JPS5821887A - 半導体発光素子の製造方法 - 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】 本発明は半導体レーザ素子の変調を高いインピーダンス
の入力端子を介して直接性ない得る新規な構造を持った
半導体発光素子に関する。

一般に半導体レーザ装置の変調は１０〜１００ｍＡの電
流パルスを直接レーザ装置に印加して行なっている。本
発明は半導体レーザ素子の一方の電極に電界効果型トラ
ンジスタ部（以下、ＦＥＴ部と略称する。）を接続し、
且これがモノリシックに形成芒れてなる半導体発光素子
である。

第１図に代表的な本発明の半導体発光集子の断面図を示
す。レーザ光の進行方向に垂直な断面を示す。

成長用半導体基板１の上部に、半導体レーザ氷部を構成
し、更に第５の半（体層上に設けられた第６の半導体層
内に、前記半導体レーザ部に並置してＰＥＴが構成され
る。

４１の半導体層２は高比抵抗層である。第２の半導体層
３は半導体レーザ電子の＠１のクラッドＪの、第３の半
導体層４は活性層、第４の半導体層５は第２のクラッド
層となる。当然、第２および第４の半導体層は第３の半
導体層に比較し相対的に屈折藁が小さい。そして互いに
反対導電型を有する。更に第２および第４の半導体ｊ−
は禁制帯幅が第３の半導体層と比較し相対的に大なる半
導体層となっている。

第５の半４１体層６は高比抵抗層である。

８は不純物領域でチャネル領域を構成する。９゜９′お
よび１０は島状不純物領域で、各々はソース、ドレイン
および半導体レーザへの電流通路を構成している。

１４および１７は各々、半導体レーザ素子のｐ側を極お
よびｎ側電極である。１３，１２、および１１は各々Ｆ
ＥＴのドレイン電極、ゲート電極、およびソース電極で
ある。この場合、１４，１３゜１１および１７はオーム
性電偵、１２はショットキ（社）極である。

金属電極１４は半導体レーザ素子の電極である”ｌｔＥ
、ＦＥＴのドレイン電極１３に短絡されている。

；　レーザ光の進行方向に直角な断面は、たとえば） １、ｒ開によって反射面が形成され、光共振器が構成さ
れている。

以上の様な構成の半導体発光素子を電極１１と１７との
間に電圧を印加することによシレーザ発振を行なわせる
ことが出来る。この構成の等価回路の例は第２図の通り
である。第２図中の番号は第１図の番号の部位に対応す
る。８．Ｄ、Ｇは各各ＦＥＴのソース、ドレイン、ゲー
トに対応する。

従って、ゲート７１１１２に１Ｂ１」個用の電圧を印加
することＫよって半導体レーザの発振を制御することが
出来る。又、半導体層の２ｘ電型を逆のものを用いて半
導体発光装置を構成しても勿論良い。当然等向回路も逆
極性となる。

この様に制御用醒極で半導体レーザ素子の発振を制御出
来る構造は次の如き利点を生み出す。

（１）電圧パルスによって光強度を変調することが出来
る。

１Ｉｉｌｌ　ｍ用電極は逆バイアスで用いるため電流は
ほとんど消費されない。このため、通常のシリコンＩＣ
，ｙｃとえばＴＴＬ回路（ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｔｒａ
ｎｓｉｓｔｏｒ　ｌｏｇｉｃ　Ｃ１ｒｃｕｊｔ　）の出
力信号で、半導体レーザ素子を０Ｎ−ＯＦＦすることが
可能である。

（２）冒速度変調が可能である。

変調速度はＦＥＴ部の応答速度と、レーザの変調速度で
決まり％ＩＧｂ／８以上の変調速度が達成出来る。

更に本発明はレーザ発振部の電流を活性層に対してｎ側
とｐ側の両方で制限を付している。即ちひとつは第１の
半導体層２を高比抵抗となし、開孔１５を設けることで
ある。他方は第５の半導体し得る。こうした手段がない
場合に比して約１／１０程度となし得る。又温度特性も
向上がはかれる。

結晶、第１の半導体層はＧａ、ＡｌｆＡＳ（Ｑくｘ＜０
．７）、第２の半導体層はＧ　ａｒ　−ｙＡｔｙＡｓ　
（０，２＜）’＜０．７）、第３の半導体層はＧａｔ−
ＩＡムＡｓ（ｏくｚ＜、ｏ、ａ　＞、ｓｇ４の半導体層
はＧ　ａＩ−ｓＡ４　Ａｓｓ（０，２＜Ｓ＜０．７１　
、第５の半導体層はＧａ１−ｔＡｔｔＡｓｔ　（Ｏ＜１
＜０．３　）　、（但しｚ　：）　ｙ　。

ｚ）ｓ、ｔ）ｓ）である。

第３図から第６図は本発明の半導体発光素子の製造工程
の各ステップを示す素子断面図である。

また前述の第１図はその完成図である。

（１００）而を上面に持つｎ型Ｇ　ａ　Ａ　Ｓ基板（電
子濃ｇｎ：１０１８／の３）１面上に次の各層を周知の
液相エピタキシャル法に依って形成する。

Ｇａ−Ａｌ−ＡＳのメルト（７ｊとえばＧａ：Ａｔ＝０
．７：０．３）を水素雰囲気、８３０〜８７０Ｃで３時
間程度ベークした後、液相エピタキシャル］法によって
前記ＧａＡ３基板上にＧ　ａＡｔＡ８層２をｉ形成する
。この層の比抵抗は５００Ω・α以上とシ なす。実用上はＩＯＫΩ・ｃｒｎ程度の比抵抗を越える
必要はない。冒比抵抗層の厚さは５００Å以上必要であ
る。１μｍ以上の厚さを持たせることはない。余シこの
層が厚いと次の工程での加工が・やシにくくなる。

次いでこの半導体基体にレーザ光の進行方向と平行にス
トライプ状の溝１５を形成する。この溝の加工に際して
のエツチング液はリン酸、過酸化水素水およびエチレン
グリコール（容積化１：１：３）の混合液を用いる。通
常のフォトリングラフィ技術を用いて十分である。この
溝ばＧａＡｌ−Ａ３層２が冒比抵抗であるので電流を開
孔部に集中させる役割をはたしている。又、レーザ光の
基板へのしみ出しを利用し、横モードの制御を行なうた
めのものである。

・　第２の半導体層３はｐ型Ｇａｐ、？　Ａｔｏ、ｓ　
Ａ３層を厚さ３１８ｍに、第３の半導体層４はＧａＡＳ
層を厚さ０．０５μｍに、第４の半導体層５はｎ型Ｇａ
１）、？　ＡｌｏｓＡ　８層を厚さ１μｍに、第５のｆ
４体層６は扁比抵抗ＧａＡＳ層を厚さ１μｍを連続的に
液相エピタキシャル成長する。比抵抗としては前述の半
導体層２と同程度で良い。半導体層６のレーザ発振部に
対応する領域２０を、硫酸、過酸化水パ水、水４：１：
１（芥績比）でエツチングし厚さ０．３μｍとなす。こ
の時、エツチング用マスクとして、厚す０．５μｍのｓ
Ｉｏ、膜を用いる。

次いで、ネガ型フォトレジストを０，５μｍの厚さに塗
布し、１０および９（９’）の各電極部に対応する部分
以外に光を照射する。現像処理後、Ｓ４０．をエツチン
グすることで１０およヒ９（９’）に対応する部分の、
？ｉ品が露出する。フォトレジストの露光は結晶面の平
坦な部分でなされるため、精度良く行なわれる。次いで
　Ｓ　１イオンを電圧１５０ｋＶで、ドーズ址２　Ｘ　
１０１５ｃｍづとなるように打込む周知のイオン打込法
で、１０および９（９’）のｎ＋領領域形成する。イオ
ン打込法そのものは通常の手段を用いれば良い。領域１
０は半導体層５と市気的に接続する如くに形成される。

更に全く同様の方法を用いてｎｎｎ不純物成域８イオン
打込法で形成する。Ｓｉイオンは、１２０ｋＶでドーズ
量Ｉ　Ｘ　１０”ｔｙｎ−２となるように打込む。

半１体基板上全面に絶縁層７としてＳ　＋　０１膜を形
成する。通常のフォ）　ＩＪソゲラフ技術を用いて絶縁
層７に少なくとも電極部１１，１２．１３お１゛−″渋
び１４に対応する部分に開孔する。１１．１３はＡＵ　
　Ｇｅ　Ｎ１合金を用いたオーミック電極。

算２はＣｒ、’ｌ”ｉおよびＡｕを各／ｒ３００人。

ヤＯＯ人および４０００人の厚さに積層して形成したシ
ョットキ電極である。ＦＥＴのドレイン電極１３とレー
ザの電極部分をＡｕ　０ｅ−Ｎｉによる配線１４で短絡
される。

半導体基板１の裏面を研磨し、朝１くエツチングした後
、Ｃｒ、ＴｉおよびＡｕを各々３００　Ａ。

３００人および０１８μｍの厚さに蒸庸しｐ側電極１７
となす。

最後にレーザ光の進行方向と垂直な面で結晶面を襞間し
光共振器を構成する。レーザ長は３００μｍとした。

この様にして半導体発光素子が完成する。

この発光素子はソース電極１１とレーザ索子のｎ　１１
１１１　”ｆ［極１７の間に４〜５ｖの′電圧を印加す
ることにより、レーザ発振を行なわしめることが出来る
。発温波長８３ｏｏ人、しきい電流は約５　Ｉｌｌ　Ａ
。

変調は２．５０　ＨＺまでなし得た。又、Ｆ’ＥＴのト
ランスコンダクタンス（ｇｍ　）ｉｄ、　１０ｍ５　（
ミリシーメンス）であった。

本発明の実施例に示す半導体材料に限られるものでない
ことは勿論である。父、半導体レーザのモード安定化の
ため種々の手段があるが、本発明の発光半纏体素子の千
志体レーザ部に適用して良いことは勿論であり、本発明
の範囲のものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体発光ッ、′−子のレーザ光の進
行方向に垂直な而と平行な面での断面図、第２図は半導
体発光素子の等価回路、第３図〜第６図で本発明の半導
体発光素子の製造工程を説明する） ための素子断面図である。 ；１−　ｐ（’Ｔ　ａ　Ａ　Ｓ基板、２・・・高比抵抗
ＧａＡＳ層、３．５・・・Ｇａ　ＡｔＡ　Ｓ層、４・・
・活性層、６・・・高比抵抗ＧａＡｓ層、１１・・・ソ
ース電極、１３・・・ドレイン電極、１２・・・ゲート
醒極、１４・・・レーザ発撮部ｐ側′醒惨、１７・・・
ｎ側電極。 特許出願人　工業技術院長　石板誠− （１１） ￥、Ｉｌ　　　図 罰　　Ｚ　　閃

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、所定の半導体基板上に第１．第２．第３．第４およ
   び第５の半導体層が順次積層され、その内部にｐ　−ｎ
   接合を有する半導体層の積層領域と、ゲート電極とこれ
   を挾む第１の盲、極と第２の電極とを有する電界効果ト
   ランジスタ部とを少なくともＭし、前６ピ第２および第
   ４の半導体層は前記第３の半導体層に比軟し相対的に屈
   折率が小さく、禁ｊｌｉ！」帯幅が相対的に大であシ且
   互いに反対導電型を有する半導体層であり、前記第１の
   半導体層は高比抵抗層であり且レーザ光の進行方向に平
   行で、少なくとも前記半導体基板に達するストライプ状
   の溝部を４ＷＬ、前記第５の半導体層は高比抵抗層であ
   り、この内部に前記ストライプ状の溝に略々対応した位
   置にこの溝部の方向と同じ方向にストライプ状の不純物
   領域が設けられ、前記ストライプ状の不純物領域に醒気
   的に接続して電流を流通せしめる第前記成界効果トラン
   ジスタの８ｇ１の電極が短絡され、前記ストライプ状の
   溝および不純物領域の長手方向に輻射光を放出せしめる
   ための光共振器となす手段を少なくとも有することを特
   徴とする半導体発光素子。 ２、前記電界効果トランジスタ部は前記第５の半導体層
   に設けられた不純物領域に形成されたことを特徴とする
   特許請求の■α囲第１項記載の半導体発光素子。