JP5803167B2 - Manufacturing method of nitride semiconductor laser device - Google Patents

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Description

本発明は、共振器面に光吸収層を備える窒化物半導体レーザ素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a nitride semiconductor laser device having a light absorption layer on a resonator surface.

半導体レーザ素子では、所望のレーザ光の他に導波路領域から漏れ出た光が放出される。このような漏れ光はビーム品質を悪化させ、半導体レーザ素子を組み込んだ装置において、誤認識や画像劣化を引き起こす要因となる。特に、窒化物半導体レーザ素子は、活性層からの発光に対して吸収を持たない材料を基板として使用するため、漏れ光が基板を導波し、外部へ放出される。特許文献1では、端面に不透明膜を形成することが提案されている。
また、特許文献2には、発光部にピンホールを有する波面変換部を備える発光素子が開示されている。
また、窒化物半導体レーザ素子は、周囲の雰囲気にSiを構成元素とするガスが存在すると、出射されるレーザ光によりこのガスが反応し、出射端面にSi酸化物が形成される。このようなSi酸化物が形成されると、出射端面の反射率が変わってしまい駆動電流及び駆動電圧が変動することがある。そのため、窒化物半導体レーザ素子は通常気密封止されて窒化物半導体装置として用いられる。特許文献3には、パッケージ内の雰囲気を所定の湿度の不活性ガスとすることで端面に有機物が付着することを防止する半導体レーザ装置が開示されている。
In the semiconductor laser element, light leaking from the waveguide region is emitted in addition to the desired laser light. Such leakage light deteriorates the beam quality, and causes erroneous recognition and image degradation in an apparatus incorporating a semiconductor laser element. In particular, since a nitride semiconductor laser element uses a material that does not absorb light emitted from an active layer as a substrate, leakage light is guided through the substrate and emitted to the outside. Patent Document 1 proposes forming an opaque film on the end face.
Patent Document 2 discloses a light emitting element including a wavefront conversion unit having a pinhole in a light emitting unit.
Further, in the nitride semiconductor laser element, when a gas containing Si as a constituent element exists in the surrounding atmosphere, this gas reacts with the emitted laser beam, and Si oxide is formed on the emission end face. When such Si oxide is formed, the reflectance of the emission end face changes, and the drive current and drive voltage may fluctuate. Therefore, the nitride semiconductor laser element is normally hermetically sealed and used as a nitride semiconductor device. Patent Document 3 discloses a semiconductor laser device that prevents an organic substance from adhering to an end face by using an inert gas having a predetermined humidity as an atmosphere in a package.

特開2002-280663号公報JP 2002-280663 A 特開2000-022277号公報JP 2000-022277 JP 特開2007-227587号公報JP 2007-227587

しかし、特許文献1のような不透明膜では、レーザ光出射部に対応して形成されていないので漏れ光の対策としては十分でない。また、特許文献2のようにピンホールを設ける方法では、出射端面あるいは反射ミラーに損傷が与えられ、それに起因してレーザ特性が悪化することが考えられる。
そこで、本発明では、窒化物半導体レーザ素子の共振器面に、レーザ光出射部に対応した光吸収層を加工による損傷を軽減して製造することを目的とする。
However, the opaque film as disclosed in Patent Document 1 is not formed as a countermeasure against the leakage light because it is not formed corresponding to the laser beam emitting portion. Further, in the method of providing a pinhole as in Patent Document 2, it is conceivable that the emission end face or the reflection mirror is damaged and the laser characteristics are deteriorated due to the damage.
Accordingly, an object of the present invention is to manufacture a light absorption layer corresponding to a laser beam emitting portion on a resonator surface of a nitride semiconductor laser element while reducing damage caused by processing.

実施形態の半導体レーザ素子の製造方法は、導波路領域の端部に共振器面を有する窒化物半導体層を形成する工程と、前記共振器面上に、反射ミラーと、保護膜と、光吸収層とを順次形成する工程と、前記光吸収層に前記導波路領域に対応する開口部を形成する開口部形成工程とを具備する。   The method of manufacturing a semiconductor laser device according to the embodiment includes a step of forming a nitride semiconductor layer having a resonator surface at an end of a waveguide region, a reflection mirror, a protective film, and light absorption on the resonator surface. And a step of forming an opening corresponding to the waveguide region in the light absorption layer.

本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法によれば、共振器面へのダメージを低減し、レーザ光出射部に対応した光吸収層を形成した窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。   According to the method for manufacturing a nitride semiconductor laser device of the present invention, it is possible to obtain a nitride semiconductor laser device in which damage to the resonator surface is reduced and a light absorption layer corresponding to the laser beam emitting portion is formed.

実施形態の窒化物半導体レーザ素子の構造を説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating the structure of the nitride semiconductor laser element of embodiment. 実施形態の窒化物半導体レーザ素子の構造を説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating the structure of the nitride semiconductor laser element of embodiment. 実施形態の窒化物半導体レーザ素子を用いた窒化物半導体レーザ装置の構造を説明するための概略斜視図である。It is a schematic perspective view for demonstrating the structure of the nitride semiconductor laser apparatus using the nitride semiconductor laser element of embodiment. 実施形態の窒化物半導体レーザ素子の駆動電流と駆動時間の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the drive current and drive time of the nitride semiconductor laser element of embodiment. 比較例の窒化物半導体レーザ素子の駆動電流と駆動時間の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the drive current of the nitride semiconductor laser element of a comparative example, and drive time.

以下に図面を参照しながら実施形態を説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための窒化物半導体レーザ素子の製造方法を例示するものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる例示にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするために誇張していることがある。   Embodiments will be described below with reference to the drawings. However, the embodiments described below exemplify a method of manufacturing a nitride semiconductor laser device for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention is not limited to the following. In addition, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in the embodiments are not intended to limit the scope of the present invention only to specific examples unless otherwise specified. Only. Note that the size, positional relationship, and the like of the members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation.

図1は実施形態の窒化物半導体レーザ素子の導波路領域における共振器方向の断面図であり、図2は実施形態の窒化物半導体レーザ素子の共振器方向と垂直な方向の断面図である。
実施形態の窒化物半導体レーザ素子1では、基板2上に窒化物半導体層3が形成され、窒化物半導体層の一対の共振器面3a及び3bのうち、光出射側(出射面)3aには、反射ミラー4a、保護膜5、光吸収層6が順次形成されている。光吸収層6には、開口部6aが形成されており、保護膜の表面の光出射部5aからレーザ光が出射される。光反射側(反射面)3bには反射ミラー4bが形成されている。
また、窒化物半導体層3は、基板2上に設けられるn側半導体層31、活性層32及びp側半導体層33で構成されている。また、p側半導体層3の表面にはリッジ3cが設けられ、リッジに対応する活性層32及びその近傍に導波路領域3dが形成されている。リッジの側面とリッジの側面から連続する窒化物半導体層の表面には第1絶縁膜9が形成されている。窒化物半導体層の側面には第2絶縁膜10が形成されている。また、窒化物半導体層表面にはp側電極7aが設けられ、基板裏面にはn側電極7bが形成されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view in the resonator direction in the waveguide region of the nitride semiconductor laser device of the embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view in the direction perpendicular to the resonator direction of the nitride semiconductor laser device of the embodiment.
In the nitride semiconductor laser device 1 according to the embodiment, the nitride semiconductor layer 3 is formed on the substrate 2, and the light emitting side (emitting surface) 3 a of the pair of resonator surfaces 3 a and 3 b of the nitride semiconductor layer is not provided. The reflection mirror 4a, the protective film 5, and the light absorption layer 6 are sequentially formed. An opening 6a is formed in the light absorption layer 6, and laser light is emitted from the light emitting portion 5a on the surface of the protective film. A reflection mirror 4b is formed on the light reflection side (reflection surface) 3b.
The nitride semiconductor layer 3 includes an n-side semiconductor layer 31, an active layer 32, and a p-side semiconductor layer 33 provided on the substrate 2. A ridge 3c is provided on the surface of the p-side semiconductor layer 3, and an active layer 32 corresponding to the ridge and a waveguide region 3d are formed in the vicinity thereof. A first insulating film 9 is formed on the side surface of the ridge and the surface of the nitride semiconductor layer continuous from the side surface of the ridge. A second insulating film 10 is formed on the side surface of the nitride semiconductor layer. A p-side electrode 7a is provided on the surface of the nitride semiconductor layer, and an n-side electrode 7b is formed on the back surface of the substrate.

このような窒化物半導体レーザ素子は、以下の工程により製造することができる。
(a)導波路領域の端部に共振器面を有する窒化物半導体層を形成する工程
(b)共振器面上に、反射ミラーと、保護膜と、光吸収層とを順次形成する工程
(c)光吸収層に導波路領域に対応する開口部を形成する工程
Such a nitride semiconductor laser device can be manufactured by the following steps.
(A) Step of forming a nitride semiconductor layer having a resonator surface at the end of the waveguide region (b) Step of sequentially forming a reflection mirror, a protective film, and a light absorption layer on the resonator surface ( c) Step of forming an opening corresponding to the waveguide region in the light absorption layer

このような製造方法によれば、共振器面へのダメージを低減して、レーザ光出射部に対応した開口部を有する光吸収層を形成することができる。詳細には、以下の通りである。窒化物半導体レーザ素子の発振波長の光を吸収する材料で形成された光吸収層は、レーザ発振によって導波路領域から高密度のレーザ光が光出射部に照射されることによって、導波路領域に対応した領域の光吸収層が除去され、開口部を有する光吸収層を形成することができる。また、工程(b)のように、反射ミラー上に保護膜を形成することで反射ミラーを保護した状態で開口部を形成することができる。つまり、工程(c)において保護膜上に形成された光吸収層に開口部を形成する際に、保護膜が設けられていることによって、高密度のレーザ光によって光吸収層が除去されたとしても、反射ミラーが損傷することを抑制し、反射ミラーの反射率を変動させることなく開口部を形成した窒化物半導体レーザ素子を製造することができる。
また、窒化物半導体のように比較的短波長の光を出射する半導体レーザでは、レーザ光によって周囲の雰囲気中のSiを構成元素とするガスが反応し、レーザ光の出射部表面にSi酸化物が形成する。しかし、共振器面上に形成された光吸収層が開口部を有することによって、開口部内の光出射部表面ではなく、開口部周囲の光吸収層表面にSi酸化物が形成され、レーザ光の出射される光出射部表面にSi酸化物が形成されにくくすることができる。この理由としては、開口部周囲よりも開口部内の方がSiを構成元素とするガスの密度が低くなることで、開口部内においてはガスの反応が起こりにくくなり、Si酸化物が形成されなくなると推測される。その結果、開口部周囲の光吸収層表面に優先的にSi酸化物が形成され、光出射部への付着物形成を抑制することができる。
さらに、レーザ光の出射部以外の領域に光吸収層があるために、自然放出光を含む導波路領域から漏れた光を吸収させることで、ビーム品質を改善することができる。
According to such a manufacturing method, damage to the resonator surface can be reduced, and a light absorption layer having an opening corresponding to the laser light emitting portion can be formed. The details are as follows. The light absorption layer formed of a material that absorbs light of the oscillation wavelength of the nitride semiconductor laser element is irradiated to the light emitting portion from the waveguide region by the laser oscillation, so that the light emitting portion is irradiated to the waveguide region. The light absorption layer in the corresponding region is removed, and a light absorption layer having an opening can be formed. Further, as in the step (b), the opening can be formed in a state where the reflection mirror is protected by forming a protective film on the reflection mirror. In other words, when the opening is formed in the light absorption layer formed on the protective film in the step (c), the light absorption layer is removed by the high-density laser light because the protective film is provided. However, it is possible to manufacture a nitride semiconductor laser element in which an opening is formed without suppressing damage to the reflecting mirror and without changing the reflectance of the reflecting mirror.
Further, in a semiconductor laser that emits light having a relatively short wavelength, such as a nitride semiconductor, a gas containing Si as a constituent element in the surrounding atmosphere reacts by the laser light, and a Si oxide is formed on the surface of the laser light emitting portion. Form. However, since the light absorption layer formed on the resonator surface has an opening, Si oxide is formed not on the surface of the light emitting part in the opening but on the surface of the light absorption layer around the opening. Si oxide can be made difficult to be formed on the surface of the emitted light exit portion. The reason for this is that the density of the gas containing Si as a constituent element is lower in the opening than in the periphery of the opening, so that the gas reaction is less likely to occur in the opening and the Si oxide is not formed. Guessed. As a result, Si oxide is preferentially formed on the surface of the light absorption layer around the opening, and the formation of deposits on the light emitting portion can be suppressed.
Furthermore, since there is a light absorption layer in a region other than the laser light emitting part, the beam quality can be improved by absorbing light leaking from the waveguide region including spontaneous emission light.

以下、実施形態の窒化物半導体レーザ素子の製造方法について説明する。
(a)導波路領域の端部に共振器面を有する窒化物半導体層を形成する工程
例えば、基板2上に、窒化物半導体層3、電極(7a及び7b)、第1絶縁膜9及び第2絶縁膜10等を順次形成し、基板を劈開することによって共振器面を得ることができる。
Hereinafter, a method for manufacturing the nitride semiconductor laser device of the embodiment will be described.
(A) Step of forming a nitride semiconductor layer having a resonator surface at the end of the waveguide region For example, on the substrate 2, the nitride semiconductor layer 3, the electrodes (7a and 7b), the first insulating film 9, and the first The resonator surface can be obtained by sequentially forming the two insulating films 10 and the like and cleaving the substrate.

窒化物半導体層3としては、一般式InAlGa1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)を含むものを用いることができる。また、これに加えて、III族元素としてBが一部に置換されたものや、V族元素としてNの一部をP、Asで置換されたものを用いてもよい。n側半導体層31は、n型不純物として、Si、Ge、SnなどのIV族元素又はVI族元素等のいずれか1つ以上を含有していてもよい。また、p側半導体層33は、p型不純物として、Mg等を含有していてもよい。不純物は、例えば、5×1016/cm〜1×1021/cm程度の濃度範囲で含有させることができる。 As the nitride semiconductor layer 3, a layer containing the general formula In x Al y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) can be used. In addition to this, an element in which B is partially substituted as a group III element or an element in which N is partially substituted with P or As as a group V element may be used. The n-side semiconductor layer 31 may contain any one or more of group IV elements such as Si, Ge, and Sn or group VI elements as n-type impurities. The p-side semiconductor layer 33 may contain Mg or the like as a p-type impurity. Impurities can be contained in a concentration range of, for example, about 5 × 10 16 / cm 3 to 1 × 10 21 / cm 3 .

活性層32は、多重量子井戸構造又は単一量子井戸構造のいずれでもよい。発振波長が550nm程度以下の短波長に対応する活性層を用いる場合には、
周囲の雰囲気中のSiと反応しやすいため、本発明を適用すると効果的である。
窒化物半導体層3は、n側半導体層とp側半導体層に光の導波路を構成する光ガイド層を有することで、活性層を挟んだ分離光閉じ込め型構造であるSCH(Separate Confinement Heterostructure)構造とすることが好ましい。
The active layer 32 may have either a multiple quantum well structure or a single quantum well structure. When using an active layer corresponding to a short wavelength whose oscillation wavelength is about 550 nm or less,
Since it easily reacts with Si in the surrounding atmosphere, it is effective to apply the present invention.
The nitride semiconductor layer 3 includes a light guide layer that constitutes an optical waveguide in the n-side semiconductor layer and the p-side semiconductor layer, so that an SCH (Separate Confinement Heterostructure) that has a separated light confinement structure with an active layer interposed therebetween. A structure is preferable.

窒化物半導体層3の成長方法は、特に限定されないが、MOCVD(有機金属化学気相成長法)、HVPE(ハイドライド気相成長法)、MBE(分子線エピタキシー法)など、窒化物半導体の成長方法として知られている方法を用いることができる。   The growth method of the nitride semiconductor layer 3 is not particularly limited, but a nitride semiconductor growth method such as MOCVD (metal organic chemical vapor deposition), HVPE (hydride vapor deposition), MBE (molecular beam epitaxy), etc. Can be used.

p側半導体層33の表面には、リッジ3cが形成されている。リッジは、導波路領域として機能するものであり、その幅は1.0μm〜30.0μm程度の範囲で形成することができる。リッジの高さ(エッチングの深さ)は、p側半導体層を構成する層の材料、膜厚、光閉じ込めの程度等を考慮して適宜調整することができ、例えば、0.1〜2μmが挙げられる。リッジは、共振器方向の長さが100〜1000μm程度になるように設定することが好ましい。
なお、リッジの形成は、当該分野で通常用いられる方法により形成することができる。例えば、フォトリソグラフィ及びエッチング工程が挙げられる。
A ridge 3 c is formed on the surface of the p-side semiconductor layer 33. The ridge functions as a waveguide region, and the width thereof can be formed in the range of about 1.0 μm to 30.0 μm. The height of the ridge (etching depth) can be appropriately adjusted in consideration of the material of the layer constituting the p-side semiconductor layer, the film thickness, the degree of light confinement, etc. Can be mentioned. The ridge is preferably set so that the length in the resonator direction is about 100 to 1000 μm.
The ridge can be formed by a method usually used in this field. For example, photolithography and an etching process are mentioned.

共振器面は、M面、C面、A面、R面の他、任意の面で形成できる。また、これらの面にオフアングルを有する面であってもよい。
共振器面は、劈開、エッチング等により形成することができる。
The resonator surface can be formed by any surface other than the M surface, C surface, A surface, and R surface. Moreover, the surface which has an off-angle in these surfaces may be sufficient.
The resonator surface can be formed by cleavage, etching, or the like.

また、基板2は、絶縁性基板であってもよいし、導電性基板であってもよい。例えば、GaN、AlN等の窒化物半導体、サファイア、スピネル、炭化珪素、シリコン、ZnO、GaAs等からなるものが挙げられる。具体的には、C面、M面、A面及びR面のいずれかを主面とし、窒化物半導体層を形成する面及び/又はその裏面に、0°より大きく10°以下のオフ角を有するGaN基板であることが好ましい。その膜厚は、例えば、50μm以上10mm以下が挙げられる。   The substrate 2 may be an insulating substrate or a conductive substrate. Examples thereof include nitride semiconductors such as GaN and AlN, sapphire, spinel, silicon carbide, silicon, ZnO, and GaAs. Specifically, any one of the C-plane, M-plane, A-plane, and R-plane is used as the main surface, and the off-angle of greater than 0 ° and 10 ° or less is formed on the surface on which the nitride semiconductor layer is formed and / or the back surface thereof. A GaN substrate having the same is preferable. As for the film thickness, 50 micrometers or more and 10 mm or less are mentioned, for example.

p側電極7a及びn側電極7bは、例えば、Pd、Pt、Ni、Au、Ti、W、Cu、Ag、Zn、Sn、In、Al、Ir、Rh、ITO等の金属又は合金の単層膜又は積層膜により形成することができる。具体的には、p側電極は、Ni/Au/Pt、ITOなどで形成することができる。n側電極は、Ti/Pt/Auなどで形成することができる。電極の膜厚は、用いる材料等により適宜調整することができ、例えば、500〜5000Å程度が適当である。さらにこれらの電極上にパッド電極8等、単数又は複数の導電層を形成してもよい。   The p-side electrode 7a and the n-side electrode 7b are, for example, a single layer of metal or alloy such as Pd, Pt, Ni, Au, Ti, W, Cu, Ag, Zn, Sn, In, Al, Ir, Rh, and ITO. It can be formed of a film or a laminated film. Specifically, the p-side electrode can be formed of Ni / Au / Pt, ITO, or the like. The n-side electrode can be formed of Ti / Pt / Au or the like. The film thickness of the electrode can be appropriately adjusted depending on the material used, and for example, about 500 to 5000 mm is appropriate. Further, one or a plurality of conductive layers such as the pad electrode 8 may be formed on these electrodes.

第1絶縁膜9は、窒化物半導体層に供給される電流を所定の領域に狭窄するため、窒化物半導体の上面で電極と接続される領域以外に設けられる。例えば、図2に示すようなリッジ構造の場合は、リッジの側面及びその両側の窒化物半導体層上面に設けられる。
第1絶縁膜は、絶縁性材料であって、導波路領域に光を閉じ込めるため窒化物半導体よりも屈折率が小さい材料で形成されることが好ましい。具体的には、ZrO、HfO、SiO、Ta、SiN、SiON、BN、SiC、SiOC等が挙げられる。なかでも特にZrO又はSiOが好ましい。膜厚は、0.1〜0.5μm程度で形成されることが好ましい。
The first insulating film 9 is provided in a region other than the region connected to the electrode on the upper surface of the nitride semiconductor in order to confine the current supplied to the nitride semiconductor layer to a predetermined region. For example, in the case of the ridge structure as shown in FIG. 2, the ridge structure is provided on the side surface of the ridge and the upper surface of the nitride semiconductor layer on both sides thereof.
The first insulating film is preferably made of an insulating material and has a refractive index smaller than that of the nitride semiconductor in order to confine light in the waveguide region. Specifically, ZrO 2, HfO 2, SiO 2, Ta 2 O 5, SiN, SiON, BN, SiC, SiOC , and the like. Of these, ZrO 2 or SiO 2 is particularly preferable. The film thickness is preferably about 0.1 to 0.5 μm.

第2絶縁膜10は、窒化物半導体層の側面及び/又は基板の側面又は表面等を被覆するように形成されていてもよい。窒化物半導体層表面においては、第1絶縁膜を介して設けられてもよいし、直接第2絶縁膜が設けられてもよい。第2絶縁膜は、Si、Zr、V、Nb、Hf、Ta、Al、Ce、In、Sb、Zn等の酸化物、窒化物、酸化窒化物等で形成することができる。膜厚は、0.1〜1μm程度が挙げられる。   The second insulating film 10 may be formed so as to cover the side surface of the nitride semiconductor layer and / or the side surface or surface of the substrate. On the surface of the nitride semiconductor layer, the first insulating film may be provided, or the second insulating film may be provided directly. The second insulating film can be formed of an oxide such as Si, Zr, V, Nb, Hf, Ta, Al, Ce, In, Sb, Zn, nitride, oxynitride, or the like. The film thickness is about 0.1 to 1 μm.

(b)共振器面上に、反射ミラーと、保護膜と、光吸収層とを順次形成する工程
次に、先の工程で得られた共振器面に反射ミラー、保護膜、光吸収層を順次形成する。
(B) Step of sequentially forming a reflection mirror, a protective film, and a light absorption layer on the resonator surface Next, a reflection mirror, a protection film, and a light absorption layer are formed on the resonator surface obtained in the previous step. Sequentially formed.

反射ミラーは、窒化物半導体レーザ素子の共振器面に設けられ、レーザ光を反射、増幅させることで好適にレーザ光を放出する役割を果たすものである。
反射ミラーは、単層あるいは、低屈折率層と高屈折率層のペアにより構成される多層膜で形成することができる。出射側及び反射側両方の共振器面に反射ミラーが設けられていることが好ましい。出射側の共振器面に単層膜、反射側の共振器面に多層膜を形成してもよい。
反射ミラーは、所望の反射率を得るために、材料、膜厚、多層膜のペア数等を適宜調整することができる。各層の膜厚は、用いる材料等により適宜調整することができ、所望の発振波長(λ)、用いる材料のλでの屈折率(n)によって決まる。具体的には、λ/(4n)の整数倍とすることが好ましく、反射率を考慮して適宜調整することが好ましい。
例えば、発振波長が405nmのレーザ素子において、Ta/SiOで形成する場合、40〜70nm程度が例示される。このような多層膜の場合、ペア数は、2ペア以上、好ましくは5〜15ペア程度が例示される。反射ミラーの全体としての膜厚は、例えば、50〜900nm程度が例示される。
出射側は、11%、反射側は95%程度の反射率となるように材料、膜厚、ペア数を調整することが好ましい。
また、反射ミラーは、窒化物半導体レーザ素子の幅方向において、全体にわたって形成されていてもよいし、部分的に形成されていてもよい。少なくとも、導波路領域及びその周辺に形成されていればよい。
The reflection mirror is provided on the resonator surface of the nitride semiconductor laser element and plays a role of suitably emitting the laser light by reflecting and amplifying the laser light.
The reflection mirror can be formed of a single layer or a multilayer film composed of a pair of a low refractive index layer and a high refractive index layer. It is preferable that reflection mirrors are provided on the resonator surfaces on both the emission side and the reflection side. A single layer film may be formed on the emission-side resonator surface, and a multilayer film may be formed on the reflection-side resonator surface.
The reflection mirror can be appropriately adjusted in material, film thickness, number of pairs of multilayer films, etc. in order to obtain a desired reflectance. The thickness of each layer can be adjusted as appropriate depending on the material used, and is determined by the desired oscillation wavelength (λ) and the refractive index (n) at λ of the material used. Specifically, it is preferably an integer multiple of λ / (4n), and is preferably adjusted as appropriate in consideration of the reflectance.
For example, in a laser element having an oscillation wavelength of 405 nm, when formed with Ta 2 O 5 / SiO 2 , about 40 to 70 nm is exemplified. In the case of such a multilayer film, the number of pairs is 2 pairs or more, preferably about 5 to 15 pairs. The film thickness as a whole of the reflection mirror is, for example, about 50 to 900 nm.
It is preferable to adjust the material, film thickness, and number of pairs so that the reflectance is about 11% on the emission side and about 95% on the reflection side.
In addition, the reflection mirror may be formed over the entire width direction of the nitride semiconductor laser element or may be formed partially. It may be formed at least in the waveguide region and its periphery.

反射ミラーは、絶縁性材料で形成され、窒化物半導体、特に活性層よりも屈折率が小さい材料で形成される。例えば、酸化膜、窒化膜、酸窒化膜、これらの組み合わせ等により形成することができる。具体的には、SiO、Al、Ta、HfO、ZrO、TiO、Nb、SiN、SiON、AlN、AlON等が挙げられる。
また、共振器面を保護するために、共振器面に接触するようにAlGa1−xN(0<x≦1)をはじめとする窒化物膜、六方晶系の材料で単結晶を含む膜を形成してもよい。
The reflection mirror is made of an insulating material, and is made of a nitride semiconductor, particularly a material having a refractive index smaller than that of the active layer. For example, it can be formed of an oxide film, a nitride film, an oxynitride film, a combination thereof, or the like. Specifically, SiO 2, Al 2 O 3 , Ta 2 O 5, HfO 2, ZrO 2, TiO 2, Nb 2 O 5, SiN, SiON, AlN, AlON , and the like.
Further, in order to protect the resonator surface, a single crystal is formed of a nitride film such as Al x Ga 1-x N (0 <x ≦ 1) or a hexagonal material so as to be in contact with the resonator surface. A containing film may be formed.

反射ミラーは、当該分野で公知の方法によって形成することができる。例えば、蒸着法、スパッタ法(反応性スパッタ法、ECRプラズマスパッタ法、マグネトロンスパッタ法等)CVD法、又はこれらの方法の2種以上を組み合わせる方法、あるいはこれらの方法と酸化処理(熱処理)とを組み合わせる方法等、種々の方法を利用することができる。なかでも、ECRプラズマスパッタ法が好ましい。
また、共振器面に前処理、希ガス(Ar、He、Xe等)、窒素、酸素、オゾンガスを含むプラズマの照射、酸化処理、熱処理、露光処理等を利用した後に、反射ミラーを形成してもよい。
The reflection mirror can be formed by a method known in the art. For example, a vapor deposition method, a sputtering method (reactive sputtering method, ECR plasma sputtering method, magnetron sputtering method, etc.), a CVD method, a method combining two or more of these methods, or a combination of these methods and an oxidation treatment (heat treatment). Various methods such as a combination method can be used. Of these, the ECR plasma sputtering method is preferable.
In addition, a reflection mirror is formed on the resonator surface after using pretreatment, irradiation with plasma containing noble gas (Ar, He, Xe, etc.), nitrogen, oxygen, ozone gas, oxidation treatment, heat treatment, exposure treatment, etc. Also good.

保護膜は、共振器面の反射ミラー上に設けられる。実施形態の窒化物半導体レーザ素子では、反射ミラー上に保護膜が設けられることによって、反射ミラーの表面を保護し、反射ミラーの劣化を抑制してレーザ光を適切に反射、増幅させることができる。また、レーザ光が保護膜を介して出射されるために、保護膜の膜厚に対応してレーザ光は拡散し、出射時の出射部表面(図1の場合は保護膜の表面)における光密度を緩和することができるので、Si酸化物の形成をより効果的に抑制することができる。
保護膜の材料としては、反射ミラーとの密着性及び雰囲気中での安定性を考慮して選択することができる。具体的には、SiO、Al、Ta、HfO、ZrO、TiO、Nb、SiN、SiON、AlN、AlON等が挙げられる。特に、SiO又はAlNで形成することが好ましい。膜厚としては、30〜8000nm程度が挙げられる。
また、保護膜は、レーザ光の発振波長に対する減衰係数が0.01より小さいことが好ましい。保護膜の減衰係数はエリプソメトリーを利用した分光エリプソメータ、具体的には、J.A.WOOLLAM社製のHS−190等を用いて測定することができる。
The protective film is provided on the reflection mirror on the resonator surface. In the nitride semiconductor laser device of the embodiment, the protective film is provided on the reflection mirror, so that the surface of the reflection mirror can be protected, the deterioration of the reflection mirror can be suppressed, and the laser light can be appropriately reflected and amplified. . Further, since the laser light is emitted through the protective film, the laser light is diffused corresponding to the film thickness of the protective film, and light on the surface of the emission part at the time of emission (the surface of the protective film in the case of FIG. 1). Since the density can be relaxed, the formation of Si oxide can be more effectively suppressed.
The material for the protective film can be selected in consideration of adhesion to the reflection mirror and stability in the atmosphere. Specifically, SiO 2, Al 2 O 3 , Ta 2 O 5, HfO 2, ZrO 2, TiO 2, Nb 2 O 5, SiN, SiON, AlN, AlON , and the like. In particular, it is preferable to form with SiO 2 or AlN. As a film thickness, about 30-8000 nm is mentioned.
In addition, the protective film preferably has an attenuation coefficient with respect to the oscillation wavelength of the laser light that is smaller than 0.01. The attenuation coefficient of the protective film is a spectroscopic ellipsometer using ellipsometry. A. It can be measured using HS-190 manufactured by WOOLLAM.

光吸収層は、共振器面の保護膜上に設けられる。光吸収層は、レーザの発振波長の光を吸収する材料で形成される。詳細は後述するが、このような材料で形成することで、簡便に開口部を形成することが可能になるためである。また、導波路領域から漏れ出た自然放出光等を吸収することができるので、良質なビーム品質の窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
光吸収層の材料としては、金属又は半導体からなることが好ましく、例えばAu、Pt、Ag、Cu、Sn、Ni、Fe、Zn、Al等の金属や、Si、Ge、GaAs、InAs、SiC等の半導体が挙げられる。また、レーザ光の発振波長に対する減衰係数が、0.01以上であることが好ましい。好ましくは、Si又はSiCである。光吸収層は、20〜500nm程度の膜厚で設けられることが好ましい。
The light absorption layer is provided on the protective film on the resonator surface. The light absorption layer is formed of a material that absorbs light having a laser oscillation wavelength. Although details will be described later, this is because it is possible to easily form an opening by using such a material. In addition, since the spontaneous emission light or the like leaking from the waveguide region can be absorbed, a nitride semiconductor laser device having a good beam quality can be obtained.
The material of the light absorption layer is preferably made of metal or semiconductor, for example, metal such as Au, Pt, Ag, Cu, Sn, Ni, Fe, Zn, Al, Si, Ge, GaAs, InAs, SiC, etc. The semiconductor is mentioned. Moreover, it is preferable that the attenuation coefficient with respect to the oscillation wavelength of a laser beam is 0.01 or more. Preferably, it is Si or SiC. The light absorption layer is preferably provided with a thickness of about 20 to 500 nm.

(c)光吸収層に導波路領域に対応する開口部を形成する工程
次に、先に形成した光吸収層に導波路領域に対応する開口部を形成する。光吸収層に設けられた開口部は、レーザ光の出射部に対応して設けられている。つまり、光出射部は、保護膜上に設けられる光吸収層が開口し、保護膜が光吸収層から露出した部分である。具体的には、共振器面を正面視したときに、導波路領域に対応する位置に、横長楕円形状に開口している。
(C) Step of forming an opening corresponding to the waveguide region in the light absorption layer Next, an opening corresponding to the waveguide region is formed in the previously formed light absorption layer. The opening provided in the light absorption layer is provided so as to correspond to the laser light emitting portion. That is, the light emitting portion is a portion where the light absorption layer provided on the protective film is opened and the protective film is exposed from the light absorption layer. Specifically, when the resonator surface is viewed from the front, it opens in a horizontally long elliptical shape at a position corresponding to the waveguide region.

この開口部の形成方法としては、窒化物半導体レーザ素子の電極に通電して一定の駆動電流を流してレーザ発振させ、レーザ光を光吸収層に吸収させることで光出射部に対応する位置の光吸収層を除去する。上述したように、光吸収層は窒化物半導体レーザ素子の発振波長の光を吸収する材料で形成されているので、レーザ発振によって高密度のレーザ光が光出射部に照射されることによって、当該領域の光吸収層が蒸発し、開口部を有する光吸収層を形成することができる。   As a method of forming the opening, a current is applied to the electrode of the nitride semiconductor laser element, a constant driving current is supplied to cause laser oscillation, and the laser light is absorbed by the light absorption layer, whereby a position corresponding to the light emitting portion is obtained. The light absorption layer is removed. As described above, since the light absorption layer is formed of a material that absorbs light having the oscillation wavelength of the nitride semiconductor laser element, the light emitting portion is irradiated with high-density laser light by laser oscillation. The light absorption layer in the region is evaporated, and a light absorption layer having an opening can be formed.

開口部は、導波路領域の光密度、光吸収層の膜厚及び窒化物半導体レーザ素子の波長に応じてレーザの出力を調整することで形成することができる。開口部を形成するために必要なレーザの出力は、出射されるレーザ光の光密度に応じて決定される。例えば、シングルモードのレーザ素子では出射されるレーザ光の光密度が大きいので比較的低出力で開口部を形成することができるが、マルチモードのレーザ素子ではレーザ光の光密度が小さいので高出力のレーザ光を出射することで開口部を形成する。また、光吸収層の膜厚が厚ければ厚いほど開口部を形成するために必要なレーザ光の出力は大きくなる。また、窒化物半導体レーザ素子の波長が長いほど開口部を形成するために必要なレーザ光の出力は大きくなる。その理由としては、レーザ光のエネルギー(波長の逆数)が光吸収層を構成する元素の運動エネルギーに変換されることによって光吸収層が蒸発しているためである。
また、所望のレーザ光を取り出すためには、光吸収層の開口部の大きさは、窒化物半導体レーザ素子の定格光出力での駆動時に、ニアフィールドサイズ以上の大きさで形成されていることが好ましい。そのため、開口部を形成する際のレーザ光の出力は、定格光出力以上で発振させることが適しており、定格光出力の2倍以上で発振させることが好ましい。
また、駆動条件としては、パルス駆動、連続駆動あるいはその組み合わせ等により開口部を設けることができる。
具体的には、横モードがシングルモードである405nm帯窒化物半導体レーザ素子において、光吸収層を30nmの膜厚のSiとした場合、10mW程度の光出力でSiが蒸発しはじめる。あるいは、横モードがシングルモードである445nm帯窒化物半導体レーザ素子において、光吸収層を30nmの膜厚のSiとした場合、20mW程度の光出力でSiが蒸発しはじめる。
The opening can be formed by adjusting the laser output according to the light density of the waveguide region, the thickness of the light absorption layer, and the wavelength of the nitride semiconductor laser element. The output of the laser necessary for forming the opening is determined according to the light density of the emitted laser light. For example, a single-mode laser element has a high light density of the emitted laser light, so an opening can be formed with a relatively low output, but a multi-mode laser element has a high light output because the light density of the laser light is small. The laser beam is emitted to form an opening. Further, as the thickness of the light absorption layer is larger, the output of the laser beam necessary for forming the opening is increased. Further, the longer the wavelength of the nitride semiconductor laser element, the larger the output of the laser beam necessary for forming the opening. This is because the energy of the laser beam (the reciprocal of the wavelength) is converted into the kinetic energy of the elements constituting the light absorption layer, thereby evaporating the light absorption layer.
In addition, in order to take out a desired laser beam, the size of the opening of the light absorption layer is formed to be equal to or larger than the near field size when the nitride semiconductor laser element is driven at the rated light output. Is preferred. For this reason, it is suitable for the laser beam output when forming the opening to oscillate at or above the rated light output, and preferably at least twice the rated light output.
As the driving condition, the opening can be provided by pulse driving, continuous driving, or a combination thereof.
Specifically, in a 405 nm band nitride semiconductor laser device in which the transverse mode is a single mode, when the light absorption layer is Si having a thickness of 30 nm, Si begins to evaporate with a light output of about 10 mW. Alternatively, in a 445 nm band nitride semiconductor laser device in which the transverse mode is a single mode, when the light absorption layer is Si with a thickness of 30 nm, Si begins to evaporate with a light output of about 20 mW.

また、このようにして得られた窒化物半導体レーザ素子を図3に示すように、サブマウント30を介してステム20上に載置し、窒化物半導体レーザ装置を得ることができる。窒化物半導体レーザ装置について図面を参照しながら説明する。図3は、窒化物半導体レーザ装置の斜視図である。ステムには、ステムを貫通するようにリード40a,40b及び40cが設けられている。窒化物半導体レーザ素子は、ワイヤ50a及び50bによりリードと電気的に接続され、外部と導通をとることができる。   Further, as shown in FIG. 3, the nitride semiconductor laser device thus obtained can be placed on the stem 20 via the submount 30 to obtain a nitride semiconductor laser device. A nitride semiconductor laser device will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a perspective view of the nitride semiconductor laser device. The stem is provided with leads 40a, 40b and 40c so as to penetrate the stem. The nitride semiconductor laser element is electrically connected to the lead by wires 50a and 50b and can be electrically connected to the outside.

本実施形態の製造方法により製造された窒化物半導体レーザ素子を用いれば、気密封止を必要とせず、開放状態であっても周囲の雰囲気に起因した付着物の形成の起こらない窒化物半導体レーザ装置を得ることができる。   If the nitride semiconductor laser device manufactured by the manufacturing method of this embodiment is used, a nitride semiconductor laser that does not require hermetic sealing and does not cause the formation of deposits due to the surrounding atmosphere even in an open state. A device can be obtained.

本実施形態の窒化物半導体レーザ装置は、窒化物半導体レーザ素子がステムに載置されている。ステムは、窒化物半導体レーザ素子で発生する熱を効率的に外部に放出するため、比較的熱伝導度が高い材料、例えば、20W/mK程度以上の材料によって形成されることが好ましい。具体的な材料としては、Cu、Al、Fe、Ni、Mo、CuW、CuMo等の金属や、AlN、SiC、アルミナなどのセラミックが挙げられる。これらの金属又はセラミックを母材とし、その表面の全面又は一部にAu、Ag、Al等でめっきが施されていてもよい。なかでも、表面が金めっきされた銅又は銅合金により形成されているものが好ましい。   In the nitride semiconductor laser device of this embodiment, the nitride semiconductor laser element is placed on the stem. The stem is preferably formed of a material having a relatively high thermal conductivity, for example, a material having a thermal conductivity of about 20 W / mK or more in order to efficiently release the heat generated in the nitride semiconductor laser element to the outside. Specific materials include metals such as Cu, Al, Fe, Ni, Mo, CuW, and CuMo, and ceramics such as AlN, SiC, and alumina. These metals or ceramics may be used as a base material, and the whole or part of the surface thereof may be plated with Au, Ag, Al, or the like. Especially, what is formed with the copper or copper alloy by which the surface was gold-plated is preferable.

ステムの形状、大きさは特に限定されるものではなく、窒化物半導体レーザ装置の最終的に望まれる形状及び大きさ等によって、適宜調整することができる。平面形状としては、円形、楕円形、矩形をはじめとする多角形又はこれらに近似する形状のものを用いることができる。例えば、直径3〜10mm程度の円形で平板状のものが挙げられる。その厚みとしては、0.5〜5mm程度であることが好ましい。また、ステムは平板状のものには限定されず、その表面に凹部及び/又は凸部が設けられていてもよい。具体的には図3に示すように、平板状のステムの半導体レーザ素子が載置される領域に凸部が設けられているものが挙げられる。   The shape and size of the stem are not particularly limited, and can be appropriately adjusted according to the final desired shape and size of the nitride semiconductor laser device. As the planar shape, a circular shape, an elliptical shape, a polygonal shape including a rectangular shape, or a shape similar to these can be used. For example, a circular plate having a diameter of about 3 to 10 mm can be used. The thickness is preferably about 0.5 to 5 mm. Further, the stem is not limited to a flat plate shape, and a concave portion and / or a convex portion may be provided on the surface thereof. Specifically, as shown in FIG. 3, there may be mentioned one in which a convex portion is provided in a region where a flat plate-shaped semiconductor laser element is placed.

また、窒化物半導体レーザ素子は、サブマウントを介してステム上に配置されていてもよい。サブマウントは放熱のために熱伝導性の高い部材が用いられることが好ましく、具体的には、AlN、CuW,ダイヤモンド,SiC、セラミックス等が挙げられる。その表面にTi/Pt/Au、Ni/Au等の薄膜が形成されていてもよい。   The nitride semiconductor laser element may be disposed on the stem via the submount. For the submount, a member having high thermal conductivity is preferably used for heat dissipation, and specific examples include AlN, CuW, diamond, SiC, ceramics, and the like. A thin film such as Ti / Pt / Au or Ni / Au may be formed on the surface.

また、本発明の窒化物半導体レーザ装置の組み立て方法としては、特に限定されず、まず窒化物半導体レーザ素子をサブマウント上に載置して接着し、その後サブマウントの下面をステムに接着する方法、ステム上にサブマウントを載置して接着し、その後窒化物半導体レーザ素子をサブマウントに接着する方法等が挙げられる。
さらに、窒化物半導体レーザ素子の半導体層側をステムに実装したフェイスダウン実装、窒化物半導体レーザ素子の基板側をステムに実装したフェイスアップ実装等いずれの構造であってもよい。
The method for assembling the nitride semiconductor laser device of the present invention is not particularly limited. First, the nitride semiconductor laser element is mounted on the submount and bonded, and then the lower surface of the submount is bonded to the stem. For example, there is a method in which a submount is mounted on the stem and bonded, and then a nitride semiconductor laser element is bonded to the submount.
Furthermore, any structure such as face-down mounting in which the semiconductor layer side of the nitride semiconductor laser element is mounted on the stem and face-up mounting in which the substrate side of the nitride semiconductor laser element is mounted on the stem may be employed.

また、窒化物半導体レーザ装置は、窒化物半導体レーザ素子1を被覆するようにキャップがステムに取り付けられていてもよい。キャップを設けることで防水性、防塵性を高めることができる。
キャップの形状は、有底の筒型(円柱又は多角形柱等)、錐台型(円錐台又は多角形錐台等)又はドーム型及びこれらの変形形状等が挙げられる。キャップは、熱伝導率が高い材料で形成されていることが好ましく、例えば、Ni、Co、Fe、Ni−Fe合金、コバール、真鍮等の材料を用いることができる。
キャップの上面又は側面のレーザ光の光出射部位に対応する部分には、レーザ光を通過させる開口部を有し、開口部にはレーザ光を取り出すための透光性部材が支持されているものを用いることができる。透光性部材は、例えば、ガラス、サファイア、セラミックス、樹脂等により形成することができる。また、その表面に、レーザ光を好適に透過させることができるように光透過膜が設けられていてもよい。また、透光性部材は、波長変換部材、光拡散材等を含有していてもよい。
In the nitride semiconductor laser device, a cap may be attached to the stem so as to cover the nitride semiconductor laser element 1. Providing a cap can improve waterproofness and dustproofness.
Examples of the shape of the cap include a bottomed cylindrical shape (such as a cylinder or a polygonal column), a truncated cone shape (such as a truncated cone or a polygonal truncated cone), a dome shape, and a deformed shape thereof. The cap is preferably formed of a material having high thermal conductivity. For example, a material such as Ni, Co, Fe, Ni—Fe alloy, Kovar, or brass can be used.
The portion corresponding to the laser light emission part on the upper surface or side surface of the cap has an opening for allowing the laser light to pass therethrough, and a transparent member for taking out the laser light is supported in the opening. Can be used. The translucent member can be formed of, for example, glass, sapphire, ceramics, resin, or the like. Further, a light transmissive film may be provided on the surface so that the laser light can be suitably transmitted. Moreover, the translucent member may contain the wavelength conversion member, the light-diffusion material, etc.

また、窒化物半導体レーザ素子の出力をモニタするためにステム上にフォトダイオードを配置してもよい。また、過大な電圧印加による素子破壊や性能劣化から窒化物半導体レーザ素子を保護するために保護素子を配置してもよい。   A photodiode may be arranged on the stem in order to monitor the output of the nitride semiconductor laser element. In addition, a protective element may be arranged to protect the nitride semiconductor laser element from element destruction and performance deterioration due to excessive voltage application.

以下に、本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法の実施例を説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Examples of the method for manufacturing a nitride semiconductor laser device of the present invention will be described below. In addition, this invention is not limited to a following example.

(実施例1)
図1乃至3に示すような窒化物半導体レーザ素子は、以下のようにして製造することができる。
まず、n型不純物を含有した窒化物半導体基板をMOVPE反応容器内にセットし、以下のように窒化物半導体層を順に成長させる。
(n側半導体層31)
SiドープAlGaN 2.4μm
アンドープGaN 0.17μm
(活性層32)
SiドープIn0.02Ga0.98N障壁層 140オングストローム
アンドープIn0.07Ga0.93N井戸層 80オングストローム
SiドープIn0.02Ga0.98N障壁層 140オングストローム
アンドープIn0.07Ga0.93N井戸層 80オングストローム
SiドープIn0.02Ga0.98N障壁層 140オングストローム
(p側半導体層33)
MgドープAlGaN 100オングストローム
アンドープGaN 0.15μm
アンドープAlGaN 25オングストロームとMgドープAlGaN 25オングストロームを繰り返し成長させた総膜厚0.6μmの超格子層
MgドープGaN 150オングストローム
(Example 1)
The nitride semiconductor laser device as shown in FIGS. 1 to 3 can be manufactured as follows.
First, a nitride semiconductor substrate containing an n-type impurity is set in a MOVPE reaction vessel, and nitride semiconductor layers are grown in order as follows.
(N-side semiconductor layer 31)
Si-doped AlGaN 2.4 μm
Undoped GaN 0.17μm
(Active layer 32)
Si-doped In 0.02 Ga 0.98 N barrier layer 140 Å undoped In 0.07 Ga 0.93 N well layer 80 Å Si-doped In 0.02 Ga 0.98 N barrier layer 140 Å undoped In 0.07 Ga 0.93 N well layer 80 Å Si-doped In 0.02 Ga 0.98 N barrier layer 140 Å (p-side semiconductor layer 33)
Mg-doped AlGaN 100 angstrom undoped GaN 0.15 μm
Super lattice layer Mg-doped GaN 150 Å with a total film thickness of 0.6 μm, which is a repetitively grown undoped AlGaN 25 Å and Mg-doped AlGaN 25 Å

窒化物半導体層を成長させたウェハを反応容器から取り出し、最上層のp側半導体層の上面に、窒化物半導体レーザ素子の形状を規定するための所定形状のマスクパターンを形成してRIEにてエッチングを行い、n側半導体層を露出させる。
続いて、最上層のp側半導体層の上面に、幅1.5μmのストライプ状のマスクパターンを形成し、RIEによりp側半導体層の途中までエッチングを行い、幅1.5μmのストライプ状のリッジ3cを形成する。
続いて、フォトリソグラフィ及びリフトオフ法を用いて窒化物半導体層の上面にECRスパッタ装置でZrO2膜2000Åの第1絶縁膜9を形成する。
次に、リッジの最表面にNi、Au、Ptを順に形成してなるp側電極7aを形成する。
絶縁膜上から窒化物半導体層の側面及び先に露出したn側半導体層の表面にかけて、SiO2よりなる第2絶縁膜10を形成する。
続いて、p側電極7aと電気的に接続したp側パッド電極8を形成する。
その後、基板を80μm程度の厚さに研磨し、基板2の裏面にn側電極7bを形成する。
The wafer on which the nitride semiconductor layer has been grown is taken out of the reaction vessel, and a mask pattern having a predetermined shape for defining the shape of the nitride semiconductor laser element is formed on the upper surface of the uppermost p-side semiconductor layer, and RIE is performed. Etching is performed to expose the n-side semiconductor layer.
Subsequently, a stripe-shaped mask pattern having a width of 1.5 μm is formed on the upper surface of the uppermost p-side semiconductor layer, and etching is performed halfway through the p-side semiconductor layer by RIE to form a stripe-shaped ridge having a width of 1.5 μm. 3c is formed.
Subsequently, a first insulating film 9 having a thickness of 2000 ZrO 2 film is formed on the upper surface of the nitride semiconductor layer by photolithography and a lift-off method using an ECR sputtering apparatus.
Next, a p-side electrode 7a formed by sequentially forming Ni, Au, and Pt is formed on the outermost surface of the ridge.
A second insulating film 10 made of SiO 2 is formed from the insulating film to the side surface of the nitride semiconductor layer and the exposed surface of the n-side semiconductor layer.
Subsequently, the p-side pad electrode 8 electrically connected to the p-side electrode 7a is formed.
Thereafter, the substrate is polished to a thickness of about 80 μm, and the n-side electrode 7 b is formed on the back surface of the substrate 2.

(共振器面3a及び3bの形成)
その後、窒化物半導体層及び基板を劈開してバー状とする。バーの劈開面が、(1−100)面となるように劈開し、共振器面を作製する。
(Formation of resonator surfaces 3a and 3b)
Thereafter, the nitride semiconductor layer and the substrate are cleaved to form a bar shape. Cleavage is performed so that the cleavage plane of the bar becomes the (1-100) plane, and a resonator plane is produced.

(反射ミラー4a及び4bの形成)
共振面に反射ミラーを形成する。まず、出射側の共振器面に、第1膜として、共振器面から窒化物半導体層の上面及び絶縁膜の表面にかけて、ECRプラズマスパッタ装置で、Alターゲットを用いて、膜厚32nmのAlNを形成する。その上にさらに、第2膜として、ECRプラズマスパッタ装置で膜厚260nmのSiOを形成する。
続いて、反射面側の共振器面に、出射面側と同様に、第1膜として膜厚32nmのAlNを形成する。その上に、スパッタ装置でSiターゲットを用いて、SiOを69nmの膜厚で成膜し、Taを膜厚46nmで成膜する。SiOとTaを繰り返し成膜し、(SiO/Ta)を6周期成膜し、反射側の第2膜とする。
(Formation of reflection mirrors 4a and 4b)
A reflection mirror is formed on the resonance surface. First, a 32 nm-thickness AlN film is formed as a first film on the emission-side resonator surface from the resonator surface to the top surface of the nitride semiconductor layer and the surface of the insulating film using an Al target with an ECR plasma sputtering apparatus. Form. Furthermore, SiO 2 having a film thickness of 260 nm is formed as a second film by an ECR plasma sputtering apparatus.
Subsequently, AlN having a film thickness of 32 nm is formed as a first film on the resonator surface on the reflection surface side, as in the emission surface side. On top of that, SiO 2 is formed to a thickness of 69 nm using a Si target with a sputtering apparatus, and Ta 2 O 5 is formed to a thickness of 46 nm. SiO 2 and Ta 2 O 5 are repeatedly formed, and (SiO 2 / Ta 2 O 5 ) is formed for six periods to form a second film on the reflection side.

(保護膜5の形成)
出射側の反射ミラー上に保護膜を形成する。スパッタ装置で、Siターゲットを用いて、膜厚1100nmのSiOを形成する。
(Formation of protective film 5)
A protective film is formed on the reflection mirror on the emission side. A sputtering apparatus forms SiO 2 with a thickness of 1100 nm using a Si target.

(光吸収層6の形成)
保護膜上に光吸収層を形成する。スパッタ装置で、SiCターゲットを用いて、膜厚200nmのSiC膜を形成する。
(Formation of the light absorption layer 6)
A light absorption layer is formed on the protective film. A SiC film having a film thickness of 200 nm is formed using a SiC target by a sputtering apparatus.

(開口部6aの形成)
得られた窒化物半導体レーザ素子の光吸収層に、導波路領域(光出射部)に対応する開口部を形成する。
窒化物半導体レーザ素子の電極に通電し、パルス駆動により出力70mWで駆動させてレーザ発振させる。駆動後に出射側共振器面を観察すると、光出射部に対応する位置の光吸収層を除去されていることが観察される。
(Formation of opening 6a)
An opening corresponding to the waveguide region (light emitting portion) is formed in the light absorption layer of the obtained nitride semiconductor laser element.
The electrode of the nitride semiconductor laser element is energized and driven by a pulse drive at an output of 70 mW to cause laser oscillation. When the emission-side resonator surface is observed after driving, it is observed that the light absorption layer at the position corresponding to the light emission part is removed.

最後に、共振器端面に垂直な方向で、バーをチップ化することで半導体レーザ素子を得る。   Finally, a semiconductor laser element is obtained by chip-forming bars in a direction perpendicular to the cavity end face.

得られた窒化物半導体レーザ素子をサブマウント30を介してステム20上に載置し、大気開放状態でTc=75℃下において光出力20mWでレーザ発振を試みた。この窒化物半導体レーザ素子の駆動電流と駆動時間の関係を図4に示す。試験数は8個である。実施形態の窒化物半導体レーザ素子は、1000時間経過しても付着物起因の駆動電流の変動は無く、安定に動作した。また、得られた窒化物半導体レーザ素子の光放出状態を観測したところ、導波路領域以外の領域から放出される漏れ光は大きく減少していた。
また、光吸収層を形成しない以外は、同様にして形成した窒化物半導体レーザ素子を同様の条件で駆動させた駆動電流と駆動時間の関係を図5に示す。比較例の窒化物半導体レーザ素子は、駆動時間の経過と共に駆動電流の変動が見られた。
The obtained nitride semiconductor laser device was placed on the stem 20 via the submount 30 and attempted to oscillate at an optical output of 20 mW at Tc = 75 ° C. in an open state. The relationship between the drive current and drive time of this nitride semiconductor laser device is shown in FIG. The number of tests is eight. The nitride semiconductor laser device of the embodiment did not fluctuate drive current due to deposits even after 1000 hours and operated stably. Further, when the light emission state of the obtained nitride semiconductor laser device was observed, the leakage light emitted from the region other than the waveguide region was greatly reduced.
Further, FIG. 5 shows the relationship between the drive current and drive time obtained by driving a nitride semiconductor laser element formed in the same manner except that the light absorption layer is not formed. In the nitride semiconductor laser element of the comparative example, fluctuations in driving current were observed with the lapse of driving time.

(実施例2)
本実施例は、保護膜及び光吸収層の構造を変更した以外は実施例1と同様である。出射側の反射ミラー上に保護膜として、スパッタ装置でAlターゲットを用いて、AlNを膜厚110nmで形成する。保護膜上には、スパッタ装置でSiターゲットを用いて、実施例1と同様にしてSiを膜厚30nmで形成する。
本実施例では、実施例1と同等の効果が得られる。
(Example 2)
This example is the same as Example 1 except that the structures of the protective film and the light absorption layer are changed. As a protective film, AlN is formed with a film thickness of 110 nm on the output-side reflecting mirror using an Al target with a sputtering apparatus. On the protective film, Si is formed in a film thickness of 30 nm in the same manner as in Example 1 by using a Si target with a sputtering apparatus.
In the present embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

本発明の窒化物半導体レーザ素子及び窒化物半導体レーザ装置は、光ディスク、光通信システム、プロジェクタ、又は印刷機、測定器等全てのデバイスに利用することができる。   The nitride semiconductor laser element and the nitride semiconductor laser device of the present invention can be used for all devices such as an optical disk, an optical communication system, a projector, a printer, and a measuring instrument.

1:窒化物半導体レーザ素子
2:基板
3:窒化物半導体層
3a:光出射側共振器面(出射面)
3b:光反射側共振器面(反射面)
4a,4b:反射ミラー
5:保護膜
5a:光出射部
6:光吸収層
6a:開口部
100:窒化物半導体レーザ装置
20:ステム
30:サブマウント
1: Nitride semiconductor laser element 2: Substrate 3: Nitride semiconductor layer 3a: Light emitting side resonator surface (emitting surface)
3b: Light reflection side resonator surface (reflection surface)
4a, 4b: reflection mirror 5: protective film 5a: light emitting part 6: light absorption layer 6a: opening 100: nitride semiconductor laser device 20: stem 30: submount

Claims (4)

導波路領域の端部に共振器面を有する窒化物半導体層を形成する工程と、
前記共振器面上に、反射ミラーと、保護膜と、光吸収層とを順次形成する工程と、
前記光吸収層に、前記導波路領域に対応する全領域の光吸収層を除去して開口部を形成する開口部形成工程とを具備する窒化物半導体レーザ素子の製造方法であって、
前記開口部形成工程において、前記開口部は前記窒化物半導体レーザ素子を発振させることによってニアフィールドサイズ以上の大きさで設けられる窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
Forming a nitride semiconductor layer having a resonator surface at an end of the waveguide region;
A step of sequentially forming a reflection mirror, a protective film, and a light absorption layer on the resonator surface;
A method of manufacturing a nitride semiconductor laser device comprising: an opening forming step of forming an opening by removing the light absorbing layer in the entire region corresponding to the waveguide region in the light absorbing layer;
The method for manufacturing a nitride semiconductor laser device, wherein, in the opening forming step, the opening is provided with a size equal to or larger than a near field size by oscillating the nitride semiconductor laser device.
前記保護膜、光吸収層及び開口部は、光出射側の前記共振器面に設けられる請求項1に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。   The method for manufacturing a nitride semiconductor laser element according to claim 1, wherein the protective film, the light absorption layer, and the opening are provided on the resonator surface on a light emitting side. 前記保護膜はSiO又はAlNからなる請求項1又は2に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。 The protective film manufacturing method of the nitride semiconductor laser device according to claim 1 or 2 made of SiO 2 or AlN. 前記光吸収層はSi又はSiCからなる請求項1乃至のいずれか1項に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。 Manufacturing method of the nitride semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 3 wherein the light absorbing layer is made of Si or SiC.
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