JPH0442981A - 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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JPH0442981A
JPH0442981A JP2146300A JP14630090A JPH0442981A JP H0442981 A JPH0442981 A JP H0442981A JP 2146300 A JP2146300 A JP 2146300A JP 14630090 A JP14630090 A JP 14630090A JP H0442981 A JPH0442981 A JP H0442981A
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JP
Japan
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type
layer
type semiconductor
conductivity type
semiconductor layer
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JP2146300A
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Toshiyuki Tanahashi
俊之 棚橋
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu 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】 〔概要] 半導体発光装置、特に、0. 6μm帯可視光半導体レ
ーザ装置およびその製造方法に関し、活性層の形状を再
現性よく形成して、低消費電力、低しきい値、高効率、
低非点収差の半導体発光装置を得ることを目的とし、 第1導電型の第1種半導体基板上に、逆導電型の第1種
半導体層が形成され、該逆導電型の第1種半導体層が、
核層を貫通して第1導電型の第1種半導体基板に達する
深さのストライプ状領域で第1導電型に反転され、かつ
、該ストライプ状領域を突条とするメサストライプ構造
に形成されており、該形状の構造体の上に、少なくとも
第1導電型の第2種半導体層、第2種半導体層よりも禁
止帯幅が小さい第3種半導体層、第3種半導体層よりも
禁止帯幅が大きい逆導電型の第4種半導体層が積層され
るように構成する。
また、その製造方法として、第1導電型の第1種半導体
基板上に逆導電型の第1種半導体層を成長し、この逆導
電型の第1種半導体層の核層を貫通して第1導電型の第
1種半導体基板に達する深さのストライプ状領域を第1
導電型に反転し、このストライプ状領域を突条とするメ
サストライプ構造に形成し、その上に、少なくとも、第
1導電型の第2種半導体層、第2種半導体よりも禁止帯
幅が小さい第3種半導体層、第3種半導体層よりも禁止
帯幅が大きい逆導電型の第4種半導体層を順次成長して
積層する工程をもって構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、半導体発光装置、特に、0.6μm帯可視光
半導体レーザ装置およびその製造方法に関する。
〔従来の技術〕
半導体発光装置、特に、0.6μm帯の短波長可視光半
導体レーザ装置は、書込み密度が波長の二乗の逆数に比
例するため、光デイスク装置やレーザプリンタなどの光
情報処理装置の高性能化を実現するデバイスとして期待
されている。
これらの用途における半導体レーザ装置は、消費電力を
低減するために低しきい値電流、高効率であることが必
要であり、書込み、読み取りの特性を良好にするために
低非点収差特性を有することが必要である。
その要求に応えるため、従来、種々の可視光半導体レー
ザ装置が提案されている。
第3図は従来の可視光半導体レーザ装置の断面図である
この可視光半導体レーザ装置においては、n−GaAs
基板31上に、n−A/!Ga I nP層32、Ga
 InP活性層33、p−Aj!GaInP層34を形
成し、このp−AfGaInP層34をリッジ部を残し
てエツチングし、その上に、リッジ部の頂面をマスクで
覆った状態でn−GaAs層35を成長し、上記マスク
を除去した後に、さらにその上にp−GaAs層36を
成長した構造を有している。
この構造によると、リッジ部分の外側では、Ga In
P活性層33に近接してGaAs吸収層35があるため
、リッジ部分と外側では屈折率差が生じ、これによって
横方向の光を閉じ込めることができる。
しかし、この屈折率差が〜10−3と小さいために、し
きい値電流が高(、非点収差も大きいなどの問題があっ
た。
また、この装置を製造する工程において、3回の結晶成
長が必要であることも歩留りの点で問題があった。
そこで、横方向の屈折率差を大きくする構造として、基
板の形状を受は継いで結晶成長するMOVPE成長法(
有機金属気相成長法)の特徴を生かして活性層に段差を
設けて、発光領域を段差の先端部分に極限する構造が提
案されている。
第4図は、MOV P E成長法によって製造した活性
層に段差を設けた従来の半導体レーザ装置の断面図であ
る。
第4図に示された装置においては、p−GaAs基板4
1上に、電流阻止層であるn−GaAs層42を成長し
、このn−GaAs層42の発光領域に相当する領域を
溝状にエツチングし、その上にp−AffiGa In
P層43、GaInP活性層44、n−Al!Ga I
 nP層45、n−GaAs層46を成長した構造を有
している。
この装置は、活性層に逆台形の段差を設け、発光領域を
段差の突出部分aに極限j−で横方向の屈折率差を大き
くすることを目的としている。
この装置においては、n−GaAs層42をエツチング
する際に、溝の斜面の形状は、ファセット面をだしてエ
ツチング加工することができるため再現性は良好である
が、溝の底部すについては、特定のファセットがでない
ため、化学エツチングで平坦な面にすることができず、
そのため、その上に、P−Aj!GaInP層43を介
して成長する活性層44の発光領域aを平juにするこ
とができないという問題があった。
この問題を除くために、基板の発光領域に相当する領域
以外をエツチングし、基板の平坦な面の上にMOVPE
成長法を適用する方法が提案された。
第5図は、基板の平坦な面を使用して、MOVPE成長
法によって活性層に段差を設けた従来の半導体レーザ装
置の断面図である。
この装置は、p−GaAs基板51の上面の発光領域に
相当する領域以久をエツチングして電流狭さく部となる
突条を形成し、その上にn−GaAs層52、P−Af
fiGa InP層53、Ca1nP活性層54、n−
AfGaInP層55、n−GaAs層56をMOVP
E成長法によって成長した構造を有している。
この装置においては、平坦な基板の突条の面を使用でき
るから、その後成長する半導体層の面をより平坦にする
ことができる。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、前記第5図に示した従来技術によると、
前記のように、平坦な基板の面を使用するため発光領域
をより平坦にすることはできるが、その斜面の形状につ
いては、特定のファセッI・がでないため、化学エツチ
ングによって再現性よく加工することができず、その上
のn−GaAs層52、p−Aj2Ga InP層53
の成長形状を用いて活性層の形状を整えようとするもの
であるから、活性層の形状の再現性や制御性になお問題
があった。
本発明は、この問題点を解決することを目的とするもの
である。
〔課題を解決するための手段〕
本発明にかかる半導体発光装置においては、第1導電型
の第1種半導体基板上に、逆導電型の第1種半導体層が
形成され、該逆導電型の第1種半導体層が、核層を貫通
して第1導電型の第1種半導体基板に達する深さのスト
ライプ状領域で第1導電型に反転され、かつ、該ストラ
イプ状M域を突条とするメサストライプ構造に形成され
ており、該形状の構造体の上に、少なくとも第1導電型
の第2種半導体層、第2種半導体層よりも禁止帯幅が小
さい第3種半導体層、第3種半導体層よりも禁止帯幅が
大きい逆導電型の第4種半導体層が積層されている構成
を採用した。
また、この半導体発光装置において、第1導電型をp型
とし、第1種半導体をGaAs、第2種半導体を(AI
!xGa+−X)0.51 n o、sP (0<x≦
1)、第3種半導体を、(A I! yG a I−y
)  o、sIn o、sP (0≦y<x) 、第4
種半導体を、(A l sG a +−s) o。sI
 n o、sP Cx<z≦1)とすることとした。
本発明にかかる半導体発光装置の製造方法においては、
第1導電型の第1種半導体基板上に逆導電型の第1種半
導体層を成長し、この逆導電型の第1種半導体層の核層
を貫通して第1導電型の第1種半導体基板に達する深さ
のストライプ状領域を第1導電型に反転し、このストラ
イプ状領域を突条とするメサストライプ構造に形成し、
その上に、少なくとも、第1導電型の第2種半導体層、
第2種半導体よりも禁止帯幅が小さい第3種半導体層、
第3種半導体層よりも禁止帯幅が大きい逆導電型の第4
種半導体層を順次成長して積層する工程を採用した。
(作用) 本発明においては、平坦な第1導電型の第1種半導体基
板の上に逆導電型の第1種半導体層が形成され、該逆導
電型の第1種半導体層が、核層を貫通して第1導電型の
第1種半導体基板に到達する深さのストライプ状領域で
第1導電型に反転され、かつ、該ストライプ状領域を特
徴とする特許ストライプ構造に形成することにより、平
坦な基板の上面と、ファセット面をだして化学エツチン
グした斜面の形状を使用できるから、基板の電流狭さく
領域の形状を再現性よく形成でき、したがって、その上
に積層する、段差を有する発光領域を再現性よく形成す
ることができる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第1図は、本発明の実施例の半導体レーザ装置の断面図
である。
この図において、1は結晶面(100’)のp゛−Ga
As基板、2はn”−GaAs層、3はZnを拡散した
ストライプ状p型領域、4はP−Aj2GalnP層、
5はGaInP層、6はn−AfGaInP層、7はn
 −G a A s層、8はAu−Z n / A u
電極、9はAu−Ge電極である。
この実施例においては、n” −GaAs層2は、平坦
な面を有する基板表面と、ファセット面をだして再現性
よくエツチングすることができるストライプ状の溝の斜
面の上にMOVPE法によって成長するため、その形状
は再現性よく形成でき、さらにその上にMOVPE法に
よって成長する活性層の形状を再現性よく形成すること
を可能にする。
この装置のレーザ特性としては、しきい値が3Q m 
A 、効率は0. 30mW/mA−f a c e 
tで、30mW以上の出力が得られた。
そして、非点収差も、従来の技術においては8μm程度
であったのに対して、本発明においては5μm以下とな
った。
つぎに、上記本発明の実施例の半導体レーザ装置を製造
する工程の一例を説明する。
第2図(a)〜(e)は本発明の実施例の半導体レーザ
装置の製造工程図である。
この工程図にしたがって説明する。
第1工程(第2図(a)) 結晶面(100)のp” −GaAs基板1の上にMO
VPE法(有機金属気相成長法)によってn”  Ga
As層2を成長する。
成長温度は700°Cで、原料ガスとしてTEG(トリ
エチルガリウム)とASH3(アルシン)を用い、気相
におけるモル比、V1m比を40とする。そして、ドー
パントとして5iHa(モノシラン)を用いた。
成長速度は1μm/hで、層厚1μmに形成する。
第2工程(第2図(b)) 第1工程で成長したn’ −GaAs層2上の(011
>方向に、幅4μmのストライプ窓を有するSiO□マ
スク10を形成し、このマスクの窓を通して、閉管中で
温度を700°Cに保ってZnを拡散してp型拡散領域
3を形成する。
第3工程(第2図(C)) 第2工程で形成したSin、マスク10を除去した後、
ストライプ状のZn拡散領域3を挟むように、輻4μm
のストライプ窓を有するSin!マスク11を形成する
第4工程(第2図(d)) 第3工程で形成した二つのストライプ窓を有するSin
、マスク11を通し、H,SO,、とH20□の混合液
を用いて、化学エツチングし、二重ストライプ溝12.
12を形成する。
第5工程(第2図(e)) 第4工程で二重ストライプ溝12.12を形成するため
に使用した5in2マスクエ1を除去した後に、この上
にMOVPE法を用いて、P(Afo、7Gao、:+
)o、s、I no、sP層4(厚さ1、Op m、 
G a o、s I no、sP層5(厚さ0゜07μ
m)、n  (Afo、tGao、z)o、5Ino、
sp層6(厚さ1.0μm)、n−GaAs層7(厚さ
0.5μm)を連続して成長する。
成長速度は1μm/hであった。
また、この実施例では、成長温度は700°Cで、原料
ガスとしてはTMA()リメチルアルミニウム)、TE
G(トリエチルガリウム)、TMI()リメチルインジ
ウム)、PH3(フォスヒン) 、As H:+ (ア
ルシン)を用い、ドーパントガスとしては、n型では5
iH4(モノシラン)、p型ではDMZ (ジメチル亜
鉛)を用いた。
第6エ程(第1図) その後、P−基板側にA u −Z n / A uを
蒸着して電極8とし、n−成長層側にA 11− G 
eを蒸着して電極つとし、共振器長300μmでへき関
して完成する。
上記の実施例においては、各成長層の組成を特定のもの
として説明しているが、その組成に限定されることなく
、 第2種半導体として、(AfつGaI−x)  。。。
I n o、 s P (0〈x≦1)第3種半導体と
して1、(A 12 yG a I−s、)。、。
Inci。、P(0≦y<x) 第4種半導体として、(A 12 HG a 1−s)
 o、 5Inn。、P (x<z≦1) を用いることができる。
なお、x、y、zの値は発光波長0.6μmを中心に調
整可能な範囲であり、0.5の数値は結晶格子の整合を
考慮したものである。
〔発明の効果〕
本発明によれば、基板上の成長したn”  GaA s
 N 2の電流狭さく領域の形状を再現性よく形成でき
るから、その上に成長する段差を有する活性層を制御性
よく形成でき、低しきい値電流、高出力、低非点収差の
レーザ装置を再現性よく得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例の半導体レーザ装置の断面図、
第2図(a)〜(e)は本発明の実施例の半導体1ノ−
ザ装置の製造工程図、第3図、第4図、第5図は従来の
可視光半導体レーザ装置の断面図である。 1−p ” −〇 a A s基板 2−n ” −G a A s層 3−・−Znを拡散したストライプ状P型領域4・−p
−Aj2Ga InP層 5−−−G a X n P層 6−n−A I)、 G a I n P層’L−−n
 −G a A s層 8−−A u−Z n / A u電極9−A u−G
 e電極 (e) 本発明の実施例の半導体レーザ装置の断面図第1図 (a) (d) (b) 本発明の実施例の半導体し=−ザ装置の製造工程図第2
図 (その1) 第2図(その2)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)、第1導電型の第1種半導体基板上に、逆導電型
    の第1種半導体層が形成され、該逆導電型の第1種半導
    体層が、該層を貫通して第1導電型の第1種半導体基板
    に達する深さのストライプ状領域で第1導電型に反転さ
    れ、かつ、該ストライプ状領域を突条とするメサストラ
    イプ構造に形成されており、該形状の構造体の上に、少
    なくとも第1導電型の第2種半導体層、第2種半導体層
    よりも禁止帯幅が小さい第3種半導体層、第3種半導体
    層よりも禁止帯幅が大きい逆導電型の第4種半導体層が
    積層されていることを特徴とする半導体発光装置。
  2. (2)、請求項1の半導体発光装置において、第1導電
    型をp型とし、第1種半導体をGaAs、第2種半導体
    を(Al_xGa_1_−_x)_0_._5、In_
    0_._5P(0<x≦1)、第3種半導体を、(Al
    _yGa_1_−_y)_0_._5In_0_._5
    P(0≦y<x)、第4種半導体を、(Al_zGa_
    1_−_z)_0_._5In_0_._5P(x<z
    ≦1)とすることを特徴とする半導体発光装置。
  3. (3)、第1導電型の第1種半導体基板上に逆導電型の
    第1種半導体層を成長し、この逆導電型の第1種半導体
    層の該層を貫通して第1導電型の第1種半導体基板に達
    する深さのストライプ状領域を第1導電型に反転し、こ
    のストライプ状領域を突条とするメサストライプ構造に
    形成し、その上に、少なくとも、第1導電型の第2種半
    導体層、第2種半導体よりも禁止帯幅が小さい第3種半
    導体層、第3種半導体層よりも禁止帯幅が大きい逆導電
    型の第4種半導体層を順次成長して積層する工程を有す
    ることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
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