JPH1084161A - 半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents
半導体レーザ及びその製造方法Info
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- JPH1084161A JPH1084161A JP8237023A JP23702396A JPH1084161A JP H1084161 A JPH1084161 A JP H1084161A JP 8237023 A JP8237023 A JP 8237023A JP 23702396 A JP23702396 A JP 23702396A JP H1084161 A JPH1084161 A JP H1084161A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/16—Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface
- H01S5/164—Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface with window regions comprising semiconductor material with a wider bandgap than the active layer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S5/162—Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface with window regions made by diffusion or disordening of the active layer
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 優れた特性の半導体レーザ及びその製造方法
を提供する。 【解決手段】 本方法は、活性層4の端面4fから、活
性層4内に、活性層4に含まれない元素Nを導入し、活
性層4の端面4f近傍の領域を、この元素Nを含み、活
性層4よりも広いエネルギーバンドギャップを有し、且
つ、その中を通じて活性層4内部で発生したレーザ光が
出射される化合物材料100fに置換する。
を提供する。 【解決手段】 本方法は、活性層4の端面4fから、活
性層4内に、活性層4に含まれない元素Nを導入し、活
性層4の端面4f近傍の領域を、この元素Nを含み、活
性層4よりも広いエネルギーバンドギャップを有し、且
つ、その中を通じて活性層4内部で発生したレーザ光が
出射される化合物材料100fに置換する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信、光記録及
び光情報処理等の分野で用いられる半導体レーザ及びそ
の製造方法に関する。
び光情報処理等の分野で用いられる半導体レーザ及びそ
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体レーザは、高出力で長時間
の連続発光を行うことが困難であった。特に、長距離光
通信においては、このような特性を満たす半導体レーザ
があれば、当該半導体レーザを内部に有する光中継器の
数を低減することができるとともに、この半導体レーザ
を交換する必要がなくなる。半導体レーザが高出力で長
時間連続発光できない原因の1つは、高出力時における
光出射端面の溶融破壊にあると考えられている。この故
障は、半導体レーザの高出力連続発光動作中に突然生じ
るため、COD(Catastrophic Optical Damage)と呼
称されている。特に、1.1μm以下の発振波長の半導
体レーザにおいては、CODは頻発する。EDFA(エ
ルビウム添加ファイバ増幅器)に代表される光ファイバ
増幅器用の光源として、発振波長約0.98μmの半導
体レーザが期待されるが、現在の波長1.1μm以下の
半導体レーザでは、上述のように高出力長時間の連続発
光を行うことが困難なため、このような光ファイバ増幅
器を用いた長距離光通信の実用化が阻まれている。
の連続発光を行うことが困難であった。特に、長距離光
通信においては、このような特性を満たす半導体レーザ
があれば、当該半導体レーザを内部に有する光中継器の
数を低減することができるとともに、この半導体レーザ
を交換する必要がなくなる。半導体レーザが高出力で長
時間連続発光できない原因の1つは、高出力時における
光出射端面の溶融破壊にあると考えられている。この故
障は、半導体レーザの高出力連続発光動作中に突然生じ
るため、COD(Catastrophic Optical Damage)と呼
称されている。特に、1.1μm以下の発振波長の半導
体レーザにおいては、CODは頻発する。EDFA(エ
ルビウム添加ファイバ増幅器)に代表される光ファイバ
増幅器用の光源として、発振波長約0.98μmの半導
体レーザが期待されるが、現在の波長1.1μm以下の
半導体レーザでは、上述のように高出力長時間の連続発
光を行うことが困難なため、このような光ファイバ増幅
器を用いた長距離光通信の実用化が阻まれている。
【0003】CODを抑制する手段として、半導体レー
ザ活性層端面と反射膜との間の非発光再結合中心の密度
を低下させたり、或いは、その増殖を抑制することが考
えられる。発振波長の光に対して透明なワイドエネルギ
ーバンドギャップの半導体層をこの端面に形成する所謂
ウインドウ構造は、ワイドエネルギーバンドギャップの
半導体層が端面近傍において非吸収領域として機能する
ため、非発光再結合中心の増殖が抑えられ、端面劣化が
生じにくくなる。また、活性層の端面近傍に電流非注入
領域を設けることで端面へのリーク電流を低減させる構
造も考えれ、このリーク電流の低減により端面における
非発光センターの増殖を防止する。さらに、米国特許第
5144634号に記載されるような厚さ数nmの超薄
膜で端面をコーティングした構造の半導体レーザが考え
られている。
ザ活性層端面と反射膜との間の非発光再結合中心の密度
を低下させたり、或いは、その増殖を抑制することが考
えられる。発振波長の光に対して透明なワイドエネルギ
ーバンドギャップの半導体層をこの端面に形成する所謂
ウインドウ構造は、ワイドエネルギーバンドギャップの
半導体層が端面近傍において非吸収領域として機能する
ため、非発光再結合中心の増殖が抑えられ、端面劣化が
生じにくくなる。また、活性層の端面近傍に電流非注入
領域を設けることで端面へのリーク電流を低減させる構
造も考えれ、このリーク電流の低減により端面における
非発光センターの増殖を防止する。さらに、米国特許第
5144634号に記載されるような厚さ数nmの超薄
膜で端面をコーティングした構造の半導体レーザが考え
られている。
【0004】また、特開平6−5986号公報には、活
性層に含まれる元素と同一の元素を当該端面から導入す
ることにより、活性層の端面を高抵抗化する方法が開示
されている。
性層に含まれる元素と同一の元素を当該端面から導入す
ることにより、活性層の端面を高抵抗化する方法が開示
されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、いずれ
の構造の半導体レーザにおいても、真空中での劈開を必
要としたり、新たな半導体層を端面に設けたりする必要
があり、その製造装置が複雑である。また、このような
方法を用いて製造された半導体レーザの再現性も高くな
いと思われる。そして、活性層に含まれる元素と同一の
元素を当該端面から導入する場合は、活性層の端面近傍
が高抵抗化するものの、製造された半導体レーザの高出
力長時間の連続発光特性は十分とは言えない。
の構造の半導体レーザにおいても、真空中での劈開を必
要としたり、新たな半導体層を端面に設けたりする必要
があり、その製造装置が複雑である。また、このような
方法を用いて製造された半導体レーザの再現性も高くな
いと思われる。そして、活性層に含まれる元素と同一の
元素を当該端面から導入する場合は、活性層の端面近傍
が高抵抗化するものの、製造された半導体レーザの高出
力長時間の連続発光特性は十分とは言えない。
【0006】本発明は、このような課題を解決するため
になされたものであり、高出力長時間の連続発光を行う
ことが可能な半導体レーザ及びその製造方法を提供する
ことを目的とする。
になされたものであり、高出力長時間の連続発光を行う
ことが可能な半導体レーザ及びその製造方法を提供する
ことを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体レー
ザの製造方法は、化合物半導体層の端面から、元素を導
入し、化合物半導体層の端面近傍の領域を、化合物半導
体層よりも広いエネルギーバンドギャップを有する化合
物材料に置換する工程を備える。本方法によれば、元素
を当該端面から導入し、端面近傍の化合物半導体層を、
この化合物半導体層よりも広いエネルギーバンドギャプ
を有する化合物材料で置換するので、化合物半導体層の
端面近傍が発振波長に対して透明な所謂ウインドウ領域
として機能し、端面劣化を防止することができる。ま
た、この化合物半導体層は、GaInAs、GaInA
sP又はGaInAsNであり、前記元素は、窒素又は
隣であることが好ましい。これらの元素との置換によっ
て、GaInAs、GaInAsP又はGaInAsN
の一部は、上記化合物半導体層よりもエネルギーバンド
ギャップの広いGaN系化合物半導体、GaInAsP
系化合物半導体又はGaP系化合物半導体に置換され
る。さらに、この導入は、磁場とマイクロ波の相互作用
を利用して、前記元素をプラズマ化することにより行う
ことが好ましく、この場合、良質の化合物層が形成され
る。そして、このような方法により製造された半導体レ
ーザは、レーザ光をその端面から出射するための化合物
半導体層と、この端面に設けられ、前記化合物半導体層
よりも広いエネルギーバンドギャップを有する層とを備
える。
ザの製造方法は、化合物半導体層の端面から、元素を導
入し、化合物半導体層の端面近傍の領域を、化合物半導
体層よりも広いエネルギーバンドギャップを有する化合
物材料に置換する工程を備える。本方法によれば、元素
を当該端面から導入し、端面近傍の化合物半導体層を、
この化合物半導体層よりも広いエネルギーバンドギャプ
を有する化合物材料で置換するので、化合物半導体層の
端面近傍が発振波長に対して透明な所謂ウインドウ領域
として機能し、端面劣化を防止することができる。ま
た、この化合物半導体層は、GaInAs、GaInA
sP又はGaInAsNであり、前記元素は、窒素又は
隣であることが好ましい。これらの元素との置換によっ
て、GaInAs、GaInAsP又はGaInAsN
の一部は、上記化合物半導体層よりもエネルギーバンド
ギャップの広いGaN系化合物半導体、GaInAsP
系化合物半導体又はGaP系化合物半導体に置換され
る。さらに、この導入は、磁場とマイクロ波の相互作用
を利用して、前記元素をプラズマ化することにより行う
ことが好ましく、この場合、良質の化合物層が形成され
る。そして、このような方法により製造された半導体レ
ーザは、レーザ光をその端面から出射するための化合物
半導体層と、この端面に設けられ、前記化合物半導体層
よりも広いエネルギーバンドギャップを有する層とを備
える。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る半導体レーザ
及びその製造方法の一実施の形態について、添付の図面
を用いて説明する。なお、同一要素には同一符号を用
い、重複する説明は省略する。
及びその製造方法の一実施の形態について、添付の図面
を用いて説明する。なお、同一要素には同一符号を用
い、重複する説明は省略する。
【0009】図1は、本実施の形態に係る半導体レーザ
の斜視図である。まず、本半導体レ−ザの構造について
説明する。本半導体レーザは、基板1上に順次積層され
た下部クラッド層2、下部光閉じ込め層3、活性層(化
合物半導体層)4、上部光閉じ込め層5、第1上部クラ
ッド層6、ガイド層8、第2上部クラッド層9及びコン
タクト層10を備え、好ましくは0.9〜1.1μm、
具体的には0.98μmの波長のレーザ光を出射するこ
とが可能である。また、本半導体レーザは、その長手方
向に延びる溝によって分割された電流ブロック層7を、
第1上部クラッド層6とコンタクト層10との間に有す
る。ガイド層8及び第2上部クラッド層9は、電流ブロ
ック層7を分割する溝(以下、分割溝)内に埋設されて
いる。コンタクト層10上面及び基板1下面には、それ
ぞれ、オーミック電極11及び12が形成されている。
の斜視図である。まず、本半導体レ−ザの構造について
説明する。本半導体レーザは、基板1上に順次積層され
た下部クラッド層2、下部光閉じ込め層3、活性層(化
合物半導体層)4、上部光閉じ込め層5、第1上部クラ
ッド層6、ガイド層8、第2上部クラッド層9及びコン
タクト層10を備え、好ましくは0.9〜1.1μm、
具体的には0.98μmの波長のレーザ光を出射するこ
とが可能である。また、本半導体レーザは、その長手方
向に延びる溝によって分割された電流ブロック層7を、
第1上部クラッド層6とコンタクト層10との間に有す
る。ガイド層8及び第2上部クラッド層9は、電流ブロ
ック層7を分割する溝(以下、分割溝)内に埋設されて
いる。コンタクト層10上面及び基板1下面には、それ
ぞれ、オーミック電極11及び12が形成されている。
【0010】化合物半導体層2〜6の分割溝直下の領
域、及び溝内の層8,9は、共振器を構成し、分割溝長
手方向の両端を含むこれらの層の端面は、共振器両端の
反射端面(結晶劈開面)を構成する。レーザ光の出射さ
れる側の反射端面(以下、出射面)上には、活性層4よ
りも広いエネルギーバンドギャップを有する化合物材料
100fが形成されている。また、化合物材料100f
の表面上には、SiN反射低減膜(以下、反射膜)20
が形成されている。出射面に対向する反射端面(以下、
高反射面)には、活性層4よりも広いエネルギーバンド
ギャップを有する化合物材料100bが形成されてい
る。この化合物材料100bの表面上は、多層反射膜3
0が形成されている。多層反射膜30は、誘電体薄膜3
1、アモルファスSi膜32、誘電体薄膜33、アモル
ファスSi膜34、誘電体薄膜35、アモルファスSi
膜36及び誘電体薄膜37から構成されている。
域、及び溝内の層8,9は、共振器を構成し、分割溝長
手方向の両端を含むこれらの層の端面は、共振器両端の
反射端面(結晶劈開面)を構成する。レーザ光の出射さ
れる側の反射端面(以下、出射面)上には、活性層4よ
りも広いエネルギーバンドギャップを有する化合物材料
100fが形成されている。また、化合物材料100f
の表面上には、SiN反射低減膜(以下、反射膜)20
が形成されている。出射面に対向する反射端面(以下、
高反射面)には、活性層4よりも広いエネルギーバンド
ギャップを有する化合物材料100bが形成されてい
る。この化合物材料100bの表面上は、多層反射膜3
0が形成されている。多層反射膜30は、誘電体薄膜3
1、アモルファスSi膜32、誘電体薄膜33、アモル
ファスSi膜34、誘電体薄膜35、アモルファスSi
膜36及び誘電体薄膜37から構成されている。
【0011】次に、各構成要素の材料等について説明す
る。基板1は、n型GaAsからなり、100μm程度
の厚みを有する。下部クラッド層2は、n型GaInP
からなり、好ましくは1〜2μm、具体的には1.5μ
mの厚みを有する。下部光閉じ込め層3は、アンドープ
GaInAsPからなり、好ましくは数十nm、具体的
には47nmの厚みを有する。活性層4は、アンドープ
GaInAsからなり、好ましくは数nm、具体的には
8nmの厚みを有する。上部光閉じ込め層5は、アンド
ープGaInAsPからなり、好ましくは数十nm、具
体的には47nmの厚みを有する。第1上部クラッド層
6は、p型GaInPからなり、好ましくは0.3〜
0.5μm、具体的には0.4μmの厚みを有する。ガ
イド層8は、p型GaAsからなり、好ましくは10〜
30nm、具体的には15nmの厚みを有する。第2上
部クラッド層9は、p型GaInPからなり、好ましく
は1〜2μm、具体的には1.1μmの厚みを有する。
コンタクト層10は、p型GaAsからなる。電流ブロ
ック層7は、n型AlGaInPかなり、クラッド層9
と略同等の厚みを有する。誘電体薄膜31,33,3
5,37は、SiNからなる。なお、誘電体薄膜20,
31,33,35,37の材料として、SiNの代わり
に、SiO2又はAl2O3を用いてもよい。化合物材料
100f及び100bは、共に、GaN系化合物半導体
であり、Ga、In、As及びNを含む。なお、各化合
物半導体層のエネルギーバンドギャップの大きさは、そ
れぞれの層の材料によって規定される値である。
る。基板1は、n型GaAsからなり、100μm程度
の厚みを有する。下部クラッド層2は、n型GaInP
からなり、好ましくは1〜2μm、具体的には1.5μ
mの厚みを有する。下部光閉じ込め層3は、アンドープ
GaInAsPからなり、好ましくは数十nm、具体的
には47nmの厚みを有する。活性層4は、アンドープ
GaInAsからなり、好ましくは数nm、具体的には
8nmの厚みを有する。上部光閉じ込め層5は、アンド
ープGaInAsPからなり、好ましくは数十nm、具
体的には47nmの厚みを有する。第1上部クラッド層
6は、p型GaInPからなり、好ましくは0.3〜
0.5μm、具体的には0.4μmの厚みを有する。ガ
イド層8は、p型GaAsからなり、好ましくは10〜
30nm、具体的には15nmの厚みを有する。第2上
部クラッド層9は、p型GaInPからなり、好ましく
は1〜2μm、具体的には1.1μmの厚みを有する。
コンタクト層10は、p型GaAsからなる。電流ブロ
ック層7は、n型AlGaInPかなり、クラッド層9
と略同等の厚みを有する。誘電体薄膜31,33,3
5,37は、SiNからなる。なお、誘電体薄膜20,
31,33,35,37の材料として、SiNの代わり
に、SiO2又はAl2O3を用いてもよい。化合物材料
100f及び100bは、共に、GaN系化合物半導体
であり、Ga、In、As及びNを含む。なお、各化合
物半導体層のエネルギーバンドギャップの大きさは、そ
れぞれの層の材料によって規定される値である。
【0012】次に、本半導体レーザの動作について説明
する。上下の電極11及び12間に電圧を印加し、電流
を供給すると、活性層4の分割溝直下の領域(活性領
域)に、活性層4上部のp型半導体層6側から正孔が、
活性層4下部のn型半導体層2側から電子が注入され
る。これらの注入キャリア密度が反転分布を作るのに必
要な最小値を越えると、誘導放出作用による光利得と共
振器の光損失とが均衡し、レーザ動作が開始される。活
性層4内部で発生したレーザ光は、共振器の反射端面間
を往復しながら増幅され、低反射膜20の形成された側
の出射端面から出射する。
する。上下の電極11及び12間に電圧を印加し、電流
を供給すると、活性層4の分割溝直下の領域(活性領
域)に、活性層4上部のp型半導体層6側から正孔が、
活性層4下部のn型半導体層2側から電子が注入され
る。これらの注入キャリア密度が反転分布を作るのに必
要な最小値を越えると、誘導放出作用による光利得と共
振器の光損失とが均衡し、レーザ動作が開始される。活
性層4内部で発生したレーザ光は、共振器の反射端面間
を往復しながら増幅され、低反射膜20の形成された側
の出射端面から出射する。
【0013】以上、説明したように、本半導体レーザ
は、レーザ光をその端面から出射するための化合物半導
体層4と、前記端面近傍に設けられ、元素Nを含み、化
合物半導体層4よりも広いエネルギーバンドギャップを
有し、発振光に対して透明なウインドウ領域として機能
する薄層を有する。
は、レーザ光をその端面から出射するための化合物半導
体層4と、前記端面近傍に設けられ、元素Nを含み、化
合物半導体層4よりも広いエネルギーバンドギャップを
有し、発振光に対して透明なウインドウ領域として機能
する薄層を有する。
【0014】次に、本半導体レーザの製造方法について
説明する。図2は、基板1を構成するウエハWの平面図
である。このウエハWは、(100)GaAsウエハ
(JUST基板)であり、オリエンテーションフラット
OFに垂直な線分L1及びL2、平行な線分L3及びL
8によって囲まれる素子形成領域を有する。本ウエハW
の素子形成領域には、複数の半導体レーザが製造され
る。まず、このウエハWから、縦列した複数の半導体レ
ーザ中間体から構成されるチップバーを製造する。以
下、この素子形成領域内の1つの半導体レーザの形成さ
れる領域のウエハWの断面を用いて、このチップバーの
製造方法について説明する。なお、以下の説明におい
て、図2のウエハW上に複数の素子が形成されたものも
ウエハWとして説明を行う。
説明する。図2は、基板1を構成するウエハWの平面図
である。このウエハWは、(100)GaAsウエハ
(JUST基板)であり、オリエンテーションフラット
OFに垂直な線分L1及びL2、平行な線分L3及びL
8によって囲まれる素子形成領域を有する。本ウエハW
の素子形成領域には、複数の半導体レーザが製造され
る。まず、このウエハWから、縦列した複数の半導体レ
ーザ中間体から構成されるチップバーを製造する。以
下、この素子形成領域内の1つの半導体レーザの形成さ
れる領域のウエハWの断面を用いて、このチップバーの
製造方法について説明する。なお、以下の説明におい
て、図2のウエハW上に複数の素子が形成されたものも
ウエハWとして説明を行う。
【0015】図3乃至図5は、図2のウエハWのX−X
矢印断面によって示される半導体レーザ中間体を示す。
上記チップバーの製造は、以下の方法を用いて行う。ま
ず、図3に示すように、基板1(GaAsウエハW)上
に、下部クラッド層2、下部光閉じ込め層3、活性層
4、上部光閉じ込め層5、第1上部クラッド層6、ガイ
ド層8及び第2上部クラッド層9を順次積層する。この
積層は、有機金属気相成長(OMVPE)法を用いて行
う。
矢印断面によって示される半導体レーザ中間体を示す。
上記チップバーの製造は、以下の方法を用いて行う。ま
ず、図3に示すように、基板1(GaAsウエハW)上
に、下部クラッド層2、下部光閉じ込め層3、活性層
4、上部光閉じ込め層5、第1上部クラッド層6、ガイ
ド層8及び第2上部クラッド層9を順次積層する。この
積層は、有機金属気相成長(OMVPE)法を用いて行
う。
【0016】次に、図4に示すように、第2上部クラッ
ド層9及びガイド層8上の所定領域にマスクを形成し、
これらの層9及び8を順次エッチングする。すなわち、
まず、第2上部クラッド層9の露出領域をエッチング液
を用いて逆メサ型にウエットエッチングする。なお、逆
メサが形成されるのは、クラッド層9の結晶面方位に対
するエッチング速度が異なっているためであり、エッチ
ング液の濃度は、このようなエッチングが行われるよう
に、適宜設定すればよい。なお、このエッチング時に、
ガイド層8はエッチングブロック層として機能するの
で、ガイド層8の上側に位置する第2上部クラッド層9
の露出領域のみが選択的にエッチングされる。しかる
後、エッチング液を変えて、ガイド層8の露出領域をエ
ッチングする。このエッチング時には、ガイド層8直下
の第1上部クラッド層6がエッチングブロック層として
機能するので、ガイド層8の露出領域のみが選択的にエ
ッチングされる。
ド層9及びガイド層8上の所定領域にマスクを形成し、
これらの層9及び8を順次エッチングする。すなわち、
まず、第2上部クラッド層9の露出領域をエッチング液
を用いて逆メサ型にウエットエッチングする。なお、逆
メサが形成されるのは、クラッド層9の結晶面方位に対
するエッチング速度が異なっているためであり、エッチ
ング液の濃度は、このようなエッチングが行われるよう
に、適宜設定すればよい。なお、このエッチング時に、
ガイド層8はエッチングブロック層として機能するの
で、ガイド層8の上側に位置する第2上部クラッド層9
の露出領域のみが選択的にエッチングされる。しかる
後、エッチング液を変えて、ガイド層8の露出領域をエ
ッチングする。このエッチング時には、ガイド層8直下
の第1上部クラッド層6がエッチングブロック層として
機能するので、ガイド層8の露出領域のみが選択的にエ
ッチングされる。
【0017】次に、図5に示すように、エッチングによ
り露出したガイド層8及び第2上部クラッド層9の露出
表面を覆うように、電流ブロック層7を第1上部クラッ
ド層6の上に形成する。電流ブロック層7の堆積は、そ
の上面が、第2上部クラッド層9の上面と一致する程度
まで行う。電流ブロック層7の形成後、第2上部クラッ
ド層9上に形成されたマスクを除去し、コンタクト層1
0を第2上部クラッド層9及び電流ブロック層7上に形
成する。この後、コンタクト層10及び基板1の露出表
面にそれぞれ電極11及び12を蒸着する。最後に、図
2に示したウエハWを、結晶方位に一致する線分L1〜
L8に沿って劈開し、チップバーを製造する。
り露出したガイド層8及び第2上部クラッド層9の露出
表面を覆うように、電流ブロック層7を第1上部クラッ
ド層6の上に形成する。電流ブロック層7の堆積は、そ
の上面が、第2上部クラッド層9の上面と一致する程度
まで行う。電流ブロック層7の形成後、第2上部クラッ
ド層9上に形成されたマスクを除去し、コンタクト層1
0を第2上部クラッド層9及び電流ブロック層7上に形
成する。この後、コンタクト層10及び基板1の露出表
面にそれぞれ電極11及び12を蒸着する。最後に、図
2に示したウエハWを、結晶方位に一致する線分L1〜
L8に沿って劈開し、チップバーを製造する。
【0018】図6は、このチップバーの正面図である。
本チップバーは、図2の劈開面L1,、L2、L3、L
4によって囲まれた領域から取り出されたものである。
同図に示すように、このチップバーは、同一構造の半導
体レーザ中間体LD1〜LD5を備えている。
本チップバーは、図2の劈開面L1,、L2、L3、L
4によって囲まれた領域から取り出されたものである。
同図に示すように、このチップバーは、同一構造の半導
体レーザ中間体LD1〜LD5を備えている。
【0019】次に、化合物材料100f,100b及び
反射膜20,30の形成について説明する。図7は、図
6に示したチップバーのY−Y矢印断面である。まず、
出射面4fから、活性層4及び共通の端面を有する半導
体層内に窒素原子を導入する。すなわち、図7に示すチ
ップバーをECR(電子サイクロトロン共鳴)CVD装
置内に導入し、ECR装置内で発生する窒素プラズマイ
オンが照射されるように配置する。この窒素原子の導入
により、出射面4f近傍の活性層4が、化合物半導体材
料100fに置換される。この化合物半導体材料100
fは、Asを若干含むものの、活性層4内に当初存在し
たAs原子が、N原子と置換することにより、その主成
分はGaInNからなる。なお。このとき、ECRプラ
ズマCVD装置のチャンバ内において、高密度のプラズ
マが発生しない場合は、窒素ガスに加え、Arガスを当
該チャンバ内に導入する。この場合、Arガスによって
窒素ガスの電離が促進され、窒素プラズマの密度が高く
なり、端面の窒化が促進される。
反射膜20,30の形成について説明する。図7は、図
6に示したチップバーのY−Y矢印断面である。まず、
出射面4fから、活性層4及び共通の端面を有する半導
体層内に窒素原子を導入する。すなわち、図7に示すチ
ップバーをECR(電子サイクロトロン共鳴)CVD装
置内に導入し、ECR装置内で発生する窒素プラズマイ
オンが照射されるように配置する。この窒素原子の導入
により、出射面4f近傍の活性層4が、化合物半導体材
料100fに置換される。この化合物半導体材料100
fは、Asを若干含むものの、活性層4内に当初存在し
たAs原子が、N原子と置換することにより、その主成
分はGaInNからなる。なお。このとき、ECRプラ
ズマCVD装置のチャンバ内において、高密度のプラズ
マが発生しない場合は、窒素ガスに加え、Arガスを当
該チャンバ内に導入する。この場合、Arガスによって
窒素ガスの電離が促進され、窒素プラズマの密度が高く
なり、端面の窒化が促進される。
【0020】窒素ガスは、古くからプロセスガスとして
電子産業の分野で極めて広範に用いられており、高純度
のものを安く、容易に入手することができるという利点
がある。従って、窒素ガスを用いることで、低処理コス
トで且つ高純度の端面窒化処理を行うことができる。こ
こでは、プラズマ照射の手法としてECR方式を用いる
が、高純度プラズマの照射が可能であって、且つ、半導
体表面に対して損傷を与えないイオンを照射できる方式
であれば、ヘリコン波方式を用いてもよい。これらの磁
場及びマイクロ波の相互作用を利用した方式は、端面近
傍へのダメージを導入することがなく、窒素ガス等を端
面から半導体層内へ導入することができる。さらに、こ
れらの方式は、低温(数十°C)においても行うことが
できるため、製造時に、半導体層内へ熱的なダメージが
導入されない。
電子産業の分野で極めて広範に用いられており、高純度
のものを安く、容易に入手することができるという利点
がある。従って、窒素ガスを用いることで、低処理コス
トで且つ高純度の端面窒化処理を行うことができる。こ
こでは、プラズマ照射の手法としてECR方式を用いる
が、高純度プラズマの照射が可能であって、且つ、半導
体表面に対して損傷を与えないイオンを照射できる方式
であれば、ヘリコン波方式を用いてもよい。これらの磁
場及びマイクロ波の相互作用を利用した方式は、端面近
傍へのダメージを導入することがなく、窒素ガス等を端
面から半導体層内へ導入することができる。さらに、こ
れらの方式は、低温(数十°C)においても行うことが
できるため、製造時に、半導体層内へ熱的なダメージが
導入されない。
【0021】本方式による活性層4の窒化においては、
主として、活性層4内のGaとNとが結合し、10〜2
0nmの厚みを有するGaN系化合物半導体層が形成さ
れていると考えられる。この化合物半導体層は、上記方
式を用いているため、低表面準位密度の良質な高抵抗層
である。このような良質のGaN系化合物半導体層10
0fは、その端面14fへのリーク電流を低減し、反射
膜20との界面における非発光再結合中心の低減、CO
D劣化の防止が期待できる。さらに、この半導体層10
0fは、エネルギーバンドギャップが活性層4よりも広
いため、出射されるレーザ光の波長に対しては透明なウ
インドウ領域として機能する。そして、これらの相乗効
果により、COD劣化を劇的に抑制することが可能とな
る。
主として、活性層4内のGaとNとが結合し、10〜2
0nmの厚みを有するGaN系化合物半導体層が形成さ
れていると考えられる。この化合物半導体層は、上記方
式を用いているため、低表面準位密度の良質な高抵抗層
である。このような良質のGaN系化合物半導体層10
0fは、その端面14fへのリーク電流を低減し、反射
膜20との界面における非発光再結合中心の低減、CO
D劣化の防止が期待できる。さらに、この半導体層10
0fは、エネルギーバンドギャップが活性層4よりも広
いため、出射されるレーザ光の波長に対しては透明なウ
インドウ領域として機能する。そして、これらの相乗効
果により、COD劣化を劇的に抑制することが可能とな
る。
【0022】図8は、化合物材料100fの形成された
チップバーのY−Y矢印断面図である。化合物材料10
0fの形成後、活性層4の出射面4fに対向する端面4
b側から、活性層4内に窒素原子を導入する。この導入
工程は、化合物材料100fを形成する工程と同一であ
るので、説明を省略する。
チップバーのY−Y矢印断面図である。化合物材料10
0fの形成後、活性層4の出射面4fに対向する端面4
b側から、活性層4内に窒素原子を導入する。この導入
工程は、化合物材料100fを形成する工程と同一であ
るので、説明を省略する。
【0023】図9は、双方の端面にそれぞれ化合物材料
100f及び100bの形成されたチップバーのY−Y
矢印断面図である。これらの材料100f及び100b
の形成後、このECRプラズマCVD装置を用いて、反
射膜20を化合物材料100fの出射面14f上に形成
する。すなわち、厚み100nm以上のSiN反射膜2
0を出射面14f上に形成する。
100f及び100bの形成されたチップバーのY−Y
矢印断面図である。これらの材料100f及び100b
の形成後、このECRプラズマCVD装置を用いて、反
射膜20を化合物材料100fの出射面14f上に形成
する。すなわち、厚み100nm以上のSiN反射膜2
0を出射面14f上に形成する。
【0024】図10は、反射膜20の形成されたチップ
バーのY−Y矢印断面図である。形成された反射膜20
の波長0.98μmのレーザ光に対する反射率は、好ま
しくは10%以下、具体的には3%である。次に、この
ECR装置を用いて、反射膜30を化合物材料100b
の高反射面14b上に形成する。すなわち、高反射面1
4b上に、SiN膜を4層、アモルファスSi膜を3
層、互いに交互に積層する。この工程により、複数の半
導体レーザからなるチップバーが形成される。なお、図
11は、完成した半導体レーザを備えたチップバーのY
−Y矢印断面図である。形成された反射膜30の波長
0.98μmのレーザ光に対する反射率は、好ましくは
90%以上、具体的には93%である。
バーのY−Y矢印断面図である。形成された反射膜20
の波長0.98μmのレーザ光に対する反射率は、好ま
しくは10%以下、具体的には3%である。次に、この
ECR装置を用いて、反射膜30を化合物材料100b
の高反射面14b上に形成する。すなわち、高反射面1
4b上に、SiN膜を4層、アモルファスSi膜を3
層、互いに交互に積層する。この工程により、複数の半
導体レーザからなるチップバーが形成される。なお、図
11は、完成した半導体レーザを備えたチップバーのY
−Y矢印断面図である。形成された反射膜30の波長
0.98μmのレーザ光に対する反射率は、好ましくは
90%以上、具体的には93%である。
【0025】最後に、図6に示した劈開面L9〜L12
に沿って各半導体レーザLD1〜LD5を分離すること
により、図1に示した半導体レーザが製造される。
に沿って各半導体レーザLD1〜LD5を分離すること
により、図1に示した半導体レーザが製造される。
【0026】次に、別の実施の態様に係る半導体レーザ
及びその製造方法について、説明する。本半導体レーザ
の構造は、図1に示したものと同一であり、化合物材料
100f及び100bの材料のみが異なる。本実施の態
様における化合物材料100f及び100bの材料は、
GaInAsPである。なお、説明においては、上記化
合物半導体において、構成元素の比率が異なる場合、例
えば、GaInAsxP1-x(0≦x<1)においても、
単に、GaInAsPと記載する。GaInAsPもG
aInAsより、そのエネルギーバンドギャップが広
く、出射レーザ光の波長に対してウインドウとして機能
する。
及びその製造方法について、説明する。本半導体レーザ
の構造は、図1に示したものと同一であり、化合物材料
100f及び100bの材料のみが異なる。本実施の態
様における化合物材料100f及び100bの材料は、
GaInAsPである。なお、説明においては、上記化
合物半導体において、構成元素の比率が異なる場合、例
えば、GaInAsxP1-x(0≦x<1)においても、
単に、GaInAsPと記載する。GaInAsPもG
aInAsより、そのエネルギーバンドギャップが広
く、出射レーザ光の波長に対してウインドウとして機能
する。
【0027】次に、本半導体レーザの製造方法について
説明する。本方法は、上述の実施の態様に係る製造方法
と比較して、端面4f及び4bを介して活性層4内に導
入する元素の種類のみが異なる。本方法において、活性
層4及び共通の端面を有する半導体層内に隣原子を導入
する。導入においては、上記と同一のCVD装置を用
い、PH3ガス、若しくはPH3ガスとArガスの混合ガ
スを、窒素ガスの代わりに用いる。この導入により、活
性層4の端面4f及び4b近傍の領域中のAs原子の一
部又は全部はP原子と置換され、GaInAsPからな
る化合物材料100f及び100bが形成される。この
GaInAsP層は、活性層4よりもエネルギーバンド
ギャップの広い、所謂ウインドウ領域として機能し、そ
のため、端面における光吸収が抑制され、COD耐性が
劇的に向上する。さらに、本方法によれば、これらの端
面4f及び4bが、P及びHによってパッシベートされ
ることにより、端面の表面準位が大幅に低減され、これ
もCOD劣化防止に有効に寄与する。また、PH3ガス
は、高純度を要求される有機金属気相成長(OMVP
E)法用の原料ガスとして、古くからその精製技術が発
達しており、高純度のものを低価格で容易に入手するこ
とができ、且つ、パッシベートに有効なP及びHを同時
に発生することができる。したがって、PH3ガスを用
いることにより、低処理コストで高純度且つ高効率の端
面隣、水素処理を行うことができる。さらに、本プラズ
マ照射により、As空格子等の表面欠陥がP原子により
充填され、P原子の添加により、表面準位形成の要因と
なるAs自由原子の形成が抑制されるとともに、水素プ
ラズマにより端面が清浄化され、パッシベーションされ
て表面欠陥がさらに減少する。また、本プラズマ処理の
際に発生するPの空格子に起因する欠陥がPプラズマに
よってパッシベーションされ、表面準位をさらに低減さ
せることができる。また、P及びHのプラズマを併せて
照射することにより、プラズマ照射後、高温アニールを
行っても、深い準位の欠陥の発生が抑制される。なお、
反射膜20及び30は、通常のCVD法又はスパッタ法
等を用いて形成してもよい。
説明する。本方法は、上述の実施の態様に係る製造方法
と比較して、端面4f及び4bを介して活性層4内に導
入する元素の種類のみが異なる。本方法において、活性
層4及び共通の端面を有する半導体層内に隣原子を導入
する。導入においては、上記と同一のCVD装置を用
い、PH3ガス、若しくはPH3ガスとArガスの混合ガ
スを、窒素ガスの代わりに用いる。この導入により、活
性層4の端面4f及び4b近傍の領域中のAs原子の一
部又は全部はP原子と置換され、GaInAsPからな
る化合物材料100f及び100bが形成される。この
GaInAsP層は、活性層4よりもエネルギーバンド
ギャップの広い、所謂ウインドウ領域として機能し、そ
のため、端面における光吸収が抑制され、COD耐性が
劇的に向上する。さらに、本方法によれば、これらの端
面4f及び4bが、P及びHによってパッシベートされ
ることにより、端面の表面準位が大幅に低減され、これ
もCOD劣化防止に有効に寄与する。また、PH3ガス
は、高純度を要求される有機金属気相成長(OMVP
E)法用の原料ガスとして、古くからその精製技術が発
達しており、高純度のものを低価格で容易に入手するこ
とができ、且つ、パッシベートに有効なP及びHを同時
に発生することができる。したがって、PH3ガスを用
いることにより、低処理コストで高純度且つ高効率の端
面隣、水素処理を行うことができる。さらに、本プラズ
マ照射により、As空格子等の表面欠陥がP原子により
充填され、P原子の添加により、表面準位形成の要因と
なるAs自由原子の形成が抑制されるとともに、水素プ
ラズマにより端面が清浄化され、パッシベーションされ
て表面欠陥がさらに減少する。また、本プラズマ処理の
際に発生するPの空格子に起因する欠陥がPプラズマに
よってパッシベーションされ、表面準位をさらに低減さ
せることができる。また、P及びHのプラズマを併せて
照射することにより、プラズマ照射後、高温アニールを
行っても、深い準位の欠陥の発生が抑制される。なお、
反射膜20及び30は、通常のCVD法又はスパッタ法
等を用いて形成してもよい。
【0028】以上、説明したように、本製造方法は、化
合物半導体層4の端面4fから、化合物半導体層4内に
化合物半導体層4に含まれない元素を導入し、化合物半
導体層4の端面4f近傍の領域を、この元素を含み、化
合物半導体層4よりも広いエネルギーバンドギャップを
有し、且つ、その中を通じて化合物半導体層4内部で発
生したレーザ光が出射される化合物材料100fに置換
する。なお、本発明に係る半導体レーザにおいては、活
性層4の材料として、GaInAsを用いたが、これ
は、GaAs、GaInP、AlGaInP、GaIn
AsP又はGaInAsN等を代わりに用いてもよい。
また、本発明に係る半導体レーザにおいては、クラッド
層2、6の材料として、GaInPを用いたが、AlG
aInP又はAlGaAs等を代わりに用いてもよい。
さらに、上記元素の導入は、磁場とマイクロ波の相互作
用を利用して、前記元素をプラズマ化することにより行
うことが好ましい。なお、活性層4としては、端面近傍
に形成されるGaInAsPよりも狭いエネルギーバン
ドギャップを有するGaInAsPを採用することも可
能である。
合物半導体層4の端面4fから、化合物半導体層4内に
化合物半導体層4に含まれない元素を導入し、化合物半
導体層4の端面4f近傍の領域を、この元素を含み、化
合物半導体層4よりも広いエネルギーバンドギャップを
有し、且つ、その中を通じて化合物半導体層4内部で発
生したレーザ光が出射される化合物材料100fに置換
する。なお、本発明に係る半導体レーザにおいては、活
性層4の材料として、GaInAsを用いたが、これ
は、GaAs、GaInP、AlGaInP、GaIn
AsP又はGaInAsN等を代わりに用いてもよい。
また、本発明に係る半導体レーザにおいては、クラッド
層2、6の材料として、GaInPを用いたが、AlG
aInP又はAlGaAs等を代わりに用いてもよい。
さらに、上記元素の導入は、磁場とマイクロ波の相互作
用を利用して、前記元素をプラズマ化することにより行
うことが好ましい。なお、活性層4としては、端面近傍
に形成されるGaInAsPよりも狭いエネルギーバン
ドギャップを有するGaInAsPを採用することも可
能である。
【0029】
【発明の効果】本発明の製造方法を用いることにより、
COD耐性を向上させ、高出力長時間の連続発光を行う
ことが可能な半導体レーザを製造することができる。ま
た、本方法は、反射膜形成の前処理の一環として簡単に
実施することができるので、通常の半導体レーザプロセ
スとの整合性が高く、生産性、製造コストを損なうこと
がない。
COD耐性を向上させ、高出力長時間の連続発光を行う
ことが可能な半導体レーザを製造することができる。ま
た、本方法は、反射膜形成の前処理の一環として簡単に
実施することができるので、通常の半導体レーザプロセ
スとの整合性が高く、生産性、製造コストを損なうこと
がない。
【図1】半導体レーザの斜視図。
【図2】ウエハの平面図。
【図3】半導体レーザ中間体の断面図。
【図4】半導体レーザ中間体の断面図。
【図5】半導体レーザ中間体の断面図。
【図6】チップバーの正面図。
【図7】チップバーの断面図。
【図8】チップバーの断面図。
【図9】チップバーの断面図。
【図10】チップバーの断面図。
【図11】チップバーの断面図。
【符号の説明】 4…化合物半導体層、4f,14f…端面、100f…
化合物材料。
化合物材料。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福井 二郎 神奈川県横浜市栄区田谷町1番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内
Claims (3)
- 【請求項1】 化合物半導体層の端面から、元素を導入
し、前記化合物半導体層の前記端面近傍の領域を、前記
化合物半導体層よりも広いエネルギーバンドギャップを
有する化合物材料に置換する工程を備えることを特徴と
する半導体レーザの製造方法。 - 【請求項2】 前記導入は、磁場とマイクロ波の相互作
用を利用して、前記元素をプラズマ化することにより行
うことを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザの製
造方法。 - 【請求項3】 レーザ光をその端面から出射するための
化合物半導体層と、前記端面近傍に設けられ、前記化合
物半導体層よりも広いエネルギーバンドギャップを有す
る層と、を備えることを特徴とする半導体レーザ。
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