JPH03224284A - 半導体レーザ装置の製造方法 - Google Patents

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】 （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。

（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。

（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。

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

また、前記保護膜が低融点材料からなっていてもよい。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

本実施例の製造工程を説明する。

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。

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〉
）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

次に、第４図を参照しながら、第３の実施例を説明する
。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

−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。

［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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、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
   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。