JPH0318082A - 半導体レーザ素子の保護膜 - Google Patents
半導体レーザ素子の保護膜Info
- Publication number
- JPH0318082A JPH0318082A JP15256089A JP15256089A JPH0318082A JP H0318082 A JPH0318082 A JP H0318082A JP 15256089 A JP15256089 A JP 15256089A JP 15256089 A JP15256089 A JP 15256089A JP H0318082 A JPH0318082 A JP H0318082A
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- JP
- Japan
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- film
- light emitting
- semiconductor laser
- layer
- laser element
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【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．
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．
Claims (1)
- １）リブ形構造を有する半導体レーザ素子の両劈開面に
設ける保護膜であって、光出射面には、非晶質アルミナ
薄膜とこれより高い熱伝導率をもつ結晶質薄膜との積層
膜を形成し、前記光出射面と反対の面には、前記積層膜
を含む多層積層膜を形成して、それぞれ所定の反射率を
付与することを特徴とする半導体レーザ素子の保護膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15256089A JPH0318082A (ja) | 1989-06-15 | 1989-06-15 | 半導体レーザ素子の保護膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15256089A JPH0318082A (ja) | 1989-06-15 | 1989-06-15 | 半導体レーザ素子の保護膜 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0318082A true JPH0318082A (ja) | 1991-01-25 |
Family
ID=15543147
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15256089A Pending JPH0318082A (ja) | 1989-06-15 | 1989-06-15 | 半導体レーザ素子の保護膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0318082A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0653823A3 (en) * | 1993-11-15 | 1995-08-30 | Motorola Inc | Semiconductor device with high thermal conductivity. |
-
1989
- 1989-06-15 JP JP15256089A patent/JPH0318082A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0653823A3 (en) * | 1993-11-15 | 1995-08-30 | Motorola Inc | Semiconductor device with high thermal conductivity. |
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