JP3421515B2 - 面型光半導体素子及びその製造方法 - Google Patents
面型光半導体素子及びその製造方法Info
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- JP3421515B2 JP3421515B2 JP25055296A JP25055296A JP3421515B2 JP 3421515 B2 JP3421515 B2 JP 3421515B2 JP 25055296 A JP25055296 A JP 25055296A JP 25055296 A JP25055296 A JP 25055296A JP 3421515 B2 JP3421515 B2 JP 3421515B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、面発光あるいは面
受光を行う面型光半導体素子及びその製造方法に関す
る。
受光を行う面型光半導体素子及びその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、電子計算機のさらなる高速化を図
るために、伝送信号に光を用いる光コンピュータが研究
・開発されている。この光コンピュータを実現するため
のキーデバイスとして、面発光半導体レーザや面型光増
幅器等が盛んに研究されている。
るために、伝送信号に光を用いる光コンピュータが研究
・開発されている。この光コンピュータを実現するため
のキーデバイスとして、面発光半導体レーザや面型光増
幅器等が盛んに研究されている。
【０００３】図４（ａ）は、従来の面発光半導体レーザ
の断面図である。１はｎ型ＧａＡｓ基板、２はｎ型Ｇａ
Ａｓバッファ層、３はｎ型ＤＢＲ（Distributed Bragg
Refrector ）層、４はｎ型クラッド層、５はｉ型ＧａＡ
ｓ活性層、６はｐ型クラッド層、７はｐ型ＤＢＲ層、１
０は陽極電極、１１は陰極電極である。そして、活性領
域８の周囲には、水素イオンが注入された高抵抗化領域
９が配置されている。
の断面図である。１はｎ型ＧａＡｓ基板、２はｎ型Ｇａ
Ａｓバッファ層、３はｎ型ＤＢＲ（Distributed Bragg
Refrector ）層、４はｎ型クラッド層、５はｉ型ＧａＡ
ｓ活性層、６はｐ型クラッド層、７はｐ型ＤＢＲ層、１
０は陽極電極、１１は陰極電極である。そして、活性領
域８の周囲には、水素イオンが注入された高抵抗化領域
９が配置されている。
【０００４】高抵抗化領域９に注入された水素イオン
は、図４（ｂ）に示すように、活性層５付近に最も多く
分布するよう注入される。注入された水素イオン１個に
つきほぼ１個のキャリアが消滅するため、活性層５付近
ではほぼ完全な絶縁性を有するようになるが、水素イオ
ン濃度が薄く高抵抗化領域９の表面層では導電性を維持
している。従って、陽極電極１０から流れ込む電流は、
高抵抗化領域９のｉ型ＧａＡｓ活性層５に流れず、高抵
抗化領域９の導電性を維持した領域を経由して、活性領
域８の活性層５に流れる。
は、図４（ｂ）に示すように、活性層５付近に最も多く
分布するよう注入される。注入された水素イオン１個に
つきほぼ１個のキャリアが消滅するため、活性層５付近
ではほぼ完全な絶縁性を有するようになるが、水素イオ
ン濃度が薄く高抵抗化領域９の表面層では導電性を維持
している。従って、陽極電極１０から流れ込む電流は、
高抵抗化領域９のｉ型ＧａＡｓ活性層５に流れず、高抵
抗化領域９の導電性を維持した領域を経由して、活性領
域８の活性層５に流れる。
【０００５】この構造は、面発光半導体レーザとして最
も簡単な構造であり、１回の結晶成長と１回のイオン注
入という、簡単な工程で面発光半導体レーザを製造する
ことができる。
も簡単な構造であり、１回の結晶成長と１回のイオン注
入という、簡単な工程で面発光半導体レーザを製造する
ことができる。
【０００６】しかしながら、この種のレーザにあって
は、次のような問題があった。即ち、ｐ型ＤＢＲ層７の
表面から水素イオンが注入された高抵抗化領域９では、
表面層で導電性を維持しているとはいえ、イオン注入に
よってｐ型ＤＢＲ層７の表面の結晶が損傷するため、電
気伝導度はイオン未注入（表面結晶の損傷無）の場合に
比べて大幅に低下し、陽極電極１０とｐ型ＤＢＲ層７と
の接触抵抗が増大する。
は、次のような問題があった。即ち、ｐ型ＤＢＲ層７の
表面から水素イオンが注入された高抵抗化領域９では、
表面層で導電性を維持しているとはいえ、イオン注入に
よってｐ型ＤＢＲ層７の表面の結晶が損傷するため、電
気伝導度はイオン未注入（表面結晶の損傷無）の場合に
比べて大幅に低下し、陽極電極１０とｐ型ＤＢＲ層７と
の接触抵抗が増大する。
【０００７】例えば、注入前に２×１０18ｃｍ-3であっ
たキャリア濃度が、イオン注入後に、高抵抗化領域９の
等価的な平均キャリア濃度は１×１０15ｃｍ-3になる。
また、高抵抗化領域９の単位面積あたりの接触抵抗は、
注入する前には１×１０-5Ω／ｃｍ2 以下にすることも
可能であるが、イオン注入して表面結晶が損傷すると数
ＭΩ／ｃｍ2 に増大する。このため、例えば１ｍｍ角の
チップの表面全面に電極を形成したとしても、接触抵抗
だけで１００ＭΩ以上になる。
たキャリア濃度が、イオン注入後に、高抵抗化領域９の
等価的な平均キャリア濃度は１×１０15ｃｍ-3になる。
また、高抵抗化領域９の単位面積あたりの接触抵抗は、
注入する前には１×１０-5Ω／ｃｍ2 以下にすることも
可能であるが、イオン注入して表面結晶が損傷すると数
ＭΩ／ｃｍ2 に増大する。このため、例えば１ｍｍ角の
チップの表面全面に電極を形成したとしても、接触抵抗
だけで１００ＭΩ以上になる。
【０００８】表面結晶の損傷はアニールによって回復さ
せることができるが、アニールを行うと、高抵抗化領域
９内部のほぼ絶縁性を有していたところまでもが導電性
を持つようになる。従って、アニールして表面結晶の損
傷をなおすことはできない。また、損傷部分に、熱拡散
法或いはイオン注入法等によって、アクセプタ又はドナ
ーとなる不純物を結晶内に導入して伝導度を回復させよ
うとしても、いずれの方法でも高温の工程を必要とする
ため用いることはできない。
せることができるが、アニールを行うと、高抵抗化領域
９内部のほぼ絶縁性を有していたところまでもが導電性
を持つようになる。従って、アニールして表面結晶の損
傷をなおすことはできない。また、損傷部分に、熱拡散
法或いはイオン注入法等によって、アクセプタ又はドナ
ーとなる不純物を結晶内に導入して伝導度を回復させよ
うとしても、いずれの方法でも高温の工程を必要とする
ため用いることはできない。
【０００９】従って、陽極電極１０と高抵抗化領域９の
表面との接触抵抗は大きなものとなる。接触抵抗が大き
いと発熱量が増大し、素子の温度が上昇する。一般に半
導体レーザは、温度上昇に伴ってしきい値も増加し、出
力が低下するなど特性が劣化する。発熱が大きければ温
度上昇も大きくなるほか、無駄な電力を消費することに
もなり、いずれの点からも好ましくない。
表面との接触抵抗は大きなものとなる。接触抵抗が大き
いと発熱量が増大し、素子の温度が上昇する。一般に半
導体レーザは、温度上昇に伴ってしきい値も増加し、出
力が低下するなど特性が劣化する。発熱が大きければ温
度上昇も大きくなるほか、無駄な電力を消費することに
もなり、いずれの点からも好ましくない。
【００１０】また、発熱量を低くするために、高抵抗化
領域の表面と電極との接触抵抗が低く、且つ高抵抗化領
域中の抵抗を高くするという要求を満たすためには、埋
め込み選択成長などの複雑の工程が必要であった。
領域の表面と電極との接触抵抗が低く、且つ高抵抗化領
域中の抵抗を高くするという要求を満たすためには、埋
め込み選択成長などの複雑の工程が必要であった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
面発光半導体レーザは、電極と表面層との接触抵抗が高
く発熱が大きいために、消費電力の増大，しきい値の増
大，又は出力の低下などの特性が劣化するという問題が
あった。
面発光半導体レーザは、電極と表面層との接触抵抗が高
く発熱が大きいために、消費電力の増大，しきい値の増
大，又は出力の低下などの特性が劣化するという問題が
あった。
【００１２】また、電極と高抵抗化領域の表面との接触
抵抗が低く、且つ高抵抗化領域内部の抵抗が高い面発光
半導体レーザを製造するには、埋め込み選択成長などの
複雑な工程が必要であるという問題があった。
抵抗が低く、且つ高抵抗化領域内部の抵抗が高い面発光
半導体レーザを製造するには、埋め込み選択成長などの
複雑な工程が必要であるという問題があった。
【００１３】本発明の目的は、電極と表面層との接触抵
抗を小さくすることができ、発熱量の低減と共に特性の
向上をはかり得る面型光半導体素子を提供することにあ
る。また、本発明の別の目的は、電極と表面層との接触
抵抗が低く、且つ高抵抗化領域内部の抵抗が高い構造を
簡易に形成することができる面型光半導体素子の製造方
法を提供することにある。
抗を小さくすることができ、発熱量の低減と共に特性の
向上をはかり得る面型光半導体素子を提供することにあ
る。また、本発明の別の目的は、電極と表面層との接触
抵抗が低く、且つ高抵抗化領域内部の抵抗が高い構造を
簡易に形成することができる面型光半導体素子の製造方
法を提供することにある。
【００１４】
（構成）本発明の面型光半導体素子は、上記課題を解決
するために以下のように構成されている。 （１） 本発明の面型光半導体素子（請求項１）は、複
数の半導体層が積層され、発光又は受光に供される活性
領域の周囲にイオン注入による高抵抗化領域を設けた半
導体積層構造部と、前記高抵抗化領域の表面に電極を形
成した面型光半導体素子において、前記高抵抗化領域
は、表面部が選択的にイオン注入され、内部が全体的に
イオン注入されていることを特徴とする。 （２） 本発明の面型光半導体素子の製造方法（請求項
２）は、半導体基板上に複数の半導体層を成長して半導
体積層構造部を形成する工程と、前記半導体積層構造部
の表面に、発光又は受光に供される活性領域となる部分
を覆うようにマスクを形成し、且つ該活性領域の周囲の
高抵抗化領域となる部分を選択的に覆うように複数本の
帯状のマスクを平行に形成する工程と、前記半導体積層
構造部の表面の法線方向に対し前記帯状のマスクと交差
する方向に傾けた方向から第１のイオン注入を施す工程
と、前記半導体積層構造部の表面の法線方向に対し第１
のイオン注入とは逆方向に傾けた方向から第２のイオン
注入を施す工程と、前記各マスクを除去した後に高抵抗
化領域の表面に電極を形成する工程とを含むことを特徴
とする。 （３） 前記面型光半導体素子は、面発光半導体レー
ザ，面型半導体増幅器，ダイオード，受光素子などであ
る。 （４） 前記高抵抗化領域の選択的にイオンが注入され
た無かった領域が、帯状に複数本平行に配置れている。 （５） 前記高抵抗化領域の選択的にイオンが注入され
た無かった領域の表面層は、注入されたイオンで覆われ
ていない。 （６） 前記高抵抗化領域の選択的にイオンが注入され
た無かった領域は、活性領域に接触している。 （７） （２）において、前記高抵抗化に選択的に形成
されたマスクの直下が前記イオンで完全に覆われない条
件で、該マスクの配置，及び前記イオン注入を施す。
するために以下のように構成されている。 （１） 本発明の面型光半導体素子（請求項１）は、複
数の半導体層が積層され、発光又は受光に供される活性
領域の周囲にイオン注入による高抵抗化領域を設けた半
導体積層構造部と、前記高抵抗化領域の表面に電極を形
成した面型光半導体素子において、前記高抵抗化領域
は、表面部が選択的にイオン注入され、内部が全体的に
イオン注入されていることを特徴とする。 （２） 本発明の面型光半導体素子の製造方法（請求項
２）は、半導体基板上に複数の半導体層を成長して半導
体積層構造部を形成する工程と、前記半導体積層構造部
の表面に、発光又は受光に供される活性領域となる部分
を覆うようにマスクを形成し、且つ該活性領域の周囲の
高抵抗化領域となる部分を選択的に覆うように複数本の
帯状のマスクを平行に形成する工程と、前記半導体積層
構造部の表面の法線方向に対し前記帯状のマスクと交差
する方向に傾けた方向から第１のイオン注入を施す工程
と、前記半導体積層構造部の表面の法線方向に対し第１
のイオン注入とは逆方向に傾けた方向から第２のイオン
注入を施す工程と、前記各マスクを除去した後に高抵抗
化領域の表面に電極を形成する工程とを含むことを特徴
とする。 （３） 前記面型光半導体素子は、面発光半導体レー
ザ，面型半導体増幅器，ダイオード，受光素子などであ
る。 （４） 前記高抵抗化領域の選択的にイオンが注入され
た無かった領域が、帯状に複数本平行に配置れている。 （５） 前記高抵抗化領域の選択的にイオンが注入され
た無かった領域の表面層は、注入されたイオンで覆われ
ていない。 （６） 前記高抵抗化領域の選択的にイオンが注入され
た無かった領域は、活性領域に接触している。 （７） （２）において、前記高抵抗化に選択的に形成
されたマスクの直下が前記イオンで完全に覆われない条
件で、該マスクの配置，及び前記イオン注入を施す。
【００１５】（作用）本発明の面型光半導体素子及びそ
の製造方法は、上記構成によって以下の作用・効果を有
する。
の製造方法は、上記構成によって以下の作用・効果を有
する。
【００１６】高抵抗化領域の表面に、イオンが照射され
ず表面結晶が損傷を受けていない領域が形成されている
ので、高抵抗化領域と電極との接触抵抗は低くなる。従
って、発熱が抑えられ、特性の優れた面型光半導体素子
となる。
ず表面結晶が損傷を受けていない領域が形成されている
ので、高抵抗化領域と電極との接触抵抗は低くなる。従
って、発熱が抑えられ、特性の優れた面型光半導体素子
となる。
【００１７】また、本発明の面型光半導体素子の製造方
法は、高抵抗化領域に複数本の帯状のマスクを平行に形
成し、マスクと交差する方向から基体の法線に対して両
方向からイオンを照射することによって、マスクの直下
にはイオンが注入されない領域を形成することができ、
また、マスク下方の高抵抗化領域の内部には、全体的に
イオンが注入されて抵抗が高くなる。
法は、高抵抗化領域に複数本の帯状のマスクを平行に形
成し、マスクと交差する方向から基体の法線に対して両
方向からイオンを照射することによって、マスクの直下
にはイオンが注入されない領域を形成することができ、
また、マスク下方の高抵抗化領域の内部には、全体的に
イオンが注入されて抵抗が高くなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を以下に図面
を参照して説明する。 （第１実施形態）図１は本発明の一実施形態に係わる面
発光半導体レーザの構造を示す図である。図１の（ａ）
は面発光レーザの構造を示す断面図で、図１の（ｂ）は
面発光レーザの構造を示す平面図である。ｎ型ＧａＡｓ
基板１上にｎ型ＧａＡｓバッファ層２，ｎ型ＤＢＲ層
３，ｎ型クラッド層４が積層されている。ｎ型クラッド
層４上にｉ型ＧａＡｓ活性層５が形成され、この活性層
５上にｐ型クラッド層６が形成されている。従って、ｉ
型ＧａＡｓ活性層５がｎ型及びｐ型クラッド層４，６に
挟まれており、ダブルヘテロ接合が形成されている。そ
して、ｐ型クラッド層６上にｐ型ＤＢＲ層７が形成され
ている。
を参照して説明する。 （第１実施形態）図１は本発明の一実施形態に係わる面
発光半導体レーザの構造を示す図である。図１の（ａ）
は面発光レーザの構造を示す断面図で、図１の（ｂ）は
面発光レーザの構造を示す平面図である。ｎ型ＧａＡｓ
基板１上にｎ型ＧａＡｓバッファ層２，ｎ型ＤＢＲ層
３，ｎ型クラッド層４が積層されている。ｎ型クラッド
層４上にｉ型ＧａＡｓ活性層５が形成され、この活性層
５上にｐ型クラッド層６が形成されている。従って、ｉ
型ＧａＡｓ活性層５がｎ型及びｐ型クラッド層４，６に
挟まれており、ダブルヘテロ接合が形成されている。そ
して、ｐ型クラッド層６上にｐ型ＤＢＲ層７が形成され
ている。
【００１９】上記構造は、表面から外部にレーザを放射
する円柱状の活性領域８と、表面から水素イオンが注入
され、活性層５付近の絶縁化をはかった高抵抗化領域９
とからなる。そして、高抵抗化領域８の表面に陽極電極
１０が形成され、ｎ型ＧａＡｓ基板１下面に陰極電極１
１が形成されている。
する円柱状の活性領域８と、表面から水素イオンが注入
され、活性層５付近の絶縁化をはかった高抵抗化領域９
とからなる。そして、高抵抗化領域８の表面に陽極電極
１０が形成され、ｎ型ＧａＡｓ基板１下面に陰極電極１
１が形成されている。
【００２０】また、図１の（ｂ）に示すように、高抵抗
化領域９のｐ型ＤＢＲ層７の表面には、表面からイオン
が注入され表面結晶が損傷を受け抵抗の高いイオン注入
部９ａと、表面からイオンが注入されず、表面結晶が損
傷を受けず抵抗の低い導電性の導電層９ｂとが交互に平
行に並び、導電層９ｂが活性領域８に接続するよう配置
されている。
化領域９のｐ型ＤＢＲ層７の表面には、表面からイオン
が注入され表面結晶が損傷を受け抵抗の高いイオン注入
部９ａと、表面からイオンが注入されず、表面結晶が損
傷を受けず抵抗の低い導電性の導電層９ｂとが交互に平
行に並び、導電層９ｂが活性領域８に接続するよう配置
されている。
【００２１】また、クラッド層４，６及びＤＢＲ層３，
７は、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓから形成されている。クラッ
ド層４，６はｘ＝０．５の組成であり、ＤＢＲ層３，７
はｘ＝０とｘ＝１とのＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ層を交互に２
０層ずつ積層したものである。
７は、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓから形成されている。クラッ
ド層４，６はｘ＝０．５の組成であり、ＤＢＲ層３，７
はｘ＝０とｘ＝１とのＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ層を交互に２
０層ずつ積層したものである。
【００２２】このような構成において、電極１０，１１
間に電圧を印加すると、電流が陽極電極１０から抵抗の
低い導電層９ｂを経由して活性領域８中の活性層５に流
れる。活性領域８のｎ型クラッド層４とｐ型クラッド層
６とで挟まれた活性層５では、電流が流れると、電子と
正孔とが再結合し発光が起こる。電流がしきい値以上の
場合、光の増幅が起こり、レーザ光が活性領域８の表面
から放射される。
間に電圧を印加すると、電流が陽極電極１０から抵抗の
低い導電層９ｂを経由して活性領域８中の活性層５に流
れる。活性領域８のｎ型クラッド層４とｐ型クラッド層
６とで挟まれた活性層５では、電流が流れると、電子と
正孔とが再結合し発光が起こる。電流がしきい値以上の
場合、光の増幅が起こり、レーザ光が活性領域８の表面
から放射される。
【００２３】次に図１の面発光半導体レーザの製造方法
について説明する。キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3のＧ
ａＡｓ基板１上に、キャリア濃度２×１０18ｃｍ-3のｎ
型ＧａＡｓバッファ層２を１μｍ、キャリア濃度２×１
０18ｃｍ-3のｎ型ＤＢＲ層３を２．６μｍ、キャリア濃
度２×１０18ｃｍ-3のｎ型クラッド層４を０．０６μ
ｍ、キャリア濃度１×１０15ｃｍ-3のｉ型ＧａＡｓ活性
層５を０．２μｍ、キャリア濃度２×１０18ｃｍ-3のｐ
型クラッド層６を０．０６μｍ、キャリア濃度２×１０
18ｃｍ-3のｐ型ＤＢＲ層７を２．６μｍ、ＭＯＣＶＤ法
で順次エピタキシャル成長させる。
について説明する。キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3のＧ
ａＡｓ基板１上に、キャリア濃度２×１０18ｃｍ-3のｎ
型ＧａＡｓバッファ層２を１μｍ、キャリア濃度２×１
０18ｃｍ-3のｎ型ＤＢＲ層３を２．６μｍ、キャリア濃
度２×１０18ｃｍ-3のｎ型クラッド層４を０．０６μ
ｍ、キャリア濃度１×１０15ｃｍ-3のｉ型ＧａＡｓ活性
層５を０．２μｍ、キャリア濃度２×１０18ｃｍ-3のｐ
型クラッド層６を０．０６μｍ、キャリア濃度２×１０
18ｃｍ-3のｐ型ＤＢＲ層７を２．６μｍ、ＭＯＣＶＤ法
で順次エピタキシャル成長させる。
【００２４】次いで、図２の（ａ）に示すようにｐ型Ｄ
ＢＲ層７上に注入マスク２０を形成する。この注入マス
ク２０は、活性領域の表面を覆う直径１０μｍの円形の
活性領域マスク部２１と、この活性領域マスク部２１か
ら延び、幅１．５μｍ、間隔２μｍをもって複数本平行
に配置された高抵抗化領域の一部を覆う腕部２２とから
なる。この注入マスク２０は厚さ２．２μｍの金薄膜か
ら形成されている。この注入マスク２０は、通常のフォ
トレジストをマスクとしたエッチング加工によって形成
しても良いし、選択メッキ工程などを用いて形成しても
良い。
ＢＲ層７上に注入マスク２０を形成する。この注入マス
ク２０は、活性領域の表面を覆う直径１０μｍの円形の
活性領域マスク部２１と、この活性領域マスク部２１か
ら延び、幅１．５μｍ、間隔２μｍをもって複数本平行
に配置された高抵抗化領域の一部を覆う腕部２２とから
なる。この注入マスク２０は厚さ２．２μｍの金薄膜か
ら形成されている。この注入マスク２０は、通常のフォ
トレジストをマスクとしたエッチング加工によって形成
しても良いし、選択メッキ工程などを用いて形成しても
良い。
【００２５】この注入マスク２０をマスクとして、水素
イオンを表面から注入する。通常のイオン注入では、チ
ャネリングを防ぐために、注入角度を基板表面の法線に
対して７〜１０゜傾けてイオンを照射する。しかし、本
発明では、非注入領域の広さや注入の容易さなどを勘案
してθ＝１６゜とする。そして、基板表面の法線より、
腕部２２と直交する方向に±θに傾けた方向から水素イ
オンをそれぞれ照射する。なお、加速電圧は３２０ｋｅ
Ｖ、ドーズ量はそれぞれの向きから１．３×１０14ｃｍ
-2である。
イオンを表面から注入する。通常のイオン注入では、チ
ャネリングを防ぐために、注入角度を基板表面の法線に
対して７〜１０゜傾けてイオンを照射する。しかし、本
発明では、非注入領域の広さや注入の容易さなどを勘案
してθ＝１６゜とする。そして、基板表面の法線より、
腕部２２と直交する方向に±θに傾けた方向から水素イ
オンをそれぞれ照射する。なお、加速電圧は３２０ｋｅ
Ｖ、ドーズ量はそれぞれの向きから１．３×１０14ｃｍ
-2である。
【００２６】その後、従来と同様に陽極電極、陰極電極
を設けて面発光半導体レーザが形成される。ここで、イ
オンを注入するの際の様子について説明する。水素イオ
ンを注入するときの、注入マスク２０の腕部２２付近の
拡大断面図を図２の（ｂ）に示す。基板の放線に対して
正または負の方向から単独で照射されるイオンビーム２
３，２４によって、イオンの行路中にあり、結晶中に直
接水素イオンが注入された欠陥導入領域２５が形成され
る。この欠陥導入領域２５のイオン分布は、深さ２．４
μｍで最大濃度２×１０18ｃｍ-3を有するものである。
また、両方向のイオンビーム２３，２４の行路上でない
中間領域２６でも、イオンビーム２３，２４のマスク端
での回折や結晶内での横広がりにより、やはり欠陥導入
領域２５と同程度の深さで同程度のイオン分布となる。
従って、活性領域以外の活性層５のやや上方ではキャリ
アが完全に補償され、完全に高抵抗化することになる。
を設けて面発光半導体レーザが形成される。ここで、イ
オンを注入するの際の様子について説明する。水素イオ
ンを注入するときの、注入マスク２０の腕部２２付近の
拡大断面図を図２の（ｂ）に示す。基板の放線に対して
正または負の方向から単独で照射されるイオンビーム２
３，２４によって、イオンの行路中にあり、結晶中に直
接水素イオンが注入された欠陥導入領域２５が形成され
る。この欠陥導入領域２５のイオン分布は、深さ２．４
μｍで最大濃度２×１０18ｃｍ-3を有するものである。
また、両方向のイオンビーム２３，２４の行路上でない
中間領域２６でも、イオンビーム２３，２４のマスク端
での回折や結晶内での横広がりにより、やはり欠陥導入
領域２５と同程度の深さで同程度のイオン分布となる。
従って、活性領域以外の活性層５のやや上方ではキャリ
アが完全に補償され、完全に高抵抗化することになる。
【００２７】一方マスクの腕部２２直下の非注入領域２
７では、水素イオンは分布せず、且つＤＢＲ層７の表面
が損傷を受けないため、元の高い導電性を維持してお
り、その上部に形成される電極との接触抵抗も小さくな
る。ｐ型ＤＢＲ層７の元のキャリア濃度は２×１０18ｃ
ｍ-3であるから、欠陥導入領域２５のキャリア濃度が０
になったとしても、欠陥導入領域２５，中間領域２６及
び非注入領域２７のキャリア濃度を平均した等価キャリ
ア濃度は４．１×１０17ｃｍ-3と高濃度のままである。
また、単位面積当たりの接触抵抗は非注入領域２７で１
×１０-5Ω／ｃｍ2 、欠陥導入領域２５で１×１０6 Ω
／ｃｍ2 であったとしても、平均の接触抵抗は、２．３
×１０-5Ω／ｃｍ2 にしかならない。すなわち、全体の
接触抵抗はたかだか１ｍΩである。
７では、水素イオンは分布せず、且つＤＢＲ層７の表面
が損傷を受けないため、元の高い導電性を維持してお
り、その上部に形成される電極との接触抵抗も小さくな
る。ｐ型ＤＢＲ層７の元のキャリア濃度は２×１０18ｃ
ｍ-3であるから、欠陥導入領域２５のキャリア濃度が０
になったとしても、欠陥導入領域２５，中間領域２６及
び非注入領域２７のキャリア濃度を平均した等価キャリ
ア濃度は４．１×１０17ｃｍ-3と高濃度のままである。
また、単位面積当たりの接触抵抗は非注入領域２７で１
×１０-5Ω／ｃｍ2 、欠陥導入領域２５で１×１０6 Ω
／ｃｍ2 であったとしても、平均の接触抵抗は、２．３
×１０-5Ω／ｃｍ2 にしかならない。すなわち、全体の
接触抵抗はたかだか１ｍΩである。
【００２８】従来及び本実施形態の面発光半導体レーザ
の特性を図３に示す。図３（ａ）は従来の面発光半導体
レーザの電流−電圧特性及び電流−光出力特性で、図３
（ｂ）は本実施形態のレーザの電流−電圧特性及び電流
−光出力特性である。図３（ａ）に示すように、従来の
レーザでは電極と高抵抗化領域との接触抵抗が大きく発
熱が大きいため、しきい値８ｍＡで発振開始後、約２０
ｍＡで出力が飽和している。また、電流を流すために高
い電圧を必要としている。
の特性を図３に示す。図３（ａ）は従来の面発光半導体
レーザの電流−電圧特性及び電流−光出力特性で、図３
（ｂ）は本実施形態のレーザの電流−電圧特性及び電流
−光出力特性である。図３（ａ）に示すように、従来の
レーザでは電極と高抵抗化領域との接触抵抗が大きく発
熱が大きいため、しきい値８ｍＡで発振開始後、約２０
ｍＡで出力が飽和している。また、電流を流すために高
い電圧を必要としている。
【００２９】図３（ｂ）に示すように、本実施形態のレ
ーザはしきい値５ｍＡで発振後，２０ｍＡまで出力の顕
著な飽和は見られない。また、従来のレーザよりも低い
電圧で同じ電流を流すことができる。
ーザはしきい値５ｍＡで発振後，２０ｍＡまで出力の顕
著な飽和は見られない。また、従来のレーザよりも低い
電圧で同じ電流を流すことができる。
【００３０】従って、従来の製造工程にイオン注入工程
を１回追加するだけという簡単な工程の追加で、電極と
高抵抗化領域の表面との接触抵抗が従来と比べて低くな
り、発熱を抑えることができる。また、導電層と活性領
域とが接続しているので、高抵抗化領域上の電極から活
性領域の活性層へ高い効率で電流を注入することが可能
となり、発熱を抑え、消費電力を低減することができ
る。
を１回追加するだけという簡単な工程の追加で、電極と
高抵抗化領域の表面との接触抵抗が従来と比べて低くな
り、発熱を抑えることができる。また、導電層と活性領
域とが接続しているので、高抵抗化領域上の電極から活
性領域の活性層へ高い効率で電流を注入することが可能
となり、発熱を抑え、消費電力を低減することができ
る。
【００３１】本発明は上記実施形態に限定されるもので
はない。例えば、上記実施形態では面発光半導体レーザ
について説明したが、同様の構造と問題点を持つ発光ダ
イオードや面型光増幅器にも適用することが可能であ
る。また、上記実施形態ではＤＢＲ層を高抵抗化してい
るが、高抵抗化領域の本質は発光あるいは受光を行う活
性領域を制限することであり、ＤＢＲ層ではないキャッ
プ層等を高抵抗化する事に本発明を適用できることは言
うまでもない。従って、受光素子に対しても本発明が適
用可能である。受光素子の場合、発熱は問題とならない
が、本発明を適用することによって接触抵抗が低減し応
答速度の向上をはかることができる。
はない。例えば、上記実施形態では面発光半導体レーザ
について説明したが、同様の構造と問題点を持つ発光ダ
イオードや面型光増幅器にも適用することが可能であ
る。また、上記実施形態ではＤＢＲ層を高抵抗化してい
るが、高抵抗化領域の本質は発光あるいは受光を行う活
性領域を制限することであり、ＤＢＲ層ではないキャッ
プ層等を高抵抗化する事に本発明を適用できることは言
うまでもない。従って、受光素子に対しても本発明が適
用可能である。受光素子の場合、発熱は問題とならない
が、本発明を適用することによって接触抵抗が低減し応
答速度の向上をはかることができる。
【００３２】もちろん、本発明の適用は上記した材料や
大きさ、注入条件に限定されるものではない。例えば、
半導体材料はＡｌx Ｇａ1-x ＡｓなどのＧａＡｓ系ばか
りでなく、ＩｎＰ系，ＺｎＳｅ系やＧａＮ系など、あら
ゆる系の半導体材料に適用することが可能である。ま
た、注入イオンは水素ばかりでなく、ヘリウムやホウ
素、場合によっては炭素や酸素、ガリウムやインジウム
なども使用可能である。
大きさ、注入条件に限定されるものではない。例えば、
半導体材料はＡｌx Ｇａ1-x ＡｓなどのＧａＡｓ系ばか
りでなく、ＩｎＰ系，ＺｎＳｅ系やＧａＮ系など、あら
ゆる系の半導体材料に適用することが可能である。ま
た、注入イオンは水素ばかりでなく、ヘリウムやホウ
素、場合によっては炭素や酸素、ガリウムやインジウム
なども使用可能である。
【００３３】また、注入されたイオンの横広がり量△Ｒ
L （濃度がｅ-1/2となる幅）は注入される結晶，イオン
種あるいは加速電圧などで決定されるが、イオンを最大
濃度に注入する深さをｄ、マスクの厚さをｈとすると、
マスクの腕部の幅及び間隔がそれぞれ２ｄ tanθ＋△Ｒ
L 以下の時、マスクの腕部の下部はイオンで完全に覆わ
れる。但し、ｈ tanθ≦△ＲL であることが望ましい。
注入角度θは１６゜に限られるものではない。また、必
ずしも一定の角度である必要もなく、複数の角度で注入
することも可能である。但し、各注入角度は結晶に対し
てチャネリングを起こさないことが望ましい。マスクに
対して、チャネリングが起こると、マスクの下部は注入
されたイオンで完全に覆われる。また、半導体層を構成
する結晶に対してチャネリングが起こると、半導体層を
高抵抗化することができない。
L （濃度がｅ-1/2となる幅）は注入される結晶，イオン
種あるいは加速電圧などで決定されるが、イオンを最大
濃度に注入する深さをｄ、マスクの厚さをｈとすると、
マスクの腕部の幅及び間隔がそれぞれ２ｄ tanθ＋△Ｒ
L 以下の時、マスクの腕部の下部はイオンで完全に覆わ
れる。但し、ｈ tanθ≦△ＲL であることが望ましい。
注入角度θは１６゜に限られるものではない。また、必
ずしも一定の角度である必要もなく、複数の角度で注入
することも可能である。但し、各注入角度は結晶に対し
てチャネリングを起こさないことが望ましい。マスクに
対して、チャネリングが起こると、マスクの下部は注入
されたイオンで完全に覆われる。また、半導体層を構成
する結晶に対してチャネリングが起こると、半導体層を
高抵抗化することができない。
【００３４】また、導電層の形状は、表面の結晶が損傷
を受けず、且つ導電性を有していれば、帯状のものでは
なくても良い。また、導電層は活性領域に接続されてい
なくても良く、ｐ型ＤＢＲ層の広い領域に導電層を形成
することも可能である。その他、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲で、種々変形して実施することが可能である。
を受けず、且つ導電性を有していれば、帯状のものでは
なくても良い。また、導電層は活性領域に接続されてい
なくても良く、ｐ型ＤＢＲ層の広い領域に導電層を形成
することも可能である。その他、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲で、種々変形して実施することが可能である。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように本発明の面型光半導
体素子は、電極と接触する高抵抗化領域の表面層に、結
晶が損傷を受けず、電気伝導度も高い導電層を備えるこ
とによって、電極と高抵抗化領域との接触抵抗を低くす
ることができるので、発熱を抑えることができる。そし
て、発熱が抑えられることによってしきい値を低くする
ことができる等、特性を良くすることができる。
体素子は、電極と接触する高抵抗化領域の表面層に、結
晶が損傷を受けず、電気伝導度も高い導電層を備えるこ
とによって、電極と高抵抗化領域との接触抵抗を低くす
ることができるので、発熱を抑えることができる。そし
て、発熱が抑えられることによってしきい値を低くする
ことができる等、特性を良くすることができる。
【００３６】また、本発明の面型光半導体素子の製造方
法は、高抵抗化領域の一部をマスクで覆い、基体の法線
に対して両方向からイオンを照射することによって、電
極と高抵抗化領域との接触抵抗とを低くすることがで
き、且つ高抵抗化領域の内部の抵抗が高い面型光半導体
素子を簡易に製造することができる。
法は、高抵抗化領域の一部をマスクで覆い、基体の法線
に対して両方向からイオンを照射することによって、電
極と高抵抗化領域との接触抵抗とを低くすることがで
き、且つ高抵抗化領域の内部の抵抗が高い面型光半導体
素子を簡易に製造することができる。
【図１】本発明の一実施形態に係わる面発光半導体レー
ザの構造を示す図。
ザの構造を示す図。
【図２】本発明の一実施形態に係わる面発光半導体レー
ザの工程の一部を示す図。
ザの工程の一部を示す図。
【図３】図１及び従来の面発光半導体レーザの電流−電
圧，出力特性を示す特性図。
圧，出力特性を示す特性図。
【図４】従来の面発光レーザの構造を示す断面図。
１…ｎ型ＧａＡｓ基板
２…ｎ型ＧａＡｓバッファ層
３…ｎ型ＤＢＲ層
４…ｎ型クラッド層
５…ｉ型ＧａＡｓ活性層
６…ｐ型クラッド層
７…ｐ型ＤＢＲ層
８…活性領域
９…高抵抗化領域
９ａ…イオン注入部
９ｂ…導電層
１０…陽極電極
１１…陰極電極
２０…注入マスク
２１…活性領域マスク部
２２…腕部
２３，２４…水素イオンビーム
２５…欠陥導入領域
２６…中間領域
２７…非注入領域
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平６−334273（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−268319（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−232494（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−29449（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−211619（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−167876（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−176787（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01S 5/00 - 5/50
H01L 27/15
Claims (2)
- 【請求項１】複数の半導体層が積層され、発光又は受光
に供される活性領域の周囲にイオン注入による高抵抗化
領域を設けた半導体積層構造部と、前記高抵抗化領域の
表面に電極を形成した面型光半導体素子において、 前記高抵抗化領域は、表面部が選択的にイオン注入さ
れ、内部が全体的にイオン注入されていることを特徴と
する面型光半導体素子。 - 【請求項２】半導体基板上に複数の半導体層を成長して
半導体積層構造部を形成する工程と、 前記半導体積層構造部の表面に、発光又は受光に供され
る活性領域となる部分を覆うようにマスクを形成し、且
つ該活性領域の周囲の高抵抗化領域となる部分を選択的
に覆うように複数本の帯状のマスクを平行に形成する工
程と、 前記半導体積層構造部の表面の法線方向に対し前記帯状
のマスクと交差する方向に傾けた方向から第１のイオン
注入を施す工程と、 前記半導体積層構造部の表面の法線方向に対し第１のイ
オン注入とは逆方向に傾けた方向から第２のイオン注入
を施す工程と、 前記各マスクを除去した後に高抵抗化領域の表面に電極
を形成する工程とを含むことを特徴とする面型光半導体
素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25055296A JP3421515B2 (ja) | 1996-09-20 | 1996-09-20 | 面型光半導体素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25055296A JP3421515B2 (ja) | 1996-09-20 | 1996-09-20 | 面型光半導体素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1098236A JPH1098236A (ja) | 1998-04-14 |
| JP3421515B2 true JP3421515B2 (ja) | 2003-06-30 |
Family
ID=17209619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25055296A Expired - Fee Related JP3421515B2 (ja) | 1996-09-20 | 1996-09-20 | 面型光半導体素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3421515B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7027385B2 (ja) * | 2019-10-02 | 2022-03-01 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | 点光源型発光ダイオード及びその製造方法 |
-
1996
- 1996-09-20 JP JP25055296A patent/JP3421515B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1098236A (ja) | 1998-04-14 |
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