JP2008135792A - 半導体レーザの製造方法、半導体レーザ、半導体装置の製造方法および半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を加工することにより形成される共振器端面に端面コート膜を形成する場合にその密着性を向上させ、端面劣化を抑制し、通電中の動作電流の増加を抑制し、寿命の大幅な向上が可能な半導体レーザを提供する。
【解決手段】窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、劈開などにより形成される共振器端面１８に密着層を介して端面コート膜２０を形成する。密着層としてはＡｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＺｎおよびＳｉからなる群より選ばれた少なくとも一種の元素からなるものや、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＺｎおよびＳｉからなる群より選ばれた少なくとも一種の元素と酸素および／または窒素とを含む物質からなるもの、例えばＡｌＯ_x 膜などを用いる。端面コート膜２０の最下層としてはＡｌ₂ Ｏ₃ 膜などを用いる。
【選択図】図１３

Description

この発明は、半導体レーザの製造方法、半導体レーザ、半導体装置の製造方法および半導体装置に関し、特に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザや発光ダイオードあるいは電子走行素子の製造に適用して好適なものである。

近年、光ディスクの高密度化に必要である青色領域から紫外線領域におよぶ発光が可能な半導体レーザとして、ＡｌＧａＩｎＮなどの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザの研究開発が盛んに行われており、最近では、実用化に向けて寿命および特性のより一層の向上に努力が払われている。

J.Appl.Phys.50(1979)p.5150、Appl.Phys.Lett.30(1977)p.87

しかしながら、現状では、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザにおいては、通電中の動作電流の増加が観測される。この通電中の動作電流の増加は半導体レーザの寿命を決定する重要な要因の一つであり、その抑制が望まれるものである。

したがって、この発明が解決しようとする課題は、通電中の動作電流の増加が極めて少なく、長寿命で経時変化も極めて少ない、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザを容易に製造す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にある。

この発明が解決しようとする他の課題は、通電中の動作電流の増加が極めて少なく、長寿命で経時変化も極めて少ない、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザおよびその製造方法を提供することにある。

より一般的には、この発明が解決しようとする課題は、通電中の動作電流の増加が極めて少なく、長寿命で経時変化も極めて少ない、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体やその他の半導体を用いた半導体レーザおよびその製造方法を提供することにある。

さらに一般的には、この発明が解決しようとする課題は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を加工することにより形成される端面の改善を図ることができるとともに、この端面に端面コーティングを施す場合にその密着性の向上を図ることができる半導体装置の製造方法を提供することにある。

この発明が解決しようとする他の課題は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を加工することにより形成される端面の改善を図ることができるとともに、この端面に端面コーティングを施す場合にその密着性の向上を図ることができる半導体装置およびその製造方法を提供することにある。

この発明が解決しようとする他の課題は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体やその他の半導体を加工することにより形成される端面の改善を図ることができるとともに、この端面に端面コーティングを施す場合にその密着性の向上を図ることができる半導体装置およびその製造方法を提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を行った。その概要について説明すると、次のとおりである。
すなわち、本発明者は、種々実験を行って検討を行った結果、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザにおける通電中の動作電流の上昇は、共振器の端面付近が破壊される、いわゆる端面劣化が最大の要因であることを見い出した。ここで、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザにおいては、端面劣化あるいは光学損傷（ＣＯＤ；catastrophic optical damage)については、これまでほとんど報告されていないのが実情である。

この端面劣化の抑制については、他の材料系の半導体レーザにおいては、共振器端面付近の結晶の酸化を防止するため、端面コーティングを施すことにより解決を図っている。例えば、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザにおいては、共振器端面にＳｉＯ₂ 、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ などをコートしている（例えば、J.Appl.Phys.50(1979)p.5150、Appl.Phys.Lett.30(1977)p.87)。

ところが、本発明者の知見によれば、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、共振器端面を安定化させるために端面コート材を成膜し、共振器端面を保護したものについて寿命試験を行ったところ、予想に反して、ほとんど全ての素子で動作電流の急激な増加が確認された。本発明者は、その原因の究明を進めた結果、共振器端面付近の劣化が支配的要因であることを見い出した。言い換えれば、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザにおいては、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザなどで端面劣化の抑制に有効と考えられていた端面コーティングを単に施すだけでは、端面劣化を防止することは困難であるという結論に至った。

そこで、本発明者は、動作電流の急激な増加の問題の根本的な解決方法について種々検討を行った結果、共振器端面形成後に、共振器端面を不活性ガスのプラズマ雰囲気に暴露したり、あるいは、これに加熱処理を組み合わせたりすることが有効であることを見い出し、さらにそれらの条件などについて種々検討を行った。
その後さらに検討を行った結果、端面劣化の要因の一つが、共振器端面に対する端面コート膜自身の密着性が良好でないことにあることを確認した。そこで、本発明者は、共振器端面に対する端面コート膜の密着性の向上を図るために、密着層を介して端面コート膜を形成することを考えた。そして、この密着層として最適な材料の探索を行った結果、レーザ特性に悪影響を与えない程度の十分に薄い、Ａｌなどの金属やＡｌなどの金属と酸素などとを含む物質が好適なものであることを見い出した。このうち、Ａｌなどの金属を共振器端面、取り分け発光部を含む領域に形成することは、レーザ特性に悪影響を及ぼすなどの理由によりこれまでの常識では考えられなかったことであるが、レーザ特性に悪影響を及ぼすことなく、共振器端面に対する端面コート膜の密着性の向上を図ることが可能であることが分かった。

以上は半導体レーザについてであるが、上記の手法は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を劈開やドライエッチングなどで加工することにより端面を形成する半導体装置において、この端面を改善し、その安定化を図ったり、この端面に端面コーティングを施す場合にその密着性の向上を図ったりする場合にも同様に有効である。また、共振器端面に密着層を介して端面コート膜を形成する手法については、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体以外のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体やその他の半導体を用いた半導体レーザにも有効であり、さらには、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体以外のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体やその他の半導体を劈開やドライエッチングなどで加工することにより端面を形成する半導体装置において、この端面に端面コーティングを施す場合にその密着性の向上を図ったりする場合にも有効である。
この発明は、本発明者による以上の検討に基づいてさらに検討を行った結果、案出されたものである。

すなわち、上記課題を解決するために、この発明の第１の発明は、
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザの製造方法において、
半導体レーザの共振器端面を形成した後、この共振器端面を不活性ガスのプラズマ雰囲気に暴露するようにした
ことを特徴とするものである。

この発明の第２の発明は、
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザの製造方法において、
半導体レーザの共振器端面を形成した後、真空中または不活性ガス雰囲気中において３０℃以上７００℃以下の温度で加熱を行う工程と、
半導体レーザの共振器端面を形成した後、この共振器端面を不活性ガスのプラズマ雰囲気に暴露する工程とを有する
ことを特徴とするものである。
ここで、これらの工程はいずれを先に行っても良いが、共振器端面の清浄化などの表面処理をより完全に行う観点からは、好適には加熱の工程を先に行う。さらに、場合によっては、不活性ガスのプラズマ雰囲気に暴露する工程の前後に加熱の工程を行っても良い。

この発明の第３の発明は、
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザの製造方法において、
半導体レーザの共振器端面を形成した後、この共振器端面を３０℃以上７００℃以下の温度で不活性ガスのプラズマ雰囲気に暴露するようにした
ことを特徴とするものである。

この発明の第４の発明は、
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザの製造方法において、
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザ構造が形成された基板をバー状に加工して共振器端面を形成した後、この共振器端面を不活性ガスのプラズマ雰囲気に暴露するようにした
ことを特徴とするものである。

この発明の第５の発明は、
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザの製造方法において、
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザ構造が形成された基板をバー状に加工して共振器端面を形成した後、真空中または不活性ガス雰囲気中において３０℃以上７００℃以下の温度で加熱を行う工程と、
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザ構造が形成された基板をバー状に加工して共振器端面を形成した後、この共振器端面を不活性ガスのプラズマ雰囲気に暴露する工程とを有する
ことを特徴とするものである。
ここで、これらの工程はいずれを先に行っても良いが、共振器端面の清浄化などの表面処理をより完全に行う観点からは、好適には加熱の工程を先に行う。さらに、場合によっては、不活性ガスのプラズマ雰囲気に暴露する工程の前後に加熱の工程を行っても良い。

この発明の第６の発明は、
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザの製造方法において、
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザ構造が形成された基板をバー状に加工して共振器端面を形成した後、この共振器端面を３０℃以上７００℃以下の温度で不活性ガスのプラズマ雰囲気に暴露するようにした
ことを特徴とするものである。

この発明の第７の発明は、
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を加工することにより形成された端面を有する半導体装置の製造方法において、
端面を形成した後、この端面を不活性ガスのプラズマ雰囲気に暴露するようにした
ことを特徴とするものである。

この発明の第８の発明は、
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を加工することにより形成された端面を有する半導体装置の製造方法において、
端面を形成した後、真空中または不活性ガス雰囲気中において３０℃以上７００℃以下の温度で加熱を行う工程と、
端面を形成した後、この端面を不活性ガスのプラズマ雰囲気に暴露する工程とを有する
ことを特徴とするものである。
ここで、これらの工程はいずれを先に行っても良いが、端面の清浄化などの表面処理をより完全に行う観点からは、好適には加熱の工程を先に行う。さらに、場合によっては、不活性ガスのプラズマ雰囲気に暴露する工程の前後に加熱の工程を行っても良い。

この発明の第９の発明は、
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を加工することにより形成された端面を有する半導体装置の製造方法において、
端面を形成した後、この端面を３０℃以上７００℃以下の温度で不活性ガスのプラズマ雰囲気に暴露するようにした
ことを特徴とするものである。

この発明の第１０の発明は、
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、
共振器端面に密着層を介して端面コート膜が形成されている
ことを特徴とするものである。

この発明の第１１の発明は、
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザの製造方法において、
半導体レーザの共振器端面を形成した後、この共振器端面に密着層を介して端面コーティングを施すようにした
ことを特徴とするものである。

この発明の第１２の発明は、
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザの製造方法において、
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザ構造が形成された基板をバー状に加工して共振器端面を形成した後、この共振器端面に密着層を介して端面コーティングを施すようにした
ことを特徴とするものである。

この発明の第１３の発明は、
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を加工することにより形成された端面を有する半導体装置において、
端面に密着層を介して端面コート膜が形成されている
ことを特徴とするものである。

この発明の第１４の発明は、
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を加工することにより形成された端面を有する半導体装置の製造方法において、
端面を形成した後、この端面に密着層を介して端面コーティングを施すようにした
ことを特徴とするものである。

この発明の第１〜第１４の発明において、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、Ｇａ、Ａｌ、ＩｎおよびＢからなる群より選ばれた少なくとも一種類のＩＩＩ族元素と、少なくともＮを含み、場合によってさらにＡｓやＰを含むＶ族元素とからなる。この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の具体例を挙げると、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＩｎＮなどである。

この発明の第１〜第９の発明においては、典型的には、不活性ガスのプラズマ雰囲気への暴露などを行った後、半導体レーザにおける共振器端面あるいは半導体装置における端面を大気にさらすことなく、この共振器端面あるいは端面に端面コーティングを施す。具体的には、例えば、プラズマ処理および成膜が可能な装置を用い、その処理室内で不活性ガスのプラズマ雰囲気への暴露と端面コーティングとを連続して行ったり、プラズマ処理装置で不活性ガスのプラズマ雰囲気への暴露を行った後、被処理物を成膜装置に真空または不活性ガス雰囲気にある搬送路を通して搬送し、端面コーティングを施す。

プラズマを発生させる不活性ガスあるいは加熱時の雰囲気ガスに用いる不活性ガスとしては、希ガス、窒素ガスあるいはこれらの混合ガスのいずれを用いてもよく、ほぼ同様な効果を得ることができる。希ガスとしては、共振器端面あるいは端面の平坦化や清浄化などの表面処理を効率的に行う観点から、好適には、アルゴンガスあるいはキセノンガスが用いられる。

プラズマのエネルギー、すなわちプラズマ出力×処理時間は、共振器端面あるいは端面の平坦化や清浄化などの表面処理効果を必要最小限得る観点からは好適には０．５キロワット秒（例えば、５０ワット×１０秒）以上とし、プラズマによる共振器端面あるいは端面のダメージを抑える観点からは好適には９００キロワット秒（例えば、５００ワット×１８００秒）以下とし、より好適には１００キロワット秒以上５００キロワット秒以下とする。また、この場合、プラズマの出力は、共振器端面あるいは端面の平坦化や清浄化などの表面処理効果を十分に得る観点から、好適には５０ワット以上、より好適には１００ワット以上とし、プラズマによる共振器端面あるいは端面のダメージを抑える観点から、好適には１０００ワット以下、より好適には８００ワット以下、さらに好適には５００ワット以下とする。また、不活性ガスのプラズマ雰囲気への暴露時間は、共振器端面あるいは端面の平坦化や清浄化などの表面処理効果を十分かつ安定的に得る観点から、好適には１０秒間以上、より好適には１分間以上、より好適には５分間以上、さらに好適には１０分間以上とする。不活性ガスのプラズマ雰囲気を形成する前の処理室の圧力は、プラズマ雰囲気を安定に形成する観点から、好適には１×１０^-4Ｐａ以下とする。また、不活性ガスのプラズマ雰囲気を形成した後の処理室の圧力は、プラズマ雰囲気を安定に保持し、共振器端面あるいは端面の平坦化や清浄化などの表面処理効果を十分かつ安定的に得る観点から、好適には０．８×１０^-2Ｐａ以上１．２×１０^-2Ｐａ以下、特に１×１０^-2Ｐａ程度とする。さらに、共振器端面あるいは端面の処理を行う被処理物は、プラズマによる共振器端面あるいは端面のダメージを抑える観点から、好適にはその保持部に電圧を印加せず、自己バイアス（セルフバイアス）状態に保持する。

不活性ガスのプラズマ雰囲気への暴露前および／または暴露後あるいは不活性ガスのプラズマ雰囲気への暴露時に行う加熱の温度は、共振器端面あるいは端面の清浄化などの表面処理効果を十分に確保し、あるいは、処理後の共振器端面あるいは端面の安定化を図る観点から、好適には５０℃以上、より好適には１００℃以上とし、また、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長層、特に活性層などの劣化を防止する観点からは好適には７００℃以下とし、電極、特にｐ側電極の劣化を防止する観点からは好適には４００℃以下とする。加熱温度は、必要に応じて、これらの下限および上限の任意の組み合わせの範囲内の温度に設定することができる。加熱を真空中で行う場合、共振器端面あるいは端面の平坦化や清浄化を図る観点から、好適にはその圧力を１×１０^-4Ｐａ以下とする。

この発明の第１０〜第１２の発明において、密着層は、好適には、共振器端面における少なくとも発光部を含む領域、すなわち端面コート膜の密着性が最も必要な領域上に形成され、典型的には、共振器端面の全面に形成される。密着層は連続膜からなるもの、微粒子からなるもののいずれであってもよく、さらには連続膜とその上の微粒子とからなるものであってもよい。

密着層として連続膜を用いる場合、その厚さは使用材料などとの兼ね合いで適宜選ばれるが、使用材料が特に金属である場合には、あまり厚いと光の吸収が多くなるので、光の吸収を抑える観点より、好適には１０ｎｍ以下、より好適には５ｎｍ以下、さらに好適には２ｎｍ以下に選ばれる。密着層の厚さの下限は一原子層あるいは一分子層に相当する厚さである。また、この連続膜は、使用材料が導電性を有するものである場合には、共振器端面上におけるｐｎ接合のショートを確実に防止するために、好適には、半導体レーザ構造を形成するｎ型層とｐ型層とにまたがらないように形成される。

一方、密着層として微粒子からなるものを用いる場合には、この微粒子が大きすぎると、この微粒子が形成された共振器端面のエネルギー反射率が大きくなりすぎて半導体レーザの動作電流の増加などを招き、好ましくないことから、この微粒子の大きさは、共振器端面のエネルギー反射率が所定値以下になるように設定する必要がある。具体的には、共振器端面が平坦なときのエネルギー反射率をＲ₀ 、共振器端面に微粒子からなる密着層が形成されているときのエネルギー反射率をＲ_s 、発振波長をλ、微粒子の屈折率をｎ、微粒子の平均高さをσとすると、
Ｒ_s ＝Ｒ₀ ｅｘｐ［−（４πｎ（σ／λ））² ］
と表されることから（吉田貞史、矢島弘義著「薄膜・光デバイス」東京大学出版会）、σはこの式から求められるＲ_s が所定値以下になるように設定される。具体例を挙げると、フロント側の共振器端面を想定してＲ₀ ＝０．１０、λ＝４００ｎｍ、微粒子がＡｌからなる場合にはλ＝４００ｎｍに対してｎ（Ａｌ）＝３．９０あるいは微粒子がＡｌＮからなる場合にはλ＝４００ｎｍに対してｎ（ＡｌＮ）＝２．２２４として、σ／λによるＲ_s の変化を上式を用いて計算で求めると、図１に示すようになる。また、σ／λによるＲ_s の変化量＝（Ｒ_s −０．１）×１００（％）を計算で求めると、図２に示すようになる。いま、Ｒ_s ≦０．６にする場合を考えると、このためには、
微粒子がＡｌからなる場合 σ／λ≦０．０２８
微粒子がＡｌＮからなる場合 σ／λ≦０．０４８
にならなければならない。λ＝４００ｎｍであるから、この場合、
微粒子がＡｌからなる場合 σ≦１１．２ｎｍ
微粒子がＡｌＮからなる場合 σ≦１９．２ｎｍ
でなければならない。また、共振器端面上に形成された微粒子に表面張力が働いていてその高さと幅とが同一であると仮定すると、微粒子がＡｌからなる場合におけるその幅は１１．２ｎｍ以下、微粒子がＡｌＮからなる場合におけるその幅は１９．２ｎｍ以下となる。

密着層の材料は必要に応じて選ばれるが、典型的には、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＺｎおよびＳｉからなる群より選ばれた少なくとも一種の元素からなるもの、あるいは、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＺｎおよびＳｉからなる群より選ばれた少なくとも一種の元素と酸素および／または窒素とを含む物質である。また、密着層の形成には、スパッタリング法や真空蒸着法（例えば、電子ビーム蒸着法）などの各種の成膜法を用いることができる。

端面コート膜は、典型的には、単層または多層の誘電体膜（誘電体多層膜）からなる。この場合、典型的には、密着層およびこの密着層に接した誘電体膜は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＺｎおよびＳｉからなる群より選ばれた少なくとも一種の元素を含むか、あるいは、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＺｎおよびＳｉからなる群より選ばれた少なくとも一種の同一の元素を含む。具体的には、例えば、密着層に接した誘電体膜はＡｌ₂ Ｏ₃ からなり、密着層はＡｌとＯとからなる物質、例えばＡｌとＡｌ₂ Ｏ₃ との中間組成を有する物質、すなわちＡｌＯ_x （ただし、０＜ｘ＜１．５）である。この密着層は、少なくともＡｌとＯとを主成分とする物質、例えばＡｌＯ_x を主成分とする物質であってもよい。あるいは、密着層に接した誘電体膜はＡｌＮからなり、密着層はＡｌとＮとからなる物質、例えばＡｌとＡｌＮとの中間組成を有する物質、すなわちＡｌＮ_x （ただし、０＜ｘ＜１）であることもある。

この発明の第１３および第１４の発明において、密着層および端面コート膜については、基本的には、この発明の第１０〜第１２の発明に関して述べたことがそのまま成り立つが、半導体レーザに固有な制約は存在しない。

この発明の第１０〜第１４の発明においては、好適には、共振器端面あるいは端面を形成した後、この共振器端面あるいは端面を不活性ガスのプラズマ雰囲気に暴露した後または暴露しながら、この共振器端面あるいは端面に密着層を形成する。このときの不活性ガスのプラズマ処理の条件は、基本的には上記と同様である。密着層を形成した後には、好適には、共振器端面あるいは端面を大気にさらすことなく、この共振器端面あるいは端面に端面コーティングを施す。

窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる基板としては、種々のものを用いることができ、具体的には、サファイア基板、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板、ＩｎＰ基板、スピネル基板、酸化シリコン基板などのほか、厚いＧａＮ層などの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層からなる基板を用いてもよい。

窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法としては、例えば、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相エピタキシャル成長またはハライド気相エピタキシャル成長（ＨＶＰＥ）などを用いることができる。

半導体装置は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を劈開やドライエッチングなどで加工することにより素子部の端面（半導体チップ端面やエッチングにより窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に形成するメサ部の端面など）を形成するものであれば、基本的にはどのようなものであってもよいが、具体的には、例えば、半導体レーザのほかに、発光ダイオードあるいはＦＥＴやヘテロ接合バイポーラトランジスタなどの電子走行素子である。

以上の第１〜第１４の発明は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザまたは半導体装置に関するものであるが、これらのうち第１０〜第１４の発明と同様な手法は、基本的には、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体以外の、ＡｌＧａＡｓ系半導体やＡｌＧａＩｎＰ系半導体などを含む各種のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザまたは半導体装置にも適用することが可能であり、さらには、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のほか、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体などを含む各種の半導体を用いた半導体レーザまたは半導体装置にも適用することが可能である。

すなわち、この発明の第１５の発明は、
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、
共振器端面に密着層を介して端面コート膜が形成されている
ことを特徴とするものである。

この発明の第１６の発明は、
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザの製造方法において、
半導体レーザの共振器端面を形成した後、この共振器端面に密着層を介して端面コーティングを施すようにした
ことを特徴とするものである。

この発明の第１７の発明は、
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザの製造方法において、
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザ構造が形成された基板をバー状に加工して共振器端面を形成した後、この共振器端面に密着層を介して端面コーティングを施すようにした
ことを特徴とするものである。

この発明の第１８の発明は、
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を加工することにより形成された端面を有する半導体装置において、
端面に密着層を介して端面コート膜が形成されている
ことを特徴とするものである。

この発明の第１９の発明は、
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を加工することにより形成された端面を有する半導体装置の製造方法において、
端面を形成した後、この端面に密着層を介して端面コーティングを施すようにした
ことを特徴とするものである。

この発明の第２０の発明は、
共振器端面に密着層を介して端面コート膜が形成されている
ことを特徴とする半導体レーザである。

この発明の第２１の発明は、
共振器端面を形成した後、この共振器端面に密着層を介して端面コーティングを施すようにした
ことを特徴とする半導体レーザの製造方法である。

この発明の第２２の発明は、
半導体レーザ構造が形成された基板をバー状に加工して共振器端面を形成した後、この共振器端面に密着層を介して端面コーティングを施すようにした
ことを特徴とする半導体レーザの製造方法である。

この発明の第２３の発明は、
半導体を加工することにより形成された端面を有する半導体装置において、
端面に密着層を介して端面コート膜が形成されている
ことを特徴とするものである。
この発明の第２４の発明は、
半導体を加工することにより形成された端面を有する半導体装置の製造方法において、
端面を形成した後、この端面に密着層を介して端面コーティングを施すようにした
ことを特徴とするものである。
この発明の第１５〜第２４の発明において、密着層および端面コート膜については、この発明の第１０〜第１２の発明に関して述べたことが基本的には成り立つ。

上述のように構成されたこの発明の第１〜第９の発明によれば、半導体レーザの共振器端面あるいは半導体装置の端面を形成した後、この共振器端面あるいは端面を不活性ガスのプラズマ雰囲気に暴露し、あるいは、真空中または不活性ガス雰囲気中における３０℃以上７００℃以下の温度での加熱および共振器端面あるいは端面の不活性ガスのプラズマ雰囲気への暴露、あるいは、３０℃以上７００℃以下の温度での共振器端面あるいは端面の不活性ガスのプラズマ雰囲気への暴露を行うようにしていることにより、共振器端面あるいは端面に存在する微小な凹凸や酸化物や汚染物質などを除去し、平坦化あるいは清浄化することができる。そして、共振器端面あるいは端面に対するコーティング材料の親和性の向上を図り、ひいては密着性の向上を図ることができる。また、特に、半導体レーザにおいては、共振器端面が清浄化されることにより、共振器端面の界面準位を大幅に減少させることができ、共振器端面での非発光再結合を大幅に減少させることができるとともに、コート膜への不純物の混入を抑えることができ、それに起因する光劣化を抑えることができる。
また、この発明の第１０〜第２４の発明によれば、半導体レーザの共振器端面あるいは半導体装置の端面を形成した後、この共振器端面あるいは端面に密着層を介して端面コート膜を形成するようにすることにより、端面コート膜の密着性を大幅に向上させることができる。

この発明によれば、半導体レーザの共振器端面を形成した後、この共振器端面を不活性ガスのプラズマ雰囲気に暴露し、あるいは、真空中または不活性ガス雰囲気中における３０℃以上７００℃以下の温度での加熱および共振器端面の不活性ガスのプラズマ雰囲気への暴露、あるいは、３０℃以上７００℃以下の温度での共振器端面の不活性ガスのプラズマ雰囲気への暴露を行うようにしていることにより、通電中の動作電流の増加が極めて少なく、長寿命で経時変化も極めて少ない、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザを容易に製造することができる。

また、この発明によれば、半導体装置の端面を形成した後、この端面を不活性ガスのプラズマ雰囲気に暴露し、あるいは、真空中または不活性ガス雰囲気中における３０℃以上７００℃以下の温度での加熱および端面の不活性ガスのプラズマ雰囲気への暴露、あるいは、３０℃以上７００℃以下の温度での端面の不活性ガスのプラズマ雰囲気への暴露を行うようにしていることにより、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を加工することにより形成される端面の改善を図ることができるとともに、この端面に端面コーティングを施す場合にその密着性の向上を図ることができる。

さらに、この発明によれば、半導体レーザの共振器端面あるいは半導体装置の端面を形成した後、この共振器端面あるいは端面に密着層を介して端面コーティングを行うようにしていることにより、端面コート膜の密着性の向上を図ることができ、通電中の動作電流の増加が極めて少なく、長寿命で経時変化も極めて少ない、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体やその他の半導体を用いた半導体レーザを容易に製造することができ、あるいは、信頼性の高い半導体装置を実現することができる。

以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
説明の便宜上、最初に、以下の実施形態により製造するＧａＮ系半導体レーザの構造について説明する。

図３および図４はこのＧａＮ系半導体レーザを示す。ここで、図３は共振器長方向に垂直な断面図、図４は共振器長方向に平行な断面図である。このＧａＮ系半導体レーザは、リッジ構造およびＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）構造を有するものである。

図３および図４に示すように、このＧａＮ系半導体レーザにおいては、ｃ面サファイア基板１上に、低温成長によるアンドープＧａＮバッファ層２を介して、ＥＬＯ（Epitaxial Lateral Overgrowth）などの横方向結晶成長技術を用いて成長されたアンドープＧａＮ層３、ｎ型ＧａＮコンタクト層４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、ｎ型ＧａＮ光導波層６、例えばアンドープのＩｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ／Ｉｎ_y Ｇａ_1-y Ｎ多重量子井戸構造の活性層７、ｎ型のアンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９、ｐ型ＧａＮ光導波層１０、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１およびｐ型ＧａＮコンタクト層１２が順次積層されている。

ここで、アンドープＧａＮバッファ層２は厚さが例えば３０ｎｍである。アンドープＧａＮ層３は厚さが例えば０．５μｍである。ｎ型ＧａＮコンタクト層４は厚さが例えば４μｍであり、ｎ型不純物として例えばシリコン（Ｓｉ）がドープされている。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５は厚さが例えば１．０μｍであり、ｎ型不純物として例えばＳｉがドープされ、Ａｌ組成は例えば０．０７である。ｎ型ＧａＮ光導波層６は厚さが例えば０．１μｍであり、ｎ型不純物として例えばＳｉがドープされている。また、アンドープＩｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ／Ｉｎ_y Ｇａ_1-y Ｎ多重量子井戸構造の活性層７は、例えば、井戸層としてのＩｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ層の厚さが３．５ｎｍでｘ＝０．０８、障壁層としてのＩｎ_y Ｇａ_1-y Ｎ層の厚さが７ｎｍでｙ＝０．０２、井戸数が３である。

アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８は、活性層７に接している面から、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９に接している面に向かってＩｎ組成が徐々に単調減少するグレーディッド構造を有し、活性層７に接している面におけるＩｎ組成は活性層７の障壁層としてのＩｎ_y Ｇａ_1-y Ｎ層のＩｎ組成ｙと一致しており、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９に接している面におけるＩｎ組成は０となっている。このアンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８の厚さは例えば２０ｎｍである。

ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９は厚さが例えば１０ｎｍであり、ｐ型不純物として例えばマグネシウム（Ｍｇ）がドープされている。このｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９のＡｌ組成は例えば０．２である。このｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９は、ｐ型ＧａＮ光導波層１０、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１およびｐ型ＧａＮコンタクト層１２の成長時に活性層７からＩｎが脱離して劣化するのを防止するとともに、活性層９からのキャリア（電子）のオーバーフローを防止するためのものである。ｐ型ＧａＮ光導波層１０は厚さが例えば０．１μｍであり、ｐ型不純物として例えばＭｇがドープされている。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１は厚さが例えば０．５μｍであり、ｐ型不純物として例えばＭｇがドープされ、Ａｌ組成は例えば０．０７である。ｐ型ＧａＮコンタクト層１２は厚さが例えば０．１μｍであり、ｐ型不純物として例えばＭｇがドープされている。

ｎ型ＧａＮコンタクト層４の上層部、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、ｎ型ＧａＮ光導波層６、活性層７、アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９、ｐ型ＧａＮ光導波層１０およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１は所定幅のメサ形状を有する。このメサ部におけるｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１の上層部およびｐ型ＧａＮコンタクト層１３には、例えば〈１−１００〉方向あるいは〈１１−２０〉方向に延在するリッジ１３が形成されている。このリッジ１３の幅は例えば１．６μｍである。

上記のメサ部の全体を覆うように例えば厚さが０．３μｍのＳｉＯ₂ 膜のような絶縁膜１４が設けられている。この絶縁膜１４は、電気絶縁および表面保護のためのものである。この絶縁膜１４のうちのリッジ１３の上の部分には開口１４ａが設けられており、この開口１４ａを通じてｐ型ＧａＮコンタクト層１３にｐ側電極１５が接触している。このｐ側電極１５は、Ｐｄ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜を順次積層した構造を有し、Ｐｄ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜の厚さは例えばそれぞれ１０ｎｍ、１００ｎｍおよび３００ｎｍである。一方、絶縁膜１４のうちのメサ部に隣接する所定部分には開口１４ｂが設けられており、この開口１４ｂを通じてｎ型ＧａＮコンタクト層４にｎ側電極１６が接触している。このｎ側電極１６は、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜を順次積層した構造を有し、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜の厚さは例えばそれぞれ１０ｎｍ、５０ｎｍおよび１００ｎｍである。

図４に示すように、フロント側の共振器端面１７およびリア側の共振器端面１８にはそれぞれ端面コート膜１９、２０が形成されている。ここで、フロント側の端面コート膜１９は例えば単層のＡｌ₂ Ｏ₃ 膜からなり、フロント側端面反射率が例えば１０％になるようにその厚さは例えば３λ／４ｎ（ただし、λはレーザ発振波長、ｎは屈折率）付近に設定されている。リア側の端面コート膜２０は例えばＡｌ₂ Ｏ₃ ／ＴｉＯ₂ の多層膜からなり、リア側端面反射率が例えば９５％になるようにその厚さは例えばλ／４ｎの４周期相当に設定されている。

次に、この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法について説明する。
まず、あらかじめサーマルクリーニングなどにより表面を清浄化したｃ面サファイア基板１上に有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により例えば５００℃程度の温度でアンドープＧａＮバッファ層２を成長させた後、例えばＥＬＯなどの横方向結晶成長技術を用いて例えば１０００℃の成長温度で、アンドープＧａＮ層３を成長させる。

引き続いて、アンドープＧａＮ層３上に、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型ＧａＮコンタクト層４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、ｎ型ＧａＮ光導波層６、アンドープのＧａ_1-x Ｉｎ_x Ｎ／Ｇａ_1-y Ｉｎ_y Ｎ多重量子井戸構造の活性層７、アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９、ｐ型ＧａＮ光導波層１０、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１およびｐ型ＧａＮコンタクト層１２を順次成長させる。ここで、Ｉｎを含まない層であるｎ型ＧａＮコンタクト層４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、ｎ型ＧａＮ光導波層６、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９、ｐ型ＧａＮ光導波層１０、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１およびｐ型ＧａＮコンタクト層１２の成長温度は例えば１０００℃程度とし、Ｉｎを含む層であるＧａ_1-x Ｉｎ_x Ｎ／Ｇａ_1-y Ｉｎ_y Ｎ多重量子井戸構造の活性層７の成長温度は例えば７００〜８００℃、例えば７３０℃とする。アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８の成長温度は、成長開始時点は活性層７の成長温度と同じく例えば７３０℃に設定し、その後例えば直線的に上昇させ、成長終了時点でｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９の成長温度と同じく例えば８３５℃になるようにする。

これらのＧａＮ系半導体層の成長原料は、例えば、Ｇａの原料としてはトリメチルガリウム（（ＣＨ₃ ）₃ Ｇａ、ＴＭＧ）、Ａｌの原料としてはトリメチルアルミニウム（（ＣＨ₃ ）₃ Ａｌ、ＴＭＡ）、Ｉｎの原料としてはトリメチルインジウム（（ＣＨ₃ ）₃ Ｉｎ、ＴＭＩ）を、Ｎの原料としてはＮＨ₃ を用いる。また、キャリアガスとしては、例えば、Ｈ₂ を用いる。ドーパントについては、ｎ型ドーパントとしては例えばシラン（ＳｉＨ₄ ）を、ｐ型ドーパントとしては例えばビス＝メチルシクロペンタジエニルマグネシウム（（ＣＨ₃ Ｃ₅ Ｈ₄ ）₂ Ｍｇ）あるいはビス＝シクロペンタジエニルマグネシウム（（Ｃ₅ Ｈ₅ ）₂ Ｍｇ）を用いる。

次に、上述のようにしてＧａＮ系半導体層を成長させたｃ面サファイア基板１をＭＯＣＶＤ装置から取り出す。そして、ｐ型ＧａＮコンタクト層１２の全面に例えばＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより例えば厚さが０．１μｍのＳｉＯ₂ 膜（図示せず）を形成した後、このＳｉＯ₂ 膜上にリソグラフィーによりメサ部の形状に対応した所定形状のレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとして、例えばフッ酸系のエッチング液を用いたウエットエッチング、または、ＣＦ₄ やＣＨＦ₃ などのフッ素を含むエッチングガスを用いたＲＩＥ法によりＳｉＯ₂ 膜をエッチングし、パターニングする。次に、この所定形状のＳｉＯ₂ 膜をマスクとして例えばＲＩＥ法によりｎ型ＧａＮコンタクト層４に達するまでエッチングを行う。このＲＩＥのエッチングガスとしては例えば塩素系ガスを用いる。このエッチングにより、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の上層部、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、ｎ型ＧａＮ光導波層６、活性層７、アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層８、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９、ｐ型ＧａＮ光導波層１０、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１およびｐ型ＧａＮコンタクト層１２がメサ形状にパターニングされる。

次に、エッチングマスクとして用いたＳｉＯ₂ 膜をエッチング除去した後、再び基板全面に例えばＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより例えば厚さが０．２μｍのＳｉＯ₂ 膜（図示せず）を形成した後、このＳｉＯ₂ 膜上にリソグラフィーによりリッジ部に対応する所定形状のレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとして、例えばフッ酸系のエッチング液を用いたウエットエッチング、または、ＣＦ₄ やＣＨＦ₃ などのフッ素を含むエッチングガスを用いたＲＩＥ法によりＳｉＯ₂ 膜をエッチングし、リッジ部に対応する形状とする。

次に、このＳｉＯ₂ 膜をマスクとしてＲＩＥ法によりｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１の厚さ方向の所定の深さまでエッチングを行うことによりリッジ１３を形成する。このＲＩＥのエッチングガスとしては例えば塩素系ガスを用いる。

次に、エッチングマスクとして用いたＳｉＯ₂ 膜をエッチング除去した後、基板全面に例えばＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより例えば厚さが０．３μｍのＳｉＯ₂ 膜のような絶縁膜１４を成膜する。

次に、リソグラフィーによりｎ側電極形成領域を除いた領域の絶縁膜１４の表面を覆うレジストパターン（図示せず）を形成する。
次に、このレジストパターンをマスクとして絶縁膜１４をエッチングすることにより、開口１４ｂを形成する。

次に、レジストパターンを残したままの状態で基板全面に例えば真空蒸着法によりＴｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜を順次形成した後、レジストパターンをその上に形成されたＴｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜とともに除去する（リフトオフ）。これによって、絶縁膜１４の開口１４ｂを通じてｎ型ＧａＮコンタクト層４にコンタクトしたｎ側電極１６が形成される。ここで、このｎ側電極１６を構成するＴｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜の厚さは例えばそれぞれ１０ｎｍ、５０ｎｍおよび１００ｎｍである。次に、ｎ側電極１６をオーミック接触させるためのアロイ処理を行う。

次に、同様なプロセスで、リッジ１３の上の部分の絶縁膜１４をエッチング除去して開口１４ａを形成した後、ｎ側電極１６と同様にして、この開口１４ａを通じてｐ型ＧａＮコンタクト層１２にコンタクトしたＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ構造のｐ側電極１５を形成する。次に、ｐ側電極１５をオーミック接触させるためのアロイ処理を行う。

次に、上述のようにしてレーザ構造および電極が形成された基板を図５に示すようにバー状に劈開することにより、図６および図７に示すように、共振器端面１７、１８を形成する。
次に、このようにして得られたバーをプラズマを発生させることができる装置の処理室に導入する。ここでは、プラズマ処理を行うことができるほか、ＡｌターゲットおよびＴｉターゲットを備えていてスパッタリング法による成膜を行うことも可能な電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマ装置を用いるものとする。

次に、ＥＣＲプラズマ装置の処理室内を高真空、具体的には例えば１×１０^-4Ｐａ以下の圧力になるまで十分に真空排気し、プラズマが発生しやすい状態にする。この高真空中でまず、好適には１００℃以上、より好適には２００℃以上４００℃以下の温度でバーを加熱し、共振器端面１７、１８に付着している水分や汚染物質などを可能な限り除去しておく。次に、処理室内に不活性ガス、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスを導入し、Ａｒプラズマを生成する。このＡｒプラズマが生成された状態における処理室内の圧力は、好適には例えば１×１０^-2Ｐａ程度になるようにする。また、プラズマ自身は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザに対してダメージを与えるので、好適にはバーを保持している部分には電圧を印加しないようにする。言い換えれば、プラズマ生成により自然に生じるセルフバイアスのみとする。プラズマのエネルギーは、好適には１００ｋＷ・ｓ以上５００ｋＷ・ｓ以下とする。また、このときのプラズマ出力は好適には１ｋＷ以下、より好適には８００Ｗ以下、さらに好適には５００Ｗ以下とし、好適には５０Ｗ以上にする。また、暴露時間は好適には１分間以上、より好適には５分間以上、さらに好適には１０分間以上とする。このＡｒプラズマ処理は、バーをヒータなどにより加熱しないで行う。このＡｒプラズマ処理は、好適には、フロント側の共振器端面１７およびリア側の共振器端面１８の両者に対して行うが、最低限、光が取り出されるフロント側の共振器端面１７のみ行うことにより端面劣化をかなりの程度防止することができる。

上述のようにして共振器端面１７、１８をＡｒプラズマにより処理した後、共振器端面１７、１８の保護のために端面コート材を共振器端面１７、１８に成膜する。具体的には、図４に示すように、フロント側の共振器端面１７には上記の材料および厚さの端面コート膜１９を形成し、リア側の共振器端面１８には上記の材料および厚さの端面コート膜２０を形成する。これらの端面コート膜１９、２０の形成は、好適には、ＥＣＲプラズマ装置の処理室内で上述のＡｒプラズマ処理に続いて、真空状態のまま、ＥＣＲプラズマスパッタリングにより行う。

次に、このようにして端面コート膜１９、２０を形成したバーを装置外に取り出し、このバーをペレタイズすることにより、図３および図４に示すようにレーザチップを作製する。
この後、このレーザチップのパッケージングを行って、目的とするリッジ構造およびＳＣＨ構造を有するＧａＮ系半導体レーザが製造される。

図８に、共振器端面１７、１８を形成した後、真空中において２００℃で２０分間加熱を行い、引き続いてＡｒプラズマ処理を５００Ｗで１０分間行ったＧａＮ系半導体レーザの寿命試験の結果を示す。比較のため、共振器端面１７、１８にこれらの処理を行っていないＧａＮ系半導体レーザの寿命試験の結果を図９に示す。ただし、寿命試験は６０℃、３０ｍＷの条件で行った。図８および図９を比較すると明らかなように、加熱処理およびＡｒプラズマ処理を行っていないＧａＮ系半導体レーザ（図９）では、通電を始めてから短時間で動作電流の増加が観測され、破壊に至るが、加熱処理およびＡｒプラズマ処理を行ったＧａＮ系半導体レーザ（図８）では、通電中に動作電流の増加はほとんど生じておらず、寿命も格段に伸びていることが分かる。

図１０に、共振器端面１７、１８を形成した後、真空中において２００℃で２０分間加熱を行い、引き続いてＡｒプラズマ処理を５００Ｗで１０分間行ったＧａＮ系半導体レーザの６０℃、３０ｍＷの条件下で１４０時間通電後の光出力（Ｌ）−電流（Ｉ）特性の測定結果を示す。比較のため、共振器端面１７、１８にこれらの処理を行っていないＧａＮ系半導体レーザの同様なＬ−Ｉ特性の測定結果を図１１に示す。ただし、測定は２５℃、連続発振の条件で行った。図１０および図１１を比較すると明らかなように、加熱処理およびＡｒプラズマ処理を行っていないＧａＮ系半導体レーザ（図１１）では、通電前はほぼ理想的なＬ−Ｉ特性を有していたが、１４０時間通電後にはＬ−Ｉ特性が大幅に悪化し、キンクレベルの低下、動作電流の増加、外部量子効率の低下、熱飽和レベルの低下などが発生するが、加熱処理およびＡｒプラズマ処理を行ったＧａＮ系半導体レーザ（図１０）では、１４０時間通電後においても、Ｌ−Ｉ特性は通電前とほとんど変化しておらず、キンクレベルの低下、動作電流の増加、外部量子効率の低下、熱飽和レベルの低下などのいずれも生じていない。

共振器端面１７、１８を形成した後、真空中において２００℃で２０分間加熱を行い、引き続いてＡｒプラズマ処理を５００Ｗで１０分間行ったＧａＮ系半導体レーザの寿命試験（６０℃、３０ｍＷ）を行った後の共振器端面１７、１８の端面コート膜１９、２０の断面を透過型電子顕微鏡により観察したところ、端面コート膜１９、２０のはがれは観測されず、良好な密着性が得られていることが確認された。一方、加熱処理およびＡｒプラズマ処理を行っていないＧａＮ系半導体レーザについて寿命試験（６０℃、３０ｍＷ）を行った後に同様な観察を行ったところ、端面コート膜１９、２０のはがれが観測され、密着性が悪いことが確認された。

上記のように加熱処理およびＡｒプラズマ処理を行ったＧａＮ系半導体レーザにおいて端面コート膜１９、２０の密着性が良好な理由については、現状では完全には解明されていないが、一つのモデルとして次のようなものが考えられる。すなわち、図１２Ａに示すように、劈開により形成された共振器端面１７、１８には、ｎｍオーダの大きさの凹凸（以下「ナノ・ラフネス」という。）が存在する。この共振器端面１７、１８にＡｒプラズマ処理を施すと、図１２Ｂに示すように、Ａｒイオンの衝突によるスパッタ効果によりナノ・ラフネスが軽減され、あるいはほとんどなくなり、共振器端面１７、１８の平坦性が向上する。このため、この平坦性が良好となった共振器端面１７、１８に端面コート膜１９、２０を形成した場合、良好な密着性が得られるものと考えられる。

以上のように、この第１の実施形態によれば、共振器端面１７、１８を形成した後に真空中において加熱処理を行って可能な限り清浄化を行った上でこの共振器端面１７、１８にＡｒプラズマ処理を施してより完全な清浄化を行い、その後に途中で大気にさらすことなくこの共振器端面１７、１８に端面コート膜１９、２０を形成しているので、これらの端面コート膜１９、２０の密着性の大幅な向上を図ることができる。このため、共振器端面１７、１８の端面劣化を効果的に抑制することができ、通電中の動作電流の増加を抑制することができ、ＧａＮ系半導体レーザの寿命の大幅な向上を図ることができる。また、ＧａＮ系半導体レーザの歩留まりの向上を図ることもできる。また、Ｌ−Ｉ特性の経時変化も効果的に抑制することができ、ＧａＮ系半導体レーザの信頼性の向上を図ることができる。さらに、動作電流の増加が少なくなることにより、通電中の相対雑音強度（ＲＩＮ）の増加を抑えることができる。

次に、この発明の第２の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法について説明する。
第１の実施形態においては、共振器端面１７、１８を形成した後、この共振器端面１７、１８にＡｒプラズマ処理を施す前に真空中において加熱処理を行っているが、この第２の実施形態においてはこの加熱処理を行わない。すなわち、共振器端面１７、１８を形成した後、この共振器端面１７、１８に直ちにＡｒプラズマ処理を行う。このＡｒプラズマ処理の条件は第１の実施形態と同様である。その他のことは、第１の実施形態と同様である。
この第２の実施形態によっても、第１の実施形態と同様の利点を得ることができる。

次に、この発明の第３の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法について説明する。
この第３の実施形態においては、共振器端面１７、１８を形成した後、この共振器端面１７、１８にＡｒプラズマ処理を施すが、この際にバーを好適には１００℃以上、より好適には２００℃以上、好適には４００℃以下の温度に加熱しておく。その他のことは、第１の実施形態と同様である。
この第３の実施形態によっても、第１の実施形態と同様の利点を得ることができる。

次に、この発明の第４の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法について説明する。
この第４の実施形態においては、第１の実施形態と同様に、レーザ構造および電極が形成された基板をバー状に劈開することにより共振器端面１７、１８を形成する。

次に、このようにして得られたバーを真空中で端面コーティングを行うことができる装置の処理室に導入する。ここでは、ＡｌターゲットおよびＴｉターゲットを備えていてスパッタリング法による成膜が可能なＥＣＲプラズマ装置を用いるものとする。

次に、ＥＣＲプラズマ装置の処理室内を高真空、具体的には例えば１×１０^-4Ｐａ以下の圧力になるまで十分に真空排気し、プラズマが発生しやすい状態にする。この高真空中でまず、好適には１００℃以上、より好適には２００℃以上４００℃以下の温度でバーを加熱し、共振器端面１７、１８に付着している水分や汚染物質などを可能な限り除去しておく。次に、処理室内に例えばＡｒガスおよびＯ₂ ガスを導入し、Ａｒプラズマおよび酸素プラズマを生成する。そして、Ａｌターゲットを用いてＥＣＲプラズマスパッタリングを行うことにより、図１３に示すように、共振器端面１７、１８上に密着層となるＡｌＯ_x 膜２１（ただし、０＜ｘ＜１．５）を成膜する。ここでは、共振器端面１７、１８の両方にＡｌＯ_x 膜２１を成膜するが、このＡｌＯ_x 膜２１の成膜は、少なくともフロント側の共振器端面１７に行うだけでも実用上十分な効果を得ることができる。このＡｌＯ_x 膜２１は、連続膜であっても、島（アイランド）状の微粒子からなるものであってもよい。このＡｌＯ_x 膜２１が連続膜の場合、特にｘの値が小さいときは、半導体レーザの動作時にこのＡｌＯ_x 膜２１による光の吸収を十分に低く抑えるために、好適には５ｎｍ以下、より好適には２ｎｍ以下に選ばれる。一方、このＡｌＯ_x 膜２１が微粒子からなる場合には、ｘの値にもよるが、この微粒子の高さは例えば１０ｎｍ以下に選ばれる。なお、ＡｌＯ_x 膜２１を連続膜とするか、微粒子状とするかは、成膜条件（温度、厚さなど）により容易に制御することが可能である。

上述のようにして共振器端面１７、１８上にＡｌＯ_x 膜２１を成膜した後、第１の実施形態と同様にして、図１４に示すように、フロント側の共振器端面１７にはＡｌＯ_x 膜２１を介して端面コート膜１９を形成し、リア側の共振器端面１８にはＡｌＯ_x 膜２１を介して端面コート膜２０を形成する。これらの端面コート膜１９、２０の形成は、好適には、ＥＣＲプラズマ装置の処理室内で上述のＡｌＯ_x 膜２１の成膜に続いて、真空状態のまま、ＥＣＲプラズマスパッタリングにより行う。

次に、このようにして端面コート膜１９、２０を形成したバーをペレタイズすることによりレーザチップを作製し、このレーザチップのパッケージングを行って、目的とするリッジ構造およびＳＣＨ構造を有するＧａＮ系半導体レーザが製造される。

共振器端面１７、１８を形成した後、真空中において２００℃で２０分間加熱を行い、引き続いて共振器端面１７、１８にＡｌＯ_x 膜２１を密着層として形成し、その上に端面コート膜１９、２０を形成したＧａＮ系半導体レーザの寿命試験を行ったところ、図８と同様な結果が得られ、通電中に動作電流の増加はほとんど生じておらず、寿命も格段に伸びていることが分かった。

また、共振器端面１７、１８を形成した後、真空中において２００℃で２０分間加熱を行い、引き続いて共振器端面１７、１８にＡｌＯ_x 膜２１を密着層として形成し、その上に端面コート膜１９、２０を形成したＧａＮ系半導体レーザの６０℃、３０ｍＷの条件下で１４０時間通電後の光出力（Ｌ）−電流（Ｉ）特性を測定したところ、図１０と同様な結果が得られ、１４０時間通電後においても、Ｌ−Ｉ特性は通電前とほとんど変化しておらず、キンクレベルの低下、動作電流の増加、外部量子効率の低下、熱飽和レベルの低下などのいずれも生じていないことが分かった。

共振器端面１７、１８を形成した後、真空中において２００℃で２０分間加熱を行い、引き続いて共振器端面１７、１８にＡｌＯ_x 膜２１を密着層として形成し、その上に端面コート膜１９、２０を形成したＧａＮ系半導体レーザの寿命試験（６０℃、３０ｍＷ）を行った後の共振器端面１７、１８の端面コート膜１９、２０の断面を透過型電子顕微鏡により観察したところ、端面コート膜１９、２０のはがれは観測されず、良好な密着性が得られていることが確認された。一方、加熱処理および共振器端面１７、１８へのＡｌＯ_x 膜２１を介した端面コート膜１９、２０の形成を行っていないＧａＮ系半導体レーザについて寿命試験（６０℃、３０ｍＷ）を行った後に同様な観察を行ったところ、端面コート膜１９、２０のはがれが観測され、密着性が悪いことが確認された。

また、端面コート膜１９、２０のはがれが観測されなかった上記のＧａＮ系半導体レーザについて、共振器端面１７、１８から端面コート膜１９、２０の最下層のＡｌ₂ Ｏ₃ 膜の部分の断面構造を透過型電子顕微鏡により観察したところ、共振器端面１７、１８とこのＡｌ₂ Ｏ₃ 膜との間には、一種の遷移層が存在することが分かった。そこで、この遷移層の組成を電子エネルギー損失分光（ＥＥＬＳ）により調べたところ、ＡｌとＡｌ₂ Ｏ₃ との中間的な組成を有するＡｌＯ_x 膜２１であることが分かった。この結果から考えると、このＡｌＯ_x 膜２１の存在が端面コート膜１９、２０の密着性を向上させる役割を果たしていると考えることができる。

上記のように加熱処理および共振器端面１７、１８へのＡｌＯ_x 膜２１を介した端面コート膜１９、２０の形成を行ったＧａＮ系半導体レーザにおいて端面コート膜１９、２０の密着性が良好な理由を説明する一つのモデルとして、次のようなものが考えられる。すなわち、図１５Ａに示すように、劈開により形成された共振器端面１７、１８にはナノ・ラフネスが存在することは、すでに述べたとおりである。この共振器端面１７、１８へのＡｌＯ_x 膜２１の形成を開始すると、図１５Ｂに示すように、Ａｒイオンの衝突によるスパッタ効果によりナノ・ラフネスが軽減され、あるいはほとんどなくなって共振器端面１７、１８の平坦性が向上するとともに、共振器端面１７、１８にＡｌとＯとによりＡｌＯ_x 膜２１が形成される。そして、これらの共振器端面１７、１８の平坦性の向上およびＡｌＯ_x 膜２１の存在により、端面コート膜１９、２０の良好な密着性が得られるものと考えられる。

以上のように、この第４の実施形態によれば、共振器端面１７、１８を形成した後に真空中において加熱処理を行って可能な限り清浄化を行った上でこの共振器端面１７、１８にＡｒガスおよびＯ₂ ガスを用いるＥＣＲプラズマスパッタリングによりＡｌＯ_x 膜２１を形成し、その後に途中で大気にさらすことなくこの共振器端面１７、１８に端面コート膜１９、２０を形成しているので、これらの端面コート膜１９、２０の密着性の大幅な向上を図ることができる。このため、共振器端面１７、１８の端面劣化を効果的に抑制することができ、通電中の動作電流の増加を抑制することができ、ＧａＮ系半導体レーザの寿命の大幅な向上を図ることができる。また、ＧａＮ系半導体レーザの歩留まりの向上を図ることもできる。また、Ｌ−Ｉ特性の経時変化も効果的に抑制することができ、ＧａＮ系半導体レーザの信頼性の向上を図ることができる。さらに、動作電流の増加が少なくなることにより、通電中のＲＩＮの増加を抑えることができる。

次に、この発明の第５の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法について説明する。
この第５の実施形態においては、第１の実施形態と同様に、レーザ構造および電極が形成された基板をバー状に劈開することにより共振器端面１７、１８を形成した後、このバーをプラズマ処理装置の処理室に移し、この処理室内で共振器端面１７、１８のＡｒプラズマ処理を行う。次に、このＡｒプラズマ処理を行ったバーをプラズマ処理装置の処理室から成膜装置の成膜室に真空搬送した後、この成膜室内で例えばスパッタリング法により共振器端面１７、１８にＡｌＯ_x 膜２１を成膜し、引き続いてその上に端面コート膜１９、２０を形成する。

その他のことは、第１の実施形態および第４の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
この第５の実施形態によっても、第４の実施形態と同様な利点を得ることができる。

以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

例えば、上述の第１〜第５の実施形態において挙げた数値、構造、基板、原料、プロセスなどはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、構造、基板、原料、プロセスなどを用いてもよい。

具体的には、例えば、上述の第１〜第５の実施形態においては、プラズマ処理にＥＣＲプラズマ装置を用いているが、必要に応じて、これと異なるプラズマ装置を用いてもよい。また、端面コート膜１９、２０の形成には、ＥＣＲプラズマスパッタリング以外の方法を用いても良い。

具体的には、例えば、上述の第１〜第５の実施形態においては、レーザ構造を形成するｎ型層を基板上に最初に積層し、その上にｐ型層を積層しているが、これと積層順序を逆にし、基板上に最初にｐ型層を積層し、その上にｎ型層を積層した構造としてもよい。

また、上述の第１〜第５の実施形態においては、ｃ面サファイア基板を用いているが、必要に応じて、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板、スピネル基板、厚いＧａＮ層からなる基板などを用いてもよい。また、ＧａＮバッファ層の代わりに、ＡｌＮバッファ層やＡｌＧａＮバッファ層を用いてもよい。

また、上述の第１〜第５の実施形態においては、この発明をＳＣＨ構造のＧａＮ系半導体レーザの製造に適用した場合について説明したが、この発明は、例えば、ＤＨ（Double Heterostructure）構造のＧａＮ系半導体レーザの製造に適用してもよいことはもちろん、ＧａＮ系発光ダイオードの製造に適用してもよく、さらにはＧａＮ系ＦＥＴやＧａＮ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）などの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた電子走行素子に適用してもよい。

さらに、上述の第１〜第５の実施形態においては、ＭＯＣＶＤ法により成長を行う際のキャリアガスとしてＨ₂ ガスを用いているが、必要に応じて、他のキャリアガス、例えばＨ₂ とＮ₂ あるいはＨｅ、Ａｒガスなどとの混合ガスを用いてもよい。

フロント側の共振器端面に凹凸の原因となる微粒子が形成されているときのその微粒子の平均高さとエネルギー反射率との関係を示す略線図である。 フロント側の共振器端面に凹凸の原因となる微粒子が形成されているときのその微粒子の平均高さとエネルギー反射率の変化との関係を示す略線図である。 この発明の第１〜第４の実施形態により製造するＧａＮ系半導体レーザの共振器長方向に垂直な方向の断面図である。 この発明の第１〜第４の実施形態により製造するＧａＮ系半導体レーザの共振器長方向に平行な方向の断面図である。 この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための斜視図である。 この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための斜視図である。 この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。 この発明の第１の実施形態により製造されたＧａＮ系半導体レーザの寿命試験の結果を示す略線図である。 この発明の第１の実施形態により製造されたＧａＮ系半導体レーザとの比較のために製造されたＧａＮ系半導体レーザの寿命試験の結果を示す略線図である。 この発明の第１の実施形態により製造されたＧａＮ系半導体レーザのＬ−Ｉ特性の測定結果を示す略線図である。 この発明の第１の実施形態により製造されたＧａＮ系半導体レーザとの比較のために製造されたＧａＮ系半導体レーザのＬ−Ｉ特性の測定結果を示す略線図である。 この発明の第１の実施形態においてＡｒ処理により端面コート膜の密着性が向上する理由を説明するための略線図である。 この発明の第４の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。 この発明の第４の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。 この発明の第４の実施形態において共振器端面へのＡｌＯ_x 膜の成膜により端面コート膜の密着性が向上する理由を説明するための略線図である。

符号の説明

１・・・ｃ面サファイア基板、４・・・ｎ型ＧａＮコンタクト層、５・・・ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、６・・・ｎ型ＧａＮ光導波層、７・・・活性層、８・・・アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層、９・・・ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層、１０・・・ｐ型ＧａＮ光導波層、１１・・・ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、１２・・・ｐ型ＧａＮコンタクト層、１３・・・リッジ、１４・・・絶縁膜、１５・・・ｐ側電極、１６・・・ｎ側電極、１７、１８・・・共振器端面、１９、２０・・・端面コート膜、２１・・・ＡｌＯ_x 膜

Claims (16)

1. 窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、
   共振器端面に密着層を介して端面コート膜が形成されている
   ことを特徴とする半導体レーザ。
2. 上記密着層は上記共振器端面における少なくとも発光部を含む領域上に形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
3. 上記密着層は連続膜からなることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
4. 上記連続膜の厚さは１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３記載の半導体レーザ。
5. 上記連続膜の厚さは５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３記載の半導体レーザ。
6. 上記連続膜の厚さは２ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３記載の半導体レーザ。
7. 上記連続膜は半導体レーザ構造を形成するｎ型層とｐ型層とにまたがらないように形成されていることを特徴とする請求項３記載の半導体レーザ。
8. 上記密着層は微粒子からなることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
9. 上記共振器端面が平坦なときのエネルギー反射率をＲ₀ 、上記共振器端面に上記微粒子からなる密着層が形成されているときのエネルギー反射率をＲ_s 、発振波長をλ、上記微粒子の屈折率をｎ、上記微粒子の平均高さをσとしたとき、式
   Ｒ_s ＝Ｒ₀ ｅｘｐ［−（４πｎ（σ／λ））² ］
   から求められるＲ_s が所定値以下になるようにσが設定されていることを特徴とする請求項８記載の半導体レーザ。
10. 上記密着層は連続膜とその上の微粒子とからなることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
11. 上記密着層はＡｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＺｎおよびＳｉからなる群より選ばれた少なくとも一種の元素からなることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
12. 上記密着層はＡｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＺｎおよびＳｉからなる群より選ばれた少なくとも一種の元素と酸素および／または窒素とを含む物質からなることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
13. 上記端面コート膜は単層または多層の誘電体膜からなることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
14. 上記密着層および上記密着層に接した上記誘電体膜はＡｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＺｎおよびＳｉからなる群より選ばれた少なくとも一種の元素を含むことを特徴とする請求項１３記載の半導体レーザ。
15. 上記密着層および上記密着層に接した上記誘電体膜はＡｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＺｎおよびＳｉからなる群より選ばれた少なくとも一種の同一の元素を含むことを特徴とする請求項１３記載の半導体レーザ。
16. 上記密着層に接した上記誘電体膜はＡｌ₂ Ｏ₃ からなり、上記密着層はＡｌとＯとからなることを特徴とする請求項１３記載の半導体レーザ。

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