JP2812024B2 - 面発光素子の製造方法 - Google Patents

面発光素子の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、面発光素子、特に面発
光レーザの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】将来の光コンピュータ、光演算回路では
マトリクス状に発光デバイスが集積された光集積回路が
必要とされている。これに適する光源として、面発光レ
ーザが盛んに研究開発されている。この一例としてJ.
L.Jewell氏らの発表した面発光レーザ(エレク
トロニクスレターズ 25巻 pp1123−112
4)がある。ここでは、1μm〜5μm径のマイクロサ
イズの面発光レーザにおいて発振電流1mA程度の低消
費電力で発振する事に成功している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前述の従
来の面発光レーザでは閾値電流が1mA程度に小さくな
っているものの、本来の閾値電流密度1kA/cm2
ら予想される閾値電流(〜30μA,φ2μm)から比
べると非常に大きいという問題があった。この理由とし
ては、活性層側面が大気に露出した構造となっておりこ
こでの表面再結合を介した無効電流が1mA程度あるた
めと考えられる。そこで、この無効電流を低減出来れば
さらに閾値電流を低減できると考えられる。
【0004】そこで本発明の目的は、表面再結合による
無効電流を低減する事により、低閾値電流の、面発光素
子の製造方法を提供する事にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の面発光素子の製
造方法は半導体基板上に第1導電型の第1半導体多層
反射膜を形成する工程と、この第1半導体多層反射膜上
に少なくとも1つ以上の量子井戸活性層を含む活性層構
造を形成する工程と、この活性層構造の上に第2導電型
の第2半導体多層反射膜を形成する工程と、この第2半
導体多層反射膜上にマスクを形成する工程と、このマス
クを用いて前記第1半導体多層反射膜の上部に達するま
で選択エッチングを行なう事により側壁が垂直又はアン
ダーカット形状の半導体柱を形成する工程と、この半導
体柱の頂部および底部のみに拡散マスクを形成する工程
と、この拡散マスクを用いて前記半導体柱の側面だけに
不純物の選択拡散を行なう工程と、前記第2半導体多層
反射膜の頂部に電極を形成する工程とを含む事を特徴と
する。
【0006】
【作用】前述の課題を解決するには、表面再結合を抑制
する事が必要である。表面再結合を抑制するにはヘテロ
接合を用いれば良い事は良く知られているが、これの一
実現手段として不純物導入等による無秩序化技術があ
る。これは、量子井戸からなる活性層に不純物あるいは
熱応力を導入する事によって量子井戸構造の構成元素の
相互拡散を促進し、量子井戸構造を無秩序化してほぼ一
様な組成の半導体とする技術である。このように活性層
の側面を無秩序化することによって、活性層側面がこの
側面の内側の活性層よりも禁制帯幅の広い半導体とな
り、活性層の横方向にヘテロ接合が形成されるため表面
再結合が抑制される。この技術を前述の面発光レーザに
適用するには一つの問題がある。すなわち、前述の面発
光レーザは半導体柱の形状となっているが、これの全て
の表面に前述した様な不純物あるいは熱応力を導入して
無秩序化領域を形成すると、半導体柱の頂上部において
も無秩序化領域が形成されてしまう。そうすると、半導
体頂上部の半導体多層反射膜の反射率の劣化及びそこで
の電極抵抗の増大を引き起こしてしまうから、レーザ特
性が悪化する。そこで本発明では不純物拡散のための拡
散マスクを半導体頂部と底部のみに形成する方法を用い
て、側面だけに無秩序化領域を形成している。この不純
物拡散のための拡散マスク形成において、半導体柱の側
壁の垂直性あるいはアンダーカット形状を利用して、こ
の上から拡散マスクをビーム状に堆積させると半導体柱
の側面には拡散マスクが堆積しない。従ってこの拡散マ
スクを用いれば、半導体柱の側面だけに不純物拡散を行
なう事が出来る。
【0007】
【実施例】次に本発明の実施例について図面を用いて詳
細に説明する。図1は本発明の一実施例の製造方法を示
す図である。
【0008】まず図1(a)に示す様にn型GaAs半
導体基板1上にn型AlAs 802Å/n型GaAs
670Åの23周期からなるn型多層反射膜2、Al
0.5 Ga0.5 As 1430Å/In0.2 Ga0.8 As
100Å/Al0.5 Ga0. 5 As 1430Åからな
る活性層構造3、P型GaAs 670Å/P型AlA
s 802Å10周期からなるP型多層反射膜4、P型
GaAs 30Åのキャップ層5を結晶成長する。ここ
で活性層構造3内部のIn0.2 Ga0.8 As層は歪単一
量子井戸の活性層である。次に図1(b)に示す様に、
通常のホトエッチング技術によってメサ円柱7を形成す
る。エッチング深さはn型多層反射膜2に達するまでと
する。エッチング方法は反応性イオンビームエッチング
(RIBE)法や反応性イオンエッチング(RIE)法
等のドライエッチング技術を用いて側壁が垂直あるいは
アンダーカット形状となる様にエッチングする。本実施
例では、SiO2 膜6をエッチングマスクとして用い、
Cl2 とArを用いたイオンビームアシストエッチング
(IBAE)法でエッチングしている。次に拡散マスク
8を図1(c)に示す様にメサ円柱7の頂部及び底部だ
けに形成する。拡散マスク8はSi膜(厚さ300〜1
000Å)からなり、真空蒸着により形成する。形成方
法として真空蒸着を用いたのは、拡散マスクをビーム状
に堆積させるためである。次に試料をZnAs2 などと
共に真空アンプルに封入してZn拡散を行なう。拡散の
深さは、Al組成によって大きく変化するが、0.1〜
2μmの範囲が適当である。このZn拡散は拡散マスク
8のためにメサ円柱7の側壁だけに行なう事が出来る。
このとき、活性層構造3のIn0.2 Ga0.8 Asからな
る量子井戸のメサ円柱7側壁近傍がZn拡散による無秩
序化によってAl0.5 Ga0.5 Asとの混晶化が生じ
て、等価的に禁制帯幅が増大する。このためIn0. 2
0.8 As量子井戸のメサ円柱7側面での表面再結合は
著るしく抑制されるから、低閾値電流での面発光レーザ
発振が可能となる。次に図1(d)に示す様に拡散マス
ク8及びSiO2 膜6を除去した後SiO2 膜9、P型
電極10、n型電極11、レーザ光出射窓12を形成し
て完成する。
【0009】本実施例では、多層反射膜としてGaAs
/AlAs多層構造を用いたがAlAs/GaAsのヘ
テロ界面にグレーデッド層を挿入して抵抗低減を行なっ
ても本発明は適用できる。また、活性層構造として量子
井戸活性層を含みPnPn構造としたものを用いても良
い。この場合には電気特性にPnPn構造特有のスイッ
チング特性が生ずる。そのためレーザ発振とスイッチン
グの2つの機能を有する面発光素子が実現出来る。Pn
Pn構造の詳細構造は、目標性能によるが一例としてn
−Al0.4 Ga0.6 As 1500Å Si=2×10
18cm-3/P±Al0.25Ga0.75As 50Å Be=
1×1019cm-3/i−Al0.25Ga0. 75As 100
0Å undoped/(i−In0.2 Ga0.8 As
100Åundoped/i−Al0.25Ga0.75As
100Å undoped)×3/i−Al0.25Ga
0.75As 1000Å undoped/n−Al0.25
Ga0.75As 3000Å Si=2×1017cm-3
P−Al0.4 Ga0.6 As1500Å Be=5×10
18cm-3の構造が考えられる。また、図1では、メサ円
柱をアンダーカット形状としたが垂直な側壁を有するメ
サ円柱においても本発明は適用出来る。また、本実施例
では活性層構造に単一量子井戸構造を用いたが多重量子
井戸構造を用いても本発明を実現できる。また、本実施
例では、材料系としてAlGaAs/InGaAs/A
lGaAs系を用いたがこれに限らずInGaAsP/
InP系等の他の材料を用いても本発明を実施する事が
出来る。さらに、本発明では拡散マスクとしてSi膜を
用いたがこれに限らずSiO2 膜等の真空蒸着を行なう
事でも本発明は実現できる。
【0010】
【発明の効果】本発明によれば、メサ側面において表面
再結合が低減されるために低閾値電流で面発光レーザ発
振が可能な面発光素子が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の面発光素子の製造工程図。
【符号の説明】
1 n−GaAs基板 2 n型多層反射膜 3 活性層構造 4 P型多層反射膜 5 キャップ層 6 SiO2 膜 7 メサ円柱 8 拡散マスク 9 SiO2 膜 10 P型電極 11 n型電極 12 レーザ光出射窓 13 Zn拡散領域

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に第1導電型の第1半導体
    多層反射膜を形成する工程と、この第1半導体多層反射
    膜上に少なくとも1つ以上の量子井戸活性層を含む活性
    層構造を形成する工程と、この活性層構造の上に第2導
    電型の第2半導体多層反射膜を形成する工程と、この第
    2半導体多層反射膜上にマスクを形成する工程と、この
    マスクを用いて前記第1半導体多層反射膜の上部に達す
    るまで選択エッチングを行なう事により側壁が垂直又は
    アンダーカット形状の半導体柱を形成する工程と、この
    半導体柱の頂部および底部のみに拡散マスクを形成する
    工程と、この拡散マスクを用いて前記半導体柱の側面だ
    けに不純物の選択拡散を行なう工程と、前記第2半導体
    多層反射膜の頂部に電極を形成する工程とを含む事を特
    徴とする面発光素子の製造方法。
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