JP3306390B2 - 光半導体装置の製造方法 - Google Patents
光半導体装置の製造方法Info
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は横接合埋め込み構造
を有する半導体レーザ、PIN受光器およびホトトラン
ジスタ等の光半導体装置の製造方法に関するものであ
る。
を有する半導体レーザ、PIN受光器およびホトトラン
ジスタ等の光半導体装置の製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】図3は光半導体装置の一例としての横注
入型半導体レーザ装置の構造を示す図である。図中、1
01は半絶縁性GaAs基板、102、104はアンド
ープAlGaAs層、103はGaAs活性層、105
はpーAlGaAs層、106はp+ コンタクト層、1
07はnーAlGaAs層、108はn+ コンタクト
層、109、110は電極、111はp側埋め込み再成
長層、112はn側埋め込み再成長層である。
入型半導体レーザ装置の構造を示す図である。図中、1
01は半絶縁性GaAs基板、102、104はアンド
ープAlGaAs層、103はGaAs活性層、105
はpーAlGaAs層、106はp+ コンタクト層、1
07はnーAlGaAs層、108はn+ コンタクト
層、109、110は電極、111はp側埋め込み再成
長層、112はn側埋め込み再成長層である。
【0003】Crドープ半絶縁性GaAs基板101上
にアンドープAlGaAs層102、104でGaAs
活性層103をサンドイッチし二重ヘテロ構造を構成す
る。その後、活性層の左右にpーAlGaAs層105
及びp+ キャップ層、及びnーAlGaAs層107及
びn+ キャップ層の埋め込みを行い、その上にコンタク
ト層106、108を形成し、さらにその上に電極10
9、110を形成したものである。
にアンドープAlGaAs層102、104でGaAs
活性層103をサンドイッチし二重ヘテロ構造を構成す
る。その後、活性層の左右にpーAlGaAs層105
及びp+ キャップ層、及びnーAlGaAs層107及
びn+ キャップ層の埋め込みを行い、その上にコンタク
ト層106、108を形成し、さらにその上に電極10
9、110を形成したものである。
【0004】横注入型半導体レーザにおいては、同一平
面に設けられた電極109、110間に電流を流し、左
右のpーAlGaAs層105、nーAlGaAs層1
07から活性層103へキャリアを注入すると、注入キ
ャリアが閉じ込められて大きな電流密度及び内部量子効
率が得られる。また、クラッド層により発光が有効に閉
じ込められて小さなしきい値電流でレーザ発振が行われ
る。このような埋め込み型半導体レーザはしきい値電流
が小さくとれるため通信用光源等に用いることができ
る。
面に設けられた電極109、110間に電流を流し、左
右のpーAlGaAs層105、nーAlGaAs層1
07から活性層103へキャリアを注入すると、注入キ
ャリアが閉じ込められて大きな電流密度及び内部量子効
率が得られる。また、クラッド層により発光が有効に閉
じ込められて小さなしきい値電流でレーザ発振が行われ
る。このような埋め込み型半導体レーザはしきい値電流
が小さくとれるため通信用光源等に用いることができ
る。
【0005】また、横注入型半導体レーザが半絶縁性基
板上に形成されるため、素子間の絶縁をとることがで
き、その結果集積化を行うことができる特徴を有してい
る。さらに、p型およびn型双方の電極が基板の表面に
あることから、他の光素子および電子デバイスとの集積
化が容易であり、また接合容量が小さいため高速応答が
可能であるという利点を有している。
板上に形成されるため、素子間の絶縁をとることがで
き、その結果集積化を行うことができる特徴を有してい
る。さらに、p型およびn型双方の電極が基板の表面に
あることから、他の光素子および電子デバイスとの集積
化が容易であり、また接合容量が小さいため高速応答が
可能であるという利点を有している。
【0006】図4は二方向注入型半導体レーザ装置の構
造を示す図である。図中、200はCrドープ半絶縁性
GaAs基板、201は高抵抗AlGaAs層、202
はGaAs活性層、203はpーAlGaAsクラッド
層、204a、204bはnーAlGaAsクラッド
層、205a、205bはnーGaAsキャップ層、2
06はpーGaAsキャップ層、207a、207b、
208は電極である。
造を示す図である。図中、200はCrドープ半絶縁性
GaAs基板、201は高抵抗AlGaAs層、202
はGaAs活性層、203はpーAlGaAsクラッド
層、204a、204bはnーAlGaAsクラッド
層、205a、205bはnーGaAsキャップ層、2
06はpーGaAsキャップ層、207a、207b、
208は電極である。
【0007】図において、半絶縁性基板200上に高抵
抗AlGaAs層201、GaAs活性層(ノンドープ
あるいはp型ドープ)202、pーAlGaAsクラッ
ド層、及びp+ ーGaAsコンタクト層の順に積層す
る。その後、GaAs活性層202の左右両サイドにn
ーAlGaAsクラッド層及びn+ ーGaAsコンタク
ト層を埋め込み、n+ ーGaAsコンタクト層及びp+
ーGaAsコンタクト層上に電極207a、207bを
形成する。
抗AlGaAs層201、GaAs活性層(ノンドープ
あるいはp型ドープ)202、pーAlGaAsクラッ
ド層、及びp+ ーGaAsコンタクト層の順に積層す
る。その後、GaAs活性層202の左右両サイドにn
ーAlGaAsクラッド層及びn+ ーGaAsコンタク
ト層を埋め込み、n+ ーGaAsコンタクト層及びp+
ーGaAsコンタクト層上に電極207a、207bを
形成する。
【0008】このような構造において、電極208と2
07a、207b間に電流を供給すると、上側のpーA
lGaAsクラッド層203から正孔が注入され、左側
あるいは右側のnーAlGaAsクラッド層から電子が
注入される。したがって、活性層には二方向からキャリ
アの注入が行われ、この注入はそれぞれ独立して行うこ
とができる。さらに活性層の下側のAlGaAs層20
1は高抵抗層で左右のnーAlGaAsを電気的に分離
できるので、これらの素子を同一基板上に集積化するこ
とが可能である。もちろん、活性層の上側クラッド層を
n型とし、活性層の左右両サイドのクラッド層をp型と
してもよく、また活性層もp型(あるいはn型)として
もよい。また、GaAs、AlGaAs系でなく他の材
料、例えばInGaAs、InGaAsP等でも構成で
きる。
07a、207b間に電流を供給すると、上側のpーA
lGaAsクラッド層203から正孔が注入され、左側
あるいは右側のnーAlGaAsクラッド層から電子が
注入される。したがって、活性層には二方向からキャリ
アの注入が行われ、この注入はそれぞれ独立して行うこ
とができる。さらに活性層の下側のAlGaAs層20
1は高抵抗層で左右のnーAlGaAsを電気的に分離
できるので、これらの素子を同一基板上に集積化するこ
とが可能である。もちろん、活性層の上側クラッド層を
n型とし、活性層の左右両サイドのクラッド層をp型と
してもよく、また活性層もp型(あるいはn型)として
もよい。また、GaAs、AlGaAs系でなく他の材
料、例えばInGaAs、InGaAsP等でも構成で
きる。
【0009】また、図4において、p型層の端子をオー
プンとし、左右のn型クラッド層間に電圧を加えると、
光入射があるとキャリアが発生し、これが左右のクラッ
ド層間を通して流れるので、同一構造で光検出器の1種
であるホトトランジスタとしても動作する。そして、素
子は高抵抗層上に形成されているので、同一構造の素子
を同一基板上に複数個形成し、集積化が可能である。
プンとし、左右のn型クラッド層間に電圧を加えると、
光入射があるとキャリアが発生し、これが左右のクラッ
ド層間を通して流れるので、同一構造で光検出器の1種
であるホトトランジスタとしても動作する。そして、素
子は高抵抗層上に形成されているので、同一構造の素子
を同一基板上に複数個形成し、集積化が可能である。
【0010】また、図4に示す素子は3端子になってお
り、2方向注入型レーザあるいはホトトランジスタとし
て使用でき、半絶縁性基板に用いているため他の電子デ
バイスとモノリシックに集積化することが容易である。
り、2方向注入型レーザあるいはホトトランジスタとし
て使用でき、半絶縁性基板に用いているため他の電子デ
バイスとモノリシックに集積化することが容易である。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図3に示す
従来の横接合型のレーザおよびPIN受光器において
は、ウエット方式によりAlx Ga1-x As(0.2 ≦x
≦0.8 )下クラッド層までメサ・エッチングを行い、埋
め込み再成長層を形成するための窪みを形成するが、こ
のとき現れるAlx Ga1-x Asの表面はAlが酸化さ
れ易いために酸化膜で覆われてしまう。そこで埋め込み
再成長を行う直前に反応炉内でHCl等の反応性ガスを
用いて酸化膜の除去を行っていた。この表面の酸化膜の
厚みはエッチングプロセス等に大きく左右されるので、
ガスエッチングで除去する膜厚はプロセス毎に調整する
必要があった。
従来の横接合型のレーザおよびPIN受光器において
は、ウエット方式によりAlx Ga1-x As(0.2 ≦x
≦0.8 )下クラッド層までメサ・エッチングを行い、埋
め込み再成長層を形成するための窪みを形成するが、こ
のとき現れるAlx Ga1-x Asの表面はAlが酸化さ
れ易いために酸化膜で覆われてしまう。そこで埋め込み
再成長を行う直前に反応炉内でHCl等の反応性ガスを
用いて酸化膜の除去を行っていた。この表面の酸化膜の
厚みはエッチングプロセス等に大きく左右されるので、
ガスエッチングで除去する膜厚はプロセス毎に調整する
必要があった。
【0012】また、ウエット方式のエッチングでは反応
が激し過ぎるために、順メサ・エッチング、逆メサ・エ
ッチングに拘わらず、メサ面(エッチングしたときに現
れる面で、埋め込み再成長層側との間の界面を形成する
斜面)単一の面指数からなる平坦な面に形成することが
できなかった。そのために活性層、上下クラッド層を含
むストライプ層と再成長層との間にボイドまたはストレ
スが生じたり、再成長直前の気相エッチングが均一にか
からないという問題が生じていた。図4に示す構造のレ
ーザおよびホトトランジスタについても同様な問題点が
あった。
が激し過ぎるために、順メサ・エッチング、逆メサ・エ
ッチングに拘わらず、メサ面(エッチングしたときに現
れる面で、埋め込み再成長層側との間の界面を形成する
斜面)単一の面指数からなる平坦な面に形成することが
できなかった。そのために活性層、上下クラッド層を含
むストライプ層と再成長層との間にボイドまたはストレ
スが生じたり、再成長直前の気相エッチングが均一にか
からないという問題が生じていた。図4に示す構造のレ
ーザおよびホトトランジスタについても同様な問題点が
あった。
【0013】本発明は上記課題を解決するためのもの
で、ストライプ層と埋め込み再成長層との間にボイドま
たはストレスが生ずるのを防止することができる光半導
体装置の製造方法を提供することを目的とする。
で、ストライプ層と埋め込み再成長層との間にボイドま
たはストレスが生ずるのを防止することができる光半導
体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】そのために本発明は、単
結晶基板上にダブルヘテロ構造を有するエピタキシャル
層を気相成長させる工程、メサ・エッチングを行う工
程、及び埋め込み再成長を行う工程を含む横接合型光半
導体装置の製造方法において、メサ・エッチングを保護
膜を用いて反応性ガスエッチングで行って単一の順メサ
面を形成した後、該保護膜を除去することなく連続して
埋め込み再成長を行うことを特徴とする。
結晶基板上にダブルヘテロ構造を有するエピタキシャル
層を気相成長させる工程、メサ・エッチングを行う工
程、及び埋め込み再成長を行う工程を含む横接合型光半
導体装置の製造方法において、メサ・エッチングを保護
膜を用いて反応性ガスエッチングで行って単一の順メサ
面を形成した後、該保護膜を除去することなく連続して
埋め込み再成長を行うことを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。
て説明する。
【0016】以下、実施例を図面を参照して説明する。
【0017】図1は本発明の光半導体装置の一実施例の
構造を示す図であり、図3と同一番号は同一内容を示し
ている。
構造を示す図であり、図3と同一番号は同一内容を示し
ている。
【0018】光半導体装置としての動作は図3に示すも
のと同じであるが、本発明においては、埋め込み再成長
層と接するメサ面113、114が{100}、{11
0}、{111}のような単一の面指数からなっている
点が異なっている。
のと同じであるが、本発明においては、埋め込み再成長
層と接するメサ面113、114が{100}、{11
0}、{111}のような単一の面指数からなっている
点が異なっている。
【0019】図1の素子の製作方法は、まず、半絶縁性
GaAs基板{100}上にMOCVD法で1〜3μm
のアンドープAlx Ga1-x Asクラッド層(0.2 <x
<0.7 )、30Å以上且つ1μm以下のAly Ga1-y
As活性層103(0≦y≦0.3 、かつx≧y)、0.3
μm以上且つ2μm以下のAlx Ga1-x Asクラッド
層104および50Å以上且つ0.1 μm以下のアンドー
プGaAsキャップ層を順にエピタキシャル成長させ
る。次にMOCVD反応炉内でSiNxの保護膜を用い
てHCl、CCl2 F2 、AsCl3 、またはCl2 等
の反応性ガスエッチングにより埋め込み再成長層を形成
するための窪みを形成し、その直後にn−Alz Ga
1-z Asクラッド層(0.2 ≦z≦0.5 )およびp−Ga
Asコンタクト層を再成長させる。このようにガスエッ
チングすることにより、単一の面指数からなるメサ面を
形成することができ、ストライプ方向を<110>に選
ぶと、メサ面{111}が現れる。
GaAs基板{100}上にMOCVD法で1〜3μm
のアンドープAlx Ga1-x Asクラッド層(0.2 <x
<0.7 )、30Å以上且つ1μm以下のAly Ga1-y
As活性層103(0≦y≦0.3 、かつx≧y)、0.3
μm以上且つ2μm以下のAlx Ga1-x Asクラッド
層104および50Å以上且つ0.1 μm以下のアンドー
プGaAsキャップ層を順にエピタキシャル成長させ
る。次にMOCVD反応炉内でSiNxの保護膜を用い
てHCl、CCl2 F2 、AsCl3 、またはCl2 等
の反応性ガスエッチングにより埋め込み再成長層を形成
するための窪みを形成し、その直後にn−Alz Ga
1-z Asクラッド層(0.2 ≦z≦0.5 )およびp−Ga
Asコンタクト層を再成長させる。このようにガスエッ
チングすることにより、単一の面指数からなるメサ面を
形成することができ、ストライプ方向を<110>に選
ぶと、メサ面{111}が現れる。
【0020】図2は本発明の光半導体装置の他の実施例
の構造を示す図であり、図4と同一番号は同一内容を示
している。
の構造を示す図であり、図4と同一番号は同一内容を示
している。
【0021】図2に示す構造の素子の製作過程は以下の
通りである。
通りである。
【0022】Crドープ半絶縁性GaAs基板の上にM
OCVD法により高抵抗AlGaAs層(Al含有率約
0.4,厚さ約 1.5μm)、p型GaAs活性層(厚さ約0.
15μm)、p型AlGaAs層(Al含有率約0.4,厚さ
約 1.0μm)、p型GaAsキャップ層をエピタキシャ
ル成長させる。次に、MOCVD反応炉内でSiNxの
保護膜を用いてHCl、CCl2 F2 、AsCl3 、ま
たはCl2 等の反応性ガスエッチングにより埋め込み再
成長層を形成するための窪みを形成し、その直後にn−
AlGaAs層(Al含有率約0.35)を埋め込み、さら
にn型GaAsキャップ層を成長させる。次にn,p電
極を付けた後、それをマスクとしてn,p接合面に接す
るキャップ層を部分的にエッチングして除去する。これ
はキャリアがキャップ層間で再結合するのを防止するた
めである。なお、活性層幅は約2μ以下が望ましい。
OCVD法により高抵抗AlGaAs層(Al含有率約
0.4,厚さ約 1.5μm)、p型GaAs活性層(厚さ約0.
15μm)、p型AlGaAs層(Al含有率約0.4,厚さ
約 1.0μm)、p型GaAsキャップ層をエピタキシャ
ル成長させる。次に、MOCVD反応炉内でSiNxの
保護膜を用いてHCl、CCl2 F2 、AsCl3 、ま
たはCl2 等の反応性ガスエッチングにより埋め込み再
成長層を形成するための窪みを形成し、その直後にn−
AlGaAs層(Al含有率約0.35)を埋め込み、さら
にn型GaAsキャップ層を成長させる。次にn,p電
極を付けた後、それをマスクとしてn,p接合面に接す
るキャップ層を部分的にエッチングして除去する。これ
はキャリアがキャップ層間で再結合するのを防止するた
めである。なお、活性層幅は約2μ以下が望ましい。
【0023】なお、上記実施例では横接合型について説
明したが、本発明は縦接合型にも同様に適用可能であ
り、その場合は埋め込み再成長層が高抵抗層となる点が
異なるのみでメサ面を単一面指数とする点の作用効果は
同様である。
明したが、本発明は縦接合型にも同様に適用可能であ
り、その場合は埋め込み再成長層が高抵抗層となる点が
異なるのみでメサ面を単一面指数とする点の作用効果は
同様である。
【0024】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、光半導体
装置の埋め込み再成長層と接するメサ面を、MOCVD
反応炉内または高真空装置内で塩素系反応性ガス、例え
ばHCl、CCl2 F2 、AsCl3 、またはCl2 等
の塩素系反応性ガスを含むガスによる気相エッチングに
よって単一の面指数のみで形成することにより、従来の
ウエットプロセスで生じた酸化膜の除去をする必要がな
くなり、再現性よく形成することが可能である。
装置の埋め込み再成長層と接するメサ面を、MOCVD
反応炉内または高真空装置内で塩素系反応性ガス、例え
ばHCl、CCl2 F2 、AsCl3 、またはCl2 等
の塩素系反応性ガスを含むガスによる気相エッチングに
よって単一の面指数のみで形成することにより、従来の
ウエットプロセスで生じた酸化膜の除去をする必要がな
くなり、再現性よく形成することが可能である。
【図1】 本発明の横注入型半導体レーザ装置の構造を
示す図である。
示す図である。
【図2】 本発明の二方向注入型半導体レーザ装置の構
造を示す図である。
造を示す図である。
【図3】 従来の横注入型半導体レーザ装置の構造を示
す図である。
す図である。
【図4】 従来の二方向注入型半導体レーザ装置の構造
を示す図である。
を示す図である。
101…半絶縁性GaAs基板、102、104…高抵
抗AlGaAs層、103…GaAs活性層、105…
pーAlGaAsクラッド層、107…nーAlGaA
sクラッド層、106…pーGaAsキャップ層、10
8…nーGaAsキャップ層、109、110…電極。
抗AlGaAs層、103…GaAs活性層、105…
pーAlGaAsクラッド層、107…nーAlGaA
sクラッド層、106…pーGaAsキャップ層、10
8…nーGaAsキャップ層、109、110…電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−69115(JP,A) 特開 昭60−201633(JP,A) 特開 昭62−84582(JP,A) 特開 平1−189185(JP,A) 特開 平2−260586(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 H01L 31/02 - 3/10 JICSTファイル(JOIS)
Claims (1)
- 【請求項1】 単結晶基板上にダブルヘテロ構造を有す
るエピタキシャル層を気相成長させる工程、メサ・エッ
チングを行う工程、及び埋め込み再成長を行う工程を含
む横接合型光半導体装置の製造方法において、メサ・エ
ッチングを保護膜を用いて反応性ガスエッチングで行っ
て単一の順メサ面を形成した後、該保護膜を除去するこ
となく連続して埋め込み再成長を行うことを特徴とする
光半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19917399A JP3306390B2 (ja) | 1999-07-13 | 1999-07-13 | 光半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19917399A JP3306390B2 (ja) | 1999-07-13 | 1999-07-13 | 光半導体装置の製造方法 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP08069389A Division JP3241360B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | 光半導体装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000036635A JP2000036635A (ja) | 2000-02-02 |
JP3306390B2 true JP3306390B2 (ja) | 2002-07-24 |
Family
ID=16403376
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19917399A Expired - Lifetime JP3306390B2 (ja) | 1999-07-13 | 1999-07-13 | 光半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3306390B2 (ja) |
-
1999
- 1999-07-13 JP JP19917399A patent/JP3306390B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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---|---|
JP2000036635A (ja) | 2000-02-02 |
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