JPH02260586A - 光半導体装置 - Google Patents

光半導体装置

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JPH02260586A
JPH02260586A JP1080693A JP8069389A JPH02260586A JP H02260586 A JPH02260586 A JP H02260586A JP 1080693 A JP1080693 A JP 1080693A JP 8069389 A JP8069389 A JP 8069389A JP H02260586 A JPH02260586 A JP H02260586A
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gaas
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Kenji Shimoyama
謙司 下山
Hideki Goto
秀樹 後藤
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Mitsubishi Kasei Corp
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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〕 本発明は横接合理め込み構造を有する半導体レーザ、P
IN受光器およびホトトランジスタ等の光半導体装置及
びその製造方法に関するものである。
〔従来の技術〕
第3図は光半導体装置の一例としての横注入型半導体レ
ーザ装置の構造を示す図である。図中、101は半絶縁
性GaAs基板、102.104はアンドープAj!G
aAs層、103はGa八へ活性層、105はp−Aj
!GaAs層、106はp+コンタクト層、107はn
−Al1GaAs層、108はn1コンタクト層、10
9.110は電極、111はp側塊め込み再成長層、1
12はn側埋め込み再成長層である。
Crドープ半絶縁性GaAs基板101上にアンドープ
Aj!GaAs層102.104でGaAs活性層10
3をサンドイッチし二重へテロ構造を構成する。その後
、活性層の左右にp−AlGaAs層105及びp◆キ
ャップ層、及びn−Al1GaAs層107及びnゝキ
ャップ層の埋め込みを行い、その上にコンタクト層10
6.108を形成し、さらにその上に電極109.11
0を形成したものである。
横注入型半導体レーザにおいては、同一平面に設けられ
た電極109.110間に電流を流し、左右のp−Al
GaAs1l O5、n−AJGaAs層107から活
性層103ヘキヤリアを注入すると、注入キャリアが閉
じ込められて大きな電流密度及び内部量子効率が得られ
る。また、クラッド層により発光が有効に閉じ込められ
て小さなしきい値電流でレーザ発振が行われる。このよ
うな埋め込み型半導体レーザはしきい値電流が小さくと
れるため通信用光源等に用いることができる。
また、横注入如半導体レーザが半絶縁性基板上に形成さ
れるため、素子間の絶縁をとることができ、その結果集
積化を行うことができる特徴を有している。さらに、p
型およびn型双方の電極が基板の表面にあることから、
他の光素子および電子デバイスとの集積化が容易であり
、また接合容量が小さいため高速応答が可能であるとい
う利点を有している。
第4図は二方向注入型半導体レーザ装置の構造を示す図
である。図中、200はCrドープ半絶縁性GaAs基
板、201は高抵抗Aj!GaAs層、202はGaA
s活性層、203はp−AlGaAsクラッド層、20
4a、204bはn−AJGaAsクラッド層、205
a、205bはn−GaAsキ+ツブ層、206はp−
GaAsキャップ層、207a、207b、208は電
極である。
図において、半絶縁性基板200上に高抵抗Aj!Ga
As層201、GaAs活性層(ノンドープあるいはp
型ドープ)202、p−Aj!GaASクラッド層、及
びp”−GaAsコンタクト層の順に積層する。その後
、GaAs活性層202の左右両サイドにn−AlGa
Asクラッド層及びn” −G a A sコンタクト
層を埋め込み、n″″−G a A sコンタクト層及
びp” −caAsコンタクト層上に電極20?a、2
07bを形成する。
このような構造にふいて、電極208と207a、20
?b間に電流を供給すると、上側のp −Aj!GaA
sクラッド層203から正孔が注入され、左側あるいは
右側のn  Ai’GaAsクラッド層から電子が注入
される。したがって、活性層には二方向からキャリアの
注入が行われ、この注入はそれぞれ独立して行うことが
できる。さらに活性層の下側のAlGaAs層201は
高抵抗層で左右のn−AlGaAsを電気的に分離でき
るので、これらの素子を同一基板上に集積化することが
可能である。もちろん、活性層の上側クラブト層をn型
とし、活性層の左右両サイドのクラッド層をp型として
もよく、また活性層もp型(あるいはn型)としてもよ
い。また、GaAs、Δj!GaAs系でなく他の材料
、例えば[nGaΔs、InGaAsP等でも構成でき
る。
また、第4図において、p型層の端子をオープンとし、
左右のn型クラッド層間に電圧を加えると、光入射があ
るとキャリアが発生し、これが左右のクラッド層間を通
して流れるので、同一構造で光検出器の1種であるホト
トランジスタとしても動作する。そして、素子は高抵抗
層上に形成されているので、同一構造の素子を同一基板
上に複数個形成し、集積化が可能である。
また、第4図に示す素子は3端子になっており、2方向
注入型レーザあるいはホトトランジスタとして使用でき
、半絶縁性基板に用いているため他の電子デバイスとモ
ノシックに集積化することが容易である。
〔発明が解決すべき課題〕
ところで、第3図に示す従来の横接合型のレーザおよび
PEN受光器においては、ウェット方式によりARM 
Ga+−++ As (0,2≦X≦0.8)下クラッ
ド層までメサ・エッチングを行い、埋め込み再成長層を
形成するための窪みを形成するが、このとき現れるA 
1 w G a + −* A sの表面はA1が酸化
され易いために酸化膜で覆われてしまう。
そこで埋め込み再成長を行う直前に反応炉内でHCl1
等の反応性ガスを用いて酸化膜の除去を行っていた。こ
の表面C酸化膜の厚みはエツチングプロセス等に大きく
左右されるので、ガスエツチングで除去する膜厚はプロ
セス毎に調整する必要があった。
また、ウェット方式のエツチングでは反応が激し過ぎる
ために、順メサ・エッチング、逆メサ・エッチングに拘
わらず、メサ面(エツチングしたときに現れる面で、埋
め込み再成長層側との間の界面を形成する斜面)単一の
面指数からなる平坦な面に形成することができなかった
。そのために活性層、上下クラッド層を含むストライプ
層と再成長層との間にボイドまたはストレスが生じたり
、再成長直前の気相エツチングが均一にかからないとい
う問題が生じていた。
第4図に示す構造のレーザおよびホ))ランジスタにつ
いても同様な問題点があった。
本発明は上記課題を解決するためのもので、ストライプ
層と埋め込み再成長層との間にボイドまたはストレスが
生ずるのを防止することができる光半導体装置及びその
製造方法を提供することを目的とする。
Cramを解決するための手段〕 そのために本発明は、埋め込み再成長層と接するメサ面
が単一の面指数からなること、埋め込み再成長層と接す
るメサ面が、(100)、(1101、(11L)面か
らなること、また単結晶基板上にダブルヘテロ構造を有
するエピタキシャル層を気相成長させる工程、メサ・エ
ッチングを行う工程、及び埋め込み再成長を行う工程を
含む光半導体装置の製造方法において、メサ・エッチン
グを気相で行って単一のメサ面を形成すること、メサ・
エッチングを行った後、連続して埋め込み再成長層を形
成すること、気相エツチング用ガスとして、HCI、C
C1x Fs 、AsCJ!s 、及びC12からなる
群から選ばれた少なくとも1種の塩素系反応性ガスを含
むガスを用いることを特徴とする。
〔作用〕
本発明は、光半導体装置の埋め込み再成長層と接するメ
サ面を単一の面指数のみで形成しているので、ストライ
プ層と埋め込み再成長層との間にボイドまたはストレス
が発生しなくなった。
また、単一の面指数からなるメサ面は、MOCVD反応
炉内または高真空装置内で塩素系反応性ガス、例えばH
Cl、CCj* Fs 、AsC15、またはCj3等
の反応性ガスによるドライエツチング法を用いて形成し
ているので再現性よく形成することができる。
〔実施例〕
以下、実施例を図面を参照して説明する。
第1図は本発明の光半導体装置の一実施例の構造を示す
図であり、第3図と同一番号は同一内容を示している。
光半導体装置としての動作は第3図に示すものと同じで
あるが、本発明においては、埋め込み再成長層と接する
メサ面113.114が(100)、(110)、(1
11)のような単一の面指数からなワている点が異なっ
ている。
第1図の素子の製作方法は、まず、半絶縁性GaAs基
板(100)上にMOCVD法で1〜3μmのアンドー
プA 1 yr G a +−++ A sクラッド層
(0,2<x<0.7 ) 、 30Å以上且つ1μm
以下のAj、Ga、、As活性層103(0≦y≦0゜
3、かつxey)、0.3μm以上且つ2μm以下のA
 1 m G m l−++ A sクラッド層104
および50A以上且つ0.1μm以下のアンドープGa
Asキャップ層を順にエピタキシャル成長させる。次に
MOCVD反応炉内でSiNxの保護層を用いてHCj
、CCj s F s 、A S Cj s 、または
C1、等の反応性ガスエツチングにより埋め込み再成長
層を形成するための窪みを形成し、その直後にn −A
 1 # G a +−* A sクラッド層(0,2
≦2≦0.5)およびp−GaAsコンタクト層を再成
長させる。このようにガスエツチングすることにより、
単一の面指数からなるメサ面を形成することができ、ス
トライブ方向を<110>に選ぶと、メサ面(11,1
)が現れる。
第2図は本発明の光半導体装置の他の実施例の構造を示
す図であり、第4図と同一番号は同一内容を示している
第2図に示す構造の素子の製作過程は以下の通りである
Crドープ半絶縁性GaAs基板の上にMOCVD法に
より高抵抗Aj’GaAs層(AI含有率約0.4.厚
さ約1.5μm) 、p型GaAs活性層(厚さ約0.
11am) 、p型AfGaAs層(Ai含有率約0.
4.厚さ約1.0μm) 、p型GaAsキャップ層を
エピタキシャル成長させる。次に、MOCVD反応炉内
でSiNxの保護膜を用いてHCl、CCj! * F
 * 、A 8 Cj s sまたはCI。
等の反応性ガスエツチングにより埋め込み再成長層を形
成するための窪みを形成し、その直後にn−AJ!Ga
As層CAR含有率約0.35)を埋め込み、さらにn
型GaAsキャップ層を成長させる。
次にn、p電極を付けた後、それをマスクとしてn、p
接合面に接するキャップ層を部分的にエツチングして除
去する。これはキャリアがキャップ層間で再結合するの
を防止するためである。なお、活性層幅は約2μ以下が
望ましい。
なお、上記実施例では横接合型について説明したが、本
発明は縦接合型にも同様に適用可能であり、その場合は
埋め込み再成長層が高抵抗層となる点が異なるのみでメ
サ面を単一面指数とする点の作用効果は同様である。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、埋め込み構造を有する半
導体レーザ、PIN受光器およびホトトランジスタ等の
光半導体装置において、メサ面を単一の面指数のみで形
成しているので、ストライプ層と埋め込み再成長層との
間にボイドまたはストレスが発生しなくなり、キャリア
が活性層に有効に注入され、素子特性も良好なものが得
られ、素子の寿命も長くなる。
また、上記の各車−の面指数からなるメサ面をHCI、
CC15F2 、AsCj!s 、またはCI、等の塩
素系反応性ガスを含むガスによる気相エツチングに、よ
って形成することにより、従来のウェットプロセスで生
じた酸化膜の除去をする必要がなくなり、再現性よ(形
成することが可崗である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の横注入型半導体レーザ装置の構造を示
す図、第2図は本発明の二方向注入型半導体レーザ装置
の構造を示す図、第3図は従来の横注入型半導体レーザ
装置の構造を示す図、第4図は従来の二方向注入型半導
体レーザ装置の構造を示す図である。 101−・・半絶縁性GaAs基板、102.104・
・・高抵抗AjGaAs層、103=−GaAs活性層
、105・・・p−AjGaAsクラフト層、1G?・
・・n−AjGaAsクラッド層、toe−p−GaA
sキ+?ブ層、10 B・・n−GaAsキャップ層、
109.110・・・電極。 出   願   人

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)埋め込み再成長層と接するメサ面が単一の面指数
    からなることを特徴とする光半導体装置。
  2. (2)前記埋め込み再成長層と接するメサ面が、{10
    0}、{110}、{111}面からなる請求項1記載
    の光半導体装置。
  3. (3)光半導体装置が横接合型であることを特徴とする
    請求項1記載の光半導体装置。
  4. (4)単結晶基板上にダブルヘテロ構造を有するエピタ
    キシャル層を気相成長させる工程、メサ・エッチングを
    行う工程、及び埋め込み再成長を行う工程を含む光半導
    体装置の製造方法において、メサ・エッチングを気相で
    行って単一のメサ面を形成することを特徴とする光半導
    体装置の製造方法。
  5. (5)メサ・エッチングを行った後、連続して埋め込み
    再成長層を形成する請求項4記載の光半導体装置の製造
    方法。
  6. (6)気相エッチング用ガスとして、HCl、CCl_
    2F_2、AsCl_3、及びCl_2からなる群から
    選ばれた少なくとも1種の塩素系反応性ガスを含むガス
    を用いることを特徴とする請求項4記載の製造方法。
  7. (7)光半導体装置が横接合型であることを特徴とする
    請求項4記載の光半導体装置の製造方法。
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