JP2003332674A - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
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- JP2003332674A JP2003332674A JP2002134941A JP2002134941A JP2003332674A JP 2003332674 A JP2003332674 A JP 2003332674A JP 2002134941 A JP2002134941 A JP 2002134941A JP 2002134941 A JP2002134941 A JP 2002134941A JP 2003332674 A JP2003332674 A JP 2003332674A
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- semiconductor laser
- film
- laser device
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体レーザ素子において、端面の熱伝導性
を向上させ、出力および信頼性を高める。 【解決手段】 ｎ−ＧａＡｓ基板11上に、ｎ−Ｇａ1-z1
Ａｌz1Ａｓ下部クラッド層12、ｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ
下部光導波層13、Ｉｎx3Ｇａ1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3量子井戸
活性層14、ｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ上部光導波層15、ｐ
−Ｇａ1-z1Ａｌ z1Ａｓ上部第一クラッド層16、ｐ−Ｉｎ
0.49Ｇａ0.51Ｐエッチング阻止層17、ｐ−Ｇａ1-z1Ａｌ
z1Ａｓ上部第二クラッド層18、ｐ−ＧａＡｓコンタクト
層19、絶縁膜20、ｐ側電極21、ｎ側電極22を形成する。
共振器端面の一方に膜厚λ/4のＡｌ2Ｏ3からなる低反射
膜14を形成し、他方の端面に、反射率95％以上のλ/４
酸化物の積層物からなる高反射膜13（Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ
2／Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3
／ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2）を形成する。反射膜に
おいて、積層体側から第１層であるＡｌ2Ｏ3の表面粗さ
を３nm以下とする。
を向上させ、出力および信頼性を高める。 【解決手段】 ｎ−ＧａＡｓ基板11上に、ｎ−Ｇａ1-z1
Ａｌz1Ａｓ下部クラッド層12、ｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ
下部光導波層13、Ｉｎx3Ｇａ1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3量子井戸
活性層14、ｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ上部光導波層15、ｐ
−Ｇａ1-z1Ａｌ z1Ａｓ上部第一クラッド層16、ｐ−Ｉｎ
0.49Ｇａ0.51Ｐエッチング阻止層17、ｐ−Ｇａ1-z1Ａｌ
z1Ａｓ上部第二クラッド層18、ｐ−ＧａＡｓコンタクト
層19、絶縁膜20、ｐ側電極21、ｎ側電極22を形成する。
共振器端面の一方に膜厚λ/4のＡｌ2Ｏ3からなる低反射
膜14を形成し、他方の端面に、反射率95％以上のλ/４
酸化物の積層物からなる高反射膜13（Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ
2／Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3
／ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2）を形成する。反射膜に
おいて、積層体側から第１層であるＡｌ2Ｏ3の表面粗さ
を３nm以下とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ素子
に関し、特に、Ａｌを活性層に含まない半導体レーザ素
子に関するものである。
に関し、特に、Ａｌを活性層に含まない半導体レーザ素
子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザ素子の寿命を決定する主な
要因として、光共振器の光損傷破壊（COD;Catastrophic
Optical Damage）が挙げられる。これは、共振器端面
が、共振器内部で発生した光に対して吸収領域になるこ
とにより発生する。具体的には、共振器端面の半導体表
面に、酸素の吸着による表面酸化および半導体表面組成
の変成によるダングリングボンドが形成され、これによ
り半導体界面特有の深い準位が生じ、端面近傍の禁制帯
幅が実質的に狭くなったことによる。そこで、界面準位
を消滅させる方法が、特開平9-162496号公報および特開
平3-101183号公報において提案されている。特に後者に
は、Ｓｉ等を半導体レーザ端面に付着させて、ダングリ
ングボンドの終端による界面準位を消滅させることによ
り、非発光再結合電流により励起される端面の発熱を抑
制できることが記載されている。
要因として、光共振器の光損傷破壊（COD;Catastrophic
Optical Damage）が挙げられる。これは、共振器端面
が、共振器内部で発生した光に対して吸収領域になるこ
とにより発生する。具体的には、共振器端面の半導体表
面に、酸素の吸着による表面酸化および半導体表面組成
の変成によるダングリングボンドが形成され、これによ
り半導体界面特有の深い準位が生じ、端面近傍の禁制帯
幅が実質的に狭くなったことによる。そこで、界面準位
を消滅させる方法が、特開平9-162496号公報および特開
平3-101183号公報において提案されている。特に後者に
は、Ｓｉ等を半導体レーザ端面に付着させて、ダングリ
ングボンドの終端による界面準位を消滅させることによ
り、非発光再結合電流により励起される端面の発熱を抑
制できることが記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一方、760〜900(nm)の
範囲の発振波長を有する半導体レーザ素子では、Ａｌ系
の活性層、例えばＧａＡｌＡｓが用いられているが、特
に、信頼性向上を目的とした半導体レーザ素子では、ア
ルミを含まない活性層、例えばＩｎＧａＡｓＰが用いら
れている。アルミを含まない活性層を有する半導体レー
ザ素子は、Ａｌ系の活性層を有する半導体レーザ素子に
比べ、一般的に、熱抵抗が高く放熱性が悪い、あるいは
界面欠陥による非発光再結合速度がＡｌ系のそれの約1/
10と小さい等の理由から、上記のような界面準位を減ら
す手法を施しても顕著なCOD改良結果が得られないとい
う問題がある。
範囲の発振波長を有する半導体レーザ素子では、Ａｌ系
の活性層、例えばＧａＡｌＡｓが用いられているが、特
に、信頼性向上を目的とした半導体レーザ素子では、ア
ルミを含まない活性層、例えばＩｎＧａＡｓＰが用いら
れている。アルミを含まない活性層を有する半導体レー
ザ素子は、Ａｌ系の活性層を有する半導体レーザ素子に
比べ、一般的に、熱抵抗が高く放熱性が悪い、あるいは
界面欠陥による非発光再結合速度がＡｌ系のそれの約1/
10と小さい等の理由から、上記のような界面準位を減ら
す手法を施しても顕著なCOD改良結果が得られないとい
う問題がある。
【０００４】本発明は上記事情に鑑みて、光出力のCOD
レベルを向上させ、高い信頼性を有する半導体レーザ素
子を提供することを目的とするものである。
レベルを向上させ、高い信頼性を有する半導体レーザ素
子を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ素
子は、発光層および導波層を含む半導体の積層体からな
り、該積層体の共振器端面に酸化物からなるパッシベー
ション膜を備えた半導体レーザ素子において、パッシベ
ーション膜の積層体側から第１層の表面粗さが３ｎｍ以
下であることを特徴とするものである。
子は、発光層および導波層を含む半導体の積層体からな
り、該積層体の共振器端面に酸化物からなるパッシベー
ション膜を備えた半導体レーザ素子において、パッシベ
ーション膜の積層体側から第１層の表面粗さが３ｎｍ以
下であることを特徴とするものである。
【０００６】積層体側から第１層とは、パッシベーショ
ン膜が単層の場合は該層を示し、複数層の場合は、積層
体に直接形成する層を示す。
ン膜が単層の場合は該層を示し、複数層の場合は、積層
体に直接形成する層を示す。
【０００７】パッシベーション膜の少なくとも第１層
は、Ａｌ、Ｓｉ、ＴｉおよびＴａの少なくとも１つの酸
化物からなることが望ましい。
は、Ａｌ、Ｓｉ、ＴｉおよびＴａの少なくとも１つの酸
化物からなることが望ましい。
【０００８】発光層および導波層は、Ａｌを含まない半
導体からなることが望ましい。
導体からなることが望ましい。
【０００９】パッシベーション膜の少なくとも第１層
は、電子サイクロトロン共鳴プラズマ付着法により形成
されていることが望ましい。
は、電子サイクロトロン共鳴プラズマ付着法により形成
されていることが望ましい。
【００１０】なお、上記の「表面粗さ」は、原子力顕微
鏡により測定された、100μｍ平方の領域内におけるPea
k−Valley最大値（凹部の底部から凸部の頂点まで高さ
の最大値）を示す
鏡により測定された、100μｍ平方の領域内におけるPea
k−Valley最大値（凹部の底部から凸部の頂点まで高さ
の最大値）を示す
【００１１】
【発明の効果】本発明の半導体レーザ素子によれば、発
光層および導波層を含む半導体の積層体からなり、該積
層体の共振器端面に酸化物からなるパッシベーション膜
を備えた半導体レーザ素子において、パッシベーション
膜の積層体側から第１層の表面粗さを３ｎｍ以下とする
ことにより、膜の熱伝導率を高めることができ、共振器
端面の温度上昇を抑制することができる。これにより、
端面破壊に達する光出力レベルを上げることができるの
で、光出力と信頼性を向上させることができる。
光層および導波層を含む半導体の積層体からなり、該積
層体の共振器端面に酸化物からなるパッシベーション膜
を備えた半導体レーザ素子において、パッシベーション
膜の積層体側から第１層の表面粗さを３ｎｍ以下とする
ことにより、膜の熱伝導率を高めることができ、共振器
端面の温度上昇を抑制することができる。これにより、
端面破壊に達する光出力レベルを上げることができるの
で、光出力と信頼性を向上させることができる。
【００１２】特に、半導体の積層体に直接形成する第１
層は放熱性の向上に大きく寄与するため、表面粗さを３
ｎｍ以下とすることは、光出力および信頼性の向上に効
果的である。
層は放熱性の向上に大きく寄与するため、表面粗さを３
ｎｍ以下とすることは、光出力および信頼性の向上に効
果的である。
【００１３】特に、Ａｌを含まない活性層を有する半導
体レーザ素子においては、高熱抵抗のため放熱性が悪
く、また界面欠陥の低減による出力向上の効果が小さい
ので、本発明を適用することはより効果的である。
体レーザ素子においては、高熱抵抗のため放熱性が悪
く、また界面欠陥の低減による出力向上の効果が小さい
ので、本発明を適用することはより効果的である。
【００１４】電子サイクロトロン共鳴プラズマ付着法に
より形成された膜は、緻密性が高く、膜の材質本来の熱
伝導率とほぼ同等の熱伝導率を得ることができるので、
共振器端面の温度上昇を抑制することができ、光出力と
信頼性を向上させることができる。
より形成された膜は、緻密性が高く、膜の材質本来の熱
伝導率とほぼ同等の熱伝導率を得ることができるので、
共振器端面の温度上昇を抑制することができ、光出力と
信頼性を向上させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて詳細に説明する。
を用いて詳細に説明する。
【００１６】本発明の第１の実施の形による半導体レー
ザ素子について、その製造過程に沿って説明する。その
半導体レーザ素子の斜視図を図１に示す。
ザ素子について、その製造過程に沿って説明する。その
半導体レーザ素子の斜視図を図１に示す。
【００１７】図１に示すように、有機金属気相成長法に
より、ｎ−ＧａＡｓ基板1上に、ｎ−Ｇａ1-z1Ａｌz1Ａ
ｓ下部クラッド層2（厚さdc＝1700〜2300nm、0.55≦z1
≦0.7）、ｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ下部光導波層3（厚さ
db=110nm）、Ｉｎx3Ｇａ1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3量子井戸活性
層4（厚さda＝８nm）、ｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ上部光
導波層5（厚さdb=110nm）、ｐ−Ｇａ1-z1Ａｌz1Ａｓ上
部第一クラッド層6（厚さdc=110nm）、ｐ−Ｉｎ0.49Ｇ
ａ0.51Ｐエッチング阻止層7、ｐ−Ｇａ1-z1Ａｌz 1Ａｓ
上部第二クラッド層8（厚さdc=1700〜2000nm、0.55≦z1
≦0.7）、およびｐ−ＧａＡｓコンタクト層9をこの順に
成長する。引き続き、絶縁膜（図示せず）を形成する。
次に、通常のリソグラフィにより、幅30〜250μｍ程度
のストライプでこれに連続する周辺部に平行な幅10μｍ
程度のストライプの絶縁膜を除去し、この絶縁膜をマス
クとして、ウェットエッチングにより、ｐ−Ｉｎ0.49Ｇ
ａ0. 51Ｐエッチング阻止層7の上部まで除去してリッジ
ストライプを形成する。エッチング液としては、硫酸と
過酸化水素水とを含むエッチング液を用いる。これによ
り、自動的にエッチングがｐ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐエッ
チング阻止層7上で停止する。絶縁膜を除去した後、新
たに絶縁膜10を形成し、通常のリソグラフィにより、リ
ッジストライプ上の絶縁膜10を除去し、ｐ側電極11を形
成し、さらに、基板の厚さ100〜150μｍになるまで基板
1の研磨を行ってｎ側電極12を形成する。
より、ｎ−ＧａＡｓ基板1上に、ｎ−Ｇａ1-z1Ａｌz1Ａ
ｓ下部クラッド層2（厚さdc＝1700〜2300nm、0.55≦z1
≦0.7）、ｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ下部光導波層3（厚さ
db=110nm）、Ｉｎx3Ｇａ1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3量子井戸活性
層4（厚さda＝８nm）、ｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ上部光
導波層5（厚さdb=110nm）、ｐ−Ｇａ1-z1Ａｌz1Ａｓ上
部第一クラッド層6（厚さdc=110nm）、ｐ−Ｉｎ0.49Ｇ
ａ0.51Ｐエッチング阻止層7、ｐ−Ｇａ1-z1Ａｌz 1Ａｓ
上部第二クラッド層8（厚さdc=1700〜2000nm、0.55≦z1
≦0.7）、およびｐ−ＧａＡｓコンタクト層9をこの順に
成長する。引き続き、絶縁膜（図示せず）を形成する。
次に、通常のリソグラフィにより、幅30〜250μｍ程度
のストライプでこれに連続する周辺部に平行な幅10μｍ
程度のストライプの絶縁膜を除去し、この絶縁膜をマス
クとして、ウェットエッチングにより、ｐ−Ｉｎ0.49Ｇ
ａ0. 51Ｐエッチング阻止層7の上部まで除去してリッジ
ストライプを形成する。エッチング液としては、硫酸と
過酸化水素水とを含むエッチング液を用いる。これによ
り、自動的にエッチングがｐ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐエッ
チング阻止層7上で停止する。絶縁膜を除去した後、新
たに絶縁膜10を形成し、通常のリソグラフィにより、リ
ッジストライプ上の絶縁膜10を除去し、ｐ側電極11を形
成し、さらに、基板の厚さ100〜150μｍになるまで基板
1の研磨を行ってｎ側電極12を形成する。
【００１８】上記のように作製された半導体レーザ素子
の発振する波長帯λ（ｎｍ）に関しては、Ｉｎx3Ｇａ
1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3量子井戸活性層の組成を、0≦x3≦0.5
および0≦y3＜0.5とすることにより、750＜λ＜1100の
範囲での制御が可能である。
の発振する波長帯λ（ｎｍ）に関しては、Ｉｎx3Ｇａ
1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3量子井戸活性層の組成を、0≦x3≦0.5
および0≦y3＜0.5とすることにより、750＜λ＜1100の
範囲での制御が可能である。
【００１９】各層の成長法としては、固体あるいはガス
を原料とする分子線エピタキシャル成長法であってもよ
い。上記構造は、ｎ型基板上へ成長された半導体層から
なるものであるが、ｐ型基板を用いてもよく、この場
合、半導体層の導電性を反転させるだけでよい。
を原料とする分子線エピタキシャル成長法であってもよ
い。上記構造は、ｎ型基板上へ成長された半導体層から
なるものであるが、ｐ型基板を用いてもよく、この場
合、半導体層の導電性を反転させるだけでよい。
【００２０】次に、上記のように電極形成まで終了した
試料を、大気中でＧａＡｓの（100）面が露出する方向
に共振器長0.9mmで、長さ約10〜20(mm)のバー状に劈開
し、光出射端面を露出させる。
試料を、大気中でＧａＡｓの（100）面が露出する方向
に共振器長0.9mmで、長さ約10〜20(mm)のバー状に劈開
し、光出射端面を露出させる。
【００２１】次に、バー状の試料をコーティング可能な
治具に大気中でセットして、電子サイクロトロン共鳴
（ＥＣＲ）スパッタ装置内にセットし真空排気を行う。
２つの端面に反射率制御を行うことを目的とした酸化物
を所望の反射率に対応した膜厚だけ成膜モードで成膜す
る。一方の共振器端面には、Ａｌ2Ｏ3からなる低反射膜
14をλ/２（反射率32％、809nm）相当を形成する。ま
た、反対側の端面には、反射率95％以上のλ/４酸化物
の積層物からなる高反射膜13（半導体層側からＡｌ2Ｏ3
／ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2／
Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2）を形成する。
Ａｌ2Ｏ3からなる低反射膜14、および高反射膜13の積層
体側から第１層のＡｌ2Ｏ3膜は、表面粗さが３nm以下で
形成されている。なお、低反射膜14のＡｌ2Ｏ3膜、およ
び高反射膜13の積層体側から第１層のＡｌ2Ｏ3膜は、再
現性良く同様の表面粗さで形成されることが確認されて
いる。
治具に大気中でセットして、電子サイクロトロン共鳴
（ＥＣＲ）スパッタ装置内にセットし真空排気を行う。
２つの端面に反射率制御を行うことを目的とした酸化物
を所望の反射率に対応した膜厚だけ成膜モードで成膜す
る。一方の共振器端面には、Ａｌ2Ｏ3からなる低反射膜
14をλ/２（反射率32％、809nm）相当を形成する。ま
た、反対側の端面には、反射率95％以上のλ/４酸化物
の積層物からなる高反射膜13（半導体層側からＡｌ2Ｏ3
／ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2／
Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2）を形成する。
Ａｌ2Ｏ3からなる低反射膜14、および高反射膜13の積層
体側から第１層のＡｌ2Ｏ3膜は、表面粗さが３nm以下で
形成されている。なお、低反射膜14のＡｌ2Ｏ3膜、およ
び高反射膜13の積層体側から第１層のＡｌ2Ｏ3膜は、再
現性良く同様の表面粗さで形成されることが確認されて
いる。
【００２２】ここで、図２にＥＣＲスパッタ装置の構造
図を示す。このＥＣＲスパッタ装置は、試料台32および
33を備えた真空槽31と、真空槽31内に反応ガスを導入す
るバルブ付き導入管34ａおよび34ｂと、第一のターゲッ
ト35および第二のターゲット36と、該ターゲットをイオ
ンビームによって前記試料台32および33へそれぞれ加速
させる電磁石コイル37および38と、μ波導波管39および
40と、ＲＦ電源41および42とを備えるものである。成膜
を行う場合は、例えば、ＡｒガスまたはＯ2ガス、およ
びμ波を真空槽31内に導入することによりＥＣＲプラズ
マを発生させる。このプラズマを電磁石コイルによる電
磁界により試料台方向へ加速させる。その加速されたプ
ラズマにより、電圧を印可されたターゲットまたはその
酸化物が試料上に成膜される。
図を示す。このＥＣＲスパッタ装置は、試料台32および
33を備えた真空槽31と、真空槽31内に反応ガスを導入す
るバルブ付き導入管34ａおよび34ｂと、第一のターゲッ
ト35および第二のターゲット36と、該ターゲットをイオ
ンビームによって前記試料台32および33へそれぞれ加速
させる電磁石コイル37および38と、μ波導波管39および
40と、ＲＦ電源41および42とを備えるものである。成膜
を行う場合は、例えば、ＡｒガスまたはＯ2ガス、およ
びμ波を真空槽31内に導入することによりＥＣＲプラズ
マを発生させる。このプラズマを電磁石コイルによる電
磁界により試料台方向へ加速させる。その加速されたプ
ラズマにより、電圧を印可されたターゲットまたはその
酸化物が試料上に成膜される。
【００２３】次に、反射率制御層を形成したバー状の試
料を幅500〜600μｍに劈開して半導体レーザ素子を作製
する。その後、半導体レーザ素子のｐ側をヒートシンク
に設置する。ヒートシンクは、Ｃｕ上にＮｉメッキ（５
μｍ）を実施し、その上にＮｉ（50〜150nm）、Ｐｔ（5
0〜200nm）およびＩｎ（3.5〜5.5μｍ）を記載順に、半
導体レーザ素子のボンディング面の少なくとも４倍の領
域に蒸着したものを用いる。ヒートシンクを180〜220℃
の温度範囲で加熱してＩｎを溶融させてボンディングを
行う。
料を幅500〜600μｍに劈開して半導体レーザ素子を作製
する。その後、半導体レーザ素子のｐ側をヒートシンク
に設置する。ヒートシンクは、Ｃｕ上にＮｉメッキ（５
μｍ）を実施し、その上にＮｉ（50〜150nm）、Ｐｔ（5
0〜200nm）およびＩｎ（3.5〜5.5μｍ）を記載順に、半
導体レーザ素子のボンディング面の少なくとも４倍の領
域に蒸着したものを用いる。ヒートシンクを180〜220℃
の温度範囲で加熱してＩｎを溶融させてボンディングを
行う。
【００２４】次に、本発明の第２の実施の形態による半
導体レーザ素子について説明する。その半導体レーザ素
子の斜視図を図３に示す。
導体レーザ素子について説明する。その半導体レーザ素
子の斜視図を図３に示す。
【００２５】本発明による半導体レーザ素子は、図３に
示すように、n-GaAs基板31上に、n-Al0.52Ga0.48As下部
クラッド層32（濃度1×1018cm-3、層厚2.0μｍ）、nま
たはi-InGaAsP光導波層33（層厚50nm）、i-In0.2Ga0.8A
s圧縮歪量子井戸活性層34（層厚7nm）、i-InGaAsP光導
波層35（層厚50nm）、p-In0.49Ga0.51P低濃度上部第１
クラッド層36（Ｚｎ濃度5×1017cm-3、層厚5nm）、p-In
0.49Ga0.51P高濃度上部第１クラッド層37（Ｚｎ濃度1×
1018cm-3、層厚0.2μｍ）、電流注入領域以外の領域に
形成されたp-InGaAsPエッチングストップ層38（層厚5n
m）およびn-InGaP電流ブロック層39（濃度5×1017c
m-3、層厚1.0μｍ）、p-Al0.47Ga0.53As上部第２クラッ
ド層40（濃度1×1018cm-3、層厚1.5μｍ）、およびp-Ga
Asコンタクト層41（濃度5×1019cm-3、層厚0.1μｍ）が
積層された積層体からなり、電流注入領域以外の領域に
形成された絶縁膜43、ｐ側電極44および基板31の裏面に
形成されたｎ側電極45を備えてなるものである。
示すように、n-GaAs基板31上に、n-Al0.52Ga0.48As下部
クラッド層32（濃度1×1018cm-3、層厚2.0μｍ）、nま
たはi-InGaAsP光導波層33（層厚50nm）、i-In0.2Ga0.8A
s圧縮歪量子井戸活性層34（層厚7nm）、i-InGaAsP光導
波層35（層厚50nm）、p-In0.49Ga0.51P低濃度上部第１
クラッド層36（Ｚｎ濃度5×1017cm-3、層厚5nm）、p-In
0.49Ga0.51P高濃度上部第１クラッド層37（Ｚｎ濃度1×
1018cm-3、層厚0.2μｍ）、電流注入領域以外の領域に
形成されたp-InGaAsPエッチングストップ層38（層厚5n
m）およびn-InGaP電流ブロック層39（濃度5×1017c
m-3、層厚1.0μｍ）、p-Al0.47Ga0.53As上部第２クラッ
ド層40（濃度1×1018cm-3、層厚1.5μｍ）、およびp-Ga
Asコンタクト層41（濃度5×1019cm-3、層厚0.1μｍ）が
積層された積層体からなり、電流注入領域以外の領域に
形成された絶縁膜43、ｐ側電極44および基板31の裏面に
形成されたｎ側電極45を備えてなるものである。
【００２６】共振器端面の一方には発振波長980nmで反
射率が3％となるように、膜厚λ/4のＡｌ2Ｏ3膜からな
る低反射膜46を備え、他方の端面には発振波長980nmで
反射率が95%となるように、各膜厚がλ/4であるＡｌ2Ｏ
3／ＴｉＯ2／ＳｉＯ2／ＴｉＯ2／ＳｉＯ2／ＴｉＯ2／Ｓ
ｉＯ2／ＴｉＯ2／ＳｉＯ2／ＴｉＯ2からなる10層構成の
高反射膜47を備えるものである。低反射膜46のＡｌ2Ｏ3
膜、および高反射膜47の積層体側から第１層であるＡｌ
2Ｏ3膜の表面粗さは３nm以下である。また、幅2.0μｍ
の発光領域ストライプの両脇には寄生容量を低減するた
めの２本の溝42が100μｍの間隔をあけて備えられてい
る。共振器長は1.2mmであり、発振波長は980nmである。
この半導体レーザ素子についても上記第１の実施の形態
と同様にヒートシンクに実装する。
射率が3％となるように、膜厚λ/4のＡｌ2Ｏ3膜からな
る低反射膜46を備え、他方の端面には発振波長980nmで
反射率が95%となるように、各膜厚がλ/4であるＡｌ2Ｏ
3／ＴｉＯ2／ＳｉＯ2／ＴｉＯ2／ＳｉＯ2／ＴｉＯ2／Ｓ
ｉＯ2／ＴｉＯ2／ＳｉＯ2／ＴｉＯ2からなる10層構成の
高反射膜47を備えるものである。低反射膜46のＡｌ2Ｏ3
膜、および高反射膜47の積層体側から第１層であるＡｌ
2Ｏ3膜の表面粗さは３nm以下である。また、幅2.0μｍ
の発光領域ストライプの両脇には寄生容量を低減するた
めの２本の溝42が100μｍの間隔をあけて備えられてい
る。共振器長は1.2mmであり、発振波長は980nmである。
この半導体レーザ素子についても上記第１の実施の形態
と同様にヒートシンクに実装する。
【００２７】ここで、本発明の半導体レーザ素子につい
て、反射膜の表面粗さと、熱伝導率および光出力との関
係を調べた。
て、反射膜の表面粗さと、熱伝導率および光出力との関
係を調べた。
【００２８】まず、反射膜の表面粗さと熱伝導率との関
係について調べた。図４は、反射膜の表面粗さと熱伝導
率との関係を示すグラフである。図４の縦軸は、サファ
イアの熱伝導率で、Ａｌ2Ｏ3膜の熱伝導を規格化したも
のである。ＧａＡｓ基板上に、表面粗さが異なるＡｌ2
Ｏ3膜（ただし、発振波長λ890nmで、膜厚λ/２）を、
蒸着、マグネトロンスパッタおよびＥＣＲスパッタの３
つの形成方法により形成してなる試料を複数作製し、こ
れを評価に用いた。なお、Ａｌ2Ｏ3膜の熱導電率は真空
理工製のPIT−１で測定した。また、表面粗さには、原
子力顕微鏡により、100μｍ平方の領域を測定し、その
測定範囲内のPeak−Valley最大値を採用した。
係について調べた。図４は、反射膜の表面粗さと熱伝導
率との関係を示すグラフである。図４の縦軸は、サファ
イアの熱伝導率で、Ａｌ2Ｏ3膜の熱伝導を規格化したも
のである。ＧａＡｓ基板上に、表面粗さが異なるＡｌ2
Ｏ3膜（ただし、発振波長λ890nmで、膜厚λ/２）を、
蒸着、マグネトロンスパッタおよびＥＣＲスパッタの３
つの形成方法により形成してなる試料を複数作製し、こ
れを評価に用いた。なお、Ａｌ2Ｏ3膜の熱導電率は真空
理工製のPIT−１で測定した。また、表面粗さには、原
子力顕微鏡により、100μｍ平方の領域を測定し、その
測定範囲内のPeak−Valley最大値を採用した。
【００２９】図４に示すように、表面粗さが小さくなる
に従って、ほぼサファイアと同等の熱伝導率が得られて
いる。すなわち、表面粗さが小さくなるに従って高い熱
伝導率が得られており、端面の温度上昇を良好に抑制で
きることがわかる。さらに、３つの膜形成方法のうち、
成膜イオンエネルギーが最も高く且つ成膜動作ガス圧が
１０-2Paと低いＥＣＲスパッタにより形成された膜は、
表面粗さが小さく、高い熱伝導率が得られていることが
わかる。
に従って、ほぼサファイアと同等の熱伝導率が得られて
いる。すなわち、表面粗さが小さくなるに従って高い熱
伝導率が得られており、端面の温度上昇を良好に抑制で
きることがわかる。さらに、３つの膜形成方法のうち、
成膜イオンエネルギーが最も高く且つ成膜動作ガス圧が
１０-2Paと低いＥＣＲスパッタにより形成された膜は、
表面粗さが小さく、高い熱伝導率が得られていることが
わかる。
【００３０】次に、反射膜の表面粗さと最大光出力との
関係について調べた。図５は、本発明の半導体レーザ素
子（ＩｎＧａＡｓＰ活性層を用いた素子）の測定結果で
あり、図６は、比較例の半導体レーザ素子の測定結果で
ある。本発明の半導体レーザ素子は、上記第１の実施の
形態による半導体レーザ素子を用いた。特に、ストライ
プ幅を約50μｍとし、発振波長が809nmとなるように、
各層の組成比をz1=0.64、x3=0.12およびy3=0.24とし、
反射膜を、蒸着、マグネトロンスパッタおよびＥＣＲス
パッタの３つの形成方法により形成した素子を複数作製
して評価素子とした。比較例の半導体レーザ素子は、上
記第１の実施の形態による半導体レーザ素子の層構成に
おいて、活性層にＧａ1-zＡｌzＡｓ（0＜z＜0.3）を備
え、特に、発振波長を809nmに揃えるため、z=0.09とし
た素子である。また、最大光出力は、図７に示すよう
に、駆動電流を上げた場合の光出力のピーク値とした。
なお、低反射膜14のＡｌ2Ｏ3膜と、高反射膜13の半導体
の積層体側から第１層であるＡｌ2Ｏ3膜は、同様の表面
粗さを有するものである。
関係について調べた。図５は、本発明の半導体レーザ素
子（ＩｎＧａＡｓＰ活性層を用いた素子）の測定結果で
あり、図６は、比較例の半導体レーザ素子の測定結果で
ある。本発明の半導体レーザ素子は、上記第１の実施の
形態による半導体レーザ素子を用いた。特に、ストライ
プ幅を約50μｍとし、発振波長が809nmとなるように、
各層の組成比をz1=0.64、x3=0.12およびy3=0.24とし、
反射膜を、蒸着、マグネトロンスパッタおよびＥＣＲス
パッタの３つの形成方法により形成した素子を複数作製
して評価素子とした。比較例の半導体レーザ素子は、上
記第１の実施の形態による半導体レーザ素子の層構成に
おいて、活性層にＧａ1-zＡｌzＡｓ（0＜z＜0.3）を備
え、特に、発振波長を809nmに揃えるため、z=0.09とし
た素子である。また、最大光出力は、図７に示すよう
に、駆動電流を上げた場合の光出力のピーク値とした。
なお、低反射膜14のＡｌ2Ｏ3膜と、高反射膜13の半導体
の積層体側から第１層であるＡｌ2Ｏ3膜は、同様の表面
粗さを有するものである。
【００３１】本発明の半導体レーザ素子においては、図
５に示すように、膜の表面粗さが小さくなるに従って、
最大光出力が高くなっていることがわかる。また、比較
例の半導体レーザ素子においても、図６に示すように、
膜の表面粗さが小さくなるに従って、最大光出力が高く
なっていることがわかる。すなわち、熱伝導率の低下が
最大光出力の向上に繋がっていると考えられる。特に、
本発明の半導体レーザ素子においては、表面粗さの低減
の影響が顕著に表われている。Ａｌ系の活性層を有する
半導体レーザ素子は、最大光出力低下の原因として、界
面欠陥による非発光再結合が依然支配的である一方、再
結合速度が小さく界面欠陥低減による光出力向上効果の
小さい活性層にＡｌを含まない本発明の半導体レーザ素
子においては、熱伝導の低下が素直に最大光出力の向上
に繋がっていると考えられる。このように、表面粗さは
膜自体の熱伝導率と相関があり、それに伴い最大光出力
とも相関があることがわかる。
５に示すように、膜の表面粗さが小さくなるに従って、
最大光出力が高くなっていることがわかる。また、比較
例の半導体レーザ素子においても、図６に示すように、
膜の表面粗さが小さくなるに従って、最大光出力が高く
なっていることがわかる。すなわち、熱伝導率の低下が
最大光出力の向上に繋がっていると考えられる。特に、
本発明の半導体レーザ素子においては、表面粗さの低減
の影響が顕著に表われている。Ａｌ系の活性層を有する
半導体レーザ素子は、最大光出力低下の原因として、界
面欠陥による非発光再結合が依然支配的である一方、再
結合速度が小さく界面欠陥低減による光出力向上効果の
小さい活性層にＡｌを含まない本発明の半導体レーザ素
子においては、熱伝導の低下が素直に最大光出力の向上
に繋がっていると考えられる。このように、表面粗さは
膜自体の熱伝導率と相関があり、それに伴い最大光出力
とも相関があることがわかる。
【００３２】上記のことから、熱伝導率を上げて端面の
温度上昇を抑える方法として、緻密性の高いパッシベー
ション膜を設けることがアルミを含まない活性層を備え
た半導体レーザ素子の場合、より効果的であることが明
らかになった。よって、本発明の半導体レーザ素子は、
表面粗さが３nm以下の緻密性の高いパッシベーション膜
を備えていることにより、熱伝導率が高くCODに達する
光出力が高いので、高い光出力と信頼性とを得ることが
できる。
温度上昇を抑える方法として、緻密性の高いパッシベー
ション膜を設けることがアルミを含まない活性層を備え
た半導体レーザ素子の場合、より効果的であることが明
らかになった。よって、本発明の半導体レーザ素子は、
表面粗さが３nm以下の緻密性の高いパッシベーション膜
を備えていることにより、熱伝導率が高くCODに達する
光出力が高いので、高い光出力と信頼性とを得ることが
できる。
【図１】本発明の第１の実施の形態による半導体レーザ
素子を示す斜視図
素子を示す斜視図
【図２】ＥＣＲスパッタ装置を示す概略構成図
【図３】本発明の第２の実施の形態による半導体レーザ
素子を示す斜視図
素子を示す斜視図
【図４】様々なパッシベーション膜形成方法における、
膜の表面粗さと規格化熱伝導率との関係を示すグラフ
膜の表面粗さと規格化熱伝導率との関係を示すグラフ
【図５】活性層がＩｎＧａＡｓＰの場合の、膜の表面粗
さと最大光出力との関係を示すグラフ
さと最大光出力との関係を示すグラフ
【図６】活性層がＡｌＧａＡｓの場合の、膜の表面粗さ
と最大光出力との関係を示すグラフ
と最大光出力との関係を示すグラフ
【図７】駆動電流と光出力の関係を示すグラフ
1 ｎ−ＧａＡｓ基板
2 ｎ−Ｇａ1-z1Ａｌz1Ａｓ下部クラッド層
3 ｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ下部光導波層
4 Ｉｎx3Ｇａ1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3量子井戸活性層
5 ｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ上部光導波層
6 ｐ−Ｇａ1-z1Ａｌz1Ａｓ上部第一クラッド層
7 ｐ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐエッチング阻止層
8 ｐ−Ｇａ1-z1Ａｌz1Ａｓ上部第二クラッド層
9 ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
10 絶縁膜
11 ｐ側電極
12 ｎ側電極
13 高反射膜
14 低反射膜
Claims (4)
- 【請求項１】 発光層および導波層を含む半導体の積層
体からなり、該積層体の共振器端面に酸化物からなるパ
ッシベーション膜を備えた半導体レーザ素子において、 前記パッシベーション膜の前記積層体側から第１層の表
面粗さが３ｎｍ以下であることを特徴とする半導体レー
ザ素子。 - 【請求項２】 前記パッシベーション膜の少なくとも前
記第１層が、Ａｌ、Ｓｉ、ＴｉおよびＴａの少なくとも
１つの酸化物からなることを特徴とする請求項１記載の
半導体レーザ素子。 - 【請求項３】 前記発光層および前記導波層が、Ａｌを
含まない半導体からなることを特徴とする請求項１また
は２記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項４】 前記パッシベーション膜の少なくとも前
記第１層が、電子サイクロトロン共鳴プラズマ付着法に
より形成されていることを特徴とする請求項１、２また
は３記載の半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002134941A JP2003332674A (ja) | 2002-05-10 | 2002-05-10 | 半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002134941A JP2003332674A (ja) | 2002-05-10 | 2002-05-10 | 半導体レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003332674A true JP2003332674A (ja) | 2003-11-21 |
Family
ID=29697396
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002134941A Withdrawn JP2003332674A (ja) | 2002-05-10 | 2002-05-10 | 半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003332674A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006351966A (ja) * | 2005-06-17 | 2006-12-28 | Sony Corp | 多波長半導体レーザ素子 |
| JP2007165711A (ja) * | 2005-12-15 | 2007-06-28 | Sharp Corp | 窒化物半導体レーザ素子 |
| US7544975B2 (en) * | 2005-07-04 | 2009-06-09 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Photodiode |
| JP2009182052A (ja) * | 2008-01-29 | 2009-08-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体レーザ素子 |
| JP4917031B2 (ja) * | 2005-06-16 | 2012-04-18 | シャープ株式会社 | 窒化物半導体レーザ装置およびその製造方法 |
| CN114400502A (zh) * | 2022-01-04 | 2022-04-26 | 福建慧芯激光科技有限公司 | 一种圆形光斑单模半导体激光器 |
-
2002
- 2002-05-10 JP JP2002134941A patent/JP2003332674A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4917031B2 (ja) * | 2005-06-16 | 2012-04-18 | シャープ株式会社 | 窒化物半導体レーザ装置およびその製造方法 |
| JP2006351966A (ja) * | 2005-06-17 | 2006-12-28 | Sony Corp | 多波長半導体レーザ素子 |
| US7544975B2 (en) * | 2005-07-04 | 2009-06-09 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Photodiode |
| JP2007165711A (ja) * | 2005-12-15 | 2007-06-28 | Sharp Corp | 窒化物半導体レーザ素子 |
| JP2009182052A (ja) * | 2008-01-29 | 2009-08-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体レーザ素子 |
| CN114400502A (zh) * | 2022-01-04 | 2022-04-26 | 福建慧芯激光科技有限公司 | 一种圆形光斑单模半导体激光器 |
| CN114400502B (zh) * | 2022-01-04 | 2024-04-09 | 福建慧芯激光科技有限公司 | 一种圆形光斑单模半导体激光器 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050802 |