JPH01138784A - 半導体レーザの端面保護膜形成方法 - Google Patents

半導体レーザの端面保護膜形成方法

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JPH01138784A
JPH01138784A JP29859087A JP29859087A JPH01138784A JP H01138784 A JPH01138784 A JP H01138784A JP 29859087 A JP29859087 A JP 29859087A JP 29859087 A JP29859087 A JP 29859087A JP H01138784 A JPH01138784 A JP H01138784A
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JP
Japan
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face
laser
semiconductor laser
etching
layer
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JP29859087A
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Mamoru Uchida
護 内田
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NEC Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/028Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
    • H01S5/0281Coatings made of semiconductor materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/028Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
    • H01S5/0282Passivation layers or treatments

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、光情報処理用高出力半導体レーザおよび光集
積回路に適した半導体レーザの製作方法に関し、特に半
導体レーザの端面保護膜形成方法に関する。
(従来の技術) 他の半導体レーザや他の機能素子と同一基板上に集積が
可能で、出力が大きい半導体レーザが各方面で求められ
ている。例えば光情報処理の分野では光デイスクファイ
ルシステムの光ヘツド用としてマルチビームアレイやレ
ーザ(LD)と光検出器(PD)の集積化が望まれ、ま
た光集積回路としてはLDやPDの他にFET等の電子
部品との集積化が望まれる。このような目的にエツチド
ミラーで形成した共振器を持つ半導体レーザが適してい
ることはよく知られている。代表的な例として、内国ら
による”Iwo−Beam LD−PD ArrayF
abricated BY Reactive Ion
 Beam Etching J(エレクトロニクスレ
ターズ誌、1986年、第22巻、11号、585−5
87頁)がある。この従来の半導体レーザの例について
簡単に説明する。
第3図はその従来例を示す模式的な斜視図である。n型
GaAs基板1上にデュアルBGM構造ト称する埋め込
み型のダブルへテロ構造をエピタキシャル成長する。エ
ピタキシャル成長した半導体多層構造は、n型A11o
 、 s *Gaa 、 @ tAsクラッド層2、n
型Afio 、 3ca6 、7As光ガイド層3、ア
ンドープAQ o l、Ga、 、 a *A9活性M
4、p型AQ o、5oGao、aaAs中間層5、p
型AQ o、5sGao、1rA9クラッド層6、p型
Mo 、 o 5Gao 、 s sA9キャップ層7
、p型AQi、xaGaa、5xAs埋め込み層31お
よびn型M。、□Gas、。tAs埋め込み層32から
なっている。この構造は発光領域となる巾3褐のメサス
トライプが巾50褐隔てて形成してあり、全体が活性層
よりもバンドギャップが大きいpおよびn型AQGaA
s層で埋め込まれている構造である。この結果、近接し
た2個のメサストライプは、電気的にも光学的にも分離
されているから、独立に動作させることができる。妨ら
に共振器方向にエツチングの溝33を形成し、その溝の
側面をエツチドミラーレーザとして用い、メサを前後に
分離することによって一方をL D 34 、36、他
方をFD35.37として用いることによって2対のL
D−PDアレイを形成したものである。このため、これ
を光ディスクのヘッドとして用いた場合光学系がi′!
!単になる長所がある。
この製作プロセスで重要となるエツチングの工程は以下
の如くである。結晶の表面に工i/Pt/Auからなる
電極9をEガン蒸着器で形成し、アレイの電極パターン
を通常のフォトリングラフィおよびリアクティブイオン
エツチングで形成する。このあとAZ1350J/ I
i/ΔZ1350Jからなる多層レジスト・をマスクと
してRIBEを行う。ECRパワー200W、塩素ガス
圧1.2X 10″″工orr、引出し電圧400■、
エツチング時間45分の条件下で深さ1Q7s 。
巾5G−のエツチング溝が形成きれ、その側面がエツチ
ドミラーとなる。エツチング終了後酸素プラズマでエツ
チングマスクの多層レジストを除去し裏面に電極8を形
成することによりエツチドミラーレーザは完成する。こ
の結果、レーザ部は通常のへき開のレーザにほぼ匹敵す
る特性を得、光検出器も20%以上の量子効率を得てい
る。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながらこのドライエツチドミラーレーザにはミラ
ーの早朝劣化という欠点が有る。つまり、ドライエツチ
ングの場合加速きれたプラズマがエツチング端面に物理
的および化学的にダメージを与えることが懸念され、実
際高出力動作あるいは寿命試験の結果はそれぞれ通常の
へき開のレーザに比べて半分以下の値になっている。
本発明の目的は、従来のエツチドミラーレーザの欠点を
除去し、高出力動作ができかつ信頼性の高い半導体レー
ザの製作を可能にする端面保護膜形成方法の提供にある
(問題点を解決するための手段) 本発明は、化合物半導体レーザ結晶にエツチングにより
共振器を形成したあと、該共振器面に該半導体レーザの
活性層の禁止帯巾よりも大きな禁止帯巾を持つ高抵抗化
合物半導体層を、該半導体レーザを発振させながら、エ
ピタキシャル成長することを特徴とする半導体レーザの
端面保護膜形成方法である。
(作用) ドライエツチドミラーレーザの劣化の原因は端面近傍が
ダメージを受けたことにょるレーザ光に対する吸収係数
の増加にある。このことは等測的にはエツチドミラ一端
面のバンドギャップが縮小したことに相当する。したが
ってこのバンドギャップの縮小領域を除去あるいは改善
すれば劣化を防ぐことができる。本発明の意図はダメー
ジを受けた層を、たとえば通常の化学エツチング等で除
去した後、ミラーの表面を活性層よりもバンドギャップ
の大きな高抵抗の化合物半導体でエピタキシャルパッシ
ベーションすることによりミラ一端面近傍をレーザ光に
対し、て透明領域にすることである。しかしここで問題
となるのはミラーを形成する段階では、従来例ではレー
ザウェハは電極が形成ずみであるということである。エ
ツチング段差は約10−あるのでエツチング後に選択的
に電極を形成することはかなり困難であり、エツチング
の前に電極を形成せざるを得ない。一方、通常の結晶成
長条件では成長温度は700 ’Cないし800℃であ
る。この温度では通常の金糸の電極は容易に劣化したり
結晶中に拡散してしまう。しかし有機金属気相成長法(
MO−VPE法)ではより低い温度で成長できる条件が
ある。つまり成長中にArレーザ等で原料およびレーザ
ウェハを励起する光励起MOVPE法である。この成長
法の原理はArレーザを原料および基板に照射すること
により原料を光学的に活性状態にし基板はレーザによる
熱効果で温度上昇を図ることによりレーザビームの当っ
た部分だけに成長させるというものである。本発明の場
合、半導体レーザの光出射面の発光領域だけにエピタキ
シャル成長すればよいので、半導体レーザ自身のレーザ
光を用いることにより、この光励起MOVPEを行うこ
とができる。この結果室温で低温成長可能となり、たと
え電極を形成した後であっても電極を劣化きせる事無く
エビタキシャルバッシベ・−シ5・ンを行うことができ
る。
(実施例) 以下に図面を参照して本発明の一実施例について説明す
る。第2図は本発明の一実施例を適用して端面保護膜が
形成される半導体レーザとこの半導体レーザの出射光を
モニターするホトダイオードとが集積されてなる光集積
回路の模式的な斜視図である。未発明を適用した端面保
護膜を備える半導体レーザは高出力し−ザであることが
多い。
第1図の半導体レーザは、高出力のP CW (Pla
n。
Convex Waveguide )レーザである。
PCWレーザの場合、へき開面にコーティングしない状
態で50mW以上の光出力を持ち、端面光出力を20m
Wの時には、端面の温度上昇は500℃程度となる。ま
た、発振波長が780nmのとき、原料ガスの吸収係数
も大きく、励起光として十分用いることができる。エツ
チングの工程は以下の如くである。結晶の表面にTi/
 pt、’ Auからなる電極9をEガン蒸看器で形成
し所望の電極パターンを通常のフォトリングラフィおよ
びリアクティブイオンエツチングで形成する。コノあと
AZ1350J/ Ti/ AZ1350Jからなる多
層レジストをマスクとしてRIBEを行う。
ECRパワー200W、塩素ガス圧1.2X 10−’
Torr。
引出し電圧400V、エツチング時間45分の条件下で
深さ10褐、巾50−のエツチング溝33が形成きれ、
その側面がエツチドミラーとなる。この後にマスクを酸
素プラズマで除去することによりミラーエツチング工程
は終了する。この工程でエツチドミラーに誘起されるダ
メージは表面からほぼ10nmの深さに及んでいる。マ
スクを酸素プラズマで除去した後、このレーザウェハの
正電極に正、負電極に負の電圧を印加できるように配線
しMO−VPHに装填する。端面の成長に先立ち塩酸あ
るいは塩化水素等でガスエツチングすることにより、表
面のダメージ層を除去する。次に700℃でアンドープ
AQ @ 、 sGa@。yAsをエピタキシャル成長
できる状態に流量およびガス圧等成長条件を設定し、レ
ーザ光の出力を20mWに保つことによりエピタキシャ
ルパッシベーション膜23が成長する。
第1図(a)は第2図の半導体レーザに本発明の一実施
例の方法を適用して端面保護膜の形成を始める際の様子
を示す模式的な平面図、第1図(b)はその方法により
端面保護膜が形成された半導体レーザを示す模式的な平
面図である。レーザビーム22の出射面24の表面温度
は500℃程度に上昇すると共に、そこに近い原料ガス
25はレーザ光を吸収し活性化するから、発光領域の近
傍だけにAQGaAsエピタキシャルパッシベーション
膜23が成長する。AQ @ 、 8 Ga # 、 
s Asの組成は多少ずれてもレーザ光の吸収係数に与
える影響は小さいから成長条件の範囲は通常のエピタキ
シャル成長に比べて広い。また、エピタキシャルパッシ
ベーション膜23の厚さは、AQGaAs膜をっけたこ
とによって端面の反射率はほとんど変化しないから細か
い設定は必要でない。
(発明の効果) 本発明の効果は第1に高出力半導体レーザを極めて容易
に形成できる点にある。本発明によれば従来のエツチド
ミラーレーザの信頼性を大幅に改善し、通常のへき開と
同等あるいはそれ以上の特性を持ち、集積化に適し凡レ
ーザを極めて容易に実現できろ、第2に、低温でエピタ
キシャル居を形成できるから高温に弱い電極等を形成し
た後でもエピタキシャルパッシベーションを形成できる
。第3に任意の構造のレーザにエビタキシャルバッシヘ
ーラヨンできるから、レーザの設計に自由度がある。
本実施例ではAQGaAsレーザについて述べたが他の
材料系、例えばAQGaInAs 、 GaInAsP
についても本発明を適用して同様な効果を得ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は半導体レーザに本発明の一実施例の方法
を適用して端面保護膜の形成を始める際の様子を示す模
式的な平面図、第1図(b)はその方法により端面保護
膜が形成きれた半導体レーザを示す模式的な平面図であ
る。第2図は本発明の一実施例が適用される光集積回路
を示す模式的な斜視図である。第3図は半導体レーザに
端面保護膜が形成されていない従来の光集積回路を示す
模式的な斜視図である。 1 ・・・GaAs基板、2 ・・・n型AQ o 、
 s 5Gaa 、 s tAsクラッド層、3・・・
n型AC’6 、 xGaa 、 WAS光ガイガ41
層・・・アンドープAQo、++Gao、5tA9活性
層、5−p型AQe、s*Ga、 、 s oA9中間
磨、6 ・p型AJI o 、 s aGaa 、 a
 tAsクラッド層、7−p型AIL 、 a 1Ga
a 、 s sAsキャップ層、8・・・負電極、9・
・・正電極、10・・・亜鉛拡散領域、11゜13 、
34 、36・・・半導体1ノーザ、12 、14 、
35 、37・・・ホトダイオード、31−p型AQo
、gmGa*、szA!Is埋め込み癌、32=n型A
Q o 、 s mGao 、 s tAs埋め込み層
、21−・・エツチドミラー面、22・・・レーザ光、
23・・・エピタキシャルパッシベーション膜、24・
・・出射面、25・・・原料ガス、33・・・エツチン
グ溝、26・・・発光領域。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)化合物半導体レーザ結晶にエッチングにより共振
    器を形成したあと、該共振器面に該半導体レーザの活性
    層の禁止帯巾よりも大きな禁止帯巾を持つ高抵抗化合物
    半導体層を、該半導体レーザを発振させながら、エピタ
    キシャル成長することを特徴とする半導体レーザの端面
    保護膜形成方法。
  2. (2)前記活性層がAl_xGa_1_−_xAs、前
    記高抵抗化合物層がAl_yGa_1_−_yAs(x
    <y)であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の半導体レーザの端面保護膜形成方法。
JP29859087A 1987-11-25 1987-11-25 半導体レーザの端面保護膜形成方法 Pending JPH01138784A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02239680A (ja) * 1989-03-13 1990-09-21 Sharp Corp 半導体レーザ装置及びその製造方法
WO2002027875A3 (de) * 2000-09-29 2002-08-08 Lumics Gmbh Passivierung der resonatorendflächen von halbleiterlasern auf der basis von iii-v-halbleitermaterial

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JPH02239680A (ja) * 1989-03-13 1990-09-21 Sharp Corp 半導体レーザ装置及びその製造方法
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