(57)【要約】【課題】本発明は、短時間成膜が可能で、反射率制御に優れ、かつ、信頼性が低下しない高出力半導体レーザ、さらには、従来よりも高反射率の高出力半導体レーザを提供することを目的とする。【解決手段】半導体基板１上にレーザ発振するように半導体層が積層される半導体積層部２を有しており、半導体積層部２の光出射面である一端部に第１の端面膜３が形成され、半導体積層部２の他端部に第２の端面膜４と金属膜５とが形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、該半導体基板上に積層され、レーザ発振するように半導体層が積層される半導体積層部と、該半導体層積層部の光出射面である一端部に形成される第１の端面膜と、前記半導体積層部の前記一端部と対向する他端部に形成される第２の端面膜と、該第２の端面膜上に形成される金属膜とを少なくとも有する半導体レーザ。
【請求項２】
前記第２の端面膜が、少なくとも前記半導体積層部の表面側および／または半導体基板の裏面側に一部回り込むように形成されてなる請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項３】
前記金属膜の膜厚が前記第２の端面膜の膜厚の半分以下であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＤ、ＤＶＤ（デジタル多用途ディスク；digital versatile disk）、ＤＶＤ−ＲＯＭ、データ書込み可能なＣＤ−Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭなどのピックアップ光源に用いるのに特に適した半導体レーザに関する。さらに詳しくは、レーザ出射端面に高反射端面を形成した半導体レーザに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ディスクの高密度化、書込み速度向上のため、７８０ｎｍ帯の赤外高出力半導体レーザや６５０ｎｍ帯の赤色高出力半導体レーザなどがピックアップ光源として用いられている。これら高出力半導体レーザは、出力を増加させるため半導体レーザの出射面側の端面（以下、前端面という）の反射率を下げ、前端面と対向した位置に設けられた端面（以下、後端面という）の反射率を上げる構成としている。この構成により、前端面の光密度を下げるとともに、効率よく前端面から光を出射することで高出力を実現している。
【０００３】
たとえば、図３に示されように、半導体基板９１にストライプ状の発光領域が形成されるように半導体層が積層されて半導体積層部９２が形成され、ウェハがバー状に劈開されて共振器端面が形成され、その両端面に第１および第２の端面膜９３、９４が形成されて両端面の反射率が調整され、さらにバー状からダイシングなどによりチップ化されている（たとえば特許文献１参照）。その際、半導体基板９１および半導体積層部９２に接するように電極９６、９７が設けられる。そして、Ｓｉ基板またはＡｌＮなどからなるサブマウント上にマウントされ、光ピックアップなどに組み込まれる。
【０００４】
両端面に設けられる第１または第２の端面膜９３、９４は、高出力化のために上述のように前端面の反射率を小さくし後端面の反射率を大きくするように形成されるが、特に後端面の反射率を上げるためには、図３に示されるように第２の端面膜９４は低屈折率材料と高屈折率材料を交互に積層された多層構造にすることが必要となる。たとえば、第１の端面膜９３は、反射率が２〜１０％程度になるように膜厚を制御し形成されたＡｌ2Ｏ3やＳｉＯ2などの低屈折率材料からなる。第２の端面膜９４には、反射率が８０〜９０％程度になるように、Ａｌ2Ｏ3やＳｉＯ2などの低屈折率材料とα−Ｓｉ、ＴｉＯx、ＺｒＯxなどの高屈折率材料とを交互に積層することにより形成されている。
【特許文献１】特公平７−３２２８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、後端面は反射率を大きくするために、第２の端面膜は、低屈折率材料からなる層と高屈折率材料からなる層とを交互に多層積層する必要があり、たとえば、低屈折率材料にＡｌ2Ｏ3、高屈折率材料にＴｉＯxを用い、それぞれの膜厚を発振波長λに対して光学長がλ／４とした場合、反射率を９０％程度にするためには、それぞれを７層程度積層する必要がある。しかしながら、このような多層膜を形成しようとすると、成膜するのに必要な時間が長くなり、また、異なる材料を交互に使用するため材料を切り替える時間も余分に要してしまい、全体として後端面を形成するのに非常に時間がかかってしまうという問題がある。
【０００６】
また、高出力化するためには後端面の反射率を従来の９０％程度よりもさらに上げることが好ましい。そして反射率を上げるためには、さらに多層膜の層数を増加させることが考えられる。しかしながら、多層膜の層数を増やせば、上述のように成膜時間をさらに要するだけでなく、反射率の制御が困難となり、僅かなズレにより所望の反射率が得られなくなるという危険が生じる。さらに、層数の増加に伴い膜と膜との間に歪みによるストレスを生じさせたり、あるいはストレスによる膜の剥れが生じたりするという問題を新たに生じさせることになる。そして、この歪みによるストレス、膜剥れは、半導体レーザ自身の信頼性悪化を招くことになる。したがって、後端面の反射率を９０％以上に上げるのは現状では難しいとされている。
【０００７】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたもので、短時間成膜が可能で、反射率制御に優れ、かつ信頼性が低下しない高出力半導体レーザ、さらには、後端面が従来よりも高反射率の高出力半導体レーザを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の半導体レーザは、半導体基板と、該半導体基板上に積層され、レーザ発振するように半導体層が積層される半導体積層部と、該半導体層積層部の光出射面である一端部に形成される第１の端面膜と、前記半導体積層部の前記一端部と対向する他端部に形成される第２の端面膜と、該第２の端面膜上に形成される金属膜とを少なくとも有している。
【０００９】
前記第２の端面膜が、少なくとも前記半導体積層部の表面側および／または半導体基板の裏面側に一部回り込むように形成されたり、前記金属膜の膜厚が前記第２の端面膜の膜厚の半分以下に形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、後端面に金属膜が形成されているため、反射率は安定してほぼ１００％となり、かつ、膜厚のばらつきによる反射率変化はほとんど生じず、安定して後端面が高反射率で、高信頼性の半導体レーザが得られる。すなわち、従来の低屈折率材料と高屈折率材料とからなる誘電体多層膜構造を採用するならば、反射率を大きくするため多層構造の層数を増やす必要があるが、層数を増やせば増やすほど反射率の膜厚依存性が高くなり、僅かな膜厚のズレにより反射率が大きく変ってしまうという問題があった。しかし、本発明のように後端面に金属膜を用いれば、金属膜で確実に反射させることができるので、ほぼ１００％の反射率が得られる。また、金属膜を用いると反射率の膜厚依存性がほとんどなくなるため、膜厚の厳密な制御をする必要がなくなるという利点がある。さらに、材料の異なる層を交互に多数積層する必要がなくなるため、膜と膜との間での歪みによるストレス、膜剥れの問題も生じない。さらに、従来の多層膜構造を形成するのに比べて成膜時間も短縮され、また材料を切り替える時間も不要となり、後端面を形成する時間が格段に短くなる。したがって、安定して高反射率で高信頼性の半導体レーザが短時間で得られる。そして、金属膜を直接後端面に形成すれば、半導体積層部のｐｎ接合やダブルへテロ接合をショートしてしまうという問題が発生するが、本発明では金属膜と半導体積層部との間に第２の端面膜を挿入することで、そのような問題も解消されている。
【００１１】
また、前記第２の端面膜が、前記半導体積層部の積層部の表面側や半導体基板の裏面側に一部回り込むように形成されることにより、仮に金属膜が半導体積層部の表面側などに一部回り込んで成膜された場合でも、第２の端面膜により金属膜が電極に形成されることを防止できる。したがって、本発明によれば電極間でショートすることも防止できる。さらに、金属膜の膜厚を第２の端面膜の膜厚の半分以下とすることで、より確実に電極間でショートすることを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
つぎに、本発明による半導体レーザの一実施形態を、添付図面を参照しながら説明する。
【００１３】
本発明の半導体レーザは、たとえば図１（ａ）にその一実施形態の斜視説明図が示されるように、半導体基板１上にレーザ発振するように半導体層が積層される半導体積層部２を有しており、半導体積層部２のレーザ光の出射端面である一端部に第１の端面膜３が形成され、半導体積層部２の一端部と対向する他端部に第２の端面膜４と金属膜５とが形成されている。
【００１４】
第２の端面膜４は、第１の端面膜３と対向する半導体積層部２の他端部にスパッタや蒸着などにより形成される。この第２の端面膜４は、従来のように反射率を調整する膜としての存在ではなく、あくまで後述する金属膜５の形成により、半導体積層部２内のｐｎ接合またはダブルへテロ接合がショートするのを防止するための層である。すなわち、半導体積層部２内には、ｐｎ接合やダブルヘテロ接合が形成されていることから、直接金属膜を形成するとｐ形層とｎ形層との間で電流がリークしてしまい、ｐｎ接合やダブルへテロ接合に電流が流れなくなってしまう。そこで、金属膜５と半導体積層部２の他端部との間に絶縁性の第２の端面膜４を設け、ショートすることを防止している。要するに、従来、第２の端面膜４の役割は低屈折率材料からなる層と高屈折率材料からなる層とを交互に積層することで反射率を上げることを目的としていたのに対して、本発明での役割は、反射率の調整は金属膜５に任せ、第２の端面膜４はあくまで金属膜５の形成によるショートを防止することにあるという機能に相違がある。したがって、この機能の相違から、従来の条件とは異なる点が多々存在することになる。
【００１５】
たとえば、第２の端面膜４は、Ａｌ2Ｏ3やＳｉＯ2などからなる膜を用いることが半導体積層部２との良好な接合を形成する点で好ましい。また、金属膜５にＡｕ、Ｐｔ、Ａｇを用いる場合には、第２の端面膜４は、Ａｌ2Ｏ3からなる膜を用いることが、金属膜５との接合を容易にし、歪み発生を防止できる点でより好ましい。また、第２の端面膜４の膜厚は、薄くすると金属膜５が直接半導体積層部２に接触する可能性が生じショートする危険性がある。そこで、第２の端面膜４の膜厚は１０００Å以上であることが、確実に半導体積層部２でのショートを防止できる点で好ましい。一方、膜厚を厚くしすぎると半導体積層部２で発生した熱が外部へと放出されにくくなり高出力動作が困難になるため、１μｍ以下であることが望ましい。
【００１６】
さらに、第２の端面膜４は、たとえば図２に本発明の他の実施形態の斜視説明図が示されるように、半導体積層部２の表面側および半導体基板１の裏面側に一部回り込むように形成されることが好ましい。すなわち、第２の端面膜４が既に電極６、７上に形成されているため、仮に金属膜５が半導体積層部２の形成面方向の電極６、７上に一部回り込んで成膜された場合でも、金属膜５が電極６、７に形成されることを防止することができる。この構造を採用することにより電極を通じてのショートも防止することができる。
【００１７】
金属膜５は、第２の端面膜４上に蒸着やスパッタなどにより形成される。この金属膜５は従来の多層膜構造にかわり、端面方向に進む光を確実に反射させるための膜である。金属膜５の材料としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔなどが用いられる。これらの金属膜を用いると、波長が７８０ｎｍや６５０ｎｍ付近の光に対して確実に反射機能を発揮でき、ほぼ１００％の反射率とすることができる。また、金属膜５は多層構造であっても構わないが単層構造であることが、膜と膜との間での歪みによるストレス、膜剥がれを防止する観点から好ましい。また、成膜時間も短縮できるという点においても単層構造が好ましい。
【００１８】
金属膜５の膜厚は、１０００Å以上であることが、確実に反射率を１００％に近づけ、かつ、反射率の膜厚依存性がほとんどなくなり、膜厚の厳密な制御を必要としなくなるという点で好ましい。一方、金属膜５の膜厚が第２の端面膜４の膜厚の半分以下とすることで、確実にショートすることを防止できる点で好ましい。すなわち、第２の端面膜４の厚さが薄くショートを防止する機能が弱まっていた場合であっても金属膜５の厚さはさらに薄いため、ショートする確立は低下する。さらに、前述の図２に示されるように、仮に金属膜５が電極の形成面に回り込んだ場合であっても、同様に電極６、７を通じてのショートを防止することができる。
【００１９】
第１の端面膜３は、半導体基板上１に積層され、レーザ発振するように半導体層が積層される半導体積層部２の一端部に形成される。たとえば反射率が２〜１０％程度になるように膜厚を制御し形成されたＡｌ2Ｏ3やＳｉＯ2などの低屈折率材料が用いられる。それ以外については従来の一般的な半導体レーザの構造と同じである。
【００２０】
半導体基板１、半導体積層部２および電極６、７の部分は、従来の一般的な半導体レーザの構造と同じで、たとえば、発光層形成部２として、赤外光である７８０ｎｍ波長用のＡｌＧａＡｓ系化合物半導体や、赤色光である６５０ｎｍ波長発光用のＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体が用いられ、これらの半導体材料を積層するための基板１としては、格子整合をとることができるＧａＡｓ基板が一般的に用いられる。ここで、ＩｎＧａＡｌＰ系材料とは、Ｉｎy（Ｇａ1-xＡｌx）1-yＰで表わされる材料（０≦ｘ≦１、ｙは約０.５）を、ＡｌＧａＡｓ系材料とは、ＡｌzＧａ1-zＡｓで表される材料（０≦ｚ≦１）をそれぞれ意味している。また、基板１として半導体を用いる場合の導電形は、半導体レーザを組み込むセットとの関係で、基板側に望まれる導電形のｎ形またはｐ形のいずれかが用いられ、この基板１の導電形にしたがって、積層される半導体層の導電形も定まる。以下の具体例では、基板１としてｎ形の半導体の例で説明する。
【００２１】
半導体積層部２としては、たとえば図１（ｂ）に断面説明図が示されるように、ｎ形クラッド層２１、ノンドープまたはｎ形もしくはｐ形の活性層２２、ｐ形の第１クラッド層２３、ｐ形エッチングストップ層２４、ｐ形の第２クラッド層２５、キャップ層２６、およびリッジ状にエッチングされたｐ形の第２クラッド層２５の両側に埋め込まれたｎ形の電流ブロック層２８、キャップ層２６および電流ブロック層２８の表面に設けられるｐ型コンタクト層２７とからなっているが、その他の層（ガイド層など）が介在していてもよい。また、活性層２２は、Ｚｎ拡散などにより共振器端面を無秩序化するような構造の場合（窓構造を有する場合）には、量子井戸構造でないと無秩序化しないため量子井戸構造であることが好ましいが、バルク構造であってもよい。また、量子井戸構造は単一量子井戸構造でも多重量子井戸構造であってもよい。
【００２２】
ｐ側電極７は、コンタクト層２７の表面にスパッタや蒸着によりＴｉ／Ａｕなどにより形成される。また、ｎ側電極６は、半導体基板１の裏面が、研磨などにより薄くされた後、その研磨面にＡｕ-Ｇｅ／Ｎｉなどにより形成される。膜厚や材料は適宜選択できる点は従来と同様である。
【００２３】
以下、具体的な各層の構成を製造方法に従い説明する。まず、ｎ形ＧａＡｓ基板をたとえばＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）装置内にいれ、反応ガスのトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ），トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、ホスフィン（ＰＨ3）、アルシン（ＡｓＨ3）および半導体層の導電形に応じて、ｎ形ドーパントガスとしてモノシラン（ＳｉＨ4）、ｐ形ドーパントとしてジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）の必要な材料をキャリアガスの水素（Ｈ2）とともに導入し、５００〜７００℃程度で後述の各半導体層をエピタキシャル成長することにより各半導体層の積層構造が得られる。
【００２４】
ｎ形クラッド層２１は、たとえば、ｎ形Ｉｎ0.5（Ｇａ1-pＡｌp）0.5Ｐ（０.３≦ｐ≦０.９、好ましくはｐ＝０.７）からなり、半導体基板１上に１〜３μｍ（たとえば２.５μｍ）程度に形成され、活性層２２は、Ｉｎu（Ｇａ1-qＡｌq）1-uＰ（０≦ｑ≦０.１、０≦ｕ≦０.５５、好ましくはｑ＝０、ｕ＝０.５３）からなる圧縮歪み井戸層とＩｎ0.5（Ｇａ1-rＡｌr）0.5Ｐ（０.１≦ｒ≦０.６、好ましくはｒ＝０.５）障壁層との多重量子井戸構造により、全体で０．０１〜０．２μｍ程度に形成され、ｐ形第１クラッド層２３は、ｐ形Ｉｎ0.5（Ｇａ1-sＡｌs）0.5Ｐ（０.３≦ｓ≦０.９、好ましくはｓ＝０.７）からなり、活性層２２上に０.１〜０.４μｍ、たとえば０.２４μｍ程度に形成される。なお、活性層２２とクラッド層２１、２３の間に光ガイド層を設ける構造など、他の半導体層がいずれかの層間に介在されてもよい。
【００２５】
さらにエッチングストップ層２４が、ｐ形第１クラッド層２３上にｐ形またはアンドープの、たとえば、ｐ形Ｉｎv（Ｇａ1-tＡｌt）1-vＰ（０≦ｔ≦０.５、０≦ｖ≦０.５、好ましくはｔ＝０、ｖ＝０.３５）からなり、０.００１〜０.１μｍ程度に形成され、ｐ形第２クラッド層２５は、ｐ形Ｉｎ0.5（Ｇａ1-sＡｌs）0.5Ｐ（０.３≦ｓ≦０.９、好ましくはｓ＝０.７）からなり、１.０〜１.７μｍ、たとえば１.２５μｍ程度形成される。さらに、そのうえにｐ形Ｉｎw（Ｇａ1-aＡｌa）1-wＰ（０≦ａ≦０.５、０≦ｗ≦０.５、好ましくはａ＝０、ｗ＝０.５）からなるキャップ層２６が  ０.０１〜０.１μｍ程度に形成される。ついで、図示されていないが、半導体ウェハの状態で、チップに劈開する領域に予めＺｎを拡散して、無秩序化し窓構造が形成されている。具体的には、発光層形成部９上の劈開する領域に図示しないＺｎＯ層などのＺｎ拡散源を５０ｎｍ程度スパッタに法より形成し、４００〜６００℃で６０〜２４０分程度アニールすることなどにより、Ｚｎ拡散源中のＺｎを活性層にまで到達させる。その後、ＺｎＯなどをフッ酸などで除去する。その結果、Ｚｎ拡散領域では、活性層の量子井戸構造がＺｎにより無秩序化され、バンドギャップが大きくなっており、劈開後に共振器端面にＺｎ拡散領域が形成され、共振器端面では、内部からの光を吸収することがなくなり温度上昇は極力抑えられ、ＣＯＤ破壊を防止することができる。
【００２６】
その後、キャップ層２６およびｐ形第２クラッド層２５の両側がエッチングされてリッジ部２９が形成され、その両側に、たとえば、ｎ形のＩｎ0.5（Ｇａ1-bＡｌb）0.5Ｐ（０.３≦ｂ≦０.９、好ましくはｂ＝０.７）からなる電流ブロック層２８がリッジ部２９の横を埋めるように０.１〜１μｍ、たとえば０.２４μｍ程度形成されている。なお、リッジ部２９のエッチングは、たとえば、ＣＶＤ法などにより、ＳｉＯ2またはＳｉＮxなどからなるマスクを形成し、ドライエッチングなどによりキャップ層２６を選択的にエッチングし、引き続きＨＣｌのようなエッチング液により、ｐ形クラッド層２５をエッチングすることにより、図１（ｂ）に示されるようにリッジ部２９がストライプ状に形成される。なお、露出したエッチングストップ層２４は除去されてもよいし、ドライエッチングを用いてもよい。
【００２７】
コンタクト層２７は、キャップ層２６および電流ブロック層２８上に、たとえばｐ形ＧａＡｓ層により、その厚さが１〜３μｍ程度形成される。なお、コンタクト層２７の表面には、Ｔｉ／Ａuなどからなるｐ側電極７が、また、半導体基板１の裏面には、研磨などにより薄くされた後、Ａｕ-Ｇｅ／Ｎｉなどからなるｎ側電極６がそれぞれ形成されている。この電極形成後、ウェハがまずバー状に劈開され共振器端面を露出させる。そして、一方の露出面に、反射率が２〜１０％程度になるように、Ａｌ2Ｏ3からなる第１の端面膜３をスパッタ法などで、たとえば０.１５μｍ程度形成する。また、反対の露出面に、Ａｌ2Ｏ3からなる第２の端面膜４を蒸着法などで、たとえば０.４μｍ程度形成し、連続して、Ａｕからなる金属膜５を０.１５μｍ程度形成する。その後、ダイシングなどによりチップ化される。
【００２８】
前述の例では、ＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体の例であったが、ＡｌＧａＡｓ系化合物で形成してもよい。また。電流ブロック層をクラッド層の間に積層して電流注入領域とするストライプ溝をエッチングにより除去するＳＡＳなど、他の構造の半導体レーザでも同様であることはいうまでもない。
【００２９】
本発明によれば、後端面に金属膜５が形成されているため、反射率は安定してほぼ１００％となり、かつ、膜厚ばらつきによる反射率変化はほとんど生じず、安定して短時間で高反射率高信頼性の半導体レーザが得られる。そして、金属膜５と半導体積層部２との間に第２の端面膜４を挿入することで、金属膜５を直接後端面に形成すれば、半導体積層部２のｐｎ接合やダブルへテロ接合をショートしてしまうという問題も解消される。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、ＣＤ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、データ書き込み可能なＣＤ−Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭなどのピックアップ用光源に用いることができ、パーソナルコンピュータなどの電機機器に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の半導体レーザの一実施形態を示す斜視および断面の説明図である。
【図２】本発明による半導体レーザの他の実施形態を示す斜視説明図である。
【図３】従来の半導体レーザの構造を示す斜視説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
１    半導体基板
２    半導体積層部
３    第１の端面膜
４    第２の端面膜
５    金属膜
【図１】
2006228826.tif 000003
【図２】
2006228826.tif 000004
【図３】
2006228826.tif 000005