JPH09326527A - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
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- JPH09326527A JPH09326527A JP8144489A JP14448996A JPH09326527A JP H09326527 A JPH09326527 A JP H09326527A JP 8144489 A JP8144489 A JP 8144489A JP 14448996 A JP14448996 A JP 14448996A JP H09326527 A JPH09326527 A JP H09326527A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、レーザ光が共振器端面より出射さ
れる半導体レーザ素子において、誘電体膜パッシベーシ
ョンの際に共振器端面に発生する応力を制御し、安定な
誘電体／半導体界面を形成することによって、ＣＯＤ劣
化を効果的に抑制することができる半導体レーザ素子を
提供することを目的とする。 【解決手段】 一対の共振器端面を有する半導体レーザ
素子において、少なくとも一方の共振器端面に、該端面
に直接積層した第一誘電体膜と、前記第一誘電体膜上に
積層し、共振器端面に対して該誘電体膜とは反対の応力
を示す第二誘電層とを有する半導体レーザ素子。
れる半導体レーザ素子において、誘電体膜パッシベーシ
ョンの際に共振器端面に発生する応力を制御し、安定な
誘電体／半導体界面を形成することによって、ＣＯＤ劣
化を効果的に抑制することができる半導体レーザ素子を
提供することを目的とする。 【解決手段】 一対の共振器端面を有する半導体レーザ
素子において、少なくとも一方の共振器端面に、該端面
に直接積層した第一誘電体膜と、前記第一誘電体膜上に
積層し、共振器端面に対して該誘電体膜とは反対の応力
を示す第二誘電層とを有する半導体レーザ素子。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学損傷による共
振器端面の劣化を抑制し、高出力安定動作を実現する半
導体レーザ素子に関する。
振器端面の劣化を抑制し、高出力安定動作を実現する半
導体レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＡｌＧａＡｓ系およびＡｌＧａＩｎＰ系
の半導体材料によって構成された半導体レーザ素子にお
いて、光出力の増加に伴って共振器端面の劣化（光学損
傷、Catastrophic Optical Damage; COD) が生じること
が知られている。この光学損傷は高出力動作に伴った共
振器端面の温度上昇に起因している。つまり、共振器端
面では表面準位を介してレーザ光が吸収され、局所的に
発熱する。また、この光吸収は共振器端面の酸化および
空格子等の点欠陥の発生によって増加する。温度上昇に
よって端面近傍の禁制帯幅が縮小してさらに光吸収が増
加し、端面温度が上昇する。この正帰還ループによっ
て、ついには共振器端面が溶融して劣化が生じる。
の半導体材料によって構成された半導体レーザ素子にお
いて、光出力の増加に伴って共振器端面の劣化（光学損
傷、Catastrophic Optical Damage; COD) が生じること
が知られている。この光学損傷は高出力動作に伴った共
振器端面の温度上昇に起因している。つまり、共振器端
面では表面準位を介してレーザ光が吸収され、局所的に
発熱する。また、この光吸収は共振器端面の酸化および
空格子等の点欠陥の発生によって増加する。温度上昇に
よって端面近傍の禁制帯幅が縮小してさらに光吸収が増
加し、端面温度が上昇する。この正帰還ループによっ
て、ついには共振器端面が溶融して劣化が生じる。
【０００３】従来、共振器端面での光吸収を抑制するた
めに、レーザ光に対して透明な材料を共振器端面に形成
する種々の窓構造が試みられている。例えば、１９８９
年のアイ・イー・イー・イー・ジャーナル・クォンタム
・エレクトロニクス(IEEE J.Quantum Electron.) 第２
５巻、１４９５〜１４９９頁の報告によれば、共振器端
面での光吸収を抑制するための窓構造を形成するため
に、活性領域における共振器端面のパターニング、選択
エッチング、および埋め込み再成長のプロセスが施され
ている（図６）。
めに、レーザ光に対して透明な材料を共振器端面に形成
する種々の窓構造が試みられている。例えば、１９８９
年のアイ・イー・イー・イー・ジャーナル・クォンタム
・エレクトロニクス(IEEE J.Quantum Electron.) 第２
５巻、１４９５〜１４９９頁の報告によれば、共振器端
面での光吸収を抑制するための窓構造を形成するため
に、活性領域における共振器端面のパターニング、選択
エッチング、および埋め込み再成長のプロセスが施され
ている（図６）。
【０００４】しかしこの方法をＡｌ系の材料を用いた半
導体レーザに適用した場合、再成長界面に強固な酸化膜
が形成されるために再成長界面は界面準位の多い窓構造
となる。これらの界面準位は光吸収を増加させるため
に、ＣＯＤ劣化を効果的に抑制することはできない。ま
た、窓構造を加えることによってレーザ素子構造は大変
複雑になり、各工程の歩留まりによって生産性を著しく
低下させる欠点がある。
導体レーザに適用した場合、再成長界面に強固な酸化膜
が形成されるために再成長界面は界面準位の多い窓構造
となる。これらの界面準位は光吸収を増加させるため
に、ＣＯＤ劣化を効果的に抑制することはできない。ま
た、窓構造を加えることによってレーザ素子構造は大変
複雑になり、各工程の歩留まりによって生産性を著しく
低下させる欠点がある。
【０００５】また、単一材料の誘電体膜パッシベーショ
ンを共振器端面に積層する方法も知られているが、この
方法では、共振器端面の反射率の制御、および大気中か
らの酸化促進を抑制する機能しかない。誘電体膜パッシ
ベーションを用いてＣＯＤ劣化を効果的に抑制するため
には、長期にわたり欠陥の発生しない化学的および熱的
に安定な誘電体／半導体界面を形成することが重要であ
る。
ンを共振器端面に積層する方法も知られているが、この
方法では、共振器端面の反射率の制御、および大気中か
らの酸化促進を抑制する機能しかない。誘電体膜パッシ
ベーションを用いてＣＯＤ劣化を効果的に抑制するため
には、長期にわたり欠陥の発生しない化学的および熱的
に安定な誘電体／半導体界面を形成することが重要であ
る。
【０００６】ここで、共振器端面に発生する応力は長期
高出力動作中に共振器端面に空格子等の点欠陥を発生さ
せてレーザ光が吸収される要因となる。従来の単一材料
による誘電体膜パッシベーションでは、共振器端面に発
生する応力を抑制して、安定な界面を形成することは困
難であった。
高出力動作中に共振器端面に空格子等の点欠陥を発生さ
せてレーザ光が吸収される要因となる。従来の単一材料
による誘電体膜パッシベーションでは、共振器端面に発
生する応力を抑制して、安定な界面を形成することは困
難であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、レーザ光が
共振器端面より出射される半導体レーザ素子において、
誘電体膜パッシベーションの際に共振器端面に発生する
応力を制御し、安定な誘電体／半導体界面を形成するこ
とによって、ＣＯＤ劣化を効果的に抑制することができ
る半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
共振器端面より出射される半導体レーザ素子において、
誘電体膜パッシベーションの際に共振器端面に発生する
応力を制御し、安定な誘電体／半導体界面を形成するこ
とによって、ＣＯＤ劣化を効果的に抑制することができ
る半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、一対の共振器
端面を有する半導体レーザ素子において、少なくとも一
方の共振器端面に、該端面に直接積層した第一誘電体膜
と、前記第一誘電体膜上に積層し、共振器端面に対して
該誘電体膜とは反対の応力を示す第二誘電層とを有する
半導体レーザ素子に関する。
端面を有する半導体レーザ素子において、少なくとも一
方の共振器端面に、該端面に直接積層した第一誘電体膜
と、前記第一誘電体膜上に積層し、共振器端面に対して
該誘電体膜とは反対の応力を示す第二誘電層とを有する
半導体レーザ素子に関する。
【０００９】本発明では、共振器端面に、この端面に対
して反対の応力を有する第一および第二の誘電体膜を積
層し、互いの応力を打ち消しあうことによって共振器端
面の応力歪みを極めて小さくする。即ち、１層のみの誘
電体膜で応力が小さくなるように形成することは、製造
工程上の種々の因子が絡み困難であったが、本発明によ
れば比較的簡単な方法により応力を小さくすることがで
きる。半導体上に誘電体膜を積層したときに生ずる応力
は、製膜時の熱膨張係数差に起因する熱応力と、製膜過
程で発生する材料固有の真応力があるが、本発明によれ
ば、熱応力および材料固有の真応力の両方を打ち消すこ
とができる。その結果、長期高出力動作中の共振器端面
において、応力歪みに起因する空格子欠陥等の点欠陥を
抑制し、安定な誘電体−半導体界面を形成することがで
きるので、ＣＯＤ劣化を効果的に抑制することができ
る。
して反対の応力を有する第一および第二の誘電体膜を積
層し、互いの応力を打ち消しあうことによって共振器端
面の応力歪みを極めて小さくする。即ち、１層のみの誘
電体膜で応力が小さくなるように形成することは、製造
工程上の種々の因子が絡み困難であったが、本発明によ
れば比較的簡単な方法により応力を小さくすることがで
きる。半導体上に誘電体膜を積層したときに生ずる応力
は、製膜時の熱膨張係数差に起因する熱応力と、製膜過
程で発生する材料固有の真応力があるが、本発明によれ
ば、熱応力および材料固有の真応力の両方を打ち消すこ
とができる。その結果、長期高出力動作中の共振器端面
において、応力歪みに起因する空格子欠陥等の点欠陥を
抑制し、安定な誘電体−半導体界面を形成することがで
きるので、ＣＯＤ劣化を効果的に抑制することができ
る。
【００１０】
【発明の実施の形態】第一誘電体膜の材料として、共振
器端面との密着性が良く、レーザの波長において透明性
があり、熱的および化学的に安定であり半導体結晶と容
易に化合しない材料が用いられる。例えば、Ａｌ、Ｓ
ｉ、Ｔｉ等の元素の酸化物、窒化物、炭化物等を挙げる
ことができる。この中でも、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＳｉＮ
x、ＳｉＣ、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2が好ましく、特に製膜時
の応力制御が容易なＡｌ2Ｏ3、ＳｉＮx、ＳｉＣが好ま
しい。
器端面との密着性が良く、レーザの波長において透明性
があり、熱的および化学的に安定であり半導体結晶と容
易に化合しない材料が用いられる。例えば、Ａｌ、Ｓ
ｉ、Ｔｉ等の元素の酸化物、窒化物、炭化物等を挙げる
ことができる。この中でも、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＳｉＮ
x、ＳｉＣ、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2が好ましく、特に製膜時
の応力制御が容易なＡｌ2Ｏ3、ＳｉＮx、ＳｉＣが好ま
しい。
【００１１】第二誘電体膜の材料としては、第一誘電体
膜の材料との密着性が良く、レーザの波長において透明
性があり、熱的および化学的に安定な性質を有するもの
が用いられ、第一誘電体膜に用いられる前記の材料を挙
げることができる。
膜の材料との密着性が良く、レーザの波長において透明
性があり、熱的および化学的に安定な性質を有するもの
が用いられ、第一誘電体膜に用いられる前記の材料を挙
げることができる。
【００１２】第一誘電体膜材料および第二誘電体膜材料
とも、通常は形成条件によって応力が変化し、材料によ
っては引っ張り応力から圧縮応力まで変化する場合もあ
る。従って、第一誘電体膜材料および第二誘電体膜材料
は、異なった材料で形成しても、形成条件を変えて同じ
材料を用いて形成しても良い。しかし、形成条件を変化
させると、応力に加えて、組成、屈折率等の物性値も変
化するので、共振器端面の反射率を高精度に歩留まり良
く制御するためには、異なった材料で形成する方が好ま
しい。
とも、通常は形成条件によって応力が変化し、材料によ
っては引っ張り応力から圧縮応力まで変化する場合もあ
る。従って、第一誘電体膜材料および第二誘電体膜材料
は、異なった材料で形成しても、形成条件を変えて同じ
材料を用いて形成しても良い。しかし、形成条件を変化
させると、応力に加えて、組成、屈折率等の物性値も変
化するので、共振器端面の反射率を高精度に歩留まり良
く制御するためには、異なった材料で形成する方が好ま
しい。
【００１３】第一誘電体膜の膜厚は、必要に応じて適宜
設定できるが、第一誘電膜により発生する歪応力値、お
よび熱的、化学的安定性を考慮して１〜３００ｎｍ、好
ましくは１０〜１００ｎｍ、最も好ましくは１５〜６０
ｎｍである。
設定できるが、第一誘電膜により発生する歪応力値、お
よび熱的、化学的安定性を考慮して１〜３００ｎｍ、好
ましくは１０〜１００ｎｍ、最も好ましくは１５〜６０
ｎｍである。
【００１４】第二誘電体膜の膜厚は、第一誘電体膜の応
力と共振器端面の反射率を考慮し、共振器端面の歪みが
小さく且つ反射率が所定の値になるように、その形成条
件と共に膜厚を調節するのが好ましい。
力と共振器端面の反射率を考慮し、共振器端面の歪みが
小さく且つ反射率が所定の値になるように、その形成条
件と共に膜厚を調節するのが好ましい。
【００１５】第一誘電体膜および第二誘電体膜の形成方
法としては、スパッタ法、ＣＶＤ法、Ｅガン蒸着法等の
方法が挙げられる。この中でも、製膜条件によって誘電
体膜の応力値を比較的容易に制御することができるの
で、スパッタ法が好ましい。
法としては、スパッタ法、ＣＶＤ法、Ｅガン蒸着法等の
方法が挙げられる。この中でも、製膜条件によって誘電
体膜の応力値を比較的容易に制御することができるの
で、スパッタ法が好ましい。
【００１６】
【実施例】以下、実施例によって本発明を詳細に説明す
る。初めにＩｎＧａＡｓ歪量子井戸構造を有する発振波
長０．９８μｍ帯の横モード制御型半導体レーザウェハ
の製造方法について述べる。尚、例えばＧａＡｓ：Ｓｉ
等の表現は、ＳｉドープしたＧａＡｓを示す。
る。初めにＩｎＧａＡｓ歪量子井戸構造を有する発振波
長０．９８μｍ帯の横モード制御型半導体レーザウェハ
の製造方法について述べる。尚、例えばＧａＡｓ：Ｓｉ
等の表現は、ＳｉドープしたＧａＡｓを示す。
【００１７】図１に、半導体レーザウェハの断面構造を
示す。半導体レーザウェハは、常圧ＭＯＶＰＥ装置によ
って成長する。ＳｉドープしたＧａＡｓ（００１）基板
１上にＧａＡｓ：Ｓｉバッファー層２（不純物濃度＝１
×１０18ｃｍ-3）を０．５μｍ、Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａ
ｓ：Ｓｉクラッド層３（不純物濃度＝１×１０17ｃ
ｍ -3）を２μｍ、成長温度７００℃、Ｖ族元素／III 族
元素比１００（Ｖ族元素の原料の供給量とIII 族元素の
原料の供給量の比が１００：１であることを示す。）で
成長する。
示す。半導体レーザウェハは、常圧ＭＯＶＰＥ装置によ
って成長する。ＳｉドープしたＧａＡｓ（００１）基板
１上にＧａＡｓ：Ｓｉバッファー層２（不純物濃度＝１
×１０18ｃｍ-3）を０．５μｍ、Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａ
ｓ：Ｓｉクラッド層３（不純物濃度＝１×１０17ｃ
ｍ -3）を２μｍ、成長温度７００℃、Ｖ族元素／III 族
元素比１００（Ｖ族元素の原料の供給量とIII 族元素の
原料の供給量の比が１００：１であることを示す。）で
成長する。
【００１８】次に、成長温度を６８０℃、Ｖ族元素／II
I 族元素比を８０（Ｖ族元素の原料の供給量とIII 族元
素の原料の供給量の比が８０：１であることを示す。）
でＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ光ガイド層４を４０ｎｍ、Ｇａ
Ａｓバリア層５を２０ｎｍ、Ｉｎ0.24Ｇａ0.76Ａｓ活性
層６を４．５ｎｍ、ＧａＡｓバリア層７を５ｎｍ、Ｉｎ
0.24Ｇａ0.76Ａｓ活性層８を４．５ｎｍ、ＧａＡｓバリ
ア層９を２０ｎｍで順次成長する。続いて、Ａｌ0.2 Ｇ
ａ0.8 Ａｓ光ガイド層１０を４０ｎｍ、Ａｌ0. 4 Ｇａ
0.6 Ａｓ：Ｍｇクラッド層１１（不純物濃度＝１×１０
18ｃｍ-3）を１．５μｍ、ＧａＡｓ：Ｍｇキャップ層１
２（不純物濃度＝１×１０19ｃｍ-3）を１μｍ、気相成
長させる。
I 族元素比を８０（Ｖ族元素の原料の供給量とIII 族元
素の原料の供給量の比が８０：１であることを示す。）
でＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ光ガイド層４を４０ｎｍ、Ｇａ
Ａｓバリア層５を２０ｎｍ、Ｉｎ0.24Ｇａ0.76Ａｓ活性
層６を４．５ｎｍ、ＧａＡｓバリア層７を５ｎｍ、Ｉｎ
0.24Ｇａ0.76Ａｓ活性層８を４．５ｎｍ、ＧａＡｓバリ
ア層９を２０ｎｍで順次成長する。続いて、Ａｌ0.2 Ｇ
ａ0.8 Ａｓ光ガイド層１０を４０ｎｍ、Ａｌ0. 4 Ｇａ
0.6 Ａｓ：Ｍｇクラッド層１１（不純物濃度＝１×１０
18ｃｍ-3）を１．５μｍ、ＧａＡｓ：Ｍｇキャップ層１
２（不純物濃度＝１×１０19ｃｍ-3）を１μｍ、気相成
長させる。
【００１９】次に、図２、３を用いて上述の半導体レー
ザウェハを横モード制御型レーザに加工する工程を示
す。図２は、［−１１０］方向のメサストライプが形成
された後の半導体レーザウェハの（−１１０）断面図を
示す。
ザウェハを横モード制御型レーザに加工する工程を示
す。図２は、［−１１０］方向のメサストライプが形成
された後の半導体レーザウェハの（−１１０）断面図を
示す。
【００２０】まず、図１に示した半導体レーザウェハの
最上層のＧａＡｓキャップ層にＳｉＯ2 を成膜し、フォ
トリソグラフィ技術によって図２に示す［−１１０］方
向に幅４μｍのＳｉＯ2 ストライプ１３を形成する。こ
のＳｉＯ2 ストライプをマスクとする選択エッチング技
術によってＡｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ：Ｍｇクラッド層１１
が０．３μｍ残る深さまでエッチングして、図２の断面
図に示すメサストライプが形成される。
最上層のＧａＡｓキャップ層にＳｉＯ2 を成膜し、フォ
トリソグラフィ技術によって図２に示す［−１１０］方
向に幅４μｍのＳｉＯ2 ストライプ１３を形成する。こ
のＳｉＯ2 ストライプをマスクとする選択エッチング技
術によってＡｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ：Ｍｇクラッド層１１
が０．３μｍ残る深さまでエッチングして、図２の断面
図に示すメサストライプが形成される。
【００２１】続いて、上記ＳｉＯ2 ストライプをマスク
とした選択成長技術によって、図３に示すようなメサス
トライプの側部を膜厚０．８μｍのＡｌ0.6 Ｇａ0.4 Ａ
ｓ：Ｓｉ電流ブロック層１４（不純物濃度＝１×１０18
ｃｍ-3）、および膜厚０．８μｍのＧａＡｓ：Ｓｉ電流
ブロック層１５（不純物濃度＝１×１０18ｃｍ-3）で順
次埋め込み成長を行う。
とした選択成長技術によって、図３に示すようなメサス
トライプの側部を膜厚０．８μｍのＡｌ0.6 Ｇａ0.4 Ａ
ｓ：Ｓｉ電流ブロック層１４（不純物濃度＝１×１０18
ｃｍ-3）、および膜厚０．８μｍのＧａＡｓ：Ｓｉ電流
ブロック層１５（不純物濃度＝１×１０18ｃｍ-3）で順
次埋め込み成長を行う。
【００２２】さらに、ＳｉＯ2 マスクを除去した後、膜
厚１μｍのＧａＡｓ：Ｍｇキャップ層１６（不純物濃度
＝１×１０19ｃｍ-3）を成長して、横モード制御型半導
体レーザウェハを得る。このレーザウェハの両面にコン
タクト電極を蒸着し、その後、レーザのストライプに直
交する［１１０］方向に共振器長が７００μｍになるよ
うに劈開して、レーザバーを得る。
厚１μｍのＧａＡｓ：Ｍｇキャップ層１６（不純物濃度
＝１×１０19ｃｍ-3）を成長して、横モード制御型半導
体レーザウェハを得る。このレーザウェハの両面にコン
タクト電極を蒸着し、その後、レーザのストライプに直
交する［１１０］方向に共振器長が７００μｍになるよ
うに劈開して、レーザバーを得る。
【００２３】次に、共振器端面における応力を低減させ
て、長期高出力動作において安定な誘電体／半導体界面
を実現するパッシベーション方法について説明する。誘
電体の堆積には多極スパッタ装置を用いた。上述の半導
体材料からなる０．９８μｍ帯歪量子井戸レーザバー１
７に、図４に示すようにまず初めに第一誘電体膜として
膜厚５５ｍｍのＡｌ2 Ｏ3 膜１８を成膜温度１５０℃、
スパッタパワー密度３．５Ｗ／ｃｍ2 でレーザ光の出射
面である前面の共振器端面上に堆積する。
て、長期高出力動作において安定な誘電体／半導体界面
を実現するパッシベーション方法について説明する。誘
電体の堆積には多極スパッタ装置を用いた。上述の半導
体材料からなる０．９８μｍ帯歪量子井戸レーザバー１
７に、図４に示すようにまず初めに第一誘電体膜として
膜厚５５ｍｍのＡｌ2 Ｏ3 膜１８を成膜温度１５０℃、
スパッタパワー密度３．５Ｗ／ｃｍ2 でレーザ光の出射
面である前面の共振器端面上に堆積する。
【００２４】このとき、この成膜条件ではＡｌ2 Ｏ3 膜
全体にわたって、３×１０8 ｄｙｎ／ｃｍ2 の圧縮応力
が発生する。この誘電体膜に発生する応力は、レーザ素
子の長期高出力動作中に空格子等の点欠陥を共振器端面
に発生させ、やがてはＣＯＤ劣化を引き起こす。よっ
て、レーザ素子の長期信頼性を実現するためには、この
応力を低減し点欠陥が発生しない安定な誘電体／半導体
界面を形成することが必要である。
全体にわたって、３×１０8 ｄｙｎ／ｃｍ2 の圧縮応力
が発生する。この誘電体膜に発生する応力は、レーザ素
子の長期高出力動作中に空格子等の点欠陥を共振器端面
に発生させ、やがてはＣＯＤ劣化を引き起こす。よっ
て、レーザ素子の長期信頼性を実現するためには、この
応力を低減し点欠陥が発生しない安定な誘電体／半導体
界面を形成することが必要である。
【００２５】そこで、Ａｌ2 Ｏ3 膜の堆積によって発生
した応力を低減し、かつ、共振器端面の反射率を制御す
るために、第二誘電体膜として膜厚９０ｎｍのＳｉＮx
膜１９を成膜温度１５０℃、スパッタパワー密度４Ｗ／
ｃｍ2 で堆積する。この成膜条件では、ＳｉＮx 膜に
２．７×１０8 ｄｙｎ／ｃｍ2 の引っ張り応力が発生す
るために、Ａｌ2 Ｏ3 膜とＳｉＮx 膜とを積層すること
によって全体の応力は３×１０7 ｄｙｎ／ｃｍ2 に低減
することができる。
した応力を低減し、かつ、共振器端面の反射率を制御す
るために、第二誘電体膜として膜厚９０ｎｍのＳｉＮx
膜１９を成膜温度１５０℃、スパッタパワー密度４Ｗ／
ｃｍ2 で堆積する。この成膜条件では、ＳｉＮx 膜に
２．７×１０8 ｄｙｎ／ｃｍ2 の引っ張り応力が発生す
るために、Ａｌ2 Ｏ3 膜とＳｉＮx 膜とを積層すること
によって全体の応力は３×１０7 ｄｙｎ／ｃｍ2 に低減
することができる。
【００２６】また、前面の共振器端面における反射率は
３％となる。Ａｌ2 Ｏ3 膜およびＳｉＮx 膜に発生する
応力は、成膜条件によってその値を変化させることがで
きるが、圧縮応力から引っ張り応力、または引っ張り応
力から圧縮応力まで広範囲で応力値を制御することは、
材料の固有の物性から非常に困難である。そこで、反対
の応力を有する材料を組み合わせることによって、共振
器端面に発生する全体の応力を低減することが重要であ
る。
３％となる。Ａｌ2 Ｏ3 膜およびＳｉＮx 膜に発生する
応力は、成膜条件によってその値を変化させることがで
きるが、圧縮応力から引っ張り応力、または引っ張り応
力から圧縮応力まで広範囲で応力値を制御することは、
材料の固有の物性から非常に困難である。そこで、反対
の応力を有する材料を組み合わせることによって、共振
器端面に発生する全体の応力を低減することが重要であ
る。
【００２７】続いて、図５のように裏面の共振器端面に
はＡｌ2 Ｏ3 膜２０とアモルファスＳｉ膜２１とからな
る多層膜を積層することによって９５％の光反射率を得
ることができる。このとき、Ａｌ2 Ｏ3 膜とアモルファ
スＳｉ膜は、成膜温度１２０℃、スパッタパワー密度は
それぞれ８．５および６Ｗ／ｃｍ2 で積層した。
はＡｌ2 Ｏ3 膜２０とアモルファスＳｉ膜２１とからな
る多層膜を積層することによって９５％の光反射率を得
ることができる。このとき、Ａｌ2 Ｏ3 膜とアモルファ
スＳｉ膜は、成膜温度１２０℃、スパッタパワー密度は
それぞれ８．５および６Ｗ／ｃｍ2 で積層した。
【００２８】なお、前面の共振器端面に応用した第一誘
電体膜および第二誘電体膜の材料、および膜厚を変化す
ることによって、全体の応力値および反射率を変えるこ
とができる。例えば、第一誘電体膜として引っ張り応力
の発生するＳｉＮx 膜を用いた場合には、第二誘電体膜
として圧縮応力の発生するＡｌ2 Ｏ3 膜を積層すること
によって、共振器端面全体に発生する応力を低減するこ
とができる。
電体膜および第二誘電体膜の材料、および膜厚を変化す
ることによって、全体の応力値および反射率を変えるこ
とができる。例えば、第一誘電体膜として引っ張り応力
の発生するＳｉＮx 膜を用いた場合には、第二誘電体膜
として圧縮応力の発生するＡｌ2 Ｏ3 膜を積層すること
によって、共振器端面全体に発生する応力を低減するこ
とができる。
【００２９】さらに、第一誘電体膜に圧縮応力の発生す
るＳｉＣ膜を用いた場合には、第二誘電体膜として引っ
張り応力の発生するＳｉＮx 膜を積層することによっ
て、全体の応力値を低減することができる。
るＳｉＣ膜を用いた場合には、第二誘電体膜として引っ
張り応力の発生するＳｉＮx 膜を積層することによっ
て、全体の応力値を低減することができる。
【００３０】つまり、共振器端面に発生する応力を低減
するためには応力方向の異なる材料を組み合わせて、応
力を打ち消すことが重要である。第一および第二誘電体
膜に用いる材料には、それぞれの材料の応力値およびバ
ッシベーション後の共振器端面の反射率より、Ａｌ2 Ｏ
3 、ＳｉＮx 、ＳｉＣ、ＳｉＯ2 、ＴｉＯ2 、ＡｌＮの
材料を用いることができる。
するためには応力方向の異なる材料を組み合わせて、応
力を打ち消すことが重要である。第一および第二誘電体
膜に用いる材料には、それぞれの材料の応力値およびバ
ッシベーション後の共振器端面の反射率より、Ａｌ2 Ｏ
3 、ＳｉＮx 、ＳｉＣ、ＳｉＯ2 、ＴｉＯ2 、ＡｌＮの
材料を用いることができる。
【００３１】また、この応力を低減する誘電体膜パッシ
ベーションは０．９８μｍ帯半導体レーザだけでなく、
その他の波長帯の半導体レーザ（０．６〜０．８μｍ帯
半導体レーザ）にも適用可能である。
ベーションは０．９８μｍ帯半導体レーザだけでなく、
その他の波長帯の半導体レーザ（０．６〜０．８μｍ帯
半導体レーザ）にも適用可能である。
【００３２】
【発明の効果】本発明によれば、共振器端面での光吸収
の増加を抑制することで、レーザ素子の長期信頼性を向
上することができる。また、本発明のレーザ素子は、複
雑な加工プロセスを経る必要がなく、従来から行われて
いる誘電体膜パッシベーションとほぼ同じ工程数ですむ
ので生産性良く製造することができる。
の増加を抑制することで、レーザ素子の長期信頼性を向
上することができる。また、本発明のレーザ素子は、複
雑な加工プロセスを経る必要がなく、従来から行われて
いる誘電体膜パッシベーションとほぼ同じ工程数ですむ
ので生産性良く製造することができる。
【図１】半導体レーザウェハの層構造を示した図であ
る。
る。
【図２】半導体レーザウェハをＳｉＯ2 ストライプによ
って選択エッチングしたときの断面図である。
って選択エッチングしたときの断面図である。
【図３】選択エッチングした半導体レーザウェハに埋め
込み再成長したときの断面図である。
込み再成長したときの断面図である。
【図４】半導体レーザバーにおいて誘電体膜のコーティ
ングを説明する図である。
ングを説明する図である。
【図５】半導体レーザバーにおいて誘電体膜のコーティ
ングを説明する図である。
ングを説明する図である。
【図６】従来例による半導体レーザ素子を示す図であ
る。
る。
１ ＧａＡｓ（００１）基板 ２ ＧａＡｓ：Ｓｉバッファー層 ３ Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ：Ｓｉクラッド層 ４ Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ光ガイド層 ５ ＧａＡｓバリア層 ６ Ｉｎ0.24Ｇａ0.76Ａｓ活性層 ７ ＧａＡｓバリア層 ８ Ｉｎ0.24Ｇａ0.76Ａｓ活性層 ９ ＧａＡｓバリア層 １０ Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ光ガイド層 １１ Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ：Ｍｇクラッド層 １２ ＧａＡｓ：Ｍｇキャップ層 １３ ＳｉＯ2 ストライプ １４ Ａｌ0.6 Ｇａ0.4 Ａｓ：Ｓｉ電流ブロック層 １５ ＧａＡｓ：Ｓｉ電流ブロック層 １６ ＧａＡｓ：Ｍｇキャップ層 １７ 半導体レーザバー １８ Ａｌ2 Ｏ3 膜 １９ ＳｉＮx 膜 ２０ Ａｌ2 Ｏ3 膜 ２１ アモルファスＳｉ層
Claims (3)
- 【請求項１】 一対の共振器端面を有する半導体レーザ
素子において、 少なくとも一方の共振器端面に、 該端面に直接積層した第一誘電体膜と、 前記第一誘電体膜上に積層し、共振器端面に対して該誘
電体膜とは反対の応力を示す第二誘電層とを有する半導
体レーザ素子。 - 【請求項２】 第一誘電体膜材料および第二誘電体膜材
料が、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＮx、ＳｉＣのいずれかで形成さ
れている請求項１記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項３】 前記第一誘電体膜の膜厚が１〜３００ｎ
ｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の半
導体レーザ素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8144489A JP2870486B2 (ja) | 1996-06-06 | 1996-06-06 | 半導体レーザ素子 |
| US08/869,886 US5943356A (en) | 1996-06-06 | 1997-06-05 | Semiconductor laser with front face covered with laminated dielectric layers which produce oppositely acting stresses |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8144489A JP2870486B2 (ja) | 1996-06-06 | 1996-06-06 | 半導体レーザ素子 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09326527A true JPH09326527A (ja) | 1997-12-16 |
| JP2870486B2 JP2870486B2 (ja) | 1999-03-17 |
Family
ID=15363527
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8144489A Expired - Lifetime JP2870486B2 (ja) | 1996-06-06 | 1996-06-06 | 半導体レーザ素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5943356A (ja) |
| JP (1) | JP2870486B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH11284271A (ja) * | 1998-03-30 | 1999-10-15 | Toshiba Electronic Engineering Corp | 半導体レーザおよびその製造方法 |
| JP2000036633A (ja) * | 1999-07-16 | 2000-02-02 | Toshiba Electronic Engineering Corp | 半導体レ―ザ |
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| US7003009B2 (en) | 2002-03-11 | 2006-02-21 | Sony Corporation | Semiconductor laser device |
| US7697585B2 (en) | 2006-01-30 | 2010-04-13 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser diode |
| US7826507B2 (en) | 2007-05-01 | 2010-11-02 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor laser device including highly reflective coating film |
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| JP2001068780A (ja) * | 1999-08-30 | 2001-03-16 | Fuji Photo Film Co Ltd | 半導体レーザ素子およびその製造方法 |
| JP2001257413A (ja) * | 2000-03-14 | 2001-09-21 | Toshiba Electronic Engineering Corp | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
| US7470462B2 (en) * | 2004-02-20 | 2008-12-30 | Rochester Institute Of Technology | Method to control residual stress in a film structure and a system thereof |
| WO2006104980A2 (en) | 2005-03-25 | 2006-10-05 | Trumpf Photonics Inc. | Laser facet passivation |
| JP2007109737A (ja) * | 2005-10-11 | 2007-04-26 | Toshiba Corp | 窒化物半導体レーザ装置及びその製造方法 |
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| JPH02162788A (ja) * | 1988-12-15 | 1990-06-22 | Fujitsu Ltd | 光半導体装置の保護膜形成方法 |
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| JPH06268327A (ja) * | 1993-03-17 | 1994-09-22 | Hitachi Ltd | 半導体発光素子 |
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-
1996
- 1996-06-06 JP JP8144489A patent/JP2870486B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1997
- 1997-06-05 US US08/869,886 patent/US5943356A/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5943356A (en) | 1999-08-24 |
| JP2870486B2 (ja) | 1999-03-17 |
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