JPH10209562A - 半導体レーザ素子の製造方法 - Google Patents
半導体レーザ素子の製造方法Info
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- JPH10209562A JPH10209562A JP9011340A JP1134097A JPH10209562A JP H10209562 A JPH10209562 A JP H10209562A JP 9011340 A JP9011340 A JP 9011340A JP 1134097 A JP1134097 A JP 1134097A JP H10209562 A JPH10209562 A JP H10209562A
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 共振器端面のＣＯＤ劣化が効果的に抑制さ
れ、高出力安定動作が可能な半導体レーザ素子を生産性
よく製造する。 【解決手段】 III−Ｖ族化合物半導体レーザ素子にお
いて、共振器端面を超高真空中での劈開によって形成
し、得られた共振器端面を大気に露出することなく、か
つ、超高真空中で加熱しながら共振器端面の表面及びそ
の表面近傍のＶ族原子を異なるＶ族原子で置換して、禁
制帯幅の広い層を形成する。
れ、高出力安定動作が可能な半導体レーザ素子を生産性
よく製造する。 【解決手段】 III−Ｖ族化合物半導体レーザ素子にお
いて、共振器端面を超高真空中での劈開によって形成
し、得られた共振器端面を大気に露出することなく、か
つ、超高真空中で加熱しながら共振器端面の表面及びそ
の表面近傍のＶ族原子を異なるＶ族原子で置換して、禁
制帯幅の広い層を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学損傷による共
振器端面の劣化を抑制し、高出力安定動作を実現する半
導体レーザ素子の製造方法に関する。
振器端面の劣化を抑制し、高出力安定動作を実現する半
導体レーザ素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＡｌＧａＡｓ系およびＡｌＧａＩｎＰ系
の半導体材料によって構成された半導体レーザ素子にお
いて、光出力の増加に伴って共振器端面の劣化（光学損
傷、Catastrophic Optical Damage：ＣＯＤ）が生じる
ことが知られている。この光学損傷は、高出力動作に伴
った共振器端面の温度上昇に起因している。つまり、共
振器端面では、表面準位を介してレーザ光が吸収され、
局所的に発熱する。また、この光吸収は、共振器端面の
酸化および空格子等の点欠陥の発生によって増加する。
温度上昇によって、端面近傍の禁制帯幅が縮小して更に
レーザ光の吸収が増加し、端面温度が上昇する。この正
帰還ループによって、ついには共振器端面が溶融して劣
化が生じる。
の半導体材料によって構成された半導体レーザ素子にお
いて、光出力の増加に伴って共振器端面の劣化（光学損
傷、Catastrophic Optical Damage：ＣＯＤ）が生じる
ことが知られている。この光学損傷は、高出力動作に伴
った共振器端面の温度上昇に起因している。つまり、共
振器端面では、表面準位を介してレーザ光が吸収され、
局所的に発熱する。また、この光吸収は、共振器端面の
酸化および空格子等の点欠陥の発生によって増加する。
温度上昇によって、端面近傍の禁制帯幅が縮小して更に
レーザ光の吸収が増加し、端面温度が上昇する。この正
帰還ループによって、ついには共振器端面が溶融して劣
化が生じる。
【０００３】従来、共振器端面での光吸収を抑制するた
めに、レーザ光に対して透明な材料を共振器端面に形成
する種々の窓構造が提案され試みられている。例えば、
アイ・イー・イ−・イー・ジャーナル・クォンタム・エ
レクトロニクス（IEEE J.Quantum Electron.）第25巻、
1495〜1499頁（１９８９年）の報告によれば、共振器端
面での光吸収を抑制するための窓構造を形成するため
に、活性領域における共振器端面のパターニング、選択
エッチング、及び埋め込み再成長のプロセスが施されて
いる（図１３）。
めに、レーザ光に対して透明な材料を共振器端面に形成
する種々の窓構造が提案され試みられている。例えば、
アイ・イー・イ−・イー・ジャーナル・クォンタム・エ
レクトロニクス（IEEE J.Quantum Electron.）第25巻、
1495〜1499頁（１９８９年）の報告によれば、共振器端
面での光吸収を抑制するための窓構造を形成するため
に、活性領域における共振器端面のパターニング、選択
エッチング、及び埋め込み再成長のプロセスが施されて
いる（図１３）。
【０００４】また、特開平５−１３８７８号公報によれ
ば、大気中でレーザウェハを劈開し、その共振器端面に
ＭＯＶＰＥ法により再成長させて窓層を形成している
（図１４）。
ば、大気中でレーザウェハを劈開し、その共振器端面に
ＭＯＶＰＥ法により再成長させて窓層を形成している
（図１４）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来、
半導体レーザの端面劣化を抑制するためには、端面での
光吸収を抑制するための窓構造の形成が必要であった。
しかし、この窓構造の形成には活性領域における共振器
端面のパターニング、選択エッチング、及び埋め込み再
成長の加工プロセスが必要となる。特に、Ａｌ系の材料
を用いた半導体レーザでは、再成長界面に強固な酸化膜
が形成されるために、再成長界面は界面準位の多い窓構
造となる。そして、これらの界面準位は、光吸収を増加
させるために、ＣＯＤ劣化を効果的に抑制することはで
きない。また、窓構造を加えることによってレーザ素子
構造は非常に複雑になり、各工程の歩留まりによって生
産性を著しく低下させる欠点がある。
半導体レーザの端面劣化を抑制するためには、端面での
光吸収を抑制するための窓構造の形成が必要であった。
しかし、この窓構造の形成には活性領域における共振器
端面のパターニング、選択エッチング、及び埋め込み再
成長の加工プロセスが必要となる。特に、Ａｌ系の材料
を用いた半導体レーザでは、再成長界面に強固な酸化膜
が形成されるために、再成長界面は界面準位の多い窓構
造となる。そして、これらの界面準位は、光吸収を増加
させるために、ＣＯＤ劣化を効果的に抑制することはで
きない。また、窓構造を加えることによってレーザ素子
構造は非常に複雑になり、各工程の歩留まりによって生
産性を著しく低下させる欠点がある。
【０００６】また、共振器端面に直接窓層を再成長させ
る場合においては、大気中での劈開工程によって共振器
端面が形成されるために、その表面には強固な酸化膜が
形成される。通常、この酸化膜をレーザ素子に適用でき
る熱処理で完全に除去することは困難である。つまり、
窓層を形成する界面には酸化膜等の不純物が残存する。
これらの残留不純物は界面準位を増加させるために、共
振器端面での光吸収を充分に抑制することはできない。
さらに、共振器端面に窓層をＭＯＶＰＥ法によって再成
長させる場合には、成長温度が４００℃以上となるため
に、再成長前にレーザ素子にコンタクト電極を設けるこ
とができない。その後の工程で、極微少なレーザ素子に
ｐ側及びｎ側の両方にコンタクト電極を形成すること
は、生産性および歩留まりを極めて低下させる。
る場合においては、大気中での劈開工程によって共振器
端面が形成されるために、その表面には強固な酸化膜が
形成される。通常、この酸化膜をレーザ素子に適用でき
る熱処理で完全に除去することは困難である。つまり、
窓層を形成する界面には酸化膜等の不純物が残存する。
これらの残留不純物は界面準位を増加させるために、共
振器端面での光吸収を充分に抑制することはできない。
さらに、共振器端面に窓層をＭＯＶＰＥ法によって再成
長させる場合には、成長温度が４００℃以上となるため
に、再成長前にレーザ素子にコンタクト電極を設けるこ
とができない。その後の工程で、極微少なレーザ素子に
ｐ側及びｎ側の両方にコンタクト電極を形成すること
は、生産性および歩留まりを極めて低下させる。
【０００７】そこで本発明の目的は、レーザ素子の活性
領域における共振器端面のパターニング、選択エッチン
グ、及び埋め込み再成長の加工プロセスを行わないで、
共振器端面に不純物の存在しない状態で禁制帯幅の広い
窓層を形成することにより、共振器端面のＣＯＤ劣化を
効果的に抑制し、高出力安定動作が可能な半導体レーザ
素子を作製でき、生産性の高い製造方法を提供すること
にある。
領域における共振器端面のパターニング、選択エッチン
グ、及び埋め込み再成長の加工プロセスを行わないで、
共振器端面に不純物の存在しない状態で禁制帯幅の広い
窓層を形成することにより、共振器端面のＣＯＤ劣化を
効果的に抑制し、高出力安定動作が可能な半導体レーザ
素子を作製でき、生産性の高い製造方法を提供すること
にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の目的
を達成するために種々の検討を重ねた結果、本発明を完
成した。
を達成するために種々の検討を重ねた結果、本発明を完
成した。
【０００９】第１の発明は、III−Ｖ族化合物半導体レ
ーザ素子において、少なくとも一つの共振器端面を超高
真空中での劈開によって形成し、得られた共振器端面を
大気に露出することなく、かつ、超高真空中で加熱しな
がら共振器端面の表面及びその表面近傍のＶ族原子を異
なるＶ族原子で置換して、禁制帯幅の広い層を形成する
ことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法に関す
る。
ーザ素子において、少なくとも一つの共振器端面を超高
真空中での劈開によって形成し、得られた共振器端面を
大気に露出することなく、かつ、超高真空中で加熱しな
がら共振器端面の表面及びその表面近傍のＶ族原子を異
なるＶ族原子で置換して、禁制帯幅の広い層を形成する
ことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法に関す
る。
【００１０】第２の発明は、超高真空中で加熱しながら
窒素ラジカルを照射して共振器端面の表面及びその表面
近傍のＶ族原子を窒素原子で置換する第１の発明の半導
体レーザ素子の製造方法に関する。
窒素ラジカルを照射して共振器端面の表面及びその表面
近傍のＶ族原子を窒素原子で置換する第１の発明の半導
体レーザ素子の製造方法に関する。
【００１１】第３の発明は、共振器端面の表面及びその
表面近傍に存在するＶ族元素としてＡｓ又はＰの少なく
とも一種類のＶ族原子を窒素原子で置換する第２の発明
の半導体レーザ素子の製造方法に関する。
表面近傍に存在するＶ族元素としてＡｓ又はＰの少なく
とも一種類のＶ族原子を窒素原子で置換する第２の発明
の半導体レーザ素子の製造方法に関する。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を挙げ
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
【００１３】第１の実施の形態 初めに、ＩｎＧａＡｓ歪量子井戸構造を有する発振波長
０．９８μｍ帯の横モード制御型半導体レーザウェハの
製造方法について述べる。
０．９８μｍ帯の横モード制御型半導体レーザウェハの
製造方法について述べる。
【００１４】図１に、半導体レーザウェハの断面構造を
示す。半導体レーザウェハは、常圧ＭＯＶＰＥ装置によ
って成長させる。ＳｉドープしたＧａＡｓ（００１）基
板１上にＧａＡｓ：Ｓｉバッファー層２（不純物濃度＝
１×１０18ｃｍ-3）を厚さ０．５μｍに、Ａｌ0.4Ｇａ
0.6Ａｓ：Ｓｉクラッド層３（不純物濃度＝１×１０17
ｃｍ-3）を厚さ２μｍに、成長温度７００℃、Ｖ／III
比１００で成長させる。
示す。半導体レーザウェハは、常圧ＭＯＶＰＥ装置によ
って成長させる。ＳｉドープしたＧａＡｓ（００１）基
板１上にＧａＡｓ：Ｓｉバッファー層２（不純物濃度＝
１×１０18ｃｍ-3）を厚さ０．５μｍに、Ａｌ0.4Ｇａ
0.6Ａｓ：Ｓｉクラッド層３（不純物濃度＝１×１０17
ｃｍ-3）を厚さ２μｍに、成長温度７００℃、Ｖ／III
比１００で成長させる。
【００１５】次に、成長温度６８０℃、Ｖ／III比８０
で、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ光ガイド層４を厚さ４０ｎｍ
に、ＧａＡｓバリア層５を厚さ２０ｎｍに、Ｉｎ0.24Ｇ
ａ0.76Ａｓ活性層６を厚さ４．５ｎｍに、ＧａＡｓバリ
ア層７を厚さ５ｎｍに、Ｉｎ0. 24Ｇａ0.76Ａｓ活性層８
を厚さ４．５ｎｍに、ＧａＡｓバリア層９を厚さ２０ｎ
ｍに順次成長させる。
で、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ光ガイド層４を厚さ４０ｎｍ
に、ＧａＡｓバリア層５を厚さ２０ｎｍに、Ｉｎ0.24Ｇ
ａ0.76Ａｓ活性層６を厚さ４．５ｎｍに、ＧａＡｓバリ
ア層７を厚さ５ｎｍに、Ｉｎ0. 24Ｇａ0.76Ａｓ活性層８
を厚さ４．５ｎｍに、ＧａＡｓバリア層９を厚さ２０ｎ
ｍに順次成長させる。
【００１６】続いて、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ光ガイド層１
０を厚さ４０ｎｍに、Ａｌ0.4Ｇａ0 .6Ａｓ：Ｍｇクラッ
ド層１１（不純物濃度＝１×１０18ｃｍ-3）を厚さ１．
５μｍに、ＧａＡｓ：Ｍｇキャップ層１２（不純物濃度
＝１×１０19ｃｍ-3）を厚さ１μｍに、気相成長させ
る。
０を厚さ４０ｎｍに、Ａｌ0.4Ｇａ0 .6Ａｓ：Ｍｇクラッ
ド層１１（不純物濃度＝１×１０18ｃｍ-3）を厚さ１．
５μｍに、ＧａＡｓ：Ｍｇキャップ層１２（不純物濃度
＝１×１０19ｃｍ-3）を厚さ１μｍに、気相成長させ
る。
【００１７】次に、図２及び図３を用いて上述の半導体
レーザウェハを横モード制御型レーザに加工する工程を
示す。
レーザウェハを横モード制御型レーザに加工する工程を
示す。
【００１８】図２は、［−１１０］方向のメサストライ
プが形成された後の半導体レーザウェハの（−１１０）
断面図を示す。まず、図１に示す半導体レーザウェハの
最上層のＧａＡｓ：Ｍｇキャップ層１２にＳｉＯ2を成
膜し、フォトリソグラフィ技術によって図２に示す［−
１１０１］方向に幅４μｍのＳｉＯ2ストライプ１３を
形成する。このＳｉＯ2ストライプをマスクとする選択
エッチング技術によってＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ：Ｍｇクラ
ッド層１１が０．３μｍ残る深さまでエッチングして、
図２に示すメサストライプを形成する。
プが形成された後の半導体レーザウェハの（−１１０）
断面図を示す。まず、図１に示す半導体レーザウェハの
最上層のＧａＡｓ：Ｍｇキャップ層１２にＳｉＯ2を成
膜し、フォトリソグラフィ技術によって図２に示す［−
１１０１］方向に幅４μｍのＳｉＯ2ストライプ１３を
形成する。このＳｉＯ2ストライプをマスクとする選択
エッチング技術によってＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ：Ｍｇクラ
ッド層１１が０．３μｍ残る深さまでエッチングして、
図２に示すメサストライプを形成する。
【００１９】続いて、上記ＳｉＯ2ストライプをマスク
とした選択成長技術によって、図３に示すような、メサ
ストライプの側部を膜厚０．８μｍのＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａ
ｓ：Ｓｉ電流ブロック層１４（不純物濃度＝１×１０18
ｃｍ-3）及び膜厚０．８μｍのＧａＡｓ：Ｓｉ電流ブロ
ック層１５（不純物濃度＝１×１０18ｃｍ-3）で順次埋
め込み成長を行う。さらに、ＳｉＯ2マスクを除去した
後、膜厚１μｍのＧａＡｓ：Ｍｇキャップ層１６（不純
物濃度＝１×１０19ｃｍ-3）を成長させる。最後に、こ
のウェハの両面にコンタクト電極をそれぞれ蒸着して、
横モード制御型半導体レーザウェハが得られる。
とした選択成長技術によって、図３に示すような、メサ
ストライプの側部を膜厚０．８μｍのＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａ
ｓ：Ｓｉ電流ブロック層１４（不純物濃度＝１×１０18
ｃｍ-3）及び膜厚０．８μｍのＧａＡｓ：Ｓｉ電流ブロ
ック層１５（不純物濃度＝１×１０18ｃｍ-3）で順次埋
め込み成長を行う。さらに、ＳｉＯ2マスクを除去した
後、膜厚１μｍのＧａＡｓ：Ｍｇキャップ層１６（不純
物濃度＝１×１０19ｃｍ-3）を成長させる。最後に、こ
のウェハの両面にコンタクト電極をそれぞれ蒸着して、
横モード制御型半導体レーザウェハが得られる。
【００２０】次に、超高真空中で上記半導体レーザウェ
ハをストライプに直行する［１１０］方向に劈開して、
（−１１０）面を共振器端面とするレーザバーを形成す
る（図４）。半導体レーザバー１７は、個々のレーザ素
子が並列に並んだものからなり、次のようにしてこの半
導体レーザバー１７の両端を劈開して共振器端面を形成
できる。まず、半導体レーザバー１７をレーザバーホル
ダー１８で固定する（図４（ａ））。次に、固定された
半導体レーザバー１７のはみ出した両端に劈開用プレス
１９で機械的に力を加える（図４（ｂ））。これによ
り、点線で示された箇所で半導体レーザバー１７が劈開
され、得られた断面がレーザ素子の共振器端面になる。
ハをストライプに直行する［１１０］方向に劈開して、
（−１１０）面を共振器端面とするレーザバーを形成す
る（図４）。半導体レーザバー１７は、個々のレーザ素
子が並列に並んだものからなり、次のようにしてこの半
導体レーザバー１７の両端を劈開して共振器端面を形成
できる。まず、半導体レーザバー１７をレーザバーホル
ダー１８で固定する（図４（ａ））。次に、固定された
半導体レーザバー１７のはみ出した両端に劈開用プレス
１９で機械的に力を加える（図４（ｂ））。これによ
り、点線で示された箇所で半導体レーザバー１７が劈開
され、得られた断面がレーザ素子の共振器端面になる。
【００２１】その後、レーザバーを大気および低真空領
域に露出することなく、図５に示すように、超高真空チ
ャンバ２１内で加熱ヒータ２０で４００℃に加熱しなが
ら、窒素ラジカルを共振器端面に３０分間照射する。窒
素ラジカルは、窒素ガス（Ｎ 2）又はアンモニアガス
（ＮＨ3）をＲＦプラズマ励起によって生成し、ＲＦプ
ラズマ励起銃２２から照射する。
域に露出することなく、図５に示すように、超高真空チ
ャンバ２１内で加熱ヒータ２０で４００℃に加熱しなが
ら、窒素ラジカルを共振器端面に３０分間照射する。窒
素ラジカルは、窒素ガス（Ｎ 2）又はアンモニアガス
（ＮＨ3）をＲＦプラズマ励起によって生成し、ＲＦプ
ラズマ励起銃２２から照射する。
【００２２】ここで、レーザバーは常に超高真空中に保
持されているため、共振器端面には酸化膜等の不純物層
は存在しない。よって、４００℃の加熱および窒素ラジ
カルの照射により、端面及びその近傍のＶ族原子である
Ａｓ原子は容易に脱離して窒素原子と置換される。すな
わち、共振器端面近傍のみＩｎＧａＡｓ系の材料からＩ
ｎＧａＮ系の禁制帯幅の広い材料に変化する。ここで、
Ｖ族原子としてＡｓ原子の代わりにＰ原子のみが存在ま
たはＡｓとＰ原子が混在している場合でも、Ａｓ及びＰ
原子は窒素ラジカル照射中に脱離して窒素原子と置換さ
れる。
持されているため、共振器端面には酸化膜等の不純物層
は存在しない。よって、４００℃の加熱および窒素ラジ
カルの照射により、端面及びその近傍のＶ族原子である
Ａｓ原子は容易に脱離して窒素原子と置換される。すな
わち、共振器端面近傍のみＩｎＧａＡｓ系の材料からＩ
ｎＧａＮ系の禁制帯幅の広い材料に変化する。ここで、
Ｖ族原子としてＡｓ原子の代わりにＰ原子のみが存在ま
たはＡｓとＰ原子が混在している場合でも、Ａｓ及びＰ
原子は窒素ラジカル照射中に脱離して窒素原子と置換さ
れる。
【００２３】次に、スパッタ装置を用いて、図６に示す
ように、レーザバー２３の共振器端面にＡｌ2Ｏ3膜２
４、及びＡｌ2Ｏ3膜２５とアモルファスＳｉ膜２６とか
らなる多層膜をそれぞれ堆積させて、３〜９５％の光反
射率を得る。最後に、劈開によってレーザバーを個々の
レーザ素子に分割し、ヒートシンクに融着することによ
って本発明のレーザ素子が完成する。
ように、レーザバー２３の共振器端面にＡｌ2Ｏ3膜２
４、及びＡｌ2Ｏ3膜２５とアモルファスＳｉ膜２６とか
らなる多層膜をそれぞれ堆積させて、３〜９５％の光反
射率を得る。最後に、劈開によってレーザバーを個々の
レーザ素子に分割し、ヒートシンクに融着することによ
って本発明のレーザ素子が完成する。
【００２４】本発明は、０．９８μｍ帯半導体レーザだ
けでなく、ＡｌＧａＩｎＡｓＰ系の材料により構成され
るその他の発振波長の半導体レーザ素子（０．６〜０．
８μｍ帯半導体レーザ素子）にも適用可能である。
けでなく、ＡｌＧａＩｎＡｓＰ系の材料により構成され
るその他の発振波長の半導体レーザ素子（０．６〜０．
８μｍ帯半導体レーザ素子）にも適用可能である。
【００２５】第２の実施の形態 本発明を発振波長０．６μｍ帯のＡｌＧａＩｎＰ系半導
体レ−ザに応用した例を以下に説明する。
体レ−ザに応用した例を以下に説明する。
【００２６】初めに、レーザウェハの製造方法について
述べる。図７に、半導体レーザウェハの断面構造を示
す。半導体レーザウェハは、減圧ＭＯＶＰＥ法によって
成長させる。ＳｉドープしたＧａＡｓ（００１）基板２
７上にＧａＡｓ：Ｓｉバッファー層２８（不純物濃度＝
１×１０18ｃｍ-3）を厚さ０．５μｍに、（Ａｌ0.6Ｇ
ａ0.4）0.5Ｉｎ0.5Ｐ：Ｓｉクラッド層２９（不純物濃
度＝５×１０17ｃｍ-3）を厚さ１μｍに、Ｇａ0.5Ｉｎ
0.5Ｐ活性層３０を厚さ０．１μｍに、（Ａｌ0.6Ｇａ
0.4）0.5Ｉｎ0.5Ｐ：Ｚｎクラッド層３１（不純物濃度
＝５×１０17ｃｍ-3）を厚さ１μｍに、ＧａＡｓ：Ｚｎ
キャップ層３２（不純物濃度＝６×１０18ｃｍ-3）を厚
さ０．５μｍに順次気相成長させる。このとき、成長温
度６７０℃、圧力７０Torr、Ｖ／III比１６０で成長を
行う。
述べる。図７に、半導体レーザウェハの断面構造を示
す。半導体レーザウェハは、減圧ＭＯＶＰＥ法によって
成長させる。ＳｉドープしたＧａＡｓ（００１）基板２
７上にＧａＡｓ：Ｓｉバッファー層２８（不純物濃度＝
１×１０18ｃｍ-3）を厚さ０．５μｍに、（Ａｌ0.6Ｇ
ａ0.4）0.5Ｉｎ0.5Ｐ：Ｓｉクラッド層２９（不純物濃
度＝５×１０17ｃｍ-3）を厚さ１μｍに、Ｇａ0.5Ｉｎ
0.5Ｐ活性層３０を厚さ０．１μｍに、（Ａｌ0.6Ｇａ
0.4）0.5Ｉｎ0.5Ｐ：Ｚｎクラッド層３１（不純物濃度
＝５×１０17ｃｍ-3）を厚さ１μｍに、ＧａＡｓ：Ｚｎ
キャップ層３２（不純物濃度＝６×１０18ｃｍ-3）を厚
さ０．５μｍに順次気相成長させる。このとき、成長温
度６７０℃、圧力７０Torr、Ｖ／III比１６０で成長を
行う。
【００２７】次に、図８及び図９を用いて上述の半導体
レーザウェハを横モード制御型レーザに加工する工程を
示す。
レーザウェハを横モード制御型レーザに加工する工程を
示す。
【００２８】図８は、［−１１０］方向のメサストライ
プが形成された後の半導体レーザウェハの（−１１０）
断面図を示す。まず、図７に示す半導体レーザウェハの
最上層のＧａＡｓキャップ層３２にＳｉＯ2を成膜し、
フォトリソグラフィ技術によって図８に示す［−１１
０］方向に幅４μｍのＳｉＯ2ストライプ３３を形成す
る。このＳｉＯ2ストライプをマスクとする選択エッチ
ング技術によって（Ａｌ0 .6Ｇａ0.4）0.5Ｉｎ0.5Ｐ：Ｚ
ｎクラッド層３１が０．５μｍ残る深さまでエッチング
して、図８の断面図に示すメサストライプを形成する。
プが形成された後の半導体レーザウェハの（−１１０）
断面図を示す。まず、図７に示す半導体レーザウェハの
最上層のＧａＡｓキャップ層３２にＳｉＯ2を成膜し、
フォトリソグラフィ技術によって図８に示す［−１１
０］方向に幅４μｍのＳｉＯ2ストライプ３３を形成す
る。このＳｉＯ2ストライプをマスクとする選択エッチ
ング技術によって（Ａｌ0 .6Ｇａ0.4）0.5Ｉｎ0.5Ｐ：Ｚ
ｎクラッド層３１が０．５μｍ残る深さまでエッチング
して、図８の断面図に示すメサストライプを形成する。
【００２９】続いて、上記ＳｉＯ2ストライプをマスク
とした選択成長技術によって、図９に示すような、メサ
ストライプの側部を膜厚１μｍのＧａＡｓ：Ｓｉ電流ブ
ロック層３４（不純物濃度＝１×１０18ｃｍ-3）で埋め
込み成長を行う。さらに、ＳｉＯ2マスクを除去した
後、膜厚１μｍのＧａＡｓ：Ｚｎキャップ層３５（不純
物濃度＝１×１０19ｃｍ-3）を成長させる。最後に、こ
のウェハの両面にコンタクト電極をそれぞれ蒸着して、
横モード制御型半導体レーザウェハが得られる。
とした選択成長技術によって、図９に示すような、メサ
ストライプの側部を膜厚１μｍのＧａＡｓ：Ｓｉ電流ブ
ロック層３４（不純物濃度＝１×１０18ｃｍ-3）で埋め
込み成長を行う。さらに、ＳｉＯ2マスクを除去した
後、膜厚１μｍのＧａＡｓ：Ｚｎキャップ層３５（不純
物濃度＝１×１０19ｃｍ-3）を成長させる。最後に、こ
のウェハの両面にコンタクト電極をそれぞれ蒸着して、
横モード制御型半導体レーザウェハが得られる。
【００３０】次に、超高真空中で上記半導体レーザウェ
ハをストライプに直行する［１１０］方向に劈開して、
（−１１０）面を共振器端面とするレーザバーを形成す
る（図１０）。半導体レーザバー３６は、個々のレーザ
素子が並列に並んだものからなり、次のようにしてこの
半導体レーザバー３６の両端を劈開して共振器端面を形
成できる。まず、半導体レーザバー３６をレーザバーホ
ルダー３７で固定する（図１０（ａ））。次に、固定さ
れた半導体レーザバー３６のはみ出した両端に劈開用プ
レス３８で機械的に力を加える（図１０（ｂ））。これ
により、点線で示された箇所で半導体レーザバー３６が
劈開され、得られた断面がレーザ素子の共振器端面にな
る。
ハをストライプに直行する［１１０］方向に劈開して、
（−１１０）面を共振器端面とするレーザバーを形成す
る（図１０）。半導体レーザバー３６は、個々のレーザ
素子が並列に並んだものからなり、次のようにしてこの
半導体レーザバー３６の両端を劈開して共振器端面を形
成できる。まず、半導体レーザバー３６をレーザバーホ
ルダー３７で固定する（図１０（ａ））。次に、固定さ
れた半導体レーザバー３６のはみ出した両端に劈開用プ
レス３８で機械的に力を加える（図１０（ｂ））。これ
により、点線で示された箇所で半導体レーザバー３６が
劈開され、得られた断面がレーザ素子の共振器端面にな
る。
【００３１】その後、レーザバーを大気および低真空領
域に露出することなく、図１１に示すように、超高真空
チャンバ４０内で加熱ヒータ３９で４００℃に加熱しな
がら、窒素ラジカルを共振器端面に３０分間照射する。
窒素ラジカルは、窒素ガス（Ｎ2）又はアンモニアガス
（ＮＨ3）をＲＦプラズマ励起によって生成し、ＲＦプ
ラズマ励起銃４１から照射する。
域に露出することなく、図１１に示すように、超高真空
チャンバ４０内で加熱ヒータ３９で４００℃に加熱しな
がら、窒素ラジカルを共振器端面に３０分間照射する。
窒素ラジカルは、窒素ガス（Ｎ2）又はアンモニアガス
（ＮＨ3）をＲＦプラズマ励起によって生成し、ＲＦプ
ラズマ励起銃４１から照射する。
【００３２】ここで、レーザバーは常に超高真空中に保
持されているため、共振器端面には酸化膜等の不純物層
は存在しない。よって、４００℃の加熱および窒素ラジ
カルの照射により、端面及びその近傍のＶ族原子である
Ｐ原子は容易に脱離して窒素原子と置換される。すなわ
ち、共振器端面近傍のみＡｌＧａＩｎＰ系の材料からＡ
ｌＧａＩｎＮ系の禁制帯幅の広い材料に変化する。ここ
で、Ｖ族原子としてＰ原子の代わりにＡｓ原子のみが存
在またはＰとＡｓ原子が混在している場合でも、Ｐ及び
Ａｓ原子は窒素ラジカル照射中に脱離して窒素原子と置
換される。
持されているため、共振器端面には酸化膜等の不純物層
は存在しない。よって、４００℃の加熱および窒素ラジ
カルの照射により、端面及びその近傍のＶ族原子である
Ｐ原子は容易に脱離して窒素原子と置換される。すなわ
ち、共振器端面近傍のみＡｌＧａＩｎＰ系の材料からＡ
ｌＧａＩｎＮ系の禁制帯幅の広い材料に変化する。ここ
で、Ｖ族原子としてＰ原子の代わりにＡｓ原子のみが存
在またはＰとＡｓ原子が混在している場合でも、Ｐ及び
Ａｓ原子は窒素ラジカル照射中に脱離して窒素原子と置
換される。
【００３３】次に、スパッタ装置を用いて、図１２に示
すように、レーザバー４２の共振器端面にＡｌ2Ｏ3膜４
３、及びＡｌ2Ｏ3膜４４とアモルファスＳｉ膜４５とか
らなる多層膜をそれぞれ堆積させて、１０〜９５％の光
反射率を得る。最後に、劈開によってレーザバーを個々
のレーザ素子に分割し、ヒートシンクに融着することに
よって本発明のレーザ素子が完成する。
すように、レーザバー４２の共振器端面にＡｌ2Ｏ3膜４
３、及びＡｌ2Ｏ3膜４４とアモルファスＳｉ膜４５とか
らなる多層膜をそれぞれ堆積させて、１０〜９５％の光
反射率を得る。最後に、劈開によってレーザバーを個々
のレーザ素子に分割し、ヒートシンクに融着することに
よって本発明のレーザ素子が完成する。
【００３４】本発明は、０．６μｍ帯半導体レーザだけ
でなく、ＡｌＧａＩｎＡｓＰ系の材料により構成される
その他の発振波長の半導体レーザ素子（０．７〜０．９
μｍ帯半導体レーザ素子）にも適用可能である。
でなく、ＡｌＧａＩｎＡｓＰ系の材料により構成される
その他の発振波長の半導体レーザ素子（０．７〜０．９
μｍ帯半導体レーザ素子）にも適用可能である。
【００３５】
【発明の効果】本発明では、超高真空中で共振器端面を
形成することから、共振器端面には酸化膜等の不純物層
は存在しない。よって、従来試みられた手法における不
純物層の界面準位における光吸収を抑制することができ
る。
形成することから、共振器端面には酸化膜等の不純物層
は存在しない。よって、従来試みられた手法における不
純物層の界面準位における光吸収を抑制することができ
る。
【００３６】また、従来技術では、表面が酸化膜に覆わ
れているため、化学的に安定な酸化膜を除去して原子を
均一に置換することは極めて困難であるのに対し、本発
明では、酸化膜等の不純物層が形成されないことから、
端面近傍のＶ族原子を窒素原子等に化学的に置換するこ
とが容易である。このような、超高真空中での共振器端
面形成の利点を生かし、本発明では、端面でのＶ族原子
を窒素原子等で化学的に置換することによって禁制帯幅
の広い半導体層を均一に形成できる。この禁制帯幅の広
い半導体層は、共振器端面での光吸収を抑制するため、
端面ＣＯＤ劣化の抑制には効果的な窓構造である。した
がって、高出力安定動作が可能な半導体レーザ素子を得
ることができる。
れているため、化学的に安定な酸化膜を除去して原子を
均一に置換することは極めて困難であるのに対し、本発
明では、酸化膜等の不純物層が形成されないことから、
端面近傍のＶ族原子を窒素原子等に化学的に置換するこ
とが容易である。このような、超高真空中での共振器端
面形成の利点を生かし、本発明では、端面でのＶ族原子
を窒素原子等で化学的に置換することによって禁制帯幅
の広い半導体層を均一に形成できる。この禁制帯幅の広
い半導体層は、共振器端面での光吸収を抑制するため、
端面ＣＯＤ劣化の抑制には効果的な窓構造である。した
がって、高出力安定動作が可能な半導体レーザ素子を得
ることができる。
【００３７】さらに、本発明の製造方法は、レーザ素子
の活性領域における共振器端面のパターニング、選択エ
ッチング、及び埋め込み再成長の加工プロセスを行わな
いことから、レーザ素子の構造を複雑にすることはな
く、また、生産性を低下させることもない。また、多種
多様な半導体レーザ素子において幅広い適応性を有して
いる。
の活性領域における共振器端面のパターニング、選択エ
ッチング、及び埋め込み再成長の加工プロセスを行わな
いことから、レーザ素子の構造を複雑にすることはな
く、また、生産性を低下させることもない。また、多種
多様な半導体レーザ素子において幅広い適応性を有して
いる。
【図１】本発明における半導体レーザウェハの層構造を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図２】本発明における半導体レーザウェハをＳｉＯ2
ストライプによって選択エッチングしたときの断面図で
ある。
ストライプによって選択エッチングしたときの断面図で
ある。
【図３】本発明の製造方法において選択エッチングした
半導体レーザウェハに埋め込み再成長したときの断面図
である。
半導体レーザウェハに埋め込み再成長したときの断面図
である。
【図４】本発明の製造方法における半導体レーザバーの
共振器端面形成のための劈開工程を説明する図である。
共振器端面形成のための劈開工程を説明する図である。
【図５】本発明の製造方法における半導体レーザバーへ
の窒素ラジカルの照射を説明する図である。
の窒素ラジカルの照射を説明する図である。
【図６】本発明の製造方法における半導体レーザバーへ
の誘電体膜コーティングを説明する図である。
の誘電体膜コーティングを説明する図である。
【図７】本発明における半導体レーザウェハの層構造を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図８】本発明における半導体レーザウェハをＳｉＯ2
ストライプによって選択エッチングしたときの断面図で
ある。
ストライプによって選択エッチングしたときの断面図で
ある。
【図９】本発明の製造方法において選択エッチングした
半導体レーザウェハに埋め込み再成長したときの断面図
である。
半導体レーザウェハに埋め込み再成長したときの断面図
である。
【図１０】本発明の製造方法における半導体レーザバー
の共振器端面形成のための劈開工程を説明する図であ
る。
の共振器端面形成のための劈開工程を説明する図であ
る。
【図１１】本発明の製造方法における半導体レーザバー
への窒素ラジカルの照射を説明する図である。
への窒素ラジカルの照射を説明する図である。
【図１２】本発明の製造方法における半導体レーザバー
への誘電体膜コーティングを説明する図である。
への誘電体膜コーティングを説明する図である。
【図１３】従来の半導体レーザ素子の製造方法を説明す
るための図である。
るための図である。
【図１４】従来の半導体レ−ザ素子の製造方法を説明す
るための図である。
るための図である。
１、２７ ＧａＡｓ（００１）基板 ２、２８ ＧａＡｓ：Ｓｉバッファー層 ３ Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ：Ｓｉクラッド層 ４、１０ Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ光ガイド層 ５ ＧａＡｓバリア層 ６ Ｉｎ0.24Ｇａ0.76Ａｓ活性層 ７、９ ＧａＡｓバリア層 ８ Ｉｎ0.24Ｇａ0.76Ａｓ活性層 １１ Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ：Ｍｇクラッド層 １２ ＧａＡｓ：Ｍｇキャップ層 １３、３３ ＳｉＯ2ストライプ １４ Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ：Ｓｉ電流ブロック層 １５ ＧａＡｓ：Ｓｉ電流ブロック層 １６ ＧａＡｓ：Ｍｇキャップ層 １７、２３、３６、４２ 半導体レーザバー １８、３７ レーザバーホルダー １９、３８ 劈開用プレス ２０、３９ 加熱ヒータ ２１、４０ 超高真空チャンバ ２２、４１ ＲＦプラズマ励起銃 ２４、２５、４３、４４ Ａｌ2Ｏ3膜 ２６、４５ アモルファスＳｉ膜 ２９ （Ａｌ0.6Ｇａ0.4）0.5Ｉｎ0.5Ｐ：Ｓｉクラッド
層 ３０ Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ活性層 ３１ （Ａｌ0.6Ｇａ0.4）0.5Ｉｎ0.5Ｐ：Ｚｎクラッド
層 ３２、３５ ＧａＡｓ：Ｚｎキャップ層 ３４ ＧａＡｓ：Ｓｉ電流ブロック層 １０１ ｐ−ＧａＡｓ基板 １０２ ｎ−ＧａＡｓブロック層 １０３ ｐ−Ｇａ0.59Ａｌ0.49Ａｓクラッド層 １０４ ｐ−Ｇａ0.69Ａｌ0.31Ａｓガイド層 １０５ Ｇａ0.92Ａｌ0.08Ａｓ活性層 １０６ ｎ−Ｇａ0.50Ａｌ0.50Ａｓ閉じ込め層 １０７ ｎ−Ｇａ0.80Ａｌ0.20Ａｓバッファー層 １０８ ｎ−Ｇａ0.50Ａｌ0.50Ａｓクラッド層 １０９ ｎ−ＧａＡｓコンタクト層 ２００ａ、２００ｂ 共振器端面 ２０１ 基板 ２０２ 電流素子層 ２０２ａ Ｖ溝 ２０３、２０５ クラッド層 ２０４ 活性層 ２０６ コンタクト層 ２０７ａ、２０７ｂ 窓層 ２０８ａ、２０８ｂ 誘電体膜 ２０９ａ ｐ型電極 ２０９ｂ ｎ型電極
層 ３０ Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ活性層 ３１ （Ａｌ0.6Ｇａ0.4）0.5Ｉｎ0.5Ｐ：Ｚｎクラッド
層 ３２、３５ ＧａＡｓ：Ｚｎキャップ層 ３４ ＧａＡｓ：Ｓｉ電流ブロック層 １０１ ｐ−ＧａＡｓ基板 １０２ ｎ−ＧａＡｓブロック層 １０３ ｐ−Ｇａ0.59Ａｌ0.49Ａｓクラッド層 １０４ ｐ−Ｇａ0.69Ａｌ0.31Ａｓガイド層 １０５ Ｇａ0.92Ａｌ0.08Ａｓ活性層 １０６ ｎ−Ｇａ0.50Ａｌ0.50Ａｓ閉じ込め層 １０７ ｎ−Ｇａ0.80Ａｌ0.20Ａｓバッファー層 １０８ ｎ−Ｇａ0.50Ａｌ0.50Ａｓクラッド層 １０９ ｎ−ＧａＡｓコンタクト層 ２００ａ、２００ｂ 共振器端面 ２０１ 基板 ２０２ 電流素子層 ２０２ａ Ｖ溝 ２０３、２０５ クラッド層 ２０４ 活性層 ２０６ コンタクト層 ２０７ａ、２０７ｂ 窓層 ２０８ａ、２０８ｂ 誘電体膜 ２０９ａ ｐ型電極 ２０９ｂ ｎ型電極
Claims (3)
- 【請求項１】 III−Ｖ族化合物半導体レーザ素子にお
いて、少なくとも一つの共振器端面を超高真空中での劈
開によって形成し、得られた共振器端面を大気に露出す
ることなく、かつ、超高真空中で加熱しながら共振器端
面の表面及びその表面近傍のＶ族原子を異なるＶ族原子
で置換して、禁制帯幅の広い層を形成することを特徴と
する半導体レーザ素子の製造方法。 - 【請求項２】 超高真空中で加熱しながら窒素ラジカル
を照射して共振器端面の表面及びその表面近傍のＶ族原
子を窒素原子で置換する請求項１記載の半導体レーザ素
子の製造方法。 - 【請求項３】 共振器端面の表面及びその表面近傍に存
在するＶ族元素としてＡｓ又はＰの少なくとも一種類の
Ｖ族原子を窒素原子で置換する請求項２記載の半導体レ
ーザ素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9011340A JPH10209562A (ja) | 1997-01-24 | 1997-01-24 | 半導体レーザ素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9011340A JPH10209562A (ja) | 1997-01-24 | 1997-01-24 | 半導体レーザ素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10209562A true JPH10209562A (ja) | 1998-08-07 |
Family
ID=11775312
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9011340A Pending JPH10209562A (ja) | 1997-01-24 | 1997-01-24 | 半導体レーザ素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10209562A (ja) |
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| KR20040092764A (ko) * | 2003-04-29 | 2004-11-04 | 삼성전자주식회사 | 자기정렬을 이용한 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법 |
| JP2007287738A (ja) * | 2006-04-12 | 2007-11-01 | Sharp Corp | 半導体レーザ装置およびその製造方法、ならびに該半導体レーザ装置を用いた光伝送モジュールおよび光ディスク装置 |
| JP2009088207A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Panasonic Corp | 半導体レーザ装置およびその製造方法 |
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- 1997-01-24 JP JP9011340A patent/JPH10209562A/ja active Pending
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