JP3400843B2 - 半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents
半導体発光素子およびその製造方法Info
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- JP3400843B2 JP3400843B2 JP02736994A JP2736994A JP3400843B2 JP 3400843 B2 JP3400843 B2 JP 3400843B2 JP 02736994 A JP02736994 A JP 02736994A JP 2736994 A JP2736994 A JP 2736994A JP 3400843 B2 JP3400843 B2 JP 3400843B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体発光素子および
その製造方法に関するものであり、詳しくは、エッチン
グ阻止層を利用して形成されるリッジ（ｒｉｄｇｅ) 又
はグルーブ（ｇｒｏｏｖｅ）を有する半導体発光素子の
製造方法に関するものである。
その製造方法に関するものであり、詳しくは、エッチン
グ阻止層を利用して形成されるリッジ（ｒｉｄｇｅ) 又
はグルーブ（ｇｒｏｏｖｅ）を有する半導体発光素子の
製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】リッジ又はグルーブを有する半導体発光
素子は、活性層上に配置された上側クラッド層の一部を
エッチング除去することにより製造される。斯かる半導
体発光素子は、活性層と上側クラッド層との間にエッチ
ング阻止層を配置する方法によって再現性良く製造する
ことが出来る。
素子は、活性層上に配置された上側クラッド層の一部を
エッチング除去することにより製造される。斯かる半導
体発光素子は、活性層と上側クラッド層との間にエッチ
ング阻止層を配置する方法によって再現性良く製造する
ことが出来る。
【０００３】特開平５−２５９５７４号公報には、エッ
チング阻止層を利用して製造される半導体発光素子とし
て、第１導電型基板上に、順次、第１導電型下側クラッ
ド層、活性層、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓから成る第２導電型
第１上側クラッド層、ＡｌxＧａ1-x Ａｓから成る第２
導電型エッチング阻止層、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓから成る
第２導電型第２上側クラッド層を配置して成り、第１上
側クラッド層のＸ（混晶比）を０．３８〜０．６、エッ
チング阻止層のＸを０．６以上、第２上側クラッド層の
Ｘを０．３８〜０．６とした半導体発光素子が提案され
ている。
チング阻止層を利用して製造される半導体発光素子とし
て、第１導電型基板上に、順次、第１導電型下側クラッ
ド層、活性層、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓから成る第２導電型
第１上側クラッド層、ＡｌxＧａ1-x Ａｓから成る第２
導電型エッチング阻止層、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓから成る
第２導電型第２上側クラッド層を配置して成り、第１上
側クラッド層のＸ（混晶比）を０．３８〜０．６、エッ
チング阻止層のＸを０．６以上、第２上側クラッド層の
Ｘを０．３８〜０．６とした半導体発光素子が提案され
ている。
【０００４】上記の半導体発光素子は、混晶比０．６以
上のＡｌＧａＡｓが有機酸と過酸化水素との混合エッチ
ング水溶液に対して耐エッチング性を有することを利用
し、第２上側クラッド層を上記の混合エッチング水溶液
で処理するリッジ形成工程を含む方法によって製造され
る。
上のＡｌＧａＡｓが有機酸と過酸化水素との混合エッチ
ング水溶液に対して耐エッチング性を有することを利用
し、第２上側クラッド層を上記の混合エッチング水溶液
で処理するリッジ形成工程を含む方法によって製造され
る。
【０００５】ところで、一般的に言って、ＡｌＧａＡｓ
系材料においては、Ａｌの含有率が低い程、半導体発光
素子の寿命および性能の点で有利である。すなわち、Ａ
ｌの含有率が低いＡｌＧａＡｓ系材料は酸化され難いた
め、半導体発光素子の長寿命化を図ることが出来る。ま
た、Ａｌの含有率が低いＡｌＧａＡｓ系材料のエピタキ
シャル層の表面に他の材料を再成長させる際、界面を良
好に維持することが出来るため、再成長エピタキシャル
層の結晶性が高められる。その結果、半導体発光素子の
しきい値電流密度を低くし、また、量子効率を向上させ
ることが出来る。
系材料においては、Ａｌの含有率が低い程、半導体発光
素子の寿命および性能の点で有利である。すなわち、Ａ
ｌの含有率が低いＡｌＧａＡｓ系材料は酸化され難いた
め、半導体発光素子の長寿命化を図ることが出来る。ま
た、Ａｌの含有率が低いＡｌＧａＡｓ系材料のエピタキ
シャル層の表面に他の材料を再成長させる際、界面を良
好に維持することが出来るため、再成長エピタキシャル
層の結晶性が高められる。その結果、半導体発光素子の
しきい値電流密度を低くし、また、量子効率を向上させ
ることが出来る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、リッ
ジ又はグルーブを有する半導体発光素子の一層の多様化
を図ることにあり、混晶比が０．６以上のＡｌx Ｇａ
1-x Ａｓから成るエッチング阻止層を利用した公知の半
導体発光素子と異なり、混晶比が０．６未満のＡｌx Ｇ
ａ1-x Ａｓから成るエッチング阻止層を利用した新規な
半導体発光素子およびその製造方法を提供することにあ
る。
ジ又はグルーブを有する半導体発光素子の一層の多様化
を図ることにあり、混晶比が０．６以上のＡｌx Ｇａ
1-x Ａｓから成るエッチング阻止層を利用した公知の半
導体発光素子と異なり、混晶比が０．６未満のＡｌx Ｇ
ａ1-x Ａｓから成るエッチング阻止層を利用した新規な
半導体発光素子およびその製造方法を提供することにあ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の第１
の要旨は、活性層上に設けられた上側クラッド層の一部
をエッチング除去して形成されたリッジ又はグルーブを
有する半導体発光素子において、第１導電型基板上に、
少なくとも、第１導電型下側クラッド層、活性層、第２
導電型第１上側クラッド層、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓから成
る第２導電型エッチング阻止層、Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓか
ら成る第２導電型第２上側クラッド層を順次に配置し、
前記の混晶比ｘ及びｙが次の条件を満足することを特徴
とする半導体発光素子に存する。
の要旨は、活性層上に設けられた上側クラッド層の一部
をエッチング除去して形成されたリッジ又はグルーブを
有する半導体発光素子において、第１導電型基板上に、
少なくとも、第１導電型下側クラッド層、活性層、第２
導電型第１上側クラッド層、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓから成
る第２導電型エッチング阻止層、Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓか
ら成る第２導電型第２上側クラッド層を順次に配置し、
前記の混晶比ｘ及びｙが次の条件を満足することを特徴
とする半導体発光素子に存する。
【数２】ｘ＜０．６
ｘ−ｙ≧０．１
【０００８】そして、本発明の第２の要旨は、第１導電
型基板上に、少なくとも、第１導電型下側クラッド層、
活性層、第２導電型第１上側クラッド層、Ａｌx Ｇａ
1-x Ａｓ（ｘ＜０．６）から成る第２導電型エッチング
阻止層、Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ（ｘ−ｙ≧０．１）から成
る第２導電型第１上側クラッド層を順次に結晶成長させ
る工程と、第２導電型第２上側クラッド層を有機酸と過
酸化水素との混合エッチング水溶液で処理するリッジ又
はグルーブ形成工程とを含むことを特徴とする半導体発
光素子の製造方法に存する。
型基板上に、少なくとも、第１導電型下側クラッド層、
活性層、第２導電型第１上側クラッド層、Ａｌx Ｇａ
1-x Ａｓ（ｘ＜０．６）から成る第２導電型エッチング
阻止層、Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ（ｘ−ｙ≧０．１）から成
る第２導電型第１上側クラッド層を順次に結晶成長させ
る工程と、第２導電型第２上側クラッド層を有機酸と過
酸化水素との混合エッチング水溶液で処理するリッジ又
はグルーブ形成工程とを含むことを特徴とする半導体発
光素子の製造方法に存する。
【０００９】以下、本発明を詳細に説明する。先ず、本
発明の半導体発光素子について説明する。本発明の半導
体発光素子において、第１導電型基板としては、通常、
所謂III −Ｖ族化合物単結晶基板（ウエハ）が使用され
る。III −Ｖ族化合物単結晶基板は、周期律表の第III
b 族元素と第Ｖb 族元素との化合物のバルク結晶から切
り出して得られる。本発明においては、後述のＡｌＧａ
Ａｓ混晶との格子整合性を考慮し、ＧａＰ、ＧａＡｓ、
ＩｎＰの群から選択されるウエハが使用される。これら
の中では、特にＧａＡｓが好適に使用される。
発明の半導体発光素子について説明する。本発明の半導
体発光素子において、第１導電型基板としては、通常、
所謂III −Ｖ族化合物単結晶基板（ウエハ）が使用され
る。III −Ｖ族化合物単結晶基板は、周期律表の第III
b 族元素と第Ｖb 族元素との化合物のバルク結晶から切
り出して得られる。本発明においては、後述のＡｌＧａ
Ａｓ混晶との格子整合性を考慮し、ＧａＰ、ＧａＡｓ、
ＩｎＰの群から選択されるウエハが使用される。これら
の中では、特にＧａＡｓが好適に使用される。
【００１０】本発明の半導体発光素子は、第１導電型基
板上に、少なくとも、第１導電型下側クラッド層、活性
層、第２導電型第１上側クラッド層、Ａｌx Ｇａ1-x Ａ
ｓから成る第２導電型エッチング阻止層、Ａｌy Ｇａ
1-y Ａｓから成る第２導電型第２上側クラッド層を順次
に配置した構造を有する。
板上に、少なくとも、第１導電型下側クラッド層、活性
層、第２導電型第１上側クラッド層、Ａｌx Ｇａ1-x Ａ
ｓから成る第２導電型エッチング阻止層、Ａｌy Ｇａ
1-y Ａｓから成る第２導電型第２上側クラッド層を順次
に配置した構造を有する。
【００１１】図１は、本発明の半導体発光素子における
エピ構造の一例を示す模式的説明図であり、図中、
（１）は基板、（２）はバッファ層、（３）は下側クラ
ッド層、（４）は活性層、（５）は第１上側クラッド
層、（６）はエッチング阻止層、（７）は第２上側クラ
ッド層、（８）はキャップ層を表す。本発明の半導体発
光素子は、上記の様にダブルヘテロ接合を有し、各層
は、エピタキシャル薄膜として形成される。
エピ構造の一例を示す模式的説明図であり、図中、
（１）は基板、（２）はバッファ層、（３）は下側クラ
ッド層、（４）は活性層、（５）は第１上側クラッド
層、（６）はエッチング阻止層、（７）は第２上側クラ
ッド層、（８）はキャップ層を表す。本発明の半導体発
光素子は、上記の様にダブルヘテロ接合を有し、各層
は、エピタキシャル薄膜として形成される。
【００１２】バッファ層（２）は、好ましい態様とし
て、基板バルク結晶の不完全性を緩和し、結晶軸を同一
にしたエピタキシャル薄膜の形成を容易にするために使
用される。バッファ層（２）は、基板（１）と同一の化
合物で構成するのが好ましく、基板（１）としてＧａＡ
ｓを使用した場合は、バッファ層（２）にはＧａＡｓが
使用される。
て、基板バルク結晶の不完全性を緩和し、結晶軸を同一
にしたエピタキシャル薄膜の形成を容易にするために使
用される。バッファ層（２）は、基板（１）と同一の化
合物で構成するのが好ましく、基板（１）としてＧａＡ
ｓを使用した場合は、バッファ層（２）にはＧａＡｓが
使用される。
【００１３】下側クラッド層（３）は、通常、活性層
（４）の屈折率より小さな屈折率を有する材料で構成さ
れ、バッファ層（２）としてＧａＡｓを使用した場合
は、通常、ＡｌＧａＡｓ系材料（Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ）
が使用され、その混晶比は、屈折率が上記の条件を満足
する様に適宜選択される。通常、混晶比は０．１５〜
０．４５の範囲とされる。
（４）の屈折率より小さな屈折率を有する材料で構成さ
れ、バッファ層（２）としてＧａＡｓを使用した場合
は、通常、ＡｌＧａＡｓ系材料（Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ）
が使用され、その混晶比は、屈折率が上記の条件を満足
する様に適宜選択される。通常、混晶比は０．１５〜
０．４５の範囲とされる。
【００１４】活性層（４）は、ＧａＡｓ材料、ＡｌＧａ
Ａｓ系材料、ＩｎＧａＡｓ系材料、ＩｎＧａＡｓＰ系材
料などによって構成され、その構造としては、例えば、
上記の材料の薄膜から成る各種の量子井戸構造（ＳＱ
Ｗ、ＭＱＷ）等を採用することが出来る。そして、活性
層（４）には、通常、光ガイド層が併用される。光ガイ
ド層の構造としては、活性層の両側に光ガイド層を設け
た構造（ＳＣＨ構造）、光ガイド層の組成を徐々に変化
させることにより屈折率を連続的に変化させた構造（Ｇ
ＲＩＮ−ＳＣＨ構造）等を採用することが出来る。活性
層（４）の材料および構造は、目的とする発光波長や出
力などによって適宜選択される。
Ａｓ系材料、ＩｎＧａＡｓ系材料、ＩｎＧａＡｓＰ系材
料などによって構成され、その構造としては、例えば、
上記の材料の薄膜から成る各種の量子井戸構造（ＳＱ
Ｗ、ＭＱＷ）等を採用することが出来る。そして、活性
層（４）には、通常、光ガイド層が併用される。光ガイ
ド層の構造としては、活性層の両側に光ガイド層を設け
た構造（ＳＣＨ構造）、光ガイド層の組成を徐々に変化
させることにより屈折率を連続的に変化させた構造（Ｇ
ＲＩＮ−ＳＣＨ構造）等を採用することが出来る。活性
層（４）の材料および構造は、目的とする発光波長や出
力などによって適宜選択される。
【００１５】第１上側クラッド層（５）は、活性層
（４）の屈折率より小さな屈折率を有する材料で構成さ
れる。そして、第１上側クラッド層（５）の屈折率は、
通常、下側クラッド層（３）のそれと同一とされる。従
って、第１上側クラッド層（５）の材料としては、下側
クラッド層（３）と同様に、通常、ＡｌＧａＡｓ系材料
（Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ）が使用され、その混晶比は、下
側クラッド層（３）と同一とされる。
（４）の屈折率より小さな屈折率を有する材料で構成さ
れる。そして、第１上側クラッド層（５）の屈折率は、
通常、下側クラッド層（３）のそれと同一とされる。従
って、第１上側クラッド層（５）の材料としては、下側
クラッド層（３）と同様に、通常、ＡｌＧａＡｓ系材料
（Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ）が使用され、その混晶比は、下
側クラッド層（３）と同一とされる。
【００１６】エッチング阻止層（６）及び第２上側クラ
ッド層（７）は、ＡｌＧａＡｓ材料にて構成される。そ
して、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓから成るエッチング阻止層
（６）の混晶比ｘは０．６未満、Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓか
ら成る第２上側クラッド（７）の混晶比ｙは、リッジ又
はグルーブの形成のため、エッチング阻止層（６）の混
晶比ｘより、０．１以上、好ましくは０．２以上小さく
する必要がある。
ッド層（７）は、ＡｌＧａＡｓ材料にて構成される。そ
して、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓから成るエッチング阻止層
（６）の混晶比ｘは０．６未満、Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓか
ら成る第２上側クラッド（７）の混晶比ｙは、リッジ又
はグルーブの形成のため、エッチング阻止層（６）の混
晶比ｘより、０．１以上、好ましくは０．２以上小さく
する必要がある。
【００１７】エッチング阻止層（６）及び第２上側クラ
ッド層（７）の屈折率は、通常、活性層（４）のそれよ
り小さくされる。そして、第２上側クラッド層（７）の
混晶比は、上記の混晶比の差を満足する条件下、通常、
０．１５〜０．４５の範囲から選択される。また、第２
上側クラッド層（７）の混晶比は、通常、下側クラッド
層（３）のそれと同一とされるが、必ずしもその必要は
ない。そして、キャップ層（８）は、好ましい態様とし
て、第２上側クラッド層（７）の保護、電極の接触抵抗
率を下げるため等の目的で使用され、通常、ＧａＡｓ材
料にて構成される。
ッド層（７）の屈折率は、通常、活性層（４）のそれよ
り小さくされる。そして、第２上側クラッド層（７）の
混晶比は、上記の混晶比の差を満足する条件下、通常、
０．１５〜０．４５の範囲から選択される。また、第２
上側クラッド層（７）の混晶比は、通常、下側クラッド
層（３）のそれと同一とされるが、必ずしもその必要は
ない。そして、キャップ層（８）は、好ましい態様とし
て、第２上側クラッド層（７）の保護、電極の接触抵抗
率を下げるため等の目的で使用され、通常、ＧａＡｓ材
料にて構成される。
【００１８】前記の各導電型において、通常、第１導電
型にはｎ型、第２導電型にはｐ型が選択され、ドーパン
トとしては、ｎ型には、通常、Ｓｉ、Ｓｅ、Ｔｅ等が使
用され、ｐ型には、通常、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｃ、Ｍｇ等が使
用される。そして、各層におけるキャリア濃度は、各層
の有する機能に従って適宜選択される。
型にはｎ型、第２導電型にはｐ型が選択され、ドーパン
トとしては、ｎ型には、通常、Ｓｉ、Ｓｅ、Ｔｅ等が使
用され、ｐ型には、通常、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｃ、Ｍｇ等が使
用される。そして、各層におけるキャリア濃度は、各層
の有する機能に従って適宜選択される。
【００１９】また、通常、バッファ層（２）の厚さは
０．１〜１μｍ、下側クラッド層（３）の厚さは０．５
〜３μｍ、活性層（４）の厚さは量子井戸構造の場合１
層当たり０．００５〜０．０２μｍ、第１上側クラッド
層（５）の厚さは０．０５〜０．３μｍ、エッチング阻
止層（６）の厚さは０．００５〜０．１μｍ、第２上側
クラッド層（７）の厚さは０．５〜３μｍ、キャップ層
（８）の厚さは０．００５〜０．５μｍの範囲から選択
される。
０．１〜１μｍ、下側クラッド層（３）の厚さは０．５
〜３μｍ、活性層（４）の厚さは量子井戸構造の場合１
層当たり０．００５〜０．０２μｍ、第１上側クラッド
層（５）の厚さは０．０５〜０．３μｍ、エッチング阻
止層（６）の厚さは０．００５〜０．１μｍ、第２上側
クラッド層（７）の厚さは０．５〜３μｍ、キャップ層
（８）の厚さは０．００５〜０．５μｍの範囲から選択
される。
【００２０】本発明の半導体発光素子は、活性層（４）
上に設けられた第２上側クラッド層（７）の一部をエッ
チング除去して形成されたリッジ又はグルーブを有す
る。リッジ又はグルーブは、電流注入路と光導波路とを
構成する要素である。リッジ又はグルーブの平面形状
は、通常、共振器長方向に伸びるストライプ状とされ、
導波構造は、基本的には、屈折率導波型構造とされる。
そして、本発明の半導体発光素子において、リッジ又は
グルーブによる電流狭搾は、従来公知の各種の構造によ
って行うことが出来る。
上に設けられた第２上側クラッド層（７）の一部をエッ
チング除去して形成されたリッジ又はグルーブを有す
る。リッジ又はグルーブは、電流注入路と光導波路とを
構成する要素である。リッジ又はグルーブの平面形状
は、通常、共振器長方向に伸びるストライプ状とされ、
導波構造は、基本的には、屈折率導波型構造とされる。
そして、本発明の半導体発光素子において、リッジ又は
グルーブによる電流狭搾は、従来公知の各種の構造によ
って行うことが出来る。
【００２１】図２は、本発明の半導体発光素子の一例の
説明図、図３は、本発明の半導体発光素子の他の一例の
説明図、図４は、本発明の半導体発光素子の更に他の一
例の説明図であり、何れも、共振器長と直角方向に垂直
に切断した断面の模式的説明図である。
説明図、図３は、本発明の半導体発光素子の他の一例の
説明図、図４は、本発明の半導体発光素子の更に他の一
例の説明図であり、何れも、共振器長と直角方向に垂直
に切断した断面の模式的説明図である。
【００２２】図２に示す半導体発光素子は、リッジ（２
０）のトップ表面（キャップ層（８））のみに電極（３
２）を形成して構成される。電極（３２）は、ｐ型の場
合、キャップ層（８）表面に例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを
順次に蒸着した後、アロイ処理することによって形成さ
れる。一方、電極（３１）は、基板（１）の表面に形成
され、ｎ型電極の場合、基板（１）表面に例えばＡｕＧ
ｅ／Ｎｉ／Ａｕを順次に蒸着した後、アロイ処理するこ
とによって形成される。
０）のトップ表面（キャップ層（８））のみに電極（３
２）を形成して構成される。電極（３２）は、ｐ型の場
合、キャップ層（８）表面に例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを
順次に蒸着した後、アロイ処理することによって形成さ
れる。一方、電極（３１）は、基板（１）の表面に形成
され、ｎ型電極の場合、基板（１）表面に例えばＡｕＧ
ｅ／Ｎｉ／Ａｕを順次に蒸着した後、アロイ処理するこ
とによって形成される。
【００２３】図３に示す半導体発光素子は、リッジ（２
０）の周囲に第１導電型電流阻止層（９）を形成し、電
流阻止層（９）及びリッジ（２０）の上に更に第２導電
型コンタクト層（１０）を形成して構成される。電流阻
止層（９）は、下側クラッド層（３）及び第２上側クラ
ッド層（７）の屈折率より小さな屈折率を有する材料で
構成される。具体的には、通常、ＡｌＧａＡｓ系材料
（Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ）が使用され、その混晶比は、屈
折率が上記の条件を満足する様に適宜選択される。通
常、混晶比は０．５５〜０．９０の範囲とされる。一
方、コンタクト層（１０）は、通常、基板（１）と同一
の材料で構成される。
０）の周囲に第１導電型電流阻止層（９）を形成し、電
流阻止層（９）及びリッジ（２０）の上に更に第２導電
型コンタクト層（１０）を形成して構成される。電流阻
止層（９）は、下側クラッド層（３）及び第２上側クラ
ッド層（７）の屈折率より小さな屈折率を有する材料で
構成される。具体的には、通常、ＡｌＧａＡｓ系材料
（Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ）が使用され、その混晶比は、屈
折率が上記の条件を満足する様に適宜選択される。通
常、混晶比は０．５５〜０．９０の範囲とされる。一
方、コンタクト層（１０）は、通常、基板（１）と同一
の材料で構成される。
【００２４】図４に示す半導体発光素子は、リッジ（２
０）の周囲に絶縁層（１１）を形成し、絶縁層（１１）
及びリッジ（２０）の上に電極（３２）を形成して構成
される。絶縁層（１１）は、通常、ＳｉＮｘ、ＳｉＯ2
等で構成される。なお、図３及び図４に示す半導体発光
素子において、電極（３１）及び（３２）は、前記と同
様に形成される。
０）の周囲に絶縁層（１１）を形成し、絶縁層（１１）
及びリッジ（２０）の上に電極（３２）を形成して構成
される。絶縁層（１１）は、通常、ＳｉＮｘ、ＳｉＯ2
等で構成される。なお、図３及び図４に示す半導体発光
素子において、電極（３１）及び（３２）は、前記と同
様に形成される。
【００２５】次に、本発明の半導体発光素子の製造方法
について説明する。本発明の製造方法は、活性層の上に
配置されるエッチング阻止層の混晶比が０．６未満であ
っても、エッチング阻止層の上に配置される第２上側ク
ラッド層の混晶比を当該エッチング阻止層の混晶比より
０．１以上小さくするならば、有機酸と過酸化水素との
混合エッチング水溶液を使用したエッチング処理によ
り、メサエッチングが行われて良好にリッジ（２０）が
形成されるとの知見に基づく。
について説明する。本発明の製造方法は、活性層の上に
配置されるエッチング阻止層の混晶比が０．６未満であ
っても、エッチング阻止層の上に配置される第２上側ク
ラッド層の混晶比を当該エッチング阻止層の混晶比より
０．１以上小さくするならば、有機酸と過酸化水素との
混合エッチング水溶液を使用したエッチング処理によ
り、メサエッチングが行われて良好にリッジ（２０）が
形成されるとの知見に基づく。
【００２６】図５は、ＡｌＧａＡｓの混晶比差（ｘ−
ｙ）の変化に対するエッチング阻止層（Ａｌx Ｇａ1-x
Ａｓ）と第２上側クラッド層（Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ）と
のエッチング速度差（μｍ／ｍｉｎ．）を示すグラフで
あり、酒石酸（５０重量％）：過酸化水素水（３０重量
％）の容量比が３：２の混合エッチング水溶液を使用
し、２５℃でエッチングを行って得られたデータを基に
作成したものである。
ｙ）の変化に対するエッチング阻止層（Ａｌx Ｇａ1-x
Ａｓ）と第２上側クラッド層（Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ）と
のエッチング速度差（μｍ／ｍｉｎ．）を示すグラフで
あり、酒石酸（５０重量％）：過酸化水素水（３０重量
％）の容量比が３：２の混合エッチング水溶液を使用
し、２５℃でエッチングを行って得られたデータを基に
作成したものである。
【００２７】図５から明らかな様に、第２上側クラッド
層の混晶比がエッチング阻止層のそれより０．１以上大
きい場合は、両者のエッチング速度には、良好なメサエ
ッチングを行うに必要な約０．５μｍ／ｍｉｎ．以上の
十分なエッチング速度差がある。そして、上記の混晶比
の差（ｘ−ｙ）は、０．２以上とするのが好ましく、こ
れにより、エッチング速度差が約０．７μｍ／ｍｉｎ．
以上となり、しかも、良好なモホロジーのリッジ又はグ
ルーブが得られると言う効果がある。
層の混晶比がエッチング阻止層のそれより０．１以上大
きい場合は、両者のエッチング速度には、良好なメサエ
ッチングを行うに必要な約０．５μｍ／ｍｉｎ．以上の
十分なエッチング速度差がある。そして、上記の混晶比
の差（ｘ−ｙ）は、０．２以上とするのが好ましく、こ
れにより、エッチング速度差が約０．７μｍ／ｍｉｎ．
以上となり、しかも、良好なモホロジーのリッジ又はグ
ルーブが得られると言う効果がある。
【００２８】上記の有機酸としては、カルボン酸、スル
ホン酸、スルフィン酸などが挙げられるが、通常は、カ
ルボン酸が使用される。そして、カルボン酸としては、
蟻酸、酢酸、プロピオン酸などの一塩基酸、酒石酸、マ
レイン酸、リンゴ酸、クエン酸などの多塩基酸が挙げら
れるが、多塩基酸、特には酒石酸が好適に使用される。
また、有機酸は、ナトリウム、カリウム、マグネシウム
等との金属塩、あるいは、アンモニウム塩の形であって
もよい。
ホン酸、スルフィン酸などが挙げられるが、通常は、カ
ルボン酸が使用される。そして、カルボン酸としては、
蟻酸、酢酸、プロピオン酸などの一塩基酸、酒石酸、マ
レイン酸、リンゴ酸、クエン酸などの多塩基酸が挙げら
れるが、多塩基酸、特には酒石酸が好適に使用される。
また、有機酸は、ナトリウム、カリウム、マグネシウム
等との金属塩、あるいは、アンモニウム塩の形であって
もよい。
【００２９】有機酸と過酸化水素の比率および水溶液中
の濃度は、エッチング阻止層（６）、第２上側クラッド
層（７）、キャップ層（８）の厚さ、これらの混晶比な
どによって異なるため、一概には決定し得ない。従っ
て、これらの条件を勘案して、良好なメサエッチングが
行われる様に適宜選択される。なお、エッチングは、通
常、常温で行われる。
の濃度は、エッチング阻止層（６）、第２上側クラッド
層（７）、キャップ層（８）の厚さ、これらの混晶比な
どによって異なるため、一概には決定し得ない。従っ
て、これらの条件を勘案して、良好なメサエッチングが
行われる様に適宜選択される。なお、エッチングは、通
常、常温で行われる。
【００３０】先ず、本発明の製造方法においては、図１
に示す様なエピ構造のエピタキシャルウエハーを製造す
る。エピタキシャルウエハーの製造は、公知の任意の方
法を採用することが出来るが、気相成長法、特に、分子
線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ法）又は有機金属化学
気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を採用するのが好ましい。
に示す様なエピ構造のエピタキシャルウエハーを製造す
る。エピタキシャルウエハーの製造は、公知の任意の方
法を採用することが出来るが、気相成長法、特に、分子
線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ法）又は有機金属化学
気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を採用するのが好ましい。
【００３１】次いで、本発明においては、活性層上に設
けられた上側クラッド層の一部、すなわち、図１に例示
したエピ構造の場合は、第２上側クラッド層（７）の一
部をエッチング除去してリッジ又はグルーブを形成す
る。リッジ又はグルーブの形成は、リソグラフィー及び
エッチング技術を利用する公知の方法に従って行うこと
が出来る。電極を形成して完成された半導体発光素子
は、チップ単位に分割され、レーザーダイオード（Ｌ
Ｄ）として利用される。以上の説明は、レーザーダイオ
ードを例としたものであるが、本発明の半導体発光素子
およびその製造方法は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等に
も適用し得る。
けられた上側クラッド層の一部、すなわち、図１に例示
したエピ構造の場合は、第２上側クラッド層（７）の一
部をエッチング除去してリッジ又はグルーブを形成す
る。リッジ又はグルーブの形成は、リソグラフィー及び
エッチング技術を利用する公知の方法に従って行うこと
が出来る。電極を形成して完成された半導体発光素子
は、チップ単位に分割され、レーザーダイオード（Ｌ
Ｄ）として利用される。以上の説明は、レーザーダイオ
ードを例としたものであるが、本発明の半導体発光素子
およびその製造方法は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等に
も適用し得る。
【００３２】
【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実
施例に限定されるものではない。
するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実
施例に限定されるものではない。
【００３３】実施例１
先ず、ＭＢＥ法により、ｎ型ＧａＡｓ基板（ドーパン
ト：Ｓｉ、キャリア濃度：１×１０18ｃｍ-3）の表面
に、ｎ型ＧａＡｓから成るバッファ層（Ｓｉ：１×１０
18ｃｍ-3、０．６μｍ）、ｎ型Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓか
ら成る下側クラッド層（Ｓｉ：１×１０18ｃｍ-3、１．
５μｍ）、ｎ型ＧａＡｓから成る下側光ガイド層（Ｓ
ｉ：５×１０17ｃｍ-3、０．０５μｍ）、アンドープ型
のＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓから成る単一歪量子井戸層
（０．００６μｍ）、ｐ型ＧａＡｓから成る上側光ガイ
ド層（Ｂｅ：５×１０17ｃｍ-3、０．０５μｍ）、ｐ型
Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓから成る第１上側クラッド層（Ｂ
ｅ：１×１０18ｃｍ-3、０．１μｍ）、ｐ型Ａｌ0.55Ｇ
ａ0.45Ａｓから成るエッチング阻止層（Ｂｅ：１×１０
18ｃｍ-3、０．０２μｍ）、ｐ型Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ
から成る第２上側クラッド層（Ｂｅ：１×１０18ｃ
ｍ-3、１．４μｍ）、ｐ型ＧａＡｓから成るキャップ層
（Ｂｅ：５×１０18ｃｍ-3、０．２μｍ）を順次に形成
してエピタキシャルウエハを得た。
ト：Ｓｉ、キャリア濃度：１×１０18ｃｍ-3）の表面
に、ｎ型ＧａＡｓから成るバッファ層（Ｓｉ：１×１０
18ｃｍ-3、０．６μｍ）、ｎ型Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓか
ら成る下側クラッド層（Ｓｉ：１×１０18ｃｍ-3、１．
５μｍ）、ｎ型ＧａＡｓから成る下側光ガイド層（Ｓ
ｉ：５×１０17ｃｍ-3、０．０５μｍ）、アンドープ型
のＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓから成る単一歪量子井戸層
（０．００６μｍ）、ｐ型ＧａＡｓから成る上側光ガイ
ド層（Ｂｅ：５×１０17ｃｍ-3、０．０５μｍ）、ｐ型
Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓから成る第１上側クラッド層（Ｂ
ｅ：１×１０18ｃｍ-3、０．１μｍ）、ｐ型Ａｌ0.55Ｇ
ａ0.45Ａｓから成るエッチング阻止層（Ｂｅ：１×１０
18ｃｍ-3、０．０２μｍ）、ｐ型Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ
から成る第２上側クラッド層（Ｂｅ：１×１０18ｃ
ｍ-3、１．４μｍ）、ｐ型ＧａＡｓから成るキャップ層
（Ｂｅ：５×１０18ｃｍ-3、０．２μｍ）を順次に形成
してエピタキシャルウエハを得た。
【００３４】次いで、キャップ層の上に保護膜としてＳ
ｉＮx 膜を形成し、リソグラフィー技術により、ＳｉＮ
x 膜を幅４μｍのストライプ状に形成した。その後、酒
石酸水溶液（５０重量％）：過酸化水素水（３０重量
％）容量比が３：２の混合エッチング水溶液によって選
択的にエッチングを行いリッジを形成した。エッチング
の温度は２５℃、時間は２．５分とした。
ｉＮx 膜を形成し、リソグラフィー技術により、ＳｉＮ
x 膜を幅４μｍのストライプ状に形成した。その後、酒
石酸水溶液（５０重量％）：過酸化水素水（３０重量
％）容量比が３：２の混合エッチング水溶液によって選
択的にエッチングを行いリッジを形成した。エッチング
の温度は２５℃、時間は２．５分とした。
【００３５】次いで、リッジの周囲にｎ型Ａｌ0.7 Ｇａ
0.3 Ａｓ（Ｓｉ：５×１０17ｃｍ-3、１．５μｍ）を再
成長させて電流阻止層を形成し、リッジ表面の保護膜を
プラズマエッチングで除去し、電流阻止層およびリッジ
の上に更にｐ型ＧａＡｓ（Ｃ：５×１０19ｃｍ-3、３μ
ｍ）を再成長させてコンタクト層を形成した。上記の電
流阻止層およびコンタクト層は、ＭＯＣＶＤ法により形
成した。
0.3 Ａｓ（Ｓｉ：５×１０17ｃｍ-3、１．５μｍ）を再
成長させて電流阻止層を形成し、リッジ表面の保護膜を
プラズマエッチングで除去し、電流阻止層およびリッジ
の上に更にｐ型ＧａＡｓ（Ｃ：５×１０19ｃｍ-3、３μ
ｍ）を再成長させてコンタクト層を形成した。上記の電
流阻止層およびコンタクト層は、ＭＯＣＶＤ法により形
成した。
【００３６】基板およびコンタクト層の表面に電極を形
成し、チップ単位に分割し、共振器長５００μｍの図３
に示す構造のレーザーダイオードを得た。ｐ型電極は、
順次にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを蒸着した後、アロイ処理する
ことによって形成し、ｎ型電極は、順次にＡｕＧｅ／Ｎ
ｉ／Ａｕを蒸着した後、アロイ処理することによって形
成した。得られたレーザーダイオードの発振波長は９８
０ｎｍであり、端面処理を行わずに測定した電流−出力
特性は図６中の（ａ）で示す通りであった。そして、し
きい値電流（Ｉｔｈ）は１５（ｍＡ）であった。
成し、チップ単位に分割し、共振器長５００μｍの図３
に示す構造のレーザーダイオードを得た。ｐ型電極は、
順次にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを蒸着した後、アロイ処理する
ことによって形成し、ｎ型電極は、順次にＡｕＧｅ／Ｎ
ｉ／Ａｕを蒸着した後、アロイ処理することによって形
成した。得られたレーザーダイオードの発振波長は９８
０ｎｍであり、端面処理を行わずに測定した電流−出力
特性は図６中の（ａ）で示す通りであった。そして、し
きい値電流（Ｉｔｈ）は１５（ｍＡ）であった。
【００３７】実施例２
実施例１と同一のエピタキシャルウエハの表面にリッジ
を形成した後、マスクとして使用したＳｉＮｘ膜をプラ
ズマエッチングで除去した。次いで、リッジの周囲の全
面にＳｉＮｘ膜から成る絶縁層をプラズマＣＶＤ法で再
度形成した。次いで、プラズマエッチングにより、リッ
ジ上部のＳｉＮｘ膜の表面に電極形成のための窓開けを
行った。次いで、実施例１と同様にしてｐ型電極とｎ型
電極を形成した後、チップ単位に分割し、共振器長５０
０μｍの図４に示す構造のレーザーダイオードを得た。
得られたレーザーダイオードの発振波長は９８０ｎｍ、
端面処理を行わずに測定した電流−出力特性は図６中の
（ｂ）で示す通りであった。そして、しきい値電流（Ｉ
ｔｈ）は１３（ｍＡ）であった。
を形成した後、マスクとして使用したＳｉＮｘ膜をプラ
ズマエッチングで除去した。次いで、リッジの周囲の全
面にＳｉＮｘ膜から成る絶縁層をプラズマＣＶＤ法で再
度形成した。次いで、プラズマエッチングにより、リッ
ジ上部のＳｉＮｘ膜の表面に電極形成のための窓開けを
行った。次いで、実施例１と同様にしてｐ型電極とｎ型
電極を形成した後、チップ単位に分割し、共振器長５０
０μｍの図４に示す構造のレーザーダイオードを得た。
得られたレーザーダイオードの発振波長は９８０ｎｍ、
端面処理を行わずに測定した電流−出力特性は図６中の
（ｂ）で示す通りであった。そして、しきい値電流（Ｉ
ｔｈ）は１３（ｍＡ）であった。
【００３８】
【発明の効果】以上説明した本発明によれば、活性層の
上に、第２導電型第１上側クラッド層、Ａｌx Ｇａ1-x
Ａｓ（ｘ＜０．６）から成る第２導電型エッチング阻止
層、Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ（ｘ−ｙ≧０．１）から成る第
２導電型第２上側クラッド層を順次に配置したリッジ又
はグルーブを有する構造の半導体発光素子と再現性良好
なその製造方法が提供される。斯かる本発明の半導体発
光素子は、Ａｌの含有率が低いＡｌＧａＡｓ系材料を使
用しているため、半導体発光素子の寿命および性能の点
で有利である。
上に、第２導電型第１上側クラッド層、Ａｌx Ｇａ1-x
Ａｓ（ｘ＜０．６）から成る第２導電型エッチング阻止
層、Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ（ｘ−ｙ≧０．１）から成る第
２導電型第２上側クラッド層を順次に配置したリッジ又
はグルーブを有する構造の半導体発光素子と再現性良好
なその製造方法が提供される。斯かる本発明の半導体発
光素子は、Ａｌの含有率が低いＡｌＧａＡｓ系材料を使
用しているため、半導体発光素子の寿命および性能の点
で有利である。
【図１】本発明の半導体発光素子におけるエピ構造の一
例を示す模式的説明図である。
例を示す模式的説明図である。
【図２】本発明の半導体発光素子の一例の説明図であ
る。
る。
【図３】本発明の半導体発光素子の他の一例の説明図で
ある。
ある。
【図４】本発明の半導体発光素子の更に他の一例の説明
図である。
図である。
【図５】ＡｌＧａＡｓの混晶比差（ｘ−ｙ）の変化に対
するエッチング阻止層（ＡｌxＧａ1-x Ａｓ）と第２上
側クラッド層（Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ）とのエッチング速
度差（μｍ／ｍｉｎ．）を示すグラフである。
するエッチング阻止層（ＡｌxＧａ1-x Ａｓ）と第２上
側クラッド層（Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ）とのエッチング速
度差（μｍ／ｍｉｎ．）を示すグラフである。
【図６】実施例１及び２で得られたレーザーダイオード
の電流−出力特性図である。
の電流−出力特性図である。
１：第１導電型基板
２：第１導電型バッファ層
３：第１導電型下側クラッド層
４：活性層
５：第２導電型第１上側クラッド層
６：第２導電型エッチング阻止層
７：第２導電型第２上側クラッド層
８：第２導電型キャップ層
９：第１導電型電流阻止層
１０：第２導電型コンタクト層
１１：絶縁層
２０：リッジ
３１：電極
３２：電極
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 後藤 秀樹
茨城県牛久市東猯穴町1000番地 三菱化
成株式会社筑波工場内
(56)参考文献 特開 平５−304336（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−259574（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−43790（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−285781（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01S 5/00 - 5/50
H01L 33/00
Claims (5)
- 【請求項１】 活性層上に設けられた上側クラッド層の
一部をエッチング除去して形成されたリッジ又はグルー
ブを有する半導体発光素子において、第１導電型基板上
に、少なくとも、第１導電型下側クラッド層、活性層、
第２導電型第１上側クラッド層、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓか
ら成る第２導電型エッチング阻止層、Ａｌy Ｇａ1-y Ａ
ｓから成る第２導電型第２上側クラッド層を順次に配置
し、前記の混晶比ｘ及びｙが次の条件を満足することを
特徴とする半導体発光素子。 【数１】 ｘ＜０．６ ｘ−ｙ≧０．１ - 【請求項２】 第２導電型エッチング阻止層と第２導電
型第２上側クラッド層との混晶比の差（ｘ−ｙ）が０．
２以上である請求項１に記載の半導体発光素子。 - 【請求項３】 活性層上に設けられた上側クラッド層の
一部をエッチング除去して形成されたリッジ又はグルー
ブを有する半導体発光素子において、第１導電型基板上
に、少なくとも、第１導電型下側クラッド層、活性層、
第２導電型第１上側クラッド層、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓか
ら成る第２導電型エッチング阻止層、Ａｌy Ｇａ1-y Ａ
ｓから成る第２導電型第２上側クラッド層を順次に配置
し、前記の混晶比ｘ及びｙが請求項１における数１に記
載の条件を満足することを特徴とし、屈折率導波構造を
有する半導体発光素子。 - 【請求項４】 第１導電型基板上に、少なくとも、第１
導電型下側クラッド層、活性層、第２導電型第１上側ク
ラッド層、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ＜０．６）から成る
第２導電型エッチング阻止層、Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ（ｘ
−ｙ≧０．１）から成る第２導電型第２上側クラッド層
を順次に結晶成長させる工程と、第２導電型第２上側ク
ラッド層を有機酸と過酸化水素との混合エッチング水溶
液で処理するリッジ又はグルーブ形成工程とを含むこと
を特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の半導体発光
素子の製造方法。 - 【請求項５】 有機酸が酒石酸である請求項４に記載の
半導体発光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02736994A JP3400843B2 (ja) | 1994-01-31 | 1994-01-31 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02736994A JP3400843B2 (ja) | 1994-01-31 | 1994-01-31 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07221407A JPH07221407A (ja) | 1995-08-18 |
| JP3400843B2 true JP3400843B2 (ja) | 2003-04-28 |
Family
ID=12219144
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02736994A Expired - Fee Related JP3400843B2 (ja) | 1994-01-31 | 1994-01-31 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3400843B2 (ja) |
-
1994
- 1994-01-31 JP JP02736994A patent/JP3400843B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07221407A (ja) | 1995-08-18 |
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