JPS6214713Y2 - - Google Patents
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- JPS6214713Y2 JPS6214713Y2 JP1977151239U JP15123977U JPS6214713Y2 JP S6214713 Y2 JPS6214713 Y2 JP S6214713Y2 JP 1977151239 U JP1977151239 U JP 1977151239U JP 15123977 U JP15123977 U JP 15123977U JP S6214713 Y2 JPS6214713 Y2 JP S6214713Y2
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Description
【考案の詳細な説明】
本考案は半導体レーザ素子、特に反射面を保護
膜で保護した半導体レーザ素子に関するものであ
る。
膜で保護した半導体レーザ素子に関するものであ
る。
半導体レーザ素子は、急速劣化の主因である結
晶内部の転位及びその成長を助長する外部要因等
とを除くことにより寿命が飛躍的に改善された。
しかしそのような半導体レーザ素子においても、
比較的小さな光出力で連続動作させた場合に、発
振閾値の上昇、微分量子効率の低下を生じるもの
である。AlGaAs半導体レーザ素子では、動作中
に反射面の変質が進行することが一般に観察され
ており、それがGaAsおよびAlGaAsの酸化膜で
あること、酸化膜の厚さは動作時間に従つて増大
することが本発明者等により明らかにされ、この
劣化の主要因が動作中に進行する反射面の酸化で
あることが解明されている。
晶内部の転位及びその成長を助長する外部要因等
とを除くことにより寿命が飛躍的に改善された。
しかしそのような半導体レーザ素子においても、
比較的小さな光出力で連続動作させた場合に、発
振閾値の上昇、微分量子効率の低下を生じるもの
である。AlGaAs半導体レーザ素子では、動作中
に反射面の変質が進行することが一般に観察され
ており、それがGaAsおよびAlGaAsの酸化膜で
あること、酸化膜の厚さは動作時間に従つて増大
することが本発明者等により明らかにされ、この
劣化の主要因が動作中に進行する反射面の酸化で
あることが解明されている。
一方、高光出力で動作させた場合には、劣化が
瞬時に発生することが知られている。これは発振
光の一部が反射面及びその近傍で吸収されて発熱
し、融点にまで達する局所的な温度上昇を招き、
反射面が損傷を受けるためであることが明らかに
されている。この反射面の光学的な損傷による瞬
時劣化は半導体レーザ素子、とくにAlGaAs半導
体レーザ素子の最大光出力を限定する主要因とな
つている。
瞬時に発生することが知られている。これは発振
光の一部が反射面及びその近傍で吸収されて発熱
し、融点にまで達する局所的な温度上昇を招き、
反射面が損傷を受けるためであることが明らかに
されている。この反射面の光学的な損傷による瞬
時劣化は半導体レーザ素子、とくにAlGaAs半導
体レーザ素子の最大光出力を限定する主要因とな
つている。
これ迄に反射面の劣化防止を目的としてAl2O3
薄膜で反射面を被覆した構造の半導体レーザ素子
が報告されている。また、発振光に対して透明な
AlGaAs薄膜で反射面を被覆したことを特徴とす
るAlGaAs半導体レーザ素子が特開昭52−74292
号公報に記載されている。しかし、これらの従来
方法には以下の欠点があつた。
薄膜で反射面を被覆した構造の半導体レーザ素子
が報告されている。また、発振光に対して透明な
AlGaAs薄膜で反射面を被覆したことを特徴とす
るAlGaAs半導体レーザ素子が特開昭52−74292
号公報に記載されている。しかし、これらの従来
方法には以下の欠点があつた。
Al2O3等の化合物誘電体の物理的、化学的性質
は、その組成に大きく依存する。ところが組成を
制御して薄膜を形成することは一般に困難で、特
に半導体レーザ結晶との界面付近での組成変化は
避け難い。このため完全な化合物誘電体薄膜と比
較して保護効果が著しく劣る場合が多い。また、
反射面劣化の主要因が反射面の酸化である事を考
え合わせれば、とくに組成変化が著しい界面領域
で、Al2O3膜の構成元素の酸素が、光励起等によ
つて反射面の劣化に関与することも予想される。
またAl2O3薄膜は一般に、CVD（ケミカル・ベー
パー・デポジシヨン）や電子ビーム蒸着等の方法
で形成されるが、安定な保護効果を得るには高温
で形成せねばならず、半導体レーザの製造工程に
種々の制約を生じる欠点もある。Al2O3薄膜の他
に、酸化膜ではSiO2、SiO薄膜等、酸化膜以外で
はSi3N4等が薄膜として一般に用いられている
が、反射面保護を目的とした場合、いずれも上述
した理由等により、充分な保護効果を得ることは
難しい。
は、その組成に大きく依存する。ところが組成を
制御して薄膜を形成することは一般に困難で、特
に半導体レーザ結晶との界面付近での組成変化は
避け難い。このため完全な化合物誘電体薄膜と比
較して保護効果が著しく劣る場合が多い。また、
反射面劣化の主要因が反射面の酸化である事を考
え合わせれば、とくに組成変化が著しい界面領域
で、Al2O3膜の構成元素の酸素が、光励起等によ
つて反射面の劣化に関与することも予想される。
またAl2O3薄膜は一般に、CVD（ケミカル・ベー
パー・デポジシヨン）や電子ビーム蒸着等の方法
で形成されるが、安定な保護効果を得るには高温
で形成せねばならず、半導体レーザの製造工程に
種々の制約を生じる欠点もある。Al2O3薄膜の他
に、酸化膜ではSiO2、SiO薄膜等、酸化膜以外で
はSi3N4等が薄膜として一般に用いられている
が、反射面保護を目的とした場合、いずれも上述
した理由等により、充分な保護効果を得ることは
難しい。
一方、特開昭52−74292号公報に記載されてい
るようにAlGaAs薄膜を組成制御して反射面に形
成するには、現在のところ研究段階にある分子線
エピタクシー技術やケミカル・ベーパー・デポジ
シヨン技術を用いなければならないばかりでな
く、保護膜形成時の半導体レーザ素子の温度を
600℃〜700℃以上の高温に保つことが必須の条件
となる。このため、例えばAsなどの脱離が避け
難く、共振器面の結晶性が大幅に損なわれて、新
たな劣化原因となるという問題点を包含してい
る。また、反射面の保護膜形成は、半導体レーザ
素子に電極を形成した後に行なうのが、工業的な
生産性に有利であるが、600℃〜700℃の高温では
電極金属の反応が進行し新たな劣化原因を生じる
ことから、特開昭52−74292号公報記載の方法で
は、この通常の手法を適用できないという問題も
あつた。
るようにAlGaAs薄膜を組成制御して反射面に形
成するには、現在のところ研究段階にある分子線
エピタクシー技術やケミカル・ベーパー・デポジ
シヨン技術を用いなければならないばかりでな
く、保護膜形成時の半導体レーザ素子の温度を
600℃〜700℃以上の高温に保つことが必須の条件
となる。このため、例えばAsなどの脱離が避け
難く、共振器面の結晶性が大幅に損なわれて、新
たな劣化原因となるという問題点を包含してい
る。また、反射面の保護膜形成は、半導体レーザ
素子に電極を形成した後に行なうのが、工業的な
生産性に有利であるが、600℃〜700℃の高温では
電極金属の反応が進行し新たな劣化原因を生じる
ことから、特開昭52−74292号公報記載の方法で
は、この通常の手法を適用できないという問題も
あつた。
本考案の目的は、従来方法にあつた上記の欠点
を除去し、安全な反射面保護を施して反射面の劣
化を防止した半導体レーザ素子を提供することに
ある。
を除去し、安全な反射面保護を施して反射面の劣
化を防止した半導体レーザ素子を提供することに
ある。
本考案によれば、光共振器を形成する反射面を
Si薄膜で被覆し、あるいは反射面をSi薄膜で被覆
した上に更にSiO2薄膜で被覆したことを特徴と
する半導体レーザ素子が得られる。
Si薄膜で被覆し、あるいは反射面をSi薄膜で被覆
した上に更にSiO2薄膜で被覆したことを特徴と
する半導体レーザ素子が得られる。
本考案によれば以下に示すような理由により、
信頼性の改善および最大光出力の向上が得られ
る。
信頼性の改善および最大光出力の向上が得られ
る。
Si薄膜は単元素によつて成る膜であるから、化
合物誘電体薄膜や化合物半導体薄膜を保護膜とす
る従来方法にあつた組成の制御の困難性、それに
よる保護効果の不充分性を避けられる。そして構
成元素に酸素を含まないので、保護膜自体が反射
面の酸化に関与する事を本質的に避けられる。ま
た電気抵抗は薄膜の形成条件により、よく制御で
き、特に非晶質Si薄膜では約105Ω／cmの高抵抗
薄膜が得られる。しかし、pn接合が反射面に露
出していない構造の半導体レーザ素子の場合に
は、Si薄膜の電気抵抗が低くても支障はない。単
結晶Si薄膜は反射面の保護効果上問題となる点は
ない。多結晶及び非晶質Si薄膜では耐雰囲気特性
及び不純物拡散において、単結晶Si薄膜より反射
面保護能力は劣る。この場合には耐雰囲気特性に
優れるSiO2薄膜をSi薄膜上に付加すれば安定な保
護効果が得られる。
合物誘電体薄膜や化合物半導体薄膜を保護膜とす
る従来方法にあつた組成の制御の困難性、それに
よる保護効果の不充分性を避けられる。そして構
成元素に酸素を含まないので、保護膜自体が反射
面の酸化に関与する事を本質的に避けられる。ま
た電気抵抗は薄膜の形成条件により、よく制御で
き、特に非晶質Si薄膜では約105Ω／cmの高抵抗
薄膜が得られる。しかし、pn接合が反射面に露
出していない構造の半導体レーザ素子の場合に
は、Si薄膜の電気抵抗が低くても支障はない。単
結晶Si薄膜は反射面の保護効果上問題となる点は
ない。多結晶及び非晶質Si薄膜では耐雰囲気特性
及び不純物拡散において、単結晶Si薄膜より反射
面保護能力は劣る。この場合には耐雰囲気特性に
優れるSiO2薄膜をSi薄膜上に付加すれば安定な保
護効果が得られる。
反射面は、高密度の表面準位が存在するためキ
ヤリアの再結合速度が速く、注入電流及び発振光
の一部を吸収して励起されたキヤリアの非発光な
再結合による局所的な温度上昇が大きい。さらに
熱伝導率の小さな空気と接していることが反射面
の温度上昇を一層大きくしている。この反射面の
温度上昇は、反射面の酸化を促進し劣化を加速す
る要因になつている。また反射面の光学的な損傷
による瞬時劣化の発生原因でもある。これらのこ
とから反射面の温度上昇を抑制することは寿命の
改善、最大光出力の向上に効果的である。
ヤリアの再結合速度が速く、注入電流及び発振光
の一部を吸収して励起されたキヤリアの非発光な
再結合による局所的な温度上昇が大きい。さらに
熱伝導率の小さな空気と接していることが反射面
の温度上昇を一層大きくしている。この反射面の
温度上昇は、反射面の酸化を促進し劣化を加速す
る要因になつている。また反射面の光学的な損傷
による瞬時劣化の発生原因でもある。これらのこ
とから反射面の温度上昇を抑制することは寿命の
改善、最大光出力の向上に効果的である。
Al2O3の熱伝導率は0.21J／cm・ｓ・Ｋ、SiO2等
他の化合物誘電体薄膜材料はその数分の１以下で
ある。一方、AlGaAsの熱伝導率は、Alの混晶比
が0.3の場合で、0.12J／cm・ｓ・Ｋである。これ
に対してSiの熱伝導率は0.84J／cm・ｓ・Ｋで数
倍以上高い。これは半導体レーザ素子の電気的特
性を損なわない特性を有し比較的容易に形成可能
な他の半導体や誘電体材料と比較しても最も大き
い。保護膜の厚さは最大で数1000Åと薄いが、活
性層の厚さが通常の半導体レーザで数100Åから
2000Å以下と薄く、しかも発熱は活性層の反射面
に露出した微小な領域で局所的に生じることか
ら、保護膜による熱放散の効果は大きい。反射面
保護膜としてSi薄膜を用いたことを特徴とする本
考案によれば、上述した過程によつて生じる熱エ
ネルギーが速やかに伝導され拡散されることから
活性層の共振器面近傍の領域の温度上昇は大幅に
抑制され、劣化の進行を著しく緩和することがで
きる。
他の化合物誘電体薄膜材料はその数分の１以下で
ある。一方、AlGaAsの熱伝導率は、Alの混晶比
が0.3の場合で、0.12J／cm・ｓ・Ｋである。これ
に対してSiの熱伝導率は0.84J／cm・ｓ・Ｋで数
倍以上高い。これは半導体レーザ素子の電気的特
性を損なわない特性を有し比較的容易に形成可能
な他の半導体や誘電体材料と比較しても最も大き
い。保護膜の厚さは最大で数1000Åと薄いが、活
性層の厚さが通常の半導体レーザで数100Åから
2000Å以下と薄く、しかも発熱は活性層の反射面
に露出した微小な領域で局所的に生じることか
ら、保護膜による熱放散の効果は大きい。反射面
保護膜としてSi薄膜を用いたことを特徴とする本
考案によれば、上述した過程によつて生じる熱エ
ネルギーが速やかに伝導され拡散されることから
活性層の共振器面近傍の領域の温度上昇は大幅に
抑制され、劣化の進行を著しく緩和することがで
きる。
さらに、Si薄膜は既存の工業的な技術で容易に
形成できる利点がある。Si薄膜は電子ビーム蒸着
法などの既存の技術によつて、200℃〜300℃の低
い試料温度にて、簡便に形成できる。このため保
護膜形成中に反射面の結晶性が欠損したり、電極
金属が反応するといつた問題がなく、従来方法に
比較して工業的な生産性を大幅に改善できる。
形成できる利点がある。Si薄膜は電子ビーム蒸着
法などの既存の技術によつて、200℃〜300℃の低
い試料温度にて、簡便に形成できる。このため保
護膜形成中に反射面の結晶性が欠損したり、電極
金属が反応するといつた問題がなく、従来方法に
比較して工業的な生産性を大幅に改善できる。
次に考案の実施例について図面を参照しながら
説明する。
説明する。
第１図は、本考案の第１の実施例の半導体レー
ザ素子の斜視図である。半導体レーザ結晶１は、
GaAs基板上に活性層を含むAlGaAs多層薄膜を
エピタキシヤル成長して作製した。反射面４を半
導体レーザ結晶１をへき開して形成し、その上に
通常のイオンプレーテイング法により単結晶Si薄
膜１０を形成した。本実施例ではレーザ光に対
し、単結晶Si薄膜１０が吸収帯となるが、膜厚を
約300Åとすることによりレーザ光の吸収損失が
問題にならない程度におさえる事ができる。単結
晶Si薄膜１０は、AlGaAsおよびGaAsとの格子定
数の差が約４％と小さく、膜厚が比較的薄いこと
から容易に、且つ再現性良く形成できる。Al2O3
やSiO2等の化合物誘電体薄膜による保護に比べ
耐雰囲気試験、通電試験における反射面保護効果
が優れ、最大光出力が高い。なお単結晶Si薄膜１
０の代わりに多結晶あるいは非晶質Si薄膜をある
程度の厚さをもつて被覆することにより単結晶Si
薄膜の場合と同様の保護効果が得られる。
ザ素子の斜視図である。半導体レーザ結晶１は、
GaAs基板上に活性層を含むAlGaAs多層薄膜を
エピタキシヤル成長して作製した。反射面４を半
導体レーザ結晶１をへき開して形成し、その上に
通常のイオンプレーテイング法により単結晶Si薄
膜１０を形成した。本実施例ではレーザ光に対
し、単結晶Si薄膜１０が吸収帯となるが、膜厚を
約300Åとすることによりレーザ光の吸収損失が
問題にならない程度におさえる事ができる。単結
晶Si薄膜１０は、AlGaAsおよびGaAsとの格子定
数の差が約４％と小さく、膜厚が比較的薄いこと
から容易に、且つ再現性良く形成できる。Al2O3
やSiO2等の化合物誘電体薄膜による保護に比べ
耐雰囲気試験、通電試験における反射面保護効果
が優れ、最大光出力が高い。なお単結晶Si薄膜１
０の代わりに多結晶あるいは非晶質Si薄膜をある
程度の厚さをもつて被覆することにより単結晶Si
薄膜の場合と同様の保護効果が得られる。
第２図は、本考案の第２の実施例の半導体レー
ザ素子の斜視図である。半導体レーザ結晶１は、
GaAs基板上に活性層を含むAlGaAs多層薄膜を
エピタキシヤル成長して作製した。反射面４はへ
き開して形成した。反射面４上に通常のスパツタ
法により非晶質Si薄膜２０を被覆し、更にSiO2薄
膜２１を通常のスパツタ法により形成した。膜厚
は非晶質Si薄膜２０を約300Å、SiO2薄膜２１を
約2500Åとした。レーザ光の波長λに対し光学的
な膜厚をｍλ／２（ｍは自然数）とすれば、半導
体レーザ素子の電流−光出力特性を保護膜形成以
前の特性に一致させることが可能である。しか
し、膜厚がｍλ／２とわずかに違つても電流−光
出力特性に大きな差となつて現れない。あるい
は、膜厚をｍλ／２から意図的にずらすことによ
つてレーザ光の透過率を高め外部微分量子効率を
向上させることも可能である。なお非晶質Si薄膜
２０及びSiO2薄膜２１の形成は制御性良く、且
つ第１図に示した単結晶Si薄膜１０に比べ一層容
易に形成できる。第１図に示した実施例と同様
に、耐雰囲気特性及び通電試験における反射面の
保護効果に優れ最大光出力が高い。非晶質Si薄膜
２０の代わりに単結晶あるいは多結晶Si薄膜を用
いても非晶質Si薄膜の場合と同様の効果が得られ
る。
ザ素子の斜視図である。半導体レーザ結晶１は、
GaAs基板上に活性層を含むAlGaAs多層薄膜を
エピタキシヤル成長して作製した。反射面４はへ
き開して形成した。反射面４上に通常のスパツタ
法により非晶質Si薄膜２０を被覆し、更にSiO2薄
膜２１を通常のスパツタ法により形成した。膜厚
は非晶質Si薄膜２０を約300Å、SiO2薄膜２１を
約2500Åとした。レーザ光の波長λに対し光学的
な膜厚をｍλ／２（ｍは自然数）とすれば、半導
体レーザ素子の電流−光出力特性を保護膜形成以
前の特性に一致させることが可能である。しか
し、膜厚がｍλ／２とわずかに違つても電流−光
出力特性に大きな差となつて現れない。あるい
は、膜厚をｍλ／２から意図的にずらすことによ
つてレーザ光の透過率を高め外部微分量子効率を
向上させることも可能である。なお非晶質Si薄膜
２０及びSiO2薄膜２１の形成は制御性良く、且
つ第１図に示した単結晶Si薄膜１０に比べ一層容
易に形成できる。第１図に示した実施例と同様
に、耐雰囲気特性及び通電試験における反射面の
保護効果に優れ最大光出力が高い。非晶質Si薄膜
２０の代わりに単結晶あるいは多結晶Si薄膜を用
いても非晶質Si薄膜の場合と同様の効果が得られ
る。
第１図、第２図に示した実施例では、反射面４
は半導体レーザ結晶をへき開して形成したが、化
学的なエツチング、スパツタエツチ等の方法によ
り形成することも可能である。また半導体レーザ
結晶はInGaAsP等の他の半導体レーザ結晶でも
同様の効果が得られる。
は半導体レーザ結晶をへき開して形成したが、化
学的なエツチング、スパツタエツチ等の方法によ
り形成することも可能である。また半導体レーザ
結晶はInGaAsP等の他の半導体レーザ結晶でも
同様の効果が得られる。
以上説明したように本考案によれば反射面への
保護膜形成時に保護膜の組成変化が生じることが
ないため、充分な保護効果を備えた保護膜が反射
面に形成され、かつこの保護膜中には酸素原子を
含んでいないためレーザ動作中に反射面の劣化に
関与することは無くなり、反射面の劣化が除去さ
れた半導体レーザ素子が得られる。また、保護膜
の熱伝導率が大きいという特性により、光出力の
最大値の高い半導体レーザ素子が得られる。
保護膜形成時に保護膜の組成変化が生じることが
ないため、充分な保護効果を備えた保護膜が反射
面に形成され、かつこの保護膜中には酸素原子を
含んでいないためレーザ動作中に反射面の劣化に
関与することは無くなり、反射面の劣化が除去さ
れた半導体レーザ素子が得られる。また、保護膜
の熱伝導率が大きいという特性により、光出力の
最大値の高い半導体レーザ素子が得られる。
第１図は反射面に単結晶Si薄膜を被覆した構造
の半導体レーザ素子の斜視図、第２図は反射面に
非晶質Si薄膜を被覆し更にSiO2薄膜を被覆した構
造の半導体レーザ素子の斜視図である。これらの
図において、 １……半導体レーザ結晶、２……上面電極、３
……下面電極、４……反射面、１０……単結晶Si
薄膜、２０……非晶質Si薄膜、２１……SiO2薄
膜、である。
の半導体レーザ素子の斜視図、第２図は反射面に
非晶質Si薄膜を被覆し更にSiO2薄膜を被覆した構
造の半導体レーザ素子の斜視図である。これらの
図において、 １……半導体レーザ結晶、２……上面電極、３
……下面電極、４……反射面、１０……単結晶Si
薄膜、２０……非晶質Si薄膜、２１……SiO2薄
膜、である。
Claims (1)
- 【実用新案登録請求の範囲】 １ 半導体レーザ素子において、光共振器を形成
する反射面をSi薄膜で被覆したことを特徴とす
る半導体レーザ素子。 ２ 反射面を被覆するSi薄膜を更にSiO2薄膜で被
覆したことを特徴とする実用新案登録請求の範
囲第１項記載の半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1977151239U JPS6214713Y2 (ja) | 1977-11-10 | 1977-11-10 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1977151239U JPS6214713Y2 (ja) | 1977-11-10 | 1977-11-10 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5476680U JPS5476680U (ja) | 1979-05-31 |
| JPS6214713Y2 true JPS6214713Y2 (ja) | 1987-04-15 |
Family
ID=29136297
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1977151239U Expired JPS6214713Y2 (ja) | 1977-11-10 | 1977-11-10 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6214713Y2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10112566A (ja) * | 1996-10-07 | 1998-04-28 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体レーザ |
| JP3710627B2 (ja) * | 1997-08-13 | 2005-10-26 | 三菱化学株式会社 | 化合物半導体発光素子 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5274292A (en) * | 1975-12-17 | 1977-06-22 | Hitachi Ltd | Semiconductor laser element |
-
1977
- 1977-11-10 JP JP1977151239U patent/JPS6214713Y2/ja not_active Expired
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5274292A (en) * | 1975-12-17 | 1977-06-22 | Hitachi Ltd | Semiconductor laser element |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5476680U (ja) | 1979-05-31 |
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