JPH1075020A - GaAsベースの半導体レーザの製造方法 - Google Patents
GaAsベースの半導体レーザの製造方法Info
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Abstract
するGaAsベースの半導体レーザの製造方法を提供す
る。 【解決手段】 へき開面上に、窒化シリコン層(SiN
x )の誘電体層を堆積する。この誘電体層の堆積は、電
子サイクロトロン共鳴(ECR)化学気相堆積である。
この堆積方法は、損傷が少なくH2S プラズマ処理表面
を等方的にカプセル化する窒化シリコンフィルムを形成
できる。この誘電体層を堆積した後、レーザデバイス
は、光熱アニールの処理(不活性気体(例えば、Ar)
内で約200゜Cで30分間の熱処理)を行う。980n
mレーザをパッシベーション処理した後、従来のレーザ
ストレス試験(100゜Cで150mAの電流を140時
間掛ける)を課した。本発明によるほとんど全てのレー
ザ装置は、このストレス試験に合格した。
Description
ザは公知であり、半導体業界で重要な技術的役割を担っ
ている。例えば、約0.98μmの波長を放射するGa
Asベースの量子井戸レーザは、光通信システム内のE
rドープの光ファイバ増幅器をポンピングするのに用い
られる。
故障から保護するために、レーザのファセットは、通常
絶縁体層でもってコーティングされる。このことは特に
0.98μmポンプレーザのようなハイパワーのレーザ
にとっては重要である。コーティングされていない場合
には、その種のレーザは、しばしば壊滅的な故障に至
る。その原因は通常GaAsベースの材料の生来酸化物
(native oxides)の存在により引き起こされる高い表
面状態密度である。
びファセットコーティング技術は公知である。これに関
しては、例えば、M. Passlack et al.著の IEEE Journa
l ofSelected Topics in Quantum Electronics, Vol. 1
(2), p.110, June 1995を参照のこと。同文献は、Ga2
O3ファセットコーティングについて開示している。他
の公知のコーティングは、SiO,SiO2 ,SiN
x ,ZrO2 ,ZnSeである。真空中でのへき開およ
びレーザファッセト上へのSiのインサイチュ(in sit
u)の堆積は980nmレーザの効果的なパッシュベーシ
ョンを提供できることが分かっている。
63,173号を参照のこと。しかし、このプロセス
は、限られた製造過程での利便性しかない、その理由は
真空中でのへき開プロセスを必要とする結果、そのスル
ープットは極めて低いものとなるからである。このよう
な真空中でのへき開プロセスは、処理済みのウェハの大
部分(半分近く)が不良となり、さらに同時に1個のレ
ーザバー(デバイス)しかパッシベーションができな
い。
ウェット化学処理を施すことは、若干のエッチング処理
と安定したGa−S結合とAs−S結合の形成により、
表面再結合速度を低減できることが分かった。これに関
しては、例えば、米国特許第5,177,031号とG.
Beister et al. 著のApplied Physics Letters, Vol.
68(18), pp. 2467-2468 (April 1996)を参照のこと。し
かしこの方法は、一次的なパッシベーションしか通常提
供できない。その理由は、ファセットが、特にハイパワ
ーの操作中に再酸化してしまうからである。同時にまた
このウェット化学処理は、その制御が難しく、様々な層
のエッチングレートの相違に起因してファセットの光学
品質の劣化につながる。
信のようなハイパワーなGaAsベースのレーザの重要
性に鑑みて、その製造プロセスに使用するのに適した、
効果的で簡便なファセット処理を確保することが望まし
い。したがって本発明の目的は、ファセットをパッシベ
ーション層を形成するプロセスを有するGaAsベース
の半導体レーザの製造方法を提供するものである。
の半導体レーザの製造方法は、請求項1に記載した通り
である。特にへき開面上に形成した誘電体層は、窒化シ
リコン層(SiNx )であり、このxは、1/2から4
/3の範囲内に入るものである。
は、電子サイクロトロン共鳴(electron cyclotron res
onance(ECR))化学気相堆積である。この堆積方法
は、損傷が少なくH2S プラズマ処理表面を等方的にカ
プセル化する窒化シリコンフィルムを形成できる。
スは、光熱アニールの処理(不活性気体(例えば、A
r)内で約200゜Cで30分間の熱処理)を行う。この
レーザバーをレーザチップに分離することは従来技術に
より行われる。
ーザ10の断面図を示す。n−GaAs基板11を基板
として12−17が順に形成される。同図において、n
−GaAs基板11は(100)から(111)A方向
に10°傾いている。n−InGaPクラッド層12は
約1.15μmの厚さであり、GaAs閉じ込め層13
は100nm、InGaAs量子井戸層14は7nm、
GaAs閉じ込め層15は100nm、下部p−InG
aPクラッド層16は120nmの厚さである。
層17の上に上部p−InGaPクラッド層18,p+
GaAs接触層19,SiO2 層20,Ti/Pt/A
u金属化層21の層が形成される。p−GaAsエッチ
ストップ層17は6nm、上部p−InGaPクラッド
層18は約1.04μm、p+GaAs接触層19は1
20nmである。17はメサエッチングを容易にするた
めのものであり、レーザの光学特性に何等影響を及ぼす
ものではない。そしてSiO2 層20は300nmの厚
さであり、Ti/Pt/Au金属化層21がSiO2 層
20の上に形成され、AuBe/Ti/Au p側接点
22がSiO2 層20内に形成される。AuGe/Ni
/Ti/Pt/Au n側接点23がAuBe/Ti/
Au p側接点22とは反対側のn−GaAs基板11
の裏面に形成される。
り、詳述はしない。例えばこれに関しては、前掲の M.
Passlack et al. 著の論文を参照されたい。
ェハの製造が完了した後、ウェハの表面に個々の半導体
チップを規定するよう線を刻み(110)面に沿ってへ
き開することによりレーザバーを形成する。このプロセ
スでは、へき開プロセスは真空中で行う必要は必ずしも
ない。これは、従来技術に係るパッシベーションプロセ
スが真空中でへき開し、インサイチュでパッシベーショ
ン処理を行うのに比較して大きな利点である。
(出力)ファセットで通常最も必要とされる。その理由
は光パワー密度は、背面のファセットよりも前面のファ
セットの方がはるかに高いからである。前ファセットに
は、通常低反射率(low reflectivity(LR))コーテ
ィング(1%反射率)が施され、一方後ろファセットに
は高反射率(high reflectivity(HR)) コーティン
グ(98%反射率)が施される。
バーのへき開されたファセットには従来通りHRコーテ
ィング(例、SiO2−Si 分散ブラッグリフレクタ)
が施され、パッシベーション層は存在せず、その後プラ
ズマパッシベーション層が形成され、レーザバーの他の
ファセット上に公知のLRコーティングが堆積される。
そしてこのLRコーティングは、誘電体保護層を含む。
の両方のファセットは、同時にプラズマパッシベーショ
ン処理が行われ、その後適切な保護層(通常窒化シリコ
ン製)が同時に堆積され、その後オプションとしてさら
に誘電体層を堆積することがある。その結果、従来のH
Rコーティングおよび/または従来のLRコーティング
がそれぞれのファセット面に形成される。
るいは数千もの)のレーザバーが反応性チェンバー内で
単純な治具を用いて同時に簡単に処理できる。通常この
治具は、レーザバーを収納するための複数のスロットを
有し、そしてそのエッジにレーザバーを保持し、レーザ
バーの一方あるいは両方のファセットを反応性チェンバ
ー内のプラズマに曝すような構造をしている。
バー内に配置した後、このチェンバーを通常10-6トー
ル以下に真空引きし、レーザバーをH2S からなるパッ
シベーションプラズマに曝す。好ましくはこの工程は、
電子サイクロトロン共鳴装置(ECR)装置内で実行
し、ファセットへの損傷を最少にするのが良い。このよ
うな装置は公知であり、市販されている。
000Wの範囲内であり、反応チェンバー内へのH2S
の流速は、10sccmで、パッシベーション処理中の
チェンバー内の圧力は、約2mトールで、プラズマへの
照射は約2分間に亘った。上記のパラメータは、少なく
ともその一部は、装置に依存するものであり、これらの
パラメータは通常一般的に特定できるものではない。し
かし、何回かの実験を行うことによりある特定の装置に
対しては、適切なパラメータ値を決定できる。
素がファセット面から生来酸化物を除去し、プラズマ内
の硫黄がGaとAsと結合し、これによりファセットの
表面状態密度を低下させる。H2S のプラズマに曝すこ
とによるファセットのエッチングが存在しないためにへ
き開されたファセットの光学品質が保持され、少なくと
も従来のパッシベーションプロセスの欠点を取り除くこ
とができる。
をこのへき開したファセット上に堆積する。好ましい実
施例においては、この誘電体層は、SiH4 とN2 から
のECRCVDにより形成された窒化シリコン層であ
る。
ようにパッシベーション処理した後、従来のレーザスト
レス試験(100゜Cで150mAの電流を140時間掛
ける)を課した。本発明によるほとんど全てのレーザ装
置は、このストレス試験に合格した。本発明の製造方法
によるレーザは、500mAの駆動電流のハイパワーで
も十分満足した性能を発揮した。
Claims (6)
- 【請求項1】 へき開されたレーザファセットを有する
GaAsベースの半導体レーザ(10)の製造方法にお
いて、 a)GaとAsを含有する多層半導体構造(12−1
9)をその上に有するGaAs基板(11)を用意する
ステップと、 b)このGaAs基板(11)をへき開して、へき開表
面を有するレーザバーを形成するステップと、 c)前記レーザバーを真空堆積チェンバー内に配置し、
少なくとも1つのへき開表面上に誘電体層を堆積するス
テップと、 d)前記レーザバーを複数のレーザチップに分離するス
テップと、からなり、前記c)のステップの誘電体層を
堆積する際に、堆積チェンバー内でへき開面をH2S の
プラズマにさらして、レーザバーを大気に曝すことなく
誘電体層をへき開面に堆積することを特徴とするGaA
sベースの半導体レーザの製造方法。 - 【請求項2】 前記真空堆積チェンバーは、電子サイク
ロトロン共鳴化学気相堆積チェンバーであり、 前記誘電体層は、窒化シリコン製であることを特徴とす
る請求項1の方法。 - 【請求項3】 複数個のレーザバーを真空堆積チェンバ
ー内に導入し、H2Sのプラズマにさらし、その後誘電
体層を堆積することを特徴とする請求項1の方法。 - 【請求項4】 前記誘電体層は、窒化シリコン層である
ことを特徴とする請求項1の方法。 - 【請求項5】 前記窒化シリコン層は、SiH4 とN2
から電子サイクロトロン共鳴化学気相堆積により形成さ
れることを特徴とする請求項4の方法。 - 【請求項6】 前記レーザの出力の波長は、980nm
であることを特徴とする請求項1の方法。
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