(57)【要約】  【課題】  光半導体デバイスにおける光出射面等の基材表面に存在する未結合手を低減させて、光半導体デバイスの性能向上を図る。  【解決手段】  劈開面に代表される光出射面または光反射面が形成されている光半導体デバイス１０が、シアン化合物を含む溶液に浸漬、噴霧、またはその蒸気に曝露されることにより、光出射面等の表面に存在する未結合手がシアノ基（−ＣＮ）の結合により終端される。これにより、活性な光出射面や光反射面の表面の酸化等による変質や、これらの表面近傍の非発光部の広がりが抑制されるため、安定性、信頼性の優れた光半導体デバイスが得られる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光出射面または光反射面となる基材表面が主としてシアノ基の結合により終端されている光半導体デバイス。
【請求項２】
前記表面は、結晶の劈開面、またはエッチングにより形成される面、あるいは半導体ナノ粒子の表面である請求項１に記載の光半導体デバイス。
【請求項３】
前記基材は化合物半導体またはナノサイズシリコンである請求項１に記載の光半導体デバイス。
【請求項４】
前記表面上にパッシベーション層が形成されている請求項１に記載の光半導体デバイス。
【請求項５】
光出射面または光反射面となる基材表面がシアン化合物を含む溶液に浸漬され、または前記溶液を噴霧され、あるいは前記溶液の蒸気に曝される工程を有する光半導体デバイスの製造方法。
【請求項６】
前記工程の後に、前記表面上にパッシベーション層が形成される成膜工程をさらに有する請求項５に記載の光半導体デバイスの製造方法。
【請求項７】
前記成膜工程の後に、前記パッシベーション層がシアン化合物を含む溶液に浸漬され、または前記溶液を噴霧され、あるいは前記溶液の蒸気に曝される工程をさらに有する請求項６に記載の光半導体デバイスの製造方法。
【請求項８】
前記表面は、結晶の劈開面、またはエッチングにより形成される面、あるいは半導体ナノ粒子の表面である請求項５に記載の光半導体デバイスの製造方法。
【請求項９】
前記シアン化合物は非金属シアン化合物である請求項５に記載の光半導体デバイスの製造方法。
【請求項１０】
前記基材は化合物半導体またはナノサイズシリコンである請求項５に記載の光半導体デバイスの製造方法。
【請求項１１】
光出射面または光反射面となる基材表面がシアン化合物を含む溶液に浸漬され、または前記溶液を噴霧され、あるいは前記溶液の蒸気に曝される手段を有する光半導体デバイスの製造装置。
【請求項１２】
光出射面または光反射面となる基材表面がシアン化合物を含む溶液に浸漬され、または前記溶液を噴霧され、あるいは前記溶液の蒸気に曝される手段と、前記表面上にパッシベーション層が形成される手段を有する光半導体デバイスの製造装置。
【請求項１３】
光出射面または光反射面となる基材表面がシアン化合物を含む溶液に浸漬され、または前記溶液を噴霧され、あるいは前記溶液の蒸気に曝される手段と、前記表面上にパッシベーション層が形成される手段と、前記パッシベーション層がシアン化合物を含む溶液に浸漬され、または前記溶液を噴霧され、あるいは前記溶液の蒸気に曝される手段を有する光半導体デバイスの製造装置。
【請求項１４】
前記表面は、結晶の劈開面、またはエッチングにより形成される面、あるいは半導体ナノ粒子の表面である請求項１１に記載の光半導体デバイスの製造装置。
【請求項１５】
前記基材は化合物半導体またはナノサイズシリコンである請求項１１に記載の光半導体デバイスの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体レーザ等のように光学鏡面を利用する光半導体デバイスおよびその製造方法、並びにその製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザは、ｐｎ接合に順方向電流を供給して、注入された電子と正孔との再結合による誘導放出により光を放射する固体の光半導体装置である。この装置は、レーザダイオード（ＬＤ）とも呼ばれて、コンパクトディスク（ＣＤ）装置やＤＶＤ装置などの情報機器の記録媒体へのデータ入力（書き込み）、あるいはそのデータ出力（読み出し）のための光学的手段の光源として用いられる。それ以外にも、この装置は、例えば、固体レーザの光学的励起光源、光ファイバー通信に使用される信号源、あるいはファイバー増幅器の励起光源としても、広く利用されている。
【０００３】
この種の半導体レーザは、キャリアの閉じ込めと光の閉じ込めが同時になされることにより発光効率が向上するため、キャリアが再結合する活性層の両側を閉じ込め層（クラッド層という）で挟んだダブルヘテロ構造を採用している。レーザ発振は、供給電流を増加させ、ある電流値（しきい値電流という）に達したときに始まる。材料としては、例えば、III−Ｖ族化合物等の半導体が用いられる。具体的には、発振波長１２５０〜１７００ｎｍのものにはＩｎＧａＡｓＰ系が、発振波長４００ｎｍ帯や６００ｎｍ帯のものには、それぞれＧａＮ系およびＡｌＧａＩｎＰ系が、そして、発振波長７７０ｎｍ〜８６０ｎｍ帯のものにはＡｌＧａＡｓ系やＩｎＧａＡｓ系の各材料が用いられている。
【０００４】
光は、ヘテロ構造の両側（一対）のクラッド層に挟まれた活性層が形成する光導波路に沿って伝播して放出される。ここで、光導波路の終端となる面は、内部で発生した光の閉じ込めとその増幅を助長するように、反射機能を持つ鏡面となる必要がある。従って、その鏡面を得るために、一般的には結晶の劈開によって得られる端面、すなわち劈開面が用いられる。この劈開面に代表される光出射面または光反射面を形成する基材表面には、原子の未結合手（ダングリングボンド）や、その未結合手に酸素や水素、あるいは他の金属等の元素が結合している。これらの未結合手や金属等の不純物との結合は、表面準位（パッシベーション膜との界面で生じる界面準位を含む、以下、表面準位等という）を生じさせる。そして、そのような表面準位等により、光の吸収やリーク電流の増大が起こって発熱する。この発熱により、活性層のバンドギャップが狭くなって、さらに吸収などが強くなるという正のフィードバック現象が起こるため、最終的には光出力の飽和や光出力の低下という問題が生じる。
【０００５】
このような技術的課題に対し、これまでに幾つかの解決手段が提案されている。例えば、光導波路の終端面の結晶組成を変化させることにより、半導体結晶内部での発光エネルギーよりも半導体のバンドギャップを広げる技術がその端面でのレーザー光吸収を防ぐ手段として提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、光導波路の終端部に反射率制御用の誘電体コーティング膜（前方側の低反射（反射防止）膜および後方側の高反射膜）を形成して、端面を保護する技術も存在する（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、この保護膜の形成は、膜の形成時、あるいは形成後であっても経時的に不純物が膜中へ入り込むために反射膜性能を低下させることがある。従って、その効果を十分に発揮させることはなかなか難しい。
【０００６】
上記いずれの技術も、劈開面に代表される光出射面または光反射面の基材表面に存在する未結合手や金属等の不純物との結合自体を低減あるいは消滅させるものではない。換言すれば、従来は、その未結合手等の問題を直接解決するものではなく、別の解決手段を用いて性能の向上を図っていたといえる。
【０００７】
ところで、上述の問題は面発光レーザ素子に対しても同様に生じる。具体的には、異なった組成の化合物半導体が交互に積層された半導体多層膜反射鏡が光の反射鏡として用いられた際に、光出射面または光反射面となる基材表面に界面準位が発生し、その発生によりレーザー光吸収による発熱が引き起こされるためである。
【０００８】
また、上述の問題は、特に化合物半導体に対して切実である。なぜならば、基材がシリコンの場合は、表面準位等を減少させるために、いわゆる水素アニール処理が有効となる場合があるが、この水素アニール処理が化合物半導体に対して適用できないからである。具体的には、化合物半導体による光半導体装置に対して水素アニール処理をすると、結晶内部に水素が入り込むため、その水素が、例えば活性層に添加される亜鉛（Ｚｎ）やマグネシウム（Ｍｇ）の活性化ドーパントを不活性化させて導電層の機能を低下させてしまうことがある。従って、化合物半導体に対しては、この水素アニール処理を適用することができない。
【０００９】
他方、本発明者の一人は、主としてＭＩＳ型構造のシリコンデバイスに対して、シアノイオンを曝露させることにより、絶縁膜―半導体界面の界面準位密度の低減をさせる技術を提案している（例えば、特許文献３参照）。しかし、後述する光半導体デバイスの光出射面または光反射面の特殊性に着眼したプロセス技術は提案されていない。
【特許文献１】特開昭５７−１４９７８７号公報
【特許文献２】特開平５−３７００９号公報
【特許文献３】特開平１０−７４７５３号公報
【特許文献４】特開２００１−１５７７２号公報
【特許文献５】特開２００１−１８９４８４号公報
【特許文献６】特開２００４−７５４９０号公報
【特許文献７】特開２００４−３４２７２３号公報
【特許文献８】特開２００５−３３０３８号公報
【特許文献９】特開２００５−３９１９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のとおり、光半導体デバイスの製造工程においては基材表面の未結合手や金属等の不純物との結合の発生が不可避であるといえるため、これを直接的に低減して発光デバイスの性能を向上させる手段が強く望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、そのような技術課題を解決して、更なる光出力の向上と劣化の抑制という、光半導体デバイスの安定性と信頼性の向上に貢献するものである。発明者らは、まず、これまでの光出射面または光反射面に関する様々な技術が、基材表面に生じる多数の界面準位を直接的に低減させるためのものではなく、その界面準位の存在を前提として開発されてきたものであることに着目した。具体的には、その界面準位の存在によるレーザ光吸収によって発生する熱への対処技術や、熱によるバンドギャップの狭小化を緩和させる、または狭小化の影響を小さくする技術がこれまでに開発されてきたのである。従って、発明者らは、それらの根本的な原因である、光出射面または光反射面となる基材表面あるいはその近傍における界面準位を低減することができれば、これまで開発されてきた技術にほとんど依存することなく光半導体デバイスの性能向上が達成されると考えた。本発明はこのような視点に基づいて創出された。
【００１２】
本発明の一つの光半導体デバイスは、光出射面または光反射面となる基材表面が主としてシアノ基の結合により終端されている。
【００１３】
これにより、光半導体デバイスの経時劣化が抑制され、信頼性または安定性の向上が図られる。また、デバイス構造を適宜選定することにより光出力が向上する。具体的には、従来のデバイス製造工程においては、光出射面または光反射面となる基材表面、あるいはその近傍において、多数の未結合手や金属等の不純物との結合を有しているが、これらが、シアノ基により終端、あるいはシアノ基に置き換わることにより、劣化が抑制される。尚、「主として」とは、未結合手や不純物との結合の全てがシアノ基の結合により終端されるということではないという意味である。この意味は特に数値によって限定されるものではない。また、このシアノ基（−ＣＮ）の結合による終端化は、特に、光出射面または光反射面が結晶の劈開面である場合や、エッチングにより形成される面である場合、あるいは一般的な半導体デバイスと比較して未結合手の存在の影響が極めて大きい半導体ナノ粒子（例えば、ナノサイズシリコン）のような特殊な表面である場合にその効果を大きくする。
【００１４】
また、本発明の一つの光半導体デバイスの製造方法は、光出射面または光反射面となる基材表面がシアン化合物を含む溶液に浸漬され、またはその溶液を噴霧され、あるいはその溶液の蒸気に曝される工程を有している。
【００１５】
これにより、光出射面または光反射面となる基材表面の未結合手や金属等の不純物と結合していた領域がシアノ基（−ＣＮ）の結合により終端される。その結果、光半導体デバイスの経時劣化が抑制され、信頼性または安定性の向上が達成される。また、デバイス構造を適宜選定することにより光出力が向上する。尚、噴霧処理を採用すれば、使用する溶液の温度に依らずに溶液の総使用量を削減することができる。また、蒸気を用いた処理についても、溶液への浸漬と比較して溶液の使用量を低減することが可能となる。
【００１６】
また、本発明の一つの光半導体デバイスの製造装置は、光出射面または光反射面となる基材表面がシアン化合物を含む溶液に浸漬され、またはその溶液を噴霧され、あるいはその溶液の蒸気に曝される手段を有している。
【００１７】
この装置により、光半導体デバイスの光出射面または光反射面となる基材表面の未結合手や金属等の不純物と結合していた領域がシアノ基の結合によって終端される。その結果、製造された光半導体デバイスは、経時劣化しにくくなり、信頼性または安定性が向上する。また、デバイス構造を適宜選定することにより光出力が向上する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の光半導体デバイス及び光半導体デバイスの製造方法によれば、経時劣化が抑制され、信頼性または安定性の向上が図られる。また、デバイス構造を適宜選定することにより光出力が向上する。また、本発明の光半導体デバイスの製造装置によれば、光出射面または光反射面となる基材表面の未結合手が存在する、または金属等の不純物と結合していた領域に対してシアノ基の結合による終端化が可能となる。その結果、上述のような高性能な光半導体デバイスを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
つぎに、本発明の実施形態を、添付する図面に基づいて詳細に述べる。尚、この説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。
＜第１の実施形態＞
図１は、本実施形態の光半導体デバイスの概略構成図である。ｎ型基板１の上部にｎ型閉じ込め層（クラッド層）２、活性層３およびｐ型閉じ込め層（クラッド層）４を順次配置し、活性層３を前記両クラッド層２，４で挟んだ構造を有している。また、ｐ型クラッド層４の上部にはストライプ状に整形されたｐ型キャップ層５と、ｐ型クラッド層４およびｐ型キャップ層５を覆う絶縁膜６が形成されている。さらに、絶縁層６の上には第１電極（アノード）７が形成され、ｎ型基板１の底面には第２電極（カソード）８が形成されている。本実施形態の光半導体デバイス１０では、前記両電極７，８間に電圧を印加し電流を供給することにより、活性層３で発生した光がクラッド層間を活性層に沿って光が伝播し、無反射コーティング膜９（図１では、破線かつ透明として表されている。）が形成された一方（前面）の端面を光出射面として、レーザ光が図１における矢印の方向に放出される。このとき、他方の（後面、図１では死角のため見えない）端面上には高反射コーティング膜で構成された光反射膜が形成されているため、殆どの光がこれに反射し、活性層３内に戻ることになる。これにより、レーザ光は増幅されることになる。
【００２０】
次に、本実施形態の光半導体デバイスの製造方法について説明する。
【００２１】
本実施形態は、波長（λ）が７８０ｎｍの半導体レーザである。本実施形態では、結晶面方位＜１００＞のｎ型ＧａＡｓ基板（ウェハ）上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓ結晶のクラッド層、ＧａＡｓ井戸層をＡｌＧａＡｓ障壁層で挟んだ量子井戸（Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）構造の活性層、ｐ型ＡｌＧａＡｓ結晶のクラッド層、およびｐ型ＧａＡｓキャップ層が、順次、有機金属気相成長（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）法あるいは分子線エピタキシャル（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）法のエピタキシャル成長により積層される。このとき、ドーパントとして、ｐ型には亜鉛（Ｚｎ）が用いられ、ｎ型にはシリコン（  Ｓｉ）が用いられる。ｐ型ＧａＡｓキャップ層およびｐ型ＡｌＧａＡｓ結晶のクラッド層の一部はストライプ状に整形された上で、その両側に窒化珪素または酸化珪素絶縁膜が形成され、電流注入ストライプ領域を構成する。電極については、アノード側（第１電極）７は前記ストライプ状ｐ型ＧａＡｓ層および絶縁膜の上にＴｉＰｔＡｕ（コンタクト側）／Ａｕの二層金属により構成され、カソード側（第２電極）８は基板底面全域にＡｕＧｅＮｉ（コンタクト側）／Ａｕの二層金属により構成される。両電極７，８は、金属蒸着法で形成される。
【００２２】
次に、光半導体デバイスの分離方法について説明する。まず、前述の各種の層が積層されただけの構造体は、ストライプ方向に直交する端面が劈開面になるように、スクライブ法または劈開法により棒状に分割される。尚、このときの長さは、それぞれ約３００〜２５００μｍ（この長さが素子長あるいはレーザーキャビティ長になる）である。続いて、光出射面および光反射面となる劈開面に低反射および高反射のコーティング膜が形成される。その後、この棒状構造体は、電流注入ストライプが中央部に位置するように切断され、チップ化される。これが、図１に示す一つの光半導体デバイス１０である。ここでは、素子幅が概ね２００〜３００μｍとなるように分割されている。
【００２３】
本実施形態では、個々に分割されたチップがシアン化合物を含む溶液に浸漬される。図２は、本実施形態の光半導体デバイスの製造装置の説明図である。本図に示すような光半導体デバイスの製造装置２００を用いて、前述の光半導体デバイス１０がシアン化合物を含む溶液２２に浸漬される。具体的には、便宜上図示しない公知の保持器具によって保持されている光半導体デバイス１０は、処理槽２４内に満たされた前記溶液２２に浸漬される。ここで、シアン化合物を含む溶液は、０．０１モルのシアン化水素（ＨＣＮ）を純水に溶かし、好ましくはｐＨ７以上１０以下に調整されている。また、前記溶液２２の温度は、挿入型の温度調節器２６により２０℃〜３０℃に調整されている。尚、本発明の効果は、この溶液の温度が６０℃以下の低温でも十分に発揮される。
【００２４】
ここで、溶媒中に、例えばシアン化水素（ＨＣＮ）、ジシアン（（ＣＮ）２）、シアン化アンモニウム（ＮＨ４ＣＮ）などの非金属シアン化合物、あるいはシアン化カリウム（ＫＣＮ）、シアン化ナトリウム（ＮａＣＮ）、シアン化ルビジウム（ＲｂＣＮ）、シアン化セシウム（ＣｓＣＮ）などの金属シアン化合物の１つを溶質として含む溶液であっても本発明と同じような効果が得られる。
【００２５】
また、媒体は、前述の溶質を溶解させることのできる純水、あるいは親水性アルコール主体の溶液が用いられる。例えば、メタノール（メチルアルコール）、エタノール（エチルアルコール）およびプロパノール（プロピルアルコール，特にイソプロピルアルコール）といったアルコール類が適当である。また、これらのアルコール類に加え、アセトンなどのケトン類、アセトニトリルなどのニトリル類、ベンゼン、トルエンおよびキシレンなどの芳香族炭化水素、四塩化炭素、テトラヒドロフランやジオキサンなどのエーテル類、ヘキサンやペンタンなどの脂肪族アルカン類、またはこれらに混合液が用いられても良い。
【００２６】
なお、媒体に親水性アルコールを用いることによって、基板のエッチングが防止される。媒体に水を付加して用いると、水分子が溶液中でシアン化合物またはシアン化物イオンに対して溶媒和として作用し、シアン化合物ないしはシアン化物イオンの活性を抑制する。
【００２７】
また、媒体として親水性アルコール、例えばメタノールを用いることにより、たとえ溶質がシアン化カリウム（ＫＣＮ）のような金属シアン化物の場合であっても、カリウムイオン（Ｋ＋）は不活性な（ＣＨ３ＯＫ）として分子中に取り込まれる。従って、このカリウムはシアン化合物溶液と共に除去されることから、光半導体デバイスに対する金属汚染の可能性は低い。
【００２８】
また、本実施形態のように最終段階までチップ化した後で浸漬工程を行う替わりに、上述の棒状に分割された直後にシアン化合物を含む溶液に浸漬する工程が採用されたとしても本発明の効果は損なわれない。この棒状構造体の段階であれば、複数のチップを一度に前記溶液に浸漬することができるため、プロセス効率の観点では、むしろこの方法を採用する方が有利であるといえる。
【００２９】
次に、本実施形態によるシアン化合物を含む溶液による処理を行った後の、リンス工程および廃液処理について説明する。シアン化合物を含む溶液による処理の後にリンス処理をすることにより、本発明の効果がさらに発揮される。
【００３０】
このリンス工程は、前述の光半導体デバイスの光出射面または光反射面からシアン化合物を含む溶液を完全に除去するために行われる。シアン化合物を含む溶液から取り出された光半導体デバイス１０は、溶媒（例えば、メタノール等のアルコール類）のみを用いて洗い流される。光出射等の基材表面に残存する前記溶液の量は僅かであるから、前記溶媒を洗浄液として噴射させることにより容易に洗浄される。このリンス工程は、前記洗浄液を用いて複数の段階に分けて実施されてもよい。その後、必要に応じて、光半導体デバイス１０を乾燥させることにより、その表面に付着する洗浄液を気化させてもよい。
【００３１】
ここで、光出射面または光反射面の基材表面に存在する未結合手（ダングリングボンド）がシアノ基（−ＣＮ）の結合により終端されたときの結合力は、非常に強固であり、例えば８００℃の高温下であっても安定である。従って、前述のリンス工程を経ても、前記シアノ基による結合が解かれるとは非常に考えにくい。
【００３２】
他方、光出射面等の基材表面からシアン化合物を含む溶液を除去するために使用された溶媒中には、希釈されてはいても、シアン化合物、シアノ基、またはシアン化物イオン（以下、便宜上、シアン（ＣＮ）成分と呼ぶ。）が残存する可能性がある。従って、この洗浄処理後の溶媒（いわゆるリンス廃液）をオゾンまたは紫外光照射併用オゾン中で処理することにより、リンス廃液中に残る前述のシアン成分を分解除去することが環境上好ましい。これによって、リンス廃液中にもシアン成分が残存しなくなる。
【００３３】
リンス工程の後、光半導体デバイスの光導波路における光出射面と光反射面は、反射率の制御を目的として、薄い誘電体膜により被覆される。本実施形態では、光出射面側には、無反射コーティング膜９（反射率３〜１０％）として、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）膜が発振波長（λ）の１／４程度の膜厚（約１００ｎｍ）で形成されている。また、光反射面側には、高反射膜（反射率約９５％）のアルミナ／アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）の多層膜（Ａｌ２Ｏ３／ａ−Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３／ａ−Ｓｉ）が、各λ／４程度の膜厚（１００ｎｍ／６０ｎｍ／１００ｎｍ／６０ｎｍ）で形成されている。尚、無反射コーティング膜や反射膜は実質的に光出射面または光反射面のパッシベーション膜の役割も果たしている。なぜならば、これらの膜の存在によって光出射面等が外気と直接接触しないため、外気中の水分や酸素による新たな表面準位等の発生が防止されるからである。
【００３４】
＜第２の実施形態＞
本発明の他の実施形態は、波長（λ）が６６０ｎｍであって、出力が約３００ｍＷの赤色半導体レーザである。このレーザは、例えば、ＤＶＤの再生や記録用途として用いられる。各層の組成は変わるが、構造的には図１に示される光半導体デバイスとほぼ同じである。具体的には、ｎ型ＧａＡｓ基板（ウェハ）上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ結晶のクラッド層、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＩｎＰ活性層、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ結晶のクラッド層、およびｐ型ＧａＡｓキャップ層が、順次、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法あるいは分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）法のエピタキシャル成長により積層される。このとき、ドーパントとして、ｐ型には亜鉛（Ｚｎ）又はマグネシウム（Ｍｇ）が用いられ、ｎ型にはシリコン（Ｓｉ）が用いられる。ｐ型ＧａＡｓキャップ層およびｐ型ＡｌＧａＩｎＰ結晶のクラッド層の一部はストライプ状に整形された上で、その両側に窒化珪素または酸化珪素絶縁膜が形成され、電流注入ストライプ領域を構成する。なお、活性層はＧａＡｓ井戸層をＡｌＧａＩｎＰ閉じ込め層で挟んだ量子井戸（Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）構造が採用されている。
【００３５】
本実施形態においては、光半導体デバイスの光出射面または光反射面が形成された半導体基板（ウェハ）がシアン化合物を含む溶液に浸漬される点で第１の実施形態と異なる。すなわち、本実施形態では、光出射面等が形成される際にドライエッチングプロセスが用いられるため、光出射面等が形成されてはいても完全に個々のチップにまでは分割されず、ウェハ状態のままで浸漬処理されることになる。ここで、ドライエッチング条件としては、例えば、塩素雰囲気中でアルゴンイオンを照射する、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ（ＥＣＲ）エッチング法が有効である。尚、図２に示される光半導体デバイスの製造装置は、第１の実施形態における個々に分割されたチップをウェハに置き換えれば本実施形態にも当てはまる。従って、具体的な浸漬工程の条件は第１の実施形態と同じであるため省略する。
【００３６】
また、本実施形態の光半導体デバイスは、シアン化合物を含む溶液に浸漬された後、ウェハの状態で光出射面および光反射面を覆うパッシベーション膜が形成されてる点でも、第１の実施形態と異なる。しかしながら、前述のドライエッチングによって形成されたエッチング表面またはその表面近傍の深さの場所に存在する未結合手は、シアノ基により終端されている。従って、光半導体デバイスの劣化原因である、光出射面等における発熱は抑制され、従来の光半導体デバイスと比較して信頼性または安定性が向上する。
【００３７】
＜第３の実施形態＞
また、本発明の他の実施形態は、波長（λ）が４０５ｎｍで、出力が約１００〜３００ｍＷの青紫色半導体レーザである。このレーザは、Ｂｌｕ−ｒａｙやＨＤ−ＤＶＤ等の高密度光ディスク記録再生用途として用いられる。具体的には、ｎ型ＧａＮ基板（ウェハ）上に、ｎ型ＩｎＧａＮ結晶のクラッド層、ＧａＮ／ＩｎＧａＮ結晶の活性層、ｐ型ＩｎＧａＮ結晶のクラッド層および絶縁性のＧａＮ結晶層が、順次、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）のエピタキシャル成長で積層される。このとき、ドーパントとして、ｐ型にはマグネシウム（Ｍｇ）が用いられ、ｎ型にはシリコン（Ｓｉ）が用いられる。なお、活性層はＧａＮ井戸層をＩｎＧａＮ閉じ込め層で挟んだ量子井戸（Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）構造が採用されている。
【００３８】
本実施形態においては、個々に分割されたチップがシアン化合物を含む溶液に浸漬される。図２に示される光半導体デバイスの製造装置は本実施形態にも当てはまる。従って、具体的な浸漬工程の条件は第１の実施形態と同じであるため省略する。
【００３９】
本実施形態の光半導体デバイスは、第１の実施形態と同様、シアン化合物を含む溶液に浸漬された後、光出射面および光反射面を覆うパッシベーション膜（例えば、無反射コーティング膜（反射防止膜）や反射膜）が形成されている。しかしながら、本実施形態では、さらに、そのパッシベーション膜がシアン化合物を含む溶液に浸漬される点で第１および第２の実施形態と異なる。尚、このパッシベーション膜に対する前記溶液の処理条件は、第１の実施形態に示された処理条件と必ずしも同一である必要は無い。例えば、シアン化合物の濃度や溶媒の種類は適宜選定される。
【００４０】
本実施形態では、光半導体デバイスは、パッシベーション膜を形成する前だけでなく、その形成後においても、シアン化合物を含む溶液中に浸漬される。これにより、例えばスパッタリングによりパッシベーション膜が形成される際に、不可避的に膜中に取り込まれる金属等の不純物が、シアン化物イオンとの錯体を形成することによってその溶液中に持ち出される。従って、本実施形態のパッシベーション膜の存在により、光出射面等に新たな表面準位等が発生する危険性が格段に抑えられる。また、パッシベーション膜が形成された後の光半導体デバイスの前記溶液への浸漬は、パッシベーション膜と光出射面等の基材表面との界面に存在する未結合手の終端化にも寄与しうる。
【００４１】
これまで、本発明の実施形態について具体的に説明したが、上述した実施形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。例えば、本発明の効果を発揮させるには、必ずしも光半導体デバイスがシアン化合物を含む溶液に浸漬されることを要しない。具体的には、図３に示すような光半導体デバイスの製造装置３００（便宜上、公知の光半導体デバイス保持器具は図示されていない）を用い、光半導体デバイス１０とシアン化合物を含む溶液２２を所定の容器３４に収め、その容器３４をヒーター３６により加熱することにより前記溶液２２を蒸発させてもよい。これにより、光半導体デバイス１０はその蒸気３２に曝されるため、上述の各実施形態と同じような効果が奏される。このとき、排気ポンプより適宜排気することにより、新鮮な蒸気３２が常に光半導体デバイス１０に供給される。また、図４に示すような光半導体デバイスの製造装置４００（便宜上、公知の光半導体デバイス保持器具は図示されていない）を用い、噴霧器４６により、所定の容器４４に収めた光半導体デバイス１０に対して、シアン化合物を含む溶液のミスト４２が噴射されてもよい。この場合、ミスト４２はその溶液の蒸気であってもよいが、例えば、室温程度であって、その溶液の沸点にまで達していない場合であっても、霧状に噴射されうるという点で非常に有効である。また、噴霧処理を採用すれば、使用する溶液の温度に依らずに溶液の総使用量を削減することができる。他方、蒸気を用いた処理についても、溶液中での浸漬処理と比較して溶液の使用量が抑えられる。
【００４２】
また、本発明の各実施形態では、光半導体デバイス全体が完全に処理槽のシアン化合物を含む溶液中に浸された状態のみが「浸漬」工程として示されているが、本発明における「浸漬」工程はこれに限定されない。例えば、パドル（ｐｕｄｄｌｅ）が対象となる基材表面上に形成されている場合や、その溶液が対象となる基材表面上を流れて（または、動いて）いたとしても、その表面は前記溶液により一定時間覆われているという場合も、本発明における「浸漬」に含まれる。
【００４３】
また、前述のシアン化合物を含む溶液の溶質は、非金属シアン化合物であることが好ましい。金属シアン化合物であっても、溶媒としてアルコール類を選択することにより、金属イオンは分子中に取り込まれて不活性化されるため、金属イオンの影響は極めて小さい。しかしながら、光半導体デバイスに対して悪影響を及ぼしうる要因は、可能な限り取り除かれることが好ましいことから、非金属シアン化合物の方が金属シアン化合物よりも前記溶液の溶質として相応しい。
【００４４】
また、既に述べたとおり、本実施形態で示されたシアン化合物を含む溶液による処理工程は、個別の光半導体デバイスに対してだけではなく、このデバイスの製造工程の途中に対しても有効である。例えば、光半導体装デバイスの製造過程にある結晶基板、すなわち、このデバイスを構成する絶縁膜、ドーピング領域、または配線が形成された段階であっても、上述の処理工程は有効である。従って、光半導体デバイスの光導波路の一部を構成する光出射面または光反射面、あるいはそれらを覆うパッシベーション膜が、前記溶液を用いて浸漬され、噴霧され、またはその蒸気に曝露されることにより、本発明の効果の少なくとも一つが発揮される。
【００４５】
本発明の効果が生じるメカニズムについては必ずしも明確に把握されているわけではないが、前述のシアン化合物を含む溶液を用いた処理により、光半導体デバイス表面、あるいはその近傍に存在する多くの未結合手（ダングリングボンド）が、シアノ基（−ＣＮ）の結合により終端される効果が大きいと考えられる。このシアノ基の結合は非常に強固であって、光出射面または光反射面での酸化等による変質が抑制される。その結果、これらの表面近傍における非発光部の広がりが抑制されると考えられる。また、パッシベーション膜がシアン化合物を含む溶液と接触することにより、例えばスパッタリングによりパッシベーション膜が形成される際に、不可避的に膜中に取り込まれる金属不純物が、シアン化物イオンとの錯体を形成することによってその溶液中に持ち出される効果があると考えられる。また、光出射面または光反射面上にパッシベーション膜が形成された後での前記溶液との接触であっても、この膜がシアノイオンを通さないような緻密な膜でない限り、パッシベーション膜と光出射面等の基材表面との界面に存在する未結合手の終端化にも寄与するといえる。
【００４６】
また、光半導体デバイスには、レーザ等の発光半導体デバイスだけではなく、受光半導体デバイスも含まれる。本発明は、各実施形態で示された構成および製造過程と類似する受光半導体デバイスに対しても適用される。
【００４７】
また、本発明は、各実施形態で示されたIII−Ｖ族化合物による半導体レーザ装置及びその製造方法に限らず、同様の構成を有する他の半導体、例えばII−ＶI族化合物、または、一般的な半導体デバイスと比較して未結合手の存在の影響が極めて大きい半導体ナノ粒子を用いた光半導体デバイスおよびその製造方法に対しても有効である。尚、本発明が適用される半導体ナノ粒子の例としては、ナノサイズシリコンのほか、IＶ族のＧｅ、II−ＶI族のＺｎＳｅ，ＺｎＴｅ，ＣｄＳｅ，ＣｄＴｅ，III−Ｖ族のＩｎＰ，ＧａＳｂなどがある。また、半導体ナノ粒子の粒径は特に限定されるものではないが、敢えて数値的に表現すると、平均粒径が１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。また、ナノサイズシリコンにおける表面は光出射面または光反射面となりうる。
【００４８】
また、上述の第１の実施形態の説明では、光半導体デバイス１０の反射膜では、殆どの光が反射して活性層３に戻ると述べたが、現実には一部の光は吸収され、または外部に出射する。そのため、光反射膜が形成されている端面または端面近傍の深さの場所に未結合手や不純物との結合が多数存在すると、光出射面と同様に、ここでも不要な発熱がバンドギャップの狭小化を引き起こすことになる。従って、光出射面のみならず、光反射面に対しても本発明が非常に有効である。以上、述べたとおり、本発明の精神および範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、光半導体デバイス、およびその製造方法、並びにその製造装置に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の１つの実施形態における光半導体デバイスの概略構成図である。
【図２】本発明の１つの実施形態における光半導体デバイスの製造装置である。
【図３】本発明の他の実施形態における光半導体デバイスの製造装置である。
【図４】本発明の他の実施形態における光半導体デバイスの製造装置である。
【符号の説明】
【００５１】
１            基板
２            ｎ型閉じ込め層（クラッド層）
３            活性層
４            ｐ型閉じ込め層（クラッド層）
５            キャップ層
６            絶縁膜
７            第１電極（アノード）
８            第２電極（カソード）
９            無反射コーティング膜
１０          光半導体デバイス
２２          シアン化合物を含む溶液
２６          温度調節器
３２          シアン化合物を含む溶液の蒸気
３６          ヒーター
２４          処理槽
３４，４４    容器
４２          シアン化合物を含む溶液のミスト
４６          噴霧器
２００，３００，４００      光半導体デバイスの製造装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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