JPH1117282A

JPH1117282A - 半導体レーザ素子およびその製造方法

Info

Publication number: JPH1117282A
Application number: JP9167725A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Fujii; 良久藤井
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-06-24
Filing date: 1997-06-24
Publication date: 1999-01-22
Anticipated expiration: 2017-06-24
Also published as: JP3276063B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光ピックアップ等の光源として組み込まれた
場合に、光学系からの戻り光があってもトラッキングノ
イズを生じない半導体レーザ素子を製造工程を短縮して
歩留り良く得る。【解決手段】レーザ共振器の光出射側に、共振器方向
と垂直ではない光出射面を有する半導体部材４を形成し
て、レーザ光５を共振器方向と平行でない方向に出射さ
せる。基板１の光出射側の端面７は共振器方向と垂直な
ので、光学系からの戻り光６と垂直にならず、端面７で
の反射光が光学系に再び戻らない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＤ（コンパクト
ディスク）、ＭＤ（マイクロディスク）、ＤＶＤ（デ
ジタルビデオディスク）プレーヤーまたはコンピュ
ータの情報記憶装置等の光情報処理システム用の光源と
して使用される半導体レーザ素子およびその製造方法に
関し、特に光ピックアップ等の光学系に光源として組み
込まれて用いられる場合に好適な低雑音の半導体レーザ
素子およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＣＤ用やＭＤ用の光ピックアップ
に用いられる半導体レーザ素子に対する需要は益々拡大
してきている。そして、特性のばらつきが少なく、信頼
性に優れた半導体レーザ素子が要求されている。また、
コンピュータの情報記憶装置ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤの製
品化等、半導体レーザ素子に対する需要は今後もさらに
拡大していくものと見込まれる。このようなレーザ光に
よって光ディスクの記録または再生を行う光ピックアッ
プ等において、光源として半導体レーザ素子を組み込む
場合には、光学系からの半導体レーザ素子への戻り光に
よりノイズが発生して種々の問題が生じることが知られ
ている。すなわち、半導体レーザ素子においては、一般
に、へき開により形成された鏡面を光出射側の素子端面
に有するが、光学系からの戻り光がこの素子端面で反射
されて再び光学系に入る込むことにより、ノイズが発生
するのである。例えば、回析格子により３ビームを発生
させる構成の光ピックアップの場合、半導体レーザ素子
から出射したレーザ光の反射光は、光出射部の上下数十
μｍの位置に戻ってくる。この戻り光が光出射側の素子
端面で反射されて光学系に再び戻ると、トラッキングノ
イズの原因となる。

【０００３】このような問題を防ぐために、従来、以下
のような方法が用いられている。

【０００４】第１の方法は、レーザ活性層の上部に１０
μｍ〜７０μｍ程度の膜厚の厚い層を形成し、レーザ発
光点をチップの中央付近に形成することにより、３ビー
ムのサイドビームが光出射側の素子端面に入射されない
構造とするものである（例えば、特許番号第２５５８２
５０号）。

【０００５】第２の方法は、半導体レーザ素子自体の厚
みを薄くすることにより、３ビームのサイドビームが光
出射側の素子端面に入射されない構造とするものである
（例えば、特開昭６１−２４０３０号）。

【０００６】第３の方法は、半導体レーザ素子において
サイドビームが戻ってくる位置の端面コート膜を充分反
射率の低いものにしたり、またはサイドビームが戻って
くる位置に反射率が低い物質や光吸収率の高い物質を塗
布したりすることにより、サイドビームが光出射側の素
子端面に入射しても反射されないようにするものである
（例えば、特開平６−２０４６０９号、特開平６−３０
２００４号）。

【０００７】第４の方法は、半導体レーザ素子において
サイドビームが戻ってくる位置をダイシングまたはエッ
チング等の方法によって粗面化したり傾斜させたりする
ことにより、半導体レーザ素子に戻ったサイドビームが
再び光学系に戻らないようにするものである（例えば、
特開平６−１９６８１３号）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の方法には、以下のような問題点があった。

【０００９】第１の方法では、膜厚の厚い層を形成する
ために主として液相エピタキシャル成長（ＬＰＥ）法が
用いられており、工程数が増加する。また、ＬＰＥ法
は、成長温度を比較的高温にする必要があるため、半導
体レーザ素子の多層構造内で不純物の拡散が生じたりし
て、半導体レーザ素子特性を設計通りに作製するのが困
難であり、歩留りが低下するという問題があった。

【００１０】第２の方法では、半導体レーザ素子の製造
工程においてウェハが肉薄になるので、ウェハの強度に
問題が生じて製造工程中に破損が生じ易く、また、作業
性も非常に悪くなる。

【００１１】第３の方法では、サイドビームが戻ってく
る位置の端面コート膜のみを充分反射率の低いものにす
るために、光出射位置の端面コート膜とは異なるものを
形成する必要がある。また、異なる端面コート膜を形成
する場合でも、他の物質を塗布する場合でも、レーザバ
ーやレーザチップの状態にしてから工程を行う必要があ
るため、実際上、極めて煩雑、かつ、困難なものとな
る。

【００１２】第４の方法では、基板自身をダイシングま
たはエッチングして数十μｍ以上の溝を形成する必要が
あるため、エッチングの制御性が問題となったり、ウェ
ハ自身の強度が弱くなったりするという問題があった。

【００１３】本発明は、このような従来技術の問題点を
解決すべくなされたものであり、光ピックアップ等の光
源として組み込まれた場合に光学系からの戻り光があっ
てもノイズを生じない半導体レーザ素子およびその製造
方法を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ素
子は、光出射面を、その光出射面側の素子端面に対して
傾けてある半導体レーザ素子であって、レーザ共振器の
光出射側に、共振器方向と垂直ではない光出射面を有す
る半導体部材が設けられており、そのことにより上記目
的が達成される。

【００１５】前記レーザ共振器と前記半導体部材との間
に、反射率調整層が設けられていてもよい。

【００１６】前記反射率調整層が、ＡｌＧａＡｓ層、ま
たはＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ多層膜からなっていてもよ
い。

【００１７】本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、
光出射面を、その光出射面側の素子端面に対して傾けて
ある半導体レーザ素子を製造する方法であって、レーザ
共振器の光出射側に化合物半導体層を形成する工程と、
該化合物半導体層に対して結晶面方位による選択的ウェ
ットエッチングを行うことにより、共振器方向と垂直で
はない光出射面を有する半導体部材を形成する工程とを
含み、そのことにより上記目的が達成される。

【００１８】前記化合物半導体層として、ＧａＡｓ層を
形成してもよい。

【００１９】以下、本発明の作用について説明する。

【００２０】本発明にあっては、レーザ共振器の光出射
側に、共振器方向と垂直ではない出射面を有する半導体
部材が設けられているため、光出射面と外部との屈折率
差によりレーザ光が共振器方向と平行ではない所定の角
度に屈折されて出射される。一方、へき開等により形成
される素子端面は共振器方向と垂直であるため、出射光
の方向と光出射側の素子端面とは垂直にならない。従っ
て、レーザ光が光学系からサイドビームとして戻ってき
ても、戻り光の方向と光出射側の素子端面とが垂直にな
らず、光出射側の素子端面で反射された光が再び光学系
に戻ることはない。

【００２１】レーザ共振器と光出射面となる半導体部材
との間に、反射率調整層を設けて反射率を調整すること
により、半導体レーザ素子特性を設定することができ
る。例えば、ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子の場
合、反射率調整層としてＡｌＧａＡｓ層、またはＡｌＧ
ａＡｓ／ＧａＡｓ多層膜等を用いることができる。

【００２２】レーザ活性層の光出射側に化合物半導体層
を形成し、結晶面方位による選択的ウェットエッチング
を行うことにより、共振器方向と垂直ではない光出射面
を形成することができる。このような化合物半導体層と
しては、例えばＧａＡｓ層を用いることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態につい
て説明する。

【００２４】図１は、本発明に係る半導体レーザ素子の
概略構造を示す断面図である。

【００２５】この半導体レーザ素子は、基板１上に活性
層２を含むレーザ共振器が設けられ、その光出射側に反
射率調整層２を介して半導体部材４が設けられている。
半導体部材４の光出射面はレーザ共振器方向（図の左右
方向）に垂直ではなく、基板１の光出射側端面７はレー
ザ共振器方向と垂直になっている。

【００２６】この半導体レーザ素子は、例えば、以下の
ようにして製造することができる。

【００２７】まず、図２（ａ）に示すように、例えばＧ
ａＡｓからなる基板１上にレーザ活性層２を含む複数の
半導体層を成長させ、次に、レーザストライプ８を形成
することによりレーザ構造を有するウェハを形成する。

【００２８】次に、図２（ｂ）に示すように、例えばド
ライエッチング等の方法により、エピタキシャル成長層
と垂直な方向にレーザ共振器を形成するための面１０を
形成する。なお、この図２（ｂ）、以下の図２（ｃ）お
よび図２（ｄ）においては、図２（ａ）の紙面に垂直な
方向における断面図を示す。

【００２９】次に、図２（ｃ）に示すように、このレー
ザ共振器を形成するための面１０上に、例えばＡｌＧａ
Ａｓ層、またはＡｌＧａＡｓ層／ＧａＡｓ層の多層膜か
らなる反射率調整層３を形成する。このとき、ＡｌＧａ
Ａｓ層、または多層膜の各層の屈折率や層厚を所定の値
に設定することにより、反射率調整層３での光反射率を
所定の値に調整することができ、これにより半導体レー
ザ素子特性が所定の値となるように設計することができ
る。

【００３０】続いて、図２（ｃ）に示すように、反射率
調整層３のレーザ共振器とは反対側に、例えばＧａＡｓ
層からなる光出射面形成用の半導体層９を成長させる。

【００３１】その後、図２（ｄ）に示すように、所定の
開口率を有するレジストマスクを用いて、ウェットエッ
チング法によりレーザ共振器方向と垂直ではない光出射
面を有する半導体部材４を形成する。このとき、適切な
エッチャントを用いることにより、例えばＧａＡｓ層の
（１１１）面が形成されるようにエッチングすることが
可能である。このように結晶面方位による選択性を利用
したウェットエッチングを行うことにより、半導体部材
４の光出射面をレーザ共振器方向と垂直ではないように
することができる。

【００３２】次に、通常のへき開によって基板１を分割
することによって図１に示した半導体レーザ素子が得ら
れる。

【００３３】この半導体レーザ素子内で発振したレーザ
光は、レーザ共振器からレーザ共振器方向と平行に出射
するが、半導体部材４の光出射面がレーザ共振器方向と
垂直ではないため、光出射面を構成する半導体（例えば
ＧａＡｓ）と外部（例えば空気）との屈折率差により、
外部に出射されるレーザ光５はレーザ共振器方向と平行
ではないある角度に屈折したものになる。ここで、基板
１の光出射側の端面７は共振器方向と垂直である。よっ
て、光学系から光出射側の端面７にサイドビーム６が戻
ってきたとしても、この戻り光と光出射側の端面７とが
垂直にはならないため、光出射側の側面７で反射された
光が光学系の方向に戻ることはなく、トラッキングノイ
ズは発生しない。

【００３４】なお、半導体部材４の光出射面とレーザ共
振器方向とは、垂直でなければどのような角度をなして
いてもよく、半導体部材４の材料と外部との屈折率差に
よっても異なるが、例えば半導体部材４にＧａＡｓを用
いる場合には、光出射面に垂直な方向とレーザ共振器方
向とのなす角度を０゜より大で１６゜以下程度の範囲に
設定するのが好ましい。

【００３５】以下、本発明の実施形態について、さらに
具体的に説明する。なお、以下の実施形態では、ＡｌＧ
ａＡｓ系の半導体レーザ素子において、活性層のＡｌ混
晶比を０．１３〜０．１４程度、クラッド層のＡｌ混晶
比を０．４５〜０．６程度に設定しているが、Ａｌ混晶
比は、両層共０以上で、かつ、クラッド層のＡｌ混晶比
が活性層のＡｌ混晶比よりも大きい範囲であれば、任意
に設定することができる。また、ＡｌＧａＡｓ系以外の
半導体レーザ素子、例えばＡｌＧａＩｎＰ系や窒化物系
等の他の化合物半導体素子についても同様である。

【００３６】図３（ａ）は、本実施形態の半導体レーザ
素子の製造工程を説明するための斜視図であり、図３
（ｂ）は、図３（ａ）の紙面に垂直な方向における断面
図である。これらの図は、いずれも製造工程の途中を示
している。

【００３７】この半導体レーザ素子は、図３（ａ）に示
すように、ｎ型ＧａＡｓ基板６３上に、ｎ型ＧａＡｓバ
ッファ層５２、ｎ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ下クラッド層５
３、Ａｌ_0.14Ｇａ_0.86Ａｓ活性層５４およびｐ型Ａｌ
_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ上クラッド層５５が設けられている。そ
の上にｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層５６が設けられ、そ
の中央部に上クラッド層５５にまで達するストライプ溝
５７が設けられている。その電流ブロック層５６の上お
よびストライプ溝５７の上にわたって、ｐ型Ａｌ_0.5Ｇ
ａ_0.5Ａｓクラッド層５８が設けられ、さらにその上に
ｐ型ＧａＡｓコンタクト層５９が設けられている。ｐ型
コンタクト層５９の上にはｐ型電極６０が設けられ、ｎ
型基板６３側にはｎ型電極６１が設けられている。ま
た、図３（ｂ）に示すように、活性層５４を含むレーザ
共振器の光出射側には、Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3Ａｓ反射率調整
層６４を間に介してＧａＡｓ半導体層６５が設けられて
いる。半導体層６５における光出射面６５ａはレーザ共
振器方向（図の左右方向）に垂直ではなく、基板６３の
光出射側の側面はレーザ共振器方向と垂直になってい
る。なお、図３（ａ）において、６２はレーザバーを示
す。

【００３８】この半導体レーザ素子は、以下のようにし
て製造することができる。

【００３９】まず、図３（ａ）に示すように、ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板６３上に、有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣ
ＶＤ法）により、厚み２μｍのＳｅドープｎ型ＧａＡｓ
バッファ層５２、厚み１μｍのＳｅドープｎ型Ａｌ_0.5
Ｇａ_0.5Ａｓ下クラッド層５３、厚み０．０６μｍのＡ
ｌ_0.14Ｇａ_0.86Ａｓ活性層５４、厚み０．２４μｍのＺ
ｎドープおよびｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ上クラッド層５
５および厚み０．６μｍのＳｅドープｎ型ＧａＡｓ電流
ブロック層５６を順次成長させる。本実施形態では、Ｇ
ａＡｓ基板６３として（１００）面であって〈１１０〉
方向に３０゜オフさせた基板を用いた。

【００４０】次に、図３（ａ）に示すように、電流ブロ
ック層５６を貫通するように上部の幅が４μｍのストラ
イプ溝５７を形成する。

【００４１】続いて、図３（ａ）に示すように、ＭＯＣ
ＶＤ法により、ストライプ溝５７外の厚みが１μｍのｐ
型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層５８および厚み５μｍ
のＺｎドープｐ型ＧａＡｓコンタクト層５９を順次成長
させる。

【００４２】その後、図３（ｂ）に示すように、開口部
幅が５０μｍで開口部間距離が１５０μｍのＳｉＯ₂マ
スク６７を形成し、ドライエッチングによりストライプ
溝５７と垂直な方向に、活性層５４を含む共振器を形成
するための面を形成する。本実施形態では、塩素（Ｃｌ
₂）ガスを用いたＲＩＢＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎ
ＢｅａｍＥｔｃｈｉｎｇ）法により、全体で１２μ
ｍの厚みのエピタキシャル成長層およびＧａＡｓ基板を
エッチングした。

【００４３】次に、図３（ｂ）に示すように、上記ドラ
イエッチングで形成した垂直面上、ドライエッチングで
形成した溝上およびＳｉＯ₂マスク６７上にわたって、
ＭＯＣＶＤ法によりＡｌ_0.7Ｇａ_0.3Ａｓ反射率調整層６
４およびＧａＡｓ層６５を成長させた。このとき、屈折
率３．１４であるＡｌ_0.7Ｇａ_0.3Ａｓ反射率調整層６４
の厚みは１２５ｎｍとし、約７８０ｎｍのレーザ発振光
波長に対して光反射率の値が３０％になるように設定し
た。また、ＧａＡｓ層６５の厚みは、垂直面上で約２５
μｍとして、ドライエッチングにより形成した溝がほぼ
埋まるようにした。

【００４４】続いて、開口部幅が１０μｍのレジストマ
スク６６を形成し、ウェットエッチングによりＧａＡｓ
層６５を形成する。ここで、ＮＨ₄ＯＨとＨ₂Ｏ₂との混
合液を用いたウェットエッチングを行うと、選択的にＧ
ａＡｓの（１１１）面が形成される。本実施形態では、
〈１１０〉方向に３０゜オフしたＧａＡｓ基板６３を用
いているので、図３（ｂ）に点線で示すように、ＧａＡ
ｓ基板面に対して８４．７゜傾斜した面６５ａと、Ｇａ
Ａｓ基板面に対して２４．７゜傾斜した面６５ｂが形成
される。

【００４５】その後、ＳｉＯ₂マスク６７上に形成され
た不要な反射率調整層６４およびＧａＡｓ層６５をリフ
トオフによって除去する。

【００４６】次に、Ａｕ−ＺｎやＡｕ−Ｇｅを用いてｐ
型コンタクト層５９の上にｐ型電極６０を形成し、ｎ型
基板６３側にはｎ型電極６１を形成する。

【００４７】続いて、２つにエッチングされたＧａＡｓ
層６５の中央部を間隔２００μｍ毎にへき開することに
より、１５０μｍの共振器長を有する半導体レーザ素子
を複数含むバー状ウェハを得る。

【００４８】その後、このレーザバーを個々のチップに
分割してステムに実装することにより本実施形態の半導
体レーザ素子が完成する。

【００４９】このようにして得られた本実施形態の半導
体レーザ素子においては、ＧａＡｓ基板面に８４．７゜
傾斜した（１１１）ＧａＡｓ面６５ａを光出射面として
使用する。素子内で発振したレーザ光は、このＧａＡｓ
面６５ａの垂直方向から５．３゜傾いてＧａＡｓ面６５
ａに入射する。ここで、屈折率がｎ１の層と屈折率がｎ
２の層の間では、入射角θ１と出射角θ２との間に以下
の関係がある。

【００５０】ｎ１×ｓｉｎθ１＝ｎ２×ｓｉｎθ２この式において、ＧａＡｓの屈折率ｎ１＝３．６２、空
気の屈折率ｎ２＝１、θ１＝５．３゜とすると、θ２＝
１９．５゜が得られる。つまり、外部に対して出射され
るレーザ光は、共振器方向に対して１９．５゜−５．３
゜＝１４．２゜傾斜して出射されることになる。

【００５１】この半導体レーザ素子を、従来の半導体レ
ーザ素子と同様の３ビーム光学系を有する光読み取り装
置において、読み取り用光源として用いると、トラッキ
ングエラーの問題が生じなかった。また、従来の半導体
レーザ素子の製造方法に比べて製造上の歩留りを１．３
倍に向上させることができ、工程時間も大幅に短縮する
ことができた。

【００５２】

【発明の効果】以上に詳述したように、本発明の半導体
レーザ素子によれば、光ピックアップ等の光源として組
み込まれた場合に、光学系からの戻り光があっても、光
出射側の素子端面で反射された光が光学系に再び戻ら
ず、トラッキングノイズが生じない。

【００５３】また、本発明の半導体レーザ素子の製造方
法によれば、従来の第１の方法のようにＬＰＥ法を用い
ないため、工程を短縮することができると共に良好な特
性の半導体レーザ素子を歩留り良く製造することができ
る。また、従来の第２および第４の方法のように薄くな
ったり、強度が弱くなったりしたウェハに対して行う工
程がなく、また、第３の方法のようにバー状ウェハやチ
ップに対して行う工程がないため、工程を大幅に短縮す
ることができると共に、ウェハやバーの破損が減少して
歩留りを向上させることができる。

【００５４】これにより、ＣＤ、ＭＤ、ＤＶＤ用のピッ
クアップやコンピュータ用情報記憶装置等に用いられる
高性能で低雑音の半導体レーザ素子を安価に供給するこ
とが可能となり、これらの製品の普及を一段と拡大する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体レーザ素子の概略構造を示
す断面図である。

【図２】（ａ）は本発明に係る半導体レーザ素子の製造
方法を説明するための断面図であり、（ｂ）、（ｃ）お
よび（ｄ）は（ａ）の紙面に垂直な方向における断面図
である。

【図３】（ａ）は実施形態の半導体レーザ素子の製造方
法を説明するための断面図であり、（ｂ）は（ａ）の紙
面に垂直な方向における断面図である。

【符号の説明】

１基板２レーザ活性層３反射率調整層４光出射面を有する半導体部材５出射光６光学系から戻るサイドビーム７基板の光出射側の端面８ストライプ溝９光出射面形成用の半導体層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光出射面を、その光出射面側の素子端面
に対して傾けてある半導体レーザ素子であって、レーザ共振器の光出射側に、共振器方向と垂直ではない
光出射面を有する半導体部材が設けられている半導体レ
ーザ素子。
【請求項２】前記レーザ共振器と前記半導体部材との
間に、反射率調整層が設けられている請求項１に記載の
半導体レーザ素子。
【請求項３】前記反射率調整層が、ＡｌＧａＡｓ層、
またはＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ多層膜からなる請求項２
に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】光出射面を、その光出射面側の素子端面
に対して傾けてある半導体レーザ素子を製造する方法で
あって、レーザ共振器の光出射側に化合物半導体層を形成する工
程と、該化合物半導体層に対して結晶面方位による選択的ウェ
ットエッチングを行うことにより、共振器方向と垂直で
はない光出射面を有する半導体部材を形成する工程とを
含む半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項５】前記化合物半導体層として、ＧａＡｓ層
を形成する請求項４に記載の半導体レーザ素子の製造方
法。