JPH03285380A - 半導体レーザ素子の製造方法 - Google Patents

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、高出力状態で長期間動作させても高い信穎性
を示す端面出射型半導体レーザ素子の簡便な製造方法に
関する。

（従来の技術） 端面出射型半導体レーザ素子は、半導体結晶の襞間を利
用した代表的な半導体素子であって、半導体結晶と空気
との屈折率差に基づく１組の半導体鏡面からなるファブ
リペロ型共振器を備えている。

現在、このような端面出射型半導体レーザ素子は、光デ
イスク装置などの光源として幅広く用いられている。特
に、これらの半導体レーザ素子を。

書き込み可能な追記型光デイスク装置または消去可能な
書き換え型光ディスク装置の光源として用いる場合には
、　４０〜５０ｍＷ程度の高出力状態においても高い信
頼性を示すことが要求される。しかも。

光デイスク装置を含むシステム全体の動作速度を高める
ことを目的として、さらに高い光出力が得られる半導体
レーザ素子が要望されている。また。

高精彩のレーザプリンタ装置の光源またはＹＡＧレーザ
などの固体レーザ装置の励起用光源として用いる場合に
は、光出力が１００ｍＷ以上の高出力半導体レーザ素子
が必要である。

ところが、端面出射型半導体レーザ素子には。

高出力状態で動作させた場合に、その端面が次第に劣化
するという問題点がある。端面が劣化すると、駆動電流
が増加し、やがてはレーザ発振が起こらなくなる。した
がって、高出力状態では、高い信頼性を得るのが困難で
あった。

このような端面劣化は次のような原因によって起こる。

まず、出射端面における光密度が高（。

非発光再結合が表面準位を介して起こるので、端面近傍
で局部的な発熱が生じる。端面近傍の温度が上昇すると
、その熱によって端面近傍領域の禁制帯幅が減少し、光
の吸収が増大する。それによって発生したキャリアは表
面準位を介して非発光再結合するので、さらに発熱が生
ずることになる。

この過程が繰り返されるにつれて、端面近傍における半
導体結晶の温度が上昇して、ついには融点に達し、そし
て端面が破壊される。このような端面劣化を防ぐため、
端面に禁制帯幅の広い半導体層を形成することが考えら
れる。

また１本発明者らは、端面出射型半導体レーザ素子にお
ける端面劣化を抑制する手段として、共振器端面となる
半導体結晶の襞間面上に傾斜禁制帯幅層を設けることを
提案したく特願平１−６０４２２号）。

この傾斜禁制帯幅層は劈開面から遠ざかるにつれて漸増
する禁制帯幅を有する。それゆえ、端面近傍で発生した
キャリアは、拡散によって移動するだけでなく１Ｍ制帯
幅の傾斜に起因するドリフトによって半導体結晶内部に
強く引き込まれ、端面近傍の表面準位に捕捉される確率
が極ぬで小さくなる。さらに、傾斜禁制帯幅層の禁制帯
幅が活性層を含むレーザ励起部より大きいので、？ｉｉ
面近傍における光吸収が低減される。その結果、端面劣
化が効果的に抑制され、高出力状態における信頼性が同
上する。

従来、このような広禁制帯幅層や傾斜ｇ制帯幅層を有す
る端面出射型半導体レーザ素子は第６図（ａ）〜（ｃ）
に示す工程によって製造されていた。以下に、その−例
として、　　ＧａＡｓ系またはＧａＡｌＡｓ系の端面出
射型半導体レーザ素子の場合について説明する。

まず、第６図（ａ）に示すように２例えばＧａＡｓ基板
１１１上に、液相成長法または気相成長法などの公知の
成長法を用いて、　ＧａＡｓ活性層またはＧａＡＩＡＳ
活性層１１２を含む積層構造１１３を成長させる。次い
で。

処理された基板１１１を、所定の共振器長となるように
２通常の鰐開法によって分割し、第６図（ｂ）に示すよ
うな複数個のレーザバー１１５を得る。このとき形成さ
れる襞間面１１４が共振器端面となる。

次いで２個々のレーザバー１１５に対し、プラズマＣＶ
Ｄ法などにより、第６図（ｃ）に示すように、　　Ｓ＋
０２膜１１６を鰐開面１１４以外の部分に形成する。そ
して。

襞間面１１４上に２分子線エビタキシー法や育機金属熱
分解法などの気相成長法を用いて、　ＧａＡｌＡｓ［２
：禁制帯幅層またはＧａＡ］Ａｓ傾斜禁制帯幅層を形成
する。

５ｉ０２膜１１６上に成長した多結晶はエツチングによ
り除去され、続いて、　　５ｉ０２膜１１６も除去され
る。

そして、積層構造１１３の上面および基板１１１の下面
に、それぞれ電極金属を蒸着した後、出射端面側には低
反射率の端面反射膜を形成し、他方の端面側には高反射
率の端面反射膜を形成する。最後に、このように処理さ
れたレーザバー１１５を襞間する口とにより２個々の半
導体レーザ素子を得る。

（発明が肝決しようとする課題） しかしながら、従来の製造方法では、積層構造が形成さ
れた基板を襞間させることによって、まず共振器端面を
形成した後、得られたレーザバーに広禁制帯幅層または
傾斜禁制帯幅層および端面反射膜を形成するので、製造
工程が複雑となり。

半導体レーザ素子の品質を維持することが困難である。

また、−度に処理することができる素子の数も少なく、
その生産性に問題があった。

本発明は、上記従来の問題点を解決するものであり、そ
の目的とするところは、少なくとも一方の共振器端面上
に広禁制帯幅層または傾斜禁制帯幅層が形成された高出
力の端面出射型半導体レーザ素子を生産性よく製造し得
る方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明による端面出射型半導体レーザ素子の製造方法は
、基板上に活性層を含む積層構造を形成する工程と；該
積層構造を構成する半導体結晶の一部を襞間させること
によって、共振器端面となる劈開面を形成する工程と；
少な（とも出射側の共振器端面上に、活性領域より禁制
帯幅の広い広禁制帯幅層を形成する工程と；該広禁制帯
幅層の表面に端面反射膜を形成する（出射側の共振器端
面上にのみ広禁制帯幅層を形成した場合には、該広禁制
帯幅層の表面と、他方の共振器端面上とに２瑞面反射膜
を形成する）工程と；最後に、該基板を襞間させること
によって１個々の半導体レーザ素子に分割する工程と：
を包含し、そのことにより上記目的が達成される。

上記の広禁制帯幅層は、好ましくは、その禁制帯幅が共
振器端面から遠ざかるにつれて漸増する傾斜禁制帯幅層
である。

（実施例） 以下に本発明の実施例について説明する。

第１図に本発明の製造方法により得られる端面出射型半
導体レーザ素子の一実施例を示す。この図には、以下の
ような構造を有する半導体レーザ素子の出射端面側のみ
が示されている。

まず、　ＧａＡｓ基板１１上に、　　ＧａＡｓ活性層ま
たはＧａＡｌＡｓ活性層１２を含む積層構造１３が形成
されている。

積層構造１３の上面およびＧａＡｓ基板１１の下面には
。

それぞれ電極１４および１５が設けられている。そして
、少なくとも出射側の共振器端面上には、傾斜禁制帯幅
層１６が形成されており、さらにその表面には、端面反
射膜が形成されている。なお、傾斜禁制帯幅層１６が出
射側の共振器端面上にのみ形成されている場合には、こ
の傾斜禁制帯幅層１６の表面には低反射率の端面反射膜
１７が形成されており。

他方の共振器端面上には高反射率の端面反射膜１８（第
１図には示さず）が形成されている。

このような構造を有する端面出射型半導体レーザ素子は
以下のようにして製造された。

まず、　ＧａＡｓ基板ｌｌ上に、液相成長法または気相
成長法などの公知の成長法を用いて、　ＧａＡｓ活性層
またはＧａＡｌＡｓ活性層１２を含む積層構造１３を形
成した。次いで、プラズマＣｖＤ法を用いて、この積層
構造１３の表面に３１０２膜１９を形成した。そして、
　　５ｉ０２膜１９上の全面にホトレジストを塗布した
後、ホトリソグラフィ法を用いて、所定のレジストパタ
ーンを形成した。このレジストパターンをマスクとして
、　　５ｉ０２膜１９をエツチングすることにより、レ
ーザ励起部２０に合わせた第３図の斜線部のようなＳｉ
Ｏ□膜１９膜形９した。

次いで、イオンミリング法を用いて、第４図の太い矢印
で示すように、斜め方向から基板１１および積層構造１
３をエツチングすることにより、突起部２１を形成した
。

第２図（ａ）に第４図の突起部２１のＺ−Ｚ’断面を示
す。

ただし、第２図（ａ）〜（ｅ）では、　ＧａＡｓ活性層
またはＧａＡｌＡｓ活性層１２を含む積層構造１３の図
示は省略されている。また、第５図に、第４図の突起部
２１のＸ−Ｘ’断面およびＹ−Ｙ’断面を合わせて示す
。斜め方向からエツチングを行ったので、突起部２１の
断面形状は三角形となる。突起部２１は連結部２２で基
板１１および積層構造１３と接続されているのみであり
その底部は基板１１から分離している。なお、連結部２
２の断面形状は、やはり三角形であるが、突起部２１に
比べて小さい。

このように突起部２１が形成された基板１１を１有機金
属熱分解装置または分子線エビタキンー装置などの気相
成長装置内に入れ、酸素が実質的に存在しない雰囲気下
（例えば、真空下、窒素雰囲気下または水素雰囲気下）
における襞間工程に供した。連結部２２の断面が突起部
２１の断面より小さいので、突起部２１はわずかな力を
加えることによって連結部２２の部分で容易に襞間した
。この襞間によって　基板１１には、第２図（ｂ）に示
すようなストライブ溝が形成された。そして、この際の
襞間面２３が共振器端面となった。なお、突起部２１を
形成する方法としては、上記の方法以外に１選択エツチ
ング法（Ａｐｐｌ、　Ｐｈｒｓ、　Ｌｅｔｔ、、　ｐ　
２ｇ９（１９８２）参照）を用いてもよい。

次いで、有機金属熱分解装置または分子線エピタキシー
装置を用いて、第２図（Ｃ）に示すように。

まずＧａ１□ＡｌｘＡｓからなる傾斜禁制帯幅層１６を
、襞間面２３を含むストライブ溝の底面および側面に形
成した。そして、酸化を防止するために、傾斜禁制帯幅
層Ｉ６の表面に、　ＧａＡｓからなる保護層２４を形成
した。

傾斜禁制帯幅理工６のＡ１混晶比Ｘは、ストライプ溝の
表面から遠ざかるにつれて活性層１２と同じＡｌ混晶比
から漸増するように設定した。例えば、波長約７８０ｎ
ｍのレーザ光を出射する半導体レーザ素子を製造する場
合には、０．１４から０．５まで漸増する＾１混晶比Ｘ
を用いた。しかし、　Ａｌ混晶比Ｘは、襞間面２３から
漸増していればよ＜、０．１４から０５の範囲に限定さ
れることはない。また、　Ａｌ混晶比Ｘの変化は。

直線的であっても、放物線的であってもよい。さらに２
　半導体レーザ素子内部の活性層１２を含む積層構造１
３と傾斜禁制帯幅層１６との間に、見開面２３を挟んで
Ａｌ混晶比のステップが存在してもよい。

なお、傾斜禁制帯幅層１６の厚さは約（１，１μｍとし
た。

有機金属熱分解法を用いれば、第２図（ｃ）に示すよう
に、互いに対向する襞間面２３のいずれにも。

傾斜禁制帯幅層１６を同時に形成することができる。

分子線エピタキシー法を用いた場合には、基板１１を回
転させながら、斜め方向から分子線を照射することによ
って、讐開面２３の全面に傾斜禁制帯幅層１６を形成す
ることができる。

そして、　　ＧａＡｓからなる保ＸｆＪｉ２４を熱エツ
チング法またはスパッタリング法などによって除去した
後、１４子ビ一ム蒸着装置を用いて、第２図（ｃｌ）の
太い矢印で示すように、基板１１を傾斜させて斜め方向
から蒸着を行うことにより、　Ａｌ□０．からなる低反
射率の端面反射膜１７と、　Ａｌ２Ｏ，およびα−Ｓｉ
からなる高反射率の端面反射膜１８とを順次形成した。

なお、端面反射膜１７および１８はスパッタリング法に
よっても形成され得る。

このとき、　５ｉ０２膜１９上には、単結晶ではなく。

多結晶が成長するので、　　５ｉ０２膜１９上の傾斜禁
制帯幅層１６ならびに端面反射膜１７および１８を１通
常のエツチング法により１選択的に除去することができ
た。このようにして、出射側の共振器端面上には低反射
率の端面反射膜１７が形成され、他方の共振器端面上に
は高反射率の端面反射率１８が形成された。そして、　
５ｉ０２膜１９を除去した後、積層構造１３の上面およ
び基板１１の下面に１通常の方法により、それぞれ電極
１４および１５を形成した。最後に。

第２図（ｅ）に示すように２Ｍ板１１を分割して、端面
出射型半導体レーザ素子を得た。

本実施例で得られた端面出射型半導体レーザ素子は、高
出力状態においても、長期間にわたって特性の劣化が見
られず、非常に高い信頼性を示した。

なお１本実施例では、共振器端面上に傾斜禁制帯幅層を
形成した半導体レーザ素子について説明したが１本発明
の半導体レーザは、これに限定されるものではなく、一
般に、活性領域より禁制帯幅の広い広禁制帯幅層を少な
くとも出射側の共振器端面上に形成すればよい。例えば
、　Ａｌ混晶比Ｘが０．５で一定のＧａ、−、Ａｉ、Ａ
ｓからなる広禁制帯幅層を共振器端面上に形成すること
によって、上記実施例と同様の結果が得られる。

（発明の効果） このように１本発明の製造方法によれば、基板状態のま
まで、共振器端面の形成と、広禁制帯幅層および端面反
射膜の形成とを行い、そして最後に個々の半導体レーザ
素子に分割するので、製造工程が簡便化され、しかも得
られた半導体レーザ素子の品質が著しく向上する。した
がって、高出力状態においても高い倍額性を示す端固出
射型半導体レーザ素子が生産性よく得られる。

４、　“　　の　　　な！　ｅ 第１図は本発明の製造方法により得られる端面出射型半
導体レーザ素子の一実施例を示す斜視図。

第２図（ａ）〜（ｅ）は第１図の端面出射型半導体レー
ザ素子の製造工程を示す断面図、第３図は基板上の積層
構造の表面に形成されたＳｉＯ□膜のパターンを示す平
面図、第４図はイオンミリング法を用いて基板上に形成
された突起部の形状を示す斜視図。

第５図は第４図のＸ−Ｘ’断面およびＹ−Ｙ’断面を合
わせて示す図、および第６図（ａ）〜（ｃ）は端面出射
型半導体レーザ素子を製造するための従来の工程を示す
斜視図である。

１１、　１１１・・・基板、　１２，１１２・・・活性
層、　１３．１１３・・・積層構造、１６・・・傾斜禁
制帯幅層、　　１７・・・低反射率の端面反射膜、　　
１ｇ・・・高反射率の端面反射膜、　　１９．　１１６
・・・５ｉ０２膜、２】・・・突起部、２２・・・連結
部、２３・・・襞間面。

以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも出射側の共振器端面上に活性領域より禁
   制帯幅の広い広禁制帯幅層が形成された端面出射型半導
   体レーザ素子の製造方法であって、基板上に活性層を含
   む積層構造を形成する工程と； 該積層構造を構成する半導体結晶の一部を劈開させるこ
   とによって、共振器端面となる劈開面を形成する工程と
   ； 少なくとも出射側の共振器端面上に、活性領域より禁制
   帯幅の広い広禁制帯幅層を形成する工程と； 該広禁制帯幅層の表面に端面反射膜を形成する工程と； 最後に、該基板を劈開させることによって、個々の半導
   体レーザ素子に分割する工程と； を包含する製造方法。 ２、前記広禁制帯幅層が、前記共振器端面から遠ざかる
   につれて禁制帯幅が漸増する傾斜禁制帯幅層である、請
   求項１に記載の半導体レーザ素子の製造方法。