JP2005217381A - 半導体発光装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体発光素子の構成半導体層数を増加することなく、簡潔な構造により、サイリスタを作り込む。
【解決手段】同一基体３上に、第１導電型の第１クラッド層４と、活性層５と、第２導電型の第２クラッド層６とを少なくとも有する第１の波長の発光がなされる第１の半導体発光素子１と、第１導電型の第１クラッド層１４と、活性層１５と、第２導電型の第２クラッド層１６とを少なくとも有する第２の波長の発光がなされる第２の半導体発光素子２と、第１の半導体発光素子１の少なくとも第１導電型の第１クラッド層４と、活性層５と、第２導電型の第２クラッド層６と、第２の半導体発光素子２の少なくとも上記第１導電型の第１クラッド層１４と、活性層１５と、第２導電型の第２クラッド層１６とが積層されて形成されたサイリスタ構造部２０とを構成半導体層数を増加することなく、簡潔な構造により、また特段の製造方法によることなく作り込む。
【選択図】図１

Description

本発明は、互いに異なる波長光を発生する少なくとも２種以上の半導体発光素子、例えば半導体レーザ、発光ダイオード等の半導体発光素子を有する半導体発光装置とその製造方法に関し、その半導体発光素子の静電破壊、過電流よる破壊防止を図り、その破壊強度を飛躍的に改善する。

例えば半導体レーザ素子を有する半導体発光装置においては静電破壊、すなわち静電許容度が問題となる。
静電破壊は、半導体レーザ自体のショートと、瞬間的発光強度の増加による光出射端面の破壊とがある。
そして、一般に低消費電力、高効率等レーザの性能向上を目指した場合、静電許容度は低下する傾向にある。これは、しきいキャリア密度Ｊｔｈの低下や、微分量子効率の向上によって、同等の静電気が発生した場合の半導体レーザに対するダメージが大きくなると考えられている。
上述した端面破壊については、この端面構造における光の集中を緩和するいわゆる窓構造とすることがなされるが、この破壊を含めて静電破壊を回避して静電許容度を高めるために、通常は、コンデンサや、ダイオード、およびサイリスタなどの保護素子を外部に接続する方法がとられている。
しかしながら、この場合、組立て工数、部品数の増加等によるコストの増加、大型化等の問題がある。

これに対して、半導体発光素子を構成する基板に、保護回路を構成するサイリスタを作り込む構成の提案がなされている（例えば特許文献１参照）。
一方、例えばＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）とＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）等の双方に対して記録または／および再生を行う装置においては、ＣＤ用光源としての近赤外（７８０ｎｍ帯）の光を発生する半導体レーザと、ＤＶＤ用光源として赤色（６５０ｎｍ帯）の光を発生する半導体レーザとを搭載する。
この場合、特に６５０ｎｍ帯の半導体レーザにおいて、上述した破壊強度の低さが問題となる。
特開平５−６７８４９号公報。

本発明の目的とするところは、２種以上の波長の光、例えば上述したＣＤ用光源の半導体レーザ、ＤＶＤ用光源の半導体レーザが設けられる半導体発光装置において、目的とする半導体発光素子の構成半導体層数を増加することなく、簡潔な構造により、また特段の製造方法によることなく、サイリスタを作り込むことができるようにした半導体発光装置とその製造方法を提供するものである。

本発明による半導体発光装置は、同一、すなわち共通基体上に、第１導電型の第１クラッド層と、活性層と、第２導電型の第２クラッド層とを少なくとも有する第１の波長の発光がなされる第１の半導体発光素子と、第１導電型の第１クラッド層と、活性層と、第２導電型の第２クラッド層とを少なくとも有する第２の波長の発光がなされる第２の半導体発光素子と、上記第１の半導体発光素子の少なくとも上記第１導電型の第１クラッド層と、活性層と、第２導電型の第２クラッド層と、上記第２の半導体発光素子の少なくとも上記第１導電型の第１クラッド層と、活性層と、第２導電型の第２クラッド層とが積層されて形成されたサイリスタ構造部とを有することを特徴とする。

また、本発明は、上述した本発明による半導体発光装置において、上記第１の半導体発光素子が、近赤外発光のＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）用光源の半導体レーザであり、上記第２の半導体発光素子が、赤のＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）用光源の半導体レーザであることを特徴とする。

また、本発明による半導体発光装置の製造方法は、基体上の一部の領域に、第１の波長の発光がなされる第１の半導体発光素子を構成する少なくとも第１導電型の第１クラッド層と、活性層と、第２導電型の第２クラッド層とをエピタキシャル成長して第１のエピタキシャル成長層を形成する第１のエピタキシャル成長工程と、上記基体上の、上記第１のエピタキシャル成長層上と、該第１のエピタキシャル成長層が形成されていない領域とに、第２の波長の発光がなされる第２の半導体発光素子を構成する少なくとも第１導電型の第１クラッド層と、活性層と、第２導電型の第２クラッド層とをエピタキシャル成長して第２のエピタキシャル成長層を形成する第２のエピタキシャル成長工程と、上記第１および第２のエピタキシャル成長層の積層部の一部の領域において、上記第２のエピタキシャル成長を選択的に除去する工程とを有し、上記第２のエピタキシャル成長層が除去された第１のエピタキシャル成長層による領域によって、上記第１の波長の発光がなされる上記第１の半導体発光素子を構成し、上記第１および第２のエピタキシャル成長層の積層部によってサイリスタ構造部を構成し、上記基体上の上記第１のエピタキシャル成長層との積層によらない第２のエピタキシャル成長層の形成部において、上記第２の波長の発光がなされる上記第２の半導体発光素子を構成することを特徴とする。

また、本発明による半導体発光装置の製造方法は、上述した本発明による半導体発光装置の製造方法において、上記第１の半導体発光素子が、近赤外発光のＣＤ用光源の半導体レーザであり、上記第２の半導体発光素子が、赤のＤＶＤ用光源の半導体レーザであることを特徴とする。

上述の本発明による半導体発光装置によれば、少なくとも２つの半導体発光素子を構成する半導体層、すなわち第１の半導体発光素子を構成する第１導電型クラッド層−活性層−第２導電型クラッド層−第２の半導体発光素子を構成する第１導電型クラッド層−活性層−第２導電型クラッド層の積層によってサイリスタ構造が構成されることから、特段の半導体層を設けることなく、サイリスタを作り込むことができる。
したがって、このサイリスタと、例えば静電破壊防止を必要とする半導体発光素子とを並列接続することによって、サイリスタのオン電圧以上の電圧が印加されたとき、サイリスタがオンすることから、これに電流がバイパスされ、目的とする半導体発光素子の破壊を防止することができる。
そして、本発明製造方法によれば、この構成によるサイリスタを、単に共通の基体に形成する２種の波長の半導体レーザを構成する各半導体層、すなわち第１の半導体発光素子を構成する第１導電型クラッド層−活性層−第２導電型クラッド層の第１のエピタキシャル成長層と、第２の半導体発光素子を構成する第１導電型クラッド層−活性層−第２導電型クラッド層のエピタキシャル成長工程と、その一部を除去する工程のみで形成することから、特段の工程、技術等を用いることなく、上述した本発明による半導体発光装置を構成することができるものである。

本発明による半導体発光装置の実施の形態を説明する。
図１は、本発明装置の一実施形態例の概略断面図を示す。この例においては、第１の波長光の近赤外７８０ｎｍ帯の発光がなされるＣＤの記録・再生光源としての第１の半導体発光素子１と、第２の波長光の赤６５０ｎｍ帯の発光がなされるＤＶＤの記録・再生光源としての第２の半導体発光素子２とが共通の半導体基体３に形成された構成を有する。

近赤外７８０ｎｍ帯の発光がなされる半導体レーザによる第１の半導体発光素子１は、例えばＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザによって構成される。
赤６５０ｎｍ帯の発光がなされる半導体レーザによる第２の半導体発光素子２は、例えばＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザによって構成される。
これら半導体発光素子１および２の各半導体レーザは、第１導電型例えばｎ型のＧａＡｓ基板による同一の半導体基体３上に、図示しないが必要に応じてバッファ層を介して形成される。

第１の半導体発光素子１は、基体３上に第１導電型例えばｎ型の、例えば厚さ１．２μｍのＡｌ_０．５ＧａＡｓによる第１クラッド層４、ノンドープの例えばＡｌ_０．１ＧａＡｓとＡｌ_０・３ＧａＡｓの繰り返し積層による多重量子井戸（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）構造の活性層５、それぞれ第２導電型のｐ型の例えば厚さ１．２μｍのＡｌ_０．５ＧａＡｓによる第２クラッド層６および例えば厚さ０・５μｍのＧａＡｓによるキャップ層（コンタクト層）７がエピタキシャル成長されて成る。

第２の半導体発光素子２は、基体３上に第１導電型この例ではｎ型の、例えば厚さ１．１μｍのＡｌ_０．７ＧａＩｎＰによる第１クラッド層１４、ノンドープの例えばＡｌ_０．５ＧａＩｎＰとＧａＩｎＰの繰り返し積層によるＭＱＷ構造の活性層１５、それぞれ第２導電型のｐ型の例えば厚さ１．１μｍのＡｌ_０．７ＧａＩｎＰによる第２クラッド層１６、ＧａＩｎＰによる中間層１８と、ＧａＡｓによるキャップ層（コンタクト層）１７がエピタキシャル成長されて成る。

そして、本発明においては、共通の基体３上に、上述した第１および第２の半導体発光素子１および２の各構成半導体層の積層によるサイリスタ構造部２０が構成される。
すなわち、このサイリスタ構造部２０は、下層に、第１の半導体発光素子１の例えばｎ型の第１のクラッド層４、活性層５、ｐ型の第２クラッド６、キャップ層７と、さらにその上に、第２の半導体発光素子２の各構成層の例えばｎ型の第１のクラッド層１４、活性層１５、ｐ型の第２クラッド１６、中間層１８、キャップ層１７が積層されて成る。
このように、上層から、ｐ−ｉ（ＭＱＷ）−ｎ−ｐ−ｉ（ＭＱＷ）−ｎによる、すなわちｐｎｐｎ構造によるサイリスタ構造部２０、すなわちサイリスタが構成される。

第１および第２の半導体発光素子１および２の各キャップ層７および１７、サイリスタ構造部２０のキャップ層１７上にそれぞれオーミックにそれぞれ第１電極９が構成され、基体３の裏面に第２電極１０がオーミックに被着形成される。

このようにして第１および第２半導体レーザ１および２とサイリスタ２０とが電極１０によって例えばこの例においては、ｎ側電極で接続される。
一方、ｐ側電極９において、一般に、破壊し易いＤＶＤ光源用のＡｌＧａＩｎＰ系の第２の半導体レーザ２とサイリスタ２０とが接続され、図２の回路図で示すように、第２の半導体レーザ２がこれと並列にサイリスタ２０が接続された構成とすることによって、サイリスタ２０のオン電圧以上が半導体レーザ２に印加されれば、サイリスタ２０がオンすることによって、目的とする第２の半導体レーザの破壊が防止される。

この本発明構成による半導体発光装置によれば、破壊電圧の低い例えばＤＶＤ用の光源の第２の半導体レーザの破壊防止が図られ、そして、その構成は、ＣＤ用の第１の半導体レーザと、ＤＶＤ用の第２の半導体レーザ」２との構成層によってサイリスタ２０が構成されることから、特段の半導体層を設けることが回避され、構造の簡潔化が図られる。

次に、本発明による半導体発光装置の製造方法の実施の形態を、図１で説明した本発明による半導体発光装置、すなわち第１の波長光の近赤外７８０ｎｍ帯の発光がなされるＣＤの記録・再生光源としての第１の半導体発光素子１と、第２の波長光の赤６５０ｎｍ帯の発光がなされるＤＶＤの記録・再生光源としての第２の半導体発光素子２とが共通の半導体基体３に形成された半導体発光装置の製造方法について説明する。

図３Ａに示すように、第１導電型例えばｎ型のＧａＡｓ基板による半導体基体３上に、図示しないが、必要に応じてバッファ層を介して、前述したように、この例ではＡｌＧａＡｓ系の第１の半導体発光素子１と、サイリスタの下層部構造とを構成するための、第１導電型例えばｎ型の、例えば厚さ１．２μｍのＡｌ_０．５ＧａＡｓによる第１クラッド層４、ノンドープの例えばＡｌ_０．１ＧａＡｓとＡｌ_０・３ＧａＡｓの繰り返し積層による多重量子井戸（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）構造の活性層５、それぞれ第２導電型のｐ型の例えば厚さ１．２μｍのＡｌ_０．５ＧａＡｓによる第２クラッド層６および例えば厚さ０・５μｍのＧａＡｓによるキャップ層（コンタクト層）７を順次積層する第１のエピタキシャル成長層４１を形成する第１のエピタキシャル成長工程を行う。

このエピタキシャル成長層４１上に、最終的に前述した第２の半導体発光素子２を形成する部分を含む領域を外部に露呈し、最終的に前述したサイリスタ構造部２０と第１の半導体発光素子１が構成される部分を含む領域を覆って、第１のエピタキシャル成長層４１に対する次工程でなされる選択的エッチングのマスクとなるレジスト層５１を、フォトリソグラフィ技術によって形成する。
図３Ｂに示すように、このレジスト層５１をマスクとして第１のエピタキシャル成長層４１を、例えばウエットエッチングして、最終的に第２の半導体発光素子２の形成部の半導体基体３ないしはバッファ層（図示せず）を外部に露呈する。

図３Ｃに示すように、レジスト層５１を除去し、残存する第１のエピタキシャル成長層４１上と、これが除去され第１のエピタキシャル成長層４１が形成されていない領域に差し渡って、すなわち、この例では、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体発光素子２とサイリスタ構造部の上層部を構成するための、第１導電型この例ではｎ型の、例えば厚さ１．１μｍのＡｌ_０．７ＧａＩｎＰによる第１クラッド層１４、ノンドープの例えばＡｌ_０．５ＧａＩｎＰとＧａＩｎＰの繰り返し積層によるＭＱＷ構造の活性層１５、それぞれ第２導電型のｐ型の例えば厚さ１．１μｍのＡｌ_０．７ＧａＩｎＰによる第２クラッド層１６、ＧａＩｎＰによる中間層１８と、ＧａＡｓによるキャップ層（コンタクト層）１７を順次積層形成する第２のエピタキシャル成長層４２を形成する第２のエピタキシャル成長工程を行う。
そして、この第２のエピタキシャル成長層４１上に、最終的に第２の半導体発光素子２を形成する領域と、サイリスタ構造部の形成領域を覆って、次の第２のエピタキシャル成長層４２に対する選択的エッチングのマスクとなるレジスト層５２を、例えばフォトリソグラフィ技術によって形成する。

図４Ａに示すように、レジスト層５２を、エッチングマスクとして、例えばウェットエッチングによって外部に露呈された第２のエピタキシャル成長半導体層４２をエッチング除去する。

次に、図４Ｂに示すように、最終的に第１の半導体発光素子１の形成領域と、第２の半導体発光素子の形成領域と、サイリスタ構造部の形成領域とをそれぞれ相互に分離して覆って、次工程のエッチングマスクとなるレジスト層５３をフォトリソグラフィ技術によって形成する。
図４Ｃに示すように、これをエッチングマスクとして、第１のエピタキシャル成長層４１を選択的に、例えばウエットエッチングによってエッチング除去し、サイリスタの形成領域と、第１の半導体発光素子の形成領域とを分離する。

その後、レジスト層５３を除去する。このようにすると、図１で示したように、第１のエピタキシャル成長層４１による第１クラッド層４と、活性層５と、第２クラッド層６と、キャップ層７とによる第１の半導体発光素子１が構成され、第２のエピタキシャル成長層４２による第１のクラッド層１４と、活性層１５と、第２クラッド層１６と、中間層１８と、キャップ層１７とによる第２の半導体発光素子２と、第１および第２のエピタキシャル成長層４１および４２が積層された前述した上層から、ｐ−ｉ（ＭＱＷ）−ｎ−ｐ−ｉ（ＭＱＷ）−ｎによる、すなわちｐｎｐｎ構造によるサイリスタ（サイリスタ構造部）２０が構成される。

そして、これら第１および第２の半導体発光素子１および２の各キャップ層７および１７、サイリスタ構造部２０のキャップ層１７上にそれぞれオーミックにそれぞれ第１電極９を被着形成し、基体３の裏面に第２電極１０をオーミックに被着形成する。
このようにして目的とする２波長発光がなされる半導体発光装置を構成する。

上述した各エッチングは、例えばＧａＡｓによるキャップ層７および１７に対するエッチングは、Ｈ_２ＳＯ_４：Ｈ_２Ｏ_２：Ｈ_２Ｏ系エッチング液が用いられ、ＡｌＧａＡｓに対してはＨＦ系エッチング液が用いられ、ＧａＩｎＰおよびＡｌＧａＩｎＰに対してはＨＣｌ：Ｈ_２Ｏ系エッチング液が用いられる。この場合、ＨＦ系エッチング液や、ＨＣｌ：Ｈ_２Ｏ系エッチング液は、ＧａＡｓに対してエッチング性を有しないか、殆どエッチング性を示さないことから、これらエッチング工程において、ＧａＡｓ基板による基体３に対して選択性を有する。

上述したように、本発明製造方法によれば、サイリスタ２０を有する、すなわち静電破壊等の防止がなされる半導体発光装置を形成するものであるが、特に本発明は、２波長発光の構成と同時に、これら各波長の半導体発光素子、この例では半導体レーザ素子の製造工程と並行に製造することができることから、製造工程の増加を殆ど来たすことなく形成できる。

すなわち、本発明製造方法によれば、サイリスタを構成するサイリスタ構造像部２０を、単に共通の基体３に形成する２種の波長の半導体レーザを構成する各半導体層、すなわち第１の半導体発光素子１を構成するｎ型クラッド層４、活性層５、ｐ型クラッド層６およびｐ型キャップ層７による第１のエピタキシャル成長層４１と、第２の半導体発光素子２を構成するｎ型クラッド層１４、活性層１５、ｐ型クラッド層１６、ｐ型中間層１８およびｐ型キャップ層１７の第２のエピタキシャル成長層４２工程と、その一部を除去する工程のみで形成することから、特段の工程、技術等を用いることなく、簡潔な工程で、上述したサイリスタ構造部２０すなわちサイリスタを構成することができるものである。
そして、このサイリスタにおけるオン電圧の調整は、サイリスタ構造部２０おける上層から、例えばｐ型中間層１８に対する不純物注入を行うことによって調整することができる。

なお、上述した例では、７８０ｎｍ近傍の近赤外発光の半導体発光素１と、６５０ｎｍ近傍の赤の半導体発光素子２とを形成する半導体発光装置について、主として例示したものであるが、２種以上の波長の光を発生する各種半導体発光装置に適用することができることはいうまでもない。
また、言うまでもなく、上述した本発明による半導体発光装置は、複数個同時に共通の半導体基体に形成し、その後、半導体装置に関して分断して、同時に複数個形成することができるものであり、また、本発明による半導体発光装置を含む集積回路構造とすることもできる。

本発明による半導体発光装置の一例の概略断面図である。 本発明による半導体発光装置の等価回路図である。 Ａ〜Ｃは、本発明による半導体発光装置の一例の製造工程の概略断面図である。 Ａ〜Ｃは、本発明による半導体発光装置の一例の製造工程の概略断面図である。

符号の説明

１・・・第１の半導体発光素子、２・・・第２の半導体発光素子、３・・・基体、４，１４・・・第１クラッド層，５，１５・・・活性層、６，１６・・・第２クラッド層、７，１７・・・キャップ層（コンタクト層）、１８・・・中間層、９・・・第１電極、１０・・・第２電極、２０・・・サイリスタ構造部、４１・・・第１のエピタキシャル成長層、４２・・・第２のエピタキシャル成長層、５１，５２，５３・・・レジスト層

Claims (4)

1. 同一基体上に、第１導電型の第１クラッド層と、活性層と、第２導電型の第２クラッド層とを少なくとも有する第１の波長の発光がなされる第１の半導体発光素子と、
   第１導電型の第１クラッド層と、活性層と、第２導電型の第２クラッド層とを少なくとも有する第２の波長の発光がなされる第２の半導体発光素子と
   上記第１の半導体発光素子の少なくとも上記第１導電型の第１クラッド層と、活性層と、第２導電型の第２クラッド層と、上記第２の半導体発光素子の少なくとも上記第１導電型の第１クラッド層と、活性層と、第２導電型の第２クラッド層とが積層されて形成されたサイリスタ構造部とを有することを特徴とする半導体発光装置。
2. 上記第１の半導体発光素子が、近赤外発光のＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）用光源の半導体レーザであり、上記第２の半導体発光素子が、赤のＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）用光源の半導体レーザであることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
3. 基体上の一部の領域に、第１の波長の発光がなされる第１の半導体発光素子を構成する少なくとも第１導電型の第１クラッド層と、活性層と、第２導電型の第２クラッド層とをエピタキシャル成長して第１のエピタキシャル成長層を形成する第１のエピタキシャル成長工程と、
   上記基体上の、上記第１のエピタキシャル成長層上と、上記基体の、上記第１のエピタキシャル成長層が形成されていない領域とに、第２の波長の発光がなされる第２の半導体発光素子を構成する少なくとも第１導電型の第１クラッド層と、活性層と、第２導電型の第２クラッド層とをエピタキシャル成長して第２のエピタキシャル成長層を形成する第２のエピタキシャル成長工程と、
   上記第１および第２のエピタキシャル成長層の積層部の一部の領域において、上記第２のエピタキシャル成長を選択的に除去する工程とを有し、
   上記第２のエピタキシャル成長層が除去された第１のエピタキシャル成長層による領域によって、上記第１の波長の発光がなされる上記第１の半導体発光素子を構成し、
   上記第１および第２のエピタキシャル成長層の積層部によってサイリスタ構造部を構成し、
   上記基体上の上記第１のエピタキシャル成長層との積層によらない第２のエピタキシャル成長層の形成部において、上記第２の波長の発光がなされる上記第２の半導体発光素子を構成することを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
4. 上記第１の半導体発光素子が、近赤外発光のＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）用光源の半導体レーザであり、上記第２の半導体発光素子が、赤のＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）用光源の半導体レーザであることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光装置の製造方法。

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