JPH06334263A

JPH06334263A - 半導体素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH06334263A
Application number: JP6046059A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Yoshii; 重雄吉井; Kazuhiro Okawa; 和宏大川; Ayumi Tsujimura; 歩辻村; Tsuneo Mitsuyu; 常男三露
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-03-18
Filing date: 1994-03-16
Publication date: 1994-12-02

Abstract

(57)【要約】【目的】 II−VI族半導体素子のｎ型またはｐ型の半導
体層に、イオン注入量が１０¹²〜１０¹⁸ ions/cm²の範
囲のイオンが注入された電気絶縁性部分が存在すること
により、半導体材料と良好な熱接触を持ち、熱伝導率が
良好で、かつ十分な電気絶縁性部分が存在するII−VI族
半導体素子を得る。【構成】ｐ型ＧａＡｓ基板２上のＺｎＳｅ系ＳＱＷ−
ＳＣＨ構造３（ｐ型ＺｎＳｅ層３ａ，ｐ型ＺｎＳＳｅ層
３ｂ，ｐ型ＺｎＳｅ層３ｃ，ＺｎＣｄＳｅ層（活性層）
３ｄ，ｎ型ＺｎＳｅ層３ｅ，ｎ型ＺｎＳＳｅ層３ｆ，ｎ
型ＺｎＳｅ層３ｇ）の上に、金属電極８を設け、さらに
金属部分９を設けて、上部より窒素イオンを注入して電
流狭窄層（絶縁体）１０を形成する。この半導体レーザ
ー素子１１は、従来の素子に用いられているＳｉＯ₂絶
縁体やポリイミド樹脂絶縁体の素子に比べて寿命が２倍
から７倍に向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、II族または２価を取り
得る元素から選ばれる少なくとも一つの元素と、VI族か
ら選ばれる少なくとも一つの元素からなる半導体（以下
「II−VI族半導体」ともいう。）素子の絶縁体、および
II−VI族半導体から構成されるレーザー素子、およびそ
の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、II−VI族半導体レーザー素子の絶
縁層としては、ＳｉＯ₂、ポリイミド樹脂が用いられて
いる（例えば松波弘之著、昭晃堂「半導体工学」２１４
頁あるいはアプライド・フィジックス・レターズ１９９
１年５９巻１２７２頁）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体レー
ザー素子の寿命を延ばすためには、発生した熱を絶縁層
が効率よく外部に逃がす必要がある。

【０００４】しかし、上記ＳｉＯ₂やポリイミド樹脂は
化合物半導体との熱的な接触が十分でなく、また、熱伝
導率が低いため十分な放熱をすることができなので、従
来の素子の耐久性に問題があった。また、従来のII−VI
族半導体レーザー素子では、活性層より上部（基板側を
下方向とする）にｎ形半導体を使用することができなか
った。これは、電流狭窄層と活性層が離れているので、
この間にキャリア移動度が高いｎ型半導体が存在する
と、電流が横方向に拡散してしまい、活性層での電流狭
窄ができないためである。このため、ｎ型半導体は活性
層より下部に用いられ、活性層より上部にはキャリア移
動度の低いｐ型半導体が用いられてきた。しかし、ｐ型
II−VI族半導体と金属電極の間にはショットキー障壁が
存在し、また接触抵抗も大きいので、レーザー素子の動
作電圧が高くなり、上部電極で熱が発生する問題があっ
た。

【０００５】本発明は前記従来技術の課題を解決するた
め、半導体材料と良好な熱接触を持ち、熱伝導率が良好
で、かつ十分な電気絶縁性部分が存在するII−VI族半導
体素子及びその製造方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の半導体素子は、II−VI族半導体素子のｎ型
またはｐ型の半導体層に、イオン注入量が１０¹²〜１０
¹⁸ ions/cm²の範囲のイオンが注入された電気絶縁性部
分が存在するという構成を備えたものである。

【０００７】前記構成においては、電気絶縁性部分の膜
厚が１０ｎｍ〜１０μｍの範囲であることが好ましい。
また前記構成においては、半導体として、Ｚｎ、Ｃｄ、
Ｍｇ、Ｍｎ，Ｈｇ及びＣａから選ばれる少なくとも一つ
のII族または２価を取り得る元素から選ばれる少なくと
も一つの元素と、Ｓ、Ｓｅ及びＴｅから選ばれる少なく
とも一つのVI族元素からなる化合物を用いることが好ま
しい。

【０００８】また前記構成においては、半導体素子が半
導体レーザー素子であることが好ましい。また前記構成
においては、半導体レーザー素子の電流狭窄層として、
電気絶縁性体部分が存在することが好ましい。

【０００９】また前記構成においては、半導体レーザー
素子が、基板上に形成されたII族または２価を取り得る
元素から選ばれる少なくとも一つの元素と、VI族から選
ばれる少なくとも一つの元素からなる半導体素子のｎ型
またはｐ型の半導体の積層構造と、前記積層構造の一方
の面全面に設けた金属電極と、前記金属電極上の一部に
凸状に設けた金属部分とを有し、少なくとも前記金属部
分以外の部分の前記金属電極と隣接する前記積層構造
が、イオン注入により電気絶縁性であることが好まし
い。

【００１０】次に本発明の半導体素子の製造方法は、II
族または２価を取り得る元素から選ばれる少なくとも一
つの元素と、VI族から選ばれる少なくとも一つの元素か
らなるｎ型またはｐ型半導体層に、高真空下、イオン注
入法によりドーズ量が１０¹²〜１０¹⁸ ions/cm²の範囲
のイオンを注入し電気絶縁性体部分を作成することを特
徴とする。

【００１１】前記構成においては、イオン注入時の注入
角が０〜１０°の範囲であることが好ましい。また前記
構成においては、イオン注入時の基板温度が０〜３００
℃であることが好ましい。

【００１２】また前記構成においては、イオン注入時の
イオンビーム電流密度が１０ｎＡ／cm²〜１μＡ／cm²
の範囲であることが好ましい。また前記構成において
は、半導体素子が半導体レーザー素子であり、前記半導
体レーザー素子の電流狭窄層として電気絶縁性体部分を
作成することが好ましい。

【００１３】また前記構成においては、半導体素子が半
導体レーザー素子であり、基板上に形成されたII族また
は２価を取り得る元素から選ばれる少なくとも一つの元
素と、VI族から選ばれる少なくとも一つの元素からなる
半導体の積層構造の一方の面全面に金属電極を作製し、
次に前記金属電極の一部に金属部分を凸状に形成し、次
に前記金属部分を介してイオンを注入することが好まし
い。

【００１４】また前記構成においては、金属部分が、ス
トライプ状形状を有することが好ましい。また前記構成
においては、金属電極の膜厚が１０ｎｍ以上１μｍ以下
であることが好ましい。

【００１５】また前記構成においては、金属部分の膜厚
が０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。
また前記構成においては、II族または２価を取り得る元
素から選ばれる少なくとも一つの元素と、VI族から選ば
れる少なくとも一つの元素からなる半導体がｎ型半導体
であり、注入するイオンがＩ族またはＶ族元素のイオン
であることが好ましい。

【００１６】また前記構成においては、II族または２価
を取り得る元素から選ばれる少なくとも一つの元素と、
VI族から選ばれる少なくとも一つの元素からなる半導体
がｐ型半導体であり、注入するイオンがIII 族またはVI
I 族元素のイオンであることが好ましい。

【００１７】また前記構成においては、イオンの加速電
圧が１０ｋｅＶ以上でかつ１０００ｋｅＶ以下であるこ
とが好ましい。また前記構成においては、注入するイオ
ンが窒素イオンであり、イオンの加速電圧が１０ｋｅＶ
以上でかつ１０００ｋｅＶ以下であり、イオンを注入す
る部分のII族または２価を取り得る元素から選ばれる少
なくとも一つの元素と、VI族から選ばれる少なくとも一
つの元素からなる半導体がｎ型半導体であることが好ま
しい。

【００１８】また前記構成においては、真空度が、１０
^-5Torr〜１０^-9Torrの範囲であることが好ましい。

【００１９】

【作用】前記した本発明の構成によれば、II−VI族半導
体素子のｎ型またはｐ型の半導体層に、イオン注入量が
１０¹²〜１０¹⁸ ions/cm²の範囲のイオンが注入された
電気絶縁性部分が存在することにより、半導体材料と良
好な熱接触を持ち、熱伝導率が良好で、かつ十分な電気
絶縁性部分が存在するII−VI族半導体素子を実現でき
る。

【００２０】イオンをII−VI族半導体に照射すると、入
射イオンの持つエネルギーが低いときは、イオンの反射
・堆積、表面原子のスパッタリングなどが生じる。しか
し、十分に加速されたイオンはII−VI族半導体の内部に
侵入し、半導体を構成する原子の原子核との相互作用
（核衝突）や、電子との相互作用（電子衝突）によって
エネルギーを失い、ある侵入深さで停止する。

【００２１】入射イオンと半導体原子の核衝突では、原
子が格子位置から変位したり、格子位置からたたき出さ
れた原子が連鎖的に別の原子を跳ね飛ばす現象が起り、
空孔や格子間原子等の格子欠陥が発生する。またこの格
子欠陥が移動したり結合することにより転位やボイドが
形成される。

【００２２】半導体中のキャリアはこれらの欠陥や転位
等によって反射・散乱されるので、キャリアの移動度が
低下する。その結果、イオンを注入した領域の電気伝導
度は著しく低下し、絶縁層として実用的な高抵抗とな
る。

【００２３】半導体素子中で発生した熱は、格子振動の
形で拡散するが、絶縁層とｎ型（あるいはｐ型）層の格
子定数が整合していなかったり、不連続な界面が存在し
ていると、界面で格子振動が散乱・反射されてしまい良
好な熱的接触が得られない。

【００２４】本発明による絶縁体の作製では、絶縁体と
ｐ型（あるいはｎ型）半導体との間に明確な界面が存在
しないので、格子振動はｎ型（あるいはｐ型）層から絶
縁層へ直接伝播することができ、良好な熱的接触が得ら
れる。

【００２５】さらに、前記の絶縁体の熱伝導率は、Ｓｉ
Ｏ₂やポリイミド樹脂にくらべて高いので、半導体素子
中から受け取った熱を迅速に外部に逃がすことができ
る。また、本発明に係わる半導体レーザー素子の構成に
よれば、従来のＳｉＯ₂やポリイミド等の絶縁体を使用
した半導体レーザ素子に比べて発滅量が少なく、しかも
放熱機構を改善することができるので、長寿命の半導体
レーザ素子を実現することができる。

【００２６】また、本発明の半導体レーザー素子の製造
方法において、金属電極に直接入射したイオンの多くは
金属電極を透過する。そこで、金属電極の上からからイ
オンを注入することにより、その下部に高抵抗化したII
−VI族半導体を作製することができる。

【００２７】一方、金属部分上に入射したイオンは金属
原子との相互作用でエネルギーを失い、金属部分内部で
停止する。したがって、イオンは金属電極やII−VI族半
導体の積層構造には届かず、金属部分はいわばイオン照
射時のマスクの作用を果たし、金属部分の下部では高抵
抗化が起こらない。

【００２８】この結果、イオンが注入されたII−VI族半
導体には電流が流れず、金属部分の下部にのみ電流が狭
窄されるので、半導体レーザー素子として動作する。本
発明の半導体レーザー素子の製造方法では、絶縁層を活
性層に十分近付けることができるので、電流が効果的に
狭窄され、活性層における電流密度が向上して、素子の
発熱を減少することができる。

【００２９】また、金属部分は電極の一部として利用で
きるので、工程を簡略化できる。さらに、素子をヒート
シンク（放熱器）上に固定するとき、熱伝導率の高い金
属部分が素子の発熱領域の上部に設けられていることに
より、発熱領域とヒートシンクの熱的接触が向上する。

【００３０】このような作用により半導体レーザー素子
の放熱が良くなり、寿命が向上する。本発明のII−VI族
半導体素子の電気絶縁性部分は、イオン注入量が１０¹²
〜１０¹⁸ ions/cm²の範囲のイオンが注入されているの
で、電気抵抗率が十分に高く、熱伝導率も良好となる。

【００３１】本発明の絶縁体の製造方法は、半導体レー
ザー素子、発光ダイオード素子、ＩＣ、ＬＳＩをはじめ
とする半導体素子の絶縁層の製造方法として有用であ
る。特に素子の動作にともない半導体中に発生する熱
を、絶縁体を通して外部に拡散させる必要のある部分に
おいて、本発明の効果が発揮される。

【００３２】本発明のII−VI族半導体としては、Ｚｎ、
Ｃｄ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｈｇ、Ｃａのいずれか一つ以上のII
族元素と、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅのいずれか一つ以上のVI族元
素からなる化合物を用いることが好ましい。上記の元素
から選択して得られたII−VI族半導体（例えばＺｎ_xＣ
ｄ_1-xＳ_yＳｅ_1-y、Ｚｎ_xＣｄ_1-xＳ_yＴｅ_1-y、Ｚ
ｎ_xＭｇ_1-xＳ_yＳｅ_1-y、Ｚｎ_xＭｎ_1-xＳ_yＳｅ
_1-y（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）等の混晶）は、格子定
数を０．５３ｎｍ〜０．６７ｎｍの範囲内で大きく変化
させることができるので、例えばレーザー素子等の半導
体組成物素子のｎ型（あるいはｐ型）層の格子定数と整
合することができる。また、上記の元素から選択して得
られたII−VI族半導体は、バンドギャップの大きさを０
ｅＶから４．２ｅＶの範囲で大きく変化させることがで
き、またｐ型及びｎ型不純物添加により容易に伝導型を
制御できる。

【００３３】本発明の入射イオンとして、ｎ型II−VI族
半導体に対して、水素、窒素、リチウム、リン等のＩ族
またはＶ族元素のイオンを用いることにより、さらに効
率的に絶縁体が作製できる。Ｉ族またはＶ族元素のイオ
ンは、II−VI族半導体中でアクセプタ準位を生成するの
で、ｎ型半導体中の多数キャリアである電子を補償して
その密度を減少させる。これにより比較的低いドーズ量
で高抵抗の絶縁体を得ることができ、絶縁体の結晶損傷
を減少させて、熱伝導率を向上させる効果がある。

【００３４】同様にｐ型II−VI族半導体への注入には、
ドナー準位を生成する塩素、ガリウム、フッ素、臭素等
のIII 族またはVII 族元素のイオンを用いるのが好まし
い。また、とくにｎ型II−VI族半導体に対する注入イオ
ンとして窒素及びリンを用いて場合、イオンを注入して
いない領域のII−VI族半導体層中に注入されたイオンが
拡散することがないので、使用時の電流や温度上昇に対
して安定した素子特性が得られる。

【００３５】イオンを注入したII−VI族半導体は、欠陥
による光吸収が少ないので、高温での熱処理を必要とし
ない。また熱処理を行う場合にも、II−VI族半導体はイ
オン結合性が強く、原子が動きやすいので、１００から
４００℃の範囲の低い温度での熱処理により結晶性を回
復することができる。したがって、素子を構成する半導
体層を熱による損傷で劣化させることなく、簡素なプロ
セスで絶縁層を作成することができる。

【００３６】また、イオン注入時の基板温度が０〜３０
０℃の範囲であると、イオン注入部以外のII−VI族半導
体の損傷がなく、抵抗率が安定な電気絶縁部分が得られ
る。また、イオン注入時のイオンビーム電流密度が１０
ｎＡ／cm²〜１μＡ／cm²の範囲である、イオン注入部
以外のII−VI族半導体の損傷がなく、効率的に電気絶縁
部分が得られる。

【００３７】本発明のイオンの加速電圧は、１０ｋｅＶ
以上でかつ１０００ｋｅＶ以下の範囲にあることが望ま
しい。この範囲で加速されたイオンは、II−VI族半導体
中に容易に侵入し、スパッタ率を比較的低く抑制するこ
とができ、また、II−VI族半導体の原子と核反応を起こ
すことが無い。

【００３８】本発明により作製する絶縁体の膜厚は、注
入するイオンの加速電圧を変えることによって制御する
ことができる。例えば、II−VI族半導体のＺｎＳｅに窒
素イオンを注入する場合、加速電圧を１０ｋｅＶから１
０００ｋｅＶの間で変化させることにより、１０ｎｍ〜
１０μｍの範囲の膜厚の絶縁体を作製することができ
る。ただし、電気絶縁体と半導体の境界が連続層で明確
でないので、厳密な膜厚を決定することは困難である。

【００３９】本発明の金属部分としては金を用いること
ができる。金は熱伝導率および電気伝導率が良好であ
る。また、金は大きな原子量を持つので効果的に注入イ
オンを阻止することができる。

【００４０】入射イオンとして１０ｋｅＶから１０００
ｋｅＶで加速した窒素を用い、金属部分として金を使用
する場合、金属部分の膜厚を０．１μｍ以上１０μｍ以
下にすることにより入射イオンを効果的に阻止すること
ができる。

【００４１】本発明方法によって作製した絶縁体を電流
狭窄層として用いれば、電流狭窄層を活性層に十分近付
けることができ、さらに活性層を絶縁体で挟み込むこと
も可能になるので、活性層より上部にｎ型半導体を用い
ても、十分電流を狭窄できる。特に、ｎ型II−VI族半導
体に対してはオーム性が良好で、接触抵抗も低い金属電
極を上部電極として利用できる。したがって、素子の動
作電圧を低下させ、上部電極での熱の発生を減少するこ
とができる。

【００４２】活性層より上部にｐ型半導体を用いる場合
にも、従来の絶縁体より効果的な電流狭窄ができるの
で、活性層での電流密度が向上し、素子の発振閾値電流
が減少する。

【００４３】

【実施例】以下実施例を用いてさらに具体的に説明す
る。（実施例１）まず、ＧａＡｓ基板上に、分子線エピタキ
シャル成長（ＭＢＥ）法によって単結晶のII-VI 族半導
体であるＺｎＳｅ薄膜を１．８μｍの膜厚で形成した。
ここで、成長温度は２００〜４００℃、真空度は１×１
０^-8Ｔｏｒｒである。尚、成長時に、塩素を２×１０¹⁸
ｃｍ^-3だけ添加し、ＺｎＳｅ薄膜をｎ型化した。このｎ
型ＺｎＳｅ薄膜の抵抗率は０．０８Ω・ｃｍであった。

【００４４】次いで、前記ｎ型ＺｎＳｅ薄膜に、３５０
ｋｅＶの加速電圧で加速した水素イオンを注入した。こ
こで、注入角は７度、ドーズ量は１×１０¹⁵ ions/c
m²、イオン電流密度は２３ｎＡ／cm²、基板温度は１
００℃とした。このイオン注入により、ｎ型ＺｎＳｅ薄
膜の抵抗率は１×１０⁴Ω・ｃｍ以上となり、半導体レ
ーザー素子の電流狭窄層をはじめとする半導体素子の絶
縁層として十分使用できる抵抗値となった。

【００４５】このように半導体素子の絶縁層として実用
的な抵抗値を得ることができたのは、次のような理由に
よるものと考えられる。すなわち、十分に加速されたイ
オンはII-VI 族半導体の内部に侵入し、半導体を構成す
る原子の原子核との相互作用（核衝突）や電子との相互
作用（電子衝突）によってエネルギーを失い、ある侵入
深さで停止する。入射イオンと半導体原子の核衝突で
は、原子が格子位置から変位したり、格子位置からたた
き出された原子が連鎖的に別の原子を跳ね飛ばす現象が
起り、空孔や格子間原子等の格子欠陥が発生する。ま
た、この格子欠陥が移動したり結合したりすることによ
り、転位やボイドが形成される。半導体中のキャリアは
これらの格子欠陥や転位等によって反射・散乱され、そ
の移動度が低下する。その結果、イオンを注入した領域
の電気伝導度は著しく低下し、半導体素子の絶縁層とし
て実用的な抵抗値となる。

【００４６】また、本実施例の絶縁体の熱伝導率は１５
Ｗ／ｍ・ｋであった。これに対して従来のＳｉＯ₂の絶
縁体の熱伝導率は１．４Ｗ／ｍ・ｋ、ポリイミド樹脂の
熱伝導率は０．３Ｗ／ｍ・ｋであった。

【００４７】（実施例２）次に、II-VI 族半導体レーザ
ー素子について説明する。まず、図１に示すように、ｐ
型ＧａＡｓ基板２上に、ＭＢＥ法によってＺｎＳｅ系Ｓ
ＱＷ−ＳＣＨ（単一量子井戸型分離閉じ込めヘテロ）構
造３を形成し、その上部にマスク４を形成した。ここ
で、マスク４は、注入されるイオンを阻止して、低抵抗
な電流注入領域を残すためのものである。次いで、ｐ型
ＧａＡｓ基板２の下部に金属電極１を蒸着した。

【００４８】この構造（図１）に、上部から３５０ｋｅ
Ｖの加速電圧で加速した窒素イオンを注入した。ここ
で、注入角は７度、ドーズ量は１×１０¹⁵ ions/cm²で
ある。これにより、マスク４の直下以外の領域に窒素イ
オンが注入され、図２に示すように、絶縁体の電流狭窄
層６が形成された。次いで、マスク４を除去した後、電
流狭窄層６の上に金属電極５を蒸着し、半導体レーザー
素子７を作製した。尚、図１、図２中、３ａ、３ｃはｐ
型ＺｎＳｅ層、３ｂはｐ型ＺｎＳＳｅ層、３ｄはＺｎＣ
ｄＳｅ活性層、３ｅ、３ｇはｎ型ＺｎＳｅ層、３ｆはｎ
型ＺｎＳＳｅ層である。

【００４９】以上のようにして得られた半導体レーザー
素子７は、波長５２０ｎｍ、閾値電流３６０ｍＡで発振
し、このときの素子電圧は３Ｖであった。これに対し、
同じレーザー構造、ストライプ形状、発振波長を有する
が、電流狭窄層として従来のＳｉＯ₂やポリイミド等を
用いた半導体レーザー素子は、閾値電流９３０ｍＡで発
振し、このときの素子電圧は３９Ｖであった。

【００５０】このように、ｎ型II-VI 族半導体に窒素イ
オンを注入して形成した絶縁体を電流狭窄層６として用
いることにより、閾値電流を５７０ｍＡも低下させるこ
とができた。これにより、出力１ｍＷのときの素子効率
を３倍に向上させることができ、素子の発熱量を３分の
１以下に減少させることができた。

【００５１】ところで、半導体素子中で発生した熱は、
格子振動の形で拡散するが、絶縁層とｎ型（あるいはｐ
型）層の格子定数が整合していなかったり、不連続な界
面が存在していると、界面で格子振動が散乱・反射され
てしまい、良好な熱的接触を得ることができない。

【００５２】しかし、上記のようにして電流狭窄層６を
形成すると、注入されるイオンはII-VI 族半導体中でほ
ぼランダムに散乱されて停止し、イオンの停止位置は注
入分布と呼ばれる分布を持つこととなる。従って、イオ
ンを注入した領域の抵抗率は、注入量に応じて増加し、
絶縁体とｐ型（あるいはｎ型）半導体との間に明確な界
面は存在しない。このため、格子振動はｎ型（あるいは
ｐ型）層から電流狭窄層（絶縁体）６へ直接伝播するこ
とができ、良好な熱的接触を得ることができる。また、
このようなII-VI 族半導体を主体とする電流狭窄層（絶
縁体）６の熱伝導率はＳｉＯ₂やポリイミド樹脂に比べ
て高い。従って、半導体素子中で発生した熱を迅速に外
部へ逃がすことができる。

【００５３】以上詳述したように、本実施例２の半導体
レーザー素子７は、従来のＳｉＯ₂やポリイミド等の絶
縁体を使用した半導体レーザー素子に比べて発熱量が少
なく、しかも放熱機構が改善されたために、その寿命を
１．５〜５倍にも長くすることができ、耐久性の向上を
図ることができた。

【００５４】また、イオン注入後に３００℃で５分間熱
処理を行った素子も同様の特性を示した。尚、本実施例
２においては、電流狭窄層（絶縁体）６をＺｎＣｄＳｅ
活性層３ｄよりも上部に形成しているが、注入イオンの
加速電圧を増加させれば、ＺｎＣｄＳｅ活性層３ｄの下
部にまで電流狭窄層（絶縁体）６を形成することができ
る。

【００５５】また、本実施例２においては、ストライプ
構造の単一量子井戸型半導体レーザー素子を例に挙げて
説明したが、必ずしもこの構造の半導体レーザー素子に
限定されるものではなく、埋め込み構造、多量子井戸型
など他の構造の半導体レーザー素子にも適用することが
できる。

【００５６】（実施例３）本実施例ではまず、図３に示
すＺｎＳｅ系ＳＱＷ−ＳＣＨ構造３を、ｐ型ＧａＡｓ基
板２上にＭＢＥ法により作製し、その上部に金属電極８
を作製した。ＺｎＳｅ系ＳＱＷ−ＳＣＨ構造３を構成す
る各層：ｐ型ＺｎＳｅ層３ａ，ｐ型ＺｎＳＳｅ層３ｂ，
ｐ型ＺｎＳｅ層３ｃ，ＺｎＣｄＳｅ層（活性層）３ｄ，
ｎ型ＺｎＳｅ層３ｅ，ｎ型ＺｎＳＳｅ層３ｆ，ｎ型Ｚｎ
Ｓｅ層３ｇは実施例２と同一の方法で作成した。金属電
極８には電子ビーム蒸着により作製したチタンと金の積
層膜を用い、その膜厚は３０ｎｍとした。さらにその上
に、金の電解メッキにより幅１０μｍ、膜厚３μｍのス
トライプ状の金属部分９を作製した。なお、基板の下部
には金属電極１を作製した。

【００５７】この構造に、上部から３５０ｋｅＶの加速
電圧で加速した窒素イオンを注入した。注入角は７度と
し、ドーズ量を１×１０¹⁵ ions/cm²とした。金属電極
８に直接入射したイオンの多くはこれを透過して、II−
VI族半導体層中に入り、高抵抗化した電流狭窄層１０を
形成した。

【００５８】一方、金属部分９上に入射したイオンは金
原子との相互作用でエネルギーを失い、金属部分９内部
で停止した。したがって、イオンは金属電極８や半導体
層には届かず、金属部分９の下部だけは高抵抗化が起こ
らないので、利得導波形のレーザー構造が形成された。

【００５９】金属部分９は電極の一部として利用される
ので工程が簡素化され、またヒートシンクとの熱的接触
が向上したので素子の放熱が改善された。作製した半導
体レーザー素子１１は、従来のＳｉＯ₂やポリイミド等
の絶縁体を使用したレーザーに比べて発熱が減少し、放
熱が改善されたため、その寿命を２倍から７倍に増加す
ることができた。

【００６０】なお、本実施例ではイオン注入後の熱処理
は行っていないが、１００℃から４００℃までの低温で
の熱処理により結晶中の損傷を減少させ、光吸収を減ら
すこともできる。

【００６１】また、本実施例では活性層より上部に絶縁
層を形成しているが、注入イオンの加速電圧を増加させ
ることにより活性層の下部にまで絶縁層を形成すること
もできる。

【００６２】

【発明の効果】以上説明した通り本発明は、II−VI族半
導体素子のｎ型またはｐ型の半導体層に、イオン注入量
が１０¹²〜１０¹⁸ ions/cm²の範囲のイオンが注入され
た電気絶縁性部分が存在することにより、半導体材料と
良好な熱接触を持ち、熱伝導率が良好で、かつ十分な電
気絶縁性部分が存在するII−VI族半導体素子を実現でき
る。

【００６３】また本発明は、電流狭窄層として、ｎ型お
よびｐ型のII−VI族半導体にイオンを注入して作製した
絶縁体を用いる半導体レーザー素子とすることにより、
動作電圧を低下させ、発振閾値電流を減少させ、放熱を
向上し、寿命を改善する効果がある。

【００６４】また本発明は、基板上に形成されたII−VI
族半導体の積層構造と、前記積層構造の一方の面全面に
設けた金属電極と、前記金属電極上の一部に凸状に設け
た金属部分とを有し、少なくとも前記金属部分以外の部
分の前記金属電極と隣接する前記積層構造が、イオン注
入により高抵抗化された前記II−VI族半導体である半導
体レーザー素子であるので動作電圧を低下させ、発振閾
値電流を減少させ、放熱を向上し、寿命を改善する効果
がある。

【００６５】また本発明は、基板上に形成されたII−VI
族半導体の積層構造の一方の面全面金属電極を作製する
積層膜作製工程、前記積層膜作製工程後前記金属電極の
一部に金属部分を凸状に設ける金属部分形成工程、前記
金属部分形成工程後前記金属部分を介してイオンを注入
するイオン注入工程を含む半導体レーザー素子の製造方
法であるので、動作電圧を低下させ、発振閾値電流を減
少させ、放熱を向上し、寿命を改善する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例２のイオンを注入する前の半導
体レーザーの概念断面図である。

【図２】本発明の実施例２のイオンを注入した後の半導
体レーザーの概念断面図である。

【図３】本発明の実施例３の半導体レーザーの概念断面
図である。

【符号の説明】

１金属電極２ｐ型ＧａＡｓ基板３ＺｎＳｅ系ＳＱＷ−ＳＣＨ構造３ａｐ型ＺｎＳｅ層３ｂｐ型ＺｎＳＳｅ層３ｃｐ型ＺｎＳｅ層３ｄＺｎＣｄＳｅ層（活性層）３ｅｎ型ＺｎＳｅ層３ｆｎ型ＺｎＳＳｅ層３ｇｎ型ＺｎＳｅ層４マスク５金属電極６電流狭窄層（絶縁体）７半導体レーザー素子８金属電極９金属部分１０電流狭窄層（絶縁体）１１半導体レーザー素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三露常男大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 II族または２価を取り得る元素から選ば
れる少なくとも一つの元素と、VI族から選ばれる少なく
とも一つの元素からなる半導体素子のｎ型またはｐ型の
半導体層に、イオン注入量が１０¹²〜１０¹⁸ ions/cm²
の範囲のイオンが注入された電気絶縁性部分が存在する
半導体素子。
【請求項２】電気絶縁性部分の膜厚が１０ｎｍ〜１０
μｍの範囲である請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】半導体として、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｍ
ｎ，Ｈｇ及びＣａから選ばれる少なくとも一つのII族ま
たは２価を取り得る元素から選ばれる少なくとも一つの
元素と、Ｓ、Ｓｅ及びＴｅから選ばれる少なくとも一つ
のVI族元素からなる化合物を用いる請求項１に記載の半
導体素子。
【請求項４】半導体素子が半導体レーザー素子である
請求項１に記載の半導体素子。
【請求項５】半導体レーザー素子の電流狭窄層とし
て、電気絶縁性体部分が存在する請求項４に記載の半導
体素子。
【請求項６】半導体レーザー素子が、基板上に形成さ
れたII族または２価を取り得る元素から選ばれる少なく
とも一つの元素と、VI族から選ばれる少なくとも一つの
元素からなる半導体素子のｎ型またはｐ型の半導体の積
層構造と、前記積層構造の一方の面全面に設けた金属電
極と、前記金属電極上の一部に凸状に設けた金属部分と
を有し、少なくとも前記金属部分以外の部分の前記金属
電極と隣接する前記積層構造が、イオン注入により電気
絶縁性である請求項４に記載の半導体素子。
【請求項７】 II族または２価を取り得る元素から選ば
れる少なくとも一つの元素と、VI族から選ばれる少なく
とも一つの元素からなるｎ型またはｐ型半導体層に、高
真空下、イオン注入法によりドーズ量が１０¹²〜１０¹⁸
ions/cm²の範囲のイオンを注入し電気絶縁性体部分を
作成することを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項８】イオン注入時の注入角が０〜１０°の範
囲である請求項７に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項９】イオン注入時の基板温度が０〜３００℃
である請求項７に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１０】イオン注入時のイオンビーム電流密度
が１０ｎＡ／cm²〜１μＡ／cm²の範囲である請求項７
に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１１】半導体素子が半導体レーザー素子であ
り、前記半導体レーザー素子の電流狭窄層として電気絶
縁性体部分を作成する請求項７に記載の半導体素子の製
造方法。
【請求項１２】半導体素子が半導体レーザー素子であ
り、基板上に形成されたII族または２価を取り得る元素
から選ばれる少なくとも一つの元素と、VI族から選ばれ
る少なくとも一つの元素からなる半導体の積層構造の一
方の面全面に金属電極を作製し、次に前記金属電極の一
部に金属部分を凸状に形成し、次に前記金属部分を介し
てイオンを注入する請求項７に記載の半導体素子の製造
方法。
【請求項１３】金属部分が、ストライプ状形状を有す
る請求項６に記載の半導体素子または請求項１２に記載
の半導体素子の製造方法。
【請求項１４】金属電極の膜厚が１０ｎｍ以上１μｍ
以下である請求項６に記載の半導体素子または請求項１
２に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１５】金属部分の膜厚が０．１μｍ以上１０
μｍ以下である請求項６に記載の半導体素子または請求
項１２に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１６】 II族または２価を取り得る元素から選
ばれる少なくとも一つの元素と、VI族から選ばれる少な
くとも一つの元素からなる半導体がｎ型半導体であり、
注入するイオンがＩ族またはＶ族元素のイオンである請
求項６に記載の半導体素子または請求項１１に記載の半
導体素子の製造方法。
【請求項１７】 II族または２価を取り得る元素から選
ばれる少なくとも一つの元素と、VI族から選ばれる少な
くとも一つの元素からなる半導体がｐ型半導体であり、
注入するイオンがIII 族またはVII 族元素のイオンであ
る請求項６に記載の半導体素子または請求項１１に記載
の半導体素子の製造方法。
【請求項１８】イオンの加速電圧が１０ｋｅＶ以上で
かつ１０００ｋｅＶ以下である請求項１１に記載の半導
体素子の製造方法。
【請求項１９】注入するイオンが窒素イオンであり、
イオンの加速電圧が１０ｋｅＶ以上でかつ１０００ｋｅ
Ｖ以下であり、イオンを注入する部分のII族または２価
を取り得る元素から選ばれる少なくとも一つの元素と、
VI族から選ばれる少なくとも一つの元素からなる半導体
がｎ型半導体である請求項１２に記載の半導体素子の製
造方法。
【請求項２０】真空度が、１０^-5Torr〜１０^-9Torrの
範囲である請求項７に記載の半導体素子の製造方法。