JPH11121877A - Compd. semiconductor light emitting device - Google Patents

Compd. semiconductor light emitting device

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JPH11121877A
JPH11121877A JP22429598A JP22429598A JPH11121877A JP H11121877 A JPH11121877 A JP H11121877A JP 22429598 A JP22429598 A JP 22429598A JP 22429598 A JP22429598 A JP 22429598A JP H11121877 A JPH11121877 A JP H11121877A
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face
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light emitting
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秀善 堀江
Hirotaka Oota
弘貴 太田
Toshinari Fujimori
俊成 藤森
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To stably suppress an interface level density at the semiconductor light emitting element end face for a long time, and stably operate in the event of diffusion in an inactive layer during LD driving, by covering with an inactive layer the surfaces of a first conductivity type clad layer, active layer and second conductivity type clad layer which form end faces. SOLUTION: An inactive layer 14 covers the surfaces of a first conductivity type clad layer 3, active layer 4 and second conductivity type clad layer 5 which form end faces. The active layer 4 near the end face is permeable to an oscillation wavelength. A window structure is adopted to stably suppress the optical absorption at the semiconductor light emitting element end faces for a long time, and an inactive layer 14 is inserted between coating layers 15, 16 made of a dielectric or dielectric combined with a semiconductor to realize long stable end faces, and also to realize by a simple method a semiconductor light emitting element stably operable even in the event of diffusion in the inactive layer 14.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体発光素子、特
に半導体レーザに関するもので、本発明の素子は光ファ
イバー増幅器用励起光源、光情報処理用の光源等の、高
出力、長寿命の両立を要求される用途に好適に利用され
る。またスパールミネッセントダイオード等のLEDで
光の出射端が端面により形成されているもの、また、面
発光レーザ等への応用も可能である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor light emitting device, and more particularly to a semiconductor laser. The device of the present invention requires both high output and long life of a pump light source for an optical fiber amplifier and a light source for optical information processing. It is suitably used for the intended use. In addition, LEDs such as spear luminescent diodes having a light emitting end formed by an end face, and applications to surface emitting lasers and the like are also possible.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年における光情報処理技術、光通信技
術の進展には目ざましい物がある。例えば、光磁気ディ
スクによる高密度記録、光ファイバーネットワークによ
る双方向通信と枚挙に暇がない。例えば、通信分野にお
いては、今後のマルチメディア時代に本格的に対応する
大容量の光ファイバー伝送路とともに、その伝送方式に
対する柔軟性を持つ信号増幅用のアンプとして、Er3+
等の希土類をドープした光ファイバー増幅器(EDF
A)の研究が各方面で盛んに行なわれている。そして、
EDFAのコンポーネントとして不可欠な要素である、
高効率な励起光源用の半導体レーザの開発が待たれてい
る。
2. Description of the Related Art In recent years, progress in optical information processing technology and optical communication technology has been remarkable. For example, there is no shortage of high-density recording using a magneto-optical disk and two-way communication using an optical fiber network. For example, in the telecommunications field, Er 3+ is used as an amplifier for signal amplification that has flexibility in the transmission system, as well as a large-capacity optical fiber transmission line corresponding to the future of the multimedia age.
Optical fiber amplifier (EDF) doped with rare earth such as
The research of A) is being actively conducted in various fields. And
It is an essential element as a component of EDFA,
Development of a semiconductor laser for a highly efficient excitation light source is awaited.

【0003】EDFA応用に供することのできる励起光
源の発振波長は原理的に3種類存在し、800nm、9
80nm、1480nmである。このうち増幅器の特性
から見れば980nmでの励起が、利得、ノイズ等を考
慮すると最も望ましいことが知られている。このような
980nmの発振波長を有するレーザは励起光源として
高出力であることと長寿命であるという相反する特性を
満足することを望まれている。さらにこの近傍の波長、
たとえば890−1150nmにおいてはSHG光源、
レーザプリンタ用の熱源としての要求もあり、その他種
々の応用面においても高出力で信頼性の高いレーザの開
発がまたれている。
[0003] In principle, there are three types of oscillation wavelengths of an excitation light source that can be used for EDFA applications.
80 nm and 1480 nm. From the characteristics of the amplifier, it is known that pumping at 980 nm is most desirable in consideration of gain, noise, and the like. It is desired that such a laser having an oscillation wavelength of 980 nm satisfies the contradictory characteristics of a high output and a long life as an excitation light source. Wavelengths in the vicinity,
For example, at 890-1150 nm, an SHG light source,
There is also a demand as a heat source for a laser printer, and development of a laser with high output and high reliability is also straddled in various other applications.

【0004】また、情報処理分野では高密度記録、短時
間書き込み、読み出しを目的として半導体レーザの、高
出力化、短波長化が進んでおり、従来の780nm発光
波長のLDに関しては高出力化が強く望まれており、ま
た、630−680nm帯のLDの開発も各方面で精力
的に行われている。これら、レーザ実現のために欠かせ
ない高出力、高信頼性の両立のアプローチとしては、例
えば、端面近傍の活性層領域のバンドギャップを発振波
長に対して透明になるようにし、前述の端面近傍での光
吸収をおさえる方法が種々提案されている。これら構造
のレーザは一般に窓構造レーザあるいはNAM(non Ab
sorbing Mirror)構造レーザと呼ばれており、高出力を
必要とする際には非常に効果的である。
In the field of information processing, the output and wavelength of semiconductor lasers have been increasing for the purpose of high-density recording, short-time writing and reading, and the output of conventional LDs having an emission wavelength of 780 nm has been increased. There is a strong demand, and the development of LDs in the 630-680 nm band is also being vigorously conducted in various fields. As an approach for achieving both high power and high reliability indispensable for realizing the laser, for example, the band gap of the active layer region near the end face is made transparent to the oscillation wavelength, and Various methods have been proposed to reduce the light absorption in the light. Lasers with these structures are generally window-structured lasers or NAMs (non Ab
This laser is called a sorbing mirror (structured laser) and is very effective when high power is required.

【0005】一方、特開平3−101183号公報の様
な問題解決法も提起されている。これによれば、汚染の
ない端面を形成し、これに半導体端面との反応、又はそ
れ自体が拡散を起こさない物質で、かつ、酸素を含有し
ない物質をパッシベーション層あるいは、その一部とし
て形成する製法が効果的だとされている。また、上記特
開平3−101183号公報に類する公知文献として、
L.W.Tuet al.,(In-vacuum cleaving and coating
of semiconductor laser facets using silicon
and a dielectric、 J.Appl.Phys.80(11) 1 DEC. 19
96)がある。これによれば、Si/AlOx構造をレーザ
端面にコーティングする際に真空中で劈開すると、劈開
面でのキャリアの再結合速度が遅くなり、初期的なCO
Dレベルがあがることが記載されている。
On the other hand, a solution to the problem as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-101183 has been proposed. According to this, an end face without contamination is formed, and a substance which does not cause a reaction with the semiconductor end face or diffusion itself and does not contain oxygen is formed as a passivation layer or a part thereof. The manufacturing method is said to be effective. Further, as a known document similar to the above-mentioned JP-A-3-101183,
LWTuet al., (In-vacuum cleaving and coating
of semiconductor laser facets using silicon
and a dielectric, J. Appl. Phys. 80 (11) 1 DEC. 19
96). According to this, when the Si / AlO x structure is coated on the laser end face and cleaved in a vacuum, the recombination rate of carriers at the cleaved face is reduced, and the initial CO 2
It is described that the D level rises.

【0006】さらに、半導体レーザの光出射端面での電
界強度を下げるために、共振器方向に存在する定在波の
腹の部分が端面部分と一致しないように、Siをコーテ
ィング膜と半導体との界面に1/4波長分挿入する技術
も知られている。
Further, in order to reduce the electric field intensity at the light emitting end face of the semiconductor laser, Si is coated between the coating film and the semiconductor so that the antinode of the standing wave existing in the cavity direction does not coincide with the end face part. A technique of inserting a quarter wavelength into the interface is also known.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】例えば、980nm近
傍の半導体レーザでは、50−100mW程度の光出力
において2年程度の連続使用に耐える半導体レーザがす
でに開発されているが、より高い光出力における動作で
は急速な劣化がおこり、信頼性は不十分である。これは
780nm帯、630−680nm帯のレーザダイオー
ド(以下、「LD」という。)においても事情は同様で
あり、高出力時の信頼性確保は特にGaAs基板を用い
た系の半導体レーザ全体の課題である。
For example, for a semiconductor laser having a wavelength of about 980 nm, a semiconductor laser capable of withstanding continuous use for about two years at an optical output of about 50 to 100 mW has already been developed. In this case, rapid deterioration occurs and the reliability is insufficient. The same is true for the laser diode (hereinafter, referred to as “LD”) in the 780 nm band and the 630-680 nm band, and ensuring the reliability at the time of high output is a problem especially for the whole semiconductor laser using a GaAs substrate. It is.

【0008】この原因のひとつには、非常に高い光密度
にさらされるレーザ光の出射端面の劣化に起因するもの
がある。GaAs/AlGaAs系半導体レーザでもよ
く知られているように、端面近傍には多数の表面準位が
存在するが、これらの準位がレーザ光を吸収するため、
一般的に端面近傍の温度はレーザ内部の温度よりも高く
なり、この温度上昇がさらに端面近傍のバンドギャップ
を狭くし、さらにレーザ光を吸収しやすくするといった
正帰還がおきると説明されている。この現象は瞬時に大
電流を流した際に観測される端面破壊いわゆるCOD(c
atastrophic Optical Damage)として知られ、また長
期に通電試験した際のCODレベルの低下に伴う素子の
突然劣化は多くの半導体レーザ素子において共通の問題
となっている。これら課題の解決の試みは上記の様に精
力的に行われてはいるが、まだ技術的に不十分である。
[0008] One of the causes is caused by deterioration of an emission end face of a laser beam exposed to a very high light density. As is well known in GaAs / AlGaAs-based semiconductor lasers, there are many surface levels near the end face, but these levels absorb laser light.
In general, it is described that the temperature near the end face becomes higher than the temperature inside the laser, and this temperature rise further narrows the band gap near the end face, and further causes positive feedback such that laser light is more easily absorbed. This phenomenon is called end-face destruction, so-called COD (c
Known as atastrophic optical damage), sudden deterioration of the device due to a decrease in the COD level during a long-term energization test is a common problem in many semiconductor laser devices. Attempts to solve these problems have been made vigorously as described above, but are still technically insufficient.

【0009】窓構造を有するLDの場合を考えると、た
とえば、レーザ端面上に発光波長に対して透明な半導体
材料をエピタキシャル成長させる方法がある。この方法
ではレーザをいわゆるバーの状態にして端面へエピタキ
シャル成長を行うために、この後に行う電極工程が非常
に煩雑なものとなってしまう。また、ZnあるいはSi
等をレーザの端面近傍の活性層に不純物として意図的に
熱拡散又はイオン打ち込みをさせ、無秩序化させる方法
も種々提案されている。これらの公知文献としては特開
平2−45992号公報、特開平3−31083号公
報、特開平6−302906号公報等をあげることがで
きる。
Considering the case of an LD having a window structure, for example, there is a method of epitaxially growing a semiconductor material transparent to an emission wavelength on a laser end face. In this method, since the laser is grown in a so-called bar state and epitaxial growth is performed on the end face, an electrode process performed thereafter becomes very complicated. Also, Zn or Si
Various methods have been proposed for intentionally causing thermal diffusion or ion implantation as impurities into an active layer near the end face of a laser to make the active layer disorder. Examples of these known documents include JP-A-2-45992, JP-A-3-31083, and JP-A-6-302906.

【0010】しかし、一般にLD製造工程で行われる不
純物拡散はレーザ素子のエピタキシャル方向から基板方
向に向かって行われるため、拡散深さの制御性、また共
振器方向に対する横方向拡散の制御性に問題があり安定
した作製は難しい。また、イオン打ち込みの場合には高
エネルギーのイオンが端面から導入されるため、たと
え、アニール処理を施した後もLD端面にダメージが残
存しがちである。また不純物導入を行なった領域での抵
抗の低下に伴う無効電流の増加はレーザのしきい値電流
や駆動電流を増加させる等の問題があった。
However, since impurity diffusion generally performed in the LD manufacturing process is performed from the epitaxial direction of the laser element toward the substrate, there is a problem in controllability of the diffusion depth and controllability of lateral diffusion with respect to the cavity direction. It is difficult to make stable production. Further, in the case of ion implantation, high-energy ions are introduced from the end face, so that damage tends to remain on the LD end face even after annealing. In addition, an increase in reactive current due to a decrease in resistance in a region into which impurities are introduced has a problem that a threshold current and a drive current of a laser increase.

【0011】一方、例えば、前記特開平3−10118
3号公報に開示の、汚染のない端面を形成し、これに半
導体端面との反応、又はそれ自体が拡散を起こさない物
質で、酸素を含有しない物質をパッシベーション層ある
いは、その一部として形成する製法の技術問題点は以下
のとおりである。一般に大気中等の例えばクリーンルー
ム内での作業よっては、劈開時に端面に発生する、例え
ば、Ga−O、またAs−O等の非発光再結合中心の生
成を抑制する効果はなく、この点で、前記特許が開示し
ている具体的<汚染のない端面の形成方法>は第1クレ
ームに記載のとおり、劈開したその場で不活性化層を形
成することが不可欠となり、この具体的実現可能な環境
は第10クレームにあるとおり真空中での劈開のみであ
る。しかし、これは大気中での一般的劈開に比較して、
非常に煩雑な装置と作業が要求される。また、一般的に
第11クレームから第14クレームに開示されているド
ライエッチングによって形成される端面は、劈開によっ
て形成される端面と比較して多くの非発光再結合中心を
形成し、超寿命を要求されるLDの作製方法としては適
さない。
On the other hand, for example, Japanese Patent Laid-Open Publication No.
No. 3 discloses a non-contaminated end face, on which a reaction with the semiconductor end face or a substance which does not itself diffuse and does not contain oxygen is formed as a passivation layer or a part thereof. The technical problems of the manufacturing method are as follows. Generally, by working in a clean room, for example, in the atmosphere, there is no effect of suppressing the generation of non-radiative recombination centers such as Ga-O and As-O, which are generated on the end face at the time of cleavage. As described in the first claim, the specific <method of forming an end face without contamination> disclosed in the above patent requires the formation of a passivation layer on the cleaved site, and this specific realization is possible. The environment is only cleavage in a vacuum as stated in the tenth claim. However, compared to general cleavage in the atmosphere,
Very complicated equipment and work are required. In addition, the end face formed by dry etching disclosed in the eleventh to fourteenth claims generally forms more non-radiative recombination centers than the end face formed by cleavage, and has a long life. It is not suitable as a required LD manufacturing method.

【0012】また、パッシベーション層、即ち不活性化
層として最適なものとしてSi,又はアモルファスSi
があげられているが、一般に全く拡散を起こさない物質
は存在せず、特に高出力、高温下で長時間駆動すること
を前提とする様な半導体レーザでは、前記特許で開示さ
れたパッシベーション材料の拡散が懸念される。また、
上記、L.W.Tu et al.,(In-vacuum cleaving and c
oating of semiconductor laser facets using s
ilicon and a dielectric、 J.Appl.Phys.80(11) 1
DEC. 1996)では、Si/AlOx構造をレーザ端面にコ
ーティングする際に真空中で劈開すると、劈開面でのキ
ャリアの再結合速度が遅くなり、初期的なCODレベル
があがるとあるが、長期の信頼性に関する記述はなく、
コーティングとLD構造の関連についても述べられていな
い。
Further, Si or amorphous Si is preferably used as a passivation layer, that is, an inactive layer.
However, in general, there is no substance that does not cause any diffusion at all, and in particular, in a semiconductor laser that is supposed to be driven for a long time under high power and high temperature, the passivation material disclosed in the above-mentioned patent is used. Concern about proliferation. Also,
Above, LWTu et al., (In-vacuum cleaving and c
oating of semiconductor laser facets using s
ilicon and a dielectric, J. Appl. Phys. 80 (11) 1
According to DEC. 1996), when the Si / AlO x structure is coated on the laser end face, cleaving in a vacuum slows the recombination rate of carriers at the cleavage face and increases the initial COD level. There is no statement about the reliability of
No mention is made of the connection between the coating and the LD structure.

【0013】さらに、半導体レーザの光出射端面での電
界強度を下げるために、共振器方向に存在する定在波の
腹の部分が端面部分と一致しないように、Siをコーテ
ィング膜と半導体との界面に1/4波長分挿入する技術
においては、一般の半導体レーザが実現されている波長
帯、特に高出力LDが望まれている400−1600n
mにおいては、Siそのものが光の吸収体として作用し
てしまうため、端面での温度上昇がデバイスの劣化を加
速してしまう可能性がある。
Further, in order to reduce the electric field strength at the light emitting end face of the semiconductor laser, Si is coated between the coating film and the semiconductor so that the antinode of the standing wave existing in the cavity direction does not coincide with the end face part. In the technology of inserting a quarter wavelength into the interface, a wavelength band in which a general semiconductor laser is realized, particularly a high output LD is desired to be 400-1600n.
In m, since Si itself acts as a light absorber, a temperature rise at the end face may accelerate the deterioration of the device.

【0014】本発明は、かかる課題を解決するためにお
こなわれたもので、その目的は、半導体レーザ端面での
界面準位密度を長期間にわたって安定に抑制し、しか
も、不活性化層のLD駆動中の拡散が起こった際にも安
定に動作する半導体レーザを、簡便な方法で実現可能と
することであり、これは、すなわち、端面での劣化を抑
えた、高出力と長寿命を両立させた高性能の半導体レー
ザの提供に他ならない。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and an object of the present invention is to stably suppress the interface state density at the end face of a semiconductor laser for a long period of time, and to further improve the LD of the passivation layer. This is to make it possible to realize a semiconductor laser that operates stably even when diffusion occurs during driving by a simple method, that is, it achieves both high output and long life while suppressing degradation at the end face. It is nothing but to provide a high performance semiconductor laser.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決すべく鋭意検討した結果、基板上に、少なくと
も第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッ
ド層が積層され、対向する二つの端面が共振器構造を形
成してなる発振波長λ(nm)の化合物半導体発光素子
であって、該端面を形成する第一導電型クラッド層、活
性層及び第二導電型クラッド層の表面はシリコン等から
なる不活性化層で被覆され、かつ好ましくは、不活性化
層表面が誘電体又は誘電体と半導体の組合せからなるコ
ーティング層で被覆され、その端面近傍の活性層が発振
波長λに対して透明である化合物半導体発光素子の場合
に、従来技術をはるかにしのぐレベルで高出力、長寿命
を両立することを見い出し、本発明に到達した。
Means for Solving the Problems The present inventors have conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, at least a first conductive type clad layer, an active layer, and a second conductive type clad layer are laminated on a substrate. A compound semiconductor light emitting device having an oscillation wavelength λ (nm) in which two opposing end faces form a resonator structure, wherein the first conductivity type cladding layer, the active layer, and the second conductivity type forming the end faces are formed. The surface of the cladding layer is covered with a passivation layer made of silicon or the like, and preferably, the surface of the passivation layer is covered with a coating layer made of a dielectric or a combination of a dielectric and a semiconductor, and an active layer near the end face thereof. In the case of a compound semiconductor light emitting device which is transparent to the oscillation wavelength λ, it has been found that both high output and long life can be achieved at a level far exceeding that of the prior art, and the present invention has been achieved.

【0016】即ち、本発明の要旨は基板上に、少なくと
も第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッ
ド層が積層され、対向する二つの端面が共振器構造を形
成してなる発振波長λ(nm)の化合物半導体発光素子
であって、該端面を形成する第一導電型クラッド層、活
性層及び第二導電型クラッド層の表面は不活性化層で被
覆されているとともに、該端面近傍の活性層が発振波長
λに対して透明であることを特徴とする化合物半導体発
光素子に存する。
That is, the gist of the present invention resides in that at least a first conductive type clad layer, an active layer and a second conductive type clad layer are laminated on a substrate, and two opposing end faces form a resonator structure. A compound semiconductor light emitting device having a wavelength of λ (nm), wherein the surfaces of the first conductivity type cladding layer, the active layer and the second conductivity type cladding layer forming the end face are covered with a passivation layer; An active layer near an end face is transparent to an oscillation wavelength λ.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下に本発明を詳細に説明する。
本発明の半導体発光素子は、基板上に、少なくとも第一
導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層が
積層され、対向する二つの端面が共振器構造を形成して
なる発振波長λ(nm)の化合物半導体発光素子であっ
て、該端面を形成する第一導電型クラッド層、活性層及
び第二導電型クラッド層の表面は不活性化層で被覆され
ているとともに、該端面近傍の活性層が発振波長λに対
して透明である化合物半導体発光素子であれば、その構
造は特に限定されないが 、以下に具体的構造の1例と
して、屈折率導波構造を有し、第二導電型クラッド層が
第一のそれと第二のそれの二層に分かれ、第二導電型第
二クラッド層と電流ブロック層とで電流注入領域を形成
し、さらに電極との接触抵抗を下げるためのコンタクト
層をもつ構造の半導体レーザについて説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail.
The semiconductor light emitting device of the present invention has an oscillation wavelength λ in which at least a first conductivity type clad layer, an active layer and a second conductivity type clad layer are laminated on a substrate, and two opposing end faces form a resonator structure. (Nm), wherein the surfaces of the first conductivity type cladding layer, the active layer, and the second conductivity type cladding layer forming the end face are covered with a passivation layer and are near the end face. The structure is not particularly limited as long as the active layer is a compound semiconductor light emitting device that is transparent to the oscillation wavelength λ. The conductive cladding layer is divided into two layers, a first one and a second one, to form a current injection region with the second conductive type second cladding layer and the current blocking layer, and to further lower the contact resistance with the electrode. Semiconductor with structure with contact layer The laser will be described.

【0018】そのようなレーザの基本的エピタキシャル
構造の製法はたとえば堀江らの特開平8−130344
号公報に記載のレーザが相当し、この類のレーザは光通
信に用いられる光ファイバー増幅器用の光源、また、情
報処理用の大規模光磁気メモリーのピックアップ光源と
して用いられ、活性層、またクラッド層等の層構成、ま
た材料構成等の違いによって、さらに様々な用途への応
用が可能である。
A method for manufacturing a basic epitaxial structure of such a laser is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-130344 by Horie et al.
This type of laser is used as a light source for an optical fiber amplifier used for optical communication and as a pickup light source for a large-scale magneto-optical memory for information processing, and includes an active layer and a cladding layer. Depending on the layer configuration such as the above and the material configuration, it can be further applied to various uses.

【0019】図2は、本発明の半導体レーザにおけるエ
ピタキシャル構造の一例としてグルーブ型の半導体レー
ザを構成した模式的一例である。基板(1)としては所
望の発振波長、格子整合性、意図的に活性層等に導入さ
れる歪等の点からInP、GaAs、GaN、InGa
As、Al23等の単結晶基板が使用される。Al23
の様に場合によっては誘電体基板も使用可能である。本
発明で実施される形態としてはInP基板、GaAs基
板が、V族としてAs、P等を含むIII−V族半導体発
光素子に対して格子整合性の観点から望ましく、V族と
してAsを含む場合には最も好適にはGaAs基板が使
用される。
FIG. 2 is a schematic example in which a groove type semiconductor laser is formed as an example of the epitaxial structure in the semiconductor laser of the present invention. The substrate (1) may be made of InP, GaAs, GaN, InGa in view of a desired oscillation wavelength, lattice matching, distortion intentionally introduced into the active layer and the like.
A single crystal substrate such as As or Al 2 O 3 is used. Al 2 O 3
In some cases, a dielectric substrate can be used. As an embodiment of the present invention, an InP substrate or a GaAs substrate is preferable from the viewpoint of lattice matching with a III-V semiconductor light emitting device containing As, P, or the like as a V group, and includes As as a V group. Most preferably, a GaAs substrate is used.

【0020】また、Al23等の誘電体基板はIII−V
族半導体発光素子のなかでもV族として窒素等を含む材
料に使用されることがある。基板はいわゆるジャスト基
板だけではなく、エピタキシャル成長の際の結晶性を向
上させる観点から、いわゆるオフ基板(miss oriented
substrate)の使用も可能である。これはいわゆるステ
ップフローモードでの良好な結晶成長を促進する効果を
もち広く使われている。オフ基板は0.5度から2度オ
フ程度が広く用いられるが、量子井戸構造を構成する材
料系によっては10度前後の傾斜を持たせた基板を使用
することもある。
A dielectric substrate such as Al 2 O 3 is made of III-V
Among group V semiconductor light emitting devices, a material containing nitrogen or the like as V group may be used. The substrate is not only a so-called just substrate, but also a so-called off-substrate (miss oriented) from the viewpoint of improving crystallinity during epitaxial growth.
substrate) can also be used. This is widely used with the effect of promoting good crystal growth in a so-called step flow mode. The off-substrate is generally used from about 0.5 degrees to about 2 degrees off, but a substrate having an inclination of about 10 degrees may be used depending on the material system constituting the quantum well structure.

【0021】基板はMBEあるいはMOCVD等の結晶
成長技術を利用した、発光素子の作り込みの準備とし
て、化学エッチング、熱処理等をされる場合もある。バ
ッファ層(2)は、基板バルク結晶の不完全性を緩和
し、結晶軸を同一にしたエピタキシャル薄膜の形成を容
易にするために設けることが好ましい。バッファ層
(2)は、基板(1)と同一の化合物で構成するのが好
ましく、基板がGaAsの場合は通常、GaAsが使用
される。しかし、超格子層をバッファ層に使用すること
も広く行われており、同一の化合物で形成されない場合
もある。一方誘電体基板を用いた場合には必ずしも基板
と同一の物質ではなく、その所望の発光波長、デバイス
全体の構造から、適宜、基板と異なった材料が選ばれる
場合もある。
In some cases, the substrate is subjected to chemical etching, heat treatment, etc., in preparation for the fabrication of a light emitting device, utilizing a crystal growth technique such as MBE or MOCVD. The buffer layer (2) is preferably provided to alleviate incompleteness of the substrate bulk crystal and facilitate formation of an epitaxial thin film having the same crystal axis. The buffer layer (2) is preferably made of the same compound as the substrate (1). When the substrate is GaAs, GaAs is usually used. However, a superlattice layer is widely used as a buffer layer, and may not be formed of the same compound. On the other hand, when a dielectric substrate is used, a material different from that of the substrate may be appropriately selected depending on the desired emission wavelength and the structure of the entire device, instead of the same material as the substrate.

【0022】第一導電型クラッド層(3)は一般的には
活性層(4)の平均的屈折率より小さな屈折率を有する
材料で構成され、所望の発振波長を実現するために準備
される基板(1)、バッファ層(2)、活性層(4)等
により適宜材料が規定される。例えば基板(1)として
GaAsが使用され、バッファ層(2)もGaAsの際
にはAlGaAs系材料、InGaAs系材料、AlG
aInP系材料、InGaP系材料等が用いられる。ま
た場合によってはクラッド層全体を超格子構造にするこ
とも可能である。
The first conductivity type cladding layer (3) is generally made of a material having a refractive index smaller than the average refractive index of the active layer (4), and is prepared to realize a desired oscillation wavelength. The material is appropriately defined by the substrate (1), the buffer layer (2), the active layer (4), and the like. For example, GaAs is used as the substrate (1), and when the buffer layer (2) is GaAs, an AlGaAs-based material, an InGaAs-based material,
aInP-based materials, InGaP-based materials, and the like are used. In some cases, the entire cladding layer may have a superlattice structure.

【0023】本発明は活性層(4)の導電型、材料、構
造等によらずに効果があるが、材料選択の観点からは、
活性層(4)はIn及び/又はGaを含む系、より好ま
しくはInを含む系、最も好ましくはIn及びGaを含
む系がが望ましい。これは結晶成長の際にいわゆる秩序
化が起こりやすい材料系であって、不活性化層(14)
としてレーザ端面と誘電体の界面に挿入されるSiが、
長期のレーザ駆動中に上記の様に拡散する際に、端面近
傍の無秩序化を引き起こすことも期待されるからであ
る。一般に材料の無秩序化はバンドギャップの増加をも
たらすため、これはキャリアの補償効果と相まって、さ
らなる端面の光吸収を長期的に抑制していくこととな
る。
Although the present invention is effective irrespective of the conductivity type, material, structure, etc. of the active layer (4), from the viewpoint of material selection,
The active layer (4) is preferably a system containing In and / or Ga, more preferably a system containing In, and most preferably a system containing In and Ga. This is a material system in which so-called ordering is likely to occur during crystal growth, and the passivation layer (14)
Si inserted at the interface between the laser end face and the dielectric as
This is because when diffusing as described above during long-term laser driving, disordering near the end face may be expected. Generally, disordering of the material causes an increase in the band gap, which, in combination with the compensation effect of the carrier, further suppresses the light absorption at the end face in the long term.

【0024】これらの観点から、活性層(4)の材料と
しては、具体的には、AlGaAs系材料、InGaA
s系材料、InGaP系、AlGaInP系材料等、中
でも、InXGa1-xAs(0<x<1)又は(Alx
1-xyIn1-yP(0<x,y<1)を含むことが望
ましく、特に量子井戸構造をとっていることが無秩序化
をする観点で望ましい。これら材料の選択は所望する発
振波長によって規定されるのが普通である。活性層の材
料選択により、化合物半導体発光素子の発振波長λ(n
m)がほぼ決定されるが、該発振波長λ(nm)は、S
i吸収端より短波長であることが好ましい。
From these viewpoints, as the material of the active layer (4), specifically, an AlGaAs-based material, InGaAs
s-based material, InGaP-based material, AlGaInP-based material, etc., and among them, In x Ga 1-x As (0 <x <1) or (Al x G
a 1−x ) y In 1−y P (0 <x, y <1) is desirable, and it is particularly desirable to have a quantum well structure from the viewpoint of disordering. The choice of these materials is usually dictated by the desired oscillation wavelength. By selecting the material of the active layer, the oscillation wavelength λ (n
m) is substantially determined, and the oscillation wavelength λ (nm) is S
The wavelength is preferably shorter than the i-absorption edge.

【0025】また、活性層(4)は構造として、単一の
層からなる通常のバルク活性層でもよいが、単一量子井
戸(SQW)構造、二重量子井戸(DQW)構造、多重
量子(MQW)構造等の量子井戸構造が目的に応じて採
用される。そして、量子井戸構造には、通常、光ガイド
層が併用され、必要に応じて量子井戸の分離のために障
壁層が併用される。活性層の構造としては、量子井戸の
両側に光ガイド層を設けた構造(SCH構造)、光ガイ
ド層の組成を徐々に変化させることにより屈折率を連続
的に変化させた構造(GRIN−SCH構造)等を採用
することが出来る。光ガイド層の材料としてはAlGa
As系材料、InGaAs系材料、InGaP系材料A
lGaInP系材料等、活性層にあわせ選択が可能であ
る。また、光ガイド層は前記材料を組み合わせた超格子
とすることも可能である。
The active layer (4) may be a normal bulk active layer consisting of a single layer, but may have a single quantum well (SQW) structure, a double quantum well (DQW) structure, or a multiple quantum well (DQW) structure. A quantum well structure such as an MQW structure is adopted according to the purpose. In the quantum well structure, an optical guide layer is usually used in combination, and if necessary, a barrier layer is also used for separating the quantum well. The structure of the active layer includes a structure in which light guide layers are provided on both sides of the quantum well (SCH structure) and a structure in which the refractive index is continuously changed by gradually changing the composition of the light guide layer (GRIN-SCH). Structure) can be adopted. The material of the light guide layer is AlGa
As-based material, InGaAs-based material, InGaP-based material A
Selection can be made according to the active layer, such as an lGaInP-based material. Also, the light guide layer can be a superlattice combining the above materials.

【0026】第二導電型第一、第二クラッド層(5)、
(8)は第一導電型クラッド層(3)同様、一般的には
活性層(4)の平均的屈折率より小さな屈折率を有する
材料で構成され、基板(1)、バッファ層(2)、活性
層(4)等により適宜材料が規定される。例えば基板
(1)としてGaAsが使用され、バッファ層(2)も
GaAsの際にはAlGaAs系材料、InGaAs系
材料、AlGaInP系材料、InGaP系材料等が用
いられる。
A second conductivity type first and second cladding layer (5),
(8), like the first conductivity type clad layer (3), is generally made of a material having a refractive index smaller than the average refractive index of the active layer (4), and the substrate (1) and the buffer layer (2). The material is appropriately defined by the active layer (4) and the like. For example, GaAs is used as the substrate (1), and when the buffer layer (2) is GaAs, an AlGaAs-based material, an InGaAs-based material, an AlGaInP-based material, an InGaP-based material, or the like is used.

【0027】図2には、二種類のエッチング阻止層
(6)、(7)及びキャップ層(10)が記載されてい
るが、これらの層は、本発明の好ましい態様において採
用され、電流注入領域の作り込みを精密かつ容易に行う
のに有効である。第二エッチング阻止層(6)が例え
ば、AlaGa1-aAs(0≦a≦1)材料にて構成され
る場合には、通常はGaAsが好適に使用される。これ
はMOCVD法等で第二導電型第二クラッド層(8)等
を、特に、AlGaAs系で再成長させる際に結晶性よ
く積層することができるためである。第二エッチング阻
止層(6)の厚さは通常2nm以上が好ましい。
FIG. 2 illustrates two types of etch stop layers (6) and (7) and a cap layer (10), which are employed in a preferred embodiment of the present invention and provide for current injection. This is effective for accurately and easily creating a region. When the second etching stop layer (6) is made of, for example, a material of Al a Ga 1-a As (0 ≦ a ≦ 1), usually, GaAs is preferably used. This is because the second conductive type second cladding layer (8) and the like can be laminated with good crystallinity when regrowth is performed by the MOCVD method or the like, particularly, in the case of AlGaAs. The thickness of the second etching stop layer (6) is usually preferably 2 nm or more.

【0028】第一エッチング阻止層(7)は、Inb
1-b P(0≦b≦1)で表される層が好適であり、本
発明のようにGaAsを基板として使用した際は、通常
歪みのない系でb=0.5が用いられる。第一エッチン
グ阻止層(7)の厚さは通常5nm以上であり、好まし
くは10nm以上である。5nm未満であると、膜厚の
乱れ等により、エッチングを阻止することができなくな
ってしまう可能性がある。一方膜厚によっては歪み系を
用いることもでき、b=0、b=1等を用いることも可
能である。
The first etching stop layer (7) is made of In b G
A layer represented by a 1-b P (0 ≦ b ≦ 1) is preferable, and when GaAs is used as the substrate as in the present invention, b = 0.5 is usually used in a strain-free system. . The thickness of the first etching stop layer (7) is usually 5 nm or more, preferably 10 nm or more. If the thickness is less than 5 nm, etching may not be able to be prevented due to disorder of the film thickness or the like. On the other hand, depending on the film thickness, a strain system can be used, and b = 0, b = 1, and the like can be used.

【0029】キャップ層(10)は、第1回目成長にお
いて電流ブロック層(9)の保護層として用いられると
同時に第二導電型第二クラッド層(8)の成長を容易に
するために用いられ、素子構造を得る前に、一部又は全
て除去される。電流ブロック層(9)としては、文字通
り電流をブロックして実質的に流さないことが必要であ
るので、その導電型は第一導電型クラッド層(3)と同
一かあるいはアンドープとすることが好ましく、また、
たとえばAlGaAs系で電流ブロック層(9)を形成
する場合であれば、AlyGa1-yAs(0<y≦1)か
らなる第二導電型第二クラッド層(8)より屈折率が小
さいことが好ましい。すなわち、電流ブロック層がAl
zGa1-zAs(0≦z≦1)であれば、したがって混晶
比としてはz>yになることが好ましい。
The cap layer (10) is used as a protective layer for the current blocking layer (9) in the first growth and at the same time to facilitate the growth of the second conductive type second clad layer (8). Before the element structure is obtained, some or all of the elements are removed. Since it is necessary for the current blocking layer (9) to literally block the current and not substantially flow, the conductivity type is preferably the same as that of the first conductivity type cladding layer (3) or undoped. ,Also,
For example, when the current blocking layer (9) is formed of an AlGaAs-based material, it is preferable that the refractive index is smaller than that of the second conductivity type second cladding layer (8) made of AlyGa1-yAs (0 <y ≦ 1). That is, the current block layer is made of Al
If z Ga 1 -z As (0 ≦ z ≦ 1), it is preferable that the mixed crystal ratio be z> y.

【0030】第二導電型第二クラッド層(8)の屈折率
は、通常、活性層(4)の屈折率以下とされる。又、第
二導電型第二クラッド層(8)は通常第一導電型クラッ
ド層(3)及び第二導電型第一クラッド層(5)と同一
とされる。また、本発明の好ましい態様のひとつとし
て、第二導電型第一クラッド層(5)、第二導電型第二
クラッド層(8)及び電流ブロック層(9)の全てを同
一組成の同一材料系で構成することが挙げられる。その
場合、第一エッチング阻止層(7)によって実効屈折率
差が形成され、また、キャップ層(10)を完全には除
去しない場合においては、第一エッチング層(7)に加
えてキャップ層(10)によっても実効屈折率差が形成
される。この様な層構成を採ることにより、第二導電型
第二クラッド層(8)及び電流ブロック層(9)のそれ
ぞれの界面における材料又は組成の不一致に起因する諸
問題を回避することができ、非常に好ましい。
The refractive index of the second-conductivity-type second cladding layer (8) is usually lower than the refractive index of the active layer (4). The second conductive type second clad layer (8) is usually the same as the first conductive type clad layer (3) and the second conductive type first clad layer (5). Further, as one preferred embodiment of the present invention, the second conductive type first clad layer (5), the second conductive type second clad layer (8) and the current blocking layer (9) are all made of the same material of the same composition. It is constituted by. In that case, an effective refractive index difference is formed by the first etching stop layer (7), and when the cap layer (10) is not completely removed, in addition to the first etching layer (7), the cap layer ( An effective refractive index difference is also formed by (10). By adopting such a layer configuration, it is possible to avoid various problems caused by mismatching of materials or compositions at respective interfaces of the second conductivity type second cladding layer (8) and the current blocking layer (9), Very preferred.

【0031】第二導電型第二クラッド層(8)上には電
極(12)との接触抵抗率を下げるため等の目的でコン
タクト層(11)を設けるのが好ましい。コンタクト層
(11)は、通常、GaAs材料にて構成される。この
層は通常電極(12)との接触抵抗率を低くするために
キャリア濃度を他の層より高くすることが行われる。ま
た、通常、バッファ層(2)の厚さは0.1〜3μm、
第一導電型クラッド層(3)の厚さは0.5〜3μm、
活性層(4)の厚さは量子井戸構造の場合1層当たり
0.0005〜0.02μm、第二導電型第一クラッド
層(5)の厚さは0.05〜0.3μm第導電型第二ク
ラッド層(8)の厚さは0.5〜3μm、キャップ層
(10)の厚さは0.005〜0.5μm、電流ブロッ
ク層(9)の厚さは0.3〜2μmの範囲から選択され
る。
It is preferable to provide a contact layer (11) on the second conductive type second clad layer (8) for the purpose of lowering the contact resistivity with the electrode (12). The contact layer (11) is usually made of a GaAs material. In this layer, the carrier concentration is usually made higher than the other layers in order to lower the contact resistivity with the electrode (12). Usually, the thickness of the buffer layer (2) is 0.1 to 3 μm,
The thickness of the first conductivity type cladding layer (3) is 0.5 to 3 μm,
In the case of a quantum well structure, the thickness of the active layer (4) is 0.0005 to 0.02 μm per layer, and the thickness of the second conductive type first cladding layer (5) is 0.05 to 0.3 μm. The thickness of the second cladding layer (8) is 0.5 to 3 μm, the thickness of the cap layer (10) is 0.005 to 0.5 μm, and the thickness of the current blocking layer (9) is 0.3 to 2 μm. Selected from a range.

【0032】図2に示す半導体発光素子は、さらに電極
(12)、(13)を形成して構成される。電極(1
2)は、p型の場合、コンタクト層(11)表面に例え
ばTi/Pt/Auを順次に蒸着した後、アロイ処理す
ることによって形成される。一方、電極(13)は、基
板(1)の表面に形成され、n型電極の場合、基板
(1)表面に例えばAuGe/Ni/Auを順次に蒸着
した後、アロイ処理することによって形成される。
The semiconductor light emitting device shown in FIG. 2 is constituted by further forming electrodes (12) and (13). Electrode (1
In the case of p-type, 2) is formed by sequentially depositing, for example, Ti / Pt / Au on the surface of the contact layer (11), followed by alloying. On the other hand, the electrode (13) is formed on the surface of the substrate (1). In the case of an n-type electrode, for example, AuGe / Ni / Au is sequentially deposited on the surface of the substrate (1) and then formed by alloying. You.

【0033】このようにして形成された半導体ウエハー
を劈開して、いわゆるレーザバーの状態とする。本発明
では必ずしも一般的にいって繁雑な真空中での劈開を必
要としない。これは、例えば以下の様な2つの方法を用
いて安定的に、しかも再現性良く、端面近傍のバンドギ
ャップを広げて発振波長λに対して透明化することが可
能であるからである。
The semiconductor wafer thus formed is cleaved to form a so-called laser bar. The present invention does not necessarily require generally complicated cleavage in a vacuum. This is because, for example, the band gap near the end face can be widened and made transparent to the oscillation wavelength λ stably and with good reproducibility by using the following two methods.

【0034】ひとつは、前記第一導電型クラッド層
(3)、活性層(4)、第二導電型クラッド層(5)、
(8)、さらには端面に露出される基板(1)、バッフ
ァ層(2)、第一エッチング阻止層(7)、第二エッチ
ング阻止層(6)、電流ブロック層(9)、キャップ層
(10)、コンタクト層(11)等の構成要素に対し
て、25eVから300eV程度の低エネルギーの荷電
粒子、即ち、イオン、電子、又はそれらの組み合わせで
あるプラズマ、好ましくはアルゴンプラズマを照射し、
無秩序化された領域を活性層近傍に作りこむ事により実
現が可能である。プラズマの照射は、端面に露出し、該
端面を形成する第一導電型クラッド層、活性層及び第二
クラッド層には少なくともプラズマを照射することが好
ましく、通常は、他の層も含めた端面全面にプラズマを
照射する。10-3Torr以下程度、好ましくは10-4Torr
以下、最も好ましくは10-5Torr以下程度の真空中で行
う。
One is the first conductivity type clad layer (3), the active layer (4), the second conductivity type clad layer (5),
(8) Further, the substrate (1), buffer layer (2), first etching stop layer (7), second etching stop layer (6), current blocking layer (9), cap layer ( 10) irradiating the constituent elements such as the contact layer (11) with charged particles having a low energy of about 25 eV to about 300 eV, that is, a plasma that is ions, electrons, or a combination thereof, preferably argon plasma;
This can be realized by forming a disordered region near the active layer. Irradiation with plasma is preferably performed by exposing the first conductive type clad layer, active layer and second clad layer which are exposed to the end face to at least the plasma, usually the end face including other layers. The whole surface is irradiated with plasma. About 10 −3 Torr or less, preferably 10 −4 Torr
Hereinafter, it is most preferably performed in a vacuum of about 10 −5 Torr or less.

【0035】また、この際に前述の様に活性層がIn及
び/又はGaを含む系、より好ましくはInを含む系、
最も好ましくはIn及びGaを含む系であれば、結晶成
長の際の秩序化が起こりやすい材料系のために、逆に上
記の様な低エネルギーのアルゴンプラズマ照射をうけ
て、無秩序化された領域は、無秩序化されていない活性
層部分のバンドギャップとのエネルギー差が大きくなる
ため望ましい形態である。これら観点からも、具体的活
性層の材料としては、前述のAlGaAs系材料、In
GaAs系材料、InGaP系材料、AlGaInP系
材料等、中でも、InXGa1-xAs(0<x<1)又は
(AlxGa1-xyIn1-yP(0<x,y<1)を含む
ことが望ましく、特に量子井戸構造をとっていることが
無秩序化をする観点で望ましい。
At this time, as described above, a system in which the active layer contains In and / or Ga, more preferably a system containing In,
Most preferably, in the case of a system containing In and Ga, a disordered region is exposed to the low-energy argon plasma irradiation as described above because of a material system in which ordering is likely to occur during crystal growth. Is a desirable mode because the energy difference from the band gap of the active layer portion which is not disordered becomes large. Also from these viewpoints, specific materials for the active layer include the above-mentioned AlGaAs-based material and In
GaAs-based material, InGaP-based material, AlGaInP-based material or the like, among others, In X Ga 1-x As (0 <x <1) or (Al x Ga 1-x) y In 1-y P (0 <x, y It is desirable to include <1), and particularly to have a quantum well structure from the viewpoint of disordering.

【0036】一方、もう一つの端面近傍のバンドギャッ
プを広げて発振波長λに対して透明化する手段としての
一例は、光線、熱線及び/又は電子線等の照射により、
熱的に、あるいは光学的に、端面近傍に存在する活性層
を構成する元素のうちの蒸気圧の高い元素を一部を脱離
させる事である。一般的に、III族元素のAs化合物の
真空中での再蒸発に関わる蒸気圧はInAs>GaAs
>AlAsであり、熱処理温度を選ぶと蒸気圧の低い元
素を選択的に除去できる。たとえば、980nmの発振
波長を実現する為には活性層として歪量子井戸構造を有
するInxGa1 -xAs(x=0.2程度)が用いられるが、
この場合、端面近傍を選択的に加熱し、500℃から6
50℃にするとInAsが選択的に再蒸発し、In濃度
の低い領域を端面近傍のみに作り込むことが出来る。こ
れは、すなわち端面近傍のバンドギャップが広がること
を意味するわけである。この様な処理により、安定的
に、その端面近傍の活性層がレーザの発振波長λに対し
て透明であることが実現可能である。光線、熱線及び/
又は電子線の照射量はレーザーバーの表面が目的とする
温度に上昇するよう、適宜調節すればよい。レーザーバ
ー全体の熱負荷を軽減するために、照射時間はなるべく
短時間であることが好ましく、通常10分以下である
が、より好ましくは5分以下である。また、このプロセ
スは真空中で行われるが、その真空度は、10-3Torr以
下程度、好ましくは10-4Torr以下、最も好ましくは1
-7Torr以下程度が好ましい。
On the other hand, another example of the means for widening the band gap near the end face to make it transparent to the oscillation wavelength λ is to irradiate a light beam, a heat ray and / or an electron beam, or the like.
It is to thermally or optically desorb some of the elements constituting the active layer near the end face that have a high vapor pressure. Generally, the vapor pressure involved in the re-evaporation of a group III element As compound in vacuum is InAs> GaAs.
> AlAs, and by selecting a heat treatment temperature, an element having a low vapor pressure can be selectively removed. For example, to realize a lasing wavelength of 980 nm, In x Ga 1 -x As (x = about 0.2) having a strained quantum well structure is used as an active layer.
In this case, the vicinity of the end face is selectively heated, and 500 ° C. to 6 ° C.
When the temperature is set to 50 ° C., InAs selectively re-evaporates, and a region having a low In concentration can be formed only near the end face. This means that the band gap near the end face is widened. By such processing, it is possible to stably realize that the active layer near the end face is transparent to the laser oscillation wavelength λ. Rays, heat rays and / or
Alternatively, the irradiation amount of the electron beam may be appropriately adjusted so that the surface of the laser bar rises to a target temperature. In order to reduce the thermal load on the entire laser bar, the irradiation time is preferably as short as possible, usually 10 minutes or less, and more preferably 5 minutes or less. This process is performed in a vacuum, and the degree of vacuum is about 10 -3 Torr or less, preferably 10 -4 Torr or less, and most preferably 1 -4 Torr or less.
It is preferably about 0 -7 Torr or less.

【0037】これら2つの方法は、LD作製工程上で端
面近傍のバンドギャップを広げる手段の例であって、不
活性化層がLD駆動中に拡散しながら、さらに、端面近
傍のバンドギャップを広げていく効果と相まって、高出
力、長寿命の素子を実現するものである。特に、前記手
法であるところの25eVから300eV程度の低エネ
ルギーのアルゴンプラズマを照射し、無秩序化された高
抵抗領域を活性層近傍に作りこむ方法は、共振器ミラー
近傍に位置する元素の内の、少なくともひとつの酸化物
及び/又は窒化物等、特に酸化物を除去することも可能
である。例えば特にAs−Oの除去には効果的であり、
低エネルギーのアルゴンプラズマの照射効果は絶大であ
る。これは不純物のイオン打ち込み等に比較して非常に
低いエネルギーでの処理であり、端面へのダメージをお
さえた形でプロセス出来る点が優れているといえる。ま
たGa−O等についても同様の効果がある。
These two methods are examples of means for widening the band gap near the end face in the LD fabrication process. The passivation layer diffuses during driving of the LD and further widens the band gap near the end face. In combination with the above-mentioned effect, a high-output and long-life element can be realized. In particular, the method of irradiating low-energy argon plasma of about 25 eV to about 300 eV to form a disordered high-resistance region near the active layer, which is the method described above, is based on the method in which elements located near the resonator mirror are used. It is also possible to remove, in particular, oxides, such as at least one oxide and / or nitride. For example, it is particularly effective for removing As-O,
The irradiation effect of low-energy argon plasma is enormous. This is a treatment with very low energy as compared with ion implantation of impurities or the like, and it can be said that it is excellent in that the process can be performed with less damage to the end face. Ga-O and the like have the same effect.

【0038】なお、構成元素の少なくともひとつ以上が
酸化物の形態では存在しないかどうかを分析する方法と
しては、例えばXPS(X-ray Photo-electron Spectr
oscopy X線光電子分光法)がある。これは各元素の化
学結合状態を知る上で非常に有益な手段であって、100
μm×100μm程度の大きさに絞ったX−線を、レーザ
端面に照射し、この結果発生する光電子をエネルギー分
光することでレーザ端面を構成する各元素の化学的結合
状態を確認できる。この時に、光電子検出器のサンプル
表面となす角度を変化させることで、表面近傍の情報の
みを得ることも容易に行うことが出来る。また、一般の
レーザは後述の通り誘電体、あるいは誘電体と半導体の
対によるコーティングが端面に施されているため、上記
XPS測定の前に種々のエッチング法を用いて、分析に
適した厚みまで、コーティング膜を薄くすることが行わ
れるのが普通である。また、2nm程度の薄いコーティ
ング膜が形成されているレーザに関しては、この様なエ
ッチング等の処理をすることなく半導体レーザ端面の分
析も可能である。
As a method of analyzing whether at least one of the constituent elements does not exist in the form of an oxide, for example, XPS (X-ray Photo-electron Spectr
oscopy X-ray photoelectron spectroscopy). This is a very useful tool for knowing the chemical bonding state of each element.
By irradiating the laser end face with X-rays having a size of about μm × 100 μm, and photo-electrons generated as a result of the energy spectroscopy, the chemical bonding state of each element constituting the laser end face can be confirmed. At this time, by changing the angle between the photoelectron detector and the sample surface, it is possible to easily obtain only information near the surface. In addition, since a general laser is coated on its end face with a dielectric or a dielectric and semiconductor pair as described later, various etching methods are used before the XPS measurement to a thickness suitable for analysis. Usually, the coating film is thinned. Further, with respect to a laser on which a thin coating film of about 2 nm is formed, it is possible to analyze the end face of the semiconductor laser without performing such processing as etching.

【0039】端面の形成には好適には劈開が利用され
る。これは端面発光型のレーザの場合に広く用いられる
が、面発光レーザの様に共振器が結晶成長過程で作製さ
れる場合もある。劈開によって形成される端面は使用す
る基板の方位によって異なる。例えば、好適に利用され
る名目上(100)(nominally (100))と結晶学的
に等価な面をもつ基板を使用し端面発光型レーザ等の素
子を形成する際には、(110)もしくはこれと結晶学
的に等価な面が共振器を形成する面となるが、前述のオ
フ基板(miss oriented substrate)を使用した際には、
その傾斜させた方向と共振器方向の関係によっては端面
が共振器方向と90°をなさない場合もある。たとえば
(100)基板から、(1−10)方向にむけて角度を
2°傾けた基板を使用した際には端面も2度傾く事とな
る。
Cleavage is preferably used for forming the end face. This is widely used in the case of an edge-emitting laser, but there are also cases where a resonator is formed during the crystal growth process like a surface-emitting laser. The end face formed by cleavage varies depending on the orientation of the substrate used. For example, when forming an element such as an edge emitting laser using a substrate having a crystallographically equivalent surface to the nominally (100) (nominally (100)) preferably used, (110) or The plane crystallographically equivalent to this is the plane that forms the resonator, but when using the aforementioned off-substrate (miss oriented substrate),
Depending on the relationship between the inclined direction and the resonator direction, the end face may not form 90 ° with the resonator direction. For example, when a substrate whose angle is inclined by 2 ° from the (100) substrate toward the (1-10) direction is used, the end face is also inclined by 2 degrees.

【0040】本発明において、不活性化層とは、化合物
半導体発光素子の端面に形成され、端面を構成する元素
が結合すると非発光再結合中心を形成してしまう、たと
えば酸素等の元素との化学反応を防止する層である。不
活性化層は、少なくとも端面を形成する第1導電型クラ
ッド層、活性層及び第2導電型クラッド層を被覆する様
に形成されるが、通常は、端面全体を被覆する様に形成
される。本発明においては、不活性化層は、端面に真空
中でプラズマ照射後、引き続き真空中、即ち、10-3To
rr以下程度の真空中、好ましくは10-6Torr以下程度、
最も好ましくは10-7Torr以下程度の高真空中で形成さ
れる。不活性化層の材料としては、Si、Ge、S、S
e等が挙げられるが、中でもSiを含むことが好まし
く、50原子%以上のSiを不活性化層に含むことが好
ましい。
In the present invention, the passivation layer is formed on the end face of the compound semiconductor light-emitting device, and forms a non-radiative recombination center when the elements constituting the end face are combined. This layer prevents chemical reactions. The passivation layer is formed so as to cover at least the first conductivity type clad layer, the active layer and the second conductivity type clad layer which form the end face, but is usually formed so as to cover the entire end face. . In the present invention, the passivation layer is formed by irradiating the end face with plasma in a vacuum and subsequently in a vacuum, that is, 10 -3 To 3
in a vacuum of about rr or less, preferably about 10 -6 Torr or less,
Most preferably, it is formed in a high vacuum of about 10 −7 Torr or less. As the material of the passivation layer, Si, Ge, S, S
e, etc., among which Si is preferable, and it is preferable that 50 atomic% or more of Si is included in the passivation layer.

【0041】半導体端面に不活性化層(14)として付
着されるSiはその製法によって構造、特徴が結晶学的
に異なるが、単結晶、多結晶、アモルファスのいずれの
場合についても効果が認められる。特に好適には高真空
中で低製膜レートで形成されたアモルファスSiが利用
される。一般的にSiの吸収端はその膜質によって異な
るが、約2μm以上の波長に対しては透明であり、吸収
はないと考えられる。逆に約2μmよりも短い波長にた
いしては、Siの屈折率NはN=n+ikとなりnは屈
折率の実数部分、kは消散係数であり、nは約3.5で
ある。
The Si deposited as a passivation layer (14) on the semiconductor end face has a crystallographically different structure and characteristics depending on the manufacturing method, but an effect is recognized in any of single crystal, polycrystal and amorphous. . Particularly preferably, amorphous Si formed at a low film formation rate in a high vacuum is used. In general, the absorption edge of Si differs depending on the film quality, but it is considered that the absorption edge is transparent for a wavelength of about 2 μm or more and does not absorb. Conversely, for wavelengths shorter than about 2 μm, the refractive index N of Si is N = n + ik, where n is the real part of the refractive index, k is the extinction coefficient, and n is about 3.5.

【0042】一般的に不活性化層(14)の厚みT
p(nm)は0.2(nm)より厚いことが望ましい。
しかし、一方極端に厚い膜厚、例えば100nm等も適
さない場合がある。不活性化層(14)の望ましい厚み
は、下限はそれ自体が膜として存在するための要件から
規定され、また上限は、活性層から出射される光がSi
によって吸収される効果とのバランスで決定される。す
なわち端面が全面不活性化膜で覆われる要件と、Siの
吸収による端面の温度上昇の両面の効果がSiを端面に
堆積させた場合には考えられるわけであり、この望まし
い範囲は本発明者らの実験結果では、 0.2(nm)<Tp(nm)<λ/8n(nm)・・・・・(I) (ただし、式(I)中、nは前記シリコン層の波長λでの
屈折率の実数部分を表す。)であることを確認してい
る。但し0.2nm以下の厚みの場合にも効果は確認さ
れている。
Generally, the thickness T of the passivation layer (14)
It is desirable that p (nm) is thicker than 0.2 (nm).
However, on the other hand, an extremely thick film thickness, for example, 100 nm may not be suitable. The desirable thickness of the passivation layer (14) is defined by the lower limit based on the requirement that the passivation layer itself exists as a film, and the upper limit is defined by the fact that light emitted from the active layer is Si.
It is determined by the balance with the effect absorbed by. That is, the requirement that the end face be entirely covered with the passivation film and the effect of both sides such as the temperature rise of the end face due to the absorption of Si can be considered when Si is deposited on the end face. According to these experimental results, 0.2 (nm) <T p (nm) <λ / 8n (nm) (I) (where, in the formula (I), n is the wavelength λ of the silicon layer) Represents the real part of the refractive index in the above.). However, the effect has been confirmed even when the thickness is 0.2 nm or less.

【0043】さらに、露出した半導体端面上に構成され
る不活性化層(14)の上に、積層された誘電体又は誘
電体及び半導体の組合せからなるコーティング層(1
5)(16)を有することが重要である。特に望ましく
は端面へのイオン照射、不活性化層(14)の形成、そ
してコーティング層(15)(16)の形成は連続して
真空中で行う。これは主には半導体レーザからの光の取
りだし効率を上げるための目的と、さらなる端面の保護
を行うという2つの目的で行われる。特に、高出力を得
るためには発振波長に対して低反射率をもつコーティン
グを前端面に施し、後端面に対しては高い反射率のそれ
を施す、非対称コーティングが広く用いられる。
Further, on the passivation layer (14) formed on the exposed semiconductor end face, a coating layer (1) made of a laminated dielectric or a combination of a dielectric and a semiconductor is formed.
5) It is important to have (16). Particularly preferably, the ion irradiation on the end face, the formation of the passivation layer (14), and the formation of the coating layers (15) and (16) are continuously performed in a vacuum. This is mainly performed for the two purposes of increasing the efficiency of extracting light from the semiconductor laser and further protecting the end face. Particularly, in order to obtain a high output, an asymmetric coating is widely used, in which a coating having a low reflectance with respect to the oscillation wavelength is applied to the front end face, and a coating having a high reflectance is applied to the rear end face.

【0044】本コーティングにはさまざまな材料を用い
ることが出来、AlOx、TiOx、SiOx、SiN、
Si及びZnSからなる群から選ばれる1種又は2種以
上の組合せるが好ましいが、低反射コーティングとして
はAlOx、TiOx、SiO x等が、また高反射コーテ
ィングとしてはAlOx/Siの多層膜、TiOx/Si
xの多層膜等が用いられる。それぞれの膜厚は所望の
反射率を実現するために調整される。しかし、一般的に
は低反射コーティングとしてはAlOx、TiOx、Si
x等がその波長λでの屈設率の実数部分をnとしてλ
/4n近傍の膜厚になるように調整されるのが一般的で
ある。また、高反射多層膜もそれを構成する各材料がλ
/4n近傍になるように調整され、さらにこの対を目的
に応じて積層する手法が好適である。
Various materials are used for this coating.
AlOx, TiOx, SiOx, SiN,
One or more selected from the group consisting of Si and ZnS
The above combination is preferred, but as a low reflection coating
Is AlOx, TiOx, SiO xEtc., also a high reflection coating
AlOx/ Si multilayer, TiOx/ Si
OxIs used. Each film thickness is desired
Adjusted to achieve reflectivity. But in general
Is AlO for low reflection coatingx, TiOx, Si
OxAnd so on, where n is the real part of the bending ratio at the wavelength λ.
In general, the thickness is adjusted so as to be in the vicinity of / 4n.
is there. In addition, each material constituting the high-reflection multilayer film is λ
/ 4n is adjusted so that it is close to
The method of laminating according to is suitable.

【0045】コーティング層(15)(16)の製法に
おいてはいわゆるIAD(Ion Assisted Depositio
n)法が好適に用いられる。これはコーティング材料の
真空蒸着と同時に、あるエネルギーをもったイオンを照
射する方法であって、特に希ガスによるイオン照射が好
適である。さらには希ガスのなかでもArイオンによる
IADは前記コーティング材料の膜質向上に多大な効果
がある。特にArイオンの照射の最適な条件は、25e
Vから300eV程度、より好ましくは50eVから2
00eV程度の低エネルギー範囲で用いる事であり、こ
れによって、半導体端面へのダメージを与えずにコーテ
ィングが可能である。また、10-3Torr以下、より好ま
しくは10-4Torr以下、最も好ましくは10-5Torr以下
程度の真空中で行うのがよい。
In the method for producing the coating layers (15) and (16), a so-called IAD (Ion Assisted Depositio) is used.
The n) method is preferably used. This is a method in which ions having a certain energy are irradiated simultaneously with the vacuum deposition of the coating material, and ion irradiation with a rare gas is particularly preferable. Further, among rare gases, IAD by Ar ions has a great effect on improving the film quality of the coating material. In particular, the optimal condition for Ar ion irradiation is 25 e
V to about 300 eV, more preferably 50 eV to 2
This is to be used in a low energy range of about 00 eV, whereby coating can be performed without damaging the semiconductor end face. In addition, it is preferable to perform the treatment in a vacuum of about 10 −3 Torr or less, more preferably about 10 −4 Torr or less, and most preferably about 10 −5 Torr or less.

【0046】[0046]

【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実
施例に限定されるものではない。 (実施例1)図2に示すグルーブ型のレーザ素子を以下
の通り製造した。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist of the present invention. Example 1 A groove type laser device shown in FIG. 2 was manufactured as follows.

【0047】キャリア濃度1×1018cm-3のn型Ga
As基板(1)の(100)面上に、MBE法にて、バ
ッファ層(2)として1μmの厚さのキャリア濃度1×
10 18cm-3のn型GaAs層、第一導電型クラッド層
(3)として1.5μmの厚さのキャリア濃度1×10
18cm-3のn型Al0.35Ga0.65As層、次いで厚さ2
4nmのアンドープのGaAs光ガイド層上に厚さ6n
mのアンドープIn0. 2Ga0.8Asの単一量子井戸(S
QW)、さらにその上に厚さ24nmのアンドープGa
As光ガイド層を有する活性層(4)、第二導電型第一
クラッド層(5)として厚さ0.1μm、キャリア濃度
1×1018cm-3のp型Al0.35Ga0. 65As層、第2
エッチング阻止層(6)として厚さ10nm、キャリア
濃度1×1018cm-3のp型GaAs層、第1エッチン
グ阻止層(7)として厚さ20nm、キャリア濃度5×
1017cm-3のn型In0.49Ga0.51P層、電流ブロッ
ク層(9)として厚さ0.5μm、キャリア濃度5×1
17cm-3のn型Al0.39Ga0.61As層、キャップ層
(10)として厚さ10nm、キャリア濃度1×1018
cm-3のn型GaAs層、を順次積層した。
Carrier concentration 1 × 1018cm-3N-type Ga
On the (100) plane of the As substrate (1),
Carrier concentration 1 × 1 μm thick as buffer layer (2)
10 18cm-3N-type GaAs layer, first conductivity type cladding layer
(3) Carrier concentration of 1 × 10 with a thickness of 1.5 μm
18cm-3N-type Al0.35Ga0.65As layer, then thickness 2
6n thickness on 4nm undoped GaAs light guide layer
m undoped In0. TwoGa0.8As single quantum well (S
QW), and further undoped Ga having a thickness of 24 nm
Active layer (4) having As light guide layer, second conductivity type first
0.1 μm thick clad layer (5), carrier concentration
1 × 1018cm-3P-type Al0.35Ga0. 65As layer, second
10 nm-thick carrier as etching stop layer (6)
Concentration 1 × 1018cm-3P-type GaAs layer, first etchin
20 nm thick and a carrier concentration of 5 × as a blocking layer (7).
1017cm-3N-type In0.49Ga0.51P layer, current block
0.5 μm thick as carrier layer (9), carrier concentration 5 × 1
017cm-3N-type Al0.39Ga0.61As layer, cap layer
(10) thickness 10 nm, carrier concentration 1 × 1018
cm-3N-type GaAs layers were sequentially laminated.

【0048】次に、最上層の電流注入領域部分を除く部
分に窒化シリコンのマスクを設けた。この場合に、窒化
シリコンマスクの開口部の幅は1.5μmとした。第1
エッチング阻止層をエッチングストップ層としてエッチ
ングを行い、電流注入領域部分のキャップ層(10)と
電流ブロック層(9)を除去した。この時用いたエッチ
ャントは、硫酸(98wt%)、過酸化水素(30wt
%水溶液)及び水を体積比で1:1:5で混合したもの
を用い、25℃で30秒間行なった。
Next, a mask of silicon nitride was provided in a portion other than the uppermost current injection region. In this case, the width of the opening of the silicon nitride mask was 1.5 μm. First
Etching was performed using the etching stopper layer as an etching stop layer, and the cap layer (10) and the current block layer (9) in the current injection region were removed. The etchant used at this time was sulfuric acid (98 wt%), hydrogen peroxide (30 wt%).
% Aqueous solution) and water mixed at a volume ratio of 1: 1: 5, and performed at 25 ° C. for 30 seconds.

【0049】次いでHF(49%)とNH4F(40
%)を1:6で混合したエッチング液に2分30秒間浸
漬して窒化シリコン層を除去し、更に第2エッチング阻
止層(6)をエッチングストップ層として、電流注入領
域部分の第1エッチング阻止層(7)をエッチング除去
した。この時用いたエッチャントは、塩酸(35wt
%)と水を2:1に混合したものであり、温度は25
℃、時間は2分間とした。
Next, HF (49%) and NH 4 F (40
%) In an etching solution mixed at a ratio of 1: 6 to remove the silicon nitride layer by removing the silicon nitride layer for 2 minutes and 30 seconds, and further using the second etching stop layer (6) as an etching stop layer to stop the first etching in the current injection region. Layer (7) was etched away. The etchant used at this time was hydrochloric acid (35 wt.
%) And water at a ratio of 2: 1 at a temperature of 25%.
C. and the time was 2 minutes.

【0050】この後、MOCVD法にて第二導電型第二
クラッド層(8)としてキャリア濃度1×1018cm-3
のp型Al0.35Ga0.65As層を埋め込み部分(電流注
入領域部分)で1.5μmの厚さになるよう成長させ、
最後に電極との良好な接触を保つためのコンタクト層
(11)として、厚さ7μm、キャリア濃度1×1019
cm-3のp型GaAs層を成長させレーザ素子を形成し
た。このレーザ素子の電流注入領域の幅W、即ち、第二
導電型第二クラッド層の、第二エッチング阻止層との界
面における幅は、2.2μmであった。
Thereafter, a carrier concentration of 1 × 10 18 cm −3 is formed as the second conductive type second clad layer (8) by MOCVD.
The p-type Al 0.35 Ga 0.65 As layer is grown to a thickness of 1.5 μm at the buried portion (current injection region),
Finally, as a contact layer (11) for maintaining good contact with the electrode, a thickness of 7 μm and a carrier concentration of 1 × 10 19
A p-type GaAs layer of cm −3 was grown to form a laser device. The width W of the current injection region of this laser element, that is, the width of the second conductive type second cladding layer at the interface with the second etching stop layer was 2.2 μm.

【0051】このウエハーに対して基板側にはn-型電
極(13)としてAuGeNi/Auを、またp-側電極
(12)にはTi/Pt/Auを蒸着させ400℃でア
ロイを5分間行いウエハーを完成させた。続いて、大気
中で、共振器長700μmのレーザバーの状態に劈開し
て(110)面を露出させ、Arプラズマ発生装置を持
つ真空チャンバーのなかにレーザバーをいれた。3×1
-5Torrの真空中で、平均エネルギー60eV、電流密
度150μA/cm2のArプラズマを1分間端面(劈
開面)に照射した。連続して、2×10-7Torr以下の真
空中で通常の電子ビーム蒸着法を用いて、アモルファス
Siを2nm端面に堆積させてSi不活性化層(14)
を形成した。さらに連続的にAlOx膜を発振波長98
0nmにおいて前端面の反射率が2.5%になるように
165nm製膜し、コーティング層(15)を形成し
た。AlOx製膜時には、4×10-5Torrの真空中でI
AD法を用いて平均エネルギー120eV、電流密度2
00μA/cm2のArプラズマをAlOxの端面への供
給と同時に照射した。
On this wafer, AuGeNi / Au is deposited as an n-type electrode (13) on the substrate side, and Ti / Pt / Au is deposited on the p-side electrode (12), and an alloy is formed at 400 ° C. for 5 minutes. The wafer was completed. Subsequently, the substrate was cleaved in the atmosphere into a laser bar having a cavity length of 700 μm to expose the (110) plane, and the laser bar was placed in a vacuum chamber having an Ar plasma generator. 3x1
The end face (cleavage face) was irradiated with Ar plasma having an average energy of 60 eV and a current density of 150 μA / cm 2 for 1 minute in a vacuum of 0 −5 Torr. Continuously, 2 nm of amorphous Si is deposited on the end face in a vacuum of 2 × 10 −7 Torr or less using a normal electron beam evaporation method to form a Si passivation layer (14).
Was formed. Further, the AlO x film is continuously oscillated at an oscillation wavelength of 98
A 165 nm film was formed so that the reflectance of the front end face became 2.5% at 0 nm to form a coating layer (15). At the time of AlO x film formation, I was formed in a vacuum of 4 × 10 −5 Torr.
Average energy 120 eV, current density 2 using AD method
An Ar plasma of 00 μA / cm 2 was irradiated simultaneously with the supply of AlO x to the end face.

【0052】なお、980nmでのアモルファスSiの
屈折率は、その実数部分が約3.4であることを確認し
ている。さらに後端面側の処理を行うために、一度レー
ザバーを真空層から取りだした。後端面側においても前
端面側と全く同様にArプラズマ照射及びSi不活性化
層(14)の形成を行い、さらに連続してAlOx膜を
170nm/アモルファスSiを60nm/AlOx
を170nm/アモルファスSiを60nmと連続した
4層を製膜したコーティング層(16)を形成し、反射
率92%の後端面を作製した。なお、AlOxの製膜
は、前端面側と同様のIAD法により、アモルファスS
iの形成は前端面側と同様の電子ビーム蒸着法により行
なった
It has been confirmed that the real part of the refractive index of amorphous Si at 980 nm is about 3.4. Further, the laser bar was once taken out of the vacuum layer in order to perform the processing on the rear end face side. Ar plasma irradiation and the formation of the Si passivation layer (14) were performed on the rear end face in exactly the same manner as on the front end face, and further, the AlO x film was continuously 170 nm / amorphous Si 60 nm / AlO x film 170 nm / A coating layer (16) was formed by forming four continuous layers of amorphous Si with a thickness of 60 nm, and a rear end face having a reflectance of 92% was formed. Note that the AlO x film is formed by the same IAD method as that for the front end face side.
The formation of i was performed by the same electron beam evaporation method as that on the front end face side.

【0053】このレーザバーの1サンプルを端面分析用
としてXPS測定を行なった。この際に光電子のとりだ
し角度は75度とし半導体レーザ端面の状態を観測し
た。この結果通常大気に一度さらされてしまったGaA
s(110)面に存在するGa−O、As−Oともまっ
たく検出されなかった。また、このレーザバーから分析
用サンプルとして1デバイスを取り出し、前端面のAl
x層とSi層をフッ酸系のエッチャントで取り除いた
後真空分析装置に入れ、電子エネルギー損失分光法を用
いて活性層の前端面近傍のバンドギャップを測定した。
電子エネルギー損失分光法はサンプル表面近傍(最大分
析深さ1.5nm程度)のみの情報を得る分析法である
ため、バルク領域の物性値に影響されることなくレーザ
端面のバンドギャップを測定する有力な手法である。1
00nmφ程度に絞った1000eVの電子線をレーザ
端面の活性層付近に照射し、表面酸化層の奥で半導体そ
のものの端面から1nmの深さの領域から回折した損失
電子のエネルギーを分析したところ、バンド間遷移に起
因する損失ピークから、InGaAs量子井戸層端面近
傍のバンドギャップが1.5eV、GaAs光ガイド層
端面近傍のバンドギャップが1.65eVと測定され
た。フォトルミネッセンス測定から求めた室温のInG
aAs量子井戸活性層の量子準位間のエネルギーギャッ
プは1.29eVであり、GaAsのバンドギャップは
1.41eVであることから、Arプラズマ照射によっ
て端面近傍のバンドギャップが広がり、端面は発振波長
に対して透明である事を確認した。
One sample of this laser bar was subjected to XPS measurement for end face analysis. At this time, the take-out angle of the photoelectrons was set to 75 degrees, and the state of the end face of the semiconductor laser was observed. As a result, GaAs normally exposed once to the atmosphere
Neither Ga-O nor As-O existing on the s (110) plane was detected at all. Also, one device was taken out from this laser bar as a sample for analysis, and Al on the front end face was
The O x layer and the Si layer placed in a vacuum analyzer after removing an etchant of hydrofluoric acid was measured band gap of the front end surface near the active layer using electron energy loss spectroscopy.
Since electron energy loss spectroscopy is an analysis method that obtains information only near the sample surface (maximum analysis depth of about 1.5 nm), it is a powerful method for measuring the band gap of the laser end face without being affected by the physical properties of the bulk region. It is an effective method. 1
When an electron beam of 1000 eV focused on about 00 nmφ is irradiated near the active layer on the laser end face, the energy of the loss electron diffracted from a region 1 nm deep from the end face of the semiconductor itself behind the surface oxide layer was analyzed. From the loss peak due to the inter-transition, the band gap near the end face of the InGaAs quantum well layer was measured to be 1.5 eV, and the band gap near the end face of the GaAs light guide layer was measured to be 1.65 eV. Room temperature InG determined from photoluminescence measurements
Since the energy gap between the quantum levels of the aAs quantum well active layer is 1.29 eV, and the band gap of GaAs is 1.41 eV, the band gap near the end face is widened by Ar plasma irradiation, and the end face has an oscillation wavelength. It was confirmed that it was transparent.

【0054】さらに、このレーザバーから10デバイス
を放熱用サブマウント上にのせ、窒素雰囲気中でパッケ
ージした。デバイスの平均的初期特性としては25℃で
閾値電流が23mAであり、350mA、250mWで
キンクが観測された。この集団に対して寿命試験を行な
った。200mW、50℃で加速試験をした結果、図3
に示す通り2000hrs経過した時点での突然死はな
く安定な動作が確認された。作製した素子のひとつを透
過型の電子顕微鏡(TEM)で観察するためのサンプル
に加工し、その端面近傍の活性層付近と、バルクの様子
を比較した。この結果、Arプラズマ照射された端面近
傍において、活性層付近の結晶性が崩れ、無秩序化が起
こっていることが確認された。
Further, 10 devices were placed on the heat-dissipating submount from the laser bar and packaged in a nitrogen atmosphere. As the average initial characteristics of the device, the threshold current was 23 mA at 25 ° C., and kink was observed at 350 mA and 250 mW. A life test was performed on this population. As a result of an acceleration test at 200 mW and 50 ° C., FIG.
As shown in the figure, there was no sudden death at the time of lapse of 2000 hours, and stable operation was confirmed. One of the fabricated devices was processed into a sample for observation with a transmission electron microscope (TEM), and the state of the bulk near the active layer near the end face was compared with that of the sample. As a result, it was confirmed that in the vicinity of the end face irradiated with the Ar plasma, the crystallinity in the vicinity of the active layer was broken and disorder occurred.

【0055】(実施例2)後端面のコーティング層を、
前端面側と同様のIAD法により形成したSiO x膜を
200nm/TiOxを120nm/SiOx膜を200
nm/TiOxを120nm/SiOx膜を200nm/
TiOxを120nmと連続した6層とし、反射率88
%の後端面とした以外は前記実施例1と全く同様にして
レーザバーを作製した。このレーザバーの1サンプルを
端面分析用として前記実施例1と全く同様にしてXPS
測定を行ったところ、Ga−O、As−Oともまったく
検出されなかった。
(Example 2) The coating layer on the rear end face was
SiO formed by the same IAD method as the front end side xMembrane
200nm / TiOxIs 120 nm / SiOx200 membranes
nm / TiOxIs 120 nm / SiOx200 nm /
TiOxIs a continuous layer of 120 nm, and has a reflectance of 88.
% In the same manner as in Example 1 except that
A laser bar was prepared. One sample of this laser bar
XPS for end face analysis exactly as in Example 1
As a result of measurement, both Ga-O and As-O
Not detected.

【0056】また、このレーザバーから分析用サンプル
として1デバイスを取り出し、前記実施例1と同様に損
失電子のエネルギーを分析したところ、バンド間遷移に
起因する損失ピークから、InGaAs量子井戸層端面
近傍のバンドギャップが1.5eV、GaAs光ガイド
層端面近傍のバンドギャップが1.65eVと測定され
た。フォトルミネッセンス測定から求めた室温のInG
aAs量子井戸活性層の量子準位間のエネルギーギャッ
プは1.29eVであり、GaAsのバンドギャップは
1.41eVであることから、Arプラズマ照射によっ
て端面近傍のバンドギャップが広がり、端面は発振波長
に対して透明である事を確認した。
Further, one device was taken out from this laser bar as an analysis sample, and the energy of the lost electrons was analyzed in the same manner as in Example 1. From the loss peak due to the interband transition, the energy near the edge of the InGaAs quantum well layer was found. The band gap was measured to be 1.5 eV, and the band gap near the end face of the GaAs light guide layer was measured to be 1.65 eV. Room temperature InG determined from photoluminescence measurements
Since the energy gap between the quantum levels of the aAs quantum well active layer is 1.29 eV and the band gap of GaAs is 1.41 eV, the band gap near the end face is widened by the Ar plasma irradiation, and the end face has an oscillation wavelength. It was confirmed that it was transparent.

【0057】さらに前記レーザバーから、前記分析用サ
ンプルとは別に、寿命試験用サンプルとして5デバイス
を取り出し、放熱用サブマウント上にのせ、窒素雰囲気
中でパッケージした。デバイスの平均的初期特性として
は25℃で閾値電流が25mAであり、359mA、2
40mWでキンクが観測された。この集団に対して行な
った200mW、50℃での寿命試験結果では、図4の
通り、2000hrs経過した時点での突然死はなく安
定な動作が確認された。作製した素子のひとつを前記実
施例1と全く同様にしてTEMで観察したところ、Ar
プラズマ照射された端面近傍において、活性層付近の結
晶性が崩れ、無秩序化が起こっていることが確認され
た。
Further, 5 devices were taken out of the laser bar as life test samples separately from the analysis samples, mounted on a heat radiating submount, and packaged in a nitrogen atmosphere. The average initial characteristics of the device are that the threshold current is 25 mA at 25 ° C., 359 mA, 2
Kink was observed at 40 mW. As a result of a life test at 200 mW and 50 ° C. performed on this group, as shown in FIG. 4, there was no sudden death when 2000 hrs had elapsed, and stable operation was confirmed. When one of the fabricated devices was observed with a TEM in exactly the same manner as in Example 1, Ar
In the vicinity of the end face irradiated with the plasma, it was confirmed that the crystallinity in the vicinity of the active layer was broken and disorder occurred.

【0058】(比較例1)前端面及び後端面とも、Si
不活性化層の形成及びそれに先立つArプラズマ照射を
行わず、かつコーティング層の形成をIAD法ではな
く、すべての層に於いて通常の電子ビーム蒸着法を用い
た以外は、前記実施例1と全く同様にしたところ、デバ
イスの平均的初期特性としては、実施例と同様に25℃
で閾値電流が23mAであり、350mA、250mW
でキンクが観測されたが、寿命試験(200mW、50
℃)においては、100hrs経過するまでに10デバ
イスすべてが図5に示す様に突然死した。また、前記実
施例1と全く同様にXPS分析、電子エネルギー損失分
光分析、及びTEM観察を行い、端面にGa−Oが存在
すること、量子井戸層及び光ガイド層のバンドギャップ
は端面近傍でもバルク領域と同様であること、さらに
は、端面近傍の結晶の外観はバルク領域の単結晶と同様
であることを確認した。
(Comparative Example 1) Both the front end face and the rear end face
Example 1 was the same as Example 1 except that the formation of the passivation layer and the Ar plasma irradiation prior to it were not performed, and the formation of the coating layer was performed not by the IAD method but by a normal electron beam evaporation method in all layers. When completely the same, the average initial characteristics of the device were 25 ° C. as in the example.
And the threshold current is 23 mA, 350 mA, 250 mW
Kink was observed in the test, but the life test (200 mW, 50
C), all 10 devices died suddenly by 100 hrs as shown in FIG. In addition, XPS analysis, electron energy loss spectroscopy analysis, and TEM observation were performed in exactly the same manner as in Example 1 to confirm that Ga—O was present at the end face, and that the band gaps of the quantum well layer and the optical guide layer were bulky even near the end face. It was confirmed that the crystal was similar to the region, and that the appearance of the crystal near the end face was similar to that of the single crystal in the bulk region.

【0059】(比較例2)前端面及び後端面とも、Si
不活性化層の形成を行わなかった以外は前記実施例1と
全く同様にしたところ、デバイスの平均的初期特性とし
ては25℃で閾値電流が23mAであり、350mA、
250mWでキンクが観測された。これは実施例1と同
様の結果であった。しかし、このデバイス10個の集団に
対してを行なった寿命試験(200mW、50℃)は2
000hrs経過した時点での突然死が、図6の通り、
6デバイス確認された。また劣化速度も実施例1より大
きくなってしまった。
(Comparative Example 2) Both the front end face and the rear end face
Except that the passivation layer was not formed, the same procedure as in Example 1 was carried out. The average initial characteristics of the device were that the threshold current was 23 mA at 25 ° C., 350 mA,
A kink was observed at 250 mW. This was the same result as in Example 1. However, a life test (200 mW, 50 ° C.) performed on a group of 10
Sudden death at the time when 000 hrs passed, as shown in FIG.
Six devices were confirmed. In addition, the deterioration rate was higher than that of the first embodiment.

【0060】(比較例3)前端面及び後端面とも、Si
不活性化層の形成に先立つArプラズマ照射を行わなか
った以外は、前記実施例1と全く同様にしたところ、デ
バイスの平均的初期特性としては25℃で閾値電流が2
3mAであり、350mA、250mWでキンクが観測
された。これは実施例1と同様の結果であった。しか
し、実施例1と同数の10デバイスの集団に対してを行
なった寿命試験(200mW、50℃)は図7の様に、
250hrs経過した時点ですべてのデバイスが突然死
した。また、前記実施例1と全く同様にXPS分析、電
子エネルギー損失分光分析、及びTEM観察を行い、端
面にGa−Oが存在すること、量子井戸層及び光ガイド
層のバンドギャップは端面近傍でもバルク領域と同様で
あること、さらには、端面近傍の結晶の外観はバルク領
域の単結晶と同様であることを確認した。
(Comparative Example 3) Both the front end face and the rear end face
Except that the Ar plasma irradiation prior to the formation of the passivation layer was not performed, the same procedure as in Example 1 was performed. The average initial characteristics of the device were as follows.
3 mA, and kink was observed at 350 mA and 250 mW. This was the same result as in Example 1. However, a life test (200 mW, 50 ° C.) performed on a group of 10 devices of the same number as in Example 1, as shown in FIG.
All devices died suddenly after 250 hrs. In addition, XPS analysis, electron energy loss spectroscopy analysis, and TEM observation were performed in exactly the same manner as in Example 1 to confirm that Ga—O was present at the end face, and that the band gaps of the quantum well layer and the optical guide layer were bulky even near the end face. It was confirmed that the crystal was similar to the region, and that the appearance of the crystal near the end face was similar to that of the single crystal in the bulk region.

【0061】(比較例4)前端面及び後端面とも、Si
不活性化層の形成及びそれに先立つArプラズマ照射を
行わなかった以外、前記実施例2と全く同様にしたとこ
ろ、電子エネルギー損失分光法により測定したInGa
As量子井戸活性層端面のバンドギャップは1.28e
Vと、フォトルミネッセンスで測定したバルク領域の値
とほぼ同じであった。また、寿命試験の結果は図8に示
すとおり、100hrs経過した時点で5デバイスすべ
てが突然死した。また、前記実施例1と全く同様にXP
S分析及びTEM観察を行い、端面にGa−Oが存在す
ること、及び端面近傍の結晶の外観はバルク領域の単結
晶と同様であることを確認した。
(Comparative Example 4) Both the front end face and the rear end face
Except that the formation of the passivation layer and the prior Ar plasma irradiation were not performed, the procedure was the same as in Example 2 except that InGa measured by electron energy loss spectroscopy was used.
The band gap at the end face of the As quantum well active layer is 1.28 e.
V was almost the same as the value of the bulk region measured by photoluminescence. As shown in FIG. 8, the results of the life test showed that all of the five devices died suddenly after 100 hours. In addition, the XP
S analysis and TEM observation confirmed that Ga—O was present on the end face and that the appearance of the crystal near the end face was the same as that of the single crystal in the bulk region.

【0062】[0062]

【発明の効果】本発明は半導体レーザ等の半導体発光素
子端面での光吸収を窓構造を採用することで長期間にわ
たって安定に抑制し、しかも、不活性化層を誘電体又は
誘電体と半導体の組合せからなるコーティング層との間
に挿入することで、長期間安定な端面を実現し、さらに
は不活性化層の拡散が起こった際にも安定に動作する半
導体発光素子を、簡便な方法で実現可能とすることであ
り、多大な工業的利益を提供するものである。
According to the present invention, light absorption at the end face of a semiconductor light emitting element such as a semiconductor laser is stably suppressed for a long period of time by employing a window structure, and the passivation layer is made of a dielectric material or a semiconductor material. A semiconductor light-emitting element that realizes a stable end face for a long period of time and that operates stably even when diffusion of a passivation layer occurs can be realized by a simple method And provide a great industrial benefit.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の半導体発光素子の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor light emitting device of the present invention.

【図2】本発明実施例1の半導体レーザの共振器方向か
ら見た断面説明図である。
FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view of the semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention as viewed from the direction of the resonator.

【図3】本発明実施例1の半導体レーザの寿命試験(2
00mW一定出力、50℃)の結果である。
FIG. 3 shows a life test (2) of the semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.
00mW constant output, 50 ° C.).

【図4】本発明実施例2の半導体レーザの寿命試験(2
00mW一定出力、50℃)の結果である。
FIG. 4 shows a life test (2) of a semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention.
00mW constant output, 50 ° C.).

【図5】本発明比較例1の半導体レーザの寿命試験(2
00mW一定出力、50℃)の結果である。
FIG. 5 shows a life test (2) of a semiconductor laser of Comparative Example 1 of the present invention.
00mW constant output, 50 ° C.).

【図6】本発明比較例2の半導体レーザの寿命試験(2
00mW一定出力、50℃)の結果である。
FIG. 6 shows a life test (2) of a semiconductor laser of Comparative Example 2 of the present invention.
00mW constant output, 50 ° C.).

【図7】本発明比較例3の半導体レーザの寿命試験(2
00mW一定出力、50℃)の結果である。
FIG. 7 shows a life test (2) of a semiconductor laser of Comparative Example 3 of the present invention.
00mW constant output, 50 ° C.).

【図8】本発明比較例4の半導体レーザの寿命試験(2
00mW一定出力、50℃)の結果である。
FIG. 8 shows a life test (2) of a semiconductor laser of Comparative Example 4 of the present invention.
00mW constant output, 50 ° C.).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:基板 2:バッファ層 3:第一導電型クラッド層
4:活性層 5:第二導電型第一クラッド層 6:第
二エッチング阻止層 7:第一エッチング阻止層 8:第二導電型第二クラッド層 9:電流ブロック層
10:キャップ層 11:コンタクト層 12:電極
13:電極 14:不活性化層 15:コーティング層
16:コーティング層
1: substrate 2: buffer layer 3: first conductivity type cladding layer 4: active layer 5: second conductivity type first cladding layer 6: second etching stop layer 7: first etching stop layer 8: second conductivity type Nicladding layer 9: Current blocking layer
10: Cap layer 11: Contact layer 12: Electrode
13: electrode 14: passivation layer 15: coating layer 16: coating layer

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に、少なくとも第一導電型クラッ
ド層、活性層及び第二導電型クラッド層が積層され、対
向する二つの端面が共振器構造を形成してなる発振波長
λ(nm)の化合物半導体発光素子であって、該端面を
形成する第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型
クラッド層の表面は不活性化層で被覆されているととも
に、該端面近傍の活性層が発振波長λに対して透明であ
ることを特徴とする化合物半導体発光素子。
1. An oscillation wavelength λ (nm) in which at least a first conductivity type clad layer, an active layer, and a second conductivity type clad layer are laminated on a substrate, and two opposing end faces form a resonator structure. Wherein the surfaces of the first conductivity type cladding layer, the active layer and the second conductivity type cladding layer forming the end face are covered with a passivation layer and the active layer near the end face. Is a compound semiconductor light-emitting device, which is transparent to an oscillation wavelength λ.
【請求項2】 前記不活性化層の厚みTp(nm)が、
該不活性化層の波長λ(nm)における屈折率の実数部
分をnとしたとき、下記式(I)を満足することを特徴
とする請求項1記載の化合物半導体発光素子。 0.2(nm)<Tp(nm)<λ/8n(nm)・・・・・(I)
2. The method according to claim 1, wherein the passivation layer has a thickness T p (nm)
2. The compound semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the following formula (I) is satisfied, where n is a real part of the refractive index at a wavelength λ (nm) of the passivation layer. 0.2 (nm) <T p (nm) <λ / 8n (nm) (I)
【請求項3】 前記不活性化層表面は、誘電体又は誘電
体と半導体の組合せからなるコーティング層で被覆され
ていることを特徴とする請求項1又は2記載の化合物半
導体発光素子。
3. The compound semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said passivation layer surface is covered with a coating layer comprising a dielectric or a combination of a dielectric and a semiconductor.
【請求項4】 前記コーティング層が、AlOx、Ti
x、SiOx、SiN、Si及びZnSからなる群から
選ばれる単体、もしくはその組み合わせからなることを
特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の化合物
半導体発光素子。
4. The method according to claim 1, wherein the coating layer is made of AlO x , Ti
O x, SiO x, SiN, alone is selected from the group consisting of Si and ZnS or a compound semiconductor light-emitting device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it consists of a combination thereof.
【請求項5】 前記コーティング層が低反射コーティン
グ層及び高反射コーティング層を含むことを特徴とする
請求項1ないし4のいずれかに記載の化合物半導体発光
素子。
5. The compound semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said coating layer includes a low reflection coating layer and a high reflection coating layer.
【請求項6】 前記低反射コーティング層がAlOx
含み、前記高反射層がAlOx及びSiを含むことを特
徴とする請求項5記載の化合物半導体発光素子。
6. The compound semiconductor light emitting device according to claim 5, wherein said low reflection coating layer contains AlO x , and said high reflection layer contains AlO x and Si.
【請求項7】 前記活性層がInを含むことを特徴とす
る請求項1ないし6のいずれかに記載の化合物半導体発
光素子。
7. The compound semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said active layer contains In.
【請求項8】 前記活性層が、InxGa1-xAs(0<
x<1)又は(Al xGa1-xyIn1-yP(0<x,y
<1)を含むことを特徴とする請求項7記載の化合物半
導体発光素子。
8. The method according to claim 1, wherein the active layer is formed of In.xGa1-xAs (0 <
x <1) or (Al xGa1-x)yIn1-yP (0 <x, y
The compound according to claim 7, which comprises <1).
Conductive light emitting element.
【請求項9】 前記共振器端面近傍が無秩序化されてい
ることを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載
の化合物半導体発光素子。
9. The compound semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the vicinity of the cavity end face is disordered.
【請求項10】 前記活性層が、量子井戸構造であるこ
とを特徴とする請求項1ないし9のいずれかに記載の化
合物半導体発光素子。
10. The compound semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said active layer has a quantum well structure.
【請求項11】 前記端面が成す共振器が(110)
面、又はそれと結晶学的に等価な面であるを特徴とする
請求項1ないし10のいずれかに記載の化合物半導体発
光素子。
11. The resonator formed by the end face is (110).
The compound semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein the compound semiconductor light-emitting device is a plane or a plane crystallographically equivalent to the plane.
【請求項12】 前記不活性化層がSiを含むことを特
徴とする請求項1ないし11のいずれかに記載の化合物
半導体発光素子。
12. The compound semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said passivation layer contains Si.
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