JPH03224284A - Semiconductor laser device and manufacture thereof - Google Patents
Semiconductor laser device and manufacture thereofInfo
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- JPH03224284A JPH03224284A JP2490390A JP2490390A JPH03224284A JP H03224284 A JPH03224284 A JP H03224284A JP 2490390 A JP2490390 A JP 2490390A JP 2490390 A JP2490390 A JP 2490390A JP H03224284 A JPH03224284 A JP H03224284A
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、AI GaAs系の端面出射型半導体レーザ
装置、及びその製造方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to an AI GaAs-based edge-emitting semiconductor laser device and a manufacturing method thereof.
(従来の技術)
光デイスク装置等の光源として、AlGaAs系等の半
導体レーザ装置が幅広く用いられてきている。半導体レ
ーザ装置を書込み可能な追記型光デイスク装置や消去も
可能な書換え型光ディスク装置の光源として用いる場合
には、40〜50mWという高い光出力状態に於いても
高い信頼性を有することが要求される。また、YAGレ
ーザ等の固体レーザ装置の励起用光源として用いる場合
には、100mW以上の高出力が要求される。(Prior Art) Semiconductor laser devices such as AlGaAs-based semiconductor laser devices have been widely used as light sources for optical disk devices and the like. When a semiconductor laser device is used as a light source for a recordable write-once optical disk device or an erasable rewritable optical disk device, it is required to have high reliability even under a high optical output state of 40 to 50 mW. Ru. Furthermore, when used as an excitation light source for a solid-state laser device such as a YAG laser, a high output of 100 mW or more is required.
(発明が解決しようとする課題)
ところが、現在のところ実用化されている比較的高出力
の半導体レーザ装置では、同一構造の素子で比較した場
合、信頼性は光出力の4乗に反比例することが報告され
ている。即ち、高い信頼性を維持したままで光出力を高
めることは非常に困難であった。(Problem to be solved by the invention) However, in relatively high-output semiconductor laser devices that are currently in practical use, when comparing elements with the same structure, the reliability is inversely proportional to the fourth power of the optical output. has been reported. That is, it has been extremely difficult to increase optical output while maintaining high reliability.
高出力動作における半導体レーザ装置の劣化原因の主た
るものは、端面劣化である。これは、光出射端面では光
密度が高いので、該端面に於いて局部的に発熱を生じる
ことに起因している。この発熱のメカニズムを第11図
及び第12図を参照して説明する。The main cause of deterioration of semiconductor laser devices during high output operation is end face deterioration. This is because the light density is high at the light emitting end face, and therefore heat is generated locally at the end face. The mechanism of this heat generation will be explained with reference to FIGS. 11 and 12.
第11図(a)及び(b)は、それぞれ、p型及びp型
のGaAsの(110)面が僅かに酸化されたときに生
じる表面準位に起因する表面近傍のエネルギ帯構造を模
式的に示す図である。p型及びp型の何れの場合に於い
ても、多数キャリアが表面近傍に蓄積して、いわゆる蓄
積層lが形成されていることがわかる。Figures 11 (a) and (b) schematically show the energy band structure near the surface caused by surface states that occur when the (110) plane of p-type and p-type GaAs is slightly oxidized, respectively. FIG. It can be seen that in both the p-type and p-type cases, majority carriers accumulate near the surface, forming a so-called accumulation layer l.
一般に、半導体の表面準位は表面近傍のエネルギ帯を曲
げることが知られているが、その曲がり方は、第11図
(a)及び(b)に示されているように蓄積層1を形成
する場合のほか、第12図(a)及び(b)に模式的に
示すように少数キャリアが表面近傍に集まり、多数キャ
リアが表面から遠ざけられた結果、局部的に伝導型が反
転した反転層2が形成される場合がある。蓄積層lが形
成されるか、反転層2が形成されるかは、表面準位と半
導体のフェルミ準位との大小関係で決定され、GaAs
の場合にはp型及びp型の何れの場合に於いても蓄積層
1が形成される。It is generally known that the surface states of semiconductors bend the energy band near the surface, and this bending forms the storage layer 1 as shown in FIGS. 11(a) and (b). In addition, as shown schematically in Figures 12(a) and (b), minority carriers gather near the surface and majority carriers are moved away from the surface, resulting in an inverted layer in which the conductivity type is locally reversed. 2 may be formed. Whether the accumulation layer l or the inversion layer 2 is formed is determined by the magnitude relationship between the surface state and the Fermi level of the semiconductor.
In this case, the accumulation layer 1 is formed in both p-type and p-type cases.
表面準位Esに捕捉された電子及び正孔は短い緩和時間
で解放され、そのエネルギが熱として放出される。空準
位となった表面準位には、新たに電子または正孔が捕捉
され上記と同じ過程が繰り返され、熱が放出され続ける
。The electrons and holes trapped in the surface level Es are released in a short relaxation time, and their energy is released as heat. New electrons or holes are captured in the vacant surface levels, and the same process described above is repeated, and heat continues to be released.
以上の過程を繰り返す間に、表面準位から放出された熱
が半導体端面に集中し、その発熱によりエネルギ帯の禁
制帯幅が縮小し、更に光の吸収により少数キャリア数が
増し、表面準位を介して発熱が更に増すことになる。こ
の過程により、半導体表面の温度が上昇し、ひいては融
点にまで至り、端面破壊が生じる。While repeating the above process, the heat emitted from the surface states concentrates on the semiconductor end face, the forbidden band width of the energy band narrows due to the heat generation, and the number of minority carriers increases due to the absorption of light, and the surface states This will further increase heat generation. This process causes the temperature of the semiconductor surface to rise, even reaching the melting point, resulting in edge breakage.
GaAsの場合には、蓄積層が形成されるが、他の材料
、例えばAlGaAsでは反転層が形成される場合もあ
る。この場合、表面準位に捕捉されるのは多数キャリア
であるが、蓄積層の場合と同様の過程を経て端面破壊が
生じる。また、高注入状態で用いる半導体レーザ装置の
場合には、表面準位に起因する発熱は、より深刻な問題
となっていた。In the case of GaAs, an accumulation layer is formed, but in other materials, for example AlGaAs, an inversion layer may also be formed. In this case, majority carriers are captured in the surface states, but end face destruction occurs through the same process as in the case of the accumulation layer. Further, in the case of a semiconductor laser device used in a high injection state, heat generation due to surface states has become a more serious problem.
上述のような端面の発熱に起因する端面劣化を防止する
ための方法として、端面近傍に窓領域を形成する構造が
提案されている。これは、端面近傍にレーザ光に対して
透明な領域を設け、それによって端面に於ける光吸収を
無くし、光吸収に起因する発熱を抑制するものである。As a method for preventing end face deterioration caused by the heat generation of the end face as described above, a structure in which a window region is formed near the end face has been proposed. This is to provide a region transparent to laser light near the end face, thereby eliminating light absorption at the end face and suppressing heat generation caused by light absorption.
しかし、そのような構成とする場合には、窓領域を形成
する工程が非常に複雑であり、しかも端面近傍に導波路
を構成するのが非常に困難であるという問題が生ずる。However, in such a configuration, problems arise in that the process of forming the window region is extremely complicated and it is also extremely difficult to configure the waveguide near the end face.
尚、GaAsを用いたM!S構造に於ける界面部の特性
を改善することを目的としたものとして、Extend
ed Abstracts of the 20th
Conference onSolid 5tate
Devlces and Materials、 To
kyo、 (1988)第263頁〜第266頁に提
案されている方法がある。これは、GaAsの表面を(
NH4)2S水溶液で処理することにより、空気中でG
aA3表面に形成された酸化膜を除去し、替わりにGa
Sを付着させるものである。ここでは、G a Sから
なる層を形成することにより、酸化膜に起因する表面準
位が低減されている。Furthermore, M! using GaAs! Extend is aimed at improving the characteristics of the interface in the S structure.
ed Abstracts of the 20th
Conference on Solid 5tate
Devlces and Materials, To
Kyo, (1988) pp. 263-266 has a method proposed. This makes the surface of GaAs (
G in air by treatment with NH4)2S aqueous solution.
Remove the oxide film formed on the aA3 surface and replace it with Ga.
This is to attach S. Here, by forming a layer made of GaS, the surface states caused by the oxide film are reduced.
しかしながら、光素子の端面について就中AlGaAs
系半導体レーザ装置の端面については、上述のような表
面処理による改良がこれまで試みられていなかった。こ
れは、AIが非常に活性な物質であり、しかもその酸化
膜が安定であって、除去することができないと考えられ
ていたからである。However, in particular, AlGaAs is used for the end face of the optical element.
Up to now, no attempt has been made to improve the end face of a semiconductor laser device by surface treatment as described above. This is because AI is a very active substance and its oxide film is considered to be stable and cannot be removed.
よって、本発明の目的は、光出射端面における酸化物に
起因する表面準位を抑制することができ、高出力状態に
於いても端面破壊の生じ難い構成を有するAlGaAs
系半導体レーザ装置及びその製造方法を提供することに
ある。Therefore, an object of the present invention is to provide AlGaAs having a structure that can suppress the surface states caused by oxides at the light emitting end face and that prevents end face destruction even in a high output state.
An object of the present invention is to provide a system semiconductor laser device and a method for manufacturing the same.
(課題を解決するための手段)
本発明の半導体レーザ装置は、AlGaAs活性層を有
し、端面に保護膜が形成されている端面出射型の半導体
レーザ装置であって、該端面と該保護膜との間に、硫黄
を含む膜が形成されており、そのことにより上記目的が
達成される。(Means for Solving the Problems) A semiconductor laser device of the present invention is an edge-emitting type semiconductor laser device having an AlGaAs active layer and a protective film formed on an end facet, the semiconductor laser device having an AlGaAs active layer and a protective film formed on the end facet. A film containing sulfur is formed between the two, thereby achieving the above object.
また、前記保護膜が低融点材料からなっていてもよい。Further, the protective film may be made of a low melting point material.
また、前記低融点材料が、MgF2、sio、5402
、CaF2、NaF及びZnSからなる群から選択され
たものであってもよい。Further, the low melting point material may be MgF2, sio, 5402
, CaF2, NaF and ZnS.
本発明の製造方法は、A I GaAs活性層を有し、
端面に保護膜が形成されている端面出射型の半導体レー
ザ装置の製造方法に於いて、硫黄を含む溶液により該端
面を処理する工程、及びその後に該保護膜を形成する工
程を包含しており、そのことにより上記目的が達成され
る。The manufacturing method of the present invention has an A I GaAs active layer,
A method for manufacturing an edge-emitting semiconductor laser device in which a protective film is formed on the end facet includes the steps of treating the end facet with a solution containing sulfur, and then forming the protective film. , thereby achieving the above objective.
また、前記硫黄を含む溶液が、 (NH4)2S原液、
(NHa)2sx原液、 (NH4)2S水溶液、及
び(NWA)2Sx水溶液からなる群から選択されたも
のであってもよい。Further, the solution containing sulfur is a (NH4)2S stock solution,
It may be selected from the group consisting of (NHa)2sx stock solution, (NH4)2S aqueous solution, and (NWA)2Sx aqueous solution.
また、前記硫黄を含む溶液の硫黄濃度がX mol/只
のとき、該硫黄を含む溶液により前記端面を処理する時
間を、1.5/X秒以上としてもよい。Further, when the sulfur concentration of the sulfur-containing solution is X mol/mole, the time for treating the end face with the sulfur-containing solution may be 1.5/X seconds or more.
また、前記端面の形成を、前記硫黄を含む溶液中でウェ
ハの劈開を行うことにより行い、その後、該溶液により
該端面を処理してもよい。Alternatively, the end face may be formed by cleaving the wafer in the solution containing sulfur, and then the end face may be treated with the solution.
また、前記保護膜の形成を、低融点材料を用いて抵抗加
熱蒸着法により行ってもよい。Further, the protective film may be formed by a resistance heating vapor deposition method using a low melting point material.
また、前記低融点材料が、MgF2、sio、5102
、Ca F2、NaF及びZnSからなる群から選択さ
れたものであってもよい。Further, the low melting point material may be MgF2, sio, 5102
, CaF2, NaF and ZnS.
また、前記保護膜の形成を、電子ビーム蒸着法により、
lO人/sec以下の成長レートで行ってもよい。Further, the formation of the protective film is performed by an electron beam evaporation method.
The growth rate may be less than 10 people/sec.
(実施例〉
以下に、本発明を実施例について説明する。以下の実施
例の半導体レーザ装置は、その基本的な構造については
、従来から用いられている公知の端面出射型のものと変
わるところはな(、端面に硫黄を主体とする膜が形成さ
れており、該硫黄を主体とする膜上に端面保filll
が形成されていることに特徴を有する。従って、以下の
説明に於いては、端面の形成工程及び構造を主として説
明することとする。(Example) The present invention will be described below with reference to an example.The semiconductor laser device of the following example differs in its basic structure from a conventionally known edge-emitting type. A film mainly composed of sulfur is formed on the end surface, and an end surface protection fill is formed on the film mainly composed of sulfur.
It is characterized by the formation of Therefore, in the following description, the process and structure of forming the end face will be mainly explained.
第1図は、第1の実施例の半導体レーザ装置の表面側の
端面近傍を模式的に示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view schematically showing the vicinity of the front end face of the semiconductor laser device of the first embodiment.
本実施例の製造工程を説明する。The manufacturing process of this example will be explained.
第2図(a)に示すように、半導体基板11上にAlG
aAs活性層16を含む積層構造12を成長させ、両面
に抵抗性電極13.14を形成した。As shown in FIG. 2(a), AlG
A stacked structure 12 containing an aAs active layer 16 was grown and resistive electrodes 13, 14 were formed on both sides.
次ニ、所定の共振器長となるように公知の劈開法により
劈開して、共振器方向とは直角の方向に複数個の共振器
ユニットが連なったバー15を形成した(第2図(b〉
)。Next, the resonator was cleaved to a predetermined resonator length using a known cleavage method to form a bar 15 in which a plurality of resonator units were connected in a direction perpendicular to the resonator direction (Fig. 2(b) 〉
).
劈開俊速やかに、バー15を(NH4)2Sの10%水
溶液20に投入し、室温で3分間浸漬し、剪開面の表面
処理を行った(第2図(C))。これにより、端面上に
硫黄を含む膜18が形成された。The cleavage bar 15 was quickly placed in a 10% aqueous solution 20 of (NH4)2S and immersed for 3 minutes at room temperature to perform a surface treatment on the cleaved surface (FIG. 2(C)). As a result, a film 18 containing sulfur was formed on the end face.
しかる後、バー15を水で洗浄した後乾燥し、通常の電
子ビーム蒸着法により、表面側の端面にAl2O3膜か
らなる反射率4%の反射膜17を、裏面側の端面にAl
2O3とアモルファスS量との多層構造よりなる反射率
95%の反射膜を形成した。その後、バー15を更に劈
開して半導体レーザ装置を得た。Thereafter, the bar 15 is washed with water and then dried, and a reflective film 17 with a reflectance of 4% made of an Al2O3 film is applied to the front end face and an Al film 17 is applied to the back end face using a normal electron beam evaporation method.
A reflective film having a multilayer structure of 2O3 and amorphous S and having a reflectance of 95% was formed. Thereafter, the bar 15 was further cleaved to obtain a semiconductor laser device.
第3図に、上記の工程を経て得られた半導体レーザ装置
の注入電流対先出力特性(曲線A)を示す。比較のため
、従来と同様の構成を有する、即ち、劈開後端面に直接
反射膜を形成した半導体レーザ装置の注入電流対先出力
特性を曲線Bで示す。FIG. 3 shows the injection current vs. front output characteristic (curve A) of the semiconductor laser device obtained through the above steps. For comparison, curve B shows the injection current vs. front output characteristic of a semiconductor laser device having the same configuration as the conventional one, that is, in which a reflective film is directly formed on the rear end facet of cleavage.
この従来例では、約200 mWの光出力に於いて端面
破壊により素子の劣化が生じているのに対し、本実施例
では、最大約600mWの光出力が得られ、しかもその
時点で端面破壊の生じないことがわかる。In this conventional example, the element deteriorates due to end face destruction at an optical output of approximately 200 mW, whereas in this example, a maximum optical output of approximately 600 mW can be obtained, and at that point there is no end face destruction. It turns out that this does not occur.
上記の事実が、酸化膜に起因する表面準位の低減による
ものであることを裏付けるために、実際に表面準位密度
の測定を行ったところ、本実施例の半導体レーザ装置で
は約10”〜10”cm”2・eV”であることが確認
された。GaAs系の半導体レーザ装置につき同様の処
理を行ったところ、10 ”〜1012c m−2−e
V−’が最も少ないものであり、上記のような効果的
な表面準位の低減は見られなかった。In order to prove that the above fact is due to the reduction of surface states caused by the oxide film, we actually measured the surface state density and found that the semiconductor laser device of this example has a density of approximately 10" It was confirmed that it was 10"cm"2.eV". When a similar process was performed on a GaAs-based semiconductor laser device, the result was 10" to 1012 cm m-2-e
V-' was the smallest, and no effective surface level reduction as described above was observed.
従って、上記の表面準位密度の大きな低減効果は、従来
より考えられているのとは逆に、AIが存在することに
起因するものと推測される。Therefore, it is presumed that the above-mentioned large reduction effect on the surface state density is caused by the presence of AI, contrary to what has been conventionally thought.
このように、半導体レーザ装置の端面破壊出力を向上さ
せるためには、端面処理に用いる溶液中に硫黄が含まれ
ていることが重要である。As described above, in order to improve the facet destruction output of a semiconductor laser device, it is important that sulfur be included in the solution used for facet treatment.
上述したように、第1の実施例では、通常の電子ビーム
蒸着法により、Al2O3膜からなる保護膜17を端面
に形成した。しかし、電子ビーム蒸着法又はスパッタリ
ング法により形成された端面保護膜17を有する半導体
レーザ装置には、(NH4)2S溶液により表面処理を
行ったものであっても、高出力特性の改善の程度が充分
高くはないものがあった。これは、(NHJ)2S溶液
による表面処理で自然酸化膜が除去され、代わりに形成
された硫黄を含む膜18が、電子ビーム蒸着法又はスパ
ッタリング法により保護膜17を形成する工程中に、劣
化してしまうことがあるためであると考えられる。As described above, in the first embodiment, the protective film 17 made of an Al2O3 film was formed on the end face by the usual electron beam evaporation method. However, for a semiconductor laser device having an end face protection film 17 formed by electron beam evaporation or sputtering, even if the surface is treated with an (NH4)2S solution, the degree of improvement in high output characteristics is limited. There were some things that weren't high enough. This is because the natural oxide film is removed by the surface treatment with the (NHJ)2S solution, and the sulfur-containing film 18 formed in its place deteriorates during the process of forming the protective film 17 by electron beam evaporation or sputtering. This is thought to be due to the fact that it can sometimes happen.
電子ビーム蒸着法又はスパッタリング法により保護膜1
7を形成するとき、これらの工程中に、2次電子やイオ
ンが発生し、レーザ光出射側端面に衝突する場合がある
。この場合、レーザ光出射側端面に形成されている硫黄
を含んだ膜18から硫黄が離脱し、その硫黄の離脱した
部分の半導体表面が露出してしまうことになる。レーザ
光出射側端面に於て露出した半導体表面は、蒸着装置内
に存在する微量酸素によって、また酸化されてしまうこ
とがある。Protective film 1 is formed by electron beam evaporation method or sputtering method.
When forming the laser beam 7, secondary electrons and ions are generated during these steps and may collide with the end face on the laser beam emission side. In this case, sulfur is released from the sulfur-containing film 18 formed on the end face on the laser beam emission side, and the semiconductor surface from which the sulfur is removed is exposed. The semiconductor surface exposed at the end facet on the laser beam emission side may be oxidized by trace amounts of oxygen present in the vapor deposition apparatus.
次に、保護膜17を形成する工程中に硫黄を含む膜18
を劣化しない第2の実施例を説明する。Next, during the step of forming the protective film 17, the film 18 containing sulfur is
A second embodiment that does not cause deterioration will be described.
本実施例では、第1の実施例と同様にしてバー15のレ
ーザ光出射側端面を処理した後、該端面上に保護膜17
を形成するため、バー15を抵抗加熱蒸着装置のチャン
バ内にセットした。In this embodiment, after the end face of the bar 15 on the laser beam emitting side is treated in the same manner as in the first embodiment, a protective film 17 is placed on the end face.
To form the bar 15, the bar 15 was set in the chamber of a resistance heating vapor deposition apparatus.
次に、チャンバ内に於いて、MgF2粒状結晶を載せた
Moボードを加熱し、その温度を約1600℃にするこ
とにより、MgF2をバー15のレーザ出射端面上に蒸
着した。こうして、MgF2からなる保護膜17をバー
15のレーザ光出射側端面上に形成した。Next, in the chamber, the Mo board on which the MgF2 granular crystals were mounted was heated to a temperature of about 1600° C., thereby depositing MgF2 on the laser emitting end face of the bar 15. In this way, a protective film 17 made of MgF2 was formed on the end face of the bar 15 on the laser beam emission side.
Mg F2 (融点1265℃)は、融点の比較的低い
材料であるため、抵抗加熱方式の真空蒸着法によって、
高品質の端面保護膜17とすることができた。このM
g F 2と同様に、比較的融点が低く、抵抗加熱方式
の蒸着法により、高品質の端面保護膜17となるものに
、5fO1S102、(a F2、NaF及びZnS等
がある。MgF2 (melting point: 1265°C) is a material with a relatively low melting point, so it can be made using a resistance heating vacuum evaporation method.
A high quality end face protection film 17 could be obtained. This M
5fO1S102, (aF2, NaF, ZnS, etc.) have a relatively low melting point and can be formed into a high-quality end face protection film 17 by resistance heating vapor deposition, similar to gF2.
抵抗加熱式の真空蒸着法を用いた端面保護膜17形成工
程中には、電子ビーム蒸着法を用いた工程中とは異なり
、端面に2次電子が衝突することなく、また、スパッタ
リング法を用いた工程中とは異なり、端面にイオンが衝
突しなかった。During the process of forming the end face protection film 17 using the resistance heating vacuum evaporation method, unlike during the process using the electron beam evaporation method, secondary electrons do not collide with the end face, and sputtering is used. Unlike during the process, ions did not collide with the end face.
このため、抵抗加熱式の真空蒸着法を用いて、端面保護
膜17を形成すると、端面上の硫黄を含んだ膜18は、
損傷を受けなかった。なお、抵抗加熱式の真空蒸着法を
用いて、端面保護膜17を形成するためには、蒸着させ
るべき材料の融点が比較的低いことが好ましい。特に、
保護膜材料の融点としては、約2000°C以下である
ことが好ましい。本明細書では、融点が2000°C以
下の材料を低融点材料と称することにする。Therefore, when the end face protection film 17 is formed using a resistance heating vacuum evaporation method, the sulfur-containing film 18 on the end face is
No damage was sustained. Note that in order to form the end face protection film 17 using a resistance heating type vacuum deposition method, it is preferable that the melting point of the material to be deposited is relatively low. especially,
The melting point of the protective film material is preferably about 2000°C or less. In this specification, a material having a melting point of 2000°C or less will be referred to as a low melting point material.
このようにして得られた半導体レーザ装置と、端面処理
を行った後に、スパッタリング法によりAl2O3保護
膜17を端面上に形成した半導体レーザ装置(比較例)
との比較実験の結果について説明する。A semiconductor laser device thus obtained and a semiconductor laser device in which an Al2O3 protective film 17 was formed on the end face by sputtering after end face treatment (comparative example)
The results of a comparative experiment with
まず、光出力と端面劣化との関係について、両者の比較
を行った。この結果、比較例では、光出力180mWの
動作時に端面破壊が生じた。一方、本実施例の半導体レ
ーザ装置では、光出力300mWの動作時に於いても、
端面破壊が生じることなく、安定したレーザ発振を持続
した。本実施例の半導体レーザ装置を長期間放置した後
、上記実験を行っても、同様の結果が得られた。First, a comparison was made regarding the relationship between optical output and end face deterioration. As a result, in the comparative example, end face destruction occurred during operation at a light output of 180 mW. On the other hand, in the semiconductor laser device of this example, even when operating at an optical output of 300 mW,
Stable laser oscillation was maintained without end face destruction. Similar results were obtained even when the above experiment was conducted after the semiconductor laser device of this example was left for a long period of time.
次に、本実施例の半導体レーザ装置と比較例とを大気雰
囲気中で6力月間放置した後、チャンバ内に挿入し、A
r’イオンスパッタリングによす端面保護膜17を除去
し、X線光電子分光法(xPS)により半導体結晶と保
護膜との界面の化学的結合状態を分析した。この結果、
本実施例の半導体結晶と保護膜17との界面では、Ga
及びAsと酸素との結合が生じていないことがわかった
。Next, after leaving the semiconductor laser device of this example and the comparative example in an air atmosphere for 6 months, they were inserted into a chamber and
The end face protection film 17 formed by r' ion sputtering was removed, and the chemical bonding state at the interface between the semiconductor crystal and the protection film was analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (xPS). As a result,
At the interface between the semiconductor crystal and the protective film 17 in this embodiment, Ga
It was also found that no bonding between As and oxygen occurred.
一方、比較例の半導体結晶と保護膜との界面では、Ga
及びAsと酸素との結合が生じていることがわかった。On the other hand, at the interface between the semiconductor crystal and the protective film in the comparative example, Ga
It was also found that a bond between As and oxygen occurred.
これは、比較例の端面保護膜を形成する工程中に於て、
端面上の硫黄を含む膜が荷電粒子による損傷を受け、そ
のため、−時的に露出した半導体表面に酸素が捉えられ
てしまったためである。This is because during the process of forming the edge protection film of the comparative example,
This is because the sulfur-containing film on the end face is damaged by charged particles, which causes oxygen to become trapped on the exposed semiconductor surface.
本実施例の半導体レーザ装置では、低融点材料からなる
保護膜17が、硫黄を含む膜18上に、抵抗加熱蒸着法
により形成されたものであるため、端面上の硫黄が、蒸
着工程中に端面から剥離してしまうことがなかった。こ
のため、本実施例の半導体レーザ装置に於いては、高出
力動作を長期間行っても、保護膜17と半導体結晶との
界面で酸化が進行してしまうことが防止された。従って
、本実施例の半導体レーザ装置は、非発光再結合中心の
増加が抑制されたために端面の劣化が抑えられ、長期間
高出力で安定したレーザ発振を行うことができた。In the semiconductor laser device of this embodiment, the protective film 17 made of a low melting point material is formed on the sulfur-containing film 18 by the resistance heating vapor deposition method. No peeling occurred from the end face. Therefore, in the semiconductor laser device of this example, even if high output operation was performed for a long period of time, oxidation was prevented from progressing at the interface between the protective film 17 and the semiconductor crystal. Therefore, in the semiconductor laser device of this example, since the increase in non-radiative recombination centers was suppressed, deterioration of the end facet was suppressed, and stable laser oscillation at high output could be performed for a long period of time.
次に、第4図を参照しながら、第3の実施例を説明する
。Next, a third embodiment will be described with reference to FIG.
第1及び第2の実施例の方法と同様の方法により、バー
15の劈開面であるレーザ光出射側端面を処理し、端面
上に硫黄を含む膜18を形成しただ後、レーザ光出射側
端面上に保護膜17を形成するため、バー15を抵抗加
熱蒸着装置のチャンバ内にセットした。次に、酸素(圧
力lXl0−2Pa)を導入したチャンバ内に於いて、
SiO粒状結晶を載せたMOボードを加熱し、その温度
を約1700℃以上にすることにより、SIOを蒸発さ
せた。Sioと雰囲気中の酸素との反応によって、端面
上には、5i02からなる保護膜17aが形成された(
第4図参照)。この5i02からなる保護膜17aの膜
厚は、λ/(2n)人となるようにした。このあと、保
護膜17a上に、電子ビーム蒸着法により、Al2O3
からなる保護膜17bを形成したく第4図参照)。保護
膜17bの膜厚は、λ/ (4n)人とした。こうして
、レーザ光出射側端面の反射率を5%とした。By the same method as in the first and second embodiments, the end face of the bar 15 on the laser light emitting side, which is the cleavage plane, is treated to form a sulfur-containing film 18 on the end face. In order to form a protective film 17 on the end face, the bar 15 was set in a chamber of a resistance heating vapor deposition apparatus. Next, in a chamber into which oxygen (pressure 1X10-2 Pa) was introduced,
The MO board on which the SiO granular crystals were placed was heated to a temperature of about 1700° C. or higher to evaporate the SIO. A protective film 17a made of 5i02 was formed on the end face by the reaction between Sio and oxygen in the atmosphere (
(See Figure 4). The thickness of the protective film 17a made of 5i02 was set to λ/(2n). After that, Al2O3 is deposited on the protective film 17a by electron beam evaporation.
(See FIG. 4). The thickness of the protective film 17b was λ/(4n). In this way, the reflectance of the end face on the laser beam emission side was set to 5%.
SiOも、融点の比較的低い材料であるため、抵抗加熱
方式の真空蒸着法によって、硫黄を含む膜に損傷を与え
ることなく、高品質の端面保護膜となることができる。Since SiO is also a material with a relatively low melting point, it can be used as a high-quality end face protection film by using a resistance heating vacuum evaporation method without damaging the sulfur-containing film.
本実施例では、保護膜17a上に、電子ビーム蒸骨法に
よって保護膜17bを形成したが、硫黄を含む膜18は
、抵抗加熱蒸着法により形成された保護膜17aによっ
て覆われているために、電子ビーム蒸着による散乱電子
によって損傷を受けなかった。In this embodiment, the protective film 17b was formed on the protective film 17a by electron beam vapor deposition, but since the sulfur-containing film 18 is covered with the protective film 17a formed by resistance heating vapor deposition, No damage was caused by scattered electrons from electron beam evaporation.
なお、端面保護膜17は、保護膜17a及び保護膜17
bからなる2層の層からなる場合に限られず、3層以上
の層からなる多層膜であってもよい。Note that the end face protection film 17 includes the protection film 17a and the protection film 17.
The film is not limited to two layers consisting of b, but may be a multilayer film consisting of three or more layers.
このように、第2及び第3の実施例では、端面処理後、
抵抗加熱式蒸着法により、レーザ光出射側端面上に低融
点材料からなる保1膜を形成した。In this way, in the second and third embodiments, after the end face treatment,
A protective film made of a low melting point material was formed on the end face on the laser beam emission side by a resistance heating vapor deposition method.
しかし、融点の比較的高い材料、例えばA1203(融
点2046°C)を保護膜の材料とする場合、抵抗加熱
蒸着法による膜形成は困難である。However, when a material with a relatively high melting point, such as A1203 (melting point 2046° C.) is used as the material for the protective film, it is difficult to form the film by the resistance heating vapor deposition method.
以下に、融点の比較的高い材料からなる保護膜を電子ビ
ーム蒸着法により形成した第4の実施例を説明する。A fourth embodiment in which a protective film made of a material with a relatively high melting point is formed by electron beam evaporation will be described below.
本実施例では、他の実施例と同様に硫黄を含む溶液で端
面処理を行った後、膜形成レートを、各々、5Å/se
c、 10人/ see、 12Å/sec、及び
15Å/secとして形成したAl2O3保護膜を有す
る半導体レーザ装置を作製した。In this example, after performing edge treatment with a sulfur-containing solution as in other examples, the film formation rate was set at 5 Å/sec.
Semiconductor laser devices having Al2O3 protective films formed at a rate of 10 people/see, 12 Å/sec, and 15 Å/sec were fabricated.
第5図に、本実施例の半導体レーザ装置の電流対先出力
特性と膜形成レートとの関係を示す。図中、[■、I、
J及びKによって示されている線は、各々、膜形成レー
トが、5Å/sec、10人/ 5ees12A/se
e及び15Å/secである保護膜を有する半導体レー
ザ装置の光出力特性に対応している。FIG. 5 shows the relationship between the current vs. output characteristics and the film formation rate of the semiconductor laser device of this example. In the figure, [■, I,
The lines indicated by J and K indicate the film formation rate of 5 Å/sec, 10 persons/5ees 12 A/sec, respectively.
This corresponds to the optical output characteristics of a semiconductor laser device having a protective film of e and 15 Å/sec.
第6図は、最大光出力と保護膜形成レートとの関係を示
すグラフである。比較のために、端面処理が行わなれな
かった半導体レーザ装置の最大光出力が、破線によって
示されている。FIG. 6 is a graph showing the relationship between maximum optical output and protective film formation rate. For comparison, the maximum optical output of a semiconductor laser device without end face treatment is shown by a broken line.
第5図及び第6図かられかるように、保護膜形成レート
が大きくなる程、最大光出力は低下し、端面処理が行わ
なれなかった半導体レーザ装置の最大光出力に近づいて
いる。As can be seen from FIGS. 5 and 6, as the protective film formation rate increases, the maximum optical output decreases and approaches the maximum optical output of a semiconductor laser device without end face treatment.
これは、保護膜の形成レートを大きくするために、電子
ビームの出射量を多くすると、それだけ多数の2次電子
等の高エネルギ散乱電子が発生し、その散乱電子によっ
て、バー15のレーザ光出射端面に形成されている硫黄
を含む膜18が損傷を受けるためであると考えられる。This is because when the output amount of the electron beam is increased in order to increase the formation rate of the protective film, a large number of high-energy scattered electrons such as secondary electrons are generated, and the scattered electrons cause the bar 15 to emit the laser beam. It is thought that this is because the sulfur-containing film 18 formed on the end face is damaged.
第6図かられかるように、この損傷が最大光出力に与え
る影響は、保護膜形成レートが10人/sec以上にな
ると、顕著である。しかし、保護膜形成レートが10人
/sec以下であれば、540toW以上の高い最大光
出力が得られた。これは、Al2O3膜形成レートが1
0Å/sec以下であれば、バー15のレーザ光出射端
面に形成されている硫黄を含む膜が、はとんど損傷を受
けないためであると考えられる。As can be seen from FIG. 6, the influence of this damage on the maximum optical output is significant when the protective film formation rate is 10 people/sec or more. However, when the protective film formation rate was 10 persons/sec or less, a high maximum optical output of 540 toW or more was obtained. This means that the Al2O3 film formation rate is 1
It is thought that this is because the sulfur-containing film formed on the laser beam emitting end face of the bar 15 is hardly damaged if it is 0 Å/sec or less.
また、レーザ光出射側端面とは異なる側の端面に於て、
上記の実験と同様の実験を行った。この結果、レーザ光
出射側端面とは異なる側の端面上のAl2O3膜及びS
i膜の形成レートと光出力特性との関係に於いては、上
記のような依存性がないことがわかった。In addition, on the end face on the side different from the laser beam emission side end face,
An experiment similar to the one described above was conducted. As a result, the Al2O3 film and S
It was found that there is no dependence as described above in the relationship between the formation rate of the i-film and the optical output characteristics.
従って、高い最大光出力を得るためには、少なくともレ
ーザ光出射側端面への保護膜の形成レートを、10Å/
sec以下とすることが好ましい。Therefore, in order to obtain a high maximum optical output, the formation rate of the protective film on the end facet of the laser beam emitting side must be at least 10 Å/
It is preferable to set it to below sec.
なお、上記何れの実施例に於いても、 (NH4)2S
水溶液を用いて表面処理を行ったが、水溶液とせず原液
を用いて表面処理を行ってもよく、あるいは他の溶媒を
用いることも可能である。In addition, in any of the above examples, (NH4)2S
Although the surface treatment was performed using an aqueous solution, the surface treatment may be performed using an undiluted solution instead of an aqueous solution, or it is also possible to use other solvents.
以下に、(NH4)23の原液及びその10%水溶液、
(NH4)2sxの原液及びその10%水溶液の各々を
用いて、端面処理を行った第5の実施例を説明する。こ
こで、 (NHJ)23Xとは、 (NH4)2Sと(
NH4)232とが混合されたものであり、硫黄の組成
比を示すXは1以上2以下の実数である。Below, the stock solution of (NH4)23 and its 10% aqueous solution,
A fifth example will be described in which end face treatment was performed using each of the stock solution of (NH4)2sx and its 10% aqueous solution. Here, (NHJ)23X means (NH4)2S and (
NH4)232, and X, which indicates the sulfur composition ratio, is a real number from 1 to 2.
第7図は、(NH4)2Sの原液及び10%水溶液、(
NH4)2Sxの原液及び10%水溶液の各々を用いて
、端面処理を行った本実施例の半導体レーザ装置及び端
面未処理の半導体レーザ装置(比較例)の端面破壊出力
(mW)を示すグラフである。Figure 7 shows the stock solution and 10% aqueous solution of (NH4)2S, (
This is a graph showing the end face destruction output (mW) of the semiconductor laser device of this example in which the end face was treated using each of the stock solution and 10% aqueous solution of NH4)2Sx and the semiconductor laser device without the end face treatment (comparative example). be.
この図かられかるように、 (NH4)2Sの原液及び
10%水溶液、(NH4)23Xの原液及び10%水溶
液の各々を用いて端面処理を行った半導体レーザ装置の
端面破壊出力は、比較例の半導体レーザ装置の端面破壊
出力よりも著しく向上した。As can be seen from this figure, the end face destruction output of the semiconductor laser device in which end face treatment was performed using each of the stock solution and 10% aqueous solution of (NH4)2S and the stock solution and 10% aqueous solution of (NH4)23X is as follows: This was significantly improved compared to the end-face breakdown output of the previous semiconductor laser device.
なお、本実施例の半導体レーザ装置及び比較例の半導体
レーザ装置のAI GaAs活性層層厚は、第3図に示
す実験結果を示した半導体レーザ装置のAIGaAS活
性層層厚よりも厚い。そのため、本実施例及び比較例の
半導体レーザ装置に於いては、第3図に示す実験結果を
示した半導体レーザ装置よりも、光密度が高(なり、端
面破壊出力が低くなっている。Note that the thickness of the AI GaAs active layer of the semiconductor laser device of this example and the semiconductor laser device of the comparative example is thicker than the thickness of the AIGaAS active layer of the semiconductor laser device whose experimental results are shown in FIG. Therefore, in the semiconductor laser devices of this example and the comparative example, the optical density is higher (and the end face destruction output is lower) than the semiconductor laser device whose experimental results are shown in FIG.
本実施例では、(NH4)2Sの原液及び10%水溶液
、(NH4)2S、の原液及び10%水溶液を用いて、
半導体レーザ装置の端面処理を行ったが、(NH4)2
S溶液や(NH4)2Sx溶液だけでなく、硫黄のアル
カリ金属化合物溶液を用いた場合にも同様の効果を得る
ことができる。即ち、半導体レーザ装置の端面に硫黄を
含有する膜を形成し得る限り、表面処理に用いる材料は
特に限定されるものではない。In this example, using the stock solution and 10% aqueous solution of (NH4)2S, and the stock solution and 10% aqueous solution of (NH4)2S,
I processed the end face of a semiconductor laser device, but (NH4)2
Similar effects can be obtained not only when using an S solution or a (NH4)2Sx solution but also when a sulfur alkali metal compound solution is used. That is, the material used for the surface treatment is not particularly limited as long as a sulfur-containing film can be formed on the end face of the semiconductor laser device.
次に、硫黄を含む溶液の硫黄濃度と該溶液による端面処
理に必要な処理時間との関係を求めるために行った実験
及びその結果を説明する。Next, an experiment conducted to determine the relationship between the sulfur concentration of a sulfur-containing solution and the treatment time required for end face treatment with the solution and its results will be described.
実験は、硫黄濃度が各々0. 015 not/ Q、
0゜15 mol/ Q s 及び0. 5mol/i
lである各溶液((NH4)2S溶液)中に、AlGa
As結晶を所定時間浸漬した後、AlGaAs結晶表面
をオージェ電子分光法により評価することによって行っ
た。なお、浸漬時の溶液温度は、室温程度であった。In the experiment, the sulfur concentration was 0. 015 not/Q,
0°15 mol/Q s and 0. 5mol/i
In each solution ((NH4)2S solution), AlGa
After immersing the As crystal for a predetermined period of time, the surface of the AlGaAs crystal was evaluated by Auger electron spectroscopy. Note that the solution temperature during immersion was about room temperature.
第8図は、オージェ電子スペクトルから求められたAl
GaAs結晶表面に存在する酸素のオージェ信号強度と
、浸漬時間との関係を示すグラフである。グラフ中、使
用した溶液の硫黄濃度が0゜015 mol/ Qであ
るときの関係は線り、0.15mol/Rであるときの
関係は線E、 0. 5mol/lであるときの関係
は線Fで示した。Figure 8 shows Al obtained from the Auger electron spectrum.
2 is a graph showing the relationship between the Auger signal intensity of oxygen present on the surface of a GaAs crystal and the immersion time. In the graph, the relationship when the sulfur concentration of the solution used is 0.015 mol/Q is a line, and the relationship when it is 0.15 mol/R is a line E. The relationship when it is 5 mol/l is shown by line F.
このグラフが示すように、どの濃度の溶液に於いても、
浸漬時間が長くなるほど、酸素のオージェ信号強度は低
下し、バックグランドの信号レベルに近づた。As this graph shows, in any concentration of solution,
As the immersion time increased, the oxygen Auger signal intensity decreased and approached the background signal level.
第9図は、上記の実験結果から得た、酸素のオージェ信
号強度がバックグランドレベルに達するまでの浸漬時間
(酸素除去に要する時間)と溶液の硫黄濃度との関係(
線G)を示す両対数グラフである。Figure 9 shows the relationship between the immersion time (time required for oxygen removal) and the sulfur concentration of the solution until the Auger signal intensity of oxygen reaches the background level, obtained from the above experimental results.
It is a log-log graph showing line G).
グラフ中には、硫黄のアルカリ金属化合物溶液であるN
a2S水溶液を処理溶液として用いたときの、酸素のオ
ージェ信号強度がバックグランドレベルに達するまでの
浸漬時間と溶液の硫黄濃度との関係(破線)も示されて
いる。In the graph, N is an alkali metal compound solution of sulfur.
Also shown is the relationship (dashed line) between the immersion time until the Auger signal intensity of oxygen reaches the background level and the sulfur concentration of the solution when an a2S aqueous solution is used as the treatment solution.
第9図かられかるように、酸素のオージェ信号強度がバ
ンクグランドレベルに達するまでの浸漬時間と溶液の硫
黄濃度とは、はぼ反比例の関係にある。このことは、A
lGaAs結晶表面に酸化膜等として存在する酸素が、
次の反応式(1)に示すように、溶液中の硫黄と反応す
ることにより、AlGaAs結晶表面から除去されてい
ることを示している。As can be seen from FIG. 9, the immersion time until the Auger signal intensity of oxygen reaches the bank ground level and the sulfur concentration of the solution are almost inversely proportional. This means that A
Oxygen existing as an oxide film etc. on the lGaAs crystal surface is
As shown in the following reaction formula (1), it is shown that sulfur is removed from the AlGaAs crystal surface by reacting with sulfur in the solution.
酸化物干硫黄−硫化物+酸素 (1)上記反応の右向
きの反応速度は、次式(2)のように表される。Oxide dry sulfur - sulfide + oxygen (1) The rightward reaction rate of the above reaction is expressed as in the following equation (2).
−d[酸化物] /dt= K・[酸化物]・[S](
2)ここで、[酸化物]はAlGaAs結晶表面の酸化
物の濃度、[3]は溶液の硫黄濃度、Kは速度定数、t
は浸漬開始時点から経過した時間である。上式(2)の
左辺は、[酸化物]の時間微分値であり、AlGaAs
結晶表面の酸化物が該表面から除去されるレートの、あ
る時刻に於ける値を示している。−d[oxide] /dt= K・[oxide]・[S](
2) Here, [oxide] is the concentration of oxide on the AlGaAs crystal surface, [3] is the sulfur concentration of the solution, K is the rate constant, and t
is the time elapsed from the start of immersion. The left side of the above equation (2) is the time differential value of [oxide], and is the time differential value of [oxide].
It shows the rate at which oxides on the crystal surface are removed from the surface at a certain time.
[酸化物]は、上記の微分方程式(2)を解くことによ
り、下式(3)に示すような時間tの関数として得られ
る。[Oxide] is obtained as a function of time t as shown in the following equation (3) by solving the above differential equation (2).
[酸化物コ=[酸化物]9・exp”に[Slt
(3)ここで、[酸化物]θは、浸漬開始時点(1=
0)での[酸化物]である。溶液中の硫黄の総量は、
AlGaAs結晶表面の酸化物の総量に比べて、はるか
に多いため、上記微分方程式(2)を解くに際して、
[S]を時間に依らない定数として扱った。[Slt
(3) Here, [oxide] θ is the time at the start of immersion (1=
0) [oxide]. The total amount of sulfur in the solution is
Since it is much larger than the total amount of oxides on the AlGaAs crystal surface, when solving the above differential equation (2),
[S] was treated as a constant that does not depend on time.
上式(3)から、[酸化物]が[酸化物]Sの99%減
少する迄に要する時間t0は、次式(4)に示される。From the above equation (3), the time t0 required for the [oxide] to decrease by 99% of the [oxide] S is shown in the following equation (4).
tc −(1n 1 0 0) / (K ・
[S コ ) (4)上式(4)は、次のことを示
している。すなわち、AlGaAs結晶表面に酸化膜等
として存在する酸素が、溶液中の硫黄と反応することに
より、AlGaAs結晶表面から、その99%が除去さ
れるのに必要な時間は、溶液中の硫黄濃度に反比例する
ということである。このことは、第9図のグラフに示さ
れている実験結果に一致する。tc - (1n 1 0 0) / (K ・
[S co ) (4) The above equation (4) shows the following. In other words, the time required for 99% of the oxygen present as an oxide film on the AlGaAs crystal surface to react with sulfur in the solution and be removed from the AlGaAs crystal surface depends on the sulfur concentration in the solution. It means that it is inversely proportional. This agrees with the experimental results shown in the graph of FIG.
上式(4)を、第9図のグラフに示される関係(線G)
にフィッティングさせると、次式(5)が得られた。Expression (4) above is expressed as the relationship shown in the graph of Figure 9 (line G).
By fitting, the following equation (5) was obtained.
tc = 1. 5/[S]
(5)
ここで、1cの単位は[秒]、 [S]の単位は[no
1zQ]、1.5の単位は[秒・論O1Z交]である。tc = 1. 5/[S] (5) Here, the unit of 1c is [seconds], and the unit of [S] is [no
1zQ], the unit of 1.5 is [seconds/logic O1Z intersection].
硫黄濃度が0.015 mof/ Qの溶液を用いる場
合、上式(5)から、t、=too秒が得られる。従っ
て、硫黄濃度が0.015 mol/ Qの溶液を用い
る場合に、もし100秒を下回る時間しか端面処理を行
わないとすると、端面のAlGaAs結晶表面に存在す
る酸化膜を完全に除去することができない。すなわち、
AlGaAs結晶表面に存在する酸化膜のほとんどを除
去するためには、上式(5)に示されるt0秒以上の時
間をかけて端面処理を行う必要がある。When using a solution with a sulfur concentration of 0.015 mof/Q, t,=too seconds can be obtained from the above equation (5). Therefore, if a solution with a sulfur concentration of 0.015 mol/Q is used and the end face treatment is performed for less than 100 seconds, the oxide film existing on the AlGaAs crystal surface on the end face cannot be completely removed. Can not. That is,
In order to remove most of the oxide film existing on the AlGaAs crystal surface, it is necessary to perform the end face treatment for a time longer than t0 seconds as shown in the above equation (5).
このように、上記の実験結果及びその考察等から、Al
GaAs結晶表面に存在する酸化膜のほとんどを除去す
るために必要な浸漬時間が得られた。In this way, from the above experimental results and their considerations, Al
The immersion time required to remove most of the oxide film present on the GaAs crystal surface was obtained.
これをもとにして、使用する溶液の硫黄濃度に応じた適
切な処理時間で端面を処理することにより、端面処理時
間の不足による端面酸化膜の除去不足が起こらず、また
、必要時間以上の時間をかけて端面処理する無駄が省か
れる。Based on this, by treating the end face with an appropriate treatment time depending on the sulfur concentration of the solution used, it is possible to avoid insufficient removal of the end face oxide film due to insufficient end face treatment time, and to prevent This eliminates the waste of time spent on end face treatment.
なお、第9図のグラフかられかるように、端面処理溶液
としてNa2Sを用いた場合も、(N H4)2S溶液
を用いた場合と同様にしてAlGaAs結晶表面の酸化
膜が除去される。しかし、 (NH4)2S溶液又は(
NH4)2sx溶液を用いて端面処理をした半導体レー
ザ装置の方が、Na2S溶液を用いて端面処理をした半
導体レーザ装置よりも優れた信頼性を示した。硫黄を含
む溶液の中でも、(NH4)2S溶液及び(NH4)2
sx溶液は、半導体レーザ装置の信頼性の観点から、特
に優れた端面処理溶液である。As can be seen from the graph in FIG. 9, when Na2S is used as the edge treatment solution, the oxide film on the AlGaAs crystal surface is removed in the same manner as when the (NH4)2S solution is used. However, (NH4)2S solution or (
The semiconductor laser device whose end face was processed using the NH4)2sx solution showed better reliability than the semiconductor laser device whose end face was processed using the Na2S solution. Among the solutions containing sulfur, (NH4)2S solution and (NH4)2
The sx solution is a particularly excellent end face treatment solution from the viewpoint of reliability of semiconductor laser devices.
上記何れの実施例に於いても、ウェハの劈開を大気中で
行った後、劈開面を(NH4)2Sの10%水溶液20
に浸漬することにより、光出射側端面の処理を行った。In any of the above examples, after the wafer is cleaved in the atmosphere, the cleaved plane is treated with a 10% aqueous solution of (NH4)2S.
The light-emitting side end face was treated by immersing it in water.
この場合、ウニ’〜の劈開を大気中で行うために、劈開
後、劈開面は直ちに大気と接触した。In this case, in order to perform the cleavage of the sea urchin in the atmosphere, the cleavage plane came into contact with the atmosphere immediately after cleavage.
以下に、第10図を参照しながら、劈開を大気中にて行
わない第6の実施例を説明する。A sixth embodiment in which cleavage is not performed in the atmosphere will be described below with reference to FIG.
他の実施例と同様にして、基板11上に積層構造12を
形成した後(第10図(a))、(NH4)2Sの10
%水溶液20にウェハを浸漬し、ピンセット40を用い
て、水溶液20中に於いてウェハを劈開することにより
、所定共振器長を有するバー15を形成した(第10図
(b))。水溶液20中での劈開により、半導体レーザ
装置の共振器端面を形成した後、そのまま水溶液中にバ
ー15を3分間浸漬し、劈開面の表面処理を行った。After forming the laminated structure 12 on the substrate 11 (FIG. 10(a)) in the same manner as the other examples, 10
% aqueous solution 20, and cleaved the wafer in the aqueous solution 20 using tweezers 40, thereby forming bars 15 having a predetermined resonator length (FIG. 10(b)). After the resonator end face of the semiconductor laser device was formed by cleavage in the aqueous solution 20, the bar 15 was immersed in the aqueous solution for 3 minutes to perform surface treatment on the cleaved plane.
こうして、劈開された端面は、酸素を含む大気に接触す
ることなく、硫黄を含む膜に覆われた。In this way, the cleaved end faces were covered with a sulfur-containing film without coming into contact with the oxygen-containing atmosphere.
この後、バー15を水で洗浄し、乾燥した(第10図(
C))後、通常の電子ビーム蒸着法により、レーザ光出
射側側端面にAl2O3膜からなる反射率4%の反射膜
を形成した。また、他の端面に、Al2O3とアモルフ
ァスSiとの多層構造よりなる反射率95%の反射膜を
形成した。その後、バー15を更に劈開して半導体レー
ザ装置を得た。After this, the bar 15 was washed with water and dried (Fig. 10 (
C)) After that, a reflective film having a reflectance of 4% and consisting of an Al2O3 film was formed on the end face on the laser beam emission side by a normal electron beam evaporation method. Further, a reflective film having a reflectance of 95% and having a multilayer structure of Al2O3 and amorphous Si was formed on the other end face. Thereafter, the bar 15 was further cleaved to obtain a semiconductor laser device.
表面単位密度の測定を行ったところ、本実施例の半導体
レーザ装置では約107cm−2・eV−’であること
が確認された。大気中にてウェハの劈開を行った比較例
につき同様の測定を行ったところ、約109cm−2・
eV−’が最も少ないものであり、上記のような効果的
な表面準位密度の低減は見られなかった。When the surface unit density was measured, it was confirmed that the semiconductor laser device of this example had a density of approximately 107 cm<-2 >eV-'. Similar measurements were performed on a comparative example in which the wafer was cleaved in the atmosphere, and the result was approximately 109 cm-2.
eV-' was the smallest, and no effective reduction in surface state density as described above was observed.
このように、本実施例では、(N114)2S水溶液中
にてウェハの劈開を行うことにより、劈開面の大気によ
る自然酸化を防ぐことができた。このため、(NHa)
2S水溶液中による劈開面の表面処理が効果的に行われ
、酸化膜に起因する表面順位密度が低減された。As described above, in this example, by cleaving the wafer in the (N114)2S aqueous solution, it was possible to prevent the cleaved plane from being naturally oxidized by the atmosphere. For this reason, (NHa)
The surface treatment of the cleavage plane in the 2S aqueous solution was effectively performed, and the surface order density caused by the oxide film was reduced.
(発明の効果)
以上のとおり、本発明によれば、硫黄を含む膜がAlG
aAs活性層を有する半導体レーザ装置の端面に形成さ
れているので、端面の表面準位が大きく低減される。従
って、表面再結合に起因する光出射端面の発熱による劣
化を効果的に抑制することができ、AlGaAs半導体
レーザ装置の出力を高い信頼性を持って高めることが可
能となる。(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, the sulfur-containing film is made of AlG
Since it is formed on the end face of a semiconductor laser device having an aAs active layer, the surface level of the end face is greatly reduced. Therefore, it is possible to effectively suppress deterioration due to heat generation of the light emitting end face due to surface recombination, and it is possible to increase the output of the AlGaAs semiconductor laser device with high reliability.
また、硫黄を含む溶液で端面の処理を行うことにより、
硫黄を含む膜に覆われた表面準位の少ない端面を容易に
形成することができる。この端面に形成する保護膜の種
類及び形成方法を適正化することにより、該硫黄を含む
膜に損傷を与えることなく、高出力特性に優れた半導体
レーザ装置を歩留りよく製造することができる。In addition, by treating the end face with a solution containing sulfur,
An end face with few surface states covered with a film containing sulfur can be easily formed. By optimizing the type and formation method of the protective film formed on this end face, a semiconductor laser device with excellent high output characteristics can be manufactured with high yield without damaging the sulfur-containing film.
また、使用する溶液の硫黄濃度に応じた適切な処理時間
をもって端面を処理することにより、端面処理時間の不
足による端面酸化膜の除去不足が起こらず、必要時間以
上の時間をかけて端面処理を行う無駄が省かれる。In addition, by processing the end face with an appropriate processing time depending on the sulfur concentration of the solution used, the removal of the oxide film on the end face will not occur due to insufficient end face processing time, and the end face treatment will take more time than necessary. This eliminates unnecessary work.
また、硫黄を含む溶液中でウェハの劈開を行うことによ
り、端面の酸化がいっそう効果的に抑制され、出力の向
上した信頼性の高い半導体レーザ装置を得ることができ
る。Further, by cleaving the wafer in a solution containing sulfur, oxidation of the end face is more effectively suppressed, and a highly reliable semiconductor laser device with improved output can be obtained.
4、−■の11 な會1
第1図は第1の実施例の装置のレーザ光出射側端面近傍
を模式的に示す斜視図、第2図(a)〜(C)はその実
施例の製造工程を説明するための斜視図、第3図はその
実施例の半導体レーザ装置の注入電流対光出力特性を示
す図、第4図は第3の実施例の装置のレーザ光出射ωす
端面近傍を模式的に示す斜視図、第5図は第4の実施例
の装置の電流対先出力特性と膜形成レートとの関係を示
すグラフ、第6図はその実施例の最大光出力と保護膜形
成レートとの関係を示すグラフ、第7図は第5の実施例
の半導体レーザ装置の端面破壊出力を示すグラフ、第8
図は第5の実施例の端面に於ける酸素のオージェ信号強
度と浸漬時間との関係を示すグラフ、第9図はその酸素
のオージェ信号強度がバックグランドレベルに達するま
での浸1間と溶液の硫黄濃度との関係を示すグラフ、第
10図(a)〜<c>は第6の実施例の製造方法を説明
するための断面図、第11図<a>及び<b>はそれぞ
れp型及びp型のGaAs表面にキャリアの蓄積層が形
成されている状態を模式的に示す図、第12図(a)及
び(b)はそれぞれp型及びp型の半導体表面に反転層
が形成されている状態を模式的に示す図である。4.-■ No. 11 1 Figure 1 is a perspective view schematically showing the vicinity of the end face on the laser beam emission side of the apparatus of the first embodiment, and Figures 2 (a) to (C) are views of the apparatus of the first embodiment. A perspective view for explaining the manufacturing process, FIG. 3 is a diagram showing the injection current vs. optical output characteristic of the semiconductor laser device of the third embodiment, and FIG. 4 is a diagram showing the laser beam emitting end face of the device of the third embodiment. A perspective view schematically showing the vicinity, FIG. 5 is a graph showing the relationship between current vs. front output characteristics and film formation rate of the device of the fourth embodiment, and FIG. 6 shows the maximum light output and protection of that embodiment. FIG. 7 is a graph showing the relationship with the film formation rate; FIG. 7 is a graph showing the end face destruction output of the semiconductor laser device of the fifth embodiment;
The figure is a graph showing the relationship between the Auger signal intensity of oxygen and the immersion time at the end face of the fifth embodiment, and Figure 9 shows the period of immersion and solution time until the Auger signal intensity of oxygen reaches the background level. 10(a) to <c> are cross-sectional views for explaining the manufacturing method of the sixth embodiment, and FIG. 11 <a> and <b> are respectively p Figures 12(a) and 12(b) schematically show the state in which carrier accumulation layers are formed on the surfaces of p-type and p-type GaAs, and inversion layers are formed on the surfaces of p-type and p-type semiconductors, respectively. FIG.
11・・・半導体基板、12・・・積層構造、13.1
4・・・電極、15・・・バー 16・・・活性層、1
8・・・硫黄を含む膜、17.17a、17b・・・保
護膜、20・・・(NH4)2S水溶液。11... Semiconductor substrate, 12... Laminated structure, 13.1
4... Electrode, 15... Bar 16... Active layer, 1
8... Membrane containing sulfur, 17.17a, 17b... Protective film, 20... (NH4)2S aqueous solution.
以上that's all
Claims (1)
れている端面出射型の半導体レーザ装置であって、 該端面と該保護膜との間に、硫黄を含む膜が形成されて
いる半導体レーザ装置。 2、前記保護膜が低融点材料からなる請求項1に記載の
半導体レーザ装置。 3、前記低融点材料が、MgF_2、SiO、SiO_
2、CaF_2、NaF及びZnSからなる群から選択
されたものである請求項2に記載の半導体レーザ装置。 4、AlGaAs活性層を有し、端面に保護膜が形成さ
れている端面出射型の半導体レーザ装置の製造方法に於
いて、 硫黄を含む溶液により該端面を処理する工程、及びその
後に該保護膜を形成する工程を包含する半導体レーザ装
置の製造方法。 5、前記硫黄を含む溶液が、(NH_4)_2S原液、
(NH_4)_2S_x原液、(NH_4)_2S水溶
液、及び(NH_4)_2S_x水溶液からなる群から
選択されたものである請求項4に記載の半導体レーザ装
置の製造方法。 6、前記硫黄を含む溶液の硫黄濃度がXmol/lのと
き、該硫黄を含む溶液により前記端面を処理する時間を
、1.5/X秒以上とする請求項4に記載の半導体レー
ザ装置の製造方法。 7、前記端面の形成を、前記硫黄を含む溶液中でウェハ
の劈開を行うことにより行い、その後、該溶液により該
端面を処理する請求項4に記載の半導体レーザ装置の製
造方法。 8、前記保護膜の形成を、低融点材料を用いて抵抗加熱
蒸着法により行う請求項4に記載の半導体レーザ装置の
製造方法。 9、前記低融点材料が、MgF_2、SiO、SiO_
2、CaF_2、NaF及びZnSからなる群から選択
されたものである請求項8に記載の半導体レーザ装置の
製造方法。10、前記保護膜の形成を、電子ビーム蒸着
法により、10Å/sec以下の成長レートで行う請求
項4に記載の半導体レーザ装置の製造方法。[Claims] 1. An edge-emitting semiconductor laser device having an AlGaAs active layer and having a protective film formed on the end facet, comprising: a film containing sulfur between the end facet and the protective film; A semiconductor laser device in which 2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the protective film is made of a low melting point material. 3. The low melting point material is MgF_2, SiO, SiO_
3. The semiconductor laser device according to claim 2, wherein the semiconductor laser is selected from the group consisting of: 2.2, CaF_2, NaF, and ZnS. 4. A method for manufacturing an edge-emitting semiconductor laser device having an AlGaAs active layer and a protective film formed on the end facets, including the step of treating the end facets with a solution containing sulfur, and then treating the end facets with a solution containing sulfur. 1. A method of manufacturing a semiconductor laser device, the method comprising the step of forming a semiconductor laser device. 5. The sulfur-containing solution is (NH_4)_2S stock solution,
5. The method for manufacturing a semiconductor laser device according to claim 4, wherein the method is one selected from the group consisting of (NH_4)_2S_x stock solution, (NH_4)_2S_x aqueous solution, and (NH_4)_2S_x aqueous solution. 6. The semiconductor laser device according to claim 4, wherein when the sulfur concentration of the sulfur-containing solution is X mol/l, the time for treating the end face with the sulfur-containing solution is 1.5/X seconds or more. Production method. 7. The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 4, wherein the end facet is formed by cleaving a wafer in the sulfur-containing solution, and then the end facet is treated with the solution. 8. The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 4, wherein the protective film is formed by a resistance heating vapor deposition method using a low melting point material. 9. The low melting point material is MgF_2, SiO, SiO_
9. The method for manufacturing a semiconductor laser device according to claim 8, wherein the material is selected from the group consisting of: 2, CaF_2, NaF, and ZnS. 10. The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 4, wherein the protective film is formed by electron beam evaporation at a growth rate of 10 Å/sec or less.
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|---|---|
| JP (1) | JP2650769B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11973309B2 (en) | 2019-03-07 | 2024-04-30 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor chip manufacturing device and method of manufacturing semiconductor chips |
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1990
- 1990-02-02 JP JP2024903A patent/JP2650769B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JP2650769B2 (en) | 1997-09-03 |
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