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JP2008066349A - Optical semiconductor device and method and apparatus of manufacturing the same - Google Patents

Optical semiconductor device and method and apparatus of manufacturing the same Download PDF

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JP2008066349A
JP2008066349A JP2006239646A JP2006239646A JP2008066349A JP 2008066349 A JP2008066349 A JP 2008066349A JP 2006239646 A JP2006239646 A JP 2006239646A JP 2006239646 A JP2006239646 A JP 2006239646A JP 2008066349 A JP2008066349 A JP 2008066349A
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optical semiconductor
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light emitting
light
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JP2006239646A
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Japanese (ja)
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Hikari Kobayashi
光 小林
Yuichi Shimizu
裕一 清水
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Osaka University NUC
Original Assignee
Osaka University NUC
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the performance of a semiconductor device by reducing uncoupled hands existing on the surface of a substrate such as a light emitting face or the like in the optical semiconductor device. <P>SOLUTION: The optical semiconductor device 10 wherein a light emitting face or a light reflecting face as a typical cleavage face is formed is immersed in a solution containing a cyano compound, sprayed therewith, or exposed to its steam, so that uncoupled hands existing on the surface of the light emitting face or the like are terminated by bondage to a cyano group (-CN). Thus, degradation owing to the oxidization of the active light emitting face or the light reflecting face or the expansion of a non-light emitting part adjacent therewith is prevented. As a result, the optical semiconductor device superior in reliability can be obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&amp;INPIT

Description

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。   The present invention relates to an optical semiconductor device that uses an optical mirror surface such as a semiconductor laser, a manufacturing method thereof, and a manufacturing apparatus thereof.

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。   A semiconductor laser is a solid optical semiconductor device that emits light by stimulated emission by supplying forward current to a pn junction and recombination of injected electrons and holes. This device, also called a laser diode (LD), is an optical device for inputting (writing) data to a recording medium of an information device such as a compact disc (CD) device or DVD device, or for outputting (reading) the data. Used as a light source for the means. In addition, this apparatus is widely used as an optical excitation light source for a solid-state laser, a signal source used for optical fiber communication, or an excitation light source for a fiber amplifier, for example.

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。   This type of semiconductor laser has a double hetero structure in which both sides of the active layer where the carriers recombine are sandwiched between confinement layers (called cladding layers) because the light emission efficiency is improved by simultaneously confining the carriers and confining the light. Is adopted. Laser oscillation starts when the supply current is increased and reaches a certain current value (referred to as a threshold current). As the material, for example, a semiconductor such as a III-V group compound is used. Specifically, the InGaAsP system is used for oscillation wavelengths of 1250 to 1700 nm, the GaN system and AlGaInP system are used for oscillation wavelengths of 400 nm and 600 nm bands, and the oscillation wavelength of 770 nm to 860 nm band, respectively. AlGaAs and InGaAs materials are used.

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。   Light propagates and is emitted along an optical waveguide formed by an active layer sandwiched between clad layers on both sides (a pair) of the heterostructure. Here, the end surface of the optical waveguide needs to be a mirror surface having a reflection function so as to promote confinement and amplification of light generated inside. Therefore, in order to obtain the mirror surface, an end face obtained by cleaving a crystal, that is, a cleaved surface is generally used. On the surface of the substrate that forms the light emitting surface or light reflecting surface typified by this cleaved surface, there are dangling bonds of atoms, oxygen, hydrogen, or other metals such as dangling bonds. Elements are bonded. These bonds with dangling bonds and impurities such as metals generate surface levels (including interface levels generated at the interface with the passivation film, hereinafter referred to as surface levels). Then, due to such surface states, light absorption and leakage current increase, and heat is generated. This heat generation causes a positive feedback phenomenon in which the band gap of the active layer is narrowed and the absorption and the like are further increased, resulting in problems such as saturation of light output and reduction of light output.

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。   Several solutions have been proposed for such technical problems. For example, by changing the crystal composition of the end face of the optical waveguide, a technique for expanding the band gap of the semiconductor rather than the light emission energy inside the semiconductor crystal has been proposed as a means for preventing laser light absorption at the end face (for example, , See Patent Document 1). There is also a technique for protecting the end face by forming a dielectric coating film for controlling the reflectance (a low-reflection (antireflection) film on the front side and a high-reflection film on the rear side) at the end portion of the optical waveguide ( For example, see Patent Document 2). However, the formation of the protective film sometimes deteriorates the performance of the reflective film because impurities enter the film over time even during or after the formation of the film. Therefore, it is difficult to make full use of the effect.

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。   None of the above-described techniques does not reduce or eliminate the bond itself with an unbonded hand or an impurity such as a metal present on the substrate surface of the light emitting surface or the light reflecting surface typified by a cleavage plane. In other words, it can be said that conventionally, the problem such as the unbonded hand is not directly solved but the performance is improved by using another solution means.

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。   By the way, the above-mentioned problem similarly occurs for the surface emitting laser element. Specifically, when a semiconductor multilayer film reflecting mirror in which compound semiconductors of different compositions are alternately stacked is used as a light reflecting mirror, an interface state is formed on the surface of the substrate that becomes the light emitting surface or the light reflecting surface. This is because heat is generated due to absorption of laser light.

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。   Moreover, the above-described problem is particularly serious for compound semiconductors. This is because when the base material is silicon, so-called hydrogen annealing treatment may be effective in order to reduce surface states and the like, but this hydrogen annealing treatment cannot be applied to compound semiconductors. Specifically, when hydrogen annealing treatment is performed on an optical semiconductor device made of a compound semiconductor, hydrogen enters the inside of the crystal. For example, the hydrogen is activated by zinc (Zn) or magnesium (Mg) added to the active layer. The function of the conductive layer may be lowered by inactivating the activating dopant. Therefore, this hydrogen annealing process cannot be applied to compound semiconductors.

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。
特開昭57−149787号公報 特開平5−37009号公報 特開平10−74753号公報 特開2001−15772号公報 特開2001−189484号公報 特開2004−75490号公報 特開2004−342723号公報 特開2005−33038号公報 特開2005−39198号公報
On the other hand, one of the inventors of the present invention has proposed a technique for reducing the interface state density of the insulating film-semiconductor interface by exposing cyano ions mainly to a silicon device having a MIS structure (for example, And Patent Document 3). However, no process technology has been proposed that focuses on the particularity of the light emitting surface or light reflecting surface of the optical semiconductor device described below.
JP-A-57-149787 JP-A-5-37009 Japanese Patent Laid-Open No. 10-74753 JP 2001-15772 A JP 2001-189484 A JP 2004-75490 A JP 2004-342723 A JP 2005-33038 A JP 2005-39198 A

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。   As described above, in the manufacturing process of the optical semiconductor device, it can be said that the occurrence of bonds with impurities such as unbonded hands or metals on the surface of the base material is inevitable. A means to improve is strongly desired.

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。   The present invention solves such a technical problem and contributes to the improvement of the stability and reliability of the optical semiconductor device, that is, the improvement of the light output and the suppression of the deterioration. First, the inventors have proposed that various techniques related to the light emission surface or the light reflection surface are not intended to directly reduce a large number of interface states generated on the substrate surface. We paid attention to the fact that it was developed on the premise of existence. Specifically, technologies to deal with the heat generated by the absorption of laser light due to the presence of the interface states and technologies to alleviate the narrowing of the band gap due to heat or reduce the effect of the narrowing have been developed so far. It has been done. Accordingly, if the inventors can reduce the interface state at or near the substrate surface serving as the light emission surface or the light reflection surface, which is the fundamental cause, the technology developed so far will be used. We thought that the performance improvement of the optical semiconductor device could be achieved with almost no dependence. The present invention was created based on such a viewpoint.

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。   In one optical semiconductor device of the present invention, the surface of the base material serving as a light emitting surface or a light reflecting surface is mainly terminated by bonding of cyano groups.

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。   Thereby, deterioration with time of the optical semiconductor device is suppressed, and the reliability or stability is improved. In addition, the light output is improved by appropriately selecting the device structure. Specifically, in the conventional device manufacturing process, there are bonds with many unbonded hands and impurities such as metals on the surface of the base material which becomes the light emitting surface or the light reflecting surface or in the vicinity thereof. These are terminated by a cyano group or are replaced by a cyano group, whereby deterioration is suppressed. Note that “mainly” means that not all the bonds with dangling bonds or impurities are terminated by the bond of the cyano group. This meaning is not particularly limited by numerical values. In addition, the termination by bonding of this cyano group (—CN) is particularly the case where the light emission surface or the light reflection surface is a crystal cleavage surface, a surface formed by etching, or a general semiconductor. The effect is increased when the surface is a special surface such as a semiconductor nanoparticle (for example, nano-sized silicon) that is greatly influenced by the presence of dangling bonds as compared with the device.

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。   Further, in one method of manufacturing an optical semiconductor device according to the present invention, the substrate surface serving as a light emitting surface or a light reflecting surface is immersed in a solution containing a cyanide compound, sprayed with the solution, or vaporized from the solution. It has a process to be exposed.

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。   Thereby, the region bonded to the dangling bonds or impurities such as metal on the surface of the base material serving as the light emitting surface or the light reflecting surface is terminated by the bond of the cyano group (—CN). As a result, deterioration over time of the optical semiconductor device is suppressed, and an improvement in reliability or stability is achieved. In addition, the light output is improved by appropriately selecting the device structure. If the spray treatment is employed, the total amount of solution used can be reduced regardless of the temperature of the solution used. In addition, for the treatment using steam, it is possible to reduce the amount of the solution used as compared with the immersion in the solution.

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。   Also, in one optical semiconductor device manufacturing apparatus according to the present invention, the substrate surface serving as the light emitting surface or the light reflecting surface is immersed in a solution containing a cyanide compound, sprayed with the solution, or vapor of the solution. Has means to be exposed.

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。   By this apparatus, the region bonded to the dangling bonds or impurities such as metal on the base material surface that becomes the light emitting surface or the light reflecting surface of the optical semiconductor device is terminated by bonding of the cyano group. As a result, the manufactured optical semiconductor device is less likely to deteriorate with time, and the reliability or stability is improved. In addition, the light output is improved by appropriately selecting the device structure.

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。   According to the optical semiconductor device and the method of manufacturing an optical semiconductor device of the present invention, deterioration with time is suppressed, and reliability or stability is improved. In addition, the light output is improved by appropriately selecting the device structure. In addition, according to the optical semiconductor device manufacturing apparatus of the present invention, a dangling bond on the surface of the base material serving as a light emitting surface or a light reflecting surface is present, or a cyano group is bonded to a region bonded to an impurity such as a metal. Termination by group bonding is possible. As a result, a high-performance optical semiconductor device as described above can be manufactured.

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。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this description, common parts are denoted by common reference symbols throughout the drawings.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the optical semiconductor device of the present embodiment. A structure in which an n-type confinement layer (cladding layer) 2, an active layer 3 and a p-type confinement layer (cladding layer) 4 are sequentially disposed on an n-type substrate 1, and the active layer 3 is sandwiched between the clad layers 2 and 4. have. A p-type cap layer 5 shaped in a stripe shape and an insulating film 6 covering the p-type clad layer 4 and the p-type cap layer 5 are formed on the p-type clad layer 4. Further, a first electrode (anode) 7 is formed on the insulating layer 6, and a second electrode (cathode) 8 is formed on the bottom surface of the n-type substrate 1. In the optical semiconductor device 10 of this embodiment, by applying a voltage between the electrodes 7 and 8 and supplying a current, the light generated in the active layer 3 propagates along the active layer between the cladding layers, Laser light is emitted in the direction of the arrow in FIG. 1, with one (front surface) end face on which the antireflective coating film 9 (shown as a broken line and transparent in FIG. 1) is formed as a light exit surface. At this time, since the light reflecting film composed of the highly reflective coating film is formed on the other end face (rear surface, which cannot be seen due to the blind spot in FIG. 1), most of the light is reflected on the active layer. It will return to 3. As a result, the laser light is amplified.

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。   Next, a method for manufacturing the optical semiconductor device of this embodiment will be described.

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。   This embodiment is a semiconductor laser having a wavelength (λ) of 780 nm. In this embodiment, an active layer having a quantum well structure in which an n-type AlGaAs crystal cladding layer and a GaAs well layer are sandwiched by AlGaAs barrier layers on an n-type GaAs substrate (wafer) having a crystal plane orientation <100>. , A p-type AlGaAs crystal cladding layer, and a p-type GaAs cap layer are sequentially stacked by metal organic vapor deposition (MOCVD) method or molecular beam epitaxy (MBE) epitaxial growth. Is done. At this time, as the dopant, zinc (Zn) is used for the p-type, and silicon (Si) is used for the n-type. A part of the p-type GaAs cap layer and the p-type AlGaAs crystal cladding layer is shaped into a stripe shape, and a silicon nitride or silicon oxide insulating film is formed on both sides thereof to constitute a current injection stripe region. As for the electrode, the anode side (first electrode) 7 is composed of a double layer metal of TiPtAu (contact side) / Au on the striped p-type GaAs layer and the insulating film, and the cathode side (second electrode) 8 is The entire bottom surface of the substrate is made of AuGeNi (contact side) / Au double-layer metal. Both electrodes 7 and 8 are formed by a metal vapor deposition method.

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。   Next, a method for separating an optical semiconductor device will be described. First, a structure in which the above-described various layers are simply laminated is divided into rods by a scribing method or a cleavage method so that an end surface perpendicular to the stripe direction becomes a cleavage surface. The lengths at this time are approximately 300 to 2500 μm (this length becomes the element length or the laser cavity length). Subsequently, a low-reflection and high-reflection coating film is formed on the cleavage plane that becomes the light emitting surface and the light reflecting surface. Thereafter, the rod-shaped structure is cut into chips by cutting the current injection stripe so that it is located at the center. This is one optical semiconductor device 10 shown in FIG. Here, it is divided so that the element width is approximately 200 to 300 μm.

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。   In the present embodiment, the individually divided chips are immersed in a solution containing a cyanide compound. FIG. 2 is an explanatory diagram of the optical semiconductor device manufacturing apparatus of the present embodiment. Using the optical semiconductor device manufacturing apparatus 200 as shown in the figure, the optical semiconductor device 10 described above is immersed in a solution 22 containing a cyanide compound. Specifically, the optical semiconductor device 10 held by a known holding tool (not shown) for convenience is immersed in the solution 22 filled in the treatment tank 24. Here, the solution containing the cyanide compound is prepared by dissolving 0.01 mol of hydrogen cyanide (HCN) in pure water, and is preferably adjusted to pH 7 or more and 10 or less. The temperature of the solution 22 is adjusted to 20 ° C. to 30 ° C. by an insertion type temperature controller 26. The effect of the present invention is sufficiently exhibited even at a low temperature of 60 ° C. or lower.

ここで、溶媒中に、例えばシアン化水素(HCN)、ジシアン((CN))、シアン化アンモニウム(NHCN)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。 Here, in the solvent, for example, non-metal cyanide such as hydrogen cyanide (HCN), dicyan ((CN) 2 ), ammonium cyanide (NH 4 CN), or potassium cyanide (KCN), sodium cyanide (NaCN), cyanide. The same effect as that of the present invention can be obtained even with a solution containing one metal cyanide compound such as rubidium iodide (RbCN) or cesium cyanide (CsCN) as a solute.

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。   As the medium, pure water capable of dissolving the above-mentioned solute or a solution mainly composed of hydrophilic alcohol is used. For example, alcohols such as methanol (methyl alcohol), ethanol (ethyl alcohol) and propanol (propyl alcohol, particularly isopropyl alcohol) are suitable. In addition to these alcohols, ketones such as acetone, nitriles such as acetonitrile, aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene, ethers such as carbon tetrachloride, tetrahydrofuran and dioxane, hexane and pentane, etc. Aliphatic alkanes, or a mixture thereof may be used.

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。   Note that etching of the substrate is prevented by using hydrophilic alcohol as the medium. When water is added to the medium, water molecules act as a solvate for cyanide or cyanide ions in the solution and suppress the activity of the cyanide or cyanide ions.

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(CHOK)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。 Further, by using a hydrophilic alcohol such as methanol as a medium, potassium ions (K + ) are inactive (CH 3 OK) even if the solute is a metal cyanide such as potassium cyanide (KCN). Is incorporated into the molecule as Therefore, since this potassium is removed together with the cyanide solution, the possibility of metal contamination on the optical semiconductor device is low.

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。   Further, instead of performing the dipping step after forming the chip to the final stage as in this embodiment, even if the step of dipping in the solution containing the cyanide compound immediately after being divided into the above-described rod shape is adopted, The effect is not impaired. At this stage of the rod-like structure, a plurality of chips can be immersed in the solution at one time. Therefore, it can be said that it is more advantageous to adopt this method from the viewpoint of process efficiency.

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。   Next, the rinsing step and the waste liquid treatment after the treatment with the solution containing the cyanide compound according to the present embodiment will be described. The effect of the present invention is further exhibited by performing the rinse treatment after the treatment with the solution containing the cyanide compound.

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。   This rinsing step is performed in order to completely remove the cyanide-containing solution from the light emitting surface or light reflecting surface of the optical semiconductor device. The optical semiconductor device 10 taken out from the solution containing the cyanide compound is washed away using only a solvent (for example, alcohols such as methanol). Since the amount of the solution remaining on the substrate surface, such as light emission, is small, it is easily cleaned by spraying the solvent as a cleaning liquid. This rinsing step may be performed in a plurality of stages using the cleaning liquid. Thereafter, if necessary, the optical semiconductor device 10 may be dried to vaporize the cleaning liquid adhering to the surface.

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。   Here, the bonding force when the dangling bonds existing on the substrate surface of the light emitting surface or the light reflecting surface are terminated by the bond of the cyano group (-CN) is very strong, For example, it is stable even at a high temperature of 800 ° C. Therefore, it is very unlikely that the bond due to the cyano group is released even after the rinsing step described above.

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。   On the other hand, in the solvent used to remove the cyanide-containing solution from the substrate surface such as the light exit surface, even if diluted, the cyanide compound, cyano group, or cyanide ion (hereinafter, for convenience) , Referred to as a cyan (CN) component) may remain. Therefore, it is environmentally preferable to decompose and remove the above-mentioned cyan component remaining in the rinse waste liquid by treating the solvent (so-called rinse waste liquid) after the cleaning treatment in ozone or ozone combined with ultraviolet light irradiation. As a result, no cyan component remains in the rinse waste liquid.

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(Al)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(Al/a−Si/Al/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。 After the rinsing step, the light emitting surface and the light reflecting surface in the optical waveguide of the optical semiconductor device are covered with a thin dielectric film for the purpose of controlling the reflectance. In this embodiment, an alumina (Al 2 O 3 ) film as a non-reflective coating film 9 (reflectance 3 to 10%) is formed on the light emitting surface side with a film thickness (about ¼ of the oscillation wavelength (λ) ( About 100 nm). On the light reflecting surface side, a multilayer film (Al 2 O 3 / a-Si / Al 2 O 3 / a-Si) of alumina / amorphous silicon (a-Si) with a high reflection film (reflectance of about 95%) is provided. ) With a thickness of about λ / 4 (100 nm / 60 nm / 100 nm / 60 nm). Note that the non-reflective coating film and the reflective film substantially serve as a passivation film for the light emitting surface or the light reflecting surface. This is because the presence of these films prevents the light exit surface or the like from coming into direct contact with the outside air, thereby preventing the generation of new surface levels due to moisture or oxygen in the outside air.

<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。
<Second Embodiment>
Another embodiment of the present invention is a red semiconductor laser having a wavelength (λ) of 660 nm and an output of about 300 mW. This laser is used for DVD reproduction and recording applications, for example. Although the composition of each layer varies, it is structurally almost the same as the optical semiconductor device shown in FIG. Specifically, an n-type AlGaInP crystal cladding layer, a GaAs / AlGaInP active layer, a p-type AlGaInP crystal cladding layer, and a p-type GaAs cap layer are sequentially formed on an n-type GaAs substrate (wafer). The layers are stacked by phase growth (MOCVD) or molecular beam epitaxy (MBE) epitaxial growth. At this time, as the dopant, zinc (Zn) or magnesium (Mg) is used for the p-type, and silicon (Si) is used for the n-type. Part of the p-type GaAs cap layer and the cladding layer of the p-type AlGaInP crystal is shaped into a stripe shape, and a silicon nitride or silicon oxide insulating film is formed on both sides thereof to constitute a current injection stripe region. The active layer employs a quantum well structure in which a GaAs well layer is sandwiched between AlGaInP confinement layers.

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。   This embodiment is different from the first embodiment in that a semiconductor substrate (wafer) on which a light emitting surface or a light reflecting surface of an optical semiconductor device is formed is immersed in a solution containing a cyanide compound. That is, in this embodiment, since a dry etching process is used when the light emission surface or the like is formed, even if the light emission surface or the like is formed, it is not completely divided into individual chips, and the wafer state It will be immersed in the state. Here, as dry etching conditions, for example, an electron cyclotron resonance (ECR) etching method in which argon ions are irradiated in a chlorine atmosphere is effective. Note that the optical semiconductor device manufacturing apparatus shown in FIG. 2 is applicable to this embodiment as long as the individually divided chips in the first embodiment are replaced with wafers. Therefore, the specific conditions for the dipping process are the same as those in the first embodiment, and will be omitted.

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。   The optical semiconductor device according to the present embodiment is also different from the first embodiment in that a passivation film that covers the light emitting surface and the light reflecting surface in a wafer state is formed after being immersed in a solution containing a cyanide compound. Different. However, the dangling bonds existing at the etching surface formed by the above-described dry etching or at a depth in the vicinity of the surface are terminated by a cyano group. Therefore, heat generation on the light emitting surface or the like, which is a cause of deterioration of the optical semiconductor device, is suppressed, and reliability or stability is improved as compared with the conventional optical semiconductor device.

<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。
<Third Embodiment>
Another embodiment of the present invention is a blue-violet semiconductor laser having a wavelength (λ) of 405 nm and an output of about 100 to 300 mW. This laser is used for recording and reproducing high-density optical disks such as Blu-ray and HD-DVD. Specifically, an n-type InGaN crystal cladding layer, a GaN / InGaN crystal active layer, a p-type InGaN crystal cladding layer, and an insulating GaN crystal layer are sequentially formed on an n-type GaN substrate (wafer). The layers are stacked by epitaxial growth of metal vapor deposition (MOCVD). At this time, magnesium (Mg) is used for the p-type and silicon (Si) is used for the n-type as the dopant. The active layer has a quantum well structure in which a GaN well layer is sandwiched between InGaN confinement layers.

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。   In the present embodiment, the individually divided chips are immersed in a solution containing a cyanide compound. The optical semiconductor device manufacturing apparatus shown in FIG. 2 also applies to this embodiment. Therefore, the specific conditions for the dipping process are the same as those in the first embodiment, and will be omitted.

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。   As in the first embodiment, the optical semiconductor device according to the present embodiment is a passivation film (for example, a non-reflective coating film (antireflection film) that covers the light emitting surface and the light reflecting surface after being immersed in a solution containing a cyanide compound. ) And a reflective film) are formed. However, this embodiment is further different from the first and second embodiments in that the passivation film is immersed in a solution containing a cyanide compound. Note that the processing conditions of the solution for the passivation film are not necessarily the same as the processing conditions shown in the first embodiment. For example, the concentration of the cyanide compound and the type of solvent are appropriately selected.

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。   In this embodiment, the optical semiconductor device is immersed in a solution containing a cyanide not only before the formation of the passivation film but also after the formation. Thus, for example, when a passivation film is formed by sputtering, impurities such as metals that are inevitably taken into the film are taken out into the solution by forming a complex with cyanide ions. Therefore, the presence of the passivation film according to the present embodiment can significantly reduce the risk that a new surface level or the like is generated on the light exit surface or the like. In addition, the immersion of the optical semiconductor device in the solution after the formation of the passivation film can also contribute to the termination of unbonded hands existing at the interface between the passivation film and the substrate surface such as the light exit surface.

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。   Although the embodiments of the present invention have been specifically described so far, the above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention. For example, in order to exert the effect of the present invention, the optical semiconductor device does not necessarily need to be immersed in a solution containing a cyanide compound. Specifically, an optical semiconductor device manufacturing apparatus 300 as shown in FIG. 3 (for the sake of convenience, a known optical semiconductor device holding fixture is not shown) is used, and the optical semiconductor device 10 and a solution 22 containing a cyanide compound are predetermined. The solution 22 may be evaporated by storing in the container 34 and heating the container 34 with a heater 36. Thereby, since the optical semiconductor device 10 is exposed to the vapor 32, the same effect as the above-described embodiments is exhibited. At this time, fresh steam 32 is always supplied to the optical semiconductor device 10 by appropriately exhausting from the exhaust pump. Further, using an optical semiconductor device manufacturing apparatus 400 as shown in FIG. 4 (a known optical semiconductor device holding fixture is not shown for convenience), an optical semiconductor device 10 contained in a predetermined container 44 is formed by a sprayer 46. On the other hand, a mist 42 of a solution containing a cyanide may be jetted. In this case, the mist 42 may be the vapor of the solution. For example, even if the mist 42 is about room temperature and does not reach the boiling point of the solution, the mist 42 can be sprayed in the form of a mist. It is effective for. Moreover, if the spray process is employed, the total amount of solution used can be reduced regardless of the temperature of the solution used. On the other hand, the amount of the solution used can be suppressed in the treatment using steam as compared with the immersion treatment in the solution.

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。   In each embodiment of the present invention, only the state in which the entire optical semiconductor device is completely immersed in the solution containing the cyanide compound in the treatment tank is shown as the “immersion” step. The process is not limited to this. For example, even if a paddle is formed on the target substrate surface, or even if the solution flows (or moves) on the target substrate surface, the surface is Is also covered by “immersion” in the present invention.

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。   The solute of the solution containing the cyan compound is preferably a non-metallic cyan compound. Even in the case of a metal cyanide compound, the influence of the metal ion is extremely small because the metal ion is taken into the molecule and inactivated by selecting an alcohol as a solvent. However, since it is preferable to remove factors that may adversely affect the optical semiconductor device as much as possible, the non-metallic cyan compound is more suitable as the solute of the solution than the metallic cyan compound.

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。   Further, as already described, the treatment process with the solution containing the cyanide compound shown in the present embodiment is effective not only for individual optical semiconductor devices but also during the manufacturing process of the devices. . For example, the above-described processing steps are effective even at the stage where a crystal substrate in the process of manufacturing an optical semiconductor device, that is, an insulating film, a doping region, or a wiring constituting this device is formed. Accordingly, the light emitting surface or the light reflecting surface constituting a part of the optical waveguide of the optical semiconductor device, or the passivation film covering them is immersed, sprayed, or exposed to the vapor using the solution. At least one of the effects of the present invention is exhibited.

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。   Although the mechanism of the effect of the present invention is not necessarily clearly understood, many unbonded hands existing on the surface of the optical semiconductor device or in the vicinity thereof by the treatment using the solution containing the cyanide compound described above. It is considered that (dangling bond) has a large effect of being terminated by a bond of a cyano group (—CN). The bond of the cyano group is very strong, and alteration due to oxidation or the like on the light emitting surface or the light reflecting surface is suppressed. As a result, it is considered that the spread of the non-light emitting portion in the vicinity of these surfaces is suppressed. In addition, when the passivation film comes into contact with a solution containing a cyanide compound, for example, when the passivation film is formed by sputtering, metal impurities inevitably incorporated into the film form a complex with cyanide ions. It is thought that there is an effect brought out in the solution. Further, even if the film is in contact with the solution after the passivation film is formed on the light emitting surface or the light reflecting surface, the passivation film and the light may be used as long as the film is not a dense film that does not pass cyano ions. It can be said that it also contributes to the termination of unbonded hands existing at the interface with the substrate surface such as the emission surface.

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。   The optical semiconductor device includes not only a light emitting semiconductor device such as a laser but also a light receiving semiconductor device. The present invention is also applied to a light receiving semiconductor device similar to the configuration and manufacturing process shown in each embodiment.

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。   Further, the present invention is not limited to the semiconductor laser device using the III-V group compound and the manufacturing method thereof shown in each embodiment, but other semiconductors having the same configuration, for example, a II-VI group compound, or a general The present invention is also effective for an optical semiconductor device using a semiconductor nanoparticle having an extremely large influence of the presence of dangling bonds as compared with a semiconductor device and a method for manufacturing the same. Examples of semiconductor nanoparticles to which the present invention is applied include nano-sized silicon, IV group Ge, II-VI group ZnSe, ZnTe, CdSe, CdTe, III-V group InP, GaSb, and the like. is there. The particle size of the semiconductor nanoparticles is not particularly limited, but when expressed numerically, the average particle size is 1 nm or more and 10 nm or less. Further, the surface of the nano-sized silicon can be a light emitting surface or a light reflecting surface.

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。 In the above description of the first embodiment, it has been described that most of the light is reflected and returns to the active layer 3 in the reflective film of the optical semiconductor device 10, but in reality, a part of the light is absorbed, Or it emits outside. Therefore, if there are many unbonded hands and bonds with impurities at the end face where the light reflecting film is formed or at a depth near the end face, unnecessary heat generation is also reduced here in the narrow band gap, similar to the light exit face. It will cause. Therefore, the present invention is very effective not only for the light exit surface but also for the light reflection surface. As described above, the modifications within the spirit and scope of the present invention are also included in the scope of the claims.

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。   The present invention is used in an optical semiconductor device, a manufacturing method thereof, and a manufacturing apparatus thereof.

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。It is a schematic block diagram of the optical semiconductor device in one embodiment of this invention. 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。1 is an optical semiconductor device manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. 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。It is a manufacturing apparatus of the optical semiconductor device in other embodiments of the present invention. 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。It is a manufacturing apparatus of the optical semiconductor device in other embodiments of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

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

1 substrate 2 n-type confinement layer (cladding layer)
3 Active layer 4 p-type confinement layer (cladding layer)
5 Cap layer 6 Insulating film 7 First electrode (anode)
8 Second electrode (cathode)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 Nonreflective coating film 10 Optical semiconductor device 22 Solution containing cyanide compound 26 Temperature controller 32 Steam of solution containing cyanide compound 36 Heater 24 Treatment tank 34,44 Container 42 Mist of solution containing cyanide compound 46 Nebulizer 200,300, 400 Optical semiconductor device manufacturing apparatus

Claims (15)

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。 An optical semiconductor device in which a substrate surface serving as a light emitting surface or a light reflecting surface is terminated mainly by a cyano group bond. 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。 The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the surface is a cleaved surface of a crystal, a surface formed by etching, or a surface of semiconductor nanoparticles. 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。 The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the base material is a compound semiconductor or nanosize silicon. 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。 The optical semiconductor device according to claim 1, wherein a passivation layer is formed on the surface. 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。 A method of manufacturing an optical semiconductor device, comprising: a step of immersing a substrate surface serving as a light emitting surface or a light reflecting surface in a solution containing a cyanide compound, spraying the solution, or exposing to a vapor of the solution. 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。 The method for manufacturing an optical semiconductor device according to claim 5, further comprising a film forming step in which a passivation layer is formed on the surface after the step. 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。 The optical semiconductor device according to claim 6, further comprising a step of, after the film forming step, the passivation layer is immersed in a solution containing a cyanide compound, sprayed with the solution, or exposed to vapor of the solution. Production method. 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。 6. The method of manufacturing an optical semiconductor device according to claim 5, wherein the surface is a cleaved surface of a crystal, a surface formed by etching, or a surface of semiconductor nanoparticles. 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。 The method of manufacturing an optical semiconductor device according to claim 5, wherein the cyanide compound is a nonmetallic cyanide compound. 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。 The method of manufacturing an optical semiconductor device according to claim 5, wherein the base material is a compound semiconductor or nano-sized silicon. 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。 An optical semiconductor device manufacturing apparatus comprising means for immersing a substrate surface serving as a light emitting surface or a light reflecting surface in a solution containing a cyanide compound, spraying the solution, or exposing to a vapor of the solution. 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。 The surface of the base material that becomes the light emitting surface or the light reflecting surface is immersed in a solution containing a cyan compound, sprayed with the solution, or exposed to the vapor of the solution, and a passivation layer is formed on the surface. An apparatus for manufacturing an optical semiconductor device having means for: 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。 The surface of the base material that becomes the light emitting surface or the light reflecting surface is immersed in a solution containing a cyan compound, sprayed with the solution, or exposed to the vapor of the solution, and a passivation layer is formed on the surface. And an apparatus for manufacturing an optical semiconductor device, wherein the passivation layer is immersed in a solution containing a cyanide compound, sprayed with the solution, or exposed to vapor of the solution. 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。 The optical semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 11, wherein the surface is a cleaved surface of a crystal, a surface formed by etching, or a surface of semiconductor nanoparticles. 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。
The optical semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 11, wherein the base material is a compound semiconductor or nano-sized silicon.
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