JP2714642B2 - 半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

半導体発光素子の製造方法

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【発明の詳細な説明】 〔概要〕 半導体発光素子の製造方法に関し、 高速動作を可能にし且つ高抵抗半導体層を平坦に形成
することを目的とし、 半導体基板上に少なくとも第1のクラッド層、活性
層、第2のクラッド層、コンタクト層及びマスク層を順
に形成する工程と、前記活性層の帯状発光領域の両側に
少なくとも前記第1のクラッド層に達する2つの溝を形
成して、該帯状発光領域に前記第1のクラッド層、前記
活性層、前記第2のクラッド層、前記コンタクト層及び
マスク層からなる凸部を形成する工程と、前記帯状発光
領域の凸部を被覆層によって覆う工程と、前記凸部及び
前記溝の外側の少なくとも前記マスク層、前記コンタク
ト層、前記第2のクラッド層上部を選択的にエッチング
して薄層部を形成する工程と、前記被覆層を除去する工
程と、前記溝に埋め込まれ且つさらにその上に成長して
前記コンタクト層上面に達すると同時に前記薄層部で成
長した部分が前記コンタクト層上面に達する1回のエピ
タキシャル成長によって高抵抗半導体装置を形成する工
程とを含み構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、半導体発光素子の製造方法に関する。
〔従来の技術〕
半導体レーザ発光素子は、第4図に示すように基板40
の上に第1のクラッド層41、第2のクラッド層43、コン
タクト層44、半導体埋込み層50及びコンタクトホールを
形成した絶縁層45を順に積層し、その基板40と絶縁層45
の露出面に電極46、47を取付けたものが一般に使用され
ているが、この電流閉止めに用いる埋込み層50と第1の
グラッド層40の間のpn接合の寄生容量C1が発生するとい
った問題があった。
このため、本出願人は特開昭61−21649において、半
導体発光素子の活性層における発光領域48の両側に逆メ
サ形の溝49を設け、この溝48内に高抵抗半導体層52を埋
め込むことにより寄生容量を低減する装置を提案した
(第5図参照)。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、この種の半導体レーザ素子においても、第5
図に示すように、溝49の外側に位置する絶縁層45と活性
層42が誘電体とし作用するため、依然として寄生容量
C2、C3が残存しており、数G bit/sec以上の上方に対
し、半導体レーザが追従しないといった問題がある。
これを改善するために、溝を形成せずに外側までエッ
チングし、高抵抗半導体層で埋め込んだ第6図の構造が
考えられる。しかし、この構造では平坦な領域での高抵
抗半導体層の成長が遅いため、図に示すような段差が生
じ、電極プロセス、ボンディング等に不具合が生じると
いった問題が生じる。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであ
って、高速で作動でき、かつ埋込み成長後に平坦化され
ている半導体発光素子を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記した課題は、半導体基板1上に少なくとも第1の
クラッド層2、活性層3、第2のクラッド層4、コンタ
クト層5及びマスク層21を順に形成する工程と、前記活
性層3の帯状発光領域の両側に少なくとも前記第1のク
ラッド層2に達する2つの溝6,7を形成して、該帯状発
光領域に前記第1のクラッド層2、前記活性層3、前記
第2のクラッド層4、前記コンタクト層5及びマスク層
21からなる凸部24を形成する工程と、前記帯状発光領域
の凸部14を被覆層25によって覆う工程と、前記凸部24及
び前記溝6,7の外側の少なくとも前記マスク層21、前記
コンタクト層5、前記第2のクラッド層1上部を選択的
にエッチングして薄層部を形成する工程と、前記被覆層
25を除去する工程と、前記溝6,7に埋め込まれ且つさら
にその上に成長して前記コンタクト層5上面に達すると
同時に前記薄層部で成長した部分が前記コンタクト層5
上面に達する1回のエピタキシャル成長によって高抵抗
半導体装置26を形成する工程とを有することを特徴とす
る半導体発光装置の製造方法により解決する。
〔作用〕
以上の構造で高抵抗半導体層の埋込み成長を行うと溝
の外側の平坦部の成長速度が遅くとも、平坦部が溝底部
より高い位置にあるため、埋込み成長が終了した時点
で、溝部と平坦部での高抵抗半導体層が同じ高さとな
り、全体として平坦な埋込み形状とすることができる。
この状態においては、一方の電極の下に形成した絶縁
膜9と、さらに下方の活性層3の間に高抵抗半導体層8
が存在するために、2つの電極間における寄生容量が大
幅に低減することになる。
〔実施例〕
第1図は、本発明の一実施例を示す半導体発光素子の
断面図で、図中符号1はインジウムリン(InP)よりな
るn型化合物半導体基板で、その上には、n型InPより
なる第1のクラッド層2(厚さは例えば2〜3μm)、
インジウムガリウムヒ素リン(InGaAsP)よりなる活性
層3(〜0.15μm)、p型InPよりなる第2のクラッド
層4(〜25μm)、P+型インジウムガリウムヒ素リン
(InGaAsP)よりなるコンタクト層5(〜0.5μm)がそ
れぞれ順にエピタキシャル成長法により形成されてい
て、活性層3の発光領域30の両外側には逆メサ形の溝6,
7が第1のクラッド層2に至る深さに形成され、さらに
これらの溝6,7の外側に存在する第2のクラッド層4は
上部が薄膜化されている。
8は、溝6、7を埋め込むとともに、薄膜化された第
2のクラッド層4上に積層される高抵抗半導体層で、例
えばInPに鉄(Fe)をドーピングした高抵抗半導体から
なり、気相エピタキシャル結晶成長法によってコンタク
ト層5と同一の高さに至るまで成長されている。
9は、高抵抗半導体層8上に形成した二酸化シリコン
(SiO2)膜よりなる絶縁層で、この絶縁層9の上にはp
側電極10が形成されていて、発光領域30と平行に形成し
た絶縁層9のコンタクトホール11を通してコンタクト層
5と導通するように構成されている。
なお、図中符号12は、基板1に形成したn側電極を示
している。
上述した実施例において、半導体発光素子の電極10、
12間に電圧を加えると、活性層3の発光領域30に電流が
流れ、この発光領域30の端部から項が放射する。
この状態においては、p側電極10の下に形成した絶縁
膜9と、さらに下方の活性層3の間に項抵抗半導体層8
が存在するために、2つの電極10、12間における寄生容
量が大幅に低減することになる。
次に、上記した半導体発光素子の作成方法について説
明する。
第2図は、本発明の半導体発光素子を作成する工程を
示す断面図で、第2図(a)において、n−InP基板1
上には、上記したような第1のクラッド層2,活性層3,第
2のクラッド層4,コンタクト層5がエピタキシャル成長
法により順に積層され、また、その上にはCVD法等によ
り二酸化シリコン膜(SiO2膜)21が形成されている。
このSiO2膜21はフォトリソグラフィー法によりパター
ニングされ、活性層発光領域30の上方に位置する領域を
挟む帯状の窓22,23が設けられている。
次に、基板1を臭素(Br)エタノール混合液に浸漬し
てコンタクト層5から下方向に順にエッチングし、第2
のクラッド層4上部に達する深さ(例えば4μm)の溝
6,7を形成する(第2図(b))。
次に、2つの溝6,7に挟まれた凸部24を覆う厚さにレ
ジスト25を塗布した後(同図(c))、マスク26を使用
して露光、現象を行い、凸部24の周りだけにレジスト25
を残存させる(同図(d))。
ここで、フッ酸系の溶液を用いて溝6、7外方にある
SiO2膜21を除去する(同図(e))。そのあとで、凸部
24を覆うレジスト25を除去する。次いで、Brエタノール
液を用いて溝6、7をさらに深くエッチングする一方、
溝6、7の外方向にある第2のクラッド層4の上面をエ
ッチングしてその膜厚を薄くする(同図(f))。例え
ば、溝の深さは5μm、平坦部は1.5μmエッチングさ
れるようにする。
次に、クロライド気相エピタキシャル結晶成長方(ク
ロライドVPE法)により溝6、7内及び薄膜化された第
2のクラッド層4上に高抵抗半導体層4上に高抵抗半導
体26を成長させ、高抵抗半導体層8とする。
このクラライドVPE法は、第2(g)に示すように、
溝内での埋込み層の速度成長が大きく、溝6、7内に高
鉄鋼半導体26を埋め込んだ後に、第2のクラッド層4上
の埋込み層と溝6、7の埋込み層とを平坦に形成するこ
とができる。ただし、予めコンタクト層5の上面に対す
る第2のクラッド層4の深さと、溝6、7の深さとを調
整しておく必要がある。
このクロライドVPE法により、高抵抗半導体26を形成
する場合について、具体例をあげて詳細に説明すると次
のようになる。
第3図において、800℃に加熱した反応管31にPSl3+H
2のガスを送るとともに、その流路中に金属Inソース32
を置く一方、その下流に基板1をソース下流に置き、基
板1を600〜700℃(典型値650℃)に設定すると、PCl3
は高温でP4及びHClに分解し、Pは一部がInソースに吸
収され、Inソース32はInPクラスト(外皮)になる。HCl
はInPソースと反応してInClを生成する。
これらを反応式で書くと以下のようになる。
4PCl3+6H2P4+12HCl (1) 4InP+4HCl4InCl+P4+2H3 (3) そして、成長領域で温度が下がり、次のようなソース
領域と逆反応により基板InPが析出する。
4InCl+P44InP+4HCl (4) 鉄(Fe)をInP中にドーピングする場合には、反応管3
1内にHClガスを供給し、その流路中にFeソース33を置い
て反応させ、FeCl2にして基板1に供給すると、溝6、
7や第2のクラッド層4上に形成するInPにFeがドーピ
ングされて高抵抗半導体層になる。
第2図(h)に示すように、高抵抗半導体層26を平坦
化する場合の一例をあげると、溝6、7の深さを5μm,
第2のクラッド層4の深さをコンタクト層5に対して、
1.5μmとなし、エピタキシャル成長温度600℃,キャリ
ヤガス(H2)に対するリン(P)のモル被を33×10-2
すればよい。
以上のような工程を行った後、マスクに用いたSiO2
を除去後、基板1のコンタクト層5側に酸化膜(SiO
2膜)27を形成するとともに、レジストマスク28を使用
して活性層3の発光領域30と平行になるように帯状コン
タクトホール11を形成する(第2図(i),(j),
(K))。そして、レジスト28を除去した例、SiO2膜27
を絶縁膜9として使用する。
最後に、基板1、絶縁膜9の露出面に電極10、12を蒸
着法等により形成するが、絶縁膜9側の電極10として
は、例えばチタン,白金,金を順に設けた三層構造のも
のを使用し、また基板1側の電極12としては、例えば金
/ケルマニウム合金,金を順に形成したものを使用す
る。
以上のように形成した発光素子における電極10、12間
の寄生容量を測定した結果、300×300μm当たり3pFと
なり、単に溝6、7に高抵抗半導体を埋めこんで10pFと
した従来のものよりも寄生抵抗が低くなったことがわか
る。
なお、上述した実施例では、高抵抗半導体の形成にク
ロライドVPE法を用いたが、ハイドライド系のガス(PH3
+HCl)を使用するハイドライド気相成長法、その他の
ハイライド系気相エピタキシャル結晶成長法を用いるこ
ともできる。しかも、高抵抗半導体層の成長後にコンタ
クト層が帯状になって高抵抗半導体層に挟まれており、
マスク除去後に、そのまま上部電極を形成しても平坦性
は損なわれずに電流狭窄されたコンタクト層と接続する
ので、高抵抗半導体層成長後の特別な平坦化処理や電流
狭窄処理が不要となって、その後の電極形成プロセスや
ボンディングを容易にすることができる。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明によれば、発光素子の発光領
域の両側に形成した溝に高抵抗半導体層を形成するとと
もに、この溝の外方にあるコンタクト層及びその下のク
ラッド層5の一部を除去し、これらの上に高抵抗半導体
層覆を形成したので、素子の光特性に影響を与えず、か
つ埋込み成長後の形状を平坦に保ったまま、寄生容量を
低減して高速動作を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例を示す装置の断面図、 第2図は、本発明装置の作成工程の一例を示す断面図、 第3図は、クロライド成長装置の一例を示す概略図、 第4図は、第1の従来例を示す装置の断面図、 第5図は、第2の従来例を示す装置の断面図、 第6図は、従来例を改善するための装置の断面図であ
る。 (符号の説明) 1……基板、 2……第1のクラッド層、 3……活性層、 4……第2のクラッド層、 5……コンタクト層、 6、7……溝、 8……高抵抗半導体層、 9……絶縁層、 10、12……電極、 11……コンタクトホール。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に少なくとも第1のクラッド
    層、活性層、第2のクラッド層、コンタクト層及びマス
    ク層を順に形成する工程と、 前記活性層の帯状発光領域の両側に少なくとも前記第1
    のクラッド層に達する2つの溝を形成して、該帯状発光
    領域に前記第1のクラッド層、前記活性層、前記第2の
    クラッド層、前記コンタクト層及びマスク層からなる凸
    部を形成する工程と、 前記帯状発光領域の凸部を被覆層によって覆う工程と、 前記凸部及び前記溝の外側の少なくとも前記マスク層、
    前記コンタクト層、前記第2のクラッド層上部を選択的
    にエッチングして薄層部を形成する工程と、 前記被覆層を除去する工程と、 前記溝に埋め込まれ且つさらにその上に成長して前記コ
    ンタクト層上面に達すると同時に前記薄層部で成長した
    部分が前記コンタクト層上面に達する1回のエピタキシ
    ャル成長によって高抵抗半導体装置を形成する工程と を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
  2. 【請求項2】前記高抵抗半導体層の成長は、クロライド
    系エピタキシャル成長法又はハライド系エピタキシャル
    成長法によ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。
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