JPH08316584A - 半導体光素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】逆メサストライプ構造を有する場合でも、断切
れを起こすことなく、簡便かつ確実に電極を形成するこ
とができ、しかも電極形成によっても寄生容量が増加せ
ず、高周波特性を向上する。 【構成】半導体光素子はその表面に、導波方向２４に垂
直な断面が逆メサ形状を有するストライプ部２２を有す
る。ストライプ部２２の側面の途中に、導波方向２４に
平行な断面が順メサ形状を有する突起部１７が延長して
形成される。その突起部１７の順メサ形状の側面１７ａ
を利用してストライプ部２２上のｐ側オーミック電極１
９ａと、一段低くなった周辺部２３に形成された周辺電
極１９ｂとの接続を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、逆メサストライプ構造
を有する半導体光素子およびその製造方法に係り、特に
逆メサストライプ構造上に形成される電極を改善したも
のに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、メサストライプ構造を有する半導
体光素子は、図２に示すように、半導体基板１上に、光
導波路構造として下部クラッド層２、活性層３、上部ク
ラッド層４、電極コンタクト層５、絶縁膜８、上部電極
７、下部電極６が設けられて構成される。導波方向に垂
直な方向の断面形状は、電流の広がりを防ぎ、発振モー
ドを単一化するために、表面の一部をエッチングにより
取り除いて順メサ形状を有するストライプ部３０を作製
して台形状とする場合が多い。この場合、上部電極７
は、ストライプ部３０上に形成した電極部７ａと、スト
ライプ部３０より一段低い光導波路構造の表面（周辺
部）３２に形成した電極部７ｂとがストライプ部３０の
側面を利用して接続されるため、電極形成には特に問題
はなかった。

【０００３】ところが、近年、ストライプ部の断面形状
を逆メサ形状にすると、特に半導体レーザ等の発光素子
において、特性の良好な素子が得られることがわかり、
そのような素子が多く製作されるようになってきた。

【０００４】しかし、このような断面が逆メサ形状のス
トライプ部を有する素子では、ストライプ部の側面を電
極接続に利用できず、断面が順メサ形状のストライプ部
を有する素子のような単純な電極形成方法では断切れを
生じてしまうため、光導波路構造の周辺部を埋め込み、
平坦化した上で上部電極を形成していた。

【０００５】すなわち図２に示すように、エッチングに
より取り除かれた逆メサ状のストライプ部３１以外の一
段低くなった周辺部に、平坦化埋込層９を埋め込んで光
導波路構造表面を平坦化し、その平坦化した表面上に上
部電極７を形成している。埋込材料としては、高抵抗な
半導体層が得られる場合は埋込結晶成長によって高抵抗
層を形成して平坦化しているが、そうでない場合にはポ
リイミドのような高分子材料を用いている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上部電極の形
成のために、平坦化埋込層を埋め込んで光導波路構造表
面を平坦化する上述した従来技術には次のような問題が
あった。

【０００７】（１）埋込結晶成長によって平坦化する方
法では、特にストライプ部が逆メサ形状の断面を有する
場合、逆メサ部と埋込み部との境界で（１１１）Ａ面が
出やすいために、結晶的な不連続が生じやすく、これが
素子を形成した場合に電気的なリークパスになる。さら
に、この境界部では結晶の異常成長が起こりやすい等の
ため、高品質な結晶を制御性、再現性良く作製すること
が困難であり、作製プロセスも煩雑になる。また、半導
体基板と格子整合し、埋込層にふさわしい材料で、しか
も高抵抗化できる材料を選定するのは非常に難しい。

【０００８】（２）ポリイミド等の高分子材料を用いて
埋込む方法では、埋込結晶成長による方法よりも簡便で
あるため、結晶成長よりも一般に良く用いられている
が、最適な形状に埋め込むための条件把握が難しく、ま
た最適条件を実現するための条件の許容範囲幅が小さい
ので僅かな条件のずれにより形状が崩れてしまう等、こ
の方法も制御性、再現性に乏しいのが実情である。

【０００９】（３）さらに、いずれの材料を用いるにせ
よ、平坦化を行うと、平坦化埋込層が、素子の寄生容量
を生じる原因となり、高周波特性を要求される光素子に
は不適当である。なお、寄生容量を低減する方法として
電極形成後に周辺部の不要な平坦化埋込層を除去する方
法等もあるが、これは作製プロセスがさらに煩雑になる
ため実用的でない。

【００１０】本発明の目的は、上述した従来技術の欠点
を解消して、電極形成によっても寄生容量が増加せず、
高周波特性に優れた半導体光素子を提供することにあ
る。

【００１１】また、本発明の目的は、逆メサ形状の断面
を有する半導体光素子においても、断切れを起こすこと
なく、簡便かつ確実に電極を形成することができる半導
体光素子の製造方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体光素子
は、活性なる光導波路構造の表面に、導波方向に垂直な
断面が逆メサ形状を有するストライプ部が形成された半
導体光素子において、上記ストライプ部の側面に、導波
方向に平行な断面が順メサ形状を有する突起部が連続し
て設けられ、上記ストライプ部に設けた電極部と、スト
ライプ部より一段低い光導波路構造の表面部に設けた電
極部とが、順メサ形状を有する突起部の側面を利用して
接続されてなるものである。ここに活性なる光導波路構
造とは、電流を注入することにより、光を発生、または
増幅するような能動的な機能を有する光導波路という意
味である。

【００１３】また、本発明の半導体光素子の製造方法
は、基板上に活性なる光導波路構造を構成する複数のエ
ピタキシャル層を成長し、その表面をメサエッチングし
て、導波方向に垂直な断面が逆メサ形状を有するストラ
イプ部と、このストライプ部の側面に連続して設けられ
導波方向に平行な断面が順メサ形状を有する突起部とを
形成し、蒸着により上記ストライプ部上から順メサ形状
を有する突起部の側面を介してストライプ部より一段低
い光導波路構造の周辺部につながる１つの電極を形成し
たものである。

【００１４】なお、半導体光素子としては、発光ダイオ
ードや半導体レーザ等がある。

【００１５】

【作用】本発明の半導体光素子のように、ストライプ部
上に設けた電極部と、ストライプ部より一段低い光導波
路構造の周辺部に設けた電極部とが、順メサ形状の突起
部の側面を利用して接続されていると、断切れを起こす
ことなく、両電極を接続することができる。したがって
ストライプ部と一段低い表面との段差を埋めて光導波路
構造の表面を平坦化する必要がなくなるため、素子の寄
生容量が低減し、高周波特性を向上することができる。

【００１６】本発明の半導体光素子の製造方法のよう
に、断面が逆メサ形状を有するストライプ部が形成され
た半導体光素子においても、ストライプ部に順メサ形状
の突起部を連続して形成しておくと、電極形成時、順メ
サ形状の断面を有する導波路構造の半導体光素子と全く
同様の作製プロセスで、断切れを起こすことなく容易に
電極を形成できる。

【００１７】

【実施例】図１は、本発明のメサストライプ構造を有す
る半導体光素子の実施例による発光ダイオード素子の斜
視図である。ｎ型ＧａＡｓ基板１０上に、光導波路構造
２５としてｎ型Ａｌ_0.4 Ｇａ_0.6 Ａｓクラッド層１１、
ｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ａｓ光ガイド層１２、Ｉｎ_0.2 Ｇ
ａ_0.8 Ａｓ歪量子井戸層とＧａＡｓ障壁層とを交互に形
成した二重量子井戸構造１３、ｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ａ
ｓ光ガイド層１４、ｐ型Ａｌ_0.4 Ｇａ_0.6 Ａｓクラッド
層１５、ｐ型ＧａＡｓ電極コンタクト層１６が設けられ
る。

【００１８】エッチングによりメサストライプ構造部と
なる部分以外の周辺部をｐ型Ａｌ_0.4 Ｇａ_0.6 Ａｓクラ
ッド層１５の途中まで取り除いて、光導波路構造２５の
表面に導波方向２４に垂直な断面が逆メサ形状を有する
ストライプ部２２を一段高く設けてある。また、このス
トライプ部２２の途中の一側面に、導波方向２４に平行
な断面が順メサ形状を有する突起部１７を連続して設け
てある。突起部１７の高さはストライプ部２２と同じ高
さとするが、長さはストライプ部２２に比して短くて構
わない。また、ここではストライプ部２２の一側面にの
み突起部１７を設けるようにしたが、ストライプ部２２
の両側面に突起部１７を設けるようにしてもよい。な
お、突起部１７の端面１７ｂは、導波方向２４と垂直な
方向から見れば順メサ形状をしているが、導波方向２４
と平行な方向から見れば、逆メサ形状をしている。

【００１９】ストライプ部２２の上面を除き、その側
面、突起部１７およびストライプ部２２より一段低くな
っている光導波路構造２５の周辺部２３上に、絶縁のた
めのＳｉＯ₂ 膜１８が設けられる。

【００２０】そして、ストライプ部２２および突起部１
７上の共通平面にｐ側オーミック電極１９ａが共通に設
けられ、ストライプ部２２より一段低い光導波路構造２
５の周辺部２３に周辺電極１９ｂが設けられ、これらの
ｐ側オーミック電極１９ａおよび周辺電極１９ｂは順メ
サ形状をしている突起部１７の側面１７ａを利用して接
続されている。すなわち、突起部１７の末広がりの側面
１７ａ上に設けた接続用電極を介して両電極１９ａ、１
９ｂが接続されている。

【００２１】さらに、ｎ型ＧａＡｓ基板１０の裏面にｎ
側オーミック電極２０が設けられ、導波方向２４に垂直
な素子の両端面に無反射コーティング膜２１が設けられ
る。

【００２２】このように本実施例の発光ダイオード素子
は、逆メサストライプ部２２の一部に順メサ形状の断面
を有する突起部１７を延長して形成し、その順メサ形状
の側面１７ａを利用してストライプ部２２上のｐ側オー
ミック電極１９ａと、一段低くなった周辺部２３に形成
された周辺電極１９ｂとを接続しているものである。し
たがって、逆メサ状のストライプ部２２と一段低くなっ
ている光導波路構造２５の周辺部２３との段差を埋める
平坦化を行うことなく、ｐ側オーミック電極１９ａと周
辺電極１９ｂとを接続して１つの電極とすることができ
るので、埋込平坦化に起因する素子の寄生容量を大幅に
低減することができる。

【００２３】次に上記した発光ダイオード素子の製造方
法の実施例を説明する。図１に示すようにｎ型ＧａＡｓ
基板１０上に分子線エピタキシー法を用いて、まずｎ型
Ａｌ_0.4 Ｇａ_0.6 Ａｓクラッド層１１を２．０μｍ成長
する。その次にｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ａｓ光ガイド層１
２を０．１μｍ成長し、続けてＩｎ_0.2 Ｇａ_0.8 Ａｓ歪
量子井戸層とＧａＡｓ障壁層を６ｎｍづつ交互に成長し
て二重量子井戸構造１３を作成する。さらにｐ型Ａｌ
_0.15Ｇａ_0.85Ａｓ光ガイド層１４を０．１μｍ、ｐ型Ａ
ｌ_0.4 Ｇａ_0.6 Ａｓクラッド層１５を１．５μｍ、ｐ型
ＧａＡｓ電極コンタクト層１６を０．２μｍ成長する。

【００２４】次に、フォトリソグラフィー法を用いて、
図１に示す素子のパターンをフォトレジストで形成し、
これをマスクにして順メサ、逆メサが顕著に現れるエッ
チャントを用いて結晶表面から１．４μｍエッチングす
る。順メサ、逆メサが顕著に現れるエッチャント例とし
ては、硫酸、過酸化水素水、水の混合液等がある。この
エッチングのとき、素子パターンの長手方向が結晶の逆
メサ方向になるようにすると、素子パターンの途中にあ
る突起部１７は順メサ方向となり、光導波路構造２５の
表面には断面が逆メサ形状を有するストライプ部２２が
形成され、突起部１７は順メサ形状の断面を有するよう
に形成される。

【００２５】さらにＣＶＤ法を用いて全面にＳｉＯ₂ 膜
１８を被着し、ストライプ部２２の上面のみＳｉＯ₂ 膜
１８を除去した後、アルミニウムなどの蒸着金属を全面
に蒸着する。このとき、逆メサ形状のストライプ部２２
の側面およびその付根近傍、および突起部１７の端面１
７ｂおよびその付根近傍は、アルミニウムが断切れを起
こすため蒸着されない。しかし、ストライプ部２２上か
ら順メサ形状を有する突起部１７上を通り、その側面１
７ａを介して一段低い周辺部２３に至るルートでは断切
れを起こすことなく蒸着される。

【００２６】蒸着後、電極として不要な部分のアルミニ
ウムを除去することにより、図１に示すような所定形状
をした１つの上部電極１９が形成される。この上部電極
１９は、上述したようにストライプ部２２上のｐ側オー
ミック電極１９ａと周辺部２３の周辺電極１９ｂとが、
突起部１７の側面１７ａを利用して断切れを起こすこと
なく、連続的に接続されて形成される。

【００２７】そして、ｎ型ＧａＡｓ基板１０の裏面側に
もｎ側オーミック電極２０を形成し、最後にへき開によ
り素子の両端面を形成し、これら両端面に無反射コーテ
ィング膜２１を施して、逆メサストライプ構造の発光ダ
イオード素子を作製する。

【００２８】この製造方法によれば、１回の蒸着で、ス
トライプ部２２上のｐ側オーミック電極１９ａと一段低
い周辺部２３の周辺電極１９ｂとがつながる上部電極１
９を形成できるので、基板１０側のｎ側オーミック電極
２０と同様に容易に形成でき、その結果、約１．０μｍ
の波長帯で発光する良好な発光ダイオード素子が得られ
る。

【００２９】比較のため、突起部のないパターンを用い
て全く同様に発光ダイオード素子を作製したところ、光
導波路側の電極は全て断切れを起こしてしまい、良品の
発光ダイオード素子が得られなかった。

【００３０】なお、上記実施例では半導体材料にＧａＡ
ｓ基板を用い、活性層をＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ系の二
重量子井戸構造で作成した発光ダイオードについて説明
した、本発明はこれに限定されない。例えばＩｎＰ基板
を用い、活性層をＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ系の多
重量子井戸構造で作製して、１．４８μｍ帯あるいは、
１．５５μｍ帯波長で発振する半導体レーザに適用する
こともできる。実際、いずれの波長の素子もメサストラ
イプ構造を順メサ方向に平行に作製した素子よりも、逆
メサ方向に平行に作製した素子の方が、同じ多層構造で
も明らかに発光光率等の特性が良かった。従って、断面
が逆メサ形状を有するような活性光導波路構造は、特に
半導体レーザにおいて有効な構造であるといえる。

【００３１】

【発明の効果】本発明の半導体光素子によれば、逆メサ
形状を有する光導波路構造であっても、表面に平坦化層
がないので、素子の寄生容量が低減し、高周波特性を向
上することができる。

【００３２】本発明の半導体光素子の製造方法によれ
ば、光導波路構造の表面にストライプ部と連続する順メ
サ形状の突起部を形成するようにしたので、蒸着だけで
突起部の側面を利用してストライプ部と表面部とを接続
する電極が形成できるため、逆メサ形状を有する光導波
路構造であっても、光導波路表面を平坦化することな
く、断切れの起きない電極を形成することができる。ま
た、製造プロセスは順メサ形状を有する光導波路構造の
ものと変らないので、電極を簡便かつ確実に形成でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体光素子の実施例を説明するため
の逆メサストライプ構造を有する発光ダイオード素子の
概略斜視図である。

【図２】従来例の順メサストライプ構造を有する半導体
光素子の概略斜視図である。

【図３】従来例の逆メサストライプ構造を有する半導体
光素子の概略斜視図である。

【符号の説明】

１０ ｎ型ＧａＡｓ基板 １１ ｎ型Ａｌ_0.4 Ｇａ_0.6 Ａｓクラッド層 １２ 型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ａｓ光ガイド層 １３ 二重量子井戸構造 １４ ｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ａｓ光ガイド層 １５ ｐ型Ａｌ_0.4 Ｇａ_0.6 Ａｓクラッド層 １６ ｐ型ＧａＡｓ電極コンタクト層 １７ 突起部 １７ａ 側面 １７ｂ 端面 １８ ＳｉＯ₂ 膜 １９ 上部電極（１つの電極） １９ａ ｐ側オーミック電極 １９ｂ 周辺電極 ２０ ｎ側オーミック電極 ２１ 無反射コーティング膜 ２２ 逆メサ形状を有するストライプ部 ２３ 周辺部（一段低い光導波路構造の表面） ２４ 導波方向 ２５ 光導波路構造

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】活性なる光導波路構造の表面に、導波方向
   に垂直な断面が逆メサ形状を有するストライプ部が形成
   された半導体光素子において、上記逆メサ形状を有する
   ストライプ部の側面に、導波方向に平行な断面が順メサ
   形状を有する突起部を連続して設け、上記ストライプ部
   上に設けた電極部と、上記ストライプ部より一段低い光
   導波路構造の表面に設けた電極部とを、上記順メサ形状
   を有する突起部の側面を利用して接続したことを特徴と
   する半導体光素子。
2. 【請求項２】基板上に活性なる光導波路構造を構成する
   複数のエピタキシャル層を成長し、その表面をメサエッ
   チングして、導波方向に垂直な断面が逆メサ形状を有す
   るストライプ部と、該ストライプ部の側面に連続して設
   けられ導波方向に平行な断面が順メサ形状を有する突起
   部とを形成し、蒸着により上記ストライプ部上から上記
   順メサ形状を有する突起部の側面を介して上記ストライ
   プ部より一段低い光導波路構造の表面につながる１つの
   電極を形成した半導体光素子の製造方法。
3. 【請求項３】上記半導体光素子が半導体レーザである請
   求項１に記載の半導体光素子または請求項２に記載の半
   導体光素子の製造方法。