: r Å Ò{ 9 l Õ ü t` ¦ s 6 x # | 9 & h 3 © Y Us $ s ¸× ¼ ] j \ 9 כ ¹ô Ç ª Ä ºÓ ü t D ¥ ½ + Ë / B N& ñ s 2.0 MV tandem s : r 5 Å q l ü < RTA © q \ ¦ s 6 x # ½ ¨÷ &% 3 . TRIM r Ó ý t Y Us ' \ ¦ s 6 x

(1)

s

: r Å Ò{ 9 l Õ ü t` ¦ s 6 x # | 9 & h 3 © Y Us $ s ¸× ¼ ] j \ 9 כ ¹ô Ç ª Ä ºÓ ü t D ¥ ½ + Ë / B N& ñ s 2.0 MV tandem s : r 5 Å q l ü < RTA © q \ ¦ s 6 x # ½ ¨÷ &% 3 . TRIM r Ó ý t Y Us ' \ ¦ s 6 x # Å Ò{ 9 ) a

s : r _ ì r íü < < Ê ì r í > í ß ÷ &% 3 . ì ø Í \ 1 MeV P s : r s 5 × 10

¹⁴

ions/cm

²

Ð InGaAsP- InGaAs × æ ª Ä ºÓ ü t r « Ñ\ ¸ ) a Ê ê 675

^◦

C _ Ar ì r 0 Al \ " f \ P % o ÷ &% 3 . s : r ¸ ) a r « Ñ _

PL Û ¼& 7 à Ô! 3 É r \ P % o r ç ß _ < ÊÃ º Ð © : r \ " f 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3 . Õ ª õ ½ × ¼Ì s © É r 12ì r \ P % o Ê

ê\ 113 nm ë ß p u ´ ú §s ' õ AÒ os 1 l x ÷ &% 3 .

PACS numbers: 42.88.+h, 78.66.-w

Keywords: ª Ä ºÓ ü t D ¥ ½ + Ë, ' õ AÒ os 1 l x, s : r ¸ , | 9 & h 3 © Y Us $ s ¸× ¼

I. " e Â ] Ø

F

g è _ é ß { 9 | 9 & h (monolithic integration) É r F g: x

í ß \ O ` ¦ + À : r ~ ´ Ã º e H $ q 6 x õ ¦l 0 p x è [ þ t

`

¦ ½ ¨ & ³ H X < e # Q Ù þ d & h % i ½ + É` ¦ ô Ç . & ³F l Õ ü t

Ð ì ø Í ¸^ } 9 (chip)\ " f F g _ µ 1 ÏÒ q t, Ø ¦, ¸, Û ¼0 Ag A x 9

5 Å x[ þ t s q 6 x` ¦ ] X y r ~ ´ Ã º e Ü ¼ , è _ ß ¼l ü <

§ 4 è ¸ s ` 8 É r ¦l 0 p x F g | 9 & h r Ð (photonic integrated circuits; PIC

S

) _ × æ כ ¹$ í s & h & h Â Òy ÷ & ¦ e

. Õ ª s Ä » H é ß { 9 } 9 © \ F g è [ þ t s ¸¿ º | 9 & h ÷ &

è ç ß F g ½ + Ë ë H ] j ¢ - a# 4 > ] j | ¨ c Ã º e ` ¦ ÷ r ë ß m

, ¦l 0 p x$ í è [ þ t _ é ß { 9 | 9 & h 0 p x$ í s © ì r ½ + É

× æ o (wavelength division multiplexing; WDM) l Õ ü t _

D h Ðî r © ` ¦ \ P Ã º e l M :ë H s . WDM l Õ ü t É r _

F g$ 3 Ä » ? /\ " f Ð É r © _ F g ñ\ ¦ × æ o #

5 Å x ¦ Ã º é ß \ " f H © Z > Ð F g ñ\ ¦ ì r o < ÊÜ ¼ Ð +

é ß { 9 F g$ 3 Ä »_ 5 Å x6 x | ¾ Ó` ¦ 7 £ x @ /r v l 0 Aô Ç כ s .

" f WDM r Û ¼% 7 _ Ù þ d è × æ © Y U s

$ F g " é ¶ e s " î S X ¦, WDM r Û ¼% 7 _ ß ¼l ü < ] j q

6 x` ¦ × ¦ s l 0 AK " f H | 9 & h © Y Us $ F g " é ¶ _ > h µ

1 Ïs 9 כ ¹ .

t

F K t PIC\ ¦ 0 AK III-V o½ + ËÓ ü t ì ø Í ¸^ ] j ¸/ B N& ñ

`

¦ s 6 x # > hµ 1 Ï ) a l Õ ü t Ð butt-joint F $ í © l Z O [1],

∗

E-mail: [email protected]

× þ % ò % i $ í © (selective area growth; SAG) ~ ½ ÓZ O [2], off- set ª Ä ºÓ ü t (quantum well) Ö ¸$ í % ò % i _ s 6 x ~ ½ ÓZ O [3], Õ

ªo ¦ ª Ä ºÓ ü t D ¥ ½ + Ë ~ ½ ÓZ O (quantum well intermixing;

QWI) [4,5] 1 p x s e . s × æ \ " f QWI É r \ x ~ Ã Ì} $ í ©

~

½ Ó ¾ Ó_ Ã ºf ~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð # Q > h_ ½ × ¼Ì s © ` ¦ % 3 ` ¦ Ã º e

¦ / B N& ñ s ç ß é ß l M :ë H \ ´ ú § É r Ã º_ è ] j ÷ &

l

\ & h ½ + Ëô Ç l Õ ü t s . ô Ç¼ # @ /³ ð& h QWI l Õ ü t \ H Ô ¦ í

HÓ ü t \ _ K Ä » ¸ ) a Á º| 9 " f (impurity-induced disorder- ing; IID) [6], Ô ¦í HÓ ü t \ O s < Ê\ _ K Ä » ¸ ) a Á º| 9 " f (impurity-free vacancy-enhanced disordering; IFVD) [7], F

gf ¨ Ã º\ _ K Ä » ¸ ) a Á º| 9 " f (photoabsorption-induced disordering; PAID) [8], Õ ªo ¦ s : r Å Ò{ 9 \ _ K ¾ Ó © ) a Á

º| 9 " f (implant-enhanced disordering; IED) [9] 1 p x s e

. IED l Z O É r s : r s Å Ò{ 9 ÷ & H 1 l x î ß \ Ò q t$ í ) a & h < Ê (point defect)[ þ t s \ P % o õ & ñ \ " f QW % ò % i Ü ¼ Ð S X í ß

÷

&# Q ª Ä ºÓ ü t D ¥ ½ + Ës µ 1 ÏÒ q t > ) a . IED_ © & h É r / B N ç

ß ì r K 0 p x s B Ä º a % ~ ¦ \ P % o r ç ß (anneal time), \ P % o

: r ¸ x 9 s : r Å Ò{ 9 | ¾ Ó (implant dose)\ _ K ª Ä ºÓ ü t

D ¥ ½ + Ës ¸] X | ¨ c Ã º e H כ s .

: r 7 Hë H \ " f H | 9 & h 3 © Y Us $ s ¸× ¼ ] j \ s 6

x| ¨ c Ã º e H ½ × ¼Ì s (band-gap) © s 1 l x \ @ /ô Ç z ´+ « >

&

h

õ [ þ t s [ O " î ) a . : £ ¤ y , s : r Å Ò{ 9 \ _ ô Ç © s 1

l

x` ¦ F G @ / o l 0 Aô Ç Y Us $ _ \ x ~ Ã Ì} ½ ¨ ¸ ] jî ß

÷

& ¦, TRIM (Transport of Ions in Matter) r Ó ý t Y Us '

\

¦ s 6 x # (phosphorous) s : r _ Å Ò{ 9 U ·s ü < < Ê (vacancy) ì r í 1 MeV Å Ò{ 9 \ -t \ " f í ß ¸ ÷ &

-331-

(2)

Fig. 1. Schematic diagram of an integrated three- wavelength laser diode.

¦, s õ \ ¦ s 6 x # \ P % o r ç ß \ É r ½ × ¼Ì s

© _ s 1 l x s 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3 .

II. TRIM ¹ Å m{ ¢

1. ù m ÉX ì Ä 3 X ê s 7 _T $ [ º

© Y Us $ F g " é ¶ É r F g l 2 ¤ (optical recording), © ì

r ½ + É × æ (wavelength division multiplexing; WDM)[10], p

è f ¨ Ã º8 £ ¤& ñ \ _ ô Ç " é ¶ y t (remote sensing) [11], Õ ª o

¦ F g º ú W (optical color printing) [12]ü < ° ú É r ´ ú §

É

r 6 £ x6 xì r _ Ù þ d è s . þ j H \ ' Å _ / å L5 Å q ô Ç

$ í

© Ü ¼ Ð K ' Å s 6 x / å L5 Å q y 7 £ x < Ê\ :

x } © \ " f X <s ' à ÔA i s 6 £ §$ í à ÔA i ` ¦ Æ Ò Z 4 > ÷ &

%

3 Ü ¼ 9, s Qô Ç Æ Ò[ j Ð ^ ¦ M : F g: x l Õ ü t õ ' Å l Õ

ü

t s ½ + Ë ) a F g ' Å l Õ ü t l ì ø Í É r 2005 ∼ 2010 ¸ â \

' Å ¸× ¼ 1 í{ © Ã ºz ∼ Ã º ; _ q à Ô_ à Ô A

i ` ¦ % o ½ + É Ã º e H Ã ºï r Ü ¼ Ð µ 1 Ï | ¨ c כ s . s \ ¦ z ´

&

³½ + É Ã º e H l Õ ü t × æ WDMs ¦ WDM r Û ¼% 7 _

Ù þ d è © Y Us $ F g " é ¶ s .

Fig. 1 É r | 9 & h © Y Us $ F g " é ¶ _ ô Ç \ V Ð+ | 9 & h 3 © Y Us $ s ¸× ¼ (laser diode; LD)_ ½ ¨ ¸s . | 9

&

h 3 © LD H é ß { 9 } 9 © \ " f ½ × ¼Ì s © s É r 4 > h _

% ò % i , 7 £ ¤ 3 > h_ Y Us $ % ò % i (λ

₁

, λ

2

, λ

3

) õ 1> h_ F g

¸ Ð % ò % i , ` ¦ 9 כ ¹ Ð ô Ç . & ³F s ½ ¨ ¸ ] j \ 6

x| ¨ c Ã º e H SAG ü < d y Ê ê F $ í © H l Z O [1,2][ þ t É r } 9

© \ " f É r ½ × ¼Ì s` ¦ ° ú H è \ ¦ ë ß [ þ t l 0 AK # Q

_ \ x $ í © õ & ñ s 9 כ ¹ l M :ë H \ ¦q 6 x s ¦

\ O

| ¾ Ós ] jô Ç ) a . Õ ª Q B § 4 & h @ /î ß QWI ~ ½ ÓZ O É r QW â > \ " f ? /Â Ò S X í ß ` ¦ ] j# Q < ÊÜ ¼ Ð+ Ä ºÓ ü t ¸ ª _ כ ¹

^ o

=s × ¦ # Q[ þ t # Q © s é ß © Ü ¼ Ð s 1 l x > ) a .

"

f × æ ª Ä ºÓ ü t (MQW) _ D ¥ ½ + Ë É r $ í © ) a Ó ü t| 9 _ ½ × ¼

Fig. 2. Lattice-matched epitaxial structure and refractive-index profile of the laser diode.

Ì

s \ -t \ ¦ s 1 l x r ( Ü ¼ Ð" f # Q > h_ © ` ¦ ° ú H LD

é ß { 9 J ?s ( © \ ] j | ¨ c Ã º e > ô Ç .

InP l ì ø Í_ | 9 & h 3 © LD ] j ¸ | ¨ c M : \ P & h Ü ¼ Ð µ

1 ÏÒ q t ) a ª Ä ºÓ ü t (QW) õ © # 4 (barrier) Ó ü t| 9 _ S X í ß

`

¦ 7 £ x r v l 0 AK ¦\ -t Ð P s : r s \ x ~ Ã Ì}

\

Å Ò{ 9 ÷ &# Q ô Ç . Fig. 2 H | 9 & h 3 © LD\ ¦ 0 A ô

Ç InGaAsP/InGaAs/InP_ \ x ~ Ã Ì} ½ ¨ ¸ü < Ï ã J] X Ò ¦ ì r

ís [13]. & ñ ½ + Ë ) a (lattice-matched) \ x ~ Ã Ì} É r MOCVD l Z O ` ¦ s 6 x # S-doped InP l ó ø Í 0 A\ $ í

© ÷ &% 3 . Fig. 2\ " f P

⁺

-InGaAs F G8 £ x 0 A\ $ í © ) a 100-nm ¿ ºa _ P

⁺

-InP Ð ñ8 £ x É r s : r Å Ò{ 9 õ \ P % o x 9

è ] j / B N& ñ \ " f F G8 £ x s ¸% i ÷ & H כ ` ¦ ~ ½ Ót ½ + É ÷ r ë

ß m , \ P % o r InGaAs 8 £ x \ " f Gas 4 R ü < va- cancy + þ A$ í ÷ & H כ ` ¦ % 3 ] j H % i ½ + É` ¦ ô Ç . " f z

´+ « > õ \ _ 675

^◦

C \ " f \ P & h Ü ¼ Ð Ä » ¸ ) a ½ × ¼Ì s

© s 1 l x s _ \ O . ô Ç¼ # 0 AA á ¤ 9 þ t A ` ç 8 £ x \ ¶ ú { 9 ) a · û ª

É r p-1.3Q ~ Ã Ì} 8 £ x É r d y & ñ t 8 £ x (etch stop layer) s .

QWI Ê ê\ PL 8 £ ¤& ñ r InGaAs 8 £ x \ " f f ¨ Ã º Ð K PL Û

¼& 7 à Ô! 3 s 8 £ ¤& ñ ÷ &t · ú § H & ³ © ` ¦ ] j l 0 AK 6 x

÷

& H 8 £ x s . QWI` ¦ Ä » ¸ l 0 AK " f H s : r Å Ò{ 9 \ - t

\ É r s : r Å Ò{ 9 U ·s ÷ r ë ß m , s : r Å Ò{ 9 \ _ ô

Ç < Ê vacancy_ & ñ S X ô Ç ì r í\ ¦ · ú ô Ç .

"

f 6 £ § ] X \ " f H TRIM ¸ \ ¦ s 6 x # % 3 É r s

: r Å Ò{ 9 U ·s x 9 ì r í[ þ t s [ O " î ) a .

III. TRIM ¹ Å m{ ¢

s

: r õ ¦^ _ © ñ 6 x (ion-solid interaction)` ¦ Ò ¦ Ã

º e H Monte Carlo ~ ½ ÓZ O É r y ¸ü < \ -t ì r í\ ¦ í ß

(3)

Fig. 3. Phosphorous ion distribution calculated as a func- tion of the implantation energy.

¸ ½ + É Ã º e . : £ ¤ y , TRIM code H Å Ò{ 9 \ -t \

É

r s : r _ ì r í ¸ü < s : r _ Å Ò{ 9 U ·s \ ¦ > í ß ½ + É M : ´ ú §s

6 x ÷ & ¦ e [14]. " f : r 7 Hë H \ " f H Fig. 2 _ r

«

Ñ\ (P)s Å Ò{ 9 | ¨ c M : Å Ò{ 9 \ -t \ @ /ô Ç s : r ì r í ü

< s : r Å Ò{ 9 U ·s TRIM code\ ¦ s 6 x # í ß ¸ ÷ &

% 3 .

Fig. 3 É r \ x ~ Ã Ì} \ s Å Ò{ 9 | ¨ c M : Å Ò{ 9 \ -t \

É r U ·s ~ ½ Ó ¾ Ó_ s : r (P

⁺

) ì r í ¸s . Å Ò{ 9 ) a s

: r[ þ t É r U ·s ~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð Ä ºÛ ¼ ì r í ÷ & ¦, s M : x ß ¼

° ú

כ\ K { © H U ·s ¨ î ç H Å Ò{ 9 U ·s s . Fig. 3\ " f Å

Ò{ 9 \ -t 7 £ x H d \ ¨ î ç H Å Ò{ 9 U ·s 7 £ x ÷ &

¦ x ß ¼ y è÷ & H כ ` ¦ · ú Ã º e .

100 keV \ " f P

⁺

_ Å Ò{ 9 U ·s H 100 nms l M :ë H

\

@ /Â Òì r _ Å Ò{ 9 ) a s : r[ þ t É r InP Ð ñ8 £ x õ InGaAs F

G8 £ x \ ì r í ) a . Õ ªo ¦ InP l ì ø Í_ QW ½ ¨ ¸\ " f D ¥

½

+ Ë & ñ ¸ H s : r Å Ò{ 9 õ & ñ \ _ K Ó ü t| 9 ? /\ ë ß [ þ t # Q & h

< Ê_ Ã º\ q Y VK " f è ß . ¢ ¸ô Ç well 5 Å q \ f ] X s

: r Å Ò{ 9 É r PL [ jl \ ¦ / å L y y èr v H X < s H s : r Å Ò { 9

s \ P % o \ _ K \ O # Qt t · ú § H q µ 1 Ï F g F ½ + Ë G ' p' (nonradiative recombination center)[ þ t` ¦ ë ß H H כ ` ¦ _

p ô Ç [9]. Õ ª QÙ ¼ Ð \ P S X í ß \ _ ô Ç D ¥ ½ + Ëõ & ñ \ l #

H & h < Ê[ þ t _ Ã º\ ¦ F G @ / o l 0 AK " f & h < Ê[ þ t s QW \ 8 ¾ ú > ë ß [ þ t # Qt H כ s Ä »o l M :ë H \ s

: r[ þ t s 100 keV @ / \ 1 MeV_ \ -t \ " f Å Ò{ 9 ÷ &

¸2 ¤ × þ ÷ &% 3 .

Å

Ò{ 9 \ -t 1 MeV{ 9 M : Fig. 3 Ð 8 & ñ S X ô Ç s

: r Å Ò{ 9 U ·s ü < & h < Ê_ ì r í\ ¦ > í ß l 0 A # TRIM

Fig. 4. Implanted ion distribution and vacancy distribu- tion as a function of target depth.

code µ 1 Ï ) a SRIM 2003 r Ó ü t Y Us ' s 6 x ÷ &% 3 . Õ ª

õ , 1 MeV_ \ -t Ð s : r s Å Ò{ 9 | ¨ c M : \ V © ÷ &

H ¨ î ç H Å Ò{ 9 U ·s 966 nms . s Å Ò{ 9 U ·s H ³ ð

A 1500 nm\ e H Y Us $ ½ ¨ ¸_ Ö ¸$ í % ò % i (active region) Ð s ` Â ú ª . Fig. 4 H s : r Å Ò{ 9 U ·s ü < Ä » ¸

)

a vacancy _ ì r í\ ¦ Ð# ï r . Ö ¸$ í 8 £ x É r ³ ð Ü ¼ ÐÂ Ò' 1500 nm \ 0 Au K e l M :ë H \ Ö ¸$ í 8 £ x \ " f Å Ò{ 9 ) a s : r õ

Ò q t$ í ) a vacancy _ ì r í ¸¿ º % ò (zero)s ) a . Õ ª

QÙ ¼ Ð 1 MeV Ð s : r Å Ò{ 9 | ¨ c M : MQW % ò % i É r s : r Å Ò{ 9

\

_ ô Ç < H © s _ \ O ` ¦ כ Ü ¼ Ð \ V © ) a .

IV. ÷ m Ç] M ö õ m Í À X Ø8 ý

\

x ~ Ã Ì} _ ¦\ -t s : r Å Ò{ 9 É r 1995¸ KIST\ [ O u

) a NEC _ 2.0 MV tandem` ¦ s 6 x # Ã º' ÷ &% 3 .

1 MeV _ \ -t \ " f 5 × 10

¹⁴

cm

⁻³

_ s : r Å Ò{ 9 | ¾ ÓÜ ¼ Ð P

⁺

\ ¦ r « Ñ\ Å Ò{ 9 < ÊÜ ¼ Ð" f vacancies, interstitials x 9

É

r < Ê (defect)[ þ t s 9 þ t A ` ç 8 £ x ? /\ ë ß [ þ t # Q . s

: r s 6 x ÷ & H â Ä º # Q " Â Ò& h Ô ¦í HÓ ü t (doping)[ þ t s Y

Us $ ½ ¨ ¸\ Ä »{ 9 ÷ &t · ú § H © & h s e . s : r Å Ò{ 9 1 l x î

ß \ r « Ñ H s : r G V , a A` ¦ þ j è o l 0 AK " f 7

^◦

l Ö ¦ # Q

. Õ ªo ¦ 8 Z } É r S X í ß Ö ¸$ í \ -t \ ¦ 9 כ ¹ Ð H

< Ê | 9 ½ + Ë^ (defect aggregate)_ + þ A$ í ` ¦ x l 0 AK " f s

: r Å Ò{ 9 1 l x î ß \ r « Ñ_ : r ¸ H 200

^◦

C Ð Ä »t ) a .

s

: r Å Ò{ 9 Ê ê\ r « Ñ_ \ P % o H RTA (rapid thermal annealer)\ ¦ s 6 x # Ã º' ÷ &% 3 . $ r « Ñ Ar ì r 0

Al Ð 675

^◦

C \ " f 1ì r ç ß \ P % o ÷ &% 3 ` ¦ M : r « Ñ ³ ð

\

" f P 4 R ç ß ¥& h s & ³p â Ü ¼ Ð S X ÷ &% 3 . r

«

Ñ ÐÂ Ò' P_ ü @Â Ò S X í ß ` ¦ } l 0 AK " f 300 nm ¿ ºa _

Si

_x

N

_y

~ Ã Ì} s PECVD (plasma-enhanced chemical vapor

deposition) l Z O Ü ¼ Ð 7 £ x Ã Ì÷ &% 3 . ô Ç¼ # RTA_ Quartz

(4)

Fig. 5. PL spectrum obtained from the phosphorous ion implanted sample.

r

« Ñ f . Ë 8 l ó ø Í\ " f ü @Â Ò S X í ß ) a P \ _ K ¸% i ÷ & H

כ

` ¦ ~ ½ Ót l 0 AK " f r « Ñ H undoped z ´o B H J ?s ( 0

A\ Z ~ # © I Ð \ P % o ) a .

MQW â > \ " f_ D ¥ ½ + Ë É r & h < Ê\ _ ô Ç Á º| 9 " f (point-defect-induced disordering) ü < \ P & h Ü ¼ Ð Ä » ¸ ) a Á º

| 9

" f (thermally induced disordering)\ _ K " f ë ß [ þ t # Q

. & h < Ê É r s : r Å Ò{ 9 \ _ K µ 1 ÏÒ q t ) a Ê ê, \ P % o 1 l x î ß

\

\ x ~ Ã Ì} ½ ¨ ¸\ " f S X í ß ) a . s ~ ½ ÓZ O É r & h ] X ô Ç s : r Å

Ò{ 9 Û ¼ß ¼\ ¦ s 6 x H â Ä º s : r Å Ò{ 9 | ¾ Ós r « Ñ_ ô Ç

% ò

% i \ " f É r % ò % i Ü ¼ Ð H / B N ç ß × þ $ í s % 3 # Qt

H © & h s e . Õ ª Q \ P % o : r ¸ -Á º Z } Ü ¼ \ P \

-t & h < Ês \ O ` ¦ M : ¸ ¸ D ¥ ½ + Ë` ¦ { 9 Ü ¼v l \ Ø æ ì

r K . s כ É r D ¥ ½ + Ë & ñ ¸ / B N ç ß & h Ü ¼ Ð ¸] X ÷ &t · ú § l

M :ë H \ | Ã Ðf t · ú § .

Compressively strained Ö ¸$ í 8 £ x` ¦ ° ú H In- GaAs/InGaAsP MQW ½ ¨ ¸_ â Ä º 685

^◦

C _ \ P % o

: r ¸ H s : r Å Ò{ 9 s î ß ) a Ó ü t| 9 _ PL Û ¼& 7 à Ô! 3 ` ¦ s 1 l x r

"

f 675

^◦

C \ P % o : r ¸ Ð × þ ÷ &% 3 Ü ¼ & ñ ½ + Ë ) a MQW ½ ¨ ¸ H strain ½ ¨ ¸\ q K \ P & h Ü ¼ Ð î ß & ñ ¦

· ú

94 R e l M :ë H \ 8 Z } É r : r ¸\ " f \ P % o 0 p x ½ + É

כ

s . \ P % o ) a r « Ñ H PL Û ¼& 7 à Ô! 3 _ 8 £ ¤& ñ ` ¦ 0 AK s

&

Fig.5 H Å Ò{ 9 \ -t 1 MeV{ 9 M : P

⁺

5 × 10

¹⁴

ions/cm

²

Ü ¼ Ð Å Ò{ 9 ) a r « Ñ\ " f 8 £ ¤& ñ ) a PL Û ¼& 7 à Ô! 3 s

. s : r Å Ò{ 9 Ê ê \ P % o õ & ñ \ " f s 4 R ¸ H כ ` ¦

Fig. 6. PL peak wavelength as a function of the annealing time.

%

3 ] j l 0 AK " f Si

³

N

4

9 2 £ § s P

⁺

-InP Ð ñ8 £ x 0 A\ 7 £ x

Ã

Ì÷ &% 3 . \ P % o / B N& ñ É r 675

^◦

C \ " f 1ì r Â Ò' 12ì r t Ã

É

r _ + þ AÜ ¼ Ð 7 £ x ) a . Õ ªo ¦ { 9 é ß vacancy s

É

r \ P % o 1 l x î ß \ ^ è ½ ¨ ¸\ ¦ t " f n-type l ó ø Í Ü

¼ Ð s 1 l x ) a ¦ ó ø Íé ß ) a . \ P % o r ç ß s 12ì r{ 9 M : PL

×

º e .

V. + s Ç Â ] Ø

F

g è _ é ß { 9 | 9 & h É r F g: x í ß \ O ` ¦ + À : r ~ ´ Ã º e

H $ q 6 x õ ¦l 0 p x è [ þ t` ¦ ½ ¨ & ³ H X < e # Q Ù þ d & h

%

(5)

s

$ ½ ¨ ¸_ \ x ~ Ã Ì} \ Å Ò{ 9 ÷ &% 3 . s r « Ñ H 675 C

\

þ

t s ~ 1 > ë ß [ þ t # Q . s l Õ ü t` ¦ s 6 x Fig.1õ ° ú s

½

¨ ¸ é ß { 9 } 9 Ü ¼ Ð ] j | ¨ c Ã º e .

P

c p 8 ý ò k >

: r ½ ¨ H õ < Æl Õ ü t Â Ò x 9 ô Ç² D G õ < ÆF é ß _ t " é ¶` ¦ ~ Ã Î

2006¸ ¸ " é ¶ § 4 ½ ¨> hµ 1 Ï \ O ` ¦ : x K Â Òì r& h Ü ¼ Ð Ã º '

÷ &% 3 6 £ §.

Y

c p w Ã U Ø ô

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Phys. Lett. 71, 3749 (1997).

(6)

Experimental Study on the Bandgap Wavelength Shift of an Integrated Three-Wavelength Laser Structure by P Ion Implantation

Young Tae Byun

^∗

and Sun Ho Kim

Photonics Research Center, Korea Institute of Science and Technology, Seoul 130-650 (Received 21 June 2006)

The quantum well intermixing processes necessary for integrated three-wavelength laser diode fabrication with ion implantation technology were studied by using a 2.0-MV tandem ion accelerator and a rapid thermal annealer. The distribution of injected phosphorous ions and the vacancy distribution were calculated by using a TRIM simulator. On the other hand, InGaAsP-InGaAs multiple quantum well samples were irradiated by 1-MeV P ions with a dose of 5 × 10

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ions/cm

²

and were subsequently annealed at 675

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ircC in an Ar ambient gas. The photoluminescence(PL) spectra of the ion irradiated samples were measured as a function of the annealing time at room temperature. As a result, the bandgap wavelength was blue-shifted by as much as 113 nm after an anneal of 12 min.

PACS numbers: 42.88.+h, 78.66.-w

Keywords: QW intermixing, Blue-shift, Ion irradiation, Integrated three-wavelength laser diode

∗

E-mail: [email protected]

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ê\  113 nm ë ß  p u ´ ú §s  ' õ AÒ  os 1 l x ÷ &% 3  .

PACS numbers: 42.88.+h, 78.66.-w

Keywords:  ª  Ä ºÓ ü t  D ¥ ½ + Ë, ' õ AÒ  os 1 l x, s  : r  ¸ , | 9 & h 3  ©  Y Us $  s  ¸× ¼

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×  æ o (wavelength division multiplexing; WDM) l Õ ü t _

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$  F g " é ¶ e  s  " î S X   ¦, WDM r Û ¼% 7 _  ß ¼l ü < ] j   q

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E-mail: [email protected]

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 × þ % ò % i $ í  ©  (selective area growth; SAG) ~ ½ ÓZ O  [2], off- set  ª  Ä ºÓ ü t (quantum well)  Ö ¸$ í % ò % i _  s 6 x ~ ½ ÓZ O  [3], Õ

ªo  ¦  ª  Ä ºÓ ü t  D ¥ ½ + Ë ~ ½ ÓZ O  (quantum well intermixing;

QWI) [4,5] 1 p x s  e   . s  ×  æ \ " f QWI É r \ x ~ Ã Ì}   $ í  © 

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gf  ¨ Ã º\  _ K  Ä » ¸  ) a Á º| 9 " f (photoabsorption-induced disordering; PAID) [8], Õ ªo  ¦ s  : r Å Ò{ 9 \  _ K   ¾ Ó ©   ) a Á

º| 9 " f (implant-enhanced disordering; IED) [9] 1 p x s  e  

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ß  ì  r K 0 p x s  B Ä º a % ~  ¦ \ P % o  r ç ß  (anneal time), \ P %  o

  : r  ¸ x 9 s  : r Å Ò{ 9 | ¾ Ó (implant dose)\  _ K   ª  Ä ºÓ ü t

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D ¥ ½ + Ës   ¸] X | ¨ c Ã º e     H  כ s  .

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-331-

Fig. 1. Schematic diagram of an integrated three- wavelength laser diode.

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s : r _ ì r íü < < Ê ì r í > í ß ÷ &% 3 . ì ø Í \ 1 MeV P s : r s 5 × 10

Ð InGaAsP- InGaAs × æ ª Ä ºÓ ü t r « Ñ\ ¸ ) a Ê ê 675

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PL Û ¼& 7 à Ô! 3 É r \ P % o r ç ß _ < ÊÃ º Ð © : r \ " f 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3 . Õ ª õ ½ × ¼Ì s © É r 12ì r \ P % o Ê

ê\ 113 nm ë ß p u ´ ú §s ' õ AÒ os 1 l x ÷ &% 3 .

Keywords: ª Ä ºÓ ü t D ¥ ½ + Ë, ' õ AÒ os 1 l x, s : r ¸ , | 9 & h 3 © Y Us $ s ¸× ¼

g è _ é ß { 9 | 9 & h (monolithic integration) É r F g: x

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¦ ½ ¨ & ³ H X < e # Q Ù þ d & h % i ½ + É` ¦ ô Ç . & ³F l Õ ü t

Ð ì ø Í ¸^ } 9 (chip)\ " f F g _ µ 1 ÏÒ q t, Ø ¦, ¸, Û ¼0 Ag A x 9

5 Å x[ þ t s q 6 x` ¦ ] X y r ~ ´ Ã º e Ü ¼ , è _ ß ¼l ü <

§ 4 è ¸ s ` 8 É r ¦l 0 p x F g | 9 & h r Ð (photonic integrated circuits; PIC

) _ × æ כ ¹$ í s & h & h Â Òy ÷ & ¦ e

. Õ ª s Ä » H é ß { 9 } 9 © \ F g è [ þ t s ¸¿ º | 9 & h ÷ &

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5 Å x ¦ Ã º é ß \ " f H © Z > Ð F g ñ\ ¦ ì r o < ÊÜ ¼ Ð +

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$ F g " é ¶ e s " î S X ¦, WDM r Û ¼% 7 _ ß ¼l ü < ] j q

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1 Ïs 9 כ ¹ .

F K t PIC\ ¦ 0 AK III-V o½ + ËÓ ü t ì ø Í ¸^ ] j ¸/ B N& ñ

¦ s 6 x # > hµ 1 Ï ) a l Õ ü t Ð butt-joint F $ í © l Z O [1],

× þ % ò % i $ í © (selective area growth; SAG) ~ ½ ÓZ O [2], off- set ª Ä ºÓ ü t (quantum well) Ö ¸$ í % ò % i _ s 6 x ~ ½ ÓZ O [3], Õ

ªo ¦ ª Ä ºÓ ü t D ¥ ½ + Ë ~ ½ ÓZ O (quantum well intermixing;

QWI) [4,5] 1 p x s e . s × æ \ " f QWI É r \ x ~ Ã Ì} $ í ©

½ Ó ¾ Ó_ Ã ºf ~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð # Q > h_ ½ × ¼Ì s © ` ¦ % 3 ` ¦ Ã º e

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HÓ ü t \ _ K Ä » ¸ ) a Á º| 9 " f (impurity-induced disorder- ing; IID) [6], Ô ¦í HÓ ü t \ O s < Ê\ _ K Ä » ¸ ) a Á º| 9 " f (impurity-free vacancy-enhanced disordering; IFVD) [7], F

gf ¨ Ã º\ _ K Ä » ¸ ) a Á º| 9 " f (photoabsorption-induced disordering; PAID) [8], Õ ªo ¦ s : r Å Ò{ 9 \ _ K ¾ Ó © ) a Á

º| 9 " f (implant-enhanced disordering; IED) [9] 1 p x s e

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&# Q ª Ä ºÓ ü t D ¥ ½ + Ës µ 1 ÏÒ q t > ) a . IED_ © & h É r / B N ç

ß ì r K 0 p x s B Ä º a % ~ ¦ \ P % o r ç ß (anneal time), \ P % o

: r ¸ x 9 s : r Å Ò{ 9 | ¾ Ó (implant dose)\ _ K ª Ä ºÓ ü t

D ¥ ½ + Ës ¸] X | ¨ c Ã º e H כ s .

: r 7 Hë H \ " f H | 9 & h 3 © Y Us $ s ¸× ¼ ] j \ s 6

x| ¨ c Ã º e H ½ × ¼Ì s (band-gap) © s 1 l x \ @ /ô Ç z ´+ « >

õ [ þ t s [ O " î ) a . : £ ¤ y , s : r Å Ò{ 9 \ _ ô Ç © s 1

x` ¦ F G @ / o l 0 Aô Ç Y Us $ _ \ x ~ Ã Ì} ½ ¨ ¸ ] jî ß

& ¦, TRIM (Transport of Ions in Matter) r Ó ý t Y Us '

¦ s 6 x # (phosphorous) s : r _ Å Ò{ 9 U ·s ü < < Ê (vacancy) ì r í 1 MeV Å Ò{ 9 \ -t \ " f í ß ¸ ÷ &

¦, s õ \ ¦ s 6 x # \ P % o r ç ß \ É r ½ × ¼Ì s

© _ s 1 l x s 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3 .

II. TRIM ¹ Å m{ ¢

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© Y Us $ F g " é ¶ É r F g l 2 ¤ (optical recording), © ì

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¦ F g º ú W (optical color printing) [12]ü < ° ú É r ´ ú §

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3 Ü ¼ 9, s Qô Ç Æ Ò[ j Ð ^ ¦ M : F g: x l Õ ü t õ ' Å l Õ

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' Å ¸× ¼ 1 í{ © Ã ºz ∼ Ã º ; _ q à Ô_ à Ô A

i ` ¦ % o ½ + É Ã º e H Ã ºï r Ü ¼ Ð µ 1 Ï | ¨ c כ s . s \ ¦ z ´

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Fig. 1 É r | 9 & h © Y Us $ F g " é ¶ _ ô Ç \ V Ð+ | 9 & h 3 © Y Us $ s ¸× ¼ (laser diode; LD)_ ½ ¨ ¸s . | 9

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) õ 1> h_ F g

¸ Ð % ò % i , ` ¦ 9 כ ¹ Ð ô Ç . & ³F s ½ ¨ ¸ ] j \ 6

x| ¨ c Ã º e H SAG ü < d y Ê ê F $ í © H l Z O [1,2][ þ t É r } 9

© \ " f É r ½ × ¼Ì s` ¦ ° ú H è \ ¦ ë ß [ þ t l 0 AK # Q

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