JPS6161484A - 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】 （産業上の利用分野） この発明は半導体発光素子、特に半導体レーザ素子の製
造方法に関する。

（従来の技術） 従来、このような分野の発光素子としてはＡｌＧａＡｓ
半導体レーザ素子が知られている。このＡＩＩＧａＡＳ
半導体レーザ素子では、内部電流狭窄チャネルストライ
プ構造が低しきい値発振及び横基本モード発振を実現す
るのに有効ゼあるとされている。

このような従来のＡｌＧａＡｓ半導体レーザ素子の製造
方法を第２図（Ａ）〜ＣＣ）ｃ９製造工程図を参照して
簡単に説明する。

先ず、ｐ　−ＧａＡｓ基板２０を用意しその基板面２０
ａ上に電流阻止層（電流狭窄層ともいう）として供し得
るｎ　−ＧａＡｓ層２１を液相エピタキシャル成長その
他の方法で結晶成長させる［第２図（Ａ）］。統いて第
２図（Ｂ）にも示すように、通常のフォトリングラフィ
・エツチング工程により、ストライプ状のＶ溝２２を基
板２０に達する深さで形成する。

次に、このＶ溝２２の部分及び残存するｎ−ＧａＡｓ層
２１上に液相エピタキシャル成長によって二回目の結晶
成長を行い第一クラッド層としてのＰ−ＡｌＧａＡｓ層
２３、活性層としてのｐ　−ＡＱ　ＧａＡｓ２４、第二
クラッド層としてのｎ−ＡｌＧａＡｓ層２５、コンタク
ト層としてのｎ　−ＧａＡｓ層２６を順次に成長させ、
然る後、上下の面にｎ側電極２７及びｐ側電極２Ｂを蒸
着により被着して第２図（Ｃ）に示すような構造を得て
いる。

このような半導体レーザ素子の構造において、ｐｆｆｌ
ｌＴｔｌ極２８から注入された電流は基板２ｏ−４−第
一クラッド層２３の部分２３ａ→活性暦２４→第二クラ
ッド層２５→コンタクト層２Ｂ→ｎ側電極２７と電流狭
窄部３０を経て流れるが、電流阻止層２１と第一クラッ
ド層２３との境界がｆｉ　＋　ｐの逆バイアスとなって
いるため、ｐ側電極２８→基板２ｏ→電流阻止層２１→
第一クラッド暦２３を経る電流は流れることが出来ない
。従って、電流狭窄部３０を通る電流通路のみか選択さ
れるため、活性層２４の、■溝２２の１側の領域部分２
４ａ（発光領域）に効果的に電流集中がなされて低しき
い値電流発振が可能となる。さらに、第一クラッド層２
３の平担な部分２３ｂを光閉じ込めするには不充分な厚
みとし１発光領域２４ａからの光は充分な厚みを有する
第一クラッド層２３の部分２３ａにのみに閉じ込め、よ
って横基本モード発振するように構成したものである。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来の製造方法では、二回目の液相エピ
タキシャル成長時に、凹凸（Ｖ溝２２のこと）のある基
板上に結晶成長を行うため、成長層の厚みを制御するこ
とが困難であった。すなわち、溝内部と、溝外部とでの
結晶成長速度が相違するので、第一クラッド層としての
ＡｌＧａＡｓ層２３を成長させるに当り、Ｖ溝２２の内
部を埋める部分２３ａの表面を平担とし、かつ、Ｖ１２
２の外部の平担な部分２３ｂの膜厚を光閉じ込め機能を
持たない程度の厚み（０，２〜０．４．ルｍ）に抑える
ことがむずかしぐ、２３ｂで示す平担な部分の厚みが厚
くなり、これがため、横基本モードの確保が充分でなく
なり、良好な特性が得られないという欠点があった。

さらに、第一クラッド層２３の成長時に、Ｖ　ＩＭ　２
２の肩の部分２８がメルトバックされ易いため、Ｖｌｉ
ｌｆｆ２２の入口部分が初期の幅よりも広がる傾向とな
り、これがため、レーザ素子の発振部分が広がり、横基
本モードの安定化を図ることが困難であった。このよう
に、従来の製造方法では所定の性能を得るための構造を
作り上げることが困難であった。

この発明の目的は、結晶成長させる層の厚み制御を正確
に、かつ、簡単に行えると共に、電流狭窄幅すなわち発
振部分の広がりを来さずに再現性良く電流経路を形成出
来るようにした発光素子の製造方法を提供することにあ
る。

（問題点を解決する手段） この目的の達成を図るため、この発明の方法によれば。

半導体基板上にダブルヘテロ接合を形成する第一クラッ
ド層、活性層及び第二クラッド層と、該第二クラッド層
上の電流阻止用の第一層とを順次成長させる工程と、 該第−居を部分的にエツチングして突出部を形成する工
程と、 該突出部の上面を除く第一層のエツチング面上に電流阻
止用の第二層を成長させる工程と、該第一層及び第二層
に、液相エピタキシャル成長時のメルトバック速度の相
違を利用して、前記突出部の下側に対応する前記第二ク
ラッド層の部分に達する溝を形成する工程と、 然る後、該溝内及び残存する前記第二層上に第三クラッ
ド層とコンタクト層とを順次に液相エピタキシャル成長
させる工程と を含むことを特徴とする。

（作用） このような構成によれば、ダブルヘテロ構造を結晶成長
させた後に、液相成長のメルトバックを行い、しかも、
液相成長の際に、予め形成された電流阻止用の第一層の
突出部の上面より下側の第一層のエツチング面上にのみ
電流阻止用の第二層を成長させてからメルトバックを行
うので、ダブルヘテロ構造の成長時に第二クラッド層の
厚みを精確に制御するこたが出来ると共に、第二層を第
一層の突出部の上面に成長させていないので電流狭窄幅
を再現性良く制御することが出来、従って、安定した横
基本モードで発振する内部電流狭窄チャネルストライプ
構造の発光素子を簡単かつ容易に製造することが出来る
。

（実施例） 以下、第１図（Ａ）〜（Ｅ）を参照して、この発明の実
施例につき説明する。

第１図（Ａ）〜（Ｅ）は−例としてＧａＡｓ半導体レー
ザ素子の製造工程を説明するための、主要製造段階での
素子状態を概略的に示す断面図で、断面を表わすハツチ
ング等は省略して示しである。先ず、第１図（Ａ）に示
すように、ｎ−ＧａＡｓ基板１を用意し、この基板１の
基板面ｌａ上にダブルヘテロ接合構造を形成する各層、
すなわち、第一クラッド層としてのｎ　−ＡＱｙ　Ｇａ
ｔ−ｙ　Ａｓ層２、活性層としてのｐ　−ＡＱ　ｘ　Ｇ
ａｚ−ｘ　Ａｓ層３、第二クラッド層としてのｐ　−Ａ
Ｑｙ　ＧａＩ−ｙ　Ａｓ層４及びこの第二クラッド層４
上に電流阻止用の第一層としてのｎ　−ＧａＡｓ層５を
、−回目の結晶成長で、それぞれ順次に成長させる。こ
の場合の成長法は膜厚制御を正確に行える、例えば、液
相エピタキシャルとかその他任意好適な結晶成長法で行
うことが出来る。この結晶成長において、第二クラッド
層４の厚みを光閉じ込め機能を持たないような薄厚例え
ば０．２〜０゜４４ｍの厚みに精確に容易に制御するこ
とが出来る。

次に、＠１図（Ｂ）に示すように、通常のフォトリング
ラフィ・エツチング工程を用いて、第一層５の表面から
一部分エッチングして除去し、中央部にストライプ状の
逆メサ構造の突出部５ａを形成する。このエツチングは
マスクを用いて、第一層５の厚さの一部分にわたって行
い、エツチングによって厚さの減少した残部を５ｂで示
す、この時、この逆メサ形状のストライプ状突出部５ａ
の幅は電流狭窄作用及び横モード安定化に関係するので
。

３〜５ｐｍ及び高さは１．５〜２　ｐ、、ｒａ　（！：
し、残部５ｂの厚みを１〜１．５　ｐ、ｒｒｒとするの
が好適であり、その制御は正確かつ容易である。

次に、第１図（Ｃ）〜（Ｅ）に示すように、この突出部
５ａが形成された第−居５上に、二回目の結晶成長を行
い、電流阻止用の第二層６としてのｎ−ＡＱｚ　Ｇａ１
−ｚ　Ａｓｊ３（Ｘ（Ｚ）を成長させ、次いで、第三ク
ラッド層としてのｐ　−ＡＱｙ　Ｇａｚ−ｙ　Ａｓ１ｅ
　７、コンタクト層としてのｐ−ＧａＡｓ層８を順次に
連続的に同一の液相エピタキシャル成長において成長さ
せる。

この二回目の成長に際して、先ず、ｉｉ図（Ｃ）に示す
よに、電流阻止層として供し得るｎ−ＡＱ２Ｇａｚ−ｚ
　Ａｓ層６を、メルト過飽和度３〜４℃で約４０〜６０
秒間成長させて、形成する。この条件下ではこのＡＱｚ
　Ｇａ１−ｚ　Ａｓ層６は第一層５のエツチングによる
残部５ｂのエツチング面５ｃ上にのみ成長し、突出部上
面５ｄには成長しない。

次に、同一の波相成長プロセスにおいて、未飽和のＧａ
Ａｓ溶液を用いて、ＧａＡｓの突出部５ａ及びＡＱｚＧ
ａ　ｔ−ｚ　Ａｓの第二層６の面をメルトバックさせ第
１図（Ｄ）に示すように、この第二層６と、第一層５の
残部５ｂとにストライプ状のｆＸＩｔ９を形成する。こ
の際、ＧａＡｓのメル）／＜ツク速度はＡｌＧａＡｓの
メルトバック速度よりも充分大きいので、この突出部５
ａの部分が第二層６の部分よりもメルトバックが早く進
行する。従って、突出部５ａのみが選択的にメルトエッ
チされ、最終的には、第１図（Ｄ）に示すように、この
突出部５ａの部分が完全になくなり、第二クラッド層４
の面が露出する。このメルトエッチにより残存した第一
層の残部５ｂ及び第二層６の部分が電流狭窄層（電流阻
止層）　１０を形成し、この溝９の部分！■が電流狭窄
部となる。

この場合、メルトバックの条件はメルトバックされる材
料、厚さ、その他所要に応じて好適な条件を設定するこ
とが出来る。

次に、第１図（Ｅ）に示すよに、この溝９内及び電流狭
窄層ｌＯ上に第三クラッド層としてｐ−ＡＱｙＣａＩ−
ｙＡｓ層７を成長させる。一般に、一度空気中に露出さ
せたＡＱＧａＡＳｑ上に液相エピタキシャル成長させる
ことは困難であるが、このように、メルトバックを用い
ると、メルトバック直後にＡｌＧａＡｓ層を成長出来る
ため、上述したような、第二クランド層であるｐ−Ａｌ
ＧａＡｓ層４上にｐ　−ＡｌＧａＡｓ層７を液相エピタ
キシャル成長させることが可能となる。尚、第三クラッ
ド層７と、第二クラッド層４とは狙成が同一であるので
、この結晶成長により両者は一体となり、活性層３に対
し、上側クラ・２ド層１２として作用する。この成長に
より、上側クラッド層１２のチャネル部１２ａの厚みを
光閉じ込めをするのに充分な厚みとすることが出来る。

続いて、Ｐ側電極１３及びｎ側電極１４を被着して第１
図（Ｅ）に示す半導体レーザ素子の構造を得る。

ところで、上述のメルトバックを行うに当り、第二層６
で突出部５ａを完全に埋込むように成長させてからメル
トバックさせる方法も提案されている（特願昭５９−８
７１８１号）、シかしながら、ＡｌＧａＡｓのメルトバ
ック量はメルトバック時間に対して一定でなく再現性が
悪いので、突出部５ａの上面５ｄにもＡｌｌ！ＧａＡｓ
を成長させてしまうと、Ａｌｌ！ＧａＡｓもメルトエッ
チレなければならなくなるため、再現性良く電流狭窄幅
従って？ｔｉ流経路を形成出来なくなってしまう。これ
がため、この発明では、突出部５ａの上面５ｄ上には第
二層６を成長させないように制御して、ＧａＡｓのみの
メルトエッチで、すむようにし、これにより再現性良く
電流経路を形成出来るようになしている。

尚、この場合、第一層５を電流狭窄作用を有する材料で
形成しても良いが、必ずしもその必要はなく、メルトバ
ックする材料であれば充分であり、さらに、光吸収特性
を有していれば好適である。

上述したこの発明の方法により得られた第１図（Ｅ）に
示すような構造のレーザ素子においても、ｐ側電極１３
から注入された電流はコンタクト層８→上側クラッド層
１２のチャネル部１２ａ→第一クラッド層２→基板１→
ｎ側電極１４と電流狭窄部を経て流れるが、電流狭窄層
１０とその下側の第二クラッド層４とが逆バイアスとな
るので、電流狭窄層ｌＯを経て流れる電流経路は形成さ
れない。

従って、電流狭窄部１１を経る電流経路のみが選択され
、よって、活性層３の電流経路の部分（発光領域）　３
ａにのみ効率的に電流集中がなされ、低しきい値電流発
振が可能となる。

さらに、第二クラッド層４の厚みを光閉じ込めをするに
は不充分な厚みとしであるので、発光領域３ａにおける
発光は充分な厚みを持つ上側クラッドＧ１２のみに閉じ
込められるため、安定した横基本モードで発振すること
が出来る。

この発明は上述した実施例にのみ限定されるものではな
い０例えば上述した実施例ではｎ　−ＧａＡｓ基板を用
いたが、ｐ−ＧａＡｓ基板を用いても良く、その場合に
は他の層の導電型を対応して変えれば良い。ｎ−ＡＱｚ
　Ｇａ　　ｚ　Ａｓの電流阻止層６のＮ組成比Ｚが活性
層の組成比Ｘに比べて大きいので、電流阻止層はｎ型或
いはｐ型の基板を用いても、光スイッチングを起すこと
なく正常に機能する。

また、上述した実施例では半導体レーザ素子につき説明
したが、これに限定されずに、広く発光素子に適用出来
るものである。

また、上述した突出部の断面形状は逆メサ形状にのみ限
定されるものではなく、矩形状であっても、三角形状で
あても良い。

さらに、上述した素子の製造条件は所要に応じて適切な
条件を選定することが出来る。

さらに、各部分の寸法、形状及び配置関係を適切に選定
出来る。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明の発光素
子の製造方法によれば、平担な基板面上にダブルヘテロ
接合を形成する第一クラッド層、活性層、第二クラッド
層を一回の結晶成長、例えば、−回目の液相エピタキシ
ャル成長で成長させるので、これら各層の膜厚を所要の
如く正確に、かつ、簡単に制御出来、これがため、第二
クラッド層の厚みを正確に制御出来るので、横基本モー
ド発振を従来の場合よりも著しく安定化させることが出
来る。

さらに、この発明の方法によれば、使用材料のメルトバ
ック速度差を用いて溝を形成すると共に、内部電流狭窄
層を画成するので、従来のような■溝の肩の部分のメル
トバックが起らず、これがため、溝幅を設計通りに容易
に制御することが出来、従って、発振部分の広がりを抑
制することが出来、横基本モード発振の安定化を図るこ
とが出来る。

さらに、メルトエッチに際し、電流阻止用の第一層の突
出部上面に電流阻止用の第二層を成長させないようにし
ているので、メルトバック時間と電流経路形成との関係
を従来よりも容易に制御出来る、従って、再現性良く電
流経路を形成することが出来る。

さらに、液相エピタキシャル成長の際に、メルトバック
を利用しているので、ＡｌＧａＡｓの第二クラッド層上
にもＡＱＧａＡ、ｓの第三クランド層を成長させること
が出来、従って、良質の上側クラッド層を形成すること
が出来、発振特性が良好となる。

このように、この発明によれば、メルトパンク速度の１
６１Ｑ組成比の依存性を利用した選択メルトエッチを用
いて発光素子を形成出来る。また、選択メルトエッチを
用いているので、電流阻止層としてＡｌＧａＡｓを用い
ることが出来る。さらに、ＡｌＧａＡｓの電流阻止用の
第二層をＧａＡｓの電流阻止用の第一層の突出部の上面
に成長させないようにしてチャネル形成の再現性を高め
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｅ）はこの発明の発光素子の製造方法
を説明するための製造工程図、 １・・・基板（ＧａＡｓ基板） ｌａ・・・（基板の）表面 ２・・・第一クラッド層（ＡＱｙ　Ｇａｚ−ｙ　Ａｓ層
）３・・・活性層（ＡＱｘ　Ｇａｚ−ｘ　Ａｓ層）３ａ
・・・発光領域 ４・・・第二クラッド層（ＡＱｙ　Ｇａｚ−ｙ　Ａｓ層
）５・・・（電流阻止用の）第一層（ＧａＡｓ層）５ａ
・・・（第一層の）突出部 ５ｂ・・・（第一層の）残部 ５Ｃ・・・エツチング面、　　５ｄ・・・突出部上面６
・・・（電流阻止層の）第二層（ＡＱｚＧａノーｚ　Ａ
ｓ層）７・・・第三クラッド層、　　８・・・コンタク
ト層９・・・ストライブ状の溝、１０・・・電流狭窄層
１１・・・電流狭窄部、　　　１２・・・上側クラッド
層１２ａ・・・チャネッル部、　１３・・・ｐ側電極、
１４・・・ｎ側電極。 特許出願人　　　　　沖電気工業株式会社−ノ　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ζノ喫 ＋１ 豫 ζり

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板上にダブルヘテロ接合を形成する第一ク
   ラッド層、活性層及び第二クラッド層と、該第二クラッ
   ド層上の電流阻止用の第一層とを順次成長させる工程と
   、 該第一層を部分的にエッチングして突出部を形成する工
   程と、 該突出部の上面を除く第一層のエッチング面上に電流阻
   止用の第二層を成長させる工程と、該第一層及び第二層
   に、液相エピタキシャル成長時のメルトバック速度の相
   違を利用して、前記突出部の下側に対応する前記第二ク
   ラッド層の部分に達する溝を形成する工程と、 然る後、該溝内及び残存する前記第二層上に第三クラッ
   ド層とコンタクト層とを順次に液相エピタキシャル成長
   させる工程と を含むことを特徴とする発光素子の製造方法。 ２、前記第一層をＧａＡｓで形成し、かつ、前記第二層
   をＡｌＧａＡｓで形成したことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の発光素子の製造方法。