氮化物類半導體雷射元件和光學裝置的製作方法

2023-05-08 20:03:06

專利名稱：氮化物類半導體雷射元件和光學裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及氮化物類半導體雷射元件和光學裝置，特別涉及在出射側諧振器面形成電介質膜的氮化物類半導體雷射元件和光學裝置。
背景技術：
以往，半導體雷射作為在光碟系統和光通信系統等的光源被廣泛使用。另外，伴隨構成系統的機器高性能化，希望雷射元件特性提高。特別是作為高密度光碟的光源，希望雷射的短波長化和高輸出化，近年來由氮化物類半導體開發出振蕩波長約405nm的藍紫色半導體雷射元件。在日本特開2006-203162號公報中公開了具備由形成諧振器端面的Al2O3等電介質膜構成的端面塗膜、在諧振器端面和端面塗膜之間形成由AlN構成的貼附層的氮化物類半導體雷射元件。在日本特開2006-203162號公報中所公開的氮化物類半導體雷射元件中，為了控制反射率而調整端面塗膜的厚度時，有時使端面塗膜厚度為IOOnm以上。此時，由於端面塗膜的應力增加，因此，端面塗膜容易從諧振器的端面剝離。其結果，由於在諧振器端面的反射率變動，因此，產生雷射強度變得不穩定等的不妥。

發明內容
根據本發明第1方面的氮化物類半導體雷射元件，具備包含發光層的、由具有出射側諧振器面和反射側諧振器面的氮化物類半導體構成的半導體元件層，和形成於上述出射側諧振器面的端面塗膜；端面塗膜具有與出射側諧振器面接觸形成的由氮化鋁構成的第 1電介質膜、形成於第1電介質膜的出射側諧振器面相反側的由氧氮化鋁構成的第2電介質膜、形成於第2電介質膜的第1電介質膜相反側的由氧化鋁構成的第3電介質膜、形成於第 3電介質膜的第2電介質膜相反側的由氧氮化鋁構成的第4電介質膜和形成於第4電介質膜的第3電介質膜相反側的由氧化鋁構成的第5電介質膜。另外，在本發明中，出射側諧振器面和反射側諧振器面是形成於氮化物類半導體雷射元件端部的一對諧振器端面，根據從各面出射的雷射強度的大小關係予以區別。即，雷射出射強度相對大的側是出射側諧振器面，雷射出射強度相對小的側是反射側諧振器面。根據本發明第1方面的氮化物類半導體雷射元件中，如上所述，由於在第1電介質膜、由氧化鋁構成的第3電介質膜和第5電介質膜之間形成由氧氮化鋁構成的第2電介質膜和第4電介質膜，因此，氧化鋁中的氧難以脫離，另外，難以向其它電介質膜中擴散。由此，由於能夠減輕各電介質膜的變質，因此，能夠抑制各電介質膜從出射側諧振器面剝離， 同時也能夠抑制端面塗膜的反射率變化。另外，如上所述，在由氮化鋁構成的第1電介質膜的出射側諧振器面相反側，依次疊層由氧氮化鋁構成的第2電介質膜、由氧化鋁構成的第3電介質膜、由氧氮化鋁構成的第 4電介質膜和由氧化鋁構成的第5電介質膜，各電介質膜含有共通的鋁。由此，端面塗膜內的各電介質膜的粘合性提高，能夠抑制端面塗膜剝離。另外，如上所述，通過使端面塗膜為多層膜結構，能夠減小各電介質膜的厚度，因此，能夠減小各電介質膜的應力。由此，由於能夠減小端面塗膜的整體應力，因此，能夠抑制端面塗膜的剝離。這些的結果，由於能夠抑制出射側諧振器面的端面塗膜的反射率變動，因此，能夠使氮化物類半導體雷射元件的穩定性提高。根據上述第1方面的氮化物類半導體雷射元件中，優選第1電介質膜由氮化鋁的多晶膜構成。根據這樣的結構，能夠提高端面塗膜的出射側諧振器面和與出射側諧振器面接觸的第1電介質膜的粘合性。此時，優選包含發光層的半導體元件層具有由氮化物類半導體的大致(0001)面構成的主表面，由氮化鋁組成的多晶膜中，結晶結構沿發光層的大致wool]方向取向。根據這樣的結構，由於第1電介質膜的結晶構造與發光層的結晶構造在大致相同方向一致， 因此，能夠確實地提高出射側諧振器面(半導體元件層)與第1電介質膜的粘合性。由此， 能夠抑制接近發光層、熱能和光能集中而容易變質的第1電介質膜從出射側諧振器面剝
1 O根據上述第1方面的氮化物類半導體雷射元件中，優選第2電介質膜由氧氮化鋁的多晶膜構成。根據這樣的結構，能夠提高第2電介質膜和與第2電介質膜鄰接的其它電介質膜的粘合性。此時，優選包含發光層的半導體元件層具有由氮化物類半導體的大致(0001)面構成的主表面，由氧氮化鋁構成的多晶膜中，結晶結構沿發光層的大致wool]方向取向。 根據這樣的結構，由於第2電介質膜的結晶構造與發光層的結晶構造在大致相同方向一致，因此，在第2電介質膜和出射側諧振器面之間即使夾有其它電介質膜，也能夠某種程度地提高第1電介質膜與第2電介質膜的粘合性。由此，能夠抑制接近發光層、熱能和光能集中而容易變質的第2電介質膜從第1電介質膜等剝離。根據上述第1方面的氮化物類半導體雷射元件中，優選第3電介質膜和第5電介質膜中至少任一個由氧化鋁的非晶膜構成。根據這樣的結構，能夠通過該非晶膜適當緩和由第1、第2、第3、第4和第5電介質膜形成多層膜結構的端面塗膜整體的應力。根據上述第1方面的氮化物類半導體雷射元件中，優選第1電介質膜和第2電介質膜中至少任一個的厚度小於第3電介質膜、第4電介質膜和第5電介質膜中至少任一個的厚度。根據這樣的結構，能夠使靠近出射側諧振器面的第1電介質膜和第2電介質膜中至少任一個的電介質膜的應力比第3電介質膜、第4電介質膜和第5電介質膜中至少任一個的電介質膜的應力相對降低。由此，可以抑制熱能和光能集中、容易變質的第1電介質膜和第2電介質膜的任一個的電介質膜在端面塗膜中剝離。在上述第1和第2電介質膜中至少任一個的厚度小於第3、第4和第5電介質膜中至少任一個的厚度的結構中，優選第1電介質膜和第2電介質膜的各自的厚度小於第3電介質膜、第4電介質膜和第5電介質膜的各自的厚度。根據這樣的結構，能夠使靠近出射側諧振器面的第1電介質膜和第2電介質膜的應力比第3電介質膜、第4電介質膜和第5電介質膜中至少任一個的電介質膜的應力相對降低。由此，能夠確實地抑制第1電介質膜和第2電介質膜在端面塗膜中剝離。
此時，優選第2電介質膜的厚度為第1電介質膜的厚度以上。根據這樣的結構，由於能夠使第1電介質膜的厚度為其它電介質膜的厚度以下，因此，能夠降低相對應力大於其它電介質膜的由氮化鋁構成的第1電介質膜的應力。由此，特別是能夠提高第1電介質膜與第2電介質膜之間的粘合性，抑制端面塗膜剝離。根據上述第1方面的氮化物類半導體雷射元件中，優選由氧氮化鋁構成的第2電介質膜和第4電介質膜以AlOxNy (這裡，0彡χ < 1.5，0<y< 1)表示，在AlOxNy中滿足 X < y的關係。根據這樣的結構，能夠一同控制第2電介質膜中所含的氧向第1電介質膜擴散的量和第4電介質膜中所含的氧向第3電介質膜擴散的量。由此，由於隔著第1電介質膜，抑制氧向半導體元件層擴散，因此，能夠抑制出射側諧振器面的光學災變破壞(COD)的發生。根據上述第1方面的氮化物類半導體雷射元件中，優選第1電介質膜、第2電介質膜、第3電介質膜、第4電介質膜和第5電介質膜中至少2個電介質膜相互接觸。根據這樣的結構，由於在相互接觸的2個電介質膜之間不夾著其它電介質膜，因此，能夠極度抑制形成多層膜結構的端面塗膜的厚度。由此，能夠將端面塗膜整體的應力抑制得更小。此時，優選第2電介質膜與出射側諧振器面的相反側的第1電介質膜表面接觸、第 3電介質膜與第1電介質膜的相反側的第2電介質膜表面接觸、第4電介質膜與第2電介質膜的相反側的第3電介質膜表面接觸、第5電介質膜與第3電介質膜的相反側的第4電介質膜表面接觸。根據這樣的結構，由於電介質膜之間的粘合性提高，因此，能夠確實地抑制端面塗膜從出射側諧振器面剝離。根據上述第1方面的氮化物類半導體雷射元件中，優選端面塗膜還具有形成於第 5電介質膜的第4電介質膜相反側的由氧氮化鋁構成的第6電介質膜和形成於第6電介質膜的第5電介質膜相反側的由氧化鋁構成的第7電介質膜。根據這樣的結構，能夠抑制從出射側諧振器面的剝離，並構成反射率的控制更容易的端面塗膜。此時，優選第1電介質膜和第2電介質膜中至少任一個的厚度小於第6電介質膜和第7電介質膜中至少任一個的厚度。根據這樣的結構，能夠使靠近出射側諧振器面的第 1電介質膜和第2電介質膜中至少任一個的電介質膜的應力比第6電介質膜和第7電介質膜中至少任一個的電介質膜的應力相對降低。由此，即使端面塗膜還具備第6電介質膜和第7電介質膜，也能夠抑制熱能和光能集中而容易變質的第1電介質膜和第2電介質膜剝離。在上述端面塗膜還具備第6電介質膜和第7電介質膜的結構中，優選第1電介質膜和第2電介質膜的各自的厚度小於第3電介質膜、第4電介質膜、第5電介質膜、第6電介質膜和第7電介質膜的各自的厚度。根據這樣的結構，能夠使靠近出射側諧振器面的第1 電介質膜和第2電介質膜的應力相對降低。由此，能夠容易地抑制熱能和光能集中而容易變質的第1電介質膜和第2電介質膜從出射側諧振器面剝離。在上述端面塗膜還具備第6和第7電介質膜的結構中，優選第7電介質膜的厚度大於第6電介質膜的厚度。根據這樣的結構，由於可以能夠降低相對應力大於第7電介質膜的由氮化鋁構成的第6電介質膜的應力，因此，第6電介質膜和第7電介質膜之間的粘合性提高。由此，能夠抑制第6電介質膜和第7電介質膜在端面塗膜中剝離。在上述端面塗膜還具備第6和第7電介質膜的結構中，優選由氧氮化鋁構成的第6電介質膜以AlOxNy (這裡，0彡χ < 1.5,0 <y< 1)表示，在AlOxNy中滿足χ < y的關係。根據這樣的結構，能夠容易地抑制第6電介質膜中所含的氧向第5電介質膜擴散的量。在上述端面塗膜還具備第6和第7電介質膜的結構中，優選第2電介質膜與出射側諧振器面相反側的第1電介質膜表面接觸，第3電介質膜與第1電介質膜相反側的第2 電介質膜表面接觸，第4電介質膜與第2電介質膜相反側的第3電介質膜表面接觸，第5電介質膜與第3電介質膜相反側的第4電介質膜表面接觸，第6電介質膜與第4電介質膜相反側的第5電介質膜表面接觸，第7電介質膜與第5電介質膜相反側的第6電介質膜表面接觸。根據這樣的結構，由於電介質膜之間的粘合性提高，因此，能夠確實地抑制端面塗膜從出射側諧振器面剝離。根據上述第1方面的氮化物類半導體雷射元件中，優選半導體雷射元件層具有由氮化物類半導體的大致(0001)面構成的主表面，發光層包含活性層，還具備用於在半導體元件層的活性層中形成光導波路的脊形部，脊形部沿半導體元件層的大致[1-100]方向延伸。根據這樣的結構，對由大致(1-100)面構成的出射側諧振器面，能夠容易地形成本發明的端面塗膜。根據本發明第2方面的光學裝置，具備氮化物類半導體雷射元件和控制氮化物類半導體雷射元件出射光的光學系統，氮化物類半導體雷射元件具有包含發光層的、由具有出射側諧振器面和反射側諧振器面的氮化物類半導體構成的半導體元件層和形成於出射側諧振器面的端面塗膜，端面塗膜具有與出射側諧振器面接觸形成的由氮化鋁構成的第1 電介質膜、形成於第1電介質膜的所述出射側諧振器面相反側的由氧氮化鋁構成的第2電介質膜、形成於第2電介質膜的第1電介質膜相反側的由氧化鋁構成的第3電介質膜、形成於第3電介質膜的第2電介質膜相反側的由氧氮化鋁構成的第4電介質膜和形成於第4電介質膜的第3電介質膜相反側的由氧化鋁構成的第5電介質膜。根據本發明第2方面的光學裝置中，由於搭載於光學裝置中的氮化物類半導體雷射元件具備上述的結構，因此，能夠抑制端面塗膜的剝離，並且能夠提高氮化物類半導體雷射元件的穩定性。其結果，通過使用該氮化物類半導體雷射元件，能夠使光學裝置的穩定性提尚。


圖1是與本發明第1實施方式的氮化物類半導體雷射元件的光出射方向(L方向) 平行的截面圖。圖2是與本發明第1實施方式的氮化物類半導體雷射元件的光出射方向正交的截面圖。圖3是表示沿本發明第2實施方式的氮化物類半導體雷射元件的諧振器方向(L 方向)的截面圖。圖4是表示具備本發明第3實施方式的3波長半導體雷射裝置的光學拾取裝置的結構的概略圖。
具體實施例方式以下，基於

本發明的實施方式。
(第1實施方式)根據本發明第1實施方式的氮化物類半導體雷射元件100具有約405nm的振蕩波長，如圖1和圖2所示，具備由η型GaN構成的形成於基板1的上表面(大致(0001)( 面) 上的氮化物類半導體得到的半導體元件層2、形成於半導體元件層2上的ρ側電極3和形成於基板1下表面(大致(OOOl)N面)上的η側電極4。在半導體元件層2中，相對於雷射出射方向(L方向(大致[1-100]方向))形成正交的一對諧振器端面(出射側諧振器面加和反射側諧振器面2b)。S卩，一對諧振器端面由大致(1-100)構成。另外，在圖1中表示與沿圖2的160-160線的氮化物類半導體雷射元件100光出射方向(L方向)平行的截面。 另外，在圖2中表示與沿圖1的150-150線的氮化物類半導體雷射元件100的光出射方向正交的截面。出射側諧振器面加和反射側諧振器面2b的距離(諧振器長)為約300μπι，另外， 在出射側諧振器面加和反射側諧振器面2b上，分別形成疊層有多個電介質膜的第1端面塗膜5和第2端面塗膜6。另外，第1端面塗膜5是本發明的「端面塗膜」的一個例子。這裡，基板1具有約100 μ m的厚度，摻雜有具有約5X IO18CnT3的載體濃度的氧。 另外，形成於基板1的上表面的半導體元件層2由從基板一側順次形成的η型緩衝層20、η 型包覆層21、η型載流子阻擋層22、η側光導層23、活性層24、ρ側光導層25、保護層26、ρ 型包覆層27和ρ側接觸層觀構成。另外，由η型載流子阻擋層22、η側光導層23、活性層 24、ρ側光導層25和保護層沈構成本發明的「發光層」。η型緩衝層20、η型包覆層21、η型載流子阻擋層22和η側光導層23分別由具有約IOOnm厚度的η型GaN、具有約2μπι厚度的η型Alatl7GEia93I具有約5nm厚度的η型 Ala JEia84N和具有約IOOnm厚度的GaN構成。另外，在上述η型的各層20 22中，Ge摻雜約5X 1018cnT3，具有約5X1018cnT3的載體濃度。活性層M具有交替疊層由具有約20nm厚度的非摻雜質h。.。2Giia98N構成的4層的勢壘層和具有約3nm厚度的非摻雜質InaiGiia9N構成的3層的阱層的MQM結構。ρ側光導層25、保護層沈和ρ側接觸層28分別由具有約IOOnm厚度的非摻雜質 GaN、具有約20nm厚度的非摻雜質Alai6GEia84N和具有約IOnm厚度的非摻雜質Inatl2Giia98N 構成。ρ型包覆層27由摻雜約4X IO19CnT3的Mg、具有約5X IO17CnT3載體濃度的ρ型 Al0.07Ga0.93N構成。另外，ρ型包覆層27包括具有約SOnm厚度的平坦部分27a和具有約 320nm高度、約1. 5 μ m的寬度並從平坦部分27a突出的凸部27b。凸部27b形成為條紋狀， 沿相對於出射側諧振器面加和反射側諧振器面2b垂直的L方向延伸。另外，ρ側接觸層 28僅在凸部27b上形成，由ρ型包覆層27的凸部27b和ρ側接觸層觀形成脊形部2c。另夕卜，如圖2所示，脊形部2c形成於從元件中央偏向一個側面的位置，氮化物類半導體雷射元件100具有左右非對稱的截面形狀。另外，在ρ型包覆層27的平坦部分27a的上表面上和脊形部2c的側面上形成有具有約250nm的厚度、由SiO2構成的電流狹窄層四。在半導體元件層2上，形成有由形成於從電流狹窄層四露出的ρ側接觸層觀上的P側歐姆電極31以及形成於ρ側歐姆電極31和電流狹窄層四上的ρ側焊盤電極32構成的P側電極3。ρ側歐姆電極31由從ρ側接觸層觀側順次形成的具有約IOnm厚度的Pt 層和具有約IOOnm厚度的Pd層構成。
另外，ρ側焊盤電極32由從ρ側歐姆電極31和電流狹窄層四側順次形成的具有約IOOnm厚度的Ti層、具有約IOOnm厚度的Pd層和具有約3 μ m厚度的Au層構成。另外， 在P型包覆層27的平坦部分27a的上方形成ρ側焊盤電極32的絲焊部分(未圖示)。另外，η側電極4由在基板1的下表面上從基板1側順次形成的具有約IOnm厚度的Al層、具有約20nm厚度的Pd層和具有約300nm厚度的Au層構成。第1端面塗膜5由從出射側諧振器面加側順次形成的具有約IOnm厚度的AlN層 51、具有約 IOnm 厚度的 AlOxNy 層 52 (0 ^ χ < 1. 5,0 < y < 1, χ < y)、具有約 30nm 厚度的Al2O3層53、具有約40nm厚度的AlOxNy層M (0彡χ < 1. 5，0 < y < 1，χ < y)和具有約^nm厚度的Al2O3層55構成。另外，在AlOxNy層52和M中標記的X和Y分別表示構成氧氮化膜的氧和氮的原子數比。S卩，AlN層51與出射側諧振器面加接觸形成。AlOxNy層52與AlN層51的出射側諧振器面加相反側表面接觸形成。Al2O3層53與AlOxNy層52的AlN層51相反側表面接觸形成。AlOxNy層M與Al2O3層53的AlOxNy層52相反側表面接觸形成。Al2O3層55 與AlOxNy層54的Al2O3層53相反側表面接觸形成。另外，AlN層51、AlOxNy層52、Al2O3 層53、AWxNy層M和Al2O3層55分別是本發明的「由氮化鋁構成的第1電介質膜」、「由氧氮化鋁構成的第2電介質膜」、「由氧化鋁構成的第3電介質膜」、「由氧氮化鋁構成的第4電介質膜」和「由氧化鋁構成的第5電介質膜」的一個例子。另外，AlN層51與AlOxNy層52都與上述發光層的取向相同，由在W001]方向取向的多晶膜構成。另外，Al2O3層53和55都由非晶(非晶質)膜構成。這裡，AlN層51的折射率為約2. 051，AlOxNy層52和M的折射率為約1. 933， Al2O3層53和55的折射率為約1. 649 (測定波長λ =約632. 8nm)，根據上述結構，第1端面塗膜5的反射率設定為約(測定波長λ =約405nm)。另外，第2端面塗膜6由從反射側諧振器面2b側順次形成的具有約IOnm厚度的 AlN層61、具有約180nm厚度的Al2O3層62、具有約45nm厚度的^O2層63、具有約62nm厚度的Al2O3層64、具有約45nm厚度的^O2層65、具有約62nm厚度的Al2O3層66和具有約 45nm厚度的^O2層67、具有約IOnm厚度的AlN層68構成。S卩，AlN層61與反射側諧振器面2b接觸形成。Al2O3層62與AlN層61的反射側諧振器面2b相反側表面接觸形成。^O2層63與Al2O3層62的AlN層61相反側表面接觸形成。Al2O3層64與^O2層63的Al2O3層62相反側表面接觸形成。^O2層65與Al2O3層 64的ZrO2層63相反側表面接觸形成。Al2O3層66與ZrO2層65的Al2O3層64相反側表面接觸形成。^O2層67與Al2O3層66的^O2層65相反側表面接觸形成。AlN層68與^O2 層67的Al2O3層66相反側表面接觸形成。這裡，AlN層61和68的折射率為約2.051，Al2O3層62、64和66的折射率為約 1. 649，ZrO2層63,65和67的折射率為約2. 150(測定波長λ =約632. 8nm)。根據該結構，第2端面塗膜6的反射率設定為約74% (測定波長λ =約405nm)。另外，根據上述結構，由於第1端面塗膜5的反射率設定為小於第2端面塗膜6的反射率，因此，從第1端面塗膜5側出射的雷射強度大於從第2端面塗膜6側出射的雷射強度。在氮化物類半導體雷射元件100中，如上所述，由於在AlN層51、A1203層53和55之間分別形成AlOxNy層52和54，因此，Al2O3層53和55中的氧難以脫離，另外，也難以向其它電介質膜中擴散。由此，能夠降低各層的變質，因此，能夠抑制第1端面塗膜5從出射側諧振器面加的剝離。另外，也能夠抑制第1端面塗膜5的反射率變化。另外，在AlN 層 51 表面上，AlOxNy 層 52、Al2O3 層 53、AlOxNy 層 54 和 Al2O3 層 55 相互接觸而以該順序順次疊層，各層含有共通的鋁。由此，各層的粘合性提高，能夠抑制第 1端面塗膜5從出射側諧振器面加的剝離。另外，通過使第1端面塗膜5為多層膜結構，能夠減小各層的厚度，因此，能夠減小各層的應力。由此，能夠減小第1端面塗膜5整體的應力，因此，能夠抑制第1端面塗膜5 從出射側諧振器面加的剝離。另外，在氮化物類半導體雷射元件100中，由於AlN層51與出射側諧振器面加接觸形成，因此，對由氮化物類半導體構成的半導體元件層2，能夠抑制從外部氛圍、Al2O3 層53和55的氧擴散。由此，在出射側諧振器面加中，由於難以產生雷射的吸收和形成發熱原因的非輻射複合中心，因此，能夠抑制第1端面塗膜5中的破壞性光學災變(COD Catastrophic Optical Damage)白勺Ho這些結果，由於能夠抑制出射側諧振器面加中的第1端面塗膜5的反射率變化， 因此，能夠使氮化物類半導體雷射元件100的穩定性提高。另外，AlN層51和AlOxNy層52的各自的電介質膜厚度小於Al2O3層53、AlOxNy 層M和Al2O3層55各自的電介質膜的厚度。由此，能夠相對降低靠近出射側諧振器面加的AlN層51和AlOxNy層52的應力。由此，能夠抑制熱能和光能集中而容易變質的AlN層 51和AlOxNy層52從出射側諧振器面加剝離。另外，AlOxNy層52的厚度為AlN層51的厚度以上。即，由於AlN層51的厚度設定為其它電介質膜厚度以下，因此，能夠降低減小相對應力大於其它層(電介質膜)的AlN 層51的應力。由此，特別是由於提高AlN層51和AlOxNy層52之間的粘合性，因此，能夠抑制AlN層51和AlOxNy層52相互剝離。另外，由於對雷射的振蕩波長G05nm)的第1端面塗膜5的反射率設定為25%以上的值，因此，能夠抑制出射側諧振器面加中熱能和光能集中。由此，第1端面塗膜5的各層難以變質，能夠抑制從出射側諧振器面加的剝離。另外，在AlOxNy層52和AlOxNy層M中，氮的原子數比Y大於氧的原子數比X。 由此，能夠一同抑制AlOxNy層52中所含的氧向AlN層51擴散的量和AlOxNy層M中所含的氧向Al2O3層53擴散的量。其結果，由於隔著AlN層51，抑制氧向半導體元件層2擴散， 因此，能夠抑制出射側諧振器面加中的破壞性光學災變(COD)的發生。另外，在氮化物類半導體雷射元件100中，由於出射側諧振器面加和反射側諧振器面2b的距離設定為300 μ m以下的值，因此，氮化物類半導體雷射元件100的溫度容易上升。在諧振器長度短的氮化物類半導體雷射元件中，光出射側的端面塗膜容易變質，但在該氮化物類半導體雷射元件100中，由於具有具備上述結構的第1端面塗膜5，因此，能夠有效抑制第1端面塗膜5的變質和剝離。另外，AlN層51和AlOxNy層52都與上述發光層的取向相同，由在W001]方向取向的多晶膜(電介質膜)構成，因此，能夠提高各層中的粘合性。由此，能夠抑制靠近上述發光層、熱能和光能集中而容易變質的AlN層51和AlOxNy層52的剝離。
另外，由於Al2O3層53和55都由非晶(非晶質)膜構成，因此，能夠緩和由AlN層 51和AlOxNy層52構成的多晶膜而變大的應力。另外，在氮化物類半導體雷射元件100中，脊形部2c沿半導體元件層2的大致 [1-100]方向延伸。這樣，對由大致[1-100]面構成的出射側諧振器面加，能夠容易地形成本發明的「端面塗膜」。(第2實施方式)參照圖3，說明第2實施方式的氮化物類半導體雷射元件200的構造。此外，在圖 3中表示與氮化物類半導體雷射元件200的雷射出射方向(L方向)平行的截面。這裡，在氮化物類半導體雷射元件200中，出射側諧振器面加上的第1端面塗膜5 的結構與氮化物類半導體雷射元件100的第1端面塗膜5的結構相比，分別將Al2O3層53、 AlOxNy層54和Al2O3層55的厚度變更為約33nm、約56nm和約65nm。另外，與Al2O3層55 的AlOxNy層M相反側表面接觸形成具有約17nm厚度的AlOxNy層56 (0彡χ < 1. 5，0 < y < 1，χ < y)，同時與AlOxNy層56的Al2O3層55相反側表面接觸形成具有約38nm厚度的 Al2O3層57。另外，在AlOxNy層56中標記的X和Y分別表示構成氧氮化膜的氧和氮的原子數比。另外，AlOxNy層56和Al2O3層57分別是本發明的「由氧氮化鋁構成的第6電介質膜」和「由氧化鋁構成的第7電介質膜」的一個例子。另外，AWxNy層56的折射率為約1. 933，Al2O3層57的折射率為約1. 649 (測定波長λ = 632. 8nm)，根據上述結構，氮化物類半導體雷射元件200的第1端面塗膜5的反射率設定為約35% (測定波長λ =約405nm)。除了以上的變更點以外，氮化物類半導體雷射元件200具備與氮化物類半導體雷射元件100同樣的結構。在氮化物類半導體雷射元件200中，第1端面塗膜5相對氮化物類半導體雷射元件100的第1端面塗膜5的結構，還具備與Al2O3層55接觸的AlOxNy層56和與AlOxNy 層56接觸的Al2O3層57。這樣，即使第1端面塗膜5為更多層膜的構造，由於AlN層51 Al2O3層57的各層之間粘合性提高，因此，能夠抑制從出射側諧振器面加的剝離，並構成更容易控制反射率的第1端面塗膜5。另外，在AlOxNy層56中，氮的原子數比Y大於氧的原子數比X。由此，能夠容易控制AlOxNy層56中所含的氧向Al2O3層55擴散的量。另外，AlN層51和AlOxNy層52的厚度分別小於Al2O3層53、AlOxNy層54、Al2O3 層55、AlOxNy層56和Al2O3層57的厚度。由此，能夠使靠近出射側諧振器面加的AlN層 51和AlOxNy層52的應力相對降低，因此，能夠抑制熱能和光能集中而容易變質的AlN層 51和AlOxNy層52的剝離。另外，第2實施方式的其它效果與上述第1實施方式相同。(第3實施方式)參照圖4，說明第3實施方式的光學拾取裝置300的結構。另外，光學拾取裝置300 是本發明的「光學裝置」的一個例子。如圖4所示，光學拾取裝置300具備3波長半導體雷射裝置310、調整從3波長半導體雷射裝置310出射的雷射的光學系統320和接受雷射的光檢出部330。在3波長半導體雷射裝置310中，搭載有上述氮化物類半導體雷射元件200和出射具有約650nm波長的紅色光、具有約780nm波長紅外光的雷射的紅色/紅外2波長半導體雷射元件(未圖示)，能夠分別出射3種波長的雷射。
光學系統320具有偏振光分束鏡(PBQ 321、準直透鏡322、擴束器323、λ /4板 324、物鏡325、柱面透鏡3 和光軸校正元件327。PBS 321將從3波長半導體雷射裝置310 出射的雷射全部透過，同時，將從光碟DI返回的雷射全部反射。準直透鏡322將透過PBS 321的來自3波長半導體雷射裝置310的雷射變換為平行光。擴束器323由凹透鏡、凸透鏡和調節器(未圖示)構成。調節器具有根據來自後述的伺服迴路的伺服信號，通過使凹透鏡和凸透鏡的距離變化，校正從3波長半導體雷射裝置310出射的雷射的波陣面狀態的功能。λ/4板3M將通過準直透鏡322變換為大致平行光的直線偏振光的雷射變換為圓偏振光。另外，λ/4板3Μ將從光碟DI返回的圓偏振光的雷射變換為直線偏振光。此時的直線偏振光的偏振方向與從3波長半導體雷射裝置310出射的雷射的直線偏振光的方向正交。由此，從光碟DI返回的雷射大致由PBS 321全反射。物鏡325使透過λ/4板324的雷射會聚在光碟DI的表面(記錄層)上。另外，物鏡325能夠利用物鏡調節器(未圖示)， 根據來自後述伺服迴路的伺服信號(跟蹤伺服信號、聚焦伺服信號和傾斜伺服信號)，在聚焦方向、跟蹤方向和傾斜方向移動。沿由PBS 321全反射的雷射的光軸配置柱面透鏡326、光軸校正元件327和光檢出部330。柱面透鏡3 對入射的雷射賦予像散作用。光軸校正元件327由衍射光柵構成，配置為透過柱面透鏡326的藍紫色、紅色和紅外的各雷射的0次衍射光的斑點在後述的光檢出部330的檢出區域上一致。光檢出部330基於接收的雷射強度分布輸出再生信號。這裡，光檢出部330具有規定的圖形檢出區域，使其可以得到再生信號，同時，可以得到聚焦誤差信號、跟蹤誤差信號和傾斜誤差信號。這樣操作，構成具備3波長半導體雷射裝置310的光學拾取裝置300。從3波長半導體雷射裝置310出射的雷射，如上所述，由PBS 321、準直透鏡322、 擴束器323、λ /4板324、物鏡325、柱面透鏡3 和光軸校正元件327調整後，照射在光檢出部330的檢出區域上。這裡，將記錄於光碟DI的信息再生時，邊根據光碟DI種類選擇的氮化物類半導體雷射元件200和控制從紅色/紅外2波長半導體雷射元件出射的雷射功率為一定，邊對光碟DI照射雷射的同時，可以得到從光檢出部330輸出的再生信號。另外，通過同時輸出的聚焦誤差信號、跟蹤誤差信號和傾斜誤差信號，能夠分別反饋控制擴束器323的調節器和驅動物鏡325的物鏡調節器。另外，在光碟DI記錄信息時，邊根據光碟DI的種類選擇的氮化物類半導體雷射元件200和控制基於記錄所有從紅色/紅外2波長半導體雷射元件出射的雷射功率的信號， 邊對光碟DI照射雷射。由此，能夠在光碟DI的記錄層上記錄信息。另外，上述同樣地，通過從光檢出部330輸出的聚焦誤差信號、跟蹤誤差信號和傾斜誤差信號，能夠分別反饋控制擴束器323的調節器和驅動物鏡325的物鏡調節器。這樣操作，能夠使用具備3波長半導體雷射裝置310的光學拾取裝置300，進行向光碟DI的記錄和再生。在光學拾取裝置300的3波長半導體雷射裝置310中，由於具備上述氮化物類半導體雷射元件200，因此能夠使穩定性和可靠性提高。關於光學拾取裝置300的其它效果， 與氮化物類半導體雷射元件200是同樣的。
另外，本次所公開的實施方式是用於在所有方面例示的例子，而不應該被認為用於限制的例子。本發明的範圍由權利要求範圍表示而非由上述實施方式的說明表示，還括與權利要求範圍均等意義和在範圍內的所有變更。例如，在上述實施方式中，氮化物類半導體雷射元件的諧振器長度為300 μ m,但本發明不受此限制，諧振器長度可以更長。另外，在上述實施方式中例示了 AlN層51是在與發光層相同的W001]方向取向的多晶質的例子，但本發明不受此限制，既可以在別的方向取向，或者也可以是非晶質和微晶體。另外，在上述實施方式中例示了 Al2O3層53和55是非晶質的例子，但本發明不受此限制，也可以是多晶質和微晶體。另外，在上述實施方式中，例示了以脊形部2c在[1-100]方向延伸的方式在η型 (0001)面GaN基板1的主表面上形成半導體元件層2的例子，但本發明不受此限制，也可以在具有由a面((11-20)面)和m面((1-100)面)等面方位構成主表面的η型GaN基板上形成半導體元件層而形成氮化物類半導體雷射元件。特別是在由a面和m面等非極性面構成的主表面上形成半導體元件層時，在半導體元件層上形成沿W001]方向延伸的脊形部， 並且能夠使半導體元件層的c面((0001)面和(000-1)面)形成諧振器端面。此外，通過在η型GaN基板的a面和m面上使半導體元件層結晶成長，由於能夠使在活性層上產生的壓電電場進一步降低，因此，能夠得到發光效率進一步提高的氮化物類半導體雷射元件。另夕卜，在由上述c面構成的主表面上形成半導體元件層時，例如，也能夠在半導體元件層上形成沿[11-20]方向延伸的脊形部，此時，能夠使半導體元件層的(11-20)面和(-1-120)面形成諧振器端面。另外，在由上述c面構成的主表面上形成半導體元件層時，也能夠在半導體元件層上形成沿[1-100]方向延伸的脊形部，此時，能夠使半導體元件層的(1-100)面和 (-1100)面形成諧振器端面。另外，在上述第3實施方式中例示了使用3波長半導體雷射裝置310的光學拾取裝置的例子，但本發明不受此限制，也可以是僅搭載氮化物類半導體雷射元件的光學拾取
直ο另外，在上述第3實施方式中例示了使用光學拾取裝置的例子，但本發明的光學裝置不受此限制，也可以是使用搭載有本發明的氮化物類半導體雷射元件的光學拾取裝置、搭載有紅色半導體雷射元件和綠色半導體雷射元件的RGB3波長半導體雷射裝置的聚光器和顯示裝置。另外，在本發明中，關於第2端面塗膜6的結構，也能夠包括由AlOxNy和Si02、 Hf2O, Nb2O5^Ta2O5和T^2等其它材料構成的電介質層，適當選擇而形成多層結構。
權利要求
1.一種氮化物類半導體雷射元件，其特徵在於，具備包含發光層的、由具有出射側諧振器面和反射側諧振器面的氮化物類半導體構成的半導體元件層，和形成於所述出射側諧振器面的端面塗膜，所述端面塗膜具有與所述出射側諧振器面接觸形成的由氮化鋁構成的第1電介質膜、 形成於所述第1電介質膜的所述出射側諧振器面相反側的由氧氮化鋁構成的第2電介質膜、形成於所述第2電介質膜的所述第1電介質膜相反側的由氧化鋁構成的第3電介質膜、 形成於所述第3電介質膜的所述第2電介質膜相反側的由氧氮化鋁構成的第4電介質膜和形成於所述第4電介質膜的所述第3電介質膜相反側的由氧化鋁構成的第5電介質膜。
2.如權利要求1所述的氮化物類半導體雷射元件，其特徵在於 所述第1電介質膜由所述氮化鋁的多晶膜構成。
3.如權利要求2所述的氮化物類半導體雷射元件，其特徵在於包含所述發光層的所述半導體元件層具有由所述氮化物類半導體的大致(0001)面構成的主表面，由所述氮化鋁構成的所述多晶膜中，結晶結構沿所述發光層的大致wool]方向取向。
4.如權利要求1所述的氮化物類半導體雷射元件，其特徵在於 所述第2電介質膜由所述氧氮化鋁的多晶膜構成。
5.如權利要求4所述的氮化物類半導體雷射元件，其特徵在於包含所述發光層的所述半導體元件層具有由所述氮化物類半導體的大致(0001)面構成的主表面，由所述氧氮化鋁構成的所述多晶膜中，結晶結構沿所述發光層的大致wool]方向取向。
6.如權利要求1所述的氮化物類半導體雷射元件，其特徵在於 所述第3電介質膜和第5電介質膜中至少任一個由氧化鋁的非晶膜構成。
7.如權利要求1所述的氮化物類半導體雷射元件，其特徵在於所述第1電介質膜和所述第2電介質膜中至少任一個的厚度小於所述第3電介質膜、 所述第4電介質膜和所述第5電介質膜中至少任一個的厚度。
8.如權利要求7所述的氮化物類半導體雷射元件，其特徵在於所述第1電介質膜和所述第2電介質膜的各自的厚度小於所述第3電介質膜、第4電介質膜和所述第5電介質膜的各自的厚度。
9.如權利要求8所述的氮化物類半導體雷射元件，其特徵在於 所述第2電介質膜的厚度為所述第1電介質膜的厚度以上。
10.如權利要求1所述的氮化物類半導體雷射元件，其特徵在於由所述氧氮化鋁構成的所述第2電介質膜和所述第4電介質膜以AlOxNy表示，這裡， 0 ^ χ < 1. 5,0 < y < 1,所述AlOxNy中，滿足χ < y的關係。
11.如權利要求1所述的氮化物類半導體雷射元件，其特徵在於所述第1電介質膜、所述第2電介質膜、所述第3電介質膜、所述第4電介質膜和所述第5電介質膜中至少2個電介質膜相互接觸。
12.如權利要求11所述的氮化物類半導體雷射元件，其特徵在於所述第2電介質膜與所述出射側諧振器面相反側的所述第1電介質膜的表面接觸， 所述第3電介質膜與所述第1電介質膜相反側的所述第2電介質膜的表面接觸， 所述第4電介質膜與所述第2電介質膜相反側的所述第3電介質膜的表面接觸， 所述第5電介質膜與所述第3電介質膜相反側的所述第4電介質膜的表面接觸。
13.如權利要求1所述的氮化物類半導體雷射元件，其特徵在於所述端面塗膜還具有形成於所述第5電介質膜的所述第4電介質膜相反側的由氧氮化鋁構成的第6電介質膜和形成於所述第6電介質膜的所述第5電介質膜相反側的由氧化鋁構成的第7電介質膜。
14.如權利要求13所述的氮化物類半導體雷射元件，其特徵在於所述第1電介質膜和所述第2電介質膜中至少任一個的厚度小於所述第6電介質膜和所述第7電介質膜中至少任一個的厚度。
15.如權利要求14所述的氮化物類半導體雷射元件，其特徵在於所述第1電介質膜和所述第2電介質膜的各自的厚度小於所述第3電介質膜、所述第 4電介質膜、所述第5電介質膜、所述第6電介質膜和所述第7電介質膜的各自的厚度。
16.如權利要求13所述的氮化物類半導體雷射元件，其特徵在於 所述第7電介質膜的厚度大於所述第6電介質膜的厚度。
17.如權利要求13所述的氮化物類半導體雷射元件，其特徵在於由所述氧氮化鋁構成的所述第6電介質膜以AlOxNy表示，這裡，01.5,0<y< 1，所述AlOxNy中，滿足χ < y的關係。
18.如權利要求13所述的氮化物類半導體雷射元件，其特徵在於所述第2電介質膜與所述出射側諧振器面相反側的所述第1電介質膜的表面接觸， 所述第3電介質膜與所述第1電介質膜相反側的所述第2電介質膜的表面接觸， 所述第4電介質膜與所述第2電介質膜相反側的所述第3電介質膜的表面接觸， 所述第5電介質膜與所述第3電介質膜相反側的所述第4電介質膜的表面接觸， 所述第6電介質膜與所述第4電介質膜相反側的所述第5電介質膜的表面接觸， 所述第7電介質膜與所述第5電介質膜相反側的所述第6電介質膜的表面接觸。
19.如權利要求1所述的氮化物類半導體雷射元件，其特徵在於所述半導體元件層具有由所述氮化物類半導體的大致(0001)面構成的主表面， 所述發光層包含活性層，還具備用於在所述半導體元件層的所述活性層中形成光導波路的脊形部， 所述脊形部沿所述半導體元件層的[1-100]方向延伸。
20.一種光學裝置，其特徵在於具備氮化物類半導體雷射元件和控制所述氮化物類半導體雷射元件出射光的光學系統，所述氮化物類半導體雷射元件具有包含發光層的、由具有出射側諧振器面和反射側諧振器面的氮化物類半導體構成的半導體元件層，和形成於所述出射側諧振器面的端面塗膜，所述端面塗膜具有與所述出射側諧振器面接觸形成的由氮化鋁構成的第1電介質膜、 形成於所述第1電介質膜的所述出射側諧振器面相反側的由氧氮化鋁構成的第2電介質膜、形成於所述第2電介質膜的所述第1電介質膜相反側的由氧化鋁構成的第3電介質膜、 形成於所述第3電介質膜的所述第2電介質膜相反側的由氧氮化鋁構成的第4電介質膜和形成於所述第4電介質膜的所述第3電介質膜相反側的由氧化鋁構成的第5電介質膜。
全文摘要
本發明提供一種氮化物類半導體雷射元件和光學裝置。該氮化物類半導體雷射元件具備由具有出射側諧振器面和反射側諧振器面的氮化物類半導體構成的半導體元件層以及形成於出射側諧振器面的端面塗膜。端面塗膜具有與出射側諧振器面接觸形成的由氮化鋁構成的第1電介質膜、形成於第1電介質膜的出射側諧振器面相反側的由氧氮化鋁構成的第2電介質膜、形成於第2電介質膜的第1電介質膜相反側的由氧化鋁構成的第3電介質膜、形成於第3電介質膜的第2電介質膜相反側的由氧氮化鋁構成的第4電介質膜和形成於第4電介質膜的第3電介質膜相反側的由氧化鋁構成的第5電介質膜。
文檔編號H01S5/028GK102457017SQ20111031924
公開日2012年5月16日 申請日期2011年10月14日 優先權日2010年10月14日
發明者村山佳樹 申請人:三洋電機株式會社