようにして、HR保護膜積層部18は連続する二層の保護膜(Siy1Tiy2O、Siz1Tiz2O)各々が第一材料(Si)及び第二材料(Ti)を含有して形成されるとともに一方の保護膜が第二材料(Ti)より第一材料(Si)のほうが含有割合が高く、他方の保護膜が第一材料(Si)より第二材料(Ti)のほうが含有割合が高くなっている。
The reflection side end face 16 </ b> R is covered with an HR (High-Reflection) protective film laminated
次に、上記構成の半導体レーザ素子10の製造方法について、図1〜図3に加えて図4〜図6を用いて説明する。図4、図5及び図6は半導体レーザ素子10を擁する半導体ウェハーの正面図、平面図及び側面図である。
Next, a method for manufacturing the
始めに、GaNからなる基板11上にn型GaN層21からp型GaNコンタクト層28まで窒化物半導体積層部20を形成する。基板11上の窒化物半導体積層部20は例えばMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法などのエピタキシャル成長法を用いて成長させる。
First, the nitride
続いて、p型GaNコンタクト層28及びp型Al0.062Ga0.938Nクラッド層27に対してリッジ部12を形成する。リッジ部12はRIE(Reactive Ion Etching:反応性イオンエッチング)、ICP(Inductive Coupled Plasma:誘導結合プラズマ)などの気相エッチングにより形成する。そして、電流狭窄のための絶縁膜13をp型GaNコンタクト層28の上面以外の窒化物半導体積層部20の上面に形成する。絶縁膜13は、例えばSiO2、ZrO2などからなるもので良い。
Subsequently, the
続いてp電極14を形成し、基板11を裏面から基板11の厚さが100μm程度になるまで研削、研磨する。この研磨工程で基板11の裏面に形成されたダメージ層はRIEなどの気相エッチングでエッチングし除去する。その後、基板11の裏面側からTi/Alの順に積層したn電極15をEB(Electron Beam:電子ビーム)蒸着により形成し、図4〜図6に示す半導体ウェハー30が完成する。
Subsequently, the p-
続いて、半導体ウェハー30をバー状に劈開して分割することにより、共振器端面16を備える半導体レーザバーにする。半導体ウェハー30は図5及び図6に示すスクライブポイント31においてリッジ部12の長手方向に沿って複数に分割される。すなわち、共振器端面16はリッジ部12の長手方向に対して垂直をなす方向に沿って延びる平面として形成される。
Subsequently, the
半導体ウェハー30がバー分割されることにより形成された共振器端面16は大気に暴露されて、水分、自然酸化膜、カーボンなどの汚染物質が付着する。したがって、これらの汚染物質が保護膜を形成する前の共振器端面16に付着するのを最小限に抑制するため、劈開後、数時間以内に蒸着装置に入れて真空状態を保つ必要がある。
The resonator end face 16 formed by dividing the
続いて、半導体レーザバーの出射側端面16FにEB蒸着装置にてAR保護膜積層部17を形成する。本実施形態において、AR保護膜積層部17は誘電体膜からなり、出射側端面16F側から順にAl2O3/Alx1TiX2O/TiO2の三層構造である。
Subsequently, the AR protective film laminated
AR保護膜積層部17は、まずAl2O3ターゲットを用いてAl2O3を形成した後、Al2O3/Ti3O5混合ターゲットを用いてAlx1TiX2Oを形成し、その表面にTi3O5ターゲットを用いて酸素雰囲気で厚さ17nmのTiO2を形成する。AR保護膜積層部17の光の出射方向の厚さは405nmの波長の光の出射側端面16Fにおける反射率が5%となる設計値となっている。
AR protective film laminated
また、半導体レーザバーの反射側端面16RにHR保護膜積層部18を形成する。HR保護膜積層部18は誘電体膜からなり、反射側端面16R側から順にAl2O3/Siy1Tiy2O/Siz1Tiz2O/Siy1Tiy2O/Siz1Tiz2O/Siy1Tiy2O/Siz1Tiz2O/Siy1Tiy2O/Siz1Tiz2O/Siy1Tiy2Oの十層構造である。HR保護膜積層部18はSiy1Tiy2O/Siz1Tiz2の多層保護膜が基本的な反射膜としての役割を果たしている。また、Al2O3膜はSiy1Tiy2O/Siz1Tiz2の多層保護膜全体の保護膜としての役割を果たしている。
Further, the HR protective film laminated
HR保護膜積層部18を形成する保護膜に含まれるSiO2は反射側端面16RのGaNのGaと置換され界面で非常によく反応して端面劣化を引き起こす。また、TiO2はGaNと直接接触すると反応などにより光吸収して発熱し、膜自体の劣化を起こすことがある。このため、GaNに対して安定なAl2O3を保護膜として反射側端面16R上に形成する。
SiO 2 contained in the protective film forming the HR
本実施形態ではHR保護膜積層部18のAl2O3の厚さは60Å程度である。なお、Al2O3の厚さは10Å以上200Å以下が好ましく、10Å以上100Å以下がより好ましい。その理由としては厚さが10Å未満の場合、均一な膜になり難く、保護膜としての効果が小さいからである。また、厚さが100Åより厚い場合、特に200Åより厚い場合、反射率の低下を引き起こす。なお、保護膜としてのAl2O3は必ずしも設けなくても良い。
In the present embodiment, the thickness of Al 2 O 3 in the HR
HR保護膜積層部18で覆われた反射側端面16Rにおける光の反射率は例えば90%以上となっている。すなわち、半導体レーザ素子10の反射側端面16R側からまったく光が出射されないわけではなく、僅かながら光が出射される。この反射側端面16R側から出射される光は後述するフォトダイオード60によって検出され、光出力の制御に利用される。
The light reflectance at the reflection-
続いて、AR保護膜積層部17及びHR保護膜積層部18を形成した半導体レーザバーを、リッジ部12の長手方向と直角をなす方向に沿って複数にてチップ分割する。これにより、半導体レーザ素子10が完成する。
Subsequently, the semiconductor laser bar on which the AR protective film stacked
次に、上記構成の半導体レーザ素子10を備えた半導体レーザ装置の製造方法について、図7及び図8を用いて説明する。図7は半導体レーザ素子10を備えた半導体レーザ装置の外観斜視図であって、キャップを外した状態を示すもの、図8は半導体レーザ素子を備えた半導体レーザ装置の外観斜視図である。
Next, a method for manufacturing a semiconductor laser device including the
半導体レーザ素子10は、図7に示すように半導体レーザ装置50のサブマウント52上に半田53を用いてマウントする。半田53としてはAuSn、SnAgSuなどを用いることができる。
The
続いて、半導体レーザ素子10をマウントしたサブマウント52をAuSnなどの半田(不図示)を用いてマウント56を介してステム51上にマウントする。また、フォトダイオード60をステム51の、半導体レーザ素子10の反射側端面16R側から出射される光が当たる面上にAuSnなどの半田(不図示)を用いてマウントする。
Subsequently, the
続いて、Auワイヤーからなる配線55を用いて、半導体レーザ素子10のp電極14とステム51のピン54とを結線し、サブマウント52とマウント56とを結線し、フォトダイオード60とピン62とを結線する。そして、図8に示すように、半導体レーザ素子10がマウントされた部分をガラス窓59が設けられたキャップ58で乾燥空気とともに封止する。これにより、半導体レーザ装置50が完成する。
Subsequently, using the
半導体レーザ装置50は3本のリードピン57を介して例えば配線基板などに取り付けられ、電力の供給を受ける。そして、半導体レーザ素子10から出射されたレーザ光はガラス窓59を通過して外部に出射される。
The
上記のように、本発明の半導体レーザ素子10は複数の半導体層を積層して形成した窒化物半導体積層部20と、窒化物半導体積層部20の端部に形成された半導体層の積層方向と平行をなす共振器端面16と、共振器端面16を覆う三層以上の保護膜を積層して形成したAR保護膜積層部17及びHR保護膜積層部18と、を備える。AR保護膜積層部17は連続する三層の保護膜のうち中間一層の保護膜(Alx1TiX2O)が隣接する他の二層の保護膜(Al2O3、TiO2)各々が含有する材料を用いて形成されている。HR保護膜積層部18は連続する二層の保護膜(Siy1Tiy2O、Siz1Tiz2O)各々が第一材料(Si)及び第二材料(Ti)を含有して形成されるとともに一方の保護膜が第二材料(Ti)より第一材料(Si)のほうが含有割合が高く、他方の保護膜が第一材料(Si)より第二材料(Ti)のほうが含有割合が高くなっている。
As described above, the
これにより、AR保護膜積層部17は中間一層の保護膜(Alx1TiX2O)が隣接する他の二層の保護膜材料Al2O3/TiO2の拡散に起因する光の反射率の変動を抑制することができる。また、HR保護膜積層部18は第一材料(Si)及び第二材料(Ti)を含有して形成される一組の連続する二層の保護膜(Siy1Tiy2O、Siz1Tiz2O)各々が他の保護膜材料の拡散に起因する光の反射率の変動を抑制することができる。したがって、一定電流での長期通電試験時にフォトダイオード60に流れる電流の変動を抑制することが可能である。
As a result, the AR protective
また、AR保護膜積層部17及びHR保護膜積層部18はEB蒸着装置、スパッタ蒸着装置など公知の手法で形成することのできるSi、Mg、Al、Hf、Nb、Zr、Sc、Ta、Ga、Zn、Y、B、Tiの酸化物またはそれらの窒化物(例えば、AlN、AlGaN、BN等)またはそれらのフッ化物からなる保護膜の組み合わせであっても構わない。例えば、AlN/SiNの二層の保護膜の組み合わせの場合、AlN/Alx1Six2N/SiN (0<x1、0<x2)の連続する三層の保護膜を有する保護膜積層部にする、またはAly1Siy2N/Alz1Siz2N (0<y2<y1、0<z1<z2)の連続する二層の保護膜を有する保護膜積層部にすることにより本発明の効果を得ることが可能である。
The AR
また、AR保護膜積層部17及びHR保護膜積層部18の形成に用いる保護膜各々が含有する材料のうち気体成分は同一であることが望ましい。この構成によれば、光の反射率の変動が抑制されることに加えて、保護膜を形成する工程が容易になる。
In addition, it is desirable that the gas components of the materials contained in each of the protective films used for forming the AR protective film laminated
そして、共振器端面16を覆う保護膜積層部が三層以上の多層の保護膜で形成される場合、そのすべての保護膜に対してAR保護膜積層部17が有する上記一組の連続する三層の保護膜の構成を使用しても良いし、HR保護膜積層部18が有する上記一組の連続する二層の保護膜の構成を使用しても良い。また、それらを一部のみに使用しても良い。すべての保護膜に対して使用する場合は反射率の変動を抑制する効果が大きくなる。一部のみに使用する場合は反射率変動の抑制効果は減少するが、製造工程が容易となる。
And when the protective film lamination | stacking part which covers the resonator end surface 16 is formed with a multilayer protective film of three or more layers, the above-mentioned set of three continuous films which the AR protective film lamination | stacking
また、三層以上の多層の保護膜で形成された保護膜積層部に対して本発明の構成をその一部にのみ使用する場合、上記一組の連続する三層の保護膜を保護膜積層部において共振器端面16に最も近接させて配置することが望ましい。保護膜積層部のうち共振器端面16に近接する保護膜が光や熱による影響を最も受け易いので、この構成によれば、光の反射率の変動を抑制する作用を向上させることができる。 In addition, when the structure of the present invention is used only for a part of the protective film laminated portion formed of a multilayer protective film of three or more layers, the above-mentioned set of three protective films is formed of the protective film laminated It is desirable that the portion be disposed closest to the resonator end face 16 in the portion. Since the protective film adjacent to the resonator end surface 16 in the protective film laminated portion is most susceptible to light and heat, this configuration can improve the effect of suppressing fluctuations in light reflectance.
このようにして、本発明の上記実施形態の構成によれば、半導体レーザ素子10の共振器端面16における保護膜材料の拡散に起因する光の反射率の変動を抑制することができる。したがって、一定電流での長期通電試験時にフォトダイオード60に流れる電流の変動を抑制することができ、安定した光出力で発光させることが可能な半導体レーザ素子10及びこれを備えた半導体レーザ装置50、半導体レーザ素子の製造方法を提供することができる。
As described above, according to the configuration of the above-described embodiment of the present invention, it is possible to suppress the variation in the reflectance of light caused by the diffusion of the protective film material on the resonator end face 16 of the
そして、半導体レーザ素子の製造工程における加速試験による出力変動の確認が不要となるので、製造工程を簡略化することが可能となる。 Further, since it is not necessary to check the output fluctuation by the acceleration test in the manufacturing process of the semiconductor laser device, the manufacturing process can be simplified.
以上、本発明の実施形態及び実施例につき説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。 Although the embodiments and examples of the present invention have been described above, the scope of the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
例えば、本発明の適用範囲は窒化物半導体層を積層した半導体レーザ素子に限定されるわけではなく、材料や波長の異なる他の半導体レーザ素子に対しても適用可能であって、同等の効果を得ることができる。 For example, the scope of application of the present invention is not limited to a semiconductor laser device in which nitride semiconductor layers are stacked, but can also be applied to other semiconductor laser devices having different materials and wavelengths. Can be obtained.
また、共振器端面16を覆う保護膜積層部に対して、本発明の上記一組の連続する三層の保護膜の構成及び上記一組の連続する二層の保護膜の構成のいずれか一方のみを使用しても良いし、これらを組み合わせて使用しても良い。 Further, with respect to the protective film stacking portion covering the resonator end face 16, either one of the configuration of the set of three consecutive protective films and the configuration of the set of two continuous protective films of the present invention. May be used alone, or a combination of these may be used.
また、本発明の上記一組の連続する三層の保護膜の構成または上記一組の連続する二層の保護膜の構成をAR保護膜積層部17のみに使用しても良いし、HR保護膜積層部18のみに使用しても良いし、双方に使用しても良い。HR保護膜積層部18は反射率が高く、長期駆動による反射率の変動も大きいと考えられるため、少なくともHR保護膜積層部18に本発明を使用することが望ましい。
In addition, the configuration of the set of three consecutive protective films or the configuration of the set of two continuous protective films according to the present invention may be used only for the AR protective
本発明は、半導体レーザ素子及びこれを備えた半導体レーザ装置、半導体レーザ素子の製造方法において利用可能である。 The present invention can be used in a semiconductor laser device, a semiconductor laser device including the semiconductor laser device, and a method for manufacturing the semiconductor laser device.
10 半導体レーザ素子
11 基板
16 共振器端面(端面)
16F 出射側端面(端面)
16R 反射側端面(端面)
17 AR保護膜積層部(保護膜積層部)
18 HR保護膜積層部(保護膜積層部)
20 窒化物半導体積層部(半導体積層部)
30 半導体ウェハー
50 半導体レーザ装置
60 フォトダイオード
10
16F Output side end face (end face)
16R Reflective end face (end face)
17 AR protective film lamination part (protective film lamination part)
18 HR protective film laminate (protective film laminate)
20 Nitride semiconductor stack (semiconductor stack)
30
Claims (9)
前記半導体積層部の端部に形成された前記半導体層の積層方向と平行をなす端面と、
前記端面を覆う三層以上の保護膜を積層して形成した保護膜積層部と、
を備え、
前記保護膜積層部は、少なくとも一組の連続する三層の前記保護膜のうち中間一層の前記保護膜が隣接する他の二層の前記保護膜各々が含有する材料を用いて形成されることを特徴とする半導体レーザ素子。 A semiconductor laminated portion formed by laminating a plurality of semiconductor layers;
An end face parallel to the stacking direction of the semiconductor layer formed at the end of the semiconductor stack,
A protective film laminated portion formed by laminating three or more protective films covering the end surface;
With
The protective film lamination portion is formed using a material contained in each of the other two protective films adjacent to the intermediate protective film among at least one set of three consecutive protective films. A semiconductor laser device characterized by the above.
前記半導体積層部の端部に形成された前記半導体層の積層方向と平行をなす端面と、
前記端面を覆う三層以上の保護膜を積層して形成した保護膜積層部と、
を備え、
前記保護膜積層部は、少なくとも一組の連続する二層の前記保護膜各々が第一材料及び第二材料を含有して形成されるとともに一方の前記保護膜が第二材料より第一材料のほうが含有割合が高く、他方の前記保護膜が第一材料より第二材料のほうが含有割合が高いことを特徴とする半導体レーザ素子。 A semiconductor laminated portion formed by laminating a plurality of semiconductor layers;
An end face parallel to the stacking direction of the semiconductor layer formed at the end of the semiconductor stack,
A protective film laminated portion formed by laminating three or more protective films covering the end surface;
With
The protective film laminated portion includes at least one set of two continuous protective films each containing a first material and a second material, and one of the protective films is made of a first material than a second material. A semiconductor laser device characterized in that the content ratio is higher, and the other protective film has a higher content ratio in the second material than in the first material.
前記保護膜積層部を前記出射側端面及び前記反射側端面の各々に形成し、前記出射側端面の前記保護膜積層部と前記反射側端面の前記保護膜積層部との光の反射率が互いに異な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。 The end face includes an emission side end face which is a side from which laser light is mainly emitted and a reflection side end face which is the opposite side.
The protective film laminated portion is formed on each of the emission side end surface and the reflection side end surface, and the light reflectance of the protective film laminated portion on the emission side end surface and the protective film laminated portion on the reflection side end surface is mutually different. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the semiconductor laser devices are different.
前記半導体積層部に前記半導体層の積層方向と平行をなす端面を形成する工程と、
三層以上の保護膜を積層して前記端面を覆う保護膜積層部を形成する工程と、
を含み、
前記保護膜積層部は、少なくとも一組の連続する三層の前記保護膜のうち中間一層の前記保護膜が隣接する他の二層の前記保護膜各々が含有する材料を用いて形成されることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。 A step of stacking a plurality of semiconductor layers to form a semiconductor stacked portion;
Forming an end surface parallel to the stacking direction of the semiconductor layers in the semiconductor stacking portion;
A step of forming a protective film laminated portion covering the end face by laminating three or more protective films; and
Including
The protective film lamination portion is formed using a material contained in each of the other two protective films adjacent to the intermediate protective film among at least one set of three consecutive protective films. A method for manufacturing a semiconductor laser device, comprising:
前記半導体積層部に前記半導体層の積層方向と平行をなす端面を形成する工程と、
三層以上の保護膜を積層して前記端面を覆う保護膜積層部を形成する工程と、
を含み、
前記保護膜積層部は、少なくとも一組の連続する二層の前記保護膜各々が第一材料及び第二材料を含有して形成されるとともに一方の前記保護膜が第二材料より第一材料のほうが含有割合が高く、他方の前記保護膜が第一材料より第二材料のほうが含有割合が高いことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。 A step of stacking a plurality of semiconductor layers to form a semiconductor stacked portion;
Forming an end surface parallel to the stacking direction of the semiconductor layers in the semiconductor stacking portion;
A step of forming a protective film laminated portion covering the end face by laminating three or more protective films; and
Including
The protective film laminated portion includes at least one set of two continuous protective films each containing a first material and a second material, and one of the protective films is made of a first material than a second material. A method for manufacturing a semiconductor laser device, characterized in that the content ratio is higher, and the other protective film has a higher content ratio in the second material than in the first material.
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WO2022077997A1 (en) * | 2020-10-16 | 2022-04-21 | 南京南智先进光电集成技术研究院有限公司 | Miniature mid-infrared laser based on double microdisks |
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2012
- 2012-06-01 JP JP2012125807A patent/JP2013251428A/en active Pending
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WO2022077997A1 (en) * | 2020-10-16 | 2022-04-21 | 南京南智先进光电集成技术研究院有限公司 | Miniature mid-infrared laser based on double microdisks |
GB2616130A (en) * | 2020-10-16 | 2023-08-30 | Nanjing Nanzhi Advanced Photoelectric Integrated Tech Research Institute Co Ltd | Miniature mid-infrared laser based on double microdisks |
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