(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光半導体装置を構成する積層体と、前記積層体の光入射面または出射面に窒素イオンを照射しつつアルミニウムを蒸着するイオンアシスト蒸着によって設けられた中間膜と、前記中間膜上に窒素イオンを照射しつつアルミニウムを蒸着するイオンアシスト蒸着によって設けられた保護膜とを有する光半導体装置において、前記中間膜及び保護膜はそれぞれ窒化アルミニウムの層であって、アルミニウム成分の含有量が異なり、前記中間膜は前記保護膜の屈折率よりも大きい屈折率を有するとともに、光学的に無視できる厚みを有することを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】
前記中間膜と保護膜は、イオン源からのイオン照射量が一定で、成長レートを中間膜の方で高くすることによって形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
【請求項３】
前記中間膜と保護膜は、イオン源からのイオン照射量が前記中間膜の方で少ない状態で形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
【請求項４】
前記中間膜のアルミニウム成分の含有量は、前記保護膜のアルミニウム成分の含有量よりも大であることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
【請求項５】
前記中間膜及び保護膜は、異なる成膜条件で形成されていることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
【請求項６】
前記中間膜は３ｎｍ以下の厚みを持つことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の光半導体装置。
【請求項７】
前記中間膜は１ｎｍ以下の厚みを持つことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の光半導体装置。
【請求項８】
光半導体装置を構成する積層体の光入射面または出射面に、窒素イオンを照射しつつアルミニウムを蒸着するイオンアシスト蒸着方法を用いて第１の成長レートで窒化アルミニウムの中間膜を形成する第１の工程と、窒素イオンを照射しつつアルミニウムを蒸着するイオンアシスト蒸着方法を用いて前記第１の成長レートより低い成長レートで前記中間膜上に、該中間膜とは異なるアルミニウム成分の含有量を有する保護膜を形成する第２の工程とを有し、前記中間膜は前記保護膜の屈折率よりも大きい屈折率を有するとともに光学的に無視できる厚みを有することを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【請求項９】
光半導体装置を構成する積層体の光入射面または出射面に、窒素イオンを照射しつつアルミニウムを蒸着するイオンアシスト蒸着方法を用いて第１のイオン照射量で窒化アルミニウムの中間膜を形成する第１の工程と、窒素イオンを照射しつつアルミニウムを蒸着するイオンアシスト蒸着方法を用いて前記第１のイオン照射量よりも多いイオン照射量で前記中間膜上に、該中間膜とは異なるアルミニウム成分の含有量を有する保護膜を形成する第２の工程とを有し、前記中間膜は前記保護膜の屈折率よりも大きい屈折率を有するとともに光学的に無視できる厚みを有することを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体レーザダイオードなどの光半導体装置及びその製造方法に関し、特に半導体レーザダイードの端面に保護膜を形成する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体レーザダイオードの高出力化が進み、様々なタイプの構造が提案されている。高出力化で問題となるのが光学損傷（ＣＯＤ：Catastrophic Optical Damage）である。高いＣＯＤレベルを実現できなければ、半導体レーザダイオードの高出力化は困難である。ＣＯＤは半導体レーザダイオードの端面（へき開面）の状態と関係がある。端面に存在する不純物（例えば自然酸化膜）や格子欠陥が存在すると、この部分で光の吸収が起こり、多数の電子と正孔が発生する。そしてこれらの電子と正孔が再結合し、その際に熱を発生する。この熱により端面が損傷を受ける。
【０００３】
ＣＯＤを改善するために、従来から端面に保護膜を形成して、端面をパッシベーションすることが提案されている（例えば、特開平７−１７６８１９号公報、特開平９−６４４５３公報）。また、実際に使用されている技術として、保護膜としてアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）や二酸化シリコン（ＳｉＯ2）を電子ビーム蒸着で成長させることが行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
アルミナや二酸化シリコンはＣＯＤレベルに限界があり、更にＣＯＤレベルを向上させるためにはＡｌＮ膜が不可欠である。しかしながら、ＡｌＮを成長させる場合には、アルミニウム単体と窒素を別々に飛ばし、表面で反応生成させるため、成長時に窒素ガス及びイオンが端面を介して半導体層内に侵入し、元々の光学的に平らな界面を荒らしてしまう。荒らされた界面は光吸収層として作用するため、ＣＯＤレベルの低下をもたらすという問題があった。
【０００５】
従って、本発明は上記従来技術の問題点を解決し、保護膜の成分が光半導体装置の積層体を荒らすのを効果的に防ぎ、もってＣＯＤを改善することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は請求項１に記載のように、光半導体装置を構成する積層体と、前記積層体の光入射面または出射面に窒素イオンを照射しつつアルミニウムを蒸着するイオンアシスト蒸着によって設けられた中間膜と、前記中間膜上に窒素イオンを照射しつつアルミニウムを蒸着するイオンアシスト蒸着によって設けられた保護膜とを有する光半導体装置において、前記中間膜及び保護膜はそれぞれ窒化アルミニウムの層であって、アルミニウム成分の含有量が異なり、前記中間膜は前記保護膜の屈折率よりも大きい屈折率を有するとともに、光学的に無視できる厚みを有することを特徴とする光半導体装置である。中間膜が前記保護膜よりも大きな屈折率を持つことは、中間膜の方が多くのアルミニウムを有していることを示している。このように、保護膜よりも大きな屈折率を持つ中間膜を形成するためには、中間膜を相対的に低いイオン照射量で形成するか、又は高い成長レートで形成することになる。しかも、中間膜は光学的に無視できる厚みを有するので、短時間で形成することができる。従って、中間膜形成時のイオン衝突によって光入射面又は出射面が荒らされるのを抑制することができる。なお、中間膜及び保護膜は光を出射する面のみならず、光を受信する面に形成することもできる。
【０００８】
上記光半導体装置において例えば、前記中間膜と保護膜は、イオン源からのイオン照射量が一定で、成長レートを中間膜の方で高くすることによって形成されたものである。中間膜の成長レートが高いので、光入または出射面がイオンで荒らされるのを抑制することができる。
【０００９】
上記半導体装置において例えば、前記中間膜と保護膜は、イオン源からのイオン照射量が前記中間膜の方で少ない状態で形成されたものである。中間層のイオン照射量が少ないので、光入または出射面がイオンで荒らされるのを抑制することができる。
【００１２】
上記光半導体装置は例えば、前記中間膜のアルミニウム成分の含有量は、前記保護膜のアルミニウム成分の含有量よりも大である。
【００１３】
上記光半導体装置は例えば、前記中間膜及び保護膜は、異なる成膜条件で形成されている。保護膜と同一材料、つまり窒化アルミニウムで形成された中間膜なので、容易に製造することができる。
【００１４】
更に、上記光半導体装置において例えば、前記中間膜は３ｎｍ以下の厚み、更に好ましくは１ｎｍ以下の厚みを持つ。この値は中間膜を光学的に無視できる上限値となる。
【００１５】
また、このように中間層を薄く形成することにより、中間膜本来の機能を発揮でき、しかも短時間で光入または出射面上に形成できるので、この面に与える影響を極めて小さくすることができる。
【００１６】
また、本発明は請求項８に記載のように、半導体装置を構成する積層体の光入射面または出射面に、窒素イオンを照射しつつアルミニウムを蒸着するイオンアシスト蒸着方法を用いて第１の成長レートで窒化アルミニウムの中間膜を形成する第１の工程と、窒素イオンを照射しつつアルミニウムを蒸着するイオンアシスト蒸着方法を用いて前記第１の成長レートより低い成長レートで前記中間膜上に、該中間膜とは異なるアルミニウム成分の含有量を有する保護膜を形成する第２の工程とを有し、前記中間膜は前記保護膜の屈折率よりも大きい屈折率を有するとともに光学的に無視できる厚みを有することを特徴とする光半導体装置の製造方法である。光学的に無視できる厚みの中間膜の成長を高速で行うことで、イオンが光入または出射面に与える影響を軽減することができる。保護膜と同じ窒化アルミニウムを用いて中間膜を形成するので、製造が容易である。
【００１７】
また、本発明は請求項９に記載のように、光半導体装置を構成する積層体の光入射面または出射面に、窒素イオンを照射しつつアルミニウムを蒸着するイオンアシスト蒸着方法を用いて第１のイオン照射量で窒化アルミニウムの中間膜を形成する第１の工程と、窒素イオンを照射しつつアルミニウムを蒸着するイオンアシスト蒸着方法を用いて前記第１のイオン照射量よりも多いイオン照射量で前記中間膜上に、該中間膜とは異なるアルミニウム成分の含有量を有する保護膜を形成する第２の工程とを有し、前記中間膜は前記保護膜の屈折率よりも大きい屈折率を有するとともに光学的に無視できる厚みを有することを特徴とする光半導体装置の製造方法である。中間膜の成長を少ない照射量で行い、しかも光学的に無視できる厚さであるため、イオンが光入または出射面に与える影響を軽減することができる。保護膜と同じ窒化アルミニウムを用いて中間膜を形成するので、製造が容易である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
図１（Ａ）は半導体レーザダイオードの一構成例を示す図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示す半導体レーザダイオードに本発明による保護膜を形成した半導体レーザダイオードを示す図である。図１（Ａ）に示す半導体レーザダイオードは、ＧａＡｓ基板１１、Ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２、ＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ−Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）活性層１３、Ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層１４、ＡｌＧａＩｎＰ電流狭窄層１５、Ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層１６、Ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１７を有する。ＡｌＧａＩｎＰ電流狭窄層１５は、Ｐ型不純物とＮ型不純物の両方を含有する。ＡｌＧａＩｎＰ電流狭窄層１５斜面と平面とでは、不純物の活性化率に違いがあるため、平面ではＮ型、斜面ではＰ型を呈する。
【００２５】
このような半導体レーザダイオードに、図１（Ｂ）に示すように中間膜２０と保護膜２１を形成する。中間膜２０は半導体レーザダイードの端面（へき開面）上に形成され、保護膜２１は中間膜２０の上に形成されている。中間膜２０は保護膜２１を形成する際に、イオンが端面を荒らすのを防止する機能を持つ。本発明では、イオンアシスト蒸着方法を用いてＡｌＮの保護膜２１を形成する。その際、窒素イオンでレーザダイードの表面が損傷を受ける。損傷を受けた部分には微小な凹凸（クレータ）が生じ、これが光を吸収することでＣＯＤを劣化させる。
【００２６】
以上の点を考慮して、本発明では界面と保護膜２１との間に中間膜２０を設けている。中間膜２０は窒素を含まない膜であってもよい。例えば、シリコン（Ｓｉ）、酸化シリコン（ＳｉＯ2）や酸化チタニウム（ＴｉＯ2）の膜を中間膜２０とする。勿論、これでは異なる成膜プロセスを準備しなければならない。
【００２７】
そこで、本発明は製造プロセスを考慮して、中間膜２０も保護膜２１と同じ材料で形成し、中間膜２０に上記作用、効果を持たせるように工夫した。同じＡｌＮで中間膜２０と保護膜２１を成長させることで、一つの製造装置を用いることができる。この際、何らかの処置を施さないと、中間膜２０を形成する際に、半導体表面を損傷してしまう。
【００２８】
本発明は、中間膜２０を保護膜２１と同じＡｌＮで形成する場合に、中間膜２０が保護膜２１よりも大きな屈折率を持つようにした。例えば、保護膜２１の屈折率が２．０７とすると、中間膜２０の屈折率はこれよりも大きな値、例えば２．０８である。ＡｌＮの中間膜２０がＡｌＮの保護膜２１よりも大きな屈折率を持つことは、Ａｌ成分の含有量は中間膜２０のほうが保護膜２１よりも多いことを意味している。そして、ＡｌＮの成長にイオンアシスト蒸着方法を用いる。イオンアシスト蒸着方法で中間膜２０と保護膜２１を形成する場合、例えば成長レートやイオン照射量を変えることで、異なる屈折率の中間膜２０と保護膜２１とを比較的容易に形成することができる。具体的には、中間膜２０の形成を高い成長レート（蒸着レート）で行い、保護膜２１をこれよりも低い成長レートで行う。成長レートが高いとＡｌＮの膜は高い屈折率を持つ膜となる。また、高い成長レートで行うことは、レーザダイードが窒素イオンに曝される時間が短いことをと意味している。従って、レーザダイオードの端面は窒素イオンに曝され難くなり、損傷を受け難くなる。これにより、ＣＯＤの劣化を防止できる。このようにして、ＡｌＮの中間膜２０を成長させた後に、ＡｌＮの保護膜２１を成長させる。このときには既に中間膜２０が形成されているので、端面は窒素イオンから保護されている。また、中間膜２０の成膜の窒素イオン照射量を、保護膜２１の成膜時よりも少なくすることでも良い。
【００２９】
中間膜２０は３ｎｍ以下の厚みを持つことが好ましく、より好ましくは１ｎｍ以下の厚みを持つ。３ｎｍの厚みは、光学的に無視できる厚みである。中間膜２０の膜厚の下限は、保護膜２１の窒素の侵入を阻止するという所期の機能を果たせる程度にする必要がある。この点は、半導体層のＡｌの含有量など様々な条件で異なるので、一意に値を特性することはできない。
【００３０】
図２は、イオンアシスト蒸着装置を模式的に示す図である。イオンアシスト蒸着装置は、チャンバ３１、イオン銃３２、蒸着源３３、ホルダ３４を有する。ホルダ３４には、ウェハからバー状に切り出された半導体基板（複数の半導体レーザダイオードチップ３５を個片に切り出す前の状態）が、複数枚保持されている。以下、ホルダに支持される半導体基板を試料３５という。イオン銃３２はＮイオンを試料３５に照射する。蒸着源３３はアルミニウムであり、試料３５に向けて蒸発する。
【００３１】
このような装置を用いて、中間膜２０と保護膜２１を次の通り成長させる。例えば、蒸着源３３に加える電子ビーム電流を６０ｍＡとし、イオン銃３２に６０ｍＡを加えてＡｌと窒素イオンを同時に２０秒間飛ばす。次に、蒸着源３３の電子ビーム電流を５７ｍＡにして蒸着レートを下げ、約３０分間蒸着を行う。このようにして、屈折率が２．０８以上のＡｌＮ中間膜２０及び屈折率が２．０７のＡｌＮ保護膜２１を形成することができる。これにより、３ｎｍの中間層２０と、６０ｎｍの保護膜２１を形成した。
【００３２】
以上、本発明の一実施形態を説明した。なお、上記製造方法とは異なる方法で中間膜２０と保護膜２１を半導体レーザダイオードの端面に形成することができる。例えば、半導体装置を構成する積層体の端面に、イオン照射をすることなく中間膜２０を形成する第１の工程と、イオンアシスト蒸着方法を用いて中間膜２０上に保護膜２１を形成する方法である。第１の工程は例えば真空蒸着やＣＶＤなどで行える。また、半導体装置を構成する積層体の端面に、窒素を含まない中間膜２０を形成する第１の工程と、中間膜２０上に窒素を含む保護膜２１を形成する製造方法である。第１の工程は、例えばＳｉＯ2やＴｉＯ2などの膜をＣＶＤなどで形成するものである。また、第２の工程はイオンアシスト蒸着方法又は真空蒸着などである。
【００３３】
以上、本発明の実施形態を説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、他の様々な実施の形態を含むものである。例えば、本発明は上記タイプの半導体レーザダイオード以外の様々な半導体レーザダイオードを含むものである。また、本発明は半導体レーザダイオード以外の光半導体素子及びその製造方法を含むものである。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、保護膜の成分が光半導体装置の積層体を荒らすのを効果的に防ぎ、もってＣＯＤを改善することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の半導体レーザダイオードを説明するための図である。
【図２】本発明の一実施形態の半導体製造方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１１    ＧａＡｓ基板
１２    Ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１３    ＭＱＷ活性層
１４    Ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層
１５    ＡｌＧａＩｎＰ電流狭窄層１５斜
１６    Ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層
１７    Ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
【図１】
0003770386.tif 000002
【図２】
0003770386.tif 000003