JPH04320071A - 発光素子 - Google Patents
発光素子Info
- Publication number
- JPH04320071A JPH04320071A JP3086982A JP8698291A JPH04320071A JP H04320071 A JPH04320071 A JP H04320071A JP 3086982 A JP3086982 A JP 3086982A JP 8698291 A JP8698291 A JP 8698291A JP H04320071 A JPH04320071 A JP H04320071A
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- JP
- Japan
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- light emitting
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- substrate
- light
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はレーザーダイオード，発
光ダイオード，光ＩＣなどの半導体発光素子に関するも
のであり、特に半導体基板上に、その半導体基板と格子
定数および熱膨張係数が異なる半導体層をヘテロエピタ
キシャル成長により形成し発光素子を形成する場合にお
ける、前記格子定数および熱膨張係数の差異に基づく種
々の欠陥および格子歪を軽減除去し、かつ発光のしきい
値電流が小さい等の良好な特性を有する発光素子の構造
に特徴を有する。
光ダイオード，光ＩＣなどの半導体発光素子に関するも
のであり、特に半導体基板上に、その半導体基板と格子
定数および熱膨張係数が異なる半導体層をヘテロエピタ
キシャル成長により形成し発光素子を形成する場合にお
ける、前記格子定数および熱膨張係数の差異に基づく種
々の欠陥および格子歪を軽減除去し、かつ発光のしきい
値電流が小さい等の良好な特性を有する発光素子の構造
に特徴を有する。
【０００２】
【従来の技術】近年、例えばＧａＡｓ半導体素子を形成
する際に、安価でより大きな結晶が容易に得られるＳｉ
基板上に、ヘテロエピタキシャル成長法によりＧａＡｓ
半導体結晶層を形成する方法が試みられ、またこの方法
により得られたＧａＡｓ半導体結晶層を用いてレーザー
ダイオードなどの作製が試みられている。
する際に、安価でより大きな結晶が容易に得られるＳｉ
基板上に、ヘテロエピタキシャル成長法によりＧａＡｓ
半導体結晶層を形成する方法が試みられ、またこの方法
により得られたＧａＡｓ半導体結晶層を用いてレーザー
ダイオードなどの作製が試みられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
方法で得られたレーザーダイオードの寿命は、極端に短
いものである。
方法で得られたレーザーダイオードの寿命は、極端に短
いものである。
【０００４】その原因の主たるものは、ＧａＡｓ半導体
結晶とＳｉ半導体結晶基板の格子定数および熱膨張係数
の差異により、ＧａＡｓ半導体結晶層内に発生した転位
、およびその転位を素子の動作中に活性層に伝搬・増殖
させうる歪応力である。
結晶とＳｉ半導体結晶基板の格子定数および熱膨張係数
の差異により、ＧａＡｓ半導体結晶層内に発生した転位
、およびその転位を素子の動作中に活性層に伝搬・増殖
させうる歪応力である。
【０００５】本発明は、このエピタキシャル成長層の転
位密度および格子歪をより減少させ良好な特性の発光素
子を提供するものである。
位密度および格子歪をより減少させ良好な特性の発光素
子を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明の発光素子は、半導体基板上に、その半導体
基板の格子定数および熱膨張係数と異なる格子定数およ
び熱膨張係数を有する半導体層からなる発光素子を形成
する場合において、その半導体層の面内方向に発光領域
となるｐｎ接合を形成し、その発光領域に当たる部分を
半導体基板面より離間した状態で対向するように形成し
、さらに熱アニールを施し、またその発光領域となるｐ
ｎ接合に電流を流すための電極は、半導体層表面から半
導体基板に至る順メサの段差を作製し、そのメサ部斜面
上に形成するというものである。
めの本発明の発光素子は、半導体基板上に、その半導体
基板の格子定数および熱膨張係数と異なる格子定数およ
び熱膨張係数を有する半導体層からなる発光素子を形成
する場合において、その半導体層の面内方向に発光領域
となるｐｎ接合を形成し、その発光領域に当たる部分を
半導体基板面より離間した状態で対向するように形成し
、さらに熱アニールを施し、またその発光領域となるｐ
ｎ接合に電流を流すための電極は、半導体層表面から半
導体基板に至る順メサの段差を作製し、そのメサ部斜面
上に形成するというものである。
【０００７】
【作用】上述の本発明によれば、格子定数の差異により
境界面付近に多数存在する転位部分は除去され、かつ、
熱アニールを施すことにより境界面付近からの転位の増
殖を受けることなく転位を減少させることができる。さ
らに熱膨張係数の差異に基づく歪応力も緩和されるため
、歪応力によりこの転位部分が発光領域内に増殖・伝搬
されることも軽減され、素子の動作を妨げる転位や歪応
力の少ない良好な特性の発光素子が得られる。また、ｐ
ｎ接合を面内方向とすることおよびメサ斜面上に電極を
形成することにより、基板面より離間した状態で対向す
るように活性層を形成する方法が簡易になり、さらに素
子形成の工程がわずか一つのマスクアライメント（セル
フアライメント）で可能となる。
境界面付近に多数存在する転位部分は除去され、かつ、
熱アニールを施すことにより境界面付近からの転位の増
殖を受けることなく転位を減少させることができる。さ
らに熱膨張係数の差異に基づく歪応力も緩和されるため
、歪応力によりこの転位部分が発光領域内に増殖・伝搬
されることも軽減され、素子の動作を妨げる転位や歪応
力の少ない良好な特性の発光素子が得られる。また、ｐ
ｎ接合を面内方向とすることおよびメサ斜面上に電極を
形成することにより、基板面より離間した状態で対向す
るように活性層を形成する方法が簡易になり、さらに素
子形成の工程がわずか一つのマスクアライメント（セル
フアライメント）で可能となる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。
照しながら説明する。
【０００９】まず図２に示すように２５０μｍの厚さの
ｎ形Ｓｉ基板１上に、従来公知の２段階成長法を用いて
０．２μｍ厚さのｎ形ＧａＡｓ層２を形成する。その上
に、ＧａＡｓとの間においてエピタキシャル成長が可能
であり、かつＧａＡｓに対して選択エッチングが可能な
、例えばｎ形Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓの選択エッチン
グ層３を０．５μｍ形成する。その選択エッチング層３
の上に、従来公知のＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系ダブルヘ
テロ構造半導体結晶層（厚さ１．５μｍのＡｌ０．３Ｇ
ａ０．７Ａｓ層４，厚さ０．２μｍのＧａＡｓ層５から
なる。）をエピタキシャル成長させる。さらにその上に
、厚さ０．２μｍのｎ形ＧａＡｓ層２とＳｉＯ２層６を
形成する。
ｎ形Ｓｉ基板１上に、従来公知の２段階成長法を用いて
０．２μｍ厚さのｎ形ＧａＡｓ層２を形成する。その上
に、ＧａＡｓとの間においてエピタキシャル成長が可能
であり、かつＧａＡｓに対して選択エッチングが可能な
、例えばｎ形Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓの選択エッチン
グ層３を０．５μｍ形成する。その選択エッチング層３
の上に、従来公知のＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系ダブルヘ
テロ構造半導体結晶層（厚さ１．５μｍのＡｌ０．３Ｇ
ａ０．７Ａｓ層４，厚さ０．２μｍのＧａＡｓ層５から
なる。）をエピタキシャル成長させる。さらにその上に
、厚さ０．２μｍのｎ形ＧａＡｓ層２とＳｉＯ２層６を
形成する。
【００１０】次に、図３に示すようにストライプ状に前
記ＳｉＯ２層６表面より選択エッチング層３に達する切
溝７をエッチングにより形成し、しかる後に、その切溝
７を利用し、Ｚｎを拡散することにより図に示すように
面内方向にｐｎ接合８を形成する。さらに切溝７を利用
しＡｌＧａＡｓ系選択エッチング液、例えばふっ化水素
溶液を用いてＡｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ選択エッチング
層３のみ、一部エッチングにより除去し、空間１１を形
成し、図１に図２のＡ−Ａ線における断面図を示すよう
に、Ｓｉ基板１より部分的に離間したＧａＡｓ／ＡｌＧ
ａＡｓ系ダブルヘテロ構造の発光領域を得る。この状態
で公知の熱サイクルアニールを行い離間された発光領域
内の転位を減少させる。このような形状で部分的に離間
されたＧａＡｓ発光領域付近の歪を計算機シミュレーシ
ョンおよびフォトルミネッセンス測定により評価した結
果、離間させる以前と比べ半分以下に緩和されているこ
とがわかった。また転位については溶融ＫＯＨによるエ
ッチピットを調べたところエッチピットがほとんど観察
されない領域が存在していることがわかった。
記ＳｉＯ２層６表面より選択エッチング層３に達する切
溝７をエッチングにより形成し、しかる後に、その切溝
７を利用し、Ｚｎを拡散することにより図に示すように
面内方向にｐｎ接合８を形成する。さらに切溝７を利用
しＡｌＧａＡｓ系選択エッチング液、例えばふっ化水素
溶液を用いてＡｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ選択エッチング
層３のみ、一部エッチングにより除去し、空間１１を形
成し、図１に図２のＡ−Ａ線における断面図を示すよう
に、Ｓｉ基板１より部分的に離間したＧａＡｓ／ＡｌＧ
ａＡｓ系ダブルヘテロ構造の発光領域を得る。この状態
で公知の熱サイクルアニールを行い離間された発光領域
内の転位を減少させる。このような形状で部分的に離間
されたＧａＡｓ発光領域付近の歪を計算機シミュレーシ
ョンおよびフォトルミネッセンス測定により評価した結
果、離間させる以前と比べ半分以下に緩和されているこ
とがわかった。また転位については溶融ＫＯＨによるエ
ッチピットを調べたところエッチピットがほとんど観察
されない領域が存在していることがわかった。
【００１１】最後にオーミック電極として上面にはｐ形
Ａｕ−Ｚｎ電極９を、そしてＳｉ基板下面にはｎ形Ａｕ
−Ｓｂ電極１０を蒸着しアロイを施す。その後へき開を
用いて共振器を形成し素子分離を行いレーザを完成する
。
Ａｕ−Ｚｎ電極９を、そしてＳｉ基板下面にはｎ形Ａｕ
−Ｓｂ電極１０を蒸着しアロイを施す。その後へき開を
用いて共振器を形成し素子分離を行いレーザを完成する
。
【００１２】図４は、第２の実施例を示すもので、前述
の第１の実施例と異なる点は、ＳｉＯ２層６の表面より
選択エッチング層３に達する切溝７の断面をエッチング
等により台形状に形成した点であり、上面のオーミック
電極９は順メサの斜面上に形成されている。
の第１の実施例と異なる点は、ＳｉＯ２層６の表面より
選択エッチング層３に達する切溝７の断面をエッチング
等により台形状に形成した点であり、上面のオーミック
電極９は順メサの斜面上に形成されている。
【００１３】
【発明の効果】本発明によれば、半導体基板上に形成さ
れたその半導体基板と格子定数および熱膨張係数の異な
る半導体層に発光素子を形成しても、転位密度が低くか
つ歪応力が少ない発光領域を有し、さらに発光のしきい
値電流も小さい発光素子が得られるものである。
れたその半導体基板と格子定数および熱膨張係数の異な
る半導体層に発光素子を形成しても、転位密度が低くか
つ歪応力が少ない発光領域を有し、さらに発光のしきい
値電流も小さい発光素子が得られるものである。
【図１】本発明の実施例の発光素子の要部断面図
【図２
】同発光素子の一製造工程における結晶基板の断面図
】同発光素子の一製造工程における結晶基板の断面図
【図３】同発光素子の他の製造工程における結晶基板の
平面図
平面図
【図４】本発明の他の実施例の発光素子の要部断面図
１ Ｓｉ基板
２ ＧａＡｓ活性層
３ Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ選択エッチング層４
Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓクラッド層５ ＧａＡｓ
活性層 ６ ＳｉＯ２層 ７ エッチング溝部 ８ ｐｎ接合 ９ Ａｕ−Ｚｎ電極 １０ Ａｕ−Ｓｂ電極
Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓクラッド層５ ＧａＡｓ
活性層 ６ ＳｉＯ２層 ７ エッチング溝部 ８ ｐｎ接合 ９ Ａｕ−Ｚｎ電極 １０ Ａｕ−Ｓｂ電極
Claims (4)
- 【請求項１】半導体基板上に形成された前記半導体基板
の格子定数および熱膨張係数と異なる格子定数および熱
膨張係数を有する半導体層に形成された発光素子であっ
て、その発光素子の発光領域に当たる部分を、半導体基
板面より離間した状態で対向するように形成したことを
特徴とする発光素子。 - 【請求項２】離間した状態で半導体基板に対向するよう
に形成された発光領域に当たる部分に熱アニールが施さ
れていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。 - 【請求項３】半導体層の面内方向に発光領域となるｐｎ
接合を形成したことを特徴とする請求項１記載の発光素
子。 - 【請求項４】半導体層から半導体基板表面に至る順メサ
の段差を作製し、そのメサ部斜面上に電極を形成してｐ
ｎ接合に電流を流すことにより発光を得ることを特徴と
する請求項３記載の発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8698291A JP2938608B2 (ja) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | 発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8698291A JP2938608B2 (ja) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | 発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04320071A true JPH04320071A (ja) | 1992-11-10 |
| JP2938608B2 JP2938608B2 (ja) | 1999-08-23 |
Family
ID=13902076
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8698291A Expired - Lifetime JP2938608B2 (ja) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | 発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2938608B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000091632A (ja) * | 1998-09-14 | 2000-03-31 | Hewlett Packard Co <Hp> | 応力緩和された積層構造を形成する方法 |
| US8716749B2 (en) | 2009-08-17 | 2014-05-06 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Substrate structures and methods of manufacturing the same |
-
1991
- 1991-04-18 JP JP8698291A patent/JP2938608B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000091632A (ja) * | 1998-09-14 | 2000-03-31 | Hewlett Packard Co <Hp> | 応力緩和された積層構造を形成する方法 |
| US8716749B2 (en) | 2009-08-17 | 2014-05-06 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Substrate structures and methods of manufacturing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2938608B2 (ja) | 1999-08-23 |
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Legal Events
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