JPH01202881A

JPH01202881A - 半導体発光素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH01202881A
Application number: JP2649088A
Authority: JP
Inventors: Koichi Nitta; 康一新田; Masayuki Ishikawa; 正行石川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-02-09
Filing date: 1988-02-09
Publication date: 1989-08-15
Anticipated expiration: 2012-12-03
Also published as: JP2685776B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）この発明は、可視光領域で発光あるいはレーザ発振する
半導体発光素子に関す−る。

（従来の技術）Ｉｎ１−ｘ、Ｇａ、Ａ／！、ｘＰ　（０≦Ｘ　、　Ｖ＜
１　）系の材料は、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板と格子整合した
条件で■−■族混晶半導体の中で最大のバンドギャップ
を有しくただし窒化物等を除く）、５８０１ｍ（黄色）
〜６９０　ｎｍ（赤色）の範囲で発光又はレーザ発振の
可能性を有している。

電流注入型レーザの例としては、ｆｉＣ５図に示す構造
による素子で波長６７０〜６８０ｎｍの赤色レーザが得
られている。第５図の構造は以下に述べるようになって
いる。ｎ−ＧａＡｓ基板１１上に、ｎ　−ＧａＡｓバッ
ファ層１２、ｎ　−（Ａｚ、３Ｇａ、、）、、ｘｎ。、
、ｐり２ラド層１３、アンドープＧａＱＪＩｎｏ、ＳＰ
活性Ｆｓ１４ｐ−（ＡＡＩ）、３０ａ、、、）、、Ｐ層
１５によるダブルヘテロ構造が形成されている。このダ
ブルヘテロ構造の上にｐ−ＧａＡｓ層１６、ｎ−ＧａＡ
ｓ層１７を順次形成し、フォトリングラフィ法によ１）
ｎ−ＧａＡｓ層１７の一部をストライプ状２）に除去し
、さらにｐ−ＧａＡｓコンタクト層１８を全面に形成す
る。ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１８およびｎ　−Ｇ　ａ
　Ａ　ｓ基板１１の表面にｐ型電極１９、ｎ型電極２０
をそれぞれ形成する。

この素子に電流を流すとｎ　−Ｇ　ａ　Ａ　ｓ層１７に
よるｐｎ反転層で電流がストライプ状開口２）によシ狭
窄され、ストライプ状の発光を得、ストライプ方向にレ
ーザ発振を得ることができる。この構造は、゛酸化しゃ
すいｎ化合物であるｐ−（九ら、Ｇａｏｌ、）。、。

Ｉｎ。、ＢＰクラッド層の表面を露出することなくスト
ライプ状開口２）を形成し、ｐ−ＧａＡｓ層１６上にｐ
−ＧａＡｓコンタクト層１８を形成するため、良好な成
長界面が得られる。

（発明が解決しようとする課題）しかし、第５図に示した従来の構造において、ｐ−Ｇａ
Ａｓ層１６での電流波がシ及びｎ　−Ｇ　ａ　Ａ　ｓ層
１７のストライプ状開口２）形成時のエツチング工程が
問題となる。ｐ−ＧａＡｓ層１６での電流波がシを抑え
るには、ｐ−ＧａＡｓ層１６とｐ　−（Ａ／、、、Ｇａ
　、、）ｕＩ　ｆ’ｊ　ａｓＰり２ラド層１５のキャリ
ア濃度と厚さを制御する必要がある。ｐ−ＧａＡｓ層１
６のキャリア濃度を下げ電流波がシを小さくするとレー
ザのシリーズ抵抗が高く々る欠点が弗る。また、ｎ−Ｇ
ａＡｓ層１７のストライプ状開口２）形成時のエツチン
グ工程において、ｐ−ＧａＡｓ層１６でエツチングを止
めることは、技術的に難しく、ｎ−ＧａＡｓ層１７を完
全にエツチング除去するため１ｃｐ−ＧａＡｓ層１６が
少しエツチングされる。このためｐ−ＧａＡｓ層１６の
厚さを設定して電流波がシを抑えることは、難しく歩留
シも悪い。ｐ−ＧａＡｓ層１６をｐ−ＧａＡｔＡｓ層に
変えることも行われている。しかし、ＧａＡｓ層とＧａ
ＡｔＡｓ層のエツチングレートのちがいによｊ）　ｐ−
ＧａＡｔＡｓ層のオーバーエッチンクの問題は解決する
が、ｐ−ＧａＡｔＡｓ層はｐ−ＧａＡｓ層に比べて、キ
ャリア濃度が一般に低いためレーザのシリーズ抵抗が高
くなる欠点を有している。

本発明の目的は、このような従来の欠点を排除し、高歩
留シで、電流狭窄が良好でかつ性能、信頼性に優れた可
視光半導体発光素子を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）上記問題点を解決するために半導体発光素子は、Ｉｎ　
５−ｘ−ｙＧａｓｘＰ　（０＜Ｘ　＃　’！≦１）から
なる活性層を上下からはさむ第１及び第２の２つのクラ
ッド層を含むダブルヘテロ接合部を半導体基板上に有し
、２つのクラッド層のうち基板とは反対側に位置する第
２のクラッド層上にＩ　”　１ｚＧａ　ｚＰ　（０≦ｚ
く１）からなる中間バンドギャップ層を有し、中間バン
ドギャップ層上に一部を中間バンドギャップ層まで除去
した電流狭窄層を有し、電流狭窄層に被われてない中間
バンドギャップ層に第２のクラッド層と同じ導電型の不
純物が拡散された領域を有し、電流狭窄層に被われてな
い中間バンドギャップ層上及び電流狭窄層上に第２のク
ラッド層と同じ導電型のコンタクト層を有した構造であ
シ、その製造方法において、中間バンドギャップ層と一
部を中間バンドギャップ層まで除去した電流狭窄層に対
して、不純物を拡散する工程と電流狭窄層に被われて彦
い中間バンドギャップ層上および電流狭窄層上に第２の
クラッド層と同じ導電型のコンタクト層を形成する工程
を有機金属気相成長法における反応炉の中で行うもので
ある。

（作用）本発明は、上述の構造及び製造方法を用いることによシ
従来技術の問題点を解決するものである。

第４図は、本発明の詳細な説明するための図である。ダ
ブルヘテロ構造の第２のクラッドをＸ＝０．３５゜ｙ＝
０．１５としたｐ−Ｉｎ、（Ｇａ、、、ん’ａｔ）ａｓ
Ｐ／ｉｆ　３１、中間バンドギャップ層を！　＝　０．
５としたｐ−ＩｎａｌＩＧａ　ｏ、ｓ　Ｐ層３２、電流
狭窄層をｎ−ＧａＡｓ層３３、コンタクト層をｐ−Ｇａ
ＡＳ層３４、拡散領域３５を形成する不純物をＺｎとし
、各層の成長法は、たとえば有機金属気相成長法（ＭＯ
ＣＶＤ法）とする。

ｎ−ＧａＡｓ層３３のエツチング工程において、ｐ−Ｉ
ｎＱ、５Ｇａ０．Ｐ層３２はｐ−Ｉｎ、！１（Ｇａ０．
、ＡＬ、、）。、、Ｐ層３１のカバーとなシ、紅の酸化
があるｐ　−Ｉｎ　ｏ４　（Ｇａ、。

Ａ／：、）（１，、Ｐ層３１のカバーとなシ、Ｍの酸化
があルｐ−Ｉｎ、、（Ｇａ、３ＡＡ０．、）（Ｌ、Ｐ層
３１が大気中に露出することを防ぐ。

ｐ−Ｉｎ、、Ｇａ、、Ｐ層３２において、Ｚｎが拡散さ
れた領域のキャリア濃度はＺｎが拡散されない領域のキ
ヤ’）７１ｍ度よシ１桁以上高いため、ｐＩｎ　Ｑ、ｓ
Ｇａ　ｏ、ｓ　Ｐ層２での電流波がシは少々い。

ｎ−ＧａＡｓ層３３とｐ−Ｉｎ０．、Ｇａ０．、Ｐ層３
２ではＺｎの拡散速度が１桁程度ちがうため、ｎ−Ｇａ
Ａｓ層３３が拡散ブロック層として働き、拡散ブロック
用のマスク等を施す必要がなく、工程が簡単になる。

以上述べた利点を本発明は有している。

（実施例）以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は、本発明の第１の実施例を示す断面図である。

ｎ−ＧａＡｓ基板４１上にｎ−ＧａＡｓバッファ層４２
、ｎ−Ｉｎ、、（Ｇａ、、ＡＡ。、、）、、Ｐ　（ｘ＝
０．３５　、　ｙ＝０．１５　）第１のクラッド層４３
．７ｙドープＩｎ　Ｑ、ｓＧａ　ｏ、ａＰ　（ｘ　＝ｙ
＝０．５）活性層４４、ｐ−”ｏ、５（Ｇａ（Ｌｓ”ｏ
、ｔ）ａｓＰ（ｘ＝０．３５　、　）’＝０．１５　）
第２のクラッド層４５、ｐ−”０．５０ａ　　Ｐ（ｚ＝
０．５）　　中間バンドギャップ層４６が形ｏ、ｓ成され、さらに一部をｐ　Ｉ　ｎ　ａ　ｓＧａ　Ｑ、ｓ
　Ｐ層４６まで除去したｎ−ＧａＡｓ１ｌ流狭窄層４７
、オーミックコンタクトを形成するｐ−ＧａＡｓコンタ
クト層４８、ｚｎが拡散された領域４９が形成された構
造である。

ｐ　−Ｇ　ａ　Ａ　ｓコンタクト層４８上には、ｐ壓電
極であるＡｕＺｎ　５０　、　ｎ−ＧａＡｓ基板４１の
裏面には、ｎ型電極であるＡｕＧｅ　５１が形成されて
いる。

本実施例の素子に電流を注入すると、ｎ−ＧａＡｓ電流
狭窄層４７によるｐｎ反転層のため注入電流は電流狭窄
部５２に制限される。このため、この電流狭窄部５２に
ほぼ沿った活性層４４で発光が生じ、またレーザ発振も
得られる。

第１図において、たとえばｐ−Ｉ　ｎ　ｏ、ｓＧａ　１
ＬｓＰ中間バンドギャップ層４６が厚さ０．０５μｍ１
キヤリア濃度５　Ｘ　Ｉ　Ｑ”ｃｍ−’の場合、Ｚｎ拡
散領域４９のΦヤリア濃度はｌＸｌ０”６１程度あシ、
ｐ−ＩｎａｌＳＧａｏ、、Ｐ層４６の電流狭窄部５２に
電流が拡がることなく集中する。

したがって、注入電流は、電流狭窄部５２によく制限さ
れ、電流波がシによって無効に消費される電流が少ない
ので、発光効率は高く、このためレーザにした場合、そ
の発振しきい値は低くなる。

また本発明では、活性層としてアンドープＩｎ　０５Ｇ
ａ０．Ｐ層を用いているので、波長は６７０〜６８０ｒ
１ｍの赤色可視光レーザが得られる。尚、第２図に示す
如く電流狭窄層がｎ−Ｇａ、、、、ＡＡ。、２．Ａｓ　
（Ｗ＝　０．２５　’）層あるいはｎ−Ｉｎ、、（Ｇａ
０．、ＡＬ、、３）、５ｐ　（ｘ’＝Ｑ、１５　、　ｙ
’＝Ｑ、３５　）層また、中間バンドギャップ層が、ｎ
　Ｉｎ　ｏ、ａＧａ　ｏ、ｓ　Ｐ（Ｚ＝０．５）層ある
いはアンドープＩｎ。、、Ｇａ、、Ｐ（ｚ＝０．５）層
の構造でも上述の性能を示す。ただし、上述したＸ、ｙ
、ｚ、Ｗ、ｘｌ、ｙＩの数値等は本発明の効果がある範
囲で変更可能な事は言うまでもない。

第３図に本実施例を実現するための製造方法について示
す。第１図と共通の部分は同じ番号を用いである。第３
図（ａ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板４１上に有機
金属気相成長法によｐｎ−ＧａＡｓバッフ７Ｐｓ４２、
ｎ−Ｉｎａ５（”ｏ、ｓん！、、）、、Ｐ第１のクラッ
ド層４３、アンドープ”ａｓＧａｏ、ｓＰ活性層４４、
ｐ　−Ｉｎ　ｏ、ｓ　（Ｇａ　ｏ、ｓｎｏ、ｔ　）　。

、、ｐ第２のクラッド層４５、ｐ−Ｉ　ｎ　ａ　ｓＧａ
　ｃ、ｓ　Ｐ中間バンドギャップ層４６、ｎ−ＧａＡｓ
電流狭窄層４７を順次成長させる。次に第３図（ｂ）に
示すように、フォトレジスト５３を用いｎ　−ＧａＡｓ
層４７を選択的にエツチング除去し、電流狭窄部５２　
を形成ｆル。コノとき確実にｐ−Ｉｎ、、ＧａｌｌＬｌ
ｌＰ層４６表面を露出させるために、ｎ−ＧａＡｓ層４
７とｐ−Ｉｎ０．、Ｇａ０．、Ｐ層４６とでエツチング
レートのちがうエツチング液を用いる。たとえば、エツ
チング液としては、硫酸、過酸化水素水、水の混液（体
積比８：１：１）などが適している。次に第３図（Ｃ）
に示すように、フォトレジスト３５を除去し、ｎ−Ｇａ
Ａｓ層４７とｐ　−Ｉｎ　ａｓＧａ　ａ　ｓ　Ｐ層４６
の表面を出し、有機金属気相成長法における反応炉の中
でＺｎ拡散工程を行う。拡散工程において、ｎ−ＧａＡ
ｓ層４７とｐ　−Ｉ　ｎ　ｏ、ａＧａ　ｏ、、Ｐ層４６
では、Ｚｒ１）拡散速度が１桁以上ちがうため、電流狭
窄部５２にＺｎが深く拡散され第３図（ｄ）に示す構造
となる。次に、第３図（Ｃ）に示すようにｐ−ＧａＡｓ
コンタクト層４８を成長し、ｐ型電極ＡｕＺｎ　５０及
びＮ型電極ＡｕＧｅ５１を形成、する。ｐ　−Ｇ　ａ　
Ａ　ｓ層４８を成長するとき、紅を含む化合物が表面に
露出してないため、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層４８はき
わめて良質であシ、良好な電極形成ができ、素子特性や
信頼性が向上した。

また、Ｚｎ拡散工程も有機金属気相成長法における反応
炉の中で行うため、製造工程が簡略化しその製造コスト
が安くなる。

なお、本発明は上記実施例に限られない。要するに本発
明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施する
ことができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば歩留シよく電流狭窄層
が良好でかつ性能、信頼性の優れた可視光半導体発光素
子をよシ低いコストで提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す断面図、第２図は
本発明の第２の実施例を示す断面図、第３図は第１の実
施例の製造工程を示す図、第４図は本発明の詳細な説明
するための断面図、第５図は従来の半導体発光素子の例
を示す断面図である。４１　・−ｎ−ＧａＡｓ基板、４２　・−ｎ−ＧａＡｓ
バッフ７層、４３−・・ｎ　−ＩｎＱ、ｌ５（Ｇａ、ん
’（Ｌ７）（ＬＢＰＢＰＯ４ラッド層、４４　・・・ア
ンドープＩｎＩ）、５Ｇａ（Ｌ、Ｐ活性層、３１゜６１
　、４５　、、・ｐ−”ａｓ（”（Ｌａ”ｏ、ｙ）ａｓ
Ｐ第２）７）　クラｙド層、３２　ｅ　４６　・・・ｐ
−Ｉｎｎ１Ｇａｏ、ａＰ中間バントキャップ層、３３　
、４７　・−・ｎ−ＧａＡｓ電流狭窄層、３４゜６４　
、４８　・・・ｐ−ＧａＡｓｏ：ｒ　ｙタクト層、３５
，６５゜４９　・−Ｚｎ拡散領域、５０−Ｐ型電極Ａｕ
Ｚｎ、５１、・、Ｎ型電極ＡｕＧｅ、　５１−　Ｎ型電
極ＡｕＧｅ、　６６゜５２　・・・電流狭窄部、６２　
・ｎ−Ｉｎ０．、Ｇａ０．、ＰあるいはアンドープＩｎ
＆ｌｌＧａ０．．Ｐ中間バンドギャップ層、ｅ　３　、
、・ｎ−Ｇａ　、、、Ａｚｏ、、Ａｓあるいはｎ　−Ｉ
　ｎ　ｏ、５（Ｇａ　ａｙＡＬｏす。。Ｐ電流狭窄層。５２嘴兆瞬岬第１図（ｄ）第３図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｉｎ＿１＿−＿ｘ＿−＿ｙＧａ＿ｙＡｌ＿ｘＰ（
０≦ｘ、ｙ≦１）からなり、活性層を上下からはさむ第
１及び第２の２つのクラッド層を含むダブルヘテロ接合
部が半導体基板上に形成されている半導体発光素子にお
いて、すくなくとも前記クラッド層のうち基板とは、反
対側に位置する第２のクラッド層上に、一部を除去され
た電流狭窄層を有し、前記電流狭窄層の除去された領域
から第２のクラッド層にかけて、前記第２のクラッド層
と同じ導電型の不純物が拡散された領域を有し、前記拡
散された領域を有する電流狭窄層上に、前記第２のクラ
ッド層と同じ導電量のコンタクト層を有することを特徴
とした半導体発光素子。
（２）前記第２のクラッド層上にＩｎ＿１＿−＿ｚＧａ
＿ｚＰ（０≦ｚ≦１）からなる中間バンドギャップ層を
有し、前記中間バンドギャップ層上に一部を中間バンド
ギャップ層まで除去した電流狭窄層を有し、前記電流狭
窄層に被われてない中間バンドギャップ層に第２のクラ
ッド層と同じ導電量の不純物が拡散された領域を有し、
前記電流狭窄層に被われてない中間バンドギャップ層上
及び電流狭窄層上に、第２のクラッド層と同じ導電型の
コンタクト層を有することを特徴とする請求項１記載の
半導体発光素子。
（３）前記中間バンドギャップ層上に一部を中間バンド
ギャップ層まで除去して形成された電流狭窄層が、Ｇａ
＿１＿−＿ｗＡｌ＿ｗＡｓ（０≦ｗ≦１）あるいはＩｎ
＿１＿−＿Ｘ＿＾１＿−＿ｙ＿＾１Ｇａ＿ｙ＿＾１Ａｌ
＿ｘ＿＾１Ｐ（０≦ｘ＾１、ｙ＾１≦１）からなる半導
体層であることを特徴とする請求項２記載の半導体発光
素子。
（４）Ｉｎ＿１＿−＿ｘ＿−＿ｙＧａ＿ｙＡｌ＿ｘＰ（
０≦ｘ、ｙ≦１）からなり、活性層を上下からはさむ第
１および第２のクラッド層のうち基板とは、反対側に位
置する第２のクラッド層上に形成したＩｎ＿１＿−＿ｚ
Ｇａ＿ｚＰ（０≦ｚ≦１）からなる中間バンドギャップ
層と前記中間バンドギャップ層上に一部を中間バンドギ
ャップ層まで除去した第２のクラッド層と導電型の異な
るＧａ＿１＿−＿ｗＡｌ＿ｗＡｓ（０≦ｗ≦１）あるい
はＩｎ＿１＿−＿ｘ＿＾１＿−＿ｙ＿＾１Ｇａ＿ｙ＿＾
１Ａｌ＿ｘ＿＾１（０≦ｘ＾１、ｙ＾１≦１）からなる
電流狭窄層に対して不純物を拡散する工程と上記電流狭
窄層に被われてない中間バンドギャップ層上および電流
狭窄層上に第２のクラッド層と同じ導電型のコンタクト
層を形成する工程を含むことを特徴とする半導体発光素
子の製造方法。