JP2709108B2 - Mask semiconductor laser - Google Patents

Mask semiconductor laser

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は点光源に適する半導体レーザーに関し、より
詳細には光メモリー用ピックアップその他点光源利用機
器に適用できるマスク半導体レーザーに関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser suitable for a point light source, and more particularly, to a mask semiconductor laser applicable to an optical memory pickup and other devices using a point light source.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

発明者らは、略理想的な点光源を具現しうるものとし
てマスク半導体レーザーを提案してきた。
The inventors have proposed a mask semiconductor laser as a device that can realize a substantially ideal point light source.

マスク半導体レーザーというのは、半導体レーザーの
放射光を遮光するマスク層を有し、該層の一部に上記放
射光の出射光を設けてなるものである。該出射光を形成
する方法としては、例えば用いる半導体レーザー自身の
放射光をマスク層の一部に照射し、その部分を除去して
孔をあけることもでき、さらにその他の公知の方法を用
いることもできる。上記マスク半導体レーザーの基本的
な技術については、特開昭63−34991号公報にて公開さ
れている。
The mask semiconductor laser has a mask layer that blocks light emitted from the semiconductor laser, and a part of the layer is provided with emission light of the emitted light. As a method of forming the emitted light, for example, it is possible to irradiate a part of the mask layer with the radiation light of the semiconductor laser itself to be used, to remove the part to form a hole, and to use another known method. Can also. The basic technology of the mask semiconductor laser is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-34991.

また、半導体レーザーの特性を改善するために発光面
に円形の開口若しくはスロット状の開口をつくる際にそ
の半導体レーザーを損なわせないためにマスク材として
Bi系のものを用いる技術がある(米国特許3866238)。
Also, as a mask material to prevent damage to the semiconductor laser when making a circular or slot-shaped opening in the light emitting surface to improve the characteristics of the semiconductor laser
There is a technique using a Bi-based material (US Pat. No. 3,866,238).

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

マスク半導体は例えば高密度記録及び再生用の光源と
して用いられることからその出射孔は切口のすっきりし
た所謂キレのある円形に近い微小なピンホールであるこ
とが望まれる。
Since the mask semiconductor is used, for example, as a light source for high-density recording and reproduction, it is desirable that the exit hole be a fine pinhole close to a so-called sharp circular shape with a clean cut end.

しかるに、このピンホールの形状はマスク層の膜の製
造条件により大きく影響され、円形に近い、しかも残渣
の少ないキレのあるピンホールの形成はなかなか困難で
ある。
However, the shape of this pinhole is greatly affected by the manufacturing conditions of the film of the mask layer, and it is very difficult to form a pinhole that is close to a circle and has little residue.

それは、ピンホール精度の経時的変化を生じさせない
ためには、高融点材料をマスク層の材料として選ばねば
ならないが、そのようにすると今度は半導体レーザーの
パワーでは容易にピンホールが開かなくなるし、容易に
開孔させるべき膜層を薄くすれば、ピンホールのキレは
問題ないが形状が長円形となる等、一の目的を達成する
ための手段(条件)が他の一の目的を達成するのに障害
となる関係があるからである。
In order to prevent the pinhole accuracy from changing over time, a high melting point material must be selected as a material for the mask layer.However, in this case, the pinhole cannot be easily opened with the power of the semiconductor laser, Means (conditions) for achieving one object achieves another object, for example, if the film layer to be easily opened is made thin, there is no problem with the sharpness of the pinhole, but the shape becomes oval. This is because there is a relationship that is an obstacle.

従って、本発明の目的は、ピンホール精度の経時的変
化を生ぜずかつ、比較的容易にその半導体レーザー自身
の放射光でピンホールを形成でき、しかも加工精度も良
好であるという条件を具備したマスク半導体を提供する
ことにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a condition that a pinhole can be formed relatively easily with the radiation light of the semiconductor laser itself without causing a temporal change of the pinhole accuracy, and that the processing accuracy is also good. It is to provide a mask semiconductor.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明は上記の目的を達成させるために、III b−IV
b族合金中にI b族又はVII b族元素が添加された材料を
マスク層としたことを特徴とする。
The present invention provides IIIb-IV
The mask layer is made of a material obtained by adding a Group Ib or Group VIIb element to a Group b alloy.

〔作用〕[Action]

ピンホールの経時的安定性はIII b−IV b族の特性に
より、ピンホールの開孔状態の精度特性はI b族又はVII
b族添加による合金溶融時の粘性低下作用により担保さ
れる。
The stability of the pinhole over time depends on the characteristics of the IIIb-IVb group.
It is ensured by the viscosity lowering effect at the time of alloy melting by the addition of group b.

〔実施例〕〔Example〕

図において、符号10は本発明に係るマスク半導体レー
ザーを示している。
In the figure, reference numeral 10 denotes a mask semiconductor laser according to the present invention.

マスク半導体レーザー10は半導体レーザー11と透明絶
縁層12とマスク層13とを有し、マスク層13には半導体レ
ーザー11自身の放射光により出射孔としてのピンホール
PHが形成されている。
The mask semiconductor laser 10 has a semiconductor laser 11, a transparent insulating layer 12, and a mask layer 13, and the mask layer 13 has a pinhole as an emission hole by the radiation light of the semiconductor laser 11 itself.
PH is formed.

半導体レーザー11としては、特に制限なく種々のもの
を用い得る。
Various types of semiconductor lasers 11 can be used without particular limitation.

透明絶縁層12は半導体レーザー11に対する保護層と絶
縁層を兼ねており、例えば、SiO,SiO2,Si3N4等が用いら
れる。
The transparent insulating layer 12 also functions as a protective layer and an insulating layer for the semiconductor laser 11, and for example, SiO, SiO 2 , Si 3 N 4 or the like is used.

以下、具体的な実験例に即して説明する。 Hereinafter, a description will be given in accordance with a specific experimental example.

なお、以下に示す各実施例、比較例においては、母体
となる半導体レーザー11としては、(GaAl)As系ダブル
ヘテロ型のものを用いた。この半導体レーザーの最大定
格出力は5mW、連続動作出力は3mW、発振波長は780nmで
あった。又、この半導体レーザーのファブリペロー共振
器鏡面上には透明絶縁層12として例えば窒化シリコン膜
の厚さで形成されているものを用いた。
In each of the following examples and comparative examples, a (GaAl) As-based double hetero type laser was used as the semiconductor laser 11 serving as a base. The maximum rated output of this semiconductor laser was 5 mW, the continuous operation output was 3 mW, and the oscillation wavelength was 780 nm. On the Fabry-Perot cavity mirror surface of this semiconductor laser, for example, a silicon nitride film is used as the transparent insulating layer 12. The one formed with a thickness of

そして、マスク層13として各種の材料を用いて各材料
毎にピンホールPHを形成し、その形成条件及び形成結果
を、比較対照できるように後述の如く表に示した。
Then, a pinhole PH was formed for each material using various materials as the mask layer 13, and the formation conditions and the formation results are shown in the table as described below so that they can be compared.

なお、ピンホールPH形成時の開口注入電流は、半導体
レーザーの注入電流を次第に増加させていくときピンホ
ールの形成に伴なって急激に変化したときのモニマー電
流の同変化時をとらえてその値とした。ピンホールPHの
形状、精度等の観察は走査型電子顕微鏡を用いて行なっ
た。
Note that the aperture injection current during the formation of the pinhole PH is the value that captures the same change in the monimer current when the injection current of the semiconductor laser is gradually increased and suddenly changes with the formation of the pinhole. And Observation of the shape and accuracy of the pinhole PH was performed using a scanning electron microscope.

実験例1 (Al−Ge)As系半導体レーザーのファブリペロー鏡面
上に形成されたSi3N4からなる透明絶縁層12上に、Cuが1
0wt%添加されたAl29Ge70Cu1の組成比を有する合金を用
いてマスク層13を真空蒸着法により設けたこの時の膜厚
は3500Aであった。以下その時の蒸着条件を記す。
Experimental Example 1 Cu was deposited on a transparent insulating layer 12 of Si 3 N 4 formed on a Fabry-Perot mirror surface of an (Al—Ge) As semiconductor laser.
When the mask layer 13 was formed by a vacuum evaporation method using an alloy having a composition ratio of Al 29 Ge 70 Cu 1 added with 0 wt%, the film thickness at this time was 3500A. The deposition conditions at that time are described below.

蒸着源温度 :1200℃温度 蒸着源ボート:タングステン 真空度 :1×10-5torr程度 基板温度 :20℃〜40℃ 次に半導体レーザーを点灯しピンホールを形成するわ
けであるが、注入電流を増加させつつモニター電源を観
察したところ注入電流72mAでモニター電流が急変したの
で、電子顕微鏡で観察したところ0.9μm×0.8μmの円
形に近い、しかもキレのあるピンホールを得る事ができ
た。
Deposition source temperature: 1200 ° C Temperature Deposition source boat: Tungsten Vacuum degree: about 1 × 10 -5 torr Substrate temperature: 20 ° C to 40 ° C Next, a semiconductor laser is turned on to form a pinhole. When the monitor power supply was observed while increasing it, the monitor current suddenly changed at an injection current of 72 mA. When observed with an electron microscope, a sharp and nearly circular pinhole of 0.9 μm × 0.8 μm was obtained.

そして次にCuの影響がマスク層13に対してピンホール
径のレーザー連続点灯時の経時的拡大と耐酸化特性が有
るのかどうかを評価した。
Then, it was evaluated whether or not the influence of Cu has a temporal expansion of the pinhole diameter with respect to the mask layer 13 when the laser is continuously lit and the oxidation resistance.

なお、比較の為、マスク層をGeで成形したものと、Al
−Ge合金(70wt%Ge)で形成したものに対しても上記特
性の評価を行なった。
For comparison, the mask layer formed of Ge and Al
The characteristics described above were also evaluated for those formed of a -Ge alloy (70 wt% Ge).

評価方法は次のとおりである。 The evaluation method is as follows.

耐酸化特性は、60℃,80%RHに調整された恒温層中に1
4日間及び32日間保存して、酸化の状態を目視及びX線
回折により観察した。
Oxidation resistance is 1% in a thermostatic chamber adjusted to 60 ℃ and 80% RH.
After storage for 4 days and 32 days, the state of oxidation was observed visually and by X-ray diffraction.

ピンホールの経時的変化の把握は半導体レーザー11を
500時間点灯した後ピンホール径を走査形電子顕微鏡で
観察することにより行なった。
To grasp the change over time of the pinhole, use the semiconductor laser 11.
After turning on for 500 hours, the pinhole diameter was observed with a scanning electron microscope.

以下表Iにその結果を整理する。 The results are summarized in Table I below.

表IからAl−Ge合金にCuを添加した材料をマスク層と
したものは、Al−Ge合金に比較してピンホールの開孔状
態は残渣が少なく、かつキレも改善されていることが確
認された。一方、耐酸化特性及び、ピンホール径の経時
変化もAl−Ge系とほぼ同等の特性を有することがわかっ
た。
From Table I, it was confirmed that when the mask layer was made of a material obtained by adding Cu to the Al-Ge alloy, the pinhole opening state had less residue and the sharpness was improved as compared with the Al-Ge alloy. Was done. On the other hand, it was found that the oxidation resistance and the change with time of the pinhole diameter were almost the same as those of the Al-Ge system.

実験例2 実験例1と同様な方法でマスク層としてAgが1wt%添
加されたAl29Ge70Ag1の組成比を有するものを真空蒸着
により設けた。以下、表IIにその結果を示す。
Experimental Example 2 In the same manner as in Experimental Example 1, a mask layer having a composition ratio of Al 29 Ge 70 Ag 1 to which 1 wt% of Ag was added was provided by vacuum evaporation. The results are shown in Table II below.

表IIからAl−Ge合金にAgを添加した材料をマスク層と
したものは、実験例1と同様に開孔状態を改善されてお
り耐酸化特性,ピンホール径の経時変化もAl−Ge系とほ
ぼ同等の特性を有することが確認された。
As shown in Table II, the mask layer made of a material obtained by adding Ag to an Al-Ge alloy has an improved hole opening state as in Experimental Example 1, and the oxidation resistance and the change with time of the pinhole diameter are also Al-Ge based. It was confirmed that it had almost the same characteristics as.

実験例3 本実験例ではAl−Ge合金への添加物としてハロゲンの
中の塩素を選んだ。その添加量は0.5wt%である。従っ
て、その合金組成はAl29.5Ge70Cl0.5であり、本材料を
使用して前記実験例1,2に準じてマスク層を作成評価し
た。以下表IIIにその結果を示す。
Experimental Example 3 In this experimental example, chlorine in halogen was selected as an additive to the Al-Ge alloy. The added amount is 0.5 wt%. Therefore, the alloy composition was Al 29.5 Ge 70 Cl 0.5 , and a mask layer was prepared and evaluated using this material according to Experimental Examples 1 and 2. The results are shown in Table III below.

表IIIからAl−Ge合金にClを添加した材料をマスク層
としたものは、実験例1,2と同様にその開孔状態は残渣
が少なくキレのある円形に近いものであった。しかし耐
酸化特性がやや後退してる傾向が認められるが、合金組
成比を変えることで改善され得る。
From Table III, the mask layer made of a material obtained by adding Cl to the Al-Ge alloy had a hole shape similar to that of Experimental Examples 1 and 2, with little residue and close to a sharp circular shape. However, although the oxidation resistance tends to be slightly reduced, it can be improved by changing the alloy composition ratio.

以上、実験例1,2,3からIII b−IV b族合金にI b族,VI
I族元素を添加した合金をマスク層材料として使用する
ことにより、ピンホールの開孔状態が残渣のない、キレ
のあるものにすることが可能であることが確認された。
As described above, from Experimental Examples 1, 2, and 3, the IIIb-IVb
It was confirmed that by using an alloy to which a group I element was added as a mask layer material, it was possible to make the pinhole opening state free of residue and sharp.

このように、III b族−IV b族合金にI b族元素例えば
Cu,Ag等又はVII b族元素例えばCl等を添加した合金をマ
スク層材料として使用すれば、マスク半導体レーザーの
ピンホール部の開孔状態を残渣の少ない、しかもキレの
ある円形に近い状態にすることができる。これはこれら
の元素を添加することにより、合金の溶融時の粘性を低
下する為と思われる。即ちこれらの元素を含んだ合金例
えばCu−Al−Ge合金をマスク層として真空蒸着法で設
け、半導体レーザーを点灯することによりこのマスク層
を加熱溶融して、ピンホールを形成するわけであるが、
この時、合金の溶融時の粘性が低いほど飛びちり即ち残
渣が少なく、かつキレの有る開孔が得られやすい。この
粘性低下を実現する為には2通りの方法が考えられる。
Thus, a group IIIb-IVb alloy may have a group Ib element such as
If an alloy containing Cu, Ag or the like or a VIIb group element such as Cl is used as the mask layer material, the aperture state of the pinhole portion of the mask semiconductor laser is reduced to a residue, and a state close to a sharp circular shape. can do. This is presumably because the addition of these elements lowers the viscosity of the alloy during melting. That is, an alloy containing these elements, for example, a Cu-Al-Ge alloy is provided as a mask layer by a vacuum evaporation method, and the semiconductor laser is turned on to heat and melt the mask layer to form a pinhole. ,
At this time, as the viscosity of the alloy at the time of melting is lower, fly-off, that is, less residue, and sharper opening are more likely to be obtained. In order to realize this viscosity reduction, two methods are conceivable.

材料の融点を下げること。これは液体の粘性は一般に
温度があがると低下する現象を利用する。
To lower the melting point of a material. This utilizes the phenomenon that the viscosity of a liquid generally decreases with increasing temperature.

材料の融点時の構造を変化させて粘性を低下させる。The structure is changed at the melting point of the material to lower the viscosity.

これらの中、本発明はの方法により所期の効果を得
たのである。
Among these, the present invention has obtained the desired effect by the method described below.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、ピンホール精度の経時的変化を生ぜ
ず、かつ、比較的容易にその半導体レーザー自身の放射
光でピンホールを形成でき、しかも加工精度も良好なマ
スク半導体を得る。
According to the present invention, it is possible to relatively easily form a pinhole with the radiation light of the semiconductor laser itself without causing a temporal change in the pinhole accuracy, and to obtain a mask semiconductor having a good processing accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

図は本発明が適用されるマスク半導体レーザーの斜視図
である。 13……マスク層。
The figure is a perspective view of a mask semiconductor laser to which the present invention is applied. 13 Mask layer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 針谷 真人 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株 式会社リコー内 (72)発明者 井出 ▲やすし▼ 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株 式会社リコー内 (56)参考文献 特開 昭63−34991(JP,A) 特開 昭63−198390(JP,A) 実開 昭57−6266(JP,U) 実開 昭62−52962(JP,U) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Masato Hariya 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Inside Ricoh Co., Ltd. (72) Inventor Ide ▲ Yasushi ▼ 1-3-3 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo No. 6 Inside Ricoh Company, Ltd. (56) References JP-A-63-34991 (JP, A) JP-A-63-198390 (JP, A) JP-A-57-6266 (JP, U) JP-A-62 52962 (JP, U)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体レーザーの放射光を遮光するマスク
層を有し、該層の一部に上記放射光の出射孔を設けてな
るマスク半導体レーザーにおいて、 III b−IV b族合金中にI b族又はVII b族元素が添加さ
れた材料を上記マスク層としていることを特徴とするマ
スク半導体レーザー。
1. A mask semiconductor laser having a mask layer for shielding light emitted from a semiconductor laser, wherein said layer is provided with an emission hole for said emitted light. A mask semiconductor laser comprising a material to which a group b or VIIb element is added as the mask layer.
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