【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体レーザ素子の臂開面に形或する保護膜に
関する．
〔従来の技術〕
半導体レーザ素子の寿命を長期間保持するためには、臂
開面の活性層端面で発生する熱を、効率よく放散させて
、活性層端面における熱破壊を防がなければならない．
とくに、５０ｍｌ１級の高出力の半導体レーザ素子では
、臂開面近傍のレーザ光吸収による局部的温度上昇が起
こり、活性層端面ば、容易に破壊されてしまうので、通
常、半導体レーザ素子の襞開面に、Ｓｉｎ． やＭ，
０，などの誘電体をスバッタ法または電子ビーム蒸着法
などにより形成し、これらＩ膜内に熱を拡散させて、活
性層端面の温度を下げるようにしている．このような保
護膜は必須なものであるが、Ｕｓ’ｓが熱伝導の大きい
保護膜として、一般に採用されている．
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、この保護膜にｋｉｇＪを用いても、単一
モード発振の基本的なリブ形構造をもつ半導体レーザ素
子の連続出力は５０１が上限である．そこで、光出力を
さらに大きくするために、素子構造で対処することが考
えられるが、これには次のような問題がある．
■活性層の臂開面近傍のバンドギャップを大きくするウ
インドウ構造とするのは、そのために精密なＳｔなどの
元素注入プロセスが必要となり、製造工程が複雑になる
ので、好ましくない．■活性層の幅を、中央部より端部
の方を狭める可変幅ストライプ構造とするのは、ストラ
イプ幅が一つの素子内で変わるため、電流ブロック層の
戒長時に、多くの面指数の結晶面が現れ、それが結晶性
を低下させ、表面の凹凸による組み立て不良を生ずると
いう問題がある．■活性層の端部を、中央部より薄くし
て出射光を広げ、発熱密度を小さくしようとするのは、
結晶威長条件を非常に厳密に規制しなければならず、そ
のために製造歩留まりが低下する．したがって、半導体
レーザ素子の光出力を大きくするためには、素子の基本
構造を変えることな＜、襞開面に形戒する保護膜を改善
することが、有力な手段とみられる．
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その
目的は、リブ形構造をもつ半導体レーザ素子の臂開面に
形威し、出力を高める保護膜を提供することにある．
〔課題を解決するための手段〕
上記の１８８を解決するために、本発明は半導体レーザ
素子の両臂開面，即ち光出射面とその反対面に設ける保
護膜を、光出射面には、非晶ＸｋｌｓＯｓ薄膜と、これ
より熱伝導率の高い薄膜との２層積層膜として形威し、
光出射面と反対の面には、この２層積層膜に、その他の
薄膜を含めた多層積層膜として形威して、それぞれの面
で所定の反射率をもつようにしたものである．
〔作用〕
本発明の保護膜は、上記のように構戒したために、ｌ眉
目はピンホールのない密着性の良好な非晶質Ｕ ，Ｏ，
で臂開面を強固に保護し、これに接続する２層目の結晶
質高熱伝導材料が十分な熱放敗効果を与え、素子の出力
を高めるように作用する．〔実施例〕
以下、本発明を実施例に基づき説明する．第１図は、本
発明による保護膜を備えた半導体レーザ素子の側面から
見た模式断面図であり、レーザ光の出射方向を矢印で示
してある．第１図において、その素子は、例えば化合物
半導体基板上に、リプ形構造となるように各化合物半導
体薄膜を形威した、活性層２を有する半導体ウエハ１の
光出射面側の臂開面に、Ｕ，Ｏ，薄膜３と、その上にダ
イアモンド薄膜４を形戒してあり、一方の光出射面と反
対側の襞開面に、Ｖ＊Ｏ＊薄膜３．ダイアモンド薄膜４
＋Ｓ＋薄膜５，ｐＪｘｏｓ薄膜３．５１薄膜５をこの順
に形成したものである．
次に、これら保護膜を形戒する方法について述べる．ま
ず、リブ形構造としたウエハ１を費開装置を用いて費閲
し、長さ２０ｍのバー状とし、これらを臂開面が上面と
なるように並べ、両臂開面について、一方は１０％程度
の低反射率をもつ光出射面とし、他方は９０％程度の高
反射率面として、発光効率を高めるように上記の各保１
膜を形或する．そこで光出射面側には、電子ビーム蒸着
により非晶譬Ａ１ｔＯｘ￥１膜３を５Ｏｎ−の厚さに形
威し、次いで２Ｋ
その上に、ＥＣＲデヂジシッン装置を用いて、基板温度
を３００℃に加熱し、水素稀釈したメタンガスをプラズ
マ分解して、非品質カーボンの混在した結晶賞ダイアモ
ンド薄膜４を、２２０ｎｓ＋の厚さに形威した．このＭ
，０３薄膜３とダイアモンド薄膜４の２層積層膜で、反
射率１０％が得られる．そして光出射面と反対側の臂開
面には、上記と同じ２層積層膜に加えて、さらに電子ビ
ーム蒸着により非晶質シリコン薄膜５，非晶質Ｍ，０，
￥ｍ膜３，非晶質シリコン薄膜５をこの順に、それぞれ
厚さ６５ｏｓ， １２３ｎｍ， ６５ｎ■となるように
積み重ね、全体として５層積層膜を形戒することにより
、反射率９０％が得られる．
以上の保護膜について、１層目のＡ７，０，薄膜３の厚
さは、薄いほどよいが、ビンホールをなくすためには、
少なくとも５０ｎ−が必要である．また図示してないが
、２層目のダイアモンド薄膜４の厚さと、反射率の関係
曲線図からみると、両者の関係は周期性をもっているの
で、ダイアモンド薄腹４の厚さは、連続した値で変化さ
せることはできず、とびとびの値でしか設定することが
できない．所定の反射率が得られるダイアモンド薄膜４
の最少厚さは、８７ｎ−であるが、熱伝導率を向上させ
るには、少なくとも２００ｎ−を必要とする．そのため
これを２２０ｎｍとして、反射率を所定の値に凋節して
いる．
このようにして得られ、臂開面に第１図に示す保護膜を
備えた構造の半導体レーザ素子について、特性を測定し
た結果、発振しきい値電流は４０ｍＡ，外部微分量子効
率は０．８という値が得られ、また端面破壊光出力レベ
ルは１２０ｍＷであった．これは、保ａ！膜にＡＩ，Ｏ
．薄膜のみ用いた従来の素子が、最大でも８０師であっ
たのに比べて、端面破壊光出力レベルとして５０％以上
増大したことになる．〔発明の効果〕
リブ形構造の半導体レーザ素子は、璧開面に設ける保護
膜として、従来ｋｌｘＯｓ＊膜のみを用いていたので、
熱放散が十分でなく、大きな光出力がとれなかったが、
本発明では、実施例で述べたように、光出射面ではＭ！
０，薄膜と、これより熱伝導率の大きいダイアモンド薄
膜とを組み合わせた積層膜とし、光出射面と反対の面で
は、この積層膜に、その他の薄膜を加えた多層積層膜と
して形威し、所定の反射率が得られるように調節したた
め、十分に熱を外部に放散して、端面破壊光出力を５０
％以上も大きくし、本発明によって、単一モード発振の
可能なリブ形構造の特徴を活かしたまま、半導体レーザ
素子の光出力を高めることができた．DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a protective film formed on the arm opening of a semiconductor laser device. [Prior art] In order to maintain the life of a semiconductor laser element for a long period of time, it is necessary to efficiently dissipate the heat generated at the active layer end face of the open face to prevent thermal damage at the active layer end face. ．． In particular, in a 50ml Class 1 high-output semiconductor laser device, a local temperature rise occurs due to absorption of laser light near the fold-opening plane, and the end face of the active layer is easily destroyed. On the surface, Sin. YaM,
A dielectric material such as 0, etc. is formed by a sputtering method or an electron beam evaporation method, and heat is diffused within these I films to lower the temperature of the end surface of the active layer. Although such a protective film is essential, Us's is generally employed as a protective film with high thermal conductivity. (Problems to be Solved by the Invention) However, even if kigJ is used for this protective film, the continuous output of a semiconductor laser element with a basic rib-shaped structure for single mode oscillation is limited to 501 nm. Therefore, in order to further increase the optical output, it is possible to solve this problem by changing the element structure, but this has the following problems. (2) Creating a window structure that increases the bandgap in the vicinity of the active layer's arm opening plane is not desirable because it requires a precise implantation process for elements such as St, which complicates the manufacturing process. ■The variable width stripe structure in which the width of the active layer is narrower at the edges than at the center is because the stripe width varies within one element, so when the current blocking layer is lengthened, crystals with many plane indices are formed. The problem is that surfaces appear, which reduce crystallinity and cause assembly failures due to surface irregularities. ■The idea of making the edges of the active layer thinner than the center to spread out the emitted light and reduce the heat generation density is as follows:
Crystal growth conditions must be controlled very strictly, which reduces manufacturing yield. Therefore, in order to increase the optical output of a semiconductor laser device, it seems that an effective way to increase the optical output of a semiconductor laser device is to improve the protective film that forms on the fold surface without changing the basic structure of the device. The present invention has been made in view of the above-mentioned points, and its purpose is to provide a protective film that is shaped over the arm opening of a semiconductor laser device having a rib-shaped structure and increases the output. [Means for Solving the Problems] In order to solve the above-mentioned problem 188, the present invention provides a protective film provided on both open faces of a semiconductor laser device, that is, on the light emitting face and the opposite face thereof, and on the light emitting face, It takes the form of a two-layer laminate film consisting of an amorphous XklsOs thin film and a thin film with higher thermal conductivity.
On the surface opposite to the light emitting surface, this two-layer laminated film is formed into a multilayer laminated film including other thin films, so that each surface has a predetermined reflectance. [Function] Because the protective film of the present invention has been carefully constructed as described above, the eyelids are amorphous U, O, and O, which have good adhesion and no pinholes.
The arm opening is strongly protected, and the second layer of crystalline high thermal conductivity material connected to this provides sufficient heat dissipation effect and acts to increase the output of the element. [Examples] The present invention will be explained below based on Examples. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor laser device provided with a protective film according to the present invention, viewed from the side, and the direction of laser light emission is indicated by an arrow. In FIG. 1, the device is formed on a semiconductor wafer 1 having an active layer 2 formed on a compound semiconductor substrate with compound semiconductor thin films formed in a lip-shaped structure, for example, on an open surface on the light exit side of the semiconductor wafer 1. , U, O, thin film 3 and a diamond thin film 4 thereon, and a V*O* thin film 3. Diamond thin film 4
+S+ thin film 5, pJxos thin film 3.51 thin film 5 were formed in this order. Next, we will discuss how to protect these protective films. First, a wafer 1 having a rib-shaped structure is cut into a bar shape with a length of 20 m using a cutting device, and these are arranged so that the arm opening faces upward. The light exit surface has a low reflectance of about 90%, and the other surface has a high reflectance of about 90%, and each of the above-mentioned protection points is applied to increase the luminous efficiency.
Shape the membrane. Therefore, on the light emitting surface side, an amorphous AltOx film 3 was formed to a thickness of 5On- by electron beam evaporation, and then a substrate temperature of 300°C was applied on top of the 2K film using an ECR digital thinning device. By heating and plasma decomposing methane gas diluted with hydrogen, a crystalline diamond thin film 4 containing non-quality carbon was formed to a thickness of 220 ns+. This M
, 03 A two-layer laminated film of thin film 3 and diamond thin film 4 provides a reflectance of 10%. In addition to the same two-layer laminated film as above, the amorphous silicon thin film 5, amorphous M,0,
By stacking the film 3 and the amorphous silicon thin film 5 in this order to a thickness of 65 os, 123 nm, and 65 nm, respectively, forming a 5-layer laminated film as a whole, a reflectance of 90% can be obtained. ．． Regarding the above protective film, the thinner the thickness of the first layer A7,0, thin film 3, the better, but in order to eliminate bottle holes,
At least 50n- is required. Although not shown, looking at the relationship curve between the thickness of the second-layer diamond thin film 4 and the reflectance, the relationship between the two has periodicity, so the thickness of the diamond thin film 4 has a continuous value. It cannot be changed with , and can only be set with discrete values. Diamond thin film 4 that provides a predetermined reflectance
The minimum thickness is 87n-, but at least 200n- is required to improve thermal conductivity. Therefore, this is set to 220 nm, and the reflectance is reduced to a predetermined value. As a result of measuring the characteristics of the semiconductor laser device thus obtained and having the structure shown in FIG. This value was obtained, and the end face destruction optical output level was 120 mW. This is Hoa! AI, O on the membrane
．． This means that the edge-destroying optical output level has increased by more than 50% compared to the maximum of 80 diodes for conventional elements using only thin films. [Effects of the Invention] Conventionally, only the klxOs* film was used as the protective film provided on the crack surface of the rib-shaped semiconductor laser element.
Heat dissipation was not sufficient and large light output could not be obtained.
In the present invention, as described in the embodiment, M! on the light exit surface!
0. A laminated film that combines a thin film and a diamond thin film with higher thermal conductivity, and on the surface opposite to the light exit surface, this laminated film is combined with other thin films to form a multilayer laminated film. Since the adjustment was made to obtain a predetermined reflectance, heat was sufficiently dissipated to the outside, and the end face destruction light output was reduced to 50%.
% or more, and by the present invention, it was possible to increase the optical output of the semiconductor laser device while taking advantage of the features of the rib-shaped structure that allows single mode oscillation.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]