JPH03225988A - 活性導波路を有する発光素子及びその製造方法 - 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】 ［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。

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。

これには２つの方法か提示されている。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

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
。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

【図面の簡単な説明】

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−

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）凸状のメサ・ストライプが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、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。
2. （２）半導体基板表面に断面が凸状のメサ・ストライプ
   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。
3. （３）前記半導体基板表面に形成した断面が凸状のメサ
   ・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。
4. （４）前記メサ・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、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。
5. （５）前記エピタキシャル層または前記電流障壁層をエ
   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。