JPH11340585A

JPH11340585A - 半導体発光装置

Info

Publication number: JPH11340585A
Application number: JP7902099A
Authority: JP
Inventors: Kenji Shimoyama; 謙司下山; Satoru Nagao; 哲長尾; Katsushi Fujii; 克司藤井; Hideki Goto; 秀樹後藤
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1998-03-25
Filing date: 1999-03-24
Publication date: 1999-12-10
Anticipated expiration: 2019-03-24
Also published as: JP4163321B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は簡便な方法で製造することが可能
で、レーザ特性が安定している、リッジ導波型ストライ
プ構造を有する半導体発光素子を提供すること。【解決手段】表面が低次の面方位に対してオフアング
ルを有する基板上に、活性層を有する化合物半導体層、
該化合物半導体層の上に形成され且つ電流が注入される
ストライプ領域に対応する領域に開口部を有する選択成
長保護膜、および該開口部を覆うように形成されたリッ
ジ型化合物半導体層を有することを特徴とする半導体発
光装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体発光装置に係
わり、特に半導体レーザとして好適な、リッジ導波型ス
トライプ構造を有する半導体発光装置およびその製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体発光装置を簡易に作製する場合
に、リッジ導波型と呼ばれる構造がよく用いられる。図
２にその構造の作製方法を示す。まず、最初に基板２０
１上に第１導電型クラッド層２０２、活性層２０３、第
２導電型クラッド層２０４および第２導電型コンタクト
層２０５を成長する。次に、フォトリソグラフィーによ
るパターニングによりストライプ状の開口部を設けたレ
ジスト２１１をウエハー表面に形成し、このレジスト２
１１をマスクとして第２導電型クラッド層２０４を所望
の厚みだけ残るようにウェットエッチングしてストライ
プ状のリッジを形成する。この後、エピタキシャル側の
全表面にＳｉＮｘ等の絶縁性を有する保護膜２０６を形
成し、フォトリソグラフィーによるパターニングによっ
てストライプ状の開口部を設けたレジストを用いてリッ
ジ頂部の保護膜だけをエッチングにより除去する。これ
によって、リッジ頂部以外からは電流が流れないように
している。このとき場合によっては、リッジ側面に他の
保護膜をさらに形成することがある。この後、エピタキ
シャル側電極２０７および基板側電極２０８を形成す
る。

【０００３】このような構造を採用することで、電流は
クラッド層のリッジ部を通じて注入された後、活性層２
０３に注入される。したがって、リッジ部の下の活性層
領域に電流が集中し、活性層のバンドギャップに対応し
た波長を有する光が発生する。このとき、活性層のバン
ドギャップは上下のクラッド層よりも通常小さく、かつ
活性層の屈折率は上下のクラッド層よりも大きいため
に、活性層内に有効にキャリアおよび光を閉じ込めるこ
とができる。また、非リッジ部２１０には半導体部分に
比べて屈折率の小さい保護膜２０６を形成しているた
め、非リッジ部２１０の下の活性層領域の実効屈折率
は、リッジ部のそれより小さくなる。その結果、発生し
た光はリッジ部２１０の下の活性層領域に閉じ込められ
ることになる。このため、レーザ発振のための横モード
を安定化し、しきい値電流を低減させることができる。

【０００４】しかしながら、このような従来のリッジ導
波路半導体発光装置の製造法では、リッジ部をエッチン
グにより形成するため、非リッジ部２１０におけるクラ
ッド層の厚みを精度よく制御することが困難であった。
その結果、非リッジ部のクラッド層の厚みのわずかな違
いにより、この部分の実効屈折率が大きく変動し、半導
体発光装置のレーザ特性が変動し製品歩留まりを向上さ
せることが難しかった。また、単一横モードのレーザを
作製する場合、リッジ上部の幅はせいぜい大きくても数
ミクロン程度であるが、従来の製造法ではセルファライ
ン等のプロセス簡素化技術を用いることが困難であるた
めに、非常に高精度な位置合わせ技術が必要とされてい
た。このような複雑かつ微細なフォトリソグラフィ技術
は、素子の作製工程を煩雑にし、素子の作製歩留まりを
も低下させていた。さらに、ＳｉＮｘ膜をリッジ側面に
形成すると、リッジ側面表面側に０．１μｍ程度の空乏
層が形成されるために、実効的な電流チャンネル幅が小
さくなり、通過抵抗を大きくしてしまうという問題も生
じていた。

【０００５】一方、近年、記録密度向上のために情報処
理用光源として、従来のＡｌＧａＡｓ（波長７８０ｎｍ
近傍）に代わって、ＡｌＧａＩｎＰ系を用いた可視（通
常６３０〜６９０ｎｍ）レーザが実用化されているが、
短波長化かつ低しきい値・高温動作に向けて以下に述べ
る検討がなされてきた。ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系
からなる可視レーザの作製において、（１００）面から
［０１１］方向（もしくは［０−１−１］方向）にオフ
した基板を用いることにより、自然超格子の形成（オー
ダーリング）によるバンドギャップの縮小を抑制し、短
波長化しやすくしたり、ｐ型ドーパント（たとえばＺ
ｎ、Ｂｅ、Ｍｇ）の高濃度ドーピングをしやすくし、ヘ
テロ障壁の増大による素子の発振しきい値電流や温度特
性を向上させることが可能となる。ただし、オフ角度が
小さいときには、ステップバンチングが顕著に現れ、ヘ
テロ界面に大きな凹凸が形成されてしまい、量子井戸構
造（約１０ｎｍ以下のＧａＩｎＰ井戸層）を作製したと
きに、バルク活性層に対する量子効果によるＰＬ波長
（あるいは発振波長）の短波長化シフト量が設計値より
小さくなってしまう。オフ角度を大きくすることによ
り、ステップバンチングを抑制し、ヘテロ界面が平坦と
なり、設計通りに量子効果による短波長化が可能とな
る。このように、短波長化の阻害要因となっている自然
超格子の形成やステップバンチングの発生を抑制し、か
つｐ型高濃度ドーピングによる短波長化による発振しき
い値電流の増加および温度特性の劣化を抑制するため
に、通常（１００）面から［０１１］方向（もしくは
［０−１−１］方向）に６〜１６度程度オフした基板が
用いられる。ただし、６５０ｎｍ、６３５ｎｍなどの目
的とする波長により、ＧａＩｎＰ井戸層の厚みや歪み量
を考慮して、適切なオフ角度を選択する必要がある。ま
た、活性層が自然超格子により形成されると、通電中に
自然超格子が壊れて混晶化し、レーザ発振波長あるいは
発光波長が変化したり、素子特性が劣化するなどの問題
が生じる場合がある。上記のＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎ
Ｐ以外のＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡ
ｓＰなどのＧａとＩｎを構成元素として含む材料を活性
層に用いる場合においても、自然超格子が形成されやす
く、自然超格子の形成を抑制するためには、同様にオフ
基板を用いることが上述の問題を解決するためにも有効
である。

【０００６】このとき導波ロス、ミラ−ロスを低減させ
るために、通常基板オフ方向となるべく垂直な方向にス
トライプ状の共振器を形成させる。図３（ａ）および
（ｂ）は、従来の半導体からなる電流ブロック層を用い
たリッジ型あるいはグルーブ型のインナーストライプ構
造の断面を示したものである。図中、３０１は基板、３
０２は第１導電型クラッド層、３０３は活性層、３０４
は第２導電型クラッド層、３０５は第１導電型電流ブロ
ック層、３０６は第２導電型コンタクト層、３０７はエ
ピタキシャル側電極、３０８は基板側電極、３１１は基
板、３１２は第１導電型クラッド層、３１３は活性層、
３１４は第２導電型第１クラッド層、３１５は第１導電
型電流ブロック層、３１６は第２導電型第２クラッド
層、３１７は第２導電型コンタクト層、３１８はエピタ
キシャル側電極、３１９は基板側電極である。この場
合、基板のオフによりリッジあるいはグルーブの形状が
左右非対称となり、光密度分布が左右非対称となった
り、あるいはリッジまたはグルーブの底で電流注入が不
均一になったりしやすくなるために、光ディスク等の情
報処理用レーザに要求される安定な基本横モードが得ら
れにくくなり、キンクレベルが低下したり、あるいはビ
ームプロファイルの左右の非対称性が増大するといった
問題が生じやすくなる。特に、光分布の裾がブロック層
にまでしみ出す実屈折率ガイドにおいて、この問題は顕
著になると考えられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】これらの従来技術の問
題点を考慮して、本発明は簡便な方法で製造することが
可能で、レーザ特性が安定している、リッジ導波型スト
ライプ構造を有する半導体発光素子を提供することを解
決すべき課題とした。また本発明は、ＡｌＧａＩｎＰ／
ＧａＩｎＰ系可視レーザのように、短波長化のためにオ
フ角度の大きい基板を用いた場合にも、上記リッジ導波
型レーザにおけるリッジ形状の左右非対称性が、光強度
分布の左右非対称性に影響をほとんど受けることなく、
安定な基本横モードが高出力動作まで得られる半導体発
光素子を提供することを解決すべき課題とした。さらに
本発明は、複雑かつ微細なフォトリソグラフィ技術を必
要とせずに、素子の作製工程を簡素化し、かつ素子の作
製歩留まりも極めて良好な半導体発光素子の製造方法を
提供することも解決すべき課題とした。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決すべく鋭意検討した結果、リッジ導波型半導体
発光装置において、ストライプ領域の両側を保護膜で覆
うことにより、複雑かつ微細なフォトリソグラフィ技術
が必要でなくなり、素子の作製工程を簡素化し、かつ素
子の作製歩留まりを大幅に向上できることを見いだし
た。また、かかる構造を有する半導体発光装置は、保護
膜を用いる選択成長により容易に製造可能であることを
見出し、さらに、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系可視レ
ーザのように、短波長化のためにオフ角度の大きい基板
を用いた場合にも、上記リッジ導波型レーザにおけるリ
ッジ形状の左右非対称性が、光強度分布の左右非対称性
に影響をほとんど受けることなく、安定な基本横モード
が高出力動作まで得られることを見いだし、本発明に到
達した。

【０００９】すなわち本発明は、表面が低次の面方位に
対してオフアングルを有する基板上に、活性層を有する
化合物半導体層、該化合物半導体層の上に形成され且つ
電流が注入されるストライプ領域に対応する領域に開口
部を有する選択成長保護膜、および該開口部を覆うよう
に形成されたリッジ型化合物半導体層を有することを特
徴とする半導体発光装置を提供するものである。また本
発明は、表面が低次の面方位に対してオフアングルを有
する基板上に、活性層を有する化合物半導体層、該化合
物半導体層の上に形成され且つ電流が注入されるストラ
イプ領域に対応する領域に開口部を有する保護膜、およ
び該開口部を覆うように形成され且つ側壁の少なくとも
一部が順メサ型であるリッジ型化合物半導体層を有する
ことを特徴とする半導体発光装置も提供するものであ
る。

【００１０】本発明の半導体発光装置は、活性層を有す
る化合物半導体層がさらに第１導電型クラッド層および
第２導電型第１クラッド層を有することや、リッジ型化
合物半導体層が第２導電型第２クラッド層を有すること
が好ましい。また、リッジ型化合物半導体層の頂部およ
び側面に保護膜が形成されていないものが好ましい。リ
ッジ型化合物半導体層の頂部および側面をすべて覆うよ
うにコンタクト層が形成されているものも好ましい。ま
た、リッジ型化合物半導体層が保護膜の上面の一部にか
かるように形成されているものが好ましい。基板表面の
低次の面方位が（１００）またはそれと等価な面である
ことが好ましく、オフアングルが３０°以下であること
が好ましい。また、オフアングルの方向が、ストライプ
領域の長手方向に直交する方向から±３０°以内の方向
であることが好ましく、ストライプ領域の長手方向が
［０−１１］またはそれと等価な方向から±３０°以内
の方向であり、オフアングルの方向が［０１１］または
それと等価な方向から±３０°以内の方向であることが
好ましい。活性層はＡｌＧａＩｎＰ層またはＧａＩｎＰ
層であることが好ましく、基板はＧａＡｓなどの閃亜鉛
型結晶から構成されることが好ましい。さらに保護膜と
活性層を有する化合物半導体層との間に酸化防止層が形
成され、該酸化防止層が保護膜の開口部において活性層
を有する化合物半導体層を覆うことが好ましい。

【００１１】本発明は、表面が低次の面方位に対してオ
フアングルを有する基板上に活性層を有する化合物半導
体エピタキシャル層を成長する工程、該化合物半導体エ
ピタキシャル層の表面に開口部を有する保護膜を形成す
る工程、並びに該開口部を覆うようにリッジ型化合物半
導体エピタキシャル層を選択成長する工程を含むことを
特徴とする半導体発光装置の製造方法も提供する。活性
層を有する化合物半導体層がさらに第１導電型クラッド
層および第２導電型第１クラッド層を有するようにする
ことや、リッジ型化合物半導体層が第２導電型第２クラ
ッド層を有するようにすることが好ましい。特に第２導
電型第２クラッド層を、保護膜の上面の一部にかかるよ
うに成長させることが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の半導体発光装置につい
て、以下に各層の詳細と製造工程例を示しながら具体的
に説明する。本発明の半導体発光装置は、基板上に、活
性層を有する化合物半導体層、該化合物半導体層の上に
形成され且つ電流が注入されるストライプ領域に対応す
る領域に開口部を有する選択成長保護膜、および該開口
部を覆うように形成されたリッジ型化合物半導体層を有
するものである。

【００１３】基板上にはバッファ層が設けられていても
良く、第１導電型クラッド層は第１導電型第１クラッド
層と第１導電型第２クラッド層からなる２層構造を有し
ていてもよい。活性層を挟むクラッド層は活性層よりも
屈折率が小さい層である。これらのクラッド層と活性層
からなる化合物半導体層は、光ガイド層として機能する
層を含んでいてもよい。第２導電型第１クラッド層の上
には、開口部を有する保護膜を有する。第２導電型第１
クラッド層と保護膜との間には酸化防止層が形成されて
いてもよい。保護膜の開口部によって画定されるストラ
イプ領域および該ストライプ領域の上には、活性層より
屈折率の小さい層を含むリッジ型の化合物半導体層を有
する。この化合物半導体層は、通常は大部分が第２導電
型第２クラッド層からなる。第２導電型第２クラッド層
の他には、例えば光ガイド層として機能する層を含んで
いてもよい。リッジ頂部および側面の実質的全面は、低
抵抗のコンタクト層によって覆われていることが好まし
い。

【００１４】本発明の半導体発光装置に使用する基板
は、その上にダブルへテロ構造の結晶を成長することが
可能なものであれば、材料の特性や種類については特に
限定されない。好ましいのは導電性がある材料であり、
望ましくはその上への結晶薄膜成長に適したＧａＡｓ、
ＩｎＰ、ＧａＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＯ、Ｓｉ、Ａｌ₂Ｏ₃等
の結晶基板、特に閃亜鉛鉱型構造を有する結晶基板であ
る。基板結晶成長面は低次な面またはそれと結晶学的に
等価な面が好ましく、（１００）面およびそれと結晶学
的に等価な（１００）面や（１１１）面等の面がより好
ましい。

【００１５】なお、本明細書において「（１００）面」
という場合は、必ずしも厳密に（１００）シャストの面
である必要はなく、最大３０°程度のオフアングルを有
する場合まで包含する。オフアングルの大きさは上限は
３０°以下が好ましく、１６°以下がより好ましく、下
限は０．５°以上が好ましく、２°以上がより好まし
く、７°以上がさらに好ましく、１０°以上が最も好ま
しい。オフアングルの方向は、ストライプ領域の長手方
向に直交する方向から、±３０°以内の方向が好まし
く、±７°以内の方向がより好ましく、±２°以内の方
向が最も好ましい。また、ストライプ領域の方向は、基
板の面方位が（１００）の場合、［０−１１］またはそ
れと等価な方向が好ましく、オフアングルの方向は［０
１１］方向またはそれと等価な方向から±３０°以内の
方向が好ましい。また、基板はウルツ型等の六方晶型の
基板でもよく、その場合は例えばＡｌ₂Ｏ₃、６Ｈ−Ｓｉ
Ｃ等を用いることができる。

【００１６】クラッド層、活性層およびコンタクト層の
材質および構造については特に限定されないが、ＡｌＧ
ａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎ
ＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＢｅＭｇＺｎＳｅ、ＭｇＺｎ
ＳＳｅ、ＣｄＺｎＳｅＴｅ等の一般的なIII-V 族、II-V
I 族半導体を用いるのが好ましい。このとき、クラッド
層としては活性層より屈折率が小さい材料が選択され、
コンタクト層としては通常はバンドギャップがクラッド
層よりも小さい材料が選択される。金属電極とのオーミ
ック性をとるための低抵抗で適当なキャリア密度とし
て、下限は、１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上が好ましく、３×１
０¹⁸ｃｍ^-3以上がより好ましく、５×１０ ¹⁸ｃｍ^-3以上
が最も好ましい。上限は、２×１０²⁰ｃｍ^-3以下が好ま
しく、５×１０¹⁹ｃｍ^-3以下がより好ましく、３×１０
¹⁹ｃｍ^-3以下が最も好ましい。

【００１７】中でも活性層の材料が、ＧａＩｎＰ、Ａｌ
ＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩ
ｎＡｓＰなどのＧａとＩｎを構成元素として含む材料で
ある場合は、自然超格子が形成されやすいために、オフ
基板を用いることによる自然超格子抑制の効果は大き
い。活性層は、単一の層からなる場合に限定されず、量
子井戸層および該量子井戸層を上下から挟む光ガイド層
からなる単一量子井戸構造（ＳＱＷ）や、複数の量子井
戸層およびそれらに挟まれたバリア層ならびに最上の量
子井戸層の上および最下の量子井戸層の下に積層された
光ガイド層からなる多量子井戸構造（ＭＱＷ）であって
もよい。

【００１８】本発明の半導体発光装置では、化合物半導
体層の上に酸化防止層を設けてもよい。酸化防止層を設
けておけば、リッジ形状のクラッドを再成長により形成
したときに、再成長界面で通過抵抗を増大させるような
高抵抗層の発生を防ぐことが容易にできるようになる。
このため酸化防止層は、活性層を有する化合物半導体層
と以下に記載する保護膜との間に形成して、保護膜の開
口部において酸化防止層が化合物半導体層を覆うように
するのがよい。

【００１９】酸化防止層としては、酸化されにくいか或
いは酸化されてもクリーニングが容易な材料であれば特
に限定されない。具体的には、Ａｌ等の酸化されやすい
元素の含有率が低い（０．３以下程度）III-Ｖ族化合物
半導体層が挙げられる。また、材料または厚みを選択す
ることにより、活性層からの光を吸収しないようにする
ことが好ましい。酸化防止剤の材料は、通常は活性層材
料よりバンドギャップの大きい材料の中から選択される
が、バンドギャップが小さい材料であっても、厚さが５
０ｎｍ以下、より好ましくは３０ｎｍ以下、最も好まし
くは１０ｎｍ以下であれば、実質的に光の吸収が無視で
きるので使用可能である。

【００２０】本発明の半導体発光装置に使用する保護膜
についても特に限定されないが、ストライプ領域に形成
されたリッジ部の下の活性層の領域にのみ電流注入を行
えるようにする必要がある。すなわち、ストライプ状開
口部両脇の保護膜で電流狭窄を行うために、保護膜は絶
縁性を有する必要がある。また、活性層では水平方向に
リッジ部と非リッジ部の間で実効屈折率差をつけ、レー
ザ発振の横モードの安定化を図るために、保護膜の屈折
率はリッジ型半導体層、すなわち第２導電型第２クラッ
ド層の屈折率よりも小さいことが好ましい。しかし、実
用上は、保護膜とクラッド層との屈折率差が大きすぎる
と活性層内での横方向の有効屈折率段差が大きくなり易
いために、リッジ下の第２導電型第１クラッド層を厚く
しなければならなくなり、横方向に漏れ電流が大きくな
る傾向がある。一方、保護膜とクラッド層との屈折率差
が小さすぎる場合、保護膜の外側へ光が漏れやすくなる
ために保護膜をある程度厚くする必要があるが、このこ
とにより劈開性が悪くなる傾向がある。これらを考え併
せて、保護膜とクラッド層との屈折率差の下限は０．２
以上が好ましく、０．３以上がより好ましく、０．５以
上が最も好ましい。上限は３．０以下が好ましく、２．
５以下がより好ましく、１．８以下が最も好ましい。ま
た、保護膜の厚みは、絶縁特性を充分に示すことがで
き、かつ保護膜の外側に光が漏れない程度の厚さがあれ
ば特に問題はない。保護膜の厚みの下限は１０ｎｍ以上
が好ましく、３０ｎｍ以上がより好ましく、５０ｎｍ以
上が最も好ましい。上限は５００ｎｍ以下が好ましく、
３００ｎｍ以下がより好ましく、２００ｎｍ以下が最も
好ましい。

【００２１】保護膜は、誘電体であることが好ましく、
具体的には、ＳｉＮ_X膜、ＳｉＯ₂膜、ＳｉＯＮ膜、Ａｌ
₂Ｏ₃膜、ＺｎＯ膜、ＳｉＣ膜およびアモルファスＳｉか
らなる群から選択されるのが好ましい。特にＳｉＮ
_X膜、ＳｉＯ₂膜、Ａｌ₂Ｏ₃膜はリッジ部の選択成長に適
しているために好ましい。保護膜は、マスクとしてＭＯ
ＣＶＤなどを用いてリッジ部を選択再成長により形成す
る場合に用いられるとともに、電流狭窄の目的でも用い
られる。プロセスの簡便さから、電流狭窄用の保護膜と
選択成長用の保護膜は同一組成のものを使用することが
好ましいが、必要に応じて組成の異なる層を多層に成膜
してもよい。

【００２２】閃亜鉛型構造を有する基板表面が（１０
０）面またはそれと結晶学的に等価な面を有するとき
は、第２導電型第２クラッド層が保護層上に容易に成長
し、リッジ（第２導電型第２クラッド層）側壁に後述の
コンタクト層が容易に成長するように、保護膜の開口部
で規定されるストライプ領域が［０１−１］Ｂ方向また
はそれと結晶学的に等価な方向に伸びているのが好まし
い。このとき、リッジ側壁の大部分は、通常（３１１）
Ａ面や（３−１−１）Ａ面などの[３１１]Ａ面に形成さ
れ、リッジを構成する第２導電型第２クラッド層の成長
面のほぼ全面上にコンタクト層を形成することが可能に
なる。同じ理由から、ウルツ型構造を有する基板を用い
るときは、ストライプ領域は例えば（０００１）面上に
［１１−２０］方向または［１−１００］方向に伸びて
いるのが好ましい。エピタキシャル層をＨＶＰＥ法によ
り成長させるときは、［１１−２０］も［１−１００］
も同じ結果になる。エピタキシャル層をＭＯＣＶＤ法に
より成長させるときは、［１１−２０］が好ましい。こ
れは、第２導電型第２クラッド層がＡｌＧａＡｓ、特に
Ａｌ組成が０．２〜０．９、好ましくは０．３〜０．７
であるＡｌＧａＡｓからなるときに顕著である。なお、
本明細書において「［０１−１］Ｂ方向」とは、通常の
ＩＩＩ−Ｖ族またはＩＩ−ＶＩ族半導体において、（１
００）面と（０１−１）面との間に存在する（１１−
１）面にＶ族またはＶＩ族の元素が存在するように定義
する。また、「［０１−１］Ｂ方向」は、［０１−１］
Ｂ方向ジャストの方向のみならず、［０１−１］Ｂ方向
から±１０度程度傾いた方向も含む。なお、本発明の実
施態様は、ストライプ領域が［０１−１］Ｂ方向に伸び
ている態様に限定されるものではない。他の態様につい
て以下においてさらに説明する。

【００２３】例えばＭＯＣＶＤ法を用いるときの成長条
件は適宜決定することができる。例えば、保護層の開口
部で規定されるストライプ領域が［０１１］Ａ方向に伸
びているときは、成長速度は異方性を有するように決定
することができる。すなわち、成長速度は、（１００）
面における成長が速く、（１−１１）Ｂ面や（１１−
１）Ｂ面などの[１１１]Ｂ面ではほとんど成長しないよ
うに調節するのが好ましい。このような異方性条件下で
ストライプ状の窓の（１００）面上に選択成長させると
きは、側面が（１−１１）Ｂ面や（１１−１）Ｂ面など
の[１１１]Ｂ面であるリッジが形成される。このとき、
ＭＯＣＶＤ法の条件は、より等方性が高い成長が起こ
り、リッジ頂部である（１００）面上と（１−１１）Ｂ
面や（１１−１）Ｂ面などの[１１１]Ｂ面からなるリッ
ジ側面上にコンタクト層が形成されるように選択する。

【００２４】本発明の第１の側面により提供される半導
体発光装置の製造方法は特に制限されない。通常は、基
板上にダブルヘテロ構造を形成し、電流注入を行うスト
ライプ領域上に形成した保護膜を利用することによっ
て、リッジ型を有する第２導電型第２クラッド層とコン
タクト層を選択成長する。このとき、第２導電型第２ク
ラッド層の一部を保護膜上に形成することができるよう
にするために、第２導電型第２クラッド層がストライプ
領域が基板表面内で伸びる方向と垂直な方向に容易に成
長するように条件を設定する。すなわち、ラテラル成長
が起きる条件を選択する。特に、基板表面が（１００）
面であるときは、保護膜の開口部で規定されるストライ
プ領域が［０１−１］Ｂ方向にし、温度や原料供給量等
を適当に調節する。第２導電型第２クラッド層がＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体であるときは、温度が低くてＶ／Ｉ
ＩＩ比が大きいほどラテラル成長が容易である。Ａｌ含
有組成物を用いるときは、Ａｌ含有量が多いほどラテラ
ル成長が容易である。

【００２５】また、図１（ｂ）に示すように、保護膜は
ストライプ領域を画定する側面と上面においてのみ第２
導電型クラッド層と接しており、リッジ型の第２導電型
第２クラッド層頂部および側面には保護膜が形成されて
いないのが好ましい。このような構造であれば、製造が
容易になり、かつ通過抵抗等の特性が改善されるので好
ましい。ストライプ領域の幅は、２．２〜１０００μｍ
にするのが好ましい。幅をこの範囲内にすることによっ
て、高出力動作を実現することができる。

【００２６】第２導電型第２クラッド層の高さ（厚さ）
は、ストライプ領域の幅の０．２５倍から２．０倍程度
であるのが好ましい。この範囲であれば、後述する電流
ブロック層やリッジダミー層に比して著しく突出するこ
とがなく、ジャンクションダウンで用いた場合にリッジ
部にストレスがかかって寿命に悪影響を与えることもな
く、また、逆に周囲に比して著しく低いために電極形成
工程等の後工程が行い難くなることもないため好まし
い。

【００２７】第２導電型第２クラッド層のリッジ頂部お
よび／または側面にはコンタクト層を形成しておくのが
好ましい。好ましいのは、リッジ頂部および側面の全面
にコンタクト層を形成した態様である。コンタクト層の
上に形成する電極や第２導電型第２クラッド層とコンタ
クト層との間に十分な接触面積を持たせることにより、
装置全体の抵抗を低く抑えることができる。コンタクト
層が形成されたリッジ頂部および側面の一部は、さらに
酸化防止等の目的で保護膜で覆うことも可能である。こ
の態様も、リッジ側面にコンタクト層を形成せずに保護
膜を形成した態様よりは装置全体の抵抗を小さく抑える
ことができる。特に、ＡｌＧａＩｎＰ系やＡｌＧａＩｎ
Ｎ系など比抵抗の高い材料（とりわけｐ型）において、
装置全体の抵抗低減に有効である。

【００２８】本発明の半導体発光装置を製造する際に
は、従来から用いられている方法を適宜選択して使用す
ることができる。結晶の成長方法は特に限定されるもの
ではなく、ダブルヘテロ構造の結晶成長やリッジ部の選
択成長には、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、分
子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、ハイドライドあるい
はハライド気相成長法（ＶＰＥ法）、液相成長法（ＬＰ
Ｅ法）等の公知の成長方法を適宜選択して用いることが
できる。

【００２９】本発明の半導体発光装置は、表面が低次の
面方位に対してオフアングルを有する基板上に第１導電
型クラッド層、活性層および第２導電型第１クラッド層
を含むエピタキシャル層を成長し、該エピタキシャル層
表面に開口部を有する保護膜を形成し、該開口部に第２
導電型第２クラッド層を選択成長することによって製造
することができる。その後、該リッジ側面に保護膜を形
成することなく該リッジの頂部および側面に電極を形成
するのが好ましい。各層の具体的成長条件等は、層の組
成、成長方法、装置の形状等に応じて異なるが、ＭＯＣ
ＶＤ法を用いてIII −Ｖ族化合物半導体層を成長する場
合、ダブルヘテロ構造は、成長温度６５０〜７５０℃程
度、Ｖ／III 比２０〜６０程度（ＡｌＧａＡｓの場合）
あるいは３５０〜５５０程度（ＡｌＧａＩｎＰの場
合）、リッジ部分は成長温度６００〜７００℃、Ｖ／II
I 比４０〜６０程度（ＡｌＧａＡｓの場合）あるいは３
５０〜５５０程度（ＡｌＧａＩｎＰの場合）で行うのが
好ましい。

【００３０】特に保護膜を用いて選択成長するリッジ部
分がＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰのようにＡｌを含む
場合、成長中に微量のＨＣｌガスを導入すれば、マスク
上へのポリの堆積が防止されるため非常に好ましい。し
かし、Ａｌの組成が高いほど、あるいはマスク部／開口
部の比が大きいほど、他の成長条件を一定とした場合、
ポリの堆積を防止し、かつ開口部のみに選択成長を行う
（セレクティブモード）のに必要なＨＣｌ導入量は増加
する。一方、ＨＣｌガスの導入量が多すぎるとＡｌＧａ
Ａｓ層の成長が起こらず、逆に半導体層がエッチングさ
れてしまうが（エッチングモード）が、Ａｌ組成が高く
なるほど他の成長条件を一定とした場合、エッチングモ
ードになるのに必要なＨＣｌ導入量は増加する。そこ
で、最適なＨＣｌ導入量はトリメチルアルミニウム等の
Ａｌを含んだIII 族原料供給モル数に大きく依存する。
具体的には、ＨＣｌの供給モル数とＡｌを含んだIII 族
原料供給モル数の比（ＨＣｌ／III 族）は、０．０１以
上５０以下、より好ましくは０．０５以上１０以下、最
も好ましくは０．１以上５以下とするとよい。ただし、
リッジにＩｎを含む化合物半導体層を選択成長（特に、
ＨＣｌ導入）させる場合に、リッジの組成制御が困難に
なりやすい。

【００３１】第２導電型第２クラッド層は、絶縁体から
なる保護膜の上面にかかるように成長して、保護膜とリ
ッジの近傍にしみ出す光の分布の制御性を良くするのが
好ましい。また、第２導電型第２クラッド層上の成長可
能な面の実質的全面にコンタクト層を成長させ、クラッ
ド層側面の酸化を抑制したり、エピタキシャル面側の電
極との接触面積の増加を行い、電極とのコンタクト抵抗
を低減したりすることもできる。これら再成長部のクラ
ッド層やコンタクト層を絶縁膜上部にかかるように成長
することはそれぞれ単独に行っても良いし、両方を組み
合わせても良い。

【００３２】さらに、再成長でリッジを形成する場合に
はリッジ部の組成、キャリア濃度や成長速度の制御性を
向上するために電流注入されるリッジ部より大面積とな
る電流注入を行わないリッジダミー層を設けることも可
能である。この際、リッジダミー層の部分には電流の通
過を防止するために酸化膜等との絶縁性の被覆層やサイ
リスタ構造等を作製している。また、オフ基板上に電流
注入ストライプをオフ方向となるべく垂直な方向に形成
させた場合、再成長のリッジは左右非対称となるが、図
２に示すような従来の半導体からなるブロック層より
も、保護膜とリッジ部のクラッド層との屈折率差を容易
に大きくすることができたり、ストライプ方向を適切に
選ぶことにより再成長部のクラッド層が保護膜の上面に
かかるように成長させることができるので、保護膜とリ
ッジ近傍にしみ出す光の分布の対称性は良好であり、高
出力まで安定な基本横モード発振が得られる。このよう
に、本発明は様々なリッジストライプ型導波路構造半導
体発光装置に応用可能である。

【００３３】本発明を適用した最も好ましい形態として
は、低次の面方位に対してオフアングルを有する基板上
に絶縁体からなる保護膜を用いて、ダブルヘテロ構造の
エピタキシャル面側に酸化抑制層を設けた状態で、電流
が注入されるストライプ領域にリッジ形状のクラッド層
およびその上にコンタクト層を絶縁体からなる保護膜上
部までかかるように再成長し、この際にリッジ部より大
面積となる非電流注入のリッジダミー層を設けて、かつ
リッジ側面には絶縁体からなる保護膜を形成されておら
ず、リッジの上面および側面に電極が形成されているも
のである。

【００３４】上記の電極付きウエハから劈開により切り
出されたレーザチップは、通常ヒートシンク、光出力モ
ニター用フォトダイオードとともに窒素雰囲気でＣＡＮ
パッケージに封止して、組み上げられる。最近では、小
型化、低コスト化を目的として、レーザチップが光学部
品と一体となった集積型光ピックとして組み上げられる
場合もある。本発明はこれらを始めとする広範な用途に
供し得るものである。本発明を用いた半導体レーザ装置
として、情報処理用光源（通常ＡｌＧａＡｓ系（波長７
８０ｎｍ近傍）、ＡｌＧａＩｎＰ系（波長６００ｎｍ
帯）、ＩｎＧａＮ系（波長４００ｎｍ近傍））について
述べたが、通信用信号光源（通常ＩｎＧａＡｓＰあるい
はＩｎＧａＡｓを活性層とする１．３μｍ帯、１．５μ
ｍ帯）レーザ、ファイバー励起用光源（ＩｎＧａＡｓ歪
み量子井戸活性層／ＧａＡｓ基板を用いる９８０ｎｍ近
傍、ＩｎＧａＡｓＰ歪み量子井戸活性層／ＩｎＰ基板を
用いる１４８０ｎｍ近傍など）レーザなどの通信用半導
体レーザ装置など幅広い用途（特に高出力動作）に適用
することができる。また、通信用レーザでも円形に近い
レーザはファイバーとの結合効率を高める点で有効であ
る。さらに本発明の構造は半導体レーザ以外に端面発光
型などの発光ダイオード（ＬＥＤ）としても応用可能で
ある。

【００３５】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的
に説明する。以下の実施例に示す材料、濃度、厚さ、操
作手順等は、本発明の精神から逸脱しない限り適宜変更
することができる。したがって、本発明の範囲は以下の
実施例に示す具体例に制限されるものではない。

【００３６】（実施例）この実施例は図１に示すもので
ある。まず、最初に（１００）面から［０−１−１］Ａ
方向に１０°あるいは１５°程度オフさせた厚さ３５０
μｍのＧａＡｓ基板１０１の上に、ＭＯＣＶＤ法により
厚さ０．５μｍのＳｉドープｎ型ＧａＡｓバッファ層
（ｎ＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3）（図示せず）、厚さ１．５μ
ｍのＳｉドープＡｌ_0.75Ｇａ_0.25Ａｓクラッド層（ｎ＝
１×１０¹⁸ｃｍ^-3）１０２、厚さ０．２μｍのＳｉドー
プｎ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層
（ｎ＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3）１０３、厚さ３０ｎｍのノン
ドープ（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5） _0.5Ｉｎ_0.5Ｐ光ガイド層
１０４あるいは厚さ５ｎｍのノンドープ（Ａｌ_0.5Ｇａ
_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐバリア層１０５に挟まれた厚さ５
〜６ｎｍのノンドープＧａ_0.44Ｉｎ_0.56Ｐ井戸層１０６
（４層）からなる多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層１０
７、厚さ０．２μｍのＺｎドープｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ
_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層（ｐ＝７×１０¹⁷ｃｍ
^-3）１０８、厚さ５ｎｍのＺｎドープｐ型Ｇａ_0.5Ｉｎ
_0.5Ｐ酸化抑制層（ｐ＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3）１０９を順
次積層することにより、ダブルヘテロ構造を形成した
（図１（ａ））。このとき、酸化抑制層は活性層で再結
合した光を吸収しないように組成を選択する方がしきい
値電流を低減する上では好ましいが、セルフパルセーシ
ョンさせるために意図的に光を吸収させて可飽和吸収層
として利用することも可能である。なお、光を吸収させ
ないようにするために、上記Ｇａ_xＩｎ_1-xＰ酸化抑制
層の組成をＧａリッチ側（Ｘ＝０．５〜１）に変えた
り、Ａｌを若干量加える（（Ａｌ_xＧａ_1-x）_0.5Ｉｎ
_0.5Ｐ、Ｘ＝０．１〜０．２程度）ことがさらに有効で
ある。次にこのダブルヘテロ基板の表面に絶縁性のＳｉ
Ｎ_x保護膜（屈折率１．９、波長６５０ｎｍ）１１０を
２００ｎｍ堆積させ、フォトリソグラフィ法によりこの
ＳｉＮ_x膜１１０にオフアングルの方向と直交する［０
１−１］Ｂ方向に幅２．２μｍのストライプ状の窓１０
７を多数開ける。このストライプ状の窓１１１に、ＭＯ
ＣＶＤ法を用いた選択成長により、厚さ１．２μｍのＺ
ｎドープｐ型Ａｌ_0.77Ｇａ_0.23Ａｓクラッド層（ｐ＝
１．５×１０¹⁸ｃｍ^-3；屈折率３．３、波長６５０ｎ
ｍ）１１２と厚さ０．３μｍのＺｎドープＧａＡｓコン
タクト層１１３からなるリッジを形成した（図１
（ｂ））。このとき、リッジの側面の大部分が（３１
１）Ａ面もしくはこれに近い面となることが多く、再成
長部のクラッド層を絶縁体からなる保護膜の上面にかか
るように成長し、再成長部のクラッド層上の成長可能な
面の実質的全面にコンタクト層を成長させることができ
る。そのため、保護膜とリッジの近傍にしみ出す光の分
布の制御性を良くしたり、クラッド層側面の酸化を抑制
したり、エピタキシャル面側の電極との接触面積の増加
を行い、電極とのコンタクト抵抗を低減したりすること
もできる。この傾向は再成長リッジ部がＡｌＧａＡｓ、
特にＡｌＧａＡｓのＡｌ組成が０．２〜０．９、好まし
くは０．３〜０．８の時に顕著である。一般的なIII −
Ｖ族化合物半導体において、（１００）面と（０１−
１）面の間に存在する（１１−１）面が、Ｖ族元素が現
れる面である様に［０１−１］Ｂ方向を定義する。

【００３７】上記のＭＯＣＶＤ法において、III 族原料
にはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミ
ニウム（ＴＭＡ）およびトリメチルインジウム（ＴＭ
Ｉ）を、Ｖ族原料にはアルシンおよびホスフィンを、キ
ャリアガスには水素を用いた。また、ｐ型ドーバントに
はジメチル亜鉛、ｎ型ドーパントにはジシランを用い
た。また、リッジの成長時にはＨＣｌガスをＨＣｌ／II
I 族のモル比が０．２、特にＨＣｌ／ＴＭＡのモル比が
０．３となる様に導入した。

【００３８】この後、ｐ型の電極１１４をエピタキシャ
ル面側に蒸着し、基板１０１を１００μｍまで薄くした
後に、基板側にｎ型の電極１１５を蒸着し、アロイした
（図１（ｃ））。こうして作製したウエハより、劈開に
よりチップを切り出して、レーザ共振器構造を形成し
た。このようにして作製したレーザチップの特性は、バ
ッチ内およびバッチ間の分布を測定したところ、波長６
５０ｎｍ付近で発振し、しきい値電流、スロープ効率等
の特性が非常に良く揃っており、非常に高い信頼性が得
られることが判明した。また、少なくとも５０ｍＷ程度
の高出力まで、キンクは観察されず、安定な基本横モー
ドで発振することが判明した。

【００３９】

【発明の効果】本発明の半導体発光装置は、レーザ特性
が安定していて、簡便な方法で製造することができる。
また、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系可視レーザのよう
に、短波長化のためにオフ角度の大きい基板を用いた場
合にも、上記リッジ導波型レーザにおけるリッジ形状の
左右非対称性が、光強度分布の左右非対称性に影響をほ
とんど受けることなく、安定な基本横モードが高出力動
作まで得られる。また本発明の製造方法によれば、複雑
かつ微細なフォトリソグラフィ技術を必要としない簡素
化した工程によって、半導体発光装置を高い作製歩留ま
りで製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体発光装置およびその製造方法
を説明する断面説明図である。

【図２】従来のリッジ部をエッチングにより形成して
なる半導体発光装置およびその製造方法を説明する断面
説明図である。

【図３】従来の半導体からなる電流ブロック層を用い
たリッジ型あるいはグルーブ型のインナーストライプ構
造の半導体発光装置およびその製造方法を説明する断面
説明図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者後藤秀樹茨城県牛久市東猯穴町1000番地三菱化学株式会社筑波事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面が低次の面方位に対してオフアング
ルを有する基板上に、活性層を有する化合物半導体層、
該化合物半導体層の上に形成され且つ電流が注入される
ストライプ領域に対応する領域に開口部を有する選択成
長保護膜、および該開口部を覆うように形成されたリッ
ジ型化合物半導体層を有することを特徴とする半導体発
光装置。
【請求項２】表面が低次の面方位に対してオフアング
ルを有する基板上に、活性層を有する化合物半導体層、
該化合物半導体層の上に形成され且つ電流が注入される
ストライプ領域に対応する領域に開口部を有する保護
膜、および該開口部を覆うように形成され且つ側壁の少
なくとも一部が順メサ型であるリッジ型化合物半導体層
を有することを特徴とする半導体発光装置。
【請求項３】前記の活性層を有する化合物半導体層が
さらに第１導電型クラッド層および第２導電型第１クラ
ッド層を有することを特徴とする請求項１または２に記
載の半導体発光装置。
【請求項４】前記リッジ型化合物半導体層が第２導電
型第２クラッド層を有することを特徴とする請求項１〜
３のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項５】前記リッジ型化合物半導体層の頂部およ
び側面に保護膜が形成されていないことを特徴とする請
求項１〜４のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項６】前記リッジ型化合物半導体層の頂部およ
び側面をすべて覆うようにコンタクト層が形成されてい
ることを特徴とする請求項５に記載の半導体発光素子。
【請求項７】前記リッジ型化合物半導体層が、保護膜
の上面の一部にかかるように形成されていることを特徴
とする請求項１〜６のいずれかに記載の半導体発光装
置。
【請求項８】前記基板表面の低次の面方位が（１０
０）またはそれと等価な面であることを特徴とする請求
項１〜７のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項９】前記オフアングルが３０°以下であるこ
とを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の半導体
発光装置。
【請求項１０】前記オフアングルの方向が、ストライ
プ領域の長手方向に直交する方向から±３０°以内の方
向であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記
載の半導体発光装置。
【請求項１１】前記ストライプ領域の長手方向が［０
−１１］またはそれと等価な方向から±３０°以内の方
向であり、オフアングルの方向が［０１１］またはそれ
と等価な方向から±３０°以内の方向であることを特徴
とする請求項１０に記載の半導体発光装置。
【請求項１２】前記活性層が、ＡｌＧａＩｎＰ層また
はＧａＩｎＰ層であることを特徴とする請求項１〜１１
のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項１３】前記基板が閃亜鉛型結晶から構成され
ることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の
半導体発光装置。
【請求項１４】前記基板がＧａＡｓから構成されるこ
とを特徴とする請求項１３に記載の半導体発光装置。
【請求項１５】前記保護膜と前記の活性層を有する化
合物半導体層との間に酸化防止層が形成され、該酸化防
止層が保護膜の開口部において活性層を有する化合物半
導体層を覆うことを特徴とする請求項１〜１４のいずれ
かに記載の半導体発光装置。
【請求項１６】表面が低次の面方位に対してオフアン
グルを有する基板上に活性層を有する化合物半導体エピ
タキシャル層を成長する工程、該化合物半導体エピタキ
シャル層の表面に開口部を有する保護膜を形成する工
程、並びに該開口部を覆うようにリッジ型化合物半導体
エピタキシャル層を選択成長する工程を含むことを特徴
とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項１７】前記の活性層を有する化合物半導体層
がさらに第１導電型クラッド層および第２導電型第１ク
ラッド層を有することを特徴とする請求項１６に記載の
半導体発光装置の製造方法。
【請求項１８】前記リッジ型化合物半導体層が第２導
電型第２クラッド層を有することを特徴とする請求項１
６または１７に記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項１９】前記第２導電型第２クラッド層を、保
護膜の上面の一部にかかるように成長させることを特徴
とする請求項１８に記載の半導体発光装置の製造方法。