JP2000058960A

JP2000058960A - 半導体発光素子及びその製造方法

Info

Publication number: JP2000058960A
Application number: JP10224296A
Authority: JP
Inventors: Hideyoshi Horie; 秀善堀江; Hirotaka Oota; 弘貴太田; Toshinari Fujimori; 俊成藤森
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1998-08-07
Filing date: 1998-08-07
Publication date: 2000-02-25

Abstract

(57)【要約】【課題】高出力動作時に端面温度の上昇を抑え、ひい
ては端面劣化を抑制し、高出力かつ高信頼性の半導体発
光素子を得る。【解決手段】半導体基板上に第一導電型クラッド層、
活性層及び第二導電型クラッド層を有する半導体発光素
子において、該活性層は、共振器を形成する少なくとも
ひとつの端面近傍が、構成元素の一部が脱離することに
より発振波長に対して透明化されていることを特徴とす
る。半導体基板上に第一導電型クラッド層、量子井戸を
含む活性層及び第二導電型クラッド層を有する半導体発
光素子の製造方法において、該半導体基板上に第一導電
型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層を形成
し、共振器を形成する端面を形成し、真空中で該端面を
加熱して該端面を構成する元素の一部を再蒸発させて、
該活性層の端面近傍に発振波長に対して透明化された領
域を形成することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザをはじ
めとする半導体発光素子及びその製造方法に関するもの
である。本発明の半導体発光素子は光ファイバー増幅器
用励起光源、光情報処理用の光源等の、高出力、長寿命
の両立を要求される用途に好適に利用される。

【０００２】

【従来の技術】近年における光情報処理技術、光通信技
術の進展には目ざましい物がある。例えば、光磁気ディ
スクによる高密度記録、光ファイバーネットワークによ
る双方向通信と枚挙に暇がない。例えば、通信分野にお
いては、今後のマルチメディア時代に本格的に対応する
大容量の光ファイバー伝送路とともに、その伝送方式に
対する柔軟性を持つ信号増幅用のアンプとして、Er3+等
の希土類をドープした光ファイバー増幅器（ＥＤＦＡ）
の研究が各方面で盛んに行なわれている。そして、ＥＤ
ＦＡのコンポーネントとして不可欠な要素である、高効
率な励起光源用の半導体レーザの発明が待たれている。

【０００３】ＥＤＦＡ応用に供することのできる励起光
源の発振波長は原理的に３種類存在し、800nm、980nm、
1480nmである。このうち増幅器の特性から見れば980nm
での励起が、利得、ノイズ等を考慮すると最も望ましい
ことが知られている。このような980nmの発振波長を有
するレーザは励起光源として高出力であることと長寿命
であるという相反する特性を満足することを望まれてい
る。さらにこの近傍の波長、たとえば890-1200nmにおい
てはＳＨＧ光源、レーザプリンタ用の熱源としての要求
もあり、その他種々の応用面においても高出力で信頼性
の高いレーザの開発がまたれている。

【０００４】例えば、この帯域では50-100mW程度の光出
力において２年程度の連続使用に耐える半導体レーザが
開発されているが、より高い光出力における動作では急
速な劣化がおこり、信頼性は不十分である。この原因の
ひとつは、非常に高い光密度にさらされるレーザ光の出
射端面の劣化に起因するものである。ＧａＡｓ／ＡｌＧ
ａＡｓ系ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｌＰ系の半導体レーザで
もよく知られているように、レーザ端面近傍には多数の
表面準位が存在するが、これらの準位がレーザ光を吸収
するため、一般的に端面近傍の温度はレーザ内部の温度
よりも高くなり、この温度上昇がさらに端面近傍のバン
ドギャップを狭くし、さらにレーザ光を吸収しやすくす
るといった正帰還がおきると説明されている。この現象
は瞬時に大電流を流した際に観測される端面破壊いわゆ
るＣＯＤ(Ｃatastrophic Ｏptical Ｄamage)、また長期
に通電試験した際のＣＯＤレベルの低下に伴う素子の偶
発故障として多くの半導体レーザ素子において共通の問
題となっている。

【０００５】これらの現象に対する対策としては、端面
近傍の活性層領域のバンドギャップを発振波長に対して
透明になるようにし、前述の端面近傍での光吸収をおさ
える方法が種々提案されている。これらの構造のレーザ
は一般に窓構造レーザあるいはＮＡＭ(Ｎon Ａbsorbing
Ｍirror)構造レーザと呼ばれており、特に高出力を必
要とする際には非常に効果的である。

【０００６】窓構造の作成には種々の方法、たとえば、
レーザ端面に発光波長に対して透明な半導体材料をエピ
タキシャル成長させる方法や、ＺｎあるいはＳｉ等をレ
ーザの端面近傍の活性層に不純物として意図的に拡散さ
せ、無秩序化させる種々の方法等が提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、レーザ端面に
発光波長に対して透明な半導体材料をエピタキシャル成
長させる方法では、レーザをいわゆるバーの状態にして
端面へのエピタキシャル成長を行うために、この後に行
う電極工程が非常に煩雑なものとなってしまう。Ｚｎあ
るいはＳｉ等をレーザの端面近傍の活性層に不純物とし
て意図的に拡散させ、無秩序化させる方法の場合は、一
般にこの拡散はレーザ素子のエピタキシャル方向から基
板方向に向かって行われるため、拡散深さの制抑性、ま
た共振器方向に対する横方向拡散の制抑性に問題があり
安定した作成は難しい。また拡散を行った領域での抵抗
の低下に伴う無効電流の発生がレーザのしきい値電流や
駆動電流を増加させる等の問題があった。

【０００８】本発明はかかる課題を解決するためにおこ
なわれたもので、その目的は、簡便な方法で作製可能
な、無効電流等の無い、高性能の窓構造を有する半導体
発光素子を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記の課
題を解決すべく鋭意検討した結果、半導体基板上に第一
導電型クラッド層、量子井戸を含む活性層及び第二導電
型クラッド層を有する半導体発光素子において、真空中
で、共振器を形成する少なくとも一つの端面を光照射、
電子線照射等の方法で加熱することにより、該端面近傍
の蒸気圧の高い元素を選択的に再蒸発させることがで
き、該端面近傍に、活性層を構成する材料が有する実効
的なバンドギャップよりも大きなバンドギャップをもつ
領域が形成され、即ち半導体発光素子の発振波長に対し
て透明化されるので、上述の従来法に伴う問題なく、容
易に高性能の窓構造を有する高出力、長寿命の半導体発
光素子となすことができることを見出し、本発明に到達
した。

【００１０】即ち、本発明の第１の要旨は、半導体基板
上に第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラ
ッド層を有する半導体発光素子において、該活性層は、
共振器を形成する少なくともひとつの端面近傍が、構成
元素の一部が脱離することにより発振波長に対して透明
化されていることを特徴とする半導体発光素子に存す
る。

【００１１】本発明の第２の要旨は、半導体基板上に
第一導電型クラッド層、量子井戸を含む活性層及び第二
導電型クラッド層を有する半導体発光素子の製造方法に
おいて、該半導体基板上に第一導電型クラッド層、活性
層及び第二導電型クラッド層を形成し、共振器を形成す
る端面を形成し、真空中で該端面近傍の領域を加熱して
該端面を構成する元素の一部を再蒸発させて、該活性層
の端面近傍に発振波長に対して透明化された領域を形成
することを特徴とする半導体発光素子の製造方法に存す
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明をより詳細に説明す
る。本発明半導体発光素子は、半導体基板上に第一導電
型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層を有
し、端面を共振器構造として利用する半導体発光素子で
あれば、その構造の詳細は特に限定されないが、以下
に、具体的構造の一例として、屈折率導波機構を有し、
第二導電型クラッド層が第一、第二の二層に分かれ、第
二導電型第二クラッド層と電流ブロック層とで電流注入
領域を形成する構造の半導体レーザについて説明する。
その様な半導体レーザは、光通信に用いられる光ファイ
バー増幅器用の励起光源として望まれる、活性層にＩｎ
ＧａＡｓ層、中でもＩｎＧａＡｓ量子井戸層を含む９８
０ｎｍ近傍のレーザの構造として好ましい。

【００１３】図２は、本発明の半導体発光素子における
エピタキシャル構造の一例としてグルーブ型の半導体レ
ーザを構成した模式的一例である。本発明の半導体レー
ザにおいて、半導体基板としては、通常、所謂III−Ｖ
族化合物単結晶基板（ウエハ）が使用される。III−Ｖ
族化合物単結晶基板は、周期律表の第IIIb族元素と第Ｖ
b族元素との化合物のバルク結晶から切り出して得られ
る。ウエハの材料としては、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ
等の群から、目的とする波長、活性層の材料、望まれる
光出力等によって適宜選択される。活性層にＩｎＧａＡ
ｓ層、中でもＩｎＧａＡｓ量子井戸層を含む場合は、特
にＧａＡｓが好適に使用される。

【００１４】バッファ層（２）は、基板バルク結晶の不
完全性を緩和し、結晶軸を同一にしたエピタキシャル薄
膜の形成を容易にするために設けることが好ましい。バ
ッファ層（２）は、基板（１）と同一の化合物で構成す
るのが好ましく、活性層にＩｎＧａＡｓ層、中でもＩｎ
ＧａＡｓ量子井戸層を含み、ＧａＡｓ基板が用いられた
場合は、通常、ＧａＡｓが使用される。

【００１５】第一導電型クラッド層（３）は、例えば活
性層（４）の平均的屈折率より小さな屈折率を有する材
料で構成され、バッファ層（２）としてＧａＡｓを使用
した場合は、通常ＡｌＧａＡｓ系材料又はＩｎ_0.49Ｇａ
_0.51Ｐが使用される。ＡｌＧａＡｓ系材料については、
その混晶比は、屈折率が上記の条件を満足する様に適宜
選択される。

【００１６】活性層（４）の構造としては、量子井戸を
有する構造であり、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造、二重
量子井戸（ＤＱＷ）構造、多重量子（ＭＱＷ）構造等を
適宜採用することができる。そして、量子井戸構造に
は、通常、光ガイド層が併用され、必要に応じて量子井
戸の分離のために障壁層が併用される。活性層の構造と
しては、量子井戸の両側に光ガイド層を設けた構造（Ｓ
ＣＨ構造）、光ガイド層の組成を徐々に変化させること
により屈折率を連続的に変化させた構造（ＧＲＩＮ−Ｓ
ＣＨ構造）等を採用することが出来る。また、光ガイド
層は前記材料を組み合わせた超格子構造とすることも可
能である。

【００１７】活性層（４）の材料は、目的とする発光波
長や出力などによって、適宜選択される。９８０ｎｍの
発振波長を得るためには、通常Ｉｎ_uＧａ_1-uＡｓ(0.15
≦ｕ≦0.25）が用いられる。一般に、III族元素の砒素
化合物の真空中での再蒸発に関わる蒸気圧はＩｎＡｓ＞
ＧａＡｓ＞ＡｌＡｓであり、これらの混晶半導体は熱処
理温度を選ぶことにより、元素を選択的に再蒸発させる
ことができる。ＩｎＧａＡｓの場合５００℃〜６５０℃
でＩｎＡｓが選択的に再蒸発し、Ｉｎ濃度が低い領域が
熱処理を施した表面近傍に形成される。これにより表面
近傍のバンドギャップを広げることができ、いわゆる窓
構造が実現される。

【００１８】上記のような処理が可能な材料としては、
ＡｌＧａＡｓ系材料、ＩｎＧａＡｓ系材料、ＩｎＧａＡ
ｓＰ系材料、ＩｎＧａＡｌＰ系材料等Ｉｎ又はＧａを含
む材料が挙げられ、好ましくはＩｎを含む材料、より好
ましくはＩｎ及びＧａを含む材料、最も好ましくはＩｎ
_qＧａ_1-qＡｓ（０＜ｑ＜１）の様なＩｎ、Ｇａ及びＡｓ
を含む材料からなる活性層を有する９８０ｎｍ近傍、即
ち、８９０〜１２００ｎｍ程度の発光波長の半導体レー
ザに対して好適に作用する。また、活性層が量子井戸構
造をとっている場合、秩序化された構造が、端面近傍か
らの構成元素の脱離の際に無秩序化され、バンドギャッ
プが増加し、端面の光吸収をさらに長期的に抑制してい
くこととなるので望ましい。また、量子井戸構造の場
合、障壁層の組成としては、Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（０≦ｘ
≦１）が好ましい。

【００１９】第二導電型第一クラッド層（５）は、活性
層（４）の平均的屈折率よりも小さな屈折率を有する材
料で構成される。そして、第二導電型第一クラッド層
（５）の屈折率と、第一導電型クラッド層（３）のそれ
とは通常同一とされる。従って、第二導電型第一クラッ
ド層（５）の材料としては、第一導電型クラッド層
（３）と同様の材料が使用され、その混晶比は、第一導
電型クラッド層（３）と通常同一とされる。

【００２０】図２には、二種類のエッチング阻止層及び
キャップ層が記載されているが、これらの層は、本発明
の好ましい態様において採用され、電流注入領域分の作
り込みを精密かつ容易に行うのに有効である。第二エッ
チング阻止層（６）は、Ａｌ_aＧａ_1-aＡｓ（０≦ａ≦
１）材料にて構成されるが通常はＧａＡｓが好適に使用
される。これはＭＯＣＶＤ法等で第二導電型第二クラッ
ド層等を再成長させる際に結晶性よく積層することがで
きるためである。第二エッチング阻止層（６）の厚さは
通常２ｎｍ以上が好ましい。

【００２１】第一エッチング阻止層（７）は、Ｉｎ_bＧ
ａ_1-bＰ（０≦ｂ≦１）で表される層が好適であり、Ｇ
ａＡｓを基板として使用した際は、通常歪みのない系で
ｂ＝０．４５が用いられる。第一エッチング阻止層の厚
さは通常５ｎｍ以上であり、好ましくは１０ｎｍ以上で
ある。５ｎｍ未満であると、膜厚の乱れ等により、エッ
チングを阻止することができなくなってしまう可能性が
ある。一方膜厚によっては歪み系を用いることもでき、
ｂ＝０、ｂ＝１等を用いることも可能である。

【００２２】キャップ層（１０）は、第１回目成長にお
いて電流ブロック層（９）の保護層として用いられると
同時に第二導電型第二クラッド層（８）の成長を容易に
するために用いられ、素子構造を得る前に、一部又は全
て除去される。電流ブロック層（９）としては、文字通
り電流をブロックして実質的に流さないことが必要であ
るので、その導電型は第一導電型クラッド層（３）と同
一かあるいはアンドープとすることが好ましく、また、
通常第二導電型第一クラッド層（５）と同様の材料から
なる第二導電型第二クラッド層（８）より屈折率が小さ
いことが好ましい。通常、電流ブロック層（９）はＡｌ
_zＧａ_1-zＡｓ（０＜ｚ≦１）からなり、したがって混晶
比としては第二導電型第二クラッド層（８）がＡｌ_vＧ
ａ_1-vＡｓ材料の場合はｚ≧ｖ、Ｉｎ_0.49Ｇａ_0.51Ｐの
場合にはｘ＜０．４５かつｚ＞０．５になることが好ま
しい。また、上述の障壁層との関係では、ｘ＜ｖ≦ｚと
することが好ましい。

【００２３】第二導電型第二クラッド層（８）上には電
極の接触抵抗率を下げるため等の目的でコンタクト層
（１１）を設けるのが好ましい。コンタクト層（１１）
は、通常、ＧａＡｓ材料にて構成される。この層は通常
電極との接触抵抗率を低くするためにキャリア濃度を他
の層より高くすることが行われる。また、通常、バッフ
ァ層（２）の厚さは０．１〜１μｍ、第一導電型クラッ
ド層（３）の厚さは０．５〜３μｍ、活性層（４）を構
成する量子井戸、光ガイド層及び障壁層は、各層１層当
たり０．０００２〜０．２μｍ、第二導電型第一クラッ
ド層（５）の厚さは０．０５〜０．４μｍ第導電型第二
クラッド層（８）の厚さは０．５〜３μｍ、キャップ層
（１０）の厚さは０．００５〜０．５μｍ、電流ブロッ
ク層（９）の厚さは０．３〜２μｍ、コンタクト層の厚
さは０．３〜１０μｍの範囲から選択される。

【００２４】図２に示す半導体発光素子は、さらに電極
（１２）、（１３）を形成して構成される。電極（１
２）は、ｐ型の場合、コンタクト層（１１）表面に例え
ばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを順次に蒸着した後、アロイ処理す
ることによって形成される。一方、電極（１３）は、基
板（１）の表面に形成され、ｎ型電極の場合、基板
（１）表面に例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを順次に蒸着
した後、アロイ処理することによって形成される。

【００２５】その上に、電極を形成して完成されたウエ
ハは、通常、劈開してレーザーバーに分割することによ
り共振器端面を形成し、共振器を形成する少なくとも１
つの端面を真空中で熱線、光照射及び／又は電子線照射
等により加熱することで、端面を形成する一部の元素を
選択的に再蒸発させる。本発明では、この様に、電極形
成後に端面処理する、即ち、端面を露出させるための劈
開前のウエハに電極を形成することができるので、例え
ば、端面に半導体層を形成して透明化する場合と比べ、
劈開後のレーザーバーのひとつひとつに電極を形成する
という煩雑な工程が不要となるので製造上も有利であ
る。

【００２６】照射する熱線、光線又は電子線は、端面近
傍を熱処理して、蒸気圧の高い元素を選択的に再蒸発さ
せるという目的に沿って適宜選択すればよいが、光を照
射する場合は、活性層に用いる材料が吸収する波長を含
む光源を用いれば良い。通常ハロゲンランプ等が好適に
用いられる。電子線を照射する場合は、１００ｅＶ以
上、１０００ＫｅＶ以下、好ましくは１００ＫｅＶ以下
のエネルギーの電子線が好ましい。光照射の場合も電子
線照射の場合も、照射量はレーザーバーの表面が目的と
する温度、たとえばIII-Ｖ族化合物半導体を活性層に持
つ場合の例としてＩｎＧａＡｓを例にすると、約５００
〜６５０℃に上昇するよう、適宜調節すればよい。一般
には活性層を構成する元素のうち蒸気圧が高い元素を脱
離させる温度まで加熱することが肝要といえる。

【００２７】レーザーバー全体の熱負荷を軽減するため
に、照射時間はなるべく短時間であることが好ましい。
通常１０分以下であるが、より好ましくは５分以下であ
る。これらの加熱条件を決定するには測温用のサンプル
をいっしょに装着しておき、プロセス後に何度まで達し
たかを見積もることも可能だが、温度が低ければ透明化
の効果が現れず、高すぎければチップに問題が生じるの
で、数回の実験を繰り返すことにより加熱条件を最適化
することができる。また、上記の端面加熱のための光
線、熱線及び／又は電子線の照射は、１０^-3Torr以下程
度、好ましくは１０^-4Torr以下、最も好ましくは１０^-7
Torr以下程度の真空中で行うことが好ましい。

【００２８】この様に、光又は電子線を適度に照射し端
面近傍の領域を加熱することにより、端面に吸着してい
る酸化物等の不純物を除去するとともに、当該活性層を
構成する元素の再蒸発速度の差を利用して、端面近傍の
領域から特定の元素の選択的な再蒸発をさせ、当該活性
層の端面近傍にレーザの発振波長に相当するエネルギー
よりも大きいバンドギャップを有する領域を効率よく形
成することができる。

【００２９】端面には、引き続き、非対称コーティング
を行うこともできる。通常、光を取り出す前端面には単
層のＡｌＯ_x膜、ＳｉＯ_x膜、ＳｉＮ_x膜等を成膜して低
反射面とし、後端面にはＡｌＯ_x/α−Ｓｉ、ＳｉＯ_x/Ｔ
ｉＯ_x等を複数層成膜して高反射面とすることが行われ
る。本発明においては、かかる端面の非対称コーティン
グを、Ａｒ照射に引き続き、真空を破らずに行うことが
好ましい。端面非対称コーティングされたレーザーバー
は、チップ単位に分割され、レーザーダイオード（Ｌ
Ｄ）として利用される。

【００３０】図１は、本発明半導体レーザの斜視図であ
る。端面とその近傍の領域１５が、光線、熱線及び／又
は電子線照射によって選択的な再蒸発が生じた領域であ
り、両端面近傍はレーザの発振波長において透明化され
ている。本発明の半導体レーザは、半導体基板上に第一
導電型クラッド層、量子井戸を含む活性層及び第二導電
型クラッド層を有する半導体レーザにおいて、共振器を
形成する少なくとも一つの端面に最適化された光線、熱
線及び／又は電子線を当該端面側から照射することによ
って、少なくとも活性層の端面近傍に選択的な再蒸発に
よる組成の異なる領域が形成され、即ち、かかる領域
は、同一層内で隣接する光線、熱線及び／又は電子線照
射の影響がない部分よりもバンドギャップが大きくレー
ザーの発振波長に対して透明であることを特徴とする
が、この様ないわゆる窓構造を非常に簡便に、安定して
作製でき、しかも、同時に端面に吸着した不純物を除去
し、不純物による表面準位密度を低減化できるため、高
出力で長寿命な半導体レーザダイオードを容易に実現で
きる。

【００３１】なお、以上の説明は、屈折率導波機構を有
するグルーブ型の半導体レーザにかかわるものだが、本
発明は、リッジ型の半導体レーザ、利得導波型機構を有
するレーザ等その構成にかかわらず、本願特許請求の範
囲に記載した特徴を備える限り、いかなる半導体発光素
子にも同様に適用できる。

【００３２】

【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
するが、本発明は、その要旨を越えない限り、下記実施
例により限定されるものではない。

【００３３】（実施例１）図２に示すグルーブ型のレー
ザ素子を以下の通り製造した。キャリア濃度１×１０¹⁸
cｍ^-3のｎ型ＧａＡｓ基板（１）上に、ＭＢＥ法にて、
バッファ層（２）として１μｍの厚さのキャリア濃度１
×１０¹⁸cｍ^-3のｎ型ＧａＡｓ層、第一導電型クラッド
層（３）として２μｍの厚さのキャリア濃度１×１０¹⁸
cｍ^-3のｎ型Ａｌ_0.35Ｇａ_0.65Ａｓ層、次いで、厚さ２
４ｎｍのアンドープＧａＡｓ光ガイド層、厚さ６ｎｍの
アンドープＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ量子井戸層、厚さ１０ｎ
ｍのアンドープＧａＡｓ障壁層、厚さ６ｎｍのアンドー
プＩｎ_0. ₂Ｇａ_0.8Ａｓ量子井戸層及び厚さ２４ｎｍのア
ンドープＧａＡｓ光ガイド層を順次積層してなる二重量
子井戸（ＤＱＷ）構造を有する活性層（４）、第二導電
型第一クラッド層（５）として厚さ０．１μｍ、キャリ
ア濃度１×１０¹⁸cｍ^-3のｐ型Ａｌ_0.35Ｇａ_0.65Ａｓ
層、第２エッチング阻止層（６）として厚さ１０ｎｍ、
キャリア濃度１×１０¹⁸cｍ^-3のｐ型ＧａＡｓ層、第１
エッチング阻止層（７）として厚さ２０ｎｍ、キャリア
濃度５×１０¹⁷cｍ^-3のｎ型Ｉｎ_0.49Ｇａ_0.51Ｐ層、電
流ブロック層（９）として厚さ０．５μｍ、キャリア濃
度５×１０¹⁷cｍ^-3のｎ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓ層、キャ
ップ層（１０）として厚さ１０ｎｍ、キャリア濃度１×
１０¹⁸cｍ^-3のｎ型ＧａＡｓ層、を順次積層した。

【００３４】次に、最上層の電流注入領域分を除く部分
に窒化シリコンのマスクを設けた。この場合に、窒化シ
リコンマスクの開口部の幅は１．５μｍとした。第１エ
ッチング阻止層をエッチングストップ層としてエッチン
グを行い、電流注入領域部分のキャップ層（１０）と電
流ブロック層（９）を除去した。この時用いたエッチャ
ントは、硫酸（９８ｗｔ％）、過酸化水素（３０ｗｔ％
水溶液）及び水を体積比で１：１：５で混合したものを
用い、２５℃で３０秒間行った。

【００３５】次いでＨＦ（４９％）とＮＨ₄Ｆ（４０
％）を１：６で混合したエッチング液に２分３０秒間浸
漬して窒化シリコン層を除去し、更に第２エッチング阻
止層をエッチングストップ層として、電流注入領域部分
の第１エッチング阻止層をエッチング除去した（図
７）。この時用いたエッチャントは、塩酸（３５ｗｔ
％）と水を２：１に混合したものであり、温度は２５
℃、時間は２分間とした。

【００３６】この後、ＭＯＣＶＤ法にて第二導電型第二
クラッド層（８）としてキャリア濃度１×１０¹⁸cｍ^-3
のｐ型Ａｌ_0.35Ｇａ_0.65Ａｓ層を埋め込み部分（電流注
入領域部分）で２μｍの厚さになるよう成長させ、最後
に電極との良好な接触を保つためのコンタクト層（１
１）として、厚さ３μｍ、キャリア濃度１×１０¹⁹cｍ^-
³のｐ型ＧａＡｓ層を成長させレーザ素子を形成した。
このレーザ素子の電流注入領域の幅Ｗ、即ち、第二導電
型第二クラッド層の、第二導電型第一クラッド層との界
面における幅は、２．２μｍであった。

【００３７】次に、ｐ側にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを、ｎ側に
ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを順次蒸着した後、４００℃、５
分間アロイを行なって電極を形成した後に、レーザをい
わゆるバーの状態にし１×１０^-6Torrの真空中で、両端
面に出力４ＫＷのハロゲンランプを３分間ずつ照射し
た。ハロゲンランプ照射中のレーザーバー端面温度は約
５５０℃であった。この後に真空を破らずに、引き続
き、前端面に１層のアルミナを、後端面にアルミナ／非
晶質シリコン／アルミナ／非晶質シリコンの４層を成膜
し、５％／９０％の非対称コーティングを行なった。そ
の結果得られた素子の初期の電流光出力特性を図３に、
２００ｍＷ出力、７０℃におけるＡＰＣモードでの寿命
試験結果を図４に示す。

【００３８】また、このレーザバーから分析用サンプル
として１デバイスを取り出し、前端面のＡｌＯ_x層をフ
ッ酸系のエッチャントで取り除いた後真空分析装置に入
れ、電子エネルギー損失分光法を用いて活性層の前端面
近傍のバンドギャップを測定した。電子エネルギー損失
分光法はサンプル表面近傍（最大分析深さ１．５ｎｍ程
度）のみの情報を得る分析法であるため、バルク領域の
物性値に影響されることなくレーザ端面のバンドギャッ
プを測定する有力な手法である。１００ｎｍφ程度に絞
った１０００ｅＶの電子線をレーザ端面の活性層付近に
照射し、表面酸化層の奥で半導体そのものの端面から１
ｎｍの深さの領域から回折した損失電子のエネルギーを
分析したところ、バンド間遷移に起因する損失ピークか
ら、ＩｎＧａＡｓ量子井戸層端面近傍のバンドギャップ
が１．５ｅＶ、ＧａＡｓ光ガイド層端面近傍のバンドギ
ャップが１．６５ｅＶと測定された。フォトルミネッセ
ンス測定から求めた室温のＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層
の量子準位間のエネルギーギャップは１．２９ｅＶであ
り、ＧａＡｓのバンドギャップは１．４１ｅＶであるこ
とから、Ａｒプラズマ照射によって端面近傍のバンドギ
ャップが広がり、端面は発振波長に対して透明である事
を確認した。

【００３９】（比較例１）ハロゲンランプ照射を行わな
かった以外は、実施例１と全く同様にした。初期の電流
光出力特性図５に寿命試験結果を図６に示す。前記実施
例１と全く同様に電子エネルギー損失分光分析を行い、
量子井戸層及び光ガイド層のバンドギャップは端面近傍
でもバルク領域と同様であることを確認した。

【００４０】

【発明の効果】本発明の半導体発光素子は、量子井戸を
含む活性層の共振器を形成する端面近傍に、構成元素の
一部が脱離することにより、レーザの発振波長に対して
吸収のない透明な窓領域を形成しているので、高出力動
作時に端面温度の上昇を抑えることができ、ひいては端
面劣化を抑制し、高出力かつ高信頼性である等優れた特
性を有する。本発明の半導体発光素子の製造方法は、共
振器を形成する少なくともひとつの端面に光線、熱線及
び／又は電子線を照射するという簡便な方法で、酸化物
等の不純物除去とともに元素の選択的な再蒸発をおこさ
しめ、端面劣化のない、高出力、長寿命の半導体発光素
子を容易に製造でき、多大な工業的利益を提供するもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体発光素子の斜視図である。

【図２】本発明実施例１の半導体レーザの共振器方向か
ら見た断面説明図である。

【図３】本発明実施例１の半導体レーザの電流光出力特
性を示すグラフである。

【図４】本発明実施例１の半導体レーザの２００ｍＷ出
力、７０℃におけるＡＰＣモードでの寿命試験の結果を
示すグラフである。

【図５】本発明比較例１の半導体レーザの初期の電流光
出力特性を示すグラフである。

【図６】本発明比較例１の半導体レーザの２００ｍＷ出
力、７０℃におけるＡＰＣモードでの寿命試験の結果を
示すグラフである。

【符号の説明】

１：半導体基板２：バッファ層３：第一導電型クラ
ッド層４：活性層５：第二導電型第一クラッド層６：第二エッチング阻
止層７：第１エッチング阻止層８：第二導電型第二クラッ
ド層９：電流ブロック層１０：キャップ層１１：コンタ
クト層１２：電極１３：電極１４：破壊１５：透明化領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤森俊成茨城県牛久市東猯穴町1000番地三菱化学株式会社筑波事業所内Ｆターム(参考） 5F073 AA20 AA45 AA53 AA74 AA83 AA86 BA09 CA07 DA35 EA28

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に第一導電型クラッド層、
活性層及び第二導電型クラッド層を有する半導体発光素
子において、該活性層は、共振器を形成する少なくとも
ひとつの端面近傍が、構成元素の一部が脱離することに
より発振波長に対して透明化されていることを特徴とす
る半導体発光素子。
【請求項２】該活性層は、共振器を形成する少なくと
もひとつの端面に熱処理を施すことにより、該端面近傍
が透明化されていることを特徴とする請求項１記載の半
導体発光素子。
【請求項３】半導体基板がＧａＡｓ基板であり、活性
層が元素としてＩｎを含むことを特徴とする請求項１又
は２記載の半導体発光素子。
【請求項４】量子井戸を含む活性層がＩｎＧａＡｓか
らなり、該活性層の共振器端面近傍のＩｎ濃度が共振器
中央部に比べて低いことを特徴とする請求項１〜３のい
ずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項５】半導体基板上に第一導電型クラッド層、
量子井戸を含む活性層及び第二導電型クラッド層を有す
る半導体発光素子の製造方法において、該半導体基板上
に第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッ
ド層を形成し、共振器を形成する端面を形成し、真空中
で該端面を加熱して該端面を構成する元素の一部を再蒸
発させて、該活性層の端面近傍に発振波長に対して透明
化された領域を形成することを特徴とする半導体発光素
子の製造方法。
【請求項６】前記端面に光線、熱線及び／又は電子線
を照射することにより加熱することを特徴とする請求項
５記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】端面に活性層が吸収する波長の光を照射
することを特徴とする請求項６記載の半導体発光素子の
製造方法。
【請求項８】真空中で共振器を形成する少なくとも１
つの端面を加熱した後、引き続き真空を破らずに、端面
に反射防止膜及び／又は高反射膜を形成することを特徴
とする請求項５〜７のいずれかに記載の半導体発光素子
の製造方法。