JP3617618B2 - 半導体レーザ素子の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザチップの端面に所定の反射率を有する保護膜を設けた半導体レーザ素子およびその製造方法に関し、特に、高い信頼性を有する半導体レーザ素子に適した保護膜を得ることができる半導体レーザ素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザ素子においては、図３に示すように、ＧａＡｓレーザチップ１の両端面１ａ、１ｂに等しい反射率を有する保護膜１０１ａ、１０１ｂが設けられている構成のものが多い。この場合、両端面からの光出力Ｐｏは等しくなる。
【０００３】
この保護膜１０１ａがＡｌ２Ｏ３からなる場合、例えばＡｌ２Ｏ３膜の屈折率（ｎ）をｎ＝１．６０、レーザチップ１の屈折率をｎ＝３．５０として計算すると、保護膜１０１ａの膜厚ｄを変化させることによって、図４に示すように、保護膜１０１ａの反射率が変化する。なお、この図４では、レーザ発振波長（λ）７８００オングストロームでの計算結果を示している。
【０００４】
この図４に示すように、保護膜の厚さに関わらず、反射率は保護膜が無い場合よりも小さくなる。そして、光学的膜厚ｎ×ｄが発振波長の１／４の奇数倍になったときに反射率が最小となり、光学的膜厚ｎ×ｄが発振波長の１／２の整数倍になったときに保護膜が無い場合とほぼ同じ反射率となる。これは、Ａｌ２Ｏ３保護膜１０１ａの屈折率がＧａＡｓレーザチップ１の屈折率よりも小さいためである。
【０００５】
これに対して、ＧａＡｓレーザチップ１の屈折率よりも大きい屈折率を有する膜、例えばアモルファスＳｉ等の膜を用いた場合、保護膜の厚さに関わらず、反射率は保護膜が無い場合よりも大きくなる。そして、光学的膜厚ｎ×ｄが発振波長の１／４の奇数倍になったときに反射率が最大となり、光学的膜厚ｎ×ｄが発振波長の１／２の整数倍になったときに保護膜が無い場合とほぼ同じ反射率となる。
【０００６】
ところで、光出力２０ｍＷ以上の高出力レーザの場合には、一般に、図５に示すように、主出射面（前面）側からの光出力Ｐｆを高くするために、前面側１ａを保護膜が無い場合の反射率よりも低い反射率となるように、その反対側（後面）側１ｂを保護膜が無い場合よりも高い反射率となるように設計している。
【０００７】
例えば、前面側１ａのＡｌ２Ｏ３保護膜２０１ａは膜厚を約７００オングストローム〜１６００オングストロームに形成することにより、その反射率を約１５％以下に設定することができる。一方、後面側１ｂの保護膜１００は、レーザチップ１の屈折率よりも大きい屈折率を有する膜を用いても、１層では十分に高い反射率が得られない。このため、第１層および第３層１０２ｂとして厚さλ／４（λ：波長）に相当するＡｌ２Ｏ３膜、第２層および第４層１０４ｂとして厚さλ／４に相当するアモルファスＳｉ膜を交互に積層し、最後の第５層１０３ｂとして厚さλ／２に相当するＡｌ２Ｏ３膜を積層する。これにより、約８５％以上の高反射率の保護膜を形成することができる。
【０００８】
以下に、レーザチップの端面に上述したような所定の反射率を有する保護膜を形成する方法を説明する。まず、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、レーザウェハ２における特定の素子の電極３とそれに隣接する素子の電極３との間に、発光部（チャネル）４と直交する方向に、劈開線５をスクライブにより形成する。次に、図７に示すように、ウェハ２を劈開して、レーザバー（バー状態のレーザチップ）６を形成する。
【０００９】
次に、図８に示すように、レーザバー６を、レーザバー固定用治具７に電極３面を重ねるようにしてセットする。このとき、全てのレーザバー６においてレーザチップの前面（主出射面）１ａ側および後面１ｂ側が同じ向きとなるようにセットする。
【００１０】
次に、レーザバー固定用治具７に固定されたレーザバー６の端面に所定の反射率を有する保護膜を成膜する。この成膜には、一般に、図９に示すような真空蒸着装置が用いられる。この真空蒸着装置は、チャンバー９内に蒸着源１１と上記レーザバー固定用治具７を保持するためのホルダー８と蒸着膜厚モニター用の水晶振動子１４を備えている。
【００１１】
この装置を用いてレーザチップの両端面１ａ、１ｂに保護膜を蒸着する場合、まず、図９に示すように、ダクト１０を通してチャンバー９内を真空にする。そして、所定の真空度に達した後、蒸着源１１に入れた蒸着材料１２を電子ビーム等で加熱して蒸発させて、図１０（ａ）に示すようにレーザチップ１の端面１ａに保護膜１０１ａを蒸着する。蒸着完了後、引き続いてホルダー８を１８０゜回転させ、図１（ｂ）に示すようにレーザチップ１のもう一方の端面１ｂに保護膜１０１ｂを蒸着する。両端面１ａ、１ｂに保護膜を形成するときの成膜速度（蒸着レート）は、蒸着完了までの間、ほぼ一定となるように制御される。この蒸着レートは加熱温度により制御されるので、電子ビーム蒸着の場合には電子ビームの強度により制御される。また、抵抗加熱の場合には、抵抗体に流す電流量で制御されることは良く知られている。この蒸着レートは、蒸着材料がＡｌ２Ｏ３の場合、数オングストローム／秒〜３０オングストローム／秒の間で設定されるのが一般的である。なお、蒸着は水晶振動子１４にて膜厚をモニターしながら行い、所定の膜厚に達した時点で蒸着を停止する。
【００１２】
さらに、高出力タイプの半導体レーザ素子の場合には、上述した手順と同様にして、図１１（ａ）に示すように、前面（主出射面）１ａ側に反射率約１５％以下の低反射保護膜２０１ａを成膜した後、引き続いて図１１（ｂ）に示すように、後面１ｂ側に高反射保護膜１００を成膜する。この高反射保護膜１００は、上述したように、第１層および第３層１０２ｂとして厚さλ／４（λ：波長）に相当するＡｌ２Ｏ３膜、第２層および第４層１０４ｂとして厚さλ／４に相当するアモルファスＳｉ膜を交互に積層し、最後の第５層１０３ｂとして厚さλ／２に相当するＡｌ２Ｏ３膜を積層する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、レーザチップの端面に保護膜を形成する場合、保護膜の成膜速度は蒸着完了までの間、一定となるように制御される。よって、図９に示したように、蒸着材料１２に入力される電子ビームパワー１３も蒸着完了までの間、ほぼ一定となる。しかし、このようにして作製した半導体レーザ素子を高出力で動作させると、必要とされる信頼性が得られないという問題があった。
【００１４】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであり、レーザチップの端面に所定の反射率の保護膜を有し、信頼性の高い半導体レーザ素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、多数のレーザチップが形成されたレーザウェハを劈開して、複数のレーザチップがバー状態になったレーザバーを、各レーザチップのそれぞれの端面が両側に露出した状態で形成し、該レーザバーをバー固定用治具により保持して、該レーザバーにおける各レーザチップのそれぞれの端面に所定の反射率を有する所定の膜厚Ｔの保護膜を成膜する成膜工程を包含する半導体レーザ素子の製造方法において、前記成膜工程が、前記保護膜としてＡｌ２Ｏ３膜を、電子ビーム蒸着法によって、５オングストローム／秒以上１０オングストローム／秒以下の成膜速度ｒで、前記膜厚Ｔの１／５以上１／２以下に達するまで成膜する第１成膜工程と、該第１成膜工程に連続して、Ａｌ２Ｏ３膜を、前記膜厚Ｔに達するまで１０オングストローム／秒以上２０オングストローム／秒以下の成膜速度Ｒであってｒ＜Ｒの条件で成膜する第２工程と、を包含すること特徴とし、そのことにより上記目的が達成される。
【００１６】
好ましくは、前記第１の成膜工程の成膜速度が５オングストローム／秒であり、前記第２の成膜工程の成膜速度が１０オングストローム／秒である。
【００１７】
好ましくは、前記膜厚Ｔが１５００オングストロームであり、前記第１の成膜工程における膜厚が、３００オングストロームである。
【００１８】
好ましくは、前記レーザバーにおける各レーザチップの一方の端面に成膜されたＡｌ ２ Ｏ ３ 膜上に、アモルファスＳｉ膜とＡｌ ２ Ｏ ３ 膜とを交互に積層する第３成膜工程をさらに包含する。
【００２４】
以下、本発明の作用について説明する。
【００２５】
本発明にあっては、レーザチップの端面に所定の反射率を有する保護膜を成膜する際に、ある膜厚に達するまでを比較的低い成膜速度で成膜するので、レーザチップ端面に与えるダメージを小さくすることが可能である。また、残りの所定膜厚までをそれよりも速い成膜速度で成膜するので、緻密で大気中の水分や酸素を通しにくい、良好な膜質の保護膜を得ることが可能である。
【００２６】
両端面に所定の反射率を有する保護膜を成膜した後、一方の端面（後面側）の保護膜上に多層膜を成膜して後面側を高反射率とすることにより、高出力の半導体レーザ素子にも適用可能である。
【００２７】
ＧａＡｓレーザチップの場合、保護膜の材料としては例えばＡｌ２Ｏ３を用いることができる。また、その上に成膜する多層膜としては、例えばアモルファスＳｉとＡｌ２Ｏ３を交互に積層したものを用いることができる。この保護膜の成膜速度は、電子ビーム蒸着の場合、電子ビームの強度により制御することが可能である。そして、蒸発に寄与しない電子流の量を低くした条件下で端面近傍の保護膜を成膜可能であるので、光出射端面に与えるダメージが小さくなる。
【００２８】
半導体レーザ素子の端面保護膜の形成方法において、保護膜がある膜厚に達するまでをある成膜速度で成膜し、残りの所定膜厚までをその２倍の成膜速度で成膜すると、半導体レーザ素子のＣＯＤ（光学的破壊レベル）は、従来方法により成膜品と比較して高くなるので好ましい。また、保護膜がある膜厚に達するまでを５オングストローム／秒以上１０オングストローム／秒以下の成膜速度で成膜し、残りの所定膜厚までを１０オングストローム／秒以上２０オングストローム／秒以下の成膜速度で成膜すると、さらに半導体レーザ素子のＣＯＤ値が高くなるので好ましい。さらに、保護膜が所定膜厚の１／５以上１／２以下に達するまでをある成膜速度で成膜し、残りの所定膜厚までをそれよりも速い成膜速度で成膜すると、半導体レーザ素子のＣＯＤ値が従来方法による成膜品と比較して高くなるので好ましい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の原理について簡単に説明する。
【００３０】
レーザチップの端面に比較的高い成膜速度、例えば約１０オングストローム／秒〜３０オングストローム／秒程度で保護膜を成膜した場合、膜質が緻密で大気中の水分や酸素を通しにくく、端面の劣化を防止する効果の大きい保護膜が得られると考えられる。
【００３１】
しかし、この場合、図９に示した蒸着材料１２に入力する電子ビームパワー１３も高くなるため、蒸着に寄与しない迷走電子や反跳電子等の電子流１５が増加し、それがレーザチップ端面にダメージを与えて半導体レーザ素子としての信頼性が損なわれるおそれがある。また、保護膜材料の飛散速度も速くなるので、保護膜材料自身によりレーザチップ端面にダメージを与えるおそれもある。さらに、熱膨張率の大きく異なるレーザチップと保護膜との密着性が良いため、レーザ発振時には端面の温度が高くなり、熱応力によってレーザチップを構成している結晶にダメージを与えることも考えられる。
【００３２】
一方、保護膜の成膜速度を比較的低い条件、例えば１０オングストローム／秒程度以下とした場合、保護膜の膜質を良好なものにすることが困難であり、半導体レーザ素子としての信頼性を損なうおそれがある。
【００３３】
本発明はこのような考察に基づいてなされたものである。以下に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３４】
（実施形態１）
図１は、本実施形態１における半導体レーザ素子の製造方法を説明するための図である。本実施形態では、図１（ｂ−４）に示すように、レーザチップ１の一方の端面１ａ側に、所定の反射率を有し、その組成が一定で、所定膜厚Ｔのうち、端面１ａからある膜厚までの部分３０１ａの密度が残りの部分３０２ａの密度よりも低い保護膜が所定膜厚Ｔで形成している。また、他方の端面１ｂ側には、所定の反射率を有し、その組成が一定で、所定膜厚Ｔのうち、端面１ｂからある膜厚までの部分３０１ｂの密度が残りの部分３０２ｂの密度よりも低い保護膜を形成している。
【００３５】
この半導体レーザ素子の製造は、以下のようにして行うことができる。まず、従来技術と同様に、図６に示したようなウェハ２を劈開して図７に示したようなバー状態のレーザチップ６を形成し、図８に示したようにそのバー状態のレーザチップ６をバー固定用治具７に電極３面を重ねるようにしてセットする。このとき、全てのレーザバー６においてレーザチップの端面１ａ側および端面１ｂ側が同じ向きとなるようにセットする。そして、レーザバー固定用治具７に固定されたレーザバー６の端面１ａ、１ｂに所定の反射率を有する保護膜を成膜する。成膜時には、図９に示したような真空蒸着装置を用いる。
【００３６】
図１（ａ−１）に示すように、レーザバーを積層したレーザバー固定用治具７をレーザバー（レーザチップ）１の端面１ａが蒸着源１１側に向くように、装置内のホルダー８にセットする。そして、装置のチャンバー９をダクト１０を通して排気し、所定の真空度に達した後、蒸着源１１から蒸着材料１２を蒸発させて成膜を開始する。
【００３７】
まず、図１（ｂ−１）に示すように、端面１ａに所定の膜厚Ｔオングストロームよりも薄いｔオングストロームの保護膜３０１ａを成膜速度ｒオングストローム／秒にて成膜する。続いて、図１（ｂ−２）に示すように、保護膜が所定の膜厚Ｔオングストロームになるまでの間、保護膜３０２ａを成膜速度Ｒオングストローム／秒にて成膜する。このとき、成膜速度ｒ＜成膜速度Ｒとなるように設定する。但し、蒸着材料がＡｌ２Ｏ３の場合には、Ｒは３０オングストローム／秒程度以下であるのが好ましい。
【００３８】
このとき、図１（ａ−１）および図１（ａ−２）に示すように、保護膜３０１ａの成膜速度ｒは保護膜３０２ａの成膜速度Ｒに対して十分小さいため、保護膜３０１ａの成膜時に蒸着材料１２に照射する電子ビームパワー１３’を、保護膜３０２ａの成膜時に蒸着材料１２に照射する電子ビームパワー１３に比べて小さくすることができる。その結果、保護膜３０１ａの成膜は、材料の蒸発に寄与しない電子流を低く抑えた状態にて行うことができる。
【００３９】
このようにレーザチップ１の端面１ａに保護膜３０１ａ、３０２ａを成膜した後、図１（ａ−３）および図１（ａ−４）に示すように、ホルダー８を１８０゜回転させて、レーザチップ１のもう一方の端面１ｂに保護膜３０１ｂ、３０２ｂを成膜する。この保護膜３０１ｂ、３０２ｂは、端面１ａに設けた保護膜３０１ａ、３０２ａと同様に成膜することができる。
【００４０】
まず、図１（ｂ−３）に示すように、端面１ｂに所定の膜厚Ｔオングストロームよりも薄いｔオングストロームの保護膜３０１ｂを成膜速度ｒオングストローム／秒にて成膜する。続いて、図１（ｂ−４）に示すように、保護膜が所定の膜厚Ｔオングストロームになるまでの間、保護膜３０２ｂを成膜速度Ｒオングストローム／秒にて成膜する。このとき、成膜速度ｒ＜成膜速度Ｒとなるように設定する。
【００４１】
このときにも、図１（ａ−３）および図１（ａ−４）に示すように、保護膜３０１ｂの成膜速度ｒは保護膜３０２ｂの成膜速度Ｒに対して十分小さいため、保護膜３０１ｂの成膜時に蒸着材料１２に照射する電子ビームパワー１３’を、保護膜３０１ｂの成膜時に蒸着材料１２に照射する電子ビームパワー１３に比べて小さくすることができる。その結果、端面１ａに保護膜３０１ａを成膜したときと同様に、保護膜３０１ｂの成膜は、材料の蒸発に寄与しない電子流を低く抑えた状態にて行うことができる。
【００４２】
以上のように、本実施形態では、半導体レーザ素子の信頼性を左右する両光出射端面１ａ、１ｂ近傍の成膜を、蒸発に寄与しない電子流の量を低くした条件下で行っているので、光出射端面に与えるダメージを小さくすることができる。しかも、残りの膜は高い成膜速度で行っているので、良好な膜質の保護膜を得ることができる。
【００４３】
（実施形態２）
本実施形態２では、レーザチップ１の両端面に反射率が異なる保護膜を設けた例について説明する。このように反射率を非対称とした構造では、通常、高出力レーザに用いられ、低反射の膜は単層で、高反射の膜は多層構造であるのが一般的である。
【００４４】
図２は、本実施形態２における半導体レーザ素子の製造方法を説明するための図である。光出力が約２０ｍＷ以上の高出力レーザの場合、一般に、主出射面１ａ側からの光出力を高くするため、図２（ｂ−５）に示すように、主出射面（前面）１ａ側を低反射、反対面（後面）１ｂ側を高反射となるように設計する。本実施形態では、図２（ｂ−５）に示すように、レーザチップ１の一方の主光出射端面（前面）１ａ側に、所定の反射率を有し、その組成が一定で、所定膜厚Ｔのうち、端面１ａからある膜厚までの部分３０１ａの密度が残りの部分３０２ａの密度よりも低い保護膜が所定膜厚Ｔで形成している。また、他方の端面（後面）１ｂ側には、多層構造により高反射の保護膜３００を形成している。この保護膜３００は、所定の反射率を有し、その組成が一定で、所定膜厚Ｔのうち、端面１ｂからある膜厚までの部分３０１ｂの密度が残りの部分３０２ｂの密度よりも低い保護膜を形成し、その上に第２層３０５ｂ、第３層３０３ｂ、第４層３０５ｂおよび第５層３０４ｂを形成している。
【００４５】
保護膜材料としてＡｌ２Ｏ３およびＳｉを用いる場合、主出射面１ａ側の保護膜をＡｌ２Ｏ３の単層膜で形成し、その反射率が約１５％以下の低反射となるように設計するのが一般的である。よって、保護膜３０１ａおよび保護膜３０２ａを加えた膜厚Ｔオングストロームは、その反射率が約１５％以下の低反射となるように設定される。ここで、Ａｌ２Ｏ３膜の屈折率（ｎ）をｎ＝１．６０、レーザチップの屈折率をｎ＝３．５０、発振波長（λ）を７８００オングストロームとして計算すると、この反射率に対応する膜厚Ｔオングストロームは、図４に示すように約７００オングストローム〜１６００オングストロームとなる。
【００４６】
一方、後面１ｂ側の保護膜３００は、第１層３０１ｂ＋３０２ｂおよび第３層３０３ｂとして厚さλ／４（波長λ）に相当するＡｌ２Ｏ３膜と、第２層３０５ｂおよび第４層３０５ｂとして厚さλ／４に相当するアモルファスＳｉ膜とを交互に積層し、さらに、第５層３０４ｂとして厚さλ／２に相当するＡｌ２Ｏ３膜を有する。また、その反射率は約８５％以上の高反射率となる。
【００４７】
端面１ａ側の保護膜３０１ａ、３０２ａおよび端面１ｂ側の保護膜３０１ｂ、３０２ｂの成膜は、図２（ａ−１）〜図２（ａ−４）および図２（ｂ−１）〜図２（ｂ−４）に示すように、実施形態１において図１（ａ−１）〜図１（ａ−４）および図１（ｂ−１）〜図１（ｂ−４）を用いて説明した成膜方法と同様に行うことができる。
【００４８】
すなわち、図２（ｂ−１）に示すように、端面１ａに所定の膜厚Ｔオングストロームよりも薄いｔオングストロームの保護膜３０１ａを成膜速度ｒオングストローム／秒にて成膜する。続いて、図２（ｂ−２）に示すように、保護膜が所定の膜厚Ｔオングストロームになるまでの間、保護膜３０２ａを成膜速度Ｒオングストローム／秒にて成膜する。このとき、成膜速度ｒ＜成膜速度Ｒとなるように設定する。但し、蒸着材料がＡｌ２Ｏ３の場合には、Ｒは１０オングストローム／秒程度以上３０オングストローム／秒程度以下とし、ｒは１０オングストローム／秒程度以下であるのが好ましい。
【００４９】
このようにレーザチップ１の端面１ａに保護膜３０１ａ、３０２ａを成膜した後、図２（ａ−３）および図２（ａ−４）に示すように、ホルダー８を１８０゜回転させて、レーザチップ１のもう一方の端面１ｂに保護膜３０１ｂ、３０２ｂを成膜する。この保護膜３０１ｂ、３０２ｂは、端面１ａに設けた保護膜３０１ａ、３０２ａと同様に成膜することができる。
【００５０】
すなわち、図２（ｂ−３）に示すように、端面１ｂに所定の膜厚Ｔオングストロームよりも薄いｔオングストロームの保護膜３０１ｂを成膜速度ｒオングストローム／秒にて成膜する。続いて、図２（ｂ−４）に示すように、保護膜が所定の膜厚Ｔオングストロームになるまでの間、保護膜３０２ｂを成膜速度Ｒオングストローム／秒にて成膜する。このとき、成膜速度ｒ＜成膜速度Ｒとなるように設定する。また、このときの所定膜厚Ｔと成膜速度ｒにて成膜する膜厚ｔは、ｔ＝Ｔ／５〜Ｔ／２程度に設定する。
【００５１】
そして、端面１ｂ側の第３層３０３ｂおよび第５層３０４ｂのＡｌ２Ｏ３膜は、成膜開始から完了までの間、比較的高い一定の成膜速度（１０オングストローム／秒〜３０オングストローム／秒）で成膜を行う。また、第２層３０５ｂおよび第４層３０５ｂのアモルファスＳｉ膜も、成膜開始から完了までの間、一定の成膜速度（１オングストローム／秒以下で成膜を行う。
【００５２】
本実施形態でも、半導体レーザ素子の信頼性を左右する端面１ａ、１ｂ近傍の成膜を、蒸発に寄与しない電子流の量を低くした条件下で行っているので、光出射端面に与えるダメージを小さくすることができる。しかも、残りの膜は高い成膜速度で行っているので、良好な膜質の保護膜を得ることができる。
【００５３】
（実施形態３）
本実施形態３では、実施形態２と同様に、端面１ａに所定の膜厚Ｔオングストロームよりも薄いｔオングストロームの保護膜３０１ａを成膜速度ｒオングストローム／秒にて成膜し、続いて、保護膜が所定の膜厚Ｔオングストロームになるまでの間、保護膜３０２ａをＲオングストローム／秒で成膜した。また、端面１ｂには所定の膜厚Ｔオングストロームよりも薄いｔオングストロームの保護膜３０１ｂを成膜速度ｒオングストローム／秒にて成膜し、続いて、保護膜が所定の膜厚Ｔオングストロームになるまでの間、保護膜３０２ｂをＲオングストローム／秒で成膜し、その上に第２層３０５ｂ、第３層３０３ｂ、第４層３０５ｂおよび第５層３０４ｂを形成した。但し、本実施形態３では、成膜速度ｒと成膜速度Ｒとの関係を約ｒ＝Ｒ／２に設定した。すなわち、保護膜３０１ａの成膜速度ｒを保護膜３０２ａの成膜速度Ｒの半分に設定し、保護膜３０１ｂの成膜速度ｒを保護膜３０２ｂの成膜速度Ｒの半分に設定した。
【００５４】
蒸着材料がＡｌ２Ｏ３である場合には、ｒは１０オングストローム／秒程度以下、Ｒは２０オングストローム／秒程度以下であるのが好ましく、かつ、Ｒとｒの値はＲ／２となるように設定する。また、このときの所定膜厚Ｔと成膜速度ｒにて成膜する膜厚ｔはｔ＝Ｔ／５〜Ｔ／２程度に設定する。
【００５５】
上記範囲内でｒおよびＲの値をｒ＝Ｒ／２になるように設定し、保護膜を形成した半導体レーザ素子によれば、従来の成膜方法に比べて高いＣＯＤ値を得ることが可能となる。
【００５６】
（実施形態４）
本実施形態４では、実施形態２および実施形態３と同様に、端面１ａに所定の膜厚Ｔオングストロームよりも薄いｔオングストロームの保護膜３０１ａを成膜速度ｒオングストローム／秒にて成膜し、続いて、保護膜が所定の膜厚Ｔオングストロームになるまでの間、保護膜３０２ａをＲオングストローム／秒で成膜した。また、端面１ｂには所定の膜厚Ｔオングストロームよりも薄いｔオングストロームの保護膜３０１ｂを成膜速度ｒオングストローム／秒にて成膜し、続いて、保護膜が所定の膜厚Ｔオングストロームになるまでの間、保護膜３０２ｂをＲオングストローム／秒で成膜し、その上に第２層３０５ｂ、第３層３０３ｂ、第４層３０５ｂおよび第５層３０４ｂを形成した。但し、本実施形態４では、成膜速度ｒを５オングストローム／秒以上１０オングストローム／秒以下、成膜速度Ｒを１０オングストローム／秒以上２０オングストローム／秒以下とし、成膜速度ｒと成膜速度Ｒとの関係を約ｒ＝Ｒ／２に設定した。
【００５７】
蒸着材料がＡｌ２Ｏ３である場合には、実施形態３において、より具体的にｒを５オングストローム／秒以上１０オングストローム／秒以下、Ｒを１０オングストローム／秒以上２０オングストローム／秒以下とし、かつ、Ｒとｒの値はＲ／２となるように設定する。また、このときの所定膜厚Ｔと成膜速度ｒにて成膜する膜厚ｔは、実施形態３と同様、ｔ＝Ｔ／５〜Ｔ／２程度に設定する。
【００５８】
このようにして保護膜を形成した半導体レーザ素子によれば、最も高いＣＯＤ値を得ることが可能となる。
【００５９】
（実施形態５）
本実施形態５では、実施形態２〜実施形態４と同様に、端面１ａに所定の膜厚Ｔオングストロームよりも薄いｔオングストロームの保護膜３０１ａを成膜速度ｒオングストローム／秒にて成膜し、続いて、保護膜が所定の膜厚Ｔオングストロームになるまでの間、保護膜３０２ａをＲオングストローム／秒で成膜した。また、端面１ｂには所定の膜厚Ｔオングストロームよりも薄いｔオングストロームの保護膜３０１ｂを成膜速度ｒオングストローム／秒にて成膜し、続いて、保護膜が所定の膜厚Ｔオングストロームになるまでの間、保護膜３０２ｂをＲオングストローム／秒で成膜し、その上に第２層３０５ｂ、第３層３０３ｂ、第４層３０５ｂおよび第５層３０４ｂを形成した。但し、本実施形態５では、主出射面１ａ側の反射率を約１５％以下にするために、屈折率ｎ＝３．５０のレーザチップの端面に屈折率ｎ＝１．６０のＡｌ２Ｏ３膜を膜厚Ｔ１５００オングストロームで成膜した。そして、成膜速度ｒを５オングストローム／秒として膜厚ｔ＝３００オングストローム（所定膜厚Ｔの１／５）の保護膜３０１ａおよび３０１ｂを成膜し、成膜速度Ｒを１０オングストローム／秒以上として残りの保護膜３０２ａおよび３０２ｂを成膜した。
【００６０】
本実施形態５で作製した半導体レーザ素子と、従来の方法で端面保護膜を形成した半導体レーザ素子について、ＣＯＤ値（光学的破壊レベル）の比較を行った結果を下記表に示す。なお、この表において、αが本実施形態５で作製した半導体レーザ素子を示し、βが従来の方法で端面保護膜を形成した半導体レーザ素子を示す。
【００６１】
【表１】
【００６２】
この表に示すように、本実施形態５によれば、全てのロットにおいて、ＣＯＤ値が約３０ｍＷ〜７０ｍＷ上昇していることが確認できた。
【００６３】
なお、上記実施形態では電子ビーム蒸着法により保護膜を成膜したが、本発明は抵抗加熱による蒸着にも適用可能である。
【００６４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、レーザチップの端面に所定の反射率を有する保護膜を成膜する際に、レーザチップ端面に与えるダメージを小さくすることができ、しかも、保護膜の膜質を良好なものにすることができる。従って、半導体レーザ素子としての信頼性を向上することができる。さらに、両端面に所定の反射率を有する保護膜を成膜した後、一方の端面（後面）側の保護膜上に多層膜を成膜して高反射率とすることにより、高出力の半導体レーザ素子においても、信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１における半導体レーザ素子の製造工程を説明するための図である。
【図２】実施形態２における半導体レーザ素子の製造工程を説明するための図である。
【図３】従来の半導体レーザ素子の構造を示す図である。
【図４】保護膜の膜厚と反射率との関係を示す図である。
【図５】従来の半導体レーザ素子の構造を示す図である。
【図６】半導体レーザ素子の製造工程を説明するための図である。
【図７】半導体レーザ素子の製造工程を説明するための図である。
【図８】半導体レーザ素子の製造に用いられる治具を説明するための図である。
【図９】半導体レーザ素子の製造に用いられる蒸着装置を説明するための図である。
【図１０】従来の半導体レーザ素子の製造工程を説明するための図である。
【図１１】従来の半導体レーザ素子の製造工程を説明するための図である。
【符号の説明】
１ レーザチップ
１ａ、１ｂ 端面
２ ウェハ
３ 電極
４ 発光部（チャネル）
５ 劈開線
６ レーザバー
７ レーザバー固定用治具
８ ホルダー
９ チャンバー
１０ ダクト
１１ 蒸着源
１２ 蒸着材料
１３、１３’ 電子ビームパワー
１４ 水晶振動子
１５、１５’ 電子流
１０１ａ、１０１ｂ、１００、２０１ａ、１０２ｂ、３００、３０１ａ、３０２ａ、３０１ｂ、３０２ｂ 保護膜
３０３ｂ、１０２ｂ 第３層
３０４ｂ、１０３ｂ 第５層
３０５ｂ、１０４ｂ 第２層および第４層
１００ 保護膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザチップの端面に所定の反射率を有する保護膜を設けた半導体レーザ素子およびその製造方法に関し、特に、高い信頼性を有する半導体レーザ素子に適した保護膜を得ることができる半導体レーザ素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザ素子においては、図３に示すように、ＧａＡｓレーザチップ１の両端面１ａ、１ｂに等しい反射率を有する保護膜１０１ａ、１０１ｂが設けられている構成のものが多い。この場合、両端面からの光出力Ｐｏは等しくなる。
【０００３】
この保護膜１０１ａがＡｌ２Ｏ３からなる場合、例えばＡｌ２Ｏ３膜の屈折率（ｎ）をｎ＝１．６０、レーザチップ１の屈折率をｎ＝３．５０として計算すると、保護膜１０１ａの膜厚ｄを変化させることによって、図４に示すように、保護膜１０１ａの反射率が変化する。なお、この図４では、レーザ発振波長（λ）７８００オングストロームでの計算結果を示している。
【０００４】
この図４に示すように、保護膜の厚さに関わらず、反射率は保護膜が無い場合よりも小さくなる。そして、光学的膜厚ｎ×ｄが発振波長の１／４の奇数倍になったときに反射率が最小となり、光学的膜厚ｎ×ｄが発振波長の１／２の整数倍になったときに保護膜が無い場合とほぼ同じ反射率となる。これは、Ａｌ２Ｏ３保護膜１０１ａの屈折率がＧａＡｓレーザチップ１の屈折率よりも小さいためである。
【０００５】
これに対して、ＧａＡｓレーザチップ１の屈折率よりも大きい屈折率を有する膜、例えばアモルファスＳｉ等の膜を用いた場合、保護膜の厚さに関わらず、反射率は保護膜が無い場合よりも大きくなる。そして、光学的膜厚ｎ×ｄが発振波長の１／４の奇数倍になったときに反射率が最大となり、光学的膜厚ｎ×ｄが発振波長の１／２の整数倍になったときに保護膜が無い場合とほぼ同じ反射率となる。
【０００６】
ところで、光出力２０ｍＷ以上の高出力レーザの場合には、一般に、図５に示すように、主出射面（前面）側からの光出力Ｐｆを高くするために、前面側１ａを保護膜が無い場合の反射率よりも低い反射率となるように、その反対側（後面）側１ｂを保護膜が無い場合よりも高い反射率となるように設計している。
【０００７】
例えば、前面側１ａのＡｌ２Ｏ３保護膜２０１ａは膜厚を約７００オングストローム〜１６００オングストロームに形成することにより、その反射率を約１５％以下に設定することができる。一方、後面側１ｂの保護膜１００は、レーザチップ１の屈折率よりも大きい屈折率を有する膜を用いても、１層では十分に高い反射率が得られない。このため、第１層および第３層１０２ｂとして厚さλ／４（λ：波長）に相当するＡｌ２Ｏ３膜、第２層および第４層１０４ｂとして厚さλ／４に相当するアモルファスＳｉ膜を交互に積層し、最後の第５層１０３ｂとして厚さλ／２に相当するＡｌ２Ｏ３膜を積層する。これにより、約８５％以上の高反射率の保護膜を形成することができる。
【０００８】
以下に、レーザチップの端面に上述したような所定の反射率を有する保護膜を形成する方法を説明する。まず、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、レーザウェハ２における特定の素子の電極３とそれに隣接する素子の電極３との間に、発光部（チャネル）４と直交する方向に、劈開線５をスクライブにより形成する。次に、図７に示すように、ウェハ２を劈開して、レーザバー（バー状態のレーザチップ）６を形成する。
【０００９】
次に、図８に示すように、レーザバー６を、レーザバー固定用治具７に電極３面を重ねるようにしてセットする。このとき、全てのレーザバー６においてレーザチップの前面（主出射面）１ａ側および後面１ｂ側が同じ向きとなるようにセットする。
【００１０】
次に、レーザバー固定用治具７に固定されたレーザバー６の端面に所定の反射率を有する保護膜を成膜する。この成膜には、一般に、図９に示すような真空蒸着装置が用いられる。この真空蒸着装置は、チャンバー９内に蒸着源１１と上記レーザバー固定用治具７を保持するためのホルダー８と蒸着膜厚モニター用の水晶振動子１４を備えている。
【００１１】
この装置を用いてレーザチップの両端面１ａ、１ｂに保護膜を蒸着する場合、まず、図９に示すように、ダクト１０を通してチャンバー９内を真空にする。そして、所定の真空度に達した後、蒸着源１１に入れた蒸着材料１２を電子ビーム等で加熱して蒸発させて、図１０（ａ）に示すようにレーザチップ１の端面１ａに保護膜１０１ａを蒸着する。蒸着完了後、引き続いてホルダー８を１８０゜回転させ、図１（ｂ）に示すようにレーザチップ１のもう一方の端面１ｂに保護膜１０１ｂを蒸着する。両端面１ａ、１ｂに保護膜を形成するときの成膜速度（蒸着レート）は、蒸着完了までの間、ほぼ一定となるように制御される。この蒸着レートは加熱温度により制御されるので、電子ビーム蒸着の場合には電子ビームの強度により制御される。また、抵抗加熱の場合には、抵抗体に流す電流量で制御されることは良く知られている。この蒸着レートは、蒸着材料がＡｌ２Ｏ３の場合、数オングストローム／秒〜３０オングストローム／秒の間で設定されるのが一般的である。なお、蒸着は水晶振動子１４にて膜厚をモニターしながら行い、所定の膜厚に達した時点で蒸着を停止する。
【００１２】
さらに、高出力タイプの半導体レーザ素子の場合には、上述した手順と同様にして、図１１（ａ）に示すように、前面（主出射面）１ａ側に反射率約１５％以下の低反射保護膜２０１ａを成膜した後、引き続いて図１１（ｂ）に示すように、後面１ｂ側に高反射保護膜１００を成膜する。この高反射保護膜１００は、上述したように、第１層および第３層１０２ｂとして厚さλ／４（λ：波長）に相当するＡｌ２Ｏ３膜、第２層および第４層１０４ｂとして厚さλ／４に相当するアモルファスＳｉ膜を交互に積層し、最後の第５層１０３ｂとして厚さλ／２に相当するＡｌ２Ｏ３膜を積層する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、レーザチップの端面に保護膜を形成する場合、保護膜の成膜速度は蒸着完了までの間、一定となるように制御される。よって、図９に示したように、蒸着材料１２に入力される電子ビームパワー１３も蒸着完了までの間、ほぼ一定となる。しかし、このようにして作製した半導体レーザ素子を高出力で動作させると、必要とされる信頼性が得られないという問題があった。
【００１４】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであり、レーザチップの端面に所定の反射率の保護膜を有し、信頼性の高い半導体レーザ素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、多数のレーザチップが形成されたレーザウェハを劈開して、複数のレーザチップがバー状態になったレーザバーを、各レーザチップのそれぞれの端面が両側に露出した状態で形成し、該レーザバーをバー固定用治具により保持して、該レーザバーにおける各レーザチップのそれぞれの端面に所定の反射率を有する所定の膜厚Ｔの保護膜を成膜する成膜工程を包含する半導体レーザ素子の製造方法において、前記成膜工程が、前記保護膜としてＡｌ２Ｏ３膜を、電子ビーム蒸着法によって、５オングストローム／秒以上１０オングストローム／秒以下の成膜速度ｒで、前記膜厚Ｔの１／５以上１／２以下に達するまで成膜する第１成膜工程と、該第１成膜工程に連続して、Ａｌ２Ｏ３膜を、前記膜厚Ｔに達するまで１０オングストローム／秒以上２０オングストローム／秒以下の成膜速度Ｒであってｒ＜Ｒの条件で成膜する第２工程と、を包含すること特徴とし、そのことにより上記目的が達成される。
【００１６】
好ましくは、前記第１の成膜工程の成膜速度が５オングストローム／秒であり、前記第２の成膜工程の成膜速度が１０オングストローム／秒である。
【００１７】
好ましくは、前記膜厚Ｔが１５００オングストロームであり、前記第１の成膜工程における膜厚が、３００オングストロームである。
【００１８】
好ましくは、前記レーザバーにおける各レーザチップの一方の端面に成膜されたＡｌ ２ Ｏ ３ 膜上に、アモルファスＳｉ膜とＡｌ ２ Ｏ ３ 膜とを交互に積層する第３成膜工程をさらに包含する。
【００２４】
以下、本発明の作用について説明する。
【００２５】
本発明にあっては、レーザチップの端面に所定の反射率を有する保護膜を成膜する際に、ある膜厚に達するまでを比較的低い成膜速度で成膜するので、レーザチップ端面に与えるダメージを小さくすることが可能である。また、残りの所定膜厚までをそれよりも速い成膜速度で成膜するので、緻密で大気中の水分や酸素を通しにくい、良好な膜質の保護膜を得ることが可能である。
【００２６】
両端面に所定の反射率を有する保護膜を成膜した後、一方の端面（後面側）の保護膜上に多層膜を成膜して後面側を高反射率とすることにより、高出力の半導体レーザ素子にも適用可能である。
【００２７】
ＧａＡｓレーザチップの場合、保護膜の材料としては例えばＡｌ２Ｏ３を用いることができる。また、その上に成膜する多層膜としては、例えばアモルファスＳｉとＡｌ２Ｏ３を交互に積層したものを用いることができる。この保護膜の成膜速度は、電子ビーム蒸着の場合、電子ビームの強度により制御することが可能である。そして、蒸発に寄与しない電子流の量を低くした条件下で端面近傍の保護膜を成膜可能であるので、光出射端面に与えるダメージが小さくなる。
【００２８】
半導体レーザ素子の端面保護膜の形成方法において、保護膜がある膜厚に達するまでをある成膜速度で成膜し、残りの所定膜厚までをその２倍の成膜速度で成膜すると、半導体レーザ素子のＣＯＤ（光学的破壊レベル）は、従来方法により成膜品と比較して高くなるので好ましい。また、保護膜がある膜厚に達するまでを５オングストローム／秒以上１０オングストローム／秒以下の成膜速度で成膜し、残りの所定膜厚までを１０オングストローム／秒以上２０オングストローム／秒以下の成膜速度で成膜すると、さらに半導体レーザ素子のＣＯＤ値が高くなるので好ましい。さらに、保護膜が所定膜厚の１／５以上１／２以下に達するまでをある成膜速度で成膜し、残りの所定膜厚までをそれよりも速い成膜速度で成膜すると、半導体レーザ素子のＣＯＤ値が従来方法による成膜品と比較して高くなるので好ましい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の原理について簡単に説明する。
【００３０】
レーザチップの端面に比較的高い成膜速度、例えば約１０オングストローム／秒〜３０オングストローム／秒程度で保護膜を成膜した場合、膜質が緻密で大気中の水分や酸素を通しにくく、端面の劣化を防止する効果の大きい保護膜が得られると考えられる。
【００３１】
しかし、この場合、図９に示した蒸着材料１２に入力する電子ビームパワー１３も高くなるため、蒸着に寄与しない迷走電子や反跳電子等の電子流１５が増加し、それがレーザチップ端面にダメージを与えて半導体レーザ素子としての信頼性が損なわれるおそれがある。また、保護膜材料の飛散速度も速くなるので、保護膜材料自身によりレーザチップ端面にダメージを与えるおそれもある。さらに、熱膨張率の大きく異なるレーザチップと保護膜との密着性が良いため、レーザ発振時には端面の温度が高くなり、熱応力によってレーザチップを構成している結晶にダメージを与えることも考えられる。
【００３２】
一方、保護膜の成膜速度を比較的低い条件、例えば１０オングストローム／秒程度以下とした場合、保護膜の膜質を良好なものにすることが困難であり、半導体レーザ素子としての信頼性を損なうおそれがある。
【００３３】
本発明はこのような考察に基づいてなされたものである。以下に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３４】
（実施形態１）
図１は、本実施形態１における半導体レーザ素子の製造方法を説明するための図である。本実施形態では、図１（ｂ−４）に示すように、レーザチップ１の一方の端面１ａ側に、所定の反射率を有し、その組成が一定で、所定膜厚Ｔのうち、端面１ａからある膜厚までの部分３０１ａの密度が残りの部分３０２ａの密度よりも低い保護膜が所定膜厚Ｔで形成している。また、他方の端面１ｂ側には、所定の反射率を有し、その組成が一定で、所定膜厚Ｔのうち、端面１ｂからある膜厚までの部分３０１ｂの密度が残りの部分３０２ｂの密度よりも低い保護膜を形成している。
【００３５】
この半導体レーザ素子の製造は、以下のようにして行うことができる。まず、従来技術と同様に、図６に示したようなウェハ２を劈開して図７に示したようなバー状態のレーザチップ６を形成し、図８に示したようにそのバー状態のレーザチップ６をバー固定用治具７に電極３面を重ねるようにしてセットする。このとき、全てのレーザバー６においてレーザチップの端面１ａ側および端面１ｂ側が同じ向きとなるようにセットする。そして、レーザバー固定用治具７に固定されたレーザバー６の端面１ａ、１ｂに所定の反射率を有する保護膜を成膜する。成膜時には、図９に示したような真空蒸着装置を用いる。
【００３６】
図１（ａ−１）に示すように、レーザバーを積層したレーザバー固定用治具７をレーザバー（レーザチップ）１の端面１ａが蒸着源１１側に向くように、装置内のホルダー８にセットする。そして、装置のチャンバー９をダクト１０を通して排気し、所定の真空度に達した後、蒸着源１１から蒸着材料１２を蒸発させて成膜を開始する。
【００３７】
まず、図１（ｂ−１）に示すように、端面１ａに所定の膜厚Ｔオングストロームよりも薄いｔオングストロームの保護膜３０１ａを成膜速度ｒオングストローム／秒にて成膜する。続いて、図１（ｂ−２）に示すように、保護膜が所定の膜厚Ｔオングストロームになるまでの間、保護膜３０２ａを成膜速度Ｒオングストローム／秒にて成膜する。このとき、成膜速度ｒ＜成膜速度Ｒとなるように設定する。但し、蒸着材料がＡｌ２Ｏ３の場合には、Ｒは３０オングストローム／秒程度以下であるのが好ましい。
【００３８】
このとき、図１（ａ−１）および図１（ａ−２）に示すように、保護膜３０１ａの成膜速度ｒは保護膜３０２ａの成膜速度Ｒに対して十分小さいため、保護膜３０１ａの成膜時に蒸着材料１２に照射する電子ビームパワー１３’を、保護膜３０２ａの成膜時に蒸着材料１２に照射する電子ビームパワー１３に比べて小さくすることができる。その結果、保護膜３０１ａの成膜は、材料の蒸発に寄与しない電子流を低く抑えた状態にて行うことができる。
【００３９】
このようにレーザチップ１の端面１ａに保護膜３０１ａ、３０２ａを成膜した後、図１（ａ−３）および図１（ａ−４）に示すように、ホルダー８を１８０゜回転させて、レーザチップ１のもう一方の端面１ｂに保護膜３０１ｂ、３０２ｂを成膜する。この保護膜３０１ｂ、３０２ｂは、端面１ａに設けた保護膜３０１ａ、３０２ａと同様に成膜することができる。
【００４０】
まず、図１（ｂ−３）に示すように、端面１ｂに所定の膜厚Ｔオングストロームよりも薄いｔオングストロームの保護膜３０１ｂを成膜速度ｒオングストローム／秒にて成膜する。続いて、図１（ｂ−４）に示すように、保護膜が所定の膜厚Ｔオングストロームになるまでの間、保護膜３０２ｂを成膜速度Ｒオングストローム／秒にて成膜する。このとき、成膜速度ｒ＜成膜速度Ｒとなるように設定する。
【００４１】
このときにも、図１（ａ−３）および図１（ａ−４）に示すように、保護膜３０１ｂの成膜速度ｒは保護膜３０２ｂの成膜速度Ｒに対して十分小さいため、保護膜３０１ｂの成膜時に蒸着材料１２に照射する電子ビームパワー１３’を、保護膜３０１ｂの成膜時に蒸着材料１２に照射する電子ビームパワー１３に比べて小さくすることができる。その結果、端面１ａに保護膜３０１ａを成膜したときと同様に、保護膜３０１ｂの成膜は、材料の蒸発に寄与しない電子流を低く抑えた状態にて行うことができる。
【００４２】
以上のように、本実施形態では、半導体レーザ素子の信頼性を左右する両光出射端面１ａ、１ｂ近傍の成膜を、蒸発に寄与しない電子流の量を低くした条件下で行っているので、光出射端面に与えるダメージを小さくすることができる。しかも、残りの膜は高い成膜速度で行っているので、良好な膜質の保護膜を得ることができる。
【００４３】
（実施形態２）
本実施形態２では、レーザチップ１の両端面に反射率が異なる保護膜を設けた例について説明する。このように反射率を非対称とした構造では、通常、高出力レーザに用いられ、低反射の膜は単層で、高反射の膜は多層構造であるのが一般的である。
【００４４】
図２は、本実施形態２における半導体レーザ素子の製造方法を説明するための図である。光出力が約２０ｍＷ以上の高出力レーザの場合、一般に、主出射面１ａ側からの光出力を高くするため、図２（ｂ−５）に示すように、主出射面（前面）１ａ側を低反射、反対面（後面）１ｂ側を高反射となるように設計する。本実施形態では、図２（ｂ−５）に示すように、レーザチップ１の一方の主光出射端面（前面）１ａ側に、所定の反射率を有し、その組成が一定で、所定膜厚Ｔのうち、端面１ａからある膜厚までの部分３０１ａの密度が残りの部分３０２ａの密度よりも低い保護膜が所定膜厚Ｔで形成している。また、他方の端面（後面）１ｂ側には、多層構造により高反射の保護膜３００を形成している。この保護膜３００は、所定の反射率を有し、その組成が一定で、所定膜厚Ｔのうち、端面１ｂからある膜厚までの部分３０１ｂの密度が残りの部分３０２ｂの密度よりも低い保護膜を形成し、その上に第２層３０５ｂ、第３層３０３ｂ、第４層３０５ｂおよび第５層３０４ｂを形成している。
【００４５】
保護膜材料としてＡｌ２Ｏ３およびＳｉを用いる場合、主出射面１ａ側の保護膜をＡｌ２Ｏ３の単層膜で形成し、その反射率が約１５％以下の低反射となるように設計するのが一般的である。よって、保護膜３０１ａおよび保護膜３０２ａを加えた膜厚Ｔオングストロームは、その反射率が約１５％以下の低反射となるように設定される。ここで、Ａｌ２Ｏ３膜の屈折率（ｎ）をｎ＝１．６０、レーザチップの屈折率をｎ＝３．５０、発振波長（λ）を７８００オングストロームとして計算すると、この反射率に対応する膜厚Ｔオングストロームは、図４に示すように約７００オングストローム〜１６００オングストロームとなる。
【００４６】
一方、後面１ｂ側の保護膜３００は、第１層３０１ｂ＋３０２ｂおよび第３層３０３ｂとして厚さλ／４（波長λ）に相当するＡｌ２Ｏ３膜と、第２層３０５ｂおよび第４層３０５ｂとして厚さλ／４に相当するアモルファスＳｉ膜とを交互に積層し、さらに、第５層３０４ｂとして厚さλ／２に相当するＡｌ２Ｏ３膜を有する。また、その反射率は約８５％以上の高反射率となる。
【００４７】
端面１ａ側の保護膜３０１ａ、３０２ａおよび端面１ｂ側の保護膜３０１ｂ、３０２ｂの成膜は、図２（ａ−１）〜図２（ａ−４）および図２（ｂ−１）〜図２（ｂ−４）に示すように、実施形態１において図１（ａ−１）〜図１（ａ−４）および図１（ｂ−１）〜図１（ｂ−４）を用いて説明した成膜方法と同様に行うことができる。
【００４８】
すなわち、図２（ｂ−１）に示すように、端面１ａに所定の膜厚Ｔオングストロームよりも薄いｔオングストロームの保護膜３０１ａを成膜速度ｒオングストローム／秒にて成膜する。続いて、図２（ｂ−２）に示すように、保護膜が所定の膜厚Ｔオングストロームになるまでの間、保護膜３０２ａを成膜速度Ｒオングストローム／秒にて成膜する。このとき、成膜速度ｒ＜成膜速度Ｒとなるように設定する。但し、蒸着材料がＡｌ２Ｏ３の場合には、Ｒは１０オングストローム／秒程度以上３０オングストローム／秒程度以下とし、ｒは１０オングストローム／秒程度以下であるのが好ましい。
【００４９】
このようにレーザチップ１の端面１ａに保護膜３０１ａ、３０２ａを成膜した後、図２（ａ−３）および図２（ａ−４）に示すように、ホルダー８を１８０゜回転させて、レーザチップ１のもう一方の端面１ｂに保護膜３０１ｂ、３０２ｂを成膜する。この保護膜３０１ｂ、３０２ｂは、端面１ａに設けた保護膜３０１ａ、３０２ａと同様に成膜することができる。
【００５０】
すなわち、図２（ｂ−３）に示すように、端面１ｂに所定の膜厚Ｔオングストロームよりも薄いｔオングストロームの保護膜３０１ｂを成膜速度ｒオングストローム／秒にて成膜する。続いて、図２（ｂ−４）に示すように、保護膜が所定の膜厚Ｔオングストロームになるまでの間、保護膜３０２ｂを成膜速度Ｒオングストローム／秒にて成膜する。このとき、成膜速度ｒ＜成膜速度Ｒとなるように設定する。また、このときの所定膜厚Ｔと成膜速度ｒにて成膜する膜厚ｔは、ｔ＝Ｔ／５〜Ｔ／２程度に設定する。
【００５１】
そして、端面１ｂ側の第３層３０３ｂおよび第５層３０４ｂのＡｌ２Ｏ３膜は、成膜開始から完了までの間、比較的高い一定の成膜速度（１０オングストローム／秒〜３０オングストローム／秒）で成膜を行う。また、第２層３０５ｂおよび第４層３０５ｂのアモルファスＳｉ膜も、成膜開始から完了までの間、一定の成膜速度（１オングストローム／秒以下で成膜を行う。
【００５２】
本実施形態でも、半導体レーザ素子の信頼性を左右する端面１ａ、１ｂ近傍の成膜を、蒸発に寄与しない電子流の量を低くした条件下で行っているので、光出射端面に与えるダメージを小さくすることができる。しかも、残りの膜は高い成膜速度で行っているので、良好な膜質の保護膜を得ることができる。
【００５３】
（実施形態３）
本実施形態３では、実施形態２と同様に、端面１ａに所定の膜厚Ｔオングストロームよりも薄いｔオングストロームの保護膜３０１ａを成膜速度ｒオングストローム／秒にて成膜し、続いて、保護膜が所定の膜厚Ｔオングストロームになるまでの間、保護膜３０２ａをＲオングストローム／秒で成膜した。また、端面１ｂには所定の膜厚Ｔオングストロームよりも薄いｔオングストロームの保護膜３０１ｂを成膜速度ｒオングストローム／秒にて成膜し、続いて、保護膜が所定の膜厚Ｔオングストロームになるまでの間、保護膜３０２ｂをＲオングストローム／秒で成膜し、その上に第２層３０５ｂ、第３層３０３ｂ、第４層３０５ｂおよび第５層３０４ｂを形成した。但し、本実施形態３では、成膜速度ｒと成膜速度Ｒとの関係を約ｒ＝Ｒ／２に設定した。すなわち、保護膜３０１ａの成膜速度ｒを保護膜３０２ａの成膜速度Ｒの半分に設定し、保護膜３０１ｂの成膜速度ｒを保護膜３０２ｂの成膜速度Ｒの半分に設定した。
【００５４】
蒸着材料がＡｌ２Ｏ３である場合には、ｒは１０オングストローム／秒程度以下、Ｒは２０オングストローム／秒程度以下であるのが好ましく、かつ、Ｒとｒの値はＲ／２となるように設定する。また、このときの所定膜厚Ｔと成膜速度ｒにて成膜する膜厚ｔはｔ＝Ｔ／５〜Ｔ／２程度に設定する。
【００５５】
上記範囲内でｒおよびＲの値をｒ＝Ｒ／２になるように設定し、保護膜を形成した半導体レーザ素子によれば、従来の成膜方法に比べて高いＣＯＤ値を得ることが可能となる。
【００５６】
（実施形態４）
本実施形態４では、実施形態２および実施形態３と同様に、端面１ａに所定の膜厚Ｔオングストロームよりも薄いｔオングストロームの保護膜３０１ａを成膜速度ｒオングストローム／秒にて成膜し、続いて、保護膜が所定の膜厚Ｔオングストロームになるまでの間、保護膜３０２ａをＲオングストローム／秒で成膜した。また、端面１ｂには所定の膜厚Ｔオングストロームよりも薄いｔオングストロームの保護膜３０１ｂを成膜速度ｒオングストローム／秒にて成膜し、続いて、保護膜が所定の膜厚Ｔオングストロームになるまでの間、保護膜３０２ｂをＲオングストローム／秒で成膜し、その上に第２層３０５ｂ、第３層３０３ｂ、第４層３０５ｂおよび第５層３０４ｂを形成した。但し、本実施形態４では、成膜速度ｒを５オングストローム／秒以上１０オングストローム／秒以下、成膜速度Ｒを１０オングストローム／秒以上２０オングストローム／秒以下とし、成膜速度ｒと成膜速度Ｒとの関係を約ｒ＝Ｒ／２に設定した。
【００５７】
蒸着材料がＡｌ２Ｏ３である場合には、実施形態３において、より具体的にｒを５オングストローム／秒以上１０オングストローム／秒以下、Ｒを１０オングストローム／秒以上２０オングストローム／秒以下とし、かつ、Ｒとｒの値はＲ／２となるように設定する。また、このときの所定膜厚Ｔと成膜速度ｒにて成膜する膜厚ｔは、実施形態３と同様、ｔ＝Ｔ／５〜Ｔ／２程度に設定する。
【００５８】
このようにして保護膜を形成した半導体レーザ素子によれば、最も高いＣＯＤ値を得ることが可能となる。
【００５９】
（実施形態５）
本実施形態５では、実施形態２〜実施形態４と同様に、端面１ａに所定の膜厚Ｔオングストロームよりも薄いｔオングストロームの保護膜３０１ａを成膜速度ｒオングストローム／秒にて成膜し、続いて、保護膜が所定の膜厚Ｔオングストロームになるまでの間、保護膜３０２ａをＲオングストローム／秒で成膜した。また、端面１ｂには所定の膜厚Ｔオングストロームよりも薄いｔオングストロームの保護膜３０１ｂを成膜速度ｒオングストローム／秒にて成膜し、続いて、保護膜が所定の膜厚Ｔオングストロームになるまでの間、保護膜３０２ｂをＲオングストローム／秒で成膜し、その上に第２層３０５ｂ、第３層３０３ｂ、第４層３０５ｂおよび第５層３０４ｂを形成した。但し、本実施形態５では、主出射面１ａ側の反射率を約１５％以下にするために、屈折率ｎ＝３．５０のレーザチップの端面に屈折率ｎ＝１．６０のＡｌ２Ｏ３膜を膜厚Ｔ１５００オングストロームで成膜した。そして、成膜速度ｒを５オングストローム／秒として膜厚ｔ＝３００オングストローム（所定膜厚Ｔの１／５）の保護膜３０１ａおよび３０１ｂを成膜し、成膜速度Ｒを１０オングストローム／秒以上として残りの保護膜３０２ａおよび３０２ｂを成膜した。
【００６０】
本実施形態５で作製した半導体レーザ素子と、従来の方法で端面保護膜を形成した半導体レーザ素子について、ＣＯＤ値（光学的破壊レベル）の比較を行った結果を下記表に示す。なお、この表において、αが本実施形態５で作製した半導体レーザ素子を示し、βが従来の方法で端面保護膜を形成した半導体レーザ素子を示す。
【００６１】
【表１】
この表に示すように、本実施形態５によれば、全てのロットにおいて、ＣＯＤ値が約３０ｍＷ〜７０ｍＷ上昇していることが確認できた。
【００６３】
なお、上記実施形態では電子ビーム蒸着法により保護膜を成膜したが、本発明は抵抗加熱による蒸着にも適用可能である。
【００６４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、レーザチップの端面に所定の反射率を有する保護膜を成膜する際に、レーザチップ端面に与えるダメージを小さくすることができ、しかも、保護膜の膜質を良好なものにすることができる。従って、半導体レーザ素子としての信頼性を向上することができる。さらに、両端面に所定の反射率を有する保護膜を成膜した後、一方の端面（後面）側の保護膜上に多層膜を成膜して高反射率とすることにより、高出力の半導体レーザ素子においても、信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１における半導体レーザ素子の製造工程を説明するための図である。
【図２】実施形態２における半導体レーザ素子の製造工程を説明するための図である。
【図３】従来の半導体レーザ素子の構造を示す図である。
【図４】保護膜の膜厚と反射率との関係を示す図である。
【図５】従来の半導体レーザ素子の構造を示す図である。
【図６】半導体レーザ素子の製造工程を説明するための図である。
【図７】半導体レーザ素子の製造工程を説明するための図である。
【図８】半導体レーザ素子の製造に用いられる治具を説明するための図である。
【図９】半導体レーザ素子の製造に用いられる蒸着装置を説明するための図である。
【図１０】従来の半導体レーザ素子の製造工程を説明するための図である。
【図１１】従来の半導体レーザ素子の製造工程を説明するための図である。
【符号の説明】
１ レーザチップ
１ａ、１ｂ 端面
２ ウェハ
３ 電極
４ 発光部（チャネル）
５ 劈開線
６ レーザバー
７ レーザバー固定用治具
８ ホルダー
９ チャンバー
１０ ダクト
１１ 蒸着源
１２ 蒸着材料
１３、１３’ 電子ビームパワー
１４ 水晶振動子
１５、１５’ 電子流
１０１ａ、１０１ｂ、１００、２０１ａ、１０２ｂ、３００、３０１ａ、３０２ａ、３０１ｂ、３０２ｂ 保護膜
３０３ｂ、１０２ｂ 第３層
３０４ｂ、１０３ｂ 第５層
３０５ｂ、１０４ｂ 第２層および第４層
１００ 保護膜
Claims (4)
- 多数のレーザチップが形成されたレーザウェハを劈開して、複数のレーザチップがバー状態になったレーザバーを、各レーザチップのそれぞれの端面が両側に露出した状態で形成し、該レーザバーをバー固定用治具により保持して、該レーザバーにおける各レーザチップのそれぞれの端面に所定の反射率を有する所定の膜厚Ｔの保護膜を成膜する成膜工程を包含する半導体レーザ素子の製造方法において、
前記成膜工程が、
前記保護膜としてＡｌ２Ｏ３膜を、電子ビーム蒸着法によって、５オングストローム／秒以上１０オングストローム／秒以下の成膜速度ｒで、前記膜厚Ｔの１／５以上１／２以下に達するまで成膜する第１成膜工程と、
該第１成膜工程に連続して、Ａｌ２Ｏ３膜を、前記膜厚Ｔに達するまで１０オングストローム／秒以上２０オングストローム／秒以下の成膜速度Ｒであってｒ＜Ｒの条件で成膜する第２工程と、
を包含すること特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。 - 前記第１の成膜工程の成膜速度が５オングストローム／秒であり、前記第２の成膜工程の成膜速度が１０オングストローム／秒である請求項１に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
- 前記膜厚Ｔが１５００オングストロームであり、前記第１の成膜工程における膜厚が、３００オングストロームである請求項２に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
- 前記レーザバーにおける各レーザチップの一方の端面に成膜されたＡｌ２Ｏ３膜上に、アモルファスＳｉ膜とＡｌ２Ｏ３膜とを交互に積層する第３成膜工程をさらに包含する請求項１に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
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