JP3271202B2 - 発光素子及びその製造方法 - Google Patents

発光素子及びその製造方法

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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、例えば面発光型構成の
半導体レーザダイオード(LD)、発光ダイオード(L
ED)等の発光素子とその製造方法に係わる。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザダイオードや発光ダイオー
ドは、光ディスク、光ファイバー通信用光源等として広
く実用化されており、更に高コヒーレンス化や高出力化
等の特性の向上と共に、光変調器などの機能デバイスと
のモノリシック集積化が進められている。特に近年、光
コンピュータ等における並列光情報処理、或いは大容量
並列光伝送などへの応用を考えて、大規模な2次元集積
化の実現が望まれている。
【0003】しかしながら、従来構成の半導体レーザは
劈開により共振器端面を形成しているためモノリシック
な集積が不可能であり、またエッチングにより共振器端
面を形成する場合もその垂直な共振器端面からの光を外
部に取り出すためには劈開が必要となり、同様に集積化
を行えない。これに対して2次元集積化が可能な半導体
レーザとして、基体面に垂直な方向にレーザ光を出射す
る面発光型のレーザが注目されている。
【0004】このような面発光レーザとしては、例えば
通常の半導体レーザの発光端面に対向して、基体に対し
45°の角度をなすミラー面を設け、このミラー面に反
射させてレーザ光を基体面に対し垂直な方向に取り出す
構成が採られる。そしてこのような面発光レーザをモノ
リシック構成として形成するには、一般にRIE(反応
性イオンエッチング)、RIBE(反応性イオンビーム
エッチング)、イオンミリング等の異方性のドライエッ
チングを利用することにより、例えば基体上に形成した
半導体層に対して基体に垂直な方向からと、45°程度
の斜め方向からとの2回の異方性エッチングを行うこと
によってレーザ光出射端面とミラー面とを形成すること
ができ、これによりモノリシックに集積された面発光レ
ーザを得ることができる。
【0005】しかしながらこの方法による場合、光出射
端面をエッチング形成した後、選択マスクを形成して2
回目の結晶成長、選択エッチングが必要であることから
工数が大となって生産性に劣り、また歩留りの低下をも
招来して光集積化を阻む原因となっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、半導体レー
ザダイオードや発光ダイオード等の発光素子において、
その集積化が可能な構成とその製造方法を提供する。
【0007】本発明は、基体上に少なくとも第1のクラ
ッド層、活性層及び第2のクラッド層を設け、エッチン
グ端面より成る光出射端面に対向してマイクロトレン
形成してこのマイクロトレンチの面を外部反射ミラ
ーとして、この外部反射ミラーを少なくともその一部に
凸状曲面を含む構成とする。
【0008】
【0009】また更に本発明は、基体上に少なくとも第
1のクラッド層、活性層及び第2のクラッド層を設け、
エッチング端面より成る光出射端面に対向してマイクロ
トレンチを形成して、このマイクロトレンチの側面を外
部反射ミラーとして、マイクロトレンチ内に透明材料を
埋め込んで、この透明材料の表面は、光出射端面からの
出射光の透過する部分を凹状曲面として構成する。また
本発明は、上述の構成において、外部反射ミラーを、少
なくともその一部に凸状曲面を含む構成とする。
【0010】更に本発明は、基体上に少なくとも第1の
クラッド層、活性層及び第2のクラッド層を形成する工
程と、少なくとも上記第1のクラッド層、上記活性層及
び上記第2のクラッド層を、マスク層を用いて所定のパ
ターンにエッチングを行ってそのエッチング端面を形成
する工程と、このエッチング端面に対向して、少なくと
もその側面の一部に凸状曲面が含まれたマイクロトレン
チを形成する工程とを有し、エッチング端面に対向する
マイクロトレンチの側面を外部反射ミラーとして構成す
る。更にまた本発明は、マイクロトレンチを形成した
後、透明材料を全面的に被着する工程と、透明材料の表
面部分に対し露光、現像を行う工程とを有する。
【0011】
【作用】上述したように本発明においては、図1に示す
如くエッチング端面を形成する際のエッチングによって
同時にマイクロトレンチ7を形成し、その側面7Sを外
部反射ミラーとして構成することから、劈開等の素子分
離を行うことなく基体1に対しほぼ垂直な方向に光出射
される発光素子を得ることができて、このような面発光
型の発光素子を集積化することが可能となり、またその
製造に当たって1回のエッチングにより形成し得ること
から、製造工程数の低減化をはかって生産性の向上をは
かり、また歩留りの向上をはかることができる。
【0012】またこのような構成において、外部反射ミ
ラーとする側面7Sを、少なくともその一部を凸状曲面
として構成することによって、即ち図2に示すように、
凸状の曲線が少なくとも1つ形成された面を含む構成と
することによって、指向性の少ない発光素子を得ること
ができる。
【0013】更にまた、マイクロトレンチ7を埋込むよ
うに透明材料9を被着形成することによって、この透明
材料9を例えば凹レンズとして出射光を拡大させ、指向
性の少ない発光素子を得ることができる。
【0014】
【実施例】以下本発明実施例を図面を参照して詳細に説
明する。先ず図1に示す本発明の一実施例を図3A〜C
の工程図を参照してその製造方法と共に説明する。
【0015】この場合、図3Aに示すように、n型のI
nP等より成る基体1上に、順次例えばn型のGaIn
P等より成る第1のクラッド層2、AlGaInP等よ
り成る活性層3、p型のGaInP等より成る第2のク
ラッド層4を順次MOCVD(有機金属による化学的気
相成長法)等によりエピタキシャル成長し、更にこの場
合Au等より成るp型の電極5Aをスパッタリング等に
より例えば全面的に被着し、この上にフォトレジスト等
のマスク層6を塗布して全面的に被着する。
【0016】そして図3Bに示すように、共振器を構成
する部分を覆う所定のパターンにマスク層6を露光、現
像等によりパターニングし、更にこのマスク層6をマス
クとしてRIE等の異方性エッチングにより電極5Aを
パターニングする。
【0017】そして更に図3Cに示すように、電極5A
をマスクとしてセルフアラインで第2のクラッド層4、
活性層3及び第1のクラッド層2のエッチングを行い、
エッチング端面より成る光出射端面10を形成すると共
に、これと同時にマイクロトレンチ7を形成する。そし
てこの後基体1の裏面に電極5Bをスパッタリング等に
より被着形成してレーザダイオード又は発光ダイオード
等の発光素子を得ることができる。
【0018】このマイクロトレンチ7は例えばRIB
E、又は高電圧下のRIE等により形成することができ
る。マイクロトレンチ7を生じやすい条件としては、例
えば比較的高いエネルギービームを用いることが上げら
れる。即ち高電圧下のエッチングを行い、エッチングビ
ームの縦方向即ち基体1の表面に垂直な方向の指向性を
大とすることにより実現できる。また、比較的高い真空
度とすることも要求され、導入ガス量を小としてエッチ
ングを行うことによってイオン間の散乱をなくし、ビー
ム指向性を大とすることができて、マイクロトレンチ7
を形成することができる。
【0019】このマイクロトレンチ7が発生する原因と
しては、RIEやRIBE等のエッチングの際に、真空
装置内において基体1が他部とはほぼ電気的に独立して
載置されることから、プラズマ発生中に基体1の表面に
空間電荷層が発生して電位が生じ、真空装置内に導入さ
れる反応ガスがこれに作用することによって生じるもの
と思われる。尚、通常の半導体装置の製造工程において
はこのようなマイクロトレンチが不必要に生じないよう
にしているものであるが、本発明はこの現象を積極的に
利用するものである。
【0020】また、マイクロトレンチ7の大きさとして
は、例えばこのレーザダイオードの出射光のビームスポ
ットが1〜2μmφ程度であることから、その深さdを
2〜3μm程度以上とし、幅も2〜3μm程度以上とす
ることが望ましい。
【0021】この例においては、RF(高周波)パワー
密度を2kW/130cm2 、導入ガスとしてArを2
8cc、CH4 を2ccのガス量とし、真空度を2.5
mTorrと比較的低圧下としてRIEを行い、図1に
示すように深さdが2〜3μm程度のマイクロトレンチ
7を光出射端面10と同時に形成することができた。
【0022】このとき、マイクロトレンチ7の側面7S
が基体1の主面に対して成す角度θを45°程度となる
ようにそのエッチング時間を制御することにより、光出
射端面10から出射されるレーザ光又はLED光等の出
射光をこの側面7Sを外部反射ミラーとして反射させた
反射光LO が、基体1の主面に対しほぼ垂直な上方向に
出射されることとなる。この場合少なくともマイクロト
レンチ7の最深部が活性層3より下部の第1のクラッド
層2に達するようにその深さを制御することが必要であ
る。また上述の角度θは45°程度が好ましいが、これ
に限るものではない。
【0023】そして更にこの場合、マイクロトレンチ7
の側面7Sを、凸状の曲線が少なくとも1つ形成された
面を含む構成とし、つまり少なくとも一部を凸状曲面と
することによって、指向性の低い発光素子を得ることが
できて、例えば空間伝送等に利用することによってこの
発光素子から得られる光の受光範囲を大とすることがで
きる。
【0024】また更に図2に示すように、マイクロトレ
ンチ7内に透明材料9を埋め込む構成とし、この透明材
料9の表面を例えば凹状に形成することにより、凹レン
ズを構成し、指向性の低い発光素子を形成することがで
き、同様に受光範囲を広範囲にできる発光素子を形成す
ることができる。
【0025】このような透明材料9の形成方法として
は、例えば図4Aに示すように、フォトレジスト等より
成る透明材料9を全面的に被着した後、比較的弱い露光
用光を用いて図4Bにおいて斜線を付して示すようにそ
の表面部分のみを露光し、現像を施して、図4Cに示す
ようにマイクロトレンチ7内のみにこの透明材料9を埋
込むことができる。この場合その表面は自然発生的に凹
部状に形成され、凹レンズを構成することができる。図
4A〜図4Cにおいて図1と対応する部分には同一符号
を付して重複説明を省略する。
【0026】透明材料9としては、その他樹脂等の光透
過性の材料であれば良く、またその表面が自然に凹部状
となるような材料であれば同様に受光範囲の広い発光素
子を構成することができる。
【0027】尚、上述の例においては電極5Aを光出射
端面10を形成するパターンと同一のパターンとして形
成したが、その他例えば端面10を形成した後、通常の
フォトリソグラフィ等の適用によって形成することもで
きる。
【0028】また本発明は上述の実施例に限定されるこ
となく、その材料構成等において各種の変形変更が可能
であることはいうまでもない。
【0029】
【発明の効果】上述したように本発明によれば光出射端
面と外部反射ミラーとを同時にエッチング形成すること
ができるため、製造工程数の低減化をはかって生産性の
向上をはかり、歩留りの向上をはかることができる。
【0030】また、この外部反射ミラーを構成するマイ
クロトレンチの側面の少なくとも一部を曲面とすること
によって、指向性の少ない発光素子を得ることができ
る。
【0031】更にまた、マイクロトレンチを透明材料に
よって埋込むことによってこの部分を保護することがで
き、また凹レンズ状とすることによって指向性の少ない
発光素子を得ることができ、例えば空間伝送等に利用す
ることによって受光範囲を広くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例の略線的拡大断面図である。
【図2】本発明実施例の略線的拡大断面図である。
【図3】本発明実施例の製造工程図である。
【図4】本発明実施例の製造工程図である。
【符号の説明】
1 基体 2 第1のクラッド層 3 活性層 4 第2のクラッド層 5A 電極 5B 電極 6 マスク層 7 マイクロトレンチ 7S 側面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−340286(JP,A) 特開 平3−145181(JP,A) 特開 昭62−106686(JP,A) 特開 昭60−79791(JP,A) 特開 昭51−139786(JP,A) 特開 平1−189978(JP,A) 特開 平2−231786(JP,A) 特開 昭63−228789(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基体上に少なくとも第1のクラッド層、
    活性層及び第2のクラッド層が設けられ、エッチング端
    面より成る光出射端面に対向してマイクロトレンチが形
    成され、上記マイクロトレンチの側面が外部反射ミラー
    とされ、上記外部反射ミラーは、少なくともその一部に
    凸状曲面を含んで成ることを特徴とする発光素子。
  2. 【請求項2】 基体上に少なくとも第1のクラッド層、
    活性層及び第2のクラッド層が設けられ、エッチング端
    面より成る光出射端面に対向してマイクロトレンチが形
    成され、上記マイクロトレンチの側面が外部反射ミラー
    とされ、上記マイクロトレンチ内に透明材料が埋め込ま
    れ、上記透明材料の表面は、上記光出射端面からの出射
    光の透過する部分が凹状曲面とされて成ることを特徴と
    する発光素子。
  3. 【請求項3】 上記外部反射ミラーは、少なくともその
    一部に凸状曲面を含んで成ることを特徴とする上記請求
    項2に記載の発光素子。
  4. 【請求項4】 基体上に少なくとも第1のクラッド層、
    活性層及び第2のクラッド層を形成する工程と、 少なくとも上記第1のクラッド層、上記活性層及び上記
    第2のクラッド層を、マスク層を用いて所定のパターン
    にエッチングを行ってエッチング端面を形成する工程
    と、 上記エッチング端面に対向して、少なくともその側面の
    一部に凸状曲面を含んで成るマイクロトレンチを形成す
    る工程とを有し、 上記エッチング端面に対向する上記マイクロトレンチの
    上記側面を外部反射ミラーとすることを特徴とする発光
    素子の製造方法。
  5. 【請求項5】 上記マイクロトレンチを形成した後、 透明材料を全面的に被着する工程と、 上記透明材料の表面部分に対し露光、現像を行う工程と
    を有することを特徴とする上記請求項4に記載の発光素
    子の製造方法。
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