DE3782704T2

DE3782704T2 - Licht emittierende halbleitervorrichtung und verfahren zu deren herstellung.

Info

Publication number: DE3782704T2
Application number: DE8787308096T
Authority: DE
Inventors: Hideto C O Patent Div Furuyama; Yuzo C O Patent Divis Hirayama; Jun Ichi C O Patent Kinoshita; Motoyasu C O Patent D Morinaga
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-09-12
Filing date: 1987-09-14
Publication date: 1993-05-06
Anticipated expiration: 2007-09-15
Also published as: EP0260909B1; EP0260909A3; DE3782704D1; EP0260909A2; US4870468A; US4958202A

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung, wie beispielsweise einen Brechungsindex- Wellenleiter-Laser oder eine Doppel-Heteroübergang- Lichtemissionsdiode, und ein Verfahren zum Herstellen derselben und insbesondere eine Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung, bei der ein aktiver Bereich durch eine Halbleiterschicht mit einem Energieabstand umgeben ist, der größer ist als derjenige des aktiven Bereiches, sowie ein Verfahren zum Herstellen derselben.
Verschiedene Typen von Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen mit einer Doppel-Heteroübergang-Struktur sind in jüngster Zeit entwickelt worden. Bei den Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen dieser Art ist es von Bedeutung, die folgenden Bedingungen A bis C zu erfüllen.
A. Ein Strom wird wirksam lediglich in einem Lichtemissionsbereich oder einem aktiven Bereich konzentriert, der so gesteuert ist, daß er eine sehr kleine Fläche hat, um damit eine Lichtemissionswirksamkeit zu verbessern.
B. Eine Elektrode wird über einem weiten Bereich gebildet, um den Kontaktwiderstand zu vermindern.
C. Wenn eine Hochgeschwindigkeitsmodulation erforderlich ist, wie in dem Fall einer Lichtemissionsvorrichtung für optische Kommunikation, so wird eine Fläche eines Teiles, wo ein pn-Übergang gebildet ist, möglichst klein gemacht, um eine Übergangskapazität herabzusetzen.
Ein Beispiel einer Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung für optische Kommunikation, die die obigen drei Bedingungen in gewissem Ausmaß erfüllt, ist ein Mesalaser, der eine Massentransport-(MT-)Technik verwendet, welche auf einen GaInAsP/InP-Halbleiterlaser angewandt wird (beispielsweise Y. Hirayama et al. "Low Temperature and rapid mass transport technique for GaInAsP/InP DFB Lasers", Inst. Phys. Conf. Ser. No. 79: Chapt 3 Paper presented at Int. Symp. GaAs and Related Compounds Karuizawa, Japan, 1985, Seiten 175, 186). Eine derartige Halbleiter-Laseremissionsvorrichtung wird als ein MT-Laser bezeichnet. Ein Verfahren zum Herstellen des MT-Lasers und dessen Eigenschaften werden im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Die Fig. 1A bis 1D sind Schnittdarstellungen, welche schematisch Schritte zur Herstellung eines herkömmlichen MT-Lasers zeigen. Zunächst werden, wie in Fig. 1A gezeigt ist, eine 3 um dicke n-Typ-InP-Pufferschicht 2, eine 0,1 um dicke, undotierte GaInAsP-Aktivschicht 3 mit einer Zusammensetzung, die Licht des 1,3 um-Bandes emittieren kann, eine 1,5 um dicke p-Typ-InP-Überzugschicht 4 und eine 0,8 um dicke p&spplus;-Typ-GaInAsP-Kappenschicht 5 mit einer Zusammensetzung, die Licht des 1,15 um-Bandes emittieren kann, zur Verwirklichung eines guten ohmschen Kontaktes nacheinander auf der Oberfläche einer (100)-Ebene eines n-Typ-InP-Substrates 1 kristallgewachsen bzw. -gezogen.
Dann wird, wie in Fig. 1B gezeigt ist, ein selektives Ätzen durchgeführt, bis die Schicht 3 freiliegt, um einen Mesateil mit einer Breite von 15 um zu bilden. Wenn Salzsäure zum Entfernen der Schicht 4 verwendet wird, kann zu dieser Zeit ein Ätzen automatisch an der Schicht 3 wegen deren Selektivität gestoppt werden.
Sodann werden, wie in Fig. 1C gezeigt ist, beide Seiten der Schicht 3 durch ein Ätzmittel entfernt, das aus Schwefelsäure + Wasserstoffperoxid + Wasser (4 : 1 : 1) besteht, um einen 1 um weiten aktiven Bereichen zu bilden. Zu dieser Zeit ist InP nahezu nicht geätzt und lediglich quaternäres GaInAsP wird geätzt. Obwohl die Schicht 5 geätzt wird, ist sie in einem Ausmaß von etwa 1/3 von demjenigen der Schicht 3 infolge eines Unterschiedes zwischen deren Zusammensetzungen geätzt. Um eine stabile Grundtransversalmodusschwingung und einen niedrigen Schwingungsschwellenwertstrom zu erhalten, muß die Breite bzw. Weite des aktiven Bereiches genau gesteuert werden, um etwa 1 um zu sein.
Danach wird, wie in Fig. 1D gezeigt ist, in Anbetracht einer Begrenzung eines Transversalmoduslichtes und einer ausreichenden mechanischen Stärke ein tiefer eingeschränkter Teil der Schicht 3, die in der oben beschriebenen Weise geätzt ist, mit einer InP-Schicht vergraben, um eine sog. vergrabene Hetero-(BH-)Struktur zu erhalten. In dem MT-Laser wird eine MT-Technik verwendet, um diesen vergrabenen Teil aufwachsen zu lassen. Das ist eine Erscheinung, bei der das InP zuerst in dem eingeschränkten Bereich aufwachst, wenn Phosphor bei einer hohen Temperatur (670ºC) beigefügt ist. Es sei darauf hingewiesen, daß bei Verwendung von InCl&sub3; als ein Katalysator ein rasches Aufwachsen bei einer tieferen Temperatur erreicht werden kann.
Ein SiO&sub2;-Film 6 als ein Isolierfilm wird über der gesamten Oberfläche des obigen Elementes gebildet, und ein Fenster an einem Kontaktteil des Isolierfilmes wird geformt. Eine AuZn-Schicht wird auf der Schicht 5 als eine p-Seitenelektrode 7 durch eine Abhebetechnik erzeugt, und die Elektrode 7 wird erwärmt und legiert. Danach wird Au-Cr auf der Elektrode 7 und dem Film 6 abgetragen, um eine Elektrode 8 zu bilden. Zusätzlich wird eine n-Seitenelektrode 9 auf dem Substrat 1 erzeugt, um so den MT-Laser abzuschließen.
In diesem MT-Laser kann ein Strom in einem aktiven Bereich oder der Schicht 3 durch eine eingebaute Potentialdifferenz zwischen dem GaInAsP der Schicht 3 und dem InP des vergrabenen Bereiches konzentriert werden. Zusätzlich ist die Übergangskapazität klein, da der Übergang lediglich an dem Mesateil einer Breite von 15 um gebildet ist. Somit ist der MT-Laser für ein Hochgeschwindigkeitsansprechen vorteilhaft. Weiterhin kann die Elektrode 7 gebildet werden, um eine Breite bzw. Weite von etwa 10 um zu haben.
Jedoch hat der MT-Laser dieses Typs ein Problem der Steuerbarkeit bezüglich der Breite bzw. Weite des aktiven Bereiches. Das heißt, wenn der 15 um-weite aktive Bereich selektiv von den beiden Seiten zu ätzen ist, um einen 1 um weiten aktiven Bereich zu bilden, so ist es schwierig, das Ätzen eines aktiven Bereiches bei einer Breite von 1 um mit hoher Genauigkeit zu stoppen, und die gesamte aktive Schicht wird gelegentlich geätzt, was zu einer geringen Herstellungsausbeute führt. Diese Ätzsteuerbarkeit wird mit zunehmender Breite bzw. Weite des Mesateiles schwach, und eine Mesabreite oder -weite, die größer als 15 um ist, kann nicht erzeugt werden. Wenn die Mesabreite bzw. -weite 15 um beträgt, muß in Anbetracht einer Maskenausrichtspanne eine Mesabreite bzw. -weite eines ohmschen Elektrodenteiles auf unter 10 um eingestellt werden. Aus diesem Grund kann der Kontaktwiderstand nicht ausreichend vermindert werden. Da weiterhin ein Bereich des InP-Überganges an dem vergrabenen Teil durch die Breite bzw. Weite des Mesateiles festgelegt ist, ist es schwierig, die Fläche schmaler als die Mesabreite bzw. -weite auszuführen.
Es sei darauf hingewiesen, daß, obwohl die Fläche des vergrabenen Teiles durch Steuern einer Zeit des MT- Schrittes eingestellt werden kann, die Steuerbarkeit hiervon sehr gering ist. Aus diesem Grund kann die Breite bzw. Weite des vergrabenen InP-Überganges nicht optimiert, beispielsweise zur Abnahme der Übergangskapazität verschmälert werden, während das Transversalmoduslicht begrenzt ist. Daher ist es sehr schwierig, ein besseres Betriebsverhalten zu erreichen. Zusätzlich muß die Ladungsträgerkonzentration an dem vergrabenen Übergangsteil optimiert werden, so daß die Übergangskapazität abnimmt und ein eingebautes Potential am Übergangsteil zunimmt, wodurch ein Stromlecken vermindert wird, so daß ein hohes Ausgangssignal erhalten wird. Da jedoch in der herkömmlichen MT-Technik die Ladungsträgerkonzentration nicht gesteuert ist, kann eine Konzentration am Übergangsteil nicht definiert werden, was zu einem ernsten Auslegungsproblem führt.
Wie oben erläutert wurde, ist es bei der herkömmlichen MT-Technik schwierig, die Breite bzw. Weite des aktiven Bereiches mit hoher Genauigkeit einzustellen, und diese Schwierigkeit verhindert ein gutes Betriebsverhalten einer Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung des vergrabenen Typs. Wenn zusätzlich die Fläche des vergrabenen Teiles abnimmt, nimmt ein Kontaktbereich ab, um den Kontaktwiderstand zu erhöhen. Wenn weiterhin die Kontaktfläche zunimmt, nimmt die vergrabene Fläche zu, um die Übergangskapazität zu erhöhen, und es ist schwierig, die Breite bzw. Weite des aktiven Bereiches zu steuern.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung mit gutem Betriebsverhalten zu schaffen, bei der die Breite bzw. Weite des aktiven Bereiches mit guter Steuerbarkeit eingestellt werden kann, bei der weiterhin die Übergangsfläche und die Ladungsträgerkonzentration des vergrabenen Teiles optimiert werden können, bei der der Kontaktwiderstand herabgesetzt werden kann und mit der eine Hochgeschwindigkeitsmodulation durchführbar ist, sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Vorrichtung anzugeben.
Die Erfindung wird aus der folgenden Detailbeschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich; es zeigen:
Fig. 1A bis 1D Schnittdarstellungen zur Erläuterung der Schritte eines Verfahrens zum Herstellen einer herkömmlichen Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung in Folge,
Fig. 2A bis 2E Schnittdarstellungen zur Erläuterung von Schritten eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Folge,
Fig. 3A bis 3F Schnittdarstellungen der jeweiligen Schritte zum Erläutern eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 4A bis 4E Schnittdarstellungen von Schritten, die ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen,
Fig. 5A bis 5C Schnittdarstellungen von Schritten, die ein Verfahren zum Herstellen eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigen, und
Fig. 6 und 7 jeweils Schnittdarstellungen von Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen nach einem fünften bzw. sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, daß in den folgenden Ausführungsbeispielen im wesentlichen die gleichen Teile oder Glieder mit im wesentlichen den gleichen Funktionen mit den gleichen Bezugszeichen versehen ist und von einer wiederholten Beschreibung hiervon abgesehen ist.
Die Fig. 2A bis 2E sind Schnittdarstellungen der jeweiligen Schritte zum Erläutern eines Verfahrens zum Herstellen eines GaInAsP/InP-Halbleiterlasers nach dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Zunächst wird, wie in Fig. 2A gezeigt ist, eine 3 um dicke n-Typ-InP-Pufferschicht (erste Halbleiterschicht) 11 auf einem n-Typ-InP-Substrat 10 mit einer (100)-Kristallfläche als Hauptfläche gebildet; eine 0,1 um dicke undotierte GaInAsP-Aktivschicht 12, die Licht eines 1,3 um-Bandes emittieren kann, wird auf der Schicht 11 erzeugt, und eine 0,2 um dicke p-Typ-InP-Aktivschicht bzw. Schutzschicht (zweite Halbleiterschicht) 13 wird auf der Schicht 12 erzeugt.
Im nächsten, in Fig. 2B gezeigten Schritt werden zwei 2 um breite bzw. weite lineare Gräben oder Streifengräben 14 zum Vergraben in den Schichten 12 und 13 durch Kanalätzen gebildet, so daß eine Breite bzw. Weite eines schließlich zurückbleibenden Teiles (aktiver Bereich 12a) der Schicht 12, geschichtet zwischen den Gräben 14, einen Wert von 1 um annimmt. Die Gräben 14 können sich in die erste Schicht 11 erstrecken oder nicht. Die Gräben 14 teilen die Schicht 12 in einen Zentralbereich 12a, der zwischen diesen liegt, und zwei Seitenbereiche 12b, die außerhalb von diesen gelegen sind. Die Breite bzw. Weite des Bereiches 12a beträgt vorzugsweise 1 um, so daß eine stabile Grundtransversalmodusschwingung erhalten werden kann. Zusätzlich beträgt die Breite bzw. Weite jedes Grabens 14 vorzugsweise etwa 2 um, so daß das Transversalmoduslicht ausreichend begrenzt und die Übergangskapazität herabgesetzt werden kann. Jedoch müssen die Breiten nicht auf die obigen Werte begrenzt sein. Durch Einstellen der Breiten in der oben beschriebenen Weise wird die Gesamtbreite eines eingeschränkten Teiles eines Mesateiles, der später zu bilden ist, etwa 5 um, um eine breite Oberseite zu erhalten, so daß die p-Seitenelektrode, die auf der Oberseite des Mesateiles gebildet ist, eine ausreichende mechanische Stärke haben kann. Dann wird, wie in Fig. 2C gezeigt ist, eine 1,5 um dicke p-Typ- InP-Überzugschicht 15 auf der Gesamtoberfläche der Schicht 13 und der Gräben 14 gebildet, so daß die Schicht 15 einheitlich mit der Schicht 13 ist, und eine 0,8 um dicke p&spplus;-Typ-GaInAsP-Kappenschicht 16 wird auf der Schicht 15 erzeugt. Als Ergebnisse werden zwei Vorsprünge 15a der Schicht 15, die in den Gräben 14 vorspringen, erzeugt, um einen Zentralteil (aktiver Bereich 12a) der aktiven Schicht dazwischen einzuschließen. Es sei darauf hingewiesen, daß in dem ersten Ausführungsbeispiel, da eine Flüssigphasen-Epitaxie-(LPE-) Wachstumsmethode für das Kristallwachstum verwendet wird, die endgültige Oberseite der Schicht 16 abgeflacht ist. Dies ist vorteilhaft für die Erzeugung der Elektrode.
Sodann wird eine Au-Zn-Elektrode 17 auf der Schicht 16 in einer 25 um breiten Streifenweise durch eine Abhebetechnik erzeugt. Die Elektrode 17 wird durch eine Wärmebehandlung zu der ohmschen Kontaktschicht 16 legiert, und beide Seitenteile der Schichten 13 und 15 werden mittels der Elektrode 17 als Maske geätzt, bis die Oberseiten der Seitenteile 12b der Schicht 12 freiliegen. Wenn Salzsäure als ein Ätzmittel während des Entfernens der Schichten 13 und 15 verwendet wird, kann das Ätzen genau an der Oberseite der Seitenteile 12b durch deren Ätzselektivität gestoppt werden. Danach werden lediglich Teile (Seitenteile 12b) der Schicht 12 außerhalb der Vorsprünge 15a selektiv durch ein Ätzmittel, das aus Schwefelsäure + Wasserstoffperoxid + Wasser (4 : 1 : 1) besteht, entfernt, wie dies in Fig. 2D gezeigt ist. Ein Ätzmittel dieser Art wird nicht auf InP ein. Daher wird ein laterales bzw. seitliches Ätzen automatisch an den Vorsprüngen 15a, d. h. dem vergrabenen Teil zwischen dem Mittenteil 12a und den Seitenteilen 12b gestoppt, so daß eine Mesaform mit einem gewünschten eingeschränkten Teil mit sehr guter Reproduzierbarkeit erhalten werden kann. Es sei darauf hingewiesen, daß in diesem Fall die Schicht 16 nicht so viel geätzt ist, da sie dicker ist als die Aktivschicht und ihr Zusammensetzungsverhältnis hiervon verschieden ist.
Danach wird ein SiO&sub2;-Film 18 auf der ersten Schicht 11 und einem Außenumfang des Mesateiles aufgetragen. In diesem Fall wird ein Raum zwischen der ersten und zweiten Schicht 11 bzw. 13 so gehalten, daß er zwischen dem Isolierfilm 18 und dem Vorsprung 15a liegt. Ein Fenster wird durch Ätzen an einem Mittenteil des Isolierfilmes 18, gelegen auf der Oberseite des Mesateiles, gebildet, um die Elektrode 17 freizulegen. Dann wird eine Au-Cr- Elektrode 19 auf der gesamten Oberfläche des Filmes 18 und dem freiliegenden Teil der Elektrode 19 aufgetragen. Zusätzlich wird ein unterer Teil der sich ergebenden Struktur poliert, bis die Dicke des Substrates 10 einen Wert von etwa 100 um annimmt, und eine Au-Ge- Elektrode 20 wird als eine n-Seitenelektrode auf der polierten Oberfläche erzeugt, um dadurch einen Halbleiterlaser vom vergrabenen Typ zu vervollständigen.
In dem auf diese Weise erhaltenen Halbleiterlaser können die Breiten bzw. Weiten des Bereiches 12a und des vergrabenen Teiles mit guter Reproduzierbarkeit so gesteuert werden, daß sie Entwurfsgrößen sind. Zusätzlich kann eine Breite bzw. Weite der Elektrode 17 auf einen Wert von 25 um eingestellt werden, um einen ausreichenden ohmschen Kontakt durch eine weite Fläche zu erzielen, und der Kontaktwiderstand kann genügend vermindert werden. Daher können die Breiten bzw. Weiten des aktiven Bereiches und des vergrabenen Teiles optimiert werden, um dadurch die Elementeigenschaften bzw. -kennlinien zu verbessern. Da die Breite bzw. Weite des aktiven Bereiches genau definiert werden kann, kann zusätzlich die Herstellungsausbeute des Elementes verbessert werden. Da überdies die Breite bzw. Weite des eingeschränkten Teiles oder des vergrabenen Teiles des Mesateiles schmaler gemacht bzw. verengt werden kann, kann die Streukapazität herabgesetzt werden, und das Ansprechverhalten kann verbessert werden, um eine Hochgeschwindigkeitsmodulation zu realisieren. Da darüber hinaus im Gegensatz zur MT-Technik das Kristallwachstum nicht in einem engen bzw. schmalen Spaltteil durchgeführt werden muß, sondern in einem Zustand nahe eines planaren Zustandes vorgenommen werden kann, kann eine Spannung bzw. Dehnung ausgeschlossen werden, und die Zuverlässigkeit kann verbessert werden.
Das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 3A bis 3F beschrieben.
Ein Unterschied zwischen dem zweiten und dem ersten Ausführungsbeispiel liegt darin, daß die Breite bzw. Weite der aktiven Schicht festgelegt wird, indem anstelle eines Ätzens der aktiven Schicht eine Erscheinung ausgenutzt wird, nach welcher eine Halbleiterschicht im wesentlichen auf einer schmalen Vorsprung- Kanalunebenheit auf dem Substrat nicht aufwächst. Das heißt, in dem zweiten Ausführungsbeispiel werden zwei schmale Streifenvorsprünge 24 mit jeweils einer Breite bzw. Weite von 2 um und einer Höhe von 1 um parallel zueinander auf einem n-Typ-InP-Substrat 10 gebildet, wie dies in Fig. 3A gezeigt ist. Danach werden, wie in Fig. 3B dargestellt ist, eine 0,5 um dicke n-Typ-InP- Pufferschicht 11 und eine 0,1 um dicke GaInAsP-Aktivschicht 12 sequentiell mit Ausnahme auf den oberen Oberseiten von Kämmen 24 sequentiell kristallaufgewachsen. In diesem Zustand wird die Schicht 12 so gebildet, daß sie durch Vorsprünge 24 in zentrale Streifenteile oder einen aktiven Bereich 12a, der genau durch ein Intervall zwischen den linearen Vorsprüngen 24 festgelegt ist, und zwei Seitenteile 12b, die außerhalb der Kämme 24 gelegen sind, geteilt ist.
Im nächsten, in Fig. 3C gezeigten Schritt wird eine 1,5 um dicke p-Typ-InP-Überzugschicht (zweite Halbleiterschicht) 15 auf der gesamten Oberseite der Schicht 12 und den Vorsprüngen 24 kristallaufgewachsen, und eine 0,8 um dicke p&spplus;-Typ-GaInAsP-Kappenschicht 16 wird auf der Schicht 15 kristallaufgewachsen. Danach wird eine (nicht gezeigte) Maske an einem oberseitigen Mittenteil der Schicht 16 gebildet, und die Schichten 16 und 15 werden mittels dieser Maske mesageätzt, wie dies in Fig. 3D gezeigt ist. Somit werden die Seitenteile 12b der Schicht 12 freigelegt, und ein 35 um breiter bzw. weiter Mesateil einschließlich der Vorsprünge 24 wird erzeugt. Sodann werden ähnlich wie im ersten Ausführungsbeispiel lediglich die Seitenteile 12b, d. h. Teile, die nicht zwischen den Vorsprüngen 24 gelegen sind, selektiv durch ein Ätzmittel, das aus Schwefelsäure + Wasserstoffperoxid + Wasser besteht, geätzt, wie dies in Fig. 3E dargestellt ist.
Anschließend werden ähnlich wie in dem ersten Ausführungsbeispiel ein Isolierfilm 18 und eine 25 um breite bzw. weite Au-Zn-Elektrode 17 gebildet, und eine Au-Cr- Elektrode 19 wird auf den gesamten Oberflächen der Elektrode 17 und des Filmes 18 aufgetragen bzw. abgeschieden. Sodann wird der untere Teil der sich ergebenden Struktur poliert, bis die Dicke des Substrates 10 etwa 100 um annimmt, und eine Au-Ge-Elektrode 20 wird als eine n-Seitenelektrode auf der polierten Oberfläche erzeugt, wie dies in Fig. 3F gezeigt ist, um dadurch den Laser vom vergrabenen Typ zu vervollständigen.
Gemäß diesem Laser können die Breiten bzw. Weiten des aktiven Bereiches und des vergrabenen Teiles so gesteuert werden, daß sie Entwurfsgrößen sind, und eine Fläche eines Kontaktteiles der Schicht 16, wo die Elektrode 17 gebildet wird, kann ausreichend erweitert werden. Daher können die gleichen Wirkungen, wie diejenigen des ersten Ausführungsbeispieles erzielt werden.
Das dritte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 4A bis 4E erläutert.
In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Breite bzw. Weite eines aktiven Bereiches mittels einer Erscheinung festgelegt, nach welcher eine Wachstumsschicht an einem gestuften Teil eines Substrates unterbrochen ist.
Ein Streifenmesaätzen wird an einem Oberteil eines n- Typ-InP-Substrates 10 mit einer Hauptfläche von einer (100)-Kristallfläche so durchgeführt, daß ein streifenförmiger Vorsprung 34 an einem Mittenteil hiervon gebildet wird, wie dies in Fig. 4A gezeigt ist. Der Vorsprung 34 wird auf der Hauptoberfläche des Substrates 10 so gebildet, daß er eine Breite bzw. Weite von etwa 2 um durch herkömmliche Photolithographie unter Berücksichtigung einer Resistmaske und eines Seitenätzens hat, um eine Streifenrichtung einer < 011> -Richtung zu erzielen, und er wird so durch ein Ätzmittel, das aus Salzsäure plus Phosphorsäure (1 : 1) besteht, so erzeugt, daß er eine Höhe von 1, 5 um hat. Dann werden eine 0,2 bis 0,3 um dicke n-Typ-InP-Pufferschicht 11, eine 0,1 um dicke undotierte GaInAsP-Aktivschicht 12, eine 1,5 um dicke Überzugschicht 15 und eine 0,5 bis 0,8 um dicke p&spplus;-Typ-GaInAsP-Schicht 16 sequentiell auf dem Substrat 10 durch eine Flüssigphasen-Wachstumsmethode erzeugt, wie dies in Fig. 4B gezeigt ist. Die Schicht 12 besteht aus einem Teil (Aktivbereich 12a), der auf der Oberseite des Mesateiles gelegen ist, und den anderen Teilen (Seitenteile 12b). Jeder Seitenteil 12b hat eine Dicke, die das 3- bis 4-fache derjenigen des Bereiches 12a beträgt, und ist nahezu nicht auf der geneigten Seitenfläche des Mesateiles gebildet. Das heißt, der Bereich 12a, der auf dem Mesateil gelegen ist, wird von den Seitenteilen 12b durch die geneigten Oberflächen getrennt.
Ein 25 um breiter bzw. weiter SiO&sub2;-Film 35 wird auf dem zentralen Oberseitenteil der Schicht 16 durch die CVD- Methode (CVD = chemische Dampfabscheidung) gebildet, und ein Mesaätzen der Schichten 16 und 15 wird durchgeführt, indem ein Film 35 als eine Maske verwendet wird, wie dies in Fig. 4C gezeigt ist. Zu dieser Zeit wird die Schicht 16 mittels beispielsweise Br-Methanol geätzt, um die Oberseite der Schicht 15 zu erreichen. Andererseits wird Salzsäure zum Ätzen der Schicht 15 verwendet, um automatisch das Ätzen an der Oberseite der Schicht 12 zu stoppen bzw. zu beenden, wie dies in Fig. 4C gezeigt ist. Sodann werden Teile 12b, d. h. der Teil außer dem Bereich 12a auf der Oberseite des Mesateiles, durch ein Ätzmittel, das aus Schwefelsäure + Wasserstoffperoxid + Wasser besteht, entfernt, wie dies in Fig. 4D gezeigt ist. Dieses Ätzen stoppt automatisch an dem Mesateil, da die Schicht 12 dort abgeschnitten ist. Daher wird der Bereich 12a auf der Oberseite des Mesateiles nicht entfernt.
Schließlich wird der Isolierfilm 35 von der Schicht 16 entfernt, und eine Au-Zn-Elektrode 17 wird in diesem entfernten Teil gebildet. Ähnlich zu den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen werden ein Isolierfilm 18, eine Au-Cr-Elektrode 19 und eine Elektrode 20 erzeugt, wie dies in Fig. 4E gezeigt ist, um dadurch die Vorrichtung zu vervollständigen. Es sei darauf hingewiesen, daß, wenn eine Beanspruchung bzw. Spannung in dem zuvor gebildeten Aktivbereich aufgrund einer Wärmebehandlung für die ohmsche Kontaktelektrode 17 auftreten sollte, die Elektrode 17 anstelle des Filmes 35 in dem in Fig. 4C gezeigten Schritt erzeugt werden kann.
Das vierte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 5A bis 5C beschrieben.
Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem zuvor erwähnten Ausführungsbeispiel in dem Punkt, daß im Unterschied zu dem auf den Vorsprung bezogenen Schritt ein Schritt einer in einem Substrat gebildeten Aussparung verwendet wird, um die Breite bzw. Weite eines aktiven Bereiches einzuschränken.
Wie in Fig. 5A gezeigt ist, wird ein Streifengraben 10b mit einer Breite bzw. Weite von 1 um und einer Tiefe von 1,5 um in einem Mittenteil einer Hauptoberfläche eines n-Typ-InP-Substrates 10 mit einer (100)-Kristallfläche als einer Hauptoberfläche mittels eines Ätzmittels erzeugt, das zu demjenigen ähnlich ist, das in den obigen Ausführungsbeispielen verwendet ist.
Im nächsten Schritt werden eine Halbleiterschicht 11, eine Aktivschicht 12 und Halbleiterschichten 13 und 15 sequentiell durch eine Wachstumsmethode erzeugt, die zu derjenigen in den obigen Ausführungsbeispielen ähnlich ist, wie dies in Fig. 5B dargestellt ist. Es sei darauf hingewiesen, daß, da ein Teil (Aktivteil 12a), der im Graben 10b der Schicht 12 gebildet ist, dazu neigt, dicker als die anderen Teile (Seitenteile 12b) hiervon zu werden, falls ein Flüssigphasenwachstum als eine Erzeugungsmethode für die Schicht 12 Verwendung findet, eine Supersättigung des Flüssigphasenwachstums beschränkt werden muß.
Sodann werden ähnlich zu den obigen Ausführungsbeispielen die Elektroden 17, 19 und 20 und der Isolierfilm 18 erzeugt, um einen in Fig. 5C gezeigten Halbleiterlaser zu vervollständigen.
In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird ein n-Typ-InP-Substrat verwendet; jedoch kann ein Substrat benutzt werden, in welchem ein pn-Sperrübergang bereits erzeugt ist. Dieses Ausführungsbeispiel wird anhand der Fig. 6 beschrieben. Zunächst wird ein n-Typ- InP-Körper 60 vorbereitet, und eine 0,5 um dicke p-Typ- InP-Schicht 61 und eine 0,2 um dicke n-Typ-InP-Schicht 62 werden sequentiell aus der Flüssigphase auf dem Körper 10 aufgewachsen, um dadurch das Substrat 10 zu gewinnen. Sodann wird ein Halbleiterlaser durch die gleichen Schritte erhalten, wie diese indem anhand der Fig. 5A bis 5C erläuterten vierten Ausführungsbeispiel beschrieben sind.
In dem so erhaltenen Halbleiterlaser wird ein pn-Sperrübergang zwischen den Elektroden 17 und 20 in dem Substrat außer einem Teil unmittelbar unter dem Aktivbereich 12a gebildet. Als ein Ergebnis kann die Streukapazität vermindert werden, und ein Stromeinschnüreffekt kann verbessert werden, so daß ein Halbleiterlaser mit einer höheren Wirksamkeit erzielt werden kann.
In dem in Fig. 6 gezeigten fünften Ausführungsbeispiel wird der pn-Sperrübergang in dem Substrat erzeugt; er kann jedoch in dem Mesateil gebildet werden, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist.
In dem in Fig. 7 gezeigten sechsten Ausführungsbeispiel liegt eine n-Typ-InP-Strombegrenzungsschicht 70 zwischen der p-Typ-InP-Aktivschicht-Schutzschicht 13 und der p-Typ-InP-Überzugsschicht 15. Da die Schicht 70 nicht auf einem Aktivbereich 12a gelegen ist, wird ein pn-Sperrübergang zwischen der Schicht 70 und der Schicht 13 mit Ausnahme eines Bereiches 12a gebildet, um dadurch die gleiche Wirkung wie diejenige des fünften Ausführungsbeispiels, das in Fig. 6 gezeigt ist, zu erzielen.
In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird ein Oxidfilm als Isolierfilm 18 verwendet; jedoch ist der Film 18 nicht auf den Oxidfilm beschränkt. Beispielsweise kann er durch Wärmehärten eines Harzes mit niedriger Dielektrizitätskonstante, wie beispielsweise einem Polyimidharz gebildet werden. Um eine derartige Harzschicht zu bilden oder füllen, kann die folgende Methode angewandt werden.
Ein nicht gehärtetes Polyimidharz wird um den Mesateil durch eine Spinn- bzw. Drehbeschichtungsmethode geschichtet, und eine Wärmehärtungsbehandlung wird bei einer Temperatur von etwa 350ºC durchgeführt. Das Polyimidharz hat gute Eigenschaften als ein Füllstoff, beispielsweise einen spezifischen Widerstand von etwa 10Ω·cm und eine Dielektrizitätskonstante von etwa 3,5.
Der aktive Bereich braucht nicht aus GaInAsP gebildet zu sein, sondern kann aus anderen Materialien, beispielsweise AlGaAs geformt sein, oder er braucht nicht aus einem einzigen Material zu bestehen, sondern kann eine zusammengesetzte Schicht mit einer Schicht aus einem anderen Material sein.
Die erfindungsgemäße Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung ist nicht auf einen Halbleiterlaser vom vergrabenen Typ beschränkt, sondern kann auf beispielsweise eine Oberflächen-Emissions-LED (LED = Leuchtdiode) angewandt werden. In diesem Fall können ein kleiner Lichtemissionsdurchmesser und eine breite bzw. weite Kontaktfläche erhalten werden, um dadurch das Betriebsverhalten stark zu verbessern. Da bei der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung ein Graben oder ein Vorsprung um einen aktiven Bereich durch Maskenausrichtung bzw. -justierung genau festgelegt ist, können ein schmaler aktiver Bereich und ein weiter bzw. breiter Kontaktbereich erzielt werden. Aus diesem Grund kann die Vorrichtung eine Hochgeschwindigkeitsmodulation, eine große Wirksamkeit, ein großes Ausgangssignal und einen Betrieb mit niedrigem Schwellenwert bei stabiler Grundtransversalmodusschwingung, kleinem Leckstrom, niedrigem Widerstand und kleiner Übergangskapazität liefern.

Claims

1. Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung mit:

einem Substrat (10) mit einer darauf vorgesehenen ersten Halbleiterschicht (11) eines ersten Leitfähigkeitstyps,

einem Mesateil mit einer über der ersten Halbleiterschicht vorgesehenen zweiten Halbleiterschicht (13, 15) eines zweiten Leitfähigkeitstyps,

einem aktiven Bereich (12a), der zwischen der ersten und zweiten Halbleiterschicht gebildet ist, eine vorbestimmte Breite aufweist, die schmaler ist als die Breite der Mesa, und aus einem Halbleiter mit einem Energieabstand besteht, der schmaler ist als derjenige der ersten und zweiten Halbleiterschicht, sowie zur Emission von Licht beiträgt,

Halbleiterbereichen (15a, 24, 34), die an beiden Seiten in Breitenrichtung des aktiven Bereiches gelegen sind und den aktiven Bereich kontaktieren sowie einen Energieabstand haben, der weiter ist als derjenige des aktiven Bereiches, und

ersten und zweiten Elektroden (19, 20), die jeweils auf dem Substrat und dem Mesateil vorgesehen sind, gekennzeichnet durch

elektrisch isolierende Bereiche, die an beiden Seiten in Breitenrichtung des aktiven Bereiches gelegen und zwischen den ersten und zweiten Halbleiterschichten gebildet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterbereiche ein Paar von Vorsprüngen (15a) umfassen, die materialeinheitlich mit der ersten oder zweiten Halbleiterschicht gebildet sind, wobei die Gesamtbreite des aktiven Bereiches und der beiden Vorsprünge kleiner ist als diejenige des Mesateiles.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, welche einen Isolierfilm (18) umfaßt, der auf der Randfläche des Mesateiles und der ersten Halbleiterschicht (11) gebildet ist, wodurch ein Raum zwischen dem Vorsprung und dem Isolierfilm gebildet wird.

4. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung, mit den folgenden Schritten:

Vorbereiten eines Substrates (10) mit einer darauf vorgesehenen ersten Halbleiterschicht (11) eines ersten Leitfähigkeitstyps,

Bilden einer aktiven Schicht (12) auf der ersten Halbleiterschicht (11), die in einen Mittenteil (12a) und Seitenteile (12b) durch Halbleiterbereiche (15a, 24, 34) geteilt ist,

Bilden eines Mesateiles mit einer zweiten Halbleiterschicht (13, 15) eines zweiten Leitfähigkeitstyps auf dem Mittenteil und den Seitenteilen der aktiven Schicht,

Entfernen der Seitenteile der aktiven Schicht (12) mittels Ätzens, um elektrisch isolierende Bereiche zurückzulassen, wobei der Mittenteil der aktiven Schicht (12a) durch die Halbleiterbereiche von einem Ätzen verhindert ist, und

Bilden einer ersten bzw. zweiten Elektrode (19, 20) auf dem Substrat und dem Mesateil.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Bildens einer aktiven Schicht ein Bilden der aktiven Schicht auf der ersten Halbleiterschicht und eines Teiles (12) der zweiten Halbleiterschicht auf der ersten Halbleiterschicht und das Bilden des Paares von streifenförmigen Gräben (14) in der aktiven Schicht und der zweiten Halbleiterschicht zum Trennen der aktiven Schicht in den Mittenteil und die Seitenteile umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Bildens einer aktiven Schicht das Bilden des anderen Teiles (15) der zweiten Halbleiterschicht auf dem zuvor gebildeten Teil (13) der zweiten Halbleiterschicht und in den streifenförmigen Gräben umfaßt, wobei die Teile (15a) der zweiten Halbleiterschicht in den Gräben den Halbleiterbereich darstellen.

7. Verfahren nach Anspruch 5, das das Bilden eines pn-Sperrüberganges auf dem Teil der ersten Halbleiterschicht, von dem die aktive Schicht und die zweite Halbleiterschicht entfernt sind, umfaßt.

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Vorbereitens eines Halbleitersubstrates das Bilden eines Paares von streifenförmigen Vorsprüngen (24), die voneinander beabstandet sind, auf einem Halbleiterkörper und das Aufwachsen der ersten Halbleiterschicht auf dem Halbleiterkörper mit Ausnahme der Vorsprünge umfaßt, und

daß der Schritt des Bildens einer aktiven Schicht das Auftragen der aktiven Schicht auf der ersten Halbleiterschicht derart umfaßt, daß der Mittenteil der aktiven Schicht zwischen den streifenförmigen Vorsprüngen gelegen ist und die Seitenteile der aktiven Schicht außerhalb der streifenförmigen Vorsprünge liegen, wobei der Vorsprung den Halbleiterbereich zwischen dem Mittenteil und den Seitenteilen der aktiven Schicht darstellt.

9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Halbleiterschicht auf einen Halbleiterkörper aufgetragen ist, der einen darauf gebildeten streifenförmigen Vorsprung (34) aufweist und Stufen hat, so daß die erste Halbleiterschicht in einen auf dem Vorsprung gebildeten Mittenteil und in auf den Halbleiterkörper gebildete Seitenteile durch die Stufen getrennt ist, und daß die aktive Schicht auf der ersten Halbleiterschicht derart aufgetragen wird, daß sie in den Mittenteil und die Seitenteile durch die Stufen getrennt ist.

10. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Halbleiterschicht auf einen Halbleiterkörper aufgetragen ist, der mit einem darin gebildeten streifenförmigen Graben (10b) versehen ist und Stufen hat, so daß die erste Halbleiterschicht in einen auf dem Halbleiterkörper gebildeten Mittenteil durch die Stufen getrennt ist, und

daß die aktive Schicht auf der ersten Halbleiterschicht aufgetragen wird, so daß sie durch die Stufen in den Mittenteil und die Seitenteile getrennt ist.