JP3864634B2

JP3864634B2 - Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP3864634B2
Application number: JP27086499A
Authority: JP
Inventors: 真紀子橋本; 謙司下山; 克司藤井; 和正清見
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1998-09-25
Filing date: 1999-09-24
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2019-09-24
Also published as: JP2000164986A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光装置及びその製造方法に係わり、特に半導体レーザとして好適な、リッジ型ストライプ構造を有する半導体発光装置及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来型のリッジ導波路型ストライプ構造半導体レーザの構造及びその作成方法を図４に示す。
図４（ａ）に示す様に、基板２１上に第１導電型第１クラッド層１１、活性層１２及び第２導電型第２クラッド層１３及び第２導電型コンタクト層１４を成長した後、図４（ｂ）の様にエッチングにより第２導電型コンタクト層１４及び第２導電型第２クラッド層１３をエッチングすることによってリッジ部を形成する。この際、リッジ以外の部分は活性層１２の上部にある第２導電型第２クラッド層１３の途中までエッチングし、その後、このリッジ部側面およびリッジ以外の部分の表面を絶縁層３１を用いて電流が流れないようにし、その上にリッジ上部を含めて電極３２を形成する事により作成する（図４（ｃ））。
【０００３】
このような構造にすることで、電流はリッジ部を通じて活性層１２に注入され、リッジ部の下の活性層１２で活性層１２の組成に対応した光が発生する。一方、半導体部分に比べて屈折率の小さい絶縁層３１を形成しているため、リッジ以外の部分の活性層の実効屈折率はリッジ部の実効屈折率より小さくなる。その結果、発生した光はリッジ下部の光導波路に閉じこめられることになる。
【０００４】
このリッジ導波路型ストライプ構造半導体発光装置はリッジ部分をエッチングにて形成しているため、活性層上のリッジ以外の部分のエッチングされたクラッド層部分の厚みを一定にすることが困難であった。その結果、このリッジ以外の部分のクラッド層の厚みのわずかな違いにより、この部分の活性層の実効屈折率が大きく変動する。また電流注入の幅を決定するリッジ底部の幅も変動し、そのために、低しきい値で光広がり角を一定にしたレーザを再現性良く作成することは困難であった。
【０００５】
このような問題を解決するために、活性層上部のクラッド層の厚みを結晶成長時の結晶成長速度を用いて決定し、リッジ部分以外に保護膜を作成して、リッジ部分を再成長する方法が提案されている（特開平５−１２１８２２号公報、特開平９−１９９７９１号公報等）。このようなレーザの構造とその作成方法を図５に示す。まず、基板２１上に、第１導電型第１クラッド層１１、活性層１２及び第２導電型第１クラッド層１３を成長した（図５(a））後、該第２導電型第１クラッド層１３表面をＳｉＯ₂ 等の保護膜３１で被覆し、フォトリソグラフィ法でストライプ状の窓を開け、該ストライプ領域にのみ第２導電型第２クラッド層１３ａと第２導電型コンタクト層１４を選択成長する（図５（ｂ））。次いで、リッジ以外の部分を覆う保護膜３１、リッジを形成する第２導電型第２クラッド層１３ａの側面及び第２導電型コンタクト層１４の表面全体をＳｉＮ_x等の絶縁層３１ａで被覆し、再度リッジ頂部のＳｉＮ_x絶縁層をフォトリソグラフィ法で除去した後、表面全体に電極３２を形成する（図５（ｃ））。
【０００６】
このように絶縁層で、リッジ以外の部分に電流が流れないようにすると表面は絶縁層で覆われてしまい劈開がしずらく、また電極剥がれなどの問題があった。また、絶縁層にピンホール等が存在した場合に、リッジ以外の部分に、電流が流れてしまいリッジ部分で十分に電流を狭窄できないという問題もあった。さらに図９（ｂ）のように、基板側を上にエピタキシャル層側を下にするｊ−ｄｏｗｎ（ジャンクションダウン）で組み立てた際には、半田材が電極と保護膜の厚み分回り込むだけでその下の化合物半導体層に達してしまい電流漏れを生じやすく、リッジ部分が他の部分に比べて、とびだしているためストレスによる劣化を招きやすい等の問題があり好ましい状態ではない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来型のリッジストライプ型導波路構造半導体発光装置は、再成長を用いて作成する場合でも、絶縁層等でリッジ以外の部分に電流が流れないようにしたＬＤでは、劈開、組立がしづらくまた、保護膜等で十分に電流が狭窄されずに歩留まりが低下する場合があった。またｊ−ｄｏｗｎに組み立てた場合には、リッジ以外の部分への電流漏れやストレスによる劣化を招き、十分なＬＤ特性が得られない場合があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、リッジの外側にある保護膜のさらに外側に、電流ブロック層となる半導体層を形成した構造を有する半導体発光装置とすることで、保護膜の存在を最小限にし、劈開、組立等の歩留まりを向上することを見いだし、また、ｊ−ｄｏｗｎで組み立てた場合に十分なＬＤ特性が得られることを見いだし、本発明に到達した。
【０００９】
即ち、本発明の要旨は、図１にその構造及び製法の一例を示したようなリッジストライプ型導波路構造を持つ半導体発光装置及びその製造方法である。
具体的には、基板上に、活性層を含む化合物半導体層、電流が注入される開口部上に形成されたリッジ型の化合物半導体層、該開口部の両側を覆う保護膜を有する半導体発光装置において該保護膜の外側に形成された電流ブロック層を有することを特徴とする半導体発光装置、基板上に活性層を含む化合物半導体層及び開口部を有する保護膜をこの順に形成する工程、該保護膜の両側に電流ブロック層を選択成長する工程、該保護膜の開口部に対応する部分を除去する工程、開口部にリッジ型の化合物半導体層を選択成長する工程を含むことを特徴とする半導体発光装置の製造方法、並びに基板上に、活性層を含む化合物半導体層及び電流ブロック層をこの順に積層する工程、該電流ブロック層の一部を除去する工程、その除去された部分に該開口部を有する保護膜を形成する工程、開口部にリッジ型の化合物半導体層を選択成長する工程を含むことを特徴とする半導体発光装置の製造方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の構造は再成長によって作成されるものである。すなわち、図１にあるように、最初に基板上に形成される、活性層を含む化合物半導体層は、通常、活性層の上下に活性層より屈折率の小さい層を含んでおり、そのうち基板側の層は第１導電型クラッド層、他方のエピタキシャル側の層は第２導電型第１クラッド層として機能する。このほか光ガイド層として機能する層を含んでいてもよい。通常は、２層のクラッド層で活性層を挟んでなるダブルへテロ（ＤＨ）構造であり、基板２１上に第１導電型クラッド層１１、活性層１２、第２導電型クラッド層１３を順次積層する。このとき、第２導電型クラッド層１３の上にさらに表面酸化を防止する機能をもつ酸化防止層を含んでいてもよく、例えば直接酸化防止層１５を積層することができ、これは好ましいものである（図１（ａ））。次に絶縁層である保護膜３１を堆積させ、フォトリソグラフィー法によりこの保護膜の外側部分にリッジダミー領域の保護膜を除去する。リッジダミー領域とは、図８に示すようにエピタキシャル層側から見て、保護膜の外側部分を基板からエピタキシャル層を含んで、リッジダミー領域と称することとする。それには保護膜３１に乗りかかるように成長したエピタキシャル層も含むこととする。リッジダミー領域に電流ブロック層１６を形成する（図（ｂ））。さらにフォトリソグラフィー法により保護膜の中心部分にリッジ形成用の開口部を開ける。開口部の形状としては、ストライプに限定されず、例えばその一部が広がっていたり、狭くなっていてもよい。この上にリッジ型の化合物半導体層、即ち、通常は活性層よりも屈折率の低い化合物半導体層である第２導電型第２クラッド層と抵抗低減のためのコンタクト層を形成する。このほかに光ガイド層として機能する層を含んでいてもよい。そうする事により、リッジ部分に第２導電型クラッド層１３ａとコンタクト層１４が、リッジダミー領域にはこれと対応するようなそれぞれの層１３ｂと１４ｂが堆積する。
【００１１】
また、図２にあるように最初に基板２１上に第１導電型クラッド層１１、活性層１２、第２導電型クラッド層１３、必要により酸化防止層１５、電流ブロック層になる１６を形成する（図（ａ））。次にフォトリソグラフィー法とエッチング技術を用いて、リッジ部と保護膜を形成する部分を除去する（図（ｂ））、次いで絶縁体である保護膜３１を堆積させ、フォトリソグラフィー法によりリッジダミー領域とリッジ部分に開口部を開ける。この上に第２導電型クラッド層とコンタクト層を形成する。そうする事により、リッジ部分に第２導電型クラッド層１３ａとコンタクト層１４が、リッジダミー領域にはこれと対応するようなそれぞれの層１３ｂと１４ｂが堆積する（図（ｃ））。
尚、図１（ｄ）及び図２（ｄ）において、３２及び３３は電極であり、公知の方法で堆積させて形成される。
【００１２】
このダブルヘテロ構造の作成や再成長にはＭＯＣＶＤやＭＢＥなどの公知の成長方法を用いればよい。また、基板についても導電性があるものであれば使用できるが、望ましくはその上に結晶薄膜を成長するため、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｓｉ、ＺｎＳｅといった半導体単結晶基板、特に閃亜鉛鉱型構造を有する半導体結晶基板を用いるのが良く、その場合基板の結晶成長面は（１００）面またはそれと結晶学的に等価な面が好ましい。なお、本明細書において（１００）面という場合、必ずしも厳密に（１００）の面である必要はなく、最大１５°程度のオフアングルを有する場合までを包含することとする。
【００１３】
また、基板は六方晶型の基板でもよく、その場合はAl₂O₃ 、6H-SiC等の上にも形成されるものである。
【００１４】
クラッド層や活性層、電流ブロック層、必要に応じて接触抵抗低減のために第２導電型第２クラッド層上に形成される第２導電型コンタクト層についても限定はしないが、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＰＡｓ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＢｅＭｇＺｎＳＳｅ、ＣｄＺｎＳｅＴｅ等の一般的なIII-Ｖ族、II−VI族半導体を用いてＤＨ構造を作成すればよい。また、このとき、電流ブロック層は、リッジ部分に電流を集中させ、リッジ部分でのみレーザー発振を起こせるような材料であればよいが、厚みに関しては厚すぎると、例えばリッジストライプ幅の制御性が悪くなり、薄いとｊ−ｄｏｗｎに組立てた場合にリッジストライプ部分へのストレスを回避する効果が薄れる。そのため電流ブロック層の厚みの下限値は、１００ｎｍ以上が好ましく、３００ｎｍ以上がより好ましく、５００ｎｍ以上が最も好ましい。またその上限値は、２０００ｎｍ以下が好ましく、１５００ｎｍ以下がより好ましく、１０００ｎｍ以下が最も好ましい。電流ブロック層は、絶縁層でもよいが、半導体層であることが好ましい。この場合、導電型としては第１導電型であるかまたは高抵抗であり、キャリア濃度の下限値は、１×１０¹⁷ｃｍ^-3以上が好ましく、５×１０¹⁷ｃｍ^-3以上がより好ましく、７×１０¹⁷ｃｍ^-3以上が最も好ましい。またその上限値は、１×１０¹⁹ｃｍ^-3以下が好ましく、５×１０¹⁸ｃｍ^-3以下がより好ましく、３×１０¹⁸ｃｍ^-3以下が最も好ましい。また、保護膜と電流ブロック層の境界部分での電流の漏れを防ぐためには、電流ブロック層は保護膜上にのりかかる様に形成されることがより好ましい。
【００１５】
電流ブロック層を成長する際の保護膜の幅ｄ（図１（ｂ））とこの保護膜の繰り返し幅Ｌ（図１（ｂ））については、特に限定しないが、この保護膜の幅ｄとこの保護膜の繰り返し幅Ｌの比ｄ／Ｌが、０．００２以上０．５以下である場合にはリッジのあつみや、キャリア濃度の制御が容易となるので好ましい。又、この保護膜に、リッジ形成用の開口部を開ける必要があることから、保護膜の幅ｄが、開口部の幅Ｗに近いと、精度良く開口部を空けることが難かしく、保護膜にリッジ部分やリッジダミー領域が乗りかかるような選択成長をすることが不可能となる。この時、リッジ再成長用の保護膜の幅Ｄ（図１（ｃ））はｄ＝２Ｄ＋Ｗとなる。保護膜Ｄの幅についても特に限定しないが、上記の理由により、下限は好ましくは５μｍ以上、より好ましくは７μｍ以上、最も好ましくは１０μｍ以上であり上限については、ｄ／Ｌの比を満たしていれば好ましい。
【００１６】
また、このとき、クラッド層は、活性層より屈折率が小さい材料が選択される。コンタクト層としては、通常、バンドギャップがクラッド層のそれよりも小さい材料が選択され、金属電極とのオーミック性を取るための低抵抗で、適当なキャリア密度、キャリア濃度の下限値は、１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上が好ましく、５×１０¹⁸ｃｍ^-3以上がより好ましい。またその上限値は、５×１０¹⁹ｃｍ^-3以下が好ましく、２×１０¹⁹ｃｍ^-3以下がより好ましい。
【００１７】
第２導電型第２クラッド層と同一材料でも、よりキャリア濃度の高い層をコンタクト層として用いてもよいし、或いは第２導電型第２クラッド層の表面側の一部にキャリア濃度の高い部分を作り、キャリア濃度の高い部分をコンタクト層として用いてもよい。
また、活性層は、単一の層からなる場合に限定されず、量子井戸層および該量子井戸層を上下から挟む光ガイド層からなる単一量子井戸構造（ＳＱＷ）や、複数の量子井戸層およびそれらに挟まれたバリア層ならびに最上の量子井戸層の上および最下の量子井戸層の下に積層された光ガイド層からなる多量子井戸構造（ＭＱＷ）をも包含することとする。
さらに、リッジ部分のクラッド層の屈折率を活性層の上にあるクラッド層の屈折率よりも低い構造としてレーザ作製時の組成のバラツキが原因となる光の拡がり角のバラツキを小さくすることができる。
【００１８】
保護膜についても特に限定しないが、保護膜の開口部上に形成されたリッジ部の下の活性層の領域にのみ電流注入を行えるように、開口部両脇の保護膜で電流狭窄を行うために絶縁性を有する必要があり、また、活性層に水平方向にリッジ部、保護膜の間で実効屈折率差をつけ、レーザ発振の横モードの安定化を図るために、保護膜の屈折率はクラッド層の屈折率よりも小さいことが好ましい。しかし、実用上は、屈折率差が大きすぎると活性層内での横方向の有効屈折率段差が大きくなり易いために、リッジ下の第１クラッド層を厚くしなければならなくなる。一方、屈折率差が小さすぎる場合、保護膜の外側へ光が漏れやすくなるために保護膜をある程度厚くする必要があるが、このことにより劈開性が悪くなるという問題が生じる。これらのことを考え併せて、保護膜とクラッド層との屈折率差の下限値は０．１以上が好ましく、０．２以上がより好ましく、０．７以上が最も好ましい。またその上限値は２．５以下が好ましく、２．０以下がより好ましく、１．８以下が最も好ましい。
【００１９】
また、保護膜の厚みは、絶縁特性を充分に示すことができ、かつ保護膜の外側に光が漏れない程度の厚さがあれば、特に問題はない。保護膜の厚みの下限値は、１０ｎｍ以上が好ましく、５０ｎｍ以上がより好ましく、１００ｎｍ以上が最も好ましい。またその上限値は、５０ｎｍ以下が好ましく、３００ｎｍ以下がより好ましく、２００ｎｍ以下が最も好ましい。また、保護膜の幅Ｄとリッジ部分の繰り返し幅Ｌについては特に限定しないが、この保護膜の幅Ｄとリッジ部分の繰り返し幅Ｌとの比Ｄ／Ｌが０．００１以上０．２５以下である場合には、リッジ部分の厚みやキャリア濃度の制御が容易となるので好ましい。ここで保護膜の幅Ｄやリッジ部分の繰り返し幅Ｌは、それぞれの繰り返し単位中での幅が同一ならその同一の幅を、各繰り返し単位中での幅にばらつきがあれば、それぞれの幅の平均値を用いればよい。
【００２０】
保護膜は、絶縁層として作用するが誘電体であることが好ましく、具体的には、SiNx膜、SiO₂膜、SiON膜、Al₂O₃ 膜、ZnO 膜、SiC 膜及びアモルファスSiからなる群から選択される。保護膜は、マスクとしてMOCVD などを用いてリッジ部を選択再成長により形成する場合に用いられるとともに、電流狭窄の目的でも用いられる。プロセスの簡便さから、電流狭窄用の保護膜と選択成長用の保護膜は同一組成のものを使用することが好ましいが、組成が異っていてもよく、また必要に応じて組成の異なる層を多層に成膜してもよい。
【００２１】
閃亜鉛鉱型基板を用い、かつ基板表面が（１００）面又はそれと結晶学的に等価な面の場合、リッジ部側面に後述するコンタクト層が成長しやすくするためには、保護膜の開口部として好ましく用いられるストライプ領域長手方向が［０１−１］方向又はそれと結晶学的に等価な方向に伸びていることが好ましい。その場合リッジ側面の大部分が（３１１）Ａ面となることが多く、リッジを形成する第２導電型第２クラッド層上の成長可能な実質的全面にコンタクト層を成長させることができる。同様の理由により、ウルツァイト型の基板を用いた場合には、ストライプ領域の伸びる方向は、例えば（０００１）面上では[ １１−２０] 又は[ １−１００] が好ましい。HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy) ではどちらの方向でもよいが、MOVPE では[ １１−２０] 方向がより好ましい。
【００２２】
この傾向は、例えばAl、Ga及びAsを構成元素として含む化合物半導体、より具体的にはAlGaAs系化合物半導体をクラッド層として用いた場合、第２導電型第２クラッド層がＡｌＧａＡｓ特にＡｌＡｓ混晶比の下限値は０．２以上が好ましく、０．３以上がより好ましく、０．４以上が最も好ましい。またその上限値は、１．０以下が好ましく、０．９以下がより好ましく、０．８以下が最も好ましい。
なお、本明細書において「［０１−１］方向」という場合は、一般的なIII −Ｖ族、II−VI族半導体において、（１００）面と［０１−１］面との間に存在する［１１−１］面が、それぞれＶ族又はVI族元素が現れる面であるように［０１−１］方向を定義する。また、必ずしも［０１−１］ジャストの方向である必要はなく、［０１−１］方向から±１０°程度方向がずれた方向までを包含するものとする。
【００２３】
本発明の実施態様は上記の開口部がストライプ形状である場合のストライプ領域が［０１−１］方向の場合に限定されない。以下に他の実施態様を説明する。ストライプ領域が［０１１］方向又はそれと結晶学的に等価な方向に伸びている場合、例えば、成長条件により、成長速度に異方性をもたせることができ、（１００）面では速く、（１１１）Ｂ面ではほとんど成長しないようにすることができる。その場合、ストライプ状の窓部（１００）面に選択的に成長を行うと、（１１１）Ｂ面を側面とするリッジ状第２導電型第２クラッド層が形成される。この場合も次にコンタクト層を形成する際、より等方性の強い成長が起こる条件を選ぶことにより、（１００）面のリッジ頂部とともに（１１１）Ｂ面からなるリッジ側面にも全面的にコンタクト層が形成される。
ＭＯＣＶＤ法を用いてIII-Ｖ族化合物半導体層を成長する場合、ダブルヘテロ構造は、成長温度７００°Ｃ前後、Ｖ/III比２５〜４５程度、リッジ部分は成長温度６３０〜７００°Ｃ、Ｖ/III比４５〜５５程度で行うのが好ましい。特に保護膜を用いて選択成長するリッジ部分がＡｌＧａＡｓ等のＡｌを含むIII-Ｖ族化合物半導体である場合、成長中に微量のＨＣｌガスを導入することにより、保護膜上へのポリの堆積が防止され、非常に好ましい。その場合、ＨＣｌガスの導入量が多すぎるとＡｌＧａＡｓ層の成長が起こらず、逆に半導体層がエッチングされてしまう（エッチングモード）が、最適なＨＣｌ導入量はトリメチルアルミニウム等のＡｌを含んだIII族原料供給モル数に大きく依存する。
具体的には、ＨＣｌの供給モル数とＡｌを含んだIII 族原料供給モル数の比（ＨＣｌ／III 族）の下限値は、０．０１以上が好ましく、０．０５以上がより好ましく、０．１以上が最も好ましい。またその上限値は、５０以下が好ましく、１０以下がより好ましく、５以下が最も好ましい。
【００２４】
本発明の構造に加えて、ダブルヘテロ構造表面の再成長表面を酸化しづらいもしくは酸化しても容易に酸化膜を除去できるような酸化防止層を形成することも可能である。また、リッジ部分のクラッド層の屈折率を活性層の上にあるクラッド層の屈折率よりも低くなる構造として、レーザ作成時の組成のばらつきにより光の拡がり角のばらつきを小さくすることもできる。さらには、上記ＭＯＣＶＤ法等公知の手法を使用して再成長部のクラッド層を保護膜の上面にかかるように成長し、保護膜とリッジ部の近傍にしみ出す光の分布の制御性を良くしたり、再成長部のコンタクト層を保護膜の上面にかかるように成長し、クラッド層側面の酸化防止やエピタキシャル面側の電極との接触面積の増加を行うこともできる。これら再成長部のクラッド層やコンタクト層を保護膜上部にかかるように成長することはそれぞれ単独に行っても良いし、両方を組み合わせても良い。このように、本発明は様々なリッジストライプ型導波路構造半導体発光装置に応用が可能である。またこの構造は、端面発光型のＬＥＤとしても応用可能である。
【００２５】
本発明においては、絶縁膜である保護膜の外側に電流ブロック層を形成することで絶縁膜を使用する面積を最小限にしたことを特徴とし、これにより、劈開の際に共振器に平行な方向には保護膜が存在せず、また、垂直方向には最小限の保護膜しか存在しないため劈開が容易となる。また、電流ブロック層の存在によりリッジダミー領域がリッジストライプ部分より厚くすることができ、図９（ａ）に示すようにｊ−ｄｏｗｎで組み立てた場合に中央のリッジに大きなストレスがはいらず、劣化を防ぐという利点がある。また電流ブロック層の存在により、リッジダミー領域がサイリスタ構造となるためｊ−ｄｏｗｎ構造で組みたてた場合の半田材のまわりこみによる電流もれを防ぐという利点がある。
【００２６】
本発明を適用した最も望ましい形態としては、図３に示すようにＤＨ表面に酸化防止層１５を設け、再成長したクラッド層１３ａとコンタクト層１４ａは保護膜３１上部までかかるように成長させ、さらにリッジ部クラッド層１３ａの屈折率を活性層の上にあるクラッド層１３の屈折率よりも低くなる構造にし、電流ブロック層１６も同様に保護膜３１の上部にかかる構造にしたものである。
【００２７】
また、リッジ型の化合物半導体層は、通常、大部分が第２導電型第２クラッド層であるが、その側面及び上面等の実質的全面に、リッジ型化合物半導体層の他の部分より低抵抗のコンタクト層が形成されていることが好ましい。この様に、コンタクト層を介して、隣接する電極及び第２導電型第２クラッド層との間に十分な接触面積を持たせることにより、装置全体の抵抗を低く抑えることができる。
【００２８】
なお、コンタクト層が形成されたリッジの側面及び上面の一部を更に酸化防止等の目的の層で覆うことも可能である。その場合も、リッジ側面にコンタクト層を形成せずに電極を形成するよりは装置全体の抵抗を小さく抑えることができ、その限りにおいて、本発明に包含されるものである。特に、AlGaInP 系やAlGaInN 系など比抵抗の高い材料（とりわけｐ型において）において、装置全体の抵抗低減には有効である。
【００２９】
前述のＭＯＣＶＤ法等の公知の手法を使用して再成長した第２導電型第２クラッド層であるリッジ型の化合物半導体層の一部が、保護膜上にのりかかるように形成されている構造が好ましい。第２導電型、第２クラッド層の保護膜上への重なりの部分の下限値は、０．０１μｍ以上が好ましく、０．１μｍ以上がより好ましい。またその上限値は、２．０μｍ未満が好ましく、１．０μｍ以下がより好ましい。上記の様に形成されることによりコンタクト層と電極との接触面積を増大させることができ、コンタクト層と電極との接触抵抗が下がるとともに、保護膜とリッジ底部との境界近傍にしみ出す光分布の制御性を向上させることができる。また、活性層から発光する光のエネルギーより小さいバンドギャップを有するコンタクト層を使用した場合には、リッジ側面に形成されるコンタクト層の光吸収を低減することができ、レーザ特性や信頼性の向上が実現できる。この場合、従来のリッジ導波型レーザのように必ずしもリッジ型の化合物半導体層の側面に保護膜を形成されていなくてもよく、本発明においては、前記リッジ形状部の側面の底部に保護膜が接してあればよいのでプロセスの簡素化、コスト低減においても有効である。
【００３０】
本発明の望ましい実施様態では、第２導電型第１クラッド層の屈折率が第２導電型第２クラッド層の屈折率よりも大きい。この第２導電型第１クラッド層と第２導電型第２クラッド層の屈折率差の下限値は、０．００５以上が好ましく、０．０１以上がより好ましく、０．０２以上が最も好ましい。またその上限値は、０．１５以下が好ましく、０．１以下がより好ましく、０．０８以下が最も好ましい。これにより、リッジ部分への光分布（近視野像）の裾引きを抑制することができ、垂直広がり角（遠視野像）の対象性向上、水平広がり角（遠視野像）のサイドピーク抑制、あるいはコントクト層での光吸収抑制によるレーザ特性や信頼性の向上を達成できる。
【００３１】
本発明の望ましい別の実施様態では、第２導電型第１クラッド層上の少なくとも保護膜開口部直下、即ち、ストライプ領域及び好ましくはその両側にも酸化防止層を有する。これによりリッジ部のクラッド層を再成長により形成する場合、再成長界面で通過抵抗を増大させるような高抵抗層の発生を防ぐことが可能になる。また、再成長界面に酸素等の不純物が多量に存在すると、結晶品質低下による界面での光吸収（発熱）や欠陥を介した不純物拡散の促進などを引き起こし、特性や信頼性の劣化を招いてしまう。酸化防止層を設けると、これらの界面における結晶品質低下を少なくすることができる。
【００３２】
上記以外に、以下に列挙する様な実施態様と組み合わせることが可能である等、本発明は様々なリッジ導波型半導体発光装置に応用可能である。
（１）ストライプ領域の両側を覆う保護膜の更に外側に半導体、誘電体等好ましくは半導体の電流ブロック層を形成することにより、劈開、組立時の歩留まりを向上させ、ジャンクションダウンで組み立てた際のリッジ部へのストレスを軽減して長寿命とすることができる。
（２）表面が低次の面方位に対してオフアングルを有する基板を採用することにより、再成長リッジ部が左右非対称の形状となっても光密度分布（あるいはビームプロファイル）の横方向の対称性は良好となる様にし、高出力まで安定な基本横モードで発振可能とし、素子歩留まり及び信頼性を向上させることができる。
（３）ストライプ領域の両側を覆う保護膜の更に外側に電流ブロック層が形成されるリッジダミー領域を有する構造を形成することにより、ストライプ部分の厚みや組成、キャリア濃度の制御を容易に行う。
【００３３】
【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、その要旨を越えない限り、下記実施例により限定されるものではない。
（実施例）
この実施例は図１に示すものである。表面が（１００）面である厚さ３５０μｍのｎ型ＧａＡｓ（ｎ＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3）基板２１上に、ＭＯＣＶＤ法によりＳｉドープＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．５５：ｎ＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3）で厚さ１．５μｍのｎ型第１クラッド層１１、ノンドープＡｌ_XＧａ_1-XＡｓ（ｘ＝０．１４）で厚さ０．０６μｍの活性層１２、ＺｎドープＡｌ_XＧａ_1-XＡｓ（ｘ＝０．５５：ｐ＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3）で厚さ０．２５μｍのｐ型第１クラッド層１３、厚さ１０ｎｍのＺｎドープＡｌ_XＧａ_1-XＡｓ（ｘ＝０．２：ｐ＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3）を順次積層した。次に保護膜としてＳｉＮ_X膜３１を２００ｎｍ堆積させ、フォトリソグラフィー法によりこのＳｉＮ_X保護膜に［０１−１］Ｂ方向に幅２２μｍのストライプ状にＳｉＮ_X膜を残した。ここで［０１−１］Ｂ方向とは（１００）面と［０１−１］面の間に存在する［１１−１］がＡｓ面が表面に表れるように定義される。また、このリッジ部分の繰り返し幅Ｌは２５０μｍごととした。（Ｄ／Ｌ＝０．０８８）。この上にＭＯＣＶＤ法により、厚さ０．５μｍのＳｉドープＧａＡｓ（ｎ＝１×１０¹⁸c ｍ^-3）１６を選択成長させた。次に、フォトリソグラフィー法により、ストライプ状のＳｉＮ_X膜の中心に［０１−１］Ｂ方向に幅２．２μｍのストライプ状の窓を開けた。この上に、ＭＯＣＶＤ法により選択成長を行い、リッジストライプ状に、ふつうの基板上への全面成長を行った場合に、ＺｎドープＡｌ_XＧａ_1-XＡｓ（ｘ＝０．５７：ｐ＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3）で厚さ１．２５μｍとなるようなｐ型第２クラッド層１３ａとキャリア濃度１×１０¹⁹ｃｍ^-3のＺｎドープＧａＡｓて厚さ０．５μｍとなるようなｐ型コンタクト層１４を形成した。リッジ部分に成長したクラッド層やコンタクト層の厚みを断面観察により測定した結果、その厚みはふつうの基板に全面成長した場合と誤差の範囲で一致した。この後、ｐ側の電極を蒸着し、基板を１００μｍまで薄くした後にｎ側の電極を蒸着した。図１０に本実施例の半導体発光装置の断面図を示した。こうして作成したウエハーより劈開でチップを切り出したところ、劈開による損傷がなく、組立による電極剥がれもなかった。近視野像を確認した所、リッジ部分でのみ発光が観察され、電流ブロックにより、リッブ部分のみに電流狭窄されているのが確認された。また、図９（ａ）のようにｊ−ｄｏｗｎで組立を行ったところ、図６に示す通り非常に良好な電流−電圧特性を示し、非リッジ部分への電流もれがないことを確認し、製品歩留まりも良好で有ることを確認した。
【００３４】
（比較例）
実施例と同様の工程でレーザを作成した。この際、電流ブロック層としての半導体層１６の選択成長をせずにｐ型コンタクト層１４の上にＳｉＮ_X絶縁膜ＸＹを２００ｎｍ堆積させ、フォトリソグラフィー法によりこのＳｉＮ_X絶縁膜に［０−１−１］Ａ方向にリッジストライプ上に幅１０μｍにストライプ状の窓を開けた。これ以外は全く実施例と同じにした。図１１に本比較例の半導体発光装置の断面図を示した。劈開、組立を行った結果、p-側表面にＳｉＮ_X膜、電極が形成されるために劈開性が悪くなったり、電極、ＳｉＮ_X膜が剥がれるなどの問題が起こった。近視野像を確認した所、リッジダミー領域での電流もれにより活性層全体が発光している様子が確認されＳｉＮｘ絶縁膜により十分に電流が狭窄されないレーザーが多数認められた。また、図９（ｂ）のようにj-downで組み立てた場合は、電流漏れを生じ、図７に示す通り、電流−電圧特性のとれないものが多数発生し、リッジストライプとその両側に成長した部分の厚みが同じであるため半田材からのストレス等での劣化を招きやすく十分なレーザー特性が得られず、また、歩留まりが低下した。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、リッジストライプ型導波路構造半導体発光装置の電流狭窄を目的とした絶縁層を使用しないことから劈開、組立による歩留まりが向上し、リッジストライプの外側には電流ブロック層が存在し、リッジストライプ部分よりも厚いためｊ−ｄｏｗｎで組み立てた場合にリッジストライプ部分へのストレスを軽減し、高出力、長寿命が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ａはリッジ部を再成長により作成する本発明実施例の半導体発光装置のダブルヘテロ構造の成長が終わった段階での断面図。
ｂはリッジ部を再成長により作成する本発明実施例の半導体発光装置の電流ブロック層再成長が終わった段階での断面図。
ｃはリッジ部を再成長により作成する本発明実施例の半導体発光装置のリッジ再成長が終わった段階での断面図。
ｄはリッジ部を再成長により作成する本発明実施例の半導体発光装置の完成したものの断面図。
【図２】ａはリッジ部を再成長により作成する本発明実施例の半導体発光装置のダブルヘテロ構造の成長が終わった段階での断面図。
ｂはリッジ部を再成長により作成する本発明実施例の半導体発光装置の電流ブロック層の形成が終わった段階での断面図。
ｃはリッジ部を再成長により作成する本発明実施例の半導体発光装置のリッジ再成長が終わった段階での断面図。
ｄはリッジ部を再成長により作成する本発明実施例の半導体発光装置の完成したものの断面図。
【図３】リッジ部を再成長により作成する本発明のうち、あるひとつの実施例の半導体発光装置の完成したものの断面図。
【図４】ａはリッジ部をエッチングにより作成する従来の半導体発光装置のＤＨ成長が終わった段階での断面図。
ｂはリッジ部をエッチングにより作成する従来の半導体発光装置のリッジエッチングが終わった段階での断面図。
ｃはリッジ部をエッチングにより作成する従来の半導体発光装置の完成したものの断面図。
【図５】ａはリッジ部を再成長により作成する従来の半導体発光装置のＤＨ成長が終わった段階での断面図。
ｂはリッジ部を再成長により作成する従来の半導体発光装置のリッジ再成長が終わった段階での断面図。
ｃはリッジ部を再成長により作成する従来の半導体発光装置の完成したものの断面図。
【図６】リッジ部を再成長により作成する本発明の実施例で作製した半導体発光装置の電流−電圧特性。
【図７】リッジ部を再成長により作成する従来の半導体発光装置を比較例として作製した電流−電圧特性。
【図８】本発明の半導体発光装置をエピタキシャル層側から見た図であり、保護膜、リッジダミー領域を示した図。
【図９】（ａ）本発明の半導体発光装置をジャンクションダウン型に組みたてた様子を示した図、
（ｂ）本発明の半導体発光装置の比較例をジャンクションダウン型に組みたてた様子を示した図。
【図１０】本発明の最も好ましい半導体発光装置の完成したもので、実施例に使用した発導体発光装置の断面図。
【図１１】比較例に使用した半導体発光装置の完成したものの断面図。
【符号の説明】
１１第１導電型第１クラッド層
１２活性層
１３第２導電型第１クラッド層
１３ａ第２導電型第２クラッド層
１３ｂリッジダミー領域に出来た第２導電型第２クラッド層
１４第２導電型コンタクト層
１４ａリッジ部分に出来た第２導電型コンタクト層
１４ｂリッジダミー領域に出来た第２導電型コンタクト層
１５酸化防止層
１６電流ブロック層
２１基板
３１保護膜
３１ａ絶縁層
３２エピタキシャル層側電極
３３基板側電極
３４はんだ材
３５ヒートシンク
３６ボンディングワイヤー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a semiconductor light emitting device having a ridge-type stripe structure suitable for a semiconductor laser and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
FIG. 4 shows the structure of a conventional ridge waveguide stripe semiconductor laser and a method for producing the same.
As shown in FIG. 4A, after the first conductivity type first cladding layer 11, the active layer 12, the second conductivity type second cladding layer 13 and the second conductivity type contact layer 14 are grown on the substrate 21, As shown in FIG. 4B, the ridge portion is formed by etching the second conductivity type contact layer 14 and the second conductivity type second cladding layer 13 by etching. At this time, the portion other than the ridge is etched halfway through the second conductivity type second cladding layer 13 above the active layer 12, and then the surface of the ridge portion side surface and the portion other than the ridge is used with the insulating layer 31. It is created by preventing the current from flowing and forming the electrode 32 including the upper portion of the ridge thereon (FIG. 4C).
[0003]
With this structure, current is injected into the active layer 12 through the ridge portion, and light corresponding to the composition of the active layer 12 is generated in the active layer 12 below the ridge portion. On the other hand, since the insulating layer 31 having a smaller refractive index than that of the semiconductor portion is formed, the effective refractive index of the active layer other than the ridge is smaller than the effective refractive index of the ridge portion. As a result, the generated light is confined in the optical waveguide below the ridge.
[0004]
In this ridge waveguide type semiconductor light emitting device, since the ridge portion is formed by etching, it is difficult to make the thickness of the etched cladding layer portion other than the ridge on the active layer constant. . As a result, the effective refractive index of the active layer in this portion varies greatly due to a slight difference in the thickness of the cladding layer in a portion other than this ridge. In addition, the width of the bottom of the ridge that determines the width of current injection also fluctuates. For this reason, it has been difficult to produce a laser with a low threshold and a constant light spread angle with good reproducibility.
[0005]
In order to solve such problems, a method of determining the thickness of the cladding layer above the active layer using the crystal growth rate during crystal growth, creating a protective film other than the ridge portion, and regrowing the ridge portion Have been proposed (JP-A-5-121822, JP-A-9-197991, etc.). FIG. 5 shows the structure of such a laser and its production method. First, a first conductivity type first cladding layer 11, an active layer 12, and a second conductivity type first cladding layer 13 are grown on a substrate 21 (FIG. 5A), and then the second conductivity type first cladding is formed. Layer 13 surface is SiO ₂ And a second window of the second conductivity type second cladding layer 13a and the second conductivity type contact layer 14 are selectively grown only in the stripe region (FIG. 5 (FIG. 5)). b)). Next, the protective film 31 covering the portion other than the ridge, the side surface of the second conductivity type second cladding layer 13a forming the ridge, and the entire surface of the second conductivity type contact layer 14 are formed on the SiN. _x Insulating layer 31a such as SiN on the top of the ridge again _x After the insulating layer is removed by photolithography, an electrode 32 is formed on the entire surface (FIG. 5C).
[0006]
When the current is prevented from flowing through the insulating layer other than the ridge in this way, the surface is covered with the insulating layer, which makes it difficult to cleave and the electrodes are peeled off. In addition, when a pinhole or the like is present in the insulating layer, there is a problem that the current flows in a portion other than the ridge and the current cannot be sufficiently confined in the ridge portion. Furthermore, as shown in FIG. 9 (b), when assembling by j-down (junction down) with the substrate side up and the epitaxial layer side down, the solder material only wraps around the thickness of the electrode and the protective film. It is not preferable because it reaches the lower compound semiconductor layer and easily causes current leakage, and the ridge portion protrudes more than the other portions, so that deterioration due to stress is likely to occur.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the conventional ridge stripe-type waveguide structure semiconductor light-emitting device can be cleaved and assembled in an LD in which an insulating layer or the like prevents a current from flowing through a portion other than the ridge even when it is fabricated by regrowth. In addition, there is a case where the yield is lowered because the current is not sufficiently confined by the protective film or the like. Further, when assembled in j-down, current leakage to portions other than the ridge and deterioration due to stress may be caused, and sufficient LD characteristics may not be obtained.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have made a semiconductor light-emitting device having a structure in which a semiconductor layer serving as a current blocking layer is formed on the outer side of the protective film on the outer side of the ridge. The present inventors have found that the presence of a protective film is minimized to improve the yield of cleavage, assembly, etc., and that sufficient LD characteristics can be obtained when assembled by j-down.
[0009]
That is, the gist of the present invention is a semiconductor light emitting device having a ridge stripe type waveguide structure as shown in FIG.
Specifically, a semiconductor light emitting device having a compound semiconductor layer including an active layer on a substrate, a ridge type compound semiconductor layer formed on an opening into which current is injected, and a protective film covering both sides of the opening A step of forming a semiconductor light emitting device having a current blocking layer formed outside the protective film, a compound semiconductor layer including an active layer on the substrate, and a protective film having an opening in this order; A step of selectively growing a current blocking layer on both sides of the film; a step of removing a portion corresponding to the opening of the protective film; and a step of selectively growing a ridge type compound semiconductor layer in the opening. Manufacturing method of light emitting device, and step of laminating compound semiconductor layer including active layer and current blocking layer on substrate in this order, step of removing part of current blocking layer, and removing portion thereof Forming a protective film having an opening, a manufacturing method of the semiconductor light emitting device characterized by comprising the step of selectively growing a compound semiconductor layer of the ridge-type opening.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The structure of the present invention is created by regrowth. That is, as shown in FIG. 1, the compound semiconductor layer including the active layer, which is first formed on the substrate, usually includes layers having a lower refractive index than the active layer above and below the active layer. This layer functions as a first conductivity type cladding layer, and the other epitaxial layer functions as a second conductivity type first cladding layer. In addition, a layer functioning as a light guide layer may be included. Usually, it has a double hetero (DH) structure in which an active layer is sandwiched between two clad layers. A first conductivity type cladding layer 11, an active layer 12, and a second conductivity type cladding layer 13 are sequentially formed on a substrate 21. Laminate. At this time, an antioxidant layer having a function of preventing surface oxidation may be further included on the second conductivity type cladding layer 13, for example, an antioxidant layer 15 can be directly laminated, which is preferable. Yes (FIG. 1 (a)). Next, a protective film 31 as an insulating layer is deposited, and the protective film in the ridge dummy region is removed from the outer portion of the protective film by photolithography. As shown in FIG. 8, the ridge dummy region is referred to as a ridge dummy region including the epitaxial layer from the substrate on the outer side of the protective film as viewed from the epitaxial layer side. It includes an epitaxial layer grown so as to ride on the protective film 31. The current blocking layer 16 is formed in the ridge dummy region (FIG. (B)). Further, an opening for forming a ridge is opened in the central portion of the protective film by photolithography. The shape of the opening is not limited to the stripe, and for example, a part thereof may be widened or narrowed. A ridge type compound semiconductor layer, that is, a second conductive type second cladding layer, which is usually a compound semiconductor layer having a lower refractive index than the active layer, and a contact layer for reducing resistance are formed thereon. In addition, a layer functioning as a light guide layer may be included. By doing so, the second conductivity type cladding layer 13a and the contact layer 14 are deposited in the ridge portion, and the corresponding layers 13b and 14b are deposited in the ridge dummy region.
[0011]
Further, as shown in FIG. 2, first, a first conductive clad layer 11, an active layer 12, a second conductive clad layer 13, an antioxidant layer 15, and a current blocking layer 16 are formed on a substrate 21 as required. (Figure (a)). Next, the ridge portion and the portion where the protective film is formed are removed by using a photolithography method and an etching technique (FIG. (B)), and then a protective film 31 which is an insulator is deposited, and the ridge dummy region is formed by the photolithography method. Open an opening in the ridge. A second conductivity type cladding layer and a contact layer are formed thereon. By doing so, the second conductivity type cladding layer 13a and the contact layer 14 are deposited in the ridge portion, and the corresponding layers 13b and 14b are deposited in the ridge dummy region (FIG. (C)).
In FIGS. 1D and 2D, reference numerals 32 and 33 denote electrodes, which are formed by being deposited by a known method.
[0012]
A known growth method such as MOCVD or MBE may be used for the creation and regrowth of this double heterostructure. The substrate can be used as long as it has conductivity, but preferably has a semiconductor single crystal substrate such as GaAs, InP, Si, ZnSe, particularly a zinc blende type structure for growing a crystal thin film thereon. A semiconductor crystal substrate is preferably used. In this case, the crystal growth surface of the substrate is preferably a (100) plane or a crystallographically equivalent plane. Note that in the present specification, the (100) plane does not necessarily need to be strictly the (100) plane, and includes the case of having an off-angle of about 15 ° at the maximum.
[0013]
The substrate may be a hexagonal substrate, in which case Al ₂ O _Three It is also formed on 6H-SiC or the like.
[0014]
The clad layer, the active layer, the current blocking layer, and the second conductivity type contact layer formed on the second conductivity type second clad layer for reducing contact resistance as necessary are not limited, but AlGaAs, AlGaInP, What is necessary is just to produce DH structure using general III-V group and II-VI group semiconductors, such as GaInPAs, AlGaInN, BeMgZnSSe, and CdZnSeTe. At this time, the current blocking layer may be made of a material that can concentrate current in the ridge portion and cause laser oscillation only in the ridge portion. However, if the thickness is too thick, for example, controllability of the ridge stripe width can be achieved. If it is thin, the effect of avoiding stress on the ridge stripe portion is weakened when assembled in j-down. Therefore, the lower limit value of the thickness of the current blocking layer is preferably 100 nm or more, more preferably 300 nm or more, and most preferably 500 nm or more. The upper limit is preferably 2000 nm or less, more preferably 1500 nm or less, and most preferably 1000 nm or less. The current blocking layer may be an insulating layer, but is preferably a semiconductor layer. In this case, the conductivity type is the first conductivity type or high resistance, and the lower limit value of the carrier concentration is 1 × 10 ¹⁷ cm ^-3 Or more, preferably 5 × 10 ¹⁷ cm ^-3 More preferably, 7 × 10 ¹⁷ cm ^-3 The above is most preferable. The upper limit is 1 × 10 ¹⁹ cm ^-3 The following is preferred, 5 × 10 ¹⁸ cm ^-3 The following is more preferable: 3 × 10 ¹⁸ cm ^-3 The following are most preferred. In order to prevent current leakage at the boundary between the protective film and the current blocking layer, it is more preferable that the current blocking layer be formed on the protective film.
[0015]
The width d (FIG. 1B) of the protective film when growing the current blocking layer and the repetition width L of this protective film (FIG. 1B) are not particularly limited, but the width d of this protective film It is preferable that the ratio d / L of the repeated width L of the protective film is 0.002 or more and 0.5 or less because it is easy to control the ridge and carrier concentration. Further, since it is necessary to open an opening for forming a ridge in the protective film, it is difficult to accurately open the opening when the width d of the protective film is close to the width W of the opening. Therefore, it is impossible to perform selective growth such that a ridge portion or a ridge dummy region is placed on the ridge portion. At this time, the width D (FIG. 1C) of the protective film for ridge regrowth is d = 2D + W. The width of the protective film D is not particularly limited, but for the above reasons, the lower limit is preferably 5 μm or more, more preferably 7 μm or more, and most preferably 10 μm or more, and the upper limit satisfies the ratio d / L. It is preferable.
[0016]
At this time, a material having a refractive index smaller than that of the active layer is selected for the cladding layer. As the contact layer, a material whose band gap is smaller than that of the cladding layer is usually selected, and it has a low resistance for taking ohmic properties with the metal electrode. The appropriate carrier density and lower limit of the carrier concentration are 1 × 10 ¹⁸ cm ^-3 Or more, preferably 5 × 10 ¹⁸ cm ^-3 The above is more preferable. The upper limit is 5 × 10. ¹⁹ cm ^-3 The following is preferred: 2 × 10 ¹⁹ cm ^-3 The following is more preferable.
[0017]
The same material as the second conductivity type second cladding layer, or a layer having a higher carrier concentration may be used as the contact layer, or a portion having a higher carrier concentration on the surface side of the second conductivity type second cladding layer. The portion having a high carrier concentration may be used as the contact layer.
The active layer is not limited to a single layer, and a single quantum well structure (SQW) including a quantum well layer and a light guide layer sandwiching the quantum well layer from above and below, or a plurality of quantum well layers In addition, a multi-quantum well structure (MQW) including a barrier layer sandwiched between them and an optical guide layer stacked on the uppermost quantum well layer and the lowermost quantum well layer is also included.
Further, the refractive index of the cladding layer in the ridge portion is lower than the refractive index of the cladding layer on the active layer, so that the variation in the light divergence angle caused by the variation in the composition during laser fabrication can be reduced. .
[0018]
Although the protective film is not particularly limited, in order to perform current confinement with the protective film on both sides of the opening so that current can be injected only into the active layer region under the ridge formed on the opening of the protective film. In addition, the refractive index of the protective film is required to stabilize the transverse mode of the laser oscillation by providing an effective refractive index difference between the ridge portion and the protective film in the horizontal direction in the active layer. Is preferably smaller than the refractive index of the cladding layer. However, practically, if the difference in refractive index is too large, the effective refractive index step in the lateral direction in the active layer tends to be large, so the first cladding layer under the ridge must be thickened. On the other hand, if the difference in refractive index is too small, light easily leaks to the outside of the protective film, so that the protective film needs to be thickened to some extent. This causes a problem that the cleaving property is deteriorated. Considering these things, the lower limit of the difference in refractive index between the protective film and the cladding layer is preferably 0.1 or more, more preferably 0.2 or more, and most preferably 0.7 or more. The upper limit is preferably 2.5 or less, more preferably 2.0 or less, and most preferably 1.8 or less.
[0019]
Further, the thickness of the protective film is not particularly problematic as long as it has sufficient thickness to show insulating properties and does not leak light outside the protective film. The lower limit value of the thickness of the protective film is preferably 10 nm or more, more preferably 50 nm or more, and most preferably 100 nm or more. The upper limit is preferably 50 nm or less, more preferably 300 nm or less, and most preferably 200 nm or less. The width D of the protective film and the repetition width L of the ridge portion are not particularly limited, but the ratio D / L between the width D of the protective film and the repetition width L of the ridge portion is 0.001 or more and 0.25 or less. In some cases, the thickness of the ridge portion and the carrier concentration can be easily controlled, which is preferable. Here, the width D of the protective film and the repeat width L of the ridge portion are the same width if the width in each repeat unit is the same, and if the width in each repeat unit varies, An average value may be used.
[0020]
The protective film acts as an insulating layer but is preferably a dielectric, specifically, a SiNx film, SiO ₂ Film, SiON film, Al ₂ O _Three The film is selected from the group consisting of a film, a ZnO film, a SiC film, and amorphous Si. The protective film is used when the ridge portion is formed by selective regrowth using MOCVD or the like as a mask, and also for the purpose of current confinement. In view of the simplicity of the process, it is preferable to use a protective film for current confinement and a protective film for selective growth having the same composition, but the compositions may be different, and layers having different compositions as necessary. May be formed in multiple layers.
[0021]
When a zinc blende type substrate is used and the substrate surface is a (100) plane or a crystallographically equivalent plane, in order to facilitate the growth of a contact layer, which will be described later, on the side surface of the ridge, It is preferable that the longitudinal direction of the stripe region that is preferably used extends in the [01-1] direction or a crystallographically equivalent direction. In that case, most of the side surface of the ridge is often the (311) A plane, and the contact layer can be grown on substantially the entire surface that can be grown on the second conductivity type second cladding layer forming the ridge. For the same reason, when a wurtzite substrate is used, the extending direction of the stripe region is preferably, for example, [11-20] or [1-100] on the (0001) plane. Either direction may be used for HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy), but the [11-20] direction is more preferable for MOVPE.
[0022]
For example, when a compound semiconductor containing Al, Ga, and As as constituent elements, more specifically, an AlGaAs compound semiconductor is used as a cladding layer, the second conductivity type second cladding layer is formed of AlGaAs, particularly an AlAs mixed crystal ratio. Is preferably 0.2 or more, more preferably 0.3 or more, and most preferably 0.4 or more. The upper limit is preferably 1.0 or less, more preferably 0.9 or less, and most preferably 0.8 or less.
In the present specification, the “[01-1] direction” is present between the (100) plane and the [01-1] plane in general III-V and II-VI group semiconductors. The [01-1] direction is defined so that the [11-1] plane is a plane where a group V or group VI element appears, respectively. Further, it is not necessarily required to be in the [01-1] just direction, and includes a direction in which the direction is deviated by about ± 10 ° from the [01-1] direction.
[0023]
The embodiment of the present invention is not limited to the case where the stripe region is in the [01-1] direction in the case where the opening has a stripe shape. Other embodiments will be described below. When the stripe region extends in the [011] direction or a crystallographically equivalent direction, for example, depending on the growth conditions, the growth rate can have anisotropy, and the (100) plane is fast, and (111) Almost no growth can be achieved on the B side. In this case, when selective growth is performed on the stripe-shaped window portion (100) surface, a ridge-shaped second conductivity type second cladding layer having the (111) B surface as a side surface is formed. In this case as well, when the contact layer is formed next, by selecting the conditions under which more isotropic growth occurs, the contact with the ridge side consisting of the (111) B surface as well as the (100) surface ridge top is fully contacted. A layer is formed.
When a III-V compound semiconductor layer is grown using the MOCVD method, the double heterostructure has a growth temperature of around 700 ° C., a V / III ratio of about 25 to 45, the ridge portion has a growth temperature of 630 to 700 ° C., V It is preferable to carry out at a / III ratio of about 45 to 55. In particular, when the ridge portion selectively grown using a protective film is a III-V group compound semiconductor containing Al, such as AlGaAs, by introducing a small amount of HCl gas during the growth, poly is deposited on the protective film. Is highly preferred. In this case, if the introduction amount of HCl gas is too large, the growth of the AlGaAs layer does not occur and the semiconductor layer is etched (etching mode). However, the optimum introduction amount of HCl is III containing Al such as trimethylaluminum. Depends greatly on the number of moles of group feed.
Specifically, the lower limit of the ratio of the number of moles of HCl supplied and the number of moles of Group III raw material containing Al (HCl / Group III) is preferably 0.01 or more, more preferably 0.05 or more, and 0 .1 or more is most preferable. The upper limit is preferably 50 or less, more preferably 10 or less, and most preferably 5 or less.
[0024]
In addition to the structure of the present invention, it is also possible to form an antioxidant layer that makes it difficult to oxidize the regrowth surface of the double heterostructure surface or that can easily remove the oxide film even when oxidized. In addition, since the refractive index of the cladding layer in the ridge portion is lower than the refractive index of the cladding layer on the active layer, the variation in the light divergence angle can be reduced due to the variation in the composition during laser production. Furthermore, the well-known technique such as the above MOCVD method is used to grow the cladding layer of the regrown portion so as to cover the upper surface of the protective film, thereby improving the controllability of the light distribution that leaks in the vicinity of the protective film and the ridge portion. Alternatively, the contact layer of the regrown portion is grown so as to cover the upper surface of the protective film, and the side surface of the clad layer can be prevented from being oxidized and the contact area with the electrode on the epitaxial surface side can be increased. The growth of the clad layer and contact layer of the regrowth portion so as to cover the upper portion of the protective film may be performed individually or in combination. Thus, the present invention can be applied to various ridge stripe type waveguide structure semiconductor light emitting devices. This structure can also be applied as an edge-emitting LED.
[0025]
The present invention is characterized in that the area used for the insulating film is minimized by forming a current blocking layer outside the protective film, which is an insulating film, so that it is parallel to the resonator during cleavage. Since there is no protective film in the direction, and only a minimum protective film is present in the vertical direction, cleavage is facilitated. Further, the ridge dummy region can be made thicker than the ridge stripe portion due to the presence of the current blocking layer, and when assembled in j-down as shown in FIG. There is an advantage of preventing. Further, since the ridge dummy region has a thyristor structure due to the presence of the current blocking layer, there is an advantage of preventing current leakage due to sneaking in of the solder material when the ridge dummy region is assembled in a j-down structure.
[0026]
As the most desirable mode to which the present invention is applied, as shown in FIG. 3, an anti-oxidation layer 15 is provided on the DH surface, and the regrown cladding layer 13a and contact layer 14a are grown so as to reach the upper part of the protective film 31, The ridge cladding layer 13 a has a refractive index lower than that of the cladding layer 13 on the active layer, and the current blocking layer 16 is also structured to cover the protective film 31.
[0027]
The ridge-type compound semiconductor layer is usually mostly the second conductivity type second cladding layer, but has a lower resistance than the other parts of the ridge-type compound semiconductor layer on substantially the entire side surface and upper surface thereof. It is preferable that a contact layer is formed. In this way, by providing a sufficient contact area between the adjacent electrode and the second conductivity type second cladding layer via the contact layer, the resistance of the entire device can be kept low.
[0028]
It is also possible to further cover a part of the side surface and upper surface of the ridge on which the contact layer is formed with a layer for the purpose of preventing oxidation. Even in this case, the resistance of the entire device can be suppressed smaller than that in the case of forming an electrode without forming a contact layer on the side surface of the ridge, and as long as it is included in the present invention. In particular, it is effective in reducing the resistance of the entire device in a material having a high specific resistance such as an AlGaInP system or AlGaInN system (especially in p-type).
[0029]
A structure in which a part of the ridge type compound semiconductor layer which is the second conductivity type second cladding layer regrown using a known method such as the above-described MOCVD method is formed so as to be placed on the protective film. Is preferred. The lower limit of the overlapping portion of the second conductivity type and the second cladding layer on the protective film is preferably 0.01 μm or more, and more preferably 0.1 μm or more. The upper limit is preferably less than 2.0 μm, more preferably 1.0 μm or less. By forming as described above, the contact area between the contact layer and the electrode can be increased, the contact resistance between the contact layer and the electrode is lowered, and the light distribution that oozes out near the boundary between the protective film and the ridge bottom Controllability can be improved. In addition, when a contact layer having a band gap smaller than the energy of light emitted from the active layer is used, light absorption of the contact layer formed on the side surface of the ridge can be reduced, and laser characteristics and reliability are improved. Can be realized. In this case, it is not always necessary to form a protective film on the side surface of the ridge type compound semiconductor layer as in the conventional ridge waveguide laser. In the present invention, the protective film is formed on the bottom of the side surface of the ridge-shaped portion. It is effective in simplifying the process and reducing costs.
[0030]
In a preferred embodiment of the present invention, the refractive index of the second conductivity type first cladding layer is larger than the refractive index of the second conductivity type second cladding layer. The lower limit of the difference in refractive index between the second conductivity type first cladding layer and the second conductivity type second cladding layer is preferably 0.005 or more, more preferably 0.01 or more, and most preferably 0.02 or more. The upper limit is preferably 0.15 or less, more preferably 0.1 or less, and most preferably 0.08 or less. This can suppress the tailing of the light distribution (near-field image) to the ridge, improve the objectivity of the vertical spread angle (far-field image), suppress the side peak of the horizontal spread angle (far-field image), Alternatively, laser characteristics and reliability can be improved by suppressing light absorption in the contract layer.
[0031]
In another preferred embodiment of the present invention, an antioxidant layer is provided at least directly below the protective film opening on the second conductivity type first cladding layer, that is, on the stripe region and preferably on both sides thereof. As a result, when the cladding layer of the ridge portion is formed by regrowth, it is possible to prevent the generation of a high resistance layer that increases the passage resistance at the regrowth interface. Also, the presence of a large amount of oxygen or other impurities at the regrowth interface causes light absorption (heat generation) at the interface due to crystal quality degradation and promotion of impurity diffusion through defects, leading to deterioration of characteristics and reliability. End up. When the antioxidant layer is provided, the deterioration of the crystal quality at these interfaces can be reduced.
[0032]
In addition to the above, the present invention can be applied to various ridge waveguide semiconductor light emitting devices, such as being able to be combined with embodiments as listed below.
(1) By forming a current blocking layer of a semiconductor, dielectric or the like, preferably a semiconductor, on the outer side of the protective film covering both sides of the stripe region, the yield at the time of cleavage and assembly is improved, and when assembled at junction down The stress on the ridge portion can be reduced and the life can be extended.
(2) By adopting a substrate whose surface has an off-angle with respect to a low-order plane orientation, the lateral density of the light density distribution (or beam profile) is symmetrical even if the regrowth ridge portion has a left-right asymmetric shape. Therefore, the device can be oscillated in a fundamental transverse mode stable up to a high output, and the device yield and reliability can be improved.
(3) By forming a structure having a ridge dummy region in which a current blocking layer is formed on the outer side of the protective film covering both sides of the stripe region, the thickness, composition, and carrier concentration of the stripe portion can be easily controlled.
[0033]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention still in detail, this invention is not limited by the following Example, unless the summary is exceeded.
(Example)
This embodiment is shown in FIG. 350 μm thick n-type GaAs (n = 1 × 10) whose surface is the (100) plane ¹⁸ cm ^-3 ) Si-doped Al on the substrate 21 by MOCVD _x Ga _1-x As (x = 0.55: n = 1 × 10 ¹⁸ cm ^-3 N-type first cladding layer 11 having a thickness of 1.5 μm, non-doped Al _X Ga _1-X As (x = 0.14), 0.06 μm thick active layer 12, Zn-doped Al _X Ga _1-X As (x = 0.55: p = 1 × 10 ¹⁸ cm ^-3 ), A p-type first cladding layer 13 having a thickness of 0.25 μm, and a Zn-doped Al having a thickness of 10 nm. _X Ga _1-X As (x = 0.2: p = 1 × 10 ¹⁸ cm ^-3 ) Were sequentially laminated. Next, SiN as a protective film _X A film 31 is deposited to 200 nm, and this SiN is deposited by photolithography. _X SiN in a stripe shape with a width of 22 μm in the [01-1] B direction on the protective film _X The membrane was left. Here, the [01-1] B direction is defined such that [11-1] existing between the (100) plane and the [01-1] plane appears on the surface. In addition, the repetition width L of the ridge portion was set every 250 μm. (D / L = 0.088). On top of this, 0.5 μm thick Si-doped GaAs (n = 1 × 10 10) is formed by MOCVD. ¹⁸ c m ^-3 ) 16 was selectively grown. Next, striped SiN is formed by photolithography. _X A stripe-shaped window having a width of 2.2 μm was opened in the [01-1] B direction at the center of the film. On top of this, when selective growth is carried out by MOCVD and the entire surface is grown on a normal substrate in the form of a ridge stripe, Zn doped Al _X Ga _1-X As (x = 0.57: p = 1 × 10 ¹⁸ cm ^-3 ) And a p-type second cladding layer 13a having a thickness of 1.25 μm and a carrier concentration of 1 × 10 ¹⁹ cm ^-3 A p-type contact layer 14 having a thickness of 0.5 μm was formed from Zn doped GaAs. As a result of measuring the thickness of the clad layer and contact layer grown on the ridge portion by cross-sectional observation, the thickness was consistent with the case where the entire surface was grown on a normal substrate within a range of errors. Thereafter, the p-side electrode was vapor-deposited, and after the substrate was thinned to 100 μm, the n-side electrode was vapor-deposited. FIG. 10 shows a cross-sectional view of the semiconductor light emitting device of this example. When the chip was cut out from the wafer thus prepared by cleavage, there was no damage due to cleavage and no electrode peeling due to assembly. When a near-field image was confirmed, light emission was observed only in the ridge portion, and it was confirmed that the current was confined only in the rib portion by the current block. Also, when assembled in j-down as shown in FIG. 9 (a), it was confirmed that the current-voltage characteristics were very good as shown in FIG. 6, and no current leaked to the non-ridge portion. The product yield was also confirmed to be good.
[0034]
(Comparative example)
A laser was produced in the same process as in the example. At this time, SiN is not formed on the p-type contact layer 14 without selectively growing the semiconductor layer 16 as a current blocking layer. _X An insulating film XY is deposited to 200 nm, and this SiN is deposited by photolithography. _X A stripe-shaped window having a width of 10 μm was opened on the ridge stripe in the [0-1-1] A direction in the insulating film. Except this, it was completely the same as the example. FIG. 11 shows a cross-sectional view of the semiconductor light emitting device of this comparative example. As a result of cleaving and assembly, SiN is formed on the p-side surface. _X Since the film and the electrode are formed, the cleaving property is deteriorated. _X Problems such as film peeling occurred. When a near-field image was confirmed, it was confirmed that the entire active layer was emitting light due to current leakage in the ridge dummy region, and many lasers in which the current was not sufficiently confined by the SiNx insulating film were observed. In addition, when assembled in j-down as shown in FIG. 9B, current leakage occurs, and as shown in FIG. 7, a large number of current-voltage characteristics are not generated, and grow on the ridge stripe and both sides thereof. Since the thicknesses of the portions are the same, deterioration due to stress or the like from the solder material is likely to occur, and sufficient laser characteristics cannot be obtained, and the yield is reduced.
[0035]
【The invention's effect】
According to the present invention, since an insulating layer is not used for current confinement in a ridge stripe-type waveguide structure semiconductor light emitting device, the yield by cleavage and assembly is improved, and a current blocking layer exists outside the ridge stripe. Since it is thicker than the ridge stripe portion, when it is assembled with j-down, the stress on the ridge stripe portion is reduced, and high output and long life can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a cross-sectional view of a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention in which a ridge portion is formed by regrowth after the growth of a double heterostructure is completed.
FIG. 4B is a cross-sectional view of the semiconductor light emitting device according to the embodiment of the present invention in which the ridge portion is formed by regrowth at the stage where the current block layer regrowth is completed.
c is a cross-sectional view of the semiconductor light emitting device according to the embodiment of the present invention in which the ridge portion is formed by regrowth at the stage where ridge regrowth is completed.
d is a cross-sectional view of a completed semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention in which a ridge portion is formed by regrowth.
FIG. 2A is a cross-sectional view of a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention in which a ridge portion is formed by regrowth after the double hetero structure has been grown.
FIG. 4B is a cross-sectional view at the stage where the formation of the current blocking layer of the semiconductor light emitting device of the embodiment of the present invention in which the ridge portion is formed by regrowth is completed.
c is a cross-sectional view of the semiconductor light emitting device according to the embodiment of the present invention in which the ridge portion is formed by regrowth at the stage where the ridge regrowth is completed.
d is a cross-sectional view of a completed semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention in which a ridge portion is formed by regrowth.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a completed semiconductor light emitting device according to one embodiment of the present invention in which a ridge portion is formed by regrowth.
4A is a cross-sectional view of a conventional semiconductor light emitting device in which a ridge portion is formed by etching at a stage where DH growth has been completed. FIG.
b is a cross-sectional view of a conventional semiconductor light emitting device in which a ridge portion is formed by etching at a stage where ridge etching is completed.
c is a sectional view of a completed conventional semiconductor light emitting device in which a ridge portion is formed by etching.
FIG. 5a is a cross-sectional view of a conventional semiconductor light emitting device in which a ridge portion is formed by regrowth at a stage where DH growth is completed.
b is a cross-sectional view of the conventional semiconductor light emitting device in which the ridge portion is formed by regrowth after the ridge regrowth is completed.
c is a sectional view of a completed conventional semiconductor light emitting device in which a ridge portion is formed by regrowth.
FIG. 6 shows current-voltage characteristics of a semiconductor light emitting device manufactured in an example of the present invention in which a ridge portion is formed by regrowth.
FIG. 7 shows current-voltage characteristics of a conventional semiconductor light emitting device in which a ridge portion is formed by regrowth as a comparative example.
FIG. 8 is a view of the semiconductor light emitting device of the present invention as viewed from the epitaxial layer side, showing a protective film and a ridge dummy region.
FIG. 9A is a diagram showing a state in which the semiconductor light emitting device of the present invention is assembled in a junction down type;
(B) The figure which showed the mode that the comparative example of the semiconductor light-emitting device of this invention was assembled in the junction down type | mold.
FIG. 10 is a cross-sectional view of a light-emitting semiconductor light emitting device used in an example of the completed semiconductor light emitting device of the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view of a completed semiconductor light emitting device used in a comparative example.
[Explanation of symbols]
11 First conductivity type first cladding layer
12 Active layer
13 Second conductivity type first cladding layer
13a Second conductivity type second cladding layer
13b Second conductivity type second cladding layer formed in the ridge dummy region
14 Second conductivity type contact layer
14a Second conductive contact layer formed on the ridge
14b Second conductivity type contact layer formed in the ridge dummy region
15 Antioxidation layer
16 Current blocking layer
21 Substrate
31 Protective film
31a Insulating layer
32 Epitaxial layer side electrode
33 Substrate side electrode
34 Solder material
35 heat sink
36 Bonding wire

Claims

Forming a compound semiconductor layer including an active layer on the substrate and a protective film covering at least the opening in this order; selectively growing a current blocking layer on both sides of the protective film; forming an opening in the protective film A method of manufacturing a semiconductor light emitting device comprising the step of selectively growing a ridge type compound semiconductor layer in the opening.

A step of laminating a compound semiconductor layer including an active layer and a current blocking layer in this order on a substrate, a step of removing a part of the current blocking layer, and forming the protective film having an opening in the removed portion. And a step of selectively growing a ridge-type compound semiconductor layer in the opening.