(57)【要約】【課題】半導体レーザの光出射端面及び光反射端面にコーティングを施す前にプラズマイオン照射して酸化物を除去するに際し、これらの面に損傷を与えずに酸化物を除去する方法を提供する。【解決手段】自己バイアス電圧を５０Ｖ以下として発生させたプラズマイオンを照射する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に少なくとも第１クラッド層、活性層及び第２クラッド層を積層してなり、かつ光出射端面と光反射端面とにコーティング膜を有する半導体発光装置を製造するに際し、少なくとも光出射端面にコーティング膜を形成するに先立ち、該端面に５０Ｖ以下の自己バイアス電圧で発生させたプラズマイオンを照射することを特徴とする方法。
【請求項２】
交流周波数１３．５６ＭＨｚ以上で発生させたプラズマイオンを照射することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
半導体発光装置が、ＧａＡｓ、ＩｎＰ及びＧａＰより選ばれた基板上にＧａ、Ｉｎ及びＰより成る群から選ばれた少なくとも１種を含む活性層を有するものであることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【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装置の製造に関するものであり、詳しくは少なくとも光出射端面、好ましくは光出射端面と光反射端面とにプラズマイオン照射を行って酸化物を除去するに際し、これらの端面に与える損傷を少なくして酸化物を除去する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に半導体発光装置は、基板上に少なくとも化合物半導体からなる第１クラッド層、活性層及び第２クラッド層の各層を順次積層した構造を有している。通常はこれらの層に更に種々の付加的な層が積層されている。また通常は、これらの層そのものも複数の層から成っている。半導体発光装置の端面には界面準位が形成され、寿命劣化の原因となる酸化物の形成の抑制及び表面保護のために、コーティング膜が形成されている。最も一般的には、光が出射される前端面（＝光出射端面）には、光を効率よく出射するため、屈折率が小さく、かつ線膨張係数が化合物半導体層とほぼ等しくなるＡｌ２Ｏ３などのコーティング膜が形成されている。また後端面（＝光反射端面）には、光を効率よく共振させ、かつ反射率を大きくするため、Ａｌ２Ｏ３層とＳｉ層のように屈折率の小さい層と大きい層とを交互に複数積層したコーティング膜が形成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
端面にコーティング膜を形成するには、予じめ端面から酸化物などを除去することが必要であり、そのため端面にプラズマイオンを照射することが行われている。例えば特開平１０−２２３９７８号公報には、端面に２５ｅＶ以上３００ｅＶ以下のエネルギーを有するプラズマイオン照射を行うことが記載されている。プラズマイオン照射後、引続き端面にコーティング膜が形成される。
【０００４】
しかしながら、端面にプラズマイオン照射を行うと端面に損傷が生じ、端面表面の原子組成が変化する。例えばＧａ−Ｉｎ−Ｐの層の端面にプラズマイオン照射を行うと、端面表面のＰ及びＩｎが減少して、Ｐ／Ｇａ及びＩ／Ｇａの原子比が低下する。従って本発明は、端面に生ずる損傷を少なくしつつ界面準位の形成となる酸化物を除去することのできるプラズマイオン照射法を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、基板上に少なくとも第１クラッド層、活性層及び第２クラッド層を積層してなり、かつ光出射端面と光反射端面とにコーティング膜を有する半導体発光装置を製造するに際し、少なくとも光出射端面にコーティング膜を形成するに先立ち、該端面に５０Ｖ以下の自己バイアス電圧で発生させたプラズマイオンを照射することにより、端面の損傷を少なくしつつ所期のプラズマイオン照射の効果を達成することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は、基板上に少なくとも第１クラッド層、活性層及び第２クラッド層が積層された構造を有しており、かつ少なくとも光出射端面、通常は光出射端面と光反射端面とにコーティング膜を有する半導体発光装置の製造に広く適用することができる。基板としては、その上にダブルヘテロ構造の結晶を成長させることができるものであればよく、かつ導電性であるのが好ましい。例えばＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＡｌＡｓ、ＡｌＰ、ＡｌＮ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＮ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳ等のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体基板、サファイア基板、Ｓｉ基板等を用いることができる。これらのなかでもＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰなどのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板を用いるのが好ましい。なお、基板上には、第１クラッド層の形成前に基板の欠陥をその上に成長させるエピタキシャル層に持ち込まないように、通常は厚さ０．２〜２μｍ程度のバッファ層を形成しておくのが好ましい。
【０００７】
基板上には、第１クラッド層、活性層及び第２クラッド層を、この順序で形成する。これらの層の組成、構成や形成方法は、前述の特開平１０−２２３９７８号公報その他に多数発表されている。第１クラッド層はｎ型クラッド層であり、活性層よりも屈折率の小さい材料で形成される。第１クラッド層の材料としては、例えばＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＢｅＭｇＺｎＳｅ、ＭｇＺｎＳＳｅ、ＣｄＺｎＳｅＴｅなどの、ＩＩＩ−Ｖ族又はＩＩ−ＶＩ族半導体を用いることができる。なかでもＧａ、Ｉｎ又はＰのいずれかを含むもの、例えばＧａＩｎＰやＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰなどを用いるのが好ましい。この第１クラッド層のキャリア濃度は通常は１×１０１８／ｃｍ３〜２×１０２０／ｃｍ３の範囲である。この第１クラッド層は単層であってもよく、いくつかの層からなるものであってもよい。例えば、基板側がＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓＰであり、活性層側がＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる２層構造とすることができる。
【０００８】
活性層は、通常は量子井戸層を上下から光閉じ込め層で挟んだ構造の単一量子井戸構造、光閉じ込め層、量子井戸層、バリア層、量子井戸層、及び光閉じ込め層を順次積層した構造の二重量子井戸構造、さらには間にバリア層を挟んで積層された３層以上の量子井戸層とこれを挟んでその上下に積層されている光閉じ込め層を有する多重量子井戸構造などの量子井戸構造とするのが好ましい。活性層の材料としては、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮなど、Ｇａ、Ｉｎ、Ｐのいずれかを含むものを用いるのが好ましい。
【０００９】
第２クラッド層はＰ型クラッド層であり、通常は第１クラッド層よりも屈折率の小さい材料で形成される。第２クラッド層は活性層に光を閉じ込める効率を向上させるため、２層以上の層からなる構造とするのが好ましい。例えば活性層の上に第２クラッド層（１）、電流ブロック層及び第２クラッド層（２）をこの順序で形成する。第２クラッド層（１）及び第２クラッド層（２）は活性層よりも屈折率の小さい材料、例えばＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＢｅＭｇＺｎＳｅ、ＭｇＺｎＳＳｅ、ＢｅＭｇＺｎＳＳｅ、ＣｄＺｎＳｅＴｅなどの、一般的なＩＩＩ−Ｖ族半導体やＩＩ−ＶＩ族半導体で形成する。なかでもＡｌＧａＩｎＰなどのようなＧａ、Ｉｎ、Ｐのいずれかを含むものを用いるのが好ましい。第２クラッド層（１）及び第２クラッド層（２）のキャリア濃度は、通常はそれぞれ２×１０１７／ｃｍ３〜５×１０１８／ｃｍ３、及び５×１０１７／ｃｍ３〜１×１０１９／ｃｍ３の範囲である。またこれらの層の厚さは、第２クラッド層（１）が０．０１〜０．５μｍ、第２クラッド層（２）が０．５〜３．０μｍであるのが好ましい。
【００１０】
電流ブロック層は開口部を有しており、ここから活性層に電流が注入される。電流ブロック層は放熱性、劈開性、接触抵抗などの点からして半導体で形成し、かつその屈折率は第２クラッド層（２）の屈折率よりも小さくするのが好ましい。電流ブロック層の好ましい材料は、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰなどである。電流ブロック層も、屈折率、キャリア濃度、導電型などが異なる複数の層を有する構成とすることができる。例えば活性層に近い側からＰ型又は高抵抗の半導体層及びｎ型の半導体層の順に形成されている電流ブロック層とすることができる。電流ブロック層の厚さは通常は０．１〜３μｍである。なお、所望ならば第２クラッド層（１）と電流ブロック層との間に、更に表面保護層などの他の層を形成することもできる。
【００１１】
第２クラッド層の上には電極層を形成するが、通常は接触抵抗を低減させるために、両者の間に低抵抗の接触層を介在させる。接触層は通常は第２グラッド層よりもバンドギャップの小さい材料で、かつ金属電極とのオーミック性をとるために、低抵抗でかつ１×１０１８／ｃｍ３〜５×１０１９／ｃｍ３、特に５×１０１８／ｃｍ３〜２×１０１９／ｃｍ３のキャリア濃度を有する材料で形成するのが好ましい。接触層の厚さは通常は０．０１〜１０００μｍの範囲であり、０．１〜２０μｍ、特に０．５〜７μｍであるのが好ましい。第１クラッド層から接触層までの各層の形成は、有機金属気相成長法、分子線エピタキシー法、ハイドライド又はハライド気相成長法、液相成長法など公知の層形成方法を適宜選択して用いればよい。
【００１２】
電極層も公知の任意の構造とすることができるが、Ａｕ層、不純物吸収層、不純物バリア層及び表面層を順次積層した構造とするのが好ましい。Ａｕ層はＡｕのみで形成するのが好ましく、これにより飛躍的に接触抵抗を低下させることができる。Ａｕ層の厚さは１μｍ以下、特に０．８μｍ以下であるのが好ましい。不純物吸収層は、Ａｕ層に吸い上げられたＩＩＩ族元素をトラップする機能のものである。不純物吸収層には、不純物を効率よくトラップするために、Ｔｉを含有させるのが好ましい。不純物吸収層の厚さは１μｍ以下、特に０．８μｍ以下であるのが好ましい。不純物バリア層は、それ自体が表面層に拡散して不純物とならないもので、かつ後述するアロイ化工程での熱処理温度よりも融点の高いもの、例えばＰｔ、Ｍｏ、Ｔａなどで形成する。なかでもＰｔで形成するのが好ましい。不純物バリア層も１μｍ以下、特に０．８μｍ以下の厚さとするのが好ましい。表面層はボンディングが良好に行ない得るように、Ａｕを含む材料で、１０ｎｍ以上の厚さに形成する。２０ｎｍ〜１００μｍ、特に５０ｎｍ〜２０μｍの厚さとなるように形成するのが好ましい。電極層を構成するこれらの層は公知の成膜法、例えば電子ビーム蒸着、抵抗加熱蒸着などの蒸着法やスパッタリング法などにより形成することができる。また電解メッキ法、無電解メッキ法、金属溶射法などにより形成することもできる。なお、表面層の上に更にメッキ層を形成して、表面層を厚くすることにより、ボンディング性や放熱性などを向上させることもできる。メッキ層はＡｕ、Ａｇ、Ａｕ−Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｂ−Ｓｎ、Ｓｎ−Ｎｉ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈなどの導電性の良い金属で形成すればよい。その厚さは１００μｍ以下、特に２０μｍ以下であるのが好ましい。なお、基板の裏面側にも電極層を形成するが、それには基板を所望の厚さまで薄くしたのち、先ずＡｕＧｅＮｉ合金のようなｎ型化合物半導体とオーミックコンタクト可能な材料の層を設け、その上に電極を形成するのが好ましい。
【００１３】
例えば基板にＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ層を形成し、その上にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを形成する。また、電極層の形成に際してはより良好なオーミックコンタクト抵抗の実現と半導体と電極材料との接合を強化するため、アロイ化を施すのが好ましい。アロイ化の温度と時間を適切に選択することにより、高い密着性と良好なボンディング性を得ることができる。例えばＡｕ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの電極構造の場合には、２００〜６００℃、特に３００〜５００℃でアロイ化を行うのが好ましい。
【００１４】
上記により基板上に半導体層及び電極を形成したのち、半導体レーザの共振器と垂直な方向に劈開して、棒状のレーザアレイとする。このレーザアレイの光出射端面（前端面）及び光反射端面（後端面）には、プラズマイオン照射により酸化物などを除去するクリーニング処理を施したのち、コーティング膜を形成する。本発明ではこのプラズマイオン照射を５０Ｖ以下の自己バイアス電圧で発生させたプラズマイオンで行う。プラズマの発生は通常はアルゴン雰囲気で行う。本発明者は照射されるプラズマを発生させる際の自己バイアス電圧と、化合物半導体からの酸化物の除去効率及び化合物半導体に与える損傷との関係について検討した結果、プラズマを発生させる際の自己バイアス電圧が大きいほど酸化物の除去効率は良いが、同時に損傷も大きくなることを見出した。その典型的な例の一つを図１〜図３に示す。しかし、詳細に検討すると、損傷の程度はプラズマを発生させる際の自己バイアス電圧により大きく左右されるが、酸化物の除去効率はプラズマの密度にも大きく依存している。
【００１５】
従ってプラズマを発生させる際に用いる交流の周波数を高くしてプラズマの密度を高くするならば、５０Ｖ以下の自己バイアス電圧で発生させたプラズマを用いても酸化物の除去を所望の程度にまで行うことができる。プラズマを発生させる際の自己バイアス電圧は４０Ｖ以下、特に３０Ｖ以下が好ましい。しかし、あまりに低い自己バイアス電圧で発生させたプラズマでは、酸化物の除去効率が低いので、通常はプラズマを発生させる際の自己バイアス電圧は１Ｖ以上であり、２Ｖ以上であるのが好ましい。またプラズマを発生させる際の交流の周波数は１３．５６ＭＨｚ以上であるのが好ましい。交流の周波数が３０ＭＨｚ以上、特に５０ＭＨｚ以上であれば更に好ましい。プラズマイオンの照射時間は長い必要はなく、通常は３時間以下である。照射時間は１時間以下、特に３０分間以下が好ましい。照射時間が長くなると端面に生ずる損傷も大きくなる傾向があるので、短時間の照射で所望の効果をあげるようにするのが好ましい。
【００１６】
上記の方法によるプラズマイオンの照射は、通常はレーザアレイの光出射端面と光反射端面との両端面に行うが、所望ならば光出射端面だけに行うこともできる。
プラズマイオン照射により酸化物を除去したレーザアレイの光出射端面には、常法によりコーティング膜を形成する。コーティング材料としては通常はＡｌ２Ｏ３を用いるが、ＳｉＯ２、ＳｉＯ、ＳｉＮ、Ｓｉ２Ｎ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＮｘ、ＮａＦ、Ｎａ２ＡｌＦ６、ＬｉＦ、ＢａＦ２、ＭｇＦ２、ＣａＦ、ＴｈＦ４、ＬａＦ３、ＮｂＦ３、ＣｅＦ３、ＭｇＯ、ＰｂＦ２、Ｓｃ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｐｒ６Ｏ１１、Ｉｎ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＺｎＳ、ＣｅＯ２、ＴｉＯ２、ＴｉｘＯｙ、ＺｒＯ２、ＺｒＯｘ、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ３などを用いることもできる。コーティングは通常はスパッタリングにより行うが、電子ビーム蒸着法、抵抗加熱蒸着法、ＣＶＤ、ＥＣＲプラズマ法などにより行うこともできる。なお、コーティング膜の形成をスパッタリングにより行う場合には、ターゲット材のプリスパッタ時にターゲット材の表面の不純物が基板ホルダーにある試料表面に飛来して付着しないように、ターゲット材の周辺を覆うような縁付き仕切り板及び大型シャッター板を設けておくのが好ましい。こうすることによりターゲット材表面の不純物がサンプル表面に付着する量を１ａｔｍ％以下に抑制することができる。光出射端面のコーティング膜の厚さは、出射光の波長をλ、コーティング膜の屈折率をｎとした場合、λ／２ｎとするのが好ましい。例えばＡｌ２Ｏ３をコーティングする場合であれば、その屈折率ｎを１．６５とすると、コーティング膜の厚さは、出射光の波長が７８０ｎｍであれば２３６ｎｍ、波長が６５０ｎｍであれば１９６ｎｍとするのが好ましい。
【００１７】
光反射端面のコーティング膜は、レーザ光を効率よく共振させて反射させるため、屈折率の小さい層と大きい層とを交互に積層した構造とするのが好ましい。例えばＡｌ２Ｏ３のコーティングとＳｉのコーティングとを交互に反復すればよい。それぞれの層の厚さはλ／４ｎとするのが好ましい。なお、光反射端面のコーティングに用いる低屈折率材料としては、Ａｌ２Ｏ３以外にもＳｉＯ２、ＳｉＯ、ＳｉＮ、Ｓｉ２Ｎ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＮｘ、ＮａＦ、Ｎａ２ＡｌＦ６、ＬｉＦ、ＢａＦ２、ＭｇＦ２、ＣａＦ、ＴｈＦ４、ＬａＦ３、ＮｂＦ３、ＣｅＦ３、ＭｇＯ、ＰｂＦ２、Ｓｃ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｐｒ６Ｏ１１、Ｉｎ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＺｎＳ、ＣｅＯ２、ＴｉＯ２、ＴｉｘＯｙ、ＺｒＯ２、ＺｒＯｘ、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ３などを用いることもできる。また高屈折率材料としては、Ｓｉ以外にもＳｉＮ、Ｓｉ２Ｎ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＮｘ、ＴｉＯ２、ＴｉｘＯｙ、ＺｒＯ２、ＺｒＯｘ、α−Ｓｉ、ＣｅＯ２、ＺｎＳ、Ａｓ２Ｓｅ３、Ａｓ２Ｓ３などを用いることもできる。
【００１８】
コーティングが終了したならば、常法により素子を劈開してＬＤチップとし、更にボンディング工程を経て製品の半導体発光装置とする。ボンディングは通常は表面にＡｕＳｎ半田膜やＰｂＳｎ半田膜を有するキャリアにダイボンディングする。例えば表面に厚さ１〜９０μｍのＡｕ７０％、Ｓｎ３０％からなるＡｕＳｎ半田膜が塗布されているＡｌＮ製のキャリアにダイボンディングするのであれば、ＡｕとＳｎとの共晶温度よりやや高い３８０℃程度の温度で、１〜１０ｋｇ／ｃｍ２の圧力で２〜１５秒間押し付けることにより、ダイボンディングを行うことができる。なお、ダイボンディングに用いられるキャリアや半田は上記に限られるものではなく、例えばキャリアはＴ−ＣＢＮ、ＢｅＯ、ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｓｉ、ＧａＡｓなどで製作したものを用いることができ、また半田もＰｂＳｎ、ＡｕＳｉ、ＡｕＧｅなどを用いることができる。
【００１９】
キャリアにダイボンディングしたＬＤチップには、次いで常法により表面電極にワイヤボンディングを行う。ワイヤとしては公知のもの、例えばＡｕ、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｃｕ製で線径が数十μｍのものを用いればよい。例えば線径１０〜９０μｍのＡｕワイヤを用い、１０〜３００ｇの押し付け圧力で、１０ｍＷ〜８００ｍＷの超音波振動を０．０１〜０．９秒印加することにより、容易にワイヤボンディングを行うことができる。発光素子の組立ては、ジャンクションアップでもジャンクションダウンでも行うことができる。ジャンクションダウンは導電層を付与したエピタキシャル側をキャリアにダイボンディングするので、ジャンクションアップに比して発光点付近の発熱部がキャリアに近接して取り付けられており、放熱効果を向上させることができる。
【００２０】
ボンディングを終えた素子は、窒素雰囲気中でヒートシンク、光出力モニター用フォトダイオードなどと共にＣＡＮパッケージ等に封止して組み上げられる。小型化などのため、光学部品と一体として集積型光ピックアップとして組み上げられることもある。
【図面の簡単な説明】
【図１】ｎ型ＧａＡｓ基板の上に、厚さ約０．５μｍのｎ型Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ層、及び厚さ約０．５μｍのＧａ０．５２Ｉｎ０．４８Ｐ（アンドープ）層を積層したサンプルに、交流周波数１３．５６ＭＨｚで発生させたＡｒプラズマイオンを照射した場合の、プラズマ発生の際の自己バイアス電圧とサンプル表面のＰＬとの関係を示す図である。プラズマイオンの照射は、サンプルを３００℃で２時間加熱したのち、この加熱状態を維持したまま３分間行った。
【図２】ｎ型ＧａＡｓ基板の上に、厚さ約０．５μｍのｎ型Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ層、及び厚さ約０．５μｍのＧａ０．５２Ｉｎ０．４８Ｐ（アンドープ）層を積層したサンプルに、交流周波数１３．５６ＭＨｚで発生させたＡｒプラズマイオンを照射した場合の、プラズマ発生の際の自己バイアス電圧とサンプル表面の酸化状態との関係を示す図である。プラズマイオンの照射は、サンプルを３００℃で２時間加熱したのち、この加熱状態を維持したまま３分間行った。
【図３】ｎ型ＧａＡｓ基板の上に、厚さ約０．５μｍのｎ型Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ層、及び厚さ約０．５μｍのＧａ０．５２Ｉｎ０．４８Ｐ（アンドープ）層を積層したサンプルに、交流周波数１３．５６ＭＨｚで発生させたＡｒプラズマイオンを照射した場合の、プラズマ発生の際の自己バイアス電圧とサンプル表面の原子組成との関係を示す図である。プラズマイオンの照射は、サンプルを３００℃で２時間加熱したのち、この加熱状態を維持したまま３分間行った。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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