(57)【要約】【課題】  半導体レーザ素子の製造方法に関し、特に共振器の両端面に保護膜を有する半導体レーザ素子において、保護膜の膜質によらず、ＣＯＤによる素子劣化が少なく、高出力かつ高信頼性が得られることにある。【解決手段】  共振器端面１ａ，１ｂを所定の条件下、例えば低イオンエネルギーかつ高イオン電流密度でプラズマ処理することによって、劈開時に発生した共振器端面１ａ，１ｂ部の汚染物質や自然酸化層を除去すると共に、酸化が抑制されるように共振器端面１ａ，１ｂを改質させる。【選択図】      図１
2006210474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振器の両端面に保護膜または反射率を制御する光学膜を有する半導体レーザ素子の前記両端面の少なくとも一方にプラズマ処理を行って汚染物質及び自然酸化膜を除去してなる半導体レーザ素子の製造方法であって、
前記プラズマ処理は、イオンエネルギーが１００ｅＶ未満であって、イオン電流密度が２〜９．２ｍＡ／ｃｍ2の範囲である低イオンエネルギー、かつ、高イオン電流密度のＡｒプラズマを用いて処理するようにした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】
前記Ａｒプラズマは、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）プラズマ、ヘリコンプラズマ、イオンビームのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共振器端面に保護膜または反射率を制御する光学膜を有する半導体レーザ素子の製造方法に係り、特に共振器端面を予め表面処理する半導体レーザ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ素子は、光通信をはじめ、映像、音楽、その他のデジタル情報の記録再生に利用されており、特に光記録においては、半導体レーザ素子の高出力化が要求されている。
ところが、半導体レーザ素子の高出力化に伴い、ＣＯＤ（瞬時光学損傷）と呼ばれる共振器端面の破壊が問題となっており、レーザ光出力の低下と信頼性の低下をもたらしている。
【０００３】
このＣＯＤは、半導体レーザ素子の共振器端面近傍が、素子内部で発生したレーザ光に対して吸収領域になっていることにより発生する。共振器端面は、通常簡便性から大気中における劈開によって、その劈開面が共振ミラーとして得られる。しかし、劈開を大気中で行うため、共振器端面には自然酸化層が形成されてしまい、共振器端面に特有な深い準位が生じて、共振器端面近傍の禁制帯幅が実質的に狭くなる。共振器端面に存在する表面準位を介した非発光再結合は温度上昇を伴うため、この温度上昇により共振器端面近傍の禁制帯幅がさらに狭くなり、レーザ光の吸収がますます起こりやすくなる。その結果、上述の現象を繰り返し、ついには共振器端面が溶融して半導体レーザ素子が破壊される。
【０００４】
一般的に、レーザ発光時の共振器端面の酸化進行を抑制するために、共振器端面に保護膜を形成することが行われているが、劈開時に発生した自然酸化層は残されたままである。また、保護膜の膜質によっては、長時間の使用により大気中の酸素及び水分が保護膜を浸透して共振器端面部の酸化を進行させたり、或いは保護膜として酸化膜を使用した場合には、酸化膜の成分である酸素が共振器端面側に移動して、共振器端面部の酸化を進行させることがある。
【０００５】
上述の対策として、硫黄処理などによって自然酸化層を除去すると同時に、酸化防止膜を形成する方法や、保護膜を形成する直前にプラズマ処理などによって自然酸化層を除去する方法などが提案されている。
上述した方法の関連技術として、例えば特許文献１乃至３に示されるものがある。
【特許文献１】特開平０９−１２１０７６号公報
【特許文献２】特開２０００−１６４９６９号公報
【特許文献３】特開平１０−８４１６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されている方法は、硫黄処理などによって共振器端面の自然酸化層を除去すると同時に、酸化防止膜を形成する方法である。
しかしながら、硫黄処理を溶液中で行うため、劈開から保護膜形成までの間に特別な工程と装置が必要となり簡便性に欠ける他、硫黄処理後に大気に晒されるため、硫黄処理による被膜の安定性の制御が困難である。
【０００７】
また、特許文献２及び特許文献３に記載されている方法は、保護膜を形成する直前にプラズマ処理などによって共振器端面の自然酸化層を除去する方法である。同一真空装置内で、プラズマ処理と保護膜形成を連続して行うため、共振器端面が大気に晒されずに保護膜を形成できるので、自然酸化膜のない共振器端面を簡便かつ確実に得ることができる。
【０００８】
これらの方法においては、半導体レーザ素子の長時間の使用により、大気中の酸素及び水分が保護膜を通して共振器端面に到達する量は、保護膜の膜質に依存する。
このような半導体レーザ素子の長時間の使用による共振器端面の酸化の進行は、保護膜の緻密度が低い場合に顕著であり、ある程度緻密な膜が得られたとしても大気中の酸素及び水分の浸透による共振器端面の酸化を防止することは困難であり、その解決策については記載されていない。
【０００９】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、共振器端面に保護膜または反射率を制御する光学膜を有する半導体レーザ素子において、共振器端面を所定の条件で予め表面処理することによって、保護膜の膜質によらず、酸化が抑制されるように共振器端面を改質させる半導体レーザ素子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】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本願発明は手段として次の手順を有する。
即ち、請求項１に係る発明は、共振器の両端面に保護膜または反射率を制御する光学膜を有する半導体レーザ素子の前記両端面の少なくとも一方にプラズマ処理を行って汚染物質及び自然酸化膜を除去する半導体レーザ素子の製造方法であって、前記プラズマ処理は、イオンエネルギーが１００ｅＶ未満であって、イオン電流密度が２〜９．２ｍＡ／ｃｍ2の範囲である低イオンエネルギー、かつ、高イオン電流密度のＡｒプラズマを用いて処理するようにしたことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法である。
【００１１】
また、請求項２に係る発明は、前記Ａｒプラズマは、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）プラズマ、ヘリコンプラズマ、イオンビームのいずれであることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子の製造方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本願各発明によれば、共振器端面に保護膜を有する半導体レーザ素子において、共振器端面を所定の条件下でプラズマ処理することによって、劈開時に発生した共振器端面部の汚染物質や自然酸化層を除去すると共に、酸化が抑制されるように共振器端面を改質させることができる。その結果、ＣＯＤ低下による素子劣化が少なく、高出力かつ高信頼性である半導体レーザ素子が得られるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施の形態を、好ましい実施例により図１〜図１１を用いて説明する。
図１は、本発明の実施例１に係るＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系半導体レーザ素子の構造模式図である。
図２は、本発明の実施例１及び実施例２においてプラズマ処理及び保護膜形成を行う装置の一例であるＥＣＲプラズマ装置の概略図である。
図３は、信頼性試験の一例である通電試験結果を示す図である。
図４〜７は、本発明の実施例１に係る共振器端面のＸＰＳスペクトルを示す図である。
【００１４】
まず、本発明における半導体レーザ素子の製造に用いるプラズマ装置の一例について説明する。
図２は、そのプラズマ処理及び保護膜形成を行うための装置の一例であるＥＣＲプラズマ装置３０の概略図である。ＥＣＲプラズマ装置３０は、例えば特開平９−１６２４９６号公開公報に示されている周知の技術で行うことができる。ＥＣＲプラズマは、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導波管３１から石英窓を通してプラズマ室３３に導入し、ＥＣＲ条件に相当する外部磁場を磁気コイル３６を用いて印加することで、マイクロ波とプラズマを結合させることにより生成する。
【００１５】
本実施例のＥＣＲプラズマ装置３０は、同一真空槽内にスパッタターゲット３４が２箇所配置されている２元スパッタ構造をとっており、例えば、一方にＳｉターゲット３４ａを、他方にＡｌターゲット３４ｂを配置している（図示せず）。
例えばＳｉ成膜を行う場合は、Ｓｉターゲット３４ａをプラズマ取り出し口付近に配置し、スパッタ電源３７により高周波電力を供給して、プラズマ流３８中のイオンによってＳｉターゲット３４ａをスパッタすることにより、試料３５上面にＳｉ膜が成膜される。
【００１６】
このときの導入ガスとしては、不活性ガスであるＡｒを用いることができるが、他の不活性ガスであるＨｅ，Ｎｅ，Ｋｒ，Ｘｅを用いてもよい。また、Ａｒガスと共に窒素ガスを導入しながら成膜を行うことにより、窒化Ｓｉ膜を成膜することができる。同様にして、Ａｒガスと共に酸素ガスを導入しながら成膜を行うことにより、酸化Ｓｉ膜を成膜することができる。また、Ａｌターゲット３４ｂを用いた場合も同様の効果が得られる。
【００１７】
試料３５上面にプラズマ処理を行う場合は、Ａｒガスをプラズマ室３３に導入し、ＥＣＲプラズマを発生させる。なお、試料３５上面へのプラズマ照射用に成膜とは異なる位置にプラズマ室を設けてもよく、あるいは小型化されたＥＣＲプラズマ銃、あるいはＥＣＲプラズマの他に、ヘリコンプラズマ、イオンビーム等を用いることもできる。
【００１８】
試料３５の共振器端面をプラズマ処理して保護膜を形成する場合は、試料３５を上述のＥＣＲプラズマ装置３０の真空槽内に配置する。次に、ＥＣＲプラズマ、ヘリコンプラズマ、イオンビーム等を用いて、低イオンエネルギーかつ高イオン電流密度のプラズマが得られる条件下で、試料３５の共振器の両端面の一方をプラズマ処理する。続いて、この一方の端面表面に保護膜または光学膜を所定の膜厚になるよう成膜する。同様の工程を他方の共振器端面でも行う。
【００１９】
なお、保護膜として、反射率を制御するための光学膜を兼ねて成膜する場合は、異なる材料を順次成膜して多層構造とすることも可能である。また、共振器端面のプラズマ処理は、共振器の両端面に行ってもよく、あるいは光出射面のみに行ってもよい。
【００２０】
次に、本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の実施例を以下に示す。
（実施例１）
以下に、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系半導体レーザ素子２５の製造工程の例を説明する。
図１は、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系半導体レーザ素子２５の構造模式図である。
【００２１】
ｎ型ＧａＡｓ基板１２表面に、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１３、活性層１４、第１のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１５、及びエッチングストップ層１６を順次積層する。次に、エッチングストップ層１６表面の一部に第２のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１７とｐ型ＧａＡｓキャップ層１８とを順次積層してなる略台形状のリッジ部１９を形成する。続いて、リッジ部１９を挟持するように、エッチングストップ層１６表面の一部にｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層２０ａ及び２０ｂを順次積層する。
【００２２】
さらに、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１８及びｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層２０ｂ表面にｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１を積層する。次に、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１表面にはＡｕ系のｐ型オーミック電極２２を形成し、積層方向と反対側のｎ型ＧａＡｓ基板１２面にはＡｕ系のｎ型オーミック電極１１を形成する。
以上により、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系半導体レーザ素子２５構造を得る。
【００２３】
次に、半導体レーザ素子２５の共振器端面１ａにプラズマ処理を行い、共振器端面１ａ，１ｂに保護膜を形成する工程について、図１及び図２を用いて説明する。
【００２４】
共振器端面１ａがプラズマ室側に向くように半導体レーザ素子２５をＳｉターゲット３４ａ側の試料３５の位置に配置した後、４〜４０ｃｃｍの範囲でＡｒガスをプラズマ室３３に導入し、５００Ｗのマイクロ波によってＥＣＲプラズマを発生させる。プラズマ室３３の真空度は１．９〜１６．６Ｅ−２Ｐａである。
【００２５】
このとき、成膜の場合とは異なり、スパッタターゲット３４にＲＦ電力は供給しない。但し、ＥＣＲプラズマに誘起されてスパッタターゲット３４に直流バイアスとして−（マイナス）数十Ｖが印加された状態になる場合がある。また、プラズマエネルギーを調整するために数十ＷのＲＦ電力をスパッタターゲット３４に供給してもよい。このようにして、２分間共振器端面１ａにプラズマ処理を行うと、条件に応じた表面処理が行われる。但し、マイクロ波出力、プラズマ処理時間等はここに示す条件に限られるものではない。
【００２６】
続いて、半導体レーザ素子２５を真空中でＡｌターゲット３４ｂが配置されている側に移動し、Ａｌターゲット３４ｂに５００ＷのＲＦ電力を供給すると共に５００Ｗのマイクロ波を供給し、Ａｒガスと共に酸素ガスを供給しながら成膜を行うことによって、共振器端面１ａ表面に保護膜であるＡｌ2Ｏ3膜を形成する。Ａｌ2Ｏ3膜は光学膜を兼ねており、レーザ発振波長である７８０ｎｍにおける反射率が約５％となるように膜厚を調整する。
【００２７】
次に、半導体レーザ素子２５の向きを変え、共振器端面１ｂをプラズマ室側に向ける。保護膜成膜前のプラズマ処理を行わず、Ａｌターゲット３４ｂに５００ＷのＲＦ電力を供給すると共に５００Ｗのマイクロ波を供給し、Ａｒガスと共に酸素ガスを供給しながら成膜を行うことによって、共振器端面１ｂ表面にＡｌ2Ｏ3膜を成膜する。続いて、半導体レーザ素子２５をＳｉターゲット３４ａ側に移動させてＳｉターゲット３４ａに５００ＷのＲＦ電力を供給すると共に５００Ｗのマイクロ波を供給し、Ａｒガスのみを供給しながら成膜を行うことによって、Ａｌ2Ｏ3膜表面にさらにアモルファスＳｉ膜を成膜する。
【００２８】
これを繰り返し、Ａｌ2Ｏ3膜とアモルファスＳｉ膜が交互に積層された４層膜を、反射率が９２％となるようにそれぞれの膜厚を調整して成膜する。ここで、共振器端面１ａの場合と同様に、保護膜成膜前に共振器端面１ｂにプラズマ処理を行ってもよい。
【００２９】
上述の処理により、共振器端面に保護膜が形成された半導体レーザ素子２５が得られる。
本実施例においては、共振器端面１ａがレーザ光出射面となる。
【００３０】
上述により得られた半導体レーザ素子２５を、８０℃の環境下でパルス電流駆動させたときの信頼性試験の結果を図３に示す。レーザ光出力は２３０ｍＷ、パルス電流は１００ｎｓ通電オン−１００ｎｓ通電オフの繰り返しとした。
【００３１】
図３中のＡｒ流量は、共振器端面１ａのプラズマ処理時のＡｒ流量を示す。プラズマ処理時間は、それぞれ２分間である。図３の結果から、ＣＯＤ劣化によって半導体レーザ素子２５が破壊されるまでの寿命時間はプラズマ処理時のＡｒ流量に依存し、Ａｒ流量が３０ｃｃｍ以下の場合に、プラズマ処理を行わないものよりも良好な信頼性結果が得られる。より好ましくはＡｒ流量が５ｃｃｍ以上２０ｃｃｍ以下の場合に、特に良好な結果が得られる。発明者らは、保護膜形成前に共振器端面をＡｒ流量の上述した最適条件下でプラズマ処理することによって、半導体レーザ素子２５の信頼性が向上することを確認した。
【００３２】
上述のような効果が得られる理由について、以下に説明する。
図４、図５に共振器端面１ａのＸＰＳ（光電子分光分析法）スペクトルを示す。ＸＰＳによる分析は、プラズマ処理後に試料が大気に晒されるため、分析時にはプラズマ処理直後の状態から変化してしまう。そこで、プラズマ処理後に真空中で連続して保護膜を１〜２ｎｍ成膜した後に大気中に取り出してＸＰＳによる分析を行った。これにより、短時間であればプラズマ処理直後の表面状態がほぼ維持され、ＸＰＳにおける分析深さは５ｎｍ程度であるので、保護膜下の半導体材料部分、即ちプラズマ処理された共振器端面１ａ部分の情報を得ることができる。
【００３３】
ＸＰＳの主な分析条件は、Ｘ線源はＡｌ−Ｋαのモノクロ線源、分析時のＸ線径は約５０μｍφ、取り出し角度は７５°、検出器通過エネルギーは２３．５ｅＶで、０．１ｅＶステップのエネルギー掃引を行った。この条件におけるＡｇ３ｄ５／２の半値幅は０．６８ｅＶである。
【００３４】
上述のようにして得られたＧａのＸＰＳスペクトルを図４に、保護膜を成膜せずにプラズマ処理面を大気に晒した後に分析を行ったＧａのＸＰＳスペクトルを図５にそれぞれ示す。分析までの間に大気に晒された時間は約１０分間である。
【００３５】
図４から明らかなように、プラズマ処理によつてＧａの酸化物が除去されているが、Ａｒ流量による明確な違いはない。コンタミ成分であるＣ（炭素）が、プラズマ処理によって検出限界以下になっていることも確認している。
【００３６】
一方、図５に示されるように、プラズマ処理後に大気に晒した試料においては、Ａｒ流量による違いが明確に現れている。特に、Ａｒ流量が５ｃｃｍ以上の場合、劈開後の自然酸化（図４中、「プラズマ処理なし」に相当）のスペクトルと比較して酸化物成分ピークが弱く、大気中における酸化の進行が抑制されていることがわかる。
【００３７】
上述の共振器端面のＸＰＳ分析において、ＧａＡｓ成分ピークとＧａＯｘ成分ピークとのピーク分離を行い、ＧａＯｘ成分ピーク面積比率を算出した結果を表１に示す。また、Ａｒ流量が４０ｃｃｍでマイクロ波出力を変化させた時の結果も併せて記載する。ピーク分離は、酸化していないＧａＡｓを測定したＧａピーク形状をＧａＡｓ成分の基準ピーク形状とし、残りのスペクトル成分をＧａＯｘ成分として分離した。
【表１】
2006210474.tif 000003
【００３８】
上述の結果と図３の信頼性試験結果を関連付けて見ると、プラズマ処理によって共振器端面の酸化の進行が抑制されるように、共振器端面の表面改質が生じている場合に、良好な信頼性が得られている。例外としてＡｒ流量４０ｃｃｍの場合に信頼性が劣化しているが、表面改質が進んで共振器端面のダメージに転じたためと考えられる。
【００３９】
以上のように、共振器端面部の汚染物質及び自然酸化層を除去し、さらに一定の表面改質を生じさせることによって、信頼性に優れた半導体レーザ素子を得ることができる。具体的には、Ａｒ流量が４ｃｃｍ以上３０ｃｃｍ以下、好ましくは５ｃｃｍ以上２０ｃｃｍ以下である。このときの処理面が大気に晒された後のＸＰＳによるＧａスペクトルのＧａＯｘ／（ＧａＡｓ＋ＧａＯｘ）成分ピーク面積比率は、０．１３以上０．６８以下、好ましくは０．３３以上０．６０以下である。
【００４０】
次に、プラズマ処理中の真空槽内のＡｒ圧力、及びこのときのイオン電流密度の関係を調べた。表２は、Ａｒ流量と、真空槽内のＡｒ圧力、イオンエネルギー、及びイオン電流密度の関係を表したものである。マイクロ波出力を変化させた場合についても併せて記載する。表２から、Ａｒ流量によって真空槽内のＡｒ圧力が変化し、Ａｒ流量またはマイクロ波出力によってイオン電流密度が変化することがわかる。
【表２】
2006210474.tif 000004
【００４１】
上述の結果から、プラズマ処理中の真空槽内のＡｒ圧力が１．９〜１１．５×１０-2Ｐａ、またはイオン電流密度が２〜９．２ｍＡ／ｃｍ2の範囲のとき、表１におけるＧａＯｘ／（ＧａＡｓ＋ＧａＯｘ）成分ピーク面積比率が０．１３〜０．６８となり、信頼性に優れた半導体レーザ素子を得ることができる。
【００４２】
次に、イオンエネルギー及びイオン電流密度と共振器端面の表面改質の関係を調べるために、高イオンエネルギーかつ低イオン電流密度タイプのＡｒイオンビームを用いたプラズマ処理について説明する。
【００４３】
図６に、Ａｒイオンビームで共振器端面にプラズマ処理を行った後、同真空中で共振器端面表面に保護膜を１〜２ｎｍ成膜した後のＸＰＳスペクトルを示す。図６中に示される数値は、イオンエネルギー（イオンビームの加速電圧）とイオン電流密度であり、いずれの条件においても自然酸化物が除去されており、該ＧａＡｓピークのみになっている。
【００４４】
続いて、プラズマ処理後に保護膜を成膜せずに大気中に取り出し、約１０分後にＸＰＳ分析を行った結果を図７に示す。ＸＰＳスペクトルにおけるＧａＯｘ／（ＧａＡｓ＋ＧａＯｘ）成分ピーク面積比率は０．７０〜０．７５であり、プラズマ処理しない自然酸化層が存在する共振器端面と同程度の酸化が確認された。
この結果は、高イオンエネルギーかつ低イオン電流密度のプラズマ処理を行うと、物理的な逆スパッタ現象が優勢になり、このように処理された共振器端面は酸化が抑制される表面改質が生じていないことを示すものである。イオンエネルギー１００ｅＶ未満におけるスパッタ収率は非常に低く、物理的なスパッタ除去はほとんど生じないことは周知である。
【００４５】
上述の結果から、本発明による低イオンエネルギーかつ高イオン電流密度を有するプラズマ処理、より詳しくは、イオンエネルギーが１００ｅＶ未満であり、かつイオン電流密度が２〜９．２ｍＡ／ｃｍ2の範囲であるプラズマ処理を共振器端面に行うことで、共振器端面に形成された自然酸化層及び汚染物質を除去すると共に、酸化を抑制させるよう共振器端面を表面改質させることにより、信頼性に優れた半導体レーザ素子を得ることができる。
【００４６】
次に、図８〜１１を用いて実施例２を説明する。
図８は、本発明の実施例２に係るＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子の構造模式図である。
図９〜１１は、本発明の実施例２に係る環境温度を変化させたときの駆動電流の変化を示す図である。
（実施例２）
以下に、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子５５の製造工程を図８を用いて説明する。
【００４７】
ｎ型ＧａＡｓ基板４１表面に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４２、活性層４３、第１のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４４、及びｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層４５を順次積層する。次に、エッチングストップ層４５表面の一部に第２のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４６とｐ型ＧａＩｎＰキャップ層４７とを順次積層してなる略台形状のリッジ部４８を形成する。続いて、リッジ部４８を挟持するように、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層４５表面の一部にｎ型ＡｌＩｎＰ電流狭窄層４９とｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層５０とを順次積層する。
【００４８】
さらに、ｐ型ＧａＩｎＰキャップ層４７及びｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層５０表面にｐ型ＧａＡｓコンタクト層５１を積層する。次に、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層５１表面にはＡｕ系のｐ型オーミック電極５２を形成し、積層方向と反対側のｎ型ＧａＡｓ基板４１面にはＡｕ系のｎ型オーミック電極５３を形成する。
以上により、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子５５構造を得る。
【００４９】
次に、図８に示す半導体レーザ素子５５の共振器端面２ａにプラズマ処理を行い、共振器端面２ａ，２ｂに保護膜を形成する工程について説明する。
【００５０】
半導体レーザ素子５５を、低イオンエネルギーかつ高イオン電流密度タイプのＡｒイオンビームを有する真空蒸着装置の真空槽内に配置する。真空中にてイオンエネルギーが９０ｅＶ、イオン電流密度が３．８ｍＡ／ｃｍ２となる条件下で、Ａｒイオンビームを半導体レーザ素子５５の共振器端面２ａに２分間照射する。さらに、真空中にて電子ビームを用いた蒸着により、Ａｌ2Ｏ3膜を共振器端面２ａ表面に成膜する。
Ａｌ2Ｏ3膜厚は、半導体レーザ素子５５の発振波長である６５０ｎｍにおける反射率が約２０％となるように調整した。
【００５１】
共振器端面２ｂには真空蒸着による成膜は行わず、実施例１と同様にＥＣＲプラズマ装置３０を用い、Ａｌ2Ｏ3膜とアモルファスＳｉ膜を交互に成膜して２層膜とした。それぞれの膜厚は、半導体レーザ素子５５の発振波長である６５０ｎｍにおける反射率が約８０％となるように調整した。
【００５２】
上述により作製した半導体レーザ素子５５を、環境温度を変化させながら５ｍＷで発光させたときの駆動電流の変化を図９に示す。また、比較例として、プラズマ処理を行わずに共振器端面２ａ表面に保護膜として真空蒸着によるＡｌ2Ｏ3膜を成膜した場合の結果を図１０に、同様にプラズマ処理を行わずに共振器端面２ａ表面にＥＣＲプラズマによるＡｌ2Ｏ3膜を成膜した場合の結果を図１１に示す。なお、共振器端面２ｂは上述と同様の処理を行っている。
【００５３】
プラズマ処理を行っていない場合の図１０と図１１とを比較すると、真空蒸着によりＡｌ2Ｏ3膜を形成した半導体レーザ素子は、ＥＣＲプラズマによりＡｌ2Ｏ3膜を形成した半導体レーザ素子よりも明らかに温度特性が劣っている。Ｘ線反射率測定法を用いてそれぞれのＡｌ2Ｏ3膜の膜密度を測定した結果、真空蒸着によるＡｌ2Ｏ3膜の膜密度は２．６ｇ／ｃｍ3であり、ＥＣＲプラズマによるＡｌ2Ｏ3膜の膜密度は３．４ｇ／ｃｍ3であった。
【００５４】
この膜密度の違いは、膜の緻密度の違いであり、一般的に緻密度の高い膜の方が大気中の酸素や水分の透過が少ない。図１０及び図１１に示される半導体レーザ素子の温度特性の違いは、緻密度の低い真空蒸着膜では大気中の酸素や水分が保護膜であるＡｌ2Ｏ3膜を透過したり、あるいはＡｌ2Ｏ3膜の成分である酸素が解離して拡散し、共振器端面の酸化を促進させることが原因であることは容易に推測できる。
【００５５】
一方、共振器端面をＡｒイオンビームでプラズマ処理した後に真空蒸着でＡｌ2Ｏ3膜を形成した半導体レーザ素子は、プラズマ処理を行っていない真空蒸着によるＡｌ2Ｏ3膜を形成した半導体レーザ素子よりも明らかに温度特性が向上しており、プラズマ処理を行っていないＥＣＲプラズマによるＡｌ2Ｏ3膜を形成した半導体レーザ素子と比較しても温度特性に優れている。
【００５６】
上述の結果は、プラズマ処理により共振器端面が改質されたため、共振器端面の酸化が抑制された効果を示すものであり、保護膜が緻密度の低い真空蒸着によるＡｌ2Ｏ3膜であっても、温度特性に優れた半導体レーザ素子を得ることができた。
【００５７】
本発明の実施例は、上述した構成及び手順に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形例としてもよいのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施例１に係るＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系半導体レーザ素子の構造模式図である。
【図２】本発明の実施例１及び実施例２においてプラズマ処理及び保護膜形成を行う装置の一例であるＥＣＲプラズマ装置の概略図である。
【図３】信頼性試験の一例である通電試験結果を示す図である。
【図４】本発明の実施例１に係る共振器端面のＸＰＳスペクトルを示す図である。
【図５】本発明の実施例１に係る共振器端面のＸＰＳスペクトルを示す図である。
【図６】本発明の実施例１に係る共振器端面のＸＰＳスペクトルを示す図である。
【図７】本発明の実施例１に係る共振器端面のＸＰＳスペクトルを示す図である。
【図８】本発明の実施例２におけるＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子の構造模式図である。
【図９】本発明の実施例２において環境温度を変化させたときの駆動電流の変化を示す図である。
【図１０】本発明の実施例２において環境温度を変化させたときの駆動電流の変化を示す図である。
【図１１】本発明の実施例２において環境温度を変化させたときの駆動電流の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ  共振器端面  、  １１  ｎ型オーミック電極  、  １２  ｎ型ＧａＡｓ基板  、  １３  ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層  、  １４  活性層  、  １５  第１のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層  、  １６  エッチングストップ層  、  １７  第２のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層  、  １８  ｐ型ＧａＡｓキャップ層  、  １９  リッジ部  、  ２０ａ，２０ｂ  ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層  、  ２１  ｐ型ＧａＡｓコンタクト層  、  ２２  ｐ型オーミック電極  、  ２５  ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系半導体レーザ素子  、  ３０  ＥＣＲプラズマ装置  、  ３１  導波管  、  ３２  石英窓  、  ３３  プラズマ室  、  ３４  スパッタターゲット  、  ３５  試料  、  ３６  磁気コイル  、  ３７  スパッタ電源  、  ３８  プラズマ流  、  ４１  ｎ型ＧａＡｓ基板  、  ４２  ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層  、  ４３  活性層  、  ４４  第１のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層  、  ４５  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層  、  ４６  第２のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層  、  ４７  ｐ型ＧａＩｎＰキャップ層  、  ４８  リッジ部  、  ４９  ｎ型ＡｌＩｎＰ電流狭窄層  、  ５０  ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層  、  ５１  ｐ型ＧａＡｓコンタクト層  、  ５２  ｐ型オーミック電極  、５３  ｎ型オーミック電極  、  ５５  ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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