JP2001068782A - 半導体発光装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体発光装置およびその製造方法Info
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Abstract
窓領域に注入される無効電流を抑制し、素子の高出力
化、高信頼性化を図る。 【解決手段】 窓領域に水素を添加してドーパント不純
物を不活性化することにより、窓領域の抵抗率を上昇さ
せる。
Description
半導体発光装置およびその製造方法に関し、特に、高出
力の半導体レーザ装置およびその製造方法に関するもの
である。
の記録速度の向上のために、その光源として用いられる
半導体レーザは、高出力化が望まれている。
の共振器端面近傍でCOD(Catastrophic Optical
Damage:光学損傷)が発生すると言う課題がある。C
ODは、半導体レーザの光出力をある限界値以上に上げ
たときに瞬時に起きる劣化現象である。その原因は、共
振器端面近傍がレーザ内部で発生した光に対して吸収領
域になっていることによる。共振器端面近傍での光吸収
により、その端面で温度上昇し、端面近傍の禁制帯幅が
さらに減少してますます光吸収が起こるという正帰還が
生じる。したがって、端面の融解等の端面破壊が起こ
る。
を窓構造にして該端面のCODレベルを向上させる方法
がある。
ドギャップエネルギーを大きくして、端面での光吸収を
低減することで、共振器端面がCOD破壊を起こさない
ようにしたものである。その窓構造は、半導体素子の共
振器端面近傍にZnやSiなどの不純物拡散を行って、
活性層の超格子構造を無秩序化することにより行ってい
る。例えば、米国特許登録4,378,255、4,5
11,408号等に記載されている。
のために用いたZnやSiなどの不純物は、半導体レー
ザを構成する各半導体層のドーパントでもある。それに
よって、窓構造のために多量に端面近傍に不純物拡散さ
れたそれらは、半導体結晶内において浅い準位を形成
し、結晶の伝導型に大きな影響を与える。
材料の場合、拡散されたZnはドーパントとして機能
し、p型結晶の抵抗率を下げることにつながる。Siド
ープのn型結晶領域でも高濃度のZnが導入されること
で、導電型がp型に転じることとなる。したがって、抵
抗率の大幅な減少やpnジャンクションの位置がずれる
ことなどにより、Zn拡散領域を通して無効電流、すな
わち発光に寄与しない電流が流れることとなって、発光
効率の低下、消費電力の増大やジュール熱による温度特
性の悪化など、素子の諸特性の低下や素子の劣化につな
がる。
になされたものであり、窓領域に流れる無効電流が抑制
された窓構造を備えた半導体レーザ装置を提供すること
を目的とする。
光出射端面に不純物ドープによる窓領域を設けて、前記
窓領域の半導体層に水素を拡散することで、ドープされ
た前記不純物を不活性化してそのドーパントとしての機
能を低減する。それにより、窓領域での導電型の変動や
抵抗率の低減を改善したものである。
窓構造を有し、前記窓領域の表面電極上あるいは裏面電
極上の少なくとも一方に絶縁体膜を設けることで、窓領
域からのリーク電流等を低減したものである。
半導体レーザの各製造工程図である。
ーザの半導体積層構造301を設けた後、表面と裏面に
オーミック電極302,303を形成し、その後、レー
ザ共振器の単位に劈開して、劈開面304をミラーとし
たレーザ共振器を設けるものである。その際、半導体積
層構造301の詳細構造は、図示していないが、以下の
構造のものである。(100)面の面方位から[01
1]方向へ10度傾斜した主面を有するn型GaAs基
板の上に、n型のGaAsからなるバッファ層、Al
0.35Ga0.15In0.5Pからなるn型クラッド層、厚さ
50ÅのGa0.5In 0.5Pからなる井戸層と厚さ100
ÅのAl0.35Ga0.15In0.5Pからなるバリア層とを
交互に5回繰り返して形成された多重量子井戸構造から
なる活性層、Al0.35Ga0.15In0.5Pからなる第1
のp型クラッド層、p型の(AlxGa1- x)yIn1-yP
(0<x<0.7、0≦y≦1、0.05<xy)から
なるエッチング停止層、Al0.35Ga0.15In0.5Pか
らなるリッジ状の第2のp型クラッド層及びp型のGa
0.5In0.5Pからなるコンタクト層が順次形成されてい
る。この第2のp型クラッド層およびコンタクト層の両
側にはn型のAl0.35Ga 0.15In0.5Pからなり電流
ブロック機能を有する埋込層が形成されている。第2の
p型クラッド層と埋込層とで光閉じ込め構造を形成して
いる。さらにコンタクト層と埋込層の上にはp型のGa
Asからなるキャップ層が形成されている。キャップ層
の上にはp電極(前記302に相当)、n型GaAs基
板の裏面にはn電極(前記303に相当)がそれぞれ形
成されている。n型GaAs基板の主面上にバッファ層
からコンタクト層に至るまでの各層を有機金属気相成長
法(MOVPE法)により形成する。このとき半導体レ
ーザは、共振器長が700μm、ストライプ幅が2μ
m、レーザの発振波長が650nmになるように設計し
た。
04上にスパッタ法や蒸着法でZnO膜305を堆積し
た後、熱アニール等でZnO膜305を拡散源としてZ
nを共振器内部方向に拡散させる工程である。点線で示
した位置までZnが拡散して活性層の無秩序化、すなわ
ち平均組成化することでそのバンドギャップが拡大し、
端面近傍に光吸収を抑制する窓領域306が設けられて
いる。なお、拡散源は、ZnO膜を用いたがZnSなど
のZnを含む化合物でも良い。
後、ZnO膜305を除去した共振器端面に水素プラズ
マ307を照射し、共振器内部へ水素を拡散させる工程
である。照射する条件等は、導入したZn量とその拡散
状況に応じて水素もほぼ同等となるように決めた。導入
した水素は、前工程で拡散されたZnと結合し、Znド
ーパントを不活性化した(水素パッシベーション)。な
お、水素プラズマ源は、結晶へのダメージの少ないEC
Rプラズマ等が良い。
てスパッタ法で、共振器端面にAl 2O3などの端面コー
ティング膜309を設けるものである。端面コーティン
グ膜309としては、他にAlN、SiO2、SiNな
どの絶縁体を用いることが可能である。また、端面コー
ティング膜309の形成は、有機物や水分の共振器端面
への付着による界面順位を抑制するために、水素プラズ
マ照射に引き続いて真空を破ることなく行うのが好まし
い。
ザの半導体層(活性層等)の特性等の状況を共振器方向
に対応して記載した図2を用いて説明する。
6のバンドギャップが大きくなっていることを示す。図
2(b)は、共振器に拡散したZn量を示す。共振器の
内部領域より窓領域306のZn濃度が高くなっている
ことが分かる。図2(c)は、水素照射により窓領域3
06の水素濃度が高くなっていることを示す。図2
(d)は、水素パッシベーションによりZnアクセプタ
が不活性化され、窓領域306の抵抗率が他領域よりも
大きくなっていることを示す。このように窓領域306
での抵抗率が内部領域よりも上昇し、水素パッシベーシ
ョンの効果が現れた。
導体レーザ装置の斜視図である。共振器端面203及び
その近傍の窓領域202を絶縁膜206で覆っている。
半導体積層構造201の窓領域202上の表面電極20
4、裏面電極205上にも絶縁膜206が端面側と連続
して設けられている。これにより窓領域202に流れ込
む無効電流を抑制したものである。
体レーザ素子の窓領域202及び共振器端面203が露
出するように挟み、共振器端面203をスパッタターゲ
ット側に向けて配置してスパッタ蒸着することで得られ
る。
の半導体レーザに関して述べたが、GaAs系やGaN
系等の他の材料系の半導体レーザやLED等の他の半導
体発光装置についても同様である。
ーザにおいて、窓領域に水素を添加することで、窓領域
のドーパント不純物を不活性化し、窓領域の半導体層の
抵抗率等を増加させることができる。したがって、窓領
域内部に注入される無効電流が抑制され、素子の特性、
信頼性を向上させることができる。
る半導体レーザにおいて、窓領域の電極上に絶縁膜を形
成することで、窓領域の表面から注入される無効電流が
抑制され、素子の特性、信頼性を向上させることができ
る。
置の製造工程図
置の共振器の各位置に対応した半導体層の特性図
置の斜視図
Claims (12)
- 【請求項1】 半導体素子の光出射端面に不純物ドープ
による窓領域を設けて、前記窓領域の半導体層に含まれ
る水素原子濃度を内部側の水素原子濃度より大きくした
半導体発光装置。 - 【請求項2】 窓領域の半導体層の抵抗率を内部側の抵
抗率より大きくした請求項1記載の半導体発光装置。 - 【請求項3】 光出射端面から内部側に向かって水素が
拡散されていて、前記水素で窓領域の不純物を不活性化
した請求項1記載の半導体発光装置。 - 【請求項4】 半導体素子の光出射端面に不純物ドープ
による窓領域を設けて、前記窓領域の表面電極上あるい
は裏面電極上の少なくとも一方に誘電体膜を設けた半導
体発光装置。 - 【請求項5】 光出射端面と前記窓領域の表面電極ある
いは裏面電極の少なくとも一方との上に連続して絶縁膜
を設けた請求項4記載の半導体発光装置。 - 【請求項6】 半導体素子の光出射端面に窓領域用の不
純物ドープする工程と、前記端面より半導体素子内部へ
水素を拡散させる工程とを有する半導体発光装置の製造
方法。 - 【請求項7】 水素の拡散が水素プラズマ照射によりさ
れる請求項6記載の半導体発光装置の製造方法。 - 【請求項8】 水素プラズマ照射がECRプラズマによ
るものである請求項7記載の半導体発光装置の製造方
法。 - 【請求項9】 不純物ドープが半導体素子の光出射端面
に少なくともZnを有する拡散源を設ける工程を有する
請求項6記載の半導体発光装置の製造方法。 - 【請求項10】 前記拡散源を除去した後、水素拡散工
程を設けた請求項9記載の半導体発光装置の製造方法。 - 【請求項11】 水素を拡散させる工程に引き続き真空
を破ることなく端面に保護膜を形成する工程を設けた請
求項6記載の半導体発光装置の製造方法。 - 【請求項12】 窓領域の表面電極上あるいは裏面電極
上の少なくとも一方及び光出射端面に絶縁体膜を形成す
る工程を設けた請求項6記載の半導体発光装置の製造方
法。
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JP24473799A JP2001068782A (ja) | 1999-08-31 | 1999-08-31 | 半導体発光装置およびその製造方法 |
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