JP3355016B2 - 半導体発光装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体発光装置およびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、発光素子、面発光素
子、発光素子アレイなどの半導体発光装置とその製造方
法に関し、より詳しくは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
（１００）基板上に、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法
によりＩＶ族元素をドープしたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体層を成長させることにより、１種類のドーパントを用
いて一回の膜成長で電流閉じこめ用ｐ−ｎ接合を発光領
域周囲に形成させた構造を有する半導体発光装置および
その製造方法に関するものである。
子、発光素子アレイなどの半導体発光装置とその製造方
法に関し、より詳しくは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
（１００）基板上に、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法
によりＩＶ族元素をドープしたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体層を成長させることにより、１種類のドーパントを用
いて一回の膜成長で電流閉じこめ用ｐ−ｎ接合を発光領
域周囲に形成させた構造を有する半導体発光装置および
その製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、面発光素子は、光を発生する活性
領域の上下に反射鏡を設け、基板側に穴を開けて反射鏡
を通してわずかに光が透過して出てくるように設計して
いた。例えば、このような面発光素子としては、図７に
示すように、光を発生する活性領域１の上下にそれぞれ
反射鏡２および３を設け、基板４側に開けた円形孔に設
けた反射鏡２を通してわずかに光が透過して出てくるよ
うな構造のものが知られている。
領域の上下に反射鏡を設け、基板側に穴を開けて反射鏡
を通してわずかに光が透過して出てくるように設計して
いた。例えば、このような面発光素子としては、図７に
示すように、光を発生する活性領域１の上下にそれぞれ
反射鏡２および３を設け、基板４側に開けた円形孔に設
けた反射鏡２を通してわずかに光が透過して出てくるよ
うな構造のものが知られている。
【０００３】この構造の面発光素子の製造では、液相成
長法により、基板４上にｎ−ＧａＡｌＡｓクラッド層
５、活性領域となるＧａＡｓ層１、ｐ−ＧａＡｌＡｓク
ラッド層６、ｐ−ＧａＡｌＡｓキャップ層７を形成し、
活性層１、クラッド層６およびキャップ層７をエッチン
グによりメサ型に残した後、活性領域１を含むメサ構造
の側部周辺に、再成長により、横方向のｐ−ｎ接合領域
（ｐ−ｎ電流狭窄層）８を形成している。なお、図中、
９はＡｕ／Ｇｅ上部電極であり、１０はＡｕ／Ｚｎ下部
環状電極、１１は絶縁層である。
長法により、基板４上にｎ−ＧａＡｌＡｓクラッド層
５、活性領域となるＧａＡｓ層１、ｐ−ＧａＡｌＡｓク
ラッド層６、ｐ−ＧａＡｌＡｓキャップ層７を形成し、
活性層１、クラッド層６およびキャップ層７をエッチン
グによりメサ型に残した後、活性領域１を含むメサ構造
の側部周辺に、再成長により、横方向のｐ−ｎ接合領域
（ｐ−ｎ電流狭窄層）８を形成している。なお、図中、
９はＡｕ／Ｇｅ上部電極であり、１０はＡｕ／Ｚｎ下部
環状電極、１１は絶縁層である。
【０００４】しかしながら、上記従来の面発光素子で
は、電流による活性領域の刺激を効率よく行うために、
できるだけ多くの電流を閉じ込める構造とする必要があ
る。このため、従来の面発光素子は構造が複雑であり、
その製造には複雑なプロセスを必要とするという問題が
あった。
は、電流による活性領域の刺激を効率よく行うために、
できるだけ多くの電流を閉じ込める構造とする必要があ
る。このため、従来の面発光素子は構造が複雑であり、
その製造には複雑なプロセスを必要とするという問題が
あった。
【０００５】この問題点を解決するために、（１１１）
Ａ面を露出したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板の表面に
段差部を設け、この段差部を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体（１１１）Ａ基板上に分子線エピタキシー（ＭＢ
Ｅ）法によりＳｉ（ＩＶ族）ドープＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体層を成長させ、これにより、１種類のドーパント
を用いて１回の成長で電流閉じ込め用ｐ−ｎ接合を発光
領域（活性領域）周囲に形成させた構造を有する面発光
素子が提案されている。
Ａ面を露出したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板の表面に
段差部を設け、この段差部を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体（１１１）Ａ基板上に分子線エピタキシー（ＭＢ
Ｅ）法によりＳｉ（ＩＶ族）ドープＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体層を成長させ、これにより、１種類のドーパント
を用いて１回の成長で電流閉じ込め用ｐ−ｎ接合を発光
領域（活性領域）周囲に形成させた構造を有する面発光
素子が提案されている。
【０００６】しかし、この場合には、ＩＩＩ族元素が表
面に現れている（１１１）Ａ面は不活性であり、Ｖ族元
素が表面に現れている（１１１）Ｂ面に比べて反応性が
低い。そのため、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（１１１）
Ａ基板上へのＭＢＥ法によるＳｉドープＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体層の成長においては、一般に良好な特性を持
つＳｉドープＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長が難し
く、段差部を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（１１
１）Ａ基板の準備の方法、およびＳｉドープＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体層の成長の条件に関して厳しい制限が課
せられているという問題点があった。
面に現れている（１１１）Ａ面は不活性であり、Ｖ族元
素が表面に現れている（１１１）Ｂ面に比べて反応性が
低い。そのため、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（１１１）
Ａ基板上へのＭＢＥ法によるＳｉドープＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体層の成長においては、一般に良好な特性を持
つＳｉドープＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長が難し
く、段差部を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（１１
１）Ａ基板の準備の方法、およびＳｉドープＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体層の成長の条件に関して厳しい制限が課
せられているという問題点があった。
【０００７】また、この問題を解決するために、段差部
を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（１１１）Ｂ基板上
にＭＢＥ法によりＳｉドープＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
層を成長することにより、１種類のドーパントを用いて
１回の成長で電流閉じ込め用ｐ−ｎ接合を発光領域周囲
に形成させた構造を有する面発光素子が、本発明者らに
より提案されている（特願平４−６７９３５号）。しか
し、この場合には、ｐ型領域となるべき斜面を（１１
１）Ａ面としたため、（１１１）Ｂ基板面と斜面とのな
す角が約７０゜と急で、段差加工およびその後のＭＢＥ
成長が難しいという問題点を有していた。
を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（１１１）Ｂ基板上
にＭＢＥ法によりＳｉドープＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
層を成長することにより、１種類のドーパントを用いて
１回の成長で電流閉じ込め用ｐ−ｎ接合を発光領域周囲
に形成させた構造を有する面発光素子が、本発明者らに
より提案されている（特願平４−６７９３５号）。しか
し、この場合には、ｐ型領域となるべき斜面を（１１
１）Ａ面としたため、（１１１）Ｂ基板面と斜面とのな
す角が約７０゜と急で、段差加工およびその後のＭＢＥ
成長が難しいという問題点を有していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、電流
の閉じ込め用横方向ｐ−ｎ接合を用いた、構造が簡単で
製造工程が単純で、かつ素子作製に関する制約の少ない
面発光素子、発光素子、発光素子アレイなどの半導体発
光装置およびその製造方法を提供することにある。
の閉じ込め用横方向ｐ−ｎ接合を用いた、構造が簡単で
製造工程が単純で、かつ素子作製に関する制約の少ない
面発光素子、発光素子、発光素子アレイなどの半導体発
光装置およびその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】斜面として、(１１０)
面、
面、
【００１０】
【外３】 面、(１０１)面、あるいは
【００１１】
【外４】 面を持つような段差部を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体（１００）基板上に、分子線エピタキシー法によりＩ
Ｖ族元素（Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅなど）をドープしたＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体層を成長、形成し、ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体基板の平坦面がｎ型で、斜面がｐ型であるよう
な横方向ｐ−ｎ接合で活性領域を取り囲む構成としたこ
とが、本発明の特徴である。なお、本明細書では、前記
４つの傾斜面を総称して｛１１０｝面と記すこととす
る。
体（１００）基板上に、分子線エピタキシー法によりＩ
Ｖ族元素（Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅなど）をドープしたＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体層を成長、形成し、ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体基板の平坦面がｎ型で、斜面がｐ型であるよう
な横方向ｐ−ｎ接合で活性領域を取り囲む構成としたこ
とが、本発明の特徴である。なお、本明細書では、前記
４つの傾斜面を総称して｛１１０｝面と記すこととす
る。
【００１２】さらに、詳しく説明すると、本発明の半導
体発光装置は、基板面上に四角形領域の平坦面とこの平
坦面を囲む｛１１０｝面からなる傾斜面とから構成され
た段差部を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（１００）
基板上に、ＩＶ族元素がドープされているＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体層が積層されてなる半導体発光装置であっ
て、前記積層半導体層の前記平坦面上の領域がｎ型伝導
性を示すとともに、同積層半導体層の前記傾斜面上の領
域がｐ型伝導性を示し、前記平坦面上のｎ型伝導層とそ
れに２次元的に連続する前記傾斜面上のｐ型伝導層が電
流閉じ込め用の横方向のｐ−ｎ接合層を構成しているこ
とを特徴とする。
体発光装置は、基板面上に四角形領域の平坦面とこの平
坦面を囲む｛１１０｝面からなる傾斜面とから構成され
た段差部を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（１００）
基板上に、ＩＶ族元素がドープされているＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体層が積層されてなる半導体発光装置であっ
て、前記積層半導体層の前記平坦面上の領域がｎ型伝導
性を示すとともに、同積層半導体層の前記傾斜面上の領
域がｐ型伝導性を示し、前記平坦面上のｎ型伝導層とそ
れに２次元的に連続する前記傾斜面上のｐ型伝導層が電
流閉じ込め用の横方向のｐ−ｎ接合層を構成しているこ
とを特徴とする。
【００１３】
【００１４】この半導体発光装置としては、前記横方向
ｐ−ｎ接合を発光の活性領域とした面発光型の装置、端
面出射型の装置、アレイ型の装置を挙げることができ
る。
ｐ−ｎ接合を発光の活性領域とした面発光型の装置、端
面出射型の装置、アレイ型の装置を挙げることができ
る。
【００１５】また、前記構成の半導体発光装置の発光素
子アレイ型の半導体発光装置において、前記傾斜面とし
て、（１００）面を間に挟まずに隣接した（１１０）面
と
子アレイ型の半導体発光装置において、前記傾斜面とし
て、（１００）面を間に挟まずに隣接した（１１０）面
と
【００１６】
【外３】
【００１７】とを用いてもよい。
【００１８】一方、本発明の半導体発光装置の製造方法
は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（１００）基板の基板面
上に四角形領域の平坦面とこの平坦面を囲む｛１１０｝
面からなる傾斜面とを形成して段差部を構成し、この段
差部を有する基板上に、ＩＶ族元素をドープしたＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体層を分子線エピタキシー法により積
層して、該積層半導体層の前記平坦面上の領域にｎ型伝
導性を与えるとともに、前記傾斜面上の領域にｐ型伝導
性を与え、前記平坦面上のｎ型伝導層とそれに２次元的
に連続する前記傾斜面上のｐ型伝導層とにより電流閉じ
込め用の横方向のｐ−ｎ接合層を構成することを特徴と
する。
は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（１００）基板の基板面
上に四角形領域の平坦面とこの平坦面を囲む｛１１０｝
面からなる傾斜面とを形成して段差部を構成し、この段
差部を有する基板上に、ＩＶ族元素をドープしたＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体層を分子線エピタキシー法により積
層して、該積層半導体層の前記平坦面上の領域にｎ型伝
導性を与えるとともに、前記傾斜面上の領域にｐ型伝導
性を与え、前記平坦面上のｎ型伝導層とそれに２次元的
に連続する前記傾斜面上のｐ型伝導層とにより電流閉じ
込め用の横方向のｐ−ｎ接合層を構成することを特徴と
する。
【００１９】前記製造方法において、横方向ｐ−ｎ接合
を形成するのに必要な段差加工を、水酸化アンモニウ
ム、過酸化水素水、および水の混合液中でのウエットエ
ッチングにより行ってもよい。この場合、前記混合液に
おける水の割合が体積比にして９８／１００以上である
ことが好ましい。
を形成するのに必要な段差加工を、水酸化アンモニウ
ム、過酸化水素水、および水の混合液中でのウエットエ
ッチングにより行ってもよい。この場合、前記混合液に
おける水の割合が体積比にして９８／１００以上である
ことが好ましい。
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【作用】前記構成によれば、構造が簡単で製造工程が単
純であり、かつ素子作製に関する制約の少ない面発光素
子、発光素子、発光素子アレイなどの半導体発光装置を
得ることができる。
純であり、かつ素子作製に関する制約の少ない面発光素
子、発光素子、発光素子アレイなどの半導体発光装置を
得ることができる。
【００２３】
【実施例】以下に、本発明の実施例を説明する。
【００２４】（実施例１）図１は、本発明の第１の発明
の実施例を示すもので、本発明に係る半導体面発光素子
の断面構成図である。
の実施例を示すもので、本発明に係る半導体面発光素子
の断面構成図である。
【００２５】この素子の製造においては、まず、ｎ+ −
ＧａＡｓ（１００）基板２１を用意した。このＧａＡｓ
（１００）基板２１上に正方形パターンをフォトリソグ
ラフィ法で形成し、水酸化アンモニウム、過酸化水素
水、および水を成分とする混合液中でのウエットエッチ
ングにより上記ＧａＡｓ（１００）基板２１の基板面に
段差部２１ａを形成した。この方法により形成される段
差部２１ａは、基板２１の表面との角度θが約４５゜の
斜面により囲まれている。この斜面は｛１１０｝面によ
り構成されている。
ＧａＡｓ（１００）基板２１を用意した。このＧａＡｓ
（１００）基板２１上に正方形パターンをフォトリソグ
ラフィ法で形成し、水酸化アンモニウム、過酸化水素
水、および水を成分とする混合液中でのウエットエッチ
ングにより上記ＧａＡｓ（１００）基板２１の基板面に
段差部２１ａを形成した。この方法により形成される段
差部２１ａは、基板２１の表面との角度θが約４５゜の
斜面により囲まれている。この斜面は｛１１０｝面によ
り構成されている。
【００２６】図２は、前記ウエットエッチング用の混合
液中の水酸化アンモニウム：過酸化水素水：水の比率
（体積比）を１：１：９８として、段差部を形成した場
合の段差部断面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真であ
る。混合液中の水の比率が前記比率よりも低い場合、
（１０１）、
液中の水酸化アンモニウム：過酸化水素水：水の比率
（体積比）を１：１：９８として、段差部を形成した場
合の段差部断面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真であ
る。混合液中の水の比率が前記比率よりも低い場合、
（１０１）、
【００２７】
【外４】
【００２８】好ましい特性が得られない。したがって、
今後液中の水の体積比率は９８／１００以上であること
が、好ましく、より好ましくは９９／１００以上である
ことが好ましい。
今後液中の水の体積比率は９８／１００以上であること
が、好ましく、より好ましくは９９／１００以上である
ことが好ましい。
【００２９】このようにして段差加工した基板２１上
に、ＭＢＥ法で、基板温度を６２０℃、Ａｓ4 ／Ｇａフ
ラックス比２、Ｓｉ濃度１×１０18ｃｍ-3の条件で、Ｓ
ｉドープＧａＡｓ膜を成長した。すなわち、まず、Ｓｉ
ドープしたｎ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ多層膜（反射鏡）２
２を成長させた。続いて、Ｓｉドープしたｎ−ＡｌＧａ
Ａｓクラッド層２３を積層した。この上にＳｉドープＧ
ａＡｓ活性層２４を形成した。この活性層２４の上にさ
らにＢｅドープしたＰ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２５お
よびＢｅドープしたｐ+ −ＧａＡｓキャップ層２６を形
成した。
に、ＭＢＥ法で、基板温度を６２０℃、Ａｓ4 ／Ｇａフ
ラックス比２、Ｓｉ濃度１×１０18ｃｍ-3の条件で、Ｓ
ｉドープＧａＡｓ膜を成長した。すなわち、まず、Ｓｉ
ドープしたｎ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ多層膜（反射鏡）２
２を成長させた。続いて、Ｓｉドープしたｎ−ＡｌＧａ
Ａｓクラッド層２３を積層した。この上にＳｉドープＧ
ａＡｓ活性層２４を形成した。この活性層２４の上にさ
らにＢｅドープしたＰ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２５お
よびＢｅドープしたｐ+ −ＧａＡｓキャップ層２６を形
成した。
【００３０】前記ＳｉドープＧａＡｓ活性層２４におい
て、ｐ型、ｎ型の領域が形成されているかどうか、すな
わち、横方向ｐ−ｎ接合が形成されているかどうかの確
認は、活性層２４を形成した段階で、カソードルミネッ
センス（ＣＬ）で評価した。
て、ｐ型、ｎ型の領域が形成されているかどうか、すな
わち、横方向ｐ−ｎ接合が形成されているかどうかの確
認は、活性層２４を形成した段階で、カソードルミネッ
センス（ＣＬ）で評価した。
【００３１】図３に、室温において測定した段差部２１
ａの上平坦面に位置する平坦層２４ａ（（１００）面部
分）と、同段差部２１ａの斜面上に位置する傾斜層（斜
面部分）２４ｂのＣＬ発光スペクトルを示した。図３か
ら分かるように、傾斜層からの発光のピーク波長（８５
９ｎｍ）は基板面からの発光のピーク波長（８５４ｎ
ｍ）と異なる。それぞれがｐ型、ｎ型に特徴的な発光波
長であることから、活性層２４では、ｐ型傾斜層２４ｂ
とｎ型基板面２４ａとが分離、形成され、四角形状の横
方向に並んだｐ−ｎ接合が形成されていることが分かっ
た。なお、この構造において、前記基板面２４ａが活性
領域を構成する。
ａの上平坦面に位置する平坦層２４ａ（（１００）面部
分）と、同段差部２１ａの斜面上に位置する傾斜層（斜
面部分）２４ｂのＣＬ発光スペクトルを示した。図３か
ら分かるように、傾斜層からの発光のピーク波長（８５
９ｎｍ）は基板面からの発光のピーク波長（８５４ｎ
ｍ）と異なる。それぞれがｐ型、ｎ型に特徴的な発光波
長であることから、活性層２４では、ｐ型傾斜層２４ｂ
とｎ型基板面２４ａとが分離、形成され、四角形状の横
方向に並んだｐ−ｎ接合が形成されていることが分かっ
た。なお、この構造において、前記基板面２４ａが活性
領域を構成する。
【００３２】この面発光素子では、前記キャップ層２６
の中央平坦層をエッチングした後、絶縁膜２７、電極２
８を積層し、最後に前記キャップ層２６の露出面上に反
射膜２９を積層した。なお、前記基板２１の反対面に
は、電極３０を形成する。この面発光素子では、この反
射鏡２２と前記反射鏡２９とにより、共振器として作用
し、図の上面から光出力する。
の中央平坦層をエッチングした後、絶縁膜２７、電極２
８を積層し、最後に前記キャップ層２６の露出面上に反
射膜２９を積層した。なお、前記基板２１の反対面に
は、電極３０を形成する。この面発光素子では、この反
射鏡２２と前記反射鏡２９とにより、共振器として作用
し、図の上面から光出力する。
【００３３】前記面発光素子では、従来２回対称性しか
持たないために等価な面で１つの領域を囲むことは本質
的に不可能であるとされていた（１００）面において、
上述のような特殊な段差加工を行うことにより（１０
０）基板面を同じ性質を持つ４つの｛１１０｝面により
囲むことができる。このため、正方形パターンを採用す
ることにより、面発光素子を２次元的に並べた構造を容
易に実現することができる。
持たないために等価な面で１つの領域を囲むことは本質
的に不可能であるとされていた（１００）面において、
上述のような特殊な段差加工を行うことにより（１０
０）基板面を同じ性質を持つ４つの｛１１０｝面により
囲むことができる。このため、正方形パターンを採用す
ることにより、面発光素子を２次元的に並べた構造を容
易に実現することができる。
【００３４】（実施例２）実施例１で採用したのと同じ
段差加工方法によりＧａＡｓ（１００）面上に｛１１
０｝面を斜面とするストライブ形状の段差部を形成した
上に、実施例１で採用したのと同じＭＢＥ成長条件にて
ＳｉドープＧａＡｓ層を形成した。この上に、電極を形
成することにより、横方向ｐ−ｎ接合に電流を注入し、
そこからの発光を観測した。発光は、基板面に平行な方
向（図４（ａ））および基板面に垂直な方向（図４
（ｂ））に観測され、本発明の方法により作成した横方
向ｐ−ｎ接合を発光の活性領域として用いることも可能
であり、横方向ｐ−ｎ接合の両端に共振鏡を形成するこ
とにより横方向ｐ−ｎ接合を活性領域とした端面出射型
の発光素子（図４（ａ）の場合）、および面発光素子
（図４（ｂ）の場合）が作製できることが分かる。
段差加工方法によりＧａＡｓ（１００）面上に｛１１
０｝面を斜面とするストライブ形状の段差部を形成した
上に、実施例１で採用したのと同じＭＢＥ成長条件にて
ＳｉドープＧａＡｓ層を形成した。この上に、電極を形
成することにより、横方向ｐ−ｎ接合に電流を注入し、
そこからの発光を観測した。発光は、基板面に平行な方
向（図４（ａ））および基板面に垂直な方向（図４
（ｂ））に観測され、本発明の方法により作成した横方
向ｐ−ｎ接合を発光の活性領域として用いることも可能
であり、横方向ｐ−ｎ接合の両端に共振鏡を形成するこ
とにより横方向ｐ−ｎ接合を活性領域とした端面出射型
の発光素子（図４（ａ）の場合）、および面発光素子
（図４（ｂ）の場合）が作製できることが分かる。
【００３５】さらに、ストライプ列を図５（ａ）のよう
に形成することにより１次元の発光素子アレイが作製で
きる。このときの隣り合う発光点の高さが異なるために
生じるジグザグが好ましくないという場合には、図５
（ｂ）のように、（１００）面を間に挟まずに（１１
０）面と
に形成することにより１次元の発光素子アレイが作製で
きる。このときの隣り合う発光点の高さが異なるために
生じるジグザグが好ましくないという場合には、図５
（ｂ）のように、（１００）面を間に挟まずに（１１
０）面と
【００３６】
【外５】
【００３７】隣接させたストライプ列とすることにより
一直線上に並んだ１次元の発光素子アレイが作製でき
る。同様に、斜面として（１０１）面と
一直線上に並んだ１次元の発光素子アレイが作製でき
る。同様に、斜面として（１０１）面と
【００３８】
【外６】
【００３９】用いて発光素子アレイを作製することも出
来る。
来る。
【００４０】（参考例１） まず、ＧａＡｓ（１１１）Ｂ基板を用意した。このＧａ
Ａｓ（１１１）Ｂ基板上に正三角形パターンをフォトリ
ソグラフィ法で形成し、燐酸、過酸化水素水、および水
を３：１：３０の比率（体積比）にて混合した混合液中
でのウエットエッチングにより上記ＧａＡｓ（１１１）
Ｂ基板の基板面に段差部を形成した。この方法により形
成される段差部は、基板面と約３５゜の角度をなす斜面
を持ち、斜面は（１１０）面により構成されている。混
合液中の水の比率が前記比率よりも低い場合、形成され
る段差部が基板面となす角は３５゜よりも大きく、（１
１０）斜面は形成されない。このようにして段差加工し
た基板上に、ＭＢＥ法で、基板温度を６２０℃、Ａｓ４
／Ｇａフラックス比２、Ｓｉ濃度１×１０１８ｃｍ−
３の条件で、ＳｉドープＧａＡｓ膜を成長した。
Ａｓ（１１１）Ｂ基板上に正三角形パターンをフォトリ
ソグラフィ法で形成し、燐酸、過酸化水素水、および水
を３：１：３０の比率（体積比）にて混合した混合液中
でのウエットエッチングにより上記ＧａＡｓ（１１１）
Ｂ基板の基板面に段差部を形成した。この方法により形
成される段差部は、基板面と約３５゜の角度をなす斜面
を持ち、斜面は（１１０）面により構成されている。混
合液中の水の比率が前記比率よりも低い場合、形成され
る段差部が基板面となす角は３５゜よりも大きく、（１
１０）斜面は形成されない。このようにして段差加工し
た基板上に、ＭＢＥ法で、基板温度を６２０℃、Ａｓ４
／Ｇａフラックス比２、Ｓｉ濃度１×１０１８ｃｍ−
３の条件で、ＳｉドープＧａＡｓ膜を成長した。
【００４１】横方向ｐ−ｎ接合が形成されているかどう
かの確認は、カソードルミネセンス（ＣＬ）で評価し
た。
かの確認は、カソードルミネセンス（ＣＬ）で評価し
た。
【００４２】図６に室温において測定した（１１１）Ｂ
基板面部分（平坦層）および斜面部分（傾斜層）のＣＬ
発光スペクトルを示した。図６から分かるように、斜面
からの発光のピーク波長（８７１ｎｍ）は、基板面から
の発光のピーク波長（８５４ｎｍ）と異なり、それぞれ
がｐ型、ｎ型に特徴的な発光波長であることから、ｐ型
斜面とｎ型基板面とが分離され、三角形状の横方向ｐ−
ｎ接合が形成されていることが分かる。
基板面部分（平坦層）および斜面部分（傾斜層）のＣＬ
発光スペクトルを示した。図６から分かるように、斜面
からの発光のピーク波長（８７１ｎｍ）は、基板面から
の発光のピーク波長（８５４ｎｍ）と異なり、それぞれ
がｐ型、ｎ型に特徴的な発光波長であることから、ｐ型
斜面とｎ型基板面とが分離され、三角形状の横方向ｐ−
ｎ接合が形成されていることが分かる。
【００４３】この面発光素子では、前記（１１１）Ｂ面
は３回対称性を有する結晶面であるため、正三角形の周
囲の３つの斜面には全て同じ性質を持たせることができ
る。このため、正三角形パターンでは、面発光素子を２
次元的に並べた構造を容易に実現できる。
は３回対称性を有する結晶面であるため、正三角形の周
囲の３つの斜面には全て同じ性質を持たせることができ
る。このため、正三角形パターンでは、面発光素子を２
次元的に並べた構造を容易に実現できる。
【００４４】（参考例２）参考例１ で採用したのと同じ段差加工方法によりＧａＡ
ｓ（１１１）Ｂ面上に（１１０）面を斜面とするストラ
イプ形状の段差部を形成した上に、実施例３で採用した
のと同じＭＢＥ成長条件にてＳｉドープＧａＳｉ層を形
成した。この上に、電極を形成することにより、横方向
ｐ−ｎ接合に電流を注入し、そこからの発光を観測し
た。発光は、基板面に平行な方向および基板面に垂直な
方向に観測され、本発明の方法により作製した横方向ｐ
−ｎ接合を発光の活性領域として用いることも可能であ
り、横方向ｐ−ｎ接合の両端に共振鏡を形成することに
より横方向ｐ−ｎ接合を活性領域とした発光素子、およ
び面発光素子が作製できることが分かる。
ｓ（１１１）Ｂ面上に（１１０）面を斜面とするストラ
イプ形状の段差部を形成した上に、実施例３で採用した
のと同じＭＢＥ成長条件にてＳｉドープＧａＳｉ層を形
成した。この上に、電極を形成することにより、横方向
ｐ−ｎ接合に電流を注入し、そこからの発光を観測し
た。発光は、基板面に平行な方向および基板面に垂直な
方向に観測され、本発明の方法により作製した横方向ｐ
−ｎ接合を発光の活性領域として用いることも可能であ
り、横方向ｐ−ｎ接合の両端に共振鏡を形成することに
より横方向ｐ−ｎ接合を活性領域とした発光素子、およ
び面発光素子が作製できることが分かる。
【００４５】
【００４６】
【発明の効果】本発明の半導体発光装置は、段差加工し
たＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板の上に、分子線エピタ
キシー（ＭＢＥ）法によりＩＶ族元素をドープしたＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体層を成長させて、平坦面でｎ型の
伝導型を有し、１回の成長で１種類のドーパントを用い
るだけで段差部により形成される斜面上でｐ型の伝導型
を有する電流閉じ込め用の横方向ｐ−ｎ接合で活性領域
を取り囲む構造を有するものであるから、キャリアの閉
じこめができる横方向ｐ−ｎ接合を活性領域の周囲に持
った簡単な構造を有する２次元的に配列した面発光素子
を、容易に得ることができる。
たＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板の上に、分子線エピタ
キシー（ＭＢＥ）法によりＩＶ族元素をドープしたＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体層を成長させて、平坦面でｎ型の
伝導型を有し、１回の成長で１種類のドーパントを用い
るだけで段差部により形成される斜面上でｐ型の伝導型
を有する電流閉じ込め用の横方向ｐ−ｎ接合で活性領域
を取り囲む構造を有するものであるから、キャリアの閉
じこめができる横方向ｐ−ｎ接合を活性領域の周囲に持
った簡単な構造を有する２次元的に配列した面発光素子
を、容易に得ることができる。
【００４７】また、本発明の方法により形成した横方向
ｐ−ｎ接合は、発光の活性領域として用いることができ
るので、この横方向ｐ−ｎ接合を発光の活性領域として
用いた発光素子、発光素子アレイ、面発光素子を容易に
作製することができる。
ｐ−ｎ接合は、発光の活性領域として用いることができ
るので、この横方向ｐ−ｎ接合を発光の活性領域として
用いた発光素子、発光素子アレイ、面発光素子を容易に
作製することができる。
【図１】横方向ｐ−ｎ接合を持つ本発明にかかる面発光
素子の一例を示す断面構成図である。
素子の一例を示す断面構成図である。
【図２】基板上の段差部の断面の走査電子顕微鏡写真で
ある。
ある。
【図３】基板上の段差部の（１００）平坦層（基板面部
分）および（１０１）斜面部分（傾斜層）のカソードル
ミネッセンスの発光スペクトル図である。
分）および（１０１）斜面部分（傾斜層）のカソードル
ミネッセンスの発光スペクトル図である。
【図４】本願の半導体発光装置における光の射出方向を
説明する要部の斜視図であり、（ａ）図は、端面出射型
構成を示し、（ｂ）図は面発光型構成を示したものであ
る。
説明する要部の斜視図であり、（ａ）図は、端面出射型
構成を示し、（ｂ）図は面発光型構成を示したものであ
る。
【図５】本発明の発光素子アレイにおける発光点の位置
（丸印で示す）を説明する要部の斜視図であり、（ａ）
図は、発光点の高さがジグザグが存在する構成を示し、
（ｂ）図は、発光点が一直線上に並んだ構成を示したも
のである。
（丸印で示す）を説明する要部の斜視図であり、（ａ）
図は、発光点の高さがジグザグが存在する構成を示し、
（ｂ）図は、発光点が一直線上に並んだ構成を示したも
のである。
【図６】基板上の段差部の（１１１）Ｂ基板面部分およ
び（１１０）斜面部分のカソードルミネッセンスの発光
スペクトル図である。
び（１１０）斜面部分のカソードルミネッセンスの発光
スペクトル図である。
【図７】従来の面発光素子の一例を示す断面構成図であ
る。
る。
２１ その表面が（１００）面となっているＧａＡｓ基
板 ２１ａ 段差部 ２２ Ｓｉドープしたｎ−ＡｌＡｓ・／ＧａＡｓ多層膜
（反射膜） ２３ Ｓｉドープしたｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層 ２４ ＳｉドープしたＧａＡｓ活性層 ２４ａ ｎ型上部平坦層 ２４ｂ ｐ型傾斜層 ２４ｃ ｎ型下部平坦層 ２５ Ｂｅドープしたｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層 ２６ Ｂｅドープしたｐ−ＧａＡｓキャップ層 ２７ 絶縁層 ２８ 電極 ２９ 反射膜 ３０ 電極
板 ２１ａ 段差部 ２２ Ｓｉドープしたｎ−ＡｌＡｓ・／ＧａＡｓ多層膜
（反射膜） ２３ Ｓｉドープしたｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層 ２４ ＳｉドープしたＧａＡｓ活性層 ２４ａ ｎ型上部平坦層 ２４ｂ ｐ型傾斜層 ２４ｃ ｎ型下部平坦層 ２５ Ｂｅドープしたｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層 ２６ Ｂｅドープしたｐ−ＧａＡｓキャップ層 ２７ 絶縁層 ２８ 電極 ２９ 反射膜 ３０ 電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−84186（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−146788（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−226778（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−79471（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 33/00 H01L 21/203 H01S 5/00 - 5/50 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (8)
- 【請求項１】 基板面上に四角形領域の平坦面とこの平
坦面を囲む｛１１０｝面からなる傾斜面とから構成され
た段差部を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（１００）
基板上に、ＩＶ族元素がドープされているＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体層が積層されてなる半導体発光装置であっ
て、 前記積層半導体層の前記平坦面上の領域がｎ型伝導性を
示すとともに、該積層半導体層の前記傾斜面上の領域が
ｐ型伝導性を示し、前記平坦面上のｎ型伝導層とそれに
２次元的に連続する前記傾斜面上のｐ型伝導層とが電流
閉じ込め用の横方向のｐ−ｎ接合層を構成していること
を特徴とする半導体発光装置。 - 【請求項２】 前記横方向ｐ−ｎ接合を発光の活性領域
としたことを特徴とする面発光型の請求項１に記載の半
導体発光装置。 - 【請求項３】 前記横方向ｐ−ｎ接合を発光の活性領域
としたことを特徴とする端面出射型の請求項１に記載の
半導体発光装置。 - 【請求項４】 前記横方向ｐ−ｎ接合を発光の活性領域
としたことを特徴とするアレイ型の請求項１に記載の半
導体発光装置。 - 【請求項５】 前記傾斜面として、（１００）面を間に
挟まずに隣接した（１１０）面と 【外１】 面とを、または隣接した(１０１)と 【外２】 面とを用いたことを特徴とする請求項４に記載の半導体
発光装置。 - 【請求項６】 ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（１００）基
板の基板面上に四角形領域の平坦面とこの平坦面を囲む
｛１１０｝面からなる傾斜面とを形成して段差部を構成
し、この段差部を有する基板上に、ＩＶ族元素をドープ
したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を分子線エピタキシー
法により積層して、該積層半導体層の前記平坦面上の領
域にｎ型伝導性を与えるとともに、前記傾斜面上の領域
にｐ型伝導性を与え、前記平坦面上のｎ型伝導層とそれ
に２次元的に連続する前記傾斜面上のｐ型伝導層とによ
り電流閉じ込め用の横方向のｐ−ｎ接合層を構成するこ
とを特徴とする半導体発光装置の製造方法。 - 【請求項７】 前記横方向ｐ−ｎ接合を形成するのに必
要な段差加工を、水酸化アンモニウム、過酸化水素水、
および水の混合液中でのウエットエッチングにより行う
ことを特徴とする請求項６に記載の半導体発光装置の製
造方法。 - 【請求項８】 前記混合液における水の割合が体積比に
して９８／１００以上であることを特徴とする請求項７
に記載の半導体発光装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4279994A JP3355016B2 (ja) | 1994-03-14 | 1994-03-14 | 半導体発光装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4279994A JP3355016B2 (ja) | 1994-03-14 | 1994-03-14 | 半導体発光装置およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07249794A JPH07249794A (ja) | 1995-09-26 |
| JP3355016B2 true JP3355016B2 (ja) | 2002-12-09 |
Family
ID=12646019
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4279994A Expired - Fee Related JP3355016B2 (ja) | 1994-03-14 | 1994-03-14 | 半導体発光装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3355016B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4604468B2 (ja) * | 2003-07-31 | 2011-01-05 | 富士ゼロックス株式会社 | 発光素子アレイ |
-
1994
- 1994-03-14 JP JP4279994A patent/JP3355016B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07249794A (ja) | 1995-09-26 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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