[go: up one dir, main page]

JP2008021908A - Semiconductor laser device and integrated semiconductor laser device - Google Patents

Semiconductor laser device and integrated semiconductor laser device Download PDF

Info

Publication number
JP2008021908A
JP2008021908A JP2006194063A JP2006194063A JP2008021908A JP 2008021908 A JP2008021908 A JP 2008021908A JP 2006194063 A JP2006194063 A JP 2006194063A JP 2006194063 A JP2006194063 A JP 2006194063A JP 2008021908 A JP2008021908 A JP 2008021908A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor laser
laser device
face
dielectric film
emission end
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006194063A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Yokoyama
毅 横山
Toshitaka Shimamoto
敏孝 嶋本
Koji Makita
幸治 牧田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2006194063A priority Critical patent/JP2008021908A/en
Publication of JP2008021908A publication Critical patent/JP2008021908A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor laser device which solves a problem that, since a deep level occurs to narrow a forbidden width due to an adsorption or oxidation of oxygen at an interface between an emission end and a dielectric film, an end temperature rises by a non-light-emitting recombination to increase a light absorption, and a COD (Catastrophic Optical Damage) such as a melting of the end or a breakage of the end occurs; and which is capable of obtaining a high output characteristic and a high reliability. <P>SOLUTION: In the semiconductor laser device, a dielectric reflective film of a mono-layer structure or multi-layer structure is formed on the emission end of laser beams, and a heavy metal impurity concentration of Fe or Cr at an interior of a first dielectric film coming into contact with the emission end and an interface between the first dielectric film and the emission end is set to 3×10<SP>17</SP>atoms/cm<SP>3</SP>or less, to materialize a high reliability suitable for a high output operation. In particular, the semiconductor laser device operates advantageously in an integration semiconductor laser device in which a red semiconductor laser element and an infrared semiconductor laser element are mounted on the same substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、光ディスクの光源等に用いる単一波長または複数波長の半導体レーザ装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor laser device having a single wavelength or a plurality of wavelengths used for a light source of an optical disk.

半導体レーザはエレクトロニクスやオプトエレクトロニクスの多くの分野で広く使用されており、光デバイスとして不可欠なものである。特に、CD(コンパクトディスク)、DVD(デジタル多用途ディスク)などの光ディスク装置は、大容量の記録媒体として現在盛んに利用されている。DVDに用いる記録媒体(メディア)は、CDの媒体に比べピット長およびトラック間隔が小さい。したがって、用いる半導体レーザの波長もCDに比べDVDの方が短い。具体的には、CD用のレーザの発振波長は780nm帯であるのに対し、DVD用のレーザの発振波長は650nm帯である。   Semiconductor lasers are widely used in many fields of electronics and optoelectronics, and are indispensable as optical devices. In particular, optical disc apparatuses such as CD (compact disc) and DVD (digital versatile disc) are currently actively used as large-capacity recording media. A recording medium (media) used for a DVD has a smaller pit length and track interval than a CD medium. Therefore, the wavelength of the semiconductor laser used is shorter for DVD than for CD. Specifically, the oscillation wavelength of the CD laser is in the 780 nm band, whereas the oscillation wavelength of the DVD laser is in the 650 nm band.

1つの光ディスク装置がCDおよびDVDの両方の情報を検出するためには、780nm帯のレーザ(赤外半導体レーザ素子)と650nm帯のレーザ(赤色半導体レーザ素子)の2つの光源が必要となる。近年、光ディスク装置を構成する光ピックアップ装置の小型化、軽量化のために、1つの半導体チップの中に2種類の波長のレーザ光を発光する2波長型の半導体レーザ素子が開発され、普及しつつある。   In order for one optical disk device to detect both CD and DVD information, two light sources, a 780 nm band laser (infrared semiconductor laser element) and a 650 nm band laser (red semiconductor laser element) are required. 2. Description of the Related Art In recent years, in order to reduce the size and weight of an optical pickup device that constitutes an optical disk device, a two-wavelength type semiconductor laser element that emits laser light of two types of wavelengths in one semiconductor chip has been developed and spread. It's getting on.

光ディスクにデータを書き込む場合、レーザ光照射による発熱を利用するので、光ディスクからデータを読み出す場合に比べると、数倍から数十倍の光出力パワーが必要である。また、光ディスクの大容量化に伴って記録速度の高速化が求められている。そのため、記録再生型の光ディスク装置に用いられる半導体レーザには高出力化および高信頼性が要求される。   When writing data on an optical disk, the heat generated by laser light irradiation is used, so that the optical output power is several to several tens of times higher than when data is read from the optical disk. In addition, an increase in recording speed is demanded as the capacity of optical disks increases. Therefore, high output and high reliability are required for the semiconductor laser used in the recording / reproducing optical disc apparatus.

図6(a),(b)は従来の2波長型の半導体レーザ装置の斜視図である(例えば、特許文献1参照)。この半導体レーザ装置は、650nm帯の波長を持つレーザ光L1を出射する赤色半導体レーザ素子a0 と780nm帯の波長を持つレーザ光L2を出射する赤外半導体レーザ素子b0 との2つのレーザ素子から構成されている。W1,W2はレーザ光出射窓である。 6A and 6B are perspective views of a conventional two-wavelength semiconductor laser device (see, for example, Patent Document 1). This semiconductor laser device includes two laser elements, a red semiconductor laser element a 0 that emits laser light L1 having a wavelength of 650 nm band and an infrared semiconductor laser element b 0 that emits laser light L2 having a wavelength of 780 nm band. It is composed of W1 and W2 are laser beam emission windows.

半導体レーザ装置には、赤色半導体レーザ素子a0 と赤外半導体レーザ素子b0 とを電気的に分離するための分離溝71が設けられている。半導体レーザ装置の上面にはp側電極72が分離溝71によって分割されて形成され、その底面にはn側電極73が全面に形成されており、2つのp側電極72と1つのn側電極73とにそれぞれ独立してバイアス電圧を印加することにより、各半導体レーザ素子a0 ,b0 を独立に動作させることができる。 The semiconductor laser device is provided with a separation groove 71 for electrically separating the red semiconductor laser element a 0 and the infrared semiconductor laser element b 0 . A p-side electrode 72 is divided and formed on the upper surface of the semiconductor laser device by a separation groove 71, and an n-side electrode 73 is formed on the entire bottom surface thereof. Two p-side electrodes 72 and one n-side electrode are formed. Each of the semiconductor laser elements a 0 and b 0 can be operated independently by applying a bias voltage to 73 independently.

半導体レーザ装置は、各レーザ光L1,L2を外部に取り出すための出射端面74と、共振器の内部に光を反射させて閉じ込めるための後方端面75とを有している。後方端面75には多層コート膜76が積層されている。一方、出射端面74にはレーザ光の取り出し効率を上げるために、後方端面75よりも低い反射率を持つ端面コート膜77,78が形成されている。   The semiconductor laser device has an emission end face 74 for extracting the laser beams L1 and L2 to the outside, and a rear end face 75 for reflecting and confining the light inside the resonator. A multilayer coat film 76 is laminated on the rear end face 75. On the other hand, end face coat films 77 and 78 having a lower reflectance than the rear end face 75 are formed on the emission end face 74 in order to increase the laser beam extraction efficiency.

特許文献1で開示されているレーザ構造では、出射端面の反射率を24%〜32%に制御し、かつDVD再生(DVD−ROM)用の赤色半導体レーザ素子の反射率をCD再生(CD−ROM)用の赤外半導体レーザ素子の反射率よりも低く設定した2波長型の半導体レーザが提案されている。具体的には、赤色半導体レーザ素子の出射端面反射率が24%、赤外半導体レーザ素子の出射端面反射率が32%となるように膜厚を定め、1回の堆積工程(蒸着を使用)で酸化アルミニウム(Al2 3 )を出射端面に形成している。前述の膜厚は、赤外半導体レーザ素子の波長をλ3 、Al2 3 の屈折率をn3 (約1.66)とするとき、λ3 /(2n3 )となるようにしている。この方法により、赤色半導体レーザ素子と赤外半導体レーザ素子とでキンクレベルやCODレベルがほぼ等しいデバイスを得ようとしている。キンクレベルというのは、注入電流−光出力特性でキンク(折れ曲がり)が生じる光出力のレベルである。また、CODレベルというのは、出射端面でCOD(Catastrophic Optical Damage)すなわち瞬時光学損傷が生じる光出力のレベルである。キンクレベルやCODレベルの値が大きいほど耐性が高いので好ましい。 In the laser structure disclosed in Patent Document 1, the reflectance of the emission end face is controlled to 24% to 32%, and the reflectance of the red semiconductor laser element for DVD reproduction (DVD-ROM) is reproduced by CD (CD-). A two-wavelength type semiconductor laser set lower than the reflectance of an infrared semiconductor laser element for ROM) has been proposed. Specifically, the film thickness is determined so that the output end face reflectivity of the red semiconductor laser element is 24% and the output end face reflectivity of the infrared semiconductor laser element is 32%. One deposition process (using vapor deposition) Thus, aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is formed on the emission end face. The aforementioned film thickness is set to λ 3 / (2n 3 ) when the wavelength of the infrared semiconductor laser element is λ 3 and the refractive index of Al 2 O 3 is n 3 (about 1.66). . By this method, a device having substantially the same kink level and COD level between the red semiconductor laser element and the infrared semiconductor laser element is being obtained. The kink level is a light output level at which a kink (bending) occurs in the injection current-light output characteristic. The COD level is a light output level at which COD (Catastrophic Optical Damage), that is, instantaneous optical damage occurs at the emission end face. A higher kink level or COD level is preferable because the resistance is higher.

さらに、特許文献2では、DVD再生(DVD−ROM)に使用する赤色半導体レーザ素子の出射端面反射率を約20%、CD再生(CD−ROM)に使用する赤外半導体レーザ素子の出射端面反射率を約5%以下とする端面コート膜の形成技術が提案されている。この端面コート膜は2種類の材料(例えば、Al2 3 とSiO2 )から構成され、所望の反射率を得るためにそれぞれの膜厚を決めている。 Further, in Patent Document 2, the reflectance of the emission end face of the red semiconductor laser element used for DVD reproduction (DVD-ROM) is about 20%, and the reflection of the emission end face of the infrared semiconductor laser element used for CD reproduction (CD-ROM). A technique for forming an end face coat film with a rate of about 5% or less has been proposed. This end face coating film is composed of two kinds of materials (for example, Al 2 O 3 and SiO 2 ), and the thickness of each is determined in order to obtain a desired reflectance.

一方、高出力化の有効な手段の1つとして、半導体レーザの共振器を形成する2つの端面の反射率を非対称とする方法が知られている。これは、光ディスクの書き込みに用いられる半導体レーザでは一般的な方法である。この方法は、共振器を形成する端面を誘電体多層膜でコーティングすることで端面の反射率を非対称にするもので、共振器を形成する端面のうち出射端面を低反射率(10%程度)にし、その反対側後方端面の反射率を高反射率(90%程度)とする。なお、誘電体多層膜の反射率は、用いる誘電体の屈折率、層厚および積層する層数によって制御される。
特開2001−320131号公報(第3−4頁、第1−2図) 特開2002−223030号公報(第3−5頁、第1−4図)
On the other hand, as one effective means for increasing the output, there is known a method in which the reflectance of two end faces forming a resonator of a semiconductor laser is asymmetric. This is a common method for semiconductor lasers used for writing on optical disks. In this method, the end facet forming the resonator is coated with a dielectric multilayer film to make the end face reflectivity asymmetric. Out of the end faces forming the resonator, the output end face has a low reflectivity (about 10%). The reflectance of the rear end face on the opposite side is set to a high reflectance (about 90%). The reflectance of the dielectric multilayer film is controlled by the refractive index, the layer thickness, and the number of layers to be laminated.
JP 2001-320131 A (page 3-4, FIG. 1-2) JP 2002-223030 (page 3-5, Fig. 1-4)

特許文献1や特許文献2に開示されている多波長半導体レーザ装置(アレイ)は、DVD−ROMやCD−ROMのように再生専用という限られた範囲で好適な端面コートの形成技術を提供するものである。これらの技術は、半導体レーザを低出力(例えば定格出力5mW程度)で動作する場合には有効である。しかし、DVD−RAM、DVD−R、CD−Rなどの光記録媒体への書き込みを行う際の高出力を得ることは困難である。   The multi-wavelength semiconductor laser devices (arrays) disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 provide a suitable end surface coat forming technique within a limited range of reproduction-only, such as DVD-ROM and CD-ROM. Is. These techniques are effective when the semiconductor laser is operated at a low output (for example, a rated output of about 5 mW). However, it is difficult to obtain a high output when writing to an optical recording medium such as a DVD-RAM, DVD-R, or CD-R.

一方、2つの端面の反射率を非対称とする従来技術は、高出力動作を得るための一般的な技術を説明するに留まり、複数の発振波長を有する半導体レーザを同一基板上に形成した多波長半導体レーザに好適な条件を提示しているとは言いがたく、高出力動作時における十分な寿命を保証することは困難である。   On the other hand, the conventional technique in which the reflectances of the two end faces are asymmetrical is merely a general technique for obtaining a high output operation, and a multi-wavelength in which semiconductor lasers having a plurality of oscillation wavelengths are formed on the same substrate. It is difficult to say that conditions suitable for a semiconductor laser are presented, and it is difficult to guarantee a sufficient lifetime during high-power operation.

半導体レーザのさらなる高出力化を図る場合、共振器端面のCOD(瞬時光学損傷)の発生が大きな問題となる。とりわけ、650nm帯の赤色半導体レーザに好適なAlGaInP系の半導体レーザにおいては、高出力動作時におけるレーザの寿命を決定する重要な劣化原因であるとして、共振器端面のCOD(瞬時光学損傷)が指摘されている。   When further increasing the output of a semiconductor laser, the generation of COD (instantaneous optical damage) on the cavity end face becomes a major problem. In particular, in an AlGaInP semiconductor laser suitable for a red semiconductor laser in the 650 nm band, COD (instant optical damage) on the cavity end face is pointed out as an important cause of deterioration that determines the life of the laser during high-power operation. Has been.

COD(瞬時光学損傷)は、半導体レーザの共振器端面近傍がレーザ内部で発生した光に対して吸収領域になっていることに起因して発生する。これは、共振器端面の半導体表面における酸素の吸着および表面の酸化などにより、半導体表面に深い準位が生じて、半導体の禁制帯幅が実質的に狭くなることによる。半導体表面に存在する深い準位を介した非発光再結合により端面温度が上昇し、この温度上昇により端面付近の禁制帯幅がさらに縮小し、光吸収が増大するというサイクルが発生する。そして、このサイクルが正帰還となることによって、端面の融解または端面の破壊などが起こる。これがCOD(瞬時光学損傷)である。   COD (instantaneous optical damage) occurs because the vicinity of the cavity end face of the semiconductor laser is an absorption region for light generated inside the laser. This is because a deep level is generated on the semiconductor surface due to oxygen adsorption and surface oxidation on the semiconductor surface of the cavity end face, and the forbidden band width of the semiconductor is substantially narrowed. The end face temperature rises due to non-radiative recombination via deep levels existing on the semiconductor surface, and this temperature rise causes a cycle in which the forbidden band width near the end face is further reduced and light absorption is increased. When this cycle becomes positive feedback, melting of the end face or destruction of the end face occurs. This is COD (instantaneous optical damage).

上記で述べた内容では酸化による深い準位の発生を問題としているが、AlGaInP系半導体レーザにおける高出力化の改善は実現されていない。   In the contents described above, the generation of deep levels due to oxidation is a problem, but the improvement of high output in the AlGaInP semiconductor laser has not been realized.

本発明は、このような事情に鑑みて創作したものであり、高出力特性と高い信頼性を得ることができる半導体レーザ装置を提供することを目的としている。   The present invention has been created in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a semiconductor laser device capable of obtaining high output characteristics and high reliability.

本発明による半導体レーザ装置は、レーザ光の出射端面に単層構造または多層構造の誘電体反射膜が形成され、前記出射端面に接する第1誘電体膜の内部および前記第1誘電体膜と前記出射端面との界面における重金属不純物濃度が3×1017atoms/cm3 以下に設定されていることを特徴としている。 In the semiconductor laser device according to the present invention, a dielectric reflection film having a single-layer structure or a multi-layer structure is formed on an emission end face of a laser beam, and the inside of the first dielectric film in contact with the emission end face and the first dielectric film and the The heavy metal impurity concentration at the interface with the emission end face is set to 3 × 10 17 atoms / cm 3 or less.

この構成において、誘電体反射膜は単層または多層であるが、いずれにしても、出射端面に接している誘電体膜を第1誘電体膜と呼称するものとする。第1誘電体膜と出射端面との界面および第1誘電体膜の内部において、そこに含まれている重金属不純物についてその濃度を3×1017atoms/cm3 以下に設定することにより、半導体レーザの高出力動作時における耐性を高いものにすることができる。 In this configuration, the dielectric reflection film is a single layer or a multilayer, but in any case, the dielectric film in contact with the emission end face is referred to as a first dielectric film. By setting the concentration of heavy metal impurities contained in the interface between the first dielectric film and the emission end face and in the first dielectric film to 3 × 10 17 atoms / cm 3 or less, the semiconductor laser The tolerance at the time of high output operation can be made high.

従来の技術にあっては、酸化による深い準位の発生を問題としているが、誘電体反射膜を形成する際に生起するFeやCrやNiなどの重金属不純物による汚染で信頼性が低下することの認識は示されていない。結果として、特にAlGaInP系半導体レーザに関して、その高出力レーザの実現が困難となっていた。本発明者は、特に赤色半導体レーザ素子の高出力動作時の研究において、重金属不純物の濃度と寿命との間に明確な相関性が存在することを見出した。その結果、寿命1000時間以上を実現するためには、半導体レーザの出射端面の酸化を防ぐだけでは不十分であり、出射端面に接する第1誘電体膜の内部および第1誘電体膜と出射端面との界面における重金属不純物濃度を3×1017atoms/cm3 以下にすればよいことが判明したのである。このような条件で半導体レーザ装置を構成することにより、出射端面と第1誘電体膜との界面において重金属不純物に起因して発生する深い準位を低減させることができ、高出力化と長寿命化とを両立させることが可能になった。
AlGaInP系半導体の活性層をもつ赤色半導体レーザの場合には、140mW以上の高出力動作の場合でも高い信頼性を確保し、また、集積化半導体レーザ装置の歩留まりを向上させることができる。
In the prior art, the generation of deep levels due to oxidation is a problem, but the reliability decreases due to contamination by heavy metal impurities such as Fe, Cr and Ni that occur when forming a dielectric reflection film. The perception of is not shown. As a result, it has been difficult to realize a high-power laser especially for an AlGaInP semiconductor laser. The present inventor has found that there is a clear correlation between the concentration of heavy metal impurities and the lifetime, particularly in research during high power operation of red semiconductor laser devices. As a result, in order to realize a lifetime of 1000 hours or more, it is not sufficient to prevent oxidation of the emission end face of the semiconductor laser, and the inside of the first dielectric film in contact with the emission end face and the first dielectric film and the emission end face. It has been found that the concentration of heavy metal impurities at the interface with the substrate should be 3 × 10 17 atoms / cm 3 or less. By configuring the semiconductor laser device under such conditions, deep levels generated due to heavy metal impurities at the interface between the emission end face and the first dielectric film can be reduced, resulting in higher output and longer life. It has become possible to achieve both compatibility.
In the case of a red semiconductor laser having an active layer of an AlGaInP-based semiconductor, high reliability can be ensured even in a high output operation of 140 mW or more, and the yield of the integrated semiconductor laser device can be improved.

上記構成において、前記重金属不純物元素については、Fe、Cr、Niの群から選ばれた少なくとも1種の元素を含むものとする。   In the above configuration, the heavy metal impurity element includes at least one element selected from the group consisting of Fe, Cr, and Ni.

また上記の構成において、前記誘電体反射膜が前記出射端面に接する前記第1誘電体膜とこの第1誘電体膜の外側に形成された第2誘電体膜とからなるものとし、さらに、前記第1誘電体膜の屈折率n1 が1.6≦n1 ≦2.3であり、前記第2誘電体膜の屈折率n2 が1.4≦n2 <1.6であるとする。 In the above configuration, the dielectric reflection film is composed of the first dielectric film in contact with the emission end face and the second dielectric film formed outside the first dielectric film, and The refractive index n 1 of the first dielectric film is 1.6 ≦ n 1 ≦ 2.3, and the refractive index n 2 of the second dielectric film is 1.4 ≦ n 2 <1.6. .

また上記の構成において、前記第1誘電体膜がAl2 3 、Ta2 5 、Nb2 5 、ZrO2 の群から選ばれた少なくとも1種の化合物であり、前記第2誘電体膜がSiO2 であることが好ましい。 In the above structure, the first dielectric film is at least one compound selected from the group consisting of Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 , and ZrO 2 , and the second dielectric film Is preferably SiO 2 .

誘電体材料のAl2 3 、Ta2 5 、Nb2 5 、ZrO2 は、SiO2 と比べて重金属不純物元素に対するバリア性が高いため、誘電体膜中に含まれるFe、Cr、Niなどの重金属不純物の濃度は低い。 Since the dielectric materials Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 , and ZrO 2 have higher barrier properties against heavy metal impurity elements than SiO 2 , Fe, Cr, Ni contained in the dielectric film The concentration of heavy metal impurities such as is low.

そして、誘電体反射膜を屈折率が異なる第1および第2の誘電体膜の組み合わせで構成し、各誘電体反射膜の屈折率を上記のように調整することにより、出射端面において所望の反射率を得ることができる。例えば、出射端面における反射率を1〜7%の範囲に設定することが可能となる。   Then, the dielectric reflection film is composed of a combination of the first and second dielectric films having different refractive indices, and the refractive index of each dielectric reflection film is adjusted as described above, so that the desired reflection at the emission end face. Rate can be obtained. For example, it is possible to set the reflectance at the exit end face in a range of 1 to 7%.

また、前記出射端面における光密度を23.6MW/cm2 以上に設定することも可能である。具体的には、重金属不純物濃度3×1017atoms/cm3以下、出射端面の反射率を6%、後方端面の反射率を96%とした240mW出力動作の半導体レーザ装置において、寿命1000時間以上の信頼性を確保するシミュレーションで出射端面の光密度を見積もった結果は23.6MW/cm2である。 It is also possible to set the light density at the emission end face to 23.6 MW / cm 2 or more. Specifically, in a semiconductor laser device operating at 240 mW with a heavy metal impurity concentration of 3 × 10 17 atoms / cm 3 or less, a reflectance of the exit end face of 6%, and a reflectivity of the rear end face of 96%, the lifetime is 1000 hours or more. The result of estimating the light density at the exit end face in a simulation that secures the reliability of 23.6 MW / cm 2 .

また、上記の構成の半導体レーザ装置については、発振波長が単一波長の半導体レーザ装置に適用するのももちろんよいが、むしろ、発振波長を互いに異にする複数の半導体レーザ装置が同一基板上に形成されている集積化半導体レーザ装置に適用するのが最大限の効力を発揮する。代表的な集積化半導体レーザ装置として、発振波長の短い方の第1の半導体レーザ装置はその半導体レーザの活性層材料がAlGaInP系半導体材料であり、発振波長の長い方の第2の半導体レーザ装置はその活性層材料がAlGaAs系半導体材料であるという態様がある。活性層材料をAlGaInP系半導体材料とするのが650nm帯の赤色半導体レーザであり、活性層材料をAlGaAs系半導体材料とするのが780nm帯の赤外半導体レーザである。   Of course, the semiconductor laser device having the above-described structure may be applied to a semiconductor laser device having a single oscillation wavelength, but rather, a plurality of semiconductor laser devices having different oscillation wavelengths are disposed on the same substrate. Application to the formed integrated semiconductor laser device is most effective. As a typical integrated semiconductor laser device, the first semiconductor laser device with a shorter oscillation wavelength is an AlGaInP semiconductor material whose active layer material is the semiconductor laser, and the second semiconductor laser device with a longer oscillation wavelength. Has an aspect that the active layer material is an AlGaAs-based semiconductor material. A red semiconductor laser of 650 nm band uses an active layer material as an AlGaInP semiconductor material, and an infrared semiconductor laser of 780 nm band uses an AlGaAs semiconductor material as an active layer material.

このように構成することにより、赤色半導体レーザ素子と赤外半導体レーザ素子とを同一基板に搭載した集積化半導体レーザ装置について、上記同様に、出射端面と第1誘電体膜との界面において重金属不純物に起因して発生する深い準位を低減させることができ、高出力化と長寿命化とを両立させることができる。   With this configuration, in the integrated semiconductor laser device in which the red semiconductor laser element and the infrared semiconductor laser element are mounted on the same substrate, the heavy metal impurity is formed at the interface between the emission end face and the first dielectric film, as described above. It is possible to reduce the deep level generated due to the above, and to achieve both high output and long life.

本発明によれば、共振器端面に形成する第1誘電体膜中の重金属不純物濃度(例えばFeやCrやNi)が3×1017atoms/cm3 以下であるので、出射端面と第1誘電体膜との界面で重金属不純物に起因して発生する深い準位を低減して、高出力化と長寿命化とを両立させ、半導体レーザの歩留まりを向上させることができる。これは、特に、赤色半導体レーザ素子と赤外半導体レーザ素子とを同一基板に搭載した集積化半導体レーザ装置において、有利に作用する。 According to the present invention, since the heavy metal impurity concentration (for example, Fe, Cr, or Ni) in the first dielectric film formed on the resonator end face is 3 × 10 17 atoms / cm 3 or less, the emission end face and the first dielectric Deep levels generated due to heavy metal impurities at the interface with the body film can be reduced, and both high output and long life can be achieved, and the yield of the semiconductor laser can be improved. This is particularly advantageous in an integrated semiconductor laser device in which a red semiconductor laser element and an infrared semiconductor laser element are mounted on the same substrate.

以下、本発明にかかわる半導体レーザ装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。   Embodiments of a semiconductor laser device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments.

図1に、本発明の集積化半導体レーザ装置の斜視図を示す。本実施の形態は、650nm帯に発振波長を有する赤色半導体レーザ素子aと、780nm帯に発振波長を有する赤外半導体レーザ素子bを同一基板上に形成した2波長型の半導体レーザ装置の一例である。   FIG. 1 is a perspective view of an integrated semiconductor laser device of the present invention. The present embodiment is an example of a two-wavelength type semiconductor laser device in which a red semiconductor laser element a having an oscillation wavelength in the 650 nm band and an infrared semiconductor laser element b having an oscillation wavelength in the 780 nm band are formed on the same substrate. is there.

図1に示すように、本実施の形態における2波長型の半導体レーザ装置は、650nm帯のレーザ光を発振する赤色半導体レーザ素子aと、780nm帯のレーザ光を発振する赤外半導体レーザ素子bとが1つの基板1上にモノリシックに形成されている。   As shown in FIG. 1, the two-wavelength semiconductor laser device according to the present embodiment includes a red semiconductor laser element a that oscillates laser light in the 650 nm band and an infrared semiconductor laser element b that oscillates laser light in the 780 nm band. Are formed monolithically on one substrate 1.

赤色半導体レーザ素子aは、エピタキシャル成長用のn型GaAs基板1の上に、n型クラッド層2、活性層3、第1のp型クラッド層4、エッチング停止層5、第2のp型クラッド層6、p型コンタクト層7および絶縁層8が順次形成されて構成されている。   The red semiconductor laser device a includes an n-type cladding layer 2, an active layer 3, a first p-type cladding layer 4, an etching stop layer 5, and a second p-type cladding layer on an n-type GaAs substrate 1 for epitaxial growth. 6. A p-type contact layer 7 and an insulating layer 8 are sequentially formed.

赤外半導体レーザ素子bは、赤色半導体レーザ素子aに対して半導体の組成は異なるものの、同等の構造を有しており、基板1の上に、n型クラッド層12、活性層13、第1のp型クラッド層14、エッチング停止層15、第2のp型クラッド層16、p型コンタクト層17および絶縁層8が順次形成されて構成されている。   The infrared semiconductor laser element b has the same structure as that of the red semiconductor laser element a, although the semiconductor composition is different. The infrared semiconductor laser element b has an n-type cladding layer 12, an active layer 13, and a first layer on the substrate 1. The p-type cladding layer 14, the etching stop layer 15, the second p-type cladding layer 16, the p-type contact layer 17, and the insulating layer 8 are sequentially formed.

赤色半導体レーザ素子aと赤外半導体レーザ素子bとは、底部が基板1に達する分離溝20により電気的に分離されている。   The red semiconductor laser element a and the infrared semiconductor laser element b are electrically separated by a separation groove 20 whose bottom reaches the substrate 1.

絶縁層8は、赤色半導体レーザ素子aにおける第2のp型クラッド層6に形成された断面台形状の凸部構造であるリッジストライプ部の上面および赤外半導体レーザ素子bにおける第2のp型クラッド層16に形成されたリッジストライプ部の上面を除き、各エッチング停止層5,15の上面および各リッジストライプ部の側面を覆っている。   The insulating layer 8 includes an upper surface of a ridge stripe portion having a trapezoidal cross section formed in the second p-type cladding layer 6 in the red semiconductor laser device a and a second p-type in the infrared semiconductor laser device b. Except for the top surface of the ridge stripe portion formed in the cladding layer 16, the top surfaces of the etching stop layers 5 and 15 and the side surfaces of the ridge stripe portions are covered.

赤色半導体レーザ素子aにおけるリッジストライプ部の上面にはp側電極9が形成され、リッジストライプ部から活性層3にキャリア(ホール)が注入される。同様に、赤外半導体レーザ素子bにおけるリッジストライプ部の上面にはp側電極19が形成され、リッジストライプ部から活性層13にキャリア(ホール)が注入される。   A p-side electrode 9 is formed on the upper surface of the ridge stripe portion in the red semiconductor laser device a, and carriers (holes) are injected into the active layer 3 from the ridge stripe portion. Similarly, a p-side electrode 19 is formed on the upper surface of the ridge stripe portion in the infrared semiconductor laser element b, and carriers (holes) are injected into the active layer 13 from the ridge stripe portion.

基板1の各p側電極9,19の反対側の面上にはn側電極10が形成されている。したがって、各p側電極9,19とn側電極10とにバイアス電圧を独立に印加することにより、各半導体レーザ素子a,bを独立に動作させることができる。   An n-side electrode 10 is formed on the surface of the substrate 1 opposite to the p-side electrodes 9 and 19. Therefore, by independently applying a bias voltage to each of the p-side electrodes 9 and 19 and the n-side electrode 10, the semiconductor laser elements a and b can be operated independently.

各リッジストライプ部の下方に形成される共振器における互いに対向する2つの端面は、それぞれ誘電体からなる出射端面の誘電体反射膜30および後方端面の誘電体反射膜31によりコーティングされている。出射端面の誘電体反射膜30により、レーザ光が出射される端面に出射端面(前方端面)40が形成され、かつ、出射端面40の反対側に位置しレーザ光が内部に反射される端面に後方端面(反射端面)41が形成されている。   The two opposing end faces of the resonator formed below each ridge stripe portion are coated with a dielectric reflecting film 30 on the emitting end face and a dielectric reflecting film 31 on the rear end face, each made of a dielectric. The dielectric reflecting film 30 on the emission end face forms an emission end face (front end face) 40 on the end face from which the laser light is emitted, and is located on the opposite side of the emission end face 40 to the end face on which the laser light is reflected. A rear end face (reflection end face) 41 is formed.

ここで、各誘電体反射膜30,31は屈折率が異なる複数の誘電体膜からなり、各誘電体反射膜の屈折率、膜厚および積層数を調整することにより、所望の反射率を得ることができる。   Here, each of the dielectric reflection films 30 and 31 is composed of a plurality of dielectric films having different refractive indexes, and a desired reflectance is obtained by adjusting the refractive index, the film thickness, and the number of layers of each dielectric reflection film. be able to.

なお、各リッジストライプ部は断面台形状に限定されず、その側面が基板面とほぼ垂直となる断面方形状でもよい。   Each ridge stripe portion is not limited to a trapezoidal cross section, and may have a rectangular cross section whose side surface is substantially perpendicular to the substrate surface.

前記の誘電体反射膜の代表的な形成方法は、ECR(Electron Cyclotron Resonance)スパッタ法が挙げられる。ECRプラズマ処理装置を使用する理由としては、低ガス圧(10-4〜10-5Torr)、低プラズマダメージ、低イオン損傷などの特徴を有し、成膜については、Al2 3 、SiO2、SiNなどの各種薄膜を加熱なしの低温で緻密かつ高品質に形成することができるからである。 A typical method for forming the dielectric reflection film is an ECR (Electron Cyclotron Resonance) sputtering method. The reason why the ECR plasma processing apparatus is used is that it has characteristics such as low gas pressure (10 −4 to 10 −5 Torr), low plasma damage, and low ion damage. For film formation, Al 2 O 3 , SiO 2 because various thin films such as SiN can be formed densely and with high quality at low temperatures without heating.

後方端面の誘電体反射膜31は反射率90%以上とすることが好ましく、低屈折率材料と高屈折率材料の多層構造をとることで高反射率化が可能となる。例えば、低屈折率材料としてSiO2 (屈折率1.48)、高屈折率材料として水素添加アモルファスSi(屈折率の実部n=3.3)を用いる。 The dielectric reflecting film 31 on the rear end face preferably has a reflectivity of 90% or higher, and a high reflectivity can be achieved by taking a multilayer structure of a low refractive index material and a high refractive index material. For example, SiO 2 (refractive index 1.48) is used as the low refractive index material, and hydrogenated amorphous Si (real part n = 3.3 of the refractive index) is used as the high refractive index material.

出射端面40の誘電体反射膜30の材料としては、SiO2 、Al2 3 、Ta2 5 、Nb2 5 、ZrO2 などが用いられる。前記誘電体材料を組み合わせ、膜厚を正確に設定することによって、多波長に対応した低反射率コートを実現することができる。ここで、SiO2 は化学的安定性、耐熱性、光の透過性、そして電気絶縁性に優れており、光学誘電体反射膜としてよく用いられる。しかし、高出力でレーザ動作させると、端面の劣化に起因したCOD(瞬時光学損傷)が問題として発生する。これは、前記スパッタ法で堆積させたSiO2 の不純物(主にFe、Cr、Niなどの重金属元素)の濃度レベルが高いことが原因であると考えられる。不純物濃度レベルの高い誘電体反射膜が出射端面に直接接した状態で高出力のレーザ動作をすると、重金属不純物の混入により出射端面に深い準位が発生し、その深い準位を介した非発光再結合により端面温度が上昇して端面が劣化するものと考えられる。したがって、出射端面と接する第1誘電体膜に重金属不純物濃度レベルの低い誘電体反射膜を形成することによって、高出力半導体レーザ装置の信頼性を向上できると予測される。低不純物濃度レベルの誘電体材料としてAl2 3 がある。Al2 3 はSiO2 と比べて、不純物元素に対するバリア性が高いため、膜中に含有するFe、Cr、Niなどの不純物濃度が低いことが分かっている。そこで、第1誘電体膜にAl2 3 を用い、さらに界面の不純物濃度を変えて信頼性試験を行い、上記内容の検証を行った。 The dielectric reflective film 30 of the light emitting face 40, SiO 2, Al 2 O 3, Ta 2 O 5, Nb 2 O 5, ZrO 2 and the like are used. By combining the dielectric materials and setting the film thickness accurately, it is possible to realize a low reflectance coat corresponding to multiple wavelengths. Here, SiO 2 is excellent in chemical stability, heat resistance, light transmission, and electrical insulation, and is often used as an optical dielectric reflecting film. However, when the laser is operated at a high output, COD (instantaneous optical damage) due to deterioration of the end face occurs as a problem. This is considered to be caused by a high concentration level of SiO 2 impurities (mainly heavy metal elements such as Fe, Cr, Ni) deposited by the sputtering method. When high-power laser operation is performed with a dielectric reflection film having a high impurity concentration level in direct contact with the output end face, a deep level is generated at the output end face due to the mixing of heavy metal impurities, and no light is emitted through the deep level. It is considered that the end face temperature is increased due to recombination and the end face is deteriorated. Therefore, it is expected that the reliability of the high-power semiconductor laser device can be improved by forming a dielectric reflection film having a low heavy metal impurity concentration level on the first dielectric film in contact with the emission end face. As a dielectric material having a low impurity concentration level, there is Al 2 O 3 . Since Al 2 O 3 has a higher barrier property against impurity elements than SiO 2 , it is known that the concentration of impurities such as Fe, Cr, and Ni contained in the film is low. Therefore, a reliability test was performed by using Al 2 O 3 for the first dielectric film and changing the impurity concentration at the interface, and the above contents were verified.

上記検証では、出射端面40側の第1誘電体膜をAl2 3 で、第2誘電体膜をSiO2 で構成して、赤色半導体レーザ素子a、赤外半導体レーザ素子bそれぞれに対する反射率が1〜7%の間になるように膜厚を設定している。 In the above verification, the first dielectric film on the emission end face 40 side is made of Al 2 O 3 and the second dielectric film is made of SiO 2 , and the reflectivity with respect to the red semiconductor laser element a and the infrared semiconductor laser element b respectively. The film thickness is set so as to be between 1 and 7%.

図2に検証結果を示す。これは、赤色半導体レーザ素子について、出射端面と第1誘電体膜との界面における重金属不純物濃度と素子の寿命との関係を示したものであり、重金属としてFeが注目されている。高出力は例えば光出力240mW級である。   FIG. 2 shows the verification result. This shows the relationship between the heavy metal impurity concentration at the interface between the emission end face and the first dielectric film and the lifetime of the element in the red semiconductor laser element, and Fe is attracting attention as a heavy metal. The high output is, for example, the optical output 240 mW class.

図2から、高出力動作時においては、不純物濃度と寿命(信頼性)に明確な相関性が存在することが分かる。寿命1000時間以上を実現するためには、出射端面と第1誘電体膜との界面の重金属不純物濃度を3×1017atoms/cm3 以下とすることが必要である。 FIG. 2 shows that there is a clear correlation between the impurity concentration and the lifetime (reliability) during high output operation. In order to realize a lifetime of 1000 hours or more, it is necessary that the heavy metal impurity concentration at the interface between the emission end face and the first dielectric film be 3 × 10 17 atoms / cm 3 or less.

以上のことにより、さらなる高出力化、長寿命化を実現するには、半導体レーザの出射端面の酸化を防ぐだけでは不十分であり、重金属不純物の汚染レベルの低減も必要不可欠である。   As described above, in order to realize further higher output and longer life, it is not sufficient to prevent oxidation of the emission end face of the semiconductor laser, and it is also essential to reduce the contamination level of heavy metal impurities.

本発明者は、重金属不純物濃度3×1017atoms/cm3 以下の半導体レーザ装置の光出力の検討を行った。図3は共振器内部の光強度分布を示している。ここでは、出射端面40の反射率を6%、後方端面41の反射率を96%、共振器長を1500μmとしている。240mW出力動作の半導体レーザ装置においては、寿命1000時間以上の信頼性を得ているのに対し、300mW出力動作時においては、後方端面41より劣化が生じている。この劣化が生じたときの後方端面41における光強度を参照して、シミュレーションにより半導体レーザの端面における光密度を見積もった結果は23.6MW/cm2である。 The present inventor has studied the optical output of a semiconductor laser device having a heavy metal impurity concentration of 3 × 10 17 atoms / cm 3 or less. FIG. 3 shows the light intensity distribution inside the resonator. Here, the reflectance of the emission end face 40 is 6%, the reflectance of the rear end face 41 is 96%, and the resonator length is 1500 μm. In the semiconductor laser device operating at 240 mW output, reliability of a lifetime of 1000 hours or more is obtained, but at the time of 300 mW output operation, deterioration occurs from the rear end face 41. With reference to the light intensity at the rear end face 41 when this deterioration occurs, the result of estimating the light density at the end face of the semiconductor laser by simulation is 23.6 MW / cm 2 .

前記の重金属の汚染レベルの低い誘電体反射膜は、ECRプラズマ処理装置内部の金属面の保護を行い、金属面スパッタによる汚染を抑制することで得られる。   The dielectric reflection film having a low contamination level of heavy metal can be obtained by protecting the metal surface inside the ECR plasma processing apparatus and suppressing contamination due to metal surface sputtering.

図4は、代表的なECRスパッタ装置の断面図を示している。この装置は、ECRプラズマを生成するプラズマ生成室51と、このプラズマ生成室51にマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段52と、プラズマ生成室51に連通した成膜室(スパッタチャンバー)53とを備えている。   FIG. 4 shows a cross-sectional view of a typical ECR sputtering apparatus. This apparatus includes a plasma generation chamber 51 that generates ECR plasma, a microwave supply means 52 that supplies microwaves to the plasma generation chamber 51, and a film formation chamber (sputter chamber) 53 that communicates with the plasma generation chamber 51. I have.

プラズマ生成室51は上端と下端のそれぞれに開口が同軸状に形成されており、下端に、その下端開口を通じて周波数2.45GHzのマイクロ波を真空度を維持して供給するようにマイクロ波供給手段52が接続されているとともに、スパッタガスおよび清浄化ガスとしてのアルゴン(Ar)ガスおよび反応性ガスとしての酸素(O2 )ガスを導入するガス導入管54が接続されている。プラズマ生成室51の周囲にはECR条件を満たす磁界を生成するための磁気コイル55が設けられている。 The plasma generation chamber 51 has openings coaxially formed at the upper end and the lower end, and the microwave supply means supplies a microwave having a frequency of 2.45 GHz to the lower end through the lower end opening while maintaining the degree of vacuum. 52 and a gas introduction pipe 54 for introducing an argon (Ar) gas as a sputtering gas and a cleaning gas and an oxygen (O 2 ) gas as a reactive gas. A magnetic coil 55 for generating a magnetic field that satisfies the ECR condition is provided around the plasma generation chamber 51.

成膜室53はその下端開口においてプラズマ生成室51の上端開口に接続されており、室内を真空にするための排気口53aが側壁に開口している。成膜室53の内部には、プラズマ生成室51の上端にその上端開口を囲んで設けられたSiやAlなどのターゲット材56が下端開口に臨む内壁を覆うように設置されているとともに、この下端開口に対向するように成膜対象物としての基板mを設置するためのステージ57が設けられている。ターゲット材56には負のバイアス電圧を印加するためのRF電源Eが接続されている。   The film formation chamber 53 is connected to the upper end opening of the plasma generation chamber 51 at the lower end opening, and an exhaust port 53a for evacuating the chamber is open to the side wall. In the film forming chamber 53, a target material 56 such as Si or Al provided at the upper end of the plasma generating chamber 51 so as to surround the upper end opening is installed so as to cover the inner wall facing the lower end opening. A stage 57 for installing a substrate m as a film formation target is provided so as to face the lower end opening. The target material 56 is connected to an RF power source E for applying a negative bias voltage.

図5はプラズマ生成室51に接続したマイクロ波供給手段52を拡大図示している。図5(a)に示すように、マイクロ波源58は、矩形導波管59aと整合器60と矩形導波管59b,59cと真空導波管61を介してプラズマ生成室51に接続されている。矩形導波管59cはマイクロ波を2つに分岐するもので、マイクロ波回路におけるE面Y分岐回路となっている。真空導波管61はマイクロ波を送り出すためのスリット62を中央部に有するもので、図5(b)にも示すように、マイクロ波がそのマイクロ波電界を外部磁界に平行として外部磁界に垂直な方向へ進む導波管部61aと、このマイクロ波を外部磁界に沿ってプラズマ生成室51へ導くテーパー管部61bとから構成されている。スリット62は導波管部61aにおけるマイクロ波の進行方向(導波管部61aの長手方向)に短く、それに直角な方向に長い矩形開口を有し、テーパー管部61bのプラズマ生成室51側は、スリット62の長手方向と等しい直径の円形のマイクロ波導入開口63となっている。   FIG. 5 is an enlarged view of the microwave supply means 52 connected to the plasma generation chamber 51. As shown in FIG. 5A, the microwave source 58 is connected to the plasma generation chamber 51 via a rectangular waveguide 59a, a matching unit 60, rectangular waveguides 59b and 59c, and a vacuum waveguide 61. . The rectangular waveguide 59c branches the microwave into two, and is an E-plane Y branch circuit in the microwave circuit. The vacuum waveguide 61 has a slit 62 for sending out a microwave at the center, and as shown in FIG. 5B, the microwave makes the microwave electric field parallel to the external magnetic field and is perpendicular to the external magnetic field. And a tapered tube portion 61b that guides the microwave to the plasma generation chamber 51 along an external magnetic field. The slit 62 is short in the microwave traveling direction (longitudinal direction of the waveguide portion 61a) in the waveguide portion 61a and has a rectangular opening that is long in a direction perpendicular thereto, and the plasma generation chamber 51 side of the tapered tube portion 61b is A circular microwave introduction opening 63 having a diameter equal to the longitudinal direction of the slit 62 is formed.

スリット62の両側の対称な位置、マイクロ波が外部磁界に垂直に進行する部分には、真空を維持してマイクロ波を導入するためのマイクロ波導入窓64a,64bが設置されている。この例では石英板が用いられている。   Microwave introduction windows 64a and 64b for introducing a microwave while maintaining a vacuum are provided at symmetrical positions on both sides of the slit 62, where the microwave proceeds perpendicularly to the external magnetic field. In this example, a quartz plate is used.

このような構成により、マイクロ波源58からのマイクロ波は、矩形導波管59a、整合器60、矩形導波管59bを経て分岐回路である矩形導波管59cに導かれ、そこで2つに分岐され、それぞれ等しい伝播距離で進行した後に、マイクロ波導入窓64a,64bを通り、スリット62に到達する。このとき、矩形導波管59cで分岐された2つのマイクロ波の位相は互いに180度異なっているため、スリット62の付近では、マイクロ波導入窓64aからのマイクロ波とマイクロ波導入窓64bからのマイクロ波とが互いに打ち消しあって定在波の節となり、マイクロ波電界強度は非常に弱くなるため、導波管部61a内でのプラズマ発生は防止される。一方で、導波管壁を流れる高周波電流はスリット62によって断ち切られるため、スリット62に到達したマイクロ波はテーパー管部61b内へ放射され、さらにプラズマ生成室51内に放射される。   With such a configuration, the microwave from the microwave source 58 is guided to the rectangular waveguide 59c which is a branch circuit through the rectangular waveguide 59a, the matching unit 60, and the rectangular waveguide 59b, and is branched into two there. After traveling at the same propagation distance, they pass through the microwave introduction windows 64a and 64b and reach the slit 62. At this time, the phases of the two microwaves branched by the rectangular waveguide 59c are different from each other by 180 degrees. Therefore, in the vicinity of the slit 62, the microwaves from the microwave introduction window 64a and the microwave introduction window 64b The microwaves cancel each other out to form a standing wave node, and the microwave electric field strength becomes very weak, so that plasma generation in the waveguide portion 61a is prevented. On the other hand, since the high-frequency current flowing through the waveguide wall is cut off by the slit 62, the microwave reaching the slit 62 is radiated into the tapered tube portion 61 b and further radiated into the plasma generation chamber 51.

このようにしてプラズマ生成室51内に放射されるマイクロ波によって、ガス導入管54より導入されるガスが励起されてプラズマ化し、そのプラズマが成膜室53に流れ込んでターゲット材56をスパッタする結果、ターゲット材56の薄膜が基板m上に形成される。   As a result of the microwaves radiated into the plasma generation chamber 51 in this way, the gas introduced from the gas introduction tube 54 is excited and turned into plasma, and the plasma flows into the film formation chamber 53 to sputter the target material 56. A thin film of the target material 56 is formed on the substrate m.

なお、この際に、マイクロ波導入窓64a,64bがマイクロ波導入開口63から見て死角の位置にあるため、プラズマ生成室51内で生成されたプラズマ中の粒子が直接飛来することはなく、マイクロ波導入窓64a,64bへの膜の付着は防止される。   At this time, since the microwave introduction windows 64a and 64b are at the blind spot as viewed from the microwave introduction opening 63, the particles in the plasma generated in the plasma generation chamber 51 do not fly directly, The adhesion of the film to the microwave introduction windows 64a and 64b is prevented.

このようにECRプラズマを利用して薄膜を形成するプラズマ処理装置は、低ガス圧(10-4〜10-5 Torr)、低プラズマダメージ、低イオン損傷などの特徴を有しており、Al2 3 ,SiO2,SiNなどの各種薄膜を加熱なしの低温で緻密かつ高品質に形成することができる。 The plasma processing apparatus using ECR plasma to form a thin film as a low gas pressure (10 -4 ~10 -5 Torr), a low plasma damage, has features such as low ionic damage, Al 2 Various thin films such as O 3 , SiO 2 and SiN can be formed densely and with high quality at a low temperature without heating.

上述したプラズマ処理装置では、プラズマ生成室51は、石英チューブ65と、プラズマ引き出し窓となる円形の開口を形成した石英板66と、マイクロ波導入窓となる角形の開口を形成した石英板67とで構成することによって、基板mへの重金属元素の飛来を抑制している。   In the plasma processing apparatus described above, the plasma generation chamber 51 includes a quartz tube 65, a quartz plate 66 having a circular opening serving as a plasma extraction window, and a quartz plate 67 having a square opening serving as a microwave introduction window. This prevents the heavy metal element from flying to the substrate m.

しかし、プラズマ処理装置では一般に、プラズマ生成室51で生成したプラズマの一部はマイクロ波供給手段52側まで広がるため、その接続部分、上述した例ではマイクロ波整流板68の開口部の金属面がスパッタされ、金属元素の飛散、基板m上への飛来が起こる。そのため、基板m上に形成される膜の重金属汚染量を3×1017atoms/cm3 以下に抑えることは困難である。 However, in the plasma processing apparatus, in general, a part of the plasma generated in the plasma generation chamber 51 spreads to the microwave supply means 52 side, so that the connection portion, in the above-described example, the metal surface of the opening of the microwave rectifying plate 68 is formed. Sputtering causes scattering of metal elements and flying onto the substrate m. Therefore, it is difficult to suppress the heavy metal contamination amount of the film formed on the substrate m to 3 × 10 17 atoms / cm 3 or less.

そこで、プラズマ生成室51との連通開口に臨んだ金属内壁を耐プラズマ性の保護材で覆うことにより、金属内壁からの金属元素の飛散を抑止し、成膜室53で形成される膜中の金属汚染レベルを3×1017atoms/cm3 以下にまで低減させることができる。 Therefore, the metal inner wall facing the communication opening with the plasma generation chamber 51 is covered with a plasma-resistant protective material, so that the scattering of metal elements from the metal inner wall is suppressed, and the film formed in the film formation chamber 53 The metal contamination level can be reduced to 3 × 10 17 atoms / cm 3 or less.

なお、半導体レーザ装置の誘電体反射膜は、ECRスパッタ法のみならず、マグネトロンスパッタ、電子ビーム蒸着(EB蒸着)などでも堆積ができる。これらの堆積法においても、スパッタ装置内部の汚染源を耐性の優れた保護膜などで保護し、金属面のスパッタを抑止することで、金属汚染レベルを低減した誘電体反射膜を形成させてもよい。   The dielectric reflection film of the semiconductor laser device can be deposited not only by the ECR sputtering method but also by magnetron sputtering, electron beam evaporation (EB evaporation) or the like. Also in these deposition methods, a dielectric reflection film with a reduced metal contamination level may be formed by protecting the contamination source inside the sputtering apparatus with a protective film having excellent durability and suppressing the sputtering of the metal surface. .

さらに、出射端面と接する第1誘電体膜には、SiO2 に比べて不純物濃度レベルが低く、放熱性の優れたAl2 3 膜を採用することが望ましい。 Furthermore, as the first dielectric film in contact with the emission end face, it is desirable to employ an Al 2 O 3 film having a lower impurity concentration level than SiO 2 and excellent in heat dissipation.

このようにして、本実施の形態によれば、出射端面と誘電体反射膜との界面の重金属不純物濃度を3×1017atoms/cm3 以下で形成することによって、高出力動作に適し、信頼性の高い集積化半導体レーザ装置を得ることができる。 Thus, according to the present embodiment, the heavy metal impurity concentration at the interface between the emission end face and the dielectric reflecting film is formed to be 3 × 10 17 atoms / cm 3 or less, which is suitable for high output operation and reliable. A highly integrated semiconductor laser device can be obtained.

本発明の集積化半導体レーザ装置は、例えば、高出力2波長レーザ装置を必要とする光記録装置等の光源として有用であり、また、その他、レーザ医療等への応用にも有用である。   The integrated semiconductor laser device of the present invention is useful, for example, as a light source for an optical recording device or the like that requires a high-power two-wavelength laser device, and is also useful for other applications such as laser medicine.

本発明の実施の形態における集積化半導体レーザ装置(2波長型)の斜視図1 is a perspective view of an integrated semiconductor laser device (dual wavelength type) according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態における半導体レーザ装置の出射端面に含まれるFeの不純物濃度と寿命との関係を示す図The figure which shows the relationship between the impurity concentration of Fe contained in the output end surface of the semiconductor laser apparatus in embodiment of this invention, and lifetime. 本発明の実施の形態における赤色半導体レーザ素子の共振器内部の光強度分布を示す図The figure which shows light intensity distribution inside the resonator of the red semiconductor laser element in embodiment of this invention 本発明の実施の形態におけるECRプラズマ処理装置を示す断面図Sectional drawing which shows the ECR plasma processing apparatus in embodiment of this invention 図4のマイクロ波導入部を拡大した断面図FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the microwave introduction portion of FIG. 従来技術における半導体素子(2波長型)の斜視図および断面図Perspective view and cross-sectional view of a conventional semiconductor device (two-wavelength type)

符号の説明Explanation of symbols

a 赤色半導体レーザ素子
b 赤外半導体レーザ素子
1 n型GaAs基板
2 n型クラッド層
3 活性層
4 第1のp型クラッド層
5 エッチング停止層
6 第2のp型クラッド層
7 p型コンタクト層
8 絶縁層
9 p側電極
10 n側電極
12 n型クラッド層
13 活性層
14 第1のp型クラッド層
15 エッチング停止層
16 第2のp型クラッド層
17 p型コンタクト層
19 p側電極
20 分離溝
30 出射端面の誘電体反射膜
31 後方端面の誘電体反射膜
40 出射端面
41 後方端面
a red semiconductor laser device b infrared semiconductor laser device 1 n-type GaAs substrate 2 n-type cladding layer 3 active layer 4 first p-type cladding layer 5 etching stop layer 6 second p-type cladding layer 7 p-type contact layer 8 Insulating layer 9 p-side electrode 10 n-side electrode 12 n-type cladding layer 13 active layer 14 first p-type cladding layer 15 etching stop layer 16 second p-type cladding layer 17 p-type contact layer 19 p-side electrode 20 separation groove DESCRIPTION OF SYMBOLS 30 Dielectric reflecting film of output end face 31 Dielectric reflecting film of rear end face 40 Outgoing end face 41 Back end face

Claims (9)

レーザ光の出射端面に単層構造または多層構造の誘電体反射膜が形成され、前記出射端面に接する第1誘電体膜の内部および前記第1誘電体膜と前記出射端面との界面における重金属不純物濃度が3×1017atoms/cm3 以下に設定されている半導体レーザ装置。 A dielectric reflection film having a single-layer structure or a multi-layer structure is formed on the emission end face of the laser beam, and heavy metal impurities in the first dielectric film in contact with the emission end face and at the interface between the first dielectric film and the emission end face A semiconductor laser device whose concentration is set to 3 × 10 17 atoms / cm 3 or less. 前記重金属不純物元素が、Fe、Cr、Niの群から選ばれた少なくとも1種の元素を含む請求項1に記載の半導体レーザ装置。   The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the heavy metal impurity element includes at least one element selected from the group consisting of Fe, Cr, and Ni. 前記誘電体反射膜が前記出射端面に接する前記第1誘電体膜とこの第1誘電体膜の外側に形成された第2誘電体膜とからなり、前記第1誘電体膜の屈折率n1 が1.6≦n1 ≦2.3であり、前記第2誘電体膜の屈折率n2 が1.4≦n2 <1.6である請求項1または請求項2に記載の半導体レーザ装置。 The dielectric reflection film includes the first dielectric film in contact with the emission end face and a second dielectric film formed outside the first dielectric film, and the refractive index n 1 of the first dielectric film. The semiconductor laser according to claim 1, wherein 1.6 ≦ n 1 ≦ 2.3, and the refractive index n 2 of the second dielectric film is 1.4 ≦ n 2 <1.6. apparatus. 前記第1誘電体膜がAl2 3 、Ta2 5 、Nb2 5 、ZrO2 の群から選ばれた少なくとも1種の化合物であり、前記第2誘電体膜がSiO2 である請求項1から請求項3までのいずれかに記載の半導体レーザ装置。 The first dielectric film is at least one compound selected from the group consisting of Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 and ZrO 2 , and the second dielectric film is SiO 2. The semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 3. 前記出射端面における反射率が1〜7%の範囲に設定されている請求項1から請求項4までのいずれかに記載の半導体レーザ装置。   The semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 4, wherein a reflectance at the emission end face is set in a range of 1 to 7%. 前記出射端面における光密度が23.6MW/cm2 以上に設定されている請求項1から請求項6までのいずれかに記載の半導体レーザ装置。 7. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the light density at the emission end face is set to 23.6 MW / cm 2 or more. 発振波長が単一波長とされている請求項1から請求項6までのいずれかに記載の半導体レーザ装置。   7. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the oscillation wavelength is a single wavelength. 請求項1から請求項6までのいずれかに記載の半導体レーザ装置であって発振波長を互いに異にする複数の半導体レーザ装置が同一基板上に形成されている集積化半導体レーザ装置。   7. An integrated semiconductor laser device according to claim 1, wherein a plurality of semiconductor laser devices having different oscillation wavelengths are formed on the same substrate. 前記半導体レーザ装置が2つであり、発振波長の短い方の第1の半導体レーザ装置はその半導体レーザの活性層材料がAlGaInP系半導体材料であり、発振波長の長い方の第2の半導体レーザ装置はその活性層材料がAlGaAs系半導体材料である請求項8に記載の集積化半導体レーザ装置。   There are two semiconductor laser devices, and the first semiconductor laser device having a shorter oscillation wavelength has an active layer material of the semiconductor laser made of an AlGaInP-based semiconductor material, and the second semiconductor laser device having a longer oscillation wavelength. 9. The integrated semiconductor laser device according to claim 8, wherein the active layer material is an AlGaAs-based semiconductor material.
JP2006194063A 2006-07-14 2006-07-14 Semiconductor laser device and integrated semiconductor laser device Pending JP2008021908A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006194063A JP2008021908A (en) 2006-07-14 2006-07-14 Semiconductor laser device and integrated semiconductor laser device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006194063A JP2008021908A (en) 2006-07-14 2006-07-14 Semiconductor laser device and integrated semiconductor laser device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008021908A true JP2008021908A (en) 2008-01-31

Family

ID=39077644

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006194063A Pending JP2008021908A (en) 2006-07-14 2006-07-14 Semiconductor laser device and integrated semiconductor laser device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008021908A (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08125280A (en) * 1994-10-27 1996-05-17 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor laser device and manufacturing method thereof
JPH11163460A (en) * 1997-11-27 1999-06-18 Nec Corp Spacer and method for forming end surface protective film of semiconductor laser device using the same
JP2002223030A (en) * 2001-01-24 2002-08-09 Toshiba Corp Semiconductor laser device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08125280A (en) * 1994-10-27 1996-05-17 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor laser device and manufacturing method thereof
JPH11163460A (en) * 1997-11-27 1999-06-18 Nec Corp Spacer and method for forming end surface protective film of semiconductor laser device using the same
JP2002223030A (en) * 2001-01-24 2002-08-09 Toshiba Corp Semiconductor laser device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9660413B2 (en) Nitride semiconductor light emitting device
US7442628B2 (en) Semiconductor laser manufacturing method
US7820542B2 (en) Nitride semiconductor light-emitting device and method for fabrication thereof
US7750363B2 (en) Nitride semiconductor light-emitting device having an end face coating film and method of manufacturing the same
US6628689B2 (en) Semiconductor laser device and method of fabricating the same
CN101794965B (en) Nitride semiconductor light emitting device, and method of manufacturing nitride semiconductor light emitting device
JP2002208755A (en) Surface emitting semiconductor laser
US7142576B2 (en) Semiconductor laser
JP5184927B2 (en) Nitride semiconductor light emitting device and method for manufacturing nitride semiconductor light emitting device
US20060239321A1 (en) Semiconductor laser device
JPH07170011A (en) Semiconductor laser device and method for adjusting self-oscillation intensity thereof
JP2009224480A (en) Two-wavelength semiconductor laser device
JP2010135516A (en) Nitride semiconductor light emitting device
JPH1084162A (en) Semiconductor laser and method of manufacturing the same
US7691653B2 (en) Nitride semiconductor laser element and method for manufacturing the same
JP2008021908A (en) Semiconductor laser device and integrated semiconductor laser device
JP2012064637A (en) Semiconductor laser element, semiconductor laser device and optical device using it
JP4066317B2 (en) Semiconductor laser device, manufacturing method thereof, and optical disc apparatus
JP2012104766A (en) Semiconductor laser device
JP3710313B2 (en) Semiconductor laser element
JPH10154843A (en) Semiconductor laser device and optical disk device using the same
JP2006196846A (en) Multi-wavelength semiconductor laser device
JP2008172088A (en) Semiconductor laser device
JPH01100988A (en) semiconductor laser equipment
JP2008243842A (en) Manufacturing method of semiconductor laser device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20081121

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110201

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110201

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110324

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20110614