JP4033626B2

JP4033626B2 - 半導体レーザ装置の製造方法

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Publication number: JP4033626B2
Application number: JP2000307385A
Authority: JP
Inventors: 健紀川; 滋雄五島
Original assignee: 日本オプネクスト株式会社
Priority date: 2000-10-06
Filing date: 2000-10-06
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2020-10-06
Also published as: US6576503B2; JP2002118321A; US20020042157A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は半導体レーザ装置に関するものである。特に、本願発明は、発信波長が６００ｎｍ以上の半導体レーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、光ディスクや光磁気ディスクの書き込み用として、亦、光通信システムに於て、光増幅器の励起用光源に用いられる高出力高信頼半導体レーザが求められている。これらの半導体レーザ装置には長時間、安定に基本モードで動作することが要求される。これら半導体レーザ装置の光出射面を形成する半導体表面上には絶縁膜からなるコーティング膜が形成されている。これは適正な反射率を得ることにより光取出し効率を大きくすると共に閾値キャリア密度の増加による最大出力の低下を防ぐ為である。このコーティング膜としては従来、多くのレーザにおいて共振器面の一方に低反射率膜として酸化硅素薄膜、他方に高反射率膜として酸化硅素薄膜と水素化非晶質硅素薄膜からなる積層膜が用いられている。こうしたコーティング膜の例は、例えば、アプライドフィジックスレターズ３４巻、６８５ページ（ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．３４、ｐｐ．６８５）に記載のティー・ウサ（Ｔ．Ｕａｓａ）らによる報告等がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
多くの半導体レーザ装置で、従来用いられてきた低反射率コーティング膜は、酸化硅素膜、窒化硅素や酸化アルミニウム膜からなる単層膜、若しくは酸化硅素膜と窒化硅素膜からなる積層膜であり、反射率が所要の値となる様に設計されている。ところが、出射光の密度が数ＭＷ／ｃｍ²と高い光出力を有する発振波長６００ｎｍ以上のレーザの場合、定光出力連続駆動させると、動作時間に伴って光学損傷による共振器端面の劣化が促進し、最終的にはレーザ発振しなくなるという問題が生じる。
【０００４】
発光端面部の劣化は、表面準位やコーティング膜形成時に端面に生じる欠陥により非発光再結合中心が原因となる。発振光が非発光再結合中心で吸収されると熱が発生し、発光端面部の温度が上昇する。発熱により非発光再結合中心の増殖とともに、端面近傍の禁制帯幅の縮小が生じる。これにより光の吸収が更に増加して端面の温度が更に上昇する。これにより端面の溶融や非晶質化が生じ、半導体レーザ装置の非可逆的破壊がもたらされる。
【０００５】
本願発明の目的は、長寿命で信頼性の高い半導体レーザ装置の新規な製造方法を提供することである。この為に、本願発明は上記した背景技術を背景に、へき開後の端面からＡｓ酸化物を除去し、端面劣化の要因となる非発光再結合中心を低減せんとするものである。
【０００６】
以下に詳述するように、本願発明は、発振波長６００ｎｍ以上で出射光密度が数ＭＷ／ｃｍ^２以上の、且つＧａＡｓ基板を用いる高出力レーザ装置において、より有用である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願発明の主な形態を列挙すれば、次の通りである。
【０００８】
本願の第１の形態は、半導体基板の上部に形成された、半導体結晶を有してなる光共振器を有し、この光共振器の共振器の少なくとも一方の共振器面に、当該共振器の母材を材料構成の母材とし且つ砒素酸化物の非含有酸化物層を有することを特徴とする半導体レーザ装置である。
【０００９】
本願の第２の形態は、半導体基板の上部に形成された、半導体結晶を有してなる光共振器を有し、この光共振器の共振器の少なくとも一方の共振器面に、当該共振器の母材の結晶が結晶学的に連続し且つ砒素酸化物の非含有酸化物領域を有することを特徴とする半導体レーザ装置である。
【００１０】
本願の第３の形態は、半導体基板の上部に形成された、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶を有してなる光共振器を有し、この光共振器の共振器の少なくとも一方の共振器面に、当該共振器の母材に水素処理および酸素処理がなされた層を有することを特徴とする半導体レーザ装置である。
【００１１】
本願の第４の形態は、前記砒素酸化物の非含有酸化物層上に、当該砒素酸化物の非含有酸化物とは別異の絶縁膜を有することを特徴とする前項第１又は第２の形態に記載の半導体レーザ装置である。
【００１２】
本願の第５の形態は、共振器の母材に水素処理および酸素処理がなされた前記層上に当該砒素酸化物の非含有酸化物とは別異の絶縁膜を有することを特徴とする前項第３の形態に記載の半導体レーザ装置である。
【００１３】
上記した諸半導体レーザ装置において、本願発明に係わる砒素酸化物の非含有酸化物層ないしは光共振器の母材に水素処理および酸素処理がなされた層が、当該光共振器の両端面に設け得ることは言うまでもない。
【００１４】
本願の第６の形態は、半導体基板の上部に形成された、半導体結晶を有してなる光共振器を有し、この光共振器の共振器の少なくとも一方の共振器面は、当該共振器の母材の内部に光反射面を有することを特徴とする半導体レーザ装置である。
【００１５】
即ち、本願発明において、光共振器の母材が延在しながら、且つ砒素酸化物の非含有酸化物層あるいは、光共振器の母材に水素処理および酸素処理がなされた層の内部において、光反射面が構成されることとなる。
【００１６】
上記した諸半導体レーザ装置において、この光共振器の共振器の少なくとも一方の共振器面は、当該共振器の母材の内部に光反射面を有する領域を、当該光共振器の両端面に設け得ることは言うまでもない。
【００１７】
次に、本願発明の半導体レーザ装置の製造方法の諸形態について説明する。
【００１８】
本願発明の、第７の形態は、基板の上部に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶を有してなる光共振器を準備し、当該光共振器の出射面に、水素及び酸素を照射する工程を有することを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法である。
【００１９】
前記水素は、原子状、ラジカル、イオン若しくはその混合状態に励起され、且つ酸素が原子状、ラジカル、イオン、オゾン若しくはその混合状態に励起されいることが、わけても有効である。又、前記水素、及び前記酸素とを、時間的に交互に照射しても良く。あるいは、前記水素、及び前記酸素とを、時間的に同時に照射しても良い。
【００２０】
前述した本願発明に係わる半導体レーザ装置は、発振波長が６００ｎｍ以上の化合物半導体レーザ装置にわけても有用である。そして、こうした化合物半導体レーザ装置において、更に１×１０⁶Ｗ／ｃｍ²以上の光出力のものに有用である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本願発明の具体的な実施の形態を詳細説明するに先立って、本願発明の実施の諸形態に係わる諸事項について、更に詳細に説明する。前述した課題は、光共振器の端面コーティング膜形成の直前に、真空中で酸素及び水素を、劈開端面に照射することにより、基本的に克服される。本願発明においては、これらの酸素及び水素の、わけてもラジカルが主要な働きを行う。酸素ラジカルが照射される事により、前記光共振器の端面の母体元素が酸化するとともに、例えば前記端面に付着した炭素などを含む有機物等による汚染が、酸化により除去される。更に、水素ラジカルが照射されることにより、Ｖ族元素、例えばＡｓを有する酸化物が還元されて表面から脱離する。
【００２２】
酸素の照射により母体元素の酸化を行った場合、大量のＡｓ酸化物が生成し高密度の表面準位が発生する。この表面にコーティングを施すと、非発光再結合中心が高密度に発生し、端面劣化が急激に促進する。しかし、幸いなことに、Ａｓ酸化物は、Ｇａ等のＩＩＩ族元素の酸化物に比して蒸気圧が高く、また、還元されやすい。そこで、酸素ラジカルを照射した半導体表面に適度な水素ラジカルを照射すれば、ＩＩＩ族元素の酸化物は還元されず、Ａｓ酸化物のみを還元して、表面から脱離させることが可能となる。これによりＧａ酸化物を主体とし、Ａｓ酸化物を含まない界面層を端面の表面に形成する事が出来る。この為、半導体材料と絶縁膜の界面が、元来の半導体領域の表面よりも半導体領域の内部に形成される。亦、半導体領域に浸入した水素は、界面近傍にある半導体領域内部の未結合手、空孔、アンチサイト、不純物原子などに起因する欠陥準位を終端し、非発光再結合中心を低減する。
【００２３】
水素照射により表面からＡｓ酸化物を除去した後、通例の保護膜を形成すれば、表面準位が少なく、且つ亦、非発光再結合中心の少ない良好な界面が得られる。こうして、ＩＩＩ族元素の、例えばＧａ酸化物を主体とし、Ｖ族元素の例えば、Ａｓ酸化物を実質的に含まない界面層を用いることによって、端面劣化の少ない良好な高出力半導体レーザ装置が得られる。
【００２４】
図１は、本願発明の係わる表面処理の方法を例示する上面よりの概念図である。半導体レーザ装置１の端面処理の為の、酸素ラジカルセル５と水素ラジカル７が真空容器０に設置されている。その他の真空関連装置は通例のもので十分である。符号１は半導体レーザ装置、符号２は半導体結晶のへき開によって形成される半導体領域の端面、符号３は本願発明に係わる界面層、符号４は、本願発明に係わる光共振器の一方の端面である。図１には、酸素ラジカル６と水素ラジカル８が模式的に示されている。図１に示すように、化合物半導体材料端面に酸素ラジカル６と水素ラジカル８を交互に、若しくは同時に供給すれば、Ａｓ酸化物を実質的に含まない酸化物になる界面層３を形成する事が出来る。化合物半導体材料が、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、わけても、ＧａＡｓの場合、Ｇａ酸化物を主とした酸化物が前記の界面層となる。
【００２５】
前記界面層３の上に、反射率調整を目的にスパッタ法、化学気相蒸着法若しくは電子線蒸着法等により、絶縁膜からなるコーティング膜を形成すれば、成膜損傷の少ない、良好な端面保護膜が得られる。
【００２６】
本発明によれば、波長０．６８μｍ、０．６５μｍまたは０．６３μｍの光を１ＭＷ／ｃｍ²以上の出力で発振する光記録装置用レーザ素子のみならず、例えば波長０．９８μｍの光を２ＭＷ／ｃｍ²以上の出力で発振するレーザ素子に於ても、動作時間に伴い素子特性が劣化する問題を解決することができる。
【００２７】
本願発明は、特に、光情報システムにおける発振波長が６００ｎｍ以上の高出力半導体レーザ、及び光通信システムにおける波長９８０ｎｍの光増幅器用高出力半導体レーザ装置に用いて極めて有用である。
【００２８】
本願発明は、前述したように、基本的に、半導体基板の上部に形成された、半導体結晶を有してなる光共振器を有する。発振波長が６００ｎｍ以上、わけても６００ｎｍより９８０ｎｍの半導体レーザ装置を構成するに、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料、例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、あるいはＡｌＧａＡｓなどが代表的なものである。従って、通例、光共振器を搭載する基板としては、化合物半導体基板、わけてもＧａＡｓ基板が極めて有用である。
【００２９】
そして、本願発明では、Ａｓの酸化物を含有しない酸化物層を用いるのである。即ち、より具体例としては、光共振器の光出力表面に、ＩＩＩ族元素、例えば、Ｉｎ、Ｇａ、あるいはＡｌの酸化物などで構成された砒素酸化物の非含有酸化物層を設ける。この光共振器表面の層は、概ね１０Åより５０Åの厚さで用いられる。
【００３０】
こうして得られた、本願発明の係わる砒素酸化物の非含有酸化物層、ないしは当該光共振器の母材に水素処理および酸素処理がなされた層の上部に、必要に応じて、通例の端面保護膜、ＡＲ（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｒｅｃｔｉｏｎ）膜、あるいはＨＲ（Ｈｉｇｈ−Ｒｅｆｅｒｅｃｔｉｏｎ）膜などを用いることが出来ることは言うまでもない。更に、光共振器の光射出面の側に、発振波長に対して十分な透過率を有する領域を設ける、いわゆる、窓構造を併用することも可能である。即ち、この窓構造の表面に、当該発明に係わる砒素酸化物の非含有酸化物層、ないしは当該光共振器の母材に水素処理および酸素処理がなされた層を形成するのである。
【００３１】
本願発明の半導体レーザ装置は、ＧａＡｓ基板を用いた半導体レーザ装置に有用である。その具体的な適用を、列挙すれば、例えば、（１）０．９８μｍのレーザ、その代表例は、希土類、例えばエルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）励起用光源、（２）６８０μｍのレーザ、その代表例は、光磁気（ＭＯ）ディスク読み書き用光源、あるいは（３）６５０μｍのレーザ、その代表例は、ＤＶＤ−ＲＡＭ読み書き用光源などである。
【００３２】
次に、本願発明の諸実施例を具体的に説明する。
【００３３】
本願発明の第１の実施例を図１、図２及び図３を用いて説明する。図１は、前述の通り、本願発明による端面での界面層形成を形成する為の表面処理方法を示す。図２は、半導体レーザ装置（ＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ：以下、ＬＤと略記する）のレーザ光の進行方向に交差する断面の構造を示す。図３はその平面図を示している。
【００３４】
本実施例は、光ディスクや光磁気ディスクの書き込み用として用いられる６８０ｎｍ帯高出力半導体レーザに適用したものである。図２及び図３を参酌し、素子の製造工程に従って、本実施例を説明する。
【００３５】
ｎ−ＧａＡｓ基板９上に、次の各層を順次形成する。それらの形成方法は、ＭＯＶＰＥ法、ＣＢＥ法、またはＭＢＥ法など、通例の方法に従って十分である。（１）ＧａＡｓバッファ層１０、（２）ＧａＡｓに格子整合したｎ−（Ａｌ_xＧａ_1-x）ＩｎＰクラッド層（ｘ＝０．７）１１、（３）ＧａＡｓに格子整合した（Ａｌ_yＧａ_1-y）ＩｎＰ障壁層（ｙ＝０．４５、障壁層厚４ｎｍ）とＩｎ_zＧａ_1-zＰ歪量子井戸層（ｚ＝０．６、井戸層厚８ｎｍ）、及び（Ａｌ_sＧａ_1-s）ＩｎＰを用いたＳＣＨ（ＳeｐａｒａｔｅＣｏｎｆｉｎｍｅｎｔＨｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層（ｓ＝０．５５、障壁層厚４ｎｍ）とから構成される歪量子井戸活性層１２、（４）ＧａＡｓに格子整合したｐ−（Ａｌ_tＧａ_1-t）ＩｎＰクラッド層（ｔ＝０．７）１３、（５）ＧａＡｓに格子整合したｐ−ＩｎＧａＰを用いたエッチストップ層１４、（６）ＧａＡｓに格子整合したｐ−（Ａｌ_uＧａ_1-u）ＩｎＰクラッド層（ｕ＝０．７）１５、（７）ｐ−Ａｌ_vＧａ_1-vＡｓキャップ層（ｖ＝０．７）１６。
【００３６】
次に、酸化膜をマスク領域として、ｐ−（Ａｌ_uＧａ_1-u）ＩｎＰクラッド層（ｕ＝０．７）１５とｐ−Ａｌ_vＧａ_1-vＡｓキャップ層（ｖ＝０．７）１６の積層体を、通例のホトエッチング工程により図２に示すようなリッジを形成する。このときのエッチングは湿式法、ＲＩＥ、ＲＩＢＥ、イオンミリング等、方法を問わない。エッチングはエッチストップ層１４で止め、歪量子井戸活性層１２に達しないようにする。本例での前記エッチストップ層１４は、ｐ−ＩｎＧａＰが用いられた。
【００３７】
次に、エッチングマスクとして用いた酸化膜を選択成長のマスク領域として、図２に示すようにｎ−ＧａＡｓ電流狭窄層１７を、リッジ領域の両側に、MOVＰE法により選択成長する。その後、成長炉からウエハを取りだし、選択成長マスクとして用いた酸化膜をエッチングにより除去する。その後、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１８をＭＯＶＰＥ法またはＭＢＥ法により形成する。ｐ側オ−ミック電極１９、ｎ側オ−ミック電極２０を形成した後、大気中で劈開する事により、共振器長約６００μｍのレーザ素子を得た。
【００３８】
本発明による端面処理を行うために、レーザ素子を数本ずつ治具に組み、端面処理を行う装置に導入した。そして、各素子を３００℃に加熱して、図１に示す様に端面に酸素ラジカル線６と水素ラジカル線８を照射した。酸素ラジカルは、１３．５６ＭＨｚの高周波（ＲＦ）を印加してプラズマを立てるＲＦラジカルセルに酸素を５ｓｃｃｍ導入して生成した。水素ラジカルは、タングステンチューブに５ｋＶの高電圧を印加し、タングステンチューブの側壁近傍に設置したフィラメントより２００ｍＡの電子を供給してタングステンチューブを２５００℃に加熱する電子衝撃加熱による熱励起法により生成した。水素流量は３ｓｃｃｍであった。１回あたりの酸素ラジカル照射時間は５秒、水素ラジカル照射時間は３秒とし、酸素ラジカルと水素ラジカルを１００回交互に照射した。これにより厚さ５０ÅのＧａ酸化物を主体とするＡｓ酸化物を含まない界面層３が形成できた。
【００３９】
次に、一般的にラジカル処理装置並びにラジカルの照射と表面酸化物の組成変化の例を説明する。尚、これらに諸事項は、本実施の形態に限られる事項ではなく、本願発明一般に係わるものである。
【００４０】
図４はラジカル処理装置の例を示す概念図である。真空容器４０内に、ラジカル生成室４２、これに対向して試料台４５、及び試料加熱用ヒータ部４４が配置される。真空容器４０は、通例の真空排気系４１に接続され、又、処理用のガス導入系４６が接続される。図において、符号４３はラジカル線、符号４５は試料を表わしている。ここで、処理必要な諸条件は、通例の真空系及びガス導入系を用いて十分である。
【００４１】
次に、上記製造になる半導体レーザ素子を用いての、ラジカルの照射と端面の表面酸化物の組成変化の例を説明する。図５は、ラジカルの照射と表面酸化物の組成変化の例を示す図である。加熱前の状態を１として示す。横軸はラジカルの照射時間、縦軸は表面酸化物の残存量を相対値で示した。本例の条件は、加熱温度が摂氏３６０度、水素の照射量は１×１０^−５ｔｏｒｒである。曲線５１はＧａ酸化物の残存量、曲線５２はＡｓ酸化物の残存量である。尚、横軸で「加熱のみ」と示したのは、ラジカル処理を行わず、加熱処理のみ行った例である。即ち、加熱のみで、この横軸の状態に達する。更に、この状態より、ラジカルを照射すると、曲線５１及び曲線５２に示すような状態に変化する。図５に例示する例によれば、ラジカルの１分の照射によって、Ａｓ酸化物は０の状態に達することが理解される。この時、Ｇａ酸化物は０．９の状態にある。従って、この状態で、当該半導体材料の表面は、Ｇａ酸化物で構成されることとなる。本願発明はこの状態を用いるものである。
【００４２】
さて、次に本例の工程にもどって、以下の工程を説明する。この後、反応性スパッタ法を用いて図３に示すように、素子の前面（ｚ＝Ｌ）に厚さλ／４（λ：発振波長）の光学長を有する酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）膜を順次形成して低反射率（ＡＲ）膜２１を、素子の後面（ｚ＝０）に厚さλ／４の光学長の酸化硅素（ＳｉＯ₂）膜２２と厚さλ／４の光学長の窒化硅素膜（ＳｉＮ）２３の１０層膜とからなる高反射率（ＨＲ）膜２４を形成した。ＳｉＮ膜は、装置内にＡｒガスを２０ｓｃｃｍ、窒素ガスを８ｓｃｃｍ導入し、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）出力５００Ｗでプラズマを発生させ、Ｓｉターゲットに５００ＷのＲＦ出力を印加するＥＣＲスパッタ法により成膜した。その後、素子を接合面を上にして、ヒートシンク上にボンディングした。
【００４３】
本例で、酸素と水素のラジカルを交互に照射したが、これらの元素の各照射時間は、通例１秒から３０秒の範囲を多用する。
【００４４】
試作した素子は、しきい値電流約１４ｍＡで室温連続発振し、その発振波長は約０．６８μｍであった。また、素子は１５０ｍＷまで安定に横単一モード発振した。また、最大光出力として３００ｍＷ以上の光出力を得た。また、３０個の素子について環境温度８０℃の条件下で５０ｍＷ定光出力連続駆動させたところ、初期駆動電流は約２００ｍＡであり、全ての素子で端面の劣化なしに５万時間以上安定に動作した。
【００４５】
本実施例ではラジカル生成方法としてＲＦプラズマ励起法、及び電子線衝撃加熱法を用いたが、本願発明のおいては、他のラジカル生成方法、例えばマイクロ波プラズマ励起法、ヘリコン波プラズマ励起法等を用いてもよい。亦、酸素と水素のラジカルを交互に照射したが、ラジカルを混合して同時に照射しても良く、或いはラジカルセルに酸素と水素を混合してラジカルに励起しても良い。但し、酸素ラジカルの生成に、タングステンチューブ等を用いる電子線衝撃加熱法を用いるのは避けた方が好ましい。
【００４６】
次に、加速試験の例を例示する。摂氏５０度の窒素の乾燥雰囲気において、光出力を一定として加速試験を行う。即ち、この駆動は、ＡＰＣ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌ）を用いた定光出力駆動である。一定の光出力が得られるように、駆動電流を調節し、この駆動電流が２０％以上上昇した時点を、当該半導体レーザ装置の寿命と認定することとした。図６は従来構造の端面保護膜を用いた半導体レーザ装置の信頼性試験の結果、図７は本発明による端面保護膜を用いた半導体レーザ装置の信頼性試験の結果を示す。いずれも、横軸が駆動時間、縦軸は駆動電流の増加率である。図６と図７の試験結果から見られるように、本願発明によれば、明らかに約１桁の寿命の向上が見られる。
【００４７】
本願発明の第２の実施例を図８、図９、図１０を用いて説明する。本実施例は、本発明を光伝送システムで中継器あるいは受信器に用いられる希土類添加光ファイバ増幅器励起用の０．９８μｍ帯高出力半導体レーザ装置に適用したものである。図８は、実施の形態１でと同様に、本願発明による端面での界面層形成を形成する為の表面処理方法を示す。図９はファブリ・ペロー型共振器を有する半導体レーザの平面構造を、図１０は断面構造を示している。
【００４８】
先ず、半導体装置の作製方法について述べる。ｎ−ＧａＡｓ基板９上に、次の各層を積層する。即ち、それらは、（１）ＧａＡｓバッファ層１０、（２）ＧａＡｓに格子整合したｎ−ＩｎＧａＰクラッド層２５、（３）Ｉｎ_1-xＧａ_xＡｓ_yＰ_1-y障壁層（ｘ＝０．８２、ｙ＝０．６３、障壁層厚３５ｎｍ）とＩｎ_zＧａ_1-zＡｓ歪量子井戸層（ｚ＝０．１６、井戸層厚７ｎｍ）から構成される歪量子井戸活性層２６、（４）ＧａＡｓ基板に格子整合したｐ−ＩｎＧａＰクラッド層２７、（５）ｐ−ＧａＡｓ光導波路層２８、（６）ＧａＡｓに格子整合したｐ−ＩｎＧａＰクラッド層２９、（７）ｐ−ＧａＡｓキャップ層３０である。各層の製法は、当該分野の通例の方法でよく、例えば、ＭＯＶＰＥ法、またはガスソースＭＢＥ法、またはＣＢＥ法などのいずれかである。
【００４９】
次に、酸化膜をマスク領域として、ホトエッチング工程により図８に示すようなリッジを形成する。このときのエッチングは湿式法、ＲＩＥ、ＲＩＢＥ、イオンミリング等、方法を問わない。エッチングはｐ−ＧａＡｓ光導波路層２８を完全に除去し、且つ歪量子井戸活性層２６に達しないようにｐ−ＩｎＧａＰクラッド層２７の途中で止まるようにする。本例のリッジ形状は、実施の形態１におけるリッジの形状とは異なっている。即ち、その形状は、半導体層２９の層の厚みの方向の中間で光の進行方向と交差する幅が狭くなっている。
【００５０】
次に、エッチングマスクとして用いた酸化膜を選択成長のマスク領域として、図８に示すように、ｎ−ＩｎＧａＰ電流狭窄層３１を、リッジ領域の両側に、ＭＯＶＰＥ法により選択成長する。その後、成長炉からウエハを取り出し、選択成長マスクとして用いた酸化膜をエッチングにより除去する。更に、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１８をＭＯＶＰＥ法またはＭＢＥ法により形成する。ｐ側オーミック電極１９、ｎ側オーミック電極２０を形成した後、劈開法により共振器長約９００μｍのレーザ素子を得る。
【００５１】
本発明による端面処理を行う方法は次の通りである。前述の工程によって準備されたレーザ素子を、数本ずつ治具に組む。そして、これを、端面処理を行う真空容器を有する装置に導入し、レーザ素子を３００℃に加熱する。そして、実施例１と同様に、図１に示す様に、レーザ素子の光出力端面に酸素ラジカル線６と水素ラジカル線８を照射した。酸素ラジカルは、マイクロ波を印加してプラズマを立てるＥＣＲラジカルセルに、酸素を導入して生成した。前記マイクロ波の周波数は２．４５ＧＨｚを用いた。前記酸素量は２０ｓｃｃｍである。水素ラジカルはＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）プラズマに磁場を印加して、ヘリコン波プラズマに変換するヘリコン波ラジカルセルを用いて生成した。前記の磁場は５０Ｇａｕｓｓを用いた。水素流量は１０ｓｃｃｍであった。一般的に、水素量は１０ｓｃｃｍより１００ｓｃｃｍの範囲、酸素量は１０ｓｃｃｍより５０ｓｃｃｍの範囲が多用される。
【００５２】
本例の場合、酸素ラジカルと水素ラジカルとを同時に１０分間照射した。これにより厚さ１２０ＡのＧａ酸化物を主体とするＡｓ酸化物を含まない界面層３を形成する事が出来た。この後、レーザ素子の前面（ｚ＝Ｌ）にＥＣＲスパッタリング法により、厚さλ／４（λ：発振波長）の光学長を有する窒化アルミニウム（ＡｌＮ）薄膜からなるＡＲ（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｒｅｃｔｉｏｎ）膜３２を、他方、レーザ素子の後面（ｚ＝０）に厚さλ／４の光学長のＳｉO₂薄膜３３と厚さλ／４の光学長の水素化非晶質硅素（ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜３４とからなる６層膜による高反射（ＨＲ：ＨｉｇｈＲｅｆｒｅｃｔｉｏｎ）膜３５を形成した。
【００５３】
その後、レーザ素子を、当該レーザ素子が結晶内部に有する接合面を下にして、ヒートシンク上にボンディングした。試作したレーザ素子は、しきい値電流約１０ｍＡで室温連続発振し、その発振波長は約０．９８μｍであった。また、素子は７８０ｍＷまで安定に横単一モード発振した。また、光出力を増加させても、端面劣化は起こらず、最大光出力９００ｍＷは熱飽和により制限された。また、３０個の素子について環境温度８０℃の条件下で５００ｍＷ定光出力連続駆動させたところ、初期駆動電流は約４００ｍＡであり、全ての素子で端面劣化することなく１０万時間以上安定に動作した。
【００５４】
本実施例では、端面処理方法としてＥＣＲラジカルセルとヘリコン波ラジカルセルを用いてラジカルを生成したが、他の励起方法、例えば熱励起法、ＲＦプラズマ励起法、グロー放電励起法、紫外線等のを用いる各種光励起法により生成したラジカルを用いてもよい。
【００５５】
なお、上述した実施例の活性層をＳＣＨ層の組成を段階的に変化させたＧＲＩＮ−ＳＣＨ（ＧｒａｄｅｄＩｎｄｅｘＳｅｐａｒａｔｅＣｏｎｆｉｎｍｅｎｔＨｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）活性層としてもよい。
【００５６】
また、本願発明は、導波路構造によらないので、たとえば、上述した実施例のほかに導波路構造としてＢＨ（ＢｕｒｉｅｄＨｅｔｅｒｏＳｔｒｕｃｔｕｒｅ）構造を用いても良いし、あるいは本願発明の構造を面発光レーザ装置に適用しても良い。
【００５７】
また、端面近傍に、亜鉛原子を熱拡散させることにより、或いは硅素イオンなどを高速で注入することにより、端面近傍の超格子構造を無秩序化した、いわゆる窓構造を有する半導体レーザ装置等にも適用できる。図１０は、こうした窓構造を有する本願発明の半導体レーザ装置の例を示す光の進行方向に平行な面での断面図である。符号６０が、窓領域を構成する亜鉛の拡散領域である。その他の領域は図８のそれと同様である。
【００５８】
更に、発振波長として、上述した０．９８μｍ帯、０．６８μｍ帯のほか、いわゆる０．６５μｍ帯、０．６３μｍ帯の各種半導体レーザ装置に適用できることは言うまでもない。
【００５９】
本願発明による端面処理を行った後、真空中で一貫して端面保護膜を形成するのが望ましい。しかし、やむを得ない場合には、大気中を搬送して別装置の成膜装置を用いて端面保護膜を形成しても良い。
【００６０】
本願発明の半導体レーザ装置は、従来にもまして高歩留まり、低コストにて、高信頼度なるものを提供することが出来る。
【００６１】
本願発明は、長寿命で信頼性の高い半導体レーザ装置を提供することが出来る。更に、長寿命で信頼性の高い半導体レーザ装置の新規な製造方法を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本願発明による端面に界面層形成を形成する為の表面処理方法を示した概念図である。
【図２】図２は、第１の実施の形態なる半導体レーザ装置の光の進行方向に交差した断面の断面図である。
【図３】図３は、第１の実施の形態なる半導体レーザ装置の光の進行方向に平行な面での平面図である。
【図４】図４は、ラジカル処理装置を示す概念図である。
【図５】図５は、ラジカルの照射と表面酸化物の組成変化の例を示す図である。
【図６】図６は、従来構造の半導体レーザ装置の信頼度試験の結果の例を示す図である。
【図７】図７は、本願発明の係わる半導体レーザ装置の信頼度試験の結果の例を示す図である。
【図８】図８は、第２の実施の形態なる半導体レーザ装置の光の進行方向に交差した断面の断面図である。
【図９】図９は、第２の実施の形態なる半導体レーザ装置の光の進行方向に平行な面での平面図である。
【図１０】図１０は、窓構造を有する本願発明の半導体レーザ装置の例を示す光の進行方向に平行な面での断面図である。
【符号の説明】
１：ＧａＡｓ基板を用いる高出力半導体レーザ、２：劈開時に形成される端面、３：Ｇａ酸化物を主成分とするＡｓ酸化物を含まない界面層、４：本発明による端面処理により形成される共振器面、５：酸素ラジカルセル、６：酸素ラジカル線、７：水素ラジカルセル、８：水素ラジカル線、９：化合物半導体基板、１０：バッファ層、１１：化合物半導体基板に格子整合したクラッド層、１２：歪量子井戸活性、１３：化合物半導体基板に格子整合したクラッド層、１４：化合物半導体基板に格子整合したエッチストップ層、１５：化合物半導体基板に格子整合したクラッド層、１６：キャップ層、１７：電流狭窄層、１８：コンタクト層、１９：ｐ側オーミック電極、２０：ｎ側オーミック電極、２１：低反射率（ＡＲ）膜、２２：低屈折率膜、２３：含水素、窒素なる非晶質シリコン薄膜よりなる高屈折率膜、２４：高反射率（ＨＲ）膜、２５：化合物半導体基板に格子整合したクラッド層、２６：歪量子井戸活性層、２７：化合物半導体基板に格子整合したクラッド層、２８：光導波路層、２９化合物半導体基板に格子整合したクラッド層、３０：キャップ層、３１：電流狭窄層、３２：ＡＲ膜、３３：ＳｉO₂薄膜、３４：含水素、窒素なる非晶質シリコン薄膜、３５：高反射（ＨＲ）膜、５１：Ｇａ酸化物の残存量、５２：Ａｓ酸化物の残存量、６０：窓領域。

Claims

ＧａＡｓ基板上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体になる活性層およびその活性層を挟む一対のクラッド層を有し、その共振器端面を大気中でへき開により形成した半導体レーザ装置を準備し、
前記半導体レーザ装置を真空容器内に載置し、前記半導体レーザ装置を前記真空容器内で加熱すると共に、酸素ラジカルと水素ラジカルを時間的に交互に照射し、前記酸素ラジカル照射により前記共振器端面のＡｓを酸化させてＡｓ酸化物を生成させ、前記水素ラジカル照射によりＡｓ酸化物を還元して前記端面表面から前記Ａｓ酸化物を離脱させ、前記Ａｓ酸化物を前記端面から除去した後、その表面の保護膜を形成することを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。