JPH01313985A - 半導体発光装置の製造方法 - Google Patents

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】 ［概要］ ストライプ状ダブルヘテロ構造と、その両側を埋める電
流狭窄層とを有する半導体発光装置の製造方法に関し、 高温においても特性の良好な半導体発光装置を製造する
方法を提供することを目的とし、活性層の上に薄く上側
クラッド層を成長した後、上側クラッド層と格子整合し
、上側クラッド層と異なるエツチング特性を有し、Ａ１
をその成分の１つとして含み、その酸化物がエピタキシ
ャル成長に対するマスクとして働くことのできる半導体
のバッファ層を成長し、マスクを用いてメサエッチング
してメサ構造を作った後、バッファ層の露出表面を酸化
し、メサ構造を埋める電流狭窄半導体層をエピタキシャ
ル成長するように構成する。

［産業上の利用分野］ 本発明は半導体発光装置の製造方法に関し、特に、スト
ライプ状ダブルヘテロ構造と、その両側を埋める電流狭
窄層とを有する半導体発光装！の製造方法に関する。

このような半導体発光装置は、例えば、レーザ光を発し
て光通信の光信号源等に用いられるものであり、広い温
度範囲にわったて、低い開鎖電流と、高い発光効率が必
要とされる。

［従来の技術］ 第４図（Ａ）−（Ｄ）は、従来技術による埋込み型のダ
ブルヘテロ構造半導体レーザの作製工程を示す。

第４図（Ａ）において、１はｎ型１ｎＰ基板で、この上
にｎ型ＩｎＰ下側クラッド層２（例−以下同−Ｓｎドー
プ、　Ｉ　Ｘ　１０１８＝ｘ−３，厚さ２μｍ）、波長
１．３μｍに相当するＩ　ｎＧａＡｓＰ活性層３（アン
ドープ、厚さ０．１５．ｃｚｆｌ　）、ｐ型ＩｎＰ上側
クラッド層４　（Ｚｎドープ、５Ｘ１０１７＞−３厚さ
０８５μｌ）を順次成長し、その表面に約１μｍ幅のス
トライプ状５ＩＯ２マスク５を形成しである。

次に、第４図（Ｂ）に示すようにＳ　Ｉ　Ｏ２マスク５
をエツチングマスクとして用い、Ｂｒ−メタノール液等
により、メサエッチングを行い、メサストライプを形成
する。下側、上側クラッド層２．４が活性層３を挾んだ
ストライプ状ダブルヘテロ構造が形成される。

次に第４図（Ｃ）に示すように露出表面上に、ｐ型Ｉｎ
Ｐ層６　（Ｚｎドープ、　Ｉ　Ｘ　１０１８ｃｍ−３）
、ｎ型ＴｎＰ層７　（Ｓｎドープ、Ｉ　Ｘ　１０１８Ｑ
１１−３）を液相成長し、メサストライプの側面を埋込
む。

このとき、メサ上面には５ｉ０２マスク５があるため成
長は起きないが、露出された側面上には成長が起きる。

従ってｐ型ＩｎＰ層６は端部が盛り上がった形状となる
。成長が進むにつれ、表面は平坦となるようにすること
ができる。但し、５ｉ０２マスク５の上には成長しない
。

この後、５１０２マスク５を弗酸で除去し、Ｐ型１ｎＰ
層８（Ｚｎドープ、　５　Ｘ　１０　”ａｍ−３）、ｐ
型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層９　（Ｚｎドーグ。

Ｉ×１０１９■°３）を液相成長し、第４図（Ｄ）のよ
うに、表面の平坦なレーザ用結晶を得る。

この結晶の上下両面に電極を付け、約３００μｒｔ角の
チップにし、ｐｌ！Ｉを下にしてステムにボンディング
し、レーザダイオードを作製する。

［発明が解決しようとする課！Ｊ！］ 上述の従来技術によるレーザダイオードの特性を調べた
ところ、２５℃では開鎖電流Ｉ　ｔｈ＝　１５ｍＡ、効
率７７　＝　０　、２５　ｎＷ／ｎＡ／ｆａｃｅｔと良
好であったが、７０℃の高温ではＩｔｈ＝４５ｍＡ、７
７＝０゜１　ｎＷ／ｎＡ／ｆａｃｅｔと満足できる特性
ではなかった（なお、レーザキャビティ両面での全効率
は上記のηの値の２倍となる）。

本発明の目的は、高温においても特性の良好な半導体発
光装置を製造する方法を提供することである。

［従来技術の詳細な検討］ 従来技術によるレーザダイオードにおいて、高温での特
性が悪くなる最大の原因は、第４図（Ｄ）を参照して、
Ｐ型の領域が８−４−６とつながって、Ｐ型層６にキャ
リアが供給され、Ｐ型層６とｎ型層２との間のｐｎ接合
に順方向に流れるリーク電流が温度の上昇とともに急激
に増大するためと考えられる。

従って温度特性を改良するためには、このリークパスを
できるだけ小さくする必要がある。

そのためには上側クラッド層４とｐ型ＩｎＰ層６とが接
している部分を小さくすれば良いが、その面積は５１０
２マスク５の活性層３からの高さでほぼ決まってくる。

つまり、メサ側面埋込み用の電流狭窄層の成長において
は、最初の２層６の成長は５１ｏ２マスク５の端近値か
ら始まり、それにつづく１層も同様にその端がマスク６
端にくる。成長速度を遅くし、２層６の厚みを薄くすれ
ば、幾分は成長範囲を５１０２マスク５よりも下側にも
ってくることができる可能性もあるが、実際には制御が
難しい、従って、ｐｎ接合のメサ側面での位置はｐ型の
上側クラッド層４の厚さで決まってしまうことになる。

ｎ型ＩｎＰ層７の位置をさげてｐ型層４．６の接続面積
を小さくするためには、Ｐ型層４の厚さを薄くすること
が必要になってくるが、これには、Ｓ　ｉ　Ｏ２マスク
５からくる歪の緩和のために限界がある。つまり、５ｔ
０２マスク５とＩｎＰ結晶４の間には、格子の不整合が
あり、大きな歪が働くが、これが成長時にはさらに熱サ
イクルを受けねばならず、さらに大きな結晶歪を受ける
ことになる。この歪による活性層３への悪影響を避ける
ためには、通常０．５μｍ以上の厚みが上側クラッド層
４に必要で、これ以上薄くすることはできない。

［課題を解決するための手ｆｉ］ 活性層の上に薄い上側クラッド層を成長した後、上側ク
ラッド層と格子整合し、上側クラッド層と異なるエツチ
ング特性を有し、容易に酸化してその酸化物がエピタキ
シャル成長に対するマスクとして働くことのできる半導
体のバッファ層を成長し、マスクを用いてメサエッチン
グしてメサ構造を作った後、バッファ層の露出表面を酸
化し、メサ構造を埋める電流狭窄層をエピタキシャル成
長する。

［作用］ この様な構成を用いることにより、酸化したバッファ層
側面にはエピタキシャル成長が起きない。

従って、電流狭窄層の成長する範囲は薄い上側クラッド
層上端で制限される。

電流狭窄層が同導電型領域と接する面積を小さくするこ
とができ、高温でのリーク電流の増大も抑えることがで
きる。半導体発光装置の温度特性を大巾に改善すること
ができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例による半導体発光装置について第
１図（Ａ）−（Ｄ）を参照して説明する。

第４図（Ａ）−（Ｄ＞の従来例同様、活性層３としてＩ
ｎＧａＡｓＰを、クラッド層２．４としてＩｎＰを用い
る場合で説明する。

活性層３の成長工程までは先に第４図（Ａ）に関して述
べた従来例とほとんど同じである。ｐ型ＩｎＰ上側クラ
ッド層４は、例えば０．１μｌ厚と十分薄くし、その上
にＩｎＰと格子整合したＩｎＡｌＡｓのバッファ層１０
を例えば０．４μｍ厚エピタキシャル成長する。その上
にＳ　ｉ　Ｏ２マスク５を形成する。ＩｎＰ上側クラッ
ド層４と■ｎＡｌＡｓバッファ層１０はｏ、ｔμｍと０
．４μｍの厚さを有するので、合計０．５μ自となり、
第１図（Ａ）−（Ｄ）の従来例の上側クラッド層４とほ
ぼ同じ厚さとなり、５ｉ０２マスクからの歪の影響をさ
けることができるようになっている（第１図（Ａ））、
このウェーハをＳｉｎ、マスク５をマスクとしてＢｒ−
メタノール液等によりメサエッチングして第１図（Ｂ）
に示すようなメサ構造を得る。ＩｎＡｌＡｓｎＡｌＡｓ
層化０化し易く、放置してもただちに酸化する。もちろ
ん積極的に酸化させてもよいが歪が大きくならない程度
の厚さにする。

メサ構造を再び成長炉に入れ、電流狭窄層となる埋込層
６．７を成長する（第１図（Ｃ））、このとき、上述の
ようにＩｎＡｌＡｓｎＡｌＡｓ層化０成長前の処理中に
その表面に自然酸化（ｎａｔｉＶｅ　ｏｘｉｄｅ）膜を
形成しているかより積極的に酸化させた酸化膜を備えて
いるため成長が起きず、ＩｎＰ上側クラッド層４上端で
埋込み層６．７の成長は止まる。この後、弗酸で処理す
ることにより、５１０２マスク５とＩｎＡｌＡｓｎＡｌ
Ａｓ層化０去し、ｐ型ＩｎＰ層８、ｐ＋型ＩｎＧａＡｓ
Ｐ層コンタクト層９を第１図（Ｄ）に示すように成長す
る。この様にして得られた結晶では、ｎ型電流狭窄層７
の下端が活性層３から約０．１μｌと、極めて近くに位
置しているため、ｐ型領域４．６の接触によるリーク電
流を極めて小さくすることができる。実際この結晶から
作製したレーザは、室温でＩｔｈ＝１０ｍＡ、ｒｙ　＝
　０　、３５　ｍＷ／ｉＡ＃ａｃｅｔ、７０℃でＩｔｈ
＝３０＋１＾、η＝　０　、２５　ｎＷ／ＩＩＡ／１ａ
ｃｅｔと大巾に改善された特性を示した。

このようにＩ　ｎＧａＡｓＰ活性層とＩｎＰクラッド層
とを用いる場合、ｐ型ＩｎＰ上側クラッド層４と８１０
２１Ａとの間にＩｎＰと格子が整合し、かつその表面に
自然酸化膜を形成しやすい結晶膜を挿入し、メサ側面で
の埋込み層の成長をこの結晶層の側面下端で止めるよう
にすることが効果的である。この様な結晶膜としては、
ＩｎＡｌＡｓ三元結晶やＩｎＧａＡｌＡｓ四元結晶等の
ＡＩを含む結晶が適している。

上述の実施例では５１０２マスク５を備えたストライプ
状メサ構造に電流狭窄層６．７をエピタキシャル成長し
たが、Ｓ　ｉ　Ｏ，、マスク５は電流狭窄層６．７をエ
ピタキシャル成長する前に除去してもよい。

第２図にこの様子を示す、第１図（Ｃ）に対応する。Ｉ
ｎＡｌＡｓｎＡｌＡｓ層側０が露出し、酸素の存在下た
だちに表面に自然酸化膜を生じる。

従ってその表面にはエピタキシャル成長は生じない、エ
ピタキシャル成長の加熱工程において、５ＩＯ２マスク
５の存在による歪、ストレスを無くすことができる。

また、Ｓ　ｉ　Ｏ２スク５の代わりにホトレジストマス
ク５ａを用いてもよい、第３図にこの様子を示す、第１
図（Ｂ）に対応する。

ホトレジストマスク５ａをマスクとしてメサエッチング
すると、下層のバッファ層１０とのなじみが弱いため通
常オーバーハング気味のエツチングとなる。マスク５ａ
の大きさを所望のストライプ膜より大きめにしてエツチ
ング後所望の活性層幅が残るよううにするのがよい。

なお、メサエッチング、マスクとバッファ層のエツチン
グをともにウェットエツチングの場合で説明したが、ド
ライエツチングを用いることもできる。

第２図、第３図の場合は、マスク効果があれば、バッフ
ァ層１０の厚さは薄くてもよい、たとえば、厚さ約０．
１μｍでもよい。

またＩｎＰのクラッド層上にＩｎＡｌＡｓのバッファ層
を設ける場合を説明したが、この組合わせに限らない。

ＩｎＰに対してＩｎＧａＡｌＡｓ： Ｇ　ａ　Ａ、　ｓに対してＧａＡｌＡｓ、Ｉ　ｎＡ’Ｉ
　Ｐ、ＩｎＧａＡ　Ｉ　Ｐ　； ＧａＳｂに対してＧａＡ　Ｉ　Ｓｂ、ＧａＡ　ＩＡｓ　
Ｓｂ；等の材料を用いることができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によればエツチングマスク
から、活性領域へ与える歪を抑えたまま、電流狭窄層を
活性領域に近づけることができるため、高温においても
特性の良好な半導体発光装置を製造できる。

大巾にリーク電流を下げることができ、半導体発光装置
の特性を改善できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）−＜Ｄ）は本発明の実施例によるレーザ作
製方法を説明するための断面図、第２図、第３図は本発
明の他の実施例を説明するための断面図、 第４図（Ａ）−（Ｄ）は従来法によるレーザ作製方法の
例を説明するための断面図である。 図におい゛て、 ｌ　　　ｎ型ＩｎＰの基板、 ２　　　ｎ型ＩｎＰの下側クラッド層 ３　　　　ＩｎＧａＡｓＰの活性層 ４　　　ｐ型１ｎＰの上側クラッド層 ５　　　Ｓｉｏ２゛のマスク ５ａ　　ホトレジストのマスク ６　　　ｐ型ＩｎＰの埋込層 ７　　　ｎ型ＩｎＰの電流狭窄層 ８　　　ｐ型ＩｎＰの層 ９　　　ｐ　型ＩｎＧａＡｓＰのコンタクト層１０　　
　　ＩｎＡｌＡｓのバッファ層第１図 の中１”／Ｉ状見 第２図 本発明Ｉ刈セｆ）実施９１１　Ｌ；よる作製１農り中聞
玖認 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、活性層とこれを挟むクラッド層とを含み、スト
   ライプ状に整形されたダブルヘテロ構造を電流狭窄半導
   体層で埋める半導体発光装置の製造方法であつて、 下側クラッド層（２）、活性層（３）、薄い上側クラッ
   ド層（４）を順次エピタキシャル成長する工程と、 上側クラッド層（４）上に、上側クラッド層（４）と格
   子整合し、上側クラッド層（４）と異なるエッチング特
   性を有し、アルミニウム（Ａｌ）を成分の１つとして含
   み、その酸化物がエピタキシャル成長に対するマスクと
   して働くことのできる半導体のバッファ層（１０）をエ
   ピタキシャル成長する工程と、 マスク（５、５ａ）を用いてバッファ層（１０）と、上
   側クラッド層（４）と、活性層（３）と、下側クラッド
   層（２）の少なくとも一部とをメサエッチングしてメサ
   構造を作る工程と、バッファ層（１０）の露出表面を酸
   化する工程と、 メサ構造を埋める電流狭窄半導体層（６、７）をエピタ
   キシャル成長する工程と、 を含むことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。