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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- JP2001068782A JP2001068782A JP24473799A JP24473799A JP2001068782A JP 2001068782 A JP2001068782 A JP 2001068782A JP 24473799 A JP24473799 A JP 24473799A JP 24473799 A JP24473799 A JP 24473799A JP 2001068782 A JP2001068782 A JP 2001068782A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 窓構造を有する半導体レーザ装置において、
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。
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
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、窓構造を有する
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。
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。
【０００２】
【従来の技術】近年、情報処理機器である光ディスク等
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。
【０００３】しかし、高出力化して行くと半導体レーザ
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。
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。
【０００４】そこで、その解決方法の一つに共振器端面
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。
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。
【０００５】窓構造は、共振器端面近傍の活性層のバン
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。
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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】半導体レーザの窓構造
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。
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。
【０００７】例えば赤色レーザに用いるＡｌＧａｌｎＰ
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。
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。
【０００８】本発明は上記のような課題を解決するため
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。
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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、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。
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。
【００１０】また、本発明の半導体レーザ装置は、端面
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。
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。
【００１１】
【発明の実施の形態】（実施形態１）図１は、本発明の
半導体レーザの各製造工程図である。
半導体レーザの各製造工程図である。
【００１２】工程（ａ）は、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レ
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。
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。
【００１３】工程（ｂ）は、共振器端面である劈開面３
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。
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。
【００１４】工程（ｃ）は、前工程でＺｎを拡散した
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。
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。
【００１５】工程（ｄ）は、Ａｌ2Ｏ3をターゲットにし
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。
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。
【００１６】次に、上記の工程で形成された半導体レー
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。
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。
【００１７】図２（ａ）は、Ｚｎ拡散により窓領域３０
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。
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。
【００１８】（実施形態２）図３は、第２実施形態の半
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。
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。
【００１９】この絶縁膜２０６の形成は、固定具で半導
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。
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。
【００２０】なお、本実施形態では、ＡｌＧａＩｎＰ系
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。
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。
【００２１】
【発明の効果】本発明は、端面窓構造を有する半導体レ
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。
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。
【００２２】また、本発明によれば、端面窓構造を有す
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。
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。
【図１】本発明の第１の実施形態である半導体レーザ装
置の製造工程図
置の製造工程図
【図２】本発明の第１の実施形態である半導体レーザ装
置の共振器の各位置に対応した半導体層の特性図
置の共振器の各位置に対応した半導体層の特性図
【図３】本発明の第２の実施形態である半導体レーザ装
置の斜視図
置の斜視図
２０１ 半導体積層構造 ２０２ 窓領域 ２０３ 共振器端面 ２０４ 表面電極 ２０５ 裏面電極 ２０６ 誘電体絶縁膜 ３０１ 半導体積層構造 ３０２ 表面電極 ３０３ 裏面電極 ３０４ 共振器端面 ３０５ ＺｎＯ膜 ３０６ 窓領域 ３０７ 水素プラズマ ３０９ 端面コーティング膜
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| 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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| 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 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001068782A true JP2001068782A (ja) | 2001-03-16 |
Family
ID=17123151
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24473799A Pending JP2001068782A (ja) | 1999-08-31 | 1999-08-31 | 半導体発光装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001068782A (ja) |
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