JPH1022565A - 半導体レーザ素子とその製造方法 - Google Patents
半導体レーザ素子とその製造方法Info
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- JPH1022565A JPH1022565A JP17217996A JP17217996A JPH1022565A JP H1022565 A JPH1022565 A JP H1022565A JP 17217996 A JP17217996 A JP 17217996A JP 17217996 A JP17217996 A JP 17217996A JP H1022565 A JPH1022565 A JP H1022565A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 フォトレジスト技術といった複雑な工程を必
要とせず、簡単なプロセスで、レーザ端面上に二つの異
なる反射率を有する誘電体薄膜領域を形成することがで
き、高歩留まりで、良好な雑音特性をもつ半導体レーザ
素子を提供することが目的である。 【解決手段】 エッチングによって活性層３とクラッド
層２及び４とに段差を形成した後、１回の誘電体薄膜形
成工程において、共振器端面の活性層３近傍部分の反射
率が３０％以上に、その他の部分の反射率が２０％以下
になるように、レーザ端面上に二つの異なる膜厚を有す
る誘電体薄膜領域１０を形成することによって、レーザ
素子に入射するディスクからの戻り光を、レーザへの入
射部分、即ち端面が低反射率である基板部分１にほとん
ど吸収させ、活性層４にはほとんど吸収させずに、戻り
光雑音を低減する。
要とせず、簡単なプロセスで、レーザ端面上に二つの異
なる反射率を有する誘電体薄膜領域を形成することがで
き、高歩留まりで、良好な雑音特性をもつ半導体レーザ
素子を提供することが目的である。 【解決手段】 エッチングによって活性層３とクラッド
層２及び４とに段差を形成した後、１回の誘電体薄膜形
成工程において、共振器端面の活性層３近傍部分の反射
率が３０％以上に、その他の部分の反射率が２０％以下
になるように、レーザ端面上に二つの異なる膜厚を有す
る誘電体薄膜領域１０を形成することによって、レーザ
素子に入射するディスクからの戻り光を、レーザへの入
射部分、即ち端面が低反射率である基板部分１にほとん
ど吸収させ、活性層４にはほとんど吸収させずに、戻り
光雑音を低減する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は雑音特性を改善した
半導体レーザ素子とその製造方法に関する。
半導体レーザ素子とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来からＣＤ（コンパクトディスク）や
光ディスクメモリ等の光ピックアップ光学系において、
半導体レーザから出射された光の一部が、レーザ共振器
に帰還されると、レーザ特性に大きな変化が生じるとい
う問題がある。即ち、レーザ共振器に帰還された戻り光
は、半導体レーザの光出力，発振モード，発振スペクト
ル幅等のゆらぎ、変動等をもたらすことになり、ひいて
は、半導体レーザの雑音強度の増大を招き、システムの
特性を劣化させてしまう。
光ディスクメモリ等の光ピックアップ光学系において、
半導体レーザから出射された光の一部が、レーザ共振器
に帰還されると、レーザ特性に大きな変化が生じるとい
う問題がある。即ち、レーザ共振器に帰還された戻り光
は、半導体レーザの光出力，発振モード，発振スペクト
ル幅等のゆらぎ、変動等をもたらすことになり、ひいて
は、半導体レーザの雑音強度の増大を招き、システムの
特性を劣化させてしまう。
【０００３】このレーザの雑音を低減する方法として
は、種々の方法が試みられている。例えば、レーザの
軸モードを安定化する方法（分布帰還型レーザ；Electr
on.Lett.,20 24 (1984) p.1008-1010）、戻り光と内
部光との干渉を防止する方法（高周波重畳；Electron.L
ett.,20,(1984) p.821、自励発振；IEEE J.QuantumEle
ctron.,QE-13, 5 (1977) p.351）、レーザ共振器への
戻り光を低減する方法（端面反射率の制御；第31回応用
物理関係連合講演会予稿集(1984) p.176）、等がある。
は、種々の方法が試みられている。例えば、レーザの
軸モードを安定化する方法（分布帰還型レーザ；Electr
on.Lett.,20 24 (1984) p.1008-1010）、戻り光と内
部光との干渉を防止する方法（高周波重畳；Electron.L
ett.,20,(1984) p.821、自励発振；IEEE J.QuantumEle
ctron.,QE-13, 5 (1977) p.351）、レーザ共振器への
戻り光を低減する方法（端面反射率の制御；第31回応用
物理関係連合講演会予稿集(1984) p.176）、等がある。
【０００４】このうち、図７に、雑音特性上問題となる
半導体レーザの戻り光のメカニズムについて、３ビーム
方式のレーザピックアップの光学系を例にして、説明す
る。
半導体レーザの戻り光のメカニズムについて、３ビーム
方式のレーザピックアップの光学系を例にして、説明す
る。
【０００５】半導体レーザ２１から出射されたレーザビ
ーム２２は、コリメータレンズ２３に入射し、平行光に
成形された後、回折格子２４に入射する。レーザビーム
２２は、この回折格子２４で３つのレーザビームに分割
されて、ビームスプリッタ２５を透過後、対物レンズ２
６によりディスク２７上に集光される。ディスク２７で
反射したレーザビームは、対物レンズ２６を通過し、ビ
ームスプリッタ２５に入射し、その一部は、反射されて
光検出器２８に入射する。この光検出器は、３分割され
たレーザビームのそれぞれを検出できるように多分割さ
れている。この検出器でトラッキングエラー信号やフォ
ーカスエラー信号の検出を行っている。
ーム２２は、コリメータレンズ２３に入射し、平行光に
成形された後、回折格子２４に入射する。レーザビーム
２２は、この回折格子２４で３つのレーザビームに分割
されて、ビームスプリッタ２５を透過後、対物レンズ２
６によりディスク２７上に集光される。ディスク２７で
反射したレーザビームは、対物レンズ２６を通過し、ビ
ームスプリッタ２５に入射し、その一部は、反射されて
光検出器２８に入射する。この光検出器は、３分割され
たレーザビームのそれぞれを検出できるように多分割さ
れている。この検出器でトラッキングエラー信号やフォ
ーカスエラー信号の検出を行っている。
【０００６】一方、光検出器２８に向かって反射される
ことなくビームスプリッタ２５を透過したレーザビーム
は、回折格子２４に入射し、各レーザビームは再び３分
割されて、コリメータレンズ２２を通過して、半導体レ
ーザ２１に戻ってくる。斯るメカニズムにより、半導体
レーザに戻ってきた光を戻り光と称している。
ことなくビームスプリッタ２５を透過したレーザビーム
は、回折格子２４に入射し、各レーザビームは再び３分
割されて、コリメータレンズ２２を通過して、半導体レ
ーザ２１に戻ってくる。斯るメカニズムにより、半導体
レーザに戻ってきた光を戻り光と称している。
【０００７】ここで、レーザ共振器への戻り光を低減す
る方法の従来例の一つとして、図８に、レーザ端面に二
つの異なる反射率を有する誘電体薄膜領域を形成した半
導体レーザの素子構造を示す。
る方法の従来例の一つとして、図８に、レーザ端面に二
つの異なる反射率を有する誘電体薄膜領域を形成した半
導体レーザの素子構造を示す。
【０００８】この半導体レーザは、一導電型半導体基板
１と、一導電型クラッド層２と，活性層３と，他導電型
クラッド層４と，他導電型キャップ層７とがこの順番に
連続的に成長され、キャップ層７面上には他導電型用電
極８が、基板１面上には一導電型用電極９が、それぞれ
形成されている。そして、ヒートシンク１１上に前記電
極８が下面となるように載置され、さらにレーザ素子の
端面には、酸化防止用の保護膜として用いるとともに、
形成条件などにより反射率を制御することが可能な誘電
体薄膜が形成されている。
１と、一導電型クラッド層２と，活性層３と，他導電型
クラッド層４と，他導電型キャップ層７とがこの順番に
連続的に成長され、キャップ層７面上には他導電型用電
極８が、基板１面上には一導電型用電極９が、それぞれ
形成されている。そして、ヒートシンク１１上に前記電
極８が下面となるように載置され、さらにレーザ素子の
端面には、酸化防止用の保護膜として用いるとともに、
形成条件などにより反射率を制御することが可能な誘電
体薄膜が形成されている。
【０００９】斯る誘電体薄膜を用いることにより、通
常、半導体レーザの共振器端面において局所的な反射率
の制御を行っている。例えば、ここでは、共振器端面の
うち、活性層３を含むクラッド層２の一部からキャップ
層７にかけての部分１２と、それ以外のクラッド層２か
ら基板１にかけての部分１３とは、端面反射率を変えて
いる。即ち、前者は例えば標準的な３０％もしくはそれ
以上に、後者は２０％以下の低反射率になるように誘電
体薄膜の厚さを設定している。
常、半導体レーザの共振器端面において局所的な反射率
の制御を行っている。例えば、ここでは、共振器端面の
うち、活性層３を含むクラッド層２の一部からキャップ
層７にかけての部分１２と、それ以外のクラッド層２か
ら基板１にかけての部分１３とは、端面反射率を変えて
いる。即ち、前者は例えば標準的な３０％もしくはそれ
以上に、後者は２０％以下の低反射率になるように誘電
体薄膜の厚さを設定している。
【００１０】図８に示すように、ディスクからの戻り光
１４及び１５は、レーザ端面の２ケ所の位置に戻ってく
る。戻り光１４の方は、ヒートシンク１１の面は粗く乱
反射されるので、特性上問題はない。一方、戻り光１５
は、レーザチップに入射する部分のレーザ端面の誘電体
薄膜を低反射率に設定してあるため、戻り光１５はこの
レーザ基板１にほとんど吸収されてしまい、活性層３を
含む共振器内部にはほとんど帰還しないため、戻り光雑
音は低減される。
１４及び１５は、レーザ端面の２ケ所の位置に戻ってく
る。戻り光１４の方は、ヒートシンク１１の面は粗く乱
反射されるので、特性上問題はない。一方、戻り光１５
は、レーザチップに入射する部分のレーザ端面の誘電体
薄膜を低反射率に設定してあるため、戻り光１５はこの
レーザ基板１にほとんど吸収されてしまい、活性層３を
含む共振器内部にはほとんど帰還しないため、戻り光雑
音は低減される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一つの
レーザ端面上に二つの異なる反射率を有する誘電体薄膜
領域を形成する端面コーティングには、複数の製造プロ
セスが必要である。例えば、端面全面に誘電体膜を形成
後、フォトレジスト技術でパターン形成して部分的にエ
ッチンングにより除去する方法がある。その他、レーザ
端面にマスクパターンを形成し、１回目の誘電体膜の形
成を行い、次に、２回目のマスクパターンを形成し、２
回目の誘電体膜形成を行うという、個別に異なる誘電体
膜厚を形成する方法もある。いずれの方法も、製造プロ
セスが非常に複雑になり、微小領域にマスクを形成する
ことも困難であり、フォトレジストによるレーザ端面の
汚染の問題も発生する。
レーザ端面上に二つの異なる反射率を有する誘電体薄膜
領域を形成する端面コーティングには、複数の製造プロ
セスが必要である。例えば、端面全面に誘電体膜を形成
後、フォトレジスト技術でパターン形成して部分的にエ
ッチンングにより除去する方法がある。その他、レーザ
端面にマスクパターンを形成し、１回目の誘電体膜の形
成を行い、次に、２回目のマスクパターンを形成し、２
回目の誘電体膜形成を行うという、個別に異なる誘電体
膜厚を形成する方法もある。いずれの方法も、製造プロ
セスが非常に複雑になり、微小領域にマスクを形成する
ことも困難であり、フォトレジストによるレーザ端面の
汚染の問題も発生する。
【００１２】本発明は上述の問題点に鑑み成されたもの
であり、フォトレジスト技術を用いた複雑な工程を必要
とせず、簡単なプロセスでレーザ端面上に二つの異なる
反射率を有する誘電体薄膜領域を形成することができ、
高歩留まりで、良好な雑音特性をもつ半導体レーザ素子
とその製造方法を提供することが目的である。
であり、フォトレジスト技術を用いた複雑な工程を必要
とせず、簡単なプロセスでレーザ端面上に二つの異なる
反射率を有する誘電体薄膜領域を形成することができ、
高歩留まりで、良好な雑音特性をもつ半導体レーザ素子
とその製造方法を提供することが目的である。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、一導電型半導
体基板と、前記半導体基板上に形成された一導電型クラ
ッド層と、活性層と、他導電型クラッド層と、他導電型
キャップ層と、を有する半導体レーザ素子において、レ
ーザ光出射端面における前記活性層と、前記クラッド層
と、に段差が設けられ、前記レーザ光出射端面に誘電体
薄膜が形成されていることを特徴とする。
体基板と、前記半導体基板上に形成された一導電型クラ
ッド層と、活性層と、他導電型クラッド層と、他導電型
キャップ層と、を有する半導体レーザ素子において、レ
ーザ光出射端面における前記活性層と、前記クラッド層
と、に段差が設けられ、前記レーザ光出射端面に誘電体
薄膜が形成されていることを特徴とする。
【００１４】この場合、活性層と、クラッド層その他の
共振器端面上に形成された誘電体薄膜の厚みが異なるの
で、前記誘電体薄膜の活性層以外の部分の反射率が戻り
光に対して低反射率になるように、設定することができ
る。レーザ素子に入射するディスクからの戻り光は、入
射する基板部のレーザ端面が低反射率であるため、この
基板部でほとんど吸収され、活性層には入射しないの
で、戻り光雑音は低減される。
共振器端面上に形成された誘電体薄膜の厚みが異なるの
で、前記誘電体薄膜の活性層以外の部分の反射率が戻り
光に対して低反射率になるように、設定することができ
る。レーザ素子に入射するディスクからの戻り光は、入
射する基板部のレーザ端面が低反射率であるため、この
基板部でほとんど吸収され、活性層には入射しないの
で、戻り光雑音は低減される。
【００１５】特に、前記活性層の層厚が０．０１〜０．
１μｍであり、前記活性層以外のレーザ光出射端面に形
成された前記誘電体薄膜の反射率は、２０％以下である
ことを特徴とする。
１μｍであり、前記活性層以外のレーザ光出射端面に形
成された前記誘電体薄膜の反射率は、２０％以下である
ことを特徴とする。
【００１６】この場合、例えば、波長７８５ｎｍのレー
ザ素子にＡｌ2Ｏ3誘電体薄膜を用いる場合の膜厚は、２
７８０〜４２８０Åが好ましく、より好ましくは、端面
反射率を１０％以下とするための３０３０〜３９５０Å
である。さらに好ましくは、５％以下の反射率を得るた
めの３２００〜３７８０Åである。反射率を低くするに
したがって、戻り光を基板部で吸収しやすくなるので、
戻り光の影響を受けない、より良好なレーザ雑音特性を
得ることができる。
ザ素子にＡｌ2Ｏ3誘電体薄膜を用いる場合の膜厚は、２
７８０〜４２８０Åが好ましく、より好ましくは、端面
反射率を１０％以下とするための３０３０〜３９５０Å
である。さらに好ましくは、５％以下の反射率を得るた
めの３２００〜３７８０Åである。反射率を低くするに
したがって、戻り光を基板部で吸収しやすくなるので、
戻り光の影響を受けない、より良好なレーザ雑音特性を
得ることができる。
【００１７】特に、前記活性層のレーザ光出射端面上に
形成された誘電体薄膜の反射率は、３０％以上であるこ
とを特徴とする。
形成された誘電体薄膜の反射率は、３０％以上であるこ
とを特徴とする。
【００１８】この場合、前記活性層のレーザ光出射端面
上に形成された誘電体薄膜の膜厚は、２３３０Åとする
ことが好ましく、活性層近傍のみに限定された相対的な
高反射率膜が得られるので、レーザ特性において、安定
な低しきい値発振を維持することができる。
上に形成された誘電体薄膜の膜厚は、２３３０Åとする
ことが好ましく、活性層近傍のみに限定された相対的な
高反射率膜が得られるので、レーザ特性において、安定
な低しきい値発振を維持することができる。
【００１９】特に、前記レーザ光出射端面上の前記活性
層と前記クラッド層との段差が０．０３〜０．３２μｍ
であることを特徴とする。
層と前記クラッド層との段差が０．０３〜０．３２μｍ
であることを特徴とする。
【００２０】この場合、活性層以外の誘電体薄膜の膜厚
を、２７８０〜４２８０Åに設定することができるの
で、端面反射率が２０％以下の低反射となり、戻り光を
基板で吸収しやすくなるので、レーザ特性としては、戻
り光の影響を受けにくい良好なレーザ雑音特性を得るこ
とができる。
を、２７８０〜４２８０Åに設定することができるの
で、端面反射率が２０％以下の低反射となり、戻り光を
基板で吸収しやすくなるので、レーザ特性としては、戻
り光の影響を受けにくい良好なレーザ雑音特性を得るこ
とができる。
【００２１】特に、前記レーザ光出射端面上の前記活性
層と前記クラッド層との段差が０．０４〜０．３０μｍ
であることを特徴とする。
層と前記クラッド層との段差が０．０４〜０．３０μｍ
であることを特徴とする。
【００２２】この場合も、活性層の膜厚が０．０５μｍ
のとき、活性層以外の誘電体薄膜の膜厚を、３０３０〜
３９５０Åに設定でき、端面反射率が１０％以下になる
ため、より好ましい。
のとき、活性層以外の誘電体薄膜の膜厚を、３０３０〜
３９５０Åに設定でき、端面反射率が１０％以下になる
ため、より好ましい。
【００２３】特に、前記レーザ光出射端面上の前記活性
層と前記クラッド層との段差が０．０５〜０．２８μｍ
であることを特徴とする。
層と前記クラッド層との段差が０．０５〜０．２８μｍ
であることを特徴とする。
【００２４】この場合も、活性層の膜厚が０．０５μｍ
のとき、活性層以外の誘電体薄膜の厚を、３２００〜３
７８０Åに設定でき、端面反射率が５％以下になるた
め、さらに好ましい。
のとき、活性層以外の誘電体薄膜の厚を、３２００〜３
７８０Åに設定でき、端面反射率が５％以下になるた
め、さらに好ましい。
【００２５】特に、前記誘電体薄膜が単層膜からなるこ
とを特徴とする。
とを特徴とする。
【００２６】この場合、誘電体薄膜の反射率は、その２
分の１波長の厚さごとに周期的に変化するので、端面反
射率の選択が極めて容易である。したがって、前記で設
定した誘電体薄膜の膜厚は、Ａｌ2Ｏ3膜の場合だと、２
分の１波長分の厚み２３３０Åをそれぞれに加算した値
でも可能である。
分の１波長の厚さごとに周期的に変化するので、端面反
射率の選択が極めて容易である。したがって、前記で設
定した誘電体薄膜の膜厚は、Ａｌ2Ｏ3膜の場合だと、２
分の１波長分の厚み２３３０Åをそれぞれに加算した値
でも可能である。
【００２７】特に、前記誘電体薄膜がＡｌ2Ｏ3，Ｓｉ
Ｎ，ＳｉＯ2膜からなることを特徴とする。
Ｎ，ＳｉＯ2膜からなることを特徴とする。
【００２８】この場合、膜厚を変化させることによっ
て、単層の端面反射率を３０％以下で周期的に制御する
ことができる。
て、単層の端面反射率を３０％以下で周期的に制御する
ことができる。
【００２９】特に、前記半導体基板上に、一導電型クラ
ッド層、活性層、他導電型クラッド層、他導電型キャッ
プ層を成長する工程と、レーザ光出射端面上の前記活性
層と、前記クラッド層と、に段差を設ける工程と、前記
レーザ光出射端面に誘電体薄膜を形成する工程と、を備
えることを特徴とする。
ッド層、活性層、他導電型クラッド層、他導電型キャッ
プ層を成長する工程と、レーザ光出射端面上の前記活性
層と、前記クラッド層と、に段差を設ける工程と、前記
レーザ光出射端面に誘電体薄膜を形成する工程と、を備
えることを特徴とする。
【００３０】なお、半導体基板上に、一導電型クラッド
層、活性層、他導電型クラッド層、他導電型キャップ
層、を成長する工程は、通常気相成長法が用いられる。
レーザ光出射端面上の前記活性層と、前記クラッド層
と、に段差を設ける工程は、例えば、ＡｌＧａＡｓの選
択エッチャントによって、Ａｌ組成の小さい活性層のエ
ッチング量がクラッド層よりも大きいことによって得ら
れる。前記レーザ光出射端面に誘電体薄膜を形成する工
程は、スパッタもしくは蒸着により形成される。
層、活性層、他導電型クラッド層、他導電型キャップ
層、を成長する工程は、通常気相成長法が用いられる。
レーザ光出射端面上の前記活性層と、前記クラッド層
と、に段差を設ける工程は、例えば、ＡｌＧａＡｓの選
択エッチャントによって、Ａｌ組成の小さい活性層のエ
ッチング量がクラッド層よりも大きいことによって得ら
れる。前記レーザ光出射端面に誘電体薄膜を形成する工
程は、スパッタもしくは蒸着により形成される。
【００３１】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態であるＡｌＧａ
Ａｓ系半導体レーザ素子を図を用いて説明する。素子
は、量子井戸活性層を有する屈折率導波型レーザ構造で
あり、有機金属気相結晶成長（ＭＯＣＶＤ）法によっ
て、作製されている。図１（ａ）は半導体レーザ素子の
断面構造模式図を、図１（ｂ）はレーザ共振器方向から
見た端面近傍の側面図を示している。
Ａｓ系半導体レーザ素子を図を用いて説明する。素子
は、量子井戸活性層を有する屈折率導波型レーザ構造で
あり、有機金属気相結晶成長（ＭＯＣＶＤ）法によっ
て、作製されている。図１（ａ）は半導体レーザ素子の
断面構造模式図を、図１（ｂ）はレーザ共振器方向から
見た端面近傍の側面図を示している。
【００３２】図１（ａ）中、１はｎ型ＧａＡｓ基板で、
この基板１上には、ｎ型Ａｌx1Ｇａ 1-x1Ａｓクラッド層
（本形態では、ｘ１＝０．７、層厚０．８〜１．２μ
ｍ、Ｓｉドープ）２が形成されている。
この基板１上には、ｎ型Ａｌx1Ｇａ 1-x1Ａｓクラッド層
（本形態では、ｘ１＝０．７、層厚０．８〜１．２μ
ｍ、Ｓｉドープ）２が形成されている。
【００３３】このｎ型クラッド層２上には、ＧａＡｓ多
重量子井戸層（本形態では、３層、各層厚８０Å）とＡ
ｌrＧａ1-rＡｓ多重量子障壁層（本形態ではｒ＝０．
５、２層、各層厚７０Å）が交互に積層された量子井戸
構造からなるアンドープの活性層３が形成されている。
重量子井戸層（本形態では、３層、各層厚８０Å）とＡ
ｌrＧａ1-rＡｓ多重量子障壁層（本形態ではｒ＝０．
５、２層、各層厚７０Å）が交互に積層された量子井戸
構造からなるアンドープの活性層３が形成されている。
【００３４】この活性層３上には、層厚０．１μｍの平
坦部と紙面に対して垂直な方向にストライプ状リッジ部
（本形態では、断面が台形状であって、その下部幅は４
μｍ、上部幅は２μｍ、高さ０．７〜０．８μｍ）を有
する、ｐ型Ａｌy1Ｇａ1-y1Ａｓクラッド層（本形態で
は、ｙ１＝０．７）４が形成されている。
坦部と紙面に対して垂直な方向にストライプ状リッジ部
（本形態では、断面が台形状であって、その下部幅は４
μｍ、上部幅は２μｍ、高さ０．７〜０．８μｍ）を有
する、ｐ型Ａｌy1Ｇａ1-y1Ａｓクラッド層（本形態で
は、ｙ１＝０．７）４が形成されている。
【００３５】このｐ型クラッド層４のリッジ部上には、
ｐ型ＡｌzＧａ1-zＡｓコンタクト層（本形態ではｚ＝
０．５、層厚０．１μｍ）５が形成されており、さら
に、前記ｐ型クラッド層４の平坦部上及びリッジ部の側
面に連なって、ｐ型クラッド層４より屈折率が小さく、
発振光のエネルギー（ｈν）よりエネルギーの大きなバ
ンドギャップ（Ｅg：Ｅg＞ｈν）を有するｎ型ＡｌSＧ
ａ1-SＡｓ電流ブロック層（本形態ではＳ＝０．５、層
厚０．５μｍ）６が形成されている。
ｐ型ＡｌzＧａ1-zＡｓコンタクト層（本形態ではｚ＝
０．５、層厚０．１μｍ）５が形成されており、さら
に、前記ｐ型クラッド層４の平坦部上及びリッジ部の側
面に連なって、ｐ型クラッド層４より屈折率が小さく、
発振光のエネルギー（ｈν）よりエネルギーの大きなバ
ンドギャップ（Ｅg：Ｅg＞ｈν）を有するｎ型ＡｌSＧ
ａ1-SＡｓ電流ブロック層（本形態ではＳ＝０．５、層
厚０．５μｍ）６が形成されている。
【００３６】このｎ型ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層６上
及びｐ型ＡｌzＧａ1-zＡｓコンタクト層５上には、ｐ型
ＧａＡｓキャップ層（本形態では層厚３〜５μｍ）７が
形成されている。そして、上記キャップ層７の上面側及
び上記基板１の下面側には電極８及び９が形成されてい
る。
及びｐ型ＡｌzＧａ1-zＡｓコンタクト層５上には、ｐ型
ＧａＡｓキャップ層（本形態では層厚３〜５μｍ）７が
形成されている。そして、上記キャップ層７の上面側及
び上記基板１の下面側には電極８及び９が形成されてい
る。
【００３７】同図（ｂ）は、同図（ａ）で示す半導体レ
ーザ素子のレーザ端面をＡｌＧａＡｓ系のエッチャント
で選択エッチングすることにより、その端面を段差状と
した後、その端面に１回のプロセスでＡｌ2Ｏ3の誘電体
薄膜１０を形成したものである。前記エッチングによる
段差は、レーザ端面を構成する上述した各層のＡｌ組成
の違いによって生じるものであり、この段差上に形成さ
れたＡｌ2Ｏ3の誘電体薄膜１０の膜厚は、活性層３の層
厚に依存するが、活性層３の端面上ではクラッド層２及
び４上に比べ薄くなる。
ーザ素子のレーザ端面をＡｌＧａＡｓ系のエッチャント
で選択エッチングすることにより、その端面を段差状と
した後、その端面に１回のプロセスでＡｌ2Ｏ3の誘電体
薄膜１０を形成したものである。前記エッチングによる
段差は、レーザ端面を構成する上述した各層のＡｌ組成
の違いによって生じるものであり、この段差上に形成さ
れたＡｌ2Ｏ3の誘電体薄膜１０の膜厚は、活性層３の層
厚に依存するが、活性層３の端面上ではクラッド層２及
び４上に比べ薄くなる。
【００３８】図２は、図１で示したＡｌＧａＡｓ系半導
体レーザ素子の各製造工程を示す素子構造断面図であ
る。
体レーザ素子の各製造工程を示す素子構造断面図であ
る。
【００３９】まず、図２（ａ）では、ｎ型ＧａＡｓ基板
１上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２、多重量子井戸
活性層３、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４、ｐ型ＧａＡ
ｓコンタクト層５を、この順に連続して結晶成長する。
１上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２、多重量子井戸
活性層３、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４、ｐ型ＧａＡ
ｓコンタクト層５を、この順に連続して結晶成長する。
【００４０】次に、図２（ｂ）では、ＳｉＯ2等の誘電
体マスク２０１を介して、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
４及びｐ型ＧａＡｓコンタクト層５をエッチングし、ｐ
型ＡｌＧａＡｓクラッド層リッジ部４ａ及びｐ型ＡｌＧ
ａＡｓクラッド層平坦部４ｂからなる、紙面に対して垂
直方向に延在するストライプを形成する。
体マスク２０１を介して、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
４及びｐ型ＧａＡｓコンタクト層５をエッチングし、ｐ
型ＡｌＧａＡｓクラッド層リッジ部４ａ及びｐ型ＡｌＧ
ａＡｓクラッド層平坦部４ｂからなる、紙面に対して垂
直方向に延在するストライプを形成する。
【００４１】図２（ｃ）では、ｐ型ＧａＡｓコンタクト
層５とｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４に連なって、誘電
体マスク２０１を介して、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層
６を選択埋め込み成長する。
層５とｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４に連なって、誘電
体マスク２０１を介して、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層
６を選択埋め込み成長する。
【００４２】図２（ｄ）で、誘電体マスク２０１を除去
後、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層５、及びｎ型ＧａＡｓ電
流ブロック層６上に、ｐ型ＧａＡｓキャップ層７を結晶
成長を行い、ｐ型ＧａＡｓキャップ層７上並びにｎ型Ｇ
ａＡｓ基板１下に、電極を形成する。
後、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層５、及びｎ型ＧａＡｓ電
流ブロック層６上に、ｐ型ＧａＡｓキャップ層７を結晶
成長を行い、ｐ型ＧａＡｓキャップ層７上並びにｎ型Ｇ
ａＡｓ基板１下に、電極を形成する。
【００４３】続いて、レーザ素子全体をＡｌＧａＡｓの
選択性エッチャント（例えば、酒石酸水50wt%：Ｈ2Ｏ2
＝５：１）により、レーザ光出射端面をエッチングす
る。このとき、Ａｌ組成が０．７と最も大きいクラッド
層２及び４はほとんどエッチングされない。一方、Ａｌ
組成が０．５の活性層３はある程度エッチングされ、Ｇ
ａＡｓ基板１とＧａＡｓキャップ層７が最も多くエッチ
ングされるので、レーザ端面には各成長層ごとに段差が
形成される。斯る端面上に、Ａｌ2Ｏ3膜の誘電体薄膜を
形成する。このとき、クラッド層２と４との間に挟まれ
た段差の底にあたる活性層３端面では、クラッド層やそ
の他の部分の端面に比べて、同一条件下で形成される誘
電体膜厚は薄くなる。
選択性エッチャント（例えば、酒石酸水50wt%：Ｈ2Ｏ2
＝５：１）により、レーザ光出射端面をエッチングす
る。このとき、Ａｌ組成が０．７と最も大きいクラッド
層２及び４はほとんどエッチングされない。一方、Ａｌ
組成が０．５の活性層３はある程度エッチングされ、Ｇ
ａＡｓ基板１とＧａＡｓキャップ層７が最も多くエッチ
ングされるので、レーザ端面には各成長層ごとに段差が
形成される。斯る端面上に、Ａｌ2Ｏ3膜の誘電体薄膜を
形成する。このとき、クラッド層２と４との間に挟まれ
た段差の底にあたる活性層３端面では、クラッド層やそ
の他の部分の端面に比べて、同一条件下で形成される誘
電体膜厚は薄くなる。
【００４４】この結果、活性層３と、クラッド層２及び
４との段差量を設定すれば、１回の誘電体薄膜形成工程
によって、共振器端面の活性層近傍部分の反射率が３０
％以上となり、その他の部分の反射率は２０％以下とな
るように、一つのレーザ端面上に二つの異なる反射率を
有する誘電体薄膜領域を同時に形成することができる。
ディスクからの戻り光は、レーザへの入射部分、即ち端
面が低反射率となる基板部分にほとんど吸収され、活性
層にはほとんど吸収されないので、戻り光雑音は低減さ
れる。
４との段差量を設定すれば、１回の誘電体薄膜形成工程
によって、共振器端面の活性層近傍部分の反射率が３０
％以上となり、その他の部分の反射率は２０％以下とな
るように、一つのレーザ端面上に二つの異なる反射率を
有する誘電体薄膜領域を同時に形成することができる。
ディスクからの戻り光は、レーザへの入射部分、即ち端
面が低反射率となる基板部分にほとんど吸収され、活性
層にはほとんど吸収されないので、戻り光雑音は低減さ
れる。
【００４５】次に、素子の設計条件について、以下に述
べる。
べる。
【００４６】まず、図３は、Ａｌ2Ｏ3膜の単層構造から
なる誘電体薄膜に、７８５ｎｍの波長をもつ光を照射し
た場合の、該誘電体薄膜の膜厚と反射率との関係をシュ
ミレートした計算結果で、全体として２分の１波長ごと
に、周期的に反射率が増減していることを示している。
なる誘電体薄膜に、７８５ｎｍの波長をもつ光を照射し
た場合の、該誘電体薄膜の膜厚と反射率との関係をシュ
ミレートした計算結果で、全体として２分の１波長ごと
に、周期的に反射率が増減していることを示している。
【００４７】この図より、活性層以外のレーザ端面の反
射率を２０％以下とするためには、Ａｌ2Ｏ3の膜厚を２
７８０〜４２８０Åとすることが好ましく、より好まし
くは、レーザ端面の反射率を１０％以下とするために、
Ａｌ2Ｏ3の膜厚を３０３０〜３９５０Åとすることであ
る。さらに好ましくは、レーザ端面の反射率を５％以下
とするために、Ａｌ2Ｏ3の膜厚を３２００〜３７８０Å
とすることである。また、活性層３付近の反射率を３０
％以上（所謂、低出力，低雑音仕様）にするためには、
Ａｌ2Ｏ3の膜厚を２３３０Åとすることが好ましい。
射率を２０％以下とするためには、Ａｌ2Ｏ3の膜厚を２
７８０〜４２８０Åとすることが好ましく、より好まし
くは、レーザ端面の反射率を１０％以下とするために、
Ａｌ2Ｏ3の膜厚を３０３０〜３９５０Åとすることであ
る。さらに好ましくは、レーザ端面の反射率を５％以下
とするために、Ａｌ2Ｏ3の膜厚を３２００〜３７８０Å
とすることである。また、活性層３付近の反射率を３０
％以上（所謂、低出力，低雑音仕様）にするためには、
Ａｌ2Ｏ3の膜厚を２３３０Åとすることが好ましい。
【００４８】また、誘電体薄膜の反射率は、その２分の
１波長の厚さごとに周期的に変化するので、端面反射率
の選択が極めて容易である。したがって、前記で設定し
た誘電体薄膜の膜厚は、２分の１波長、即ち、Ａｌ2Ｏ3
膜の場合だと、２３３０Åをそれぞれに加算した厚みで
も可能である。
１波長の厚さごとに周期的に変化するので、端面反射率
の選択が極めて容易である。したがって、前記で設定し
た誘電体薄膜の膜厚は、２分の１波長、即ち、Ａｌ2Ｏ3
膜の場合だと、２３３０Åをそれぞれに加算した厚みで
も可能である。
【００４９】次に、段差上への誘電体薄膜の形成例を示
す。図４に示すように、段差の境界部で薄くなるような
膜厚分布になる。また、段差幅の狭い活性層３の領域で
は、段差幅の広い基板１やクラッド層部に比べて全体に
薄く形成される。この活性層３上の膜厚は、活性層厚ｄ
と活性層３とクラッド層２及び４との段差Ｄとによって
決定される。
す。図４に示すように、段差の境界部で薄くなるような
膜厚分布になる。また、段差幅の狭い活性層３の領域で
は、段差幅の広い基板１やクラッド層部に比べて全体に
薄く形成される。この活性層３上の膜厚は、活性層厚ｄ
と活性層３とクラッド層２及び４との段差Ｄとによって
決定される。
【００５０】今、活性層厚ｄを０．０１μｍ，０．０５
μｍ，０．１μｍとしたとき、段差Ｄと活性層３上に形
成される誘電体膜厚ｔ2（段差なしのときを１として規
格化）との関係を図５に示す。Ｄ＝０のとき、これはク
ラッド層２及び４、並びに基板１及びキャップ層７等、
活性層部以外の膜厚に近似される。
μｍ，０．１μｍとしたとき、段差Ｄと活性層３上に形
成される誘電体膜厚ｔ2（段差なしのときを１として規
格化）との関係を図５に示す。Ｄ＝０のとき、これはク
ラッド層２及び４、並びに基板１及びキャップ層７等、
活性層部以外の膜厚に近似される。
【００５１】活性層厚ｄが０．０１〜０．１μｍの場
合、活性層３付近の反射率を３０％以上とするために、
所望の誘電体膜厚を形成するための段差Ｄは、０．０３
〜０．３２μｍが好ましい。また、この段差Ｄは、より
好ましくは、活性層以外の誘電体薄膜の膜厚を、３０３
０Å〜３９５０Åに設定するための０．０４〜０．３０
μｍであり、さらに好ましくは、３２００〜３７８０Å
に設定するための０．０５〜０．２８μｍである。
合、活性層３付近の反射率を３０％以上とするために、
所望の誘電体膜厚を形成するための段差Ｄは、０．０３
〜０．３２μｍが好ましい。また、この段差Ｄは、より
好ましくは、活性層以外の誘電体薄膜の膜厚を、３０３
０Å〜３９５０Åに設定するための０．０４〜０．３０
μｍであり、さらに好ましくは、３２００〜３７８０Å
に設定するための０．０５〜０．２８μｍである。
【００５２】例えば、活性層厚ｄが０．０５μｍの場
合、活性層３付近の反射率を３０％以上とするために、
所望の誘電体膜厚を形成するための段差Ｄは、０．１１
〜０．１９μｍが好ましい。また、この段差Ｄは、より
好ましくは、０．１２〜０．１７μｍであり、さらに好
ましくは、０．１３〜０．１６μｍである。
合、活性層３付近の反射率を３０％以上とするために、
所望の誘電体膜厚を形成するための段差Ｄは、０．１１
〜０．１９μｍが好ましい。また、この段差Ｄは、より
好ましくは、０．１２〜０．１７μｍであり、さらに好
ましくは、０．１３〜０．１６μｍである。
【００５３】次に、図６に酒石酸水によるＧａＡｓ及び
ＡｌＧａＡｓのエッチング時間とエッチング量の関係を
示す。エッチャントの組成及び温度によってその選択性
も変化する。先に計算で求めた段差Ｄを得るためのエッ
チング条件は、酒石酸水50wt%：Ｈ2Ｏ2＝５：１、２５
℃の条件で、４〜４６秒であり、より好ましくは１６〜
４３秒であり、さらに好ましくは７〜４０秒である。
ＡｌＧａＡｓのエッチング時間とエッチング量の関係を
示す。エッチャントの組成及び温度によってその選択性
も変化する。先に計算で求めた段差Ｄを得るためのエッ
チング条件は、酒石酸水50wt%：Ｈ2Ｏ2＝５：１、２５
℃の条件で、４〜４６秒であり、より好ましくは１６〜
４３秒であり、さらに好ましくは７〜４０秒である。
【００５４】例えば、活性層厚が０．０５μｍの場合、
エッチング時間は、１５〜２７秒であり、より好ましく
は１８〜２５秒であり、さらに好ましくは１９〜２４秒
である。
エッチング時間は、１５〜２７秒であり、より好ましく
は１８〜２５秒であり、さらに好ましくは１９〜２４秒
である。
【００５５】本発明の実施形態では、活性層厚ｄは０．
０１〜０．１μｍであり、この範囲の任意の活性層厚ｄ
に対する段差Ｄ及び誘電体膜厚ｔを設定することによっ
て実現できる。
０１〜０．１μｍであり、この範囲の任意の活性層厚ｄ
に対する段差Ｄ及び誘電体膜厚ｔを設定することによっ
て実現できる。
【００５６】なお、本発明の実施形態では、誘電体膜と
してＳｉＯ2を用いたが、Ａｌ2Ｏ3やＳｉ3Ｎ4等、あら
ゆる誘電体材料に適用できる。
してＳｉＯ2を用いたが、Ａｌ2Ｏ3やＳｉ3Ｎ4等、あら
ゆる誘電体材料に適用できる。
【００５７】また、本発明の実施形態では、ＡｌＧａＡ
ｓのエッチング材料として、酒石酸水とＨ2Ｏ2の混合液
を用いたが、使用する半導体レーザ材料に対して、選択
性を持つものならば何でも良い。
ｓのエッチング材料として、酒石酸水とＨ2Ｏ2の混合液
を用いたが、使用する半導体レーザ材料に対して、選択
性を持つものならば何でも良い。
【００５８】また、上述の本発明の実施形態では、活性
層は多重量子井戸構造としたが、単一量子井戸構造から
なってもよく、また、非量子井戸層である活性層でもよ
い。
層は多重量子井戸構造としたが、単一量子井戸構造から
なってもよく、また、非量子井戸層である活性層でもよ
い。
【００５９】さらには、上述の本発明の実施形態では、
ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子について述べたが、
他の材料系、例えばＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素
子にも適宜応用できる。
ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子について述べたが、
他の材料系、例えばＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素
子にも適宜応用できる。
【００６０】
【発明の効果】本発明はフォトレジスト技術といった複
雑な工程を必要とせず、簡単なプロセスで、レーザ端面
上に二つの異なる反射率を有する誘電体薄膜領域を形成
することができ、高歩留まりで、良好な雑音特性をもつ
半導体レーザ素子を提供することができる。
雑な工程を必要とせず、簡単なプロセスで、レーザ端面
上に二つの異なる反射率を有する誘電体薄膜領域を形成
することができ、高歩留まりで、良好な雑音特性をもつ
半導体レーザ素子を提供することができる。
【図１】（ａ）は、本発明の実施形態である半導体レー
ザ素子の断面構造模式図であり、（ｂ）は、本発明の実
施形態である半導体レーザ素子の活性層近傍のバンド構
造側面図である。
ザ素子の断面構造模式図であり、（ｂ）は、本発明の実
施形態である半導体レーザ素子の活性層近傍のバンド構
造側面図である。
【図２】本発明の実施形態である半導体レーザ素子の各
製造工程を示す断面図である。
製造工程を示す断面図である。
【図３】誘電体膜厚と反射率の関係を示す図である。
【図４】本発明の実施形態である半導体レーザ素子の誘
電体膜厚を示す断面図である。
電体膜厚を示す断面図である。
【図５】段差Ｄと活性層上に形成される誘電体膜厚の関
係を示す図である。
係を示す図である。
【図６】酒石酸水エッチャントのＡｌＧａＡｓに対する
エッチング速度を示す図である。
エッチング速度を示す図である。
【図７】光ピックアップの半導体レーザへの戻り光を説
明するための、３ビーム方式のレーザピックアップ光学
系の構造例を示す図である。
明するための、３ビーム方式のレーザピックアップ光学
系の構造例を示す図である。
【図８】端面の反射率を部分的に替えた従来例の半導体
レーザ素子の構造図である。
レーザ素子の構造図である。
１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ２ ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層 ３ 活性層 ４ ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層 ５ ｐ型ＡｌＧａＡｓコンタクト層 ６ ｎ型ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層 ７ ｐ型ＧａＡｓキャップ層 ８ ｐ型電極 ９ ｎ型電極 １０ 誘電体薄膜
Claims (9)
- 【請求項１】 一導電型半導体基板と、前記半導体基板
上に形成された一導電型クラッド層と、活性層と、他導
電型クラッド層と、他導電型キャップ層と、を有する半
導体レーザ素子において、レーザ光出射端面における前
記活性層と、前記クラッド層と、に段差が設けられ、前
記レーザ光出射端面に誘電体薄膜が形成されていること
を特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 前記活性層の層厚が０．０１〜０．１μ
ｍであり、前記活性層以外のレーザ光出射端面に形成さ
れた前記誘電体薄膜の反射率は、２０％以下であること
を特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項３】 前記活性層のレーザ光出射端面上に形成
された前記誘電体薄膜の反射率は、３０％以上であるこ
とを特徴とする請求項１又は２記載の半導体レーザ素
子。 - 【請求項４】 前記レーザ光出射端面上の前記活性層と
前記クラッド層との段差が０．０３〜０．３２μｍであ
ることを特徴とする請求項１、２又は３記載の半導体レ
ーザ素子。 - 【請求項５】 前記レーザ光出射端面上の前記活性層と
前記クラッド層との段差が０．０４〜０．３０μｍであ
ることを特徴とする請求項４記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項６】 前記レーザ光出射端面上の前記活性層と
前記クラッド層との段差が０．０５〜０．２８μｍであ
ることを特徴とする請求項５記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項７】 前記誘電体薄膜が単層膜からなることを
特徴とする請求項１、２、３、４、５、又は６記載の半
導体レーザ素子。 - 【請求項８】 前記誘電体薄膜がＡｌ2Ｏ3又はＳｉＮ又
はＳｉＯ2膜のいずれかからなることを特徴とする請求
項１、２、３、４、５、６、又は７記載の半導体レーザ
素子。 - 【請求項９】 前記半導体基板上に、一導電型クラッド
層、活性層、他導電型クラッド層、他導電型キャップ層
を成長する工程と、レーザ光出射端面上の前記活性層
と、前記クラッド層と、に段差を設ける工程と、前記レ
ーザ光出射端面に誘電体薄膜を形成する工程と、を備え
ることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17217996A JPH1022565A (ja) | 1996-07-02 | 1996-07-02 | 半導体レーザ素子とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17217996A JPH1022565A (ja) | 1996-07-02 | 1996-07-02 | 半導体レーザ素子とその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1022565A true JPH1022565A (ja) | 1998-01-23 |
Family
ID=15937050
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17217996A Pending JPH1022565A (ja) | 1996-07-02 | 1996-07-02 | 半導体レーザ素子とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1022565A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001077456A (ja) * | 1999-09-07 | 2001-03-23 | Sony Corp | 半導体レーザおよび光学部品用コート膜 |
| US6693935B2 (en) | 2000-06-20 | 2004-02-17 | Sony Corporation | Semiconductor laser |
| US8654617B2 (en) | 2012-03-21 | 2014-02-18 | Tdk Corporation | Thermally-assisted magnetic recording head with optically isolating waveguide, head gimbal assembly, head arm assembly, magnetic disk unit, and light transmission unit |
-
1996
- 1996-07-02 JP JP17217996A patent/JPH1022565A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001077456A (ja) * | 1999-09-07 | 2001-03-23 | Sony Corp | 半導体レーザおよび光学部品用コート膜 |
| US6693935B2 (en) | 2000-06-20 | 2004-02-17 | Sony Corporation | Semiconductor laser |
| US7065118B2 (en) | 2000-06-20 | 2006-06-20 | Sony Corporation | Semiconductor laser |
| US8654617B2 (en) | 2012-03-21 | 2014-02-18 | Tdk Corporation | Thermally-assisted magnetic recording head with optically isolating waveguide, head gimbal assembly, head arm assembly, magnetic disk unit, and light transmission unit |
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