JPH11135875A - 半導体光素子の製造方法 - Google Patents

半導体光素子の製造方法

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JPH11135875A
JPH11135875A JP29665597A JP29665597A JPH11135875A JP H11135875 A JPH11135875 A JP H11135875A JP 29665597 A JP29665597 A JP 29665597A JP 29665597 A JP29665597 A JP 29665597A JP H11135875 A JPH11135875 A JP H11135875A
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JP
Japan
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nitrogen
resonator
active layer
side electrode
laser
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JP29665597A
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English (en)
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Masayuki Momose
正之 百瀬
Toshiaki Tanaka
俊明 田中
Takeyuki Hiruma
健之 比留間
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】レーザ素子の共振器端面における活性層の禁制
帯幅を制御性,再現性良く増大させる方法を提供する。 【解決手段】半導体レーザ素子の共振器端面に拡散させ
る不純物を含む材料の薄膜を形成した後、熱処理を行
い、その後その薄膜を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、化合物半導体素子
特に半導体発光素子とそれを用いた装置に関する。
【0002】
【従来の技術】情報端末分野では、情報量の増大に伴
い、情報を記録する媒体の記録密度向上が進められてい
る。特に、高密度での情報記録が可能なDVD(Digita
l Versatile Disk)の実用化に向けて短波長半導体レー
ザへの期待が高まっている。DVD−RAM(Random A
ccess Memory)用半導体レーザには650nm帯の高出
力赤色半導体レーザが求められている。高出力化のため
には、レーザ光出射端面におけるレーザ光の吸収による
発熱が原因となって生じる端面破壊(COD:Catastro
phic Optical Damage)レベルを向上することが必要であ
る。その方法としては、端面に保護膜を作製しレーザ発
振に必要な電流注入量を低減させて全体の発熱を抑える
方法と、端面近傍における活性層の禁制帯幅を増大させ
てレーザ光の吸収量を低減させて端面部の発熱を抑える
方法がある。前者の方法が一般的に広く用いられている
のに対して、後者の方法は禁制帯幅を増大させる方法や
その制御性が困難なため実用化が難しかった。活性層の
禁制帯幅を増大させる方法としては、不純物のイオン打
ち込みや熱拡散により活性層の量子井戸構造を崩す方法
がある。しかし、いずれの場合においても、半導体素子
の最表面、半導体レーザの場合にはp型クラッド層の表
面から不純物を導入する方法がとられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記の方法としては、
拡散源となる材料をp型クラッド層上に形成して熱処理
を行う方法や、封止管の中に拡散源となる材料と共に素
子を入れて熱処理する方法等がある。いずれの場合にお
いても、不純物を導入する広さ,深さの制御,導入量の
制御が難しく、再現性良くレーザ素子を作製することが
できない。不純物を導入する広さ,深さの制御ができな
いと、不必要な部分にまで不純物が拡散し、素子特性に
悪影響を与える。また、不純物の量が制御できなけれ
ば、量子井戸構造,超格子構造のヘテロ界面が完全に崩
れて、その部分は光導波路として機能せず、光の損失に
寄与することになるため、この場合も素子特性に悪影響
を与える。さらに、p型クラッド層の表面を露出させて
熱処理を行うと、p型クラッド層中のキャリア濃度が減
少し、素子特性が低下することがある。
【0004】本発明の目的は、レーザ共振器端面部の活
性層にある元素を加えて禁制帯幅を増大させる時、その
元素が必要のない領域まで入り込み、素子特性に悪影響
を与えることを防ぎ、再現性良く素子が作製できる方法
を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の特徴は、
半導体レーザ素子の共振器端面に拡散させる不純物を含
む材料の薄膜を形成した後、熱処理を行い、その後その
薄膜を除去することである。
【0006】本発明の第2の特徴は、半導体レーザ素子
の共振器端面に不純物をイオン打ち込みした後、熱処理
を行うことである。
【0007】本発明の第3の特徴は、半導体レーザ素子
の構成元素と同じ族の元素を共振器端面にイオン打ち込
みした後、熱処理を行うことである。
【0008】
【発明の実施の形態】
(実施例1)図1は、本発明における半導体レーザの実
施例である。11はn−GaAs基板、12はn−Al
xGayIn1-x-yP(x=0.35,y=0.15)クラッ
ド層、13はInaGa1-aP/AlbGacIn1-b-c
(a=0.35,b=0.2,c=0.3)MQW活性層、
14はp−AlxGayIn1-x-yP(x=0.35,y=
0.15)クラッド層、15はp側電極、16はn側電
極、17はZn拡散源である。これをRTA(Rapid The
rmal Annealing)法により窒素雰囲気中で、600℃,
60秒間熱処理したところ、図に示したようにZn拡散
領域18とZnが拡散したことにより活性層構造が崩れ
た領域19が形成された。RTA法は、ランプを用いて
行うため、最表面だけが加熱されるという利点がある。
そのため、600℃で熱処理を行っても、素子内部は加
熱されないので素子特性に悪影響を与えない。
【0009】図2はこの方法でZnを拡散させた領域で
波長分布を調べたものである。図から明らかなように、
前述した拡散方法に比べて波長分布が小さく、拡散の制
御性が向上していることがわかる。
【0010】図3はこの素子を劈開し、300μm×6
00μmのサイズにしてレーザ特性(a)を測定したも
のである。図には、Znを拡散させないで作製した従来
素子の特性(b)も併せて示している。いずれの素子で
も、レーザ発振の閾値はほとんど変わらないのに対し
て、従来素子では20mWを超えた光出力でCODを起
こしているが、Zn拡散を施した素子では、40mWを
超える出力まで動作していることがわかる。また、この
素子の発振波長は654nmであった。
【0011】以上により、本発明に従って作製したレー
ザ素子は従来に比べて高出力で動作することが確認され
た。この素子では不純物にZnを用いたが、その他のII
族元素、あるいはIV族,VI族元素を用いても同様の結果
を得た。また、結晶成長法に分子線エピタキシー法を用
いても同様の結果を得た。
【0012】(実施例2)図4は、本発明における半導
体レーザの一実施例である。21はn−GaAs基板、
22はn−AlxGayIn1-x-yP(x=0.4,y=0.
15)クラッド層、23はInaGa1-aP/AlbGac
In1-b-cP(a=0.4,b=0.3,c=0.3)MQW
活性層、24はp−AlxGayIn1-x-yP(x=0.
4,y=0.15)クラッド層、25はp側電極、26はn
側電極である。この素子の片側端面部に窒素をイオン打
ち込みで、ドーズ量1018cm-2深さ20μmまで打ち込
んだ後、窒素雰囲気中で、RTA法により600℃,5
0秒間熱処理したところ、図に示したように窒素が導入
された領域27が形成された。熱処理を行わなければ、
イオン打ち込みした窒素は、格子間位置に入り、格子ひ
ずみ等を生じさせる原因となるが、熱処理を行うこと
で、格子間位置から格子点に移動して、Ga−N,Al
−N等の正常な結合状態を形成する。
【0013】図5にIII−V 族化合物半導体の格子定数
と禁制帯幅の関係を示す。窒素を含まない化合物につい
ては立方晶構造での値であるが、窒素を含む化合物につ
いては六方晶構造の値で示している。GaN,AlN等
の窒素が含まれる化合物は禁制帯幅が大きいことがわか
る。従って、窒素を共振器端面に導入することで、Ga
−N,Al−N等の結合が形成され、その結果、その部
分の禁制帯幅が増大する。従って、共振器端面でのレー
ザ光の吸収が抑えられ、端面破壊が起きにくくなる。た
だし、窒素を導入すると、格子定数が小さくなるが、ド
ーズ量が1018cm-2程度で、窒素が格子位置に配置され
ていれば、格子のひずみ等は生じることがないので、素
子特性に悪影響を与えることはない。
【0014】図6はこの素子を劈開し、250μm×7
00μmのサイズにしてレーザ特性(a)を測定したも
のである。図には、窒素を導入させないで作製した従来
素子の特性(b)も併せて示している。いずれの素子で
も、レーザ発振の閾値はほとんど変わらないのに対し
て、従来素子では25mWを超えた光出力でCODを起
こしているが、Zn拡散を施した素子では、50mWを
超える出力まで動作していることがわかる。また、この
素子の発振波長は651nmであった。この素子では窒
素を用いたが、Al,Gaを用いても同様の結果を得
た。また、結晶成長法に分子線エピタキシー法を用いて
も同様の結果を得た。
【0015】(実施例3)図7は、本発明における半導
体レーザの一実施例である。31はn−GaAs基板、
32はn−AlxGayIn1-x-yP(x=0.34,y=
0.16)クラッド層、33はInaGa1-aP/Alb
cIn1-b-cP(a=0.35,b=0.2,c=0.3)
MQW活性層、34はp−AlxGayIn1-x-yP(x
=0.34,y=0.16)クラッド層、35はp側電極、
36はn側電極である。この素子の両側端面部に窒素を
イオン打ち込みで、ドーズ量1019cm-2深さ25μm
まで打ち込んだ後、窒素雰囲気中で、RTA法により6
00℃,70秒間熱処理したところ、図に示したように
窒素が導入された領域37が形成された。
【0016】図8はこの素子を劈開し、250μm×7
00μmのサイズにしてレーザ特性(a)を測定したも
のである。60mWを超える出力まで動作していること
がわかる。また、この素子の発振波長は650nmであ
った。この素子では窒素を用いたが、Al,Gaを用い
ても同様の結果を得た。また、結晶成長法に分子線エピ
タキシー法を用いても同様の結果を得た。
【0017】
【発明の効果】本発明により、レーザ共振器端面部の活
性層の禁制帯幅を安定に、また再現性良く増加させるこ
とができ、レーザ特性を向上させることができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明により作製した半導体レーザ素子の断面
構造図。
【図2】本発明により作製したZnが拡散した領域の発
光波長の分布図。
【図3】本発明により作製した半導体レーザ素子の特性
図。
【図4】本発明により作製した半導体レーザ素子の断面
構造図。
【図5】III−V 族化合物半導体の格子定数と禁制帯幅
の関係図。
【図6】本発明により作製した半導体レーザ素子の特性
図。
【図7】本発明により作製した半導体レーザ素子の断面
構造図。
【図8】本発明により作製した半導体レーザ素子の特性
図。
【符号の説明】
11…n−GaAs基板、12…n−AlxGayIn
1-x-yP(x=0.35,y=0.15)クラッド層、13
…InaGa1-aP/AlbGacIn1-b-cP(a=0.3
5,b=0.2,c=0.3)MQW活性層、14…p−
AlxGayIn1-x-yP(x=0.35,y=0.15)クラ
ッド層、15…p側電極、16…n側電極、17…Zn
拡散源、18…Zn拡散領域、19…Zn拡散により活
性層構造が崩れた領域、21…n−GaAs基板、22
…n−AlxGayIn1-x-yP(x=0.4,y=0.1
5)クラッド層、23…InaGa1-aP/AlbGacIn
1-b-cP(a=0.4,b=0.3,c=0.3)MQW活性
層、24…p−AlxGayIn1-x-yP(x=0.4,y=0.1
5)クラッド層、25…p側電極、26…n側電極、2
7…窒素が導入された領域、31…n−GaAs基板、
32…n−AlxGayIn1-x-yP(x=0.34,y=
0.16)クラッド層、33…InaGa1-aP/Alb
cIn1-b-cP(a=0.35,b=0.2,c=0.3)
MQW活性層、34…p−AlxGayIn1-x-yP(x=
0.34,y=0.16)クラッド層、35…p側電極、
36…n側電極、37…窒素が導入された領域。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】該半導体素子の母体材料に対して不純物と
    なる元素を含む層を共振器端面部に形成し、該共振器端
    面を熱処理した後、該不純物元素を含む層を除去するこ
    とを特徴とする半導体光素子の製造方法。
  2. 【請求項2】該半導体素子の母体材料に対して不純物と
    なる元素を共振器端面にイオン打ち込みしたのち、該共
    振器端面部を熱処理することを特徴とする半導体光素子
    の製造方法。
  3. 【請求項3】請求項2記載の半導体光素子において、イ
    オン打ち込みする元素が該半導体レーザ素子を構成する
    母体元素と同族の元素であることを特徴とする半導体光
    素子の製造方法。
  4. 【請求項4】請求項1から請求項3に記載の方法で製造
    された半導体光素子を用いた光信号処理装置。
JP29665597A 1997-10-29 1997-10-29 半導体光素子の製造方法 Pending JPH11135875A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100396742B1 (ko) * 2000-11-23 2003-09-02 주식회사일진 광학집적회로 소자 및 그 제조방법, 그리고 그 광학집적회로 소자를 이용하여 제조한 광통신용 송수신 장치의 모듈

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KR100396742B1 (ko) * 2000-11-23 2003-09-02 주식회사일진 광학집적회로 소자 및 그 제조방법, 그리고 그 광학집적회로 소자를 이용하여 제조한 광통신용 송수신 장치의 모듈

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