JP3641403B2 - Semiconductor laser device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ素子及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、光ディスク装置用光源として、各種の半導体レーザ素子が広汎に利用されている。とりわけ、高出力な780nm帯AlGaAs系半導体レーザ素子は、MD(Mini Disc)プレーヤやCD-R(Compact Disc - Recordable)ドライブ等のディスクヘの書き込み用光源として用いられている。
【0003】
従来、半導体レーザレーザ素子としては、図11(a),(b)に示すようなものがある。この半導体レーザ素子は次のようにして製造される。
【0004】
まず、有機金属気相成長法を用いて、n型GaAs基板101上に、n型GaAsバッファ層102、n型AlGaAs第一クラッド層103、n型AlGaAs第二クラッド層104、光ガイド層105、多重量子井戸(MQW)活性層106、光ガイド層107、p型AlGaAs第一クラッド層108、p型GaAsエッチングストップ層109、p型AlGaAs第二クラッド層110、p型GaAs保護層111を順次形成する。
【0005】
次に、上記p型GaAs保護層111の表面にストライプ形状のマスク形成後、ウェットエッチングにより、上記マスクで覆われていない領域においてp型GaAsエッチングストップ層109が現れるまでエッチングを行って、p型AlGaAs第二クラッド層110とp型GaAs保護層111とからなる電流通路のリッジストライプ150を形成する。上記リッジストライプ150形成後、リッジストライプ150上に形成されたマスクを除去した後に、再度、有機金属気相成長法を用いて、n型AlGaAs電流狭窄層112、n型GaAs電流狭窄層113、p型GaAs平坦化層114を順次形成して、リッジストライプ150側面側に電流狭窄領域を設ける。この時、上記リッジストライプ150上に不要なn型AlGaAs電流狭窄層112、n型GaAs電流狭窄層113、p型GaAs平坦化層114が形成されるので、電流狭窄領域上にマスク形成し、リッジストライプ150上の不要層を除去する。不要層除去後、電流狭窄領域上に形成されたマスクを除去した後に、再度、有機金属気相成長法を用いて、p型GaAsコンタクト層115を形成する。その後、p側電極116及びn側電極117を形成し、任意の共振器長となるように複数のバーに分割する。
【0006】
バー分割後、直ちに、複数のバーを整列させて電子ビーム蒸着機に入れ、前面側の光出射端面にAl2O3膜118を形成し、後面側の光出射端面にAl2O3/Si/Al2O3/Si/Al2O3膜119を形成する。その後、上記バーをチップに分割すると、図11(a),(b)に示す半導体レーザ素子が完成する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体レーザ素子においては、駆動電流を増加させて光出力を増大させていくと、突然、光出力が低下し、非可逆的な破壊が生じる。このような現象は、光学損傷(COD;Catastrophic Optical Damage)といわれ、光出射端面近傍の活性層領域での光出力密度の増加に伴って発生する。
【0008】
上記CODの原因は、光出射端面近傍の活性層領域がレーザ光に対する吸収領域になっているためである。この光出射端面では、結晶内部と異なり、格子原子の結合の手が結晶表面に向かった部分で多く取り残されている。つまり上記光出射端面には、未結合手(ダングリング・ボンド)が存在し、表面準位または界面準位といわれる非発光再結合中心が多く存在する。上記光出射端面近傍の活性層領域に注入されたキャリアはこの非発光再結合によって失われるので、光出射端面近傍の活性層領域の注入キャリア密度は、活性層の中央部に比べて少ない。その結果、上記活性層領域の中央部の高い注入キャリア密度によって作られるレーザ光の波長に対して、光出射端面近傍の活性層領域は吸収領域になる。
【0009】
このように、上記光出射端面近傍の活性層領域において、光出力密度が高くなると、局所的発熱が大きくなり、温度が上がってバンドギャップが縮小する。その結果、更に吸収係数が大きくなって温度が上昇するという正帰還がかかるために、活性層の吸収領域の温度はついに融点にまで達して、CODが発生する。
【0010】
図11に示した従来の半導体レーザ素子では、CODの発生抑制のために、光出射端面保護膜としてAl2O3膜118,Al2O3/Si/Al2O3/Si/Al2O3膜119のような熱伝導率の高い誘電体膜を使用し、光出射端面近傍のMQW活性層106の領域の温度上昇を抑制している。しかし、上記光出射端面保護膜と活性層との境界近傍には、非発光再結合中心となる点欠陥や酸素などの不純物が多く存在しているため、吸収領域が発生する。したがって、上記CODの臨界光出力は高くならないので、高出力動作での長期信頼性の低下を招いてしまうという問題がある。
【0011】
本発明は、上記の問題について検討した結果、高出力動作での長期信頼性に優れた半導体レーザ素子及びその製造方法を発明したものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の半導体レーザ素子は、第一導電型の基板上に、第一導電型の第一クラッド層と、活性層と、第二導電型の第二クラッド層と、第二導電型の第三クラッド層であるリッジストライプとが積層され、上記リッジストライプを両側面側から挟むように第一導電型の電流狭窄層が形成され、上記活性層の領域を保護する光出射端面保護膜としての誘電体膜が光出射端面に形成された半導体レーザ素子において、上記光出射端面近傍の上記誘電体膜中に、III族原子及びV族原子を含む領域を有し、上記領域は、 II 族原子及び VI 族原子を含み、上記 II 族原子が亜鉛 , ベリリウム , マグネシウムのうちのいずれか1つであることを特徴としている。
【0013】
上記構成の半導体レーザ素子によれば、上記活性層の領域を保護する光出射端面保護膜としての誘電体膜を光出射端面に形成し、その光出射端面近傍の誘電体膜中に、III族原子及びV族原子を含む領域を形成することによって、高出力駆動時における活性層から誘電体膜側へのIII族原子及びV族原子等の拡散が抑制される。つまり、高出力駆動時における活性層の領域の光出射端面の点欠陥の抑制が可能となる。その結果、上記活性層の中央部の高い注入キャリア密度によって作られるレーザ光の波長に対して、光出射端面近傍の活性層領域が吸収領域になりにくくなる。したがって、上記光出射端面近傍の活性層において局所的発熱が抑えられ、CODの臨界光出力が高く、且つ、高出力駆動時におけるCODの臨界光出力の低下を抑えることができる。
【0014】
【0015】
上記活性層の領域を保護する光出射端面保護膜としての誘電体膜が光出射端面に形成され、その光出射端面近傍の誘電体膜中に、II族原子とIII族原子とV族原子とVI族原子とを含む領域を有することによって、高出力駆動時における活性層から誘電体膜側へのIII族原子及びV族原子等の拡散の抑制が可能となる。また、上記活性層から誘電体膜側へIII族原子及びV族原子等が拡散したとしても、III族原子及びV族原子等の空孔を、光出射端面近傍の誘電体膜中に存在しているII族原子及びVI族原子が補完してくれるので、点欠陥の発生を抑制することが可能となる。その結果、上記活性層の中央部の高い注入キャリア密度によって作られるレーザ光の波長に対して、光出射端面近傍の活性層領域が吸収領域になりにくくなる。したがって、上記光出射端面近傍の活性層において局所的発熱が抑えられ、CODの臨界光出力が高く、且つ、高出力駆動時におけるCODの臨界光出力の低下をより抑えることができる。
【0016】
【0017】
上記 II族原子が亜鉛,ベリリウム,マグネシウムのいずれか1つであることによって、非発光再結合中心の増加をより効果的に抑制することが可能となるので、高出力駆動での長期信頼性をより向上させることができる。
【0018】
また、一実施形態の発明の半導体レーザ素子は、上記VI族原子が硫黄であることを特徴としている。
【0019】
上記一実施形態の発明の半導体レーザ素子によれば、上記VI族原子が硫黄であることによって、非発光再結合中心の増加をより効果的に抑制することが可能となるので、高出力駆動での長期信頼性をより向上させることができる。
【0020】
また、一実施形態の発明の半導体レーザ素子は、上記光出射端面近傍に形成された電流非注入領域を有することを特徴としている。
【0021】
上記一実施形態の発明の半導体レーザ素子によれば、上記光出射端面近傍に形成された電流非注入領域を有することによって、光出射端面近傍の活性層の領域に極わずか存在する非発光再結合中心によるキャリア損失の抑制と、光出射端面に存在するII族原子,VI族原子によって発生する表面リーク電流の抑制とが可能となるので、動作電流を低減する効果があると共に、高出力駆動での長期信頼性を向上させることができる。
【0022】
また、一実施形態の発明の半導体レーザ素子は、上記光出射端面近傍の上記活性層の領域に無秩序化領域が形成され、その無秩序化領域のバンドギャップが上記活性層の中央部のバンドギャップよりも大きいことを特徴としている。
【0023】
上記一実施形態の発明の半導体レーザ素子によれば、光出射端面近傍の活性層の領域に形成された無秩序化領域が活性層の中央部よりも大きなバンドギャップを有するので、光出射端面近傍の活性層の領域に存在するII族原子,VI族原子によるレーザ吸収が低減され、高出力駆動での長期信頼性を向上させることができる。
【0024】
本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、第一導電型の基板上に、第一導電型の第一クラッド層と、活性層と、第二導電型の第二クラッド層と、第二導電型の第三クラッド層とを積層し、ウェットエッチングにより上記第二導電型の第三クラッド層をリッジストライプに成形し、上記リッジストライプを両側面側から挟むように第一導電型の電流狭窄層を形成する半導体レーザ素子の製造方法において、光出射端面に形成された表面酸化膜を除去する工程と、上記表面酸化膜が除去された上記光出射端面をII族原子及びVI族原子で被覆する工程とを有することを特徴としている。
【0025】
上記構成の半導体レーザ素子の製造方法によれば、上記光出射端面に形成された表面酸化膜を除去して、その表面酸化膜が除去された光出射端面をII族原子及びVI族原子で被覆することによって、光出射端面のダングリングボンドが減少するので、光出射端面の表面準位の低減と、光出射端面への酸素原子の付着抑制という効果が得られ、且つ、光出射端面に誘電体膜を形成するまでの間に、VI族原子の離脱,蒸発の抑制、及び、光出射端面への酸化膜の再形成の抑制という効果が得られる。つまり、極力表面準位または界面準位といわれる非発光再結合中心を低減することが可能となり、且つ、高出力駆動時における非発光再結合中心の増殖を抑制することが可能となる。その結果、上記活性層の中央部の高い注入キャリア密度によって作られるレーザ光の波長に対して、光出射端面近傍の活性層領域が吸収領域になりにくくなる。したがって、高出力動作での長期信頼性により優れた半導体レーザ素子を製造することができる。
【0026】
また、一実施形態の発明の半導体レーザ素子の製造方法は、第一導電型の基板上に、第一導電型の第一クラッド層と、活性層と、第二導電型の第二クラッド層と、第二導電型の第三クラッド層とを積層し、ウェットエッチングにより上記第二導電型の第三クラッド層をリッジストライプに成形し、上記リッジストライプを両側面側から挟むように第一導電型の電流狭窄層を形成する半導体レーザ素子の製造方法において、光出射端面に形成された表面酸化膜を除去する工程と、上記表面酸化膜が除去された上記光出射端面をII族原子及びVI族原子で被覆する工程と、上記光出射端面に、上記活性層の領域を保護する光出射端面保護膜としての誘電体膜を形成する工程と、上記誘電体膜中にIII族原子及びV族原子を拡散させる工程とを有することを特徴としている。
【0027】
上記一実施形態の発明の半導体レーザ素子の製造方法によれば、上記光出射端面に形成された表面酸化膜を除去して、その表面酸化膜が除去された光出射端面をII族原子及びVI族原子で被覆した後、その光出射端面に、活性層を保護する光出射端面保護膜としての誘電体膜を形成して、その誘電体膜中にIII族原子及びV族原子を拡散させることによって、光出射端面近傍の上記誘電体膜中に、II族原子,III族原子,V族原子,VI族原子を含む領域が形成されるので、高出力動作での長期信頼性により優れた半導体レーザ素子を製造することができる。
【0028】
また、一実施形態の発明の半導体レーザ素子の製造方法は、上記光出射端面の温度が150℃以上かつ300℃以下になるように加熱処理を施した後、上記誘電体膜を形成することを特徴としている。
【0029】
上記一実施形態の発明の半導体レーザ素子の製造方法によれば、上記光出射端面の温度が150℃以上かつ300℃以下になるように加熱処理を行うことによって、表面酸化膜が除去された光出射端面をII族原子及びVI族原子で被覆した後において光出射端面に付着した水分を蒸発させることができ、且つ、光出射端面近傍のIII族原子,V族原子,II族原子,VI族原子の再蒸発を抑制することができる。したがって、上記活性層の領域の光出射端面の点欠陥が増殖せず、高出力駆動における長期信頼性に優れた半導体レーザ素子を安定に得ることできる。
【0030】
また、上記光出射端面の温度が150℃未満になるように加熱処理を行った場合、光出射端面に被覆したII,VI族原子上に付着した水分が完全に蒸発しない状態で誘電体膜が形成されるために、光出射端面に酸化膜が形成される。その結果、高出力駆動時に酸化膜の増殖が発生し、その酸化膜の増殖に伴ってIII族原子,VI族原子が酸化膜側へ拡散してしまって、活性層の領域の光出射端面に集中して点欠陥が増殖してしまう。
【0031】
また、上記光出射端面の温度が300℃を越えるように加熱処理を行った場合、光出射端面近傍のII族原子,III族原子,V族原子,VI族原子が蒸発して、光出射端面に多くの点欠陥を形成してしまう。
【0032】
また、一実施形態の発明の半導体レーザ素子の製造方法は、上記光出射端面に形成された表面酸化膜を硫化アンモニア溶液で除去することを特徴としている。
【0033】
上記一実施形態の発明の半導体レーザ素子の製造方法によれば、上記活性層の領域の光出射端面に形成された表面酸化膜を除去する工程において、表面酸化膜を硫化アンモニア溶液で除去するので、活性層領域の光出射端面に形成された表面酸化膜を除去する工程と、表面酸化膜が除去された光出射端面にVI族原子を被覆する工程とを同時に行うことができる。したがって、作業工程数が減少し、生産性を向上させることができる。
【0034】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体レーザ素子及びその製造方法を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【0035】
(第1実施形態)
図1(a)は本発明の第1実施形態の半導体レーザ素子を光出射端面側から見た断面図であり、図1(b)は上記半導体レーザ素子を側面側から見た断面図である。また、図2〜5は上記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。
【0036】
上記図1(a),(b)に示す半導体レーザ素子の製造方法を以下にて説明する。
【0037】
まず、有機金属気相成長法による第一の結晶成長で、第一導電型の基板としてのn型GaAs基板1上に、n型GaAsバッファ層2、第一導電型の第一クラッド層としてのn型AlGaAs第一クラッド層3、n型AlGaAs第二クラッド層4、光ガイド層5、活性層としての多重量子井戸(MQW)活性層6、光ガイド層7、第二導電型の第二クラッド層としてのp型AlGaAs第一クラッド層8、p型GaAsエッチングストップ層9、第二導電型の第三クラッド層としてのp型AlGaAs第二クラッド層10、p型GaAs保護層11を順次積層する。
【0038】
次に、上記p型GaAs保護層11上に所望の幅のストライプ形状のマスクを形成して、硫酸と過酸化水素水との混合溶液によって上記ストライプ形状のマスクで覆われていない領域のp型GaAs保護層11とp型AlGaAs第二クラッド層10の一部とをエッチングする。続いて、上記マスクで覆われていない領域の残されたp型AlGaAs第二クラッド層10を取り除くために、弗化水素酸によってp型GaAsエッチングストップ層9が表出するまでエッチングを行なうと、p型AlGaAs第二クラッド層10とp型GaAs保護層11とからなる電流通路のリッジストライプ50が形成される。
【0039】
上記リッジストライプ50を形成した後、リッジストライプ50上に形成されたマスクを除去し、有機金属気相成長法による第二の結晶成長で、第一導電型の電流狭窄層としてのn型AlGaAs電流ブロック層12、第一導電型の電流狭窄層としてのn型GaAs電流ブロック層13、p型GaAs平坦化層14を順次積層する。
【0040】
その後、上記リッジストライプ50上に形成された12〜14(n型AlGaAs電流ブロック層12,n型GaAs電流ブロック層13,p型GaAs平坦化層14)の不要層を除去するために、リッジストライプ50の外側領域にマスクを形成する。そして、アンモニア水と過酸化水素水との混合溶液によって、リッジストライプ50上に形成されたn型GaAs電流ブロック層13およびp型GaAs平坦化層14をエッチング除去した後、硫酸と過酸化水素水との混合溶液によって、リッジストライプ50上に形成されたn型AlGaAs電流ブロック層12をエッチング除去する。上記リッジストライプ50上の不要層を除去した後、リッジストライプ50の外部領域に形成されたマスクを除去する。
【0041】
そして、不要層除去後に最表面となったp型GaAs保護層11とp型GaAs平坦化層14との表面上に、有機金属気相成長法による第三の結晶成長で、p型GaAsコンタクト層15を形成する。その後、上記p型GaAsコンタクト層15の表面にp側金属電極16を蒸着し、n型GaAs基板1の表面にn側金属電極17を蒸着する。
【0042】
このような半導体レーザ素子構造が複数形成されたウエハ(基板)を、共振器長が800μmとなるように、リッジストライプ50が延びる方向に対して直行する方向に壁開し、バー状に分割すると、図2に示すバー21になる。
【0043】
そして、上記バー21を、硫酸と過酸化水素水との混合溶液に10秒間浸漬した後、純水で洗浄を行う。この処理により、光出射端面に形成されている表面酸化膜20,20が除去された状態になる。
【0044】
次に、上記表面酸化膜20,20が除去されたバー21を、硫化アンモニウム溶液に10秒間浸漬した後、純水で洗浄を行う。この処理により、上記光出射端面が硫黄(S)原子25,25で被覆されて、図3に示すバー22になる。
【0045】
次に、上記バー22を、酢酸亜鉛溶液に30秒間浸漬して純水で洗浄した後、乾燥させる。この処理により、上記光出射端面が硫黄(S)原子25,25と亜鉛(Zn)原子26,26で被覆されて、図4に示すバー23になる。
【0046】
その後、上記複数のバー23を整列させて電子ビーム蒸着機に入れ、バー23の端面温度つまり光出射端面の温度が例えば250℃になるように加熱した後に、前面側の光出射端面に誘電体膜としてのAl2O3膜18を形成する一方、後面側の光出射端面に誘電体膜としてのAl2O3/Si/Al2O3/Si/Al2O3膜19を形成すると、図5に示すバー24になる。このバー24をチップに分割すると、図1(a),(b)に示す本発明の半導体レーザ素子が完成する。
【0047】
また、上記本実施形態の半導体レーザ素子との比較のために、バー分割後、直ちに、複数のバーを整列させて電子ビーム蒸着機に入れ、前面側の光出射端面にAl2O3膜118を形成し、後面側の光出射端面にAl2O3/Si/Al2O3/Si/Al2O3膜119を形成した後、バーをチップに分割して得られる従来の図11(a),(b)に示す半導体レーザ素子も同時に作製した。
【0048】
上記本実施形態の製造方法によって得られた図1(a),(b)の半導体レーザ素子と、図11(a),(b)の従来の半導体レーザ素子とにおいて、MQW活性層6,106近傍の光出射端面(前面)に成膜されたAl2O3膜18,118における不純物原子の深さ方向分布を2次イオン質量分析装置(SIMS)で測定し、その測定結果を図6,7に示している。図6は本実施形態の半導体レーザ素子の測定結果を示し、図7は図11(a),(b)の従来の半導体レーザ素子の測定結果を示している。なお、図6,7において、縦軸は1秒間当りの2次イオン検出数(c/s)を示し、横軸はAl2O3膜表面からの深さ(Å)を示している。
【0049】
図6に示すように、上記本実施形態の半導体レーザ素子の光出射端面近傍のAl2O3膜18中には、光出射端面/Al2O3膜界面から約400Åの範囲で、III族原子であるGaとV族元素であるAsとが存在している。一方、図7に示すように、従来の半導体レーザ素子の光出射端面近傍のAl2O3膜118中には、GaとAsとが存在していない。また、従来の半導体レーザ素子では、光出射端面/Al2O3膜界面で酸素原子のピークが見られるが、本発明の本実施形態の半導体レーザ素子では、光出射端面/Al2O3膜界面で酸素原子のピークが見られない。
【0050】
また、上記本実施形態及び従来の半導体レーザ素子の特性測定を行った。
【0051】
その結果、上記本実施形態及び従来の半導体レーザ素子の発振波長は共に785nmであったが、最大出力試験の結果では、本実施形態の半導体レーザ素子の最大光出力が270mWであり、従来の半導体レーザ素子の最大光出力が220mWであった。つまり、上記本実施形態の半導体レーザ素子の方が従来よりも約20%最大光出力が向上した。
【0052】
また、60℃85mWの信頼性試験の結果では、従来の半導体レーザ素子の平均寿命が190時間であるのに対し、本実施形態の半導体レーザ素子が約3000時間となって、従来よりも約15倍も平均寿命が向上した。
【0053】
上記本実施形態の半導体レーザ素子の寿命が従来の半導体レーザ素子の寿命より向上したのは、高出力駆動時におけるMQW活性層6から誘電体膜側へのIII族原子(Ga)及びV族原子(As)の拡散が抑制されて、高出力駆動時におけるMQW活性層6の領域の光出射端面の点欠陥の抑制が可能となったためであると考えられる。
【0054】
以上より、上記光出射端面を保護する光出射端面保護膜として、Al2O3膜18,Al2O3/Si/Al2O3/Si/Al2O3膜19の誘電体膜を形成し、光出射端面近傍の誘電体膜中にIII族原子(Ga)及びV族原子(As)を含む領域を形成することによって、高出力駆動での長期信頼性を向上できることが判る。
【0055】
上記第1実施形態では、誘電体膜を形成するためにAl2O3を用いたが、例えばAlxOy, SixOy,AlxNy, SixNy(x,yは1以上)のうちの少なくとも1つを用いても同様の効果が得られる。
【0056】
また、上記第1実施形態では、AlGaAsを含む半導体レーザ素子を用いたが、例えばAlGaInP,InGaAs,InGaAsP等のうちの少なくとも1つを含む半導体レーザ素子を用いても同様の効果が得られる。
【0057】
また、上記第1実施形態では、光出射端面に形成された表面酸化膜を除去する工程において硫酸と過酸化水素水との混合溶液を用いたが、表面酸化膜が除去できる例えば弗化水素酸等の溶液を用いても同様の効果が得られる。
【0058】
また、上記第1実施形態では、表面酸化膜が除去された光出射端面をVI族原子で被覆する工程において硫化アンモニウム溶液を用いたが、例えば、硫化砥素溶液、硫化ガリウム溶液、硫化アルミニウム溶液のいずれか1つを用いても同様の効果が得られる。
【0059】
また、上記第1実施形態では、光出射端面近傍のAl2O3膜,Al2O3/Si/Al2O3/Si/Al2O3膜中に含まれるII族原子として亜鉛(Zn)原子を用いたが、ベリリウム,マグネシウムのいずれか1つを用いても同様の効果が得られる。
【0060】
また、上記第1実施形態では、表面酸化膜が除去された光出射端面をII族原子で被覆する工程において酢酸亜鉛溶液を用いたが、例えば、塩化亜鉛、塩化ベリリウム、塩化マグネシウム、硫酸亜鉛、硫酸ベリリウム、硫酸マグネシウムのいずれか1つを用いても同様の効果が得られる。
【0061】
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態の半導体レーザ素子は次のようにして製作される。
【0062】
上記第1実施形態に記載の半導体レーザ素子構造が複数形成されたウエハ(基板)を、共振器長が800μmとなるように、リッジストライプが延びる方向に対して直行する方向に壁開し、バー状に分割する。そのバー分割により形成された複数のバーに対して以下の処理を施す。まず、硫化アンモニウム溶液に60秒間浸潰した後、純水で洗浄を行う。そして、酢酸亜鉛溶液に30秒間浸漬した後、純水で洗浄を行って、乾燥をさせる。
【0063】
その後、上記複数のバーを整列させて電子ビーム蒸着機に入れ、バー端面温度つまり光出射端面の温度が例えば250℃になるように加熱した後に、前面側の光出射端面に誘電体膜であるAl2O3膜を形成し、後面側の光出射端面に誘電体膜であるAl2O3/Si/Al2O3/Si/Al2O3膜を形成して、バーをチップに分割する。
【0064】
上記製造方法によって得られた半導体レーザ素子において、MQW活性層近傍の光出射端面(前面)に成膜されたAl2O3膜における不純物原子の深さ方向分布を2次イオン質量分析装置(SIMS)で測定し、その測定結果を図8に示している。なお、図8では、縦軸が1秒間当りの2次イオン検出数(c/s)を示し、横軸がAl2O3膜表面からの深さ(Å)を示している。
【0065】
図8から判るように、上記光出射端面近傍のAl2O3膜中には、光出射端面/Al2O3膜界面から約400Åの範囲で、III族原子であるGaとV族原子であるAsとが高濃度存在しており、且つ、VI族原子であるSとII族原子であるZnも存在している。
【0066】
このように、上記半導体レーザ素子の光出射端面近傍のAl2O3膜にS原子とZn原子とが存在しているのは、硫化アンモニウム溶液を用いて、光出射端面に形成された表面酸化膜を除去する工程と、表面酸化膜が除去された光出射端面をS原子で被覆する工程を同時に行った結果、光出射端面/Al2O3膜界面に存在する自然酸化膜を完全に除去できて、光出射端面にAl2O3膜を形成中にAl2O3膜側へのGa,As原子の拡散が活発になり、それに伴つて光出射端面/Al2O3膜界面に存在するS原子とZn原子とが拡散したためだと考える。
【0067】
また、上記半導体レーザ素子の特性測定を行うと、半導体レーザ素子の発振波長が785nm、85mWでの動作電流が110mAであり、半導体レーザ素子の最大光出力が300mWであった。この結果から判るように、半導体レーザ素子の最大出力が第1実施形態よりも向上した。
【0068】
また、60℃85mWの信頼性試験を行ったところ、本実施形態の半導体レーザ素子では約4000時間となって第1実施形態の半導体レーザ素子より平均寿命が向上した。
【0069】
このように、上記本実施形態の半導体レーザ素子の平均寿命が第1実施形態の半導体レーザ素子より向上したのは、高出力駆動前に、光出射端面近傍のAl2O3膜,Al2O3/Si/Al2O3/Si/Al2O3膜中にGa原子,As原子,Zn原子及びS原子を含む領域を形成しているので、高出力駆動時にMQW活性層から誘電体膜側へ拡散した少数のIII族原子(Ga)及びV族原子(As)の空孔を、光出射端面近傍のAl2O3膜,Al2O3/Si/Al2O3/Si/Al2O3膜中に存在しているII族原子(Zn)及びVI族原子(S)が補完し、点欠陥の発生を抑制したためだと考える。
【0070】
以上より、上記光出射端面近傍のAl2O3膜,Al2O3/Si/Al2O3/Si/Al2O3膜中にGa原子,As原子,Zn原子及びS原子を含む領域を形成したので、高出力駆動での長期信頼性を向上できることが判る。
【0071】
また、図8に示すように、光出射端面/Al2O3膜界面には酸素原子のピークは存在していないことから、硫化アンモニウム溶液には、光出射端面に形成されている表面酸化膜を除去する作用を持っている事が明らかである。したがって、硫化アンモニウム溶液を用いることにより、MQW活性層の領域の光出射端面に形成された表面酸化膜を除去する工程と表面酸化膜が除去された光出射端面をS原子で被覆する工程を同時に行うことが可能となり、作業工程数の減少による生産性の向上が可能となることが判る。
【0072】
上記第2実施形態では、誘電体膜を形成するためにAl2O3を用いたが、例えばAlxOy, SixOy,AlxNy, SixNy(x,yは1以上)のうちの少なくとも1つを用いても同様の効果が得られる。
【0073】
また、上記第2実施形態では、AlGaAsを含む半導体レーザ素子を用いたが、例えばAlGaInP,InGaAs,InGaAsP等のうちの少なくとも1つを含む半導体レーザ素子を用いても同様の効果が得られる。
【0074】
また、上記第2実施形態では、光出射端面近傍のAl2O3膜,Al2O3/Si/Al2O3/Si/Al2O3膜中に含まれるII族原子として亜鉛(Zn)原子を用いたが、ベリリウム,マグネシウムのいずれか1つを用いても同様の効果が得られる。
【0075】
また、上記第2実施形態では、表面酸化膜が除去された光出射端面をII族原子で被覆する工程において酢酸亜鉛溶液を用いたが、例えば、塩化亜鉛、塩化ベリリウム、塩化マグネシウム、硫酸亜鉛、硫酸ベリリウム、硫酸マグネシウムのうちのいずれか1つを用いても同様の効果が得られる。
【0076】
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態では、誘電体膜であるAl2O3膜およびAl2O3/Si/Al2O3/Si/Al2O3膜を光出射端面に形成する工程おいて、最適な誘電体膜を形成するための光出射端面の温度の検討を行っている。
【0077】
上記第3実施形態の半導体レーザ素子は次のようにして製作される。
【0078】
上記第1実施形態に記載の半導体レーザ構造が複数形成されたウエハ(基板)を、共振器長が800μmとなるように、リッジストライプが延びる方向に対して直行する方向に壁開し、バー状に分割する。そのバー分割により形成された複数のバーを、硫化アンモニウム溶液に60秒間浸漬し、純水で洗浄を行い、次に、酢酸亜鉛溶液に30秒間浸漬し、純水で洗浄し、乾燥させる。
【0079】
その後、上記複数のバーを整列させて電子ビーム蒸着機に入れ、そのバー端面温度つまり光出射端面の温度がそれぞれ100℃,150℃,200℃,250℃,300℃,350℃になるように加熱した後に、前面側の光出射端面にAl2O2膜を形成し、後面側の光出射端面にAl2O3/Si/Al2O3/Si/Al2O3膜を形成して、バーをチップに分割する。その結果、上記光出射端面の温度がそれぞれ100℃,150℃,200℃,250℃,300℃,350℃になるように加熱されて作製された6種類の半導体レーザ素子ができる。
【0080】
上記製造方法によって得られた半導体レーザ素子の特性測定を行った結果、半導体レーザ素子の発振波長は全て785nmであり、半導体レーザ素子の最大光出力も全て270mW〜300mWであり、第1,第2実施形態とほとんど差が無い。
【0081】
また、60℃85mWの信頼性試験を行った結果を図9に示す。なお、図9において、縦軸が平均寿命(h)を示し、横軸がバー端面温度(℃)を示している。
【0082】
図9から判るように、バー端面温度が150℃〜300℃の範囲内では、平均寿命が3000時間以上と良好な結果であるのに対して、150℃未満または300℃を越えると急激に半導体レーザ素子の平均寿命が悪くなっている。この理由は、上記バー端面温度が150℃未満になる加熱処理を施した後にAl2O3膜の形成を行うと、光出射端面に被覆したII族原子のZn,VI族原子のS上に付着した水分が完全に蒸発しない状態でAl2O3膜が形成されるために、光出射端面/Al2O3膜界面に酸化膜が形成される。その結果、高出力駆動時に酸化膜の増殖が発生し、その酸化膜の増殖に伴ってIII族原子のGa原子,V族原子のAs原子が酸化膜側へ拡散してしまう。その結果、上記活性層の領域の光出射端面に集中して点欠陥が増殖する。一方、上記バー端面温度が300℃を越える加熱処理を施した後にAl2O3膜の形成を行うと、光出射端面に添加したII族原子のZn,VI族原子のS、及び、光出射端面近傍のIII族原子のGa,V族原子のAsが蒸発して、光出射端面に多くの点欠陥を形成しながらのAl2O3膜の形成となる。
【0083】
したがって、本実施形態において、上記バー端面温度が150℃未満または300℃を越えると急激に半導体レーザ素子の平均寿命が悪くなっているのは、上記のようにMQW活性層の領域の光出射端面に点欠陥が存在しているためだと考えられる。
【0084】
また、最大光出力試験ではほとんど差が無いのに信頼性試験で差があるのは、高出力駆動前では、活性層領域の光出射端面における非発光再結合中心となる量がほぼ同じであるが、高出力駆動時における非発光再結合中心の増加率が異なっているために、最大光出力の低下率も異なるためだと考える。
【0085】
以上より、活性層領域の光出射端面に誘電体膜を形成する工程において、活性層領域の光出射端面温度が150℃以上かつ300℃以下になるように加熱を行うことによって、高出力駆動での長期信頼性が高い半導体レーザ素子を安定して作成可能であることが判る。
【0086】
上記第3実施形態では、誘電体膜を形成するためにAl2O3を用いたが、例えばAlxOy, SixOy,AlxNy, SixNy(x,yは1以上)のうちの少なくとも1つを用いても同様の効果が得られる。
【0087】
また、上記第3実施形態では、AlGaAsを含む半導体レーザ素子を用いたが、例えばAlGaInP,InGaAs,InGaAsP等のうち少なくとも1つを含む半導体レーザ素子を用いても同様の効果が得られる。
【0088】
また、上記第3実施形態では、光出射端面近傍のAl2O3膜,Al2O3/Si/Al2O3/Si/Al2O3膜中に含まれるII族原子として亜鉛(Zn)原子を用いたが、ベリリウム,マグネシウムのいずれか1つを用いても同様の効果が得られる。
【0089】
また、上記第3実施形態では、表面酸化膜が除去された光出射端面をII族原子で被覆する工程において酢酸亜鉛溶液を用いたが、例えば、塩化亜鉛、塩化ベリリウム、塩化マグネシウム、硫酸亜鉛、硫酸ベリリウム、硫酸マグネシウムのうちのいずれか1つを用いても同様の効果が得られる。
【0090】
(第4実施形態)
図10(a)は本発明の第4実施形態の半導体レーザ素子を光出射端面側から見た断面図であり、図10(b)は図10(a)のB−B線から見た断面図である。
【0091】
上記図10(a),(b)に示す半導体レーザ素子の製造方法を以下にて説明する。
【0092】
まず、有機金属気相成長法による第一の結晶成長で、第一導電型の基板としてのn型GaAs基板201上に、n型GaAsバッファ層202、第一導電型の第一クラッド層としてのn型AlGaAs第一クラッド層203、n型AlGaAs第二クラッド層204、光ガイド層205、活性層としての多重量子井戸(MQW)活性層206、光ガイド層207、第二導電型の第二クラッド層としてのp型AlGaAs第一クラッド層208、p型GaAsエッチングストップ層209、第二導電型の第三クラッド層としてのp型AlGaAs第二クラッド層210、p型GaAs保護層211を順次積層する。
【0093】
その後、上記p型GaAs保護層211上に所望の幅のストライプ形状のマスクを形成し、硫酸と過酸化水素水の混合溶液によって上記マスクで覆われていない領域のp型GaAs保護層211とp型AlGaAs第二クラッド層210の一部とをエッチングする。続いて、上記マスクで覆われていない領域の残されたp型AlGaAs第二クラッド層210を、弗化水素酸によってp型GaAsエッチングストップ層209が表出するまでエッチングを行なって、p型GaAs保護層211とp型AlGaAs第二クラッド層210とからなる電流通路のリッジストライプ250を形成する。
【0094】
そして、上記リッジストライプ250形成後、リッジストライプ250上に形成されたマスクを除去し、有機金属気相成長法による第二の結晶成長で、第一導電型の電流狭窄層としてのn型AlGaAs電流ブロック層212、第一導電型の電流狭窄層としてのn型GaAs電流ブロック層213、p型GaAs平坦化層214を順次積層する。
【0095】
その後、光出射端面近傍に電流非注入領域を作製するために、リッジストライプ250の外側領域、及び、リッジストライプ250上のp型GaAs平坦化層214の表面かつ光出射端面近傍にマスクを形成し、アンモニア水と過酸化水素水との混合溶液によって、光出射端面近傍を除くリッジストライプ250上に形成されたn型GaAs電流ブロック層213、p型GaAs平坦化層214をエッチング除去し、硫酸と過酸化水素水との混合溶液によって、光出射端面近傍を除くリッジストライプ250上に形成されたn型AlGaAs電流ブロック層212をエッチング除去する。上記光出射端面近傍を除くリッジストライプ250上に形成された不要層を除去した後、リッジストライプ250の外側領域、及び、リッジストライプ250上のp型GaAs平坦化層214の表面かつ光出射端面近傍に形成されたマスクを除去すると、リッジストライプ250上のn型AlGaAs電流ブロック層212及びn型GaAs電流ブロック層213からなる電流非注入領域251が形成される。
【0096】
そして、有機金属気相成長法による第三の結晶成長で、p型GaAsコンタクト層215を形成して、p型GaAsコンタクト層215の表面にp側金属電極216を蒸着し、n型GaAs基板201の表面にn側金属電極217を蒸着する。
【0097】
このような半導体レーザ構造が複数形成されたウエハ(基板)を、共振器長が800μmとなるように、リッジストライプ250が延びる方向に対して直行する方向に壁開し、バー状に分割する。
【0098】
上記バー分割により形成された複数のバーに対して、硫化アンモニウム溶液に60秒間浸漬した後、純水で洗浄を行う。次に、酢酸亜鉛溶液に30秒間浸漬し、純水で洗浄を行った後、乾燥させる。
【0099】
そして、上記複数のバーを整列させて電子ビーム蒸着機に入れ、バー端面温度つまり光出射端面の温度が例えば250℃になるように加熱した後に、前面側の光出射端面にAl2O3膜218を、後面側の光出射端面にAl2O3/Si/Al2O3/Si/Al2O3膜219を形成し、バーをチップに分割すると、図10(a),(b)に示す半導体レーザ素子になる。
【0100】
上記製造方法によって得られた半導体レーザ素子の特性測定を行った結果、半導体レーザ素子の発振波長が785nmであり、85mWでの動作電流が105mAである。また、60℃85mWの信頼性試験を行ったところ、平均寿命が約5000時間と向上した。
【0101】
上記光出射端面近傍に電流非注入領域251を持つことによって平均寿命が向上したのは、光出射端面近傍のAl2O3膜218中にII族原子(Zn),VI族原子(S)が存在することにより発生した光出射端面に沿って流れる表面リーク電流が無くなり、動作電流の低減による、60℃85mWでの半導体レーザ素子の発熱を抑制できたためだと考える。
【0102】
以上より、上記光出射端面近傍に形成された電流非注入領域251を持つことによって、高出力駆動での長期信頼性を向上できることが判る。
【0103】
上記第4実施形態では、誘電体膜を形成するためにAl2O3を用いたが、例えばAlxOy, SixOy,AlxNy, SixNy(x,yは1以上)のうちの少なくとも1つを用いても同様の効果が得られる。
【0104】
また、上記第4実施形態では、AlGaAsを含む半導体レーザ素子を用いたが、例えばAlGaInP,InGaAs,InGaAsP等のうちの少なくとも1つを含む半導体レーザ素子を用いても同様の効果が得られる。
【0105】
また、上記第4実施形態では、光出射端面近傍のAl2O3膜,Al2O3/Si/Al2O3/Si/Al2O3膜中に含まれるII族原子として亜鉛(Zn)原子を用いたが、ベリリウム,マグネシウムのいずれか1つを用いても同様の効果が得られる。
【0106】
また、上記第4実施形態では、表面酸化膜が除去された光出射端面をII族原子で被覆する工程において酢酸亜鉛溶液を用いたが、例えば、塩化亜鉛、塩化ベリリウム、塩化マグネシウム、硫酸亜鉛、硫酸ベリリウム、硫酸マグネシウムのうちのいずれか1つを用いても同様の効果が得られる。
【0107】
また、上記第4実施形態では、リッジストライプ250上に形成された不要層を利用して、光出射端面近傍に電流非注入領域251を形成したが、光出射端面近傍へのSi原子のイオン注入による方法で電流非注入領域を形成しても同様の効果が得られる。
【0108】
(第5実施形態)
本発明の第5実施形態の半導体レーザ素子では、光出射端面近傍の活性層に無秩序化領域を形成している。
【0109】
上記第5実施形態の半導体レーザ素子は次のようにして作製される。
【0110】
まず、有機金属気相成長法による第一の結晶成長で、第一導電型の基板としてのn型GaAs基板上に、n型GaAsバッファ層、第一導電型の第一クラッド層としてのn型AlGaAs第一クラッド層、n型AlGaAs第二クラッド層、光ガイド層、活性層としての多重量子井戸(MQW)活性層、光ガイド層、第二導電型の第二クラッド層としてのp型AlGaAs第一クラッド層、p型GaAsエッチングストップ層、第二導電型の第三クラッド層としてのp型AlGaAs第二クラッド層、p型GaAs保護層を順次積層する。
【0111】
次に、上記半導体レーザ素子の光出射端面近傍、かつ、p型GaAs保護層の表面にストライプ状のSiO2膜を形成する。そして、900℃まで急激な温度上昇を行なうことによって、上記SiO2膜下のp型GaAs保護層にGa空孔を形成する。その後、1分間900℃で保持して、Ga空孔を多重量子井戸(MQW)活性層まで拡散させる。これにより、上記多重量子井戸(MQW)活性層の光出射端面近傍が無秩序化されて、無秩序化領域が形成される。この上記多重量子井戸(MQW)活性層の光出射端面近傍に形成された無秩序化領域のバンドギャップは、多重量子井戸(MQW)活性層の中央部のバンドギャップより大きくなっている。
【0112】
その後、上記p型GaAs保護層の表面に形成されたSiO2膜を除去して、所望の幅のストライプ形状のマスクを形成する。そして、硫酸と過酸化水素水との混合溶液によって上記マスクで覆われていない領域のp型GaAs保護層とp型AlGaAs第二クラッド層の一部とをエッチングする。
【0113】
続いて、上記マスクで覆われていない領域の残されたp型AlGaAs第二クラッド層を除去するために、弗化水素酸によってp型GaAsエッチングストップ層が表出するまでエッチングを行なって、p型AlGaAs第二クラッド層とp型GaAs保護層とからなる電流通路のリッジストライプを形成する。
【0114】
上記リッジストライプ形成後、リッジストライプ上に形成されたマスクを除去する。そして、有機金属気相成長法による第二の結晶成長で、第一導電型の電流狭窄層としてのn型AlGaAs電流ブロック層、第一導電型の電流狭窄層としてのn型GaAs電流ブロック層、p型GaAs平坦化層を順次積層する。
【0115】
その後、上記リッジストライプ上に形成された不要層を除去するために、リッジストライプ外側領域にマスクを形成して、アンモニア水と過酸化水素水との混合溶液によって、リッジストライプ上に形成されたn型GaAs電流ブロック層、p型GaAs平坦化層をエッチング除去する。さらに、硫酸と過酸化水素水との混合溶液によって、リッジストライプ上に形成されたn型AlGaAs電流ブロック層をエッチング除去する。上記リッジストライプ上に形成された不要層を除去した後、リッジストライプの外部領域に形成されたマスクを除去する。
【0116】
不要層除去後に最表面となったp型GaAs保護層とp型GaAs平坦化層との上に、有機金属気相成長法による第三の結晶成長で、p型GaAsコンタクト層を形成する。その後、上記p型GaAsコンタクト層上にp側金属電極を蒸着すると共に、n型GaAs基板上にn側金属電極を蒸着する。
【0117】
このような半導体レーザ構造が複数形成されたウエハ(基板)を、共振器長が800μmとなるように、リッジストライプに直行した方向に壁開し、バー状に分割する。
【0118】
そして、上記バー分割により形成された複数のバーに対して、硫化アンモニウム溶液に60秒間浸漬した後、純水で洗浄を行う処理を行って、光出射端面に形成された表面酸化膜を除去する。
【0119】
次に、上記表面酸化膜が除去された複数のバーを酢酸亜鉛溶液に30秒間浸潰して純水で洗浄した後、それら複数のバーを乾燥させる。
【0120】
その後、上記複数のバーを整列させて電子ビーム蒸着機に入れ、バー端面温度つまり光出射端面が例えば250℃になるように加熱した後に、前面側の光出射端面にAl2O3膜を形成し、後面側の光出射端面にAl2O3/Si/Al2O3/Si/Al2O3膜を形成する。そして、上記バーをチップに分割して、半導体レーザ素子を作製した。
【0121】
上記製造方法によって得られた半導体レーザ素子の特性測定を行った結果、半導体レーザ素子の発振波長は785nmであった。また、60℃85mWの信頼性試験を行ったところ、平均寿命が約5000時間と向上していることが判った。
【0122】
以上より、上記光出射端面近傍のMQW活性層の領域に無秩序化領域を形成することによって、高出力駆動での長期信頼性を向上できることが判る。
【0123】
上記第5実施形態では、誘電体膜を形成するためにAl2O3を用いたが、例えばAlxOy, SixOy,AlxNy, SixNy(x,yは1以上)のうちの少なくとも一つを用いても同様の効果が得られる。
【0124】
また、上記第5実施形態では、AlGaAsを含む半導体レーザ素子を用いたが、例えばAlGaInP,InGaAs,InGaAsP等のうちの少なくとも1つを含む半導体レーザ素子を用いても同様の効果が得られる。
【0125】
また、上記第5実施形態では、光出射端面近傍のAl2O3膜,Al2O3/Si/Al2O3/Si/Al2O3膜中に含まれるII族原子として亜鉛(Zn)原子を用いたが、ベリリウム,マグネシウムのいずれか1つを用いても同様の効果が得られる。
【0126】
また、上記第5実施形態では、表面酸化膜が除去された光出射端面をII族原子で被覆する工程において酢酸亜鉛溶液を用いたが、例えば、塩化亜鉛、塩化ベリリウム、塩化マグネシウム、硫酸亜鉛、硫酸ベリリウム、硫酸マグネシウムのうちのいずれか1つを用いても同様の効果が得られる。
【0127】
また、上記第5実施形態では、光出射端面近傍の活性層領域に形成された無秩序化領域を、Ga空孔の拡散による方法によって形成したが、Zn原子などの不純物拡散による方法によって形成しても同様の効果が得られる。
【0128】
また、上記第5実施形態では、光出射端面近傍の活性層領域に無秩序化領域のみを形成しているが、光出射端面近傍の活性層領域に無秩序化領域を形成すると共に、光出射端面近傍かつリッジストライプ上に電流非注入領域を形成しても同様の効果が得られる。
【0129】
【発明の効果】
以上より明らかなように、本発明の半導体レーザ素子は、活性層の領域を保護する光出射端面保護膜としての誘電体膜を光出射端面に形成し、その光出射端面近傍の誘電体膜中に、III族原子及びV族原子を含む領域を形成するので、高出力駆動時における活性層の領域の光出射端面の点欠陥の発生が抑制されて、光出射端面近傍の活性層領域が吸収領域になりにくく、CODの臨界光出力が高く、且つ、高出力駆動時におけるCODの臨界光出力の低下を抑えることができる。したがって、高出力駆動での長期信頼性を向上させることができる。
【0130】
また、上記活性層の領域を保護する光出射端面保護膜としての誘電体膜が光出射端面に形成され、その光出射端面近傍の誘電体膜中に、II族原子とIII族原子とV族原子とVI族原子とを含む領域を形成することによって、活性層から誘電体膜側へIII族原子及びV族原子等が拡散したとしても、III族原子及びV族原子等の空孔を、光出射端面近傍の誘電体膜中に存在しているII族原子及びVI族原子が補完してくれるので、点欠陥の発生をより効果的に抑制することが可能となる。その結果、上記活性層の中央部の高い注入キャリア密度によって作られるレーザ光の波長に対して光出射端面近傍の活性層領域が吸収領域になりにくく、CODの臨界光出力をより高くすることができる。つまり、高出力駆動時におけるCODの臨界光出力の低下をより抑えることができる。
【0131】
また、上記II族原子が亜鉛,ベリリウム,マグネシウムのいずれか1つであることによって、非発光再結合中心の増加をより効果的に抑制することが可能となるので、高出力駆動での長期信頼性をより向上させることができる。
【0132】
一実施形態の発明の半導体レーザ素子は、上記VI族原子が硫黄であることによって、非発光再結合中心の増加をより効果的に抑制することが可能となるので、高出力駆動での長期信頼性をより向上させることができる。
【0133】
一実施形態の発明の半導体レーザ素子は、上記光出射端面近傍に形成された電流非注入領域を有するので、光出射端面近傍の活性層の領域に極わずか存在する非発光再結合中心によるキャリア損失が抑制され、光出射端面に存在するII族原子,VI族原子によって発生する表面リーク電流が抑制され、動作電流を低減できると共に、高出力駆動での長期信頼性を向上させることができる。
【0134】
一実施形態の発明の半導体レーザ素子は、上記光出射端面近傍の活性層の領域に形成された無秩序化領域のバンドギャップが活性層の中央部のバンドギャップより大きいので、光出射端面近傍の活性層の領域に存在するII族原子,VI族原子によるレーザ吸収が低減され、高出力駆動での長期信頼性をより向上させることができる。
【0135】
本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、上記光出射端面に形成された表面酸化膜を除去して、その表面酸化膜が除去された光出射端面をII族原子及びVI族原子で被覆することによって、光出射端面のダングリングボンドが減少するので、光出射端面の表面準位の低減と、光出射端面への酸素原子の付着抑制という効果が得られ、且つ、光出射端面に誘電体膜を形成するまでの間に、VI族原子の離脱,蒸発の抑制、及び、光出射端面への酸化膜の再形成の抑制という効果が得られる。つまり、極力表面準位または界面準位といわれる非発光再結合中心を低減することが可能となり、且つ、高出力駆動時における非発光再結合中心の増殖を抑制することが可能となる。その結果、上記活性層の中央部の高い注入キャリア密度によって作られるレーザ光の波長に対して、光出射端面近傍の活性層領域が吸収領域になりにくく、高出力動作での長期信頼性により優れた半導体レーザ素子を製造することができる。
【0136】
一実施形態の発明の半導体レーザ素子の製造方法は、上記光出射端面に形成された表面酸化膜を除去して、その表面酸化膜が除去された光出射端面をII族原子及びVI族原子で被覆した後、その光出射端面に、活性層を保護する光出射端面保護膜としての誘電体膜を形成して、その誘電体膜中にIII族原子及びV族原子を拡散させることによって、光出射端面近傍の上記誘電体膜中に、II族原子,III族原子,V族原子,VI族原子を含む領域が形成されるので、高出力動作での長期信頼性により優れた半導体レーザ素子を製造することができる。
【0137】
一実施形態の発明の半導体レーザ素子の製造方法によれば、上記光出射端面の温度が150℃以上かつ300℃以下になるように加熱処理を行うことによって、表面酸化膜が除去された光出射端面をII族原子及びVI族原子で被覆した後において光出射端面に付着した水分を蒸発させることができ、且つ、光出射端面近傍のIII族原子,V族原子,II族原子,VI族原子の再蒸発を抑制することができる。したがって、上記活性層の領域の光出射端面の点欠陥が増殖せず、高出力駆動における長期信頼性に優れた半導体レーザ素子を安定に得ることできる。
【0138】
一実施形態の発明の半導体レーザ素子の製造方法は、上記活性層の領域の光出射端面に形成された表面酸化膜を除去する工程において、表面酸化膜を硫化アンモニア溶液で除去するので、活性層領域の光出射端面に形成された表面酸化膜を除去する工程と表面酸化膜が除去された光出射端面にVI族原子を被覆する工程とを同時に行えて、作業工程数の減少により生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1(a)は本発明の第1実施形態の半導体レーザ素子を光出射端面側から見た断面図であり、図1(b)は上記半導体レーザ素子を側面側から見た断面図である。
【図2】 図2は上記第1実施形態の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。
【図3】 図3は上記第1実施形態の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。
【図4】 図4は上記第1実施形態の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。
【図5】 図5は上記第1実施形態の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。
【図6】 図6上記第1実施形態の半導体レーザ素子の不純物原子の深さ方向分布を示す図である。
【図7】 図7は従来の半導体レーザ素子の不純物原子の深さ方向分布を示す図である。
【図8】 図8は本発明の第2実施形態の半導体レーザ素子の不純物原子の深さ方向分布を示す図である。
【図9】 図9は本発明の第3実施形態の半導体レーザ素子におけるバー端面温度と平均寿命の関係を示す図である。
【図10】 図10(a)は本発明の第4実施形態の半導体レーザ素子を光出射端面側から見た断面図であり、図10(b)は図10(a)のB−B線から見た断面図である。
【図11】 図11(a)は従来の半導体レーザ素子を光出射端面側から見た断面図であり、図11(b)は上記従来の半導体レーザ素子を側面側から見た断面図である。
【符号の説明】
1,101,201 n型GaAs基板
2,102,202 n型GaAsバッファ層
3,203,103 n型AlGaAs第一クラッド層
4,104,204 n型AlGaAs第二クラッド層
5,7,105,107,205,207 光ガイド層
6,106,206 多重量子井戸(MQW)活性層
8,108,208 p型AlGaAs第一クラッド層
9,109,209 p型GaAsエッチングストップ層
10,110,210 p型AlGaAs第二クラッド層
11,111,211 p型GaAs保護層
12,112,212 n型AlGaAs電流ブロック層
13,113,213 n型GaAs電流ブロック層
14,114,214 p型GaAs平坦化層
15,115,215 p型GaAsコンタクト層
16,116,216 p側金属電極
17,117,217 n側金属電極
18,218 III族,V族原子を含む領域を持つAl2O3膜
19,219 III族,V族原子を含む領域を持つAl2O3/Si/Al2O3/Si/Al2O3膜
118 Al2O3膜
119 Al2O3/Si/Al2O3/Si/Al2O3膜
50,150,250 リッジストライプ
251 電流非注入領域[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor laser device and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
In recent years, various types of semiconductor laser elements have been widely used as light sources for optical disk devices. In particular, a high-power 780 nm band AlGaAs semiconductor laser element is used as a light source for writing on a disk such as an MD (Mini Disc) player or a CD-R (Compact Disc-Recordable) drive.
[0003]
Conventionally, there are semiconductor laser elements as shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b). This semiconductor laser device is manufactured as follows.
[0004]
First, an n-type
[0005]
Next, after forming a stripe-shaped mask on the surface of the p-type GaAs protective layer 111, etching is performed by wet etching until the p-type GaAs
[0006]
Immediately after splitting the bars, align multiple bars and place them in an electron beam vapor deposition machine.2OThreeA
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in a semiconductor laser element, when the drive current is increased and the light output is increased, the light output is suddenly reduced and irreversible destruction occurs. Such a phenomenon is called optical damage (COD) and occurs with an increase in light output density in the active layer region near the light emitting end face.
[0008]
The cause of the COD is that the active layer region near the light emitting end face is an absorption region for laser light. On the light emitting end face, unlike the inside of the crystal, many of the bonds of the lattice atoms are left behind at the portion facing the crystal surface. That is, there are dangling bonds (dangling bonds) on the light emitting end face, and there are many non-radiative recombination centers called surface states or interface states. Since the carriers injected into the active layer region near the light emitting end face are lost by this non-radiative recombination, the injected carrier density in the active layer region near the light emitting end face is smaller than that in the central portion of the active layer. As a result, the active layer region in the vicinity of the light emitting end face becomes an absorption region with respect to the wavelength of the laser beam produced by the high injected carrier density at the center of the active layer region.
[0009]
Thus, in the active layer region near the light emitting end face, when the light output density is increased, local heat generation is increased, the temperature is increased, and the band gap is reduced. As a result, a positive feedback that the absorption coefficient further increases and the temperature rises is applied, so that the temperature of the absorption region of the active layer finally reaches the melting point and COD is generated.
[0010]
In the conventional semiconductor laser device shown in FIG. 11, in order to suppress the generation of COD, Al is used as a light emitting end face protective film.2OThree
[0011]
As a result of studying the above problems, the present invention has invented a semiconductor laser device excellent in long-term reliability at a high output operation and a manufacturing method thereof.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a semiconductor laser device of the present invention includes a first conductivity type first cladding layer, an active layer, and a second conductivity type second cladding layer on a first conductivity type substrate, Light that protects the region of the active layer is formed by laminating a ridge stripe that is a third clad layer of the second conductivity type and forming a current confinement layer of the first conductivity type so as to sandwich the ridge stripe from both sides. In a semiconductor laser device in which a dielectric film as an emission end face protective film is formed on the light emission end face, the dielectric film in the vicinity of the light emission end face has a region containing a group III atom and a group V atom.And the above area II Group atoms and VI Containing group atoms, above II Group atom is zinc , beryllium , Any one of magnesiumIt is characterized by that.
[0013]
According to the semiconductor laser device having the above configuration, the dielectric film as the light emitting end face protective film for protecting the active layer region is formed on the light emitting end face, and the group III is formed in the dielectric film near the light emitting end face. By forming a region including atoms and group V atoms, diffusion of group III atoms, group V atoms, and the like from the active layer to the dielectric film side during high output driving is suppressed. That is, it is possible to suppress point defects on the light emitting end face in the active layer region during high output driving. As a result, the active layer region in the vicinity of the light emitting end face is less likely to be an absorption region with respect to the wavelength of the laser light produced by the high injected carrier density in the central portion of the active layer. Therefore, local heat generation is suppressed in the active layer in the vicinity of the light emitting end face, the COD critical light output is high, and a decrease in the COD critical light output during high output driving can be suppressed.
[0014]
[0015]
UpActivityA dielectric film as a light emitting end face protective film for protecting the region of the light emitting layer is formed on the light emitting end face, and in the dielectric film near the light emitting end face, a group II atom, a group III atom, a group V atom and VI By having a region including group atoms, it is possible to suppress diffusion of group III atoms, group V atoms, and the like from the active layer to the dielectric film side during high-power driving. Further, even if group III atoms and group V atoms diffuse from the active layer to the dielectric film side, vacancies such as group III atoms and group V atoms exist in the dielectric film near the light emitting end face. Since the group II and group VI atoms are complemented, the occurrence of point defects can be suppressed. As a result, the active layer region in the vicinity of the light emitting end face is less likely to be an absorption region with respect to the wavelength of the laser light produced by the high injected carrier density in the central portion of the active layer. Therefore, local heat generation is suppressed in the active layer in the vicinity of the light emitting end face, the COD critical light output is high, and a decrease in the COD critical light output during high output driving can be further suppressed.
[0016]
[0017]
UpRecord IISince the group atom is any one of zinc, beryllium, and magnesium, the increase in non-radiative recombination centers can be more effectively suppressed, thus improving long-term reliability at high output drive. Can be made.
[0018]
The semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention is characterized in that the group VI atom is sulfur.
[0019]
According to the semiconductor laser device of the embodiment of the present invention, since the group VI atom is sulfur, an increase in non-radiative recombination centers can be more effectively suppressed. The long-term reliability can be further improved.
[0020]
A semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention is characterized by having a current non-injection region formed in the vicinity of the light emitting end face.
[0021]
According to the semiconductor laser device of one embodiment of the present invention, the non-light-emitting recombination is present in the region of the active layer near the light emitting end surface by having a current non-injection region formed near the light emitting end surface. It is possible to suppress the carrier loss due to the center and the surface leakage current generated by the group II and group VI atoms present on the light exit end face. Can improve long-term reliability.
[0022]
Further, in the semiconductor laser device of one embodiment of the present invention, a disordered region is formed in the region of the active layer in the vicinity of the light emitting end face, and the band gap of the disordered region is larger than the band gap in the central portion of the active layer. It is also characterized by being large.
[0023]
According to the semiconductor laser device of one embodiment of the present invention, the disordered region formed in the active layer region near the light emitting end face has a larger band gap than the central portion of the active layer. Laser absorption by group II and group VI atoms present in the active layer region is reduced, and long-term reliability at high output drive can be improved.
[0024]
The method of manufacturing a semiconductor laser device of the present invention includes a first conductivity type first cladding layer, an active layer, a second conductivity type second cladding layer, and a second conductivity type on a first conductivity type substrate. The third conductive layer is formed into a ridge stripe by wet etching, and the first conductive type current confinement layer is formed so as to sandwich the ridge stripe from both sides. In the method of manufacturing a semiconductor laser device to be formed, a step of removing a surface oxide film formed on a light emitting end face, and a step of covering the light emitting end face from which the surface oxide film has been removed with a group II atom and a group VI atom It is characterized by having.
[0025]
According to the method of manufacturing a semiconductor laser device having the above configuration, the surface oxide film formed on the light emitting end face is removed, and the light emitting end face from which the surface oxide film has been removed is covered with a group II atom and a group VI atom. As a result, dangling bonds on the light emitting end face are reduced, so that an effect of reducing the surface level of the light emitting end face and suppressing adhesion of oxygen atoms to the light emitting end face is obtained, and a dielectric is formed on the light emitting end face. Until the body film is formed, the effects of group VI atom detachment, suppression of evaporation, and suppression of re-formation of the oxide film on the light emitting end face can be obtained. That is, it is possible to reduce non-radiative recombination centers called surface states or interface states as much as possible, and to suppress proliferation of non-radiative recombination centers during high output driving. As a result, the active layer region in the vicinity of the light emitting end face is less likely to be an absorption region with respect to the wavelength of the laser light produced by the high injected carrier density in the central portion of the active layer. Therefore, it is possible to manufacture a semiconductor laser element that is superior in long-term reliability at high output operation.
[0026]
According to one embodiment of the present invention, there is provided a semiconductor laser device manufacturing method comprising: a first conductivity type first cladding layer; an active layer; and a second conductivity type second cladding layer on a first conductivity type substrate. The second conductivity type third clad layer is laminated, the second conductivity type third clad layer is formed into a ridge stripe by wet etching, and the first conductivity type is sandwiched from both side surfaces. And a step of removing a surface oxide film formed on the light emitting end face, and the light emitting end face from which the surface oxide film has been removed is divided into a group II atom and a group VI. A step of coating with atoms, a step of forming a dielectric film as a light emitting end face protective film for protecting the active layer region on the light emitting end face, and a group III atom and a group V atom in the dielectric film. A step of diffusing It is characterized.
[0027]
According to the method of manufacturing the semiconductor laser device of the one embodiment, the surface oxide film formed on the light emitting end face is removed, and the light emitting end face from which the surface oxide film has been removed is replaced with a group II atom and a VI. After covering with a group atom, a dielectric film as a light emitting end face protective film protecting the active layer is formed on the light emitting end face, and a group III atom and a group V atom are diffused in the dielectric film. As a result, a region containing Group II atoms, Group III atoms, Group V atoms, and Group VI atoms is formed in the dielectric film in the vicinity of the light emitting end face, so that the semiconductor has excellent long-term reliability at high output operation. A laser element can be manufactured.
[0028]
In one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor laser device, the dielectric film is formed after heat treatment is performed so that the temperature of the light emitting end face is 150 ° C. or more and 300 ° C. or less. It is a feature.
[0029]
According to the method of manufacturing a semiconductor laser device of the one embodiment, the light from which the surface oxide film has been removed by performing the heat treatment so that the temperature of the light emitting end face is 150 ° C. or higher and 300 ° C. or lower. Moisture adhering to the light exit end face after the exit end face is coated with a group II atom and a group VI atom can be evaporated, and a group III atom, a group V atom, a group II atom, and a group VI near the light exit end face Re-evaporation of atoms can be suppressed. Therefore, point defects on the light emitting end face in the active layer region do not multiply, and a semiconductor laser device having excellent long-term reliability in high output driving can be stably obtained.
[0030]
In addition, when the heat treatment is performed so that the temperature of the light emitting end surface is less than 150 ° C., the dielectric film is formed in a state in which moisture attached on the II and VI group atoms coated on the light emitting end surface is not completely evaporated. Therefore, an oxide film is formed on the light emitting end face. As a result, the growth of the oxide film occurs at the time of high output driving, and with the growth of the oxide film, the group III atom and the group VI atom diffuse to the oxide film side, and on the light emitting end face of the active layer region. Concentrate and point defects will multiply.
[0031]
In addition, when the heat treatment is performed so that the temperature of the light emission end face exceeds 300 ° C., the group II atom, the group III atom, the group V atom, and the group VI atom in the vicinity of the light emission end face are evaporated, and the light emission end face Many point defects are formed.
[0032]
A method for manufacturing a semiconductor laser device according to an embodiment of the invention is characterized in that the surface oxide film formed on the light emitting end face is removed with an ammonia sulfide solution.
[0033]
According to the method of manufacturing a semiconductor laser device of the invention of the one embodiment, the surface oxide film is removed with the ammonia sulfide solution in the step of removing the surface oxide film formed on the light emitting end face of the active layer region. The step of removing the surface oxide film formed on the light emission end face of the active layer region and the step of covering the light emission end face from which the surface oxide film has been removed can be performed simultaneously. Therefore, the number of work steps can be reduced and productivity can be improved.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a semiconductor laser device and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings.
[0035]
(First embodiment)
FIG. 1A shows the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention viewed from the light emitting end face side.RefusalFIG. 1B is a sectional view of the semiconductor laser element as viewed from the side. 2 to 5 are views for explaining a method of manufacturing the semiconductor laser device.
[0036]
A method for manufacturing the semiconductor laser element shown in FIGS. 1A and 1B will be described below.
[0037]
First, in the first crystal growth by metal organic vapor phase epitaxy, an n-type
[0038]
Next, a stripe-shaped mask having a desired width is formed on the p-type GaAs protective layer 11, and the p-type in a region not covered with the stripe-shaped mask with a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide. The GaAs protective layer 11 and a part of the p-type AlGaAs second cladding layer 10 are etched. Subsequently, in order to remove the remaining p-type AlGaAs second cladding layer 10 in the region not covered with the mask, etching is performed until the p-type GaAs
[0039]
After the
[0040]
Thereafter, in order to remove unnecessary layers 12-14 (n-type AlGaAs
[0041]
Then, a p-type GaAs contact layer is formed on the surface of the p-type GaAs protective layer 11 and the p-type
[0042]
When a wafer (substrate) on which a plurality of such semiconductor laser element structures are formed is opened in a direction perpendicular to the direction in which the
[0043]
The
[0044]
Next, the
[0045]
Next, the
[0046]
After that, the plurality of
[0047]
In addition, for comparison with the semiconductor laser device of the present embodiment, immediately after dividing the bars, a plurality of bars are immediately aligned and placed in an electron beam vapor deposition machine, and the light emitting end face on the front side is made of Al.2OThreeA
[0048]
MQW
[0049]
As shown in FIG. 6, Al in the vicinity of the light emitting end face of the semiconductor laser device of the present embodiment described above.2OThreeIn the
[0050]
Further, the characteristics of the present embodiment and the conventional semiconductor laser device were measured.
[0051]
As a result, the oscillation wavelength of the present embodiment and the conventional semiconductor laser device were both 785 nm, but the maximum output power of the semiconductor laser device of the present embodiment was 270 mW in the result of the maximum output test. The maximum light output of the laser element was 220 mW. That is, the maximum laser output of the semiconductor laser device of the present embodiment is improved by about 20% compared to the conventional case.
[0052]
Further, in the result of the reliability test at 60 ° C. and 85 mW, the average lifetime of the conventional semiconductor laser element is 190 hours, whereas the semiconductor laser element of this embodiment is about 3000 hours, which is about 15 hours longer than the conventional one. Double the average lifespan.
[0053]
The lifetime of the semiconductor laser device of the present embodiment is improved from the lifetime of the conventional semiconductor laser device because the group III atoms (Ga) and group V atoms from the MQW
[0054]
From the above, as a light emitting end face protective film for protecting the light emitting end face, Al2OThreeFilm 18, Al2OThree/ Si / Al2OThree/ Si / Al2OThreeBy forming a dielectric film of the
[0055]
In the first embodiment, Al is used to form the dielectric film.2OThreeHowever, the same effect can be obtained by using at least one of AlxOy, SixOy, AlxNy, SixNy (where x and y are 1 or more).
[0056]
In the first embodiment, the semiconductor laser element including AlGaAs is used. However, the same effect can be obtained by using a semiconductor laser element including at least one of AlGaInP, InGaAs, InGaAsP, and the like.
[0057]
In the first embodiment, a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide solution is used in the step of removing the surface oxide film formed on the light emitting end face. However, for example, hydrofluoric acid capable of removing the surface oxide film. The same effect can be obtained by using a solution such as
[0058]
In the first embodiment, the ammonium sulfide solution is used in the step of coating the light emitting end face from which the surface oxide film has been removed with a group VI atom. For example, an ammonium sulfide solution, a gallium sulfide solution, and an aluminum sulfide solution are used. Even if any one of these is used, the same effect can be obtained.
[0059]
In the first embodiment, Al in the vicinity of the light emitting end face is used.2OThreeFilm, Al2OThree/ Si / Al2OThree/ Si / Al2OThreeAlthough zinc (Zn) atoms are used as group II atoms contained in the film, the same effect can be obtained by using either one of beryllium or magnesium.
[0060]
In the first embodiment, the zinc acetate solution is used in the step of coating the light emitting end face from which the surface oxide film has been removed with a group II atom. For example, zinc chloride, beryllium chloride, magnesium chloride, zinc sulfate, The same effect can be obtained by using any one of beryllium sulfate and magnesium sulfate.
[0061]
(Second embodiment)
The semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention is manufactured as follows.
[0062]
A wafer (substrate) on which a plurality of semiconductor laser device structures described in the first embodiment are formed is opened in a direction perpendicular to the direction in which the ridge stripe extends so that the resonator length is 800 μm, and the bar Divide into shapes. The following processing is performed on the plurality of bars formed by the bar division. First, it is immersed in an ammonium sulfide solution for 60 seconds, and then washed with pure water. And after immersing in a zinc acetate solution for 30 seconds, it wash | cleans with a pure water and is made to dry.
[0063]
Thereafter, the plurality of bars are aligned and put into an electron beam vapor deposition machine, heated after the bar end surface temperature, that is, the light emitting end surface temperature is, for example, 250 ° C., and then a dielectric film is formed on the light emitting end surface on the front side. Al2OThreeA film is formed, and a dielectric film is formed on the light emitting end face on the rear side.2OThree/ Si / Al2OThree/ Si / Al2OThreeA film is formed and the bar is divided into chips.
[0064]
In the semiconductor laser device obtained by the above manufacturing method, Al deposited on the light emitting end face (front surface) in the vicinity of the MQW active layer2OThreeThe depth direction distribution of impurity atoms in the film was measured with a secondary ion mass spectrometer (SIMS), and the measurement results are shown in FIG. In FIG. 8, the vertical axis represents the number of secondary ions detected per second (c / s), and the horizontal axis represents Al.2OThreeThe depth (Å) from the film surface is shown.
[0065]
As can be seen from FIG. 8, Al in the vicinity of the light emitting end face2OThreeIn the film, the light exit end face / Al2OThreeWithin a range of about 400 mm from the film interface, a high concentration of Ga, which is a group III atom, and As, which is a group V atom, and a group VI atom, S, and a group II atom, Zn are also present. Yes.
[0066]
Thus, Al in the vicinity of the light emitting end face of the semiconductor laser element.2OThreeS atoms and Zn atoms are present in the film by using an ammonium sulfide solution to remove the surface oxide film formed on the light emitting end face, and the light emitting end face from which the surface oxide film has been removed. As a result of simultaneously performing the step of covering with S atoms, the light emission end face / Al2OThreeThe natural oxide film present at the film interface can be completely removed, and the Al2OThreeAl during film formation2OThreeThe diffusion of Ga and As atoms to the film side becomes active, and accordingly, the light exit end face / Al2OThreeThis is thought to be due to the diffusion of S atoms and Zn atoms present at the film interface.
[0067]
When the characteristics of the semiconductor laser device were measured, the operating current was 110 mA at an oscillation wavelength of 785 nm and 85 mW, and the maximum optical output of the semiconductor laser device was 300 mW. As can be seen from this result, the maximum output of the semiconductor laser device was improved as compared with the first embodiment.
[0068]
Further, when a reliability test at 60 ° C. and 85 mW was performed, the semiconductor laser device of this embodiment was about 4000 hours, and the average life was improved compared to the semiconductor laser device of the first embodiment.
[0069]
As described above, the average lifetime of the semiconductor laser device of the present embodiment is improved as compared with that of the semiconductor laser device of the first embodiment.2OThreeFilm, Al2OThree/ Si / Al2OThree/ Si / Al2OThreeSince a region containing Ga atoms, As atoms, Zn atoms and S atoms is formed in the film, a small number of group III atoms (Ga) and group V diffused from the MQW active layer to the dielectric film side during high output driving. Atomic (As) vacancies are made near Al2OThreeFilm, Al2OThree/ Si / Al2OThree/ Si / Al2OThreeIt is thought that this is because the group II atoms (Zn) and group VI atoms (S) existing in the film are complemented to suppress the generation of point defects.
[0070]
From the above, Al in the vicinity of the light emitting end face2OThreeFilm, Al2OThree/ Si / Al2OThree/ Si / Al2OThreeSince the region containing Ga atoms, As atoms, Zn atoms and S atoms is formed in the film, it can be seen that the long-term reliability at high output drive can be improved.
[0071]
Further, as shown in FIG. 8, the light exit end face / Al2OThreeSince no peak of oxygen atoms exists at the film interface, it is clear that the ammonium sulfide solution has an action of removing the surface oxide film formed on the light emitting end face. Therefore, by using the ammonium sulfide solution, the step of removing the surface oxide film formed on the light emitting end face in the MQW active layer region and the step of covering the light emitting end face from which the surface oxide film has been removed with S atoms are simultaneously performed. It is understood that productivity can be improved by reducing the number of work processes.
[0072]
In the second embodiment, Al is used to form the dielectric film.2OThreeHowever, the same effect can be obtained by using at least one of AlxOy, SixOy, AlxNy, SixNy (where x and y are 1 or more).
[0073]
In the second embodiment, the semiconductor laser element including AlGaAs is used. However, the same effect can be obtained by using a semiconductor laser element including at least one of AlGaInP, InGaAs, InGaAsP, and the like.
[0074]
In the second embodiment, Al in the vicinity of the light emitting end face is used.2OThreeFilm, Al2OThree/ Si / Al2OThree/ Si / Al2OThreeAlthough zinc (Zn) atoms are used as group II atoms contained in the film, the same effect can be obtained by using either one of beryllium or magnesium.
[0075]
In the second embodiment, the zinc acetate solution is used in the step of coating the light emitting end face from which the surface oxide film has been removed with a group II atom. For example, zinc chloride, beryllium chloride, magnesium chloride, zinc sulfate, The same effect can be obtained by using any one of beryllium sulfate and magnesium sulfate.
[0076]
(Third embodiment)
In the third embodiment of the present invention, Al is a dielectric film.2OThreeFilm and Al2OThree/ Si / Al2OThree/ Si / Al2OThreeIn the step of forming the film on the light emitting end face, the temperature of the light emitting end face for forming an optimum dielectric film is examined.
[0077]
The semiconductor laser device of the third embodiment is manufactured as follows.
[0078]
The wafer (substrate) on which a plurality of the semiconductor laser structures described in the first embodiment are formed is opened in a bar shape in a direction perpendicular to the direction in which the ridge stripe extends so that the resonator length becomes 800 μm. Divide into A plurality of bars formed by the bar division are immersed in an ammonium sulfide solution for 60 seconds, washed with pure water, then immersed in a zinc acetate solution for 30 seconds, washed with pure water, and dried.
[0079]
Thereafter, the plurality of bars are aligned and placed in an electron beam vapor deposition machine so that the bar end surface temperature, that is, the temperature of the light emitting end surface is 100 ° C., 150 ° C., 200 ° C., 250 ° C., 300 ° C., and 350 ° C., respectively. After heating, Al on the light emitting end face on the front side2O2A film is formed and Al is formed on the light emitting end face on the rear side.2OThree/ Si / Al2OThree/ Si / Al2OThreeA film is formed and the bar is divided into chips. As a result, six types of semiconductor laser devices manufactured by heating so that the temperatures of the light emitting end faces are 100 ° C., 150 ° C., 200 ° C., 250 ° C., 300 ° C., and 350 ° C. can be obtained.
[0080]
As a result of measuring the characteristics of the semiconductor laser device obtained by the above manufacturing method, the oscillation wavelength of the semiconductor laser device is all 785 nm, and the maximum optical output of the semiconductor laser device is 270 mW to 300 mW. There is almost no difference from the embodiment.
[0081]
Moreover, the result of having performed the reliability test of 60 degreeC85mW is shown in FIG. In FIG. 9, the vertical axis represents the average life (h), and the horizontal axis represents the bar end surface temperature (° C.).
[0082]
As can be seen from FIG. 9, when the bar end surface temperature is in the range of 150 ° C. to 300 ° C., the average life is 3,000 hours or more, whereas when the temperature is less than 150 ° C. or exceeds 300 ° C., the semiconductor rapidly The average life of the laser element has deteriorated. The reason for this is that after the heat treatment at which the bar end surface temperature is less than 150 ° C., the Al2OThreeWhen the film is formed, the Al adhering to the light emitting end face covered with the II group Zn and the group VI atom S is not completely evaporated.2OThreeBecause the film is formed, the light exit end face / Al2OThreeAn oxide film is formed at the film interface. As a result, the growth of the oxide film occurs at the time of high output driving, and the Ga atom of the group III atom and the As atom of the group V atom diffuse to the oxide film side with the growth of the oxide film. As a result, the point defects are concentrated on the light emitting end face of the active layer region. On the other hand, after the heat treatment at which the bar end surface temperature exceeds 300 ° C., Al2OThreeWhen the film is formed, Zn of group II atoms and S of group VI atoms added to the light emitting end face, and Ga of group III atoms and As of group III atoms in the vicinity of the light emitting end face evaporate to emit light. Al while forming many point defects on the end face2OThreeThe film is formed.
[0083]
Therefore, in the present embodiment, when the bar end face temperature is less than 150 ° C. or exceeds 300 ° C., the average lifetime of the semiconductor laser element suddenly deteriorates as described above. This is thought to be due to the existence of point defects.
[0084]
In addition, there is almost no difference in the maximum light output test, but there is a difference in the reliability test. Before the high output drive, the amount of non-radiative recombination centers in the light emitting end face of the active layer region is almost the same. However, the decrease rate of the maximum light output is also different because the increase rate of the non-radiative recombination centers at the time of high output driving is different.
[0085]
As described above, in the step of forming the dielectric film on the light emitting end face of the active layer region, heating is performed so that the light emitting end face temperature of the active layer region is 150 ° C. or more and 300 ° C. or less, thereby achieving high output drive. It can be seen that it is possible to stably produce a semiconductor laser device having high long-term reliability.
[0086]
In the third embodiment, Al is used to form the dielectric film.2OThreeHowever, the same effect can be obtained by using at least one of AlxOy, SixOy, AlxNy, SixNy (where x and y are 1 or more).
[0087]
In the third embodiment, the semiconductor laser element including AlGaAs is used. However, the same effect can be obtained by using a semiconductor laser element including at least one of AlGaInP, InGaAs, InGaAsP, and the like.
[0088]
In the third embodiment, Al in the vicinity of the light emitting end face is used.2OThreeFilm, Al2OThree/ Si / Al2OThree/ Si / Al2OThreeAlthough zinc (Zn) atoms are used as group II atoms contained in the film, the same effect can be obtained by using either one of beryllium or magnesium.
[0089]
In the third embodiment, the zinc acetate solution is used in the step of covering the light emitting end face from which the surface oxide film has been removed with a group II atom. For example, zinc chloride, beryllium chloride, magnesium chloride, zinc sulfate, The same effect can be obtained by using any one of beryllium sulfate and magnesium sulfate.
[0090]
(Fourth embodiment)
FIG. 10A is a cross-sectional view of the semiconductor laser device according to the fourth embodiment of the present invention viewed from the light emitting end face side, and FIG. 10B is a cross-sectional view viewed from line BB in FIG. FIG.
[0091]
A method for manufacturing the semiconductor laser device shown in FIGS. 10A and 10B will be described below.
[0092]
First, in the first crystal growth by metal organic vapor phase epitaxy, an n-type
[0093]
Thereafter, a stripe-shaped mask having a desired width is formed on the p-type GaAs
[0094]
Then, after the
[0095]
Thereafter, in order to produce a current non-injection region near the light emitting end face, a mask is formed on the outer region of the
[0096]
Then, by third crystal growth by metal organic vapor phase epitaxy, a p-type
[0097]
A wafer (substrate) on which a plurality of such semiconductor laser structures are formed is opened in a direction perpendicular to the direction in which the
[0098]
The plurality of bars formed by the above bar division are immersed in an ammonium sulfide solution for 60 seconds, and then washed with pure water. Next, it is immersed in a zinc acetate solution for 30 seconds, washed with pure water, and then dried.
[0099]
Then, after aligning the plurality of bars into an electron beam vapor deposition machine and heating the bar end face temperature, that is, the temperature of the light emitting end face to, for example, 250 ° C., Al is placed on the light emitting end face on the front side.2OThreeThe
[0100]
As a result of measuring the characteristics of the semiconductor laser device obtained by the above manufacturing method, the oscillation wavelength of the semiconductor laser device is 785 nm, and the operating current at 85 mW is 105 mA. Further, when a reliability test at 60 ° C. and 85 mW was performed, the average life was improved to about 5000 hours.
[0101]
The average lifetime was improved by having the current
[0102]
From the above, it can be seen that the long-term reliability in high output driving can be improved by having the current
[0103]
In the fourth embodiment, Al is used to form the dielectric film.2OThreeHowever, the same effect can be obtained by using at least one of AlxOy, SixOy, AlxNy, SixNy (where x and y are 1 or more).
[0104]
In the fourth embodiment, the semiconductor laser element including AlGaAs is used. However, the same effect can be obtained by using a semiconductor laser element including at least one of AlGaInP, InGaAs, InGaAsP, and the like.
[0105]
In the fourth embodiment, Al in the vicinity of the light emitting end face is used.2OThreeFilm, Al2OThree/ Si / Al2OThree/ Si / Al2OThreeAlthough zinc (Zn) atoms are used as group II atoms contained in the film, the same effect can be obtained by using either one of beryllium or magnesium.
[0106]
In the fourth embodiment, the zinc acetate solution is used in the step of coating the light emitting end face from which the surface oxide film has been removed with a group II atom. For example, zinc chloride, beryllium chloride, magnesium chloride, zinc sulfate, The same effect can be obtained by using any one of beryllium sulfate and magnesium sulfate.
[0107]
In the fourth embodiment, the current
[0108]
(Fifth embodiment)
In the semiconductor laser device of the fifth embodiment of the present invention, a disordered region is formed in the active layer near the light emitting end face.
[0109]
The semiconductor laser device of the fifth embodiment is manufactured as follows.
[0110]
First, in the first crystal growth by metal organic vapor phase epitaxy, an n-type GaAs buffer layer and an n-type as a first conductivity type first cladding layer are formed on an n-type GaAs substrate as a first conductivity type substrate. AlGaAs first clad layer, n-type AlGaAs second clad layer, light guide layer, multiple quantum well (MQW) active layer as active layer, light guide layer, p-type AlGaAs second clad layer as second conductivity type second clad layer One cladding layer, a p-type GaAs etching stop layer, a p-type AlGaAs second cladding layer as a second conductivity type third cladding layer, and a p-type GaAs protective layer are sequentially stacked.
[0111]
Next, stripe-like SiO near the light emitting end face of the semiconductor laser element and on the surface of the p-type GaAs protective layer.2A film is formed. Then, by performing a rapid temperature rise to 900 ° C., the
[0112]
Thereafter, SiO formed on the surface of the p-type GaAs protective layer.2The film is removed to form a stripe-shaped mask having a desired width. Then, the p-type GaAs protective layer and a part of the p-type AlGaAs second cladding layer in a region not covered with the mask are etched with a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide.
[0113]
Subsequently, in order to remove the remaining p-type AlGaAs second cladding layer in the region not covered with the mask, etching is performed until the p-type GaAs etching stop layer is exposed with hydrofluoric acid. A ridge stripe of a current path composed of a second AlGaAs second cladding layer and a p-type GaAs protective layer is formed.
[0114]
After the ridge stripe is formed, the mask formed on the ridge stripe is removed. Then, in the second crystal growth by metal organic vapor phase epitaxy, an n-type AlGaAs current block layer as a first conductivity type current confinement layer, an n-type GaAs current block layer as a first conductivity type current confinement layer, A p-type GaAs planarization layer is sequentially stacked.
[0115]
Thereafter, in order to remove the unnecessary layer formed on the ridge stripe, a mask is formed in the outer region of the ridge stripe, and the n solution formed on the ridge stripe by a mixed solution of ammonia water and hydrogen peroxide solution. The p-type GaAs current blocking layer and the p-type GaAs planarization layer are removed by etching. Further, the n-type AlGaAs current blocking layer formed on the ridge stripe is removed by etching with a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide. After removing the unnecessary layer formed on the ridge stripe, the mask formed in the external region of the ridge stripe is removed.
[0116]
A p-type GaAs contact layer is formed on the p-type GaAs protective layer and the p-type GaAs planarization layer, which are the outermost surfaces after removing the unnecessary layer, by third crystal growth by metal organic chemical vapor deposition. Thereafter, a p-side metal electrode is deposited on the p-type GaAs contact layer, and an n-side metal electrode is deposited on the n-type GaAs substrate.
[0117]
A wafer (substrate) on which a plurality of such semiconductor laser structures are formed is opened in the direction perpendicular to the ridge stripe and divided into bars so that the resonator length is 800 μm.
[0118]
Then, the plurality of bars formed by dividing the bars are immersed in an ammonium sulfide solution for 60 seconds, and then washed with pure water to remove the surface oxide film formed on the light emitting end face. .
[0119]
Next, after the plurality of bars from which the surface oxide film has been removed are immersed in a zinc acetate solution for 30 seconds and washed with pure water, the plurality of bars are dried.
[0120]
After that, the plurality of bars are aligned and put into an electron beam vapor deposition machine, heated after the bar end surface temperature, that is, the light output end surface becomes, for example, 250 ° C., and then the light output end surface on the front side is made of Al.2OThreeA film is formed and Al is formed on the light emitting end face on the rear side.2OThree/ Si / Al2OThree/ Si / Al2OThreeA film is formed. And the said bar | burr was divided | segmented into the chip | tip and the semiconductor laser element was produced.
[0121]
As a result of measuring the characteristics of the semiconductor laser device obtained by the above manufacturing method, the oscillation wavelength of the semiconductor laser device was 785 nm. Further, when a reliability test at 60 ° C. and 85 mW was performed, it was found that the average life was improved to about 5000 hours.
[0122]
From the above, it can be seen that long-term reliability at high output drive can be improved by forming a disordered region in the region of the MQW active layer near the light emitting end face.
[0123]
In the fifth embodiment, Al is used to form the dielectric film.2OThreeHowever, the same effect can be obtained by using at least one of AlxOy, SixOy, AlxNy, SixNy (x and y are 1 or more).
[0124]
In the fifth embodiment, the semiconductor laser element including AlGaAs is used. However, the same effect can be obtained by using a semiconductor laser element including at least one of AlGaInP, InGaAs, InGaAsP, and the like.
[0125]
In the fifth embodiment, Al in the vicinity of the light emitting end face is used.2OThreeFilm, Al2OThree/ Si / Al2OThree/ Si / Al2OThreeAlthough zinc (Zn) atoms are used as group II atoms contained in the film, the same effect can be obtained by using either one of beryllium or magnesium.
[0126]
In the fifth embodiment, the zinc acetate solution is used in the step of coating the light emitting end face from which the surface oxide film has been removed with a group II atom. For example, zinc chloride, beryllium chloride, magnesium chloride, zinc sulfate, The same effect can be obtained by using any one of beryllium sulfate and magnesium sulfate.
[0127]
In the fifth embodiment, the disordered region formed in the active layer region in the vicinity of the light emitting end face is formed by a method by diffusion of Ga vacancies, but is formed by a method by diffusion of impurities such as Zn atoms. The same effect can be obtained.
[0128]
In the fifth embodiment, only the disordered region is formed in the active layer region near the light emitting end surface. However, the disordered region is formed in the active layer region near the light emitting end surface, and the vicinity of the light emitting end surface. In addition, the same effect can be obtained by forming a current non-injection region on the ridge stripe.
[0129]
【The invention's effect】
As apparent from the above, the semiconductor laser device of the present invention has a dielectric film as a light emitting end face protective film for protecting the active layer region formed on the light emitting end face, and in the dielectric film near the light emitting end face. In addition, since a region including group III atoms and group V atoms is formed, the occurrence of point defects in the light emitting end surface of the active layer region during high output driving is suppressed, and the active layer region near the light emitting end surface absorbs. The critical light output of the COD is high, and the decrease in the critical light output of the COD during high output driving can be suppressed. Therefore, long-term reliability with high output drive can be improved.
[0130]
Further, a dielectric film as a light emitting end face protective film for protecting the region of the active layer is formed on the light emitting end face, and in the dielectric film near the light emitting end face, a group II atom, a group III atom, and a group V By forming a region containing atoms and group VI atoms, even if group III atoms and group V atoms diffuse from the active layer to the dielectric film side, vacancies such as group III atoms and group V atoms, Since group II atoms and group VI atoms existing in the dielectric film near the light emitting end face complement each other, it becomes possible to more effectively suppress the occurrence of point defects. As a result, the active layer region in the vicinity of the light emitting end face is less likely to be an absorption region with respect to the wavelength of the laser light produced by the high injected carrier density in the central portion of the active layer, and the critical light output of COD can be further increased. it can. That is, it is possible to further suppress the decrease in the critical light output of the COD during high output driving.
[0131]
Also,the aboveSince the group II atom is any one of zinc, beryllium, and magnesium, it is possible to more effectively suppress the increase in non-radiative recombination centers, thus improving the long-term reliability at high power drive. Can be improved.
[0132]
In the semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention, since the group VI atom is sulfur, an increase in non-radiative recombination centers can be more effectively suppressed. The sex can be further improved.
[0133]
Since the semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention has a current non-injection region formed in the vicinity of the light emission end face, carrier loss due to a non-radiative recombination center that is very small in the active layer area in the vicinity of the light emission end face. Is suppressed, the surface leakage current generated by the group II atom and the group VI atom existing on the light emitting end face is suppressed, the operating current can be reduced, and the long-term reliability in high output driving can be improved.
[0134]
In the semiconductor laser device of one embodiment of the present invention, since the band gap of the disordered region formed in the active layer region near the light emitting end surface is larger than the band gap in the central portion of the active layer, Laser absorption by group II atoms and group VI atoms present in the layer region is reduced, and long-term reliability at high output drive can be further improved.
[0135]
In the method of manufacturing a semiconductor laser device of the present invention, the surface oxide film formed on the light emitting end face is removed, and the light emitting end face from which the surface oxide film has been removed is covered with a group II atom and a group VI atom. As a result, dangling bonds on the light emitting end face are reduced, so that the effect of reducing the surface level of the light emitting end face and suppressing the adhesion of oxygen atoms to the light emitting end face is obtained, and the dielectric film is formed on the light emitting end face. In the meantime, the effects of group VI atom detachment, evaporation suppression, and re-formation of the oxide film on the light emitting end face are obtained. That is, it is possible to reduce non-radiative recombination centers called surface states or interface states as much as possible, and to suppress proliferation of non-radiative recombination centers during high output driving. As a result, the active layer region in the vicinity of the light emitting end face is less likely to be an absorption region with respect to the wavelength of the laser beam produced by the high injected carrier density in the central portion of the active layer, and is superior in long-term reliability at high output operation. A semiconductor laser device can be manufactured.
[0136]
According to one embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor laser device, wherein the surface oxide film formed on the light emitting end face is removed, and the light emitting end face from which the surface oxide film has been removed is made of a group II atom and a group VI atom. After coating, a dielectric film as a light emitting end face protective film for protecting the active layer is formed on the light emitting end face, and the group III atom and the V group atom are diffused in the dielectric film, thereby A region containing Group II, Group III, Group V, and Group VI atoms is formed in the dielectric film in the vicinity of the emitting end face, so that a semiconductor laser device that is superior in long-term reliability at high output operation can be obtained. Can be manufactured.
[0137]
According to the method for manufacturing a semiconductor laser device of an embodiment of the present invention, the light emission from which the surface oxide film is removed by performing the heat treatment so that the temperature of the light emission end face is 150 ° C. or more and 300 ° C. or less. Moisture adhering to the light exit end face after the end face is coated with a group II atom and a group VI atom can be evaporated, and a group III atom, group V atom, group II atom, group VI atom in the vicinity of the light exit end face Re-evaporation can be suppressed. Therefore, point defects on the light emitting end face in the active layer region do not multiply, and a semiconductor laser device having excellent long-term reliability in high output driving can be stably obtained.
[0138]
In the method of manufacturing a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention, in the step of removing the surface oxide film formed on the light emitting end face of the active layer region, the surface oxide film is removed with an ammonia sulfide solution. The process of removing the surface oxide film formed on the light emitting end face of the region and the process of covering the light emitting end face from which the surface oxide film has been removed can be performed simultaneously, reducing productivity and reducing productivity. Can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a cross-sectional view of a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention as viewed from a light emitting end surface side, and FIG. 1B is a view of the semiconductor laser device as viewed from a side surface side. It is sectional drawing.
FIG. 2 is a drawing for explaining the method for manufacturing the semiconductor laser element of the first embodiment.
FIG. 3 is a drawing for explaining the method for manufacturing the semiconductor laser element of the first embodiment.
FIG. 4 is a drawing for explaining the method for manufacturing the semiconductor laser element of the first embodiment.
FIG. 5 is a drawing for explaining the method for manufacturing the semiconductor laser element of the first embodiment.
FIG. 6 is a view showing a depth direction distribution of impurity atoms of the semiconductor laser device of the first embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing a depth direction distribution of impurity atoms of a conventional semiconductor laser device.
FIG. 8 is a diagram showing a depth direction distribution of impurity atoms of a semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between bar end face temperature and average life in a semiconductor laser device according to a third embodiment of the present invention.
10A is a cross-sectional view of a semiconductor laser device according to a fourth embodiment of the present invention as viewed from the light emitting end face side, and FIG. 10B is a BB line in FIG. 10A. It is sectional drawing seen from.
FIG. 11A is a cross-sectional view of a conventional semiconductor laser device as seen from the light emitting end face side, and FIG. 11B is a cross-sectional view of the conventional semiconductor laser device as seen from a side surface side. .
[Explanation of symbols]
1,101,201 n-type GaAs substrate
2,102,202 n-type GaAs buffer layer
3,203,103 n-type AlGaAs first cladding layer
4,104,204 n-type AlGaAs second cladding layer
5, 7, 105, 107, 205, 207 Light guide layer
6,106,206 Multiple quantum well (MQW) active layer
8,108,208 p-type AlGaAs first cladding layer
9,109,209 p-type GaAs etching stop layer
10,110,210 p-type AlGaAs second cladding layer
11, 111, 211 p-type GaAs protective layer
12,112,212 n-type AlGaAs current blocking layer
13,113,213 n-type GaAs current blocking layer
14,114,214 p-type GaAs planarization layer
15,115,215 p-type GaAs contact layer
16,116,216 p-side metal electrode
17,117,217 n-side metal electrode
18,218 Al with regions containing group III, group V atoms2OThreefilm
19,219 Al with regions containing III and V atoms2OThree/ Si / Al2OThree/ Si / Al2OThreefilm
118 Al2OThreefilm
119 Al2OThree/ Si / Al2OThree/ Si / Al2OThreefilm
50,150,250 Ridge stripe
251 Current non-injection region
Claims (8)
上記光出射端面近傍の上記誘電体膜中に、III族原子及びV族原子を含む領域を有し、
上記領域は、 II 族原子及び VI 族原子を含み、
上記 II 族原子が亜鉛 , ベリリウム , マグネシウムのうちのいずれか1つであることを特徴とする半導体レーザ素子。On the substrate of the first conductivity type, a first cladding layer of the first conductivity type, an active layer, a second cladding layer of the second conductivity type, and a ridge stripe which is a second cladding layer of the second conductivity type. A first conductive type current confinement layer is formed so as to sandwich the ridge stripe from both side surfaces, and a dielectric film is formed on the light emitting end face as a light emitting end face protective film for protecting the active layer region. In the manufactured semiconductor laser device,
During the dielectric film in the vicinity of the light-emitting end face, we have a region that contains the group III atoms and group V atoms,
The region includes group II and group VI atoms,
The semiconductor laser device above group II atoms to zinc, beryllium, wherein any one Tsudea Rukoto of magnesium.
上記VI族原子が硫黄であることを特徴とする半導体レーザ素子。The semiconductor laser device according to claim 1,
A semiconductor laser device, wherein the group VI atom is sulfur.
上記光出射端面近傍に形成された電流非注入領域を有することを特徴とする半導体レーザ素子。The semiconductor laser device according to claim 1 or 2 ,
A semiconductor laser device having a current non-injection region formed in the vicinity of the light emitting end face.
上記光出射端面近傍の上記活性層の領域に無秩序化領域が形成され、その無秩序化領域のバンドギャップが上記活性層の中央部のバンドギャップよりも大きいことを特徴とする半導体レーザ素子。In the semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 3 ,
A semiconductor laser device, wherein a disordered region is formed in a region of the active layer in the vicinity of the light emitting end face, and a band gap of the disordered region is larger than a band gap of a central portion of the active layer.
光出射端面に形成された表面酸化膜を除去する工程と、
上記表面酸化膜が除去された上記光出射端面をII族原子及びVI族原子で被覆する工程とを有することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。A first conductivity type first clad layer, an active layer, a second conductivity type second clad layer, and a second conductivity type third clad layer are laminated on the first conductivity type substrate and wet. In the method of manufacturing a semiconductor laser device, the second conductivity type third cladding layer is formed into a ridge stripe by etching, and the first conductivity type current confinement layer is formed so as to sandwich the ridge stripe from both sides.
Removing the surface oxide film formed on the light emitting end face;
And a step of coating the light emitting end face from which the surface oxide film has been removed with a group II atom and a group VI atom.
光出射端面に形成された表面酸化膜を除去する工程と、
上記表面酸化膜が除去された上記光出射端面をII族原子及びVI族原子で被覆する工程と、
上記光出射端面に、上記活性層の領域を保護する光出射端面保護膜としての誘電体膜を形成する工程と、
上記誘電体膜中にIII族原子及びV族原子を拡散させる工程とを有することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。A first conductivity type first clad layer, an active layer, a second conductivity type second clad layer, and a second conductivity type third clad layer are laminated on the first conductivity type substrate and wet. In the method of manufacturing a semiconductor laser device, the second conductivity type third cladding layer is formed into a ridge stripe by etching, and the first conductivity type current confinement layer is formed so as to sandwich the ridge stripe from both sides.
Removing the surface oxide film formed on the light emitting end face;
Coating the light emitting end face from which the surface oxide film has been removed with a group II atom and a group VI atom;
Forming a dielectric film as a light emitting end face protective film for protecting the region of the active layer on the light emitting end face;
And a step of diffusing group III atoms and group V atoms in the dielectric film.
上記光出射端面の温度が150℃以上かつ300℃以下になるように加熱処理を施した後、上記誘電体膜を形成することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。In the manufacturing method of the semiconductor laser device according to claim 6 ,
A method of manufacturing a semiconductor laser device, comprising: performing a heat treatment so that the temperature of the light emitting end face is 150 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, and then forming the dielectric film.
上記光出射端面に形成された表面酸化膜を硫化アンモニア溶液で除去することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。In the manufacturing method of the semiconductor laser device according to claim 5 or 6 ,
A method of manufacturing a semiconductor laser device, comprising removing a surface oxide film formed on the light emitting end face with an ammonia sulfide solution.
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