JP2002026442A - Semiconductor laser - Google Patents
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、基板に半導体層が
積層され、その積層方向に対して垂直な方向に対向する
一対の共振器端面が設けられた半導体レーザに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser in which a semiconductor layer is laminated on a substrate and a pair of cavity facets facing in a direction perpendicular to the laminating direction are provided.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、様々な光学装置において半導体レ
ーザ(laser diode；ＬＤ）が利用されている。半導体レ
ーザは、一般に、基板に第１導電型半導体層，活性層お
よび第２導電型半導体層を順次積層した構造を有してお
り、例えば、活性層において発生した光を積層方向に対
して垂直な方向において対向する一対の共振器端面間で
増幅するようになっている。この一対の共振器端面に
は、反射率を調整すると共に共振器端面を保護するため
の反射膜がそれぞれ設けられることが多い。このうちレ
ーザ光が主として射出される側の反射膜は反射率が低く
なるように調節され、他方の非射出側の反射膜は反射率
が高くなるように調節される。2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor lasers (laser diodes; LDs) have been used in various optical devices. A semiconductor laser generally has a structure in which a first conductivity type semiconductor layer, an active layer, and a second conductivity type semiconductor layer are sequentially stacked on a substrate. For example, light generated in the active layer is perpendicular to the stacking direction. Amplification is performed between a pair of resonator end faces facing each other in various directions. A reflection film for adjusting the reflectance and protecting the resonator end faces is often provided on each of the pair of resonator end faces. Of these, the reflection film on the side from which laser light is mainly emitted is adjusted so as to have a low reflectance, and the other reflection film on the non-emission side is adjusted so as to have a high reflectance.
【０００３】これら反射膜は用途に応じて単層構造また
は多層構造とされるが、射出側の反射膜については、成
膜が簡便であることから単層構造とされることが多い。
例えば、サファイアよりなる基板に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体層を積層した半導体レーザでは、射出側
の反射膜を、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりも
発振波長における屈折率が小さい酸化アルミニウム（Ａ
ｌ2 Ｏ3 ）または酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）の単層構造と
するのが一般的である。[0003] These reflection films have a single-layer structure or a multilayer structure depending on the application. However, the reflection film on the emission side often has a single-layer structure because of easy film formation.
For example, a nitride-based III-V
In a semiconductor laser in which a group III compound semiconductor layer is laminated, the reflection film on the emission side is made of aluminum oxide (A) having a smaller refractive index at an oscillation wavelength than that of a nitride III-V compound semiconductor.
In general, it has a single layer structure of l 2 O 3 ) or silicon oxide (SiO 2 ).
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに反射膜を例えば酸化アルミニウムまたは酸化ケイ素
により構成すると、発振波長における反射膜の屈折率
は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に対してと同
じように基板の屈折率よりも小さくなってしまう。よっ
て、図３に示したように、反射膜の膜厚を窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体層に対応する領域での反射率が低
くなるように調節すると、基板に対応する領域での反射
率も低くなってしまう。なお、図３は、サファイアより
なる基板の上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を
積層し、酸化アルミニウムよりなる反射膜を形成した半
導体レーザについて、反射膜の膜厚と波長４００ｎｍに
おける反射率との関係を表したものである。図３におい
て実線は基板に対応する領域での反射率であり、破線は
発振領域での反射率である。However, when the reflective film is made of, for example, aluminum oxide or silicon oxide, the refractive index of the reflective film at the oscillation wavelength is higher than that of the nitride III-V compound semiconductor layer. In the same way, the refractive index becomes smaller than the refractive index of the substrate. Therefore, as shown in FIG.
If the reflectance is adjusted to be low in the region corresponding to the group IV compound semiconductor layer, the reflectance in the region corresponding to the substrate will also be low. FIG. 3 shows the thickness of the reflection film and the reflection at a wavelength of 400 nm of a semiconductor laser in which a nitride III-V compound semiconductor layer is laminated on a substrate made of sapphire and a reflection film made of aluminum oxide is formed. It shows the relationship with the rate. In FIG. 3, the solid line indicates the reflectance in the region corresponding to the substrate, and the broken line indicates the reflectance in the oscillation region.
【０００５】しかも、サファイアよりなる基板は発振波
長について透明であるので、例えば、半導体レーザをパ
ッケージ内に収納して用いる場合、パッケージ内で反射
された迷光が基板に対応する反射膜の領域からも半導体
レーザ内に進入してしまう。よって、それによりノイズ
が発生し、特性が悪化してしまうという問題があった。Moreover, since the substrate made of sapphire is transparent with respect to the oscillation wavelength, for example, when a semiconductor laser is housed in a package and used, stray light reflected in the package is also reflected from the region of the reflection film corresponding to the substrate. It enters the semiconductor laser. Therefore, there is a problem that noise is generated thereby and characteristics are deteriorated.
【０００６】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、射出側の反射膜において基板に対応
する領域から迷光が進入することを抑制し、特性を改善
することができる半導体レーザを提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to prevent a stray light from entering a region corresponding to a substrate in a reflection film on an emission side, and to improve a characteristic of the semiconductor. It is to provide a laser.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明による半導体レー
ザは、基板と、この基板に積層された半導体層とを備え
ると共に、その積層方向に対して垂直な方向に対向する
一対の共振器端面を有するものであって、一方の共振器
端面に射出側の反射膜を有し、この反射膜の屈折率はレ
ーザ光の発振波長において実効屈折率と前記基板の屈折
率との間の値とされたものである。A semiconductor laser according to the present invention includes a substrate and a semiconductor layer laminated on the substrate, and has a pair of cavity facets facing in a direction perpendicular to the laminating direction. Having a reflection film on the emission side on one end face of the resonator, the refractive index of the reflection film being a value between the effective refractive index and the refractive index of the substrate at the oscillation wavelength of the laser light. It is a thing.
【０００８】本発明による半導体レーザでは、レーザ光
の発振波長における反射膜の屈折率が実効屈折率と基板
の屈折率との間の値となっているので、反射膜の膜厚を
レーザ光の発振領域での反射率が低くなるように調節す
ると、基板に対応する領域での反射率が高くなる。よっ
て、基板に対応する反射膜の領域から進入する迷光が減
少する。In the semiconductor laser according to the present invention, the refractive index of the reflective film at the oscillation wavelength of the laser light is a value between the effective refractive index and the refractive index of the substrate. If the reflectance in the oscillation region is adjusted to be low, the reflectance in the region corresponding to the substrate increases. Therefore, stray light entering from the region of the reflective film corresponding to the substrate is reduced.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【００１０】図１は本発明の一実施の形態に係る半導体
レーザの構成を表すものである。この半導体レーザは、
基板１１の一面側に、短周期型周期律表における３Ｂ族
元素のうちの少なくとも１種と５Ｂ族元素のうちの少な
くとも窒素（Ｎ）とを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体よりなる半導体層２０を備えている。この半導体
層２０は、例えば、基板１１の側から順に積層されたバ
ッファ層２１，ｎ側コンタクト層２２，ｎ型クラッド層
２３，ｎ型ガイド層２４，活性層２５，ｐ型ガイド層２
６，ｐ型クラッド層２７およびｐ側コンタクト層２８を
有している。このうちｎ側コンタクト層２２，ｎ型クラ
ッド層２３およびｎ型ガイド層２４は第１導電型半導体
層に対応するｎ型半導体層であり、ｐ型ガイド層２６，
ｐ型クラッド層２７およびｐ側コンタクト層２８は第２
導電型半導体層に対応するｐ型半導体層である。FIG. 1 shows a configuration of a semiconductor laser according to an embodiment of the present invention. This semiconductor laser
On one surface side of the substrate 11, a semiconductor made of a nitride III-V compound semiconductor containing at least one of the group 3B elements and at least nitrogen (N) of the group 5B element in the short period periodic table. A layer 20 is provided. For example, the semiconductor layer 20 includes a buffer layer 21, an n-side contact layer 22, an n-type cladding layer 23, an n-type guide layer 24, an active layer 25, and a p-type guide layer 2, which are sequentially stacked from the substrate 11 side.
6, a p-type cladding layer 27 and a p-side contact layer 28 are provided. Among them, the n-side contact layer 22, the n-type cladding layer 23, and the n-type guide layer 24 are n-type semiconductor layers corresponding to the first conductivity type semiconductor layer, and the p-type guide layer 26,
The p-type cladding layer 27 and the p-side contact layer 28
This is a p-type semiconductor layer corresponding to the conductive semiconductor layer.
【００１１】基板１１は、例えば、積層方向における厚
さ（以下、単に厚さという）が９０μｍのサファイアに
より構成されており、半導体層２０は基板１１のｃ面に
形成されている。The substrate 11 is made of, for example, sapphire having a thickness in the laminating direction (hereinafter, simply referred to as a thickness) of 90 μm, and the semiconductor layer 20 is formed on the c-plane of the substrate 11.
【００１２】バッファ層２１は、例えば、厚さが３０ｎ
ｍであり、不純物を添加しないundope−ＧａＮにより構
成されている。ｎ側コンタクト層２２は、例えば、厚さ
が３μｍであり、ｎ型不純物としてケイ素（Ｓｉ）を添
加したｎ型ＧａＮにより構成されている。ｎ型クラッド
層２３は、例えば、厚さが１μｍであり、ｎ型不純物と
してケイ素を添加したｎ型ＡｌＧａＮ混晶により構成さ
れている。ｎ型ガイド層２４は、例えば、厚さが０．１
μｍであり、ｎ型不純物としてケイ素を添加したｎ型Ｇ
ａＮにより構成されている。The buffer layer 21 has a thickness of, for example, 30 n.
m, and is made of undope-GaN to which no impurity is added. The n-side contact layer 22 has a thickness of, for example, 3 μm, and is made of n-type GaN to which silicon (Si) is added as an n-type impurity. The n-type cladding layer 23 has a thickness of, for example, 1 μm, and is made of an n-type AlGaN mixed crystal to which silicon is added as an n-type impurity. The n-type guide layer 24 has, for example, a thickness of 0.1
n-type G doped with silicon as an n-type impurity
aN.
【００１３】活性層２５は、例えば、厚さが３０ｎｍで
あり、組成の異なるＧａx Ｉｎ1-xＮ（但し、１≧ｘ≧
０）混晶層を積層した多重量子井戸構造を有している。
この活性層２５は、少なくともその一部が発光部として
機能するものであり、その発光波長は例えば４００ｎｍ
前後である。The active layer 25 has, for example, a thickness of 30 nm and Ga x In 1 -xN of different composition (where 1 ≧ x ≧
0) It has a multiple quantum well structure in which mixed crystal layers are stacked.
At least a part of the active layer 25 functions as a light emitting part, and the light emission wavelength is, for example, 400 nm.
Before and after.
【００１４】ｐ型ガイド層２６は、例えば、厚さが０．
１μｍであり、ｐ型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）
を添加したｐ型ＧａＮにより構成されている。ｐ型クラ
ッド層２７は、例えば、厚さが０．８μｍであり、ｐ型
不純物としてマグネシウムを添加したｐ型ＡｌＧａＮ混
晶により構成されている。ｐ側コンタクト層２８は、例
えば、厚さが０．５μｍであり、ｐ型不純物としてマグ
ネシウムを添加したｐ型ＧａＮにより構成されている。
ｐ側コンタクト層２８およびｐ型クラッド層２７の一部
は、半導体層２０の積層方向に対して垂直な共振器方向
Ａに延長された細い帯状とされている。これにより、こ
の半導体レーザでは電流狭窄を行い、活性層２５のうち
ｐ側コンタクト層２８に対応する領域が発光部として機
能するようになっている。The p-type guide layer 26 has, for example, a thickness of 0.1 mm.
1 μm, and magnesium (Mg) as a p-type impurity
Of p-type GaN to which is added. The p-type cladding layer 27 has a thickness of, for example, 0.8 μm, and is made of a p-type AlGaN mixed crystal to which magnesium is added as a p-type impurity. The p-side contact layer 28 has, for example, a thickness of 0.5 μm and is made of p-type GaN to which magnesium is added as a p-type impurity.
A part of the p-side contact layer 28 and a part of the p-type cladding layer 27 are formed in a narrow band shape extending in a resonator direction A perpendicular to the laminating direction of the semiconductor layers 20. Thus, in this semiconductor laser, current confinement is performed, and a region corresponding to the p-side contact layer 28 in the active layer 25 functions as a light emitting unit.
【００１５】また、この半導体レーザは、共振器方向Ａ
に対して垂直な方向におけるｎ側コンタクト層２２の幅
が、ｎ型クラッド層２３，ｎ型ガイド層２４，活性層２
５，ｐ型ガイド層２６，ｐ型クラッド層２７およびｐ側
コンタクト層２８の幅よりも広くなっており、ｎ側コン
タクト層２２の一部にこれらｎ型クラッド層２３，ｎ型
ガイド層２４，活性層２５，ｐ型ガイド層２６，ｐ型ク
ラッド層２７およびｐ側コンタクト層２８が積層されて
いる。This semiconductor laser has a cavity direction A
The width of the n-side contact layer 22 in the direction perpendicular to the n-type cladding layer 23, the n-type guide layer 24, and the active layer 2
5, the width of the p-type guide layer 26, the p-type cladding layer 27, and the width of the p-side contact layer 28 are larger than that of the n-type cladding layer 23, the n-type guide layer 24, An active layer 25, a p-type guide layer 26, a p-type cladding layer 27, and a p-side contact layer 28 are stacked.
【００１６】ｎ側コンタクト層２２からｐ側コンタクト
層２８の表面には、例えば二酸化ケイ素よりなる絶縁膜
３１が形成されている。この絶縁膜３１にはｎ側コンタ
クト層２２およびｐ側コンタクト層２８に対応して開口
がそれぞれ設けられており、ｎ側コンタクト層２２およ
びｐ側コンタクト層２８の上には、これらの開口に対応
してｎ側電極３２およびｐ側電極３３がそれぞれ形成さ
れている。ｎ側電極３２は、例えばチタン（Ｔｉ）およ
びアルミニウム（Ａｌ）を順次積層して熱処理により合
金化した構造を有しており、ｎ側コンタクト層２２と電
気的に接続されている。ｐ側電極３３は、例えばパラジ
ウム（Ｐｄ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）が順次積
層された構造を有しており、ｐ側コンタクト層２８と電
気的に接続されている。On the surfaces of the n-side contact layer 22 to the p-side contact layer 28, an insulating film 31 made of, for example, silicon dioxide is formed. The insulating film 31 is provided with openings corresponding to the n-side contact layer 22 and the p-side contact layer 28, respectively. The openings corresponding to these openings are provided on the n-side contact layer 22 and the p-side contact layer 28. Thus, an n-side electrode 32 and a p-side electrode 33 are respectively formed. The n-side electrode 32 has a structure in which, for example, titanium (Ti) and aluminum (Al) are sequentially laminated and alloyed by heat treatment, and is electrically connected to the n-side contact layer 22. The p-side electrode 33 has a structure in which, for example, palladium (Pd), platinum (Pt), and gold (Au) are sequentially stacked, and is electrically connected to the p-side contact layer 28.
【００１７】更に、この半導体レーザは、共振器方向Ａ
に対向する一対の共振器端面４１，４２を半導体層２０
および基板１１に対応して有している。このうち一方の
共振器端面４１には例えば射出側の反射膜４３が形成さ
れ、他方の共振器端面４２には非射出側の反射膜４４が
形成されている。反射膜４３はレーザ光の発振領域での
発振波長における反射率が低くなるように調節され、反
射膜４４はその反射率が高くなるように調節されてい
る。これにより、活性層２５およびその近傍において発
生した光がそれら反射膜４３，４４の間において増幅さ
れ、レーザ光が反射膜４３の側から主として射出される
ようになっている。なお、反射膜４４の方からも反射膜
４３の側に比べれば少ないもののその反射率に応じてレ
ーザ光が射出されるが、本明細書においては、レーザ光
を主として取り出す方を射出側と言い、他方を非射出側
と言う。Further, the semiconductor laser has a cavity direction A
The pair of resonator end faces 41 and 42 facing the
And the substrate 11. For example, an emission-side reflection film 43 is formed on one resonator end face 41, and a non-emission-side reflection film 44 is formed on the other resonator end face 42. The reflection film 43 is adjusted so that the reflectance at the oscillation wavelength of the laser beam in the oscillation region is reduced, and the reflection film 44 is adjusted so that the reflectance is increased. Thus, light generated in the active layer 25 and the vicinity thereof is amplified between the reflection films 43 and 44, and laser light is mainly emitted from the reflection film 43 side. Although the laser light is emitted from the reflective film 44 in accordance with the reflectivity, although it is smaller than that on the reflective film 43 side, in this specification, the one that mainly extracts the laser light is called the emission side. , And the other is called the non-ejecting side.
【００１８】反射膜４３は、例えば、窒化アルミニウム
（ＡｌＮ），酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2 ）または酸化
窒化ケイ素（ＳｉＯx Ｎy ）のうちの少なくとも１種を
含んで構成されている。この反射膜４３は、レーザ光の
発振波長（例えば４００ｎｍ）において屈折率が基板１
１の屈折率と実効屈折率との間の値となっている。な
お、実効屈折率というのは、レーザ光の発振領域におけ
る平均的な屈折率を言う。また、レーザの発振領域とい
うのは主として活性層２５であるが、その近傍の領域、
例えばｎ型ガイド層２４およびｐ型ガイド層２６、更に
はｎ型クラッド層２３の一部およびｐ型クラッド層２７
の一部なども含まれる。The reflection film 43 includes, for example, at least one of aluminum nitride (AlN), zirconium oxide (ZrO 2 ), and silicon oxynitride (SiO x N y ). The reflective film 43 has a refractive index of the substrate 1 at an oscillation wavelength of laser light (for example, 400 nm).
It is a value between the refractive index of 1 and the effective refractive index. Note that the effective refractive index refers to an average refractive index in a laser beam oscillation region. The laser oscillation region is mainly the active layer 25, but the region near the active layer 25,
For example, the n-type guide layer 24 and the p-type guide layer 26, a part of the n-type clad layer 23 and the p-type clad layer 27
Some of them are also included.
【００１９】本実施の形態では、例えば、波長４００ｎ
ｍにおける基板１１の屈折率が１．７７であり、実効屈
折率が２．５であるので、反射膜４３の屈折率は、基板
１１の屈折率よりも大きく、実効屈折率よりも小さい値
を有している。なお、上述した材料の波長４００ｎｍに
おける屈折率は、窒化アルミニウムが２．１３、酸化ジ
ルコニウムが２．０７であり、酸化窒化ケイ素は酸素
（Ｏ）と窒素（Ｎ）との組成比に応じて１．５〜２．０
７の間で任意の値を有する。In this embodiment, for example, a wavelength of 400 n
Since the refractive index of the substrate 11 at m is 1.77 and the effective refractive index is 2.5, the refractive index of the reflective film 43 is larger than the refractive index of the substrate 11 and smaller than the effective refractive index. Have. Note that the refractive index of the above-mentioned materials at a wavelength of 400 nm is 2.13 for aluminum nitride and 2.07 for zirconium oxide, and silicon oxynitride is 1 depending on the composition ratio of oxygen (O) and nitrogen (N). 0.5-2.0
It has any value between seven.
【００２０】反射膜４３の屈折率をこのように規定する
のは、反射膜４３の膜厚をレーザ光の発振領域での反射
率が低くなるように調節した場合に、基板１１に対応す
る領域での反射率を高くすることができ、迷光の進入を
抑制することができるからである。特に、反射膜４３の
屈折率を基板１１の屈折率と実効屈折率との中間付近の
値とすれば、レーザ光の発振領域での反射率が極小値と
なる時に、基板１１に対応する領域での反射率をほぼ極
大値とすることができるので好ましい。The reason why the refractive index of the reflective film 43 is defined in this manner is that when the film thickness of the reflective film 43 is adjusted so that the reflectance in the laser light oscillation region becomes low, the region corresponding to the substrate 11 is formed. This is because it is possible to increase the reflectance of the light, and to suppress the entry of stray light. In particular, if the refractive index of the reflective film 43 is set to a value near the middle between the refractive index of the substrate 11 and the effective refractive index, the region corresponding to the substrate 11 when the reflectance in the oscillation region of the laser beam becomes a minimum value. It is preferable because the reflectance at the point can be almost maximized.
【００２１】図２は、反射膜４３の膜厚と波長４００ｎ
ｍにおける反射率との関係を表すものである。これは、
本実施の形態に係る半導体レーザについて反射膜４３を
窒化アルミニウムの単層膜により構成した場合のもので
ある。図２において実線は基板１１に対応する反射膜４
３の領域での反射率であり、破線はレーザ光の発振領域
に対応する反射膜４３の領域での反射率である。FIG. 2 shows the thickness of the reflection film 43 and the wavelength of 400 n.
It shows the relationship with the reflectance at m. this is,
In the semiconductor laser according to the present embodiment, the reflection film 43 is formed of a single-layer film of aluminum nitride. In FIG. 2, the solid line indicates the reflection film 4 corresponding to the substrate 11.
3, and the broken line indicates the reflectance in the region of the reflective film 43 corresponding to the laser light oscillation region.
【００２２】このように、反射膜４３の屈折率を基板１
１の屈折率と実効屈折率との間の値とすると、反射膜４
３の膜厚と反射率との関係は、基板１１に対応する領域
とレーザ光の発振領域とでほぼ反対になる。よって、レ
ーザ光の発振領域での反射率を例えば８％程度とする
と、基板１１に対応する領域での反射率は約２０％と大
きくなる。これに対して、従来の図３に示した例では、
同じくレーザ光の発振領域での反射率を８％程度とする
と、基板１１に対応する領域での反射率は約７％と小さ
い。すなわち、本実施の形態によれば、基板１１に対応
する反射膜４３の領域での反射率は従来の３倍近くにも
なり、その領域から進入する迷光の影響は従来の約１／
３となる。As described above, the refractive index of the reflection film 43 is
1 and the effective refractive index, the reflection film 4
The relationship between the film thickness of 3 and the reflectance is substantially opposite between the region corresponding to the substrate 11 and the laser light oscillation region. Therefore, when the reflectance in the oscillation region of the laser beam is, for example, about 8%, the reflectance in the region corresponding to the substrate 11 is as large as about 20%. In contrast, in the conventional example shown in FIG.
Similarly, if the reflectance in the oscillation region of the laser light is about 8%, the reflectance in the region corresponding to the substrate 11 is as small as about 7%. That is, according to the present embodiment, the reflectivity in the region of the reflective film 43 corresponding to the substrate 11 is nearly three times that of the conventional case, and the influence of the stray light entering from that region is about 1/100 of the conventional case.
It becomes 3.
【００２３】なお、反射膜４３は単層構造でも多層構造
でもよいが、単層構造の方が成膜が簡便であるので好ま
しい。反射膜４３の厚さは、例えば、反射膜４３の屈折
率をｎ、光学的厚さをＬ、発振波長をλとすると、λ／
４ｎであることが好ましい。The reflection film 43 may have a single-layer structure or a multilayer structure, but a single-layer structure is preferable because the film is easily formed. For example, assuming that the refractive index of the reflective film 43 is n, the optical thickness is L, and the oscillation wavelength is λ, the thickness of the reflective film 43 is λ /
It is preferably 4n.
【００２４】また、反射膜４３を構成する材料として
は、特に窒化アルミニウムが好ましい。本実施の形態に
おいては反射膜４３の屈折率を基板１１の屈折率と実効
屈折率とのほぼ中間とすることができると共に、熱膨張
係数が半導体層２０と近いので、共振器端面４１にかか
る応力を低減させることができ、劣化を抑制することが
できるからである。また、熱伝導率が高いので、共振器
端面４１における温度の上昇を抑制することもでき、更
に、酸化物あるいは酸素が共振器端面４１に接触しない
ので、共振器端面４１の酸化による光学損傷（Catastro
phic Optical Damage ；ＣＯＤ）を防止することもでき
るからである。The material forming the reflection film 43 is particularly preferably aluminum nitride. In the present embodiment, the refractive index of the reflective film 43 can be set to approximately the middle between the refractive index of the substrate 11 and the effective refractive index, and the coefficient of thermal expansion is close to that of the semiconductor layer 20. This is because stress can be reduced and deterioration can be suppressed. In addition, since the thermal conductivity is high, it is possible to suppress an increase in temperature at the resonator end face 41. Further, since oxide or oxygen does not contact the resonator end face 41, optical damage due to oxidation of the resonator end face 41 ( Catastro
This is because phic optical damage (COD) can be prevented.
【００２５】一方、反射膜４４は、例えば、酸化ケイ素
膜と酸化チタン（ＴｉＯ2 ）膜とが交互に積層された多
層構造（例えば６層）とされている。On the other hand, the reflection film 44 has a multilayer structure (for example, six layers) in which, for example, a silicon oxide film and a titanium oxide (TiO 2 ) film are alternately laminated.
【００２６】この半導体レーザは、例えば次のようにし
て製造することができる。This semiconductor laser can be manufactured, for example, as follows.
【００２７】まず、例えば、厚さ４００μｍ程度のサフ
ァイアよりなる基板１１を用意し、基板１１のｃ面に、
ＭＯＣＶＤ法により、undope−ＧａＮよりなるバッファ
層２１，ｎ型ＧａＮよりなるｎ側コンタクト層２２，ｎ
型ＡｌＧａＮ混晶よりなるｎ型クラッド層２３，ｎ型Ｇ
ａＮよりなるｎ型ガイド層２４，ＧａＩｎＮ混晶よりな
る活性層２５，ｐ型ＧａＮよりなるｐ型ガイド層２６，
ｐ型ＡｌＧａＮ混晶よりなるｐ型クラッド層２７および
ｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層２８を順次成長さ
せる。First, a substrate 11 made of, for example, sapphire having a thickness of about 400 μm is prepared.
A buffer layer 21 made of undope-GaN, an n-side contact layer 22 made of n-type GaN, n
-Type cladding layer 23 of n-type AlGaN mixed crystal, n-type G
an n-type guide layer 24 made of aN, an active layer 25 made of GaInN mixed crystal, a p-type guide layer 26 made of p-type GaN,
A p-type cladding layer 27 made of a p-type AlGaN mixed crystal and a p-side contact layer 28 made of p-type GaN are sequentially grown.
【００２８】なお、ＭＯＣＶＤを行う際、ガリウムの原
料ガスとしては例えばトリメチルガリウム（（ＣＨ3 ）
3 Ｇａ）、アルミニウムの原料ガスとしては例えばトリ
メチルアルミニウム（（ＣＨ3 ）3 Ａｌ）、インジウム
の原料ガスとしては例えばトリメチルインジウム（（Ｃ
Ｈ3 ）3 Ｉｎ）、窒素の原料ガスとしては例えばアンモ
ニア（ＮＨ3 ）をそれぞれ用いる。また、ケイ素の原料
ガスとしては例えばモノシラン（ＳｉＨ4 ）を用い、マ
グネシウムの原料ガスとしては例えばビス＝シクロペン
タジエニルマグネシウム（（Ｃ5 Ｈ5 ）2 Ｍｇ）を用い
る。When MOCVD is performed, the source gas of gallium is, for example, trimethylgallium ((CH 3 )).
3 Ga), the raw material as a gas, for example trimethyl aluminum aluminum ((CH 3) 3 Al) , indium as the raw material gas such as trimethyl indium ((C
As the source gas for H 3 ) 3 In) and nitrogen, for example, ammonia (NH 3 ) is used. For example, monosilane (SiH 4 ) is used as a silicon source gas, and bis = cyclopentadienyl magnesium ((C 5 H 5 ) 2 Mg) is used as a magnesium source gas.
【００２９】次いで、ｐ側コンタクト層２８，ｐ型クラ
ッド層２７，ｐ型ガイド層２６，活性層２５，ｎ型ガイ
ド層２４，ｎ型クラッド層２３およびｎ側コンタクト層
２２の一部を順次エッチングして、ｎ側コンタクト層２
２を表面に露出させる。続いて、ｐ側コンタクト層２８
の上に図示しないマスクを形成し、このマスクを利用し
てｐ側コンタクト層２８およびｐ型クラッド層２７の一
部を選択的にエッチングして、ｐ型クラッド層２７の上
部およびｐ側コンタクト層２８を細い帯状とする。Next, a part of the p-side contact layer 28, the p-type cladding layer 27, the p-type guide layer 26, the active layer 25, the n-type guide layer 24, the n-type cladding layer 23 and a part of the n-side contact layer 22 are sequentially etched. And the n-side contact layer 2
2 is exposed on the surface. Subsequently, the p-side contact layer 28
Is formed on the p-type contact layer 28 and the p-type cladding layer 27 are selectively etched by using the mask to selectively etch the p-type cladding layer 27 and the p-type contact layer. 28 is a thin band.
【００３０】そののち、露出面全体に、例えば蒸着法に
より酸化ケイ素よりなる絶縁層３１を形成し、ｐ側コン
タクト層２８に対応して開口を設け、ｐ側コンタクト層
２８を表面に露出させる。ｐ側コンタクト層２８を露出
させたのち、絶縁層３１のｎ側コンタクト層２２上の領
域に開口を形成し、この開口に対応して、例えば、チタ
ン（Ｔｉ），アルミニウム（Ａｌ），白金および金を順
次蒸着し、合金化してｎ側電極３２を形成する。また、
露出させたｐ側コンタクト層２８に対応して、例えばパ
ラジウム，白金および金を順次蒸着し、ｐ側電極３３を
形成する。After that, an insulating layer 31 made of silicon oxide is formed on the entire exposed surface by, for example, a vapor deposition method, an opening is provided corresponding to the p-side contact layer 28, and the p-side contact layer 28 is exposed on the surface. After exposing the p-side contact layer 28, an opening is formed in a region of the insulating layer 31 on the n-side contact layer 22, and corresponding to the opening, for example, titanium (Ti), aluminum (Al), platinum and Gold is sequentially deposited and alloyed to form an n-side electrode 32. Also,
For example, palladium, platinum, and gold are sequentially deposited on the exposed p-side contact layer 28 to form the p-side electrode 33.
【００３１】次いで、基板１１を例えば９０μｍ程度の
厚さとなるように研磨する。基板１１を研磨したのち、
基板１１を共振器方向Ａに対して垂直に所定の幅で分割
し、共振器端面４１，４２を形成する。そののち、例え
ばＥＣＲ（Electron Cycrotron Resonance；電子サイク
ロトロン共鳴）スパッタ装置を用い、共振器端面４１に
反射膜４３を形成すると共に、共振器端面４２に反射膜
４４を形成する。反射膜４３，４４を形成したのち、基
板１１を共振器方向Ａに対して平行に所定の位置で分割
する。これにより、図１に示した半導体レーザが完成す
る。Next, the substrate 11 is polished to a thickness of, for example, about 90 μm. After polishing the substrate 11,
The substrate 11 is divided at a predetermined width perpendicular to the resonator direction A to form resonator end faces 41 and 42. After that, a reflection film 43 is formed on the resonator end face 41 and a reflection film 44 is formed on the resonator end face 42 by using, for example, an ECR (Electron Cycrotron Resonance) sputtering apparatus. After forming the reflection films 43 and 44, the substrate 11 is divided at a predetermined position in parallel with the resonator direction A. Thus, the semiconductor laser shown in FIG. 1 is completed.
【００３２】この半導体レーザは、次のように作用す
る。This semiconductor laser operates as follows.
【００３３】この半導体レーザでは、ｎ側電極３２とｐ
側電極３３との間に所定の電圧が印加されると、活性層
２５に電流が注入され、電子−正孔再結合により発光が
起こる。この光は、反射膜４３，４４の間で反射され、
増幅されてレーザ発振を生じ、主として反射膜４３を透
過してレーザ光として外部に射出される。例えば、半導
体レーザをパッケージ内に収納して用いる場合、射出さ
れたレーザ光の一部はパッケージ内において反射され、
迷光となって半導体レーザに戻ってくる。ここでは、反
射膜４３の発振波長における屈折率が基板１１の屈折率
と実効屈折率との間の値となっており、基板１１に対応
する反射膜４３の領域での反射率が高くなっている。よ
って、基板１１に対応する反射膜４３の領域から進入す
る迷光が減少し、ノイズの発生が抑制され、出力変動な
どの特性が改善される。In this semiconductor laser, the n-side electrode 32 is
When a predetermined voltage is applied to the side electrode 33, a current is injected into the active layer 25, and light emission occurs due to electron-hole recombination. This light is reflected between the reflection films 43 and 44,
The laser light is amplified to generate laser oscillation, and is mainly transmitted through the reflection film 43 and emitted to the outside as laser light. For example, when a semiconductor laser is housed in a package and used, a part of the emitted laser light is reflected in the package,
The light returns to the semiconductor laser as stray light. Here, the refractive index at the oscillation wavelength of the reflective film 43 is a value between the refractive index of the substrate 11 and the effective refractive index, and the reflectance in the region of the reflective film 43 corresponding to the substrate 11 increases. I have. Therefore, stray light entering from the region of the reflection film 43 corresponding to the substrate 11 is reduced, noise generation is suppressed, and characteristics such as output fluctuation are improved.
【００３４】このように本実施の形態に係る半導体レー
ザによれば、発振波長において反射膜４３の屈折率が基
板１１の屈折率と実効屈折率との間の値となるようにし
たので、基板１１に対応する反射膜４３の領域での反射
率を高くすることができ、迷光の進入を抑制することが
できる。よって、ノイズの発生を防止でき、特性を改善
することができる。As described above, according to the semiconductor laser of this embodiment, the refractive index of the reflection film 43 is set to a value between the refractive index of the substrate 11 and the effective refractive index at the oscillation wavelength. The reflectance in the region of the reflective film 43 corresponding to No. 11 can be increased, and the entry of stray light can be suppressed. Therefore, generation of noise can be prevented, and characteristics can be improved.
【００３５】特に、反射膜４３を窒化アルミニウムによ
り構成すれば、基板１１に対応する反射膜４３の領域で
の反射率を特に高くすることができると共に、反射膜４
１側における共振器端面の劣化を抑制することができ、
更にその近傍における光学損傷も防止することができ
る。In particular, when the reflection film 43 is made of aluminum nitride, the reflectance in the region of the reflection film 43 corresponding to the substrate 11 can be particularly increased, and the reflection film 4 can be formed.
Deterioration of the resonator end face on one side can be suppressed,
Further, optical damage in the vicinity thereof can be prevented.
【００３６】以上、実施の形態を挙げて本発明を説明し
たが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではな
く、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態で
は、反射膜４３を構成する材料について具体例を挙げて
説明したが、発振波長において基板１１の屈折率と実効
屈折率との間の屈折率を有し、レーザ光を吸収しない材
料であれば、他の材料により構成するようにしてもよ
い。As described above, the present invention has been described with reference to the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and can be variously modified. For example, in the above-described embodiment, a specific example of the material forming the reflection film 43 has been described. However, the laser beam has a refractive index between the refractive index of the substrate 11 and the effective refractive index at the oscillation wavelength, and emits laser light. As long as the material does not absorb, another material may be used.
【００３７】また、上記実施の形態では、基板１１をサ
ファイアにより構成するようにしたが、他の材料により
構成するようにしてもよい。In the above embodiment, the substrate 11 is made of sapphire, but may be made of another material.
【００３８】更に、上記実施の形態では、窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体よりなる半導体層２０を備える場
合について説明したが、本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体またはＩＩ−ＶＩ族化合物半導体などの他の半導
体材料を用いた半導体レーザについても適用することが
できる。Further, in the above embodiment, the nitride-based II
Although the case where the semiconductor layer 20 made of an IV group compound semiconductor is provided has been described, the present invention is also applied to a semiconductor laser using another semiconductor material such as a III-V group compound semiconductor or a II-VI group compound semiconductor. can do.
【００３９】加えて、上記実施の形態では、発振波長に
おける反射膜４３の屈折率が基板１１の屈折率よりも大
きく、実効屈折率よりも小さい場合について説明した
が、反射膜の屈折率が基板の屈折率よりも小さく、実効
屈折率よりも大きい場合であっても同様の効果が得られ
る。In addition, in the above embodiment, the case where the refractive index of the reflection film 43 at the oscillation wavelength is larger than the refractive index of the substrate 11 and smaller than the effective refractive index has been described. The same effect can be obtained even when the refractive index is smaller than the refractive index and larger than the effective refractive index.
【００４０】更にまた、上記実施の形態では、ｎ側コン
タクト層２２，ｎ型クラッド層２３，ｎ型ガイド層２
４，活性層２５，ｐ型ガイド層２６，ｐ型クラッド層２
７およびｐ側コンタクト層２８を順次積層するようにし
たが、本発明は、他の構造を有する半導体レーザについ
ても同様に適用することができる。例えば、ｎ型ガイド
層２４およびｐ型ガイド層２６を備えていなくてもよ
く、活性層２５とｐ型ガイド層２６との間に結晶劣化防
止層を備えていてもよい。また、ｐ側コンタクト層２８
を細い帯状とすること以外の他の構造により電流狭窄す
るようにしてもよい。更に、屈折率導波型あるいは利得
導波型の半導体レーザとしてもよい。Further, in the above embodiment, the n-side contact layer 22, the n-type cladding layer 23, the n-type guide layer 2
4, active layer 25, p-type guide layer 26, p-type clad layer 2
Although the seventh and p-side contact layers 28 are sequentially laminated, the present invention can be similarly applied to a semiconductor laser having another structure. For example, the n-type guide layer 24 and the p-type guide layer 26 need not be provided, and a crystal deterioration preventing layer may be provided between the active layer 25 and the p-type guide layer 26. Also, the p-side contact layer 28
The current may be confined by another structure other than forming a narrow band. Further, a semiconductor laser of a refractive index guided type or a gain guided type may be used.
【００４１】加えてまた、上記実施の形態では、ｎ型半
導体層が第１導電型半導体層に対応し、ｐ型半導体層が
第２導電型半導体層に対応する場合について説明した
が、本発明には、ｐ型半導体層が第１導電型半導体層に
対応し、ｎ型半導体層が第２導電型半導体層に対応する
場合も含まれる。In the above embodiment, the case where the n-type semiconductor layer corresponds to the first conductivity type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer corresponds to the second conductivity type semiconductor layer has been described. This includes the case where the p-type semiconductor layer corresponds to the first conductivity type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer corresponds to the second conductivity type semiconductor layer.
【００４２】更にまた、上記実施の形態では、他方の共
振器端面４２に非射出側の反射膜４４を備える場合につ
いて説明したが、他の構成を有する反射膜を備えていて
もよく、また反射膜が設けられていなくてもよい。Furthermore, in the above embodiment, the case where the non-emission side reflection film 44 is provided on the other resonator end face 42 has been described, but a reflection film having another configuration may be provided. The film may not be provided.
【００４３】[0043]
【発明の効果】以上説明したように請求項１ないし請求
項４のいずれか１項に記載の半導体レーザによれば、射
出側の反射膜をレーザ光の発振波長において屈折率が実
効屈折率と基板の屈折率との間の値となるようにしたの
で、基板に対応する反射膜の領域での反射率を高くする
ことができ、迷光の進入を抑制することができる。よっ
て、ノイズの発生を防止でき、特性を改善することがで
きるという効果を奏する。As described above, according to the semiconductor laser according to any one of the first to fourth aspects, the refractive index at the emission side of the reflection film at the oscillation wavelength of the laser light is equal to the effective refractive index. Since the refractive index is set to a value between the refractive index of the substrate and the substrate, the reflectance in the region of the reflective film corresponding to the substrate can be increased, and the entry of stray light can be suppressed. Therefore, there is an effect that generation of noise can be prevented and characteristics can be improved.
【図１】本発明の一実施の形態に係る半導体レーザの構
成を表す部分分解斜視図である。FIG. 1 is a partially exploded perspective view illustrating a configuration of a semiconductor laser according to an embodiment of the present invention.
【図２】図１に示した半導体レーザにおける反射膜の膜
厚と反射率との関係を表す特性図である。FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship between a thickness of a reflective film and a reflectance in the semiconductor laser shown in FIG.
【図３】従来の半導体レーザにおける反射膜の膜厚と反
射率との関係を表す特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between a film thickness of a reflection film and a reflectance in a conventional semiconductor laser.
１１…基板、２０…半導体層、２１…バッファ層、２２
…ｎ側コンタクト層、２３…ｎ型クラッド層、２４…ｎ
型ガイド層、２５…活性層、２６…ｐ型ガイド層、２７
…ｐ型クラッド層、２８…ｐ側コンタクト層、３１…絶
縁膜、３２…ｎ側電極、３３…ｐ側電極、４１，４２…
共振器端面、４３…反射膜（射出側）、４４…反射膜
（非射出側）、Ａ…共振器方向11: substrate, 20: semiconductor layer, 21: buffer layer, 22
... n-side contact layer, 23 ... n-type cladding layer, 24 ... n
Mold guide layer, 25 ... active layer, 26 ... p-type guide layer, 27
... p-type cladding layer, 28 ... p-side contact layer, 31 ... insulating film, 32 ... n-side electrode, 33 ... p-side electrode, 41, 42 ...
Resonator end face, 43: reflective film (outgoing side), 44: reflective film (non-outgoing side), A: cavity direction
Claims (4)
とを備えると共に、その積層方向に対して垂直な方向に
対向する一対の共振器端面を有する半導体レーザであっ
て、 前記一方の共振器端面に射出側の反射膜を有し、この反
射膜の屈折率はレーザ光の発振波長において実効屈折率
と前記基板の屈折率との間の値であることを特徴とする
半導体レーザ。1. A semiconductor laser comprising: a substrate; and a semiconductor layer laminated on the substrate, and having a pair of resonator end faces facing in a direction perpendicular to the laminating direction, A semiconductor laser having a reflection film on an emission side on an end face of the device, wherein a refractive index of the reflection film is a value between an effective refractive index and a refractive index of the substrate at an oscillation wavelength of laser light.
なくとも１種と５Ｂ族元素のうちの少なくとも窒素とを
含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなることを
特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。2. The semiconductor layer according to claim 1, wherein said semiconductor layer is made of a nitride III-V compound semiconductor containing at least one of Group 3B elements and at least nitrogen of Group 5B elements. A semiconductor laser as described in the above.
特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。3. The semiconductor laser according to claim 1, wherein said substrate is made of sapphire.
ジルコニウムおよび酸化窒化ケイ素のうちの少なくとも
１種を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体レー
ザ。4. The semiconductor laser according to claim 1, wherein said reflection film includes at least one of aluminum nitride, zirconium oxide, and silicon oxynitride.
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