JP2001267677A - 半導体レーザ装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体レーザ装置およびその製造方法

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JP2001267677A
JP2001267677A JP2000075886A JP2000075886A JP2001267677A JP 2001267677 A JP2001267677 A JP 2001267677A JP 2000075886 A JP2000075886 A JP 2000075886A JP 2000075886 A JP2000075886 A JP 2000075886A JP 2001267677 A JP2001267677 A JP 2001267677A
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Tomoo Takayama
智生 高山
Yasuhiro Kunitsugu
恭宏 國次
Yasuyuki Nakagawa
康幸 中川
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 共振器端面の反射膜へのレーザ光吸収を防止
し、COD劣化を起こさない半導体レーザ装置、および
それを安定に供給できる製造方法を提供する。 【解決手段】 共振器端面の後面反射膜に用いられてい
るSi膜に酸素を含有させており、その酸素濃度が30
〜60atm%であることを特徴とする。Si膜は酸素
ガスを供給しながらSiを成膜、または予め酸素を含有
させた材料を蒸着源として成膜することにより形成す
る。これによりSi膜のレーザ光に対する消衰係数を低
減し、レーザ光吸収に起因するCOD劣化を防止するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザ装置お
よびその製造方法に関し、特に短波長帯における高出力
半導体レーザ装置およびその製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】図6は従来の半導体レーザ装置の構成を
示す断面図である。MOCVD法(Metal Org
anic Chemical Vapor Deposi
tion)等の結晶成長方法により、GaAs基板1上
にレーザ発振領域となる活性層2、レーザ光及びキャリ
アを閉じ込める機能を呈するクラッド層3が形成されて
いる。また半導体レーザ装置の表面と裏面には一対の電
極4が設けられている。かかる半導体レーザ装置本体は
ウエハからバー状に劈開することにより得られ、この一
対の劈開端面が半導体レーザ装置の共振器端面となる前
端面及び後端面を構成する。
【0003】レーザ光5が出射される前端面には、端面
反射率が4〜10%程度になるよう層厚が調整されたAl
23膜やSiO2膜等の低反射膜6が電子ビーム蒸着法
により形成されている。また後端面には、例えば特開平
6−85386号公報に開示されているような手法によ
り、Al23膜8とシリコン(Si)膜10を交互に積
層させ端面反射率が60%以上になるような高反射膜7
が電子ビーム蒸着法により形成されている。
【0004】前記低反射膜は前端面からレーザ光を有効
に取り出すために用いられる。一方、前記高反射膜は、
一般に後端面から出射されたレーザ光は利用されること
はないので、後端面からの出射レーザ光を抑制するため
に用いられる。
【0005】すなわち、半導体レーザ装置の前端面側に
低反射膜、後端面側に高反射膜という構成にするとレー
ザ光は専ら前端面から出射するので、かかる反射膜が無
い場合と比べ低動作電流で高い光出力を得ることがで
き、半導体レーザ装置の高効率化、長寿命化が図れるよ
うになる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、特に発振波長
700nm以下のいわゆる短波長帯の半導体レーザ装置
において、前述のごとく後端面の高反射膜7の構成膜と
してSi膜10を用いた場合には、後端面である確率で
瞬時光学的損傷(COD:Catastrophic OpticalDamag
e)が発生し、これが歩留りの低下要因となっていた。
【0007】COD劣化は、後端面反射膜7に用いられ
ているSi膜10にレーザ光が吸収され、端面領域が発
熱する結果、端面領域のバンドギャップエネルギーがそ
の温度依存性によって内部領域より小さくなり、さらに
レーザ光吸収が増大・発熱するといった悪循環によっ
て、最終的には自己発熱により結晶が融解し、端面破壊
に至ることによって生じる。
【0008】本発明の目的は、端面反射膜に用いられる
Si膜へのレーザ光吸収を防止し、COD劣化を起こさ
ない半導体レーザ装置、およびかかる半導体レーザ装置
を安定に供給できる製造方法を提供するものである。
【0009】かかる問題点に鑑み、本発明者らは、鋭意
研究を行った結果、前記高反射膜を構成するSi膜とし
て成膜時に酸素ガスを導入することにより得られる酸素
含有シリコン膜を用いることにより、前記問題点が解消
できる事実を発見した。
【0010】なお、従来の成膜方法では真空チャンバー
内で蒸着源であるSiに電子ビームを照射し、蒸発させ
ることによりSi膜10を形成しており、チャンバー内
の残留ガス、蒸着源の脱ガス状態、防着板への膜の付着
量、真空ポンプの排気能力等の装置的要因によって成膜
中に残留酸素が偶発的にSi膜10に取り込まれる場合
もあった。しかし、かかる場合においてもSi膜10中
の含有酸素濃度はせいぜい5%以上30atm%未満で
あり、30atm%以上の高い酸素濃度を含有したSi
膜を高反射膜に用いるようなことは従来全く知られてい
ない。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる半導体レ
ーザ装置は、一対の共振器端面及びこの共振器端面の少
なくとも一方に反射膜を備えている半導体レーザ装置で
あって、前記反射膜がシリコンと酸素からなり、かつ含
有酸素濃度が30〜60atm%の酸素含有シリコン膜
であることを特徴とする。
【0012】また、本発明にかかる半導体レーザ装置の
製造方法では、含有酸素濃度が30〜60atm%にな
るように真空チャンバー内に酸素ガスを供給しながら成
膜することを特徴とする。
【0013】上記のような半導体レーザ装置では、Si
膜へのレーザ光吸収に起因するCOD劣化を防止でき、
かつその半導体レーザ装置を安定に供給することが可能
となる。
【0014】
【発明の実施の形態】実施の形態1 図1は本発明の一実施例を示す半導体レーザ装置の断面
構成図である。GaAs基板1、活性層2、クラッド層
3、電極4、および前端面の低反射膜6の構成は従来と
同じである。後端面に用いられている高反射膜7はAl
23膜8とSi膜9から成る5層の多層反射膜で、Si
膜9には酸素が含有されている。
【0015】図2は含有酸素濃度をパラメータとした場
合におけるシリコンの消衰係数の波長依存性を示したも
のである。従来の製造方法によって得られる酸素濃度1
5atm%を含有したSi膜10では図2中の曲線aで
示されるように、波長が700nmより短くなると消衰
係数が増加、すなわち光吸収が起こりやすくなることが
判った。
【0016】さらに、シリコンの消衰係数はSi膜中の
含有酸素濃度に大きく依存しており、図2に示すように
レーザ波長が一定の場合は、含有酸素濃度が40%(図
中の曲線b)、50%(図中の曲線c)、60%(図中
の曲線d)と増加するに従い消衰係数も減少し、光吸収
が低減される結果、COD劣化が防止される傾向にある
ことが判った。
【0017】上記結果から、Si膜中の含有酸素濃度は
レーザ光5の発振波長、後端面の端面反射率を考慮して
調整する必要があることが見出された。すなわちSi膜
中の含有酸素濃度が高い程、消衰係数は低下し、COD
劣化に対しては効果が大きくなる。
【0018】650nmの半導体レーザ装置において、
COD劣化素子と未劣化素子を解析したところ、COD
劣化した素子のSi膜には14atm%の含有酸素濃
度、COD劣化しなかった素子では30atm%の含有
酸素濃度であったことから、含有酸素濃度としては30
atm%以上が望ましい。
【0019】一方、含有酸素濃度が高い程、前述したよ
うにCOD防止効果は大きくなるものの、図4に示すよ
うに屈折率が低下し、この結果として端面反射率も低下
する。屈折率が低くても、Al23膜8とSi膜9の積
層数を増やせば端面反射率を高くすることができるが、
端面反射膜の生産性および膜ストレスを考慮すると7層
以下が望ましい。図5はAl23膜8とSi膜9を7層
コーティングした場合の端面反射率のシュミュレーショ
ン結果であるが、80%以上の高端面反射率を実現する
には屈折率として2.18以上必要であり、図4から含有酸
素濃度の上限値としては60atm%となる。
【0020】上述の結果からSi膜9中の含有酸素濃度
は30〜60atm%の範囲が望ましい。例えば、波長
650nmの半導体レーザ装置においては、30〜40a
tm%程度の含有酸素濃度でレーザ光吸収を充分に抑え
られ、かつ7層で90%の端面反射率を実現できる。
【0021】なお、本発明におけるSi膜中の含有酸素
濃度は、オージェ電子分光法により、シリコンと酸素の
ピーク強度の比から含有酸素濃度を算定した値である。
かかる方法では、標準サンプルとしてSiO2を用い、これ
を基準に測定サンプルの強度比を含有酸素濃度に換算し
た。
【0022】以上のように、適当な含有酸素濃度のSi
膜9を後端面反射膜7として用いることにより、従来の
動作特性を損なうことなくレーザ光吸収を抑制し、CO
D劣化を防止することができる。
【0023】実施の形態2 以下に本発明による特徴的な製造方法の部分に限定して
説明する。なお、活性層2、クラッド層3、電極4等が
形成されたウエハをバー状に劈開する工程までは、通常
の半導体レーザ装置の製造方法と同一であるので省略す
る。
【0024】まず、後端面に端面反射膜7を形成するた
め、劈開されたバー状の半導体レーザ装置を電子ビーム
蒸着装置の真空チャンバー内に設置する。真空ポンプに
より1〜2×10-6Torr程度まで真空排気を行い、蒸着源の
Al23に電子ビームを照射して、第1層目であるAl
23膜8を成膜する。
【0025】次に第2層目のSi膜9を成膜するため蒸
着源をSiに変え、Al23膜8の成膜により一時的に
低下した真空度が1〜2×10-6Torr程度に回復するまで待
ち、その後、真空チャンバー内に酸素ガスを0.4SC
CM程度供給する。この状態で電子ビームをSiに照射
して、0.1nm/sec程度の速度で成膜する。この
とき、供給された酸素ガスの一部はSi膜中に取り込ま
れ、約40atm%の酸素を含有するSi膜9が形成さ
れる。Si膜9の成膜終了後、酸素ガスの供給を停止
し、第3層目のAl23膜8を成膜するため、蒸着源を
Al23に変える。以下、同様の作業を繰り返し、Al
23膜8とSi膜9を交互に7層成膜する。
【0026】なお、図3に示すように酸素ガスの供給量
を調整すれば、Si膜9中の含有酸素濃度を容易に変え
ることができるので、レーザの発振波長、要求される端
面反射膜7の端面反射率に応じて供給する酸素流量を決
めればよい。
【0027】また、図3に示すように酸素ガスを供給し
ない従来の手法ではSi膜中の含有酸素濃度は5atm
%以上30atm%未満の広い範囲でしかもバッチ毎に
大幅に変動していたが、酸素ガスを供給することにより
従来では達成できなかった30〜60atm%の高酸素
濃度を極めて安定に成膜できるようになった。
【0028】上記のようにSi膜の成膜中に酸素ガスを
供給することによって、30〜60atm%の含有酸素
濃度のSi膜9を安定に形成することが可能となり、C
OD劣化による歩留り低下を防止できる。
【0029】実施の形態3 上記実施例2では酸素ガスを供給しながらSi膜9を成
膜する方法について述べたが、蒸着源にあらかじめ酸素
を含有させたSiを用いても、Si膜9中に酸素を取り
込ませることは可能である。この場合、Si膜9中の含
有酸素濃度は蒸着源の含有酸素濃度を調整することで制
御できる。
【0030】また、上記実施例2および3では電子ビー
ム蒸着法における酸素供給について述べたが、スパッタ
リング等他の成膜方法においても、同様の方法で酸素供
給が可能である。
【0031】実施例1〜3では、後端面の高反射膜7を
構成するSi膜以外の膜の一例としてAl23膜8を挙
げたが、他の誘電体膜、例えばSiO2膜でも同様の効
果を奏することは言うまでもない。
【0032】また実施例1〜3では、後端面の高反射膜
7を構成するSi膜について説明したが、前端面6の反
射膜を構成するSi膜でも同様の効果を奏することは言
うまでもない。
【0033】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、一対の共
振器端面及びこの共振器端面の少なくとも一方に反射膜
を備えている半導体レーザ装置であって、前記反射膜が
シリコンと酸素からなり、かつ含有酸素濃度が30〜6
0atm%の酸素含有シリコン膜であることとしたの
で、Si膜へのレーザ光吸収に起因するCOD劣化を防
止できる。
【0034】また、シリコンを材料とし、成膜チャンバ
ー内に酸素ガスを供給しながら成膜することにより、前
記シリコンと前記酸素から成る膜を形成する方法により
上述の半導体レーザ装置を製造することとしたので、歩
留りを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1を示す半導体レーザ装
置の断面図である。
【図2】 Siにおける消衰係数の波長依存性を示すグ
ラフである。
【図3】 電子ビーム蒸着法における酸素ガスの供給量
とSi膜中の含有酸素濃度との関係を示すグラフであ
る。
【図4】 波長650nmの場合の屈折率とSi膜中の
含有酸素濃度の関係を示すグラフである。
【図5】 Al23膜とSi膜を交互に7層コーティン
グした場合の端面反射率のシュミュレーション結果であ
る。
【図6】 従来の半導体レーザ装置における共振器方向
の断面図である。
【符号の説明】
1 GsAs基板、 2 活性層、 3 クラッド層、
4 電極、 5 レーザ光、 6 低反射膜、 7
高反射膜、 8 Al23膜、 9 本発明のSi膜、
10 従来のSi膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 康幸 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 Fターム(参考) 5F073 AA83 CB20 DA33 EA28

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一対の共振器端面及びこの共振器端面の
    少なくとも一方に反射膜を備えている半導体レーザ装置
    であって、前記反射膜がシリコンと酸素からなり、かつ
    含有酸素濃度が30〜60atm%の酸素含有シリコン
    膜であることを特徴とする半導体レーザ装置。
  2. 【請求項2】 シリコンを原材料とし、膜形成時に酸素
    ガスを供給しながら成膜することにより、シリコンと酸
    素からなる反射膜を形成して請求項1記載の半導体レー
    ザ装置を得ることを特徴とする半導体レーザ装置の製造
    方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7039085B2 (en) 2003-04-23 2006-05-02 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor laser device
JP7329095B2 (ja) 2017-06-08 2023-08-17 エイエムエス-オスラム インターナショナル ゲーエムベーハー 端面発光型半導体レーザおよび端面発光型半導体レーザの動作方法

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