JP2000174379A

JP2000174379A - 化合物半導体発光素子

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Publication number: JP2000174379A
Application number: JP34479798A
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: 1998-12-04
Filing date: 1998-12-04
Publication date: 2000-06-23
Anticipated expiration: 2018-12-04
Also published as: JP3699842B2

Abstract

(57)【要約】【課題】端面での外因的な界面準位密度を長期間にわ
たって安定に抑制することができ、高出力と長寿命を両
立させた高性能な化合物半導体発光素子を提供するこ
と。【解決手段】第一導電型クラッド層、活性層および第
二導電型クラッド層を含む化合物半導体層を基板上に有
し、対向する二つの化合物半導体層の端面が共振器構造
を形成している化合物半導体発光素子であって、該化合
物半導体層の端面を形成する第一導電型クラッド層、活
性層および第二導電型クラッド層の表面が４族の元素を
含む不活性化層で被覆されていることを特徴とする化合
物半導体発光素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体発光素子、特
に半導体レーザに関するものである。本発明は、光ファ
イバー増幅器用励起光源や光情報処理用の光源等のよう
に、高出力かつ長寿命であることを要求される場合に好
適に利用することができる。また本発明は、スーパール
ミネッセントダイオード等のＬＥＤで、光の出射端が端
面により形成されているものや、面発光レーザ等へも応
用することができる。

【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ものがある。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
よる双方向通信など枚挙に暇がない。

【０００３】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、ＥＤＦＡ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
半導体レーザの開発が待たれている。

【０００４】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８００ｎｍ、９８０ｎｍ、１
４８０ｎｍの３種類存在する。このうち増幅器の特性か
ら見れば９８０ｎｍでの励起が、利得やノイズ等を考慮
すると最も望ましいことが知られている。このような９
８０ｎｍの発振波長を有するレーザは、励起光源として
高出力でありながら長寿命であるという相反する要求を
満たすことが要求されている。さらにこの近傍の波長、
例えば８９０〜１１５０ｎｍ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
が待たれている。また、情報処理分野では高密度記録、
高速書き込みおよび読み出しを目的として半導体レーザ
の高出力化、短波長化が進んでいる。従来の７８０ｎｍ
発振波長のレーザダイオード（以下「ＬＤ」という）に
関しては高出力化が強く望まれており、また、６３０〜
６８０ｎｍ帯のＬＤの開発も各方面で精力的に行われて
いる。

【０００５】これまで９８０ｎｍ近傍の半導体レーザに
ついては、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すでに開発され
ている。しかしながら、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。これは
７８０ｎｍ帯、６３０〜６８０ｎｍ帯のＬＤにおいても
同様であり、高出力時の信頼性確保は特にＧａＡｓ基板
を用いた系の半導体レーザ全体の課題になっている。

【０００６】信頼性が不充分である原因の１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
ある。ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザでもよく
知られているように、端面近傍には多数の表面準位が存
在するが、これらの準位が非発光再結合中心となってレ
ーザ光を吸収するために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 Damag
e)として知られ、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突然劣化は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。

【０００７】これらの問題を解消するために、これまで
にも種々の提案がなされている。例えば、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
がこれまでにも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 Absorb
ing Mirror）構造レーザと呼ばれており、高出力を必要
とする際には非常に効果的である。しかしながら、レー
ザ端面上に発振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。

【０００８】また、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熱拡散またはイオ
ン打ち込みさせることによって活性層を無秩序化させる
方法も種々提案されている（特開平２−４５９９２号公
報、特開平３−３１０８３号公報、特開平６−３０２９
０６号公報）。しかし、一般にＬＤ製造工程で行われる
不純物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、拡散深さの制御や共振器
方向に対する横方向拡散の制御に問題があり安定した作
製は難しい。また、イオン打ち込みの場合には高エネル
ギーのイオンが端面から導入されるため、たとえアニー
ル処理を施したとしてもＬＤ端面にダメージが残存しが
ちである。また不純物導入を行なった領域での抵抗の低
下に伴う無効電流の増加はレーザの閾値電流や駆動電流
を増加させる等の問題がある。

【０００９】一方、特開平３−１０１１８３号公報に
は、汚染のない端面を形成し、これに半導体端面との反
応やそれ自体が拡散を起こさない酸素非含有物質をパッ
シベーション層や該層の一部として形成する製法が記載
されている。一般に大気中（例えばクリーンルーム内）
での作業では、劈開時に端面に発生するＧａ−ＯやＡｓ
−Ｏ等の非発光再結合中心の生成を抑制することはでき
ない。したがって、この公報に記載されるように「汚染
のない端面を形成」するためには、劈開したその場で不
活性化層を形成することが不可欠であるが、これを実現
しうるのは真空中での劈開だけである。しかし、真空中
の劈開は大気中での一般的な劈開に比較して、非常に煩
雑な装置と作業が要求される。また、この公報にはドラ
イエッチングによって端面を形成する方法も記載されて
いるが、劈開によって形成される端面と比較して多くの
非発光再結合中心を形成するため、長寿命を要求される
ＬＤの作製方法には適さない。

【００１０】また、この公報に類するものとして、L.W.
Tu et al.,(In-vacuum cleavingand coating of se
miconductor laser facets using silicon and a
dielectric、 J.Appl.Phys.80(11) 1 DEC. 1996)に
は、Ｓｉ／ＡｌＯｘ構造をレーザ端面にコーティングす
る際に真空中で劈開すると、劈開面でのキャリアの再結
合速度が遅くなり、初期的なＣＯＤレベルが上がること
が記載されている。しかしながら、この論文には長期の
信頼性に関する記述はなく、コーティングとＬＤ構造の
関連についても述べられていない。

【００１１】また、半導体レーザの光出射端面での電界
強度を下げるために、共振器方向に存在する定在波の腹
の部分が端面部分と一致しないように、Ｓｉをコーティ
ング膜と半導体との界面に１／４波長分挿入することも
提案されている。しかし、一般の半導体レーザが実現さ
れている波長帯、特に高出力ＬＤが望まれている４００
〜１６００ｎｍにおいては、Ｓｉそのものが光の吸収体
として作用してしまうため、端面での温度上昇がデバイ
スの劣化を加速してしまう可能性がある。このように、
これまでに提案された半導体発光素子およびその製造方
法はいずれも技術的に満足しうるものではなかった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の従来技
術の問題点を解決することを課題とした。具体的には、
本発明は、端面での外因的な界面準位密度を長期間にわ
たって安定に抑制することができ、高出力と長寿命を両
立させた高性能の半導体発光素子を提供することを解決
すべき課題とした。また本発明は、端面での劣化を抑
え、大気中での劈開も可能である簡便な方法で製造する
ことができる半導体発光素子を提供することを解決すべ
き課題とした。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決するために鋭意検討を進めた結果、化合物半導体層
の端面を形成する第一導電型クラッド層、活性層および
第二導電型クラッド層の表面を４族の元素を含む不活性
化層で被覆することによって、端面の界面準位密度を長
期間安定に制御しうることを見出し、本発明を完成する
に至った。

【００１４】すなわち本発明は、第一導電型クラッド
層、活性層および第二導電型クラッド層を含む化合物半
導体層を基板上に有し、対向する二つの化合物半導体層
の端面が共振器構造を形成している化合物半導体発光素
子であって、該化合物半導体層の端面を形成する第一導
電型クラッド層、活性層および第二導電型クラッド層の
表面が４族の元素を含む不活性化層で被覆されているこ
とを特徴とする化合物半導体発光素子を提供するもので
ある。

【００１５】本発明の化合物半導体発光素子では、化合
物半導体層の端面を構成する元素の少なくとも１つは酸
素との結合を持たず、前記不活性化層の化合物半導体層
の端面に隣接する部分が酸素を構成元素として含有して
いることが好ましい。また、不活性化層が酸素を構成元
素として含まない部分を有していることが好ましい。さ
らに、不活性化層は、ＴｉおよびＺｒからなる群から選
択される１以上の元素を含有し、厚みＴｐ（ｎｍ）は下
記式（Ｉ）を満足するのが望ましい。

【数２】０．２（ｎｍ）＜Ｔｐ（ｎｍ）＜λ／８ｎ（ｎｍ）・・・・・（Ｉ）（上式において、λは化合物半導体発光素子の発振波長
（ｎｍ）であり、ｎは不活性化層の波長λにおける全体
の平均屈折率の実数部分である）

【００１６】本発明の化合物半導体発光素子では、不活
性化層の表面が誘電体または誘電体と半導体との組合せ
からなるコーティング層で被覆されているのが好まし
い。そのコーティング層はＡｌＯｘ、ＴｉＯｘ、ＳｉＯ
ｘ、ＳｉＮ、ＳｉおよびＺｎＳからなる群から選択され
る１以上の化合物を含んでいるのが好ましく、特に一端
はＡｌＯｘ等の低反射率のコーティング層からなり、他
端は例えばＡｌＯｘおよびＳｉを含む高反射率のコーテ
ィング層からなるものが好ましい。また、不活性化層の
コーティング層に隣接する部分は構成元素として酸素を
含んでいるのが好ましい。

【００１７】化合物半導体層の端面は（１１０）面また
はそれと結晶学的に等価な面であり、不活性化層形成前
にプラズマ照射されているのが好ましい。また、不活性
化層の表面がコーティング層の形成時にプラズマ照射さ
れているのも好ましい。これらのプラズマ照射は、エネ
ルギーが２５ｅＶ以上３００ｅＶ以下のイオン照射を含
むのが望ましい。

【００１８】活性層はＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ（０＜ｘ＜１）
や（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰ（０＜ｘ，ｙ＜１）等の
Ｉｎを構成元素として含むことが好ましく、また量子井
戸構造であるのが望ましい。また、不活性化層を構成す
る元素の酸化物の生成エンタルピーの絶対値は、化合物
半導体層の端面を構成する少なくとも１つの元素の酸化
物の生成エンタルピーの絶対値よりも大きいことが望ま
しい。

【００１９】不活性化層に構成元素として含まれる酸素
は、該不活性化層の形成前に化合物半導体層の端面を構
成する元素と結合していた酸素であって、該不活性化層
に対するプラズマ照射や熱線の照射によって化合物半導
体層の端面から不活性化層に移行した酸素であるのが好
ましい。また、不活性化層に構成元素として含まれる酸
素は、コーティング層の形成時に行われるプラズマ照射
の際に化合物半導体層の端面から不活性化層に移行した
酸素であるのも好ましい。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下において、本発明の半導体発
光素子について詳細に説明する。本発明の化合物半導体
発光素子は、第一導電型クラッド層、活性層および第二
導電型クラッド層を含む化合物半導体層を基板上に有
し、対向する二つの化合物半導体層の端面が共振器構造
を形成しているものである。そして、本発明の化合物半
導体発光素子の特徴は、化合物半導体層の端面を形成す
る第一導電型クラッド層、活性層および第二導電型クラ
ッド層の表面が４族の元素を含む不活性化層で被覆され
ている点にある。

【００２１】本発明の化合物半導体発光素子は、このよ
うな条件を満たすものであれば特にその構造は制限され
ない。したがって、第一導電型クラッド層、活性層およ
び第二導電型クラッド層以外の層が存在していても構わ
ない。また、各層に使用する材料の種類や量、その層構
造も特に限定されない。さらに、本発明の化合物半導体
発光素子の製造方法も特に制限されるものではない。典
型的な製造方法としては、基板上に各層を形成して半導
体ウエハーを作製し、作製した半導体ウエハーに共振器
端面を形成して該端面を不活性化層で被覆する方法を挙
げることができる。

【００２２】以下において、本発明の化合物半導体発光
素子の好ましい構成例およびその製造法について具体的
に説明する。本発明の化合物半導体発光素子の製造に用
いる半導体ウエハーは、屈折率導波構造を有し、第二導
電型クラッド層が二層に分かれ、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し、さら
に電極との接触抵抗を下げるためのコンタクト層を有す
るものである（図２）。この例を始めとする様々なレー
ザの基本的エピタキシャル構造の製法については、例え
ば特開平８−１３０３４４号公報を参考にすることがで
きる。この種のレーザは光通信に用いられる光ファイバ
ー増幅器用の光源や、情報処理用の大規模光磁気メモリ
ーのピックアップ光源として用いられ、層構成や使用材
料等を適宜選択することによってさらに様々な用途へ応
用することもできる。

【００２３】図２は、本発明の半導体レーザにおけるエ
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
ザの構成を示した概略断面図である。基板（１）として
は、所望の発振波長、格子整合性、意図的に活性層等に
導入される歪、ガイド層等に用いられる活性層の歪み補
償等の点からＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＧａＡ
ｓ、Ａｌ₂Ｏ₃等の単結晶基板が使用される。場合によっ
てはＡｌ₂Ｏ₃のような誘電体基板も使用することができ
る。本発明の実施形態としては、Ｖ族としてＡｓ、Ｐ等
を含むIII-Ｖ族半導体発光素子に対する格子整合性の観
点から、ＩｎＰ基板やＧａＡｓ基板を使用するのが望ま
しい。Ｖ族としてＡｓを含む場合にはＧａＡｓ基板を使
用するのが最も好ましい。なお、本明細書において元素
の＜族＞の記述はアラビア数字で記載されているものは
ＩＵＰＡＣの記述にしたがい、ローマ数字で記載されて
いるものは旧来の表現方法にしたがっている。

【００２４】また、Ａｌ₂Ｏ₃等の誘電体基板は、III-Ｖ
族半導体発光素子の中でもＶ族として窒素等を含む材料
に使用されることがある。基板はいわゆるジャスト基板
だけではなく、エピタキシャル成長の際の結晶性を向上
させる観点から、いわゆるオフ基板（miss oriented su
bstrate）の使用も可能である。オフ基板は、ステップ
フローモードでの良好な結晶成長を促進する効果を有し
ており、広く使用されている。オフ基板は０．５度から
２度程度の傾斜を持つものが広く用いられるが、量子井
戸構造を構成する材料系によっては傾斜を１０度前後に
することもある。基板は、ＭＢＥあるいはＭＯＣＶＤ等
の結晶成長技術を利用して発光素子を製造するために、
あらかじめ化学エッチングや熱処理等を施しておいても
よい。

【００２５】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、基板がＧａＡｓの場合は通常、ＧａＡ
ｓが使用される。しかし、超格子層をバッファ層に使用
することも広く行われており、同一の化合物で形成され
ない場合もある。一方、誘電体基板を用いた場合には必
ずしも基板と同一の物質ではなく、その所望の発光波
長、デバイス全体の構造から、適宜、基板と異なった材
料が選ばれる場合もある。

【００２６】第一導電型クラッド層（３）は一般的には
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、所望の発振波長を実現するために準備
される基板（１）、バッファ層（２）、活性層（４）等
により適宜材料が規定される。例えば基板（１）として
ＧａＡｓが使用され、バッファ層（２）もＧａＡｓの際
にはＡｌＧａＡｓ系材料、ＩｎＧａＡｓ系材料、ＡｌＧ
ａＩｎＰ系材料、ＩｎＧａＰ系材料等が用いられる。ま
た場合によっては、クラッド層全体を超格子構造にする
ことも可能である。

【００２７】本発明の効果は活性層（４）の導電型、材
料、構造等の如何によらず認められるが、材料選択の観
点からは、活性層（４）はＩｎおよび／またはＧａを含
む系、特にＩｎを含む系であるのが好ましい。最も好ま
しいのはＩｎおよびＧａを含む系である。これは、種々
の態様に応用したときにこれらの材料系によって実現さ
れる波長帯は、長寿命と高出力という相反する特性を要
求される可能性が最も大きいためである。

【００２８】これら観点から、活性層（４）の材料とし
ては、ＡｌＧａＡｓ系材料、ＩｎＧａＡｓ系材料、Ｉｎ
ＧａＰ系、ＡｌＧａＩｎＰ系材料、ＡｌＩｎＧａＡｓ系
材料、ＩｎＧａＡｓＰ系材料、ＧａＡｓＰ系材料等が望
ましく、具体的にはＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）ま
たは（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰ（０≦ｘ，ｙ≦１）で
あるのが望ましい。高出力レーザの実現のためには、特
に量子井戸構造をとっていることが好ましい。これら材
料の選択は所望する発振波長によって規定されるのが一
般的である。

【００２９】また、活性層（４）の構造は、単一の層か
らなる通常のバルク活性層でもよいが、単一量子井戸
（ＳＱＷ）構造、二重量子井戸（ＤＱＷ）構造、多重量
子（ＭＱＷ）構造等の量子井戸構造も目的に応じて採用
することができる。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（ＳＣＨ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−ＳＣＨ構造）等を採用
することができる。また、レーザの特性改善のためにひ
ずみ量子井戸構造を用いる場合がある。さらに活性層全
体としてはひずみが打ち消される様に、光ガイド層の材
料等を量子井戸層の有する歪みと逆の歪みを持つ様に選
択する場合等もある。光ガイド層の材料としてはＡｌＧ
ａＡｓ系材料、ＩｎＧａＡｓ系材料、ＩｎＧａＰ系、Ａ
ｌＧａＩｎＰ系材料、ＡｌＩｎＧａＡｓ系材料、ＩｎＧ
ａＡｓＰ系材料、ＧａＡｓＰ系材料等活性層にあわせて
選択することができる。

【００３０】また、光ガイド層は前記材料を組み合わせ
た超格子とすることも可能である。さらに、量子井戸と
光ガイド層の間に意図的にバンドギャップの大きな材料
を挿入して、温度特性の改善を行うことも可能である。

【００３１】第二導電型第一クラッド層（５）および第
二導電型第二クラッド層（８）は、第一導電型クラッド
層（３）と同様に一般的には活性層（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、基板
（１）、バッファ層（２）、活性層（４）等により適宜
材料が規定される。例えば基板（１）としてＧａＡｓが
使用され、バッファ層（２）にもＧａＡｓが使用されて
いるときにはＡｌＧａＡｓ系材料、ＩｎＧａＡｓ系材
料、ＩｎＧａＰ系、ＡｌＧａＩｎＰ系材料、ＡｌＩｎＧ
ａＡｓ系材料、ＩｎＧａＡｓＰ系材料、ＧａＡｓＰ系材
料等が用いられる。

【００３２】図２には、二種類のエッチング阻止層
（６）（７）およびキャップ層（１０）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、電流注入領域の作り込みを精密かつ容易に行う
のに有効である。

【００３３】第二エッチング阻止層（６）が例えば、Ａ
ｌ_aＧａ_1-aＡｓ（０≦ａ≦１）材料にて構成される場合
には、通常はＧａＡｓが好適に使用される。これはＭＯ
ＣＶＤ法等で第二導電型第二クラッド層（８）等を、特
にＡｌＧａＡｓ系で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。

【００３４】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場合は通常歪みのない系で
ｂ＝０．５にする。第一エッチング阻止層（７）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危険性があ
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等の組成を採用することも可能である。

【００３５】キャップ層（１０）は、第１回目の成長に
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、一部また
は全て除去される。

【００３６】電流ブロック層（９）は、文字通り電流を
ブロックして実質的に流さないようにすることが要求さ
れるので、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い。ま
た、例えばＡｌＧａＡｓ系で電流ブロック層（９）を形
成する場合であれば、Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓ（０＜ｙ≦１）
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。すなわち、電流ブロック層
（９）がＡｌ_zＧａ_1-zＡｓ（０≦ｚ≦１）であれば、混
晶比としてはｚ＞ｙになることが好ましい。

【００３７】第二導電型第二クラッド層（８）の屈折率
は、通常、活性層（４）の屈折率以下である。また、第
二導電型第二クラッド層（８）は通常第一導電型クラッ
ド層（３）および第二導電型第一クラッド層（５）と同
一とされる。また、本発明の好ましい態様の１つとし
て、第二導電型第一クラッド層（５）、第二導電型第二
クラッド層（８）および電流ブロック層（９）の全てを
同一組成の同一材料系で構成する場合を挙げることがで
きる。その場合、第一エッチング阻止層（７）によって
実効屈折率差が形成され、また、キャップ層（１０）を
完全には除去しない場合においては、第一エッチング層
（７）に加えてキャップ層（１０）によっても実効屈折
率差が形成される。この様な層構成を採ることにより、
第二導電型第二クラッド層（８）および電流ブロック層
（９）のそれぞれの界面における材料または組成の不一
致に起因する諸問題を回避することができるため非常に
好ましい。

【００３８】第二導電型第二クラッド層（８）上には電
極（１２）と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。

【００３９】また、通常、バッファ層（２）の厚さは
０．１〜３μｍ、第一導電型クラッド層（３）の厚さは
０．５〜３μｍ、活性層（４）の厚さは量子井戸構造の
場合１層当たり０．０００５〜０．０２μｍ、第二導電
型第一クラッド層（５）の厚さは０．０５〜０．３μ
ｍ、第導電型第二クラッド層（８）の厚さは０．５〜３
μｍ、キャップ層（１０）の厚さは０．００５〜０．５
μｍ、電流ブロック層（９）の厚さは０．３〜２μｍの
範囲から選択される。

【００４０】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、合金化処理す
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、例えばＡｕ
Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕを基板表面に順に蒸着した後、合金化
処理することによって形成される。以上、好ましい半導
体ウエハーの構成例と製造例について説明したが、本発
明によって上記以外の構成を有する半導体ウエハーを製
造することもできる。

【００４１】製造した半導体ウエハーには、共振器端面
を形成する。共振器端面は半導体発光素子の製造工程で
通常用いられている方法によって調製することができ、
その具体的な方法は特に制限されない。好ましいのは、
劈開により端面を形成していわゆるレーザバーの状態に
する方法である。劈開は端面発光型レーザの場合に広く
用いられており、劈開によって形成される端面は使用す
る基板の方位によって異なる。例えば、好適に利用され
るnominally（１００）と結晶学的に等価な面をもつ基
板を使用して端面発光型レーザ等の素子を形成する際に
は、（１１０）もしくはこれと結晶学的に等価な面が共
振器を形成する面となる。一方、オフ基板を使用すると
きには、傾斜させた方向と共振器方向の関係によっては
端面が共振器方向と９０度にならない場合もある。例え
ば（１００）基板から、（１−１０）方向に向けて角度
を２度傾けた基板を使用した場合には端面も２度傾くこ
とになる。なお、面発光レーザの様に共振器が結晶成長
過程で作製される場合もある。

【００４２】本発明では、真空中での繁雑な劈開工程を
行うことは必ずしも必要とされない。常圧の大気中ある
いは窒素雰囲気中で劈開しても構わない。これは、劈開
後に行うプラズマ照射等のプロセスによって、安定的に
再現性良く、外因的な表面準位をおさえることができる
からである。したがって、本発明の化合物半導体発光素
子は簡便な方法で製造することができる。

【００４３】安定的に再現性良く、外因的な表面準位を
おさえるプラズマ照射は、端面に露出している第一導電
型クラッド層（３）、活性層（４）、第二導電型クラッ
ド層（５）（８）に対して少なくとも行うのが好まし
い。このとき、端面に露出している基板（１）、バッフ
ァ層（２）、第一エッチング阻止層（７）、第二エッチ
ング阻止層（６）、電流ブロック層（９）、キャップ層
（１０）、コンタクト層（１１）等の構成要素に対して
も併せてプラズマ照射を行うことができる。通常はこの
ように端面全体にわたってプラズマ照射するのが好まし
い。

【００４４】具体的には、２５〜３００ｅＶ程度の低エ
ネルギーの荷電粒子、即ちイオン、電子またはそれらの
組み合わせであるプラズマ、好ましくはプラズマ種とし
て１８属または水素プラズマを照射する方法を例示する
ことができる。ここで、１８族のプラズマ種としては、
具体的にはヘリウムまたはアルゴンプラズマ、クリプト
ンプラズマ、キセノンプラズマなどを挙げることができ
る。これらを端面に照射することによって、端面を構成
する元素の酸化物のうち、特にＶ族またはＶＩ族のよう
な比較的酸化物の蒸気圧の小さいもの（例えばＡｓ−Ｏ
等）を取り除くことができる。プラズマ照射は、１０^-3
Torr以下程度、好ましくは１０^-4Torr以下、最も好まし
くは１０^-5Torr以下程度の真空中で行う。後述するよう
に、端面上に形成される不活性化層に対してこのような
プラズマ照射を行うのも、安定的に再現性良く、外因的
な表面準位をおさえるのに寄与しうる点で効果的であ
る。

【００４５】２５〜３００ｅＶ程度の低エネルギーのア
ルゴンプラズマや水素プラズマを照射すれば、Ａｓ−Ｏ
やＧａ−Ｏ、特にＡｓ−Ｏを効果的に除去することがで
きる。特に、低エネルギーのアルゴンプラズマの照射に
よる効果は絶大である。また、この方法は、不純物のイ
オン打ち込み等に比較すると、処理エネルギーが非常に
低くて、端面へのダメージを抑えながら処理できる点で
優れている。

【００４６】さらにこの際に、端面の温度を比較的高温
に保ち、半導体端面を形成する元素の酸化物の脱離を熱
的に促進することが望ましい。そのためには、ハロゲン
ランプ等を用いて短時間で温度を上昇させ、半導体発光
素子の内部での不純物等の拡散が助長されない範囲で処
理するのが望ましい。

【００４７】本発明の化合物半導体発光素子は、これら
の方法等を活用することによって、化合物半導体層端面
を構成する元素の少なくとも１つは酸素との結合を持た
ず、該不活性化層の化合物半導体層端面に隣接する部分
が酸素を構成元素として含有するようにしたものである
のが好ましい。

【００４８】半導体端面の構成元素の少なくとも１つが
酸化物の形態では存在しないことを確認する方法や、ま
た後述する不活性化層がどの様な状態で存在するかを分
析する方法としては、例えばＸＰＳ(X-ray Photo-elec
tron Spectroscopy：Ｘ線光電子分光法)がある。これ
は各元素の化学結合状態を知るうえで非常に有益な手段
であって、１００μｍ×１００μｍ程度の大きさに絞っ
たＸ線を、サンプルに照射し、この結果発生する光電子
のエネルギーを分光することによってサンプルを構成す
る各元素の化学的結合状態を確認することができる。こ
の時に、光電子検出器のサンプル表面となす角度を変化
させることによって、所望の位置における表面または界
面近傍の情報を容易に得ることができる。また、一般の
レーザは後述の通り誘電体、あるいは誘電体と半導体の
対によるコーティングが端面に施されているため、上記
ＸＰＳ測定の前に種々のエッチング法を用いて分析に適
した厚みになるまでコーティング膜を薄くするのが普通
である。また、２〜５ｎｍ程度の薄いコーティング膜が
形成されているレーザに関しては、この様なエッチング
等の処理を行うことなく半導体レーザ端面を分析するこ
とも可能である。

【００４９】上記の方法によって形成した共振器端面に
は不活性化層（１４）を形成する。本明細書において
「不活性化層」とは、化合物半導体発光素子の端面上に
形成され、端面を構成する元素が結合すると非発光再結
合中心を形成してしまう例えば酸素等の元素との化学反
応を防止する層である。不活性化層は、端面に酸素等が
存在している場合には、半導体端面を構成する元素と結
合した酸素の少なくとも一部を、不活性化層自身が酸化
することによって引き離す機能を有する。この様に自身
が酸化してその一部に酸化物を含むようになった層も、
本明細書においては全体として不活性化層と呼ぶ。

【００５０】不活性化層は、少なくとも端面を形成する
第一導電型クラッド層、活性層および第２導電型クラッ
ド層を被覆する様に形成するが、通常は、端面全体を被
覆する様に形成する。本発明において不活性化層は、端
面に真空中でプラズマ照射した後、引き続き真空中、即
ち、１０^-3Torr以下程度の真空中、好ましくは１０^-6To
rr以下程度、最も好ましくは１０^-7Torr以下程度の高真
空中で形成する。

【００５１】不活性化層は、半導体端面を構成する元素
のうち少なくとも１つの元素の酸化物の生成エンタルピ
ー（eV/metal atom）の絶対値よりも、酸化物の生成エ
ンタルピーの絶対値が大きな元素を含んでいるのが望ま
しい。中でも、半導体端面を構成するどの元素の酸化物
の生成エンタルピーの絶対値よりも、酸化物の生成エン
タルピーの絶対値が大きな元素を含んでいるのが好まし
い。

【００５２】半導体材料としては、ＡｌＧａＡｓ系材
料、ＩｎＧａＡｓ系材料、ＩｎＧａＰ系、ＡｌＧａＩｎ
Ｐ系材料、ＡｌＩｎＧａＡｓ系材料、ＩｎＧａＡｓＰ系
材料、ＧａＡｓＰ系材料等が主として使用されている。
また、半導体材料として２族元素も使用可能である。こ
れらの半導体材料を構成する元素として、例えばＧａ₂
Ｏ₃の生成エンタルピーは−５．６４eV/metal atomであ
り、Ｉｎ₂Ｏ₃の生成エンタルピーは−４．８０eV/metal
atomである。また、ＭｇＯの生成エンタルピーは−
６．２４eV/metal atomである。

【００５３】これに対して、本発明で不活性化層に使用
する元素は、酸化物の生成エンタルピーの絶対値が極め
て大きい。特に、４族に属するＴｉ（ＴｉＯ₂の生成エ
ンタルピーは−９．７４eV/metal atom）、Ｚｒ（Ｚｒ
Ｏ₂の生成エンタルピーは−１１．４１eV/metal atom）
は不活性化層に使用する元素として極めて好ましい。し
たがって、これらの元素を含有する不活性化層は、広範
な半導体材料に対して有用である。特に、Ａｌを含まな
い半導体材料に対しては、効果が大きくて特に有用であ
る。

【００５４】半導体端面に不活性化層（１４）として付
着させる元素の結晶学的構造や特徴は製法によって異な
るが、単結晶、多結晶、アモルファスのいずれの場合に
ついても効果が認められる。中でも、高真空中で低製膜
レートで形成されたものは効果的であり特に好ましい。

【００５５】一般に、不活性化層（１４）の厚みＴｐ
（ｎｍ）は、０．２（ｎｍ）より厚いことが望ましい。
一方、１００ｎｍ等のように極端に厚い膜厚は適当でな
い場合がある。不活性化層（１４）の望ましい厚みは、
下限はそれ自体が膜として存在するための要件から規定
され、また上限は活性層から出射される光が不活性化層
の一部によって吸収される場合にはその光吸収による効
果とのバランスで決定される。すなわち、不活性化層を
端面に堆積させた場合には、端面が全面不活性化膜で覆
われる要件と、出射光の吸収による端面の温度上昇の両
面の効果を考慮する必要がある。また、プラズマ照射を
不活性化層上から行う場合には、半導体端面の還元反応
が十分に誘導されるエネルギーが端面に到達する程度に
不活性化層は薄くなければならない。不活性化層の望ま
しい厚さの範囲は、以下の式で表されることが確認され
ている。

【００５６】

【数３】０．２（ｎｍ）＜Ｔｐ（ｎｍ）＜λ／８ｎ（ｎｍ）・・・・・（Ｉ）（式中、ｎは前記不活性化層の全体の平均的な波長λで
の屈折率の実数部分を表す）なお、上式はあくまでも望ましい範囲を規定したもので
あり、厚みが０．２ｎｍ以下の場合にも改善効果は確認
されている。

【００５７】端面に残存する酸素を引き離すために行わ
れるプラズマ照射や熱線の照射、あるいは不活性化層形
成後にコーティング材料の供給とともに行われるプラズ
マ照射（いわゆるＩＡＤ法）等によって、不活性化層の
一部では半導体端面由来の酸素による酸化反応が促進さ
れる。このとき、不活性化層には、すべての不活性化層
構成元素が酸化されない程度の厚みがあることが望まし
い。これは、不活性化層全体が酸化されてしまうと、不
活性化層中に一時取り込まれた酸素が長期間レーザを駆
動しているうちに再度、端面の酸化を引き起こす懸念が
あるからである。また、半導体端面を構成する元素はす
べてが酸素との結合を持たないのが好ましいが、不活性
化層全体が酸化されてしまうと、半導体端面を構成する
元素の酸素との結合を完全に無くすことができなくなる
懸念もある。これらは寿命改善の効果を減じることにな
るため好ましくない。

【００５８】本発明では、露出した半導体端面上に構成
した不活性化層（１４）の上に、さらに誘電体または誘
電体および半導体の組合せからなるコーティング層（１
５）（１６）を形成するのが好ましい（図１）。特に、
端面へのプラズマ照射、不活性化層（１４）の形成、コ
ーティング層（１５）（１６）の形成は、連続して負圧
下、より好ましくは真空中で行うことが望ましい。コー
ティング層は、主に半導体レーザからの光の取り出し効
率を上げ、端面の保護を強化するという２つの目的のた
めに形成する。特に高出力を達成するためには、発振波
長に対して低反射率のコーティング層を前端面に施し、
発振波長に対して高反射率のコーティング層を後端面に
施す非対称コーティングを行うのが一般的である。

【００５９】コーティング層（１５）（１６）には、さ
まざまな材料を用いることができる。例えば、ＡｌＯ
ｘ、ＴｉＯｘ、ＳｉＯｘ、ＳｉＮ、ＳｉおよびＺｎＳか
らなる群から選ばれる１種または２種以上の組合せを用
いることが好ましい。低反射率のコーティング層として
はＡｌＯｘ、ＴｉＯｘ、ＳｉＯｘ等が、また高反射率の
コーティング層としてはＡｌＯｘ／Ｓｉの多層膜、Ｔｉ
Ｏｘ／ＳｉＯｘの多層膜等が用いられる。それぞれの膜
厚を調節することによって、所望の反射率を実現するこ
とができる。しかし、一般に低反射率のコーティング層
とするＡｌＯｘ、ＴｉＯｘ、ＳｉＯｘ等の膜厚は、その
波長λでの屈折率の実数部分をｎとしてλ／４ｎ近傍に
なるように調整するのが一般的である。また、高反射多
層膜もそれを構成する各材料がλ／４ｎ近傍になるよう
に調整するのが一般的である。

【００６０】コーティング層（１５）（１６）の製法に
おいてはいわゆるＩＡＤ（Ion Assisted Depositio
n）法が好適に用いられる。これはコーティング材料の
真空蒸着と同時に、あるエネルギーをもったプラズマ
（特にその中のイオン）を照射する方法であって、特に
希ガスによるプラズマ照射が好適である。さらには希ガ
スの中でもＡｒイオンによるＩＡＤ法は、前記コーティ
ング材料の膜質向上に多大な効果がある。特にＡｒイオ
ンの照射エネルギーは、好ましくは２５〜３００ｅＶ程
度、より好ましくは５０〜２００ｅＶ程度の低エネルギ
ー範囲にする。これによって、半導体端面へのダメージ
を与えずにコーティングすることができる。

【００６１】ここで注目すべき点は、このコーティング
膜の形成と同時に照射されるプラズマのエネルギーによ
って以下の反応が促進され、半導体端面に酸化物が残存
している場合は少なくともその一部が酸化物の形態をと
らなくなることである。すなわち、不活性化層の中に存
在していて特に半導体端面に隣接している部分の構成元
素が、半導体端面に残存している酸素と結合する反応が
促進される。その結果、半導体端面を構成する元素と酸
素との結合を非常に少なくするか、または皆無にするこ
とが可能になる。したがって、このプラズマ照射も前述
した外因的な表面準位をおさえるために有効である。な
お、プラズマ照射はコーティング膜の形成と同時に行う
のが最も好ましいが、コーティング膜の前後に行うこと
もできる。

【００６２】このような反応の促進を可能にするために
は、不活性化層を構成する元素のうちの少なくとも１種
と酸素との生成エンタルピーの絶対値が、化合物半導体
層端面を構成する元素のうちの少なくとも１種と酸素と
の生成エンタルピーの絶対値よりも大きくなければなら
ない。また、供給するプラズマのエネルギーや熱エネル
ギー等が、この反応を引き起こすのに十分な大きさであ
ることも必要である。ただし、これらのエネルギーは半
導体端面に過大なダメージを与えない範囲内で選択する
ことが望ましい。

【００６３】例えば、半導体端面にＧａ−Ｏが残存して
いるときに、Ｔｉを含む不活性化層を形成し、ここにＡ
ｌＯｘの原料供給を行いながらアルゴンプラズマを照射
すると、不活性化層の半導体端面側のＴｉはＧａ−Ｏに
由来する酸素との結合が促進され、その結果、一部がＴ
ｉＯｘの形態をとるようになる。このため、半導体端面
の一部を構成するＧａは酸化物の形態ではなく、金属Ｇ
ａ、または半導体端面を構成する他の元素と結合し、例
えばＧａ−Ａｓとなる。この結果、Ｇａ−Ｏ結合に由来
する半導体端面に存在する非発光再結合中心は大幅に減
少することになり、高出力でありながら長寿命でもある
望ましい半導体発光素子の提供に大きく貢献することが
できる。

【００６４】また、上記の反応は原料供給を同時に行う
ＩＡＤ法でもっとも効果があるが、不活性化層形成後に
単独でイオン照射を不活性化層に行った場合、また不活
性化層形成後に熱線の照射を行った場合、さらにプラズ
マ照射と同時に熱線の照射を行った場合にも同様の効果
をもたらす。

【００６５】さらに特にＩＡＤ法によって上記反応を誘
導するときには、不活性化層のコーティング膜側ではコ
ーティング膜を構成する一部の元素や製膜時にプラズマ
の形で供給される窒素プラズマ等によって、半導体端面
側とは別の反応が起きることもある。すなわち、コーテ
ィング膜が酸化物であるときには、不活性化層がこれに
よって酸化されることもある。またコーティング膜が窒
化物であるときには、窒化反応が促進されることもあ
る。

【００６６】これらの反応の結果、不活性化層は化合物
半導体層端面に隣接する部分が酸化物などからなり、他
の部分が初期に形成した不活性化層の構成元素そのもの
となる場合がある。また、不活性化層は化合物半導体層
端面に隣接する部分が酸化物等からなり、中間部が初期
に形成した不活性化層の構成元素あるいは化合物そのも
のからなり、コーティング層に隣接する部分が酸化物、
窒化物、硫化物等からなる場合がある。これらの各層の
厚みは初期に形成される不活性化層の厚みに依存する。
通常は、半導体端面側、またコーティング膜側には１〜
１０Å程度の酸化物層または窒化物層が生成され、その
中心にはさらに変質しない数Åから数十Åの不活性化層
が残る。

【００６７】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的
に説明する。以下の実施例に示す材料、濃度、厚さ、操
作手順等は、本発明の精神から逸脱しない限り適宜変更
することができる。したがって、本発明の範囲は以下の
実施例に示す具体例に制限されるものではない。

【００６８】（実施例１）図２に示すグルーブ型のレー
ザ素子を以下の手順にしたがって製造した。キャリア濃
度１×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型ＧａＡｓ基板（１）の（１０
０）面上に、ＭＢＥ法にて、バッファ層（２）として厚
さ１μｍでキャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型ＧａＡ
ｓ層；第一導電型クラッド層（３）として厚さ１．５μ
ｍでキャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型Ａｌ_0.35Ｇａ
_0.65Ａｓ層；次いで、厚さ３０ｎｍのアンドープのＧａ
Ａｓ光ガイド層上に厚さ６ｎｍのアンドープＩｎ_0.16Ｇ
ａ_0.84Ａｓの単一量子井戸（ＳＱＷ）、さらにその上に
厚さ３０ｎｍのアンドープＧａＡｓ光ガイド層を有する
活性層（４）；第二導電型第一クラッド層（５）として
厚さ０．１μｍでキャリア濃度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でキャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3の
ｐ型ＧａＡｓ層；第一エッチング阻止層（７）として厚
さ２０ｎｍでキャリア濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3のｎ型Ｉｎ
_0.5Ｇａ_0.5Ｐ層；電流ブロック層（９）として厚さ０．
５μｍでキャリア濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3のｎ型Ａｌ_0.39
Ｇａ_0.61Ａｓ層；キャップ層（１０）として厚さ１０ｎ
ｍでキャリア濃度１×１０ ¹⁸ｃｍ^-3のｎ型ＧａＡｓ層を
順次積層した。

【００６９】最上層の電流注入領域部分を除く部分に窒
化シリコンのマスクを設けた。このとき、窒化シリコン
マスクの開口部の幅は１．５μｍとした。第一エッチン
グ阻止層（７）をエッチングストップ層として２５℃で
３０秒間エッチングを行い、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。エッ
チング剤は、硫酸（９８ｗｔ％）、過酸化水素（３０ｗ
ｔ％水溶液）および水を体積比で１：１：５で混合した
混合液を使用した。

【００７０】次いでＨＦ（４９％）とＮＨ₄Ｆ（４０
％）を１：６で混合した混合液に２分３０秒浸漬して窒
化シリコン層を除去した。その後、第２エッチング阻止
層（６）をエッチングストップ層として２５℃で２分間
エッチングを行い、電流注入領域部分の第一エッチング
阻止層（７）をエッチング除去した。エッチング剤は、
塩酸（３５ｗｔ％）と水を２：１に混合した混合液を使
用した。

【００７１】その後、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）の厚さが１．５μｍになるように成長させ
た。さらに、電極との良好な接触を保つためのコンタク
ト層（１１）として、キャリア濃度１×１０¹⁹ｃｍ^-3の
ｐ型ＧａＡｓ層を厚さ３．５μｍになるように成長させ
た。電流注入領域の幅Ｗ（第二エッチング阻止層との界
面における第二導電型第二クラッド層の幅）は２．２μ
ｍであった。さらに、基板側にはｎ型電極（１３）とし
てＡｕＧｅＮｉ／Ａｕを、またｐ型電極（１２）にはＴ
ｉ／Ｐｔ／Ａｕを蒸着させ４００℃で合金化を５分間行
って半導体ウエハーを完成させた。

【００７２】続いて、大気中で、共振器長７００μｍの
レーザバーの状態に劈開して（１１０）面を露出させ、
プラズマ発生装置を有する真空チャンバーの中に入れ
た。３ｘ１０^-5Torrの真空チャンバー内で、平均エネル
ギー６０ｅＶ、電流密度１５０μＡ／ｃｍ²のＡｒプラ
ズマを１分間端面（劈開面）に照射した。連続して、２
ｘ１０^-7Torr以下の真空中で通常の電子ビーム蒸着法を
用いてＴｉを２ｎｍ端面に堆積させて、Ｔｉ不活性化層
（１４）を形成した。さらに連続的にＡｌＯｘ膜を発振
波長９８０ｎｍにおいて前端面の反射率が２．５％にな
るように１６５ｎｍ製膜し、コーティング層（１５）を
形成した。ＡｌＯｘ製膜はＩＡＤ法により行い、４ｘ１
０^-5Torrの真空中でＡｌＯｘの端面への供給と同時に平
均エネルギー１２０ｅＶ、電流密度２００μＡ/ｃｍ²の
Ａｒプラズマを照射した。

【００７３】さらに後端面側の処理を行うために、一度
レーザバーを真空層から取り出した。後端面側において
も前端面側と全く同様にしてＡｒプラズマ照射、Ｔｉ不
活性化層（１４）の形成、さらに連続して、厚さ１７０
ｎｍのＡｌＯｘ層／厚さ６０ｎｍのアモルファスＳｉ層
／厚さ１７０ｎｍのＡｌＯｘ層／厚さ６０ｎｍのアモル
ファスＳｉ層の４層からなるコーティング層（１６）を
形成し、反射率９２％の後端面を作製した。ＡｌＯｘ膜
の製膜は、前端面側と同様にＩＡＤ法により行ない、ア
モルファスＳｉの形成は前端面側と同様の電子ビーム蒸
着法により行った。

【００７４】得られた化合物半導体発光素子の１サンプ
ル前端面の端面分析のためにＸＰＳ測定を行なった。先
ず前端面のＡｌＯｘの厚さをウエットエッチングによっ
て２０Å程度にしてから、測定を行った。光電子のとり
だし角度は７５度として、半導体レーザ端面の状態を観
測した。この結果、大気に一度さらされた（１１０）面
に通常存在するＧａ−ＯとＡｓ−Ｏは、まったく検出さ
れなかった。

【００７５】また、角度分解ＸＰＳ法を用いて、Ｔｉの
状態を調べた。この結果、良好な真空中で製膜したにも
かかわらずＴｉの半導体界面側はＴｉＯｘとなっている
ことが確認された。これは、最初のプラズマ照射を経て
もなお化合物半導体の端面に残存している酸化物の酸素
が、コーティング時のプラズマ照射のエネルギーによっ
て、不活性化層として製膜したＴｉと結合したものであ
る。なお、Ｇａ₂Ｏ₃の生成エンタルピーは−５．６４eV
/ metal atomであり、ＴｉＯ₂の生成エンタルピーは−
９．７４eV/ metal atomである。

【００７６】さらに、角度分解ＸＰＳ法により、不活性
化層として製膜したＴｉのＡｌＯｘコーティング膜との
界面も、ＡｌＯｘからの酸素によって一部がＴｉＯｘと
なっていることが確認された。すなわち、不活性化層と
して製膜したＴｉの層は、半導体端面側からＴｉＯｘ／
Ｔｉ／ＴｉＯｘの構造となっていたことを確認した。そ
れぞれの厚みはおよそ６Å／６Å／８Åであった。

【００７７】製造した化合物半導体発光素子１０デバイ
スを放熱用サブマウント上にのせ、窒素雰囲気中でパッ
ケージした。この化合物半導体発光素子の平均的初期特
性は、２５℃で閾値電流が２３ｍＡであり、３５０ｍ
Ａ、２５０ｍＷでキンクが観測された。この集団に対し
て寿命試験を行なった。２００ｍＷ、５０℃で加速試験
をした結果、図３に示す通り１０００時間経過した時点
でも突然死はなく安定な動作が確認された。

【００７８】（実施例２）前端面と後端面に対して、と
もに平均エネルギー１２０ｅＶ、電流密度１５０μＡ／
ｃｍ²のＨ₂プラズマを５分間照射し、その際にハロゲン
ランプを用いて端面での温度を４００度程度に上昇させ
た点を変更した以外は、実施例１と同様にして化合物半
導体発光素子を作製した。

【００７９】得られた化合物半導体発光素子の１サンプ
ル前端面の端面分析のためにＸＰＳ測定を行なった。先
ず前端面のＡｌＯｘの厚さをウエットエッチングによっ
て２０Å程度にしてから、測定を行った。光電子のとり
だし角度は７５度として、半導体レーザ端面の状態を観
測した。この結果、大気に一度さらされた（１１０）面
に通常存在するＧａ−ＯとＡｓ−Ｏは、まったく検出さ
れなかった。

【００８０】また、角度分解ＸＰＳ法を用いて、Ｔｉの
状態を調べた。この結果、良好な真空中で製膜したにも
かかわらずＴｉの半導体界面側はＴｉＯｘとなっている
ことが確認された。これは、最初のプラズマ照射を経て
もなお化合物半導体の端面に残存している酸化物の酸素
が、コーティング時のプラズマ照射のエネルギーによっ
て、不活性化層として製膜したＴｉと結合したものであ
る。

【００８１】さらに、角度分解ＸＰＳ法により、不活性
化層として製膜したＴｉのＡｌＯｘコーティング膜との
界面も、ＡｌＯｘからの酸素によって一部がＴｉＯｘと
なっていることが確認された。すなわち、不活性化層と
して製膜したＴｉの層は、半導体端面側からＴｉＯｘ／
Ｔｉ／ＴｉＯｘの構造となっていたことを確認した。そ
れぞれの厚みはおよそ５Å／８Å／７Åであった。

【００８２】製造した化合物半導体発光素子５デバイス
を放熱用サブマウント上にのせ、窒素雰囲気中でパッケ
ージした。この化合物半導体発光素子の平均的初期特性
は、２５℃で閾値電流が２３ｍＡであり、３５０ｍＡ、
２５０ｍＷでキンクが観測された。この集団に対して寿
命試験を行なった。２００ｍＷ、５０℃で加速試験をし
た結果、図４に示す通り１０００時間経過した時点でも
突然死はなく安定な動作が確認された。

【００８３】（実施例３）前端面および後端面に不活性
化層を形成した後、その不活性化層に対して、コーティ
ング層の原料供給を行わずに４×１０^-5Torrの真空中で
平均エネルギー１１０ｅＶ、電流密度２００μＡ／ｃｍ
²のＡｒプラズマを３０秒ほど照射し、引き続きＡｌＯ
ｘを通常の電子ビーム蒸着によって形成した点を変更し
た以外は、実施例１と同様にして化合物半導体発光素子
を作製した。

【００８４】得られた化合物半導体発光素子の１サンプ
ル前端面の端面分析のためにＸＰＳ測定を行なった。先
ず前端面のＡｌＯｘの厚さをウエットエッチングによっ
て２０Å程度にしてから、測定を行った。光電子のとり
だし角度は７５度として、半導体レーザ端面の状態を観
測した。この結果、大気に一度さらされた（１１０）面
に通常存在するＧａ−ＯとＡｓ−Ｏは、まったく検出さ
れなかった。

【００８５】また、角度分解ＸＰＳ法を用いて、Ｔｉの
状態を調べた。この結果、良好な真空中で製膜したにも
かかわらずＴｉの半導体界面側はＴｉＯｘとなっている
ことが確認された。これは、最初のプラズマ照射を経て
もなお化合物半導体の端面に残存している酸化物の酸素
が、コーティング時のプラズマ照射のエネルギーによっ
て、不活性化層として製膜したＴｉと結合したものであ
る。

【００８６】さらに、角度分解ＸＰＳ法により、不活性
化層として製膜したＴｉのＡｌＯｘコーティング膜との
界面も、ＡｌＯｘからの酸素によって一部がＴｉＯｘと
なっていることが確認された。すなわち、不活性化層と
して製膜したＴｉの層は、半導体端面側からＴｉＯｘ／
Ｔｉ／ＴｉＯｘの構造となっていたことを確認した。そ
れぞれの厚みはおよそ７Å／５Å／８Åであった。

【００８７】製造した化合物半導体発光素子５デバイス
を放熱用サブマウント上にのせ、窒素雰囲気中でパッケ
ージした。この化合物半導体発光素子の平均的初期特性
は、２５℃で閾値電流が２３ｍＡであり、３５０ｍＡ、
２５０ｍＷでキンクが観測された。この集団に対して寿
命試験を行なった。２００ｍＷ、５０℃で加速試験をし
た結果、図５に示す通り１０００時間経過した時点でも
突然死はなく安定な動作が確認された。

【００８８】（実施例４）前端面および後端面に不活性
化層を形成した後、その不活性化層に対して、４×１０
^-5Torrの真空中で平均エネルギー１１０ｅＶ、電流密度
２００μＡ／ｃｍ ²のＡｒプラズマをＴｉ不活性化層が
形成されている端面へ照射し、連続して２×１０^-7Torr
以下の真空中で通常の電子ビーム蒸着法を用いてさらに
不活性化層となるＴｉを１０Åほど蒸着し、この後さら
に４×１０^-5Torrの真空中でＩＡＤ法を用いて平均エネ
ルギー１２０ｅＶ、電流密度２００μＡ／ｃｍ²のＡｒ
プラズマを端面へのＡｌＯｘ供給と同時に照射した点を
変更した以外は、実施例１と同様にして化合物半導体発
光素子を作製した。

【００８９】得られた化合物半導体発光素子の１サンプ
ル前端面の端面分析のためにＸＰＳ測定を行なった。先
ず前端面のＡｌＯｘの厚さをウエットエッチングによっ
て２０Å程度にしてから、測定を行った。光電子のとり
だし角度は７５度として、半導体レーザ端面の状態を観
測した。この結果、大気に一度さらされてしまった（１
１０）面に通常存在するＧａ−ＯとＡｓ−Ｏは、まった
く検出されなかった。

【００９０】また、角度分解ＸＰＳ法を用いて、Ｔｉの
状態を調べた。この結果、良好な真空中で製膜したにも
かかわらずＴｉの半導体界面側はＴｉＯｘとなっている
ことが確認された。これは、最初のプラズマ照射を経て
もなお化合物半導体の端面に残存している酸化物の酸素
が、コーティング時のプラズマ照射のエネルギーによっ
て、不活性化層として製膜したＴｉと結合したものであ
る。

【００９１】さらに、角度分解ＸＰＳ法により、不活性
化層として製膜したＴｉのＡｌＯｘコーティング膜との
界面も、ＡｌＯｘからの酸素によって一部がＴｉＯｘと
なっていることが確認された。すなわち、不活性化層と
して製膜したＴｉの層は、半導体端面側からＴｉＯｘ／
Ｔｉ／ＴｉＯｘの構造となっていたことを確認した。そ
れぞれの厚みはおよそ７Å／１５Å／８Åであった。

【００９２】製造した化合物半導体発光素子５デバイス
を放熱用サブマウント上にのせ、窒素雰囲気中でパッケ
ージした。この化合物半導体発光素子の平均的初期特性
は、２５℃で閾値電流が２３ｍＡであり、３５０ｍＡ、
２５０ｍＷでキンクが観測された。この集団に対して寿
命試験を行なった。２００ｍＷ、５０℃で加速試験をし
た結果、図６に示す通り１０００時間経過した時点でも
突然死はなく安定な動作が確認された。

【００９３】（実施例５）Ｔｉ不活性化層の代わりにＺ
ｒ不活性化層を形成した点を変更した以外は、実施例１
と同様にして化合物半導体発光素子を作製した。得られ
た化合物半導体発光素子の１サンプル前端面の端面分析
のためにＸＰＳ測定を行なった。先ず前端面のＡｌＯｘ
の厚さをウエットエッチングによって２０Å程度にして
から、測定を行った。光電子のとりだし角度は７５度と
して、半導体レーザ端面の状態を観測した。この結果、
大気に一度さらされてしまった（１１０）面に通常存在
するＧａ−ＯとＡｓ−Ｏは、まったく検出されなかっ
た。

【００９４】また、角度分解ＸＰＳ法を用いて、Ｚｒの
状態を調べた。この結果、良好な真空中で製膜したにも
かかわらずＺｒの半導体界面側はＺｒＯｘとなっている
ことが確認された。これは、最初のプラズマ照射を経て
もなお化合物半導体の端面に残存している酸化物の酸素
が、コーティング時のプラズマ照射のエネルギーによっ
て、不活性化層として製膜したＺｒと結合したものであ
る。

【００９５】さらに、角度分解ＸＰＳ法により、不活性
化層として製膜したＺｒのＡｌＯｘコーティング膜との
界面も、ＡｌＯｘからの酸素によって一部がＺｒＯｘと
なっていることが確認された。すなわち、不活性化層と
して製膜したＺｒの層は、半導体端面側からＺｒＯｘ／
Ｚｒ／ＺｒＯｘの構造となっていたことを確認した。そ
れぞれの厚みはおよそ５Å／８Å／７Åであった。

【００９６】製造した化合物半導体発光素子５デバイス
を放熱用サブマウント上にのせ、窒素雰囲気中でパッケ
ージした。この化合物半導体発光素子の平均的初期特性
は、２５℃で閾値電流が２３ｍＡであり、３５０ｍＡ、
２５０ｍＷでキンクが観測された。この集団に対して寿
命試験を行なった。２００ｍＷ、５０℃で加速試験をし
た結果、図７に示す通り１０００時間経過した時点でも
突然死はなく安定な動作が確認された。

【００９７】（比較例１）前端面および後端面の両面と
も、Ｔｉ不活性化層の形成とそれに先立つＡｒプラズマ
照射を行わず、かつコーティング層の形成をＩＡＤ法で
はなく、すべての層に対して通常の電子ビーム蒸着法で
行った点を変更した以外は、前記実施例１と同様にして
化合物半導体発光素子を調製した。

【００９８】調製した化合物半導体発光素子の平均的初
期特性は、上記実施例と同様に２５℃で閾値電流が２３
ｍＡであり、３５０ｍＡ、２５０ｍＷでキンクが観測さ
れた。しかし、寿命試験（２００ｍＷ、５０℃）におい
ては、図８に示すように１００時間経過するまでに１０
デバイスすべてが突然死した。また、前記実施例１と同
様にＸＰＳ分析を行ったところ、端面にＧａ−Ｏが存在
することが確認された。

【００９９】（比較例２）前端面および後端面の両面と
も、Ｔｉ不活性化層の形成を行わなかった点を変更した
以外は、前記実施例１と同様にして化合物半導体発光素
子を調製した。調製した化合物半導体発光素子の平均的
初期特性は、上記実施例と同様に２５℃で閾値電流が２
３ｍＡであり、３５０ｍＡ、２５０ｍＷでキンクが観測
された。しかし、寿命試験（２００ｍＷ、５０℃）にお
いては、図９に示すように１２５０時間経過した時点で
１１デバイス中５デバイスが突然死した。また劣化速度
も実施例１より大きかった。

【０１００】（比較例３）前端面および後端面の両面と
も、Ｔｉ不活性化層の形成に先立つＡｒプラズマ照射を
行わなかった点を変更した以外は、前記実施例１と同様
にして化合物半導体発光素子を調製した。調製した化合
物半導体発光素子の平均的初期特性は、上記実施例と同
様に２５℃で閾値電流が２３ｍＡであり、３５０ｍＡ、
２５０ｍＷでキンクが観測された。しかし、寿命試験
（２００ｍＷ、５０℃）においては、図１０に示すよう
に２５０時間経過した時点で１０デバイスすべてが突然
死した。また、前記実施例１と全く同様にＸＰＳ分析を
行ったところ、端面に若干のＡｓ−ＯとＧａ−Ｏが存在
することが確認された。

【０１０１】（比較例４）前端面および後端面の両面と
も、Ｔｉ不活性化層の形成およびそれに先立つＡｒプラ
ズマ照射を行わなかった点を変更した以外は、実施例２
と同様にして化合物半導体発光素子を調製した。調製し
た化合物半導体発光素子に対して寿命試験（２００ｍ
Ｗ、５０℃）を行った結果、図１１に示すとおり１００
時間経過した時点で５デバイスすべてが突然死した。

【０１０２】

【発明の効果】本発明の化合物半導体発光素子は、端面
での外因的な界面準位密度を長期間にわたって安定に抑
制することができ、高出力かつ長寿命で極めて性能が高
い。また、本発明の化合物半導体発光素子は、端面での
劣化を抑え、大気中での劈開も可能である簡便な方法で
製造することができるという実際上の利点も有する。し
たがって、本発明の化合物半導体発光素子は、多大な工
業的利益を提供するものでありその応用範囲は極めて多
岐にわたる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の化合物半導体発光素子の一態様を示
す斜視図である。

【図２】本発明の化合物半導体発光素子の一態様を示
す断面図である。

【図３】実施例１の化合物半導体発光素子の寿命試験
結果である。

【図４】実施例２の化合物半導体発光素子の寿命試験
結果である。

【図５】実施例３の化合物半導体発光素子の寿命試験
結果である。

【図６】実施例４の化合物半導体発光素子の寿命試験
結果である。

【図７】実施例５の化合物半導体発光素子の寿命試験
結果である。

【図８】比較例１の化合物半導体発光素子の寿命試験
結果である。

【図９】比較例２の化合物半導体発光素子の寿命試験
結果である。

【図１０】比較例３の化合物半導体発光素子の寿命試
験結果である。

【図１１】比較例４の化合物半導体発光素子の寿命試
験結果である。

【符号の説明】

１：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：第一エッチング阻止層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：不活性化層１５：コーティング層１
６：コーティング層

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年１２月１６日（１９９９．１２．
１６）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４４】具体的には、２５〜３００ｅＶ程度の低エ
ネルギーの荷電粒子、即ちイオン、電子またはそれらの
組み合わせであるプラズマ、好ましくはプラズマ種とし
て１８属または水素プラズマを照射する方法を例示する
ことができる。ここで、１８族のプラズマ種としては、
具体的にはヘリウムまたはアルゴンプラズマ、クリプト
ンプラズマ、キセノンプラズマなどを挙げることができ
る。これらを端面に照射することによって、端面を構成
する元素の酸化物のうち、特にＶ族またはＶＩ族のよう
な比較的酸化物の蒸気圧の大きいもの（例えばＡｓ−Ｏ
等）を取り除くことができる。プラズマ照射は、１０^-3
Torr以下程度、好ましくは１０^-4Torr以下、最も好まし
くは１０^-5Torr以下程度の真空中で行う。後述するよう
に、端面上に形成される不活性化層に対してこのような
プラズマ照射を行うのも、安定的に再現性良く、外因的
な表面準位をおさえるのに寄与しうる点で効果的であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第一導電型クラッド層、活性層および第
二導電型クラッド層を含む化合物半導体層を基板上に有
し、対向する二つの化合物半導体層の端面が共振器構造
を形成している化合物半導体発光素子であって、該化合物半導体層の端面を形成する第一導電型クラッド
層、活性層および第二導電型クラッド層の表面が４族の
元素を含む不活性化層で被覆されていることを特徴とす
る化合物半導体発光素子。
【請求項２】前記化合物半導体層の端面を構成する元
素の少なくとも１つは酸素との結合を持たず、前記不活
性化層の化合物半導体層の端面に隣接する部分が酸素を
構成元素として含有することを特徴とする請求項１に記
載の化合物半導体発光素子。
【請求項３】前記不活性化層が酸素を構成元素として
含まない部分を有することを特徴とする請求項１または
２に記載の化合物半導体発光素子。
【請求項４】前記不活性化層が、ＴｉおよびＺｒから
なる群から選択される１以上の元素を含有することを特
徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の化合物半導体
発光素子。
【請求項５】前記不活性化層の厚みＴｐ（ｎｍ）が下
記式（Ｉ）を満足することを特徴とする請求項１〜４の
いずれかに記載の化合物半導体発光素子。【数１】０．２（ｎｍ）＜Ｔｐ（ｎｍ）＜λ／８ｎ（ｎｍ）・・・・・（Ｉ）（上式において、λは化合物半導体発光素子の発振波長
（ｎｍ）であり、ｎは不活性化層の波長λにおける全体
の平均屈折率の実数部分である）
【請求項６】前記不活性化層の表面が、誘電体または
誘電体と半導体との組合せからなるコーティング層で被
覆されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか
に記載の化合物半導体発光素子。
【請求項７】前記コーティング層が、ＡｌＯｘ、Ｔｉ
Ｏｘ、ＳｉＯｘ、ＳｉＮ、ＳｉおよびＺｎＳからなる群
から選択される１以上の化合物を含むことを特徴とする
請求項６に記載の化合物半導体発光素子。
【請求項８】前記コーティング層が一端では低反射率
のコーティング層からなり、他端では高反射率のコーテ
ィング層からなることを特徴とする請求項６または７に
記載の化合物半導体発光素子。
【請求項９】前記低反射率のコーティング層がＡｌＯ
ｘを含み、前記高反射率のコーティング層がＡｌＯｘお
よびＳｉを含むことを特徴とする請求項８に記載の化合
物半導体発光素子。
【請求項１０】前記不活性化層のコーティング層に隣
接する部分が、構成元素として酸素を含むことを特徴と
する請求項６〜９のいずれかに記載の化合物半導体発光
素子。
【請求項１１】前記化合物半導体層の端面が（１１
０）面またはそれと結晶学的に等価な面であることを特
徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の化合物半導
体発光素子。
【請求項１２】前記化合物半導体層の端面が、不活性
化層形成前にプラズマ照射されていることを特徴とする
請求項１〜１１のいずれかに記載の化合物半導体発光素
子。
【請求項１３】前記不活性化層の表面がコーティング
層の形成時にプラズマ照射されていることを特徴とする
請求項６〜１０のいずれかに記載の化合物半導体発光素
子。
【請求項１４】前記プラズマ照射が、エネルギーが２
５ｅＶ以上３００ｅＶ以下のイオン照射を含むことを特
徴とする請求項１２または１３に記載の化合物半導体発
光素子。
【請求項１５】前記活性層がＩｎを構成元素として含
むことを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の
化合物半導体発光素子。
【請求項１６】前記活性層が、Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ（０
＜ｘ＜１）または（Ａｌ _xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰ（０＜
ｘ，ｙ＜１）を含むことを特徴とする請求項１５に記載
の化合物半導体発光素子。
【請求項１７】前記活性層が量子井戸構造であること
を特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載の化合物
半導体発光素子。
【請求項１８】前記不活性化層を構成する元素の酸化
物の生成エンタルピーの絶対値が、化合物半導体層の端
面を構成する少なくとも１つの元素の酸化物の生成エン
タルピーの絶対値よりも大きいことを特徴とする請求項
１〜１７のいずれかに記載の化合物半導体発光素子。
【請求項１９】前記不活性化層に構成元素として含ま
れる酸素が、該不活性化層の形成前に化合物半導体層の
端面を構成する元素と結合していた酸素であることを特
徴とする請求項１〜１８のいずれかに記載の化合物半導
体発光素子。
【請求項２０】前記不活性化層に構成元素として含ま
れる酸素が、該不活性化層に対するプラズマ照射によっ
て化合物半導体層の端面から不活性化層に移行した酸素
であることを特徴とする請求項１９に記載の化合物半導
体発光素子。
【請求項２１】前記不活性化層に構成元素として含ま
れる酸素が、該不活性化層に対する熱線の照射によって
化合物半導体層の端面から不活性化層に移行した酸素で
あることを特徴とする請求項１９記載の化合物半導体発
光素子。
【請求項２２】前記不活性化層に構成元素として含ま
れる酸素が、前記コーティング層の形成時に行われるプ
ラズマ照射の際に化合物半導体層の端面から不活性化層
に移行した酸素であることを特徴とする請求項１３に記
載の化合物半導体発光素子。