JPH09162496A

JPH09162496A - 半導体レーザ及びその製造方法

Info

Publication number: JPH09162496A
Application number: JP32275995A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Nishitani; 昭彦西谷; Mitsuru Sugo; 満須郷; Toshiaki Tamamura; 敏昭玉村; Yoshio Itaya; 義夫板屋
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1995-12-12
Filing date: 1995-12-12
Publication date: 1997-06-20

Abstract

(57)【要約】【課題】高出力、高信頼性の半導体レーザおよびその
製造方法を提供すること。【解決手段】半導体界面に接する第１の薄膜をＡｌ、
Ｓｉ、Ｇａ、Ｔｉからなる群から選択した元素の薄い窒
化膜例えばＡｌＮ膜１６により、および続く第２の薄膜
をＡｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｔｉからなる群から選択した元素
の厚い酸化膜あるいは酸化窒化膜例えばＡｌ₂Ｏ₃膜１７
により構成された２層のパッシベーション膜１８を共振
器端面の反射防止膜とする、あるいは反射防止膜および
高反射膜１９の第１層とする。さらに、パッシベーショ
ン膜１８の一部または全部を、ＥＣＲプラズマ付着法に
より形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高出力半導体レーザ
及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板上
に積層された半導体層を有する半導体レーザが種々提案
されている。このような半導体レーザの中で、ＧａＡｓ
／ＡｌＧａＡｓ量子井戸、ＩｎＧａＰを活性層とした
０．６ないしは０．８μｍ帯のレーザは光情報記録ある
いは再生、光印刷および光応用計測に用いられている。
また近年、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ歪量子井戸層を活性
層とした０．８から１μｍの波長帯のレーザは光通信、
特にファイバアンプ用の励起光源として用いられるよう
になっている。これらのレーザには高出力動作が求めら
れているが、高出力動作時においても十分な寿命を保証
するのが困難であるという問題があった。

【０００３】半導体レーザの劣化原因についてはこれま
でいくつかの検討が行われてきている。これらは共振器
端面の光学損傷破壊、すなわちＣＯＤ（Catastrophic O
ptical Damage）や表面の変質、結晶転位欠陥の増殖に
よる点欠陥あるいは線欠陥の発生、およびオーミック電
極の破損に起因するものに大別される。とりわけ、Ｇａ
Ａｓ基板上に積層された半導体層を有する半導体レーザ
においては、共振器端面のＣＯＤが高出力動作時におい
てレーザの寿命を決定づける重要な劣化原因であること
が指摘されている。

【０００４】前記のＣＯＤは半導体レーザの共振器端面
近傍がレーザ内部で発生した光に対して吸収領域になっ
ていることにより発生する。これは共振器端面の半導体
表面において酸素の吸着および表面の酸化などによりダ
ングリングボンドが形成されるために、半導体表面に特
有な深い凖位が生じて、端面近傍の禁制帯幅が実質的に
狭くなっていることによる。半導体表面に存在する表面
凖位を介した非発光再結合は温度上昇を伴うために、端
面近傍の禁制帯幅がさらに減少してますます光吸収が起
こるという正帰還が生じる。従って、端面の融解等、端
面の破壊が起こり、光出力が低下して、非可逆的な劣化
につながる。なお、ＣＯＤによる端面の劣化は、ほとん
どが反射防止膜が形成されたミラー・ファセットの端面
近傍において観測されている。

【０００５】上記のＣＯＤの臨界光出力を向上して、高
出力動作時における十分な寿命を保証するためには、共
振器端面の不動態化、すなわちパッシベーションが重要
であることが指摘されている。ミラー・ファセットのパ
ッシベーション技術のうちで、下記の文献１において高
出力半導体レーザの劣化特性の改善および高出力動作時
における信頼性の向上が開示されている。文献１：特開平３−１０１１８３号公報（半導体レーザ
・ダイオード及びそのミラー・バッシベーション方法）

【０００６】この文献１では、次のように信頼性の改善
について論じている。すなわち、連続出力約５０ｍＷで
使用した場合、初期劣化を示すいわゆる「バーンイン」
期間が観測されず、室温で５００時間動作後に得られる
劣化速度が毎時１０^-6以下である。また、測定可能な劣
化なしに３００時間以上にわたって、３００ｍＷ以上の
出力が維持されている。

【０００７】また、前記文献１では、下記に示す方法で
ミラー・パッシベーションを行っている。すなわち、初
期汚染のない環境で劈開を行うか、またはミラー・エッ
チングを行った後、ミラー表面を洗浄して、汚染のない
ミラー・ファセットを形成する。前記のミラー・ファセ
ットに対して、酸素を含有しない材料からなる絶縁性ま
たは低伝導性のパッシベーション膜をその場で形成す
る。前記のパッシベーション膜は、シリコン（Ｓｉ）、
ゲルマニウム（Ｇｅ）、アンチモン（Ｓｂ）のいずれか
１層、あるいは、ＳｉとＳｉの窒化膜（Ｓｉ₃Ｎ₄）の２
層からなる。さらに、パッシベーション膜をその場で形
成するために、劈開および膜付着の環境として１０^-6Ｐ
ａ以下の圧力を要求している。

【０００８】従って、文献１の上記方法では、劈開を行
うための装置をパッシベーション膜を形成する装置の真
空システム中に置くことになり、前記の目的に特化した
大がかりな装置が必要になってくる。または、信頼性が
劣ると考えられるエッチング・ミラーを共振器端面とし
て用いることになる。更に、上記文献１では、空気中で
劈開した後、プラズマ・クリーニングにより汚染のない
ミラー・ファセットを形成する方法については、具体的
には論じられていない。

【０００９】さらに、本発明と関連して、アルミニウム
（Ａｌ）あるいはＳｉの窒化膜をパッシベーション膜と
して用いることについては、下記文献２において開示さ
れている。文献２：特開平６−２６８３２７号公報（半導体発光素
子）

【００１０】この文献２では、熱膨張係数の小さいＡｌ
あるいはＳｉの窒化膜等をミラー・ファセットのパッシ
ベーション膜として用い、半導体表面の禁制帯幅をパッ
シベーション膜の応力により増大して、半導体表面凖位
による光吸収が起こらないようにできると論じている。

【００１１】しかし、上記文献２には、半導体レーザの
信頼性に関する記載がなく、また、その方法では、パッ
シベーション膜の応力による例えばダークラインの発生
のような劣化が考えられる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、文献
１による半導体レーザでは、高出力動作時における信頼
性の改善が図られているが、専用の装置による高真空雰
囲気中において劈開を行うことを前提としているという
欠点がある。さらにまた、文献２の技術では、酸素を含
有しないパッシベーション膜は一般に応力が高く、例え
ばダークラインの発生のような劣化に結びつくと考えら
れる。

【００１３】本発明はこのような事情に基づいてなされ
たものであり、その目的は、高真空雰囲気中における劈
開を行うことなく、より簡便な製造方法を用いて、高出
力動作時における信頼性を保証できる半導体レーザを提
供することにある。また、他の目的は、このような高出
力、高信頼性半導体レーザの製造方法を提供することに
ある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は以下に示すような手段を講ずる。（１）手段１：半導体レーザの端面に、酸素を組成元素
としない第１の薄膜と、酸素を組成元素とする第２の薄
膜を順次被覆してパッシベーション膜とすること。（２）手段２：前記第１の薄膜がＡｌ、Ｓｉ、Ｇａ及び
Ｔｉ（チタン）からなる群より選ばれた元素の窒化物で
あり、前記第２の薄膜がＡｌ、Ｓｉ、Ｇａ及びＴｉから
なる群より選ばれた元素の酸化物であること。ここで、
酸化物には酸化窒化物も含まれる。（３）手段３：前記第１の薄膜の厚さが０．５ｎｍ〜１
０ｎｍであり、前記第２の薄膜の厚さが５０ｎｍ〜１０
００ｎｍであること。（４）手段４：前記第１の薄膜を、プラズマ・クリーニ
ング作用を有する薄膜形成方法によって形成すること。（５）手段５：前記第１の薄膜に加え前記第２の薄膜
も、プラズマ・クリーニング作用を有する薄膜形成方法
によって形成すること。（６）手段６：プラズマ・クリーニング作用を有する薄
膜形成方法が、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラ
ズマ付着法であること。

【００１５】即ち、本発明による半導体レーザは、端面
がパッシベーション膜によって被覆された半導体レーザ
において、酸素を組成元素としない第１の材料からなり
該端面に接する第２の薄膜と、酸素を組成元素とする第
２の材料からなり該第１の薄膜の上に積層された第２の
薄膜とから形成された積層膜を、該パッシベーション膜
とすることを特徴とし、あるいは、更に前記第１の材料
がＡｌ、Ｓｉ、Ｇａ及びＴｉからなる群より選ばれた元
素の窒化物であり、前記第２の材料がＡｌ、Ｓｉ、Ｇａ
及びＴｉからなる群より選ばれた元素の酸化物であるこ
とを特徴とし、あるいは、前記第１の薄膜が０．５〜１
０ｎｍの厚さを有し、前記第２の薄膜が５０〜１０００
ｎｍの厚さを有することを特徴とするものである。

【００１６】また本発明による半導体レーザの製造方法
は、上記の半導体レーザを製造する方法として、その第
１の薄膜をプラズマ・クリーニング作用を有する薄膜形
成方法によって形成する工程を備えたことを特徴とし、
あるいは、更に前記第１の薄膜を形成する前記工程に引
き続き、前記と同じくプラズマ・クリーニング作用を有
する薄膜形成方法により前記第２の薄膜を形成する工程
を備えたことを特徴とし、あるいは、更に前記薄膜形成
方法が、ＥＣＲプラズマ付着法であることを特徴とする
ものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態に係る半導体
レーザは、半導体端面に接する第１の薄膜を薄い窒化膜
により、および続く第２の薄膜を厚い酸化膜（あるいは
酸化窒化膜）により構成された２層のパッシベーション
膜を持つ。このパッシベーション膜の第１の薄膜は酸素
を含有しないので、膜の付着開始時に半導体界面に酸素
を供給することがなく、しかも、膜が十分に緻密であれ
ば、酸素の拡散に対する障壁として機能できる。従っ
て、高出力動作時においても、パッシベーション膜が半
導体界面の酸化の進行を妨げるので、ＣＯＤの発生を未
然に防止できる。また、厚い酸化膜である第２の薄膜は
応力が比較的低く、かつ第１の薄膜が十分に薄い膜であ
るので、全体として、応力による例えばダークラインの
発生のような劣化を引き起こすことなく、パッシベーシ
ョン膜を形成できる。さらに、第２の薄膜は酸化膜なの
で、熱伝導率が比較的高く、半導体レーザの放熱特性を
改善している。従って、共振器端面近傍における温度上
昇を抑制できるので、ＣＯＤの発生を防止できる。この
ようなパッシベーション膜を共振器端面の反射防止膜と
したり、あるいは反射防止膜及び高反射膜の第１層とす
ることにより、高出力、高信頼性の半導体レーザが得ら
れる。ここで、第１の薄膜の厚さが１０ｎｍより厚い
と、応力が端面に入りすぎてＣＯＤにとって好ましくな
く、０．５ｎｍより薄いと薄形成が難しい。また、第２
の薄膜の厚さが１０００ｎｍより厚いと、応力が入り易
くＣＯＤにとって好ましくなく、また膜が剥がれたり
し、５０ｎｍより薄いと反射率を低くするのが難しい。

【００１８】次に、本発明の実施の形態に係る半導体レ
ーザの製造方法について説明する前に、この方法の重要
な要素の一つであるＥＣＲプラズマ付着法について説明
する。このＥＣＲプラズマ付着法については、下記文献
３に詳細が記載されている。文献３：小野俊郎（Ｔ．Ｏ
ｎｏ）他、「スパッタ効果により原料の供給を行う電子
サイクロトロン共鳴プラズマ付着法（Electron Cyclotr
on Resonance Plasma Deposition Technique Usuing Ra
w Material Supply by Sputtering ）」、Jpn.J.Appl.P
hys.、Vol.23、No.8（１９８４年３月２６日）、pp.Ｌ５
３４−Ｌ５３６

【００１９】この文献３によれば、ＥＣＲプラズマ付着
法は、例えば、図３に示すような装置構成で膜付着を行
う。同図において、ＥＣＲプラズマは、周波数２．４５
ＧＨｚのマイクロ波を導波管３１から石英窓３２を通し
てプラズマ室３３に導入し、８７．５ｍＴのＥＣＲ条件
に相当する外部磁場を例えば磁気コイル３６によりかけ
ることで効率的にマイクロ波とプラズマを結合させるこ
とにより生成する。このため、例えばアルゴン（Ａｒ）
ガスの場合で１０ｍＡ／ｃｍ²以上の高密度プラズマを
生成可能である。膜付着の場合、例えばＡｌのスパッタ
ターゲット３４をプラズマ取り出し口に配置し、スパッ
タ電源３７で直流電流を印加して、プラズマ流３８中イ
オンのスパッタ効果により膜形成原料元素、すなわちＡ
ｌを供給する。高密度プラズマであるために、例えばガ
スとしてＡｒと窒素（Ｎ₂）を用いることで、試料３５
表面における供給されたＡｌの窒化反応により窒化膜
（ＡｌＮ）を試料に付着できる。または、スパッタター
ゲット３４表面でのＡｌの窒化反応によりＡｌＮの形で
試料３５表面に膜材料を供給することも可能であるが、
いずれのモードで膜付着を起こさせるかは、プラズマ条
件を変えることで選択できる。本実施の形態では、前者
の試料３５表面での窒化反応を利用した膜付着のモード
を用いることにする。

【００２０】上述の如くＥＣＲプラズマ付着法は、高密
度プラズマによる膜付着を行うので、比較的低温で膜を
付着でき、比較的緻密な膜を形成できる。従って、この
方法で形成された窒化膜は酸素の拡散に対する障壁とし
て十分に機能できる。また、膜が緻密なため、熱膨張係
数も十分小さいので、半導体表面の禁制帯幅の温度変化
を抑制できる。これらの膜特性は、いずれもＣＯＤの抑
制につながる。さらに、窒化膜の付着には、ガスとして
ＡｒとＮ₂を用いるので、空気中で劈開されたミラー・
ファセットに対して高密度プラズマによるクリーニング
作用の効果がある。すなわち、半導体表面に吸着した酸
素あるいは酸化膜をプラズマが取り除きつつ、膜付着を
開始できる。しかも試料３５自身にはバイアス電圧を印
加しないので、プラズマによる試料３５の損傷はほとん
どない。また、試料３５表面での窒化反応を利用する膜
付着のモードを用いることにより、プラズマ中の窒素が
半導体表面の酸素と置き変わる反応、あるいはダングリ
ングボンドに結合する反応が起こり、緻密な窒化膜の付
着もあって、安定な酸化物を生成しにくく、Ｇａ、Ａｓ
等のダングリングボンドを減少できる。

【００２１】これらの効果によりパシベーション膜／半
導体界面の凖位の数を減少でき、パッシベーション膜半
導体界面における非発光再結合速度を低下できるので、
ＣＯＤの抑制につながる。従って、高出力動作時におけ
る信頼性を保証することが可能になる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明による半導体レーザ及びその製
造方法の一実施例を図面を参照して説明する。

【００２３】図１は、本発明の実施例による半導体レー
ザのリッジ・ストライプと垂直な断面構造を示す。１は
ｎ⁺−ＧａＡｓ基板、２はｎ−ＧａＡｓバッファ層、３
はｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、４および８はＡｌＧａ
Ａｓガイド層、５および７はＡｌＧａＡｓＳＣＨ層、６
はＩｎＧａＡｓ歪量子井戸活性層、９はｐ−ＡｌＧａＡ
ｓクラッド層、１０はｐ⁺−ＧａＡｓコンタクト層、１
１は絶縁層、１２はｐ電極、１３はｎ電極である。図示
しないが、例えば、紙面と平行な表側の端面にＡｌＮに
よる第１の薄膜とＡｌ₂Ｏ₃による第２の薄膜とからなる
パッシベーション膜が形成され、裏側の端面には高反射
膜が形成される。

【００２４】図１の構造を実現するために、まず、エピ
タキシャル結晶成長装置（ＭＯＶＰＥ法：有機金属気相
成長法、あるいはＭＢＥ法：分子線エピタキシー法）に
より、ｎ⁺−ＧａＡｓ基板１上にｎ−ＧａＡｓバッファ
層２からｐ⁺−ＧａＡｓコンタクト層１０までを順に成
長する。

【００２５】ＭＯＶＰＥ法では、半導体薄膜成長用の原
料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリエチル
ガリウム（ＴＥＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭ
Ａ）およびアルシン（ＡｓＨ₃）を、ｎ型ドーパントと
してセレン化水素（Ｈ₂Ｓｅ）を、ｐ型ドーパントとし
てジエチルジンク（ＤＥＺｎ）を利用した。エピタキシ
ャル成長温度は約７００℃、成長圧力は約１０⁴Ｐａと
している。キャリアガスは水素（Ｈ₂）である。

【００２６】ＭＢＥ法では、原料として金属ガリウム
（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、Ａｌおよび固体砒素
（Ａｓ）を、ｎ型ドーパントとしてＳｉを、ｐ型ドーパ
ントとして亜鉛（Ｚｎ）を利用した。エピタキシャル成
長温度は約６５０℃、成長圧力は約１０^-2Ｐａとしてい
る。

【００２７】成長後、ｐ⁺−ＧａＡｓコンタクト層１０
およびｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層９を加工して、幅
１．５から３μｍ程度のリッジ導波路を形成する。すな
わち、フォトリソグラフィーでレジストに対してパタン
形成をする。このパターンをマスクとして湿式あるいは
乾式エッチングにより、コンタクト層１０およびクラッ
ド層９を加工する。加工の深さは横モードを考慮して決
定し、ＡｌＧａＡｓガイド層８までエッチングする場合
もある。

【００２８】リッジ導波路形成後、例えばマグネトロン
・スパッタ法でＳｉの酸化膜（ＳｉＯ₂）からなる絶縁
層１１を基板表面全体に形成し、リッジ上部の電流注入
領域にあたるＳｉＯ₂をエッチバックにより除去する。
その後、例えばクロム（Ｃｒ）および金（Ａｕ）（Ｃｒ
／Ａｕ）からなるか、あるいはＴｉ、白金（Ｐｔ）およ
びＡｕ（Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ）からなるｐ電極１２を形成
する。その後、厚さ１００μｍまで裏面を研磨し、例え
ばＡｕ、ゲルマニウム（Ｇｅ）およびニッケル（Ｎｉ）
（Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉ）からなるｎ電極１３を形成する。
最後にオーミックシンターにより電極部を完成する。

【００２９】こうして形成された図２に示すようなレー
ザウェハ１４を、空気中においてリッジ・ストライプと
垂直方向に劈開して、同図２に示すように例えば長さＷ
＝１０ｍｍ、幅Ｌ＝９００μｍのウェハ１５に分割す
る。ここでは、リッジ・ストライプと垂直なウェハの長
手方向の劈開面１５ａ，１５ｂをミラー・ファセットと
するため、レーザの共振器長はウェハ幅Ｌの９００μｍ
となる。

【００３０】次に、分割されたウェハ１５を、治具に固
定した後、例えば図３に示したＥＣＲプラズマ付着装置
に、劈開面１５ａを膜付着の方向に向けて装填する。こ
の時、ターゲットとしては、例えばＡｌを用いる。ＥＣ
Ｒプラズマ付着装置の真空システムの真空度を十分に、
すなわち１０^-3Ｐａ以下にさげて、ウェハ温度を２００
℃にした後、まず、第１の薄膜としてアルミニウムの窒
化膜（ＡｌＮ）１６を付着させるために、ＡｒおよびＮ
₂ガスをプラズマ室３３に導入し、膜付着を開始する。
ＡｌＮ膜１６を厚さ５ｎｍ付着させた後、続いて第２の
薄膜としてアルミニウムの酸化膜（Ａｌ₂Ｏ₃）１７を付
着させるために、ガスをＡｒおよび酸素（Ｏ₂）に切り
替えて、その場で膜付着を再開する。Ａｌ₂Ｏ₃膜１７を
厚さ１１０ｎｍ付着させて、パッシベーション膜（Ａｌ
Ｎ／Ａｌ₂Ｏ₃）１８の形成を完了する。このパッシベー
ション膜１８を共振器端面の保護膜および反射防止膜と
する。

【００３１】その後、ＥＣＲプラズマ付着装置から治具
を取り出して、分割されたウェハを治具から取り外す。
このウェハのもう一方の劈開面１５ｂに、例えばマグネ
トロン・スパッタ法を用いて、例えばＡｌ₂Ｏ₃および非
晶室シリコン（α−Ｓｉ）の２重の２層膜（Ａｌ₂Ｏ₃／
α−Ｓｉ／Ａｌ₂Ｏ₃／α−Ｓｉ）を高反射膜１９として
付着させる。その後、ウェハを劈開により個々のレーザ
に分割して、レーザチップ２０を得る。

【００３２】このようにして得たレーザチップ２０を用
いて、モジュールとしての組立および実装を行い、半導
体レーザ装置とする。

【００３３】以上、本発明をＡｌＧａＡｓリッジ型半導
体レーザの製造への適用について、詳細に説明した。し
かし、本発明は他の構造の半導体レーザ、およびＡｌＧ
ａＡｓ以外の化合物半導体からなる半導体レーザにも同
様に適用可能である。また、製造工程およびデバイス・
パラメータは、上記説明のものと異なるものであっても
よい。また、パッシベーション膜１８を第１層としてそ
の上に反射防止膜を更に形成しても良い。また、高反射
膜１９を形成する前にも、劈開面１５ｂに、パッシベー
ション膜１８と同じく薄いＡｌＮ膜と厚いＡｌ₂Ｏ₃膜を
ＥＣＲプラズマ付着法により順次積層し、このパッシベ
ーション膜を高反射膜の第１層としても良い。

【００３４】次に、上記の本発明による半導体レーザの
高出力動作時における信頼性について図面を参照して説
明する。

【００３５】図４は、上記に説明した方法により製造さ
れた半導体レーザ、すなわち劈開したミラー・ファセッ
ト上にＥＣＲプラズマ付着法により形成された５ｎｍの
ＡｌＮ（第１の薄膜）１６と１１０ｎｍのＡｌ₂Ｏ₃（第
２の薄膜）１７により構成された２層のパッシベーショ
ン膜１８を有する半導体レーザを、１５０ｍＷ一定の光
出力で連続動作させた場合の動作電流と動作時間の関係
を示す。曲線４１が本発明による半導体レーザの動作電
流曲線である。ここで、半導体レーザは、５０℃の環境
下に置かれ、１５０ｍＷ一定の光出力が得られるように
動作電流の調整を行っている。図４からわかるように、
測定可能な劣化なしに、１０００時間以上にわたって、
１５０ｍＷ一定の光出力が維持されている。また、曲線
４１では「バーンイン」期間が観測されず、劣化速度も
毎時１０^-6以下である。

【００３６】図４における上記観測は、本発明による半
導体レーザが高出力動作時における信頼性に優れている
ことを示す。

【００３７】次に図５は、上記の本発明による５ｎｍの
ＡｌＮ膜１６と１１０ｎｍのＡｌ₂Ｏ₃膜１７により構成
された２層のパッシベーション膜１８を有する半導体レ
ーザと、従来のマグネトロン・スパッタ法により形成し
た１１０ｎｍのＡｌ₂Ｏ₃により構成された１層のパッシ
ベーション膜を有する半導体レーザとの、図４の条件に
おける１０００時間連続動作後の光出力と動作電流の関
係を示す。曲線５１が本発明による半導体レーザの光出
力曲線であり、また、曲線５２がパッシベーション膜以
外は曲線５１のものと同じ、従来の半導体レーザの光出
力曲線であり、それぞれの半導体レーザでの１０００時
間連続動作後のＣＯＤの発生する動作電流値、すなわち
ＣＯＤレベルの比較を示す。

【００３８】図５からわかるように、１０００時間連続
動作後においても本発明による半導体レーザのＣＯＤレ
ベルは５００ｍＷ以上である。また、前記の如くＣＯＤ
レベルは、連続動作開始時から変化していない。しか
し、従来の半導体レーザのＣＯＤレベルは、１０００時
間連続動作後には２００ｍＷ程度に減少している。

【００３９】上記のＣＯＤレベルの比較は、本発明によ
る半導体レーザにおいては、ＣＯＤの抑制がより進んで
おり、従来よりも高出力動作時における信頼性に優れて
いることを示す。

【００４０】以上の説明では、パッシベーション膜を形
成する材料としてＡｌを取り上げて説明したが、これ以
外にもＳｉ、Ｇａ及びＴｉがパッシベーション膜として
優れている。つまり、Ａｌの他にＳｉ、Ｇａ及びＴｉか
らなる群より選んだ元素の窒化物で第１の薄膜を形成
し、同じく、Ａｌの他にＳｉ、Ｇａ及びＴｉからなる群
より選んだ元素の酸化物（酸化窒化物を含む）で第２の
薄膜を形成しても良い。これら第１，第２の薄膜は誘電
体膜でもある。また、パッシベーション膜の２層のうち
第１の薄膜の厚さとしては０．５ｎｍ〜１０ｎｍが適
し、第２の薄膜の厚さとしては５０ｎｍ〜１０００ｎｍ
が適している。さらに薄膜形成方法としてＥＣＲプラズ
マ付着法をとりあげたが、本発明においては、上記第２
の薄膜を形成する際に他の薄膜形成方法を用いることも
できる。あるいは、上記第１の薄膜または第２の薄膜を
形成する際に、予めプラズマ・クリーニングを行った後
に、薄膜形成することもできる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明による半導体レーザによれば、パッシベーション
膜を窒化膜など酸素を組成元素しない第１の材料からな
る第１の薄膜、および酸化膜や酸化窒化膜など酸素を組
成元素とする第２の材料からなる第２の薄膜の２層より
なる構成とすることにより、半導体界面の酸化の進行を
防止できる。さらに、膜応力を低減でき、膜の熱伝導率
を高くできる。

【００４２】また、本発明による半導体レーザの製造方
法によれば、少なくとも第１の薄膜をプラズマ・クリー
ニング作用を有する薄膜形成方法によって形成するの
で、緻密なパッシベーション膜を形成することにより、
酸素の拡散に対する障壁として機能でき、および半導体
界面の禁制帯幅の温度変化を抑制できる。さらに、膜付
着時のプラズマによるクリーニング効果で、半導体界面
の酸素やダングリングボンドの数を減少できる。従っ
て、他の劣化を伴うことなくＣＯＤを十分に抑制できる
ので、高出力動作時における信頼性を改善した半導体レ
ーザを提供できるという利点がある。また、真空雰囲気
中でなくても劈開を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例としての半導体レーザのリッジ・
ストライプと垂直な断面構造を示す図。

【図２】本発明の一例としての半導体レーザの製造方法
の手順を示す図。

【図３】パッシベーション膜を形成するためのＥＣＲス
パッタ（プラズマ付着）装置の構成の概略を示す図。

【図４】本発明の適用による５ｎｍのＡｌＮと１１０ｎ
ｍのＡｌ₂Ｏ₃により構成された２層のパッシベーション
膜を有する半導体レーザを１５０ｍＷ一定の光出力で連
続動作させた場合の動作電流と動作時間の関係を示す
図。

【図５】本発明の適用による半導体レーザと、従来の１
１０ｎｍのＡｌ₂Ｏ₃により構成された１層のパッシベー
ション膜を有する半導体レーザとの、１０００時間連続
動作後における光出力と動作電流の関係を示す図。

【符号の説明】

１ｎ⁺−ＧａＡｓ基板２ｎ−ＧａＡｓバッファ層３ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層４ＡｌＧａＡｓガイド層５ＡｌＧａＡｓＳＣＨ層６ＩｎＧａＡｓ歪量子井戸活性層７ＡｌＧａＡｓＳＣＨ層８ＡｌＧａＡｓガイド層９ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１０ｐ⁺−ＧａＡｓコンタクト層１１絶縁層１２ｐ電極１３ｎ電極１４レーザウェハ１５分割されたウェハ１５ａ，１５ｂ劈開面１６ＡｌＮ膜（第１の薄膜）１７Ａｌ₂Ｏ₃膜（第２の薄膜）１８パッシベーション膜１９高反射膜２０レーザチップ３１マイクロ波導波管３２石英窓３３プラズマ室３４ターゲット３５試料３６外部磁場を加える磁気コイル３７スパッタ電源３８プラズマ流４１本発明の適用による半導体レーザの動作電流曲線５１本発明の適用による半導体レーザの光出力曲線５２従来のＡｌ₂Ｏ₃膜を有する半導体レーザの光出力
曲線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者板屋義夫東京都新宿区西新宿三丁目19番２号日本電信電話株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】端面がパッシベーション膜によって被覆
された半導体レーザにおいて、酸素を組成元素としない
第１の材料からなり該端面に接する第２の薄膜と、酸素
を組成元素とする第２の材料からなり該第１の薄膜の上
に積層された第２の薄膜とから形成された積層膜を、該
パッシベーション膜とすることを特徴とする半導体レー
ザ。
【請求項２】前記第１の材料が、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ及
びＴｉからなる群より選ばれた元素の窒化物であり、前
記第２の材料がＡｌ、Ｓｉ、Ｇａ及びＴｉからなる群よ
り選ばれた元素の酸化物である請求項１に記載の半導体
レーザ。
【請求項３】前記第１の薄膜が０．５〜１０ｎｍの厚
さを有し、前記第２の薄膜が５０〜１０００ｎｍの厚さ
を有する請求項１又は２に記載の半導体レーザ。
【請求項４】請求項１から３のいずれかに記載の半導
体レーザを製造する方法として、前記第１の薄膜をプラ
ズマ・クリーニング作用を有する薄膜形成方法によって
形成する工程を備えたことを特徴とする半導体レーザの
製造方法。
【請求項５】前記第１の薄膜を形成する前記工程に引
き続き、プラズマ・クリーニング作用をする薄膜形成方
法により前記第２の薄膜を形成する工程を備えた請求項
４に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項６】前記薄膜形成方法が、電子サイクロトロ
ン共鳴（ＥＣＲ）プラズマ付着法である請求項４又は５
に記載の半導体レーザの製造方法。