JPS62217690A - 半導体発光装置及びその製造方法 - 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】 〔概　要〕 本発明は払込型半導体レーザ等の発光素子において、そ
のＮ型領域ｔ２層にすることによって、Ｎ型層からの不
純物の拡散による上記埋込Ｐ型領域中のＮ反転領域を太
キくシ、この部分のＰ−Ｎ接合の特性を大きく改良する
ものである。

このことにより、埋込領域に流れる無効電流が減少し、
発光領域に流れる電流が増加するため、発光効率やしき
い値電流といった素子特性を大幅に向上することが可能
となる。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体発光装綻及びそのＩｌ！造方法に係シ１
．しきい値！！流を低くでき、高効率が得られる半導体
レーザ等の構造及び製造方法に関する。

〔従来の技術〕

光通信用の半導体レーザや発光ダイオード等の発光素子
に２いては、発光効率やしきい値を流等の素子特性はそ
の構造に大きく依存している。

そのため、発光部分の周９２Ｐ−Ｎ接合からなる電流侠
窄層で埋込む、謂わゆる埋込構造を使い、電流を発光部
分に集中させる構造ｔとることが多い０ しかしながら、この埋込構造には従来多くの問題点が残
されて２り、素子特性の大Ｉ１９！な改善が極めて難し
かった。特に大きな問題点は、成長が２回以上にわたる
ため埋込部のＰ、−Ｎ接合が熱損傷を受けて劣化し、こ
の部分に流れるリーク電流が増大することであった。

第２図は、従来の埋込型半導体レーザ及びその製造方法
を説明するための工程断面図を示したもので６る。

まずＮ　ｆＪｌ　１ｎＰ基板１（導入不純物８ｎ：２Ｘ
１０”ｃＩｌｌ−”）よＫＮ型１ｎＰ　２　（導入不純
物Ｓｎ：Ｌ　５Ｘ１０　”ｃｙｘ−”　）１ｎＧａＡｓ
Ｐ　　８　（／　：／　Ｉ’−プ：波長＝　１３μｎ＋
）　Ｉ　Ｐ型ＩｎＰ　４　（導入不純物Ｃｄ：５Ｘ１０
’丁３−’）、Ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ　５　（導入不純物
Ｚｎ　：　１刈Ｑ”ａｘ−”、波長＝１．８μｍ＞ｔＭ
次成長さセル（ａ　’）。

各層の厚みは各々、２：１．５μｍ＋ａ：ｏ、１ｓμｍ
４：２μｍ、５：０．５ｐｍである。

次に、このウェハー上に８ｉ０＊２ＣＶＤ法等の方法で
形成し、さらにホトレジスト法により＠４μｍのストラ
イプマスクを形成する（ｂ）。

このマスク音便い、Ｒｒ−メチルアルコール溶液でエツ
チングしてメサストライプを形成したのち再度、成長装
置に入れてＰ型ＩｎＰ３（導入不純物Ｚｎ：２Ｘ１Ｇ”
ａ−”　）、Ｎ型ＩｎＰ　９　（導入不純物８１１：２
Ｘ１０’″３−”　’）　’ｋ　（０）　Ｏ如＜成長ス
ル。

埋込成長後、５ｉｎｓを除去し、基板側にＮｌｌ極を、
エビ表面側にＰ層極を形成しａｏｏｘａｏｏμｍ程度の
大きさにへき関してレーザテップとし、これをさらに、
Ｐ層極を下にしてステム上にボンディングしてレーザ素
子を完成する。

このようにして得られた埋込型レーザでは、ストライプ
部以外の埋込部にＮ−Ｐ−Ｎ接合があシ、逆バイアスと
なるため、この部分には基本的には１に流が流れず、活
性層３に１流が集中する。

しかしながら、埋込部の２層８はストライプ部のＰ層と
継なかっており、ストライプ部に流れる電流の一部はこ
の部分を通って８層２へと流れ、謂わゆるリーク１！流
となる。このリーク電流の太きさは２層８とＮｊ？！ｔ
２で形成されるＰ−Ｎｉ合の特性によって大さく左右さ
れる。これｔ小さくするためにはＰ−Ｎ接合特性のＩ−
Ｖ特性ｔできるだけ理想的なものに近ずけ、その立上シ
α圧を大さくする必要がらる。しかし、この部分のＰ−
Ｎ接合は２回にわたる成長によって形成されているため
、熱損傷による多くの欠陥を含んで５ｐｔ）、立上り電
圧の低い劣化した特性となっている。このため、従来得
られていたレーザ素子の特性も、シサい値′は流：４Ｑ
ｍＡ、効率：　Ｑ、ｌ　５ｍＷ／ｍＡ程！＋７）低いも
のであった。

この熱損傷による欠陥は、２回目の埋込成長時に８層２
０表面が高温に曝されるために発生するもので、その多
くはＮｉ１表面（すなわちＰ−Ｎ接合面）近傍に局在し
ている。従って、埋込成長ののちに何らかの方法によっ
て、このＰ−Ｎ接合面金熱損傷領域からずらしてｆるこ
とによって、Ｐ−Ｎ接合の特１ａｔ改善できると考えら
れる。

そのための方法として１．Ｐ層やＮ層の不純物として、
ｚｎやＳなどの拡散しヤすい元素を使用し、相対的に低
いキャリアｔＩ！度に設定された反対層に、これらの不
純物を拡散することによってＰ−Ｎ接合の位置ｔずらず
方法が挙げられる。

第３図はＰ層８０ａｅ’ｒＮ層２の濃度よりも遥か１１
％ＶｓｍＷ（４Ｘ１０”ａ−”　）Ｋ設定し、Ｚｎの拡
散によるＰ−Ｎ接合位置のＮ側への移動？はかったもの
である。

図中、７で示された領域は２層８中のＺｎが８層２中に
拡散し、Ｐ型に反転した領域で、新たなＰ−Ｎ接合面は
層７と層２により形成されている。

また第４図は８層２の不純物に８２使い、２層２の濃度
よシも遥かに高い濃度（６Ｘ１０”ｃｌＲ−”　）に設
定した場合で、Ｐ−Ｎ接合は逆にＰ層側に形成される。

これらいずれの方法によっても新たなＰ−Ｎ接合は熱損
傷領域からは分離されているため、良好な接合特性を持
っていると考えられ、従って素子特性も大幅に改ＩＩさ
れると期待された。

しかしながら、実際にこれらの方法を適用したところ、
素子特性は改善よりもかえって悪化することが明らかに
なった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第３図及び第４図の例が旨くいかなかった理由は、Ｚ　
ｎ　９８の活性層領域への拡散の影響全十分に考慮しな
かったことによる。つまシ、第３図の場合には箭濃匿の
Ｚｎ２含むＰ層が、また第４図の場合には高濃閃の８２
含むＮ居が活性層に隣接しているため、活性層の結晶性
がＺｎやＳの拡散によってｔＪＩなわれることが特性劣
化の原因と考えられる。従って、この点を改良するため
には、このように拡散しやすい不純物ケ高濃度に含む層
を活性層から遠ざけると同時に、埋込部のＰ−Ｎ接合は
上記の場合と同様に、拡散によってその接合値はがず九
る構ｉ’！ｉＴ：とる必要がちる。しかるに。

第３図の構ｍｔこのように相反する要求を同時に充たす
ように改良することは明らかに不可能である。つ゛ま力
、活性層と２層８′９を分離するためには、１層８の前
に低ａ斐のＰ／ｉｌｋバフファ層として成長することが
必要ＶＣなってくるが、一方Ｎ層２側に反転Ｍ７’ｒ形
成するためには、Ｐｌ−８は必ず８層２に隣接していな
ければならず、これらの間にもう一層低濃度のＰ層を入
れることは許されない。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によれば、上述の問題点は以下の手段によシ解決
される。。

その手段は、少なくとも表面に一導電型の第１の半導体
層【有する基体上に、部分的に該第１の半導体層より拡
散速波の小さい不純物を含む一導電型の第２の半導体層
、活性層及び反対導電型の第３の半導体層がストライプ
状に積層されて形成され、＠記第１の半導体層上に前記
ストライプ状の第２の半導体層、活性層及び第３の半導
体層の側面に接して反対導電型の第４の半導体層が形成
され、前記第４の半導体１ｆＢ表面の前記第１の半導体
層に接する部分に該第１の半導体層からの不純物の拡散
により形成されたー導ｔＩＬ型の反転領域が設けられて
なること、及び 少なくとも表面に一導電型の第１の半導体層を有する基
体上に、該第１の半導体層より拡散速度の小さい不純物
を含む一導電型の第２の半導体層。

活性層及び反対導電型の第３の半導体層を順に形成し、
該第２の半導体層、活性層及び第３の半導体層を部分的
にエツチング除去してストライプ状に形成し、該エツチ
ングにより表出された前記第１の半導体層上に前記スト
ライプ状の第１の半導体層、活性層及び第３の半導体層
の側面に接する反対導電型の第４の半導体＠τ影形成る
とともに、該第１の半導体層よシ前記第４の半導体層に
不純物を拡散させて、該第４の半導体層の該第１の半導
体層との界面に一導電型の反転領域を形成することであ
る。

〔作　用〕

本発明は、活性層に接する部分の一導電型層の不純物ｔ
、反対層を型埋込層の下の一導電型層の不純物より拡散
速度の小さい不純物とすることによシ、埋込層の下の部
分に２ける一導電型層との界面に一導電型層の反転領域
を設けても、−導電型層より活性層へ不純物の導入を少
なくするものである。

尚、活性層に接する部分の一導電型層の不純物＊＃ＬＶ
反対導電型埋込層の不純物濃度とほぼ等しいか又は高く
して２けば、この−導電型層の埋込層と接する部分に２
ける反対導電型反転領域の生じるのｔ防ぐことができる
。

〔実施例〕

第１図は本発明一実施例の半導体装置及びその製造方法
を説明するための工程断面図である。

以下、本実施例の詳細について第１図を用いて説明する
。

まず、第１図（ａ）ＶＯ示すごとく、Ｎ型ＩｎＰ基板上
に多層エピタ牟シャルｗｓを形成する。この図と第２図
（ａ）とで異なるところは、Ｎ型ＩｎＰが２層になって
いる点だけで、他の膚については第２図（＆）と全く同
一である。このＮ型ＩｎＰ層？濃度及び不純物の異なる
２層に別けた点が、本発明の最も重要なところで、本例
の場合には、その不純物濃度及び厚み？ｒ、　２の層で
Ｓ　：　６×１０”ａ−”と１．６／ｊｍ！２’の層で
８　ｎ　：　１　＊　５Ｘ１０”ａｌに−”と０．５μ
ｍとした。次のメサストライプの形成方法も第２図（ｂ
）の場合と同様であるが、本発明では第１図（ｂ）に示
すごとく、エツチング後の底面が高７１度Ｎ型層２に到
達していることが特に重要である。例えば、Ｂｒメタノ
ール等ｔエッチャントとするメサエッチの後、Ｐ型１ｎ
Ｐ　８．　Ｎ型１ｎＰ　９　第１成長する工程及び、各
層のｆ１１度は第２図（０）の場合とほぼ同様であるが
、１層８の濃度だけは５ＸＩＱ”ａ−”程度に下げて２
いたほうが望ましい。このようにして作製された埋込レ
ーザ用結晶の構造が第１図（０）に示されている。

図中に示されているごとく、８層２の濃度は６×１０１
　ａｔ菖−８と８のＰ領域のＺｎｉ又と較べて十分に高
い濃度となって２シ、又不純物のＳは成長温度では拡散
しやすいため、この部分では０．８μｍ以上の比較的厚
いＮ反転領域７が形成される。

一方、８層２は８層２′によって０．５μｍ程度活性層
とは離れているため、８層２から活性層８への８の拡散
は十分に防ぐことができ、従って活性層の、績−晶性は
損なわれない。

このようにして作成されたウニ・１−を使い、図１の場
合と同様のレーザ素子を作製したところ、しきい値電流
：ｔｔｍＡ、効率：　ＱＪＩ５ｍＷ／ｍ人の優れた特性
を得ることができ、本発明の効果を確認することができ
た。

な２、本実施例ではＮ型層ｔ２層にした場合について述
べているが、本発明の主旨からして、２層以、上の何層
あってもよいことは明らかである。

また、８よシ拡散速度が遅い不純物としては８ｎの他に
Ｔｅ等がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、活性層への不純物の導入を少なくし、
かつＰ−Ｎ接合を良質の結晶中に形成できるので、しき
い値電流を低くでき、高効率の半導体レーザ等が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の半導体発光装置長は従来例の
半導体発光装置及びその製造方法を説明する工程断面図
、第３図及び第４図はそれぞれ従来例を改良した半導体
発光装置の断面図。 図でｌはＮ−ＩｎＰ基板、２．２’はＮ−１ｎＰ層。 ａはＩｎＧａＡｓＰ層、４はＰ−ＩｎＰ層、５はＰ−エ
１ＱａＡｓＰ　層、６は５ｉｏｔ　ｊｌｌｌ　、　７は
Ｎ−反転領域、８はＰ−ＩｎＰ　　である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも表面に一導電型の第１の半導体層を有
   する基体上に、部分的に該第１の半導体層より拡散速度
   の小さい不純物を含む一導電型の第２の半導体層、活性
   層及び反対導電型の第３の半導体層がストライプ状に積
   層されて形成され、 前記第１の半導体層上に前記ストライプ状の第２の半導
   体層、活性層及び第３の半導体層の側面に接して反対導
   電型の第４の半導体層が形成され、 前記第４の半導体層表面の前記第１の半導体層に接する
   部分に該第１の半導体層からの不純物の拡散により形成
   された一導電型の反転領域が設けられてなることを特徴
   とする半導体発光装置。
2. （２）少なくとも表面に一導電型の第１の半導体層を有
   する基体上に、 該第１の半導体層より拡散速度の小さい不純物を含む一
   導電型の第２の半導体層、活性層及び反対導電型の第３
   の半導体層を順に形成し、 該第２の半導体層、活性層及び第３の半導体層を部分的
   にエッチング除去してストライプ状に形成し、 該エッチングにより表出された前記第１の半導体層上に
   前記ストライプ状の第１の半導体層、活性層及び第３の
   半導体層の側面に接する反対導電型の第４の半導体層を
   形成するとともに、該第１の半導体層より前記第４の半
   導体層に不純物を拡散させて、該第４の半導体層の該第
   １の半導体層との界面に一導電型の反転領域を形成する
   ことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。