(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、少なくとも第１導電型の第１のクラッド層と、活性層と、第２導電型の第２のクラッド層とを有するＡｌＧａＩｎＰ系の積層半導体層をエピタキシャル成長する第１のエピタキシャル成長工程と、
上記積層半導体層に上記第２のクラッド層に至る深さのエッチングによってストライプ状リッジを形成するエッチング工程と、
該ストライプ状リッジ及びその両側の溝を埋め込んで上記活性層よりバンドギャップが大で、屈折率が小なる第１導電型のＡｌＧａＡｓによる電流狭窄層を全面的にエピタキシャル成長する第２のエピタキシャル成長工程と、
上記電流狭窄層上に平坦化層を形成する工程と、
上記平坦化層に対しエッチバックを行って上記ストライプ状リッジ上に形成された上記電流狭窄層を除去する工程とを有することを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光装置特にＡｌＧａＩｎＰ系の赤色可視光半導体発光装置とその製造方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
半導体発光装置例えば半導体レーザにおいては、その高性能化のために、インデックスガイド型構造が積極的にとり入れられている。
【０００３】
通常のインデックスガイド型のＡｌＧａＩｎＰ系の赤色可視光半導体レーザはその電流通路の狭窄を行う電流狭窄層が、例えばＧａＩｎＰによる活性層に比しバンドギャップが小で屈折率が大なるＧａＡｓによって構成されるいわゆるロスガイド型構成が採られる。
【０００４】
このＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザを、その製造方法とともに説明すると、まず図１３に示すように、第１導電型例えばｎ型のＧａＡｓ基板１上に順次例えばｎ型のＧａＡｓによるバッファ層２、ｎ型のＡｌＧａＩｎＰによる第１のクラッド層３、ノンドープのＧａＩｎＰによる活性層４、ＡｌＧａＩｎＰによる第２導電型のｐ型の第２のクラッド層５と、ｐ型のＧａＩｎＰによる中間層６とを順次エピタキシャル成長して積層半導体層を構成する第１のエピタキシャル成長工程を行う。
【０００５】
その後、図１４に示すように、中間層６を横切り第２のクラッド層５に至る深さで、しかも例えば活性層４に至ることのない深さにストライプ状のリッジ８を残してその両側に溝７をエッチングによって形成する。
【０００６】
図１５に示すように、溝７を埋め込むように第１の導電型のｎ型のＧａＡｓによる電流狭窄層９をエピタキシャル成長する第２のエピタキシャル成長工程を行う。この第２のエピタキシャル成長工程は、選択的エピタキシャル成長による。すなわち、この場合、リッジ８上に、ＳｉＮ等の絶縁膜による選択的エピタキシャル成長のマスク層１０を形成し、その後ＧａＡｓの選択的エピタキシャル成長を行う。
【０００７】
その後、図１６に示すように、マスク層１０を除去して、全面的に第２導電型のｐ型のＧａＡｓキャップ層１１をエピタキシャル成長する第３のエピタキシャル成長工程を行う。
【０００８】
そして、図示しないが、このキャップ層１１上に第１の電極をオーミックに被着形成し、基板１の裏面に第２の電極をオーミック被着形成する。
【０００９】
この構成による半導体レーザは、電流狭窄層９によって挟まれたリッジ８を電流通路として電流狭窄がなされが、同時に電流狭窄層９が、活性層４からの発光光を吸収する効果を奏することから、いわゆるロスガイド型の構成とされるものである。
【００１０】
しかしながら、このロスガイド型の場合、消費電力が高くなるという問題があることから、低消費電力化をはかる上で、リアルガイド型構造とすることが望まれる。このようなリアルガイド型構造とするには、電流狭窄層９として、活性層に比しバンドギャップが大で、屈折率が小なるＡｌＧａＩｎＰによって構成することが考えられる。ところが、このＡｌＧａＩｎＰ系半導体は、図１４で説明したような、リッジ８が形成された凹凸表面を有する面へのエピタキシャル成長、すなわち例えば｛１１１｝結晶面への成長が良好に行われず転位の発生が著しく多くの歪を含んだ半導体層となることから、特性の良いレーザを構成することができないという問題がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明においては、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体発光装置例えば半導体レーザにおいて、リアルガイド型構造とすることにより、低消費電力化、電流−光変換効率の向上をはかることができ、高出力化をはかることができるようにし、しかも結晶性にすぐれ、したがって半導体レーザ特性（しきい値電流Ｉthが小さい）にすぐれた半導体レーザを構成する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明による半導体発光装置の製造方法は、半導体基板上に、少なくとも第１導電型の第１のクラッド層と、活性層と、第２導電型の第２のクラッド層とを有するＡｌＧａＩｎＰ系の積層半導体層をエピタキシャル成長する第１のエピタキシャル成長工程と、この積層半導体層に第２のクラッド層に至る深さのエッチングによってストライプ状リッジを形成するエッチング工程と、このストライプ状リッジ及びその両側の溝を埋め込んで活性層よりバンドギャップが大で、屈折率が小なる第１導電型のＡｌＧａＡｓによる電流狭窄層を全面的にエピタキシャル成長する第２のエピタキシャル成長工程と、電流狭窄層上に平坦化層を形成する工程と、この平坦化層に対しエッチバックを行ってストライプ状リッジ上に形成された電流狭窄層を除去する工程とを採る。
【００１４】
本発明においては、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体発光装置において、電流狭窄層をＡｌＧａＡｓによって構成するものであるから、そのＡｌ量の選定によって、そのバンドギャップが活性層のそれより大で、屈折率が活性層のそれより小さい電流狭窄層を形成することができることから、目的とするリアルガイド型のＡｌＧａＩｎＰ系の半導体発光装置例えば赤色の半導体レーザを構成することができるものである。
【００１５】
ところで、電流狭窄層をＡｌＧａＡｓによって構成する場合、従来の電流狭窄層をＧａＡｓによって構成する場合における図１５で示した選択的エピタキシャル成長が適用できないことから、本発明においては、表面平坦化処理と、エッチバックによって、リッジ上のＡｌＧａＡｓによる電流狭窄層の除去を行うものであり、このようにして、上述の本発明による半導体発光装置例えば半導体レーザを得ることができるようにするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１〜図５の各工程における概略断面図を参照して本発明の一例を説明する。この例では、活性層を挟んでクラッド層が配置されたいわゆるＤＨ（Double Hetero 接合) 型半導体レーザに適用した場合である。
【００１７】
この場合、まず図１に示すように、第１導電型例えばｎ型のＧａＡｓ基板１上に順次例えばｎ型のＧａＡｓによるバッファ層２、ｎ型のＡｌＧａＩｎＰによる第１のクラッド層３、ノンドープもしくは低不純物濃度のＧａＩｎＰによる活性層４、ＡｌＧａＩｎＰによる第２導電型のｐ型の第２のクラッド層５と、ｐ型のＧａＩｎＰによる中間層６とを順次エピタキシャル成長して積層半導体層を構成する第１のエピタキシャル成長工程を行う。
【００１８】
その後、図２に示すように、中間層６を横切り第２のクラッド層５に至る深さで、望ましくは活性層４に至ることのない深さに少なくとも対のストライプ状溝７を形成し、両溝７間にストライプ状のリッジ８を形成する。
【００１９】
図３に示すように、積層半導体層上に、溝７を埋め込むように、特に本発明においては、ＡｌＧａＡｓによる第１の導電型のｎ型の電流狭窄層１９を、リッジ８上をも覆って全面的にエピタキシャル成長する第２のエピタキシャル成長工程を行う。
【００２０】
そして、図４に示すように、電流狭窄層１９の表面の、その被着面に溝７が存在することによって生じた凹部１９ａを埋込んで平坦化層２０の塗布を行って表面を平坦化する平坦化処理を行う。この平坦化処理は、電流狭窄層１９上に、平坦化層２０として例えばフォトレジストをスピンコートすることによって行うことができる。
【００２１】
その後、平坦化層２０の表面からエッチバックを行って図５に示すように、リッジ８上の電流狭窄層１９を除去する。すなわち、溝７内に限定的に電流狭窄層１９を形成する。
【００２２】
そして、図６に示すように、全面的に第２導電型のｐ型のＧａＡｓキャップ層１１をエピタキシャル成長する第３のエピタキシャル成長工程を行う。
【００２３】
そして、図示しないが、このキャップ層１１上に第１の電極をオーミックに被着形成し、基板１の裏面に第２の電極をオーミック被着形成する。
【００２４】
このようにして、少なくとも第１導電型の第１のクラッド層３と、活性層４と、第２導電型の第２のクラッド層５とを有するＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザにおいて、第２のクラッド層５にストライプ状リッジ８が形成され、このストライプ状リッジ８を挟んでその両側に形成された溝７を埋込んで活性層４よりバンドギャップが大で、屈折率が小なる第１導電型のＡｌＧａＡｓによる電流狭窄層１９が形成された本発明構成による半導体レーザを構成する。
【００２５】
この構成による半導体レーザは、電流狭窄層１９によって挟まれたリッジ８を電流通路として電流狭窄がなされが、この電流狭窄層１９は、ＡｌＧａＡｓによって構成されるものであり、この電流狭窄層１９のＡｌの量を選定することによって、この電流狭窄層１９のバンドギャップを、活性層４のそれより大に、かつその屈折率が活性層４のそれより小さく選定するものであり、このようにすることによって活性層４からの発光光を吸収する効果を回避する。したがって、本発明構成による半導体レーザにおいては、いわゆるリアル型の構成とされるものである。
【００２６】
また、上述したように、本発明においては、その電流狭窄層１９をＡｌＧａＡｓによって構成したことによって、リッジ８が形成された積層半導体層へのエピタキシャル成長も良好に行うことができるので、そのしきい値電流Ｉthの低いすなわちレーザ特性にすぐれたＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザを構成できるものである。
【００２７】
尚、上述した例では、第１〜第３のエピタキシャル成長工程を経て、半導体レーザを構成した場合であるが、第１および第２の２工程のエピタキシャル成長工程によって、本発明によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザを構成することもできる。
【００２８】
この場合の一例を図７〜図１１の各工程における概略断面図を参照して説明する。この場合においては、図７に示すように、図１で説明したと同様に、基板１上に、バッファ層２、第１のクラッド層３、活性層４、第２のクラッド層５、中間層６をエピタキシャル成長するとともに、続いてこの第１のエピタキシャル成長工程で、中間層６上に第２導電型のｐ型のＧａＡｓによるキャップ層１１をエピタキシャル成長して積層半導体層を形成する。
【００２９】
その後、図８に示すように、キャップ層１１上からクラッド層５に至り、例えば活性層４に達することがない深さに、少なくとも対のストライプ状溝７を形成し、両溝７間にストライプ状のリッジ８を形成する。
【００３０】
図９に示すように、積層半導体層上に、溝７を埋め込むように、ＡｌＧａＡｓによる第１の導電型のｎ型の電流狭窄層１９を、リッジ８上をも覆って全面的にエピタキシャル成長する第２のエピタキシャル成長工程を行う。
【００３１】
そして、図１０に示すように、電流狭窄層１９の表面の、その被着面に溝７が存在することによって生じた凹部１９ａを埋込んで平坦化層２０の塗布を行って表面を平坦化する平坦化処理を行う。この平坦化処理は、電流狭窄層１９上に、平坦化層２０として例えばフォトレジストをスピンコートすることによって行うことができる。
【００３２】
その後、平坦化処理層２の表面からエッチバックを行って図１１に示すように、リッジ８上の電流狭窄層１９を除去する。すなわち、溝７内に限定的に電流狭窄層１９を形成する。
【００３３】
そして、図示しないが、このキャップ層１１上に第１の電極をオーミックに被着形成し、基板１の裏面に第２の電極をオーミック被着形成する。
【００３４】
このようにして、形成した半導体レーザにおいても、ストライプ状リッジ８を挟んでその両側に形成された溝７を埋込んで活性層４よりバンドギャップが大で、屈折率が小なる第１導電型のＡｌＧａＡｓによる電流狭窄層１９が形成されたリアル型の半導体レーザが構成される。
【００３５】
この方法によるときは、第１のエピタキシャル成長工程で、キャップ層１１の形成も行ってしまうことによって、先の実施例におけるような、第３のエピタキシャル成長を回避することができ、２回のエピタキシャル成長工程で、目的とする半導体レーザを構成することができる。
【００３６】
したがって、この方法によるときは、電流狭窄層１９として一般に選択的エピタキシーを行うことができないＡｌＧａＡｓを用いるにもかかわらず、エピタキシャル成長工程の回数の増加を回避できるものである。
【００３７】
尚、上述した各例において、ＧａＩｎＰによる中間層６を設けたのは、ＡｌＧａＩｎＰによるクラッド層５上に直接的にＧａＡｓによるキャップ層１１をエピタキシャル成長すると、両者間に価電子帯におけるギャップが生じ、注入されるホールに対する大なるバリアが形成されることを回避するためのものである。
【００３８】
また、半導体レーザにおいて、その活性層の組成の選定によるバンドギャップの選定によって、レーザ発光の波長を制御することができるが、これに応じて、電流狭窄層１９のＡｌの量を選定することによって、活性層に比しバンドギャップが大で、屈折率の小さい電流狭窄層を構成することができるものであり、この波長とこのとき選定される電流狭窄層を構成するＡｌＧａＡｓ（ｎ型のＡｌX Ｇａ1-x Ａｓ）のＡｌ量（ｘ）との関係を、表１に示す。
【００３９】
【表１】
0003718548.tif 000002
【００４０】
そして、上述した本発明構成の、電流狭搾層をＡｌＧａＡｓによって構成した半導体レーザによる場合と、本発明によらないＧａＡｓによって構成する場合との光−電流特性の測定結果を図１２に対比して示す。
【００４１】
尚、上述した例では、第１導電型がｎ型で、第２導電型がｐ型である場合を例示したが、第１導電型がｐ型で、第２導電型がｎ型構成を有する場合の半導体発光装置例えば半導体レーザに本発明を適用することができる。
【００４２】
また、上述した例では、活性層４に隣接して第１および第２のクラッド層が配置された構成としたものであるが、活性層４とクラッド層との間に、ガイド層を配置したいわゆるＳＣＨ(Separate Confinement Heterostructure)構造とする半導体レーザをはじめとして、本発明は種々の構成による半導体レーザ、発光ダイオード等の半導体発光装置に適用することができることはいうまでもない。
【００４３】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体発光装置例えば半導体レーザにおいて、電流狭窄層をＡｌＧａＡｓによって構成するものであるから、そのＡｌ量の選定によって、そのバンドギャップが活性層のそれより大で、屈折率が活性層のそれより小さい電流狭窄層を形成することができることから、目的とするリアルガイド型としての半導体レーザとするので、低消費電力化、電流−光変換効率の向上をはかることができ、高出力化をはかることができる。また、低消費電力化をはかることができることから、活性層の両側のヘテロ接合におけるバンドギャップ差を小にとどめることができ、これにより活性層のバンドギャップを高めることができ、これにより短波長化をはかることができるなどの効果を奏することができる。
【００４４】
また、本発明方法によれば、さほど煩雑な工程を経ることなく目的とするリアルガイド型のＡｌＧａＩｎＰ系の半導体発光装置例えば赤色の半導体発光装置を容易に構成することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半導体発光装置の製造方法の一例の一工程での概略断面図である。
【図２】本発明による半導体発光装置の製造方法の一例の一工程での概略断面図である。
【図３】本発明による半導体発光装置の製造方法の一例の一工程での概略断面図である。
【図４】本発明による半導体発光装置の製造方法の一例の一工程での概略断面図である。
【図５】本発明による半導体発光装置の製造方法の一例の一工程での概略断面図である。
【図６】本発明による半導体発光装置の製造方法の一例の一工程での概略断面図である。
【図７】本発明による半導体発光装置の製造方法の他の一例の一工程での概略断面図である。
【図８】本発明による半導体発光装置の製造方法の他の一例の一工程での概略断面図である。
【図９】本発明による半導体発光装置の製造方法の他の一例の一工程での概略断面図である。
【図１０】本発明による半導体発光装置の製造方法の他の一例の一工程での概略断面図である。
【図１１】本発明による半導体発光装置の製造方法の他の一例の一工程での概略断面図である。
【図１２】本発明および従来の半導体発光装置の光−電流特性の測定結果を示す図である。
【図１３】従来の半導体発光装置の製造方法の一工程での概略断面図である。
【図１４】従来の半導体発光装置の製造方法の一工程での概略断面図である。
【図１５】従来の半導体発光装置の製造方法の一工程での概略断面図である。
【図１６】従来の半導体発光装置の製造方法の一工程での概略断面図である。
【符号の説明】
１    基板
２    バッファ層
３    第１のクラッド層
４    活性層
５    第２のクラッド層
６    中間層
７    溝
８    リッジ
９，１９  電流狭窄層
１１  キャップ層
【図１】
0003718548.tif 000003
【図２】
0003718548.tif 000004
【図３】
0003718548.tif 000005
【図４】
0003718548.tif 000006
【図５】
0003718548.tif 000007
【図６】
0003718548.tif 000008
【図７】
0003718548.tif 000009
【図８】
0003718548.tif 000010
【図９】
0003718548.tif 000011
【図１０】
0003718548.tif 000012
【図１１】
0003718548.tif 000013
【図１２】
0003718548.tif 000014
【図１３】
0003718548.tif 000015
【図１４】
0003718548.tif 000016
【図１５】
0003718548.tif 000017
【図１６】
0003718548.tif 000018