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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer
Hoch-Energie-Halbleiterlaservorrichtung mit Langzeitzuverlässigkeit.
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Stand der
Technik
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Halbleiterlaser
sind für
Apparate auf verschiedenen Gebieten wie der Informationskommunikation,
Drucktechnik, Prozesstechnik, medizinischen Anwendungen oder dgl.
verwendet worden. Dabei ist es notwendig, die Energieleistung und
Zuverlässigkeit
der Halbleiterlaser als Lichtquelle zu verbessern, um dadurch das
Leistungsvermögen
dieser Apparate zu verbessern.
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Im
Allgemeinen weist ein Halbleiterlaser eine Struktur auf, worin eine
Aktivschicht als Sandwich zwischen einer p-Typ-Umhüllungsschicht
und einer n-Typ-Umhüllungsschicht
vorliegt. Dann wird ein Substrat mit den darauf laminierten Schichten
gespalten und Laserlicht wird durch Anlegen eines Stroms an die
Aktivschicht mit der Spaltungsebene als Resonatorebene erzeugt.
Dabei wird eine der beiden Spaltungsebenen, die als Resonatorebenen dient,
zu einem Licht-Auslassteil. Ferner werden die beiden Spaltungsebenen
mit einem dielektrischen Film zur Steuerung der Reflexion oder einer
Unterdrückung
der Verschlechterung im Zeitablauf überzogen, die durch eine chemische
Reaktion auf einer Spaltungsoberfläche verursacht werden könnte.
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Bei
Durchführung
der Spaltung in einer allgemeinen Luft-Atmosphäre wird ein natürlicher
Oxidfilm auf der Spaltungsoberfläche
gebildet. Bei z.B. einer GaAs-Verbindung sind Oberflächeniveaus
hoher Dichte, die hauptsächlich
durch Sauerstoffbindung von Ga und As verursacht werden, im natürlichen Oxidfilm
auf der Spaltungsebene vorhanden. Dann wird ausgestrahltes Licht
vom natürlichen
Oxidfilm als nicht-strahlendes
Rekombinationszentrum absorbiert. Wegen der Lichtabsorption wird
Wärme in
der Nähe
der Spaltungsebene erzeugt, und die verbotene Bandenbreite der Aktivregion
wird abgesenkt, was zu einem weiteren Anstieg der Lichtabsorption
führt. Infolgedessen
wird die Spaltungsebene weggeschmolzen, und der Laserausstoß verschlechtert sich
deutlich. Daher ist es zur Bewerkstelligung eines Hoch-Energie-Halbleiterlaser
hoher Zuverlässigkeit notwendig,
insbesondere die Bildung eines auf der Spaltungsebene gebildeten
natürlichen
Oxidfilms auszuschließen.
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In
herkömmlicher
Weise werden zur Verhinderung der Bildung eines natürlichen
Oxidfilms die folgenden Verfahren durchgeführt. D.h., nach Durchführung des
Spaltungsvorgangs im Hochvakuum wird eine Schutzschicht, ohne die
Spaltungsebene der Einwirkung von Luft auszusetzen, gebildet, bevor sich
der natürliche
Oxidfilm bilden kann, oder es wird nach dem Spaltungsvorgang an
atmosphärischer Luft
der auf der Spaltungsebene gebildete natürliche Oxidfilm durch Erhitzen
mit Elektronenstrahlen, Laserbestrahlung oder durch Plasmabehandlung
mit einem Inertgas wieder entfernt, um gleichzeitig einen Schutzfilm
zu bilden. Außerdem
wird ein weiteres Verfahren ebenfalls durchgeführt. D.h., nach Einbringung
der Spaltungsebene in eine Vakuumapparatur wird die Spaltungsebene
der Einwirkung von Halogengas bei 400°C oder höher ausgesetzt. Dann wird die
Oxidschicht durch eine thermochemische Reaktion entfernt, und eine
Verbund-Halbleiterschicht
und dgl. werden darauf gebildet.
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Allerdings
wird für
den obigen Hochvakuum-Spaltungsvorgang ein extrem hohes Vakuumniveau
benötigt,
das von der Prozesszeit abhängt,
was dazu führt,
dass hohe Kosten oder eine strikte Überwachung der Vorrichtungen
erforderlich sind.
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Des
Weiteren werden, gemäß dem Verfahren
zur Bildung eines Schutzfilms durch Entfernen des natürlichen
Oxidfilms durch Erhitzen mit Elektronenstrahlen, Laserbestrahlung
oder durch Plasmabehandlung mit einem Inertgas, der natürliche Oxidfilm
oder Oberflächenkontaminanzien
hauptsächlich durch
ein physikalisches Verfahren entfernt. Daher gibt es insofern Probleme,
als Defekte in die Oberflächenschicht
eingebracht werden und diese wiederum zu beseitigen sind. Mit den
obigen Verfahren kann insbesondere die Sauerstoffbindung von Ga
und As entfernt werden, die eingebrachten Defekte fungieren allerdings
als Rekombinationszentrum. Infolgedessen ist es notwendig, eine
präzise Überwachung der
Verfahrensbedingungen oder dgl. zur Verbesserung dieser Verfahren
vorzunehmen.
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Ferner
kann, gemäß dem Verfahren
zur thermochemischen Reaktion mit einem Halogengas, da es dabei
notwendig ist, das Halogengas auf 400°C oder höher zu erhitzen, eine Elektrode
nicht vor dem Spaltungsvorgang gebildet werden. Stattdessen wird eine
Elektrode nach der Bildung eines Schutzfilms für die Resonatorebene gebildet,
die ihrerseits wiederum durch Spaltung gebildet wird. Infolgedessen
ergeben sich insofern erneut Probleme, als die Verfahrensstufen
nicht ganz einfach und sogar kompliziert ablaufen.
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Offenbarung
der Erfindung
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Durch
die Erfindung wird eine Lösung
der obigen Probleme vorgeschlagen. Gemäß der Erfindung werden der
auf einer Spaltungsebene gebildete natürliche Oxidfilm entfernt und
gleichzeitig ein Schutzfilm unter Anwendung einer katalytischen
chemischen Dampfabscheidungs (Chemical Vapor Deposition = CVD)-Vorrichtung
gebildet.
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Durch
die Erfindung wird nämlich
ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers angegeben und
zur Verfügung
gestellt, welches die Stufen umfasst:
Laminieren eines Halbleiter-Dünnfilms,
umfassend eine Quellschicht auf einem Halbleitersubstrat;
Spalten
des Halbleitersubstrats und des Halbleiterdünnfilms;
Behandeln der
Spaltungsebene des Halbleitersubstrats und Halbleiterdünnfilms,
die durch Spalten erhalten werden, mit einer Atmosphäre, die
durch Zersetzung eines N-Atome enthaltenden Gases erzeugt wird,
in der Gegenwart erhitzter katalytischer Substanzen, um dadurch
die Oberflächenschicht
der Spaltungsebene zu entfernen und eine Nitridschicht auf der Oberfläche zu bilden;
und
anschließende
Bildung eines dielektrischen Films auf der Spaltungsebene.
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Gemäß der Erfindung
wird, sogar wenn die Resonatorebene des Halbleiterlaser durch Spalten an
der Luft gebildet wird, die Oberflächenschicht aus dem auf der
Spaltungsebene gebildeten natürlichen Oxidfilm
in einer Vakuumvorrichtung einem Gas ausgesetzt, das N-Atome enthält, die
zu Radikalen in der katalytischen CVD-Vorrichtung verändert werden. Dadurch
kann die durch Ätzen
erfolgte Entfernungsmaßnahme
bei nur niedriger Substrattemperatur bei extrem niedrigem Beschädigungsgrad
des Halbleiterdünnfilms
durchgeführt
werden, wobei gleichzeitig eine Nitridschicht mit ausgezeichneter
chemischer Stabilität
gebildet werden kann. Als Gas, das N-Atome enthält, können Ammoniak (NH3),
Hydrazin (NH2NH2)
oder dgl. verwendet werden. Da die Nitridschicht eine breite Bandenlücke aufweist
und die Bildung von Defekten beendet oder zumindest absenkt, stellt
sie ein sehr vorteilhaftes Material bezüglich des Verbunds zwischen
dem Halbleiter und einem dielektrischen Film dar. Im Allgemeinen
wird, bei Verwendung von GaAs als Halbleiterlaser der Gruppe III
bis V, allerdings eine GaN-Schicht darin gebildet.
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Anschließend wird,
durch Bildung eines dielektrischen Films auf der Spaltungsebene,
der dielektrische Film auf der Fläche gebildet, aus der der natürliche Oxidfilm
entfernt wurde. Deswegen ist es möglich, einen Temperaturanstieg
wegen Lichtabsorption und ein Schmelzen der Spaltungsebene zu verhindern,
wenn Laserlicht ausgestrahlt wird. Demzufolge tritt, da die Nitridschicht,
die auf der Spaltungsebene gebildet wird, aus der der natürliche Oxidfilm
entfernt wurde, eine ausgezeichnete chemische Stabilität aufweist,
eine Reoxidation nicht auf, sogar wenn die Spaltungsebene der Luft
ausgesetzt ist. Deshalb ist es zwischen der Stufe zur Behandlung
der Spaltungsebene mit der Atmosphäre, die durch Zersetzung eines
N-Atome enthaltenden Gases erzeugt wird, in der katalytischen CVD-Vorrichtung
und der Stufe zur Bildung des dielektrischen Films ermöglicht,
das Halbleitersubstrat der Luft auszusetzen.
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Ferner
ist, im Vergleich zu dem Fall, bei dem Plasmaverfahren wie eine
Sputterung zur Bildung des dielektrischen Films angewandt werden,
ein Verfahren, bei dem nach Entfernen des natürlichen Oxidfilms und Bildung
des Nitridfilms in der katalytischen CVD-Vorrichtung dann ein Siliziumnitridfilm
in der katalytischen CVD-Vorrichtung gebildet wird, bevorzugt, weil
dadurch eine durch Ion-Stöße des Plasma auf
der Spaltungsebene verursachte Schädigung eliminiert ist. D.h.,
nach Entfernen des natürlichen
Oxidfilms und Bilden des Nitridfilms in der katalytischen CVD-Vorrichtung
wird der Siliziumnitridfilm anschließend durch Anwendung der gleichen
katalytischen CVD-Vorrichtung gebildet. Dieser Siliziumnitridfilm wird
durch Behandeln der Spaltungsebene mit einer Atmosphäre, die
durch Zersetzung eines Gases, das N und Si enthält, oder eines Gases, das N
enthält, und
eines Gases, das Si enthält,
erzeugt, in der Gegenwart erhitzter katalytischer Substanzen gebildet.
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In
der Erfindung ist es bevorzugt, dass eine Quellenschicht des durch
die obigen Stufen hergestellten Halbleiterlasers aus einer Zusammensetzung aus
jeden Elementen, ausgewählt
aus In, Al, Ga, P und aus As, hergestellt ist. Diese Elemente bilden
einen chemisch stabilen Nitridfilm.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Andere
und weitere Gegenstände,
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden noch deutlicher aus der
nun folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den
Zeichnungen erkennbar, worin das Folgende dargestellt ist:
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1 ist
ein Diagramm, worin die Anordnung zwischen der Halterung und der
Spaltungsebene gemäß einem
Beispiel dargestellt ist;
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2 ist
eine schematische Darstellung der katalytischen CVD-Vorrichtung
und deren Umgebung, angewandt im Beispiel;
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3 ist
eine schematische Darstellung eines Halbleiterlaserchip, erhalten
aus dem Beispiel;
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4 ist
ein Ausstoß-Diagramm
eines Halbleiterlasers, erhalten aus dem Beispiel;
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5 ist
ein Ausstoß-Diagramm
eines Halbleiterlasers, erhalten aus dem Vergleichsbeispiel;
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6 zeigt
die Röntgen-Fotoelektronenspektroskopie
(XPS)-Diagramme von Proben wie von As(3d) und Ga(3d), erhalten aus
der Ausgestaltung und dem Vergleichsbeispiel;
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7 zeigt
das XPS-Diagramm einer Probe wie von N(1s), erhalten aus dem Beispiel;
und
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8 zeigt
XPS-Diagramme einer Probe wie von Al(2p), erhalten aus dem Beispiel
und dem Vergleichsbeispiel.
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Beste Ausführungsform
der Erfindung
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Die
Erfindung wird nun im Detail beschrieben. Ein Halbleiterlaser umfasst
ein Halbleitersubstrat, eine darauf ausgebildete Aktivregion, mindestens ein
Paar von Umhüllungsschichten,
die die Aktivregion als Sandwich umgeben, sowie p-seitige und n-seitige
Elektroden, die auf den oberen und unteren Oberflächen ausgebildet
sind, und der Laser wird auf einem Wafer ausgebildet. Dann wird
der Wafer zu einer Stabform an der Luft oder an Stickstoff gespalten, um
so die gewünschte
Resonatorlänge
aufzuweisen, was zur Bildung eines Halbleiterlaserstabs führt. Der Halbleiterlaserstab
wird in eine Vakuum-Vorrichtung unter Anwendung einer Halterung
so gegeben, dass die als Resonatorebene dienende Spaltungsebene einer
Atmosphäre
ausgesetzt wird, die durch Zersetzung eines N-Atome enthaltenden
Gases unter Anwendung bzw. in einer katalytischen CVD-Vorrichtung
erzeugt wird. Die katalytische CVD-Vorrichtung wird für das Verfahren
zur Durchführung
der Oberflächenbehandlung
oder der Filmbildung eingesetzt, wobei ein Filament wie aus Wolfram,
das eine katalytische Substanz darstellt, in einem Vakuumgefäß erhitzt
und mit einem Rohmaterialgas besprüht wird, wodurch Radikale des
Rohmaterialgases durch thermische Kontaktzersetzung unter Nutzung
der katalytischen Wirkung erzeugt werden. Dieses Verfahren ist detaillierter
z.B. von Hideki Matsumura in Jpn. J. Appl. Phys. 37, 3175 (1998)
beschrieben.
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Zuerst
wird die Luft aus der Vakuumvorrichtung, in die eine Halterung zur
Stapelung von Halbleiterlaserchips eingebracht wird, mit einer Vakuumpumpe
entfernt, um eine Vakuum-Atmosphäre von 1 × 10–4 Pa
oder weniger zu bilden. Anschließend wird NH3-Gas
eingeleitet. Außerdem
wird das Gas mit H2 verdünnt, um die Ätzgeschwindigkeit
des natürlichen Oxidfilms
zu steuern. Die Durchflussgeschwindigkeit oder der Druck des eingeleiteten
Gases schwanken in Abhängigkeit
von der Pumpenleistung oder den Bedingungen der Vorrichtung. Insbesondere schwankt
die erzeugte Menge der Radikale, die durch die Zersetzung eines
N-Atome enthaltenden Gases erhalten werden, in Abhängigkeit
vom Abstand zwischen dem Filament und dem Substrat und vom Druck.
Aus diesem Grund schwanken die Substratoberflächentemperatur und die Prozesszeit ebenfalls,
so dass eine Optimierung bezüglich
der Vorrichtungen in den jeweiligen Fällen notwendig ist. Beträgt beispielsweise
der Abstand zwischen dem Filament und dem Substrat 60 mm, ist es
bevorzugt, dass der Druck ca. 0,75 Pa beträgt.
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Anschließend wird
das Filament durch Gleichstromenergie oder dgl. erhitzt. Bei Verwendung
von Wolfram als das Filament ist es erforderlich, dass die Filamentoberflächentemperatur
bei einer Temperatur oder darüber
liegt, bei dem das Gas, das N-Atome
enthält,
zersetzt werden kann. Beispielsweise wird NH3-Gas bei 1000°c zersetzt.
Indem die zersetzten und erzeugten Radikal-Spezies oder das Zersetzungsleistungsvermögen in Abhängigkeit von
der Filamenttemperatur schwanken, wird durch die Wärmestrahlung
aus dem erhitzten Filament die Substrattemperatur erhöht. Da die
Höhe des
Temperaturanstiegs des Weiteren vom Druck und Abstand zwischen dem
Filament und dem Substrat wie auch von der Filamenttemperatur abhängt, sollte
die Filamenttemperatur unter Berücksichtigung
der obigen Sachverhalte optimiert werden. Mit dem Anstieg der Substrattemperatur
wird die Ätzgeschwindigkeit
beschleunigt. Im Fall der Radikale, die durch Zersetzung von NH3-Gas erzeugt werden, neigt die Spaltungsoberfläche zu einer Vergröberung.
Im Allgemeinen ist zur Verhinderung eines Anstiegs der Substrattemperatur
durch Wärmestrahlung
eine Temperatur von 1400°C
oder darunter als Filamenttemperatur erwünscht. Ferner ist es zur Verhinderung
eines Anstiegs der Substrattemperatur wirkungsvoll, die Umgebung
des Substrats mit einer Wasserkühlung
zu kühlen.
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Nach
Einleiten von Gas wird die Filamenttemperatur auf eine Temperatur
erhöht,
bei der das N-Atome enthaltende Gas zersetzt werden kann. Dann wird
die Spaltungsebene Radikalen ausgesetzt, die durch Zersetzung des
N-Atome enthaltenden Gases erzeugt sind, wodurch die Spaltungsebene
geätzt
werden kann. Gemäß dem Verfahren
erfolgt eine Hitzekontaktzersetzung durch katalytische Wirkung anstatt
einer Zersetzung mittels eines elektrischen Feldes hoher Frequenz,
so dass Beschädigungen,
die mit einer Ionenerzeugung oder Defekten einhergehen, die auf
der Spaltungsoberfläche
durch Kollision mit den beschleunigten Ionen erzeugt werden, extrem
klein sind. Ferner erfolgt die Nitrierung der Oberfläche gleichzeitig.
Die Bildung von GaN auf der Oberflächenschicht ergibt den Effekt
der Beendigung und zumindest einer Absenkung von Defekten. Zusätzlich ist,
da GaN eine breite Bandenlücke
bezüglich
der Aktivregion aus einer Zusammensetzung aus Elementen, ausgewählt aus
In, Al, Ga, P und aus As, aufweist, die Bildung von GaN bevorzugt
für den Verbund
zwischen dem Halbleiter und einem dielektrischen Film. Da ferner
GaN eine ausgezeichnete chemische Stabilität aufweist, sobald es gebildet
ist, tritt keine Reoxidation auf, sogar wenn die Spaltungsebene
der Luft ausgesetzt wird. Dadurch ist es ermöglicht, das Ganze an der Luft
bei der anschließenden
Bildung des dielektrischen Films zu transportieren. Infolgedessen
gestalten sich die Stufen recht einfach. Die Prozesszeit variiert
gemäß der eingesetzten
Vorrichtung, wie oben bereits erörtert,
allerdings kann sie durch Überprüfung der
Rauhigkeit der Spaltungsoberfläche
mit einem Mikroskop (AFM = intermolecular force microscope) oder
des Bindungszustands von Sauerstoff und Stickstoff, die Zersetzungselemente
der Aktivregion darstellen, mit XPS noch optimiert werden. Beispielsweise
ist es bevorzugt, das Verfahren anzuwenden, offenbart in A. Izumi
et al./Thin Solid Films 343–344
(1999) 528–531.
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Ferner
werden das Teilstück
außerhalb
der Spaltungsebene des Halbleiterlaserstabs, nämlich obere und untere Flächen des
Stabs, mit Metallelektroden beim Ätzverfahren überzogen.
Die Ätzgeschwindigkeit
von Gold, Goldlegierungen, Platin oder dgl., die gewöhnlich für eine Elektrode
des Halbleiterlasers verwendet werden, ist extrem langsam im Vergleich
zu derjenigen eines Verbund-Halbleiters. Deshalb entsteht bei Behandlung
des Teilstücks
außerhalb
der Spaltungsebene mit den durch Zersetzung eines N-Atome enthaltenden
Gases erzeugten Radikalen keine Beschädigung dieses Teilstücks außerhalb
der Spaltungsebene im Zeitabschnitt, der zur Entfernung der Oxidschicht
auf der Spaltungsoberfläche
benötigt
wird. Werden ferner die Halbleiterlaserstäbe innerhalb der Halterung
laminiert, um die Spaltungskantenfläche des Halbleiterlasers durch
das Fensterteilstück
der Halterung darzulegen, wird das Teilstück außerhalb der Spaltungsebene
des Halbleiterlaserstabs nicht den Radikalen ausgesetzt, die durch
Zersetzung des N-Atome enthaltenden Gases erzeugt sind, auch ist
es ermöglicht,
ein Anhaften des Films am Teilstück
außerhalb
der Spaltungsebene in der späteren
Filmbildungsstufe zu verhindern.
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Mittels
der katalytischen CVD-Vorrichtung wird die auf der Spaltungsoberfläche gebildete
Oxidschicht durch Ätzung
mit Radikalen entfernt, die durch Zersetzung des N-Atome enthaltenden
Gases erzeugt sind, und es werden eine Nitridschicht und dann ein
dielektrischer Film gebildet. Hierbei wird der dielektrische Film
gebildet, um dadurch hauptsächlich
die Reflexion der Spaltungsebene zu steuern.
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Sputtern,
CVD-Filmbildung oder dgl. können zur
Bildung des dielektrischen Films angewandt werden. Als dielektrischer
Film sind ein Aluminiumoxid-, Aluminiumnitrid-, Silizium-, Siliziumoxid-,
Siliziumnitrid-, Titanoxid- oder Laminierfilme davon bevorzugt, und
insbesondere ist zur Unterdrückung
einer Reoxidation, die durch das Bildungsverfahren des dielektrischen
Films auf der Spaltungsoberfläche
verursacht wird, ein Nicht-Oxid-Film unter den oben aufgezählten Filmen
für den
Schutzfilm noch geeigneter, der in Kontakt mit der Spaltungsebene
steht.
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Dann
wird die Spaltungsebene einer Atmosphäre von Radikalen ausgesetzt,
die durch Zersetzung eines N-Atome enthaltenden Gases in der katalytischen
CVD-Vorrichtung erzeugt werden, wodurch die Oberflächenschicht
wie ein auf der Spaltungsebene gebildeter natürlicher Oxidfilm entfernt und gleichzeitig
eine Nitridschicht auf der Spaltungsoberfläche gebildet werden. Danach
kann ein zusätzlicher Passivierungsfilm
vor der Bildung des dielektrischen Films zur Steuerung der Reflexion
zur Steigerung der Passivierungswirkung gebildet werden.
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Bezüglich des
obigen Sachverhalts, ist, im Vergleich zu dem Fall, bei dem der
dielektrische Film durch ein Plasmaverfahren wie durch Sputtern
gebildet wird, das folgende Verfahren bevorzugt, weil mit diesem
Beschädigungen
durch Ion-Stöße des Plasma
auf der Spaltungsebene bei der Bildung des dielektrischen Films
verhindert werden. D.h., nach der Behandlung mit einer Atmosphäre von Radikalen,
die durch Zersetzung des N-Atome enthaltenden Gases erzeugt sind,
wird anschließend
ein Siliziumnitridfilm durch die gleiche katalytische CVD-Vorrichtung
bzw. in dieser gebildet. Ferner ist es, da der in der katalytischen
CVD-Vorrichtung gebildete Siliziumnitridfilm eine nur niedrige Filmspannung
in der Größenordnung
von 109 dyn/cm2 aufweist,
insofern bevorzugt, als eine Filmabschälung im Zeitablauf im Vergleich mit
einem durch ein übliches
Sputterverfahren gebildeten Siliziumnitridfilm nur kaum auftritt.
Der Siliziumnitridfilm kann durch Einleiten eines N-Atome enthaltenden
Gases und von SiH4-Gas in der katalytischen CVD-Vorrichtung
gebildet werden, die zur Erzeugung der Radikale ebenfalls angewandt
wird, die durch Zersetzung des N-Atome enthaltenden Gases erzeugt
werden, wobei die Filamenttemperatur nicht unterhalb einer Temperatur,
bei der das Filament kein Silizid bildet, und nicht oberhalb einer
Temperatur gehalten wird, bei der der Dampfdruck des Filaments ein
Problem verursachen würde.
Beispielsweise liegt bei Verwendung von Wolfram als Filament die
Temperatur, bei der ein Film gut gebildet werden kann, innerhalb
eines Bereichs von 1600 bis 1900°C.
Als Durchflussgeschwindigkeit des N-Atome enthaltenden Gases und
des SiH4-Gases kann ein Optimalwert angewandt
werden, mit dem die Filmspannung auf den niedrigsten Wert eingestellt
wird. Wird eine Beschädigung
durch Hitzeeinwirkung, die auf der Spaltkantenfläche wegen des Anstiegs der
Filamenttemperatur verursacht wird, zu einem Problem, wird ferner
durch Herabsetzung der Filmbildungszeit der Siliziumnitridfilm bis
zu einer Dicke, die als Schutzschicht gegen eine Beschädigung durch
Plasmaeinwirkung dient, z.B. bis zu einer Dicke von ca. 2 bis 10 nm
ausgebildet. Anschließend
kann der dielektrische Film mit dem gewünschten Reflexionsvermögen mit einem
weiteren Verfahren wie einem Sputterverfahren gebildet werden.
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Die
Halbleiterlaservorrichtung ist gemäß der Erfindung nicht auf eine
Epitaxialstruktur oder eine Zusammensetzung eingeschränkt und
ist in breitem Umfang auf jegliche Struktur anwendbar. Zur Erzielung
einer höheren
Energie kann die Halbleiterlaservorrichtung eine Struktur als Umhüllungsschichten, worin
eine erste Umhüllungsschicht
und eine zweite Umhüllungsschicht
mit niedrigererem Brechungsindex und breiterer Bandenlücke als
die der ersten Umhüllungsschicht
mit Blickrichtung aus der Aktivregionseite vorgesehen sind, oder
eine völlig
abgetrennte Begrenzungsstruktur aufweisen, worin Träger-Blockier schichtung,
Wellenleiterschichten und Umhüllungsschichten
auf beiden Seiten der Aktivregion vorgesehen sind, wobei dem Sachverhalt
Rechnung getragen wird, dass Träger-Blockierschichten
einen niedrigereren Brechungsindex als Wellenleiterschichten und
Umhüllungsschichten
einen niedrigereren Brechungsindex als Aktivregionen aufweisen (siehe
US 5,764,668 A bezüglich der
Details). Ferner können
für die
Zusammensetzung der für
eine Vorrichtung eingesetzten Aktivregion GaAs, AlGaAs, InGaAs oder
InGaAsP in Abhängigkeit
von der Oszillationswellenlänge
ausgewählt
werden. Selbstverständlich
kann auch eine andere Zusammensetzung genutzt und eingesetzt werden,
und insbesondere ist es bevorzugt, eine Zusammensetzung mit einer
kleinereren Bandenlücke
als die von GaN zu verwenden.
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Beispiel
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Der
Halbleiterlaser weist eine völlig
abgetrennte Begrenzungsstruktur auf, worin eine Träger-Blockierschicht
zwischen der Aktivregion und der Wellenleiterschicht mit einer Streifenbreite
von 8 μm angeordnet
ist. Dann wird der Halbleiterlaser entworfen, um in einem Einzelmodus
im Wellenlängenbereich
von 860 nm zu oszillieren, wobei dieser eine Umhüllungsschicht aus AlGaAs, eine
Wellenleiterschicht aus AlGaAs und eine durch Hetero-Verbindung
zwischen AlGaAs und GaAs gebildete Aktivregion umfasst. Ein mit
dem Halbleiterlaser zu bildender Wafer wird zu einer Stabform an
der Luft gespalten, um so eine Resonatorlänge von 1,4 mm zu bilden. Dann
werden einige der durch den Spaltvorgang erhaltenen Halbleiterlaserstäbe in eine
Halterung gegeben. 1, worin der obige Zustand spezifischer dargestellt
ist, zeigt die Ebene, die einem Radikal ausgesetzt wird, das durch
Zersetzung von NH3-Gas durch die katalytische
CVD-Vorrichtung erzeugt wird. In der Halterung 1 sind zwei
Halbleiterlaserstäbe 2a und 2b und
ein Dummy-Stab 3 aufeinander in Schichten so gestapelt,
dass die Spaltungsebenen der Halbleiterlaserstäbe 2a und 2b und
die Kantenfläche
des Dummy-Stabs 3, die auf der gleichen Ebene gebildet
werden, zum in der Haltung 1 vorgesehenen Fenster freigelegt
werden. Dann wird die Halterungsanordnung 1 in die katalytische
CVD-Vorrichtung gegeben. Die katalytische CVD-Vorrichtung mit der in 2 dargestellten
Struktur wird hierzu angewandt. Die Halterungsanordnung 1,
worin die Halbleiterlaserstäbe
gestapelt vorliegen, wird auf ein Wasser-gekühltes Brett gestellt.
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Nach
Evakuierung der Vakuumvorrichtung 12 auf ein endgültiges Vakuum
von 3 × 10–5 Pa
mit einer Rotationspumpe 7 und einer Turbo-Molekularpumpe 6 werden
NH3-Gas von 50 sccm über ein Durchflussmessgerät 8 eingeleitet
und der Druck der Vakuumvorrichtung bei 0,75 Pa mit einer Drucksteuerungseinheit 10 gehalten.
Dann wird die Oberflächentemperatur
eines Wolframfilaments 4, die mit einem IR-Strahlungsthermometer 9 überwacht
und aufgezeichnet wird, auf 1200°C
mit einer Gleichstromversorgungseinheit 11 erhitzt. Durch Öffnen einer
Schließeinheit 13 wird
die Spaltungsebene des Halbleiterlaserstabs, die zum Fenster der
Halterung 1 freigelegt wird, den Radikalen ausgesetzt,
die durch Zersetzung von NH3-Gas 3 min lang
erzeugt werden. Dann werden nach der 3-minütigen Behandlung die Schließeinheit 13 wieder
geschlossen, die Erhitzung des Filaments angehalten, die Durchflussgeschwindigkeit
des NH3-Gases auf 60 sccm erhöht und anschließend SiH4-Gas von 1 sccm über ein Durchflussmessgerät 14 eingeleitet,
wobei das Filament auf 1800°C
erneut erhitzt wird. In diesem Zustand ist die Schließeinheit 13 geöffnet, und
die Spaltungsebene des Halbleiterlaserstabs, die zum Fenster der
Halterung 1 freigelegt ist, wird Radikalen, die durch Zersetzung
von NH3-Gas und des SiH4-Gases erzeugt
werden, 2 min lang ausgesetzt, wodurch der Siliziumnitridfilm gebildet
wird. Zu diesem Zeitpunkt beträgt
die Dicke der Filmabscheidung ca. 4 nm, die auf der Filmabscheidungsgeschwindigkeit
gemäß im Voraus
untersuchten Bedingungen beruht. Nach Bildung des Siliziumnitridfilms
werden die Erhitzung des Filaments und die Einleitung des SiH4- und NH3-Gases
angehalten, worauf die Gase mit einer Vakuumpumpe abgezogen werden.
Anschließend
werden die Halterung mit den darin gestapelten Halbleiterlaserstäben aus
dem Vakuumgefäß entnommen
und mit der Oberseite nach unten gedreht. Sodann wird die gleiche
Behandlung auf der gegenüberliegenden Seite
der Spaltungsebene vorgenommen. Die Halterung mit den darin gestapelten
Halbleiterlaserstäben, in
welcher beide Flächen
der Spaltungsebene behandelt werden, wird in eine weitere Vakuumvorrichtung überführt, und
es wird ein anti-reflektiver (AR)-Überzug mit einer Reflexion
von 2% auf beide Flächen
der Spaltungsebene durch Sputterungsfilmabscheidung von Aluminiumoxid
aufgebracht. Ferner wird ein hoch reflektiver (HR)-Überzug mit
einer Reflexion von 97% nur auf eine Fläche der Spaltungsebene durch
Sputterungsfilmabscheidung eines Si/SiO2-Mehrschichtfilms
aufgebracht.
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Diese
Halbleiterlaserstäbe
werden zugeschnitten, um eine Chip-Form zu bilden, wobei ein Halbleiterlaserchip
erhalten wird, wie in 3 dargestellt. Auf einer Lichtausstoßendoberfläche, die
Laserlicht ausstößt, wird
ein Laminationsfilm 24 aus einem Siliziumnitridfilm 21 und
einem Al2O3-Film 22 gebildet.
Auf der gegenüberliegenden
Endfläche
wird ein zweiter Laminationsfilm 25, ausgestattet mit einem
Si/SiO2-Mehrfachfilm 23, gebildet.
Nach Anbringen des Halbleiterlaserchip auf einer Montierung zur Untersuchung
der Intensität
der Lichtemission des Endflächenteilstücks wird
der maximale Lichtausstoß durch
Anlegen eines CW-Stroms bei 25°C
untersucht. Als Ergebnis zeigen die Niveaus der katastrophischen
optischen Beschädigung
(catastrophic optical damage = COD-Niveaus) den hohen Wert von 1,4 W,
dargestellt in 4.
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Des
Weiteren wird die Oberfläche
der AlGaAs-Schicht einer Probe, worin ein epitaxiales Wachstum einer
2 μm dicken
AlGaAs-Schicht auf einem GaAs-Substrat durchgeführt worden ist, mit durch Zersetzung
von NH3 erzeugten Radikalen gemäß der oben
beschriebenen Verfahrensweise behandelt. Dann wird die Oberfläche mit
XPS untersucht, um den Bindungszustand der Oberflächenelemente
zu überprüfen. Als
Ergebnis, wird eine durch ein Oxid verursachte Bindung an As(3d)
nicht beobachtet, wie dargestellt in 6, und,
wie dargestellt in 7, kann ein N(1s)-Peak an der
Probe festgestellt werden. Ferner kann, wie dargestellt in 8, eine
hohe Energieverschiebung bezüglich
Al(2p) festgestellt werden. Gemäß diesen
Ergebnissen ist belegt, dass Elemente zur Sauerstoffbindung abgesenkt
und eine Nitridschicht, enthaltend AlGaN als Hauptkomponente, auf
der Oberfläche
von AlGaAs ausgebildet sind.
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Vergleichsbeispiel 1
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Die
Halbleiterlaservorrichtung, die die gleiche wie die des Beispiels
ist, wird zu einer Stabform an der Luft gespalten und in der Halterung
gestapelt. Dann werden die Halterung in die Sputtervorrichtung gegeben
und ein AR-Überzug
mit einer Reflexion von 2% auf beide Flächen der Spaltungsebene unter
Bildung von Aluminiumnitrid und anschließend Aluminiumoxid durch Sputtern
aufgebracht. Ferner wird ein HR-Überzug
mit einer Reflexion von 97% nur auf eine Fläche der Spaltungsebene unter
Bildung eines Si/SiO2-Mehrschichtfilms durch
Sputtern aufgebracht. Nach dieser Bildung werden Halbleiterlaserstäbe zu einer
Chipform geschnitten und auf einer Montierung angeordnet, worauf
der maximale Lichtausstoß in
gleicher Weise wie im Beispiel untersucht wird. Als Ergebnis, zeigt
das Niveau der katastrophischen optischen Schädigung (catastrophic optical damage
= COD-Niveau) einen Wert von ca. 1,2 W, dargestellt in 5.
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Außerdem wurde
in gleicher Weise wie im Beispiel zur Überprüfung des Bindungszustands der Oberflächenelemente
bezüglich
einer Probe, worin eine 2 μm
dicke AlGaAs-Schicht auf einem GaAs-Substrat ausgebildet ist, die
Oberfläche
der AlGaAs-Schicht mit XPS untersucht. Als Ergebnis, wird nur eine
durch ein Oxid verursachte Bindung auf Al, Ga und As festgestellt,
wie dargestellt in 6 und 8.
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Die
Erfindung kann auch durch weitere spezifische Formen ausgestaltet
werden, ohne von ihren wesentlichen charakteristischen Merkmalen
abzuweichen. Die vorliegenden Ausgestaltungen sind daher in allen
Bezügen
als erläuternd
und nicht einschränkend
anzusehen, wobei der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche definiert
ist.
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Effekt der
Erfindung
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Wie
oben beschrieben, wird gemäß der Erfindung
eine Hoch-Energie-Halbleiterlaservorrichtung
mit hoher Zuverlässigkeit
durch Behandlung der Licht emittierenden Endfläche mit einem relativ einfachen
Verfahren hergestellt. Gemäß dem Verfahren wird
die Resonatorebene eines Halbleiterlasers durch einen an Luft durchgeführten Spaltvorgang
gebildet und dann in eine Vakuumvorrichtung gegeben. Dann wird der
auf der Spaltungsebene gebildete natürliche Oxidfilm einem radikalischen
Gas, das N-Atome enthält,
die in einer katalytischen CVD-Vorrichtung erzeugt sind, ausgesetzt,
um diesen dadurch wegzuätzen
und gleichzeitig eine Nitridschicht zu bilden. Anschließend wird
ein dielektrischer Film auf der Oberfläche gebildet.