JPH03285381A - 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頼性
を示す端面出射型半導体レーザ素子の製造方法に関する
。

（従来の技術） 端面出射型半導体レーザ素子は、半導体結晶の劈開を利
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
リペロ里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杏き換え型光ディスク
装百の光源として用いる場合に１ま　４０〜５０ｍ１！
’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ノステム全体の動作連間を高める
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ｌｏｏ
ｍＷ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く。

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２　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。

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
結晶の劈開面上に傾斜禁制帯幅層を設けることを提案し
た（特願平１−６０４２２号）。

この傾斜禁制帯幅層は男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、禁制帯
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
が極めて小さくなる。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、端面近
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倍額性が向上す
る。

しかしながら、半導体結晶の劈開を空気中で行うと劈開
面が酸化されてしまうので、この劈開面上に傾斜禁制帯
幅層を形成するのが困難であるという問題点がある。

そこで、このような端面出射型半導体レーザ素子を製造
する方法としては、基板上の積層構造を構成する半導体
結晶にエツチング法で突起部を形成し、酸素を実質的に
含まない雰囲気下で２　この突起部に力を加えて剪開さ
せること（マイクロクリープ法）によって共振器を形成
した後、劈開面上に傾斜禁制帯幅層を形成する方法が考
えられる。

従来、このような傾斜禁制帯幅層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ていた。こ
こでは、その−例として、　　ＧａＡｓ系またはＧａＡ
ｌＡｓ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、　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Ｉ２を含む積層構造１３を形
成する。次いで　プラズマＣＶＤ法を用いて、この積層
構造１３の表面に５ｉ０２膜１９を形成する。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
ーンを形成する。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４図の斜線部のようなＳｉ
Ｏ３膜１９を形成する。

次いで、イオンミリング法を用いて、第５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を形成する
。

第６図（ａ）に、第５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。また、第５図の突起
部２１のｌ−Ｚ’断面を第６図（ｂ）に示す。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２２の断面
形状は、やはり三角形であるが、突起部２」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、有機金
属熱分解装置または分子線エピタキシー装置などの気相
成長装置内に入れ、酸素が実質的に存在しない雰囲気下
（例尤ば、真空下、窒素雰囲気下または水素雰囲気下）
における劈開工程に供する。この劈開によって、共振器
が形成され、勢開面２３はその端面となる。

（発明が解決しようとする課Ｍ） 上記の劈開工程において、連結部２２の断面が突起部２
１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ｚ２の部分で容易に劈開する。

しかも、剪開は酸素が実質的に存在しない雰囲気下で行
われるので、劈開面２３が酸化されることはなく、シた
がって劈開面２３上に傾斜禁制帯幅層１６を容易に形成
することができる。

しかしながら、このような方法では、気相成長装置内で
、遠隔操作によって１カ所づつ力を加えて劈開させなけ
ればならないので、非常に長い時間を必要とすると共に
、操作を誤った場合には。

基板を傷つける恐れがある。

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、基板に形成された突起部の劈開
を簡便にかつ短時間に行うことができ、しかも襞開面を
酸素に曝さすことなく、この劈開面上に傾斜禁制帯幅を
容易に形成し得るので、高出力の端面出射型半導体レー
ザ素子を歩留まりよく製造することが可能な方法を提供
することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、基板上に活性層を含む積層構造が形成された
端面出射型半導体レーザ素子の製造方法であって、該積
層構造を構成する半導体結晶に突起部を形成する工程と
；硫黄含有化合物の溶液中で超音波振動を与えて該突起
部を劈開させ、共振器端面を形成する工程と；を包含し
、そのことにより上記目的が達成される。

（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。なお。

劈開させるべき突起部２１を基板１１上に形成する工程
までは上記従来の場合と同様であるので、ここでは、そ
れ以後の工程について、第２図（ａ）および（ｂ）と、
第３図（ａ）〜（ｅ）とを参照しながら説明する。

ただし、第３図（ａ）〜（ｅ）では、　ＧａＡｓ活性層
またはＧａＡＩＡＳ活性層１２を含む積層構造１３の図
示は省略されている。突起部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、　Ｐ
ｈｙｓＬｅｔｔ、、　ＮＬ２８９（１９８２）参照）を
用いてもよい。

まず、第３図（ａ）に示すような突起部２１が形成され
た基板１１を、第２図（ａ）に示すように、ビーカー２
５に入れた硫黄含有化合物（例えば、　　（ＮＨ，）２
Ｓ。

（ＮＨ４）２Ｓｘ、またはＮａ２５）の溶液２６中に浸
漬した。

そして、第２　図（ｂ）に示すように、ビーカー２５を
超音波洗浄器２７の水槽２８内に入れ、基板１１に超音
波振動を与えた。その結果、第３図（ｂ）に示すように
。

基板１１の突起部２】は直ちに連結部２２０部分で臂関
し、共振器が形成された。この際に形成された襞開面２
３が共振器端面となる。基板１１から分離した突起部２
１を硫黄含有化合物の溶液２６中に残し、第３図（ｃ）
に示すような基板１１のみを硫黄含有化合物の溶液２６
から取り出し、窒素ガスを吹き付けることによって速や
かに乾燥させ、そして有機金属熱分解装置内に導入した
。

有機金属熱分解装置内では、第３図（ｄ）に示すように
、　Ｇａ、−ｘＡｌｘＡｓからなる傾斜禁制帯幅層１６
を。

劈開面２３を含むストライプ溝の底面および側面に形成
した。傾斜禁制帯幅層１６のＡ１混晶比Ｘは、ストライ
プ溝の表面から遠ざがるにつれて活性層１２と同じＡ１
混晶比から漸増するように設定した。例えば、波長的７
８０ｒｖ＋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
Ａｌ混晶比Ｘを用いた。しかし、　Ａｌ混晶比Ｘは。

劈開面２３から漸増していればよ（，０，１４から０．
５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、半導体レーザ素子内部の活性層１２を含む
積層構造１３と傾斜禁制帯幅層１６との間に。

劈開面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０．１μｍ
とした。

本実施例のように、有機金属熱分解法を用いれば、第３
図（ｄ）に示すように、互いに対向する焚開面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。なお、ここでは、有機金属熱分解法を用いたが
１分子線エピタ牛／−法などの他の気相成長法を用いて
もよい。例えば１分子線エビタキ／−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、劈開面２３の全面に傾斜禁制帯
幅層１６を形成することができる。

また、　５ｉ０２膜１９上には、単結晶膜ではなく、ア
モルファス状の膜１６゛が形成された。このアモルファ
ス状の膜１６“は、単結晶からなる傾斜禁制帯幅層１６
に比べて非常に速くエツチングされる。そこで。

基板１１を気相成長装置から取り出し９通常のエツチン
グ法によって、アモルファス状の膜１６°を選択的に除
去した。さらに、　Ｓ＋０２膜１９を除去することによ
って、第３図（ｅ）に示すように、劈開面２３を含むス
トライブ溝の底面および側面にのみ傾斜禁制帯幅層１６
を有する基板１１を得た。この傾斜禁制帯幅層１６は高
抵抗になるように形成されたので、この層を介する漏れ
電流は観測されなかった。

次いで、基板１１のストライブ溝内にレジストを埋め込
み、この部分を除く積層構造１３の上面および基板１１
の下面に、それぞれ電極１４および１５を形成した。そ
して、このレジストを除去した後、基板１１を第３図（
ｅ）に示す位置２４で劈開し、バー状にした。次いで、
％ｉｉ子ビーム蒸着装置を用いて、出射側の共振器端面
には、　ＡＩ、０３からなる低反射率の端面反射膜１７
を形成し、他方の共振器端面には。

Ａｌ２Ｏ３およびアモルファスＳ１からなる高反射率の
多層端面反射膜１８を形成した。最後に、各バーをチッ
プに分割して、端面出射型半導体レーザ素子を得た。

このようにして得られた半導体レーザ装置を。

Ａｒイオンを用いたスパッタリング法により、傾斜禁制
帯幅層１６の厚さ方向の結晶組成分布について測定した
ところ、活性層１２を含む積層構造１３と傾斜禁制帯幅
層１６との界面には７酸素原子が全く検出されなかった
。これは、硫黄含有化合物の溶液２６中で劈開を行った
ので、硫黄原子が劈開面２３に結合して保護膜を形成し
、この保護膜が、基板１１を有機金属熱分解装置に導入
するまでの開、空気中の酸素による劈開面２３の酸化を
抑制したためであると考えられる。

本実施例で得られた端面出射型半導体レーザ素子は、　
　１５０ｍＷという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、非常に高い信転性を示し
た。

また、傾斜禁制帯幅層１６に代えて、活性層１２の禁制
帯幅よりも大きくかつ均一な禁制帯幅を有する半導体層
を、共振器端面上に形成すること以外は、上記実施例と
同様にして端面出射型半導体レーザ素子を作製したとこ
ろ、上記実施例の場合と同様に高出力状態で高い信頼性
を示した。

なお１本実施例では、硫黄含有化合物の溶液として、　
　＜ＮＨ４）２Ｓ、　　（ＮＨ４）２Ｓｘ＋　　または
Ｎａ２Ｓの溶液を用いたが、この溶液はこれら硫黄含有
化合物の原液またはその水溶液のいずれであってもよい
。

（発明の効果） このように１本発明の製造方法によれば、超音波振動を
与えることによって簡便に劈開を行うことができると共
に、劈開面を酸化させることなく。

次いで活性層の禁制帯幅よりも大きい禁制帯幅を膏する
半導体層をこの何間面上に形成することができる。した
がって、活性層を含む積層構造と。

この半導体層との間に良好な界面が形成されるので、高
出力状態においても高い倍額性を示す端面出射型半導体
レーザ素子が得られる。

４、　　　　の　　　なｇＢ 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）はビーカーに入れられた硫黄含有化合物の
溶液中に基板を浸漬した状態を示す斜視図、第２図（ｂ
）は第２図（ａ）のビーカーを超音波洗浄器の水槽中に
入れて基板に超音波振動を与えることによって愕開を行
う工程を示す斜視図、第３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４図は基板上の積層構造の表面に形成された５ｔ０２
膜のパターンを示す平面図。

第５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６図（ａ）は第５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（ｂ）は第５図のＺ−Ｚ’断面を示す図で
ある。

１１・・・基板、　　１２・・・活性層、　　１３・・
・積層構造、　　１６・・・傾斜禁制帯幅層、１９・・
・５ｉ０２膜、２１・・・突起部、２２・・・連結部、
２３・・・劈開面、２６・・・硫黄含有化合物の溶液。

２７・・・超音波洗浄器 ４２図 第１図 翳３区 第４−図 第５区 給６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上に活性層を含む積層構造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、 該積層構造を構成する半導体結晶に突起部を形成する工
   程と； 硫黄含有化合物の溶液中で超音波振動を与えて該突起部
   を劈開させ、共振器端面を形成する工程と； を包含する製造方法。 ２、前記活性層の禁制帯幅よりも大きい禁制帯幅を有す
   る半導体層を前記共振器端面上に形成する工程をさらに
   包含する、請求項１に記載の製造方法。