JPH02128481A - 発光デバイスの製造方法 - 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） 本発明は発光ダイオード、半導体レーザ等の発光デバイ
ス、特に光集積回路に適した発光デバイスの製造方法に
関する （従来の技術） 将来の光コンピュータ、光演算回路では、マドリスク状
の発光デバイスが集積された光集積回路が必要とされて
いる。この様な光集積回路では１つのチップに搭載する
発光デバイスは１００　Ｘ　１００あるいは１０００　
Ｘ　１０００程度でありこれまで以上に大規模な集積化
が必要となる。そこでこの様な集積回路に従来の発光ダ
イオードを搭載する場合の動作電流を考えてみる。１個
当たり１０ｍＡの発光ダイオードを１０５個集積すると 全電流＝１０ｍＡＸ１０６＝ＩＫＡ となり、著しい発熱が予想される。そのため発光ダイオ
ードの動作電流を低減する必要がある。そこで、動作電
流を例えば１０ｐＡとすれば全電流はＩＡとなり動作可
能な値となる。しかしながら動作電流１０ｐＡとしであ
る程度の輝度を確保するには面積を小さくして電流密度
をある程度確保する必要がある。電流密度をＩＫＡ／ｃ
ｍ２とすると面積Ｓはとなりｌｐｍ角のデバイスサイズ
となる。従って上述した目的にはｌｐｍ角の程度に１０
ｐＡ程度流して動作出来る発光効率の良好な発光ダイオ
ードを実現する必要がある。ｌｐｍ角活角層性層れ電流
無しに流すには、メサエッチングが適していると考えら
れる。すなわち第２図に示す様にダブルへテロ（ＤＨ）
構造のウェハーにｌｐｍ角のメサをエツチングによって
形成すれば良い。層構造は異なるが、同様なエツチング
がＪ、　Ｌ、　Ｊｅｗｅｌｌらの論文（アブライドフイ
ジツクスレターズ５１巻９４ページ１９８７年）に示さ
れている。しかしながら、この場合のデバイスサイズが
キャリアの拡散長（１−５ｐｍ）に比べて小さいため、
デバイス側面の表面再結合の影響を強く受ける事となる
。ＧａＡｓ等の半導体においては表面再結合速度は１０
７ｃｍ／ｓｅｅと太きいため活性層のキャリアが発光再
結合する前に表面において非発光で再結合してしまう事
となる。この様な影響は、デバイスの大きさがキャリア
の拡散長以下になった時に非常に強くなるため上述した
様なｌｐｍ角の発光ダイオードでは、強く表面再結合の
影響を受けて発光効率が劣化するという問題点があった
。

上述した表面再結合の影響を避けるために、ワイドギャ
プ層導体とのへテロ接合が良くしられている。たとえば
ＧａＡｓ活性層へはＡｌＧａＡｓを形成すれば良い。し
かしながら１１１ｍ角のメサ側面に再現性良＜　ＡｌＧ
ａＡｓ等の半導体を再成長する事は非常に困難である。

そこでＺｎ拡散等の不純物拡散を用いて量子井戸を無秩
序化する方法が有望である。すなわち不純物拡散によっ
て量子井戸とバリアの半導体元素の相互拡散を促進しそ
の拡散部分での量子井戸のバンドギャップを増大させる
方法である。この様な方法はＡ、　Ｋｕｒｏｂｅらの論
文（エレクトロニクスレターズ２２巻１１１７ページ１
９８６年）に示されている。

この方法を用いれば第３図に示す様な構造が実現出来る
。すなわち、多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層３３がｎ型
クラッド層３２およびｐ型クラッド層３４ではさまれた
ダブルへテロ（ＤＨ）構造にＺｎ拡散領域３５が形成さ
れた構造である。Ｚｎ拡散は選択的に行なわれ１１１ｍ
角の発光領域３６がＺｎ拡散されておらず、これ以外の
ＭＱＷ活性層３３はＺｎ拡散による無秩序化によってバ
ンドギャップが増大している。このため発光領域３６の
ＭＱＷ活性層３３が埋め込まれた構造が実現し、これに
よって横方向のキャリアの閉じ込めが有効に行なわれる
。しかしながら、この構造では無効電流が大きい欠点が
ある。すなわち、発光領域３６に１０ｐＡ程度流した場
合に、同程度以上の漏れ電流がＺｎ拡散領域３５に流れ
てしまうためである。

そこで本発明の目的は、上述した様な表面再結合の影響
が無ぐ、かつ漏れ電流が小さく、又再現性均一性に優れ
た発光デバイスの製造方法を提供する事にある。

（問題点を解決するための手段） 以上の問題点を解決するために本発明の発光デバイスの
製造方法では第１伝導型の第１クラッド層を成長する工
程と、この第１クラッド層の上に量子井戸を含む活性層
を成長する工程と、この活性層の上に第２伝導型の第２
クラッド層を成長する工程と、第２クラッド層の上側部
分にエツチング及び不純物拡散を措止可能な膜材を形成
する工程と、この膜材をマスクとして前記活性層の深さ
までかあるいは前記活性層より深く第２伝導型の不純物
を拡散する工程と、前記マスクを用いて前記膜材直下以
外にある第２伝導型の不純物拡散領域をエツチングによ
って除去する工程を含む事を特徴とする。

（作用） 本発明による発光デバイスの製造方法では、発光領域を
、不純物拡散によって量子井戸が無秩序化されて出来る
ワイドギャップ層で埋め込んでいる。このため表面再結
合は非常に小さくなる。

又、漏れ電流についてはＺｎ拡散による埋め込み領域を
エツチングによって除去する事によって埋め込み領域の
面積を飛躍的に低減される。このため漏れ電流を減少さ
せる事が出来る例えば、理論計算では、漏れ電流がエツ
チングしない場合には１００ｐＡ程度あるのに対しエツ
チングによって埋め込み領域を小さくした場合には１ｐ
Ａ以下となる事が期待される。

又、光集積回路に応用する場合には再現性均一性が問題
となる。特に集積化に伴ってデバイスが微細化し、発光
領域の大きさがキャリアの拡散長以下になってくると、
表面再結合の影響も無視できなくなってくる。本発明の
製造方法では、最初に５ｉ０２マスク等を用いて選択的
に不純物拡散を行なう。次に同じマスクを用いて、エツ
チングを行ない不要な不純物拡散領域を除去する。この
方法によって目合せする事なしにセルファライン的に選
択拡散とエツチングが行なわれるため、再現性及び均一
性良く発光領域を埋め込む不純物拡散領域の幅をｌｐｍ
程度に小さくすることが出来る。

（実施例） 次に本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。第１図は本発明の一実施例の発光ダイオードの製
造方法を示す断面図である。まず第１図（ａ）に示す様
にｎ型ＧａＡｓ基板１上ｎ型クラツド層２（ｎ−ＡＩＸ
ｃＧａｌ　−ｘ、Ａｓ、　０．４５≦ｘｃ≦０．８５．
　　厚　さ０．８〜３１１ｍ）、活性層３（ＧａＡｓ量
子井戸１００人／Ａｌｏ、５Ｇａ（１，５Ａｓバリア層
５０人５周期多重量子井戸）、Ｐ型クラッド層（ｐ−Ａ
ｌｘｃＧａｌ−ｘ。Ａｓ、厚さ０．８〜３ｐｍ）、ｐ型
キャップ層（ｐ−ＧａＡｓ、厚さ１０００〜５００Ａ）
を結晶成長する。次ぎにホトリソグラフィ技術によって
５ｉ０２等からなるマスク６（２〜３１１ｍ角、厚さ３
０００〜１００００人）を形成しそれをマスクとしてＺ
ｎ拡散層７を形成する。次ぎにリアクティブイオンビー
ムエツチング（ＲＩＢＥ）技術等のドライエツチング技
術を用い、マスク６以外のＺｎ拡散層７を除去する。こ
のときマスク６の内側に形成されたＺｎ拡散層７ａはエ
ツチングされずに残る。このＺｎ拡散層７ａの幅は約０
．５〜ｌｐｍ程度であるので、マスク６の幅を２１１ｍ
〜３ｐｍ角に設定しておくことによって発光領域となる
活性層３ａの幅はｌｐｍ程度となる。又、Ｚｎ拡散領域
７ａの面積は活性層３ａの面積と同じ位に小さいために
漏れ電流が小さく発光効率は高い。又エツチングの際に
Ｚｎ拡散の際に用いたマスク６を再び用いるために目合
わせの必要が無く歩留まり均一性再現性良く発光ダイオ
ードを製造出来る。又、エツチングの深さはＺｎ拡散層
７の深さ以上であれば良く、エツチング精度もあまり要
求されないため、エツチングの失敗が少ない利点がある
。次に第１図（ｅ）に示される様にＳｉＮ膜９を形成し
メサ８上部のみＳｉＮ膜９を除去する。最後にｐ型電極
１０、ｎ型電極１１、発光用窓穴に１２を形成して完成
する。

以上説明した様に、本発明の製造方法ではＺｎ拡散層７
をエツチングによって除去するため面積が小さくなって
漏れ電流が小さく、又、エツチングマスクと拡散マスク
を同じものを用いる事によって均一性再現性に優れた発
光ダイオードを製作出来る。

以上述べた実施例では活性層を多重量子井戸としたがこ
れに限らず光ガイド層ｌ単一量子井戸ｌ光ガイド層の３
層構造としても良い。又、本実施例では材料系としてＡ
ｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系を用いたがこれに限らずＩｎＧ
ａＡｓＰ／ＩｎＰ系ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＰ系等の他
の材料において適用可能な事は言うまでも無い。又以上
述べた実施例では拡散不純物としてＺｎを用いたがこれ
に限らずＭｇ、　Ｓｉ等の他の不純物を用いても良い。

ただしＳｉ等のｎ型不純物ではｎ型基板上にＤＨ構造を
形成する必要がある。又、以上述べた実施例ではマスク
として区形マスクを用いたがこれに限らず円形、三角形
等のいかなる形のマスクを用いても良い。又、本実施例
では発光ダイオードを製作したがこれに限らすメサ側面
を光学的に平坦な面としてＳｉＮ膜と金からなるミラー
を側面に形成する事によって、１１１ｍ程度の微小キャ
ビティーを形成するとコヒーレントな発光を得る事が可
能となる。すなわちこの微小キャビティーのモード間隔
は５０ｎｍ程度となるため、発光スペクトル中に一つの
モードしか許容されずに、シャープな発光スペクトルが
期待される。このキャビティは横方向以外に層方向にも
形成する事が可能であり、この場合には発光用窓１２に
数１００人の全てを蒸着することによって半透明ミラー
を形成し反射率を高める必要がある。層方向反射膜とし
て半導体多層膜も利用出来る。又、本実施例では発光窓
を基板側に穴を設けて形成したがこれに限らずｐ型キャ
ップ層側のｐ型電極発光窓穴を設けるか、このｐ型電極
を半透明電極として発光窓としても良い。又、本実施例
ではデバイスサイズとして２〜３ｐｍとしたがこれに限
らずキャリア拡散長以下（この場合は５ｐｍ以下）のサ
イズのデバイスに本発明を適用すれば改善効果が大きい
。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｅ）は本発明の一実施例の発光ダイオ
ードの製造方法を示した工程図である。第２図は第１の
従来技術による発光ダイオードの斜視図である。第３図
は第２の従来技術による発光ダイオードの断面図である
。 図中、１はｎ型ＧａＡｓ基板、２はｎ型クラッド層３及
び３ａは活性層、４はｐ型クラッド層、５はｐ型キャッ
プ層、６はマスク、７及び７ａはＺｎ拡散層、８はメサ
、９はＳｉＮ膜、１０はｐ型電極、１１はｎ型電極、１
２は発光用窓、２１はｎ型クラッド層、２２は活性層、
２３はｐ型クラッド層、３１はｎ型ＧａＡｓ基板、３２
はｎ型クラッド層、３３はＭＱＷ活性層、３４はｐ型ク
ラッド層、３５はＺｎ拡散領域、３６は発光領域である
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１伝導型の第１クラッド層を成長する工程と、この第
   １クラッド層の上に量子井戸を含む活性層を成長する工
   程と、この活性層の上に第２伝導型の第２クラッド層を
   成長する工程と、第２クラッド層の上側部分にエッチン
   グ及び不純物拡散を措止可能な膜材を形成する工程と、
   この膜材をマスクとして前記活性層の深さまでかあるい
   は前記活性層より深い部分まで第２伝導型の不純物を拡
   散する工程と、前記膜材をマスクとしたエッチングを行
   なうことにより前記膜材直下以外のの第２伝導型不純物
   拡散領域を、除去する工程とを有する事を特徴とする発
   光デバイスの製造方法。