(57)【要約】【課題】  簡単な工程で、半導体層に屈折率分布を精度よく形成することのできる半導体発光素子の製造方法を提供する。【解決手段】  半導体層２０に、屈折率調整用不純物を含む不純物領域３０を熱拡散により形成する。不純物領域３０に対してレーザ光ＬＢを選択的に照射することにより半導体層２０に熱分布４０を生じさせ、この熱分布４０に応じた濃度分布で屈折率調整用不純物を再配置して発光領域２１Ａの端面に屈折率分布をもたせる。屈折率調整用不純物の種類および量、ならびにレーザ光ＬＢの照射条件により所望の屈折率分布を簡単に実現することができる。フロント端面から半導体層２０にイオン注入したのち選択的な熱処理を行うことにより熱分布を生じさせ、この熱分布に応じて発光領域２１Ａの端面の結晶性を回復させて屈折率分布を形成するようにしてもよい。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に、発光領域を含む半導体層を形成する工程と、
選択的な熱処理により前記半導体層に生じる熱分布を利用して、前記発光領域の端面に屈折率分布を形成する工程と
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】
前記熱処理を、レーザ光を選択的に照射することにより行う
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】
前記屈折率分布を形成する工程は、
前記半導体層に、屈折率調整用不純物を含む不純物領域を熱拡散により形成する工程と、
前記不純物領域に対して前記選択的な熱処理を行う工程と
を含む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】
前記屈折率分布を形成する工程は、
前記半導体層にイオン注入を行う工程と、
前記半導体層に対して前記選択的な熱処理を行う工程と
を含む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】
前記屈折率分布を、前記発光領域の少なくともフロント端面に形成する
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６】
前記発光領域の幅が１０μｍ以上である
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ、発光ダイオード（light emitting diode；ＬＥＤ）などの半導体発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザなどの半導体発光素子では、適切なレンズを出射端面近傍に設置することでビームをコリメート（平行化）または集光することがよく行われている。しかしながら、このレンズから素子への戻り光が発生してしまうと、例えばレーザでは発振状態が不安定になったり、場合によっては素子の破壊に至るおそれがある。
【０００３】
特に、いわゆるブロードエリア型の半導体レーザの場合には、発光領域の幅が広いためにレンズからの戻り光が発光領域に到達してしまう可能性がより高い。すなわち、ブロードエリア型半導体レーザは、光学系からの戻り光に対する耐性がより低いという問題がある。
【０００４】
従来では、外部レンズの代わりに、半導体層の一部に特定の元素をイオン注入して濃度分布を形成し、レンズ作用を有する屈折率分布を持たせることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−２５２４４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、イオン注入のみにより濃度分布を形成する方法では、注入位置および濃度の制御が難しいという問題があった。
【０００６】
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、簡単な工程で、半導体層に屈折率分布を精度よく形成することの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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による半導体発光素子の製造方法は、基板に、発光領域を有する活性層を含む半導体層を形成する工程と、選択的な熱処理により半導体層に生じる熱分布を利用して、発光領域の端面に屈折率分布を形成する工程とを含むものである。
【０００８】
本発明による半導体発光素子の製造方法では、基板に、発光領域を有する活性層を含む半導体層が形成されたのち、選択的な熱処理により半導体層に熱分布が生じ、この熱分布により発光領域の端面に屈折率分布が形成される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、選択的な熱処理により半導体層に生じる熱分布を利用して発光領域の端面に屈折率分布をもたせるようにしたので、熱処理条件により熱分布の生成を容易かつ精確に制御し、この熱分布に基づいて所望の屈折率分布を簡単に実現することができる。よって、従来のようなイオン注入位置および濃度の複雑な制御は不要となり、簡単な工程で所望の屈折率分布を精度よく形成することができる。また、端面近傍の光学素子を省略可能とすることができるので、光学素子からの戻り光がなくなり、半導体レーザの信頼性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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。
【００１１】
（第１の実施の形態）
図１ないし図６は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの製造方法を表すものである。本実施の形態では、例えば、発光領域の幅が１０μｍ以上のいわゆるブロードエリア型の半導体レーザを製造する。半導体レーザの材料系は特に限定されず、例えば、窒化物系，ＧａＡｓ系あるいはＩｎＰ系のいずれでもよい。
【００１２】
まず、図１に示したように、基板１０の一面に、発光領域２１Ａを有する活性層２１を含む半導体層２０を形成する。発光領域２１Ａの幅は、例えば、ブロードエリア型とナローストライプ型との発光領域の幅の境界である１０μｍに等しいか、またはそれ以上に設定する。半導体層２０の層構成は特に限定されない。半導体層２０は、従来行われている方法と同様にして形成することができる。
【００１３】
半導体層２０を形成したのち、図２（Ａ）に示したように、半導体層２０の上に、例えばフォトリソグラフィ法により、後に形成される共振器のフロント端面（主出射側端面）に相当する位置に開口部３１Ａを有するマスク３１を形成する。
【００１４】
続いて、図２（Ｂ）に示したように、マスク３１を用いた熱拡散により、屈折率調整用不純物を含む不純物領域３０を形成し、マスク３１を除去する。これにより、半導体層２０のフロント端面に相当する位置に、不純物領域３０を選択的に形成する。不純物領域３０の幅ｗは、例えば、１０μｍ以上１００μｍ以下とすることができる。本実施の形態では、この幅ｗを例えば５０μｍとしている。
【００１５】
屈折率調整用不純物として、本実施の形態では、下記に挙げるもののうち、添加により半導体層２０の屈折率を上げるものを用いる。
【００１６】
まず、半導体レーザの材料系にかかわらず、半導体に用いられる典型的な不純物であればいずれも屈折率調整用不純物として用いることが可能である。例えばシリコン（Ｓｉ），セレン（Ｓｅ），テルル（Ｔｅ），マグネシウム（Ｍｇ），亜鉛（Ｚｎ），カドミウム（Ｃｄ）あるいは炭素（Ｃ）が挙げられる。
【００１７】
また、活性層２１がＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により構成されている場合には、屈折率調整用不純物として、活性層２１に含まれていないＩＩＩ族またはＶ族の元素を用いることができる。例えば、窒化物系の半導体レーザで活性層２１がＧａＩｎＮにより構成されている場合には、屈折率調整用不純物としては、アルミニウム（Ａｌ），ホウ素（Ｂ），リン（Ｐ），ヒ素（Ａｓ）あるいはアンチモン（Ｓｂ）を用いることができる。あるいは、ＧａＡｓ系の半導体レーザで活性層２１がＡｌＧａＡｓにより構成されている場合には、屈折率調整用不純物としては、ホウ素（Ｂ），インジウム（Ｉｎ），窒素（Ｎ），リン（Ｐ）あるいはアンチモン（Ｓｂ）が挙げられる。更に、ＩｎＰ系の半導体レーザで活性層２１がＧａＩｎＡｓＰにより構成されている場合には、屈折率調整用不純物としては、ホウ素（Ｂ），アルミニウム（Ａｌ），窒素（Ｎ）あるいはアンチモン（Ｓｂ）を用いることができる。
【００１８】
なお、屈折率調整用不純物として、添加により半導体層２０の屈折率を下げるものを用い、例えば発光領域２１Ａで発生したレーザビームを広げて外部に射出させるようにすることも可能である。
【００１９】
続いて、図３に示したように、不純物領域３０に対して、例えば外部からのレーザ光ＬＢを選択的に照射することにより、選択的な熱処理を行う。ここで、レーザ光ＬＢとしては、例えばエキシマレーザのような高出力のレーザ光を用いることが好ましいが、パルス光に限らず連続光でもよい。本実施の形態では、レーザ光ＬＢとしてエキシマレーザを用い、照射点３０Ａとしては、基板１０に形成された各半導体レーザチップの発光領域２１Ａの中央位置の真上にレーザ光ＬＢを照射するようにしている。レーザ光ＬＢの照射エネルギーの上限は、不純物領域３０の結晶が破壊されない程度の値とすることが好ましく、その値は結晶により異なる。また、レーザ光ＬＢの照射エネルギーの下限は、半導体層２０の結晶を一瞬溶解させて屈折率調製用不純物を再配置させることができる程度の値とすることが好ましく、例えば０．３Ｊ／ｃｍ2 以上とすることができる。
【００２０】
不純物領域３０にレーザ光ＬＢを照射することにより、図４に示したように、照射点３０Ａが高温になると共に照射点３０Ａを中心とした熱分布４０が形成され、この熱分布４０に応じた濃度分布で屈折率調整用不純物が再配置される。その結果、半導体層２０には、屈折率調整用不純物の濃度分布に応じた屈折率分布が形成される。本実施の形態では、屈折率調整用不純物として、添加により半導体層２０の屈折率を上げるものを用いているので、半導体層２０においては、屈折率調整用不純物の濃度の高い領域ほど屈折率が高くなるような屈折率分布が形成される。
【００２１】
よって、発光領域２１Ａの端面における温度分布は、図５（Ａ）に示したように、照射点３０Ａの真下の中央位置ｃにピークを有し両端ａ，ｂへ向かって低くなるような略左右対称なものになり、屈折率調整用不純物の濃度分布は、図５（Ｂ）に示したように、この温度分布に応じて中央位置ｃにピークを有し両端ａ，ｂへ向かって低くなるような略左右対称なものになる。また、発光領域２１Ａの端面の屈折率分布は、図５（Ｃ）に示したように、図５（Ｂ）の濃度分布に略等しいものになる。なお、屈折率調整用不純物として、添加により半導体層２０の屈折率を下げるものを用いた場合には、発光領域２１Ａの端面における屈折率分布は、屈折率調整用不純物の濃度分布を反転させたものとなる。
【００２２】
熱分布４０の生成は、レーザ光ＬＢの照射条件により容易かつ精確に制御することができる。例えば、レーザ光ＬＢの照射点３０Ａの位置により、熱分布４０ないし温度分布のピークの位置を制御することができる。また、レーザ光ＬＢの照射パワーおよび照射時間（パルス光の場合には照射回数）により、発光領域２１Ａの幅に応じて熱分布４０の広がりあるいはピークの高さを制御することができる。このような熱分布４０の制御に加えて、屈折率調整用不純物の種類および量により濃度分布を更に精密に制御することができる。よって、屈折率調整用不純物の種類および量、ならびにレーザ光ＬＢの照射条件を制御することにより、所望の屈折率分布を簡単に精度よく形成することができる。
【００２３】
不純物領域３０にレーザ光ＬＢを照射したのち、図６に示したように、従来と同様の工程によりストライプ状の電極２２および電極２３を形成し、基板１０を所定の大きさに整えて一対の共振器端面すなわちフロント端面２４およびリア端面２５を形成し、これらのフロント端面２４およびリア端面２５に図示しない反射鏡膜を形成する。これにより、本実施の形態の半導体レーザが完成する。
【００２４】
この半導体レーザでは、電極２２と電極２３との間に所定の電圧が印加されると、電極２２から供給される駆動電流は活性層２１に注入され、発光領域２１Ａにおいて電子−正孔再結合により発光が起こる。この光は、図示しない一対の反射鏡膜により反射され、その間を往復してレーザ発振を生じ、レーザビームとして外部に射出される。ここでは、発光領域２１Ａのフロント端面２４に屈折率分布が形成されているので、発光領域２１Ａで発生したレーザビームは、屈折率分布を有する発光領域２１Ａのフロント端面２４によりコリメートあるいは集光されて外部へ射出される。また、フロント端面２４近傍の光学素子が省略可能となるので、光学素子からの戻り光がなくなり、半導体レーザの信頼性が高まる。
【００２５】
このように本実施の形態では、半導体層２０に、屈折率調整用不純物を含む不純物領域３０を熱拡散により形成し、この不純物領域３０に対してレーザ光ＬＢを選択的に照射することにより半導体層２０に熱分布４０を生じさせ、この熱分布４０を利用して発光領域２１Ａの端面に屈折率分布をもたせるようにしたので、屈折率調整用不純物の種類および量、ならびにレーザ光ＬＢの照射条件により所望の屈折率分布を簡単に実現することができる。よって、従来のようなイオン注入位置および濃度の複雑な制御は不要となり、簡単な工程で所望の屈折率分布を精度よく形成することができる。また、フロント端面２４近傍の光学素子を省略可能とすることができるので、光学素子からの戻り光がなくなり、半導体レーザの信頼性を高めることができる。
【００２６】
（第２の実施の形態）
次に、図７ないし図９を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザの製造方法を説明する。本実施の形態の方法は、屈折率分布の形成方法が第１の実施の形態とは異なっており、フロント端面２４から半導体層２０にイオン注入したのち選択的な熱処理を行うことにより、発光領域２１Ａの端面の結晶性を回復させるようにしている。これ以外は、本実施の形態は第１の実施の形態と同一であり、同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２７】
まず、第１の実施の形態において図１に示したように、基板１０の一面に、発光領域２１Ａを有する活性層２１を含む半導体層２０を形成し、従来と同様の工程によりストライプ状の電極２２および電極２３（図７には図示せず、図８参照）を形成する。
【００２８】
そののち、図７に示したように、基板１０を切断してレーザバー１０Ａを作製し、フロント端面２４から半導体層２０にイオン注入５０を行う。イオン注入５０には、第１の実施の形態で説明した屈折率調整用不純物と同様のものを用いることができる。このとき、フロント端面２４の全体に対してイオン注入５０を行ってもよいし、発光領域２１Ａに相当する部分以外を図示しないマスクで覆ってイオン注入５０を行うようにしてもよい。このようにイオン注入５０が行われた領域は、その影響で結晶格子が乱れた状態になる。
【００２９】
イオン注入５０の深さｄは、形成する半導体レーザの発振波長よりも十分に深くすることが好ましい。後にレーザ光ＬＢを照射して結晶性を回復させ、その領域をレンズとして作用させるためには、形成する半導体レーザの発振波長よりも十分に深い領域にイオン注入５０を行っておく必要があるからである。例えば、形成する半導体レーザの発振波長が可視域ないし近赤外域の場合には１０μｍないし５０μｍ程度とすることが好ましい。
【００３０】
イオン注入５０を行ったのち、図８に示したように、フロント端面２４に例えば外部からのレーザ光ＬＢを選択的に照射することにより、半導体層２０に対して選択的な熱処理を行う。本実施の形態では、レーザ光ＬＢとしてエキシマレーザを用い、照射点２４Ａとしては、発光領域２１Ａの中央位置ｃにレーザ光ＬＢを照射するようにしている。レーザ光ＬＢの照射エネルギーの上限は、半導体層２０の結晶が破壊されない程度の値とすることが好ましく、その値は結晶により異なる。レーザ光ＬＢの照射エネルギーの下限は、半導体層２０の結晶を一瞬溶解させて再結晶させることができる程度の値とすることが好ましく、例えば０．３Ｊ／ｃｍ2 以上とすることができる。
【００３１】
フロント端面２４にレーザ光ＬＢを選択的に照射することにより、照射点２４Ａが高温になると共に照射点２４Ａを中心とした熱分布６０が形成される。レーザ光ＬＢによる熱は、イオン注入５０による結晶格子の乱れを除去あるいは軽減し、正常な結晶構造を回復させるが、この熱分布６０があるために、フロント端面２４の結晶性の回復の程度は、熱分布６０を反映したような分布を示す。すなわち、照射点２４Ａは十分に結晶性が回復しているが、そこから離れるほど回復度が徐々に下がり、ある距離まで離れてしまうと格子は乱れたままで回復していない状態になる。イオン注入５０により格子が乱れた結晶と正常に回復した結晶とでは屈折率にも差があるので、フロント端面２４には、このような結晶性の回復の程度の分布（以下、「結晶性分布」という）に応じた屈折率分布が形成される。
【００３２】
よって、発光領域２１Ａの端面における温度分布は、図９（Ａ）に示したように、照射点２４Ａすなわち中央位置ｃにピークを有し両端ａ，ｂへ向かって低くなるような略左右対称なものになり、結晶性分布は、図９（Ｂ）に示したように、この温度分布に応じて中央位置ｃにピークを有し両端ａ，ｂへ向かって低くなるような略左右対称なものになる。また、発光領域２１Ａの端面の屈折率分布は、図９（Ｃ）に示したように、図９（Ｂ）の結晶性分布に略等しいものになる。
【００３３】
熱分布６０の生成は、第１の実施の形態と同様に、レーザ光ＬＢの照射条件により容易かつ精確に制御することができる。このような熱分布６０の制御に加えて、イオン注入５０の条件を制御することにより結晶性分布を更に精密に制御することができる。よって、イオン注入５０の条件およびレーザ光ＬＢの照射条件を制御することにより、所望の屈折率分布を簡単に精度よく形成することができる。
【００３４】
フロント端面２４にレーザ光ＬＢを照射したのち、基板１０を所定の大きさに整え、フロント端面２４およびリア端面２５に図示しない反射鏡膜を形成する。これにより、本実施の形態の半導体レーザが完成する。この半導体レーザの作用は、第１の実施の形態と実質的に同じであるので、その説明は省略する。
【００３５】
このように本実施の形態では、フロント端面２４から半導体層２０にイオン注入５０を行い、このフロント端面２４にレーザ光ＬＢを選択的に照射することにより半導体層２０に熱分布６０を生じさせ、この熱分布６０を利用して発光領域２１Ａの端面に屈折率分布をもたせるようにしたので、イオン注入５０の条件およびレーザ光ＬＢの照射条件により所望の屈折率分布を簡単に実現することができる。よって、従来のようなイオン注入位置および濃度の複雑な制御は不要となり、簡単な工程で所望の屈折率分布を精度よく形成することができる。また、フロント端面２４近傍の光学素子を省略可能とすることができるので、光学素子からの戻り光がなくなり、半導体レーザの信頼性を高めることができる。
【００３６】
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、上記第２の実施の形態では、レーザ光ＬＢをフロント端面２４に照射する場合について説明したが、第１の実施の形態と同様に半導体層２０の上面に照射するようにしてもよい。
【００３７】
また、上記第２の実施の形態では、フロント端面２４にのみイオン注入５０およびレーザ光ＬＢの照射を行って屈折率分布を形成する場合について説明したが、リア端面２５にも同様にして屈折率分布を形成するようにしてもよい。なお、上記第１の実施の形態では、フロント端面２４に屈折率分布を形成するものとして説明したが、第１の実施の形態ではウェハの状態で屈折率分布を形成するようにしているので、リア端面２５にも屈折率調整用不純物が拡散して屈折率分布が形成される。
【００３８】
更に、上記実施の形態ではブロードエリア型の半導体レーザについて説明したが、本発明の製造方法は、上述したようにレーザ光ＬＢの照射条件により発光領域２１Ａの幅に応じて熱分布を制御することができるので、発光領域２１Ａの幅に特に制限はなく、ナローストライプ型にも適用可能である。中でも特にブロードエリア型半導体レーザの場合には、幅の広い発光領域２１Ａの端面に簡単に位置精度よく屈折率分布をもたせることができるので、極めて有効である。
【００３９】
加えて、上記実施の形態では、半導体レーザについて具体的に説明したが、本発明は、ＬＥＤなどの他の半導体発光素子についても適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の製造方法は、半導体レーザ、ＬＥＤなどの半導体発光素子に適用することができる。
【００４１】
本発明の製造方法により得られた半導体発光素子、特にブロードエリア型半導体レーザは、光ディスク装置、レーザビームプリンタあるいは複写機などの情報端末器用途のほか、ディスプレイ用，医療用，宇宙通信用，または加工用など様々な分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの製造工程を表す断面図である。
【図２】図１に続く製造工程を表す斜視図である。
【図３】図２に続く製造工程を表す斜視図である。
【図４】図３に続く製造工程を表す斜視図である。
【図５】図４に示した製造工程における発光領域の端面の温度分布、屈折率調整用不純物の濃度分布および屈折率分布を表す図である。
【図６】図４に続く製造工程を表す斜視図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザの製造工程を表す斜視図である。
【図８】図７に続く製造工程を表す斜視図である。
【図９】図８に示した製造工程における発光領域の端面の温度分布、結晶性の回復の程度の分布および屈折率分布を表す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０…基板、２０…半導体層、２１…活性層、２１Ａ…発光領域、２４…フロント端面、３０…不純物領域、３１…マスク、４０，６０…熱分布、５０…イオン注入
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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