JP2000232253A

JP2000232253A - 半導体発光素子

Info

Publication number: JP2000232253A
Application number: JP3457699A
Authority: JP
Inventors: Hideyoshi Horie; 秀善堀江; Hirotaka Oota; 弘貴太田
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1999-02-12
Filing date: 1999-02-12
Publication date: 2000-08-22
Anticipated expiration: 2019-02-12
Also published as: JP3707947B2

Abstract

(57)【要約】【課題】端面での劣化を抑え、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。【解決手段】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含む化合物半導体層を基板上に有す
る、共振器構造を備えた半導体発光素子において、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第一不活性
化層で被覆されており、該第一不活性化層が第二不活性
化層で被覆されており、該第二不活性化層を構成する少
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
値が該第一不活性化層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、半導体レーザなど
の半導体発光素子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半導体
レーザとして好適に利用される。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、面発光レーザ等に
も利用される。

【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、
高速書き込み及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ＬＤ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とその製造方法が
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(C
atastrophic Optical Damage)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又はイオン
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】この公報にはパッシベーション材料として
Ｓｉ又はアモルファスＳｉが最適であることが記載され
ているが、一般に全く拡散を起こさない物質は存在しな
い。特に高出力、高温下で長時間駆動することを前提と
する半導体レーザでは、これらのパッシベーション材料
の拡散が懸念される。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 semiconductor laser facets using silicon
and adielectric、 J.Appl.Phys.80(11) 1 DEC. 19
96)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。

【００１２】また、米国特許第４，５６３，３６８号明
細書には、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｓｂ、Ｍｎ、Ｃｒま
たはＴｉを含む不活性化層を、劈開面の酸素だけを取り
除くのに必要十分な厚さに調節して劈開面に形成するこ
とが記載されている。しかしながら本発明者らの検討に
よると、この米国特許には、不活性化層が酸素を抱える
ために必要と思われるエネルギーの与え方が明示されて
いない。また、不活性化層のすべてを酸化させ、かつ端
面に残存する酸化物が十分にとりきれるほどの厚みを制
御性良く作製しなければならいが、これには製造上煩雑
なモニターリングが必要であり、再現性にも疑問が残
る。さらに、不活性化層が酸素と反応してすべて酸化物
となるため、長期的には不活性化層にプロセス時にとり
こまれた酸素が、レーザを長期的に駆動している際に、
再び端面を構成する元素と反応することが懸念され、信
頼性に疑問が残る。このように、これまでに提案された
半導体発光素子はいずれも技術的に満足しうるものでは
なかった。

【００１３】

【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、端面での界面準位密度を長期間にわたって安
定に抑制し、しかも、不活性化層のＬＤ駆動中の拡散が
起きても安定に動作す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。すなわち本発明は、端面での
劣化を抑え、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。

【００１４】

【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、半導体発光素子
の第一不活性化層と第二不活性化層を構成する元素を特
定の条件にしたがって選択することにより、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。

【００１５】すなわち本発明は、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含む化合物半導
体層を基板上に有する、共振器構造を備えた半導体発光
素子において、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
の表面が第一不活性化層で被覆されており、該第一不活
性化層が第二不活性化層で被覆されており、該第二不活
性化層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が該第一不活性化層を構成する少
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半導体発光素子を提供
するものである。本発明の半導体発光素子では、第一不
活性化層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は、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
大きいことが好ましい。また、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ないことが好まし
い。さらに、第二不活性化層を覆う少なくとも１層の不
活性化層をさらに有し、最外層である不活性化層の表面
には、誘電体又は誘電体及び半導体の組合せからなるコ
ーティング層を有することが好ましい。

【００１６】本発明の好ましい実施態様では、第一不活
性化層の厚さＴ_p(1)、第二不活性化層の厚さＴ_p(2)およ
びこれら二つの不活性化層の厚さの和Ｔ_p(1+2)はそれぞ
れ以下の式で表される範囲内にする。

【数４】０．２（nm）＜Ｔ_p(1)＜λ／８ｎ₁（nm）・・・・・（式１）０．２（nm）＜Ｔ_p(2)＜λ／４ｎ₂（nm）・・・・・（式２）０．４（nm）＜Ｔ_p(1+2)＜３λ／８ｎ₁₂（nm）・・・（式３）（式中、λは半導体発光素子の発振波長、ｎ₁は第一不
活性化層の波長λにおける屈折率の実数部分、ｎ₂は第
二不活性化層の波長λにおける屈折率の実数部分、ｎ₁₂
は二つの不活性化層の波長λにおける平均屈折率の実数
部分を表す。）

【００１７】

【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。

【００１８】本発明の半導体発光素子には、化合物半導
体層を基板上に順次結晶成長して製造した半導体ウエハ
ーを使用する。本発明で使用する半導体ウエハーは、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
を含む化合物半導体層を基板上に有しており、かつ、半
導体発光素子の製造に使用しうるものであれば特にその
種類は制限されない。したがって、半導体ウエハーには
上記以外の層が存在していてもよく、また、各層に使用
する材料の種類や量、その層構造は特に限定されない。

【００１９】以下において、本発明で使用する半導体ウ
エハー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。説明す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。

【００２０】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
に導入される歪等の点からＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、
ＩｎＧａＡｓ、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ＧａＡ
ｓ基板を使用するのが最も好ましい。

【００２１】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の準備として、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。

【００２２】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基板上に成長することが好
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、ＧａＡｓ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。

【００２３】第一導電型クラッド層（３）は一般的には
活性層（４）の平均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Ｇ
ａＡｓ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、ＡｌＧａ
ＩｎＰ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。

【００２４】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、導電型はＰ型
である方が好ましい。一般的に半導体のバンドギャップ
は、例えばHeterostructure Lasers (H.C.Casey,Jr.
M.B.Panish著 Academic Press 1978 P.157)に記載
されるように、ホール濃度が高い物質ほど小さくなる傾
向にある。例えば、ＧａＡｓのバンドギャップＥｇ（ｅ
Ｖ）は、Ｐ型のキャリア濃度をＰ（ｃｍ^-3）として

【数５】Ｅｇ＝１．４２４−１．６×１０^-8×Ｐ^1/3 であることが示されている。本発明の１つの特徴は不活
性化層（１４）、特に、第一不活性化層（１４−１）と
してレーザ端面と誘電体界面に挿入される物質が、長期
のレーザ駆動中、特に高出力動作中に拡散を起こした
際、ｎ型の不純物として活性層（４）中等に徐々に導入
され、補償効果によって実効的なホール濃度の低下を引
き起こす点にある。これは半導体端面近傍、言い替えれ
ば不活性化層（１４）がＬＤ駆動と共に、構成する一部
の元素が拡散されていく部分のバンドギャップを増大さ
せる事を意味し、端面での光の吸収を抑制する働きをす
ることが期待される。この点でＰ型の活性層が望まし
い。

【００２５】また、材料選択の観点からは、活性層
（４）はＩｎ及び／又はＧａを含む系が望ましい。これ
は結晶成長の際にいわゆる秩序化が起こりやすい材料系
であって、不活性化層（１４）、特に、第一不活性化層
（１４−１）としてレーザ端面と誘電体の界面に挿入さ
れる物質が、長期のレーザ駆動中に上記の様に拡散する
際に、端面近傍の無秩序化を引き起こすことも期待され
るからである。一般に材料の無秩序化はバンドギャップ
の増加をもたらすため、これはキャリアの補償効果と相
まって、さらなる端面の光吸収を長期的に抑制していく
こととなる。

【００２６】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系材料等が望ましく、具体的
にはＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）、Ｉｎ_xＧａ_1-xＡ
ｓ（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。特に量子井戸
構造をとっていることが無秩序化をするうえで望まし
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。

【００２７】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。光ガイド層の材料としてはＡｌＧａ
Ａｓ系材料、ＩｎＧａＡｓ系材料、ＩｎＧａＰ系材料、
ＡｌＧａＩｎＰ系材料等を活性層にあわせて選択するこ
とができる。

【００２８】一方、不活性化層（１４）の材料としては
Ｓｉが望ましい。これは一般的に端面発光型デバイスで
共振器を構成する面となる（１１０）面、また面発光レ
ーザ等で出射端となる（１００）面からの拡散でｎ型の
ドーパントとなりうるからであり、さらに、上記活性層
（４）の材料として好適に利用されるＡｌＧａＡｓ系材
料、ＩｎＧａＡｓ系材料、ＩｎＧａＰ系材料、ＡｌＧａ
ＩｎＰ系材料を無秩序化をすることが可能だからであ
る。

【００２９】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、ＡｌＧａＩｎＰ系材料、ＩｎＧａＰ系材料等が用い
られる。

【００３０】図２には、二種類のエッチング阻止層
（６）（７）及びキャップ層（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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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、一部又は
全て除去される。

【００３４】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。

【００３５】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）及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ひとつとし
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）及び電流ブロック層（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）及び電流ブロック層
（９）のそれぞれの界面における材料又は組成の不一致
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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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Ａ
ｕＧｅ／Ｎｉ／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。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、本発明では
上記以外の構成を有する半導体ウエハーを使用すること
もできる。

【００３９】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(miss oriented substrate)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）方向にむけて角度を
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が、このようにして作製され
た材料も本発明の使用対象になる。

【００４０】本発明の半導体発光素子を製造する際に
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とから、本発明の半導体発光素子は
従来に比べて製造工程全体を簡略化することができる。
真空中での劈開が必須工程とされないのは、端面での非
発光再結合中心となる酸化物及び／又は窒化物等の一部
又は全部を、後に行う端面へのプラズマ照射及び／又は
第一不活性化層形成後に行う第一不活性化層へのプラズ
マ照射で除去することができるからである。すなわち、
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）、さらには端面に露出される
基板（１）、電流ブロック層（９）、コンタクト層（１
１）等の共振器ミラー近傍に位置する酸化物及び／又は
窒化物等をプラズマ照射することによって効果的に除去
することができるのである。

【００４１】形成した共振器端面に対してプラズマ照射
を行うのが好ましい。プラズマ照射は、希ガスをイオン
化したプラズマ照射であるのが好ましく、特に１８族元
素、中でもＡｒプラズマ照射が効果的である。Ａｒプラ
ズマの照射エネルギーは２５ｅＶから３００ｅＶ程度、
より好ましくは２５ｅＶから１００ｅＶの低エネルギー
範囲であるのが好ましい。これによって、半導体端面へ
過度のダメージを与えることなく、非発光再結合中心と
なる酸化物や窒化物等の一部を除去することができる。
プラズマ処理は、不純物のイオン打ち込み等の従来技術
に比べて非常に低いエネルギーで行うことができるた
め、端面へのダメージを抑えることができる点で優れて
いる。プラズマ処理を行えば、例えばＧａＡｓ系の材料
の場合には酸化物の中でも特にＡｓ−Ｏを効果的に除去
することができる。また、他の半導体端面を構成する元
素と結合している酸素等についても同様に除去できる場
合がある。なお、本願明細書においては、元素の族名を
最新のＩＵＰＡＣの表記法に準拠してアラビア数字で表
記するのを原則とするが、「III族」、「Ｖ族」の様に
ローマ数字で族名を表記した場合は、半導体の分野にお
ける通常の表記法に従っているものとする。例えば、
「III族」はＡｌ、Ｇａ等の元素からなる１３族、「Ｖ
族」はＮ、Ｐ、Ａｓ等からなる１５族を意味するものと
する。

【００４２】この低エネルギーのＡｒプラズマの照射効
果は、酸化物や窒化物の除去にとどまらない。半導体ウ
エハーの活性層は量子井戸を形成し、特にその材料系は
ＡｌＧａＡｓ系材料、ＩｎＧａＡｓ系材料、ＩｎＧａＰ
系材料、ＡｌＧａＩｎＰ系材料等であるのが好ましい
が、この半導体ウエハーにプラズマ照射すると、駆動中
の不活性化層の拡散ではなくレーザの作製工程中に端面
近傍を無秩序化し、かつ高抵抗化している端面を形成す
ることができる。これはレーザ作製初期における端面近
傍のバンドギャップの増大と端面近傍の高抵抗化、すな
わち端面での光吸収の抑制と破壊しやすい端面への電流
注入の抑制効果を意味し、レーザのさらなる長寿命化が
期待できる。

【００４３】また、このプラズマ照射は、上述のように
ＬＤ作製工程上で端面近傍のバンドギャップを広げる効
果もあり、不活性化層、特に第一不活性化層がＬＤ駆動
中に拡散しながらさらに端面近傍のバンドギャップを広
げていく効果と相まって、高出力と長寿命を達成する。

【００４４】共振器端面には第一不活性化層を形成す
る。端面に第一不活性化層として付着される元素は、活
性層中に拡散した際にｎ型の不純物となるものが望まし
い。端面に第一不活性化層として付着される元素として
は、共振器端面を構成する少なくとも１つの元素よりも
酸化物の生成エンタルピーの絶対値が大きい元素を選択
するのが好ましい。このような条件を満たす元素が、端
面に第一不活性化層として付着される元素の少なくとも
一部に含まれているのが望ましい。半導体材料を構成す
る元素として、例えばＧａ₂Ｏ₃の生成エンタルピーは−
５．６４eV/metalatom、Ｉｎ₂Ｏ₃の生成エンタルピーは
−４．８０eV/metal atom、ＭｇＯの生成エンタルピー
は−６．２４eV/metal atomである。これらの生成エン
タルピーの絶対値よりも、酸化物の生成エンタルピーの
絶対値が大きい元素として、例えばＳｃ（Ｓｃ₂Ｏ₃：−
９．８９）、Ｙ（Ｙ₂Ｏ₃：−９．４６）、Ｔｉ（ＴｉＯ
₂：−９．７４）、Ｚｒ（ＺｒＯ₂：−１１．４１）、Ｖ
（Ｖ₂Ｏ₅：−８．０４）、Ｔａ（Ｔａ₂Ｏ₃：−１０．６
０）、Ｍｏ（ＭｏＯ₃：−７．７２）、Ｗ（ＷＯ₃：−
８．７４）、Ａｌ（Ａｌ₂Ｏ₃：−８．６８）、Ｓｉ（Ｓ
ｉＯ₂：−９．４４）やランタノイドを例示することが
できる（カッコ内は酸化物の生成エンタルピーをeV/met
al atom単位で表したものである）。

【００４５】中でもＳｉを使用するのが好ましい。Ｓｉ
はその製法によって構造や特徴が結晶学的に異なるが、
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。特に好適なのは、高真空中で低製
膜レートで形成されたアモルファスＳｉである。一般的
にＳｉの吸収端はその膜質によって異なるが、約２μｍ
以上の波長に対しては透明であり、吸収はないと考えら
れる。逆に約２μｍよりも短い波長に対しては、Ｓｉの
屈折率ＮはＮ＝ｎ＋ｉｋとなる（ｎは屈折率の実数部
分、ｋは消散係数であり、ｎは約３．５である）。

【００４６】一般的に第一不活性化層の厚さは０．２ｎ
ｍより厚いことが望ましい。しかし、極端に厚い膜厚
（例えば１００ｎｍ等）は適さない場合がある。第一不
活性化層の望ましい厚さは、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る。一方、上限は、活
性層から出射される光がＳｉによって吸収される効果
と、引き続き行われる第一不活性化層へのプラズマ照射
によって半導体端面と第一不活性化層界面の化学反応を
促進する効果を十分に発揮しうる範囲で決定される。

【００４７】一般にＳｉによる発振波長の光の吸収は端
面の温度上昇をもたらし、極端な場合はレーザの劣化を
早めてしまう。また、後述する第二不活性化層への酸素
とりこみを妨げることにもなるため、厚すぎる不活性化
層は効果的でない。また、第一不活性化層の厚さは、照
射したプラズマの効果が界面に十分に到達し、そこで化
学反応を引き起こすことができる程度にするのが好まし
い。プラズマ照射の効果が界面に到達するか否かは、プ
ラズマのエネルギー等から決定される侵入深さにより判
断することができる。プラズマ照射の効果が界面に十分
に到達すれば、最初に行った端面へのイオン照射時にＧ
ａ−Ｏ等、結合エネルギーの大きな酸化物等が残留して
いたとしても、当該残留酸化物等から酸素を第一不活性
化層が引き離す効果が期待できる。このような見地か
ら、第一不活性化層を端面に堆積させた場合の望ましい
厚さは以下の式で表される範囲内であることが実験によ
り確認されている。

【数６】０．２（nm）＜Ｔ_p(1)＜λ／８ｎ₁（nm）・・・・（式１）（式中、Ｔ_p(1)は第一不活性化層の厚さ、λは半導体発
光素子の発振波長、ｎ₁は第一不活性化層の波長λにお
ける屈折率の実数部分を表す。）但し、厚さが０．２ｎｍ以下である場合にも効果は確認
されている。

【００４８】第一不活性化層の形成後にプラズマ照射す
るのが好ましい。第一不活性化層への照射は前述のとお
り、初期のレーザ端面に対するイオン照射で残留してし
まった半導体端面の構成元素の酸化物及び／又は窒化物
から酸素及び／又は窒素を引き離す目的で行われ、この
際に第一不活性化層の一部は逆に酸化及び／又は窒化さ
れる。この工程はレーザ駆動時に非発光再結合中心とし
て働く半導体端面の構成元素の酸化物及び／又は窒化物
を除去し、レーザの信頼性を向上させるために重要であ
る。第一不活性化層へのプラズマ照射は、前述のとおり
特に希ガスによる照射が好適である。さらには希ガスの
なかでもＡｒイオンによる照射は多大な効果がある。ま
た、Ａｒイオンの照射エネルギーは好ましくは２５ｅＶ
から３００ｅＶ程度、より好ましくは５０ｅＶから２０
０ｅＶ程度の低エネルギー範囲で用いる。これによっ
て、半導体端面へダメージを与えずに残留酸化物を除去
することができる。また、この際に例えばＳｉを第一不
活性化層として用いた場合には、ＳｉがＧａ−Ｏから酸
素を引離し、Ｓｉ−Ｏとなるため半導体端面近傍での光
吸収が少なくなることも期待される。

【００４９】プラズマ照射した第一不活性化層上には、
さらに第二不活性化層を形成する。上記第一不活性化層
の厚さには製法プロセス上の要請から上限があるため、
その第一不活性化層の厚さを補うために第二不活性化層
が形成される。すなわち、半導体端面へのダメージを低
減するために第一不活性化層に対するプラズマ照射は低
エネルギーで行われ、それに伴って第一不活性化層の厚
さは最適範囲の下限近傍になることが多い。このとき、
第二不活性化層を形成しておかないと、不活性化層上に
形成される酸化物または窒化物コーティング膜が、容易
に酸素または窒素等の供給源になってしまう。第二不活
性化層はこの問題を解決し、酸化物または窒化物コーテ
ィング膜と半導体レーザ端面の分離を完全に行うために
形成する。

【００５０】第二不活性化層として付着される元素は、
第一不活性化層に近い屈折率を持ち、特に酸素を含まな
いものを選択するのが好ましい。第二不活性化層として
付着される元素としては、第一不活性化層を構成する元
素よりも酸化物の生成エンタルピーの絶対値が大きい元
素を使用する。このような条件を満たす元素が、第二不
活性化層として付着される元素の少なくとも一部に含ま
れているのが望ましい。例えば、第一不活性化層として
Ｓｉ（ＳｉＯ₂：−９．４４）を堆積させた場合は、第
二不活性化層としてＳｃ（Ｓｃ₂Ｏ₃：−９．８９）、Ｙ
（Ｙ₂Ｏ₃：−９．４６）などの３族の元素、Ｔｉ（Ｔｉ
Ｏ₂：−９．７４）、Ｚｒ（ＺｒＯ₂：−１１．４１）な
どの４族の元素、Ｔａ（Ｔａ₂Ｏ₃：−１０．６０）など
の５族の元素等を好ましく堆積させることができる（カ
ッコ内は酸化物の生成エンタルピーをeV/metal atom単
位で表したものである）。

【００５１】一般的に第二不活性化層の厚さは０．２ｎ
ｍ以上であるのが望ましい。一方、極端に厚い膜厚（例
えば１００ｎｍ等）は適さない場合がある。第二不活性
化層も第一不活性化層と同様に、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る。一方、上限
は、第二不活性化層がレーザの発振波長に対して透明で
ない場合には、活性層から出射される光が第二不活性化
層によって吸収される程度によって規定される。これら
を考慮したうえで、第二不活性化層の望ましい厚さは以
下の式で表される範囲内であることが実験により確認さ
れている。

【数７】０．２（nm）＜Ｔ_p(2)＜λ／４ｎ₂（nm）・・・・（式２）（式中、Ｔ_p(2)は第二不活性化層の厚さ、λは半導体発
光素子の発振波長、ｎ₂は第二不活性化層の波長λにお
ける屈折率の実数部分を表す。）さらに第一不活性化層と第二不活性化層の厚さの和は以
下の式で表される範囲内であることが望ましい。

【数８】０．４（nm）＜Ｔ_p(1+2)＜３λ／８ｎ₁₂（nm）・・（式３）（式中、Ｔ_p(1+2)は二つの不活性化層の厚さの和、λは
半導体発光素子の発振波長、ｎ₁₂は該二つの不活性化層
の波長λにおける平均屈折率の実数部分を表す。）

【００５２】第二不活性化層には、さらにプラズマを照
射して不活性化層を形成する工程を行うこともできる。
この工程は複数回繰り返して行うことができ、３層以上
の不活性化層を形成することができる。３層目以降の不
活性化層に用いる元素は、第一不活性化層や第二不活性
化層に準じて選択することが可能であるが、隣接する不
活性化層の元素より酸化物の生成エンタルピーの絶対値
が大きいものでも小さいものでも好ましく使用すること
ができる。また、３層目以降の不活性化層には、屈折率
がＧａＡｓあるいはＳｉ等に近いといった観点からＺｎ
Ｓ、Ｇｅ等も使用してもよい。さらに、物性的な安定性
からＡｌＦ、ＭｇＦ₂等のフッ化物も使用することがで
きる。

【００５３】本発明では、露出した半導体端面上に構成
される第一不活性化層（１４−１）、第二不活性化層
（１４−２）の上に、さらに積層された誘電体又は誘電
体及び半導体の組合せからなるコーティング層（１５）
（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、第一不活性化層（１４−１）の形
成、第一不活性化層へのプラズマ照射、第二不活性化層
（１４−２）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される。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をもつコ
ーティングを前端面に施し、発振波長に対して高反射率
をもつコーティング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。

【００５４】このコーティングにはさまざまな材料を用
いることができる。例えば、ＡｌＯｘ、ＴｉＯｘ、Ｓｉ
Ｏｘ、ＳｉＮ、Ｓｉ及びＺｎＳからなる群から選ばれる
１種又は２種以上の組合せを用いることが好ましい。低
反射コーティングとしてはＡｌＯｘ、ＴｉＯｘ、ＳｉＯ
ｘ等が、また高反射コーティングとしてはＡｌＯｘ／Ｓ
ｉの多層膜、ＴｉＯｘ／ＳｉＯｘの多層膜等が用いられ
る。それぞれの膜厚は所望の反射率を実現するために調
整される。しかし、一般的には低反射コーティングとし
てはＡｌＯｘ、ＴｉＯｘ、ＳｉＯｘ等がその波長λでの
屈設率の実数部分をｎとしてλ／４ｎ近傍の膜厚になる
ように調整され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
調整され、さらにこの対を目的に応じて積層する手法が
好適である。

【００５５】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イオンを照
射する方法であって、特に希ガスによるイオン照射が好
適である。さらには希ガスのなかでもＡｒイオンによる
ＩＡＤ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２５ｅＶから３００ｅＶ程度、より好ましくは５０ｅ
Ｖから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。

【００５６】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や、各不活性化層形成後に照
射されるプラズマや熱線のエネルギーによって、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。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、これらのプラズ
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、コーティング膜形成に伴うプラズマ照
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。

【００５７】このような反応を効果的に促進するため
に、本発明の半導体発光素子では、第二不活性化層を構
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、第一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
対値よりも大きい。また、第一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、半導体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
きいことが好ましい。本発明の半導体発光素子を製造す
るにあたっては、上記の反応を引き起こすのに十分な大
きさのプラズマエネルギーや熱エネルギー等を供給す
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。

【００５８】例えば、半導体端面にＧａ−Ｏが残存して
いるときに各不活性化層を形成してプラズマ照射する
か、あるいは不活性化層形成後にＡｌＯｘ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
の半導体端面側の金属元素はＧａ−Ｏに由来する酸素と
の結合が促進され、その結果、一部が金属酸化物の形態
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Ｇａ、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−Ａ
ｓ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。この
ような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。

【００５９】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。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。本発明の半導体発光素子では、
第二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、第一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よりも大きいために、第
二不活性化層が第一不活性化層にある酸素の一部をとり
こんで金属酸化物になる。これらの酸化物等からなる層
の厚みは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１〜１０
Å程度の酸化物層または窒化物層が生成され、その中心
および／または半導体端面との隣接部にはさらに変質し
ない数Åから数十Åの不活性化層が残るように不活性化
層の厚みを調整する。

【００６０】これは不活性化層において、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や構造上の特
徴があることが望ましいからである。不活性化層が化合
物半導体層端面に由来する酸素によって、および／また
はコーティング層に由来する酸素または窒素によって、
その全体が酸化または窒化されてしまうと、不活性化層
中に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
との結合をも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があ
り、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。本発明の半導体発光素子では、第二不活性
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、第一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よりも大きく、第二不活性化層が第
一不活性化層にある酸素の一部をとりこんで金属酸化物
になっているために、半導体端面の酸化をより効果的に
防ぐことができる。

【００６１】

【実施例】以下に実施例および比較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。

【００６２】（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）上に、Ｍ
ＢＥ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ＧａＡｓ層；第一導電
型クラッド層（３）として厚さ１．５μｍでキャリア濃
度１×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型Ａｌ_0.35Ｇａ_0.65Ａｓ層；次
いで、厚さ２４ｎｍのアンドープのＧａＡｓ光ガイド層
上に厚さ６ｎｍのアンドープＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓの単一
量子井戸（ＳＱＷ）、さらにその上に厚さ２４ｎｍ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_0.65
Ａｓ層；第２エッチング阻止層（６）として厚さ１０ｎ
ｍでキャリア濃度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でキャ
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でキャ
リア濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3のｎ型Ａｌ_0.39Ｇａ_0.61Ａｓ
層；キャップ層（１０）として厚さ１０ｎｍでキャリア
濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型ＧａＡｓ層を順次積層し
た。

【００６３】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１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）及び水を体積比で１：１：５で混合した混
合液を使用した。

【００６４】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１エッチング
阻止層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。

【００６５】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７μｍ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２．２μｍで
あった。さらに、基板側にはｎ型電極としてＡｕＧｅ／
Ｎｉ／Ａｕを、またｐ型電極にはＴｉ／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。

【００６６】続いて、窒素雰囲気中で、共振器長７００
μｍのレーザバーの状態に劈開し、Ａｒプラズマ発生装
置を持つ真空チャンバーの中に入れた。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分間端面に照射した。連続し
て、通常の電子ビーム蒸着法を用いてアモルファスＳｉ
を２ｎｍ端面に堆積させて第一不活性化層（１４−１）
を形成した。さらに連続して平均エネルギー１２０ｅ
Ｖ、電流密度１５０μＡ／ｃｍ²のＡｒプラズマを３０
秒間第一不活性化層に照射した。さらに、通常の電子ビ
ーム蒸着法を用いてＴｉを２ｎｍ端面に堆積させて第二
不活性化層（１４−２）を形成した。ここで、ＳｉＯ₂
の生成エンタルピーは−９．４４eV/metal atom、Ｔｉ
Ｏ₂の生成エンタルピーは−９．７４eV/metal atomであ
る。さらに続けて、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１６５ｎ
ｍ製膜し、コーティング層（１５）を形成した。ＡｌＯ
ｘ製膜はＩＡＤ法により行い、ＡｌＯｘの端面への供給
と同時に平均エネルギー１１０ｅＶ、電流密度２００μ
Ａ/ｃｍ²のＡｒプラズマを照射した。

【００６７】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、第一不
活性化層（１４−１）の形成、第一不活性化層へのプラ
ズマ照射、第二不活性化層（１４−２）の形成を行っ
た。さらに連続して、厚さ１７０ｎｍのＡｌＯｘ層／厚
さ６０ｎｍのアモルファスＳｉ層／厚さ１７０ｎｍのＡ
ｌＯｘ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法により行なった。

【００６８】製造した半導体発光素子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。２２５ｍＷ、７０℃で加速試験をした結果、１０
００時間経過した時点でもまったく動作不良はなく安定
な動作が確認された。

【００６９】（実施例２）実施例１と同じ方法によって
半導体ウエハーを製造した後、窒素雰囲気中で、共振器
長７００μｍのレーザバーの状態に劈開し、Ａｒプラズ
マ発生装置を持つ真空チャンバーの中に入れた。真空チ
ャンバー内で、平均エネルギー６０ｅＶ、電流密度１５
０μＡ／ｃｍ²のＡｒプラズマを１分間端面に照射し
た。連続して、通常の電子ビーム蒸着法を用いてアモル
ファスＳｉを２ｎｍ端面に堆積させて第一不活性化層
（１４−１）を形成した。さらに連続して平均エネルギ
ー１２０ｅＶ、電流密度１５０μＡ／ｃｍ²のＡｒプラ
ズマを３０秒間第一不活性化層に照射した。さらに、通
常の電子ビーム蒸着法を用いてＴｉを２ｎｍ端面に堆積
させて第二不活性化層（１４−２）を形成した。続け
て、平均エネルギー１２０ｅＶ、電流密度１５０μＡ／
ｃｍ²のＡｒプラズマを３０秒間第二不活性化層に照射
した。さらに、通常の電子ビーム蒸着法を用いてアモル
ファスＳｉを２ｎｍ端面に堆積させて第三不活性化層
（図示せず）を形成した。ここで、ＳｉＯ₂の生成エン
タルピーは−９．４４eV/metal atom、ＴｉＯ₂の生成エ
ンタルピーは−９．７４eV/metal atomである。さら
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、ＡｌＯｘの端面への供給と同時に平均エ
ネルギー９０ｅＶ、電流密度２００μＡ/ｃｍ²のＡｒプ
ラズマを照射した。

【００７０】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、第一不
活性化層の形成、第一不活性化層へのプラズマ照射、第
二不活性化層の形成、第二不活性化層へのプラズマ照
射、第三不活性化層の形成を行った。さらに連続して、
厚さ１７０ｎｍのＡｌＯｘ層／厚さ６０ｎｍのアモルフ
ァスＳｉ層／厚さ１７０ｎｍのＡｌＯｘ層／厚さ６０ｎ
ｍ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
行なった。

【００７１】製造した半導体発光素子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。２２５ｍＷ、７０℃で加速試験をした結果、１０
００時間経過した時点でもまったく動作不良はなく安定
な動作が確認された。

【００７２】（実施例３）実施例１と同じ方法によって
半導体ウエハーを製造した後、窒素雰囲気中で、共振器
長７００μｍのレーザバーの状態に劈開し、Ａｒプラズ
マ発生装置を持つ真空チャンバーの中に入れた。真空チ
ャンバー内で、平均エネルギー６０ｅＶ、電流密度１５
０μＡ／ｃｍ²のＡｒプラズマを１分間端面に照射し
た。連続して、通常の電子ビーム蒸着法を用いてアモル
ファスＳｉを２ｎｍ端面に堆積させて第一不活性化層
（１４−１）を形成した。さらに連続して平均エネルギ
ー１２０ｅＶ、電流密度１５０μＡ／ｃｍ²のＡｒプラ
ズマを３０秒間第一不活性化層に照射した。さらに、通
常の電子ビーム蒸着法を用いてＴｉを２ｎｍ端面に堆積
させて第二不活性化層（１４−２）を形成した。続け
て、平均エネルギー１２０ｅＶ、電流密度１５０μＡ／
ｃｍ²のＡｒプラズマを３０秒間第二不活性化層に照射
した。さらに、通常の電子ビーム蒸着法を用いてＴａを
２ｎｍ端面に堆積させて第三不活性化層（図示せず）を
形成し、形成した第三不活性化層に対して平均エネルギ
ー１２０ｅＶ、電流密度１５０μＡ／ｃｍ²のＡｒプラ
ズマを３０秒間照射した。ここで、ＳｉＯ₂の生成エン
タルピーは−９．４４eV/metal atom、ＴｉＯ₂の生成エ
ンタルピーは−９．７４eV/metal atom、Ｔａ₂Ｏ₃の生
成エンタルピーは−１０．６０eV/metal atomである。
さらに、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製膜は電
子ビーム蒸着法により行った。

【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、第一不
活性化層の形成、第一不活性化層へのプラズマ照射、第
二不活性化層の形成、第二不活性化層へのプラズマ照
射、第三不活性化層の形成、第三不活性化層に対するプ
ラズマ照射を行った。さらに連続して、厚さ１７０ｎｍ
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、前端面側と同様に電子ビーム蒸着法により行なっ
た。

【００７４】製造した半導体発光素子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。２２５ｍＷ、７０℃で加速試験をした結果、１０
００時間経過した時点でもまったく動作不良はなく安定
な動作が確認された。

【００７５】（比較例１）以下の点を変更して実施例１
と同様の手順で比較用半導体発光素子を製造して試験し
た。すなわち、前端面及び後端面とも、レーザ端面への
Ａｒプラズマ照射、第一不活性化層（１４−１）の形
成、第一不活性化層へのＡｒプラズマ照射および第二不
活性化層の形成を行わなかった。また、コーティング層
（１５）及び（１６）の形成をＩＡＤ法を用いずに、通
常の電子ビーム蒸着法を用いて行なった。これら以外
は、実施例１と全く同じ手順で半導体発光素子を製造し
た。製造した半導体発光素子の平均的初期特性は、実施
例と同様に２５℃で閾値電流が２３ｍＡであり、３５０
ｍＡ、２５０ｍＷでキンクが観測された。しかし、２２
５ｍＷ、７０℃で加速試験をした結果、１００時間経過
するまでに実験に使用した１０デバイスすべてが突然動
作不能になった。

【００７６】（比較例２）前端面及び後端面とも、第一
不活性化層へのＡｒプラズマ照射および第二不活性化層
の形成を行わなかった以外は、実施例１と同じ手順で半
導体発光素子を製造した。製造した半導体発光素子の平
均的初期特性は、実施例１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。２２５ｍＷ、７０℃で加速試験をした結果、
２００時間経過するまでに実験に使用した３デバイスす
べてが突然動作不能になった。

【００７７】（比較例３）前端面及び後端面とも、レー
ザ端面へのＡｒプラズマ照射を行わなかったことと、コ
ーティング層（１５）及び（１６）の形成をＩＡＤ法を
用いずに通常の電子ビーム蒸着法を用いて行なったこと
以外は、実施例１と同じ手順で半導体発光素子を製造し
た。製造した半導体発光素子の平均的初期特性は、実施
例１と同様に２５℃で閾値電流が２３ｍＡであり、３５
０ｍＡ、２５０ｍＷでキンクが観測された。しかし、２
２５ｍＷ、７０℃で加速試験をした結果、１５０時間経
過するまでに実験に使用した１０デバイスすべてが突然
動作不能になった。

【００７８】

【発明の効果】本発明によれば、端面での界面準位密度
を長期間にわたって安定に抑制することができる半導体
レーザ等の半導体発光素子を提供することができる。し
かも、本発明の半導体発光素子は極めて簡便に製造する
ことができることから、産業上の利用性は極めて高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体発光素子の一態様を示す斜視
図である。

【図２】本発明の半導体発光素子の一態様を示す断面
図である。

【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１４−１：第一不活性化層１４−２：第二不活
性化層１５：コーティング層１６：コーティング
層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5F041 AA44 CA04 CA05 CA33 CA34 CA35 CA36 CA46 CB03 CB15 5F073 AA20 AA45 AA73 AA83 AA84 CA07 CB20 DA32 DA33 EA28

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第一導電型クラッド層、活性層及び第二
導電型クラッド層を含む化合物半導体層を基板上に有す
る、共振器構造を備えた半導体発光素子において、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第一不
活性化層で被覆されており、該第一不活性化層が第二不
活性化層で被覆されており、該第二不活性化層を構成す
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
絶対値が該第一不活性化層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
ことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】前記第一不活性化層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が、
前記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記載の半導体発光素子。
【請求項３】前記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ないことを特徴とする請求項１
または２記載の半導体発光素子。
【請求項４】前記第二不活性化層を覆う少なくとも１
層の不活性化層をさらに有する請求項１〜３のいずれか
に記載の半導体発光素子。
【請求項５】最外層である不活性化層の表面に、誘電
体又は誘電体及び半導体の組合せからなるコーティング
層を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに
記載の半導体発光素子。
【請求項６】前記第一不活性化層を下記（式１）で表
される範囲内の厚さに形成することを特徴とする請求項
１〜５のいずれかに記載の半導体発光素子。【数１】０．２（nm）＜Ｔ_p(1)＜λ／８ｎ₁（nm）・・・・・（式１）（式中、Ｔ_p(1)は第一不活性化層の厚さ、λは半導体発
光素子の発振波長、ｎ₁は不活性化層の波長λにおける
屈折率の実数部分を表す。）
【請求項７】前記第二不活性化層を下記（式２）で表
される範囲内の厚さに形成することを特徴とする請求項
１〜６のいずれかに記載の半導体発光素子。【数２】０．２（nm）＜Ｔ_p(2)＜λ／４ｎ₂（nm）・・・・・（式２）（式中、Ｔ_p(2)は第二不活性化層の厚さ、λは半導体発
光素子の発振波長、ｎ₂は第二不活性化層の波長λにお
ける屈折率の実数部分を表す。）
【請求項８】前記第一不活性化層と前記第二不活性化
層を、厚さの和が（式３）で表される範囲内になるよう
に形成することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに
記載の半導体発光素子。【数３】０．４（nm）＜Ｔ_p(1+2)＜３λ／８ｎ₁₂（nm）・・・（式３）（式中、Ｔ_p(1+2)は第一不活性化層と第二不活性化層の
厚さの和、λは半導体発光素子の発振波長、ｎ₁₂は第一
不活性化層と第二不活性化層の波長λにおける平均屈折
率の実数部分を表す。）