JPS62216390A - 半導体発光装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 本発明は埋込型半導体レーザ等の発光素子において、そ
のＮ型領域乞２層にすることＫよって、埋込層のＰ型Ｊ
ｆｉからの不純物の拡散ｈｃよる上記Ｎ型領域中の２反
転領域を大きくし、この部分のＰ−Ｎ接合の特性を大き
く改良するもσ）゛（・ある。

このことにより、埋込領域に流れる無効電流が減少し、
発光領域に流れる電流が増加するため、発光効率やしき
い値電流といった素子！性を大幅に向上することが可能
となる。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体発光装置及びその製造方法に係り、しき
い値電流ン低くでき、高効率が得られる半導体レーザ等
の構造及び製造方法に関する。

〔従来の技術〕

光通信用の半導体レーザや発光ダイオード等の発光素子
においては、発光効率やしきい値車流等の素子特性はそ
の構造に大きく依存している。そのため、発光部分の周
りをＰ−Ｎ接合からなる電流狭窄層で埋込む、捕わゆる
埋込構造を使（・、電流を発光部分に集中させる構造？
とることが多（・。

しかしながら、この埋込構造には従来多くの問題点が残
されており、素子特性の大幅な改善が極めて難しかった
。特に大きな問題点は、成長が２回以上にわたるため埋
込部のＰ−Ｎ接合が熱損傷を受けて劣化し、この部分に
、ＩＡｆ、れるリーク電流が増大することであった。

第２図は、従来の埋込型半導体レーザ及びその製造方法
な説明するための工程断面図を示したものである。まず
、Ｎ型ＩｎＰ基板１（導入不純物Ｓｎ：　２　Ｘ　１０
１８ｔｗｒ−３）上ＫＮｍ　ＩｎＰ　２　（導入不純物
Ｓｎ　：　１．５　Ｘ　１０　　ｃｍ　　）、　ＩｎＧ
ａＡｓＰ　３　　（ノンドープ二波長＝１．３μｍ）、
Ｐ型ＩｎＰ４（導入不純物Ｃｄ　：　５　Ｘ　１０　　
ｃｍ　　）　、　Ｐ型ＩｎＧａＡａＰ　５　（導入不純
物Ｚｎ：ｌＸ１０　　ｃｒｎ　、波長＝１．３μｍ）を
ＩＦｉ１次成長させる（ａ）。各層の厚みは各々、２　
：　１．５３：Ｏ±陸ジ 前置７４：２μｍ、５：０．５μｍである。

次に、このウェハー上にＳｉＯ２をＣＶＤ法等の方法で
形成し、さらにホトレジスト法により幅４μｍのストラ
イプマスクを形成する（ｂｌ。このマスク′？：使い、
Ｂｒ−メチルアルール溶液でエラチングしてメサストラ
イプを形成したのち、再度、成長装置に入れてＰ型Ｉｎ
Ｐ８（導入不純物Ｚｎ　：　２Ｘ　］　０１８ｔｙｎ−
３）　、　Ｎ型ＩｎＰ　９　（導入不純物Ｓｎ；２　Ｘ
　１０１８１ｗ３）を（ｃ）の如く成長するＯ埋込成長
後、５ｉｎ２Ｙ除去し、基板側にＮ電極を、エビ表面側
にＰ電極を形成し、３００Ｘ３００μｍ程度の大きさに
へき開してレーザチップとし、これをさらに、Ｐ電極を
下にしてステム上にボンディングしてレーザ素子を完成
する。

このようにして得られた埋込型レーザでは、ストライプ
部以外の埋込部にＮ−Ｐ−Ｎ接合があり逆バイアスとな
るため、この部分には基本的には電流が流れず、活性層
３に電流が集中する。しかしながら、埋込部の２層８は
ストライプ部のＰ層と継なかっており、ストライプ部に
流れる電流の一部はこの部分を通ってＮ層２へと流れ、
鯖わゆるリーク電流となる。このリーク電流の大きさは
２層８とＮ層２で形成されるＰ−Ｎ接合の特性によって
大きく左右される。これを小さくするためにはＰ−Ｎ接
合特性のＩ−Ｖ％性をできるだけ理想的なものに近づけ
、その立上り電圧を大きくする必要がある。しかし、こ
の部分のＰ−Ｎ接合は２回にわたる成長によって形成さ
れているため、熱損傷による多くの欠陥を含んでおり、
立上り電圧の低い劣化した特性となっている。このため
、従来、得られていたレーザ素子の特性も、しきい値電
流：　４０ｍＡ、効率：０．１５ｍＷ／ｍＡ程度の低い
ものであった。

この熱損傷による欠陥は、２回目の埋込成長時に、Ｎ層
２０表面が高温に曝されるために発生するもので、その
多くはＮ７１１表面（すなわちＰ−Ｎ接合面）近傍に局
在している。従って、埋込成長ののちに何らかの方法に
よって、このＰ−Ｎ接合面を熱損傷領域からずらしてや
ることによって、Ｐ−Ｎ接合の特性Ｙ改善できると考え
られる。

そのための方法として、Ｐ層の不純物であるＺｎの拡散
を利用することができる。第３図は、２層８の濃度をＮ
層２の濃度よりも遥かに高い濃度（４×１０　創　）に
設定し、Ｚｎの拡散によるＰ−Ｎ接合位置のＮ側への移
動をはかったものである。図中、７で示された領域は、
２層８中のＺｎがＮ層２中に拡散し、Ｐ型に反転した領
域で、彩ｒたなＰ−Ｎ接合面は層７と層２により形成さ
れている。

このＰ−Ｎ接合は熱損傷領域からは分離されているため
、良好な接合特性を持っていると考えられ、従って、素
子特性も大幅忙改善されると期待された。しかしながら
、実際にこの方法を適用したところ、素子特性は改善よ
りもかえって悪化することが明らかになった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第３図の例が旨くいかなかった理由は、Ｚｎの拡散によ
る２反転領域が、基板側のみならず、活性層３の方向に
も広がることを考慮しなかったことによる。図中にも示
されている如く、Ｎ層中でストライプのほうに広がった
２反転領域は、Ｎ層２と活性層３との接合面積を狭め、
活性層全体への均一な電子の注入を阻害する。また、活
性層により近い位置にＰ−Ｎ接合が形成されることにょ
つて、この部分を流れるリーク電流が増大することとな
る。従って、この点を改良するためＫは、ストライプ近
傍では２反転領域は狭＜、離れたところでは広くなるよ
うにすることが望ましい。

特Ｋ、レーザの横モードを単一基本発振特性に制御する
ためＫは、ストライプ幅を１μｒｒｌｆの狭いものにす
る必要がある。一方、埋込部の接合特性を良好なものに
するには、０．５μｍ程度接合面をずらす必要があるが
、この値をそのまま１μｍのストライプの場合に適用す
ることは、明らかに不可能である。面積から考えても、
このＰ−Ｎ接合面は、ストライプから離れたところに圧
倒的に広く拡がっている。従って、上記のストライプ近
傍では、２反転領域は狭く、離れたところでは広（する
方法があれば、大幅な素子特性の改善を期待することが
できるが、従来の技術でこれを実現することは不可能で
あった。

〔問題点解決するための手段〕

本発明によれば、上述の問題点は以下の手段により解決
される。

その手段は、少なくともを順に一導電型の第１の半導体
層を有する基体上に、部分的に該第１の半導体層よりキ
ャリア濃度の高い一導電型の第２の半導体層、活性層及
び反対導電型の第３の半導体層がストライプ状に積層さ
れて形成され、前記第１の半導体層上に前記ストライプ
状の第２の半導体層、活性層及び第３の半導体層の側面
に接して反対導電型の第４の半導体層が形成され、前記
第１の半導体層表面の前記第４の半導体層に接する部分
ＶＣ該第４の半導体層からの不純物の拡散により形成さ
れた反対導電型の反転領域が設けられてなること、及び
、 少なくともを順に一導電型の第１の半導体層を有する基
体上に、該第１の半導体層よりキャリア濃度の高い一４
電型の第２の半導体層、活性１−及び反対導電型の第３
の半導体層乞）−に形成し、該第２の半導体層、活性層
及び第３の半導体層を部分的にエツチング除去してスト
ライプ状に形成し。

該エツチングにより表出された前記第１の半、導体８一 層上に前記ストライプ状の第１の半導体層、活性層及び
第３の半導体層の側面に接する反対導電型の第４の半導
体層を形成すると共に、該第４の半導体層より前記第Ｊ
の半導体層に不純物乞拡散させて該第１の半導体層を順
に反対導電型の反転領域を形成することである。

〔作　用〕

本発明は、活性層が形成される領域の一導電型層を反対
導電型の埋込層の下に位置する一導電型層より高キャリ
ア濃度にして、埋込層の下の一導電型層に反対導電型の
反転領域を設けても、活性層の下の一導電型層の部分は
太き（反転しないよう圧したものである◇ そこで、活性層の下の一導電型層のキャリア濃度は、そ
れに接する反対導電型埋込層のキャリア濃度にほぼ等し
くするか、又は高くするほど、この部分での反転は防ぐ
ことができる。

〔実施例〕

第１図は本発明一実施例の半導体発光装置り及びその製
造方法を説明するための工程断面図である。

以下、本実施例の詳細について第１図を用いて説明する
。

まず、第１図１（ａ）Ｋ示すごとく、Ｎ型ＩｎＰ基板上
に１多層エピタキシャル膜を形成する。この図で第２図
（ａ）とで異なるところは、Ｎ型ＩｎＰが２層になって
いる点だけで、他の層については第２図（＆）と全く同
一である。この、Ｎ型ＩｎＰ＃’に濃度の異なる２膚に
別けた点が、本発明の最も重要なところで、本例の場合
には、その濃度及び厚みを２の層で５Ｘ１０　　ｃｍ　
　と１．５ｐｍ、２’の層で１．５×１０　副　と０．
５μｍとした。次の、メサストライプの形成方法も第２
図（ｂ）の場合と同様であるが、本発明では第１図（ｂ
）Ｋ示すごとく、エツチング後の底面が低濃度Ｎ型層２
に到達していることが％に重要である。例えば、Ｂｒメ
タノール等をエッチャントとするメサエッチの後、Ｐ型
ＩｎＰ８、Ｎ型ＩｎＰ　９を成長する工程及び、各層の
濃度は図１−ｃの場合と同様である。この様にして作表
された埋込レーザ用結晶の構造が第１図（ｃ）に示され
ている。

図中に示されているごと（、Ｐ型埋込層８のＺｎ濃度２
Ｘ１０　　ｃｍ　　に比較して、２′の濃度は１．５Ｘ
１０　　と近い値である。従って、この部分での２反転
領域は０．１μｍ以内と極めて少ない。

一方、２のＮ層の濃度は５Ｘ１０　とＰ型埋込層８のＺ
ｎ濃度と較べて十分に低い濃度となっているため、この
部分では０．５μｍ以上の比較的厚い２反転領域７が形
成される。

このようにして作製されたウェハーを使い、図１の場合
と同様のレーザ素子を作製したところ、しきい値電流：
　］　１ｍＡ、効率＋　０．３５ｍＷ／ｍＡの優れた特
性を得ることができ、本発明の効果を確認することがで
きた。

なお、本実施例では、Ｎ型層を２層にした場合について
述べているが、本発明の主旨からして、２層以上の何層
あってもよいことは明らかである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、活性層の下のストライプ状半導体層の
埋込層と接する部分に反転領域がほとんど形成されない
ようにしつつ、Ｐ−Ｎ接合を良質の結晶内に形成できる
ので、しきい値電流を低くでき、高効率な半導体レーザ
等を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明−実施例の半導体発光装置及びその製造
方法を説明する工程断面図、第２図は従来例の半導体発
光装置及びその製造方法を説明する工程断面図、第３図
は従来例を改良した半導体発光装置の断面図である。 図で、１はＮ　−ＩｎＰ基板、２．２’はＮ−１ｎＰ層
、３はＩｎＧａＡｓＰ層、４はＰ−Ｉ一層、５はＰ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰ層、６は５１０２膜、７はＰ−反転領域で
ある。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも表面に−導電型の第１の半導体層を有
   する基体上に、部分的に該第１の半導体層よりキャリア
   濃度の高い−導電型の第２の半導体層、活性層及び反対
   導電型の第３の半導体層がストライプ状に積層されて形
   成され、 前記第１の半導体層上に前記ストライプ状の第２の半導
   体層、活性層及び第３の半導体層の側面に接して反対導
   電型の第４の半導体層が形成され、前記第１の半導体層
   表面の前記第４の半導体層に接する部分に該第４の半導
   体層からの不純物の拡散により形成された反対導電型の
   反転領域が設けられてなることを特徴とする半導体発光
   装置。
2. （２）少なくとも表面に−導電型の第１の半導体層を有
   する基体上に、該第１の半導体層よりキャリア濃度の高
   い−導電型の第２の半導体層、活性層及び反対導電型の
   第３の半導体層を順に形成し、該第２の半導体層、活性
   層及び第３の半導体層を部分的にエッチング除去してス
   トライプ状に形成し、 該エッチングにより表出された前記第１の半導体層上に
   前記ストライプ状の第１の半導体層、活性層及び第３の
   半導体層の側面に接する反対導電型の第４の半導体層を
   形成すると共に、該第４の半導体層より前記第１の半導
   体層に不純物を拡散させて該第１の半導体層表面に反対
   導電型の反転領域を形成することを特徴とする半導体発
   光装置の製造方法。