JPH077225A - 反射鏡 - Google Patents
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- JPH077225A JPH077225A JP5145999A JP14599993A JPH077225A JP H077225 A JPH077225 A JP H077225A JP 5145999 A JP5145999 A JP 5145999A JP 14599993 A JP14599993 A JP 14599993A JP H077225 A JPH077225 A JP H077225A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 可視短波長領域で動作するII-VI 族化合物半
導体発光素子の光出力の有効な取り出しに不可欠な、光
出射面の低反射率反射鏡を提供する。 【構成】 ＺｎＳｅ系レーザーダイオード７のへき開し
た端面に、それぞれ発振波長の１／２倍、１／４倍およ
び１／４倍の光学厚さであるＡｌ2 Ｏ3 膜８、ＭｇＯ膜
９およびＡｌ2 Ｏ3 膜１０を順に設けた反射鏡を形成
し、端面反射率４％を得た。前記積層構造の反射鏡は、
高周波マグネトロンスパッタリングを用いた。
導体発光素子の光出力の有効な取り出しに不可欠な、光
出射面の低反射率反射鏡を提供する。 【構成】 ＺｎＳｅ系レーザーダイオード７のへき開し
た端面に、それぞれ発振波長の１／２倍、１／４倍およ
び１／４倍の光学厚さであるＡｌ2 Ｏ3 膜８、ＭｇＯ膜
９およびＡｌ2 Ｏ3 膜１０を順に設けた反射鏡を形成
し、端面反射率４％を得た。前記積層構造の反射鏡は、
高周波マグネトロンスパッタリングを用いた。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、オプトエレクトロニク
ス材料として期待されるII−VI族化合物半導体を用いた
可視短波長半導体発光素子の光出射面に設ける低反射率
の反射鏡に関する。
ス材料として期待されるII−VI族化合物半導体を用いた
可視短波長半導体発光素子の光出射面に設ける低反射率
の反射鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】可視短波長領域で発振するII-VI 族化合
物半導体レーザーは、アプライド・フィジクス・レター
ズ第５９巻第１２７２頁(Appl.Phys.Lett.Vol59(1991)1
272)に記載されているように、ＺｎＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ
系単一量子井戸構造を用いて、世界で初めて、７７Ｋに
おける４９０ｎｍ（青緑色）のパルス発振が報告された
ことに始まる。ここでは、レーザーの光共振器を構成す
る反射鏡は、結晶をへき開することによって得られるへ
き開面をそのまま利用している。端面での反射率は２０
％程度で、発振のしきい値電流は７４ｍＡである。
物半導体レーザーは、アプライド・フィジクス・レター
ズ第５９巻第１２７２頁(Appl.Phys.Lett.Vol59(1991)1
272)に記載されているように、ＺｎＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ
系単一量子井戸構造を用いて、世界で初めて、７７Ｋに
おける４９０ｎｍ（青緑色）のパルス発振が報告された
ことに始まる。ここでは、レーザーの光共振器を構成す
る反射鏡は、結晶をへき開することによって得られるへ
き開面をそのまま利用している。端面での反射率は２０
％程度で、発振のしきい値電流は７４ｍＡである。
【０００３】また、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・
アプライド・フィジクス第３０巻第３８７３頁（Jpn.J.
Appl.Phys.Vol30(1991)3873)に記載されているようなＺ
ｎＳｅのｐ−ｎ接合発光ダイオードがある。ここでは、
ｎ型ＺｎＳｅ基板を用いており、室温で４６５ｎｍ（青
色）の発光をｐ型側表面からも基板裏面からも取り出す
ことができるが、いずれの表面にも反射率を制御するた
めの層は設けられていない。
アプライド・フィジクス第３０巻第３８７３頁（Jpn.J.
Appl.Phys.Vol30(1991)3873)に記載されているようなＺ
ｎＳｅのｐ−ｎ接合発光ダイオードがある。ここでは、
ｎ型ＺｎＳｅ基板を用いており、室温で４６５ｎｍ（青
色）の発光をｐ型側表面からも基板裏面からも取り出す
ことができるが、いずれの表面にも反射率を制御するた
めの層は設けられていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】反射鏡としてII−VI族
化合物半導体素子の表面やへき開面をそのまま用いる
と、素子を構成する半導体材料の屈折率に応じた反射率
しか得られず、レーザー出力や発光ダイオードの光出力
を有効に取り出すことができない。そのため、素子表面
または端面の光出射面に誘電体からなる反射鏡を形成
し、反射率を最適化する必要がある。つまり光出力の取
り出しを行なおうとする面には低反射率の反射鏡を、そ
れ以外の面には高反射率の反射鏡を形成することが望ま
しい。
化合物半導体素子の表面やへき開面をそのまま用いる
と、素子を構成する半導体材料の屈折率に応じた反射率
しか得られず、レーザー出力や発光ダイオードの光出力
を有効に取り出すことができない。そのため、素子表面
または端面の光出射面に誘電体からなる反射鏡を形成
し、反射率を最適化する必要がある。つまり光出力の取
り出しを行なおうとする面には低反射率の反射鏡を、そ
れ以外の面には高反射率の反射鏡を形成することが望ま
しい。
【０００５】反射鏡を構成する材料としては、III-V 族
化合物半導体レーザーなどに用いられている反射鏡の材
料をII−VI族化合物半導体発光素子に適用することが考
えられるが、発光波長領域が異なること、半導体材料の
屈折率が異なることから、そのまま適用することはでき
ない。例えば、アモルファスＳｉを用いると、５００ｎ
ｍにおいて複素屈折率の虚数部が実数部と同程度にまで
大きくなり、放出光を吸収してしまうため、レーザー光
による素子端面での光学損傷をひきおこす原因となる。
化合物半導体レーザーなどに用いられている反射鏡の材
料をII−VI族化合物半導体発光素子に適用することが考
えられるが、発光波長領域が異なること、半導体材料の
屈折率が異なることから、そのまま適用することはでき
ない。例えば、アモルファスＳｉを用いると、５００ｎ
ｍにおいて複素屈折率の虚数部が実数部と同程度にまで
大きくなり、放出光を吸収してしまうため、レーザー光
による素子端面での光学損傷をひきおこす原因となる。
【０００６】さらに、反射鏡材料の素子との熱膨張係数
差、素子に対する付着性、結晶性、熱伝導率、硬度、耐
湿性、安定性などは、素子の活性層に対する歪、光損失
の原因としてレーザー動作に影響を与える因子であり、
実用上の観点からも重要である。そのため、これらの因
子を最適化できる材料を見いだすことが必要である。
差、素子に対する付着性、結晶性、熱伝導率、硬度、耐
湿性、安定性などは、素子の活性層に対する歪、光損失
の原因としてレーザー動作に影響を与える因子であり、
実用上の観点からも重要である。そのため、これらの因
子を最適化できる材料を見いだすことが必要である。
【０００７】本発明はかかる点に鑑みてなされたもの
で、可視短波長領域で使用されるII−VI族化合物半導体
発光素子の最適な動作に不可欠な光出射面に設ける低反
射率の反射鏡を提供することを目的とする。
で、可視短波長領域で使用されるII−VI族化合物半導体
発光素子の最適な動作に不可欠な光出射面に設ける低反
射率の反射鏡を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の第１番目の反射鏡は、II-VI 族化合物半導
体からなる発光素子の光出射面に、酸化アルミニウム
（Ａｌ2 Ｏ3 ）、フッ化セリウム（ＣｅＦ3 ）、酸化マ
グネシウム（ＭｇＯ）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ
2Ｏ3 ）及び酸化スカンジウム（Ｓｃ2 Ｏ3 ）から選ば
れる少なくとも１種類の誘電体の層を設けたという構成
を備えたものである。
め、本発明の第１番目の反射鏡は、II-VI 族化合物半導
体からなる発光素子の光出射面に、酸化アルミニウム
（Ａｌ2 Ｏ3 ）、フッ化セリウム（ＣｅＦ3 ）、酸化マ
グネシウム（ＭｇＯ）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ
2Ｏ3 ）及び酸化スカンジウム（Ｓｃ2 Ｏ3 ）から選ば
れる少なくとも１種類の誘電体の層を設けたという構成
を備えたものである。
【０００９】前記構成においては、誘電体の層の厚さ
が、素子の発光波長の１／４、３／４または５／４倍の
光学厚さであることが好ましい。次に本発明の第２番目
の反射鏡は、II-VI 族化合物半導体からなる発光素子の
光出射面に、屈折率の異なる誘電体からなる２層構造の
誘電体層を設けたという構成を備えたものである。
が、素子の発光波長の１／４、３／４または５／４倍の
光学厚さであることが好ましい。次に本発明の第２番目
の反射鏡は、II-VI 族化合物半導体からなる発光素子の
光出射面に、屈折率の異なる誘電体からなる２層構造の
誘電体層を設けたという構成を備えたものである。
【００１０】前記構成においては、２層構造の誘電体層
が、II−VI族化合物半導体の表面側から順に酸化チタン
（ＴｉＯ2 ）と二酸化珪素（ＳｉＯ2 ）の組合せ、酸化
ハフニウム（ＨｆＯ2 ）とフッ化マグネシウム（ＭｇＦ
2 ）の組合せ、Ｇｄ2 Ｏ3 とＳｉＯ2 の組合せ、ＭｇＯ
とＡｌ2 Ｏ3 の組合せ、または酸化ジルコニウム（Ｚｒ
Ｏ2 ）とＭｇＦ2 の組合せの中から選ばれる少なくとも
１種類の組合せであることが好ましい。
が、II−VI族化合物半導体の表面側から順に酸化チタン
（ＴｉＯ2 ）と二酸化珪素（ＳｉＯ2 ）の組合せ、酸化
ハフニウム（ＨｆＯ2 ）とフッ化マグネシウム（ＭｇＦ
2 ）の組合せ、Ｇｄ2 Ｏ3 とＳｉＯ2 の組合せ、ＭｇＯ
とＡｌ2 Ｏ3 の組合せ、または酸化ジルコニウム（Ｚｒ
Ｏ2 ）とＭｇＦ2 の組合せの中から選ばれる少なくとも
１種類の組合せであることが好ましい。
【００１１】また前記構成においては、２層構造の誘電
体層の各々の層の厚さが、素子の発光波長の１／４倍の
光学厚さであることが好ましい。次に本発明の第３番目
の反射鏡は、II-VI 族化合物半導体からなる発光素子の
光出射面に、層の厚さが素子の発光波長の１／２倍の光
学厚さであるＳｉＯ2 またはＡｌ2 Ｏ3 の層を設け、そ
の表面に各々の層の厚さが素子の発光波長の１／４倍の
光学厚さであるＴｉＯ2 とＳｉＯ2 の組合せ、ＨｆＯ2
とＭｇＦ2 の組合せ、Ｇｄ2 Ｏ3 とＳｉＯ2 の組合せ、
ＭｇＯとＡｌ2 Ｏ3 の組合せ、またはＺｒＯ2 とＭｇＦ
2 の組合せの中から選ばれる少なくとも１種類の組合せ
からなる誘電体層を設けて３層構造にしたという構成を
備えたものである。
体層の各々の層の厚さが、素子の発光波長の１／４倍の
光学厚さであることが好ましい。次に本発明の第３番目
の反射鏡は、II-VI 族化合物半導体からなる発光素子の
光出射面に、層の厚さが素子の発光波長の１／２倍の光
学厚さであるＳｉＯ2 またはＡｌ2 Ｏ3 の層を設け、そ
の表面に各々の層の厚さが素子の発光波長の１／４倍の
光学厚さであるＴｉＯ2 とＳｉＯ2 の組合せ、ＨｆＯ2
とＭｇＦ2 の組合せ、Ｇｄ2 Ｏ3 とＳｉＯ2 の組合せ、
ＭｇＯとＡｌ2 Ｏ3 の組合せ、またはＺｒＯ2 とＭｇＦ
2 の組合せの中から選ばれる少なくとも１種類の組合せ
からなる誘電体層を設けて３層構造にしたという構成を
備えたものである。
【００１２】前記第１〜３番目の反射鏡の構成において
は、II−VI族化合物半導体が、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セ
レン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）、
硫化カドミウム（ＣｄＳ）またはセレン化カドミウム
（ＣｄＳｅ）の群から選ばれる１種類以上の単体または
これらの単体の混晶であることが好ましい。
は、II−VI族化合物半導体が、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セ
レン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）、
硫化カドミウム（ＣｄＳ）またはセレン化カドミウム
（ＣｄＳｅ）の群から選ばれる１種類以上の単体または
これらの単体の混晶であることが好ましい。
【００１３】また前記第１〜３番目の反射鏡の構成にお
いては、II−VI族化合物半導体からなる発光素子が、端
面発光型または面発光型であるレーザーダイオードまた
は発光ダイオードであることが好ましい。
いては、II−VI族化合物半導体からなる発光素子が、端
面発光型または面発光型であるレーザーダイオードまた
は発光ダイオードであることが好ましい。
【００１４】
【作用】誘電体は、一般に、可視領域で光吸収がなく、
透明である。そのため、発光波長が可視短波長領域に存
在するII-VI 族化合物半導体発光素子に対する低反射率
の反射鏡として用いると、反射鏡を設けない場合よりも
反射率を低くすることができ、小さな電流で大きな光出
力を取り出すことができる。特に、レーザーダイオード
に適用した場合、レーザー光を吸収しないため、光出射
面の熱的な破壊や光電界による損傷を受け難く、より大
きなレーザー出力を取り出すことができる。
透明である。そのため、発光波長が可視短波長領域に存
在するII-VI 族化合物半導体発光素子に対する低反射率
の反射鏡として用いると、反射鏡を設けない場合よりも
反射率を低くすることができ、小さな電流で大きな光出
力を取り出すことができる。特に、レーザーダイオード
に適用した場合、レーザー光を吸収しないため、光出射
面の熱的な破壊や光電界による損傷を受け難く、より大
きなレーザー出力を取り出すことができる。
【００１５】誘電体の膜が反射鏡として作用する理由
は、次の通りである。光が媒質中を伝搬する際、媒質に
変化があると、その界面では反射が起こる。屈折率ｎ0
とｎ2の媒質の間に屈折率ｎ1 で厚さｄ1 の薄膜がある
と、これに入射した波長λの光は膜の両界面で反射を繰
り返して多重干渉を起こす。その結果、合成振幅反射係
数ｒ12は、それぞれの界面でのフレネル反射係数を
ｒ1 、ｒ2 として、下記式（数１）と表わせる。ここ
で、ｆは薄膜内を往復する際の位相の遅れで、垂直入射
の場合、（数２）のように表わせる。
は、次の通りである。光が媒質中を伝搬する際、媒質に
変化があると、その界面では反射が起こる。屈折率ｎ0
とｎ2の媒質の間に屈折率ｎ1 で厚さｄ1 の薄膜がある
と、これに入射した波長λの光は膜の両界面で反射を繰
り返して多重干渉を起こす。その結果、合成振幅反射係
数ｒ12は、それぞれの界面でのフレネル反射係数を
ｒ1 、ｒ2 として、下記式（数１）と表わせる。ここ
で、ｆは薄膜内を往復する際の位相の遅れで、垂直入射
の場合、（数２）のように表わせる。
【００１６】
【数１】
【００１７】
【数２】
【００１８】また、ｒ1 、ｒ2 はそれぞれ（数３）およ
び（数４）と表わされ、これらから膜表面でのエネルギ
ー反射率Ｒ1 は（数５）のように求められる。
び（数４）と表わされ、これらから膜表面でのエネルギ
ー反射率Ｒ1 は（数５）のように求められる。
【００１９】
【数３】
【００２０】
【数４】
【００２１】
【数５】
【００２２】反射による位相変化は、低屈折率側から高
屈折率側に入射した場合はπ、その逆では０である。し
たがってｆ＝π、すなわち垂直入射光に対して光学厚さ
ｎ1ｄ1 がλ／４である膜は、ｎ0 ＞ｎ1 ＞ｎ2 の場合
は両界面からの反射光が逆位相となり、反射減少効果を
もたらす。
屈折率側に入射した場合はπ、その逆では０である。し
たがってｆ＝π、すなわち垂直入射光に対して光学厚さ
ｎ1ｄ1 がλ／４である膜は、ｎ0 ＞ｎ1 ＞ｎ2 の場合
は両界面からの反射光が逆位相となり、反射減少効果を
もたらす。
【００２３】このことから、単層膜の場合、II-VI 族化
合物半導体の屈折率をｎ0 、誘電体膜の屈折率をｎ1 と
すると、誘電体膜の厚さがλ／４ｎ1 で、ｎ1 が（数
６）を満たすとき、反射率が０％になる。
合物半導体の屈折率をｎ0 、誘電体膜の屈折率をｎ1 と
すると、誘電体膜の厚さがλ／４ｎ1 で、ｎ1 が（数
６）を満たすとき、反射率が０％になる。
【００２４】
【数６】
【００２５】ｎ0 は２．５〜３．５であるので、ｎ1 は
１．６〜１．９となる。このような誘電体のうち、II-V
I 族化合物半導体との熱膨張係数差、付着性、結晶性、
熱伝導率、硬度、耐湿性、安定性などを考慮すると、Ａ
ｌ2 Ｏ3 、ＣｅＦ3 、ＭｇＯ、Ｇｄ2 Ｏ3 またはＳｃ2
Ｏ3 が反射鏡材料として適用できることがわかった。実
用上、厳密に反射率が０％である必要はないので、ま
た、レーザーダイオードでは発振波長が周囲温度によっ
て変化するので、誘電体膜の厚さがλ／４ｎ1 である必
要はない。また、厚さがλ／４ｎ1 では誘電体膜の強度
や信頼性が確保できない場合、３λ／４ｎ1 や５λ／４
ｎ1 の厚さを用いてもよい。
１．６〜１．９となる。このような誘電体のうち、II-V
I 族化合物半導体との熱膨張係数差、付着性、結晶性、
熱伝導率、硬度、耐湿性、安定性などを考慮すると、Ａ
ｌ2 Ｏ3 、ＣｅＦ3 、ＭｇＯ、Ｇｄ2 Ｏ3 またはＳｃ2
Ｏ3 が反射鏡材料として適用できることがわかった。実
用上、厳密に反射率が０％である必要はないので、ま
た、レーザーダイオードでは発振波長が周囲温度によっ
て変化するので、誘電体膜の厚さがλ／４ｎ1 である必
要はない。また、厚さがλ／４ｎ1 では誘電体膜の強度
や信頼性が確保できない場合、３λ／４ｎ1 や５λ／４
ｎ1 の厚さを用いてもよい。
【００２６】また、２層膜の場合、２種類の誘電体の屈
折率をｎ1 、ｎ2 とする（半導体表面側をｎ1 とする）
と、誘電体層の各々の層の厚さが発光波長の１／４倍の
光学厚さで、ｎ1 が（数７）または（数８）のいずれか
を満たすとき、反射率が０になる。
折率をｎ1 、ｎ2 とする（半導体表面側をｎ1 とする）
と、誘電体層の各々の層の厚さが発光波長の１／４倍の
光学厚さで、ｎ1 が（数７）または（数８）のいずれか
を満たすとき、反射率が０になる。
【００２７】
【数７】
【００２８】
【数８】
【００２９】これらの関係を満たす誘電体のうち、II-V
I 族化合物半導体との熱膨張係数差、付着性、結晶性、
熱伝導率、硬度、耐湿性、安定性などを考慮すると、半
導体の表面側から順にＴｉＯ2 とＳｉＯ2 の組合せ、Ｈ
ｆＯ2 とＭｇＦ2 の組合せ、Ｇｄ2 Ｏ3 とＳｉＯ2 の組
合せ、ＭｇＯとＡｌ2 Ｏ3 の組合せ、またはＺｒＯ2と
ＭｇＦ2 の組合せが反射鏡材料として適用できることが
わかった。実用上、反射率が厳密に０％である必要はな
く、それぞれの膜の厚さを発光波長の１／４倍の光学厚
さ以外の適当な厚さに選ぶことで所望の分光特性の反射
面を得ることができる。
I 族化合物半導体との熱膨張係数差、付着性、結晶性、
熱伝導率、硬度、耐湿性、安定性などを考慮すると、半
導体の表面側から順にＴｉＯ2 とＳｉＯ2 の組合せ、Ｈ
ｆＯ2 とＭｇＦ2 の組合せ、Ｇｄ2 Ｏ3 とＳｉＯ2 の組
合せ、ＭｇＯとＡｌ2 Ｏ3 の組合せ、またはＺｒＯ2と
ＭｇＦ2 の組合せが反射鏡材料として適用できることが
わかった。実用上、反射率が厳密に０％である必要はな
く、それぞれの膜の厚さを発光波長の１／４倍の光学厚
さ以外の適当な厚さに選ぶことで所望の分光特性の反射
面を得ることができる。
【００３０】また、２層膜の下に発光波長の１／２倍の
光学厚さであるＳｉＯ2 またはＡｌ 2 Ｏ3 の層を設けた
３層構成とすると、この低屈折率層により、レーザー損
傷の原因となる半導体と膜の界面での不純物などによる
微小吸収を低減することができる。
光学厚さであるＳｉＯ2 またはＡｌ 2 Ｏ3 の層を設けた
３層構成とすると、この低屈折率層により、レーザー損
傷の原因となる半導体と膜の界面での不純物などによる
微小吸収を低減することができる。
【００３１】
【実施例】反射鏡の形成方法については、真空槽内で、
半導体発光素子の光出射面に誘電体膜を蒸着することに
より、高品質な反射鏡を得ることができる。ここでいう
高品質とは、作製方法に依存して種々の光損失の原因と
なる、組成・密度の変動や不純物の混入やクラックの発
生が少なく、均質で清浄、平滑であることを指す。蒸着
する方法としては、電子ビーム加熱や抵抗加熱などの真
空蒸着法、高周波（ＲＦ）スパッタリング法、低圧プラ
ズマ重合法などを用いることができる。
半導体発光素子の光出射面に誘電体膜を蒸着することに
より、高品質な反射鏡を得ることができる。ここでいう
高品質とは、作製方法に依存して種々の光損失の原因と
なる、組成・密度の変動や不純物の混入やクラックの発
生が少なく、均質で清浄、平滑であることを指す。蒸着
する方法としては、電子ビーム加熱や抵抗加熱などの真
空蒸着法、高周波（ＲＦ）スパッタリング法、低圧プラ
ズマ重合法などを用いることができる。
【００３２】以下、具体的実施例を挙げて本発明をより
詳細に説明する。 実施例１ 図１は、本発明の一実施例の構成を示す斜視図である。
活性層をＺｎＣｄＳｅ、導波層をＺｎＳｅ、クラッド層
をＺｎＳＳｅとするII-VI 族化合物半導体レーザーダイ
オード１の片側の出射端面に、発振波長の３／４倍の光
学厚さのＣｅＦ 3 膜２を設けた反射鏡を形成した。
詳細に説明する。 実施例１ 図１は、本発明の一実施例の構成を示す斜視図である。
活性層をＺｎＣｄＳｅ、導波層をＺｎＳｅ、クラッド層
をＺｎＳＳｅとするII-VI 族化合物半導体レーザーダイ
オード１の片側の出射端面に、発振波長の３／４倍の光
学厚さのＣｅＦ 3 膜２を設けた反射鏡を形成した。
【００３３】本実施例では、ＲＦマグネトロンスパッタ
リング装置を用いてＣｅＦ3 の蒸着を行なった。スパッ
タ源はＣｅＦ3 焼結ターゲットである。用いたＺｎＳｅ
系レーザーダイオードは、３００Ｋでの発振波長が５２
０ｎｍであり、この波長での等価屈折率は２．６０であ
る。
リング装置を用いてＣｅＦ3 の蒸着を行なった。スパッ
タ源はＣｅＦ3 焼結ターゲットである。用いたＺｎＳｅ
系レーザーダイオードは、３００Ｋでの発振波長が５２
０ｎｍであり、この波長での等価屈折率は２．６０であ
る。
【００３４】スパッタリングガスには、流量２ｓｃｃｍ
のアルゴンを用い、ガス圧は１．０Ｐａ、基板温度は１
１０℃、ＣｅＦ3 ターゲットへの印加電力は１００Ｗと
した。この条件で得られるＣｅＦ3 膜の発振波長領域に
おける屈折率は１．６１である。
のアルゴンを用い、ガス圧は１．０Ｐａ、基板温度は１
１０℃、ＣｅＦ3 ターゲットへの印加電力は１００Ｗと
した。この条件で得られるＣｅＦ3 膜の発振波長領域に
おける屈折率は１．６１である。
【００３５】ＺｎＳｅ系レーザーダイオード１のへき開
した端面に、発振波長の３／４倍の光学厚さ、すなわち
２４２ｎｍの膜厚のＣｅＦ3 膜２を蒸着した。反射鏡を
形成した端面の反射率を測定した結果、５２０ｎｍにお
いて最小反射率２％が得られ、４８０〜５５０ｎｍの広
い波長範囲で、反射率４％以下が得られた。一方、誘電
体膜を蒸着していないへき開しただけの面では、５２０
ｎｍにおいて反射率は２０％であった。
した端面に、発振波長の３／４倍の光学厚さ、すなわち
２４２ｎｍの膜厚のＣｅＦ3 膜２を蒸着した。反射鏡を
形成した端面の反射率を測定した結果、５２０ｎｍにお
いて最小反射率２％が得られ、４８０〜５５０ｎｍの広
い波長範囲で、反射率４％以下が得られた。一方、誘電
体膜を蒸着していないへき開しただけの面では、５２０
ｎｍにおいて反射率は２０％であった。
【００３６】なお、ＣｅＦ3 膜の厚さを、発振波長の１
／４倍または５／４倍の光学厚さ、すなわち８１ｎｍま
たは４０４ｎｍとした場合でも同様の効果が得られた。
また、ＣｅＦ3 の代わりに、Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、Ｇｄ
2 Ｏ3 またはＳｃ2 Ｏ 3 の膜を用いた構成とした場合で
も、本質的に同様の効果が得られた。ただし、Ｇｄ2 Ｏ
3 またはＳｃ2 Ｏ3 を用いた場合、膜厚は信頼性の観点
から、発振波長の３／４倍または５／４倍の光学厚さが
好ましかった。
／４倍または５／４倍の光学厚さ、すなわち８１ｎｍま
たは４０４ｎｍとした場合でも同様の効果が得られた。
また、ＣｅＦ3 の代わりに、Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、Ｇｄ
2 Ｏ3 またはＳｃ2 Ｏ 3 の膜を用いた構成とした場合で
も、本質的に同様の効果が得られた。ただし、Ｇｄ2 Ｏ
3 またはＳｃ2 Ｏ3 を用いた場合、膜厚は信頼性の観点
から、発振波長の３／４倍または５／４倍の光学厚さが
好ましかった。
【００３７】実施例２ 図２は、本発明の一実施例の構成を示す斜視図である。
ＺｎＳｅ系発光ダイオード３の表面に、ＴｉＯ2 膜４と
ＳｉＯ2 膜５をそれぞれ発光波長の１／４倍の光学厚さ
で設けた反射鏡を形成した。
ＺｎＳｅ系発光ダイオード３の表面に、ＴｉＯ2 膜４と
ＳｉＯ2 膜５をそれぞれ発光波長の１／４倍の光学厚さ
で設けた反射鏡を形成した。
【００３８】本実施例では、ＲＦマグネトロンスパッタ
リング装置を用いた。スパッタ源はＳｉＯ2 ガラスター
ゲットとＴｉＯ2 ターゲットとで構成した。サンプルホ
ルダーはこれに直結した回転軸により、ＳｉＯ2 ターゲ
ットまたはＴｉＯ2 ターゲットのいずれかのターゲット
上方に持ってくることができる。サンプルホルダーの位
置とターゲット上方での滞在時間とは、コンピュータで
制御されている。蒸着中のコンタミネーションを防ぐた
め、各ターゲットにシールド板を設けている。フォトリ
ソグラフィーにより反射鏡のパターンを形成した発光ダ
イオード３を、反射鏡を形成すべき表面を上にしてサン
プルホルダーに固定する。本実施例で用いたＺｎＳｅ発
光ダイオードは、３００Ｋでの発光波長が５０５ｎｍ
で、この波長領域での屈折率が２．６４のものである。
スパッタリングガスには流量２ｓｃｃｍのアルゴンと
０．３ｓｃｃｍの酸素を用い、ガス圧は１．０Ｐａ、基
板温度は１１０℃、ＳｉＯ2 ターゲットおよびＴｉＯ2
ターゲットへの印加電力は１００Ｗとした。この条件で
得られるＳｉＯ2 膜、ＴｉＯ2 膜の発光波長領域におけ
る屈折率は、それぞれ１．４５、２．３５である。
リング装置を用いた。スパッタ源はＳｉＯ2 ガラスター
ゲットとＴｉＯ2 ターゲットとで構成した。サンプルホ
ルダーはこれに直結した回転軸により、ＳｉＯ2 ターゲ
ットまたはＴｉＯ2 ターゲットのいずれかのターゲット
上方に持ってくることができる。サンプルホルダーの位
置とターゲット上方での滞在時間とは、コンピュータで
制御されている。蒸着中のコンタミネーションを防ぐた
め、各ターゲットにシールド板を設けている。フォトリ
ソグラフィーにより反射鏡のパターンを形成した発光ダ
イオード３を、反射鏡を形成すべき表面を上にしてサン
プルホルダーに固定する。本実施例で用いたＺｎＳｅ発
光ダイオードは、３００Ｋでの発光波長が５０５ｎｍ
で、この波長領域での屈折率が２．６４のものである。
スパッタリングガスには流量２ｓｃｃｍのアルゴンと
０．３ｓｃｃｍの酸素を用い、ガス圧は１．０Ｐａ、基
板温度は１１０℃、ＳｉＯ2 ターゲットおよびＴｉＯ2
ターゲットへの印加電力は１００Ｗとした。この条件で
得られるＳｉＯ2 膜、ＴｉＯ2 膜の発光波長領域におけ
る屈折率は、それぞれ１．４５、２．３５である。
【００３９】まず、サンプルホルダーをＴｉＯ2 ターゲ
ットの上で３５０秒間滞在させて、膜厚４９ｎｍのＴｉ
Ｏ2 膜を発光ダイオード表面に蒸着させた。次にサンプ
ルホルダーを回転させ、ＳｉＯ2 ターゲットの上で２８
０秒間滞在させて、ＴｉＯ2膜の上に、膜厚８０ｎｍの
ＳｉＯ2 膜を蒸着させた。
ットの上で３５０秒間滞在させて、膜厚４９ｎｍのＴｉ
Ｏ2 膜を発光ダイオード表面に蒸着させた。次にサンプ
ルホルダーを回転させ、ＳｉＯ2 ターゲットの上で２８
０秒間滞在させて、ＴｉＯ2膜の上に、膜厚８０ｎｍの
ＳｉＯ2 膜を蒸着させた。
【００４０】その後、リフトオフとフォトリソグラフィ
ーを繰り返し、反射鏡以外の部分にリング状の電極６を
形成し、低反射率反射鏡つき発光ダイオードを作製し
た。反射率を測定した結果、反射鏡のない発光ダイオー
ド表面の反射率は４６５ｎｍにおいて２０％であったの
に対し、反射鏡つき発光ダイオードでは３％であった。
このため同じ条件で動作させたときの発光ダイオードの
光出力は反射鏡なしのものに比べて、反射鏡つきの場合
は１．２倍に増加した。
ーを繰り返し、反射鏡以外の部分にリング状の電極６を
形成し、低反射率反射鏡つき発光ダイオードを作製し
た。反射率を測定した結果、反射鏡のない発光ダイオー
ド表面の反射率は４６５ｎｍにおいて２０％であったの
に対し、反射鏡つき発光ダイオードでは３％であった。
このため同じ条件で動作させたときの発光ダイオードの
光出力は反射鏡なしのものに比べて、反射鏡つきの場合
は１．２倍に増加した。
【００４１】なお、２層構造の誘電体層をＴｉＯ2 とＳ
ｉＯ2 の組合せの代わりに、ＨｆＯ 2 とＭｇＦ2 の組合
せ、Ｇｄ2 Ｏ3 とＳｉＯ2 の組合せ、ＭｇＯとＡｌ2 Ｏ
3 の組合せまたはＺｒＯ2 とＭｇＦ2 の組合せを用いた
構成とした場合でも、同様の効果が得られた。
ｉＯ2 の組合せの代わりに、ＨｆＯ 2 とＭｇＦ2 の組合
せ、Ｇｄ2 Ｏ3 とＳｉＯ2 の組合せ、ＭｇＯとＡｌ2 Ｏ
3 の組合せまたはＺｒＯ2 とＭｇＦ2 の組合せを用いた
構成とした場合でも、同様の効果が得られた。
【００４２】実施例３ 図３は、本発明の一実施例の構成を示す斜視図である。
ＺｎＳｅ系レーザーダイオード７のへき開した端面に、
それぞれ発振波長の１／２倍、１／４倍および１／４倍
の光学厚さであるＡｌ2 Ｏ3 膜８、ＭｇＯ膜９およびＡ
ｌ2 Ｏ3 膜１０を順に設けた反射鏡を形成した。
ＺｎＳｅ系レーザーダイオード７のへき開した端面に、
それぞれ発振波長の１／２倍、１／４倍および１／４倍
の光学厚さであるＡｌ2 Ｏ3 膜８、ＭｇＯ膜９およびＡ
ｌ2 Ｏ3 膜１０を順に設けた反射鏡を形成した。
【００４３】本実施例では、ＲＦマグネトロンスパッタ
リング装置を用いた。スパッタ源はＡｌ2 Ｏ3 ターゲッ
トとＭｇＯターゲットとで構成した。用いたＺｎＳｅ系
レーザーダイオードは、３００Ｋでの発振波長が５２０
ｎｍであり、この波長での等価屈折率は２．６０であ
る。
リング装置を用いた。スパッタ源はＡｌ2 Ｏ3 ターゲッ
トとＭｇＯターゲットとで構成した。用いたＺｎＳｅ系
レーザーダイオードは、３００Ｋでの発振波長が５２０
ｎｍであり、この波長での等価屈折率は２．６０であ
る。
【００４４】スパッタリングガスには、流量２ｓｃｃｍ
のアルゴンを用い、ガス圧は１．０Ｐａ、基板温度は１
１０℃、Ａｌ2 Ｏ3 ターゲットおよびＭｇＯターゲット
への印加電力は１００Ｗとした。この条件で得られるＡ
ｌ2 Ｏ3 膜、ＭｇＯ膜の発振波長領域における屈折率
は、それぞれ１．５５、１．６８である。
のアルゴンを用い、ガス圧は１．０Ｐａ、基板温度は１
１０℃、Ａｌ2 Ｏ3 ターゲットおよびＭｇＯターゲット
への印加電力は１００Ｗとした。この条件で得られるＡ
ｌ2 Ｏ3 膜、ＭｇＯ膜の発振波長領域における屈折率
は、それぞれ１．５５、１．６８である。
【００４５】まず、サンプルホルダーをＡｌ2 Ｏ3 ター
ゲットの上で８４０秒間滞在させて、膜厚１６８ｎｍの
Ａｌ2 Ｏ3 膜を発光ダイオード表面に蒸着させた。次に
サンプルホルダーを回転させ、ＭｇＯターゲットの上で
２５０秒間滞在させて、Ａｌ 2 Ｏ3 膜の上に、膜厚７７
ｎｍのＭｇＯ膜を蒸着させた。さらにサンプルホルダー
を回転させ、Ａｌ2 Ｏ3 ターゲットの上で４２０秒間滞
在させて、ＭｇＯ膜の上に、膜厚８４ｎｍのＡｌ2 Ｏ3
膜を蒸着させた。反射鏡を形成した端面の反射率は、５
２０ｎｍにおいて４％であった。
ゲットの上で８４０秒間滞在させて、膜厚１６８ｎｍの
Ａｌ2 Ｏ3 膜を発光ダイオード表面に蒸着させた。次に
サンプルホルダーを回転させ、ＭｇＯターゲットの上で
２５０秒間滞在させて、Ａｌ 2 Ｏ3 膜の上に、膜厚７７
ｎｍのＭｇＯ膜を蒸着させた。さらにサンプルホルダー
を回転させ、Ａｌ2 Ｏ3 ターゲットの上で４２０秒間滞
在させて、ＭｇＯ膜の上に、膜厚８４ｎｍのＡｌ2 Ｏ3
膜を蒸着させた。反射鏡を形成した端面の反射率は、５
２０ｎｍにおいて４％であった。
【００４６】さらに、このレーザーダイオードの他方の
端面に、発振波長の１／４倍の光学厚さであるＳｉＯ2
膜とＴｉＯ2 膜を交互に５層ずつ蒸着して、反射率９９
％の高反射鏡を得た。
端面に、発振波長の１／４倍の光学厚さであるＳｉＯ2
膜とＴｉＯ2 膜を交互に５層ずつ蒸着して、反射率９９
％の高反射鏡を得た。
【００４７】このレーザーダイオードを３００Ｋでパル
ス駆動したところ、反射率４％の端面からのレーザー出
力は、注入電流１５０ｍＡのとき、１０ｍＷに達した。
一方、両端面ともへき開をしただけで誘電体の反射鏡を
形成していないレーザーダイオードに１５０ｍＡの電流
を注入したときの光出力は５ｍＷであった。
ス駆動したところ、反射率４％の端面からのレーザー出
力は、注入電流１５０ｍＡのとき、１０ｍＷに達した。
一方、両端面ともへき開をしただけで誘電体の反射鏡を
形成していないレーザーダイオードに１５０ｍＡの電流
を注入したときの光出力は５ｍＷであった。
【００４８】なお、半導体表面側の発振波長の１／２倍
の光学厚さであるＡｌ2 Ｏ3 膜の代わりに、発振波長の
１／２倍の光学厚さであるＳｉＯ2 膜を用いた構成とし
た場合でも、またその上に設ける２層構造の誘電体層を
ＭｇＯとＡｌ2 Ｏ3 の組合せの代わりに、ＨｆＯ2 とＭ
ｇＦ2 の組合せ、Ｇｄ2 Ｏ3 とＳｉＯ2 の組合せ、Ｔｉ
Ｏ2 とＳｉＯ2 の組合せまたはＺｒＯ2 とＭｇＦ2 の組
合せを用いた構成とした場合でも、同様の効果が得られ
た。
の光学厚さであるＡｌ2 Ｏ3 膜の代わりに、発振波長の
１／２倍の光学厚さであるＳｉＯ2 膜を用いた構成とし
た場合でも、またその上に設ける２層構造の誘電体層を
ＭｇＯとＡｌ2 Ｏ3 の組合せの代わりに、ＨｆＯ2 とＭ
ｇＦ2 の組合せ、Ｇｄ2 Ｏ3 とＳｉＯ2 の組合せ、Ｔｉ
Ｏ2 とＳｉＯ2 の組合せまたはＺｒＯ2 とＭｇＦ2 の組
合せを用いた構成とした場合でも、同様の効果が得られ
た。
【００４９】
【発明の効果】以上述べてきたように、本発明は、II-V
I 族化合物半導体に対して、屈折率の関係、熱膨張係数
差、付着性、結晶性、熱伝導率、硬度、耐湿性、安定性
などを最適化した、１層、２層、または３層からなる誘
電体の低反射率反射鏡材料およびその構成を見いだし
た。これによれば、II-VI 族化合物半導体発光素子から
の光出力を有効に取り出すことができる。
I 族化合物半導体に対して、屈折率の関係、熱膨張係数
差、付着性、結晶性、熱伝導率、硬度、耐湿性、安定性
などを最適化した、１層、２層、または３層からなる誘
電体の低反射率反射鏡材料およびその構成を見いだし
た。これによれば、II-VI 族化合物半導体発光素子から
の光出力を有効に取り出すことができる。
【図１】本発明の実施例１の構成を示す斜視図
【図２】本発明の実施例２の構成を示す斜視図
【図３】本発明の実施例３の構成を示す斜視図
１ ＺｎＳｅ系レーザーダイオード ２ ＣｅＦ3 膜 ３ ＺｎＳｅ系発光ダイオード ４ ＴｉＯ2 膜 ５ ＳｉＯ2 膜 ６ 電極 ７ ＺｎＳｅ系レーザーダイオード ８ Ａｌ2 Ｏ3 膜 ９ ＭｇＯ膜 １０ Ａｌ2 Ｏ3 膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三露 常男 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (8)
- 【請求項１】 II-VI 族化合物半導体からなる発光素子
の光出射面に、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）、フッ
化セリウム（ＣｅＦ3 ）、酸化マグネシウム（Ｍｇ
Ｏ）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ2 Ｏ3 ）及び酸化スカン
ジウム（Ｓｃ2 Ｏ3）から選ばれる少なくとも１種類の
誘電体の層を設けた反射鏡。 - 【請求項２】 誘電体の層の厚さが、素子の発光波長の
１／４、３／４または５／４倍の光学厚さである請求項
１に記載の反射鏡。 - 【請求項３】 II-VI 族化合物半導体からなる発光素子
の光出射面に、屈折率の異なる誘電体からなる２層構造
の誘電体層を設けた反射鏡。 - 【請求項４】 ２層構造の誘電体層が、II−VI族化合物
半導体の表面側から順に酸化チタン（ＴｉＯ2 ）と二酸
化珪素（ＳｉＯ2 ）の組合せ、酸化ハフニウム（ＨｆＯ
2 ）とフッ化マグネシウム（ＭｇＦ2 ）の組合せ、Ｇｄ
2 Ｏ3 とＳｉＯ 2 の組合せ、ＭｇＯとＡｌ2 Ｏ3 の組合
せ、または酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）とＭｇＦ2 の
組合せの中から選ばれる少なくとも１種類の組合せであ
る請求項３に記載の反射鏡。 - 【請求項５】 ２層構造の誘電体層の各々の層の厚さ
が、素子の発光波長の１／４倍の光学厚さである請求項
４に記載の反射鏡。 - 【請求項６】 II-VI 族化合物半導体からなる発光素子
の光出射面に、層の厚さが素子の発光波長の１／２倍の
光学厚さであるＳｉＯ2 またはＡｌ2 Ｏ3 の層を設け、
その表面に各々の層の厚さが素子の発光波長の１／４倍
の光学厚さであるＴｉＯ2 とＳｉＯ2 の組合せ、ＨｆＯ
2 とＭｇＦ2 の組合せ、Ｇｄ2 Ｏ3 とＳｉＯ2 の組合
せ、ＭｇＯとＡｌ2 Ｏ3 の組合せ、またはＺｒＯ2 とＭ
ｇＦ2 の組合せの中から選ばれる少なくとも１種類の組
合せからなる誘電体層を設けて３層構造にした反射鏡。 - 【請求項７】 II−VI族化合物半導体が、硫化亜鉛（Ｚ
ｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、テルル化亜鉛（Ｚ
ｎＴｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）またはセレン化カ
ドミウム（ＣｄＳｅ）の群から選ばれる１種類以上の単
体またはこれらの単体の混晶である請求項１、４または
６に記載の反射鏡。 - 【請求項８】 II−VI族化合物半導体からなる発光素子
が、端面発光型または面発光型であるレーザーダイオー
ドまたは発光ダイオードである請求項１、４または６に
記載の反射鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5145999A JPH077225A (ja) | 1993-06-17 | 1993-06-17 | 反射鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5145999A JPH077225A (ja) | 1993-06-17 | 1993-06-17 | 反射鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH077225A true JPH077225A (ja) | 1995-01-10 |
Family
ID=15397818
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5145999A Pending JPH077225A (ja) | 1993-06-17 | 1993-06-17 | 反射鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH077225A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07297498A (ja) * | 1994-03-01 | 1995-11-10 | Seiko Epson Corp | 半導体レーザおよびこれを用いた光センシング装置 |
| US5929653A (en) * | 1996-07-30 | 1999-07-27 | Nec Corporation | Semiconductor integrated circuit having programmable enabling circuit |
| JPH11284271A (ja) * | 1998-03-30 | 1999-10-15 | Toshiba Electronic Engineering Corp | 半導体レーザおよびその製造方法 |
| JP2000036633A (ja) * | 1999-07-16 | 2000-02-02 | Toshiba Electronic Engineering Corp | 半導体レ―ザ |
| WO2001041271A1 (fr) * | 1999-11-30 | 2001-06-07 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Dispositif laser a semi-conducteurs, procede de production de ce dernier et dispositif a disque optique |
| JP2004289108A (ja) * | 2002-09-27 | 2004-10-14 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体光素子 |
| WO2021200550A1 (ja) * | 2020-04-02 | 2021-10-07 | 浜松ホトニクス株式会社 | 量子カスケードレーザ素子、量子カスケードレーザ装置及び量子カスケードレーザ装置の製造方法 |
-
1993
- 1993-06-17 JP JP5145999A patent/JPH077225A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07297498A (ja) * | 1994-03-01 | 1995-11-10 | Seiko Epson Corp | 半導体レーザおよびこれを用いた光センシング装置 |
| US5929653A (en) * | 1996-07-30 | 1999-07-27 | Nec Corporation | Semiconductor integrated circuit having programmable enabling circuit |
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| US6370177B1 (en) | 1998-03-30 | 2002-04-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor laser and method of manufacturing the same |
| US6667187B2 (en) | 1998-03-30 | 2003-12-23 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor laser and method of manufacturing the same |
| JP2000036633A (ja) * | 1999-07-16 | 2000-02-02 | Toshiba Electronic Engineering Corp | 半導体レ―ザ |
| WO2001041271A1 (fr) * | 1999-11-30 | 2001-06-07 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Dispositif laser a semi-conducteurs, procede de production de ce dernier et dispositif a disque optique |
| US6798811B1 (en) | 1999-11-30 | 2004-09-28 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser device, method for fabricating the same, and optical disk apparatus |
| US7292615B2 (en) | 1999-11-30 | 2007-11-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser device, method for fabricating the same, and optical disk apparatus |
| JP2004289108A (ja) * | 2002-09-27 | 2004-10-14 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体光素子 |
| WO2021200550A1 (ja) * | 2020-04-02 | 2021-10-07 | 浜松ホトニクス株式会社 | 量子カスケードレーザ素子、量子カスケードレーザ装置及び量子カスケードレーザ装置の製造方法 |
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