JP2001237499A - 半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
半導体発光素子の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 安定に水平横モードの制御を行うことが可能
な半導体発光素子を簡易な工程により作製できる半導体
発光素子の製造方法を提供する。 【解決手段】 活性層14上にp型クラッド層15およ
びp側コンタクト層16を順次形成し、このp型クラッ
ド層15、p側コンタクト層16に、その屈折率を減少
させる材料を選択的にイオン注入することにより低屈折
率領域17を形成する。また、イオン注入のマスクとし
てp側電極18を用いて、工程を更に簡略化することが
できる。
な半導体発光素子を簡易な工程により作製できる半導体
発光素子の製造方法を提供する。 【解決手段】 活性層14上にp型クラッド層15およ
びp側コンタクト層16を順次形成し、このp型クラッ
ド層15、p側コンタクト層16に、その屈折率を減少
させる材料を選択的にイオン注入することにより低屈折
率領域17を形成する。また、イオン注入のマスクとし
てp側電極18を用いて、工程を更に簡略化することが
できる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、化合物半導体より
なる半導体層を有する半導体発光素子の製造方法に係
り、特に、窒化物系III−V族化合物半導体よりなる
半導体層を有する半導体発光素子の製造方法に関する。
なる半導体層を有する半導体発光素子の製造方法に係
り、特に、窒化物系III−V族化合物半導体よりなる
半導体層を有する半導体発光素子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、光ディスクの高密度化に必要であ
る青色領域から紫外線領域に及ぶ発光が可能なレーザと
して、GaN,AlGaN,GaInNまたはAlGa
InNなどの窒化物系III−V族化合物半導体を用い
たレーザの研究開発が盛んに行われている。窒化物系I
II−V族化合物半導体は、AlGaInAs系やAl
GaInP系のIII−V族化合物半導体に比べてバン
ドギャップEgが大きく、かつ直接遷移の半導体材料で
あるという特徴を有している。よって、これらの窒化物
系III−V族化合物半導体は、紫外線から緑色にあた
る短波長の光を発する半導体レーザ(LD;Laser Diod
e )等の半導体発光素子を構成する材料として注目され
ており、高密度光ディスクへの応用が考えられている。
特に、書き込み型光ディスクの実現には、半導体レーザ
の出力は20mW以上の高出力が要求されており、窒化
物系III−V族化合物半導体は、高出力の高周波電子
デバイスを構成する材料としても期待されている。
る青色領域から紫外線領域に及ぶ発光が可能なレーザと
して、GaN,AlGaN,GaInNまたはAlGa
InNなどの窒化物系III−V族化合物半導体を用い
たレーザの研究開発が盛んに行われている。窒化物系I
II−V族化合物半導体は、AlGaInAs系やAl
GaInP系のIII−V族化合物半導体に比べてバン
ドギャップEgが大きく、かつ直接遷移の半導体材料で
あるという特徴を有している。よって、これらの窒化物
系III−V族化合物半導体は、紫外線から緑色にあた
る短波長の光を発する半導体レーザ(LD;Laser Diod
e )等の半導体発光素子を構成する材料として注目され
ており、高密度光ディスクへの応用が考えられている。
特に、書き込み型光ディスクの実現には、半導体レーザ
の出力は20mW以上の高出力が要求されており、窒化
物系III−V族化合物半導体は、高出力の高周波電子
デバイスを構成する材料としても期待されている。
【0003】これらを用いて作製される半導体レーザに
おいて、単一モード化、つまり、水平横モードの制御は
極めて重要な課題である。通常、横モードの閉じ込めを
目的として利得導波型ストライプ構造が利用される。こ
れは、リッジ状のストライプが形成された構造であり、
リッジ側面を絶縁膜で保護してp側電極がリッジ上面の
p型コンタクト層部分にのみ接するようになったもので
ある。こうして、構造的に電流の広がりを制御すること
で、半導体層の接合面に対して平行な方向に分布する水
平横モードが制御される。
おいて、単一モード化、つまり、水平横モードの制御は
極めて重要な課題である。通常、横モードの閉じ込めを
目的として利得導波型ストライプ構造が利用される。こ
れは、リッジ状のストライプが形成された構造であり、
リッジ側面を絶縁膜で保護してp側電極がリッジ上面の
p型コンタクト層部分にのみ接するようになったもので
ある。こうして、構造的に電流の広がりを制御すること
で、半導体層の接合面に対して平行な方向に分布する水
平横モードが制御される。
【0004】しかし、利得導波型の半導体レーザでは、
光出力の増大に従って多モード発振が起こることからわ
かるように、水平横モードが十分に制御されてはいなか
った。そこで、さらに水平横モードを制御する方法とし
て、ストライプ幅を狭くするあるいは、半導体層の厚み
方向に活性層に対する屈折率差をつけることが考えられ
ている。
光出力の増大に従って多モード発振が起こることからわ
かるように、水平横モードが十分に制御されてはいなか
った。そこで、さらに水平横モードを制御する方法とし
て、ストライプ幅を狭くするあるいは、半導体層の厚み
方向に活性層に対する屈折率差をつけることが考えられ
ている。
【0005】ストライプ幅を狭くする方法では、プロセ
ス上の困難を伴うだけでなく、この部分の電圧が高くな
る。比較的出力の大きな窒化物III−V族化合物半導
体レーザでは、通常4〜5V、高出力のものでは6Vの
すでに高い動作電圧を持っており、これ以上に電圧が上
昇すれば、良好なオーミックコンタクトが得られずに素
子の信頼性を低下させることになる。
ス上の困難を伴うだけでなく、この部分の電圧が高くな
る。比較的出力の大きな窒化物III−V族化合物半導
体レーザでは、通常4〜5V、高出力のものでは6Vの
すでに高い動作電圧を持っており、これ以上に電圧が上
昇すれば、良好なオーミックコンタクトが得られずに素
子の信頼性を低下させることになる。
【0006】活性層の幅方向に積極的に屈折率差をつけ
る方法としては、従来では、ストライプを残してこれ以
外の領域をRIE(reactive ion etching)や、ケミカル
エッチングにより活性層近傍までエッチングし、そのエ
ッチングされた領域に二酸化ケイ素(SiO2 )を蒸着
する方法が採られていた。図10は、この方法により得
られるストライプ構造を表すものである。図の下から順
に、n型クラッド層1、n型光ガイド層2、活性層3、
p型光ガイド層4が積層している。p型光ガイド層4の
上には、p型クラッド層5およびp型コンタクト層6が
リッジ形状に形成され、このリッジの底部にSiO2 膜
8が形成されている。さらに、これらの上面をp側電極
7が覆っている。ところが、この構造では、p側電極7
に用いられる金属とSiO2 膜8とは密着性が低いこと
や、素子表面の平坦性が低いことが原因で、電極の剥離
や電極切れが発生していた。
る方法としては、従来では、ストライプを残してこれ以
外の領域をRIE(reactive ion etching)や、ケミカル
エッチングにより活性層近傍までエッチングし、そのエ
ッチングされた領域に二酸化ケイ素(SiO2 )を蒸着
する方法が採られていた。図10は、この方法により得
られるストライプ構造を表すものである。図の下から順
に、n型クラッド層1、n型光ガイド層2、活性層3、
p型光ガイド層4が積層している。p型光ガイド層4の
上には、p型クラッド層5およびp型コンタクト層6が
リッジ形状に形成され、このリッジの底部にSiO2 膜
8が形成されている。さらに、これらの上面をp側電極
7が覆っている。ところが、この構造では、p側電極7
に用いられる金属とSiO2 膜8とは密着性が低いこと
や、素子表面の平坦性が低いことが原因で、電極の剥離
や電極切れが発生していた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明者は、先
に、前述のエッチングされた領域にMOCVD(MetalO
rganic Chemical Vapor Deposition ;有機金属化学気
相成長)法により高Al組成のAlGaNを無選択再成
長させた後、セルフアラインによる電極部分の平坦化を
施すことにより、これらの問題を解決する方法を提案し
た(特願平11−116805)。
に、前述のエッチングされた領域にMOCVD(MetalO
rganic Chemical Vapor Deposition ;有機金属化学気
相成長)法により高Al組成のAlGaNを無選択再成
長させた後、セルフアラインによる電極部分の平坦化を
施すことにより、これらの問題を解決する方法を提案し
た(特願平11−116805)。
【0008】また、熱伝導性の低い二酸化ケイ素(Si
O2 )で覆われた従来の半導体レーザでは、活性層で発
生した熱を外部に充分に放散できずに活性層の劣化が起
きていたが、この方法によれば、素子の熱放散性も改善
される。
O2 )で覆われた従来の半導体レーザでは、活性層で発
生した熱を外部に充分に放散できずに活性層の劣化が起
きていたが、この方法によれば、素子の熱放散性も改善
される。
【0009】しかし、この方法では、従来の手法から更
に工程数が増し、しかもMOCVD法によるAlGaN
再成長にはかなりの時間を要するという問題があった。
また、エッチング工程においてRIEを用いたプロセス
は、ケミカルエッチングのようにエッチング深さ(残す
厚み)を制御できないために、作製上、再現性に問題が
あった。ことに、窒化物III−V族化合物において
は、ケミカルエッチングが困難であるという理由でRI
Eが用いられているので、これは重要な問題である。
に工程数が増し、しかもMOCVD法によるAlGaN
再成長にはかなりの時間を要するという問題があった。
また、エッチング工程においてRIEを用いたプロセス
は、ケミカルエッチングのようにエッチング深さ(残す
厚み)を制御できないために、作製上、再現性に問題が
あった。ことに、窒化物III−V族化合物において
は、ケミカルエッチングが困難であるという理由でRI
Eが用いられているので、これは重要な問題である。
【0010】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、安定に水平横モードの制御を行うこ
とが可能な半導体発光素子を簡易な工程により作製する
ことが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。
ので、その目的は、安定に水平横モードの制御を行うこ
とが可能な半導体発光素子を簡易な工程により作製する
ことが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。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体発光
素子の製造方法は、活性層上にクラッド層となる第1の
半導体層およびコンタクト層となる第2の半導体層を順
次形成する工程と、この第1の半導体層および第2の半
導体層に、その屈折率を減少させる材料を選択的にイオ
ン注入することにより低屈折率領域を形成する工程とを
含むようにしたものであり、イオン注入のマスクとして
電極を用いることが可能である。
素子の製造方法は、活性層上にクラッド層となる第1の
半導体層およびコンタクト層となる第2の半導体層を順
次形成する工程と、この第1の半導体層および第2の半
導体層に、その屈折率を減少させる材料を選択的にイオ
ン注入することにより低屈折率領域を形成する工程とを
含むようにしたものであり、イオン注入のマスクとして
電極を用いることが可能である。
【0012】なお、本発明による半導体発光素子の製造
方法は、第1の半導体層および第2の半導体層として窒
化物系III−V族化合物半導体を用いた場合に、効果
的に作用するものである。
方法は、第1の半導体層および第2の半導体層として窒
化物系III−V族化合物半導体を用いた場合に、効果
的に作用するものである。
【0013】本発明による半導体発光素子の製造方法で
は、活性層上にクラッド層となる第1の半導体層および
コンタクト層となる第2の半導体層が順次形成され、こ
の第1および第2の半導体層に対し、その屈折率を減少
させる材料が選択的にイオン注入され、この部分に低屈
折率領域が形成される。
は、活性層上にクラッド層となる第1の半導体層および
コンタクト層となる第2の半導体層が順次形成され、こ
の第1および第2の半導体層に対し、その屈折率を減少
させる材料が選択的にイオン注入され、この部分に低屈
折率領域が形成される。
【0014】
【発明の実施の形態】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。
て図面を参照して詳細に説明する。
【0015】図1ないし図7は、本発明の一実施の形態
に係る半導体発光素子の製造方法として、利得導波型の
GaN系半導体レーザの製造方法の各工程を表したもの
である。
に係る半導体発光素子の製造方法として、利得導波型の
GaN系半導体レーザの製造方法の各工程を表したもの
である。
【0016】本実施の形態では、まず、図1に示したよ
うに、例えばサファイアよりなる基板10を用意し、基
板10上に、例えば、MOCVD法により窒化物系II
I−V族化合物半導体よりなるバッファ層11を成長さ
せた後、このバッファ層11を核として、n側コンタク
ト層12、n型クラッド層13、活性層14、p型クラ
ッド層15およびp側コンタクト層16(以下、p型ク
ラッド層15、p側コンタクト層16をまとめてp型層
ともいう。)を順次成長させる。ここで、p型クラッド
層15が本発明の「第1の半導体層」の一具体例に対応
しており、p側コンタクト層16が本発明の「第2の半
導体層」の一具体例に対応している。
うに、例えばサファイアよりなる基板10を用意し、基
板10上に、例えば、MOCVD法により窒化物系II
I−V族化合物半導体よりなるバッファ層11を成長さ
せた後、このバッファ層11を核として、n側コンタク
ト層12、n型クラッド層13、活性層14、p型クラ
ッド層15およびp側コンタクト層16(以下、p型ク
ラッド層15、p側コンタクト層16をまとめてp型層
ともいう。)を順次成長させる。ここで、p型クラッド
層15が本発明の「第1の半導体層」の一具体例に対応
しており、p側コンタクト層16が本発明の「第2の半
導体層」の一具体例に対応している。
【0017】具体的には、例えばGaNよりなるバッフ
ァ層11を30nm成長させたのち、例えば、n型不純
物としてケイ素(Si)を添加したn型GaNよりなる
n側コンタクト層12(厚さ5.0μm)、不純物とし
てケイ素を添加したn型AlGaNよりなるn型クラッ
ド層13(厚さ1.0μm)、例えばGa1-x InxN
およびGa1-y Iny Nよりなる多重量子井戸構造を有
する活性層14(厚さ40nm)、p型不純物としてマ
グネシウム(Mg)を添加したp型AlGaNよりなる
p型クラッド層15(厚さ0.7μm)、不純物として
マグネシウムを添加したp型GaNよりなるp側コンタ
クト層16(厚さ0.1μm)を順次成長させる。
ァ層11を30nm成長させたのち、例えば、n型不純
物としてケイ素(Si)を添加したn型GaNよりなる
n側コンタクト層12(厚さ5.0μm)、不純物とし
てケイ素を添加したn型AlGaNよりなるn型クラッ
ド層13(厚さ1.0μm)、例えばGa1-x InxN
およびGa1-y Iny Nよりなる多重量子井戸構造を有
する活性層14(厚さ40nm)、p型不純物としてマ
グネシウム(Mg)を添加したp型AlGaNよりなる
p型クラッド層15(厚さ0.7μm)、不純物として
マグネシウムを添加したp型GaNよりなるp側コンタ
クト層16(厚さ0.1μm)を順次成長させる。
【0018】その際、例えば、アルミニウム(Al)の
原料ガスとしてはトリメチルアルミニウムガス((CH
3 )3 Al)、ガリウム(Ga)の原料ガスとしてはト
リメチルガリウムガス((CH3 )3 Ga)またはトリ
エチルガリウムガス((C2H5 )3 Ga)、インジウ
ム(In)の原料ガスとしてはトリメチルインジウムガ
ス((CH3 )3 In)、窒素(N)の原料ガスとして
はアンモニアガス(NH3 )、ケイ素の原料ガスとして
はモノシランガス(SiH4 )、マグネシウムの原料ガ
スとしてはビス=メチルシクロペンタジエニルマグネシ
ウムガス(MeCp2 Mg)またはビス=シクロペンタ
ジエニルマグネシウムガス(Cp2 Mg)をそれぞれ用
いる。
原料ガスとしてはトリメチルアルミニウムガス((CH
3 )3 Al)、ガリウム(Ga)の原料ガスとしてはト
リメチルガリウムガス((CH3 )3 Ga)またはトリ
エチルガリウムガス((C2H5 )3 Ga)、インジウ
ム(In)の原料ガスとしてはトリメチルインジウムガ
ス((CH3 )3 In)、窒素(N)の原料ガスとして
はアンモニアガス(NH3 )、ケイ素の原料ガスとして
はモノシランガス(SiH4 )、マグネシウムの原料ガ
スとしてはビス=メチルシクロペンタジエニルマグネシ
ウムガス(MeCp2 Mg)またはビス=シクロペンタ
ジエニルマグネシウムガス(Cp2 Mg)をそれぞれ用
いる。
【0019】次に、p側コンタクト層16の表面に所定
のレジストパターン(図示せず)を例えばリソグラフィ
ーにより形成する。このレジストパターンをマスクとし
て、例えば真空蒸着法などにより、p側コンタクト層1
6の全面にTi膜、Al膜、Pt膜、Au膜を順次形成
する。この後、レジストパターンをその上のTi膜、A
l膜、Pt膜、Au膜と共に除去する(リフトオフ)。
これにより、図2に示したように、p側コンタクト層1
6上の所定位置にp側電極18が形成される。
のレジストパターン(図示せず)を例えばリソグラフィ
ーにより形成する。このレジストパターンをマスクとし
て、例えば真空蒸着法などにより、p側コンタクト層1
6の全面にTi膜、Al膜、Pt膜、Au膜を順次形成
する。この後、レジストパターンをその上のTi膜、A
l膜、Pt膜、Au膜と共に除去する(リフトオフ)。
これにより、図2に示したように、p側コンタクト層1
6上の所定位置にp側電極18が形成される。
【0020】次に、図3に示したように、このp側電極
18をマスクとして、p型層15,16に屈折率を低下
させるためのイオン注入を選択的に行う。例えば、アル
ミニウム(Al)を注入する場合には、イオン源をアル
ミニウム(Al)、打ち込みエネルギーを500Ke
V,注入量を1×1018cm-2として注入する。ここで
は、活性層14近傍のAl濃度が高くなるように、Al
がなるべく深く注入されることが望ましい。こうして、
図4に示したように、p型層15,16内にAlが高濃
度となって屈折率が低下した低屈折率領域17が形成さ
れる。
18をマスクとして、p型層15,16に屈折率を低下
させるためのイオン注入を選択的に行う。例えば、アル
ミニウム(Al)を注入する場合には、イオン源をアル
ミニウム(Al)、打ち込みエネルギーを500Ke
V,注入量を1×1018cm-2として注入する。ここで
は、活性層14近傍のAl濃度が高くなるように、Al
がなるべく深く注入されることが望ましい。こうして、
図4に示したように、p型層15,16内にAlが高濃
度となって屈折率が低下した低屈折率領域17が形成さ
れる。
【0021】次に、図5に示したように、所定形状の二
酸化ケイ素(SiO2 )膜22を、例えばCVD(Chem
ical Vapor Deposition ;化学気相成長) 法、真空蒸着
法、スパッタリング法などで形成する。
酸化ケイ素(SiO2 )膜22を、例えばCVD(Chem
ical Vapor Deposition ;化学気相成長) 法、真空蒸着
法、スパッタリング法などで形成する。
【0022】次に、図6に示したように、このSiO2
膜22をマスクとして、例えばRIE法によりn側コン
タクト層12が露出するまでエッチングを行うことによ
り、n側コンタクト層12の上層部、すなわち、n型ク
ラッド層13、活性層14、p型クラッド層15および
p側コンタクト層16をメサ形状にパターニングする。
パターニングの後、SiO2 膜22をエッチング除去す
る。
膜22をマスクとして、例えばRIE法によりn側コン
タクト層12が露出するまでエッチングを行うことによ
り、n側コンタクト層12の上層部、すなわち、n型ク
ラッド層13、活性層14、p型クラッド層15および
p側コンタクト層16をメサ形状にパターニングする。
パターニングの後、SiO2 膜22をエッチング除去す
る。
【0023】次に、図7に示したように、基板表面に対
して所定形状のレジストパターン(図示せず)を形成
し、p側電極の場合と同様、真空蒸着法などによってT
i膜、Al膜、Pt膜、Au膜を順次形成した後、レジ
ストパターンをその上のTi膜、Al膜、Pt膜、Au
膜と共に除去する(リフトオフ法)。こうして、n側コ
ンタクト層12上の所定位置にn側電極20が形成され
る。
して所定形状のレジストパターン(図示せず)を形成
し、p側電極の場合と同様、真空蒸着法などによってT
i膜、Al膜、Pt膜、Au膜を順次形成した後、レジ
ストパターンをその上のTi膜、Al膜、Pt膜、Au
膜と共に除去する(リフトオフ法)。こうして、n側コ
ンタクト層12上の所定位置にn側電極20が形成され
る。
【0024】次に、図8に示したように、p側電極18
およびその周囲のp側コンタクト層16の上に、例え
ば、Ti膜およびAu膜を選択的に順次蒸着してコンタ
クト用電極19を形成する。また、同時に、n側電極2
0およびその周囲のn側コンタクト層12の上に、コン
タクト用電極21を形成する。これらのコンタクト用電
極19、21は、p側電極18およびn側電極20の密
着性をそれぞれ補強するものである。なお、コンタクト
用電極19,21は、完成された半導体レーザをパッケ
ージに実装する際の実装用電極(すなわち、ボンディン
グパットや、パッケージへのダイボンディング用電極)
としても利用することができる。
およびその周囲のp側コンタクト層16の上に、例え
ば、Ti膜およびAu膜を選択的に順次蒸着してコンタ
クト用電極19を形成する。また、同時に、n側電極2
0およびその周囲のn側コンタクト層12の上に、コン
タクト用電極21を形成する。これらのコンタクト用電
極19、21は、p側電極18およびn側電極20の密
着性をそれぞれ補強するものである。なお、コンタクト
用電極19,21は、完成された半導体レーザをパッケ
ージに実装する際の実装用電極(すなわち、ボンディン
グパットや、パッケージへのダイボンディング用電極)
としても利用することができる。
【0025】最後に、基板10をp側電極18の長さ方
向(共振器長方向)と垂直に所定の幅で劈開し、その劈
開面を反射鏡として、利得導波型の半導体レーザを完成
させる。なお、必要に応じて、劈開面に反射率を制御す
るためのコーティングを施すようにしてもよい。
向(共振器長方向)と垂直に所定の幅で劈開し、その劈
開面を反射鏡として、利得導波型の半導体レーザを完成
させる。なお、必要に応じて、劈開面に反射率を制御す
るためのコーティングを施すようにしてもよい。
【0026】図9は、このGaN系半導体レーザにおけ
るアルミニウム(Al)の注入量に対するp側コンタク
ト層16表面近傍(深さ0.5μm)のAl量の測定結
果を示したものである。注入量に応じて、p側コンタク
ト層16内のAl濃度が高くなっていることが分かる。
るアルミニウム(Al)の注入量に対するp側コンタク
ト層16表面近傍(深さ0.5μm)のAl量の測定結
果を示したものである。注入量に応じて、p側コンタク
ト層16内のAl濃度が高くなっていることが分かる。
【0027】ところで、アルミニウム(Al)が注入さ
れたp型層15,16(つまり低屈折率領域17)で
は、半導体のバンドギャップが広がり、その結果、屈折
率が減少すると共に電気抵抗が増大する。よって、この
部分において電流は狭窄され、半導体レーザの動作時に
活性層14の一部のみにキャリアを閉じ込める機能を兼
ね備えるようになっている。
れたp型層15,16(つまり低屈折率領域17)で
は、半導体のバンドギャップが広がり、その結果、屈折
率が減少すると共に電気抵抗が増大する。よって、この
部分において電流は狭窄され、半導体レーザの動作時に
活性層14の一部のみにキャリアを閉じ込める機能を兼
ね備えるようになっている。
【0028】このようにして製造されたGaN系半導体
レーザでは、コンタクト用電極19,21を介してp側
電極18とn側電極20との間に所定の電圧が印加され
ると、活性層14に電流が注入される。なお、高抵抗で
ある低屈折率領域17によって電流は狭窄される。これ
により、活性層14では、電子−正孔再結合による発光
が起こり、図示しない反射鏡を介して外部に光が取り出
される。ここでは、活性層14近傍に低屈折率領域17
が設けられているので、活性層14内において層に水平
方向に屈折率差が拡がり、水平横モードを制御すること
ができる。従って、半導体レーザは安定して単一モード
を発振する。
レーザでは、コンタクト用電極19,21を介してp側
電極18とn側電極20との間に所定の電圧が印加され
ると、活性層14に電流が注入される。なお、高抵抗で
ある低屈折率領域17によって電流は狭窄される。これ
により、活性層14では、電子−正孔再結合による発光
が起こり、図示しない反射鏡を介して外部に光が取り出
される。ここでは、活性層14近傍に低屈折率領域17
が設けられているので、活性層14内において層に水平
方向に屈折率差が拡がり、水平横モードを制御すること
ができる。従って、半導体レーザは安定して単一モード
を発振する。
【0029】このように本実施の形態では、GaN系半
導体レーザにおいて、活性層14上にp型クラッド層1
5およびp型コンタクト層16を順次形成して、これら
p型層15,16に対し、その屈折率を減少させる材料
を選択的にイオン注入することにより低屈折率領域17
を形成するようにしたので、活性層14とp型層15,
16との屈折率差を大きくすることができる。従って、
このような簡易なプロセスにより安定に水平横モードの
制御を行うことができる。
導体レーザにおいて、活性層14上にp型クラッド層1
5およびp型コンタクト層16を順次形成して、これら
p型層15,16に対し、その屈折率を減少させる材料
を選択的にイオン注入することにより低屈折率領域17
を形成するようにしたので、活性層14とp型層15,
16との屈折率差を大きくすることができる。従って、
このような簡易なプロセスにより安定に水平横モードの
制御を行うことができる。
【0030】また、本実施の形態では、p型層15,1
6に対し、その屈折率を減少させると共に電気抵抗を高
くする材料を選択的にイオン注入するようにしたので、
低屈折率領域17は電流狭窄領域としてのはたらきも併
せ持つ。よって、電流狭窄層を別に設けることなく、精
度よく作製することができる。
6に対し、その屈折率を減少させると共に電気抵抗を高
くする材料を選択的にイオン注入するようにしたので、
低屈折率領域17は電流狭窄領域としてのはたらきも併
せ持つ。よって、電流狭窄層を別に設けることなく、精
度よく作製することができる。
【0031】さらに、本実施の形態では、p側コンタク
ト層16の平坦面に予めp側電極を形成すると共に、p
側コンタクト層16の上部にp側電極との密着性が低い
二酸化ケイ素(SiO2 )層を設けずに済むようにした
ので、密着性の良好なp側電極を作製することができ
る。
ト層16の平坦面に予めp側電極を形成すると共に、p
側コンタクト層16の上部にp側電極との密着性が低い
二酸化ケイ素(SiO2 )層を設けずに済むようにした
ので、密着性の良好なp側電極を作製することができ
る。
【0032】またさらに、本実施の形態では、従来のよ
うにp側コンタクト層16の上部に熱伝導性の低い二酸
化ケイ素(SiO2 )層を設けずに済むので、熱放散性
のよい半導体レーザを作製することができる。
うにp側コンタクト層16の上部に熱伝導性の低い二酸
化ケイ素(SiO2 )層を設けずに済むので、熱放散性
のよい半導体レーザを作製することができる。
【0033】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、上記実施の形態では
サファイア基板を用いているが、基板はどのようなもの
を用いてもよく、必要に応じてSiC基板、Si基板、
GaN基板、GaAs基板などを用いることができる。
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、上記実施の形態では
サファイア基板を用いているが、基板はどのようなもの
を用いてもよく、必要に応じてSiC基板、Si基板、
GaN基板、GaAs基板などを用いることができる。
【0034】また、上記実施の形態ではGaN系半導体
レーザに適用した場合について説明したが、本発明は、
他の化合物半導体により構成される半導体レーザの製造
に適用することもできる。しかしながら、GaN系半導
体レーザに対して適用すれば他の系の場合に比べて極め
て効果的である。本発明では、RIE技術に変わってイ
オン注入を行うので、加速電圧の制御によって設計通り
の加工ができるようになり、GaN系半導体レーザをよ
り精度よく製造できると共に、素子のばらつきも減少す
る。加えて、イオン注入は半導体の結晶中に欠陥を生じ
る原因となる可能性があるが、GaN系半導体にはもと
もと多量の欠陥が存在するので、これが素子の特性劣化
を生む虞はない。
レーザに適用した場合について説明したが、本発明は、
他の化合物半導体により構成される半導体レーザの製造
に適用することもできる。しかしながら、GaN系半導
体レーザに対して適用すれば他の系の場合に比べて極め
て効果的である。本発明では、RIE技術に変わってイ
オン注入を行うので、加速電圧の制御によって設計通り
の加工ができるようになり、GaN系半導体レーザをよ
り精度よく製造できると共に、素子のばらつきも減少す
る。加えて、イオン注入は半導体の結晶中に欠陥を生じ
る原因となる可能性があるが、GaN系半導体にはもと
もと多量の欠陥が存在するので、これが素子の特性劣化
を生む虞はない。
【0035】さらに、上記実施の形態ではイオン注入す
る材料をアルミニウム(Al)とした場合について説明
したが、屈折率を低下させる材料であればよく、例えば
ボロン(B)などを用いることができる。ちなみに、B
を含んだ化合物は容易に結晶成長させることができな
い。ここでBを使用して半導体レーザを製造できるの
は、本発明がイオン注入を導入したからに他ならない。
イオン注入される材料は、用いられる化合物半導体の種
類等によって適宜選択することができる。
る材料をアルミニウム(Al)とした場合について説明
したが、屈折率を低下させる材料であればよく、例えば
ボロン(B)などを用いることができる。ちなみに、B
を含んだ化合物は容易に結晶成長させることができな
い。ここでBを使用して半導体レーザを製造できるの
は、本発明がイオン注入を導入したからに他ならない。
イオン注入される材料は、用いられる化合物半導体の種
類等によって適宜選択することができる。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1ないし請
求項6のいずれか1項に記載の半導体発光素子の製造方
法によれば、活性層上にクラッド層となる第1の半導体
層およびコンタクト層となる第2の半導体層を順次形成
する工程と、この第1の半導体層および第2の半導体層
に、その屈折率を減少させる材料を選択的にイオン注入
することにより低屈折率領域を形成する工程とを含むよ
うにしたので、活性層とその上部との屈折率差を大きく
することができる。よって、簡易なプロセスにより安定
に水平横モードの制御を行うことができる。
求項6のいずれか1項に記載の半導体発光素子の製造方
法によれば、活性層上にクラッド層となる第1の半導体
層およびコンタクト層となる第2の半導体層を順次形成
する工程と、この第1の半導体層および第2の半導体層
に、その屈折率を減少させる材料を選択的にイオン注入
することにより低屈折率領域を形成する工程とを含むよ
うにしたので、活性層とその上部との屈折率差を大きく
することができる。よって、簡易なプロセスにより安定
に水平横モードの制御を行うことができる。
【0037】特に、請求項4ないし請求項6のいずれか
1項に記載の半導体発光素子の製造方法によれば、これ
ら第1の半導体層および第2の半導体層を窒化物系II
I−V族化合物半導体により形成するようにしたので、
活性層とその上部との屈折率差を大きくすることがで
き、しかも結晶欠陥が増加しても本来の素子特性を保つ
ことができる。よって、簡易なプロセスで水平横モード
の制御を行い、安定した良好な特性の素子を製造するこ
とができる。
1項に記載の半導体発光素子の製造方法によれば、これ
ら第1の半導体層および第2の半導体層を窒化物系II
I−V族化合物半導体により形成するようにしたので、
活性層とその上部との屈折率差を大きくすることがで
き、しかも結晶欠陥が増加しても本来の素子特性を保つ
ことができる。よって、簡易なプロセスで水平横モード
の制御を行い、安定した良好な特性の素子を製造するこ
とができる。
【0038】さらに、請求項2記載の半導体発光素子の
製造方法によれば、電極をマスクとしてイオン注入を行
うので、工程を簡略化することができると共に、電極の
密着性も向上する。従って、さらに簡易なプロセスによ
り信頼性の高い半導体発光素子を生産性よく製造するこ
とができる。
製造方法によれば、電極をマスクとしてイオン注入を行
うので、工程を簡略化することができると共に、電極の
密着性も向上する。従って、さらに簡易なプロセスによ
り信頼性の高い半導体発光素子を生産性よく製造するこ
とができる。
【図1】本発明の一実施の形態に係る利得導波型半導体
レーザの一製造工程を説明するための断面図である。
レーザの一製造工程を説明するための断面図である。
【図2】図1に続く製造工程を説明するための断面図で
ある。
ある。
【図3】図2に続く製造工程を説明するための断面図で
ある。
ある。
【図4】図3に続く製造工程を説明するための断面図で
ある。
ある。
【図5】図4に続く製造工程を説明するための断面図で
ある。
ある。
【図6】図5に続く製造工程を説明するための断面図で
ある。
ある。
【図7】図6に続く製造工程を説明するための断面図で
ある。
ある。
【図8】図7に続く製造工程を説明するための断面図で
ある。
ある。
【図9】本発明の一実施の形態に係る利得導波型半導体
レーザにおけるp型層へのアルミニウム注入量とp型層
の表面近傍のアルミニウム量との関係を説明するための
図である。
レーザにおけるp型層へのアルミニウム注入量とp型層
の表面近傍のアルミニウム量との関係を説明するための
図である。
【図10】従来の導波型半導体レーザの構造を説明する
ための部分断面図である。
ための部分断面図である。
10…基板、11…バッファ層、12…n側コンタクト
層、13…n型クラッド層、14…活性層、15…p型
クラッド層、16…p側コンタクト層、17…低屈折率
領域、18…p側電極、20…n側電極、19、21…
コンタクト用電極
層、13…n型クラッド層、14…活性層、15…p型
クラッド層、16…p側コンタクト層、17…低屈折率
領域、18…p側電極、20…n側電極、19、21…
コンタクト用電極
Claims (6)
- 【請求項1】 活性層上に、クラッド層となる化合物半
導体を用いた第1の半導体層およびコンタクト層となる
化合物半導体を用いた第2の半導体層を順次形成する工
程と、 前記第1の半導体層および第2の半導体層に、その屈折
率を減少させる材料を選択的にイオン注入することによ
り低屈折率領域を形成する工程とを含むことを特徴とす
る半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項2】 前記コンタクト層上に電極を形成した
後、前記電極をマスクとして前記イオン注入を行うこと
を特徴とする請求項1記載の半導体発光素子の製造方
法。 - 【請求項3】 前記低屈折率領域を形成した後に熱処理
を行い、前記低屈折率領域の結晶性を向上させることを
特徴とする請求項1記載の半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項4】 前記第1の半導体層および第2の半導体
層を、それぞれ窒化物系III−V族化合物半導体によ
り形成することを特徴とする請求項1記載の半導体発光
素子の製造方法。 - 【請求項5】 前記第1の半導体層および第2の半導体
層は、少なくともガリウム(Ga)と窒素(N)とを含
む窒化物系III−V族化合物半導体よりなることを特
徴とする請求項4記載の半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項6】 前記第1の半導体層および第2の半導体
層に、その屈折率を減少させる材料としてアルミニウム
(Al)およびボロン(B)の少なくとも一方をイオン
注入して前記低屈折率領域を形成することを特徴とする
請求項4記載の半導体発光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000050510A JP2001237499A (ja) | 2000-02-22 | 2000-02-22 | 半導体発光素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000050510A JP2001237499A (ja) | 2000-02-22 | 2000-02-22 | 半導体発光素子の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001237499A true JP2001237499A (ja) | 2001-08-31 |
Family
ID=18572281
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000050510A Pending JP2001237499A (ja) | 2000-02-22 | 2000-02-22 | 半導体発光素子の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001237499A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011029612A (ja) * | 2009-06-24 | 2011-02-10 | Toyoda Gosei Co Ltd | Iii族窒化物半導体発光素子 |
JP2011187966A (ja) * | 2003-05-09 | 2011-09-22 | Cree Inc | イオン・インプラント・アイソレーションによるled製作 |
-
2000
- 2000-02-22 JP JP2000050510A patent/JP2001237499A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011187966A (ja) * | 2003-05-09 | 2011-09-22 | Cree Inc | イオン・インプラント・アイソレーションによるled製作 |
JP2011029612A (ja) * | 2009-06-24 | 2011-02-10 | Toyoda Gosei Co Ltd | Iii族窒化物半導体発光素子 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040729 |