JP3034688B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP3034688B2
JP3034688B2 JP4107330A JP10733092A JP3034688B2 JP 3034688 B2 JP3034688 B2 JP 3034688B2 JP 4107330 A JP4107330 A JP 4107330A JP 10733092 A JP10733092 A JP 10733092A JP 3034688 B2 JP3034688 B2 JP 3034688B2
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茂雄 山下
聡彦 岡
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、p形基板を用いた埋込
ヘテロ構造半導体レ−ザに関する。
【0002】
【従来の技術】半導体レ−ザの低閾値化を達成するため
には、活性領域以外を流れるリ−ク電流の低減が必須で
ある。埋込ヘテロ(BH;Buried Heterostructure)構
造レ−ザでは、従来電流ブロック層としてp-n接合や
高抵抗半導体層(Fe及びTiド−プ等)が用いられてお
り、p基板を用いたBHレ−ザの例としては、アイ・イ
−・イ−・イ− ジャ−ナル・オブ・カンタム・エレクトロニ
クス 25巻 ナンバ−6 1989年 1288頁(IE
EE Journal of Quantum Electronics Vol.25N
o.6 1989 p1288)に記載の如く、有機金属気
相成長(MOCVD;Metalorganic Chemical Vapor
Deposition)法と液相成長(LPE;LiquidPhase E
pitaxy)法の併用によるp-n接合埋込型のBHレ−ザ
がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、埋
込成長にLPE法を用いており、この方法では基板の大
面積化や成長層の高均一化が困難である。大面積化や高
均一化を達成するために埋込成長を含む結晶成長全てを
MOCVD法により行い、p-n接合埋込によるBHレ
−ザを作製すると、図1に示すようにn-InP埋込層6
とn-InP層8、9が繋がり易く(n-n接続ができ易
く)、電流がこのn-n接続を通じて流れるため充分な低
閾値化が行われない。
【0004】本発明の目的は、このようなn-n接続の
無い低リ−ク電流埋込構造を達成することにより、BH
レ−ザの低閾値化を図ることにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では変曲点の無い滑らかな側面形状を持つメ
サストライプを形成し、その埋込成長において第一の半
導体埋込層をメサ側面で特定の面({100}面に対する
角度が76±5°)が現われるまで成長し、且つその後
基板と逆の導電型の第二の半導体埋込層を連続して成長
した。この時第二の半導体埋込層の成長は成長フロント
がメサ最上部に達する前に終了する。
【0006】
【作用】本発明のように第一の半導体埋込層をメサ側面
で特定の面({100}面に対する角度が76±5°)が現
われるまで成長し、引き続き第二の半導体埋込層を成長
すると、第二の半導体埋込層はメサ側面でこの特定の面
を這い上がるように成長する。またこの第二の半導体埋
込層の成長フロントがメサ最上部に達する前に終了する
と、第二の半導体埋込層(n-InP電流ブロック層)はn
-InP層8又は9と完全に分断され、周囲を移動度の小
さいp-InP層5(第一の半導体埋込層)および7で囲わ
れた構造となる。このような構造においては、メサスト
ライプの活性領域以外を流れるリ-ク電流は効果的に抑
止され低閾値半導体レ-ザが実現できる。
【0007】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図2〜4によりI
nGaAsP系BHレ−ザに適用した場合について説明す
る。
【0008】有機金属気相成長(MOCVD)法により、
図2に示すようにp-InP基板1(キャリア濃度4〜6
E18cm-2)にp-InPクラッド層2(キャリア濃度〜1
E18cm-2、厚さ〜2μm)を成長した後アンド-プInG
aAsP/InGaAs MQW活性層3(波長1.3μm、厚
さ〜0.2μm)、n-InPクラッド層4(キャリア濃度〜
2E18cm-2、厚さ〜1μm)を成長する。この時活性層
3はアンド-プInGaAsPバルク活性層でも良く、MQ
W構造に限定されない。その後CVD法によりSiO2
を被着しホトリソ工程を経た後、SiO2膜をマスクとし
てウェットエッチングにより図中に示されるような変曲
点の無い滑らかな側面を有するメサストライプを形成す
る。メサストライプはSiO2膜下部が側面からエッチン
グされSiO2膜がオ−バ−ハング状になるようにする。
また活性層幅は1〜2μm、メサ深さは2.5〜4μmで
ある。次に、SiO2膜を被着したままメサストライプの
側面をp-InP層5(キャリア濃度〜1E18cm-2、厚
さ0.5〜1μm)、n-InP層6(キャリア濃度〜2E1
8cm-2、厚さ0.5〜1μm)、p-InP層7(キャリア濃
度〜2E18cm-2、厚さ1〜3μm)、n-InP層8(キ
ャリア濃度〜2E18cm-2、厚さ〜0.5μm)で埋め込
んだ。n-InP層8へのZnの拡散を極力抑えるためp-
InP層7の初期に低キャリア濃度p-InP層を挿入し
ても良い。この埋込成長において重要なことは、p-In
P層5の膜厚制御である。即ち図3に示すように、メサ
側面においてp-InP層5の成長表面が特定の面(図中
に面Aで表してあり{100}面に対して76±5゜、
{133}面)になるまで成長することが重要である。
このような成長を行った後連続してn-InP層6を成長
すると、n-InP層6は面Aを這い上がるように成長す
る。この時n-InP層6の成長は成長表面と面Aの交点
がメサ最上部に達する前に(SiO2膜に接する前に)終了
する。n-InP層6のメサ側面における面も特定の面
(面A)となる。この様子を図4に示した。以上のように
して埋め込んだ構造においては、n-InPブロック層6
が周囲をp-InP層で囲われた構造となり、リ−ク電流
の要因であるn-n接続の無い理想的なブロック層構造
となる。n-InP層8はp-n接合と再成長界面を分離
するために設けたもので、本発明においては特に挿入を
限定されるものでは無い。
【0009】次に、SiO2膜を除去した後n-InP層9
(キャリア濃度〜2E18cm-2、厚さ〜2μm)、n-In
GaAsPキャップ層10(キャリア濃度>5E18c
m-2、厚さ〜2μm)で平坦に埋め込んだ。その後SiO2
膜11で電流狭窄を行った後n電極12を形成、更に基
板側を研磨してト−タル膜厚100μm程度にした後p
電極13を蒸着により形成し素子化を行った。
【0010】本実施例によるBHレ−ザでは、発振波長
1.3μm、閾電流値10〜12mA、スロ−プ効率0.3
mW/mAの素子が高歩留りで得られ、低リ−ク電流で且
つ低閾値の半導体レ−ザが実現できた。
【0011】本実施例では半導体レ−ザへの適用につい
て説明したが、本発明は半導体レ−ザに限らず電流狭窄
を行う必要のある他のデバイスについても適用可能であ
る。
【0012】
【発明の効果】本発明のように、変曲点の無い滑らかな
側面形状を持つメサストライプを用いp-n接合により
埋め込んだ構造において、メサ側面における成長ハビッ
トを利用して特定の面がでるよう膜厚の制御を行い成長
するとブロック層構造のn-n接続を排除できる。従っ
て、リ−ク電流を低減でき活性領域への効率的な電流注
入が行えるため素子の低閾値化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来例を示す半導体レ−ザの断面図である。
【図2】本発明の一実施例を示す半導体レ−ザの断面図
である。
【図3】本発明の一実施例の要部の説明図である。
【図4】本発明の他の要部の説明図である。
【符号の説明】
1…p-InP基板、2…p-InPクラッド層、3…MQ
W活性層、4…n-InPクラッド層、5…p-InP層、
6…n-InP層、7…p-InP層、8…n-InP層、9
…n-InP層、10…n-InGaAsPキャップ層、11
…SiO2膜、12…n電極、13…p電極、14…Si
2
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 茂雄 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 岡 聡彦 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 菊池 悟 埼玉県入間郡毛呂山町旭台15番地 日立 東部セミコンダクタ株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−231485(JP,A) 特開 平3−270189(JP,A) 特開 昭59−165479(JP,A) 特開 平4−239792(JP,A) 特開 平5−129727(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 JICSTファイル(JOIS)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に、活性層を含む多層構造を
    有し、該多層構造をメサストライプ状に加工し、メサ側
    面を第1の半導体層及び第2の半導体層を含む半導体多
    層膜で埋め込み、且つ該メサ側面が変曲点の無い滑らか
    な曲面を有する半導体装置において、メサストライプ近
    傍における該第1の半導体埋込層と該第2の半導体埋込
    層の界面が{100}面に対して76±5゜であることを
    特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】半導体基板上に、活性層を含む多層構造を
    有し、該多層構造をメサストライプ状に加工し、メサ側
    面を第1の半導体層及び第2の半導体層を含む半導体多
    層膜で埋め込み、且つ該メサ側面が変曲点の無い滑らか
    な曲面を有する半導体装置において、メサストライプ近
    傍における該第1の半導体埋込層の成長面と{100}面
    との成す角度が76±5゜であることを特徴とする半導
    体装置。
  3. 【請求項3】半導体基板上に、活性層を含む多層構造を
    有し、該多層構造をメサストライプ状に加工し、メサ側
    面を第1の半導体層及び第2の半導体層を含む半導体多
    層膜で埋め込み、且つ該メサ側面が変曲点の無い滑らか
    な曲面を有する半導体装置において、メサストライプ近
    傍における該第1の半導体埋込層の成長面(h111)
    が{133}面であること、もしくは{122}面<(h1
    11)<{144}面の範囲にあることを特徴とする半導
    体装置。
  4. 【請求項4】請求項2の半導体装置において、メサスト
    ライプ近傍における該第2の半導体埋込層の活性層に対
    向する面が{100}面に対して76±5゜であることを
    特徴とする半導体装置。
  5. 【請求項5】請求項3の半導体装置において、メサスト
    ライプ近傍における該第2の半導体埋込層の活性層に対
    向する面(h222)が{133}面であること、もしく
    は{122}面<(h222)<{144}面の範囲にある
    ことを特徴とする半導体装置。
  6. 【請求項6】請求項1〜5のいずれかに記載の半導体装
    置において、該半導体基板及び該第1の半導体埋込層が
    p形半導体層であり、且つ該第2の半導体埋込層がn形
    半導体層であることを特徴とする半導体装置。
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