JP4066317B2 - Semiconductor laser device, manufacturing method thereof, and optical disc apparatus - Google Patents

Semiconductor laser device, manufacturing method thereof, and optical disc apparatus Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光情報処理分野への応用が期待される半導体レーザ素子、その製造方法及び 光ディスク装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、半導体レーザ素子におけるレーザ光の共振器端面には、端面反射膜が設けられている。なかでも、レーザ光の出射面と対向する後方端面である反射端面は、高い反射率が要求されるため、膜厚がλ/4n1 の低屈折率膜と膜厚がλ/4n2 の高屈折率膜とを交互に積層してなる高反射率の端面反射膜が形成される。ここで、λはレーザ光の発振波長を表わし、n1 は低屈折率膜の波長λにおける屈折率を表わし、n2 は高屈折率膜の波長λにおける屈折率を表わしている。
【0003】
端面反射膜を構成する低屈折率膜と高屈折率膜とには、レーザ光の波長におけるそれぞれの吸収係数が十分に小さいことが要求される。そのため、端面反射膜を構成する低屈折率膜には、可視光領域及び紫外線領域を含む広い帯域で吸収係数が小さい酸化シリコン(SiO2 )又は酸化アルミニウム(Al23 )が用いられている。一方、端面反射膜を構成する高屈折率膜には、レーザ光の波長により種々の誘電体材料が用いられている。
【0004】
例えば、波長が約780nmのレーザ光を出力するヒ化アルミニウムガリウム(AlGaAs)からなる赤外又は赤色半導体レーザ素子には、その高屈折率膜としてアモルファスシリコン(α−Si)が用いられている。ここで、アモルファスシリコンの波長780nmの光に対する吸収係数の値は4×104 cm-1である。
【0005】
また、この赤外又は赤色半導体レーザ素子の光ディスク装置分野への応用例として、規格の4倍の速度で且つ1回のみの書き込みが可能な4倍速CD−R(CD−recordable)用レーザ素子が挙げられる。4倍速CD−R用レーザ素子には、後方端面の端面反射膜として酸化シリコンとアモルファスシリコンとが組をなす積層膜が用いられている。例えば、2組(周期)分の酸化シリコンとアモルファスシリコンとから端面反射膜を構成することにより、反射率を95%とすることができる。
【0006】
この端面反射膜を用いて、デューティ比が50%のパルス駆動時で100mW、また、連続(Continuous−Wave:CW)駆動時で80mWの光出力を持つ4倍速CD−R用レーザ素子が実現されている。
【0007】
一方、波長が約650nmのレーザ光を出力する燐化アルミニウムガリウムインジウム(AlGaInP)からなる赤色半導体レーザ素子の高屈折率膜には、アモルファスシリコンの代わりに、酸化チタン(TiO2 )が用いられている。アモルファスシリコンを用いない理由は、波長が650nm付近の光に対するアモルファスシリコンの吸収係数が大きいため、これを端面反射膜に用いた場合には、アモルファスシリコン層における光吸収が大きくなる。この光吸収に伴う温度上昇により、レーザ素子における共振器端面近傍の結晶性が劣化して、素子の信頼性が低下するからである。
【0008】
そこで、波長が約650nmの赤色半導体レーザ素子には、端面反射膜として、酸化シリコンと比べて屈折率が十分に大きく且つ吸収係数もアモルファスシリコンよりも小さい酸化チタンを用いている。アモルファスシリコンの波長650nmの光に対する吸収係数の値が1×105 cm-1であるのに対し、酸化チタンの波長650nmの光に対する吸収係数の値は2cm-1である。
【0009】
また、現在開発が進められている発振波長が約400nmの青紫色半導体レーザ素子においても、端面反射膜として酸化シリコンと酸化チタンとからなる積層膜が用いられている。例えば、窒化アルミニウムインジウムガリウム(AlInGaN)からなる半導体レーザ素子の端面反射膜として、酸化シリコンと酸化チタンとからなる積層膜を用いた半導体レーザ素子が、Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 38 (1999) pp. L184-L186に報告されている。なお、酸化チタンの波長400nmの光に対する吸収係数の値は2400cm-1である。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
近年、光ディスク装置用の半導体レーザ素子には、光ディスクへの記録速度の向上を図るための高出力化と、記録密度の向上を図るための短波長化とが要求されている。
【0011】
しかしながら、従来の発振波長が約780nmの赤外又は赤色半導体レーザ素子に用いられている酸化シリコンとアモルファスシリコンとの積層体からなる端面反射膜や、発振波長が約650nmの赤色半導体レーザ素子に用いられている酸化シリコンと酸化チタンとの積層体からなる端面反射膜は、レーザ素子の高出力化に対応することができないという問題がある。
【0012】
また、発振波長が約400nmの青紫色半導体レーザ素子にも用いられている酸化シリコンと酸化チタンとの積層体からなる端面反射膜は、レーザ素子の短波長化に対応することができないという問題もある。
【0013】
これは、各半導体レーザ素子の出射光における高屈折率膜における光の吸収係数が十分に小さいとはいえないため、レーザ素子の高出力化を図ると、高屈折率膜の光吸収による温度上昇が顕著となって、半導レーザ素子、特に活性領域における共振器端面の近傍部分の結晶構造が劣化するからである。
【0014】
同様に、発振波長を400nm以下とするような短波長化を図る場合に、従来の酸化シリコンとの積層膜からなる端面反射膜では対応が困難となる。これは、酸化チタンの吸収係数が短波長の領域では大きく増大するためである。
【0015】
本発明は、前記従来の問題を解決し、半導体レーザ素子の高出力化又は短波長化に対応できる端面反射膜を得られるようにすることを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明は、半導体レーザ素子の端面反射膜を構成する高屈折率膜に酸化ニオブ(Nb25)を用いる構成とする。
【0017】
具体的に、本発明に係る半導体レーザ素子は、n型半導体層と、p型半導体層と、n型半導体層とp型半導体層に挟まれた III- V族窒化物半導体からなる活性層と、n型半導体層とp型半導体層との間に配置され活性層を含む共振器と、共振器の端面に配置され酸化ニオブを含む反射膜とを有し、発振波長は、0.4μm又は0.4μmよりも短いことを特徴とする
【0018】
本発明の半導体レーザ素子によると、共振器の端面に形成された反射膜に例えば酸化チタンよりも光の吸収係数が小さい酸化ニオブを含むため、レーザ光の吸収が酸化チタンの場合よりも少なくなるので、該反射膜の温度上昇が抑制される。このため、半導体層における共振器の端面近傍部分の結晶構造の劣化を防止できるので、レーザ素子の高出力化又は短波長化が可能となる。
【0019】
本発明の半導体レーザ素子において、活性層はInを含むことが好ましい。
【0020】
本発明の半導体レーザ素子において、反射膜は共振器の端面を覆っていることが好ましい。
【0021】
本発明の半導体レーザ素子において、反射膜は、第1の誘電体層と、酸化ニオブを含む第2の誘電体層とを有することが好ましい。
【0022】
この場合に、第2の誘電体層の屈折率は、第1の誘電体層の屈折率よりも大きいことが好ましい。
【0023】
また、この場合に、第1の誘電体層は、酸化シリコン又は酸化アルミニウムを含むことが好ましい。
【0024】
本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法は、発振波長が0.4μm又は0.4μmよりも短い半導体レーザ素子の製造方法を対象とし、基板の上に、n型半導体層と、p型半導体層と、n型半導体層とp型半導体層に挟まれた III- V族窒化物半導体からなる活性層とを成長させる工程と、n型半導体層とp型半導体層と活性層とを成長させた基板を劈開又はエッチングすることにより共振器の端面を形成する工程と、共振器の端面に酸化ニオブを含む反射膜を形成する工程とを備えたことを特徴とする。
【0025】
本発明の半導体レーザ素子の製造方法によると、n型半導体層とp型半導体層と活性層とを成長させた基板を劈開又はエッチングすることにより、各半導体層及び活性層を含む基板から共振器端面を露出し、露出した共振器端面の上に酸化ニオブを含む反射膜を形成するため、本発明の半導体レーザ素子を実現できる。
【0026】
本発明の半導体レーザ素子の製造方法において、反射膜を形成する工程が、反射膜を、屈折率が酸化ニオブよりも小さい第1の誘電体層と、酸化ニオブからなる第2の誘電体層とを含む積層構造とする工程を含むことが好ましい。このようにすると、本発明の第2又は第3の半導体レーザ素子を実現できる。
【0027】
本発明の半導体レーザ素子の製造方法において、反射膜をスパッタ法又は反応性スパッタ法により形成することが好ましい。
【0028】
本発明に係る光ディスク装置は、半導体レーザ素子を含む発光部と、発光部から出射されたレーザ光をデータが記録された記録媒体上に集光する集光光学部と、記録媒体によって反射された光を検出する光検出部とを備え、半導体レーザ素子は、n型半導体層と、p型半導体層と、n型半導体層とp型半導体層に挟まれた III- V族窒化物半導体からなる活性層と、n型半導体層とp型半導体層との間に配置され活性層を含む共振器と、共振器の端面に配置され酸化ニオブを含む反射膜とを有し、発振波長が0.4μm又は0.4μmよりも短いことを特徴とする。
【0029】
本発明の光ディスク装置によると、発光部を構成する半導体レーザ素子が、共振器の端面に形成された酸化ニオブを含む反射膜を有しているため、発光部が半導体レーザ素子の高出力化又は短波長化に対応することができるようになる。
【0030】
【発明の実施の形態】
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0031】
図1は本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザ素子であって、発振波長が約400nmの青紫色半導体レーザ素子を示している。
【0032】
図1に示すように、半導体レーザ素子10には、例えば、窒化ガリウム(GaN)からなる障壁層と窒化インジウムガリウム(InGaN)からなる井戸層とにより構成される量子井戸活性層11が少なくともn型とp型の各窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)からなる光ガイド層に上下方向から挟まれてなる共振器12が形成されている。
【0033】
共振器12におけるレーザ光100の出射端面10aと反対側の反射端面10bには、端面反射膜13が設けられている。
【0034】
端面反射膜13は、共振器12の端面側から順次形成された、第1の誘電体層としての酸化シリコン(SiO2 )からなる低屈折率膜13aと、第2の誘電体層としての酸化ニオブ(Nb25)からなる高屈折率膜13bとにより構成される単位反射膜130を複数含むように構成されている。
【0035】
低屈折率膜13a及び高屈折率膜13bの膜厚、並びに単位反射膜130の数は、半導体レーザ素子の仕様によってそれぞれ適当な値を設定することができる。例えば、膜厚が約68nmの酸化シリコンと膜厚が約40nmの酸化ニオブとからなる単位反射膜130を3組分形成することにより、端面反射膜13に約93.9%の反射率を得ることができる。
【0036】
ここで、発振波長が約400nmのレーザ光に対する反射膜の高屈折率膜13bに、従来のように酸化チタン(TiO2 )を用いても、酸化ニオブの場合と同程度の反射率を得ることは可能である。
【0037】
しかしながら、第1の実施形態は、端面反射膜13の高屈折率膜13bに酸化ニオブを用いているため、酸化ニオブの光の吸収係数が酸化チタンよりも小さいので、共振器13の端面近傍の温度上昇を抑制できる。その結果、量子井戸活性層11及びその周辺部の結晶性が劣化しにくくなり、半導体レーザ素子の高出力化が可能となる。なお、活性層を量子井戸構造としたが、必ずしも量子井戸構造を採る必要はない。
【0038】
さらに、高出力化とは別に、発振波長が400nm以下の紫外領域にまで短波長化を進める場合であっても、紫外半導体レーザ素子用の端面反射膜13に酸化シリコンと酸化チタンとからなる単位反射膜130を用いると、酸化チタンの光吸収によって半導体レーザ素子に劣化が生じる。一方、第1の実施形態においては、紫外領域であっても、光の吸収係数が酸化チタンよりも酸化ニオブの方が小さいため、短波長化による素子の劣化をも低減できる。
【0039】
また、酸化ニオブは、外部から侵入する水又は水素等が、レーザ素子の内部に拡散するのを防止する保護膜としても機能する。発振波長に約400nmの青紫色光を得られる半導体材料として有望視されているIII-V族窒化物半導体は、特に水素によって電気的特性が劣化しやすいという性質を有しているが、本実施形態に係る半導体レーザ素子は、共振器端面の一方が水素の侵入を防ぐ酸化ニオブにより覆われているため、外部からの水素等の不純物拡散による半導体レーザ素子の劣化を防止できる。
【0040】
以下、前記のように構成された半導体レーザ素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【0041】
図2は本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法であって、スパッタ法による端面反射膜の製造方法を模式的に示している。ここでは、スパッタ成膜装置として、例えばマグネトロンスパッタリング装置を用いる。
【0042】
まず、成膜装置の概略構成を説明する。
【0043】
図2に示すように、マグネトロンスパッタリング装置20は、壁面の上部に設けられたガス導入口21と該ガス導入口21と対向する壁面の下部に設けられた排気口22とを持つ成膜室23を有している。
【0044】
成膜室23の底部には陽極24が設置されており、陽極24上には、成膜対象であるレーザ素子形成体10Aが各共振器12の反射端面10bを上方に向けて保持されている。ここで、レーザ素子形成体10Aは、あらかじめ複数の共振器12が形成された短冊状の半導体ウエハであって、共振器長方向とほぼ垂直な方向で劈開されて、反射端面10bを露出している。
【0045】
成膜室23の上部には、酸化ニオブ(Nb25)からなる板状のターゲット材25が陽極24と対向するように保持された平板型マグネトロン電極26が設けられている。これにより、レーザ素子形成体10Aの露出した反射端面10bはターゲット材25と対向する。
【0046】
次に、成膜方法を説明する。
【0047】
まず、減圧された成膜室23に、ガス導入口21からアルゴン(Ar)を主成分とするプラズマ生成用ガスを導入する。続いて、ターゲット材25に高周波電力を印加して、ターゲット材25の表面近傍にプラズマを発生させる。このとき、ターゲット材25に衝突するアルゴンイオンによって、ターゲット材25の表面がスパッタリングされることにより、陽極24上に保持されたレーザ素子形成体10Aの反射端面10b上に誘電体膜が成膜される。第1の実施形態においては、一例として、酸化シリコンからなる低屈折率膜13aと酸化ニオブからなる高屈折率膜13bとにより構成される単位反射膜130を3組分形成する。
【0048】
なお、低屈折率膜13aは、ターゲット材25をシリコン(Si)とし、プラズマ生成用ガスをアルゴン(Ar)とし且つ反応性ガスを酸素(O2 )とする反応性スパッタ法を用いる。
【0049】
一方、高屈折率膜13bは、酸化ニオブからなるターゲット材25をアルゴンイオンによってスパッタリングする場合には、成膜される酸化ニオブの酸素の組成が化学量論比よりも小さくなりやすい。従って、酸化ニオブの酸素の欠損を防止するために、成膜時の導入ガスとしてアルゴンガスと共に酸素ガスを供給することが望ましい。
【0050】
本実施形態においては、アルゴンの供給量を約10sccm(standard cubic centimeter per minute)とし、酸素の供給量を約40sccmとしている。また、成膜中の成膜室23の圧力を約0.1Paとし、高周波電力を1kW程度に設定している。これらの条件により、約8nm/minの堆積速度で且つほとんど酸素の欠損がない酸化ニオブからなる高屈折率膜13bを形成することができる。
【0051】
なお、高屈折率膜13bの生成用のターゲット材25に酸化ニオブを用いたが、これに代えて、金属ニオブ(Nb)をターゲット材25とし、酸素ガスを反応性ガスとする反応性スパッタ法により成膜してもよい。
【0052】
また、端面反射膜13の成膜は、酸化シリコンからなる低屈折率膜13aと酸化ニオブからなる高屈折率膜13bとの界面汚染を防止するため、真空一環プロセスにより形成することが望ましい。このためには、酸化シリコン用の成膜室と酸化ニオブ用の成膜室とを備えたマルチチャンバ構成のスパッタ装置、又は1つの成膜室に酸化シリコンの原料と酸化ニオブの原料とを有するマルチソース構成のスパッタ装置を用いることが望ましい。
【0053】
このように、酸化ニオブ(Nb25)は、比較的簡単に低光吸収で且つ高屈折率の誘電体膜を形成できるため、青紫色半導体レーザ素子に限らず、赤色半導体レーザ素子等の他の波長領域のレーザ光を出力するレーザ素子にも容易に適用できる。
【0054】
図3(a)及び図3(b)は分光エリプソメータによる評価結果であって、第1の実施形態に係る酸化ニオブからなる高屈折率膜の光の吸収係数及び屈折率の波長分散を、比較用であって反応性スパッタ法による酸化チタンからなる高屈折率膜とそれぞれ対比させて示している。
【0055】
図3(a)に示すように、実線で示す酸化ニオブの吸収係数は、波長が短くなるにつれて単調に増加するものの、破線で示す酸化チタンと比較すると、その値は大幅に小さいことが分かる。例えば、400nmの波長における吸収係数を比較すると、酸化チタンが2400cm-1であるのに対し、酸化ニオブは109cm-1を示している。
【0056】
一方、図3(b)に示すように、酸化ニオブの屈折率は波長が短くなるにつれて単調に増加するが、酸化チタンと比較すると若干小さい値を示している。このように、屈折率は、酸化チタンの方が酸化ニオブよりも大きい値を示しており、例えば、400nmの波長における屈折率を比較すると、酸化チタンが2.95であるのに対し、酸化ニオブは2.52を示している。
【0057】
一般に、光吸収に伴うレーザ素子の劣化が問題となるのは、光の吸収係数の値が103 cm-1〜104 cm-1以上の場合である。吸収係数の値が104 cm-1以下の領域を端面反射膜13の材料として使用可能な波長領域であるとすると、酸化チタンの場合は約370nm以下の波長には対応できないのに対し、酸化ニオブの場合は340nm付近まで対応可能であることが分かる。
【0058】
なお、図3(b)に示すように、酸化ニオブの屈折率は酸化チタンの屈折率と比べて若干小さい値ではあるが、低屈折率膜13aを構成する酸化シリコン(SiO2 )の屈折率と比べて十分に大きい値であるため、酸化シリコンと酸化ニオブとからなる単位反射膜130を用いることにより、端面反射膜13に十分な反射率を得ることができる。
【0059】
図4は第1の実施形態に係る半導体レーザ素子の端面反射膜における波長が400nmの光に対する反射率の膜厚依存性を示している。ここでは、膜厚がλ/4n1 により決定される約68nmの酸化シリコンからなる低屈折率膜13aと、膜厚がλ/4n2 により決定される約40nmの酸化ニオブからなる高屈折率膜13bとにより構成される単位反射膜130を3組分積層することにより、反射率が約93.9%となる端面反射膜13を得ている。ここで、λは400nmであり、n1 は酸化シリコンの波長400nmにおける屈折率であり、n2 は酸化ニオブの波長400nmにおける屈折率である。
【0060】
なお、第1の実施形態においては、酸化ニオブの成膜方法として、マグネトロンスパッタ装置を用いたが、これに限らず、ECRスパッタ装置、高周波スパッタ装置又はヘリコンスパッタ装置等を用いてもよい。
【0061】
また、低屈折率膜13aと高屈折率膜13bとからなる単位反射膜130は、端面側に低屈折率膜13aを設けると、該低屈折率膜13aと接する半導体層との間で屈折率に差が生じて、反射率が大きくなる。しかしながら、反射率は低下するものの、端面側に高屈折率膜13bを設ける構成、又は単位反射膜130の外側の膜を1組の膜の一方のみで終わらせる構成、すなわち端面側と外側との双方に低屈折率膜13a若しくは高屈折率膜13bを設ける構成であっても、本発明の効果を損なうことはない。
【0062】
また、低屈折率膜13aには酸化シリコンを用いたが、これに代えて、酸化アルミニウム(Al23)を用いてもよい。
【0063】
また、共振器12における反射端面10bと反対側の出射端面10aにも、保護膜として、低屈折率である酸化シリコン又は酸化アルミニウムを設けてもよい。
【0064】
また、発振波長が約400nmの青紫色半導体レーザ素子の半導体材料に窒化ガリウムを主な組成とするIII-V族窒化物半導体を用いたが、これに限られず、セレン化亜鉛(ZnSe)、硫化亜鉛(ZnS)又は酸化亜鉛(ZnO)等のII−VI族化合物半導体を用いてもよい。
【0065】
参考例
以下、本発明の参考例について説明する。
【0066】
前述の第1の実施形態においては、短波長化に対応できる高反射率膜に酸化ニオブを用いたが、本参考例においては、発振波長が赤外から赤色の長波長の半導体レーザ素子の高出力化に対応できるようにする。
【0067】
例えば、規格の16倍の速度で且つ1回の書き込みが可能な16倍速CD−R用レーザ素子においては、デューティ比が50%のパルス駆動時で150mW、また、CW駆動時で110mWの光出力が要求されており、従来の酸化シリコンからなる低屈折率膜とアモルファスシリコンからなる高屈折率膜とから構成される端面反射膜では十分な信頼性を得ることができない。
【0068】
そこで、本参考例においては、端面反射膜に用いる第1の誘電体層と第2の誘電体層とをそれぞれ酸化シリコン(SiO2 )と酸化ニオブ(Nb25)とにより構成することによって、16倍速CD−R用の赤外又は赤色半導体レーザ素子の長期信頼性を得られるようになる。
【0069】
図5は本発明の参考例に係る半導体レーザ素子であって、発振波長が約780nmの赤外又は赤色半導体レーザ素子を示している。
【0070】
図5に示すように、半導体レーザ素子30には、例えば、ヒ化アルミニウムガリウム(AlGaAs)からなる障壁層とヒ化ガリウム(GaAs)からなる井戸層とにより構成される量子井戸活性層31が少なくともn型とp型の各ヒ化アルミニウムガリウム(AlGaAs)からなる光ガイド層に上下方向から挟まれてなる共振器32が形成されている。なお、本参考例においても、活性層を量子井戸構造としたが、必ずしも量子井戸構造を採る必要はない。
【0071】
共振器32におけるレーザ光100の出射端面30aと反対側の反射端面30bには、端面反射膜33が設けられている。
【0072】
端面反射膜33は、共振器32の端面側から順次形成された、第1の誘電体層としての酸化シリコンからなる低屈折率膜33aと、第2の誘電体層としての酸化ニオブからなる高屈折率膜33bとにより構成される単位反射膜330を複数含むように構成されている。
【0073】
低屈折率膜33a及び高屈折率膜33bの膜厚、並びに単位反射膜330の数は、半導体レーザ素子の仕様によってそれぞれ適当な値を設定することができる。例えば、反射端面30b上に、膜厚が膜厚がλ/4n1 により決定される酸化シリコンと、膜厚がλ/4n2 により決定される酸化ニオブとを2組分形成することにより、端面反射膜33に約85%の反射率を得ることができる。
【0074】
本参考例によると、共振器32の反射端面30bに形成された端面反射膜33の高屈折率膜33bに酸化ニオブを用いているため、該酸化ニオブの光の吸収係数はアモルファスシリコンよりも小さいので、共振器33の端面近傍の温度上昇が抑制される。その結果、量子井戸活性層31及びその周辺部の結晶性が劣化しにくくなり、半導体レーザ素子の高出力化が可能となる。
【0075】
これは、波長が780nmの光に対するアモルファスシリコンの光の吸収係数の値が4×104 cm-1であるのに対し、酸化ニオブの光の吸収係数の値は10-3cm-1以下とほぼ0であるため、端面反射膜33における光吸収を大きく低減できるからである。
【0076】
なお、本参考例の一変形例として、端面反射膜33における2組目の高屈折率膜33bの酸化ニオブに代えて、水素を含むアモルファスシリコンである水素化アモルファスシリコン(α−Si:H)を用いてもよい。このようにすると、端面反射膜33の反射率を約90%にすることができる。
【0077】
以上のことから、赤外又は赤色半導体レーザ素子の高出力化を図る場合には、2組分の単位反射膜330のすべての高屈折率膜33bに酸化ニオブを用いれば良く、さらには3組以上の単位反射膜330からなる端面反射膜33を設ければ良い。
【0078】
また、それ程の高出力が要求されない場合、例えば4倍速CD−R用のレーザ素子の場合は、所定の注入電流量で高反射率を得られるように、複数の単位反射膜330の反射端面30b側の1組目を除く外側の高屈折率膜33bに、酸化ニオブよりも屈折率が大きい誘電体を用いるようにしても良い。
【0079】
第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0080】
図6は本発明の第2の実施形態に係る光ディスク装置の構成を模式的に表わしている。図6において、第2の実施形態に係る光ディスク装置は、本発明の半導体レーザ素子、すなわち、第1の実施形態に係る青紫色半導体レーザ素子を光ディスク装置の発光部41に用いている。
【0081】
図6に示すように、光ディスク装置には、発光部41を構成する半導体レーザ素子の出射端面と、所望のデータが記録された記録媒体である光ディスク50のデータ保持面とが互いに対向するように設けられ、発光部41と光ディスク50との間には、集光光学部40が設けられている。
【0082】
集光光学部40は、発光部41側から順に設けられた、該発光部41から出射される出射光51を平行光とするコリメータレンズ42と、平行光を3本のビーム(図示せず)に分割する回折格子43と、出射光51を透過し且つ光ディスク50からの反射光52の光路を変更するハーフプリズム44と、3本のビームを光ディスク50上に集光させる集光レンズ45とを有している。ここでは、発光光51として波長が約400nmのレーザ光を用いている。
【0083】
光ディスク50上に集光された3本のビームは径がそれぞれ0.4μm程度のスポット形状となる。この3つのスポットの位置によって検出される光ディスク50の半径方向の位置ずれを、集光レンズ45を適当に移動させることにより修正する駆動系回路46が設けられている。
【0084】
ハーフプリズム44からの反射光52の光路上には反射光52を絞る受光レンズ47と、焦点の位置ずれを検出するシリンドリカルレンズ48と、集光された反射光52を電気信号に変換する光検出部としてのフォトダイオード素子49とが設けられている。
【0085】
このように、発光光51を光ディスク50に導く集光光学部40、及び光ディスク50により反射した反射光52を受光するフォトダイオード素子49とを備えた光ディスク装置の発光部41を構成する半導体レーザ素子は、アモルファスシリコンや酸化チタンよりも光の吸収係数が小さい酸化ニオブを出射端面と反対側の端面である端面反射膜の高屈折率膜に用いている。このため、発振波長が約400nm又は400nm以下となる短波長化を図る場合に、発光部41の長期信頼性、ひいては光ディスク装置の長期信頼性を得ることができる。
【0086】
また、第2の実施形態の一変形例として、発光部41を構成する半導体レーザ素子に前述した参考例に係る赤外又は赤色半導体レーザ素子を用いれば、16倍速CD−ROMドライブ装置として長期信頼性を得ることができる。
【0087】
【発明の効果】
本発明に係る半導体レーザ素子及びその製造方法によると、反射膜におけるレーザ光の吸収が低減するため、該反射膜の温度上昇が抑制されるので、半導体層における共振器の端面近傍部分の結晶構造の劣化を防止でき、レーザ素子の高出力化又は短波長化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施形態に係る青紫色半導体レーザ素子を示す斜視図である。
【図2】 本発明の第1の実施形態に係る青紫色半導体レーザ素子の反射端面の製造方法を示す模式図である。
【図3】 (a)及び(b)は本発明の第1の実施形態に係る青紫色半導体レーザ素子の端面反射膜における高屈折率膜の波長依存性を示し、(a)は光の吸収係数を示すグラフであり、(b)は屈折率を示すグラフである。
【図4】 本発明の第1の実施形態に係る青紫色半導体レーザ素子の端面反射膜における波長が400nmの光に対する反射率の膜厚依存性を示すグラフである。
【図5】 本発明の参考例に係る赤外又は赤色半導体レーザ素子を示す斜視図である。
【図6】 本発明の第2の実施形態に係る光ディスク装置を示す模式的な構成図である。
【符号の説明】
10 半導体レーザ素子
10a 出射端面
10b 反射端面
10A レーザ素子形成体
11 量子井戸活性層
12 共振器
13 端面反射膜
13a 低屈折率膜(第1の誘電体層)
13b 高屈折率膜(第2の誘電体層)
130 単位反射膜
20 マグネトロンスパッタリング装置
21 ガス導入口
22 排気口
23 成膜室
24 陽極
25 ターゲット材
26 平板型マグネトロン電極
30 半導体レーザ素子
30a 出射端面
30b 反射端面
31 量子井戸活性層
32 共振器
33 端面反射膜
33a 低屈折率膜(第1の誘電体層)
33b 高屈折率膜(第2の誘電体層)
330 単位反射膜
100 レーザ光
40 集光光学部
41 発光部
42 コリメータレンズ
43 回折格子
44 ハーフプリズム
45 集光レンズ
46 駆動系回路
47 受光レンズ
48 シリンドリカルレンズ
49 フォトダイオード素子(光検出部)
50 光ディスク
51 発光光
52 反射光
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention is a semiconductor laser element expected to be applied to the field of optical information processing., Its manufacturing method and Optical disk deviceAbout.
[0002]
[Prior art]
  In general, an end face reflecting film is provided on a resonator end face of laser light in a semiconductor laser element. In particular, the reflection end face, which is the rear end face facing the laser light emission face, is required to have a high reflectance, so that the film thickness is λ / 4n.1 Low refractive index film and film thickness is λ / 4n2 A high-reflectivity end-face reflection film is formed by alternately laminating these high-refractive-index films. Here, λ represents the oscillation wavelength of the laser beam, and n1 Represents the refractive index at the wavelength λ of the low refractive index film, and n2 Represents the refractive index of the high refractive index film at the wavelength λ.
[0003]
  The low-refractive index film and the high-refractive index film constituting the end face reflection film are required to have a sufficiently small absorption coefficient at the wavelength of the laser beam. Therefore, silicon oxide (SiO 2) having a low absorption coefficient in a wide band including the visible light region and the ultraviolet region is included in the low refractive index film constituting the end face reflection film.2 ) Or aluminum oxide (Al2 OThree ) Is used. On the other hand, various dielectric materials are used for the high refractive index film constituting the end face reflection film depending on the wavelength of the laser beam.
[0004]
  For example, an infrared or red semiconductor laser element made of aluminum gallium arsenide (AlGaAs) that outputs laser light having a wavelength of about 780 nm uses amorphous silicon (α-Si) as its high refractive index film. Here, the value of the absorption coefficient for light having a wavelength of 780 nm of amorphous silicon is 4 × 10.Four cm-1It is.
[0005]
  As an application example of this infrared or red semiconductor laser element in the field of optical disc devices, there is a quadruple speed CD-R (CD-recordable) laser element that can be written only once at a speed four times the standard. Can be mentioned. In the quadruple speed CD-R laser element, a laminated film in which silicon oxide and amorphous silicon form a pair is used as an end face reflection film on the rear end face. For example, the reflectance can be set to 95% by forming the end face reflection film from two sets (periods) of silicon oxide and amorphous silicon.
[0006]
  Using this end face reflection film, a quadruple-speed CD-R laser element having a light output of 100 mW when the duty ratio is 50% driven and 80 mW when continuously driven (CW) is realized. ing.
[0007]
  On the other hand, a high refractive index film of a red semiconductor laser element made of aluminum gallium indium phosphide (AlGaInP) that outputs laser light having a wavelength of about 650 nm is replaced with titanium oxide (TiO 2) instead of amorphous silicon.2 ) Is used. The reason why amorphous silicon is not used is that the absorption coefficient of amorphous silicon with respect to light having a wavelength near 650 nm is large. Therefore, when this is used for an end face reflection film, light absorption in the amorphous silicon layer increases. This is because the crystallinity in the vicinity of the cavity end face of the laser element deteriorates due to the temperature rise accompanying this light absorption, and the reliability of the element decreases.
[0008]
  Therefore, a red semiconductor laser element having a wavelength of about 650 nm uses titanium oxide as an end face reflecting film, which has a sufficiently large refractive index and a smaller absorption coefficient than amorphous silicon as compared with silicon oxide. The value of the absorption coefficient for light with a wavelength of 650 nm of amorphous silicon is 1 × 10Five cm-1On the other hand, the value of the absorption coefficient for light with a wavelength of 650 nm of titanium oxide is 2 cm.-1It is.
[0009]
  Further, even in a blue-violet semiconductor laser element having an oscillation wavelength of about 400 nm that is currently being developed, a laminated film made of silicon oxide and titanium oxide is used as an end face reflection film. For example, as an end face reflection film of a semiconductor laser element made of aluminum indium gallium nitride (AlInGaN), a semiconductor laser element using a laminated film made of silicon oxide and titanium oxide is disclosed in Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 1999) pp. L184-L186. The value of the absorption coefficient for light with a wavelength of 400 nm of titanium oxide is 2400 cm.-1It is.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
  2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor laser elements for optical disk devices are required to have a high output for improving the recording speed on the optical disk and a short wavelength for improving the recording density.
[0011]
  However, it is used for an end face reflection film made of a laminate of silicon oxide and amorphous silicon, which is used in a conventional infrared or red semiconductor laser device having an oscillation wavelength of about 780 nm, and a red semiconductor laser device having an oscillation wavelength of about 650 nm. The end face reflection film made of a laminated body of silicon oxide and titanium oxide has a problem that it cannot cope with an increase in output of the laser element.
[0012]
  Another problem is that the end face reflection film made of a laminated body of silicon oxide and titanium oxide, which is also used for a blue-violet semiconductor laser element having an oscillation wavelength of about 400 nm, cannot cope with the shorter wavelength of the laser element. is there.
[0013]
  This is because the light absorption coefficient of the high refractive index film in the emitted light of each semiconductor laser element cannot be said to be sufficiently small. Therefore, when the output of the laser element is increased, the temperature rises due to the light absorption of the high refractive index film. This is because the crystal structure of the semiconductor laser element, particularly in the vicinity of the cavity end face in the active region, deteriorates.
[0014]
  Similarly, when shortening the oscillation wavelength to 400 nm or less, it is difficult to cope with an end face reflection film made of a conventional laminated film with silicon oxide. This is because the absorption coefficient of titanium oxide greatly increases in the short wavelength region.
[0015]
  An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and to obtain an end face reflection film that can cope with a higher output or shorter wavelength of a semiconductor laser element.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the present invention provides niobium oxide (Nb oxide) on a high refractive index film constituting an end face reflection film of a semiconductor laser element.2OFive).
[0017]
  Specifically, the present invention relates toHalfConductor laser elementsandwiched between an n-type semiconductor layer, a p-type semiconductor layer, and an n-type semiconductor layer and a p-type semiconductor layer III- An active layer made of a group V nitride semiconductor, a resonator including an active layer disposed between an n-type semiconductor layer and a p-type semiconductor layer, and a reflective film including niobium oxide disposed on an end face of the resonator. The oscillation wavelength is 0.4 μm or shorter than 0.4 μm..
[0018]
  The present inventionAccording to the semiconductor laser element, since the reflecting film formed on the end face of the resonator contains niobium oxide having a light absorption coefficient smaller than that of titanium oxide, for example, the absorption of laser light is less than that of titanium oxide. An increase in temperature of the reflective film is suppressed. For this reason, since the deterioration of the crystal structure of the semiconductor layer near the end face of the resonator can be prevented, the output of the laser element can be increased or the wavelength can be shortened.
[0019]
  In the semiconductor laser device of the present invention, the active layer preferably contains In.
[0020]
  In the semiconductor laser device of the present invention, the reflective film preferably covers the end face of the resonator.
[0021]
  In the semiconductor laser device of the present invention, it is preferable that the reflective film has a first dielectric layer and a second dielectric layer containing niobium oxide.
[0022]
  In this case, the refractive index of the second dielectric layer is preferably larger than the refractive index of the first dielectric layer.
[0023]
  In this case,The first dielectric layer is silicon oxide or aluminum oxideIt is preferable to contain.
[0024]
  The present inventionHalfThe manufacturing method of the conductor laser element is as follows:Targeting a method for manufacturing a semiconductor laser device having an oscillation wavelength shorter than 0.4 μm or 0.4 μm, an n-type semiconductor layer, a p-type semiconductor layer, an n-type semiconductor layer, and a p-type semiconductor layer are formed on a substrate. Sandwiched III- A step of growing an active layer made of a group V nitride semiconductor, and a step of forming an end face of a resonator by cleaving or etching a substrate on which an n-type semiconductor layer, a p-type semiconductor layer, and an active layer are grown. And a step of forming a reflective film containing niobium oxide on the end face of the resonator.
[0025]
  The present inventionAccording to the semiconductor laser device manufacturing method ofN-type semiconductor layer, p-type semiconductor layer and active layer were grownBy cleaving or etching the substrate,Substrate including each semiconductor layer and active layerTo expose a resonator end face, and to form a reflective film containing niobium oxide on the exposed resonator end face.Half ofA conductor laser element can be realized.
[0026]
  The present inventionIn the method of manufacturing a semiconductor laser device, the step of forming the reflective film includes the first dielectric layer having a refractive index smaller than that of niobium oxide and the second dielectric layer made of niobium oxide. It is preferable to include a step of forming a laminated structure. Thus, the second or third semiconductor laser element of the present invention can be realized.
[0027]
  The present inventionIn the semiconductor laser device manufacturing method, it is preferable to form the reflective film by sputtering or reactive sputtering.
[0028]
  An optical disc apparatus according to the present invention is reflected by a recording medium, a light emitting unit including a semiconductor laser element, a condensing optical unit that condenses laser light emitted from the light emitting unit on a recording medium on which data is recorded, and A light detecting section for detecting light, the semiconductor laser element issandwiched between an n-type semiconductor layer, a p-type semiconductor layer, and an n-type semiconductor layer and a p-type semiconductor layer III- An active layer made of a group V nitride semiconductor; a resonator including an active layer disposed between the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer;On the end face of the resonatorPlacedReflective film containing niobium oxideThe oscillation wavelength is 0.4 μm or shorter than 0.4 μm.
[0029]
  According to the optical disk device of the present invention, since the semiconductor laser element that constitutes the light emitting section has the reflective film containing niobium oxide formed on the end face of the resonator, the light emitting section can increase the output of the semiconductor laser element. It becomes possible to cope with shorter wavelengths.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  (First embodiment)
  A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0031]
  FIG. 1 shows a blue-violet semiconductor laser element having an oscillation wavelength of about 400 nm, which is a semiconductor laser element according to the first embodiment of the present invention.
[0032]
  As shown in FIG. 1, the semiconductor laser device 10 includes at least an n-type quantum well active layer 11 including a barrier layer made of gallium nitride (GaN) and a well layer made of indium gallium nitride (InGaN), for example. And a resonator 12 sandwiched from above and below between light guide layers made of p-type aluminum gallium nitride (AlGaN).
[0033]
  An end face reflection film 13 is provided on the reflection end face 10 b opposite to the emission end face 10 a of the laser beam 100 in the resonator 12.
[0034]
  The end face reflection film 13 is formed in order from the end face side of the resonator 12 and is formed of silicon oxide (SiO 2) as a first dielectric layer.2 ) And a niobium oxide (Nb) as the second dielectric layer.2OFive) And a plurality of unit reflection films 130 each including the high refractive index film 13b.
[0035]
  The film thicknesses of the low refractive index film 13a and the high refractive index film 13b, and the number of unit reflection films 130 can be set to appropriate values depending on the specifications of the semiconductor laser element. For example, by forming three sets of unit reflection films 130 made of silicon oxide having a film thickness of about 68 nm and niobium oxide having a film thickness of about 40 nm, a reflectivity of about 93.9% is obtained on the end face reflection film 13. be able to.
[0036]
  Here, as in the conventional case, titanium oxide (TiO 2) is applied to the high-refractive index film 13b that is a reflection film for laser light having an oscillation wavelength of about 400 nm.2 ), It is possible to obtain a reflectance comparable to that of niobium oxide.
[0037]
  However, in the first embodiment, since niobium oxide is used for the high refractive index film 13b of the end face reflecting film 13, the light absorption coefficient of niobium oxide is smaller than that of titanium oxide. Temperature rise can be suppressed. As a result, the crystallinity of the quantum well active layer 11 and its peripheral part is hardly deteriorated, and the output of the semiconductor laser device can be increased. Although the active layer has a quantum well structure, the quantum well structure is not necessarily employed.
[0038]
  In addition to the increase in output, even when the wavelength is reduced to an ultraviolet region with an oscillation wavelength of 400 nm or less, a unit made of silicon oxide and titanium oxide is formed on the end face reflection film 13 for an ultraviolet semiconductor laser element. When the reflective film 130 is used, the semiconductor laser element is deteriorated due to light absorption of titanium oxide. On the other hand, in the first embodiment, even in the ultraviolet region, since the light absorption coefficient of niobium oxide is smaller than that of titanium oxide, it is possible to reduce the deterioration of the element due to the shorter wavelength.
[0039]
  Niobium oxide also functions as a protective film that prevents water or hydrogen entering from the outside from diffusing into the laser element. Group III-V nitride semiconductors, which are considered promising as semiconductor materials capable of obtaining blue-violet light with an oscillation wavelength of about 400 nm, have the property that their electrical characteristics are particularly susceptible to deterioration by hydrogen. In the semiconductor laser device according to the embodiment, since one of the end faces of the resonator is covered with niobium oxide that prevents hydrogen from entering, deterioration of the semiconductor laser device due to diffusion of impurities such as hydrogen from the outside can be prevented.
[0040]
  Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor laser device configured as described above will be described with reference to the drawings.
[0041]
  FIG. 2 is a method for manufacturing a semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention, and schematically shows a method for manufacturing an end face reflection film by sputtering. Here, for example, a magnetron sputtering apparatus is used as the sputtering film forming apparatus.
[0042]
  First, a schematic configuration of the film forming apparatus will be described.
[0043]
  As shown in FIG. 2, the magnetron sputtering apparatus 20 includes a film formation chamber 23 having a gas inlet 21 provided at the upper part of the wall surface and an exhaust port 22 provided at the lower part of the wall surface facing the gas inlet 21. have.
[0044]
  An anode 24 is installed at the bottom of the film forming chamber 23, and a laser element forming body 10 </ b> A that is a film forming target is held on the anode 24 with the reflection end face 10 b of each resonator 12 facing upward. . Here, the laser element forming body 10A is a strip-shaped semiconductor wafer in which a plurality of resonators 12 are formed in advance, and is cleaved in a direction substantially perpendicular to the resonator length direction to expose the reflection end face 10b. Yes.
[0045]
  In the upper part of the film formation chamber 23, niobium oxide (Nb2OFiveIs provided with a flat plate type magnetron electrode 26 held so that a plate-like target material 25 made of As a result, the exposed reflection end face 10 b of the laser element formation body 10 </ b> A faces the target material 25.
[0046]
  Next, a film forming method will be described.
[0047]
  First, a plasma generating gas containing argon (Ar) as a main component is introduced from the gas inlet 21 into the decompressed film forming chamber 23. Subsequently, high frequency power is applied to the target material 25 to generate plasma near the surface of the target material 25. At this time, the surface of the target material 25 is sputtered by argon ions that collide with the target material 25, thereby forming a dielectric film on the reflective end face 10 b of the laser element forming body 10 </ b> A held on the anode 24. The In the first embodiment, as an example, three sets of unit reflection films 130 each including a low refractive index film 13a made of silicon oxide and a high refractive index film 13b made of niobium oxide are formed.
[0048]
  The low refractive index film 13a is made of silicon (Si) as the target material 25, argon (Ar) as the plasma generating gas, and oxygen (O) as the reactive gas.2 The reactive sputtering method is used.
[0049]
  On the other hand, when the target material 25 made of niobium oxide is sputtered by argon ions, the high refractive index film 13b is likely to have a composition of oxygen in the formed niobium oxide smaller than the stoichiometric ratio. Therefore, in order to prevent oxygen deficiency in niobium oxide, it is desirable to supply oxygen gas together with argon gas as an introduction gas during film formation.
[0050]
  In this embodiment, the supply amount of argon is about 10 sccm (standard cubic centimeter per minute), and the supply amount of oxygen is about 40 sccm. Further, the pressure in the film formation chamber 23 during film formation is set to about 0.1 Pa, and the high frequency power is set to about 1 kW. Under these conditions, the high refractive index film 13b made of niobium oxide having a deposition rate of about 8 nm / min and almost no oxygen deficiency can be formed.
[0051]
  Although niobium oxide is used for the target material 25 for generating the high refractive index film 13b, instead of this, reactive sputtering using metal niobium (Nb) as the target material 25 and oxygen gas as the reactive gas. Alternatively, the film may be formed.
[0052]
  Further, it is desirable that the end face reflection film 13 be formed by a vacuum partial process in order to prevent interface contamination between the low refractive index film 13a made of silicon oxide and the high refractive index film 13b made of niobium oxide. For this purpose, a sputtering apparatus having a multi-chamber configuration including a film formation chamber for silicon oxide and a film formation chamber for niobium oxide, or a single film formation chamber having a silicon oxide material and a niobium oxide material It is desirable to use a sputtering apparatus having a multi-source configuration.
[0053]
  Thus, niobium oxide (Nb2OFive) Is a laser that outputs laser light in other wavelength regions such as a red semiconductor laser element as well as a blue-violet semiconductor laser element because a dielectric film having a low light absorption and a high refractive index can be formed relatively easily. It can be easily applied to elements.
[0054]
  FIGS. 3A and 3B are evaluation results by a spectroscopic ellipsometer, in which the light absorption coefficient and refractive index wavelength dispersion of the high refractive index film made of niobium oxide according to the first embodiment are compared. It is shown for comparison with a high refractive index film made of titanium oxide by a reactive sputtering method.
[0055]
  As shown in FIG. 3A, the absorption coefficient of niobium oxide indicated by a solid line increases monotonously as the wavelength becomes shorter, but the value is significantly smaller than that of titanium oxide indicated by a broken line. For example, when comparing the absorption coefficient at a wavelength of 400 nm, titanium oxide is 2400 cm.-1Whereas niobium oxide is 109cm-1Is shown.
[0056]
  On the other hand, as shown in FIG. 3B, the refractive index of niobium oxide monotonously increases as the wavelength becomes shorter, but shows a slightly smaller value as compared with titanium oxide. Thus, the refractive index of titanium oxide is larger than that of niobium oxide. For example, when comparing the refractive index at a wavelength of 400 nm, titanium oxide is 2.95, whereas niobium oxide is Indicates 2.52.
[0057]
  In general, degradation of a laser element due to light absorption becomes a problem because the value of the light absorption coefficient is 10.Three cm-1-10Four cm-1This is the case. Absorption coefficient value is 10Four cm-1If the following region is a wavelength region that can be used as the material of the end face reflection film 13, in the case of titanium oxide, it is not possible to cope with a wavelength of about 370 nm or less, whereas in the case of niobium oxide, it is possible to cope up to around 340 nm. I know that there is.
[0058]
  As shown in FIG. 3B, the refractive index of niobium oxide is slightly smaller than the refractive index of titanium oxide, but silicon oxide (SiO 2) constituting the low refractive index film 13a.2 ) Is sufficiently large compared to the refractive index of), a sufficient reflectance can be obtained for the end face reflecting film 13 by using the unit reflecting film 130 made of silicon oxide and niobium oxide.
[0059]
  FIG. 4 shows the film thickness dependence of the reflectance with respect to light having a wavelength of 400 nm in the end face reflection film of the semiconductor laser device according to the first embodiment. Here, the film thickness is λ / 4n1 A low refractive index film 13a made of silicon oxide having a thickness of about 68 nm and a film thickness of λ / 4n2 By stacking three units of the unit reflecting film 130 composed of the high refractive index film 13b made of niobium oxide of about 40 nm determined by the above, an end face reflecting film 13 having a reflectance of about 93.9% is obtained. ing. Where λ is 400 nm and n1 Is the refractive index of silicon oxide at a wavelength of 400 nm, and n2 Is the refractive index of niobium oxide at a wavelength of 400 nm.
[0060]
  In the first embodiment, the magnetron sputtering apparatus is used as the niobium oxide film forming method. However, the present invention is not limited to this, and an ECR sputtering apparatus, a high-frequency sputtering apparatus, a helicon sputtering apparatus, or the like may be used.
[0061]
  Further, the unit reflection film 130 composed of the low refractive index film 13a and the high refractive index film 13b is provided with a refractive index between the semiconductor layer in contact with the low refractive index film 13a when the low refractive index film 13a is provided on the end face side. A difference occurs in the reflection rate and the reflectance increases. However, although the reflectivity is lowered, a configuration in which the high refractive index film 13b is provided on the end surface side, or a configuration in which the outer film of the unit reflection film 130 is terminated with only one of the pair of films, that is, the end surface side and the outer side. Even if the low refractive index film 13a or the high refractive index film 13b is provided on both sides, the effect of the present invention is not impaired.
[0062]
  In addition, although silicon oxide is used for the low refractive index film 13a, aluminum oxide (Al2OThree) May be used.
[0063]
  Moreover, you may provide the silicon oxide or aluminum oxide which is a low refractive index also in the output end surface 10a on the opposite side to the reflective end surface 10b in the resonator 12 as a protective film.
[0064]
  In addition, although a group III-V nitride semiconductor mainly composed of gallium nitride is used as a semiconductor material of a blue-violet semiconductor laser device having an oscillation wavelength of about 400 nm, the present invention is not limited to this, but zinc selenide (ZnSe), sulfide A II-VI group compound semiconductor such as zinc (ZnS) or zinc oxide (ZnO) may be used.
[0065]
  (Reference example)
  Hereinafter, the present inventionReference exampleWill be described.
[0066]
  In the first embodiment described above, niobium oxide is used for the high reflectivity film that can cope with shorter wavelengths.Reference exampleIn this case, it is possible to cope with the increase in output of a semiconductor laser element having a long wavelength whose oscillation wavelength is infrared to red.
[0067]
  For example, in a 16 × speed CD-R laser element capable of writing once at a speed 16 times the standard, an optical output of 150 mW when pulse driving with a duty ratio of 50% and 110 mW when driving CW Therefore, a conventional end face reflection film composed of a low refractive index film made of silicon oxide and a high refractive index film made of amorphous silicon cannot provide sufficient reliability.
[0068]
  Therefore,Reference exampleIn the present invention, the first dielectric layer and the second dielectric layer used for the end face reflection film are each made of silicon oxide (SiO 2).2 ) And niobium oxide (Nb)2OFiveThe long-term reliability of an infrared or red semiconductor laser device for 16 × CD-R can be obtained.
[0069]
  FIG. 5 illustrates the present invention.Reference example1 shows an infrared or red semiconductor laser device having an oscillation wavelength of about 780 nm.
[0070]
  As shown in FIG. 5, the semiconductor laser element 30 includes at least a quantum well active layer 31 composed of, for example, a barrier layer made of aluminum gallium arsenide (AlGaAs) and a well layer made of gallium arsenide (GaAs). A resonator 32 is formed which is sandwiched from above and below between light guide layers made of n-type and p-type aluminum gallium arsenide (AlGaAs). In addition,Reference exampleIn FIG. 1, the active layer has a quantum well structure, but the quantum well structure is not necessarily employed.
[0071]
  An end face reflection film 33 is provided on the reflection end face 30 b opposite to the emission end face 30 a of the laser beam 100 in the resonator 32.
[0072]
  The end face reflection film 33 is formed of a low refractive index film 33a made of silicon oxide as a first dielectric layer and a high layer made of niobium oxide as a second dielectric layer, which are sequentially formed from the end face side of the resonator 32. A plurality of unit reflection films 330 including the refractive index film 33b are included.
[0073]
  The film thicknesses of the low refractive index film 33a and the high refractive index film 33b and the number of unit reflection films 330 can be set to appropriate values depending on the specifications of the semiconductor laser element. For example, the film thickness is λ / 4n on the reflection end face 30b.1 And the film thickness is λ / 4n2 By forming two pairs of niobium oxide determined by the above, a reflectance of about 85% can be obtained in the end face reflecting film 33.
[0074]
  Reference exampleAccording to the above, since niobium oxide is used for the high refractive index film 33b of the end face reflection film 33 formed on the reflection end face 30b of the resonator 32, the light absorption coefficient of the niobium oxide is smaller than that of amorphous silicon. Temperature rise near the end face of the vessel 33 is suppressed. As a result, the crystallinity of the quantum well active layer 31 and its peripheral part is hardly deteriorated, and the output of the semiconductor laser device can be increased.
[0075]
  This is because the light absorption coefficient value of amorphous silicon with respect to light having a wavelength of 780 nm is 4 × 10.Four cm-1On the other hand, the value of the light absorption coefficient of niobium oxide is 10-3cm-1This is because the light absorption in the end face reflection film 33 can be greatly reduced because it is substantially zero as follows.
[0076]
  In addition,Reference exampleAs a modified example, hydrogenated amorphous silicon (α-Si: H), which is amorphous silicon containing hydrogen, may be used instead of niobium oxide in the second set of high refractive index films 33b in the end face reflecting film 33. . In this way, the reflectance of the end face reflection film 33 can be set to about 90%.
[0077]
  From the above, in order to increase the output of the infrared or red semiconductor laser device, niobium oxide may be used for all the high refractive index films 33b of the two sets of unit reflection films 330, and further three sets. What is necessary is just to provide the end surface reflecting film 33 which consists of the above unit reflecting films 330.
[0078]
  Further, when such a high output is not required, for example, in the case of a laser device for quadruple speed CD-R, the reflection end faces 30b of the plurality of unit reflection films 330 are obtained so that a high reflectance can be obtained with a predetermined injection current amount. A dielectric having a refractive index higher than that of niobium oxide may be used for the outer high refractive index film 33b excluding the first set on the side.
[0079]
  (SecondEmbodiment)
  Hereinafter, the present inventionSecondEmbodiments will be described with reference to the drawings.
[0080]
  FIG. 6 shows the present invention.Second1 schematically illustrates a configuration of an optical disc device according to an embodiment. In FIG.SecondThe optical disk apparatus according to the embodiment uses the semiconductor laser element of the present invention, that is, the blue-violet semiconductor laser element according to the first embodiment, for the light emitting unit 41 of the optical disk apparatus.
[0081]
  As shown in FIG. 6, in the optical disc apparatus, the emission end face of the semiconductor laser element constituting the light emitting unit 41 and the data holding surface of the optical disc 50, which is a recording medium on which desired data is recorded, face each other. A condensing optical unit 40 is provided between the light emitting unit 41 and the optical disc 50.
[0082]
  The condensing optical unit 40 includes a collimator lens 42 which is provided in order from the light emitting unit 41 side and makes the emitted light 51 emitted from the light emitting unit 41 parallel light, and three beams (not shown) of the parallel light. A diffraction grating 43 that divides into two, a half prism 44 that transmits the outgoing light 51 and changes the optical path of the reflected light 52 from the optical disk 50, and a condenser lens 45 that condenses the three beams on the optical disk 50. Have. Here, laser light having a wavelength of about 400 nm is used as the emitted light 51.
[0083]
  The three beams collected on the optical disc 50 have a spot shape with a diameter of about 0.4 μm. A drive system circuit 46 is provided for correcting the displacement in the radial direction of the optical disc 50 detected by the positions of the three spots by appropriately moving the condenser lens 45.
[0084]
  On the optical path of the reflected light 52 from the half prism 44, a light receiving lens 47 for focusing the reflected light 52, a cylindrical lens 48 for detecting a focal position shift, and light detection for converting the collected reflected light 52 into an electric signal. A photodiode element 49 as a part is provided.
[0085]
  As described above, the semiconductor laser element constituting the light emitting unit 41 of the optical disc apparatus including the condensing optical unit 40 that guides the emitted light 51 to the optical disc 50 and the photodiode element 49 that receives the reflected light 52 reflected by the optical disc 50. Uses niobium oxide, which has a light absorption coefficient smaller than that of amorphous silicon or titanium oxide, for the high refractive index film of the end face reflecting film which is the end face opposite to the exit end face. For this reason, when the oscillation wavelength is shortened to about 400 nm or 400 nm or less, the long-term reliability of the light emitting unit 41 and, in turn, the long-term reliability of the optical disc apparatus can be obtained.
[0086]
  Also,SecondAs a modification of the embodiment, a semiconductor laser element constituting the light emitting unit 41 is used.Reference example mentioned aboveIf the infrared or red semiconductor laser device according to the above is used, long-term reliability can be obtained as a 16 × CD-ROM drive device.
[0087]
【The invention's effect】
  According to the semiconductor laser device and the method of manufacturing the same according to the present invention, the absorption of laser light in the reflective film is reduced, so that the temperature rise of the reflective film is suppressed. Deterioration of the laser beam can be prevented, and the output of the laser element can be increased or the wavelength can be shortened.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a blue-violet semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing a method for manufacturing a reflection end face of the blue-violet semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention.
FIGS. 3A and 3B show the wavelength dependence of the high refractive index film in the end face reflection film of the blue-violet semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. It is a graph which shows a coefficient, (b) is a graph which shows a refractive index.
FIG. 4 is a graph showing the film thickness dependence of the reflectance with respect to light having a wavelength of 400 nm in the end face reflection film of the blue-violet semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 shows the present invention.Reference exampleIt is a perspective view which shows the infrared or red semiconductor laser element which concerns on.
FIG. 6 of the present inventionSecond1 is a schematic configuration diagram showing an optical disc device according to an embodiment.
[Explanation of symbols]
  10 Semiconductor laser device
  10a Output end face
  10b Reflective end face
  10A Laser element forming body
  11 Quantum well active layer
  12 Resonator
  13 End face reflection film
  13a Low refractive index film (first dielectric layer)
  13b High refractive index film (second dielectric layer)
  130 Unit reflection film
  20 Magnetron sputtering equipment
  21 Gas inlet
  22 Exhaust port
  23 Deposition chamber
  24 Anode
  25 Target material
  26 Flat-type magnetron electrode
  30 Semiconductor laser device
  30a Output end face
  30b Reflective end face
  31 Quantum well active layer
  32 Resonator
  33 End face reflection film
  33a Low refractive index film (first dielectric layer)
  33b High refractive index film (second dielectric layer)
  330 unit reflective film
  100 laser light
  40 Condensing optics
  41 Light emitting part
  42 Collimator lens
  43 Diffraction grating
  44 half prism
  45 condenser lens
  46 Drive system circuit
  47 Light receiving lens
  48 Cylindrical lens
  49 Photodiode element (light detector)
  50 optical disc
  51 Light emission
  52 Reflected light

Claims (9)

n型半導体層と、
p型半導体層と、
前記n型半導体層と前記p型半導体層に挟まれた活性層とからなり、III-V族窒化物半導体からなる共振器
記共振器の端面に配置され酸化ニオブからなる誘電体層を含む反射膜とを有し、
発振波長は、0.4μm又は0.4μmよりも短い半導体レーザ素子。
an n-type semiconductor layer;
a p-type semiconductor layer;
A resonator comprising an n-type semiconductor layer and an active layer sandwiched between the p-type semiconductor layers, and comprising a group III-V nitride semiconductor ;
Before SL is disposed on the end face of the resonator and a reflecting film including a dielectric layer made of niobium oxide,
A semiconductor laser element whose oscillation wavelength is 0.4 μm or shorter than 0.4 μm.
前記活性層は、Inを含む請求項1に記載の半導体レーザ素子。  The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the active layer contains In. 前記反射膜は、前記共振器の端面を覆っている請求項1に記載の半導体レーザ素子。  The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the reflective film covers an end face of the resonator. 前記反射膜は、第1の誘電体層と、酸化ニオブからなる第2の誘電体層とを有する請求項1に記載の半導体レーザ素子。  2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the reflective film includes a first dielectric layer and a second dielectric layer made of niobium oxide. 前記第2の誘電体層の屈折率は、前記第1の誘電体層の屈折率よりも大きい請求項4に記載の半導体レーザ素子。  The semiconductor laser device according to claim 4, wherein a refractive index of the second dielectric layer is larger than a refractive index of the first dielectric layer. 前記第1の誘電体層は、酸化シリコン又は酸化アルミニウムからなる請求項4に記載の半導体レーザ素子。  The semiconductor laser device according to claim 4, wherein the first dielectric layer is made of silicon oxide or aluminum oxide. 発振波長が0.4μm又は0.4μmよりも短い半導体レーザ素子の製造方法であって、
基板の上に、n型半導体層と、p型半導体層と、前記n型半導体層と前記p型半導体層に挟まれたIII-V族窒化物半導体からなる活性層とを成長させる工程と、
前記n型半導体層と前記p型半導体層と前記活性層とを成長させた基板を劈開又はエッチングすることにより共振器の端面を形成する工程と、
前記共振器の端面に酸化ニオブからなる誘電体層を含む反射膜を形成する工程とを備えた半導体レーザ素子の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor laser device having an oscillation wavelength shorter than 0.4 μm or 0.4 μm,
Growing an n-type semiconductor layer, a p-type semiconductor layer, and an active layer made of a group III-V nitride semiconductor sandwiched between the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer on a substrate;
Forming an end face of the resonator by cleaving or etching the substrate on which the n-type semiconductor layer, the p-type semiconductor layer, and the active layer are grown;
Forming a reflective film including a dielectric layer made of niobium oxide on an end face of the resonator.
前記反射膜は、スパッタ法又は反応性スパッタ法により形成する請求項7に記載の半導体レーザ素子の製造方法。  The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 7, wherein the reflective film is formed by a sputtering method or a reactive sputtering method. 半導体レーザ素子を含む発光部と、
前記発光部から出射されたレーザ光をデータが記録された記録媒体上に集光する集光光学部と、
前記記録媒体によって反射された光を検出する光検出部とを備え、
前記半導体レーザ素子は、n型半導体層と、p型半導体層と、前記n型半導体層と前記p型半導体層に挟まれた活性層とからなり、III-V族窒化物半導体からなる共振器、前記共振器の端面に配置され酸化ニオブからなる誘電体層を含む反射膜とを有し、発振波長が0.4μm又は0.4μmよりも短い光ディスク装置。
A light emitting unit including a semiconductor laser element;
A condensing optical unit for condensing the laser beam emitted from the light emitting unit on a recording medium on which data is recorded;
A light detection unit for detecting light reflected by the recording medium,
The semiconductor laser device includes an n-type semiconductor layer, a p-type semiconductor layer, an active layer sandwiched between the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer, and a resonator made of a III-V nitride semiconductor . If, prior SL is disposed on the end face of the resonator and a reflecting film including a dielectric layer made of niobium oxide, a short optical disk device than the oscillation wavelength is 0.4 .mu.m or 0.4 .mu.m.
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