JPS63228790A - 半導体発光装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体発光装置およびその製造方法

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JPS63228790A
JPS63228790A JP62062929A JP6292987A JPS63228790A JP S63228790 A JPS63228790 A JP S63228790A JP 62062929 A JP62062929 A JP 62062929A JP 6292987 A JP6292987 A JP 6292987A JP S63228790 A JPS63228790 A JP S63228790A
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JP
Japan
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film
resonator
etching
reflecting surface
light emitting
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JP62062929A
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English (en)
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Seiji Onaka
清司 大仲
Hiraaki Tsujii
辻井 平明
Yoichi Sasai
佐々井 洋一
Atsushi Shibata
淳 柴田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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】 産業上の利用分野 本発明は、光フアイバ通信などの光源として用いる半導
体レーザ(I、D)や発光ダイオード(I4D)などの
半導体発光装置およびその製造方法に関する。
従来の技術 A I GaAs /GaAs  のダブルへテロ構造
の半導体レーザが発明されて以来、半導体レーザの性能
は急速な進歩を遂げ現在、発振しきい値が数10mA、
寿命が数10万時間といった高性能かつ高信頼性のもの
が市販されるにまで至っている。半導体レーザの応用面
でHOn(コンパクト・ディスク)や光ディスクなどの
ように大容量の情報を小さな媒体に高密度で記録、再生
するような電子機器が市販されはじめている。また、光
フアイバー通信の光源としても半導体レーザが用いられ
、都市間全党ファイバーでつないで情報の伝送を行なっ
たり、LAN(ローカル・エリア・ネットワーク)など
のように、工場内やオフィス内の情報の伝達に用いられ
たりするなど、半導体レーザの応用範囲はしだいに拡大
しつつある。このように有用な半導体レーザの構造とし
て従来より種々の構造が提案されている。たとえば5−
M−3ze著の(半導体デバイスの物理) (Phys
ics of Sem1−Conductor Dev
ices)の第2版1981年JohnWiley &
 5ons出版の726頁にあるように種々の構造があ
る。これらの半導体レーザはいずれもストライプ状の電
流注入部を有し、このストライプの両端にへき開による
一対の共振器面を備えている。
しかし、このへき開の工程において、共振器の長さを再
現性良く一定にしたり、また歩留り良く良好な共振器面
(へき開面)を得ることは困難であった。また、これら
の半導体レーザはへき開を行なわないと光出力、1子効
率や発振しきい値などを評価することができないので半
導体レーザの良品と不良を判別するための検査に時間が
かかり量産性に乏しかった。また、同一基板上に複数個
のレーザをアレイ状に形成することも困難であった。
そこで、これらの問題を解決する方法として、たとえば
(アプライド・フィツクス・レターズ)(Applie
d Physics Letters )の第46巻第
2号115頁〜11了頁(1986年)にあるように半
導体レーザの共振器を化学エツチングにより形成し、マ
ストランスポート法を用いて出射光を基板の表面に垂直
に出射するための基板表面に対して45°に傾いた反射
板を設ける方法がZ、L 、Liau等によって提案さ
れている(上記文献の第1図参照)。この方法によれば
半導体レーザを形成するのにへき開全必要とせず、光出
力が基板表面に対して垂直に出射するのでウエノ・−の
ままで光出力や量子効率2発振しきい値などの特性が評
価できるので検査に要する時間が短縮される。′また、
歩留ジおよび再現性の悪いへき開工程が不要になるとい
った利点がある。
発明が解決しようとする問題点 上述の45°反射面を備えた半導体レーザはへき開を用
いる半導体レーザに比べ種々の利点を有するが、素子の
製作工程において次のような問題点を有している。
(1)  マストランスポートにおける高温(690〜
740℃)の熱処理によpZnなどの不純物が拡散し、
P−n接合の位置が結晶成長の際に形成さ扛た活性層(
ダブルへテロ接合)の位置からずれてしまい、活性層に
キャリアが効率良く注入されなくなってレーザ発振しな
くなる。
(匂 マストランスポートにより形成する45°反射面
を製作する際の再現性が良くない。すなわち発明者らの
実験によると、マストランスポートはマストランスポー
トを行なう時の基板の表面状態によって大きく影響を受
ける。従って反射面の角度を46°に再現性良く作成す
ることは困難であった。
問題点を解決するための手段 本発明は上述のような従来の半導体レーザにおける問題
点に鑑みてなされたもので、本発明は、(011)面と
平行に一対の共振器面を有し、共振器面に相対するよう
に(111)表面と平行な反射面を有し、半導体基板の
主面に対して概ね垂直に光出力を得るものである。そし
て、本発明は、(011)面と平行な共振器面をドライ
エツチング法により形成する工程、および(111)表
面と平行な反射面を臭素を含むエツチング液でエツチン
グする工程とを備えたこと全特徴とする方法である。
作用 上述のような方法によって半導体レーザの共振器および
反射板を形成することによって、高温の熱処理を必要と
せず、しかも反射板の角度が再現性良く形成される。本
発明によれば反射板の角度は基板表面に対して54°傾
斜しているため、出射光は基板表面の法線に対して約1
8°傾いて出射する。従ってたとえば基板表面に対して
垂直に光ファイバーを配置して出射光が光ファイバーに
導波されるように結合しても、ファイバー表面での反射
光は半導体レーザの共振器面には戻らないので戻り光に
より雑音が発生するといった問題も起こらない。
実施例 以下本発明f InGaASP  ’) ノジ導波路型
半導体レーザに応用した場合の一実施例について図面と
ともに説明する。まず、(10o)面を主面とする半絶
縁性1nP基板1の表面にn+型InP第1クラッド層
2(キャリア密度1×1o Crn  )、InGaA
sP活性層3(バンドギャップ波長λg−1,3μm、
厚さ0.157膜m)、P型工nGaAsP光導波層4
(バンドギャップ波長λg=1.1μm、キャリア密度
5×10 菌 、厚さo、25μm)、P+型InP第
2クラッド層5(キャリア密度1×1018CIn−’
、厚さ1.sμm)  および戸型InGaムSコンタ
クト層6(キャリア密度2×101 。
厚さ0.5μm)を順次結晶成長する。さらにその表面
にSi、N4膜ア(厚さo、1μm)およびTi膜8(
厚さ0.2μm)を堆積し、フォトレジストをマスクと
してリアクティブ・イオン・エツチング法を用いてCC
β4プラズマでTi膜8りt選択的にエツチングし、さ
らにOF4プラズマで5i5N4膜了を選択的にエツチ
ングすると第1図e)のようになる。第1図(2L)は
(01〒)断面図である0次にTi膜8をマスクとして
ドライエツチング法たとえばリアクティブ・イオン・エ
ツチング法を用いて臭素プラズマでP 型InGaAs
コンタクト層s、P+型InP第2クラッド層5.P型
InGaAsP光導波層4. InGaAsP活性層3
.およびn+梨型1nP1クラッド層2を半絶縁性In
P基板1に到達するまでエツチングすると第2図【b)
のように側面がほぼ垂直な溝が形成される。この溝の側
面が半導体レーザの共振器面になる1、溝の幅および深
さはたとえばそれぞれ4μmおよび5膜mに形成さする
。次にHF:H20=1:5の混合液でT1膜8および
5i5N4膜7を除去したのち、新たにSiO□膜9全
第9全第1 に形成する。ここで、たとえば2%(重量比)の臭素と
メタノールとの混合液でSi0 2膜9をマスクとして
エツチングすると第1図(d)に示すように異方性エツ
チングが行なわれて(111)表面が露出する。このエ
ツチングは臭化水素と過酸化水素水との混合液など、臭
素を含むエツチング液で行なうことができる。この露出
し7’C(111)表面が共振器面から出射した光を上
方向に反射する反射面となる。
次に5i02膜9をHF:H20=1:5の混合液で除
去したのち新たに5in2膜10を選択的にストライプ
状に形成する。このストライプの方向は〈Qll〉方向
である。SiO□膜10全10クと(、 テfl トエ
ハH2So4:H,,02:1(20 = 1 :1 
:5の混合液でP+型InGaAsコンタクト層6を選
択的にエツチングし、さらにたとえばHCl : H,
PO2−4:4の混合液でP 型InP第2クラッド層
6を選択的にエツチングすると第1図(e)、第2図の
ようになる。第2図は第1図(e)の人−入断面である
このようにしてレーザのリッジ導波路構造が形成さnる
。次にエツチングマスクの5102膜10全除去したの
ち、共振器面でλ/4(λ:(波長)/(屈折率))の
膜厚となるようにたとえば厚さ0、2 2 μmの5i
n2膜11を堆積し、さらに、共振器面でλ/4の膜厚
となるようにたとえば厚さ0、0 9 7膜mの非晶質
Si膜12全堆積する。n+型InP第1クラッド層2
にコンタクトを形成するため非晶質S1膜12およびS
iO□膜11全選択的に開孔し、さらに前記非晶質Si
膜12およびSiO 2膜11全マスクとしてたとえば
!(2So4:H2O2:H2O  =1 :1 :5
の混合液でP型InGaAsP光導波層4およびInG
aAsP活性層3をエツチングする。そして、ストライ
プ状のリッジ上部および(111)表面の反射面の後ろ
のP 型InGaAsコンタクト層6の表面の非晶質S
i膜12およびSiO 2膜11を選択的に開孔する。
その後n 型InP第1クラッド層2およびP 型In
GaAsコンタクト層6にコンタクトを形成するためた
とえばOr 、 Pt 、人ui順次そ扛ぞれ50nm
,1 00nm。
500膜mの厚さで蒸着して電極13全たとえばリフト
オフ法により形成すると第1図(fl,第3図に示すよ
うに半導体レーザが完成する。第3図は第1図(f)の
B−B断面である。
以上の説明からもわかるように、本発明の方法の特徴と
するところは(011)面と平行な共振器面をドライエ
ツチング法により形成する工程、および(111)A面
と平行な反射面全臭素全含むエツチング液でエツチング
する工程と全備えているところであり、従って反射面の
形成には高温の熱処理を必要としないことと、反射面の
角度が結晶面で規定されるので再現性良く角度が一定に
なることである。
半導体レーザの共振器面から出射した光は第1図(0に
破線で示したように(111)入面の反射面で反射され
て上方向に出射する。半導体基板1の主面は(100)
面であるので反射面と半導体基板1の主面との交差角は
約54°となる。従って反射面で反射された半導体レー
ザの出射光は半導体基板1の主面の法線から約18°傾
いて出射することになる。このような出射角の傾きは半
導体基板1の主面の法線方向に光ファイバーを配置して
出射光を光ファイバーに結合する場合、光ファイバーの
端面からの反射光および光ファイバーからの戻り光が半
導体レーザの共振器面に入射するのを防ぐのに好都合で
あり、戻り光による雑音の発生を防ぐことができる。
上述の本発明の一実施例の他の利点は反射面で反射され
た光は出射光となり反射面を透過した光は反射面の後方
のInGaAsP活性層3で吸収され電子・正孔対を発
生する。そこで第1図(f″Jに示したように反射面の
後方に設けた電極で光電流として検出することにより、
出射光の光出力を監視できることであり、光出力の監視
用のホトダイオードを別に用意する必要がない。一般の
へき開による半導体レーザの場合、一対の共振器面の一
方からの出射光を光出力として利用し、他方からの出射
光をホトダイオードに入射させて光出力の監視している
ので出射光のうち半分しか光出力として利用できなかっ
たが、本発明の一実施例の場合は反射面を透過した光を
監視するので、反射面を設けていない側の共振器面に高
反射率被膜を設けnば出射光はすべて利用できることに
なるので効率が良い。
なお上述の本発明の一実施例では本発明をInGaAs
Pのリッジ導波路型半導体レーザに応用した場合につい
て説明したが、リッジ導波路型半導体レーザに限定され
るものではなく、埋め込みへテロ接合(” H)型レー
ザ、埋め込みクレセント(BC)型レーザなど他の構造
のレーザでも同様に応用可能であることは言うまでもな
い。また、InGaAsPに限定されることはなくム1
GaAsなど他の材料であっても良いことはもちろんで
ある○ムβGaAsレーザの場合は共振器面のエツチン
グには塩素を含むガスのプラズマでエツチングすると垂
直性の良いエツチングができる。
発明の効果 上述したように本発明は、(011)面と平行な共振器
面をドライエツチング法により形成する工程、および(
111)入面と平行な反射面をたとえば臭素を含むエツ
チング液でエツチングする工程を備えた方法により、高
温の熱処理を必要とせず、しかも反射面の傾斜角の再現
性の良い半導体レーザが形成できるという効果がある。
また出射光が半導体基板の主面の法線に対して傾斜して
いるので光ファイバー等と結合する場合でも戻り光が共
振器面に入射せず、雑音が発生する心配もない。
従って本発明は、半導体レーザの光ファイバー等との結
合が容易になり、量産性にも優rているので工業的価値
は高い。
半導体レーザとその製造方法を示す断面図、第2図は第
1図(6)のムー人線断面図、第3図は第1図(00B
−B線断面図である。
1・・・・・・半絶縁性InP基板、2・・・・・・n
 型rnP第1クラッド層、3・・・・・・InG2L
A5P活性層、4・・・・・・P型InGaAsP光導
波層、ts −−−−−−P  型InP第2クラッド
層、6・・・・・・P  W InGaysコンタクト
層、8・・・・・・Ti膜、9・・・・・・5in2膜
、13・・・・・・電極。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)(011)面と平行に一対の共振器面を設け、前
    記共振器面に相対するように(111)A面と平行な反
    射面を設け、半導体基板の主面に対して概ね垂直に光出
    力を得るようにした半導体発光装置。
  2. (2)反射面に、発光部と同一の層構造を有する受光部
    を有し、光出力を監視するようにした特許請求の範囲第
    1項記載の半導体発光装置。
  3. (3)反射面が設けられていない側の共振器面に高反射
    率被膜が設けられている特許請求の範囲第1項又は第2
    項記載の半導体発光装置。
  4. (4)(011)面と平行な共振器面をドライエッチン
    グ法により形成する工程と、(111)A面と平行な反
    射面を臭素を含むエッチング液でエッチングする工程を
    備えてなる半導体発光装置の製造方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0423513A2 (de) * 1989-10-18 1991-04-24 Alcatel SEL Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung eines Laserwafers
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EP1763287A3 (en) * 2005-09-07 2007-08-22 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki A method for fabricating organic electroluminescent devices

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