JPH0349281A - 半導体レーザ素子 - 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、端面を光取り出し面とする半導体レーザ素子
の、端面の酸化抑制のため誘電体膜を端面に設けた半導
体レーザに関する。 〔従来の技術］ 半導体レーザは、半導体基板の上にｐｎ接合を形成し、
電流を接合に注入して光を発生させ、共振器で繰り返し
反射させ、誘導増幅し、端面がら光を放出させるもので
ある。 端面の臂開面が共振器の反射面になっているものがある
。これは半導体レーザの最も一般的なものである。これ
とは異なり、回折格子を先導波路に沿って形成し、これ
を共振おの反射器とするものもある。いずれの形式にお
いても光は端面がら外部へ出射される。 端面は高密度の光エネルギーを通さなければならない。 端面が共振器の反射面を構成するときは、端面ば高密度
の光を反射しなければならない。 半導体レーザの端面に欠陥が生ずると欠陥は増大し、特
性が急速に劣化する。そこで端面が酸化しないように誘
電体膜によって被覆する。 特開昭Ｇ１−２０７０９１（ＳＧ１．９．１３）は、半
導体レーザの端面に、ＳｉＮ　／　Ａｕの繰り返しより
なる誘電体多層膜を形成している。端面の酸化を防止す
るためである。 特公昭Ｅｉ４−７５１５（ＳＧ４．２．９）は、半導体
レーザのチップの４周に２層の誘電体膜を付は酸化防止
したものを開示している。誘電体膜は、ＳｉＮ　、　５
Ｉ０２、Ａ１□０３などである。

【発明が解決しようとする課題】 特開昭Ｇ＋−２０７０９１のように半導体レーザの端面
にＳｉＮ／Ａｕの多層膜を形成したものは、Ａｕが導体
であるため半導体レーザ駆動用電極がショートしやすい
、という難点がある。 特公昭Ｇ４−７５１５のように、ｋ１２０３／Ｓｉの多
層膜を付けるものは次の難点がある。 Ａ　Ｉ　２０＊とＳｉは、全く違った構成元素からなる
ので、膜形成作業が容易でない。 また形成］１、νに相互の膜質に悪い影響を及ぼしあう
。このため膜形成工程の歩留まりが悪い。 さらにこのようにして作った多層膜は安定でない。経年
変化が大きい。 端面酸化防止のため、歩留まり良く安定した誘電体多層
膜を形成した半導体レーザ素子を与えることが本発明の
目的である。

【発明を解決するための手段】

本発明の半導体レーザ素子は、 ■半導体基板と、この上に形成されたｐｎ接合とｐｎｔ
＆合の中に設けられた活性態と、ｐｎ接合の上に設けら
れたコンタクト層と、コンタクトＪＸ、’ｒ＋と基板と
に設けられた電極と、共振器とを有し、ｐｎ接合面に電
流を流し光を発生させ共振：（））で反射させ活性層の
中を往復させ増幅して端面から光を取り出す半導体レー
ザ素子において、■光を取り出す端面の両側或は片側に
、■Ｓ１とＨとを含み、 ■Ｓ＋０２／Ｓｉの繰り返す誘電体多層膜、ＳｉＮ　／
Ｓ１の繰り返す誘電体多層膜、ＳｉＯＮ／Ｓｉの繰り返
す誘電体多層膜、ＳｉＮよりなる誘電体膜、またはＳ１
０゜よりなる誘電体膜、或は５１０１１よりなる誘電体
膜を形成したものである。 さらに望ましくは、 ■端面に設けた誘電体膜或は誘電多層膜の最表面層は、
Ｓ１０□、ＳｉＮ　、　５Ｍ０Ｎの何れかであるように
する。 より望ましくは、 ■誘電体膜或は誘電体多層膜の屈折率をｎとし、誘電体
膜或は誘電体多層膜の厚さは、レーザ発振波長の１／４
ｎであるようにする。 第１図に本発明の具体例を示す。 誘電体多層膜は、Ｓｉ／ＳｉＮ或はＳｉ／　５ＩＯ３と
いった誘電体から構成される。ここでは一方の※；１シ
而に面ＳｉＮの単層誘電体膜を、他方の端面にはＳｉＮ
　／ＳＩよりなる誘電体多層膜を形成している。いずれ
の誘電体膜１．誘電体多層膜も、作製のため、Ｉ４を含
むＳ　Ｉ　Ｉ＋　４　、或は５Ｉ２Ｈ（１，１１２ガス
を用い、内部にＨを含む薄膜とする。 Ｓｉ−ＳｉＮ　、　ＳｉＯ３といった誘電体は、１０９
Ω・ｃｍ以上の高抵抗率のものを形成できる。Ａｕ等と
違い、電気的には、半導体レーザ素子になんら影響を与
えない。 （１）

【作　　　用】

先ず形成方法に関して述べる。 例えばプラズマＣＶＤ装置或はスパッタリングにより誘
電体多層膜あるいは誘電体膜を形成できる。 プラズマＣＶＤの場合、 ■５ｉ１１４ガスと、０２といったガスを用い、Ｓｉ／
５１０２／　Ｓｉ／　５ＩＯ３・・・・・・・・・の誘
電体多層膜を形成できる。 ■５ｌ）１４ガスとＮ　Ｎ２或はＮｌ（、ガスを用い、
Ｓｉ／ＳｉＮ　／　Ｓｉ／　ＳｉＮ・・・の誘電体多層
膜を形成することができる。 ■Ｓｉｌ＋４ガスと、０□或はＮ２０といったガスを用
い、Ｓｉ膜　ＳｉＯＮ／　Ｓｉ膜　ＳｉＯＮ・・・・・
・・・・の誘電体多層膜を形成できる。 Ｓｉとその化合物で誘電体多層膜を作るので、Ｎ２或は
Ｎ２０　、Ｎ’Ｈ３、Ｏ３の流量を変化させることによ
って、Ｓｉ層もその化合物層も、連続的に容易に形成で
きる。形成層を切り換えるとき、ガスを全て置き換える
必要がない。 従ってＳｉ層とその化合物層とが、相互の膜質に及ぼし
得る悪い影響がほとんどない。このため安定した多層膜
ができる。 スパッタリングの場合 ■ターゲットにＳｉ、キャリヤガスにＮ２、反応ガスに
０□といったガスを用い、Ｓｉ／５Ｉ０２／Ｓｉ／　５
１０２・・・・・・・・・の誘電体多層膜を形成できる
■ターゲットにＳｉ、キャリヤガスにＮ２、反応ガスに
Ｎ２或はＮＨ３ガスを用い、Ｓｉ膜ＳｉＮ　／Ｓｉ／　
ＳｉＮ・・・の誘電体多層膜を形成することができる。 ■ターゲットにＳ１１キヤリヤガスにＮ２、反応ガスに
０゜或はＮ２０といったガスを用い、Ｓｉ膜　５ｉＯＮ
／　Ｓｉ膜　ＳｉＯＮ・・・・・・・・・の誘電体多層
膜を形成できる。 Ｎ２或はＮ２０１Ｎｌ（、、Ｏ□の流量を変化させるこ
とによって、Ｓ１５もその化合物層も、連続的に容易に
形成できる。プラズマＣＶＤの場合と同じことがいえる
。 ■　このように形成した誘電体多層膜、誘電体膜の構成
は、最終層をＳｉ以外の誘電体膜（例えばＳｉＮ、５Ｉ
Ｏ３，ＳｉＯＮ）にする。 Ｓｉを最終層とした場合、Ｓ１元素は、５ｉｌｌ　１Ｓ
ｉＯ□、５Ｍ０Ｎといった誘電体膜に比べて、酸化或は
窒化しやすい。そのため、膜特性が変化し信願性がなく
なる。それで最終層はＳ１以外とする。 （３）　　誘電体膜の膜厚は、レーザ発振波長の１／４
ｎの時、最も有効的（多層の場合少ない月数で）に膜形
成を行える。第２図によってこれを説明する。横軸は膜
厚（人）、縦軸は反射率（％）である。誘電体多層膜の
膜厚ｄを３／Ｉｏｎとしたものと、１／４ｎとしたもの
について、反射率の膜厚依存性を計算し結果を示してい
る。奇数層の場合に反射率が大きく、偶数層の場合反射
率が小さい。１／４ｎの場合の方が反射率の高まりが速
い。１／４ｎの場合について膜厚にＳ１０゜、Ｓｉを対
応させている。共振器の一方の端面であれば、反射率が
高い方が良い。この場合はｄ＝　１／４ｎとした方が反
射率を高くするには、少ない層数で行え、かつ膜厚の制
御範囲が広くなる。

【実　施　例】

本発明の実施例を述べる。 一般に良く知られている液相エピタキシャル成長法で第
３図に示したごと（、ＩｎＰ基板上１に、ｐ−ＩｎＰｆ
ｆｉ２、ｐ　−ＩｎＧａＡｓＰ層３．１ｎＧａＡｓＰ活
性届４、ｎ　　ＩｎＧａＡｓＰ　５、ｎ−１ｎＰ層（３
，１−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７を成長させる。 臭素とメタノールの混合液で、Ｓ＋０２のマスクで発光
部を残して、逆メサ型にエツチングする。 発光部の両側を、ｐ−１ｎＰｆｆ８、ｎ　−１ｎＰ層９
ｐ−１ｎＰＥ１０、ｎ−１ｎＰＥ１１によッテ埋込む。 絶縁膜１２を被覆し、発光部となる部分のみに溝を穿つ
。 ＩｎＰ基板側とエビ成長側に電極１４．１３を形成、襞
間によりレーザ端面を形成して、半導体レーザを作製す
る。 このようにして作られたいわゆるＩｎＰダブルへテロ接
合レーザの襞間された端面に誘電体膜、誘電体多層膜を
形成する。 例えば、プラズマＣＶＤ装置を用いて、チャンバー内を
Ｉ　Ｘ　１Ｏ−６Ｔｏｒｒ以下に真空排気した後、５Ｉ
Ｈ４ガスとＮＯ，ガスをそれぞれＧＯｓｃｃ＋＋＋１Ｂ
Ｏｓｃｃｍ流し、高周波出力５０ＷでＳｉＮ膜をレーザ
発振波長の！／４ｎの膜厚形成する。 いったん高周波出力を切り、ガスもすべてｆ〔空排気す
る。続いて次にＳｉ）！４ガスだけをＨｓｃｃｍ流し、
Ｓｉ膜を形成する。 以下同様にして、ＳｉＮ／Ｓｉ・・・・・・・・・の誘
電体多層膜を形成する。そして最後の層は、ＳｉＮ膜と
し、例えば５層の場合、ＳｉＮ／Ｓｉ／ＳｉＮ／Ｓｉ／
ＳｉＮの構造となる。 ＳｉＮ膜の代わりにＳ１０゜膜でもよい。その時は、Ｓ
ｉＮ膜形成時に使用したＮ２ガスのがゎりにｏ２ガスを
用いれば良い。 その他は同様である。 ここではＩｎＰ系の半導体レーザを例にしたが、ＧａＡ
ｓ系、ＧａＡｌＡｓ系などの半導体レーザにも本発明を
適用できる。

【発明の効果】

（１）　　単層誘電体膜或は、多層誘電体膜形成にあた
り、その構成元素をＳｉ−Ｈ系（例えばａ−５ｔ　：Ｈ
，ＳｉＮ　：　Ｈ２Ｓ２Ｏ８：　Ｈ，５ＩＯＨ：　Ｈ）
にする事によって、誘電体膜形成時に膜相互の汚染を少
なくできる。そのため膜特性の劣化が少ない。 ■　　上記誘電体膜を形成するために、例えばプラズマ
ＣＶＤ法或は、スパッタリング法を用いる場合、５ＩＨ
４ガスをベースとして、その他にＮ２、ＮＩＴ３、Ｎ２
０．０２とイッたガスを膜によって選択し、そのガスの
切り換えによっテ５１Ｎ／Ｓｉ・・・・・・、５１０２
／Ｓｉ　・・・・・・、ＳｉＯＮ／Ｓｉ・・・・・・と
いった多層１誘電体膜を形成できる。その結果、スルー
ブツトの向上が期待できる。 （３）　　半導体レーザ素子の※；ｔ１１而に誘電体膜
を形成するｊＪＴによって、端面酸化が抑制される。 （４）　　最終面を８１以外のものとすると、安定した
誘電体膜を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体レーザの長手方向の＋１ζ造を
示す概略断面図。 第２図は５ＩＯ３／Ｓｉ誘電体多層膜において多層膜の
１層の膜厚ｄを３／Ｉｏｎにしたときと、１／４にした
さきの誘電体多層膜全体の膜厚と反射率の関係を計算し
たものの結果を示すグラフ。 第３図はダブルへテロ半導体レーザの断面図。 １・・・・・ＩｎＰ基板 ２　・　曇　・　・　φ　ｐ−ＩｎＰ層３　ａ　＠　＠
　＊　＠　ｐ　−ＩｎＧａＡｓＰ層４・・・・・ＩｎＧ
ａＡｓＰ活性層 ５　・　１　φ ｅ　ＩＩ　・　・　・ ７　・　・　・　・ 　１１ ９１　・　・ １０　・　・　Φ １１　・　・　・ １２　・　・　・ １３　・　・　・ １４　・　・　・ ・　ｎ−ＩｎＰ層 −ｎ−１ｎＰ層 ・ｎ−１ｎＰコンタクト層 ’Ｉ）−１ｎＰ層 ・ｎ−ＩｎＰ層 ・ｐ−ＩｎＰ層 ・ｎ−１ｎＰ層 ・絶　縁　膜 ・ｎ側電極 ・ｐ側電極 発　　明　　者

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板と、この上に形成されたｐｎ接合と、
   ｐｎ接合の中に設けられた活性層と、ｐｎ接合の上に設
   けられたコンタクト層と、コンタクト層と基板とに設け
   られた電極と、共振器とを有し、ｐｎ接合面に電流を流
   し光を発生させ共振器で反射させ活性層の中を往復させ
   増幅して端面から光を取り出す半導体レーザ素子におい
   て、光を取り出す端面の両側或は片側に、ＳｉとＨとを
   含み、ＳｉＯ＿２／Ｓｉの繰り返す誘電体多層膜、Ｓｉ
   Ｎ／Ｓｉの繰り返す誘電体多層膜、ＳｉＯＮ／Ｓｉの繰
   り返す誘電体多層膜、ＳｉＮよりなる誘電体膜、または
   ＳｉＯ＿２よりなる誘電体膜、或はＳｉＯＮよりなる誘
   電体膜を形成したことを特徴とする半導体レーザ素子。
2. （２）端面に設けた誘電体膜或は誘電多層膜の最表面層
   は、ＳｉＯ＿２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮの何れかであること
   を特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
3. （３）誘電体膜或は誘電体多層膜の屈折率をｎとし、誘
   電体膜或は誘電体多層膜の厚さは、レーザ発振波長の１
   ／４ｎであることを特徴とする請求項２に記載の半導体
   レーザ素子。