JPH0222880A

JPH0222880A - 半導体発光素子の製造方法

Info

Publication number: JPH0222880A
Application number: JP17243188A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Tanaka; 一弘田中
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1988-07-11
Filing date: 1988-07-11
Publication date: 1990-01-25
Anticipated expiration: 2013-02-16
Also published as: JP2714642B2

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〕半導体発光素子に関し、高速動作を可能にすることを目的とし、半導体基板上に
、少なくとも第１のクラッド層、活性層、第２のクラン
ド層、およびコンタクト層を順に積層して形成した半導
体発光素子において、前記活性層の帯状発光領域の両外
側に、少なくとも上記第１のクラッド層の底部に達する
２つの）ｉ４を設け、さらに線溝の外側に位置するコン
タクト層および第２のクラッド層の上部をエツチングし
て′ａ膜化し、前記溝内及び薄膜化した前記第２のクラ
ッド層の上に高抵抗半導体をエビタキシャル成長させて
構成する。

〔産業上の利用分野］本発明は、半導体発光素子に関する。

〔従来の技術］半導体レーザ発光素子は、第４図に示すように基板４０
の上に第１のクランド層４１、第２のクラッド層４３、
コンタクト層４４、半導体埋込み層５０及びコンタクト
ホールを形成した絶縁層４５を順に積層し、その基板４
０と絶縁層４５の露出面に電極４６．４７を取付けたも
のが一般に使用されているが、電流閉込めに用いる埋込
み層５０と第１のクラッド層４０のｒＨｌのｐｎ接合の
寄生容￥Ｃ１が発生するといった問題があった。

このため、本出願人は特開昭６１−２１６４９において
、半導体発光素子の活性層における発光領域４日の両側
に逆メサ形の満４９を設け、この溝４８内に高抵抗半導
体層５２を理め込むことにより寄生容量を低減する装置
を提案した。（第５図参照）。

〔発明が解決しようとする課題）しかし、この種の半導体レーザ素子においても、第５図
に示すように、溝４９の外側に位置する絶縁層４５と活
性層４２が誘電体とし作用するため、依然として寄生容
量Ｃ２、Ｃ１が残存しており、数Ｇ　ｂｉｔ／ｓｅｃ以
上の情報に対し、半導体レーザが追従しないといった問
題がある。

これを改善するために、溝を形成せずに外側までエツチ
ングし、高抵抗半導体層で理め込んだ第６図の構造が考
えられる。しかし、この構造では平坦な領域での高抵抗
半導体層の成長が遅いため、図に示すような段差が生じ
、電極プロセス、ボンディング等に不具合が生じるとい
った問題が生しる。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであっ
て、高速で作動でき、かつ埋込み成長後に平坦化されて
いる半導体発光素子を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記した課題は、半導体基板１上に、少なくとも第１の
クランド層２、活性層３、第２のクラッド層４、および
コンタクト層５を１頌に積層して形成した半導体発光素
子において、前記活性層３の帯状発光領域３０の両外側
に、少なくとも上記第１のクラッド層２に達する２つの
溝６．７を設け、さらに線溝６．７の外側に位置する第
２のクラ。

ド層４の−Ｆ部をエツチングして薄膜化し、前記溝６．
７内及び薄膜化した前記第２のクランド層４の上に高Ｉ
ル抗〕＃−導体層８をエピタキシャル成長させたことを
特徴とする半導体発光素子により解決する。

〔作用〕

以上の構造で高抵抗半導体層の埋込み成長を行うと溝の
外側の平ｌｕ部の成長速度が遅くとも、平坦部が溝底部
よりも高い位置にあるため、埋込み成長が終了した時点
で、溝部と平坦部での高抵抗半導体層が同じ筋さとなり
、全体として平１ｕな埋込み形状とすることができる。

この状態においては、一方のＴＬｔ？ｉｉの下に形成し
た絶縁膜９と、さらに下方の活性層３の間に高抵抗半導
体層８が存在するために、２つの電極間における寄生容
量が大幅に低減することになる。

〔実施例〕

第１図は、本発明の一実施例を示す半導体発光素子の断
面図で、図中符号１はインジウムリン（ＩｎＰ）よりな
るｎ型化合物半導体基板で、その上には、ｎ型ＩＦＩＰ
よりなる第１のクラッド層２（厚さは例えば２〜３μｍ
５インジウムガリウムヒ素リン　（ＩｎＧａＡｓＰ）よ
りなる活性層３（〜０．１５μｍ）　、ｐ型１ｎＰより
なる第２のクラッド層４（〜２５μｍ）、Ｐ°型インジ
ウムガリウムヒ素リン（ＩｎＧａＡｓＰ）よりなるコン
タクト層５（〜０．５　μｍ）がそれぞれ順にエピタキ
シャル成長法により形成されていて、活性層３の発光領
域３０の両外側には逆メサ形の溝６，７が第１のクラッ
ド層２に至る深さに形成され、さらにこれらの溝６，７
の外側に存在する第２のクラッド層４は上部がＦ］ＩＩ
２化さている。

８は、溝６．７内を理め込むとともに、薄膜化された第
２のクラッド層４上に積層される高抵抗半導体層で、例
えばｌｎＰに鉄（Ｆｅ）をドーピングした高抵抗半導体
からなり、気相エビクキシャル結晶成長法によってコン
タクト層５と同一の高さに至るまで成長されている。

９は、高抵抗゛１−導体層８上に形成した二酸化シリコ
ン（ＳｉＯ□）膜よりなる絶縁層で、この絶縁層９の上
にはｐ側電極１０が形成されていて、発光領域３０と平
行に形成した絶縁層９のコンタクトホール１１を通して
コンタクト層５と導通ずるように構成されている。

なお、図中符号１２は、基板１に形成したｎ側電極を示
している。

上述した実施例において、半導体発光素子の電極１０，
１２間に電圧を加えると、活性層３の発光領域３０に電
流が流れ、この発光領域３０の端部から光が放射する。

この状態においては、ｐ側電橋１０の下に形成した絶縁
１９と、さらに下方の活性層３の間に高抵抗半導体層８
が存在するために、２つの電極１０，１２間における寄
生容量が大幅に低減することになる。

次に、上記した半導体発光素子の作成方法について説明
する。

第２図は、本発明の半導体発光素子を作成する工程を示
す断面図で、第２図（ａ）において、ｎ−１ｎＰ基板ｌ
上には、上記したような第１のクラッドＪｌｉ２．活性
層３．第２のクラッド層４．コンタクト層５がエピタキ
シャル成長法により順に積層され、また、その上にはＣ
ＶＤ法等により二酸化シリコン膜（ＳｔＯｚｌｌｆｆ）
　２１が形成されている。

この５ｉＯｚｌ１２２１はフォトリソグラフィー法によ
りパターニングされ、活性層発光領域３０の上方に位置
する領域を挟むＪｌ）状の窓２２．２３が設けられてい
る。

次に、基板１を臭素（Ｂｒ）エタノール混合液に浸漬し
てコンタクト層５から下方向に順にエツチングし、第２
のクラツド層４上部に達する深さ（例えば４μｍ）の溝
６．７を形成する（第２図（ｂ））。

次に、２つの満６．７に挟まれた凸部２４を覆う厚さに
レジスト２５を塗布した後（同図（Ｃ））、マスク２６
を使用して露光、現像を行い、凸部２４の周りだけにレ
ジスト２５を残存させる（同図（ｄ））。

ここで、フン酸系の？８液を用いて満６．７外方にある
ｓ　ｒ　０　！　ＩＩ焚２１を除去する（同図（ｅ））
。そのあとで、凸部２４を覆うレジスト２５を除去する
。次いで、Ｂ「エタノール液を用いて；１４６．７をさ
らに深くエッチングする一方、満６．７の外方向にある
第２のクランド層４の上面をエツチングしてそのｎり厚
を薄くする（同図（ｆ））。例えば、溝の深さは５μｍ
、平坦部は１．　５１ｔｍエッチングされるようにする
。

次に、クロライド気相エビクキシャル結晶成長法（クロ
ライドＶＰＥ法）により講６．７内及び薄１１り化され
た第２のクラッド層４上に高抵抗半導体２Ｇを成長させ
、高抵抗半導体層８とする。

このクロライドＶＰＥ法は、第２図（ｇ）に示すように
、溝内での埋込み層の成長速度が大きく、溝６．７内に
高抵抗半導体２６を理め込んだ後に、第２のクラッド層
４上の埋込み層と溝６．７の埋込み層とを平坦に形成す
ることができる。ただし、予めコンタクト層５の上面に
対する第２のグランド層４の深さと、満６．７の深さと
を調整しておく必要がある。

このクロライドＶＰＥ法により、高抵抗半導体２６を形
成する場合について、具体例をあげて詳細に説明すると
次のようになる。

第３図において、８００°Ｃに加熱した反応管３１にＰ
Ｃｌｆｆ　＋Ｈ２のガスを送るとともに、その流路中に
金属Ｉｎソース３２を置く一方、その下流に基板】をソ
ース下流に置き、基板ｌを６００〜７００℃（典型値６
５０’Ｃ）に設定すると、ＰＣｌ３は高温でＰ４及びｌ
ｌＣｌに分解し、Ｐは一部がＩｎソースに吸収され、Ｉ
ｎソース３２はＴｎＰクラスト（外皮）になる。ＩＩＣ
ＬはＩｎＰソースと反応してＩｎＣ１を生成する。

これらを反応式で書くと以下のようになる。

４　ＰＣｌ３　　＋　Ｇ　Ｉｔ□−Ｐ、　＋　１２１１
ＣＬ（１）４１ｎＰ＋４１１ＣＬ”４１ｎＣＬ＋Ｐａ＋
２１１ｉ　　　（３）そして、成長領域で温度が下がり
、次のようなソース領域と逆の反応により基板１ｎｌ’
が析出する。

４１ｎＣｊ　＋Ｉ’４−４１ｎ！’＋４１Ｉｃｊ　　　
　　　（４）鉄（Ｆｅ）を１ｎ１）中にドーピングする
場合には、反応管３１内に１Ｉｃｉガスを（ｊｔ給し、
その流路中にＦｃソース３３を置いて反応させ、Ｆａｃ
ｔ、にして基板１に＋＋（給すると、・満６．７や第２
のクランド層４上に形成するｌｎｌ’にＦｅがドーピン
グされて高抵抗ミｌ−導体層になる。

第２図（ｈ）に示すように、高抵抗゛１′−導体層２６
を平ｉｌ化する場合の一例をあげると、溝６．７の深さ
を５μｍ、第２のクラッド層４の深さをコンタクト層５
に対して１．５　μｍとなし、エピタキシャル成長温度
６００°Ｃ，キャリヤガス（１１□）に対するリン（Ｐ
）のモル比を３．３Ｘ　１０−”とすればよい。

以上のような工程を行った後、マスクに用いた５ｉ０２
膜を除去後、基板１のコンタクト層５側に酸化１１Ｑ　
（ＳｉＯｘ膜）２７を形成するとともに、レジストマス
ク２８を使用して活性層３の発光領域３０と平行になる
ように帯状のコンタクトホール１１を形成する（第２図
（ｉ）　、　（ｊ）、　（Ｋ））　　。そして、レジス
ト２８を除去した後、５ｉＯｚ膜２７を絶縁ｎり９とし
て使用する。

最後に、基板１、絶縁膜９の露出面に電極１０．１２を
蒸着法等により形成するが、絶縁膜９側の電極１０とし
ては、例えばチタン、白金、金を順に設けた三層構造の
ものを使用し、また基板１例の電極１２としては、例え
ば金／ゲルマニウム合金、金を順に形成したものを使用
する。

以上のようにして形成した発光素子における電極１Ｏ１
１２間の寄生容量を測定した結果、３００Ｘ３００μｍ
当たり３ｐＦとなり、単に１ｔ１４６．７に高抵抗半導
体を理めこんでｔｏｐｐとした従来のものよりも寄生抵
抗が低くなったことがわかる。

なお、上述した実施例では、高抵抗半導体の形成にクロ
ライド成長装置を用いたが、ハイドライド系のガス（ｒ
’ｌｈ　＋　ＩＩＣＬ）を使用するハイドライド気相成
長法、その他のハライド系気相エピタキシャル結晶成長
法を用いることもできる。

〔発明の効果）以上逮べたように本発明によれば、発光素子の発光領域
の両側に形成した溝に高抵抗゛１′、導体層を形成する
とともに、この溝の外方にあるコンタクト層及びその下
のクラッド層５の一部を除去し、これらの上に高抵抗’
ｌ−４’２体層を形成したので、素子の光特性に影ツを
与えず、かつ理込み成長後の形状を平坦に保ったまま、
寄生容量を低減して高運動性を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す装置の断面図、第２図は、本発明袋；ηの作成工程の一例を示す断面図
、第３図は、クロライド成長装置の一例を示す概略図、第４図は、第１の従来例を示す装置の断面図、第５図は
、第２の従来例を示す装置の断面図、第６図は、従来例
を改善するための装置の断面図である。（符号の説明）１　・・・基（反、２・・・第１のクラッド層、３・・・活性層、４・・・第２のクラッド層、５・・・コンタクト層、６．７・・・溝、８・・・高抵抗′ト導体層、９・・・絶縁層、ｌ０１１２・・・電極、１１・・・コンタクトホール。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体基板（１）上に、少なくとも第１のクラッ
ド層（２）、活性層（３）、第２のクラッド層（４）、
およびコンタクト層（５）を順に積層して形成した半導
体発光素子において、前記活性層（３）の帯状発光領域（３０）の両外側に、
少なくとも上記第１のクラッド層（２）に達する２つの
溝（６、７）を設け、さらに該溝（６、７）の外側に位置するコンタクト層（
５）及び第２のクラッド層（４）の上部をエッチングし
て薄膜化し、前記溝（６、７）内及び薄膜化した前記第２のグランド
層（４）の上に高抵抗半導体層（８）をエピタキシャル
成長させたことを特徴とする半導体発光素子。
（２）請求項１において、コンタクト層（５）上面から
溝底部までの段差と、コンタクト層（５）上面から薄膜
化した第２のクラッド層上面との段差の関係を、溝が高
抵抗半導体層（８）によって理め込まれてコンタクト層
（５）上面に達すると同時に薄膜化した第２クラッド層
上に成長する高抵抗層半導体層（８）がコンタクト層上
面に達するように構成したことを特徴とする半導体発光
素子の製造方法。