JP3257662B2 - 半導体レーザ端面のパッシベーション方法及び治具 - Google Patents

半導体レーザ端面のパッシベーション方法及び治具

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高出力半導体レー
ザ端面のパッシベーション方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、GaAs基板上に積層された半導
体層を有する半導体レーザが種々提案されている。この
ような半導体レーザは、GaAs/AlGaAs(量子
井戸)又はInGaPを活性層として0.6〜0.8μ
m帯のレーザ光を発生し、光情報記録、光情報記録再生
に用いられている。また近年、InGaAs/GaAs
歪量子井戸層を活性層とした0.8から1μmの波長帯
のレーザがGaAs基板上に形成され、ファイバーアン
プ用の励起光源として用いられるようになっている。こ
れらのレーザには高出力動作が求められていたが、高出
力動作時の寿命が短いという問題があった。
【0003】半導体レーザの劣化原因についてはこれま
でいくつかの検討が行われてきている。これらは共振器
端面の光学損傷破壊COD(Catastrophic Optical Dam
age)や表面の変質、結晶転位欠陥の増殖、およびその他
のオーミック電極の破損や点欠陥の発生に起因するもの
に大別される。とりわけ、GaAs基板上に積層された
半導体層を有する半導体レーザにおいては、共振器端面
のCODが高出力動作においてレーザの寿命を決定づけ
る重要な劣化原因であることが指摘されている。このC
ODは半導体レーザの共振器端面付近がレーザ光に対し
て吸収領域になっていることによる。すなわち、半導体
結晶表面に存在する表面準位を介した非発光再結合によ
る温度上昇に起因したバンドギャップの減少にこの種の
CODは端を発する。このバンドギャップの減少はさら
に温度の上昇するフィードバックがかかる。このため端
面の溶融等が誘起され光出力が低下し、非可逆的な破壊
が起こるのである。高出力半導体レーザの端面に施され
る反射防止膜および高反射膜は、このCODを抑制する
効果がある。すなわち、反射防止膜及び高反射膜は端面
保護材料として機能する。しかし、この様な保護材料で
端面を被覆しても、CODを完全に防止することはでき
ず、特に反射防止膜を形成している光出射側の端面で頻
繁に起こる。
【0004】CODの臨界光出力を高くするためには共
振器端面の酸素との反応により形成された表面準位の除
去が重要であることが指摘されていた。最近、(N
、P(NHS、NaS水溶
液処理によりGaAsの表面特性の改善効果が多数報告
されている。この硫化物処理は表面の自然酸化物を除去
するとともに、表面原子の結合手が硫黄原子で覆われ、
その後の酸化過程、表面準位の増加を抑制できるという
ものである。
【0005】ところで、この硫化物処理のデバイス応用
の検討はほとんどが電子デバイスに関するものであり、
光デバイスに関するものは少ない。そのうちのいくつか
を以下に示す。ペーター・レオ・プーフマン等の発明
「半導体レーザのエッチング・ミラー・ファセットを不
動態化する方法」(特開平6−342961)。この発
明ではエッチングにより形成されたレーザ端面をウェッ
トエッチングでダメージ層を除去し、(NH
、NaS処理を施すことにより劈開端面の従来
のレーザと比して遜色のないものが得られるというもの
である。田中俊明等の発明「半導体発光素子」(特開平
6−268327)。この発明では半導体レーザをバー
状に劈開後(NH処理を施し、その後形成す
る端面保護材料により導入した応力を利用して端面近傍
のバンドギャップの増大、光吸収の抑制を図るというも
のである。この発明では硫化物処理と応力導入の2つに
よる効果の分離が明らかではなく硫化物処理の効果の程
度が不明である。太田啓之等の発明「半導体レーザの製
造方法」(特開平7−66485)。この発明では硫化
物処理中にレーザと他電極間に電界を印加することによ
り硫化物処理を促進させようというものである。これま
での硫化物処理による半導体レーザ劈開端面のパッシベ
ーション方法では、空気中で劈開し形成したレーザバー
を硫化物処理する方法により行われるものばかりであっ
た。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の硫化物
処理による半導体レーザ劈開端面のパッシベーション方
法では、空気中で劈開しレーザバーを形成する工程を含
むため、とりわけAlGaAs等のAlを構成元素とす
る層を含む半導体レーザでは劈開後直ちに酸化して形成
される酸化物が安定であり、その後の硫化物処理によっ
ては完全に除去されずに残留するという欠点を有してい
た。本発明の目的とするところは、この様な欠点のな
い、新規な半導体レーザ劈開端面のパッシベーション方
法を提供しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも一
方の端面が形成されていない製造途中の半導体レーザを
治具に固定し、該半導体レーザの表面準位の発生を抑制
する作用を有する処理液中で劈開する第1の工程と、該
第1の工程で形成された該端面を端面保護材料で被覆す
る第2の工程とを備え、該端面保護材料を被覆する工程
において、前記治具を装着したまま、前記端面保護材料
を被覆する構成とし、上記目的を達成している。
【0008】この場合に用いる治具は、少なくとも一方
の端面が形成されていない製造途中の前記半導体レーザ
を落とし込む窪みを形成する一対の固定板17と、該固
定板17に前記半導体レーザを圧着する一対の圧着板1
8と、該一対の固定板17を、劈開に必要な間隔を開け
て、別々に納める溝を有する位置決め台16とからなっ
ている。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明によれば、従来の半導体レ
ーザ端面のパッシベーション方法のように空気中で劈開
する工程を含まず、端面処理用液体中で劈開を行うた
め、酸化する前に硫化物処理を行うことができ、このた
め、酸化物の残留のない処理が可能となる。従って、表
面準位が低減しCODレベルの低下が抑制されるので信
頼性の高い高出力半導体レーザを実現することができ
る。
【0010】硫化物溶液中で劈開を行うに際し、先端の
鋭利なメス等を半導体レーザウエハ側面に当てると、溶
液中での摩擦力低下により半導体レーザウエハが移動す
るので所定の位置での劈開が困難である。さらには、硫
化物溶液中でのレーザバーの取り扱いは難しく、ピンセ
ット等での取り扱いにより半導体レーザへのダメージが
入りやすい。
【0011】一方、本発明によると、端面処理用液体中
での半導体レーザの劈開をある程度の重さのある治具に
固定された状態で行えるため、半導体レーザウエハが溶
液中を移動することが無く所定の位置での劈開が可能と
なる。さらには劈開後もレーザバーが治具に固定されて
おり、そのまま端面保護材料を形成する装置に設置し、
端面保護材料を形成することも可能であり、硫化物溶液
中での取り扱いによるダメージが入るという欠点のない
半導体レーザ端面のパッシベーション方法を提供するこ
とができる。
【0012】
【実施例】次に、図を伴って、本発明の一実施例を述べ
る。図1は、本発明の実施例1によるレーザの断面を示
す図である。図において、1はn−GaAs基板、2
はn−GaAsバッファ層、3はn−AlGaAsクラ
ッド層、4および8はAlGaAsガイド層、5および
7はAlGaAsSCH層、6はInGaAs歪量子井
戸活性層、9はp−AlGaAsクラッド層、10はp
GaAsコンタクト層、11は絶縁層、12はp電
極、13はn電極である。
【0013】この構造を実現するために、エピタキシャ
ル結晶成長装置(MOCVD法:有機金属気相成長装置
あるいはMBE法:分子線エピタキシー法)により、図
2に示すようにn−GaAs基板1上にエピ層2から
10まで成長する。MOVPE法では、半導体薄膜成長
用の原料としてトリメチルインジウム(TMI)、トリ
エチルガリウム(TEG)、トリメチルアルミニウム
(TMA)、アルシン(AsH)を、n型ドーパント
としてセレン化水素(HSe)、p型ドーパントとし
てジエチルジンク(DEZn)を利用した。エピタキシ
ャル成長温度は約700℃、成長圧力は約0.1気圧、
キャリヤガスは水素である。MBE法では原料として金
属ガリウム(Ga)、インジウム(In)、アルミニウ
ム(Al)、砒素(As固体)を、n型ドーパントとし
てシリコン(Si)、p型ドーパントとして亜鉛(Z
n)を利用した。エピタキシャル成長温度は約650
℃、成長圧力は約10−5Torrとしている。
【0014】成長後、コンタクト層10並びにクラッド
層9を加工して、幅1.5〜3μm程度のリッジを形成
する。そのためにフォトリソグラフィーでレジストパタ
ーニングし、これをマスクにウエットあるいはドライエ
ッチングで10,9層をエッチングする。深さは横モー
ドを考慮して決定し、ガイド層8までエッチングする場
合もある。リッジ形成後、スパッタリング等で絶縁膜1
1(SiO)を表面全体に形成し、リッジ上部の電流
注入領域のSiOをエッチオフした後、Cr/Auあ
るいはTi/Pt/Au等のp電極12を形成する。そ
の後、100μm厚まで裏面を研磨し、AuGeNi等
のn電極13を形成する。その後、オーミックシンター
し電極部を形成する。この様に形成されたレーザウエハ
をストライプ方向と垂直方向に劈開して幅1.8mm、
長さ10mmのウエハ14(図3参照)に分割する。こ
のウエハの幅は最終的なレーザの共振器長の2倍の長さ
である。またウエハ14の幅方向の中心には1mm程度
のスクライブ15が入れてある。
【0015】このウエハを劈開用治具に固定する。この
治具は、図3に示すように、第一の治具16(位置決め
台)によって第二の下部治具17(固定板)の位置が決
められるガイド溝があり、第二の下部治具17は200
μmの間隔を開けて置かれ、その上にウエハ14を載せ
る。この第二の下部治具17には深さ50μmのウエハ
用ガイド溝を備えており、ウエハ14のスクライブ部を
含む劈開部が上記200μmの間隔の中心になるように
配置される。その後、第二の上部治具18(圧着板)を
載せて、ネジで固定する。この第二の上部治具18も2
00μmの間隔が開けられており、固定後はウエハ14
のスクライブ部を含む劈開部が露呈されるような配置と
なる。
【0016】次に、第二の上部治具18に固定されたウ
エハ14を第一の治具16から取り出し、シャーレに入
った(NH水溶液中に移し、ウエハ14のス
クライブ部に劈開刃をあて劈開し、2個のレーザバーに
分離する。ここで新たに劈開で形成された端面は劈開後
直ちに硫化物処理が行われ、空気中の酸素にさらされる
ことがない。さらにレーザバーは劈開後も第二の上部治
具18に固定された状態になっている。
【0017】硫化物処理終了後、レーザバーは第二の上
部治具18に固定された状態でスパッタ装置等に装填
し、(NH水溶液中で劈開して形成した端面
にAl等の端面保護兼反射防止膜を形成する。こ
うしてCODによる端面劣化が起こりやすい光出射側の
端面のパッシベーションが完了する。さらに、治具から
レーザバーを取り外し、もう一方の端面にAlα
−Si/Al/α−Si等の端面保護兼高反射膜
を形成する。その後、レーザバーから劈開により個々の
レーザに分割しレーザチップを得る。
【0018】本発明の半導体レーザ端面のパッシベーシ
ョン方法による半導体レーザは500mW以上のCOD
レベルを示していた。これに対して、硫化物処理を行わ
ないものや空気中で劈開後硫化物処理を行う従来のパッ
シベーション方法による半導体レーザでは400mW以
下のCODレベルを示しており、本発明によるパッシベ
ーション方法の効果が確認できる。なお、端面処理用液
体をP/(NHS、NaS、KSe水
溶液とすることによっても同様の効果を得ることができ
る。
【0019】上記実施例はGaAs基板上に積層された
InGaAs/GaAs歪量子井戸層を活性層とした
0.8から1μm以上の波長帯の半導体レーザに関する
ものであるが、同様の効果はGaAs基板上に積層され
たGaAs/AlGaAs、InGaPを活性層とした
半導体レーザにおいても有効である。
【0020】
【発明の効果】本発明による半導体レーザ端面のパッシ
ベーション方法によれば、従来の半導体レーザ端面のパ
ッシベーション方法のように空気中で劈開する工程を含
まず、端面処理用液体中で劈開を行うため、酸化する前
に硫化物処理を行うことができるので、酸化物の残留の
ない処理が可能となり、表面準位の低減とCODレベル
の低下の抑制による信頼性の高い高出力半導体レーザを
実現することができる。
【0021】また、本発明による半導体レーザ端面のパ
ッシベーション方法においては、端面処理用液体中での
半導体レーザの劈開をある程度の重さのある治具に固定
された状態で行えるため、半導体レーザウエハが溶液中
を移動することが無く所定の位置での劈開が可能とな
る。さらには劈開後もレーザバーが治具に固定されてお
り、そのまま端面保護材料を形成する装置に設置し、端
面保護材料を形成することも可能であり、硫化物溶液中
での取り扱いも容易である半導体レーザ端面のパッシベ
ーション方法を提供することができる。
【0024】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による半導体レーザの断面を
示す図である。
【図2】本発明の一実施例による半導体レーザのエピ構
造の断面図である。
【図3】本発明の一実施例による半導体レーザ端面のパ
ッシベーションのための治具を示す図である。
【符号の説明】
1 n−GaAs基板 2 n−GaAsバッファ層 3 n−AlGaAsクラッド層 4 AlGaAsガイド層 5 AlGaAsSCH層 6 InGaAs歪量子井戸活性層 7 AlGaAsSCH層 8 AlGaAsガイド層 9 p−AlGaAsクラッド層 10 p−GaAsコンタクト層 11 絶縁膜 12 p電極 13 n電極 14 半導体レーザウエハ 15 劈開用スクライブ 16 第一の治具(位置決め台) 17 第二の下部治具(固定板) 18 第二の上部治具(圧着板)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−149889(JP,A) 特開 平3−285381(JP,A) 特開 平3−224284(JP,A) 特開 平5−299769(JP,A) 特開 平3−285327(JP,A) 特開 平4−133382(JP,A) 特開 昭57−198682(JP,A) 特開 平7−66485(JP,A) 実開 平1−84439(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 H01L 21/78

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも一方の端面が形成されていな
    い製造途中の半導体レーザを治具に固定し、該半導体レ
    ーザの表面準位の発生を抑制する作用を有する処理液中
    で劈開する第1の工程と、該第1の工程で形成された該
    端面を端面保護材料で被覆する第2の工程とを備え、 該端面保護材料を被覆する工程において、前記治具を装
    着したまま、前記端面保護材料を被覆することを特徴と
    する半導体レーザ端面のパッシベーション方法。
  2. 【請求項2】 少なくとも一方の端面が形成されていな
    い製造途中の前記半導体レーザを落とし込む窪みを形成
    する一対の固定板(17)と、該固定板(17)に前記
    半導体レーザを圧着する一対の圧着板(18)と、該一
    対の固定板(17)を、劈開に必要な間隔を開けて、別
    々に納める溝を有する位置決め台(16)とからなる治
    具。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載の前記治具を用いること
    を特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ端面のパッ
    シベーション方法。
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