(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
該基板上に形成された第１伝導型の反射層と、
上記第１伝導型の反射層上に形成された第１伝導型のクラッド層と、
上記第１伝導型のクラッド層上に形成された活性層と、
上記活性層上に形成された第２ 伝導型のクラッド層と、
上記第２伝導型のクラッド層上に形成された第２伝導型のエッチングストップ層と、
上記第２伝導型のエッチングストップ層上に形成された開口部を有する電流狭窄層と、
上記電流狭窄層の開口部内及び開口部の上方と上記開口部を有する電流狭窄層上とに形成された第２伝導型の反射層と、
上記第２伝導型の反射層上でかつ上記電流狭窄層上に形成された電極層と、
を、具備した垂直共振器型発光ダイオードにおいて、
上記エッチングストップ層が、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＰ（０≦ｘ≦０．１、０≦ｙ≦１、かつ、０≦ｘ＋ｙ≦１）であり、
上記電流狭窄層が、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＰ（０．３≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、かつ、０≦ｘ＋ｙ≦１）であり、該電流狭窄層は表面酸化膜を有していることを特徴とする、垂直共振器型発光ダイオード。
【請求項２】
前記電流狭窄層の厚みが、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の垂直共振器型発光ダイオード。
【請求項３】
前記活性層が、多重量子井戸構造からなることを特徴とする、請求項１に記載の垂直共振器型発光ダイオード。
【請求項４】
基板上に第１伝導型の反射層と、
上記第１伝導型の反射層上に第１伝導型のクラッド層と、
上記第１伝導型のクラッド層上に活性層と、
上記活性層上に第２伝導型のクラッド層と、
上記第２伝導型のクラッド層上に第２伝導型のエッチングストップ層と、
上記第２伝導型のエッチングストップ層上に電流狭窄層と、
を順次成長させる工程と、
上記電流狭窄層に開口部を形成するエッチング工程と、
上記電流狭窄層上でかつ上記電流狭窄層開口部内に第２伝導型の反射層と、上記第２伝導型の反射層上でかつ上記電流狭窄層上に電極層と、を成長させる工程と、を、含み、
上記電流狭窄層に開口部を形成するエッチング工程が、上記電流狭窄層と上記エッチングストップ層との選択エッチング工程と、上記電流狭窄層の表面を酸化して高抵抗化する工程とからなることを特徴とする、垂直共振器型発光ダイオードの製造法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチック光ファイバー用の光源などに使用される垂直共振器型発光ダイオード及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチック光ファイバー（ＰＯＦ）用の光源として、レーザーダイオードより安価である発光ダイオードが注目されている。より高出力、高速応答性を実現するためには、従来の発光ダイオードでは不十分であり、共振を起こす垂直共振器型を有し、かつ活性層への電流密度を向上させる電流狭窄構造の両方を有する垂直共振器型発光ダイオードが必要となっている。
【０００３】
垂直共振器型発光ダイオード中に電流狭窄構造を作製する方法としては、イオン注入法、選択酸化法、不純物拡散法、埋め込み法等が実施されている。それらの方法の中で、エピタキシャル成長を用いた埋め込み法は、電流狭窄層の幅や厚みの制御が容易であり、作製の際に熱処理やイオン注入を行なわないので、活性層への不純物等の拡散や応力も加わらないために、信頼性の高い垂直共振器型発光ダイオードの製作が可能である。
【０００４】
特許文献１には、埋め込み法により電流狭窄層を作製した垂直共振型構造を有する半導体レーザーが開示されており、ｐ型クラッド層上にエッチングストップ層、電流狭窄層を作製した構造が示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１７５６１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１で開示されているように、従来のＡｓ雰囲気中でサーマルアニールによりＧａＡｓキャップ層の除去を行う際には、クラッド層等のドーパントが活性層に拡散して出力が劣化する。特に活性層に量子井戸構造を用いた場合には、特に出力劣化が顕著であるという課題がある。
【０００７】
また、埋め込み法で作製した電流狭窄層は、ｐｎ接合又はバンドギャップの差により電流狭窄効果を得ているために、電流狭窄層の厚みを１μｍ程度と厚くしており、そのため電流狭窄層上部の反射膜層に凹凸が生じる場合がある。電流狭窄層のケミカルエッチングには、長時間を要し、深さ方向のみならず径方向にもエッチングされることにより凹凸が生じて電界分布が変化し、高出力で順方向電圧の低いダイオードが得られないという課題がある。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑み、エッチングストップ層を耐酸化層とすることにより活性層を保護すると共に、電流狭窄効果を向上させ、低い順方向電圧で高出力が得られる、新規な垂直共振器型発光ダイオード及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は鋭意研究を重ねた結果、活性層近傍に電流狭窄層を作製した垂直共振器型発光ダイオードにおいて、エッチングストップ層を耐酸化層として、第２伝導型クラッド層と電流狭窄層との間に作製することで、再成長面を高抵抗化せず、かつ、電流狭窄層を薄く作製することにより、低い順方向電圧で高出力の発光ダイオードが得られるという知見を得て、本発明を完成するに至った。
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の垂直共振器型発光ダイオードは、基板と、基板上に形成された第１伝導型の反射層と、第１伝導型の反射層上に形成された第１伝導型のクラッド層と、第１伝導型のクラッド層上に形成された活性層と、活性層上に形成された第２伝導型のクラッド層と、第２伝導型のクラッド層上に形成された第２伝導型のエッチングストップ層と、第２伝導型のエッチングストップ層上に形成された開口部を有する電流狭窄層と、電流狭窄層の開口部内及び開口部の上方と開口部を有する電流狭窄層上とに形成された第２伝導型の反射層と、第２伝導型の反射層上でかつ電流狭窄層上に形成された電極層と、を、具備した垂直共振器型発光ダイオードにおいて、エッチングストップ層が、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＰ（０≦ｘ≦０．１、０≦ｙ≦１、かつ、０≦ｘ＋ｙ≦１）であり、電流狭窄層が、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＰ（０．３≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、かつ、０≦ｘ＋ｙ≦１）であり、電流狭窄層は表面酸化膜を有していることを特徴とする、
上記構成によれば、第２伝導型のクラッド層の近傍に電流狭窄層を配設し、この電流狭窄層にほぼ対向する位置に上部電極を広い面積で形成することができる。電流狭窄層を第２伝導型のクラッド層と同じ組成で伝導型の異なる層とすることで、結晶性良く埋め込むことができ、高い電流狭窄効果が得られる。このため、電流狭窄層近傍まで広面積に電流通電が可能となり、高い電流狭窄効果が得られる。さらに、第２伝導型の反射層上の電極を電流狭窄層上部に同形状とすることで、発光部で発生した光を効率よく出射することができる。したがって、活性層の発光部への電流密度を増大させ高発光強度が得られる。
また、上記構成によれば、エッチングストップ層が耐酸化層を有し、電流狭窄層のエッチング工程においてエッチングストップ層の酸化を防止することができる。そのため、エッチングストップ層を除去しないで、その上層に第２伝導型の反射層を成長させても抵抗をほとんど生じずに順方向電圧を低下させることができる。
【００１１】
上記構成において、電流狭窄層の厚みは、好ましくは、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
上記構成によれば、電流狭窄層の膜厚が１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下でも電流狭窄効果が得られる。さらに、第２伝導型の反射層の凹凸を軽減でき、短時間に電流狭窄層のケミカルエッチングが可能となり、径方向へのエッチングを防止し電界分布の変化を抑えることができる。
【００１２】
活性層は、好ましくは、多重量子井戸構造からなる。この構成によれば、高出力及び高速応答性を有し、かつ、指向性の良好な垂直共振器型発光ダイオードを提供することができる。
【００１３】
本発明の垂直共振器型発光ダイオードの製造方法は、
基板上に第１伝導型の反射層と、第１伝導型の反射層上に第１伝導型のクラッド層と、
第１伝導型のクラッド層上に活性層と、活性層上に第２伝導型のクラッド層と、第２伝導型のクラッド層上に第２伝導型のエッチングストップ層と、第２伝導型のエッチングストップ層上に電流狭窄層と、を成長させる工程と、
電流狭窄層に開口部を形成するエッチング工程と、
電流狭窄層上でかつ電流狭窄層開口部内に第２伝導型の反射層と、第２ 伝導型の反射層上でかつ電流狭窄層上に電極層と、を成長させる工程と、を含み、
電流狭窄層に開口部を形成するエッチング工程が、電流狭窄層とエッチングストップ層との選択エッチング工程と、電流狭窄層の表面を酸化して高抵抗化する工程とからなることを特徴としている。
上記構成によれば、第２伝導型のクラッド層上に第２伝導型のエッチングストップ層を形成することにより、電流狭窄層のエッチング時に残留不純物が少なく、Ａｌを含んだｐ型クラッド層の酸化を防ぐことができる。また、エッチング時の残留不純物が少ないために第２伝導型の反射層の作製の際にエッチングストップ層を除去する必要がなく、第２の反射層の結晶品質を向上させることができる。
また、電流狭窄層のエッチングを第２伝導型のエッチングストップ層と電流狭窄層との選択エッチングで行なうことができると共に、径方向へのエッチングを防止し、かつ、電流狭窄層の表面を酸化して高抵抗化することができる。さらに、熱処理により従来のＧａＡｓキャップ層を除去する必要がないため、熱処理によるｐ型クラッド層のドーパントが活性層への拡散を抑えることができる。
これにより、本発明の垂直共振器型発光ダイオードの製造方法によれば、高信頼性、高出力、高速応答性を有する垂直共振器型発光ダイオードを歩留まりよく製造することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、耐酸化性を有するエッチングストップ層を第２伝導型のクラッド層上に配設することで、エッチング時に生じる再結晶成長面の酸化を防ぐことができ、活性層の近傍に電流狭窄層を薄く作製することにより、活性層への電流密度を増大させ、高い電流狭窄効果が得られる。これにより、低順方向電圧で高出力の垂直共振器型発光ダイオード及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面により詳細に説明する。各図において同一又は対応する部材には同一符号を用いる。
図１は、本発明に係る垂直共振器型発光ダイオードの断面構造を示す図であり、図２は図１の平面図である。即ち、図２のＸ―Ｘ線に沿った断面図が図１である。
図１に示すように、本発明の垂直共振器型発光ダイオード１は、ｎ型基板２と、第１導電型であるｎ型の第１の反射層３と、ｎ型の第１のクラッド層４と活性層５と第２導電型であるｐ型の第２のクラッド層６とからなるダブルヘテロ接合８と、ｐ型のエッチングストップ層２４と、その一部に電流狭窄層９を含むｐ型の第２の反射層１０と、その上部に設けられるｐ型の電極層１１と、電極層１１を含む発光ダイオード表面を覆う保護膜１２と、を含み形成されている。第２伝導型の反射層１０は、電流狭窄層９の開口部と開口部の上方及び開口部を有する電流狭窄層９上とに、層状に形成されている。この電流狭窄層９の開口部は、後述するように、垂直共振器型発光ダイオード１の電流通路及び光の取り出し領域となる。電極層１１においては、電流狭窄層９が設けられていない領域に対応した位置が、第２の反射層１０が露出するように除去されている。そして、基板２及び電極層１１には、電極１６，１７が形成されている。
ここで、電流狭窄層９は、ｎ型層又は故意には不純物を添加しない所謂、ノンドープ層である。ノンドープ層は、ｉ（真性半導体）又はｎ- のような半絶縁層や高抵抗層としてもよい。
なお、基板をｎ型として説明したが、その反対導電型のｐ型基板でもよく、その場合には、上記各層の伝導型を基板に応じて変更すればよい。
【００１７】
垂直共振器型発光ダイオード１において、第１のｎ型反射層３と第２のｐ型反射層１０とにより垂直共振器が形成されている。この場合、垂直共振器の長さは、第１のｎ型反射層３と第２のｐ型反射層１０の紙面垂直方向の間隔、即ち、上記ダブルヘテロ接合８の厚さにｐ型エッチングストップ層２４の厚さを足した厚さに相当する。
【００１８】
発光部となるダブルヘテロ接合８中の活性層５は、量子井戸構造からなる活性層２２としてもよい。量子井戸構造からなる活性層２２は、禁制帯幅の異なる薄い半導体層を交互に積層して形成でき、単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とすることができる。この量子井戸構造２２を最適化すれば、図１に示した単一層からなる活性層５に対して、より高出力で、高速応答ができる垂直共振器型発光ダイオード１を実現することができる。
【００１９】
図２に示すように、垂直共振器型発光ダイオード１において、電極層１１が形成されない開口部１３が、発光する光の出射窓部１３となっており、この出射窓部１３には、光の透過領域となる絶縁層１２で被覆されている。この開口部１３の形状は、円形、楕円、矩形などの任意の形状とすることができる。ここで、図中のＸ，Ｙ方向の点線１５Ａ，１５Ｂで示す領域は、後述する発光ダイオード１の各チップを分割する所謂、ダイシング領域１５を示している。
【００２０】
出射窓部１３側に出射しない光のうち基板２側に吸収される発光が、反射層３により基板表面側へ反射され、光の取り出し効率を向上させる作用を有している。反射層３，１０は、多層からなる層で形成でき、ブラック反射層を用いることができる。このようなブラック反射層としては、高屈折率（ｎ1 ）を有する厚さがλ／４ｎ1 膜と低屈折率（ｎ2 ）を有する厚さがλ／４ｎ2 膜の積層構造（交互層）を一対として、この交互層を多対積層した、多層膜からなる反射層３，１０でもよい。λは、垂直共振器型発光ダイオード１の発光波長である。この場合、基板２側の反射層３の反射率を上部の反射層１０の反射率よりも高めることで、活性層５で発光した光を上部の反射層１０から選択的に出射することができる。
【００２１】
反射層３，１０において、高屈折率及び低屈折率の層としては、ＧａＡｓ基板上には、例えば、Ａｌr Ｇａ1-r Ａｓ（ここで、ｒはＡｌ組成であり、０＜ｒ＜１である）とＡｌＡｓとからなる交互層が使用できる。このような交互に積層する反射層３，１０を、Ａｌr Ｇａ1-r Ａｓ／ＡｌＡｓとして示す。
また、高屈折率及び低屈折率の層の組み合わせとしては、低屈折率層のＡｌＡｓの代わりにＡｌs Ｇａ1-s Ａｓ（ここで、ｓはＡｌ組成であり、０＜ｓ＜１であり、ｓ＞ｒ）とし、高屈折率の層としてはＡｌr Ｇａ1-r Ａｓとしてもよい。
【００２２】
さらに、ｎ型基板２と基板２と同じ伝導型からなるｎ型の第１の反射層３との間にはバッファー層１８を挿入してもよい。このバッファー層１８を挿入することにより、結晶性の高い第１の反射層３を形成することができる。
【００２３】
上記の垂直共振器型発光ダイオード１において、電流狭窄層９を挿入することにより、電流狭窄層９の挿入された領域は、垂直共振器型発光ダイオード１の上側から、ｐ−ｎ−ｐ−ｎからなる所謂、サイリスタ構造を有し、電流狭窄層９が挿入されない領域だけがｐｎダイオード構造となる。
【００２４】
垂直共振器型発光ダイオード１が、順方向バイアスされたときに、上記ｐ−ｎ−ｐ−ｎ構造のサイリスタの耐圧、即ちブレークオーバー電圧が、発光ダイオード１の順方向電圧よりも高くなるように、電流狭窄層９の厚さと不純密度が設定されている。このため、本発明の垂直共振器型発光ダイオード１においては、電流狭窄層９の挿入されていない領域、即ち出射窓部１３にだけ電流が狭窄して流れるようになる。この電流狭窄層９の厚みは、１００ｎｍ以下とすればよい。電流狭窄層９の厚みが１００ｎｍ以上では、再成長させる第２の反射層の形状制御が困難となり、順方向電圧が高くなるので好ましくない。好ましくは、２５ｎｍ以下とすることで、さらに順方向電圧を低下させることができ、良好な電流狭窄効果が得られる。この場合、第２のクラッド層６の厚みは、２５ｎｍ以上〜２５０ｎｍ以下であればよい。第２のクラッド層６の厚みが２５ｎｍ以下ではダブルヘテロ接合のキャリア閉じ込め効果が弱くなり発光特性が低下するので好ましくない。逆に、２５０ｎｍ以上では共振効果が薄れて特性が落ちるので好ましくない。
【００２５】
本発明の垂直共振器型発光ダイオード１において、ダブルヘテロ構造のクラッド層４，６をＡｌx Ｉｎ1-x Ｐ（０＜ｘ＜１）で形成した場合には、エッチングストップ層２４を、Ａｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｐ（０≦ｘ≦０．１、０≦ｙ≦１、かつ、０≦ｘ＋ｙ≦１）の混晶層とすることができる。Ａｌ組成をｘ＞０．１とすると、再成長界面に酸化膜が生じて、順方向電圧が高くなるので好ましくない。好ましくは、ｘ＝０、即ちＩｎy Ｇａ1-y Ｐ（０＜ｙ＜１）とする。この場合には、混晶組成中に酸化し易いＡｌを含有していないので、再成長界面に酸化膜を形成せず、上層の第２の反射層１０との間に、酸化膜による抵抗を生じない。
【００２６】
このようなエッチングストップ層２４の組成（Ａｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｐ又はＩｎy Ｇａ1-y Ｐ）は、クラッド層６のＡｌx Ｉｎ1-x Ｐ（０＜ｘ＜１）と格子整合する組成としておくことが望ましい。さらに、エッチングストップ層２４は電流狭窄層のエッチング時にその下層の第２のクラッド層を保護できるだけの厚さがあればよく、その膜厚を３０ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以下とすることで、発光部からの光の吸収を少なくし、効率よく出射することができる。
【００２７】
電流狭窄層９は、Ａｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｐ（０．３≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、かつ、０≦ｘ＋ｙ≦１）とすることができる。この電流狭窄層９の一部、例えばその最表面を酸化して高抵抗化させるためには、Ａｌ組成をｘ≧０．３とする必要がある。特にｘ≧０．５とすると高い電流狭窄効果が得られ、エッチングストップ層２４との選択エッチングが可能となる。この電流狭窄層９は、第２のクラッド層６と同じ組成の混晶としてもよい。
【００２８】
本発明の垂直共振器型発光ダイオード１においては、第２伝導型のクラッド層６の近傍に電流狭窄層９を配設し、この電流狭窄層９にほぼ対向する位置に上部電極１７を広い面積で形成することができる。電流狭窄層９を第２伝導型のクラッド層６と同じ組成で伝導型の異なる層とした場合には、電流狭窄層９を結晶性良く埋め込むことができ、高い電流狭窄効果が得られる。このため、電流狭窄層９近傍まで広面積に電流通電が可能となり、高い電流狭窄効果が得られる。さらに、第２伝導型の反射層１０上の電極を電流狭窄層９上部に同形状として形成することで、発光部８で発生した光を効率よく出射することができる。したがって、発光部８への電流密度を増大させ高発光強度が得られる。
これにより、本発明の製造方法によれば、高信頼性、高出力、高速応答性を有する、垂直共振器型発光ダイオードを歩留まりよく製造することができる。
【００２９】
次に、本発明による垂直共振器型発光ダイオード１の製造方法を図３及び図４を参照して説明する。
第１の工程として、図３（Ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓの基板１上にＭＯＣＶＤ法で、ｎ型ＧａＡｓバッファー層１８と、ｎ型の第１の反射層３と、ｎ型の第１のクラッド層４と活性層５とｐ型の第２のクラッド層６とからなるダブルヘテロ接合８と、エッチングストップ層２４と、ｎ型の電流狭窄層９と、を順に成長させる第１のエピタキシャル成長を実施する。
なお、必要に応じて、電流狭窄層９上には、その保護層となるＧａＡｓキャップ層１９を成長させてもよい。以下の説明においては、ＧａＡｓキャップ層１９を形成するものとして説明する。
【００３０】
第２工程として、図３（Ｂ）に示すように、エッチングストップ層２４のｎ型の電流狭窄層９及びＧａＡｓキャップ層１９の開口部となる領域を、エッチングストップ層２４までエッチングする。
【００３１】
第３工程として、図３（Ｃ）に示すように、電流狭窄層９の保護層となるＧａＡｓ層をエッチングして、除去する。
【００３２】
第４工程として、図４（Ａ）に示すように、上記第３工程で形成した電流狭窄層９及びエッチングストップ層２４上に、ｐ型の第１の反射層３とｐ型の電極層１１を、を順に成長させる第２のエピタキシャル成長を実施する。ここで、第１工程及び第４工程のエピタキシャル成長は、ＭＯＣＶＤ法又はＭＢＥ法により連続成長させてもよい。
【００３３】
第５工程として、図４（Ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー法により、エピタキシャル成長面上に発光領域となる凹部２１を形成し、ｐ型電極層１１への電極１７及び基板側の電極１６を形成する。そして、凹部２１を保護膜となる絶縁物１２で被覆する。保護膜１２は、プラズマＣＶＤ法で、Ｓｉ系の酸化膜又は窒化膜を堆積して形成できる。この膜の厚さは、（ｍ／4 ）×（λ／ｎ）（ｍ：奇数、ｎ：酸化膜又は窒化膜の屈折率）とし、光に対して透過率の高い膜とすればよい。
【００３４】
上記工程において、ダブルヘテロ構造のクラッド層４，６をＡｌx Ｉｎ1-x Ｐ（０＜ｘ＜１）で形成した場合には、エッチングストップ層２４を、Ａｌx Ｉｎy Ｇａ1-x-y Ｐ（０≦ｘ≦０．１、０≦ｙ≦１、かつ、０≦ｘ＋ｙ≦１）の混晶層とすることができる。この場合、電流狭窄層９をＡｌx Ｉｎ1-x Ｐ（０．３≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、かつ、０≦ｘ＋ｙ≦１）となるように、エッチングストップ層２４と電流狭窄層９とのＡｌ組成ｘの差をｘ≧０．３としておけば、エッチング層２４との選択エッチングが可能となる。このため、短時間に電流狭窄層９のケミカルエッチングが可能となり、径方向へのエッチングを防止し電界分布の変化を抑えられる。さらに、電流狭窄層９の平坦性を保ち、第２の反射層１０の凹凸を軽減できるので、高品質の第２の反射層１０を形成することができる。
【００３５】
さらに、エッチングストップ層２４の組成は、ｘ＝０、即ちＩｎy Ｇａ1-y Ｐ（０＜ｙ＜１）としてもよい。この場合には、混晶組成中に酸化し易いＡｌを含有していないので、再成長界面に酸化膜を形成せず、上層の第２の反射層１０との間に抵抗を生じない。このようなエッチングストップ層２４の組成（Ａｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｐ又はＩｎy Ｇａ1-y Ｐ）は、クラッド層６のＡｌx Ｉｎ1-x Ｐ（０＜ｘ＜１）と格子整合する組成としておくことが望ましい。
【００３６】
電流狭窄層９において、Ａｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｐ（０．３≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、かつ、０≦ｘ＋ｙ≦１）のＡｌ組成を、特にｘ≧０．５とすると、高い電流狭窄効果が得られ、エッチングストップ層２４との選択エッチングが可能となる。
【００３７】
上記製造方法によれば、ｐ型クラッド層６上に、埋め込み法により電流狭窄層９を形成し、活性層５の近傍に電流狭窄層９の厚みを制御して作製することができる。このため、電流狭窄層９の近傍まで広面積に電流通電が可能となり、高い電流狭窄効果が得られ、発光部となる活性層５への電流密度を増大させることができる。これにより高い発光強度が得られる。また、第２反射膜１０上に、ｐ電極層への電極１７を電流狭窄層９上に同形で作製することで効率よく光を出射させることができる。
【００３８】
さらに、ｐ型クラッド層と電流狭窄層９との間に形成するＩｎy Ｇａ1-y Ｐからなる半導体層であるエッチングストップ層２４はＡｌを含まないので、電流狭窄層９のエッチング時に残留不純物が少なく、Ａｌを含んだｐ型クラッド層６の酸化を防ぐことができる。このため、上記の第４工程において、第２の反射層１０をエピタキシャル成長させるときに、エッチングストップ層２４を除去する必要がなく、結晶性の良好な第２の反射層１０を成長することができる。
【００３９】
さらに、電流狭窄層９の保護層となるＧａＡｓキャップ層１９は、第４の工程の直前にエッチングして除去することができる。このため、熱処理によりＧａＡｓキャップ層を除去する必要がないため、熱処理によるｐ型クラッド層６のドーパントが活性層５に拡散することを効果的に抑えることができる。
【００４０】
本発明の垂直共振器型発光ダイオード１の製造方法によれば、耐酸化性を有するエッチングストップ層２４を第２伝導型のクラッド層６上に配設することで、エッチング時に生じる再結晶成長面の酸化を防ぎ、活性層５の近傍に電流狭窄層９を薄く作製することにより、活性層５への電流密度を増大させることで、高い電流狭窄効果が得られる。
【実施例１】
【００４１】
以下、本発明の垂直共振器型発光ダイオードの実施例について説明する。最初に、実施例１の垂直共振器型発光ダイオードの製造方法について説明する。
先ず、第１工程として、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＧａＡｓ基板２上に第１回目のエピタキシャル成長層として、ｎ型ＧａＡｓバッファー層１８を１００ｎｍ、２０．５対のｎ型のＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ（４５ｎｍ）／ＡｌＡｓ（５２．５ｎｍ）からなる第１の反射層３を１９９５ｎｍ、ｎ−Ａｌ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層４、ＩｎＧａＰ及びＡｌＧａＩｎＰからなる３対の多重量子井戸層２２、ｐ型Ａｌ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層６、ｐ型Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐからなるエッチングストップ層２４を１０ｎｍ、Ａｌ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐを１００ｎｍ、ノンドープのｉ−ＧａＡｓキャップ層１９を２０ｎｍ、順に成長させた。
【００４２】
実施例１においては、発光波長を６５０ｎｍとし、共振器長の長さ（ダブルヘテロ接合８の厚さ＋エッチングストップ層２４）を３８４ｎｍとした。具体的には、ｎ−Ａｌ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層４を１２２ｎｍ、ｐ型Ａｌ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層６を２０７ｎｍとした。ここで、エピタキシャルウェハを取り出した。
【００４３】
次に、第２の工程として、レジスト膜をマスクとして、アンモニア、過酸化水からなるエッチング液によりｉ−ＧａＡｓキャップ層１９をエッチングした。このとき、エッチングストップ層２４はエッチングされない。
同様に、希塩酸からなるエッチング液によりｎ型Ａｌ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐをエッチングして、出射窓部１３を形成した。このとき、ｉ−ＧａＡｓキャップ層１９及びエッチングストップ層４はエッチングされない。
【００４４】
第３の工程として、アンモニア、過酸化水からなるエッチング液によりｉ−ＧａＡｓキャップ層１９をエッチングして、洗浄を行なった。この工程で、ｉ−ＧａＡｓキャップ層１９の下部にある電流狭窄層９の表面を酸化して高抵抗化を行なうことができる。この場合、電流狭窄層９の表面は平坦であり、凹凸が生じない。このため、第２の反射層も平坦であり、凹凸が生じないようにすることができる。これにより、実施例の垂直共振器型発光ダイオードにおいては、電流狭窄層９の挿入によるｐｎ接合のバンドギャップ差と共に、電流狭窄層９の表面酸化膜により効果的に電流狭窄を行なうことができる。
【００４５】
第４工程として、部分的に出射窓部１３が形成された電流狭窄層９上に、埋込エピタキシャル再成長を行った。２回目の成長は、１回目の成長と同様にＭＯＣＶＤ法を用いて、１０．５対で厚さが１０２０ｎｍのｐ型のＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ（４５ｎｍ）／ＡｌＡｓ（５２．５ｎｍ）からなる第２の反射層であるブラック反射層１０と、厚さが１００ｎｍのｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１と、を順に成長させた。
【００４６】
第５工程として、エピタキシャル成長面の表面への電極１７（Ａｕ／ＡｕＳｂＺｎ）を８００ｎｍ及び基板裏面へのＡｕＧｅＮｉ合金（２００ｎｍ）の電極１６を形成する工程と、保護膜１２の形成工程、ダイシング工程などを経て、垂直共振器型発光ダイオードチップを得た。
【００４７】
チップの大きさは、３２０μｍ×３２０μｍ程度であり、光の出射窓部は、直径を８０μｍとした。このチップは、ＴＯ−１８のステムへ銀ペーストを用いて搭載した。
【実施例２】
【００４８】
電流狭窄層９となるｎ型Ａｌ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ層の厚さを５０ｎｍとした以外は、実施例１と同様にして実施例２の垂直共振器型発光ダイオード１を製作した。
【実施例３】
【００４９】
電流狭窄層９となるｎ型Ａｌ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ層の厚さを２５ｎｍとした以外は、実施例１と同様にして実施例３の垂直共振器型発光ダイオード１を製作した。
【００５０】
次に、比較例について説明する。
（比較例１）
比較例１として、エッチングストップ層２４をｉ−ＧａＡｓとした以外は、実施例１と同様にして、比較例１の垂直共振器型発光ダイオードを製造した（図５参照）。
【００５１】
（比較例２）
比較例２として、電流狭窄層９をｎ型Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ層とし、エッチングストップ層と電流狭窄層９との間に、第２のエッチングストップ層のｎ−ＧａＡｓ層を挿入した以外は、実施例１と同様にして、比較例２の垂直共振器型発光ダイオードを製造した（図５参照）。
【００５２】
次に、実施例の垂直共振器型発光ダイオードの発光特性について説明する。
表１は、実施例１〜３の垂直共振器型発光ダイオードの発光出力（ｍＷ）及び順方向電圧（Ｖ）の電流狭窄層の厚み依存性を示す表である。測定は２５℃で行ない、通電電力は２０ｍＷである。発光出力は、ＴＯ−１８ステムにマウントして最近接させて測定した値である。
表１から明らかなように、実施例１〜３の垂直共振器型発光ダイオードの順方向電圧は、電流狭窄層９のｎ型Ａｌ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ層の厚さを、２５ｎｍ，５０ｎｍ，１００ｎｍと変化させたときに、それぞれ、２．２９Ｖ，２．１５Ｖ，２．０６Ｖとなり、その厚さが薄いほど低い順方向電圧が得られることが分かった。このときの実施例１〜３の発光出力は、それぞれ、２．５１ｍＷ，２．５１ｍＷ，２．５４ｍＷとほぼ同じ高出力が得られることが分かった。発光波長は、何れも約６６０ｎｍ程度であった。
【表１】
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【００５３】
次に、実施例１及び比較例１及び２の発光ダイオードの発光特性について説明する。
表２は、実施例１及び比較例１及び２の垂直共振器型発光ダイオードの電流狭窄層の組成及びエッチングストップ層の材料、発光出力（ｍＷ）及び順方向電圧（Ｖ）を示す表である。測定条件は表１の場合と同じである。
表２から明らかなように、実施例１、比較例１及び２の発光出力は、それぞれ、２．５１ｍＷ，０．５１ｍＷ，０．３９ｍＷであり、実施例１の発光出力が著しく増大していることが分かったわかった。このときの順方向電圧は、それぞれ、２．２９Ｖ，２．９０Ｖ，１．８０Ｖであった。発光波長は、何れも約６６０ｎｍ程度であった。
【００５４】
比較例１の順方向電圧が２．９０Ｖとなり、実施例１の２．２９Ｖよりも高くなるのは、エッチングストップ層としてＧａＡｓを用いているために、ＧａＡｓ層をエッチング除去した際に、第２のクラッド層６であるＡｌＩｎＰクラッド層表面に形成される酸化膜の影響によるものと推定される。
【００５５】
一方、比較例２の発光出力が実施例１の場合の約１５％程度と低いのは、電流狭窄層をＩｎＧａＰとしているためにその表面が酸化され難い。このため電流狭窄効果が低下し、発光出力が低下していることによると推定される。その結果、比較例２の場合には、電流狭窄効果が小さいために順方向電圧が実施例１及び比較例１よりも低くなっている。
【表２】
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【００５６】
上記実施例及び比較例によれば、実施例の垂直共振器型発光ダイオードにおいては、高出力が得られると共に、順方向電圧が低い垂直共振器型発光ダイオードが得られることが判明した。
【００５７】
本発明は、上記実施例に記載の垂直共振器型発光ダイオードに限定されることなく、発振波長や発光出力に応じて、垂直共振器型の厚さやチップの大きさなどは、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に係る垂直共振器型発光ダイオードの断面構造を示す図である。
【図２】図２は図１の平面図である。
【図３】本発明による垂直共振器型発光ダイオードの製造方法を示す図である。
【図４】本発明による垂直共振器型発光ダイオードの製造方法を示す図である。
【図５】比較例の垂直共振器型発光ダイオードの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１，１Ａ：垂直共振器型発光ダイオード
２：ｎ型基板
３：ｎ型の第１の反射層
４：ｎ型の第１のクラッド層
５：活性層
６：ｐ型の第２のクラッド層
８：ダブルヘテロ接合（発光部）
９：電流狭窄層
１０：ｐ型の第２の反射層
１１：電極層
１２：保護膜
１３：光の出射窓部
１５：ダイシング領域
１６，１７：電極
１８：バッファー層
１９：ＧａＡｓキャップ層
１９Ａ：高抵抗領域
２１：凹部
２２：量子井戸構造からなる活性層
２４：エッチングストップ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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