JP2650769B2

JP2650769B2 - 半導体レーザ装置の製造方法

Info

Publication number: JP2650769B2
Application number: JP2024903A
Authority: JP
Inventors: 秀典河西; 泰司森本; 進治兼岩; 寛林; 伸幸宮内; 盛規矢野; 武弘塩本; 和明佐々木; 晃広松本; 正樹近藤; 三郎山本
Original assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Current assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Priority date: 1989-02-03
Filing date: 1990-02-02
Publication date: 1997-09-03
Anticipated expiration: 2012-09-03
Also published as: JPH03224284A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、AlGaAs系の端面出射型半導体レーザ装置の
製造方法に関する。

（従来の技術）光ディ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ィ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、100m
W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、ｎ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。ｎ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１
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１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ｎ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MIS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、Extended Abstrac
ts of the 20th Conference on Solid State Devices a
nd Materials,Tokyo,（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）₂
S水溶液で処理することにより、空気中でGaAs表面に形
成された酸化膜を除去し、替わりにGaSを付着させるも
のである。ここでは、GaS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、
Alが非常に活性な物質であり、しかもその酸性膜が安定
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）本発明の製造方法は、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、（N
H₄）₂S_x原液、（NH₄）₂S水溶液、及び（NH₄）₂S_x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Xmol/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、SiO₂、CaF₂及
びNaF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、10Å/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
変わるところはなく、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護膜が形
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AlGaAs
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。

次に、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））。

劈開後速やかに、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、劈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。

第３図に、上記の工程を経て得られた半導体レーザ装
置の注入電流対光出力特性（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光出
力特性を曲線Ｂで示す。この従来例では、約200mW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10⁸〜10⁹cm^-2・eV^-1であることが確認された。Ga
As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、10¹¹〜10¹²cm^-2・eV^-1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とは逆に、Al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、（NH₄）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
17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。

MgF₂（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MgF₂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、SiO、SiO₂、CaF₂、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℃以下であることが好ま
しい。本明細書では、融点が2000℃以下の材料を低融点
材料を称することにする。

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1
8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、光出力と断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カ月間放置した後、チャンバ内に挿入し、
Ar⁺イオンスパッタリングにより端面保護膜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の保護膜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、一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を形成したた後、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１×
10^-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、SiO₂からなる保護膜
17aが形成された（第４図参照）。このSiO₂からなる保
護膜17aの膜厚は、λ／（2n）Å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、Al₂
O₃からなる保護膜17bを形成した（第４図参照）。保護
膜17bの膜厚は、λ／（4n）Å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、電子ビーム蒸着法に
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17b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護膜を形成した。しかし、融点の
比較的高い材料、例えばAl₂O₃（融点2046℃）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、10Å/sec、12Å/sec、及び15Å/secとして形成したA
l₂O₃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光出
力特性と膜形成レートとの関係を示す。図中、Ｈ、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、10Å/sec、12Å/sec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図からわかるように、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図からわかるように、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10Å/sec以上になる
と、顕著である。しかし、保護膜形成レートが10Å/sec
以下であれば、540mW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10Å/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、ほ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Si
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/s
ec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）₂Sの原液及びその10％水溶液、（N
H₄）₂S_x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、（NH
₄）₂S_xとは、（NH₄）₄Sと（NH₄）₂S₂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）
₂S_x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。

この図からわかるように、（NH₄）₂Sの原液及び10％
水溶液、（NH₄）₂S_x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AlGaAs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AlGaAs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、光密度が高くなり、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、（N
H₄）₂S_x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）₂S溶液や（NH₄）₂S
_x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0.015mol/、0.15mol/、
及び0.5mol/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0.015mol/であるときの関係は線
Ｄ、0.15mol/であるときの関係は線Ｅ、0.5mol/で
あるときの関係を線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
Na₂S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図からわかるように、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
硫黄濃度とは、ほぼ反比例の関係にある。このことは、
AlGaAs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＋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、［Ｓ］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の関係として得ら
れる。

［酸化物］＝［酸化物］_０・exp^{−Ｋ［Ｓ］ｔ} （３）ここで、［酸化物］_０は、浸漬開始時点（ｔ＝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］_０の99％減
少する迄に要する時間t_cは、次式（４）に示される。

t_c＝（ln100）／（Ｋ・［Ｓ］）（４）上式（４）は、次のことを示している。すなわち、Al
GaAs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数（線
Ｇ）にフィッティングさせると、次式（５）が得られ
た。

t_c＝1.5/［Ｓ］（５）ここで、t_cの単位は［秒］、［Ｓ］の単位は［mol/
］、1.5の単位は［秒・mol/］である。

硫黄濃度が0.015mol/の溶液を用いる場合、上式
（５）から、t_c＝100秒が得られる。従って、硫黄濃度
が0.015mol/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t_c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図のグラフからわかるように、端面処理溶
液としてNa₂Sを用いた場合も、（NH₄）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）₂S_x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）₂S_x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、ウェハ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（ａ））、（NH₄）₂Sの10％水溶液20の
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10⁷cm^-2・eV^-1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^-1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、（NH₄）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、（NH₄）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AlGa
As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に発熱による劣化
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。

【図面の簡単な説明】

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側端
面近傍を模式的に示す斜視図、第５図は第４の実施例の
装置の電流対光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
の浸漬時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ｎ
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ｎ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、14……電極、
15……バー、16……活性層、18……硫黄を含む膜、17、
17a、17b……保護膜、20……（NH₄）₂S水溶液。

フロントページの続き (72)発明者林寛大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者宮内伸幸大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者矢野盛規大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者塩本武弘大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者佐々木和明大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者松本晃広大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者近藤正樹大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者山本三郎大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (56)参考文献 1989年（平成元年）秋季第50回応用物理学会学術講演会予稿集第３分冊 28ｐ −ＺＧ−９ｐ．899 Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．29 ［▲ＩＩ▼］（1990）ｐ．2473−2476

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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。
【請求項２】前記硫黄を含む溶液が、（NH₄）₂S原液、
（NH₄）₂S_x原液、（NH₄）₂S水溶液、及び（NH₄）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１に記
載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項３】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１に記載の半導体レーザ
装置の製造方法。
【請求項４】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１に記載の半導体レーザ
装置の製造方法。
【請求項５】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１に記載の半導体レー
ザ装置の製造方法。
【請求項６】前記低融点材料が、MgF₂、SiO、SiO₂、CaF
₂、及びNaFからなる群から選択されたものである請求項
５に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項７】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１に記載
の半導体レーザ装置の製造方法。