JP2000049410A - Nitride semiconductor laser device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物半導体レー
ザ装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nitride semiconductor laser device.
【0002】[0002]
【従来の技術】GaN、InN、AlN等の窒化物半導
体を用いた半導体レーザ装置は、緑色から青色までの光
の発振が可能であり、高密度光ディスク装置の光源とし
て期待されている。ここでは青色の窒化物半導体レーザ
装置を例にあげて従来技術について述べる。2. Description of the Related Art A semiconductor laser device using a nitride semiconductor such as GaN, InN, or AlN can emit light from green to blue, and is expected as a light source for a high-density optical disk device. Here, the prior art will be described using a blue nitride semiconductor laser device as an example.
【0003】図11に従来の窒化物半導体レーザ装置6
00を示す。窒化物半導体レーザ装置600において、
サファイア基板61の上にn型GaNからなる電極形成
層62(下部62aおよび上部62bを含む)、n型G
aAlNからなるクラッド層63、InGaN/GaN
からなる多重量子井戸活性層(以下、MQW活性層とい
う)64、p型GaAlNからなるクラッド層65、p
型GaNからなる電極形成層66が順次設けられてい
る。下部電極形成層62aの上にはTi/Alの積層体
からなるn型側の電極(以下n型電極という)67が、
電極形成層66の上にはNi/Auの積層体からなるp
型側の電極(以下p型電極という)68がそれぞれ形成
され、レーザダイオード(レーザ素子またはキャビティ
とも称される)60が得られる。レーザ光を放射または
反射するレーザダイオード60の端面(以下、レーザ端
面という)双方に、SiO2またはSiNからなる保護
層69が設けられている。この保護層69を設けること
により、両側のレーザ端面の劣化を防いでいる。ここ
で、SiO2またはSiNは正確にこの化学量論比の化
合物である必要は無く、SiO2またはSiNと実質的
に等しい比抵抗(絶縁性)と屈折率を有していればよ
い。FIG. 11 shows a conventional nitride semiconductor laser device 6.
00 is shown. In the nitride semiconductor laser device 600,
An electrode forming layer 62 (including a lower portion 62a and an upper portion 62b) made of n-type GaN on a sapphire substrate 61;
aAlN cladding layer 63, InGaN / GaN
, A multiple quantum well active layer (hereinafter, referred to as MQW active layer) 64 composed of p-type GaAlN,
An electrode forming layer 66 made of type GaN is sequentially provided. On the lower electrode forming layer 62a, an n-type electrode (hereinafter referred to as an n-type electrode) 67 made of a laminate of Ti / Al is provided.
On the electrode formation layer 66, a p / p layer made of a Ni / Au laminate is used.
A mold-side electrode (hereinafter, referred to as a p-type electrode) 68 is formed, and a laser diode (also referred to as a laser element or a cavity) 60 is obtained. A protection layer 69 made of SiO 2 or SiN is provided on both end faces (hereinafter, referred to as laser end faces) of the laser diode 60 that emits or reflects laser light. By providing this protective layer 69, deterioration of the laser end faces on both sides is prevented. Here, SiO 2 or SiN does not need to be a compound having exactly this stoichiometric ratio, and it is sufficient that SiO 2 or SiN has substantially the same specific resistance (insulating property) and refractive index as SiO 2 or SiN.
【0004】従来の窒化物半導体レーザ装置600は以
下の様な製造方法で製造される。まず、サファイア基板
61の上に電極形成層62、クラッド層63、MQW活
性層64、クラッド層65、電極形成層66を順次結晶
成長させる。その後、電極形成層66の一部より電極形
成層62の途中までエッチングして下部電極形成層62
aを露出させる。露出した電極形成層62aの上にn型
電極67を、電極形成層66の上にp型電極68をそれ
ぞれ蒸着により形成する。その後、レーザ端面双方に、
保護層69をスパッタリング法や電子ビーム(EB)蒸
着法で形成する。The conventional nitride semiconductor laser device 600 is manufactured by the following manufacturing method. First, an electrode forming layer 62, a cladding layer 63, an MQW active layer 64, a cladding layer 65, and an electrode forming layer 66 are sequentially grown on a sapphire substrate 61 by crystal growth. Then, the lower electrode forming layer 62 is etched by etching a part of the electrode forming layer 66 to the middle of the electrode forming layer 62.
Expose a. An n-type electrode 67 is formed on the exposed electrode forming layer 62a, and a p-type electrode 68 is formed on the electrode forming layer 66 by vapor deposition. Then, on both sides of the laser,
The protective layer 69 is formed by a sputtering method or an electron beam (EB) evaporation method.
【0005】他の従来の窒化物半導体レーザ装置700
を図12Aおよび図12Bに示す。半導体レーザ装置7
00は、図12Aおよび図12Bに示すように、基板と
してサファイア基板72を用い、その上にn型GaAl
Nのクラッド層73、InGaN/GaNのMQW活性
層74、p型GaAlNのクラッド層75、p型GaN
の電極形成層76が順次結晶成長されている。この表面
にNi/Au電極77が、裏面にTi/Al電極71が
それぞれ形成され、レーザダイオード70が得られる。
このレーザダイオード70の動作電流を下げるために、
レーザダイオード70の後ろ側端面(後面)には、Si
O2層91とTiO2層92とが各々λ/4n(nは各層
の屈折率)の厚さで交互に4対形成された反射層90が
設けられ、レーザダイオード70の前側端面(前面)に
はSiO2の保護層80がλ/2n(nは保護層の屈折
率)の厚さで設けられ、前面から発振光が取り出され
る。ここで、λはレーザダイオード70の発振波長であ
る。前面の保護層80および後面の反射層90は、スパ
ッタリング法や電子ビーム蒸着法で堆積されている。Another conventional nitride semiconductor laser device 700
Are shown in FIGS. 12A and 12B. Semiconductor laser device 7
00, as shown in FIGS. 12A and 12B, a sapphire substrate 72 was used as a substrate, and an n-type GaAl
N cladding layer 73, InGaN / GaN MQW active layer 74, p-type GaAlN cladding layer 75, p-type GaN
Of the electrode forming layer 76 is sequentially crystal-grown. A Ni / Au electrode 77 is formed on the front surface, and a Ti / Al electrode 71 is formed on the back surface, whereby a laser diode 70 is obtained.
To reduce the operating current of the laser diode 70,
On the rear end face (rear face) of the laser diode 70, Si
A reflection layer 90 is provided in which four pairs of O 2 layers 91 and TiO 2 layers 92 are formed alternately with a thickness of λ / 4n (n is the refractive index of each layer). Is provided with a protective layer 80 of SiO 2 with a thickness of λ / 2n (n is the refractive index of the protective layer), and oscillated light is extracted from the front surface. Here, λ is the oscillation wavelength of the laser diode 70. The front protective layer 80 and the rear reflective layer 90 are deposited by a sputtering method or an electron beam evaporation method.
【0006】後面に反射層90を設けることにより、後
面の反射率が98%程度になり、発振光は殆どが前面か
ら取り出せるので、後面に通常のλ/2nの厚さのSi
O2の保護層のみを形成した場合に比べ、約70%にま
で動作電流を削減することが出来る。By providing the reflective layer 90 on the rear surface, the reflectivity of the rear surface becomes about 98%, and most of the oscillated light can be taken out from the front surface.
The operating current can be reduced to about 70% as compared with the case where only the O 2 protective layer is formed.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の窒化物半導体レーザ装置600および700は、
寿命、特に高出力時の寿命が短いという問題があった。
本願発明者は、上述の窒化物半導体レーザ装置の寿命が
短い原因が下記の点にあることを見い出した。However, the conventional nitride semiconductor laser devices 600 and 700 described above
There is a problem that the service life, especially at high output, is short.
The inventor of the present application has found that the cause of the short life of the nitride semiconductor laser device is as follows.
【0008】(1)レーザダイオード60および70は
複数の結晶層から構成されているのに対し、レーザダイ
オード60および70の端面に形成される保護層69、
80および反射層90はSiO2あるいはTiO2で形成
されているので、アモルファス層であり、且つアモルフ
ァス層を構成する材料の結合手(例えばSi−O)の長
さがレーザダイオードを構成している結晶層と格子定数
と異なるので、これらの界面において格子不整合が起こ
り、結晶層中(特にMQW活性層中)に格子欠陥が生じ
る。また、レーザ端面に保護層69、80および反射層
90をスパッタリング法や電子ビーム蒸着法で形成する
と、ターゲットから飛散した材料粒子が比較的高エネル
ギーでレーザ端面に衝突するので、この粒子の衝突エネ
ルギーによってレーザ端面が損傷を受け、その結果、レ
ーザダイオード60および70を構成する結晶層に格子
欠陥が生じるという現象も起こっていると考えられる。(1) While the laser diodes 60 and 70 are composed of a plurality of crystal layers, the protective layers 69 formed on the end faces of the laser diodes 60 and 70
Since the reflection layer 80 and the reflection layer 90 are formed of SiO 2 or TiO 2 , the laser diode is an amorphous layer, and the length of a bond (for example, Si—O) of a material constituting the amorphous layer is included in the laser diode. Since the crystal layer and the lattice constant are different, lattice mismatch occurs at these interfaces, and lattice defects occur in the crystal layer (especially in the MQW active layer). If the protective layers 69 and 80 and the reflective layer 90 are formed on the laser end face by sputtering or electron beam evaporation, material particles scattered from the target collide with the laser end face with relatively high energy. It is considered that the laser end face is damaged by this, and as a result, a phenomenon that lattice defects occur in the crystal layers constituting the laser diodes 60 and 70 is occurring.
【0009】(2)レーザダイオード60および70を
構成する複数の結晶層の熱膨張係数、保護層69、80
および反射層90の熱膨張係数が異なるために、保護層
69、80および反射層90を形成後室温まで冷却する
過程や、動作中(特に高出力動作中)に、結晶層(特に
MQW活性層)に歪みが発生し、結晶欠陥が発生または
増加する。例えば、上述のMQW活性層64の熱膨張係
数(3.15×10-6K-1)と保護層69の熱膨張係数
(1.6×10-7K-1)とは大きく異なる。(2) Thermal expansion coefficients of a plurality of crystal layers constituting laser diodes 60 and 70, protective layers 69 and 80
Since the thermal expansion coefficients of the reflective layer 90 and the protective layer 69 and 80 and the reflective layer 90 are different, the crystal layer (particularly the MQW active layer) ), And crystal defects occur or increase. For example, the coefficient of thermal expansion (3.15 × 10 −6 K −1 ) of the MQW active layer 64 and the coefficient of thermal expansion (1.6 × 10 −7 K −1 ) of the protective layer 69 are significantly different.
【0010】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、従来のよりも寿命が長い高信頼性を有する窒化
物半導体レーザ装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a highly reliable nitride semiconductor laser device having a longer life than conventional ones.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明の窒化物半導体レ
ーザ装置は、窒化物半導体レーザダイオードと、前記窒
化物半導体レーザダイオードのレーザ端面に設けられた
保護層とを有し、前記保護層は、前記窒化物レーザダイ
オードが発振する光に対して透明であるAl1- x-y-zG
axInyBzN(0≦x、y、z≦1、且つ、0≦x+
y+z≦1)からなり、そのことによって上記目的が達
成される。The nitride semiconductor laser of the present invention is provided.
The laser device includes a nitride semiconductor laser diode and the nitride semiconductor laser diode.
Provided on the laser end face of the nitride semiconductor laser diode
A protective layer, wherein the protective layer is formed of the nitride laser die.
Al that is transparent to the light that oscillates1- xyzG
axInyBzN (0 ≦ x, y, z ≦ 1, and 0 ≦ x +
y + z ≦ 1), which achieves the above purpose.
Is done.
【0012】前記保護層の屈折率をn、前記窒化物レー
ザダイオードが発振する光の波長をλとするとき、前記
保護層の厚さが、λ/2nの整数倍であってもよい。When the refractive index of the protective layer is n and the wavelength of light emitted by the nitride laser diode is λ, the thickness of the protective layer may be an integral multiple of λ / 2n.
【0013】前記窒化物半導体レーザダイオードは、I
nuGa1-uN/InvGa1-vN(0≦u、v≦1)から
なる多重量子井戸活性層を有する構成とすることが好ま
しい。[0013] The nitride semiconductor laser diode may have an I
It is preferable to have a configuration having a multiple quantum well active layer composed of n u Ga 1-u N / In v Ga 1-v N (0 ≦ u, v ≦ 1).
【0014】前記保護層はMO−CVD法あるいはMB
E法で形成されていることが好ましい。The protective layer is formed by MO-CVD or MB.
It is preferably formed by the E method.
【0015】前記保護層に接して、前記窒化物レーザダ
イオードが発振する光を反射する反射層を更に有する構
成としてもよい。[0015] The semiconductor device may further include a reflective layer in contact with the protective layer, the reflective layer reflecting light emitted by the nitride laser diode.
【0016】前記反射層は、屈折率が互いに異なる第1
および第2層が交互に積層された積層構造を有してもよ
い。The reflection layer has a first refractive index different from each other.
And a second layer may be alternately stacked.
【0017】前記第1層の屈折率をn1、前記第2層の
屈折率をn2、前記窒化物レーザダイオードが発振する
光の波長をλとすると、前記第1層および第2層の厚さ
は、それぞれλ/4n1およびλ/4n2の関係を満足す
る構成としてもよい。Assuming that the refractive index of the first layer is n 1 , the refractive index of the second layer is n 2 , and the wavelength of light oscillated by the nitride laser diode is λ, the first layer and the second layer The thickness may satisfy the relationship of λ / 4n 1 and λ / 4n 2 , respectively.
【0018】前記保護層の厚さは、前記保護層の屈折率
をn、前記窒化物レーザダイオードが発振する光の波長
をλとしたとき、λ/2nの整数倍の厚さであってもよ
い。The thickness of the protective layer may be an integral multiple of λ / 2n, where n is the refractive index of the protective layer and λ is the wavelength of light emitted by the nitride laser diode. Good.
【0019】前記保護層の厚さが、前記保護層の屈折率
をn、前記窒化物レーザダイオードが発振する光の波長
をλとしたとき、λ/4nの厚さであってもよい。The thickness of the protective layer may be λ / 4n, where n is the refractive index of the protective layer and λ is the wavelength of light oscillated by the nitride laser diode.
【0020】前記保護層がGaNであり、前記第1層お
よび第2層は、それぞれ、SiO2およびTiO2、また
は前記窒化物レーザダイオードが発振する光に対して透
明であり、且つ屈折率が互いに異なる2種類のAl
1-a-b-cGaaInbBcN(0≦a、b、c≦1、且つ、
0≦a+b+c≦1)からなってもよい。The protective layer is made of GaN, and the first and second layers are transparent to light emitted from SiO 2 and TiO 2 or the nitride laser diode, respectively, and have a refractive index. Two different types of Al
1-abc Ga a In b B c N (0 ≦ a, b, c ≦ 1, and,
0 ≦ a + b + c ≦ 1).
【0021】前記第1層と第2層との間に第3層をさら
に有し、前記第1層、第2層および第3層は結晶層であ
って、前記第1層と前記第3層との格子定数の差は、前
記第1層と前記第2層との格子定数の差よりも小さい構
成とすることが好ましい。A third layer is further provided between the first and second layers, wherein the first, second and third layers are crystal layers, and the first and third layers are It is preferable that a difference in lattice constant between the first layer and the second layer is smaller than a difference in lattice constant between the first layer and the second layer.
【0022】前記保護層がGaN層であり、前記第1層
/第3層/第2層からなる前記反射層がGaN/AlG
aN/AlN積層構造を有する構成としてもよい。The protective layer is a GaN layer, and the reflective layer comprising the first layer / third layer / second layer is GaN / AlG
A configuration having an aN / AlN laminated structure may be adopted.
【0023】前記保護層および前記反射層が、MO−C
VD法あるいはMBE法で形成されていることが好まし
い。The protective layer and the reflective layer are made of MO-C
It is preferably formed by the VD method or the MBE method.
【0024】本発明の窒化物半導体レーザ装置の窒化物
半導体レーザダイオードのレーザ端面に設けられた保護
層は、窒化物レーザダイオードが発振する光に対して透
明であるAl1-x-y-zGaxInyBzNからなっているの
で、窒化物半導体レーザダイオードと十分な格子整合を
とることが可能である。従って、窒化物半導体レーザダ
イオード、特に活性層内の欠陥発生を抑制することが可
能で、窒化物半導体レーザ装置の長寿命化できる。さら
に、保護層と窒化物半導体レーザダイオードとの熱膨張
係数の整合をとることができるので、熱応力による欠陥
発生を抑制することができる。さらに、MO−CVD法
やMBE法を用いて保護層を窒化物半導体レーザダイオ
ード端面に堆積すると、保護層の堆積工程においてレー
ザダイオード端面が損傷を受けることを抑制することが
できる。保護層上に反射層を設けることによって、反射
率を高めることができる。The protective layer provided on the laser end face of the nitride semiconductor laser diode of the nitride semiconductor laser device of the present invention is made of Al 1-xyz Ga x In y which is transparent to light emitted by the nitride laser diode. since consist B z N, it is possible to take a sufficient lattice matched with a nitride semiconductor laser diode. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of defects in the nitride semiconductor laser diode, particularly in the active layer, and to extend the life of the nitride semiconductor laser device. Furthermore, since the thermal expansion coefficients of the protective layer and the nitride semiconductor laser diode can be matched, the occurrence of defects due to thermal stress can be suppressed. Further, when the protective layer is deposited on the end face of the nitride semiconductor laser diode by using the MO-CVD method or the MBE method, it is possible to prevent the end face of the laser diode from being damaged in the step of depositing the protective layer. By providing a reflective layer on the protective layer, the reflectance can be increased.
【0025】[0025]
【発明の実施の形態】(実施形態1)図1は、本発明の
実施形態にかかる青色の窒化物半導体レーザ装置100
の斜視図である。(Embodiment 1) FIG. 1 shows a blue nitride semiconductor laser device 100 according to an embodiment of the present invention.
It is a perspective view of.
【0026】窒化物半導体レーザ装置100は、窒化物
半導体レーザダイオード10と、両側のレーザ端面に形
成されたGaNからなる保護層20aおよび20bを有
している。GaNからなる保護層20aおよび20b
は、窒化物半導体レーザダイオード10の発振する光に
対して透明である。すなわち、保護層20aおよび20
bを形成するGaNは、窒化物半導体レーザダイオード
10が発振する光の光エネルギーよりも大きなバンドギ
ャップを有している。保護層20aおよび20bを形成
する半導体材料は、GaNに限られず、窒化物半導体レ
ーザダイオード10の発振する光に対して透明であれば
よい。The nitride semiconductor laser device 100 has a nitride semiconductor laser diode 10 and protective layers 20a and 20b made of GaN formed on both end faces of the laser. GaN protective layers 20a and 20b
Is transparent to the light oscillated by the nitride semiconductor laser diode 10. That is, the protective layers 20a and 20a
GaN forming b has a band gap larger than the light energy of light oscillated by the nitride semiconductor laser diode 10. The semiconductor material forming the protective layers 20a and 20b is not limited to GaN, and may be any material as long as it is transparent to the light oscillated by the nitride semiconductor laser diode 10.
【0027】窒化物半導体レーザダイオード10は以下
の構造を有している。n型GaNからなる基板12の下
には、Ti/Al積層体からなるn型電極11が設けら
れている。基板12の上には、Siドープのn型Ga
0.9Al0.1Nからなるクラッド層13、アンドープのI
n0.02Ga0.98N/In0.15Ga0.85Nの積層体からな
るMQW活性層14、Mgドープのp型Ga0.9Al0.1
Nからなるクラッド層15、Mgドープのp型GaNか
らなる電極形成層16およびNi/Au積層体からなる
p型電極17が順次設けられている。さらに、窒化物半
導体レーザダイオード10の両側の端面にはGaNから
なる保護層20aおよび20bが設けられている。The nitride semiconductor laser diode 10 has the following structure. An n-type electrode 11 made of a Ti / Al laminate is provided under a substrate 12 made of n-type GaN. On the substrate 12, Si-doped n-type Ga
Cladding layer 13 made of 0.9 Al 0.1 N, undoped I
MQW active layer 14 made of a laminate of n 0.02 Ga 0.98 N / In 0.15 Ga 0.85 N, Mg-doped p-type Ga 0.9 Al 0.1
A cladding layer 15 made of N, an electrode forming layer 16 made of Mg-doped p-type GaN, and a p-type electrode 17 made of a Ni / Au laminate are sequentially provided. Further, protective layers 20a and 20b made of GaN are provided on both end faces of the nitride semiconductor laser diode 10.
【0028】次に、この青色の窒化物半導体レーザ装置
の製造方法を図2A、2B、2Cおよび2Dを参照しな
がら説明する。Next, a method of manufacturing the blue nitride semiconductor laser device will be described with reference to FIGS. 2A, 2B, 2C and 2D.
【0029】図2Aに示すように、n型GaNからなる
基板12の上に、有機金属化学気相成長法(以下、MO
−CVD法という)によって、各半導体層を結晶成長さ
せる。As shown in FIG. 2A, a metal organic chemical vapor deposition (hereinafter referred to as MO) is formed on a substrate 12 made of n-type GaN.
Each semiconductor layer is crystal-grown by -CVD method).
【0030】まず、成長温度約1050℃にてSiドー
プのn型Ga0.9Al0.1Nからなるクラッド層13を約
0.5μm堆積する。次に、成長温度を約800℃に下
げて、アンドープのIn0.02Ga0.98N/In0.15Ga
0.85Nの積層体からなるMQW活性層14を約0.1μ
m(各層の厚さは約5nmとする)堆積する。再び成長
温度を約1050℃にして、Mgドープのp型Ga0.9
Al0.1Nからなるクラッド層15を約0.5μm堆積
した後、約1050℃の成長温度のままで、Mgドープ
のp型GaNからなる電極形成層16を約1μm堆積す
る。First, at a growth temperature of about 1050 ° C., a cladding layer 13 made of Si-doped n-type Ga 0.9 Al 0.1 N is deposited to a thickness of about 0.5 μm. Next, the growth temperature is lowered to about 800 ° C., and undoped In 0.02 Ga 0.98 N / In 0.15 Ga
The MQW active layer 14 composed of a 0.85 N stacked body is
m (the thickness of each layer is about 5 nm). The growth temperature is again increased to about 1050 ° C., and Mg-doped p-type Ga 0.9
After depositing the cladding layer 15 of Al 0.1 N to a thickness of about 0.5 μm, an electrode forming layer 16 of Mg-doped p-type GaN is deposited to a thickness of about 1 μm at a growth temperature of about 1050 ° C.
【0031】次に図2Bに示すように、基板12から電
極形成層16までの全体の厚さが約150μmとなるよ
うに、基板12を研磨する。その後、電極形成層16上
にNi/Auの積層体よりなるp型電極17を、基板1
2の下にTi/Alの積層体よりなるn型電極11を蒸
着法によってそれぞれ形成する。得られた積層体を劈開
またはドライエッチングすることによって、約500μ
mの幅の直方体とした窒化物半導体レーザダイオード1
0’が得られる。Next, as shown in FIG. 2B, the substrate 12 is polished so that the entire thickness from the substrate 12 to the electrode forming layer 16 becomes about 150 μm. Thereafter, a p-type electrode 17 made of a Ni / Au laminate is placed on the electrode forming layer 16 by the substrate 1.
An n-type electrode 11 made of a laminate of Ti / Al is formed underneath 2 by an evaporation method. By cleaving or dry-etching the obtained laminate, about 500 μm
nitride semiconductor laser diode 1 having a width of m
0 'is obtained.
【0032】次に、図2Cに示すように、窒化物半導体
レーザダイオード10’の両側のレーザ端面に、GaN
よりなる保護層20aおよび20bを厚さが約0.16
μmとなるように形成する。保護層20aおよび20b
の形成はMO−CVD法を用い、約1000℃の温度で
行う。保護層20aおよび20bは、MO−CVD法で
形成されているため、高い運動エネルギーを有する材料
粒子がレーザ端面に衝突することが無いので、レーザ端
面が損傷を受けることがない。従って、保護層20aお
よび20bを堆積する工程において、基板12の上に成
長させた結晶に格子欠陥が生じることがない。保護層2
0aおよび20bをMO−CVD法のかわりに、分子線
エピタキシャル成長法(以下、MBE法という)を用い
た場合でも同様の効果を得ることができる。Next, as shown in FIG. 2C, GaN is provided on the laser end faces on both sides of the nitride semiconductor laser diode 10 '.
Protective layers 20a and 20b having a thickness of about 0.16
It is formed to have a thickness of μm. Protective layers 20a and 20b
Is formed at a temperature of about 1000 ° C. using the MO-CVD method. Since the protective layers 20a and 20b are formed by the MO-CVD method, the material particles having high kinetic energy do not collide with the laser end face, so that the laser end face is not damaged. Therefore, in the step of depositing the protective layers 20a and 20b, no lattice defect occurs in the crystal grown on the substrate 12. Protective layer 2
The same effect can be obtained when molecular beam epitaxial growth (hereinafter referred to as MBE) is used for 0a and 20b instead of MO-CVD.
【0033】また、保護層20aおよび20bを形成す
るGaNの熱膨張係数は3.17×10-6K-1であり、
MQW活性層14の熱膨張係数(3.15×10
-6K-1)と非常に近いので、室温に冷却したときや動作
中にMQW活性層14と保護層20aおよび20bとの
間には熱応力による歪みがほとんど生じない。The coefficient of thermal expansion of GaN forming the protective layers 20a and 20b is 3.17 × 10 −6 K −1 ,
The thermal expansion coefficient of the MQW active layer 14 (3.15 × 10
-6 K -1 ), so that distortion due to thermal stress hardly occurs between the MQW active layer 14 and the protective layers 20 a and 20 b when cooled to room temperature or during operation.
【0034】なお、保護層20aおよび20bの厚さ
は、GaNの屈折率n=2.6、レーザ発振波長λ=4
20nmとしてλ/2n=0.08μmの2倍、すなわ
ち0.16μmに設定しているが、λ/2nの整数倍に
設定しておけばよい。保護層20aおよび20bの厚さ
をλ/2nの整数倍に設定することにより、保護層20
aおよび20bを形成していない場合と同じようにレー
ザの発振特性が変わらないようにすることができる。生
産性の観点から、保護層20aおよび20bの厚さはλ
/2nまたはλ/nであることが好ましい。The thicknesses of the protective layers 20a and 20b are such that the refractive index n of GaN is 2.6 and the laser oscillation wavelength λ is 4
Although 20 nm is set to twice λ / 2n = 0.08 μm, that is, 0.16 μm, it may be set to an integral multiple of λ / 2n. By setting the thickness of the protective layers 20a and 20b to an integral multiple of λ / 2n,
As in the case where a and 20b are not formed, the laser oscillation characteristics can be kept unchanged. From the viewpoint of productivity, the thickness of the protective layers 20a and 20b is λ
/ 2n or λ / n.
【0035】最後に、図2Dに示すように、所定のピッ
チ(例えば約400μm)で切断することにより所定の
窒化物半導体レーザダイオード10の大きさにして窒化
物半導体レーザ装置100は完成する。Finally, as shown in FIG. 2D, the nitride semiconductor laser device 100 is completed by cutting at a predetermined pitch (for example, about 400 μm) to obtain a predetermined size of the nitride semiconductor laser diode 10.
【0036】上記実施形態においては、レーザ端面に設
けたGaNよりなる保護層20aおよび20bの禁制帯
幅は3.45eVであり、MQW活性層14から放射さ
れるレーザ光(発振波長420nm)のエネルギー
(2.95eV)に比べて大きいため、レーザ光は保護
層20aおよび20bで吸収されることはなくすべて透
過される。また、アンドープで成長させているので保護
層20aおよび20bの比抵抗は109Ω・cm以上と
なり、保護層20aおよび20bを介してリーク電流が
流れることはほとんどない。In the above embodiment, the forbidden band width of the protective layers 20a and 20b made of GaN provided on the laser end face is 3.45 eV, and the energy of the laser light (oscillation wavelength 420 nm) emitted from the MQW active layer 14 (2.95 eV), so that the laser light is not absorbed by the protective layers 20a and 20b but is entirely transmitted. In addition, since the protective layers 20a and 20b are grown undoped, the specific resistance of the protective layers 20a and 20b is 10 9 Ω · cm or more, and almost no leak current flows through the protective layers 20a and 20b.
【0037】図3は、本実施形態による青色の窒化物半
導体レーザ装置100と図11に示した従来のSiO2
よりなる保護層を用いた窒化物半導体レーザ装置600
の寿命試験の結果であり、動作電流の変化率(△IOP)
の経時変化を示している。直線E1は本実施形態1によ
る窒化物半導体レーザ装置100の結果であり、曲線C
1は従来の窒化物半導体レーザ装置600の結果であ
る。寿命試験は、周囲温度を50℃、発振波長420n
mとし、レーザ出力が50mWで一定となるように動作
電流を制御しながら行った。FIG. 3 shows a blue nitride semiconductor laser device 100 according to the present embodiment and the conventional SiO 2 semiconductor device shown in FIG.
Semiconductor laser device 600 using protective layer made of
Is the result of a life test, and the rate of change of operating current (△ IOP)
Shows the change with time. The straight line E1 is the result of the nitride semiconductor laser device 100 according to the first embodiment, and the curve C
1 shows the result of the conventional nitride semiconductor laser device 600. In the life test, the ambient temperature was 50 ° C and the oscillation wavelength was 420 n
m and the operating current was controlled so that the laser output was constant at 50 mW.
【0038】図3より、本実施形態1の窒化物半導体レ
ーザ装置100は、10,000時間でも動作電流の変
化率が変化しておらず、劣化していないことがわかる。
一方、従来の窒化物半導体レーザ装置600は、動作時
間が500時間を超えると急激に動作電流の変化率が大
きくなり劣化している。本実施形態1の窒化物半導体レ
ーザ装置100の寿命は、従来の窒化物半導体レーザ装
置600の寿命に比べて約20倍以上となっていること
がわかる。この結果から、GaNよりなる保護層20a
および20bによりレーザ端面の劣化が抑えられている
とともに、保護層20aおよび20bを堆積するとき
に、MQW活性層14中に格子欠陥が生じることがほと
んどないために長寿命が得られたと考えられる。FIG. 3 shows that the change rate of the operating current of the nitride semiconductor laser device 100 according to the first embodiment does not change even after 10,000 hours, and it is not deteriorated.
On the other hand, in the conventional nitride semiconductor laser device 600, when the operation time exceeds 500 hours, the rate of change of the operation current sharply increases and deteriorates. It can be seen that the life of the nitride semiconductor laser device 100 of the first embodiment is about 20 times or more as long as the life of the conventional nitride semiconductor laser device 600. From this result, it can be seen that the protective layer 20a made of GaN was used.
It is considered that the deterioration of the laser end surface is suppressed by the laser beams 20b and 20b, and a long lifetime is obtained because the lattice defects are hardly generated in the MQW active layer 14 when the protective layers 20a and 20b are deposited.
【0039】なお、上記実施形態1では保護層20aお
よび20bの材料としてGaNを用いたが、この保護層
20aおよび20bの材料としては、Al1-x-y-zGax
In yBzN(0≦x、y、z≦1、且つ、0≦x+y+
z≦1)を好適に使用することができ、これらの層がレ
ーザの発振光に対して透明になるようにx、yおよびz
を選べばよい。保護層20aおよび20bの材料とし
て、Al、In、Bを含有した窒化物半導体材料を用い
ることによって、良好な格子整合が得られる材料の組み
合わせが広がる。In the first embodiment, the protective layer 20a and the protective layer 20a
GaN was used as the material for
The material of 20a and 20b is Al1-xyzGax
In yBzN (0 ≦ x, y, z ≦ 1, and 0 ≦ x + y +
z ≦ 1) can be suitably used, and these layers are
X, y, and z so that they are transparent to laser oscillation light
You can choose The material of the protective layers 20a and 20b
Using a nitride semiconductor material containing Al, In, and B
Of materials that provide good lattice matching
Matching spreads.
【0040】上述したように、保護層20aおよび20
bの材料としては、半導体レーザダイオードを構成する
窒化物半導体の結晶層との格子整合をとるために、窒化
物半導体材料を用いることが好ましい。しかしながら、
半導体レーザダイオードを構成する窒化物半導体の結晶
層との格子整合がとれ、且つレーザが発振する光に対す
る透明性を有していれば、他の材料を用いても良い。も
ちろん、上述したように、熱膨張係数の整合および高い
電気抵抗を有している材料を用いることが好ましい。さ
らに、保護層20aおよび20bは、MO−CVD法や
MBE法で形成されることが好ましい。As described above, the protective layers 20a and 20a
As the material of b, it is preferable to use a nitride semiconductor material in order to achieve lattice matching with the crystal layer of the nitride semiconductor constituting the semiconductor laser diode. However,
Other materials may be used as long as they can be lattice-matched with the crystal layer of the nitride semiconductor constituting the semiconductor laser diode and have transparency to light emitted by the laser. Of course, as described above, it is preferable to use a material having matching thermal expansion coefficient and high electric resistance. Further, the protective layers 20a and 20b are preferably formed by MO-CVD or MBE.
【0041】また、MQW活性層14としては、例え
ば、InuGa1-uN/InvGa1-vN(0≦u≦1,0
≦v≦1)の積層構造を好適に使用することができる。
窒化物半導体レーザダイオード10の構成および作製方
法は公知のものを広く採用することができる。参考のた
めに特開平9−219556号公報を本願明細書に援用
する。As the MQW active layer 14, for example, In u Ga 1-u N / In v Ga 1-v N (0 ≦ u ≦ 1,0
≦ v ≦ 1) can be suitably used.
Known structures and manufacturing methods of the nitride semiconductor laser diode 10 can be widely used. Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-219556 is incorporated herein by reference for reference.
【0042】保護層20aおよび20bの組成およびM
QW活性層14の組成は、上述したように、レーザの発
振光に対して透明であるように選択するとともに、保護
層20aおよび20bの格子定数とMQW活性層14の
格子定数との差が、MQW活性層14の格子定数の約3
%以下となるように、選択することが好ましい。上記格
子定数の差が約3%を超えると、保護層20aおよび2
0bとMQW活性層14との界面に格子不整合が生じ、
MQW活性層14中に格子欠陥が生じ、窒化物半導体レ
ーザ装置の寿命が低下することがある。なお、保護層2
0aおよび20bの厚さが十分に厚い場合には、保護層
20aおよび20bが応力を吸収できるので、約3%を
超える格子不整合があっても、寿命が低下しない場合が
ある。The composition of protective layers 20a and 20b and M
As described above, the composition of the QW active layer 14 is selected so as to be transparent to the laser oscillation light, and the difference between the lattice constants of the protective layers 20a and 20b and the MQW active layer 14 is as follows. The lattice constant of the MQW active layer 14 is about 3
% Is preferably selected. When the difference between the lattice constants exceeds about 3%, the protective layers 20a and 20a
Lattice mismatch occurs at the interface between Ob and the MQW active layer 14,
Lattice defects may occur in the MQW active layer 14, and the life of the nitride semiconductor laser device may be shortened. In addition, the protective layer 2
If the thicknesses of Oa and 20b are sufficiently large, the protective layers 20a and 20b can absorb the stress, so that even if there is a lattice mismatch exceeding about 3%, the life may not be shortened.
【0043】また、保護層20aおよび20bの熱膨張
係数とMQW活性層14の熱膨張係数との差がMQW活
性層14の熱膨張係数の約20%以下となるように、選
択することが好ましい。It is preferable that the difference between the coefficient of thermal expansion of the protective layers 20a and 20b and the coefficient of thermal expansion of the MQW active layer 14 is selected to be about 20% or less of the coefficient of thermal expansion of the MQW active layer 14. .
【0044】また、上述の例では、保護層20aおよび
20bを高抵抗にするために、MO−CVD法またはM
BE法でアンドープの半導体層を成長させているが、さ
らに抵抗を上げるには、半導体層中に存在する窒素の空
孔を補償するだけのV族原子(例えば、約1015cm-3
程度の砒素原子やリン原子)を注入しても良い。保護層
20aおよび20bを高抵抗化することによって、保護
層20aおよび20bを介して電流がリークするのを防
止することができる。保護層20aおよび20bの比抵
抗は105Ω・cm以上が好ましく、109Ω・cm以上
が更に好ましい。 上記実施形態1ではn型GaNから
なる基板上にクラッド層や活性層を設けた例を示した
が、逆導電型のp型GaNからなる基板を用いて、この
上にp型GaAlNからなるクラッド層、アンドープの
InGaN/InGaNの積層体からなるMQW活性
層、n型GaAlNからなるクラッド層、n型GaNか
らなる電極形成層およびTi/Alの積層体からなるn
型電極が順次設けられ、p型GaNからなる基板の下に
Ni/Auの積層体からなるp型電極が設けられた窒化
物半導体レーザダイオードに、Al1-x-y-zGaxIny
BzN(0≦x、y、z≦1、且つ、0≦x+y+z≦
1)の薄層を設けた場合でも、上記実施形態1と同様の
効果を得ることができる。In the above-described example, in order to increase the resistance of the protective layers 20a and 20b, MO-CVD or M
Although an undoped semiconductor layer is grown by the BE method, in order to further increase the resistance, a group V atom (for example, about 10 15 cm −3) that only compensates for the vacancies of nitrogen existing in the semiconductor layer.
Arsenic or phosphorus atoms). By increasing the resistance of the protective layers 20a and 20b, it is possible to prevent a current from leaking through the protective layers 20a and 20b. The specific resistance of the protective layers 20a and 20b is preferably 10 5 Ω · cm or more, and more preferably 10 9 Ω · cm or more. In the first embodiment, the example in which the cladding layer and the active layer are provided on the substrate made of n-type GaN has been described. However, a substrate made of p-type GaN of opposite conductivity type is used, and the cladding made of p-type GaAlN is formed thereon. Active layer comprising an undoped InGaN / InGaN laminate, a cladding layer comprising n-type GaAlN, an electrode forming layer comprising n-type GaN, and n comprising a Ti / Al laminate
Type electrode sequentially provided, nitrides p-type electrode made of a stack of Ni / Au is provided on the lower substrate made of p-type GaN semiconductor laser diode, Al 1-xyz Ga x In y
B z N (0 ≦ x, y, z ≦ 1, and 0 ≦ x + y + z ≦
Even when the thin layer of 1) is provided, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
【0045】上記の実施形態では、レーザダイオード1
0の両側に保護層20aおよび20bを設けたが、片側
だけに設けてもよい。また、保護層20aおよび20b
の厚さは、λ/2nの整数倍に限られず、λ/4nの奇
数倍として保護層20aおよび20bで反射するように
して反射層をかねてもよい。In the above embodiment, the laser diode 1
Although the protective layers 20a and 20b are provided on both sides of 0, they may be provided on only one side. Further, the protective layers 20a and 20b
Is not limited to an integral multiple of λ / 2n, and the reflection layer may serve as an odd multiple of λ / 4n so as to reflect on the protective layers 20a and 20b.
【0046】上述した保護層の材料および半導体レーザ
ダイオード構成のバリエーションは、以下の実施形態に
ついても同様に適用できる。The above-described variations of the material of the protective layer and the configuration of the semiconductor laser diode can be similarly applied to the following embodiments.
【0047】(実施形態2)本発明による実施形態2の
窒化物半導体レーザ装置200を図4Aおよび図4Bを
参照して説明する。図4Aは実施形態2の窒化物半導体
レーザ装置200の斜視図であり、図4Bは図4Aの4
B−4B’線に沿った断面図である。Embodiment 2 A nitride semiconductor laser device 200 according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIGS. 4A and 4B. FIG. 4A is a perspective view of a nitride semiconductor laser device 200 according to the second embodiment, and FIG.
It is sectional drawing along the B-4B 'line.
【0048】実施形態2の窒化物半導体レーザ装置20
0は、実施形態1の半導体レーザダイオード10の後面
に形成された保護層20bの外側に、さらに反射層30
aを有している点、および、半導体レーザダイオード1
0の前面(出射面)側に設けた保護層20aの厚さが約
0.08μmであり、後面側に設けられた保護層20b
の厚さ約0.16μmである点において、実施形態1の
窒化物半導体レーザ100と異なる。窒化物半導体レー
ザ装置200のその他の構成は、窒化物半導体レーザ1
00の構成と実質的に同じであるので、実質的に同じ機
能を有する構成要素は同じ参照符号で示し、その詳細な
説明は省略する。Second Embodiment Nitride Semiconductor Laser Device 20
0 is outside the protective layer 20b formed on the rear surface of the semiconductor laser diode 10 of the first embodiment,
a and the semiconductor laser diode 1
0 has a thickness of about 0.08 μm provided on the front (output surface) side, and the protective layer 20b provided on the rear surface
Is different from the nitride semiconductor laser 100 of the first embodiment in that the thickness is about 0.16 μm. Other configurations of the nitride semiconductor laser device 200
Since the configuration is substantially the same as that of 00, components having substantially the same function are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
【0049】窒化物半導体レーザ装置200の反射層3
0aは、図4Bに示したように、AlN層31(厚さ:
約0.05μm)/GaN層32(厚さ:約0.04μ
m)の屈折率が互いに異なる2種類の窒化物半導体層が
交互に8対積層された構造を有している。これらの窒化
物半導体層31および32の厚さは、それぞれ、レーザ
の発振光(例えばλ=420nm)に対してλ/4n
(n:それぞれの層の屈折率)の厚さになっており、こ
れにより後面の反射率は約93%となっている。また、
これらの窒化物半導体層31および32はアンドープの
半導体層なのでその比抵抗は109Ω・cm以上あり、
これらの窒化物半導体層31および32を通してリーク
電流が流れる心配は無い。Reflective layer 3 of nitride semiconductor laser device 200
0a is the AlN layer 31 (thickness:
About 0.05 μm) / GaN layer 32 (thickness: about 0.04 μm)
m) has a structure in which eight pairs of two types of nitride semiconductor layers having different refractive indexes are alternately stacked. The thickness of each of these nitride semiconductor layers 31 and 32 is λ / 4n with respect to laser oscillation light (eg, λ = 420 nm).
(N: refractive index of each layer), whereby the reflectance of the rear surface is about 93%. Also,
Since these nitride semiconductor layers 31 and 32 are undoped semiconductor layers, their specific resistance is 10 9 Ω · cm or more,
There is no fear that a leak current flows through these nitride semiconductor layers 31 and 32.
【0050】窒化物半導体レーザ装置200は、以下の
ようにして作製される。The nitride semiconductor laser device 200 is manufactured as follows.
【0051】実施形態1と同様にして、図2Bに示すよ
うに半導体レーザダイオード10’を形成する。As in Embodiment 1, a semiconductor laser diode 10 'is formed as shown in FIG. 2B.
【0052】得られた半導体レーザダイオード10’の
後面に、実施形態1と同様にして、GaNからなる保護
層20bを約0.16μmの厚さに形成する。この保護
層20bの形成は、MO−CVD法を用いて半導体レー
ザダイオード(ダブルヘテロ構造)の成長温度より若干
低い1000℃で行う。この厚さは、GaNの屈折率n
=2.6、レーザ発振波長λ=420nmとして得られ
るλ/2n=0.08μmの2倍の厚さに設定したもの
である。保護層20bの厚さはそれほど厳密でなくても
よい。なぜなら、保護層20b上に成長させるAlN層
31と保護層20bとの界面がキャビティ面となるた
め、保護層20bの厚さ分だけキャビティ長が長くなる
に過ぎず、動作電流等のレーザ発振特性には殆ど影響を
与えないからである。On the rear surface of the obtained semiconductor laser diode 10 ′, a protective layer 20 b made of GaN is formed to a thickness of about 0.16 μm as in the first embodiment. The formation of the protective layer 20b is performed at 1000 ° C., which is slightly lower than the growth temperature of the semiconductor laser diode (double hetero structure), using the MO-CVD method. This thickness is the refractive index n of GaN.
= 2.6, and a thickness twice as large as λ / 2n = 0.08 μm obtained as a laser oscillation wavelength λ = 420 nm. The thickness of the protective layer 20b may not be so strict. This is because the interface between the AlN layer 31 grown on the protective layer 20b and the protective layer 20b is the cavity surface, so that the cavity length is only increased by the thickness of the protective layer 20b, and the laser oscillation characteristics such as operating current and the like are increased. Is hardly affected.
【0053】次に、保護層20b上にAlN層31(厚
さ:約0.05μm)/GaN層32(厚さ:約0.0
4μm)の2種類の窒化物半導体層を交互に8対堆積
し、反射層30aを形成する。AlN層31およびGa
N層32の厚さは、それぞれの屈折率をn(AlNの屈
折率2.0、GaNの屈折率2.6)として、それぞれ
発振波長λ=420nmに対してλ/4nの厚さになっ
ている。この反射層30aを設けることにより、半導体
レーザダイオード10’の後面での反射率は約93%に
なる。また、AlN層31およびGaN層32はアンド
ープ状態で成長しているので、それぞれの比抵抗は10
9Ω・cm以上あり、AlN層31およびGaN層32
層を通してリーク電流が流れる心配は無い。Next, an AlN layer 31 (thickness: about 0.05 μm) / GaN layer 32 (thickness: about 0.0 μm) is formed on the protective layer 20b.
Eight pairs of two types of nitride semiconductor layers (4 μm) are alternately deposited to form the reflective layer 30a. AlN layer 31 and Ga
The thickness of the N layer 32 is λ / 4n with respect to the oscillation wavelength λ = 420 nm, where n is the refractive index of each (AlN has a refractive index of 2.0 and GaN has a refractive index of 2.6). ing. By providing the reflective layer 30a, the reflectivity on the rear surface of the semiconductor laser diode 10 'becomes about 93%. Also, since the AlN layer 31 and the GaN layer 32 are grown in an undoped state, their specific resistances are 10
9 Ω · cm or more, AlN layer 31 and GaN layer 32
There is no worry about leakage current flowing through the layer.
【0054】続いて、半導体レーザダイオード10’の
前面に、実施形態1と同様にGaNからなる保護層20
aを形成する。但し、ここでは保護層20aの厚さをλ
/2nである0.08μmとしている。なお、半導体レ
ーザダイオード10’の後面への保護層20bおよび反
射層30aの堆積と、半導体レーザダイオード10’の
前面への保護層20aの堆積の順番は逆にしてもよい。Subsequently, on the front surface of the semiconductor laser diode 10 ′, a protective layer 20 made of GaN is formed as in the first embodiment.
a is formed. Here, the thickness of the protective layer 20a is λ
/ 2n, that is, 0.08 μm. The order of depositing the protective layer 20b and the reflective layer 30a on the rear surface of the semiconductor laser diode 10 'and the order of depositing the protective layer 20a on the front surface of the semiconductor laser diode 10' may be reversed.
【0055】得られた積層体を実施形態1と同様に、例
えば約400μmのピッチに劈開することにより、所定
の半導体レーザダイオード10の大きさにして実施形態
2の窒化物半導体レーザ装置200が完成する。The nitride semiconductor laser device 200 of the second embodiment is completed by cleaving the obtained laminated body at a pitch of, for example, about 400 μm in the same manner as in the first embodiment to obtain a predetermined size of the semiconductor laser diode 10. I do.
【0056】実施形態2では、実施形態1と同様に半導
体レーザ装置の寿命が延びる効果が得られるとともに、
さらに、高い反射率が得られる。In the second embodiment, the effect of extending the life of the semiconductor laser device can be obtained as in the first embodiment.
Further, a high reflectance is obtained.
【0057】なお、反射層30aの材料として、窒化物
半導体材料を用いる場合には、実施形態1の保護層20
aおよび20bの材料と同様に、種々の窒化物半導体材
料を用いることができる。特に、Al1-x-y-zGaxIn
yBzN(0≦x、y、z≦1、且つ、0≦x+y+z≦
1)を好適に使用することができ、この層がレーザの発
振光に対して透明になるようにx、yおよびzを選べば
よい。このことは、以下の実施形態についても同様であ
る。When a nitride semiconductor material is used as the material of the reflective layer 30a, the protective layer 20 of the first embodiment is used.
As with the materials a and 20b, various nitride semiconductor materials can be used. In particular, Al 1-xyz Ga x In
y B z N (0 ≦ x, y, z ≦ 1, and 0 ≦ x + y + z ≦
1) can be suitably used, and x, y and z may be selected so that this layer is transparent to laser oscillation light. This is the same for the following embodiments.
【0058】(実施形態3)本発明による実施形態3の
窒化物半導体レーザ装置300の断面図を図5に示す。
窒化物半導体レーザ装置300は、反射層30bの構成
が実施形態2の窒化物半導体レーザ装置200と異な
る。窒化物半導体レーザ装置300のその他の構成は、
窒化物半導体レーザ装置200と同様なので、実質的に
同じ機能を有する構成要素は同じ参照符号で示し、その
詳細な説明は省略する。(Embodiment 3) FIG. 5 is a sectional view of a nitride semiconductor laser device 300 according to Embodiment 3 of the present invention.
The configuration of the reflection layer 30b of the nitride semiconductor laser device 300 is different from that of the nitride semiconductor laser device 200 of the second embodiment. Other configurations of the nitride semiconductor laser device 300 include:
Since the nitride semiconductor laser device is the same as the nitride semiconductor laser device 200, components having substantially the same functions are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
【0059】窒化物半導体レーザ装置300は、半導体
レーザダイオード10の後面に設けられた保護層(Ga
N)20b上に、厚さがλ/4n(n:各層の屈折率、
λ:レーザ発振波長)のSiO2層33およびTiO2層
34の2種類の絶縁層が交互に5対積層されて反射層3
0bが形成されている。半導体レーザダイオード10の
前面には、厚さがλ/2nの保護層20aが形成されて
いる。The nitride semiconductor laser device 300 includes a protective layer (Ga) provided on the rear surface of the semiconductor laser diode 10.
N) On the 20b, the thickness is λ / 4n (n: refractive index of each layer,
[lambda]: laser oscillation wavelength), two types of insulating layers of SiO 2 layer 33 and TiO 2 layer 34 are alternately laminated in five pairs to form a reflective layer 3.
0b is formed. On the front surface of the semiconductor laser diode 10, a protective layer 20a having a thickness of λ / 2n is formed.
【0060】この窒化物半導体レーザ装置300の製造
方法について説明する。図2Cに示すように、半導体レ
ーザダイオード10’の後面に保護層20bを0.16
μmの厚さに形成するまでは、実施形態2と同様であ
る。A method for manufacturing the nitride semiconductor laser device 300 will be described. As shown in FIG. 2C, a protective layer 20b is provided on the rear surface of the semiconductor laser diode 10 'by 0.16.
The process is the same as that of the second embodiment up to the formation of a thickness of μm.
【0061】次に、保護層20b上にSiO2層33
(厚さ:0.07μm)/TiO2層34(厚さ:0.
04μm)の互いに屈折率が異なる2種類の絶縁層を交
互に5対形成する。これらの層厚は各々発振波長λ=4
20nmに対してλ/4nの厚さになっており、これに
より裏面の反射率は約98%になる。これらのSiO2
層33/TiO2層34は、保護層20b上に形成され
るため、堆積工程において半導体レーザダイオード1
0’の活性層14の端面に直接の影響は与えないので、
スパッター法や電子線蒸着法を用いて形成してもよい。
しかしながら、半導体レーザダイオード10’の結晶層
へのダメージを最小にするために、MBE法で成長する
方が好ましい。Next, the SiO 2 layer 33 is formed on the protective layer 20b.
(Thickness: 0.07 μm) / TiO 2 layer 34 (thickness: 0.07 μm)
Four pairs of insulating layers having different refractive indexes are formed alternately. Each of these layer thicknesses has an oscillation wavelength λ = 4
The thickness is λ / 4n with respect to 20 nm, so that the reflectance of the back surface is about 98%. These SiO 2
Since the layer 33 / TiO 2 layer 34 is formed on the protective layer 20b, the semiconductor laser diode 1
Since it does not directly affect the end face of the active layer 14 of 0 ′,
It may be formed using a sputtering method or an electron beam evaporation method.
However, in order to minimize damage to the crystal layer of the semiconductor laser diode 10 ′, it is preferable to grow by the MBE method.
【0062】その後、λ/2nの厚さの保護層(Ga
N)20a(厚さ:0.08μm)を半導体レーザダイ
オード10’の前面に形成する。以下、先の実施形態と
同様にして窒化物半導体レーザ装置300が得られる。Thereafter, a protective layer (Ga
N) 20a (thickness: 0.08 μm) is formed on the front surface of the semiconductor laser diode 10 ′. Hereinafter, a nitride semiconductor laser device 300 is obtained in the same manner as in the previous embodiment.
【0063】実施形態3では、実施形態1と同様に半導
体レーザ装置の寿命が延びる効果が得られるとともに、
さらに高い反射率が得られる。In the third embodiment, the effect of extending the life of the semiconductor laser device is obtained as in the first embodiment.
Even higher reflectivity is obtained.
【0064】(実施形態4)本発明による実施形態4の
窒化物半導体レーザ装置400の断面図を図6に示す。
窒化物半導体レーザ装置400は、半導体レーザダイオ
ード10の後面に形成されている保護層20cの構成が
実施形態2の窒化物半導体レーザ装置200と異なる。
窒化物半導体レーザ装置400のその他の構成は、窒化
物半導体レーザ装置200と同様なので、実質的に同じ
機能を有する構成要素は同じ参照符号で示し、その詳細
な説明は省略する。(Embodiment 4) FIG. 6 is a sectional view of a nitride semiconductor laser device 400 according to Embodiment 4 of the present invention.
The nitride semiconductor laser device 400 differs from the nitride semiconductor laser device 200 of the second embodiment in the configuration of the protective layer 20c formed on the rear surface of the semiconductor laser diode 10.
The other configuration of the nitride semiconductor laser device 400 is the same as that of the nitride semiconductor laser device 200. Therefore, components having substantially the same functions are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
【0065】半導体レーザダイオード10の後面に形成
された保護層(GaN)20cは、λ/4n(n:保護
層の屈折率、λ:レーザ発振波長)の厚さを有してい
る。保護層20c上に、厚さがλ/4nのAlN層31
とGaN層32の2種類の窒化物半導体層が交互に8対
堆積された反射層30aが形成されている。半導体レー
ザダイオード10の前面には、厚さがλ/2nの保護層
(GaN)20aが形成されている。The protective layer (GaN) 20c formed on the rear surface of the semiconductor laser diode 10 has a thickness of λ / 4n (n: refractive index of the protective layer, λ: laser oscillation wavelength). AlN layer 31 having a thickness of λ / 4n on protective layer 20c
The reflective layer 30a is formed by alternately depositing eight pairs of two types of nitride semiconductor layers, namely, a nitride semiconductor layer and a GaN layer 32. On the front surface of the semiconductor laser diode 10, a protective layer (GaN) 20a having a thickness of λ / 2n is formed.
【0066】窒化物半導体レーザ装置400の保護層2
0cは、反射層として機能するので、実施形態2の窒化
物半導体レーザ装置200よりも、後面の反射率が上が
り、約95%の反射率が得られる。保護層20cの厚さ
は、λ/4nに限られず、λ/4nの奇数倍であればよ
い。生産性の観点から、保護層20cの厚さはλ/4n
であることが好ましい。Protective layer 2 of nitride semiconductor laser device 400
Since 0c functions as a reflective layer, the reflectance of the rear surface is higher than that of the nitride semiconductor laser device 200 of the second embodiment, and a reflectance of about 95% can be obtained. The thickness of the protective layer 20c is not limited to λ / 4n, and may be an odd multiple of λ / 4n. From the viewpoint of productivity, the thickness of the protective layer 20c is λ / 4n
It is preferred that
【0067】図7に、実施形態2〜4の窒化物半導体レ
ーザ装置200と400(図7中のE2)および300
(図7中のE3)と、図12Aおよび12Bに示した従
来の窒化物半導体レーザ装置700(図7中のC2)の
50℃における50mW出力での動作電流の変化率ΔI
opの時間変化(寿命試験)の結果を示す。FIG. 7 shows nitride semiconductor laser devices 200 and 400 (E2 in FIG. 7) and 300 of the second to fourth embodiments.
(E3 in FIG. 7) and the change rate ΔI of the operating current of the conventional nitride semiconductor laser device 700 (C2 in FIG. 7) shown in FIGS. 12A and 12B at 50 ° C. and 50 mW output at 50 ° C.
The result of the time change of op (life test) is shown.
【0068】図7より、本発明による窒化物半導体レー
ザ装置200と400および300は、1000時間の
高出力動作でも劣化しておらず、保護層により端面劣化
が抑えられていると同時に活性層中の欠陥導入が極めて
少ないために長寿命が得られたことがわかる。FIG. 7 shows that the nitride semiconductor laser devices 200, 400 and 300 according to the present invention are not deteriorated even after the high-power operation for 1000 hours, and the end face deterioration is suppressed by the protective layer, and at the same time, the active layer It can be seen that a long life was obtained because the introduction of defects was extremely small.
【0069】上述したように、実施形態2〜4では、実
施形態1と同様に半導体レーザ装置の寿命が延びる効果
が得られるとともに、さらに高い反射率が得られる。As described above, in the second to fourth embodiments, the effect of extending the life of the semiconductor laser device can be obtained as in the first embodiment, and a higher reflectance can be obtained.
【0070】(実施形態5)本発明による実施形態5の
窒化物半導体レーザ装置500の断面図を図8に示す。
窒化物半導体レーザ装置500は、半導体レーザダイオ
ード10の後面に形成されている反射層40の構成が実
施形態2の窒化物半導体レーザ装置200と異なる。窒
化物半導体レーザ装置500のその他の構成は、窒化物
半導体レーザ装置200と同様なので、実質的に同じ機
能を有する構成要素は同じ参照符号で示し、その詳細な
説明は省略する。(Embodiment 5) FIG. 8 is a sectional view of a nitride semiconductor laser device 500 according to Embodiment 5 of the present invention.
The nitride semiconductor laser device 500 differs from the nitride semiconductor laser device 200 of the second embodiment in the configuration of the reflection layer 40 formed on the rear surface of the semiconductor laser diode 10. The other configuration of the nitride semiconductor laser device 500 is the same as that of the nitride semiconductor laser device 200. Therefore, components having substantially the same functions are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
【0071】窒化物半導体レーザ装置500は、半導体
レーザダイオード10の後面に設けられた保護層(Ga
N)20b上に、Al0.5Ga0.5N層41(0.01μ
m)/AlN層42(0.03μm)/Al0.5Ga0.5
N層41(0.01μm)/GaN層43(0.04μ
m)の4層積層体を16対堆積されている。半導体レー
ザダイオード10の前面には、厚さがλ/2nの保護層
(GaN)20aが形成されている。The nitride semiconductor laser device 500 includes a protective layer (Ga
N) 20b on the Al 0.5 Ga 0.5 N layer 41 (0.01 μm).
m) / AlN layer 42 (0.03 μm) / Al 0.5 Ga 0.5
N layer 41 (0.01 μm) / GaN layer 43 (0.04 μm)
m) 16 pairs of the four-layer laminate are deposited. On the front surface of the semiconductor laser diode 10, a protective layer (GaN) 20a having a thickness of λ / 2n is formed.
【0072】この窒化物半導体レーザ装置500の製造
方法について説明する。図2Cに示すように半導体レー
ザダイオード10’の後面に保護層20bを0.16μ
mの厚さに形成するまでは、実施形態2と同様である。A method for manufacturing the nitride semiconductor laser device 500 will be described. As shown in FIG. 2C, a protective layer 20b is formed on the rear surface of the semiconductor laser diode 10 ′ by 0.16 μm.
The process is the same as that of the second embodiment until it is formed to have a thickness of m.
【0073】保護層20bの上に、Al0.5Ga0.5N層
41(0.01μm)/AlN層42(0.03μm)
/Al0.5Ga0.5N層41(0.01μm)/GaN層
43(0.04μm)の4層積層体をMO−CVD法ま
たはMBE法によって16対堆積する。これらの窒化物
半導体層は、Al1-x-y-zGaxInyBzN(0≦x、
y、z≦1、且つ、0≦x+y+z≦1)の内、レーザ
の発振光に対して透明となるよう、x、y、zが選択さ
れたものが用いられる。また、格子定数や熱膨張係数の
整合性と高電気抵抗を有することが好ましい。On the protective layer 20b, an Al 0.5 Ga 0.5 N layer 41 (0.01 μm) / AlN layer 42 (0.03 μm)
A 16 layer stack of / Al 0.5 Ga 0.5 N layer 41 (0.01 μm) / GaN layer 43 (0.04 μm) is deposited by MO-CVD or MBE. These nitride semiconductor layers, Al 1-xyz GaxIn y B z N (0 ≦ x,
Among y, z ≦ 1, and 0 ≦ x + y + z ≦ 1), those in which x, y, and z are selected so as to be transparent to laser oscillation light are used. In addition, it is preferable to have matching of lattice constant and thermal expansion coefficient and high electric resistance.
【0074】Al0.5Ga0.5N層41/AlN層42/
Al0.5Ga0.5N層41/GaN層43の各層の厚さ
は、各層の屈折率n、発振波長(λ=420nm)に対
して、各々λ/20n、3λ/20n、λ/20n、お
よびλ/4nになっている。Al0.5Ga0.5N層41/
AlN層42/Al0.5Ga0.5N層41の合計の厚さが
λ/4nとなるように設定すればよく、Al0.5Ga0.5
N層41の厚さはλ/20nに限られない。この構成に
よってレーザキャビティ後面の反射率を99%にするこ
とができる。また、反射層40を構成する各窒化物半導
体層は、アンドープ状態で成長しているので、それぞれ
の比抵抗は109Ω・cm以上であり、この反射層40
を通してリーク電流が流れる心配はない。Al 0.5 Ga 0.5 N layer 41 / AlN layer 42 /
The thickness of each layer of the Al 0.5 Ga 0.5 N layer 41 / GaN layer 43 is λ / 20n, 3λ / 20n, λ / 20n, and λ with respect to the refractive index n of each layer and the oscillation wavelength (λ = 420 nm). / 4n. Al 0.5 Ga 0.5 N layer 41 /
May be set so that the total thickness of the AlN layer 42 / Al 0.5 Ga 0.5 N layer 41 is λ / 4n, Al 0.5 Ga 0.5
The thickness of the N layer 41 is not limited to λ / 20n. With this configuration, the reflectance on the rear surface of the laser cavity can be made 99%. In addition, since each nitride semiconductor layer constituting the reflection layer 40 is grown in an undoped state, the specific resistance of each nitride semiconductor layer is 10 9 Ω · cm or more.
There is no need to worry about leakage current flowing through.
【0075】その後、λ/2nの厚さの保護層(Ga
N)20a(厚さ:0.08μm)を半導体レーザダイ
オード10’の前面に形成する。以下、先の実施形態と
同様にして窒化物半導体レーザ装置500が得られる。Thereafter, a protective layer (Ga
N) 20a (thickness: 0.08 μm) is formed on the front surface of the semiconductor laser diode 10 ′. Hereinafter, a nitride semiconductor laser device 500 is obtained in the same manner as in the previous embodiment.
【0076】図9に、反射層40の各波長に対する端面
反射率の計算値を示す。図9から分かるように、420
nmの波長のところで反射率は約99%になるのがわか
る。反射層40を構成する積層体の構成(層数)は、必
要な反射率が得られるように適宜設定すればよい。FIG. 9 shows the calculated values of the end face reflectivity for each wavelength of the reflective layer 40. As can be seen from FIG.
It can be seen that the reflectance at the wavelength of nm is about 99%. The configuration (the number of layers) of the laminate constituting the reflective layer 40 may be appropriately set so that a necessary reflectance is obtained.
【0077】なお、上述した反射層40の代わりに、そ
れぞれλ/4nの層厚のAlN層42とGaN層43と
の積層体であるAlN層42(0.05μm)/GaN
層43(0.04μm)の2層積層体を周期的に一対以上
形成してもほぼ同程度の反射率が得られる。しかし、こ
の2層層の場合、室温ではその格子定数の差が2%弱あ
り、その影響を受けて特にAlN層42に引張り応力が
かかり歪みが生じる。AlN層42とGaN層43との
中間の格子定数を有するAl0.5Ga0.5N層41をAl
N層42とGaN層43との間に入れることによって、
格子不整合に起因する歪みを緩和することができるの
で、半導体レーザ装置の寿命を更にのばすことがきる。Instead of the above-described reflection layer 40, an AlN layer 42 (0.05 μm) / GaN, which is a laminate of an AlN layer 42 and a GaN layer 43 each having a thickness of λ / 4n, is used.
Even if two or more layers of the layer 43 (0.04 μm) are periodically formed, substantially the same reflectance can be obtained. However, in the case of this two-layered layer, the difference in lattice constant is slightly less than 2% at room temperature, and under the influence, a tensile stress is particularly applied to the AlN layer 42 to cause distortion. The Al 0.5 Ga 0.5 N layer 41 having an intermediate lattice constant between the AlN layer 42 and the GaN layer 43
By inserting between the N layer 42 and the GaN layer 43,
Since the distortion caused by the lattice mismatch can be reduced, the life of the semiconductor laser device can be further extended.
【0078】また、格子不整合による歪みをさらに緩和
するために、AlN層42とGaN層43との間に、A
l0.5Ga0.5N層41に代えて、AlqGa1-qAs層
(0≦q≦1)を多層として挿入しても良いし、qの値
が1から0まで連続的に変化する層を用いても良い。In order to further reduce the distortion due to the lattice mismatch, the AN layer 42 and the GaN layer 43
Instead of the l 0.5 Ga 0.5 N layer 41, an Al q Ga 1-q As layer (0 ≦ q ≦ 1) may be inserted as a multilayer, or a layer in which the value of q continuously changes from 1 to 0. May be used.
【0079】(実施形態6)本発明の実施形態6は、実
施形態5の窒化物半導体レーザ装置500において、半
導体レーザダイオード10の後面に設けられた保護層
(GaN)20bを省略し、半導体レーザダイオード1
0の後面にAl0.5Ga0.5N層41(0.01μm)/
AlN層42(0.03μm)/Al0.5Ga0.5N層4
1(0.01μm)/GaN層43(0.04μm)の
4層積層体を16対堆積する。この構成によっても、高
い反射率を有する反射層を得ることができる。(Embodiment 6) In Embodiment 6 of the present invention, in the nitride semiconductor laser device 500 of Embodiment 5, the protective layer (GaN) 20b provided on the rear surface of the semiconductor laser diode 10 is omitted, and Diode 1
0 on the rear surface of Al 0.5 Ga 0.5 N layer 41 (0.01 μm) /
AlN layer 42 (0.03 μm) / Al 0.5 Ga 0.5 N layer 4
Sixteen pairs of four-layer stacks of 1 (0.01 μm) / GaN layer 43 (0.04 μm) are deposited. With this configuration also, a reflective layer having a high reflectance can be obtained.
【0080】なお、半導体レーザダイオード10の後面
に直接形成される保護層として、In0.02Ga0.98N層
を用いてもよい。また、保護層の厚さをλ/4nの奇数
倍として、反射層として機能するようにしても良い。Incidentally, an In 0.02 Ga 0.98 N layer may be used as a protective layer formed directly on the rear surface of the semiconductor laser diode 10. Further, the thickness of the protective layer may be set to an odd multiple of λ / 4n to function as a reflective layer.
【0081】図10は、実施形態5および実施形態6の
窒化物半導体レーザ装置(それぞれ図10中のE4およ
びE5)と、図12Aおよび12Bに示した従来の窒化
物半導体レーザ装置700(図10中のC3)の50℃
における50mW出力での動作電流の変化率ΔIopの
時間変化(寿命試験)の結果を示す。FIG. 10 shows the nitride semiconductor laser devices of the fifth and sixth embodiments (E4 and E5 in FIG. 10 respectively) and the conventional nitride semiconductor laser device 700 (FIG. 10) shown in FIGS. 12A and 12B. 50 ° C of C3) in
5 shows the results of the time change (life test) of the change rate ΔIop of the operating current at the 50 mW output in FIG.
【0082】図10より、実施形態5および6の窒化物
半導体レーザ装置は、1000時間の高出力動作でも劣
化しておらず、保護層により端面劣化が抑えられている
と同時に活性層中の欠陥導入が極めて少ないために長寿
命が得られたことがわかる。FIG. 10 shows that the nitride semiconductor laser devices of Embodiments 5 and 6 were not degraded even after 1000 hours of high-power operation, and the end face degradation was suppressed by the protective layer, and at the same time the defects in the active layer were reduced. It can be seen that a long life was obtained because the introduction was extremely small.
【0083】上述したように、実施形態5および6で
は、実施形態1と同様に半導体レーザ装置の寿命が延び
る効果が得られるとともに、さらに高い反射率が得られ
る。As described above, in the fifth and sixth embodiments, similar to the first embodiment, the effect of extending the life of the semiconductor laser device can be obtained, and further higher reflectance can be obtained.
【0084】なお、実施形態5および実施形態6におけ
る反射層40を構成する各窒化物半導体層の電気抵抗を
十分に高くするために、MO−CVD法あるいはMBE
法でアンドープの層を成長すればよい。さらに抵抗を上
げるには、上述したように、各半導体層中に存在する窒
素の空孔を補償するだけのV族原子(例えば砒素やリン
原子を1015cm-3程度)を注入すればよい。In order to sufficiently increase the electric resistance of each of the nitride semiconductor layers constituting the reflection layer 40 in the fifth and sixth embodiments, the MO-CVD method or the MBE method is used.
An undoped layer may be grown by a method. In order to further increase the resistance, as described above, a group V atom (for example, about 10 15 cm −3 of arsenic or phosphorus atoms) may be implanted to compensate for the nitrogen vacancy present in each semiconductor layer. .
【0085】また、2種類以上の絶縁層あるいは高抵抗
の半導体層の積層構造において、相隣り合っている2層
の室温での格子定数の差が大きい場合には、隣接する2
層の室温での格子定数の差が小さくなるように、第3の
層を挿入した構造にすることにより、活性層に殆ど歪み
を生じさせること無く、反射層を形成することが出来
る。更に、これらの層をMO−CVD法またはMBE法
で堆積することによって、堆積工程におけるレーザ端面
の損傷を抑制することができ、活性層と熱膨張係数も極
めて近い材料を用いることによって、室温での歪みを低
減することができる。In a stacked structure of two or more types of insulating layers or high-resistance semiconductor layers, if the difference between the lattice constants of two adjacent layers at room temperature is large, the adjacent two
By adopting a structure in which the third layer is inserted so that the difference in lattice constant between the layers at room temperature is reduced, the reflective layer can be formed with almost no distortion in the active layer. Further, by depositing these layers by MO-CVD or MBE, damage to the laser end face in the deposition step can be suppressed, and by using a material whose thermal expansion coefficient is very close to that of the active layer, the material can be formed at room temperature. Can be reduced.
【0086】なお、上述の実施形態においては、反射層
を半導体レーザダイオードの後方端面にもうけた例を示
したが、レーザ出力を犠牲にしても低しきい値が必要な
場合等には、出射側にも反射層を設けてもよい。各反射
層の反射率は、用途に応じて適宜設定するればよい。In the above-described embodiment, an example in which the reflection layer is provided on the rear end face of the semiconductor laser diode has been described. A reflective layer may be provided on the side. The reflectance of each reflective layer may be set as appropriate depending on the application.
【0087】[0087]
【発明の効果】本発明によれば、低出力時は勿論のこ
と、歪みや欠陥の影響が大きい高出力発振時においても
高信頼性の長寿命の窒化物半導体レーザ装置を得ること
が出来る。本発明の窒化物半導体レーザ装置は、高密度
光ディスク装置等の光源に好適に利用される。According to the present invention, a nitride semiconductor laser device having high reliability and a long life can be obtained not only at the time of low output but also at the time of high output oscillation which is greatly affected by distortion and defects. INDUSTRIAL APPLICABILITY The nitride semiconductor laser device of the present invention is suitably used for a light source of a high-density optical disk device or the like.
【図1】本発明による実施形態1の窒化物半導体レーザ
装置の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a nitride semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention.
【図2A】実施形態1の窒化物半導体レーザ装置の製造
工程を示す図である。FIG. 2A is a diagram showing a manufacturing step of the nitride semiconductor laser device of the first embodiment.
【図2B】実施形態1の窒化物半導体レーザ装置の他の
製造工程を示す図である。FIG. 2B is a diagram showing another manufacturing step of the nitride semiconductor laser device of the first embodiment.
【図2C】実施形態1の窒化物半導体レーザ装置の他の
製造工程を示す図である。FIG. 2C is a diagram showing another manufacturing step of the nitride semiconductor laser device of the first embodiment.
【図2D】実施形態1の窒化物半導体レーザ装置の他の
製造工程を示す図である。FIG. 2D is a diagram showing another manufacturing step of the nitride semiconductor laser device of the first embodiment.
【図3】実施形態1の窒化物半導体レーザ装置と従来の
窒化物半導体レーザ装置の寿命試験結果を示すグラフで
ある。FIG. 3 is a graph showing life test results of the nitride semiconductor laser device of Embodiment 1 and a conventional nitride semiconductor laser device.
【図4A】本発明による実施形態2の窒化物半導体レー
ザ装置の斜視図である。FIG. 4A is a perspective view of a nitride semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention.
【図4B】図4Aの4B−4B’線に沿った断面図であ
る。FIG. 4B is a sectional view taken along line 4B-4B ′ of FIG. 4A.
【図5】本発明による実施形態3の窒化物半導体レーザ
装置の断面図である。FIG. 5 is a sectional view of a nitride semiconductor laser device according to a third embodiment of the present invention.
【図6】本発明による実施形態4の窒化物半導体レーザ
装置の断面図である。FIG. 6 is a sectional view of a nitride semiconductor laser device according to a fourth embodiment of the present invention.
【図7】実施形態2〜4の窒化物半導体レーザ装置と従
来の窒化物半導体レーザ装置の寿命試験結果を示すグラ
フである。FIG. 7 is a graph showing life test results of the nitride semiconductor laser devices of Embodiments 2 to 4 and a conventional nitride semiconductor laser device.
【図8】本発明による実施形態5の窒化物半導体レーザ
装置の断面図である。FIG. 8 is a sectional view of a nitride semiconductor laser device according to a fifth embodiment of the present invention.
【図9】実施形態5の窒化物半導体レーザ装置における
反射層の各波長に対する端面反射率の計算値を示すグラ
フである。FIG. 9 is a graph showing a calculated value of an end face reflectance with respect to each wavelength of a reflection layer in the nitride semiconductor laser device of the fifth embodiment.
【図10】実施形態5および6の窒化物半導体レーザ装
置と従来の窒化物半導体レーザ装置の寿命試験結果を示
すグラフである。FIG. 10 is a graph showing life test results of the nitride semiconductor laser devices of Embodiments 5 and 6 and a conventional nitride semiconductor laser device.
【図11】従来の窒化物半導体レーザ装置を示す斜視図
である。FIG. 11 is a perspective view showing a conventional nitride semiconductor laser device.
【図12A】従来の他の窒化物半導体レーザ装置を示す
斜視図である。FIG. 12A is a perspective view showing another conventional nitride semiconductor laser device.
【図12B】図12Aに示した従来の他の窒化物半導体
レーザ装置の断面図である。FIG. 12B is a sectional view of another conventional nitride semiconductor laser device shown in FIG. 12A.
10、10’ 窒化物半導体レーザダイオード(レーザ
素子) 11 n型電極 12 基板 13、15 クラッド層 14 MQW活性層 16 電極形成層 17 p型電極 20a、20b、20c 保護層 30a、30b、40 反射層 31 AlN層 32 GaN層 33 SiO2層 34 TiO2層 41 Al0.5Ga0.5N層 42 AlN層 43 GaN層 60、70 レーザダイオード 61、72 サファイア基板 62 電極形成層 62a 下部電極形成層 62b 上部電極形成層 63、65、73、75 クラッド層 64、74 MQW活性層 66 電極形成層 67 n型電極 68 p型電極 69 保護層 76 N電極形成層 77 Ni/Au電極 90 反射層 91 SiO2層 92 TiO2層 100、200、300、400、500 窒化物半導
体レーザ装置 600、700 窒化物半導体レーザ装置10, 10 'nitride semiconductor laser diode (laser element) 11 n-type electrode 12 substrate 13, 15 clad layer 14 MQW active layer 16 electrode forming layer 17 p-type electrode 20a, 20b, 20c protective layer 30a, 30b, 40 reflective layer Reference Signs List 31 AlN layer 32 GaN layer 33 SiO 2 layer 34 TiO 2 layer 41 Al 0.5 Ga 0.5 N layer 42 AlN layer 43 GaN layer 60, 70 Laser diode 61, 72 Sapphire substrate 62 Electrode forming layer 62a Lower electrode forming layer 62b Upper electrode forming layers 63,65,73,75 cladding layer 64, 74 MQW active layer 66 electrode forming layer 67 n-type electrode 68 p-type electrode 69 protective layer 76 n electrode forming layer 77 Ni / Au electrode 90 reflective layer 91 SiO 2 layer 92 TiO Two- layer 100, 200, 300, 400, 500 nitride semiconductor laser device 600, 700 nitride semiconductor laser device
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石田 昌宏 大阪府高槻市幸町1番1号 松下電子工業 株式会社内 (72)発明者 橋本 忠朗 大阪府高槻市幸町1番1号 松下電子工業 株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Masahiro Ishida 1-1, Yukicho, Takatsuki-shi, Osaka Matsushita Electronics Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Tadahiro Hashimoto 1-1, Yukicho, Takatsuki-shi, Osaka Matsushita Electronics Industrial Co., Ltd.
Claims (13)
窒化物半導体レーザダイオードのレーザ端面に設けられ
た保護層とを有し、 前記保護層は、前記窒化物レーザダイオードが発振する
光に対して透明であるAl1-x-y-zGaxInyBzN(0
≦x、y、z≦1、且つ、0≦x+y+z≦1)からな
る窒化物半導体レーザ装置。1. A semiconductor device comprising: a nitride semiconductor laser diode; and a protection layer provided on a laser end face of the nitride semiconductor laser diode, wherein the protection layer is transparent to light emitted by the nitride laser diode. Al 1-xyz Ga x In y B z N (0
≦ x, y, z ≦ 1, and 0 ≦ x + y + z ≦ 1).
ーザダイオードが発振する光の波長をλとするとき、前
記保護層の厚さが、λ/2nの整数倍である請求項1記
載の窒化物半導体レーザ装置。2. The thickness of the protective layer is an integral multiple of λ / 2n, where n is the refractive index of the protective layer and λ is the wavelength of light emitted by the nitride laser diode. The nitride semiconductor laser device according to any one of the preceding claims.
InuGa1-uN/InvGa1-vN(0≦u、v≦1)か
らなる多重量子井戸活性層を有する請求項1に記載の窒
化物半導体レーザ装置。3. The nitride semiconductor laser diode according to claim 1,
In u Ga 1-u N / In v Ga 1-v N (0 ≦ u, v ≦ 1) nitride semiconductor laser device according to claim 1 having a multiple quantum well active layer made of.
BE法で形成されている請求項1に記載の窒化物半導体
レーザ装置。4. The protective layer is formed by MO-CVD or M-CVD.
2. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, formed by a BE method.
ダイオードが発振する光を反射する反射層を更に有する
請求項1に記載の窒化物半導体レーザ装置。5. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, further comprising a reflecting layer in contact with said protective layer, for reflecting light oscillated by said nitride laser diode.
1および第2層が交互に積層された積層構造を有する請
求項5に記載の窒化物半導体レーザ装置。6. The nitride semiconductor laser device according to claim 5, wherein the reflection layer has a stacked structure in which first and second layers having different refractive indexes are alternately stacked.
の屈折率をn2、前記窒化物レーザダイオードが発振す
る光の波長をλとすると、前記第1層および第2層の厚
さは、それぞれλ/4n1およびλ/4n2の関係を満足
する請求項6記載の窒化物半導体レーザ装置。7. When the refractive index of the first layer is n 1 , the refractive index of the second layer is n 2 , and the wavelength of light emitted by the nitride laser diode is λ, the first layer and the second layer 7. The nitride semiconductor laser device according to claim 6, wherein the thicknesses of the layers satisfy the relations of λ / 4n 1 and λ / 4n 2 , respectively.
率をn、前記窒化物レーザダイオードが発振する光の波
長をλとしたとき、λ/2nの整数倍の厚さである請求
項5に記載の窒化物半導体レーザ装置。8. The thickness of the protective layer is an integral multiple of λ / 2n, where n is the refractive index of the protective layer and λ is the wavelength of light emitted by the nitride laser diode. A nitride semiconductor laser device according to claim 5.
率をn、前記窒化物レーザダイオードが発振する光の波
長をλとしたとき、λ/4nの厚さである請求項5に記
載の窒化物半導体レーザ装置。9. The thickness of the protective layer is λ / 4n, where n is the refractive index of the protective layer and λ is the wavelength of light oscillated by the nitride laser diode. 3. The nitride semiconductor laser device according to item 1.
層および第2層は、それぞれ、SiO2およびTiO2、
または前記窒化物レーザダイオードが発振する光に対し
て透明であり、且つ屈折率が互いに異なる2種類のAl
1-a-b-cGaaInbBcN(0≦a、b、c≦1、且つ、
0≦a+b+c≦1)からなる請求項6に記載の窒化物
半導体レーザ装置。10. The method according to claim 1, wherein the protective layer is GaN,
The layer and the second layer are SiO 2 and TiO 2 , respectively,
Alternatively, two types of Al that are transparent to light emitted by the nitride laser diode and have different refractive indices from each other.
1-abc Ga a In b B c N (0 ≦ a, b, c ≦ 1, and,
7. The nitride semiconductor laser device according to claim 6, wherein 0 ≦ a + b + c ≦ 1).
さらに有し、前記第1層、第2層および第3層は結晶層
であって、前記第1層と前記第3層との格子定数の差
は、前記第1層と前記第2層との格子定数の差よりも小
さい請求項6記載の窒化物半導体レーザ装置。11. A semiconductor device further comprising a third layer between the first layer and the second layer, wherein the first, second, and third layers are crystalline layers, and the first layer and the third layer are 7. The nitride semiconductor laser device according to claim 6, wherein a difference in lattice constant between the third layer and the third layer is smaller than a difference in lattice constant between the first layer and the second layer.
1層/第3層/第2層からなる前記反射層がGaN/A
lGaN/AlN積層構造を有する請求項11に記載の
窒化物半導体レーザ装置。12. The protection layer is a GaN layer, and the reflection layer including the first layer / third layer / second layer is GaN / A
The nitride semiconductor laser device according to claim 11, having a 1GaN / AlN stacked structure.
−CVD法あるいはMBE法で形成されている請求項5
に記載の窒化物半導体レーザ装置。13. The protective layer and the reflective layer may be made of MO
-Formed by a CVD method or an MBE method.
3. The nitride semiconductor laser device according to item 1.
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- 1999-04-06 JP JP9851799A patent/JP2000049410A/en active Pending
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