JPH05291683A - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents

半導体発光素子及びその製造方法

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JPH05291683A
JPH05291683A JP9073792A JP9073792A JPH05291683A JP H05291683 A JPH05291683 A JP H05291683A JP 9073792 A JP9073792 A JP 9073792A JP 9073792 A JP9073792 A JP 9073792A JP H05291683 A JPH05291683 A JP H05291683A
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semiconductor light
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Naoko Okada
直子 岡田
Chikashi Anayama
親志 穴山
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、利得導波型の可視光半導体レーザ及
びその製造方法に関し、電流ブロック層で生じる漏れ電
流を抑え、十分な電流狭窄が行える可視光半導体レーザ
及びその製造方法を提供することを目的とする。 【構成】n−GaAs基板1上に、n−(Al0.7 Ga
0.3 0.5 In0.5 Pクラッド層2が形成されている。
その上にはアンドープのn−Ga0.5 In0.5 P活性層
3が形成され、その上にはp−(Al0.7 Ga0.3
0.5 In0.5 Pクラッド層4が形成され、その上部は幅
3μmのストライプ状に形成されたメサ形状であり、ク
ラッド層4のメサ上部には、p−Ga0.5 In0.5 P層
のスパイク防止層6が形成されている。このメサ形状の
両側を埋め込むように、アンドープのn−Al0.5 In
0.5 P層の電流ブロック層5がMOVPE法により基板
温度690℃で形成されている。この電流ブロック層5
により電流狭窄が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体発光素子及びそ
の製造方法に係り、特に利得導波型の可視光半導体レー
ザ及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の可視光半導体レーザを図5を用い
て説明する。n−GaAs基板1上にn−(Al0.7
0.3 0.5 In0.5 P層のクラッド層2が形成されて
いる。クラッド層2上にGa0.5 In0.5 P層の活性層
3が形成されている。活性層3上にはp−(Al0.7
0.3 0.5 In0.5 P層のクラッド層4が形成されて
いる。
【0003】クラッド層4は上部が幅3μmのストライ
プ状に形成されたメサ形状であり、このメサ形状の両側
を埋め込むようにSe(セレン)をドープした厚さ1μ
mのn−Al0.5 In0.5 P層の電流ブロック層12が
形成されている。クラッド層4のメサ上部にはp−Ga
0.5 In0.5 P層のスパイク防止層6が形成されてい
る。
【0004】電流ブロック層12及びスパイク防止層6
上にp−GaAs層のコンタクト層7が形成されてい
る。この従来の可視光半導体レーザは、通常、有機金属
気相エピタキシャル(MOVPE)法を用いて、基板温
度730℃程度で各層をエピタキシャル成長して形成さ
れる。
【0005】この構造の可視光半導体レーザは、p型の
クラッド層4とn型の電流ブロック層12とからなるp
n接合に逆バイアス電圧を印加して電流狭窄を行うこと
により、低閾値で動作させることができ、また高効率化
を図ることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の可
視光半導体レーザでは、Seをドープしたn−Al0.5
In0.5 P層の電流ブロック層12で生じる漏れ電流を
完全に抑えることができず、十分な電流狭窄の効果が得
られないという問題を生じていた。本発明の目的は、電
流ブロック層で生じる漏れ電流を抑え、十分な電流狭窄
が行える可視光半導体レーザ及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】上記目的は、第1導電型
の半導体基板と、前記半導体基板上に形成された第1導
電型の第1のクラッド層と、前記第1のクラッド層上に
形成された活性層と、前記活性層上に形成された第2導
電型の第2のクラッド層と、前記第2のクラッド層上に
形成され、電流狭窄を行う電流ブロック層とを備えた半
導体発光素子において、前記活性層は、(AlX Ga
1-X 0.5 In0.5 P層(0≦X≦0.5)であり、前
記電流ブロック層は、(AlX Ga1-X 0.5 In0.5
P層(0.5≦X≦1)であることを特徴とする半導体
発光素子によって達成される。
【0008】また、上記目的は、第1導電型の半導体基
板上に第1導電型の第1のクラッド層を形成し、前記第
1のクラッド層上に活性層を形成し、前記活性層上に第
2導電型の第2のクラッド層を形成し、前記第2のクラ
ッド層上に電流狭窄を行う電流ブロック層を形成する半
導体発光素子の製造方法において、前記電流ブロック層
は、MOVPE法を用い、基板温度700℃以下で、不
純物を実質的に添加することなく(AlX Ga1-X
0.5 In0.5 P層(0.5≦X≦1)を結晶成長させて
形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方法に
よって達成される。
【0009】
【作用】本発明によれば、電流ブロック層で生じる漏れ
電流を抑えて十分な電流狭窄を行うことができるように
なる。
【0010】
【実施例】本発明の第1の実施例による半導体発光素子
及びその製造方法を図1及び図2を用いて説明する。図
1は本実施例による半導体発光素子の断面図である。図
2は(AlX Ga1-X 0.5 In0.5 P結晶層中の電子
捕獲中心の濃度の、基板温度及びAlの組成Xに対する
依存性を示す図である。
【0011】まず、図1を用いて本実施例による半導体
発光素子の構造を説明する。Si(シリコン)がドープ
された厚さ150μm程度のn−GaAs基板1上に、
Se(セレン)がドープされた厚さ1μmのn−(Al
0.7 Ga0.3 0.5In0.5 P層のクラッド層2が形成
されている。クラッド層2上には厚さ0.08μmのア
ンドープのn−Ga0.5 In0.5 P層の活性層3が形成
され、活性層3上には、Mg(マグネシウム)がドープ
されたp−(Al0.7 Ga0.3 0.5In0.5 P層のク
ラッド層4が形成されている。クラッド層4上部は幅3
μmのストライプ状に形成されたメサ形状であり、メサ
の厚さは1μm、メサ周辺部の厚さは0.2μmであ
る。
【0012】クラッド層4のメサ上部には、界面での伝
導帯のスパイクを防止するためのZn(亜鉛)をドープ
した厚さ0.1μmのp−Ga0.5 In0.5 P層のスパ
イク防止層6が形成されている。このメサ形状の両側を
埋め込むように、厚さ1μmのアンドープのn−Al0.
5 In0.5 P層の電流ブロック層5がMOVPE法によ
り基板温度690℃で形成されている。この電流ブロッ
ク層5により電流狭窄が行われる。
【0013】電流ブロック層5及びスパイク防止層6上
にZnをドープした厚さ1μmのp−GaAs層のコン
タクト層7が形成されている。次に、本実施例による半
導体発光素子の製造方法について説明する。まず、Si
をドープした厚さ150μm程度のn−GaAs基板1
上に、Seをドープした厚さ1μmのn−(Al0.7
0.3 0.5 In0.5 P層のクラッド層2を形成する。
次に、クラッド層2上に厚さ0.08μmのアンドープ
のn−Ga0.5 In0.5 P層の活性層3を形成する。次
に、活性層3上に、クラッド層4を形成するための、M
gをドープした厚さ1μmのp−(Al0.7 Ga0.3
0.5 In0.5 P層を形成し、その上にスパイク防止層6
を形成するための、Znをドープした厚さ0.1μmの
p−Ga0.5 In0.5 P層を形成する。上記クラッド層
2の形成からスパイク防止層6の形成層までの各層はM
OVPE法を用いて基板温度730℃で結晶成長を行わ
せる。
【0014】次に、スパイク防止層6を形成するp−G
0.5 In0.5 P層上にSiO2 膜を形成してパターニ
ングし、3μm幅のストライプ状のマスク(図示せず)
を形成する。このストライプ状のマスクを用いて、スパ
イク防止層6を形成するためのp−Ga0.5 In0.5
層及びクラッド層4を形成するためのp−(Al0.7
0.3 0.5 In0.5 P層に対して、0.9μmの深さ
のメサエッチングを行う。このようにして、クラッド層
4及びスパイク防止層6がメサ形状に形成される。この
スパイク防止層6は、異なる結晶を接合させた場合に、
界面付近の伝導帯が急峻に曲げられてできるスパイクの
発生を防止するために形成されている層である。
【0015】次に、ストライプ状のマスクをそのまま用
いて、厚さ1μmのアンドープのn−Al0.5 In0.5
P層の電流ブロック層5をMOVPE法を用い、基板温
度690℃でメサを埋め込むように選択成長させる。そ
の後、ストライプ状のマスクをエッチング除去し、MO
VPE法を用いて電流ブロック層5及びスパイク防止層
6上に、Znをドープした厚さ1μmのp−GaAs層
のコンタクト層7を成長させる。
【0016】次に、本実施例による半導体発光素子の電
流ブロック層5の機能について説明する。電流ブロック
層5は電流狭窄の目的で設けられた層であり、従来の半
導体発光素子がクラッド層と電流ブロック層とのpn接
合を利用して、これに逆バイアスをかけて電流狭窄を行
うのに対し、本実施例による半導体発光素子の電流ブロ
ック層5は、従来の方法と異なり、電流ブロック層5の
層形成材料としてアンドープの(AlX Ga1-X 0.5
In0.5 Pを用い、このアンドープの(AlX
1-X 0.5 In0.5 Pに形成された電子捕獲中心を利
用して電流狭窄を行うことに特徴を有している。ここで
Xは、AlとGaにおけるAlの組成の割合を示してい
る(以下Alの組成Xという)。本実施例では、Alの
組成Xを1としたアンドープのn−Al0.5 In0.5
層を電流ブロック層5の層形成材料とした。
【0017】電流ブロック層5の層形成材料として選択
したアンドープの(AlX Ga1-X0.5 In0.5
は、アンドープであるために初めからn型の多数キャリ
アである電子の数が少ない。従って、アンドープの(A
X Ga1-X 0.5 In0.5 Pに形成される電子捕獲中
心の濃度を大きくすると、さらに実効的なキャリアを少
なくすることができ、適当なAlの組成Xを有するアン
ドープの(AlX Ga1- X 0.5 In0.5 Pにより、伝
導性を低下させた高抵抗層の電流ブロック層5を形成す
ることができるようになる。
【0018】電子捕獲中心濃度を高くさせる(AlX
1-X 0.5 In0.5 PのAlの組成Xの範囲を図2を
用いて説明する。図2はAlの組成X及び結晶成長時の
基板温度と、電子捕獲中心濃度の関係を示している。横
軸はAlの組成Xであり、縦軸は電子捕獲中心濃度を示
している。結晶成長時の基板温度が690℃、710
℃、730℃の場合のAlの組成Xと電子捕獲中心濃度
の関係が示されている。
【0019】図2に示すように、電流ブロック層5とし
てMOVPE法により基板温度690℃以下で成長させ
た、Alの組成Xが0.7以上1以下のアンドープ(A
XGa1-X 0.5 In0.5 Pの電子捕獲中心濃度は2
×1016cm-3以上になる。電流ブロック層5の伝導に
寄与するキャリヤを供給する浅い不純物準位の濃度は1
×1016cm-3以下であるから、この範囲の電子捕獲中
心の濃度は2倍以上大きい。このことによって、キャリ
ヤが補償されるので、電流ブロック層5を高抵抗にする
ことができる。
【0020】Alの組成Xの値が高くなると電子捕獲中
心濃度が大きくなる理由はまだ正確には解明されていな
いが、一般的に、結晶中の不純物や格子欠陥が多くなる
ほど電子捕獲中心濃度は大きくなり、また、結晶成長温
度が低いときに取込まれやすい不純物や格子欠陥が存在
し、Alがこれらの不純物や格子欠陥の取り込みを促進
するので、Alの組成が多くなればこれらの不純物や格
子欠陥が多くなるからであると考えられる。
【0021】このように、電流ブロック層に、MOVP
E法により基板温度690℃以下で成長させたAlの組
成Xが0.7以上1以下のアンドープ(AlX
1-X 0. 5 In0.5 P層を用いた本実施例による半導
体発光素子によれば、従来とは異なった方法で電流狭窄
を行い、電流ブロック層を高抵抗化することにより漏れ
電流を抑え、低閾値、高効率化を図ることができる。
【0022】本発明の第2の実施例による半導体発光素
子及びその製造方法を図3を用いて説明する。まず、図
3を用いて本実施例による半導体発光素子の構造を説明
する。Siがドープされた厚さ150μm程度のn−G
aAs基板1上に、Seがドープされた厚さ1μmのn
−(Al0.7 Ga0.3 0.5 In0.5 P層のクラッド層
2が形成されている。クラッド層2上には厚さ0.08
μmのアンドープのn−Ga0.5 In0.5 P層の活性層
3が形成され、活性層3上には、Mgがドープされた厚
さ1μmのp−(Al0.7 Ga0.3 0.5 In0.5 P層
のクラッド層4が形成されている。クラッド層4上には
Znをドープした厚さ0.1μmのp−Ga0.5 In
0.5 P層のスパイク防止層6が形成されている。
【0023】スパイク防止層6上に幅3μmのストライ
プ状の開口を有する、厚さ1μmのアンドープのn−A
0.5 In0.5 P層の電流ブロック層5が形成されてい
る。電流ブロック層5のストライプ状の開口を埋め込ん
でスパイク防止層6とコンタクトする。Znがドープさ
れたp−GaAs層のコンタクト層7が1μmの厚さで
電流ブロック層5上に形成されている。
【0024】次に、本実施例による半導体発光素子の製
造方法について説明する。まず、Siをドープした厚さ
150μm程度のn−GaAs基板1上に、Seをドー
プした厚さ1μmのn−(Al0.7 Ga0.3 0.5 In
0.5 P層のクラッド層2を形成する。次に、クラッド層
2上に厚さ0.08μmのアンドープのn−Ga0.5
0.5 P層の活性層3を形成する。次に、活性層3上
に、Mgをドープした厚さ1μmのp−(Al0.7 Ga
0.3 0.5 In0.5 P層のクラッド層4を形成する。次
に、クラッド層4上にZnをドープした厚さ0.1μm
のp−Ga0.5 In0.5 P層のスパイク防止層6を形成
する。上記クラッド層2の形成からスパイク防止層6ま
での各層はMOVPE法を用いて基板温度730℃で結
晶成長を行わせる。ここまでの工程は第1の実施例と基
本的に同様である。
【0025】次に、スパイク防止層6上にSiO2 膜の
3μm幅のストライプ状のマスク(図示せず)を形成
し、ストライプ状のマスク以外のスパイク防止層6上に
厚さ1μmのアンドープのn−Al0.5 In0.5 P層の
電流ブロック層5をMOVPE法を用いて基板温度69
0℃で選択成長させる。次に、ストライプ状のマスクを
エッチング除去し、電流ブロック層5に形成されたスト
ライプ状の開口以外の部分をマスクして、Znをドープ
した、電流ブロック層5と同じ厚さのp−GaAs層を
埋め込む。マスクを除去してから、さらに全面に1μm
の厚さでZnをドープしたp−GaAs層を成長してコ
ンタクト層7を形成する。
【0026】本実施例による半導体発光素子によっても
第1の実施例と同様な効果を得ることができる。さら
に、本実施例による半導体発光素子の製造方法によれ
ば、クラッド層4のメサエッチング工程がないので、第
1の実施例による半導体発光素子の製造方法よりも製造
工程を簡略にすることができるようになる。本発明の第
3の実施例による半導体発光素子及びその製造方法を図
4を用いて説明する。
【0027】まず、図4を用いて本実施例による半導体
発光素子の構造を説明する。Znがドープされ、メサ形
状を有するp−GaAs基板8上に、Siをドープした
n−GaAs層の電流ブロック層9が形成されている。
電流ブロック層9上面はメサ上端部からなだらかに下降
する斜面が形成されている。p−GaAs基板8のメサ
上部及び電流ブロック層5上に、p−GaAs基板8と
クラッド層4との界面での伝導帯のスパイクを防止させ
るためのZnをドープした厚さ0.1μmのp−Ga
0.5 In0.5 P層のスパイク防止層6が形成されてい
る。スパイク防止層6上には、Mgがドープされたp−
(Al0.7 Ga0.3 0.5 In0.5P層のクラッド層4
が形成されている。クラッド層4上には、厚さ0.08
μmのアンドープのn−Ga0.5 In0.5 P層の活性層
3が形成されている。電流ブロック層9の上面の形状を
上述のように傾斜を持たせたことにより、活性層3の層
形状も中央部の平坦部から周辺部かけて下降する傾斜が
つけられている。この形状にすることで、平坦部での光
の閉じ込めの効果が向上する。
【0028】活性層3上にはSeがドープされた厚さ1
μmのn−(Al0.7 Ga0.3 0. 5 In0.5 P層のク
ラッド層2が形成されている。クラッド層2上には、ク
ラッド層2とコンタクト層11との界面での伝導層のス
パイクを防止するため、Seをドープしたn−GaIn
P層のスパイク防止層10が形成されている。スパイク
防止層10上に幅3μmのストライプ状の開口を有す
る、厚さ1μmのアンドープのn−Al0.5 In0.5
層の電流ブロック層5が形成されている。電流ブロック
層5のストライプ状の開口を埋め込んでスパイク防止層
とコンタクトし、さらに電流ブロック層5上に1μmの
厚さのSiがドープされたn−GaAs層のコンタクト
層11が形成されている。
【0029】このように本実施例による半導体発光素子
は、p型基板上に電流ブロック層が2個形成された構造
になっている。次に、本実施例による半導体発光素子の
製造方法について説明する。Znをドープしたp−Ga
As基板8上にSiO2 膜を形成してストライプ状のマ
スクとし、メサエッチングを行ってp−GaAs基板8
上面にメサ形状を形成する。次に、基板温度730℃で
MOVPE法を用い、Siをドープしたn−GaAs層
の電流ブロック層9をメサ上端部からなだらかに下降す
る斜面を有するようにp−GaAs基板8上に形成して
メサを埋め込む。ストライプ状のマスクを除去した後、
p−GaAs基板8及び電流ブロック層9上に、Znを
ドープした厚さ0.1μmのp−Ga0.5 In0.5 P層
のスパイク防止層6を形成する。
【0030】スパイク防止層6上にMgをドープした厚
さ1μmのp−(Al0.7 Ga0.30.5 In0.5 P層
のクラッド層4を形成する。クラッド層4上に厚さ0.
08μmのアンドープのn−Ga0.5 In0.5 P層の活
性層3を形成する。活性層3上にSeをドープした厚さ
1μmのn−(Al0.7 Ga0.3 0.5 In0.5 P層の
クラッド層2を形成する。クラッド層2上にSeをドー
プした厚さ0.1μmのn−、GaInP層のスパイク
防止層10を形成する。このスパイク防止層10は、後
工程で行われるエッチングの際にクラッド層2がエッチ
ングされてしまうことを防止するエッチングストップ層
としても機能する。
【0031】スパイク防止層10上にSiO2 膜をスト
ライプ状に形成し、これをマスクとして、スパイク防止
層10上に厚さ1μmのアンドープのn−Al0.5 In
0.5P層の電流ブロック層5をMOVPE法によって基
板温度690℃で選択成長させる。次に、ストライプ状
のマスクをエッチング除去し、形成された電流ブロック
層5上をマスクして、ストライプ状の開口部1μmの厚
さでZnをドープしたp−GaAs層を埋め込む。次
に、電流ブロック層5のマスクを除去してから、さらに
続けて1μmの厚さのZnのドープされたp−GaAs
層のコンタクト層を形成する。
【0032】本実施例による半導体発光素子の場合も上
記第1及び第2の実施例と同様の効果を奏すると共に、
埋込み層である電流ブロック層9は、一般的に、p型よ
り埋込み層の形成を容易に行えるn型で形成することが
できるので、製造工程を容易にすることができる。
【0033】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、電流ブロ
ック層で生じる漏れ電流を抑えて十分な電流狭窄を行う
ことができるので、低閾値、高効率の可視光半導体レー
ザを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例による半導体発光素子を
示す図である。
【図2】(AlX Ga1-X 0.5 In0.5 P結晶層中の
電子捕獲中心の濃度の、基板温度及びAlの組成Xに対
する依存性を示す図である。
【図3】本発明の第2の実施例による半導体発光素子を
示す図である。
【図4】本発明の第3の実施例による半導体発光素子を
示す図である。
【図5】従来の半導体発光素子を示す図である。
【符号の説明】
1…n−GaAs基板 2…クラッド層 3…活性層 4…クラッド層 5…電流ブロック層 6…スパイク防止層 7…コンタクト層 8…p−GaAs基板 9…電流ブロック層 10…スパイク防止層 11…コンタクト層 12…電流ブロック層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型の半導体基板と、 前記半導体基板上に形成された第1導電型の第1のクラ
    ッド層と、 前記第1のクラッド層上に形成された活性層と、 前記活性層上に形成された第2導電型の第2のクラッド
    層と、 前記第2のクラッド層上に形成され、電流狭窄を行う電
    流ブロック層とを備えた半導体発光素子において、 前記活性層は、(AlX Ga1-X 0.5 In0.5 P層
    (0≦X≦0.5)であり、 前記電流ブロック層は、(AlX Ga1-X 0.5 In
    0.5 P層(0.5≦X≦1)であることを特徴とする半
    導体発光素子。
  2. 【請求項2】 第1導電型の半導体基板上に第1導電型
    の第1のクラッド層を形成し、 前記第1のクラッド層上に活性層を形成し、 前記活性層上に第2導電型の第2のクラッド層を形成
    し、 前記第2のクラッド層上に電流狭窄を行う電流ブロック
    層を形成する半導体発光素子の製造方法において、 前記電流ブロック層は、MOVPE法を用い、基板温度
    700℃以下で、不純物を実質的に添加することなく
    (AlX Ga1-X 0.5 In0.5 P層(0.5≦X≦
    1)を結晶成長させて形成することを特徴とする半導体
    発光素子の製造方法。
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