JPH10190139A - 半導体レーザ素子の製造方法 - Google Patents
半導体レーザ素子の製造方法Info
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- JPH10190139A JPH10190139A JP8341222A JP34122296A JPH10190139A JP H10190139 A JPH10190139 A JP H10190139A JP 8341222 A JP8341222 A JP 8341222A JP 34122296 A JP34122296 A JP 34122296A JP H10190139 A JPH10190139 A JP H10190139A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高出力動作時に、共振器端面におけるＣＯＤ
劣化の発生を抑制して、長期安定動作する半導体レーザ
素子を実現する。 【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、少なくとも一つの共振器端面に、酸化物
系、窒化物系、及び炭化物系誘電体材料の少なくとも二
つを混合した薄膜を積層することを特徴とする。
劣化の発生を抑制して、長期安定動作する半導体レーザ
素子を実現する。 【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、少なくとも一つの共振器端面に、酸化物
系、窒化物系、及び炭化物系誘電体材料の少なくとも二
つを混合した薄膜を積層することを特徴とする。
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系及び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に劣化（光学損
傷、Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄａ
ｍａｇｅ；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及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レーザ光の吸収が増加し、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。
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に劣化（光学損
傷、Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄａ
ｍａｇｅ；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及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レーザ光の吸収が増加し、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２５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、及び埋め込み再成
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２５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、及び埋め込み再成
長のプロセスが施されている（図６）。
【０００４】一方、誘電体膜パッシベーションにおいて
は共振器端面の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及ぶ熱的に安
定な誘電体／半導体界面を形成することが重要である。
しかし、通常行われる誘電体膜パッシベーションでは、
共振器端面の反射率の制御、及び大気中からの酸化の促
進を抑制するだけであり、高出力動作時におけるＣＯＤ
劣化を効果的に抑制することはできなかった。
は共振器端面の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及ぶ熱的に安
定な誘電体／半導体界面を形成することが重要である。
しかし、通常行われる誘電体膜パッシベーションでは、
共振器端面の反射率の制御、及び大気中からの酸化の促
進を抑制するだけであり、高出力動作時におけるＣＯＤ
劣化を効果的に抑制することはできなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来、半導体レーザの端面劣化を抑制するためには端面で
の光吸収を抑制するための窓構造の形成が必要であっ
た。しかし、この窓構造の形成には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、及び埋め込
み再成長のプロセス加工が必要となる。Ａｌ系の材料を
用いた半導体レーザでは、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。そして、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。
来、半導体レーザの端面劣化を抑制するためには端面で
の光吸収を抑制するための窓構造の形成が必要であっ
た。しかし、この窓構造の形成には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、及び埋め込
み再成長のプロセス加工が必要となる。Ａｌ系の材料を
用いた半導体レーザでは、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。そして、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。
【０００６】また、通常行われる単一材料の誘電体膜パ
ッシベーションは、共振器端面の反射率の制御、及び大
気中からの酸化促進を抑制するだけである。誘電体膜パ
ッシベーションにおいて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及び熱
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。しかし、酸化物系、窒化物系、及び炭化物系の単
一材料を用いた場合には、化学的及び熱的に安定な誘電
体／半導体界面を実現することは困難であった。
ッシベーションは、共振器端面の反射率の制御、及び大
気中からの酸化促進を抑制するだけである。誘電体膜パ
ッシベーションにおいて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及び熱
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。しかし、酸化物系、窒化物系、及び炭化物系の単
一材料を用いた場合には、化学的及び熱的に安定な誘電
体／半導体界面を実現することは困難であった。
【０００７】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、酸化物系、窒化物
系、炭化物系の誘電体材料より少なくとも二つの材料系
を同時に混合成膜して共振器端面に堆積することによっ
て、化学的かつ熱的に安定な誘電体／半導体界面を形成
して、共振器端面ＣＯＤ劣化を効果的に抑制するもので
ある。
される半導体レーザ素子において、酸化物系、窒化物
系、炭化物系の誘電体材料より少なくとも二つの材料系
を同時に混合成膜して共振器端面に堆積することによっ
て、化学的かつ熱的に安定な誘電体／半導体界面を形成
して、共振器端面ＣＯＤ劣化を効果的に抑制するもので
ある。
【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
つの共振器端面に、酸化物系、窒化物系、及び炭化物系
誘電体材料の少なくとも二つの材料系を同時に混合成膜
することによって化学的かつ熱的に安定な誘電体／半導
体界面を形成して、半導体レーザ素子の高出力長期安定
動作を実現する、半導体レーザ素子の製造方法を提供
し、さらに、器端面を有する半導体レーザ素子のおい
て、少なくとも一つの共振器端面に、酸化物系、窒化物
系、及び炭化物系誘電体材料の少なくとも二つを混合し
た誘電体薄膜を積層した後に、前記誘電体薄膜とは構成
材料又は組成比が異なる誘電体又は半導体材料を積層す
る半導体レーザ素子の製造方法を提供する。
端面を有する半導体レーザ素子において、少なくとも一
つの共振器端面に、酸化物系、窒化物系、及び炭化物系
誘電体材料の少なくとも二つの材料系を同時に混合成膜
することによって化学的かつ熱的に安定な誘電体／半導
体界面を形成して、半導体レーザ素子の高出力長期安定
動作を実現する、半導体レーザ素子の製造方法を提供
し、さらに、器端面を有する半導体レーザ素子のおい
て、少なくとも一つの共振器端面に、酸化物系、窒化物
系、及び炭化物系誘電体材料の少なくとも二つを混合し
た誘電体薄膜を積層した後に、前記誘電体薄膜とは構成
材料又は組成比が異なる誘電体又は半導体材料を積層す
る半導体レーザ素子の製造方法を提供する。
【０００９】そしてさらに、上述の製造方法において、
酸化物系、窒化物系、及び炭化物系誘電体材料の少なく
とも二つの材料系を同一のターゲト上に形成し、スパッ
タ法によって異種材料系の混合薄膜を共振器端面に積層
する方法と、酸化物系誘電体材料としてＡｌ2 Ｏ3 、窒
化物系材料としてＳｉＮx 及び炭化物系材料としてＴａ
Ｃを混合した誘電体薄膜を共振器端面に積層する方法
と、さらに、共振器端面に積層した混合した誘電体薄膜
上に積層させる材料が、Ａｌ2 Ｏ3 ，ＳｉＯ2 ，ＳｉＮ
x ，Ｓｉ，ＡｌＧａＩｎＡｓＰのいずれかである半導体
レーザ素子の製造方法を提供する。
酸化物系、窒化物系、及び炭化物系誘電体材料の少なく
とも二つの材料系を同一のターゲト上に形成し、スパッ
タ法によって異種材料系の混合薄膜を共振器端面に積層
する方法と、酸化物系誘電体材料としてＡｌ2 Ｏ3 、窒
化物系材料としてＳｉＮx 及び炭化物系材料としてＴａ
Ｃを混合した誘電体薄膜を共振器端面に積層する方法
と、さらに、共振器端面に積層した混合した誘電体薄膜
上に積層させる材料が、Ａｌ2 Ｏ3 ，ＳｉＯ2 ，ＳｉＮ
x ，Ｓｉ，ＡｌＧａＩｎＡｓＰのいずれかである半導体
レーザ素子の製造方法を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明における実施の形態を以下
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。
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。
【００１１】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／III 比１００
で成長する。次に、成長温度を６８０℃、Ｖ／III 比を
８０でＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ光ガイド層４を４０ｎｍ、
ＧａＡｓ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、
Ｉｎ0.24Ｇａ0.76Ａｓ活性層８を４．５ｎｍ、ＧａＡｓ
バリア層９を２ｎｍ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ギャップ層１
２（不純物濃度＝１×１０19ｃｍ-3）を１μｍ、気相成
長させる。
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／III 比１００
で成長する。次に、成長温度を６８０℃、Ｖ／III 比を
８０でＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ光ガイド層４を４０ｎｍ、
ＧａＡｓ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、
Ｉｎ0.24Ｇａ0.76Ａｓ活性層８を４．５ｎｍ、ＧａＡｓ
バリア層９を２ｎｍ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ギャップ層１
２（不純物濃度＝１×１０19ｃｍ-3）を１μｍ、気相成
長させる。
【００１２】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−ザウェハの（−１１０）断面図を
示す。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Ｓｉ
Ｏ2 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。
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−ザウェハの（−１１０）断面図を
示す。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Ｓｉ
Ｏ2 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。
【００１３】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）、及び膜厚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。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
イプに直行する［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。
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）、及び膜厚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。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
イプに直行する［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。
【００１４】次に、劈開によって得られた共振器端面に
誘電体材料の混合薄膜を形成し、化学的かつ熱的に安定
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。誘電体材料の混合薄膜堆積には、マ
グネトロンＲＦスパッタ装置を用いた。図４に、薄膜堆
積に用いたスパッタターゲット１７を示す。ここで、タ
ーゲットの領域を分割して、Ａｌ2 Ｏ3 １８、ＳｉＮx
１９、及びＴａＣ２０を同一ターゲット上に形成するこ
とによって、Ａｌ2 Ｏ3 ，ＳｉＮx 及びＴａＣが同時に
混合成膜され、Ａｌx Ｓｉy Ｔａl-x-y Ｏm Ｎn Ｃ
l-m-n 混合薄膜（ｘ，ｙ，ｍ，ｎ：組成比）が得られ
る。また、ターゲット上での各種材料の露出面積を変化
させることによって、成膜される混合薄膜元素の組成比
（ｘ，ｙ，ｍ，ｎ）を制御することができる。図５に示
すように、半導体レーザバー２１の共振器端面にＡｌx
Ｓｉy Ｔａl-x-y Ｏm Ｎn Ｃl-m-n 混合薄膜２２を成膜
温度１５０℃、成膜時のスパッタパワー密度６Ｗ／ｃｍ
2 で膜厚４５ｎｍ堆積させた。続いて、この混合薄膜上
にＡｌ2 Ｏ3 膜２３を８０ｎｍ積層して、レーザ光が出
射される前面の共振器端面における反射率が３％となる
ように制御した。なお、共振器端面の反射率を任意に制
御し、かつ、混合薄膜を熱的及び化学的に保護する目的
から、上述したＡｌ2 Ｏ3 膜２３以外にＳｉＯ2 ，Ｓｉ
Ｎx ，Ｓｉ，ＡｌＧａＩｎＡｓＰの材料を積層すること
も可能である。
誘電体材料の混合薄膜を形成し、化学的かつ熱的に安定
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。誘電体材料の混合薄膜堆積には、マ
グネトロンＲＦスパッタ装置を用いた。図４に、薄膜堆
積に用いたスパッタターゲット１７を示す。ここで、タ
ーゲットの領域を分割して、Ａｌ2 Ｏ3 １８、ＳｉＮx
１９、及びＴａＣ２０を同一ターゲット上に形成するこ
とによって、Ａｌ2 Ｏ3 ，ＳｉＮx 及びＴａＣが同時に
混合成膜され、Ａｌx Ｓｉy Ｔａl-x-y Ｏm Ｎn Ｃ
l-m-n 混合薄膜（ｘ，ｙ，ｍ，ｎ：組成比）が得られ
る。また、ターゲット上での各種材料の露出面積を変化
させることによって、成膜される混合薄膜元素の組成比
（ｘ，ｙ，ｍ，ｎ）を制御することができる。図５に示
すように、半導体レーザバー２１の共振器端面にＡｌx
Ｓｉy Ｔａl-x-y Ｏm Ｎn Ｃl-m-n 混合薄膜２２を成膜
温度１５０℃、成膜時のスパッタパワー密度６Ｗ／ｃｍ
2 で膜厚４５ｎｍ堆積させた。続いて、この混合薄膜上
にＡｌ2 Ｏ3 膜２３を８０ｎｍ積層して、レーザ光が出
射される前面の共振器端面における反射率が３％となる
ように制御した。なお、共振器端面の反射率を任意に制
御し、かつ、混合薄膜を熱的及び化学的に保護する目的
から、上述したＡｌ2 Ｏ3 膜２３以外にＳｉＯ2 ，Ｓｉ
Ｎx ，Ｓｉ，ＡｌＧａＩｎＡｓＰの材料を積層すること
も可能である。
【００１５】続いて、裏面の共振器端面にはＡｌ2 Ｏ3
膜２４とアモルファスＳｉ膜２５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２４とアモルファスＳｉ膜２
５は、成膜温度１２０℃、スパッタパワー密度はそれぞ
れ８．５及び６Ｗ／ｃｍ2 で積層した。最後に、個々の
レーザ素子を劈開によって分割し、ヒートシンクに融着
することによって本発明のレーザ素子は完成する。
膜２４とアモルファスＳｉ膜２５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２４とアモルファスＳｉ膜２
５は、成膜温度１２０℃、スパッタパワー密度はそれぞ
れ８．５及び６Ｗ／ｃｍ2 で積層した。最後に、個々の
レーザ素子を劈開によって分割し、ヒートシンクに融着
することによって本発明のレーザ素子は完成する。
【００１６】本発明における混合薄膜を用いた誘電体パ
ッシベーションは、０．９８μｍ帯半導体レーザだけで
なく、ＡｌＧａＩｎＮ系、ＺｎＣｄＭｇＳＳｅＴｅ系及
びＡｌＧａＩｎＡｓＰ系の材料によって構成されるその
他の波長帯の半導体レーザ素子（０．４〜０．８μｍ帯
半導体レーザ）にも適用可能である。なお、レーザ素子
の材料系の違いによって、薄膜組成及び成膜条件を最適
化する必要がある。
ッシベーションは、０．９８μｍ帯半導体レーザだけで
なく、ＡｌＧａＩｎＮ系、ＺｎＣｄＭｇＳＳｅＴｅ系及
びＡｌＧａＩｎＡｓＰ系の材料によって構成されるその
他の波長帯の半導体レーザ素子（０．４〜０．８μｍ帯
半導体レーザ）にも適用可能である。なお、レーザ素子
の材料系の違いによって、薄膜組成及び成膜条件を最適
化する必要がある。
【００１７】
【発明の効果】従来、半導体レーザ素子における共振器
端面の劣化を抑制するために、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提案されて
きた。しかし、窓構造を形成するためにはレーザ素子の
活性領域へのパターニング、選択エッチング、及び埋め
込み再成長の加工プロセスが必要であった。これらのプ
ロセスにより、特にＡｌ系の材料を有するレーザ素子で
は酸化によって界面準位が増加していた。これは、共振
器端面での光吸収を増加させて、充分なＣＯＤ劣化抑制
効果を得ることはできなかった。さらに、これらの窓構
造はレーザ素子構造を複雑にし、各工程の歩留まりによ
って生産性を著しく低下させていた。
端面の劣化を抑制するために、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提案されて
きた。しかし、窓構造を形成するためにはレーザ素子の
活性領域へのパターニング、選択エッチング、及び埋め
込み再成長の加工プロセスが必要であった。これらのプ
ロセスにより、特にＡｌ系の材料を有するレーザ素子で
は酸化によって界面準位が増加していた。これは、共振
器端面での光吸収を増加させて、充分なＣＯＤ劣化抑制
効果を得ることはできなかった。さらに、これらの窓構
造はレーザ素子構造を複雑にし、各工程の歩留まりによ
って生産性を著しく低下させていた。
【００１８】また、通常行なわれる誘電体膜パッシベー
ションでは、共振器端面の反射率を抑制し、大気中から
の端面の酸化促進を抑制するだけで、端面劣化寿命の大
幅な改善は実現されていなかった。誘電体膜パッシベー
ションにおいては化学的及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が、酸化物系、窒化
物系、及び炭化物系の単一材料における誘電体膜ではそ
の実現が困難であった。例えば、酸化物系材料としてＡ
ｌ2 Ｏ3 を用いた場合には、薄膜材料は化学的に安定で
あるが、成膜時において半導体表面にダメージが導入さ
れやすい。この半導体表面におけるダメージにより、レ
ーザ光の吸収が増加してやがては共振器端面にＣＯＤ劣
化を発生させる。また、窒化物系材料としてＳｉＮx を
用いた場合には、成膜時に半導体表面に導入されるダメ
ージは比較的少ないが、誘電体／半導体界面での密着性
が劣るために、長期的な安定動作を実現することは困難
である。一方、炭化物系材料としてＴａＣを用いた場合
には、界面の密着性は比較的優れているが、その反面、
誘電体／半導体界面での相互拡散が生じやすく、熱的安
定性に問題がある。つまり、単一材料における誘電体膜
パッシベーションでは化学的及び熱的に安定な誘電体／
半導体界面を実現する条件を全て満足することは困難で
ある。
ションでは、共振器端面の反射率を抑制し、大気中から
の端面の酸化促進を抑制するだけで、端面劣化寿命の大
幅な改善は実現されていなかった。誘電体膜パッシベー
ションにおいては化学的及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が、酸化物系、窒化
物系、及び炭化物系の単一材料における誘電体膜ではそ
の実現が困難であった。例えば、酸化物系材料としてＡ
ｌ2 Ｏ3 を用いた場合には、薄膜材料は化学的に安定で
あるが、成膜時において半導体表面にダメージが導入さ
れやすい。この半導体表面におけるダメージにより、レ
ーザ光の吸収が増加してやがては共振器端面にＣＯＤ劣
化を発生させる。また、窒化物系材料としてＳｉＮx を
用いた場合には、成膜時に半導体表面に導入されるダメ
ージは比較的少ないが、誘電体／半導体界面での密着性
が劣るために、長期的な安定動作を実現することは困難
である。一方、炭化物系材料としてＴａＣを用いた場合
には、界面の密着性は比較的優れているが、その反面、
誘電体／半導体界面での相互拡散が生じやすく、熱的安
定性に問題がある。つまり、単一材料における誘電体膜
パッシベーションでは化学的及び熱的に安定な誘電体／
半導体界面を実現する条件を全て満足することは困難で
ある。
【００１９】しかし、本発明では酸化物系、窒化物系、
及び炭化物系材料を同時に混合成膜し、かつ、その組成
比を制御することによって、半導体レーザ素子の共振器
端面に成膜ダメージが少なく、界面密着性がよく、か
つ、誘電体／半導体界面で相互拡散がない急峻な界面を
実現することができた。つまり、ＣＯＤ劣化を誘発する
各種要因を、それぞれのパッシべーション材料の特性を
活かして均一に改善することにより一つの劣化要因の促
進を抑制して、誘電体／半導体界面の化学的及び熱的安
定性を向上させることができた。
及び炭化物系材料を同時に混合成膜し、かつ、その組成
比を制御することによって、半導体レーザ素子の共振器
端面に成膜ダメージが少なく、界面密着性がよく、か
つ、誘電体／半導体界面で相互拡散がない急峻な界面を
実現することができた。つまり、ＣＯＤ劣化を誘発する
各種要因を、それぞれのパッシべーション材料の特性を
活かして均一に改善することにより一つの劣化要因の促
進を抑制して、誘電体／半導体界面の化学的及び熱的安
定性を向上させることができた。
【００２０】なお、本発明は、従来プロセスに対して複
雑な加工プロセスはなく、ほぼ同じ誘電体膜パッシベー
ション工程でレーザ素子を製作できることから、生産性
を低下させることはない。また、多種多様の半導体レー
ザ素子において幅広い適用性を有している。
雑な加工プロセスはなく、ほぼ同じ誘電体膜パッシベー
ション工程でレーザ素子を製作できることから、生産性
を低下させることはない。また、多種多様の半導体レー
ザ素子において幅広い適用性を有している。
【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】スパッタターゲットの材料構成を説明する図で
ある。
ある。
【図５】半導体レーザバーにおいて、誘電体コーティン
グを説明する図である。
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の製造方法を説
明するための図である。
明するための図である。
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 Ｉｎ0.24Ｇａ0.76 Ａｓ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 スパッタターゲット １８ Ａｌ2 Ｏ3 １９ ＳｉＮx ２０ ＴａＣ ２１ 半導体レーザバー ２２ Ａｌx Ｓｉy Ｔａl-x-y Ｏm Ｎn Ｃl-m-n 混合
薄膜 ２３ Ａｌ2 Ｏ3 膜 ２４ Ａｌ2 Ｏ3 膜 ２５ アモルファスＳｉ膜
薄膜 ２３ Ａｌ2 Ｏ3 膜 ２４ Ａｌ2 Ｏ3 膜 ２５ アモルファスＳｉ膜
Claims (5)
- 【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、少なくとも一つの共振器端面に、酸化物
系、窒化物系、及び炭化物系誘電体材料の少なくとも二
つを混合した誘電体薄膜を積層することを特徴とする半
導体レーザ素子の製造方法。 - 【請求項２】 一対の共振器端面を有する半導体レーザ
素子のおいて、少なくとも一つの共振器端面の、酸化物
系、窒化物系、及び炭化物系誘電体材料の少なくとも二
つを混合した誘電体薄膜を積層した後に、前記誘電体薄
膜とは構成材料又は組成比が異なる誘電体又は半導体材
料を積層することを特徴とする半導体レーザ素子の製造
方法。 - 【請求項３】 酸化物系、窒化物系、及び炭化物系誘電
体材料の少なくとも二つの材料系を同一のターゲト上に
形成し、スパッタ法によって異種材料系の混合薄膜を共
振器端面に積層する請求項１又は２に記載の半導体レー
ザ素子の製造方法。 - 【請求項４】 酸化物系誘電体材料としてＡｌ2 Ｏ3 、
窒化物系材料としてＳｉＮx 及び炭化物系材料としてＴ
ａＣを混合した誘電体薄膜を共振器端面に積層する請求
項１又は２に記載の半導体レーザ素子の製造方法。 - 【請求項５】 共振器端面に積層した誘電体薄膜上に積
層させる材料が、Ａｌ2 Ｏ3 ，ＳｉＯ2 ，ＳｉＮx ，Ｓ
ｉ，ＡｌＧａＩｎＡｓＰのいずれかである請求項２記載
の半導体レーザ素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8341222A JPH10190139A (ja) | 1996-12-20 | 1996-12-20 | 半導体レーザ素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8341222A JPH10190139A (ja) | 1996-12-20 | 1996-12-20 | 半導体レーザ素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10190139A true JPH10190139A (ja) | 1998-07-21 |
Family
ID=18344332
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8341222A Pending JPH10190139A (ja) | 1996-12-20 | 1996-12-20 | 半導体レーザ素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10190139A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000174377A (ja) * | 1998-12-04 | 2000-06-23 | Mitsubishi Chemicals Corp | 化合物半導体発光素子 |
| JP2000323796A (ja) * | 1998-12-04 | 2000-11-24 | Mitsubishi Chemicals Corp | 化合物半導体発光素子 |
| US7103081B2 (en) | 2002-10-18 | 2006-09-05 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | DFB laser with ar coating selected to provide wide temperature range of operation |
| WO2008090727A1 (ja) * | 2007-01-25 | 2008-07-31 | Nec Corporation | 窒化物系半導体光素子 |
-
1996
- 1996-12-20 JP JP8341222A patent/JPH10190139A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000174377A (ja) * | 1998-12-04 | 2000-06-23 | Mitsubishi Chemicals Corp | 化合物半導体発光素子 |
| JP2000323796A (ja) * | 1998-12-04 | 2000-11-24 | Mitsubishi Chemicals Corp | 化合物半導体発光素子 |
| US7103081B2 (en) | 2002-10-18 | 2006-09-05 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | DFB laser with ar coating selected to provide wide temperature range of operation |
| WO2008090727A1 (ja) * | 2007-01-25 | 2008-07-31 | Nec Corporation | 窒化物系半導体光素子 |
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