JPH07162089A - 可視光レーザダイオード及びその製造方法 - Google Patents
可視光レーザダイオード及びその製造方法Info
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- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/223—Buried stripe structure
- H01S5/2231—Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode
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- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 エッチング制御性が高く、活性層からの発光
の吸収が起こらないエッチングストッパ層を備え、レー
ザ発振しきい値が低く、高出力発振時の電流特性の良い
可視光レーザダイオード及びその製造方法を提供する。 【構成】 633nm帯可視光レーザダイオードにおい
て、第2のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pク
ラッド層3bを所定形状にするため、該第2のp型(A
l0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3bに比べ
エッチングレートが極端に小さく、バルクでのバンドギ
ャップがun−Ga0.5 In0.5 P活性層6のバンドギ
ャップより大きい層厚5nmのGa0.57In0.43Pエッ
チングストッパ層10を備えた。
の吸収が起こらないエッチングストッパ層を備え、レー
ザ発振しきい値が低く、高出力発振時の電流特性の良い
可視光レーザダイオード及びその製造方法を提供する。 【構成】 633nm帯可視光レーザダイオードにおい
て、第2のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pク
ラッド層3bを所定形状にするため、該第2のp型(A
l0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3bに比べ
エッチングレートが極端に小さく、バルクでのバンドギ
ャップがun−Ga0.5 In0.5 P活性層6のバンドギ
ャップより大きい層厚5nmのGa0.57In0.43Pエッ
チングストッパ層10を備えた。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は可視光レーザダイオー
ド,及びその製造方法に関し、特に、活性層の近傍にエ
ッチングストッパ層を有する可視光レーザダイオード,
及びその製造方法に関するものである。
ド,及びその製造方法に関し、特に、活性層の近傍にエ
ッチングストッパ層を有する可視光レーザダイオード,
及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の可視光レーザダイオードの製造方
法においては、その活性層上に形成するクラッド層中の
所定位置にエッチングストッパ層を導入しておき、該ク
ラッド層を所定の形状に形成する方法が一般的に用いら
れており、このような方法により製造された可視光レー
ザダイオードについて以下に図を用いて説明する。
法においては、その活性層上に形成するクラッド層中の
所定位置にエッチングストッパ層を導入しておき、該ク
ラッド層を所定の形状に形成する方法が一般的に用いら
れており、このような方法により製造された可視光レー
ザダイオードについて以下に図を用いて説明する。
【0003】図11は、従来の可視光レーザダイオード
の断面図であり、該可視光レーザダイオードの発振波長
は633nmである。図において、1はn型GaAs基
板であり、例えばMOCVD装置を用いて、該n型Ga
As基板1上に層厚1.5μmのn型(Al0.7 Ga0.
3 )0.5 In0.5 Pクラッド層2,多重量子井戸構造の
un(アンドープ)−Ga0.5 In0.5 P活性層6,層
厚0.25μmの第1のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5
In0.5 Pクラッド層3a,層厚5nmのGa0.5 In
0.5 Pエッチングストッパ層9,層厚1.25μmの第
2のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド
層3bを順次形成し、該第2のp型(Al0.7 Ga0.3
)0.5 In0.5 Pクラッド層3bを選択エッチングに
よりメサ形状に形成した後、再び、MOCVD装置を用
いて、上記第2のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.
5 Pクラッド層3bのエッチング除去した部分にn型G
aAs電流ブロック層4を形成し、さらに、上記メサ形
状の第2のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pク
ラッド層3b,上記n型GaAs電流ブロック層4の上
面にp型GaAsキャップ層5を形成した層構造を有
し、この層構造の最下面にn側電極13を、また最上面
にp側電極14をそれぞれ形成してなるものである。
の断面図であり、該可視光レーザダイオードの発振波長
は633nmである。図において、1はn型GaAs基
板であり、例えばMOCVD装置を用いて、該n型Ga
As基板1上に層厚1.5μmのn型(Al0.7 Ga0.
3 )0.5 In0.5 Pクラッド層2,多重量子井戸構造の
un(アンドープ)−Ga0.5 In0.5 P活性層6,層
厚0.25μmの第1のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5
In0.5 Pクラッド層3a,層厚5nmのGa0.5 In
0.5 Pエッチングストッパ層9,層厚1.25μmの第
2のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド
層3bを順次形成し、該第2のp型(Al0.7 Ga0.3
)0.5 In0.5 Pクラッド層3bを選択エッチングに
よりメサ形状に形成した後、再び、MOCVD装置を用
いて、上記第2のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.
5 Pクラッド層3bのエッチング除去した部分にn型G
aAs電流ブロック層4を形成し、さらに、上記メサ形
状の第2のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pク
ラッド層3b,上記n型GaAs電流ブロック層4の上
面にp型GaAsキャップ層5を形成した層構造を有
し、この層構造の最下面にn側電極13を、また最上面
にp側電極14をそれぞれ形成してなるものである。
【0004】次に、エッチングストッパ層の機能,及び
メサ形状のクラッド層の形成方法について説明する。ま
ず、該可視光レーザダイオードの横モード制御を行なう
ためには、上記第1のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 I
n0.5 Pクラッド層3aの層厚を所定の厚さ(ここに示
した従来の可視光レーザダイオードの構造では、0.2
5μm)に保ち、かつ上記第2のp型(Al0.7 Ga0.
3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3bをメサ形状にする必
要があるが、本例では、上記第1,第2のクラッド層の
材料に同じ(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pを用い
ているため、両者の間にエッチング液に対するエッチン
グレートの差がなく、上記第1のp型(Al0.7 Ga0.
3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3a上に直接、上記第2
のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層
3bを形成したのでは、上述のような形状に形成するこ
とが不可能である。
メサ形状のクラッド層の形成方法について説明する。ま
ず、該可視光レーザダイオードの横モード制御を行なう
ためには、上記第1のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 I
n0.5 Pクラッド層3aの層厚を所定の厚さ(ここに示
した従来の可視光レーザダイオードの構造では、0.2
5μm)に保ち、かつ上記第2のp型(Al0.7 Ga0.
3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3bをメサ形状にする必
要があるが、本例では、上記第1,第2のクラッド層の
材料に同じ(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pを用い
ているため、両者の間にエッチング液に対するエッチン
グレートの差がなく、上記第1のp型(Al0.7 Ga0.
3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3a上に直接、上記第2
のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層
3bを形成したのでは、上述のような形状に形成するこ
とが不可能である。
【0005】そこで、(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.
5 Pを有するメサ成形に用いるエッチャントに対し(A
l0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pよりも十分低いエッチ
ングレートを有する材料を用いた所要の厚みのエッチン
グストッパ層を、上記第1,第2のp型(Al0.7 Ga
0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層間に導入すると、これ
らを所定厚の裾部を有するメサ形状のクラッド層に形成
することが可能となるものであり、図12(a) に示した
ように、硫酸系のエッチング溶液を用いた場合、(Al
0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pのエッチングレートに対
し50分の1前後のエッチングレートを示すGa0.5 I
n0.5 Pを用いた層厚5nmの上記Ga0.5 In0.5 P
エッチングストッパ層9を、上記第1のp型(Al0.7
Ga0.3)0.5 In0.5 Pクラッド層3aと、上記第2
のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5In0.5 Pクラッド層
3bとの間に形成しているものである。
5 Pを有するメサ成形に用いるエッチャントに対し(A
l0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pよりも十分低いエッチ
ングレートを有する材料を用いた所要の厚みのエッチン
グストッパ層を、上記第1,第2のp型(Al0.7 Ga
0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層間に導入すると、これ
らを所定厚の裾部を有するメサ形状のクラッド層に形成
することが可能となるものであり、図12(a) に示した
ように、硫酸系のエッチング溶液を用いた場合、(Al
0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pのエッチングレートに対
し50分の1前後のエッチングレートを示すGa0.5 I
n0.5 Pを用いた層厚5nmの上記Ga0.5 In0.5 P
エッチングストッパ層9を、上記第1のp型(Al0.7
Ga0.3)0.5 In0.5 Pクラッド層3aと、上記第2
のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5In0.5 Pクラッド層
3bとの間に形成しているものである。
【0006】そして、図12(b) に示したように、Si
N膜12をマスクとして、上記硫酸系のエッチング液を
用いて上記第2のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.
5 Pクラッド層3bのエッチングを行うと、該第2のp
型(Al0.7 Ga0.3 )0.5In0.5 Pクラッド層3b
よりも十分低いエッチングレートを有する上記Ga0.5
In0.5 Pエッチングストッパ層9の作用により、上記
第1のp型(Al0.7Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッ
ド層3aに達する直前にエッチングを制御性良く停止さ
せることができ、上記un−Ga0.5 In0.5 P活性層
6上に、所定厚の上記第1のp型(Al0.7 Ga0.3 )
0.5 In0.5 Pクラッド層3aと、メサ形状の第2のp
型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3b
とからなるクラッド層を形成することができる。
N膜12をマスクとして、上記硫酸系のエッチング液を
用いて上記第2のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.
5 Pクラッド層3bのエッチングを行うと、該第2のp
型(Al0.7 Ga0.3 )0.5In0.5 Pクラッド層3b
よりも十分低いエッチングレートを有する上記Ga0.5
In0.5 Pエッチングストッパ層9の作用により、上記
第1のp型(Al0.7Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッ
ド層3aに達する直前にエッチングを制御性良く停止さ
せることができ、上記un−Ga0.5 In0.5 P活性層
6上に、所定厚の上記第1のp型(Al0.7 Ga0.3 )
0.5 In0.5 Pクラッド層3aと、メサ形状の第2のp
型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3b
とからなるクラッド層を形成することができる。
【0007】次に、図12(c) に示したように、上記第
2のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5In0.5 Pクラッド
層3bの上記メサ形状にエッチング除去した部分にn型
GaAs電流ブロック層4を形成し、上述のクラッド層
のエッチング工程時にマスクとして用いた上記SiN膜
12を取り除いた後、上記メサ形状の第2のp型(Al
0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3b及び上記
n型GaAs電流ブロック層4の上面露出部の上にp型
GaAsキャップ層5を形成することにより所定の層構
造とすることができる。
2のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5In0.5 Pクラッド
層3bの上記メサ形状にエッチング除去した部分にn型
GaAs電流ブロック層4を形成し、上述のクラッド層
のエッチング工程時にマスクとして用いた上記SiN膜
12を取り除いた後、上記メサ形状の第2のp型(Al
0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3b及び上記
n型GaAs電流ブロック層4の上面露出部の上にp型
GaAsキャップ層5を形成することにより所定の層構
造とすることができる。
【0008】さらに、上記p型GaAsキャップ層5の
上面にp側電極14を,上記n型GaAs基板1の下面
にn側電極13をそれぞれ形成することにより、図11
に示したような可視光レーザダイオードを得ることがで
きる。
上面にp側電極14を,上記n型GaAs基板1の下面
にn側電極13をそれぞれ形成することにより、図11
に示したような可視光レーザダイオードを得ることがで
きる。
【0009】そして、上述のようなクラッド層のメサ形
状形成工程を含む製造方法により製造された可視光レー
ザダイオードは、上記n側電極13,p側電極14間に
所要の駆動電流を印加することにより駆動され、波長6
33nmのレーザ光を出射する。
状形成工程を含む製造方法により製造された可視光レー
ザダイオードは、上記n側電極13,p側電極14間に
所要の駆動電流を印加することにより駆動され、波長6
33nmのレーザ光を出射する。
【0010】このように、従来の可視光レーザダイオー
ドにおいては、基板にGaAsを用いることが多く、こ
のGaAs基板と格子整合するGa0.5 In0.5 Pを用
いてエッチングストッパ層を形成し、活性層上のクラッ
ド層を所定形状にする方法が一般的であり、上述の層構
造の他にも、例えば特開平3−112186号公報に
は、電圧−電流特性を改善し、エッチングの制御性を高
めるためにGa0.5 In0.5 Pからなる層厚40オング
ストロームのバッファ層を、AlGaInPと、AlG
aAsとからなる2つのクラッド層の間に導入して製作
した可視光レーザダイオードが示されている。
ドにおいては、基板にGaAsを用いることが多く、こ
のGaAs基板と格子整合するGa0.5 In0.5 Pを用
いてエッチングストッパ層を形成し、活性層上のクラッ
ド層を所定形状にする方法が一般的であり、上述の層構
造の他にも、例えば特開平3−112186号公報に
は、電圧−電流特性を改善し、エッチングの制御性を高
めるためにGa0.5 In0.5 Pからなる層厚40オング
ストロームのバッファ層を、AlGaInPと、AlG
aAsとからなる2つのクラッド層の間に導入して製作
した可視光レーザダイオードが示されている。
【0011】また、特開平3−73584号公報には、
(Al0.6 Ga0.4 )0.5 In0.5Pクラッド層上にG
a0.5 In0.5 Pエッチング停止層(層厚0.05μ
m),GaAs電流阻止層(層厚0.6μm)を順次形
成し、上記GaAs電流阻止層の一部を選択的にエッチ
ングする工程を含む方法で製作した発振波長660nm
以下の半導体レーザ装置が示されている。
(Al0.6 Ga0.4 )0.5 In0.5Pクラッド層上にG
a0.5 In0.5 Pエッチング停止層(層厚0.05μ
m),GaAs電流阻止層(層厚0.6μm)を順次形
成し、上記GaAs電流阻止層の一部を選択的にエッチ
ングする工程を含む方法で製作した発振波長660nm
以下の半導体レーザ装置が示されている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】従来の可視光レーザダ
イオード,及びその製造方法は、以上のように構成され
ており、上記un−Ga0.5 In0.5 P活性層6上の上
記第1,第2のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5
Pクラッド層3a,3bを所定形状に形成するために、
両クラッド層3a,3bの間に上記Ga0.5 In0.5 P
エッチングストッパ層9を導入することが不可欠であ
り、また、上記第1,第2のp型(Al0.7Ga0.3 )
0.5 In0.5 Pクラッド層3a,3bを所定形状に形成
した後に上記Ga0.5 In0.5 Pエッチングストッパ層
9を取り除くことができず、図11に示したように、本
来の役割を終えた上記Ga0.5 In0.5 Pエッチングス
トッパ層9の一部を上記un−Ga0.5 In0.5 P活性
層6の上方に備えたままの層構造となっている。そし
て、上記Ga0.5 In0.5 Pエッチングストッパ層9
は、その層厚が5nmであることから、上記第1,第2
のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層
3a,3bの間で1つの量子井戸を形成することとな
り、この量子井戸のエネルギ準位を波長に換算すると6
40nm付近となる。これは、図13(a) に示したよう
に、(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pバリア層3
d,3eと、Ga0.5 In0.5 P井戸層9bとを形成し
て、該Ga0.5 In0.5 P井戸層9bの井戸幅を可変
し、4.2Kで測定したPL発光の波長を基にバンドギ
ャップエネルギに換算してプロットした図13(b) の白
丸と、波動関数の計算から求めた理論値を示す図13
(b) の実線lにより裏付けられたものである。
イオード,及びその製造方法は、以上のように構成され
ており、上記un−Ga0.5 In0.5 P活性層6上の上
記第1,第2のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5
Pクラッド層3a,3bを所定形状に形成するために、
両クラッド層3a,3bの間に上記Ga0.5 In0.5 P
エッチングストッパ層9を導入することが不可欠であ
り、また、上記第1,第2のp型(Al0.7Ga0.3 )
0.5 In0.5 Pクラッド層3a,3bを所定形状に形成
した後に上記Ga0.5 In0.5 Pエッチングストッパ層
9を取り除くことができず、図11に示したように、本
来の役割を終えた上記Ga0.5 In0.5 Pエッチングス
トッパ層9の一部を上記un−Ga0.5 In0.5 P活性
層6の上方に備えたままの層構造となっている。そし
て、上記Ga0.5 In0.5 Pエッチングストッパ層9
は、その層厚が5nmであることから、上記第1,第2
のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層
3a,3bの間で1つの量子井戸を形成することとな
り、この量子井戸のエネルギ準位を波長に換算すると6
40nm付近となる。これは、図13(a) に示したよう
に、(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pバリア層3
d,3eと、Ga0.5 In0.5 P井戸層9bとを形成し
て、該Ga0.5 In0.5 P井戸層9bの井戸幅を可変
し、4.2Kで測定したPL発光の波長を基にバンドギ
ャップエネルギに換算してプロットした図13(b) の白
丸と、波動関数の計算から求めた理論値を示す図13
(b) の実線lにより裏付けられたものである。
【0013】即ち、層厚5nmの上記Ga0.5 In0.5
Pエッチングストッパ層9は、上記un−Ga0.5 In
0.5 P活性層6からの発振波長633nmの光に対して
一種の吸収層となり、発光のシンクとなるため、高出力
発振時の電流特性劣化を招き、上記可視光レーザダイオ
ードの性能を劣化させてしまうという問題があった。こ
れは、可視光レーザダイオードの発振波長が670nm
帯のときには、上記Ga0.5 In0.5 Pエッチングスト
ッパ層9を備えたままの層構造であっても、吸収が起こ
らず問題とならなかったものである。しかし、近年の結
晶成長技術の高度化により、可視光レーザダイオードに
おいてその活性層の井戸幅を狭くすることによる量子効
果を利用し、発振波長をより短波長化することが可能と
なり、波長633nmのHeNeガスレーザに代わる可
視光レーザダイオードとして、活性層の井戸幅を4nm
以下とする633nm帯可視光レーザダイオードが、例
えば92年秋期応用物理学会等の各種の学会で発表され
ている。このような可視光レーザダイオードの発振波長
の短波長化は、光ディスク,バーコードリーダ,レーザ
ビームプリンタ等に応用するために必要で時代の趨勢と
なっており、これにより光ディスクの書き込みスピード
の向上,所要電力の低減等を図ることが可能となり、さ
らにハイビジョンシステムの記録が容易になることか
ら、ますますこの短波長化が進む傾向にあり、これにつ
れて、上述の問題はこれを避けて通ることができないも
のであった。
Pエッチングストッパ層9は、上記un−Ga0.5 In
0.5 P活性層6からの発振波長633nmの光に対して
一種の吸収層となり、発光のシンクとなるため、高出力
発振時の電流特性劣化を招き、上記可視光レーザダイオ
ードの性能を劣化させてしまうという問題があった。こ
れは、可視光レーザダイオードの発振波長が670nm
帯のときには、上記Ga0.5 In0.5 Pエッチングスト
ッパ層9を備えたままの層構造であっても、吸収が起こ
らず問題とならなかったものである。しかし、近年の結
晶成長技術の高度化により、可視光レーザダイオードに
おいてその活性層の井戸幅を狭くすることによる量子効
果を利用し、発振波長をより短波長化することが可能と
なり、波長633nmのHeNeガスレーザに代わる可
視光レーザダイオードとして、活性層の井戸幅を4nm
以下とする633nm帯可視光レーザダイオードが、例
えば92年秋期応用物理学会等の各種の学会で発表され
ている。このような可視光レーザダイオードの発振波長
の短波長化は、光ディスク,バーコードリーダ,レーザ
ビームプリンタ等に応用するために必要で時代の趨勢と
なっており、これにより光ディスクの書き込みスピード
の向上,所要電力の低減等を図ることが可能となり、さ
らにハイビジョンシステムの記録が容易になることか
ら、ますますこの短波長化が進む傾向にあり、これにつ
れて、上述の問題はこれを避けて通ることができないも
のであった。
【0014】そこで、例えばJAPANESE JOURNAL OF APPL
IED PHYSICS VOL.29 NO.9,SEPTEMBER,1990,11.L 1669-L
1671 には、アンドープ(Al0.19Ga0.81)0.5 In
0.5P活性層上のp型(Al0.6 Ga0.4 )0.5 In0.5
P(層厚0.25μm)内クラッド層の上に、p型
(Al0.19Ga0.81)0.5 In0.5 Pエッチングストッ
パ層(層厚5nm)を設け、その上層のp型(Al0.7
Ga0.3 )0.5 In0.5P(層厚0.7μm)外クラッ
ド層をメサ形状にした632.7nm可視光レーザダイ
オードが記載されている。しかるに、この層構造ではエ
ッチングストッパ層による光の吸収が起こらないもの
の、上記p型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 P外ク
ラッド層をメサ形状にするときに、Alを0.19も入
れている上記p型(Al0.19Ga0.81)0.5 In0.5 P
エッチングストッパ層は、上記p型(Al0.7 Ga0.3
)0.5 In0.5 P外クラッド層との間で選択比が小さ
くなり、十分にエッチングを停止することができないも
のであった。
IED PHYSICS VOL.29 NO.9,SEPTEMBER,1990,11.L 1669-L
1671 には、アンドープ(Al0.19Ga0.81)0.5 In
0.5P活性層上のp型(Al0.6 Ga0.4 )0.5 In0.5
P(層厚0.25μm)内クラッド層の上に、p型
(Al0.19Ga0.81)0.5 In0.5 Pエッチングストッ
パ層(層厚5nm)を設け、その上層のp型(Al0.7
Ga0.3 )0.5 In0.5P(層厚0.7μm)外クラッ
ド層をメサ形状にした632.7nm可視光レーザダイ
オードが記載されている。しかるに、この層構造ではエ
ッチングストッパ層による光の吸収が起こらないもの
の、上記p型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 P外ク
ラッド層をメサ形状にするときに、Alを0.19も入
れている上記p型(Al0.19Ga0.81)0.5 In0.5 P
エッチングストッパ層は、上記p型(Al0.7 Ga0.3
)0.5 In0.5 P外クラッド層との間で選択比が小さ
くなり、十分にエッチングを停止することができないも
のであった。
【0015】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、エッチング制御性が高く、活性
層からの発光の吸収が起こらないエッチングストッパ層
を備え、レーザ発振しきい値が低く、高出力発振時の電
流特性の良い可視光レーザダイオード,及びその製造方
法を提供するものである。
ためになされたもので、エッチング制御性が高く、活性
層からの発光の吸収が起こらないエッチングストッパ層
を備え、レーザ発振しきい値が低く、高出力発振時の電
流特性の良い可視光レーザダイオード,及びその製造方
法を提供するものである。
【0016】
【課題を解決するための手段】この発明に係る可視光レ
ーザダイオードは、所定のエッチング溶液によるエッチ
ングレートが該クラッド層に用いる材料のエッチングレ
ートに比べ十分に小さい値となり、かつバルクでのバン
ドギャップが上記活性層のバンドギャップより大きいバ
ンドギャップを有する材料からなり、上記クラッド層中
の所定位置に、該エッチングストッパ層上又は該層中の
所定位置でエッチングを停止させ、かつ該可視光レーザ
ダイオードの発振波長に相当するバンドギャップを超え
るエネルギ量子準位を形成するような層厚を有する層を
含むエッチングストッパ層を備えたものである。
ーザダイオードは、所定のエッチング溶液によるエッチ
ングレートが該クラッド層に用いる材料のエッチングレ
ートに比べ十分に小さい値となり、かつバルクでのバン
ドギャップが上記活性層のバンドギャップより大きいバ
ンドギャップを有する材料からなり、上記クラッド層中
の所定位置に、該エッチングストッパ層上又は該層中の
所定位置でエッチングを停止させ、かつ該可視光レーザ
ダイオードの発振波長に相当するバンドギャップを超え
るエネルギ量子準位を形成するような層厚を有する層を
含むエッチングストッパ層を備えたものである。
【0017】また、この発明に係る可視光レーザダイオ
ードは、上記エッチングストッパ層を、硫酸系エッチン
グ溶液を用いてエッチングを行うときに、そのエッチン
グレートが上記クラッド層のエッチングレートの50分
の1以下となる材料からなるものとしたものである。
ードは、上記エッチングストッパ層を、硫酸系エッチン
グ溶液を用いてエッチングを行うときに、そのエッチン
グレートが上記クラッド層のエッチングレートの50分
の1以下となる材料からなるものとしたものである。
【0018】また、この発明に係る可視光レーザダイオ
ードは、GaAs基板上に各半導体層を結晶成長させた
ものであり、上記活性層は、GaInPを用いた多重量
子井戸構造を有し、上記クラッド層は、AlGaInP
を用いた薄膜結晶であり、上記エッチングストッパ層
は、Ga組成が大きく、上記GaAs基板の格子定数よ
り小さい格子定数を有するGaInP薄膜結晶を用いた
量子井戸構造のものとしたものである。
ードは、GaAs基板上に各半導体層を結晶成長させた
ものであり、上記活性層は、GaInPを用いた多重量
子井戸構造を有し、上記クラッド層は、AlGaInP
を用いた薄膜結晶であり、上記エッチングストッパ層
は、Ga組成が大きく、上記GaAs基板の格子定数よ
り小さい格子定数を有するGaInP薄膜結晶を用いた
量子井戸構造のものとしたものである。
【0019】また、この発明に係る可視光レーザダイオ
ードは、活性層にGa0.5 In0.5Pを用いた633n
m帯可視光レーザダイオードであり、上記クラッド層
は、バルクでのバンドギャップが2.34eVのAlG
aInPの薄膜結晶層であり、上記エッチングストッパ
層は、バルクでのバンドギャップが2.00eVのGa
InP薄膜結晶層であり、上記クラッド層の所定位置に
配置され、井戸幅約5nmの単一量子井戸を形成してな
るものとしたものである。
ードは、活性層にGa0.5 In0.5Pを用いた633n
m帯可視光レーザダイオードであり、上記クラッド層
は、バルクでのバンドギャップが2.34eVのAlG
aInPの薄膜結晶層であり、上記エッチングストッパ
層は、バルクでのバンドギャップが2.00eVのGa
InP薄膜結晶層であり、上記クラッド層の所定位置に
配置され、井戸幅約5nmの単一量子井戸を形成してな
るものとしたものである。
【0020】また、この発明に係る可視光レーザダイオ
ードは、活性層にGa0.5 In0.5Pを用いた633n
m帯可視光レーザダイオードであり、上記クラッド層
は、(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pの薄膜結晶層
であり、上記エッチングストッパ層は、Gax In1-x
P(0.53≦x≦0.57)薄膜結晶層と、(Al0.
7 Ga0.3 )0.5 In0.5 P薄膜結晶層とを交互に配置
し、上記Gax In1-xP薄膜結晶層の層厚の総和が約
5nmとなるように積層してなる多重量子井戸構造を有
するものとしたものである。
ードは、活性層にGa0.5 In0.5Pを用いた633n
m帯可視光レーザダイオードであり、上記クラッド層
は、(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pの薄膜結晶層
であり、上記エッチングストッパ層は、Gax In1-x
P(0.53≦x≦0.57)薄膜結晶層と、(Al0.
7 Ga0.3 )0.5 In0.5 P薄膜結晶層とを交互に配置
し、上記Gax In1-xP薄膜結晶層の層厚の総和が約
5nmとなるように積層してなる多重量子井戸構造を有
するものとしたものである。
【0021】さらに、この発明に係る可視光レーザダイ
オードは、上記エッチングストッパ層を、該エッチング
ストッパ層と上記GaAs基板とが格子不整合すること
により生じる格子歪みの応力を上記活性層に与え得る位
置に配置したものである。
オードは、上記エッチングストッパ層を、該エッチング
ストッパ層と上記GaAs基板とが格子不整合すること
により生じる格子歪みの応力を上記活性層に与え得る位
置に配置したものである。
【0022】またさらに、この発明に係る可視光レーザ
ダイオードは、活性層にGa0.5 In0.5 Pを用いた6
33nm帯可視光レーザダイオードであり、上記エッチ
ングストッパ層は、Gax In1-x P(0.53≦x≦
0.57)薄膜結晶層と、(Aly Ga1-y )1-x In
x P(0.7≦y ≦1,0.53≦x≦0.57)薄膜
結晶層とを交互に配置して積層してなる多重量子井戸構
造を有するものとしたものである。
ダイオードは、活性層にGa0.5 In0.5 Pを用いた6
33nm帯可視光レーザダイオードであり、上記エッチ
ングストッパ層は、Gax In1-x P(0.53≦x≦
0.57)薄膜結晶層と、(Aly Ga1-y )1-x In
x P(0.7≦y ≦1,0.53≦x≦0.57)薄膜
結晶層とを交互に配置して積層してなる多重量子井戸構
造を有するものとしたものである。
【0023】さらに、この発明に係る可視光レーザダイ
オードは、上記エッチングストッパ層を、上記Gax I
n1-x P薄膜結晶層の層厚の総和が5nm以上となるよ
うに積層したものとしたものである。
オードは、上記エッチングストッパ層を、上記Gax I
n1-x P薄膜結晶層の層厚の総和が5nm以上となるよ
うに積層したものとしたものである。
【0024】この発明に係る可視光レーザダイオードの
製造方法は、所定のエッチング溶液によるエッチングレ
ートが該クラッド層に用いる材料のエッチングレートに
比べ十分に小さい値となり、かつバルクでのバンドギャ
ップが上記活性層のバンドギャップより大きいバンドギ
ャップを有する材料を用いて、上記クラッド層中の所定
位置に、該エッチングストッパ層上又は該層中の所定位
置でエッチングを停止させ、かつ該可視光レーザダイオ
ードの発振波長に相当するバンドギャップを超えるエネ
ルギ量子準位となるような層厚のエッチングストッパ層
を形成する工程を含むようにしたものである。
製造方法は、所定のエッチング溶液によるエッチングレ
ートが該クラッド層に用いる材料のエッチングレートに
比べ十分に小さい値となり、かつバルクでのバンドギャ
ップが上記活性層のバンドギャップより大きいバンドギ
ャップを有する材料を用いて、上記クラッド層中の所定
位置に、該エッチングストッパ層上又は該層中の所定位
置でエッチングを停止させ、かつ該可視光レーザダイオ
ードの発振波長に相当するバンドギャップを超えるエネ
ルギ量子準位となるような層厚のエッチングストッパ層
を形成する工程を含むようにしたものである。
【0025】また、この発明に係る可視光レーザダイオ
ードの製造方法は、GaAs基板の上方に、GaInP
を用いた多重量子井戸構造の活性層を形成する工程と、
上記活性層上にAlGaInPを用いて第1のクラッド
層を形成する工程と、上記第1のクラッド層上にGa組
成が大きく、上記GaAs基板の格子定数より小さい格
子定数を有するGaInPを用いて単一もしくは多重量
子井戸構造のエッチングストッパ層を形成する工程と、
上記エッチングストッパ層上にAlGaInPを用いて
第2のクラッド層を形成する工程と、上記第2のクラッ
ド層の一部をエッチング除去し、所定形状に形成する工
程とを含むようにしたものである。
ードの製造方法は、GaAs基板の上方に、GaInP
を用いた多重量子井戸構造の活性層を形成する工程と、
上記活性層上にAlGaInPを用いて第1のクラッド
層を形成する工程と、上記第1のクラッド層上にGa組
成が大きく、上記GaAs基板の格子定数より小さい格
子定数を有するGaInPを用いて単一もしくは多重量
子井戸構造のエッチングストッパ層を形成する工程と、
上記エッチングストッパ層上にAlGaInPを用いて
第2のクラッド層を形成する工程と、上記第2のクラッ
ド層の一部をエッチング除去し、所定形状に形成する工
程とを含むようにしたものである。
【0026】また、この発明に係る可視光レーザダイオ
ードの製造方法は、上記第2のクラッド層の一部をエッ
チング除去し、所定形状に形成する工程を、上記第2の
クラッド層と、上記エッチングストッパ層とのエッチン
グレートの比が約50対1となる硫酸系エッチング溶液
を用いて行うものとしたものである。
ードの製造方法は、上記第2のクラッド層の一部をエッ
チング除去し、所定形状に形成する工程を、上記第2の
クラッド層と、上記エッチングストッパ層とのエッチン
グレートの比が約50対1となる硫酸系エッチング溶液
を用いて行うものとしたものである。
【0027】さらに、この発明に係る可視光レーザダイ
オードの製造方法は、上記可視光レーザダイオードが、
活性層にGa0.5 In0.5 Pを用いた633nm帯可視
光レーザダイオードであり、上記第1,第2のクラッド
層は、バルクでのバンドギャップが2.34eVのAl
GaInPを用いて形成し、上記エッチングストッパ層
は、バルクでのバンドギャップが2.00eVのGaI
nPを用いて、約5nmの層厚で形成するものであり、
上記第2のAlGaInPクラッド層の一部を、硫酸系
エッチング溶液によりエッチング除去するようにしたも
のである。
オードの製造方法は、上記可視光レーザダイオードが、
活性層にGa0.5 In0.5 Pを用いた633nm帯可視
光レーザダイオードであり、上記第1,第2のクラッド
層は、バルクでのバンドギャップが2.34eVのAl
GaInPを用いて形成し、上記エッチングストッパ層
は、バルクでのバンドギャップが2.00eVのGaI
nPを用いて、約5nmの層厚で形成するものであり、
上記第2のAlGaInPクラッド層の一部を、硫酸系
エッチング溶液によりエッチング除去するようにしたも
のである。
【0028】さらにまた、この発明に係る可視光レーザ
ダイオードの製造方法は、上記可視光レーザダイオード
が、活性層にGa0.5 In0.5 Pを用いた633nm帯
可視光レーザダイオードであり、上記第1,第2のクラ
ッド層は、(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pを用い
て形成し、上記エッチングストッパ層は、Gax In1-
x P(0.53≦x≦0.57)薄膜結晶層と、(Al
0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 P薄膜結晶層とを交互に、
上記Gax In1-x P薄膜結晶層の層厚の総和が約5n
mとなるように形成するものであり、上記第2の(Al
0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層の一部を、硫
酸系エッチング溶液によりエッチング除去するようにし
たものである。
ダイオードの製造方法は、上記可視光レーザダイオード
が、活性層にGa0.5 In0.5 Pを用いた633nm帯
可視光レーザダイオードであり、上記第1,第2のクラ
ッド層は、(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pを用い
て形成し、上記エッチングストッパ層は、Gax In1-
x P(0.53≦x≦0.57)薄膜結晶層と、(Al
0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 P薄膜結晶層とを交互に、
上記Gax In1-x P薄膜結晶層の層厚の総和が約5n
mとなるように形成するものであり、上記第2の(Al
0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層の一部を、硫
酸系エッチング溶液によりエッチング除去するようにし
たものである。
【0029】さらに、この発明に係る可視光レーザダイ
オードの製造方法は、上記第1のクラッド層を、上記エ
ッチングストッパ層と上記GaAs基板とが格子不整合
することにより生じる格子歪みの応力を上記活性層に与
え得る層厚で形成するようにしたものである。
オードの製造方法は、上記第1のクラッド層を、上記エ
ッチングストッパ層と上記GaAs基板とが格子不整合
することにより生じる格子歪みの応力を上記活性層に与
え得る層厚で形成するようにしたものである。
【0030】また、この発明に係る可視光レーザダイオ
ードの製造方法は、上記可視光レーザダイオードが、活
性層にGa0.5 In0.5 Pを用いた633nm帯可視光
レーザダイオードであり、上記第1,第2のクラッド層
は、(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pを用いて形成
し、上記エッチングストッパ層は、Gax In1-x P
(0.53≦x≦0.57)薄膜結晶層と、(Aly G
a1-y )1-x Inx P(0.7≦y ≦1,0.53≦x
≦0.57)薄膜結晶層とを交互に配置して形成するも
のであり、上記第2の(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.
5 Pクラッド層の一部を、硫酸系エッチング溶液により
エッチング除去するようにしたものである。
ードの製造方法は、上記可視光レーザダイオードが、活
性層にGa0.5 In0.5 Pを用いた633nm帯可視光
レーザダイオードであり、上記第1,第2のクラッド層
は、(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pを用いて形成
し、上記エッチングストッパ層は、Gax In1-x P
(0.53≦x≦0.57)薄膜結晶層と、(Aly G
a1-y )1-x Inx P(0.7≦y ≦1,0.53≦x
≦0.57)薄膜結晶層とを交互に配置して形成するも
のであり、上記第2の(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.
5 Pクラッド層の一部を、硫酸系エッチング溶液により
エッチング除去するようにしたものである。
【0031】さらに、この発明に係る可視光レーザダイ
オードの製造方法は、上記エッチングストッパ層を、上
記Gax In1-x P薄膜結晶層の層厚の総和が5nm以
上となるように形成するようにしたものである。
オードの製造方法は、上記エッチングストッパ層を、上
記Gax In1-x P薄膜結晶層の層厚の総和が5nm以
上となるように形成するようにしたものである。
【0032】
【作用】この発明に係る可視光レーザダイオード,及び
その製造方法においては、所定のエッチング溶液による
エッチングレートが該クラッド層に用いる材料のエッチ
ングレートに比べ十分に小さい値となり、かつバルクで
のバンドギャップが上記活性層のバンドギャップより大
きいバンドギャップを有する材料を用いて、上記クラッ
ド層中の所定位置に、該エッチングストッパ層上又は該
層中の所定位置でエッチングを停止させ、かつ該可視光
レーザダイオードの発振波長に相当するバンドギャップ
を超えるエネルギ量子準位を形成するような層厚を有す
る層を含むエッチングストッパ層を備えたから、上記ク
ラッド層を上記エッチングストッパ層に対し選択的に制
御性よくエッチングして所定の形状にすることができ、
このエッチング工程後、上記エッチングストッパ層の一
部を上記クラッド層中に残したままの層構造としても、
上記活性層からの発光を上記エッチングストッパ層が吸
収することを防ぐことができる。
その製造方法においては、所定のエッチング溶液による
エッチングレートが該クラッド層に用いる材料のエッチ
ングレートに比べ十分に小さい値となり、かつバルクで
のバンドギャップが上記活性層のバンドギャップより大
きいバンドギャップを有する材料を用いて、上記クラッ
ド層中の所定位置に、該エッチングストッパ層上又は該
層中の所定位置でエッチングを停止させ、かつ該可視光
レーザダイオードの発振波長に相当するバンドギャップ
を超えるエネルギ量子準位を形成するような層厚を有す
る層を含むエッチングストッパ層を備えたから、上記ク
ラッド層を上記エッチングストッパ層に対し選択的に制
御性よくエッチングして所定の形状にすることができ、
このエッチング工程後、上記エッチングストッパ層の一
部を上記クラッド層中に残したままの層構造としても、
上記活性層からの発光を上記エッチングストッパ層が吸
収することを防ぐことができる。
【0033】また、この発明においては、上記可視光レ
ーザダイオードは、GaAs基板上に各半導体層を結晶
成長させたものであり、上記活性層はGaInPを用い
た多重量子井戸構造を有し、上記クラッド層はAlGa
InPを用いた薄膜結晶であり、上記エッチングストッ
パ層を、Ga組成が大きく、上記GaAs基板の格子定
数より小さい格子定数を有するGaInP薄膜結晶を用
いた量子井戸構造のものとしたから、上記エッチングス
トッパ層は、上記クラッド層に対し高い選択比を有し、
上記活性層が有するバンドギャップより大きいバンドギ
ャップとなる引っ張り歪みを有する量子井戸を上記クラ
ッド層中に形成することとなり、これにより上記クラッ
ド層を制御性良く所定の形状にすることができ、上記活
性層からの発光を上記エッチングストッパ層が吸収する
ことを防ぐことができる。
ーザダイオードは、GaAs基板上に各半導体層を結晶
成長させたものであり、上記活性層はGaInPを用い
た多重量子井戸構造を有し、上記クラッド層はAlGa
InPを用いた薄膜結晶であり、上記エッチングストッ
パ層を、Ga組成が大きく、上記GaAs基板の格子定
数より小さい格子定数を有するGaInP薄膜結晶を用
いた量子井戸構造のものとしたから、上記エッチングス
トッパ層は、上記クラッド層に対し高い選択比を有し、
上記活性層が有するバンドギャップより大きいバンドギ
ャップとなる引っ張り歪みを有する量子井戸を上記クラ
ッド層中に形成することとなり、これにより上記クラッ
ド層を制御性良く所定の形状にすることができ、上記活
性層からの発光を上記エッチングストッパ層が吸収する
ことを防ぐことができる。
【0034】さらに、この発明においては、上記第1の
クラッド層を、上記エッチングストッパ層と上記GaA
s基板とが格子不整合することにより生じる格子歪みの
応力を上記活性層に与え得る層厚で形成し、その上に上
記エッチングストッパ層を設けたから、上記エッチング
ストッパ層の引っ張り歪みにより、上記活性層に圧縮方
向の応力をかけることとなり、これにより上記活性層の
バンドギャップを広げて発振波長を短波長化することが
できる。
クラッド層を、上記エッチングストッパ層と上記GaA
s基板とが格子不整合することにより生じる格子歪みの
応力を上記活性層に与え得る層厚で形成し、その上に上
記エッチングストッパ層を設けたから、上記エッチング
ストッパ層の引っ張り歪みにより、上記活性層に圧縮方
向の応力をかけることとなり、これにより上記活性層の
バンドギャップを広げて発振波長を短波長化することが
できる。
【0035】またさらに、この発明においては、上記可
視光レーザダイオードは、活性層がGa0.5 In0.5 P
を用いた633nm帯可視光レーザダイオードであり、
上記エッチングストッパ層を、Gax In1-x P(0.
53≦x≦0.57)薄膜結晶層と、(Aly Ga1-y
)1-x Inx P(0.7≦y ≦1,0.53≦x≦
0.57)薄膜結晶層とを交互に配置して積層してなる
多重量子井戸構造を有するものとしたから、上記Gax
In1-x P薄膜結晶層に加わる引っ張り方向の応力を、
上記(Aly Ga1-y )1-x Inx P薄膜結晶層に加わ
る圧縮方向の応力により相殺して積層することとなり、
これにより上記エッチングストッパ層の量子井戸の数を
増やしてバンドギャップをさらに大きくすることがで
き、かつ層厚を厚くしてエッチング制御性を高めること
ができる。
視光レーザダイオードは、活性層がGa0.5 In0.5 P
を用いた633nm帯可視光レーザダイオードであり、
上記エッチングストッパ層を、Gax In1-x P(0.
53≦x≦0.57)薄膜結晶層と、(Aly Ga1-y
)1-x Inx P(0.7≦y ≦1,0.53≦x≦
0.57)薄膜結晶層とを交互に配置して積層してなる
多重量子井戸構造を有するものとしたから、上記Gax
In1-x P薄膜結晶層に加わる引っ張り方向の応力を、
上記(Aly Ga1-y )1-x Inx P薄膜結晶層に加わ
る圧縮方向の応力により相殺して積層することとなり、
これにより上記エッチングストッパ層の量子井戸の数を
増やしてバンドギャップをさらに大きくすることがで
き、かつ層厚を厚くしてエッチング制御性を高めること
ができる。
【0036】
【実施例】実施例1.以下、この発明の第1の実施例を
図について説明する。図1(a) は本実施例1による63
3nm帯可視光レーザダイオードの断面図であり、図に
おいて、1はn型GaAs基板であり、例えばMOCV
D装置を用いて、該n型GaAs基板1上に層厚1.5
μmのn型(Al0.7 Ga0.3 )0.5In0.5 Pクラッ
ド層2,層厚6nmの井戸層と8nmのバリア層とを4
重化してなり、50〜80nmのガイド層を有する多重
量子井戸構造のun−(アンドープ)Ga0.5 In0.5
P活性層6,層厚0.25μmの第1のp型(Al0.7
Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3a,層厚5nm
のGa0.57In0.43Pエッチングストッパ層10,層厚
1.25μmの第2のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 I
n0.5 Pクラッド層3bを順次形成し、該第2のp型
(Al0.7 Ga0.3)0.5 In0.5 Pクラッド層3bを
選択エッチングによりメサ形状に形成した後、再び、M
OCVD装置を用いて、上記第2のp型(Al0.7 Ga
0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3bのエッチング除去
した部分にn型GaAs電流ブロック層4を形成し、さ
らに、上記メサ形状の第2のp型(Al0.7 Ga0.3 )
0.5 In0.5 Pクラッド層3b,上記n型GaAs電流
ブロック層4の上面にp型GaAsキャップ層5を形成
した層構造を有し、この層構造の最下面にn側電極13
を、また最上面にp側電極14をそれぞれ形成してなる
ものである。
図について説明する。図1(a) は本実施例1による63
3nm帯可視光レーザダイオードの断面図であり、図に
おいて、1はn型GaAs基板であり、例えばMOCV
D装置を用いて、該n型GaAs基板1上に層厚1.5
μmのn型(Al0.7 Ga0.3 )0.5In0.5 Pクラッ
ド層2,層厚6nmの井戸層と8nmのバリア層とを4
重化してなり、50〜80nmのガイド層を有する多重
量子井戸構造のun−(アンドープ)Ga0.5 In0.5
P活性層6,層厚0.25μmの第1のp型(Al0.7
Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3a,層厚5nm
のGa0.57In0.43Pエッチングストッパ層10,層厚
1.25μmの第2のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 I
n0.5 Pクラッド層3bを順次形成し、該第2のp型
(Al0.7 Ga0.3)0.5 In0.5 Pクラッド層3bを
選択エッチングによりメサ形状に形成した後、再び、M
OCVD装置を用いて、上記第2のp型(Al0.7 Ga
0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3bのエッチング除去
した部分にn型GaAs電流ブロック層4を形成し、さ
らに、上記メサ形状の第2のp型(Al0.7 Ga0.3 )
0.5 In0.5 Pクラッド層3b,上記n型GaAs電流
ブロック層4の上面にp型GaAsキャップ層5を形成
した層構造を有し、この層構造の最下面にn側電極13
を、また最上面にp側電極14をそれぞれ形成してなる
ものである。
【0037】次に、上記可視光レーザダイオードの製造
方法を説明するための図2を用いて、上記メサ形状の第
2のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド
層3bの形成方法について詳述する。まず、図2(a) に
示したように、硫酸系のエッチング溶液を用いた場合に
(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pのエッチングレー
トに対し、50分の1前後のエッチングレートを示すG
a0.57In0.43Pを用いた層厚5nmの上記Ga0.57I
n0.43Pエッチングストッパ層10を上記第1のp型
(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3a上
に形成し、上記Ga0.57In0.43Pエッチングストッパ
層10の上に上記第2のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5
In0.5 Pクラッド層3bを形成しておく。このとき、
図1(b) に示したように、バルクでのバンドギャップが
2.34eVである上記第1,第2の(Al0.7 Ga0.
3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3a,3b間で、バルク
でのバンドギャップが2.00eVである上記Ga0.57
In0.43Pエッチングストッパ層10が1つの量子井戸
を形成することとなる。
方法を説明するための図2を用いて、上記メサ形状の第
2のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド
層3bの形成方法について詳述する。まず、図2(a) に
示したように、硫酸系のエッチング溶液を用いた場合に
(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pのエッチングレー
トに対し、50分の1前後のエッチングレートを示すG
a0.57In0.43Pを用いた層厚5nmの上記Ga0.57I
n0.43Pエッチングストッパ層10を上記第1のp型
(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3a上
に形成し、上記Ga0.57In0.43Pエッチングストッパ
層10の上に上記第2のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5
In0.5 Pクラッド層3bを形成しておく。このとき、
図1(b) に示したように、バルクでのバンドギャップが
2.34eVである上記第1,第2の(Al0.7 Ga0.
3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3a,3b間で、バルク
でのバンドギャップが2.00eVである上記Ga0.57
In0.43Pエッチングストッパ層10が1つの量子井戸
を形成することとなる。
【0038】そして、図2(b) に示したように、上記第
2のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5In0.5 Pクラッド
層3bの一部上面に設けた厚さ3000〜5000オン
グストロームのSiN膜12をマスクとして、上記硫酸
系のエッチング液を用いて上記第2のp型(Al0.7 G
a0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3bのエッチングを
行うと、該第2のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.
5 Pクラッド層3bのエッチングレートよりも十分に低
いエッチングレートを有する上記Ga0.57In0.43Pエ
ッチングストッパ層10の作用により、上記第1のp型
(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3aに
達する直前にエッチングを制御性良く停止させることが
でき、上記un−Ga0.5 In0.5 P活性層6上に層厚
0.25μmの上記第1のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.
5 In0.5 Pクラッド層3aを残して、メサ形状の第2
のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層
3bを形成することができる。
2のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5In0.5 Pクラッド
層3bの一部上面に設けた厚さ3000〜5000オン
グストロームのSiN膜12をマスクとして、上記硫酸
系のエッチング液を用いて上記第2のp型(Al0.7 G
a0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3bのエッチングを
行うと、該第2のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.
5 Pクラッド層3bのエッチングレートよりも十分に低
いエッチングレートを有する上記Ga0.57In0.43Pエ
ッチングストッパ層10の作用により、上記第1のp型
(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3aに
達する直前にエッチングを制御性良く停止させることが
でき、上記un−Ga0.5 In0.5 P活性層6上に層厚
0.25μmの上記第1のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.
5 In0.5 Pクラッド層3aを残して、メサ形状の第2
のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層
3bを形成することができる。
【0039】その後、図2(c) に示したように、上記メ
サ形状の第2のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5
Pクラッド層3bのエッチング除去した部分にn型Ga
As電流ブロック層4を形成し、上述のクラッド層のエ
ッチング工程時にマスクとして用いた上記SiN膜12
を取り除いた後、上記メサ形状の第2のp型(Al0.7
Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3b及び上記n型
GaAs電流ブロック層4の上面露出部の上にp型Ga
Asキャップ層5を形成することにより図1に示したよ
うな所定の層構造とすることができるものである。
サ形状の第2のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5
Pクラッド層3bのエッチング除去した部分にn型Ga
As電流ブロック層4を形成し、上述のクラッド層のエ
ッチング工程時にマスクとして用いた上記SiN膜12
を取り除いた後、上記メサ形状の第2のp型(Al0.7
Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3b及び上記n型
GaAs電流ブロック層4の上面露出部の上にp型Ga
Asキャップ層5を形成することにより図1に示したよ
うな所定の層構造とすることができるものである。
【0040】以下に、図6〜図11を用いて、GaIn
Pを用いたエッチングストッパ層の層厚、組成の決定方
法と、この決定方法により求めた上記Ga0.57In0.43
Pエッチングストッパ層10の作用についてさらに詳し
く説明する。まず、エッチングストッパ層の層厚につい
て述べると、上記第2のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5
In0.5 Pクラッド層3bの層厚が1.25μmでウェ
ハ全体の厚み分布が±10%であることから、 1.25μm×(0.1+0.1)=0.25μm …(1) となり、0.25μm(250nm)の厚み分布をエッ
チングストッパ層で吸収できなければならないことがわ
かる。
Pを用いたエッチングストッパ層の層厚、組成の決定方
法と、この決定方法により求めた上記Ga0.57In0.43
Pエッチングストッパ層10の作用についてさらに詳し
く説明する。まず、エッチングストッパ層の層厚につい
て述べると、上記第2のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5
In0.5 Pクラッド層3bの層厚が1.25μmでウェ
ハ全体の厚み分布が±10%であることから、 1.25μm×(0.1+0.1)=0.25μm …(1) となり、0.25μm(250nm)の厚み分布をエッ
チングストッパ層で吸収できなければならないことがわ
かる。
【0041】そして、硫酸と水との混合比を1対1とし
た50℃のエッチング溶液を用いてエッチングを行うも
のとすると、図6に示したように上記エッチング溶液に
対して、AlGaInPとGaInPとのエッチング選
択比は約58となるため、 250nm×1/58=4.3nm …(2) となり、上記(1),(2) 式より完全なエッチングの停止の
ためにエッチングストッパ層には、少なくとも4.3n
mの層厚が必要となるものであり、誤差等を考慮すると
約5nmの層厚があればエッチングストッパ層としての
機能を満たすことがわかる。
た50℃のエッチング溶液を用いてエッチングを行うも
のとすると、図6に示したように上記エッチング溶液に
対して、AlGaInPとGaInPとのエッチング選
択比は約58となるため、 250nm×1/58=4.3nm …(2) となり、上記(1),(2) 式より完全なエッチングの停止の
ためにエッチングストッパ層には、少なくとも4.3n
mの層厚が必要となるものであり、誤差等を考慮すると
約5nmの層厚があればエッチングストッパ層としての
機能を満たすことがわかる。
【0042】次に、エッチングストッパ層に用いるGa
InPの組成比を決めるため、図7(a) に示したよう
に、GaAs基板の上方、(Al0.7 Ga0.3 )0.5 I
n0.5Pバリア層3d,3eの間に井戸幅15nmのG
ax In1-x P井戸層10bを、そのGa組成(x)を
順次変えて形成し、4.2Kで測定したPL発光の波長
を基に上記Gax In1-x P井戸層10bのバンドギャ
ップエネルギの変化を調べ、図7(b) に示したようにグ
ラフ化した。これにより、Ga組成(x)を大きくする
ほどバンドギャップエネルギが大きくなり、PL発光波
長が短波長化していることがわかる。しかし、上記Ga
x In1-x P井戸層10bのGa組成(x)を0.5よ
り大きくすると、当然のこととしてGaAs基板と格子
整合していたGa0.5 In0.5 Pよりも格子定数が小さ
くなり、該Gax In1-x P井戸層10bには引っ張り
方向の応力が加わることとなるため、上記Ga組成
(x)をあまりに大きくし過ぎると、臨界応力を越えて
転位が導入されてしまうこととなる。
InPの組成比を決めるため、図7(a) に示したよう
に、GaAs基板の上方、(Al0.7 Ga0.3 )0.5 I
n0.5Pバリア層3d,3eの間に井戸幅15nmのG
ax In1-x P井戸層10bを、そのGa組成(x)を
順次変えて形成し、4.2Kで測定したPL発光の波長
を基に上記Gax In1-x P井戸層10bのバンドギャ
ップエネルギの変化を調べ、図7(b) に示したようにグ
ラフ化した。これにより、Ga組成(x)を大きくする
ほどバンドギャップエネルギが大きくなり、PL発光波
長が短波長化していることがわかる。しかし、上記Ga
x In1-x P井戸層10bのGa組成(x)を0.5よ
り大きくすると、当然のこととしてGaAs基板と格子
整合していたGa0.5 In0.5 Pよりも格子定数が小さ
くなり、該Gax In1-x P井戸層10bには引っ張り
方向の応力が加わることとなるため、上記Ga組成
(x)をあまりに大きくし過ぎると、臨界応力を越えて
転位が導入されてしまうこととなる。
【0043】ところで、上述の転位の存在を確認するた
めの方法として、従来はTEM(transmission electro
n microscopy,透過電子顕微鏡像)等の手法に頼ってい
たが、このような方法においては、測定するための労力
が大きく、かつ観測できる領域が極めて狭く、信頼性が
低い。
めの方法として、従来はTEM(transmission electro
n microscopy,透過電子顕微鏡像)等の手法に頼ってい
たが、このような方法においては、測定するための労力
が大きく、かつ観測できる領域が極めて狭く、信頼性が
低い。
【0044】そこで、本実施例1では、1992年秋期
応用物理学会学術講演会講演予稿集17P−ZE−9に
示した量子井戸のキャリアライフタイムを評価すること
により臨界膜厚を測定する方法を用い、図8(a) に示し
たように、数種類のGa組成(x)のGax In1-x P
井戸層10cを、その層厚を順次変えて(Al0.7 Ga
0.3 )0.5 In0.5 Pバリア層3d,3e間に形成し、
それぞれの場合のキャリアライフタイムを評価して転位
の存在の確認を行った。
応用物理学会学術講演会講演予稿集17P−ZE−9に
示した量子井戸のキャリアライフタイムを評価すること
により臨界膜厚を測定する方法を用い、図8(a) に示し
たように、数種類のGa組成(x)のGax In1-x P
井戸層10cを、その層厚を順次変えて(Al0.7 Ga
0.3 )0.5 In0.5 Pバリア層3d,3e間に形成し、
それぞれの場合のキャリアライフタイムを評価して転位
の存在の確認を行った。
【0045】そして、上記キャリアライフタイムの評価
を行った結果のうち、無歪(GaAs基板に格子整合し
ている)のGa組成(x)=0.5のGa0.5 In0.5
P井戸層10c1 と、引っ張り歪=0.5%に相当する
Ga組成(x)=0.57のGa0.57In0.43P井戸層
10c2 とを、それぞれ層厚(井戸幅d)を変えて各々
キャリアライフタイムを評価した結果を図8(b) に示
す。この図8(b) から、上記無歪のGa0.5 In0.5 P
井戸層10c1 の場合、井戸幅dの逆数(1/d)とキ
ャリアライフタイムτの逆数(1/τ)との関係が破線
mで示したようにリニアになり、転位が導入されていな
いことがわかる。これに対して、上記引っ張り歪=0.
5%を有するGa0.57In0.43P井戸層10c2 の場
合、上記の関係は実線nで示したようになっており、井
戸幅dが大きくなって15nmを超えると、キャリアラ
イフタイムτの劣化がやや見られ、上記井戸幅dがさら
に大きくなり30nmを超えると、急激にキャリアライ
フタイムτが劣化しており、このことから結晶中に転位
が導入されていることがわかる。このことは逆に、Ga
組成(x)を0.57にして引っ張り歪みを0.5%導
入した上記Ga0.57In0.43P井戸層10c2 は、その
層厚が5nmであればキャリアライフタイムτの劣化が
無く、転位が導入されないことを意味するものでもあ
る。
を行った結果のうち、無歪(GaAs基板に格子整合し
ている)のGa組成(x)=0.5のGa0.5 In0.5
P井戸層10c1 と、引っ張り歪=0.5%に相当する
Ga組成(x)=0.57のGa0.57In0.43P井戸層
10c2 とを、それぞれ層厚(井戸幅d)を変えて各々
キャリアライフタイムを評価した結果を図8(b) に示
す。この図8(b) から、上記無歪のGa0.5 In0.5 P
井戸層10c1 の場合、井戸幅dの逆数(1/d)とキ
ャリアライフタイムτの逆数(1/τ)との関係が破線
mで示したようにリニアになり、転位が導入されていな
いことがわかる。これに対して、上記引っ張り歪=0.
5%を有するGa0.57In0.43P井戸層10c2 の場
合、上記の関係は実線nで示したようになっており、井
戸幅dが大きくなって15nmを超えると、キャリアラ
イフタイムτの劣化がやや見られ、上記井戸幅dがさら
に大きくなり30nmを超えると、急激にキャリアライ
フタイムτが劣化しており、このことから結晶中に転位
が導入されていることがわかる。このことは逆に、Ga
組成(x)を0.57にして引っ張り歪みを0.5%導
入した上記Ga0.57In0.43P井戸層10c2 は、その
層厚が5nmであればキャリアライフタイムτの劣化が
無く、転位が導入されないことを意味するものでもあ
る。
【0046】さらに、図9(a) に示したように、層厚5
nmのGax In1-x P井戸層10b1 を、そのGa組
成(x)を順次変えて、(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In
0.5Pバリア層3d,3e間に形成し、室温でのPL発
光波長を評価した。その結果、PL発光波長は図9(b)
の実線pで示したようになり、引っ張り歪みが0.5%
導入されるが上述のように転位が発生しないGa組成
(x)=0.57のGax In1-x P井戸層10b1 の
PL発光波長は、約615nmとなった。このPL発光
波長は、本来の発振波長に比べて5〜10nm短くなる
ものであるが、発振波長633nmの可視光レーザダイ
オードのPL発光波長よりも短波長側に位置しているこ
とがわかる。
nmのGax In1-x P井戸層10b1 を、そのGa組
成(x)を順次変えて、(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In
0.5Pバリア層3d,3e間に形成し、室温でのPL発
光波長を評価した。その結果、PL発光波長は図9(b)
の実線pで示したようになり、引っ張り歪みが0.5%
導入されるが上述のように転位が発生しないGa組成
(x)=0.57のGax In1-x P井戸層10b1 の
PL発光波長は、約615nmとなった。このPL発光
波長は、本来の発振波長に比べて5〜10nm短くなる
ものであるが、発振波長633nmの可視光レーザダイ
オードのPL発光波長よりも短波長側に位置しているこ
とがわかる。
【0047】以上のことから、上記Ga0.57In0.43P
エッチングストッパ層10は、5nmの層厚で、上記第
1,第2の(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッ
ド層3a,3bの間に形成されて、上記un−Ga0.5
In0.5 P活性層6が有するバンドギャップエネルギを
超えるエネルギ量子準位の量子井戸を形成するものとな
り、エッチングを完全に停止し、かつ上記un−Ga0.
5 In0.5 P活性層6からの発振波長633nmの光を
吸収しないものとなる。
エッチングストッパ層10は、5nmの層厚で、上記第
1,第2の(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッ
ド層3a,3bの間に形成されて、上記un−Ga0.5
In0.5 P活性層6が有するバンドギャップエネルギを
超えるエネルギ量子準位の量子井戸を形成するものとな
り、エッチングを完全に停止し、かつ上記un−Ga0.
5 In0.5 P活性層6からの発振波長633nmの光を
吸収しないものとなる。
【0048】なお、図9(b) から判るように、GaIn
Pエッチングストッパ層10の層厚が5nmであれば、
そのGa組成を0.53にしてもPL発光波長は約62
3nmとなり、上記発振波長633nmの光を吸収しな
いものであり、また、エッチング選択比がさらに高くな
るエッチング溶液を用いて、上記第2の(Al0.7 Ga
0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3bのエッチングを行
うのであれば、GaInPエッチングストッパ層10の
層厚を5nm以下にしても良く、参考までに2つの(A
l0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pバリア層間にGa0.5
In0.5 P井戸層を形成して量子井戸幅−格子歪み−発
振波長の関係を調べた結果を示した図10から判るよう
に、その層厚を薄くしたGaInPエッチングストッパ
層10が形成する量子井戸のエネルギ量子準位はさらに
大きいものとなり、可視光レーザダイオードの発振波長
が633nm以下になっても対応できるものとなる。
Pエッチングストッパ層10の層厚が5nmであれば、
そのGa組成を0.53にしてもPL発光波長は約62
3nmとなり、上記発振波長633nmの光を吸収しな
いものであり、また、エッチング選択比がさらに高くな
るエッチング溶液を用いて、上記第2の(Al0.7 Ga
0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3bのエッチングを行
うのであれば、GaInPエッチングストッパ層10の
層厚を5nm以下にしても良く、参考までに2つの(A
l0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pバリア層間にGa0.5
In0.5 P井戸層を形成して量子井戸幅−格子歪み−発
振波長の関係を調べた結果を示した図10から判るよう
に、その層厚を薄くしたGaInPエッチングストッパ
層10が形成する量子井戸のエネルギ量子準位はさらに
大きいものとなり、可視光レーザダイオードの発振波長
が633nm以下になっても対応できるものとなる。
【0049】ところで従来、特開平4−25192号公
報には、GaAs基板の上方に、該GaAs基板と格子
整合したGaInP活性層,AlGaInPクラッド
層,GaInPエッチングストッパ層,GaAs光吸収
層を順次形成してなる層構造を有する半導体レーザ素
子,及びその製造方法において、上記GaInPエッチ
ングストッパ層のバンドギャップエネルギを上記GaI
nP活性層のバンドギャップエネルギよりも大きくする
ことが示されている。しかるに、上記GaInPエッチ
ングストッパ層は、その層厚を制御してバンドギャップ
エネルギを大きくしようとするものであり、本実施例1
による可視光レーザダイオードが備えた上記Ga0.57I
n0.43Pエッチングストッパ層10のように、Ga組成
を大きくしてバンドギャップエネルギを大きくするもの
ではない。また、上記(1) ,(2) 式を用いて説明したよ
うに、AlGaInPクラッド層に導入したエッチング
ストッパ層では、その層厚の下限が決まっており、バン
ドギャップエネルギを大きくするためにエッチングスト
ッパ層の層厚を下限以下にするとエッチング制御性が失
われてしまうものである。
報には、GaAs基板の上方に、該GaAs基板と格子
整合したGaInP活性層,AlGaInPクラッド
層,GaInPエッチングストッパ層,GaAs光吸収
層を順次形成してなる層構造を有する半導体レーザ素
子,及びその製造方法において、上記GaInPエッチ
ングストッパ層のバンドギャップエネルギを上記GaI
nP活性層のバンドギャップエネルギよりも大きくする
ことが示されている。しかるに、上記GaInPエッチ
ングストッパ層は、その層厚を制御してバンドギャップ
エネルギを大きくしようとするものであり、本実施例1
による可視光レーザダイオードが備えた上記Ga0.57I
n0.43Pエッチングストッパ層10のように、Ga組成
を大きくしてバンドギャップエネルギを大きくするもの
ではない。また、上記(1) ,(2) 式を用いて説明したよ
うに、AlGaInPクラッド層に導入したエッチング
ストッパ層では、その層厚の下限が決まっており、バン
ドギャップエネルギを大きくするためにエッチングスト
ッパ層の層厚を下限以下にするとエッチング制御性が失
われてしまうものである。
【0050】このように、本実施例1による可視光レー
ザダイオードの製造方法においては、バルクでのバンド
ギャップが2.00eVの薄膜結晶を用いた層厚5nm
のGa0.57In0.43Pエッチングストッパ層10を、バ
ルクでのバンドギャップが2.34eVの薄膜結晶を用
いた第1,第2の(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5P
クラッド層3a,3bの間に形成し、上記第2の(Al
0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3bを硫酸系
エッチング溶液により、所定の形状にエッチングするよ
うにしたので、上記第1の(Al0.7 Ga0.3 )0.5 I
n0.5 Pクラッド層3aに達する直前にエッチングを停
止して、上記第2の(Al0.7 Ga0.3)0.5 In0.5
Pクラッド層3bを所定の形状にすることができ、この
エッチング工程を含む製造方法により製造した可視光レ
ーザダイオードは、上記Ga0.57In0.43Pエッチング
ストッパ層10の一部をGa0.5 In0.5 P活性層6の
上方に残したままの層構造を有するものとしても、上記
Ga0.5 In0.5 P活性層6からの発振波長633nm
の光を上記Ga0.57In0.43Pエッチングストッパ層1
0が吸収することはなく、レーザ発振しきい値が低く、
高出力発振時の電流特性の良い可視光レーザダイオード
とすることができる。
ザダイオードの製造方法においては、バルクでのバンド
ギャップが2.00eVの薄膜結晶を用いた層厚5nm
のGa0.57In0.43Pエッチングストッパ層10を、バ
ルクでのバンドギャップが2.34eVの薄膜結晶を用
いた第1,第2の(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5P
クラッド層3a,3bの間に形成し、上記第2の(Al
0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3bを硫酸系
エッチング溶液により、所定の形状にエッチングするよ
うにしたので、上記第1の(Al0.7 Ga0.3 )0.5 I
n0.5 Pクラッド層3aに達する直前にエッチングを停
止して、上記第2の(Al0.7 Ga0.3)0.5 In0.5
Pクラッド層3bを所定の形状にすることができ、この
エッチング工程を含む製造方法により製造した可視光レ
ーザダイオードは、上記Ga0.57In0.43Pエッチング
ストッパ層10の一部をGa0.5 In0.5 P活性層6の
上方に残したままの層構造を有するものとしても、上記
Ga0.5 In0.5 P活性層6からの発振波長633nm
の光を上記Ga0.57In0.43Pエッチングストッパ層1
0が吸収することはなく、レーザ発振しきい値が低く、
高出力発振時の電流特性の良い可視光レーザダイオード
とすることができる。
【0051】なお、本実施例1では、上述のような層構
造を有する発振波長633nmの可視光レーザダイオー
ドについて説明したが、これに限らず、図6〜11を用
いて詳述したような方法でそのレーザダイオードに対応
したエッチングストッパ層の材料,層厚を決定して形成
するようにすればよく、上記可視光レーザダイオード以
外のレーザダイオードにおいても上記のような効果が得
られることは言うまでもない。
造を有する発振波長633nmの可視光レーザダイオー
ドについて説明したが、これに限らず、図6〜11を用
いて詳述したような方法でそのレーザダイオードに対応
したエッチングストッパ層の材料,層厚を決定して形成
するようにすればよく、上記可視光レーザダイオード以
外のレーザダイオードにおいても上記のような効果が得
られることは言うまでもない。
【0052】実施例2.この発明の第2の実施例による
可視光レーザダイオード及びその製造方法は、エッチン
グストッパ層を除いて上記実施例1と同じであり、例え
ばMOCVD装置を用いてGaAs基板1上に各半導体
層を順次形成するものであり、図3(a)は本実施例2に
よる可視光レーザダイオードが備えたエッチングストッ
パ層の層構造を示す一部拡大断面図である。また、図3
(b) は活性層の上方に形成したクラッド層のエッチング
工程に入る前の層構造を示す断面図であり、上記実施例
1における図2(a) に相当するものである。図におい
て、上記実施例1における図2と同一符号は同一又は相
当部分を示し、31はエッチングストッパ層であり、層
厚2nmのp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pバ
リア層3b1 ,層厚1nmのp型(Al0.7 Ga0.3 )
0.5 In0.5 Pバリア層3b2 ,及び各層厚1.7nm
の3層のp型Ga0.57In0.43P井戸層10a1 〜10
a3 からなるものである。
可視光レーザダイオード及びその製造方法は、エッチン
グストッパ層を除いて上記実施例1と同じであり、例え
ばMOCVD装置を用いてGaAs基板1上に各半導体
層を順次形成するものであり、図3(a)は本実施例2に
よる可視光レーザダイオードが備えたエッチングストッ
パ層の層構造を示す一部拡大断面図である。また、図3
(b) は活性層の上方に形成したクラッド層のエッチング
工程に入る前の層構造を示す断面図であり、上記実施例
1における図2(a) に相当するものである。図におい
て、上記実施例1における図2と同一符号は同一又は相
当部分を示し、31はエッチングストッパ層であり、層
厚2nmのp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pバ
リア層3b1 ,層厚1nmのp型(Al0.7 Ga0.3 )
0.5 In0.5 Pバリア層3b2 ,及び各層厚1.7nm
の3層のp型Ga0.57In0.43P井戸層10a1 〜10
a3 からなるものである。
【0053】そして、エッチングストッパ層31の形成
方法は、図3(a) に示したように、第1のp型(Al0.
7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3a上に、p型
Ga0.57In0.43P井戸層10a1 ,p型(Al0.7 G
a0.3 )0.5 In0.5 Pバリア層3b1 ,p型Ga0.57
In0.43P井戸層10a2 ,p型(Al0.7 Ga0.3)
0.5 In0.5 Pバリア層3b2 ,p型Ga0.57In0.43
P井戸層10a3 を順次形成するものであり、この後、
上記p型Ga0.57In0.43P井戸層10a3 上に第2の
p型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3
bを形成する。
方法は、図3(a) に示したように、第1のp型(Al0.
7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3a上に、p型
Ga0.57In0.43P井戸層10a1 ,p型(Al0.7 G
a0.3 )0.5 In0.5 Pバリア層3b1 ,p型Ga0.57
In0.43P井戸層10a2 ,p型(Al0.7 Ga0.3)
0.5 In0.5 Pバリア層3b2 ,p型Ga0.57In0.43
P井戸層10a3 を順次形成するものであり、この後、
上記p型Ga0.57In0.43P井戸層10a3 上に第2の
p型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3
bを形成する。
【0054】即ち、本実施例2におけるエッチングスト
ッパ層31は、上記実施例1における層厚5nmのGa
0.57In0.43Pエッチングストッパ層10を3等分した
ものに相当する3層のp型Ga0.57In0.43P井戸層1
0a1 〜10a3 により、上記第1,第2のp型(Al
0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3a,3b及
びp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pバリア層3
b1 ,3b2 を量子障壁とした多重量子井戸を形成して
なるものである。このため、硫酸系エッチング溶液によ
り、上記第2のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5
Pクラッド層3bをメサ形状にエッチングするときに、
エッチングは上記3層のp型Ga0.57In0.43P井戸層
10a1 〜10a3 のいずれかの層で停止することとな
り、その後、上記エッチングストッパ層31の一部をu
n−Ga0.5 In0.5 P活性層6上に残したままの層構
造で該可視光レーザダイオードを完成させてもよく、こ
の場合にも多重量子井戸効果により、上記エッチングス
トッパ層31は、上記実施例1によるエッチングストッ
パ層10が有するバンドギャップエネルギ以上のバンド
ギャップエネルギを有するものとなる。
ッパ層31は、上記実施例1における層厚5nmのGa
0.57In0.43Pエッチングストッパ層10を3等分した
ものに相当する3層のp型Ga0.57In0.43P井戸層1
0a1 〜10a3 により、上記第1,第2のp型(Al
0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3a,3b及
びp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pバリア層3
b1 ,3b2 を量子障壁とした多重量子井戸を形成して
なるものである。このため、硫酸系エッチング溶液によ
り、上記第2のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5
Pクラッド層3bをメサ形状にエッチングするときに、
エッチングは上記3層のp型Ga0.57In0.43P井戸層
10a1 〜10a3 のいずれかの層で停止することとな
り、その後、上記エッチングストッパ層31の一部をu
n−Ga0.5 In0.5 P活性層6上に残したままの層構
造で該可視光レーザダイオードを完成させてもよく、こ
の場合にも多重量子井戸効果により、上記エッチングス
トッパ層31は、上記実施例1によるエッチングストッ
パ層10が有するバンドギャップエネルギ以上のバンド
ギャップエネルギを有するものとなる。
【0055】以上のように、本実施例2によれば、上記
p型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pバリア層3b
1 ,3b2 及びp型Ga0.57In0.43P井戸層10a1
〜10a3 からなる多重量子井戸構造の上記エッチング
ストッパ層31を備えるようにしたので、その上層の第
2のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド
層3bを所定の形状にするエッチング工程において、高
い制御性をもってエッチングすることができる。従って
レーザ動作時に上記un−Ga0.5 In0.5 P活性層6
からの発振波長633nmの光をその上方のエッチング
ストッパ層31で吸収することがなく、レーザ発振しき
い値が低く、高出力発振時の電流特性の良い可視光レー
ザダイオードを得ることができる。
p型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pバリア層3b
1 ,3b2 及びp型Ga0.57In0.43P井戸層10a1
〜10a3 からなる多重量子井戸構造の上記エッチング
ストッパ層31を備えるようにしたので、その上層の第
2のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド
層3bを所定の形状にするエッチング工程において、高
い制御性をもってエッチングすることができる。従って
レーザ動作時に上記un−Ga0.5 In0.5 P活性層6
からの発振波長633nmの光をその上方のエッチング
ストッパ層31で吸収することがなく、レーザ発振しき
い値が低く、高出力発振時の電流特性の良い可視光レー
ザダイオードを得ることができる。
【0056】実施例3.この発明の第3の実施例による
可視光レーザダイオード,及びその製造方法は、エッチ
ングストッパ層の構造及び形成方法を除き、上記実施例
1と同じであり、図4(a) は、本実施例3による可視光
レーザダイオードが備えたエッチングストッパ層の一部
拡大断面図である。また、図4(b) は活性層の上方に形
成したクラッド層のエッチング工程前の層構造を示した
図であり、上記実施例1における図2(a) に相当するも
のである。図において、上記実施例1における図2と同
一符号は同一又は相当部分を示し、32はエッチングス
トッパ層であり、総層厚10nmのp型Ga0.57In0.
43P層11a1 〜11a7 と、p型(Aly Ga1-y )
0.43In0.57P(y ≧0.7)3c1 〜3c6 とを交互
に積層してなる多重量子井戸構造を有するものである。
可視光レーザダイオード,及びその製造方法は、エッチ
ングストッパ層の構造及び形成方法を除き、上記実施例
1と同じであり、図4(a) は、本実施例3による可視光
レーザダイオードが備えたエッチングストッパ層の一部
拡大断面図である。また、図4(b) は活性層の上方に形
成したクラッド層のエッチング工程前の層構造を示した
図であり、上記実施例1における図2(a) に相当するも
のである。図において、上記実施例1における図2と同
一符号は同一又は相当部分を示し、32はエッチングス
トッパ層であり、総層厚10nmのp型Ga0.57In0.
43P層11a1 〜11a7 と、p型(Aly Ga1-y )
0.43In0.57P(y ≧0.7)3c1 〜3c6 とを交互
に積層してなる多重量子井戸構造を有するものである。
【0057】図4(a) に示したように、エッチングスト
ッパ層32は、量子井戸となるp型Ga0.57In0.43P
層11a1 〜11a7 に加わる引っ張り方向の応力(引
っ張り歪量=0.5%)を、これと同量の圧縮方向の応
力(圧縮歪量=0.5%)が加わるp型(Aly Ga1-
y )0.43In0.57P層3c1 〜3c6 により相殺するよ
うにしたゼロネットストレイン構造のものとして、第1
のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層
3a上に形成されるため、上記p型Ga0.57In0.43P
層11a1 〜11a7 の各膜厚の総和が臨界膜厚を超え
ても転位が導入されることがないものであり、上記第2
のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層
3bのエッチング工程時に、上記実施例1,2よりエッ
チング制御性が高くなり、かつ形成後のバンドギャップ
エネルギも大きくなる。
ッパ層32は、量子井戸となるp型Ga0.57In0.43P
層11a1 〜11a7 に加わる引っ張り方向の応力(引
っ張り歪量=0.5%)を、これと同量の圧縮方向の応
力(圧縮歪量=0.5%)が加わるp型(Aly Ga1-
y )0.43In0.57P層3c1 〜3c6 により相殺するよ
うにしたゼロネットストレイン構造のものとして、第1
のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層
3a上に形成されるため、上記p型Ga0.57In0.43P
層11a1 〜11a7 の各膜厚の総和が臨界膜厚を超え
ても転位が導入されることがないものであり、上記第2
のp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層
3bのエッチング工程時に、上記実施例1,2よりエッ
チング制御性が高くなり、かつ形成後のバンドギャップ
エネルギも大きくなる。
【0058】このように、本実施例3によれば、ゼロネ
ットストレイン構造,かつ多重量子井戸構造の上記エッ
チングストッパ層32を形成するようにしたので、上記
p型Ga0.57In0.43P層11a1 〜11a7 の層厚あ
るいは層数を転位を発生させずに増やしてエッチング制
御性を高めることができ、さらに、Ga0.57In0.43P
からなる量子井戸をより多重化することによりバンドギ
ャップエネルギをさらに大きくして、un−Ga0.5 I
n0.5 P活性層6からの発光の吸収を防ぐことができ
る。
ットストレイン構造,かつ多重量子井戸構造の上記エッ
チングストッパ層32を形成するようにしたので、上記
p型Ga0.57In0.43P層11a1 〜11a7 の層厚あ
るいは層数を転位を発生させずに増やしてエッチング制
御性を高めることができ、さらに、Ga0.57In0.43P
からなる量子井戸をより多重化することによりバンドギ
ャップエネルギをさらに大きくして、un−Ga0.5 I
n0.5 P活性層6からの発光の吸収を防ぐことができ
る。
【0059】なお、上記エッチングストッパ層32の各
層の引っ張り歪量あるいは圧縮歪量をそれぞれ0.5%
としたが、これに限らず、該エッチングストッパ層は、
これをゼロネットストレイン構造のものとし、上記un
−Ga0.5 In0.5 P活性層6のバンドギャップエネル
ギより大きいバンドギャップエネルギを有するものとす
るのであれば、上記エッチングストッパ層を構成するp
型GaInP層及びp型AlGaInP層の組成につい
てはこれを所要の組成にし、歪み量を変えても良いこと
は言うまでもない。
層の引っ張り歪量あるいは圧縮歪量をそれぞれ0.5%
としたが、これに限らず、該エッチングストッパ層は、
これをゼロネットストレイン構造のものとし、上記un
−Ga0.5 In0.5 P活性層6のバンドギャップエネル
ギより大きいバンドギャップエネルギを有するものとす
るのであれば、上記エッチングストッパ層を構成するp
型GaInP層及びp型AlGaInP層の組成につい
てはこれを所要の組成にし、歪み量を変えても良いこと
は言うまでもない。
【0060】実施例4.図5は、この発明の第4の実施
例による可視光レーザダイオードにおけるクラッド層の
エッチング工程前の層構造を示す図であり、上記実施例
1の図2(a) に相当するものである。図において、上記
実施例1における図2と同一符号は同一又は相当部分を
示し、8はストレス調整層であり、その上方に形成する
Ga0.57In0.43Pエッチングストッパ層10が有する
格子歪みによる応力を、その下方に形成されているun
−Ga0.5 In0.5 P活性層6に与えることができるよ
うな層厚で形成したものである。
例による可視光レーザダイオードにおけるクラッド層の
エッチング工程前の層構造を示す図であり、上記実施例
1の図2(a) に相当するものである。図において、上記
実施例1における図2と同一符号は同一又は相当部分を
示し、8はストレス調整層であり、その上方に形成する
Ga0.57In0.43Pエッチングストッパ層10が有する
格子歪みによる応力を、その下方に形成されているun
−Ga0.5 In0.5 P活性層6に与えることができるよ
うな層厚で形成したものである。
【0061】上記実施例1では、un−Ga0.5 In0.
5 P活性層6上に層厚250nmで第1のp型(Al0.
7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3aを形成して
いたが、本実施例4は、上記第1のp型(Al0.7 Ga
0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3aを層厚249nm
で形成し、これをストレス調整層8とした。これにより
該ストレス調整層8上に形成する、GaAs基板1より
格子定数が小さいGa0.57In0.43Pエッチングストッ
パ層10を、上記un−Ga0.5 In0.5 P活性層6に
圧縮方向の応力を与えるストレッサとして用いることが
でき、これにより上記un−Ga0.5 In0.5 P活性層
6のバンドギャップを広くしてその発振波長を633n
m以下にすることができる。
5 P活性層6上に層厚250nmで第1のp型(Al0.
7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3aを形成して
いたが、本実施例4は、上記第1のp型(Al0.7 Ga
0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3aを層厚249nm
で形成し、これをストレス調整層8とした。これにより
該ストレス調整層8上に形成する、GaAs基板1より
格子定数が小さいGa0.57In0.43Pエッチングストッ
パ層10を、上記un−Ga0.5 In0.5 P活性層6に
圧縮方向の応力を与えるストレッサとして用いることが
でき、これにより上記un−Ga0.5 In0.5 P活性層
6のバンドギャップを広くしてその発振波長を633n
m以下にすることができる。
【0062】このように本実施例4によれば、上記実施
例1による効果に加えて、可視光レーザダイオードの発
振波長を短波長化することができる効果がある。なお、
エッチングストッパ層を、発振波長を短波長化するスト
レス印加手段として用いるためには、該エッチングスト
ッパ層が引っ張り歪みを有するものであれば良く、上記
実施例2におけるエッチングストッパ層31を用いても
良いことは言うまでもない。
例1による効果に加えて、可視光レーザダイオードの発
振波長を短波長化することができる効果がある。なお、
エッチングストッパ層を、発振波長を短波長化するスト
レス印加手段として用いるためには、該エッチングスト
ッパ層が引っ張り歪みを有するものであれば良く、上記
実施例2におけるエッチングストッパ層31を用いても
良いことは言うまでもない。
【0063】
【発明の効果】以上のように、この発明に係る可視光レ
ーザダイオード,及びその製造方法によれば、所定のエ
ッチング溶液によるエッチングレートが該クラッド層に
用いる材料のエッチングレートに比べ十分に小さい値と
なり、かつバルクでのバンドギャップが上記活性層のバ
ンドギャップより大きいバンドギャップを有する材料を
用いて、上記クラッド層中の所定位置に、該エッチング
ストッパ層上又は該層中の所定位置でエッチングを停止
させ、かつ該可視光レーザダイオードの発振波長に相当
するバンドギャップを超えるエネルギ量子準位を形成す
るような層厚の層を含むエッチングストッパ層を備えた
ので、上記クラッド層を上記エッチングストッパ層に対
し選択的に制御性よくエッチングして所定の形状にする
ことができ、このエッチング工程後、上記エッチングス
トッパ層の一部を上記クラッド層中に残したままの層構
造を該レーザが有するものとして完成させても、レーザ
動作時に、上記活性層からの発光を上記エッチングスト
ッパ層が吸収することを防ぐことができ、レーザ発振し
きい値が低く、高出力発振時の電流特性の良い可視光レ
ーザダイオードを得ることができる。
ーザダイオード,及びその製造方法によれば、所定のエ
ッチング溶液によるエッチングレートが該クラッド層に
用いる材料のエッチングレートに比べ十分に小さい値と
なり、かつバルクでのバンドギャップが上記活性層のバ
ンドギャップより大きいバンドギャップを有する材料を
用いて、上記クラッド層中の所定位置に、該エッチング
ストッパ層上又は該層中の所定位置でエッチングを停止
させ、かつ該可視光レーザダイオードの発振波長に相当
するバンドギャップを超えるエネルギ量子準位を形成す
るような層厚の層を含むエッチングストッパ層を備えた
ので、上記クラッド層を上記エッチングストッパ層に対
し選択的に制御性よくエッチングして所定の形状にする
ことができ、このエッチング工程後、上記エッチングス
トッパ層の一部を上記クラッド層中に残したままの層構
造を該レーザが有するものとして完成させても、レーザ
動作時に、上記活性層からの発光を上記エッチングスト
ッパ層が吸収することを防ぐことができ、レーザ発振し
きい値が低く、高出力発振時の電流特性の良い可視光レ
ーザダイオードを得ることができる。
【0064】また、この発明によれば、上記可視光レー
ザダイオードは、GaAs基板上に各半導体層を結晶成
長させたものであり、上記活性層はGaInPを用いた
多重量子井戸構造を有し、上記クラッド層はAlGaI
nPを用いた薄膜結晶であり、上記エッチングストッパ
層を、Ga組成が大きく、上記GaAs基板の格子定数
より小さい格子定数を有するGaInP薄膜結晶を用い
た量子井戸構造のものとしたので、上記エッチングスト
ッパ層により、上記クラッド層のエッチング工程におい
て該クラッド層を制御性良く所定の形状にすることがで
き、このエッチング工程後に残った上記エッチングスト
ッパ層は、上記クラッド層中に、引っ張り歪みを有し上
記活性層が有するバンドギャップより大きいバンドギャ
ップとなる量子井戸を形成することとなり、上記活性層
からの発光を上記エッチングストッパ層が吸収すること
を防止でき、レーザ発振しきい値が低く、高出力発振時
の電流特性の良い可視光レーザダイオードを得ることが
できる。
ザダイオードは、GaAs基板上に各半導体層を結晶成
長させたものであり、上記活性層はGaInPを用いた
多重量子井戸構造を有し、上記クラッド層はAlGaI
nPを用いた薄膜結晶であり、上記エッチングストッパ
層を、Ga組成が大きく、上記GaAs基板の格子定数
より小さい格子定数を有するGaInP薄膜結晶を用い
た量子井戸構造のものとしたので、上記エッチングスト
ッパ層により、上記クラッド層のエッチング工程におい
て該クラッド層を制御性良く所定の形状にすることがで
き、このエッチング工程後に残った上記エッチングスト
ッパ層は、上記クラッド層中に、引っ張り歪みを有し上
記活性層が有するバンドギャップより大きいバンドギャ
ップとなる量子井戸を形成することとなり、上記活性層
からの発光を上記エッチングストッパ層が吸収すること
を防止でき、レーザ発振しきい値が低く、高出力発振時
の電流特性の良い可視光レーザダイオードを得ることが
できる。
【0065】さらに、この発明によれば、上記クラッド
層中に設けるエッチングストッパ層を、該エッチングス
トッパ層と上記活性層とが格子不整合することにより生
じる格子歪みを上記活性層に与え得る位置に設けたの
で、上記エッチングストッパ層を、その引っ張り歪みに
より上記活性層に圧縮方向の応力を加え、該活性層のバ
ンドギャップを広げるストレッサとすることができ、上
記活性層の発振波長を短波長化することができる。
層中に設けるエッチングストッパ層を、該エッチングス
トッパ層と上記活性層とが格子不整合することにより生
じる格子歪みを上記活性層に与え得る位置に設けたの
で、上記エッチングストッパ層を、その引っ張り歪みに
より上記活性層に圧縮方向の応力を加え、該活性層のバ
ンドギャップを広げるストレッサとすることができ、上
記活性層の発振波長を短波長化することができる。
【0066】またさらに、この発明によれば、活性層に
Ga0.5 In0.5 Pを用いた633nm帯可視光レーザ
ダイオードのエッチングストッパ層を、Gax In1-x
P(0.53≦x≦0.57)薄膜結晶層と、(Aly
Ga1-y )1-x Inx P(0.7≦y ≦1,0.53≦
x≦0.57)薄膜結晶層とを交互に配置し、上記Ga
x In1-x P薄膜結晶層に加わる引っ張り方向の応力
を、上記(Aly Ga1-y )1-x Inx P薄膜結晶層に
加わる圧縮方向の応力により相殺するように積層してな
る多重量子井戸構造を有するものとしたので、上記エッ
チングストッパ層はゼロネットストレイン構造となり、
上記2つの薄膜結晶層を臨界膜厚以上に積層することが
でき、エッチングストッパ層の層厚を厚くしてエッチン
グ制御性を高め、かつ量子井戸の数を増やしてバンドギ
ャップをさらに大きくすることができ、レーザ発振しき
い値が低く、高出力発振時の電流特性の良い可視光レー
ザダイオードを得ることができる。
Ga0.5 In0.5 Pを用いた633nm帯可視光レーザ
ダイオードのエッチングストッパ層を、Gax In1-x
P(0.53≦x≦0.57)薄膜結晶層と、(Aly
Ga1-y )1-x Inx P(0.7≦y ≦1,0.53≦
x≦0.57)薄膜結晶層とを交互に配置し、上記Ga
x In1-x P薄膜結晶層に加わる引っ張り方向の応力
を、上記(Aly Ga1-y )1-x Inx P薄膜結晶層に
加わる圧縮方向の応力により相殺するように積層してな
る多重量子井戸構造を有するものとしたので、上記エッ
チングストッパ層はゼロネットストレイン構造となり、
上記2つの薄膜結晶層を臨界膜厚以上に積層することが
でき、エッチングストッパ層の層厚を厚くしてエッチン
グ制御性を高め、かつ量子井戸の数を増やしてバンドギ
ャップをさらに大きくすることができ、レーザ発振しき
い値が低く、高出力発振時の電流特性の良い可視光レー
ザダイオードを得ることができる。
【図1】この発明の第1の実施例による可視光レーザダ
イオードの断面図、及びエッチングストッパ層のエネル
ギバンド構造図。
イオードの断面図、及びエッチングストッパ層のエネル
ギバンド構造図。
【図2】この発明の第1の実施例による可視光レーザダ
イオードの製造方法を説明するための図。
イオードの製造方法を説明するための図。
【図3】この発明の第2の実施例による可視光レーザダ
イオードの製造方法におけるエッチング工程前の層構造
を示す断面図。
イオードの製造方法におけるエッチング工程前の層構造
を示す断面図。
【図4】この発明の第3の実施例による可視光レーザダ
イオードの製造方法におけるエッチング工程前の層構造
を示す断面図。
イオードの製造方法におけるエッチング工程前の層構造
を示す断面図。
【図5】この発明の第4の実施例による可視光レーザダ
イオードの製造方法におけるエッチング工程前の層構造
を示す断面図。
イオードの製造方法におけるエッチング工程前の層構造
を示す断面図。
【図6】硫酸系エッチング溶液によるAlGaInP
と、GaInPとのエッチングレートの違いを示すグラ
フを示す図。
と、GaInPとのエッチングレートの違いを示すグラ
フを示す図。
【図7】(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pからなる
バリア層間に形成したGax In1-x P井戸層のGa組
成の変化とバンドギャップエネルギの関係を示す図。
バリア層間に形成したGax In1-x P井戸層のGa組
成の変化とバンドギャップエネルギの関係を示す図。
【図8】無歪のGa0.5 In0.5 P,引っ張り歪=0.
5%のGa0.57In0.43Pの各井戸幅の変化とキャリア
ライフタイムの関係を示す図。
5%のGa0.57In0.43Pの各井戸幅の変化とキャリア
ライフタイムの関係を示す図。
【図9】層厚5nmのGax In1-x P井戸層のGa組
成,格子歪み,PL発光波長の関係を示す図。
成,格子歪み,PL発光波長の関係を示す図。
【図10】GaInP井戸層の井戸幅,格子歪み,発振
波長の関係を示す図。
波長の関係を示す図。
【図11】従来の可視光レーザダイオードの断面図。
【図12】従来の可視光レーザダイオードの製造方法を
説明するための図。
説明するための図。
【図13】(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pバリア
層間に形成したGa0.5 In0.5P井戸層の井戸幅の変
化と、バンドギャップエネルギ(該井戸層のPL発光波
長を変換したもの)との関係を示す図。
層間に形成したGa0.5 In0.5P井戸層の井戸幅の変
化と、バンドギャップエネルギ(該井戸層のPL発光波
長を変換したもの)との関係を示す図。
1 n型GaAs基板 2 n型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 I
n0.5 Pクラッド層 3a 第1のp型(Al0.7 Ga0.3 )
0.5 In0.5 Pクラッド層 3b 第2のp型(Al0.7 Ga0.3 )
0.5 In0.5 Pクラッド層 3b1,3b2 p型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 I
n0.5 Pバリア層 3d,3e (Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.
5 Pバリア層 3c1 〜3c6 p型(Aly Ga1-y )0.43In
0.57P層 4 n型GaAs電流ブロック層 5 p型GaAsキャップ層 6 un−Ga0.5 In0.5 P活性層 8 ストレス調整層 9 Ga0.5 In0.5 Pエッチングス
トッパ層 9b Ga0.5 In0.5 P井戸層 10 Ga0.57In0.43Pエッチングス
トッパ層 10a1 〜10a3 p型Ga0.57In0.43P井戸層 10b Gax In1-x P井戸層(15n
m) 10b1 Gax In1-x P井戸層(5n
m) 10c Gax In1-x P井戸層(厚さ可
変) 10c1 Ga0.5 n0.5 P井戸層(無歪
み) 10c2 Ga0.57n0.43P井戸層(引っ張
り歪み=0.5%) 11a1 〜11a3 p型Ga0.57In0.43P層 12 SiN膜(マスク) 13 n側電極 14 p側電極 31,32 エッチングストッパ層
n0.5 Pクラッド層 3a 第1のp型(Al0.7 Ga0.3 )
0.5 In0.5 Pクラッド層 3b 第2のp型(Al0.7 Ga0.3 )
0.5 In0.5 Pクラッド層 3b1,3b2 p型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 I
n0.5 Pバリア層 3d,3e (Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.
5 Pバリア層 3c1 〜3c6 p型(Aly Ga1-y )0.43In
0.57P層 4 n型GaAs電流ブロック層 5 p型GaAsキャップ層 6 un−Ga0.5 In0.5 P活性層 8 ストレス調整層 9 Ga0.5 In0.5 Pエッチングス
トッパ層 9b Ga0.5 In0.5 P井戸層 10 Ga0.57In0.43Pエッチングス
トッパ層 10a1 〜10a3 p型Ga0.57In0.43P井戸層 10b Gax In1-x P井戸層(15n
m) 10b1 Gax In1-x P井戸層(5n
m) 10c Gax In1-x P井戸層(厚さ可
変) 10c1 Ga0.5 n0.5 P井戸層(無歪
み) 10c2 Ga0.57n0.43P井戸層(引っ張
り歪み=0.5%) 11a1 〜11a3 p型Ga0.57In0.43P層 12 SiN膜(マスク) 13 n側電極 14 p側電極 31,32 エッチングストッパ層
Claims (16)
- 【請求項1】 活性層上に形成されたクラッド層を所定
の形状にエッチングにより形成するためのエッチングス
トッパ層を、上記クラッド層中の所定位置に有する可視
光レーザダイオードにおいて、 所定のエッチング溶液によるエッチングレートが上記ク
ラッド層に用いる材料のエッチングレートに比べて十分
に小さい値となり、かつバルクでのバンドギャップが上
記活性層のバンドギャップより大きいバンドギャップを
有する材料からなり、該エッチングストッパ層上又は該
層中の所定位置で上記エッチングを停止させ、かつ該可
視光レーザダイオードの発振波長に相当するバンドギャ
ップを超えるエネルギ量子準位を形成するような層厚を
有する層を含むエッチングストッパ層を備えたことを特
徴とする可視光レーザダイオード。 - 【請求項2】 請求項1記載の可視光レーザダイオード
において、 上記エッチングストッパ層は、硫酸系エッチング溶液を
用いてエッチングを行うとき、そのエッチングレートが
上記クラッド層のエッチングレートの50分の1以下と
なる材料からなることを特徴とする可視光レーザダイオ
ード。 - 【請求項3】 請求項2記載の可視光レーザダイオード
において、 上記可視光レーザダイオードは、GaAs基板上に各半
導体層を結晶成長させたものであり、 上記活性層は、GaInPを用いた多重量子井戸構造を
有し、 上記クラッド層は、AlGaInPを用いた薄膜結晶で
あり、 上記エッチングストッパ層は、Ga組成が大きく、上記
GaAs基板の格子定数より小さい格子定数を有するG
aInP薄膜結晶を用いた量子井戸構造のものであるこ
とを特徴とする可視光レーザダイオード。 - 【請求項4】 請求項3記載の可視光レーザダイオード
において、 上記可視光レーザダイオードは、活性層にGa0.5 In
0.5 Pを用いた633nm帯可視光レーザダイオードで
あり、 上記クラッド層は、バルクでのバンドギャップが2.3
4eVのAlGaInPの薄膜結晶層であり、 上記エッチングストッパ層は、バルクでのバンドギャッ
プが2.00eVのGaInP薄膜結晶層であり、上記
クラッド層の所定位置に配置され、井戸幅約5nmの単
一量子井戸を形成してなるものであることを特徴とする
可視光レーザダイオード。 - 【請求項5】 請求項3記載の可視光レーザダイオード
において、 上記可視光レーザダイオードは、活性層にGa0.5 In
0.5 Pを用いた633nm帯可視光レーザダイオードで
あり、 上記クラッド層は、(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5
Pの薄膜結晶層であり、 上記エッチングストッパ層は、Gax In1-x P(0.
53≦x≦0.57)薄膜結晶層と、(Al0.7 Ga0.
3 )0.5 In0.5 P薄膜結晶層とを交互に配置し、上記
Gax In1-x P薄膜結晶層の層厚の総和が約5nmと
なるように積層してなる多重量子井戸構造を有するもの
であることを特徴とする可視光レーザダイオード。 - 【請求項6】 請求項3ないし5のいずれかに記載の可
視光レーザダイオードにおいて、 上記エッチングストッパ層を、該エッチングストッパ層
と上記GaAs基板とが格子不整合することにより生じ
る格子歪みの応力を上記活性層に与え得る位置に配置し
たことを特徴とする可視光レーザダイオード。 - 【請求項7】 請求項3記載の可視光レーザダイオード
において、 上記可視光レーザダイオードは、活性層にGa0.5 In
0.5 Pを用いた633nm帯可視光レーザダイオードで
あり、 上記エッチングストッパ層は、Gax In1-x P(0.
53≦x≦0.57)薄膜結晶層と、(Aly Ga1-y
)1-x Inx P(0.7≦y ≦1,0.53≦x≦
0.57)薄膜結晶層とを交互に配置して積層してなる
多重量子井戸構造を有することを特徴とする可視光レー
ザダイオード。 - 【請求項8】 請求項7記載の可視光レーザダイオード
において、 上記エッチングストッパ層は、上記Gax In1-x P薄
膜結晶層の層厚の総和が5nm以上となるように積層し
たものであることを特徴とする可視光レーザダイオー
ド。 - 【請求項9】 活性層上に形成されたクラッド層を所定
の形状にする工程を含む可視光レーザダイオードの製造
方法において、 所定のエッチング溶液によるエッチングレートが該クラ
ッド層に用いる材料のエッチングレートに比べ十分に小
さい値となり、かつバルクでのバンドギャップが上記活
性層のバンドギャップより大きいバンドギャップを有す
る材料を用いて、上記クラッド層中の所定位置に、該エ
ッチングストッパ層上又は該層中の所定位置でエッチン
グを停止させ、かつ該可視光レーザダイオードの発振波
長に相当するバンドギャップを超えるエネルギ量子準位
となるような層厚のエッチングストッパ層を形成する工
程を含むことを特徴とする可視光レーザダイオードの製
造方法。 - 【請求項10】 請求項9記載の可視光レーザダイオー
ドの製造方法において、 GaAs基板の上方に、GaInPを用いた多重量子井
戸構造の活性層を形成する工程と、 上記活性層上にAlGaInPを用いて第1のクラッド
層を形成する工程と、 上記第1のクラッド層上にGa組成が大きく、上記Ga
As基板の格子定数より小さい格子定数を有するGaI
nPを用いて量子井戸構造のエッチングストッパ層を形
成する工程と、 上記エッチングストッパ層上にAlGaInPを用いて
第2のクラッド層を形成する工程と、 上記第2のクラッド層の一部をエッチング除去し、所定
形状に形成する工程とを含むことを特徴とする可視光レ
ーザダイオードの製造方法。 - 【請求項11】 請求項10記載の可視光レーザダイオ
ードの製造方法において、 上記第2のクラッド層の一部をエッチング除去し、所定
形状に形成する工程は、硫酸系エッチング溶液を用いて
行い、そのときの上記第2のクラッド層と、上記エッチ
ングストッパ層とのエッチングレートの比は約50対1
となるものであることを特徴とする可視光レーザダイオ
ードの製造方法。 - 【請求項12】 請求項11記載の可視光レーザダイオ
ードの製造方法において、 上記可視光レーザダイオードは、活性層にGa0.5 In
0.5 Pを用いた633nm帯可視光レーザダイオードで
あり、 上記第1,第2のクラッド層は、バルクでのバンドギャ
ップが2.34eVのAlGaInPを用いて形成し、 上記エッチングストッパ層は、バルクでのバンドギャッ
プが2.00eVのGaInPを用いて、約5nmの層
厚で形成するものであり、 上記第2のAlGaInPクラッド層の一部を、硫酸系
エッチング溶液によりエッチング除去することを特徴と
する可視光レーザダイオードの製造方法。 - 【請求項13】 請求項11記載の可視光レーザダイオ
ードの製造方法において、 上記可視光レーザダイオードは、活性層にGa0.5 In
0.5 Pを用いた633nm帯可視光レーザダイオードで
あり、 上記第1,第2のクラッド層は、(Al0.7 Ga0.3 )
0.5 In0.5 Pを用いて形成し、 上記エッチングストッパ層は、Gax In1-x P(0.
53≦x≦0.57)薄膜結晶層と、(Al0.7 Ga0.
3 )0.5 In0.5 P薄膜結晶層とを交互に、上記Gax
In1-x P薄膜結晶層の層厚の総和が約5nmとなるよ
うに形成するものであり、 上記第2の(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッ
ド層の一部を、硫酸系エッチング溶液によりエッチング
除去することを特徴とする可視光レーザダイオードの製
造方法。 - 【請求項14】 請求項11ないし13のいずれかに記
載の可視光レーザダイオードの製造方法において、 上記第1のクラッド層を、上記エッチングストッパ層と
上記GaAs基板とが格子不整合することにより生じる
格子歪みの応力を上記活性層に与え得る層厚で形成する
ことを特徴とする可視光レーザダイオードの製造方法。 - 【請求項15】 請求項11記載の可視光レーザダイオ
ードの製造方法において、 上記可視光レーザダイオードは、活性層にGa0.5 In
0.5 Pを用いた633nm帯可視光レーザダイオードで
あり、 上記第1,第2のクラッド層は、(Al0.7 Ga0.3 )
0.5 In0.5 Pを用いて形成し、 上記エッチングストッパ層は、Gax In1-x P(0.
53≦x≦0.57)薄膜結晶層と、(Aly Ga1-y
)1-x Inx P(0.7≦y ≦1,0.53≦x≦
0.57)薄膜結晶層とを交互に配置して形成するもの
であり、 上記第2の(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッ
ド層の一部を、硫酸系エッチング溶液によりエッチング
除去することを特徴とする可視光レーザダイオードの製
造方法。 - 【請求項16】 請求項15記載の可視光レーザダイオ
ードの製造方法において、 上記エッチングストッパ層を、上記Gax In1-x P薄
膜結晶層の層厚の総和が5nm以上となるように形成す
ることを特徴とする可視光レーザダイオードの製造方
法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5310947A JPH07162089A (ja) | 1993-12-13 | 1993-12-13 | 可視光レーザダイオード及びその製造方法 |
US08/355,349 US5544185A (en) | 1993-12-13 | 1994-12-12 | Visible light laser diode and manufacturing method of visible light laser diode |
DE4444313A DE4444313A1 (de) | 1993-12-13 | 1994-12-13 | Laserdiode für sichtbares Licht und Verfahren zur Herstellung der Laserdiode für sichtbares Licht |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5310947A JPH07162089A (ja) | 1993-12-13 | 1993-12-13 | 可視光レーザダイオード及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07162089A true JPH07162089A (ja) | 1995-06-23 |
Family
ID=18011311
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5310947A Pending JPH07162089A (ja) | 1993-12-13 | 1993-12-13 | 可視光レーザダイオード及びその製造方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5544185A (ja) |
JP (1) | JPH07162089A (ja) |
DE (1) | DE4444313A1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JPH1075012A (ja) * | 1996-06-27 | 1998-03-17 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置,及びその製造方法 |
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JP2007258641A (ja) * | 2006-03-27 | 2007-10-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
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JPH0373584A (ja) * | 1989-08-14 | 1991-03-28 | Nec Corp | 半導体レーザ装置 |
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-
1993
- 1993-12-13 JP JP5310947A patent/JPH07162089A/ja active Pending
-
1994
- 1994-12-12 US US08/355,349 patent/US5544185A/en not_active Expired - Fee Related
- 1994-12-13 DE DE4444313A patent/DE4444313A1/de not_active Withdrawn
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---|---|
US5544185A (en) | 1996-08-06 |
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