JPH09172222A - 半導体発光装置とその製造方法 - Google Patents

半導体発光装置とその製造方法

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JPH09172222A JP33077495A JP33077495A JPH09172222A JP H09172222 A JPH09172222 A JP H09172222A JP 33077495 A JP33077495 A JP 33077495A JP 33077495 A JP33077495 A JP 33077495A JP H09172222 A JPH09172222 A JP H09172222A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体発光装置におい
て、リアルガイド型構成とし、しかも結晶性にすぐれ、
すぐれたレーザ特性を有する半導体発光装置を構成す
る。 【解決手段】少なくとも第１導電型の第１のクラッド層
３と、活性層４と、第２導電型の第２のクラッド層５と
を有するＡｌＧａＩｎＰ系の半導体発光装置において、
第２のクラッド層５にストライプ状リッジ８が形成さ
れ、このストライプ状リッジ８を挟んでその両側に形成
された溝７を埋込んで活性層４よりバンドギャップが大
で、屈折率が小なる第１導電型のＡｌＧａＡｓによる電
流狭窄層１９が形成された構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発光装置特
にＡｌＧａＩｎＰ系の赤色可視光半導体発光装置とその
製造方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】半導体発光装置例えば半導体レーザにお
いては、その高性能化のために、インデックスガイド型
構造が積極的にとり入れられている。
【０００３】通常のインデックスガイド型のＡｌＧａＩ
ｎＰ系の赤色可視光半導体レーザはその電流通路の狭窄
を行う電流狭窄層が、例えばＧａＩｎＰによる活性層に
比しバンドギャップが小で屈折率が大なるＧａＡｓによ
って構成されるいわゆるロスガイド型構成が採られる。
【０００４】このＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザを、
その製造方法とともに説明すると、まず図１３に示すよ
うに、第１導電型例えばｎ型のＧａＡｓ基板１上に順次
例えばｎ型のＧａＡｓによるバッファ層２、ｎ型のＡｌ
ＧａＩｎＰによる第１のクラッド層３、ノンドープのＧ
ａＩｎＰによる活性層４、ＡｌＧａＩｎＰによる第２導
電型のｐ型の第２のクラッド層５と、ｐ型のＧａＩｎＰ
による中間層６とを順次エピタキシャル成長して積層半
導体層を構成する第１のエピタキシャル成長工程を行
う。
【０００５】その後、図１４に示すように、中間層６を
横切り第２のクラッド層５に至る深さで、しかも例えば
活性層４に至ることのない深さにストライプ状のリッジ
８を残してその両側に溝７をエッチングによって形成す
る。
【０００６】図１５に示すように、溝７を埋め込むよう
に第１の導電型のｎ型のＧａＡｓによる電流狭窄層９を
エピタキシャル成長する第２のエピタキシャル成長工程
を行う。この第２のエピタキシャル成長工程は、選択的
エピタキシャル成長による。すなわち、この場合、リッ
ジ８上に、ＳｉＮ等の絶縁膜による選択的エピタキシャ
ル成長のマスク層１０を形成し、その後ＧａＡｓの選択
的エピタキシャル成長を行う。
【０００７】その後、図１６に示すように、マスク層１
０を除去して、全面的に第２導電型のｐ型のＧａＡｓキ
ャップ層１１をエピタキシャル成長する第３のエピタキ
シャル成長工程を行う。
【０００８】そして、図示しないが、このキャップ層１
１上に第１の電極をオーミックに被着形成し、基板１の
裏面に第２の電極をオーミック被着形成する。
【０００９】この構成による半導体レーザは、電流狭窄
層９によって挟まれたリッジ８を電流通路として電流狭
窄がなされが、同時に電流狭窄層９が、活性層４からの
発光光を吸収する効果を奏することから、いわゆるロス
ガイド型の構成とされるものである。
【００１０】しかしながら、このロスガイド型の場合、
消費電力が高くなるという問題があることから、低消費
電力化をはかる上で、リアルガイド型構造とすることが
望まれる。このようなリアルガイド型構造とするには、
電流狭窄層９として、活性層に比しバンドギャップが大
で、屈折率が小なるＡｌＧａＩｎＰによって構成するこ
とが考えられる。ところが、このＡｌＧａＩｎＰ系半導
体は、図１４で説明したような、リッジ８が形成された
凹凸表面を有する面へのエピタキシャル成長、すなわち
例えば｛１１１｝結晶面への成長が良好に行われず転位
の発生が著しく多くの歪を含んだ半導体層となることか
ら、特性の良いレーザを構成することができないという
問題がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明においては、Ａ
ｌＧａＩｎＰ系の半導体発光装置例えば半導体レーザに
おいて、リアルガイド型構造とすることにより、低消費
電力化、電流−光変換効率の向上をはかることができ、
高出力化をはかることができるようにし、しかも結晶性
にすぐれ、したがって半導体レーザ特性（しきい値電流
Ｉthが小さい）にすぐれた半導体レーザを構成する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも第
１導電型の第１のクラッド層と、活性層と、第２導電型
の第２のクラッド層とを有するＡｌＧａＩｎＰ系の半導
体発光装置例えば半導体レーザにおいて、第２のクラッ
ド層にストライプ状リッジが形成され、このストライプ
状リッジを挟んでその両側に形成された溝を埋込んで活
性層よりバンドギャップが大で、屈折率が小なる第１導
電型のＡｌＧａＡｓによる電流狭窄層が形成された構成
とする。
【００１３】また、本発明は、上述の半導体発光装置の
製造方法において、半導体基板上に、少なくとも第１導
電型の第１のクラッド層と、活性層と、第２導電型の第
２のクラッド層とを有する積層半導体層をエピタキシャ
ル成長する第１のエピタキシャル成長工程と、この積層
半導体層に第２のクラッド層に至る深さのエッチングに
よってストライプ状リッジを形成するエッチング工程
と、このストライプ状リッジの両側の溝を埋込んで活性
層よりバンドギャップが大で、屈折率が小なる第１導電
型のＡｌＧａＡｓによる電流狭窄層をエピタキシャル成
長する第２のエピタキシャル成長工程と、表面平坦化処
理と、エッチバックによってストライプ状リッジ上に形
成された上記ＡｌＧａＡｓによる電流狭窄層を除去する
工程とを採る。
【００１４】本発明においては、ＡｌＧａＩｎＰ系半導
体発光装置において、電流狭窄層をＡｌＧａＡｓによっ
て構成するものであるから、そのＡｌ量の選定によっ
て、そのバンドギャップが活性層のそれより大で、屈折
率が活性層のそれより小さい電流狭窄層を形成すること
ができることから、目的とするリアルガイド型のＡｌＧ
ａＩｎＰ系の半導体発光装置例えば赤色の半導体レーザ
を構成することができるものである。
【００１５】ところで、電流狭窄層をＡｌＧａＡｓによ
って構成する場合、従来の電流狭窄層をＧａＡｓによっ
て構成する場合における図１５で示した選択的エピタキ
シャル成長が適用できないことから、本発明において
は、表面平坦化処理と、エッチバックによって、リッジ
上のＡｌＧａＡｓによる電流狭窄層の除去を行うもので
あり、このようにして、上述の本発明による半導体発光
装置例えば半導体レーザを得ることができるようにする
ものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１〜図５の各工程における概略
断面図を参照して本発明の一例を説明する。この例で
は、活性層を挟んでクラッド層が配置されたいわゆるＤ
Ｈ（Double Hetero 接合) 型半導体レーザに適用した場
合である。
【００１７】この場合、まず図１に示すように、第１導
電型例えばｎ型のＧａＡｓ基板１上に順次例えばｎ型の
ＧａＡｓによるバッファ層２、ｎ型のＡｌＧａＩｎＰに
よる第１のクラッド層３、ノンドープもしくは低不純物
濃度のＧａＩｎＰによる活性層４、ＡｌＧａＩｎＰによ
る第２導電型のｐ型の第２のクラッド層５と、ｐ型のＧ
ａＩｎＰによる中間層６とを順次エピタキシャル成長し
て積層半導体層を構成する第１のエピタキシャル成長工
程を行う。
【００１８】その後、図２に示すように、中間層６を横
切り第２のクラッド層５に至る深さで、望ましくは活性
層４に至ることのない深さに少なくとも対のストライプ
状溝７を形成し、両溝７間にストライプ状のリッジ８を
形成する。
【００１９】図３に示すように、積層半導体層上に、溝
７を埋め込むように、特に本発明においては、ＡｌＧａ
Ａｓによる第１の導電型のｎ型の電流狭窄層１９を、リ
ッジ８上をも覆って全面的にエピタキシャル成長する第
２のエピタキシャル成長工程を行う。
【００２０】そして、図４に示すように、電流狭窄層１
９の表面の、その被着面に溝７が存在することによって
生じた凹部１９ａを埋込んで平坦化層２０の塗布を行っ
て表面を平坦化する平坦化処理を行う。この平坦化処理
は、電流狭窄層１９上に、平坦化層２０として例えばフ
ォトレジストをスピンコートすることによって行うこと
ができる。
【００２１】その後、平坦化層２０の表面からエッチバ
ックを行って図５に示すように、リッジ８上の電流狭窄
層１９を除去する。すなわち、溝７内に限定的に電流狭
窄層１９を形成する。
【００２２】そして、図６に示すように、全面的に第２
導電型のｐ型のＧａＡｓキャップ層１１をエピタキシャ
ル成長する第３のエピタキシャル成長工程を行う。
【００２３】そして、図示しないが、このキャップ層１
１上に第１の電極をオーミックに被着形成し、基板１の
裏面に第２の電極をオーミック被着形成する。
【００２４】このようにして、少なくとも第１導電型の
第１のクラッド層３と、活性層４と、第２導電型の第２
のクラッド層５とを有するＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レ
ーザにおいて、第２のクラッド層５にストライプ状リッ
ジ８が形成され、このストライプ状リッジ８を挟んでそ
の両側に形成された溝７を埋込んで活性層４よりバンド
ギャップが大で、屈折率が小なる第１導電型のＡｌＧａ
Ａｓによる電流狭窄層１９が形成された本発明構成によ
る半導体レーザを構成する。
【００２５】この構成による半導体レーザは、電流狭窄
層１９によって挟まれたリッジ８を電流通路として電流
狭窄がなされが、この電流狭窄層１９は、ＡｌＧａＡｓ
によって構成されるものであり、この電流狭窄層１９の
Ａｌの量を選定することによって、この電流狭窄層１９
のバンドギャップを、活性層４のそれより大に、かつそ
の屈折率が活性層４のそれより小さく選定するものであ
り、このようにすることによって活性層４からの発光光
を吸収する効果を回避する。したがって、本発明構成に
よる半導体レーザにおいては、いわゆるリアル型の構成
とされるものである。
【００２６】また、上述したように、本発明において
は、その電流狭窄層１９をＡｌＧａＡｓによって構成し
たことによって、リッジ８が形成された積層半導体層へ
のエピタキシャル成長も良好に行うことができるので、
そのしきい値電流Ｉthの低いすなわちレーザ特性にすぐ
れたＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザを構成できるもの
である。
【００２７】尚、上述した例では、第１〜第３のエピタ
キシャル成長工程を経て、半導体レーザを構成した場合
であるが、第１および第２の２工程のエピタキシャル成
長工程によって、本発明によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体
レーザを構成することもできる。
【００２８】この場合の一例を図７〜図１１の各工程に
おける概略断面図を参照して説明する。この場合におい
ては、図７に示すように、図１で説明したと同様に、基
板１上に、バッファ層２、第１のクラッド層３、活性層
４、第２のクラッド層５、中間層６をエピタキシャル成
長するとともに、続いてこの第１のエピタキシャル成長
工程で、中間層６上に第２導電型のｐ型のＧａＡｓによ
るキャップ層１１をエピタキシャル成長して積層半導体
層を形成する。
【００２９】その後、図８に示すように、キャップ層１
１上からクラッド層５に至り、例えば活性層４に達する
ことがない深さに、少なくとも対のストライプ状溝７を
形成し、両溝７間にストライプ状のリッジ８を形成す
る。
【００３０】図９に示すように、積層半導体層上に、溝
７を埋め込むように、ＡｌＧａＡｓによる第１の導電型
のｎ型の電流狭窄層１９を、リッジ８上をも覆って全面
的にエピタキシャル成長する第２のエピタキシャル成長
工程を行う。
【００３１】そして、図１０に示すように、電流狭窄層
１９の表面の、その被着面に溝７が存在することによっ
て生じた凹部１９ａを埋込んで平坦化層２０の塗布を行
って表面を平坦化する平坦化処理を行う。この平坦化処
理は、電流狭窄層１９上に、平坦化層２０として例えば
フォトレジストをスピンコートすることによって行うこ
とができる。
【００３２】その後、平坦化処理層２の表面からエッチ
バックを行って図１１に示すように、リッジ８上の電流
狭窄層１９を除去する。すなわち、溝７内に限定的に電
流狭窄層１９を形成する。
【００３３】そして、図示しないが、このキャップ層１
１上に第１の電極をオーミックに被着形成し、基板１の
裏面に第２の電極をオーミック被着形成する。
【００３４】このようにして、形成した半導体レーザに
おいても、ストライプ状リッジ８を挟んでその両側に形
成された溝７を埋込んで活性層４よりバンドギャップが
大で、屈折率が小なる第１導電型のＡｌＧａＡｓによる
電流狭窄層１９が形成されたリアル型の半導体レーザが
構成される。
【００３５】この方法によるときは、第１のエピタキシ
ャル成長工程で、キャップ層１１の形成も行ってしまう
ことによって、先の実施例におけるような、第３のエピ
タキシャル成長を回避することができ、２回のエピタキ
シャル成長工程で、目的とする半導体レーザを構成する
ことができる。
【００３６】したがって、この方法によるときは、電流
狭窄層１９として一般に選択的エピタキシーを行うこと
ができないＡｌＧａＡｓを用いるにもかかわらず、エピ
タキシャル成長工程の回数の増加を回避できるものであ
る。
【００３７】尚、上述した各例において、ＧａＩｎＰに
よる中間層６を設けたのは、ＡｌＧａＩｎＰによるクラ
ッド層５上に直接的にＧａＡｓによるキャップ層１１を
エピタキシャル成長すると、両者間に価電子帯における
ギャップが生じ、注入されるホールに対する大なるバリ
アが形成されることを回避するためのものである。
【００３８】また、半導体レーザにおいて、その活性層
の組成の選定によるバンドギャップの選定によって、レ
ーザ発光の波長を制御することができるが、これに応じ
て、電流狭窄層１９のＡｌの量を選定することによっ
て、活性層に比しバンドギャップが大で、屈折率の小さ
い電流狭窄層を構成することができるものであり、この
波長とこのとき選定される電流狭窄層を構成するＡｌＧ
ａＡｓ（ｎ型のＡｌX Ｇａ1-x Ａｓ）のＡｌ量（ｘ）と
の関係を、表１に示す。
【００３９】
【表１】
【００４０】そして、上述した本発明構成の、電流狭搾
層をＡｌＧａＡｓによって構成した半導体レーザによる
場合と、本発明によらないＧａＡｓによって構成する場
合との光−電流特性の測定結果を図１２に対比して示
す。
【００４１】尚、上述した例では、第１導電型がｎ型
で、第２導電型がｐ型である場合を例示したが、第１導
電型がｐ型で、第２導電型がｎ型構成を有する場合の半
導体発光装置例えば半導体レーザに本発明を適用するこ
とができる。
【００４２】また、上述した例では、活性層４に隣接し
て第１および第２のクラッド層が配置された構成とした
ものであるが、活性層４とクラッド層との間に、ガイド
層を配置したいわゆるＳＣＨ(Separate Confinement He
terostructure)構造とする半導体レーザをはじめとし
て、本発明は種々の構成による半導体レーザ、発光ダイ
オード等の半導体発光装置に適用することができること
はいうまでもない。
【００４３】
【発明の効果】上述したように、本発明によれば、Ａｌ
ＧａＩｎＰ系半導体発光装置例えば半導体レーザにおい
て、電流狭窄層をＡｌＧａＡｓによって構成するもので
あるから、そのＡｌ量の選定によって、そのバンドギャ
ップが活性層のそれより大で、屈折率が活性層のそれよ
り小さい電流狭窄層を形成することができることから、
目的とするリアルガイド型としての半導体レーザとする
ので、低消費電力化、電流−光変換効率の向上をはかる
ことができ、高出力化をはかることができる。また、低
消費電力化をはかることができることから、活性層の両
側のヘテロ接合におけるバンドギャップ差を小にとどめ
ることができ、これにより活性層のバンドギャップを高
めることができ、これにより短波長化をはかることがで
きるなどの効果を奏することができる。
【００４４】また、本発明方法によれば、さほど煩雑な
工程を経ることなく目的とするリアルガイド型のＡｌＧ
ａＩｎＰ系の半導体発光装置例えば赤色の半導体発光装
置を容易に構成することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半導体発光装置の製造方法の一例
の一工程での概略断面図である。
【図２】本発明による半導体発光装置の製造方法の一例
の一工程での概略断面図である。
【図３】本発明による半導体発光装置の製造方法の一例
の一工程での概略断面図である。
【図４】本発明による半導体発光装置の製造方法の一例
の一工程での概略断面図である。
【図５】本発明による半導体発光装置の製造方法の一例
の一工程での概略断面図である。
【図６】本発明による半導体発光装置の製造方法の一例
の一工程での概略断面図である。
【図７】本発明による半導体発光装置の製造方法の他の
一例の一工程での概略断面図である。
【図８】本発明による半導体発光装置の製造方法の他の
一例の一工程での概略断面図である。
【図９】本発明による半導体発光装置の製造方法の他の
一例の一工程での概略断面図である。
【図１０】本発明による半導体発光装置の製造方法の他
の一例の一工程での概略断面図である。
【図１１】本発明による半導体発光装置の製造方法の他
の一例の一工程での概略断面図である。
【図１２】本発明および従来の半導体発光装置の光−電
流特性の測定結果を示す図である。
【図１３】従来の半導体発光装置の製造方法の一工程で
の概略断面図である。
【図１４】従来の半導体発光装置の製造方法の一工程で
の概略断面図である。
【図１５】従来の半導体発光装置の製造方法の一工程で
の概略断面図である。
【図１６】従来の半導体発光装置の製造方法の一工程で
の概略断面図である。
【符号の説明】
１ 基板 ２ バッファ層 ３ 第１のクラッド層 ４ 活性層 ５ 第２のクラッド層 ６ 中間層 ７ 溝 ８ リッジ ９，１９ 電流狭窄層 １１ キャップ層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも第１導電型の第１のクラッド
    層と、活性層と、第２導電型の第２のクラッド層とを有
    するＡｌＧａＩｎＰ系の半導体発光装置において、 上記第２のクラッド層にストライプ状リッジが形成さ
    れ、該ストライプ状リッジを挟んでその両側に形成され
    た溝を埋込んで上記活性層よりバンドギャップが大で、
    屈折率が小なる第１導電型のＡｌＧａＡｓによる電流狭
    窄層が形成されてなることを特徴とする半導体発光装
    置。
  2. 【請求項２】 半導体基板上に、少なくとも第１導電型
    の第１のクラッド層と、活性層と、第２導電型の第２の
    クラッド層とを有する積層半導体層をエピタキシャル成
    長する第１のエピタキシャル成長工程と、 上記積層半導体層に上記第２のクラッド層に至る深さの
    エッチングによってストライプ状リッジを形成するエッ
    チング工程と、 該ストライプ状リッジの両側の溝を埋込んで上記活性層
    よりバンドギャップが大で、屈折率が小なる第１導電型
    のＡｌＧａＡｓによる電流狭窄層をエピタキシャル成長
    する第２のエピタキシャル成長工程と、 表面平坦化処理と、 エッチバックによって上記ストライプ状リッジ上に形成
    された上記ＡｌＧａＡｓによる電流狭窄層を除去する工
    程とを有することを特徴とする半導体発光装置の製造方
    法。
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