JP2002118321A - 半導体レーザ装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体レーザ装置及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来のＧａＡｓ基板を用いる高出力半導体レ
ーザでは、定光出力連続動作に伴って急速に端面劣化が
生じ、十分な寿命時間を有する高信頼な共振器表面を得
ることができなかった。 【解決手段】 半導体基板の上部に形成された、半導体
結晶を有してなる光共振器を有し、この光共振器の共振
器の少なくとも一方の共振器面に、当該共振器の母材を
材料構成の母材とし且つ砒素酸化物の非含有酸化物層、
ないしは当該共振器の母材に水素処理および酸素処理が
なされた層を有することを特徴とする半導体レーザ装置
である。
ーザでは、定光出力連続動作に伴って急速に端面劣化が
生じ、十分な寿命時間を有する高信頼な共振器表面を得
ることができなかった。 【解決手段】 半導体基板の上部に形成された、半導体
結晶を有してなる光共振器を有し、この光共振器の共振
器の少なくとも一方の共振器面に、当該共振器の母材を
材料構成の母材とし且つ砒素酸化物の非含有酸化物層、
ないしは当該共振器の母材に水素処理および酸素処理が
なされた層を有することを特徴とする半導体レーザ装置
である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本願発明は半導体レーザ装置
に関するものである。特に、本願発明は、発信波長が６
００ｎｍ以上の半導体レーザ装置に関するものである。
に関するものである。特に、本願発明は、発信波長が６
００ｎｍ以上の半導体レーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在、光ディスクや光磁気ディスクの書
き込み用として、亦、光通信システムに於て、光増幅器
の励起用光源に用いられる高出力高信頼半導体レーザが
求められている。これらの半導体レーザ装置には長時
間、安定に基本モードで動作することが要求される。こ
れら半導体レーザ装置の光出射面を形成する半導体表面
上には絶縁膜からなるコーティング膜が形成されてい
る。これは適正な反射率を得ることにより光取出し効率
を大きくすると共に閾値キャリア密度の増加による最大
出力の低下を防ぐ為である。このコーティング膜として
は従来、多くのレーザにおいて共振器面の一方に低反射
率膜として酸化硅素薄膜、他方に高反射率膜として酸化
硅素薄膜と水素化非晶質硅素薄膜からなる積層膜が用い
られている。こうしたコーティング膜の例は、例えば、
アプライド フィジックス レターズ３４巻、６８５ペ
ージ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ、Ｖｏｌ．３４、ｐｐ．６８５）に記載のティー・ウ
サ（Ｔ． Ｕａｓａ）らによる報告等がある。
き込み用として、亦、光通信システムに於て、光増幅器
の励起用光源に用いられる高出力高信頼半導体レーザが
求められている。これらの半導体レーザ装置には長時
間、安定に基本モードで動作することが要求される。こ
れら半導体レーザ装置の光出射面を形成する半導体表面
上には絶縁膜からなるコーティング膜が形成されてい
る。これは適正な反射率を得ることにより光取出し効率
を大きくすると共に閾値キャリア密度の増加による最大
出力の低下を防ぐ為である。このコーティング膜として
は従来、多くのレーザにおいて共振器面の一方に低反射
率膜として酸化硅素薄膜、他方に高反射率膜として酸化
硅素薄膜と水素化非晶質硅素薄膜からなる積層膜が用い
られている。こうしたコーティング膜の例は、例えば、
アプライド フィジックス レターズ３４巻、６８５ペ
ージ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ、Ｖｏｌ．３４、ｐｐ．６８５）に記載のティー・ウ
サ（Ｔ． Ｕａｓａ）らによる報告等がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】多くの半導体レーザ装
置で、従来用いられてきた低反射率コーティング膜は、
酸化硅素膜、窒化硅素や酸化アルミニウム膜からなる単
層膜、若しくは酸化硅素膜と窒化硅素膜からなる積層膜
であり、反射率が所要の値となる様に設計されている。
ところが、出射光の密度が数ＭＷ／ｃｍ2と高い光出力
を有する発振波長６００ｎｍ以上のレーザの場合、定光
出力連続駆動させると、動作時間に伴って光学損傷によ
る共振器端面の劣化が促進し、最終的にはレーザ発振し
なくなるという問題が生じる。
置で、従来用いられてきた低反射率コーティング膜は、
酸化硅素膜、窒化硅素や酸化アルミニウム膜からなる単
層膜、若しくは酸化硅素膜と窒化硅素膜からなる積層膜
であり、反射率が所要の値となる様に設計されている。
ところが、出射光の密度が数ＭＷ／ｃｍ2と高い光出力
を有する発振波長６００ｎｍ以上のレーザの場合、定光
出力連続駆動させると、動作時間に伴って光学損傷によ
る共振器端面の劣化が促進し、最終的にはレーザ発振し
なくなるという問題が生じる。
【０００４】発光端面部の劣化は、表面準位やコーティ
ング膜形成時に端面に生じる欠陥により非発光再結合中
心が原因となる。発振光が非発光再結合中心で吸収され
ると熱が発生し、発光端面部の温度が上昇する。発熱に
より非発光再結合中心の増殖とともに、端面近傍の禁制
帯幅の縮小が生じる。これにより光の吸収が更に増加し
て端面の温度が更に上昇する。これにより端面の溶融や
非晶質化が生じ、半導体レーザ装置の非可逆的破壊がも
たらされる。
ング膜形成時に端面に生じる欠陥により非発光再結合中
心が原因となる。発振光が非発光再結合中心で吸収され
ると熱が発生し、発光端面部の温度が上昇する。発熱に
より非発光再結合中心の増殖とともに、端面近傍の禁制
帯幅の縮小が生じる。これにより光の吸収が更に増加し
て端面の温度が更に上昇する。これにより端面の溶融や
非晶質化が生じ、半導体レーザ装置の非可逆的破壊がも
たらされる。
【０００５】本願発明の目的は、長寿命で信頼性の高い
半導体レーザ装置を提供することにある。本願発明の別
な目的は、長寿命で信頼性の高い半導体レーザ装置の新
規な製造方法を提供することである。
半導体レーザ装置を提供することにある。本願発明の別
な目的は、長寿命で信頼性の高い半導体レーザ装置の新
規な製造方法を提供することである。
【０００６】以下に詳述するように、本願発明は、発振
波長６００ｎｍ以上で出射光密度が数数ＭＷ／ｃｍ2以
上の、且つＧａＡｓ基板を用いる高出力レーザ装置にお
いて、より有用である。更に、本願発明によれば、作製
が容易で、且つ長時間動作後にも動作電流の増加が少な
い長寿命で信頼性の高い半導体レーザ装置を提供するこ
とが出来る。
波長６００ｎｍ以上で出射光密度が数数ＭＷ／ｃｍ2以
上の、且つＧａＡｓ基板を用いる高出力レーザ装置にお
いて、より有用である。更に、本願発明によれば、作製
が容易で、且つ長時間動作後にも動作電流の増加が少な
い長寿命で信頼性の高い半導体レーザ装置を提供するこ
とが出来る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本願発明の主な形態を列
挙すれば、次の通りである。
挙すれば、次の通りである。
【０００８】本願の第１の形態は、半導体基板の上部に
形成された、半導体結晶を有してなる光共振器を有し、
この光共振器の共振器の少なくとも一方の共振器面に、
当該共振器の母材を材料構成の母材とし且つ砒素酸化物
の非含有酸化物層を有することを特徴とする半導体レー
ザ装置である。
形成された、半導体結晶を有してなる光共振器を有し、
この光共振器の共振器の少なくとも一方の共振器面に、
当該共振器の母材を材料構成の母材とし且つ砒素酸化物
の非含有酸化物層を有することを特徴とする半導体レー
ザ装置である。
【０００９】本願の第２の形態は、半導体基板の上部に
形成された、半導体結晶を有してなる光共振器を有し、
この光共振器の共振器の少なくとも一方の共振器面に、
当該共振器の母材の結晶が結晶学的に連続し且つ砒素酸
化物の非含有酸化物領域を有することを特徴とする半導
体レーザ装置である。
形成された、半導体結晶を有してなる光共振器を有し、
この光共振器の共振器の少なくとも一方の共振器面に、
当該共振器の母材の結晶が結晶学的に連続し且つ砒素酸
化物の非含有酸化物領域を有することを特徴とする半導
体レーザ装置である。
【００１０】本願の第３の形態は、半導体基板の上部に
形成された、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶を有してな
る光共振器を有し、この光共振器の共振器の少なくとも
一方の共振器面に、当該共振器の母材に水素処理および
酸素処理がなされた層を有することを特徴とする半導体
レーザ装置である。
形成された、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶を有してな
る光共振器を有し、この光共振器の共振器の少なくとも
一方の共振器面に、当該共振器の母材に水素処理および
酸素処理がなされた層を有することを特徴とする半導体
レーザ装置である。
【００１１】本願の第４の形態は、前記砒素酸化物の非
含有酸化物層上に、当該砒素酸化物の非含有酸化物とは
別異の絶縁膜を有することを特徴とする前項第１又は第
２の形態に記載の半導体レーザ装置である。
含有酸化物層上に、当該砒素酸化物の非含有酸化物とは
別異の絶縁膜を有することを特徴とする前項第１又は第
２の形態に記載の半導体レーザ装置である。
【００１２】本願の第５の形態は、共振器の母材に水素
処理および酸素処理がなされた前記層上に当該砒素酸化
物の非含有酸化物とは別異の絶縁膜を有することを特徴
とする前項第３の形態に記載の半導体レーザ装置であ
る。
処理および酸素処理がなされた前記層上に当該砒素酸化
物の非含有酸化物とは別異の絶縁膜を有することを特徴
とする前項第３の形態に記載の半導体レーザ装置であ
る。
【００１３】上記した諸半導体レーザ装置において、本
願発明に係わる砒素酸化物の非含有酸化物層ないしは光
共振器の母材に水素処理および酸素処理がなされた層
が、当該光共振器の両端面に設け得ることは言うまでも
ない。
願発明に係わる砒素酸化物の非含有酸化物層ないしは光
共振器の母材に水素処理および酸素処理がなされた層
が、当該光共振器の両端面に設け得ることは言うまでも
ない。
【００１４】本願の第６の形態は、半導体基板の上部に
形成された、半導体結晶を有してなる光共振器を有し、
この光共振器の共振器の少なくとも一方の共振器面は、
当該共振器の母材の内部に光反射面を有することを特徴
とする半導体レーザ装置である。
形成された、半導体結晶を有してなる光共振器を有し、
この光共振器の共振器の少なくとも一方の共振器面は、
当該共振器の母材の内部に光反射面を有することを特徴
とする半導体レーザ装置である。
【００１５】即ち、本願発明において、光共振器の母材
が延在しながら、且つ砒素酸化物の非含有酸化物層ある
いは、光共振器の母材に水素処理および酸素処理がなさ
れた層の内部において、光反射面が構成されることとな
る。
が延在しながら、且つ砒素酸化物の非含有酸化物層ある
いは、光共振器の母材に水素処理および酸素処理がなさ
れた層の内部において、光反射面が構成されることとな
る。
【００１６】上記した諸半導体レーザ装置において、こ
の光共振器の共振器の少なくとも一方の共振器面は、当
該共振器の母材の内部に光反射面を有する領域を、当該
光共振器の両端面に設け得ることは言うまでもない。
の光共振器の共振器の少なくとも一方の共振器面は、当
該共振器の母材の内部に光反射面を有する領域を、当該
光共振器の両端面に設け得ることは言うまでもない。
【００１７】次に、本願発明の半導体レーザ装置の製造
方法の諸形態について説明する。
方法の諸形態について説明する。
【００１８】本願発明の、第７の形態は、基板の上部に
形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶を有してなる
光共振器を準備し、当該光共振器の出射面に、水素及び
酸素を照射する工程を有することを特徴とする半導体レ
ーザ装置の製造方法である。
形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶を有してなる
光共振器を準備し、当該光共振器の出射面に、水素及び
酸素を照射する工程を有することを特徴とする半導体レ
ーザ装置の製造方法である。
【００１９】前記水素は、原子状、ラジカル、イオン若
しくはその混合状態に励起され、且つ酸素が原子状、ラ
ジカル、イオン、オゾン若しくはその混合状態に励起さ
れいることが、わけても有効である。又、前記水素、及
び前記酸素とを、時間的に交互に照射しても良く。ある
いは、前記水素、及び前記酸素とを、時間的に同時に照
射しても良い。
しくはその混合状態に励起され、且つ酸素が原子状、ラ
ジカル、イオン、オゾン若しくはその混合状態に励起さ
れいることが、わけても有効である。又、前記水素、及
び前記酸素とを、時間的に交互に照射しても良く。ある
いは、前記水素、及び前記酸素とを、時間的に同時に照
射しても良い。
【００２０】前述した本願発明に係わる半導体レーザ装
置は、発振波長が６００ｎｍ以上の化合物半導体レーザ
装置にわけても有用である。そして、こうした化合物半
導体レーザ装置において、更に１×１０6Ｗ／ｃｍ2以上
の光出力のものに有用である。
置は、発振波長が６００ｎｍ以上の化合物半導体レーザ
装置にわけても有用である。そして、こうした化合物半
導体レーザ装置において、更に１×１０6Ｗ／ｃｍ2以上
の光出力のものに有用である。
【００２１】
【発明の実施の形態】本願発明の具体的な実施の形態を
詳細説明するに先立って、本願発明の実施の諸形態に係
わる諸事項について、更に詳細に説明する。前述した課
題は、光共振器の端面コーティング膜形成の直前に、真
空中で酸素及び水素を、劈開端面に照射することによ
り、基本的に克服される。本願発明においては、これら
の酸素及び水素の、わけてもラジカルが主要な働きを行
う。酸素ラジカルが照射される事により、前記光共振器
の端面の母体元素が酸化するとともに、例えば前記端面
に付着した炭素などを含む有機物等による汚染が、酸化
により除去される。更に、水素ラジカルが照射されるこ
とにより、Ｖ族元素、例えばＡｓを有する酸化物が還元
されて表面から脱離する。
詳細説明するに先立って、本願発明の実施の諸形態に係
わる諸事項について、更に詳細に説明する。前述した課
題は、光共振器の端面コーティング膜形成の直前に、真
空中で酸素及び水素を、劈開端面に照射することによ
り、基本的に克服される。本願発明においては、これら
の酸素及び水素の、わけてもラジカルが主要な働きを行
う。酸素ラジカルが照射される事により、前記光共振器
の端面の母体元素が酸化するとともに、例えば前記端面
に付着した炭素などを含む有機物等による汚染が、酸化
により除去される。更に、水素ラジカルが照射されるこ
とにより、Ｖ族元素、例えばＡｓを有する酸化物が還元
されて表面から脱離する。
【００２２】酸素の照射により母体元素の酸化を行った
場合、大量のＡｓ酸化物が生成し高密度の表面準位が発
生する。この表面にコーティングを施すと、非発光再結
合中心が高密度に発生し、端面劣化が急激に促進する。
しかし、幸いなことに、Ａｓ酸化物は、Ｇａ等のＩＩＩ
族元素の酸化物に比して蒸気圧が高く、また、還元され
やすい。そこで、酸素ラジカルを照射した半導体表面に
適度な水素ラジカルを照射すれば、ＩＩＩ族元素の酸化
物は還元されず、Ａｓ酸化物のみを還元して、表面から
脱離させることが可能となる。これによりＧａ酸化物を
主体とし、Ａｓ酸化物を含まない界面層を端面の表面に
形成する事が出来る。この為、半導体材料と絶縁膜の界
面が、元来の半導体領域の表面よりも半導体領域の内部
に形成される。亦、半導体領域に浸入した水素は、界面
近傍にある半導体領域内部の未結合手、空孔、アンチサ
イト、不純物原子などに起因する欠陥準位を終端し、非
発光再結合中心を低減する。
場合、大量のＡｓ酸化物が生成し高密度の表面準位が発
生する。この表面にコーティングを施すと、非発光再結
合中心が高密度に発生し、端面劣化が急激に促進する。
しかし、幸いなことに、Ａｓ酸化物は、Ｇａ等のＩＩＩ
族元素の酸化物に比して蒸気圧が高く、また、還元され
やすい。そこで、酸素ラジカルを照射した半導体表面に
適度な水素ラジカルを照射すれば、ＩＩＩ族元素の酸化
物は還元されず、Ａｓ酸化物のみを還元して、表面から
脱離させることが可能となる。これによりＧａ酸化物を
主体とし、Ａｓ酸化物を含まない界面層を端面の表面に
形成する事が出来る。この為、半導体材料と絶縁膜の界
面が、元来の半導体領域の表面よりも半導体領域の内部
に形成される。亦、半導体領域に浸入した水素は、界面
近傍にある半導体領域内部の未結合手、空孔、アンチサ
イト、不純物原子などに起因する欠陥準位を終端し、非
発光再結合中心を低減する。
【００２３】水素照射により表面からＡｓ酸化物を除去
した後、通例の保護膜を形成すれば、表面準位が少な
く、且つ亦、非発光再結合中心の少ない良好な界面が得
られる。こうして、ＩＩＩ族元素の、例えばＧａ酸化物
を主体とし、Ｖ族元素の例えば、Ａｓ酸化物を実質的に
含まない界面層を用いることによって、端面劣化の少な
い良好な高出力半導体レーザ装置が得られる。
した後、通例の保護膜を形成すれば、表面準位が少な
く、且つ亦、非発光再結合中心の少ない良好な界面が得
られる。こうして、ＩＩＩ族元素の、例えばＧａ酸化物
を主体とし、Ｖ族元素の例えば、Ａｓ酸化物を実質的に
含まない界面層を用いることによって、端面劣化の少な
い良好な高出力半導体レーザ装置が得られる。
【００２４】図１は、本願発明の係わる表面処理の方法
を例示する上面よりの概念図である。半導体レーザ装置
１の端面処理の為の、酸素ラジカルセル５と水素ラジカ
ル７が真空容器０に設置されている。その他の真空関連
装置は通例のもので十分である。符号１は半導体レーザ
装置、符号２は半導体結晶のへき開によって形成される
半導体領域の端面、符号３は本願発明に係わる界面層、
符号４は、本願発明に係わる光共振器の一方の端面であ
る。図１には、酸素ラジカル６と水素ラジカル８が模式
的に示されている。図１に示すように、化合物半導体材
料端面に酸素ラジカル６と水素ラジカル８を交互に、若
しくは同時に供給すれば、Ａｓ酸化物を実質的に含まな
い酸化物になる界面層３を形成する事が出来る。化合物
半導体材料が、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、わけても、
ＧａＡｓの場合、Ｇａ酸化物を主とした酸化物が前記の
界面層となる。
を例示する上面よりの概念図である。半導体レーザ装置
１の端面処理の為の、酸素ラジカルセル５と水素ラジカ
ル７が真空容器０に設置されている。その他の真空関連
装置は通例のもので十分である。符号１は半導体レーザ
装置、符号２は半導体結晶のへき開によって形成される
半導体領域の端面、符号３は本願発明に係わる界面層、
符号４は、本願発明に係わる光共振器の一方の端面であ
る。図１には、酸素ラジカル６と水素ラジカル８が模式
的に示されている。図１に示すように、化合物半導体材
料端面に酸素ラジカル６と水素ラジカル８を交互に、若
しくは同時に供給すれば、Ａｓ酸化物を実質的に含まな
い酸化物になる界面層３を形成する事が出来る。化合物
半導体材料が、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、わけても、
ＧａＡｓの場合、Ｇａ酸化物を主とした酸化物が前記の
界面層となる。
【００２５】前記界面層３の上に、反射率調整を目的に
スパッタ法、化学気相蒸着法若しくは電子線蒸着法等に
より、絶縁膜からなるコーティング膜を形成すれば、成
膜損傷の少ない、良好な端面保護膜が得られる。
スパッタ法、化学気相蒸着法若しくは電子線蒸着法等に
より、絶縁膜からなるコーティング膜を形成すれば、成
膜損傷の少ない、良好な端面保護膜が得られる。
【００２６】本発明によれば、波長０．６８μｍ、０．
６５μｍまたは０．６３μｍの光を１ＭＷ／ｃｍ2以上
の出力で発振する光記録装置用レーザ素子のみならず、
例えば波長０．９８μｍの光を２ＭＷ／ｃｍ2以上の出
力で発振するレーザ素子に於ても、動作時間に伴い素子
特性が劣化する問題を解決することができる。
６５μｍまたは０．６３μｍの光を１ＭＷ／ｃｍ2以上
の出力で発振する光記録装置用レーザ素子のみならず、
例えば波長０．９８μｍの光を２ＭＷ／ｃｍ2以上の出
力で発振するレーザ素子に於ても、動作時間に伴い素子
特性が劣化する問題を解決することができる。
【００２７】本願発明は、特に、光情報システムにおけ
る発振波長が６００ｎｍ以上の高出力半導体レーザ、及
び光通信システムにおける波長９８０ｎｍの光増幅器用
高出力半導体レーザ装置に用いて極めて有用である。
る発振波長が６００ｎｍ以上の高出力半導体レーザ、及
び光通信システムにおける波長９８０ｎｍの光増幅器用
高出力半導体レーザ装置に用いて極めて有用である。
【００２８】本願発明は、前述したように、基本的に、
半導体基板の上部に形成された、半導体結晶を有してな
る光共振器を有する。発振波長が６００ｎｍ以上、わけ
ても６００ｎｍより９８０ｎｍの半導体レーザ装置を構
成するに、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料、例えば、Ｇ
ａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、あるいはＡｌＧａＡｓなどが代
表的なものである。従って、通例、光共振器を搭載する
基板としては、化合物半導体基板、わけてもＧａＡｓ基
板が極めて有用である。
半導体基板の上部に形成された、半導体結晶を有してな
る光共振器を有する。発振波長が６００ｎｍ以上、わけ
ても６００ｎｍより９８０ｎｍの半導体レーザ装置を構
成するに、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料、例えば、Ｇ
ａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、あるいはＡｌＧａＡｓなどが代
表的なものである。従って、通例、光共振器を搭載する
基板としては、化合物半導体基板、わけてもＧａＡｓ基
板が極めて有用である。
【００２９】そして、本願発明では、Ａｓの酸化物を含
有しない酸化物層を用いるのである。即ち、より具体例
としては、光共振器の光出力表面に、ＩＩＩ族元素、例
えば、Ｉｎ、Ｇａ、あるいはＡｌの酸化物などで構成さ
れた砒素酸化物の非含有酸化物層を設ける。この光共振
器表面の層は、概ね１０Åより５０Åの厚さで用いられ
る。
有しない酸化物層を用いるのである。即ち、より具体例
としては、光共振器の光出力表面に、ＩＩＩ族元素、例
えば、Ｉｎ、Ｇａ、あるいはＡｌの酸化物などで構成さ
れた砒素酸化物の非含有酸化物層を設ける。この光共振
器表面の層は、概ね１０Åより５０Åの厚さで用いられ
る。
【００３０】こうして得られた、本願発明の係わる砒素
酸化物の非含有酸化物層、ないしは当該光共振器の母材
に水素処理および酸素処理がなされた層の上部に、必要
に応じて、通例の端面保護膜、ＡＲ（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆ
ｒｅｃｔｉｏｎ）膜、あるいはＨＲ（Ｈｉｇｈ−Ｒｅｆ
ｅｒｅｃｔｉｏｎ）膜などを用いることが出来ることは
言うまでもない。更に、光共振器の光射出面の側に、発
振波長に対して十分な透過率を有する領域を設ける、い
わゆる、窓構造を併用することも可能である。即ち、こ
の窓構造の表面に、当該発明に係わる砒素酸化物の非含
有酸化物層、ないしは当該光共振器の母材に水素処理お
よび酸素処理がなされた層を形成するのである。
酸化物の非含有酸化物層、ないしは当該光共振器の母材
に水素処理および酸素処理がなされた層の上部に、必要
に応じて、通例の端面保護膜、ＡＲ（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆ
ｒｅｃｔｉｏｎ）膜、あるいはＨＲ（Ｈｉｇｈ−Ｒｅｆ
ｅｒｅｃｔｉｏｎ）膜などを用いることが出来ることは
言うまでもない。更に、光共振器の光射出面の側に、発
振波長に対して十分な透過率を有する領域を設ける、い
わゆる、窓構造を併用することも可能である。即ち、こ
の窓構造の表面に、当該発明に係わる砒素酸化物の非含
有酸化物層、ないしは当該光共振器の母材に水素処理お
よび酸素処理がなされた層を形成するのである。
【００３１】本願発明の半導体レーザ装置は、ＧａＡｓ
基板を用いた半導体レーザ装置に有用である。その具体
的な適用を、列挙すれば、例えば、（１）０．９８μｍ
のレーザ、その代表例は、希土類、例えばエルビウム添
加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）励起用光源、（２）６
８０μｍのレーザ、その代表例は、光磁気（ＭＯ）ディ
スク読み書き用光源、あるいは（３）６５０μｍのレー
ザ、その代表例は、ＤＶＤ−ＲＡＭ読み書き用光源など
である。
基板を用いた半導体レーザ装置に有用である。その具体
的な適用を、列挙すれば、例えば、（１）０．９８μｍ
のレーザ、その代表例は、希土類、例えばエルビウム添
加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）励起用光源、（２）６
８０μｍのレーザ、その代表例は、光磁気（ＭＯ）ディ
スク読み書き用光源、あるいは（３）６５０μｍのレー
ザ、その代表例は、ＤＶＤ−ＲＡＭ読み書き用光源など
である。
【００３２】次に、本願発明の諸実施例を具体的に説明
する。
する。
【００３３】本願発明の第１の実施例を図１、図２及び
図３を用いて説明する。図１は、前述の通り、本願発明
による端面での界面層形成を形成する為の表面処理方法
を示す。図２は、半導体レーザ装置（Ｌａｓｅｒ Ｄｉ
ｏｄｅ：以下、ＬＤと略記する）のレーザ光の進行方向
に交差する断面の構造を示す。図３はその平面図を示し
ている。
図３を用いて説明する。図１は、前述の通り、本願発明
による端面での界面層形成を形成する為の表面処理方法
を示す。図２は、半導体レーザ装置（Ｌａｓｅｒ Ｄｉ
ｏｄｅ：以下、ＬＤと略記する）のレーザ光の進行方向
に交差する断面の構造を示す。図３はその平面図を示し
ている。
【００３４】本実施例は、光ディスクや光磁気ディスク
の書き込み用として用いられる６８０ｎｍ帯高出力半導
体レーザに適用したものである。図２及び図３を参酌
し、素子の製造工程に従って、本実施例を説明する。
の書き込み用として用いられる６８０ｎｍ帯高出力半導
体レーザに適用したものである。図２及び図３を参酌
し、素子の製造工程に従って、本実施例を説明する。
【００３５】ｎ−ＧａＡｓ基板９上に、次の各層を順次
形成する。それらの形成方法は、ＭＯＶＰＥ法、ＣＢＥ
法、またはＭＢＥ法など、通例の方法に従って十分であ
る。（１）ＧａＡｓバッファ層１０、（２）ＧａＡｓに
格子整合したｎ−（ＡｌxＧａ1-x）ＩｎＰクラッド層
（ｘ＝０．７）１１、（３）ＧａＡｓに格子整合した
（ＡｌyＧａ1-y）ＩｎＰ障壁層（ｙ＝０．４５、障壁層
厚４ｎｍ）とＩｎzＧａ1 -zＰ歪量子井戸層（ｚ＝０．
６、井戸層厚８ｎｍ）、及び（ＡｌsＧａ1-s）ＩｎＰを
用いたＳＣＨ（Ｓeｐａｒａｔｅ Ｃｏｎｆｉｎｍｅｎ
ｔ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層（ｓ＝０．５
５、障壁層厚４ｎｍ）とから構成される歪量子井戸活性
層１２、（４）ＧａＡｓに格子整合したｐ−（ＡｌtＧ
ａ1-t）ＩｎＰクラッド層（ｔ＝０．７）１３、（５）
ＧａＡｓに格子整合したｐ−ＩｎＧａＰを用いたエッチ
ストップ層１４、（６）ＧａＡｓに格子整合したｐ−
（ＡｌuＧａ1-u）ＩｎＰクラッド層（ｕ＝０．７）１
５、（７）ｐ−ＡｌvＧａ1- vＡｓキャップ層（ｖ＝０．
７）１６。
形成する。それらの形成方法は、ＭＯＶＰＥ法、ＣＢＥ
法、またはＭＢＥ法など、通例の方法に従って十分であ
る。（１）ＧａＡｓバッファ層１０、（２）ＧａＡｓに
格子整合したｎ−（ＡｌxＧａ1-x）ＩｎＰクラッド層
（ｘ＝０．７）１１、（３）ＧａＡｓに格子整合した
（ＡｌyＧａ1-y）ＩｎＰ障壁層（ｙ＝０．４５、障壁層
厚４ｎｍ）とＩｎzＧａ1 -zＰ歪量子井戸層（ｚ＝０．
６、井戸層厚８ｎｍ）、及び（ＡｌsＧａ1-s）ＩｎＰを
用いたＳＣＨ（Ｓeｐａｒａｔｅ Ｃｏｎｆｉｎｍｅｎ
ｔ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層（ｓ＝０．５
５、障壁層厚４ｎｍ）とから構成される歪量子井戸活性
層１２、（４）ＧａＡｓに格子整合したｐ−（ＡｌtＧ
ａ1-t）ＩｎＰクラッド層（ｔ＝０．７）１３、（５）
ＧａＡｓに格子整合したｐ−ＩｎＧａＰを用いたエッチ
ストップ層１４、（６）ＧａＡｓに格子整合したｐ−
（ＡｌuＧａ1-u）ＩｎＰクラッド層（ｕ＝０．７）１
５、（７）ｐ−ＡｌvＧａ1- vＡｓキャップ層（ｖ＝０．
７）１６。
【００３６】次に、酸化膜をマスク領域として、ｐ−
（ＡｌuＧａ1-u）ＩｎＰクラッド層（ｕ＝０．７）１５
とｐ−ＡｌvＧａ1- vＡｓキャップ層（ｖ＝０．７）１６
の積層体を、通例のホトエッチング工程により図２に示
すようなリッジを形成する。このときのエッチングは湿
式法、ＲＩＥ、ＲＩＢＥ、イオンミリング等、方法を問
わない。エッチングはエッチストップ層１４で止め、歪
量子井戸活性層１２に達しないようにする。本例での前
記エッチストップ層１４は、ｐ−ＩｎＧａＰが用いられ
た。
（ＡｌuＧａ1-u）ＩｎＰクラッド層（ｕ＝０．７）１５
とｐ−ＡｌvＧａ1- vＡｓキャップ層（ｖ＝０．７）１６
の積層体を、通例のホトエッチング工程により図２に示
すようなリッジを形成する。このときのエッチングは湿
式法、ＲＩＥ、ＲＩＢＥ、イオンミリング等、方法を問
わない。エッチングはエッチストップ層１４で止め、歪
量子井戸活性層１２に達しないようにする。本例での前
記エッチストップ層１４は、ｐ−ＩｎＧａＰが用いられ
た。
【００３７】次に、エッチングマスクとして用いた酸化
膜を選択成長のマスク領域として、図２に示すようにｎ
−ＧａＡｓ電流狭窄層１７を、リッジ領域の両側に、MO
VＰE法により選択成長する。その後、成長炉からウエハ
を取りだし、選択成長マスクとして用いた酸化膜をエッ
チングにより除去する。その後、ｐ−ＧａＡｓコンタク
ト層１８をＭＯＶＰＥ法またはＭＢＥ法により形成す
る。ｐ側オ−ミック電極１９、ｎ側オ−ミック電極２０
を形成した後、大気中で劈開する事により、共振器長約
６００μｍのレーザ素子を得た。
膜を選択成長のマスク領域として、図２に示すようにｎ
−ＧａＡｓ電流狭窄層１７を、リッジ領域の両側に、MO
VＰE法により選択成長する。その後、成長炉からウエハ
を取りだし、選択成長マスクとして用いた酸化膜をエッ
チングにより除去する。その後、ｐ−ＧａＡｓコンタク
ト層１８をＭＯＶＰＥ法またはＭＢＥ法により形成す
る。ｐ側オ−ミック電極１９、ｎ側オ−ミック電極２０
を形成した後、大気中で劈開する事により、共振器長約
６００μｍのレーザ素子を得た。
【００３８】本発明による端面処理を行うために、レー
ザ素子を数本ずつ治具に組み、端面処理を行う装置に導
入した。そして、各素子を３００℃に加熱して、図１に
示す様に端面に酸素ラジカル線６と水素ラジカル線８を
照射した。酸素ラジカルは、１３．５６ＭＨｚの高周波
（ＲＦ）を印加してプラズマを立てるＲＦラジカルセル
に酸素を５ｓｃｃｍ導入して生成した。水素ラジカル
は、タングステンチューブに５ｋＶの高電圧を印加し、
タングステンチューブの側壁近傍に設置したフィラメン
トより２００ｍＡの電子を供給してタングステンチュー
ブを２５００℃に加熱する電子衝撃加熱による熱励起法
により生成した。水素流量は３ｓｃｃｍであった。１回
あたりの酸素ラジカル照射時間は５秒、水素ラジカル照
射時間は３秒とし、酸素ラジカルと水素ラジカルを１０
０回交互に照射した。これにより厚さ５０ÅのＧａ酸化
物を主体とするＡｓ酸化物を含まない界面層３が形成で
きた。
ザ素子を数本ずつ治具に組み、端面処理を行う装置に導
入した。そして、各素子を３００℃に加熱して、図１に
示す様に端面に酸素ラジカル線６と水素ラジカル線８を
照射した。酸素ラジカルは、１３．５６ＭＨｚの高周波
（ＲＦ）を印加してプラズマを立てるＲＦラジカルセル
に酸素を５ｓｃｃｍ導入して生成した。水素ラジカル
は、タングステンチューブに５ｋＶの高電圧を印加し、
タングステンチューブの側壁近傍に設置したフィラメン
トより２００ｍＡの電子を供給してタングステンチュー
ブを２５００℃に加熱する電子衝撃加熱による熱励起法
により生成した。水素流量は３ｓｃｃｍであった。１回
あたりの酸素ラジカル照射時間は５秒、水素ラジカル照
射時間は３秒とし、酸素ラジカルと水素ラジカルを１０
０回交互に照射した。これにより厚さ５０ÅのＧａ酸化
物を主体とするＡｓ酸化物を含まない界面層３が形成で
きた。
【００３９】次に、一般的にラジカル処理装置並びにジ
カルの照射と表面酸化物の組成変化の例を説明する。
尚、これらに諸事項は、本実施の形態に限られる事項で
はなく、本願発明一般に係わるものである。
カルの照射と表面酸化物の組成変化の例を説明する。
尚、これらに諸事項は、本実施の形態に限られる事項で
はなく、本願発明一般に係わるものである。
【００４０】図４はラジカル処理装置の例を示す概念図
である。真空容器４０内に、ラジカル生成室４２、これ
に対向して試料台４５、及び試料加熱用ヒータ部４４が
配置される。真空容器４０は、通例の真空排気系４１に
接続され、又、処理用のガス導入系４６が接続される。
図において、符号４３はラジカル線、符号４５は試料を
表わしている。ここで、処理必要な諸条件は、通例の真
空系及びガス導入系を用いて十分である。
である。真空容器４０内に、ラジカル生成室４２、これ
に対向して試料台４５、及び試料加熱用ヒータ部４４が
配置される。真空容器４０は、通例の真空排気系４１に
接続され、又、処理用のガス導入系４６が接続される。
図において、符号４３はラジカル線、符号４５は試料を
表わしている。ここで、処理必要な諸条件は、通例の真
空系及びガス導入系を用いて十分である。
【００４１】次に、ラジカルの照射と表面酸化物の組成
変化の例を説明する。図５は、ラジカルの照射と表面酸
化物の組成変化の例を示す図である。加熱前の状態を１
として示す。横軸はラジカルの照射時間、縦軸は表面酸
化物の残存量を相対値で示した。本例の条件は、加熱温
度が摂氏３００度、水素の照射量は１×１０-5ｔｏｒｒ
である。曲線５１はＧａ酸化物の残存量、曲線５２はＡ
ｓ酸化物の残存量である。尚、横軸で「加熱のみ」と示
したのは、ラジカル処理を行わず、加熱処理のみ行った
例である。即ち、加熱のみで、この横軸の状態に達す
る。更に、この状態より、ラジカルを照射すると、曲線
５１及び曲線５２に示すような状態に変化する。図５に
例示する例によれば、ラジカルの１分の照射によって、
Ａｓ酸化物は０の状態に達することが理解される。この
時、Ｇａ酸化物は０．９の状態にある。従って、この状
態で、当該半導体材料の表面は、Ｇａ酸化物で構成され
ることとなる。本願発明はこの状態を用いるものであ
る。
変化の例を説明する。図５は、ラジカルの照射と表面酸
化物の組成変化の例を示す図である。加熱前の状態を１
として示す。横軸はラジカルの照射時間、縦軸は表面酸
化物の残存量を相対値で示した。本例の条件は、加熱温
度が摂氏３００度、水素の照射量は１×１０-5ｔｏｒｒ
である。曲線５１はＧａ酸化物の残存量、曲線５２はＡ
ｓ酸化物の残存量である。尚、横軸で「加熱のみ」と示
したのは、ラジカル処理を行わず、加熱処理のみ行った
例である。即ち、加熱のみで、この横軸の状態に達す
る。更に、この状態より、ラジカルを照射すると、曲線
５１及び曲線５２に示すような状態に変化する。図５に
例示する例によれば、ラジカルの１分の照射によって、
Ａｓ酸化物は０の状態に達することが理解される。この
時、Ｇａ酸化物は０．９の状態にある。従って、この状
態で、当該半導体材料の表面は、Ｇａ酸化物で構成され
ることとなる。本願発明はこの状態を用いるものであ
る。
【００４２】さて、次に本例の工程にもどって、以下の
工程を説明する。この後、反応性スパッタ法を用いて図
３に示すように、素子の前面（ｚ＝Ｌ）に厚さλ／４
（λ：発振波長）の光学長を有する酸化アルミニウム
（Ａｌ2Ｏ3）膜を順次形成して低反射率（ＡＲ）膜２１
を、素子の後面（ｚ＝０）に厚さλ／４の光学長の酸化
硅素（ＳｉＯ2）膜２２と厚さλ／４の光学長の窒化硅
素膜（ＳｉＮ）２３の１０層膜とからなる高反射率（Ｈ
Ｒ）膜２４を形成した。ＳｉＮ膜は、装置内にＡｒガス
を２０ｓｃｃｍ、窒素ガスを８ｓｃｃｍ導入し、電子サ
イクロトロン共鳴（ＥＣＲ）出力５００Ｗでプラズマを
発生させ、Ｓｉターゲットに５００ＷのＲＦ出力を印加
するＥＣＲスパッタ法により成膜した。その後、素子を
接合面を上にして、ヒートシンク上にボンディングし
た。
工程を説明する。この後、反応性スパッタ法を用いて図
３に示すように、素子の前面（ｚ＝Ｌ）に厚さλ／４
（λ：発振波長）の光学長を有する酸化アルミニウム
（Ａｌ2Ｏ3）膜を順次形成して低反射率（ＡＲ）膜２１
を、素子の後面（ｚ＝０）に厚さλ／４の光学長の酸化
硅素（ＳｉＯ2）膜２２と厚さλ／４の光学長の窒化硅
素膜（ＳｉＮ）２３の１０層膜とからなる高反射率（Ｈ
Ｒ）膜２４を形成した。ＳｉＮ膜は、装置内にＡｒガス
を２０ｓｃｃｍ、窒素ガスを８ｓｃｃｍ導入し、電子サ
イクロトロン共鳴（ＥＣＲ）出力５００Ｗでプラズマを
発生させ、Ｓｉターゲットに５００ＷのＲＦ出力を印加
するＥＣＲスパッタ法により成膜した。その後、素子を
接合面を上にして、ヒートシンク上にボンディングし
た。
【００４３】本例で、酸素と水素のラジカルを交互に照
射したが、これらの元素の各照射時間は、通例１秒から
３０秒の範囲を多用する。
射したが、これらの元素の各照射時間は、通例１秒から
３０秒の範囲を多用する。
【００４４】試作した素子は、しきい値電流約１４ｍＡ
で室温連続発振し、その発振波長は約０．６８μｍであ
った。また、素子は１５０ｍＷまで安定に横単一モード
発振した。また、最大光出力として３００ｍＷ以上の光
出力を得た。また、３０個の素子について環境温度８０
℃の条件下で５０ｍＷ定光出力連続駆動させたところ、
初期駆動電流は約２００ｍＡであり、全ての素子で端面
の劣化なしに５万時間以上安定に動作した。
で室温連続発振し、その発振波長は約０．６８μｍであ
った。また、素子は１５０ｍＷまで安定に横単一モード
発振した。また、最大光出力として３００ｍＷ以上の光
出力を得た。また、３０個の素子について環境温度８０
℃の条件下で５０ｍＷ定光出力連続駆動させたところ、
初期駆動電流は約２００ｍＡであり、全ての素子で端面
の劣化なしに５万時間以上安定に動作した。
【００４５】本実施例ではラジカル生成方法としてＲＦ
プラズマ励起法、及び電子線衝撃加熱法を用いたが、本
願発明のおいては、他のラジカル生成方法、例えばマイ
クロ波プラズマ励起法、ヘリコン波プラズマ励起法等を
用いてもよい。亦、酸素と水素のラジカルを交互に照射
したが、ラジカルを混合して同時に照射しても良く、或
いはラジカルセルに酸素と水素を混合してラジカルに励
起しても良い。但し、酸素ラジカルの生成に、タングス
テンチューブ等を用いる電子線衝撃加熱法を用いるのは
避けた方が好ましい。
プラズマ励起法、及び電子線衝撃加熱法を用いたが、本
願発明のおいては、他のラジカル生成方法、例えばマイ
クロ波プラズマ励起法、ヘリコン波プラズマ励起法等を
用いてもよい。亦、酸素と水素のラジカルを交互に照射
したが、ラジカルを混合して同時に照射しても良く、或
いはラジカルセルに酸素と水素を混合してラジカルに励
起しても良い。但し、酸素ラジカルの生成に、タングス
テンチューブ等を用いる電子線衝撃加熱法を用いるのは
避けた方が好ましい。
【００４６】次に、加速試験の例を例示する。摂氏５０
度の窒素の乾燥雰囲気において、光出力を一定として加
速試験を行う。即ち、この駆動は、ＡＰＣ（Ａｕｔｏｍ
ａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を用いた定光
出力駆動である。一定の光出力が得られるように、駆動
電流を調節し、この駆動電流が２０％以上上昇した時点
を、当該半導体レーザ装置の寿命と認定することとし
た。図８は従来構造の端面保護膜を用いた半導体レーザ
装置の信頼性試験の結果、図９は本発明による端面保護
膜を用いた半導体レーザ装置の信頼性試験の結果を示
す。いずれも、横軸が駆動時間、縦軸は駆動電流の増加
率である。図８と図９の試験結果から見られるように、
本願発明によれば、明らかに約１桁の寿命の向上が見ら
れる。
度の窒素の乾燥雰囲気において、光出力を一定として加
速試験を行う。即ち、この駆動は、ＡＰＣ（Ａｕｔｏｍ
ａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を用いた定光
出力駆動である。一定の光出力が得られるように、駆動
電流を調節し、この駆動電流が２０％以上上昇した時点
を、当該半導体レーザ装置の寿命と認定することとし
た。図８は従来構造の端面保護膜を用いた半導体レーザ
装置の信頼性試験の結果、図９は本発明による端面保護
膜を用いた半導体レーザ装置の信頼性試験の結果を示
す。いずれも、横軸が駆動時間、縦軸は駆動電流の増加
率である。図８と図９の試験結果から見られるように、
本願発明によれば、明らかに約１桁の寿命の向上が見ら
れる。
【００４７】本願発明の第２の実施例を図１、図６、図
７を用いて説明する。本実施例は、本発明を光伝送シス
テムで中継器あるいは受信器に用いられる希土類添加光
ファイバ増幅器励起用の０．９８μｍ帯高出力半導体レ
ーザ装置に適用したものである。図１は、実施の形態１
でと同様に、本願発明による端面での界面層形成を形成
する為の表面処理方法を示す。図６はファブリ・ペロー
型共振器を有する半導体レーザの平面構造を、図７は断
面構造を示している。
７を用いて説明する。本実施例は、本発明を光伝送シス
テムで中継器あるいは受信器に用いられる希土類添加光
ファイバ増幅器励起用の０．９８μｍ帯高出力半導体レ
ーザ装置に適用したものである。図１は、実施の形態１
でと同様に、本願発明による端面での界面層形成を形成
する為の表面処理方法を示す。図６はファブリ・ペロー
型共振器を有する半導体レーザの平面構造を、図７は断
面構造を示している。
【００４８】先ず、半導体装置の作製方法について述べ
る。ｎ−ＧａＡｓ基板９上に、次の各層を積層する。即
ち、それらは、（１）ＧａＡｓバッファ層１０、（２）
ＧａＡｓに格子整合したｎ−ＩｎＧａＰクラッド層２
５、（３）Ｉｎ1-xＧａxＡｓyＰ1-y障壁層（ｘ＝０．８
２、ｙ＝０．６３、障壁層厚３５ｎｍ）とＩｎzＧａ1- z
Ａｓ歪量子井戸層（ｚ ＝０．１６、井戸層厚７ｎｍ）
から構成される歪量子井戸活性層２６、（４）ＧａＡｓ
基板に格子整合したｐ−ＩｎＧａＰクラッド層２７、
（５）ｐ−ＧａＡｓ光導波路層２８、（６）ＧａＡｓに
格子整合したｐ−ＩｎＧａＰクラッド層２９、（７）ｐ
−ＧａＡｓキャップ層３０である。各層の製法は、当該
分野の通例の方法でよく、例えば、ＭＯＶＰＥ法、また
はガスソースＭＢＥ法、またはＣＢＥ法などのいずれか
である。
る。ｎ−ＧａＡｓ基板９上に、次の各層を積層する。即
ち、それらは、（１）ＧａＡｓバッファ層１０、（２）
ＧａＡｓに格子整合したｎ−ＩｎＧａＰクラッド層２
５、（３）Ｉｎ1-xＧａxＡｓyＰ1-y障壁層（ｘ＝０．８
２、ｙ＝０．６３、障壁層厚３５ｎｍ）とＩｎzＧａ1- z
Ａｓ歪量子井戸層（ｚ ＝０．１６、井戸層厚７ｎｍ）
から構成される歪量子井戸活性層２６、（４）ＧａＡｓ
基板に格子整合したｐ−ＩｎＧａＰクラッド層２７、
（５）ｐ−ＧａＡｓ光導波路層２８、（６）ＧａＡｓに
格子整合したｐ−ＩｎＧａＰクラッド層２９、（７）ｐ
−ＧａＡｓキャップ層３０である。各層の製法は、当該
分野の通例の方法でよく、例えば、ＭＯＶＰＥ法、また
はガスソースＭＢＥ法、またはＣＢＥ法などのいずれか
である。
【００４９】次に、酸化膜をマスク領域として、ホトエ
ッチング工程により図６に示すようなリッジを形成す
る。このときのエッチングは湿式法、ＲＩＥ、ＲＩＢ
Ｅ、イオンミリング等、方法を問わない。エッチングは
ｐ−ＧａＡｓ光導波路層２８を完全に除去し、且つ歪量
子井戸活性層２６に達しないようにｐ−ＩｎＧａＰクラ
ッド層２７の途中で止まるようにする。本例のリッジ形
状は、実施の形態１におけるリッジの形状とは異なって
いる。即ち、その形状は、半導体層２９の層の厚みの方
向の中間で光の進行方向と交差する幅が狭くなってい
る。
ッチング工程により図６に示すようなリッジを形成す
る。このときのエッチングは湿式法、ＲＩＥ、ＲＩＢ
Ｅ、イオンミリング等、方法を問わない。エッチングは
ｐ−ＧａＡｓ光導波路層２８を完全に除去し、且つ歪量
子井戸活性層２６に達しないようにｐ−ＩｎＧａＰクラ
ッド層２７の途中で止まるようにする。本例のリッジ形
状は、実施の形態１におけるリッジの形状とは異なって
いる。即ち、その形状は、半導体層２９の層の厚みの方
向の中間で光の進行方向と交差する幅が狭くなってい
る。
【００５０】次に、エッチングマスクとして用いた酸化
膜を選択成長のマスク領域として、図６に示すように、
ｎ−ＩｎＧａＰ電流狭窄層３１を、リッジ領域の両側
に、ＭＯＶＰＥ法により選択成長する。その後、成長炉
からウエハを取り出し、選択成長マスクとして用いた酸
化膜をエッチングにより除去する。更に、ｐ−ＧａＡｓ
コンタクト層１８をＭＯＶＰＥ法またはＭＢＥ法により
形成する。ｐ側オーミック電極１９、ｎ側オーミック電
極２０を形成した後、劈開法により共振器長約９００μ
ｍのレーザ素子を得る。
膜を選択成長のマスク領域として、図６に示すように、
ｎ−ＩｎＧａＰ電流狭窄層３１を、リッジ領域の両側
に、ＭＯＶＰＥ法により選択成長する。その後、成長炉
からウエハを取り出し、選択成長マスクとして用いた酸
化膜をエッチングにより除去する。更に、ｐ−ＧａＡｓ
コンタクト層１８をＭＯＶＰＥ法またはＭＢＥ法により
形成する。ｐ側オーミック電極１９、ｎ側オーミック電
極２０を形成した後、劈開法により共振器長約９００μ
ｍのレーザ素子を得る。
【００５１】本発明による端面処理を行う方法は次の通
りである。前述の工程によって準備されたレーザ素子
を、数本ずつ治具に組む。そして、これを、端面処理を
行う真空容器を有する装置に導入し、レーザ素子を３０
０℃に加熱する。そして、実施例１と同様に、図１に示
す様に、レーザ素子の光出力端面に酸素ラジカル線６と
水素ラジカル線８を照射した。酸素ラジカルは、マイク
ロ波を印加してプラズマを立てるＥＣＲラジカルセル
に、酸素を導入して生成した。前記マイクロ波の周波数
は２．４５ＧＨｚを用いた。前記酸素量は２０ｓｃｃｍ
である。水素ラジカルはＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕ
ｅｎｃｙ）プラズマに磁場を印加して、ヘリコン波プラ
ズマに変換するヘリコン波ラジカルセルを用いて生成し
た。前記の磁場は５０Ｇａｕｓｓを用いた。水素流量は
１０ｓｃｃｍであった。一般的に、水素量は１０ｓｃｃ
ｍより１００ｓｃｃｍの範囲、酸素量は１０ｓｃｃｍよ
り５０ｓｃｃｍの範囲が多用される。
りである。前述の工程によって準備されたレーザ素子
を、数本ずつ治具に組む。そして、これを、端面処理を
行う真空容器を有する装置に導入し、レーザ素子を３０
０℃に加熱する。そして、実施例１と同様に、図１に示
す様に、レーザ素子の光出力端面に酸素ラジカル線６と
水素ラジカル線８を照射した。酸素ラジカルは、マイク
ロ波を印加してプラズマを立てるＥＣＲラジカルセル
に、酸素を導入して生成した。前記マイクロ波の周波数
は２．４５ＧＨｚを用いた。前記酸素量は２０ｓｃｃｍ
である。水素ラジカルはＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕ
ｅｎｃｙ）プラズマに磁場を印加して、ヘリコン波プラ
ズマに変換するヘリコン波ラジカルセルを用いて生成し
た。前記の磁場は５０Ｇａｕｓｓを用いた。水素流量は
１０ｓｃｃｍであった。一般的に、水素量は１０ｓｃｃ
ｍより１００ｓｃｃｍの範囲、酸素量は１０ｓｃｃｍよ
り５０ｓｃｃｍの範囲が多用される。
【００５２】本例の場合、酸素ラジカルと水素ラジカル
とを同時に１０分間照射した。これにより厚さ１２０Ａ
のＧａ酸化物を主体とするＡｓ酸化物を含まない界面層
３を形成する事が出来た。この後、レーザ素子の前面
（ｚ＝Ｌ）にＥＣＲスパッタリング法により、厚さλ／
４（λ：発振波長）の光学長を有する窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）薄膜からなるＡＲ（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｒｅｃ
ｔｉｏｎ）膜３２を、他方、レーザ素子の後面（ｚ＝
０）に厚さλ／４の光学長のＳｉO2薄膜３３と厚さλ／
４の光学長の水素化非晶質硅素（ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜３４
とからなる６層膜による高反射（ＨＲ：Ｈｉｇｈ Ｒｅ
ｆｒｅｃｔｉｏｎ）膜３５を形成した。
とを同時に１０分間照射した。これにより厚さ１２０Ａ
のＧａ酸化物を主体とするＡｓ酸化物を含まない界面層
３を形成する事が出来た。この後、レーザ素子の前面
（ｚ＝Ｌ）にＥＣＲスパッタリング法により、厚さλ／
４（λ：発振波長）の光学長を有する窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）薄膜からなるＡＲ（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｒｅｃ
ｔｉｏｎ）膜３２を、他方、レーザ素子の後面（ｚ＝
０）に厚さλ／４の光学長のＳｉO2薄膜３３と厚さλ／
４の光学長の水素化非晶質硅素（ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜３４
とからなる６層膜による高反射（ＨＲ：Ｈｉｇｈ Ｒｅ
ｆｒｅｃｔｉｏｎ）膜３５を形成した。
【００５３】その後、レーザ素子を、当該レーザ素子が
結晶内部に有する接合面を下にして、ヒートシンク上に
ボンディングした。試作したレーザ素子は、しきい値電
流約１０ｍＡで室温連続発振し、その発振波長は約０．
９８μｍであった。また、素子は７８０ｍＷまで安定に
横単一モード発振した。また、光出力を増加させても、
端面劣化は起こらず、最大光出力９００ｍＷは熱飽和に
より制限された。また、３０個の素子について環境温度
８０℃の条件下で５００ｍＷ定光出力連続駆動させたと
ころ、初期駆動電流は約４００ｍＡであり、全ての素子
で端面劣化することなく１０万時間以上安定に動作し
た。
結晶内部に有する接合面を下にして、ヒートシンク上に
ボンディングした。試作したレーザ素子は、しきい値電
流約１０ｍＡで室温連続発振し、その発振波長は約０．
９８μｍであった。また、素子は７８０ｍＷまで安定に
横単一モード発振した。また、光出力を増加させても、
端面劣化は起こらず、最大光出力９００ｍＷは熱飽和に
より制限された。また、３０個の素子について環境温度
８０℃の条件下で５００ｍＷ定光出力連続駆動させたと
ころ、初期駆動電流は約４００ｍＡであり、全ての素子
で端面劣化することなく１０万時間以上安定に動作し
た。
【００５４】本実施例では、端面処理方法としてＥＣＲ
ラジカルセルとヘリコン波ラジカルセルを用いてラジカ
ルを生成したが、他の励起方法、例えば熱励起法、ＲＦ
プラズマ励起法、グロー放電励起法、紫外線等のを用い
る各種光励起法により生成したラジカルを用いてもよ
い。
ラジカルセルとヘリコン波ラジカルセルを用いてラジカ
ルを生成したが、他の励起方法、例えば熱励起法、ＲＦ
プラズマ励起法、グロー放電励起法、紫外線等のを用い
る各種光励起法により生成したラジカルを用いてもよ
い。
【００５５】なお、上述した実施例の活性層をＳＣＨ層
の組成を段階的に変化させたＧＲＩＮ−ＳＣＨ（Ｇｒａ
ｄｅｄ Ｉｎｄｅｘ Ｓｅｐａｒａｔｅ Ｃｏｎｆｉｎ
ｍｅｎｔ Ｈｅｔｅｒｏ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）活性層
としてもよい。
の組成を段階的に変化させたＧＲＩＮ−ＳＣＨ（Ｇｒａ
ｄｅｄ Ｉｎｄｅｘ Ｓｅｐａｒａｔｅ Ｃｏｎｆｉｎ
ｍｅｎｔ Ｈｅｔｅｒｏ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）活性層
としてもよい。
【００５６】また、本願発明は、導波路構造によらない
ので、たとえば、上述した実施例のほかに導波路構造と
してＢＨ（Ｂｕｒｉｅｄ Ｈｅｔｅｒｏ Ｓｔｒｕｃｔ
ｕｒｅ）構造を用いても良いし、あるいは本願発明の構
造を面発光レーザ装置に適用しても良い。
ので、たとえば、上述した実施例のほかに導波路構造と
してＢＨ（Ｂｕｒｉｅｄ Ｈｅｔｅｒｏ Ｓｔｒｕｃｔ
ｕｒｅ）構造を用いても良いし、あるいは本願発明の構
造を面発光レーザ装置に適用しても良い。
【００５７】また、端面近傍に、亜鉛原子を熱拡散させ
ることにより、或いは硅素イオンなどを高速で注入する
ことにより、端面近傍の超格子構造を無秩序化した、い
わゆる窓構造を有する半導体レーザ装置等にも適用でき
る。図１０は、こうした窓構造を有する本願発明の半導
体レーザ装置の例を示す光の進行方向に平行な面での断
面図である。符号６０が、窓領域を構成する亜鉛の拡散
領域である。その他の領域は図８のそれと同様である。
ることにより、或いは硅素イオンなどを高速で注入する
ことにより、端面近傍の超格子構造を無秩序化した、い
わゆる窓構造を有する半導体レーザ装置等にも適用でき
る。図１０は、こうした窓構造を有する本願発明の半導
体レーザ装置の例を示す光の進行方向に平行な面での断
面図である。符号６０が、窓領域を構成する亜鉛の拡散
領域である。その他の領域は図８のそれと同様である。
【００５８】更に、発振波長として、上述した０．９８
μｍ帯、０．６８μｍ帯のほか、いわゆる０．６５μｍ
帯、０．６３μｍ帯の各種半導体レーザ装置に適用でき
ることは言うまでもない。
μｍ帯、０．６８μｍ帯のほか、いわゆる０．６５μｍ
帯、０．６３μｍ帯の各種半導体レーザ装置に適用でき
ることは言うまでもない。
【００５９】本願発明による端面処理を行った後、真空
中で一貫して端面保護膜を形成するのが望ましい。しか
し、やむを得ない場合には、大気中を搬送して別装置の
成膜装置を用いて端面保護膜を形成しても良い。
中で一貫して端面保護膜を形成するのが望ましい。しか
し、やむを得ない場合には、大気中を搬送して別装置の
成膜装置を用いて端面保護膜を形成しても良い。
【００６０】本願発明の半導体レーザ装置は、従来にも
まして高歩留まり、低コストにて、高信頼度なるものを
提供することが出来る。
まして高歩留まり、低コストにて、高信頼度なるものを
提供することが出来る。
【００６１】
【発明の効果】本願発明のは、長寿命で信頼性の高い半
導体レーザ装置を提供することが出来る。更に、長寿命
で信頼性の高い半導体レーザ装置の新規な製造方法を提
供することができる。
導体レーザ装置を提供することが出来る。更に、長寿命
で信頼性の高い半導体レーザ装置の新規な製造方法を提
供することができる。
【図１】図１は、本願発明による端面に界面層形成を形
成する為の表面処理方法を示した概念図である。
成する為の表面処理方法を示した概念図である。
【図２】図２は、第１の実施の形態なる半導体レーザ装
置の光の進行方向に交差した断面の断面図である。
置の光の進行方向に交差した断面の断面図である。
【図３】図３は、第１の実施の形態なる半導体レーザ装
置の光の進行方向に平行な面での平面図である。
置の光の進行方向に平行な面での平面図である。
【図４】図４は、ラジカル処理装置を示す概念図であ
る。
る。
【図５】図５は、ラジカルの照射と表面酸化物の組成変
化の例を示す図である。
化の例を示す図である。
【図６】図６は、従来構造の半導体レーザ装置の信頼度
試験の結果の例を示す図である。
試験の結果の例を示す図である。
【図７】図７は、本願発明の係わる半導体レーザ装置の
信頼度試験の結果の例を示す図である。
信頼度試験の結果の例を示す図である。
【図８】図８は、第２の実施の形態なる半導体レーザ装
置の光の進行方向に交差した断面の断面図である。
置の光の進行方向に交差した断面の断面図である。
【図９】図９は、第２の実施の形態なる半導体レーザ装
置の光の進行方向に平行な面での平面図である。
置の光の進行方向に平行な面での平面図である。
【図１０】図１０は、窓構造を有する本願発明の半導体
レーザ装置の例を示す光の進行方向に平行な面での断面
図である。
レーザ装置の例を示す光の進行方向に平行な面での断面
図である。
１：ＧａＡｓ基板を用いる高出力半導体レーザ、２：劈
開時に形成される端面、３：Ｇａ酸化物を主成分とする
Ａｓ酸化物を含まない界面層、４：本発明による端面処
理により形成される共振器面、５：酸素ラジカルセル、
６：酸素ラジカル線、７：水素ラジカルセル、８：水素
ラジカル線、９：化合物半導体基板、１０：バッファ
層、１１：化合物半導体基板に格子整合したクラッド
層、１２：歪量子井戸活性、１３：化合物半導体基板に
格子整合したクラッド層、１４：化合物半導体基板に格
子整合したエッチストップ層、１５：化合物半導体基板
に格子整合したクラッド層、１６：キャップ層、１７：
電流狭窄層、１８：コンタクト層、１９：ｐ側オーミッ
ク電極、２０：ｎ側オーミック電極、２１：低反射率
（ＡＲ）膜、２２：低屈折率膜、２３：含水素、窒素な
る非晶質シリコン薄膜よりなる高屈折率膜、２４：高反
射率（ＨＲ）膜、２５：化合物半導体基板に格子整合し
たクラッド層、２６：歪量子井戸活性層、２７：化合物
半導体基板に格子整合したクラッド層、２８：光導波路
層、２９化合物半導体基板に格子整合したクラッド層、
３０：キャップ層、３１：電流狭窄層、３２：ＡＲ膜、
３３：ＳｉO2薄膜、３４：含水素、窒素なる非晶質シリ
コン薄膜、３５：高反射（ＨＲ）膜、５１：Ｇａ酸化物
の残存量、５２：Ａｓ酸化物の残存量、６０：窓領域。
開時に形成される端面、３：Ｇａ酸化物を主成分とする
Ａｓ酸化物を含まない界面層、４：本発明による端面処
理により形成される共振器面、５：酸素ラジカルセル、
６：酸素ラジカル線、７：水素ラジカルセル、８：水素
ラジカル線、９：化合物半導体基板、１０：バッファ
層、１１：化合物半導体基板に格子整合したクラッド
層、１２：歪量子井戸活性、１３：化合物半導体基板に
格子整合したクラッド層、１４：化合物半導体基板に格
子整合したエッチストップ層、１５：化合物半導体基板
に格子整合したクラッド層、１６：キャップ層、１７：
電流狭窄層、１８：コンタクト層、１９：ｐ側オーミッ
ク電極、２０：ｎ側オーミック電極、２１：低反射率
（ＡＲ）膜、２２：低屈折率膜、２３：含水素、窒素な
る非晶質シリコン薄膜よりなる高屈折率膜、２４：高反
射率（ＨＲ）膜、２５：化合物半導体基板に格子整合し
たクラッド層、２６：歪量子井戸活性層、２７：化合物
半導体基板に格子整合したクラッド層、２８：光導波路
層、２９化合物半導体基板に格子整合したクラッド層、
３０：キャップ層、３１：電流狭窄層、３２：ＡＲ膜、
３３：ＳｉO2薄膜、３４：含水素、窒素なる非晶質シリ
コン薄膜、３５：高反射（ＨＲ）膜、５１：Ｇａ酸化物
の残存量、５２：Ａｓ酸化物の残存量、６０：窓領域。
Claims (10)
- 【請求項１】 半導体基板の上部に形成された、半導体
結晶を有してなる光共振器を有し、この光共振器の共振
器の少なくとも一方の共振器面に、当該共振器の母材を
材料構成の母材とし且つ砒素酸化物の非含有酸化物層を
有することを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項２】 半導体基板の上部に形成された、半導体
結晶を有してなる光共振器を有し、この光共振器の共振
器の少なくとも一方の共振器面に、当該共振器の母材の
結晶が結晶学的に連続し且つ砒素酸化物の非含有酸化物
領域を有することを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項３】 半導体基板の上部に形成された、ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体結晶を有してなる光共振器を有し、
この光共振器の共振器の少なくとも一方の共振器面に、
当該共振器の母材に水素処理および酸素処理がなされた
層を有することを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項４】 前記砒素酸化物の非含有酸化物層上に、
当該砒素酸化物の非含有酸化物とは別異の絶縁膜を有す
ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導
体レーザ装置。 - 【請求項５】 共振器の母材に水素処理および酸素処理
がなされた前記層上に当該砒素酸化物の非含有酸化物と
は別異の絶縁膜を有することを特徴とする請求項３に記
載の半導体レーザ装置。 - 【請求項６】 半導体基板の上部に形成された、半導体
結晶を有してなる光共振器を有し、この光共振器の共振
器の少なくとも一方の共振器面は、当該共振器の母材の
内部に光反射面を有することを特徴とする半導体レーザ
装置。 - 【請求項７】 基板の上部に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体結晶を有してなる光共振器を準備し、当該光
共振器の出射面に、水素及び酸素を照射する工程を有す
ることを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。 - 【請求項８】 前記水素が原子状、ラジカル、イオン若
しくはその混合状態に励起され、且つ酸素が原子状、ラ
ジカル、イオン、オゾン若しくはその混合状態に励起さ
れいること特徴とする請求項７に記載の半導体レーザ装
置の製造方法。 - 【請求項９】 前記水素、及び前記酸素とが、時間的に
交互に照射されることを特徴とする請求項７又は請求項
８のいずれかに記載の半導体レーザ装置の製造方法。 - 【請求項１０】 前記水素、及び前記酸素とが、時間的
に同時に照射されることを特徴とする請求項７又は請求
項８のいずれかに記載の半導体レーザ装置の製造方法。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP2000307385A JP4033626B2 (ja) | 2000-10-06 | 2000-10-06 | 半導体レーザ装置の製造方法 |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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|---|---|
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2000307385A Expired - Fee Related JP4033626B2 (ja) | 2000-10-06 | 2000-10-06 | 半導体レーザ装置の製造方法 |
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| WO2006045003A2 (en) * | 2004-10-19 | 2006-04-27 | Fast Eddy's Productions | Heated warm-up device for an athletic instrument |
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| JP2971435B2 (ja) * | 1998-03-30 | 1999-11-08 | 東芝電子エンジニアリング株式会社 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
| US6400743B1 (en) * | 1999-08-05 | 2002-06-04 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | High-power semiconductor laser device having current confinement structure and index-guided structure |
| EP1104057B1 (en) * | 1999-11-19 | 2005-07-27 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | High-power semiconductor laser device having current confinement structure and index-guided structure |
| JP2001230483A (ja) * | 2000-02-14 | 2001-08-24 | Fuji Photo Film Co Ltd | 半導体レーザ装置 |
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- 2000-10-06 JP JP2000307385A patent/JP4033626B2/ja not_active Expired - Fee Related
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2001
- 2001-07-12 US US09/902,778 patent/US6576503B2/en not_active Expired - Lifetime
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|---|---|
| JP4033626B2 (ja) | 2008-01-16 |
| US20020042157A1 (en) | 2002-04-11 |
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