JPH03101183A

JPH03101183A - 半導体レーザ・ダイオード及びそのミラー・パツシベーシヨン方法

Info

Publication number: JPH03101183A
Application number: JP2224570A
Authority: JP
Inventors: Marcel Gasser; マルセル・ガーセル; Ernst E Latta; エルンスト・エーベルハルト・ラツタ
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1989-09-07
Filing date: 1990-08-28
Publication date: 1991-04-25
Also published as: US5063173A; EP0416190A1; DE68915763T2; CA2018501A1; EP0416190B1; CA2018501C; DE68915763D1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】Ａ．産業上の利用分野本発明は、ミラーの汚染によるデバイス性能の劣化を避
けるために、半導体レーザ・ダイオードのミラーを不動
態化即ちパッシベートする方法に関するものである。本
発明は、へき開またはエツチングにより製造したミラー
・デバイスのいずれにも適用可能で、適当な材料のパッ
シベーション層を層がＳｉで、上記厚いミラー・ファセ
ット上に、その場で付着させることができる。

Ｂ．従来の技術半導体レーザ・ダイオードは、小型であり、関連する電
子回路に適合するため、広範囲の情報処５− 環システムに適用．されてお・リ、データ通信、光記憶
、光印刷等の分野に使用されている。最も一般的・に使
用さ゛れているものは・、第■族と第・Ｖ族の化合物で
あり、特にＡＱＧａＡｓレーザが広く使用されている。

歴史的には、ミラー・フ１セッ・トは、レーザ・バー、
すなわちデバイスの活性な導波管を形成する層化構造を
へき関す・ることにより製造されている。通常は、へき
開により、単一の高品質のデバイスが得られるが、へき
開後の処理及び試験を必要とする。最近になって、集積
度が増大する傾向が強く、少なくとも１つのへき開によ
るレーザ・ダイオードのミラー・ファセットを、エツチ
ングによるミラーで置換することが必要になった。高品
質のエツチングによるミラーを得る技術はかなり進歩し
ているので、この技術は将来性が高いと考えられる。ミ
ラーのコーティングや試験等の工程は、ウェハ゛・レベ
ルで行なうことが可能になり、処理工程の現象、収率の
向上、及び製造・試験コストの削減などの利点がある。

一２種類のレーザ、すなわちへき開により製造したレーザ
も、エツチングしたミラーを宵するレーザも、デバイス
として最も重要な基準の１つは信頼性であり、したがっ
て、各種の適用分野に必要な、出力レベルにおけるデバ
イスの寿命を最大に延ばすことである。信頼性とデバイ
ス寿命は、ミラーの汚染及び劣化の影響が大きく、これ
らによって、デバイスが加熱され、最終的には、デバイ
スの破損の原因となる。

これまで長い間、実際には１０年以上にわたり、これら
の問題を解決するための提案や試みがなされている。そ
のうち最も成功したものは、ミラー・ファセットを、パ
ッシベーション層でコーティングして、デバイスの耐用
期間中、ミラー表面を汚染から保護することである。

これらの研究の一部は、パッシベーション技術及び現在
の最新技術を示すもので、下記の報文（７）上記されて
いる。

Ｙ、　Ｓｈｉｍａ　ｅｔ　ａｌ、、ｒＧａＡｓ−ＧａＡ
ｆｌＡｓＤＨレーザの劣化に対するファセット・コーテ
ィングの影響（Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｆａｃｅｔ　ｃｏ
ａｔｉｎｇｓ　ｏｎ　ｔｈｅｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ＧａＡｓ−Ｇ
ａＡ、ＩＩＡｓＤＨ１ａｓｅｒｓ）Ｊ　１Ａｐｐ１．　
　Ｐｈｙｓ、　　Ｌ１３ｔｔ、ｓ　　Ｖ　ｏ　ｌ　、　
　３１、Ｎｏ、９　（１９７７年１１月１日）、ｐｐ。

６２５〜６２７は、おそらく最初にＡＱＧａＡｓレーザ
の劣化に対するファセット・コーティングの影響につい
て論じたものである。この論文の筆者は、へき開したミ
ラーを５ｉ０２またはＡｆ１２０ａで被覆することによ
り、劣化速度を遅＜シ、出力を最大にするという改良を
行なった。Ａｕ２０３については、光出力２ｍＷ／μｍ
で、約−０，００１／ｈの最適な劣化速度を得ている。

Ｔ、　Ｆｕｒｕｓｅ　ｅｔ　ａｌ、、ｒ　（ＡｆｌＧａ
）ＡｓＤＨレーザ・ファセットの絶縁炭素コーティング
（Ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ　ｃａｒｂｏｎ　ｃｏａｔｉｎ
ｇ　ｏｎ　（ＡＱＧａ）　ＡｓＤＨｌａｓｅｒ−ｆａｃ
ｅｔｓ）　Ｊ　Ｎ　Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ
、１Ｖ　ｏ　ｌ　。

４４、Ｎｏ、４　（１９７８年８月１５日）、ｐｐ。

３１７〜３１８には、カーボン・コーティングの適用に
よる劣化速度の改善について報告されている。この論文
の筆者は、６０００時間以上にわたって、４ｍＷの安定
なレーザ動作を得ている。

Ｈ，Ｎａｍ１ｚａｋｉ　ｅｔ　ａｌ、、ｒファセットの
コーティングにＳｉ３Ｎ４プラズマ付着を利用したＧａ
Ａｓ−ＧａＡＱＡｓ　　ＴＪＳレーザの高電力密度、単
一モード動作（Ｈｉｇｈ−ｐｏｗｅｒ−ｄｅｎｓｉｔｙ
　ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　
ＧａＡｓ−ＧａＡＱＡｓ　ＴＪＳ　ｌａｓｅｒｓｕｔｉ
ｌｉｚｉｎｇ　Ｓｉ３Ｎ＋　ｐｌａｓｍａ　ｄｅｐｏｓ
ｉｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｆａｃｅｔｃｏａｔｉｎｇ）　Ｊ
　、Ｊ、　Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、、５０（５）（１９
７９年５月）、ｐｐ、３７４３〜３７４５には、ミラー
表面へのＳｉ３Ｎ４プラズマ付着を利用したレーザ・ダ
イオード・ファセットのコーティング法が記載されてい
る。４ｍＷ／μｍで１０ｏｏ時間使用した後も、動作電
流はわずかじか変化、しなかったことが分かったが、実
際の数字は報告されていない。

Ｆ、　Ｋａｐｐｅｌｅｒ　ｅｔ　ａｌ９、ｒ　８００　
ｎ　ｍＧａＡＱＡｓ／ＧａＡｓ酸化物ストライプ・レー
ザのパルス性能及び安定性（Ｐｕ　ｌｓｅｄ−ｐｏｗｅ
ｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｎｄ　５ｔａｂｉｌｉｔ
ｙ　ｏｆ　８００ｎｍ　ＧａＡ、ｌｌＡｓ／ＧａＡｓ　
ｏｘｉｄｅ−ｓｔｒｉｐｅｌａｓｅｒｓ）　Ｊ　Ｎ　Ｉ
ＥＥ　Ｐｒｏｃ、　１Ｖ　。

　９− １．１２９．１）ｔ、１、Ｎｏ、６　（１９８２年１２
月）、ｐｐ、２５ｅ〜２６１は、パルス電力（犬態での
Ａ見Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　／　Ｇ　ａ　Ａ　ｓレーザの実験
結果及び理論研究について報告している。この論文の筆
者は、Ａｕ２０３でコーティングしたミラーを使用し、
アルゴン・イオン・スパッタリングを、パッシベーショ
ン層の付着前に、ミラー・ファセットを予備洗浄するた
めに適用している。この方法によっても、最大出力の実
質的な改善は行なわれず、事実高エネルギーのスパッタ
リングにより、表面の欠陥を生じ、逆効果があるように
見られる。

Ｐ、Ｔｉｈａｎｙｉ　ｅｔ　ａｌ、、（Ａ　Ｑ　Ｇ　ａ
　）　Ａ　ｓレーザ・ファセットからの汚染物質の反応
性外部拡散（Ｒｅａｃｔｉｖｅ　ｏｕｔｄｉｆｆｕｓｉ
ｏｎ　ｏｆ　ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔｓ　ｆｒｏｍ（Ａ
ｆｉＧａ）Ａｓ　１ａｓｅｒ　ｆａｃｅｔ）　Ｊ　Ｎ　
Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ。

Ｌｅｔｔ、、Ｖｏ　１．４２、Ｎｏ、　４　（１９８３
年２月１５日）、ｐｐ、３１３〜３１５には、ミラー表
面の予備洗浄のための別の研究が記載されている。この
方法は、空気でへき関したファセット上に、直接薄い金
属１１皮膜を付着させるもので、１０ＡＱのゲッタ効果による表面の汚染の大部分を防止する
とされてｂ：するが、レーザの性能に関するデータは示
されていない。

Ｊ、Ｃ，Ｃｏｎｎｏｌｌｙ　ａｔ　ａｌ、、ｒ宇宙通信
用高出力０゜８７ミクロン・チャネル基板プレーナ・レ
ーザ（旧ｇｈ−ｐｏｗｅｒ　’０．８７　ｍ１ｃｒｏｎ
　Ｃｈａｎｎｅｌ　５ｕｂｓｔｒａｔｅＰｌａｎａｒ　
　Ｌａ５ｅｒｓ　　ｆｏｒ　　５ｐａｃａｂｏｒｎｅ　
　Ｃｏ＋ｕ＋ｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）Ｊ　　５ＳＰＩＥ
　　８８５自由空間レーザ通信技術（Ｆｒｅｅ−Ｓｐａ
ｃｅ　Ｌａ５ｅｒ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｔｅ
ｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）　ｓ　１９８８年、ｐｐ、１２
４〜１３０には、最新技術の高性能ＡｊｌＧａＡｓレー
ザが示されている。この報文は、現在までに知られてい
る最良のレーザの１つに関するものである。パッジベー
ジロンは、最適化したＡＱ２０３付着技術により行なわ
れ、デバイスは、破局的光学故障が発生する２　００　
ｍ’Ｗ付近までシングル・モード運転が可能である。５
０ｍＷ（５０％デユーティ・サイクル）及び室温での寿
命試験で、デバイスを５０００時間以上使用したが、駆
動電流に変化を生じなかった。これより高い出力レベル
（ただし２００ｍＷ・未満）については、寿命に関する
データは報告されていない。

現在判明しそいる範−では、高性能レーザは、製造も報
告もされておらず、まだ下記のようないくつかの欠点が
解決されていない。

・２００ｍＷを超える連続動作出力は、長期にわたって
はまだ不可能である。

・連続出力的６０ｍＷで使用した場合、得られる最低の
劣化速度は、毎時１０−％ないし１０−６で、デバイス
の寿命はまだ限定されている。

・デバイスは、「バーンイン」期間があり、この間の出
力は、約１００時間の動作時間後の、遅い劣化期間に達
するまでは、かなり減少する。

上記に引用した文献に示すように、ミラー表面のバッシ
ベーシーンのため、いくつかの方法が提案されている。

しかし、優れた結果が得られる下記に説明する方法に用
いられる、層がＳｉで、上記厚いミラー表面にバッジベ
ージロン層をその場で付着させる方法について開示また
は示唆した文献は知られていない。

また、ミラーのパッジベージ１ン用に、各種の材料が提
案されているが、本発明により得られる改良をもたらす
Ｓ　１１Ｇ　ｅまたはｓｂの使用について述べた文献は
知られていない。他のＧａＡｓ技術によるデバイスの製
造及び設計にＳｉを使用することが、これまでに提案さ
れていないことは意外なことである。−例は、Ｓ、Ｔｉ
ｗａｒｙ　ｅｔ　ａｌ、、「ビンのないＧａＡｓ　　Ｍ
ＯＳキャパシタ及びトランジスタ（Ｕｎｐｉｎｎｅｄ　
ＧａＡｓ　ＭＯＳ　Ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ　ａｎｄＴｒ
ａｎｓｉｓｔｏｒｓ）　Ｊ　１１ＥＥ２　Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅ　ＬｅｔｔｅｒｓｓＶｏｌ、９、Ｎ
ｏ、９　（１９Ｂ８年９月）、ｐｌ）−４８８〜４９０
に開示されたもので、この方法は中間の工程で、極めて
薄いＭＢＥ成長のＳｉ層を、ＧａＡｓ　）ランジスタの
チャネルの表面に付着させ、次の化学５ｉ０２付着工程
で、ＭＯＳデバイスを正しく動作させるために、Ｓｉ層
を酸化皮膜まで除去するものである。

Ｃ０発明が解決しようとする課題本発明の目的は、高出力、長寿命、高性能のダイオード
・レーザを提供することにある。

１３− 本発明の目的には、レーザ・ミラーの汚染を効果的に防
止することにより、デバイスの早期の劣化を避けるため
のバッジベージロン層の付着方法を提供することも含ま
れる。

本・発明の目的には、ミラーの劣化を効果的に防止する
ことにより、高出力、高信頼性のデバイスを得るために
、ミラー・ファセットにバッジベージロン層を存するダ
イオード・レーザ構造を提供することも含まれる。

００課題を解決するための手段本発明は、これ等の目的を達成し、周知のレーザ・ダイ
オード製造技術の欠点を解決することを意図したもので
ある。本発明の方法により、層がＳｉで、上記厚いミラ
ー・ファセットが得られ、その上に連続した絶縁性また
は低導電性のバッジベージロン層を「その場で」設ける
ことが可能で、このパッジベージ１７層は、ミラー・フ
ァセット・インタフェースと反応する物質の拡散を防止
するもので、この物質、それ自身ミラー材料と反応しな
いもので、酸素を含有しないものである。好ましい実施
１４− 例では、Ｓｌが用いられている。他の適当な材料にはＧ
ｅ及びｓｂがある。

本発明の方法は、半導体レーザ・ダイオードの製造中に
、ミラーのパッジベージ１ンを行なうもので、（１）層
がＳｉで、上記厚いミラー・ファセットを設け、（２）
半導体と反応する物質の拡散の障壁として機能し、それ
自体がミラーの表面と反応しない材料からなる、絶縁性
または低導電性のパッジベージリフ層をその場で形成す
る、２つの重要な工程を有する。

層がＳｉで、上記厚いミラーの表面は、初期汚染が生じ
ない環境でへき開を行なうか、または空気中でへき開も
しくはミラー・エツチングを行なった後、ミラー表面を
洗浄することにより得られる。パッジベージロン層は、
５ｉ１Ｇｅまたはｓｂからなる。

Ｅ、実施例本発明について詳細に説明する前に、本発明の目的及び
概念について、これまでの方法及び装置における経験及
び問題点を参照して、簡単に概説する。

ＡΩＧａＡｓ　（または他の第■族と第Ｖ族との化合物
）レーザ・ダイオードの製造工程での重要なステップは
ミラーの形成で、従来はへき開により、現在ではエツチ
ングも使用した後、パッジベージロンを行なって形成す
る。標準の方法は、レーザ・パー（すなわちレーザの導
波管を形成する層化構造）を空気中でへき関し、これを
すみやかに真空システム中に移して、ミラー・ファセッ
ト上に保護パッシベーシ−ン層を付着させる。この層の
役割は、（１）ミラー表面を腐食から保護し、（２）結
晶欠陥による電気的な表面トラップの数を減少させるこ
とである。これらの効果はいずれも、ミラーの劣化を生
じ、最終的にはファセットの過熱と、デバイスの修正で
きない致命的な故障の原因となるレーザ動作中のエネル
ギーの逸散を防止すると考えられている。パッジベージ
ロン層の使用にもかかわらず、現在のレーザの寿命は、
これらの劣化機構によりまだ限定されている。レーザに
供給する電流を一定にして記録した、代表的な光出力と
作動時間の関係を示す図では、最初の急速な減少（いわ
ゆる「バーンイン」相）と、はぼ一定の勾配の、これよ
り劣化速度の低い通常長い相が見られる。

上述のように、パッジベージロン層の役割は、レーザの
動作中に、周囲の雰囲気とＡＱＧａＡｓとの相互作用を
防止することである。しかし、ミラーが空気に露出され
るため、パッジベージロン層を設ける時に、ミラーの表
面に既に存在する物質に対する保護は行なわれていない
。ＡＱＧａＡｓとコーティングとの界面の汚染は避けら
れないが、本発明の方法によれば、これが防止される。

したがって、本発明の第１の重要な点は、層がＳｉで、
上記厚いミラー・ファセットを提供し、レーザがまだ同
じ雰囲気中にあるうちに、もちろん表面汚染がないうち
に、パッシベーション層を設けることである。

へき開したミラー・デバイスでは、これはへき聞役、保
護層を「その場で」たとえば、基本圧力が十分に低い真
空システムで付着させることにより行なう。

　１７− エツチングしたレーザ・デバイスの場合も、同じ原理が
適用される。エツチングしたミラー・ファセットは、必
要な場合、へき開工程後、層がＳｉで、上記厚い表面を
得るために、その場で保護層をコーティングする。

付着させた保護層は、最終のパッジベージロン層であっ
ても、異なる環境内でさらに厚い皮膜を付着させるまで
の間だけ、ＡＪＩＧａＡｓの表面を保護する薄い層であ
ってもよい。

第２の重要な点は、パッジベージロンのための適切な材
料の選択である。さまざまな、一部未知の理由により、
現在使用されている材料、主としてＳ　ｉ　０２及びＡ
ｌ１２０ａでは、レーザの所望の性能が得られない。こ
の点が何らかの基本的な考慮と広範な試験を必要とした
。

パッジベージロン層は、ＡＱＧａＡｓと反応する物質の
拡散に対する障壁として機能するものであり、もちろん
それ自体がミラーの材料と反応してはならない。Ａ　Ｑ
　ｚ　Ｇ　ａ及びＡｓは安定な酸化物を生成しないので
、酸素も、ＯＨまたはＨ２０８− もレーザ・ミラーの近くの材料に含まれていてはならな
い。したがって、酸化物は無視される。他の必要条件は
、パッジベーン１フ層の導電性が十分に低く、ミラー・
ファセットを通る顕著な電流を避けることである。この
ため、層がきわめて薄くない限り、金属等の導電性が高
い材料は除外される。一方、材料はピンホールや網孔の
ない連続層でなければならない。

行なった試験では、最良の結果はＳｉを使用した場合に
得られたが、最初の実験では、Ｇｅ及びｓｂもパッジベ
ージ日ン材料として適していることが分かった。

次に、本発明の方法の一例として、へき開したミラー・
ファセット上にパッシベーション層を付着させる方法に
ついて詳細に説明する。

最初に、レーザ・バーを製作する。すなわち、両端をミ
ラー・ファセットに接続した場合に、レーザ・キャビテ
ィとして機能する導波管を形成する、エピタキシャル成
長させた層構造を製作する。このようなバーの構造は、
第１図に概略を示すようなもので、Ｃ，ハーダー他（Ｃ
，）ｌａｒｄｅｒ　ｅｔ　ａｌ、　）、「高出力リッジ
導波ＡＱＧａＡｓ　　ＧＲＩＮＳＣＨレーザ・ダイオー
ド（Ｈｉｇｈ−Ｐｏｗｅｒ　Ｒｉｄｇｅ−Ｗａｖｅｇｕ
ｉｄｅ　ＡＪＩＧａＡｓ　ＧＲＩＨＳＣＨＬａ５ｅｒ　
Ｄｉｏｄｅ）　Ｊ、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｌｅｔｔ
ｅｒｓｌＶｏ　ｌ　、　　２２％　Ｎｏ、　　２０　（
１９８６年９月２５日）、１）１）、１０８１〜１０８
２（７）上記された論文と同じもので、同じ方法を用い
て製作したものでよい。

下記に層化構造１０を製作する工程について簡単に説明
する。

ｎ＋にドーピングしたＧａＡｓ基板１１上に、たとえば
分子線エピタキ（ＭＢＥ）により、層を成長させる。最
初に、ｎ型にドーピングしたＧａＡｓバッファ層１２を
、基板上に成長させる。次に、これより低い、ｎ型クラ
ッド層１３（０，２μｍのＡ　ｆｌｏ、ｔａＧ　ａｏ、
ｓｓＡ　ｓ　）を成長させる。レーザのコアは、勾配を
つけたｎ型領域１４（０，２ＢｍのＡｆｌｏ、＋５Ｇ　
ａｏ、ｊ５Ａ　ｓからＡ　Ｑｏ、　ｔａＧ　ａｏ、ｅ２
Ａｓへ勾配をつけた）、量子ウェルを形成するドーピン
グしない領域１５、及び勾配をつけたｐ型領域ＩＥｉ　
（０，２ＢｍのＡ　ｎｏ、　ｔａＧ　ａｏ、ａ２Ａ　ｓ
からＡ　Ｑｏ、４５Ｇ　ａｏ、５ｓＡ　ｓへ勾配をつけ
た）カラナル。

次に、上部のクラッド層１７　（Ａｆｉｏ、４ｓＧ　ａ
ｏ、５ｓＡｓ）を形成した後、チタン・白金・金電極１
９Ａが十分にオーム接触するようなドーピング密度を有
する、ｐ十型のＧａＡＳ接触層１８を形成する。ｎ！！
ｌ！！の基板１１の底部に、もう１つのオーム接点１９
Ｂをゲルマニウム、金及びニッケルの合金により形成す
る。

横方向の導波が必要な場合は、金属の接触電極を設ける
前に、構造の上面に幅約５μｍのりッジ（第１図参照）
を形成することができる。このリッジは、最初にリッジ
を画定するフォトレジスト・マスクを設け、つぎに露出
した上部層の１ないし２μｍの部分を、上部クラッド層
の勾配をつけた部分の上０．２μｍまでエツチングして
得る。

その後のレーザ・バー１０の処理について、実験装置を
示す第２図の概略図を参照して説明する。

長さ数ｍｍのバー１０に、７５０μｍの間隔で２本の刻
線２１を書き、へき聞及びミラー形成を行２１− なう位置を画定する。これを、第２Ａ図に示すように、
キャリア２０に取り付ける。バー１０は、後の処理工程
中、弱い圧力を与えて（図示されていない機構により）
、バーを定位置に固定する上部部材２２と下部部材２３
の間に保持する。

次に、レーザ・バーを取り付けたキャリア２０を、第２
Ｂ図に示すよ・うに、′真空システム２４中に置く。シ
ステム２４は、ＵＨｖチェンバからなる。これは簡単の
ため、外壁のみ示し、入口、出口、電気配線等は省略し
である。チェンバ内で、キャリア２０はチェンバ外から
機械的に操作できるように配置する。たとえば、矢印２
６で示すように、水平軸を中心として回転できるように
する。

チェンバにはまた、真空チェンバの中でチップ２９を機
械的に動かす、金属のベローズ２８を貫通してチェンバ
に入るレバーすなわち「ウォブル・スティック」２７も
取り付けである。図示したレバー２７とバー１０の相対
位置にあるとき、矢印３０で示すように、レバーの外部
アームを右に動かすと、チップ２９がレーザ・バー１０
の上端に２− 力を与える。

チェンバ２５には、Ｓｉ付着のための電子線蒸着源３１
と、電子線蒸着中に付着した層の厚みを監視するのに適
した水晶発振器３２が設けである。

真空システム、蒸着源、及び水晶発振器の動作について
は、周知であるため詳細説明は行なわない。

参照文献として、Ｌ、１．マイセル（Ｌ、Ｉ。

Ｍａｉｓｓｅｌ）、Ｒ，ブラング（Ｒ，Ｇｌａｎｇ）編
、「薄膜技術ハンドブック（Ｈａｎｄｂｏｏｋ　ｏｆ　
Ｔｈ１ｎ　ＦｉｌｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）　Ｊ　、マ
グロウヒル（ＭｃＧｒａｖ−旧１１）刊、１９７０年が
ある。

第２Ｂ図に示したシステムによる、へき聞及びパッジベ
ージロンに必要な工程は下記のとおりである。

一レーザ・バー１０を取り付けたキャリア２０をチェン
バ２５の中に置き、チェンバの圧力を約５、Ｘ１Ｏ−８
Ｐａに減圧する。その後の処理は室温で行なう。

一チェンバの外に延びているレバー２７の端部ヲ右に動
かすと、レーザ・バー１０の上端近くにあるチップ２９
が左に動き、バーのその端部が刻線２１で切断され、こ
れにより第１のミラー・ファセットが形成される。

一キャリア２０を、水平軸を中心として１８０゜回転し
て、同じ処理を繰り返すと、刻線でレーザ・バーの第２
の端部が切断され、第２のミラー・ファセットを形成す
る。

一次に、電子線蒸着源３１を始動して、蒸着源に向いた
露出したミラー・ファセットの上に、非晶質のシリコン
層を付着させる。蒸着工程は、水晶発振器３２で監視し
た層の厚みが所望の値、たとえば２０ｎｍに達した時に
終了する。電子加速電圧□を調節して、蒸着速度を、付
着工程が約１分間行なわれるように設定する。

−キャリア２０を再び１８０”回転させて、同じ蒸着工
程を繰り返すと、第２のミラー・ファセット上にシリコ
ン層が付着する。

この最後の工程により、パッジベージロン・コーティン
グが完了し、パッケージングの後、レーザ・エレメント
が使用可能になる。

第３図は上記に説明した工程により形成したレーザ（曲
線３５）、すなわち厚み２０ｎｍのＳｉバッジベージｅ
ン層を有するレーザと、従来のＡＡ２０３をコーティン
グしたレーザ（曲線３６）について、デバイスの動作時
間とともに、レーザ出力が劣化する杖況を示す。

曲線３５は、Ｓｉパッジベージｅン層について、一定の
レーザ電流（１８８ｍＡ）を、室温で５００時間与えた
場合に得られる出力を示す。同じ図で、曲線３６は、Ｓ
ｉパッジベージロン層の代すに、従来のＡＱ２０３コー
ティングを行なった以外は、実質的に同一のレーザの測
定値を示す。

図は最初の連続使用５００時間のデバイスの挙動を示す
。曲線３５の示すＳｔココ−ィングのデバイスが優れて
いることは明らかで、（１）実質的にバーンイン期間が
なく、すなわちレーザは製造後ただちに使用でき、（２
）測定した劣化速度は、８．４Ｘ１０−’／ｈと低い。

動作時間５０００時間以上連続して試験を行なった後も
、劣化速度はほとんど同じレベルであった。

２５− 特に、高出力のデバイスでは、Ｓｉ皮膜の厚みをたとえ
ばｌｎｍに減少させることが有益であることが分かった
が、この場合、５ｉ−３Ｎ４などの厚い保護コーティン
グが必要である。

このようなレー、ザでは、第４図の光出力耐動作時間の
図からも分かるように、きわめて高い光出力が得られる
。曲線４１は、１ｎｍのＳｉと１４０ｎｍのＳ　ｉ３Ｎ
４パッシベーション・コーティングを有する５μｍリッ
ジＧＲＩＮＳＣＨレーザ（上記に引用したＣ、ハーダー
の論文（７）上記された）の性能を示す。測定可能な劣
化なしに５．３゜０時間以上にわたって、３００ｍＷの
出力が維持されている。

同図で、曲線４２及び４３は、同一のウェハ上に形成し
た、パッジベージロンがその場で付着させたＳｉを含む
以外は、曲線４１のものと同じ２つのレーザ・デバイス
を示す。これらをレーザ電流を与えて作動させると、最
初は２２０及び１８０ｍＷの光出力が得られるが、急激
に劣化し、短時間のうちに致命的な損傷が生じる。

６　− この比較は、その場でＳｉパッシベーシーン層を付着さ
せたデバイスの「出力」が優れていることを示す。すな
わち、これらは長時間３００ｍＷ以上の連続動作が可能
であるが、従来のデバイスの出力の上限は、１５０ｍＷ
をはるかに下回っている。

最初の実験により、Ｓｉの代りにＧｅまたはｓｂ層で保
護したミラーを有するレーザも、これらの層を層がＳｉ
で、上記厚いミラー・ファセット上に付着させると、Ｓ
ｉパッジベージ騨ン層に匹敵する劣化挙動を示すことが
分かった。

新シいＳｉパッシベーションの概念の適用は、へき関し
たミラー・、デバイスに限定されず、層がＳｉで、上記
厚い化学量論的ミラー表面を保護することが可能である
。たとえば、水処理と試験が十分にできるため、重要に
なりつつある乾式エツチングを行なったミラー・レーザ
は、水上で形成したすべてのデバイスに同時に、パッシ
ベーション・コーティングを行なうことができる。

本発明の方法によりＳｉパッシベーション・コーティン
グを有する、高出力のエツチングしたミラー・レーザを
製作する工程は、下記のステップから構成される。

基本の層化レーザ構造（上記に引用したＣ、ハーダーの
論文（７）上記の）の製作、乾式エツチングによるミラー・ファセット（欧州特許出
願箱８８．８１０Ｅ３１３．５号明細書（７）上記の）
形成、エツチング工程の残差を除去するための、たとえば、８
００ｖで、０．４Ｐａの圧力で、窒素／水素イオンによ
り、エツチングしたファセットをスパッタ洗浄した後、
アニーリングにより表面の欠陥を除去、その場での電子線蒸着、すなわち、システムの真空を保
らたままで１ｎｍのＳｔパッジベージ日ノン皮膜形成、
及びレーザ導波管の両端のミラー上に、異なる厚みのＳｉ３
Ｎ４皮膜のスパッタ付着による、それぞれ反射率の高い
コーティングと、反射率の低いコーティングの形成。

本発明をへき開またはエツチングによるミラーを有する
特定のＡＪＩＧａＡｓリッジ・ダイオード・レーザの製
作への適用について、詳細に説明した。

しかし、本発明は他のレーザ・ダイオード構造、及びＡ
ＱＧａＡｓ以外の化合物半導体からなるデバイスにも同
様に適用可能である。また、工程及びデバイス・パラメ
ータは、上記のものと異なるものでもよい。たとえば、
Ｓｉ層をＭＢＥ法を用いてエピタキシャル成長させて、
非晶質ではなく結晶性とし、ミラー表面に最初に付着さ
せたＳｉ（またはＧｅ、Ｓｂ）層の上にさらに、または
異なる（Ｓｉ３Ｎ、以外の）コーティングを付着させた
ものでもよい。

本発明の主要な点を下記に要約する。

へき開によるものも、エツチングしたミラー表面の洗浄
によるものも、層がＳｉで、上記厚いミラー表面の形成
工程、及びその後のミラーのパッジベージロンは、その
場で、ミラーの汚染を生じない環境で行なわれる。

パッシベーション層は、連続した絶縁性または２９低導電性のもので、ミラー表面と反応する物質の障壁と
なり、それ自体がミラーの材料と反応しないものでなけ
ればならない。適当なパッジベージ日ソ材料は、Ｓｉｓ
　Ｇｅｓ及びｓｂである。

説明した方法により製作したレーザ・ダイオード・デバ
イスは、「バーンイン」期間の影響を受けに＜＜、寿命
が著しく改善され、多くの用途で最も必要な、室温で３
００ｍＷ以上の、増大した出力レベルで連続使用が可能
である。

Ｆ０発明の効果本発明の主要な利点は、本発明の方法により製作した半
導体レーザ・ダイオードが、かなり改善された劣化特性
を示し、信頼性に優れ、したがって、長寿命の、出力の
極めて高いレーザが得られ、さらに、これらのレーザは
、作動中は、初期の、劣化の速い「バーンイン」期間が
ないことである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明により、層がＳｉで、上記厚いミラー
を形成した後、その場でパッシベーションを行なう方法
が適用できるリッジＧＲＩＮＳＣＨ構造から３０− なるレーザ・バーの斜視図である。第２Ａ図は、真空チェンバ中で処理した場合のレーザ・
バーを支持するキャリア装置の斜視図である。第２Ｂ図は、層がＳｉで、上記厚いミラー・ファセット
を形成し、バッジベージはンを行なう真空チェンバの概
略図である。第３図は、（１）２０ｎｍのＳｉパ、シベーシ。ン層と、（２）従来のＡＱ２０３コーティングを有する
、へき開したミラー・レーザ電流低下曲線を示す。第４図は、ｌｎｍのＳｉパッジベージｅンに、Ｓｉ３Ｎ
４保護コーティングを追加した、へき関したミラー・レ
ーザの光出力と動作時間（約３００ｍＷの電力レベルに
おける）を示す図で、従来の５ｉａＮ＋をコーティング
したデバイス（上記より低い電力レベルで作動し、破壊
する）の曲線と比較したものである。１０・・・・層化構造、１１・・・・ＧａＡｓ基板、１
２・・・・ＧａＡｓバッファ層、１３・・・・クラッド
層、エフ・・・・上部クラッド層、１８・・・・ＧａＡ
ｓ接触層、１９Ａ、１９Ｂ・・・・接点。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体レーザ・ダイオードのミラー・パッシベー
ションを行なう方法において、レーザ・ダイオードの活性導波管を形成する層化半導体
構造を形成し、上記層化構造を処理して、上記活性導波管の端部にレー
ザ・ダイオードのキャビティの長さを決定する、汚染の
ないミラー・ファセットを形成し、上記の汚染のないミ
ラー・ファセット上に、ネパッシベーション層をその場
で付着させ、上記のパッシベーション層は、連続し、ピンホールがな
く、ミラー・ファセットを電流が流れるのを防止するた
め、絶縁性または低導電性であり、（ａ）ミラー・ファ
セット・インタフェースを反応する物質の拡散を防止し
、（ｂ）それ自体がミラー・ファセット・インタフェース
と反応せず、（ｃ）酸素を含有しない材料で形成されることを特徴とする前記の方法。
（２）上記のパッシベーション層が、シリコン、ゲルマ
ニウム及びアンチモンからなる群から選択した材料で構
成されることを特徴とする、請求項（１）に記載の方法
。
（３）上記のパッシベーション層が、シリコンで構成さ
れることを特徴とする、請求項（２）に記載の方法。
（４）上記のパッシベーション層が、非晶質シリコンで
構成されることを特徴とする、請求項（３）に記載の方
法。
（５）上記のパッシベーション層の厚さが、１０ないし
１００ｎｍであることを特徴とする、請求項（１）に記
載の方法。
（６）上記のパッシベーション層が、厚さ０．５ないし
５ｎｍの薄い第１の層と、厚さ１００ｎｍ以上の異なる
材料の厚い層からなることを特徴とする、請求項（１）
に記載の方法。
（７）上記の薄い第１の層がＳｉで、上記厚い層がＳｉ
＿３Ｎ＿４からなることを特徴とする、請求項（６）に
記載の方法。
（８）上記の汚染のないミラー・ファセットが、上記の
層化構造を、ファセットを汚染しない環境中でへき開さ
せて得られることを特徴とする、請求項（１）に記載の
方法。
（９）へき開を行なう環境中にまだレーザ・ダイオード
があるうちに、上記のパッシベーション層をへき開させ
た汚染のないミラー・ファセット上に付着させることを
特徴とする、請求項（８）に記載の方法。
（１０）上記の環境は、圧力が１０＾−＾６Ｐａ．ｅ．
の真空であることを特徴とする、請求項（８）または請
求項（９）に記載の方法。
（１１）上記の汚染のないミラー・ファセットが、乾式
エッチングの後、上記の層化構造を、ファセットを汚染
しない環境中でプラズマ・クリーニングを用いて得られ
ることを特徴とする、請求項（１）に記載の方法。
（１２）プラズマ・クリーニングを行なう環境中にまだ
レーザ・ダイオードがあるうちに、上記のパッシベーシ
ョン層をクリーニングを行なった汚染のないミラー・フ
ァセット上に付着させることを特徴とする、請求項（１
１）に記載の方法。
（１３）上記の汚染のないミラー・ファセットが、乾式
エッチングにより得られ、エッチングを行なう環境中に
まだレーザ・ダイオードがあるうちに、上記のパッシベ
ーション層をエッチングを行なった汚染のないミラー・
ファセット上に付着させることを特徴とする、請求項（
１）に記載の方法。
（１４）上記のプラズマ・クリーニングの後、クリーリ
ングを行ない、ファセット表面の欠陥を除去することを
特徴とする、請求項（１１）に記載の方法。
（１５）ミラー・ファセットが、化合物半導体と反応する物質の拡散を防止し、それ自体
が化合物インタフェースと反応せず、酸素を含有しない連続した絶縁性または低導電性の材料でコーティングさ
れたことを特徴とする半導体レーザ・ダイオード。
（１６）上記のパッシベーション層が、シリコン、ゲル
マニウム及びアンチモンからなる群から選択した材料で
構成されることを特徴とする、請求項（１５）に記載の
レーザ・ダイオード。