JP2005064353A

JP2005064353A - Method for manufacturing semiconductor light emitting element

Info

Publication number: JP2005064353A
Application number: JP2003294889A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Asazuma; 庸紀朝妻
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-08-19
Filing date: 2003-08-19
Publication date: 2005-03-10

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a semiconductor light emitting element wherein an accurate refractive index distribution is formed in a semiconductor layer with a simple step. SOLUTION: An impurity region 30 containing impurities for adjustment of refractive index is formed by heat diffusion in a semiconductor layer 20. The impurity region 30 is selectively irradiated with a laser beam LB to cause a heat distribution 40 in the semiconductor layer 20. The refractive index adjusting impurities are relocated with a concentration distribution corresponding to the heat distribution 40 to provide a refractive index distribution to an end face of a light emission region 21A. A desired refractive index distribution is easily realized according to the type and quantity of the refractive index adjusting impurities and the irradiation conditions of the laser beam LB. The refractive index distribution may be provided by implanting ions from a front end face into the semiconductor layer 20 and selectively heat treating the layer to cause a heat distribution, and by restoring the crystallization of the end face of the light emission region 21A according to the heat distribution. COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体レーザ、発光ダイオード（light emitting diode；ＬＥＤ）などの半導体発光素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor light emitting device such as a semiconductor laser or a light emitting diode (LED).

半導体レーザなどの半導体発光素子では、適切なレンズを出射端面近傍に設置することでビームをコリメート（平行化）または集光することがよく行われている。しかしながら、このレンズから素子への戻り光が発生してしまうと、例えばレーザでは発振状態が不安定になったり、場合によっては素子の破壊に至るおそれがある。 In a semiconductor light emitting element such as a semiconductor laser, a beam is often collimated (collimated) or condensed by installing an appropriate lens in the vicinity of the emission end face. However, if return light is generated from the lens to the element, for example, the oscillation state of the laser may become unstable, or the element may be destroyed in some cases.

特に、いわゆるブロードエリア型の半導体レーザの場合には、発光領域の幅が広いためにレンズからの戻り光が発光領域に到達してしまう可能性がより高い。すなわち、ブロードエリア型半導体レーザは、光学系からの戻り光に対する耐性がより低いという問題がある。 In particular, in the case of a so-called broad area type semiconductor laser, since the width of the light emitting region is wide, there is a higher possibility that the return light from the lens will reach the light emitting region. That is, the broad area type semiconductor laser has a problem that it is less resistant to return light from the optical system.

従来では、外部レンズの代わりに、半導体層の一部に特定の元素をイオン注入して濃度分布を形成し、レンズ作用を有する屈折率分布を持たせることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−２５２４４８号公報 Conventionally, instead of using an external lens, it has been proposed that a specific element is ion-implanted into a part of a semiconductor layer to form a concentration distribution to have a refractive index distribution having a lens action (for example, Patent Documents). 1).
JP-A-6-252448

しかしながら、イオン注入のみにより濃度分布を形成する方法では、注入位置および濃度の制御が難しいという問題があった。 However, the method of forming the concentration distribution only by ion implantation has a problem that it is difficult to control the implantation position and concentration.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡単な工程で、半導体層に屈折率分布を精度よく形成することのできる半導体発光素子の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor light-emitting element capable of accurately forming a refractive index distribution in a semiconductor layer by a simple process.

本発明による半導体発光素子の製造方法は、基板に、発光領域を有する活性層を含む半導体層を形成する工程と、選択的な熱処理により半導体層に生じる熱分布を利用して、発光領域の端面に屈折率分布を形成する工程とを含むものである。 A method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention includes a step of forming a semiconductor layer including an active layer having a light emitting region on a substrate, and a heat distribution generated in the semiconductor layer by selective heat treatment. And forming a refractive index distribution.

本発明による半導体発光素子の製造方法では、基板に、発光領域を有する活性層を含む半導体層が形成されたのち、選択的な熱処理により半導体層に熱分布が生じ、この熱分布により発光領域の端面に屈折率分布が形成される。 In the method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, after a semiconductor layer including an active layer having a light emitting region is formed on a substrate, heat distribution is generated in the semiconductor layer by selective heat treatment. A refractive index distribution is formed on the end face.

本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、選択的な熱処理により半導体層に生じる熱分布を利用して発光領域の端面に屈折率分布をもたせるようにしたので、熱処理条件により熱分布の生成を容易かつ精確に制御し、この熱分布に基づいて所望の屈折率分布を簡単に実現することができる。よって、従来のようなイオン注入位置および濃度の複雑な制御は不要となり、簡単な工程で所望の屈折率分布を精度よく形成することができる。また、端面近傍の光学素子を省略可能とすることができるので、光学素子からの戻り光がなくなり、半導体レーザの信頼性を高めることができる。 According to the method of manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, the refractive index distribution is given to the end face of the light emitting region by utilizing the heat distribution generated in the semiconductor layer by the selective heat treatment. Can be easily and accurately controlled, and a desired refractive index distribution can be easily realized based on this heat distribution. Therefore, the complicated control of the ion implantation position and concentration as in the prior art is unnecessary, and a desired refractive index distribution can be accurately formed by a simple process. Further, since the optical element in the vicinity of the end face can be omitted, there is no return light from the optical element, and the reliability of the semiconductor laser can be improved.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

（第１の実施の形態）
図１ないし図６は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの製造方法を表すものである。本実施の形態では、例えば、発光領域の幅が１０μｍ以上のいわゆるブロードエリア型の半導体レーザを製造する。半導体レーザの材料系は特に限定されず、例えば、窒化物系，ＧａＡｓ系あるいはＩｎＰ系のいずれでもよい。 (First embodiment)
1 to 6 show a method of manufacturing a semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention. In the present embodiment, for example, a so-called broad area type semiconductor laser having a light emitting region width of 10 μm or more is manufactured. The material system of the semiconductor laser is not particularly limited, and may be any of nitride, GaAs, or InP, for example.

まず、図１に示したように、基板１０の一面に、発光領域２１Ａを有する活性層２１を含む半導体層２０を形成する。発光領域２１Ａの幅は、例えば、ブロードエリア型とナローストライプ型との発光領域の幅の境界である１０μｍに等しいか、またはそれ以上に設定する。半導体層２０の層構成は特に限定されない。半導体層２０は、従来行われている方法と同様にして形成することができる。 First, as shown in FIG. 1, the semiconductor layer 20 including the active layer 21 having the light emitting region 21 A is formed on one surface of the substrate 10. For example, the width of the light emitting region 21A is set to be equal to or more than 10 μm, which is the boundary between the widths of the light emitting regions of the broad area type and the narrow stripe type. The layer configuration of the semiconductor layer 20 is not particularly limited. The semiconductor layer 20 can be formed in the same manner as a conventional method.

半導体層２０を形成したのち、図２（Ａ）に示したように、半導体層２０の上に、例えばフォトリソグラフィ法により、後に形成される共振器のフロント端面（主出射側端面）に相当する位置に開口部３１Ａを有するマスク３１を形成する。 After the semiconductor layer 20 is formed, as shown in FIG. 2A, it corresponds to the front end face (main emission side end face) of a resonator formed later on the semiconductor layer 20 by, for example, photolithography. A mask 31 having an opening 31A at the position is formed.

続いて、図２（Ｂ）に示したように、マスク３１を用いた熱拡散により、屈折率調整用不純物を含む不純物領域３０を形成し、マスク３１を除去する。これにより、半導体層２０のフロント端面に相当する位置に、不純物領域３０を選択的に形成する。不純物領域３０の幅ｗは、例えば、１０μｍ以上１００μｍ以下とすることができる。本実施の形態では、この幅ｗを例えば５０μｍとしている。 Subsequently, as shown in FIG. 2B, an impurity region 30 containing a refractive index adjusting impurity is formed by thermal diffusion using the mask 31, and the mask 31 is removed. Thereby, the impurity region 30 is selectively formed at a position corresponding to the front end face of the semiconductor layer 20. The width w of the impurity region 30 can be, for example, 10 μm or more and 100 μm or less. In the present embodiment, this width w is set to 50 μm, for example.

屈折率調整用不純物として、本実施の形態では、下記に挙げるもののうち、添加により半導体層２０の屈折率を上げるものを用いる。 As the refractive index adjusting impurities, in the present embodiment, among those listed below, those that increase the refractive index of the semiconductor layer 20 by addition are used.

まず、半導体レーザの材料系にかかわらず、半導体に用いられる典型的な不純物であればいずれも屈折率調整用不純物として用いることが可能である。例えばシリコン（Ｓｉ），セレン（Ｓｅ），テルル（Ｔｅ），マグネシウム（Ｍｇ），亜鉛（Ｚｎ），カドミウム（Ｃｄ）あるいは炭素（Ｃ）が挙げられる。 First, regardless of the material system of the semiconductor laser, any typical impurity used in a semiconductor can be used as a refractive index adjusting impurity. Examples thereof include silicon (Si), selenium (Se), tellurium (Te), magnesium (Mg), zinc (Zn), cadmium (Cd), and carbon (C).

また、活性層２１がＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により構成されている場合には、屈折率調整用不純物として、活性層２１に含まれていないＩＩＩ族またはＶ族の元素を用いることができる。例えば、窒化物系の半導体レーザで活性層２１がＧａＩｎＮにより構成されている場合には、屈折率調整用不純物としては、アルミニウム（Ａｌ），ホウ素（Ｂ），リン（Ｐ），ヒ素（Ａｓ）あるいはアンチモン（Ｓｂ）を用いることができる。あるいは、ＧａＡｓ系の半導体レーザで活性層２１がＡｌＧａＡｓにより構成されている場合には、屈折率調整用不純物としては、ホウ素（Ｂ），インジウム（Ｉｎ），窒素（Ｎ），リン（Ｐ）あるいはアンチモン（Ｓｂ）が挙げられる。更に、ＩｎＰ系の半導体レーザで活性層２１がＧａＩｎＡｓＰにより構成されている場合には、屈折率調整用不純物としては、ホウ素（Ｂ），アルミニウム（Ａｌ），窒素（Ｎ）あるいはアンチモン（Ｓｂ）を用いることができる。 When the active layer 21 is made of a III-V group compound semiconductor, a group III or group V element not included in the active layer 21 can be used as the refractive index adjusting impurity. For example, when the active layer 21 is made of GaInN in a nitride-based semiconductor laser, the refractive index adjusting impurities include aluminum (Al), boron (B), phosphorus (P), and arsenic (As). Alternatively, antimony (Sb) can be used. Alternatively, when the active layer 21 is made of AlGaAs in a GaAs semiconductor laser, the refractive index adjusting impurity may be boron (B), indium (In), nitrogen (N), phosphorus (P) or Antimony (Sb) is mentioned. Further, when the active layer 21 is made of GaInAsP in an InP semiconductor laser, boron (B), aluminum (Al), nitrogen (N) or antimony (Sb) is used as the refractive index adjusting impurity. Can be used.

なお、屈折率調整用不純物として、添加により半導体層２０の屈折率を下げるものを用い、例えば発光領域２１Ａで発生したレーザビームを広げて外部に射出させるようにすることも可能である。 In addition, as the refractive index adjusting impurity, an impurity that lowers the refractive index of the semiconductor layer 20 by addition can be used, for example, the laser beam generated in the light emitting region 21A can be expanded and emitted to the outside.

続いて、図３に示したように、不純物領域３０に対して、例えば外部からのレーザ光ＬＢを選択的に照射することにより、選択的な熱処理を行う。ここで、レーザ光ＬＢとしては、例えばエキシマレーザのような高出力のレーザ光を用いることが好ましいが、パルス光に限らず連続光でもよい。本実施の形態では、レーザ光ＬＢとしてエキシマレーザを用い、照射点３０Ａとしては、基板１０に形成された各半導体レーザチップの発光領域２１Ａの中央位置の真上にレーザ光ＬＢを照射するようにしている。レーザ光ＬＢの照射エネルギーの上限は、不純物領域３０の結晶が破壊されない程度の値とすることが好ましく、その値は結晶により異なる。また、レーザ光ＬＢの照射エネルギーの下限は、半導体層２０の結晶を一瞬溶解させて屈折率調製用不純物を再配置させることができる程度の値とすることが好ましく、例えば０．３Ｊ／ｃｍ²以上とすることができる。 Subsequently, as shown in FIG. 3, selective heat treatment is performed by selectively irradiating the impurity region 30 with, for example, an external laser beam LB. Here, as the laser beam LB, it is preferable to use a high-power laser beam such as an excimer laser, but it is not limited to pulsed light but may be continuous light. In the present embodiment, an excimer laser is used as the laser beam LB, and the irradiation point 30A is irradiated with the laser beam LB directly above the center position of the light emitting region 21A of each semiconductor laser chip formed on the substrate 10. ing. The upper limit of the irradiation energy of the laser beam LB is preferably set to such a value that the crystal of the impurity region 30 is not broken, and the value varies depending on the crystal. Further, the lower limit of the irradiation energy of the laser beam LB is preferably set to a value that can dissolve the crystal of the semiconductor layer 20 for a moment and rearrange the refractive index adjusting impurities, for example, 0.3 J / cm ^2. This can be done.

不純物領域３０にレーザ光ＬＢを照射することにより、図４に示したように、照射点３０Ａが高温になると共に照射点３０Ａを中心とした熱分布４０が形成され、この熱分布４０に応じた濃度分布で屈折率調整用不純物が再配置される。その結果、半導体層２０には、屈折率調整用不純物の濃度分布に応じた屈折率分布が形成される。本実施の形態では、屈折率調整用不純物として、添加により半導体層２０の屈折率を上げるものを用いているので、半導体層２０においては、屈折率調整用不純物の濃度の高い領域ほど屈折率が高くなるような屈折率分布が形成される。 By irradiating the impurity region 30 with the laser beam LB, as shown in FIG. 4, the irradiation point 30 A becomes high in temperature and a heat distribution 40 centered on the irradiation point 30 A is formed. The refractive index adjusting impurities are rearranged in the concentration distribution. As a result, a refractive index distribution corresponding to the concentration distribution of the refractive index adjusting impurity is formed in the semiconductor layer 20. In the present embodiment, as the refractive index adjusting impurity, an impurity that increases the refractive index of the semiconductor layer 20 by addition is used. Therefore, in the semiconductor layer 20, the refractive index is higher in the region where the concentration of the refractive index adjusting impurity is higher. A refractive index distribution is formed so as to increase.

よって、発光領域２１Ａの端面における温度分布は、図５（Ａ）に示したように、照射点３０Ａの真下の中央位置ｃにピークを有し両端ａ，ｂへ向かって低くなるような略左右対称なものになり、屈折率調整用不純物の濃度分布は、図５（Ｂ）に示したように、この温度分布に応じて中央位置ｃにピークを有し両端ａ，ｂへ向かって低くなるような略左右対称なものになる。また、発光領域２１Ａの端面の屈折率分布は、図５（Ｃ）に示したように、図５（Ｂ）の濃度分布に略等しいものになる。なお、屈折率調整用不純物として、添加により半導体層２０の屈折率を下げるものを用いた場合には、発光領域２１Ａの端面における屈折率分布は、屈折率調整用不純物の濃度分布を反転させたものとなる。 Therefore, as shown in FIG. 5A, the temperature distribution at the end face of the light emitting region 21A is substantially left and right so that it has a peak at the central position c just below the irradiation point 30A and decreases toward both ends a and b. As shown in FIG. 5B, the concentration distribution of the refractive index adjusting impurity has a peak at the center position c and decreases toward both ends a and b. It becomes such a thing that is substantially symmetrical. Further, the refractive index distribution on the end face of the light emitting region 21A is substantially equal to the concentration distribution in FIG. 5B, as shown in FIG. In addition, when an impurity that decreases the refractive index of the semiconductor layer 20 by addition is used as the refractive index adjusting impurity, the refractive index distribution on the end face of the light emitting region 21A is inverted from the concentration distribution of the refractive index adjusting impurity. It will be a thing.

熱分布４０の生成は、レーザ光ＬＢの照射条件により容易かつ精確に制御することができる。例えば、レーザ光ＬＢの照射点３０Ａの位置により、熱分布４０ないし温度分布のピークの位置を制御することができる。また、レーザ光ＬＢの照射パワーおよび照射時間（パルス光の場合には照射回数）により、発光領域２１Ａの幅に応じて熱分布４０の広がりあるいはピークの高さを制御することができる。このような熱分布４０の制御に加えて、屈折率調整用不純物の種類および量により濃度分布を更に精密に制御することができる。よって、屈折率調整用不純物の種類および量、ならびにレーザ光ＬＢの照射条件を制御することにより、所望の屈折率分布を簡単に精度よく形成することができる。 The generation of the heat distribution 40 can be easily and accurately controlled by the irradiation condition of the laser beam LB. For example, the position of the heat distribution 40 or the peak of the temperature distribution can be controlled by the position of the irradiation point 30A of the laser beam LB. Further, the spread of the heat distribution 40 or the height of the peak can be controlled according to the width of the light emitting region 21A by the irradiation power and irradiation time of the laser beam LB (in the case of pulsed light, the number of times of irradiation). In addition to the control of the heat distribution 40, the concentration distribution can be controlled more precisely by the type and amount of the refractive index adjusting impurity. Therefore, a desired refractive index distribution can be easily and accurately formed by controlling the type and amount of the refractive index adjusting impurity and the irradiation condition of the laser beam LB.

不純物領域３０にレーザ光ＬＢを照射したのち、図６に示したように、従来と同様の工程によりストライプ状の電極２２および電極２３を形成し、基板１０を所定の大きさに整えて一対の共振器端面すなわちフロント端面２４およびリア端面２５を形成し、これらのフロント端面２４およびリア端面２５に図示しない反射鏡膜を形成する。これにより、本実施の形態の半導体レーザが完成する。 After irradiating the impurity region 30 with the laser beam LB, as shown in FIG. 6, a striped electrode 22 and an electrode 23 are formed by a process similar to the conventional method, the substrate 10 is adjusted to a predetermined size, and a pair of A resonator end face, that is, a front end face 24 and a rear end face 25 are formed, and a reflecting mirror film (not shown) is formed on the front end face 24 and the rear end face 25. Thereby, the semiconductor laser of the present embodiment is completed.

この半導体レーザでは、電極２２と電極２３との間に所定の電圧が印加されると、電極２２から供給される駆動電流は活性層２１に注入され、発光領域２１Ａにおいて電子−正孔再結合により発光が起こる。この光は、図示しない一対の反射鏡膜により反射され、その間を往復してレーザ発振を生じ、レーザビームとして外部に射出される。ここでは、発光領域２１Ａのフロント端面２４に屈折率分布が形成されているので、発光領域２１Ａで発生したレーザビームは、屈折率分布を有する発光領域２１Ａのフロント端面２４によりコリメートあるいは集光されて外部へ射出される。また、フロント端面２４近傍の光学素子が省略可能となるので、光学素子からの戻り光がなくなり、半導体レーザの信頼性が高まる。 In this semiconductor laser, when a predetermined voltage is applied between the electrode 22 and the electrode 23, the drive current supplied from the electrode 22 is injected into the active layer 21, and electron-hole recombination occurs in the light emitting region 21A. Luminescence occurs. This light is reflected by a pair of reflecting mirror films (not shown), reciprocates between them to generate laser oscillation, and is emitted to the outside as a laser beam. Here, since the refractive index distribution is formed on the front end surface 24 of the light emitting region 21A, the laser beam generated in the light emitting region 21A is collimated or condensed by the front end surface 24 of the light emitting region 21A having the refractive index distribution. It is injected outside. Further, since the optical element near the front end face 24 can be omitted, there is no return light from the optical element, and the reliability of the semiconductor laser is improved.

このように本実施の形態では、半導体層２０に、屈折率調整用不純物を含む不純物領域３０を熱拡散により形成し、この不純物領域３０に対してレーザ光ＬＢを選択的に照射することにより半導体層２０に熱分布４０を生じさせ、この熱分布４０を利用して発光領域２１Ａの端面に屈折率分布をもたせるようにしたので、屈折率調整用不純物の種類および量、ならびにレーザ光ＬＢの照射条件により所望の屈折率分布を簡単に実現することができる。よって、従来のようなイオン注入位置および濃度の複雑な制御は不要となり、簡単な工程で所望の屈折率分布を精度よく形成することができる。また、フロント端面２４近傍の光学素子を省略可能とすることができるので、光学素子からの戻り光がなくなり、半導体レーザの信頼性を高めることができる。 As described above, in this embodiment, the impurity region 30 containing the refractive index adjusting impurity is formed in the semiconductor layer 20 by thermal diffusion, and the semiconductor region 20 is selectively irradiated with the laser beam LB. Since the heat distribution 40 is generated in the layer 20 and the refractive index distribution is provided on the end face of the light emitting region 21A by using the heat distribution 40, the kind and amount of the refractive index adjusting impurity, and the irradiation with the laser beam LB. A desired refractive index distribution can be easily realized depending on conditions. Therefore, the complicated control of the ion implantation position and concentration as in the prior art is unnecessary, and a desired refractive index distribution can be accurately formed by a simple process. Further, since the optical element in the vicinity of the front end face 24 can be omitted, there is no return light from the optical element, and the reliability of the semiconductor laser can be improved.

（第２の実施の形態）
次に、図７ないし図９を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザの製造方法を説明する。本実施の形態の方法は、屈折率分布の形成方法が第１の実施の形態とは異なっており、フロント端面２４から半導体層２０にイオン注入したのち選択的な熱処理を行うことにより、発光領域２１Ａの端面の結晶性を回復させるようにしている。これ以外は、本実施の形態は第１の実施の形態と同一であり、同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略する。 (Second Embodiment)
Next, with reference to FIGS. 7 to 9, a method of manufacturing a semiconductor laser according to the second embodiment of the present invention will be described. The method of the present embodiment is different from the first embodiment in the method of forming the refractive index profile, and after the ion implantation from the front end face 24 into the semiconductor layer 20, a selective heat treatment is performed, thereby producing a light emitting region. The crystallinity of the end face of 21A is recovered. Except for this, the present embodiment is the same as the first embodiment, and the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

まず、第１の実施の形態において図１に示したように、基板１０の一面に、発光領域２１Ａを有する活性層２１を含む半導体層２０を形成し、従来と同様の工程によりストライプ状の電極２２および電極２３（図７には図示せず、図８参照）を形成する。 First, as shown in FIG. 1 in the first embodiment, a semiconductor layer 20 including an active layer 21 having a light emitting region 21A is formed on one surface of a substrate 10, and striped electrodes are formed by a process similar to the conventional one. 22 and electrode 23 (not shown in FIG. 7, refer to FIG. 8).

そののち、図７に示したように、基板１０を切断してレーザバー１０Ａを作製し、フロント端面２４から半導体層２０にイオン注入５０を行う。イオン注入５０には、第１の実施の形態で説明した屈折率調整用不純物と同様のものを用いることができる。このとき、フロント端面２４の全体に対してイオン注入５０を行ってもよいし、発光領域２１Ａに相当する部分以外を図示しないマスクで覆ってイオン注入５０を行うようにしてもよい。このようにイオン注入５０が行われた領域は、その影響で結晶格子が乱れた状態になる。 After that, as shown in FIG. 7, the substrate 10 is cut to produce the laser bar 10 A, and ion implantation 50 is performed from the front end face 24 to the semiconductor layer 20. For the ion implantation 50, the same impurity as the refractive index adjusting impurity described in the first embodiment can be used. At this time, the ion implantation 50 may be performed on the entire front end surface 24, or the ion implantation 50 may be performed by covering a portion other than the portion corresponding to the light emitting region 21A with a mask (not shown). Thus, the region where the ion implantation 50 has been performed is in a state in which the crystal lattice is disturbed by the influence.

イオン注入５０の深さｄは、形成する半導体レーザの発振波長よりも十分に深くすることが好ましい。後にレーザ光ＬＢを照射して結晶性を回復させ、その領域をレンズとして作用させるためには、形成する半導体レーザの発振波長よりも十分に深い領域にイオン注入５０を行っておく必要があるからである。例えば、形成する半導体レーザの発振波長が可視域ないし近赤外域の場合には１０μｍないし５０μｍ程度とすることが好ましい。 The depth d of the ion implantation 50 is preferably sufficiently deeper than the oscillation wavelength of the semiconductor laser to be formed. In order to recover the crystallinity by irradiating the laser beam LB later and make the region function as a lens, it is necessary to perform the ion implantation 50 in a region sufficiently deeper than the oscillation wavelength of the semiconductor laser to be formed. It is. For example, when the oscillation wavelength of the semiconductor laser to be formed is in the visible region or near infrared region, it is preferably about 10 μm to 50 μm.

イオン注入５０を行ったのち、図８に示したように、フロント端面２４に例えば外部からのレーザ光ＬＢを選択的に照射することにより、半導体層２０に対して選択的な熱処理を行う。本実施の形態では、レーザ光ＬＢとしてエキシマレーザを用い、照射点２４Ａとしては、発光領域２１Ａの中央位置ｃにレーザ光ＬＢを照射するようにしている。レーザ光ＬＢの照射エネルギーの上限は、半導体層２０の結晶が破壊されない程度の値とすることが好ましく、その値は結晶により異なる。レーザ光ＬＢの照射エネルギーの下限は、半導体層２０の結晶を一瞬溶解させて再結晶させることができる程度の値とすることが好ましく、例えば０．３Ｊ／ｃｍ²以上とすることができる。 After performing the ion implantation 50, the semiconductor layer 20 is selectively heat-treated by selectively irradiating the front end surface 24 with, for example, an external laser beam LB as shown in FIG. In the present embodiment, an excimer laser is used as the laser beam LB, and the irradiation point 24A is irradiated with the laser beam LB at the central position c of the light emitting region 21A. The upper limit of the irradiation energy of the laser beam LB is preferably set to a value that does not break the crystal of the semiconductor layer 20, and the value varies depending on the crystal. The lower limit of the irradiation energy of the laser beam LB is preferably set to a value at which the crystal of the semiconductor layer 20 can be instantaneously dissolved and recrystallized, and can be set to 0.3 J / cm ² or more, for example.

フロント端面２４にレーザ光ＬＢを選択的に照射することにより、照射点２４Ａが高温になると共に照射点２４Ａを中心とした熱分布６０が形成される。レーザ光ＬＢによる熱は、イオン注入５０による結晶格子の乱れを除去あるいは軽減し、正常な結晶構造を回復させるが、この熱分布６０があるために、フロント端面２４の結晶性の回復の程度は、熱分布６０を反映したような分布を示す。すなわち、照射点２４Ａは十分に結晶性が回復しているが、そこから離れるほど回復度が徐々に下がり、ある距離まで離れてしまうと格子は乱れたままで回復していない状態になる。イオン注入５０により格子が乱れた結晶と正常に回復した結晶とでは屈折率にも差があるので、フロント端面２４には、このような結晶性の回復の程度の分布（以下、「結晶性分布」という）に応じた屈折率分布が形成される。 By selectively irradiating the front end face 24 with the laser beam LB, the irradiation point 24A becomes high temperature and a heat distribution 60 centered on the irradiation point 24A is formed. The heat from the laser beam LB removes or reduces the disorder of the crystal lattice caused by the ion implantation 50 and restores the normal crystal structure. However, since this heat distribution 60 exists, the degree of recovery of the crystallinity of the front end face 24 is reduced. A distribution that reflects the heat distribution 60 is shown. That is, although the crystallinity of the irradiation point 24A is sufficiently recovered, the degree of recovery gradually decreases as the distance from the irradiation point 24A increases, and when the distance is increased to a certain distance, the lattice remains distorted and not recovered. Since there is a difference in refractive index between a crystal whose lattice is disturbed by the ion implantation 50 and a crystal that has been normally recovered, the front end face 24 has such a degree of crystallinity distribution (hereinafter referred to as “crystallinity distribution”). ”) Is formed.

よって、発光領域２１Ａの端面における温度分布は、図９（Ａ）に示したように、照射点２４Ａすなわち中央位置ｃにピークを有し両端ａ，ｂへ向かって低くなるような略左右対称なものになり、結晶性分布は、図９（Ｂ）に示したように、この温度分布に応じて中央位置ｃにピークを有し両端ａ，ｂへ向かって低くなるような略左右対称なものになる。また、発光領域２１Ａの端面の屈折率分布は、図９（Ｃ）に示したように、図９（Ｂ）の結晶性分布に略等しいものになる。 Therefore, as shown in FIG. 9A, the temperature distribution at the end face of the light emitting region 21A is substantially bilaterally symmetric with a peak at the irradiation point 24A, that is, at the center position c, and lowering toward both ends a and b. As shown in FIG. 9B, the crystallinity distribution is substantially bilaterally symmetric with a peak at the central position c corresponding to this temperature distribution and decreasing toward both ends a and b. become. Further, the refractive index distribution of the end face of the light emitting region 21A is substantially equal to the crystallinity distribution of FIG. 9B, as shown in FIG. 9C.

熱分布６０の生成は、第１の実施の形態と同様に、レーザ光ＬＢの照射条件により容易かつ精確に制御することができる。このような熱分布６０の制御に加えて、イオン注入５０の条件を制御することにより結晶性分布を更に精密に制御することができる。よって、イオン注入５０の条件およびレーザ光ＬＢの照射条件を制御することにより、所望の屈折率分布を簡単に精度よく形成することができる。 The generation of the heat distribution 60 can be easily and accurately controlled according to the irradiation condition of the laser beam LB, as in the first embodiment. In addition to the control of the heat distribution 60, the crystallinity distribution can be controlled more precisely by controlling the conditions of the ion implantation 50. Therefore, by controlling the conditions of the ion implantation 50 and the irradiation conditions of the laser beam LB, a desired refractive index distribution can be easily and accurately formed.

フロント端面２４にレーザ光ＬＢを照射したのち、基板１０を所定の大きさに整え、フロント端面２４およびリア端面２５に図示しない反射鏡膜を形成する。これにより、本実施の形態の半導体レーザが完成する。この半導体レーザの作用は、第１の実施の形態と実質的に同じであるので、その説明は省略する。 After irradiating the front end surface 24 with the laser beam LB, the substrate 10 is adjusted to a predetermined size, and a reflecting mirror film (not shown) is formed on the front end surface 24 and the rear end surface 25. Thereby, the semiconductor laser of the present embodiment is completed. Since the operation of this semiconductor laser is substantially the same as that of the first embodiment, its description is omitted.

このように本実施の形態では、フロント端面２４から半導体層２０にイオン注入５０を行い、このフロント端面２４にレーザ光ＬＢを選択的に照射することにより半導体層２０に熱分布６０を生じさせ、この熱分布６０を利用して発光領域２１Ａの端面に屈折率分布をもたせるようにしたので、イオン注入５０の条件およびレーザ光ＬＢの照射条件により所望の屈折率分布を簡単に実現することができる。よって、従来のようなイオン注入位置および濃度の複雑な制御は不要となり、簡単な工程で所望の屈折率分布を精度よく形成することができる。また、フロント端面２４近傍の光学素子を省略可能とすることができるので、光学素子からの戻り光がなくなり、半導体レーザの信頼性を高めることができる。 As described above, in the present embodiment, the semiconductor layer 20 is ion-implanted 50 from the front end face 24, and the laser light LB is selectively irradiated to the front end face 24 to generate the heat distribution 60 in the semiconductor layer 20. Since the heat distribution 60 is used to provide a refractive index distribution on the end face of the light emitting region 21A, a desired refractive index distribution can be easily realized depending on the conditions of the ion implantation 50 and the irradiation conditions of the laser beam LB. . Therefore, the complicated control of the ion implantation position and concentration as in the prior art is unnecessary, and a desired refractive index distribution can be accurately formed by a simple process. Further, since the optical element in the vicinity of the front end face 24 can be omitted, there is no return light from the optical element, and the reliability of the semiconductor laser can be improved.

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記第２の実施の形態では、レーザ光ＬＢをフロント端面２４に照射する場合について説明したが、第１の実施の形態と同様に半導体層２０の上面に照射するようにしてもよい。 The present invention has been described with reference to the embodiment. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, in the second embodiment, the case where the front end surface 24 is irradiated with the laser beam LB has been described, but the upper surface of the semiconductor layer 20 may be irradiated as in the first embodiment.

また、上記第２の実施の形態では、フロント端面２４にのみイオン注入５０およびレーザ光ＬＢの照射を行って屈折率分布を形成する場合について説明したが、リア端面２５にも同様にして屈折率分布を形成するようにしてもよい。なお、上記第１の実施の形態では、フロント端面２４に屈折率分布を形成するものとして説明したが、第１の実施の形態ではウェハの状態で屈折率分布を形成するようにしているので、リア端面２５にも屈折率調整用不純物が拡散して屈折率分布が形成される。 In the second embodiment, the case where the refractive index distribution is formed by irradiating only the front end surface 24 with the ion implantation 50 and the laser beam LB has been described. A distribution may be formed. In the first embodiment, the refractive index distribution is formed on the front end face 24. However, in the first embodiment, the refractive index distribution is formed in the state of the wafer. A refractive index distribution is also formed on the rear end face 25 by diffusing refractive index adjusting impurities.

更に、上記実施の形態ではブロードエリア型の半導体レーザについて説明したが、本発明の製造方法は、上述したようにレーザ光ＬＢの照射条件により発光領域２１Ａの幅に応じて熱分布を制御することができるので、発光領域２１Ａの幅に特に制限はなく、ナローストライプ型にも適用可能である。中でも特にブロードエリア型半導体レーザの場合には、幅の広い発光領域２１Ａの端面に簡単に位置精度よく屈折率分布をもたせることができるので、極めて有効である。 Furthermore, in the above embodiment, the broad area type semiconductor laser has been described. However, the manufacturing method of the present invention controls the heat distribution according to the width of the light emitting region 21A according to the irradiation condition of the laser beam LB as described above. Therefore, the width of the light emitting region 21A is not particularly limited, and can be applied to a narrow stripe type. In particular, in the case of a broad area type semiconductor laser, the refractive index distribution can be easily provided with high positional accuracy on the end face of the wide light emitting region 21A, which is extremely effective.

加えて、上記実施の形態では、半導体レーザについて具体的に説明したが、本発明は、ＬＥＤなどの他の半導体発光素子についても適用することができる。 In addition, although the semiconductor laser has been specifically described in the above embodiment, the present invention can also be applied to other semiconductor light emitting elements such as LEDs.

本発明の製造方法は、半導体レーザ、ＬＥＤなどの半導体発光素子に適用することができる。 The manufacturing method of the present invention can be applied to semiconductor light emitting devices such as semiconductor lasers and LEDs.

本発明の製造方法により得られた半導体発光素子、特にブロードエリア型半導体レーザは、光ディスク装置、レーザビームプリンタあるいは複写機などの情報端末器用途のほか、ディスプレイ用，医療用，宇宙通信用，または加工用など様々な分野に適用可能である。 The semiconductor light emitting device obtained by the manufacturing method of the present invention, particularly a broad area type semiconductor laser, is used for information terminals such as an optical disk device, a laser beam printer or a copying machine, for display, for medical use, for space communication, or It can be applied to various fields such as processing.

本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの製造工程を表す断面図である。It is sectional drawing showing the manufacturing process of the semiconductor laser which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図１に続く製造工程を表す斜視図である。It is a perspective view showing the manufacturing process following FIG. 図２に続く製造工程を表す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view illustrating a manufacturing process subsequent to FIG. 2. 図３に続く製造工程を表す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view illustrating a manufacturing process subsequent to FIG. 3. 図４に示した製造工程における発光領域の端面の温度分布、屈折率調整用不純物の濃度分布および屈折率分布を表す図である。FIG. 5 is a diagram showing a temperature distribution, a refractive index adjusting impurity concentration distribution, and a refractive index distribution on an end face of a light emitting region in the manufacturing process shown in FIG. 図４に続く製造工程を表す斜視図である。It is a perspective view showing the manufacturing process following FIG. 本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザの製造工程を表す斜視図である。It is a perspective view showing the manufacturing process of the semiconductor laser concerning the 2nd Embodiment of this invention. 図７に続く製造工程を表す斜視図である。FIG. 8 is a perspective view illustrating a manufacturing process subsequent to FIG. 7. 図８に示した製造工程における発光領域の端面の温度分布、結晶性の回復の程度の分布および屈折率分布を表す図である。It is a figure showing the temperature distribution of the end surface of the light emission area | region in the manufacturing process shown in FIG.

Explanation of symbols

１０…基板、２０…半導体層、２１…活性層、２１Ａ…発光領域、２４…フロント端面、３０…不純物領域、３１…マスク、４０，６０…熱分布、５０…イオン注入 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Substrate, 20 ... Semiconductor layer, 21 ... Active layer, 21A ... Light emitting region, 24 ... Front end surface, 30 ... Impurity region, 31 ... Mask, 40, 60 ... Heat distribution, 50 ... Ion implantation

Claims

Forming a semiconductor layer including a light emitting region on a substrate;
Forming a refractive index distribution on an end face of the light emitting region using a heat distribution generated in the semiconductor layer by selective heat treatment.

The method for manufacturing a semiconductor light-emitting element according to claim 1, wherein the heat treatment is performed by selectively irradiating a laser beam.

The step of forming the refractive index distribution includes:
Forming an impurity region containing a refractive index adjusting impurity in the semiconductor layer by thermal diffusion;
The method for manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 1, further comprising: performing the selective heat treatment on the impurity region.

The step of forming the refractive index distribution includes:
Performing ion implantation on the semiconductor layer;
The method for manufacturing a semiconductor light-emitting element according to claim 1, further comprising: performing the selective heat treatment on the semiconductor layer.

The method of manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the refractive index distribution is formed on at least a front end face of the light emitting region.

The method of manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the width of the light emitting region is 10 μm or more.