JPH0621567A - 半導体レーザ - Google Patents

半導体レーザ

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JPH0621567A
JPH0621567A JP17243292A JP17243292A JPH0621567A JP H0621567 A JPH0621567 A JP H0621567A JP 17243292 A JP17243292 A JP 17243292A JP 17243292 A JP17243292 A JP 17243292A JP H0621567 A JPH0621567 A JP H0621567A
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JP
Japan
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laser
layer
active layer
vicinity
substrate
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Application number
JP17243292A
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English (en)
Inventor
Akira Kaimoto
亮 開本
Toyoyuki Hashimoto
豊之 橋本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 4元AlGaInPダブルヘテロ構造の活性
層近傍に正確に、かつ再現性良く、高抵抗層を発現せし
め、これによる電流狭搾作用により、レーザ光を高効率
に生成することができる半導体レーザを提供する。 【構成】 4元AlGaInPダブルヘテロ構造基板に
窒素および酸素を注入元素として、イオン打ち込みを行
うことにより、電流狭搾用の高抵抗層をレーザ活性層近
傍に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信や情報処理に利
用される半導体レーザに関する。
【0002】
【従来の技術】従来の化合物半導体レーザは、レーザ光
の発生が可能な量子井戸構造、例えばレーザ光を発生す
る活性層を含むダブルヘテロ構造を、MBE(分子線エ
ピタキシー)装置などにより形成した後、該構造中のレ
ーザ活性層にポンピング電流を狭搾・集中させるための
高抵抗層を表面近傍に作製し、さらに、ポンピング電流
を基板に導入させるための電極を配設することで製造さ
れる。
【0003】以下に、AlGaInPレーザを具体的な
例として説明する。ダブルヘテロ構造は、例えば図3に
示すように、基板として用いる化合物半導体基板(n−
GaAs)7上に、バッファ層(n−GaAs 〜1μ
m)6を最初の積層構造として形成し、次にクラッド層
(n−AlGaInP 〜1μm)5、レーザ活性層
(GaInP/AlGaInP 〜0. 15μm)4、
クラッド層(p−AlGaInP 〜1μm)3の順に
サンドイッチ構造を形成し、バンドギャップ緩和層(p
−GaInP〜0. 2μm)2を形成後、さらに最上部
にキャップ層(p−GaAs 〜0. 35μm)1を形
成したものである。よって活性層は、最上部のクラッド
層から1μm以上の深さに存在することになる。
【0004】このようにしてダブルヘテロ構造を作り込
まれた半導体基板に対して、レーザ光の効率的な発生を
目的として、ポンピング電流を狭搾するため、従来か
ら、 (a)基板表面に形成された酸化シリコン膜等により、
ポンピング電流の流路を制限する方法(図4) (b)基板表面からの亜鉛等を拡散して、P形の無秩序
化層を形成して、PNPの逆バイアス構造とし、ポンピ
ング電流を狭搾する方法(図5) などが用いられている。
【0005】しかしながら、(a)(b)の両方法と
も、基板表面から電流狭搾を行うものであるため、1μ
m以上の基板深部に形成された、レーザ光を発生する活
性層付近では、ポンピング電流が図4、図5のように広
がってしまい、効率的なレーザ光の発生(レーザ発振の
低しきい値化および量子化効率の向上)には、改良の余
地が存在していた。
【0006】そこで近年、AlGaAsなどの化合物半
導体基板において高抵抗な絶縁層を形成するイオンを、
基板深部に打ち込むことにより、ポンピング電流の狭搾
層を活性層近傍に形成する試みがなされてきた。例え
ば、Applied Physics Letters,Vol.54, PP730 (1989)
に見られるように、AlGaAsダブルヘテロ構造に酸
素イオンを注入することで、高抵抗層を基板深部に形成
し、レーザ発振の低しきい値化および量子化効率の向上
を実現するなど、顕著な成果があげられている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前述したように、3元
化合物半導体のAlGaAsについては、イオン注入に
より、電流狭搾のための高抵抗層形成が可能となってい
る。しかし、AlGaAsはそのバンドギャップ構造か
ら、レーザ発振の最短波長は0. 8μm程度までに制限
されており、可視光レーザではない。したがって、近
年、コンパクトディスク装置などにおいて、情報記憶量
が飛躍的に向上する可視光領域でのレーザ発振が可能
な、4元化合物半導体AlGaInP半導体レーザの開
発が、進められている。この4元化合物半導体AlGa
InPを用いた可視光半導体レーザを実現するために
は、AlGaAsを用いた半導体レーザと同様にポンピ
ング電流を狭搾する必要があり、従来、上述したポンピ
ング電流の狭搾法が取られてきた。しかし、従来法を用
いたポンピング電流の狭搾法では、一般的には、電流狭
搾部と発光領域とが深さ方向に離れているために発光領
域でポンピング電流が拡がり、横方向の発光モードの制
御が困難なこと、あるいは、発振しきい電流値が大きく
なるなどの問題があった。また、前述の(a)における
ポンピング電流狭搾法では、酸化シリコン等の絶縁層が
レーザを構成する半導体材料に比べて熱伝導が悪いた
め、レーザ素子の動作温度が高くなり高出力動作には適
さない等の問題があった。また、前述の(b)における
ポンピング電流狭搾法では、亜鉛等の拡散の深さ方向の
制御が困難であるという問題があり、発光領域近傍での
精密かつ再現性のよいポンピング電流の狭搾法およびプ
ロセス工程の簡素化が望まれてきた。 本発明は、この
ような課題を解決するために、3元AlGaAsのイオ
ン注入法の知見に基づいて発明されたものであり、その
目的とするところは、イオン注入法によって、4元Al
GaInPダブルヘテロ構造の活性層近傍に正確に、か
つ再現性良く、高抵抗層を発現せしめ、これによる電流
狭搾作用により、レーザ光を高効率に生成することがで
きる半導体レーザを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の半導体レーザは、レーザ光の発生が可能な量
子井戸構造を有する、アルミニウム(Al)、ガリウム(G
a)、インジウム(In)、リン(P) の4元素から成る半導体
基板に対し、レーザ光の効率的発生のため、ポンピング
電流を狭搾する高抵抗層を、窒素および酸素を注入元素
として、イオン打ち込みを行うことにより、レーザ活性
層近傍に形成することを特徴としている。
【0009】
【作用】本発明によれば、4元AlGaInPダブルヘ
テロ構造基板において、その4種の構成元素に着目し、 (1)2元InP基板で高抵抗層の形成が可能な窒素イ
オンを、該4元AlGaInP基板中の活性層近傍にま
で注入できる高エネルギー(1MeV以上)に加速し、
該4元基板に打ち込む。この窒素注入により、該4元A
lGaInPのうち、InとPの2種の構成元素に対し
て、高抵抗性を発現せしめる領域を形成することが可能
となる。
【0010】(2)3元AlGaAs基板で、高抵抗層
の形成が可能な酸素イオンも、同様に高エネルギーに加
速し、活性層近傍まで注入する。これにより、該4元A
lGaInPのうち、AlとGaの2種の構成元素に対
する高抵抗性を発現せしめる領域を形成することが可能
となる。
【0011】(3)(1)、(2)の工程およびその後
のアニール処理により、注入イオンの活性化と、注入に
ともなう該基板の結晶欠陥回復をおこなうことで、In
とPおよびAlとGaの全構成元素に対して、活性層近
傍において高抵抗層を形成することが可能となる。
【0012】加えて、イオン注入方法の特徴として、そ
のプロセスパラメータ(注入量、注入深さ)が電気的な
物理量(電流、加速電圧)として制御できるため、ダブ
ルヘテロ構造を形成した基板中の活性層近傍に、正確に
かつ再現性良く、電流狭搾層を形成することができる。
【0013】
【実施例】本発明による半導体レーザの電流狭搾層の形
成方法の一例を、以下に説明する。まず、AlGaIn
Pダブルヘテロ構造として、図3の構造を考える。活性
層は表面から約1. 7μmに存在する。
【0014】まず、シミュレーション計算により、活性
層4の近傍に到達できる窒素イオンのエネルギーを算出
すると、約1. 4MeVとなる。(図2−(a)) また、同様に、活性層4の近傍に到達できる酸素イオン
のエネルギーを算出すると、約1. 5MeVとなる。
(図2−(b)) 図2は、図3のAlGaInPダブルヘテロ構造の半導
体基板に上記エネルギーの窒素イオン及び酸素イオンを
注入したときの各々の濃度分布のシミュレーション計算
による結果を表示したものである。横軸はキャップ層1
の表面からの深さ方向の距離を示し、縦軸は窒素イオン
または酸素イオンの濃度を示している。左側の縦軸は、
1立方cm当たりに存在する各イオンの個数を示し、右
側の縦軸は、この半導体基板の原子数に対する各イオン
の個数の割合を百分率であらわしたものである。Nは窒
素イオンをあらわし、Oは酸素イオンをあらわす。そし
て斜線部分は、活性層4(GaInP/AlGaIn
P)の位置に相当することを示している。
【0015】したがって、以下の手順で、電流狭搾用の
高抵抗層の精密形成プロセスを行う。まず、図1
(a)に示すように、レーザ光の発生が可能な量子井戸
構造、例えば、レーザ光を発生する活性層を含むダブル
ヘテロ構造を、MBE(分子線エピタキシー)装置など
により、化合物半導体基板上に形成する。
【0016】その後、図1(b)に示すように、その
表面に金属もしくは有機レジストによるストライプパタ
ーンニングを、通常のリソグラフィ法を用いて形成す
る。このストライプ領域が、レーザ発振領域の幅に相当
することになる。
【0017】このようにして形成されたストライプパ
ターンの上から窒素イオンを約1.4MeVに加速し、
注入を行う。この打ち込みにより、図1(c)に示すよ
うに活性層近傍に、InおよびPに対して、高抵抗性を
発現せしめる領域9を形成することが可能となる。
【0018】さらに、この基板に対して、酸素イオン
を約1. 5MeVで注入することで、活性層近傍に、A
lおよびGaに対して、高抵抗性を発現せしめる領域1
0を、前記領域9に重畳させて形成することが図1
(d)のように可能となる。
【0019】該4元化合物基板に対して、アニール処
理を施すことにより、注入イオンの活性化と、注入にと
もなう該基板の結晶欠陥回復をおこない、Al、Ga、
In、Pすべての構成元素に対して、有効な高抵抗層を
形成することが可能となる。
【0020】以上のように、窒素および酸素の2種のイ
オン注入を活性層近傍に行えば、レーザ発光のストライ
プ領域内では、ポンピング電流が集中し、それ以外の部
分では、電流狭搾の高抵抗層を形成することができる。
これによって、活性層にポンピング電流が集中して狭搾
されることになり、レーザ発光の低しきい値化および量
子化効率の向上が可能となる。
【0021】言うまでもなく、注入イオンの順序は上記
に限るものではなく、逆でも差し支えない。ただし、窒
素イオンおよび酸素イオンの注入エネルギー・注入量、
アニール処理温度等を最適に制御する必要性がある。
【0022】
【発明の効果】本発明では、4元AlGaInP基板に
対し、窒素注入によって構成元素InおよびPに対し
て、また酸素注入によって構成元素AlおよびGaに対
して、ポンピング電流を狭搾する高抵抗層を容易に、か
つ高精度に形成できる。
【0023】また電流狭搾層の形成方法は、シリコン半
導体製造において十分な実績のあるイオン注入法を原理
的に利用するので制御性に優れ、加えてポンピング電流
を活性層近傍で挟搾することができるので、半導体レー
ザのレーザ発振の諸特性(レーザ発振しきい値、量子化
効率)を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のAlGaInP半導体レー
ザの電流狭搾方法。
【図2】本発明のAlGaInPへの窒素及び酸素の注
入シミュレーション。
【図3】従来のAlGaInPダブルヘテロ構造の半導
体レーザ。
【図4】従来法によるAlGaAs半導体レーザの電流
狭搾方法(その1)。
【図5】従来法によるAlGaAs半導体レーザの電流
狭搾方法(その2)。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ光の発生が可能な量子井戸構造を
    有する、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム
    (In)、リン(P) の4元素から成る半導体基板に対し、窒
    素および酸素を注入元素として、イオン打ち込みを行う
    ことにより、ポンピング電流を狭搾する高抵抗層をレー
    ザ活性層近傍に形成したことを特徴とした半導体レー
    ザ。
JP17243292A 1992-06-30 1992-06-30 半導体レーザ Pending JPH0621567A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19605501C1 (de) * 1996-02-14 1997-04-03 Linde Ag Flurförderzeug mit einer Fahrerkabine
EP0918384A3 (en) * 1995-01-20 2000-03-01 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor light emitting device and method for fabricating the same

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0918384A3 (en) * 1995-01-20 2000-03-01 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor light emitting device and method for fabricating the same
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