JPH04130786A - 半導体レーザ素子及びその製造方法 - Google Patents

半導体レーザ素子及びその製造方法

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JPH04130786A
JPH04130786A JP25292990A JP25292990A JPH04130786A JP H04130786 A JPH04130786 A JP H04130786A JP 25292990 A JP25292990 A JP 25292990A JP 25292990 A JP25292990 A JP 25292990A JP H04130786 A JPH04130786 A JP H04130786A
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semiconductor
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Kazuaki Sasaki
和明 佐々木
Akihiro Matsumoto
晃広 松本
Masaki Kondo
正樹 近藤
Tadashi Takeoka
忠士 竹岡
Saburo Yamamoto
三郎 山本
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
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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、高出力状態で長時間動作させても高い信頼性
を示す半導体レーザ、及びその簡単な製造方法に関する
。
〈従来の技術〉 消去および書き込み可能な光デイスク用の光源として、
半導体レーザが使用されている。本半導体レーザは４０
〜５０ｍＷ程度の高出力状態においても高い信頼性を要
求されているが、光デイスク装置を含むシステム全体の
動作速度を高めるうえで、さらに高い光出力が要望され
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。ところが半導体レーザを高
出力状態で駆動させた場合、その端面が次第に劣化する
という問題点かあシ、高出力状態で高い信頼性を得るた
めの阻害要因とな−ている。この端面劣化を抑制するた
めの手段として端面に活性層より禁制帯幅の広い半導体
層を形成することが考えられる。その具体的な手法とし
てＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ系半導体レーザでは、襞間に
よ多形成されたレーザの出射端面に活性層より禁制帯幅
の広い、すなわち、Ａ１混晶比の大きいＧａＡｌＡｓ層
を気相成長で形成する方法がある。
第６図に、ディスク用レーザとして代表的な構造である
ＶＳＩＳ（Ｖ−ｃｈａｎｎｅｌ　　５ｕｂｓｔｒａｔｅ
ｉｎｎｅｒ　５ｔｒｉｐｅ）レーザ（Ａｐｐ　ｌ　、Ｐ
ｈｙｓ　。
Ｌｅｔｔ、４０，１７２（１９８２））に従来の製造方
法を適用した例を示す。第６図［Ａｌ　、　（Ｂ）はそ
れぞれＶＳＩＳ構造を多数作シ付けたウェハー、及びＶ
ＳＩＳ構造を示す。ｖｓｒｓ構造は、ｐ−ＧａＡｓ基板
１１上に液相成長法でｎ−ＧａＡｓ層１２を１μｍ程度
積層し、フォトリソグラフィーとエツチングにより基板
１１に至るまで溝１９を形成した後、２回目の液相成長
でｐ−Ｇ　ａ　ｏ、５ｓ　Ａ　１０．４５　Ａ　Ｓクラ
ッド層１３（溝１９外で厚さ０２μｍ）、１）−Ｇａｏ
、ａｇ　Ａ　Ｉｏ、ｘ２Ａｓ活性層１４（厚さ０．０７
　ｐｍ）、ｎ−Ｇａｏ、ｓｓ　Ａｌｏ、４ｓ　Ａｓクラ
ブト層１５（厚さ１μｍ）ｎ−ＧａＡｓキャップ層１６
（厚さ１μｍ）ｅ順次積層したものである。活性層から
しみだした光はＶ溝１９の肩部で基板に吸収され、損失
により実効的にＶ溝内外で屈折率差が生じる、いわゆる
ロスガイド構造となっている。
ＧａＡｓ基板１１側をラブピングし、全体の厚さを１０
０μｍ程度にした後共振器長４００μｍのバー状ウェハ
５１（以後レーザバーと称する）に分割した。この様子
は第６図（Ｃ１に示したが、第６図［Ａｌに見られるよ
うなＶ溝形状等は省略している。
その後第６図［Ｄｌに示すように、各レーザバー５１を
ＭＯＣＶＤ成長準備室１０１に導入後、真空吸着ビンセ
ット１０２で成長室１０３のサセプター１０４上に搬送
した。レーザバーの襞間面５２上に活性層より広禁制帯
幅のＧ　ａ　Ｏ，ｓ　ＡＩｏ、ｓ　Ａ　ｓ半導体層５３
を成長した後、再度真空吸着ピンセ・ト１０２でレーザ
バーを成長準備室１０１へ搬送した。その後レーザバー
５１を準備室から取り出した（第６図到）。第６図（Ｅ
＋に示したレーザバーは両襞間面５２以外にｎ　−Ｇ　
ａ　Ａ　ｓキャラプ層１６上にも活性層より広禁制帯幅
の半導体層５３が成長している。ｎ−ＧａＡｓキャＪプ
層上の半導体層５Ｂを工・チングで除去した後、ｐ−Ｇ
ａＡｓ基板１１側とｎ−ＧａＡｓキャー１１層１６上に
電極５４．５５を蒸着した（第６図（Ｆ））。又襞間面
５２上に形成した半導体層５３上に端面保護膜５７を形
成した（第６図［Ｇｌ　、　（Ｈｌ　）。このように素
子化したレーザバーをチ゛フプ分割し、ヒートシンクに
マウント後高出力半導体レーザを得た。
〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながらこれまでに提案されている上記の製造方法
では、レーザバーの襞間面上に活性層より広禁制帯幅の
半導体層を形成する工程において成長準備室から成長室
へレーザバーを直接搬送する工程を含んでいるため、搬
送を何度も行わなければならず、多量の労力を必要とし
ていた。又、サセプター上に置かれたレーザバーは、成
長中、ガスの乱流により、最初に置かれた位置からずれ
てしまうことがあり、ガス流に対する位置の制御が困難
であるため、成長後の襞間面上の層厚が成長ごとに異な
−たシ、同じレーザバー内でも膜厚分布が生じることが
有った。例えば層厚設定値を０．５μｍとしても、実際
の成長層厚は０．０１〜１０μｍの範囲に分布し、層厚
８μｍ以下の層が制御性良くできなか−た。ここで制御
ができず襞間面上の結晶層厚が８μｍ以上になると、ｐ
−ＧａＡｓ基板１１と広禁制帯幅層５３の格子定数の差
から広禁制帯幅層５３に生じる歪みが大きくなシ、その
結晶性が悪くなり、ひどい時は大きな欠陥が発生する。
このような場合、襞間面上の結晶層が無いものに比べて
逆に素子特性が悪くなることが有シ、半導体レーザその
ものや、光デイヌク用ピノクア・プのようなシステムに
組み込んだ場合に充分な信頼性が得られないことがあ−
た。
本発明は上記従来の問題点を解決するものであシ、その
目的とするところは襞間によ多形成された半導体レーザ
の出射端面に活性層よりも禁制帯幅の広い半導体層を制
御性良く形成する製造方法及び該製造方法で作成された
高信頼性を有する半導体レーザを提供することにある。
〈課題を解決するための手段〉 上記の課題を解決するために、本発明による半導体レー
ザの製造方法は、気相成長法により半導体レーザの出射
端面に活性層よりも禁制帯幅の広い半導体層を形成する
工程で、半導体レーザウェハから襞間により切り出した
共振器長幅のバー状ウェハ（レーザバー）を、治具に固
定した後気相成長室に導入し、成長を行うことを特徴と
する。
なおこの成長用治具は、好ましくはカーボン。
ＰＢＮ、石英、ＧａＡｓ、Ｓｉ、Ｉｎｐのどれか、ある
いはいくつかの組み合わせより形成されているものであ
る。
また本発明による半導体レーザは、襞間面上に形成した
活性層より広禁制帯幅の半導体層の層厚を０．０００２
〜３μｍと薄くし、均一に形成されている。また広禁制
帯幅層が形成されるレーザ構造は、屈折率導波型の構造
にな−でおシ、好ましくは、第６図（Ｂ）に示したＶＳ
ＩＳ構造に代表されるロスガイド構造や、活性層の両側
を活性層より広禁制帯幅の結晶で埋め込んだ埋め込み型
構造になっているものである。
ぐ作　用〉 本発明による半導体レーザの製造方法は、気相成長法に
より半導体レーザの出射端面に活性層よりも禁制帯幅の
広い半導体層を形成する工程で、半導体レーザウェハか
ら襞間により切如出した共振器長幅のバー状ウェハ（レ
ーザバー）を、治具に固定した後気相成長室に導入し、
成長を行うため、ガス流に対するレーザバーの位置が安
定する。
したがってレーザ璧開面上に広禁制帯幅の半導体層が層
厚の制御性良く作成できる。また成長用治具ば、カーボ
：／、ＰＢＮ、石英、ＧａＡｓ　＋　Ｓｉ　＋ＩｎＰの
どれか、あるいはいくつかの組み合わせより形成されて
いるため、気相成長装置内で高温下で使用でき、不純物
ガスの発生も少なくできる。
また本発明による半導体レーザは、襞間面上に形成した
活性層より広禁制帯幅の半導体層の層厚を０．０００２
μｍ〜３μｍと薄くし均一に形成されているため、該半
導体層に生じる歪みは少なく素子特性や素子の信頼性に
与える影響は少ない。したがって本来の窓効果が充分に
現れて、１００ｍＷ以上の高出力状態でも充分な信頼性
が得られる。
なお広禁制帯幅層が形成される前のレーザ構造をそれ自
体横モードが安定で非点収差屈の小さい屈折率導波型の
構造、例えば第６図β）に示したＶＳＩＳ構造に代表さ
れるロスガイド構造や、活性層の両側を活性層より広禁
制帯幅の結晶で埋め込んだ埋め込み型構造にしているの
で、広禁制帯幅層が形成された後のレーザにおいても横
モードは安定で、非点収差も小さくなる。
〈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半導体レーザ素子の実施例
を示す。この図は概念的には第６図（Ｂｌ　、　（Ｆ（
ｌと同様であるので、詳細な説明は省略する。ただしこ
こでは、活性層より広禁制帯幅のＧａＱＪｉＡＩｏ、５
Ａｓ層５８は厚さが０．２ｐｒｎ程度に薄層化されてい
る。なお広禁制帯幅層５８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、この広禁制帯幅層５３の表
面には低反射率の端面反射膜５７が形成されておシ、他
方の共振器端面上には高反射率の端面反射膜５８（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半導体レーザ表子は以下のよう
にして製造された。まず従来の方法でレーザバー５１を
襞間によって形成する（第６図（Ｃ））。
その後、各レーザバーをカーボン製の治具１１１に固定
する（第２図（Ａ））。第２図（Ａ＋においては、カー
ボン製治具１１１のレーザバーを固定する溝パターンの
みを描いている。本図に示した治具１１１ではレーザバ
ーの端部３１をはめ込むくぼみ１１２が多数設けられて
おり、レーザバー５１のＧａＡｌＡｓ活性層を含む積層
構造を上にして固定される。なおレーザバーが多数固定
された状態を第２図［Ｂ）に示す。各レーザバーは適当
な間隔（等間隔であってもなくても良い）をおいて並べ
られている。このようにレーザバーを多数治具１１１に
固定してＭＯＣＶＤ装置の成長準備室に導入する。そし
て治具１１１ごと真空吸着ピンセフト１０２で搬送し成
長室のサセプター１０４上にのせる（第２図（Ｃ））。
活性層より広禁制帯幅のＧａＡｌＡｓ層を成長させるが
、成長中、ガスの乱流によって治具及びレーザバーの位
置が変わることはない。成長を行−た後、再度治具ごと
・準備室−に搬送し取シ出す。成長後のレーザバーへの
電極形成及び、端面保護膜形成は従来の場合と同様であ
る。
本製造方法によるとレーザバーを治具に固定しているた
め、ＭＯＣＶＤ成長の際、ガス流に対してレーザバーの
位置が安定化される。したが−でレーザバー内、及びレ
ーザバー間で広禁制帯幅層５３の層厚のバラツキが非常
に小さくなった（０．２μｍ設定で０．１９５〜０．２
０５μｍ）。
本実施例で得られた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遠視野像等の特性劣化が見られ
ず、５０℃、ｉ５０ｍＷの走行条件下では、８０００時
間以上の非常に高い信頼性を示した。またこのような素
子の出現歩留りも９０チ以上と高かった。
第８図に本発明による製造方法の第２の実施例を示す。
襞間面上への成長前のレーザ構造は、第１の実施例の場
合（第１図）と同様である。本実施例においては、レー
ザバーの出射面になる襞間面５２を上にしてＰＢＮ製の
治具１２１に固定さ（ＰＢＮ）をかぶせてレーザバーが
溝から飛び出ることのないようにさらに確実に固定され
る（第８図（Ａ））。固定の完了した全体像を第３図β
）に示す。固定用治具はネジ１２ｇ（ＰＢＮ）で接着さ
れている。このレーザバーが固定された治具１２１．１
２２，１２８をＭＯＣＶＤ装置に搬送し、第１の実施例
の場合と同様に成長を行う。成長層厚は０．０５μｍと
する。成長後のレーザバーを第４図Ａ）に示す。出射面
となる襞間面５２上以外に活性層を含む積層構造上と基
板側にも活性層より広禁制帯幅の半導体層５８が成長し
ているので、これら余分な部分をエツチングにより除去
し電極を蒸着する。又、出射側に低反射膜を反対側の端
面に高反射膜をコーティングする（第４図（Ｂ））。
その後レーザバーをチーブ分割し、実装後優れた高出力
特性を得た。ここで、半導体層５８のバラツキは、０．
０５μｍ設定で０．０４９〜０．０５１μｍであった。
上記第１及び第２の実施例の製造方法においては、レー
ザバーの少なくとも出射面となる襞間面上に気相成長に
より活性層より広禁制帯幅の半導体層を形成する工程に
おいて、レーザバーをカーボンあるいはＰＢＮ製の治具
に固定する例を示したが、治具を構成する材料はカーボ
ン、ＰＢＮのほかに石英であっても良く、これらの材料
で構成された治具表面にガラス状カーボンやＳｉＣでコ
ーティングされたものであっても良い。又、ＧａＡｓ。
５ｉ４ｎＰ等の結晶に所望の溝等を形成したものであ−
ても良い。さらに治具形状は第１及び第２の実施例に限
られるものではなく、レーザバーを固定できるものであ
ればいかなるものでも良い。
また上記第１、及び第２の実施例の半導体レーザ素子は
、第１図に示したＶＳＩＳレーザに活性層より広禁制帯
幅のＧ　ａ　（、，５Ａｌ。、５　Ａｓをそれぞれ０．
２μｍ、０．０５μｍ形成する場合を示したが、成長層
厚はＱ、０００２μｍ以上で８μｍ以下であれば成長し
たＧａｏ、５　ＡｌＯ，５Ａｓ層にかかる歪みは小さく
、欠陥発生が無く良好な素子特性が得られた（なお０．
０００２μｍ以下の層厚は１原子層以下であるので実現
できない）。また、広禁制帯幅層が形成されるレーザ構
造はＶＳＩＳレーザに限られるものではなく、以下筒５
園八）〜ｆＤ＋に示すようなロスガイド型レーザ、及び
埋め込み型レーザであっても良い。
ここで第５図（Ａｌを詳細に説明する。本構造は、ｎ−
ＧａＡｓ基板２１上にｎ−Ｇａ０．ｓ　ＡＩｏ、５　Ａ
ｓクラッド層２３（厚さ１μｍ）、ノンドープＧａＯ，
ａｓ　ＡＩｏ、ｔ２　Ａｓ活性層２４（厚さ０．０６μ
ｍ）、ｐ　−Ｇ　ａｏ、５　Ａ　ｌｏ、ｓ　Ａｓ第一ク
りンド層２５（厚さ０．２５μｓ）、ｎ−ＧａＡｓ電流
狭窄層２２（厚さ０．４μｎｓ）、ｐ　−Ｇ　ａｏ、５
　Ａ　ｔｏ、ｓ　Ａ　ｓ第二クラッド層２５（溝２９外
で厚さｌ　ｐｍ　）、ｐ−ＧａＡｓキャップ層２６（厚
さ１μｍ）が形成されている。ただしここでｎ　−Ｇ　
ａ　Ａ　ｓ電流狭窄層２２は電流を通すだめに一部エッ
チングで除去されており、この電流が通る部分（溝２９
）の活性層で発振が起こる。また残されたｎ−ＧａＡｓ
層２２は活性層からしみだした光を吸収し、ロスガイド
型導波路を形成する。この構造を形成するために、Ｍ　
Ｂ　Ｅ法やＭ　ＯＣＶ　Ｄ法の２回成長が用いられるこ
とが多い。
第５図用は第５図人）に示した構造に類似しているが、
ｐ−Ｇａ、）、５　ＡＩｏ、５　ＡＳ第一クラ・ノド層
２５形成後、発振部分の両側を所望の厚さだけエツチン
グで除去し、その後ｎ−ＧａＡｓ電流狭窄層２２を形成
している。
また、第５図ｔＣ）はｎ−ＧａＡｓ基板２１上にｎ−Ｇ
ａ００６５　ＡＩｏ、４５　ＡＳクラッド層２３、ノン
ドープＧａｏ、ｇｇ　ＡＩｏ、１２　Ａｓ活性層２４−
　ｐ−Ｇａ０．５５　ＡＩｏ、４５Ａｓクラッド層２５
、ｐ−ＧａＡｓキャ・フプ層２６が形成され、発振部分
の両側に高抵抗のＧａｏ、ｓ　ＡＩｏ、５　ＡＳ層２７
が形成された埋め込み構造である。
更に、第５図Ｄ）は第５図［Ｂｌに示した構造と類似し
ているが、電流狭窄部分を活性層からの光を吸収するの
ではなく、実屈折率差で導波路を形成する作用を有する
、低屈折率のＧａｏ、、　ＡｔＯ，６ＡｓやＺｎＳ２２
’等で埋め込んだものである。
また本実施例における半導体レーザは主にｃａｏ、１ｌ
Ａｌ（，４２Ａｓ活性層を含む積層構造上へ活性層より
広禁制帯幅のＧａｑ、５　ＡＩＱ、５　ＡＳ半導体層を
成長する場合を示したが、混晶比はこれに限られるもの
ではない。また、半導体レーザはＩｎＧａＡＩＰ系、Ｉ
ｎＧａＡｓＰ系などの他の材料であっても良く、また襞
間面上に成長する半導体層も活性層より広禁制帯幅の材
料であればＩｎＧａＡＩＰ、ＩｎＧａＡｓＰなどの他の
材料であっても良い。−例を挙げれば、第５図［Ｂ）の
構造において、基板２１をｎ−ＧａＡｓ、クラッド層２
３、活性層２４、クラッド層２５，２５’をそれぞれｎ
−Ｉ　ｎｏ、５　（Ｇａｏ、３Ａｌｏ、７）ｏ、ｓ　Ｐ
＋ノンドープＩｎＯ３（Ｇａｏ、ｅ　ＡＩｏ、１　）ｏ
、ｓＰ　、　ｐ−Ｉｎ０，５　（Ｇａ（、，３Ａ１０．
７　）０．Ｓ　Ｐ　＋　ｐ−１ｎｏ、ｓ　（ＧａＯ，３
ＡｌＯ，７）０．５　Ｐ、キャップ層２６をｐ−ＧａＡ
ｓ、電流狭窄層２２をｎ−ＧａＡｓとして襞間面上にＩ
　ｎ＋）、５　（Ｇ　ａｏ４　Ａ　ｌｏ、ａ　）ｏ、５
　Ｐ　、　Ｇａ６，２　Ａ　Ｉｎ４　Ａｓ等を形成して
も同様に優れた高出力特性が得られた。
また成長方法もＭＯＣＶＤ法に限られるものではなく、
襞間面上に成長可能な他の気相成長方法すなわちＭ　Ｂ
　Ｅ法、ＡＬＥ法、ＭＯＭＢＥ去を用いても良い。
〈発明の効果〉 かくして本発明によればレーザバーの少なくとも出射面
となる襞間面上に活性層より広禁制帯幅の半導体層を形
成する工程において、レーザバーを治具に固定して成長
するので、レーザバーの搬送が容易であシ、成長中のレ
ーザバーの位置を確実に固定できるため、制御性良く襞
間面上に成長が可能となる。！、た形成された広禁制帯
幅層は０．０００２μｍ≦ｄ≦３μｍの範囲に薄層化さ
れレーザが量産性良く生産可能となる。さらにレーザ構
造そのものは屈折率導波型構造であるので、ディスク用
レーザとしても優れた光学特性を有している。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明によって形成される半導体レーザの出射
端面構造図、第２図［Ａ）乃至（Ｃ１は本発明の第１の
実施例を説明するための図、第８図［Ａ＋　、　［Ｂｌ
は本発明の第２の実施例を説明するための図、第４図人
＋　、　［Ｂｌは第２の実施例によるレーザバーの形状
を示す斜視図、第５図人）乃至［Ｄ＋は本発明に適用さ
れる他のレーザ構造を示す図、第６図人）乃至［１は従
来の製造方法を示す図である。 １１．２１・・・基板、１２．２２・・・活性層、１８
．２８，１５，２５．２５’・・・クラッド層、２７・
・・高抵抗層、１９．２９・・・溝、３１・・・治具に
固定されるレーザバ一端部、５１・・・レーザバー、５
２・・襞間面、５３・・・広禁制帯幅半導体層、５４．
５５・・電極、５７．５８・・・端面保護膜、１０１・
・・ＭＯＣＶＤ・・成長準備室、１０２・・・真空吸着
ピンセット、１０３・・・Ｎ０ＣＶＤ成長室、１０４・
・・サセプター１１１〜１１２．１２１〜１２３・・・
固定用治具。 代理人　弁理士　梅　１）　　勝（他２名）ヌ ＠１図 ＠２１１　（Ａ） 第２１１Ｉ （Ｂ） ＠２Ｗ！Ｊ （Ｃ） ＣＢ） ＠３図 ＠４図 （Ａ） （Ｂ） 雫５ｍｇ 第６図（Ｂ）

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、活性層を有し、該活性層より禁制帯幅の広い半導体
    からなる半導体層が端面に形成された端面出射型の半導
    体レーザ素子であって、 前記端面の半導体膜の膜厚ｄが０．０００２μｍ≦ｄ≦
    ３μｍの範囲にあって均一であることを特徴とする半導
    体レーザ素子。 ２、活性層を有し、該活性層より禁制帯幅の広い半導体
    からなる半導体層が端面に形成された端面出射型の半導
    体レーザ素子の製造方法であって、 半導体レーザウェハを劈開し、共振器長幅のバー状ウェ
    ハを形成する工程と、 前記バー状ウェハを治具に固定した後、気相成長室に導
    入し、少なくともバー状ウェハの劈開面上に前記半導体
    層を気相成長させる工程と、を有してなることを特徴と
    する半導体レーザ素子の製造方法。
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