JPH0558594B2

JPH0558594B2 -

Info

Publication number: JPH0558594B2
Application number: JP20021884A
Authority: JP
Inventors: Isao Hino
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1984-09-25
Filing date: 1984-09-25
Publication date: 1993-08-26
Also published as: JPS6178191A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、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。

（従来技術とその問題点）（AlxGa₁−ｘ）_0.5In_0.5Ｐ系の材料は、良質な
GaAs基板と格子整合し、AlとGaの組成を変え
ることにより、すなわちｘの０から１まで変える
ことにより、バンドギヤツプを約1.9eVから約
2.35eVの範囲で変化させることができる。この
うち約1.9eV〜約2.35eV迄は直接遷移型である。
このため（AlxGa₁−ｘ）_0.5In_0.5Ｐを活性層
（AlyGa₁−ｙ）_0.5In_0.5Ｐ（１ｙ＞ｘ０）をクラ
ツド層としたダブルヘテロ構造を構成することに
より、波長0.68μｍ〜0.56μｍ（赤〜黄緑の可視光
に相当する）の範囲で発光またはレーザ発振を得
ることができる。電流注入型レーザの一例として
は、第６図ａに示す構造による素子で波長0.68μ
ｍの赤色レーザダイオードが得られている（アプ
ライド・フイジツクス・レターズ（Appl.Phys.
Lett.）43（1983）p.987）。第６図ａの構造は以下
に述べるようになつている。ｎ−GaAs基板１１
上にｎ−GaAsバツフア層１２、ｎ−（Al_0.3Ga_0.7）
_0.5In_0.5Ｐクラツド層１３、アンドープGa_0.5In_0.5Ｐ
活性層１４、ｐ−（Al_0.3Ga_0.7）_0.5In_0.5Ｐクラツド
層１５、ｐ−GaAsキヤツプ層を順次形成する。
次にストライプ状開口２２をもつSiO₂膜１７お
よびｐ型用電極１８、ｎ型用電極１９を形成す
る。この素子に電流を通電すると、ストライプ状
開口２２により限定された領域に電流注入領域が
制限され、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。ところ
が、この構造ではｐ電極１８との低接触抵抗コン
タクトを形成するためｐ−GaAsキヤツプ層１６
を低抵抗にしてあるため、ｐ−GaAs層１６での
電流拡がりが大きく、活性層１４において、スト
ライプ状に電流を十分狭窄することが困難であ
る。

この困難を解決するため従来、AlxGa₁−xAs
系などで行なわれている内部ストライプレーザ、
つまり多層エピタクシアル成長で形成する一部の
層中にストライプ状に導電型の異なる領域をもち
そこでストライプ状領域に電流を注入する構造
（例えばアイ・イー・イー・イージヤーナル・オ
ブ・カンタム・エレクトロニクス（IEEE J.
Quantum.Electron.QE11（1975）418）からの類
推により、第６図ｂに示す構造が提案されてい
る。これは前述の第６図ａの構造と同様にｎ−
GaAs基板１１上に、ｎ−GaAsバツフア層１２
を介しｎ−（Al_0.3Ga_0.7）_0.5In_0.5Ｐクラツド層１３、
アンドープーGa_0.5In_0．5P活性層１４、ｐ−
（Al_0.3Ga_0.7）_0.5In_0.5Ｐクラツド層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、ストライプ状開口２３をもつｎ−
GaAs層２０を形成し、さらにｐ−GaAs層２１
を全面に形成する。ｐ−GaAs層２１およびｎ−
GaAs基板１１の表面にｐ型用電極１８、ｎ型用
電極１９をそれぞれ形成する。この素子に電流を
流すとｎ−GaAs層２０によるpn反転層で電流が
ストライプ状開口２３により狭窄されるため、低
抵抗ｐ−GaAs層２１による電流拡がりの影響は
受けない。このために、ストライプ状開口２３の
幅で効率よく活性層１４に電流注入ができるた
め、効率のよい発光を得、レーザ素子としての発
振閾値を下げることができる。

このような構造の素子の製作には、その性質上
有機金属熱分解気相エピタキシ（MO−VPE）法
または分子線エピタキシ（MBE）法がその成長
法として適している。第６図ｂに示した構造は、
ダブルヘテロ構造の上にｎ−GaAs層２０を均一
に成長させたあと、フオトリソグラフイ法によ
り、ストライプ状開口２３の部分のみ選択的に除
去し、このあと、ｐ−GaAs層２１を成長させる
ことにより実現する。この場合、ｐ−GaAs層２
１を成長する前の状態では、As化合物であるｎ
−Ga層２０と、Ｐ化合物であるｐ−（Al_0.3Ga_0.7）
_0.5In_0.5Ｐ１５が露出しているので、その表面保護
のためAsの蒸発とＰの蒸発を共に抑制しなくて
はならない。そのためにMO−VPE法を用いる場
合には、アルシン（AsH₃）とホスフイン（PH₃）
のガスを同時に流す必要があり、またMBE法で
はAsビームとＰビームの両方を照射する必要が
ある。しかし、GaAs上にPH₃あるいはＰビーム
を照射した後成長したGaAsおよびAlGaInP上に
AsH₃あるいはAsビームを照射した後成長した
GaAsは、その表面状態、結晶性などが劣るた
め、素子の性能や信頼性の劣化の原因となる。ま
た、Al組成の大きなAl化合物１５を露出させた
ままプロセスを中断すると、表面酸化により、や
はり素子性能や信頼性劣化に結びつく。さらに、
ストライプ開口２３形成後はｐ−GaAs層２１を
成長させるだけであるにも拘らず、AlGaInP露
出があるのでＰ化合物表面を保護する必要があ
り、その成長装置が複雑となる。以上説明したよ
うに従来技術はいくつかの欠点を有している。

（発明の目的）本発明の目的は、このような従来の欠点を除去
し、より低いコストで電流狭窄が良好でかつ性
能、信頼性の優れた可視光半導体発光素子を提供
することにある。

（発明の構成）本発明によれば、（AlxGa₁−ｘ）_0.5In_0.5Ｐを活
性層、（AlyGa₁−ｙ）_0.5In_0.5Ｐ（１ｙ＞ｘ０）
をクラツド層とするダブルヘテロ構造を有し、こ
のダブルヘテロ構造上に第１導電型の第１の
GaAs層、第１のGaAs層表面のうち一部を除い
た表面上に第２導電型の第２のGaAs層、さらに
第２のGaAs層に被われていない第１のGaAs層
の表面上および第２のGaAs層上に第１導電型の
第３のGaAs層を形成した半導体発光素子が得ら
れる。

（構成の詳細な説明）本発明は上述の構成をとることにより従来技術
の問題点を解決したものである。

第５図は本発明の原理を説明するための図であ
る。ダブルヘテロ構造のクラツド層としてｙ＝
0.3としたｐ−（Al_0.3Ga_0.7）_0.5In_0.5Ｐ３０の上にｐ
−GaAs層３１、ｎ−GaAs層３２を順次形成す
る。成長法は例えばMOVPE法で行なう。フオト
リソグラフフイ法によりｎ−GaAs３２の一部分
を除去すると、第５図ａのようになる。このよう
にすると、部分的にpn反転領域を挾んでエピタ
キシヤル成長を続ける場合、もとのダブルヘテロ
構造が、AlGaInP系のようにＰ化合物でありま
たAlを含む化合物で構成されていても２回目の
成長はGaAsのみの露出した面に行なうことがで
きる。第５図ｂに示したように２回目の成長で形
成するｐ−GaAs層３３は、ｐ−GaAs層３１お
よびｎ−GaAs層３２の上に行なうことになる。
MOVPE法あるいはMBE法でｐ−GaAs層３３の
成長を行なう場合、第５図ａで示された構造の表
面は、MOVPEの場合AsH₃で、MBEの場合As
ビームで保護すればよく、PH₃ないしはＰビーム
を用いなくてよい。また、酸化しやすいAl化合
物の表面が露出されていない。これらの理由によ
り成長したｐ−GaAs３３の表面状態や結晶性は
よい。また２回目のGaAs成長のための装置も、
GaAs基板上にGaAsを成長する通常の装置でよ
いため簡便である。GaAs上にGaAsを成長する
ので、その成長は液相エピタキシヤル法（LPE）
でも可能である。

（実施例）以下本発明の実施例について図面を利用して詳
細に説明する。第１図は本発明の第１の実施例を
示す斜視図である。ｎ−GaAs基板４１上にｎ−
GaAsバツフア層４２、ｎ−（Al_0.3Ga_0.7）_0.5In_0．
₅Pクラツド層４３、アンドープGa_0.5In_0.5Ｐ活性
層４４、ｐ−（Al_0.3Ga_0.7）_0．5In_0．5Pクラツド層
４５、ｐ−GaAs層４６が形成され、さらにスト
ライプ状開口５１をもつｎ−GaAs層４７、オー
ミツクコンタクトを形成するｐ−GaAs層４８を
もつた構造となつている。ｐ−GaAs４８上には
ｐ型用電極４９、ｎ−GaAs基板４１の裏面には
ｎ型用電極５０がとりつけられている。本実施例
の素子に電流を注入すると、ｎ−GaAs層４７に
よるpn反転層のために注入電流はストライプ状
開口５１に制限される。このため、このストライ
プ状開口にほぼ沿つた活性層４４で発光が生じ、
またレーザ発振も得られる。ｐ−（Al_0.3Ga_0.7）_0.5
In_0.5Ｐクラツド層４５は厚さが約1μｍで比抵抗が
約0.2Ωcmとなるドーピングを行なつてあるので、
クラツド層４５での電流拡がりは小さい。またｐ
−GaAs層４６は比抵抗が約0.2Ωcmとなるドーピ
ングを行ない厚さを約0.5Ωcmとしてあるので、
この層でも電流拡がりは小さい。従つて、注入電
流はストライプ状開口５１によく制限され、電流
拡がりによつ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
の発振閾値は低い。また本実施例では、活性層と
してはｘ＝０のGa_0.5In_0.5Ｐ、クラツド層として
はｙ＝0.3の（Al_0.3Ga_0.7）_0.5In_0.5Ｐを用いているの
で波長0.67〜0.68μｍの赤色可視光レーザが得ら
れる。本実施例では、以上述べたような優れた基
本特性を維持しつつ、次に述べる製法上の特長と
相俟つてさらに性能、信頼性の優れた素子がより
低いコストで得られる。

第２図に本実施例を実現するための製法につい
て示す。第１図と共通の部分は同じ番号を用いて
ある。第２図ａに示すように、ｎ−GaAs基板４
１上にMO−VPE法によりｎ−GaAsバツフア層
４２、ｎ−（Al_0.3Ga_0.7）_0.5In_0.5Ｐクラツド層４３、
アンドープGa_0.5In_0.5Ｐ活性層４４、ｐ−（Al_0.3
Ga_0.7）_0.5In_0.5Ｐクラツド層４５、ｐ−GaAs層４
６、ｎ−GaAs層４７を順次成長させる。次に第
３図ｂに示すようにフオトレジスト５２を用い、
ｎ−GaAs層４７を選択的にエツチングし、スト
ライプ状開口５１を形成する。このとき確実にｐ
−GaAs層４６表面を露出させるために、ｐ−
GaAs層４６の表面が少しエツチングされるまで
そのエツチングを行なう。エツチング液として
は、エツチングレートの制御性のよいリン酸、過
酸化水素水、水の混液（体積比１：１：10）など
が適している。レジスト５２を除去すると表面に
露出するのはｎ−GaAs層４７および開口５１の
ｐ−GaAs層４６であり、GaAsのみである。こ
のあと、第２図ｃの如く、ｐ−GaAs層４８を成
長するときに基板の保護のためには、MOVPE法
の場合AsH₃だけを流せばよい。またこのとき、
Alを含む化合物は表面に露出していない。した
がつて、このようにして得られたｐ−GaAs膜は
きわめて良質であり、また良質な結晶ゆえに良好
な電極が形成され、その素子特性や信頼性が向上
した。また、この場合ｐ−GaAsの成長は、
GaAs基板上にGaAsを成長させる通常の簡便な
装置で行なえるため、その製造コストが安くな
る。

第３図に本発明の第２の実施例を示す。ｎ−
GaAs基板６１上にｎ−GaAsバツフア層６２、
ｎ−（Al_0.7Ga_0.3）_0.5In_0．5Pクラツド層６３、アン
ドープ（Al_0.3Ga_0.7）_0.5In_0.5Ｐ活性層６４、ｐ−
（Al_0.3Ga_0.7）_0.5In_0.5Ｐクラツド層６５、ｐ−GaAs
層６６が形成されているここでは、第１の実施例
の場合と異なり、ｐ−（Al_0.3Ga_0.7）_0.5In_0.5Ｐクラ
ツド層６５の表面のうち、ストライプ状開口７１
に沿つた部分はリツジ状に厚みが厚くなつてい
る。これは、ストライプ状開口部７１と、その周
辺とで活性層６４に実効的な屈折率差をつけ、ス
トライプ状開口部７１に沿つて、光のガイド効果
をもたせるためのものである。ｐ−GaAs層６６
の上にストライプ状開口部７１を除いてｎ−
GaAs層６７を形成、さらにオーミツクコンタク
とのためのｐ−GaAs層６８を形成した構造とな
つている。ｐ−GaAs層６８上にはｐ型用電極６
９が、ｎ−GaAs基板６１の裏面にはｎ型用電極
７０がとりつけてある。第１の実施例の場合と同
様の原理で、注入電流はストライプ状開口７１に
よく制限され、電流拡がりによつて無効に消費さ
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閾値は低い。また本実
施例では、水平横方向の光導波機構を具えている
ので、発振モードの質が高く、レーザ素子の性能
は第１の実施例よりも優れている。また本実施例
では活性層としてｘ＝0.3の（Al_0.3Ga_0.7）_0.5In_0.5Ｐ
を用いているので波長0.59〜0.60μｍの橙色可視
光レーザ得られる。本実施例では、以上述べたよ
うな優れた基本特性を維持しつつ、次に述べる製
法上の特長と相俟つてさらに性能、信頼性に優れ
た素子がより低コストで得られる。

第４図に第２の実施例を実現するための製法に
ついて示す。第３図と共通の部分は同じ番号を用
いた。第４図ａに示すようにMO−VPE法によ
り、ｎ−GaAs基板６１上にｎ−GaAsバツフア
層６２、ｎ−（Al_0.3Ga_0.7）_0.5In_0.5Ｐクラツド層６
３、アンドープ（Al_0.3Ga_0.7）_0.5In_0.5Ｐ活性層６
４、ｐ−（Al_0.3Ga_0.7）_0.5In_0.5Ｐクラツド層６５を
順次成長させる。次に第４図ｂに示すようにフオ
トレジスト７２を用いてストライプ状開口７１以
外のｐ−（Al_0.3Ga_0.7）_0.5In_0.5Ｐ層６５の表面を適
当量エツチングし、リツジ状光導波路を形成す
る。この時のエツチング液としては、塩酸と水の
混液（体積比１：10）が適している。さらに、レ
ジスト７２を取り去り、再びMOVPE法によりｐ
−GaAs層６６、ｎ−GaAs層６７を順に成長さ
せ、第４図ｄのようにフオトレジスト７３を用い
て、ｎ−GaAs６７を選択エツチングによりスト
ライプによりストライプ状開口部７１のみエツチ
ングする。このときのエツチング液は第１の実施
例で示したように、リン酸、過酸化水素水、水の
混液を用い、ｐ−GaAs６６の表面が少エツチン
グされるまで行なう。レジスト７３を除去すると
表面に露出するのはｎ−GaAs６７および開口部
７１のｐ−GaAs６６でありGaAsのみである。
このあと第４図ｅの如くｐ−GaAs層６８を成長
するときに基板の保護のためにはMOVPE法の場
合AsH₃だけを流せばよい。またこのときAlを含
む化合物は表面に露出していない。したがつて、
このようにして得られたｐ−GaAs膜はきわめて
良質であり、また良質な結晶であることから良好
な電極が形成され、その素子特性や信頼性が向上
する。また、この場合ｐ−GaAsの成長は、
GaAs基板上にGaAsを成長させる通常の簡便な
装置で行なえるため、その製造コストは安くな
る。

本実施例ではMOVPE法による成長の場合につ
いて述べたが、同様の効果はMBE法による成長
の場合についても得られる。また活性層およびク
ラツド層の組成ｘ、ｙとして特定の値を用いた
が、他の値に対しても本発明の効果の得られるこ
とは言うまでもない。

（発明の効果）以上述べたように、本発明によれば、電流狭窄
が良好でかつ性能、信頼性の優れた可視光半導体
発光素子をより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の実施例を示す斜視図、
第２図ａ，ｂ，ｃは第１の実施例の製造工程を示
す図、第３図は本発明の第２の実施例を示す斜視
図、第４図ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは第２の実施例の
製造工程を示す図、第５図ａ，ｂは、本発明の原
理を説明するための断面図、第６図ａ，ｂは、そ
れぞれ従来の半導体発光素子の例を示す斜視図で
ある。４１，６１……ｎ−GaAs基板、４２，６２…
…ｎ−GaAsバツフア層、４３，４５……ｎ−
（Al_0.3Ga_0.7）_0.5In_0.5Ｐクラツド層、４４……アン
ドープGa_0.5In_0.5Ｐ活性層、４６，４８，６６，
６８……ｐ−GaAs、４７，６７……ｎ−GaAs
層、４９，６９……ｐ型電極、５０，７０……ｎ
型電極、５１，７１……ストライプ状開口。

Claims

【特許請求の範囲】

１（AlxGa₁−ｘ）_0.5In_0.5Ｐを活性層、（AlyGa₁
−ｙ）_0.5In_0.5Ｐ（１ｙ＞ｘ０）をクラツド層と
するダブルヘテロ構造を有し、該ダブルヘテロ構
造上に第１導電型の第１のGaAs層、第１の
GaAs層表面のうち一部を除いた表面上に第２導
電型の第２のGaAs層、さらに第２のGaAs層に
被われていない第１のGaAs層の表面上および第
２のGaAs層上に第１導電型の第３のGaAs層を
形成したことを特徴とする半導体発光素子。