JPH03225988A - Light-emitting element provided with active waveguide and its manufacture - Google Patents
Light-emitting element provided with active waveguide and its manufactureInfo
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- JPH03225988A JPH03225988A JP2021442A JP2144290A JPH03225988A JP H03225988 A JPH03225988 A JP H03225988A JP 2021442 A JP2021442 A JP 2021442A JP 2144290 A JP2144290 A JP 2144290A JP H03225988 A JPH03225988 A JP H03225988A
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は活性導波路を有する発光素子、特に半導体レー
ザ、モジ<はスーパールミネセンス・タイオードおよび
その製造方法に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a light emitting device having an active waveguide, particularly a semiconductor laser, a superluminescence diode, and a method for manufacturing the same.
し従来の技術]
従来、安定かつ実用的な発光素子を得るのに有利な台形
のメサ・ストライプを半導体基板に形成して、その上に
エピタキシャル成長を行う利得導波型構造の発光素子と
その製造方法は、例えば特公平136715号公報にお
いて知られている。[Prior art] Conventionally, a light emitting device with a gain waveguide structure, which is advantageous for obtaining a stable and practical light emitting device, has been developed, in which a trapezoidal mesa stripe is formed on a semiconductor substrate and epitaxial growth is performed on the mesa stripe, which is advantageous for obtaining a stable and practical light emitting device. The method is known, for example, in Japanese Patent Publication No. 136715.
これには2つの方法か提示されている。Two methods have been proposed for this.
一つは、半導体基板表面に台形のメサ・ストライプを形
成し、この台形メサを含めた基板表面に第1のエピタキ
シャル層を成長させた後、全メサ・ストライプ表面か露
出するように第1のエピタキシャル層を部分的に除去し
、この除去後、残っている第1のエピタキンヤル層およ
び露出したメサ表面に第2のエピタキシャル層を成長さ
せていくものである。One is to form a trapezoidal mesa stripe on the surface of a semiconductor substrate, grow a first epitaxial layer on the substrate surface including the trapezoidal mesa, and then grow the first epitaxial layer so that the entire mesa stripe surface is exposed. The epitaxial layer is partially removed, and after this removal, a second epitaxial layer is grown on the remaining first epitaxial layer and the exposed mesa surface.
他の一つは、半導体基板表面に同じ(台形のメサ・スト
ライプを形成し、この台形メサ・ストライプブを含めた
基板表面に第1.第2のエピタキシャル層を順次成長さ
せた後、全メサ表面が露出するように第1.第2のエピ
タキシャル層を部分的に除去していくものである。The other method is to form the same (trapezoidal mesa/stripe) on the semiconductor substrate surface, and then sequentially grow the first and second epitaxial layers on the substrate surface including the trapezoidal mesa/stripe. The first and second epitaxial layers are partially removed so that the surfaces are exposed.
両者は第1のエピタキシャル層を成長させた後に全メサ
・ストライプ表面を露出させるか、第1゜第2のエピタ
キシャル層を成長させた後に全メサ・ストライプ表面面
を露出させるかの違いはある。The difference between the two methods is that the entire mesa/stripe surface is exposed after growing the first epitaxial layer, or the entire mesa/stripe surface is exposed after growing the first and second epitaxial layers.
しかし、共にメサ・ストライプが台形をしており頂面か
広いため、次の点て共通する。即ち、基板表面全面にエ
ピタキシャル層を成長させるとき、この頂面に成長する
エピタキンヤル層を薄くすること−はてきても、メサ・
ストライプ頂面上にエピタキシャル層か成長するのが避
けられない。このため、全メサ・ストライプ表面を露出
するとき、エツチング等によってエピタキシャル層の一
部を除去しても、メサ・ストライプ付近のエピタキシャ
ル層も一部除去されてしまい、処理後のメサ・ストライ
プ付近の表面を平坦にすることができずない。However, both have trapezoidal mesa stripes and wide tops, so they have the following points in common: In other words, when growing an epitaxial layer over the entire surface of a substrate, it is necessary to make the epitaxial layer grown on the top surface thinner.
It is inevitable that an epitaxial layer will grow on top of the stripe. Therefore, when exposing the entire mesa/stripe surface, even if part of the epitaxial layer is removed by etching, etc., part of the epitaxial layer near the mesa/stripe will also be removed, and the area near the mesa/stripe after treatment will be removed. The surface cannot be made flat.
[発明が解決しようとする課題]
台形のメサ・ストライプを半導体基板上に形成し、この
上にエピタキシャル成長を行う上記方法では、例えば第
2図(a)に示すようにメサ・ストライプ10上に電流
障壁層2をエピタキシャル成長させた場合、台形メサ・
ストライプ1oの頂面を極端に狭くしない限り頂面の上
にも電流障壁層2かエピタキシャル成長する。[Problems to be Solved by the Invention] In the above method in which trapezoidal mesa stripes are formed on a semiconductor substrate and epitaxial growth is performed thereon, a current is applied to the mesa stripes 10 as shown in FIG. 2(a), for example. When the barrier layer 2 is epitaxially grown, a trapezoidal mesa/
Unless the top surface of the stripe 1o is made extremely narrow, the current barrier layer 2 is also epitaxially grown on the top surface.
通常、台形メサ・ストライプ10上の電流障壁層2は、
メルトバック処理、あるいは化学エツチングによって除
去されるが、この時メサ・ストライプ10付近の電流障
壁層2も、既述したように一部除去されるため、処理後
のメサ・ストライプ10付近の表面を平坦にすることは
できず、第2図(b)に示すように、メサ・ストライプ
10の部分は凸状に残る。従って、この凸状に残った表
面(凸部)上にクラッド層、活性層等をエピタキシャル
成長することになる。Typically, the current barrier layer 2 on the trapezoidal mesa stripe 10 is
It is removed by melt-back processing or chemical etching, but at this time, part of the current barrier layer 2 near the mesa stripe 10 is also removed as described above, so the surface near the mesa stripe 10 after processing is It cannot be made flat, and the mesa stripe 10 remains in a convex shape, as shown in FIG. 2(b). Therefore, a cladding layer, an active layer, etc. are epitaxially grown on the remaining convex surface (convex portion).
従来、これらの層を凸状に残った表面上に液相エピタキ
シャル成長法(L P E法)を用いて形成した場合に
はあまり問題とはならなかった。Conventionally, when these layers were formed on a surface that remained in a convex shape using a liquid phase epitaxial growth method (LPE method), there was not much problem.
また、従来のGaAs基板の上にGaA12As層を形
成するような場合には、GaAsとGaAL6.sの格
子定数がほとんど等しいため、このような凸部にエピタ
キシャル成長を行っても結晶性を損なうこともなかった
。In addition, when forming a GaA12As layer on a conventional GaAs substrate, GaAs and GaAL6. Since the lattice constants of s are almost the same, epitaxial growth on such convex portions did not impair crystallinity.
しかしなから、近年、有機金属熱分解気相成長法(MO
VPE法まfニー ハM OCV D法)や分子線エピ
タキシャル成長法(MBE法)などの気相成長法や分子
線成長法(以下、単に気相成長法等という)の技術か向
」ニし、クラット層や活性層等をこれらの気相成長法等
を用いて形成することか行なわれている。さらに、最近
では67Onm付近の波長で発振する半導体レーザが、
InGaP、InGaAQP系の混晶をGaAs基板上
にエピタキンヤル成長させることによって製造されてい
るか、これらは一般にInに関連する問題を抱えている
MOVPE法を用いている。However, in recent years, metal-organic pyrolysis vapor phase epitaxy (MO
For the technology of vapor phase growth method and molecular beam growth method (hereinafter simply referred to as vapor phase growth method etc.) such as VPE method (MOCVD method) and molecular beam epitaxial growth method (MBE method), The formation of crat layers, active layers, etc. using these vapor phase growth methods has been carried out. Furthermore, recently, semiconductor lasers that oscillate at a wavelength around 67 Onm have been developed.
InGaP, InGaAQP-based mixed crystals have been manufactured by epitaxial growth on GaAs substrates using the MOVPE process, which generally suffers from the problems associated with In.
MOV P E 法を用いてInGaP、InGaAQ
P系の混晶等を成長させる場合、GaAijAs系等と
異なり、組成比と格子定数を同時に、かつ厳密に制御す
る必要がある。このような混晶を前述した凸部のある表
面に成長させた場合には、その部分て格子定数かずれて
結晶性が損なわれることか知られている。これては、安
定かつ再現性の高い半導体レーザを量産することは困難
であった。InGaP, InGaAQ using MOV P E method
When growing a P-based mixed crystal, etc., it is necessary to simultaneously and strictly control the composition ratio and lattice constant, unlike in the case of GaAijAs-based materials. It is known that when such a mixed crystal is grown on a surface having the above-mentioned convex portions, the lattice constant of that portion is shifted and the crystallinity is impaired. This has made it difficult to mass-produce stable and highly reproducible semiconductor lasers.
このことは、P系に難かあるMBEについても言えるこ
とである。This can also be said about MBE, which is difficult for P systems.
また、活性層等に超格子構造を用いることも行なわれて
いるか、このような構造を形成する際にも凸部の箇所で
は構造が乱れ、結晶性が低下し、高品質の超格子構造を
得ることは困難である。Also, is it possible to use a superlattice structure in the active layer, etc.? Even when such a structure is formed, the structure is disordered at the convex parts and the crystallinity decreases, making it difficult to obtain a high-quality superlattice structure. It is difficult to obtain.
本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解消し、安
定かつ実用的な半導体レーザを得るのに有利なメサ・ス
トライブ構造を用いながら、気相成長等によっても、平
坦なりラッド層および活性層等を形成し得る新規な活性
導波路を有する発光素子を提供することにある。An object of the present invention is to eliminate the drawbacks of the prior art described above, and to use a mesa-strive structure which is advantageous for obtaining a stable and practical semiconductor laser, while also forming a flat rad layer and a layer by vapor phase growth. An object of the present invention is to provide a light emitting device having a novel active waveguide on which an active layer and the like can be formed.
また、本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解消
して、製造容易で、かつ、再現性・安定性にも優れてい
る活性導波路を有する発光素子の製造方法を提供するこ
とにある。Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a light emitting device having an active waveguide, which is easy to manufacture and has excellent reproducibility and stability, by eliminating the drawbacks of the prior art described above. be.
[課題を解決するための手段]
本発明の活性導波路を有する発光素子は、凸状のメサ・
ストライプか表面に形成されている第1導電型を有する
半導体基板において、凸状メサ・ストライプが尖頭状に
形成され、メサ・ストライプの少なくとも周辺部の半導
体基板表面に、メサストライプとほぼ同じ高さの第2導
電型を有する電流障壁層等のエピタキンヤル層か、この
電流障壁層を形成した時点でメサ・ストライプを含む少
なくとも周辺部か平坦になるように設られ、かっ、その
上に第1導電型を有するクラッド層並びに活性層か少な
くとも設けられているものである。メサ・ストライプと
ほぼ同じ高さの第2導電型を有するエピタキシャル層は
、メサ・ストライプの周辺部よりも更に外方に広かって
設けられていてもよい。なお、エピタキンヤル層を形成
した時点てはなく、それよりも後に、メサ・ストライプ
を含む少なくとも周辺部を平坦に処理することも考えら
れるが、そのようにすることは難しく、また、工程を複
雑にするたけて利点がない。[Means for Solving the Problems] A light emitting device having an active waveguide of the present invention has a convex mesa.
In a semiconductor substrate having a first conductivity type formed on the surface of a stripe, a convex mesa stripe is formed in a pointed shape, and a height approximately the same as that of the mesa stripe is formed on the semiconductor substrate surface at least in the periphery of the mesa stripe. An epitaxial layer such as a current barrier layer having a second conductivity type, or an epitaxial layer such as a current barrier layer having a second conductivity type of At least a cladding layer and an active layer having a conductivity type are provided. The epitaxial layer having the second conductivity type and having approximately the same height as the mesa stripe may be provided to extend further outward than the periphery of the mesa stripe. Note that it is conceivable to flatten at least the peripheral area, including mesas and stripes, not at the time of forming the epitaxial layer, but after that, it is difficult to do so, and it also complicates the process. There's no real advantage.
また、本発明の活性導波路を有する発光素子の製造方法
は、半導体基板表面に断面か凸状のメサ・ストライプを
形成し、メサ・ストライプを一般的に用いられる化学エ
ツチングによって断面が尖頭状になるように成形した後
、メサ・ストライプの少なくとも周辺部の半導体基板表
面にメサ・ストライプとほぼ同じ高さの電流障壁層等の
エピタキシャル層を成長させ、その後、この表面を、−
殻内に用いられる化学エツチングあるいはメルトバック
処理して上記メサ・ストライプの一部を露出させ、この
上にクラッド層並びに活性層を少なくともエピタキンヤ
ル成長させるようにしたものである。In addition, in the method of manufacturing a light emitting device having an active waveguide of the present invention, a mesa stripe with a convex cross section is formed on the surface of a semiconductor substrate, and the mesa stripe is etched with a pointed cross section by chemical etching that is commonly used. After forming an epitaxial layer such as a current barrier layer to approximately the same height as the mesa stripe on the surface of the semiconductor substrate at least in the periphery of the mesa stripe, this surface is then formed into -
A chemical etching or melt-back process is used in the shell to expose a portion of the mesa stripe, on which a cladding layer and an active layer are grown at least epitaxially.
そして、前記製造方法において、メサ・ストライプを尖
頭状に成形するためには、半導体基板表面に形成した断
面か凸状のメサ・ストライプを、リン酸・過酸化水素・
水系、あるいは硫酸・過酸化水素・水系のエッチャント
により化学エツチングして、前記メサ・ストライプの頂
面を尖頭状に成形することが好ましい。In the above manufacturing method, in order to form the mesa stripe into a pointed shape, the mesa stripe with a convex cross section formed on the surface of the semiconductor substrate is heated using phosphoric acid, hydrogen peroxide, etc.
It is preferable to form the top surface of the mesa stripe into a pointed shape by chemically etching with a water-based etchant or a sulfuric acid/hydrogen peroxide/water-based etchant.
また、前記製造方法における電流障壁層を成長させるた
めには、メサ・ストライプを形成した半導体基板表面に
エピタキシャル成長を行って、メサ・ストライプの少な
くとも周辺部に、メサ・ストライプとほぼ同じ高さに、
かつ平坦に電流障壁層を形成することか好ましい。Further, in order to grow the current barrier layer in the above manufacturing method, epitaxial growth is performed on the surface of the semiconductor substrate on which the mesa stripes are formed, and at least the peripheral portion of the mesa stripes is grown at approximately the same height as the mesa stripes.
It is also preferable to form the current barrier layer flatly.
さらに、前記製造方法において、メサ・ストライプブの
一部を露出させるためには、電流障壁層をエピタキシャ
ル成長した後の半導体基板を、化学エツチングあるいは
メルトバック処理して、メサ・ストライプの少なくとも
周辺部の平坦性を損なうことなく、メサ・ストライプの
一部を露出させることが好ましい。Furthermore, in the above manufacturing method, in order to expose a part of the mesa stripe, the semiconductor substrate after epitaxially growing the current barrier layer is subjected to chemical etching or meltback treatment to expose at least the peripheral part of the mesa stripe. It is preferable to expose a portion of the mesa stripe without compromising flatness.
[作用]
半導体基板上に設けた凸状メサ・ストライプを断面が台
形のものを用いずに尖頭状に成形したメサ・ストライプ
を用いると、断面が台形のものを用いた場合と異なり、
電流障壁層等のエピタキシャル層をメサ・ストライプと
ほぼ同じ高さに形成した場合、エピタキシャル層を形成
した時点で、メサ・ストライプを含む少なくとも周辺部
に形成されたエピタキシャル層が平坦になる。[Function] When a convex mesa stripe formed on a semiconductor substrate is formed into a pointed mesa stripe instead of one with a trapezoidal cross section, unlike the case where a mesa stripe with a trapezoidal cross section is used,
When an epitaxial layer such as a current barrier layer is formed at approximately the same height as the mesa stripe, the epitaxial layer formed at least in the peripheral portion including the mesa stripe becomes flat when the epitaxial layer is formed.
このように、メサ・ストライプを尖頭形状にすることに
よって、エピタキシャル層を平坦にすることかできるか
、このメサ・ストライプの尖頭形状は、台形メサ・スト
ライプにリン酸・過酸化水素・水系あるいは硫酸・過酸
化水素・水系のエッチャントを用いて化学エツチングを
行なうこきにより成形される。In this way, it is possible to flatten the epitaxial layer by making the mesa stripe into a pointed shape. Alternatively, it is formed by chemical etching using sulfuric acid, hydrogen peroxide, and water-based etchants.
また、尖頭状メサ・ストライプを形成した基板に、適切
な成長条件を与えてエピタキシャル成長を行なうと、メ
サ・ストライプの周辺部の半導体基板表面に、メサ・ス
トライプと同じ高さでかつ非常に平坦なエピタキシャル
層が成長スる。In addition, if epitaxial growth is performed on a substrate on which pointed mesa stripes are formed under appropriate growth conditions, the surface of the semiconductor substrate at the periphery of the mesa stripes will be very flat and at the same height as the mesa stripes. An epitaxial layer grows.
この平坦に成長したエピタキシャル層に対して化学エツ
チングあるいはメルトハック処理を行うと、エピタキシ
ャル成長後の表面を平坦性を損なわないで、メサ・スト
ライプの一部を露出させることができる。これによって
、メサ・ストライプと全く同じ高さのエピタキシャル層
がメサ・ストライプの両側に配置されることとなり、メ
サ・ストライプ周辺部の表面を平坦にした構造が実現で
きる。 メサ・ストライブ周辺部の表面が平坦になるの
で、この上にクラッド層や活性層を成長させた場合、L
PEのみならず気相成長法等によっても平坦にすること
ができる。このため、高品質の結晶成長層が得られ、発
光特性、及び寿命特性に優れた発光素子を製造すること
ができる。By performing chemical etching or melt hacking on this flatly grown epitaxial layer, a part of the mesa stripe can be exposed without impairing the flatness of the surface after epitaxial growth. As a result, epitaxial layers having exactly the same height as the mesa stripes are arranged on both sides of the mesa stripes, and a structure in which the surface around the mesa stripes is flattened can be realized. Since the surface around the mesa stripe becomes flat, if a cladding layer or active layer is grown on it, the L
Flattening can be achieved not only by PE but also by vapor phase growth. Therefore, a high-quality crystal growth layer can be obtained, and a light-emitting element with excellent light-emitting characteristics and lifetime characteristics can be manufactured.
また、InGaP5 InGaAffP系をメサ・スト
ライプの段差のある基板上に成長した場合でも、格子ず
れによる結晶品質の低下等も避けることができる。Furthermore, even when InGaP5 InGaAffP is grown on a substrate with mesa/stripe steps, deterioration in crystal quality due to lattice misalignment can be avoided.
さらに、エピタキシャル成長層の、メサ・ストライブ周
辺の平坦部分の幅を制御することにより、屈折率導波型
の半導体レーザの作成も可能となる。Furthermore, by controlling the width of the flat portion of the epitaxial growth layer around the mesa stripe, it is also possible to create an index-guided semiconductor laser.
[実施例] 以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。[Example] Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本実施例は、半導体基板としてp型GaAs基板を用い
、I nGa P、I nGaA(2P系の波長670
nmの半導体レーザを作成した例であるが、基板として
n型を用いても、また、他の基板、他の混晶系半導体を
適当に組み合わせても、成り立つことは言うまでもない
。In this example, a p-type GaAs substrate is used as the semiconductor substrate, and InGaP, InGaA (2P system wavelength 670
Although this is an example of fabricating a nm semiconductor laser, it goes without saying that the present invention can also be achieved by using an n-type substrate, or by appropriately combining other substrates and other mixed crystal semiconductors.
まず、p型GaAs基板1上にフォトリソグラフィー技
術を用いて断面が金型の第1図(a)に示すメサ・スト
ライプ10を形成する。このメサ・ストライプ10を形
成した基板1をリン酸・過酸化水素・水系のエッチャン
トを用いてエツチングすると、第1図(a)のメサ・ス
トライプは第1図(b)に示すような尖頭状のメサ・ス
トライプ10bに成形することができる。なお、エッチ
ャントとしては、硫酸・過酸化水素・水系でも可能だが
制御性、安定性は前記リン酸・過酸化水素・水系エッチ
ャントの方が優れている。First, a mesa stripe 10 whose cross section is a mold as shown in FIG. 1(a) is formed on a p-type GaAs substrate 1 using photolithography. When the substrate 1 on which the mesa stripes 10 have been formed is etched using a phosphoric acid/hydrogen peroxide/water-based etchant, the mesa stripes shown in FIG. 1(a) become pointed as shown in FIG. 1(b). The mesa stripe 10b can be formed into a mesa stripe 10b. As the etchant, a sulfuric acid/hydrogen peroxide/water based etchant may be used, but the phosphoric acid/hydrogen peroxide/water based etchant is superior in terms of controllability and stability.
次に、この基板1上にLPE法を用いてn型の電流障壁
層をエピタキシャル成長する。この時、成長時のクーリ
ングレート、過飽和度、成長時間を、第1図(b)の尖
頭状メサ・ストライプ10bの高さを考慮して適当に設
定すると、第1図(C)に示すようなエピタキシャル成
長をすることが実験の結果判明した。これは、メサ・ス
トライプ10bの周辺にエピタキシャル成長した電流障
壁層2の膜厚かメサ・ストライプ10bの高さと全く同
じ高さ(厚さ)に、かつ非常に平坦性良く成長しており
、メサ・ストライプ1. Ob周辺には平坦な丘2aが
形成されている。この現象はメサ・ストライプIObを
尖頭状に成形することによって初めて可能であり、従来
の金型メサ・ストライプブへの成長では現れなかったも
のである。Next, an n-type current barrier layer is epitaxially grown on this substrate 1 using the LPE method. At this time, if the cooling rate, supersaturation degree, and growth time during growth are appropriately set in consideration of the height of the pointed mesa stripe 10b in FIG. 1(b), the result is shown in FIG. 1(C). As a result of experiments, it was found that epitaxial growth occurs as shown in FIG. This is because the current barrier layer 2 epitaxially grown around the mesa stripe 10b has grown to exactly the same height (thickness) as the mesa stripe 10b, and with very good flatness. Stripe 1. A flat hill 2a is formed around Ob. This phenomenon is only possible by forming the mesa stripe IOb into a pointed shape, and does not occur when growing into a conventional mold mesa stripe.
次にこのウェハを、表面の平坦性を損なわないようなエ
ッチャントを用いてエツチングすると第1図(d)に示
すように、メサ・ストライプ10bの一部か、ある幅で
露出するようになる。表面の平坦性を損なわないような
エッチャントは一般に何種類か知られており、その中の
1つを用いた。Next, this wafer is etched using an etchant that does not impair the surface flatness, so that part of the mesa stripe 10b or a certain width is exposed as shown in FIG. 1(d). Several types of etchants are generally known that do not impair surface flatness, and one of them was used.
なお、この処理は、次の気相成長の直前に行なえば、付
帯効果として、次の気相成長のための前処理にもなるこ
とがわかった。なぜなら、化学エツチングによって清浄
な表面を出すことができるからである。It has been found that if this treatment is performed immediately before the next vapor phase growth, it can also serve as a pretreatment for the next vapor phase growth as an incidental effect. This is because chemical etching can provide a clean surface.
このウェハに、本実施例ではMOVPE法を用いて第1
クラット層3、活性層4、第2クラット層5、コンタク
ト層6を連続して成長した。第1クラッド層3はp
l n x (G a yA12+−y) +−xPで
x=0.5.y=0.3であり、活性層4はアンドープ
I n 、G a 1−、Pてx=0.5.第2クラッ
ド層5はn −1n x (G a yAL−y) l
−11Pでx−0゜5y=0.3であり、コンタクト層
6はn ”−GaAsである。In this example, the first wafer is processed using the MOVPE method.
A crat layer 3, an active layer 4, a second crat layer 5, and a contact layer 6 were successively grown. The first cladding layer 3 is p
l n x (G a yA12+-y) +-xP and x=0.5. y=0.3, and the active layer 4 is undoped I n , Ga 1-, Pte x=0.5. The second cladding layer 5 is n −1n x (G ayAL-y) l
-11P, x-0°5y=0.3, and the contact layer 6 is n''-GaAs.
いずれの層も、第1図(d)の電流障壁層2の上に平坦
に成長したため、各層の界面も急峻であり、良好なエピ
タキシャル層が得られた。Since all the layers were grown flat on the current barrier layer 2 shown in FIG. 1(d), the interface between each layer was also steep, and a good epitaxial layer was obtained.
さらに、この構造に電極を付け、チップに分割して半導
体レーザを作成したところ、発光特性及び寿命特性共に
非常に良好なものであった。Furthermore, when electrodes were attached to this structure and the semiconductor laser was divided into chips to create a semiconductor laser, both the light emission characteristics and the life characteristics were very good.
以上述べたように本実施例によれば、次のような顕著な
効果を奏する。As described above, according to this embodiment, the following remarkable effects are achieved.
半導体基板1の表面に形成するメサ・ストライプの断面
型状を尖頭状なものにしたことにより、メサ・ストライ
プ1. Obの周辺部にメサ・ストライプlOと同じ高
さの電流障壁層2を非常に平坦にエピタキシャル成長さ
せることか可能である。By making the mesa stripe formed on the surface of the semiconductor substrate 1 have a pointed cross-sectional shape, the mesa stripe 1. It is possible to epitaxially grow a very flat current barrier layer 2 having the same height as the mesa stripe 1O around the Ob.
従ってこの表面の平坦性を損なうことなく化学エツチン
グあるいはメルトバック処理を行えば、メサ・ストライ
プ10bの一部を非常に平坦、かつ直線性良く露出させ
ることかでき、しかもメサ・ストライプ10b周辺の電
流障壁層2もメサ・ストライプ10bと同じ高さでかつ
非常に平坦であるため、この上にクラッド層3,5や活
性層4等を、気相成長法を用いても平坦にエピタキシャ
ル成長させることができる。Therefore, if chemical etching or melt-back treatment is performed without impairing the flatness of this surface, a part of the mesa stripe 10b can be exposed very flatly and with good linearity, and the current around the mesa stripe 10b can be Since the barrier layer 2 is also at the same height as the mesa stripe 10b and is very flat, it is not possible to epitaxially grow the cladding layers 3, 5, the active layer 4, etc. thereon evenly using the vapor phase growth method. can.
従って、各成長層およびその成長界面の結晶性が良好な
ものとなり、特にInGaP、InGaAQP系で見ら
れるような格子定数のずれも起り得ず、発光特性および
寿命特性を大幅に向上させることができる。Therefore, the crystallinity of each growth layer and the growth interface thereof is good, and there is no possibility of lattice constant deviation as seen in InGaP and InGaAQP systems, and the light emission characteristics and lifetime characteristics can be greatly improved. .
メサ・ストライプ10bの断面型状を尖頭状なものにす
るには、断面が金型のメサ・ストライフ10を形成した
後、化学エツチングすることにより容易に行うことがで
き、この方法は再現性、および安定性にも優れるため、
量産化にも容易に対応できる。The cross-sectional shape of the mesa stripe 10b can be easily made into a pointed one by chemically etching it after forming the mesa strife 10 with a metal mold cross section.This method is reproducible. Because it has excellent properties and stability,
It can easily be adapted to mass production.
尖頭状メサ・ストライプ110bを用いれば、メサ・ス
トライプ10bの周辺部にこれと同じ高さでかつ平坦な
エピタキシャル層を容易に得ることができる。半導体レ
ーザ等では、この層は通常電流障壁層2として用いられ
るか、この電流障壁層2をメサ・ストライプ10bと同
し高さにかつ平坦に再現性良く、安定に製造することが
できる。By using the pointed mesa stripe 110b, it is possible to easily obtain an epitaxial layer having the same height and flatness around the mesa stripe 10b. In semiconductor lasers and the like, this layer is usually used as the current barrier layer 2, or the current barrier layer 2 can be stably manufactured to the same height and flatness as the mesa stripe 10b with good reproducibility.
さらに、エピタキシャル成長条件を制御すると、メサ・
ストライプ10bの周辺部にメサ・ストライプ10bと
同じ高さに、かつ、平坦に成長する部分の幅、即ち第1
図(C)中の矢印で示した部分の幅りを変化させること
ができるため、利得導波型のみならず屈折率導波型の半
導体レーザの構造の作成も可能であるという利点もある
。Furthermore, by controlling the epitaxial growth conditions, mesa and
The width of the portion that grows flat at the same height as the mesa stripe 10b at the periphery of the stripe 10b, that is, the first
Since the width of the portion indicated by the arrow in Figure (C) can be changed, there is an advantage that it is possible to create not only a gain waveguide type but also a refractive index waveguide type semiconductor laser structure.
電流障壁層2を成長後、メサ・ストライプ10bの一部
を、表面の平坦性を損うことなく露出するための化学エ
ツチングは、一般に知られている平坦性を損なわないエ
ッチャントを用いて容易に行うことができる。このため
量産化にも容易に対応できる。またメルトバック処理を
用いることも可能である。After growing the current barrier layer 2, chemical etching to expose a part of the mesa stripe 10b without impairing the surface flatness can be easily carried out using a commonly known etchant that does not impair the flatness. It can be carried out. Therefore, it can easily be adapted to mass production. It is also possible to use melt-back treatment.
なお、上記実施例では半導体レーザについて説明したが
、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば発光
タイオード、スーパールミネッセンスにも適用できる。Although the above embodiments have been described with reference to semiconductor lasers, the present invention is not limited thereto, and can also be applied to, for example, light emitting diodes and superluminescence.
[発明の効果]
本発明は上述のとおり構成されているので、次に記載す
る効果を奏する。[Effects of the Invention] Since the present invention is configured as described above, it produces the following effects.
請求項1の活性導波路を有する発光素子においては、特
にメサ・ストライプを尖頭状にしたので、安定かつ実用
的な半導体レーザを得るのに有利なメサ・ストライプ構
造を用いながら、気相成長等によっても、平坦なりラッ
ド層および活性層等を形成することができる。従って、
各成長層およびその成長界面の結晶性か良好なものとな
り、特にInGaP、InGaA(7P系で見られるよ
うな格子定数のずれも起り得ず発光特性、および寿命特
性を大幅に向上させることができる。In the light emitting device having an active waveguide according to claim 1, since the mesa stripe is particularly pointed, vapor phase growth can be performed while using the mesa stripe structure which is advantageous for obtaining a stable and practical semiconductor laser. A flat rad layer, an active layer, etc. can also be formed by the above method. Therefore,
The crystallinity of each growth layer and its growth interface is good, and in particular, there is no shift in lattice constant as seen in InGaP and InGaA (7P systems), and the light emission characteristics and life characteristics can be greatly improved. .
請求項2の活性導波路を有する発光素子の製造法におい
ては、半導体基板表面に形成するメサ・ストライプの断
面型状を尖頭状なものにして、メサ・ストライプの周辺
部にメサ・ストライプと同じ高さのエピタキシャル層を
成長させた上、メサ・ストライプの一部を露出させて、
メサ・ストライプ周辺のエピタキシャル層もメサ・スト
ライプと同し高さにすることによって、露出したメサ・
ストライプ及びその周辺のエピタキシャル層が平坦とな
るようにしたので、気相成長法を用いても、エピタキシ
ャル層の上にクラット層や活性層等を平坦にエピタキシ
ャル成長させることができる。In the method of manufacturing a light emitting device having an active waveguide according to claim 2, the mesa stripe formed on the surface of the semiconductor substrate has a pointed cross-sectional shape, and mesa stripes are formed on the periphery of the mesa stripe. After growing an epitaxial layer of the same height and exposing a part of the mesa stripe,
By making the epitaxial layer around the mesa stripe the same height as the mesa stripe, the exposed mesa
Since the epitaxial layer in and around the stripe is made flat, it is possible to epitaxially grow a crat layer, an active layer, etc. on the epitaxial layer even if vapor phase growth is used.
請求項3の活性導波路を有する発光素子の製造法におい
ては、メサ・ストライプの断面型状を尖頭状なものにす
るために、断面か台型のメサ・ストライプを形成した後
、化学エツチングするようにしたので、その形成方法が
容易であり、再現性、および安定性にも優れるため、量
産化にも容易に対応できる。In the method of manufacturing a light emitting device having an active waveguide according to claim 3, in order to make the cross-sectional shape of the mesa stripe point-like, the mesa stripe having a trapezoidal cross section is formed, and then chemical etching is performed. Since the formation method is easy and has excellent reproducibility and stability, it can easily be mass-produced.
請求項4の活性導波路を有する発光素子の製造法におい
ては、尖頭状メサ・ストライプを形成し。In the method of manufacturing a light emitting device having an active waveguide according to claim 4, a pointed mesa stripe is formed.
た基板表面にエピタキシャル層を成長させるので、この
エピタキシャル層をメサ・ストライプと同じ高さに、か
つ平坦に再現性良く、しかも安定に製造することができ
る。Since the epitaxial layer is grown on the surface of the substrate, the epitaxial layer can be manufactured stably with good reproducibility and flatness at the same height as the mesa/stripe.
請求項5の活性導波路を有する発光素子の製造法におい
ては、一般に知られている化学エツチングやメルトバッ
クを用いることによって、エピタキシャル層成長後、表
面の平坦性を損なうことなく、メサ・ストライプの一部
を露出することができるため、製造が容易で量産化にも
容易に対応できる。In the method of manufacturing a light emitting device having an active waveguide according to claim 5, by using generally known chemical etching and meltback, mesa stripes can be formed after epitaxial layer growth without impairing surface flatness. Since a portion can be exposed, it is easy to manufacture and can be easily adapted to mass production.
第1図は本発明の活性導波路を有する発光素子の製造方
法の主要工程を示す説明図、第2図は従来の断面が台型
のメサ・ストライプを形成した半導体基板上にエピタキ
シャル成長を行った場合の状況を示す断面図と、それに
メルトバック処理、あるいは化学エツチングを行った後
の状況を示す断面図である。
1は半導体基板、2はエピタキシャル層である電流障壁
層、3は第一クラッド層、4は活性層、5は第2クラッ
ド層、6はコンタクト層、10は台形のメサ・ストライ
プ、10aは尖頭状のメサストライプである。
(a)
(b)
(C)
一4噸・
第2図
(d)
(e)
563−Fig. 1 is an explanatory diagram showing the main steps of the method for manufacturing a light emitting device having an active waveguide according to the present invention, and Fig. 2 shows a conventional method for epitaxial growth on a semiconductor substrate on which a mesa stripe with a trapezoidal cross section is formed. FIG. 2 is a sectional view showing a state in which the film is removed, and a sectional view showing a state after melt-back treatment or chemical etching is performed thereon. 1 is a semiconductor substrate, 2 is a current barrier layer which is an epitaxial layer, 3 is a first cladding layer, 4 is an active layer, 5 is a second cladding layer, 6 is a contact layer, 10 is a trapezoidal mesa stripe, and 10a is a pointed layer. It is a head-shaped mesa stripe. (a) (b) (C) 14 噸・Figure 2 (d) (e) 563-
Claims (5)
第1導電型を有する半導体基板において、前記凸状メサ
・ストライプが尖頭状に形成され、該メサ・ストライプ
の少なくとも周辺部に、前記メサ・ストライプとほぼ同
じ高さの第2導電型を有するエピタキシャル層が、この
層を形成した時点でメサ・ストライプを含む少なくとも
周辺部が平坦になるように設られ、 かつ、その上に第1導電型を有するクラッド層並びに活
性層が少なくとも設けられている ことを特徴とする活性導波路を有する発光素子。(1) In a semiconductor substrate having a first conductivity type in which a convex mesa stripe is formed on the surface, the convex mesa stripe is formed in a pointed shape, and at least in a peripheral portion of the mesa stripe, An epitaxial layer having a second conductivity type and having approximately the same height as the mesa stripe is provided so that at least a peripheral portion including the mesa stripe is flat when this layer is formed; 1. A light emitting device having an active waveguide, characterized in that at least a cladding layer and an active layer having one conductivity type are provided.
を形成し、 該メサ・ストライプを化学エッチングによって断面が尖
頭状になるように成形した後、 該メサ・ストライプの少なくとも周辺部に該メサ・スト
ライプとほぼ同じ高さのエピタキシャル層を成長させ、 その後、この表面を化学エッチングあるいはメルトバッ
ク処理して上記メサ・ストライプの一部を露出させ、 この上にクラッド層並びに活性層を少なくともエピタキ
シャル成長させる ようにしたことを特徴とする活性導波路を有する発光素
子の製造方法。(2) Forming a mesa stripe with a convex cross section on the surface of the semiconductor substrate, forming the mesa stripe so that the cross section has a pointed shape by chemical etching, and then forming a mesa stripe on at least the peripheral portion of the mesa stripe. An epitaxial layer with approximately the same height as the mesa stripe is grown, and then this surface is chemically etched or melted back to expose a part of the mesa stripe, and at least a cladding layer and an active layer are epitaxially grown on this. 1. A method for manufacturing a light emitting device having an active waveguide, the method comprising:
・ストライプを、リン酸・過酸化水素・水系、あるいは
硫酸・過酸化水素・水系のエッチャントにより化学エッ
チングして、前記メサ・ストライプの頂面を尖頭状に成
形することを特徴とする請求項2記載の活性導波路を有
する発光素子の製造方法。(3) Mesa stripes with a convex cross section formed on the surface of the semiconductor substrate are chemically etched using an etchant of phosphoric acid/hydrogen peroxide/water, or sulfuric acid/hydrogen peroxide/water. 3. The method of manufacturing a light emitting device having an active waveguide according to claim 2, wherein the top surface is formed into a pointed shape.
にエピタキシャル成長を行って、前記メサ・ストライプ
の少なくとも周辺部に、該メサ・ストライプとほぼ同じ
高さに、かつ平坦に電流障壁層を形成することを特徴と
する請求項2または3記載の活性導波路を有する発光素
子の製造方法。(4) Performing epitaxial growth on the surface of the semiconductor substrate on which the mesa stripes are formed to form a current barrier layer at least at the periphery of the mesa stripes at approximately the same height as the mesa stripes and flat. 4. A method for manufacturing a light emitting device having an active waveguide according to claim 2 or 3.
ピタキシャル成長した後の半導体基板を、化学エッチン
グあるいはメルトバック処理して、前記メサ・ストライ
プの少なくとも周辺部の平坦性を損なうことなく、前記
メサ・ストライプの一部を露出させることを特徴とする
請求項2ないし4のいずれかに記載の活性導波路を有す
る発光素子の製造方法。(5) The semiconductor substrate on which the epitaxial layer or the current barrier layer has been epitaxially grown is subjected to chemical etching or melt-back treatment to form the mesa stripes without impairing the flatness of at least the peripheral portion of the mesa stripes. 5. The method for manufacturing a light emitting device having an active waveguide according to claim 2, wherein a portion of the light emitting device is exposed.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021442A JPH03225988A (en) | 1990-01-31 | 1990-01-31 | Light-emitting element provided with active waveguide and its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2021442A JPH03225988A (en) | 1990-01-31 | 1990-01-31 | Light-emitting element provided with active waveguide and its manufacture |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03225988A true JPH03225988A (en) | 1991-10-04 |
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ID=12055081
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021442A Pending JPH03225988A (en) | 1990-01-31 | 1990-01-31 | Light-emitting element provided with active waveguide and its manufacture |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03225988A (en) |
-
1990
- 1990-01-31 JP JP2021442A patent/JPH03225988A/en active Pending
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