JPS6033320B2 - 半導体レ−ザ及びその製造方法 - Google Patents
半導体レ−ザ及びその製造方法Info
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- JPS6033320B2 JPS6033320B2 JP3432478A JP3432478A JPS6033320B2 JP S6033320 B2 JPS6033320 B2 JP S6033320B2 JP 3432478 A JP3432478 A JP 3432478A JP 3432478 A JP3432478 A JP 3432478A JP S6033320 B2 JPS6033320 B2 JP S6033320B2
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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
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体レーザ、特に反射面劣化を防止するため
の反射面保護膜のついた半導体レーザ及びそ製造方法に
関するものである。
の反射面保護膜のついた半導体レーザ及びそ製造方法に
関するものである。
ＧａＡｓ−ＡＩＧａＡｓダブルヘテロ構造半導体レーザ
は室温においては、数ｍＷ〜１の欧ｍＷの出力では数万
時間以上連続動作するが光通信の光源等の実用的使用に
耐えるためには通電中に出力が減少するいわゆる劣化現
象を抑制し、１０万時間以上の連続動作を実現する必要
がある。
は室温においては、数ｍＷ〜１の欧ｍＷの出力では数万
時間以上連続動作するが光通信の光源等の実用的使用に
耐えるためには通電中に出力が減少するいわゆる劣化現
象を抑制し、１０万時間以上の連続動作を実現する必要
がある。
半導体レーザの劣化を招く、主原因は通電による活性層
内部の転位の発生、及び外部の反射面の劣化である。転
位の発生は半導体レーザの初期の急速な劣化を生じせし
めるが、低転位密度基板の使用、ＧａＡｓ活性層への少
量のＮやＰの添加による結晶成長技術によって抑制でき
る。一方、１方時間以上の長時間にわたってレーザの光
出力が漸次減少する現象は、反射面の劣化に起因するこ
とが確かめられている。半導体レーザを酸素を含む雰囲
気中で動作させるとＧａＡｓと酸素とが反応して、Ｇａ
船反射面が酸化され、ＧａＡｓの酸化膜が反射面上に形
成されることが見出されている。かかる酸化膜が反射面
の劣化、ひいてはレーザの劣化を生じせしめる原因とな
る。この表面酸化反応は活性層に励起されたキャリア、
及び光によって促進される。従って、かかる反射面の劣
化を防止するためには、外気中の酸素をしや断すること
が必要であり、Ｓｊ○，Ｓｉ０２，ＡＩ２０３膜などの
誘電体保護膜で反射面を被覆することが行なわれている
。しかしながらＳｉｏはＧａ船との密着性が悪く、吸湿
性であるため、保護膜としては不十分でである。Ｓｉ０
２はＧａＡｓとの密着性は良く、機械的にも堅牢である
ため、保護機能はあるが、Ｎａイオンを通しやすい性質
があるので、反射面に雰囲気中のＮａイオンが付着し、
かかるＮａィオンンに引き寄せられた酸素イオンにより
反射面の酸化が生じる。またＧａはＳｉ０２に溶解する
ため長時間の動作中に反射面のＧａがＳｉ０２中に拡散
して界面が変質し、レーザの劣化が進行する。Ｓｉ０２
の膨張係数はＧａ船よりも一桁小さいため、Ｓｉ０２膜
と反射面との間には応力が生じる。半導体レーザの動作
中に反射面にこのような応力がかかることは、半導体レ
ーザを劣化せしめる原因となる。ＡＩ２０３膜は安定、
強固であり膨張係数も半導体レーザ結晶とほぼ同一であ
り、Ｇａと反応することもないため、半導体レーザの反
射面の保護膜としての機能はすぐれていいるが、既に知
られた山２０３の付着方法を適用した場合、反射面とＡ
Ｉ２０３膜との界面にＧａＡｓの酸化膜が生じるという
欠点がある。現在知られている方法としてはＣＶＤ、ス
パッタ、電子ーム蒸着があるが、いずれの方法において
も試料温度を３００ｏｏ以上にする必要があるため、残
留酸素あるいはＮ２０３より分離された酸素とＧａ船と
が反応して、ＧａＡｓ反射面表面にはＡＩ２０３膜が形
成される前にＧａＡｓの酸化膜が形成される。従ってこ
これらの方法においては、レーザを劣化させる原因とな
るＣａＡｓ酸化膜を界面に含むことになる。また、通常
使用されるオートミック電極は３００ｑｏ以上では変質
するため、保護膜形成後に電極をつけることになり、半
導体レーザ製造過程が複雑になる。上述した欠点のない
保護膜としてては、高抵抗Ｓｉ、高抵抗Ｓｉ上にさらに
Ｓｉ０２をつけたもの、及びＮを直接反射面につけて、
該ＡＩを酸化して山２０３とするものが提案されている
が、高抵抗Ｓｉのみをつける場合は、Ｓｉ膜が半導体レ
ーザの光を吸収するために、反射面保護膜としてのＳｉ
膜は２００人以下程度に薄くする必要がある。
内部の転位の発生、及び外部の反射面の劣化である。転
位の発生は半導体レーザの初期の急速な劣化を生じせし
めるが、低転位密度基板の使用、ＧａＡｓ活性層への少
量のＮやＰの添加による結晶成長技術によって抑制でき
る。一方、１方時間以上の長時間にわたってレーザの光
出力が漸次減少する現象は、反射面の劣化に起因するこ
とが確かめられている。半導体レーザを酸素を含む雰囲
気中で動作させるとＧａＡｓと酸素とが反応して、Ｇａ
船反射面が酸化され、ＧａＡｓの酸化膜が反射面上に形
成されることが見出されている。かかる酸化膜が反射面
の劣化、ひいてはレーザの劣化を生じせしめる原因とな
る。この表面酸化反応は活性層に励起されたキャリア、
及び光によって促進される。従って、かかる反射面の劣
化を防止するためには、外気中の酸素をしや断すること
が必要であり、Ｓｊ○，Ｓｉ０２，ＡＩ２０３膜などの
誘電体保護膜で反射面を被覆することが行なわれている
。しかしながらＳｉｏはＧａ船との密着性が悪く、吸湿
性であるため、保護膜としては不十分でである。Ｓｉ０
２はＧａＡｓとの密着性は良く、機械的にも堅牢である
ため、保護機能はあるが、Ｎａイオンを通しやすい性質
があるので、反射面に雰囲気中のＮａイオンが付着し、
かかるＮａィオンンに引き寄せられた酸素イオンにより
反射面の酸化が生じる。またＧａはＳｉ０２に溶解する
ため長時間の動作中に反射面のＧａがＳｉ０２中に拡散
して界面が変質し、レーザの劣化が進行する。Ｓｉ０２
の膨張係数はＧａ船よりも一桁小さいため、Ｓｉ０２膜
と反射面との間には応力が生じる。半導体レーザの動作
中に反射面にこのような応力がかかることは、半導体レ
ーザを劣化せしめる原因となる。ＡＩ２０３膜は安定、
強固であり膨張係数も半導体レーザ結晶とほぼ同一であ
り、Ｇａと反応することもないため、半導体レーザの反
射面の保護膜としての機能はすぐれていいるが、既に知
られた山２０３の付着方法を適用した場合、反射面とＡ
Ｉ２０３膜との界面にＧａＡｓの酸化膜が生じるという
欠点がある。現在知られている方法としてはＣＶＤ、ス
パッタ、電子ーム蒸着があるが、いずれの方法において
も試料温度を３００ｏｏ以上にする必要があるため、残
留酸素あるいはＮ２０３より分離された酸素とＧａ船と
が反応して、ＧａＡｓ反射面表面にはＡＩ２０３膜が形
成される前にＧａＡｓの酸化膜が形成される。従ってこ
これらの方法においては、レーザを劣化させる原因とな
るＣａＡｓ酸化膜を界面に含むことになる。また、通常
使用されるオートミック電極は３００ｑｏ以上では変質
するため、保護膜形成後に電極をつけることになり、半
導体レーザ製造過程が複雑になる。上述した欠点のない
保護膜としてては、高抵抗Ｓｉ、高抵抗Ｓｉ上にさらに
Ｓｉ０２をつけたもの、及びＮを直接反射面につけて、
該ＡＩを酸化して山２０３とするものが提案されている
が、高抵抗Ｓｉのみをつける場合は、Ｓｉ膜が半導体レ
ーザの光を吸収するために、反射面保護膜としてのＳｉ
膜は２００人以下程度に薄くする必要がある。
このように薄いＳｉ膜はピンホールを多く含む上、外部
よりの機械的衝撃に対する防御機能が低いという欠点を
有する。高抵抗Ｓｉ膜に、さらにＳｊ０２膜をつけたも
のはＳｉ単独のものよりも半導体レーザの反射面の保護
膜としてはすぐれているが、前述したようにＳｊ○とＧ
ａＡｓとの熱膨張係数の違いにより反射面にかかる応力
が半導体レーザの劣化原因となる。また反射面にＮをつ
けて、該ＡＩを酸化する方法は、酸化時間が長いとＧａ
Ａｓも酸化さされる。Ｇａ船を酸化することなく、ＡＩ
のみをすべて酸化することはきわめて困難である。本発
明は上述した如き欠点のない保護膜を反射面につけるこ
とによって、長時間動作しても劣化しない半導体レーザ
、及びその製造方法を提供するものである。
よりの機械的衝撃に対する防御機能が低いという欠点を
有する。高抵抗Ｓｉ膜に、さらにＳｊ０２膜をつけたも
のはＳｉ単独のものよりも半導体レーザの反射面の保護
膜としてはすぐれているが、前述したようにＳｊ○とＧ
ａＡｓとの熱膨張係数の違いにより反射面にかかる応力
が半導体レーザの劣化原因となる。また反射面にＮをつ
けて、該ＡＩを酸化する方法は、酸化時間が長いとＧａ
Ａｓも酸化さされる。Ｇａ船を酸化することなく、ＡＩ
のみをすべて酸化することはきわめて困難である。本発
明は上述した如き欠点のない保護膜を反射面につけるこ
とによって、長時間動作しても劣化しない半導体レーザ
、及びその製造方法を提供するものである。
すなわちＳｉがＧａＡｓに対して密着性が良いことを利
用して、まずＧａＡｓ反射面にＳｉを付着せしめ、譲る
ｉ膜上にさらに山２０３膜を付着せしめることによって
、反射面の酸化を防ぐのに十分な保護膜を形成した、劣
化のない信頼性の高い半導体レーザを得る。
用して、まずＧａＡｓ反射面にＳｉを付着せしめ、譲る
ｉ膜上にさらに山２０３膜を付着せしめることによって
、反射面の酸化を防ぐのに十分な保護膜を形成した、劣
化のない信頼性の高い半導体レーザを得る。
この際Ｓｉ膜に導通があると、レーザの電流−光出力特
性が損われるため、Ｓｉは高抵抗にする必要がある。前
記Ｓｉ膜上のＡＩ２０３膜を形成する方法としてＣＶＤ
、スパッタ、電子ビーム蒸着を用いることは、試料温度
を３００℃程度にする必要があるため、半導体レーザの
製造過程が複雑になる。この欠点を解決する具体的方法
として、前記高抵抗Ｓｉ膜上にＡＩを蒸着し、該山を酸
化する方法を提案する。この方法においては試料温度を
１００００以下にすることができる。また、ＡＩを過度
に酸化してもＳｉ０２が形成されるのみであるので、Ｇ
ａ偽反射面が酸化されることはない。以下本発明を実施
例に基づいて詳細に説明する。第１図は通常行なわれて
いる製造方法で得られたストライプ型Ｇａ松‐ＡＩＧａ
Ａｓ半導体レーザ結晶をへき関した板状結晶１を示す。
性が損われるため、Ｓｉは高抵抗にする必要がある。前
記Ｓｉ膜上のＡＩ２０３膜を形成する方法としてＣＶＤ
、スパッタ、電子ビーム蒸着を用いることは、試料温度
を３００℃程度にする必要があるため、半導体レーザの
製造過程が複雑になる。この欠点を解決する具体的方法
として、前記高抵抗Ｓｉ膜上にＡＩを蒸着し、該山を酸
化する方法を提案する。この方法においては試料温度を
１００００以下にすることができる。また、ＡＩを過度
に酸化してもＳｉ０２が形成されるのみであるので、Ｇ
ａ偽反射面が酸化されることはない。以下本発明を実施
例に基づいて詳細に説明する。第１図は通常行なわれて
いる製造方法で得られたストライプ型Ｇａ松‐ＡＩＧａ
Ａｓ半導体レーザ結晶をへき関した板状結晶１を示す。
ｐ型側はＣｒ−Ａｕ、ｎ型側はＡｕ−蛇‐Ｎｉを蒸着す
ることによに電極が形成されている。まずこの板状結晶
１のへき関面２、すなわち半導体レーザの反射面に電子
ビーム蒸着、もしくはイオンプレーティングや気相成長
によってＳｉ膜３を付着せしめる（第２図）。Ｓｉ膜３
の比抵抗は、Ｓｉ膜への電流漏洩による半導体レーザの
電流−光出力特性の悪化を防止するため、１ぴ○一肌以
上とし、Ｓｉの膜厚は、Ｓｉ膜によるレーザ光の吸収が
半導体レーザの特性を大幅に損うこがない程度にする。
この際、電極にＳｉが付着しないように、電極を金属の
薄い板で覆っておく、次にＳｉ膜３上にＳｉ膜を形成し
た場合と同様に電極を覆って、山４を蒸着又はスパッタ
リングによってつける（第３図）。反射面２がＳｉ膜３
、及びＮ膜４で覆われた板状結晶１を１０‐３ｔｏｒ程
度の酸素雰囲気中で高周波放電を行うことにより生じた
酸素プラズマ中に挿入し、ＡＩをプラズマ酸化する。
ることによに電極が形成されている。まずこの板状結晶
１のへき関面２、すなわち半導体レーザの反射面に電子
ビーム蒸着、もしくはイオンプレーティングや気相成長
によってＳｉ膜３を付着せしめる（第２図）。Ｓｉ膜３
の比抵抗は、Ｓｉ膜への電流漏洩による半導体レーザの
電流−光出力特性の悪化を防止するため、１ぴ○一肌以
上とし、Ｓｉの膜厚は、Ｓｉ膜によるレーザ光の吸収が
半導体レーザの特性を大幅に損うこがない程度にする。
この際、電極にＳｉが付着しないように、電極を金属の
薄い板で覆っておく、次にＳｉ膜３上にＳｉ膜を形成し
た場合と同様に電極を覆って、山４を蒸着又はスパッタ
リングによってつける（第３図）。反射面２がＳｉ膜３
、及びＮ膜４で覆われた板状結晶１を１０‐３ｔｏｒ程
度の酸素雰囲気中で高周波放電を行うことにより生じた
酸素プラズマ中に挿入し、ＡＩをプラズマ酸化する。
この際若干Ｓｉが酸化される程度に山を完全に酸化する
。ＡＩの厚さは任意で良いが、特に、形成された山２０
３の膜厚が半導体レーザの発振波長の１／２になるよう
にＡＩ膜の厚さを定めれば、Ｓｉ−ＡＩ２０３保護膜の
ついたレーザの電流−光出力特性をＳｉ膜のみがついた
ときと同じにすることができる。以上のようにしてＧａ
偽反射面上にＳｉ−Ｎ２０３保護膜が形成された半導体
レーザの板状結晶を切断して、単体の半導体レーザ素子
５（第４図）を作製する。
。ＡＩの厚さは任意で良いが、特に、形成された山２０
３の膜厚が半導体レーザの発振波長の１／２になるよう
にＡＩ膜の厚さを定めれば、Ｓｉ−ＡＩ２０３保護膜の
ついたレーザの電流−光出力特性をＳｉ膜のみがついた
ときと同じにすることができる。以上のようにしてＧａ
偽反射面上にＳｉ−Ｎ２０３保護膜が形成された半導体
レーザの板状結晶を切断して、単体の半導体レーザ素子
５（第４図）を作製する。
かくして作製された半導体レーザ素子５においては、Ｇ
ａＡｓ反射面とＳｉ−山２０３保護膜との界面にＧａＡ
ｓ酸化膜が存在せず、しかも外部雰囲気よりの酸素の侵
入はＡＩ２０３膜によって防ぐことが可能であるため、
動作中に反射面が劣化することがない。従って、かかる
半導体レーザ素子５は長時間劣化するることなく安定に
動作する。実際、ストライプ幅１５仏ｍの半導体レーザ
を初期光出力５ｈＷで１万時間通電した後の出力は、Ｎ
２０３膜のみの場合、初期光出力の８０％の光出力が得
られているが、Ｓｉ−ＡＩ２０３保護膜においてはこれ
よりさらに１割程度改善された。また山２０３は機械的
な強度が大きく、化学薬品にもおかされにくいため結合
しべズ系との機械的接触による損傷も防ぐことができる
。又本発明の方法によれば、ＡＩ２０３膜形成時に試料
温度を保つことができるため電極が変質することがない
。
ａＡｓ反射面とＳｉ−山２０３保護膜との界面にＧａＡ
ｓ酸化膜が存在せず、しかも外部雰囲気よりの酸素の侵
入はＡＩ２０３膜によって防ぐことが可能であるため、
動作中に反射面が劣化することがない。従って、かかる
半導体レーザ素子５は長時間劣化するることなく安定に
動作する。実際、ストライプ幅１５仏ｍの半導体レーザ
を初期光出力５ｈＷで１万時間通電した後の出力は、Ｎ
２０３膜のみの場合、初期光出力の８０％の光出力が得
られているが、Ｓｉ−ＡＩ２０３保護膜においてはこれ
よりさらに１割程度改善された。また山２０３は機械的
な強度が大きく、化学薬品にもおかされにくいため結合
しべズ系との機械的接触による損傷も防ぐことができる
。又本発明の方法によれば、ＡＩ２０３膜形成時に試料
温度を保つことができるため電極が変質することがない
。
更にＧａＡｓ反射面とＮ膜の間に高抵抗Ｓｉ膜が存在す
るためＮ膜を過度に酸化してもＳｉ膜が酸化されるのみ
でＧａＡｓ反射面に酸化が及ぶことがなく、半導体レー
ザの劣化原因となるＧａＡｓ酸化膜の形成が防止できる
。上記実施例において、ＡＩを酸化する方法について酸
素プラズマを利用する方法について述べたが、この他、
陽極酸化による方法も可能である。
るためＮ膜を過度に酸化してもＳｉ膜が酸化されるのみ
でＧａＡｓ反射面に酸化が及ぶことがなく、半導体レー
ザの劣化原因となるＧａＡｓ酸化膜の形成が防止できる
。上記実施例において、ＡＩを酸化する方法について酸
素プラズマを利用する方法について述べたが、この他、
陽極酸化による方法も可能である。
反射面の形成方法もへき開によらずに、化学エッチング
、イオンエッチングの方法によっても可能である。
、イオンエッチングの方法によっても可能である。
第１図〜第４図はＧａ偽−ＮＧａＡｓ半導体レーザのへ
き開面にＳｉ，ＡＩ２０３膜をつけた半導体レ−ザの製
造工程を示す概略図、ここでは１は半導体レーザの板状
結晶、２はへき開面すなわち半導体レーザの反射面、３
はＳｊ膜、４はＡＩ膜、４′は山２０３膜、５はＳｉ−
ＡＩ２０３膜を反射面につけた半導体レーザ、６はスト
ライプ領域である。 第１図 第２図 第３図 第４図
き開面にＳｉ，ＡＩ２０３膜をつけた半導体レ−ザの製
造工程を示す概略図、ここでは１は半導体レーザの板状
結晶、２はへき開面すなわち半導体レーザの反射面、３
はＳｊ膜、４はＡＩ膜、４′は山２０３膜、５はＳｉ−
ＡＩ２０３膜を反射面につけた半導体レーザ、６はスト
ライプ領域である。 第１図 第２図 第３図 第４図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ半導体レーザにおいて、該
半導体レーザの反射面を高低抗Ｓｉ膜で被覆し、さらに
該Ｓｉ膜をＡｌ＿２Ｏ＿３膜で被覆したことを特徴とす
る半導体レーザ。 ２ 半導体レーザの反射面に高抵抗Ｓｉ膜を形成し、更
にこのＳｉ膜上にＡｌ膜を形成する工程と、このＡｌ膜
を酸化せせしめてＡｌ＿２Ｏ＿３膜とする工程とを含む
ことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3432478A JPS6033320B2 (ja) | 1978-03-24 | 1978-03-24 | 半導体レ−ザ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3432478A JPS6033320B2 (ja) | 1978-03-24 | 1978-03-24 | 半導体レ−ザ及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS54126488A JPS54126488A (en) | 1979-10-01 |
| JPS6033320B2 true JPS6033320B2 (ja) | 1985-08-02 |
Family
ID=12410964
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3432478A Expired JPS6033320B2 (ja) | 1978-03-24 | 1978-03-24 | 半導体レ−ザ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6033320B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62127520U (ja) * | 1986-02-01 | 1987-08-13 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4656638A (en) * | 1983-02-14 | 1987-04-07 | Xerox Corporation | Passivation for surfaces and interfaces of semiconductor laser facets or the like |
| JP2846086B2 (ja) * | 1990-09-06 | 1999-01-13 | キヤノン株式会社 | 半導体素子の保護膜形成方法 |
| JP2736173B2 (ja) * | 1990-12-18 | 1998-04-02 | シャープ株式会社 | 半導体レーザ素子の製造方法 |
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1978
- 1978-03-24 JP JP3432478A patent/JPS6033320B2/ja not_active Expired
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62127520U (ja) * | 1986-02-01 | 1987-08-13 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPS54126488A (en) | 1979-10-01 |
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