JP2009272375A - Method of manufacturing semiconductor laser, and semiconductor laser - Google Patents
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Description
本発明は、半導体レーザの製造方法及び半導体レーザに関する。 The present invention relates to a semiconductor laser manufacturing method and a semiconductor laser.
半導体レーザ素子の端面に形成するARコート膜やHRコート膜といった端面コーティング膜には、屈折率の異なる誘電体膜を交互に積層してなる誘電体多層膜が用いられている。誘電体多層膜の製造には、例えば電子サイクロトロン共鳴プラズマ法(ECRプラズマ法)やイオンアシスト蒸着法(IAD法)などが用いられる。 Dielectric multilayer films formed by alternately laminating dielectric films having different refractive indexes are used as end face coating films such as an AR coat film and an HR coat film formed on the end face of the semiconductor laser element. For example, an electron cyclotron resonance plasma method (ECR plasma method) or an ion-assisted deposition method (IAD method) is used for manufacturing the dielectric multilayer film.
また、半導体レーザ素子の端面コーティング膜では、所望の反射特性(又は透過特性)を満足するために層厚が増加する傾向にあり、これに伴って膜応力が増大する。膜応力が増大すると、半導体レーザ素子の素体に歪みが生じ、動作時の信頼性に影響することが知られている(例えば特許文献1参照)。
上述したECRプラズマ法では、半導体レーザ素子の端面がプラズマに直接曝されず、また、処理温度が50℃程度と低温であることから、端面へのダメージを抑制でき、半導体レーザ素子の静電気放電(ESD)耐性の向上が図られるという利点がある。 In the ECR plasma method described above, the end face of the semiconductor laser element is not directly exposed to the plasma, and the processing temperature is as low as about 50 ° C., so that damage to the end face can be suppressed, and electrostatic discharge of the semiconductor laser element ( ESD) has an advantage that resistance can be improved.
一方、ECRプラズマ法では、プラズマ源の重量・価格などの問題で装置の大型化が困難である。そのため、均一に成膜を行うことができる面積が制限され、十分な生産性が得られないという欠点がある。また、形成さする端面コーティングの内部応力の方向を制御できないので、膜厚の増大と共に膜応力が増大するという欠点もある。 On the other hand, in the ECR plasma method, it is difficult to increase the size of the apparatus due to problems such as the weight and price of the plasma source. For this reason, there is a disadvantage that the area where the film can be uniformly formed is limited and sufficient productivity cannot be obtained. In addition, since the direction of the internal stress of the end face coating to be formed cannot be controlled, there is also a drawback that the film stress increases as the film thickness increases.
また、IAD法では、イオンアシストによって緻密な誘電体を形成できるという利点がある。また、成膜速度やイオンアシスト条件の調整により、端面コーティング膜の内部応力の方向を制御することも可能である。ECRプラズマ法に比べて装置の大型化が可能であり、量産にも適している。しかしながら、IAD法では、イオンが半導体レーザ素子の端面に当たることにより、端面へのダメージが生じ易いという欠点がある。 Further, the IAD method has an advantage that a dense dielectric can be formed by ion assist. It is also possible to control the direction of internal stress of the end face coating film by adjusting the film forming speed and ion assist conditions. Compared to the ECR plasma method, the size of the apparatus can be increased and it is suitable for mass production. However, the IAD method has a drawback that damage to the end face is likely to occur when the ions hit the end face of the semiconductor laser element.
そこで、半導体レーザ素子の製造方法においては、両者の欠点を補うことにより、生産性に優れると共に、動作信頼性及びESD耐性を十分に確保できる技術が望まれていた。 Therefore, in the manufacturing method of the semiconductor laser element, there has been a demand for a technique capable of ensuring the operational reliability and the ESD resistance as well as being excellent in productivity by compensating for the disadvantages of both.
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、生産性に優れると共に、動作信頼性及びESD耐性を十分に確保できる半導体レーザ素子の製造方法及び半導体レーザ素子を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor laser device manufacturing method and a semiconductor laser device that are excellent in productivity and can sufficiently ensure operation reliability and ESD resistance. And
上記課題の解決のため、本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法は、レーザ光を発生させる活性層を含んで構成されたレーザ素体を形成する素体形成工程と、レーザ素体におけるレーザ光の出射端面、及び当該出射端面に対向する端面の少なくとも一方に、誘電体多層膜からなる端面コーティング膜を成膜する成膜工程と、を備え、成膜工程は、レーザ素体の端面に、電子サイクロトロン共鳴プラズマ法によって第1層目の誘電体膜を形成する第1の工程と、第1層目の誘電体膜の表面に、イオンアシスト蒸着法によって第2層目以降の誘電体膜を形成する第2の工程とを備えていることを特徴としている。 In order to solve the above-described problems, a method of manufacturing a semiconductor laser device according to the present invention includes an element body forming step for forming a laser element body including an active layer that generates laser light, and a laser beam in the laser element body. Forming an end face coating film made of a dielectric multilayer film on at least one of the emission end face and the end face facing the emission end face. A first step of forming a first-layer dielectric film by an electron cyclotron resonance plasma method; and a dielectric film of the second and subsequent layers is formed on the surface of the first-layer dielectric film by an ion-assisted deposition method. And a second step of forming.
この半導体レーザ素子の製造方法では、端面コーティング膜における第1層目の誘電体膜を電子サイクロトロン共鳴プラズマ法によって形成し、第2層目以降の誘電体膜をイオンアシスト蒸着法によって形成している。第1層目を電子サイクロトロン共鳴プラズマ法で形成することにより、半導体レーザ素子の端面へのダメージが抑えられる。また、第2層目以降の成膜の際、イオンの衝突の影響は、既に形成されている第1層目の誘電体層によって緩和されるので、引き続き半導体レーザ素子の端面へのダメージが抑えられる。これにより、半導体レーザ素子のESD耐性を十分に確保できる。一方、電子サイクロトロン共鳴プラズマ法によって形成された第1層目の誘電体膜は、膜厚に関わらず圧縮方向の内部応力を有している。これに対し、第2層目以降の成膜では、成膜速度やイオンアシスト条件の調整により、引張方向の内部応力を各誘電体膜に持たせることが可能となっている。したがって、第1層目の誘電体膜と第2層目以降の誘電体膜との間で内部応力が相殺され、端面コーティング膜全体での内部応力が緩和される。これにより、端面コーティング膜の内部応力によるレーザ素体の歪みの発生が抑えられ、半導体レーザ素子の動作信頼性を十分に確保できる。さらに、この半導体レーザ素子の製造方法では、電子サイクロトロン共鳴プラズマ法よりも生産性の高いイオンアシスト法によって第2層以降を成膜するので、全体としての生産性にも優れたものとなる。 In this semiconductor laser device manufacturing method, the first dielectric film in the end face coating film is formed by the electron cyclotron resonance plasma method, and the second and subsequent dielectric films are formed by the ion-assisted deposition method. . By forming the first layer by the electron cyclotron resonance plasma method, damage to the end face of the semiconductor laser element can be suppressed. Further, when the second and subsequent layers are formed, the influence of ion collision is alleviated by the already formed first dielectric layer, so that the damage to the end face of the semiconductor laser device is continuously suppressed. It is done. Thereby, the ESD tolerance of the semiconductor laser element can be sufficiently ensured. On the other hand, the first dielectric film formed by the electron cyclotron resonance plasma method has an internal stress in the compression direction regardless of the film thickness. On the other hand, in the second and subsequent layers, it is possible to give each dielectric film an internal stress in the tensile direction by adjusting the deposition rate and ion assist conditions. Therefore, the internal stress is canceled between the first dielectric film and the second and subsequent dielectric films, and the internal stress in the entire end face coating film is relaxed. As a result, the distortion of the laser element due to the internal stress of the end face coating film can be suppressed, and the operation reliability of the semiconductor laser element can be sufficiently secured. Furthermore, in this semiconductor laser device manufacturing method, the second and subsequent layers are formed by the ion assist method, which is more productive than the electron cyclotron resonance plasma method, so that the overall productivity is excellent.
また、第1層目の誘電体膜と、第2層目の誘電体膜とが同一材料によって形成されていることが好ましい。この場合、第1層目の誘電体膜と第2層目の誘電体膜との界面における反射の影響を緩和できるので、所望の反射特性(又は透過特性)を有する端面コーティング膜を容易に得ることができる。 Further, it is preferable that the first-layer dielectric film and the second-layer dielectric film are formed of the same material. In this case, since the influence of reflection at the interface between the first dielectric film and the second dielectric film can be mitigated, an end face coating film having desired reflection characteristics (or transmission characteristics) can be easily obtained. be able to.
また、第1の工程と第2の工程との間に、第1層目の誘電体膜に付着した水分を除去可能な温度でレーザ素体を加熱する前処理工程を更に備えたことが好ましい。電子サイクロトロン共鳴プラズマ法で用いる装置からレーザ素体を搬出した際に、第1層目の誘電体膜の表面に大気中の水分が付着することがある。この水分が第1層目の誘電体膜の表面に残留したまま第2層目以降の誘電体層を形成すると、第1層目の誘電体膜と第2層目以降の誘電体膜との密着性が低下するおそれがある。したがって、第2の工程に先立って上述の前処理工程を行うことで、第1層目の誘電体膜と第2層目以降の誘電体膜との密着性を確保できる。 Further, it is preferable that a pretreatment step of heating the laser element body at a temperature at which moisture adhering to the first-layer dielectric film can be removed is preferably provided between the first step and the second step. . When the laser element is unloaded from the device used in the electron cyclotron resonance plasma method, moisture in the atmosphere may adhere to the surface of the first dielectric film. When the second and subsequent dielectric layers are formed while the moisture remains on the surface of the first dielectric film, the first dielectric film and the second and subsequent dielectric films Adhesion may be reduced. Therefore, the adhesiveness between the first dielectric film and the second and subsequent dielectric films can be secured by performing the above-described pretreatment process prior to the second process.
また、本発明に係る半導体レーザ素子は、レーザ光を発生させる活性層を含んで構成されたレーザ素体と、誘電体多層膜からなり、レーザ素体におけるレーザ光の出射端面、及び当該出射端面に対向する端面の少なくとも一方に形成された端面コーティング膜とを備え、端面コーティング膜において、レーザ素体の端面に面する第1層目の誘電体膜は、電子サイクロトロン共鳴プラズマ法によって形成された誘電体膜であり、第2層目以降の誘電体膜は、イオンアシスト蒸着法によって形成された誘電体膜であることを特徴としている。 A semiconductor laser device according to the present invention includes a laser element including an active layer that generates laser light, and a dielectric multilayer film. The laser beam emission end face of the laser element, and the emission end face And an end face coating film formed on at least one of the end faces opposite to each other, wherein the first dielectric film facing the end face of the laser element is formed by an electron cyclotron resonance plasma method. The dielectric film is a dielectric film, and the second and subsequent dielectric films are dielectric films formed by ion-assisted deposition.
この半導体レーザ素子では、端面コーティング膜における第1層目の誘電体膜が電子サイクロトロン共鳴プラズマ法によって形成され、第2層目以降の誘電体膜がイオンアシスト蒸着法によって形成されている。第1層の誘電体膜を電子サイクロトロン共鳴プラズマ法で形成することにより、半導体レーザ素子の端面へのダメージが抑えられる。また、第2層目以降の成膜の際、イオンの衝突の影響は、既に形成されている第1層目の誘電体膜によって緩和され、引き続き半導体レーザ素子の端面へのダメージが抑えられる。これにより、半導体レーザ素子のESD耐性を十分に確保できる。一方、電子サイクロトロン共鳴プラズマ法によって形成された第1層目の誘電体膜は、膜厚に関わらず圧縮方向の内部応力を有している。これに対し、第2層以降の成膜では、成膜速度やイオンアシスト条件の調整により、引張方向の内部応力を各誘電体膜に持たせることが可能となっている。したがって、第1層目の誘電体膜と第2層目以降の誘電体膜との間で内部応力が相殺され、端面コーティング膜全体での内部応力が緩和される。これにより、端面コーティング膜の内部応力によるレーザ素体の歪みの発生が抑えられ、半導体レーザ素子の動作信頼性を十分に確保できる。さらに、この半導体レーザ素子では、電子サイクロトロン共鳴プラズマ法よりも生産性の高いイオンアシスト法によって第2層目以降を成膜するので、全体としての生産性にも優れたものとなる。 In this semiconductor laser element, the first dielectric film in the end face coating film is formed by the electron cyclotron resonance plasma method, and the second and subsequent dielectric films are formed by the ion-assisted deposition method. By forming the first dielectric film by the electron cyclotron resonance plasma method, damage to the end face of the semiconductor laser element can be suppressed. Further, when the second and subsequent layers are formed, the influence of ion collision is alleviated by the already formed first-layer dielectric film, and damage to the end face of the semiconductor laser device is subsequently suppressed. Thereby, the ESD tolerance of the semiconductor laser element can be sufficiently ensured. On the other hand, the first dielectric film formed by the electron cyclotron resonance plasma method has an internal stress in the compression direction regardless of the film thickness. On the other hand, in the film formation after the second layer, it is possible to give each dielectric film an internal stress in the tensile direction by adjusting the film formation speed and ion assist conditions. Therefore, the internal stress is canceled between the first dielectric film and the second and subsequent dielectric films, and the internal stress in the entire end face coating film is relaxed. As a result, the distortion of the laser element due to the internal stress of the end face coating film can be suppressed, and the operation reliability of the semiconductor laser element can be sufficiently secured. Furthermore, in this semiconductor laser device, the second and subsequent layers are formed by the ion assist method, which is more productive than the electron cyclotron resonance plasma method, so that the overall productivity is excellent.
また、第1層の誘電体膜と第2層目の誘電体膜とが同一材料によって形成されていることが好ましい。この場合、第1層目の誘電体膜と第2層目の誘電体膜との界面における反射の影響を緩和できるので、所望の反射特性(又は透過特性)を有する端面コーティング膜を容易に得ることができる。 Further, it is preferable that the first-layer dielectric film and the second-layer dielectric film are formed of the same material. In this case, since the influence of reflection at the interface between the first dielectric film and the second dielectric film can be mitigated, an end face coating film having desired reflection characteristics (or transmission characteristics) can be easily obtained. be able to.
本発明によれば、生産性に優れると共に、動作信頼性及びESD耐性を十分に確保できる。 According to the present invention, it is excellent in productivity, and operation reliability and ESD resistance can be sufficiently secured.
以下、図面を参照しながら、本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法及び半導体レーザ素子の好適な実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a semiconductor laser device manufacturing method and a semiconductor laser device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る半導体レーザ素子の好適な実施形態について詳細に説明する。図1は、本発明に係る半導体レーザ素子の一実施形態を示す断面図である。また、図2は、図1におけるII−II線断面図である。 FIG. 1 describes in detail a preferred embodiment of a semiconductor laser device according to the present invention. FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a semiconductor laser device according to the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
図1及び図2に示す半導体レーザ素子1は、分布帰還型半導体レーザである。この半導体レーザ素子1は、安定した単一モード性が要求される長距離光通信システムの光源として用いられる。半導体レーザ素子1は、所定波長のレーザ光を発生させるレーザ素体Pを備えている。
The
レーザ素体Pは、略直方体形状をなしており、半導体基板2と、半導体基板2の一面側において、所定の方向に延在する半導体メサ部3と、半導体メサ部3の両側部を覆うように形成された埋め込み層4,5と、半導体メサ部3及び埋め込み層4,5の表面に形成されたクラッド層6と、クラッド層6の表面に形成されたコンタクト層7とによって構成されている。
The laser element P has a substantially rectangular parallelepiped shape so as to cover the
また、レーザ素体Pにおいて、コンタクト層7の表面及び半導体基板2の他面側には、電極層8,9がそれぞれ形成されており、半導体メサ部3の延在方向(導波路方向)の端面20a,20bには、高反射膜21及び反射防止膜22がそれぞれ形成されている。
In the laser element P,
半導体基板2は、例えばSnがドープされたn型InP基板である。半導体基板2の厚みは、約100μmとなっている。半導体メサ部3は、半導体基板2側から順に、クラッド層11、活性層12、回折格子形成層13、クラッド層14が積層されて構成されている。半導体メサ部3は、活性層12を含む半導体領域を積層方向にエッチングで切り出すことにより、ストライプ状に形成されている。
The
活性層12は、例えばInGaAsP層である。活性層12は、例えば多重量子井戸(MQW)構造を有している。活性層12には、クラッド層11及びクラッド層6,14からキャリアが注入され、このキャリアが再結合することによって光が発生する。
The
半導体メサ部3のクラッド層11は、例えばSiがドープされたn型InP層である。また、クラッド層14は、例えばZnがドープされたp型InP層である。クラッド層11,14の屈折率は、活性層12よりも小さくなっており、これにより、クラッド層11,14は、活性層12で発生した光を閉じ込める層として機能する。
The
回折格子形成層13は、例えばZnがドープされたInGaAsP層である。回折格子形成層13には、図2に示すように、導波路方向に沿った周期的な凹凸パターンからなる回折格子Gが形成されている。凹凸パターンにおける各凹部の深さは例えば30nmとなっており、その間隔は、例えば120nmとなっている。
The diffraction
このような回折格子形成層13は、半導体メサ部3の長手方向に沿って活性層12の内部を進行する光の一部を、進行方向とは反対の方向に反射させる。これにより、活性層12の内部では、回折格子Gにおける凹凸パターンの周期で決まる波長の光が帰還される。
Such a diffraction
埋込層4は、例えばZnがドープされたp型InP層である。埋込層4は、半導体メサ部3の側部に近づくにつれて厚みが増し、クラッド層14の側部までを覆っている。一方、埋込層5は、例えばFeがドープされたp型InGaAs層である。埋込層5は、埋込層4の表面を覆うように形成され、埋込層5の表面は、フラットな状態になっている。
The buried
クラッド層6は、例えばZnがドープされたp型InP層である。クラッド層6は、半導体メサ部3のクラッド層14及び埋込層4,5を覆うように形成されており、クラッド層14との協働によって、活性層12の内部の光の閉じ込め効果を高めている。
The
コンタクト層7は、例えばZnがドープされたp型InGaAs層である。コンタクト層7は、電極層8とクラッド層6との間でのオーミック接触を実現する。電極層8及び電極層9は、例えばAuめっき層であり、厚みは10μm程度となっている。電極層8は、コンタクト層7の表面に形成されており、電極層9は、半導体基板2の他面に形成されている。
The
高反射膜21及び反射防止膜22は、互いに屈折率が異なる誘電体膜を交互に積層してなる誘電体多層膜である。高反射膜21は、発振波長に対する反射率が例えば80%以上となっており、レーザ素体Pの端面20aでの反射を強化する機能を有している。反射防止膜22は、発振波長に対する反射率が例えば5%以下となっており、レーザ素体Pの端面20bでの反射を低減させる機能を有している。
The
高反射膜21は、図3に示すように、電子サイクロトロン共鳴プラズマ法(以下、「ECRプラズマ法」と記す)によって形成された第1層目の誘電体膜31と、イオンアシスト蒸着法(以下、「IAD法」と記す)によって交互に形成された第2層目〜第7層目の誘電体膜32,33とによって構成されている。
As shown in FIG. 3, the highly
誘電体膜31は、例えばAl2O3によって形成されている。誘電体膜31の膜厚は、例えば200Å〜500Åとなっている。誘電体膜31は、第2層目以降の誘電体膜32,33をIAD法で形成する際の端面20aへのダメージを緩和する機能を有している。
The
端面20aへのダメージの指標は、例えば半導体レーザ素子1の静電気放電耐性(以下、「ESD耐性」と記す)で表される。IAD法では、経時劣化しにくい緻密な膜を得るために、Arガスといった不活性ガスをプラズマ化して用いている。このプラズマがレーザ素体Pの端面20aに当たると、端面20aにダイグリングボンドが形成され、ESD耐性が低下することが考えられる。上述した誘電体膜31の膜厚の下限は、半導体レーザ素子1が、順方向・逆方向とも1kV以上のESD耐性を維持するために必要な範囲での最小の膜厚である。
The index of damage to the
高反射膜21は、IAD法で形成される第2層目以降の誘電体膜32,33のみによって最適な光学設計がなされており、誘電体膜31の膜厚が増大すると、高反射膜21の反射率が徐々に低下する。したがって、誘電体膜31の膜厚の上限は、発振波長に対する反射率を80%以上に維持するために必要な範囲での最大の膜厚である。
The
また、ECRプラズマ法で形成された誘電体膜31は、膜厚に関わらず、圧縮方向の内部応力を有している。上述した膜構成において、誘電体膜31の内部応力は、圧縮方向に例えば300MPa〜350MPa程度となっている。
Further, the
誘電体膜32は、例えばAl2O3によって形成されている。誘電体膜32の膜厚は、例えば2015Åとなっている。また、誘電体膜33は、例えばTiO2によって形成されている。誘電体膜33の膜厚は、例えば1430Åとなっている。第1層目の誘電体膜31と第2層目の誘電体膜32とは、共にAl2O3によって形成されており、実際には一体化している。
The
誘電体膜32,33は、誘電体膜31の内部応力を相殺する機能を有している。上述した膜構成において、第2層目〜第7層目の誘電体膜32,33の内部応力は、成膜速度やイオンアシスト条件の調整により、引張方向に例えば210MPa程度となっている。第1層目の誘電体膜31の内部応力は、第2層目〜第7層目の誘電体膜32,33の内部応力によって相殺される。高反射膜21全体での内部応力は、より膜厚の大きい第2層目〜第7層目の誘電体膜32,33に依存し、例えば引張方向に180MPa〜200MPaとなる。
The
反射防止膜22は、図4に示すように、ECRプラズマ法によって形成された第1層目の誘電体膜41と、IAD法によって交互に形成された第2層目〜第3層目の誘電体膜42,43とによって構成されている。
As shown in FIG. 4, the
誘電体膜41は、高反射膜21の誘電体膜31と同様に、例えばAl2O3によって形成されている。誘電体膜41の膜厚は、例えば200Å〜500Åとなっており、第2層目及び第3層目の誘電体膜42,43をIAD法で形成する際の端面20bへのダメージを緩和する機能を有している。
The
第2層目の誘電体膜42は、例えばAl2O3によって形成されている。誘電体膜42の膜厚は、例えば1080Åとなっている。また、第3層目の誘電体膜43は、例えばTiO2によって形成されている。誘電体膜43の膜厚は、例えば450Åとなっている。第1層目の誘電体膜41と第2層目の誘電体膜42とは、共にAl2O3によって形成されており、実際には一体化している。
The
続いて、上述した半導体レーザ素子1の製造方法について説明する。
Then, the manufacturing method of the
半導体レーザ素子1の製造にあたっては、半導体基板2を用意する。次に、例えば有機金属気相成長法により、半導体基板2の一面に、クラッド層11、活性層12、及び回折格子形成層13を成長させる。
In manufacturing the
次に、回折格子形成層13の表面にレジストを塗布し、例えば電子ビーム露光装置を用いてレジストに所定ピッチのライン&スペースを形成する。そして、回折格子形成層13の表面をウェットエッチングし、回折格子Gを形成する。その後、回折格子形成層13の表面にクラッド層14を成長させる。
Next, a resist is applied to the surface of the diffraction
次に、例えばフォトリソグラフィーを用いることにより、クラッド層15の表面にストライプ状の絶縁層を形成する。そして、この絶縁層をマスクとし、例えばドライエッチングによってクラッド層14、回折格子形成層13、及び活性層12をエッチングする。これにより、半導体メサ部3が形成される。
Next, a stripe-shaped insulating layer is formed on the surface of the cladding layer 15 by using, for example, photolithography. Then, using this insulating layer as a mask, the
半導体メサ部3の形成の後、例えば有機金属気相成長法により、半導体メサ部3を埋め込むように埋込層4,5を成長させる。その後、例えば有機金属気相成長法によってクラッド層14及び埋込層5の表面にクラッド層6及びコンタクト層7を形成する。次に、コンタクト層7の表面及び半導体基板2の他面側に電極層8,9をそれぞれ形成して、レーザ素体Pが形成される。
After the formation of the
レーザ素体Pを形成した後、端面コーティング膜の成膜工程を行う。成膜工程では、まず、レーザ素体PをECRプラズマ装置に導入し、レーザ素体Pの端面20aに、高反射膜21における第1層目の誘電体膜31を成膜する(第1の工程)。ECRプラズマ装置による成膜処理温度は、例えば50℃である。誘電体膜31の形成の後、レーザ素体PをIAD装置に導入し、第1層目の誘電体膜31の成膜に引き続き、第2層目〜第7層目の誘電体膜32,33を成膜する(第2の工程)。IAD装置による成膜処理温度は、例えば250℃である。ECRプラズマ装置及びIAD装置は、いずれも公知の装置を用いることができる。
After the laser element P is formed, an end face coating film is formed. In the film forming step, first, the laser element P is introduced into the ECR plasma apparatus, and the
ところで、ECRプラズマ装置による成膜の後、IAD装置による成膜を行う際、レーザ素体Pは、一旦大気中に搬出される。このとき、端面20aに形成された誘電体膜31の表面に大気中の水分が付着することがある。この水分が誘電体膜31の表面に残留したまま第2層目以降の誘電体層32,33を形成すると、誘電体膜31と誘電体膜32,33との密着性が低下するおそれがある。
By the way, after the film formation by the ECR plasma apparatus, when the film formation by the IAD apparatus is performed, the laser element body P is once carried out into the atmosphere. At this time, moisture in the atmosphere may adhere to the surface of the
そこで、本実施形態では、IAD装置による成膜処理に先立って、第1層目の誘電体膜31に付着した水分を除去可能な温度でレーザ素体Pを加熱する前処理工程を実行する。図5は、前処理工程を含めた全成膜工程におけるレーザ素体Pの温度を示す図である。同図に示すように、ECR装置における成膜処理では、レーザ素体Pの温度は、およそ15分間、約50℃に維持される。
Therefore, in the present embodiment, prior to the film formation process by the IAD apparatus, a pretreatment process is performed in which the laser element P is heated at a temperature at which moisture adhering to the
ECR装置から搬出された後、IAD装置に導入されるまでの間、レーザ素体Pは、室温(約25℃)レベルで維持される。IAD装置に導入された後、前処理工程において、およそ30分間の前処理工程がなされる。前処理工程では、室温から約250℃まで急激にレーザ素体Pの温度が上昇する。前処理工程の後、IAD装置における成膜処理では、レーザ素体Pの温度は、およそ45分間、約250℃に維持される。 The laser element P is maintained at a room temperature (about 25 ° C.) level after being unloaded from the ECR apparatus and being introduced into the IAD apparatus. After being introduced into the IAD apparatus, a pretreatment step of approximately 30 minutes is performed in the pretreatment step. In the pretreatment process, the temperature of the laser element P rapidly increases from room temperature to about 250 ° C. After the pretreatment process, in the film forming process in the IAD apparatus, the temperature of the laser element P is maintained at about 250 ° C. for about 45 minutes.
高反射膜21の成膜の後、同様の手法により、レーザ素体Pの端面20bに反射防止膜22を成膜すると、図1及び図2に示した半導体レーザ素子1が完成する。
After the formation of the
以上説明したように、本実施形態に係る半導体レーザ素子1の製造方法では、高反射膜21における第1層目の誘電体膜31をECRプラズマ法によって形成し、第2層目以降の誘電体膜32,33をIAD法によって形成している。また、反射防止膜22についても同様の手法を用いている。
As described above, in the method of manufacturing the
ECRプラズマ法では、端面20a,20bがプラズマに直接曝されず、また、処理温度が50℃程度と低温であるため、第1層目の形成にあたって、半導体レーザ素子1の端面20a,20bへのダメージが抑えられる。また、第2層目以降の成膜の際、イオンの衝突の影響は、既に形成されている第1層目によって緩和されるので、引き続き半導体レーザ素子の端面20a,20bへのダメージが抑えられる。これにより、半導体レーザ素子のESD耐性を十分に確保できる。
In the ECR plasma method, the end faces 20a and 20b are not directly exposed to the plasma, and the processing temperature is as low as about 50 ° C., so the first layer is formed on the end faces 20a and 20b of the
一方、ECRプラズマ法によって形成された第1層目の誘電体膜31,41は、膜厚に関わらず圧縮方向の内部応力を有している。これに対し、第2層目以降の成膜では、成膜速度やイオンアシスト条件の調整により、引張方向の内部応力を各誘電体膜32,33,42,43に持たせることが可能となっている。したがって、第1層目の誘電体膜31,41と第2層目以降の誘電体膜32,33,42,43との間で内部応力が相殺され、高反射膜21及び反射防止膜22全体での内部応力が緩和される。
On the other hand, the first
これにより、高反射膜21及び反射防止膜22の内部応力によるレーザ素体Pの歪みの発生が抑えられ、半導体レーザ素子1の動作信頼性を十分に確保できる。さらに、この半導体レーザ素子の製造方法では、ECRプラズマ法よりも生産性の高いIAD法によって第2層以降を成膜するので、全体としての生産性にも優れたものとなる。
Thereby, generation | occurrence | production of the distortion of the laser element P by the internal stress of the
また、本実施形態に係る半導体レーザ素子1の製造方法では、第1層目の誘電体膜31,41と、第2層目の誘電体膜32,42とが同一材料によって形成されている。これにより、第1層目の誘電体膜31,41と第2層目の誘電体膜32,42との界面における反射の影響を緩和できるので、所望の反射特性(又は透過特性)を有する高反射膜21及び反射防止膜22を容易に得ることができる。
In the method for manufacturing the
また、本実施形態に係る半導体レーザ素子1の製造方法では、IAD法による成膜に先立って、第1層目の誘電体膜31,41に付着した水分を除去可能な温度でレーザ素体Pを加熱する前処理工程を備えている。この前処理工程により、ECRプラズマ装置からレーザ素体を搬出した際に第1層目の誘電体膜31,41の表面に付着した大気中の水分が除去され、第1層目の誘電体膜31,41と第2層目以降の誘電体膜32,33,42,43との密着性を確保できる。なお、膜の密着性の可否は、例えばヒートサイクル等の負荷がかかった環境下での膜剥がれの有無を観察することで判定が可能である。
Further, in the method for manufacturing the
続いて、本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の効果確認試験の試験結果について説明する。 Subsequently, test results of an effect confirmation test of the semiconductor laser device manufacturing method according to the present invention will be described.
この効果確認試験は、構成の異なる端面コーティング膜を成膜した半導体レーザ素子のサンプル(サンプル1〜サンプル4)を作製し、各サンプルにおける端面コーティング膜の内部応力、ESD耐性、動作信頼性を測定したものである。
In this effect confirmation test, samples (
サンプル1(比較例)は、ECR法による第1層目の誘電体膜を形成せず、上述した第2層目〜第7層目の誘電体膜32,33と同様の膜をIAD法によってレーザ素体の端面に直接形成したものである。サンプル2(実施例)は、ECR法によってAl2O3からなる第1層目の誘電体膜を200Åの厚さで形成し、かつIAD法によってサンプル1と同様の第2層目〜第7層目の誘電体膜をレーザ素体の端面に形成したものである。
In sample 1 (comparative example), the first dielectric film by the ECR method is not formed, and the same films as the second to seventh
サンプル3(実施例)は、ECR法によってAl2O3からなる第1層目の誘電体膜を500Åの厚さで形成し、かつIAD法によってサンプル1と同様の第2層目〜第7層目の誘電体膜をレーザ素体の端面に形成したものである。サンプル4(比較例)は、第2層目〜第7層目の誘電体膜をECR法によってレーザ素体の端面に直接形成したものである。
In sample 3 (example), a first dielectric film made of Al 2 O 3 is formed to a thickness of 500 mm by ECR, and second to seventh layers similar to
図6は、その試験結果を示す図である。同図に示すように、サンプル1では、端面コーティング膜全体での内部応力は、引張方向に211MPaであった。サンプル1は、動作信頼性には問題が無かったものの、ESD耐性は、順方向・逆方向ともに1kVを下回るものであった。サンプル2では、第1層目の誘電体膜の内部応力は、圧縮方向に337MPaであり、第2層目〜第7層目の誘電体膜の内部応力は、引張り方向に211MPaであった。端面コーティング膜全体での内部応力は、引張り方向に206MPaであった。サンプル2は、ESD耐性及び動作信頼性の双方について良好な結果であった。
FIG. 6 is a diagram showing the test results. As shown in the figure, in
また、サンプル3では、第1層目の誘電体膜の内部応力は、圧縮方向に312MPaであり、第2層目〜第7層目の誘電体膜の内部応力は、引張り方向に211MPaであった。端面コーティング膜全体での内部応力は、引張り方向に188MPaであった。サンプル3は、サンプル2と同様に、ESD耐性及び動作信頼性の双方について良好な結果であった。サンプル4では、端面コーティング膜全体での内部応力は、圧縮方向に776MPaであった。サンプル4は、ESD耐性に問題は無かったものの、良好な動作信頼性が得られなかった。
In
以上の結果から、第1層目の誘電体膜をECRプラズマ法によって形成し、第2層目以降の誘電体膜をIAD法によって形成することが、端面コーティング膜の内部応力の緩和及びレーザ素体の端面へのダメージの軽減を実現し、半導体レーザ素子のESD耐性及び動作信頼性の確保に寄与することが確認された。 From the above results, forming the first dielectric film by the ECR plasma method and forming the second and subsequent dielectric films by the IAD method alleviates the internal stress of the end face coating film and the laser element. It was confirmed that the damage to the end face of the body was reduced and it contributed to ensuring the ESD resistance and operation reliability of the semiconductor laser element.
1…半導体レーザ素子、12…活性層、20a,20b…端面、21…高反射膜、22…反射防止膜、31,41…誘電体膜(第1層目の誘電体膜)、32,33,42,43…誘電体膜(第2層目以降の誘電体膜)、P…レーザ素体。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記レーザ素体における前記レーザ光の出射端面、及び当該出射端面に対向する端面の少なくとも一方に、誘電体多層膜からなる端面コーティング膜を成膜する成膜工程と、を備え、
前記成膜工程は、
前記レーザ素体の前記端面に、電子サイクロトロン共鳴プラズマ法によって第1層目の前記誘電体膜を形成する第1の工程と、
前記第1層目の誘電体膜の表面に、イオンアシスト蒸着法によって第2層目以降の誘電体膜を形成する第2の工程とを備えていることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。 An element body forming step of forming a laser element body including an active layer for generating laser light;
A film forming step of forming an end face coating film made of a dielectric multilayer film on at least one of the laser light emitting end face and the end face facing the emitting end face in the laser element body,
The film forming step includes
A first step of forming the first dielectric film on the end face of the laser element by electron cyclotron resonance plasma;
And a second step of forming a second and subsequent dielectric films on the surface of the first dielectric film by ion-assisted deposition. .
誘電体多層膜からなり、前記レーザ素体における前記レーザ光の出射端面、及び当該出射端面に対向する端面の少なくとも一方に形成された端面コーティング膜とを備え、
前記端面コーティング膜において、
前記レーザ素体の前記端面に面する第1層目の誘電体膜は、電子サイクロトロン共鳴プラズマ法によって形成された誘電体膜であり、
第2層目以降の誘電体膜は、イオンアシスト蒸着法によって形成された誘電体膜であることを特徴とする半導体レーザ素子。 A laser element body including an active layer for generating laser light;
It is composed of a dielectric multilayer film, and includes an end face coating film formed on at least one of an end face facing the exit end face of the laser beam in the laser element body, and
In the end face coating film,
The first dielectric film facing the end face of the laser element is a dielectric film formed by an electron cyclotron resonance plasma method,
2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the second and subsequent dielectric films are dielectric films formed by ion-assisted deposition.
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