JP2003243764A - 半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 端面コーティング膜中に水素添加膜を有して
いる場合に、半導体レーザが高温状態に晒されても、端
面コーティング膜剥離や端面コーティング膜の変質を防
止することが可能な半導体レーザを提供する。 【解決手段】 基板上に形成された活性層と、活性層を
挟む一対のクラッド層とを備えた半導体レーザ。その共
振器端面１０２、１０４の少なくとも一方に、水素が添
加された第一誘電体膜１０８を備え、第一誘電体膜と共
振器端面との間に、水素の拡散を防止するための第二誘
電体膜１０８を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザ及びそ
の製造方法に関し、特に、高温状態における端面コーテ
ィング膜の変質を防止し、光学損傷レベルと信頼性向上
を図ることができる、耐熱性に優れた半導体レーザの製
造技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＤＶＤ−ＲＡＭやＣＤ−Ｒ等の記
録再生型光ディスク機器の需要が高まっている。これら
のピックアップ用光源として用いられるGaInP/AlGaInP
系半導体レーザ（発振波長630〜680nm）やAlGaAs系半導
体レーザ（発振波長780〜800nm）については、高倍速化
のための高出力化、および長期安定動作のための高信頼
性化が要求されている。

【０００３】上記の高出力半導体レーザでは、共振器端
面から効率良くレーザ光を取り出すために、通常、共振
器端面の一方に低反射の端面コーティング膜が、また他
方の共振器端面に高反射の端面コーティング膜が形成さ
れている。ここで、共振器端面とは、劈開によって形成
された半導体レーザの場合、劈開によって得られる結晶
面を表す。

【０００４】このうち、高反射端面コーティング膜は、
通常、例えばアモルファスシリコンのような屈折率の高
い誘電体と、アルミナや酸化シリコンのような屈折率の
低い、２種類の誘電体による多層構造となっており、こ
れらは、レーザ光の発振波長をλ、屈折率をｎとする
と、通常λ／４ｎの厚さで交互に積層されている。ま
た、高反射端面コーティング膜では、９５％程度の反射
率が要求される場合が多く、上述の２種類の誘電体によ
る交互の積層を２周期あるいは３周期繰り返した構造と
する場合もある。ここでいう誘電体には、絶縁性を有す
る誘電体を含む。

【０００５】一方、高出力半導体レーザでは、光出力の
増加に伴い、界面準位が存在する共振器端面付近の非発
光再結合が大きくなるため、熱によるバンドギャップの
縮小が起こり、レーザ光が吸収され、キャリアが発生す
る。このキャリアにより熱が発生し、温度上昇に伴うバ
ンドギャップの減少によって、さらにレーザ光を吸収す
る。

【０００６】また、端面コーティング膜自体の光吸収に
よっても同様に熱が発生し、共振器端面のバンドギャッ
プが減少する。

【０００７】これらの光吸収と発熱の正帰還によって、
最終的に半導体レーザの共振器端面が溶融する光学損傷
（ＣＯＤ）が発生して共振器ミラーが破壊され、しきい
値電流が増加すると共に光出力特性は大きく減少し、所
定の高出力を得られなくなる。特に吸収係数は、半導体
レーザの発振波長が短いほど増加する傾向にあるため、
発振波長が６３０〜６８０ｎｍのGaInP/AlGaInP系半導
体レーザにおいて影響が大きく、高出力化の妨げとなっ
ていた。

【０００８】これらの問題に対し、特開平１１−２６８
６３号公報には、ＣＯＤの発生レベルを向上させるため
に、端面コーティング膜の下に水素が添加された窒化シ
リコンあるいはアモルファスシリコン膜を形成すること
が開示されている。この構造によれば、レーザ端面での
光吸収によって生じる温度上昇と水素供給膜から供給さ
れる水素によって、共振器端面付近のダングリングボン
ド（未結合手）が水素で終端させられて、半導体レーザ
の共振器端面の界面準位が不活性化される。

【０００９】また、特開平９−３２６５３１号公報に
は、図８に示すように、端面コーティング膜８０２、８
０３が設けられた半導体レーザ８０１において、端面コ
ーティング膜８０３での光吸収を低減してＣＯＤ発生レ
ベルを向上させる構造が開示されている。端面コーティ
ング膜８０３は、酸化シリコン膜８０７と水素添加アモ
ルファスシリコン膜８０９の積層膜からなる。すなわ
ち、アモルファスシリコン膜を、吸収係数の小さい水素
添加アモルファスシリコン膜８０９に変更した構造であ
る。

【００１０】ここで、高出力半導体レーザの実装に関し
て、図９を参照して説明する。実装の工程では、まず図
９（ａ）に示すように、高出力半導体レーザ素子９０１
をコレット９０４により保持して、サブマウント９０３
等の部材上に、半田材９０２を介して載置する。その
際、サブマウント９０３は半田材９０２の融点以上に加
熱しておく。図９（ｂ）に示す状態まで高出力半導体レ
ーザ素子９０１を降下させた後、サブマウント９０３と
半導体レーザ９０１を圧接して接合する。その後図９
（ｃ）に示すようにコレット９０４を上昇させる。

【００１１】以上の工程において、サブマウント９０３
と半導体レーザ９０１を圧接して接合する際に、コレッ
ト９０４の荷重と高出力半導体レーザ素子９０１の形状
に起因する残留応力が発生しやすい。これは、高出力半
導体レーザ素子９０１の共振器長は０．５〜１ｍｍであ
り、通常、高出力半導体レーザ素子９０１の幅寸法に比
べて、共振器長が相当に大きい構成となっていることに
起因する。

【００１２】半導体レーザ素子は、通常、放熱性を良く
するために発光領域に近い面がサブマウントに接合され
るため、半導体レーザ素子内部に発生する残留応力も、
サブマウントとの接合面付近に集中する。そのため、残
留応力による歪によって、レーザ特性の悪化や長期動作
時の信頼性低下を招く。

【００１３】これらの残留応力を緩和するため、２００
℃以上の高温下で高出力半導体レーザ素子９０１の実装
を行ったり、あるいは一旦実装した後に、コレット９０
４を離した荷重の無い状態で半田材９０２の再溶融可能
な温度（〜３５０℃）での再加熱を行うことにより、残
留応力を緩和する方法等が行われている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、半導体
レーザを高出力化し、長期間安定動作させるためには、
端面コーティング膜に水素を添加した膜を用いることに
よって、光吸収を抑制することが有効であるといえる。
また、半導体レーザの実装に際して、残留応力の緩和が
可能な高温状態で実装を行うことが有効であるといえ
る。

【００１５】しかしながら、これらの構造および条件を
満足させて高出力半導体レーザを作製した場合、半導体
レーザの実装後、図１０に示すように、半導体レーザ１
００１の端面コーティング膜１００２に剥離１００３が
発生し、共振器端面１００４が露出することが判明し
た。

【００１６】この現象は、水素が添加された膜を端面コ
ーティング膜として用いた半導体レーザを２００℃以上
の高温状態に曝すことによって、水素添加膜中の水素が
拡散し、共振器端面と端面コーティング膜との間に溜ま
り、膨張して、火脹れ状の端面コーティング膜剥離に至
るものであると考えられる。端面コーティング膜の剥離
が発生した場合、レーザ出射端面が大気に曝され、長期
動作中に酸化して共振器端面が劣化し、信頼性が低下す
る課題がある。

【００１７】また、吸収係数低減を目的とする水素添加
アモルファスシリコン膜について、加熱による水素の脱
離によって、屈折率が変化し、吸収係数が増大するとと
もに、端面反射率が変化し、ＣＯＤ発生レベルの低下お
よびレーザ特性の悪化を招く課題がある。

【００１８】そこで本発明は、端面コーティング膜中に
水素添加膜を有している場合に、半導体レーザが高温状
態に晒されても端面コーティング膜中の水素の脱離がバ
リアされ、端面コーティング膜剥離や端面コーティング
膜の変質を防止することが可能な、耐熱性に優れた半導
体レーザおよびその製造方法を提供することを目的とす
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の半導体レーザは、その共振器端面の少なく
とも一方に、水素が添加された第一誘電体膜を備え、第
一誘電体膜と共振器端面との間に、水素の拡散を防止す
るための第二誘電体膜を備えたことを特徴とする。

【００２０】好ましくは、第一誘電体膜の両側に第二誘
電体膜を備える。

【００２１】また、第二誘電体膜には、窒素またはアル
ミニウムを含むことが望ましい。特に、第二誘電体膜
が、窒化シリコン（ＳｉＮ）、窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）、酸化アルミニウム（Ａｉ₂Ｏ₃）、またはこれらを
含む化合物、または窒化アルミニウムチタン（ＡｌＴｉ
Ｎ）により形成されていることが望ましい。

【００２２】また、第一誘電体膜と第二誘電体膜が隣接
してもよい。

【００２３】また、第二誘電体膜の膜厚は、好ましくは
２ｎｍ以上、５０ｎｍ以下、より好ましくは５ｎｍ以
上、５０ｎｍ以下とする。

【００２４】また、以上のいずれかの構成の半導体レー
ザを製造する際には、少なくとも第一誘電体膜および第
二誘電体膜を電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を用い
て形成することが望ましい。

【００２５】以上の構成により、高出力半導体レーザの
ＣＯＤ発生レベルの向上、および長期安定動作が改善さ
れる。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態における半導体
レーザは、共振器長０．８ｍｍ、素子幅０．３ｍｍ、発
振波長６５０ｎｍのGaInP系半導体レーザである。

【００２７】本発明の実施形態では、従来例における課
題、すなわち、端面コート膜の剥離、水素化アモルファ
スシリコン膜の光吸収の増加といった不具合を招く水素
の拡散を防止するために、水素バリア性の高い窒化シリ
コン膜を用いる。窒化シリコン膜を水素化アモルファス
シリコン膜に近接して設けることで、例え半導体レーザ
が高温に加熱されても、水素化アモルファスシリコン膜
から脱離した水素は緻密な窒化シリコン膜により拡散が
防止される。

【００２８】ここで、端面コート膜に生じる上記現象の
発生原因を究明し、本発明の効果を確認するために行っ
た検証について説明する。

【００２９】図１（ａ）、（ｂ）に示すような２つのサ
ンプルを作成した。いずれのサンプルも、シリコン基板
１上にそれぞれ、５０ｎｍ厚の水素添加アモルファスシ
リコン膜２を形成し、その上にさらに１１０ｎｍの酸化
シリコン膜３を形成した。一方のサンプルについては図
１（ａ）に示すように、酸化シリコン膜３上に、更に５
ｎｍ厚の窒化シリコン膜４を形成した。他方のサンプル
については図１（ｂ）に示すように、窒化シリコン膜４
を形成しなかった。

【００３０】これら２つのサンプルを加熱し、温度ごと
の水素脱離量を昇温脱離ガス分析（Thermal Desorption
Spectroscopy）を用いて測定した。その結果を図１
（ｃ）に示す。この図において曲線（ａ）は図１（ａ）
のサンプルの結果を示し、曲線（ｂ）は図１（ｂ）のサ
ンプルの結果を示す。この結果によれば、図１（ａ）に
示す構造では、２００℃以上で加熱することにより、水
素添加アモルファスシリコン膜８０２から水素が脱離し
始めていることが判る。図１（ｃ）に示す、Ｙ軸の検出
イオン電流値は、離脱ガス分析設備において、水素イオ
ンのみを検出した際の電流値であり、水素流出量をモニ
ターできる。このことから、加熱によって水素添加アモ
ルファスシリコン膜２から脱離した水素は、酸化シリコ
ン膜３を透過して外部に拡散することが判った。従っ
て、酸化シリコン膜３は、水素に対してバリア性がない
といえる。一方、図１（ｂ）に示す構造では、５ｎｍ厚
の窒化シリコン膜４により水素添加アモルファスシリコ
ン膜２が覆われていることによって、水素添加アモルフ
ァスシリコン膜２からの水素の脱離を３５０℃程度まで
抑制できることが判明した。従って、窒化シリコン膜４
は、水素に対してバリア性のあることが明らかとなっ
た。

【００３１】本発明は、水素に対してバリア性のある誘
電体膜を用いて、水素添加アモルファスシリコン膜から
の水素の脱離を抑制することを特徴とする。

【００３２】（実施の形態１）図２は、本発明の実施の
形態１における半導体レーザ１０１を示す。半導体レー
ザ１０１におけるレーザ光を主に出射する側の共振器端
面１０２には、端面コーティング膜としての低反射膜１
０３が形成され、他方の共振器端面１０４側には、端面
コーティング膜としての高反射膜１０５が形成されてい
る。

【００３３】低反射膜１０３は、共振器端面１０２上に
直接形成された酸化シリコン膜１０６によって構成され
ており、端面反射率が５％程度となるように膜厚設計が
なされている。

【００３４】高反射膜１０５は、共振器端面１０４上に
直接形成された酸化シリコン膜１０７と、酸化シリコン
膜１０７上に形成された窒化シリコン膜１０８と、窒化
シリコン膜１０８上に形成された水素添加アモルファス
シリコン膜１０９とからなる積層構造が２周期繰り返さ
れた６層で構成されており、端面反射率が９０％程度と
なるように膜厚設計がなされている。

【００３５】半導体レーザ１０１の共振器端面１０４
と、高反射膜１０５を構成する水素添加アモルファスシ
リコン膜１０９との間に、窒化シリコン膜１０８が形成
されていることが本実施形態の特徴の一つである。

【００３６】各膜は、一例を挙げれば以下の膜厚を有す
る。酸化シリコン膜１０６および酸化シリコン膜１０７
は厚さ１１０ｎｍである。窒化シリコン膜１０８は厚さ
５ｎｍである。水素添加アモルファスシリコン膜１０９
は厚さ５０ｎｍである。

【００３７】ここで、高反射膜１０５の端面反射率の９
０％は、酸化シリコン膜１０７と水素添加アモルファス
シリコン膜１０８を、各膜厚がλ／４ｎ（波長をλ、屈
折率をｎとする）となるように設計し、２周期繰り返す
ことによって実現されている。

【００３８】従って、水素バリア層として挿入される窒
化シリコン膜１０８は、膜厚によっては、高反射膜１０
５の端面反射率の低下を招く。そのため、本実施形態で
は、窒化シリコン膜１０８の膜厚を、端面反射率に影響
を与えない５ｎｍとしている。ここで、高反射膜１０５
を構成する窒化シリコン膜１０８を有する場合と、有さ
ない場合について端面反射率の計算を行った結果、窒化
シリコン膜１０８の厚みが１０ｎｍであっても、前者が
９４．１％、後者が９４．５％であり、ほとんど有意差
がみられない。結局、窒化シリコン膜１０８の厚みは５
ｎｍに限定されるものではなく、要求される端面反射率
を満たすものであれば構わない。

【００３９】しかしながら、窒化シリコン膜１０８の厚
みが２ｎｍ以下であると、本発明の目的の一つである水
素に対するバリア性を損なう可能性があるため好ましく
ない。バリア性の観点から、窒化シリコン膜１０８の厚
みは５ｎｍ以上がより好ましい。一方、窒化シリコン膜
１０８の厚みが５０ｎｍより大になると、応力による膜
剥離が生じるため、５０ｎｍ以下が好ましい。

【００４０】本実施形態の半導体レーザ１０１は、以下
の手順で製造される。

【００４１】まず図４（ａ）に示すように、基板３０１
上に、活性層と、その活性層を挟む一対のクラッド層を
含む化合物半導体層を形成し、加工し、更にｐ型電極と
ｎ型電極を形成してレーザウエハ３０２を作製する。次
に図４（ｂ）に示すように、劈開技術によって共振器長
間隔ごとに順次劈開し、半導体レーザが連なって形成さ
れたレーザバー３０３を形成する。

【００４２】次に、レーザバー３０３に対して、電子サ
イクロトロン共鳴プラズマ（Electoron Cyclotron Reso
nance Plasma）スパッタ装置を用いて、図４（ｃ）に示
すように端面コーティング膜３０４、３０５を形成す
る。

【００４３】ＥＣＲプラズマスパッタ装置の構成を図５
に示す。電磁石コイル５０３が設置されたプラズマ生成
室５０２に、プラズマガス導入口５１３および反応ガス
導入口５１４が接続されている。プラズマ生成室５０２
にはさらに、ＥＣＲプラズマ６０６を生成するためのマ
グネトロン５０１が接続されている。プラズマ生成室５
０２にはさらに薄膜堆積室５０８が接続され、その接続
部分にシリコンターゲット５０４が設置されている。シ
リコンターゲット５０４にはＲＦ電源が接続されてい
る。また、薄膜成膜室５０８には真空ポンプが接続され
ている。

【００４４】この装置を用いた端面コーティング膜３０
４、３０５の形成について、成膜の流れを示す図６を参
照しながら以下に説明する。

【００４５】まず、ステップＳ１において、図４（ｂ）
に示したように、劈開によりレーザバー３０３を作製す
る。次にステップＳ２において、図５の装置内の試料ホ
ルダー５０７に、レーザバー３０３を、一方の端面にプ
ラズマが照射されるように設置して、以下の手順に従
い、端面コーティング膜３０５として図１に示した高反
射膜１０５を形成する。

【００４６】ステップＳ３において、酸化シリコン膜１
０７を形成する場合、プラズマガス導入口５１３より流
量５０ｓｃｃｍのアルゴンガス５１０を、また反応ガス
導入口５１４より酸素ガス５１１を導入しながら、マグ
ネトロン５０１により２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導
入し、電磁石コイル５０３により磁場を形成する。それ
により、プラズマ生成室５０２に電子サイクロトロン共
鳴（ＥＣＲ）によるプラズマを発生させる。さらに、シ
リコンターゲット５０４に、ＲＦ電源５０５によって負
のバイアスを印加し、プラズマ中のイオンを利用してス
パッタリングを行う。その結果、シリコンターゲット５
０４からスパッタされたシリコンと酸素がレーザバー３
０３の共振器端面上に成長して、酸化シリコン膜１０７
が堆積される。

【００４７】次にステップＳ４において、酸化シリコン
膜１０７上に窒化シリコン膜１０８を形成する。この場
合は、プラズマガス導入口５１３より流量５０ｓｃｃｍ
のアルゴンガス５１０を、また反応ガス導入口５１４よ
り窒素ガス５０９を導入しながら、上記と同様の工程を
行うことにより、シリコンと窒素が、先に形成された酸
化シリコン膜１０７上に成長して、窒化シリコン膜１０
８が堆積される。

【００４８】次にステップＳ５において、水素添加アモ
ルファスシリコン膜１０９を形成する。この場合は、プ
ラズマガス導入口５１３より流量５０ｓｃｃｍのアルゴ
ンガスを、また反応ガス導入口５１４より水素ガス５１
２を導入しながら、上記と同様の工程を行うことによ
り、シリコンと水素が、先に形成された窒化シリコン膜
１０８上に成長して、水素添加アモルファスシリコン膜
１０９が堆積される。

【００４９】さらに同様の手順により、２周期目の酸化
シリコン膜１０７（ステップＳ６）、窒化シリコン膜１
０８（ステップＳ７）、水素添加アモルファスシリコン
膜１０９（ステップＳ８）を順次形成することにより、
高反射膜１０５が形成される。

【００５０】次に低反射膜１０３を形成する手順につい
て述べる。まずステップＳ９において、レーザバー３０
３を反転し、高反射膜１０５が形成された共振器端面１
０４と反対側の共振器端面１０２にプラズマが照射され
るように、試料ホルダー５０７に設置する。次に高反射
膜１０５の形成と同様の手順によって、酸化シリコン膜
１０３を堆積し、低反射膜１０３を形成する（ステップ
Ｓ１０）。

【００５１】以上のように作製された半導体レーザ１０
１において、レーザ光は、主に低反射膜１０３が形成さ
れた側から出射する。

【００５２】端面コーティング膜の形成にＥＣＲプラズ
マスパッタ装置を用いる理由は、平坦性、緻密性が重要
であるためである。ＥＣＲプラズマは指向性が強く、試
料に対して垂直に反応種が供給されるので、均等に膜が
堆積され、平坦な膜を形成することが出来る。また、Ｅ
ＣＲプラズマはダメージが少なく、堆積した膜をスパッ
タしないので、堆積したままの平坦性を保つことが出来
る。特に、水素に対するバリア層として機能する窒化シ
リコン膜１０８が、端面反射率に影響を与えない薄い膜
であっても、緻密で且つ平坦性を実現することが可能で
ある。

【００５３】なお、ＥＣＲプラズマスパッタ装置に用い
るプラズマガスとしては、アルゴンの代わりにヘリウム
を用いてもよい。また、シリコンターゲットを用いず
に、モノシラン等のシラン系の反応ガスの分解によっ
て、水素添加アモルファスシリコン膜１０９等を形成す
ることもできる。

【００５４】また、窒化シリコン膜１０８以外の端面コ
ーティング膜形成を、マグネトロンスパッタ装置等で行
うこともできる。例えば、マグネトロンスパッタ装置で
水素添加アモルファスシリコン膜１０８の形成を行った
場合、ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置で成膜した場合に比べ
てシリコンと水素の結合が弱いが、本実施形態では、窒
化シリコン膜１０８によって水素の脱離をバリアできる
ため、水素の脱離によって生じる屈折率の変化や吸収係
数の増大を抑制することが可能である。

【００５５】また、ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置による成
膜を、ランプヒータ等による加熱状態で行ってもよい。
このときの温度は、２００℃程度とすれば、良好な結果
が得られる。

【００５６】なお、高反射膜１０５は、２周期以上形成
することもできる。その場合はさらに高反射のコーティ
ング膜を得ることが出来る。

【００５７】次に、本実施形態の半導体レーザ１０１に
関する高温実装時の挙動について、図８に示したよう
な、高反射膜８０５中に窒化シリコン膜１０８を含まな
い半導体レーザ８０１との比較を行った。半導体レーザ
１０１および半導体レーザ８０１の実装条件は、以下の
通りである。

【００５８】図９（ａ）に示すように、金錫合金からな
る半田材９０２を表面に有するサブマウント９０３の上
方に、コレット９０４により保持された半導体レーザ素
子１０１もしくは半導体レーザ８０１を配置する。その
状態で、金錫合金の融点である３００℃にサブマウント
９０３を加熱し、図９（ｂ）に示すように、コレット９
０４に保持された半導体レーザ素子１０１もしくは半導
体レーザ８０１を、サブマウント９０３の表面上に降下
させて溶融された半田材９０５と圧接させ、１秒間保持
する。その後図９（ｃ）に示すように、コレット９０４
を上方に逃がした状態で、サブマウント９０３をさらに
３５０℃まで加熱し、５秒後に温度を下げる。

【００５９】ここで、コレット９０４を上方に逃がした
状態で、サブマウント９０３をさらに３５０℃まで５秒
間加熱する理由は、荷重の無い状態で半田材９０５を再
溶融させ、半導体レーザ素子１０１もしくは半導体レー
ザ８０１の残留応力を緩和するためである。

【００６０】上記条件に従い、本実施形態の半導体レー
ザ１０１と、高反射膜８０５中に窒化シリコン膜１０８
を含まないことのみが異なる半導体レーザ８０１を実装
した後、各半導体レーザの端面コーティング膜状態を顕
微鏡により観察した。

【００６１】その結果、高反射膜１０５中に窒化シリコ
ン膜１０８を有する半導体レーザ１０１では、低反射膜
１０３、高反射膜１０５ともに、火脹れ状の端面コーテ
ィング膜剥離はみられなかった。一方、高反射膜８０５
中に窒化シリコン膜１０８を含まない半導体レーザ８０
１では、低反射膜８０３には変化はみられなかったが、
高反射膜８０５表面に、図１０に示すような火脹れ状の
端面コーティング膜剥離１００３が多数みられた。ま
た、端面コーティング膜剥離１００３は、低反射膜１０
３にはみられなかった。さらに、剥離されて露出した面
１００４は、ガリウム砒素面であり、共振器端面からの
剥離であることが確認された。

【００６２】以上の結果より、本実施形態における窒化
シリコン膜１０８を水素に対するバリア層として用いた
半導体レーザ１０１は、３５０℃程度の高温状態に晒さ
れても、端面コーティング膜剥離が発生しないことが確
認された。

【００６３】（実施の形態２）図３に、本発明の実施の
形態２における半導体レーザ２０１を示す。この半導体
レーザ２０１が、実施の形態１における半導体レーザ１
０１と異なる点は、共振器端面２０４側の高反射膜２０
５が、半導体レーザ２０１の共振器端面に直接形成され
た酸化シリコン膜１０７の上に順次、窒化シリコン膜１
０８、水素添加アモルファスシリコン膜１０９、窒化シ
リコン膜１０８、酸化シリコン膜１０７、窒化シリコン
膜１０８、水素添加アモルファスシリコン膜１０９、及
び窒化シリコン膜１０８を順次積層して形成された８層
の膜で構成されている点である。共振器端面２０２側の
低反射膜２０３は、実施の形態１の場合と同様である。

【００６４】本実施の形態では、水素添加アモルファス
シリコン膜１０９の両側に窒化シリコン膜１０８が形成
されていることが特徴の一つである。

【００６５】本実施の形態における半導体レーザ２０１
の製造方法は、実施の形態１における半導体レーザ１０
１の製造方法と実質的に同一である。

【００６６】本実施の形態によって形成された半導体レ
ーザ２０１について、実施の形態１と同様な半導体レー
ザの実装試験を行い、実装後の端面コーティング膜を顕
微鏡により観察した結果、火脹れ状の端面コーティング
膜剥離１００３はみられなかった。

【００６７】また、実施の形態２の半導体レーザ２０１
と、窒化シリコン膜１０８を有しないことのみ異なる図
８に示した半導体レーザ８０１の光出力特性を図７に示
す。この結果によれば、実施の形態２の半導体レーザ２
０１において、１０ｍＷ程度のＣＯＤ発生レベル向上が
みられる。

【００６８】また、半導体レーザ２０１の高反射膜２０
５と、半導体レーザ８０１の高反射膜８０２の端面反射
率を比較した結果、実施の形態２の半導体レーザ２０１
では９４．２％であるのに対し、窒化シリコン膜１０８
を有しない半導体レーザ８０１では９４．０％であっ
た。

【００６９】このような結果については、以下の理由が
考えられる。

【００７０】水素添加アモルファスシリコン膜は、非結
晶質ではあるが、ダングリングボンド（未結合手）が水
素で終端されている。このためバンド間準位密度が低減
され、吸収係数を低く抑えることが出来る。ＥＣＲプラ
ズマによって形成されたアモルファスシリコン膜は、例
えば波長６８０ｎｍでの吸収係数が、水素添加アモルフ
ァスシリコン膜が３×１０²ｃｍ^-1、水素添加のないア
モルファスシリコン膜が５×１０⁴ｃｍ^-1である。水素
添加アモルファスシリコン膜は水素添加されていないア
モルファスシリコン膜に比べて吸収係数が２桁以上低
く、GaInP/AlGaInP系半導体レーザの端面コーティング
膜に適用した場合、光吸収による発熱が少なく光学損傷
が発生しにくい。

【００７１】このことから、実施の形態２における半導
体レーザ２０１において、ＣＯＤ発生レベルが向上した
理由として、水素添加アモルファスシリコン膜１０９の
両側を窒化シリコン膜１０８で挟み込む構造をとること
によって、高温状態に晒されて、水素添加アモルファス
シリコン膜１０９の水素結合が切れても、窒化シリコン
膜１０８によるバリアによって水素が拡散せず、すぐに
ダングリングボンドと水素が再結合して終端されるた
め、バンド間準位が小さく、吸収係数が増大しないため
と考えられる。

【００７２】本実施の形態では、水素に対してバリア性
のある材料として、窒化シリコンを用いた場合について
説明したが、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、ま
たは、それらの化合物についても、水素バリア性の効果
を確認した。また、窒化チタンや窒化アルミニウムチタ
ン（ＴｉＡｌＮ）でも水素バリア性の効果は大きい。

【００７３】

【発明の効果】本発明によれば、以下の効果を奏するこ
とができる。

【００７４】高出力半導体レーザのＣＯＤ発生レベルの
向上に有効な水素が、半導体レーザが高温状態に晒され
て脱離しても、共振器端面と端面コーティング膜との間
に溜まって熱膨張しないので、端面コーティング膜の剥
離等が発生することが無い。

【００７５】また、高出力半導体レーザのＣＯＤ発生レ
ベルの向上に有効な水素が、半導体レーザが高温状態に
晒されて脱離しても、バリア層によって拡散しないた
め、水素結合の切れたダングリングボンドが再度水素に
よって終端され、光吸収の増大による発熱や、屈折率の
変化による反射率変化等が発生することが無い。

【００７６】また、端面コーティング膜を、薄くても緻
密で平坦な膜形成が可能なＥＣＲプラズマＣＶＤ装置を
用いて製造するため、バリア層として挿入される窒化シ
リコン膜を、端面反射率に影響を与えず且つ水素に対す
る十分なバリア性を有する膜厚に形成することが出来
る。

【００７７】これらの効果により、高温実装等の環境の
変化があっても、端面コーティング膜が変質しないため
に、ＣＯＤ圧制レベルの向上および長期動作時の信頼性
向上が可能となり、高品質の高出力半導体レーザを実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の効果を確認するために行った検証に
ついて説明するための図

【図２】 本発明の実施の形態１における半導体レーザ
を示す斜視図

【図３】 本発明の実施の形態２における半導体レーザ
を示す斜視図

【図４】 本発明の実施形態における半導体レーザを製
造する手順を示す斜視図

【図５】 ＥＣＲプラズマスパッタ装置の構成を示す概
略図

【図６】 本発明の実施形態における半導体レーザの端
面コーティング膜を形成するための成膜の流れを示すフ
ロー図

【図７】 本発明の実施の形態２における半導体レーザ
の光出力特性を示す図

【図８】 従来例の端面コーティング膜が設けられた半
導体レーザを示す斜視図

【図９】 高出力半導体レーザの実装方法を示す断面図

【図１０】 従来例の半導体レーザの端面コーティング
膜に生じる剥離を示す斜視図

【符号の説明】

１ シリコン基板 ２ 水素添加アモルファスシリコン膜 ３ 酸化シリコン膜 ４ 窒化シリコン膜 １０１、２０１ 半導体レーザ １０２、２０２ 共振器端面 １０３、２０３ 低反射膜 １０４、２０４ 共振器端面 １０５、２０５ 高反射膜 １０６ 酸化シリコン膜 １０７ 酸化シリコン膜 １０８ 窒化シリコン膜 １０９ 水素添加アモルファスシリコン膜 ３０１ 基板 ３０２ レーザウエハ ３０３ レーザバー ３０４、３０５ 端面コーティング膜 ５０１ マグネトロン ５０２ プラズマ生成室 ５０３ 電磁石コイル ５０４ シリコンターゲット ５０５ ＲＦ電源 ６０６ ＥＣＲプラズマ ５０７ 試料ホルダー ５０８ 薄膜堆積室 ５０９ 窒素ガス ５１０ アルゴンガス ５１１ 酸素ガス ５１２ 水素ガス ５１３ プラズマガス導入口 ５１４ 反応ガス導入口 ８０１ 半導体レーザ ８０２、８０３ 端面コーティング膜 ８０７ 酸化シリコン膜 ８０９ 水素添加アモルファスシリコン膜 ９０１ 半導体レーザ素子 ９０２ 半田材 ９０３ サブマウント ９０４ コレット １００１ 半導体レーザ １００２ 端面コーティング膜 １００３ 剥離 １００４ 共振器端面

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１４年１０月１８日（２００２．１０．
１８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】また、第二誘電体膜には、窒素またはアル
ミニウムを含むことが望ましい。特に、第二誘電体膜
が、窒化シリコン（ＳｉＮ）、窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）、酸化アルミニウム（Ａｌ ₂Ｏ₃）、またはこれらを
含む化合物、または窒化アルミニウムチタン（ＡｌＴｉ
Ｎ）により形成されていることが望ましい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤森 省司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 木戸口 勲 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5F073 AA83 AA84 BA05 BA06 CA06 DA32 DA33 DA35 EA28

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に形成された活性層と、前記活性
   層を挟む一対のクラッド層とを備えた半導体レーザであ
   って、その共振器端面の少なくとも一方に、水素が添加
   された第一誘電体膜を備え、前記第一誘電体膜と前記共
   振器端面との間に、水素の拡散を防止するための第二誘
   電体膜を備えたことを特徴とする半導体レーザ。
2. 【請求項２】 前記第一誘電体膜の両側に前記第二誘電
   体膜を備えたことを特徴とする請求項１記載の半導体レ
   ーザ。
3. 【請求項３】 前記第二誘電体膜が、窒素またはアルミ
   ニウムを含むことを特徴とする請求項１または２記載の
   半導体レーザ。
4. 【請求項４】 前記第二誘電体膜が、窒化シリコン（Ｓ
   ｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウ
   ム（Ａｉ₂Ｏ₃）、またはこれらを含む化合物、または窒
   化アルミニウムチタン（ＡｌＴｉＮ）により形成されて
   いることを特徴とする請求項１または２記載の半導体レ
   ーザ。
5. 【請求項５】 前記第一誘電体膜と前記第二誘電体膜が
   隣接していることを特徴とする請求項１または２記載の
   半導体レーザ。
6. 【請求項６】 前記第二誘電体膜の膜厚が２ｎｍ以上、
   ５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または２
   記載の半導体レーザ。
7. 【請求項７】 前記第二誘電体膜の膜厚が５ｎｍ以上、
   ５０ｎｍであることを特徴とする請求項６記載の半導体
   レーザ。
8. 【請求項８】 請求項１または２記載の半導体レーザの
   製造方法であって、少なくとも第一誘電体膜および第二
   誘電体膜を電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を用いて
   形成することを特徴とする半導体レーザの製造方法。