JPH04345079A - 半導体レーザ装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体レーザ装置およびその製造方法Info
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- JPH04345079A JPH04345079A JP11725891A JP11725891A JPH04345079A JP H04345079 A JPH04345079 A JP H04345079A JP 11725891 A JP11725891 A JP 11725891A JP 11725891 A JP11725891 A JP 11725891A JP H04345079 A JPH04345079 A JP H04345079A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザのＣＯＤを
なくし、高出力化をはかるための端面保護膜有する半導
体レーザ装置およびその製造方法を提供するものである
。
なくし、高出力化をはかるための端面保護膜有する半導
体レーザ装置およびその製造方法を提供するものである
。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体レーザの共振器面はへき開
で形成されるが、この共振器面が空気中に曝されるとへ
き開面上に存在する原子のダングリングボンドが空気中
の酸素と結合して、活性層の禁制帯中に表面準位を形成
する。キャリアを注入し、レーザ発振させると前述の表
面準位を介して非発光再結合電流が流れ、これが、ある
レベルに達すると端面付近の温度が上昇し、この温度上
昇が禁制帯幅の減少を引き起こして、その結果光吸収が
増大して非発光再結合電流が増加し端面の温度が急上昇
して、端面の結晶が融解し、共振器ミラーの反射率が減
少することによって、レーザ発振が停止してしまう。以
上の過程による半導体レーザの破壊現象をＣＯＤ（Ｃａ
ｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄａｍａｇｅ
）といい、このときの光出力をＣＯＤレベルという。
で形成されるが、この共振器面が空気中に曝されるとへ
き開面上に存在する原子のダングリングボンドが空気中
の酸素と結合して、活性層の禁制帯中に表面準位を形成
する。キャリアを注入し、レーザ発振させると前述の表
面準位を介して非発光再結合電流が流れ、これが、ある
レベルに達すると端面付近の温度が上昇し、この温度上
昇が禁制帯幅の減少を引き起こして、その結果光吸収が
増大して非発光再結合電流が増加し端面の温度が急上昇
して、端面の結晶が融解し、共振器ミラーの反射率が減
少することによって、レーザ発振が停止してしまう。以
上の過程による半導体レーザの破壊現象をＣＯＤ（Ｃａ
ｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄａｍａｇｅ
）といい、このときの光出力をＣＯＤレベルという。
【０００３】従って、このＣＯＤレベルを上げるために
、へき開面が直接空気に触れないようにするために、半
導体レーザの端面保護膜としてへき開したのち直ちにＳ
ｉＯ２ あるいはＡｌ２ Ｏ３ のような酸化膜をＣＶ
Ｄ法あるいはスパッター法により形成していた。また、
ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザではへき開した後、ＭＯ
ＶＰＥ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐ
ｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法でＡｌの混晶比の高い結
晶を端面保護膜として結晶成長する方法も用いられてい
た。
、へき開面が直接空気に触れないようにするために、半
導体レーザの端面保護膜としてへき開したのち直ちにＳ
ｉＯ２ あるいはＡｌ２ Ｏ３ のような酸化膜をＣＶ
Ｄ法あるいはスパッター法により形成していた。また、
ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザではへき開した後、ＭＯ
ＶＰＥ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐ
ｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法でＡｌの混晶比の高い結
晶を端面保護膜として結晶成長する方法も用いられてい
た。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな方法で半導体レーザの端面保護膜を形成しても、へ
き開面が直接空気に触れないだけＣＯＤレベルは上昇す
るが、へき開面と酸化膜等の端面保護膜との界面に界面
準位が存在し、飛躍的なＣＯＤレベルの上昇は期待でき
ない。このように、へき開面が直接空気に触れることの
ないように酸化膜等の端面保護膜を堆積しても、エピタ
キシャル成長ではないために界面準位の存在は避けられ
ない。このような界面準位を飛躍的に減少させる方法と
してＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザではへき開した後、
ＭＯＶＰＥ法でＡｌの混晶比の高い結晶をエピタキシャ
ル成長しているが、ＭＯＶＰＥ法ではＡｌの混晶比が高
くなると高品質の結晶を成長するためには結晶成長温度
が高くなり半導体レーザ内部に及ぼす影響が大きくなる
。電極を形成した後、へき開で共振器を作製した場合電
極のシンター温度は高々４５０℃程度であるが共振器端
面へ高品質のＡｌＧａＡｓを結晶成長するためには７０
０℃程度の温度が必要でありＡｌＧａＡｓを成長中に電
極材料が半導体レーザ内部に拡散して半導体レーザの特
性を悪くするだけでなく歩留まりがかなり落ちる。電極
を形成する前に、電極形成位置をＳｉＯ２ 等でマスク
してへき開して共振器端面を作製して７００℃程度の成
長温度でＡｌＧａＡｓを成長し場合、Ａｌの混晶比が低
ければ選択成長も可能であるが、共振器端面に用いるＡ
ｌＧａＡｓのＡｌの混晶比は高いため選択性はなくなり
、ＳｉＯ２上にも堆積してしまうのでＳｉＯ２等のマス
ク材料を除去するのが非常に難しくなる問題があった。
うな方法で半導体レーザの端面保護膜を形成しても、へ
き開面が直接空気に触れないだけＣＯＤレベルは上昇す
るが、へき開面と酸化膜等の端面保護膜との界面に界面
準位が存在し、飛躍的なＣＯＤレベルの上昇は期待でき
ない。このように、へき開面が直接空気に触れることの
ないように酸化膜等の端面保護膜を堆積しても、エピタ
キシャル成長ではないために界面準位の存在は避けられ
ない。このような界面準位を飛躍的に減少させる方法と
してＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザではへき開した後、
ＭＯＶＰＥ法でＡｌの混晶比の高い結晶をエピタキシャ
ル成長しているが、ＭＯＶＰＥ法ではＡｌの混晶比が高
くなると高品質の結晶を成長するためには結晶成長温度
が高くなり半導体レーザ内部に及ぼす影響が大きくなる
。電極を形成した後、へき開で共振器を作製した場合電
極のシンター温度は高々４５０℃程度であるが共振器端
面へ高品質のＡｌＧａＡｓを結晶成長するためには７０
０℃程度の温度が必要でありＡｌＧａＡｓを成長中に電
極材料が半導体レーザ内部に拡散して半導体レーザの特
性を悪くするだけでなく歩留まりがかなり落ちる。電極
を形成する前に、電極形成位置をＳｉＯ２ 等でマスク
してへき開して共振器端面を作製して７００℃程度の成
長温度でＡｌＧａＡｓを成長し場合、Ａｌの混晶比が低
ければ選択成長も可能であるが、共振器端面に用いるＡ
ｌＧａＡｓのＡｌの混晶比は高いため選択性はなくなり
、ＳｉＯ２上にも堆積してしまうのでＳｉＯ２等のマス
ク材料を除去するのが非常に難しくなる問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】従って、本発明は、以上
の問題点を解決するために、まずＣＯＤレベルを上げる
方法として半導体レーザ装置の端面に前記半導体レーザ
装置の格子定数のよりも短い格子定数のＩＩ−ＶＩ族半
導体をコヒーレント成長して光の共振器を形成したり、
半導体レーザ装置の活性層のエネルギーギャップよりも
広いエネルギーギャップを有し、前記半導体レーザ装置
の活性層と格子整合したＩＩ−ＶＩ族半導体をエピタキ
シャル成長して光の共振器としたことを特徴とする半導
体レーザ装置を提供するとともに、これらの端面保護膜
を作製する方法として、ダブルヘテロ構造を有する積層
構造を作製した後、Ｐ型電極およびＮ型電極を形成し、
へき開により形成した端面を（ＮＨ４）２Ｓあるいは（
ＮＨ４）２ＳＸ 中で処理を施し、結晶成長装置内に入
れ、高真空中で３５０℃以下の温度でＩＩ−ＶＩ族半導
体をエピタキシャル成長して光の共振器としたことを特
徴とする半導体レーザ装置の製造方法や半導体レーザ装
置の端面に保護膜を形成する際、ダブルヘテロ構造を有
する積層構造を作製した後、Ｐ型電極およびＮ型電極を
形成し、ストライプ状に前記Ｐ型電極および前記ダブル
ヘテロ構造の活性層を横切る深さまでエッチング除去し
た後、（ＮＨ４）２Ｓあるいは（ＮＨ４）２ＳＸ 中で
処理を施し、結晶成長装置内に入れ、高真空中で３５０
℃以下の温度でＩＩ−ＶＩ族半導体をエピタキシャル成
長し、前記ストライプ中をへき開することにより光の共
振器としたことを特徴とする半導体レーザ装置の製造方
法を提供する。
の問題点を解決するために、まずＣＯＤレベルを上げる
方法として半導体レーザ装置の端面に前記半導体レーザ
装置の格子定数のよりも短い格子定数のＩＩ−ＶＩ族半
導体をコヒーレント成長して光の共振器を形成したり、
半導体レーザ装置の活性層のエネルギーギャップよりも
広いエネルギーギャップを有し、前記半導体レーザ装置
の活性層と格子整合したＩＩ−ＶＩ族半導体をエピタキ
シャル成長して光の共振器としたことを特徴とする半導
体レーザ装置を提供するとともに、これらの端面保護膜
を作製する方法として、ダブルヘテロ構造を有する積層
構造を作製した後、Ｐ型電極およびＮ型電極を形成し、
へき開により形成した端面を（ＮＨ４）２Ｓあるいは（
ＮＨ４）２ＳＸ 中で処理を施し、結晶成長装置内に入
れ、高真空中で３５０℃以下の温度でＩＩ−ＶＩ族半導
体をエピタキシャル成長して光の共振器としたことを特
徴とする半導体レーザ装置の製造方法や半導体レーザ装
置の端面に保護膜を形成する際、ダブルヘテロ構造を有
する積層構造を作製した後、Ｐ型電極およびＮ型電極を
形成し、ストライプ状に前記Ｐ型電極および前記ダブル
ヘテロ構造の活性層を横切る深さまでエッチング除去し
た後、（ＮＨ４）２Ｓあるいは（ＮＨ４）２ＳＸ 中で
処理を施し、結晶成長装置内に入れ、高真空中で３５０
℃以下の温度でＩＩ−ＶＩ族半導体をエピタキシャル成
長し、前記ストライプ中をへき開することにより光の共
振器としたことを特徴とする半導体レーザ装置の製造方
法を提供する。
【０００６】
【作用】この技術的手段による作用は次の通りである。
半導体レーザの端面に格子定数の短いＩＩ−ＶＩ族半導
体をエピタキシャル成長することから、まず、半導体レ
ーザ材料の端面が直接空気に触れることがなくなるだけ
でなく、コヒーレント成長内のエピタキシャル成長であ
るため界面準位密度は極めて少なく且つ格子定数が短く
なると少しエネルギーギャップが広がるために、界面近
傍での光の吸収量が非常に少なくなる。また、格子整合
とりながらエネルギーギャップの広いＩＩ−ＶＩ族半導
体をエピタキシャル成長しても同様の作用がある。
体をエピタキシャル成長することから、まず、半導体レ
ーザ材料の端面が直接空気に触れることがなくなるだけ
でなく、コヒーレント成長内のエピタキシャル成長であ
るため界面準位密度は極めて少なく且つ格子定数が短く
なると少しエネルギーギャップが広がるために、界面近
傍での光の吸収量が非常に少なくなる。また、格子整合
とりながらエネルギーギャップの広いＩＩ−ＶＩ族半導
体をエピタキシャル成長しても同様の作用がある。
【０００７】また、ＩＩ−ＶＩ族半導体をエピタキシャ
ル成長する際に、通常、６５０℃程度でサーマルクリー
ニングしないとエピタキシャル成長しないところが、へ
き開面もしくはエッチング除去された面をＳ処理するこ
とで、サーマルクリーニングなしで３５０℃程度の低い
温度でへき開面もしくはエッチング除去された面に良好
な結晶性を有するＩＩ−ＶＩ族半導体がエピタキシャル
成長でき、半導体レーザの端面の保護膜として良好な特
性を有する結果、ＣＯＤはなくなり半導体レーザの熱飽
和だけで最大出力が決まるため、最大出力の飛躍的な向
上が見られた。
ル成長する際に、通常、６５０℃程度でサーマルクリー
ニングしないとエピタキシャル成長しないところが、へ
き開面もしくはエッチング除去された面をＳ処理するこ
とで、サーマルクリーニングなしで３５０℃程度の低い
温度でへき開面もしくはエッチング除去された面に良好
な結晶性を有するＩＩ−ＶＩ族半導体がエピタキシャル
成長でき、半導体レーザの端面の保護膜として良好な特
性を有する結果、ＣＯＤはなくなり半導体レーザの熱飽
和だけで最大出力が決まるため、最大出力の飛躍的な向
上が見られた。
【０００８】
（実施例１）以下に本発明による実施例を図を用いて説
明する。図１に本発明による１実施例を示す。例えば、
ｎ型ＧａＡｓ基板１上にｎ型ＧａＡｓバッファー層２（
１μｍ）、Ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３（１μｍ）
、アンドープＧａＩｎＰ活性層４（０．０８μｍ）、Ｐ
型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５（１μｍ）、ｐ型ＧａＩ
ｎＰキャップ層６（０．０２μｍ）、ｐ型ＧａＡｓキャ
ップ層７（０．１μｍ）積層したのち、硫酸系のエッチ
ング液を用いて幅５μｍのストライプを形成するために
、ストライプ以外の部分のＰ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド
層５を０．２μｍの厚さまでエッチング除去する。その
後、ストライプの両面にｎ型ＧａＡｓブロッキング層８
（０．８μｍ）積層したのち、ｐ型ＧａＡｓキャップ層
９を２μｍ積層し、ｎ型基板面にはｎ型電極１０、ｐ型
ＧａＡｓキャップ層９表面にはｐ型電極１１を形成し、
へき開して、両端面にＺｎＳ１２を約５００Å積層して
光共振器とした。ＧａＡｓとＺｎＳの格子定数はそれぞ
れ５．６５３Ａおよび５．４０９Ａであり格子不整合率
は４．３％もありコヒーレント成長するのは５００Ａ以
下の場合である。この様な構造にすると端面の活性層４
のエネルギーギャップは図２に示すように、ＧａＡｓ基
板１に格子整合したＧａＩｎＰ活性層３が格子定数の短
いＺｎＳ１６の影響を受けて、界面近傍１５でわずかに
エネルギーギャップが広げられる。コヒーレント成長し
ているため界面でのダングリングボンド密度は小さく、
また、ＺｎＳそのものがＧａＩｎＰよりもエネルギーギ
ャップが非常に広いためＧａＩｎＰ活性層からの光の吸
収は端面ではほとんどない。したがって、ＺｎＳのない
場合に比べて、最大光出力は飛躍的にアップする。たと
えば、ＺｎＳ等の端面保護膜のない場合の最大出力が２
０ｍＷの半導体レーザに図１に示すようなＺｎＳ膜を形
成すると最大出力は約３倍の６０ｍＷまでアップする。 以上の例では最大出力が３倍程度あるが、これは、活性
層とＺｎＳの格子定数の差が大きいからであり活性層が
大きく歪むからである。ＺｎＳやＺｎＳｅのようにＧａ
ＩｎＰよりもエネルギーギャップが大きい場合には、Ｚ
ｎＳに少しＺｎＳｅを混ぜて活性層の格子定数に近づけ
て活性層の歪を小さくしていくと、最大出力はさらにア
ップしていく。次に、格子整合した場合の実施例を図を
用いて説明する。
明する。図１に本発明による１実施例を示す。例えば、
ｎ型ＧａＡｓ基板１上にｎ型ＧａＡｓバッファー層２（
１μｍ）、Ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３（１μｍ）
、アンドープＧａＩｎＰ活性層４（０．０８μｍ）、Ｐ
型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５（１μｍ）、ｐ型ＧａＩ
ｎＰキャップ層６（０．０２μｍ）、ｐ型ＧａＡｓキャ
ップ層７（０．１μｍ）積層したのち、硫酸系のエッチ
ング液を用いて幅５μｍのストライプを形成するために
、ストライプ以外の部分のＰ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド
層５を０．２μｍの厚さまでエッチング除去する。その
後、ストライプの両面にｎ型ＧａＡｓブロッキング層８
（０．８μｍ）積層したのち、ｐ型ＧａＡｓキャップ層
９を２μｍ積層し、ｎ型基板面にはｎ型電極１０、ｐ型
ＧａＡｓキャップ層９表面にはｐ型電極１１を形成し、
へき開して、両端面にＺｎＳ１２を約５００Å積層して
光共振器とした。ＧａＡｓとＺｎＳの格子定数はそれぞ
れ５．６５３Ａおよび５．４０９Ａであり格子不整合率
は４．３％もありコヒーレント成長するのは５００Ａ以
下の場合である。この様な構造にすると端面の活性層４
のエネルギーギャップは図２に示すように、ＧａＡｓ基
板１に格子整合したＧａＩｎＰ活性層３が格子定数の短
いＺｎＳ１６の影響を受けて、界面近傍１５でわずかに
エネルギーギャップが広げられる。コヒーレント成長し
ているため界面でのダングリングボンド密度は小さく、
また、ＺｎＳそのものがＧａＩｎＰよりもエネルギーギ
ャップが非常に広いためＧａＩｎＰ活性層からの光の吸
収は端面ではほとんどない。したがって、ＺｎＳのない
場合に比べて、最大光出力は飛躍的にアップする。たと
えば、ＺｎＳ等の端面保護膜のない場合の最大出力が２
０ｍＷの半導体レーザに図１に示すようなＺｎＳ膜を形
成すると最大出力は約３倍の６０ｍＷまでアップする。 以上の例では最大出力が３倍程度あるが、これは、活性
層とＺｎＳの格子定数の差が大きいからであり活性層が
大きく歪むからである。ＺｎＳやＺｎＳｅのようにＧａ
ＩｎＰよりもエネルギーギャップが大きい場合には、Ｚ
ｎＳに少しＺｎＳｅを混ぜて活性層の格子定数に近づけ
て活性層の歪を小さくしていくと、最大出力はさらにア
ップしていく。次に、格子整合した場合の実施例を図を
用いて説明する。
【０００９】（実施例２）図１に示すような、例えば、
ｎ型ＧａＡｓ基板１上にｎ型ＧａＡｓバッファー層２（
１μｍ）、Ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３（１μｍ）
、アンドープＧａＩｎＰ活性層４（０．０８μｍ）、Ｐ
型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５（１μｍ）、ｐ型ＧａＩ
ｎＰキャップ層６（０．０２μｍ）、ｐ型ＧａＡｓキャ
ップ層７（０．１μｍ）積層したのち、硫酸系のエッチ
ング液を用いて幅５μｍのストライプを形成するために
、ストライプ以外の部分のＰ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド
層４を０．２μｍの厚さまでエッチング除去する。その
後、ストライプの両面にｎ型ＧａＡｓブロッキング層８
（０．８μｍ）積層したのち、ｐ型ＧａＡｓキャップ層
９を２μｍ積層し、ｎ型基板面にはｎ型電極１０、ｐ型
ＧａＡｓキャップ層９表面にはｐ型電極１１を形成し、
へき開して、両端面にＺｎＳＳｅ２０を約５００Å積層
して光共振器とした構造を図３に示す。この場合、活性
層と保護膜のＺｎＳＳｅは格子整合しているから、厚さ
はもう少し厚くてもよいが、厚くなればなるほど結晶成
長に時間がかかるのでこの程度とした。この場合の活性
層３とＺｎＳＳｅ２０のバンド図を図４に示す。活性層
４とＺｎＳＳｅ２０とが格子整合しているので界面での
ダングリングボンド密度は皆無に近く、従って、界面準
位密度も極めて小さく、界面での光吸収は皆無に近い。 この結果最大光出力は、ＺｎＳＳｅの端面保護膜がない
場合と比べて、約４倍になり、２０ｍＷの半導体レーザ
が８０ｍＷまで出るようになった。
ｎ型ＧａＡｓ基板１上にｎ型ＧａＡｓバッファー層２（
１μｍ）、Ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３（１μｍ）
、アンドープＧａＩｎＰ活性層４（０．０８μｍ）、Ｐ
型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５（１μｍ）、ｐ型ＧａＩ
ｎＰキャップ層６（０．０２μｍ）、ｐ型ＧａＡｓキャ
ップ層７（０．１μｍ）積層したのち、硫酸系のエッチ
ング液を用いて幅５μｍのストライプを形成するために
、ストライプ以外の部分のＰ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド
層４を０．２μｍの厚さまでエッチング除去する。その
後、ストライプの両面にｎ型ＧａＡｓブロッキング層８
（０．８μｍ）積層したのち、ｐ型ＧａＡｓキャップ層
９を２μｍ積層し、ｎ型基板面にはｎ型電極１０、ｐ型
ＧａＡｓキャップ層９表面にはｐ型電極１１を形成し、
へき開して、両端面にＺｎＳＳｅ２０を約５００Å積層
して光共振器とした構造を図３に示す。この場合、活性
層と保護膜のＺｎＳＳｅは格子整合しているから、厚さ
はもう少し厚くてもよいが、厚くなればなるほど結晶成
長に時間がかかるのでこの程度とした。この場合の活性
層３とＺｎＳＳｅ２０のバンド図を図４に示す。活性層
４とＺｎＳＳｅ２０とが格子整合しているので界面での
ダングリングボンド密度は皆無に近く、従って、界面準
位密度も極めて小さく、界面での光吸収は皆無に近い。 この結果最大光出力は、ＺｎＳＳｅの端面保護膜がない
場合と比べて、約４倍になり、２０ｍＷの半導体レーザ
が８０ｍＷまで出るようになった。
【００１０】以上の実施例では、へき開面上へＩＩ−Ｖ
Ｉ族半導体を積層して作製された半導体レーザ装置につ
いて述べたが、以下にこの様な構造を実現するための製
造方法について述べる。
Ｉ族半導体を積層して作製された半導体レーザ装置につ
いて述べたが、以下にこの様な構造を実現するための製
造方法について述べる。
【００１１】（実施例３）図５は分子線エピタキシー法
による本発明の結晶成長時の成長温度のプロファイル（
実線）と従来の成長温度のプロファイル（波線）を示し
たものである。従来、分子線エピタキシー法では、基板
はエッチングしただけでは、基板表面の酸素の影響から
結晶成長は困難であり、図５の波線で示すようにサーマ
ルクリーニングするために結晶成長温度よりも基板温度
を高くして、基板表面の酸素を蒸発除去して、クリーン
な表面を出させる必要があった。例えば、ＧａＡｓ基板
だと、硫酸系のエッチング液で表面をエッチングするが
、エッチング中あるいはエッチング後の水洗中に表面に
は薄い酸化膜が形成される。本発明では、例えば、図６
（ａ）に示す様に半導体レーザの構造を作製した後、へ
き開により端面を形成する。へき開面はへき開と同時に
薄い酸化膜が形成されるが、この酸化膜をとり除き、酸
化膜を形成させないために、（ＮＨ４）２Ｓあるいは（
ＮＨ４）２ＳＸの溶液でへき開面を処理する。Ｓ処理し
たへき開面を分子線エピタキシー装置内の高真空中で３
５０℃程度まで加熱するとへき開面上のＳが単原子層だ
け残り余分のＳは蒸発してへき開面上からはなくなると
同時にへき開面上に残ったＳは再配列するが、３５０℃
程度で結晶成長できるＺｎＳやＺｎＳＳｅのようなＳを
含む結晶成長には何の支障も無くむしろ好都合である。 従って、本発明では、図５の実線に示すように基板温度
が３５０℃に達すると結晶成長を開始できるため、結晶
成長に要する時間が短くて済むようになった。図６（ｂ
）に図６（ａ）で示すレーザ構造のバー状のへき開面上
にＺｎＳ３１を積層したものを示す。ｐ型およびｎ型電
極を形成した後、へき開してＳ処理し、ＺｎＳを結晶成
長するが、電極上には全く付着物は見られず、ＺｎＳは
へき開端面のみに成長する。また、電極のシンター温度
は４５０℃程度なのでこれよりも１００℃も低い３５０
℃で結晶成長するので電極材料の拡散等の問題は生じな
い。結晶成長にはＺｎＳだけでなくＺｎＳＳｅでもよい
のはいうまでもない。次に、へき開面上への結晶成長で
はないが、図１や図３に示す構造と同様の効果を有する
構造を形成する製造方法を以下に述べる。
による本発明の結晶成長時の成長温度のプロファイル（
実線）と従来の成長温度のプロファイル（波線）を示し
たものである。従来、分子線エピタキシー法では、基板
はエッチングしただけでは、基板表面の酸素の影響から
結晶成長は困難であり、図５の波線で示すようにサーマ
ルクリーニングするために結晶成長温度よりも基板温度
を高くして、基板表面の酸素を蒸発除去して、クリーン
な表面を出させる必要があった。例えば、ＧａＡｓ基板
だと、硫酸系のエッチング液で表面をエッチングするが
、エッチング中あるいはエッチング後の水洗中に表面に
は薄い酸化膜が形成される。本発明では、例えば、図６
（ａ）に示す様に半導体レーザの構造を作製した後、へ
き開により端面を形成する。へき開面はへき開と同時に
薄い酸化膜が形成されるが、この酸化膜をとり除き、酸
化膜を形成させないために、（ＮＨ４）２Ｓあるいは（
ＮＨ４）２ＳＸの溶液でへき開面を処理する。Ｓ処理し
たへき開面を分子線エピタキシー装置内の高真空中で３
５０℃程度まで加熱するとへき開面上のＳが単原子層だ
け残り余分のＳは蒸発してへき開面上からはなくなると
同時にへき開面上に残ったＳは再配列するが、３５０℃
程度で結晶成長できるＺｎＳやＺｎＳＳｅのようなＳを
含む結晶成長には何の支障も無くむしろ好都合である。 従って、本発明では、図５の実線に示すように基板温度
が３５０℃に達すると結晶成長を開始できるため、結晶
成長に要する時間が短くて済むようになった。図６（ｂ
）に図６（ａ）で示すレーザ構造のバー状のへき開面上
にＺｎＳ３１を積層したものを示す。ｐ型およびｎ型電
極を形成した後、へき開してＳ処理し、ＺｎＳを結晶成
長するが、電極上には全く付着物は見られず、ＺｎＳは
へき開端面のみに成長する。また、電極のシンター温度
は４５０℃程度なのでこれよりも１００℃も低い３５０
℃で結晶成長するので電極材料の拡散等の問題は生じな
い。結晶成長にはＺｎＳだけでなくＺｎＳＳｅでもよい
のはいうまでもない。次に、へき開面上への結晶成長で
はないが、図１や図３に示す構造と同様の効果を有する
構造を形成する製造方法を以下に述べる。
【００１２】（実施例４） 図７に示す様に、ダブル
ヘテロ構造を有するウエハーにｐ型電極３５およびｎ型
電極３８を形成しシンターしたのち、ウエハー内部のス
トライプの方向と垂直方向にドライエッチングおよびケ
ミカルエッチングで活性層を横切る深さまでエッチング
して溝３６を形成する。その後、これを（ＮＨ４）２Ｓ
もしくは（ＮＨ４）２Ｓｘの溶液にいれてドライエッチ
ングによるダメージ層の除去およびＳによる酸化膜形成
阻止を行う。成長温度プロファイルは図５で示す通りで
ある。 ｐ型電極３５の堆積している部分にはＺｎＳやＺｎＳＳ
ｅは全く付着しないのでこれらは溝の内部のみに結晶成
長する。溝の幅は２０μｍ程度あり深さも２μｍ程度あ
るためＧａＡｓに格子整合するＺｎＳＳｅもしくはＧａ
Ａｓの格子定数にちかいＺｎＳＳｅ３７を結晶成長した
。この場合、コヒーレント成長の点からＺｎＳはあまり
好ましくない。ＺｎＳＳｅ３７を成長した後、溝３６に
沿って、ＺｎＳＳｅ３７の中心をへき開して光共振器を
形成して図３に示すような構造の半導体レーザを得る。
ヘテロ構造を有するウエハーにｐ型電極３５およびｎ型
電極３８を形成しシンターしたのち、ウエハー内部のス
トライプの方向と垂直方向にドライエッチングおよびケ
ミカルエッチングで活性層を横切る深さまでエッチング
して溝３６を形成する。その後、これを（ＮＨ４）２Ｓ
もしくは（ＮＨ４）２Ｓｘの溶液にいれてドライエッチ
ングによるダメージ層の除去およびＳによる酸化膜形成
阻止を行う。成長温度プロファイルは図５で示す通りで
ある。 ｐ型電極３５の堆積している部分にはＺｎＳやＺｎＳＳ
ｅは全く付着しないのでこれらは溝の内部のみに結晶成
長する。溝の幅は２０μｍ程度あり深さも２μｍ程度あ
るためＧａＡｓに格子整合するＺｎＳＳｅもしくはＧａ
Ａｓの格子定数にちかいＺｎＳＳｅ３７を結晶成長した
。この場合、コヒーレント成長の点からＺｎＳはあまり
好ましくない。ＺｎＳＳｅ３７を成長した後、溝３６に
沿って、ＺｎＳＳｅ３７の中心をへき開して光共振器を
形成して図３に示すような構造の半導体レーザを得る。
【００１３】
【発明の効果】以上のように、本発明は半導体レーザの
端面に格子定数の短いＩＩ−ＶＩ族半導体をエピタキシ
ャル成長して光共振器とすることから、まず、半導体レ
ーザ材料の端面が直接空気に触れることがなくなるだけ
でなく、コヒーレント成長内のエピタキシャル成長であ
るため界面準位密度は極めて少なく且つ格子定数が短く
なると少しエネルギーギャップが広がるために、界面近
傍での光の吸収量が非常に少なくなり、ＣＯＤはなくな
った。また、格子整合とりながらエネルギーギャップの
広いＩＩ−ＶＩ族半導体をエピタキシャル成長しても同
様の効果があり、最大光出力が飛躍的に向上した。
端面に格子定数の短いＩＩ−ＶＩ族半導体をエピタキシ
ャル成長して光共振器とすることから、まず、半導体レ
ーザ材料の端面が直接空気に触れることがなくなるだけ
でなく、コヒーレント成長内のエピタキシャル成長であ
るため界面準位密度は極めて少なく且つ格子定数が短く
なると少しエネルギーギャップが広がるために、界面近
傍での光の吸収量が非常に少なくなり、ＣＯＤはなくな
った。また、格子整合とりながらエネルギーギャップの
広いＩＩ−ＶＩ族半導体をエピタキシャル成長しても同
様の効果があり、最大光出力が飛躍的に向上した。
【００１４】また、ＩＩ−ＶＩ族半導体をエピタキシャ
ル成長する際に、通常、６５０℃程度でサーマルクリー
ニングしないとエピタキシャル成長しないところが、へ
き開面もしくはエッチング除去された面をＳ処理するこ
とで、サーマルクリーニングなしで３５０℃程度の低い
温度でへき開面もしくはエッチング除去された面に良好
な結晶性を有するＩＩ−ＶＩ族半導体がエピタキシャル
成長でき、半導体レーザの端面の保護膜として良好な特
性を有する結果、ＣＯＤはなくなり半導体レーザの熱飽
和だけで最大出力が決まるため、最大出力の飛躍的な向
上が見られた。さらに、サーマルクリーニングを必要と
しないので結晶成長装置に入れてから結晶成長開始まで
の時間の大幅な短縮が図られた。
ル成長する際に、通常、６５０℃程度でサーマルクリー
ニングしないとエピタキシャル成長しないところが、へ
き開面もしくはエッチング除去された面をＳ処理するこ
とで、サーマルクリーニングなしで３５０℃程度の低い
温度でへき開面もしくはエッチング除去された面に良好
な結晶性を有するＩＩ−ＶＩ族半導体がエピタキシャル
成長でき、半導体レーザの端面の保護膜として良好な特
性を有する結果、ＣＯＤはなくなり半導体レーザの熱飽
和だけで最大出力が決まるため、最大出力の飛躍的な向
上が見られた。さらに、サーマルクリーニングを必要と
しないので結晶成長装置に入れてから結晶成長開始まで
の時間の大幅な短縮が図られた。
【００１５】また、本発明によると例えば、保護膜なし
の最大光出力が２０ｍＷの半導体レーザが本発明により
保護膜を形成すると、最大光出力が６０ｍＷ〜８０ｍＷ
にまでに上げることが可能となり、高出力を必要とする
書き込み用の光ディスクの光源や医療用の光源等へ応用
することができるのはもちろんである。
の最大光出力が２０ｍＷの半導体レーザが本発明により
保護膜を形成すると、最大光出力が６０ｍＷ〜８０ｍＷ
にまでに上げることが可能となり、高出力を必要とする
書き込み用の光ディスクの光源や医療用の光源等へ応用
することができるのはもちろんである。
【図１】本発明の半導体レーザの斜視図である。
【図２】本発明の半導体レーザの活性層とＺｎＳとのバ
ンドギャップエネルギーを示した図である。
ンドギャップエネルギーを示した図である。
【図３】本発明の半導体レーザの斜視図である。
【図４】本発明の半導体レーザの活性層とＺｎＳＳｅと
のバンドギャップエネルギーを示した図である。
のバンドギャップエネルギーを示した図である。
【図５】本発明の成長温度プロファイル図である。
【図６】本発明の半導体レーザの斜視図である。
【図７】本発明の端面保護膜形成方法を示した斜視図で
ある。
ある。
１ ｎ型ＧａＡｓ基板
２ ｎ型ＧａＡｓバッファー層
３ Ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
４ アンドープＧａＩｎＰ活性層
５ Ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
６ ｐ型ＧａＩｎＰキャップ層
７ ｐ型ＧａＡｓキャップ層
８ ｎ型ＧａＡｓブロッキング層
９ ｐ型ＧａＡキャップ層
１０ ｎ型電極
１１ ｐ型電極
１５ 界面近傍
１６ ＺｎＳ
２０ ＺｎＳＳｅ
３１ ＺｎＳ
３５ ｐ型電極
３６ 溝
３７ ＺｎＳＳｅ
３８ ｎ型電極
Claims (4)
- 【請求項１】基板上に形成した半導体レーザ装置の両端
面に前記半導体レーザ装置の格子定数よりも短い格子定
数のＩＩ−ＶＩ族半導体をコヒーレント成長して光の共
振器としたことを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項２】基板上に形成した半導体レーザ装置の両端
面に前記半導体レーザ装置の活性層のエネルギーギャッ
プよりも広いエネルギーギャップを有し、前記半導体レ
ーザ装置の活性層と格子整合したＩＩ−ＶＩ族半導体を
エピタキシャル成長して光の共振器としたことを特徴と
する半導体レーザ装置。 - 【請求項３】半導体レーザ装置の端面に保護膜を形成す
る際、ダブルヘテロ構造を有する積層構造を作製した後
、Ｐ型電極およびＮ型電極を形成し、へき開により形成
した端面を（ＮＨ４）２Ｓあるいは（ＮＨ４）２ＳＸ
中で処理を施し、結晶成長装置内に入れ、高真空中で３
５０℃以下の温度でＩＩ−ＶＩ族半導体をエピタキシャ
ル成長して光の共振器としたことを特徴とする半導体レ
ーザ装置の製造方法。 - 【請求項４】半導体レーザ装置の端面に保護膜を形成す
る際、ダブルヘテロ構造を有する積層構造を作製した後
、Ｐ型電極およびＮ型電極を形成し、ストライプ状に前
記Ｐ型電極および前記ダブルヘテロ構造の活性層を横切
る深さまでエッチング除去した後、（ＮＨ４）２Ｓある
いは（ＮＨ４）２ＳＸ 中で処理を施し、結晶成長装置
内に入れ、高真空中で３５０℃以下の温度でＩＩ−ＶＩ
族半導体をエピタキシャル成長し、前記ストライプ中を
へき開することにより光の共振器としたことを特徴とす
る半導体レーザ装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11725891A JPH04345079A (ja) | 1991-05-22 | 1991-05-22 | 半導体レーザ装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11725891A JPH04345079A (ja) | 1991-05-22 | 1991-05-22 | 半導体レーザ装置およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04345079A true JPH04345079A (ja) | 1992-12-01 |
Family
ID=14707311
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11725891A Pending JPH04345079A (ja) | 1991-05-22 | 1991-05-22 | 半導体レーザ装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04345079A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0897506A (ja) * | 1994-09-28 | 1996-04-12 | Sharp Corp | 端面成長窓型半導体レーザ素子の製造方法 |
| US6674095B1 (en) | 1999-05-31 | 2004-01-06 | Sharp Kabushiki Kaisha | Compound semiconductor surface stabilizing method, semiconductor laser device fabricating method using the stabilizing method, and semiconductor device |
| JP2019515490A (ja) * | 2016-04-20 | 2019-06-06 | トルンプフ フォトニクス インコーポレイテッドＴｒｕｍｐｆ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｉｎｃ． | レーザ切子面のパッシベーションおよび当該パッシベーションを実施するためのシステム |
-
1991
- 1991-05-22 JP JP11725891A patent/JPH04345079A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0897506A (ja) * | 1994-09-28 | 1996-04-12 | Sharp Corp | 端面成長窓型半導体レーザ素子の製造方法 |
| US6674095B1 (en) | 1999-05-31 | 2004-01-06 | Sharp Kabushiki Kaisha | Compound semiconductor surface stabilizing method, semiconductor laser device fabricating method using the stabilizing method, and semiconductor device |
| JP2019515490A (ja) * | 2016-04-20 | 2019-06-06 | トルンプフ フォトニクス インコーポレイテッドＴｒｕｍｐｆ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｉｎｃ． | レーザ切子面のパッシベーションおよび当該パッシベーションを実施するためのシステム |
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