JPH05343811A - Semiconductor light-emitting element and its manufacture - Google Patents

Semiconductor light-emitting element and its manufacture

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JPH05343811A
JPH05343811A JP15057792A JP15057792A JPH05343811A JP H05343811 A JPH05343811 A JP H05343811A JP 15057792 A JP15057792 A JP 15057792A JP 15057792 A JP15057792 A JP 15057792A JP H05343811 A JPH05343811 A JP H05343811A
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JP
Japan
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layer
type
semiconductor
light emitting
emitting region
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Application number
JP15057792A
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Japanese (ja)
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Kazuhiko Suga
和彦 菅
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Original Assignee
Japan Energy Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To reduce the leakage current of an element and to enhance the light-emitting efficiency and the modulation characteristic of the element by a method wherein a current-blocking layer is constituted of the following: a low-concentration p-type semiconductor layer with which the side face of at least a light-emitting region is covered; and a high-resistance semiconductor layer which is formed at its outside and which is provided with a deep donor level or a deep acceptor level. CONSTITUTION:A current-blocking layer 10 is formed as a three-layer structure which is composed of a p<-> type InP layer 11, a Ti-doped InP layer 12 and an Fe-doped InP layer 13. In the Ti-doped semi-insulating InP layer 12, Ti acts as a hole trap; in the Fe-doped semi-insulating InP layer 13, Fe acts as an electron trap. As a result, the p<-> type InP layer 11 acts as a barrier which restrains carriers from being injected, and the Ti-doped InP layer 12 and the Fe-doped InP layer 13 act for restraining a recombination current by means of the double injection of electrons and holes. Thereby, it is possible to reduce a leakage current which flows by bypassing the outside of an active layer 4.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体技術さら
には埋込型の電流ブロック層を有する半導体発光素子お
よびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a compound semiconductor technology, and further to a semiconductor light emitting device having an embedded current blocking layer and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】電流ブロック層として高抵抗半導体層を
用いた半導体発光素子は、発光領域となるpn接合以外
の部分の寄生容量が低減されるため、素子のもつCR時
定数が小さくなり、高速変調が可能なことから近年盛ん
に研究開発が行なわれている。しかも、電流ブロック層
としての高抵抗半導体層は気相成長法で形成が可能で量
産性の向上が期待できる。そのため、高抵抗半導体層を
埋込型の電流ブロック層として用いた半導体レーザー
を、高速変調特性が要求される光通信用光源に応用する
試みがなされている。
2. Description of the Related Art In a semiconductor light emitting device using a high resistance semiconductor layer as a current blocking layer, parasitic capacitance of a portion other than a pn junction which becomes a light emitting region is reduced, so that a CR time constant of the device is reduced and high speed is achieved. Since it can be modulated, research and development have been actively conducted in recent years. Moreover, the high resistance semiconductor layer as the current blocking layer can be formed by the vapor phase growth method, and improvement in mass productivity can be expected. Therefore, attempts have been made to apply a semiconductor laser using a high-resistance semiconductor layer as a buried current blocking layer to a light source for optical communication that requires high-speed modulation characteristics.

【0003】図7に高抵抗半導体層を埋込型の電流ブロ
ック層として用いた半導体レーザーの従来例を示す。図
7に示されている半導体レーザーでは、n型InP基板
1の上に、n型InPクラッド層2、InGaAsP活
性層3、p型InPクラッド層4およびp型InGaA
sPコンタクト層5からなるダブルヘテロ接合構造を有
する断面メサ形状の発光領域が紙面と直交する方向に直
線状に形成され、かつその両側に高抵抗InPからなる
電流ブロック層10が埋込み成長され、平坦化されてい
る。そして、素子の上面の大部分は酸化シリコンのよう
な絶縁膜6で被覆されており、絶縁膜6にはメサ形発光
領域に対応してコンタクト口6aが形成され、p型オー
ミック電極7を介してp型電極8が上記コンタクト層5
に接触するように形成されている。また、InP基板1
の裏面にはn型電極9が形成されている。
FIG. 7 shows a conventional example of a semiconductor laser using a high resistance semiconductor layer as a buried type current block layer. In the semiconductor laser shown in FIG. 7, on the n-type InP substrate 1, an n-type InP clad layer 2, an InGaAsP active layer 3, a p-type InP clad layer 4 and a p-type InGaA are provided.
A light emitting region having a double-heterojunction structure composed of the sP contact layer 5 and having a mesa cross-section is formed linearly in a direction orthogonal to the paper surface, and a current blocking layer 10 made of high-resistance InP is buried and grown on both sides of the light-emitting region. Has been converted. Most of the upper surface of the element is covered with an insulating film 6 such as silicon oxide, and a contact port 6a is formed in the insulating film 6 corresponding to the mesa type light emitting region, and a p-type ohmic electrode 7 is interposed. The p-type electrode 8 is the contact layer 5 described above.
Is formed so as to contact with. InP substrate 1
An n-type electrode 9 is formed on the back surface of the.

【0004】ところで、上記半導体レーザーにおいて
は、電流ブロック層10を構成する高抵抗半導体層とし
て、Fe(鉄)をドープした半絶縁性InPを用いるこ
とにより、リーク電流を防止している。
In the semiconductor laser, leak current is prevented by using semi-insulating InP doped with Fe (iron) as the high resistance semiconductor layer forming the current blocking layer 10.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の半導体レーザーにおいては以下のような問題点があ
ることが本発明者によって明らかにされた。
However, the present inventor has revealed that the above-mentioned conventional semiconductor laser has the following problems.

【0006】すなわち、Feをドープした半絶縁性In
Pにあっては、FeがInPの禁制帯中に深いアクセプ
タ準位を形成するため電子トラップとして作用する。一
方、図7の半導体レーザーにおいては、矢印Aに沿った
断面構造に着目すると、p型InPクラッド層4とn型
InPクラッド層2との間にFeドープInPからなる
電流ブロック層10が介在するため、p/SI/n(p
型半導体/半絶縁性半導体/n型半導体)構造が存在す
ることになる。
That is, Fe-doped semi-insulating In
In P, Fe acts as an electron trap because it forms a deep acceptor level in the forbidden band of InP. On the other hand, in the semiconductor laser of FIG. 7, focusing on the sectional structure along the arrow A, the current block layer 10 made of Fe-doped InP is interposed between the p-type InP clad layer 4 and the n-type InP clad layer 2. Therefore, p / SI / n (p
Type semiconductor / semi-insulating semiconductor / n-type semiconductor) structure.

【0007】したがって、p/SI/n構造の両端に交
流電圧を印加したときにn型InPクラッド層2からF
eドープInPに注入された電子はFeの電子トラップ
に捕獲され、p型InPクラッド層4からFeドープI
nPに注入された正孔が上記Feの電子トラップにすで
に捕獲されている電子と再結合し、電流ブロック層10
に再結合電流が流れてしまう。その結果、図7の半導体
レーザーにあっては、駆動電流を増加させた場合、上記
再結合電流に伴う電流ブロック層10のリーク電流が顕
著となり、発光効率の低下、光出力の飽和などの原因と
なる。
Therefore, when an AC voltage is applied across the p / SI / n structure, the n-type InP clad layer 2 to F
The electrons injected into the e-doped InP are captured by the Fe electron trap, and the Fe-doped IP is introduced from the p-type InP cladding layer 4.
The holes injected into the nP are recombined with the electrons already trapped in the Fe electron trap, and the current blocking layer 10
The recombination current will flow into. As a result, in the semiconductor laser of FIG. 7, when the drive current is increased, the leakage current of the current block layer 10 due to the recombination current becomes remarkable, which causes a decrease in luminous efficiency and a saturation of light output. Becomes

【0008】また、従来、メサ形発光領域を形成する工
程において、特に活性層3をエッチングする際にサイド
エッチングが進んで、溝状の段差21が生じていた。そ
して、この段差21があると、エッチング終了後にメサ
形発光領域の外側にFeドープInP層を気相成長させ
る工程において、成長開始直前の昇温過程でクラッド層
2と4の角部の構成原子(In,P)が物質移動で段差
部21の奥部に移動して堆積し、段差部21が埋めら
れ、その後気相成長でFeドープInP層10が成長さ
れる。このとき、n型クラッド層2やp型クラッド層4
中の不純物も上記段差部奥部の固相成長層22に取り込
まれるので、例えばn型クラッド層2の濃度の方が高い
場合には固相成長層22はn型化される。そのため、固
相成長層22を通してp型クラッド層4からn型クラッ
ド層2へ向かってリーク電流が流れるという問題点があ
ることが分かった。
Further, conventionally, in the step of forming the mesa type light emitting region, side etching progresses particularly when the active layer 3 is etched, and a groove-like step 21 is generated. When the step 21 is present, in the step of vapor-depositing the Fe-doped InP layer outside the mesa-shaped light emitting region after the etching, the atoms forming the corners of the clad layers 2 and 4 are heated in the temperature rising process immediately before the start of growth. (In, P) moves to the inner part of the step part 21 by mass transfer and is deposited, the step part 21 is filled, and then the Fe-doped InP layer 10 is grown by vapor phase growth. At this time, the n-type clad layer 2 and the p-type clad layer 4
Since the impurities therein are also taken into the solid phase growth layer 22 at the inner part of the step portion, the solid phase growth layer 22 becomes n-type when the concentration of the n-type cladding layer 2 is higher, for example. Therefore, it has been found that there is a problem that a leak current flows from the p-type cladding layer 4 to the n-type cladding layer 2 through the solid phase growth layer 22.

【0009】この発明は上記のような問題点に着目して
なされたもので、高抵抗半導体層からなる埋込型の電流
ブロック層を備えた半導体発光素子において、リーク電
流を低減し、発光効率および変調特性を向上させること
にある。
The present invention has been made in view of the above problems, and in a semiconductor light emitting device having a buried type current block layer made of a high resistance semiconductor layer, leakage current is reduced and luminous efficiency is improved. And improving the modulation characteristics.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明は、半導体基板上にp型およびn型クラッ
ド層並びにこれらのクラッド層に挾まれた活性層を有
し、この活性層を含む発光領域が断面メサ形状に形成さ
れ、この発光領域の外側に電流ブロック層となる高抵抗
半導体が埋め込まれている半導体発光素子において、上
記電流ブロック層を少なくとも上記発光領域の側面を被
覆する低濃度のp型半導体層と、この低濃度p型半導体
層の外側を被覆するように形成された深いドナー準位を
有する高抵抗半導体層もしくは深いアクセプタ準位を有
する高抵抗半導体層とにより構成するようにした。
To achieve the above object, the present invention has a p-type and n-type clad layer on a semiconductor substrate and an active layer sandwiched between these clad layers. In a semiconductor light emitting device in which a light emitting region including the light emitting region is formed in a mesa shape in cross section, and a high resistance semiconductor serving as a current blocking layer is embedded outside the light emitting region, the current blocking layer covers at least a side surface of the light emitting region. And a high-resistance semiconductor layer having a deep donor level or a high-resistance semiconductor layer having a deep acceptor level formed so as to cover the outside of the low-concentration p-type semiconductor layer. I did it.

【0011】また、上記電流ブロック層となる半導体の
埋込み成長工程は、上記絶縁膜マスク上に半導体が成長
しない範囲の温度を成長温度として選択し、成長開始直
前の昇温過程においてp型不純物を含むドーパントガス
を導入させ、上記成長温度よりも低い温度にて物質移動
で発光領域側面の段差部に成長する固相成長層をp型化
させた後に高抵抗の半導体の埋込み成長を行なうように
した。
Further, in the step of burying and growing the semiconductor to be the current blocking layer, a temperature in a range in which the semiconductor does not grow on the insulating film mask is selected as a growth temperature, and a p-type impurity is added in a temperature rising process immediately before the start of growth. Introducing a dopant gas containing the same, making the solid-phase growth layer that grows in the step portion on the side surface of the light emitting region by mass transfer at a temperature lower than the above growth temperature to p-type, and then performing embedded growth of a high-resistance semiconductor. did.

【0012】[0012]

【作用】上記手段によれば、活性層の外側、n型クラッ
ド層とp型クラッド層との間に、低濃度P型半導体/半
絶縁性半導体/低濃度P型半導体構造が介在されるた
め、上記低濃度P型半導体層がキャリアの注入を阻止す
るバリアとなって活性層の外側を迂回して流れるリーク
電流を抑えることができる。これとともに、メサ形発光
領域側面のサイドエッチングにより生じる段差部の奥部
に物質移動により形成される固相成長層がp型化される
ため、活性層側面近傍のリーク電流も防止することがで
きる。
According to the above means, the low-concentration P-type semiconductor / semi-insulating semiconductor / low-concentration P-type semiconductor structure is interposed outside the active layer and between the n-type cladding layer and the p-type cladding layer. The low-concentration P-type semiconductor layer serves as a barrier for blocking the injection of carriers and can suppress the leak current flowing around the outside of the active layer. At the same time, the solid phase growth layer formed by mass transfer in the inner part of the step portion generated by the side etching of the side surface of the mesa-shaped light emitting region is made p-type, so that the leakage current near the side surface of the active layer can also be prevented. ..

【0013】[0013]

【実施例】以下、本発明をInP系材料を用いた半導体
レーザーに適用した場合の実施例について説明する。図
1は本実施例に係る半導体レーザーの断面図、図2はそ
の要部拡大図、図3〜図6は製造プロセスを工程順に示
す断面図である。
EXAMPLES Examples of application of the present invention to a semiconductor laser using an InP-based material will be described below. FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor laser according to this embodiment, FIG. 2 is an enlarged view of a main part thereof, and FIGS. 3 to 6 are sectional views showing a manufacturing process in order of steps.

【0014】この実施例では、先ず(100)面が主面
となるように加工された硫黄ドープn型InP基板1上
に、有機金属気相成長法により硫黄をドープした電子濃
度1×1018cm-3のn型InPクラッド層2を1μm
の厚さに、またその上に発光波長1.5μmの禁制帯幅
を有するInGaAsP活性層3を0.12μmの厚さ
にエピタキシャル成長させる。続いて、亜鉛をドープし
た正孔濃度8×1017cm-3のp型InPクラッド層4
を1.5μmの厚さに、またその上に亜鉛をドープした
正孔濃度1×1019cm-3のp型InGaAsPコンタ
クト層5を1.5μmの厚さにそれぞれエピタキシャル
成長させる(図3)。
In this example, first, a sulfur-doped n-type InP substrate 1 processed so that the (100) plane was the main surface was doped with sulfur by metal organic chemical vapor deposition to have an electron concentration of 1 × 10 18. cm- 3 of n-type InP clad layer 2 of 1 μm
And an InGaAsP active layer 3 having a bandgap of emission wavelength of 1.5 μm is epitaxially grown thereon to a thickness of 0.12 μm. Subsequently, zinc-doped p-type InP clad layer 4 having a hole concentration of 8 × 10 17 cm −3
To a thickness of 1.5 μm, and a p-type InGaAsP contact layer 5 having a hole concentration of 1 × 10 19 cm −3 doped with zinc is epitaxially grown thereon to a thickness of 1.5 μm (FIG. 3).

【0015】次に、上記コンタクト層5上に、酸化シリ
コン膜をCVD法等により形成し、フォトリソグラフィ
技術により、〈011〉方向(図面の紙面と直交する方
向)に沿って幅2.5μmの直線状の酸化シリコン膜3
0を形成する。そして、この酸化シリコン膜30をマス
クとして、InGaAsP混晶は硫酸と過酸化水素水と
の混合液からなるエッチャントを用い、InPは塩酸と
燐酸との混合液を用いて交互に選択的に化学的エッチン
グすることにより、上記クラッド層2、活性層3、クラ
ッド層4およびコンタクト層5をエッチングして、高さ
3.7μmで側壁がほぼ垂直なメサ形状の断面を有する
発光領域20を形成する。この選択エッチングの際に、
各層によってサイドエッチングが異なる速度で進行する
ため、酸化シリコン膜30の両端はひさし状に突出し、
活性層3の部分には溝状の段差部21が形成される(図
4)。
Next, a silicon oxide film is formed on the contact layer 5 by the CVD method or the like, and the width of 2.5 μm is formed along the <011> direction (the direction orthogonal to the plane of the drawing) by the photolithography technique. Linear silicon oxide film 3
Form 0. Then, with the silicon oxide film 30 as a mask, the InGaAsP mixed crystal uses an etchant composed of a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide solution, and the InP selectively and chemically alternates by using a mixed solution of hydrochloric acid and phosphoric acid. By etching, the clad layer 2, the active layer 3, the clad layer 4 and the contact layer 5 are etched to form a light emitting region 20 having a height of 3.7 μm and a mesa-shaped cross section with substantially vertical sidewalls. During this selective etching,
Since the side etching proceeds at different speeds depending on each layer, both ends of the silicon oxide film 30 project like eaves,
A groove-like step portion 21 is formed in the active layer 3 portion (FIG. 4).

【0016】その後、上記メサ形発光領域20の両側を
半導体で埋めるため、上記基板1をMOCVD装置に入
れて基板を加熱昇温させてから、InPのエピタキシャ
ル成長を開始する。このとき、成長温度を580〜65
0℃の適当な値(例えば610℃)に設定することによ
り、エッチングマスクとなった酸化シリコン膜30の上
には、InPが成長されないようにすることができる。
After that, in order to fill both sides of the mesa type light emitting region 20 with a semiconductor, the substrate 1 is put into a MOCVD apparatus to heat the substrate and raise the temperature, and then epitaxial growth of InP is started. At this time, the growth temperature is set to 580 to 65
By setting an appropriate value of 0 ° C. (for example, 610 ° C.), it is possible to prevent InP from growing on the silicon oxide film 30 used as the etching mask.

【0017】さらに、この実施例では、上記昇温中にP
3のようなV族元素の原料ガスを成長室内に導入して
V族元素の蒸気圧を解離圧以上に保ち、基板からのV族
元素の解離を防止する。また、基板1の温度がInPの
物質移動が開始する温度400℃に達する直前に、P型
のドーパントガスであるZn(C252を導入する。
成長ガス中の上記ドーパントガスの濃度は、当該成長温
度において気相拡散による表面濃度が、例えば5×10
17cm-3以下の正孔濃度となるように制限するととも
に、基板の温度を成長温度に安定させるため、ある程度
の時間(例えば10分間)置いてから成長用ガスを導入
する。その間に、InPクラッド層2、4の角部2a,
4aから活性層3の段差部21奥部に向かって物質移動
によりIn,P原子が移動して堆積し、段差部21の奥
部にInP固相成長層22が形成される。このとき、成
長室内にZn(C252が導入されているため、高濃
度にドーピングされているInPクラッド層2からn型
不純物が供給されても、InP固相成長層22はp型半
導体層となる(図5)。
Further, in this embodiment, P
A source gas of a group V element such as H 3 is introduced into the growth chamber to maintain the vapor pressure of the group V element at a dissociation pressure or higher, thereby preventing the group V element from dissociating from the substrate. Immediately before the temperature of the substrate 1 reaches a temperature of 400 ° C. at which InP mass transfer starts, Zn (C 2 H 5 ) 2 that is a P-type dopant gas is introduced.
The concentration of the dopant gas in the growth gas is such that the surface concentration by vapor phase diffusion at the growth temperature is, for example, 5 × 10 5.
The growth gas is introduced after a certain period of time (for example, 10 minutes) in order to stabilize the temperature of the substrate at the growth temperature while limiting the hole concentration to 17 cm- 3 or less. In the meantime, the corners 2a of the InP clad layers 2 and 4,
In and P atoms move from 4a toward the inner part of the step portion 21 of the active layer 3 by mass transfer to be deposited, and the InP solid-phase growth layer 22 is formed in the inner part of the step portion 21. At this time, since Zn (C 2 H 5 ) 2 is introduced into the growth chamber, even if n-type impurities are supplied from the highly-doped InP cladding layer 2, the InP solid-phase growth layer 22 is p-type. It becomes a type semiconductor layer (FIG. 5).

【0018】メサ形発光領域20の両側へ電流ブロック
層となるInPを埋込み成長させる際には、成長用ガス
としてTMIn(トリメチルインジウム)およびPH3
(フォスフィン)を供給する。InP層が活性層3の厚
み(0.12μm)以上に成長するまでは、ドーパント
ガスとしてZn(C252を引き続き導入する。これ
によって、メサ形発光領域の両側面を被覆する薄いp-
型InP層11が形成される。このp-型InP層11
の厚みは、段差部21を完全に埋めるため活性層3の厚
み(実施例では1μm)より厚くかつ貫通電流を流さな
い程度の厚み(3000Å)以下とするのが良い。そこ
で、この実施例では、p-型InP層11が2000Å
程度成長した時点で、ドーパントガスをZn(C25
2からTi(チタン)を含むガスに切り替え、Tiドー
プInP層12を成長させる。TiドープInP層12
が1.6μm程度の厚みに成長した時点で、ドーパント
ガスを、Tiを含むガスからFeを含むガスに切り替
え、メサ形発光領域20と同一の高さになるまで、Fe
ドープInP層13を成長させる(図6)。
When InP to be a current blocking layer is buried and grown on both sides of the mesa type light emitting region 20, TMIn (trimethylindium) and PH 3 are used as a growth gas.
Supply (phosphine). Zn (C 2 H 5 ) 2 is continuously introduced as a dopant gas until the InP layer grows to a thickness (0.12 μm) or more of the active layer 3. As a result, a thin p- layer covering both sides of the mesa-shaped light emitting region is formed.
The type InP layer 11 is formed. This p-type InP layer 11
Is preferably thicker than the thickness of the active layer 3 (1 μm in the embodiment) in order to completely fill the step portion 21 and not more than a thickness (3000 Å) at which a through current does not flow. Therefore, in this embodiment, the p − -type InP layer 11 has 2000 Å
At the time of the growth, the dopant gas is changed to Zn (C 2 H 5 )
The gas containing Ti (titanium) is switched from 2 to grow the Ti-doped InP layer 12. Ti-doped InP layer 12
At a thickness of about 1.6 μm, the dopant gas is switched from a gas containing Ti to a gas containing Fe, until the same height as that of the mesa-shaped light emitting region 20 is reached.
The doped InP layer 13 is grown (FIG. 6).

【0019】その後、マスクとなった酸化シリコン膜3
0をフッ酸系エッチング液で除去してから、メサ形発光
領域20およびFeドープInP層13の上に酸化シリ
コンのような絶縁膜6を被着し、この絶縁膜6にメサ形
発光領域20に対応したコンタクト口6aを形成した
後、p型オーミック電極7さらにその上にp型電極8を
形成する。また、InP基板1の裏面にはn型電極9を
形成する。これによって、図1に示すような構造の半導
体レーザーが出来上がる。
After that, the silicon oxide film 3 used as a mask
0 is removed with a hydrofluoric acid-based etching solution, and then an insulating film 6 such as silicon oxide is deposited on the mesa type light emitting region 20 and the Fe-doped InP layer 13, and the insulating film 6 is covered with the mesa type light emitting region 20. After forming the contact opening 6a corresponding to, the p-type ohmic electrode 7 and the p-type electrode 8 are further formed thereon. Further, the n-type electrode 9 is formed on the back surface of the InP substrate 1. As a result, a semiconductor laser having the structure shown in FIG. 1 is completed.

【0020】図1の半導体レーザーにおいては、電流ブ
ロック層10がp-型InP層11,TiドープInP
層12,FeドープInP層13の3層構造であるた
め、これを拡大して示す図2におけるB−B線に沿った
断面に着目すると、p型InPクラッド層4とn型In
Pクラッド層2との間に、p/p-/SI/p-/n(p
型半導体/p-型半導体/Tiドープ半絶縁性半導体/
p-型半導体/n型半導体)構造が存在する。また、A
−A線に沿った断面に着目すると、p型InPクラッド
層4とn型InPクラッド層2との間に、p/p-/S
I/SI/SI/p-/n(p型半導体/p-型半導体/
Tiドープ半絶縁性半導体/Feドープ半絶縁性半導体
/Tiドープ半絶縁性半導体/p-型半導体/n型半導
体)構造が存在する。
In the semiconductor laser of FIG. 1, the current blocking layer 10 is a p-type InP layer 11 and Ti-doped InP.
Since it has a three-layer structure of the layer 12 and the Fe-doped InP layer 13, focusing on the cross section taken along the line BB in FIG. 2 showing the enlarged structure, the p-type InP cladding layer 4 and the n-type In
P / p- / SI / p- / n (p
Type semiconductor / p-type semiconductor / Ti-doped semi-insulating semiconductor /
There is a p-type semiconductor / n-type semiconductor) structure. Also, A
Focusing on the cross section along the line -A, between the p-type InP clad layer 4 and the n-type InP clad layer 2, p / p- / S
I / SI / SI / p- / n (p-type semiconductor / p-type semiconductor /
There is a Ti-doped semi-insulating semiconductor / Fe-doped semi-insulating semiconductor / Ti-doped semi-insulating semiconductor / p-type semiconductor / n-type semiconductor) structure.

【0021】ここで、Tiドープ半絶縁性InP層12
ではTiがホールトラップとして、またFeドープ半絶
縁性InP層13ではFeが電子トラップとして作用す
る。そのため、p-型InP層11がキャリアの注入を
阻止するバリアとなるとともに、TiドープInP層1
2とFeドープInP層13が電子および正孔の二重注
入による再結合電流を抑制する働きをする。これによっ
て、活性層4の外側を迂回して流れるリーク電流を大幅
に低減することができる。また、メサ形発光領域20側
面のサイドエッチングにより生じた段差部21の奥部に
物質移動により形成される固相成長層22がp型化され
ているため、固相成長層22を通ってp型InPクラッ
ド層4からn型InPクラッド層2へ流れる電流を抑
え、活性層4側面近傍におけるリーク電流も防止するこ
とができる。さらに、実施例の半導体レーザーにおいて
は、電流ブロック層を3層構造としたため、全体の寄生
容量としては数pF以下とすることができるので、毎秒
数ギガビットクラスの光通信用光源として使用すること
が可能である。
Here, the Ti-doped semi-insulating InP layer 12
Ti acts as a hole trap, and Fe acts as an electron trap in the Fe-doped semi-insulating InP layer 13. Therefore, the p − -type InP layer 11 serves as a barrier that blocks carrier injection, and the Ti-doped InP layer 1
2 and the Fe-doped InP layer 13 serve to suppress recombination current due to double injection of electrons and holes. As a result, the leak current flowing around the outside of the active layer 4 can be significantly reduced. Further, since the solid phase growth layer 22 formed by mass transfer in the inner part of the step portion 21 generated by the side etching of the side surface of the mesa-shaped light emitting region 20 is made p-type, it passes through the solid phase growth layer 22 and becomes p-type. The current flowing from the n-type InP clad layer 4 to the n-type InP clad layer 2 can be suppressed, and the leak current near the side surface of the active layer 4 can be prevented. Further, in the semiconductor laser of the example, since the current blocking layer has a three-layer structure, the total parasitic capacitance can be set to several pF or less, so that it can be used as a light source for optical communication of several gigabit class per second. It is possible.

【0022】なお、上記実施例では、電流ブロック層1
0をp-型InP層11,TiドープInP層12,F
eドープInP層13の3層構造としたが、p-型In
P層11とTiドープInP層12の2層構造、あるい
はp-型InP層11とFeドープInP層13の2層
構造としてもよい。このような構造は、上記実施例のプ
ロセスにおける成長ガスの供給制御を変えるだけで容易
に実現できる。また、上記実施例では、p-型InP層
11をZnドープで、InP層13をTiドープでそれ
ぞれ形成しているが、Znの代わりにCd(カドミウ
ム)あるいはMg(マグネシウム)を、Tiの代わりに
Co(コバルト)あるいはV(バナジウム)をドープす
るようにしてもよい。
In the above embodiment, the current blocking layer 1
0 is a p-type InP layer 11, a Ti-doped InP layer 12, F
Although the three-layer structure of the e-doped InP layer 13 is used, p-type In
A two-layer structure of the P layer 11 and the Ti-doped InP layer 12 or a two-layer structure of the p − type InP layer 11 and the Fe-doped InP layer 13 may be used. Such a structure can be easily realized only by changing the supply control of the growth gas in the process of the above embodiment. Further, in the above embodiment, the p − -type InP layer 11 is formed by Zn doping and the InP layer 13 is formed by Ti doping. However, instead of Zn, Cd (cadmium) or Mg (magnesium) is used instead of Ti. May be doped with Co (cobalt) or V (vanadium).

【0023】さらに、上記実施例では、半導体レーザー
に適用したものについて説明したが、この発明は埋込み
型の電流ブロック層を有する発光素子であれば、端面発
光型発光ダイオードや面発光型発光ダイオード等に適用
することができる。また、実施例では、埋込み成長させ
る半導体材料としてクラッド層と同一材料を用いたが、
活性層の半導体材料より禁制帯幅が大きくかつ屈折率が
小さい半導体であり基板と格子不整合することなく成長
させることができる材料ならば、必ずしもクラッド層と
同一材料でなくともよい。
Further, in the above embodiment, the one applied to the semiconductor laser has been described, but the present invention is an edge emitting type light emitting diode, a surface emitting type light emitting diode or the like as long as it is a light emitting element having a buried type current block layer. Can be applied to. Further, in the embodiment, the same material as the clad layer is used as the semiconductor material for the buried growth,
The material is not necessarily the same as that of the clad layer as long as it is a semiconductor having a band gap width and a refractive index smaller than that of the semiconductor material of the active layer and capable of being grown without lattice mismatch with the substrate.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上説明したようにこの発明は、半導体
基板上にp型クラッド層およびn型クラッド層並びにこ
れらのクラッド層に挾まれた活性層を有し、この活性層
を含む発光領域が断面メサ形状に形成され、この発光領
域の外側に電流ブロック層となる高抵抗半導体が埋め込
まれている半導体発光素子において、上記電流ブロック
層を、少なくとも上記発光領域の側面を被覆する低濃度
のp型半導体層と、この低濃度p型半導体層の外側を被
覆するように形成された深いドナー準位を有する高抵抗
半導体層もしくは深いアクセプタ準位を有する高抵抗半
導体層とにより構成するようにしたので、活性層の外
側、n型クラッド層とp型クラッド層との間に、少なく
とも低濃度P型半導体/半絶縁性半導体/低濃度P型半
導体構造が介在されるため、上記低濃度P型半導体層が
キャリアの注入を阻止するバリアとなって活性層の外側
を迂回して流れるリーク電流を抑えることができ、発光
効率および変調特性が向上されるという効果がある。
As described above, the present invention has a p-type clad layer, an n-type clad layer, and an active layer sandwiched between these clad layers on a semiconductor substrate, and a light emitting region including the active layer is provided. In a semiconductor light emitting device which is formed in a mesa shape in cross section and in which a high resistance semiconductor to be a current blocking layer is embedded outside the light emitting region, the current blocking layer is coated with a low concentration p that covers at least a side surface of the light emitting region. Type semiconductor layer and a high resistance semiconductor layer having a deep donor level or a high resistance semiconductor layer having a deep acceptor level formed so as to cover the outside of the low concentration p-type semiconductor layer. Therefore, at least the low-concentration P-type semiconductor / semi-insulating semiconductor / low-concentration P-type semiconductor structure is interposed outside the active layer and between the n-type cladding layer and the p-type cladding layer. Therefore, the low-concentration P-type semiconductor layer serves as a barrier for preventing the injection of carriers, and it is possible to suppress the leak current flowing around the outside of the active layer, thereby improving the luminous efficiency and the modulation characteristic. ..

【0025】また、上記電流ブロック層となる半導体の
埋込み成長工程は、上記絶縁膜マスク上に半導体が成長
しない範囲の温度を成長温度として選択し、成長開始直
前の昇温過程においてp型不純物を含むドーパントガス
を導入させ、上記成長温度よりも低い温度にて物質移動
で発光領域側面の段差部に成長する固相成長層をp型化
させた後に高抵抗半導体の埋込み成長を行なうようにし
たので、p型InPクラッド層4からn型InPクラッ
ド層2へ流れる電流を抑え、活性層側面近傍のリーク電
流も防止することができる。
Further, in the step of burying and growing the semiconductor to become the current blocking layer, a temperature in a range in which the semiconductor does not grow on the insulating film mask is selected as a growth temperature, and a p-type impurity is added in a temperature raising process immediately before the start of growth. A dopant gas containing the same is introduced, and the solid-phase growth layer that grows in the step portion on the side surface of the light emitting region by mass transfer at a temperature lower than the above growth temperature is made to be p-type, and then embedded growth of the high resistance semiconductor is performed. Therefore, the current flowing from the p-type InP clad layer 4 to the n-type InP clad layer 2 can be suppressed, and the leak current near the side surface of the active layer can also be prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明を半導体レーザーに適用した場合の一実
施例を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment in which the present invention is applied to a semiconductor laser.

【図2】実施例に係る半導体レーザーの要部を拡大して
示す拡大断面図である。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing an enlarged main part of a semiconductor laser according to an example.

【図3】実施例に係る半導体レーザーの製造プロセスの
第1工程を示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing a first step of a manufacturing process of the semiconductor laser according to the example.

【図4】実施例に係る半導体レーザーの製造プロセスの
第2工程を示す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing a second step of the manufacturing process of the semiconductor laser according to the example.

【図5】実施例に係る半導体レーザーの製造プロセスの
第3工程を示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a third step of the manufacturing process of the semiconductor laser according to the example.

【図6】実施例に係る半導体レーザーの製造プロセスの
第4工程を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a fourth step of the manufacturing process of the semiconductor laser according to the example.

【図7】従来の半導体レーザーの一例を示す断面図であ
る。
FIG. 7 is a sectional view showing an example of a conventional semiconductor laser.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 InP基板 2 n型InPクラッド層 3 InGaAsP活性層 4 p型InPクラッド層 5 InGaAsPコンタクト層 6 絶縁膜 7 オーミック電極 8 p型電極 9 n型電極 10 電流ブロック層 11 p-型InP層(低濃度半導体層) 12 TiドープInP層(高抵抗半導体層) 13 FeドープInP層(高抵抗半導体層) 20 メサ形発光領域 21 段差部 22 固相成長層 1 InP substrate 2 n-type InP clad layer 3 InGaAsP active layer 4 p-type InP clad layer 5 InGaAsP contact layer 6 insulating film 7 ohmic electrode 8 p-type electrode 9 n-type electrode 10 current blocking layer 11 p-type InP layer (low concentration) Semiconductor layer) 12 Ti-doped InP layer (high-resistance semiconductor layer) 13 Fe-doped InP layer (high-resistance semiconductor layer) 20 Mesa type light emitting region 21 Step portion 22 Solid phase growth layer

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上にp型クラッド層およびn
型クラッド層並びにこれらのクラッド層に挾まれた活性
層を有し、この活性層を含む発光領域が断面メサ形状に
形成され、この発光領域の外側に電流ブロック層となる
高抵抗半導体が埋め込まれている半導体発光素子におい
て、上記電流ブロック層は、少なくとも上記発光領域の
側面を被覆する低濃度のp型半導体層と、この低濃度p
型半導体層の外側を被覆するように形成された深いドナ
ー準位を有する高抵抗半導体層もしくは深いアクセプタ
準位を有する高抵抗半導体層とからなることを特徴とす
る半導体発光素子。
1. A p-type cladding layer and n on a semiconductor substrate.
A type clad layer and an active layer sandwiched between these clad layers, a light emitting region including the active layer is formed in a mesa cross section, and a high resistance semiconductor to be a current blocking layer is embedded outside the light emitting region. In the semiconductor light emitting device, the current blocking layer has a low concentration p-type semiconductor layer covering at least the side surface of the light emitting region, and the low concentration p layer.
A semiconductor light emitting device comprising a high resistance semiconductor layer having a deep donor level or a high resistance semiconductor layer having a deep acceptor level formed so as to cover the outside of the type semiconductor layer.
【請求項2】 上記電流ブロック層は少なくとも上記発
光領域の側面を被覆する低濃度のp型半導体層と、この
低濃度p型半導体層の外側を被覆するように形成された
深いドナー準位を有する高抵抗半導体層と、この高抵抗
半導体層の外側を被覆するように形成された深いアクセ
プタ準位を有する高抵抗半導体層とからなることを特徴
とする請求項1記載の半導体発光素子。
2. The current blocking layer comprises a low-concentration p-type semiconductor layer covering at least a side surface of the light-emitting region, and a deep donor level formed so as to cover the outside of the low-concentration p-type semiconductor layer. 2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, comprising a high resistance semiconductor layer having the high resistance semiconductor layer and a high resistance semiconductor layer having a deep acceptor level formed so as to cover the outside of the high resistance semiconductor layer.
【請求項3】 半導体基板上にp型クラッド層およびn
型クラッド層並びにこれらのクラッド層に挾まれた活性
層を積層成長する工程と、絶縁膜をマスクとしてこの積
層成長膜を選択的にエッチングして断面メサ形状の発光
領域を形成する工程と、上記発光領域の外側に半導体を
埋込み成長させる工程とを含む半導体発光素子の製造方
法において、上記電流ブロック層となる半導体の埋込み
成長工程は、上記絶縁膜マスク上に半導体が成長しない
範囲の温度を成長温度として選択し、成長開始直前の昇
温過程においてp型不純物を含むドーパントガスを導入
させ、上記成長温度よりも低い温度にて物質移動で発光
領域側面の段差部に成長する固相成長層をp型化させた
後に高抵抗の半導体の埋込み成長を行なうようにしたこ
とを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
3. A p-type cladding layer and n on a semiconductor substrate.
A step of laminating and growing a type clad layer and an active layer sandwiched between these clad layers; a step of selectively etching this laminated growth film using an insulating film as a mask to form a light emitting region having a cross-section mesa shape; In the method for manufacturing a semiconductor light emitting device, which comprises a step of burying a semiconductor outside the light emitting region, the step of burying a semiconductor to be the current blocking layer is performed at a temperature within a range where a semiconductor does not grow on the insulating film mask. The temperature is selected, a dopant gas containing p-type impurities is introduced in the temperature rising process immediately before the start of growth, and a solid phase growth layer that grows on the stepped portion on the side surface of the light emitting region by mass transfer at a temperature lower than the above growth temperature is formed. A method for manufacturing a semiconductor light emitting device, characterized in that a high resistance semiconductor is buried and grown after being made p-type.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5452315A (en) * 1993-06-30 1995-09-19 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor laser with semi-insulating current blocking layers
JPH0927658A (en) * 1995-07-13 1997-01-28 Nec Corp Semiconductor optical integrated circuit and manufacture thereof
JP2017188558A (en) * 2016-04-05 2017-10-12 日本電信電話株式会社 Semiconductor optical element

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5452315A (en) * 1993-06-30 1995-09-19 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor laser with semi-insulating current blocking layers
JPH0927658A (en) * 1995-07-13 1997-01-28 Nec Corp Semiconductor optical integrated circuit and manufacture thereof
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