JP2650769B2 - Method of manufacturing semiconductor laser device - Google Patents

Method of manufacturing semiconductor laser device

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JP2650769B2 JP2024903A JP2490390A JP2650769B2 JP 2650769 B2 JP2650769 B2 JP 2650769B2 JP 2024903 A JP2024903 A JP 2024903A JP 2490390 A JP2490390 A JP 2490390A JP 2650769 B2 JP2650769 B2 JP 2650769B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、AlGaAs系の端面出射型半導体レーザ装置の
製造方法に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing an AlGaAs-based edge-emitting semiconductor laser device.

(従来の技術) 光ディスク装置等の光源として、AlGaAs系等の半導体
レーザ装置が幅広く用いられてきている。半導体レーザ
装置を書込み可能な追記型光ディスク装置や消去も可能
な書換え型光ディスク装置の光源として用いる場合に
は、40〜50mWという高い光出力状態に於いても高い信頼
性を有することが要求される。また、YAGレーザ等の固
体レーザ装置の励起用光源として用いる場合には、100m
W以上の高出力が要求される。
(Prior Art) A semiconductor laser device of AlGaAs type or the like has been widely used as a light source of an optical disk device or the like. When a semiconductor laser device is used as a light source of a writable write-once optical disk device or an erasable rewritable optical disk device, it is required to have high reliability even in a high light output state of 40 to 50 mW. . When used as a light source for excitation of a solid-state laser device such as a YAG laser,
High output of W or more is required.

(発明が解決しようとする課題) ところが、現在のところ実用化されている比較的高出
力の半導体レーザ装置では、同一構造の素子で比較した
場合、信頼性は光出力の4乗に反比例することが報告さ
れている。即ち、高い信頼性を維持したままで光出力を
高めることは非常に困難であった。
(Problems to be Solved by the Invention) However, in a comparatively high-power semiconductor laser device currently in practical use, the reliability is inversely proportional to the fourth power of the light output when compared with devices having the same structure. Have been reported. That is, it has been very difficult to increase the light output while maintaining high reliability.

高出力動作における半導体レーザ装置の劣化原因の主
たるものは、端面劣化である。これは、光出射端面では
光密度が高いので、該端面に於いて局部的に発熱を生じ
ることに起因している。この発熱のメカニズムを第11図
及び第12図を参照して説明する。
The main cause of deterioration of the semiconductor laser device in high-power operation is end face deterioration. This is because the light emission end face has a high light density and generates heat locally at the end face. The mechanism of this heat generation will be described with reference to FIGS. 11 and 12.

第11図(a)及び(b)は、それぞれ、n型及びp型
のGaAsの(110)面が僅かに酸化されたときに生じる表
面準位に起因する表面近傍のエネルギ帯構造を模式的に
示す図である。n型及びp型の何れの場合に於いても、
多数キャリアが表面近傍に蓄積して、いわゆる蓄積層1
が形成されていることがわかる。
FIGS. 11 (a) and 11 (b) schematically show the energy band structure near the surface due to the surface level generated when the (110) plane of n-type and p-type GaAs is slightly oxidized, respectively. FIG. In both n-type and p-type cases,
The majority carriers accumulate near the surface, so-called accumulation layer 1
It can be seen that is formed.

一般に、半導体の表面準位は表面近傍のエネルギ帯を
曲げることが知られているが、その曲がり方は、第11図
(a)及び(b)に示されているように蓄積層1を形成
する場合のほか、第12図(a)及び(b)に模式的に示
すように少数キャリアが表面近傍に集まり、多数キャリ
アが表面から遠ざけられた結果、局部的に伝導型が反転
した反転層2が形成される場合がある。蓄積層1が形成
されるか、反転層2が形成されるかは、表面準位と半導
体のフェルミ準位との大小関係で決定され、GaAsの場合
にはn型及びp型の何れの場合に於いても蓄積層1が形
成される。
In general, it is known that the surface level of a semiconductor bends the energy band near the surface. The bending is performed by forming the storage layer 1 as shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b). In addition to the above, as shown schematically in FIGS. 12 (a) and (b), the minority carriers gather near the surface and the majority carriers are moved away from the surface, resulting in a local inversion of the conductivity type. 2 may be formed. Whether the accumulation layer 1 or the inversion layer 2 is formed is determined by the magnitude relation between the surface state and the Fermi level of the semiconductor. In the case of GaAs, either the n-type or the p-type The storage layer 1 is also formed in the above.

表面準位Esに捕捉された電子及び正孔は短い緩和時間
で解放され、そのエネルギが熱として放出される。空準
位となった表面準位には、新たに電子または正孔が捕捉
され上記と同じ過程が繰り返され、熱が放出され続け
る。
The electrons and holes trapped in the surface state Es are released in a short relaxation time, and the energy is released as heat. The electrons or holes are newly trapped in the vacant surface level, the same process is repeated, and heat is continuously released.

以上の過程を繰り返す間に、表面準位から放出された
熱が半導体端面に集中し、その発熱によりエネルギ帯の
禁制帯幅が縮小し、更に光の吸収により少数キャリア数
が増し、表面準位を介して発熱が更に増すことになる。
この過程により、半導体表面の温度が上昇し、ひいては
融点にまで至り、端面破壊が生じる。
During the repetition of the above process, heat released from the surface level is concentrated on the semiconductor end face, and the heat generated reduces the energy band gap, further increases the number of minority carriers due to light absorption, and increases the surface level. The heat generation is further increased via.
By this process, the temperature of the semiconductor surface rises and eventually reaches the melting point, and the end face is destroyed.

GaAsの場合には、蓄積層が形成されるが、他の材料、
例えばAlGaAsでは反転層が形成される場合もある。この
場合、表面準位に捕捉されるのは多数キャリアである
が、蓄積層の場合と同様の過程を経て端面破壊が生じ
る。また、高注入状態で用いる半導体レーザ装置の場合
には、表面準位に起因する発熱は、より深刻な問題とな
っていた。
In the case of GaAs, a storage layer is formed, but other materials,
For example, in AlGaAs, an inversion layer may be formed. In this case, although majority carriers are trapped in the surface state, the end face is destroyed through the same process as in the case of the accumulation layer. Further, in the case of a semiconductor laser device used in a high injection state, heat generation due to surface states has become a more serious problem.

上述のような端面の発熱に起因する端面劣化を防止す
るための方法として、端面近傍に窓領域を形成する構造
が提案されている。これは、端面近傍にレーザ光に対し
て透明な領域を設け、それによって端面に於ける光吸収
を無くし、光吸収に起因する発熱を抑制するものであ
る。しかし、そのような構成とする場合には、窓領域を
形成する工程が非常に複雑であり、しかも端面近傍に導
波路を構成するのが非常に困難であるという問題が生ず
る。
As a method for preventing the end face deterioration due to the heat generation of the end face as described above, a structure in which a window region is formed near the end face has been proposed. This is to provide a region that is transparent to laser light near the end face, thereby eliminating light absorption at the end face and suppressing heat generation due to light absorption. However, in such a configuration, there is a problem that the process of forming the window region is very complicated, and it is very difficult to form a waveguide near the end face.

尚、GaAsを用いたMIS構造に於ける界面部の特性を改
善することを目的としたものとして、Extended Abstrac
ts of the 20th Conference on Solid State Devices a
nd Materials,Tokyo,(1988)第263頁〜第266頁に提案
されている方法がある。これは、GaAsの表面を(NH42
S水溶液で処理することにより、空気中でGaAs表面に形
成された酸化膜を除去し、替わりにGaSを付着させるも
のである。ここでは、GaSからなる層を形成することに
より、酸化膜に起因する表面準位が低減されている。
In order to improve the characteristics of the interface in the MIS structure using GaAs, Extended Abstrac
ts of the 20th Conference on Solid State Devices a
There is a method proposed in nd Materials, Tokyo, (1988) pp. 263-266. This makes the surface of GaAs (NH 4 ) 2
By treating with an S aqueous solution, the oxide film formed on the GaAs surface is removed in the air, and instead, GaS is attached. Here, by forming the layer made of GaS, the surface state due to the oxide film is reduced.

しかしながら、光素子の端面について就中AlGaAs半導
体レーザ装置の端面については、上述のような表面処理
による改良がこれまで試みられていなかった。これは、
Alが非常に活性な物質であり、しかもその酸性膜が安定
であって、除去することができないと考えられていたか
らである。
However, with respect to the end face of the optical element, especially the end face of the AlGaAs semiconductor laser device, improvement by the above-described surface treatment has not been attempted so far. this is,
This is because Al was considered to be a very active substance, and its acidic film was stable and could not be removed.

よって、本発明の目的は、光出射端面における酸化物
に起因する表面準位を抑制することができ、高出力状態
に於いても端面破壊の生じ難い構成を有するAlGaAs系半
導体レーザ装置の製造方法を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing an AlGaAs semiconductor laser device having a configuration in which surface levels due to oxides on a light emitting end face can be suppressed and the end face is hardly destroyed even in a high output state. Is to provide.

(課題を解決するための手段) 本発明の製造方法は、AlGaAs活性層を有し、端面に保
護膜が形成されている端面出射型の半導体レーザ装置の
製造方法に於いて、硫黄を含む溶液により該端面を処理
する工程、及びその後に該保護膜を形成する工程を包含
しており、そのことにより上記目的が達成される。
(Means for Solving the Problems) The manufacturing method of the present invention is directed to a method of manufacturing an edge-emitting semiconductor laser device having an AlGaAs active layer and having a protective film formed on an end face. And the step of forming the protective film thereafter, thereby achieving the above object.

また、前記硫黄を含む溶液が、(NH42S原液、(N
H42Sx原液、(NH42S水溶液、及び(NH42Sx水溶液
からなる群から選択されたものであってもよい。
Further, the solution containing sulfur is (NH 4 ) 2 S stock solution, (N
It may be selected from the group consisting of H 4 ) 2 S x stock solution, (NH 4 ) 2 S aqueous solution, and (NH 4 ) 2 S x aqueous solution.

また、前記硫黄を含む溶液の硫黄濃度がXmol/のと
き、該硫黄を含む溶液により前記端面を処理する時間
を、1.5/X秒以上としてもよい。
Further, when the sulfur-containing solution has a sulfur concentration of Xmol /, the time for treating the end face with the sulfur-containing solution may be 1.5 / X seconds or more.

また、前記端面の形成を、前記硫黄を含む溶液中でウ
ェハの劈開を行うことにより行い、その後、該溶液によ
り該端面を処理してもよい。
Further, the end face may be formed by cleaving the wafer in the solution containing sulfur, and thereafter, the end face may be treated with the solution.

また、前記保護膜の形成を、低融点材料を用いて抵抗
加熱蒸着法により行ってもよい。
Further, the protective film may be formed by a resistance heating evaporation method using a low melting point material.

また、前記低融点材料が、MgF2、SiO、SiO2、CaF2
びNaFからなる群から選択されたものであってもよい。
Further, the low melting point material may be selected from the group consisting of MgF 2 , SiO, SiO 2 , CaF 2 and NaF.

また、前記保護膜の形成を、電子ビーム蒸着法によ
り、10Å/sec以下の成長レートで行ってもよい。
Further, the protective film may be formed at a growth rate of 10 ° / sec or less by an electron beam evaporation method.

(実施例) 以下に、本発明を実施例について説明する。以下の実
施例の半導体レーザ装置は、その基本的な構造について
は、従来から用いられている公知の端面出射型のものと
変わるところはなく、端面に硫黄を主体とする膜が形成
されており、該硫黄を主体とする膜上に端面保護膜が形
成されていることに特徴を有する。従って、以下の説明
に於いては、端面の形成工程及び構造を主として説明す
ることとする。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples. The semiconductor laser device of the following embodiment has the same basic structure as that of a known end-emitting type device conventionally used, and a film mainly composed of sulfur is formed on the end surface. The feature is that an end face protective film is formed on the sulfur-based film. Therefore, in the following description, the formation process and structure of the end face will be mainly described.

第1図は、第1の実施例の半導体レーザ装置の表面側
の端面近傍を模式的に示す斜視図である。本実施例の製
造工程を説明する。
FIG. 1 is a perspective view schematically showing the vicinity of an end face on the front side of the semiconductor laser device of the first embodiment. The manufacturing process of this embodiment will be described.

第2図(a)に示すように、半導体基板11上にAlGaAs
活性層16を含む積層構造12を成長させ、両面に抵抗性電
極13、14を形成した。
As shown in FIG. 2 (a), an AlGaAs
A laminated structure 12 including an active layer 16 was grown, and resistive electrodes 13 and 14 were formed on both surfaces.

次に、所定の共振器長となるように公知の劈開法によ
り劈開して、共振器方向とは直角の方向に複数個の共振
器ユニットが連なったバー15を形成した(第2図
(b))。
Next, the bar is cleaved by a known cleavage method so as to have a predetermined resonator length to form a bar 15 in which a plurality of resonator units are connected in a direction perpendicular to the resonator direction (FIG. 2 (b)). )).

劈開後速やかに、バー15を(NH42Sの10%水溶液20
に投入し、室温で3分間浸漬し、劈開面の表面処理を行
った(第2図(c))。これにより、端面上に硫黄を含
む膜18が形成された。
Immediately after cleavage, the bar 15 is replaced with a 10% aqueous solution of (NH 4 ) 2 S 20
And immersed at room temperature for 3 minutes to perform surface treatment of the cleavage plane (FIG. 2 (c)). As a result, a film 18 containing sulfur was formed on the end face.

しかる後、バー15を水で洗浄した後乾燥し、通常の電
子ビーム蒸着法により、表面側の端面にAl2O3膜からな
る反射率4%の反射膜17を、裏面側の端面にAl2O3とア
モルファスSiとの多層構造よりなる反射率95%の反射膜
を形成した。その後、バー15を更に劈開して半導体レー
ザ装置を得た。
Thereafter, the bar 15 is washed with water and then dried, and a reflection film 17 made of an Al 2 O 3 film having a reflectance of 4% made of Al 2 O 3 film is formed on the end surface on the back side, and Al is coated on the end surface on the back side by a usual electron beam evaporation method. A reflective film having a reflectivity of 95% and having a multilayer structure of 2 O 3 and amorphous Si was formed. Thereafter, the bar 15 was further cleaved to obtain a semiconductor laser device.

第3図に、上記の工程を経て得られた半導体レーザ装
置の注入電流対光出力特性(曲線A)を示す。比較のた
め、従来と同様の構成を有する、即ち、劈開後端面に直
接反射膜を形成した半導体レーザ装置の注入電流対光出
力特性を曲線Bで示す。この従来例では、約200mWの光
出力に於いて端面破壊により素子の劣化が生じているの
に対し、本実施例では、最大約600mWの光出力が得ら
れ、しかもその時点で端面破壊の生じないことがわか
る。
FIG. 3 shows an injection current versus light output characteristic (curve A) of the semiconductor laser device obtained through the above steps. For comparison, an injection current versus light output characteristic of a semiconductor laser device having the same configuration as that of the related art, that is, having a reflection film formed directly on the end face after cleavage is shown by a curve B. In this conventional example, the device was degraded due to the end face breakdown at an optical output of about 200 mW, whereas in the present embodiment, a maximum optical output of about 600 mW was obtained, and at that time, the end face breakdown occurred. It turns out there is no.

上記の事実が、酸化膜に起因する表面準位の低減によ
るものであることを裏付けるために、実際に表面準位密
度の測定を行ったところ、本実施例の半導体レーザ装置
では約108〜109cm-2・eV-1であることが確認された。Ga
As系の半導体レーザ装置につき同様の処理を行ったとこ
ろ、1011〜1012cm-2・eV-1が最も少ないものであり、上
記のような効果的な表面準位の低減は見られなかった。
The above facts, in order to confirm that this is due to the reduction of surface states caused by the oxide film was conducted actually measured surface state density, a semiconductor laser device of the present embodiment from about 10 8 to It was confirmed to be 10 9 cm -2 · eV -1 . Ga
When the same treatment was performed for the As-based semiconductor laser device, the value of 10 11 to 10 12 cm -2 eV -1 was the smallest, and the effective reduction of the surface state as described above was not seen. Was.

従って、上記の表面準位密度の大きな低減効果は、従
来より考えられているとは逆に、Alが存在することに起
因するものと推測される。
Therefore, it is presumed that the above-mentioned large effect of reducing the surface state density is caused by the presence of Al, contrary to what has conventionally been considered.

このように、半導体レーザ装置の端面破壊出力を向上
させるためには、端面処理に用いる溶液中に硫黄が含ま
れていることが重要である。
As described above, in order to improve the end face breakdown output of the semiconductor laser device, it is important that the solution used for the end face treatment contains sulfur.

上述したように、第1の実施例では、通常の電子ビー
ム蒸着法により、Al2O3膜からなる保護膜17を端面に形
成した。しかし、電子ビーム蒸着法又はスパッタリング
法により形成された端面保護膜17を有する半導体レーザ
装置には、(NH42S溶液により表面処理を行ったもの
であっても、高出力特性の改善の程度が充分高くはない
ものがあった。これは、(NH42S溶液による表面処理
で自然酸化膜が除去され、代わりに形成された硫黄を含
む膜18が、電子ビーム蒸着法又はスパッタリング法によ
り保護膜17を形成する工程中に、劣化してしまうことが
あるためであると考えられる。
As described above, in the first embodiment, the protective film 17 made of the Al 2 O 3 film was formed on the end face by the ordinary electron beam evaporation method. However, even in a semiconductor laser device having an end face protective film 17 formed by an electron beam evaporation method or a sputtering method, even if the semiconductor laser device is subjected to a surface treatment with an (NH 4 ) 2 S solution, the improvement of the high output characteristics is not achieved. Some were not high enough. This is because the natural oxide film is removed by the surface treatment with the (NH 4 ) 2 S solution, and the formed sulfur-containing film 18 is formed during the process of forming the protective film 17 by the electron beam evaporation method or the sputtering method. It is considered that this may cause deterioration.

電子ビーム蒸着法又はスパッタリング法により保護膜
17を形成するとき、これらの工程中に、2次電子やイオ
ンが発生し、レーザ光出射側端面に衝突する場合があ
る。この場合、レーザ光出射側端面に形成されている硫
黄を含んだ膜18から硫黄が離脱し、その硫黄の離脱した
部分の半導体表面が露出してしまうことになる。レーザ
光出射側端面に於て露出した半導体表面は、蒸着装置内
に存在する微量酸素によって、また酸化されてしまうこ
とがある。
Protective film by electron beam evaporation or sputtering
When forming 17, secondary electrons and ions may be generated during these steps and may collide with the laser light emission side end face. In this case, the sulfur is released from the sulfur-containing film 18 formed on the end face on the laser light emission side, and the semiconductor surface of the portion from which the sulfur is released is exposed. The semiconductor surface exposed at the laser light emission side end face may be oxidized again by a trace amount of oxygen existing in the vapor deposition apparatus.

次に、保護膜17を形成する工程中に硫黄を含む膜18を
劣化しない第2の実施例を説明する。
Next, a second embodiment in which the film 18 containing sulfur is not deteriorated during the process of forming the protective film 17 will be described.

本実施例では、第1の実施例と同様にしてバー15のレ
ーザ光出射側端面を処理した後、該端面上に保護膜17を
形成するため、バー15を抵抗加熱蒸着装置のチャンバ内
にセットした。
In the present embodiment, after treating the laser light emitting side end face of the bar 15 in the same manner as in the first embodiment, the bar 15 is placed in the chamber of the resistance heating evaporation apparatus to form the protective film 17 on the end face. I set it.

次に、チャンバ内に於いて、MgF2粒状結晶を載せたMo
ボードを加熱し、その温度を約1600℃にすることによ
り、MgF2をバー15のレーザ出射端面上に蒸着した。こう
して、MgF2からなる保護膜17をバー15のレーザ光出射側
端面上に形成した。
Then, in the chamber, carrying the MgF 2 granular crystals Mo
The board was heated to a temperature of about 1600 ° C. to deposit MgF 2 on the laser emitting end face of the bar 15. Thus, the protective film 17 made of MgF 2 was formed on the end face of the bar 15 on the laser light emission side.

MgF2(融点1265℃)は、融点の比較的低い材料である
ため、抵抗加熱方式の真空蒸着法によって、高品質の端
面保護膜17とすることができた。このMgF2と同様に、比
較的融点が低く、抵抗加熱方式の蒸着法により、高品質
の端面保護膜17となるものに、SiO、SiO2、CaF2、NaF及
びZnS等がある。
Since MgF 2 (melting point 1265 ° C.) is a material having a relatively low melting point, a high-quality end face protective film 17 could be formed by a vacuum deposition method using a resistance heating method. Similar to MgF 2 , SiO, SiO 2 , CaF 2 , NaF, ZnS, and the like, which have a relatively low melting point and become a high-quality end face protective film 17 by a resistance heating type deposition method, can be used.

抵抗加熱式の真空蒸着法を用いた端面保護膜17形成工
程中には、電子ビーム蒸着法を用いた工程中とは異な
り、端面に2次電子が衝突することなく、また、スパッ
タリング法を用いた工程中とは異なり、端面にイオンが
衝突しなかった。
During the process of forming the end face protective film 17 using the resistance heating type vacuum deposition method, unlike the process using the electron beam evaporation method, secondary electrons do not collide with the end face and the sputtering method is used. Unlike during the process, ions did not collide with the end face.

このため、抵抗加熱式の真空蒸着法を用いて、端面保
護膜17を形成すると、端面上の硫黄を含んだ膜18は、損
傷を受けなかった。なお、抵抗加熱式の真空蒸着法を用
いて、端面保護膜17を形成するためには、蒸着させるべ
き材料の融点が比較的低いことが好ましい。特に、保護
膜材料の融点としては、約2000℃以下であることが好ま
しい。本明細書では、融点が2000℃以下の材料を低融点
材料を称することにする。
Therefore, when the end face protective film 17 was formed by using a resistance heating type vacuum evaporation method, the sulfur-containing film 18 on the end face was not damaged. In order to form the end face protective film 17 using a resistance heating type vacuum deposition method, it is preferable that the material to be deposited has a relatively low melting point. In particular, the melting point of the protective film material is preferably about 2000 ° C. or less. In this specification, a material having a melting point of 2000 ° C. or lower is referred to as a low melting point material.

このようにして得られた半導体レーザ装置と、端面処
理を行った後に、スパッタリング法によりAl2O3保護膜1
8を端面上に形成した半導体レーザ装置(比較例)との
比較実験の結果について説明する。
After the semiconductor laser device thus obtained and the end face treatment were performed, the Al 2 O 3 protective film 1 was formed by a sputtering method.
The result of a comparative experiment with a semiconductor laser device (Comparative Example) in which 8 is formed on the end face will be described.

まず、光出力と断面劣化との関係について、両者の比
較を行った。この結果、比較例では、光出力180mWの動
作時に端面破壊が生じた。一方、本実施例の半導体レー
ザ装置では、光出力300mWの動作時に於いても、端面破
壊が生じることなく、安定したレーザ発振を持続した。
本実施例の半導体レーザ装置を長期間放置した後、上記
実験を行っても、同様の結果が得られた。
First, the relationship between light output and cross-sectional degradation was compared. As a result, in the comparative example, the end face was destroyed when the optical output was 180 mW. On the other hand, in the semiconductor laser device of the present example, even during operation at an optical output of 300 mW, stable laser oscillation was maintained without occurrence of end-face destruction.
After the semiconductor laser device of the present embodiment was left for a long time, the same results were obtained even when the above experiment was performed.

次に、本実施例の半導体レーザ装置と比較例とを大気
雰囲気中で6カ月間放置した後、チャンバ内に挿入し、
Ar+イオンスパッタリングにより端面保護膜17を除去
し、X線光電子分光法(XPS)により半導体結晶と保護
膜との界面の化学的結合状態を分析した。この結果、本
実施例の半導体結晶の保護膜17との界面では、Ga及びAs
と酸素との結合が生じていないことがわかった。
Next, after leaving the semiconductor laser device of the present example and the comparative example for 6 months in an air atmosphere, they were inserted into a chamber,
The end face protective film 17 was removed by Ar + ion sputtering, and the state of chemical bonding at the interface between the semiconductor crystal and the protective film was analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). As a result, at the interface between the semiconductor crystal of the present embodiment and the protective film 17, Ga and As
It was found that there was no bond between oxygen and oxygen.

一方、比較例の半導体結晶と保護膜との界面では、Ga
及びAsと酸素との結合が生じていることがわかった。こ
れは、比較例の端面保護膜を形成する工程中に於て、端
面上の硫黄を含む膜が荷電粒子による損傷を受け、その
ため、一時的に露出した半導体表面に酸素が捉えられて
しまったためである。
On the other hand, at the interface between the semiconductor crystal of the comparative example and the protective film, Ga
It was also found that a bond between As and oxygen occurred. This is because the film containing sulfur on the end face was damaged by charged particles during the step of forming the end face protective film of the comparative example, and oxygen was trapped on the temporarily exposed semiconductor surface. It is.

本実施例の半導体レーザ装置では、低融点材料からな
る保護膜17が、硫黄を含む膜18上に、抵抗加熱蒸着法に
より形成されたものであるため、端面上の硫黄が、蒸着
工程中に端面から剥離してしまうことがなかった。この
ため、本実施例の半導体レーザ装置に於いては、高出力
動作を長期間行っても、保護膜17と半導体結晶との界面
で酸化が進行してしまうことが防止された。従って、本
実施例の半導体レーザ装置は、非発光再結合中心の増加
が抑制されたために端面の劣化が抑えられ、長期間高出
力で安定したレーザ発振を行うことができた。
In the semiconductor laser device of the present embodiment, since the protective film 17 made of a low-melting-point material is formed on the film 18 containing sulfur by resistance heating evaporation, sulfur on the end face is generated during the evaporation process. There was no peeling from the end face. For this reason, in the semiconductor laser device of the present embodiment, even if the high-power operation is performed for a long period of time, oxidation is prevented from progressing at the interface between the protective film 17 and the semiconductor crystal. Therefore, in the semiconductor laser device of this embodiment, the increase in the number of non-radiative recombination centers was suppressed, so that the deterioration of the end face was suppressed, and stable laser oscillation with high output could be performed for a long time.

次に、第4図を参照しながら、第3の実施例を説明す
る。
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG.

第1及び第2の実施例の方法と同様の方法により、バ
ー15の劈開面であるレーザ光出射側端面を処理し、端面
上に硫黄を含む膜18を形成したた後、レーザ光出射側端
面上に保護膜17を形成するため、バー15を抵抗加熱蒸着
装置のチャンバ内にセットした。次に、酸素(圧力1×
10-2Pa)を導入したチャンバ内に於いて、SiO粒状結晶
を載せたMoボードを加熱し、その温度を約1700℃以上に
することにより、SiOを蒸発させた。SiOと雰囲気中の酸
素との反応によって、端面上には、SiO2からなる保護膜
17aが形成された(第4図参照)。このSiO2からなる保
護膜17aの膜厚は、λ/(2n)Åとなるようにした。こ
のあと、保護膜17a上に、電子ビーム蒸着法により、Al2
O3からなる保護膜17bを形成した(第4図参照)。保護
膜17bの膜厚は、λ/(4n)Åとした。こうして、レー
ザ光出射側端面の反射率を5%とした。
In the same manner as in the first and second embodiments, the end face of the laser light emitting side, which is the cleavage plane of the bar 15, is processed to form a sulfur-containing film 18 on the end face. In order to form the protective film 17 on the end face, the bar 15 was set in a chamber of a resistance heating evaporation apparatus. Next, oxygen (pressure 1 ×
In a chamber into which 10 −2 Pa) was introduced, the Mo board on which the SiO granular crystals were placed was heated, and the temperature was raised to about 1700 ° C. or higher, thereby evaporating the SiO. Due to the reaction between SiO and oxygen in the atmosphere, a protective film made of SiO 2 is formed on the end face.
17a was formed (see FIG. 4). The thickness of the protective film 17a made of SiO 2 was set to be λ / (2n) Å. Then, Al 2 O 3 is deposited on the protective film 17a by electron beam evaporation.
A protective film 17b made of O 3 was formed (see FIG. 4). The thickness of the protective film 17b was λ / (4n) Å. Thus, the reflectance of the end face on the laser light emission side was set to 5%.

SiOも、融点の比較的低い材料であるため、抵抗加熱
方式の真空蒸着法によって、硫黄を含む膜に損傷を与え
ることなく、高品質の端面保護膜となることができる。
Since SiO is also a material having a relatively low melting point, a high-quality end face protective film can be formed by a resistance heating type vacuum deposition method without damaging a sulfur-containing film.

本実施例では、保護膜17a上に、電子ビーム蒸着法に
よって保護膜17bを形成したが、硫黄を含む膜18は、抵
抗加熱蒸着法により形成された保護膜17aによって覆わ
れているために、電子ビーム蒸着による散乱電子によっ
て損傷を受けなかった。
In this embodiment, the protective film 17b is formed on the protective film 17a by the electron beam evaporation method, but the film 18 containing sulfur is covered by the protective film 17a formed by the resistance heating evaporation method. It was not damaged by scattered electrons by electron beam evaporation.

なお、端面保護膜17は、保護膜17a及び保護膜17bから
なる2層の層からなる場合に限られず、3層以上の層か
らなる多層膜であってもよい。
Note that the end face protective film 17 is not limited to the case where the end face protective film 17 is composed of two layers including the protective film 17a and the protective film 17b, and may be a multilayer film composed of three or more layers.

このように、第2及び第3の実施例では、端面処理
後、抵抗加熱式蒸着法により、レーザ光出射側端面上に
低融点材料からなる保護膜を形成した。しかし、融点の
比較的高い材料、例えばAl2O3(融点2046℃)を保護膜
の材料とする場合、抵抗加熱蒸着法による膜形成は困難
である。
As described above, in the second and third embodiments, after the end face treatment, the protective film made of the low melting point material was formed on the laser light emitting side end face by the resistance heating type vapor deposition method. However, when a material having a relatively high melting point, for example, Al 2 O 3 (melting point: 2046 ° C.) is used as the material of the protective film, it is difficult to form the film by the resistance heating evaporation method.

以下に、融点の比較的高い材料からなる保護膜を電子
ビーム蒸着法により形成した第4の実施例を説明する。
A fourth embodiment in which a protective film made of a material having a relatively high melting point is formed by an electron beam evaporation method will be described below.

本実施例では、他の実施例と同様に硫黄を含む溶液で
端面処理を行った後、膜形成レートを、各々、5Å/se
c、10Å/sec、12Å/sec、及び15Å/secとして形成したA
l2O3保護膜を有する半導体レーザ装置を作製した。
In this embodiment, after performing the end face treatment with the sulfur-containing solution in the same manner as the other embodiments, the film formation rates were each set at 5 ° / se.
A formed as c, 10Å / sec, 12Å / sec, and 15Å / sec
A semiconductor laser device having an l 2 O 3 protective film was manufactured.

第5図に、本実施例の半導体レーザ装置の電流対光出
力特性と膜形成レートとの関係を示す。図中、H、I、
J及びKによって示されている線は、各々、膜形成レー
トが、5Å/sec、10Å/sec、12Å/sec及び15Å/secであ
る保護膜を有する半導体レーザ装置の光出力特性に対応
している。
FIG. 5 shows the relationship between the current versus light output characteristics of the semiconductor laser device of the present embodiment and the film formation rate. In the figure, H, I,
The lines indicated by J and K correspond to the light output characteristics of the semiconductor laser device having the protective films with the film formation rates of 5 ° / sec, 10 ° / sec, 12 ° / sec and 15 ° / sec, respectively. I have.

第6図は、最大光出力と保護膜形成レートとの関係を
示すグラフである。比較のために、端面処理が行わなれ
なかった半導体レーザ装置の最大光出力が、破線によっ
て示されている。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the maximum light output and the protective film formation rate. For comparison, the maximum light output of the semiconductor laser device for which the end face processing has not been performed is indicated by a broken line.

第5図及び第6図からわかるように、保護膜形成レー
トが大きくなる程、最大光出力は低下し、端面処理が行
わなれなかった半導体レーザ装置の最大光出力に近づい
ている。
As can be seen from FIGS. 5 and 6, as the protective film formation rate increases, the maximum light output decreases and approaches the maximum light output of the semiconductor laser device for which the end face processing has not been performed.

これは、保護膜の形成レートを大きくするために、電
子ビームの出射量を多くすると、それだけ多数の2次電
子等の高エネルギ散乱電子が発生し、その散乱電子によ
って、バー15のレーザ光出射端面に形成されている硫黄
を含む膜18が損傷を受けるためであると考えられる。
This is because, when the emission amount of the electron beam is increased in order to increase the formation rate of the protective film, a large number of high-energy scattered electrons such as secondary electrons are generated, and the scattered electrons cause the laser light emission of the bar 15. This is considered to be because the sulfur-containing film 18 formed on the end face is damaged.

第6図からわかるように、この損傷が最大光出力に与
える影響は、保護膜形成レートが10Å/sec以上になる
と、顕著である。しかし、保護膜形成レートが10Å/sec
以下であれば、540mW以上の高い最大光出力が得られ
た。これは、Al2O3膜形成レートが10Å/sec以下であれ
ば、バー15のレーザ光出射端面に形成されている硫黄を
含む膜が、ほとんど損傷を受けないためであると考えら
れる。
As can be seen from FIG. 6, the effect of this damage on the maximum light output is remarkable when the protective film formation rate is 10 ° / sec or more. However, the protective film formation rate is 10Å / sec
If it is below, a high maximum light output of 540 mW or more was obtained. This is considered to be because if the Al 2 O 3 film formation rate is 10 ° / sec or less, the sulfur-containing film formed on the laser beam emitting end face of the bar 15 is hardly damaged.

また、レーザ光出射側端面とは異なる側の端面に於
て、上記の実験と同様の実験を行った。この結果、レー
ザ光出射側端面とは異なる側の端面上のAl2O3膜及びSi
膜の形成レートと光出力特性との関係に於いては、上記
のような依存性がないことがわかった。
Further, an experiment similar to the above experiment was performed on an end surface different from the end surface on the laser light emission side. As a result, the Al 2 O 3 film and the Si film on the end surface on the side different from the end surface on the laser light emission side
It has been found that the relationship between the film formation rate and the light output characteristics does not have the above-described dependence.

従って、高い最大光出力を得るためには、少なくとも
レーザ光出射側端面への保護膜の形成レートを、10Å/s
ec以下とすることが好ましい。
Therefore, in order to obtain a high maximum light output, at least the formation rate of the protective film on the end face on the laser light emission side should be 10Å / s.
It is preferably set to ec or less.

なお、上記何れの実施例に於いても、(NH42S水溶
液を用いて表面処理を行ったが、水溶液とせず原液を用
いて表面処理を行ってもよく、あるいは他の溶媒を用い
ることも可能である。
In each of the above embodiments, the surface treatment was performed using an aqueous solution of (NH 4 ) 2 S. However, the surface treatment may be performed using an undiluted solution instead of an aqueous solution, or using another solvent. It is also possible.

以下に、(NH42Sの原液及びその10%水溶液、(N
H42Sxの原液及びその10%水溶液の各々を用いて、端
面処理を行った第5の実施例を説明する。ここで、(NH
42Sxとは、(NH44Sと(NH42S2とが混合されたも
のであり、硫黄の組成比を示すxは1以上2以下の実数
である。
A stock solution of (NH 4 ) 2 S and a 10% aqueous solution thereof (N
Fifth Embodiment A description will be given of a fifth embodiment in which the end face treatment is performed using each of the stock solution of H 4 ) 2 S x and its 10% aqueous solution. Where (NH
4 ) 2 S x is a mixture of (NH 4 ) 4 S and (NH 4 ) 2 S 2, and x indicating the composition ratio of sulfur is a real number of 1 or more and 2 or less.

第7図は、(NH42Sの原液及び10%水溶液、(NH4
2Sxの原液及び10%水溶液の各々を用いて、端面処理を
行った本実施例の半導体レーザ装置及び端面未処理の半
導体レーザ装置(比較例)の端面破壊出力(mW)を示す
グラフである。
FIG. 7 shows a stock solution of (NH 4 ) 2 S and a 10% aqueous solution, (NH 4 )
FIG. 9 is a graph showing the end surface breakdown output (mW) of the semiconductor laser device of the present embodiment in which the end surface treatment was performed using each of the 2 S x stock solution and the 10% aqueous solution and the semiconductor laser device in which the end surface was not processed (comparative example) is there.

この図からわかるように、(NH42Sの原液及び10%
水溶液、(NH42Sxの原液及び10%水溶液の各々を用い
て端面処理を行った半導体レーザ装置の端面破壊出力
は、比較例の半導体レーザ装置の端面破壊出力よりも著
しく向上した。
As can be seen from this figure, the stock solution of (NH 4 ) 2 S and 10%
The end face breakdown output of the semiconductor laser device subjected to the end face treatment using the aqueous solution, the undiluted solution of (NH 4 ) 2 Sx , and the 10% aqueous solution was significantly higher than the end face breakdown output of the semiconductor laser device of the comparative example.

なお、本実施例の半導体レーザ装置及び比較例の半導
体レーザ装置のAlGaAs活性層層厚は、第3図に示す実験
結果を示した半導体レーザ装置のAlGaAs活性層層厚より
も厚い。そのため、本実施例及び比較例の半導体レーザ
装置に於いては、第3図に示す実験結果を示した半導体
レーザ装置よりも、光密度が高くなり、端面破壊出力が
低くなっている。
The thickness of the AlGaAs active layer of the semiconductor laser device of this embodiment and the semiconductor laser device of the comparative example is larger than the thickness of the AlGaAs active layer of the semiconductor laser device shown in the experimental results shown in FIG. Therefore, in the semiconductor laser devices of this embodiment and the comparative example, the light density is higher and the end face breakdown output is lower than that of the semiconductor laser device showing the experimental results shown in FIG.

本実施例では、(NH42Sの原液及び10%水溶液、(N
H42Sxの原液及び10%水溶液を用いて、半導体レーザ
装置の端面処理を行ったが、(NH42S溶液や(NH42S
x溶液だけでなく、硫黄のアルカリ金属化合物溶液を用
いた場合にも同様の効果を得ることができる。即ち、半
導体レーザ装置の端面に硫黄を含有する膜を形成し得る
限り、表面処理に用いる材料は特に限定されるものでは
ない。
In the present embodiment, a stock solution of (NH 4 ) 2 S and a 10% aqueous solution, (N
The end face treatment of the semiconductor laser device was performed using an undiluted solution of H 4 ) 2 S x and a 10% aqueous solution, but the (NH 4 ) 2 S solution and the (NH 4 ) 2 S
Similar effects can be obtained not only when the x solution is used but also when a sulfur alkali metal compound solution is used. That is, the material used for the surface treatment is not particularly limited as long as a film containing sulfur can be formed on the end face of the semiconductor laser device.

次に、硫黄を含む溶液の硫黄濃度と該溶液による端面
処理に必要な処理時間との関係を求めるために行った実
験及びその結果を説明する。
Next, a description will be given of an experiment conducted to determine the relationship between the sulfur concentration of a sulfur-containing solution and the processing time required for end face treatment with the solution, and the results thereof.

実験は、硫黄濃度が各々0.015mol/、0.15mol/、
及び0.5mol/である各溶液(NH42S溶液)中に、AlGa
As結晶を所定時間浸漬した後、AlGaAs結晶表面をオージ
ェ電子分光法により評価することによって行った。な
お、浸漬時の溶液温度は、室温程度であった。
In the experiment, the sulfur concentration was 0.015 mol /, 0.15 mol /,
And 0.5 mol / of each solution (NH 4 ) 2 S solution).
After immersing the As crystal for a predetermined time, the AlGaAs crystal surface was evaluated by Auger electron spectroscopy. In addition, the solution temperature at the time of immersion was about room temperature.

第8図は、オージェ電子スペクトルから求められたAl
GaAs結晶表面に存在する酸素のオージェ信号強度と、浸
漬時間との関係を示すグラフである。グラフ中、使用し
た溶液の硫黄濃度が0.015mol/であるときの関係は線
D、0.15mol/であるときの関係は線E、0.5mol/で
あるときの関係を線Fで示した。
FIG. 8 shows the results obtained from the Auger electron spectrum.
5 is a graph showing the relationship between the Auger signal intensity of oxygen existing on the GaAs crystal surface and the immersion time. In the graph, the relationship when the sulfur concentration of the used solution is 0.015 mol / is shown by line D, the relationship when it is 0.15 mol / is shown by line E, and the relationship when it is 0.5 mol / is shown by line F.

このグラフが示すように、どの濃度の溶液に於いて
も、浸漬時間が長くなるほど、酸素のオージェ信号強度
は低下し、バックグランドの信号レベルに近づた。
As shown in this graph, at any concentration of the solution, the longer the immersion time, the lower the Auger signal intensity of oxygen, and approached the background signal level.

第9図は、上記の実験結果から得た、酸素のオージェ
信号強度がバックグランドレベルに達するまでの浸漬時
間(酸素除去に要する時間)と溶液の硫黄濃度との関係
(線G)を示す両対数グラフである。
FIG. 9 shows the relationship (line G) between the immersion time (time required for oxygen removal) until the Auger signal intensity of oxygen reaches the background level and the sulfur concentration of the solution, obtained from the above experimental results. It is a logarithmic graph.

グラフ中には、硫黄のアルカリ金属化合物溶液である
Na2S水溶液を処理溶液として用いたときの、酸素のオー
ジェ信号強度がバックグランドレベルに達するまでの浸
漬時間と溶液の硫黄濃度との関係(破線)も示されてい
る。
In the graph, it is an alkali metal compound solution of sulfur
The relationship (dashed line) between the immersion time until the Auger signal intensity of oxygen reaches the background level and the sulfur concentration of the solution when an aqueous solution of Na 2 S is used as the processing solution is also shown.

第9図からわかるように、酸素のオージェ信号強度が
バックグランドレベルに達するまでの浸漬時間と溶液の
硫黄濃度とは、ほぼ反比例の関係にある。このことは、
AlGaAs結晶表面に酸化膜等として存在する酸素が、次の
反応式(1)に示すように、溶液中の硫黄と反応するこ
とにより、AlGaAs結晶表面から除去されていることを示
している。
As can be seen from FIG. 9, the immersion time until the Auger signal intensity of oxygen reaches the background level and the sulfur concentration of the solution are almost inversely proportional. This means
This indicates that oxygen existing as an oxide film or the like on the AlGaAs crystal surface is removed from the AlGaAs crystal surface by reacting with sulfur in the solution as shown in the following reaction formula (1).

酸化物+硫黄→硫化物+酸素 (1) 上記反応の右向きの反応速度は、次式(2)のように
表される。
Oxide + Sulfur → Sulfide + Oxygen (1) The rightward reaction rate of the above reaction is represented by the following equation (2).

−d[酸化物]/dt=K・[酸化物]・[S] (2) ここで、[酸化物]はAlGaAs結晶表面の酸化物の濃
度、[S]は溶液の硫黄濃度、Kは速度定数、tは浸漬
開始時点から経過した時間である。上式(2)の左辺
は、[酸化物]の時間微分値であり、AlGaAs結晶表面の
酸化物が該表面から除去されるレートの、ある時刻に於
ける値を示している。
−d [oxide] / dt = K · [oxide] · [S] (2) where [oxide] is the oxide concentration on the AlGaAs crystal surface, [S] is the sulfur concentration of the solution, and K is The rate constant, t, is the time elapsed from the start of immersion. The left side of the above equation (2) is a time differential value of [oxide], and shows a value at a certain time of a rate at which the oxide on the AlGaAs crystal surface is removed from the surface.

[酸化物]は、上記の微分方程式(2)を解くことに
より、下式(3)に示すような時間tの関係として得ら
れる。
[Oxide] is obtained by solving the above differential equation (2) as a relationship of time t as shown in the following equation (3).

[酸化物]=[酸化物]・exp−K[S]t (3) ここで、[酸化物]は、浸漬開始時点(t=0)で
の[酸化物]である。溶液中の硫黄の総量は、AlGaAs結
晶表面の酸化物の総量に比べて、はるかに多いため、上
記微分方程式(2)を解くに際して、[S]を時間に依
らない定数として扱った。
[Oxide] = [Oxide] 0 · exp− K [S] t (3) Here, [Oxide] 0 is [Oxide] at the start of immersion (t = 0). Since the total amount of sulfur in the solution is much larger than the total amount of oxide on the surface of the AlGaAs crystal, [S] was treated as a time-independent constant when solving the differential equation (2).

上式(3)から、[酸化物]が[酸化物]の99%減
少する迄に要する時間tcは、次式(4)に示される。
From the above equation (3), the time t c required for [oxide] to decrease by 99% of [oxide] 0 is shown in the following equation (4).

tc=(ln100)/(K・[S]) (4) 上式(4)は、次のことを示している。すなわち、Al
GaAs結晶表面に酸化膜等として存在する酸素が、溶液中
の硫黄と反応することにより、AlGaAs結晶表面から、そ
の99%が除去されるのに必要な時間は、溶液中の硫黄濃
度に反比例するということである。このことは、第9図
のグラフに示されている実験結果に一致する。
t c = (ln100) / (K · [S]) (4) The above equation (4) indicates the following. That is, Al
The time required for removing 99% of the AlGaAs crystal surface from the oxygen existing as an oxide film on the GaAs crystal surface by reacting with the sulfur in the solution is inversely proportional to the sulfur concentration in the solution. That's what it means. This is consistent with the experimental results shown in the graph of FIG.

上式(4)を、第9図のグラフに示される関数(線
G)にフィッティングさせると、次式(5)が得られ
た。
When the above equation (4) was fitted to the function (line G) shown in the graph of FIG. 9, the following equation (5) was obtained.

tc=1.5/[S] (5) ここで、tcの単位は[秒]、[S]の単位は[mol/
]、1.5の単位は[秒・mol/]である。
t c = 1.5 / [S] (5) Here, the unit of t c is [sec], and the unit of [S] is [mol /
], And the unit of 1.5 is [sec · mol /].

硫黄濃度が0.015mol/の溶液を用いる場合、上式
(5)から、tc=100秒が得られる。従って、硫黄濃度
が0.015mol/の溶液を用いる場合に、もし100秒を下回
る時間しか端面処理を行わないとすると、端面のAlGaAs
結晶表面に存在する酸化膜を完全に除去することができ
ない。すなわち、AlGaAs結晶表面に存在する酸化膜のほ
とんどを除去するためには、上式(5)に示されるtc
以上の時間をかけて端面処理を行う必要がある。
When a solution having a sulfur concentration of 0.015 mol / is used, t c = 100 seconds is obtained from the above equation (5). Therefore, when using a solution having a sulfur concentration of 0.015 mol /, if the end face treatment is performed only for a time shorter than 100 seconds, the AlGaAs on the end face
The oxide film present on the crystal surface cannot be completely removed. That is, in order to remove most of the oxide film present on the AlGaAs crystal surface, it is necessary to perform the end face processing for a time longer than tc seconds shown in the above equation (5).

このように、上記の実験結果及びその考察等から、Al
GaAs結晶表面に存在する酸化膜のほとんどを除去するた
めに必要な浸漬時間が得られた。
Thus, from the above experimental results and their considerations,
The immersion time required to remove most of the oxide film present on the GaAs crystal surface was obtained.

これをもとにして、使用する溶液の硫黄濃度に応じた
適切な処理時間で端面を処理することにより、端面処理
時間の不足による端面酸化膜の除去不足が起こらず、ま
た、必要時間以上の時間をかけて端面処理する無駄が省
かれる。
Based on this, by treating the end face with an appropriate treatment time according to the sulfur concentration of the solution to be used, insufficient removal of the end face oxide film due to shortage of the end face treatment time does not occur, and more than the required time Waste of time-consuming edge processing is eliminated.

なお、第9図のグラフからわかるように、端面処理溶
液としてNa2Sを用いた場合も、(NH42S溶液を用いた
場合と同様にしてAlGaAs結晶表面の酸化膜が除去され
る。しかし、(NH42S溶液又は(NH42Sx溶液を用い
て端面処理をした半導体レーザ装置の方が、Na2S溶液を
用いて端面処理をした半導体レーザ装置よりも優れた信
頼性を示した。硫黄を含む溶液の中でも、(NH42S溶
液及び(NH42Sx溶液は、半導体レーザ装置の信頼性の
観点から、特に優れた端面処理溶液である。
As can be seen from the graph of FIG. 9, the oxide film on the surface of the AlGaAs crystal is also removed when Na 2 S is used as the edge treatment solution in the same manner as when the (NH 4 ) 2 S solution is used. . However, the semiconductor laser device that has been subjected to the end face treatment using the (NH 4 ) 2 S solution or the (NH 4 ) 2 S x solution is superior to the semiconductor laser device that has been subjected to the end face treatment using the Na 2 S solution. Demonstrated reliability. Among the sulfur-containing solutions, the (NH 4 ) 2 S solution and the (NH 4 ) 2 S x solution are particularly excellent end-face treatment solutions from the viewpoint of the reliability of the semiconductor laser device.

上記何れの実施例に於いても、ウェハの劈開を大気中
で行った後、劈開面を(NH42Sの10%水溶液20に浸漬
することにより、光出射側端面の処理を行った。この場
合、ウェハの劈開を大気中で行うために、劈開後、劈開
面は直ちに大気と接触した。
In any of the above embodiments, after the wafer was cleaved in the air, the cleaved surface was immersed in a 10% aqueous solution of (NH 4 ) 2 S 20 to treat the light-emitting-side end surface. . In this case, in order to cleave the wafer in the atmosphere, the cleavage plane immediately came into contact with the atmosphere after the cleavage.

以下に、第10図を参照しながら、劈開を大気中にて行
わない第6の実施例を説明する。
A sixth embodiment in which cleavage is not performed in the atmosphere will be described below with reference to FIG.

他の実施例と同様にして、基板11上に積層構造12を形
成した後(第10(a))、(NH42Sの10%水溶液20の
ウェハを浸漬し、ピンセット40を用いて、水溶液20中に
於いてウェハを劈開することにより、所定共振器長を有
するバー15を形成した(第10図(b))。水溶液20中で
の劈開により、半導体レーザ装置の共振器端面を形成し
た後、そのまま水溶液中にバー15を3分間浸漬し、劈開
面の表面処理を行った。こうして、劈開された端面は、
酸素を含む大気に接触することなく、硫黄を含む膜に覆
われた。
After forming the laminated structure 12 on the substrate 11 in the same manner as in the other examples (10th (a)), a wafer of a 10% aqueous solution 20 of (NH 4 ) 2 S is immersed, and tweezers 40 are used. Then, the wafer was cleaved in an aqueous solution 20 to form a bar 15 having a predetermined resonator length (FIG. 10 (b)). After the cavity end face of the semiconductor laser device was formed by cleavage in the aqueous solution 20, the bar 15 was immersed in the aqueous solution for 3 minutes to perform surface treatment of the cleavage plane. Thus, the cleaved end face is
It was covered with a film containing sulfur without contacting the atmosphere containing oxygen.

この後、バー15を水で洗浄し、乾燥した(第10図
(c))後、通常の電子ビーム蒸着法により、レーザ光
出射側側端面にAl2O3膜からなる反射率4%の反射膜を
形成した。また、他の端面に、Al2O3とアモルファスSi
との多層構造よりなる反射率95%の反射膜を形成した。
その後、バー15を更に劈開して半導体レーザ装置を得
た。
Thereafter, the bar 15 was washed with water and dried (FIG. 10 (c)), and thereafter, a 4% reflectivity made of an Al 2 O 3 film was formed on the laser light emission side end face by a normal electron beam evaporation method. A reflective film was formed. Also, Al 2 O 3 and amorphous Si
A reflective film having a reflectivity of 95% and having a multilayer structure was formed.
Thereafter, the bar 15 was further cleaved to obtain a semiconductor laser device.

表面準位密度の測定を行ったところ、本実施例の半導
体レーザ装置では約107cm-2・eV-1であることが確認さ
れた。大気中にてウェハの劈開を行った比較例につき同
様の測定を行ったところ、約109cm-2・eV-1が最も少な
いものであり、上記のような効果的な表面準位密度の低
減は見られなかった。
When the surface state density was measured, it was confirmed that the density was about 10 7 cm −2 · eV −1 in the semiconductor laser device of this example. When the same measurement was performed for the comparative example in which the wafer was cleaved in the air, the result was about 10 9 cm -2 · eV -1 which was the smallest, and the effective surface state density as described above was No reduction was seen.

このように、本実施例では、(NH42S水溶液中にて
ウェハの劈開を行うことにより、劈開面の大気による自
然酸化を防ぐことができた。このため、(NH42S水溶
液中による劈開面の表面処理が効果的に行われ、酸化膜
に起因する表面順位密度が低減された。
As described above, in the present embodiment, the natural oxidation of the cleavage plane by the air could be prevented by cleaving the wafer in the (NH 4 ) 2 S aqueous solution. For this reason, the surface treatment of the cleavage plane in the (NH 4 ) 2 S aqueous solution was effectively performed, and the surface order density caused by the oxide film was reduced.

(発明の効果) 以上のとおり、本発明によれば、硫黄を含む膜がAlGa
As活性層を有する半導体レーザ装置の端面に形成されて
いるので、端面の表面準位が大きく低減される。従っ
て、表面再結合に起因する光出射端面に発熱による劣化
を効果的に抑制することができ、AlGaAs半導体レーザ装
置の出力を高い信頼性を持って高めることが可能とな
る。
(Effect of the Invention) As described above, according to the present invention, the film containing sulfur is made of AlGa
Since it is formed on the end face of the semiconductor laser device having the As active layer, the surface level of the end face is greatly reduced. Therefore, deterioration due to heat generation at the light emitting end face due to surface recombination can be effectively suppressed, and the output of the AlGaAs semiconductor laser device can be increased with high reliability.

また、硫黄を含む溶液で端面の処理を行うことによ
り、硫黄を含む膜に覆われた表面準位の少ない端面を容
易に形成することができる。この端面に形成する保護膜
の種類及び形成方法を適正化することにより、該硫黄を
含む膜に損傷を与えることなく、高出力特性に優れた半
導体レーザ装置を歩留りよく製造することができる。
Further, by treating the end face with a solution containing sulfur, the end face covered with the film containing sulfur and having a small number of surface states can be easily formed. By optimizing the type and method of forming the protective film formed on the end face, a semiconductor laser device excellent in high output characteristics can be manufactured with high yield without damaging the sulfur-containing film.

また、使用する溶液の硫黄濃度に応じた適切な処理時
間をもって端面を処理することにより、端面処理時間の
不足による端面酸化膜の除去不足が起こらず、必要時間
以上の時間をかけて端面処理を行う無駄が省かれる。
In addition, by treating the end face with an appropriate treatment time according to the sulfur concentration of the solution to be used, insufficient removal of the end face oxide film due to shortage of the end face treatment time does not occur, and the end face treatment takes more time than necessary. The waste of doing is eliminated.

また、硫黄を含む溶液中でウェハの劈開を行うことに
より、端面の酸化がいっそう効果的に抑制され、出力の
向上した信頼性の高い半導体レーザ装置を得ることがで
きる。
Further, by performing cleavage of the wafer in a solution containing sulfur, oxidation of the end face is more effectively suppressed, and a highly reliable semiconductor laser device with improved output can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は第1の実施例の装置のレーザ光出射側端面近傍
を模式的に示す斜視図、第2図(a)〜(c)はその実
施例の製造工程を説明するための斜視図、第3図はその
実施例の半導体レーザ装置の注入電流対光出力特性を示
す図、第4図は第3の実施例の装置のレーザ光出射側端
面近傍を模式的に示す斜視図、第5図は第4の実施例の
装置の電流対光出力特性と膜形成レートとの関係を示す
グラフ、第6図はその実施例の最大光出力と保護膜形成
レートとの関係を示すグラフ、第7図は第5の実施例の
半導体レーザ装置の端面破壊出力を示すグラフ、第8図
は第5の実施例の端面に於ける酸素のオージェ信号強度
と浸漬時間との関係を示すグラフ、第9図はその酸素の
オージェ信号強度がバックグランドレベルに達するまで
の浸漬時間と溶液の硫黄濃度との関係を示すグラフ、第
10図(a)〜(c)は第6の実施例の製造方法を説明す
るための断面図、第11図(a)及び(b)はそれぞれn
型及びp型のGaAs表面にキャリアの蓄積層が形成されて
いる状態を模式的に示す図、第12図(a)及び(b)は
それぞれn型及びp型の半導体表面に反転層が形成され
ている状態を模式的に示す図である。 11……半導体基板、12……積層構造、13、14……電極、
15……バー、16……活性層、18……硫黄を含む膜、17、
17a、17b……保護膜、20……(NH42S水溶液。
FIG. 1 is a perspective view schematically showing the vicinity of an end face on the laser light emission side of the apparatus of the first embodiment, and FIGS. 2 (a) to 2 (c) are perspective views for explaining manufacturing steps of the embodiment. FIG. 3 is a diagram showing injection current versus light output characteristics of the semiconductor laser device of the embodiment, FIG. 4 is a perspective view schematically showing the vicinity of an end face on the laser light emission side of the device of the third embodiment, FIG. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the current versus light output characteristics of the device of the fourth embodiment and the film formation rate, FIG. 6 is a graph showing the relationship between the maximum light output and the protective film formation rate of the embodiment, FIG. 7 is a graph showing the end face breakdown output of the semiconductor laser device of the fifth embodiment, FIG. 8 is a graph showing the relationship between the Auger signal intensity of oxygen and the immersion time at the end face of the fifth embodiment, Figure 9 shows the immersion time and solution until the Auger signal intensity of oxygen reaches the background level. Graph showing the relationship between the sulfur concentration, the
FIGS. 10 (a) to 10 (c) are cross-sectional views for explaining the manufacturing method of the sixth embodiment, and FIGS. 11 (a) and 11 (b) each show n
FIGS. 12 (a) and 12 (b) schematically show a state in which a carrier accumulation layer is formed on the surfaces of n-type and p-type GaAs. FIGS. It is a figure which shows the state currently performed typically. 11 ... Semiconductor substrate, 12 ... Laminated structure, 13, 14 ... Electrode,
15 ... bar, 16 ... active layer, 18 ... film containing sulfur, 17,
17a, 17b: protective film, 20: (NH 4 ) 2 S aqueous solution.

フロントページの続き (72)発明者 林 寛 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 宮内 伸幸 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 矢野 盛規 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 塩本 武弘 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 佐々木 和明 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 松本 晃広 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 近藤 正樹 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 山本 三郎 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 1989年(平成元年)秋季第50回応用物 理学会学術講演会予稿集第3分冊 28p −ZG−9 p.899 Jpn.J.Appl.Phys.29 [▲II▼](1990)p.2473−2476Continued on the front page (72) Inventor Hiroshi Hayashi 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Inside Sharp Corporation (72) Inventor Nobuyuki Miyauchi 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Inside Sharp Corporation (72 Inventor Morino Yano 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka City, Osaka Inside Sharp Corporation (72) Inventor Takehiro 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka City, Osaka Sharp Corporation (72) Inventor Sasaki Kazuaki 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Sharp Corporation (72) Inventor Akihiro Matsumoto 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Sharp Corporation (72) Inventor Masaki Kondo Osaka-shi, Osaka 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Sharp Corporation (72) Inventor Saburo Yamamoto 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Inside Sharp Corporation Proceedings of the Physical Society of Japan Academic Lectures 3rd volume 28p − G-9 p. 899 Jpn. J. Appl. Phys. 29 [II] (1990) p. 2473−2476

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】AlGaAs活性層を有し、端面に保護膜が形成
されている端面出射型の半導体レーザ装置の製造方法に
於いて、 硫黄を含む溶液により該端面を処理する工程、及びその
後に該保護膜を形成する工程を包含する半導体レーザ装
置の製造方法。
In a method for manufacturing an edge-emitting semiconductor laser device having an AlGaAs active layer and a protective film formed on an end face, a step of treating the end face with a sulfur-containing solution, and thereafter A method for manufacturing a semiconductor laser device including a step of forming the protective film.
【請求項2】前記硫黄を含む溶液が、(NH42S原液、
(NH42Sx原液、(NH42S水溶液、及び(NH42Sx
溶液からなる群から選択されたものである請求項1に記
載の半導体レーザ装置の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the sulfur-containing solution is (NH 4 ) 2 S stock solution,
2. The method for manufacturing a semiconductor laser device according to claim 1, wherein the solution is selected from the group consisting of an (NH 4 ) 2 S x stock solution, an (NH 4 ) 2 S aqueous solution, and an (NH 4 ) 2 S x aqueous solution.
【請求項3】前記硫黄を含む溶液の硫黄濃度がXmol/lの
とき、該硫黄を含む溶液により前記端面を処理する時間
を、1.5/X秒以上とする請求項1に記載の半導体レーザ
装置の製造方法。
3. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein when the sulfur concentration of the sulfur-containing solution is Xmol / l, the time for treating the end face with the sulfur-containing solution is 1.5 / X seconds or more. Manufacturing method.
【請求項4】前記端面の形成を、前記硫黄を含む溶液中
でウェハの劈開を行うことにより行い、その後、該溶液
により該端面を処理する請求項1に記載の半導体レーザ
装置の製造方法。
4. The method for manufacturing a semiconductor laser device according to claim 1, wherein the formation of the end face is performed by cleaving the wafer in the solution containing sulfur, and thereafter, the end face is treated with the solution.
【請求項5】前記保護膜の形成を、低融点材料を用いて
抵抗加熱蒸着法により行う請求項1に記載の半導体レー
ザ装置の製造方法。
5. The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 1, wherein said protection film is formed by a resistance heating evaporation method using a low melting point material.
【請求項6】前記低融点材料が、MgF2、SiO、SiO2、CaF
2、及びNaFからなる群から選択されたものである請求項
5に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
6. The low melting point material is MgF 2 , SiO, SiO 2 , CaF
6. The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 5, wherein the method is selected from the group consisting of 2 and NaF.
【請求項7】前記保護膜の形成を、電子ビーム蒸着法に
より、10Å/sec以下の成長レートで行う請求項1に記載
の半導体レーザ装置の製造方法。
7. The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 1, wherein said protective film is formed by an electron beam evaporation method at a growth rate of 10 ° / sec or less.
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