JP2018157034A - 垂直共振型面発光レーザを作製する方法、垂直共振型面発光レーザ - Google Patents
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Abstract
Description
半導体積層SLの例。
基板11:(100)面のGaAs半導体ウエハ。
下部半導体積層13。
i型GaAs/i型AlGaAs超格子(21b)。
積層数:20〜40。
i型GaAs:厚さ40〜90nm。
i型AlGaAs:厚さ40〜90nm。
超格子構造の厚さ:1600〜5200nm。
i型GaAs/i型AlGaAs超格子。
III−V族半導体層21c(下部コンタクト層):n型GaAs、厚さ100〜800nm。
n型GaAs/n型AlGaAs超格子(21a)。
積層数:5〜30。
n型GaAs:厚さ40〜90nm。
n型AlGaAs:厚さ40〜90nm。
超格子構造の厚さ:400〜5400nm。
第2半導体層15(活性層):GaAs/AlGaAs量子井戸構造。またはInGaAs/AlGaAs量子井戸構造、AlInGaAs/AlGaAs量子井戸構造。
量子井戸構造の厚さ:10〜80nm。
第1SCH層25:AlGaAs、厚さ5〜20nm。
第2SCH層27:AlGaAs、厚さ5〜20nm。
上部半導体積層17。
p型GaAs/p型AlGaAs超格子。
積層数:5〜30。
p型GaAs:厚さ40〜90nm。
p型AlGaAs:厚さ40〜90nm。
超格子構造の厚さ:400〜5400nm。
第1半導体層19(電流狭窄構造)AlGaAs、厚さ10〜50nm、Al組成0.9〜0.96。
III−V族半導体層23(上部コンタクト層):p型GaAs又はp型AlGaAs、厚さ100〜300nm。
Alイオンの加速エネルギーE及び半導体積層SLの主面SFからのAlイオンの到達距離Rp(Rp:平均投影距離)の例。
イオン種:Al2+(二価のアルミニウムイオン)及び/又はAl3+(三価のアルミニウムイオン)。
イオンの加速エネルギー:10〜900keV。
イオンのドーズ量:1×1014〜7.5×1016cm−2。
イオンの到達距離Rp:0.01〜0.93マイクロメートル。
発明者の見積もり(具体例のイオン注入条件)。
三価のアルミニウムイオンを加速エネルギー300keV(一価のアルミニウムイオンを加速エネルギー900keVに換算される)でIII−V化合物半導体に注入すると、Rpは930nm程度。
Rpは、一価のアルミニウムイオンを加速エネルギーに換算して、10nm/keV程度である。エピ成長される第1半導体層19のAlGaAsおけるAl組成は、0.9〜0.96の範囲にあることがよい。イオン注入及び活性化処理されたAlGaAsおけるAl組成は、0.97以上1.0未満の範囲にあることがよい。イオン注入によるAl濃度の増分は、Al組成に換算して0.01以上であることがよく、0.03以上であることが良い。イオン注入されるAlの分布範囲が1マイクロメートルであるとすると、Al原子の増分3.3×1020cm−3を可能にするドーズ量は、粗い近似において3.3×1020cm−3x10−4cmとして見積もられる。
レーザ照射アニール処理を行うために、レーザ装置によって半導体積層SLにレーザ光を照射する。
レーザ照射アニール処理の例。
レーザ装置の種類:Rubyレーザ。
レーザ光の照射エネルギー:0.15〜0.35J/cm2である。
レーザ照射アニール処理を行うために、アニール装置を用いて半導体積層SLを加熱する。
熱アニール処理の例。
加熱装置の種類:活性化アニール炉。
加熱温度:摂氏550〜700度。
半導体積層SLの主面SFから第1半導体層19までの距離L1:0.66マイクロメートル。
Alイオンの加速エネルギー:660keV。
RpにおけるAl濃度の増分:3.3×1020cm−3。
エピ成長された第1半導体層19:Al0.9Ga0.1As。
イオン注入された第1半導体層19:Al0.93Ga0.07As。
イオン注入が完了した後に、第1マスクM1を除去する。
第1下部分布ブラッグ反射半導体積層31a:i型GaAs/i型AlGaAs超格子。
第2下部分布ブラッグ反射半導体積層31b:n型GaAs/n型AlGaAs超格子。
下部コンタクト層31c:n型GaAs。
半導体ポストPS。
半導体ポストPSの例。
第3下部分布ブラッグ反射半導体積層31d:n型GaAs/n型AlGaAs超格子。
第1SCH層35a:AlGaAs。
活性層33:GaAs/AlGaAs量子井戸構造。
第2SCH層35b:AlGaAs。
第1上部分布ブラッグ反射半導体積層37a:p型GaAs/p型AlGaAs超格子。
電流狭窄構造のための第1半導体層19:AlGaAs。
第2上部分布ブラッグ反射半導体積層37b:p型GaAs/p型AlGaAs超格子。
上部コンタクト層39:p型GaAs。
図10は、実施例に係る垂直共振型面発光レーザの構造を示す図面である。図10の(a)部に示されるように、に示されるように、実施例に係る構造は、上部のDBR構造及び上部コンタクト層を含むp型半導体領域PSMと、活性層を含む発光領域EMTと、下部のDBR構造及び下部コンタクト層を含むn型半導体領域NSMとを含む。p側の第1電極43は、第2領域E2の上部コンタクト層39に接触を成し、n側の第2電極45は、ポスト構造STPの外側において下部コンタクト層(31c)に接触を成す。破線BOXは、イオン注入及び活性化処理によりAl濃度を高めた領域を示す。矢印CAは、アノード電極からカソード電極への電流の流れを表す。p型半導体領域PSMの厚さLUは、アノード電極から電流アパーチャーまで電流路及びイオン注入の平均投影距離(Rp)に関連しており、n型半導体領域NSMの厚さLDは、カソード電極から電流アパーチャーまで電流路に関連する。厚さLUは、例えば1〜6マイクロメートル程度であり、厚さLDは、例えば1〜6マイクロメートル程度である。図10の(b)部に示されるように、平均投影距離(Rp)の位置近傍において、第1領域E1と第2領域E2とにおけるAl濃度の差は、3.3x1020(図中における「3.3E20」)cm−3である。具体的には、第1電極43から上部DBR構造内の酸化物障壁47bまで、第1軸Ax1の方向に基板11に向けて第2領域E2内を進むと、Al組成が徐々に増加する。この増加は、電気抵抗率の増加になって、このAl組成分布は、第1電極43からのキャリアを第2領域E2から第1領域E1に導く。酸化物障壁47bの近傍では、多くのキャリアは、第2領域E2ではなく第1領域E1を流れる。キャリアは、次いで、電流アパーチャー47aを通過して活性層に到達する。酸化物障壁47bから下部コンタクト層まで、第1軸Ax1の方向に基板11に向けて第2領域E2内を進むと、Al組成が徐々に減少する。下部コンタクト層の近くでは、Al組成の増加はほとんど無い。下部コンタクト層から酸化物障壁47bまで、第1軸Ax1の方向に酸化物障壁47bに向けて第2領域E2内を進むと、Al組成が徐々に増加する。この増加は、電気抵抗率の増加になって、このAl組成分布は、第2電極45からのキャリアを第2領域E2から第1領域E1に導く。発光領域の近傍では、多くのキャリアは、第2領域E2ではなく第1領域E1を流れる。キャリアは、活性層に到達する。酸化物障壁47bの下側の半導体領域及び上側の半導体領域のいずれにおいても、イオン注入により形成されたAl組成の増分は、キャリアの流れの方向に逆らうことなく、キャリアを第2領域E2から第1領域E1に導く。
Claims (8)
- 垂直共振型面発光レーザを作製する方法であって、
基板の主面上に設けられ面発光半導体レーザのための半導体積層を備えるエピタキシャル基板を準備する工程と、
前記エピタキシャル基板を準備した後に、前記基板の前記主面の第1エリアを覆うと共に前記基板の前記主面の第2エリア上に開口を有するパターンのマスクを形成する工程と、
前記マスクを用いて、イオン注入を行う工程と、
前記半導体積層をエッチングして、III族元素としてアルミニウムを含むと共にV族元素を含むIII−V化合物半導体の第1半導体層、及び活性層を含む半導体ポストを前記基板上に形成する工程と、
前記イオン注入を行った後に、酸化雰囲気中において前記半導体ポストの前記第1半導体層の一部を酸化して、前記III−V化合物半導体の電流アパーチャーと酸化物障壁とを含むポスト構造を前記半導体ポストから形成する工程と、
を備え、
前記イオン注入のイオン種は、アルミニウムイオンを含み、
前記第1半導体層及び前記活性層は、前記半導体ポストにおいて前記基板の前記主面に交差する第1軸の方向に配置されており、
前記イオン注入を行った後において、前記半導体ポストは、第1領域及び第2領域を含み、前記第1領域及び前記第2領域は前記第1軸の方向に延在し、前記第2領域は前記第1領域を囲み、前記半導体ポストの前記第1半導体層は、前記第1領域内の第1部分と前記第2領域内の第2部分とを含み、前記第1半導体層は、前記第1半導体層の前記第2部分におけるアルミニウム濃度が前記第1半導体層の前記第1部分におけるアルミニウム濃度より大きいアルミニウム濃度の面内分布を有する、垂直共振型面発光レーザを作製する方法。 - 前記イオン注入を行う前において、前記第1半導体層はAlGaAs膜を含み、前記第1半導体層の前記第2部分の前記AlGaAs膜におけるアルミニウム濃度は0.96以下であり、前記第1半導体層の前記第1部分の前記AlGaAs膜におけるアルミニウム濃度は0.97以上である、請求項1に記載された垂直共振型面発光レーザを作製する方法。
- 前記半導体ポストは、前記第1半導体層の上面に設けられた第1化合物半導体層を含み、
前記半導体ポストの前記第1化合物半導体層は、前記第1領域内の第1部分と前記第2領域内の第2部分とを含み、前記第1化合物半導体層は、前記第1化合物半導体層の前記第2部分におけるアルミニウム濃度が前記第1化合物半導体層の前記第1部分におけるアルミニウム濃度より大きいアルミニウム濃度の面内分布を有する、請求項1又は請求項2に記載された垂直共振型面発光レーザを作製する方法。 - 前記半導体ポストは、前記第1半導体層の下面に設けられた第2化合物半導体層を含み、
前記半導体ポストの前記第2化合物半導体層は、前記第1領域内の第1部分と前記第2領域内の第2部分とを含み、前記第2化合物半導体層は、前記第2化合物半導体層の前記第2部分におけるアルミニウム濃度が前記第2化合物半導体層の前記第1部分におけるアルミニウム濃度より大きいアルミニウム濃度の面内分布を有する、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載された垂直共振型面発光レーザを作製する方法。 - 垂直共振型面発光レーザであって、
電流狭窄構造及び活性層を含み基板の主面上に設けられたポスト構造を備え、
前記ポスト構造は、前記基板の前記主面に交差する第1軸の方向に延在する第1領域と、前記第1領域を囲む第2領域とを含み、
前記電流狭窄構造は、前記第1領域に設けられた電流アパーチャーと前記第2領域に設けられた酸化物障壁とを含み、
前記電流アパーチャー及び前記酸化物障壁は、前記第1軸に交差する基準面に沿って配列されており、
前記ポスト構造は、前記電流狭窄構造の上側に設けられた第1化合物半導体層と、前記電流狭窄構造の下側に設けられた第2化合物半導体層とを含み、
前記第1化合物半導体層は、前記第1領域内の第1部分と、前記第2領域内の第2部分とを含み、
前記第1化合物半導体層の前記第2部分のAl組成は、前記第1化合物半導体層の前記第1部分のAl組成より大きい、垂直共振型面発光レーザ。 - 前記電流アパーチャーは、AlX1Ga1−X1Asを含み、当該AlX1Ga1−X1AsのAl組成X1は、0.96以下である、請求項5に記載された垂直共振型面発光レーザ。
- 前記第2化合物半導体層は、前記第1領域内の第1部分と、前記第2領域内の第2部分とを含み、
前記第2化合物半導体層の前記第2部分のAl組成は、前記第2化合物半導体層の前記第1部分のAl組成より大きい、請求項5又は請求項6に記載された垂直共振型面発光レーザ。 - 前記活性層は、AlGaAs/GaAs量子井戸構造を含む、請求項5〜請求項7のいずれか一項に記載された垂直共振型面発光レーザ。
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