JP2007081197A - 半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイパワーで駆動しても、レーザ構造を変更しないで、ＣＯＤレベルを上昇させ、Ｌ−Ｉ特性のキンクレベルを上昇させ、さらに通電中の動作電流を低減することができ、これにより、信頼性や寿命を向上させることの可能な半導体レーザの製造方法を提供する。
【解決手段】窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるレーザ構造と、そのレーザ構造の共振器方向に形成された一対のへき開面３７，３８と、その一対のへき開面３７，３８のうちレーザ光の射出側に形成された被膜３９と、レーザ構造に電流を注入するためのｐ側電極３５およびｎ側電極３６とを備える。ｐ側電極３５およびｎ側電極３６にしきい値以上の大きさの電流を所定の時間流してレーザ光を被膜３９に照射することにより、被膜３９のうちレーザ光の射出された領域を含む領域を改質する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザおよびその製造方法に関する。

近年、光ディスクの高密度化に必要である青色領域から紫外領域におよぶ発光が可能な半導体レーザとして、ＡｌＧａＩｎＮなどの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザ（以下、単に窒化物半導体レーザと称する）の研究開発が盛んに行われており、最近では、実用化に向けて信頼性や寿命のより一層の向上に努力が払われている。

半導体レーザの信頼性や寿命を向上させるには、例えば、ＣＯＤ（catastrophic optical damage)レベルの上昇、Ｌ−Ｉ特性のキンクレベルの上昇、通電中の動作電流の低減などが必要である。これらを同時に達成するには、通常、レーザ構造や、端面の被膜、製造方法など、あらゆる点を改善することが必要となるが、窒化物半導体レーザでは、これらを同時に達成するのは容易ではない。特に、光ディスクに応用するためには、レーザの光放出角を一定に保つことが必須となるので、レーザ構造は変更しないことが好ましい。例えば、特許文献１では、共振器端面と、それを覆う被膜との密着性を高めた技術が開示されている。これにより、レーザ構造を変更しないで、これらを同時に達成することができ、窒化物半導体レーザの信頼性や寿命を延ばすことができる。

特開２００２−３３５０５３号公報

しかし、特許文献１の技術では、従来よりも大きなパワー、例えば７０ｍＷ以上で駆動すると、端面劣化が起こるようになり、これにより、ＣＯＤレベルが下がるという問題がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、ハイパワーで駆動しても、レーザ構造を変更しないで、ＣＯＤレベルを上昇させ、Ｌ−Ｉ特性のキンクレベルを上昇させ、さらに通電中の動作電流を低減することができ、これにより、信頼性や寿命を向上させることの可能な半導体レーザおよびその製造方法を提供することにある。

本発明の半導体レーザの製造方法は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるレーザ構造と、そのレーザ構造の共振器方向に形成された一対のへき開面と、その一対のへき開面のうちレーザ光の射出される面（射出側端面）に形成された被膜と、レーザ構造に電流を注入するための一対の電極とを備えた半導体レーザの製造方法である。この製造方法は、一対の電極にしきい値以上の大きさの電流を所定の時間流してレーザ光を前記被膜に照射することにより、被膜のうちレーザ光の射出された領域を含む領域を改質する。

本発明の半導体レーザの製造方法では、一対の電極にしきい値以上の大きさの電流を所定の時間流してレーザ光を被膜に照射することにより、レーザ光の射出された領域を含む領域が改質された被膜を備える本発明の半導体レーザが製造される。これにより、被膜の反射率が低下し、端面劣化が抑制される。

本発明の半導体レーザの製造方法によれば、射出側のへき開面に形成された被膜のうちレーザ光の射出された領域を含む領域を改質するようにしたので、改質されていない場合と比べて、被膜の反射率が低下し、端面劣化が抑制される。これにより、ハイパワーで駆動しても、レーザ構造やレーザ光の放出角を変更することなく、出荷時のＣＯＤレベルおよびキンクレベルを共に向上させることができ、さらに、出荷後のＣＯＤレベルおよびキンクレベルを高い状態で維持することができる。その結果、改質工程が行われていない場合と比べて、これらに起因した故障の発生頻度を低下させることができ、信頼性を向上させることができる。また、出荷後の動作電流の上昇率を抑えることができるので、改質工程が行われていない場合と比べて、半導体レーザの寿命を延ばすことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ１の概略構成を表すものである。図２は半導体レーザ１のＡ−Ａ矢視方向の断面構成を、図３は半導体レーザ１のＢ−Ｂ矢視方向の断面構成をそれぞれ表すものである。

この半導体レーザ１は、基板１0 上に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる半導体層２０を成長させたものである。この半導体層２０は、バッファ層２１、ＧａＮ層２２、ｎ型コンタクト層２３、ｎ型クラッド層２４，ｎ型光導波層２５、活性層２６，劣化防止層２７、ｐ型キャップ層２８、ｐ型光導波層２９、ｐ型クラッド層３０およびｐ型コンタクト層３１をこの順に積層してなるレーザ構造を有する。以下、上記各半導体層を積層した方向を縦方向、レーザ光の射出方向を軸方向、軸方向と縦方向とに垂直な方向を横方向と称する。

なお、ここでいう窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体とは、ガリウム（Ｇａ）と窒素（Ｎ）とを含んだ窒化ガリウム系化合物のことであり、例えばＧａＮ，ＡｌＧａＮ（窒化アルミニウム・ガリウム），あるいはＡｌＧａＩｎＮ（窒化アルミニウム・ガリウム・インジウム）などが挙げられる。これらは、必要に応じてＳｉ（シリコン），Ｇｅ（ゲルマニウム），Ｏ（酸素），Ｓｅ（セレン）などのＩＶ族およびＶＩ族元素からなるｎ型不純物、または、Ｍｇ（マグネシウム），Ｚｎ（亜鉛），Ｃ（炭素）などのＩＩ族およびＩＶ族元素からなるｐ型不純物を含有している。

基板１０は、例えば、ｃ面サファイアにより構成される。バッファ層２１は、例えば、厚さが３０ｎｍのアンドープのＧａＮにより構成され、ｃ面サファイア上に低温成長によって成長させることにより形成されている。ＧａＮ層２２は、例えば、厚さが０．５μｍのアンドープのＧａＮにより構成され、バッファ層２１を介してｃ面サファイア上にＥＬＯ（Epitaxial Lateral Overgrowth）などの横方向結晶成長技術を用いて成長させることにより形成されている。ｎ型コンタクト層２３は、例えば、厚さが４．０μｍのｎ型ＧａＮにより、ｎ型クラッド層２４は、例えば、厚さが１．０μｍのｎ型ＡｌＧａＮにより、ｎ型光導波層２５は、例えば、厚さが１．０μｍのｎ型ＧａＮによりそれぞれ構成される。

活性層２６は、例えば、厚さが３．５ｎｍのアンドープＩｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ井戸層（０＜ｘ＜１）と厚さが７．０ｎｍのアンドープＩｎ_y Ｇａ_1-y Ｎ障壁層（０＜ｙ＜１）とを一組としてこれを３組積層してなる多重量子井戸構造を有する。劣化防止層２７は、例えば、厚さが２０ｎｍのＩｎＧａＮから構成され、活性層２６に接している面からｐ型キャップ層２８に接している面に向かってＩｎ組成が徐々に減少するグレーディッド構造を有する。このとき、劣化防止層２７のうち活性層２６に接している面でのＩｎ組成は活性層２６のアンドープＩｎ_y Ｇａ_1-y Ｎ障壁層のＩｎ組成ｙと一致しており、劣化防止層２７のうちｐ型キャップ層２８に接している面でのＩｎ組成はゼロとなっている。

ｐ型キャップ層２８は、ｐ型光導波層２９、ｐ型クラッド層３０およびｐ型コンタクト層３１の成長時に活性層２６からＩｎが脱離して劣化するのを防止するとともに、活性層２６からのキャリア（電子）のオーバーフローを防止するためのものであり、例えば、厚さが１０ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮにより構成される。ｐ型光導波層２９は、例えば、厚さが０．１μｍのｐ型ＧａＮにより、ｐ型クラッド層３０は、例えば、厚さが０．５μｍのｐ型ＡｌＧａＮにより、ｐ型コンタクト層３１は、例えば、厚さが０．１μｍのｐ型ＧａＮによりそれぞれ構成される。

ｎ型コンタクト層２３の上部、ｎ型クラッド層２４，ｎ型光導波層２５、活性層２６，劣化防止層２７、ｐ型キャップ層２８、ｐ型光導波層２９およびｐ型クラッド層３０には所定幅のメサ部３２が形成されている。このメサ部３２におけるｐ型クラッド層３０の上部およびｐ型コンタクト層３１には、例えば、〈１−１００〉方向あるいは〈１１−２０〉方向に延在するリッジ部３３が幅１．６μｍで形成されている。

ｐ型クラッド層２３の表面、メサ部３２の全体およびリッジ部３３の両側面を覆うように、絶縁膜３４が形成されている。この絶縁膜３４は、例えば、厚さが０．３μｍのＳｉＯ₂ からなり、リッジ部３３の上部（ｐ型コンタクト層３１）に対応する領域と、ｎ型コンタクト層２３のうちメサ部３２に隣接する領域とに開口を有する。

リッジ部３３の上部のｐ型コンタクト層３１上に、ｐ側電極３５が形成されている。このｐ側電極３５は、例えば、厚さ１０ｎｍのＰｄ、厚さ１００ｎｍのＰｔおよび厚さ３００ｎｍのＡｕをこの順に積層した構造を有する。ｐ側電極３５は、リッジ部３３のｐ型コンタクト層３１に電気的に接続されると共に、金などからなるワイヤ（図示せず）に接合されており、ワイヤを介して外部電源（図示せず）と電気的に接続されるようになっている。これより、ｐ側電極３５は、リッジ部３３の上部のｐ型コンタクト層３１を介して活性層２６に電流を注入することができるので、活性層２６のうちリッジ部３３に対応する領域が発光領域２６ａとして機能する。

ｎ型コンタクト層２３のうち絶縁膜３４の開口に対応する領域に、ｎ側電極３６が形成されている。このｎ側電極３６は、例えば、厚さ１０ｎｍのＴｉ、厚さ５０ｎｍのＰｔおよび厚さ３００ｎｍのＡｕをこの順に積層した構造を有する。ｎ側電極３６は、半導体レーザ１を実装する際に、ヒートシンク（図示せず）と電気的に接続されるので、ヒートシンクに電気的に接続されるアース（図示せず）と同電位（ゼロボルト）となるようになっている。

リッジ部３３の延在方向（共振器方向）には、一対のへき開面３７、３８が形成されている。へき開面３７はレーザ光を射出する面であり、そのへき開面３７の表面には被膜３９が形成されている。一方、へき開面３８はレーザ光を反射する面であり、そのへき開面３８の表面には被膜４０が形成されている。

被膜３９は、へき開面３７と被膜３９とで構成される射出側端面の反射率が例えば１０％程度となるように調整された低反射率膜であり、へき開面３７との密着性の良好な材料により構成される。低反射率膜は、例えば、誘電体からなる単層膜もしくは多層膜、または誘電体と半導体とを組み合わせてなる多層膜で構成される。ここで、誘電体は、例えば、酸化物、窒化物およびフッ化物のいずれか１種で構成される。酸化物は、例えば、Ａｌ₂ Ｏ₃ ，ＳｉＯ₂ ，ＴｉＯ₂ ，ＴｉＯ，ＨｆＯ₂ ，Ｙ₂ Ｏ₃ ，Ｔａ₂ Ｏ₅ ，Ｓｃ₂ Ｏ₃ ，ＭｇＯまたはＮｂ₂ Ｏ₅ であり、窒化物は、ＡｌＮ，ＳｉＮまたはＢＮであり、フッ化物は、ＮｄＦ₃ ，ＬａＦ₃ ，ＧｄＦ₃ ，ＨｏＦ₃ ，ＣａＦ₂ ，ＭｇＦ₂ ，Ｎａ₃ ＡｌＦ₆ ，ＬｉＦまたはＡｌＦ₃ である。

被膜４０は、へき開面３８および被膜４０で構成される反射側端面の反射率が例えば９５％程度となるように調整された高反射率膜であり、へき開面３８との密着性の良好な材料により構成される。高反射率膜は、例えば、Ａｌ₂ Ｏ₃ とＴｉＯ₂ とを交互に組み合わせた構造を有する多層膜で構成される。これにより、活性層２６の発光領域２６ａで発生した光は射出側端面と反射側端面との間を往復して増幅され、射出側端面の被膜３９からビームとして射出されるようになっている。

ところで、上記した被膜３９のうちレーザ光の射出される領域を含む領域に、改質領域４１が形成されている。この改質領域４１は、後述のように、ｐ側電極３５およびｎ側電極３６にしきい値以上の大きさの電流を所定の時間流してレーザ光を被膜３９に照射することにより、被膜３９の一部が改質されて形成されたものである。この改質領域４１は、被膜３９の反射率を低下させ、端面劣化を抑制するように作用する。改質領域４１の具体的な形成方法については、以下の製造方法において述べる。

この半導体レーザ１は、例えば、次のようにして製造することができる。

半導体レーザ１を製造するためには、ｃ面サファイアからなる基板１０Ａ上に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる半導体層２０Ａを、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ：有機金属気相成長）法により形成する。この際、ＧａＮ系化合物半導体の原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、アンモニア (ＮＨ₃)を用い、ドナー不純物の原料としては、例えば、シラン（ＳｉＨ4 ）を用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えばビス＝メチルシクロペンタジエニルマグネシウム（（ＣＨ3 Ｃ5 Ｈ4 ）2 Ｍｇ）あるいはビス＝シクロペンタジエニルマグネシウム（（Ｃ5 Ｈ5 ）2 Ｍｇ）を用いる。

まず、基板１０Ａの表面を例えばサーマルクリーニングにより清浄する。続いて、清浄された基板１０Ａ上に、例えばＭＯＣＶＤ法により例えば５００℃程度の温度でバッファ層２１Ａを成長させた後、例えばＥＬＯなどの横方向結晶成長技術により例えば１０００℃の成長温度でＧａＮ層２２Ａを成長させる。

次に、ＧａＮ層２２Ａ上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、ｎ型コンタクト層２３Ａ、ｎ型クラッド層２４Ａ，ｎ型光導波層２５Ａ、活性層２６Ａ，劣化防止層２７Ａ、ｐ型キャップ層２８Ａ、ｐ型光導波層２９Ａ、ｐ型クラッド層３０Ａおよびｐ型コンタクト層３１Ａを順次成長させる。

ここで、Ｉｎを含まない層であるｎ型コンタクト層２３Ａ、ｎ型クラッド層２４Ａ、ｎ型光導波層２５Ａ、ｐ型キャップ層２８Ａ、ｐ型光導波層２９Ａ、ｐ型クラッド層３０Ａおよびｐ型コンタクト層３１Ａの成長温度は例えば１０００℃程度とし、Ｉｎを含む層である活性層２６Ａの成長温度は例えば７００℃以上８００℃以下とする。劣化防止層２７Ａの成長温度は、成長開始時点は活性層２６Ａの成長温度と同じ温度に設定し、その後例えば直線的に上昇させ、成長終了時点でｐ型キャップ層２８Ａの成長温度と同じ温度になるようにする。

次に、ｐ型コンタクト層３１Ａの表面全体に、例えばＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより例えば厚さが０．１μｍのＳｉＯ2 膜（図示せず）を形成する。続いて、フォトリソグラフィにより、ＳｉＯ2 膜上にメサ部３２の形状に対応した所定形状のレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとして、例えばフッ酸系エッチング液によるウエットエッチング法、または、ＣＦ4 やＣＨＦ3 などのフッ素を含むエッチングガスを用いたＲＩＥ法によりＳｉＯ2 膜をエッチングし、パターニングする。続いて、レジストパターンを除去した後、ＳｉＯ2 膜をマスクとして、例えば塩素系ガスを用いたＲＩＥ法によりｎ型コンタクト層２３Ａに達するまでエッチングを行うことにより、メサ部３２を形成する。

次に、上記ＳｉＯ2 膜を除去した後、表面全体に、例えばＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより例えば厚さが０．２μｍのＳｉＯ2 膜（図示せず）を形成する。続いて、フォトリソグラフィにより、ＳｉＯ2 膜上にリッジ部３３の形状に対応した所定形状のレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとして、例えばフッ酸系エッチング液によるウエットエッチング法、または、ＣＦ4 やＣＨＦ3 などのフッ素を含むエッチングガスを用いたＲＩＥ法によりＳｉＯ2 膜をエッチングし、パターニングする。続いて、レジストパターンを除去した後、ＳｉＯ2 膜をマスクとして、例えば塩素系ガスを用いたＲＩＥ法によりｐ型クラッド層３０Ａの所定の深さまでエッチングを行うことにより、リッジ部３３を形成する。

次に、上記ＳｉＯ2 膜を除去した後、表面全体に、例えばＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより例えば厚さが０．３μｍのＳｉＯ2 膜（図示せず）を形成する。続いて、フォトリソグラフィにより、ｎ側電極３６の形成されることとなる領域に開口を有するレジストパターン（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ＳｉＯ2 膜をエッチングする。次に、表面全体に、例えば真空蒸着法によりＴｉ、ＰｔおよびＡｕを順次形成した後、リフトオフ法により、レジストパターンを除去することによりｎ側電極３６を形成する。続いて、同様なプロセスで、ＳｉＯ2 膜のうちリッジ部３３の上部（ｐ型コンタクト層３１）に対応する部分を除去して絶縁膜３４Ａを形成したのち、ｐ型コンタクト層３１上にｐ側電極３５を形成する。

次に、上記のようにして形成したレーザ構造および基板１０をバー状にへき開することにより、複数のレーザ構造を並列に配置した構造を有すると共に、共振器方向にへき開面３０Ａおよびへき開面３１Ａを有するバー１Ａを形成する。次に、例えばＥＣＲプラズマスパッタリングにより、へき開面３０Ａに被膜３９を、へき開面３１Ａに被膜４０をそれぞれ形成する。続いて、バー１Ａをペレタイズすることにより、半導体レーザ１が製造される。その後、この半導体レーザ１をパッケージに組み立て封入したのち、以下の改質工程および劣化率選別工程を行う。

（改質工程）
以下、改質工程について説明する。まず、半導体レーザ１のｐ側電極３５およびｎ側電極３６に、外部電源からしきい値以上の大きさの電流を所定の時間流してレーザ光を被膜３９に照射する。

これは、Ｌ−Ｉ特性や、スペクトル、ＦＦＰ（Far Field Patterｎ) などのレーザ特性の悪いレーザを選別するための、いわゆるバー・チェックの工程とは異なり、バー・チェックよりも遥かに長い時間の間、被膜３９にレーザ光を照射し、これにより、被膜３９のうちレーザ光の照射された領域を含む領域を改質する工程である。

図４は、この改質工程を終えた被膜３９の断面をＴＥＭ（Transmission Electron Microscope：透過型電子顕微鏡）で観察したものである。なお、図中のＣ１およびＣ２はＴＥＭサンプルを作成する際に設けられた保護膜である。このときの被膜３９は、射出側端面の反射率が１０％となるように調整されたＡｌ２Ｏ３単層膜であり、被膜４０は、反射側端面の反射率が９５％となるように調整された、Ａｌ２Ｏ３およびＴｉＯ2 を１組として４組重ね合わせた多層膜である。また、外部条件は、半導体レーザ１の仕様（例えば、半導体レーザ１の雰囲気の温度が２０℃以上９５℃以下、光出力が３０ｍＷ（ＣＷ駆動）以上）の範囲内の値、具体的には、半導体レーザ１の雰囲気の温度が７５℃、光出力が５０ｍＷ（ＣＷ駆動）、レーザ照射時間が１３時間に設定されている。この図から、被膜３９のうち活性層２６近傍に厚さが最大２２ｎｍの改質領域４１が形成されているのが確認できる。

図５（Ａ），（Ｂ）は半導体レーザ１のＣＯＤレベルの統計分布を表すものである。図５（Ａ）は改質工程を行う前のものを、図５（Ｂ）は改質工程を行った後のものをそれぞれ示している。このときの被膜３９および被膜４０の構成は上記の図４のケースと同様である。また、外部条件は、半導体レーザ１の仕様の範囲内の値、具体的には、半導体レーザ１の雰囲気の温度が９０℃、光出力が１２０ｍＷ（ＣＷ駆動）、レーザ照射時間が９時間に設定されている。この図から、改質工程を行うことにより、ＣＯＤレベルが分布の平均値で約７０ｍＷも上昇していることが確認できる。また、レーザ照射時間が１０時間の場合も図５（Ａ），（Ｂ）と同様の結果が得られる。このように改質工程を行うことによりＣＯＤレベルを上昇させるには、他の実験結果から、半導体レーザ１の雰囲気の温度および光出力が半導体レーザ１の仕様の範囲内の値であるとき、レーザ照射時間を２時間以上とすることが必要であることが確認されている。なお、図５（Ｂ）の点線については後述する。

図６は、半導体レーザ１のＩ−Ｌ特性を表すものである。図６中の実線が改質工程を行う前のものを、図６中の破線が改質工程を５０時間行ったものを、図６中の一点鎖線が改質工程を４００時間行ったものを、図６中の二点鎖線が改質工程を８００時間行ったものをそれぞれ示している。このときの被膜３９および被膜４０の構成は上記の図４のケースと同様である。また、外部条件は、半導体レーザ１の仕様の範囲内であり、具体的には、半導体レーザ１の雰囲気の温度が６０℃、光出力が１２０ｍＷ（パルス駆動）、レーザ照射時間が５０時間、４００時間または８００時間に設定されている。この図から、改質工程を行うことにより、駆動時間が長くなるにつれて、キンクレベルが低下していくようなことはなく、むしろ、キンクレベルが上昇していくことが確認できる。

図７は、改質工程を長時間に渡って行ったときのＩ−Ｌ特性の傾きηｄの増加率を表すものである。このときの被膜３９および被膜４０の構成は上記の図４のケースと同様である。また、外部条件は、半導体レーザ１の仕様の範囲内の値、具体的には、半導体レーザ１の雰囲気の温度が７０℃、光出力が８０ｍＷ（ＣＷ駆動）、レーザ照射時間が５００時間に設定されている。この図から、傾きηｄの増加率は、１００時間の近傍で上昇しなくなり、それを超えると低下する場合もあることが確認できる。このことから、レーザ照射時間が１００時間を超えると、キンクレベルの効率的な改善はあまり望めないことがわかる。

図８（Ａ），（Ｂ）は、改質工程を行った複数の半導体レーザ１の動作電流の変化率を表すものである。図８（Ａ），（Ｂ）中の実線が動作電流の上昇率の緩やかなものを、図８中の一点鎖線が動作電流の上昇率の極めて大きなものをそれぞれ示している。このときの被膜３９および被膜４０の構成は上記の図４のケースと同様である。また、外部条件は、半導体レーザ１の仕様の範囲内の値、具体的には、半導体レーザ１の雰囲気の温度が７５℃、光出力が７０ｍＷ（ＣＷ駆動）、レーザ照射時間が２０時間に設定されている。この図から、実線に対応する半導体レーザ１では、動作電流の変化率が大きくなることはなく、また、レーザ照射時間が長くなるにつれて動作電流の変化率がほとんど変化しなくなるのがわかる。

これより、実線に対応する半導体レーザ１では、改質工程におけるレーザ照射時間は、２時間以上１００時間以下が好ましく、２時間以上１０時間以下がより好ましい。なお、一点鎖線に対応する半導体レーザ１については後述する。

（劣化率選別工程）
ところで、図５では、改質工程を行うことにより、ＣＯＤレベルがむしろ悪くなる半導体レーザ１が存在しているのが確認できる（図５（Ｂ）点線枠内）。つまり、改質工程を行うことにより、すべての半導体レーザ１のＣＯＤレベルが向上するわけではなく、ごく一部の半導体レーザ１のＣＯＤレベルはむしろ悪くなる。このような半導体レーザ１は、従来のバー・チェックでは不良と判定されることのほとんどない素子であり、出荷後、使用しているうちに徐々にＣＯＤレベルの低下するため、長期信頼性の無い素子である。また、図８（Ａ），（Ｂ）では、改質工程において、動作電流の上昇率が極めて大きくなり、かつ動作電流の上昇率が上昇し続ける半導体レーザ１が存在しているのが確認できる（図８（Ａ），（Ｂ）一点鎖線参照）。つまり、改質工程を行うことにより、ごく一部の半導体レーザ１の動作電流が大きく上昇する。このような半導体レーザ１も、従来のバー・チェックでは不良と判定されることのほとんどない素子であり、出荷後、使用しているうちに動作電流が短期間で上昇してしまうため、長期信頼性の無い素子である。

これより、このようなＣＯＤレベルの低下した半導体レーザや、動作電流の上昇率の大きな半導体レーザ（以下、これらを不良レーザと称する）を選別するための工程（劣化率選別工程）を設けることが必要となる。

この劣化率選別工程は、改質工程時に動作電流を計測しておくと、改質工程と同時進行で行うことが可能である。具体的には、劣化率選別工程では、半導体レーザ１の雰囲気の温度を２０℃以上９５℃以下の範囲内の所定の値に保った状態で、ｐ側電極３５およびｎ側電極３６に、しきい値以上の大きさであって、かつ、半導体レーザ１の仕様の範囲内の出力のレーザ光が照射されるような大きさの電流を流すると共に、ｐ側電極３５およびｎ側電極３６に流れる電流（動作電流）の変化率を計測する。そして、レーザ照射時間が所定の時間（例えば１０時間）経過したときに、動作電流がある時間（例えば通電開始から１時間経過したとき）の大きさと比べて所定の割合（例えば１．５％）以上上昇している半導体レーザ１を、不良レーザとして選別する。

さらに、ＣＯＤレベルが悪くなった半導体レーザ１を、不良レーザとして選別する。ここで、ＣＯＤレベルの悪化は、改質工程に要する時間よりも短い時間で判定可能であり、通電開始から１時間以内で判定することが好ましく、通電開始から０．０１秒および１秒の範囲内の時間で判定することがより好ましい。なお、改質工程における外部条件と異なる条件（例えば、改質工程における光出力１２０ｍＷ（ＣＷ駆動）よりも高い光出力１８０ｍＷ（ＣＷ駆動））でＣＯＤレベルの判定を行う場合は、ＣＯＤレベルの判定を改質工程の前または後ろに別途行うことが好ましい。

このように、本実施の形態の半導体レーザ１の製造方法では、被膜３９の改質工程を行うようにしたので、改質工程を行っていない場合と比べて、被膜３９の反射率が低下し、端面劣化が抑制される。これにより、ハイパワーで駆動しても、レーザ構造やレーザ光の放出角を変更することなく、出荷時のＣＯＤレベルおよびキンクレベルを共に向上させることができ、さらに、出荷後のＣＯＤレベルおよびキンクレベルを高い状態で維持することができる。その結果、改質工程を行わない場合と比べて、これらに起因した故障の発生頻度を低下させることができ、信頼性を向上させることができる。また、出荷後の動作電流の上昇率を抑えることができるので、改質工程を行っていない場合と比べて、半導体レーザ１の寿命を延ばすことができる。

また、被膜３９の改質工程と劣化率選別工程とを共に行うようにしたので、従来のバー・チェックで発見されることのほとんどない長期信頼性の無い素子（改質工程によりＣＯＤレベルの低下した半導体レーザ）を容易に選別することができる。

この半導体レーザ１では、ｐ側電極３５およびｎ側電極３６に電流が供給されると、リッジ部３３により電流狭窄された電流が活性層２６の発光領域２６ａに注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、一対の射出側端面および反射側端面により反射され、一往復したときの位相の変化がπの整数倍となる波長でレーザ発振を生じ、射出側端面の被膜３９からビームとして外部に射出される。

このとき、射出側端面の被膜３９のうちレーザ光の射出される領域を含む領域に、改質領域４１が形成されているので、改質領域４１の形成されていない場合と比べて、射出側端面の反射率が低下し、端面劣化が抑制される。これにより、ハイパワーで駆動しても、ＣＯＤレベルおよびキンクレベルを高い状態で維持することができる。その結果、改質領域４１を備えていない半導体レーザと比べて、これらに起因した故障の発生頻度を低下させることができ、信頼性を向上させることができる。また、通電中の動作電流の上昇率を抑えることができるので、改質領域４１を備えていない半導体レーザと比べて、半導体レーザ１の寿命を延ばすことができる。

［変形例］
上記実施の形態では、へき開面３０Ａおよびへき開面３１Ａを形成したのち、直ちに被膜３９、４０を形成していたが、被膜３９、４０を形成する前に、プラズマで表面処理することにより、へき開面３０Ａ、３１Ａでの端面劣化の発生を抑制することが好ましい。

この表面処理では、まず、バー１ＡをＥＣＲプラズマ装置の処理室に導入する。次に、ＥＣＲプラズマ装置の処理室内を高真空、例えば１×１０-4Ｐａ以下の圧力になるまで十分に真空排気し、プラズマが発生しやすい状態にする。この高真空中でまず、好適には１００℃以上、より好適には２００℃以上４００℃以下の温度でバー１Ａを加熱し、へき開面３０Ａ、３１Ａに付着している水分や汚染物質などを可能な限り除去しておく。

次に、処理室内に不活性ガス、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスを導入し、Ａｒプラズマを生成する。このときの処理室内の圧力を、好適には例えば１×１０-2Ｐａ程度にし、プラズマのエネルギーを、好適には１００ｋＷ・ｓ以上５００ｋＷ・ｓ以下にし、プラズマ出力を、好適には１ｋＷ以下、より好適には８００Ｗ以下、さらに好適には５００Ｗ以下にし、好適には５０Ｗ以上にする。また、暴露時間は好適には１分間以上、より好適には５分間以上、さらに好適には１０分間以上とする。このＡｒプラズマ処理は、バー１Ａをヒータなどにより加熱しないで行う。この表面処理は、へき開面３０Ａおよびへき開面３１Ａの双方に対して行うのが好ましいが、レーザ光の射出されるへき開面３０Ａに対してだけ行ってもよい。

以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。

例えば、上記実施の形態では、ゲインガイド構造の半導体レーザを例に挙げて、本発明について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の構造、例えば、インデックスガイド構造の半導体レーザに対しても適用可能である。また、ｃ面サファイア基板上にレーザ構造を形成していたが、他の基板、例えばＧａＮ基板上にレーザ構造を形成してもよい。

本発明の一実施の形態に係る半導体レーザの斜視図である。 半導体レーザのＡ−Ａ矢視方向の断面構成図である。 半導体レーザのＢ−Ｂ矢視方向の断面構成図である。 被膜の断面をＴＥＭで観察した断面構成図である。 半導体レーザのＣＯＤレベルの統計分布を表す関係図である。 半導体レーザのＩ−Ｌ特性を表す関係図である。 半導体レーザのＩ−Ｌ特性の傾きηｄの増加率を表す関係図である。 半導体レーザの動作電流の変化率を表す関係図である。

符号の説明

１…半導体レーザ、１０…基板、２０…半導体層、２１…バッファ層、２２…ＧａＮ層、２３…ｎ型コンタクト層、２４…ｎ型クラッド層、２５…ｎ型光導波層、２６…活性層、２６ａ…発光領域、２７…劣化防止層、２８…ｐ型キャップ層、２９…ｐ型光導波層、３０…ｐ型クラッド層、３１…ｐ型コンタクト層、３２…メサ部、３３…リッジ部、３４…絶縁膜、３５…ｐ側電極、３６…ｎ側電極、３７，３８…へき開面、３９，４０…被膜、４１…改質領域。

Claims (12)

1. 窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるレーザ構造と、そのレーザ構造の共振器方向に形成された一対のへき開面と、前記一対のへき開面のうちレーザ光の射出側に形成された被膜と、前記レーザ構造に電流を注入するための一対の電極とを備えた半導体レーザの製造方法であって、
   前記一対の電極にしきい値以上の大きさの電流を所定の時間流してレーザ光を前記被膜に照射することにより、前記被膜のうち前記レーザ光の照射された領域を含む領域を改質する
   ことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
2. 前記被膜は、誘電体からなる単層膜または多層膜である
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザの製造方法。
3. 前記被膜は、誘電体と半導体とを組み合わせてなる多層膜である
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザの製造方法。
4. 前記誘電体は、酸化物、窒化物およびフッ化物のいずれか１種である
   ことを特徴とする請求項２または請求項３記載の半導体レーザの製造方法。
5. 前記酸化物は、Ａｌ₂ Ｏ₃ ，ＳｉＯ₂ ，ＴｉＯ₂ ，ＴｉＯ，ＨｆＯ₂ ，Ｙ₂ Ｏ₃ ，Ｔａ₂ Ｏ₅ ，Ｓｃ₂ Ｏ₃ ，ＭｇＯまたはＮｂ₂ Ｏ₅ である
   ことを特徴とする請求項４記載の半導体レーザの製造方法。
6. 前記窒化物は、ＡｌＮ，ＳｉＮまたはＢＮである
   ことを特徴とする請求項４記載の半導体レーザの製造方法。
7. 前記フッ化物は、ＮｄＦ₃ ，ＬａＦ₃ ，ＧｄＦ₃ ，ＨｏＦ₃ ，ＣａＦ₂ ，ＭｇＦ₂ ，Ｎａ₃ ＡｌＦ₆ ，ＬｉＦまたはＡｌＦ₃ である
   ことを特徴とする請求項４記載の半導体レーザの製造方法。
8. 前記被膜を改質している間、前記半導体レーザの雰囲気の温度を２０℃以上９５℃以下の範囲内の所定の値に保った状態で、前記一対の電極に、前記半導体レーザの仕様の範囲内の出力のレーザ光が射出されるような大きさの電流を所定の時間流すと共に、前記一対の電極に流れる電流を計測する
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザの製造方法。
9. 前記所定の時間は２時間以上１００時間以下の範囲内の値である
   ことを特徴とする請求項１または請求項８記載の半導体レーザの製造方法。
10. 前記所定の時間は２時間以上１０時間以下の範囲内の値である
    ことを特徴とする請求項１または請求項８記載の半導体レーザの製造方法。
11. 前記射出側のへき開面を不活性ガスのプラズマ雰囲気へ暴露したのち、大気に曝すことなく、前記射出側のへき開面に被膜を形成する
    ことを特徴とする請求項１または請求項８記載の半導体レーザの製造方法。
12. 窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるレーザ構造と、
    前記レーザ構造の共振器方向に形成された一対のへき開面と、
    前記一対のへき開面のうちレーザ光の射出側に形成された被膜と、
    前記レーザ構造に電流を注入するための一対の電極とを備えた半導体レーザであって、
    前記被膜は、前記一対の電極にしきい値以上の大きさの電流を所定の時間流してレーザ光を前記被膜に照射することにより形成された改質領域を有する
    ことを特徴とする半導体レーザ。
    

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