JPS589592B2 - 半導体発光装置の製造方法 - Google Patents

半導体発光装置の製造方法

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JPS589592B2
JPS589592B2 JP54067305A JP6730579A JPS589592B2 JP S589592 B2 JPS589592 B2 JP S589592B2 JP 54067305 A JP54067305 A JP 54067305A JP 6730579 A JP6730579 A JP 6730579A JP S589592 B2 JPS589592 B2 JP S589592B2
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure 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
    • H01S5/22Structure 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
    • H01S5/223Buried stripe structure
    • H01S5/2232Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode
    • H01S5/2234Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode having a structured substrate surface
    • H01S5/2235Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode having a structured substrate surface with a protrusion

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  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、単一横モード発振が可能なストライプ型二重
へテロ構造の半導体発光装置に関するものである。
レーザ発振を行ない得る活性層をそれよりも禁制帯幅が
大きく且つ屈折率が小さいクラツド層で挾んだ二重へテ
ロ構造の半導体発光装置は、活性層平面に垂直な方向に
関しては、クラツド層の存在により良好な光閉じ込めを
行なうことができ単一モード化が可能であるが、活性層
平面に水平な方向、即ち横方向に関しては、光閉じ込め
効果を奏する構造物が何もない為、横モードを安定に且
つ単一にすることができない。
そこで、接合方向への光の拡がりを防ぎ横モードを単一
化する為に、従来より各種ストライプ構造の半導体発光
装置が提案されている。
第1図乃至第3図は、従来のストライプ型二重へテロ構
造半導体発光装置の典型的な例を表わす断面図であり、
各図に於いて、10はn GaAs基板、11はn−
GaAtAsクラツド層、12はp又はn−GaAa活
性層、13はp − Gakl Asクラツド層、14
はp − Ga A sオーミツクコンタクト層、15
.16はp側及びn側電極、17はp++拡散領域、1
8はp − GaAZ As層である。
第1図は、p側電極15をストライプ形状にした所謂電
極ストライプ型のものであり、構造は比較的単純である
が、活性層12とp側電極15との距離が4μm〜6μ
mある為、ストライプ電極幅をlOμm以下とした場合
にも活性層12での電流集中を充分に行なうことができ
ず横モードが不安定になる欠点がある。
また第2図は、活性層12とクラツド層13との接合面
近傍までZn等を拡散して高濃度p型拡散領域17を形
成した所謂拡散ストライプ型のものであり、前記電極ス
トライプ型に比べ放熱性は良いが、拡散深さの制御が難
かしく、また高濃度不純物拡散による結晶の乱れに起因
して発生する欠陥により特性が劣化し易い欠点がある。
更に拡散深さと同程度に横方向にも拡散が拡がる為、幅
の狭いストライプを形成するのが困難である。
これに対し第3図に示す埋込みストライプ型構造のもの
は、拡散工程を含まないが、メサエツチングによりスト
ライプ状に残された多層構造の外側に再びエビタキシャ
ル成長によりp−GaAlAs層18を成長させる為、
エビタキシャル成長工程が2回になり、その間に活性層
12とp−GaAlAs層18との界面が外気に曝され
、その界面から欠陥が発生し易い欠点がある。
また、このようなメサエツチングでは十分に幅の狭いス
トライプを形成することが困難である。
このように従来のストライプ型二重へテロ構造半導体発
光装置は、その構造面に於いても又その製造工程に於い
ても各種の欠点を有しており、必ずしも満足するもので
はなかった。
本発明はこのような従来の欠点を改善した新規な発明で
あり、その目的は、単一横モード発振を安定に行なうこ
とができる発光特性の優れたストライプ型二重へテロ構
造半導体発光装置を得られるようにすることにある。
本発明を簡単に説明すると、凸部に於けるエビタキシャ
ル成長速度が零または負になることを利用し、半導体基
板と下側クラツド層との間に設けた電流阻止層の一部を
、基板主面に形成した断面が三角形状で且つ一方向にス
トライプ状に伸びる刃状メサ部の頂部に於いてストライ
プ状に欠損させ、この欠損部に電流を集中させることに
より活性層の微小な領域でレーザ発振を可能としたもの
である。
以下実施例について詳細に説明する。
第4図は本発明の方法によって作られる半導体発光装置
の一例を表わす側断面図であり、20はn−Ga A
s基板、21はp − Ga I− xklxAs電流
阻止層、22はn Ga ,− x A t x A
sクラツド層、23はn又はp形のGaAs活性層、
24はpGa 1 − x A txA sクラツド層
、25はp一GaAsオーミツクコンタクト層、26.
27はp側及びn側電極、28は刃状メサ部、29は欠
損部、30は発光領域である。
本発明(こよって作られる半導体発光装置は同図に示す
ように、断面が三角形であり且つ一方向にストライプ状
に伸びた刃状メサ部28が、n −GaAs基板20の
上面に形成され、その刃状メサ部28の先端でストライ
プ状の欠損部29が生じるように、p Ga 1 −
x A t x A s電流阻止層21がn − G
a A s基板20の全面に形成され、その上面にn
Ga 1− x AlxA sクラツド層22、n又
?p形のGaAs活性層23、p Ga ,− xA
lxAsクラツド層24及びp − Ga A sオ
ーミツクコンタクト層25が順次形成されているもので
あり、最上層にp側電極26、基板204こn側電極が
設けられている。
刃状メサ部28は3μm以上の高さ、電流阻止層21は
刃状メサ部28の裾から20μm以上離れた領域でその
高さの%以下の厚さ、下側クラツド層22、上側クラツ
ド層24及びオーミツクコンタクト層25は2〜3μm
の厚さ、活性層23は0.5〜lμmの厚さとするもの
である。
また、下側クラツド層22、活性層23、上側クラツド
層24の禁制帯幅及び屈折率をそれぞれE2+ Eg3
+ Eg4 r N2 t N3’ + N4とする
と、Eg3くEg2,EgいN3〉N2,N4とするも
のである。
さて、このような構造を有する半導体発光装置にp側電
極26を正、n側電極27を負として電圧を印加すると
、p Ga H − x A tx A s電流阻止
層21とn − Ga l−xAtxAsクラツド層2
2とのPN接合面は逆バイアスになるので、電流は欠損
部29に集中して流れることになり、その結果発光領域
は符号30に示すように幅の狭い領域に限定される。
また、発光領域30は、実質的にスト・ライブ方向に垂
直な方向が活性層23よりも禁制帯幅が犬かつ屈折率が
小のクラツド層22,24で囲まれた構造と等価である
から、電流及び光の閉込め効果を有し、横モードを安定
に且つ単?基本モードとすることができる。
このような構造を有する半導体発光装置の製造方法とし
ての一例を示せば、まずn − Ga A s基板12
0上面にストライプ形状のマスクを設けて基板20にエ
ッチングを行ない、断面が三角形状で且つ一方向にスト
ライプ状に伸びた刃状メサ部28をその高さが3μm以
上になるように形成する。
この場合、エッチング液としては例えばH3P04;と
H20との混合液を用いると良く、刃状メサ部28の高
さは、マスク幅及びエッチング時間により調整すること
ができる。
尚、例えばn − GaAs基板20主面を(100)
面とし、ストライプの方向を<011>方向とすれば、
(111)面が表出される。
次に刃状メサ部28の裾から20μm以上離れた領域で
の厚さがその刃状メサ部28の高さの%以上の厚さにな
るように、p−Gal−xAtxAs電流阻止層21を
液相エピタキシャル成長法によりn GaAs基板2
0上に形成する。
この場合、エビタキシャル成長速度が凸部で零又は負に
なることに起因して、電流阻止層21の一部が刃状メサ
部29の頂部により切断され、電流集中領域となる欠損
部29が形成される。
次に電流阻止層21の上面に液相エピタキシャル成長法
により、2−3pmの厚さのn Ga1−XAt x
Asクラッド層22、0.5〜1μmの厚さのn又はp
形のGaAs活性層23、2〜3μmの厚さのp一Ga
1−XAlxAsクラツド層24及びp − Ga A
sオーミツクコンタクト層25を順次形成し、最上層に
p側電極26、基板20にn側電極27を形成して完成
する。
前記n Ga 1− X A lx A sクラツド
層22は欠損部が生じない程度の厚さとするものである
具体例を示すと、刃状メサ部28の高さを6pm1p−
Ga1−xAtxAs電流阻止層21の厚さを刃状メサ
部28の裾より20μm以上離れた領域で1.5μmと
した場合、電流阻止層21の欠損部29は約1μm幅の
ストライプとなり、発光領域30の横幅は約5μmとな
る。
このように、本発明によれば、半導体発光装置は連続し
た一回の液相エピタキシャル成長工程により各層21〜
25を形成することができるので活性層23が外気に曝
されることがなく、従って従来の埋込みストライプ型構
造のように欠陥が発生することはない。
また電流阻止層21の一部を欠損させるに当っては、刃
状メサ部28がメサ形の形状になっている為比較的容易
に欠損部29を形成することができ、それだけ電流集中
を効果的に行なうことができる。
以上の実施例は、GaAtAsとGaAsとの二重へテ
ロ接合構造についてのものであるが、他の多元化合物、
例えばInPとInGaAsPとの二重へテロ接合を有
する半導体発光装置にも、本発明を適用し得ることは勿
論のことである。
また、先の実施例に於いては、p側電極26をオーミツ
クコンタクト層25の全面に形成したが、p側電極26
を刃状メサ部28の長尺方向に沿ってストライプ状に形
成することも可能であり、こうすることにより電流集中
の効果をより一層高めることができる。
更に、第4図と同一部分は同一符号をもって表わした第
5図に示すように、刃状メサ部28の裾から5μm程度
以上離れた領域に於けるエビタキシャル層21〜25を
エッチング等により除去して、基板20を表出させ、こ
の基板20の表出面にn側電極27を形成する構造とす
ることも可能である。
この構造を採用すれば、半導体素子の一方の面のみから
電極を取り出すことが可能となる。
以上の説明で判るように、本発明の製造方法に於いては
、半導体基板とこれと同一導電型の下側クラツド層との
間に設けたそれらと異なる導電型を有する電流阻止層の
一部を、前記半導体基板主面に形成した一方向にストラ
イプ状に伸びた刃状メサ部の頂部に於いて、エビタキシ
ャル成長速度が凸部に於いて零又は負になることを利用
して、ストライプ状に切断したものであり、その切断に
より生じた幅の狭いストライプ状の欠損部に逆バイアス
となる周囲のPN接合を利用して電流を集中させる半導
体発光装置を作ることができる。
従って微小な発光領域が得られると共に、発光領域が実
質的に禁制帯幅が犬かつ屈折率が小である上側クラツド
層及び下側クラツド層によって囲まれる構造と等価とな
り電流及び光の閉込め効果が現われるので、横モードを
安定に且つ単一基本モードとすることができる。
また、拡散行程が不要で連続した一回のエビタキシャル
工程で各半導体層を形成することができるので、活性層
が外気に曝されることがなく、素子の特性が劣化しない
という利点がある。
更に、電流阻止層の切断を、メサ形の形状を有する刃状
メサ部の頂部を直接利用して行なうので、その切断が比
較的容易に行なえる利点もある。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第3図は従来のストライプ型二重へトロ構造
半導体発光装置の側断面図、第4図及び第5図は本発明
のそれぞれ異なる実施例を表わす為の側断面図である。 20はn−GaAs基板、21はp−Ga 1 −xA
txAs電流阻止層、22はn Ga 1−x A
l xA s クラツド層、23はn又はp形のG a
A s活性層、24はp Ga ) − x A
l xA sクラッド層、25はp一GaAsオーミツ
クコンタクト層、26.27はp側及びn側電極、28
は刃状メサ部、29は欠損部、30は発光領域である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 ストライブ型二重へテロ構造半導体発光装置の製造
    方法に於いて、第1導電型を有する半導体基板上に断面
    が三角形状で且つ一方向にストライブ状に伸びる刃状メ
    サ部を形成し、次に連続エビタキシャル成長法により、
    第2導電型の電流阻止層を該層の一部が前記刃状メサ部
    の頂部により切断されて電流集中領域となるストライブ
    状の欠損部が形成される程度の厚さに形成し、次に第1
    導電型の下側クラツド層を前記欠損部を完全に覆う程度
    の厚さに形成し、次に第1または第2導電型の活性層及
    び第2導電型の上側クラツド層を形成する工程を含むこ
    とを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
JP54067305A 1979-05-30 1979-05-30 半導体発光装置の製造方法 Expired JPS589592B2 (ja)

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