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半導体発光装置の製造方法
JP2538960B2
Japan
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一郎 牛嶋 三郎 中井 一幸 生沼 史也 大宮 - Current Assignee
- Fujitsu Ltd
- Fujitsu Quantum Devices Ltd
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Description
translated from
製造方法に関し、 活性層の成長制御性を改善し、製品の歩留りを向上さ
せることを目的とし、 結晶成長面が（100）面より僅かに傾斜してなるイン
ジウムリン（InP）半導体基板を準備し、該半導体基板
上に溝を形成する工程と、液相エピタキシャル成長法に
より、クラッド層と、該クラッド層に隣接する活性層
を、該半導体基板上と該溝の内部とに各々分離して順次
成長する工程と、を含んで構成している。
ダブルヘテロ（DH）型レーザーダイオート等の半導体発
光装置の製造方法に関する。
s）の応用分野は、通信をはじめとして一般事務機器の
分野や、医療用機器の分野などに多様な拡がりをみせて
いる。
ァイバーによる通信網へと逐次更新がなされており、極
めて遠距離の例えば国際間に敷設された海底光ケーブル
も実現している。このため、光中継器に用いられる発光
デバイスには、コヒーレントな光を高いレベルで出力
し、かつ、長寿命なことが要求される。
すことにより得られるレーザー光は、ほぼ単一のスペク
トル成分からなる極めてコヒーレント性の高い光であ
り、上述の通信網等に適用して最適な光源となる。
D:laser diode）の基本的な構造を示す図である。第３
図において、順方向バイアスで注入励起状態の電子（図
中黒丸）は活性層内で正孔（図中白丸）と再決合し、入
射した光の位相と同位相、かつ光の強さに比例した確率
で同じ周波数の光（レーザー光）を放出（誘導放出）
し、発光・増幅する。さらに、この増幅作用に加えて光
に帰還作用をもたせるには、半導体結晶のへき開面を利
用した反射鏡により光の閉じ込めを行う。
ing diode）よりも大きくでき、コヒーレント性と出力
パワーに優れているが、温度特性や反射光による発光不
安定性に難点があった。
例を示す構造図である。
る。すなわち、ミラー指数（100）面のInP基板２上に、
電流狭窄層３を液相エピタキシャル（LPE）法によって
成長させた後、〈011〉方向（紙面に垂直であり、かつ
紙面の表から裏に抜ける方向）にフォトリソブラフィ技
術と化学薬品によるエッチングにより（111）面が表出
されたＶ字溝４を形成する工程と、この工程の後に、Ａ
層５、Ｂ層６、Ｃ層７、コンタクト層８を順次成長させ
て積層する工程と、コンタクト層８および基板２のそれ
ぞれに電極（図示せず）を形成する工程と、を含むプロ
セスを経て製造される。
面に沿って分離され、Ｖ字溝４内に独立した下側クラッ
ド層（すなわち、Ａ層）９や活性層（すなわち、Ｂ層）
10が形成されるとともに、活性層10に接して上側クラッ
ド層（すなわち、Ｃ層）11が形成されるが、このよう
に、Ｖ字溝４内に下側クラッド層９や活性層10を独立し
て形成するためには、Ｖ字溝４の内部（以下、凹部とい
う）とＶ字溝４から出た電流狭窄層３表面上の平坦部
（以下、単に平坦部という）における結晶の成長速度に
差をもたせる必要がある。すなわち、凹部と平坦部にお
ける成長速度が共に等しいと、第５図に示すように両者
に形成された膜が連続してしまい、凹内に独立した膜が
得られなくなる。
側から見た界面での平衡温度TIは、表面張力（Capillar
y）の効果から、次式に従って求められる。
温度） rLS：固−液界面の表面張力 L：単位質量あたりの潜熱 K：界面の曲率 この式を上述の凹部および平坦部にあてはめてみた場
合、平坦部ではＫ＝０であるからTI＝Teとなり、凹部で
はＫ＜０であるからTI＝Te−α（但し、α＝TeΓＫ）と
なる。また、凹部と平坦部の境の肩（以下、凸部とい
う）では、Ｋ＞０であるからTI＝Te＋αとなる。すなわ
ち、TIは凹部で最も低く、平坦になるに従って上昇する
ような温度特性を示す。したがって、LPE法における溶
液の過飽和度を用いた核生成は、過飽和度がその場所に
おけるTIに比例するから、凹部での核生成は他の平坦部
や凸部よりも比較的低温下で促進されることとなり、そ
の結果、凹部における結晶の成長速度が速められ、第４
図に示す下側クラッド層９や活性層10をＶ字溝４内に独
立して形成することができる。なお、このような成長面
の形状による溶液の過飽和度に応じた成長速度r0は、次
式のように示される。
造方法にあっては、結晶成長面の形状と溶液の過飽和度
にほぼ依存してＶ字溝４内に下側クラッド層９や活性層
10を成長させていたため、比較的に制御性が悪く、以下
に述べる理由から場合によっては、所望の形状で下側ク
ラッド層９や活性層10を形成できないといった問題点が
あった。その結果、例えば無効電流が発生して出力パワ
ーの低下を招き、あるいは室温で正常なパワーが得られ
ても、無効電流による自発熱により高温域でパワーダウ
ンを生じるといった発光特性の劣化を招き、歩留りが悪
化する問題点があった。
を起こすには、ある程度の大きさ以上の過飽和度を必要
とするが、過飽和度を高めていくと、前式のr1が大き
くなってr2の効果、すなわち、凹部におけるTIの低温化
による核生成の促進効果が薄れてしまう。
上限が課せられるので、凹部と平坦部での結晶膜厚の制
御性が悪化し、場合によっては、第６図に示すように下
側クラッド層９表面の曲率が大きくなって、その上に形
成される活性層10の膜厚が影響を受け、下側クラッド層
９と上側クラッド層11が接触してその接触面のpn接合を
通して無効電流ixが流れたり、また、第７図に示すよう
に下側クラッド層９がＶ字溝４内と平坦部で連続して下
側クラッド層９と上側クラッド層11が接触し、その接触
面のpn接合を通して無効電流ixが流れるといった不具合
を発生する。
からの結晶核の析出が減少して、特に第８図に示すよう
に平坦部において結晶の成長が行われない欠陥部を生じ
てしまい、この欠陥部を介して無効電流ixが流れるとい
った不具合を発生する。
で、所定のミラー指数の面から僅かに傾斜した面を有す
る基板上に各層を成長させることにより、平坦部におけ
る結晶の成長速度を遅くし、要求される溝内の結晶の成
長速度に応じて溶液の過飽和度を最適なものに設定でき
るようにして活性層の成長制御性を改善し、製品の歩留
りを向上させることを目的としている。
が（100）面より僅かに傾斜してなるインジウムリン（I
nP）半導体基板を準備し、該半導体基板上に溝を形成す
る工程と、液相エピタキシャル成長法により、クラッド
層と、該クラッド層に隣接する活性層を、該半導体基板
上と該溝の内部とに各々分離して順次成長する工程と、
を含んで構成している。
た液状段差が現われ、平坦部の実効面積が拡大される。
晶核を取り込む種子結晶の表面積に反比例するから、こ
の場合、平坦部における成長速度が遅くなり、一方、溝
内の成長速度は過飽和度に依存して決定される。
所望の形状に形成することができ、無効電流を回避して
製品の歩留りを向上させることができる。
実施例によって製造されたDH型半導体レーザーダイオー
トの構造を示す図である。
セスを経て製造される。
傾斜した面（以下、Ｚ面）を有するｎ−InPからなる基
板21上に、ｐ−InPからなる電流狭窄層22をLPE法により
成長させる。なお、この電流狭窄層22は、基板21にｐ型
の導電型を与える不純物を拡散させることによっても形
成可能である。
Ｖ字溝23を形成する。このとき、Ｖ字溝23は電流狭窄層
22から基板21に達するように形成する。形成に際して
は、エッチング液としてHCl:H3PO4の混液を使用する
が、HCl:H3PO4の混合液を用いた場合、HClの割合を小に
するとＶ字溝23の形状はＶ字状ではなく、底面を有する
略Ｕ字状にすることができる。そして、何れの形状でも
内部斜面には（111）面が表出されることとなる。した
がって、本発明はＶ字溝23の形状が略Ｕ字状であっても
適用されることは言うまでもない。
24を、その上にノンドープのInGaAsPのＢ層25を、さら
に、その上にｐ−InPのＣ層26を、その上にp+−InGaAsP
のコンタクト層27を、順次成長させて積層する。
コンタクト層27にｐ側オーム電極29を形成して完成す
る。
式に示したように凹部であるＶ字溝23の内面に接した界
面で早く、一方、凸部や平坦部では比較的に遅い。しか
し、従来のように溶液の過飽和度や界面形状のみに依存
して成長速度を律した場合、凹部とそれ以外の場所にお
ける成長速度の差が比較的に少ないので、前述したよう
な低制御性に起因した各種不具合を生じる。
僅かに傾斜させたＺ面（例えば、0.1度〜0.5度程度の傾
斜）を有する基板21を用い、この基板21のＺ面上に電流
狭窄層22、Ａ層24、Ｂ層25、Ｃ層26を順次液相エピタキ
シャル成長させている。
もつ基板上に、液相エピタキシャル成長させた場合、成
長層表面の模様（Surface morphology）が波状になる現
象は知られた事実であるから、第２図（ａ）にその傾斜
角が（100）面もしくは（100）面に極めて近い基板を用
いた場合の成長層表面断面形状を、第２図（ｂ）にその
傾斜角が（100）面から僅かな場合の成長層表面断面形
状をそれぞれ示すように、傾斜角が僅かな場合の（第２
図（ｂ））成長層表面の表面積は、従来よりも実効的に
拡大されることとなる。
晶の表面積、すなわち、基板21やその上に積層される電
流狭窄層22、Ａ層24、Ｂ層25の表面積に反比例するか
ら、波状表面をもつ平坦部の成長速度はへき開かれたＶ
字溝23内における成長速度よりも遅いものとなり、従来
よりも両者の成長速度差が大きくなる。
もさらに遅くなるので、溶液の過飽和度を大き目に設定
してＡ層24やＢ層25の成長操作を行うことができ、結
局、Ｖ字溝23内部に下側クラッド層（すなわち、Ａ層）
30と活性層（すなわち、Ｂ層）31とをＡ層24やＢ層25か
ら分離独立して形成できるとともに、活性層31の上に上
側クラッド層（すなわち、Ｃ層）32を形成して、これら
下側クラッド層30、活性層31および上側クラッド層32を
均一に、かつ制御性よく所望の形状で形成することがで
きる。
一化、高延命化を図ることができ、歩留りを改善するこ
とができる。
31を有するDH型半導体レーザーダイオートを例とした
が、これに限らず、同様の構造のものであれば他の発光
ダイオード等の発光素子であってもよい。さらに、その
Ｖ字溝23の断面形状も、内部斜面に（111）面が表出さ
れているものであればよく、例えばＵ字形やあるいは他
の形状であってもよい。
たが、その傾斜角の適値は、要求されるＶ字溝23内と平
坦部との成長速度差や、コンタクト層27とｐ側オーム電
極29との接合性などを考慮して決定されるべきであり、
例示した傾斜角に限定されるものではない。
上述した効果を得ることが可能であり、特にその方向は
限定されるものでは無い。
斜した面を有する基板上に各層を液相エピタキシャル成
長させているので、平坦部における結晶成長表面積を実
効的に拡大することができ、該平坦部における結晶の成
長速度を構内の成長速度に比して遅くすることができ
る。
て溶液の過飽和度を最適なものに設定することができ、
溝内に形成される活性層の制御性を改善して製品の歩留
りを向上させることができる。
一実施例を示す図であり、 第１図はその方法により製造された半導体レーザーダイ
オートの構造を示す図、 第２図（ａ）、（ｂ）はその波状が形成された成長層表
面の様子をそれぞれ示す図、 第３図はDH型LDの基本的な構造を示す図、 第４図は従来の半導体発光装置の製造方法によって製造
された半導体レーザーダイオートの構造を示す図、 第５図は溶液の過飽和度を小さくした場合の成長膜の形
成状態を説明するための図、 第６〜８図は従来の半導体発光装置の製造方法の問題点
を説明するための図である。 21……基板、23……Ｖ字溝（溝）、31……活性層。
Claims (1)
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translated from
- 【請求項１】結晶成長面が（100）面より僅かに傾斜し
てなるインジウムリン（InP）半導体基板を準備し、 該半導体基板上に溝を形成する工程と、 液相エピタキシャル成長法により、クラッド層と、該ク
ラッド層に隣接する活性層を、該半導体基板上と該溝の
内部とに各々分離して順次成長する工程と、を含むこと
を特徴とする半導体発光装置の製造方法。