JP2000114639A - Semiconductor laser - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は半導体レーザに関
し、特に、エッチングにより形成された切断面を共振器
端面とするエッチト・ミラー・レーザに適用して好適な
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser, and more particularly, to a semiconductor laser suitably applied to an etched mirror laser having a cut surface formed by etching as an end face of a resonator.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、半導体レーザの一種として、
エッチングにより形成された切断面(エッチト・ミラ
ー)を共振器端面とする、いわゆるエッチト・ミラー・
レーザが知られている。特に、サファイア基板を用いた
GaN系半導体レーザにおいては、基板をレーザ構造を
形成する半導体層と共に劈開することが困難であること
から、ドライエッチング法によりレーザ構造を形成する
半導体層をエッチングし、これによって形成されたエッ
チト・ミラーを共振器端面とすることが多く行われてい
る。2. Description of the Related Art Conventionally, as a kind of semiconductor laser,
A cut surface (etched mirror) formed by etching is used as a cavity end face, that is, a so-called etched mirror.
Lasers are known. In particular, in a GaN-based semiconductor laser using a sapphire substrate, it is difficult to cleave the substrate together with the semiconductor layer forming the laser structure. Therefore, the semiconductor layer forming the laser structure is etched by a dry etching method. In many cases, an etched mirror formed by the above method is used as a cavity end face.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
エッチト・ミラー・レーザの構成が採用されたGaN系
半導体レーザにおいては、共振器端面から出射されるレ
ーザ光の遠視野像のうち、接合と垂直方向のパターンが
大きなフリンジ構造を有するため、この半導体レーザを
光ディスク装置の光源その他に応用する上で不都合が生
じていた(例えば、S. Nakamura et.al., Appl. Phys.
Lett. Vol.72, p.2014 (1998) )。However, in a GaN-based semiconductor laser employing the structure of the conventional etched mirror laser, the far-field image of the laser light emitted from the end face of the cavity has a perpendicular to the junction. Since the pattern in the direction has a large fringe structure, there has been a problem in applying this semiconductor laser to a light source of an optical disk device and the like (for example, S. Nakamura et.al., Appl. Phys.
Lett. Vol. 72, p. 2014 (1998)).
【0004】ここで、エッチト・ミラー・レーザの接合
と垂直方向の遠視野像に出現するフリンジ構造(うね
り)は、共振器に隣接するエッチング底面での出射光の
散乱による干渉効果に起因していると推測されるが、こ
れまで、その詳細な解析は報告されておらず、また、そ
のフリンジ構造を応用上問題とならないレベルまで抑圧
する具体的な方策については何ら示されていないのが現
状である。Here, the fringe structure (undulation) that appears in the far-field image in the vertical direction with the junction of the etched mirror laser is caused by the interference effect due to the scattering of the emitted light at the etching bottom surface adjacent to the resonator. However, no detailed analysis has been reported so far, and no specific measures have been shown to suppress the fringe structure to a level that does not pose a problem in application. It is.
【0005】したがって、この発明の目的は、エッチン
グにより形成された切断面を共振器端面とする場合に遠
視野像に生じるうねりを抑制することができる半導体レ
ーザを提供することにある。Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor laser capable of suppressing undulations occurring in a far-field image when a cut surface formed by etching is used as a cavity end surface.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記従来技術の有する課
題を解決するために、本発明者らは鋭意検討を行った。
以下にその概要を示す。Means for Solving the Problems In order to solve the above problems of the prior art, the present inventors have conducted intensive studies.
The outline is shown below.
【0007】すなわち、既に述べたように、エッチト・
ミラー・レーザの接合と垂直方向の遠視野像に出現する
フリンジ構造は、エッチング底面での出射光の散乱によ
る干渉効果に起因していると考えられる。そこで、本発
明者らは、次のようなモデルをもとにエッチト・ミラー
・レーザの遠視野像を計算により求め、その解析を行っ
た。That is, as already described,
It is considered that the fringe structure appearing in the far-field image in the direction perpendicular to the junction between the mirror and the laser is caused by the interference effect due to the scattering of the emitted light at the etching bottom surface. Therefore, the present inventors obtained a far-field image of an etched mirror laser by calculation based on the following model, and analyzed it.
【0008】図1および図2に、遠視野像の解析に用い
た半導体レーザのモデルの一例を示す。図1は、遠視野
像の解析に用いた半導体レーザの斜視図であり、光出射
端面の近傍を示す。また、図2は、図1のII−II線
に沿っての断面図であり、図1に示す半導体レーザの共
振器長方向と平行方向の断面を示す。FIGS. 1 and 2 show an example of a semiconductor laser model used for the analysis of a far-field image. FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor laser used for analysis of a far-field image, and shows the vicinity of a light emitting end face. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 1 and shows a cross section of the semiconductor laser shown in FIG. 1 in a direction parallel to the cavity length direction.
【0009】図1において、符号1は基板を示し、符号
2はレーザ構造を形成する半導体層を示す。レーザ構造
を形成する半導体層2は、少なくとも基板1上の第1導
電型の第1のクラッド層(例えばn型クラッド層)と、
この上の活性層と、この上の第2導電型の第2のクラッ
ド層(例えばp型クラッド層)とからなり、場合によっ
ては、さらに、n型クラッド層と活性層との間および活
性層とp型クラッド層との間にそれぞれ第1の光導波層
(例えばn型光導波層)および第2の光導波層(例えば
p型光導波層)を有する。また、この半導体層2には、
光導波路を規定する所定のストライプ構造3が作りつけ
られているものとする。この半導体レーザがSCH(Se
parate Confinement Heterostructure)構造のGaN系
半導体レーザである場合、基板1として例えばサファイ
ア基板が用いられ、レーザ構造を形成する半導体層2の
うち、クラッド層はAlGaN層、光導波層はGaN
層、活性層はGaInN層からなる。In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a substrate, and reference numeral 2 denotes a semiconductor layer forming a laser structure. The semiconductor layer 2 forming the laser structure includes at least a first cladding layer of a first conductivity type (for example, an n-type cladding layer) on the substrate 1;
It comprises an active layer thereon and a second cladding layer of the second conductivity type thereon (for example, a p-type cladding layer). In some cases, the active layer further includes an active layer between the n-type cladding layer and the active layer. A first optical waveguide layer (for example, an n-type optical waveguide layer) and a second optical waveguide layer (for example, a p-type optical waveguide layer) between the first and second p-type cladding layers. The semiconductor layer 2 has
It is assumed that a predetermined stripe structure 3 that defines an optical waveguide is formed. This semiconductor laser is SCH (Se
In the case of a GaN-based semiconductor laser having a parate confinement heterostructure (structure), for example, a sapphire substrate is used as the substrate 1, and among the semiconductor layers 2 forming the laser structure, the cladding layer is an AlGaN layer, and the optical waveguide layer is GaN.
The layer and the active layer are composed of a GaInN layer.
【0010】図1に示すように、一般的なエッチト・ミ
ラー・レーザにおいては、基板1上に設けられたレーザ
構造を形成する半導体層2がドライエッチングにより所
定形状にパターニングされており、このパターニングさ
れた半導体層2によって共振器が構成されている。符号
4は、この共振器の一端に形成されたエッチト・ミラー
からなる共振器端面を示し、符号5は、エッチング底面
を示す。この場合、エッチング底面5においては、共振
器端面4を形成する際のエッチングによって半導体層2
が除去され、基板1が露出している。共振器端面4は基
板1の主面に対してほぼ垂直に形成されており、したが
って、共振器端面4とエッチング底面5とは互いに直交
している。なお、図1においては図示されないが、共振
器の他端も上述と同様に構成されているものとする。ま
た、図1においては、半導体レーザの電極(p側電極お
よびn側電極)は図示省略されている。As shown in FIG. 1, in a general etched mirror laser, a semiconductor layer 2 forming a laser structure provided on a substrate 1 is patterned into a predetermined shape by dry etching. A resonator is constituted by the semiconductor layer 2 thus formed. Reference numeral 4 denotes a resonator end face made of an etched mirror formed at one end of the resonator, and reference numeral 5 denotes an etched bottom surface. In this case, on the etching bottom 5, the semiconductor layer 2 is etched by forming the cavity end face 4.
Is removed, and the substrate 1 is exposed. The resonator end face 4 is formed substantially perpendicular to the main surface of the substrate 1, and therefore, the resonator end face 4 and the etched bottom face 5 are orthogonal to each other. Although not shown in FIG. 1, the other end of the resonator is also configured in the same manner as described above. In FIG. 1, the electrodes (p-side electrode and n-side electrode) of the semiconductor laser are not shown.
【0011】この半導体レーザにおいては、上述のよう
にレーザ構造が形成された基板1が共振器端面4から所
定の距離だけ離れた位置で切断され、チップ化されてい
る。図1において、符号6は基板1の切断位置に形成さ
れた端部(エッチング底面5の端部)を示す。In this semiconductor laser, the substrate 1 on which the laser structure is formed as described above is cut at a position separated from the resonator end face 4 by a predetermined distance, and chipped. In FIG. 1, reference numeral 6 denotes an end (an end of the etched bottom surface 5) formed at a cutting position of the substrate 1.
【0012】この半導体レーザにおいては、共振器の一
方の端面である共振器端面4からレーザ光Lが取り出さ
れるようになっている。符号7は、共振器端面4におけ
る発光領域を示す。この発光領域7は、共振器端面4に
おけるレーザ光Lの近視野像のうち、光振幅がピーク値
の1/e以上の領域を表している。発光領域7中、符号
s0で示される発光点は、この発光領域7のうち光振幅
が最大となる点に対応する。なお、レーザ光Lの近視野
像は単峰性のガウス分布をなしているものとする。In this semiconductor laser, laser light L is extracted from a resonator end face 4 which is one end face of the resonator. Reference numeral 7 denotes a light emitting area on the resonator end face 4. The light-emitting region 7 represents a region where the light amplitude is 1 / e or more of the peak value in the near-field image of the laser light L on the resonator end face 4. In the light emitting area 7, a light emitting point indicated by reference symbol s0 corresponds to a point in the light emitting area 7 where the light amplitude is maximum. It is assumed that the near-field image of the laser beam L has a unimodal Gaussian distribution.
【0013】ここで、この半導体レーザにおいて、基板
1の切断位置、すなわちエッチング底面5の端部6の位
置が共振器端面4から離れすぎていると、その共振器端
面4から出射されるレーザ光Lの一部は、エッチング底
面5に入射した後、そこで反射されることになり、その
結果、レーザ光Lの接合と垂直方向の遠視野像が乱れる
という現象が生じる。この現象を図1の断面図である図
2に基づいて説明する。なお、図2は、図1に示す半導
体レーザを、共振器端面4上の発光点s0を通る位置に
おいて、接合と垂直方向かつ共振器長方向と平行方向に
切断したときの断面図である。以下においては、共振器
端面4からの出射光が入射(反射)されるエッチング底
面5を基準面とする。In this semiconductor laser, if the cutting position of the substrate 1, that is, the position of the end 6 of the etching bottom surface 5 is too far from the cavity end face 4, the laser light emitted from the cavity end face 4 After a part of L enters the etching bottom surface 5, it is reflected there, and as a result, a phenomenon occurs that the junction of the laser beam L and the far-field image in the vertical direction are disturbed. This phenomenon will be described with reference to FIG. 2 which is a cross-sectional view of FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor laser shown in FIG. 1 cut along a direction perpendicular to the junction and in a direction parallel to the cavity length direction at a position passing through the light emitting point s0 on the cavity facet 4. In the following, the etched bottom surface 5 on which light emitted from the resonator end face 4 is incident (reflected) will be referred to as a reference plane.
【0014】図2において、発光点s0を通るエッチン
グ底面5(基準面)の法線をx0 軸、発光点s0を通る
共振器端面4の法線をz軸に定める。x0 軸上の点s2
は、x0 軸とエッチング底面5との交点であり、この場
合x0 軸上における共振器端面4の下端に対応する。一
方、x0 軸上の点s1は、x0 軸上における共振器端面
4の上端に対応する。また、図2において、基板1の端
部6に対応する点を点s3とし、この点s3を通るエッ
チング底面5の法線をx1 軸に定める。そして、共振器
端面4の下端側から上端側に向かう方向をx0 軸の正の
方向に定め(x1 軸においても同様とする)、共振器端
面4側から端部6側に向かう方向をz軸の正の方向に定
める。[0014] In FIG. 2, define x 0 axis normals etching bottom 5 through the emission point s0 (reference plane), the normals of the cavity end face 4 through the light emission point s0 the z-axis. x 0 point on the axis s2
Is the intersection of the x 0 axis and the etched bottom surface 5, which in this case corresponds to the lower end of the resonator end face 4 on the x 0 axis. On the other hand, a point s1 on x 0 axis corresponds to the upper end of the cavity end face 4 on the x 0 axis. Further, in FIG. 2, the point corresponding to the end portion 6 of the substrate 1 to a point s3, define a normal line of the etching bottom surface 5 through the point s3 to x 1 axis. Then, (the same applies in the x 1 axis) positive set in the direction of the resonator x 0 in a direction toward the upper side from the lower end side of the end face 4 axis, the direction toward the end portion 6 side from the cavity end face 4 side Determined in the positive direction of the z-axis.
【0015】ここで、基準面であるエッチング底面5か
ら発光点s0までの高さ(|s0−s2|、以下におい
ては発光点s0の高さと言うこともある)をa、共振器
端面4と端部6との間のエッチング底面5の長さ(|s
2−s3|、以下においてはエッチング底面5の長さと
言うこともある)をcとし、発光点s0の座標を(0,
0)とすると、点s2の座標は(−a,0)、点s3の
座標は(−a,c)と表される。Here, the height (| s0−s2 |, hereinafter also referred to as the height of the light emitting point s0) from the etching bottom surface 5 which is the reference plane to the light emitting point s0 is a, and the cavity end face 4 is The length of the etched bottom 5 between the end 6 (| s
2-s3 |, hereinafter also referred to as the length of the etched bottom surface 5), and the coordinates of the light emitting point s0 are (0,
0), the coordinates of the point s2 are represented by (−a, 0), and the coordinates of the point s3 are represented by (−a, c).
【0016】図2に示すように、この半導体レーザにお
いては、共振器端面4上の発光点s0から一定の広がり
をもってレーザ光が出射され、その出射光の一部はエッ
チング底面5で反射される。ここで、発光点s0からの
出射光がエッチング底面5で反射された反射光は、発光
点s0のエッチング底面5に対する鏡像点s0´(その
座標は(−2a,0)で表される)からの出射光と考え
ることができる。そして、エッチング底面5の長さc
は、発光点s0からの出射光と鏡像点s0´からの出射
光のそれぞれに対してx1 ≧−aなる開口部の位置を決
定している。この半導体レーザにおいては、発光点s0
からの出射光が基準面であるエッチング底面5の端部6
で回折された回折光と、鏡像点s0´からの出射光がエ
ッチング底面5の端部6で回折された回折光とが互いに
干渉し、これによって接合と垂直方向の遠視野像にうね
りが生じることになる。この場合、接合と垂直方向の遠
視野像を表す理論式は、1次元モデルで考えると以下の
ように導出される。As shown in FIG. 2, in this semiconductor laser, a laser beam is emitted from the light emitting point s0 on the cavity facet 4 with a certain spread, and a part of the emitted light is reflected by the etching bottom surface 5. . Here, the reflected light obtained by reflecting the light emitted from the light emitting point s0 at the etching bottom surface 5 is a mirror image point s0 'of the light emitting point s0 with respect to the etching bottom surface 5 (the coordinates are represented by (-2a, 0)). Outgoing light. And the length c of the etched bottom surface 5
Determines the position of the opening that satisfies x 1 ≧ −a for each of the light emitted from the light emitting point s0 and the light emitted from the mirror image point s0 ′. In this semiconductor laser, the light emitting point s0
Of the etched bottom surface 5 where the light emitted from the substrate is the reference surface.
The diffracted light diffracted by the above and the diffracted light diffracted at the end 6 of the etching bottom surface 5 by the light emitted from the mirror image point s0 'interfere with each other, thereby causing undulations in the junction and the far-field image in the vertical direction. Will be. In this case, the theoretical formula representing the far-field image in the direction perpendicular to the junction is derived as follows, considering a one-dimensional model.
【0017】すなわち、発光点s0からの出射光および
鏡像点s0´からの出射光の近視野像がそれぞれ単峰性
のガウス分布をなすと仮定する。この場合、共振器端面
4における接合と垂直方向の近視野像のサイズをωと
し、基準面であるエッチング底面5における複素反射率
をr(一定値と仮定)とすると、発光点s0近傍の光振
幅分布f0 (x0 )および鏡像点s0´近傍の光振幅分
布f1 (x0 )は、それぞれ、That is, it is assumed that the near-field images of the light emitted from the light emitting point s0 and the light emitted from the mirror image point s0 'each have a unimodal Gaussian distribution. In this case, assuming that the size of the near-field image in the direction perpendicular to the junction at the resonator end face 4 is ω and the complex reflectance at the etching bottom face 5 as the reference plane is r (assumed to be a constant value), the light near the light emitting point s0 is The amplitude distribution f 0 (x 0 ) and the light amplitude distribution f 1 (x 0 ) near the mirror image point s0 ′ are respectively
【0018】[0018]
【数1】 (Equation 1)
【0019】[0019]
【数2】 (Equation 2)
【0020】と表される。なお、共振器端面4における
接合と垂直方向の近視野像のサイズωはピーク振幅の1
/eで定義され、この場合、共振器端面4における発光
領域7の接合と垂直方向の半径に対応する。また、発光
点s0からみた遠視野像の角度をα(単位rad、x1
>0の方向に対応するαを正とする)、発振波長をλと
し、伝達関数H(α)およびアパーチャ関数fapをそれ
ぞれ、## EQU1 ## Note that the size ω of the near-field image in the direction perpendicular to the junction on the resonator end face 4 is equal to the peak amplitude of 1
/ E in this case, and corresponds to the radius in the direction perpendicular to the junction of the light emitting region 7 on the cavity facet 4. The angle of the far-field image viewed from the light emitting point s0 is α (unit: rad, x 1
> Α corresponding to the direction of> 0), the oscillation wavelength is λ, and the transfer function H (α) and the aperture function f ap are respectively
【0021】[0021]
【数3】 (Equation 3)
【0022】[0022]
【数4】 (Equation 4)
【0023】とおくと、x0 方向(x1 方向でも同様で
ある)の遠視野像FFP(α)は、(1)式〜(4)式
に示すf0 (x0 )、f1 (x0 )、H(α)、fapを
用いて次式((5)式)のように表すことができる。す
なわち、In other words, far-field images FFP (α) in the x 0 direction (the same applies to the x 1 direction) are represented by f 0 (x 0 ), f 1 ( x 0 ), H (α), and f ap, and can be expressed as the following equation (Equation (5)). That is,
【0024】[0024]
【数5】 (Equation 5)
【0025】ここで、一例として、図1に示す半導体レ
ーザがGaN系半導体レーザであり、発振波長λが42
0nm、共振器端面4における接合と垂直方向の近視野
像のサイズωが250nmであるものとする。また、こ
の共振器端面4からの出射光がエッチング底面5で反射
されるときの複素反射率rが−1で一定であると仮定す
る。この半導体レーザにおいて、発光点s0の高さaを
2μmとし、エッチング底面5の長さcを6μmとした
ときの接合と垂直方向の遠視野像を、(5)式に示す理
論式を用いて計算により求めた結果を図3に示す。図3
において、横軸は角度を表し、縦軸は遠視野像の光強度
を表す。なお、ここでは、コンピュータ上で計算する際
に離散フーリエ変換を用いており、図3に示す角度の数
値は、そのときの計算に用いた値である。この場合、横
軸の数値257が遠視野像の中心、すなわちα=0に対
応する。また、横軸の数値は1ディジット当たり0.4
7°に対応しており、この場合、数値258がα=+
0.47°、数値256がα=−0.47°に対応す
る。Here, as an example, the semiconductor laser shown in FIG. 1 is a GaN-based semiconductor laser having an oscillation wavelength λ of 42.
0 nm, and the size ω of the near-field image in the direction perpendicular to the junction at the resonator end face 4 is 250 nm. It is also assumed that the complex reflectance r when the light emitted from the resonator end face 4 is reflected by the etching bottom face 5 is constant at -1. In this semiconductor laser, a far-field image in a direction perpendicular to the junction when the height a of the light emitting point s0 is 2 μm and the length c of the etching bottom surface 5 is 6 μm is calculated by using the theoretical expression shown in Expression (5). The result obtained by the calculation is shown in FIG. FIG.
, The horizontal axis represents the angle, and the vertical axis represents the light intensity of the far-field image. Here, the discrete Fourier transform is used when calculating on the computer, and the numerical value of the angle shown in FIG. 3 is the value used for the calculation at that time. In this case, the numerical value 257 on the horizontal axis corresponds to the center of the far-field image, that is, α = 0. The value on the horizontal axis is 0.4 per digit.
7 °, in which case the value 258 is α = +
0.47 ° and the numerical value 256 correspond to α = −0.47 °.
【0026】図3より、発振波長λ=420nm、共振
器端面4における接合と垂直方向の近視野像のサイズω
=250nm、エッチング底面5における複素反射率r
=−1の半導体レーザにおいて、発光点s0の高さa=
2μm、エッチング底面5の長さc=6μmとした場合
の接合と垂直方向の遠視野像は、α>0の側したがって
図2中のx1 >0の側に数個の大きなフリンジ構造を有
し、単峰性の分布からのずれが大きくなることがわか
る。FIG. 3 shows that the oscillation wavelength λ = 420 nm and the size ω of the near-field image perpendicular to the junction at the resonator end face 4.
= 250 nm, complex reflectance r at the etched bottom surface 5
= −1, the height a = of the light emitting point s0
When the length c of the etched bottom 5 is 2 μm and the length c is 6 μm, the far-field image in the vertical direction of the junction has several large fringe structures on the side of α> 0, that is, on the side of x 1 > 0 in FIG. However, it can be seen that the deviation from the unimodal distribution increases.
【0027】ここで、理論式から求めた遠視野像におい
て光強度が最大のピーク(第1のピーク)をP1 、光強
度が2番目に大きいピーク(第2のピーク)をP2 とす
る。また、第1のピークP1 および第2のピークP2 間
に存在する極小のうち光強度が最小の極小をVとする。
図3に示す例では、第1のピークP1 と第2のピークP
2 とが隣接しており、両者の間の極小が上述の極小Vに
対応する。ここで、第1のピークP1 における光強度を
p1、第2のピークP2 における光強度をp2、極小V
における光強度をvとし、この遠視野像のうねりの度合
いをp1,p2,vを用いて(p2−v)/p1と表
す。半導体レーザを応用する上では、遠視野像のうねり
が大きいと様々な不都合が生じるため、上述の(p2−
v)/p1の値を問題とならないレベルまで抑制する必
要がある。Here, in the far-field image obtained from the theoretical formula, the peak with the highest light intensity (first peak) is P 1 , and the peak with the second highest light intensity (second peak) is P 2 . . Further, among the minimums existing between the first peak P 1 and the second peak P 2 , V is the minimum having the minimum light intensity.
In the example shown in FIG. 3, the first peak P 1 and the second peak P 1
2 are adjacent to each other, and the minimum between the two corresponds to the minimum V described above. Here, the light intensity at the first peak P 1 p1, the light intensity at the second peak P 2 p2, minimum V
Is defined as v, and the degree of undulation of the far-field image is expressed as (p2-v) / p1 using p1, p2, and v. In applying a semiconductor laser, various inconveniences occur if the swell of the far-field image is large.
v) It is necessary to suppress the value of / p1 to a level that does not cause a problem.
【0028】例えば、図1に示す半導体レーザを光ディ
スク装置の光源として用いる場合を仮定する。一般的な
光ディスク装置は、光源としての半導体レーザの他に、
この半導体レーザの出射光を光ディスクに導くための所
定の光学系、例えば、コリメートレンズ、ビームスプリ
ッタ、対物レンズ、検出レンズ、信号光検出用受光素
子、信号光再生回路などを備えている。このような光デ
ィスク装置においては、その光学系、特に対物レンズに
よって半導体レーザの遠視野像のうねりに対する制約が
課せられる。For example, assume that the semiconductor laser shown in FIG. 1 is used as a light source of an optical disk device. A general optical disc device has a semiconductor laser as a light source,
A predetermined optical system for guiding the emitted light of the semiconductor laser to the optical disk, for example, a collimator lens, a beam splitter, an objective lens, a detection lens, a light receiving element for signal light detection, a signal light reproducing circuit, and the like are provided. In such an optical disk device, restrictions on the undulation of the far-field image of the semiconductor laser are imposed by the optical system, particularly the objective lens.
【0029】具体的には、例えばディジタル・ビデオ・
ディスク(DVD)装置においては、対物レンズの縁に
おける光強度(リムインテンシティー)が、光ディスク
のラジアル方向(放射方向)ではピーク値の90%以
上、タンジェンシャル方向(同心方向)ではピーク値の
60〜70%以上と規定されている。通常、半導体レー
ザの接合と垂直方向の遠視野像の半値全角θ⊥が光ディ
スクのラジアル方向に選ばれるので、対物レンズの縁に
おいて規定値以上の光強度を得るためには、半導体レー
ザにおいて接合と垂直方向の遠視野像のうねりの度合い
が10%以下であることが要求される。ここで、実際に
は、半導体レーザからの出射光は、まず、コリメートレ
ンズを通して平行光にされてから対物レンズに入射する
ので、接合と垂直方向の遠視野像のうねりに対する制約
は10%よりは緩和されるが、この点を考慮しても、こ
のうねりの度合いは20%以下に抑えることが好まし
い。Specifically, for example, a digital video
In a disk (DVD) device, the light intensity (rim intensity) at the edge of the objective lens is 90% or more of the peak value in the radial direction (radiation direction) of the optical disk, and the peak value is 60% in the tangential direction (concentric direction). 7070% or more. Normally, the full-width at half maximum θ⊥ of the far-field image in the vertical direction with the bonding of the semiconductor laser is selected in the radial direction of the optical disk. It is required that the degree of undulation of the far-field image in the vertical direction is 10% or less. Here, actually, the emitted light from the semiconductor laser is first converted into parallel light through a collimating lens and then enters the objective lens. Therefore, the restriction on the swell of the far-field image in the direction perpendicular to the junction is less than 10%. Although it is alleviated, it is preferable that the degree of the undulation is suppressed to 20% or less even in consideration of this point.
【0030】ところで、上述の理論式で表される遠視野
像は、その導出過程から明らかなように、発光点s0の
高さaおよびエッチング底面5の長さcの設定値によっ
て変化しうるものである。したがって、接合と垂直方向
の遠視野像のうねりを抑制するためには、発光点s0の
高さaとエッチング底面5の長さcとを最適化すること
が有効であると言える。Incidentally, the far-field image represented by the above-mentioned theoretical formula can be changed by the set values of the height a of the light emitting point s0 and the length c of the etched bottom surface 5, as is clear from the derivation process. It is. Therefore, it can be said that it is effective to optimize the height a of the light emitting point s0 and the length c of the etching bottom surface 5 in order to suppress the undulation of the far-field image in the direction perpendicular to the junction.
【0031】そこで、遠視野像の理論式((5)式)を
もとに、接合と垂直方向の遠視野像における(p2−
v)/p1の値が0.2以下となる発光点s0の高さa
およびエッチング底面5の長さcの範囲を計算により求
めた。ここでは、半導体レーザの発振波長λを420n
m、共振器端面4における接合と垂直方向の近視野像の
サイズωを250nmとし、エッチング底面5における
複素反射率rを−1で一定と仮定して計算した。その結
果を図4に示す。図4中、横軸は発光点s0の高さa
(μm)を表し、縦軸はエッチング底面5の長さc(μ
m)を表す。Then, based on the theoretical formula of the far-field image (formula (5)), (p2-
v) The height a of the light emitting point s0 at which the value of / p1 is 0.2 or less.
The range of the length c of the etched bottom surface 5 was calculated. Here, the oscillation wavelength λ of the semiconductor laser is set to 420 n
m, the size ω of the near-field image in the direction perpendicular to the junction at the resonator end face 4 was set to 250 nm, and the complex reflectance r at the etching bottom face 5 was assumed to be constant at −1. FIG. 4 shows the results. In FIG. 4, the horizontal axis represents the height a of the light emitting point s0.
(Μm), and the vertical axis represents the length c (μm) of the etching bottom surface 5.
m).
【0032】図4において、Aで示される曲線は、λ=
420nm、ω=250nmの半導体レーザにおいて、
r=−1としたときに(p2−v)/p1=0.2とな
る(a,c)の軌跡を表す。この場合、ac平面上で曲
線Aの下側の領域(曲線A上の点を含む)が、λ=42
0nm、ω=250nm、r=−1のときに、接合と垂
直方向の遠視野像における(p2−v)/p1の値が
0.2以下となる発光点s0の高さaおよびエッチング
底面5の長さcの範囲を表している。言い換えれば、接
合と垂直方向の遠視野像において(p2−v)/p1≦
0.2を実現するためには、ac平面上で曲線Aの下側
の領域に(a,c)が存在するように、発光点s0の高
さaおよびエッチング底面5の長さcを設定すればよい
ことになる。In FIG. 4, the curve indicated by A is λ =
In a semiconductor laser with 420 nm and ω = 250 nm,
This represents the locus of (a, c) where (p2−v) /p1=0.2 when r = −1. In this case, the area under the curve A (including the point on the curve A) on the ac plane is λ = 42
When 0 nm, ω = 250 nm, and r = −1, the height a of the light emitting point s0 and the etched bottom surface 5 where the value of (p2-v) / p1 in the far-field image perpendicular to the junction is 0.2 or less are 0.2 Represents the range of the length c. In other words, in the far-field image perpendicular to the junction, (p2−v) / p1 ≦
In order to realize 0.2, the height a of the light emitting point s0 and the length c of the etching bottom surface 5 are set such that (a, c) exists in the area below the curve A on the ac plane. That's all I need to do.
【0033】ここで、上述のモデルにおいては、共振器
端面4からの出射光がエッチング底面5に対応する基板
1の表面で反射されるものとし、このときの複素反射率
rを−1と仮定しているが、このr=−1の複素反射率
は、エッチング底面5に対応する部分の基板1上に金属
膜をコーティングすることによって実現することもでき
る。また、エッチング底面5に対応する部分の基板1上
に共振器端面4からの出射光を吸収する膜(光吸収膜)
をコーティングすれば、r=0の複素反射率を実現する
ことができる。ここで、発振波長λ=420nm、共振
器端面4における接合と垂直方向の近視野像のサイズω
=250nmの半導体レーザにおいて、接合と垂直方向
の遠視野像における(p2−v)/p1の値が0.2以
下となる発光点s0の高さaおよびエッチング底面5の
長さcの範囲を、複素反射率r=0として計算により求
めた結果を図4に合わせて示す。すなわち、図4中、B
で示される曲線が、λ=420nm、ω=250nmの
半導体レーザにおいて、r=0としたときに(p2−
v)/p1=0.2となる(a,c)の軌跡を表す。こ
の場合、ac平面上で曲線Bの下側の領域(曲線B上の
点を含む)が、λ=420nm、ω=250nm、r=
0のときに、接合と垂直方向の遠視野像における(p2
−v)/p1の値が0.2以下となる発光点s0の高さ
aおよびエッチング底面5の長さcの範囲を表してい
る。図4より、複素反射率rをr=0とした場合は、r
=−1とした場合に比べて(p2−v)/p1≦0.2
となる(a,c)の範囲が拡大されることがわかる。Here, in the above-mentioned model, it is assumed that the light emitted from the resonator end face 4 is reflected by the surface of the substrate 1 corresponding to the etched bottom face 5, and the complex reflectance r at this time is assumed to be -1. However, the complex reflectance of r = -1 can also be realized by coating a metal film on a portion of the substrate 1 corresponding to the etched bottom surface 5. Further, a film (light absorbing film) for absorbing light emitted from the resonator end face 4 is provided on the portion of the substrate 1 corresponding to the etching bottom surface 5.
, A complex reflectance of r = 0 can be realized. Here, the oscillation wavelength λ = 420 nm, the size ω of the near-field image in the direction perpendicular to the junction at the resonator end face 4
= 250 nm, the range of the height a of the light emitting point s0 and the length c of the etched bottom surface 5 where the value of (p2-v) / p1 in the far-field image perpendicular to the junction is 0.2 or less is set. , And the complex reflectance r = 0 is shown in FIG. That is, in FIG.
The curve shown by (p2-p) in a semiconductor laser with λ = 420 nm and ω = 250 nm when r = 0.
v) represents the locus of (a, c) where p1 = 0.2. In this case, the area under the curve B (including the points on the curve B) on the ac plane is λ = 420 nm, ω = 250 nm, and r =
In the case of 0, (p2
−v) The range of the height a of the light emitting point s0 and the length c of the etched bottom surface 5 where the value of / p1 is 0.2 or less is shown. From FIG. 4, when the complex reflectance r is r = 0, r
= (− 1−0.2) /p1≦0.2
It can be seen that the range of (a, c) is expanded.
【0034】なお、エッチング底面5上に金属膜や光吸
収膜のような反射率制御膜がコーティングされている場
合は、その反射率制御膜の表面が基準面となる。したが
って、この場合、発光点s0の高さを表す寸法aは、そ
の反射率膜制御膜の表面から発光点s0までの高さに置
き換えて考えればよい。When a reflectance control film such as a metal film or a light absorption film is coated on the etched bottom surface 5, the surface of the reflectance control film is used as a reference surface. Therefore, in this case, the dimension a representing the height of the light emitting point s0 may be replaced with the height from the surface of the reflectance film control film to the light emitting point s0.
【0035】この発明は、本発明者らの上記検討の結果
に基づいて案出されたものである。すなわち、上記目的
を達成するために、この発明は、基板上に、レーザ構造
を形成する半導体層からなり、かつ、半導体層をエッチ
ングすることにより形成された切断面を共振器端面とす
る共振器を有すると共に、共振器を形成する際のエッチ
ング領域における基板または半導体層に形成されたエッ
チング底面に対応する部分に、共振器端面の発光点から
の出射光の一部が入射する基準面を有し、発光点からの
出射光が基準面の端部で回折した回折光と、発光点から
の出射光の一部が基準面で反射した反射光が基準面の端
部で回折した回折光とが干渉し、その遠視野像にうねり
が生じる半導体レーザにおいて、遠視野像において光強
度が最大の第1のピークにおける光強度をp1、光強度
が2番目に大きい第2のピークにおける光強度をp2、
第1のピークと第2のピークとの間に存在する極小のう
ち光強度が最小の極小における光強度をvとしたとき、
(p2−v)/p1の値が所望値以下となるように、共
振器端面と端部との間の基準面の長さおよび基準面から
発光点までの高さが設定されていることを特徴とするも
のである。The present invention has been devised based on the results of the above studies by the present inventors. That is, in order to achieve the above object, the present invention provides a resonator comprising a semiconductor layer forming a laser structure on a substrate, and having a cut surface formed by etching the semiconductor layer as a resonator end face. And a reference surface on which a part of light emitted from a light emitting point on the end face of the resonator is incident on a portion corresponding to an etching bottom surface formed on the substrate or the semiconductor layer in an etching region when the resonator is formed. Then, the diffracted light where the light emitted from the light emitting point is diffracted at the end of the reference surface, and the diffracted light where the part of the light emitted from the light emitting point is reflected at the end of the reference surface is diffracted. In the semiconductor laser in which undulation occurs in the far-field image, the light intensity at the first peak having the largest light intensity in the far-field image is p1, and the light intensity at the second peak having the second largest light intensity is p2
When the light intensity at the minimum value where the light intensity is the minimum among the minimum values existing between the first peak and the second peak is represented by v,
The length of the reference plane between the cavity end face and the end and the height from the reference plane to the light emitting point are set so that the value of (p2-v) / p1 is equal to or less than the desired value. It is a feature.
【0036】ここで、共振器端面の発光点とは、共振器
端面における発光領域のうち、光振幅が最大となる点に
対応する。また、所望値とは、この半導体レーザが使用
される装置またはシステムの光学系に応じて決められる
値であり、その装置またはシステムによって異なる。Here, the light emitting point on the cavity facet corresponds to the point where the light amplitude becomes maximum in the light emitting region on the cavity facet. The desired value is a value determined according to the optical system of the device or system in which the semiconductor laser is used, and differs depending on the device or system.
【0037】この発明においては、基板または半導体層
に形成された底面(エッチング底面)上に、反射率を制
御する膜がコーティングされていてもよい。なお、基板
または半導体層に形成された底面にコーティングが施さ
れていない場合は、その底面が基準面となり、この場
合、基準面から発光点までの高さとは、基板または半導
体層に形成された底面から発光点までの高さのことを指
す。また、基板または半導体層に形成された底面に反射
率を制御する膜がコーティングされている場合は、その
反射率を制御する膜の表面が基準面となり、この場合、
基準面から発光点までの高さとは、反射率を制御する膜
の表面から発光点までの高さのことを指す。この反射率
を制御する膜の例としては、共振器端面からの出射光を
吸収するような光吸収膜や、共振器端面からの出射光を
反射するような金属膜などが挙げられる。反射率を制御
する膜が共振器端面からの出射光を吸収するような光吸
収膜である場合は、基準面においてほぼr=0の複素反
射率が実現され、コーティングが施されない場合に比べ
て、(p2−v)/p1の値を所望値以下とすることが
できる基準面の長さおよび基準面から発光点までの高さ
の許容範囲が拡大するという利点がある。In the present invention, a film for controlling the reflectance may be coated on the bottom surface (etched bottom surface) formed on the substrate or the semiconductor layer. In the case where the bottom surface formed on the substrate or the semiconductor layer is not coated, the bottom surface serves as a reference surface. In this case, the height from the reference surface to the light emitting point is defined on the substrate or the semiconductor layer. Refers to the height from the bottom to the light emitting point. Further, when a film for controlling the reflectance is coated on the bottom surface formed on the substrate or the semiconductor layer, the surface of the film for controlling the reflectance is a reference surface, in this case,
The height from the reference plane to the light emitting point refers to the height from the surface of the film for controlling the reflectance to the light emitting point. Examples of the film for controlling the reflectance include a light absorbing film that absorbs light emitted from the end face of the resonator, and a metal film that reflects light emitted from the end face of the resonator. When the film for controlling the reflectance is a light absorbing film that absorbs the light emitted from the end face of the resonator, a complex reflectance of approximately r = 0 is realized on the reference surface, and the complex reflectance is compared with the case where no coating is applied. , (P2-v) / p1 has an advantage that the allowable range of the length of the reference plane and the height from the reference plane to the light emitting point can be expanded to be equal to or less than the desired value.
【0038】上述のように構成されたこの発明において
は、エッチングにより形成された切断面を共振器端面と
する半導体レーザにおいて、共振器端面と端部との間の
基準面の長さおよび基準面から発光点までの高さの最適
化を図ることにより、遠視野像における(p2−v)/
p1の値(ただし、p1は光強度が最大の第1のピーク
における光強度、p2は光強度が2番目に大きい第2の
ピークにおける光強度、vは第1のピークと第2のピー
クとの間に存在する極小のうち光強度が最小の極小にお
ける光強度)を所望値以下に抑えることができる。これ
により、遠視野像のうねりが良好に抑制された半導体レ
ーザを実現することができる。According to the present invention having the above-described structure, in the semiconductor laser having the cut surface formed by etching as the cavity end surface, the length and the reference surface of the reference plane between the cavity end surface and the end portion are provided. By optimizing the height from to the emission point, (p2-v) /
The value of p1 (where p1 is the light intensity at the first peak with the largest light intensity, p2 is the light intensity at the second peak with the second largest light intensity, and v is the first peak and the second peak. (The light intensity at the minimum with the smallest light intensity among the minimums existing between them) can be suppressed to a desired value or less. This makes it possible to realize a semiconductor laser in which the swell of the far-field image is well suppressed.
【0039】[0039]
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0040】まず、この発明の第1の実施形態について
説明する。図5および図6は、この発明の第1の実施形
態による半導体レーザを示す。ここで、図5は、この第
1の実施形態による半導体レーザの斜視図であり、光出
射端面の近傍を示す。また、図6は、図5のVI−VI
線に沿っての断面図であり、この第1の実施形態による
半導体レーザの共振器長方向と平行方向の断面を示す。
この半導体レーザはGaN系半導体レーザであり、電極
ストライプ構造およびSCH構造を有する。First, a first embodiment of the present invention will be described. 5 and 6 show a semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention. Here, FIG. 5 is a perspective view of the semiconductor laser according to the first embodiment, showing the vicinity of the light emitting end face. FIG. 6 shows VI-VI of FIG.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along a line, showing a cross section of the semiconductor laser according to the first embodiment in a direction parallel to a cavity length direction.
This semiconductor laser is a GaN-based semiconductor laser and has an electrode stripe structure and an SCH structure.
【0041】図5に示すように、この第1の実施形態に
よる半導体レーザにおいては、例えば、c面サファイア
基板11上に、低温成長によるアンドープGaNバッフ
ァ層12を介してn型GaNコンタクト層13、n型A
lGaNクラッド層14、n型GaN光導波層15、G
aInN活性層16、p型GaN光導波層17、p型A
lGaNクラッド層18およびp型GaNコンタクト層
19が順次積層されている。以下においては、これらの
層をまとめてAlGaInN系半導体層20と言うこと
もある。n型GaNコンタクト層13、n型AlGaN
クラッド層14およびn型GaN光導波層15にはドナ
ーとして例えばSiがドープされ、p型GaN光導波層
17、p型AlGaNクラッド層18およびp型GaN
コンタクト層19にはアクセプタとして例えばMgがド
ープされている。As shown in FIG. 5, in the semiconductor laser according to the first embodiment, for example, an n-type GaN contact layer 13 is formed on a c-plane sapphire substrate 11 via an undoped GaN buffer layer 12 formed by low-temperature growth. n-type A
1GaN cladding layer 14, n-type GaN optical waveguide layer 15, G
aInN active layer 16, p-type GaN optical waveguide layer 17, p-type A
An lGaN cladding layer 18 and a p-type GaN contact layer 19 are sequentially stacked. Hereinafter, these layers may be collectively referred to as an AlGaInN-based semiconductor layer 20. n-type GaN contact layer 13, n-type AlGaN
The cladding layer 14 and the n-type GaN optical waveguide layer 15 are doped with, for example, Si as a donor, and the p-type GaN optical waveguide layer 17, the p-type AlGaN cladding layer 18, and the p-type GaN
The contact layer 19 is doped with, for example, Mg as an acceptor.
【0042】レーザ構造を形成するAlGaInN系半
導体層20は、エッチングにより所定形状にパターニン
グされ、これらのパターニングされたAlGaInN系
半導体層20によって共振器が構成されている。符号2
1は、この共振器の一端に形成されたエッチト・ミラー
からなる共振器端面を示し、符号22は、エッチング底
面を示す。この場合、エッチング底面22においては、
AlGaInN系半導体層20が除去され、c面サファ
イア基板11の表面が露出している。共振器端面21は
c面サファイア基板11の主面に対してほぼ垂直に形成
されており、したがって、共振器端面21とエッチング
底面22とは互いに直交している。なお、図5において
は図示されないが、共振器の他端も上述と同様に構成さ
れている。The AlGaInN-based semiconductor layer 20 forming the laser structure is patterned into a predetermined shape by etching, and the patterned AlGaInN-based semiconductor layer 20 forms a resonator. Sign 2
Reference numeral 1 denotes a resonator end face made of an etched mirror formed at one end of the resonator, and reference numeral 22 denotes an etching bottom face. In this case, on the etching bottom surface 22,
The AlGaInN-based semiconductor layer 20 is removed, and the surface of the c-plane sapphire substrate 11 is exposed. The resonator end face 21 is formed substantially perpendicular to the main surface of the c-plane sapphire substrate 11, so that the resonator end face 21 and the etched bottom face 22 are orthogonal to each other. Although not shown in FIG. 5, the other end of the resonator has the same configuration as described above.
【0043】AlGaInN系半導体層20のうち、n
型GaNコンタクト層13の上層部、n型AlGaNク
ラッド層14、n型GaN光導波層15、GaInN活
性層16、p型GaN光導波層17、p型AlGaNク
ラッド層18およびp型GaNコンタクト層19は、共
振器長方向と平行方向に延びる所定幅のメサ形状を有す
る。In the AlGaInN-based semiconductor layer 20, n
Upper portion of n-type GaN contact layer 13, n-type AlGaN cladding layer 14, n-type GaN optical waveguide layer 15, GaInN active layer 16, p-type GaN optical waveguide layer 17, p-type AlGaN cladding layer 18, and p-type GaN contact layer 19 Has a mesa shape having a predetermined width extending in a direction parallel to the resonator length direction.
【0044】メサ部のp型GaNコンタクト層19上に
は、例えばNi/Pt/Au構造のp側電極23がオー
ミックコンタクトして設けられている。また、メサ部に
隣接するn型GaNコンタクト層13上には、例えばT
i/Al/Pt/Au構造のn側電極24がオーミック
コンタクトして設けられている。On the p-type GaN contact layer 19 in the mesa portion, for example, a p-side electrode 23 having a Ni / Pt / Au structure is provided in ohmic contact. On the n-type GaN contact layer 13 adjacent to the mesa portion, for example, T
An n-side electrode 24 having an i / Al / Pt / Au structure is provided in ohmic contact.
【0045】この半導体レーザにおいては、上述のよう
にレーザ構造が形成されたc面サファイア基板11が共
振器端面21から所定の距離だけ離れた位置で切断さ
れ、チップ化されている。図5において、符号25はc
面サファイア基板11の切断位置に形成された端部(エ
ッチング底面の端部)を示す。In this semiconductor laser, the c-plane sapphire substrate 11 on which the laser structure has been formed as described above is cut at a position away from the cavity end face 21 by a predetermined distance and chipped. In FIG. 5, reference numeral 25 denotes c
The end (the end of the etched bottom) formed at the cutting position of the planar sapphire substrate 11 is shown.
【0046】また、この半導体レーザにおいては、共振
器端面21からレーザ光Lが取り出されるようになって
いる。符号26は、共振器端面21における発光領域を
示す。ここで、この発光領域26は、共振器端面21に
おけるレーザ光Lの近視野像のうち、光の振幅がピーク
値の1/e以上の領域に対応している。また、図5中、
符号s0で示される発光点は、発光領域26のうち光振
幅が最大となる点に対応する。この発光点s0は、Ga
InN活性層16の厚さ方向のほぼ中央に位置する。な
お、レーザ光Lの近視野像は単峰性のガウス分布をなし
ているものとする。In this semiconductor laser, laser light L is extracted from the cavity facet 21. Reference numeral 26 indicates a light emitting area on the resonator end face 21. Here, the light-emitting region 26 corresponds to a region in the near-field image of the laser light L on the resonator end face 21 where the light amplitude is 1 / e or more of the peak value. Also, in FIG.
The light-emitting point indicated by the symbol s0 corresponds to a point in the light-emitting region 26 where the light amplitude is maximum. This emission point s0 is Ga
It is located at substantially the center in the thickness direction of the InN active layer 16. It is assumed that the near-field image of the laser beam L has a unimodal Gaussian distribution.
【0047】ここで、この半導体レーザの発振波長をλ
とし、共振器端面21における接合と垂直方向の近視野
像のサイズをωとする。発振波長λは、活性層の実効的
なバンドギャップに応じて決まり、この半導体レーザで
は例えばλ=420nmである。また、近視野像は導波
モードに応じて決定される。共振器端面21における接
合と垂直方向の近視野像のサイズωはピーク振幅の1/
eで定義され、この場合、共振器端面21における発光
領域26の接合と垂直方向の半径に対応する。この半導
体レーザでは例えばω=250nmである。また、この
半導体レーザにおいては、エッチング底面22上にコー
ティングが施されておらず、したがって、このエッチン
グ底面22が基準面になっている。Here, the oscillation wavelength of this semiconductor laser is λ
And the size of the near-field image in the direction perpendicular to the junction at the resonator end face 21 is ω. The oscillation wavelength λ is determined according to the effective band gap of the active layer. In this semiconductor laser, for example, λ = 420 nm. Further, the near-field image is determined according to the waveguide mode. The size ω of the near-field image in the direction perpendicular to the junction at the resonator end face 21 is 1/1 / peak amplitude.
In this case, it corresponds to the radius in the direction perpendicular to the junction of the light emitting region 26 on the cavity end face 21. In this semiconductor laser, for example, ω = 250 nm. Also, in this semiconductor laser, no coating is applied on the etched bottom surface 22, and therefore, the etched bottom surface 22 is a reference surface.
【0048】次に、この第1の実施形態による半導体レ
ーザの製造方法について説明する。Next, a method of manufacturing the semiconductor laser according to the first embodiment will be described.
【0049】まず、c面サファイア基板11上に有機金
属化学気相成長(MOCVD)法により例えば560℃
の成長温度でアンドープGaNバッファ層12を成長さ
せる。次に、このアンドープGaNバッファ層12上
に、MOCVD法により、n型GaNコンタクト層1
3、n型AlGaNクラッド層14、n型GaN光導波
層15、GaInN活性層16、p型GaN光導波層1
7、p型AlGaNクラッド層18およびp型GaNコ
ンタクト層19を順次成長させる。ここで、Inを含ま
ない層であるn型GaNコンタクト層13、n型AlG
aNクラッド層14、n型GaN光導波層15、p型G
aN光導波層17、p型AlGaN光導波層18および
p型GaNコンタクト層19の成長温度は例えば100
0℃とし、Inを含む層であるGaInN活性層16の
成長温度は例えば700〜800℃とする。n型GaN
コンタクト層13、n型AlGaNクラッド層14およ
びn型GaN光導波層15にはドナーとして例えばSi
をドープし、p型GaN光導波層17、p型AlGaN
クラッド層18およびp型GaNコンタクト層19には
アクセプタとして例えばMgをドープする。この後、こ
れらの層にドープされたドナーおよびアクセプタの電気
的活性化、特に、p型GaN光導波層17、p型AlG
aNクラッド層18およびp型GaNコンタクト層19
にドープされたアクセプタの電気的活性化のための熱処
理を行う。この熱処理の温度は例えば700℃とする。First, at 560 ° C. on the c-plane sapphire substrate 11 by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD).
The undoped GaN buffer layer 12 is grown at the growth temperature. Next, the n-type GaN contact layer 1 is formed on the undoped GaN buffer layer 12 by MOCVD.
3, n-type AlGaN cladding layer 14, n-type GaN optical waveguide layer 15, GaInN active layer 16, p-type GaN optical waveguide layer 1
7. A p-type AlGaN cladding layer 18 and a p-type GaN contact layer 19 are sequentially grown. Here, the n-type GaN contact layer 13 which is a layer containing no In, the n-type AlG
aN cladding layer 14, n-type GaN optical waveguide layer 15, p-type G
The growth temperature of the aN optical waveguide layer 17, the p-type AlGaN optical waveguide layer 18, and the p-type GaN contact layer 19 is, for example, 100
The temperature is set to 0 ° C., and the growth temperature of the GaInN active layer 16 which is a layer containing In is set to, for example, 700 to 800 ° C. n-type GaN
The contact layer 13, the n-type AlGaN cladding layer 14, and the n-type GaN optical waveguide layer 15 have, for example, Si as a donor.
, The p-type GaN optical waveguide layer 17 and the p-type AlGaN
The cladding layer 18 and the p-type GaN contact layer 19 are doped with, for example, Mg as an acceptor. Thereafter, the electrical activation of the donors and acceptors doped in these layers, in particular, the p-type GaN optical waveguide layer 17, p-type AlG
aN cladding layer 18 and p-type GaN contact layer 19
Heat treatment for electrical activation of the doped acceptor is performed. The temperature of this heat treatment is, eg, 700 ° C.
【0050】次に、半導体レーザの共振器長方向と垂直
方向に延びる所定幅のストライプ形状のレジストパター
ン(図示せず)をAlGaInN系半導体層20の上に
形成した後、このレジストパターンをマスクとして例え
ば反応性イオンエッチング(RIE)法によりc面サフ
ァイア基板11が少しエッチングされる深さまでエッチ
ングする。これによって、AlGaInN系半導体層2
0の所定部分にエッチト・ミラーからなる共振器端面2
1が形成されると共に、エッチング領域に対応するc面
サファイア基板11にエッチング底面22が形成され
る。Next, a stripe-shaped resist pattern (not shown) having a predetermined width extending in the direction perpendicular to the cavity length direction of the semiconductor laser is formed on the AlGaInN-based semiconductor layer 20, and this resist pattern is used as a mask. For example, the c-plane sapphire substrate 11 is etched by a reactive ion etching (RIE) method to a depth at which the c-plane sapphire substrate 11 is slightly etched. Thereby, the AlGaInN-based semiconductor layer 2
Resonator end face 2 consisting of an etched mirror at a predetermined portion of 0
1 is formed, and an etching bottom surface 22 is formed on the c-plane sapphire substrate 11 corresponding to the etching region.
【0051】次に、共振器の形状にパターニングされた
AlGaInN系半導体層20上に、共振器長方向に延
びる所定幅のストライプ形状のレジストパターン(図示
せず)を形成した後、このレジストパターンをマスクと
して例えばRIE法によりAlGaInN系半導体層2
0を、そのn型GaNコンタクト層13の厚さ方向の途
中の深さまでエッチングする。これによって、n型Ga
Nコンタクト層13の上層部、n型AlGaNクラッド
層14、n型GaN光導波層15、GaInN活性層1
6、p型GaN光導波層17、p型AlGaNクラッド
層18およびp型GaNコンタクト層19が、所定のメ
サ形状にパターニングされる。Next, a stripe-shaped resist pattern (not shown) having a predetermined width extending in the resonator length direction is formed on the AlGaInN-based semiconductor layer 20 patterned in the resonator shape. As a mask, for example, the AlGaInN-based semiconductor layer 2 is formed by the RIE method.
0 is etched to an intermediate depth in the thickness direction of the n-type GaN contact layer 13. Thereby, n-type Ga
Upper layer of N contact layer 13, n-type AlGaN cladding layer 14, n-type GaN optical waveguide layer 15, GaInN active layer 1
6. The p-type GaN optical waveguide layer 17, the p-type AlGaN cladding layer 18, and the p-type GaN contact layer 19 are patterned into a predetermined mesa shape.
【0052】次に、メサ部のp型GaNコンタクト層1
9上に例えばNi/Au膜やNi/Pt/Au膜などか
らなるp側電極23を形成すると共に、メサ部に隣接す
るエッチングされた部分のn型GaNコンタクト層13
上に例えばn側電極24を形成する。Next, the p-type GaN contact layer 1 in the mesa portion
9, a p-side electrode 23 made of, for example, a Ni / Au film or a Ni / Pt / Au film is formed, and the n-type GaN contact layer 13 in an etched portion adjacent to the mesa portion is formed.
For example, an n-side electrode 24 is formed thereon.
【0053】次に、このようにしてレーザ構造が形成さ
れたc面サファイア基板11をバー状に加工した後、エ
ッチング底面22に対応する部分においてc面サファイ
ア基板11を切断することにより、このバーをチップ化
する。以上により、目的とする半導体レーザが製造され
る。Next, after the c-plane sapphire substrate 11 on which the laser structure is formed is processed into a bar shape, the c-plane sapphire substrate 11 is cut at a portion corresponding to the etching bottom surface 22 to obtain a bar. Into chips. Thus, the intended semiconductor laser is manufactured.
【0054】図6は、図5に示すこの第1の実施形態に
よる半導体レーザを、共振器端面21上の発光点s0を
通る位置で接合と垂直方向かつ共振器長方向と平行方向
に切断したときの断面を示す。FIG. 6 shows the semiconductor laser according to the first embodiment shown in FIG. 5 cut at a position passing through the light emitting point s0 on the cavity facet 21 in a direction perpendicular to the junction and in a direction parallel to the cavity length direction. The cross section at the time is shown.
【0055】図6において、共振器端面21上の発光点
s0を通るエッチング底面22(基準面)の法線をx0
軸、発光点s0を通る共振器端面21の法線をz軸に定
める。x0 軸上の点s2は、x0 軸とエッチング底面2
2との交点であり、この場合x0 軸上における共振器端
面21の下端に対応する。一方、x0 軸上の点s1は、
x0 軸上における共振器端面21の上端に対応する。ま
た、図6において、c面サファイア基板11の端部25
に対応する点を点s3とし、この点s3を通るエッチン
グ底面22の法線をx1 軸に定める。そして、共振器端
面21の下端側から上端側に向かう方向をx0 軸の正の
方向とし(x1 軸においても同様とする)、共振器端面
21側から端部25側に向かう方向をz軸の正の方向と
する。In FIG. 6, the normal of the etched bottom surface 22 (reference surface) passing through the light emitting point s0 on the resonator end surface 21 is defined as x 0.
An axis and a normal line of the resonator end face 21 passing through the light emitting point s0 are defined as the z axis. x 0 point s2 of the on-axis, x 0 axis and etching the bottom face 2
It is the intersection of the 2, corresponding to the lower end of the cavity end face 21 in this case x 0 axis. On the other hand, a point s1 on x 0 axis,
x 0 corresponds to the upper end of the cavity end face 21 along the axis. In FIG. 6, the end 25 of the c-plane sapphire substrate 11 is shown.
And the point s3 points corresponding to define a normal line of the etching bottom surface 22 through the point s3 to x 1 axis. Then, the direction toward the upper side from the lower end side of the cavity end face 21 and the positive direction of the x 0 axis (the same applies in the x 1 axis), in a direction toward the end portion 25 side from the cavity end face 21 side z The positive direction of the axis.
【0056】ここで、基準面であるエッチング底面22
から発光点s0までの高さ(|s0−s2|、以下にお
いては発光点s0の高さと言うこともある)をa、共振
器端面21と端部25との間のエッチング底面22の長
さ(|s2−s3|、以下においてはエッチング底面2
2の長さと言うこともある)をcとし、発光点s0の座
標を(0,0)とすると、点s2の座標は(−a,
0)、点s3の座標は(−a,c)と表される。また、
x0 軸上の点s0´は、発光点s0のエッチング底面2
2に対する鏡像点を表すが、この鏡像点s0´の座標は
(−2a,0)と表される。Here, the etching bottom surface 22 as the reference surface
Is the height (| s0−s2 |, hereinafter also referred to as the height of the light emitting point s0) from a to the light emitting point s0, and the length of the etching bottom surface 22 between the cavity end face 21 and the end part 25. (| S2-s3 |, hereinafter, the etching bottom surface 2
2), and the coordinates of the light emitting point s0 are (0, 0), the coordinates of the point s2 are (−a,
0), the coordinates of the point s3 are represented as (-a, c). Also,
x 0 point on the axis s0' is etched bottom surface 2 of the light emitting points s0
2 represents the mirror image point, and the coordinates of the mirror image point s0 'are expressed as (-2a, 0).
【0057】図6に示すように、この第1の実施形態に
よる半導体レーザにおいては、図1および図2に示すモ
デルと同様に、発光点s0からの出射光がエッチング底
面22で反射された反射光は、鏡像点s0´からの出射
光と考えることができ、したがって、この第1の実施形
態による半導体レーザにおいては、図1および図2に示
すモデルと同様の機構により接合と垂直方向の遠視野像
にうねりが生じる。ここで、共振器端面21からの出射
光が基準面であるエッチング底面22で反射されるとき
の複素反射率をr(一定値)とする。この場合の接合と
垂直方向の遠視野像は、図1および図2に示したモデル
と同様に(5)式に示す理論式で表される。この場合、
発振波長λ=420nm、共振器端面21における接合
と垂直方向の近視野像のサイズω=250nmであるか
ら、エッチング底面22における複素反射率r=−1と
仮定すると、発光点s0の高さaおよびエッチング底面
22の長さcを与えることによって、そのときの接合と
垂直方向の遠視野像を計算により求めることができる。As shown in FIG. 6, in the semiconductor laser according to the first embodiment, similarly to the models shown in FIGS. 1 and 2, light emitted from the light emitting point s0 is reflected by the etched bottom surface 22. The light can be considered as the light emitted from the mirror image point s0 '. Therefore, in the semiconductor laser according to the first embodiment, the distance in the direction perpendicular to the junction is measured by the same mechanism as the model shown in FIGS. Swelling occurs in the field image. Here, r (constant value) is a complex reflectance when light emitted from the resonator end face 21 is reflected by the etching bottom face 22 which is a reference face. In this case, the far-field image in the direction perpendicular to the junction is expressed by the theoretical expression shown in Expression (5), similarly to the models shown in FIGS. in this case,
Since the oscillation wavelength λ = 420 nm and the size of the near-field image ω = 250 nm in the direction perpendicular to the junction at the resonator end face 21, assuming that the complex reflectance r = −1 at the etching bottom face 22, the height a of the light emitting point s 0 is By giving the length c of the etched bottom surface 22, the far-field image in the direction perpendicular to the junction at that time can be obtained by calculation.
【0058】ところで、上述の半導体レーザは、光ディ
スク装置をはじめとして、種々の装置またはシステムへ
の応用が期待される。この際、この半導体レーザを応用
する上で不都合が生じることのないように、接合と垂直
方向の遠視野像のうねりを問題とならないレベルまで抑
制する必要がある。そこで、この第1の実施形態におい
ては、理論式より求めた接合と垂直方向の遠視野像にお
いて光強度が最大の第1のピークP1 における光強度を
p1、光強度が2番目に大きい第2のピークP2 におけ
る光強度をp2、第1のピークP1 と第2のピークP2
との間の極小のうち光強度が最小の極小Vにおける光強
度をvとした場合の(p2−v)/p1の値が所望値以
下となるように、発光点s0の高さaおよびエッチング
底面22の長さcが設定されている。By the way, the above-mentioned semiconductor laser is expected to be applied to various devices or systems including an optical disk device. At this time, it is necessary to suppress the swell of the far-field image in the direction perpendicular to the junction to a level that does not cause a problem so as not to cause a problem in applying the semiconductor laser. Therefore, in this first embodiment, the light intensity p1 at the first peak P 1 light intensity is maximum in the far field pattern of bonding the vertical direction obtained from the theoretical formula, the light intensity is the second largest light intensity at the peak P 2 of 2 p2, first peak P 1 and the second peak P 2
The height a of the light emitting point s0 and the etching are set so that the value of (p2-v) / p1 when the light intensity at the minimum V where the light intensity is the minimum among the minimums between v and v is equal to or less than a desired value. The length c of the bottom surface 22 is set.
【0059】すなわち、例えば、半導体レーザが使用さ
れる装置またはシステムの側から、半導体レーザの接合
と垂直方向の遠視野像に対して(p2−v)/p1の値
が0.2以下となるように制約が課せられているものと
する。この場合、λ=420nm、ω=250nm、r
=−1であるこの第1の実施形態による半導体レーザに
おいて、接合と垂直方向の遠視野像における(p2−
v)/p1の値を0.2以下とするためには、(a,
c)が図4中のac平面上で曲線Aの下側の領域(曲線
A上の点を含む)に存在するように、発光点s0の高さ
aおよびエッチング底面22の長さcを設定すればよ
い。That is, for example, the value of (p2−v) / p1 is 0.2 or less with respect to the far-field image in the direction perpendicular to the junction of the semiconductor laser from the side of the device or system in which the semiconductor laser is used. It is assumed that restrictions are imposed as follows. In this case, λ = 420 nm, ω = 250 nm, r
= -1 in the far-field image perpendicular to the junction in the semiconductor laser according to the first embodiment.
In order to make the value of v) / p1 0.2 or less, (a,
The height a of the light emitting point s0 and the length c of the etched bottom surface 22 are set so that c) exists in the area below the curve A (including the point on the curve A) on the ac plane in FIG. do it.
【0060】以上の点を考慮に入れて、この第1の実施
形態においては、発光点s0の高さaおよびエッチング
底面22の長さcが、それぞれ、例えばa=2.5μm
およびc=4μmとなるように半導体レーザが設計製造
されている。図4に(a,c)=(2.5μm,4μ
m)を白丸でプロットした。ここで、比較のため、図3
に示す遠視野像の計算に用いた数値、すなわち(a,
c)=(2μm,6μm)を図4に黒丸でプロットし
た。図4より、(2.5μm,4μm)は確かに曲線A
の下側の領域に存在し、(2μm,6μm)は曲線Aの
上側の領域に存在することがわかる。Taking the above points into consideration, in the first embodiment, the height a of the light emitting point s0 and the length c of the etching bottom surface 22 are, for example, a = 2.5 μm
And a semiconductor laser is designed and manufactured so that c = 4 μm. FIG. 4 shows (a, c) = (2.5 μm, 4 μm)
m) was plotted with open circles. Here, for comparison, FIG.
Numerical values used in the calculation of the far-field image shown in FIG.
c) = (2 μm, 6 μm) is plotted with a black circle in FIG. From FIG. 4, (2.5 μm, 4 μm) certainly shows curve A
It can be seen that (2 μm, 6 μm) exists in the area above the curve A.
【0061】図7は、λ=420nm、ω=250n
m、r=−1であるこの第1の実施形態による半導体レ
ーザにおいて、a=2.5μm、c=4μmとしたとき
の接合と垂直方向の遠視野像を、(5)式に示す理論式
に基づいて計算により求めた結果を示す。図7におい
て、横軸は角度を表し、縦軸は遠視野像の光強度を表
す。なお、図7に示す角度の数値は、その計算に用いた
値である。この場合、横軸の数値257が遠視野像の中
心、すなわちα=0に対応する。また、横軸の数値は1
ディジット当たり0.47°に対応しており、この場
合、数値258がα=+0.47°、数値256がα=
−0.47°に対応する。また、図7においては、比較
のために、エッチング底面22の長さのみc=0とし、
他のパラメータは同一条件としたときの接合と垂直方向
の遠視野像を(5)式に示す理論式に基づいて計算によ
り求めた結果が合わせて示されている。c=0とした場
合、出射光はエッチング底面での影響を受けないため、
接合と垂直方向の遠視野像は単峰性のガウス分布をな
す。FIG. 7 shows that λ = 420 nm and ω = 250 n.
In the semiconductor laser according to the first embodiment in which m and r = −1, the junction and the far-field image in the vertical direction when a = 2.5 μm and c = 4 μm are expressed by a theoretical expression shown in Expression (5). The result obtained by calculation based on the above is shown. In FIG. 7, the horizontal axis represents the angle, and the vertical axis represents the light intensity of the far-field image. The numerical value of the angle shown in FIG. 7 is a value used for the calculation. In this case, the numerical value 257 on the horizontal axis corresponds to the center of the far-field image, that is, α = 0. The value on the horizontal axis is 1
This corresponds to 0.47 ° per digit, where the value 258 is α = + 0.47 ° and the value 256 is α =
-0.47 °. Also, in FIG. 7, for comparison, only the length of the etching bottom surface 22 is set to c = 0,
The other parameters also show the results obtained by calculating the far-field image in the vertical direction and the joining under the same conditions by calculation based on the theoretical formula shown in Expression (5). When c = 0, the emitted light is not affected by the etching bottom surface.
The far-field image perpendicular to the junction has a unimodal Gaussian distribution.
【0062】図7と図3とを比較すると、(a,c)が
図4中のac平面上で曲線Aの下側の領域に存在するこ
の第1の実施形態による半導体レーザ(図7参照)の方
が、(a,c)が図4中のac平面上で曲線Aの上側の
領域に存在する半導体レーザ(図3参照)よりも、うね
りが良好に抑制されほぼ単峰性の分布に近い遠視野像が
得られていることがわかる。すなわち、この第1の実施
形態においては、(a,c)が図4の曲線Aの下側に存
在するように半導体レーザの設計製造が行われているこ
とにより、接合と垂直方向の遠視野像のうねりが抑制さ
れているのである。When comparing FIG. 7 with FIG. 3, the semiconductor laser according to the first embodiment in which (a, c) exists in the area below the curve A on the ac plane in FIG. 4 (see FIG. 7). 4), the swell is better suppressed and the distribution is almost unimodal, as compared with the semiconductor laser (see FIG. 3) in which (a, c) exists in the region above the curve A on the ac plane in FIG. It can be seen that a far-field image close to is obtained. That is, in the first embodiment, the semiconductor laser is designed and manufactured so that (a, c) exists below the curve A in FIG. The swell of the image is suppressed.
【0063】なお、この第1の実施形態による半導体レ
ーザにおいて、発光点s0の高さaの制御は、AlGa
InN系半導体層20における各層の厚さおよび共振器
端面21を形成する際のエッチング深さを制御すること
によって実現可能であり、また、エッチング底面22の
長さcの制御は、c面サファイア基板11の切断位置を
制御することによって実現可能である。In the semiconductor laser according to the first embodiment, the height a of the light emitting point s0 is controlled by AlGa.
It can be realized by controlling the thickness of each layer in the InN-based semiconductor layer 20 and the etching depth when forming the resonator end face 21, and the length c of the etching bottom face 22 can be controlled by the c-plane sapphire substrate. 11 can be realized by controlling the cutting positions.
【0064】以上のように、この第1の実施形態によれ
ば、エッチト・ミラー・レーザにおいて、発光点s0の
高さaおよびエッチング底面22の長さcの最適化が図
られていることにより、接合と垂直方向の遠視野像にお
ける(p2−v)/p1の値を所望値以下に抑えること
ができるので、遠視野像のうねりが良好に抑制された半
導体レーザを実現することができる。これにより、光デ
ィスク装置などへの半導体レーザの応用が容易になると
いう利点を得ることができる。As described above, according to the first embodiment, in the etched mirror laser, the height a of the light emitting point s0 and the length c of the etching bottom surface 22 are optimized. Since the value of (p2-v) / p1 in the far-field image in the direction perpendicular to the junction can be suppressed to a desired value or less, it is possible to realize a semiconductor laser in which the swell of the far-field image is well suppressed. Thereby, an advantage that application of the semiconductor laser to an optical disk device or the like can be easily obtained can be obtained.
【0065】次に、この発明の第2の実施形態について
説明する。この第2の実施形態による半導体レーザにお
いては、第1の実施形態と同様の半導体レーザにおい
て、エッチング底面22上に、共振器端面21からの出
射光を吸収する光吸収膜が設けられている。この場合、
エッチング底面22上に設けられた光吸収膜の表面が基
準面となり、その基準面においてr=0の複素反射率が
実現されている。したがって、この第2の実施形態にお
いては、(5)式の理論式より接合と垂直方向の遠視野
像における(p2−v)/p1の値を所望値以下にする
ことができる(a,c)の範囲を求める際に、基準面に
おける複素反射率rをr=0として計算すればよいこと
になる。なお、この第2の実施形態においては、エッチ
ング底面22上に設けられた光吸収膜の表面が基準面と
なっているため、発光点s0の高さを表す寸法aは、そ
の光吸収膜の表面から発光点s0までの高さに対応す
る。Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the semiconductor laser according to the second embodiment, a light absorbing film that absorbs light emitted from the resonator end face 21 is provided on the etching bottom surface 22 in the same semiconductor laser as that of the first embodiment. in this case,
The surface of the light absorbing film provided on the etching bottom surface 22 serves as a reference surface, and a complex reflectance of r = 0 is realized on the reference surface. Therefore, in the second embodiment, the value of (p2-v) / p1 in the far-field image perpendicular to the junction can be made equal to or less than the desired value according to the theoretical expression of Expression (5) (a, c). When the range of ()) is obtained, the calculation may be performed assuming that the complex reflectance r on the reference plane is r = 0. In the second embodiment, since the surface of the light absorbing film provided on the etching bottom surface 22 is the reference plane, the dimension a representing the height of the light emitting point s0 is equal to the height of the light absorbing film. It corresponds to the height from the surface to the light emitting point s0.
【0066】具体的には、この第2の実施形態による半
導体レーザの場合、第1の実施形態におけると同様に接
合と垂直方向の遠視野像において(p2−v)/p1の
値を0.2以下とするためには、(a,c)が図4中の
ac平面上で曲線Bの下側の領域(曲線B上の点を含
む)に存在するように、発光点s0の高さaおよびエッ
チング底面22の長さcが設定される。ここで、図4よ
り、λ=420nm、ω=250nmの半導体レーザに
おいては、基準面における複素反射率rをr=0とした
場合の方が、r=−1とした場合よりも(p2−v)/
p1≦0.2となる(a,c)の許容範囲が拡大されて
いることがわかる。この場合、特に、a≦2.5μmの
側においてcの値を大きく設定することができるので、
実際に半導体レーザを製造する上で望ましいと言える。Specifically, in the case of the semiconductor laser according to the second embodiment, as in the first embodiment, the value of (p2-v) / p1 is set to 0.1 in the far-field image perpendicular to the junction. In order to set the height to 2 or less, the height of the light emitting point s0 is set so that (a, c) exists in the area below the curve B (including the point on the curve B) on the ac plane in FIG. a and the length c of the etching bottom surface 22 are set. Here, from FIG. 4, in the case of the semiconductor laser with λ = 420 nm and ω = 250 nm, the case where the complex reflectance r on the reference plane is r = 0 is larger than the case where r = −1 (p2−2). v) /
It can be seen that the allowable range of (a, c) where p1 ≦ 0.2 is expanded. In this case, in particular, the value of c can be set large on the side of a ≦ 2.5 μm.
This can be said to be desirable in actually manufacturing a semiconductor laser.
【0067】この第2の実施形態による半導体レーザの
上記以外の構成は、第1の実施形態による半導体レーザ
と同様であるので、説明を省略する。The configuration of the semiconductor laser according to the second embodiment other than the above is the same as that of the semiconductor laser according to the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
【0068】この第2の実施形態によれば、第1の実施
形態と同様の利点を得ることができる他、基準面におけ
る複素反射率rが0とされていることにより、基準面に
おける複素反射率rが−1とされた第1の実施形態によ
る半導体レーザと比較して、例えば(p2−v)/p1
≦0.2を実現するための(a,c)の許容範囲が拡大
されるために、遠視野像のうねりが抑制された半導体レ
ーザを製造する際のプロセス条件を緩和することができ
ると共に、設計の自由度が増すという利点を得ることが
できる。According to the second embodiment, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained. In addition, since the complex reflectance r on the reference plane is set to 0, the complex reflection on the reference plane can be obtained. Compared with the semiconductor laser according to the first embodiment in which the rate r is -1, for example, (p2-v) / p1
Since the allowable range of (a, c) for realizing ≦ 0.2 is expanded, the process conditions for manufacturing a semiconductor laser in which the undulation of the far-field image is suppressed can be relaxed, and The advantage of increased design freedom can be obtained.
【0069】以上この発明の実施形態について具体的に
説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定される
ものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変
形が可能である。例えば、実施形態において挙げた数
値、材料、レーザ構造などはあくまで例にすぎず、これ
に限定されるものではない。Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible. For example, the numerical values, materials, laser structures, and the like described in the embodiments are merely examples, and the present invention is not limited thereto.
【0070】また、上述の第1および第2の実施形態に
おいては、接合と垂直方向の遠視野像における(p2−
v)/p1の値が0.2以下となるように、発光点の高
さaおよびエッチング底面の長さcが設定されている
が、半導体レーザの遠視野像のうねりに対する制約は、
その半導体レーザが使用される装置またはシステムに応
じて様々に変化しうるものであり、その場合も、装置ま
たはシステム側からの要求を満たすように、遠視野像の
理論式を用いて発光点の高さaおよびエッチング底面の
長さcの許容範囲を決定すればよい。In the first and second embodiments described above, (p2-
v) The height a of the light-emitting point and the length c of the etched bottom surface are set so that the value of / p1 is 0.2 or less. However, restrictions on the undulation of the far-field image of the semiconductor laser are as follows.
The semiconductor laser can vary in various ways depending on the device or system in which it is used. In this case, too, the emission point is calculated using the theoretical formula of the far-field image so as to satisfy the request from the device or system. What is necessary is just to determine the allowable range of the height a and the length c of the etching bottom surface.
【0071】また、上述の第1および第2の実施形態に
おいては、この発明をGaN系半導体レーザに適用した
場合について説明したが、この発明は、GaN系半導体
レーザ以外にも、AlGaAs系半導体レーザ、AlG
aInP系半導体レーザ、II−VI族化合物半導体を
用いた半導体レーザなどあらゆる半導体レーザに適用す
ることが可能である。In the first and second embodiments described above, the case where the present invention is applied to a GaN-based semiconductor laser has been described. , AlG
The present invention can be applied to any semiconductor laser such as an aInP-based semiconductor laser and a semiconductor laser using a II-VI compound semiconductor.
【0072】[0072]
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、エッチングにより形成された切断面を共振器端面と
する半導体レーザにおいて、共振器端面と端部との間の
基準面の長さおよび基準面から発光点までの高さの最適
化を図ることにより、遠視野像における(p2−v)/
p1の値(ただし、p1は光強度が最大の第1のピーク
における光強度、p2は光強度が2番目に大きい第2の
ピークにおける光強度、vは第1のピークと第2のピー
クとの間に存在する極小のうち光強度が最小の極小にお
ける光強度)を所望値以下に抑えることができる。これ
により、遠視野像のうねりが良好に抑制された半導体レ
ーザを実現することができ、光ディスク装置の光源など
としての半導体レーザの応用が容易になるという効果を
得ることができる。As described above, according to the present invention, in a semiconductor laser having a cut surface formed by etching as a cavity end surface, the length of the reference plane between the cavity end surface and the end portion is determined. By optimizing the height from the reference plane to the light emitting point, (p2-v) /
The value of p1 (where p1 is the light intensity at the first peak with the largest light intensity, p2 is the light intensity at the second peak with the second largest light intensity, and v is the first peak and the second peak. (The light intensity at the minimum with the smallest light intensity among the minimums existing between them) can be suppressed to a desired value or less. This makes it possible to realize a semiconductor laser in which the swell of the far-field image is well suppressed, and has the effect of facilitating the application of the semiconductor laser as a light source of an optical disk device.
【図1】遠視野像の解析に用いた半導体レーザのモデル
の一例を示す斜視図および断面図である。1A and 1B are a perspective view and a cross-sectional view illustrating an example of a semiconductor laser model used for analyzing a far-field image.
【図2】図1のII−II線に沿っての断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG.
【図3】図1に示す半導体レーザの接合と垂直方向の遠
視野像を発振波長λ=420nm、共振器端面における
接合と垂直方向の近視野像ω=250nm、エッチング
底面における複素反射率r=−1、発光点の高さa=2
μm、エッチング底面の長さc=6μmとして計算によ
り求めた結果を示すグラフである。FIG. 3 shows a far-field image perpendicular to the junction of the semiconductor laser shown in FIG. 1 at an oscillation wavelength λ = 420 nm, a near-field image ω = 250 nm perpendicular to the junction at the resonator end face, and a complex reflectance r = -1, height of light emitting point a = 2
6 is a graph showing the results obtained by calculation with μm and the length c of the etched bottom being 6 μm.
【図4】この発明の原理を説明するためのグラフであ
る。FIG. 4 is a graph for explaining the principle of the present invention.
【図5】この発明の第1の実施形態による半導体レーザ
の斜視図である。FIG. 5 is a perspective view of the semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.
【図6】図5のVI−VI線に沿っての断面図である。FIG. 6 is a sectional view taken along the line VI-VI in FIG. 5;
【図7】この発明の第1の実施形態による半導体レーザ
の接合と垂直方向の遠視野像を発振波長λ=420n
m、共振器端面における接合と垂直方向の近視野像ω=
250nm、エッチング底面における複素反射率r=−
1、発光点の高さa=2.5μm、エッチング底面の長
さc=4μmとして計算により求めた結果を示すグラ
フ、ならびに、接合と垂直方向の遠視野像をエッチング
底面の長さcのみc=0μmとし、他のパラメータは同
一条件として計算により求めた結果を示すグラフであ
る。FIG. 7 shows a far-field image in the vertical direction of the junction of the semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention and an oscillation wavelength λ = 420 n;
m, near-field image ω = perpendicular to the junction at the cavity facet
250 nm, complex reflectance r = −
1. A graph showing the result obtained by calculation when the height a of the light emitting point a = 2.5 μm and the length c of the etched bottom is c = 4 μm, and the far field image in the direction perpendicular to the junction is obtained only for the length c of the etched bottom. = 0 μm, and other parameters are graphs showing results obtained by calculation under the same conditions.
1・・・基板、2・・・半導体層、4,21・・・共振
器端面、5,22・・・エッチング底面、6,25・・
・端部、7,26・・・発光領域、11・・・c面サフ
ァイア基板、12・・・アンドープGaNバッファ層、
13・・・n型GaNコンタクト層、14・・・n型A
lGaNクラッド層、15・・・n型GaN光導波層、
16・・・GaInN活性層、17・・・p型GaN光
導波層、18・・・p型AlGaNクラッド層、19・
・・p型GaNコンタクト層、20・・・AlGaIn
N系半導体層、23・・・p側電極、24・・・n側電
極、s0・・・発光点、s0´・・・鏡像点DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate, 2 ... Semiconductor layer, 4, 21 ... Resonator end face, 5, 22 ... Etching bottom face, 6, 25 ...
· Edges, 7, 26 ··· light emitting region, 11 ··· c-plane sapphire substrate, 12 ··· undoped GaN buffer layer,
13 ... n-type GaN contact layer, 14 ... n-type A
1GaN cladding layer, 15... n-type GaN optical waveguide layer,
16 ... GaInN active layer, 17 ... p-type GaN optical waveguide layer, 18 ... p-type AlGaN cladding layer, 19
..P-type GaN contact layer, 20 ... AlGaIn
N-based semiconductor layer, 23 ... p-side electrode, 24 ... n-side electrode, s0 ... light emitting point, s0 '... mirror image point
Claims (5)
層からなり、かつ、上記半導体層をエッチングすること
により形成された切断面を共振器端面とする共振器を有
すると共に、 上記共振器を形成する際のエッチング領域における上記
基板または上記半導体層に形成された底面に対応する部
分に、上記共振器端面の発光点からの出射光の一部が入
射する基準面を有し、 上記発光点からの出射光が上記基準面の端部で回折した
回折光と、上記発光点からの出射光の一部が上記基準面
で反射した反射光が上記基準面の端部で回折した回折光
とが干渉し、その遠視野像にうねりが生じる半導体レー
ザにおいて、 上記遠視野像において光強度が最大の第1のピークにお
ける光強度をp1、光強度が2番目に大きい第2のピー
クにおける光強度をp2、上記第1のピークと上記第2
のピークとの間に存在する極小のうち光強度が最小の極
小における光強度をvとしたとき、(p2−v)/p1
の値が所望値以下となるように、上記共振器端面と上記
端部との間の上記基準面の長さおよび上記基準面から上
記発光点までの高さが設定されていることを特徴とする
半導体レーザ。1. A resonator comprising a semiconductor layer forming a laser structure on a substrate and having a cut surface formed by etching the semiconductor layer as an end face of the resonator. A portion corresponding to a bottom surface formed on the substrate or the semiconductor layer in an etching region in forming the semiconductor substrate, a reference surface on which a part of light emitted from a light emitting point on the resonator end face is incident; The diffracted light in which the light emitted from is diffracted at the end of the reference plane, and the reflected light in which a part of the light emitted from the light emitting point is reflected on the reference plane is diffracted at the end of the reference plane. In the semiconductor laser in which undulation occurs in the far-field image, the light intensity at the first peak having the largest light intensity in the far-field image is p1, and the light intensity at the second peak is the second largest. To p2 , The first peak and the second peak
When the light intensity at the minimum value where the light intensity is the minimum among the minimum values existing between the peaks is represented by v, (p2−v) / p1
The length of the reference plane between the resonator end face and the end and the height from the reference plane to the light-emitting point are set so that the value is equal to or less than a desired value. Semiconductor laser.
層に形成された上記底面であることを特徴とする請求項
1記載の半導体レーザ。2. The semiconductor laser according to claim 1, wherein said reference plane is said bottom surface formed on said substrate or said semiconductor layer.
た上記底面上に反射率を制御する膜が設けられ、上記基
準面は上記反射率を制御する膜の表面であることを特徴
とする請求項1記載の半導体レーザ。3. A reflectivity controlling film is provided on the substrate or the bottom surface formed on the semiconductor layer, and the reference surface is a surface of the reflectivity controlling film. Item 2. The semiconductor laser according to item 1.
吸収する光吸収膜であることを特徴とする請求項3記載
の半導体レーザ。4. The semiconductor laser according to claim 3, wherein the film for controlling the reflectance is a light absorbing film for absorbing the emitted light.
ことを特徴とする請求項3記載の半導体レーザ。5. The semiconductor laser according to claim 3, wherein the film for controlling the reflectance is a metal film.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10280049A JP2000114639A (en) | 1998-10-01 | 1998-10-01 | Semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10280049A JP2000114639A (en) | 1998-10-01 | 1998-10-01 | Semiconductor laser |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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ID=17619596
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10280049A Pending JP2000114639A (en) | 1998-10-01 | 1998-10-01 | Semiconductor laser |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000114639A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006156729A (en) * | 2004-11-30 | 2006-06-15 | Mitsubishi Electric Corp | Method of designing film thickness of coating film and semiconductor optical device |
JP2015519008A (en) * | 2012-05-08 | 2015-07-06 | ビノプティクス・コーポレイションBinoptics Corporation | Laser with improved beam shape |
-
1998
- 1998-10-01 JP JP10280049A patent/JP2000114639A/en active Pending
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US9859687B2 (en) | 2012-05-08 | 2018-01-02 | Macom Technology Solutions Holdings, Inc. | Lasers with beam-shape modification |
US9865993B2 (en) | 2012-05-08 | 2018-01-09 | Macom Technology Solutions Holdings, Inc. | Lasers with beam-shape modification |
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