(57)【要約】【課題】成膜時のチャージアップによる局所的な膜質変化を防止し、半導体レーザ素子の反射率のばらつきを低減させることができる半導体レーザの製造方法を提供すること。【解決手段】少なくとも所定表面領域が酸化し難い導電性材料にて構成された保持部材１１、１４を用いて、共振器端面１７ａが露出した複数の半導体レーザ素子を有するレーザバー１７を、共振器端面と所定表面領域が同じ向きとなるように保持し、共振器端面に所定反射率のコート膜を形成するための成膜装置内に保持部材１１、１４にて保持したレーザバー１７を設置し、共振器端面にコート膜を成膜する半導体レーザ素子の製造方法を提供することにより、上記課題を解決する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも所定表面領域が酸化し難い導電性材料にて構成された保持部材を用いて、共振器端面が露出した複数の半導体レーザ素子を有するレーザバーを、前記共振器端面と前記所定表面領域が同じ向きとなるように保持し、共振器端面に所定反射率のコート膜を形成するための成膜装置内に前記保持部材にて保持したレーザバーを設置し、電子サイクロトロン共鳴プラズマを用いたスパッタ法により共振器端面にコート膜を成膜する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】
酸化され難い導電性材料として、金および／または白金を用いる請求項１に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項３】
保持部材の所定表面領域が、レーザバーの共振器端面へのコート膜形成時に保持部材におけるコート膜が形成される表面部分である請求項１または２に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項４】
保持部材が、所定表面領域に酸化し難い導電性材料からなる膜を有する請求項１〜３の何れか１つに記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項５】
レーザバーの共振器端面にコート膜を成膜した後、保持部材に堆積したコート膜の上に、酸化され難い導電性材料からなる膜を形成し、繰り返し保持部材を使用する請求項１〜４の何れか１つに記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項６】
レーザバーの共振器端面にコート膜を成膜した後、保持部材に堆積した１層以上のコート膜を除去し、繰り返し保持部材を使用する請求項１〜５の何れか１つ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、半導体レーザ素子の製造方法に関し、さらに詳しくは半導体レーザ素子の端面コートを均一な膜厚で行なうことができる製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ素子は、その共振器端面の保護と所望の反射率を得るために、電子ビーム蒸着法やスパッタ法によって共振器端面に所定反射率のコート膜（例えばアルミナ膜、シリコン酸化膜と酸化チタン膜の積層膜、シリコン窒化膜等）が形成されている。この場合、共振器長に切断された複数本のレーザバーをスペーサを介して並べ治具にて保持し、各レーザバーの共振器端面の２面にコート膜を形成し、その後レーザバーをチップ毎に切断して半導体レーザ素子を得る。
【０００３】
近年、半導体レーザ素子の短波長化および高出力化に伴い、コート膜にはレーザ出射界面で高温になっても膜質が変質せず、かつ、発光波長での吸収の無い膜が必要となってきており、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマスパッタ法によるコート膜の成膜法が実用化され、生産に導入されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
ＥＣＲプラズマスパッタ法にてコート膜を形成する場合、その装置の成膜原理により、レーザバーのセット領域がマイナスに帯電し、低エネルギーのプラズマ流が共振器端面に流れ込み、該端面の表面の水分や有機物が除去されることで、安定した膜形成を行なうことができる。また、コート膜を構成するためのターゲットの純度を上げることや酸素ガスを添加することで、発光波長で吸収の無い純度の高い酸化膜を形成することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１６２４９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＥＣＲプラズマスパッタ法にてコート膜を形成する場合、成膜初期にレーザバーを保持する治具やスペーサにチャージアップが発生し、さらに、成膜中に治具やスペーサにも酸化膜が堆積してチャージアップが増大し、その電荷の存在によってコート膜材料のイオンが各レーザバーの共振器端面に均一に当たらなくなり、その結果、レーザバー毎によってもしくは１本のレーザバーにおいても部分的にコート膜の膜厚にばらつきが生じ、規定の反射率から外れてしまうレーザバーが発生する。そのため、その不良バーを取り除く煩雑な作業を行わなければならない上、歩留りの低下を引き起こしている。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑み、成膜時のチャージアップによる局所的な膜質変化を防止し、半導体レーザ素子の反射率のばらつきを低減させることができる半導体レーザの製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かくして、本発明によれば、少なくとも所定表面領域が酸化し難い導電性材料にて構成された保持部材を用いて、共振器端面が露出した複数の半導体レーザ素子を有するレーザバーを、前記共振器端面と前記所定表面領域が同じ向きとなるように保持し、共振器端面に所定反射率のコート膜を形成するための成膜装置内に前記保持部材にて保持したレーザバーを設置し、電子サイクロトロン共鳴プラズマを用いたスパッタ法により共振器端面にコート膜を成膜する半導体レーザ素子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、保持部材は少なくとも所定表面領域が、具体的にはコート膜が形成されると予測される表面部分が、酸化し難い導電性材料から構成されていることにより、ＥＣＲプラズマスパッタ法によってレーザバーの共振器端面へコート膜を形成する際に、成膜初期に保持部材の導電性材料部分が酸化せずチャージアップの発生を防止することができる。その結果、レーザバーと保持部材の導電性材料部分の電位が同電位となり、各レーザバーの共振器端面にコート膜材料が均一に付着し、コート膜の膜厚のばらつきが抑制される。
よって、共振器端面のコート膜の反射率を規定値内に抑え歩留り向上を図ることが可能となり、かつレーザバーの不良品を取り除く煩雑な作業を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、少なくとも所定表面領域が酸化し難い導電性材料にて構成された保持部材を用いて、共振器端面が露出した複数の半導体レーザ素子を有するレーザバーを、前記共振器端面と前記所定表面領域が同じ向きとなるように保持し、共振器端面に所定反射率のコート膜を形成するための成膜装置内に前記保持部材にて保持したレーザバーを設置し、電子サイクロトロン共鳴プラズマを用いたスパッタ法により共振器端面にコート膜を成膜することを特徴としている。
【００１１】
本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、ＥＣＲプラズマスパッタ法にてレーザバーの共振器端面に所定の反射率のコート膜を形成する場合に好適であり、安定した膜形成を行なうことができ、発光波長で吸収の無い純度の高い膜を形成することができる。特に、ＥＣＲプラズマスパッタ法で、例えば酸化アルミニウム膜、酸化シリコン膜と酸化チタン膜の積層膜等のコート膜を形成する場合に好適である。本発明にて製造される半導体レーザ素子としては、例えばＡｌＧａＩｎＰ系レーザ、ＧａＩｎＰ系レーザ、ＡｌＧａＡｓ系レーザ、ＧａＡｓ系レーザ、ＧａＩｎＡｓ系レーザ、ＧａＩｎＡｓＰ系レーザ等が挙げられる。
【００１２】
本発明において、レーザバーを保持する保持部材としては特に限定されず、例えばレーザバーを設置するためのプレートと、レーザバーを設置したプレートを保持する治具とを備えるもの、レーザバーを設置する設置部を有する治具等が挙げられる。上記プレートは複数枚備えられていてもよく、レーザバーを複数段積み重ねる際のスペーサとして用いることができる。治具の材質としては金属やセラミックス等が挙げられ、加工が容易で安価なステンレス鋼が適当である。また、プレートの材質としては、金属、半導体（例えばシリコン）、セラミックス等が挙げられる。
【００１３】
本発明では、上述したようにレーザバーの共振器端面へのコート膜形成時に保持部材（治具およびプレート）にもコート膜が形成される表面部分を、酸化し難い導電性材料から構成するが、具体的には酸化し難い導電性材料の膜にて構成することがコスト的な観点から好ましい。この酸化し難い導電性材料としては、安定した金属であり、素子に対して悪影響を与えない金もしくは白金が好ましい。
【００１４】
さらに詳しく説明すると、例えばＥＣＲプラズマスパッタ法によりコート膜を形成する場合、レーザバーは、成膜しようとする一方の共振器端面（例えばレーザ光出射端面）がＥＣＲプラズマスパッタ装置内のターゲットの方へ向けられた状態で、保持部材と共に試料室にセットされる。このとき、治具およびプレートにおける少なくともターゲットの方に面している表面部分を、Ａｕ膜および／またはＰｔ膜といった金属膜によって被覆する。なお、プレートは、レーザバーを上載しかつスペーサとしての役割をするものであるため、表面全面（上面、下面および端面）に上記金属膜をコーティングしておくことが望ましい。また、治具も表面全面に金属膜をコーティングしてもよい。
このように、成膜前に酸化し難い導電性膜（金属膜）を保持部材にコーティングしておくことにより、成膜初期に保持部材のチャージアップが起きず、保持部材とレーザバーの電位が同電位となり、コート膜の膜厚不均一化が抑制される。
【００１５】
治具に金属膜を形成する方法としては特に限定されず、例えば蒸着法、スパッタ法、メッキ法等が挙げられ、メッキ法に比して成膜が容易な点で蒸着法もしくはスパッタ法が好ましい。また、プレートに金属膜を形成する方法としても特に限定されず、上記蒸着法、スパッタ法、メッキ法等が挙げられる。金属膜の膜厚としては、チャージアップ抑制効果が得られれば特に限定されず、例えば１０〜２００ｎｍ、好ましくは５０〜１００ｎｍ程度である。なお、金属膜の膜厚は２００ｎｍを越えてもよいが、コスト面を考慮して２００ｎｍ程度までとするのがよい。
例えば、スパッタ法にてＡｕ膜を膜厚５０〜１００ｎｍで形成する場合の条件としては、一般的なＤＣスパッタ法で、Ａｒガスを用いて、スパッタパワー；1ｋＷ、スパッタガス圧；0.5Ｐａで十分である。
【００１６】
本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、レーザバーの共振器端面へのコート膜の形成後、保持部材に堆積したコート膜の上に、金膜および／または白金膜を形成し、この保持部材を繰り返し使用してもよい。つまり、金膜や白金膜といった金属膜にコート膜が堆積されはじめるとチャージアップが生じてくるため、コート膜の上から新たに金属膜を形成することによりチャージアップ抑制効果を維持することができる。例えば、コート膜形成工程を２回行えば、新たな金属膜の形成工程を１回行なうことが好ましく、コート膜形成工程後に毎回行なうことが特に好ましい。しかしながら、同じ保持部材に対して新たな金属膜の形成工程を繰り返し行なうと、金属膜とコート膜との密着性が低下し、金属膜が剥がれ易くなるため、新たな金属膜の形成工程は５回までとするのがよい。
【００１７】
また、本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、レーザバーの共振器端面へのコート膜の形成後、保持部材に堆積した１層以上のコート膜を除去し、この保持部材を繰り返し使用してもよい。つまり、上述したように新たな金属膜を形成する回数には限度があるため、保持部材に堆積した１層以上のコート膜を除去する。例えば、コート膜がアルミナ膜または酸化シリコン膜と酸化チタン膜の積層膜である場合、フッ酸もしくはフッ硝酸を用いてコート膜を除去する。この際、コート膜上の金属膜も除去されるが、保持部材の表面に直接成膜された金や白金からなる金属膜は耐酸性を有するため除去されない。なお、このコート膜除去工程は、コート膜形成工程の後に毎回行なってもよいが、上記のような新たな金属膜の形成工程と組み合わせれば、コート膜除去工程の頻度を低減することができる。
【００１８】
また、本発明の半導体レーザ素子の製造方法では、従来の方法と同様に、共振器端面にコート膜を形成する工程の前に、半導体ウェハに複数の半導体レーザ素子をマトリックス状に形成し、この半導体ウェハを共振器長に切断してレーザバーを形成する工程と、共振器端面にコート膜を形成する工程の後に、レーザバーをチップサイズに切断する工程を行なうようにしてもよい。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１９】
（実施形態１）
実施形態１ではＥＣＲプラズマスパッタ法にてレーザバーの共振器端面にアルミナ膜を形成する場合を例示する。
図1はＥＣＲプラズマスパッタ装置の概略構成図であり、図２は治具を示す斜視図であり、図３はプレートの間にレーザバーを挟み込む状態を示す斜視図であり、図４はレーザバーセット治具を示す斜視図である。
【００２０】
図１に示すように、ＥＣＲプラズマスパッタ装置は、レーザバーセット治具１を設置するための試料室２と、ターゲット３と、プラズマ室４と、石英窓６と、磁気コイル７と、スパッタ電源８を備える。なお、図１において、符号５はプラズマを示し、矢印Ａはマイクロ波、Ｂはプラズマ流、Ｃはイオン流を示している。
図２に示すように、治具１１は、平行に対向する一対の挟持片１２を備え、一対の挟持片１２はその間隔が調整可能に連結されている。また、この治具１１の前面および後面には膜厚５０〜１００ｎｍの金または白金からなる金属膜１３が形成されている。
【００２１】
図３に示すように、プレート１４は、レーザバー１７の幅および長さよりも長い幅および長さで形成されたステンレス鋼製の板であり、レーザバー１７の本数より１枚多い枚数が用いられる。各プレート１４は、表面全面に金または白金からなる金属膜１５が形成されている。
レーザバー１７は、チップサイズに分割する前の半導体レーザ素子が複数連設されているものであり、各素子の共振器端面であるレーザ光出射端面１７ａとその反対側の端面が露出している。また、レーザバー１７の厚み方向の上面と下面には電極が形成されている。なお、レーザバー１７の電極がＡｕ電極を採用している場合は、プレート１４に形成する金属膜１３は白金を用いることが、プレート１４とレーザバー１７とを外観から容易に区別できることと、コート膜形成時にプレート１４の金属膜１３とレーザバー１７のＡｕ電極とがくっつくのを防ぐことができることから、好ましい。
【００２２】
図３および図４に示すように、レーザバーセット治具１は、各レーザバー１７の一方の共振器端面（例えばレーザ光出射端面１７ａ）を同じ方向に向けた状態で、プレート１４とレーザバー１７を交互に積み重ね、それらを治具１１にて挟持することにより組み立てられている。この際、コート膜を先に形成したい方の共振器端面、例えばレーザ光出射端面１７ａが治具１１の前面側となるようにする。
【００２３】
ＥＣＲプラズマスパッタ装置にてレーザバー１７にコート膜を形成するに際しては、先ず、上記レーザバーセット治具１をＥＣＲプラズマスパッタ装置の試料室２に、ターゲット３の方に治具１１の前面を向けた状態で設置する。その後は従来と同様の条件でＥＣＲプラズマスパッタ装置を駆動して、レーザバー１７のレーザ光出射面１７ａにアルミナ膜を形成する。その後レーザバーセット治具１を１８０°反転し、もう一方の共振器端面に高反射率が得られるようにＡｌ2Ｏ3膜もしくはＳｉＯ2膜とＴｉＯ2膜の積層膜を形成する。その後、各レーザバー１７を所定のチップサイズに切断することにより、半導体レーザ素子が得られる。
このようにして得られた半導体レーザ素子のレーザ光出射端面側のコート膜の反射率は、規定の反射率に対して±１％の範囲に抑えることができる。なお、反射率の測定は、鏡面のアルミ表面を基準としてコート膜の反射率を測定した値である。
【００２４】
その後、フッ酸溶液（濃度50％程度）もしくはフッ硝酸溶液を用いて治具１１およびプレート１４に堆積したコート膜を除去する。このとき、プレート１４は表面全面にＡｕ膜もしくはＰｔ膜が形成されているため、上記酸溶液中にプレート全体を浸漬しても素材であるステンレス鋼が侵食されることはない。
このようにしてコート膜を除去した技具およびプレートは、次のコート膜形成に際して使用される。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は、ＡｌＧａＩｎＰ系レーザ、ＧａＩｎＰ系レーザ、ＡｌＧａＡｓ系レーザ、ＧａＡｓ系レーザ、ＧａＩｎＡｓ系レーザ、ＧａＩｎＡｓＰ系レーザ等の半導体レーザ素子の製造に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ＥＣＲプラズマスパッタ装置の概略構成図である。
【図２】治具を示す斜視図である。
【図３】プレートの間にレーザバーを挟み込む状態を示す斜視図である。
【図４】レーザバーセット治具を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  レーザバーセット治具
２  試料室
３  ターゲット
４  プラズマ室
５  プラズマ
６  石英窓
７  磁気コイル
８  スパッタ電源
１１  治具（保持部材）
１２  挟持片
１３  金属膜（Ａｕ膜および／またはＰｔ膜）
１４  プレート（保持部材）
１５  金属膜（Ａｕ膜および／またはＰｔ膜）
１７  レーザバー
１７ａ  レーザ光出射端面
Ａ  マイクロ波
Ｂ  プラズマ流
Ｃ  イオン流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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