JP2809265B2 - 面発光素子およびその製造方法 - Google Patents
面発光素子およびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、素子にダメージを
与えたり、高温動作でも信頼性に問題を生じない、信頼
度の高い面発光素子及びそれの製造方法に関する。
与えたり、高温動作でも信頼性に問題を生じない、信頼
度の高い面発光素子及びそれの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光のもつ並列性、および空間伝播性をボ
ード間のデータリンク、情報処理などに応用するために
は、面方向に素子を二次元的に集積化することが望まれ
る。こうした要請を満たす面発光素子により、並列情報
処理容量の増大が期待できることになる。こうした面型
半導体レーザ素子については、伊賀らによって先駆的な
研究が行われ、彼らの一連の研究成果は１９８８年発行
の伊賀他著のジャーナル・オブ・カンタム・エレクトロ
ニクス（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＱｕａｎｔｕｍＥｌｅ
ｃｔｒｏｎｉｃｓ）第２４巻１８４５〜１８５５ページ
記載の論文に歴史的な経緯を含めてまとめられている。
ード間のデータリンク、情報処理などに応用するために
は、面方向に素子を二次元的に集積化することが望まれ
る。こうした要請を満たす面発光素子により、並列情報
処理容量の増大が期待できることになる。こうした面型
半導体レーザ素子については、伊賀らによって先駆的な
研究が行われ、彼らの一連の研究成果は１９８８年発行
の伊賀他著のジャーナル・オブ・カンタム・エレクトロ
ニクス（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＱｕａｎｔｕｍＥｌｅ
ｃｔｒｏｎｉｃｓ）第２４巻１８４５〜１８５５ページ
記載の論文に歴史的な経緯を含めてまとめられている。
【０００３】この面発光素子では、電流を活性層に有効
に注入するために、何らかの方法で電流狭窄の構造が必
要となる。電流狭窄構造は、閾値電流の低減、電気一光
変換効率の向上のためにも必須のものである。これま
で、こうした電流狭窄構造として、イオン注入を用い、
イオンの注入した領域のみを高抵抗化することで電流狭
窄を行う方法や、選択酸化の方法が試みられてきた。
に注入するために、何らかの方法で電流狭窄の構造が必
要となる。電流狭窄構造は、閾値電流の低減、電気一光
変換効率の向上のためにも必須のものである。これま
で、こうした電流狭窄構造として、イオン注入を用い、
イオンの注入した領域のみを高抵抗化することで電流狭
窄を行う方法や、選択酸化の方法が試みられてきた。
【０００４】イオン注入に関しては、デイマン（Ｊ．
Ｃ．Ｄｙｍｅｎｔ）他著のジャーナル・オブ・アプライ
ド・フィジックス（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉ
ｅｄＰｈｙｓｉｃｓ）第４４巻２０７〜２１３ページ記
載の論文に詳しい。イオン、たとえばプロトンを高エネ
ルギー（たとえば１００ｋｅＶ）で打ち込むことによ
り、イオンが通過した部分の結晶性が破壊され、その領
域が高抵抗化することを利用するのがイオン注入による
電流狭窄である。電流はこの領域を避けて注入されるの
で、選択的にイオン注入を行うことにより、電流を有効
に活性領域に注入することができる。
Ｃ．Ｄｙｍｅｎｔ）他著のジャーナル・オブ・アプライ
ド・フィジックス（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉ
ｅｄＰｈｙｓｉｃｓ）第４４巻２０７〜２１３ページ記
載の論文に詳しい。イオン、たとえばプロトンを高エネ
ルギー（たとえば１００ｋｅＶ）で打ち込むことによ
り、イオンが通過した部分の結晶性が破壊され、その領
域が高抵抗化することを利用するのがイオン注入による
電流狭窄である。電流はこの領域を避けて注入されるの
で、選択的にイオン注入を行うことにより、電流を有効
に活性領域に注入することができる。
【０００５】また、選択酸化に関しては、ショケット
（Ｋ．Ｄ．Ｃｈｏｑｕｅｔｔｅ）他著のエレクトロニク
ス・レターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ）第３０巻２０４３〜２０４４ページ記載の論文に詳
しい。選択酸化による電流狭窄の方法とは、活性層の上
に酸化レートが他層に比べ著しく大きい選択酸化層を１
層入れておき、素子製造時にその層だけを選択的に酸化
させるものである。酸化した部分は高抵抗化するため、
前述のイオン注入同様、電流を有効に活性領域に注入す
ることが可能となる。
（Ｋ．Ｄ．Ｃｈｏｑｕｅｔｔｅ）他著のエレクトロニク
ス・レターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ）第３０巻２０４３〜２０４４ページ記載の論文に詳
しい。選択酸化による電流狭窄の方法とは、活性層の上
に酸化レートが他層に比べ著しく大きい選択酸化層を１
層入れておき、素子製造時にその層だけを選択的に酸化
させるものである。酸化した部分は高抵抗化するため、
前述のイオン注入同様、電流を有効に活性領域に注入す
ることが可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来例においては、信頼性の上で問題があった。イオン
注入の例においては、結晶に対するダメージが大きいた
め、その信頼性が問題となっていた。また、選択酸化の
方法においては、形成された酸化層領域の高温動作時の
信頼性に問題があった。
従来例においては、信頼性の上で問題があった。イオン
注入の例においては、結晶に対するダメージが大きいた
め、その信頼性が問題となっていた。また、選択酸化の
方法においては、形成された酸化層領域の高温動作時の
信頼性に問題があった。
【０００７】そこで、本発明は、素子にダメージを与え
ることなく、高温動作時にも安定した性能を供給でき
る、信頼性の高い面発光素子およびその製造方法を提供
することを目的とする。
ることなく、高温動作時にも安定した性能を供給でき
る、信頼性の高い面発光素子およびその製造方法を提供
することを目的とする。
【０００８】
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、半導体
基板上に第一の多層反射膜を形成する工程と、その上に
活性層を含む中間層を形成する工程と、その上に成長基
板温度を低温に下げて後に電流狭窄層となる層を形成す
る工程と、前記電流狭窄層となる層を熱処理することで
高抵抗化する工程と、前記電流狭窄層となる層のうち後
工程でメサを形成する予定の部分を除去して除去部とす
る工程と、その除去部に第二の多層反射膜を形成する工
程とを具備することを特徴とする面発光素子の製造方法
が得られる。
基板上に第一の多層反射膜を形成する工程と、その上に
活性層を含む中間層を形成する工程と、その上に成長基
板温度を低温に下げて後に電流狭窄層となる層を形成す
る工程と、前記電流狭窄層となる層を熱処理することで
高抵抗化する工程と、前記電流狭窄層となる層のうち後
工程でメサを形成する予定の部分を除去して除去部とす
る工程と、その除去部に第二の多層反射膜を形成する工
程とを具備することを特徴とする面発光素子の製造方法
が得られる。
【００１０】また本発明によれば、半導体基板上に第一
の多層反射膜を形成する工程と、その上に活性層を含む
中間層を形成する工程と、その上に成長基板温度を低温
に下げて後に電流狭窄層となる層を形成する工程と、そ
の上に第二の多層反射膜を形成する工程と、前記第二の
多層反射膜のメサ形成部を除いて該多層膜を除去する工
程と、該メサ形成部の周囲を１あるいは複数のレーザ光
を用いて所望の領域だけ高抵抗化し電流狭窄層を形成す
る工程とを具備することを特徴とする面発光素子の製造
方法得られる。
の多層反射膜を形成する工程と、その上に活性層を含む
中間層を形成する工程と、その上に成長基板温度を低温
に下げて後に電流狭窄層となる層を形成する工程と、そ
の上に第二の多層反射膜を形成する工程と、前記第二の
多層反射膜のメサ形成部を除いて該多層膜を除去する工
程と、該メサ形成部の周囲を１あるいは複数のレーザ光
を用いて所望の領域だけ高抵抗化し電流狭窄層を形成す
る工程とを具備することを特徴とする面発光素子の製造
方法得られる。
【００１１】
【作用】本発明によると、低温成長の電流狭窄層を用い
ているので、相当に高い熱処理温度まで上昇させない限
り、一度得られた狭窄層は安定であるから、イオン注入
などのように素子にダメージを与えたり、選択酸化の方
法などのように素子の高温動作に問題を残すことなく、
信頼性の高い面発光素子を供給することができる。
ているので、相当に高い熱処理温度まで上昇させない限
り、一度得られた狭窄層は安定であるから、イオン注入
などのように素子にダメージを与えたり、選択酸化の方
法などのように素子の高温動作に問題を残すことなく、
信頼性の高い面発光素子を供給することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の実
施の第一の形態に係る面発光素子の断面図である。図２
は、その製作工程を説明するための図である。第一の形
態では、発振波長９８０ｎｍの面発光素子について説明
する。まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１１上にｎ型ＡｌＡｓ層
およびｎ型ＧａＡｓ層を各々８２．９ｎｍ、６９．５ｎ
ｍの膜厚で交互に、たとえば１８周期積層し、これによ
りｎ型半導体多層膜１２を形成する。次に、このｎ型半
導体多層膜１２の上に、ｎ型クラッド層１３として例え
ばＡｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ層を１４５．７ｎｍ形成する。
このｎ型クラッド層１３上に活性層１４として例えばＩ
ｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓを幅１０ｎｍで３層形成する。この
活性層１４の上にｐ型クラッド層１５としてＡｌ0.25Ｇ
ａ0.75Ａｓ層を９３．３ｎｍ形成する。クラッド層１５
形成後、基板温度を２００℃まで下げ、電流狭窄層１６
としてＧａＡｓ層を５０ｎｍ形成する。その後、基板温
度を６００℃まで上昇させて熱処理を行う。これによ
り、低温成長したＧａＡｓは１０7 Ωｃｍにまで高抵抗
化する。上記工程後、塩素ガスを用いたドライエッチン
グにより、図２（ｂ）のようにｐ型ＤＢＲ形成部のみ電
流狭窄層１６を除去する。塩素ガスを用いたドライエッ
チングの他に、ＡＢエッチャント（硝酸銀８ｍｇ、水２
ｍｌ、酸化クロム１ｇ、弗酸１ｍｌを混合したもの）を
用いて除去を行ってもよい。ドライエッチングの場合
は、レーザによるモニターにより、ＡＢエッチャントの
場合はＧａＡｓのみを選択的にエッチングするので所望
の層のみを選択的に除去できることになる。
図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の実
施の第一の形態に係る面発光素子の断面図である。図２
は、その製作工程を説明するための図である。第一の形
態では、発振波長９８０ｎｍの面発光素子について説明
する。まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１１上にｎ型ＡｌＡｓ層
およびｎ型ＧａＡｓ層を各々８２．９ｎｍ、６９．５ｎ
ｍの膜厚で交互に、たとえば１８周期積層し、これによ
りｎ型半導体多層膜１２を形成する。次に、このｎ型半
導体多層膜１２の上に、ｎ型クラッド層１３として例え
ばＡｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ層を１４５．７ｎｍ形成する。
このｎ型クラッド層１３上に活性層１４として例えばＩ
ｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓを幅１０ｎｍで３層形成する。この
活性層１４の上にｐ型クラッド層１５としてＡｌ0.25Ｇ
ａ0.75Ａｓ層を９３．３ｎｍ形成する。クラッド層１５
形成後、基板温度を２００℃まで下げ、電流狭窄層１６
としてＧａＡｓ層を５０ｎｍ形成する。その後、基板温
度を６００℃まで上昇させて熱処理を行う。これによ
り、低温成長したＧａＡｓは１０7 Ωｃｍにまで高抵抗
化する。上記工程後、塩素ガスを用いたドライエッチン
グにより、図２（ｂ）のようにｐ型ＤＢＲ形成部のみ電
流狭窄層１６を除去する。塩素ガスを用いたドライエッ
チングの他に、ＡＢエッチャント（硝酸銀８ｍｇ、水２
ｍｌ、酸化クロム１ｇ、弗酸１ｍｌを混合したもの）を
用いて除去を行ってもよい。ドライエッチングの場合
は、レーザによるモニターにより、ＡＢエッチャントの
場合はＧａＡｓのみを選択的にエッチングするので所望
の層のみを選択的に除去できることになる。
【００１３】上記工程後、例えばＳｉＯ2 とＳｉを各々
１６８ｎｍ、７１ｎｍずつ交互に積層した誘電体ミラー
を５．５ペア形成し、これを反射鏡１７とする。この場
合、ｐ側の電極をとるため、この後、バッファードフッ
酸などで図２（ｃ）のようにメサ状に誘電体ミラーをエ
ッチングし、その上から電極（たとえばＣｒ／Ａｕな
ど）を蒸着する。
１６８ｎｍ、７１ｎｍずつ交互に積層した誘電体ミラー
を５．５ペア形成し、これを反射鏡１７とする。この場
合、ｐ側の電極をとるため、この後、バッファードフッ
酸などで図２（ｃ）のようにメサ状に誘電体ミラーをエ
ッチングし、その上から電極（たとえばＣｒ／Ａｕな
ど）を蒸着する。
【００１４】その他の方法としては、基板温度を７００
℃まで上昇させ、上層の半導体を薄く除去したのち、ｐ
型半導体多層膜を反射鏡１７として再成長するものがあ
る。この場合には、半導体多層膜として、ＧａＡｓ、Ａ
ｌＡｓを用いればよい。電極はそのままその上に蒸着す
ればよい。以上のようにして、面発光素子をイオン注入
や選択酸化の方法を用いずに製造することができる。
℃まで上昇させ、上層の半導体を薄く除去したのち、ｐ
型半導体多層膜を反射鏡１７として再成長するものがあ
る。この場合には、半導体多層膜として、ＧａＡｓ、Ａ
ｌＡｓを用いればよい。電極はそのままその上に蒸着す
ればよい。以上のようにして、面発光素子をイオン注入
や選択酸化の方法を用いずに製造することができる。
【００１５】次に、本発明の実施の第二の形態について
図面を参照しながら説明する。発振波長は第一の形態と
同様に、９８０ｎｍについて説明する。ｎ型半導体多層
膜２２、ｎ型クラッド層２３、活性層２４、ｐ型クラッ
ド層２５、電流狭窄層２６をこの順に形成するところま
では、第一の形態に同じである。材料、膜厚も同じでよ
い。そののち、ｐ型ＡｌＡｓ層およびｐ型ＧａＡｓ層を
各々８２．９ｎｍ、６９．５ｎｍの膜厚で交互に、たと
えば１６周期積層することで、ｐ型半導体多層膜２７を
形成する。その上に位相補正層とキャップ層２８をかね
てｐ型ＧａＡｓを１１４ｎｍ形成する。こうして得られ
たウエハを塩素ガスを用いたドライエッチングにより、
ｐ型半導体多層膜２７およびキャップ層２８を図３
（ｂ）に示すようにメサエッチングし、メサ３１を形成
する。メサ３１を形成後、図３（ｃ）に示すように、直
径２〜３ミクロンに絞ったレーザ光２９をメサ３１の底
部に照射させつつその周囲を走査させることにより、電
流狭窄層２６のうちレーザ光の当たった部分のみ選択的
に熱処理し高抵抗化させる。この場合、レーザ光強度は
所望の熱処理温度が得られるように設定されている。
図面を参照しながら説明する。発振波長は第一の形態と
同様に、９８０ｎｍについて説明する。ｎ型半導体多層
膜２２、ｎ型クラッド層２３、活性層２４、ｐ型クラッ
ド層２５、電流狭窄層２６をこの順に形成するところま
では、第一の形態に同じである。材料、膜厚も同じでよ
い。そののち、ｐ型ＡｌＡｓ層およびｐ型ＧａＡｓ層を
各々８２．９ｎｍ、６９．５ｎｍの膜厚で交互に、たと
えば１６周期積層することで、ｐ型半導体多層膜２７を
形成する。その上に位相補正層とキャップ層２８をかね
てｐ型ＧａＡｓを１１４ｎｍ形成する。こうして得られ
たウエハを塩素ガスを用いたドライエッチングにより、
ｐ型半導体多層膜２７およびキャップ層２８を図３
（ｂ）に示すようにメサエッチングし、メサ３１を形成
する。メサ３１を形成後、図３（ｃ）に示すように、直
径２〜３ミクロンに絞ったレーザ光２９をメサ３１の底
部に照射させつつその周囲を走査させることにより、電
流狭窄層２６のうちレーザ光の当たった部分のみ選択的
に熱処理し高抵抗化させる。この場合、レーザ光強度は
所望の熱処理温度が得られるように設定されている。
【００１６】さらに細かい熱処理を行いたい場合は、図
４に示すように２本のレーザ光２９，３０を用いて、そ
の重なった部分のみが所望の熱処理温度となるようにレ
ーザ光強度、絞りなどを設定し、熱処理を行う。これに
より、レーザ光の照射部分のみが熱処理され、高抵抗化
する。そして、この部分が電流狭窄の役割を担うことに
なる。レーザ光非照射部分の抵抗は低いので、電流はそ
こから効率よく注入される。上記工程ののち、電極形成
することで、面発光素子を得ることができる。
４に示すように２本のレーザ光２９，３０を用いて、そ
の重なった部分のみが所望の熱処理温度となるようにレ
ーザ光強度、絞りなどを設定し、熱処理を行う。これに
より、レーザ光の照射部分のみが熱処理され、高抵抗化
する。そして、この部分が電流狭窄の役割を担うことに
なる。レーザ光非照射部分の抵抗は低いので、電流はそ
こから効率よく注入される。上記工程ののち、電極形成
することで、面発光素子を得ることができる。
【００１７】なお、面発光素子の発振波長、製造に用い
た半導体材料、誘電体材料、電極材料などはこれに限定
されるものではない。
た半導体材料、誘電体材料、電極材料などはこれに限定
されるものではない。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
素子にダメージを与えることなく、高温動作時にも安定
した性能を供給できる、信頼性の高い面発光素子および
その製造方法を提供することができる。
素子にダメージを与えることなく、高温動作時にも安定
した性能を供給できる、信頼性の高い面発光素子および
その製造方法を提供することができる。
【図１】本発明の実施の第一の形態に係る面発光素子の
断面図である。
断面図である。
【図２】図１の面発光素子の製造方法を説明するための
概略図である。
概略図である。
【図３】本発明の実施の第二の形態に係る面発光素子の
製造方法を示す概略図である。
製造方法を示す概略図である。
【図４】熱処理手段の変形を示す説明用平面図である。
１１ ｎ型半導体基板 １２ ｎ型半導体多層膜 １３ ｎ型クラッド層 １４ 活性層 １５ ｐ型クラッド層 １６ 電流狭窄層 １７ 反射鏡 ２１ ｎ型半導体基板 ２２ ｎ型半導体多層膜 ２３ ｎ型クラッド層 ２４ 活性層 ２５ ｐ型クラッド層 ２６ 電流狭窄層 ２７ ｐ型半導体多層膜 ２８ キャップ層 ２９ レーザ光 ３０ レーザ光 ３１ メサ
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体基板上に第一の多層反射膜を形成
する工程と、その上に活性層を含む中間層を形成する工
程と、その上に成長基板温度を低温に下げて後に電流狭
窄層となる層を形成する工程と、前記電流狭窄層となる
層を熱処理することで高抵抗化する工程と、前記電流狭
窄層となる層のうち後工程でメサを形成する予定の部分
を除去して除去部とする工程と、その除去部に第二の多
層反射膜を形成する工程とを具備することを特徴とする
面発光素子の製造方法。 - 【請求項２】 半導体基板上に第一の多層反射膜を形成
する工程と、その上に活性層を含む中間層を形成する工
程と、その上に成長基板温度を低温に下げて後に電流狭
窄層となる層を形成する工程と、その上に第二の多層反
射膜を形成する工程と、前記第二の多層反射膜のメサ形
成部を除いて該多層膜を除去する工程と、該メサ形成部
の周囲を１あるいは複数のレーザ光を用いて所望の領域
だけ高抵抗化し電流狭窄層を形成する工程とを具備する
ことを特徴とする面発光素子の製造方法。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載の面発光素子の製造
方法により製造されたことを特徴とする面発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29508595A JP2809265B2 (ja) | 1995-11-14 | 1995-11-14 | 面発光素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29508595A JP2809265B2 (ja) | 1995-11-14 | 1995-11-14 | 面発光素子およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09139540A JPH09139540A (ja) | 1997-05-27 |
| JP2809265B2 true JP2809265B2 (ja) | 1998-10-08 |
Family
ID=17816120
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29508595A Expired - Fee Related JP2809265B2 (ja) | 1995-11-14 | 1995-11-14 | 面発光素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2809265B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6330265B1 (en) * | 1998-04-21 | 2001-12-11 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Optical functional element and transmission device |
| JP6747910B2 (ja) | 2016-08-10 | 2020-08-26 | 浜松ホトニクス株式会社 | 発光装置 |
| US11031751B2 (en) | 2016-08-10 | 2021-06-08 | Hamamatsu Photonics K.K. | Light-emitting device |
| US10734786B2 (en) | 2016-09-07 | 2020-08-04 | Hamamatsu Photonics K.K. | Semiconductor light emitting element and light emitting device including same |
| US11646546B2 (en) | 2017-03-27 | 2023-05-09 | Hamamatsu Photonics K.K. | Semiconductor light emitting array with phase modulation regions for generating beam projection patterns |
| US11637409B2 (en) | 2017-03-27 | 2023-04-25 | Hamamatsu Photonics K.K. | Semiconductor light-emitting module and control method therefor |
| DE112018001611T5 (de) * | 2017-03-27 | 2020-01-16 | Hamamatsu Photonics K.K. | Lichtemittierendes halbleiterelement und verfahren zur herstellung eines lichtemittierenden halbleiterelements |
| JP6959042B2 (ja) | 2017-06-15 | 2021-11-02 | 浜松ホトニクス株式会社 | 発光装置 |
| WO2019111787A1 (ja) | 2017-12-08 | 2019-06-13 | 浜松ホトニクス株式会社 | 発光装置およびその製造方法 |
-
1995
- 1995-11-14 JP JP29508595A patent/JP2809265B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09139540A (ja) | 1997-05-27 |
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